JP2002531864A - 光抽出構造体を光ガイド上に成形する装置 - Google Patents

光抽出構造体を光ガイド上に成形する装置

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Abstract

(57)【要約】 硬化性材料を使用して前加工済み光ガイドに光抽出構造体を追加することが可能な、開放金型（６）を用いて照明装置を成形する方法および装置が提供される。抽出構造体（１４）を設けた金型が最初に準備される。硬化性成形材料（３５）と前加工済み光ガイド（３０）が金型内に置かれ、光抽出構造体を設けた覆載物が光ガイド上に硬化せしめられ、機能的照明装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、一般的には、照明装置を製造する方法および装置に関し、より詳し
くは、製造工程中に、光抽出構造体を、光ガイドに直接接着された覆載物（ｏｖ
ｅｒｌａｙ）として成形する、照明装置を製造する方法および装置に関する。
【０００２】 （背景技術） ガラスや高分子等の透光性材料は、光を伝播するための光ガイドとして使用す
ることができる。典型的な光ガイドでは、光源から受光するために設けられた少
なくも一つの表面と、この光ガイドを通って伝播する光を反射するための光学的
平滑面とが設けられている。日常的に使用されている光ガイドの例としては、デ
ータ通信業界で従来から使用されている光ファイバや、光ディスプレイ業界で使
用されている平面状の光ガイドが挙げられる。
【０００３】 光ファイバは、また、米国特許第５，２２５，１６６号（ザリアン氏ら）等に
開示されているように、照明システムにおける構成要素としても使用されている
。これらのシステムでは、光が光ガイドの少なくも一つの端から入射されると共
に、光ガイドの長手方向に沿った所定の位置から出射されるべく構成される。
【０００４】 光ファイバの所望の位置で光の出射を促進する方法は、抽出法と呼ばれる。多
くの抽出法では、良く制御されてはいない態様で、光が光ファイバから引出され
ている。このような手法としては、ファイバを鋭角的に屈曲（「微細屈曲」と呼
ばれる）させることや、光ファイバのコアやクラッドの一部を除去および／また
は粗面化して光を逃がすための散光面を設けることが挙げられる。
【０００５】 制御された態様で光を光ファイバから引出すための抽出法も知られている。こ
のような手法の一つが、米国特許第５，４３２，８７６号（アッペルドーン氏ら
）に開示されている。この特許では、光ファイバのコアに形成された多数のノッ
チである光抽出構造体を備えた照明装置が開示されている。この光抽出構造体は
、ファイバの軸方向に沿ってその先に伝播する光の一部を半径方向に反射する第
１および第２の反射面を構成する。この反射光は、内部全反射の法則に従ってフ
ァイバに沿って伝播を続けるに必要な臨界角より小さな角度に方向づけられる。
その結果、反射光がファイバから引出される。
【０００６】 抽出構造体を形成するための様々な方法が公知である。たとえば、ファイバ自
体に直接、抽出構造体を微細機械加工しても良い。しかし、この方法の一つの欠
点は、光ファイバとして望ましい性質（透明度、可撓性、高屈折率、等）を有す
る材料は、往々にして、精密微細機械加工に適さないことである。したがって、
顕微鏡的な精密さおよび正確さでファイバのコア材料に直接この構造を機械加工
することは、非常に困難であると共にかなりの費用と時間を要する。
【０００７】 米国特許第５，６３１，９９４号（アッペルドーン氏ら）では、抽出構造体を
製造する別の方法を目指している。この方法では、抽出構造体を備えた覆載物が
設けられる。透光性基体で形成されたこの覆載物は、成形等の従来の製造工程で
製造される。この覆載物には、ファイバコアに接着するための接着剤を裏塗りす
る。この方法により、光ガイドに光抽出構造を作り付ける別の方法に付随した問
題のいくつかを克服することができるが、しかし、これには、ファイバ／接着剤
界面および接着剤／基体界面という２つの追加界面の存在を必要とする。追加界
面の各々は、望まない散乱や反射等により、光抽出の精度を下げ得る。さらに、
この方法では、覆載物を光ガイドに沿って注意深く整列させなければならない。
また、覆載物を使用するということにより、光ガイド上に抽出構造体を配置する
際の様々な可能性を制限する。たとえば、２以上の抽出構造体を互いにずらして
平行な列に配置することは困難である。
【０００８】 「伸縮可能金型を用いた、継ぎ目なし微細レプリカの方法および装置」と名称
され、１９９８年２月２０日に出願された、米国特許出願第０９／０２６，８３
６号には、ファイバコアと抽出構造体を、密閉金型内で一体のユニットとして形
成する方法を開示している。この方法は、接着剤を裏塗りした覆載物を必要とせ
ず、また、他にも顕著な利点を有する。しかし、この方法では伸縮可能金型の使
用が必要である。さらに、この出願に記載された方法では、コアと光抽出構造体
に同じ材料を使用するという制限がある。しかし、往々にして、コアと光抽出要
素に異なる材料を使用することが必要となることがある。これは、これらの２つ
の要素に対しては異なる加工が必要であると共に、その機能も異なるからである
。たとえば、上述のように、光ファイバとして良好な性質を有する材料が、必ず
しも微細加工に適さないのである。
【０００９】 熱可塑性材料を送り出しながら光ガイド等の製品を連続的に製造できる押出法
が公知である。この押出法は、熱可塑性材料を比較的滑らかな表面を有する形状
に融解加工する際には広く用いられているが、しかし、光ガイドにおける光抽出
用微細構造体のような、押出し方向に垂直な方向に精密な構造を有する製品の製
造にはあまり適さない。これは、押出し加工では、被押出し物がダイを出た時点
では未だ融解により軟化しており、その最終形状が冷却と引張りの影響を受ける
