CN106249338A - 柔性光学基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用作柔性光学基板的柔性光学基板。本发明的柔性光学基板具备多个单位伸缩结构。所述多个单位伸缩结构分别具备膜状树脂材料，所述膜状树脂材料包含中心部和设置于所述中心部的外侧的一个或多个带材，所述一个或多个带材分别以一端与所述中心部连接，所述多个单位伸缩结构分别具有间隙，相互相邻的两个单位伸缩结构通过所述两个单位伸缩结构的带材中的至少一部分带材来连结。

Description

柔性光学基板
技术领域
本申请涉及柔性光学基板。更详细来说，本申请涉及呈现出伸缩特性的柔性光学基板。
背景技术
近年来，伴随着电子器件的小型化/薄型化，大量使用了具有挠性的柔性基板。除了一直以来要求小型化的移动设备以外，还研究了在各种设备中利用具有挠性特性的基板。例如，正在研究在需要可追随使用者的动作之类的柔性特性的可穿戴设备等中利用。
作为设想的可穿戴设备，可以列举出：通过与人体贴紧而能进行高精度的传感的传感器器件；以及可追随人体的动作和三维的凹凸的显示器件等。对于这种器件，要求无困难地安装到人体的关节和可移动部，重视适合于使用者的动作的安装感和设计等。因此，对于在可穿戴设备中展开的柔性基板，要求除了具有挠性以外还具有伸缩性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-71562号公报
专利文献2：日本特开2004-349002号公报
专利文献3：日本特开2013-145842号公报
专利文献4：日本特开2014-162124号公报
专利文献5：日本特开2011-070777号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本申请提供能够用作光学基板的柔性的柔性光学基板。
用于解决问题的手段
本申请的一个实施方式的柔性光学基板具备多个单位伸缩结构。所述多个单位伸缩结构分别具备膜状树脂材料，所述膜状树脂材料包含中心部和设置于所述中心部的外侧的一个或多个带材，所述一个或多个带材分别以一端与所述中心部连接，所述多个单位伸缩结构分别具有间隙，相互相邻的两个单位伸缩结构通过所述两个单位伸缩结构的带材中的至少一部分带材来连结。
发明效果
本申请的柔性光学基板为柔性，并且能够用作光学基板。
附图说明
图1是示意性地示出本申请的一个方案的柔性光学基板的构成的俯视示意图和剖视图。
图2是用于对直到设计出本申请的一个方案的柔性光学基板为止的前阶段中的构思进行说明的示意图。
图3(A)和(B)是示意性地示出多个单位伸缩结构的配置形态的俯视示意图。
图4是示意性地示出具有多个单位伸缩结构以矩阵状配置的形态的柔性光学基板的立体图。
图5是示意性地示出具有多个单位伸缩结构以矩阵状配置的形态的柔性光学基板的立体图。
图6(A)～(D)是示出多个单位伸缩结构的各种形态的俯视示意图。
图7(A)和(B)是示出多个单位伸缩结构的各种形态的俯视示意图。
图8是用于对进一步具有密封树脂层的柔性光学基板进行说明的示意图。
图9是示意性地示出用作“柔性导光基板”或“柔性光波导基板”的柔性光学基板的构成的示意图和剖视图。
图10是示意性地示出柔性导光基板的构成的俯视示意图。
图11(A)～(C)是示意性地示出柔性导光基板的另一个优选构成的俯视示意图。
图12是示意性地示出柔性光波导基板的构成的俯视示意图。
图13(A)和(B)是示意性地示出柔性光波导基板的另一个优选构成的俯视示意图。
图14是示意性地示出柔性光学基板的各种制造方法的剖视工序图。
图15(A)和(B)是示出多个单位伸缩结构的变更方案的俯视示意图。
图16是用于对“利用了锥形的光提取”的方案进行说明的图。
符号说明
100 柔性光学基板(例如柔性导光基板或柔性光波导基板)
100’ 单位伸缩结构
100A’～100C’ 第1～第3单位伸缩结构
110 密封树脂层
120 中心部
130 槽部
140 反射层
140’ 反射层的前体层
150 带材
155A 中心部与带材之间的间隙
155B 带材之间的间隙
160 光漫射层
160’ 光漫射层的前体层
170 具有相对大的光折射率的层
180 具有相对小的光折射率的层
180A、180B 具有相对小的光折射率的相向层
180C 其他低折射率区域
190 发光源(例如发光元件)
195 受光元件
具体实施方式
(作为本申请的基础的见解)
本申请的发明者们发现：当将呈现出伸缩性的柔性基板用作“导光板”和“光波导”等光学基板时，存在某种特有的问题，并设计出了本申请。具体来说，本申请的发明者们发现：当对用作“导光板”和“光波导”的柔性基板赋予伸缩性时，产生与“挠性”和“伸缩性”有关的问题。特别是，当弯曲时(例如以折弯的方式弯曲时)和/或伸缩时，大多给基板带来不合理的应力。由此，柔性基板的光学特性减低，或者柔性基板容易以物理方式损伤、断裂。
导光板通常被构成为实心板状，在赋予折弯或伸缩等时应力容易集中于折弯部等一部分部位。因此，当反复进行伸缩等时，光学特性在导光板的某个局部部位有可能会受损，或者导光板在上述局部部位有可能发生损伤、断裂。这种现象在光波导的情况下也是相同的。另外，在导光板的表面或背面设置有扩散片或反射层等的多层结构的形态中进行了伸缩等。由此，应力特别容易集中于由这种多层结构或凹凸形状所引起的局部部分，有可能会引起界面剥离或龟裂。
