CN116034298A - 光偏转带、相关方法和用途 - Google Patents

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Abstract

提供了一种可附着在光导(20)上的光学偏转带(10)，包括基底(10A)和至少一个图案(11)，该至少一个图案形成有嵌入在基底(10A)中的数个周期性图案特征(12)，并且被配置为光学功能腔(12)，所述光学功能腔填充有折射率不同于围绕腔(12)的基底(10A)的材料的折射率的材料。图案(11)被配置成调整接收到的光的方向，使得入射到图案(11)的光被偏转，以经由一系列全内反射获得通过光导介质(20)的传播路径，并且，借助于所述至少一个图案(11)，光学偏转带(10)被配置成控制通过光导(20)传播的光的分布。还提供了制造带(10)的方法和相关用途。

Description

光偏转带、相关方法和用途
技术领域
总的来说，本发明涉及提供用于波导的光学结构及其制造方法。具体而言，本发明涉及基于集成腔光学器件的灵活解决方案、相关方法和用途，该解决方案适于控制光传播通过光波导的分布。
背景技术
光学波导或光导技术已经广泛用于各种现有技术的应用中。光分布系统的适当选择通常预先决定了光学波导在光照和显示应用中的照明性能。典型的光导(LG)系统包含用于边缘入耦合由一个或多个发射器发射的光线的部件、用于通过光导元件进行光分布的部件以及用于光提取(出耦合)的部件或区域。入耦合结构接收光并调整其方向以将光线引导到光分布区域中。高级光导包括控制进入光导的边缘入耦合光效率的光学图案。
为了控制发射光的角度分布并实现所需的光学性能，为照明应用设计的传统光导解决方案仍然使用数个单独的光学膜，例如增亮膜(BEF)。在没有BEF的情况下实现的已知光导解决方案通常采用微透镜和V形凹槽形状的光学图案。通过使用这种解决方案，不可能以期望的方式实现完全受控的光分布。
Angulo BarRios和Canalejas-Tejero[1]公开了一种经由集成金属衍射光栅可获得的柔性Scotch胶带波导中的光耦合解决方案。入耦合和出耦合光栅嵌入在两层Scotch胶带内；由此Scotch胶带具有光学波导功能。光栅被实施为金属(Al)纳米孔阵列(NHA)光栅。
US 2015/192742 A1(Tarsa&Durkee)公开了一种层压在光导表面上的光提取膜。光提取功能基于全内反射(TIR)。当通过例如层压固定到光导上时，提取膜在膜和光导之间形成气穴。
US 2018/031840 A1(Hofmann等人)公开了一种具有嵌入式光学光栅的光学元件，以从光导中提取光。通过使用已知的方法，例如化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)，光栅的表面被涂覆有光学有效层。此外，光栅中存在的凹部被光学胶合剂或光学粘合材料填充。
US 10,598,938B1(Huang&Lee)公开了一种角度选择性倾斜光栅耦合器，用于控制光从光导中耦合出或耦合到光导中的角度。可以通过调制光栅之间的折射率或者调制光栅在不同区域中的占空比来实现选择性。
Kress[2]公开了用于光学波导的入和出耦合器，所述耦合器包括被配置用于透射功能和/或反射功能的不同类型的光栅。耦合器可以夹在/埋在光导中，或者作为表面起伏解决方案提供。
Moon等人[3]公开了一种出耦合器，其使用微结构空心(空气)腔光栅来改善LED器件中的光提取。用典型的方法在半导体材料中制造空心腔。除了LED之外，没有提供出耦合器解决方案的其他应用(例如在光导中)。
WO2019/182098(iRinko)公开了一种光学器件，其包括光导层、设置在光导层的任何表面上的至少一个光学功能层、以及布置在第一光学功能层的表面上的光束控制结构，其在光导层的光入射侧的端部区部处与光导层相对。光束控制结构减少从光导层边缘以小于临界角的角度入射到第一光学功能层上的光。第一光学功能层可以是低折射率层。光束控制结构可以是光重定向带，其可以改变从光源输出的光的入射角，从而满足超过临界角的全反射条件。所述出版物没有定义在所述带内提供特定光学图案的任何细节，也没有提供与光学图案相关的功能、可实现的性能和/或应用的任何特定信息。
设计和优化基于光导的照明相关解决方案面临许多挑战，这些挑战与光导内部的不均匀光分布、不充分的耦合、光捕获和/或提取效率有关。上述解决方案在这样的意义上也受到限制，即不能为各种目标应用提供具有令人满意的通用性和适应性的集成的基于空气腔光学器件的灵活解决方案。
在这点上，考虑到解决与现有解决方案的制造和组装相关的挑战，仍然期望在用于非光纤光导的光学结构领域中进行更新，其目的在于提高所述光导的照度均匀性和改进光学效率。
发明内容
本发明的目的是至少减轻由相关技术的限制和缺点引起的每个问题。根据独立权利要求1中限定的内容，该目的通过光学偏转带的各种实施例来实现。
在实施例中，提供了一种用于光导的光学偏转带，该带包括基底和至少一个图案，该至少一个图案由嵌入在基底材料中的数个三维周期性图案特征形成，并且被配置为光学功能嵌入式腔，所述光学功能嵌入式腔填充有折射率不同于围绕腔的基底材料的折射率的材料。在所述带中，所述图案被配置为调整接收到的光的方向，使得入射到所述图案的光通过协同光学多功能被偏转(所述协同光学多功能被提供为从由反射功能、折射功能、衍射功能、透射功能和吸收功能组成的组中选择的至少两个功能的组合)，以获得经由一系列全内反射穿过光导介质的传播路径，其中借助于所述至少一个图案，所述光学偏转带被配置为控制穿过光导传播的光的分布。
在实施例中，光学偏转带被配置成可附着到光导的至少一个平面表面。
在实施例中，带被配置成使得在图案处接收的光在每个所述腔和围绕腔的基底材料之间的界面处被偏转，以获得通过光导介质的传播路径，因此在光导介质和环境之间的界面处的入射角，以及可选地，在每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处的入射角，大于或等于全内反射的临界角。
在实施例中，设置在带中的至少一个腔图案被配置成执行与调整接收到的光的方向相关的光学功能，其中所述光学多功能从包括偏转功能、反射功能、吸收功能、透射功能、准直功能、折射功能、衍射功能、漫射功能、偏振功能及其任意组合的组中选择。
在实施例中，通过为图案中的一个腔或一组腔提供数个参数，图案被赋予光学多功能，其中该数个参数包括从由尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置、周期性和填充因子组成的组中选择的参数的任意组合。
在实施例中，图案中的每个单独的三维腔具有数个光学功能表面。所述一个或多个光学功能表面由在每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处形成的任何一个或多个表面建立。在各种配置中，图案中的每个单独的腔中的一个或多个光学多功能表面由低折射率反射器、偏振器、漫射器、吸收器中的任何一个或其任意组合建立。
在不同的实施例中，腔被配置和排列成图案，从而形成基本可变的三维周期性图案或者形成基本恒定的三维周期性图案。在实施例中，用离散的或至少部分连续的图案特征建立具有腔的图案。
在实施例中，光学偏转带包括以周期性片段排列的多个图案，每个片段具有预定的面积和周期长度。
