JP2016157122A - 内部空洞光学素子の製造方法および内部空洞光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部空洞光学パターンは、薄い透明な材料の表面に散在する小さい空洞(例えば、マイクロ空洞、ナノ空洞等)を含む。薄い材料は、次いで、空洞を有する表面を第2の材料と接合するように第2の材料に積層され、それによって、結果として生じる組み合わせ内に空洞を封入してもよい。内部空洞は、空洞が、設計要件に従って光を再指向させることを可能にする、空気または別の媒体(例えば、流体、気体、もしくは固体)で充填されてもよい。この様式で内部空洞光学素子を製造することによって、空洞は、光学素子の有効性を減少させる場合がある残骸を含まないままであり続ける場合がある。一部の例では、追加の材料の層が、内部空洞光学素子の追加の層を作製するために、ともに積層されてもよい。
【選択図】図1
Description
本出願は、本明細書と同一の発明者による、2010年4月6日出願の米国特許仮出願第61/282,818号、表題「Integral Micro−/Nano−Cavity Solution」、ならびに2011年4月5日出願の米国特許出願第13/080,581号、表題「Internal Cavity Optics」に対する利益および優先権を主張し、これらの全開示が、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、内部空洞光学パターンを製造する技術および本製造技術を用いて製造される装置を対象とする。内部空洞光学パターンは、薄い材料(例えば、透明箔等)の表面にわたって小さい空洞(例えば、マイクロ空洞、ナノ空洞等)を作製するロールツーロール製造等の製造プロセスを用いて製造されてもよい。薄い材料は、いったん空洞を作製するように処理された後、空洞を有する表面を第2の材料と接合するために、第2の材料に積層されてもよく、それによって、結果として生じる組み合わせ内に空洞を封入する。積層プロセスは、合わせた材料が、一枚の材料から形成されるように見えるように、材料をともに融合させて、接合された表面を効果的に除去してもよい。内部空洞は、空洞が、設計要件に従って光を再指向させることを可能にする空気または別の媒体(例えば、流体、ゲル、気体、固体等)で充填されてもよい。この様式で内部空洞光学素子を製造することによって、空洞は、他の部品による接触に対して保護され、したがって、光学素子の機能性または有効性を減少させる場合があるほこり、残骸、または他の汚染物を含まないままであり続ける場合がある。一部の例では、追加の材料の層が、内部空洞光学素子の追加の層を作製するために、ともに積層されてもよい。例えば、1つの層は、偏光子を作製する空洞を含んでもよく、一方で、別の層は、他の光管理回折格子を含んでもよい。
図1は、電子ディスプレイとともに使用するための内部空洞光学素子を製造するエンドツーエンドプロセスを示す例示的な環境100の概略図である。製造装置102は、媒体キャリア(例えば、薄い膜)上に小さい光学空洞を作製するために使用されてもよい。小さい空洞は、マイクロメートルからナノメートルの範囲であってもよく、製造装置102を用いて作製される光学素子の設計要件および所望の実用性に応じて、種々のパターンで作製されてもよい。いくつかの実施形態では、製造装置102は、ロールツーロール加工機(またはアセンブリ)であってもよいが、他の製造技術および装置が、媒体キャリア上でリソグラフィー、マイクロ成形、または鋳造を行うために使用されてもよい。
図8は、階層構造で配列される変形を含む内部空洞光学素子800の例示的な実装例の概略図である。内部空洞光学素子800は、光指向膜802および光導体板804にさらに分割されてもよい。光指向膜802は、設計要件に従って、光源からの光を指向させるように、ディスプレイもしくは光導体に隣接して積層されるか、あるいは別の様式で取り付けられるか、または構成される薄膜であってもよい。例えば、光源からの光は、表面レリーフ形態、光管理回折格子、偏光子、もしくは光を操作し、かつ/あるいはディスプレイの個々の画素上に、またはそれを通して光を再指向させる他の光学的特性を含む膜を通して指向されてもよい。図8に示されるように、光指向膜802は、光指向膜802の異なる構成として、前方ディスプレイ照明806および後方ディスプレイ照明808を含んでもよい。
