RU2399936C2 - Planar waveguide - Google Patents
Planar waveguide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399936C2 RU2399936C2 RU2008148984/28A RU2008148984A RU2399936C2 RU 2399936 C2 RU2399936 C2 RU 2399936C2 RU 2008148984/28 A RU2008148984/28 A RU 2008148984/28A RU 2008148984 A RU2008148984 A RU 2008148984A RU 2399936 C2 RU2399936 C2 RU 2399936C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- conical
- light
- radiation
- conical cut
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Planar Illumination Modules (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вводу излучения в планарный волновод, рассчитанный в приближении геометрической оптики, и может быть использовано для ввода света в планарный волновод с одной из его сторон для создания световых панелей, устройств освещения, плоских фар, подсветок панелей приборов и ЖК экранов.The invention relates to the introduction of radiation into a planar waveguide, calculated in the approximation of geometric optics, and can be used to enter light into a planar waveguide from one of its sides to create light panels, lighting devices, flat headlights, backlights of instrument panels and LCD screens.
Также для ввода света в планарный волновод используются дифракционные решетки (Патент США US 7181108 В2 от 20.02.2007, G02B 6/34, аналог). Свет от источника падает под заданным углом на дифракционную решетку, нанесенную на широкую грань волновода (нижнюю сторону) и далее распространяется в волноводе.Also, diffraction gratings are used to introduce light into a planar waveguide (US Patent US 7181108 B2 dated 02.20.2007, G02B 6/34, analogue). The light from the source falls at a given angle onto the diffraction grating deposited on a wide face of the waveguide (lower side) and then propagates in the waveguide.
Недостатком данного метода является ограниченная дифракционной решеткой эффективность ввода света, сложность ввода белого света в волновод, небольшой разброс углов падения света от источника.The disadvantage of this method is the limited efficiency of light input, the difficulty of introducing white light into the waveguide, and a small spread in the angles of incidence of light from the source.
Для ввода света в волновод через широкую грань используют голографические структуры (Патент США №5745266 от 28.04.1998, G03H 1/00, прототип). Для перпендикулярного падения света от нити накаливания лампы или иного источника света на дифракционный оптический элемент используют параболический рефлектор.To enter light into the waveguide through a wide face, holographic structures are used (US Patent No. 5,745,266 of 04/28/1998, G03H 1/00, prototype). For a perpendicular incidence of light from an incandescent lamp or other light source onto a diffractive optical element, a parabolic reflector is used.
Однако с помощью такого устройства можно ввести свет в волновод, который будет распространяться линейно. Данная схема не предназначена для радиального распространения света и имеет ограничения на диапазон углов падения света от источника.However, using such a device, it is possible to introduce light into the waveguide, which will propagate linearly. This scheme is not intended for radial propagation of light and has restrictions on the range of angles of incidence of light from the source.
Данное изобретение свободно от указанных выше недостатков.This invention is free from the above disadvantages.
В основу изобретения поставлена задача получить равномерное радиальное распространение света, введенного в планарный волновод с максимальной эффективностью.The basis of the invention is the task of obtaining a uniform radial propagation of light introduced into a planar waveguide with maximum efficiency.
Этого удалось достичь за счет того, что излучение вводится в планарный волновод, содержащий в нижней части конусный вырез высотой h<H, где Н - толщина волновода, причем излучение вводится радиально симметрично и распространяется от конусного выреза к краям волновода, а соосно конусному вырезу в нижней части волновода выполнен дополнительный конусный вырез в верхней части волновода, при этом сумма высот конусных вырезов сверху и снизу волновода меньше толщины волновода, а на верхний конусный вырез нанесено зеркальное покрытие.This was achieved due to the fact that the radiation is introduced into a planar waveguide containing in the lower part a conical notch of height h <H, where H is the thickness of the waveguide, the radiation being introduced radially symmetrically and propagating from the conical notch to the edges of the waveguide, and coaxially to the conical notch into at the bottom of the waveguide, an additional conical cut is made in the upper part of the waveguide, while the sum of the heights of the conical cuts at the top and bottom of the waveguide is less than the thickness of the waveguide, and a mirror coating is applied to the upper conical cut.
На Фиг.1 приведена схема устройства волновода для ввода в него излучения, толщина которого больше размера источника света (светящегося тела LED).Figure 1 shows a diagram of a waveguide device for introducing radiation into it, the thickness of which is larger than the size of a light source (luminous body LED).
На Фиг.2 приведена схема устройства волновода с двумя конусными вырезами для большей эффективности ввода света для низких показателей преломления волновода.Figure 2 shows a diagram of a waveguide device with two conical cutouts for greater efficiency of light input for low refractive indices of the waveguide.