在一些实施例中，所述带包括被布置成形成至少两个相邻功能区的图案，其中形成第一功能区的图案和形成第二功能区的图案被独立地配置成执行与控制通过光导传播的光的分布相关的光学功能，并且其中形成第一功能区的图案被附加地配置成将入射在所述图案处的光的至少一部分传授到光学收集器介质。该带还可以被配置成使得第一和第二功能区沿着光导的表面和光学收集器介质的整个表面交替n次。
在实施例中，图案被配置能够由数个腔相关参数改变，其中该数个腔相关参数包括从由尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置、周期性和填充因子组成的组中选择的单个参数或参数的任意组合。
在实施例中，腔建立有三维图案特征，该三维图案特征具有从由线形、矩形、三角形、斜角形、倾斜形、梯形、曲线形、波形和正弦曲线轮廓组成的组中选择的横截面轮廓。
在实施例中，腔填充有气体材料，例如空气。
在实施例中，光学偏转带被配置成通过粘合可附着到光导的一个或多个平面表面上。
在实施例中，一个或多个图案包括形成在基底中的腔，该基底被提供为基本平坦的平面基底层。其中形成腔的所述基本平坦的平面基底层可以由基本光学透明的材料制成。在实施例中，一个或多个图案包括在与附加的平坦平面基底层的界面处形成的腔，该平坦平面基底层被提供为光学透明层、反射层和/或有色层。
在实施例中，光学偏转带包括以堆叠构造布置的数个嵌入式图案。
在实施例中，光学偏转带还包括波长转换层。
在另一方面，根据独立权利要求23中所限定的，提供了一种光入耦合元件。所述元件有利地包括元件基底和根据一些先前方面的光学偏转带，所述带附着到所述元件基底的表面上。元件基底的表面可以是平面的或曲面的。
另一方面，根据独立权利要求25中所限定的，提供了一种制造光学偏转带的方法。
在实施例中，该方法包括
-通过选自平版印刷、三维打印、微加工、激光雕刻或其任意组合中的任意一种的制作方法制造用于所述至少一个图案的图案化主工具；
-将图案转移到基底上以产生图案化的基底；以及
-通过在所述图案化的基底上施加附加的平坦的平面基底层来生成嵌入式三维腔图案，使得在基底层之间的完全平坦的平面界面处形成内部腔，其中嵌入式腔被配置为光学多功能腔，这些腔填充有折射率不同于围绕腔的基底材料的折射率的材料，并且其中，所述图案被配置为调整接收到的光的方向，使得入射到所述图案的光通过协同光学多功能被偏转，以获得经由一系列全内反射穿过光导介质的传播路径，所述协同光学多功能被提供为从由反射功能、折射功能、衍射功能、透射功能和吸收功能组成的组中选择的至少两个功能的组合，并且其中，借助于所述至少一个图案，所述光学偏转带被配置为控制穿过光导传播的光的分布。
在另一方面，根据独立权利要求28中所限定的，提供了一种光导。所述光导包括：光学透明介质，其被配置为建立光通过光导传播的路径；以及根据一些先前方面的光学偏转带，所述带被附着到所述光导的至少一个平面表面上。
在实施例中，光学偏转带通过粘合附着到光导介质上。
在实施例中，光导还包括从由发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、LED条、OLED带、微芯片LED带和冷阴极管组成的组中选择的至少一个发射器器件。
在实施例中，光导包括被配置用于发射单色光的至少一个光发射器器件，以及包括波长转换层的光学偏转带。
在另一方面，根据独立权利要求32中所限定的，在照明和/或指示中提供了根据前述方面的光导的使用。
在另一方面，根据独立权利要求33中所限定的，提供了一种光学偏转带的卷，其中该光学偏转带是根据一些先前方面实现的。
在另一方面，根据独立权利要求34中所限定的，提供了一种光学单元。所述单元包括具有用于光导附着的粘性层的根据一些先前方面的至少一个光入耦合元件和至少一个发射器器件。
在实施例中，至少一个发射器器件至少部分地集成在元件基底内部，或者安装到元件基底或安装在元件基底附近。
根据本发明的每个特定实施例，本发明的实用性源于多种原因。首先，本发明涉及一种新颖的光学带解决方案，该光学带解决方案被配置成偏转光并协调光学元件中的内平面波传播和分布，该光学元件例如是光学波导(光导)。根据本发明的光学带被有利地设计用于平面的非光纤光导。
被配置成通过粘性层可附着到所述光学元件的至少一个表面上的带例如控制光学介质(即光导介质)内部的入射光的方向。入射光通过嵌入带内的(空气)腔光学器件从原始传播路径偏转一定角度。完全集成和嵌入式的腔光学器件基于三维图案矩阵，其可以包括单个轮廓或多个轮廓，并且借助于轮廓构造来获得期望的光管理。
根据本公开，光学偏转带容易且可靠地使用，因为其嵌入式腔光学器件，由于其内部性质而不会被包括组装、清洗等正常的处理过程破坏或损坏。在准备好使用的状态下，带的表面上没有形成任何表面起伏图案。由于带具有完全平坦且平面的外表面，因此可以触摸和清洁带，而不会修改或损失其光学性能。该带可以通过例如粘合表面容易地附着到相关的光学元件上，以手动或自动方式。
光学偏转带允许至少准直、重定向和/或协调入耦合到光学元件(光导)中的光。该带提供了以下积极影响：a)在没有光学增强和漫射膜的情况下实现光出耦合效率；和b)实现具有最小化的杂散光的透明照明。
柔性带解决方案可配置成任何所需的尺寸相关参数组合(长x宽x厚/高)。该带易于应用在光导的任何表面上，例如任何侧面和/或边缘。该带包括先进的(空气)腔光学器件，其使得大部分光能够被准直(在竖直分布上具有大约10度的变化)。因此，该解决方案允许最小化杂散光，从而提高光导的总效率。
在一些优选实施例中，由此提供的解决方案被有利地实现为集成(内部)腔光学器件。在涉及光学腔的传统解决方案中，光通常被传输(穿透)到所述腔中，由此导致不期望的折射，并且无法实现光分布控制。相反，在这里提出的解决方案中，可以通过相关光学功能特征图案的TIR功能来高精度地控制提取的光的分布(相应地在折射角和方向方面)。
光偏转带的光学设计可以是恒定的，其中光学图案解决方案基于相似且连续的重复图案，例如包括周期性特征。替代地，该带可以包括连续可变的图案或分段图案，其中每个局部图案设计是针对特征入射角或入射角范围而预先确定的。当然，该解决方案是针对某些光导厚度和其他特定参数而设计和优化的。
在不同元件和设置的多功能使用的情况下，光学图案设计可以被分成确定性的周期性区段/区，每个区段/区具有不同的图案轮廓，其中每个特定区段/区的周期长度或面积是预先确定的。每个区段/区可以用特征标志或信号来标记，以便管理和识别每个局部区段/区。根据这些标记，可以从带的不同部分切割区段。这使得能够将相同的光学偏转带有效地用于不同的光导元件，例如用于具有不同厚度的光导。
根据本发明的光偏转带的一个主要目的是改善光学元件如光导的功能，其中带粘附到其表面上。偏转带可以单独使用，也可以与光入耦合带和/或元件结合使用。因此，偏转带可以被施加成靠近光入耦合边缘和/或安装在光导平面表面上的光入耦合带或入耦合元件中的任何一个。附加地或替代地，偏转带可以被施加在离光入耦合区更远的地方，基本上在光分布区内的任何区域(也可以在多个区域)，以便提供最佳的光学性能。
施加在光导上的偏转带所提供的主要好处之一是增强和协调了入耦合和出耦合光之间的比例。在这种功能组合中，典型地从光导介质的边缘进入光导的入耦合光被偏转带控制和修改，以便在光导介质内部实现更窄的内部光分布，这意味着光沿着竖直轴线至少部分准直，其中，被偏转(方向调整)光的入射角超过全内反射的临界角。