図9a〜図9eは、内部空洞光学素子を使用する例示的なバックライトの概略図である。光導体は、表面(一側面または両側面)上に積層された膜を有してもよいバルク板または膜から生産されてもよい。膜は、分布のために光をアウトカップリングする光学パターンを含んでもよい。予備形成された膜は、積層されてもよく、これは積層された表面上に内部空洞を含む。これらの形成された空洞は、空気(または別の気体)を備えてもよく、したがって、低屈折率特性ならびに非常に効果的なアウトカップリングおよび光管理特性を提供してもよい。
図10aおよび図10bは、内部空洞光学素子を使用する例示的なフロントライトの概略図である。フロントライトは、ディスプレイ上部の別個の要素であり得る。フロントライトソリューションは、多くの場合、迷光によって引き起こされる表面間のコントラストおよび反射に問題がある。光導体とディスプレイ基材との間で積層フロントライトを低屈折率材料とともに使用することは、コントラストを向上させ、かつ表面間の反射を減少させる場合がある。
いくつかの実施形態では、内部空洞光学素子は、レンズを作製するために使用されてもよい。積層レンズ膜は、マイクロメートルからナノメートルの規模の空洞カップリング構造を形成してもよい。エンボス加工/インプリンティング膜は、複数の層パターンを有するレンズ構造体を生産するために、キャリア媒体上に積層することができる。光学パターンは、完全に統合され/組み込まれてもよく、したがって、残骸または損傷から保護される。ハロゲン置換、太陽電池集光装置、および一般的な照明実装等において、これらのレンズに対する多くの用途が存在する。
主題は、構造的特性および/または方法論的行為に特有の言語で説明されてきたが、添付の特許請求の範囲に定義される主題が、説明される特定の特性または行為に必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の特性および行為は、特許請求の範囲を実装する例示的な形態として開示される。
Claims (24)
- 内部空洞光学素子を製造する方法であって、
キャリア媒体である膜の表面を、ラッカーでコーティングすることと、
前記ラッカーを含む前記膜の前記表面上に、光学パターンをエンボス加工することと、
前記膜上の前記ラッカーを硬化させることと、
前記膜と接合媒体となる他の材料との間に前記光学パターンを封入し、前記内部空洞光学素子を作製するために、前記光学パターンを有する前記表面を前記他の材料に積層することと、
前記膜および前記他の材料を融合させるために、前記積層された表面を硬化させることと、
を含む、方法。 - 幅および/または高さがマイクロメートルからナノメートルの範囲の寸法を有する表面レリーフパターンを含む複製円筒またはスタンプによって、前記光学パターンが形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記内部空洞光学素子は、光を再指向させるための表面レリーフ形態、または前記光をフィルターにかけるための光管理回折格子のうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の方法。
- 前記エンボス加工は、ロールツーロール製造プロセスによって行われる、請求項1に記載の方法。
- 光源からの光が光学空洞に指向されるときに、光を再指向させるかまたはフィルターにかける形状を含むように、前記光学空洞を、キャリア媒体である第1の透明膜の表面上に、エンボス加工、リソグラフィー、マイクロ成形、または鋳造のうちの少なくとも1つによって作製することと、
前記第1の透明膜を、接合媒体である第2の透明膜に積層して、前記第1の透明膜と前記第2の透明膜との間に前記光学空洞を封入することと、
前記第1および第2の透明膜を、融合膜として融合させるために、前記積層された第1および第2の透明膜を硬化させることと、
を含む、方法。 - 前記光学空洞に、および電子ディスプレイ上に光を再指向させることによって、フロントライティングまたはバックライティングを提供するために、前記融合膜を、光導体または前記電子ディスプレイに取り付けることをさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 前記光学空洞は、前記第1の透明膜と前記第2の透明膜との間に封入されると、低屈折率特性を提供する空気で充填される、請求項5に記載の方法。
