具有带有优化几何结构的元件的用于指引光束的光学屏幕
专利汇可以提供具有带有优化几何结构的元件的用于指引光束的光学屏幕专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于指引光束的光学屏幕，其包括具有特别用于光束(30)的进入的第一表面(13)和特别用于光束(30)的发射的第二表面(12)，基底(11)的表面(12、13)中的至少一个具有多个突起(14)，该突起沿着垂直于基底(11)的方向延伸，且其特征在于突起(14)由围绕轴(A)的旋转体组成，旋转体的 母线 由具有面向突起(14)内部的凹度的至少一个第一曲线区段(16)定义。，下面是具有带有优化几何结构的元件的用于指引光束的光学屏幕专利的具体信息内容。
1.一种用于指引光束的光学屏幕(10)，包括基底(11)，基底(11)具有特别用于光束(30)进入的第一表面(13)和特别用于光束(30)发射的第二表面(12)，基底(11)的所述表面(12、13)中的至少一个具有多个突起(14)，所述突起(14)沿着垂直于所述基底(11)的方向延伸，其特征在于所述突起(14)由围绕轴(A)的旋转体组成，所述突起(14)的母线由具有面向所述突起(14)内部的凹度的至少一个第一曲线区段(16)定义。
2.如权利要求1所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第一曲线区段(16)在每个点处具有在从相关突起(14)的高度(h)的0.1倍至100倍的范围变化的曲率半径(R2)。
3.如权利要求1或2所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述突起(14)的所述母线包括至少一个第二曲线区段(15、15′)。
4.如权利要求3所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第二曲线区段(15)具有面向所述突起(14)的外部的凹度。
5.如权利要求3所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第二曲线部分(15)与所述基底(11)相应地终止且所述第一曲线区段(16)与所述旋转轴(A)相应地起始。
6.如权利要求4或5所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第二曲线区段(15)在每个点上具有在从相关突起(14)的所述高度(h)的0.1倍至500倍的范围变化、且优选地在从所述高度(h)的0.5倍至50倍的范围变化的曲率半径(R1)。
7.如权利要求4至6中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第一曲线区段(16)在每个点上具有在从相关突起(14)的所述高度(h)的0.5倍至10倍的范围变化的曲率半径(R2)。
8.如权利要求4至7中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于，在所述突起(14)的轮廓和由所述基底(11)定义的平面之间的交叉点(19)处，所述突起的所述轮廓的切线和所述平面形成在从20°至60°的范围变化、且优选地在从35°至45°的范围变化的角(θ)。
9.如权利要求3所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第二曲线区段(15′)具有面向所述突起(14)的内部的凹度，具有小于或等于所述第一曲线区段(16)的曲率半径(R2)的曲率半径(R1)。
10.如权利要求9所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第二曲线区段(15′)与所述旋转轴(A)相应地起始。
11.如权利要求1、2、9或10所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述突起(14)的所述母线包括直线(24)。
12.如权利要求9所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述直线(24)与所述基底(11)相应地终止。
13.如权利要求9至12中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第一曲线区段(16)在每个点处具有在从相关突起(14)的所述高度(h)的1倍至10倍的范围变化的曲率半径(R2)。
