CN111295606A - 光分布结构和元件，相关方法和用途 - Google Patents

光分布结构和元件，相关方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN111295606A
CN111295606A CN201880070904.8A CN201880070904A CN111295606A CN 111295606 A CN111295606 A CN 111295606A CN 201880070904 A CN201880070904 A CN 201880070904A CN 111295606 A CN111295606 A CN 111295606A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
optical
light distribution
pattern
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880070904.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111295606B (zh
Inventor
K.林科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Denko Corp filed Critical Nitto Denko Corp
Publication of CN111295606A publication Critical patent/CN111295606A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111295606B publication Critical patent/CN111295606B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12002—Three-dimensional structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0038—Linear indentations or grooves, e.g. arc-shaped grooves or meandering grooves, extending over the full length or width of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02033—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material
    • G02B6/02038—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material with core or cladding having graded refractive index
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02052—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising optical elements other than gratings, e.g. filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

提供了一种光分布结构10和相关元件100，例如光导。结构10优选是光学功能层，其包括通过多个三维光学特征在光透射载体中建立的至少一个特征图案11、11A，所述多个三维光学特征在特征图案内在其横截面轮廓、维度、周期性、取向和布置中的至少一个方面是可变的。在某些情况下，光学特征实施为内部光学腔12，其能够在其水平表面和基本上竖直表面处建立全内反射(TIR)功能。还提供了一种用于制造光分布结构的方法。

Description

光分布结构和元件，相关方法和用途
技术领域
大体上，本发明涉及光透射基板光学器件。特别地，本发明涉及用于诸如光导的光分布元件的光提取和分布层结构，其提供了显著增强的照明性能。
背景技术
在照明应用中，照明性能很大程度上取决于所使用的光分布系统。通常的光导(LG)系统包括在光提取时控制光耦合输出效率的光学图案。为了控制发射的光角度分布并实现所需的性能，设计用于照明/照明应用的传统光导解决方案仍然使用一定数量的单独的光学膜，例如增亮膜(BEF)。因此，从图1B可以观察到，在没有BEF的情况下，通过传统的光导解决方案(由此，基于微透镜和V形凹槽的光学图案的最通常的解决方案)，不可能以期望的方式控制光分布。然而，对于多层解决方案(具有几个结构上不同的层)，不可能获得完全的层压和透明性，并且进一步不可能生产出薄且可弯曲的光导，并且不可能在光导内进行不对称的轮廓分布。另外，与单个层相比，几个单独的层具有降低的效率。当光在光分布系统内再循环时，例如用于偏振目的，后者尤其明显。
美国专利号6,846,089和9,791,603公开了用于光分布控制的多层膜叠层解决方案。这些解决方案没有利用(在内部)入射在光导介质内的光，因此不能提供从光导介质中提取光的功能。
因此，美国专利号6,846,089公开了一种包括粘合在一起的一定数量的棱柱透射膜(例如BEF)的光学结构，以及一种粘合方法。提及的膜是透射型光学组件，其控制光分布角并使由光导产生的光重定向。这些膜利用从光导引出的光(即，耦合输出或提取的光)，该光通常必须是均匀的并且没有光条纹。然而，为了实现二维的光分布控制，所公开的膜叠堆需要提供至少两个不同的棱柱形片。另外，用一种或多种粘合剂将膜粘合在一起会降低光学性能和效率。而且，该方法不允许与LG介质直接光学耦合，因为否则将完全破坏光导性能。
美国专利号9,791,603又公开了一种改进的透射型棱柱膜粘合解决方案，该解决方案构造成最小化降低的导光性能并提高机械强度。所述棱柱膜叠层的基本功能与先前专利中公开的功能相当。该膜叠层利用离开光导的光，该光通过传统图案轮廓被提取(耦合输出)并从光导引出。然后，多层叠层仅(重新)引导光。
具有线性光学特征图案的单层LG解决方案是已知的。对于这样的解决方案，当使用诸如LED的多点光源时，存在两个基本问题。通常，多点光源会导致从光导前缘附近开始直到光导中间的可见光条纹。另一个基本问题是在横向方向上的光提取分布极宽(即，不可能控制耦合输出/提取的光的方向)。广角提取分布通常与以下事实有关：传统LED提供辐射强度的朗伯分布。
图1A示出了在粘结光学器件的构思内实现的传统光导1解决方案，该解决方案通常旨在在三维(3D)系统内创建光学功能。光导1包括在其顶表面上具有光分布膜2的光透射基板1A，该顶膜包括多个线性图案特征，例如与凹槽3A交替的突出轮廓3。来自光源31的光线用箭头指示。图1所示的解决方案未完全嵌入。从亮度分布图中，可以观察到，在“a”处，所提取的光在横向方向上具有宽的角度分布，并且在“b”处，通过光透射通过图案轮廓3，3A经由顶膜2而发生漏光(所谓的杂散光)(另请参见上图，示出了穿过特征3，3A透射的光线)。
亮度分布图清楚地表明，在实现为1或与其类似的LG中，无法控制横向方向上提取的角度分布。因此，由光的透射和穿光透射学图案轮廓导致的不希望的和不受控制的漏光(沿不希望的方向从光导“逸出”的杂光)导致照明效率显著降低。
为了减轻光条纹问题，可以将曲率图案形状用于光提取。因此，利用离散的微透镜(图1B，左)或径向凹槽(未示出)可以消除光条纹。然而，曲率形状不能解决控制横向提取分布的问题。因此，与线性图案形状相比，以更大的角度提取光。因此，当使用微透镜和其他曲率图案时，在两个方向(纵向和横向)上控制提取的光分布仍然存在某些挑战。
因此，美国专利号5,396,350公开了一种多层LG解决方案，其具有被构造用于光提取的线性的、离散的(棱柱形)图案特征，其中层彼此粘附。该解决方案还包括层压在光导顶部上的微透镜层。图案特征相对较大，可以视为粘合光学器件。然而，所公开的解决方案不能解决没有光条纹的多点源利用的问题。双向提取光分布控制的问题也没有解决。此外，较大的提取特征可能导致光回收，这造成了不希望的光泄漏(杂散光)。在本公开中，图1和4B中的模拟演示了这个基本问题。
鉴于光导结构问题，另一个主要缺点与缺乏成本有效的生产方法和工具来制造具有先进3D结构的LG大型表面(即等于或大于约0.5-1.5m2(平方米))相关联。制造用于如此大的表面积的光导和/或相关的光分布结构非常昂贵，其中每个主工具(表面覆盖面积约1.5m2)的成本是不可接受的。另外，例如，鉴于在整个(光导)表面上制造图案以及通过模制来批量生产，该工艺具有挑战性。这严重限制了开发总体上可以使照明解决方案达到新的性能水平的具有高光功率和降低功耗的最高效、最先进的光学解决方案的可能性。
传统的LG受到光提取(耦合输出)引起的一定数量问题的进一步阻碍。因此，在传统的LG中，当在光透射介质内传播的光线以等于或大于临界角(相对于表面法线)的入射角入射到所述光导的内表面时，会发生全内反射(TIR)的现象。在TIR时，光不会从所述光导/光导管折射出来(耦合输出)，而是被反射回光导介质中。这样的解决方案在照明应用中效率低。
发明内容
本发明的目的是要至少减轻由相关技术的限制和缺点引起的每个问题。该目的通过根据独立权利要求1所限定的光分布层结构的各个实施例来实现。
在一实施例中，以光学功能层的形式提供光分布结构，该光学功能层包括通过多个内部光学腔在光透射载体介质中建立的至少一个三维特征图案，其中每个所述光学腔为构造成在其水平表面处和在其基本上竖直的表面处建立至少一个光学功能，后者沿光传播方向布置在光透射载体介质中，其中，通过所述水平表面，光学腔被构造成对在光透射载体介质中沿着基本纵向的光传播路径的光传播进行介导，并经由多个光通道进一步将在光透射载体介质中从所述水平表面朝向腔中的后序光学腔的基本竖直表面反射的光线进行分布，和通过所述基本竖直表面，所述光学腔被构造为沿基本上横向于所述纵向光传播路径的预定方向从所述结构中提取光，并且其中，所述至少一个光学功能是通过将光通道区域的构造为与特征图案中的光学腔的维度、周期性、取向和布置中的至少一个组合而建立的。
在一实施例中，所述至少一个光学功能是全内反射(TIR)功能。
在一实施例中，每个光学腔被构造为，对以相对于所述表面法线等于或大于临界角的入射角到达光学腔的光进行接收和进一步分布。
在一实施例中，建立的光学腔填充有气态物质，例如空气。
在一实施例中，每个单独的光学腔被构造为在特征图案内的截面轮廓、维度、周期性、取向和布置中的至少一个方面是可变的。
在一实施例中，利用选自基本闪耀、弯曲或波浪形轮廓之一的三维轮廓来建立光学腔。在一实施例中，利用设置为对称正弦波形或非对称正弦波形的三维轮廓来建立光学腔。
可以针对每个单独的光学腔以预定的周期性来建立横截面轮廓可变性、曲率角可变性和/或曲率半径可变性。
在一实施例中，至少一个特征图案包括具有离散轮廓或至少部分连续轮廓的多个光学腔。
对于每个单独的光学腔，可以通过以下中的至少一个在三个维度上建立横截面可变性：光通道区域的构造、曲率角、曲率半径、节距长度、宽度、高度、周期、相位等。
