JP2008532057A - 光学的なエレメントおよびその作製方法 - Google Patents

Abstract

電磁放射（５）をガイドするための光学的なエレメント（１）であって、該光学的なエレメントは基体（２）および少なくとも１つのフィルム（３）を有しており、ここでフィルム（３）は基板（２）に固着しておりかつ基体（２）と共に緊密な結合を形成しかつ該フィルムは、それを電磁放射（５）が透過するように配置されている光学的なエレメント（１）。

Description

本発明は光学的なエレメント並びにその作製方法に関する。

公開公報ＤＥ４４０４０４２５Ａ１から、透明な面状体または立方体を拡散照明するための装置が公知である。黒色光源でも良好な拡散照明を実現するために、装置は少なくとも１つの、装置のコア部に取り付けられておりかつ内部を照らし出す光源を有している。部分的に透明な層および少なくとも部分的に反射する層がコア部に取り付けられている。

本発明の課題は、特別多面的に使用可能である光学的なエレメント、いん並びにその作製方法を提供することである。

この課題は請求項１の特徴部分に記載の構成を有する光学的なエレメントによりおよび請求項１３の特徴部分に記載の構成を有する方法により解決される。この形式の光学的なエレメントおよびその作製方法の有利な実施形態は従属請求項の対象である。

有利には単色または多色の電磁放射をガイドするように実現されている本発明の光学的なエレメントは基体および少なくとも１つのフィルムを有している。フィルムは基板に緊密な結合（innige Verbindung）において固着しておりかつフィルムは、電磁放射が該フィルムを透過するように配置されている。

特別有利には可視光領域にある電磁放射をガイドするためのこの種の光学的なエレメントは基体およびフィルムから組み合わされて成っていてよい。

光学的なエレメントを通ってガイドされる放射は入射面に入射しかつ出射面で出射する。出射面は入射面に対して平行または垂直に配置されていてよい。両方の面は光学的なエレメントの表面の部分である。

有利には基体は透明な材料から形成されている。放射透過でありかつ放射を散乱しない透明な材料として、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂またはこれらの樹脂の混合物を使用することができる。しかし基体は光学的に作用する材料も有していてよい。光学的に作用する材料は例えば、放射を別の波長の放射に変換するためのまたは散乱するための粒子を含んでいることができる。

基体の幾何学的形状は光学的なエレメントの用途に合わせることができかつ例えばプレート形状またはレンズ形状であってよい。

特別有利には基体は導光体ないし導光路またはレンズとして実現されておりかつフィルムと組み合わされて例えば指示装置、例えばＬＣＤの均質な後方照明、もしくは放射の整形に適している。

有利にはフィルムは基体の表面に緊密な結合において固着しており、その際固着の役目を果たす中間層、例えば接着剤は必要でない。

フィルムは基体の種々の側に存在していてよい。１つの形態によれば、フィルムは例えばレンズのような光学的なエレメントの出射面の側に配置されるようになっている。別つの形態によれば、フィルムは例えばレンズのような光学的なエレメントの入射面の側に配置されるようになっている。更に別の形態によれば、フィルムは光学的なエレメントの入射面もしくは出射面の側に配置されるのではなく、その他の側面の１つもしくは複数の面に配置されるようになっている。導光体の形の光学的なエレメントの場合には殊にこの形態が有利である。

有利にはフィルムでは、基体を通ってガイドされる放射が透過される。その際フィルムに対して透明または半透明の材料が有利であることが分かっている。透明な材料に対して半透明の材料は放射を少なくとも部分的に散乱することができる。

更にフィルムは光学的に作用するフィルムであってよく、このことはフィルムを用いて放射の特性を変えることができることを意味している。例えば放射の整形、波長または強度に影響が生じるようにすることができる。これらの量の影響の組み合わせも考えられる。これに対して単に透過するだけのフィルムは光学的に作用しないと認められるが、この場合放射は無視できる程度のビームオフセットを除いて影響を受けずにとどまる。

例えば放射の整形は、放射を散乱する、フィルム内の粒子によって影響されるようにすることができる。更にストラクチャを有しているフィルムによって例えばレンズ作用が実現される。

有利にはフィルムは、放射を別の波長の放射に変換するために発光材料を含んでいる。

有利な形態ではフィルムは光学的なエレメントの出射面の側に配置される。この形式の配置において光学的なエレメントから出力結合される放射の整形に、例えばストラクチャを有している部分的に透明なフィルムの使用によって影響を及ぼすようにすることができる。