借助于偏转带实现和修改的内部光分布对来自光导介质的光出耦合、光提取角度和方向具有积极影响。通常，光导介质中的光分布越准直，由于从光导介质的单个平面侧(例如前侧)或两个平面侧(前侧和背侧)的受控的角度分布和提取方向性，以预定角度入射到出耦合图案的光就越容易有效地出耦合。单个前侧提取对于降低杂散光水平和最小化从背侧的光损失具有积极影响，这反过来允许改善透明度和对比度，这在各种照明相关的实现中是重要的，例如窗户和标志照明以及显示照明。
偏转带还可以施加在平面光导表面上的光入耦合带或入耦合元件旁边。通过这种布置，入耦合光分布被协调，并且入耦合光线以优选的角度分布被重定向。通常，入耦合光可以具有不均匀的内部分布，表现为两个分离的角度峰，其可以至少沿着竖直轴线被部分地协调和准直，用于改进的第二相位功能，例如光提取、偏振、入耦合、分束等。自然地，偏转带对水平轴线分布具有积极的影响，以便协调内部光分布和光通量，并经由光子的漫射或准直角度分布从提取图案中去除光条纹。
除非另有明确说明，术语“光学辐射”和“光”在很大程度上被用作同义词，并且是指电磁光谱的某一部分内的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射、可见光和红外辐射。在某些情况下，可见光是优选的。
在其最广泛的意义上，在本公开中，术语“光导”、“波导”或“光学波导”指的是被配置为沿其传输光(例如，从光源到光提取表面)的器件或结构。该定义涉及任何类型的光导，包括但不限于光导管型部件、光导板、光导面板等。
表述“数个”在本文中是指从一(1)开始的任何正整数，例如一、二或三；而表达“多个”在本文中是指从二(2)开始的任何正整数，例如二、三或四。
术语“第一”和“第二”不旨在表示任何顺序、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来。
附图说明
通过考虑详细描述和附图，本发明的不同实施例将变得显而易见，在附图中：
图1A是根据一实施例的其上附着有光学偏转带10的光导的横截面图。
图1B示出了利用具有点光源的偏转带10可获得的光线分布模型。
图2示出了偏转带10在入耦合元件上的使用。
图3示出了在光导上使用偏转带10的各种配置(横截面图)。
图4A和4B是根据实施例的偏转带10的横截面图。
图5示出了周期性图案结构的基本图案单元。
图6示出了偏转带10的示例性实施例。
图7A和7B是说明被包括不同图案设计的带10偏转的入耦合的光的光分布的曲线图。
图8示出了根据一实施例的包括两个功能区的偏转带10。
图9示出了根据一实施例的包括多个光学功能区的偏转带10。
图10A-10C示出了设置有偏转带10的光导的入耦合模拟，该偏转带10上附着有多个功能区。
图11示出了没有偏转带10的参考光导和根据一实施例的包括偏转带10的光导之间的比较数据。
图12A和12B示出了与光导中的照度分布相关的效果。
图13示出了对于数个光入耦合解决方案，在光出耦合和杂散光管理功能方面的比较数据。
图14A和14B示出了偏转带10与平面光导20上的入耦合元件100的结合使用。
图15A和15B是示出了平面光导中入耦合光的竖直分布的比较曲线图，该平面光导设置有与偏转带10结合的入耦合元件(图15A)和没有偏转带10的入耦合元件(图15B)。
具体实施方式
本文参照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，以下引用用于构件：
10-具有基底10A的光学偏转带；
11-光学图案；
12-具有光学多功能表面121、122的光学(图案)特征/腔；
13-接触面积；
在带10中：
111-光学多功能层；
111A、111B-相应的图案化基底层和附加基底层；
112、113、114-带10的附加功能层；
20-光学波导；
20A-收集器介质；
21-出耦合图案；
30-发射器器件(光源)；
31-发射的光学辐射的射线；
32-入耦合和重定向的光学辐射的射线；
33-提取的光学辐射的射线；
100-具有元件基底100A的光入耦合元件。
图1A是光学元件20的横截面图，例如光学波导(光导)结构，在其至少一个表面上附着有光学偏转带10(以下称为“带”)。光导是被配置成将由至少一个合适的发射器器件30发射的光学辐射(光)传送到需要照明的特定区域的结构。光导是具有基本平面表面的平面(非光纤)光导。在基本的光导布局(例如图1A所示)中，可以区分顶表面、底表面和两个或更多个边缘表面。顶表面和底表面形成光学元件的水平面，而边缘以可选的预定角度的倾斜、在所述顶表面和底表面之间沿着围绕所述光学元件的路径(当看作二维形状时，即周界)基本上竖直地延伸。所述平面光导的纵向平面沿着其水平表面。
光导包括由光学聚合物或玻璃形成的光传输载体介质。在示例性实施例中，光导(载体)介质是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。为了清楚起见，附图标记20用于表示作为实体的光导和制成所述光导的载体介质。
带10可以附着在平面光导的一侧或两侧(顶部、底部)。将带10安装在光导的承载其他光学结构(例如光出耦合/提取层)的同一侧是合理的。特别是在窗户照明中，由于环境因素，将所有光学结构组装在面向建筑物内部或分层窗户之间的空间的窗户表面上是有益的。
图1A示出了光导解决方案，其具有附着在其两个(平面)表面(因此，顶表面和底表面)上的带10。附加地或替代地，带10可以附着在光入耦合区域/入耦合元件附近和/或所述入耦合元件上。
光入耦合元件100可以安装在光导表面上，以将光耦合到光导介质中。实践中，入耦合区域或入耦合部可以布置在基本平面的光导的任何位置/区域内。
图2示出了在入耦合元件100上利用带10的各种配置。所述入耦合元件100具有元件基底100A，元件基底100A安装在光导介质20上，并且具有带10附着到其上的一个或多个表面。该表面可以是平坦的，也可以是弯曲的。元件100的平坦的平面表面可以以预定角度倾斜(锥形类型入耦合元件100；(iii)，图2)。配置(i)和(ii)又描绘了在具有位于相同平面/水平面上的平面表面的入耦合元件上设置带10。配置(ii)示出了提供双层带，双层带具有堆叠在彼此顶部的两个带层10、10A。
对于可直接附着在光导上的带(未示出)，可以设想类似的双层解决方案。
总的来说，带放置在光导20和/或元件100上(即，靠着所述光导的水平表面定位)。关于发射器器件30，带10因此被定位成捕获从基本平行于平面光导的纵向平面的方向到达的光。
优选地，带10具有均匀的外表面(面向光导的表面和与其相对的表面)，即其上没有形成任何表面起伏图案或相关结构。更优选地，这些表面被配置成完全平坦和平面的。
鉴于所利用的技术，不排除包括起伏图案(敞开的腔图案)的带10的实施。
就与尺寸相关的参数(长度、宽度、高度/厚度)而言，带10可以根据实现最佳性能效率的需要进行配置。例如，通过粘合来实现或便于将带附着到光导上。
带10允许被接收到光导的光分布部分上的大部分光被捕获和准直，以便在光导介质中/通过光导介质进一步分布。因此，图1B示出了利用带10、利用点光源30可获得的光线(分布)模型。竖直光分布(z方向，图1B)的变化构成大约(±)10度。
带10和元件100可用于任何具有基本平面表面的光导，与其厚度无关。
图3在(i)-(iv)示出了光导20上的光学偏转带10的各种布局。布局(i)基本上与图1A所示的布局相同。布局(ii)和(iii)示出了在平面光导介质上设置带10，该平面光导介质具有传统的单侧的光出耦合图案21(ii)和传统的双侧的光出耦合图案21(iii)。布局(iv)示出了在平面光导介质上设置带10，该平面光导介质具有配置有嵌入式腔光学器件的单侧或双侧的光出耦合图案21(虽然没有特别示出单侧配置，但是基于图3，这可以容易地想到，iv)。