からである。光ガイドの場合には、樹脂の硬化に伴う収縮による体積変化百分率
は、光抽出用の微細構造体の寸法に比して、通常、大きい。したがって、微細構
造体の精度が低下し、意図した通りに機能しない。
【００１０】 精密な形状を有する製品を連続的に製造するためには射出成形を用いることも
できる。この加工法では、融解した材料が高圧下で、完成品に形成すべき形状を
設けた金型内に射出される。射出成形では、熱可塑性材料の冷却すなわち硬化中
に製品の両表面が制御され、したがって、収縮に関して、より良好に制御され得
るという点で、押出し法に優る。
【００１１】 射出成形は、光ファイバ技術における様々な状況で使用されてきた。米国特許
第４，４１０，５６１号（ハート・ジュニア氏）には、光ファイバにおいて、本
来の被覆が接続操作中に剥離してしまった部分を再被覆するために射出成形を用
いることが記載されている。日本国特許出願第５６１２３６６９号（ミノル氏）
には、これに類似した開示が為されている。この分野での射出成形の利用の別の
例は、米国特許第４，５３１，７０２号（プルマー氏）、米国特許第５，５８７
，１１６号（ジョンソン氏ら）、米国特許第５，７７２，９３２号（カミグチ氏
ら）、日本国特許出願第０７２９６０４４号（ヤスヒロ氏ら）、日本国特許出願
第０６２７６４６１号（ヨシユキ氏ら）、日本国特許出願第０７００６１８４号
（トシオ氏ら）、日本国特許出願第０６０７８４８９号（タカノブ氏）、および
日本国特許出願第０６２４６０４２号（タツオ氏ら）に記載がある。
【００１２】 しかし、射出成形には、精密微細構造を自身の上に備えた光ファイバの製造に
使用することを妨げる別の制限がある。特に、射出成形では、熱可塑性融解物で
金型の形状を転写し、次いで、これを冷却しなければならない。しかし、通常の
光ファイバに用いられる視覚的に透明で夾雑物を含まない熱可塑性材料は、熱伝
導度が低く、また、収縮が著しい。したがって、所望の精度を得ると共に充分迅
速な加工時間（通常６０秒以下が求められる）で行うためには、このような材料
用の市販の射出成形装置では、普通には太さ約１／４インチ（約６ｍｍ）以下の
部品に限られる。照明用途で普通に使用される大型コア光ファイバでは、この寸
法を優に越える。
【００１３】 このように、この技術分野では、自身の表面上に精密微細構造体（たとえば、
光抽出装置）を備えた大型コア光ファイバや光ガイドを製造するための連続加工
法が必要とされている。特に、この技術分野では、コアと光抽出要素に異なる材
料を使用できると共に、接着剤を裏塗りした覆載フィルムを使用すれば持ち込ま
れる追加の界面を排除し、また、従来の成形加工における難点（たとえば、収縮
が精密要素に及ぼす悪影響）を克服し、さらに、光ガイドの光学コアに光抽出構
造体を機械加工する必要のない、光ガイド製造用の連続加工法が必要とされてい
る。以下に説明する本発明は、このような様々な要求に合致するものである。
【００１４】 （発明の開示） 一つの観点では、本発明は、接着剤を裏塗りした覆載フィルムを必要とせずに
、光ガイドに光抽出表面を設ける方法に関する。本発明によれば、光ガイドを開
放金型内に置くことにより、光ガイド上に直接に光抽出用覆載物が成形される。
この金型の表面には、所望の抽出構造体に適合する微細構造形状が設けてある。
光ガイドを金型内に置く前か、置きながらか、または置いた後に、コア材料とは
異なっても良いがコア材料と好ましく堅固に結合する硬化性材料を、金型内に置
く。硬化後には、この硬化性材料は光ガイドと堅固に結合し、その上に所望の微
細構造を形成する。このように形成された微細レプリカ光ガイドは、照明装置お
よび他の光抽出用途に有効に用いることができる。
【００１５】 この方法の一実施例では、自身の上に複数の微細構造形状を設けた内表面を有
する貯溜部を備えた開放金型を用いて照明装置が形成される。この金型の貯溜部
に、硬化後にはほぼ透光性の材料となるアクリレート、シリコーン、ウレタン、
等の硬化性材料を充填する。この硬化性材料の充填前か、充填中かまたは充填後
に、前加工済み光ガイドをこの貯溜部に置く。この透光性材料は、問題とする波
長範囲に渡って、前加工済み光ガイドとの屈折率の差が或るしきい値未満、たと
えば０．０５未満、となるように選択すれば良い。次いで、この硬化性材料を硬
化させると、前加工済み光ガイドの上に結合した層が形成される。金型から取り
出すと、照明装置上の結合層には、金型の内表面にあった複数の微細構造形状の
レプリカが形成されている。
【００１６】 本発明の、これに関連する一つの観点では、上述のタイプの成形ステップは、
自身の上かまたは自身の内に光抽出構造体を有する光ガイドや照明装置を形成す
るための連続加工の一部である。本発明のこの観点によれば、連続加工の中の一
ステップとして光ガイドが形成され、次いで、別のステップで貯溜部内に置かれ
る。
【００１７】 本発明の更に別の観点では、自身の上に複数の光抽出構造体が形成された光ガ
イドを備えた照明装置を製造するシステムを提供する。このシステムは、たとえ
ば、光ガイドを形成するための押出し器と、金型取扱い装置と、光ガイドと接触
する開放金型、とを備える。金型は、光ガイド上の所望の覆載物断面形状に適合
する断面形状を有する表面を備える。所望の光抽出構造体のレプリカ（好ましく
は陰型）である形状を有する金型の内表面に、少なくも一つの微細構造が形成さ
れている。この開放金型は、光ガイドと硬化性材料の一部との間の接触を提供す
るに充分な容積の貯溜部を備える。硬化性材料は、好ましくは、微細構造を完全
に浸漬するような態様で貯溜部に添加される。
【００１８】 本発明の更に別の観点では、自身の上に光抽出構造体が形成された光ガイドを
連続的に製造するシステムを提供する。このシステムは、光ガイドを形成する形
成手段を備えても良く、また、互いに結合された多数の開放金型セグメントによ
り形成されるエンドレス・セグメント化金型を備える。開放金型セグメントの各