另外，就“挠性”来说，从基板的材质和构成等方面考虑，限制较大。例如，在使用了对导光板/光波导缺乏挠性的树脂材料的情况下，需要预先获得所期望的形状，或者为了表现出挠性而需要减小厚度等的大小。就更具体的示例来说，在将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯等缺乏挠性的树脂材料用于导光板的情况(即，使用透明性高、适合作为光学材料但缺乏挠性的树脂材料的情况)下，需要预先获得曲面形状等所期望的形状，或者需要减薄导光板的厚度。但是，为了预先获得所期望的形状，需要针对各成型品的模具加工，会引起制造时间和成本的增大，而且无法使其变形为除了所决定的形状以外来进行配置。另外，当超过必要程度地减小导光板/光波导的尺寸时，结构强度会不利地降低，有可能引起断裂、损伤。
本申请的发明者们为了提供对用作光学基板的柔性基板来说理想的技术，进行了深入研究。更具体来说，本申请的发明者们为了提供有助于实现可呈现出与现有的柔性基板不同的伸缩性并且具有高可靠性的光学基板的技术，进行了深入研究。
因此，本申请的发明者们并不是以现有技术的延伸的方式进行对应，而是以新的方向进行处理，由此尝试了达到上述目的。其结果是，设计出了可解决上述问题的柔性光学基板。本申请提供对用作光学基板的柔性基板来说理想的技术。具体来说，通过本申请的一个实施方式的柔性光学基板，在弯曲时和/或伸缩时向基板难以产生不合理的应力，基板发生损伤、断裂的可能性降低。
本申请的一个方案的柔性光学基板具备多个单位伸缩结构。所述多个单位伸缩结构分别具备膜状树脂材料，所述膜状树脂材料包含中心部和设置于该中心部的外侧的一个或多个带材，所述一个或多个带材分别以一端与所述中心部连接，所述多个单位伸缩结构分别具有间隙，相互相邻的两个单位伸缩结构通过所述两个单位伸缩结构的带材中的至少一部分带材来连结。
所述一个或多个带材可以分别具有至少部分弯曲后的形态。另外，所述一个或多个带材可以分别以在所述中心部的周围旋转的方式弯曲。将所述相互相邻的单位伸缩结构彼此连接的所述至少一部分带材可以按照具有拐点的方式弯曲。通过所述一个或多个带材的曲率变化，从而所述柔性光学基板可以自由伸缩。所述多个单位伸缩结构可以沿着一定方向排列，还也可以沿着一定方向和与该一定方向交叉的方向排列。所述柔性光学基板可以进一步具备整体密封所述多个单位伸缩结构的密封树脂层。所述密封树脂层可以为比所述膜状树脂材料更软质的树脂材料的层。
所述柔性光学基板可以为柔性导光基板或柔性光波导基板。所述中心部和/或所述一个或多个带材可以分别具备第1区域和第2区域，所述第1区域包含具有第1光折射率的树脂，所述第2区域包含具有比所述第1光折射率更低的第2光折射率的树脂。所述柔性光学基板为所述柔性导光基板，所述中心部和/或所述一个或多个带材分别具有射出光的第1面和设置于所述第1面的相反侧的第2面，所述柔性光学基板可以进一步具备反射层，所述反射层设置于所述中心部和/或所述一个或多个带材的所述第2面，并且所述反射层为具有比所述膜状树脂材料更低的折射率的树脂层。
所述柔性光学基板为所述柔性导光基板，所述中心部和/或所述一个或多个带材分别具有射出光的第1面，所述柔性光学基板可以进一步具备设置于所述中心部和/或所述带材的所述第1面的光漫射层。所述柔性光学基板为所述柔性导光基板，柔性光学基板可以进一步具备设置于所述多个单位伸缩结构的侧面侧的至少一个发光元件。
所述柔性光学基板为所述柔性光波导基板，在所述中心部和/或所述一个或多个带材各自中，所述第1区域可以为层状的区域，所述第2区域可以具备夹住所述第1区域的两个层和设置于该中心部或带材的周边部并将所述两个层相互连结的区域。所述柔性光学基板为所述柔性光波导基板，所述柔性光学基板可以具备至少一组发光元件和受光元件，所述至少一组发光元件和受光元件通过所述多个单位伸缩结构中的至少一个来在光学上相互连接。所述发光元件可以设置于所述多个单位伸缩结构的第1侧面侧，所述受光元件可以设置于与所述第1侧面侧不同的第2侧面侧。
现有的导光板或光波导等在进行折弯或伸缩时，应力容易集中于折弯部和伸缩部等局部部位，导致光学特性的降低和/或损伤、断裂等。通过本申请的一个方案的柔性光学基板，当被拉长时，由于带材的形态变化(特别是，以带材的曲率发生变化的方式使带材发生形态变化)而使得基板伸长，因而应力不会集中于特定的一点，可实现基板伸长和/或基板弯曲。即，应力不会集中于某个局部部位，因而避免了光学特性的降低和/或基板的损伤、断裂等。另外，由于这样实现了合理的伸长和弯曲，因而不需要以所需程度以上减薄基板以赋予挠性。就基板的拉伸率来说，本申请的一个方案的柔性光学基板通过变化带材的形态(例如，增加以旋转的方式弯曲的带材的弯曲形态、旋转数或卷绕数等)，能够获得大的拉伸率。
另外，本申请的一个方案的柔性光学基板在伸长方向上自由度较高。因此，还能够将基板弯曲成曲面状和/或进行伸长。即，不特别需要预先将树脂基板成型为曲面形状等。此外，本申请的一个方案的柔性光学基板不存在因带材的形态变化(特别是引起带材的曲率变化的形态变化)而使应力集中于一点的情况，而能够将基板弯曲或伸长，因而也可以积极地将透明性优异但缺乏挠性的树脂材料等用作基板材料。
下面，参照附图对本申请的一个方案的柔性光学基板进行详细说明。附图所示的各种要素只不过为了理解本申请而示意性地进行了表示，尺寸比和外观等可能与实物不同，对此请留意。
[本申请的柔性光学基板]
图1示意性地示出本申请的一个方案的柔性光学基板100的构成。如图所示，本申请的一个方案的柔性光学基板100由多个单位伸缩结构100’构成。单位伸缩结构100’是用于至少表现出基板伸缩的基础结构。上述单位伸缩结构100’成为了柔性光学基板100的基本结构，因而基板呈现出伸缩特性和/或弯曲特性。即，本申请中所说的“单位伸缩结构”是指用于表现出基板伸缩和/或基板弯曲等特性的最小单位的基板结构。
