JP2008510183A - 光コリメート装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトを有するシステム内で使用するためのコリメート装置及びトランスフレクタを提供する。
【解決手段】本出願の一実施形態においては、コリメート装置及びトランスフレクタは各々、浸漬層（１３０）、反射層（１４０）及び複数の三次元光学素子から形成された光学素子層（１５０）を内含している。各々の光学素子は、小面積端部が広面積端部のものより小さい水平断面積を有する形でテーパーが付いている。コリメート装置の光学素子はバックライト（１１０）に向かってテーパーが付いており、トランスフレクタの光学素子はバックライトから離れる方向にテーパーが付いている。反射層は、光学素子の光入力端部の位置及び形状に対応するアパーチャ（１６０）を有する。
【選択図】図５Ａ

Description

関連出願に対するクロスリファレンス

本出願は、２００２年３月２６日に出願された米国特許出願公開第１０／１０８２９６号明細書の一部継続出願である。本出願は、２００３年１０月１７日に出願された米国特許出願公開第１０／６８８７８５号明細書の一部継続出願である。本出願は、同様に、２００４年８月１０日出願の米国仮特許出願公開第６０／６００２７２号明細書の優先権の利益を請求するものでもある。

本発明は、（１）半透過型構造及び（２）光コリメート又はファンネル構造の両方に関する。特に、本出願は、（１）半透過型フィルム及び（２）光コリメート又はファンネルフィルムの両方に関する。

一部では光制御フィルムとしても知られている光コリメートフィルムは、当該技術分野において既知である。このようなフィルムは標準的に、透明プラスチックストリップの間に存在する、不透明プラスチックルーバーを有する。米国特許第Ｒｅ２７，６１７号明細書は、比較的低い及び比較的高い光学密度を有するプラスチックの交互層のビレットを薄く剥ぐことにより、かかるルーバー付き光コリメートフィルムを作るプロセスを教示している。薄剥ぎ作業の後、高光学密度層は、該特許の中で例示されているとおり、結果として得られるルーバー付きプラスチックフィルムの表面に直交して延びていてよい光コリメートルーバー素子を提供する。米国特許第３７０７４１６号明細書は、光コリメートフィルムの表面との関係においてルーバー素子を斜めに切り出すことのできるプロセスを開示している。米国特許第３９１９５５９号明細書は、連続するルーバー素子のカント角の漸進的変化を達成するためのプロセスを教示している。

かかる光コリメートフィルムは、多くの用途を有する。米国特許第３７９１７２２号明細書は、高レベルの照明又はグレアに遭遇する場合に着用すべきゴーグル用のレンズにおけるかかるフィルムの使用について教示している。かかるフィルムは同様に、フロントガラスといった場所において望ましくない反射を防ぐ目的で車のダッシュボードなどのバックライトのついたインパネを、又はバックライトのついた電子装置（例えばＬＣＤコンピュータスクリーン又はＬＣＤ ＴＶ）をカバーするためにも用いることができる。

米国特許第５２０４１６０号明細書は、内部に形成された一連の溝を伴うプラスチックフィルムから形成される光コリメートフィルムについて開示している。溝は、吸光性材料で充填され、そうでなければ、溝の側面及び底面を吸光性インクで塗装することも可能である。
［図面の簡単な説明］

添付図面では、以下で提供されている詳細な説明と合わせて請求対象の発明の実施例を描写する構造が例示されている。図面中の要素の例示された境界は、複数ある境界のうちの一例を表わしているということがわかるだろう。
以下の図面及び記述において、同じ要素は同じ符号で識別されている。図面は、原寸に比例したものではなく、一部の要素の比率は、例示を目的として誇張されている可能性がある。

図１Ａは、光学素子の一実施形態の三次元描写である。

図１Ｂは、光学素子の一実施形態の垂直断面の描写である。

図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、光学素子の付加的な実施形態の三次元描写である。

図３は、二つの隣接する光学素子の単純化された描写である。

図４は、光学素子アレイの一実施形態の三次元描写である。

図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃは、光コリメート又はファンネル構造１００の一実施形態を例示している。

図６は、光コリメート又はファンネル構造１００のもう一つの実施形態である。

図７Ａ及び７Ｂは、光コリメート又はファンネル構造１００のもう一つの実施形態である。

図８は、半透過型構造２００の一実施形態である。

図９は、光コリメート又はファンネル構造１００及び半透過型構造２００の両方を有するトランスフレクタ３００の一実施形態である。

図１０Ａ及び１０Ｂは、トランスフレクタ２００の光学素子層２５０及び半透過型画素２７０を有するシステムの実施形態である。

図１１Ａ及び１１Ｂは、トランスフレクタ２００の半透過型画素２７０、光コリメート装置１００及び光学素子層２５０を有するシステムの実施形態である。

図１２は、二層を有する光コリメート又はファンネル構造４００の一実施形態の三次元描写であり、ここで各層は、（例えば台形又は湾曲した辺を伴う形を含めて）四辺をもつ垂直断面と、レンズ状溝路の長さに等しい長さをもつ矩形である水平断面とを有するレンズ状溝路である光学素子で構成されている。

発明の詳細な説明

以下には、本書で使用される選択された用語の定義づけが含まれている。該定義は、一つの用語の範囲内に入り実施のために使用可能である構成要素のさまざまな例及び／又は形状を内含する。該例は、制限的意味をもつものとして意図されていない。用語の単数形及び複数形の両方共が定義の中に入り得る。

本書で使用される「水平断面」というのは、素子の方向に垂直な平面に沿って切取られた断面を意味する。

本書で使用される「テーパー付」という用語は、異なる場所で切り取った水平断面が異なる面積を有することになる形での垂直断面方向での直線又は曲線のいずれかに沿った狭窄を意味する。喚言すると、テーパー付の物体は小面積端部と大面積端部を有することになる。

本書で使用する「垂直断面」というのは、素子の方向に対して平行な平面に沿って切取られた断面を意味する。

本出願は、（１）半透過型構造及び（２）光コリメート又はファンネル構造の両方に関する。ファンネリングとは基本的にファンネルの作用である。ファンネルは、標準的には、小さな開口部を伴う容器の中に液体又は微粉砕された物質を導くための装置として用いられる円錐形状のパイプとして定義づけされる。本出願におけるファンネルは、小端部と大端部が存在する全体的形状のみを意味し、構造全体は必ずしも円錐形ではない。透過反射の利用分野における光のファンネリングは、基本的に大端部から小端部へ向かうものである。コリメートの利用分野における光のファンネリングは、基本的に小端部から大端部へ向かうものである。

光のコリメーションは、光源の一定の与えられた角度分布を取り、この一定の与えられた角度分布を狭めるプロセスにより軸上であり得るピーク強度を増大させることとして定義づけされる。

光のコリメート又はファンネル効果は、浸漬層及び、光学素子のテーパー付端部の位置づけ及び形状に対応する、中に配置された開口部又はアパーチャを有する反射層と組合わせて、一連の個別のテーパー付光学素子によって形成される光学層を使用することによって達成可能である。光コリメート又はファンネル機能を実施するためには、光学素子は光源に向かってテーパーが付いており、光学素子は大面積端部と小面積端部を有することになる。この要領で、小面積端部は光入力端部であり、大面積端部は光出力端部である。

図１Ａは、光入力端部１２、光出力端部１４及び縁部１６を有する光学素子１０の一実施形態を例示している。この実施形態においては、縁部１６は複合放物線状集光器（ＣＰＣ）のように拘束されている。喚言すると、光学素子１０の垂直断面は放物線か又はほぼ放物線である。この実施形態においては、光学素子１０は円形の水平断面を有する。その他の実施形態（図示せず）においては、水平断面は正方形か又は矩形である。

図１Ｂは、同じ光学素子１０の垂直断面の描写を例示している。例示されているとおり、光Ｌは数多くの方向から光入力端部１２で光学素子１０に入る。光Ｌは光学素子１０を通って進むにつれて、ＣＰＣ又は放物線様の側壁１６上に衝突する。ＣＰＣ又は放物線様の側壁は光Ｌを反射し、光Ｌが光出力端部１４から実質的に均一なシートとして現われる角度でそれを集束させる。

図２Ａは、光入力端部２１、光出力端部２２及び正方形の水平断面を有する光学素子２０のもう一つの実施形態を例示する。以下で詳細に示すように、正方形の断面は、光学素子アレイ内で光学素子のより高いパッキング密度を可能にする。変形実施形態（図示せず）では、光学素子は、正則であり得る矩形又はあらゆる正多角形形状の水平断面を有し得る。一般に、正多角形の断面は、円形断面よりも高いパッキング密度を可能にする。

ひき続き図２Ａを参照すると、ＣＰＣ構造２３は、光入力端部２１に位置設定され、直線区分２４は光学素子２０の光出力端部２２に位置設定されている。もう一つの実施形態（図示せず）においては、図１に示されたものに類似したＣＰＣ区分が、図２Ａに示されたＣＰＣ構造２３と直線区分２４の組合せに取って代わる。