从发射器器件30发射的光31被接收到光导中，并且其方向由带10调整。光学偏转带被配置成控制通过光导传播的光的分布，并介导光通过光导介质向出耦合区域21传播(光线32)。提取/出耦合的光由附图标记33表示。光学出耦合图案可以通过例如复制集成到光导介质中，或者以施加在光导表面上的涂层或带的形式提供。
图4A和4B示出了根据一些实施例的光学偏转带10。光学偏转带10包括基底10A和至少一个图案11，该图案11由嵌入基底中的多个图案特征12形成。图案特征12在基底材料中的布置优选是周期性的；然而，不排除将图案11设置为非周期性结构。特征12被配置为光学功能腔(即内部、嵌入式或集成腔光学器件)。后者进一步被称为“腔”或“腔轮廓”。具有嵌入式图案11/嵌入式腔12的基底材料10A形成光学功能层111。
内部腔12填充有折射率不同于围绕腔的基底材料的折射率的材料。
在一些配置中，腔12填充有低折射率材料。附加地或替代地，腔可以设置有低折射率涂层。在一些配置中，腔12填充有空气，以建立嵌入式空气腔光学器件解决方案。总的来说，用于所述腔的填充材料可以由以下任何一种形成：气态介质，包括空气或其他气体、流体、液体、凝胶和固体。
具有嵌入式图案11的光学功能层111由(子)层111A、111B形成。第一基底层111A包括基本平坦的平面表面，其中形成有至少一个腔图案(以下称为图案化层)。图案化层111A可以被提供为具有均匀厚度的基底材料的平坦平面层，其中已经形成了至少一个腔图案。为了建立内部腔并形成嵌入式光学图案，将具有图案化表面的第一基底层抵靠第二基底部件111B的完全平坦的平面表面，使得在第一层111A的图案化基底表面和第二基底层111B的完全平坦的平面表面之间的界面处形成至少一个嵌入式腔图案11，该嵌入式腔图案11具有与平坦连结区域13交替的嵌入式腔12。
在实践中，层111A被提供为基本平坦的平面基底层，其具有包括腔的一个或多个图案(以下称为图案化层)。为了建立内部腔并形成嵌入的光学图案，附加的基底层111B，优选地作为完全平坦的平面层提供，靠着(图案化的)层111A布置，使得内部(即嵌入的或集成的)特征图案11建立在图案化层111A和平面层111B之间的界面处。基底层111A、111B之间的边界没有示出，以强调具有嵌入式图案11的光学功能层111的基本“一件式”的性质。
在一些配置中，第二基底层111B被提供为具有均匀厚度的完全平坦的平面基底材料层。
附加的基底层111B可以被提供为光学透明层、反射层和/或有色层。层111A、111B可以由相同的材料和/或具有基本相同折射率的材料制成。替代地，这些层可以由不同的材料制成，这种差异至少在折射率、透明度、颜色和相关的光学特性(透射率、反射率等)方面建立。例如，整个光学功能层111(其两个层111A、111B)可以由基本上光学透明的基底材料制成，例如透明聚合物或弹性体、UV树脂等。替代地，层111A、111B可由不同的材料制成，因此具有不同的折射率。
在一些优选的配置中，其中形成腔12的基本平坦的平面基底层111A由基本光学透明的材料制成。功能层111B又被配置为接触层，以建立与最顶层结构，如层112或114，的接触表面。因此，层111B可以被配置为粘性层或干(固体)层。
与腔12交替的基底材料的区域在子层111A、111B之间，以及在光学功能层111和附加层112、113、114之间形成接触区域或接触点(下面进一步描述)。在某些条件下，区域13形成所谓的光通道，光通过所述光通道在层(111、112、113和114)之间传输。当基底材料10A是基本上透光的载体介质时，形成光通道。因此，图案11包括数个嵌入式腔，在这些腔之间具有接触点/光通道13。
在一些实施例中，带10仅由光学功能层111单独形成。这种带由层111组成，该层111具有完全嵌入基底材料内部的图案11/(空气)腔轮廓12(在外表面上没有建立显著的图案特征)。
功能层111和带10可以用以堆叠构造布置的数个嵌入图案来实现。配置包括将两个或更多个图案化层(111A)，可选地，光学功能层(111)，连结在一起，以在单个带中形成多层的解决方案。在一些配置中，图案化层111A可以可选地与平坦基底层111B交替。附加地或替代地，两个或更多个带10(10-1、10-2)可以被施加在彼此顶部上，以形成多层带构造(以类似于图2的构造(ii)的方式)。
在一些情况下，带10可以形成有堆叠体，该堆叠体包括位于彼此顶部的两个或更多个图案化层(标记为111A)。因此，仅依靠所述图案化层111A就可以在层之间建立平坦的平面界面(要求该层在其一个表面上建立图案，另一个表面保持完全平坦)。因此，最上面的图案化层可以设置有完全平坦的基底111B，以完成多层结构并使得能够完全封装图案。
因此，该堆叠体可以用以下任何一种来实现：可选地与完全平坦的基底层(111B)交替的图案化层(111A)；光学功能层(111)；和带10。位于堆叠体中不同层的图案可以被配置为执行相同或不同的光学功能，所述光学功能与入耦合和调整接收到的光的方向相关，其中所述光学功能从包括入耦合功能、反射功能、重定向功能、偏转功能、吸收功能、透射功能、准直功能、折射功能、衍射功能、漫射功能、偏振功能及其任意组合的组中选择。
功能层111的制造通过将两个或更多个层连结在一起(优选通过层压)来实现，于是完全平坦的平面层111B靠着图案化层111A放置。在一些情况下，两个或更多个图案化层可以彼此层压以形成堆叠体。在基本布局中，在平坦的平面图案化层中形成的开放腔嵌入在层之间形成的完全平坦的平面界面处。平坦的接触区域13在层压过程中形成。带10的一个重要优点是在压印图案特征和将所有层层压在一起时可以利用卷到卷的生产方法，使得所有功能层都存在于一个产品中。
在基本配置中，该带由至少一个用嵌入式腔光学器件形成的功能层111组成。为了便于附着，带还包括在所述功能层或功能层堆叠体的一侧或两侧上的至少一个粘性层(参见例如112)。
带10还可以包括布置在光学功能层111(或光学功能层的堆叠体)的一侧或两侧的数个附加功能层，例如在图4A、4B中标示为112的基层和标示为113的顶层。这些层为带提供了数个附加功能。
举例来说，基层112可以被配置为粘性层，以使得能够通过粘合附着到下面的光导介质。粘性层112可以作为光学透明粘合剂(OCA)或液体光学透明粘合剂(LOCA)提供。粘性层可以设置在带的任何表面上或者所述带的两个表面(顶部、底部)上。因此，带10可以被配置为双面粘性带，用于在带的任一侧附着不同的元件。
最顶层/外层113是功能外层，其可以被配置为光学透明层、不透明层、反射层、低折射率(iRi)层等中的任何一种。替代地，最顶层113可以被配置为粘性层，类似于基层112的粘性层。
在一些配置中，光偏转带包括附加功能层(112、113、114)，该附加功能层被配置为用于单色光(例如蓝色(LED)光)的部分或全部转换的波长转换层。波长转换层可以布置在光导的顶表面和/或底表面上。在后一种情况下，波长转换层可以与粘性层布置在一起，并且形成与光导的光学连接。具有这种附加转换功能的层可以用在光导的边缘处或平面区域(所述光导的光分布区域)上。替代地或附加地，波长转换层可以与入耦合元件100一起使用。