々は、光ガイドの長さに垂直な軸の周りで回転し、光ガイドが形成手段を出た後
に回転の一部分で光ガイドに接触する。さらに、開放金型セグメントの各々は、
光ガイド上における所望の光抽出構造体を備えた所望の覆載物の断面形状に適合
する断面形状を有する内表面を備える。所望の光抽出構造体のレプリカである形
状を有する少なくも一つの微細構造が金型の内表面に形成されている。この開放
金型は、光ガイドと硬化性材料の一部とを収容するに充分な容積の貯溜部を備え
る。硬化性材料は、微細構造を完全に浸漬するような態様で貯溜部に添加される
。このシステムは、また、各開放金型セグメントが光ガイドと接触する際に開放
金型セグメントの貯溜部と連通する硬化性材料用容器を備える。
【００１９】 本発明の更に別の観点では、光ガイドを形成する手段と、互いに結合された多
数の開放金型セグメントを備えた可動エンドレス・セグメント化金型アセンブリ
とを備えた、照明装置を連続的に製造するシステムを提供する。開放金型セグメ
ントの各々は、光ガイドの長さに垂直な軸の周りで回転し、光ガイドが光ガイド
形成手段を出た後に回転の一部分で光ガイドに接触する。さらに、開放金型セグ
メントの各々は、光ガイド上における（所望の光抽出構造体を備えた）所望の覆
載物の断面形状に適合する断面形状を有する貯溜部および内表面を備える。内表
面上に所望の光抽出構造体のレプリカである形状を有する少なくも一つの微細構
造が内表面に形成されている。貯溜部は、光ガイドと硬化性材料の一部との間の
接触を提供するに充分な容積を備える。硬化性材料は、好ましくは、微細構造を
完全に浸漬するような態様で貯溜部に添加される。このシステムは、また、開放
金型セグメントの一つが光ガイドと接触する際にその開放金型セグメントの貯溜
部と連通する硬化性材料用容器を備える。
【００２０】 本発明の更に別の観点では、複数の光抽出微細構造体を備えた照明装置を連続
的に製造する方法を提供する。この方法は、（ａ）光ファイバ等の光ガイドを形
成するステップと、（ｂ）この光ガイドを、移動する開放金型の中を通過させる
ステップであって、この金型は、互いに結合されてエンドレス・セグメント化金
型アセンブリを構成する開放金型セグメントの各々に少なくも一つの微細構造形
状を有する複数の開放金型セグメントを備えるのである前記ステップと、（ｃ）
このエンドレス・セグメント化金型アセンブリを光ガイドの長さに垂直な軸の周
りで移動させるステップと、（ｄ）光ガイドが形成される際に、エンドレス・セ
グメント化金型アセンブリの回転の一部分で、光ガイドを、移動する開放金型と
接触させるステップと、（ｅ）開放金型セグメントの各々が光ガイドと接触する
際にその開放金型セグメントに硬化性材料を充填するステップと、（ｆ）開放金
型セグメントが光ガイドと接触している間に硬化性材料を少なくも部分的に硬化
させるステップ、とを含む。
【００２１】 上述した本発明の様々な実施例および観点においては、金型が、貯溜部を設け
た周囲表面を有する連続的構造体として構成されても良い。また、貯溜部に硬化
性材料を充填するステップが、光ガイドと接触する貯溜部の一部に硬化性材料を
連続的に補充すること含んでも良い。さらに、硬化させるステップが、フリーラ
ジカル法、縮合法、またはこれらの組合せによって硬化を促進するために加熱や
放射線照射を行うことを含んでも良い。
【００２２】 更に別の観点では、本発明は、新型光ガイド構造に関すると共に、照明装置を
製造する際にこの構造を使用することに関する。この新型光ガイド構造は、一以
上の部分で平坦化されたほぼ円形の断面を有する。平坦部分は、好ましくは、完
成した光ガイドがほぼ円形断面を有するように充填され得る態様で構成される（
たとえば、光ガイドの断面がＤ字形であっても良い）。このタイプの光ガイドは
、一以上の平坦部に光抽出材料または覆載物（微細構造を有するかまたは有しな
い）を配置することにより、有用な照明装置の製造に使用することができる。好
適な実施例においては、光ガイドと光抽出材料は、全体としてほぼ円形の断面を
有する。
【００２３】 本発明の新型光ガイド構造は、光抽出材料または覆載物が光ガイドの一表面上
に置かれることになる共押出し等の、様々な加工に使用され得る。しかし、この
構造は、光ガイド上に光抽出材料または覆載物を射出成形することが望ましい加
工に、特に適している。このような加工では、この新型構造を有する光ガイドは
、光ガイドの平坦面が金型の貯溜部に隣接する態様で、閉鎖金型内に置かれる。
この貯溜部の表面が微細構造を有しており、貯溜部に適切な硬化性樹脂が充填さ
れれば、この微細構造の陰型を有する表面を備えた照明装置が形成される。貯溜
部が、前加工済み光ガイドの寸法に比して充分小さければ、硬化中に樹脂の収縮
により微細構造の細部が著しく失われることなく、射出成形加工の一部として硬
化性樹脂を貯溜部内に射出することができる。
【００２４】 光ガイドの製造を、前加工済み光ガイドを製造する第１のステップと、これに
光抽出微細構造体を追加する第２のステップとに分割することにより、本発明は
、自身の上に精密微細構造体を有する光ガイドを得るための連続的製造法を提供
する。特に、新型光ガイド構造は、比較的厚い部品の製造に最適化した高速連続
押出し加工により製造することができる。精密形状の作成に最適化した射出成形
加工により、抽出要素用の材料を、前加工済み光ガイドの一以上の平坦部の上に
射出成形することができ、これによって、断面が全体として円形である光ガイド
が得られる。光抽出材料として必要な層は比較的薄いので、成形ステップは、商
業的に可能な加工時間で行うことができる。
【００２５】 さらに、新型光ガイド構造を使用する加工により、コアと光抽出要素に異なる
材料を使用することが可能となり、したがって、各機能に最適の材料を使用する
ことが可能となる。また、コアと抽出構造体の製造が分離できるので、たとえば
、コアの製造中に必要な加工条件（たとえば、押出し温度）に対して安定でない
