JP2011512630A - 光学装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

光学装置はライトガイドとライトガイドを照明するための光源とを備える。ライトガイドは透明基板層と透明層とを備える。ライトガイドは基板層の表面上に光取出し面を有する。透明層は光取出し面に対向する基板層表面上に配置され、または、透明層は基板層の光取出し面上に配置される。透明層は光取出し改善手段を含む。さらに、ライトガイドの製造方法が提供される。

Description

本発明は、ライトガイドと、ライトガイドを照明するための光源とを備える光学装置に関する。さらに、本発明は、ライトガイドの製造方法に関する。

本発明の第１の目的は、非常に薄く、さらに、均一な光取出しを提供するライトガイドを備える改善された光学装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、そのための製造方法を提供することにある。

第１および第２の目的は、ライトガイドと、ライトガイドを照明するための光源とを備える光学装置に関する本発明の一態様によって実現され、ここで、前記ライトガイドは、透明基板層と、透明層とを備え、前記ライトガイドは前記基板層上の光取出し面を備え、前記透明層は前記光取出し面に対向する前記基板層表面上に配され、または、前記透明層は前記基板層の前記光取出し面上に配され、前記透明層は光取出し改善手段を含む。

透明基板層と透明層とを備え、当該透明層が光取出し改善手段を含むライトガイドにより、均一な光取出しを示す非常に薄いライトガイドが提供されうる。これにより、ライトガイドの光取出しは、光取出し面全体にわたってその度合いがほぼ同じになるように最適化される。

ライトガイドは、好ましくは３００μｍ未満、特に好ましくは１００μｍ未満の厚さを有する。

本光学装置はキーパッドまたはディスプレイのバックライトとして有利に使用可能である。好ましくは、本光学装置は、携帯電話機用キーパッドあるいはＬＣＤ（液晶表示装置）のためのバックライトとして用いられる。従って、本光学装置が、非常に薄く、高い光学効率を有し、光取出し面の全体にわたって非常に均一であることが利点である。

本発明の好ましい一実施形態において、光源は、ライトガイドの側面に配される。

光源の光は、従って、側面からライトガイドに出力される。よって、端部照明式のライトガイドが提供される。それゆえ、本光学装置は、ライトガイドの後ろまたは前に配置される光源を備える光学装置と比較して非常に薄い。側面からライトガイドに結合される光源を備える光学装置の厚さは、そのようにしてさらに減らすことができる。

透明層は、光取出し改善手段を含む。ここで、光取出し改善手段は、透明層に沿ってその密度が可変である。例えば、光取出し改善手段は、プリズムアレイである。

光取出し改善手段の使用により、ライトガイドの光取出しの均一性を最適化可能である。最適化された光取出し改善手段は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のような点光源、または、ライトガイドのいずれかの側面に設けられる線光源について、最適化されるよう密度を変化させることができる。当該光取出し改善手段は、均一なバックライトを発生するよう、好ましくは正確に光を取り出す。

光取出し改善手段は、例えば、球面状、錐体状、または三角状の孔またはバンプである。あるいは、光取出し改善手段は、拡散散乱手段、特に、エッチングされたドットであってもよい。

透明層は、好ましくは硬化性層であり、ここで、該透明層は好ましくはＵＶ放射により硬化可能である。好ましくは、透明層は、ポリマー層である。

透明基板層は、好ましくは、プラスチックフィルムである。本発明の特に好ましい実施形態では、透明層の材料は、基板層の材料に一致した屈折率を有する。それゆえ、有利に薄く、柔軟なライトガイドが提供されうる。

本発明の好ましい一実施形態において、複数の光源が、ライトガイドの少なくとも一側面上に配置される。複数の光源は、好ましくは、ライトガイドの均一な光取出しを最適化することができる。

本発明の特に好ましい一実施形態において、ライトガイドは、一つの光源または複数の光源をライトガイドに光学的に接続する手段を含む。一つの光源または複数の光源をライトガイドに光学的に接続する手段は、例えば、ライトガイドの切り欠きであってもよい。切り欠きは、例えば、くぼみよりなるドームが可能である。