На Фиг.3 представлен внешний вид волновода в разрезе при выполнении в нем двух соосных конусов.Figure 3 presents the appearance of the waveguide in the context when performing in it two coaxial cones.
На схеме устройства Фиг.1 в волноводе толщиной Н просверлено коническое отверстие с телесным углом θ глубиной h, начальным диаметром D. Показатель преломления в волокне n. Диаметр отверстия D зависит от размера светящегося тела LED.In the device diagram of FIG. 1, a conical hole is drilled in a waveguide of thickness H with a solid angle θ of depth h and an initial diameter D. The refractive index in the fiber is n. The diameter of the hole D depends on the size of the luminous LED body.
Излучение вводится радиально симметрично и распространяется от конусного выреза к краям волновода. Устройство позволяет ввести в волновод белый свет от LED, имеющий ламбертовскую диаграмму направленности выходящего света.The radiation is introduced radially symmetrically and propagates from the conical cut to the edges of the waveguide. The device allows you to enter into the waveguide white light from the LED, having a Lambert radiation pattern.
В таблице приведены параметры одноконусной схемы при различных показателях преломления волновода. Значение η - КПД ввода излучения в процентах от полной энергии LED. При расчетном показателе преломления все выходящее из LED излучение вводится в волновод или отражается обратно в сторону LED, никакое излучение не проходит наружу из волновода вверх (Фиг.1). nc - расчетный показатель преломления, для которого схема ввода работает оптимально, n - показатель преломления, для которого рассчитано значение η. Здесь и далее закрашенные серым цветом ячейки в столбце η указывают на выход излучения в области ввода сверху волновода. Незакрашенные ячейки η свидетельствуют о том, что никакое излучение не выходит сверху волновода в области ввода.The table shows the parameters of a single-cone scheme for various refractive indices of the waveguide. The value of η is the efficiency of radiation input as a percentage of the total LED energy. With the calculated refractive index, all the radiation emanating from the LED is introduced into the waveguide or reflected back toward the LED, no radiation passes upward from the waveguide (Figure 1). n c is the calculated refractive index for which the input circuit operates optimally, n is the refractive index for which the value of η is calculated. Hereinafter, the grayed-out cells in the η column indicate the radiation output in the input region at the top of the waveguide. Unfilled cells η indicate that no radiation comes out from above the waveguide in the input region.
Данные, приведенные в таблице, справедливы для любой толщины волновода H>h.The data given in the table are valid for any waveguide thickness H> h.
Результаты работы устройства на Фиг.1 можно улучшить, если изменить верхнюю поверхность волновода в месте ввода света. На Фиг.2 и Фиг.3 показано устройство двухконусной схемы ввода света в волновод.The results of the operation of the device of FIG. 1 can be improved by changing the upper surface of the waveguide at the light input site. Figure 2 and Figure 3 shows a device for a two-cone circuit for introducing light into a waveguide.
Планарный волновод на Фиг.2 имеет КПД ввода света более 98% при показателе преломления волновода более 1.5. При этом введенное излучение не выходит из волновода и распространяется исключительно под углами полного внутреннего отражения внутри волновода, начиная с показателя преломления n=1.6.The planar waveguide in FIG. 2 has a light input efficiency of more than 98% with a waveguide refractive index of more than 1.5. In this case, the introduced radiation does not exit the waveguide and propagates exclusively at angles of total internal reflection inside the waveguide, starting from the refractive index n = 1.6.
Нанесение зеркального покрытия на верхний конус еще улучшает результат для показателей преломления менее 1.5.Coating the top cone further improves the result for refractive indices of less than 1.5.
В случае более толстого волновода легче получить лучший результат. Например, возможно получить эффективность ввода света в волновод более 98% без нежелательного выхода света из волновода в области ввода для показателя преломления волновода от 1.29 и выше.With a thicker waveguide, it is easier to get a better result. For example, it is possible to obtain an efficiency of light input into the waveguide of more than 98% without undesirable light exit from the waveguide in the input region for the refractive index of the waveguide from 1.29 and higher.