抽出構造体材料を使用することが可能になる。これにより、材料の選択の幅が更
に広がる。
【００２６】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明は、前加工済み光ガイドに光抽出構造体を形成することにより照明装置
を製造する方法および装置に関する。本発明においては、抽出構造体を成形する
と共にこれを前加工済み光ガイド上に結合するために開放金型を使用する。開放
金型微細レプリカを用いて光ガイド上に抽出構造体を形成することは、光ガイド
上に抽出構造体を直接に機械加工する必要をなくすと共に、光ガイド上に抽出構
造体を連続的に成形することを可能にする点で優れている。この成形ステップは
、単独で用いても良く、また、光ガイド自体の連続製造工程に組み込んでも良い
。さらに、照明装置を形成すべき前加工済み光ガイドは、どんな光ガイドであっ
ても良く、この例としては、光ファイバや、ディスプレイに使用される平面状光
ガイドが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００２７】 Ａ．照明装置 図１ａは、本発明に係る照明装置の一部を側面を示す図である。この照明装置
は、自身の上に覆載物１２を有する光ガイド３０から形成されており、この覆載
物１２は、自身に形成された一以上の光抽出構造体１８を備えた表面１６を有し
ている。各抽出構造体は、少なくも一つの光学的平坦面２０を備える。使用時に
は、光線４０が表面１６のほぼ平面的な部分２４に当たり、光ガイドの臨界角よ
り大きな角度で反射されて光ガイド中に戻る。そうして、ファイバに沿って伝播
し続ける。これに対し、光線４２は光抽出構造体１８の光学的平坦面２０に当た
り、光線４２は、光ガイド３０に沿って伝播し続けるに必要な臨界角より小さな
角度で光ガイド３０中に反射される。その結果、光線４２は、抽出構造体１８の
位置の反対側にある光ガイド３０の表面３２を通して透過される。本発明の典型
的一実施例では、光学的平坦面２０は、表面２０からの光の反射を強化するため
に鏡面様反射材料でコートしても良い。好ましくは、光学的平坦面２０を鏡面様
反射材料で覆う前に、覆載物１２より小さな屈折率を有するクラッド層（図示し
ない）で覆載物１２を覆う。このような鏡面様反射材料の例としては、アルミニ
ウムや銀等の高反射率金属、または、米国特許第０８／４０２，０４１号（ジョ
ンザ氏ら）に記載されたタイプの多層光学フィルムが挙げられる。
【００２８】 図１ａに示した抽出構造体１８の構成は、例示目的で示したに過ぎないことに
留意されたい。より一般的には、抽出構造体は、光ガイドからの光の抽出を行う
ものならば如何なる構成であっても良いのであり、たとえば、光が照明装置から
放出されるか、または鏡面様の影響を受けるように、臨界角より小さな角度で光
線を反射することによってこれを行っても良い。したがって、たとえば、抽出構
造体が、図１ｃに示したような、光を散乱の態様で引出す不規則な寸法の突起や
穴１５を備えても良い。用途によっては、一以上の反射体を組合せた抽出構造体
を使用することが有用なこともある。
【００２９】 抽出構造体１８は、如何なる所望のパターンで光ガイド３０に沿って配置され
ても良い。このパターンの例としては、一様パターン、周期的パターン、不規則
パターンが挙げられるが、これらに制限されるものではない。たとえば、図１ｂ
には２列に並んだ光抽出構造体１８を使用した照明装置の一実施例の（斜視）図
を示す。これら列は光ガイド３０の長手軸に沿って延在しており、所定の量だけ
互いにずらしてある。当然、これらの光抽出構造体のサイズと間隔が一様である
必要はない。たとえば、本発明のいくつかの実施例では、光ガイド３０の単位長
さ当たりの光抽出構造体１８の断面積を変化させることが有用なこともある。単
位長さ当たりの断面積は、たとえば、抽出構造体の深さ、角度、向き、または、
相互の間隔を変更することにより、変化させることができる。
【００３０】 Ｂ．成形装置 本発明は、前加工済みファイバコア上に抽出構造体を微細レプリカするための
開放金型を備える。本発明で使用することのできる開放金型の例を図２ａに断面
図として示す。金型６は、成形材料を保持するための貯溜部１０を備える。貯溜
部１０は金型の内表面１３により形成されている。内表面１３は円形、Ｖ字形、
または、その他の有用な形状であって良い。貯溜部１０は、成形材料と前加工済
みファイバコアを収容するに充分な大きさでなければならない。貯溜部１０の断
面形状は、好ましくは、最終製品の全体的または平均的断面形状の対応する。金
型６の内表面１３には、少なくも一つの微細構造形状１４が設けてある。微細構
造形状１４は内表面１３全体をほぼ覆っても良く、または、これらが内表面１３
の一以上の部分に制限されていても良い。一般に、微細構造形状１４は内表面１
３からの突起であるが、これは、抽出覆載物に形成される抽出構造体の陰型レプ
リカである。
【００３１】 図２ｂには、貯溜部１０に第２の貯溜部２２が形成されている、開放金型６の
別の実施例を示す。微細構造形状１４は第２の貯溜部２２に配置されている。貯
溜部１０には微細構造形状１４が設けられていないので、前加工済み光ガイドが
その中に、よりしっかりと固定されるという利点が得られるように貯溜部１０を
構成しても良い。さらに、図２ｂに示した開放金型６では、図２ａの実施例より
著しく少ない成形材料で充分である。これは、貯溜部１０に比して貯溜部２２の
寸法が小さくなっているからである。
【００３２】 Ｃ．成形装置を製造する方法 開放金型はマスター金型から製造される。マスター金型は、ファイバコアに追
加すべき抽出構造体を備える。マスター金型は、これから製造される抽出構造体
の幾何学構造が完成した照明装置で必要となる許容限度内で光を反射するに適す
るように、精度良く製造されねばならない。特に、この構造体は、互いに鋭い角