在一实施例中，特征图案被构造为在整个光学功能层上延伸。在另一实施例中，光分布结构包括根据预定顺序布置在至少一个光学功能层上的一定数量的特征图案。在一些实施例中，在至少一个特征图案内，多个光学腔被布置成沿着和/或横跨由所述特征图案占据的整个区域延伸的一个或多个阵列。
光学功能层构造成具有的特征图案的填充因子等于100％或小于100％。
在一实施例中，光分布结构包括至少两个光学功能层，在每个所述层上建立有至少一个特征图案。
可以以膜、片或涂层的形式提供光分布结构。优选的是在光学聚合物或玻璃中建立了光学功能层。
光学腔可以进一步形成在与额外的平坦平面载体层的界面处，该载体层选自透明层，反射层和/或有色层。
光分布结构优选地被构造为接收来自多个点光源的光。
在另一方面，根据独立权利要求20中限定的内容，提供了一种用于制造光分布结构的方法，其中，所述结构以光学功能层的形式提供，所述光学功能层包括由多个三维光学特征在光学系统中建立的至少一个特征图案，所述多个三维光学特征在特征图案内在其横截面轮廓、维度、周期性、取向和布置中的至少一个方面是可变的。该方法优选地包括通过从快速工具伺服(FTS)方法和触针雕刻方法中选择的压电切割方法，或通过激光雕刻方法来制造用于所述三维特征图案的图案化的主工具，并将三维特征图案转印到光透射载体上。
制造图案化的主工具的步骤优选包括提供三维特征图案，该三维特征图案构造为具有连续或离散轮廓的对称或不对称正弦波形或分段曲率形式。主工具可以进一步制成平面或圆筒体形式。
将三维特征图案转印到光透射载体上的步骤优选地通过卷到卷方法、卷到片方法或片到片方法来实现。
该方法可以进一步包括表面抛光处理。
在又一方面，根据独立权利要求25中限定的内容，提供了一种光分布元件。根据某些先前方面，该光分布元件优选地包括被构造沿其建立用于光传播的路径的光学透明基板，以及至少一个光分布结构。
在一实施例中，光分布元件包括设置在光学透明基板的至少一个表面上的额外层形式的光分布结构，例如膜、片或涂层。在另一个实施例中，光分布元件包括完全集成和/或嵌入到光学透明基板中的光分布结构。
在一些实施例中，光分布元件被构造为光导、光导管、光导膜或光导板。
所述光分布元件可以进一步包括至少一个光源，其选自：发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、LED条、OLED条带、微芯片LED条带以及冷阴极管。
在另一方面，根据独立权利要求30中所限定的内容，提供一种照明和指示提供了根据一些先前方面的光分布元件的用途。
该用途用于墙壁面板和屋顶板的照明、窗户和立面的照明、标牌照明、温室照明、显示照明、无源矩阵照明、信号照明、触摸信号解决方案、安全系统、生产光引导膜、建立用于非透明模式的光遮罩、安全系统、指示器装置、反射器和/或光收集器解决方案。
在另一方面，根据独立权利要求32中所限定的内容，提供了光分布元件的卷材。在一实施例中，该卷材包括光学功能层，该光学功能层包括由多个三维光学特征在光透射载体中建立的至少一个特征图案，所述多个三维光学特征在特征图案内在其横截面轮廓、维度、周期性、取向和布置中的至少一个方面是可变的；以及光滤波器层，该光滤波器层由具有的折射率比构成光学功能层的载体介质的折射率低的基板材料制成，并包括多个孔。
在一些实施例中，根据一些先前的方面，所述卷材中的光学功能层由光分布结构建立。
取决于本发明的每个特定实施例，本发明的实用性由于多种原因而产生。首先，本发明涉及一种新颖的光提取图案解决方案，其包括单层3D特征图案，该单层3D特征图案被优化，以能基本上沿着光传播路径(长度方向)并且同时相对于来自照明设备(同轴照明或准直照明)的光传播方向在基本上横向于光传播路径的方向上对提取的光分布进行控制。
通过优化3D图案轮廓特征的参数，例如维度(长度、宽度和高度)、周期、曲率半径和/或曲率角，可以有效地对通过全内反射(TIR)以一定角度范围(例如，锥形光的角度分布)入射到所述特征图案轮廓上的光的提取和分布进行控制。通过彻底的图案轮廓优化，该解决方案允许通过全内反射将光的折射最大化，以获得优选的分布角。通过专用的轮廓设计，可以最小化经由该图案的光透射。
在一些优选的实施例中，由此提供的解决方案有利地实现为整合(内部)腔光学器件。在涉及光学腔的传统解决方案中，光通常被传送(穿透)到所述腔中，由此引起不希望的折射并且不能实现光分布控制。相反，在本文提出的解决方案中，可以通过相关的光学功能特征图案的TIR功能来高精度地控制提取的光分布(相应地在折射角和方向方面)。
为了在由TIR介导(mediate)的所需反射角处实现(提取的)光分布，需要真实的3D特征图案轮廓，这是由于光通常以各种角度(例如在圆锥形的光角度分布的情况下)入射在特征图案/轮廓上。通过传统的光分布解决方案，由于在制造光提取和分布结构中的某些挑战，无法实现最佳的TIR条件。后者的设计应考虑基于TIR的不同提取角度，因为对于单个光束可能有多个TIR点。
本发明还允许在成本效益方面以明显更有效和负担得起的方式来生产(单个)光分布系统，例如光导，光导板等，因为由此提供的解决方案不需要掌握昂贵的多层结构。本解决方案允许制造大表面积的光导结构，表面积覆盖范围从约0.5m2到几平方米(约1-10m2)。
该解决方案还提供了提高的光学性能效率，因为其开发不需要其他离散的光学结构或膜。
本文提供的光分布结构可以建立用于非透明光导(具有较高填充因子)和用于透明光导(具有较低填充因子)的提取(耦合输出)图案膜。
另外，根据本发明的一些实施例，光分布元件(例如光导，光导板等)的生产在成本效益方面构成了更加有效和负担得起的解决方案，因为它不需要掌握昂贵的多重结构。该解决方案允许制造大表面积的光导结构，表面积覆盖范围从大约0.5平方米到几平方米(大约1-10平方米)。
该解决方案还提供了提高的光学性能效率，因为其开发不需要额外的光学结构或膜。
根据一些实施例，光分布结构还包括光学滤波器层，其具有低折射率值并且包括用于光穿过其中的孔，从而使得能够在光导结构中的更均匀的光分布。
除非另有明确说明，否则术语“光学”和“光”在很大程度上被用作同义词，并且是指电磁频谱的特定部分内的电磁辐射，优选但不限于可见光。
在最广泛的意义上，术语“光学滤波器”或“光滤波器”在本公开中是指用于改变光谱强度分布或入射在其上的电磁辐射的偏振状态的装置或材料。该滤波器可以参与执行多种光学功能，其选自：透射、反射、吸收、折射、干涉、衍射、散射和偏振。
在最广泛的意义上，术语“光导”或“波导”在本公开中是指被构造为让光沿其透射(例如，从光源到光提取表面)的装置或结构。该定义涉及任何类型的光导，包括但不限于光管类型的部件、光导板、光导面板等。
术语“载体”或“载体介质”通常是指由构造为用于光传播并可选地构成层状结构的基础材料组成的平坦的平面构件。
措辞“一定数量(a number of)”在本文中是指从一(1)开始的任何正整数，例如指一、二或三；而措辞“多个(a plurality of)”在本文中是指从二(2)开始的任何正整数，例如指两、三或四。
术语“第一”和“第二”并非旨在表示任何顺序、数量或重要性，而是仅用于将一个元件与另一个元件区分开。
附图说明
通过考虑详细说明和附图，本发明的不同实施例将变得显而易见，在附图中：
图1A是传统光导解决方案的截面图(上)和由此获得的亮度分布图(下)；
图1B示出了在没有诸如微透镜(左)和V形凹槽(右)的增亮膜(BEF)的情况下实现的传统光导解决方案，以及由此获得的亮度分布图；
图2A和2B是根据一些实施例的光分布层结构10的截面图；
图3示出了根据优选实施例的光分布结构10的主要光学功能以及图案矩阵的示例性光学特征；
图4A和图4B示出了根据一些实施例的在光分布结构10中建立的光学图案与传统光导中的光学图案之间的性能比较；
图5示出了根据一些实施例的在光分布结构中建立的光学图案，其被构造为离散图案(下)或连续图案(上)；
图6示出了根据一些实施例的示例性三维光学特征12以及相关的截面轮廓，(A)单个光学特征的3D形状和一般等式；(B)光学特征图案的顶视图；(C)在(A)处所示的特征的横截面轮廓，标明尺寸；(D)在(B)处所示的特征图案的横截面轮廓；
图7A-7D描述了填充因子的概念。
图8和图9示出了根据性能控制的、根据一些实施例实现的一定数量的不同光学特征图案11解决方案的比较数据；
图10示出了包括一定数量的BEF的传统光导与包括光分布结构10的光分布元件(例如光导)之间的比较数据；
图11A和11B是根据各个实施例的光学特征图案的截面图；
图12是根据一些实施例的包括光分布结构10的光分布元件100(诸如光导)的截面图；
图13是根据一些实施例的光分布元件100A的截面图；
图14A-14C和15示意性地示出了根据一些实施例的光分布元件100、100A的制造过程；
图16和图17示出了根据各个实施例的通过激光辅助方法的用于光滤波器层(孔层)的生产过程；
图18是描述现有技术的发展及其与下文公开的解决方案的比较的图。
具体实施方式
在此参考附图公开了本发明的详细实施例。在所有附图中，相同的附图标记用于指代相同的构件。以下引用用于所述构件：
1，1A，2，3，3A–传统的光导及其部件；
10-光分布层结构；
11、11A-光学特征图案；
111，111A-光透射载体介质；
12-光学(图案)特征；
13-光通道；
121，122-光学功能表面；
100、100A-光分布元件(光导)；
101，101A-光学透明基板；
141-光学滤波器表面或层；
141A-在光学滤波器表面中提供的孔；
151-粘合剂；
31-光源；
41-增亮膜，BEF(现有技术)；
42-反射器膜；
51，52-相应地，入射光和提取(耦合输出)光；
71-激光器或扫描仪。
图2A和2B是根据一些优选实施例的光分布结构10的截面图。因此，图2A示出了以光学功能层的形式构造的结构10，其包括通过多个内部光学特征在光透射载体介质111中建立的至少一个三维特征图案11。在优选实施例中，特征图案11由多个内部光学腔(即内部、嵌入式或集成腔光学器件)建立。后者进一步被称为“腔”或“腔轮廓(cavityprofile)”。
在一些实施例中，光透射载体介质111是光学聚合物或玻璃。在示例性实施例中，载体介质111是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
图2B示出了结构10的形成，于是附加的光透射载体介质层111A，设置为整体平坦的平面层，被布置成抵靠(图案化的)层111，使得内部的(即嵌入的或集成的)特征图案11在图案化层111和平面层111A之间的界面处建立。由虚线示出载体层111，111A之间的边界，以强调完整结构10的基本“整体(one-piece)”的性质。完整结构10作为单层提供。
在一些实施例中，以示例性波导的膜、片或涂层的形式提供光分布结构10。
结构10的主要光学功能包括在沿着基本纵向的光传播路径的方向上(在图2A，2B，3中由Y轴指示)在光透射载体介质111中传播的光的耦合(输入)和在基本上横向于纵向光传播路径的预定方向上进行光的提取(耦合输出)。横向方向由图2A，2B，3上的X轴指示。轴Y还指示从照明器(luminaire)31沿着示例性波导(未示出)发射的光传播方向，并且该轴基本上对应于所述波导的纵轴。基本上垂直于所述纵向轴Y的横截面中包含的轴X被称为横向方向。表面法线又由Z轴指示。在三维笛卡尔坐标系中示出了与光传播相关的轴X，Υ，Z。