本说明书中，“柔性光学基板”是指利用光的柔性基板。例如，“柔性光学基板”是以射入的光或光信号等在基板中传播或前进的方式构成的柔性基板。
单位伸缩结构100’由膜状树脂材料形成，所述膜状树脂材料由中心部120和带材150构成。更具体来说，单位伸缩结构100’由膜状树脂材料形成，所述膜状树脂材料由“中心部120”和“一端与中心部连接且设置于中心部的外侧的一个或多个带材150”构成。由图示的方案可知，“中心部120”在单位伸缩结构中占据相对广泛的区域，以在其周边占据相对狭小的区域的方式设置有“带材150”。如图所示，本说明书中使用的“带材”是指整体上具有细长形态的构件，特别是指在同一平面上细长地延伸的树脂构件。
本方案的单位伸缩结构由膜状树脂材料形成。由此，“中心部120”和“带材150”双方均由树脂形成，并且具有膜状、厚度薄的形态。在某个方案中，“中心部120”和“带材150”双方均仅由树脂形成。即，单位伸缩结构形成了树脂结构体，“中心部120”和“带材150”双方成为了树脂构件。本申请中，“膜状”是指中心部120和带材150的厚度为几十μm～几mm左右。虽然只不过是例示，但“中心部120”和“带材150”的具体厚度可以为约0.1mm～约5mm左右。在某个方案中，中心部120和带材150由相同的片构件等形成，因而它们的厚度实质上相同。另外，出于同样的理由，在外力不特别起作用的情况下，中心部120和带材150实质上位于同一平面上。
只要有助于膜形态，则对构成单位伸缩结构的膜状树脂材料的材质没有特别限制。若进行例示，则可以由选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)和液晶聚合物中的至少一种树脂形成膜状树脂材料。此外，若特别重视透明性等光学特性和/或成型特性等，则优选由选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、硅橡胶、丙烯酸酯系树脂、聚烯烃系树脂和氟系树脂中的至少一种树脂形成膜状树脂材料。另外，聚氨酯橡胶和聚氨酯系弹性体之类的透明橡胶等也可以用作膜状树脂材料的材质。
就本申请的一个方案的柔性光学基板100来说，相邻的单位伸缩结构彼此通过带材150来连结。具体来说，相邻的单位伸缩结构100’介由带材150相互连结。由图示的方案可知，相邻的单位伸缩结构100’分别以相互共有带材150的方式连接，因而相邻的单位伸缩结构100’实质上为无缝连结的形态。
在单位伸缩结构100’设置有间隙。如图1所示，优选至少在中心部120与带材150之间设置有间隙155A。即，具有中心部120和带材150相互隔离开的形态。如图所示，就单位伸缩结构来说，间隙155A可以间隔宽度的大小等大致固定，或者整体上具有对称的形态。另外，如图1所示，更优选在带材彼此之间也设置有间隙155B。即，优选带材彼此相互不重叠，而隔开间隔来进行延伸。如图所示，就单位伸缩结构来说，间隙155B可以间隔宽度的大小等大致固定，或者整体上具有对称的形态。
单位伸缩结构100’的带材150以具有细长形态的方式延伸，但也可以具有至少部分弯曲的形态。即，可以不是以中心部120为起点而以直线状延伸，而是按照以非直线状光滑地弯曲的方式延伸。以更具体的形态来说，优选在中心部120和带材150实质上位于同一平面上的状态下，带材150按照从中心部120以非直线状光滑地弯曲的方式延伸。
本申请的一个方案的柔性光学基板100优选通过带材150的曲率变化来自由伸缩。即，在某个方案中，在拉长柔性光学基板100或使其恢复时，单位伸缩结构100’的带材150的曲率发生变化。特别是，伴随着柔性基板100的伸长，位于中心部120的外侧的带材150的曲率与伸缩前相比变小。
在某个方案中，带材150整体上具有弯曲的形态。例如，如图1所示，带材150可以按照在中心部120的周围旋转的方式弯曲。即，在中心部120和带材150实质上位于同一平面上的状态下，带材150可以按照卷绕的方式从中心部120延伸。在该情况下，优选在中心部120和带材150之间设置有间隙155A，同时在具有旋转形态或卷绕形态的带材彼此150之间也设置有间隙155B。在旋转形态或卷绕形态的情况下，通过调整带材的旋转数/卷绕数等，能够调整基板的拉伸率。例如，通过增加带材的旋转数/卷绕数，能够增大基板的拉伸率。
带材150按照在中心部120的周围旋转的方式弯曲的形态是基于图2所示的构思。具体来说，如图2所示，基于下述构思：当按照在中心部的周围例如以顺时针方向(或逆时针方向)旋转而弯曲的带材来设计基板形态时，能够使应力不集中于一处而分散。
由图示的方案可知，在相邻的单位伸缩结构之间，带材150从其一端属于一个单位伸缩结构的中心部120的外周延伸，另一端与另一个单位伸缩结构的带材连接。例如，在图1所示的柔性光学基板100中，带材150具有沿着中心部120的外周弯曲约180度的形态。本申请中，可以将中心部120的中心作为基点，将带材150以沿着中心部的外周弯曲的方式设置的部分的角度作为弯曲中心角。据认为上述弯曲中心角有各种情况。例如，带材150可以按照沿着中心部120的外周弯曲约30度的方式设置，或者也可以按照沿着中心部120的外周弯曲约90度的方式设置。为了增加相邻的单位伸缩结构的配置图案，优选带材150沿着中心部120的外周弯曲约60度以上。进一步来说，带材150也可以按照沿着中心部120的外周弯曲约360度以上的方式设置。在带材150沿着中心部120的外周弯曲约360度以上的情况下，带材可具有沿着中心部的外周更明确地进行了卷绕的形态。虽然只不过是例示，但带材150也可以为沿着中心部120的外周卷绕一至三周左右的形态。
