在各种照明方案中，光导板通常用于引导来自光源的光线。除 其他应用外，光导板可用于显示照明(例如背后照明(backlighting)、 正面照明)、键区(keypad)、键盘以及/或按钮照明(button lighting)、 室内照明以及室外照明。传统上认为薄的光导板可能具有约0.8到 约1.0mm的厚度并包括微光学结构。通常，这种微结构的高度约 15微米或高于15微米，而一个横向尺寸约50微米或大于50微米。
图1示出了包括多个微光学结构106的光导板102，这些微光 学结构实现为光导板102一个侧面上的表面浮雕形状，该光导板用 于对由光源104发出并通过全反射在光导板102内传输的光线108 进行外耦合(outcoupling)。在图1的实例中，光线通过与包括所示 出的微光学结构106的底部表面相对的顶部表面从光导板102外耦 合出。这些光导板通常是针对具体应用的(application-specific)，以 便可以精确地获得由外耦合光形成的期望的照明图案。
现在参见图2，传统的键区、键盘以及控制台照明一般包括3～ 8个作为光源的LED(发光二极管)和相对厚的光导板206，该光 导板具有用于每个键202的孔以便能够建立相关联的电接触。这些 设计可以包括与穹顶板(dome sheet)208连接的电路，穹顶板包括 多个薄金属穹顶，每个薄金属穹顶对应一个键或按钮202。当按压 键垫(key mat)的键202的硬的/刚性的顶部时，这使下面的软硅 树脂层204的具挠性且柔软的(例如硅树脂)柱塞210朝向穹顶板 208突出，板208上的薄金属穹顶弯曲进而变平，从而例如在电路 的表面产生预期的电接触。这些穹顶还提供了具有“喀哒(click)” 效果的触感，而且需要那些孔以提供这种功能。但是，这些孔使得 管理光以便实现例如均匀的键区照明变得困难。由于这些软材料柱 塞210必须相当厚以便穿过厚的光导板206并使穹顶动作，所以最 后得到的键区装置还可能相对于最初的设计目的而具有相当不实 际的厚度。另外，刚性柱塞导致穹顶板层残缺和损坏，因此使用软 硅树脂柱塞。
光导板可按照许多不同的工艺制造。例如，可以通过连续辊轧 复制(roll replication)或“辊对辊(roll-to-roll)”复制来完成光导 层的制造。采用该制造方法，在表面浮雕复制中可以使用诸如光学 透明的塑料膜的成批材料(bulk material)，。不同的辊对辊方法是现 有技术中已知的，并且适于为许多不同的应用制造折射或者衍射的 微光学表面浮雕形状(例如结构)。有几种辊对辊方法是可用的， 诸如Reflexite、Avery Dennison、3M、Epigem、Rolltronics、Polymicro、 Printo project采用的方法，以及其他辊对辊方法。除此之外，其他 合适的制造方法可能包括连续或分离的铸造方法(UV或热固化)、 模压法、连续或分离的凸印，比如硬凸印、软凸印以及UV凸印。 也可以使用熔膜。
图3中示出了许多辊对辊凸印方法的一个缺点。即，当两个辊 子310、312(在该实例中，前一个辊子具有圆形横截面，而后一个 辊子具有圆形横截面去掉两个相对部分后的横截面)给在它们之间 进给的挠性光导板成批材料314施加压力时，成批材料314复制有 辊子312(例如)的光学表面浮雕结构。但是，从阶段302的显示 中可以容易地看到，软的成批材料314在经受挤压力(nip pressure) (标记为p的箭头)的过程中是怎样开始堆积的，以及输入速度v1 是怎样随着材料314的变形而相比于输出速度v0开始减小的。相 同的情况在阶段304、306中延续，直到在阶段308中，输入速度 v1因辊子312的挤压力部分的结束而暂时地再次增加并与速度v0 相当，此后，重复前述各阶段的相同循环。例如，结果就会制造出 细长形的光导板。由于在复制过程中不能适当地考虑材料314的变 形，该现象会在复制的光学微结构中造成伪象(artifact)。

本发明的实施例的目的是至少减轻现有技术的装置中的前述 明显的缺点。
根据本发明的一个方面，光导装置包括：
-光导板，其基本上是薄的、优选地为挠性的，用于传输和耦 合光线；
-连接至光导板的一个或多个光源；
-设置在光导板上的多个微光学表面浮雕形状，该光导被构造 成通过一个或多个光源与多个微光学表面浮雕形状之间的交互作 用来产生一种或多种活动的指示性和/或装饰性照明效果。
例如，以上或某些其他的光导板可以包括在用于电子设备的键 区组件中，在这种情况下，该组件可包括：
-光导板，用于传输和耦合光线；
-多个键，设置在光导板的一个侧面上，每个键均与朝向光导 板的刚性致动件相关联；
-穹顶板，设置在光导板的相对侧面上，该穹顶板包括多个可 弯曲的穹顶，设置这些穹顶以便当按压一个预定的键时，一个对应 的、预定的穹顶因受到由预定的键的刚性致动件通过光导板而施加 的压力而变形，以便进行相关联的的活动，例如断开或接通电开关。
其中，光导板的至少位于预定的穹顶与预定的键之间的部分被 设置为至少基本上是光学地连续的、薄的以及优选地为挠性的，以 便给键区的使用者在操作键时提供改进的触感。另外，光导板为穹 顶板提供保护层以防止被刚性致动件损坏。
在本发明的另一个方面，一种多功能光导元件被构造成外耦合 来自该多功能光导元件的准直光(collimated light)，该多功能光导 元件被用作至少功能性地与针对具体应用的光学功能元件(诸如电 子设备的键垫)结合为一体，从而使该光学功能元件被构造成以受 控的(例如具体定位)的方式漫射由多功能光导元件外耦合的准直 光。