図２Ｂは、光入力端部２１、光出力端部２２及び正方形断面を有する光学素子２０の一実施形態を例示している。この実施形態においては、光学素子２０は光入力端部に湾曲区分２５を内含し、ここで該湾曲区分２５は、ＣＰＣを近似するべく一つの円の弧によって定義される。光学素子２０はさらに、光出力端部２２に位置設定された直線区分２４を内含する。この実施形態においては、ＣＰＣ構造は、湾曲区分２５及び直線区分２４の交点で直線区分２４の勾配と湾曲区分２５の勾配を一致させることにより近似される。

図２Ｃは、正方形の光入力端部２１と正方形の光出力端部２２を有する光学素子２０のもう一つの実施形態を例示している。この実施形態においては、第１の直線区分２４が光出力端部２２に位置設定され、第２の直線区分２６が光入力端部２１に位置設定される。第１の直線区分２４及び第２の直線区分２６の間にＣＰＣ構造２５が位置設定される。一変形実施形態（図示せず）においては、ＣＰＣ構造２５はＣＰＣ構造の円近似で置き換えられる。いずれの実施形態においても、製造可能とするためには最小のドラフトアングルθが必要となる。ドラフトアングルというのは、光出力部域２２と直線区分２４の平面の間に形成される角度の補角として定義づけされる。一実施形態においては、ドラフトアングルは、第１の直線区分２４と湾曲区分２５の間及び湾曲区分２５と第２の直線区分２６の間に連続性及び連続勾配が存在するように選択される。

図３は、正方形光入力端部３２及び正方形光出力端部３４を有する光学素子３０の一実施形態の垂直断面と等価である側面図を例示している。この実施形態においては、直線区分は全く存在しない。その代り、光学素子３０の側面３６はＣＰＣ構造の円近似である。

その他の実施形態（図示せず）においては、光学素子は、制限的意味なく、角錐、円錐又はその他のあらゆる三次元多角形又は多面体を含めた、あらゆる適切なテーパー付形状を有する。さらに、光学素子の個々の面は、光学素子の内部に入る光が制御され、ファンネル又はコリメートされるように平面、凹状、凸状又は起伏面であり得る。

その他の実施形態（図示せず）においては、光学素子は、交差する欠刻、交差しない欠刻、円錐、円錐区分、三次元放物線構造、角錐、多角形、多面体（例えば四面体）、正多辺構造又は非正多辺構造を有する。光学素子の反射率、透過率及び吸光性は、異なる値を有していてよい。構造の側面は直線、非直線又はその組合せでもあり得る。

ＣＰＣ形状の近似は、厳密なＣＰＣ形状よりも製造が容易であり、ピーク性能を維持するかさらには改善することができる。円弧が、性能を改善しうるＣＰＣに対する近似の一例である。ＣＰＣ構造は、ＣＰＣの各々の辺上の直線領域の組合せ又は円弧により近似され得る。ＣＰＣ構造及び二つの直線領域の組合せは、一つの直線領域により近似され得るが、性能は低下する可能性がある。一実施形態においては、直交するレンズ状の溝路を作り上げることによって該構造を容易に製造できるようにするため、水平断面は正方形又は矩形であり得る。少なくとも二つの非直交レンズ状溝路を作ることで、コリメート構造のためのその他の断面を生成することができる。該断面は同様に、任意の正則もしくは非正則多面体又は任意の正則もしくは非正則多角形でもあり得る。

矩形の水平断面（対応する矩形の入力端部を伴う）は、対称でないコリメートされた光出力を結果としてもたらす可能性がある。矩形入力構造の長さに沿った光出力の角度分布は、その幅に沿った光の角度分布よりも大きい。矩形入力構造の長さを増大することにより、素子の出力面積との関係における入力面積は増大し、素子の出力においてより多くの合計エネルギーが利用可能となる。従って、出力光の角度分布は、ディスプレイの利用分野に基づいて予め決定することができる。出力との関係における入力の面積は、出力光の角度分布の制御を可能にする装置の設定パラメータである。これは例えば、水平方向が垂直方向よりも広い視角を必要とする液晶表示テレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）において応用可能である。より広い視角を得るための必要条件を満たすために、入力構造の長さは、水平方向に延び、一方で幅は垂直方向に延びることになる。

一実施形態においては、ドラフトアングルは約８°以上で、装置全体を画定するべく第２の直線区分が拡張された場合と同じ性能をもつ装置を生み出すことが可能である。喚言すると、該性能は、あたかも第１の直線区分及びＣＰＣが除去され第２の直線区分の拡張により置き換えされたかのようであり得る。かかる設定は製造を容易にするために選択されることになるだろうが、性能は低下する。ドラフトアングルを小さくすると性能は高くなるが、縦横比がより高いものであるために、さらに製造がむずかしくなる。縦横比は、入力アパーチャ間の距離に対する光導波路の深さの比として定義される。ＣＰＣ（又はＣＰＣに対する円形嵌合い）装置は、同じような性能を示すさらに縦横比の高い直線装置ではなく低縦横比で製造の容易な装置の製造を可能にする。例えば、３．５°のドラフトアングル（又は８：１に近い縦横比）を伴う直線設定は、縦横比約２．９：１のＣＰＣ装置（又は円形の等価物）とほぼ同じ性能を有することになる。その他の実施形態においては、ＣＰＣ近似は、１：１未満から約７．５：１超の縦横比の範囲を有する。

図４は、光学素子アレイ（光学素子層とも呼ばれる）の一実施形態を例示している。ここで、光学素子アレイは、１０×１０素子のアレイ（合計１００素子）である。しかしながらその他の実施形態においては、光学素子アレイは、任意の望ましいサイズのものであるか、又は任意の所望の数又は配置の光学素子を内含することができる。

変形実施形態（図示せず）においては、光学素子はさまざまなパターンで配置される。例えばフィルムの面積を横断して光学素子を平行に反復させ間隔どりすることができる。光学素子は、パターンを反復させる前にさまざまな形状、高さ、角度又は間隔どりで配置され得る。代替的には、認識できるパターンが全く存在しないように無作為に光学素子を配置することが可能である。偶発的な構造の変動つまり分断構造と呼ぶことのできるものを用いて、望ましくない収差の効果（例えばモアレ効果）を無くす、又は低減させることができる。

一実施形態においては、光学層は、空気のもの（およそ１の屈折率）を超える屈折率で高い透過性をもつ重合体から形成される。一実施形態においては、光学素子の光格納領域を形成するのに用いられる重合体についての屈折率は少なくとも約１．１、さらには少なくとも約１．２である。もう一つの実施形態においては、光学素子の光格納領域を形成するのに用いられる重合体についての屈折率は約１．３〜約１．８の範囲内にある。この領域は、光格納領域の内部境界（装置内部の境界）における全内部反射（ＴＩＲ）を可能にするあらゆる適合性ある材料（例えば光格納領域よりも低い屈折率の重合体又は空気）によって囲まれている。光学素子の光格納領域の重合体の屈折率が低くなればなるほど、入力及び出力端の外部空気境界におけるフレネル損失は小さくなる。このより低い屈折率で改善された利得のプロセスは、内部境界でＴＩＲを可能にするのに充分低い屈折率をもつ適合性ある材料を見い出すという必要条件によってのみ制限されている。

図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃは、それぞれ光コリメート又はファンネル構造１００の展開図、組立て図及び側面図（垂直断面の等価物）を示す。図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに同じく示されているのは、発光及び反射表面として同時に作用する表面１２０をもつバックライト１１０（例えばＬＣＤ ＴＶに使用されているもの）である。技術的現状に精通している人は誰でも、これがＬＣＤバックライトにおける標準的機能であることを認識することだろう。反射の機能は光の再循環を可能にし、性能にとって必要な特性である。コリメート又はファンネル構造１００は、上に形成された反射層１４０を伴う浸漬層１３０及び光学素子層１５０を内含する。

一実施形態においては、浸漬層１３０は重合体材料で構成されている。フレネル損失を最小限にするには、装置の光格納領域と同じ屈折率の光学的に透明な材料が必要となる。もう一つの実施形態においては、ガラス又は空気を含めた、任意の屈折率の任意の光学的に透明な材料を使用することができる。空気が使用される場合、反射層１４０は光学素子層１５０上に直接被着される。

反射層１４０は、光学素子層１５０内の光学素子の光入力面１７０と一致するアパーチャ（又は開口部）１６０を内含する。一実施形態においては、反射層１４０は、透過性の高い重合体基板（浸漬層１３０）上に高反射材料の数ミクロンの薄いフィルムをスパッタリング又は化学蒸着（ＣＶＤ）し、次に光入力面１７０の場所で反射材料を選択的に除去することにより作り上げられる。反射層１４０内のアパーチャ１６０は、光入力面１７０の材料を延長させ、反射層１４０を通して穴を開けることによっても作ることができる。一実施形態においては、入力アパーチャは反射層の上面と同じ平面内にある。この実施形態においては、反射層１４０は、ニッケル、金、アルミニウム、銀又はその他の適切な金属といった金属で構成されている。しかしながら、その他の実施形態（図示せず）においては、反射層は任意の反射物質で構成され得る。