在本申请的柔性光学基板100的某个方案中，中心部120的中心(中央点)与带材150的弯曲中心实质上是一致的(特别是伸缩前)。另外，在另一方案中，至少两个带材150以相对于中心部120的中央点对称的方式配置。
如上所述，伴随着柔性光学基板100的伸长，单位伸缩结构的带材150的曲率与伸缩前相比变小。此处所说的“曲率”是指带材的弯曲形状的曲率(即“带材的弯曲程度/弯曲情况”)，上述曲率是指带材的曲率半径的倒数。根据典型的形态，带材150以从中心部120的外周离开的方式变形，从而可减小其曲率，有助于基板伸长。本申请的一个方案的柔性光学基板100通过与中心部120连接的带材150的曲率变化来伸缩，因而带材整体有助于伸缩，能够使伸缩时的应力分散于带材整体。因此，本申请的一个方案的柔性光学基板100难以不妥当地发生应力的集中，断裂等的发生得以抑制。
另外，在本申请的一个方案的柔性光学基板100中，通过增大以沿着中心部120的方式弯曲时的中心角或增加卷绕的次数，能够增大带材150的长度尺寸，因而能够具有更大的伸缩性。换言之，可以相对地减小伸缩前的初始状态的基板尺寸。
本申请的一个方案的柔性光学基板100具有多个单位伸缩结构100’，对于这些单位伸缩结构100’的配置形态可考虑各种情况。在某一个方案中，如图3(A)所示，多个单位伸缩结构100’沿着一定方向排列。在图示的方案中，沿着X方向排列有多个单位伸缩结构100’。优选按照在连结多个单位伸缩结构100’各自的中心部120的中央点(例如重心点)时形成直线的方式，在同一平面上配置有多个单位伸缩结构100’。即便在该情况下，相邻的单位伸缩结构100’各自以相互共有带材150的方式连接，由此相邻的单位伸缩结构100’实质上无缝地进行连结。
另外，在另一个方案中，如图3(B)所示，除了在某个一定方向排列有单位伸缩结构100’以外，还在与该一定方向交叉的方向也排列有单位伸缩结构100’。在图示的方案中，沿着X方向排列有多个单位伸缩结构100’，并且沿着与该X方向交叉的Y方向也排列有多个单位伸缩结构100’。同样地，优选按照在将相邻的单位伸缩结构100’各自的中心部120的中央点(例如重心点)连结时形成直线的方式，在同一平面上排列有多个单位伸缩结构100’。在图示的方案中，沿着X方向和与其正交的Y方向这两个方向排列有多个单位伸缩结构100’，但X方向和Y方向的交叉可以不必为正交(即，交叉角度未必为90°)。在图3(B)所示的方案中，多个单位伸缩结构100’以整体上具有规则性的方式进行了排列(例如多个单位伸缩结构100’的配置形态具有对称性)，可期待能够提高基板整体的结构强度之类的效果。
如图3(A)和图3(B)所示，在某一个方案中，连接单位伸缩结构100’彼此的带材以具有拐点I的方式弯曲。即，形成了单位伸缩结构的带材的一端与中心部连接、上述带材的另一端与相邻的单位伸缩结构100’的带材共有的形态，上述共有的带材以具有拐点I的方式弯曲。此处，“拐点”是指弯曲形态发生变化的点，例如在某一条曲线表现同一平面上的带材的延伸形态时，是指该曲线的由“凹状弯曲”向“凸状弯曲”变化的点(或相反地变化的点)。这样，在相邻的单位伸缩结构100’之间的共有带材具有拐点的情况下，在基板被伸长时共有带材的形态变化较大(例如，共有带材的曲率变化更大)，因而能够实现基板的大的拉伸率。
就本申请的一个方案的柔性光学基板100来说，由于多个单位伸缩结构100’的存在，基板伸缩不限于一个方向，可以在各种方向进行。例如，以图4所示的方案(多个单位伸缩结构以矩阵状配置的方案)为例，在作为柔性基板的平面方向(与基板厚度方向正交的方向)的“x方向”进行基板伸缩，并且在与该x方向正交的“y方向”也能进行基板伸缩，同时在与“x方向”和“y方向”这双方正交的“z方向”也进行基板伸缩。进一步来说，在这些“x方向”、“y方向”和“z方向”中的至少两个所成的向量方向也可进行基板伸缩。因此，如图5(特别是下侧图)所示，能够以还适合于例如人的手指等特异形状的方式进行伸缩和/或弯曲。因此，本申请的一个方案的柔性光学基板100被用于各种用途。
作为柔性光学基板100中的多个单位伸缩结构100’的形状(特别是平面形状)和排列形态，可考虑各种情况。例如，可以为图6(A)～6(D)所示的情况，或者也可以为图7(A)～7(B)所示的情况。
在图6(A)～6(D)所示的方案中，中心部120的平面形状不是圆形，而是近似四边形。这样，中心部120的形状不特别限定为圆形，除此以外也可以为四边形或六边形等多边形的形状。当中心部120的形状为多边形时，优选其顶点根据带材150的弯曲而进行R倒角。另外，为了增加相邻的单位伸缩结构的配置数，相邻的三个中心部120的中央点可以按照位于正三角形的顶点的方式排列。换言之，多个单位伸缩结构100’的中心部120可以在平面上进行最密堆积。此外，在图6(D)所示的方案中，相邻的单位伸缩结构100’之间的共有带材不具有拐点。
在图7(A)～图7(B)所示的方案中，两个带材150a、150b以部分维持相互平行的关系的方式延伸。由图6(A)～6(D)和图7(A)～7(B)所示的方案可知：即便是这样的方案，在单位伸缩结构也设置有间隙，同时相互相邻的单位伸缩结构彼此通过带材来连结，可起到与图3～图5所示的柔性光学基板100同样的效果。
本申请的一个方案的柔性光学基板100可以其整体被别的树脂覆盖。更具体来说，如图8所示，本申请的一个方案的柔性光学基板100可以进一步具有整体密封多个单位伸缩结构100’的密封树脂层110。通过密封树脂层110的存在，能够提高作为光学基板的操作特性。