多功能光导元件可以首先从更大块的多功能微光学材料上获 取，例如切割。
在本发明的又一方面，使用较硬的且可选择地光学功能性的、 较薄的元件来支撑挠性的(例如弹性的)、且基本上光学透明的光 导元件，这通过在进行微光学表面浮雕形状的辊对辊凸印之前或者 在凸印过程中将这两者结合成一体的实体中来实现，从而制造出一 体的、挠性的光导元件，与只辊对辊凸印挠性元件产生的伪象相比， 该一体的、挠性的光导元件的凸印微光学表面浮雕形状中基本上没 有或至少具有少量的伪象。
微光学表面浮雕形状可凸印到以上两个源元件中的任意一个 上，例如，挠性(比如弹性的和/或可弯曲的)元件和刚性(更具刚 性的)元件。可替换地，这两个源元件都可以凸印(同时或顺序地) 有微光学表面浮雕形状。
本发明的应用源自依赖于每个具体实施例的多个问题。根据本 发明一个方面的薄的光导板可用于通过连接至该薄的光导板的一 个或多个(例如两个或三个)光源与光导板的一个或多个微光学表 面浮雕形状(例如，不同的微光学图案)之间的交互作用而产生一 种或多种活动的指示性和/或装饰性照明效果。该薄的光导板可以构 造成提供诸如渐进式或逐步的亮度和/或颜色变化指示的照明效 果，，根据预定标准，该指示优选由主机设备(如移动终端)通过 相关的处理装置来控制；例如，该指示可以构造成显示该装置的内 部状态信息或例如所选的、当前的参数值。将键垫与光导板一起使 用还可以获得指示性照明效果。活动的装饰性效果(也是优选地由 主机设备控制)可以包括各种符号、图形或其他形状。这两种效果 类型都可以至少部分由光导板上的相应微光学表面浮雕图案限定。 另外，可以使用掩膜(多个掩膜)以防止光线进入和/或穿透预定区 域。可以使用一个或多个相同或不同(例如发出不同颜色)的光源 (如LED)来给效果(例如，关于时间和/或光导板上的位置的亮 度/颜色消减(fading)进行活动亮度(照明等级)和/或颜色的调整。 可以获得各种“生动的”或“活泼的”的效果，比如瀑布或火焰形 状。与通常设置有更昂贵和复杂的显示方案的传统的指示性和装饰 性照明效果相比，本发明提供了非常挠性和一体的方案，从而实现 活动的低成本照明。
根据本发明的这些实施例的光导板可以包括衍射和/或折射的 微光学表面浮雕形状，比如下面将评述的具有不同横截面形状的光 栅凹槽、凹入部或凸起。例如，这些形状的尺寸(高度、横截面长 度等)可为约10微米或小于10微米。
在不在光导板中形成用于如键柱塞的刚性致动件的孔的情况 下，可以获得薄的键区组件。因为这些孔一般也会减小组件的总体 光学效率，因此，相对于一般的现有技术方案，本发明提高了所获 得的光学效率。进一步，获得的触感良好，并且在许多情况下与现 有技术方案相比改善了触感；软的/挠性的/薄的光导层使得压力能 够通过其灵敏的传送，而与此同时，致动件增加的刚性仍在穹顶上 提供了预定的(well-targeted)压力。另一方面，设置在穹顶与刚性 致动件之间的光导板保护穹顶免受过压。
根据本发明一个方面的多功能光导元件能够既节省成本又快 速地制造出针对具体应用的照明元件，由于可以首先制造更通用 的、高度定向的/准直的光线耦合结构，可选择将其储存，之后针对 各种应用将其裁剪(例如，切割成一定大小并可选地进行其他处 理)，其中，例如，将诸如漫射器(diffuser)的针对具体应用的光 学功能元件与该多功能元件结合成为一体。
此外，运用根据本发明一个实施例的改进的辊对辊凸印技术， 这些可以应用于本发明的不同实施例中的挠性的、可能为细长的或 平面的光导方案可以设置有精确凸印的微光学表面浮雕图案，其 中，薄的附加层与更具挠性且更软的初始光导层结合为一体。该附 加层还可以为是或制造成光学功能性的。
在根据本发明的实施例的光导板的上下文中，表述“薄”例如 可以指厚度在约25至约500微米之间，例如100微米。
表述“键区”在本发明的上下文中认为是类似于“键盘”或许 多键(或按钮)的相应装置。
表述“穹顶”在本发明的上下文中除了仅指半球形表面形状外， 也指适于执行键区组件的与压力相关的相应功能的其他表面形状。
本发明的各种实施例在附加的从属权利要求中公开。
附图说明
图1示出了现有技术的光导的一个实例；
图2示出了现有技术的键区组件的一个实例；
图3示出了与现有技术的通过辊对辊凸印制造挠性光导相关的 问题；
图4a示出了根据本发明的键区组件的一个实施例；
图4b示出了根据本发明的键区组件的另一个实施例；
图4c示出了根据本发明的键区组件的再一实施例；
图4d示出的是根据本发明的键区组件的又一实施例；
图4e示出了光导集成穹顶板的一个实施例；
图4f示出了一个实施例，其中，刚性且透明的致动件的至少一 部分与光导板结合成一体；
图5示出了多功能光导板与具体应用的漫射器元件的一个实施 例；
图6a示出了为辊对辊凸印而改进的(cultivated)光导材料特 性的一个实施例；
图6b示出了辊对辊凸印的一个实施例；
图6c示出了辊对辊凸印的另一个实施例；
图7a显示了示出光导板上的表面浮雕结构的基本结构特征的 不同实施例的横截面视图的图示；
图7b显示了示出光导板上的表面浮雕结构的基本结构特征的 不同实施例的横截面视图的又一些图示；
图8示出了用于键区和显示照明的挠性光导板的实施例；
图9a示出了弯曲的光导板的实施例；
图9b示出了弯曲的光导板的另一个实施例；