所述(一个或多个)主要光学功能由光学特征介导，优选地被构造为内部光学腔12。因此，每个腔12构成一轮廓，该轮廓包括在第一光学功能表面和第二光学功能表面，其建立在光透射载体介质111和腔12的内部之间的边界界面处。第一光学功能表面是基本上水平的表面121(该表面基本上平行于光透射载体介质中的(纵向)光传播路径)，以及第二光学功能表面是在光透射载体介质中沿光传播方向布置的基本上竖直的表面122。所述表面122面对从光源31沿着载体介质(在纵向方向上)传送的光线。
在所述表面121和122处，单个腔12被构造为建立至少一种光学功能，该光学功能关联于沿基本水平的方向在载体介质111中的光传送和分布以及与沿基本竖直的方向从所述载体介质中提取光，由此通过结构10获得了对(传送和耦合输出的)光分布的高精度二维控制。
在优选实施例中，光学腔12被构造为在表面121和122处建立全内反射(TIR)功能。
参考图3示出了光分布结构10的二维光分布控制功能。从图3中，可以观察到对于从光源31在载体介质111中传送的光线51，TIR最初发生在腔12(TIR1)的最低(水平)表面121处。从表面121反射的光线(由此，全内反射，TIRed)在载体介质111中经由多个光通道13朝向腔12中的后序光学腔的基本竖直的表面122进一步分布。所述光通道13是光透射载体介质材料111。结构10还被构造成使得例如能够从载体介质111的底表面反射。
腔12还被构造成使得也在第二光学功能表面122(基本竖直的表面)处建立了TIR功能(TIR2)，由此从载体介质111到达所述表面的光从结构10中被耦合输出并提取52。如上所述，光52以基本上横向于纵向光传播路径的预定方向被提取。腔12被构造成使得能够以受控的分布角提取(extraction)。
TIR点1和2在图3中用虚线圆圈表示。
因此，第一光学功能表面121可以被称为对在载体介质111中的光传播(内部光传播)进行控制的表面，而第二光学功能表面122可以被称为光提取表面。
在虚线框中示出了单个腔轮廓12的一个示例。
至少一个光学功能，优选为TIR功能，是通过光通道区域13的构造与特征图案11内的光学腔(12)的维度、周期性、取向和布置中的至少一个相结合而建立的。光通道区域13的构造是对经由载体介质111到达第二光学功能表面122的光的方向控制进行优化的重要因素。
应当进一步强调的是，表面121和122被构造为以一定的入射角范围对到达该处的光进行全内反射。
特征图案11被构造为以防止光在腔12内穿透和/或防止光穿过所述腔透射。在所有构造中，腔均构造为对载体介质(TIR1)内部和载体介质(TIR2)外的光进行(全内)反射。
在优选实施例中，每个光学腔12被构造为，根据表面121，122，接收以相对于表面法线(Z)等于或大于临界角的入射角到达该处的光并对其进行进一步分布。
临界角是光相对于表面法线的入射角，在该入射角处会发生全内反射现象。当折射角相对于表面法线为90度时，入射角变为临界角(即等于临界角)。通常，当光从具有(较)高折射率(Ri)的介质传送到具有(较)低Ri介质时，例如从塑料(Ri 1.4-1.6)或玻璃(Ri1.5)传送到空气(Ri 1)或任何其他具有相当低折射率的介质时，就发生TIR。对于从高Ri介质行进到低Ri介质的光线，如果入射角(例如在玻璃-空气界面处)大于临界角，则介质边界将充当非常好的反射镜，并且光将被反射(返回到高Ri介质，例如玻璃)。当发生TIR时，没有能量通过边界透射。另一方面，入射角小于临界角的光将被部分折射出高Ri介质并被部分反射。反射光与折射光之比在很大程度上取决于入射角和介质的折射率。
应当注意，临界角随基板-空气界面(例如，塑料-空气、玻璃-空气等)而变化。例如，对于大多数塑料和玻璃来说，临界角约为42度。因此，在示例性波导中，以45度角(相对于表面法线)入射在诸如PMMA片之类的光透射介质与空气之间的边界处的光可能会反射回到光导介质，因此，不会发生光耦合输出。
下表1中示出了在不同塑料载体介质中的光传播角。
表1.不同塑料介质中的光传播角。
光传播的载体介质材料 介质内部的圆锥形入射角分布
透明的聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA ±42.2°
透明聚碳酸酯，PC ±39.3°
因此，特征图案11基于(内部)腔光学器件。因此，在结构10中设置的光学功能层具有优化的3D特征图案轮廓，用于针对同轴(on-axis)照明或准直角照明在基本上水平和竖直方向上进行光分布控制。
通过修改3D图案轮廓特征，例如腔12，并通过调节所述与腔相关的参数，例如维度(长度、宽度、高度)、周期、曲率半径和曲率角，相应地，提取以各种角度(例如，光的圆锥角)入射到光导上的光通过全内反射(TIR)可以获得。同时，防止了光在腔12内的穿透和/或穿过腔的透射。
再次参考图3，优选地，特征图案轮廓11被设计为通过腔表面介导的TIR和通过光通道区域13的构造来控制光在载体介质中的传播，以使光进入光提取表面122上。通过全面设计表示周期距离的通道区域13(所谓的“窗口”，连续或离散的)和3D特征(腔)轮廓，可以获得对入射光分布和提取的高精度控制。上述组合允许设置一个或多个角度，在该角度处，入射角(包括用于光的圆锥角的入射角)超过临界角，以实现结构10中最优选的提取分布。腔轮廓进一步设计考虑到基于TIR的不同提取角度，因为针对单个光束可能有多个TIR点。
如果光透射/穿透到光学腔中(例如在传统解决方案中)，则会发生不希望的光折射，从而无法实现光分布控制。因此，在此提出的在水平和竖直腔表面进行TIR介导的控制是一关键性能特征，其允许实现最优选的提取光分布。
进一步优选地，所建立的腔12充满空气。然而，可以提供任何其他气体介质以及任何流体、液体、凝胶或固体作为所述腔的填充材料。
有利地构造该光分布结构10，使得光学特征图案内的每个单独腔特征的轮廓可变性通过以下中的至少一个在三个维度上建立：维度(长度、宽度、高度)、周期，节距/斜坡的长度、相曲率半径和曲率角、光通道区域的构造等。
参考图4A和图4B示出了比较图，比较了传统的LED-条波导解决方案(右)和在LED发射的光耦合输入边缘处包括光分布结构10(左)的LED-条形波导解决方案。诸如LED这样的光源由附图标记31表示。已经比较了提取的光分布特性。传统解决方案包括具有线性凹槽(棱柱形)图案的LED条。所述棱柱形结构具有二维图案轮廓(三角形轮廓)。从图4A，4B，可以观察到传统解决方案在有源照明区域中产生可见光条纹(图4A中的提取光52分布区域；以及图4B中的箭头“c”)，在所述条纹之间具有清晰的分离区域。显然，例如在照明应用中非常不希望提供这种条纹。
在所讨论的构造中，光分布结构10(图4A，4B)包括实施为腔的光学特征12，其具有作为优选为正弦波形这样的波形的三维轮廓。这样的结构10已经证明至少在均匀度方面显著增强了提取光52的分布图案；由此，在有源照明区域中还没有产生可见光条纹。
重要的是，即使具有多个点光源，结构10(图4A，4B，右)也为所提取的光提供了高水平的均匀性。因此，在一些优选实施例中，光分布结构10被构造为接收来自多个点光源31的光。
在光分布结构10中，光学特征图案11可以被构造为在整个光学功能层上延伸。这样的连续结构在图4A和图5中示出(右上和左上)。
在替代构造中，光分布结构10可以被构造为包括根据预定顺序布置在至少一个光学功能层上的一定数量的3D特征图案11。
进一步优选地，在至少一个图案11中，每个单独的光学腔12被构造为在光学图案内的截面轮廓、维度、周期性、取向和布置中的至少一个方面是可变的。对于每个这样的腔12，可以以预定的周期性内或以完全随机的方式(在没有周期性的情况下)建立至少横截面轮廓、曲率角和/或曲率半径的可变性。
进一步参考图6，其示出了实施为光学特征图案11(B，D)内的腔(A，C)的单个光学特征12。在本发明的构思中，腔12应被视为3D轮廓，其可变性在所述三个维度中可选地以预定的周期性建立。术语“周期性”在此是指每单位长度的一定数量的腔12。在此使用术语“三维”以进一步强调，除了腔12的可变的高度和宽度(或半径)之外，所述腔轮廓的“深度”参数(正视图，图C)也可以被调整。因此，腔轮廓12可描述为包括一定数量的段，其特征至少在于高度、节距(pitch)(或坡度(slope))和宽度(或半径，在该结构至少部分地具有基本径向的横截面的情况下；图A)。节距或坡度又被定义为在单个腔12内从具有最大宽度/半径的点到具有最小宽度半径的点的距离(图A，C)。因此，每个所述示例性腔12(图6)具有沿其整个长度具有预定周期性的轮廓变量。
在参考区域内，例如在结构100内/在具有图案11的光学功能层内，提供光学特征，例如腔12。在所述参考区域内，用于所述光学特征的设计参数，例如填充因子和/或密度以及周期、节距、高度、长度、角度、曲率、局部像素大小、位置等可能会改变填充因子(fillfactor：FF)，填充因子(FF)由光学特征12与单位面积的百分比(％)比例定义，是设计光学解决方案的关键参数之一。因此，FF在参考区域中限定了特征12的相对部分。
根据一解决方案，可以采用不同的方法来确定参考区域中的光学特征的部分。简单的方法涉及以百分比单位计的每个参考区域的特征12的密度。这样的方法用于诸如微透镜这样的简单设计中。通常的微透镜不是周期性结构；替代地，微透镜可被描述为圆形轮廓，其可以以基本上随机的方式放置在参考区域内。
适用于光栅、周期结构、局部像素等的更专用的方法基于填充因子计算(图7)。所述方法涉及将单个特征12的预定参数(例如长度或宽度)除以单位周期性(unit ofperiodicity)。图7所示的光学特征12被实施为光学腔。对于线性周期性结构，基于结构横截面(图7A)计算填充因子，然后据此，通过等式(1)计算填充因子，
(1)FF＝p/q，
因此，其中p表示腔12的宽度，q表示单位周期性。
然而，本发明涉及非线性的周期性结构，其中填充因子根据图案11内的各个特征12的构造和/或其位置而变化。图7B因此指示根据一些实施例从顶部观察的示例性特征图案11。图7C示出了图7B所示的图案的透视图，其中横切线由线A-A'指示。从图7C中可以观察到，填充因子值沿横截面A-A′(在X轴指示的横向方向上)以预定的周期性变化。因此，根据其横截面(在X轴方向上)来计算每个单独特征12(腔)的宽度p，其中，填充因子根据等式(2)计算：
(2)FF＝p(X,Y)/q，
其中q代表单位周期性。
在可变周期q的情况下，根据等式(3)，将填充因子计算为二维横截面(横截面位置)的函数：
(3)FF＝p(X，Y)/q(X,Y)。
因此，填充因子可以沿X轴和/或Y轴根据周期、节距、曲率、位置等变化。
因此，填充因子定义为特征12(例如气穴)所占据的表面积相对于参考面积的比(％)。在X平面和Y平面中都定义了特征12所占据的表面积(图7)。对于100μm的正方形，参考区域将构成100μm×100μm。
另一种方法是基于密度和填充因子的组合计算。该方法适用于例如图5所示的离散像素结构(底部，离散A和B)。该方法包括确定每个单独的像素结构11内的光学特征12的填充因子，然后将每整个参考区域的所述像素结构的密度计算为像素相对于所述参考区域的比(％)。