在使用密封树脂层110的情况下，优选其材质“柔软”。特别优选密封树脂层110由比膜状树脂材料(即，单位伸缩结构的中心部和带材的材质)更软质的树脂材料形成。膜状树脂材料作为形成单位伸缩结构的树脂材料发挥功能，因而要求由某种程度的“硬材质”形成。另一方面，对于密封树脂层110，要求由没有不合理地阻碍基板的伸缩特性的程度的“柔软材质”形成。即，密封树脂层110以密封多个单位伸缩结构100’的方式设置，因而能够以限制它们为一体的方式发挥功能。但是，密封树脂层110优选具有没有不合理地阻碍带材150的曲率变化的程度的柔软特性。由此，作为基板整体提高操作特性，并且还可表现出该基板的伸缩特性。此外，依照这种事项，密封树脂层110也可称为“伸缩树脂层”。
就密封树脂层110的具体树脂材料来说，只要其呈现出比单位伸缩结构100’的树脂材料(即，形成中心部和带材的树脂材料)柔软的特性，就没有特别限制。例如，密封树脂层110可以包含弹性体材料。作为上述弹性体材料的具体例子，除了可以列举出硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶和聚氨酯橡胶以外，还可以列举出苯乙烯系、烯烃系、氯乙烯系、聚氨酯系和酰胺系的热塑性弹性体等。
在本申请的某一个方案中，柔性光学基板作为导光板或光波导使用。即，本申请的一个方案的柔性光学基板可以为“柔性导光基板”或“柔性光波导基板”(参照图9)。导光板将点光源作为面发光体发挥功能，作为这样的面发光体使用柔性光学基板100。另一方面，光波导通过将光信号关在树脂芯内部而进行光通信，作为这样的光通信单元使用柔性光学基板100。
“柔性导光基板”或“柔性光波导基板”优选按照射入的光或光信号等在基板中传播或前进的方式构成。例如，在“柔性导光基板”的情况下，如图9(a)所示，单位伸缩结构的中心部120和/或带材150中，光出射面的相反侧面可以具备微细槽部130。在该情况下，射入柔性导光基板内的光(特别是由柔性导光基板的侧面侧射入的光)在槽部130发生反射，被有效地引向光出射面侧。另外，如图9(b)所示，在单位伸缩结构的中心部120和/或带材150中，在光出射面的相反侧面可以设置反射层140。在该情况下，射入柔性导光基板内的光(特别是从柔性导光基板的侧面侧射入的光)在反射层140发生反射，被有效地引向光出射面侧。
反射层140例如可以为金属层(例如银层)，或者从光反射的方面考虑也可以为具有理想的折射率的树脂层。进一步来说，在柔性导光基板中，除了反射单元以外或代替反射单元可以设置有光漫射层160(参照图9(c))。具体来说，在单位伸缩结构的中心部120和/或带材150的光出射面可以设置有光漫射层160。这样的光漫射层160能够以下述方式发挥功能：使被引至光出射面侧的光散射，光出射面整体更均匀地发光。作为光漫射层160的具体材质和构成，没有特别限制，可以与常规的光波导中所用的材质和/或构成相同。虽然只不过是例示，但也可以将使具有与膜状树脂材料不同的折射率的树脂珠分散而成的层用作光漫射层160。此外，在图9(c)所示的方案中，反射层140和光漫射层160以相互对置的方式设置。
另一方面，在“柔性光波导基板”的情况下，如图9(d)所示，可以由所谓的“芯层170”和“被覆层180”构成。即，在下文中也有提及，单位伸缩结构的中心部120和/或带材150可以由“具有相对大的光折射率的层(芯层)170”和位于其周围的“具有相对小的光折射率的层(被覆层)180”构成。由此，光在基板中传播，可作为“光波导”发挥功能。
对“柔性导光基板”和“柔性光波导基板”这双方来说，光的传播都很重要，因而从这点考虑，优选与基板材质相当的“形成单位伸缩结构的膜状树脂材料”具有理想的折射率特性。具体来说，在“柔性导光基板”和“柔性光波导基板”中，中心部120和带材150各自优选由“包含具有相对小的光折射率的树脂的低折射率区域”和“包含具有相对大的光折射率的树脂的高折射率区域”至少这两个树脂区域构成。此处所说的“相对小”和“相对大”实质上是指中心部120和带材150各自具有相互不同的光折射率的材料。从其他方面来说，中心部120和带材150各自由以在“低折射率区域”与“高折射率区域”的界面发生光反射的方式具有相互不同的光折射率的材料形成。
在柔性光学基板100为“柔性导光基板”的情况下，优选在中心部120和/或带材150中的光出射面的相反侧面设置反射层140，上述反射层140优选形成了由低折射率区域形成的层。由此，能够在维持树脂的轻量特性的同时，有效地将射入基板的光引向光出射面，能够进一步提高柔性导光基板的发光效率。同样地，在柔性光学基板为“柔性光波导基板”的情况下，低折射率区域优选以整体包围高折射率区域的方式设置。由此，能够在维持树脂的轻量特性的同时，使射入的光(光信号)一边在低折射率区域与高折射率区域的界面反复进行反射一边进行传播。
作为“柔性导光基板”或“柔性光波导基板”的光学基板可以通过各种形态来实现。下面对其进行说明。
(第1实施方式)
第1实施方式特别涉及用作“柔性导光基板”的光学基板。
如图10所示，第1实施方式的柔性导光基板100具备在一个方向排列设置的第1单位伸缩结构100A’、第2单位伸缩结构100B’和第3单位伸缩结构100C’。第1单位伸缩结构100A’、第2单位伸缩结构100B’和第3单位伸缩结构100C’各自由膜状树脂材料形成，所述膜状树脂材料由中心部120和两个旋转状弯曲带材150构成(例如，膜状树脂材料由透明树脂形成)。两个旋转状弯曲带材150各自的一端与中心部120连接，以沿着中心部120的外周旋转的方式弯曲。伴随着柔性导光基板100的伸长，沿着中心部120的外周设置的旋转状弯曲带材150的曲率以比伸缩前变小的方式变化。即，旋转状弯曲带材150以从中心部120的外周离开的方式伸长。另一方面，中心部120在伸长时不伴有形状变化。因此，柔性导光基板100通过沿着中心部120的外周设置的旋转状弯曲带材的曲率变化来自由伸缩。