图10a示出了光导板矩阵的实施例；
图10b示出了可弯曲的光导板的实施例；
图10c示出了多层光导板的实施例；
图10d示出了多层光导板的另一个实施例；
图11a示出了可弯曲的多层光导板的实施例；
图11b示出了折叠光导板的实施例；
图11c示出了光导板的再一个实施例；
图11d示出的是光导板的又一个实施例；
图12a示出了光导板表面浮雕结构的实施例；
图12b示出了具有分离形状的光导板表面浮雕结构的实施例；
图12c示出了具有可选择的界面线(boundary surface line)的 光导板表面浮雕形状的实施例；
图12d示出了包括多个微光学外耦合结构组的光导板的实施 例；
图13a示出了本发明的实施例，其中，光导板设置有两个或更 多个用于指示性和/或装饰性效果的照明等级；
图13b示出了图13a的实施例的一个应用；
图14示出了包括分段照明区域的本发明的实施例；
图15a示出了包括多个照明区域的根据本发明的光导板的实施 例；
图15b示出了图15a的实施例的一个应用；
图16a示出了本发明的一个实施例，其中，手持式设备设置有 活动的装饰性和/或指示性照明效果；
图16b示出了用于产生活动的装饰性和/或指示性照明效果的 光导装置的一个实施例；
图17示出了通过包括在电子设备中的光导板来提供照明效果 的一个实施例；
图18a示出了光导板在构造成用于提供活动的指示性和/或装 饰性照明效果的设备中的应用的一个实施例；
图18b示出了通过光导板和多个光源产生由图18a的实施例提 供的效果的一个实施例；
图19a示出了根据本发明的光导板的一个实施例，其中，不同 的表面浮雕形状朝向不同的光源以提供选择性的外耦合；
图19b示出了包括多个照明区域的光导板的一个实施例；
图20a示出了多层光导板的一个实施例；
图20b示出了“多物一体”(all in one)型集成光导板的一个实 施例。

图4a示出了根据本发明的键区组件的一个实施例。这些键可 以作为组合实体(如键垫)而提供，其中，独立的键结构402可以 包括硬的顶部和刚性的(一体的、集成的或连接的)致动件，该致 动件如从键结构朝向光导板406(以及下面的穹顶板408的穹顶) 轻微凸出的柱塞410，同时，可以提供挠性件404(比如软材料(例 如硅树脂)片或层)以设置相邻键之间所需的预定的、必要的弹性 量，以使键区的使用者可以驱动期望的键402。在该具体实例中， 柱塞410基本上与其周围的挠性件404一样厚或“高度”基本相同， 从而形成如从图4a可以观察到的平的表面。由于光导板406薄并 且优选为挠性的，可以将其构造成连续的而无用于柱塞410的孔， 并将其构造成在穹顶上弯曲(因此其为挠性的和/或弹性的)，即， 在不平坦的处于下面的层(例如像穹顶板408)的顶部上弯曲。
图4b示出了根据本发明的键区组件的另一个实施例。在该具 体实例中，一个或多个键402包括用诸如硅树脂的弹性材料/挠性件 404填充的中空部分，相邻的键结构402之间也设置有诸如硅树脂 的弹性材料/挠性件。可替换地，这些键结构402之间以及这些键 402内部的弹性件404的材料可以不同。与先前的实施例相比，这 些有切口的(carved)键402现在包括刚性的、“平的”致动件，如 柱塞410，该致动件不是基本上从整个键结构402凸出，而是相反 地被键构架内更具有弹性的材料404围绕，从而使施加到键402上 的压力仍可以通过光导板406传递给穹顶板408的穹顶。
图4c示出了根据本发明的键区组件的再一个实施例。这些键 402包括刚性的、平的致动件，如柱塞404，而这一次键结构内致 动件周围的中空空间填充有气体(比如空气)。可以在相邻的键402 之间设置挠性件404。
图4d示出了根据本发明的键区组件的又一实施例。具有刚性 致动件410的这些键402可以例如通过粘合带412直接设置在光导 板408的顶部。
关于所有上面的实施例，穹顶板408可以覆盖在电路板或包括 多个导电接触元件的其他电装置上，或者与电路板或包括多个导电 接触元件的其他电装置结合成一体，每个穹顶板均可能形成电开关 的至少一部分，该电开关可以因相应穹顶的预定变形量而被启动 (例如，断开或闭合)。穹顶可以包括一个或多个导电件或导电区 域，以便与下面的电路板或其他电装置的导电件(多个导电件)配 合，从而使这种开关或某些其他类型的电路发挥作用。使穹顶变形 可以实现的结果(比如通过造成电接触而闭合开关)可能引发执行 诸如移动终端的主机设备中的相应动作。该结果本质上也可能是光 学上的。例如，该动作可以包括在显示器上插入一个参数或执行由 该设备的处理装置控制的其他功能。可替换地或额外地，当松开键 并且穹顶形状恢复成原始状态时，也可以执行该动作。
在图4e的实施例中，穹顶板408与光导板406的底部结合成 一体。例如，可以直接将穹顶板408层压在包括电路的光导板406 上。例如，可以用压印方法将电路制作在光导板表面或光导板反射 体表面上。
图4f示出了这样一个实施例，其中，刚性致动件的至少一部分 形成了光导板的一个部分414。可以将该至少一部分选择为与周围 的光导材料光学地连续，以使光导板中的光传播基本上不受光导板 的其余部分与材料更硬的那部分之间的边界的影响。图4f的实施例 的该方面也可适用于先前的实施例。为了说明的目的，图4f的这些 元件已经被垂直地分离开。