浸漬層１３０を構成するのに使用される透過性の高い重合体基板は、光学素子層１５０内の光学素子の中で使用されるものと同じ重合体であり得る。同じ重合体を使用することで、コリメート又はファンネル構造の残りの部分と光学的に継目の無い界面が可能となり、フレネル損失が最小限となる。反射層１４０が鏡面散乱又は散漫散乱性層として作用する場合、反射層１４０は、一実施形態においては９５％を超える鏡面又は散漫反射で、可能なかぎり高い反射率を有する。余剰の反射材料、つまり装置の光格納領域への入力を遮断することになる反射性材料は例えばマスキング及びエッチングにより除去され得、反射材料の無い部分はアパーチャ１６０を形成することになる。上述のとおり、内部にアパーチャ１６０が形成されている反射層１４０は、バックライト１１０に対面する少なくとも一つの反射層１４０が存在するかぎり、浸漬層１３０のいずれの面上にでも位置設定され得る。

ここで、反射層１４０は、光源からの光が反射によって再循環され得るようにする薄い鏡面又は散漫反射層として作用する。一変形実施形態においては、反射層１４０は、鏡面反射層ではなくむしろ散漫反射層である。しかしながら、レイトレーシング計算により、鏡面反射層と比べて散漫反射層の性能の低下が示されていることから、好ましい実施形態は鏡面反射層１４０についてのものである。さらにもう一つの変形実施形態においては、反射層１４０の表面には、より効率良くつまり最小の反射回数及び最小のエネルギー損失で入力アパーチャ内に光を誘導するような（例えばディンプルといった系統的又は無作為の陥凹又は隆起を伴った）質感が与えられている。入力アパーチャ内に光を誘導しながら反射回数を最小限におさえるという同じ最終目標で装置の反射性層と一致するように、ＬＣＤバックライトリフレクターの反射性表面を光学的に同調させることも可能である。

ひきつづき図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃを参照すると、反射層１４０はバックライト１１０とは反対側の浸漬層１３０の面上に配置されている。一変形実施形態（図示せず）においては、反射層１４０はバックライト１１０に対面する浸漬層１３０の面の上に配置されている。いずれの実施形態においても、反射層１４０は、再循環のためバックライト１１０に向かって光を反射する。

この実施形態においては、コリメート又はファンネル構造１００は、光入力面１７０と光出力面１８０を有する複数の三次元光学素子から形成された光学層１５０を内含している。図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃで例示されている実施形態においては、光学素子は一緒に統合されてその光出力面１８０で一枚のシートを形成し、連続した一枚のコリメートフィルムを生成する。図６に示されている一変形実施形態においては、光学素子の光格納領域は離散的であり、互いに離隔されているが一枚の共通の重合体シート１８５内で接合されている。

図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃにおいて例示されている実施形態においては、光学素子層１５０の光入力面１７０は、反射層１４０と接触し、光学層１５０の光学素子は反射層１４０の中に形成されたアパーチャ１６０に対応するようになっている。図６に示されている一変形実施形態においては、光学素子層１５０の光学素子は反射層１４０を埋込むように延びている。喚言すると、光入力面１７０は、反射層１４０のアパーチャ１６０内に延び、浸漬層１３０と接触する。この実施形態においては、浸漬層１３０と光学素子層１５０の間に空隙が全く存在しない。これは、単一の連続層として浸漬層１３０と光学素子層１５０を製造し、その後反射層１４０を光学素子層１５０上に接合（例えば積層）させることにより達成可能である。

もう一つの変形実施形態（図示せず）においては、反射層１４０は、バックライトに対面する浸漬層１３０の面上に形成され、光学素子の光入力面１７０は浸漬層１３０と接触している。

浸漬層１３０との関係における反射層１４０の位置づけの如何に関わらず、反射層１４０はバックライト１１０に対面する。バックライト１１０から発出された光は、最終的に反射層１４０内のアパーチャ１６０を通過し、その後光学層１５０の光学素子を通って、コリメートされなくてはならない。アパーチャ１６０を通過しない光は、バックライト１１０に反射し戻され、このバックライトがその後、光をアパーチャに向かって反射し戻す。光は、次にそれがアパーチャ１６０を通過するか又は吸収によってこのシステムのものでなくなるまで、くり返し反射される。コリメートされた光の出口角度分布は、異なるＬＣＤ表示タイプ内に見い出される画素受容角度の範囲と一致するように設定され得る。こうして、ＬＣＤにより処理され得る画素上に入射する光の量は最大となり、観察者が感受する輝度は最大となる。

半透過型ＬＣＤの一つのタイプにおいては、付加的な光再循環が、画素の反射性部分の背側から反射され再循環された光と構造１００の間で発生し得る。このタイプの半透過型ＬＣＤは、透過性アパーチャ及び反射性領域の両方を含む画素で構成されている。もう一つのタイプの半透過型ＬＣＤにおいては、画素は透過型であり、反射性領域は、画素の外側の光学素子上にある。かかる半透過型ＬＣＤと透過型ＬＣＤの主たる差異は、画素の外側の光学素子上に位置設定された反射性領域にある。透過型ＬＣＤは、本書に開示されているコリメート装置を内含し得ると思われる。

図７Ａ及び７Ｂは、光学素子層の光学素子間の空域が充填材料１９０で充填されている、光コリメート又はファンネル構造１００のもう一つの実施形態を例示している。この実施形態においては、充填材料１９０は、光学素子のために使用された透過性の高い重合体よりも充分低いものである屈折率をもつ重合体材料で構成されている。重合体の屈折率の差異は、ＴＩＲ（全内部反射）を維持するように選択され得る。ＴＩＲを維持するのに必要な領域の屈折率の差は、光格納領域の屈折率が増加するにつれて減少する。充填材料１９０の透過率は、該材料を通る光が無いことから、高いものである必要はない。実際、充填材料１９０の透過率はゼロであり得ることから、充填材料１９０として金属を使用することが可能であると思われる。金属の反射率は、光格納領域の境界からの光の反射の時点で、（金属による吸収又は散乱に起因する）エネルギー損失を最小限にするのに充分高いものでなくてはならない。光格納領域の入力アパーチャ間の表面は光源からの光の再循環を可能にする反射材料によってカバーされていなくてはならないことから、空気の代わりに重合体充填材料１９０を用いることで、反射材料のための表面が作り出される。製造方法が、マスクを通しての被着によって又はエッチングによって反射表面１４０を作り出すことを可能にし得る。フレネル損失を制限するために、重合体浸漬層１１０を使用することがなおも可能である。この実施形態は、図７Ａ及び７Ｂに示されており、そこでは図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに関して論述されているとおり、光コリメート又はファンネル構造１００の同一部分を表示するのに同一の符号が使用されている。従って、図７Ａ及び７Ｂに開示された完全な構造１００の論述については、簡潔さを期して省略されることになる。

一実施形態においては、光学素子層１５０の屈折率は、充填材料１９０の屈折率よりも大きい。光学素子層１５０の屈折率は、光格納領域からの光の漏洩無く光格納領域の内部境界（装置の内部の境界）におけるＴＩＲを可能にするのに充分なだけ充填材料１９０の屈折率よりも大きい。この差は、約０．１５であると計算されているが、光学素子についてのより低い屈折率に関する差異についてはより高い値が要求され、より高い屈折率に関してはより小さい差異値が要求される。前述の漏洩無くＴＩＲを作り出すための最小差異が満たされるかぎり、空域を占有／充填する重合体と光学素子層１５０を形成するのに使用される重合体との間の屈折率の間の差異には全く上限がないということを指摘しておくべきである。

図８は、本出願のもう一つの実施形態に従った半透過型構造２００を例示する。半透過型構造２００は、第１方向から（すなわち太陽又は室内用照明器具といった周辺光源Ａから）来る光を反射し、反対方向から（すなわちバックライト１１０から）来る光を透過させる。この実施形態においては、半透過型構造２００は、反射面積を最大限にするように意図され出力アパーチャ２６０のみを除外した光学素子の表面をカバーする反射層２４０及び浸漬層２３０、光学層２５０で形成され得る。半透過型構造２００の構成要素は実質的に、光コリメート又はファンネル構造１００の中で使用されたものと同じであるが、逆転されている。

図８に例示された実施形態においては、半透過型構造２００は、バックライト１１０と周辺光源Ａの間に位置づけされている。反射層２４０は、周辺光源Ａからの光を反射しながら、バックライト１１０からの光を透過するようにその中に形成されたアパーチャ２６０（又は開口部）を有し得る。図８では、反射層２４０は、光学層２５０に対面する浸漬層２３０の面上に形成されている。代替的には、反射層２４０は、周辺光源Ａに対面する浸漬層２３０の面上に形成され得、そうでなければ、浸漬層２３０の両面に形成され得る。浸漬層２３０及び反射層２４０の構造及び特性はその他の点では、光コリメート又はファンネル構造１００に関係して上述した浸漬層１３０及び反射層１４０のものと実質的に類似している。従って、図８に開示されている浸漬層２３０及び反射層２４０の完全な構造及び特性の論述は、簡潔さを期して省略されることになる。

