JP2018531414A - 広角レンズ、および、それを備えた光学アセンブリ - Google Patents

広角レンズ、および、それを備えた光学アセンブリ Download PDF

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Abstract

本願は、第１の表面と、第２の凸面と、それらの間に配置されて、少なくとも１つの負のアキシコンを含む中心領域とを含むレンズを、開示する。更に、少なくとも１つの発光素子に光学的に接続された少なくとも１つのレンズを含む、光学アセンブリも、開示する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１５年１１月２日出願の米国仮特許出願第６２／２４９，７１０号、および、２０１５年９月２５日出願の米国仮特許出願第６２／２３２，８５０号の優先権の利益を主張し、各々の内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、概して、広角レンズに関し、特に、少なくとも１つの凸面および少なくとも１つの負のアキシコンを含むレンズ、並びに、そのような構成要素を封止して含む、表示および光学装置に関する。
液晶表示装置（ＬＣＤ）は、携帯電話、ラップトップ、電子タブレット、テレビ、および、コンピュータモニターなどの様々な電子機器で、よく使われている。典型的には、ＬＣＤは、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、および、燐光体または量子ドット（ＱＤ）などの色変換要素を含む。ＬＥＤから発せられた光を、色変換要素によって、もっと長い波長に変換でき、次に、この光を、１つ以上のレンズによって、液晶（ＬＣ）層に向けてもよい。例を挙げれば、分散、偏光、および／または、フィルタ層などの他の光学素子を、レンズとＬＣ層の間に、配置してもよい。いくつかの場合において、ＬＥＤからの光を、（例えば、約６５°より大きい）広角に向けて、光をもっと分散して送るのが、望ましいかもしれない。しかしながら、例えば、１つのアキシコンを採用したアセンブリなどの現在の光学アセンブリは、従来のレンズ材料を用いて、垂直入射光を約４５°より大きく屈折させる力がないかもしれない。
したがって、例えば、ＬＥＤまたは他の発光構造体から発せられた光を、広角に屈折できるレンズを提供することは、利点があるだろう。更に、そのような広角レンズの厚さを薄くして提供することにも、利点があり、それは、次に、光学アセンブリまたは表示装置（例えば、ＬＣＤ積層体）全体の厚さを薄くしうる。
様々な実施形態において、本開示は、第１の表面と、第２の凸面と、それらの間に配置されて、少なくとも１つの負のアキシコンを含む中心領域とを含むレンズに関する。様々な実施形態によれば、レンズは、７つのアキシコンなど、複数の負のアキシコンを含んでいてもよい。例えば、少なくとも１つの負のアキシコンは、約２５°から約４０°の範囲の円錐半角を有する窪んだ円錐状領域を含みうる。更に、第２の凸面は、約８０°から約９０°の範囲の円錐半角を有する円錐状窪み部を含んでいてもよい。レンズを構成するのに適した材料は、ガラス、および、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリマーを含む。
本明細書において、少なくとも１つの発光素子に光学的に接続された少なくとも１つのレンズを含む、光学アセンブリも開示する。例えば、そのような光学アセンブリは、光分散層、および／または、少なくとも１つの色変換要素などの更なる構成要素を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの発光素子を、ＬＥＤから選択しうる。更なる実施形態によれば、少なくとも１つの色変換要素を、量子ドットから選択してもよい。様々な限定するものではない実施形態において、少なくとも１つのレンズは、少なくとも１つの量子ドットと、少なくとも１つの発光ダイオードとを有する、少なくとも１つの空洞部を含む、封止された装置に、光学的に接続されていてもよい。本明細書において、そのような光学アセンブリを含む、表示装置および照明器具も開示する。
本開示の更なる特徴および利点を、以下の詳細な記載に示すが、部分的には、当業者には、その記載から容易に明らかであるか、以下の詳細な記載、請求項、および、図面を含む本明細書に記載の方法を行うことによって、分かるだろう。
上記のような概略的記載、および、以下の詳細な記載の両方が、本開示の様々な実施形態を提供し、請求項の本質および特徴を理解するための概観および枠組みを提供することを意図すると、理解すべきである。添付の図面は、本開示の更なる理解のために含めたものであり、本明細書に組み込まれ、その部分を構成する。図面は、本開示の様々な実施形態を示し、記載と共に、本開示の原理および動作を説明する役割を果たす。
以下の詳細な記載は、下記の図面と共に読むことで、更に理解しうるものであり、図面では、類似した構成要素を参照するのに、可能な限り同様の数字を用いている。
本開示の様々な実施形態によるレンズの側断面図である。 本開示の実施形態によるレンズを、ワイヤーフレーム描画した等角図である。 図１Ａ、Ｂのレンズの光度プロットである。 本開示のある実施形態によるレンズの側断面図である。 本開示の様々な実施形態によるレンズの上面図である。 本開示の実施形態によるレンズを、ワイヤーフレーム描画した等角図である。 図３Ａ〜Ｃのレンズの光度プロットである。 封止された装置および基板に接続した、本開示の実施形態によるレンズの断面図である。 封止された装置および基板に接続した、本開示の実施形態によるレンズの断面図である。 封止された装置および基板に接続した、本開示の実施形態によるレンズの断面図である。 封止された装置および基板に接続した、本開示の実施形態によるレンズの断面図である。 本開示のいくつかの実施形態の光学性能を示すグラフである。 本開示のいくつかの実施形態の光学性能を示すグラフである。
ここで、例示的なレンズおよび封止された装置を示す図１〜５を参照して、本開示の様々な実施形態を記載する。以下の概略的記載は、請求項に記載した装置の概観を提供することを意図しており、限定するものではない実施形態を参照しながら、本開示を通して、様々な態様を、より具体的に記載するものであり、これらの実施形態は、本開示の記載範囲において交換可能である。
本明細書において、第１の表面と、第２の凸面と、それらの間に配置されて、少なくとも１つの負のアキシコンを含む中心領域とを含むレンズを、開示する。更に、本明細書において、少なくとも１つの発光素子に光学的に接続された少なくとも１つのレンズを含む、光学アセンブリも、開示する。
本明細書において、「凸」という用語は、例えば、第１の表面が平面の場合に、中心より外縁部の方が薄いレンズを画定する、第２の表面の形状を指すことを、意図する。いくつかの実施形態において、凸状の第２の表面は、例えば、半球状または半楕円体状など、レンズの中心線または平坦な第１の表面から、外に湾曲するか、または、外側に延伸する表面として、考えてもよい。レンズの第１および／または第２の表面は、丸いドーム状として考えてもよく、その寸法は、完全に丸まった形状でも、半球状でも、半楕円体状でもある必要はない。いくつかの実施形態において、凸面は、１つ以上の平坦または略平坦部分を、例えば、頂点、および／または、中心領域の近くに、有してもよい。
限定するものではない実施形態において、「凸」面は、レンズの垂直中心線の周りに回転対称で、（例えば、典型的なレンズにおけるような）球面状、楕円状、放物線状、または、１Ｄのプロファイル関数を中心線の周りに回転することによって生成される２Ｄ表面などを有してもよい。このプロファイル関数は、スプラインによって生成するか、および／または、傾きが連続しなくてもよい。この１Ｄプロファイルの表面の中心での傾きは、ゼロであってはならず、したがって、プロファイル関数を回転すると、中心軸の近くで、弱い、または、浅いアキシコンを生成する。レンズの中心線の周りに回転対称である凸面を、標準的な非球面サグ量の式、または、フォーブズの非球面サグ量の多項式によっても、記載しうる。これらの式が表す表面のサグ量は、その表面と中心線に垂直な線との交点における、中心線に垂直な平面からの垂直距離である。凸面のサグ量は、中心線からの距離が長くなるにつれて、主に増加し、レンズが、レンズの中心よりレンズの縁部の方が薄くなることを表す。いくつかの放射状領域において、レンズは、レンズの中心からの半径方向距離が長くなるにつれて、厚くなってもよいが、主に、縁部においては、薄くなる。
「凸」という用語は、垂直中心線の周りに回転対称である表面に限定されないと、理解すべきである。可能性のある望ましい矩形照射プロファイルに合わせるのに、非対称表面形状が有益でありうる。この形状を表す式は、標準的なサグ量の式ではなく、現在、光学製造分野での使用が増えている、自由曲面の形状を表すものであってもよい。更に、「凸」という用語は、連続した表面に限定されないと、理解すべきである。表面は、異なる空間領域のサグ量を異なる式によって規定した、複合表面であってもよい。
本明細書において用いるように、「負のアキシコン」という用語は、レンズの略円錐状の凹部または窪み部として考えてもよい、窪んだ円錐状領域を指すことを、意図する。様々な実施形態によれば、円錐の垂直中心線を、第２の凸面の垂直中心線と、位置合わせ、または、略位置合わせするか、若しくは、平行または略平行になるように、空間的に向けうる。「負の」という用語は、この円錐表面は、円錐の底部に入射した平行光を分散させる負のアキシコンレンズの一部なので、そのような光を収束させて空間に軸線焦点を形成する正のアキシコンレンズと対比させて、使用している。光学系内の球面を僅かに非球面形状に設計して、性能を高めうるのと同様に、円錐の形状を完全な円錐ではないようにして、性能を高めうる。
ある場合においては、完全に尖った先端点を有する負のアキシコンを作製するのは、難しいかもしれないと、理解すべきである。したがって、いくつかの実施形態において、負のアキシコンの先端点は、尖っていないか、または、丸い湾曲部を有する円錐形状を有していてもよい。丸まった先端点は、例えば、望ましい大きい偏角を生じずに、より浅い角度で通る光量を増加させるかもしれないが、いくつかの実施形態においては、アキシコンの１つ以上の表面を変形して、この効果を相殺することも可能かもしれない。例えば、反射膜を、円錐の丸まった先端点の頂点上に被覆して、光を、逆向きに反射し、場合によっては、異なる光路を通って、異なる位置でレンズを通って戻るように反射してもよい。更に、被膜、若しくは、円錐の頂点に付着させた、または、押し込んだ小さいボールまたは球などの固体物で、丸まった頂点を遮蔽してもよい。