根据本发明的键区组件实施例的穹顶板可以适配/结合在光导 元件上，以便减少键盘或键区中所需的部件的数量。由此，可以将 电触件和/或电路设置在构成光导元件的一个或多个光导层上。可以 采用最新的层压和压印工艺设置这些电触件和电路。例如，可以采 用辊对辊工艺。另外，光学表面浮雕结构可以适配/结合在键区或键 盘部件上，或者可以将其层压在印刷电路板的顶部。按钮和键可以 漫射准直光以用于更大的照明角度。
图5中示出了根据本发明的集成光导装置的又一实施例。可以 制作多功能光导板520并将其切割成针对具体应用506的尺寸。尽 管图5中只示出了矩形形状的520、506，板520和/或切割元件506 根据每个具体应用也可以具有其他形状，例如，椭圆形、圆形或三 角形。例如，所得到的光导元件506可以包括准直/定向微光学表面 浮雕结构，例如闪耀光栅单元/像素(图5中的小圆圈)的点阵。额 外地或可替换地，也可采用其他微光学形状。这些微光学结构也可 以在表面区域上进行光学调整。随后，通过在多功能光导元件506 的顶部设置针对具体应用的光学元件512，则可以获得期望的、针 对具体应用的照明效果。元件512可以包括如光漫射功能的光学功 能，以便实现均匀的照明。例如，元件512可实现为键垫或至少部 分键垫。如前所述，元件512还可以形成键区组件的一部分。元件 512可以包括多个至少功能上分离的部分514、516，这些部分构造 成按多种预定的方式(外)耦合光。
图6a公开了光导板成批材料606的一个实施例，对该成批材 料进行剪裁以用于其上的微光学结构的辊对辊凸印。即，主成批材 料606(如挠性的且光学上基本透明的层)设置有可能比更软且更 具挠性的(顶部)主材料层606硬且具刚性的附加(底部)层606b。 包括例如PMMA、PC、PET、或更硬的TPU的附加层606b优选地 比更软的主层606薄，主层包括例如像TPU(垫塑性聚氨酯)的弹 性体。例如，附加层606b可以包括诸如微光学结构或反射体的功 能元件。附加层606b可以设置在层606的一侧，从而在辊对辊凸 印过程中在该附加层上复制微光学表面浮雕图案，或者可以将附加 层设置在相对侧上。可替换地，层606的两侧都可以设置有相同或 不同的附加层606b，在图6a中第二附加层由虚线表示。附加层606b 还可以具有预定的颜色和/或折射率，可选地，附加层的预定颜色和 /或折射率可与主层606的不同。联合挤压的(co-extruded)附加层 606b优选在辊对辊凸印过程中使复制阶段稳定，从而可以避免或至 少减小光导板的伸长，并且光导板的输出速度保持的更为恒定，并 更接近关于所应用的辊子的输入速度。层606、606b可以是层压的。
在利用连续辊轧(辊对辊)复制制造(超)薄光导板的过程的 实施例中，见图6b，成批材料616从辊子610移动到辊子612。采 用该快速、经济有效的制造方法，可以用表面浮雕复制器614(比 如具有光学表面浮雕结构的镀镍小轧辊(cylinder)、鼓状物(drum)、 辊子(roll))来对成批材料616进行复制。如图3，复制器614可 以包括给材料616施加明显变化的压力的部分(例如由于辊子的缺 失区段)，或者压力可以保持更加恒定。在图6b的实施例中，一个 或两个附加层606b可以在进行该过程之前就已经与层606结合在 一起，从而形成成批材料616。
图6c示出了利用连续辊轧复制制造(超)薄光导板的过程的 另一个实施例。材料606配置为从辊子610移动到辊子612。在该 制造方法中，附加层606b可以通过辊子618层压在材料606的表 面。可以配置随后的一对辊子622以在组合材料606、606b的任意 一侧凸印期望的表面浮雕图案(在图6c示出的情形中，实际进行 凸印的是下面的辊子)。可替换地，辊子624可以基本上在层压过 程的同时为层606b提供表面浮雕图案。可以采用额外的预热装置 620以获得更好的层压质量。
本发明的辊对辊实施例优选地提供快速的生产率并具有高光 学产品质量。
用于制造微光学表面浮雕形状的其他合适的方法可以包括连 续或分离铸造法(UV或热固化)、模压法、连续或分离凸印(比如 硬凸印、软凸印和UV凸印)，以及其他方法。也可以使用熔膜。 尽管可以使用许多制造方法，但是某些方法可能特别适合于制造具 体的实施例。例如，最好通过辊对辊UV凸印或熔膜方法制造闪耀 式结构轮廓，以便实现精确且高质量的复制。不同种类的图形和掩 膜可以压印或层压在光导层上，可选地，包括电触件和电路。这在 某些情况下是关键的成本问题。
表面浮雕结构形成后，可以通过激光、冲切和/或其他方法直接 将光导层从辊子或膜上切割成优选的形状。而且，在切割过程中也 可以制造光学特征。这种光学特征具体包括窄的边界线，这些边界 线可以将光线反射或导向优选区域，或者指引/漫射光导板第一部分 中的光线。可以用非常短的单位时间和成本在辊对辊过程中完成该 切割过程。获得的光导板可以为如上文所述的多功能光导板。
本领域的技术人员将理解以上的制造方法也可以视需要以适 合应用的方式来改善和修改。
图7a和7b显示了示出微光学表面浮雕结构的基本结构特征的 不同实施例的横截面视图的图示。这些形状(倾斜的、正弦的、三 角形的，等等)只代表了基本结构元件可能具有的横截面形状的几 个实例。根据本发明的实施例的任何光导板的表面浮雕结构的任何 区域中都可以包括这些形状中的一个或多个。为了使这些特征便于 理解，这些特征在几个分离的组中示出。从此处的论述明显可见的 是，表面浮雕结构可以根据实际情况设置在光导层上的任何地方。