14.权利要求9至13中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第二曲线区段(15′)在每个点处具有在从相关突起(14)的所述高度(h)的0倍至10倍的范围变化的曲率半径(R1)。
15.如权利要求9至14中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕，其特征在于，在所述突起(14)的轮廓与由所述基底(11)定义的平面之间的交叉点(19)处，所述突起(14)的所述轮廓的切线和所述平面形成在从30°至80°的范围变化、且优选地在从40°至60°的范围变化的角(θ)。
16.如权利要求9至15中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于对着所述第二曲线区段(15′)的弦和所述旋转轴(A)形成在从75°至90°的范围变化的角(γ)。
17.如权利要求9至16中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于对着所述第一曲线区段(16)的弦和所述直线区段(24)与由所述基底(11)定义的基面形成在从35°至75°的范围变化、且优选地在从45°至55°的范围变化的角(β)。
18.如前述权利要求中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述曲线区段(15、16；15′、16)包括由大于或等于二次的多项式定义的一个或多个曲线区段。
19.如权利要求3至18中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第一和第二曲线区段(15、16；15′、16)在具有公切线的点(17)处相接。
20.如权利要求3至18中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述第一和第二曲线区段(15、16；15′、16)在尖点(17)处相接。
21.如前述权利要求中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于旋转轴(A)和对着所述母线的所述区段(15、16；15′、16、24)的极弦形成在从40°至80°的值范围变化的角(α)。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述突起(14)包括顶点(18)，在顶点(18)处，与所述顶点(18)相应的所述突起(14)的轮廓的切线(22)与所述旋转轴(A)形成在40°至90°范围内的角(χ)。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述突起(14)被布置为形成具有六角形单元的矩阵。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)，其特征在于所述突起(14)的基圆半径r在0.1mm至5mm、且优选地0.5mm至2mm的范围内。
25.一种照明体，其包括至少一个光源(20)，所述光源(20)面向如前述权利要求中的任一项所述的用于指引光束的光学屏幕(10)。
26.如权利要求25所述的照明体，其特征在于所述光源(20)包括与用于光束(30)的进入的所述表面(13)相应地布置的一层或多层有机电致发光材料。
27.如权利要求25所述的照明体，其特征在于所述光源(20)是白炽光源。
28.如权利要求25所述的照明体，其特征在于所述光源(20)是气体放电光源。
技术领域
本发明涉及一种用于指引光束的光学屏幕，所述光学屏幕具有带有优化几何结构的表面。
背景技术
这些屏幕被广泛地用于适当地修改由具有宽发射锥的源产生的光强的角分布。
特别地，这些屏幕目前被广泛地应用于基于白炽光源的使用的照明装置领域以及基于气体放电源的那些照明装置的领域。
它们一般适合用于要求有能够收集从一个或多个源发射的光并将其重新分布的光学系统的所有照明装置。
在这种情况下，用于指引光束的光学屏幕被广泛地应用于以照亮包含视频终端的工作环境或区域为目的的装置，其需要亮度值，以由现行规章规定的预定义人机控制视力标准为基础，对于高于极限角的发射角而言，该亮度值低于预定阈值。