図１Ａは、限定するものではない実施形態のレンズ１００の側断面図を示している。レンズ１００は、第１の表面１０１、および、第２の凸面１０３を含み、それらの間に、中心領域１０５が配置されていてもよい。中心領域１０５は、少なくとも１つの負のアキシコン１０７を含みうる。図１Ａのレンズをワイヤーフレーム描画した図１Ｂを参照すると、（交差した平面１０３’を覆う表面として考えられる）第２の凸面は、浅い円錐状窪み部１０９を有してもよく、その窪み部は、平面１０３’が、負のアキシコン１０７の頂点１１１と交差するか、または、それに近づく位置に対応するものであってもよい。
再び、図１Ａを参照すると、レンズ１００を、例えば、略平坦な第１の表面１０１を有する平凸レンズとして、示しているが、第１の表面は、凸状であってもよい。いくつかの場合において、凸状の第１の表面は、「逆向き」（例えば、ユーザから離れる）方向の屈折の減少などの改良された光学特性を、提供しうる。しかしながら、構成の容易さなどの実用目的においては、平凸レンズの方が、容易に光学アセンブリに組み込みうる。いくつかの実施形態において、第１の表面は、平坦、または、略平坦でありうるし、他の実施形態において、第１の表面は、例えば、約１００ｍｍから約１０００ｍｍの範囲の曲率半径を有する凸状であってもよい。例えば、曲率半径は、約２００ｍｍから約９００ｍｍ、約３００ｍｍから約８００ｍｍ、約４００ｍｍから約７００ｍｍ、または、約５００ｍｍから約６００ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。第１の表面が、平坦になるほど、曲率半径は増加し、最終的に、無限大に近づく。
第１の表面１０１は、レンズの垂直中心線の周りに回転対称で、球面または非球面形状を有していてもよい。更なる実施形態において、第１の表面１０１は、レンズの垂直中心線の周りに非回転対称で、自由曲面を有していてもよい。当然、回転対称または非回転対称の形状は、凸状、凹状、および、平坦な幾何学形状を有しうる。そのような形状は、（例えば、典型的なレンズにおけるような）球面状、楕円状、放物線状、複合形状、または、１Ｄのプロファイル関数を中心線の周りに回転することによって生成される２Ｄ表面などを含んでいてもよい。このプロファイル関数は、スプラインによって生成するか、および／または、傾きが連続しなくてもよい。１Ｄプロファイルの表面の中心での傾きは、ゼロであってはならず、したがって、プロファイル関数を回転すると、中心軸の近くで、弱い、または、浅いアキシコンを生成する。
本明細書において記載するように、第２の凸面１０３は、略ドーム状プロファイルを有するものとして、考えうるものであるが、凸面の１つ以上の部分の形状は、平坦か、略平坦か、平面に近いか、または、凹状でさえ、あってもよい。例えば、頂点の近くの領域、および／または、中心領域１０５において、凸面は、例えば、弱い、または、浅いアキシコンなど、比較的平坦か、若しくは、凹状であってもよい部分を、含みうる。いくつかの実施形態において、第２の凸面の全曲率半径は、約２００ｍｍから約９００ｍｍ、約３００ｍｍから約８００ｍｍ、約４００ｍｍから約７００ｍｍ、または、約５００ｍｍから約６００ｍｍなどの約１００ｍｍから約１０００ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
上記のように、凸状の第２の表面１０３は、レンズの垂直中心線の周りに回転対称で、球面または非球面形状を有してもよい。更なる実施形態において、凸状の第２の表面１０３は、レンズの垂直中心線の周りに非回転対称で、自由曲面を有していてもよい。そのような形状は、（例えば、典型的なレンズにおけるような）球面状、楕円状、放物線状、複合形状、または、１Ｄのプロファイル関数を中心線の周りに回転することによって生成される２Ｄ表面などを含んでいてもよい。このプロファイル関数は、スプラインによって生成するか、および／または、傾きが連続しなくてもよい。１Ｄプロファイルの表面の中心での傾きは、ゼロであってはならず、したがって、プロファイル関数を回転すると、中心軸の近くで、弱い、または、浅いアキシコンを生成する。
再び、図１Ｂを参照すると、第２の凸面１０３も、例えば、頂点、または、頂点の近くの円錐状窪み部１０９などの凹部を含みうるものであり、例えば、負のアキシコンの頂点１１１に近接して、位置合わせするか、または、略位置合わせされている。この窪み部も、弱い、または、浅いアキシコンと称しうる。そのような窪み部１０９は、例えば、平坦に近づくような、比較的広い円錐半角を有してもよく、例えば、約８２°から約８９°、約８５°から約８８°、または、約８６°から約８７°などの約８０°から約９０°の範囲であってもよく（例えば、約８０°、８１°、８２°、８３°、８４°、８５°、８５．５°、８６°、８６．５°、８７°、８７．５°、８８°、８８．５°、８９°、８９．５°、または、９０°）、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。本明細書において、「円錐半角」という用語、および、その変形表現は、円錐の側面と垂直中心線によって形成された角度を指すことを、意図する。更に、そのような窪み部１０９は、比較的浅く、例えば、レンズの厚さの約１５％未満、約１０％未満、または、約５％未満など、約２０％未満の深さ、例えば、レンズの厚さの約１％から約２０％の範囲で、レンズ内に延伸するものであってもよく、それらの全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
様々な実施形態によれば、負のアキシコン１０７は、約２８°から約３５°、または、約３０°から約３２°など、約２５°から約４０°の範囲の円錐半角を有してもよく（例えば、約２５°、２５．５°、２６°、２６．５°、２７°、２７．５°、２８°、２８．５°、２９°、２９．５°、３０°、３０．５°、３１°、３１．５°、３２°、３２．５°、３３°、３３．５°、３４°、３４．５°、３５°、３５．５°、３６°、３７°、３８°、３９°、または、４０°）、それらの全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。いくつかの実施形態において、負のアキシコンの高さは、約２ｍｍから約１５ｍｍ、約３ｍｍから約１２ｍｍ、約４ｍｍから約１０ｍｍ、または、約５ｍｍから約７ｍｍなどの約１ｍｍから約２０ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。同様に、負のアキシコンの直径は、約２ｍｍから約１５ｍｍ、約３ｍｍから約１２ｍｍ、約４ｍｍから約１０ｍｍ、または、約５ｍｍから約８ｍｍなどの約１ｍｍから約２０ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。更なる実施形態において、負のアキシコンの高さを、直径に対して、例えば、高さ：直径の比が、約０．７５：１から約１．５：１、または、約１：１から約１．２：１など、約０．５：１から約２：１の比となるように選択してもよく、それらの全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
限定するものではない実施形態において、負のアキシコン１０７の高さ、および／または、直径は、レンズ１００に光学的に接続される発光素子のサイズに応じたものであってもよい。例えば、負のアキシコンの直径を、発光素子の寸法（例えば、直径、長さ、および／または、幅）より大きくなるように選択してもよい。いくつかの実施形態において、負のアキシコンの直径は、発光素子の最大長さ寸法より、約２０％より大きいか、約３０％より大きいか、約４０％より大きいか、約５０％より大きいか、または、もっと大きいかなど、少なくとも約１０％だけ、例えば、約１０％から約５０％の範囲で、大きくてもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。更なる実施形態において、負のアキシコンの高さは、発光素子の最大長さ寸法より大きくなるように、例えば、少なくとも約４０％だけ大きいか、約４５％だけ大きいか、約５０％だけ大きいか、約５５％だけ大きいか、約６０％だけ大きいか、または、もっと大きいかなど、例えば、約４０％から約６０％の範囲で大きくなるように、選択してもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含む。
レンズ１００の全高さ（または、厚さ）も、例えば、負のアキシコン１０７の高さに応じたものであってもよい。例えば、レンズの高さ（または、厚さ）は、アキシコンの高さより、１０％より大きいか、１５％より大きいか、２０％より大きいか、または、２５％より大きいかなど、少なくとも約５％だけ、例えば、約５％から約２５％の範囲で大きくてもよく、全てのの範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。したがって、限定するものではない実施形態において、レンズの全高さ（または、厚さ）は、約１ｍｍから約２０ｍｍ、約２ｍｍから約１５ｍｍ、約３ｍｍから約１２ｍｍ、約４ｍｍから約１０ｍｍ、または、約５ｍｍから約７ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。同様に、レンズの直径は、例えば、約１ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約９０ｍｍ、約１０ｍｍから約８０ｍｍ、約２０ｍｍから約７０ｍｍ、約３０ｍｍから約６０ｍｍ、または、約４０ｍｍから約５０ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