この場合フィルムと基体との間の緊密な結合は出力結合される放射の強度に対して特別有利であることが認められている。何故ならば、緊密な結合により、フィルムを機械的な保持体を用いて固定する場合に比してエアギャップが回避され、これにより放射損を低減もしくは全反射を減少させることができるからである。

別の形態ではフィルムは光学的なエレメントの１つまたは複数の側に配置されるが、その場合入射面も出射面も存在していないところにである。

フィルムは透明でも半透明でもよい。フィルムには別のフィルムが、有利にはリフレクタフィルムが配属されている。フィルムに例えばフィルムスタックの形の多数の別のフィルムが配属されるようにしてもよい。

その際フィルムとリフレクタフィルムとの間にエアギャップが実現される。

（法平面に対して相対的な）入射角が全反射角より大きい放射成分は有利にはフィルム、光学的により緊密な媒体から周囲、通例は空気、光学的により希薄な媒体へ移る際に全反射される。エアギャップを突き抜ける放射の部分は配属されているリフレクタフィルムで反射させることができる。これにより基体の側面に衝突する放射の大部分は反射しかつ全体として放射は僅かな損失で基体を通ってガイドされるようにすることができる。従ってこの有利な配置により反射率を高めることができ、このことは光学的なエレメントの輝度にポジティブに作用する。

最後に説明した配置を導光体として使用する場合例えばデータを移動および可搬の電子機器においてビジュアル化する際に使用することができ、その際平面型画像スクリーン（「フラットパネルディスプレイ」）が重要な役割を果たす。フラットパネルディスプレイは液晶表示装置（ＬＣディスプレイ）として実現されていてよい。この技術はコスト面で有利な作製能力、僅かな消費電力、小さな重量および僅かな所要スペースという特長を有している。ＬＣディスプレイは自己発光型ではなく、それ故にバックライトを必要とするがそれは例えば、光学的なエレメントの高い輝度という特長を有している本発明により最適に実現されることができる。この形式の実現において有利なのは、付加的な能動エレメント、例えば別個にエネルギーを必要とするＬＥＤの使用に比べて、受動エレメント、例えばフィルム−エアギャップ−リフレクタフィルムから成る配置構成を使用することである。

光学的なエレメントの作製の際に本発明の枠内においてまずフィルムが射出成形型に挿入される。それから例えば射出ノズルを用いて射出成形型に充填材料が充填され、その際充填材料とフィルムとの間に緊密な結合が実現される。その際基体は有利には透明な材料である充填材料から製造される。しかし充填材料が例えば散乱のためまたは放射の波長を変換するために粒子を含んでいることも考えられる。

光学的なエレメントは、充填材料が十分な型抜き強度に冷却されるや否や型抜きされ、このことは有利にも製造後大した待ち時間なしに行うことができる。

光学的なエレメントの別の特徴、利点および発展形態は次に図１ないし図３と関連して説明する実施例から明らかである。その際：
図１は光学的なエレメントの第１の実施例を斜視的に示し、
図２ａは光学的なエレメントの第２の実施例を斜視的に示し、
第２ｂ図は光学的なエレメントの第３の実施例を斜視的に示し、
図３は光学的なエレメントの第４の実施例を斜視的に示す。

実施例および各図において同じまたは同じ作用をする構成部分にはそれぞれ同じ参照符号が付されている。

図１には光学的なエレメント１が概略的に示されている。その際光学的なエレメント１は扁平な、パネル形状の導光体として実現されている。導光体は基体２およびフィルム３を有している。基体２は有利には透明な材料、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂またはこれら樹脂の混合物を含んでいる。材料が粒子、例えば、基体に入力結合される放射５の波長を変化させるための色素をふくんでいることも考えられる。

フィルム３は特別有利には、少なくとも部分的に透明な材料から製造されている。例えばこれはレンズ作用を有するストラクチャを有していることができる。放射５の波長を変えるためにこれは色素を含んでいてよい。放射を散乱させるための粒子も可能である。