一般从由例如热塑塑料或玻璃材料组成的透明基底开始制造用于使光束准直的已知光学屏幕。
为了使来自光源的光束改变方向，以便其以某一范围内的发射角从照明体发射出，在光束的发射表面上提供此基底，其具有多个突起，一般为圆锥或金字塔形状，均匀地分布在整个表面上。
遗憾的是，作为光束偏离的副作用，已知屏幕可能在这些射束的一部分被突起本身反射时导致照明体发射的总光流量的显著下降。
发明内容
本发明的另一目的是构思一种光学屏幕，其允许使发射的光速在宽角范围内校准(collimate)，还保证以大角度发射的辐射量的减少，由此基本上消除不期望的眩目效果。
通过提供如权利要求1所指定的用于指引光束的光学屏幕来实现根据本发明的这些及其它目标。根据本发明的光学屏幕的其它特性是从属权利要求的对象。
附图说明
参照随附示意图，通过以下说明性且非限制性说明，根据本发明的用于指引光束的光学屏幕的特性和优点将更加明显，在附图中：
图1是根据本发明的光学屏幕的剖面图；
图2是根据本发明的第一实施例的在光学屏幕上存在的突起的示意图；
图3是图2的突起的示意图，其说明性地表示沿着允许光束折射的入射角范围的其截面轮廓的变化；
图4是根据本发明的第二实施例的在光学屏幕上存在的突起的示意图；
图5a是根据本发明的从光学屏幕表面显现出的突起的上方的透视图；
图5b是具有图5a所示的突起的屏幕的提高侧视图；
图6是在已知技术的光学屏幕的圆锥突起中光束反射的示意性表示；
图7是根据图2的突起中的光束反射的示意性表示；
图8是分别比较从被相同源照亮的已知技术的光学屏幕和根据本发明的光学屏幕发射的光强的角分布曲线的图表，
图9是应用于OLED器件的根据本发明的光学屏幕的提高侧视图；
图10是相对于发射角将从位于平面玻璃基底上的OLED器件发出的光强值与从位于根据本发明的光学屏幕上的相同OLED器件发出的光强值相比较的图表。
具体实施方式
此屏幕10包括由透明材料制成的基底11，具有用于光束进入的第一表面13，其与光源20相对，以及用于光束发射的第二表面12。
特别地，第一表面13可以是平坦的，或者其优选地具有突起矩阵，该突起具有根据蛾眼方案布置的纳米尺寸，这为其提供透射几乎所有入射射束的特性，包括以大入射角透射的射束。
根据本发明，第二表面12提供有多个轴对称突起14，其沿着垂直于基底11的平面的方向变窄。
这些突起14由旋转体组成，该旋转体的母线由至少第一曲线区段16定义。
特别地，此第一曲线区段16具有面对旋转体14的内部的凹度。
根据图2所示的本发明的第一优选实施例，旋转体14的母线的第一曲线区段16具有属于各旋转轴A的原点。此外，此母线包括至少第二曲线区段15，标记为相对于第一曲线区段16具有相反的凹度，因此形成旋转体14的基本为铃状的轮廓。
因此，此第二曲线区段15具有面对旋转体14的外部的凹度，且优选地具有与和基底11的基面的交叉点相对应的末端。
在图4所示的本发明的第二优选实施例中，除第一曲线区段16之外，旋转体14的母线还包括至少第二曲线区段15′，其也具有面对旋转体的内部的曲率，但曲率半径Ri小于或等于第一区段16的曲率半径R2。
此第二曲线区段15′优选地与旋转轴A相应地起始。
除第二曲线区段15、15′之外或替换地，所有母线可以包括插在曲线区段16、15、15′之间或与和基底11的基面的交叉点相应地终止或与旋转轴A相应地起始的直线区段24。在本发明的两个实施例中，母线的各段15、15′、16、24可以在具有公切线的点17处相连。
在具有相反凹度的曲线区段16、15的情况下，具有公切线的所述点17因此定义描述母线轮廓的函数中的弯点。
或者，在未示出的本发明的变体实施例中，母线的各段15、15′、16、24在定义描述母线轮廓的函数的第一导数的不连续性的点17处相连，例如尖点。
曲线区段15、15′、16中的每一个由一个或多个曲线段组成，每个可以用大于或等于二阶的多项式在笛卡儿坐标中描述。
参照图2所示的第一实施例，在具有面对内部的凹度的第一曲线区段16的每个点上，曲率半径R2具有在0.1h至100h、且优选地从0.5h至10h的范围变化的值，其中，h指示突起14的高度。
在具有面对外部的凹度的每个第二曲线区段15中，曲率半径R1具有在从0.1h至500h、且优选地从0.5h至50h的范围变化的值。
在旋转轴A和与对着具有相反凹度的区段15、16的极弦21之间形成的角α可以在40°至80°值范围内、优选地在45°与60°之间改变。