光学層２５０は、図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び３に示されているものといった三次元のテーパー付光学素子から形成され得る。この実施形態においては、光学素子の小面積端部は周辺光源Ａに対面し、バックライト１１０から透過された光のための光出力端部として機能する。光学層２５０の光学素子の光出力端部は反射層２４０内に形成されたアパーチャ２６０に対応する。この実施形態においては、光出力端部は、反射層２４０と接触するように延びている。一変形実施形態においては、光出力端部は、図６に示されているように反射層２４０を埋込むように延びている。もう一つの変形実施形態においては、反射層２４０は光学層２６０とは反対の浸漬層２３０の面に形成され、光学素子の光出力端部は、浸漬層２３０と接触する。

光学層２５０の構造及び特性は、その他の点では、図５〜７に関して上述した光学層１５０のものに実質的に類似している。従って、図８に開示された光学層２５０の完全な構造及び特性についての論述は、簡潔さを期して省略されることになる。

図９は、半透過型構造２００及び光コリメート又はファンネル構造１００の両方を有するトランスフレクタ３００を例示している。該トランスフレクタ３００は、第１方向から（すなわち太陽又は室内用照明器具といった周辺光源Ａから）来る光を反射し、反対方向から（すなわちバックライト１１０から）来る光を透過させる。例示された実施形態においては、光コリメート又はファンネル構造１００は、バックライト１１０と半透過型構造２００の間に位置づけされ、そのためバックライト１１０から発出された光は光コリメート又はファンネル構造１００によりまず最初にコリメート又はファンネルされ、次に半透過型構造２００を通して透過されるようになっている。同時に、周辺光は反射層２４０から反射される。

一変形実施形態（図示せず）においては、半透過型構造２００はバックライト１１０と光コリメート又はファンネル構造１００の間に位置づけされ、バックライト１１０から発出された光はまず半透過型構造２００を通して透過され、その後、周辺光が反射層１４０から反射される一方で光コリメート又はファンネル構造１００によりコリメート又はファンネルされるようになっている。光コリメート又はファンネル構造１００及び半透過型構造２００は、図５〜７に関して論述されたものと実質的に同一である。従って、図９に開示されている完全な光コリメート又はファンネル構造１００及び半透過型構造２００の論述は簡潔さを期して省略されることになる。

図１０Ａは、半透過型画素２７０、及びトランスフレクタ２００の光学層２５０を利用するディスプレイについて例示している。図１０Ａに例示されている実施形態においては、半透過型画素２７０は反射性層２７５を有する。半透過型画素２７０は、光学層２５０の光格納領域の光出力端部と整列させられる。画素２７０が反射性層２７５を内含するため、トランスフレクタ２００には反射性層の必要性が全く無い。この実施形態においては、半透過型画素２７０は液晶懸濁液２８０中に位置設定される。カラーフィルター２８５も同様に液晶懸濁液２８０中に位置設定される。カラーフィルター２８５は半透過型画素２７０と整列させられ、赤、緑、及び青色カラーフィルターを内含する。

ひき続き図１０Ａを参照すると、後方偏光子２９０に隣接してバックライト１１０が位置設定されている。トランスフレクタ２００の光学層２５０は、後方偏光子２９０と液晶懸濁液２８０の間に位置づけされる。液晶懸濁液２８０は同様に前方ガラス２９５に隣接している。前方ガラスは同様に前方偏光子２９７に隣接している。画素２７０が反射性層２７５を内含することから、トランスフレクタ２００には反射性層の必要性は全く無い。一変形実施形態（図示せず）においては、後方ガラスがトランスフェクタ２００と液晶懸濁液２８０の間に配置されている。もう一つの変形実施形態（図示せず）においては、トランスフレクタ２００は前方偏光子２９７の後ろに位置づけされている。

図１０Ｂは、半透過型画素２７０、及びトランスフレクタ２００の光学層２５０を利用するディスプレイのもう一つの変形実施形態を例示している。この実施形態においては、カラーフィルター２８５は液晶懸濁液２８０中に位置設定されていない。その代り、カラーフィルターは後方偏光子２９０と後方ガラス２９９の間に配置されている。トランスフレクタ２００の光学層２５０はバックライト１１０に隣接して位置設定され、それはバックライト１１０と後方偏光子２９０の間に配置されている。後方ガラス２９９は、カラーフィルター２８５と液晶懸濁液２８０の間に配置される。図１０Ａの中にあるように、前方偏光子２９７と液晶懸濁液２８０の間に前方ガラス２９５が配置されている。

図１１Ａは、半透過型画素２７０、コリメート装置１００及びトランスフレクタ２００の光学層２５０を利用するディスプレイを例示している。図１１Ａに例示されている実施形態においては、半透過型画素２７０は反射性層２７５を有する。半透過型画素２７０は、光学層２５０の光格納領域の光出力端部と整列させられている。ここでも又、画素２７０が反射性層２７５を内含することから、トランスフレクタ２００には反射性層の必要性が無い。コリメート装置１００は、光学素子層１５０及びアパーチャ１６０を有する反射層１４０を内含している。この実施形態においては、半透過型画素２７０は液晶懸濁液２８０の中に位置設定されている。同様に液晶懸濁液２８０の中にカラーフィルター２８５が位置設定される。カラーフィルター２８５は、半透過型画素２７０と整列させられ、赤、緑及び青色カラーフィルターを内含する。

図１１Ａをひきつづき参照すると、後方偏光子２９０に隣接してバックライト１１０が位置設定されている。コリメート装置１００は、後方偏光子２９０に隣接しており、このため後方偏光子はバックライト１１０とコリメート装置１００の間に配置されるようになっている。トランスフレクタ２００の光学層２５０は、コリメート装置１００と液晶懸濁液２８０の間に位置づけされる。液晶懸濁液２８０は同様に前方ガラス２９５にも隣接している。前方ガラスは同じく前方偏光子２９７にも隣接する。一つの変形実施形態（図示せず）においては、後方ガラスがトランスフレクタ２００と液晶懸濁液２８０の間に配置されている。一つの代替的実施形態（図示せず）においては、トランスフレクタ２００及びコリメート装置１００は分離されており、コリメート装置１００は前方偏光子２９７の後ろに位置づけされている。もう一つの代替的実施形態（図示せず）においては、トランスフレクタ２００及びコリメート装置１００の両方が前方偏光子２９７の後ろに位置づけされている。

図１１Ｂは、半透過型画素２７０及びトランスフレクタ２００の光学層２５０を利用するディスプレイのもう一つの変形実施形態を例示している。この実施形態においては、カラーフィルター２８５は液晶懸濁液２８０の中に位置設定されていない。その代り、カラーフィルターは後方偏光子２９０と後方ガラス２９９の間に配置されている。コリメート装置１００はバックライト１１０に隣接して位置設定されており、それはバックライト１１０とトランスフレクタ２００の光学層２５０との間に配置されるようになっている。後方偏光子２９０はトランスフレクタ２００の光学層２５０とカラーフィルター２８５の間に配置されている。後方ガラス２９９はカラーフィルター２８５と液晶懸濁液２８０の間に配置されている。図１１Ａにあるように、前方偏光子２９７と液晶懸濁液２８０の間に前方ガラス２９５が配置されている。もう一つの代替的実施形態（図示せず）においては、トランスフレクタ２００及びコリメート装置１００は分離され、トランスフレクタ２００は前方偏光子２９７の前、ただしカラーフィルター２８５の後ろに位置づけされる。

コリメートもしくは半透過型装置又はその組合せは、ＬＣＤのバックプレーンの一部として使用可能である。バックプレーン内に半透過型装置を位置設定することにより、反射性（周辺）構成要素から発生する色ずれ及び視差効果の両方が軽減されることになる。このことは特にフレキシブル（いわゆるプラスチック）ディスプレイにおいて応用可能となるはずである。

図１２は、光ファンネル又はコリメート素子４４０を伴う第１の光学素子層４１０及び第２の光学素子層４２０を有する光コリメート又はファンネル装置４００の一実施形態を例示している。この実施形態においては、各光学素子層４１０、４２０は、（例えば台形又は湾曲した辺をもつ形を含めた）四辺をもつ垂直断面及びレンズ状溝路のものに等しい長さをもつ矩形である水平断面を有するレンズ状溝路である光学素子で形成されている。先行図面中に開示されているとおり、両方の層の中の光学素子にはバックライト（図示せず）に向かってテーパーが付いている。

この実施形態では、光学素子層４１０、４２０は、レンズ状溝路が互いに直交して位置づけされる形で配置されている。喚言すると、第１光学素子層４１０内の光学素子の水平矩形底面は、第２光学素子層４２０内の光学素子の水平矩形底面に対し直交している。一変形実施形態（図示せず）においては、第１光学素子層４１０のレンズ状溝路は、第２光学素子層４２０のレンズ状溝路に対し鋭角又は鈍角を成して設置される。一実施形態においては、第２光学素子層４２０（バックライトから最も遠い層）は、金属層４３０を内含する。一変形実施形態（図示せず）においては、上部層は金属層を内含しない。付加的な変形実施形態（図示せず）においては、構造４００は、矩形断面を有する光学素子の単一層を内含する。