在每种方法中，密度或填充因子可以在0.1％-100％的范围内是恒定的或可变的。总体而言，在同一(重复)设计中，参考区域内的密度或填充因子可以周期性变化。因此，在一些构造中，光学功能层具有等于或近似等于100％的光学特征图案填充因子。在另一些情况下，所述填充因子小于100％，这允许控制雾度和透明度。
在一些实施例中，光分布结构10还被构造为包括用从基本闪耀的、弯曲的或波形的轮廓之一中选择的三维轮廓建立的光学腔12。在某些情况下，优选的是，用被设置为对称正弦波形或非对称正弦波形的三维轮廓来建立光学腔12。
总体上，至少一个光学特征图案11可以通过选自包括以下的组的光学特征来建立：凹槽、凹部、点和像素，其中所述特征具有选自以下的横向凹面或凸面轮廓：二元(binary)、闪耀(blazed，亦作“火焰型”)、倾斜、棱柱、梯形、半球形、微透镜等，并且其中所述结构具有选自以下的纵向形状：线性、弯曲、波浪形、正弦形等。所述至少一个光学特征图案11可以被构造为：周期性光栅结构、微光学轮廓和纳米光学轮廓、离散图案、光栅像素图案(局部周期性的)等。图案周期可以从0.1微米(μm)到几厘米(cm)不等，取决于应用。光学图案可以进一步包括平坦区域，用于粘合或层压额外层以及形成腔。光学图案内单个(特征)轮廓的长度范围可以是从点/像素到无限远的范围。实际上，考虑到具体设计和/或提供最优选的光学功能，可以以任何三维版式(format)实现离散的光学图案轮廓。
包括上述腔轮廓的光学特征图案11通常可以被称为“混合”图案。所述混合图案可以被构造为离散图案(例如，像素，图5，下)，或者被构造为连续图案(图5，上)。因此，所述混合图案可以被构造为包括被设置为离散轮廓或至少部分连续的轮廓的多个光学特征12。因此，图5示出了连续图案和离散图案11，在其间形成有光学特征12和光通道区域13。
在一些实施例中，光分布结构10还被构造为使得，在至少一个光学特征图案内，多个光学腔12被布置成沿着和/或横跨由所述特征图案占据的整个区域延伸的一个或多个阵列(图8)。
图8示出了根据不同实施例的在针对一定数量的特征图案解决方案的光提取和分布性能控制方面的比较数据。示出了具有光学图案11的结构10的数据，该光学图案11被构造为线性闪耀图案(A)、混合图案版本I(B)、混合图案(优化)版本II(C)和径向混合图案(D)。应当注意，对于该构造A，不可能实现均匀的照明。
如已经参考图3所描述的，图8示出了通过腔图案参数(例如维度、周期等)建立的光通道区域13，也称为“窗口”。
图9是曲线图示出根据图8的构造A、B、C和D在角空间中的提取能量的量。
图8和图10进一步通过一定数量的特征图案描述了对耦合输出光分布的二维控制性能。从亮度分布图中可以看出，最高峰值亮度(情况D-径向混合，28,000Nit)比传统的产生峰值亮度为15,700Nit的xBEF解决方案高出10,000Nit(图10，左)。
图10(左)所示的传统解决方案包括交叉BEF元件(定义为至少两个增亮膜BEF的叠层)，而根据本发明某些方面实现的光导解决方案包括结构10，其具有实施为图7所示的D的径向混合图案。传统解决方案的峰值亮度为15,700Nit，而包含结构10的解决方案的峰值亮度为28,000Nit。因此，峰值亮度提高了百分之178(％)。
在一些实施例中，光学特征图案11可以被构造为包括至少在维度、周期性、取向等方面具有可变构造的腔(图11A，特征A，B)。图11A还示出了由腔(A，B)的构造对所提取光的角分布施加的影响。
光分布结构10可以进一步构造为包括叠层在一起的至少两个光学功能层(图11B)，包括建立在光透射载体介质111内的至少一个光学特征图案11、11A。因此，每个所述特征图案11、11A可包括不同类型(A，B)的腔。例如，图案111(上)可包括A型腔12，而图案111A(下)可包括B型腔，反之亦然。附加地或替代地，两种类型A，B的腔(诸如图11A所示的)可以包括在图11B的每个图案11、11A内。
光学特征图案可以进一步被构造为一定数量的抗反射纳米图案和/或子轮廓，其改善了透明度并使菲涅耳反射最小化。
在一些另外的构造中，结构10可以被实施为使得光学特征图案11和腔12形成在与一(额外)平坦的平面载体层的界面处，该载体层选自透明层、反射层和/或有色层。
光分布结构10可以进一步构造有光学特征图案11，其具有暴露的(未嵌入的)腔12。
在一些进一步的实施例中，光分布结构可以被构造为进一步包括光滤波器层141(图13，14A-C)，其由折射率(Ri)比构成光学功能层的材料的折射率低的基板材料形成。光滤波器层优选地被构造为包括多个孔的膜，该多个孔布置在所述光滤波器层处的预定位置内或沿着和/或横跨所述光滤波器层的整个表面延伸。可以形成叠层，该叠层具有在所述光滤波器层141上方或下方的光学功能图案化的11、11A层。
在另一方面，提供了一种用于制造光学功能层形式的光分布结构10的方法，该光学功能层包括通过在特征图案内的横截面轮廓、维度、周期性、取向和布置方面可变的多个三维光学特征而在光透射载体中建立的至少一个特征图案11、11A，该方法包括：
a.通过从快速工具伺服(fast tool servo：FTS)方法和触针雕刻方法中选择的压电切割方法或通过激光雕刻方法来制造用于所述三维特征图案11、11A的图案化主工具，和
b.将三维特征图案11、11A转印到光透射载体上。
对于具有可变参数的3D特征图案轮廓，主工具的制造非常具有挑战性(在平面版式和圆筒/鼓版式方面)。其他关键问题包括高工艺成本和大面积图案制造的限制。因此，通常的3D制造方法是基于光刻工艺的，例如有掩模曝光或无掩模曝光、直接激光写入等。由于这些原因，先前已经限制了具有可变特征的3D光学图案的工业规模制造和/或批量制造。本发明克服了这些问题并且允许制造用于光提取的单层3D图案轮廓，所述轮廓包括可变特征，例如具有变化的高度的正弦波形。因此，优选的是，制造图案化的主工具的步骤包括提供三维特征图案，该三维特征图案被构造为具有连续或离散轮廓的对称或不对称正弦波形或分段曲率形式。
根据本公开，用于光分布结构10的三维特征图案轮廓可以通过特殊的微加工技术制造在平面或圆筒主工具上。有利地，制造涉及最先进的压电切割方法，例如快速工具伺服(FTS)或触针切割/雕刻，或者可替代地，进行具有表面抛光处理的高级激光雕刻方法。通过这些方法，光学结构可以被制造以用于大的表面积，例如用于那些宽度超过1.5米的大表面面积。除了宽度以外，方向取决于工具版式，即平面的或圆筒的。圆筒工具的周长可在150mm至2000mm的范围变化，取决于所选择的(制造)装置和生产方法。
与传统制造中所使用的方法相比，上述方法对于图案制造具有一些不同的标准。基本的表面角度以及进和出料(outfeed)角度取决于主工具的形状和速度。然而，长度和深度取决于压电从动伺服系统的行程和频率。通常地，在图案轮廓不需要处于同一相位的情况下，则可以使用高达20kHz的工具。深度通常地小于20微米。
对于膜的制造，优选圆筒版式的主工具，尤其是要注意卷到卷压印(roll-to-rollimprinting)或压花(embossing)，以便产生大量的提取图案结构。
在又一方面，根据一些前述方面，提供了一种光分布元件100(图12、13)，该光分布元件包括光学透明基板101和至少一个光分布结构10，该光学透明基板101被构造为建立沿着其传播的光路径。构造为用于光传播的光学透明基板或介质101通常被称为“光导”。
在一些构造中，介质101被实施为平坦层或膜(图14)。在一些其他构造中，光导介质可以被设置有在所述介质(101A，图15)处建立的至少一个光学图案。
在一些实施例中，在100A处实施的光分布元件还包括光滤波器层141(图13，14A-C)。如上所述，光滤波器层141由具有的折射率(Ri)比构成光学功能图案化的11、11A层的材料折射率低的基板材料形成。光滤波器层141优选地被构造为包括多个孔的膜，所述多个孔布置在所述光滤波器层处的预定位置内或沿着和/或横跨所述光滤波器层的整个表面延伸。
光分布元件100、100A优选地被构造为光导、光管、光导膜或光导板。
在一些实施例中，光分布元件100、100A包括为额外层形式的光分布结构10，诸如膜、片或涂层，其设置在所述波导元件的至少一个表面上。在这样的情况下，图案化层10可以可选地借助于粘合剂151而层压在光导100、100A上。粘合剂151优选地是光学透明粘合剂(OCA)或液体光学透明粘合剂(LOCA)。
在一些其他实施例中，光分布元件100、100A包括完全集成和/或嵌入其中的光分布结构10。
光分布元件100、100A还可包括光源31，其选自：发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、LED条、OLED条带、微芯片LED条带和冷阴极管。
光滤波器层141优选地被构造为具有在0.2至50微米(μm)范围的层(膜)厚度(h＞λ)的薄膜。在一些特定实施例中，层厚度可以在0.2至50微米(μm)的范围变化，优选地在0.2至10μm的范围变化。
光滤波器层141由被作为所谓的低折射率材料提供的并且具有在1.10-1.41范围的折射率的基板材料构成。在任何情况下，光滤波器层的折射率都被设置为低于1.5之下；优选低于1.4。
在一些构造中，光滤波器层在介孔膜(mesoporous film)中包含纳米二氧化硅材料。在这样的情况下，低Ri覆层的中间相会被低(排出)放气料涂覆、层压或粘合，以维持折射率值。
在一些优选的实施例中，光滤波器层141被构造为全内反射层结构。基于可用的TIR材料，例如TiO2、BaSO4、SiO2、Al2O2、Al、Ag、电介质材料和高反射(HR)涂层材料，可以将光滤波器层141实施为反射TIR解决方案。
在一些优选实施例中，光滤波器层141由基板材料(第二介质，n2，图16)和/或光学透明(光导)基板101(第一介质，n1，图16)形成，其中n1＞n2(图16)，该基板材料具有的折射率(Ri)比构成光学功能层的材料折射率低。光滤波器层的折射率(Ri)值和与光导相关的参数(例如平均亮度(Nit)和提取效率(％))之间的关系在下表2中示出。术语“低Ri层”是指光滤波器层141。
表2.光滤波器层的折射率(Ri)值与光导相关的参数之间的关系。
Figure BDA0002473469390000201
光孔被构造为在其维度、尺寸和/或形状方面是可调节的。在一些构造中，孔可以是基本上圆形或矩形的，具有以0.5至50μm的范围设置的任一版式的尺寸，优选地在1至30μm的范围。对于基本上矩形的孔结构，上述范围表示长度和/或宽度参数中的任何一个。对于基本圆形的孔结构，上述范围表示单个孔的直径。深度参数由光滤波器层141的厚度限定，并且如上文所定义的，其被设置在0.2至50μm的范围内。
然而，孔可以设置成连续的结构，在较大的面积上延伸(与上述相比)，并且具有任意形状。孔密度和/或填充因子(每表面积单位)可以是恒定的(在0.1％-100％的范围内)。
优选的是，以预定方式在光滤波器层141中建立孔。因此，在一些构造中，孔的设置沿光分布元件(例如光导)的整个长度(即从光源(例如LED)端到相对端)是均匀的(具有恒定的尺寸、形状和周期性)。在替代构造中，孔可以设置为至少在尺寸、形状或从LED端到相对端的周期性方面是可变的。因此，可以利用渐变填充因子以可变的密度来布置孔。特别地，光分布元件可以被构造为包括具有孔的光滤波器层141，其尺寸从所述LED端到相对侧逐渐增大。