与顶点18相应的轮廓的切线22与旋转轴A形成的角χ在从40°至90°的范围变化。
轮廓在与由基底11定义的基面的交叉点19处的切线23与该基面之间的角θ可以具有在从20°到60°的范围变化、且优选地在35°与45°之间的值。
参照图4所示的第二实施例，在旋转轴A和对着母线的区段15′、16、24的弦21之间形成的角α和与顶点18相应的轮廓的切线22与旋转轴A形成的角χ优选地在已相对于图2的实施例定义的范围内。
此外，第一曲线区段16的曲率半径R2可以具有在相对于第一实施例定义的范围内但优选地在从h至10h的范围变化的值。
不同于第一实施例，第二曲线区段的曲率半径R1可以具有在从0至10h、且优选地在从0.1h至h的范围变化的值。
此外，对着第二曲线区段15′的弦与旋转轴A之间的角γ可以具有在从75°至90°的范围变化的值，且对着第一曲线区段16和直线区段24的弦与由基底11定义的基面之间的角β可以具有在从35°至75°、且优选地在从45°至55°的范围变化的值。
最后，角θ可以具有在从30°至80°、且优选地从40°至60°的范围变化的值。
在本发明的优选实施例中，如图5a所示，突起14被布置为形成具有六角形单元的矩阵，以便由旋转体与具有铭刻在上述旋转体14的基圆中的六边形底部的平行六面体的交集来定义每个突起14。
可以类似地将突起布置为形成具有正方形、五角形、八角形单元等的矩阵。
每个单旋转元件14的基圆半径r可以在0.1mm至5mm范围内、且优选地在0.5mm和2mm之间改变。
由于在图3中参照第一实施例说明性地示出的切线的倾斜角沿着立体轮廓的可变性，作文本发明的目的的光学屏幕10能够接收具有在非常宽的值范围内的入射角的光束30并正确地使其改向，所述值例如表征由一般荧光灯产生的光强的角分布。
换言之，还可以断定旋转体14的母线轮廓的特定构造引起形成该母线的光学屏幕10的性能的显著提高，同时保证由光学屏幕10产生的光度分布的更有效控制。
除此之外，在例如也称为OLED的有机电致发光器件等固态光源的情况下，使用诸如本发明的目的的光学屏幕10也是特别有利的。
这些器件是基于在电流通过之后的有机电致发光材料的一个或多个薄膜的一部分上的光发射，且通常由各种层在具有平整发射表面的玻璃基底上的沉积产生。
由于以高于总内反射角(TIR)的角在所述玻璃基底中漫射的光束的内部反射的效果，这些器件的性能被大大降低。
根据本发明的光学屏幕10允许提取从有机电致发光器件(OLED)发射的以高于总内反射角(TIR)的角在玻璃基底中漫射的光束并使其改向，以便提高这些器件的输出耦合效率。
第一比较例
参照图6，考虑折射元件114，其具有由聚碳酸酯制成的已知技术的光学屏幕的圆锥几何特性，具有折射率n＝1.59。
在图6的特定实施例中，折射元件114由在顶点处具有等于104°的角的圆锥体组成。
例如，考虑其光学路径以相对于旋转轴A′的10°倾斜角在上述折射元件114内部漫射的光束30，并假设其撞在其与之形成沿着顺时针方向计算的较低角的一侧、即图6所示的折射元件114的左侧的圆锥体轮廓的任一点上，此光将被圆柱体的侧面内部反射。
聚碳酸酯实际上具有等于39°的总内反射角θTIR。在实践中，如果折射元件是在顶点处具有等于104°的角的标准聚碳酸酯圆锥体，则只有相对于与基面的垂直以在从-1°至77°的范围变化的入射角入射的射束被折射，并因此被表面本身发射。
相反，现在让我们参照图7来考虑根据本发明的光学屏幕10的特征轴对称突起14的说明性实施例。
根据图7所示的实施例，让我们考虑由聚碳酸酯制成的光学屏幕10，其表面12以具有铃形轮廓的突起14为特征，其中，在加入轮廓的极点的线21之间形成的角2α等于104°。
照此类推，同样在这种情况下，考虑以10°的倾斜角在突起14的内部被漫射的光束30，可以观察到此射束相对于沿着所述轮廓的入射点的位置不同地偏离。
然而，在这种情况下，射束可能在所考虑的点处相对于与界面的垂直以低于39°的角撞击定界突起14的表面，并因此被折射。
本申请人在用于跟踪射束的软件系统的帮助下获得对以上指定的考虑因素的正确性的进一步确认，所述软件系统能够计算作为本发明目的的光学屏幕10的光强分布曲线的趋势，将其与涉及具有已知类型的圆锥几何结构的光学装置的那些相比较。
第二比较例
用位于与聚碳酸酯屏幕的平整表面相距30mm处的朗伯分布来考虑光源。