光导板总体上可以包括一个以上的光导层。如果照明元件包括 一个以上的光导层，这些光导层可以具有相同的横截面积。替换地， 这些光导层可以具有不同的横截面积。光导元件上的光导层的数量 可以不同。单个光导层的厚度可以为约0.01mm到约0.4mm。光导 元件的厚度可以与光源的高度相同。
整个光导元件可为平面的。一个或多个光导元件的至少一部分 优选地为挠性的和/或可弯曲的。弯曲可为永久性的，或者光导元件 可在使用中(即在给该光导元件施力时)弯曲。光导板为挠性的， 这意味着光线仍可以穿透光导板并且在曲线的或弯曲的任一侧从 光导板外耦合出。如果光导元件包括一个以上的光导层，则一个或 多个光导层可为可弯曲的和/或挠性的。当光导元件的至少一部分弯 曲时，弯曲的角度一般不超过全反射角。
如果光导元件包括一个以上的光导层，则可以在叠置的两个光 导层之间的任何区域的至少一部分上设置一个或多个膜。可以在光 导层之间设置多种不同的膜。例如，膜可以包括反射膜、漫射膜、 棱镜膜(prismatic film)和增亮膜中的一种或多种，以便形成不同 的照明性能。
一般地，至少一个光源产生传入光导元件的光线。光源可包括 LED或其他合适的光源。光线内耦合到光导元件中。光源可以直接 连接至光导元件并将光线直接引入光导元件。可替换地，照明元件 可以设置一个或多个内耦合结构。内耦合结构可包括光楔(wedge) (光楔的顶部表面和底部表面中的至少一个包括镜面反射体)、椭 圆形光管、聚焦透镜和/或一束分开的(split)光纤。光源和内耦合 结构可为整体结构。在光导元件包括多个光导层的情况下，内耦合 在各层之间可变化。内耦合结构的某些实施例可以包括具有或不具 有发散透镜的倾斜的、闪耀的或径向二元光栅结构。
本发明可提供优于已知光导结构的显著优势，特别是在提供薄 的并且挠性的结构方面。例如，超薄光导板需要较小的空间。这可 能是非常重要的因素，特别是在手持式产品中，如移动终端、手腕 电脑、PDA、手表，在其他显示器、键区、控制台和照明方案中也 是非常重要的因素。
根据本发明的薄的、挠性的光导板的这些实施例(其中，光导 板可以是弯曲的)可以允许制造有趣的应用，比如将在下文中评述 的挠性的和/或弯曲的显示器、挠性电话、蛤壳移动终端(“翻盖式 电话”)。例如，本发明的包括多个光导层的实施例在各个层中提供 容易地控制光内耦合/外耦合的能力以及其他光学性能。两个或更多 个光导层可以堆叠在其他光导层的顶部。在这些层之间可以使用反 射体和/或膜。
光可与层厚成比例地内耦合到光导层中。由此，较薄的厚度一 般内耦合较少的光线，而较厚的厚度一般内耦合较多的光线。这可 以提供非常简单的控制光内耦合的方法，并且还可以使光线分布到 不同的光导层。该原理适合于双背后照明(dual backlights)、具有 键区照明的背后照明、具有键区照明的双背后照明，以及其他结构。
光导板的整体厚度可与LED的高度相同。例如，根据一个实 施例，LED具有约0.8mm的高度。
本发明可包括集中式光源布置。这一般需要较少的光源(例如 LED)、较少的组装成本和较小的空间。包括多层光导层的本发明 的实施例可以使用仅设置于光导叠层一个边缘上的光源。所有光导 层都可将光线传播到恰当的区域以被照亮。
本发明的实施例可就光导板的尺寸和光源的数量提供实际的 可变性。这可提供更大的灵活性以在不同的应用中使用相同的光导 板设计。光导板设计可以形成为特定的尺寸并具有位于第一(光线 内耦合)部分中的特有光学漫射结构或光指引结构，该第一部分位 于光源附近且不依赖于精确的光源(例如LED)布置。这种光学设 计能够允许使用不同数量的光源，并在相同的边缘上具有最少的光 源和最多的光源。这能允许获得具有相同的均匀性性能的更高或更 低的亮度。另外，可将同一光导板设计切割成不同的尺寸以获得相 同的均匀性性能。
本发明的一些实施例可提供单层厚度为约0.4至约0.01mm的 超薄光导(膜状)解决方案。本发明的实施例可包括具有单层和多 层的光导板解决方案。所有层都可以具有可形成在表面上以便获得 不同的光学功能的表面浮雕结构。这些光学结构可为具有不同的轮 廓(例如二元的、倾斜的、闪耀的以及正弦的等)并形成不同光线 外耦合组或分组的衍射和/或折射结构。
根据本发明的某些实施例的多层光导元件可以具有可与光源 的高度相匹配的厚度。例如，如果光源包括一个LED，该LED可 能具有约0.8mm的高度，光导元件可以包括多个光导层和设置在这 些层之间的反射体，该光导元件可具有约0.8mm的高度。可以通过 改变光导层的厚度来控制光内耦合和亮度。例如，来自光源的光可 以与层厚成比例地内耦合到光导层中。由此，较薄的厚度＝较少的 光内耦合和较低的亮度，而较厚的厚度＝较多的光内耦合和较高的 亮度。这是控制光线内耦合并使光线分布到不同的光导层，同时使 各个光导层实现受控的和期望的亮度的非常简单的方式。
薄光导板的光学结构(或表面浮雕结构)一般需要高的和增加 的调制度以获得均匀的光外耦合分布或亮度。光学基本结构一般必 须为非常精细(fine)，例如高度约小于约10微米或更小，而一个 横向尺寸约为10微米或更小，以便获得期望的调制度。这使得可 能形成小的分离的外耦合结构组并更精确地控制光导层上的外耦 合结构的比例。优选地，在薄光导层中，光学结构设置在小的分离 的外耦合结构组中，其中，在靠近至少一个光源的光导层的一个区 域内，这些外耦合结构组包括光导层的这个区域的约10％或更小。 在该区域中，小的分离的外耦合结构组之间的最大距离为300微米 或更小。该区域可能是光导结构设计中最重要的部分，因为内耦合 的光的强度可以为最大强度的50％或更多。基于较大和较高的光学 零件(optical detail)的传统的微结构方案一般难于在薄的光导板中 获得均匀的亮度。