尽管具有图案11、11A的光学功能层主要被构造为传播和耦合(输出)入射到其上的光，但是光滤波器层被构造为选择性地控制和过滤入射到其上和/或经由光导传播的光。
然而，在其维度、尺寸和/或形状方面，可以修改光滤波器层141的功能。因此，可以进一步将孔单独地或共同地构造成执行各种功能，例如光透射、散射、折射、反射等。特别地，一个或多个孔可以被构造为提供光耦合输出功能。
光学滤波器可以进一步包括具有变化光学功能的孔，包括但不限于光折射率、非反射材料、较高的光密度、不同的光对比度等，其提供通过其透射的光并形成为光通道，并具有光控制和波控制和/或滤波特性，以实现用于照明目的的预定光/信号图、分布和效率。
与由其制成光学透明(光导)基板101的材料的折射率相比，可以用相等或更高折射率的填充材料进一步填充光滤波器层中的孔。
图14A，图14B和图14C示出了示例性的光导结构100A，其包括与光导介质101的表面上的光滤波器层141层压在一起的光分布结构10。光学图案层结构10，可选地包括光滤波器层141(比较图14A，14B)由此层压在光导介质101上，其也可以包括(图14A)预先施加在其上的光滤波器层141。替代地，包括光学图案层的光分布结构10可以涂有所述低Ri材料，然后用粘合剂(OCA、LOCA等)层压所得到的层结构。
在一些实施例中，优选的是，光滤波器层141设置在光学功能层(具有图案11)和光学透明基板101(光导基板)之间，如图13，14A，14B所示的。可以用粘合剂(图14A，14B)或不使用粘合剂(图14C)来制造叠层100、100A。设置在图案化的11光学功能层和光导基板之间的光滤波器层141提高了穿过其中的光的均匀性。通过制造光滤波器层的材料的低折射率以及在其上设置孔可以实现增强的均匀性。
在优选构造中，设置在光滤波器层141中的孔是延伸穿过其整个宽度(例如从光学功能层到光学透明(光导)基板101)的通孔。
因此，可以在孔制造之后将光学功能的图案化的11层层压在滤光(孔)层141上，从而经由所述孔(图13，14A-14C)在光学功能层和光导基板101之间建立光学互连。
光滤波器层141有利地设置在光学透明(光导)基板101的至少一个表面上。在一些情况下，光滤波器层141设置在所述光导基板(未示出)的两个表面上。进一步优选的是，光滤波器层由折射率构成光导基板101的材料的折射率低的材料形成。
一定量的传播光通过光滤波器层(具有低的Ri值)中的光孔从光导基板101中释放出来，并进一步导向下一层，该下一层具有与光导基板101相比相对相同或更高的Ri值，或与光滤波器层(孔层)相比至少更高的Ri值。具有孔的优选薄光滤波器层141(具有例如0.2-5.0μm的厚度)可以直接粘结在光学透明的(光导)基板上和/或光学功能层(具有图案11)上。替代地，光滤波器层141可以使用(一个或多个)粘合剂子层(图14A，14B)层压到上述层中的任何一层上。
以相同的方式，如上文针对光学功能图案化的11层所述的，可以将光滤波器层141设置作为单独的层或作为集成到光导基板101中的层。
光滤波器层141因此可以被构造为形成在光学透明(光导)基板101的至少一侧上或在其侧面处或在其两侧(顶表面和底表面)上的透明、低折射率光滤波器层或反射TIR层(例如，漫射或镜面TIR层)。所述光学滤波器可以是：a)直接施加在平坦表面上，b)通过粘合剂层层压，或c)通过化学表面处理(例如VUV(真空UV)、大气等离子体处理或微波辅助的粘结)来粘结。
在一些情况下，光滤波器层141具有逐渐可变的低Ri值，以即使在没有孔的情况下也可提供优选的光分布。
可以对光滤波器层141内的孔进行光学调制，从而可以获得由光滤波器层产生的各种光分布图案，包括，但不限于：均匀、对称、离散或不对称的光分布图案。
因此，在光导介质的至少一侧上设置有包括光孔的光滤波器层141(光学滤波器层)。
通过在例如显示器、标牌或海报上由形成预定图形(图像)或信号的光孔实现的光分布可以是均匀的、非均匀的或离散的。因此，可以形成均匀、非均匀或离散的图形(图像)或信号。可在形成均匀/连续或离散区域的光学滤波器层的两侧上设置孔。所述孔可以设置在光学滤波器层的整个表面或在其预定区域处。孔的主要作用是要在没有光耦合输出的情况下控制从第一介质传播到第二介质的入射光量，这意味着所有入射光的角度都大于或等于介质中的临界角度。特别地，可以在没有光学图案的情况下实现光均匀性控制。
光孔具有一些主要功能，例如将穿过其的光从第一介质传送到第二介质，其确定所需的光分布和/或均匀性。当空气或低Ri光滤波器/覆层正形成界面时，相对于介质界面，第一介质和第二介质中的光分布通常具有低于临界角(发生TIR的入射角)的入射光角。结果，光不会从介质中耦合输出。
可以通过激光烧蚀、短脉冲系统、等离子体蚀刻、掩模辅助的准分子曝光、微印刷和/或任何其他合适的方法来制造孔。例如，可以使用卷到卷设备和方法来执行激光烧蚀，其中生产过程可以加速至每分钟40米。
可以通过各种方法制造光孔，包括，但不限于：激光图案化、直接激光成像、激光钻孔、掩模和/或无掩模激光或电子束曝光，通过印刷、喷墨印刷、丝网印刷、微/纳米分布、定量(dosing)、直接“写(write)”、离散激光烧结、微放电加工(微EDM)、微加工、微成型、-压印，-压花等通过施加离散特性来改变光学材料/Ri值。在直接与低Ri覆层或反射性TIR覆层接触时可完成光孔的形成。
另外，孔的形成可以在间接接触时完成，例如通过载体基板或光导元件(介质)、例如通过激光烧蚀进行操作，从而通过烧蚀去除覆层，由此以与通过直接接触法相同的方式在尺寸和形状方面形成期望的孔特征。激光束斑轮廓优选地被成形为平顶帽，其不会产生过多的热量并且因此不会损坏载体基板或光导介质元件。可以根据覆层吸收曲线、孔边缘质量、光束整形器光学器件、厚度/高度、操作成本等选择激光波长。
图16和17示出了用于孔制造的激光辅助方法。在图17所示的示例性实施例中，通过激光以1-20m/min的速度烧蚀/去除低折射率涂层，从而制造出最小尺寸为约5-20微米(μm)的后续孔特征。该方法可以实施为连续或停止并重复的卷到卷方法或卷到片(roll-to-sheet)方法。该方法允许通过膜方法或逐片方法制造不连续膜。图16和17示出了具有渐变或恒定填充因子的孔制造。
在利用多个扫描头时，如图17所示，可以制造宽度高达1.5米的宽幅材(wideweb)。
在一些优选实施例中，诸如图16所示的工艺还涉及在光学透明基板101上提供具有包括腔光学器件12的相关(一个或多个)图案11、11A的光分布结构10。因此，将图案11、11A预先施加到基板101上，之后，通过低Ri膜进一步涂覆图案化的基板101，在其中制造光孔。
图17示出了用于利用多个扫描仪和激光器进行激光辅助的孔制造的示例性实施例，从而可以实现线宽1.0m-1.5m。该方法提供了通过渐变或恒定孔制造来创建任何尺寸的均匀光导设计；因此，消除了对每种产品定制3D制造工艺的需要。可以将准备好的膜进一步切成特定尺寸的片。
通常地，大的光导(表面积等于或大于约0.5-1m2)非常昂贵并且在例如整个表面上的图案制造和/或通过模制的批量生产方面具有挑战性。上面公开的制造构思提供了各种尺寸(尤其是超过0.5m2的尺寸)的灵活且经济高效的解决方案。该构思能够通过卷到卷、卷到片或片到片(sheet-to-sheet)方法利用大量生产能力。最终生产速度取决于所选的制造方法。速度可以在0.5-30m/min之间变化，并且可以是连续的或停止并重复的。制造是基于薄膜解决方案。孔形成在薄膜上，其可以进一步用作光导。替代地，可以将该膜直接层压或粘结在光导介质上，以形成一个没有任何光学图案的固体光导元件。该类型的孔膜解决方案使最终生产变得灵活且具有成本效益。大量的基础覆膜或涂膜可以生产并以卷材的形式存储，此后，孔可以通过重复和连续的方法制造，并且最终以卷材或切成片的形式存储。
在一些实施例中，孔通过卷到卷制造方法来生产，在该卷到卷制造方法中，通过短脉冲激光来制造光滤波器层，然后通过粘合剂或任何其他覆盖层对其进行涂覆，从而形成薄的多层膜叠层。
另一解决方案是要将光滤波器层141(低Ri覆层)直接施加在基础介质表面上并制造孔，然后在所述光学滤波器的顶部施加具有光学图案11、11A的膜，以用于所述光耦合输出的目的。该解决方案减少了一个层压或粘结阶段。两种解决方案均可应用于光导表面的单侧或双侧。
在结构特征方面，可以在光分布元件100、100A内进一步区分前表面和后表面，其中构成所述前表面的材料的折射率不同于构成所述后表面的材料的折射率，其中在光滤波器层141和光学功能的图案化的11层之间进一步形成边界界面，并且其中，光分布元件的光学功能基于光的全内反射和吸收并由其控制。
因此，根据一些构造，光导元件100A由光滤波器带孔层141和光学特征图案11、11A实现，该光学特征图案11、11A尤其提供光耦合输出和提取。这样的光导元件包括用于耦合输入的光传播的光学透明基板或介质101(参见图14)、光学滤波器解决方案(一个或多个)和用于光耦合输出和分布控制的光学功能层(一个或多个)。
另外，所有上述解决方案都可以用薄覆层构造，该覆层具有与第一介质和第二介质相同的Ri值，该薄覆层通过去除孔周围的覆层而在介质之间形成孔。
在另一方面，在照明、指示和信号解决方案中提供了光分布元件100、100A的使用。特别地，可以在墙壁面板和屋顶面板的照明中、窗户和立面的照明中、标牌照明中、温室照明中、显示照明中、透明显示照明中、无源矩阵照明中、信号照明中、触摸信号解决方案中、安全系统中、生产导光膜中、非透明模式下创建光遮罩、安全系统中、指示器装置中、反射器中和/或在光收集器解决方案中提供元件100、100A的使用。
光分布元件100、100A可以被构造为前光照明装置或背光照明装置。
在又一方面，提供了光分布元件100、100A的卷材，包括：(a)光学功能层，包括至少一个特征图案11、11A，该特征图案通过在特征图案内在其横截面轮廓、维度、周期性、取向和布置方面是可变的多个三维光学特征而建立在光透射载体中；以及(b)光滤波器层141，由具有比构成光学功能层的载体介质的折射率低的折射率的基板材料形成，以及包括多个孔。
卷材的提供由图16和17示出。
在一些实施例中，根据上述实施例，光分布元件100、100A的卷材包括由光分布结构10建立的光学功能层。
在一些实施例中，该卷材还包括光学透明基板101，该基板被构造为建立光沿着所述基板传播的路径。
在以下任何编号的段落中进一步限定本发明：
1.一种受控光分布元件，包括：
集成的内部光过滤层，其布置在所述光分布元件的至少一个表面上和/或
光学功能层，其包括至少一个光学图案，优选具有光耦合输出功能，
其中所述光学功能层完全集成和/或嵌入在光分布元件内，和
其中，光过滤层由具有的折射率被构成光学功能层的材料的折射率低的基板材料形成。
2.根据段落1所述的光分布元件，其中，所述光过滤层包括多个孔，该多个孔布置在所述光过滤层处的预定位置内或者沿着和/或跨过所述光过滤层的整个表面延伸。
3.如段落1或2所述的光分布元件，被构造为光导或光管型部件，所述元件还包括光透射基板。
4.根据段落1-3中的任一段所述的光分布元件，其中，所述光过滤层设置在所述光透射基板与所述光学功能层之间。
5.根据段落1-3中任一段所述的光分布元件，其中，所述光过滤层中包括的所述孔是通孔，该通孔延伸穿过所述光过滤层的整个宽度，如从所述光学功能层到所述光透射基板。