理論に縛られることを望まないが、図５Ｄについて、より詳細に説明するように、従来のレンズ材料を用いた負のアキシコン自体は、垂直入射光を約４５°より大きく屈折させないだろうと、考えられている。しかしながら、それを取り囲む凸レンズが、更に、全内部反射（ＴＩＲ）を提供しうるものであり、アキシコンを出た光線の少なくとも一部を反射して、より大きい角度で、外側に向けうる。ＴＩＲは、光が、屈折率が大きい媒質から、屈折率が低い媒質（例えば、空気）へ伝播し、入射角が臨界角より大きい場合に、起きる。中心領域から空気中に進む光の臨界角は、中心領域の屈折率の逆数の逆正弦関数である。
図２は、概して図１Ａ、Ｂに示したように構成された例示的なレンズが、ランバート発光体によって照らされた時の、例示的な遠視野強度プロットを示している（レンズ材料：ＰＭＭＡ、レンズ直径：５４ｍｍ、レンズ高さ：１４．５ｍｍ、アキシコンの円錐半角：２６．８°、アキシコンの直径：１５．６ｍｍ、窪み部の円錐半角：８５．２°）。プロットから分かるように、発光ピークは、６８°前後（反対方向の対応するピークは、２９２°前後）で、屈折した光は、約３０°から９０°近くまで（または、約３３０°から約２７０°まで）の範囲の領域の角度に亘る。当然、図示したプロットは、例示的なものにすぎず、限定することなく、レンズ材料および寸法を変えて、異なる発光ピークおよび発光領域を生成しうると、理解すべきである。
図２に示したプロットは、レンズを、非反射基板（例えば、平坦で黒く塗られた基板）上に配置することを想定しており、したがって、９０°から２７０°の領域（つまり、逆向きの屈折を示す領域）には、放射が図示されていない。いくつかの実施形態においては、この領域で、少量の放射がありうる。限定するものではない実施形態において、本明細書に開示したレンズは、発光素子からの光を、少なくとも約７０°、少なくとも約７５°、少なくとも約８０°、少なくとも約８５°、または、もっと大きい角度など、少なくとも約６５°の角度に屈折してもよく（例えば、約６５°、６６°、６７°、６８°、６９°、７０°、７１°、７２°、７３°、７４°、７５°、７６°、７７°、７８°、７９°、８０°、８１°、８２°、８３°、８４°、８５°、８６°、８７°、８８°、または、８９°）、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
図１Ａ、Ｂは、１つの負のアキシコン１０７を含むレンズ１００を示しているが、例えば、図３Ａ〜Ｃに示すように、レンズは、１つより多くの負のアキシコンを含んでいてもよい。例示的なレンズ１００の側断面図である図３Ａに示すように、レンズは、第１の表面１０１、第２の凸面１０３、および、それらの間に配置された中心領域１０５を含みうる。中心領域１０５は、少なくとも１つの負のアキシコン１０７を含みうる。限定するものではない図３Ａの断面図に示すように、３つのアキシコン１０７だけが見えている。しかしながら、図３Ｂの上面図、および、図３Ｃの等角図では、全７つのアキシコン１０７が見える。
当然、図示した実施形態は、限定することを意図せず、レンズは、任意の数の負のアキシコンを含みうると、理解すべきである。レンズは、要求に応じて、例えば、１つ負のアキシコン、若しくは、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０、または、もっと多くなど、１つより多くの負のアキシコンを含んでいてもよい。更に、複数の負のアキシコンは、任意の形態で配置されてもよく、規則正しくか、または、ランダムにか、対称または非対称でありうる。例えば、図３Ｂ、Ｃに示したように、中心のアキシコンの周りに環状に配置するか、若しくは、いくつかの例を挙げれば、直線状アレイ、三角形状アレイ、六角形状アレイ、または、任意の他の多角形状アレイなど、任意の他の幾何学形状の配置を用いてもよい。更に、図３Ｂ、Ｃは、略同じ形状およびサイズを有する負のアキシコンを示しているが、例えば、周辺の小さいアキシコンに囲まれた、中心の大きいアキシコンなど、アレイ内の残りのアキシコンとは異なる形状、および／または、サイズの１つ以上のアキシコンを有することも、可能である。最後に、図３Ｂ、Ｃは、例えば、各アキシコンの底面の周りに空間を有し、交差したり、重なったりしない負のアキシコンを示しているが、アレイ内のアキシコン同士が重なることも、可能である。図３Ａ、Ｂに示した、詰められた不連続の負のアキシコンの円形アレイではなく、例えば、図３Ａ、Ｂに示した負のアキシコンを引き寄せて、もっと隙間なく、より六角形に近いアレイを生成しうる。
特に図３Ｃを参照すると、図１Ｂに示した実施形態と同様に、第２の凸面（図面では、交差する平面１０３’を覆うであろう面として示されている）も、平面１０３’がレンズ１００の中心領域１０５（例えば、頂点）と交差するか、または、それに近づく位置に対応しうる、浅い円錐状窪み部１０９を含みうる。そのような窪み部１０９は、例えば、平坦に近づく、例えば、約８２°から約８９°、約８５°から約８８°、または、約８６°から約８７°など、約８０°から約９０°の範囲の比較的広い円錐半角を有してもよく（例えば、約８０°、８１°、８２°、８３°、８４°、８５°、８５．５°、８６°、８６．５°、８７°、８７．５°、８８°、８８．５°、８９°、８９．５°、または、９０°）、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。更に、そのような窪み部１０９は、比較的浅く、例えば、レンズの厚さの約１５％未満、約１０％未満、または、約５％未満など、約２０％未満の深さまで、例えば、約１％から約２０％の範囲で、延伸してもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
再び、図３Ａを参照すると、レンズ１００は、例えば、略平面である第１の表面１０１を有する平凸レンズとして示されているが、第１の表面は、凸状であってもよい。いくつかの実施形態において、第１の表面は、平面か、または、略平面であってもよく、他の実施形態において、第１の表面は、例えば、約１００ｍｍから約１０００ｍｍの範囲の曲率半径を有する凸状であってもよい。例えば、曲率半径は、約２００ｍｍから約９００ｍｍ、約３００ｍｍから約８００ｍｍ、約４００ｍｍから約７００ｍｍ、または、約５００ｍｍから約６００ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
第１の表面１０１は、レンズの垂直中心線の周りに回転対称であってもよく、更に、球面または非球面形状を有してもよい。更なる実施形態において、第１の表面１０１は、レンズの垂直中心線の周りに非回転対称であってもよく、更に、自由曲面を有してもよい。当然、回転対称または非回転対称の形状は、凸状、凹状、および、平坦な幾何学形状を含みうる。そのような形状は、（例えば、典型的なレンズにおけるような）球面状、楕円状、放物線状、または、１Ｄのプロファイル関数を中心線の周りに回転することによって生成される２Ｄ表面などを含んでいてもよい。このプロファイル関数は、スプラインによって生成するか、および／または、傾きが連続しなくてもよい。１Ｄプロファイルの表面の中心での傾きは、ゼロであってはならず、したがって、プロファイル関数を回転すると、中心軸の近くで、弱い、または、浅いアキシコンを生成する。
図１Ａを参照して記載したように、第２の凸面１０３は、（図３Ａに示したように）略ドーム状のプロファイルを有すると考えてもよいが、凸面の１つ以上の部分の形状は、平面、略平面、平面に近いか、凸状でさえ、あってもよい。例えば、中心領域１０５など、頂点の近くの領域において、凸面は、比較的平坦な、若しくは、例えば、弱い、または、浅いアキシコンなど、凸状部分を、含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、第２の凸面の全曲率半径は、約２００ｍｍから約９００ｍｍ、約３００ｍｍから約８００ｍｍ、約４００ｍｍから約７００ｍｍ、または、約５００ｍｍから約６００ｍｍなど、約１００ｍｍから約１０００ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
様々な実施形態によれば、複数の負のアキシコンの各アキシコン１０７は、約２８°から約３５°、または、約３０°から約３２°など、約２５°から約４０°の範囲の円錐半角を有してもよく（例えば、約２５°、２５．５°、２６°、２６．５°、２７°、２７．５°、２８°、２８．５°、２９°、２９．５°、３０°、３０．５°、３１°、３１．５°、３２°、３２．５°、３３°、３３．５°、３４°、３４．５°、３５°、３５．５°、３６°、３７°、３８°、３９°、または、４０°）、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。いくつかの実施形態において、負の各アキシコンの高さは、約１ｍｍから約８ｍｍ、約２ｍｍから約７ｍｍ、約３ｍｍから約６ｍｍ、または、約４ｍｍから約５ｍｍなど、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。同様に、負のアキシコンの直径は、約１ｍｍから約８ｍｍ、約２ｍｍから約７ｍｍ、約３ｍｍから約６ｍｍ、または、約４ｍｍから約５ｍｍなど、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
限定するものではない実施形態において、複数の負のアキシコンの各アキシコン１０７の高さ、および／または、直径は、レンズ１００に光学的に接続する発光素子のサイズに応じてもよい。例えば、負のアキシコンが、集合として、発光素子の表面積より大きい表面積を有するように、例えば、集合としての直径が、発光素子の寸法（例えば、直径、長さ、および／または、幅）より大きくなるように、負の各アキシコンの直径を選択してもよい。いくつかの実施形態において、複数の負のアキシコンの集合としての表面積は、発光素子の表面積より、約２０％より大きく、約３０％より大きく、約４０％より大きく、約５０％より大きく、または、もっと大きくなど、少なくとも１０％だけ、例えば、約１０％から約５０％の範囲で、大きくてもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。更なる実施形態において、負の各アキシコンの高さは、その直径に対応して、例えば、高さ：直径の比が、約０．７５：１から約１．５：１、または、約１：１から約１．２：１など、約０．５：１から約２：１の範囲となるように選択してもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