有利には可視領域における電磁放射５が（図示されていない）有利には１つまたは複数のＬＥＤから放出される。

単色または多色の電磁放射５は入射面１２を介して光学的なエレメント１に入力結合されかつ方形の平面上に均一に分配される。放射は基体２およびフィルム３を透過しかつ入射面１２に平行に配設されている出射面４を通って出射する。択一的に出射面４は入射面に対して垂直に配設されていることもでき、この場合にはこの面は例えば基体２の側面８にあることになる。この配設の場合放射の入力結合は光学的なエレメント１の長手方向において行われることになる。

扁平な導光体により例えば光学的なエレメント１に配属されている指示装置（図示なし）を均一に照明されるようにすることができる。

図２ａに示されている第２の実施例において光学的なエレメント１は棒状の導光体として実現されている。棒状の導光体は基体２，フィルム３および該フィルムに配属されているリフレクタフィルム６を有している。フィルム３およびリフレクタフィルム６は基体２を断面で見てリングまたはフレーム形式に取り囲んでいる。

基体２の側面８にフィルム３は緊密な結合において固着している。この緊密な結合はフィルム３に、基体２を形成している例えば透明な材料を後方射出するだけで実現されかつ有利にもフィルム３と基体との間に固着を媒介する中間層を必要としない。

フィルム３にはリフレクタフィルム６が配属されているが、その際リフレクタフィルムはフィルム３上に２つのフィルム間に作用する力に基づいて固着を強化することなく置かれる。この形式の配設では２つのフィルムの間にエアギャップ７が形成される。

有利には基体２は第１の実施例の場合と同様に、中に上述した作用を持った粒子が存在しているものであってよい透明なまたは部分的に透明な材料を含んでいる。

フィルム３に対して有利には透明なまたは半透明な材料が使用される。

放射放出源（図示なし）から来て放射５は棒状の光導体を通しかつその際にこれが基体の側面８に衝突するや否や、基体の真ん中に向かって反射される。

図２ａに示されているように、放射は有利な仕方で２つの箇所において反射されるようにすることができる。つまり、エアギャップ７に接しているフィルム３においてと、リフレクタフィルム６においてとである。

フィルム３の材料は空気より高い屈折率を有しているので、フィルム３とエアギャップ７との間の移行部に、全反射の角度と同じ大きさまたは全反射の角度より大きな角度１０でフィルム３に衝突する放射は全反射される（全反射された放射９）。

放射の、全反射の角度より小さな角度でフィルム３に衝突する成分はフィルム３で部分的に反射するかまたはエアギャップ７を通り抜けることができる。エアギャップを突き抜ける放射成分は配属されているリフレクタフィルム６で反射することができる（反射される放射１１）。

つまり全体として２層配設されたフィルム装置を通って高い反射率を実現することができる。

電磁放射５は導光体を通ってガイドされかつ出射面４を介して導光体から出力結合される。

図２ｂには光学的なエレメント１の第３の実施例が示されている。その際光学的なエレメント１は扁平な、パネル形状の導光体として実現されている。導光体は基体２および少なくとも２つのフィルム３を有している。フィルム３およびリフレクタフィルム６は出射面４とは相対向する側に配設されている。第２の実施例の場合のように、これら２つのフィルムの間にエアギャップ７がある。放射がフィルムで反射するために同じ物理的な状態が当てはまる。

放射路が例として図示されている。その際電磁放射５は入射面１２を通って光学的なエレメント１に入力結合される。電磁放射５は基体２を通って行く。全反射の角度と同じ大きさまたは全反射の角度より大きな角度１０でフィルム３に衝突する放射は全反射される。全反射された放射は更に側面８に衝突しかつそれが出射面４にて光学的なエレメント１から出射する前に、新たに反射することができる。

有利な実施例において１つまたは複数の側面に付加的に１つのフィルムおよびその間にエアギャップを有するリフレクタフィルムが被着されるので（図示なし）、全反射の角度と同じ大きさまたは全反射の角度より大きな角度で側面８に衝突する放射は全反射される。

更に、入射面にも光学的に作用するフィルムが配設されるようにすることができる（図示なし）。

こうして全体として２層配設されたフィルム装置を通って高い反射率を実現することができる。

図３には光学的なエレメント１の第４の実施例が示されている。図示されているのは光学的なエレメント１の斜視的に見た側面図である。

支持体１３はその上表面に円蓋形状の上置きの形の、光学的なエレメント１の基体２を有している。この有利には球形に湾曲された上置きは、上置きの上表面に緊密な結合において入り込んでいるフィルム２によって被覆されている。