与面向源的一侧相反的屏幕一侧的特征在于存在具有等于1.56mm的高度的旋转体矩阵且被布置成具有等于2mm的半径r的六边形矩阵。
在第一模拟中，本申请人假设这些突起是在顶点处具有等于104°的角的圆锥体114。用图8中的虚线来表示所获得的光度曲线。
在第二模拟中，本申请人假设这些突起是以根据图2所示结构的铃形轮廓和以下相对参数值为特征的旋转体14：α＝52°；R1＝3.062mm；R2＝2.617mm；h＝1.56mm；χ＝68°；θ＝27°。
用图8中的实线来表示这样获得的光度曲线。
根据模拟结果的比较，可以推断，相对于用具有传统几何结构的圆锥突起114制造的屏幕的情况，用具有带有相反凹度的轮廓的元件14制造的根据本发明的屏幕10能够更加有效地“切割”以大于45°的角发射的光强，同时保证高得多的性能。
第三比较例
考虑图9所示的具有折射率n＝1.52的玻璃基底11，其具有1mm的厚度。
在所述基底11的第一表面13上，存在有机电致发光器件(OLED)20，其以发射光束的强度的朗伯分布为特征。
另一方面，在与跟源20接触的表面相反的基底11的第二表面12上，存在具有与六边形布置的旋转体一致的突起14的矩阵，其在包含旋转轴A的平面中具有与图2所示相对应的轮廓。
特别地，用以下几何参数来表征旋转元件14：α＝52°；R1＝3.062mm；R2＝2.617mm；h＝0.976mm；χ＝68°；θ＝27°。
图10示出从表面12发射的光束的强度值，其与发射角相关。
从具有实线的曲线，可以观察到沿着垂直于衬底11的表面的方向发射的光量的显著增加，所述曲线用郎布发射来表示从有机电致发光器件(OLED)20发射的光强，该器件位于根据本发明的提供有钟形突起矩阵14的折射屏幕10的表面12上。
结果，具有突起14的矩阵以便形成根据本发明的光学屏幕10的基底11允许OLED器件20沿垂直于基底11的平面的方向的输出耦合效率的增加等于因数2.25的值，其对应于上述基底11的外表面12平整(虚线)的情况。
作为相对优点，从以上说明可清楚作为本发明的目的的光学屏幕的特性。
特别地，很明显，这些光学屏幕相对于目前使用的具有带有传统圆锥几何结构的元件的屏幕能够保证两个重要优点。
第一优点在于可以以大角度发射的光量的有效控制，无论由源产生的光强的角分布如何。
第二优点在于由这些屏幕的突起透射的光量的显著增加，亦即应用它们的照明体的总体性能的显著提高。
这两方面均可归因于具有根据本发明的轮廓的突起由于母线的特殊构造而在大的角度范围内折射光的能力。
此特性还与在位于根据本发明的基底或光学屏幕上的有机电场致发光器件(OLED)中观察到的输出耦合效率的显著提高相关。
最后，很明显，这样构思的光学屏幕可以经历许多修改和变更，其全部包括在本发明中；此外，所有细节可以用技术上等效的元素来代替。例如，可以改变根据本发明的折射屏幕的颜色以便改变发射的光的颜色。
还可以借助于不同的生产技术来制造。
根据本发明的优选实施例，可以从模具开始用聚合材料、特别是聚碳酸酯和甲基丙烯酸酯、或溶胶-凝胶型材料的模制和注射技术来制造光学屏幕，在所述模具的有效表面上，存在多个一致的腔体以便反面地再现突起14的精确轮廓。模具表面上的多个腔体又可以借助于数控机器用通过工具处理来制造。
然而，根据技术要求，可以对制造方法、使用材料以及对表征作为本发明目的的光学屏幕的所有参数采取的尺寸进行任何类型的修改。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 发动机凸轮轴凸轮 | 2020-05-12 | 809 |
| 发动机凸轮轴凸轮 | 2020-05-12 | 671 |
| 发动机凸轮轴的排气凸轮 | 2020-05-12 | 426 |
| 具有凸轮基圆中的附加行程的气门传动装置 | 2020-05-11 | 569 |
| 凸轮轴的凸轮基圆的检测装置 | 2020-05-11 | 62 |
| 增大制动功率的发动机凸轮轴的排气凸轮 | 2020-05-13 | 392 |
| 基圆差动式展成磨齿机及其控制方法 | 2020-05-11 | 36 |
| 杯形砂轮可变定位基圆凸曲面工件磨削加工方法 | 2020-05-12 | 830 |
| 无齿传动齿轮 | 2020-05-13 | 980 |
| 一种等基圆曲线齿锥齿轮铣齿机 | 2020-05-12 | 73 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