如图10所示，在第1单位伸缩结构100A’和第2单位伸缩结构100B’中，第1单位伸缩结构100A’的一个旋转状弯曲带材150和第2单位伸缩结构100B’的一个旋转状弯曲带材150连接。另外，在第1单位伸缩结构100A’中，另一个旋转状弯曲带材150的一端与发光源190(例如发光元件)进行了光学连接。作为成为发光源190的发光元件，可以使用发光二极管(LED)等发出光的元件，将RGB光源分别与基板连接。并且，在第2单位伸缩结构100B’和第3单位伸缩结构100C’中，第2单位伸缩结构100B’的另一个旋转状弯曲带材150和第3单位伸缩结构100C’的一个旋转状弯曲带材150连接。这样，本申请的一个方案的柔性导光基板100在其侧面侧具备至少一个发光源(例如发光元件)。换言之，柔性导光基板100通过第1～第3单位伸缩结构100A’～C’而呈现出高伸缩特性，同时可作为包含与单位伸缩结构光学连接的发光源190(例如发光元件)的基板来提供。
例如，在柔性导光基板100的侧面侧设置有作为发光源190的发光元件(例如发光二极管)时，光由膜状树脂材料的侧方射入。射入的光以通过第1单位伸缩结构100A’、第2单位伸缩结构100B’和第3单位伸缩结构100C’的各个中心部120的方式介由旋转状弯曲带材150而传播，因此上述中心部120和旋转状弯曲带材150发光。其结果是，柔性导光基板100整体上以面状发光。这样的柔性导光基板100呈现出伸缩特性，能够以自由设置、自由安装的方式设置于例如设备的壳体的立体曲面或驱动部周围或者人体的大幅伸缩的部位等。
此外，在上述实施方式中，中心部120和旋转状弯曲带材150各自还可以在主面的正面或正面和背面这两个面具备其他树脂层(与形成膜状树脂材料的层不同的层)。在该情况下，其他树脂层优选具有比形成膜状树脂材料的层更低的折射率。这是因为，对于由配置于柔性导光基板100的侧面侧的光源射入形成膜状树脂材料的层的光来说，其他树脂层可作为反射层发挥功能。通过这样的“具有更低的折射率的其他树脂层”，能够防止入射光从膜状树脂材料向外部漏出，能够进一步提高柔性导光基板100的发光效率。在某个方案中，通过仅在背面配置“具有更低的折射率的其他树脂层”，可以制成在正面射出光的柔性导光基板100。此外，当然也可以理解为膜树脂材料具备折射率相互不同的两个层。
就“柔性导光基板”的形态来说，可考虑各种情况。例如，还可考虑图11(A)～11(C)所示的形态。具体来说，柔性导光基板100具有以矩阵状配置的多个单位伸缩结构100’，如图11(A)～11(C)所示，可以在规定方向具备由侧面射入多个光的多个发光元件。即便是上述形态，光也以从多个单位伸缩结构100’(旋转状弯曲带材150和中心部120)通过的方式传播，因此基板整体会发光。此外，图11(B)所示的柔性导光基板100特别地具备低折射率树脂(例如，反射层)，图11(C)所示的柔性导光基板100特别地具备作为“密封树脂层110”的高伸缩性树脂。
(第2实施方式)
第2实施方式特别涉及用作“柔性光波导基板”的光学基板。
如图12所示，第2实施方式的柔性光波导基板100由膜状树脂材料形成，所述膜状树脂材料由在一个方向排列设置的第1单位伸缩结构100A’、第2单位伸缩结构100B’和第3单位伸缩结构100C’构成。第1单位伸缩结构100A’、第2单位伸缩结构100B’和第3单位伸缩结构100C’各自具备中心部120和两个旋转状弯曲带材150。两个旋转状弯曲带材150各自一端与中心部120连接，以沿着中心部120的外周旋转的方式弯曲。伴随着柔性光波导基板100的伸长，沿着中心部120的外周设置的旋转状弯曲带材150的曲率以比伸缩前变小的方式变化。即，旋转状弯曲带材150以从中心部120的外周离开的方式伸长。另一方面，中心部120在伸长时不伴有形状变化。因此，柔性光波导基板100通过沿着中心部120的外周设置的旋转状弯曲带材的曲率变化来自由伸缩。
如图12所示，在第1单位伸缩结构100A’和第2单位伸缩结构100B’，第1单位伸缩结构100A’的一个旋转状弯曲带材150和第2单位伸缩结构100B’的一个旋转状弯曲带材150连接。另外，在第1单位伸缩结构100A’，另一个旋转状弯曲带材150的一端与发光源190(例如发光元件)进行了光学连接。作为成为发光源190的发光元件，可以使用发光二极管(LED)等可发出光的元件，将RGB光源分别与基板连接。并且，在第2单位伸缩结构100B’和第3单位伸缩结构100C’中，第2单位伸缩结构100B’的另一个旋转状弯曲带材150和第3单位伸缩结构100C’的一个旋转状弯曲带材150连接。进而，在第3单位伸缩结构100C’，另一个旋转状弯曲带材150的一端与受光元件195进行了光学连接。这样，本申请的柔性光波导基板100在其侧面侧以成对的方式分别设置有至少一个发光元件和受光元件，上述成对的发光元件和受光元件通过单位伸缩结构相互进行了光学连接。换言之，柔性光波导基板100通过第1～第3单位伸缩结构100A’～C’来呈现出高伸缩特性，同时可作为包含与单位伸缩结构光学连接的发光元件190和受光元件195的基板来提供。