（稜線）で交わるような極度に平滑な面で形成されねばならない。このような精
密なマスター金型は、成形材料が硬化した後に成形材料から離型できる機械加工
可能な材料から製造することができる。たとえば、この材料は、機械加工可能な
金属や硬い高分子材料であっても良い。適する金属の例としては、銅、アルミニ
ウム、および、黄銅等の合金、が挙げられる。適する高分子材料の例としては、
アクリル、カーボネート、および、微細機械加工により光学的表面が得られると
共に加工後もその形状が保たれるその他の何らかの高分子材料、が挙げられる。
【００３３】 材料を微細機械加工してマスター金型を形成することは、何らかの公知の技術
により、たとえば、ダイヤモンド工具を用いて、行うことができる。典型例では
、微細機械加工はダイヤモンドチップ工具や炭素チップ工具を用いて行われる。
このチップの形状は、マスター金型に必要な構造体の形状と寸法により決定され
る。公知の微細機械加工法では０．００１μmに近い精度で表面構造体を正確に
再現できる。
【００３４】 金型自体がマスター金型の陰型レプリカである。金型を製造するための材料は
、好ましくは、硬化工程中に硬化できる液体組成物である。この材料には、好ま
しくは、硬化工程中の収縮が少なく、また、マスター金型からの離型が容易なも
のを用いる。成形材料としては、成形製品を金型から容易に取り出すことができ
るように、成形製品との接着の度合いが小さいものを選択する。これに適した硬
化性材料の例としては、シリコーンエラストマー等のエラストマーが挙げられる
。
【００３５】 Ｄ．開放金型微細レプリカの方法 次の加工ステップは、図３ａに示したように、金型の内部に硬化性材料を充填
することである。好ましくは、硬化性材料３５は、金型６に導入された時点では
液状であり、硬化性材料３５は、金型６内部の微細構造形状１４の周囲を流れる
。硬化性材料３５は、金型に導入できると共に、金型６に悪影響を与えない温度
および／または圧力条件で硬化できるものならば、如何なる材料であっても良い
。硬化性材料３５は、熱、放射線、またはその他の公知の処理によって硬化可能
なものであって良い。硬化性材料３５は、好ましくは、前加工済み光ガイドと結
合すると共に、硬化後には、前加工済み光ガイドの屈折率と良く整合する屈折率
を有するほぼ視覚的に透明な材料となる。好ましくは、硬化性材料３５と前加工
済みファイバコアとの間の屈折率の差は最小に維持される。たとえば、本発明の
或る実施例では屈折率の差を０．１未満に維持すれば充分であろう。しかし、本
発明のその他の実施例では屈折率の差を０．０５未満に維持することが必要であ
り、さらに、他の場合には０．０１未満が必要である。これに適する硬化性材料
の例としては、重合可能な化合物や混合物が挙げられる。アクリレートは、その
透明な性質の点で好適な硬化性材料の仲間である。ウレタンおよびシリコーンも
、硬化中の収縮が最小に近い点で好適な硬化性材料の仲間であるが、しかし、望
ましい透明度を有する組成は限られる。
【００３６】 硬化性材料を開放金型に入れた後、前加工済み光ガイドを、硬化性成形材料の
供給源を収容した開放金型に入れ、その硬化性成形材料を硬化させることにより
、成形製品（すなわち、本発明の照明装置）が製造される。図３ｂに、成形材料
３５を入れた後に前加工済みファイバコア３０を挿入した開放金型６を示す。成
形材料が硬化した後、製品は金型６から容易に取り出される。
【００３７】 図４には、この照明装置を連続製造する方法を示す。前加工済み光ガイド４１
は、供給源４０から供給される。供給源４０は、連続押出し装置等により製造さ
れるファイバを備えても良い。光ガイド４１が供給源４０を出るに伴い、連続循
環開放金型４２の上表面４４に沿って延在する。連続循環開放金型４２は、たと
えば図２に示した貯溜部を備えた周囲表面４６を有する。貯溜部は、図２に示し
た微細構造形状に対応する微細構造形状（図示しない）を有する内表面により形
成されている。開放金型４２の移動に伴い、上表面４４を形成する周囲表面４６
の新たな部分が光ガイド４１と接触するようになり、成形材料貯溜部の新たな部
分を提供する。
【００３８】 循環開放金型４２は、様々な異なる態様で構成されて良い。たとえば、金型４
２は、互いに連結されるかまたは連鎖されると共に、エンドレス循環ベルト状に
配置された個別金型（たとえば、図２に示した金型６）の連鎖であっても良い。
または、個別セグメントの連鎖ではなく、循環開放金型４２が循環ベルトに直接
形成された貯溜部を有し、金型４２が連続しておりセグメント化されないもので
あっても良い。セグメント化されない連続金型の金型部分がいくつかの有用な構
成を備えても良い。たとえば、個別の必要に応じた光抽出構造体を形成するため
に、この金型が、その全長に渡って、一様なエンドレスパターン、繰り返しパタ
ーン、または変化する不規則パターンを備えても良い。または、この金型が、そ
の全長に渡って、非一様で不連続なエンドレスパターンを備えても良い。
【００３９】 開放金型４２は、光ガイド４１が供給源４０から供給される速度に対応した速
度で移動する。したがって、光ガイド４１と金型４２が接触している期間中、金
型４２の上表面４４と接触する光ガイド４１の部分は金型に対し静止している。
成形材料４８は、上表面４４により形成された貯溜部に注入される。好ましくは
、金型４２が連続しておりセグメント化されていない場合には、材料は一定率で
連続的に注入される。このようにして、成形材料が光ガイド４１の表面に結合す
るに伴い、貯溜部に補充が為される。金型４２がセグメントの連鎖である場合に
は、セグメント間には成形材料が注入されずに各個別の金型セグメントに補充が
為されるように、材料は不連続的に注入される。
【００４０】 光ガイド４１が金型４２の上表面４４との接触を維持しなければならないのは
、金型４２から取り出した際に、それが形状を保ち光ガイド４１に結合した状態
となるまで成形材料が硬化する時点までである。通常、これが起こるのは、硬化