支持体１３は例えば円筒形をしている。これは内室に空気が充填されている中空シリンダとして実現されていてよくまたは内室に透明な材料、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂またはこれら樹脂の混合物を有していてよい。その場合この材料は例えばリフレクタフィルムと一緒に周囲に対する表面で閉じている。

この種の支持体を通って有利には可視領域にある電磁放射５は有利にも通り抜けて行くことができる。その際支持体１３をガイドされる放射の主方向は支持体１３の外壁に対して平行に延在している。

支持体１３の端部で放射は基体２に衝突する。この基体２は有利には透明な材料を含んでおりかつ例えば集光レンズの形に実現されている。従って支持体１３を通ってガイドされる放射５は所定の形状を得ることができる。例えば支持体から集光レンズに衝突する平行な放射束を、光学的なエレメントに配属されている１点に集めることができる。

上置き１１に緊密な化合物において固着しているフィルム３は有利には光学的に作用するフィルムであり、すなわちこれは透明であってよくまたは例えば入射する放射を更に整形するためまたは色を変えるための粒子を含んでいることができる。

拡散レンズでもあってよいレンズと、光学的に活性なフィルム３との間の緊密な結合は有利であると認められている。その理由はこれにより、フィルムが例えば接着を用いて基体に被着されているときに発生する放射損を回避することができるからである。

明細書、図面並びに請求項に開示されている本発明の特徴は個々にもそれぞれの可能な組み合わせにおいても本発明を実施するために重要であることは勿論である。

本出願はドイツ連邦共和国特許１０２００５００４４４７．６−１１および１０２００５００６６３５．６−５１の優先権を主張するものであり、これらの開示内容はこれを以てここに取り込まれる。

光学的なエレメントの第１の実施例の斜視図 光学的なエレメントの第２の実施例の斜視図 光学的なエレメントの第３の実施例の斜視図 光学的なエレメントの第４の実施例の斜視図

Claims (15)

1. 電磁放射（５）をガイドするための光学的なエレメント（１）であって、該光学的なエレメントは基体（２）および少なくとも１つのフィルム（３）を有しており、ここでフィルム（３）は基板（２）に固着しておりかつ基体（２）と共に緊密な結合を形成しかつ該フィルムは、それを電磁放射（５）が透過するように配置されている
   光学的なエレメント（１）。
2. 光学的なエレメント（１）は導光体として実現されている
   請求項１記載の光学的なエレメント（１）。
3. 光学的なエレメント（１）はレンズとして実現されている
   請求項１記載の光学的なエレメント（１）。
4. フィルム（３）は光学的に作用するフィルムである
   請求項１または２記載の光学的なエレメント（１）。
5. フィルム（３）は電磁放射を散乱させるための粒子を含んでいる
   請求項４記載の光学的なエレメント（１）。
6. フィルム（３）は発光材料を含んでいる
   請求項４記載の光学的なエレメント（１）。
7. 発光材料は電磁放射（５）を別の波長の放射に変換する
   請求項５記載の光学的なエレメント（１）。
8. フィルム（３）はストラクチャ化されている
   請求項４記載の光学的なエレメント（１）。
9. フィルム（３）は光学的なエレメント（１）の入射面（１２）および／または出射面（４）に配設されている
   請求項１から８までのいずれか１項記載の光学的なエレメント（１）。
10. フィルム（３）は基体（２）の側面に配設されている
    請求項１から８までのいずれか１項記載の光学的なエレメント（１）。
11. フィルム（３）にリフレクタフィルム（６）が配設されている
    請求項１０記載の光学的なエレメント（１）。
12. フィルム（３）とリフレクタフィルム（６）との間にエアギャップ（７）が存在している
    請求項１１記載の光学的なエレメント（１）。
13. 請求項１記載の光学的なエレメント（１）を作製するための方法であって、該方法は次にステップ：
    − フィルム（３）を射出成形型に挿入し、
    − 該射出成形型に基体（２）を形成するための充填材料を満たし、ここで該充填材料と前記フィルム（３）との間に緊密な結合が形成される
    を有する
    ことを特徴とする方法。
14. 充填材料は透明な材料である
    請求項１３記載の方法。
15. 充填材料は電磁放射を散乱させるための粒子を含んでいる
    請求項１３記載の方法。

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