例如，假设了下述情况：在柔性光波导基板100的侧面侧设置有作为发光源190的发光元件(例如发光二极管)，并按照与其成对的方式设置有受光元件195。光信号由膜状树脂材料的侧方射入，射入的光信号以从第1单位伸缩结构100A’、第2单位伸缩结构100B’和第3单位伸缩结构100C’各自的中心部120通过的方式介由旋转状弯曲带材150进行传播，最终到达受光元件195。即，射入的光信号介由多个单位伸缩结构被传送至受光元件，因而基板100可作为用光信号连接发光元件/受光元件之间的光配线发挥功能。这样的柔性光波导基板100呈现出伸缩特性，能够以自由设置、自由安装的方式设置于例如设备的壳体的立体曲面或驱动部周围或者人体的大幅伸缩的部位。
此外，即便是上述实施方式，中心部120和旋转状弯曲带材150各自也可以在主面的正面、在正面和背面这两个面进而在侧面等具备其他树脂层(与形成膜状树脂材料的层不同的层)。在该情况下，其他树脂层优选具有比形成膜状树脂材料的层更低的折射率。这是因为，可起到光信号的封闭效果。通过“具有更低的折射率的其他树脂层”，可以引导光信号，结果可提高柔性光波导膜的光传送效率。由此，在本申请的一个方案的柔性光波导基板100中，能够将例如通过生物传感等得到的微弱电信号转换为光信号，能够高速、低噪音地以面状传播光。此外，当然也可以理解为膜树脂材料具备折射率相互不同的两个层。
就“柔性光波导基板100”的形态来说，可考虑各种情况。例如，还可考虑图13(A)和13(B)所示的形态。具体来说，柔性光波导基板100具有以矩阵状配置的多个单位伸缩结构100’，如图13(A)和13(B)所示，从多个的发光元件分别由侧面射入多个光信号。即便是上述形态，光信号也以从多个单位伸缩结构100’(旋转状弯曲带材150和中心部120)通过的方式传播，因此通过与发光元件成对的受光元件来接受信号。如图13(A)和图13(B)所示，在本申请的一个方案的柔性光波导基板100中，芯(即高折射率区域)-被覆(即低折射率区域)具有特异的形态。具体来说，如图13(A)所示，在中心部和带材各自中，以夹住高折射率区域的层170的方式设置为低折射率区域的两个层180A、180B相对置，同时以将该相对置的两个层相互连结的方式在中心部和带材各自的周边部设置有其他低折射率区域180C(一并参照图9(d))。此外，图13(B)所示的柔性光波导基板100特别地具有使用高伸缩性树脂作为“密封树脂层110”的形态。
[柔性光学基板的制造方法]
接着，参照图14对柔性光学基板的制造方法进行说明。
本申请的一个方案的柔性光学基板是具有由中心部和带材构成的单位伸缩结构的基板，上述单位伸缩结构自身由膜状树脂材料构成。由此，本申请的一个方案的柔性光学基板可以由树脂片来制造。具体来说，如图14(I)和(II)所示，通过对树脂片实施布图处理，可以得到“由包含中心部和带材的膜状树脂材料构成的单位伸缩结构”。布图处理可如下实施：例如在树脂片为感光性片的情况下，隔着描绘有图案的玻璃掩模或膜掩模进行了UV等的曝光，之后实施显影处理。另外，布图处理也可以通过利用冲床冲切加工或激光切割加工等将树脂片成批冲切来进行。进一步来说，也可以不特别地使用树脂片，而利用印刷处理直接形成“由包含中心部和带材的膜状树脂材料构成的单位伸缩结构”。例如，可以在某个支撑基材上以所期望形状将树脂材料印刷成膜状。
在对柔性光学基板设置密封树脂层的情况下，如图14的最左侧所示，按照整体密封基板的方式形成密封树脂层110。例如，可以按照用弹性体材料覆盖柔性光学基板整体的方式来设置。在某一个方案中，为了确保柔性光学基板的伸缩性，使位于带材彼此的间隙部分的弹性体材料的厚度比位于带材和其上的弹性体材料的合计厚度更薄。虽然只不过是例示，但可对“由包含中心部和带材的膜状树脂材料构成的单位伸缩结构”喷涂弹性体材料的前体溶液，由此可以用弹性体材料覆盖柔性光学基板整体。另外，就弹性体材料的前体溶液来说，可以相互改变“涂布于带材彼此的间隙部分的弹性体材料的前体溶液的浓度”和“涂布于中心部和带材上的弹性体材料的前体溶液的浓度”。
在柔性光学基板为“柔性导光基板”的情况下，如图14(II槽加工)所示，可以在光出射面的相反侧面形成大量的微细槽部130。上述槽部的形成方法可以与常规的导光板的微细槽部的形成方法相同。如图所示，可以对具备大量的微细槽部130的柔性导光基板也设置密封树脂层110。
在柔性光学基板为“柔性光波导基板”的情况下，如图14(II芯-被覆)所示，可以按照得到“具有相对大的光折射率的层(例如芯层)170”和位于其周围的“具有相对小的光折射率的层(例如被覆层)180”的方式提供其他树脂材料。例如，将该膜状树脂材料(具有相对大的光折射率)浸渍到其他树脂材料(相对小的光折射率)的前体液中，接着进行固化处理(加热固化或光固化等处理)，从而能够得到具有“具有相对大的光折射率的层(芯层)170”和位于其周围的“具有相对小的光折射率的层(被覆层)180”的柔性光波导基板100。此外，如图所示，可以对上述柔性光波导基板100也设置密封树脂层110。
当柔性光学基板为“柔性导光基板”并在光出射面的相反侧面设置有反射层140时，或者当除此以外还在光出射面设置有光漫射层160时，如图14(II反射层)和14(II漫射层)所示，能够在树脂片的布图处理前预先形成“反射层的前体层140’”和“光漫射层的前体层160’”。即，如图所示，可以预先得到双层结构和三层结构，之后实施布图处理。上述前体层的形成本身可以利用常规的方法。例如，在前体层的原料具有片形态的情况下，可以利用真空层压机等装置进行结合处理来形成前体层，或者在前体层的原料为液体形态的情况下可以利用旋涂机等装置以得到固定膜厚的方式进行涂布、干燥，从而形成前体层。
以上，对本申请的一个方案的柔性光学基板进行了说明，但本申请不限于此，可以理解本领域技术人员能够在不脱离权利要求书所规定的发明范围的前提下进行各种变更。