過程のいわゆる「Ｂ段階」である。当業者には公知であるように、硬化の完了は
、巻取りロール上かまたは炉中で起こっても良い。または、光ガイド４１が開放
金型４２と接触中に硬化が完了しても良い。加熱要素５０や光源６０等の手段に
より、熱や紫外線等のエネルギーを成形された覆載物に加えても良い。図４に示
した配置により、光ガイドの製造後のどの時点でも、たとえば、押出し工程の直
後であっても、前加工済み光ガイド上に光抽出形状を成形することができる。
【００４１】 図４に示した連続移動開放金型の概略断面形状は矩形であるが、金型の形状は
、どんな所望のものであっても良いことを強調しておく必要がある。たとえば、
金型の断面形状が、図４ｂに示したように、成形材料が光ガイドに結合できるだ
け充分な長さだけ光ガイドに沿って金型の上表面が延在することを保証するだけ
充分大きな曲率半径を有する円形であっても良い。
【００４２】 Ｅ．光ガイドの構成 本発明の原理は、様々な形状や構成を有する光ガイドや照明装置の製造に適用
することができる。このような構成の例としては、円形、方形、楕円形、または
多角形の外形を有する棒、あるいは、平面状のシートや板が挙げられる。しかし
、本発明の実施に際して使用すれば特に有効性を発揮する光ガイドおよび照明装
置の新型構造が開発されている。
【００４３】 このような光ガイド構造の一つは、一以上の部分で平坦化された円に似た断面
を有するものである（たとえば、この光ガイドの断面は「Ｄ字形」である）。こ
の構造の前加工済み光ガイドでは、好ましくは、光ガイドと光抽出材料または光
抽出微細構造体とが全体としてほぼ円形の断面形状を有するように、その一以上
の平坦部に光抽出材料または光抽出微細構造体を配置することにより、これを照
明装置の製造に有効に使用することができる。光ガイドの製造を、前加工済み光
ガイドを製造する第１のステップと、これに光抽出材料または光抽出微細構造体
を追加する第２のステップとに分割することにより、本発明は、自身の上に光抽
出装置を有する光ガイドを得るための連続的製造法を提供する。特に、新型光ガ
イド構造は、比較的厚い部品の製造に最適化した高速連続押出し加工により製造
することができる。たとえば精密形状の作成に最適化した成形加工（たとえば、
射出成形）により、抽出要素用の材料を、前加工済み光ガイドの一以上の平坦部
の上に成形することができ、これによって、断面が全体としてほぼ円形である光
ガイドが得られる。光抽出材料として必要な層は比較的薄いので、成形ステップ
は、商業的に可能な加工時間で行うことができる。
【００４４】 別の実施例では、本発明の光ガイドまたは照明装置は、第１および第２の対向
する平坦面を有する。第１の平坦面は、（たとえば、反射により）光を光ガイド
から引出すための光抽出材料をその上に備えている。他方の対向面は、色フィル
タ、偏光板、および／または散光板、等の光修飾手段を備えている。いくつかの
実施例では、この、他方の対向面が更に反射板を備えても良い。この実施例によ
れば、特定偏光光および／または特定波長光を放射する光ガイドを製造すること
ができる。特定偏光光を放射する光ガイドの場合には、この光ガイドが、拒絶さ
れた偏光（すなわち、引出されなかった偏光）の光を所望の偏光の光に変換する
ことにより所望の偏光の出力を増加させるための手段（たとえば、偏光ランダマ
イザ）を更に備えても良い。
【００４５】 さらに別の実施例では、光ガイドまたは照明装置は、光がそこから引出される
かまたは抽出を惹き起こす複数の平坦面を備える。したがって、この光ガイドの
構造としては、たとえば、コアの断面が、実質的に多角形（たとえば、三角形、
矩形、方形、六角形）または不定形であるか、または、ほぼ円形または楕円形で
あるが一以上の平坦面を有する、という態様のものが可能である。そうして、全
体構造が実質的に円形断面となるように、コアの各表面に充分な量の光抽出材料
および／またはクラッドを配置することができる。したがって、たとえば、この
光ガイドは、その表面に沿って長手方向にノッチを有する光ファイバであっても
良く、この場合には、クラッドまたは光抽出材料用に確保される空間の、ファイ
バの長手軸に垂直な平面での断面は、実質的に三角形ないし扇形である。このよ
うな実施例は、ノッチが比較的狭い場合に（たとえば、扇形の開き角度が約９０
°未満である場合、より好ましくは、約４５°未満である場合）有効である。
【００４６】 または、加えられる光抽出材料および／またはクラッドの量は、全体構造を所
望の非円形の形状（たとえば多角形）とするようなものであっても良い。この最
後の実施例の、特徴的ではあるが制限目的ではない一例は、長手軸に垂直な平面
における断面が台形である光ガイドを備えた照明装置である。この場合には、加
えられる光抽出材料および／またはクラッドの量は、照明装置の断面がほぼ台形
に保たれる程度である。
【００４７】 本発明のこの観点の更に別の実施例では、長手軸方向に延在する一以上のノッ
チを有する前加工済み光ガイドを備える。次いで、これらのノッチには光抽出材
料を充填し、また、任意ではあるが、一以上の上述の光修飾手段で満たし、実質
的に円形断面を有する照明装置を完成させる。
【００４８】 本発明により製造される照明装置のいくつかの実施例では、光ガイドと光抽出
材料の断面形状が組み合わされて実質的に円形の断面形状を形成する。通常、光
ガイドと光抽出材料の断面形状の境界は連続的である。
【００４９】 本発明により製造される照明装置は、最も好ましくは、高アスペクト比を有す
る光ファイバおよびその他の光ガイドを備える。なお、本明細書では、このアス
ペクト比は、２番目に長い寸法に対する最も長い寸法の比と定義する。通常、こ
れらの寸法は、互いに垂直な軸に沿う。本発明の照明装置を製造するために使用
する光ガイドのアスペクト比は、通常は少なくも２であり、好ましくは少なくも
５であり、最も好ましくは少なくも１０である。