在低iRi配置中，层113由所谓的低折射率材料构成，该低折射率材料的折射率在1.10-1.41的范围内。所述低iRi层的折射率通常低于1.5；优选低于1.4。在这种情况下，最顶层113被赋予滤光器功能，该功能被定义为改变入射到其上的电磁辐射的光谱强度分布或偏振状态的能力。滤光器可能涉及执行各种光学功能，例如透射、反射、吸收、折射、干涉、衍射、散射和偏振。
图4B示出了进一步设置有功能性中间层的带10，该功能性中间层可以被配置为例如如上所述的光学透明层或低iRi层。
图4A、4B所示的配置是示例性的，因此，具有所述功能的层112、113、114中的任何一个都可以布置在光学功能层111的任何一侧或两侧。
举例来说，附加层中的任何一个(例如112、113、114)可以被配置为黑色层，以吸收穿过光通道13的一部分光，从而在层之间的界面处形成接触点。例如，可以在光学元件的背面设置具有黑色层的带。在另一个示例性配置中，附加层可以是光学透明层，用于通过层(111、112、113、114)之间的界面处的接触点13传输光。如上所述，接触点(光通道)由基底区域13形成。以类似的方式，任何附加层可以被配置为反射层，其中所述层的材料可以被用于镜面反射、朗伯反射或者被提供为任何其他反射性不透明材料。一种特殊的解决方案包括利用光学功能层111背面上的低折射率(iRi)层，以使接触点13对入射到其上的光产生全内反射。取决于所述互连点(区域13)的填充因子及其形状，所指出的解决方案通常将光强度分布/光协调效率提高了大约6％-20％。考虑带在光导介质上的位置，所描述的配置应该根据具体情况进行调整。
带10的主要光学功能是调整从光源30发出的入射到图案上的光学辐射(光)的方向。该带被配置成调整/修改接收到的光的方向，使得入射到图案(或多个图案)11上的光被偏转，以获得经由一系列全内反射穿过光导介质20的传播路径。因此，图案11被设计成使得借助于所述图案，带被配置成介导光穿过光导介质、可选地向出耦合区域21传播，并被配置成控制穿过光导20传播的光的分布。
在图案处接收的光31在每个腔12和围绕腔的基底10A的材料之间的界面处被偏转。因此，图案11及其特征(腔)执行与调整接收到的光的方向相关的一种光学功能或一组功能。偏转光32获得通过光导介质的传播路径，于是在每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处的入射角大于或等于全内反射的临界角。
通过为图案中的每个单独的腔或一组腔提供数个参数，图案11被赋予光学功能，这些参数包括但不限于：尺寸(大小)、形状、横截面轮廓、图案中的取向和位置、填充因子和周期性。
因此，图案中的每个单独的腔构成了具有数个光学功能表面的轮廓。举例来说，光学功能表面121、122(后文，相应地，第一光学功能表面和第二光学功能表面)示意性地显示在图3A、3B上。每个所述表面建立在腔12和周围基底介质之间的边界界面处。所提到的表面之一(因此，表面121)可以被提供为基本上水平的表面，该表面基本上与光导的纵向轴线/平面平行，并且具有沿着基本上相同的轴线/平面发射光的光源，而另一个表面(因此，表面122)可以被提供为相对于第一表面倾斜的表面或竖直的表面。事实上，腔中的所有表面都可以被赋予光学功能。
因此，一个或多个光学功能表面由在每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处形成的任何一个或多个表面建立。
在一些配置中，图案中的每个单独的腔中的每个所述光学功能表面由低折射率反射器、偏振器、漫射器、吸收器或其任意组合中的任意一个建立。因此，光学功能表面中的任何一个，例如121、122，都可以提供有适当的涂层，例如低iRi涂层。
举例来说，在图5中示出了周期性图案结构的基本图案单元(方框A)。图像B示出了具有预定角度(阿尔法，α)的光偏转平面表面的横截面图，该预定角度被定义为光在光导介质中传输或重定向所需的角度。根据方框A，C处的两幅图像是基本图案单元的前视图(左)和俯视图(右)
由于一个或多个光偏转腔图案，带10可以被配置成沿着至少一个轴线(例如竖直轴线或水平轴线)预准直入射光，并控制内部光分布，以便支持光导的最终性能，例如通过光提取的照明、光信号传播等。
如上所述，光学偏转带10的主要功能之一是以大于或等于全内反射临界角的入射角度偏转和(重)定向入射到图案上的光。由带执行的光学功能被应用于入射到图案上的光(入射在腔和周围介质之间的界面处)。入射光通过嵌入带内部的(空气)腔光学器件从原始传播路径偏转一定角度。
除了调整通过光导介质的所述TIR介导的光传播的分布之外，该带被配置成执行数个附加的光学功能，其中特定的功能或功能的组合由许多因素决定，包括腔和周围材料相关的参数，例如图案中腔轮廓的配置和材料的选择(例如形成光学功能层111的基底材料、附加层112、113、114的材料、腔填充材料)。
在带10中，至少一个图案被配置成执行与调整接收到的光的方向相关的光学功能，其中所述光学功能包括但不限于：反射功能、吸收功能、透射功能、准直功能、折射功能、衍射功能、偏振功能及其任意组合。
图案中的腔单独或共同执行一种或多种光学功能。因此，图案可以被配置成使得图案中的所有腔执行相同的功能(共同性能)。在这种情况下，图案可以包括相同的(同等的)腔。替代地，相同图案中的每个单独的腔12可以被设计成建立至少一种与调整接收到的光的方向相关的光学功能。这是通过调整(在设计和制造阶段)与腔相关的参数来实现的，例如如上所述的尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置、周期、填充因子等。带10可以包括多个图案，每个图案包括的特征/腔与带中任何其他图案的特征/腔的不同之处在于至少一个参数。
由每单位面积的光学特征12的百分比(％)定义的填充因子(FF)是设计光学解决方案的关键参数之一。填充因子定义了特征12在参考区域(例如，图案或任何其他参考区域)中的相对部分。
在所述带中，所述一个或多个图案被配置为可由数个腔相关参数改变，其中所述数个腔相关参数包括从由尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置和周期性组成的组中选择的单个参数或参数的任意组合。
通过在腔12之间提供光通道区域13(图3A、3B)来帮助实现光学功能。所述光通道的配置很大程度上取决于腔的配置和所述腔在图案中的布置，然而，例如光传输特性可以通过选择基底材料来控制和优化。
被应用了光学偏转功能的光(即，经由与腔图案的相互作用被调整方向的光线)，也称为偏转光(32，图3)，其获得经由一系列全内反射通过光导介质20的传播路径。
可以进一步调整带中的图案11，使得光在图案中的每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处以大于或等于全内反射临界角的入射角入射到所述图案上。通过这种布置，在带10和图案11处接收的光的方向在图案中的每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处被改变，以获得通过光导介质的传播路径，因此在光导介质和环境之间的界面处的入射角、以及可选地在每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处的入射角大于或等于全内反射的临界角。
通过光学偏转带10，光的方向被调整，使得光以大于或等于全内反射临界角的入射角到达光导介质和环境之间的边界(界面)的平面上，并且可选地到达每个腔和围绕所述腔的基底介质之间的边界(界面)的平面上。