根据本发明的光导元件的实施例可为挠性的。在某些实施例 中，并不是光导元件的所有部分或层都是挠性的。包括挠性光导元 件的本发明的实施例可弯曲成期望的形状。这种实施例可以为挠性 的并且弯曲(弯曲)为优选的形状，仍然基本满足了全反射理论并 且不超过全反射角。
薄光导板可帮助防止光泄漏，因为光束一般在较厚的光导板中 碰撞(hit)光学结构次数更多。全部光线都能够更有效地外耦合， 从而使光导板端部处的光泄漏更少。
超薄光导板可以作为具有或不具有其他光学膜(反射膜、漫射 膜、增亮膜)的单层来使用。薄的光导层可以具有精细的光学结构， 这些光学结构在层的一侧或在两侧上。
为了只使用一个光导层，传统的LED可适用于具有协助将光 内耦合到薄光导层中的特定光学部件或适配器的光导层。例如，与 厚度约为0.2mm的光导层相比，LED的高度可为0.8mm。例如， 该LED光学部件或适配器可为在顶部和底部具有镜面反射体的光 楔型解决方案。其他可使用的内耦合结构可包括薄椭圆形光管、聚 焦透镜或一束分开的光纤。而且，具有电路的LED可嵌入模制 (in-molded)到该适配器中。这可以更容易地操作这些LED。该适 配器可包括卡扣(snap)结构以便容易地将其连接到光导层。该适 配器可由刚性或者挠性的光学材料制成。形成适配器的制作方法例 如可为铸造或喷射模塑法。光线内耦合可以利用底部或顶部表面上 的特定光栅结构来完成。例如，可使用具有或不具有发散透镜的斜 的、闪耀的或径向二元光栅结构。
超薄光导元件可以构造为具有两个或更多个层。这些光导层可 形成例如双背后照明方案、背后照明和键区照明方案、双背后照明 和键区照明方案。对于双背后照明方案，光导层之间只需要一个反 射膜。这可以削减成本并使封装体更薄且更易于操作和组装。在包 括两个层的方案中，光学外耦合结构可沿光导方案的中心线(光导 层的内表面)设置，因为大部分的内耦合光可以沿该中心线传播。 即，大多数光可以大入射角传播。
可设置一个或多个光源以提供被引入光导元件的光。根据某些 实施例，所有光源都可设置在光导元件的一个边缘上以使光内耦合 到光导层中。该集中式的光源布置可减少所需光源的数量并且不需 要光源多个组件。这会对整体成本缩减产生直接影响。
一个应用为背后照明和键区组合，其中，可在光导叠层的边缘 使用集中式的LED布置。同一些LED可提供背后照明和键区照明。 在传统的方案中，背后照明和键区照明必须使用单独的LED。
图8公开了包括一个或多个层的光导板的一个实施例。该光导 板配置为分别通过部分802和804为显示器和键区提供照明。光导 板优选为基本连续的(即没有较大的孔)并且为挠性的，以提供优 于现有技术方案的改善的触感。该方案可使用诸如LED的一个或 多个光源806，并且可同时实现显示器和键区的照明。
光导层的光学结构可设计为具有关于其尺寸以及其结合的光 源数量的变化能力。在光导结构的某一部分(光线内耦合部分)的 光学光导板设计可以以这样的方式进行优化，即，来自点光源(比 如LED)的光可以不同的锥角漫射或部分地以相同的角度定向，以 便在第一部分获得更均匀和/或定向的光分布。光导板的光学设计不 依赖于精确的光源布置。这种类型的光学设计允许使用不同数量的 光源，并且在相同的边缘具有最少的光源和最多的光源，以便实现 具有相同均匀性性能的更高和更低的亮度。这种类型的光学表面浮 雕结构可以设置在具有衍射或折射凹槽的、光导层的第一部分的顶 部表面和底部表面。
部分地回到图5的实施例，外耦合结构可以这样的方式进行优 化，即允许切割进而使用具有不同尺寸的相同的光导板基本设计， 以便获得相同的均匀性性能。这可以使光导方案关于多个不同方案 和应用更具可变性和灵活性，而不需要设计很多可能只是所需的亮 度和尺寸稍稍不同的光导元件。
根据本发明一个实施例的(超)薄光导层可用于键区照明，该 (超)薄光导层具有约50至约200微米的厚度，其在保留喀哒效 果(即良好的触感)的同时提供良好的挠性和触摸(touch sensitive) 性能。因此，可以使用不具有任何用于键和按钮的孔的光导层。这 使得光管理容易，从而获得均匀的键区照明。而且由于光可以更有 效地外耦合，所以需要更少的LED件。该光导层可以设置在按钮 与穹顶板之间，并且其比传统的光导板需要的空间小的多。
图9a示出了弯曲超薄光导元件906的一个实施例，该超薄光 导元件的至少用于光外耦合的一侧包括光学表面浮雕结构(图中的 锯齿状图案，光线用箭头表示)。(超)薄光导的该实施例可以为挠 性的并弯曲成优选的形状，以便基本上仍能满足全反射理论。该超 薄光导方案可使用优派(top view)LED 908。
图9b示出了双弯曲超薄光导元件910的实施例，该双弯曲超 薄光导元件的至少用于光外耦合的一侧具有光学表面浮雕结构。该 超薄光导板可为挠性的并弯曲成优选形状，以满足全反射理论，并 且该超薄光导板不会超过全反射角。该超薄光导方案可包括例如采 用优派LED 912的两个光内耦合表面。
图10a示出了配置成形成照明矩阵的一部分的超薄挠性光导元 件1006的实施例。该矩阵可包括若干个光导模块以便在至少一个 方向上形成更大的活动照明区域。该应用还可以为用于平板显示器 (如LCD TV)的合适的背后照明方案。该方案可包括作为光源的 优派LED。当然，正如光导元件可以可替换地设置一样，也可以使 用和/或可替换地设置其他光源。