構造１００、２００、３００又は４００は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）といった非発光型ディスプレイシステム又は画像を作り上げる目的で光が誘導されるその他の装置と共に使用可能である。このタイプの標準的な非発光型ディスプレイシステムには、バックライト、偏光子、液晶懸濁液及びもう一つの偏光子から成るスタックが含まれる。時として、各偏光子と液晶懸濁液の間にガラス板を層状化させることができる。構造１００、２００、３００又は４００は、バックライトと偏光子の間に位置づけされ得る。動作中、周辺光が、偏光子、ガラス板（カラーフィルター、共通電極、ＴＦＴマトリクス又はその他の構成要素を含み得る）、及び液晶懸濁液のさまざまな層を通過することになり、又液晶の背面ガラス板の内側にある反射型構造により方向づけし直され、と同時にバックライトアセンブリから生成された人工光線が構造１００、２００、３００又は４００を通過することになる。構造１００、２００、３００又は４００は同様に、ＬＣＤのサブアセンブリの一部として内含されてもよいし、或いは又、コリメート又は反射性偏光フィルムといったようなその他の再循環フィルムと組合せて又は併わせて用いることもできる。

構造１００、２００、３００又は４００は、バックライトアセンブリと液晶モジュールの間に挿入され得、ここで、構造１００、２００、３００又は４００の単数又は複数の反射性表面は、バックライトアセンブリに対面し、透過性表面が液晶モジュールに対面する。

ＬＣＤバックライトからの光の標準的分布はランバート分布である。かかる分布はコリメートされていないとみなされる。構造１００、２００、３００又は４００は、バックライトのランバート分布を予め指定された分布角度にコリメートする。予め指定された角度分布は、光格納重合体領域の屈折率、光格納領域の長さ及び形状、並びに入力及び出力アパーチャのサイズにより左右される。構造１００、２００、３００又は４００の反射性表面は、光がバックライトアセンブリから出てきて反射性表面内の開口部を通過して最終的に液晶モジュールによって処理される状態で、バックライトアセンブリに対面していてよい。

通常ＬＣＤの内側では空間が貴重であることから、構造１００、２００、３００又は４００の全体的厚みは最小限におさえられるべきである。一実施形態においては、装置の全体的厚みは約１０００ミクロン未満、約５００ミクロン未満、さらには又約２００ミクロン未満であり得る。もう一つの実施形態においては、構造１００、２００、３００又は４００は、任意の予め規定された厚みに制限されていない。むしろ、構造１００、２００、３００又は４００の厚みは、その用途によって決定され、必ずしも１０００ミクロンに制限されない。同様にして、周期性の選択はＬＣＤ画素の周期性によって影響される。装置のための周期性がＬＣＤのための周期性よりも小さい場合、装置内の製造上の欠陥が目に見えて拒絶という結果をもたらす可能性はより低くなる。装置のための標準的な周期性は、サブミクロン範囲から数百ミクロンまでの範囲内であり得る。標準的入力アパーチャ幅も又サブミクロンから数百ミクロンの範囲内にある。潜在的な回折効果に対処するためにサブミクロン設計を用いる場合には、特別に注意を払わなくてはならない。考えられる設定の範囲に基づいて、装置を製造する上でナノ複製及びマイクロ複製の両方の方法が使用される可能性が高い。構造的フィーチャが適正に縮小拡大される場合、性能が維持されることになる。

もう一つの実施形態においては、構造１００、２００、３００又は４００を次の三つの構成で液晶モジュール自体の中に位置づけすることができる：（１）液晶モジュールの後方ガラスの裏（表面）でかつ偏光子の前、（２）液晶モジュールの後方ガラスの裏（表面）でかつ偏光子の後ろ、又は（３）画素レベルで液晶モジュールの後方ガラスの内側。二偏光子型液晶ディスプレイシステムについては、ディスプレイが光を処理するためには第２の構成のみが可能である。単一偏光子型液晶ディスプレイシステムについては、三つの構成全てが可能である。プラスチックＬＣＤにおいては、構造１００、２００、３００又は４００は、バックプレーンの一部として内蔵され得、必ずしも１０００ミクロンに制限されなくてもよい。同様にして、周期性の選択はＬＣＤ画素の周期性によって影響される。装置の周期性がＬＣＤの周期性よりも小さい場合、装置内の製造上の欠陥が目に見えて拒絶という結果をもたらす可能性はより低くなる。装置のための標準的な周期性は、サブミクロン範囲から数百ミクロンまでの範囲内であり得る。標準的入力アパーチャ幅も又サブミクロンから数百ミクロンの範囲内にある。潜在的な回折効果に対処するためにサブミクロン設計を用いる場合には、特別に注意を払わなくてはならない。考えられる設定の範囲に基づいて、装置を製造する上でナノ複製及びマイクロ複製の両方の方法が使用される可能性が高い。構造的フィーチャが適正に縮小拡大される場合、性能が維持されることになる。

ＬＣＤは、記述した実施形態のいずれについてもロールツーロール又は層毎の組立てベースで製造可能であり、光コリメート又はファンネル構造１００、２００、３００又は４００はスタックの不可欠な一部であり得る。ＬＣＤスタックの層は、層毎のベースで生産又は組立てられ、構造１００、２００、３００又は４００は、ガラス、画素、コリメータ又は偏光子の一部として内蔵され得る。機能的構成要素は、液晶モジュール基板上に層状化され得、構造１００、２００、３００又は４００を全体的液晶モジュール製造プロセスの一部として構築することが可能になる。

一実施形態においては、大部分の光が装置に対して垂直に出現する形で、非発光型ディスプレイシステムに光をコリメートさせることができる。この非発光型ディスプレイシステムは同様に偏光子を内含することもできる。いずれの実施形態においても、コリメート又は偏光材料を装置の反射性又は透過性面に付着させることができる。構造１００、２００、３００又は４００の透過性の高い表面は、液晶モジュールに対面していてよく、又反射性の高い表面はバックライトアセンブリに対面することができる。構造１００、２００、３００又は４００の透過性表面全体に、コリメート又は偏光材料を付着させることができる。該コリメート又は偏光材料は、工業製品の集積設定素子及び部品であり得る。代替的には、該材料を後で構造１００、２００、３００又は４００のいずれかの表面に付着又は固定させることが可能である。一実施形態においては、コリメートフィルムは、光が構造１００、２００、３００又は４００から出現する表面の全面積を被覆し得る。コリメートフィルムは、ディスプレイの全面積又は少なくともその一部分を被覆し得る。

光をコリメートするもう一つのやり方は、液晶ディスプレイシステム内部にレンズレットを内含することにある。場所は、構造１００、２００、３００又は４００との総体であってもよいし又はそれから分離していてもよく、レンズレットの場所は、構造１００、２００、３００又は４００の直ぐ上又はその下であってもよい。

本書で記述されている光学素子は裏側から光が通過できるようにする能力を有し、一方フィルムの前方表面は潜在的に周辺光を吸収、誘導、反射又は偏向させるために使用可能である。半透過型フィルムの改良版を、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ内で使用することが可能である。元来の半透過型設定を取り上げ、光吸収又は誘導材料で上部反射性金属部域を置き換える。フィルムはＯＬＥＤ画素（光源）と上面ガラスの間にある。こうして、発光型ＯＬＥＤディスプレイ内の周辺光の効果（実際には望ましくないグレア）が制御される。この設定の恩恵を享受すると思われる従来の（非ＯＬＥＤ）透過型ＬＣＤの利用分野も存在する。グレアを制御しコントラストを改善させる構成をあらゆる発光型ディスプレイで使用することが可能である。半透過型設定においてそうであるように、この構成をフィルムとして又は画素表面の構成要素として展開することができる。

上述の装置のためのマイクロ複製製造方法は少なくとも四つ存在する。第１の方法にはマスターモールドの作製、そして、次に装置の作製が関与する。マスターモールドはダイヤモンド旋盤プロセス又はフォトリソグラフィプロセス（一例としてＬＩＧＡ用のＸ線リソグラフィといった電磁スペクトルの任意の一部分を含む）を利用して製造可能である。装置の反復した構造を作り出すためには、エンボス加工もしくは成形といった機械的プロセス、又はエッチングといった化学プロセスを利用することができる。これらのプロセスを利用して、透明な材料の中に欠刻（空隙）を作り出すことにより、透明フィルム材料、ガラス又はプラスチック基板の本体の中に該構造を形成することができる。透明材料の光格納領域がこのとき、これらの欠刻により線引きされる。物理的欠刻が形成されない透明な感光性材料を用いた製造技術について、以下で記述する。

欠刻は、次に、透明なフィルム材料のものよりも低い屈折率を有する材料又は反射性材料のいずれかで充填され得る。透明フィルム材料内の欠刻は、各形状の底面が透明材料にほぼ平行でありそれと一致しているか又はそれからわずかに引っ込んでいる形で透明フィルム材料内に埋込まれ得る。反射性充填材料が透明なフィルム材料よりも低い屈折率を有する場合、光が透明材料内に格納されることになる。