ライトガイドの製造方法は、
−透明基板層を設けすステップと、
−前記透明基板の光取出し面に対向する表面上に透明層を配置し、または、前記基板層の光取出し面上に透明層を配置するステップと、
−前記透明層の上に光取出し改善手段を形成するステップと、
−前記ライトガイドの一面上に少なくとも１つの光源を取り付けるステップと、
を有する。

このようにして、有利に、薄い、さらに均一な光取出しを提供するライトガイドが製造可能である。ライトガイドは、例えば、好ましくはバックライトとして用いられる。ライトガイドは、キーパッドまたはディスプレイのバックライトとして、特に好ましくは携帯電話機用キーパッドまたはＬＣＤのバックライトとして有利に用いられる。

ライトガイドは、好ましくは、厚さ３００μｍ、特に好ましくは、厚さ１００μｍ未満である。

光取出し改善手段は、好ましくは、ＵＶ放射により硬化される。本発明の好ましい一実施形態において、光取出し改善手段は、透明層上にエンボス加工により形成される。好ましくは、光取出し改善手段は、ロールツーロール法により透明層上に形成される。

光取出し改善手段のための原型は、複製されて、ロールツーロール法に組み込まれてもよい。従って、透明基板層の大量の材料ロールを、大量生産に使用可能なライトガイドの製造に用いることができる。よって、ライトガイドの製造は、射出成形されたライトガイドなどと比較して非常に経済的であり、非常にコスト効率がよい。なお、原型はエッチングにより製造可能である。

本発明の好ましい一実施形態において、光源をライトガイドに光学的に接続する手段は、例えば、打ち抜きまたはレーザーカットにより、ライトガイド内に形成される。

それゆえ、ライトガイドは、光源をライトガイドに光学的に接続する手段、特に、切り欠きを含む。この切り欠きは、例えばエンボス加工された材料シートの大ロールから打ち抜かれ、レーザーカットされ、または他の方法でカットされてもよい。ライトガイドの切り欠きは、例えば、ドームとして形成されてもよい。

本発明は、例示的実施形態および関連する図１〜５に基づいて、以下より詳細に説明される。図面は、縮尺は実際のものではない概略図に基づいて本発明の異なる例示的実施形態を示す。同一の要素または同様に機能する要素は、図面中同一の参照記号により示される。

図１は、本発明の第１の例示的実施形態による光学装置の概略断面図を示す。 図２は、本発明の第２の例示的実施形態による光学装置の概略断面図を示す。 図３は、本発明の第３の例示的実施形態による光学装置の概略平面図を示す。 図４は、本発明の第４の例示的実施形態による光学装置の概略平面図を示す。 図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、光取出し改善手段の概略透視図を示す。 図６は、本発明の第５の例示的実施形態による光学装置の概略断面図を示す。

図１は、ライトガイド１ａ、１ｂと、ライトガイド１ａ、１ｂを照明するための光源２とを備える光学装置の断面図を示す。

光源２は、ライトガイド１ａ、１ｂの一側面上に配置される。好ましくは、光源２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

他の照明ランプと比較して、ＬＥＤの光源としての使用には光学装置（光源と組み合わされたライトガイド）の寸法が小さいという利点がある。本光学装置の有利な特徴の１つは、これが非常に薄く形成できることである。このことは、本光学装置を非常に薄いバックライトシステム、例えば、携帯電話機用キーパッドまたはＬＣＤに使用することを可能にする。

光源２は、好ましくは、例えば、青、黄、緑または赤のスペクトル範囲の波長を有する光を発する。ＣＩＥ色空間では、好ましい発光は、例えばだいたい、ｘ＝０．１８、ｙ＝０．１２（"クリスタルブルー"）；ｘ＝０．１６、ｙ＝０．２０（"ブルーラグーン"）；ｘ＝０．１６、ｙ＝０．３４（"グリーンラグーン"）；ｘ＝０．４０、ｙ＝０．４４（"クリスタルイエロー"）；ｘ＝０．２９、ｙ＝０．１７（"マゼンタ"）；または、ｘ＝０．３８、ｙ＝０．２４（"クリスタルピンク"）の色座標の色点を有する。従って、広い色スペクトルの中から６色のバラエティーが可能であり、不飽和色の専用の組が提供される。