レンズ１００の全高さ（または、厚さ）も、例えば、負のアキシコン１０７の高さに応じてもよい。例えば、レンズの高さ（または、厚さ）は、アキシコンの高さより、１０％より大きいか、１５％より大きいか、２０％より大きいか、または、２５％より大きいかなど、少なくとも約５％だけ、例えば、約５％から約２５％の範囲で、大きくてもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。したがって、レンズの全高さ（または、厚さ）は、限定するものではない実施形態において、約１ｍｍから約２０ｍｍ、約２ｍｍから約１５ｍｍ、約３ｍｍから約１２ｍｍ、約４ｍｍから約１０ｍｍ、または、約５ｍｍから約７ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。同様に、レンズの直径は、例えば、約１ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約９０ｍｍ、約１０ｍｍから約８０ｍｍ、約２０ｍｍから約７０ｍｍ、約３０ｍｍから約６０ｍｍ、または、約４０ｍｍから約５０ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
図４は、概して図３Ａ〜Ｃに示したように構成された例示的なレンズが、ランバート発光体によって照らされた時の、例示的な遠視野強度プロットを示している（レンズ材料：ＰＭＭＡ、レンズ直径：５４ｍｍ、レンズ高さ：２．９ｍｍ、アキシコンの円錐半角：３５．５°、アキシコン直径：４．０７ｍｍ、窪み部の円錐半角：８８．８°）。プロットから分かるように、レンズは、光を、約６５°より大きい角度で屈折するが、かなりの量の光を、もっと小さい角度でも屈折する。当然、図示したプロットは、例示的に過ぎず、限定することなく、レンズ材料および寸法を変えて、異なる発光ピークおよび発光領域を生成しうると、理解すべきである
理論に縛られることを望まないが、アキシコンのアレイの各アキシコンは、発光体の一部を覆うだけでよいので、それに応じて、より小さい直径（および、高さ）を有しうるので、１つ以上の負のアキシコンをレンズに組み込むことで、より薄いレンズ（例えば、高さの値が低い）を生成できると考えられ、それを見出した。しかしながら、レンズの薄さは、特定の利用例および望まれる結果に応じて、より小さい角度（例えば、約６５°未満）での光の屈折量と、バランスすべきである。更に、本実施形態による例示的なレンズは、より小さい発光体を考慮してもよい。例えば、図５Ａ〜Ｄに示した封止された装置に接続した場合には、本明細書に開示したレンズによって光の分布が広がるので、ＬＥＤサイズ、および／または、色変換要素の量を減らしてもよい。このことは、そのような光学アセンブリを組み入れた装置全体のサイズを小さくする点、装置内での光学アセンブリの物理的位置に柔軟性を提供する点、並びに／若しくは、光の望ましい透過および／または分布を得るために必要な色変換要素の量を減らして、対応する費用、および／または、そのような材料に関する危険を減らす点で、利点がありうる。
本明細書に開示したレンズを、様々な限定するものではない実施形態による光学アセンブリに組み込みうる。例えば、光学アセンブリは、少なくとも１つの発光素子に光学的に接続された少なくとも１つのレンズを含みうる。本明細書において用いるように、「光学的に接続された」という用語は、光がレンズ内に導かれるように、発光素子が、レンズに対して、例えば、近接して配置されることを指すことを意図する。ある実施形態によれば、垂直入射光がレンズに入ると、光は、全内部反射（ＴＩＲ）により、レンズ内でトラップされて、反射し、結果的に、屈折した角度でレンズから出射されうる。
様々な実施形態によれば、少なくとも１つのレンズを、物理的接触および／または近接により、発光素子に光学的に接続してもよい。例えば、レンズは、発光素子が、その上または中に配置された基板と、物理的に接触してもよい（例えば、図５ＡからＤを参照）。いくつかの実施形態において、発光素子は、レンズから、例えば、約０．２５ｍｍから約４ｍｍ、約０．５ｍｍから約３ｍｍ、約０．７５ｍｍから約２ｍｍ、約１ｍｍから約１．７５ｍｍ、または、約１．２５ｍｍから約１．５ｍｍなど、約０．１ｍｍから約５ｍｍの範囲の距離に配置されてもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの発光素子を、ＬＥＤ、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）などから選択しうる。本明細書に開示した光学アセンブリは、例えば、光分散層、および／または、少なくとも１つの色変換要素などの更なる構成要素も、含んでいてもよい。更なる実施形態によれば、少なくとも１つの色変換要素を、燐光体および量子ドットから選択してもよい。更なる限定するものではない実施形態において、少なくとも１つのレンズは、少なくとも１つの量子ドットと、少なくとも１つのＬＥＤとを有する、少なくとも１つの空洞部を含む封止された装置に、光学的に接続されていてもよい。例示的な封止された装置は、例えば、同時係属出願である２０１５年８月１２日出願の米国仮特許出願第６２／２０４，１２２号、および、２０１５年９月４日出願の米国仮特許出願第６２／２１４，５４８号の各明細書に開示されており、各々が、参照により、本明細書に組み込まれる。そのような光学アセンブリを含む表示装置および照明器具も、本明細書で開示する。
いくつかの限定するものではない例を、様々な封止された装置２００に光学的に接続されたレンズ１００の断面図である図５Ａ〜Ｄに、示している。図５Ａ、Ｂを参照すると、封止された装置２００は、第１の基板２０１、および、少なくとも１つの空洞部２０９を含む第２の基板２０７を含む。少なくとも１つの空洞部２０９は、少なくとも１つの量子ドット２０５を含みうる。少なくとも１つの空洞部２０９は、少なくとも１つのＬＥＤ部材２０３も含みうる。第１の基板２０７と第２の基板２０１を、少なくとも１つの空洞部２０９の周りに延伸する少なくとも１つの封止部２１１によって、互いに接合しうる。その代わりに、封止部は、２つ以上の空洞部の群など（不図示）、１つより多くの空洞部の周りに延伸しうる。
ＬＥＤ２０３は、例えば、約１００μｍから約１ｍｍ、約２００μｍから約９００μｍ、約３００μｍから約８００μｍ、約４００μｍから約７００μｍ、約３５０μｍから約４００μｍなど、任意の寸法（例えば、直径、長さ、および／または、幅）を有してもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。更なる実施形態において、ＬＥＤ２０３は、約１ｍｍから約３０ｍｍ、約２ｍｍから約２５ｍｍ、約３ｍｍから約２０ｍｍ、約４ｍｍから約１５ｍｍ、または、約５ｍｍから約１０ｍｍなど、約１ｍｍより大きい、少なくとも１つの寸法（例えば、直径、長さ、および／または、幅）を有してもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。ＬＥＤ２０３は、高光束または低光束を提供してもよく、例えば、高光束を提供するには、ＬＥＤ２０３は、２０Ｗ／ｃｍ２以上の光を発してもよい。低光束を提供するには、ＬＥＤ２０３は、２０Ｗ／ｃｍ２未満の光を発してもよい。
図５Ａに示した限定するものではない実施形態において、少なくとも１つのＬＥＤ部材２０３は、少なくとも１つの量子ドット２０５と、直接接触しうる。本明細書において用いたように、「接触」という用語は、２つの挙げた要素間の直接の物理的接触、または、相互作用を指すことを意図し、例えば、量子ドットとＬＥＤ部材が、空洞部内で、物理的に相互作用できることを指す。図５Ｂに示した限定するものではない実施形態において、少なくとも１つのＬＥＤ部材２０３と少なくとも１つの量子ドット２０５は、同じ空洞部内にあってもよいが、例えば、分離バリアまたは薄膜２１３によって、分離される。
図５Ｃに示した限定するものではない実施形態において、封止された装置２００は、少なくとも１つのＬＥＤ部材２０３、第１の基板２０１、第２の基板２０７、および、第３の基板２１５を、含んでいてもよい。第１の基板２０１と第３の基板２１５は、少なくとも１つの量子ドット２０５を含む包含および内包領域２０９ａを、気密封止したパッケージまたは装置２１９を、形成してもよい。いくつかの実施形態において、気密封止したパッケージまたは装置２１９は、限定するものではないが、高域フィルタとして作用する薄膜、および、低域フィルタとして作用する薄膜、または、所定の波長の光をフィルタリングするように備えられた薄膜など、１つ以上の薄膜２１７ａ、ｂも、含むだろう。
いくつかの実施形態において、少なくとも１つのＬＥＤ部材２０３を、空洞部２０９ｂに配置して、少なくとも１つの量子ドット２０５から、所定の距離「ｄ」離れるように空間をあけてもよい。いくつかの実施形態において、所定の距離は、約１００μｍ以下でありうる。他の実施形態において、所定の距離は、約５０μｍと約２ｍｍの間、約７５μｍと約５００μｍの間、約９０μｍと約３００μｍの間であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。いくつかの実施形態において、所定の距離は、ＬＥＤ部材２０３の上面から、少なくとも１つの量子ドット２０５を有する包含および内包領域の中線までを測定したものである。当然、所定の距離は、少なくとも１つの量子ドット２０５を有する包含および内包領域の任意の部分までを測定したものであってもよく、限定するものではないが、少なくとも１つの量子ドット２０５に面した第３の基板２１５の上面まで、少なくとも１つの量子ドット２０５に面した第１の基板２０１の下面まで、または、気密封止したパッケージまたは装置２１９内にあってもよい薄膜またはフィルタ２１７ａ、ｂの任意の１つによって形成された面までの距離などを、測定したものであってもよい。