これらのプロセスのいずれかに対処するために、透明フィルム材料は、装置の本体を改変させるエッチング、成形、エンボス加工又はその他のプロセスに必要な特定の特性を有する。適切な材料の例としては、ポリカーボナート及びＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリラート）といった重合体がある。欠刻を充填するための反射性材料の例としては、金属複合材料又はその他の高反射率材料例えばアルミニウム、金、銀、ニッケル、クロム、誘電体又は８０％以上の反射率をもつその他の金属合金が含まれる。一実施形態においては、材料の反射率は、９５％以上である。反射型構造用の充填材料は、吸収を最小限におさえ、エネルギーの制御された再方向づけのため高い反射性特性を有するように最適化されることになる。透明フィルム材料の屈折率より低い屈折率をもつ充填材料の例としては、透明複合ペースト、複合材料（例えば重合体）又は異なる屈折率もしくは反射品質をもつ多重複合材料が含まれる。一変形実施形態においては、欠刻を充填するためにいかなる材料（例えば、気体、空気又は真空）も使用しなくて良い。

充填材と素子の本体の間の屈折率の最小差は、光格納領域の境界を通って屈折により光が漏出しないようにその部分のＴＩＲを達成するべく、０．０１であると推定される。屈折率差は、光の一部分がＴＩＲを受け光格納領域から漏出しないように充填材と素子の本体の間に充分な屈折率の差が存在するかぎり、装置の本体を横断して各形状について同一でなくてよい。しかしながら、好ましくは、屈折率は、装置の本体を横断して各形状について同じである。さらに、欠刻の一部分を第１材料で充填し、欠刻の第２部分を第２材料で充填することもできる。例えば、欠刻の上面をアルミニウムで充填し、一方欠刻の残りの部分を、透明フィルム材料のものよりも低い屈折率をもつ透明な重合体で充填することもできる。

上述の装置を製造する第２の方法は、透明な感光性フィルム内で構造を生成する。該構造は、本書に記述されているコリメート又はトランスフレクタ構造と等価の機能及び形状を有するように透明感光性フィルムの本体の特定の部域の屈折率を変更することによって生成され、ここでこの機能及び形状は同一であり得る。

マイクロ複製を用いた製造技術においてそうであるように、等価の適切な構造が作り出され、高屈折率構造は光格納領域となり、低屈折率領域は導光境界領域として作用することになる。該プロセスには、基板の表面上に透明な感光性フィルムを形成する（例えば被着による）段階が含まれる。透明な感光性フィルムは、光に曝露された時点でその光学特性が変わるあらゆる透明材料で構成され得る。感光性材料は、有利な光学及び機械特性を示さなくてはならない。充分な光誘起型屈折率変化に加えて、「書込み」波長（標準的には紫外線で）、光学透過性、薄膜形成可能性及び機械的挙動一式が適切であることがきわめて重要である。透明な感光性フィルムは、反復するパターンを伴う表面全体にわたって、又はマイクロレンズレットアレイを通してより大きい体積全体にわたって走査することによって「書き込まれ」得る。

このプロセス内で用いられる材料の例としては、最適化された機械的挙動を有するＯＬＥＤもしくは有機重合体、又は有機重合体の化学的汎用性を組合せた有機−無機ハイブリッド、すなわちポリシラン、ポリゲルマン及び／又はそのゾルゲルハイブリッドが含まれる。その他の材料としては、有機重合体、例えば特別に改質されたポリエチレン、ポリカーボナート、ポリビニルシンナマート及びポリメチルメタクリラートが含まれる。その他の材料としては、光重合可能な単量体を含む重合性光反応性物質及び透明重合体マトリクスの組合せが含まれる。透明な重合体マトリクスは、ポリオレフィン、合成ゴム、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリアクリラート、ポリメタクリラート、ポリウレタン、ポリウレタンアクリラート及びエポキシアクリラート樹脂から成る群から選択され得る。光反応性物質は、屈折率調節活性を有する光反応性開始剤を含み、前記フィルムは、屈折率の一つの分布を有する。光重合可能な単量体は、トリブロモフェノキシエチルアクリラート及びトリフルオロエチルアクリラートから成る群から選択され得る。

次に、反射性材料の薄層が基板と反対側の感光性透明フィルムの表面上に被着させられる。一実施形態においては、反射性金属の薄層のための反射性材料は、金属複合材料又は高い反射率を有するその他の材料、例えばアルミニウム、金、銀、ニッケル、クロム、誘電体又は８０％以上の反射率をもつその他の金属合金である。好ましくは、材料の反射率は９５％以上である。反射性金属被着の予め定められた領域は、このとき、予め定められた領域内の感光性フィルムを曝露するべく反射性材料を融除することによって除去される。これらの予め定められた領域は、このとき、予め定められた領域内の感光性フィルムの屈折率を改変して改変済み屈折率の部域を形成するべく、この予め定められた領域内の感光性フィルムの光学特性を変更するように光源に曝露される。反射性金属を融除し感光性フィルムの光学特性を変更する段階は、紫外線を生成しうる光源（これは金属反射性層に対面する）によって達成される。光源は、反射性金属層を融除し感光性フィルムの光学特性を変更するべくマイクロレンズレットアレイを通して、特定の波長で充分な強度の光を照射する光学放射線源を含み得る。一実施形態においては、該放射線源はエキシマレーザーである。

感光性フィルムの未変化部分は、改変された屈折率の部域よりも低い屈折率をもつ未改変屈折率部域（すなわち構造）を含む。

第３の製造方法も同様に、透明な感光性フィルムの中で所望の構造を生成する。このプロセスも同様に、基板の表面上で透明な感光性フィルムを形成する段階を内含している。透明な感光性フィルムは、上述のものと同じ材料で構成され得る。次に、該感光性フィルム上にフォトレジスト層が形成される。感光性フィルム及びフォトレジスト層の予め定められた領域が次に、予め定められた領域内の感光性フィルムの光学特性を変更しかつ該予め定められた領域内の感光性フィルムの屈折率を改変させて該感光性フィルム内に改変済みの屈折率の部域を形成するべく、（基板に対面する）光源に曝露される。光源は、反射性金属層を融除し感光性フィルムの光学特性を変更するべくマイクロレンズレットアレイを通して特定の波長で充分な強度の光を照射する光学放射源を含み得る。好ましくは、放射源はエキシマレーザーである。このとき、予め定められた領域内の露出したフォトレジスト層は、感光性フィルムに開口部を作り出す適切なエッチング液を用いて除去される。このとき、反射性材料の薄層が、先行して露光済みフォトレジスト層が占有していた開口部の中に被着される。一実施形態においては、反射性金属の薄層のための反射性材料は、金属複合材料又は高い反射率を有するその他の材料、例えばアルミニウム、金、銀、ニッケル、クロム、誘電体又は８０％以上の反射率をもつその他の金属合金である。一実施形態では、材料の反射率は９５％以上である。最後に、残留フォトレジスト層は、洗い流され、離昇され、残留フォトレジスト層上にあった望まれない材料を除去し、残りの表面上に所望のパターンを残す。

上述の装置を作り出すための第４の製造方法（又はプロセス）には、透明な感光性フィルム内で所望の構造を生成する単一段階プロセスが含まれる。この方法においては、レンズ／マスキングシステムを用いてレーザー光に構造の出力面を曝露することによって感光性重合体から、ＣＰＣ又は近似のＣＰＣ構造が製造される。感光性重合体は、適切に選択された部域内でその屈折率を変更することにより、予め定められた周波数帯域内のレーザー光に反応する。印刷システムが、屈折率の変化によって作り出された構造から出力された光によって誘導される。このとき同時に、光が全くない場合つねに反射層を印刷することによって、入力アパーチャをとり囲む反射性層を製造することができる。プロセスを完了させるために、反射層を浸漬させるべく入力アパーチャ面上の単純なブランケット重合体被着が実施される。

感光性透明材料の利用に関わるその他の実施形態においては、さまざまな構造、高さ、角度又は間隔どりで個別の構造を配置することができ、一つの構造の個別の面のうちの単数又は複数のものが凹状、凸状及び／又は起伏面であり得る。さらに、反射されたエネルギーの方向をさらに制御するべく（角錐又は円錐といった）ミクロ形状を、上述の被着プロセスの一部として又は独立したプロセスとして、各構造の底面全体にわたり直接的に素子の本体の片面上に被着させることができる。その他の実施形態においては、屈折率は、さまざまな交互のパターンが素子の本体を横断して生成されて、特定の効果が達成される形で、各々の個別の構造について異なるものであってよい。その他の実施形態においては、充填された欠刻及び感光性材料の屈折率の改変により作り出される構造の組合せを用いて、素子の本体を横断してさまざまなパターンを作り上げることができる。一実施形態では、金属といった反射性材料又は無限の屈折率と等価のものを有するあらゆる材料を、重合体−クラッディング層（より低い屈折率の材料の層）の下に挿入して、クラッディングの屈折率臨界角を超える光を反射させることができる。こうして、導波領域内に光を反射し戻すことにより、通常は失なわれる光が反射されることになる。この技術は、以上で定義した全ての構造サイズについて使用可能である。