例如，在图3(A)～图7(B)等所示的方案中，就以矩阵状配置的多个单位伸缩结构100’来说，相邻的单位伸缩结构彼此的间隙较小(即，较“密”地排列有多个单位伸缩结构)，但本申请未必限于此。如图15(A)和图15(B)所示，相邻的单位伸缩结构彼此的间隙也可以较大(即，较“稀疏”地排列有多个单位伸缩结构)。
另外，本申请中柔性导光基板的光提取也可以为图16所示的形态。即，构成单位伸缩结构的中心部和/或带材的侧面可以具有锥形，可以进行基于锥形的某种期望的光提取。更具体来说，图16示出以夹住高折射率区域的层170的方式设置为低折射率区域的两个层180A、180B相对置的柔性导光基板的截面。如图所示，通过在上述层积结构中存在锥形的空隙部，从而能够在某个规定方向有效地进行光提取。
进而，也可以在单位伸缩结构100’设置导电性层，将其作为反射层或电配线层进行合用。对导电性层的材质没有特别限制，除了可以列举出银(Ag)以外，还可以列举出铜(Cu)、镍(Ni)和/或铬(Cr)等。另外，也可以为氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、氧化铟锡(ITO)、含氟氧化锡(FTO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化铂(PtO2)等导电性氧化物材料，进而还可以为聚噻吩系和/或聚苯胺系等导电性高分子材料。在设置有导电性层的情况下，优选通过绝缘性材料实施被覆处理或密封处理，因而优选设置“密封树脂层”。
产业上的可使用性
本申请的一个方案的柔性光学基板除了能够用于包括可穿戴设备等领域的电子设备以外，还能够用于保健领域、医疗领域和护理领域等。
特别是，本申请的一个方案的柔性光学基板能够用作“将点光源作为面发光体而发挥功能的导光板”。在该情况下，能够用于液晶显示器等显示装置的背光源、照明、广告显示板、电饰招牌、电饰布告栏、灯饰等(特别是，本申请的一个方案的导光板可呈现出挠性和伸缩性，因而可用于具有圆弧状或波浪状等设计性高的曲面形态的显示器、照明、招牌等)。进而，本申请的一个方案的柔性光学基板还可以用作“通过将光信号封闭在树脂芯内部来进行光通信的光波导”。同样地，由于可呈现出挠性和伸缩性，因而本申请的一个方案的光波导能够用于各种用途。

Claims (15)

1.一种柔性光学基板，其为具备多个单位伸缩结构的柔性光学基板，
所述多个单位伸缩结构分别具备膜状树脂材料，所述膜状树脂材料包含中心部和设置于所述中心部的外侧的一个或多个带材，
所述一个或多个带材分别以一端与所述中心部连接，
所述多个单位伸缩结构分别具有间隙，
相互相邻的两个单位伸缩结构通过所述两个单位伸缩结构的带材中的至少一部分带材来连结。
2.根据权利要求1所述的柔性光学基板，其中，所述一个或多个带材分别具有至少部分弯曲的形态。
3.根据权利要求1所述的柔性光学基板，其中，所述一个或多个带材分别以在所述中心部的周围旋转的方式弯曲。
4.根据权利要求1所述的柔性光学基板，其中，将所述两个单位伸缩结构彼此连接的所述至少一部分带材以具有拐点的方式弯曲。
5.根据权利要求1所述的柔性光学基板，其中，通过所述一个或多个带材的曲率变化来使得所述柔性光学基板自由伸缩。
6.根据权利要求1所述的柔性光学基板，其中，所述多个单位伸缩结构沿着一定方向排列，或者沿着一定方向和与所述一定方向交叉的方向排列。
7.根据权利要求1所述的柔性光学基板，其进一步具备整体密封所述多个单位伸缩结构的密封树脂层，
所述密封树脂层为比所述膜状树脂材料更软质的树脂材料的层。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的柔性光学基板，其中，所述柔性光学基板为柔性导光基板或柔性光波导基板。
9.根据权利要求8所述的柔性光学基板，其中，所述中心部和/或所述一个或多个带材分别具备第1区域和第2区域，所述第1区域包含具有第1光折射率的树脂，并且所述第2区域包含具有比所述第1光折射率更低的第2光折射率的树脂。
10.根据权利要求8所述的柔性光学基板，其中，所述柔性光学基板为所述柔性导光基板，
所述中心部和/或所述一个或多个带材分别具有射出光的第1面和设置于所述第1面的相反侧的第2面，
所述柔性光学基板进一步具备反射层，所述反射层设置于所述中心部和/或所述一个或多个带材的所述第2面，所述反射层为具有比所述膜状树脂材料更低的折射率的树脂层。
11.根据权利要求8所述的柔性光学基板，其中，所述柔性光学基板为所述柔性导光基板，
所述中心部和/或所述一个或多个带材分别具有射出光的第1面，
所述柔性光学基板进一步具备设置于所述中心部和/或所述带材的所述第1面的光漫射层。
12.根据权利要求8所述的柔性光学基板，其中，所述柔性光学基板为所述柔性导光基板，
所述柔性光学基板进一步具备设置于所述多个单位伸缩结构的侧面侧的至少一个发光元件。
13.根据权利要求9所述的柔性光学基板，其中，所述柔性光学基板为所述柔性光波导基板，
在所述中心部和/或所述一个或多个带材各自中，所述第1区域为层状的区域，所述第2区域具备夹住所述第1区域的两个层和设置于所述中心部或带材的周边部并将所述两个层相互连结的区域。
14.根据权利要求8所述的柔性光学基板，其中，所述柔性光学基板为所述柔性光波导基板，
所述柔性光学基板具备至少一组发光元件和受光元件，所述至少一组发光元件和受光元件通过所述多个单位伸缩结构中的至少一部分来在光学上相互连接。
15.根据权利要求14所述的柔性光学基板，其中，所述发光元件设置于所述多个单位伸缩结构的第1侧面侧，所述受光元件设置于与所述第1侧面侧不同的第2侧面侧。
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