【００５０】 上述の実施例において特に有用な光修飾手段の一つは、米国特許第５，７８３
，１２０号（ウーダーカーク氏ら）、第５，８２５，５４３号（ウーダーカーク
氏ら）、および第０８／８０７，２６８号（ネビット氏ら）に記載された連続／
離散相材料である。これらは全て、この参照により本明細書に組み込まれるもの
とする。このような一実施例では、たとえば、連続相材料および離散相材料の両
方がＰＥＮ／ＰＭＭＡやＰＥＮ／ｓＰＳ等の熱可塑性高分子材料であり、これら
は、光が引出される平面に関して、第１の面内軸に沿った２つの相の間に比較的
大きな相対屈折率不整合と、第１の面内軸に通常直交するがそれを必要条件とは
しない第２の面内軸に沿った２つの相の間に比較的小さな相対屈折率不整合とが
存在するように加工される。たとえば、連続／離散相材料は、光ガイドから引出
された光を特定偏光とするような散光的に反射する偏光板として機能するように
加工されても良い。いくつかの実施例では、拒絶された偏光の光をリサイクルし
て偏光状態を変化させることにより、光ガイドから引出される特定偏光光の量を
増加させるように光ガイドを構成しても良い。本発明は、少なくも一相が液晶で
ある連続／離散相材料の使用をも意図している。このような実施例では、たとえ
ば、液晶材料が、高分子基質内に配置された微小液滴として存在しても良い。
【００５１】 上述の連続／離散相材料は、散光的反射を行うようにできるので、光抽出にも
光修飾にも使用することができる。当然、当該技術において公知であるＴｉＯ２ 等のその他の光抽出材料を本発明に使用することができる。
【００５２】 上述の照明装置および光ガイドの様々な実施例において、光ガイドの平坦化さ
れた、すなわち非円形の部分を、従来の円形断面形状を有するかまたは他の何ら
かの断面を有する光ガイド部分と組合せるかまたはその代わりに使用しても良い
（たとえば、長手軸に垂直な平面における光ガイドの断面が、第１の形状と第２
の形状との間で変化するかまたは第１の形状から第２の形状へと変化しても良い
）。この点は、引出す前に或る距離だけ光を輸送することが必要である実施例に
おいて、特に、当てはまる。また、逆に、光ガイドまたは照明装置が、その全長
かまたはその大部分に渡って光抽出構造体を備えても良く、この場合には、光ガ
イドまたは照明装置の断面形状は比較的一定に保たれても良い。
【００５３】 上述した、本発明の説明は例示目的でのみ為されたものであり、制限的に意図
されたものではない。したがって、当業者には、本発明の範囲から離れることな
く、上述の実施例に様々な改変を為し得ることが認められよう。よって、本発明
の範囲は、添付した請求の範囲を参照することによってのみ解釈されねばならな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 本発明の原理に係る抽出構造体の動作を示す、光ガイドの断面
模式図である。
【図１ｂ】 図１ａに示した光ガイドの一実施例の斜視模式図である。
【図１ｃ】 本発明の照明装置の別の実施例の上面模式図である。
【図２ａ】 本発明に係る、前加工済み光ファイバ上に光抽出構造体を製造
するための開放金型の断面図である。
【図２ｂ】 図２ａに示した開放金型の別の実施例の断面図である。
【図３ａ】 図２の開放金型に硬化性材料を充填した状況を示す図である。
【図３ｂ】 開放金型に前加工済みファイバコアを挿入した状況を示す図で
ある。
【図４ａ】 本発明に係る、セグメント化され微細構造化されたツールを備
えると共に、照明装置を連続的に成形するために使用される装置の模式図である
。
【図４ｂ】 本発明に係る、セグメント化され微細構造化されたツールを備
えると共に、照明装置を連続的に成形するために使用される装置の模式図である
。
【図５】 本発明に係る照明装置の製造に有用な新型光ガイドの断面図であ
る。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１月２５日（２００１．１．２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】 射出成形は、光ファイバ技術における様々な状況で使用されてきた。米国特許 第４，４１０，５６１号（ハート・ジュニア氏）には、光ファイバにおいて、本 来の被覆が接続操作中に剥離してしまった部分を再被覆するために射出成形を用 いることが記載されている。そのため、スプリットモールドは、例えば半円形状 の溝を有するのが常であった。溝は、ファイバーの被覆された部分の直径よりも いくらか大きい直径を有し、型と被覆された部分との間に隙間ができる。溝の範 囲内でファイバーを開放金型に配置するために、この隙間によってファイバーの 被覆された部分が溝に触れないように、ファイバーを引っ張る。そして、型が閉 じられ修復できる被覆材が射出され、被覆材はファイバーの非被覆部分を囲む。 続いて、被覆された材料が硬化する。 日本国特許出願第５６１２３６６９号（ミ
ノル氏）には、これに類似した開示が為されている。この分野での射出成形の利
用の別の例は、米国特許第４，５３１，７０２号（プルマー氏）、米国特許第５
，５８７，１１６号（ジョンソン氏ら）、米国特許第５，７７２，９３２号（カ
ミグチ氏ら）、日本国特許出願第０７２９６０４４号（ヤスヒロ氏ら）、日本国
特許出願第０６２７６４６１号（ヨシユキ氏ら）、日本国特許出願第０７００６
１８４号（トシオ氏ら）、日本国特許出願第０６０７８４８９号（タカノブ氏）
、および日本国特許出願第０６２４６０４２号（タツオ氏ら）に記載がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ Ｆターム(参考） 2H038 AA54 BA42 4F202 AA21 AA33 AA42 AD15 AH77 CA01 CB02 CB12 CC02 CK11 4F204 AA21 AA33 AA42 AD15 AH77 EA03 EB02 EB12 EK02 EK13 EK18