上述の装置を作り出すもう一つの方法には、物理的作業環境の中で無欠性を維持することになる一部の適切な材料からの構造の製造、及びいくつかの適切な方法による構造の懸垂が含まれる。懸垂は、ワイヤー又はグリッドを形成する一部のタイプのフィラメントを使用することで達成可能であるが、特定の利用分野によって左右され、当業者には明らかとなるだろう。本発明のこの態様は、トランスフレクタのサイズが非発光型ディスプレイのサイズ必要条件により制限される可能性もされない可能性もある（意図された用途が人間の視覚体系によるものである）、太陽光線を利用した応用分野又はその他の応用分野において有用である。

導光構造を製造するためのもう一つの方法は、ガラス又は重合体といった支持表面の上面に直接該構造を位置設定することにある。一つの好ましい実施形態は、ガラス上に載っている反射性の高い材料又は金属で作られた二等辺形状の導光構造である。導波構造は、下にある支持表面の上面に置かれるか又はこの表面の上に被着させられている。もう一つの好ましい実施形態は、支持表面が周期的形状（溝付き又は突起）を含んでいる場合であり、ここでは、適切な嵌合部品を含有する流体が、所望の装置を作り出す確率が１００％となる形で支持表面の周期的形状全体にわたり通過させられている。これは、支持構造上の形状を超える充分な数の嵌合部品を流体中に担持させることによって、生物学的系統の場合と同様に達成可能である。

本出願はさまざまな実施形態を例示しており、かつこれらの実施形態が幾分か詳細に記述されてきたものの、出願人の意図はかかる詳細に請求対象の発明を制約したり又何らかの形で制限することにあるわけではない。当業者には、付加的な利点及び修正が容易に明らかとなるだろう。従って、本発明は、そのさらに広い態様において、図示され記述されている特定の詳細、代表的器具及び例示用実施例に制限されるわけではない。従って、出願人により請求された発明の精神又は範囲からは逸脱することなく、かかる詳細から逸脱することが可能である。

光学素子の一実施形態の三次元描写を示す図 光学素子の一実施形態の垂直断面の描写を示す図 光学素子の付加的な実施形態の三次元描写を示す図 光学素子の付加的な実施形態の三次元描写を示す図 光学素子の付加的な実施形態の三次元描写を示す図 光学素子の単純化された描写を示す図 光学素子アレイの一実施形態の三次元描写を示す図 光コリメート又はファンネル構造１００の一実施形態を示す図 光コリメート又はファンネル構造１００の一実施形態を示す図 光コリメート又はファンネル構造１００の一実施形態を示す図 光コリメート又はファンネル構造１００のもう一つの実施形態を示す図 光コリメート又はファンネル構造１００のもう一つの実施形態を示す図 光コリメート又はファンネル構造１００のもう一つの実施形態を示す図 半透過型構造２００の一実施形態を示す図 光コリメート又はファンネル構造１００及び半透過型構造２００の両方を有するトランスフレクタ３００の一実施形態を示す図 トランスフレクタ２００の光学素子層２５０及び半透過型画素２７０を有するシステムの実施形態を示す図 トランスフレクタ２００の光学素子層２５０及び半透過型画素２７０を有するシステムの実施形態を示す図 トランスフレクタ２００の半透過型画素２７０、光コリメート装置１００及び光学素子層２５０を有するシステムの実施形態を示す図 トランスフレクタ２００の半透過型画素２７０、光コリメート装置１００及び光学素子層２５０を有するシステムの実施形態を示す図 二層を有する光コリメート又はファンネル構造４００の一実施形態の三次元描写を示す図

符号の説明

１０ 光学素子
１２ 光入力端部
１４ 光出力端部
２０ 光学素子
２１ 光入力端部
２２ 光出力端部
２３ ＣＰＣ構造
２４ 直線区分
２５ 湾曲区分
２６ 直線区分
３０ 光学素子
３２ 正方形光入力端部
３４ 正方形光出力端部
３６ 側面
１００ ファンネル構造
１１０ バックライト
１２０ 表面
１３０ 浸漬層
１４０ 反射層
１５０ 光学素子層
１６０ アパーチャ
１７０ 光入力面
１８０ 光出力面
１８５ 重合体シート
１９０ 充填材料
２００ トランスフレクタ
２３０ 浸漬層
２４０ 反射層
２５０ 光学層
２６０ 出力アパーチャ
２７０ 半透過型画素
２７５ 反射性層
２８０ 液晶縣濁液
２８５ カラーフィルター
２９０ 後方偏向子
２９５ 前方ガラス
２９７ 前方偏向子
２９９ 後方ガラス
３００ トランスフレクタ
４００ ファンネル構造
４１０ 第１の光学素子層
４２０ 第２の光学素子層
４３０ 金属層
４４０ コリメート素子

Claims (60)