- 前記第1および第2の透明膜を融合させるために、前記積層された第1および第2の透明膜を硬化させることは、前記光学空洞を含む単一片の材料として、前記積層膜を作製する、請求項5に記載の方法。
- 前記光学空洞を作製することは、前記第1の透明膜の前記表面に塗布される硬化性ラッカー上に、パターンをエンボス加工することを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記第1の透明膜は、ポリマー、エラストマー、ガラス、またはセラミックのうちの少なくとも1つから形成され、かつ前記第2の透明膜の厚さを超える厚さを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記融合膜は、タッチスクリーン使用可能なディスプレイを有する前方の光導体として配備される、請求項5に記載の方法。
- 内部空洞光学膜であって、
前記膜の少なくとも1つの表面内にエンボス加工によって形成される光学空洞を含む、キャリア媒体である第1の透明膜と、
結果として生じる透明膜内に、内部空洞光学素子として前記光学空洞を封入するように前記第1の透明膜に積層される、接合媒体である第2の透明膜であって、前記内部空洞光学素子は、前記結果として生じる透明膜を通して照らされる光を再指向させるか、またはフィルターにかける、第2の透明膜と、
を備える、内部空洞光学膜。 - 前記第1の透明膜または前記第2の透明膜に積層され、かつ前記結果として生じる透明膜内に内部空洞光学素子の別の層を作製する、表面上に形成される光学空洞を含む第3の透明膜をさらに備える、請求項12に記載の内部空洞光学膜。
- 前記第1および第2の透明膜は、ポリマーまたはエラストマーのうちの1つから形成される、請求項12に記載の内部空洞光学膜。
- 前記内部空洞光学素子は、表面レリーフ形態または光管理回折格子のうちの少なくとも1つである、請求項12に記載の内部空洞光学膜。
- 前記内部空洞光学膜は、前記光学空洞の頂点を出る光が、電子ディスプレイ上に指向されるように、光導体または前記電子ディスプレイとともに配備されるときに裏返される、請求項12に記載の内部空洞光学膜。
- 前記第1および第2の透明膜の外面は、前記内部空洞光学素子を汚染および損傷から保護する、請求項12に記載の内部空洞光学膜。
- 内部空洞光学膜を作製する方法であって、
キャリア媒体である透明膜の表面上にエンボス加工によって空洞を作製することと、
前記透明膜を通して照らされる光を再指向させるか、またはフィルターにかける内部空洞光学素子として、前記空洞を封入するように、前記透明膜の前記表面を接合媒体となる接合材料に積層することと、
を含む、方法。 - 前記透明膜は、ポリマーまたはエラストマーから形成され、前記接合材料は、プラスチックまたはガラス材料から形成される、請求項18に記載の方法。
- 前記空洞は、前記透明膜の前記表面に塗布され、次いで、前記空洞を作製するパターンでエンボス加工されるラッカー中に形成される、請求項18に記載の方法。
- 前記ラッカーは、紫外線硬化性ラッカー、熱硬化性ラッカー、湿気硬化性ラッカー、または電子硬化性ラッカーのうちの1つ以上であり、前記ラッカーを硬化させることをさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 結果として生じる積層材料内に、別の透明膜中に形成される追加の光学空洞を封入するように、前記別の透明膜を前記透明膜または前記接合材料に積層することをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記空洞を作製することは、前記透明膜中に前記空洞をエンボス加工する複製円筒またはスタンプによって行われる、請求項18に記載の方法。
- 前記空洞を作製する複製円筒は、幅および/または高さがマイクロメートルからナノメートルの範囲の寸法を有する陰画の表面レリーフパターンを含む、請求項23に記載の方法。
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