为清楚起见，术语“偏转”在此主要用于其方向在带50处被调整/修改(即，被修改以偏离其原始路径，如由发射器发射的路径)的入射光线，而术语“(重)定向”既适用于在带处被偏转(重定向)的光线，也适用于在带处被偏转后经由一系列TIR获得通过光导的传播路径的光线。偏转和(重)定向功能都旨在调整光学辐射线的方向，作为光与界面/边界材料(例如空气-塑料)相互作用的结果。相互作用又通过数个光学功能，如反射、折射等而发生。
光以一定范围的入射角到达图案时，在腔12处发生全内反射。因此，就功能表面121、122而言，腔12可以被配置成接收并进一步分布(以等于或大于相对于由任何一个所述光学功能表面产生的界面的临界角的入射角)到达图案的光。
当光线穿过光学透明基底10A并以某一角度照射到内腔表面(121、122)之一时，光线或者从该表面反射回基底，或者在腔-基底界面处折射到腔中。光被反射或折射的条件由斯涅尔定律决定，该定律给出了入射到两种不同折射率介质之间的界面上的光线的入射角和折射角之间的关系。根据光的波长，对于足够大的入射角(在“临界角”以上)，不会发生折射，光的能量被捕获在基底内。
临界角是光相对于表面法线的入射角，在该角度发生全内反射现象。当折射角相对于表面法线成90度时，入射角变成临界角(即等于临界角)。通常，当光从具有(更)高折射率(iRi)的介质传递到具有(更)低折射率(iRi)的介质时，例如从塑料(iRi 1.4-1.6)或玻璃(iRi 1.5)到空气(iRi 1)或任何其他具有本质上低折射率的介质，会发生TIR。对于从高iRi介质行进到低iRi介质的光线，如果入射角(例如在玻璃-空气界面)大于临界角，则介质边界充当非常好的反射镜，光将被反射(回到高iRi介质，例如玻璃)。当TIR发生时，没有能量通过边界传输。另一方面，以小于临界角的角度入射的光将部分折射出高iRi介质，部分被反射。反射光与折射光的比率很大程度上取决于入射角和介质的折射率。
临界角随着基底-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，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片的光传输介质和空气之间的边界处的光将可能被反射回光导介质，从而不会发生光出耦合。
相同的原理适用于通过一系列TIR穿过光导介质行进的光。我们注意到，通过光导的TIR介导的光传播也可能发生在由一个或多个偏转带限定的边界之外。TIR现象是由光导设计和/或光导介质的选择造成的。
光学偏转带10还可以称为光学协调带。
三维图案被建立，其通常具有恒定的周期性图案特征或可变的周期性图案特征。周期性是控制和偏转光导介质中的平面波以及重定向入射光(即入射到图案上的光)以获得优选分布的必要特征。在另外的情况下，非周期性图案特征可以用于协调不均匀的光通量和/或光分布。
在每个单独的图案中，腔12可以由离散的或者至少部分连续的图案特征建立。离散图案的例子包括点、像素等。
图7A和7B是说明由不同图案A和B偏转的入耦合光的光分布(在YZ平面中)的曲线图，其中配置B具有带有平坦部分的重叠图案结构(40％)。配置A具有互锁的图案结构，不与平坦部件重叠。曲线2的点数总和为100％。
在图7A中，曲线被指定如下：曲线1(“输出光”)表示光导中的入耦合LED光分布，其中入耦合光的方向由配置A的带10调整。与曲线2或3相比，曲线1显示出明显更准直的光。耦合效率为83％。
曲线2(“输入光”)表示光导中的入耦合LED光分布(没有带10)。
曲线3(“平坦的iRi＝1.41包层和黑色带”)表示光导中的入耦合光分布，其中入耦合的LED光被顶部具有黑色带的低iRi涂层(iRi＝1.41)过滤，该黑色带吸收以大于或等于全内反射临界角的角度入射的光。在这种布置下，损失了大约36％的光强度。耦合效率为64％。
在图7B中，曲线被指定如下：曲线1(“输出光”)表示光导中的入耦合LED光分布，其中入耦合光的方向由配置B的带10调整。与曲线2或3相比，曲线1显示出明显更准直的光强度。耦合效率为89％。用于图7B的曲线2和曲线3的名称和图例与用于图7A的相同。
在带10中，腔可以被配置和布置成图案，从而形成基本恒定的周期性图案，其中光学图案解决方案基于图案中相似且连续重复的特征。
在图案中，腔可被配置和布置成形成基本可变的(或分段的)周期性图案，其中每个局部图案设计具有与所述图案内的其它局部设计基本可变的特征。因此，在一些配置中，带10包括以周期性区段布置的数个图案，其中每个区段具有预定的面积和周期长度。这些局部图案可以在修改图案和/或腔相关参数方面被提供为可变，以管理以预定角度或角度范围入射的光。腔轮廓可以就选自尺寸、形状、横截面轮廓、取向和在图案中的位置中的任何一个的数个参数而言被配置为是可变的。
在带中，腔因此建立有三维图案特征，该三维图案特征具有选自线形、矩形、三角形、斜角形、倾斜形、梯形、曲线形、波形和正弦曲线轮廓的横截面轮廓。
此外，就图案配置和布置而言，带10是针对特定光导厚度和其它光导特定参数而设计和优化的。
图6示出了具有周期性图案的光学偏转带的一个例子。数个周期性特征12被突出显示。图6所示的图案11基于具有空气腔轮廓的3D光学图案设计。
在带10中，可选地布置成区段的多个图案可以被布置成形成单个功能区。在另一种配置中，可选地布置成区段的多个图案可以布置成形成至少两个相邻的功能区。图9示出了多个功能区的形成。
在包括多个功能区(其中区的数量超过两个)的带10中，每个区或一组相邻或不相邻的区可以具有特征腔轮廓，以有效地管理以特定角度入射的光。
图8示出了包括形成有不同图案11的两个功能区(相应地，第一和第二区)的带10。从图中可以清楚地观察到图案之间的差异。在图8的布置中，形成第一功能区的图案和形成第二功能区的图案各自独立地配置成执行与控制通过光导传播的光的分布相关的光学功能(偏转的光由附图标记32表示)。此外，形成第一功能区的图案被配置成将入射到所述图案的光31的至少一部分传输到光学收集器介质20A。形成第一区的图案可以被配置成将入射光传输到收集器20A中。在这种情况下，光学偏转功能(32)由形成第二区(未示出)的图案来执行。
图8的配置描述了使得能够实现至少两相的光学功能的带，其中该带包括被配置为执行各种光学功能的数个功能区。因此，在第一功能区，入射光的一部分被偏转回光导介质，而另一部分通过所述第一功能区传输到随后的功能区。因此，以不同角度入耦合的光可以以提高的效率分布在光导中。
在一些配置中，带10包括形成沿着光导20的表面和光学收集器介质20A的整个表面交替n次的第一和第二功能区的图案。
图9示出了包括多个光学功能区(因此，14个区)的带10的示例性实施例，所述区形成有不同的图案特征。在本示例中，区被布置成五(5)个组，其中组(1-5)中的每个区形成有具有预定角度α的图案(如关于图5所述)。
图10A-10C示出了设置有光学偏转带10的光导的入耦合模拟，该光学偏转带10上附着有多个功能区。图10A是对于3mm厚的光导(功能区1-14功能区；与图9上的布置相同)的模拟。图10B是对于2mm厚的光导(功能区3-12)的模拟。图10C是对于1mm厚的光导(功能区4-13)的模拟。编号与图9所示的编号相关。曲线1和2指的是输出光和输入光，与图7A、7B中描述的方式相同。
每个这样的功能区可以用特征符号或信号来标记，以便区分这些区。然后可以根据这些标记切割带10，并且切割后的模块可以独立地施加到光导的不同部分上。这种布置有利于构建分层解决方案(具有以堆叠构造提供的两层或多层带，参见图2(ii))，并且有利于将(相同的)偏转带施加到光导的具有不同厚度的不同部分上。一个示例性的解决方案包括利用例如顶部衬垫(例如保护衬垫(未示出))上的色码。例如，可以在带的包装中放置的说明书中提供码的图例。