いくつかの実施形態において、例示的な薄膜は、例示的なＬＥＤ部材２０３からの青色光が、装置２１９から１つの方向に漏れるのを防ぐフィルタ２１７ａ、および／または、赤色光（または、励起された量子ドット材料から発せられた他の光）が、装置２１９から第２の方向に漏れるのを防ぐ他のフィルタ２１７ｂを、含む。例えば、いくつかの実施形態において、装置２００は、第２の基板２０７、および／または、他の基板によって形成された、井戸または他の囲まれた領域に、１つ以上のＬＥＤ部材２０３を含んでいてもよい。１つ以上のＬＥＤ部材に（例えば、上記のような所定の距離で）近接して、気密封止したパッケージまたは装置２１９は、第２の基板２０７に固定または封止されてもよく、更に、それは、１つ以上のＬＥＤ部材２０３から発せられた光によって励起された時に、赤外線波長領域、近赤外線波長領域、または、所定のスペクトル領域（例えば、赤色）の光を発するように構成された、１つの波長の量子ドット材料２０５を有する内包領域を形成する第３の基板２１５に気密封止した、第１の基板２０１を、含んでいてもよい。
量子ドット材料２０５は、ＬＥＤ部材２０３から、所定の距離で、離間していてもよい。そのような例示的な実施形態において、第１のフィルタ２１７ａを、第１の基板２０１の底面（または、上面）に備えて、青色光が装置２００の上面を通って出るのを防ぐようにフィルタリングし、更に、第２のフィルタ２１７ｂを、第３の基板２１５の上面（または、底面）に備えて、量子ドット材料からの励起光が第３の基板２１５の底面から出るのを防ぐようにフィルタリングしてもよい。
図５Ｄは、少なくとも１つのＬＥＤ部材２０３、第１の基板２０１、第２の基板２０７、および、第３の基板２１５を含む封止された装置２００に、光学的に接続されたレンズ１００を示している。第１の基板２０１と第３の基板２１５は、封止部２１１によって接続されて、少なくとも１つの量子ドット２０５を含む包含および内包領域を形成する、気密封止したパッケージまたは装置２１９を、形成してもよい。いくつかの実施形態において、気密封止したパッケージまたは装置２１９は、限定するものではないが、光の方向を変えて、色変換要素を含む内包領域２０９ａだけを通るように作用する反射膜などの１つ以上の薄膜２１７ｃを含む。薄膜２１７ｃを、基板２１５の外面上に示しているが、そのような薄膜は、例えば、任意の適切な内面または外面、例えば、基板２０１と基板２１５の間など、装置２１９の任意の場所に配置してもよい。第２の基板２０７の内面または外面にも、同様に、要求および／または必要に応じて、そのような反射膜を備えて、装置から光が漏れるのを防いでもよい。少なくとも１つの量子ドット２０５、または、ＱＤ材料を、略中心に、または、ＬＥＤ部材２０３の上方に、図示しているが、そのような実施形態は、図５Ｃに示したような、内包領域２０９ｂの全体に沿って、または、全体に亘って広がる少なくとも１つの量子ドット２０５またはＱＤ材料を含みうると考えられるので、添付の請求項は、限定されるべきではない。
上記のように、いくつかの実施形態において、フィルタ２１７ｃを、基板２１５の底面に備えて、青色光をフィルタリングしてもよい。いくつかの実施形態において、これらのフィルタ２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、単独で、または、組合せて、それらの光学特性に合わせて選択された複数の薄膜層を含みうる。特定の例示的なフィルタ２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃを、青色波長について高い透過率を有して、青色のＬＥＤ光が、装置２００に隣接した導光板から出るように設計しうる。そのようなフィルタは、赤色および緑色波長について高い反射率も有して、量子ドット材料２０５から導光板内へ戻る光の後方反射を減らしうる。
１つの例示的な低域フィルタ２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、高屈折率および低屈折率材料の多数の層から作られた薄膜積層体を含む。いくつかの実施形態において、積層体は、奇数個の層を含み、他の実施形態において、積層体は、偶数個の層を含む。いくつかの実施形態において、複数の層は、２層以上、３層以上、４層以上、５層以上、６層以上、７層以上、８層以上、９層以上、１０層以上、１１層以上、１２層以上、１３層以上、１４層以上、１５層以上、１６層以上、１７層以上、１８層以上、１９層以上、２０層以上、２１層以上、２２層以上、２３層以上、２４層以上、２５層以上、２６層以上、２７層以上、２８層以上、２９層以上の層などを含む。一実施形態において、例示的なフィルタは、多数の適切な高屈折率材料と適切な低屈折率材料の層を交互に含む。例示的な高屈折率材料は、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２および、それらの複合酸化物を含むが、それらに限定されない。例示的な低屈折率材料は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、および、、それらの複合酸化物を含むが、それらに限定されない。一実施形態において、例示的なフィルタは、下記の表１に示すように、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２の層を交互に含み、全厚さが、約１．８μｍで、４５０ｎｍの光を透過し、５５０ｎｍおよび６３２ｎｍの光を反射するように設計しうる。
Figure 2018531414
図６および７は、本開示のいくつかの実施形態の光学性能を示すグラフである。図６を参照すると、表１のフィルタに垂直に入射した際の光学性能を示している。図示した実施形態は、４５０ｎｍにおける高透過率（実線）、および、５５０ｎｍ〜６４０ｎｍに亘って１００％近くの反射率（破線）を提供することに、留意すべきである。図７を参照すると、表１のフィルタに５０°で入射した際の光学性能を示している。図示した実施形態は、より大きい角度においても、青色光の透過、並びに、赤色および緑色光の反射を提供することに、留意すべきである。
例示的なフィルタの実施形態を、側面照射または直接照射導光板と、それに隣接したＱＤ材料との間で使用するか、つまり、ＱＤ材料と導光板の間に介在させるか、または、図２Ｂおよび２Ｃを参照して記載したように、使用しうる。例えば、図２Ｃを続けて参照すると、例示的なフィルタ２１７ｃは、パッケージから出射される光を方向付ける効率を高めうる。他の実施形態において、ＵＶ吸収材料が干渉フィルタでもあるように、低域フィルタを配置する他の位置は、カバーガラス（例えば、第３の基板２１５）上でありうる。具体的には、高屈折率材料として使用される材料は、ＵＶ光を十分に吸収して、本明細書に記載のレーザ溶接を可能にする。これらの例示的な材料の層を、スパッタリング、プラズマ強化化学蒸着など、当技術分野で知られた任意の数の薄膜方法によって、被覆しうる。薄膜または層を、導光板または基板上に直接被覆するか、または、次に、光学的に透明な接着剤によって取り付けられる別の層としてもよい。本明細書に記載の実施形態において、そのようなフィルタを有することは、（１）結果的に、前方に出射する光の強度を高めて、装置２００または導光板の全輝度を高めること、（２）量子ドット変換効率を改良して、量子ドット材料の使用量を削減できること、（３）製造を容易にするのに、従来の薄膜処理技術によることができることを、見出した。
負のアキシコン１０７を、ＬＥＤ２０３と略位置合わせして、ＬＥＤから出た（破線で示した）光Ｌが、レンズ１００の窪んだ中心に入るようにしうる。光Ｌは、負のアキシコン１０７の内面によって、例えば、Ａ点で屈折しうる。この時点で、光は、初期角度Θ１で反射されてもよく、いくつかの実施形態において、その角度は、約４０°未満、約３５°未満、約３０°未満、約２５°未満、約２０°未満、約１５°未満、約１０°未満、または、約５°未満など、約４５°未満で、例えば、約５°から約４５°の範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。次に、光は、凸面１０３によって、例えば、Ｂ点で、更に屈折される。このように屈折した光Ｌは、角度Θ２を有してもよく、いくつかの実施形態において、その角度は、約７０°より大きい、約７５°より大きい、約８０°より大きい、または、約８５°より大きいなど、約６５°より大きい角度で、例えば、約６５°から約９０°の範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
いくつかの実施形態において、第１の基板２０１、第２の基板２０７、および／または、第３の基板２１５を、ガラス基板から選択しうるものであり、表示装置および他の電子装置で使用するための、当技術分野で知られた任意のガラスを、含んでいてもよい。適切なガラスは、アルミノケイ酸塩、アルカリアルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、アルカリホウケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、アルカリアルミノホウケイ酸塩、および、他の適切なガラスを含みうるが、それらに限定されない。様々な実施形態において、これらの基板は、化学強化、および／または、熱強化されていてもよい。市販されている適切な基板の例は、いくつかの例を挙げれば、コーニング社のＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）、Ｌｏｔｕｓ（商標）、Ｉｒｉｓ（商標）、Ｗｉｌｌｏｗ（登録商標）、および、Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスを含むが、それらに限定されない。イオン交換によって化学強化されたガラスは、いくつかの限定するものではない実施形態による基板として、適切でありうる。限定するものではない実施形態において、レンズ１００も、上記のようなガラス材料から構成されていてもよい。
様々な実施形態によれば、第１、第２、および／または、第３のガラス基板２０１、２０７、２１５は、約１００Ｍｐａより高い圧縮応力、および、約１０マイクロメートルより大きい圧縮応力層（ＤＯＬ）の深さを有してもよい。更なる実施形態において、第１、第２、および／または、第３のガラス基板は、約５００ＭＰａより高い圧縮応力、および、約２０マイクロメートルより大きいＤＯＬ、若しくは、約７００ＭＰａより高い圧縮応力、および、約４０マイクロメートルより大きいＤＯＬを有してもよい。限定するものではない実施形態において、第１、第２、および／または、第３のガラス基板は、約３ｍｍ以下の厚さを有してもよく、例えば、約０．１ｍｍから約２．５ｍｍ、約０．３ｍｍから約２ｍｍ、約０．５ｍｍから約１．５ｍｍ、または、約０．７ｍｍから約１ｍｍの範囲など、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