6.根据前述段落中的任一段所述的光分布元件，还包括选自发光二极管(LED)、激光器或任何其他光源的光源。
7.根据前述段落中任一段所述的光分布元件，还包括前表面和后表面，其中构成所述前表面的材料的折射率不同于构成所述后表面的材料的折射率，其中边界界面进一步形成在所述光过滤层和所述光学功能层之间，以及其中光分布元件的光学功能基于光的全内反射和吸收并由其控制。
8.根据前述段落2-7中的任一段所述的光分布元件，其中，与制造光透射基板的材料的折射率相比，所述光过滤层内的孔被填充有相同或更高折射率的填充材料。
9.根据前述段落2-8中任一段所述的光分布元件，其中，通过激光烧蚀、短脉冲系统、等离子蚀刻、掩模辅助的受激准分子曝光和微印刷来制造布置在所述光过滤层内的孔。
10.根据前述段落2-9中任一段所述的光分布元件，其中，所述孔是通过卷到卷制造方法来产生的，在该卷到卷制造方法中，所述光过滤层通过短脉冲激光来制造，之后通过粘合剂或任何其他覆盖层对其进行涂覆，从而形成薄的多层膜叠层。
11.根据前述段落2-10中任一段所述的光分布元件，其中，所述孔通过所述光过滤层被光学调制，以产生均匀、对称、离散或不对称的光分布。
12.根据前述段落中的任一段所述的光分布元件，其中，在所述光学功能层内提供的所述至少一个光学图案是被构造为执行一定数量的光学功能的对称的未经调制的光学图案，其中，优选的光耦合输出功能布置在提供优选的光分布的元件外部。
13.根据前述段落中的任一段所述的光分布元件，其中，在所述光学功能层内提供的所述至少一个光学图案是被构造为执行一定数量的光学功能的不对称的预调制的光学图案，其中，优选的光分布功能由所述一个或多个预调制图案支持。
14.根据前述段落中的任一段所述的光分布元件，其中，在所述光学功能层内提供的所述至少一个光学图案是在其中包括多个浮雕形式的浮雕图案，并且其中，所述光学功能层的一个或多个光学功能由所述光学图案参数，例如设置在所述浮雕图案内的浮雕形式的维度、形状和周期性来建立。
15.根据前述段落中任一段所述的光分布元件，其中，所述光学功能层具有等于100％或小于100％的光学图案填充因子，因此可以控制雾度和透明度。
16.根据前述段落中任一段所述的光分布元件，其中，在所述光学功能层内提供的至少一个光学图案包括所述至少一种类型或不同类型的图案特征，由此可以实现不同的光分布。
17.根据前述段落中任一段所述的光分布元件，其中，在所述光学功能层内提供的至少一个光学图案由选自以下组的浮雕形式建立，所述组包括：凹槽、凹部、点、像素、不对称像素等，其中所述浮雕形式具有选自以下的横向凹面或凸面轮廓：二元、闪耀、倾斜、棱柱、半球形等，并且其中所述浮雕形式具有选自以下的纵向形状：线性、弯曲、波浪形、正弦波等。
18.根据前述段落中任一段所述的光分布元件，其中，在所述光学功能层内提供的所述光学图案基于独特的单独特征、周期性特征、光栅特征和像素特征。
19.根据前述段落中的任一段所述的光分布元件，其中，所述光学图案通过空气腔光学器件而形成在所述光学功能层内，该空气腔光学器件被构造为多个光学成型部和腔，其被嵌入在与层压透明层、层压反射器和/或层压有色层的界面处。
20.根据前述段落中任一段所述的光分布元件，还包括至少一个内部光折射凸面图案，用于将光引导至所述光学功能层以进行光耦合输出，其中，通过具有低折射率的光学透明材料将基板粘附或粘结到所述光学功能层，或者在粘结或粘附到光学功能层上之前，用所述低折射率材料涂覆基板。
21.根据前述段落中任一段所述的受控光分布元件，包括由提供为低折射率材料的基板材料形成的集成内部光过滤层，其中所述光过滤层可选地包括多个孔，该多个孔布置成沿着和/或跨过所述光过滤层的整个表面延伸的阵列。
22.一种光分布元件，包括：
-光导介质，被构造为用于光传播，和
-光学滤波器层，设置在光导介质的至少一个表面上并在整个表面覆盖范围或在其预定区域处设置有至少一种光学功能，
其中，在至少形成其的材料方面，所述光学滤波器层的至少一个光学功能选自：反射、透射、偏振和折射。
23.根据段落22所述的光分布元件，其中，所述光学滤波器层由具有比构成光导介质的材料的折射率低的折射率的材料形成。
24.根据段落22或23中的任一段所述的光分布元件，其中，所述光学滤波器层是覆层、涂层或膜。
25.根据前述段落22-24中任一段所述的光分布元件，其中，所述光学滤波器被构造为反射性的全内反射层结构。
26.根据前述段落22-25中任一段所述的光分布元件，其中，所述光学滤波器层设置在所述光导介质的两个表面上。
27.根据段落26所述的光分布元件，其中，设置在光导介质的每个表面上的光学滤波器层具有不同的折射率值。
28.根据段落26所述的光分布元件，其中，设置在光导介质的上表面和下表面上的光学滤波器层相应地具有折射率(Ri)值1.10和1.25。
29.根据前述段落22-28中任一段所述的光分布元件，其中，所述至少一个光学滤波器层包括多个孔，该多个孔被布置成在所述光分布滤波器层的至少一个预定位置内的至少一个阵列，或布置成沿着和/或横跨光分布滤波器层的整个表面延伸的至少一个阵列。
30.根据段落29所述的光分布元件，其中，所述光学滤波器层中的孔是通孔。
31.根据段落29或30中任一段所述的光分布元件，其中，所述孔通过选自由以下组中的至少一种方法来产生，所述组包括：激光图案化、直接激光成像、激光钻孔、掩模和无掩模激光器或电子束曝光、印刷、机械加工、成型、压印、压花、微和纳米分布、定量、直接写、离散激光烧结和微电火花加工(微EDM)。
32.根据前述段落22-31中的任一段所述的光分布元件，其中，在所述光导介质和所述光学滤波器层之间形成边界界面，从而所述光分布元件的光分布功能基于光的全内部反射和吸收并由其控制。
33.根据前述段落22-32中任一段所述的光分布元件，还包括光学功能层，该光学功能层包括具有至少光耦合输出功能的至少一个光学功能图案。
34.根据段落33所述的光分布元件，其中，所述至少一个光学功能图案是在其中包括多个浮雕形式的浮雕图案，该浮雕形式被构造为与相应的腔交替的突出轮廓，其中，所述光学功能层的一个或多个光学功能是通过以下中的至少一个建立的：在所述光学功能图案内提供的轮廓的维度、形状、周期性和布置。
35.根据段落34所述的光分布元件，其中，所述腔填充有空气。
36.根据前述段落33-35中的任一段所述的光分布元件，其中，所述光学功能图案是包括多个离散轮廓或多个至少部分连续的轮廓的混合图案。
37.根据前述段落33-36中的任一段所述的光分布元件，其中，所述光学功能层内提供的所述至少一个光学图案由选自以下组的浮雕形式建立，所述组包括：凹槽、凹部、点和像素，其中所述浮雕形式具有选自以下的横向凹面或凸面轮廓：二元的、闪耀的、倾斜的、棱柱、梯形、半球形的等，以及其中所述浮雕形式具有选自以下的纵向形状：线性、弯曲、波形、正弦形等。
38.根据前述段落22-37中任一段所述的光分布元件，其中，所述至少一个光学功能图案被完全集成和/或嵌入在所述光导介质内。
39.根据前述段落22-38中的任一段所述的光分布元件，其中，所述至少一个光学功能图案还被构造为耦合输入入射在其上的光。
40.根据前述段落22-39中的任一段所述的光分布元件，还包括设置在所述光学功能层上的偏振器，从而在所述光学功能层内提供的光学图案被构造为使得在其一个或多个光学功能方面与偏振器协作。
41.根据前述段落22-40中任一段所述的光分布元件，其中，所述光学滤波器层和/或所述光学功能层是通过卷到卷或卷到片方法生产的。
42.根据前述段落22-41中任一段所述的光分布元件，其中，所述光导介质和所述光学功能层是光学聚合物和/或玻璃。
43.根据前述段落22-42中任一段所述的光分布元件，其中，所述光学滤波器层设置在所述光导介质和所述光学功能层之间。
44.根据前述段落22-43中的任一段所述的光分布元件，还包括光源，该光源选自：发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、LED条，OLED条带、微芯片LED条带和冷阴极管。
45.一种光学装置，包括根据段落22-44中的任何一个的光分布元件。
46.根据段落45的光学装置，被构造为前光照明装置或背光照明装置。
47.一种如段落45和46中任一段所限定的光学装置在照明和指示中的用途，所述照明和指示选自包括以下的组：装饰照明；光屏蔽和光遮罩；公共照明和普通照明；包括窗户、立面和屋顶照明；标牌、招牌、海报和/或广告牌的照明和指示；以及太阳能应用。
对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本思想旨在涵盖其各种修改。因此，本发明及其实施例不限于上述示例；相反，它们通常可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (33)

1.一种光学功能层形式的光分布结构(10)，包括通过多个内部光学腔(12)在光透射载体介质中建立的至少一个三维特征图案(11、11A)，其中
每个所述光学腔(12)被构造为在其水平表面(121)处和其基本竖直表面(122)处建立至少一个光学功能，后者沿光传播方向布置在光透射载体介质中，其中
-通过所述水平表面(121)，光学腔(12)被构造为对在光透射载体介质中沿着基本纵向的光传播路径的光传播进行介导，并经由多个光通道(13)进一步将在光透射载体介质中从所述水平表面朝向腔(12)中的后序光学腔的基本竖直表面反射的光线(51)进行分布，和
-通过所述基本竖直表面(122)，光学腔(12)被构造为沿基本横向于纵向光传播路径的预定方向从结构(10)中提取光(52)，和
其中
所述至少一个光学功能是通过光通道区域(13)的构造与特征图案(11、11A)中的光学腔(12)的维度、周期性、取向和布置中的至少一个组合而建立的。
2.根据权利要求1所述的光分布结构(10)，其中，所述至少一个光学功能是全内反射(TIR)功能。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的光分布结构(10)，其中，每个光学腔(12)被构造为，对以相对于所述表面法线等于或大于临界角的入射角到达光学腔的光进行接收和进一步分布。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，所建立的光学腔(12)填充有气态物质，例如空气。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的光分布结构(10)，其中，每个单独的光学腔(12)被构造为在所述特征图案内在横截面轮廓、维度、周期性、取向和布置中的至少一个方面是可变的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，所述光学腔(12)利用选自基本闪耀的、弯曲的或波形的轮廓之一的三维轮廓来建立。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，所述光学腔(12)用设置为对称正弦波形或非对称正弦波形的三维轮廓来建立。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的光分布结构(10)，其中，针对每个单独的光学腔(12)以预定的周期性来建立横截面轮廓可变性、曲率角可变性和/或曲率半径可变性。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，所述至少一个特征图案(11、11A)包括具有离散轮廓或至少部分连续轮廓的多个光学腔(12)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，对于每个单独的光学腔(12)，通过以下中的至少一个在三个维度上建立横截面可变性：光通道区域(13)的构造、曲率角、曲率半径、节距的长度、宽度、高度、周期、相位等。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，所述特征图案被构造为在整个光学功能层上延伸。