多相的设计便于制造，因为可以避免提供复杂的光学设计。此外，以合理的成本制造所述复杂设计通常是不可能的。由此提出的多相解决方案解决了以合理的成本提高光导的光学性能的问题。这是通过用相对简单的设计将光学图案组合在一起实现的。
模块化带的概念提供了经济高效的制造和使用的灵活性。为了不同的目的，可以在具体情况的基础上优化带的模块化水平，其中光学图案的优化可以在确定性或非确定性和/或周期性或非周期性设计特征上实现，以实现多个光学功能中的单个光学功能的性能。
图11示出了没有光学偏转带10的参考光导(图像A)和包括10mm长的偏转带10的光导(图像B)之间的比较数据，偏转带10附着在光导的入耦合区域内的两个表面(顶部和底部)。可以观察到，通过利用带10，光导的光学效率约为85％。
图12A和12B示出了与照度(内部强度)分布相关并可通过优化带10获得的效果。图12A是说明通过以图11所述的方式使用偏转带10可获得的照度分布的曲线图，图12A是图11所示照度分布曲线图(图像B)的放大图像。箭头强调了不希望的光发射。
图12B是说明通过使用额外包括黑色层(例如层113或114)的偏转带10可获得的照度分布的曲线图。带的顶部的黑色层吸收所有以不希望的角度入射(在带上)的光。但是主强度峰值保持不变。
图13示出了数个光入耦合解决方案在光出耦合和杂散光管理功能方面的比较数据。图像A示出了没有光学偏转带10的参考光导，而图像B示出了包括10mm长的偏转带10的光导，该偏转带10附着在入耦合区域内的光导的顶侧和底侧。图C显示了与抛物面聚光器的入耦合。右边的图像显示了根据图像A、B和C的解决方案的杂散光比率。Y轴定义了杂散光比率/:1；而x轴定义了围绕法线轴线的角锥/度(°)。杂散光比率被定义为出耦合光/杂散光的量。从数字上看，最佳的杂散光比率已经通过其上附着有偏转带10的光导获得(解决方案B)。
带10可以以卷的形式提供，如通过卷对卷层压工艺生产的。
在一个方面，提供了光入耦合元件100，所述元件包括元件基底100A和可选的根据所述实施例的光偏转带10。带10可以附着到元件基底的至少一个表面上。
图14A和14B示出了在平面光导20上结合入耦合元件100使用光学偏转带10。带10布置在入耦合元件100之后。图2示出了解决方案，其中带10附着在入耦合元件100的顶表面上。
图14A、14B示出了具有弯曲顶表面的元件100。图2示出了提供具有平面顶表面的元件(提供在相同的平面/水平面上并倾斜)。
图14A是设置有入耦合元件100和偏转带10的光导的光线跟踪模型。图14B示出了具有入耦合元件100和包括光学功能区A、B和C的带10的光导的示例性尺寸。尺寸以毫米(mm)给出。
图15A和15B是说明相应地包括具有带10和不具有所述带的入耦合元件100的平面光导的竖直光分布(YZ平面)的比较图。对于利用带10的图15A的解决方案，带10的设置在入耦合元件100之后，如图14A、14B所示。曲线2的点的总和为100％。从图15A可以观察到，光导介质中的光分布被带10协调。入射到光导内部的光的更窄分布提高了光出耦合时光导的对比度。相应地，光导的非照明侧的透明度得到改善。
另一方面，提供了一种制造光学偏转带10的方法，所述方法包括：通过合适的制作方法制造用于所述至少一个图案的图案化的主工具；将图案转移到基底上以产生图案化的基底；以及通过在所述图案化基底上施加额外的平坦的平面基底层来产生嵌入式腔图案，使得在基底层之间的完全平坦的平面界面处形成内部腔。
该图案可以通过任何合适的方法制作，包括但不限于：平版印刷、三维打印、微加工、激光雕刻或其任意组合。可以利用其他合适的方法。
优选地，一个或多个嵌入式腔图案通过卷对卷层压方法实现，其中子层111A、111B彼此层压以形成光学功能层111。
附加的基底层(111B)可以通过层压方法施加到图案化基底层(111A)上，该层压方法选自卷对卷层压、卷对片层压或片对片层压中的任何一种。
一旦制作出的图案有利地通过任何合适的方法进一步复制，例如压印、挤压复制或三维打印。可以使用任何其他合适的方法。
采用典型的生产线来执行以下过程：a)图案制作和复制；b)腔层压；c)其他/附加层的制备及其层压；以及d)最终的膜切割。该生产线可进一步用于制造窄或宽的带状产品。
在步骤a-c中生产的一片或一卷光学偏转带可以被转移到别处进行切割。
本发明还涉及提供光导20和光学偏转带10，所述光导20包括光学透明介质，所述光学透明介质被配置为建立光通过光导传播的路径，所述光学偏转带10根据上文描述的实施例实现，其中光学偏转带附着到所述光导的至少一个平面表面上。在一些结构中，光学反射带通过粘合附着到光导。
光导还可以包括至少一个光源，其被提供为发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、LED条、OLED带、微芯片LED带和冷阴极管中的任何一种。
在一些配置中，光导可以包括被配置用于发射单色光的至少一个光发射器器件，例如单色LED器件，以及包括一个或多个波长转换层的光学偏转带。
还提供了所述光导在照明和/或指示中的用途。光导可用于照明和指示相关的目的，包括但不限于：装饰照明、光屏蔽和光罩、公共和一般照明，包括窗户、门面和屋顶照明、标志-、招牌-、海报-和/或广告牌照明和指示，以及太阳能应用。
对于本领域技术人员来说清楚的是，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。
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Claims (35)

1.一种用于光导的光学偏转带，包括：
-基底，以及
-至少一个图案，所述至少一个图案由嵌入在基底材料中的数个三维周期性图案特征形成，并且被配置为光学功能嵌入式腔，所述光学功能嵌入式腔填充有折射率不同于围绕所述腔的基底材料的折射率的材料，其中，所述图案被配置为调整接收到的光的方向，使得入射到所述图案的光通过协同光学功能被偏转，以获取经由一系列全内反射的通过光导介质的传播路径，所述协同光学功能提供为从由反射功能、折射功能、衍射功能、透射功能和吸收功能组成的组中选择的至少两种功能的组合，并且其中，借助于所述至少一个图案，所述光学偏转带被配置成控制通过所述光导传播的光的分布，所述光学偏转带被附着到所述光导的至少一个平坦表面上。