光源２の発光は、好ましくは側面からライトガイド１ａ、１ｂに結合される。この場合、ライトガイドは、端部照明式のライトガイドである。それゆえ、光学装置は、ライトガイドの後または前に配置された光源を備える光学装置と比較して、非常に薄い。端部照明式のライトガイドを備える光学装置の厚さは、そのようにしてさらに削減されうる。

ライトガイド１ａ、１ｂは、透明基板層１ａと透明層１ｂとを備える。さらに、ライトガイドは、光取出し面５を基板層１ａの表面上に有する。透明層１ｂは、基板層１ａの光取出し面５に対向する面上に配置される。さらに、透明層１ｂは、光取出し改善手段３を含む。

ライトガイド１ａ、１ｂが、透明基板層１ａと、光取出し改善手段３を含む透明層１ｂとを備えることにより、ライトガイドの均一な光取出しが提供される。光取出しは、これにより、光取出し面５全体にわたってライトガイド１ａ、１ｂの光取出しがほぼ同一であるように最適化される。

ライトガイド１ａ、１ｂは、３００μｍ未満の厚さＤ、好ましくは１００μｍ未満の厚さＤを有する。このように薄いライトガイド１ａ、１ｂは、キーパッドまたはディスプレイのバックライトとして有利に使用可能である。好ましくは、ライトガイド１ａ、１ｂは、携帯電話機用キーパッドまたはＬＣＤのバックライトとして用いられる。従って、ライトガイド１ａ、１ｂは、一方で薄く、高い光効率を有し、他方で光取出し面５全体にわたって非常に均一であることが非常に重要である。

透明層１ｂは、光取出し改善手段３を含む。光取出し改善手段３は、好ましくは、光取出し面５に光を反射または分散する。光取出し改善手段３を用いることにより、ライトガイド１ａ、１ｂの光取出しの均一性が最適化される。ライトガイドの光取出しの効率はこのように増大される。

好ましくは、光取出し改善手段３は、透明層１ｂに沿ってその密度を変化させる。光取出し改善手段３は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のような点光源２またはライトガイド１ａ、１ｂのいずれかの面での線光源について最適化されるよう密度が有利に可変である。好ましくは、光取出し改善手段３の密度は、光源２からの距離内で増加する。それゆえ、光取出し改善手段３は、均一なバックライトを形成するため、好ましくは均一に光を取り出す。

例えば、光取出し改善手段３はプリズムアレイである。特に、光取出し改善手段３は、例えば球面状、錐体状、または三角状の孔またはバンプである。これに代えて、光取出し改善手段３は、拡散散乱のための手段、特に、エッチングされたドットであってもよい。ライトガイド１ａ、１ｂの本例示的実施形態では、光取出し改善手段３は、基板層１ａに対向する透明層１ｂの面上に配置された球面状の孔である。

光取出し改善手段３は好ましくは透明層１ｂ上にエンボス加工により形成される。好ましくは、光取出し改善手段３は透明層１ｂ上にロールツーロール法により形成される。

光取出し改善手段３の原型は、複製され、ロールツーロール法に組み込まれてもよい。従って、透明基板層１ａの大量の材料ロールが、ライトガイド１ａ、１ｂを大量生産するのに用いられる。これにより、ライトガイド１ａ、１ｂは、射出成形されるライトガイドなどと比較して非常に経済的かつ非常にコスト効率が高い。

基板層１ａと透明層１ｂの材料は、光源２の発光に対して光学的に透過性である。

透明層１ｂは有利には硬化性層である。透明層１ｂは好ましくはＵＶ放射により硬化可能である。好ましくは、透明層はポリマー層である。

透明基板層１ａは好ましくはプラスチックフィルムである。特に、透明層１ｂの材料は、基板層１ａの材料と一致する屈折率を有するか、または、同様の屈折率を有する。それゆえ、良好な光誘導を示す、好ましくは薄く柔軟なライトガイド１ａ、１ｂが提供される。