様々な実施形態において、第１、第２、および／または、第３のガラス基板は、透明または略透明であってもよい。本明細書で用いるように、「透明」という用語は、約１ｍｍの厚さの基板が、スペクトルの可視光領域（４００〜７００ｎｍ）において、約８０％より高い透過性を有することを指すことを意図する。例えば、例示的な透明基板は、可視光領域において、約９０％より高い、または、約９５％より高いなど、約８５％より高い透過率を有してもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。ある実施形態において、例示的なガラス基板は、紫外線（ＵＶ）領域（２００〜４００ｎｍ）において、約５５％より高い、約６０％より高い、約６５％より高い、約７０％より高い、約７５％より高い、約８０％より高い、約８５％より高い、約９０％より高い、約９５％より高い、または、約９９％より高いなど、約５０％より高い透過率を有してもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。限定するものではない実施形態において、レンズ１００も、上記のように透明または略透明であってもよい。
様々な実施形態によれば、第２の基板２０７を、ガラスより高い熱伝導率を有する無機基板などの無機基板から、選択しうる。例えば、適切な無機基板は、約２．５Ｗ／ｍ・Ｋより高いなど（例えば、約２．６、３、５、７．５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、または、１００Ｗ／ｍ・Ｋより高いなど）、比較的高い熱伝導率を有するものを含んでもよく、例えば、約２．５Ｗ／ｍ・Ｋから約１００Ｗ／ｍ・Ｋの範囲など、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、無機基板の熱伝導率は、約１００Ｗ／ｍ・Ｋから約３００Ｗ／ｍ・Ｋの範囲など、１００Ｗ／ｍ・Ｋより高く（例えば、約１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、または、３００Ｗ／ｍ・Ｋより高く）てもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
様々な実施形態によれば、無機基板は、セラミック基板を含んでもよく、それは、セラミック、または、ガラスセラミック基板を含みうる。限定するものではない実施形態において、第２の基板２０７は、いくつかの例を挙げれば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、または、炭化ケイ素を含みうる。ある実施形態において、無機基板の厚さは、約０．２ｍｍから約２．５ｍｍ、約０．３ｍｍから約２ｍｍ、約０．４ｍｍから約１．５ｍｍ、約０．５ｍｍから約１ｍｍ、約０．６ｍｍから約０．９ｍｍ、または、約０．７ｍｍから約０．８ｍｍなど、約０．１ｍｍから約３ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
図５Ａ〜Ｃは、少なくとも１つの空洞部２０９を、台形断面を有するものとして示しているが、空洞部は、所定の利用例に望ましいような任意の所定の形状またはサイズを有しうると、理解すべきである。いくつかの例を挙げれば、空洞部は、例えば、正方形、円柱形、矩形、半円形、または、半楕円形の断面、若しくは、不規則な断面を有しうる。第１の基板２０１または第３の基板２１５の表面が、少なくとも１つの空洞部２０９を含むか（例えば、図５Ｃを参照）、若しくは、第１または第３の基板と第２の基板の両方が空洞部を有することも可能である。その代わりに、または、追加で、第１または第２の基板の空洞部を、可視光波長領域とＬＥＤ動作波長領域の一方または両方で透明である材料で、充填しうる。
更に、図５Ａ〜Ｄは、１つの空洞部２０９を含む封止された装置を示しているが、複数の空洞部または空洞部のアレイを含む、封止された装置も、本開示の範囲に含むことを意図している。例えば、封止された装置は、任意の数の空洞部２０９を含み、それらは、規則的および不規則なパターンを含む任意の望ましい形態で配置、および／または、離間しうる。更に、図５Ａ、Ｂの１つの空洞部２０９は、量子ドットとＬＥＤ部材の両方を有するが、この図示された態様は、限定するものではないと理解すべきである。１つ以上の空洞部が、量子ドット、および／または、ＬＥＤ部材を有さない実施形態も考えられる（例えば、図５Ｃを参照）。１つ以上の空洞部が、複数のＬＥＤ部材、および／または、量子ドットを含む実施形態も考えられる。更に、各空洞部が、同じ数または量の量子ドット、および／または、ＬＥＤ部材を含むことを必要とせず、この量が、空洞部毎に異なって、いくつかの空洞部は、量子ドット、および／または、ＬＥＤ部材を有さないことも可能である。更に、図５Ａ〜Ｄは、各々、封止された装置に光学的に接続された、１つの負のアキシコンを含むレンズを示しているが、多数の負のアキシコン含むレンズも、そのような封止された装置、または、任意の他の内包した、または、内包していない発光素子に接続しうると理解すべきであり、限定するものではない。
少なくとも１つの空洞部２０９は、例えば、空洞部に内包する物（例えば、ＱＤ、ＬＥＤ、および／または、ＬＤ）のタイプ、および／または、形状、および／または、量に合わせて適切に選択しうる、任意の所定の深さを有しうる。限定するものではない実施形態によって、少なくとも１つの空洞部２０９は、第１、および／または、第２の基板内に、約０．５ｍｍ未満、約０．４ｍｍ未満、約０．３ｍｍ未満、約０．２ｍｍ未満、約０．１ｍｍ未満、約０．０５ｍｍ未満、約０．０２ｍｍ未満、または、約０．０１ｍｍ未満など、約１ｍｍ未満の深さまで延伸してもよく、約０．０１ｍｍから約１ｍｍの範囲など、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。空洞部のアレイを用いることも、考えうるものであり、各空洞部は、アレイ内の他の空洞部と比べて、同じか、または、異なる深さ、同じか、または、異なる形状、並びに／または、同じか、または、異なるサイズを有してもよい。
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの空洞部２０９は、少なくとも１つの量子ドット２０５を含みうる。量子ドットは、望ましい発光波長に応じて、様々な形状、および／または、サイズを有しうる。例えば、発光周波数は、量子ドットのサイズが小さくなるにつれて、高くなり、例えば、量子ドットのサイズが小さくなるにつれて、発光の色が赤色から青色にシフトしうる。青色、ＵＶ、または、近ＵＶ光が照射されると、量子ドットは、その光を、より波長の長い、赤色、黄色、緑色、または、青色光に変換しうる。様々な実施形態によれば、量子ドットを、青色、ＵＶ、または、近ＵＶ光が照射されると、赤色および緑色の波長領域の光を発する赤色と緑色の量子ドットから選択しうる。例えば、ＬＥＤ部材は、青色光（約４５０〜４９０ｎｍ）、ＵＶ光（約２００〜４００ｎｍ）、または、近ＵＶ光（約３００〜４５０ｎｍ）を発しうる。
更に、少なくとも１つの空洞部は、同じか、または、異なるタイプの量子ドット、例えば、異なる波長の光を発する量子ドットを含むことも可能である。例えば、いくつかの実施形態において、空洞部は、緑色と赤色の両方の波長の光を発する量子ドットを含んで、空洞部内に、赤緑青（ＲＧＢ）スペクトルを生成しうる。しかしながら、他の実施形態によれば、緑色の量子ドットだけを含む空洞部、または、赤色の量子ドットだけを含む空洞部など、個々の空洞部が、同じ波長の光を発する量子ドットだけを含んでいてもよい。例えば、封止された装置は、約１／３の空洞部が、緑色の量子ドットで充填され、約１／３の空洞部が、赤色の量子ドットで充填され、約１／３の空洞部は、（青色光を発するように）空のままであってもよい、空洞部のアレイを含みうる。そのような構成を用いて、全アレイは、各個別の色について動的減光も提供しながら、ＲＧＢスペクトルを生成しうる。
当然、任意のタイプ、色、または、量の量子ドットを、任意の比率で有する空洞部が可能であり、それらは、本開示の範囲に含まれると、理解すべきである。当業者であれば、空洞部の構成、並びに、各空洞部の配置する量子ドットのタイプおよび量を選択して、望ましい効果を実現できるだろう。更に、本明細書において、装置を、表示装置についての赤色と緑色の量子ドットについて記載したが、任意の波長の光を発しうる任意のタイプの量子ドットを使用しうるものであり、それは、赤色、橙色、黄色、緑色、青色、または、可視スペクトル内の任意の他の色（例えば、４００〜７００ｎｍ）を含みうるが、それらに限定されないと、理解すべきである。
例示的な量子ドットは、様々な形状を有しうる。量子ドットの形状の例は、球状、ロッド状、ディスク状、テトラポッド状、他の形状、および／または、それらの混合形状を含むが、それらに限定されない。例示的な量子ドットは、アクリル酸塩などのポリマー樹脂、若しくは、他の適切なポリマーまたはモノマーに含まれてもよいが、それらに限定されない。そのような例示的な樹脂は、ＴｉＯ２などを含む適切な散乱粒子も含んでいてもよいが、それに限定されない。
ある実施形態において、量子ドットは、ポリマーの溶解性および加工性を、無機半導体の高効率性および安定性と組み合わせるのを可能にする、無機半導体材料を含む。典型的には、無機半導体量子ドットは、水蒸気および酸素の存在下で、有機半導体のそれよりも安定している。上記のように、量子閉じ込め発光特性により、ルミネセンスは、非常に狭帯域で、単一ガウススペクトルによって特徴付けられる、高飽和色の発光を生じうる。ナノ結晶直径が、量子ドットの光学バンドギャップを制御するので、合成および構造変化を通して、吸収および発光波長の調整を実現しうる。