2.根据权利要求1所述的光学偏转带，其中，在所述图案处接收的光在每个所述腔和围绕所述腔的基底材料之间的界面处偏转，以获得通过所述光导介质的传播路径，于是，在所述光导介质和环境之间的界面处的入射角，以及可选地，在每个腔和围绕所述腔的基底材料之间的界面处的入射角，大于或等于全内反射的临界角。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的光学偏转带，其中，所述至少一个图案被配置成执行与调整接收到的光的方向相关的光学功能，其中，所述光学功能选自由偏转功能、(重)定向功能、反射功能、吸收功能、透射功能、准直功能、折射功能、衍射功能、漫射功能、偏振功能及其任意组合组成的组。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，通过为所述图案中的腔或腔的组提供数个参数，使所述图案具有光学功能，其中，所述数个参数包括选自以下参数的参数的任意组合：尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置、周期性和填充因子。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述图案中的每个单独的腔具有数个光学功能表面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述光学功能表面由在每个腔和围绕所述腔的基底材料之间的界面处形成的任何表面构成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述图案中的每个单独腔中的所述光学功能表面由低折射率反射器、偏振器、漫射器、吸收器中的任一种或其任意组合构成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述腔在所述图案中配置和布置成使得形成基本可变的周期性图案。
9.根据前述权利要求1-7中任一项所述的光学偏转带，其中，所述腔在所述图案中配置和布置成使得形成基本恒定的周期性图案。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，在所述图案中，所述腔由离散的或至少部分连续的图案特征构成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，包括以周期性区段布置的数个图案，每个区段具有预定的面积和周期长度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，包括被布置成形成至少两个相邻功能区的图案，其中，形成第一功能区的图案和形成第二功能区的图案被独立地配置成执行与控制通过所述光导传播的光的分布相关的光学功能，并且其中，形成第一功能区的图案还被配置成将入射在所述图案处的光的至少一部分传输到光学收集器介质。
13.根据权利要求11所述的光学偏转带，其中，所述第一功能区和所述第二功能区沿着所述光导的表面和所述光学收集器介质的整个表面交替n次。
14.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述图案被配置成能够由数个与腔相关的参数改变，其中，所述数个与腔相关的参数包括从由尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置、周期性和填充因子组成的组中选择的单个参数或参数的任意组合。
15.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述腔由三维图案特征构成，所述三维图案特征具有选自线形、矩形、三角形、斜角形、倾斜形、梯形、曲线形、波形和正弦曲线形轮廓的横截面轮廓。
16.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述腔填充有气体材料，例如空气。
17.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，配置成能够通过粘合附着到所述光导的平面表面上。
18.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述图案包括形成在所述基底中的腔，所述基底被提供为基本平坦的平面基底层。
19.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述基本平坦的平面基底层由基本光学透明的材料制成，所述腔形成在所述基本平坦的平面基底层中。
20.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述图案包括形成在与附加的平坦的平面基底层的界面处的腔，所述平坦的平面基底层被提供为光学透明层、反射层和/或有色层。
21.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，包括数个以堆叠构造布置的嵌入式图案。
22.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，进一步包括波长转换层。
23.一种光入耦合元件，包括元件基底和根据权利要求1-22中任一项所述的光学偏转带，所述光学偏转带附着在所述元件基底的表面上。
24.根据权利要求22所述的光入耦合元件，其中，所述元件基底的表面是平面的或曲面的。
25.一种制造光学偏转带的方法，所述光学偏转带包括至少一个图案，所述至少一个图案由完全嵌入在基底材料中的数个周期性腔特征形成，
所述方法包括：
-通过选自平版印刷、三维打印、微加工、激光雕刻或其任意组合中的任意一种的制作方法制造用于所述至少一个图案的图案化主工具；
-将所述图案转移到所述基底上以产生图案化的基底；和
-通过在所述图案化基底上施加附加的平坦的平面基底层来产生嵌入式腔图案，使得在所述基底层之间的完全平坦的平面界面处形成内部腔，
其中，所述嵌入式腔被配置为光学功能腔，所述光学功能腔填充有折射率不同于围绕所述腔的基底材料的折射率的材料，并且
其中，所述图案被配置为调整接收到的光的方向，使得入射到所述图案的光通过协同光学功能被偏转，以获得经由一系列全内反射穿过光导介质的传播路径，所述协同光学功能被提供为从由反射功能、折射功能、衍射功能、透射功能和吸收功能组成的组中选择的至少两个功能的组合，并且其中，借助于所述至少一个图案，所述光学偏转带被配置为控制穿过光导传播的光的分布。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述附加的基底层通过层压方法被施加到所述图案化基底层上，所述层压方法选自卷对卷层压、卷对片层压或片对片层压中的任何一种。
27.根据权利要求25或26中任一项所述的方法，进一步包括复制所制作的图案，其中，图案复制方法选自压印、挤压复制或三维打印中的任何一种。
28.一种光导，包括被配置为建立通过所述光导的光传播路径的光学透明介质，以及根据权利要求1-22中任一项所述的光学偏转带，所述光学偏转带被附着到所述光导的至少一个平面表面上。
29.根据权利要求28所述的光导，包括通过粘合附着到所述光导的光学偏转带。
30.根据权利要求28或29中任一项所述的光导，还包括至少一个光发射器器件，所述光发射器器件选自由发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、LED条、OLED带、微芯片LED带和冷阴极管组成的组。
31.根据权利要求28-30中任一项所述的光导，包括被配置用于发射单色光的至少一个光发射器器件，以及包括所述波长转换层的所述光学偏转带。
32.一种光导在照明和/或指示中的用途，所述光导由权利要求28-31中任一项所限定。
33.一种光学偏转带的卷，其中，所述光学偏转带是根据权利要求1-22所限定的内容实现的。
34.一种光学单元，包括具有用于光导附着的粘性层的至少一个光入耦合元件和至少一个发射器器件，其中，所述至少一个光入耦合元件根据权利要求23或24所限定的配置。
35.根据权利要求34所述的光学单元，其中，至少一个发射器器件至少部分地集成在所述元件基底内部，或者安装在所述元件基底上或附近。
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