ライトガイド１ａ、１ｂ内の光伝播を、図１および２中、矢印によって示す。

好ましくは、光学装置は、ライトガイド１ａ、１ｂの光取出し面５に対向して配置される反射層４を備える。それゆえ、ライトガイド１ａ、１ｂの光効率は改善される。

図２は、ライトガイド１ａ、１ｂと、ライトガイド１ａ、１ｂを照明する光源２とを備える光学装置の他の断面を概略的に示す。

図１の実施形態とは異なり、ライトガイドがキャリア６、例えばリードフレーム、コードまたはプリント配線板の上に取り付けられる。それゆえ、ライトガイド１ａ、１ｂおよび光源２はキャリア６上に配置されることができ、さらに光源２の電気接続が形成される。

ライトガイド１ａ、１ｂとキャリア６との間には、反射層４が配置される。それゆえ、取り出された光は、反射層４により反射され、光取出し面５上から出力される。ライトガイド１ａ、１ｂの効率は、このようにして好ましく増大させうる。

図１の実施形態とは異なり、２つの光源２がライトガイド１ａ、１ｂの側面上に配置される。特に、光源２は互いに対向して配置される。このような配置は、好ましい均一な光取出しをもたらす。ライトガイド１ａ、１ｂの光取出し度は、光取出し面５全体にわたって大きく変化しない。

ライトガイド１ａ、１ｂの取出し均一性を最適化するため、光取出し改善手段３が、基板層１ａに対向する透明層１ｂの表面上に配置される。図２の実施形態の光取出し改善手段３は、光源２への距離に依存してその密度が変わる錐体状の孔である。

図３は、ライトガイド１ａ、１ｂと、ライトガイド１ａ、１ｂを照明するための光源２とを備える他の光学装置の概略平面図を示す。

この実施形態では、ライトガイド１ａ、１ｂは光源２をライトガイド１ａ、１ｂに光学的に接続する手段７を含む。光学的接続手段７は、打ち抜きまたはレーザーカットによりライトガイド１ａ、１ｂ内に形成される。

光学的接続手段７は、例えば、ライトガイドの切り欠きであってもよい。切り欠きは、くぼみよりなるドームであってもよい。好ましくは、光源２は、発光が大きな光損失なしにライトガイド１ａ、１ｂに入力されるよう、ドーム内に部分的に配置される。

さらに、光取出し構造９が、好ましくはライトガイド１ａ、１ｂの光取出し面５に設けられる。これらの光取出し構造９は、例えば、３次元構造である。光取出し構造９は、ライトガイド１ａ、１ｂから出力される光の均一性と効率とを増大させる。また、光取出し面５を粗面化して、光取出しの均一性および効率をさらに上昇させてもよい。

図３の光学装置の実施形態は、上記の相違を除き、図１および２の光学装置の実施形態の主な特徴を備える。

図４は、ライトガイド１ａ、１ｂとライトガイド１ａ、１ｂを照明する光源２とを備える他の光学装置の概略平面図を示す。

光学装置１ａ、１ｂの本実施形態は、ライトガイド１ａ、１ｂの側面に配置される複数の光源２を備える。特に、２つの光源２、特にＬＥＤ、は、ライトガイド１ａ、１ｂの一側面上に配置される。この側面に対向する側面に２つの他のＬＥＤ２が配置されている。それゆえ、この場合、２つのＬＥＤ２は互いに対向して配置されている。

複数の光源２はライトガイド１ａ、１ｂの均一な光取出しを最適化しうる。好ましくは、複数のＬＥＤ２は、ライトガイドの両側面に配置されている。特に、少なくとも２つのＬＥＤがライトガイドの各側面に、例えば、互いに対向して配置されていてもよい。このようにして、光学的に均一な光取出しがもたらされる。ライトガイド１ａ、１ｂの光取出しは、これにより、光取出し面５全体にわたってほぼ同一である。

図４の光学装置の実施形態は、上記相違を除き、図１、２および３の光学装置の実施形態の主な特徴を備える。

図５Ａ、５Ｂ、５Ｃに、光取出し改善手段３の好ましい概略平面図を示す。

図５Ａに球面状の孔を示す。球面状の孔は、例えば、約１５μｍの高さｈを有する。球面状の孔の断面の寸法は約５０μｍである。

図５Ｂの光取出し改善手段３は、３次元の四辺形プリズム状の孔である。四辺形プリズム孔の底面の各側辺長は、例えば、約７１μｍである。四辺形プリズムの高さｈは、図５Ａの例の高さと同様に、約１５μｍである。四辺形プリズムの底面と２つの対向する側面との間の角度αは約４５°である。