图10b示出了根据本发明的挠性超薄光导元件1008的实施例， 在光导板的用于光外耦合的至少两个不同的表面上具有两个独立 的光学表面浮雕结构。该薄光导板为挠性的并可弯成期望的形状。 典型地，实施该弯曲以满足全反射理论并不超过全反射角。该超薄 光导方案的实施例可以采用例如优派LED。
图10c示出了多层光导元件叠层1010的实施例，该光导元件 基于两个光导层，且每个层在一侧(用于光外耦合的整个表面)具 有光学表面浮雕结构。该光导方案可具有一般约0.4至约0.8mm的 基本平均的厚度，且LED的高度与该厚度相同。
图10d示出了多层光导元件叠层1012的另一个实施例，该光 导元件叠层中包括两个光导层，每个层的用于光外耦合的那一侧 (朝向另一个层的侧面)的整个表面上具有光学表面浮雕结构。该 光导方案可以具有一般约0.4至约0.8mm的基本平均的厚度，且 LED的高度与该厚度相同。
而且，基于两个光导层、且在每个层的两个侧面的可选地用于 光外耦合的整个表面上均具有光学表面浮雕结构的构造也是可行 的。可选地，可以在光导层之间设置诸如反射膜的功能元件。
图11a示出了包括挠性多层双光导元件叠层1106的实施例，该 光导元件叠层具有两个光导层，在每一层的用于光外耦合的那一侧 的至少一部分具有光学表面浮雕结构。可在光导层之间设置反射 膜。该光导方案为挠性的并可弯成优选的形状以便满足全反射理 论。可以通过改变光导层的厚度来控制光内耦合和亮度，其中，更 厚的厚度一般等同于更多的光线，而更薄的厚度一般等同于更少的 光线。该光导方案可适用于双显示器背后照明，如用在蛤壳移动终 端或翻盖式电话中，并且该光导方案可具有一般约0.4至约0.8mm 的基本均匀的厚度，且LED具有约与该厚度相同的高度。
图11b示出了包括多层光导元件叠层1108的实施例，该光导 元件叠层基于一个光导层，在该光导层的用于光外耦合的一侧具有 光学表面浮雕结构。可将光导层折叠以便形成完整的光导叠层。如 从图中可以看到的，包括表面浮雕结构的表面因而可以与自身接 触。这说明了本发明如何能够仅用一个光导层提供多层光导元件。 该光导方案可防止光导板端部的光泄漏。厚度一般约0.2至约 0.8mm，且LED的高度与该厚度相同。在另一个实施例中，在光导 层之间可设置诸如反射体的功能元件。
图11c示出了一种超薄光导板的实施例，该超薄光导板在至少 一侧的整个表面具有不同的光学表面浮雕结构，以便获得不同的光 特性，比如光定向或准直、发散、偏振(polarizing)以及其他特性。 可将光导层折叠以便形成完整的光导叠层。该方案在一个封装体中 提供了更多的性能。
图11d示出了一种超薄光导元件的实施例，该超薄光导元件在 至少一侧的整个表面上具有不同的光学表面浮雕结构，以便获得不 同的光性能，比如光定向或准直、发散、偏振以及其他特性。可将 光导层折叠以便形成完整的光导叠层。该方案可在一个封装体中提 供更多的性能。
图12a示出了一种光导结构的实施例，该光导结构可应用于例 如远离光源的光导元件的区域中。如该示范性实施例所示出的，表 面浮雕可包括基本的结构特征，比如设置在具有不同尺寸、形状、 方向、构造的不同组中的凹槽和/或凹入部。表面浮雕的特性也可以 不同。由此，除了其他特性，填充因素、形状、尺寸、轮廓、横截 面和/或方向可以不同。这些组可以或可以不以重复的图案设置。各 个组实际上可以具有任何期望的形状，如规则或不规则的多边形的 形状。例如，这些组可以为矩形、三角形、正方形、梯形或任何其 他形状。在各个分组内、各个组内以及/或在整个结构的凹槽和/或 凹入部的布置可以不同。可以改变凹槽的特征及其布置以改变结构 的内耦合和/或外耦合特性。例如，布置可以使衍射效率最大化。该 布置也可以使衍射效率成为位置(1ocation)的函数。在所示出的实 施例中，表面浮雕结构设置在数个组1202中。例如，各个组均包 括多个分组1204，每个分组均包括基本结构特征，这些基本结构特 征的高度约为10微米或更小，而每个横向尺寸约为10微米或更小。 各个组和分组也可具有其他的构造。
图12b示出了例如可用于键区照明的光导层的实施例，其具有 形成均匀且分离的照明区域的分离的精细光学表面浮雕结构。这种 区域也可以形成可以被照亮的符号或其他形状，以便通过光导板来 指示例如主机设备的期望的状态信息。
图12c示出了例如用于键区照明的光导层的实施例，其具有精 细的光学表面浮雕结构，且可选择的具有通过切割工艺产生的短边 界线1206，这些短边界线可以将光线反射或指引到照明区域。
图12d示出了关于优选为薄光导层的实施例的一部分，其中， 表面浮雕结构的不同的基本结构特征形成小的分离的外耦合结构 组1208，其中，各个表面浮雕结构的数量、布置以及/或尺寸、以 及/或这些表面浮雕结构的结构特征的高度和/或横向尺寸是变化 的，从而为内耦合到光导元件中的光提供期望的外耦合调制度。
例如，以上不同光导板构造的实施例可以应用于以下的功能 性、指示性以及/或装饰性的应用。
在图13a和13b的实施例中示出了一种光导1306，其具有用于 诸如标识、字、图形的指示性或装饰性效果的两个或更多个照明等 级。例如LED的光源用1308示出。不同的照明等级设计成具有例 如闪耀和二元光栅的微光学表面浮雕结构1302、1304。例如，可将 具有更低或更高亮度(基本上为不同照明等级(注意，图13b中， 较亮的“Modilis”文字被具有明显较低的照明等级的区域围绕)) 的光导板背景照明用于指示性或装饰性图形。合适的应用包括例如 用于移动终端、PDA、手腕电脑、手表、膝上型电脑、汽车工业的 各种产品等的标识。