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）所望の光抽出構造体を備えた光ガイドに対応する所望の
    覆載物断面形状に整合する断面形状を有する内表面と、 ｂ）その内表面上に形成されていると共に、所望の光抽出構造体のレプリカで
    ある形状を有する少なくも一つの微細構造体と、 ｃ）硬化性材料を貯溜部に加えた際に硬化性材料が微細構造体を完全に浸漬す
    べく、光ガイドと硬化性材料との接触を可能にするに十分な容積の貯溜部、 とを備えることを特徴とする照明装置形成用開放金型。
  2. 【請求項２】 前記所望の光抽出構造体のレプリカは、陰型レプリカから成
    ることを特徴とする請求項１に記載の開放金型。
  3. 【請求項３】 前記内表面は、光ガイドの外形にほぼ整合する断面形状を有
    し、前記内表面は、所望の光抽出構造体を更に備えることを特徴とする請求項１
    に記載の開放金型。
  4. 【請求項４】 前記貯溜部は、第１の貯溜部と第２の貯溜部とを備え、前記
    第１の貯溜部は、光ガイドの一部分の形状に沿った形状を有し、前記第２の貯溜
    部は、内表面を備えると共に、所望の覆載物の形状に沿った形状を有することを
    特徴とする請求項１に記載の開放金型。
  5. 【請求項５】 前記第１の貯溜部の形状は、円形セグメントであることを特
    徴とする請求項４に記載の開放金型。
  6. 【請求項６】 光ガイドに光抽出構造体を連続的に製造するシステムとの組
    合せにおいて、エンドレス金型を形成する少なくも一つの開放金型セグメントを
    備えるエンドレス金型であって、前記金型セグメントは、 ａ）所望の光抽出構造体に対応する所望の覆載物断面形状に整合する断面形状
    を有する金型セグメントと、 ｂ）その表面上に形成されていると共に、所望の光抽出構造体のレプリカであ
    る形状を有する少なくも一つの微細構造体と、 ｃ）硬化性材料を貯溜部に加えた際に硬化性材料が微細構造体を完全に浸漬す
    べく、光ガイドと硬化性材料との間の接触を可能にするに十分な容積の貯溜部、 とを備えることを特徴とする前記エンドレス金型。
  7. 【請求項７】 前記所望の光抽出構造体のレプリカは、陰型レプリカから成
    ることを特徴とする請求項６に記載の組合せ。
  8. 【請求項８】 前記内表面は、光ガイドの外表面の一部分にほぼ整合する円
    形の断面形状を有することを特徴とする請求項６に記載の組合せ。
  9. 【請求項９】 前記光ガイドは、光ファイバであることを特徴とする請求項
    ８に記載の開放金型。
  10. 【請求項１０】 前記開放金型セグメントは、貯溜部を設けた連続的周囲表
    面を有する連続的構造体として構成されることを特徴とする請求項８に記載の開
    放金型。
  11. 【請求項１１】 互いに結合してエンドレス・セグメント化金型を形成する
    複数の開放金型セグメントを更に備えることを特徴とする請求項８に記載の開放
    金型。
  12. 【請求項１２】 ａ）連続した長さの光ガイドを供給する供給源と、 ｂ）互いに結合してエンドレス・セグメント化金型アセンブリを形成する複数
    の開放金型セグメントを備える可動エンドレス・セグメント化金型アセンブリで
    あって、前記複数の開放金型セグメントの各々は、光ガイドの長さに垂直な軸の
    周りで回転すると共に、光ガイドが供給源から出た後に回転の一部分の間に光ガ
    イドに接触するのであり、前記複数の開放金型セグメントの各々は、 （ｉ）光ガイドの覆載物の所望の外表面断面形状の少なくも一部分に整合す
    る断面形状を有する内表面と、 （ｉｉ）所望の光抽出構造体のレプリカである形状を有する少なくも一つの
    微細構造体と、 （ｉｉｉ）硬化性材料を貯溜部に加えた際に硬化性材料が微細構造体を完全
    に浸漬すべく、光ガイドと硬化性材料とを収容するに十分な容積を有する貯溜部
    、 とを備えることを特徴とする前記アセンブリと、 ｃ）前記複数の開放金型セグメントの一つが光ガイドに接触する際に前記複数
    の開放金型セグメントの前記一つの貯溜部と連通する硬化性材料用容器、 とを備えることを特徴とする照明装置連続製造用システム。
  13. 【請求項１３】 前記所望の光抽出構造体のレプリカは、陰型レプリカから
    成ることを特徴とする請求項１２に記載の開放金型。
  14. 【請求項１４】 前記内表面は、光ガイドの外形にほぼ整合する断面形状を
    有することを特徴とする請求項１２に記載の開放金型。
  15. 【請求項１５】 前記光ガイドは、光ファイバであることを特徴とする請求
    項１２に記載の開放金型。
  16. 【請求項１６】 自身の上に形成された複数の光抽出構造体を設けた覆載物
    を有する光ガイドを備えた照明装置を製造するための開放金型であって、光ガイ
    ドは、これを通って通過し、前記開放金型は、 ａ）光ガイドに整合する形状を有する第１の内表面と、 ｂ）所望の光抽出構造体を備える光ガイドに対応する所望の覆載物断面形状に
    整合する断面形状を有する第２の内表面と、 ｃ）前記第２の内表面上に形成されていると共に、所望の光抽出構造体のレプ
    リカである形状を有する少なくも一つの微細構造体と、 ｄ）硬化性材料を貯溜部に加えた際に硬化性材料が微細構造体を完全に浸漬す
    べく、光ガイドと硬化性材料とを収容するに十分な容積の貯溜部、 とを備えることを特徴とする前記開放金型。
  17. 【請求項１７】 前記所望の光抽出構造体のレプリカは、陰型レプリカから
    成ることを特徴とする請求項１６に記載の開放金型。
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