ある実施形態において、無機半導体ナノ結晶量子ドットは、第ＩＶ族元素、第ＩＩ‐ＶＩ族化合物、第ＩＩ‐Ｖ族化合物、第ＩＩＩ‐ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ‐Ｖ族化合物、第ＩＶ‐ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、または、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物、３元および４元合金および／または混合物を含む、それらの合金、および／または、それらの混合物を含む。限定するものではない例は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＳｅ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、３元および４元合金および／または混合物を含む、それらの合金、および／または、それらの混合物を含む。
ある実施形態において、量子ドットは、その表面の少なくとも一部にシェルを含みうる。この構造を、コア‐シェル構造と称する。シェルは、無機材料、より好ましくは、無機半導体材料を含みうる。無機シェルは、表面電子状態を、有機キャッピング基より遙かに高い程度に、不動態化しうる。シェルに使用する無機半導体材料の例は、限定するものではないが、第ＩＶ族元素、第ＩＩ‐ＶＩ族化合物、第ＩＩ‐Ｖ族化合物、第ＩＩＩ‐ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ‐Ｖ族化合物、第ＩＶ‐ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、または、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物、３元および４元合金および／または混合物を含む、それらの合金、および／または、それらの混合物を含む。限定するものではない例は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＳｅ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＴｌＮ、ＴｌＰ、ＴｌＡｓ、ＴｌＳｂ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、３元および４元合金および／または混合物を含む、それらの合金、および／または、それらの混合物を含む。
いくつかの実施形態において、量子ドット材料は、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、および、ＣｄＴｅを含むＩＩ‐ＶＩ半導体を含みうるものであり、狭いサイズ分布と高い発光量子効率で、全可視スペクトルに亘って発光しうる。例えば、略２ｎｍの直径のＣｄＳｅ量子ドットは、青色光を発し、一方、８ｎｍの直径の粒子は、赤色光を発する。異なるバンドギャップを有する他の半導体材料を代わりに用いて合成することによって、量子ドットの組成を変更して、量子ドットの発光を調整できる電磁スペクトルの領域を変える。他の実施形態において、量子ドット材料は、カドミウムを含まない。カドミウムを含まない量子ドット材料の例は、ＩｎＰ、および、ＩｎｘＧａｘ−１Ｐを含む。ＩｎｘＧａｘ−１Ｐを用意するためのアプローチの１例において、ＩｎＰに少量のＧａをドープして、黄色／緑色より僅かに青色寄りの波長にアクセスするために、バンドギャップを、より高いエネルギーにシフトさせる。この３元材料を用意するためのアプローチの他の例において、ＧａＰにＩｎをドープして、深い青色より赤色寄りの波長にアクセスしうる。ＩｎＰは、１．２７ｅＶの直接バルクバンドギャップを有するが、Ｇａをドープして、２ｅＶを超えるように調整しうる。ＩｎＰを単独で含む量子ドット材料は、黄色／緑色から深い赤色の調整可能な発光を提供しうるが、少量のＧａをＩｎＰにドープすることで、深緑色／水色がかった緑色までの発光の調整を容易にしうる。ＩｎｘＧａｘ−１Ｐ（０＜ｘ＜１）を含む量子ドット材料は、可視スペクトルの全体ではなくても、少なくとも大部分に亘って、調整可能な発光を提供しうる。ＩｎＰ／ＺｎＳｅＳコア‐シェル量子ドットを、深い赤色から黄色で、７０％もの高効率で調整しうる。高ＣＲＩ白色ＱＤ−ＬＥＤ発光体を生成するには、ＩｎＰ／ＺｎＳｅＳを利用して、可視スペクトルの赤色から黄色／緑色部分に対処しうるものであり、ＩｎｘＧａｘ−１Ｐは、深緑色から水色がかった緑色の発光を提供するだろう。
いくつかの実施形態において、例えば、図５Ａ〜Ｄを参照すると、量子ドット材料は、所定のスペクトルで調整可能な発光を提供しうる。例えば、例示的な量子ドット材料を、そこからの発光が、１つのスペクトルのみになるように、つまり、限定するものではないが、例えば、６２０ｎｍから約７５０ｎｍの赤色スペクトルなどの１つの波長の量子ドット材料を、選択してもよい。当然、例示的な１つの波長の量子ドット材料は、少なくとも１つのＬＥＤ部材２０３などの近くの光源によって励起された場合に、他のスペクトル（例えば、紫色３０８〜４５０ｎｍ、青色４５０〜４９５ｎｍ、緑色４９５〜５７０ｎｍ、黄色５７０〜５９０ｎｍ、および、橙色５９０〜６２０ｎｍ）を発するように、選択してもよい。他の実施形態において、量子ドット材料は、限定するものではないが、例えば、７００ｎｍから１ｍｍまでの赤外線スペクトル、または、例えば、１０ｎｍから３８０ｎｍまでの紫外線スペクトルなどの他のスペクトルで、調整可能な発光を提供しうる。
第１の基板２０１の第１の表面と第２の基板２０７の第２の表面を、封止部または溶接部２１１によって、接合しうる。封止部２１１は、少なくとも１つの空洞部２０９の周りに延伸して、対象物を空洞部内に封止しうる。例えば、図５Ａ、Ｂに示すように、封止部は、少なくとも１つの量子ドット２０５と少なくとも１つのＬＥＤ部材２０３を、同じ空洞部内に内包しうる。多数の空洞部を有する場合には、封止部は、１つの空洞部の周りに延伸して、例えば、アレイ内の各空洞部を他の空洞部から分離して、１つ以上の不連続の封止された領域または仕切り部を生成するか、または、封止部は、１つより多く、例えば、３つ、４つ、５つ、１０、または、もっと多くなどの２つ以上の空洞部からなる、空洞部の群の周りに、延伸しうる。例えば、ＬＥＤ、および／または、量子ドットがない空洞部の場合のように、封止された装置は、必要に応じて封止しなくてもよい１つ以上の空洞部を含むことも可能である。したがって、様々な空洞部は、空であるか、そうでない場合には、量子ドット、および／または、ＬＥＤがなくてもよく、したがって、これらの空の空洞部は、適切に、または、必要に応じて、封止されるか、または、封止されないと理解すべきである。いくつかの実施形態において、封止部２１１は、ガラスとガラス間の封止部、ガラスとガラスセラミック間の封止部、または、ガラスとセラミック間の封止部を含みうるものであり、同時係属出願である米国特許出願第１３／７７７，５８４号、第１３／８９１，２９１号、第１４／２７０，８２８号、および、第１４／２７１，７９７号の各明細書に記載されており、全てが、参照により、本明細書に組み込まれる。
様々な実施形態において、本明細書に開示したように、第１と第２の基板は、互いに封止されて、少なくとも１つの空洞部の周りに封止部または溶接部を生成する。ある実施形態において、封止部または溶接部は、気密封止部であってもよく、例えば、１つ以上の気密および／または防水仕切り部を形成してもよい。例えば、少なくとも１つの空洞部は、空洞部が、水、湿気、空気、および／または、他の汚染物質を透過しないか、または、実質的に透過しないように、気密封止されうる。限定するものではない例として、気密封止部は、酸素の発散（拡散）を、約１０−２ｃｍ３／ｍ２／日未満（例えば、約１０−３／ｃｍ３／ｍ２／日未満）に制限し、水の発散を、約１０−２ｇ／ｍ２／日未満（例えば、約１０−３、１０−４、１０−５、または、１０−６ｇ／ｍ２／日未満）に制限するように構成しうる。様々な実施形態において、気密封止部は、気密封止部によって保護された構成要素が、水、湿気、および／または、空気に接触するのを、実質的に防ぎうる。
ある態様によれば、封止された装置の全厚さは、約５ｍｍ未満、約４ｍｍ未満、約３ｍｍ未満、約２ｍｍ未満、約１．５ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、または、約０．５ｍｍ未満など、約６ｍｍ未満であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。例えば、封止された装置の厚さは、約０．５ｍｍから約２．５ｍｍ、または、約１ｍｍから約２ｍｍなど、約０．３ｍｍから約３ｍｍの範囲であってもよく、全ての範囲、および、それらの間の部分範囲を含みうる。
本明細書に開示した光学アセンブリは、様々な表示装置、または、表示構成要素で使用してもよく、限定するものではないが、様々な更なる構成要素を含みうる、バックライト、または、テレビ、コンピュータモニター、携帯端末などのバックライト型表示装置を含む。本明細書に開示した光学アセンブリは、照明器具および固体照明利用器具などの照明装置でも使用しうる。例えば、光学アセンブリを、一般的な照明に使用して、例えば、太陽から発せられる広帯域光を真似しうる。そのような照明装置は、例えば、４００〜７００ｎｍの範囲などの様々な波長の光を発する様々なサイズの量子ドットを含みうる。
様々な開示した実施形態は、特定の実施形態に関連して記載した特定の特徴、構成要素、または、工程を含んでもよいことが分かるだろう。更に、特定の特徴、構成要素、または、工程を、１つの特定の実施形態に関して記載してあっても、その代わりの実施形態と、交換または組み合わせて、様々な記載していない組合せまたは順列にしてもよいことも、分かるだろう。
更に、本明細書で用いるように、原文の英語の定冠詞または不定冠詞は、「少なくとも１つ」を意味し、そうでないことが明示されていない限りは、「１つだけ」に限定すべきではないと、理解すべきである。したがって、例えば、不定冠詞をつけた「アキシコン」に言及する場合には、文脈からそうでないことが明らかでない限り、そのような「アキシコン」を１つ、または、そのような「アキシコン」を２つ以上有する例を含む。同様に、「複数」または「アレイ」は、２つ以上のものを示すことを意図し、「アキシコンのアレイ」、または、「複数のアキシコン」は、そのようなアキシコンが２つ以上あることを示す。