図５Ｃに錐体状の孔を示す。図５Ｂの例と等しく、底面の側辺の長さは約７１μｍであり、高さｈは約１５μｍである。底面と各側面との間の角度αは、それぞれの場合約４５°である。

図５Ａ〜５Ｃの例に基づく光取出し改善手段３の使用により、ライトガイドの光取出しの均一性が最適化されうる。このような光取出し改善手段３は、均一なバックライトを形成するために、光を好ましくは均一に取り出す。

光取出し改善手段３は、好ましくはエンボス加工により透明層上に形成される。好ましくは、光取出し改善手段３はロールツーロール法により透明層上に形成される。

図６は、ライトガイド１ａ、１ｂと、ライトガイド１ａ、１ｂを照明するための光源２とを備える他の光学装置の断面を概略的に示す。

図１の実施形態と比して、透明層１ｂが透明基板１ａの光取出し面５上に配置される。

ライトガイド１ａ、１ｂの本例示的実施形態において、光取出し改善手段３は、基板層１ａに対向する透明層１ｂの表面上に配置される球面状のバンプである。

本特許出願は米国仮特許出願６１／０６６，７１９の優先権を主張し、その開示内容は本明細書中に参照により組み込まれる。

例示的実施形態を用いる本発明の上記詳細な説明は、本発明のこれへの限定を意味すると理解されるべきではない。むしろ、クレーム１および１１において定められた発明の概念は、きわめて多くの非常に異なるデザインに適用可能である。特に、本発明は、その組み合わせが特許クレームの対象に挙げられていないとしても、例示的実施形態および残りの詳細な説明において示された特徴のすべての組み合わせをも包含する。

Claims (15)

1. ライトガイドと、前記ライトガイドを照明するための光源とを備える光学装置であって、
   −前記ライトガイドは透明基板層と透明層とを備え、
   −前記ライトガイドは前記基板層の表面上に光取出し面を有し、
   −前記透明層は前記基板層の前記光取出し面に対向する表面上に配置されるか、または、前記基板層の前記光取出し面上に配置され、
   −前記透明層は光取出し改善手段を含む、
   ことを特徴とする光学装置。
2. 前記ライトガイドは３００μｍ未満の厚さを有する、請求項１に記載の光学装置。
3. １または複数の前記光源は、前記ライトガイドの少なくとも一側面上に配置される、請求項１に記載の光学装置。
4. 前記光取出し改善手段は前記透明層に沿って密度が変化する、請求項１に記載の光学装置。
5. 前記光取出し改善手段はプリズムアレイである、請求項１に記載の光学装置。
6. 前記透明層は硬化性層またはポリマー層である、請求項１に記載の光学装置。
7. 前記基板層はプラスチックフィルムである、請求項１に記載の光学装置。
8. 前記透明層の材料は前記基板層の材料と一致する屈折率を有する、請求項１に記載の光学装置。
9. 前記光源はＬＥＤである、請求項１に記載の光学装置。
10. 前記ライトガイドは、前記光源と前記ライトガイドとを光学的に接続するための手段を含む、請求項１に記載の光学装置。
11. −透明基板層を設けるステップと、
    −透明層を前記基板層の光取出し面に対向する表面上に配置するか、または、透明層を前記基板層の光取出し面上に配置するステップと、
    −光取出し改善手段を前記透明層上に形成するステップと、
    −該ライトガイドの面上に光源を取り付けるステップと、
    有することを特徴とする、ライトガイドの製造方法。
12. 前記光取出し改善手段がエンボス加工により前記透明層上に形成される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記光取出し改善手段がロールツーロール法により前記透明層上に形成される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記透明層はＵＶ放射により硬化される、請求項１１に記載の方法。
15. 前記光源と前記ライトガイドとを光学的に接続するための手段が、打ち抜きまたはレーザーカットにより前記ライトガイド内に形成される、請求項１１記載の方法。

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