图14公开了单一光导板的一个实施例，该光导板具有两个或 更多个分段照明区域1402、1404，并且每个照明区域均具有单独的 LED 1402b、1404b以及分离的照明图案。各个LED(颜色)只照 亮具有分离图案的优选的分离区域。例如，分段区域通过冲切或激 光切割的线而形成，构造这些线以阻挡光线并避免颜色混合。
图15a和15b示出了单一光导板的一个实施例，该光导板具有 若干分段照明区域1502、1504、1506和1508，每个照明区域均具 有独立的LED，该单光导板构造成通过这些LEDs和光导板光学结 构的交互作用来提供活动的指示性照明效果。指示性照明图形可以 利用分离的表面浮雕微光学结构而形成和/或利用掩膜层的辅助而 形成。图15b中具体示出了具有活动的指示性照明(注意可以独立 地照亮的这些符号)的手持式设备的示例。
图16a和16b示出了手持式设备的实施例，这些设备的活动的 装饰性和/或指示性照明效果通过适合的单一光导板提供，该光导板 能够通过微光学表面结构和/或掩膜层产生分离形成的照明图案。可 以通过LED和分段光导板光学结构的交互作动来单独地控制指示 性和装饰性效果。如图16a的实例中所示出的以及上文中所描述的， 该光导板可以是可弯曲的。装饰性照明效果可以采用两种或更多种 LED颜色，以便在照明区域上提供可活动性改变的颜色变化，如幻 灯颜色(sliding colors)和亮度变化。例如，可以通过减低亮度和 增加亮度并借助LED和光导板光学结构的交互作用来提供这些效 果。在图16b的实例中，提供了一个区段1602，该区段包括一个 LED 1602b和用于产生表示文字“Modilis”的活动形状的微光学表 面浮雕图案和/或掩膜。构造包括两个不同的LED 1604b的另一个 区段1604以提供适合的颜色混合。这些区段通过分隔线或狭缝1606 而形成。
图17示出了一个实施例，其中，手持式设备的活动的装饰性 和/或指示性照明效果通过适当的单一光导板而获得。键区照明通 过连续或分离的微光学图案而提供，而边缘照明1702通过来自光 导板的光泄漏实现。
图18a和18b公开了光导板应用的另外的实施例，例如，在具 有活动的指示性和/或装饰性照明效果的手持式设备中的应用。可选 择地借助掩膜层，单一光导板可适用于产生分离形成的照明图案。 活动的指示性或装饰性照明效果采用至少两个LED及相关的颜色， 以便例如通过减低亮度或增加亮度并借助LED和光导板光学结构 的交互作用而在照明区域上提供可活动性改变的颜色变化，比如幻 灯颜色、渐进式颜色混合以及亮度变化。该装置的顶盖例如可以由 半镜面(PVD涂层)制成。具有至少两个带有不同颜色的LED 1802、 1804的光导板的适用性的各种实例包括状态指示，该状态指示指示 出目前的电池电量、音量、温度、呼入电话和信息、连接强度等。 例如，这些光导板可以设置成矩形或不规则的形状。
图19a示出了单一光导板的一个实施例，该单一光导板具有用 于活动的指示性和/或装饰性照明效果的、至少两个光方向选择性微 光学表面浮雕图案(比如闪耀的或倾斜的轮廓)1902a、1904a，以 便依靠内耦合光的方向和外耦合图案、通过LED 1902、1904分别 与光导板光学结构的交互作用而独立地使用。另外，该光内耦合和 外耦合方案适用于颜色混合，以便获得不同的颜色或者调整照明的 白平衡。
图19b示出了一个实施例，其中，单一光导板包括主要的多色 照明区域1906，该区域的边缘设置有RGB LED 1908，且该区域包 括与设置在下面的绿色和红色LED 1910相关的两个不同的照明区 段，以便用恒定的指示颜色来照亮优选的区段。该主要的照明区域 包括用于光外耦合的微光学表面浮雕图案以及具有无任何图案的 平表面的分离区段。
图20a示出了多层、双光导板的一个实施例，其具有用于通过 LED和光导板光学结构的交互作用实现分离的指示性和/或装饰性 照明效果的诸如多颜色LED的多个单独的LED 2002。独立地活动 照明通过优选地在双光导层之间具有至少一个掩蔽层的双光导层 实现，以避免非优选的照明和光泄漏。
图20b示出了单一光导板的一个实施例，该单一光导板包括多 功能照明和用于指示性、装饰性、闪光、显示光(display light)、 光学数据传输2006(对于发送器为内耦合而对于接收器为外耦合) 的光学结构。因此，一个例如平面的光导板可以针对每种功能而具 有不同的光学表面浮雕图案2004，例如，具有低成本制造效益的集 成方案(“多物一体”)。
如本领域的技术人员理解的，本发明的各种实施例可以如所期 望的灵活地更改和组合。例如，本发明的键区组件中可以采用不同 的光导板布置，在这种情况中，所建议的、具有相关的两层或三层 光导板结构的改进的辊对辊凸印也可以用于制造光导板。因此，光 导板可以构造为多功能形式，并因此与另外的、针对具体应用的光 学功能层(例如键区组件的键垫)相结合。
本发明的范围由所附的权利要求及其等同物共同确定。本领域 的技术人员还将理解，明确公开的实施例只是用于说明目的而构 造，并且本发明的范围将覆盖更好地适合本发明的各种具体使用情 况的进一步的实施例、实施例组合以及等同物。