1. バックライトを有するシステム内で使用するためのコリメート装置において、
   浸漬層、
   反射層、及び、
   複数の三次元光学素子から形成され、
   各々の光学素子が、光入力端部と光出力端部を有し、かつ該光入力端部が、該光出力端部のものよりも小さい水平断面積を有する形で各々バックライトに向かってテーパーが付けられている光学素子層を含んで成り、
   反射層が、光学素子の光入力端部の位置及び形状に対応するアパーチャを中に有していることを特徴とする、
   コリメート装置。
2. 光学素子が、空気で囲まれていることを特徴とする、
   請求項１に記載のコリメート装置。
3. 光学素子層が、第１屈折率を有する重合体で形成されており、光学素子が、第２屈折率を有する第２重合体によって囲まれており、第１屈折率が第２屈折率よりも高いことを特徴とする、
   請求項１に記載のコリメート装置。
4. 各々の光学素子の光出力端部が、光学素子層の少なくとも一つのその他の光学素子の光出力端部に当接していることを特徴とする、
   請求項１に記載のコリメート装置。
5. 浸漬層が第１面及び第２面を有し、反射層が第１面及び第２面を有し、浸漬層の第１面が反射層の第２面と接触していることを特徴とする、
   請求項１に記載のコリメート装置。
6. 光学素子の光入力端部は、光入力端部が反射層の第２面と接触する形で延びていることを特徴とする、
   請求項５に記載のコリメート装置。
7. 光学素子の光入力端部が、反射層のアパーチャを通って延び、浸漬層の第２面と接触することを特徴とする、
   請求項５に記載のコリメート装置。
8. 浸漬層が第１面及び第２面を有し、反射層が第１面及び第２面を有し、かつ反射層の第１面が浸漬層の第２面と接触し、光学素子の光入力端部が浸漬層の第１面と接触していることを特徴とする、
   請求項１に記載のコリメート装置。
9. 反射層が金属層であることを特徴とする、
   請求項１に記載のコリメート装置。
10. 浸漬層が浸漬重合体層であることを特徴とする、
    請求項１に記載のコリメート装置。
11. 各々の光学素子が多角形水平断面を有することを特徴とする、
    請求項１に記載のコリメート装置。
12. 各々の光学素子が、レンズ形状をしており、レンズ状溝路のものと等しい長さの矩形の水平断面を有することを特徴とする、
    請求項１に記載のコリメート装置。
13. 各々の光学素子が、複合放物線状集光器構造を有することを特徴とする、
    請求項１に記載のコリメート装置。
14. 各々の光学素子が、複合放物線状集光器構造の円近似を有することを特徴とする、
    請求項１に記載のコリメート装置。
15. 複数の三次元光コリメート素子を含み、光入力面と光出力面を有する光学層において、
    各々の光学素子が多角形水平断面を有し、かつ、
    各々の光学素子にはテーパーが付いており、光学素子の垂直断面が複合放物線状集光器の近似となっていることを特徴とする、
    光学層。
16. 光学素子のテーパーが少なくとも一つの直線区分を有することを特徴とする、
    請求項１５に記載の光学層。
17. テーパーが円弧により定義される湾曲区分を有し、湾曲区分の勾配が、湾曲区分と少なくとも一つの直線区分の交点で少なくとも一つの直線区分の勾配と一致することを特徴とする、
    請求項１６に記載の光学層。
18. テーパー付光コリメート素子が空気に囲まれていることを特徴とする、
    請求項１５に記載の光学層。
19. 光コリメート素子が、第１屈折率を有する重合体から形成され、テーパー付光コリメート素子が、第２屈折率をもつ第２重合体により囲まれており、第１屈折率が第２屈折率よりも高いことを特徴とする、
    請求項１５に記載の光学層。
20. 各々の光コリメート素子が、レンズ形状及び矩形断面を有することを特徴とする、
    請求項１５に記載の光学層。
21. 光コリメート素子が、光コリメートフィルムの光出力面において互いに接触していることを特徴とする、
    請求項１５に記載の光学層。
22. 光コリメート素子が、共通の重合体シート内で互いに接触していることを特徴とする、
    請求項１５に記載の光学層。
23. 第１方向から来る光を反射し、第１方向とは反対の第２方向から来る光を透過させるように構成されたトランスフレクタにおいて、
    第１面及び第２面をもつ第１浸漬層を含み、第１面が第１方向に光を投射するバックライトに対面し、第２面が第２方向から来る光に対面する、少なくとも一つの浸漬層と、
    第１面及び第２面をもつ第１反射層を含み、第１面がバックライトに対面し、第２面が第２方向から来る光に対面する、少なくとも一つの反射層と、
    第１光学素子セットを有する第１光学素子層とを含み、
    第１光学素子セットの各々の光学素子には、第２方向から来る光に向かってテーパーが付いており、かかる各々の光学素子が、小面積端部と大面積端部を有する、少なくとも一つの光学素子層を含んで成り、
    第１光学素子セットの各々の光学素子の大面積端部が、第１光学素子セットのもう一つの光学素子の大面積端部と接触し、かつ、
    前記第１反射層が、第１光学素子セットの各々の光学素子の小面積端部の位置づけ及び形状に対応するアパーチャを内部に有することを特徴とする、
    トランスフレクタ。
24. 第１反射層の第１面が第１浸漬層の第２面と接触し、第１光学素子セットの小面積端部が第１反射層の第２面と接触していることを特徴とする、
    請求項２３に記載のトランスフレクタ。
25. 第１浸漬層の第１面が第１反射層の第２面と接触し、第１光学素子セットの小面積端部が第１浸漬層の第２面と接触していることを特徴とする、
    請求項２３に記載のトランスフレクタ。
26. 第１反射層の第１面が第１浸漬層の第２面と接触し、第１光学素子セットの小面積端部が第１反射層のアパーチャを通って延び、第１浸漬層の第２面と接触することを特徴とする、
    請求項２３に記載のトランスフレクタ。
27. 少なくとも一つの光学素子層が第２光学素子セットを有する第２光学素子層を含み、第２光学素子セットの各々の光学素子にはバックライトに向かってテーパーが付いており、各々の光学素子は小面積端部と大面積端部を有し、第２光学素子セットの大面積端部は、第１光学素子セットの大面積端部に隣接しており、
    少なくとも一つの反射層が第１面と第２面を有する第２反射層を含み、第１面はバックライトに対面し、第２面は第２方向から来る光と対面しており、第２反射層はさらに、第２光学素子セットの各々の光学素子の小面積端部の位置づけ及び形状に対応するアパーチャを内部に有しており、
    少なくとも一つの浸漬層が第１面及び第２面を有する第２浸漬層を含み、第１面はバックライトに対面し、第２面は第２方向から来る光に対面することを特徴とする、
    請求項２３に記載のトランスフレクタ。
28. 第２浸漬層の第１面が第２反射層の第２面と接触し、第２光学素子セットの小面積端部が第２反射層の第１面と接触していることを特徴とする、
    請求項２７に記載のトランスフレクタ。
29. 第２反射層の第１面が第２浸漬層の第２面と接触し、第２光学素子セットの小面積端部が第２浸漬層の第１面と接触していることを特徴とする、
    請求項２７に記載のトランスフレクタ。
30. 第２浸漬層の第１面が第２反射層の第２面と接触しており、第２光学素子セットの小面積端部が第２反射層のアパーチャを通って延び、第２浸漬層の第１面と接触していることを特徴とする、
    請求項２７に記載のトランスフレクタ。
31. 第１光学素子セットと第２光学素子セットが空気で囲まれていることを特徴とする、
    請求項２８に記載のトランスフレクタ。
32. 第１光学素子及び第２光学素子が、第１屈折率をもつ第１重合体から形成され、第１光学素子セットと第２光学素子セットが第２屈折率をもつ第２重合体により囲まれていることを特徴とする、
    請求項２８に記載のトランスフレクタ。
33. 第１屈折率が第２屈折率より大きいことを特徴とする、
    請求項３２に記載のトランスフレクタ。
34. バックライトを有するシステム内で使用するための光コリメート装置において、
    光学素子層を横断して延びる水平矩形底面を伴う三次元光学素子を有する第１光学素子層を含む少なくとも一つの光学素子層を含んで成り、
    光学素子にはバックライトに向かう湾曲経路に沿ってテーパーが付いていることを特徴とする、
    光コリメート装置。
35. 少なくとも一つの光学素子層が、この光学素子層を横断して延びる水平矩形底面を伴う三次元光学素子を有する第２光学素子層を内含し、第２光学素子層の光学素子にはバックライトに向かう湾曲経路に沿ってテーパーがついていることを特徴とする、
    請求項３４に記載の光コリメート装置。
36. 第１光学素子層の水平矩形底面が第２光学素子層の水平矩形底面と直交していることを特徴とする、
    請求項３５に記載の光コリメート装置。
37. 第１光学素子層が、バックライトと第２光学素子層の間に配置されることを特徴とする、
    請求項３５に記載の光コリメート装置。
38. 第２光学素子層が金属層を含むことを特徴とする、
    請求項３５に記載の光コリメート装置。
39. 光を透過させるための光学素子層内の光格納領域において、
    多角形形状をもつ光入力端部、
    多角形形状をもつ光出力端部、
    光出力端部から光入力端部までテーパーがついた複数の面を含んで成ることを特徴とする、
    光格納領域。
40. 該複数の面が、複合放物線状集光器である少なくとも一つの領域を内含することを特徴とする、
    請求項３９に記載の光格納領域。
41. 該複数の面が、複合放物線状集光器の円近似である少なくとも一つの領域を内含することを特徴とする、
    請求項３９に記載の光格納領域。
42. 該複数の面が、少なくとも一つの直線区分を内含することを特徴とする、
    請求項３９に記載の光格納領域。
43. 該複数の面が、少なくとも第１の直線区分及び第２の直線区分を内含し、かつ、
    第１の直線区分が光出力端部に隣接し、第２の直線区分が光入力端部に隣接し、複合放物線状集光器の円近似が第１及び第２の直線区分の間に位置設定されていることを特徴とする、
    請求項４１に記載の光格納領域。
44. 複数の面が、少なくとも一つの直線区分を内含し、
    複合放物線状集光器区分の円近似が、該複合放物線状集光器区分の円近似と該少なくとも一つの直線区分との交点において該少なくとも一つの直線区分の勾配と一致していることを特徴とする、
    請求項４１に記載の光格納領域。
45. 各面の長さ全体が、複合放物線状集光器を近似する円の弧であることを特徴とする、
    請求項３９に記載の光格納領域。
46. 複合放物線状集光器の近似が、約１：１未満から約７．５：１超の縦横比を有することを特徴とする、
    請求項３９に記載の光格納領域。
47. 光格納領域が矩形水平断面を有し、光は光出力端部から非対称的に出現するように構成され、
    矩形出力端部の長さに沿った光出力の角度分布が、その幅に沿った光の角度分布よりも大きいことを特徴とする、
    請求項３９に記載の光格納領域。
48. バックライトを有するシステム内で使用するためのコリメート装置において、
    反射層と、
    複数の三次元光学素子から形成され、各々の光学素子が、光入力端部と光出力端部を有し、かつ該光入力端部が該光出力端部のものよりも小さい水平断面積を有する形で各々バックライトに向かってテーパーが付けられている光学素子層とを含んで成り、
    反射層が、光学素子の光入力端部の位置及び形状に対応するアパーチャを中に有していることを特徴とする、
    コリメート装置。
49. 各々の光学素子が、多角形水平断面を有することを特徴とする、
    請求項４８に記載のコリメート装置。
50. 各々の光学素子が、レンズ形状をしており、レンズ状溝路のものと等しい長さの矩形の水平断面を有することを特徴とする、
    請求項４８に記載のコリメート装置。
51. 各々の光学素子が、複合放物線状集光器構造を有することを特徴とする、
    請求項４８に記載のコリメート装置。
52. 各々の光学素子が、複合放物線状集光器構造の円近似を有することを特徴とする、
    請求項４８に記載のコリメート装置。
53. 反射性表面を有する半透過型画素と、
    各々が半透過型画素に向かう湾曲経路に沿ってテーパーが付けられており、そのため小面積端部及び広面積端部を有するようになっている複数の光格納領域を有する光学素子層とを含んで成る装置であって、
    該小面積端部が、半透過型画素と整列させられていることを特徴とする、
    装置。
54. 半透過型画素と整列させられた複数のカラーフィルターをさらに含むことを特徴とする、
    請求項５３に記載の装置。
55. バックライト、
    前方偏光子、
    後方偏光子、及び、
    少なくとも一つのガラス層をさらに含むことを特徴とする、
    請求項５３に記載の装置。
56. 少なくとも一つのガラス層が、前方ガラス層を含むことを特徴とする、
    請求項５５に記載の装置。
57. 少なくとも一つのガラス層が、前方ガラス層及び後方ガラス層を含むことを特徴とする、
    請求項５５に記載の装置。
58. 複数の光格納領域を有するコリメート層及び反射層を内含することを特徴とする、
    請求項５３に記載の装置。
59. 光学素子層及び反射層を有する装置を製造する方法において、
    レンズ／マスキングシステムを用いてレーザー光に対し感光性重合体の一面を曝露して重合体内に光格納領域を形成する段階と、
    屈折率の変化によって作り出された光格納領域を通して出力された光に従って印刷システムを誘導する段階と、及び、
    光が全く出力されない部域上に反射層を印刷する段階とを含んで成ることを特徴とする、
    方法。
60. 反射層全体にブランケット重合体を被着させ、反射層を浸漬させる段階をさらに含んで成ることを特徴とする、
    請求項５９に記載の方法。

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