12.根据前述权利要求1-10中任一项所述的光分布结构(10)，包括根据预定顺序布置在至少一个光学功能层上的一定数量的特征图案。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，在至少一个特征图案内，所述多个光学腔(12)被布置成沿着和/或跨越由所述特征图案占据的整个区域延伸的一个或多个阵列。
14.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，所述光学功能层具有用于所述特征图案的填充因子，该填充因子等于100％或小于100％。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的光分布结构(10)，包括至少两个光学功能层，在每个所述层上建立有至少一个特征图案。
16.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其以膜、片或涂层的形式提供。
17.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，所述光学功能层建立在光学聚合物或玻璃中。
18.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，其中，所述光学腔(12)形成在与额外的平坦平面载体层的界面处，所述额外的平面载体层选自透明层、反射层和/或有色层。
19.根据前述权利要求中任一项所述的光分布结构(10)，被构造为接收来自多个点光源的光。
20.一种用于制造光学功能层形式的光分布结构(10)的方法，所述光学功能层包括通过多个三维光学特征在光透射载体中建立的至少一个特征图案(11、11A)，所述多个三维光学特征在特征图案内在横截面轮廓、维度、周期性、取向和布置中的至少一个方面是可变的，
所述方法包括：
-通过从快速工具伺服(FTS)方法和触针雕刻方法选择的压电切割方法，或通过激光雕刻方法，制造用于所述三维特征图案(11、11A)的图案化的主工具，
和
-将三维特征图案(11、11A)转印到光透射载体上。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，制造所述图案化的主工具的步骤包括提供被构造为对称或非对称正弦波形的三维特征图案(11、11A)。
22.根据权利要求20或21中的任一项所述的方法，其中，所述主工具以平面或圆筒形形式制造。
23.根据前述权利要求20-22中任一项所述的方法，其中，将三维特征图案转印到光透射载体上的步骤是通过卷到卷方法、卷到片方法或片到片方法来实现的。
24.根据前述权利要求20-23中任一项所述的方法，还包括表面抛光处理。
25.一种光分布元件(100)，包括：光学透明基板，被构造为沿其建立用于光传播的路径；以及至少一个如权利要求1-19中任一项所述的光分布结构(10)。
26.根据权利要求25所述的光分布元件(100)，包括为额外层形式的所述光分布结构(10)，所述额外层例如是膜、片或涂层，布置在所述光学透明基板的至少一个表面上。
27.根据权利要求25所述的光分布元件(100)，包括完全集成和/或嵌入到所述光学透明基板中的所述光分布结构(10)。
28.根据前述权利要求25-27中任一项所述的光分布元件(100)，被构造为光导、光管、光导膜或光导板。
29.根据权利要求25-28中的任一项所述的光分布元件(100)，还包括至少一个光源，其选自：发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、LED条、OLED条带、微芯片LED条带和冷阴极管。
30.一种如权利要求25-29中任一项所述的光分布元件(100、100A)在照明和指示中的用途。
31.根据权利要求30所述的用途，是用于墙壁面板和屋顶板的照明、窗户和立面的照明、标牌照明、温室照明、显示照明、无源矩阵照明、信号照明、触摸信号解决方案、安全系统、生产光引导膜、建立用于非透明模式的光遮罩、安全系统、指示器装置、反射器和/或光收集器解决方案中。
32.一种光分布元件的卷材，包括：
光学功能层，该光学功能层包括通过多个三维光学特征在光透射载体中建立的至少一个特征图案(11、11A)，所述多个三维光学特征在特征图案内在横截面轮廓、维度、周期性、取向和布置中的至少一个方面是可变的，和
光滤波器层(141)，该光滤波器层由具有的折射率比构成光学功能层的载体介质的折射率低的基板材料形成，并且包括多个孔。
33.根据权利要求32所述的光分布元件的卷材，其中，所述光学功能层由如权利要求1-19中任一项所述的结构建立。
CN201880070904.8A 2017-11-01 2018-11-01 光分布结构和元件，相关方法和用途 Active CN111295606B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762580153P 2017-11-01 2017-11-01
US62/580,153 2017-11-01
US201862646461P 2018-03-22 2018-03-22
US62/646,461 2018-03-22
PCT/IB2018/058575 WO2019087118A1 (en) 2017-11-01 2018-11-01 Light distribution structure and element, related method and uses

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111295606A true CN111295606A (zh) 2020-06-16
CN111295606B CN111295606B (zh) 2023-07-21

Family

ID=66333003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880070904.8A Active CN111295606B (zh) 2017-11-01 2018-11-01 光分布结构和元件，相关方法和用途

Country Status (8)

Country Link
US (2) US11536896B2 (zh)
EP (1) EP3704519A4 (zh)
JP (1) JP7218375B2 (zh)
KR (1) KR102651691B1 (zh)
CN (1) CN111295606B (zh)
SG (1) SG11202003940UA (zh)
TW (1) TW201926728A (zh)
WO (1) WO2019087118A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022233207A1 (zh) * 2021-05-06 2022-11-10 苏州晶智科技有限公司 面光源装置和平板显示装置

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019087118A1 (en) * 2017-11-01 2019-05-09 Nitto Denko Corporation Light distribution structure and element, related method and uses
CN111886441B (zh) * 2018-03-22 2023-02-28 日东电工株式会社 光学器件
WO2020227998A1 (zh) 2019-05-15 2020-11-19 深圳市大疆创新科技有限公司 图像增稳控制方法、拍摄设备和可移动平台
US11226515B2 (en) * 2019-10-21 2022-01-18 Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Display panel and display device
JPWO2021167090A1 (zh) 2020-02-21 2021-08-26
EP4108731A4 (en) 2020-02-21 2024-03-27 Nitto Denko Corp ADHESIVE COMPOSITION LAYER, LAMINATE PRODUCT, OPTICAL LAMINATE PRODUCT, OPTICAL DEVICE, AND METHOD FOR PRODUCING OPTICAL LAMINATE PRODUCT
CN111239887A (zh) * 2020-03-24 2020-06-05 杭州矽能新材料有限公司 一种导光膜及其生产方法及导光装置
JP2021185595A (ja) 2020-05-22 2021-12-09 ヒュンダイ・モービス・カンパニー・リミテッド パワー半導体素子およびその製造方法
EP4191132A1 (en) 2020-07-28 2023-06-07 Nitto Denko Corporation Lighting-device light guide member, lighting device, and building material
US20230296242A1 (en) 2020-07-28 2023-09-21 Nitto Denko Corporation Construction
EP4191125A1 (en) 2020-07-28 2023-06-07 Nitto Denko Corporation Tabletop lighting device
KR20230047084A (ko) 2020-07-28 2023-04-06 닛토덴코 가부시키가이샤 조명 장치
EP4191122A1 (en) 2020-07-28 2023-06-07 Nitto Denko Corporation Surface illuminating device, space including surface illuminating device, and illumination method
US20230341608A1 (en) 2020-09-29 2023-10-26 Nitto Denko Corporation Optical member, manufacturing method therefor, and light distribution element