При расчете одноконусной схемы в таблице был взят малый запас угла θ (1°), и как следствие, глубина отверстия h минимальна. Поэтому если конус будет создан сверлением волновода, необходимо обратить внимание на гладкость поверхности конуса - шероховатости по оси Y (кольцевые полоски после некачественного сверла) могут привести к выходу излучения сверху волновода при эксплуатации схемы на расчетных показателях преломления и высоты h. Если угол при бугорках шероховатости составит 0.5° и более, рекомендуется уменьшить угол θ и, как следствие, увеличить глубину конуса h. Небольшая шероховатость на поверхности конуса в плоскости XZ (канавки вдоль оси конуса) не критична.When calculating the one-cone scheme in the table, a small margin of the angle θ (1 °) was taken, and as a result, the hole depth h is minimal. Therefore, if the cone is created by drilling the waveguide, it is necessary to pay attention to the smoothness of the surface of the cone - roughness along the Y axis (ring strips after a poor-quality drill) can lead to radiation coming out from above the waveguide when operating the circuit at the calculated refractive indices and heights h. If the angle at roughness tubercles is 0.5 ° or more, it is recommended to reduce the angle θ and, as a result, increase the depth of the cone h. A slight roughness on the surface of the cone in the XZ plane (grooves along the axis of the cone) is not critical.
В обоих схемах светящаяся поверхность LED была взята в нижней плоскости волновода.In both schemes, the luminous surface of the LED was taken in the lower plane of the waveguide.
При взятии LED квадратной формы излучение в волновод вводится одинаково равномерно по всем направлениям в плоскости XZ.When taking a square LED, the radiation is introduced into the waveguide equally uniformly in all directions in the XZ plane.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008148984/28A RU2399936C2 (en) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | Planar waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008148984/28A RU2399936C2 (en) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | Planar waveguide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008148984A RU2008148984A (en) | 2010-06-20 |
| RU2399936C2 true RU2399936C2 (en) | 2010-09-20 |
Family
ID=42682323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008148984/28A RU2399936C2 (en) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | Planar waveguide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2399936C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4487481A (en) * | 1980-03-24 | 1984-12-11 | Epson Corporation | Backlighted liquid crystal display |
| US4752108A (en) * | 1985-01-31 | 1988-06-21 | Alcatel N.V. | Integrated optical lens/coupler |
| US5761364A (en) * | 1995-11-02 | 1998-06-02 | Motorola, Inc. | Optical waveguide |
| WO2002075402A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Cidra Corporation | Apparatus for coupling light into an optical waveguide |
| WO2006089503A1 (en) * | 2005-02-28 | 2006-08-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Light waveguide |
-
2008
- 2008-12-11 RU RU2008148984/28A patent/RU2399936C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4487481A (en) * | 1980-03-24 | 1984-12-11 | Epson Corporation | Backlighted liquid crystal display |
| US4752108A (en) * | 1985-01-31 | 1988-06-21 | Alcatel N.V. | Integrated optical lens/coupler |
| US5761364A (en) * | 1995-11-02 | 1998-06-02 | Motorola, Inc. | Optical waveguide |
| WO2002075402A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Cidra Corporation | Apparatus for coupling light into an optical waveguide |
| WO2006089503A1 (en) * | 2005-02-28 | 2006-08-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Light waveguide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008148984A (en) | 2010-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7859731B2 (en) | Illumination apparatus for display device using hologram-based light guide plate (LGP) | |
| JP6285783B2 (en) | Light capture structure for light emitting applications | |
| US10725229B2 (en) | Illumination device for direct-indirect illumination | |
| CN105659027B (en) | Source light injected into an illumination device that is not parallel to the optical axis of the device | |
| KR100506092B1 (en) | Light guide panel of edge light type backlight apparatus and edge light type backlight apparatus using the same | |
| CN101529159B (en) | Light emitting diode lighting device | |
| CN101680631B (en) | Illumination device | |
| US7085056B2 (en) | Light guide plate with diffraction gratings and backlight module using the same | |
| US7527416B2 (en) | Light guide plate with diffraction gratings and backlight module using the same | |
| JP2012524370A (en) | Light guide device | |
| US10545276B2 (en) | Stack lighter luminaire | |
| CN108089253B (en) | Light collimator apparatus, backlight module and display device | |
| US10520663B2 (en) | Illumination system based on active and passive illumination devices | |
| CN102628984A (en) | Flat panel light source for a transillumination device of a microscope | |
| JP5292629B2 (en) | Lighting device | |
| CN103228975A (en) | Segmented spotlight having narrow beam size and high lumen output | |
| CN107667255A (en) | Use the illuminator and means of illumination of light guide | |
| CN102349005A (en) | Light guide apparatus | |
| JP5584858B2 (en) | Optical device | |
| WO2016081558A1 (en) | Wall wash luminaire with light guide and optical element therefore | |
| RU2399936C2 (en) | Planar waveguide | |
| TW201202750A (en) | Lenticular array device and backlight module | |
| CN104520748A (en) | Incident illumination apparatus for a microscope with planar light source | |
| KR100918243B1 (en) | Lighting device for evenly retroilluminating flat-panel monitors, comprising a fiber optic light guide having diffractive surface elements | |
| KR101103282B1 (en) | Optical thin film and manufacturing method thereof and backlight module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131212 |