本明細書において、範囲を、「約」１つの特定の値から、および／または、他の「約」特定の値までと示しうる。そのような範囲を表す場合は、１つの特定の値から、および／または、他の特定の値までという例を含む。同様に、「約」を前につけて、値を近似値で表す場合には、その特定の値が、他の態様を形成することが分かるだろう。更に、各範囲の端点は、他方の端点と関連して、および、他方の端点とは独立にの両方で重要であることも、分かるだろう。
本明細書に表した全ての数値は、「約」と記載してあるかどうかに関わらず、そうでないと明示されていない限りは、「約」をつけたものと解釈すべきである。それでも、記載した各数値は、その値を「約」をつけて表しているかに関わらず、正確に表すことを意図していると理解すべきものである。したがって、「１０ｍｍ未満の寸法」、および、「約１０ｍｍ未満の寸法」の両方が、「寸法が１０ｍｍ未満」であるだけではなく「寸法が約１０ｍｍ未満」の実施形態を含むものである。
そうでないことが明示されない限り、本明細書に示した任意の方法が、工程を特定の順序で行うことを要すると解釈することを、全く意図していない。したがって、方法の請求項が、工程が行われる順序を実際に記載しないか、請求項または明細書で、工程が特定の順序に限定されると、そうでないことが記載されていない限りは、任意の特定の順序が推定されることを、全く意図していない。
特定の実施形態の様々な特徴、構成要素、または、工程を、「含む」という移行句を用いて開示してもよいが、「からなる」、または、「本質的に、からなる」という移行句を用いて記載してもよい代わりの実施形態を包含すると、理解すべきである。したがって、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む装置の代わりの実施形態は、装置が、Ａ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態、および、装置が、本質的にＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態を包含する。
当業者には、本開示の精神および範囲を逸脱することなく、本開示に様々な変更および様々な変形を加えうることが明らかであろう。当業者には、本開示の精神および実質を逸脱することなく、開示した実施形態の変更、組合せ、部分組合せ、および、変形がありうるものなので、本開示は、添付の請求項、および、それらの等価物の範囲内の全てを含むものだと解釈すべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
レンズにおいて、
第１の表面と、
第２の凸面と、
それらの間に配置されて、少なくとも１つの負のアキシコンを含む中心領域と、
を含むレンズ。
実施形態２
前記少なくとも１つの負のアキシコンは、前記レンズを通る光の一部を、該レンズ内で全内部反射が起きるのに十分な入射角で、前記第２の凸面に向けるように構成されたものである、実施形態１に記載のレンズ。
実施形態３
前記第１の表面は、平面、回転対称球面、回転対称非球面、および、非回転対称自由曲面から選択したものである、実施形態１または２に記載のレンズ。
実施形態４
前記第２の凸面は、回転対称球面、回転対称非球面、および、非回転対称自由曲面から選択したものである、実施形態１から３のいずれか１つに記載のレンズ。
実施形態５
前記第１の表面は、平面であり、前記第２の凸面は、回転対称球面である、実施形態１に記載のレンズ。
実施形態６
前記第２の凸面が、約８０°から約９０°の範囲の円錐半角を有する円錐状窪み部を含むものである、実施形態１に記載のレンズ。
実施形態７
前記少なくとも１つの負のアキシコンが、約２５°から約４０°の範囲の円錐半角を有する窪んだ円錐状領域を含むものである、実施形態１に記載のレンズ。
実施形態８
前記中心領域は、複数の負のアキシコンを含むものである、実施形態１に記載のレンズ。
実施形態９
前記第１の表面と、前記第２の凸面の頂点との間に延伸する厚さが、約１ｍｍから約２０ｍｍの範囲である、実施形態１に記載のレンズ。
実施形態１０
ガラス、および、ポリメタクリル酸メチルから選択した材料を含む、実施形態１に記載のレンズ。
実施形態１１
実施形態１から１０のいずれか１つに記載の少なくとも１つのレンズであって、少なくとも１つの発光素子に光学的に接続されたレンズを含む、光学アセンブリ。
実施形態１２
前記少なくとも１つの発光素子が、発光ダイオードである、実施形態１１に記載の光学アセンブリ。
実施形態１３
前記少なくとも１つのレンズが、前記少なくとも１つの発光素子から、約０．１ｍｍから約５ｍｍの範囲の距離で、離間したものである、実施形態１１または１２に記載の光学アセンブリ。
実施形態１４
光分散層を更に含む、実施形態１１から１３のいずれか１つに記載の光学アセンブリ。
実施形態１５
少なくとも１つの色変換要素を更に含む、実施形態１１から１４のいずれか１つに記載の光学アセンブリ。
実施形態１６
前記少なくとも１つの色変換要素が、量子ドットである、実施形態１５に記載の光学アセンブリ。
実施形態１７
前記少なくとも１つのレンズは、封止された装置に光学的に接続され、前記封止された装置は、少なくとも１つの量子ドットと、少なくとも１つの発光ダイオードとを有する少なくとも１つの空洞部を含むものである、実施形態１１から１４のいずれか１つに記載の光学アセンブリ。
実施形態１８
前記封止された装置は、封止層によって互いに接合された第１の基板および第２の基板を含むものである、実施形態１７に記載の光学アセンブリ。
実施形態１９
前記封止された装置は、１つ以上の薄膜を更に含んで、所定の波長の光をフィルタリングするものである、実施形態１８に記載の光学アセンブリ。
実施形態２０
前記１つ以上の薄膜は、高屈折率材料と低屈折率材料の薄膜を交互に含むものである、実施形態１９に記載の光学アセンブリ。
実施形態２１
前記高屈折率材料は、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、および、それらの複合酸化物からなる群から選択され、前記低屈折率材料は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、および、それらの複合酸化物からなる群から選択されたものである、実施形態２０に記載の光学アセンブリ。
実施形態２２
実施形態１１から２１のいずれか１つに記載の前記光学アセンブリを含む、表示装置。
実施形態２３
実施形態１１から２１のいずれか１つに記載の前記光学アセンブリを含む、照明器具。
１００ レンズ
１０１ 第１の表面
１０３ 第２の凸面
１０３’ 平面
１０５ 中心領域
１０７ 負のアキシコン
１０９ 円錐状窪み部
１１１ 頂点
２００ 封止された装置
２０１ 第２の基板
２０３ ＬＥＤ部
２０５ 量子ドット
２０７ 第１の基板
２０９ 空洞部
２０９ａ、２０９ｂ 内包領域
２１１ 封止部
２１５ 第３の基板
２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ フィルタ
２１９ 装置

Claims (15)

  1. レンズにおいて、
    第１の表面と、
    第２の凸面と、
    それらの間に配置されて、少なくとも１つの負のアキシコンを含む中心領域と、
    を含むレンズ。
  2. 前記少なくとも１つの負のアキシコンは、前記レンズを通る光の一部を、該レンズ内で全内部反射が起きるのに十分な入射角で、前記第２の凸面に向けるように構成されたものである、請求項１に記載のレンズ。
  3. 前記第１の表面は、平面、回転対称球面、回転対称非球面、および、非回転対称自由曲面から選択したものである、請求項１または２に記載のレンズ。
  4. 前記第２の凸面は、回転対称球面、回転対称非球面、および、非回転対称自由曲面から選択したものである、請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ。
  5. 前記第２の凸面が、約８０°から約９０°の範囲の円錐半角を有する円錐状窪み部を含むものである、請求項１に記載のレンズ。
  6. 前記少なくとも１つの負のアキシコンが、約２５°から約４０°の範囲の円錐半角を有する窪んだ円錐状領域を含むものであるか、
    前記中心領域は、複数の負のアキシコンを含むものである、請求項１に記載のレンズ。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の少なくとも１つのレンズであって、少なくとも１つの発光素子に光学的に接続されたレンズを含む、光学アセンブリ。
  8. 前記少なくとも１つのレンズが、前記少なくとも１つの発光素子から、約０．１ｍｍから約５ｍｍの範囲の距離で、離間したものである、請求項７に記載の光学アセンブリ。
  9. 光分散層と、
    少なくとも１つの色変換要素と
    を更に含む、光学アセンブリであって、
    前記少なくとも１つの色変換要素が、量子ドットである、請求項７または８に記載の光学アセンブリ。
  10. 前記少なくとも１つのレンズは、封止された装置に光学的に接続され、前記封止された装置は、少なくとも１つの量子ドットと、少なくとも１つの発光ダイオードとを有する少なくとも１つの空洞部を含むものである、請求項７または８に記載の光学アセンブリ。
  11. 前記封止された装置は、封止層によって互いに接合された第１の基板および第２の基板を含むものである、請求項１０に記載の光学アセンブリ。
  12. 前記封止された装置は、１つ以上の薄膜を更に含んで、所定の波長の光をフィルタリングするものである、請求項１１に記載の光学アセンブリ。
  13. 前記１つ以上の薄膜は、高屈折率材料と低屈折率材料の薄膜を交互に含むものである、請求項１２に記載の光学アセンブリ。
  14. 前記高屈折率材料は、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、および、それらの複合酸化物からなる群から選択され、前記低屈折率材料は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、および、それらの複合酸化物からなる群から選択されたものである、請求項１３に記載の光学アセンブリ。
  15. 請求項７から１４のいずれか１項に記載の前記光学アセンブリを含む、表示装置または照明器具。
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