CN114447196A (zh) * 2020-10-30 2022-05-06 隆达电子股份有限公司 发光装置及其背光模块
JPWO2022176660A1 (zh) 2021-02-19 2022-08-25
EP4296329A1 (en) 2021-02-19 2023-12-27 Nitto Denko Corporation Optical laminate and optical device
JPWO2022176658A1 (zh) 2021-02-19 2022-08-25
JP7462840B2 (ja) 2021-06-09 2024-04-05 日東電工株式会社 照明装置用導光部材および照明装置
CN117501043A (zh) 2021-06-17 2024-02-02 日东电工株式会社 照明装置用导光部件以及照明装置
JPWO2022270556A1 (zh) 2021-06-22 2022-12-29
WO2023276704A1 (ja) 2021-06-29 2023-01-05 日東電工株式会社 発光装置用導光部材および発光装置
KR20240025560A (ko) 2021-07-01 2024-02-27 시옵티카 게엠베하 도광체 및 도광체를 사용한 디스플레이 스크린
JP2024048153A (ja) * 2022-09-27 2024-04-08 日東電工株式会社 光学装置、光学部材および導光部材

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101398568A (zh) * 2007-09-27 2009-04-01 株式会社日立显示器 面发光元件、图像显示元件及使用该元件的图像显示装置
CN101594980A (zh) * 2006-10-31 2009-12-02 莫迪尼斯有限公司 用于制造具有复杂三维形状的光学产品的方法和装置
CN101606090A (zh) * 2006-11-14 2009-12-16 莫迪里斯有限公司 光导装置及相关应用
CN102947090A (zh) * 2010-04-06 2013-02-27 斯勒多米娜公司 具有嵌入式空腔的层压结构以及相关的制造方法
CN103025515A (zh) * 2010-04-06 2013-04-03 莫迪里斯控股有限责任公司 内腔式光学器件
US20130314943A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Jiandong Huang Waveguide with Controlled Light Collimation
US20130315534A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Jiandong Huang Ultra-thin waveguide with controlled light extraction
CN104950511A (zh) * 2015-07-06 2015-09-30 张家港康得新光电材料有限公司 光学薄膜及背光单元
US20170212295A1 (en) * 2011-11-22 2017-07-27 Sergiy Vasylyev Waveguide illumination system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5396350A (en) 1993-11-05 1995-03-07 Alliedsignal Inc. Backlighting apparatus employing an array of microprisms
JP2002358811A (ja) * 2001-05-31 2002-12-13 Harison Toshiba Lighting Corp 光透過装置、バックライトユニット、液晶表示装置
CN101441292A (zh) 2003-02-28 2009-05-27 夏普株式会社 面辐射变换元件及其制造方法和液晶显示装置
US6846089B2 (en) 2003-05-16 2005-01-25 3M Innovative Properties Company Method for stacking surface structured optical films
US7876489B2 (en) 2006-06-05 2011-01-25 Pixtronix, Inc. Display apparatus with optical cavities
US7733439B2 (en) * 2007-04-30 2010-06-08 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Dual film light guide for illuminating displays
US9651729B2 (en) * 2010-04-16 2017-05-16 Flex Lighting Ii, Llc Reflective display comprising a frontlight with extraction features and a light redirecting optical element
EP2694610A1 (en) 2011-04-04 2014-02-12 3M Innovative Properties Company Optical stack comprising adhesive
JP6607923B2 (ja) 2014-08-05 2019-11-20 インテヴァック インコーポレイテッド 注入マスク及びアライメント
US20160313491A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Illumination structure for use with frontlight
US10162107B2 (en) * 2017-02-16 2018-12-25 Institut National D'optique Multicore optical fiber for multipoint distributed sensing and probing
WO2019087118A1 (en) * 2017-11-01 2019-05-09 Nitto Denko Corporation Light distribution structure and element, related method and uses
CN111886441B (zh) * 2018-03-22 2023-02-28 日东电工株式会社 光学器件
TW202012834A (zh) * 2018-05-21 2020-04-01 日商日東電工股份有限公司 改良式光分佈元件

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101594980A (zh) * 2006-10-31 2009-12-02 莫迪尼斯有限公司 用于制造具有复杂三维形状的光学产品的方法和装置
CN101606090A (zh) * 2006-11-14 2009-12-16 莫迪里斯有限公司 光导装置及相关应用
CN101398568A (zh) * 2007-09-27 2009-04-01 株式会社日立显示器 面发光元件、图像显示元件及使用该元件的图像显示装置
CN102947090A (zh) * 2010-04-06 2013-02-27 斯勒多米娜公司 具有嵌入式空腔的层压结构以及相关的制造方法
CN103025515A (zh) * 2010-04-06 2013-04-03 莫迪里斯控股有限责任公司 内腔式光学器件
US20170212295A1 (en) * 2011-11-22 2017-07-27 Sergiy Vasylyev Waveguide illumination system
US20130314943A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Jiandong Huang Waveguide with Controlled Light Collimation
US20130315534A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Jiandong Huang Ultra-thin waveguide with controlled light extraction
CN104950511A (zh) * 2015-07-06 2015-09-30 张家港康得新光电材料有限公司 光学薄膜及背光单元

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022233207A1 (zh) * 2021-05-06 2022-11-10 苏州晶智科技有限公司 面光源装置和平板显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3704519A1 (en) 2020-09-09
JP2021501458A (ja) 2021-01-14
WO2019087118A1 (en) 2019-05-09
CN111295606B (zh) 2023-07-21
KR20200083474A (ko) 2020-07-08
KR102651691B1 (ko) 2024-03-27
SG11202003940UA (en) 2020-05-28
US11536896B2 (en) 2022-12-27
US20230077627A1 (en) 2023-03-16
JP7218375B2 (ja) 2023-02-06
TW201926728A (zh) 2019-07-01
US20200257044A1 (en) 2020-08-13
EP3704519A4 (en) 2021-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111295606B (zh) 光分布结构和元件，相关方法和用途
CN111886441B (zh) 光学器件
US11822113B2 (en) Daylight responsive LED illumination panel with color temperature control
US11650364B2 (en) Light distribution element
TW202212913A (zh) 光內耦合元件、相關方法及用途
TWI840347B (zh) 光學裝置
TW202212912A (zh) 光內耦合帶、相關方法及用途
JP2023538261A (ja) 光偏向テープ、関連する方法および使用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant