JP2013531866A - ビーム整形機能を有する光学スタック、光源、及び照明器具 - Google Patents

Abstract

ビーム整形機能を有する光学スタック108、光源、及び照明器具が提供される。ビーム成形光学スタック108は発光素子の発光面へと光学的に結合されねばならない。ビーム成形光学スタック108は、第1の光透過層120と第2の光透過層118とを有する。第1の光透過層120からの光を入力するために、第2の光透過層118は第1の光透過層120へと光学的に結合された第1の側110を有する。第2の光透過層118は更に、入力した光を別の光媒体へと発するために、第1の側110の実質的に反対側にある第2の側106も有する。第2の光透過層118は更に、前記第2の側106に、前記第1の側110の法線112に対する発光角度θaの増大と共に発光量の減少を実現するための幾何学的な構造部116を有する。第1の光透過層120は第1の屈折率をもつ第1の材料から成る。第2の光透過層118は第2の屈折率をもつ第2の材料から成る。第1の屈折率は第2の屈折率よりも小さい。

Description

本発明はビーム整形機能を提供する光学スタックに関する。

有機発光デバイス（OLED）はランバート型の発光素子であり、したがって同素子は全ての角度に光を発する。斯様なランバート型の発光素子が作業空間用の照明として例えばオフィスの天井で用いられた場合、まぶしさが問題となる。まぶしさは、視野の中にある明るいエリアによって生じる感覚である。ランバート型の発光素子は視野の領域内で直接目に入るか、又は例えばコンピュータディスプレイ上で反射光として目に入る。まぶしさによる不快な影響を減らすために、さまざまな国家規格及び国際規格が定められている。例えば典型的な基準は、65°よりも大きな発光角度では1000 cd/m²よりも高くない光が発されるよう、発光素子又は発光素子を有する照明器具では60°よりも大きな発光角度では発光が強く減衰するよう設計されていなければならない。発光角度は垂直軸に対して規定される。

Hyouk Kwonet et. al．の論文「OLED照明からの出射効率を強化するための全ての曲線因子を備えたマイクロレンズアレイのフィルム」、ソリッドステート・センサ、アクチュエータ、及びマイクロシステムに関する国際会議2007におけるTransducers誌 国際版 2007、2007年6月10日-14日、pp 1091-1094において、OLEDからの光をより多く出射するための解決案が説明された。同論文は、OLEDの発光面に光学的に結合されねばならないマイクロレンズのアレイ（ML A）を備えたシートを開示している。しかしながら、ML Aを備えたOLEDが通常のまぶしさの基準を満足させることはない。

国際特許公開公報WO 2005/083317A1において、特定の形状の突起を発光面に有する半透明の照明パネルが開示されている。同突起は比較的小さな角度ではパネル面への光の放出を防止し、したがってまぶしさを防止する。当該突起は角錐形状又は円錐形状を有する。発光面の実質的に反対側にある半透明の照明パネルの表面が発光素子からの光を入力し、同表面は実質的に平坦である。

したがって、まぶしさを防止し且つより十分な量の出射光を得るために、引用された論文のML AシートとOLEDを重ね合わせるのではなく、引用された特許出願の半透明の照明パネルとOLEDを重ね合わせるのが論理的であると考えられる。マイクロレンズがそうであるように、突起が光の出射を促進することが期待され、特定の形状の突起が、パネル面への光の放出を比較的小さな角度では防止することが期待される。しかしながら評価中に、この構成においては特定の形状の突起を備えたシートのビーム整形効果が消失したこと、及びまぶしさの問題が、引用された特許出願の半透明の照明パネルと重ね合わされたOLEDで依然として存在することが判った。

本発明の目的は、比較的小さな発光角度で発された光と比べて、より少量の光が比較的大きな発光角度で発される発光素子と共に使用する光学構造を提供することである。発光角度は、発光素子の発光面の法線に対して規定される。

本発明の第1の態様が、請求項１に記載のビーム成形光学スタックを提供する。本発明の第2の態様が、請求項１１に記載の光源を提供する。本発明の第3の態様が、請求項１５に記載の照明器具を提供する。好ましい実施例が従属請求項に規定されている。

本発明の第1の態様によるビーム成形光学スタックは、発光素子の発光面に光学的に結合されねばならない。ビーム成形光学スタックは第1の光透過層と第2の光透過層とを具備している。第1の光透過層からの光を入力するために、第2の光透過層は第1の光透過層へと光学的に結合された第1の側を有する。入力した光を別の光媒体へと発するために、第2の光透過層は第1の側の実質的に反対側にある第2の側を更に有する。第1の側の法線に対して発光角度が増してゆくと共に減衰してゆく発光を得るために、第2の光透過層は第2の側に幾何学的な構造部を更に有する。第1の光透過層は第1の屈折率をもつ第1の材料から成る。第2の光透過層は第2の屈折率をもつ第2の材料から成る。第1の屈折率は第2の屈折率よりも小さい。

第2の光透過層中を第1の側から第2の側へと透過する光が第1の側の法線に対して様々な光透過角度を持つ場合、第2の光透過層のビーム整形効果が減じるとの知見がある。より十分なビーム整形効果を得るために、第1の側から第2の側へと透過する光線により形成される円錐の頂角が限定されなければならない。これは、第2の光透過層内にある光の最大透過角度が限定されることを意味する。光の透過角度は第1の側の法線に対して規定される。本発明は、発光素子から生じて第1の光透過層を経て第2の光透過層へと透過する光に関する点に更に留意されたい。これは、他の光源からの光、例えば幾何学的な構造部を介してスタックに入る周囲からの光も同スタック中を透過することを除外するものではない。

光が、第1の屈折率を有する第1の媒体から第1の屈折率とは異なる第2の屈折率を有する第2の媒体へと透過する場合、光線は屈折する。第1の材料の屈折率が第2の材料の屈折率よりも低い場合、第1の光透過層から第2の光透過層へと透過する光は、第1の光透過層と第2の光透過層との間のインタフェース部分に対する法線の方向へと屈折する。したがって、第2の光透過層中にある光の光線角度による円錐の頂角が減じられる。これ故、第2の光透過層のビーム整形効果が改善され、第1の側の法線に対して比較的大きな角度では、より少量の光が別の光媒体へと発される。

第1の光透過層と第2の光透過層との間のインタフェース部分が比較的滑らかであることに留意されたい。したがって、第2の光透過層の第1の側は比較的滑らかである。比較的滑らかとは、第1の側が光の散乱を引き起こす規模の凸部及び凹部、又は粗さではないことを意味する。言い換えると、インタフェース部分及び第1の側が滑らかな関数により記述されており、これは同関数が複数回微分されることができることを意味する。インタフェース部分及び第1の側が平坦な面であることを意味しない点に留意されたい。即ち、インタフェース部分及び第1の側は僅かに湾曲していてもよい。インタフェース部分及び第1の側が比較的滑らかである場合、第1の屈折層から第2の屈折層へと透過する光は、散乱のない十分に制御された態様にて屈折し、したがって、光線角度が明確な円錐が第2の光透過層内で得られる。

ビーム成形光学スタックが光源の発光面に用いられる場合、まぶしさを減じるという点で有利である。斯様な光源の発光面は比較的大きい。第1の光透過層が光源の発光面と光学的に結合されている場合、光源の発光面に対して比較的小さな角度を成す発光角度での発光が回避される。したがって、まぶしさが通常の基準以下に留まると同時に、面発光型の光源は比較的高い光強度で光を発することができる。

第1の光透過層及び第2の光透過層が光を透過できる。光を透過するとは、第1の側で層に入る光の少なくとも一部が、第2の側で当該層を出てゆくことを少なくとも意味する。したがって、第1の光透過層及び/又は第2の光透過層は完全に若しくは部分的に半透明であり、及び/又は完全に若しくは部分的に透明である。第2の光透過層は第2の側に幾何学的な構造部を有し、これは、第2の側が実質的に平坦な表面ではなく、幾何的配列によって記述又は規定される構造を有することを意味する。

第2の光透過層の第2の側で発された光が別の光媒体へと発される。別の光媒体とは、ビーム成形光学スタックの周囲にある光媒体のことであり、したがって特定のアプリケーションにおいては、別の光媒体とは、ビーム成形光学スタックの周囲にある光媒体である。発光素子及びビーム成形光学スタックの組合せが例えばオフィス環境において使われた場合、別の光媒体は空気である。しかしながら、別の光媒体の実施例が空気に限定されることはない。発光素子及びビーム成形光学スタックの組合せが水中でのアプリケーションで使われた場合、別の光媒体は水である。更に本発明において、用語「光を発する」の使用が排他的に光源と限定されるわけではない。光を発するは、光を送り出す意味においても使用される。したがって、第2の光透過層の第2の側で、光が別の光媒体へと送り出される。

ビーム成形光学スタックは、ビーム整形する光学箔、ビーム整形する光学シート、又は光源の発光面の上部に直接造作されるスタックでもよい。ビーム整形する光学箔は、幾何学的な構造を第2の側に既に有する第2の材料の箔へと第1の材料の箔を接着することにより製造されることができる。ビーム整形する光学シートは第1の材料のシートを第2の材料のシートへと光学的に結合し、この後当該幾何学的な構造を第2の光透過層へとスタンプすることにより製造されることができる。スタックは例えば、第1の材料の層を発光素子の発光面上にスピンコートすることによって発光素子の発光面の上部に直接造作することができ、発光素子を第2の材料の層でスピンコーティングすることに続いて、最後に幾何学的な構造を第2の光透過層の第2の側にスタンプする。

ビーム成形光学スタックは比較的薄く、これは第1の側に対して垂直な方向に規定されるビーム成形光学スタックの厚さが同スタックの第1の側の長さ及び幅よりも小さいことを意味する。更に、ビーム成形光学スタックは実質的に平坦であり、これは本発明においては、ビーム成形光学スタックは仮想面（後述）に実質的に追従するが、しかし、ビーム成形光学スタックは依然として幾何学的な構造を第2の側に有する。しかしながら他の実施例において、例えば湾曲した発光面を有する発光素子に適用される場合、ビーム成形光学スタックが湾曲していてもよい。

一実施例において第1の光透過層は、第2の光透過層の第1の側と直接接触している。本願明細書においては、直接接触しているとは、第1の光透過層と第2の光透過層の第1の側との間に少なくとも空隙がないことを意味する。複数の層が直接接触する場合、光学的結合が最適である。しかしながら、接着剤又は接着層が第1の光透過層と第2の光透過層の第1の側との間に提供されてもよく、また、発光素子の発光面と第1の光透過層との間に提供されてもよい。

別の実施例では、第2の屈折率と第1の屈折率との間の比率は1.41よりも大きい。この比率が1.41よりも大きな場合、第2の光透過層内の光透過角度を示す円錐は、第1の側の法線に対して45°の最大光透過角度をもつ。第2の光透過層の第2の側でビーム成形光学スタックの周囲へと発される光の好都合なビーム整形効果を得るために、第2の光透過材料の光透過角度を示す円錐の最大光透過角度は、第1の側の法線に対して45°を超えてはならない、との知見がある。

別の実施例では、第1の屈折率は1.4よりも低い。1.4以下の屈折率は比較的低い屈折率である。第1の材料が斯様な低い屈折率を有する場合、より高い屈折率をもつ第2の材料を見つけることは比較的容易であり、第1の側から第2の側へと透過する斯様な光の透過角が成す円錐の頂角は特定の角度に限定され、より良いビーム整形効果が得られる。

一実施例において、第1の材料はアモルファスのフッ素樹脂を有する。アモルファスのフッ素樹脂を有する材料は概して比較的低い屈折率を有する。比較的低い屈折率とは、これまでに説明したように1.4よりも低い屈折率である。他の材料が第1の光透過層に含まれていてもよい点に留意されたい。本発明においては、第1の材料の主要な特性は第1の材料が光を透過し、且つ比較的低い屈折率をもつということである。

別の実施例では第2の屈折率は1.8よりも高い。1.8以上の屈折率は比較的大きな屈折率である。第2の材料が斯様な屈折率を有する場合、より低い屈折率をもつ第1の材料を見つけることは比較的容易であり、したがって第1の側から第2の側へと透過する斯様な光の透過角が成す円錐の頂角は特定の角度に限定され、より良いビーム整形効果が得られる。

一実施例において、第2の材料はTi0²のナノ粒子を含むポリマを有する。Ti0²のナノ粒子を有する材料は概して比較的高い屈折率を有する。比較的大きな屈折率とは、これまでに説明したように1.8よりも高い屈折率である。他の材料が第2の光透過層に含まれていてもよい点に留意されたい。本発明においては、第2の材料の主要な特性は第2の材料が光を透過し、且つ比較的大きな屈折率をもつということである。

一実施例において、幾何学的な構造部は、第2の光透過層から離れるよう延在し且つ別の光媒体へと突出している突起を有する。幾何学的な構造部が突起を有する場合、別の光媒体へと透過する光は、主に第1の側の法線に比較的近い角度で透過する。これは、まぶしさによる不利な影響を回避する。第2の光透過層の第2の側が完全に突起を有するよう、幾何学的な構造部が複数の突起を有し、複数の突起のそれぞれの基部が隣接する複数の突起の基部と接している点に留意されたい。しかしながら、小さな空間が突起の基部の間に存在するよう、複数の突起が第2の光透過層の第2の側に配置されてもよい。好都合な実施例において、突起の基部の断面積が0.4 mm x 0.4 mmよりも大きいことはない。突起が比較的小さい場合、第2の光透過層は比較的薄くてもよく、例えば0.5 mmよりも薄くてよい。

他の実施例においては、突起は実質的に円錐形状か、又は実質的に角錐状の形状を有する。突起の基部は、突起の頂部よりも第1の側の近くにある。斯様な形状の突起が好都合なビーム整形効果を提供することが証明された。即ち、別の光媒体へと透過する光が、ビーム成形光学スタックの法線に対して比較的大きな角度で透過することが回避される。突起が角錐又は円錐とは僅かに異なる形状を有してもよい点に留意されたい。例えば円錐又は角錐の頂部が、突起へと延在する凹部を有してもよい。突起が頂部に凹みを有する場合、ビーム成形光学スタックは、ヒトがビーム成形光学スタックの第2の側に触れねばならないときに不都合な鋭い突起を有することがなく、この場合第2の光透過層はより薄くてもよい。

他の実施例において、突起の成す円錐の頂角は90°から110°までの範囲の角度である。実用的な実施例において当該角度は95°から105°までの別の範囲にある。これらの突起が比較的高い屈折率と共に第2の光透過層に使われた場合、斯様な円錐頂角を有する突起は、比較的良好なビーム整形効果を提供する。

他の実施例において、ビーム成形光学スタックは更に一つ以上の追加の光透過層を有する。追加の光透過層は第1の光透過層と第2の光透過層との間に配置される。一つ以上の追加の層は、第1の光透過層から第2の光透過層の方への光の透過を可能にする。一つ以上の追加の光透過層の屈折率は第1の屈折率よりも大きく、第2の屈折率よりも小さい。実用的な実施例においては、追加の層を第1の光透過層と第2の光透過層との間に配置することが有用である。斯様な追加された層は透明な接着剤か若しくは接着層でもよく、又は別の実施例では、特定の波長範囲の光の透過のみを許容する着色フィルタでもよい。一つ以上の追加された層の屈折率が第1の屈折率及び第2の屈折率によって限定される範囲内にある場合、第2の光透過層内での最大光透過角度の減少効果が減ることはなく、したがって、まぶしさの減少効果が依然として得られる。最大光透過角度は第1の側の法線に対して規定される。追加された層を使用することは、光の吸収が追加されるリスクがある。これまでに説明したように、光の所望されない屈折及び散乱を防止するために、スタックの層の間にあるインタフェース部分は比較的滑らかである。

本発明の第2の態様によれば、本発明の第1の態様による発光素子及びビーム成形光学スタックを含む光源が提供される。ビーム成形光学スタックの第1の光透過層が、発光素子の発光面に光学的に結合される。本発明の第2の態様による光源は、本発明の第1の態様によるビーム成形光学スタックと同様の効果及び実施例を有する。ビーム成形光学スタック及び発光素子の組合せの更なる効果は、発光素子からの光をより十分に出射することである。発光面を備えた発光素子が、発光面を介して全ての光を発するわけではない。何故ならば、内部全反射（TIR）の結果として光の一部が発光素子に閉じ込められるからである。発光素子がビーム成形光学スタックと重ね合わされている場合、発光素子の発光面は空気にもはや隣接しているのではなく、発光面は、空気の屈折率よりも高い屈折率を有する材料と殆どの場合は隣接しており、したがってTIRの影響を受ける光はより少ない。この後、第2の光透過層の幾何学的な構造部が、別の光媒体へと向けて第2の光透過層に入力された光のかなりの部分を実質的に出射する。

一実施例においては、第1の光透過層の第1の側が第2の光透過層に光学的に結合され、第1の光透過層の第1の側の実質的に反対に在る第1の光透過層の第2の側が、発光素子の発光面と光学的に結合される。

一実施例においては、第1の光透過層は発光素子の発光面と直接接触している。これまでに強調されたように、直接接触しているとは発光面と第1の光透過層との間に空隙がないことを意味する。直接接触を用いることによって、より良好な光学的結合が得られる。

他の実施例において、第1の光透過層と発光素子の発光面との間のインタフェース部分が、発光素子からビーム成形光学スタックへの光の出射量を増すよう構築されるか又は凹凸を付けられる。構築されたインタフェース部分又は凹凸を付けられたインタフェース部分とは、同部分のサブエリアが予め規定された基準軸に対して複数の異なる角度をもつインタフェース部分のことである。例えば発光面が複数の凸部を有し、第1の光透過層が複数の凸部を受け入れる複数の凹部を有する。二つの層の間にある斯様なインタフェース部分は、結果として発光素子からの光をより多く出射する。

一実施例において、発光素子は有機発光デバイス（OLED）である。OLEDは実質的にランバート型の発光素子である。ビーム成形光学スタックとOLEDを重ね合わせることによって、OLEDの発光面の法線に対して比較的大きな発光角度では、OLED及びビーム成形光学スタックの組合せは、発光した光のうち比較的少ない割合を発する。更に、OLEDは基板上に製造され、同基板はしばしばガラスであり、同基板はしばしばOLEDの出射窓として機能する。したがって、基板が空気と隣接したときの内部全反射（TIR）に起因して、OLEDの発光層で発生した光の比較的大きな部分がOLED内に閉じ込められる。ビーム成形光学スタックを発光面に使用することによって、より多量の光がOLEDからビーム成形光学スタックへと出射される。OLEDが製造される基板の屈折率と比べて第1の光透過層の第1の屈折率が実質的に等しいか又はより大きな場合、最大の出射光が得られることに留意されたい。しかしながら、第1の屈折率は第2の屈折率よりも低くなければならず、したがって、第1の屈折率は基板の屈折率よりも低く、よって最適に準じる出射光が得られることが可能であると期待される。しかしながら、第1の屈折率が空気の屈折率である1よりも大きい限り、OLEDが空気へと光を発する状況よりも多量の出射光が依然として得られる。

本発明の第3の態様によれば、本発明の第2の態様による光源を有する照明器具が提供される。当該照明器具は光源の場合と同様の実施例を提供し、本発明の第2の態様による光源の実施例と同様の効果を有する。

本発明のこれらの態様及び他の態様が、これ以降説明されている実施例から明らかであり、当該実施例を引用して解明されることであろう。

本発明の上述の実施例、具現化、及び/又は態様の二つ以上のものが、役立つと考えられる何らかの態様にて組み合わせることができると当業者により理解されることだろう。

説明されたビーム成形光学スタックの修正変更に対応する光源及び/又は照明器具の修正変更が、本願明細書の説明に基づいて当業者により行われることができる。

ビーム整形する光学箔の実施例の断面を概観的に示す。 ビーム整形する光学箔の別の実施例の断面を概観的に示す。 光源の実施例を概観的に示す。 本発明の第2の態様による光源の発光プロファイルを示す。 本発明の第3の態様による照明器具の実施例を示す。

異なる図において同一の参照番号により表示されている項目は、同じ構造的な特徴及び同じ機能を有するか、又は同じ信号であることに留意されたい。斯様な項目の機能及び/又は構造がこれまでに説明された場合、以下の詳細な説明においてこれらの反復説明は必要とされない。

図は単に概略であり、縮尺通りには描画されていない。説明を特に明確にするために、幾つかの寸法は強く誇張されている。

ビーム整形する光学箔100の第1の実施例が図1に示されている。第1の光透過層120及び第2の光透過層118のスタック108が、ビーム整形する光学箔100を形成する。第2の光透過層118は第1の側110を有し、第1の側110の実質的に反対側に第2の側106を有する。第1の側110は第1の光透過層120に光学的に結合している。図示された実施例において、第1の光透過層120は第2の光透過層118の第1の側110と直接接触しており、これは、第2の光透過層118が第1の光透過層120の上部に配置されることを意味する。二つの層118及び層120の間に空隙はない。第2の光透過層118は、光透過性の接着剤を用いて第1の光透過層120に取り付けられる。他の実施例では、スピンプロセスの蒸着を用いて第1の光透過層120が第2の光透過層118の第1の側110の上部に製造される。

第2の光透過層118の第1の側110及び第1の光透過層は実質的に平坦である。しかしながら、図1aにおいてはビーム整形する光学箔100が仮想面114と平行な箔として示されているが、ビーム整形する光学箔が湾曲した発光面を有する光源に使用される場合はビーム整形する光学箔は湾曲していてもよい点に留意されたい。第2の光透過層118は、幾何学的な構造部116を第2の側106にもっており、これは、第2の側106が実質的に平坦な表面ではなく、幾何学の数式によって記述又は規定できる構造を有することを意味する。図1の例では断面が示されており、したがって幾何学的な構造部116を表している鋸歯線は角錐の繰り返しを有する構造か、又は円錐状の突起の繰り返しを有する構造の断面を示している。第2の側106で発された光をビーム整形する際に援助する限りは、他の幾何学的な構造も同様に考えられる。この幾何学的な構造部116は、第2の光透過層118に入力される第1の光透過層120からの光が比較的大きな出射角で、ビーム整形する光学箔100の周囲に発されることを回避する。90°乃至110°の範囲の頂角θcを有する角錐又は円錐形状の突起をもつ幾何学的な構造部116は、第2の側106で発する光の大部分を比較的小さな発光角度θaでのみ発し、同時に比較的大きな発光角度θbでは低下した強度で発するか、又は発しないような好都合なビーム整形効果を提供することが判った。

出射角の概念が図1aの上部に例示されている。仮想線114が描かれており、これはビーム整形する光学箔100と実質的に平行であり、特に第2の光透過層118の第1の側110と実質的に平行である。仮想線114に対する法線の軸112が、ビーム整形する光学箔100に対する法線の軸112として規定されている。特定の光線の発光角度は、当該特定の光線と法線の軸112との間の角度である。

第1の光透過層120は、光を透過し且つ第1の屈折率を有する第1の材料で製造される。光を透過するとは、第1の側で第1の光透過層120に入った光の少なくとも一部が、第2の側で第1の光透過層120を出てゆくことを少なくとも意味する。したがって、第1の光透過層120は完全に若しくは部分的に半透明であるか、又は完全に若しくは部分的に透明である。第2の光透過層118もまた、光を透過し且つ第2の屈折率を有する第2の材料で製造される。第2の屈折率は第1の屈折率よりも高くなければならない。光線の光透過角度、即ち第2の光透過層118を透過する光線の光透過角が比較的小さな円錐に限定される場合にのみ、第2の光透過層118のビーム整形効果が得られるとの知見が得られた。光透過角度は法線の軸112に対して規定される。第2の屈折率が第1の屈折率よりも大きな場合、光線の円錐の頂角が限定されるよう、第1の側110で第2の光透過層118に入る光線が屈折される。これは図2で更に説明されよう。

一実施例において、第1の屈折率は1.4よりも小さく、第2の屈折率は1.8よりも大きい。屈折率に斯様な差があると、第2の光透過材料118内の光線の頂角は比較的小さい。これは好都合なビーム整形効果を結果として生じる。

他の実施例において、第2の屈折率と第1の屈折率との間の比率は以下の条件を満足する。即ち、

比率Rが斯様な高い値である場合、第2の光透過材料118内の光線が成す円錐の最大光透過角度は第1の側の法線に対して45°未満であり、したがって第2の側106でビーム整形する光学箔100の周囲へと発される光は、ビーム整形する光学箔100の法線に対して比較的小さな発光角度で発されるに過ぎない。

第1の光透過層120はアモルファスのフッ素樹脂を有する。斯様な材料は比較的低い屈折率を有する。第1の屈折率が比較的小さい限り、他の材料が第1の光透過層に使われることもできる。第2の光透過材料は比較的高い屈折率をもつ材料である。高屈折率はハイブリッド・ポリイミドなどのハイブリッド材料によって得られることが可能である。一実施例において、第2の光透過層118の材料はポリマ及びTi0²のナノ粒子を有する。ポリマ及びTi0²のナノ粒子から成る材料は1.8よりも高い屈折率を有する。第2の光透過層118中のTi0²のナノ粒子の割合を増加させることによって、第2の屈折率は増す。

図1aの例において、ビーム成形光学スタック108が、ビーム整形する光学箔100として提供されている。他の実施例においては、スタック108がシートとして提供されてもよく、又は例えば層を発光素子の上にスピンコートし、幾何学的な構造を第2の光透過層にスタンプすることを介して、スタック108が発光素子の発光面上に直接製造されてもよい。

図1bは、ビーム整形する光学箔122の別の実施例を提供している。ビーム整形する光学箔122は三つの層から成るビーム成形光学スタック124を有する。即ち第1の光透過層120と、第2の光透過層118と、第3の光透過層126とである。第1の光透過層120及び第2の光透過層118は、図1aにおいてこれまでに説明したような特性を有する。第3の光透過層126は第3の屈折率を有する第3の材料から成る。第3の屈折率は第1の屈折率よりも大きく、且つ第2の屈折率よりも小さい。斯様な第3の材料が、第2の光透過層の好都合なビーム整形効果に影響することはない。何故ならば、図1bの例において、光透過角度をもつ円錐の最大光透過角度の限定がステップ的に実行されるからである。第一の最大光透過角度の限定が、第1の光透過層120と第3の光透過層126との間のインタフェース部分で実行され、これに続く最大光透過角度の限定が、第3の光透過層126と第2の光透過層118との間のインタフェース部分で得られる。

図2では光源200の断面が示されている。光源200は、本発明の第1の態様による発光素子222及びビーム整形する光学箔218を有する。ビーム整形する光学箔218は第1の光透過層120と第2の光透過層216とを有する。

発光素子222は、発光層224を有する有機発光ダイオード（OLED）である。光線220によって示されるように、光を発生する層は通常全方向に光を発する。通常のOLEDデバイスは、光の出射窓の機能も有するガラス基板上に製造され、したがって基板の上面は発光素子222の発光面219である。発光素子222からの光が第1の光透過層120に入るよう、当該発光面219は第1の光透過層120と接触している。図2の例では、発光素子222の基板の屈折率が第1の光透過層120の第1の屈折率よりも高いと看做される。実用的な実施例において、基板がしばしば1.5に近い屈折率を有するガラスでできているか、又は時々、基板は1.77の屈折率をもつサファイヤの層であるので、これは有効な仮定である。これまでに説明したように、第1の光透過層120の屈折率は1.4よりも低い。したがって、発光面219と第1の光透過層120との間のインタフェース部分210では、発光層224によって発生した全ての光が第1の光透過層120へと透過するわけではなく、光の一部が内部全反射（TIR）を受け、したがって発光素子222内に閉じ込められる。第1の光透過層120へと透過する光は、208に示すように実質的に全ての光透過角度で透過する。したがって、インタフェース部分210の法線に対する最大光透過角θ1は大きく、殆どの場合、実質的に90°に等しい。

発光層224にて生成された全ての光が第1の光透過層120に透過するわけではないものの、空隙が発光素子222と第1の光透過層120との間に存在する場合に透過する量と比べると、より多量の光が第1の光透過層へと透過する。何故ならば第1の屈折率が空気の屈折率より依然として大きいからである。したがって、第1の光透過層120が発光素子222からの光の出射量を増大させる。光の出射量を増大させるよう、発光素子222と第1の光透過層120との間のインタフェース部分210が構築されるか、又は凹凸を付けられる。これは、インタフェース部分210の一部分が拡大された詳細な断面212において示されている。断面212の例において、インタフェース部分210は凹凸を付けられており、これはインタフェース部分が凸部及び凹部を有する一種のランダムパターンを備えていることを意味する。構造化されたインタフェース部分は、凸部及び凹部のパターンが明確な幾何学的なパターンであるインタフェースである。

図2の実施例において、第1の光透過層120が発光素子222と第2の光透過層216との間に配置されている。第2の光透過層216は、第2の屈折率を有する光透過媒体で製造される。第2の屈折率は第1の屈折率よりも高い。したがって、第1の光透過層120中を発光素子222から第1の光透過層120と第2の光透過層216との間のインタフェース部分207の方へと複数の光透過角度で透過する全ての光が、第2の光透過層216へと透過する。インタフェース部分207で光線は屈折する。そして206に示すように、インタフェース部分207の法線に対する第2の光透過層216内の光線の最大光透過角θ2は、第1の光透過層120内の光線の最大光透過角θ1よりも非常に小さい。これまでに説明したように、幾何学的な構造部214のビーム整形効果を減じぬよう、最大光透過角θ2が限定されねばならない。

幾何学的な構造部214は複数の突起204の反復を有する。幾何学的な構造部の写真226が示されている。更に、突起204の三次元の図228が図2に示されている。突起204は、突起204の基部部分から離れるにしたがってテーパ状となる実質的に円錐形の表面232を有する。基部部分とは、第1の光透過層120に最も近い突起204の部分である。突起は第1の光透過層120から離れるよう延在し、実際的な例では空気である別の光媒体へと延在する。離れるよう延在するとは、突起の上部部分と比べて突起の基部部分が第1の側により近いことを意味する。三次元の図228から見て取れるように、突起204の頂部部分は円錐形状をもつ凹部230を有し、円錐形状の頂部部分が突起に達している。示された光源200の断面図において、凹部が突起204の頂部にも見られる。図示された複数の突起を有する幾何学的な構造部214は、202に示すように光源200の法線に近い比較的小さな発光角度で光源200の周囲に光を発する。最大光透過角θ3は比較的小さい。θ3は、第1の光透過層120に入る光の最大光透過角θ1よりも少なくとも小さい。実用的な実施例において、最大発光角θ3の値は第2の光透過層216の光の最大発光角θ2とは異なるが、しかしながら、角度θ3が角度θ2と等しくてもよい。

光学スタック218が、必ずしも発光素子222の発光面に接着された箔であるというわけではない。別の実施例では、第1の光透過層120がスピンコーティングを用いて発光素子222上に直接製造される。この後、第2の光透過層216も第1の光透過層120の上にスピンコートされる。最後に幾何学的な構造214が、当該幾何学的な構造214が倒置された幾何学的なパターンを有するローラーを用いて第2の光透過層216にスタンプされる。

図3には、光源200による発光角度の分布図300が示されている。x-軸308は、別の光媒体に向けて光源200により発された光線の発光角度を示す。発光角度は光源200の法線に対して規定される。y-軸302の値は、特定の発光角度で光源200により発された光の正規化された強度を表す。参考までに、ランバート型の光源の発光分布306が細線で描かれている。見て取れるように、比較的大きな発光角度まで、ランバート型の光源は相当な量の光を発する。太線は図2の光源200の発光分布304を表す。図3で見て取れるように、50°よりも大きな発光角度で光源200の発光は強く減少する。まぶしさの通常の基準は、65°よりも等しいか又は大きな発光角度では1000 cd/m²未満である。光源200は、65°で0.13なる正規化された発光強度を有し、したがって、0°における最大発光強度は、7690 cd/m²よりも小さくなければならない。光源200をランバート型の光源と比較すると、ランバート型の光源は65°で0.5なる正規化された発光をし、したがって、0°では発光は、2000 cd/m²よりも小さくなければならない。このように、光源200は小さな発光角度では相対的に高い光強度のレベルで光を発することができ、同時にまぶしさが回避される。

図4は、本発明の第3の態様による照明器具400の実施例を示す。当該照明器具400は例えばオフィスでの使用に適している。ハウジング401がオフィスの天井に取り付けられる。本発明の第2の態様による複数の光源402、同406、同408がハウジング401内に設けられている。照明器具が単一光源402を、二つの光源406、同408を、又は三つ以上の光源をさえ具備していてもよいことに留意されたい。光源402、同406、同408は比較的小さな光透過角度θeで光を透過し、したがって、照明器具400を具備しているオフィスではユーザはそれほどまぶしさを経験することはない。光源402が他の二つの光源406、同408と同じ光の色を透過してもよいし、別の実施例では、光源402、同406、同408のそれぞれ一つが別の色の光を透過してもよい。

上述の実施例は本発明を限定するために例示しているのではないこと、及び当業者は添付の請求項の範囲を逸脱せずに多くの代替の実施例をデザイン出来るだろうことに留意されたい。

請求項中において、括弧の間に置かれた如何なる参照符号も当該請求項を限定するものとして解釈されてはならない。動詞「有する」及びその活用形の使用は、請求項において記述された以外のエレメント又はステップの存在を排除することはない。エレメントに先行する前置詞「a」又は「an」が、複数の斯様なエレメントの存在を除外することはない。特定の手段が相互に異なる従属請求項において再引用されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有効に使われることができないことを示してはいない。

Claims (15)

1. 発光体の発光面と光学的に結合されたビーム成形光学スタックであって、当該ビーム成形光学スタックは、
   第1の屈折率をもつ第1の材料の第1光透過層と、
   第2の屈折率をもつ第2の材料の第2光透過層と、
   を有し、当該第2光透過層は、
   i）前記第1光透過層からの光を入力するための前記第1光透過層に光学的に結合されている、第1面と、
   ii）前記第1面の対向し、前記入力された光を別の光媒体へと発するための第2面と、
   iii）前記第2面における、前記第1面の法線に対する発光角度を増大させ、発光を減少させるための幾何学的な構造部と、
   を有し、
   前記第1の屈折率が前記第2の屈折率よりも低い、ビーム成形光学スタック。
2. 前記第2の屈折率と前記第1の屈折率との比率が1.41よりも大きい、請求項１に記載のビーム成形光学スタック。
3. 前記第1の屈折率が1.4よりも小さい、請求項１に記載のビーム成形光学スタック。
4. 前記第1の材料がアモルファスのフッ素樹脂を有する、請求項１に記載のビーム成形光学スタック。
5. 前記第2の屈折率が1.8よりも大きい、請求項１に記載のビーム成形光学スタック。
6. 前記第2の材料がTi0²のナノ粒子を含むポリマを有する、請求項１に記載のビーム成形光学スタック。
7. 前記幾何学的な構造部は、前記第2光透過層から離れるよう延在していて且つ前記別の光媒体へ突出する突起を有する、請求項１に記載のビーム成形光学スタック。
8. 前記突起が円錐形状か、又はピラミッド状の形状を有し、当該突起の基部が、同突起の頂部よりも前記第1面に近い、請求項７に記載のビーム成形光学スタック。
9. 前記突起の円錐頂角が90°から110°までの範囲の角度である、請求項８に記載のビーム成形光学スタック。
10. 前記第1光透過層と前記第2光透過層との間に配置された一つ以上の追加された光透過層を更に有する請求項１に記載のビーム成形光学スタックであって、前記一つ以上の追加された光透過層は、前記第1光透過層から前記第2光透過層へ向かって光を透過させることができ、前記一つ以上の追加された光透過層の屈折率が前記第1の屈折率よりも大きく、前記第2の屈折率よりも小さい、ビーム成形光学スタック。
11. 発光体と請求項１に記載の前記ビーム成形光学スタックとを有する光源であって、当該ビーム成形光学スタックの前記第1光透過層が前記発光体の前記発光面と光学的に結合されている、光源。
12. 前記第1光透過層が前記発光体の前記発光面と直接接触している、請求項１１に記載の光源。
13. 前記第1光透過層と前記発光体の前記発光面との間のインタフェース部分が、前記発光体から前記ビーム成形光学スタックへの光のアウトカップリングを増すよう構築され又は凹凸を付けられる、請求項１２に記載の光源。
14. 前記発光体が有機発光デバイスである、請求項１１に記載の光源。
15. 請求項１１に記載の光源を有する照明器具。

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