JP6313771B2 - 表面粗さが異なる微細構成を有する製造物品 - Google Patents

Description

関連出願データ
本願は、２０１２年１０月８日に出願された米国仮特許出願第６１／７１０，８６５号の利益を主張し、その開示はその全体がここに引用により援用される。

背景
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、照明アセンブリ用のエネルギー効率のよい光源として有望である。いくつかのＬＥＤベースの照明アセンブリについては、光源から放射された光は光ガイドへと入力され、光取り出し素子が光ガイドからの光を規定された方向に鏡面反射的に取り出す。しかしながら、光取り出し素子はまた、光学的鏡面反射経路を提供し、それを通して光源は観察者の目に見える。方向性の鏡面反射光出力を維持しつつ、光源の可視性を減少させることは、多くの用途において望ましい。

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説明
図面を参照して、実施例を以下に説明する。図中、全体を通し、同様の参照符号は同様の要素を指すために使用される。図面は必ずしも縮尺通りではない。１つの実施例に関して説明され、および／または例示された特徴は、１つ以上の他の実施例において、および／または他の実施例の特徴と組合せて、あるいは他の実施例の特徴の代わりに、同一または同様のやり方で使用されてもよい。この開示において、入射角、反射角、屈折角、および出力角は、表面の法線に対して測定されている。

この開示の一局面によれば、製造物品は、主面を有する基板を含む。明確に規定された形状の第１の微細構成が基板の主面にあり、第１の微細構成は低い表面粗さを有する。明確に規定された形状の第２の微細構成が基板の主面にあり、第２の微細構成は、低い表面粗さよりも実質的に大きい、高い表面粗さを有する表面を含む。いくつかの実施例では、製造物品は、マスターツール、マザーツール、シムツール、またはエンボスツールといったパターニングツールである。他の実施例では、基板は、光ガイドまたは光方向変換フィルムといった光学基板である。この開示の他の局面は、製造物品を作ることに向けられている。

図１をまず参照すると、照明アセンブリの例示的な一実施例が、１００で示されている。照明アセンブリ１００は、光ガイド１０２として具体化された光学基板を含む。光ガイド１０２は、たとえば、ポリカーボネート、ポリ（メチル−メタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ガラス、または他の適切な材料から作られた固体の製造物品である。光ガイド１０２はまた、屈折率が異なり得る２つ以上の層を有する多層光ガイドであってもよい。光ガイド１０２は、第１の主面１０６と、第１の主面１０６とは反対側の第２の主面１０８とを含む。光ガイド１０２は、第１の主面１０６と第２の主面１０８との間の全内部反射によって光を伝搬するように構成されている。各主面１０６、１０８の長さおよび幅寸法は、光ガイド１０２の厚さよりも大きく、典型的には１０倍以上大きい。厚さとは、主面１０６、１０８に直交する方向における光ガイド１０２の寸法である。

光ガイドの主面１０６、１０８間には、少なくとも１つのエッジ面が厚さ方向に延在している。エッジ面の総数は、光ガイドの構成に依存する。光ガイドが矩形である場合、光ガイドは４つのエッジ面１１０、１１２、１１４、１１６を有する。他の光ガイドの形状は、対応する数の側方エッジをもたらす。光ガイド１０２の形状に依存して、各エッジ面はまっすぐであっても湾曲していてもよく、隣り合うエッジ面同士は頂点で交わっていても湾曲状態で接合していてもよい。また、各エッジ面は、１つ以上の湾曲部分に接続された１つ以上のまっすぐな部分を含んでいてもよい。光源１０４からの光が光ガイドに入力されるエッジ面１１０は、以下に光入力エッジと呼ばれる。いくつかの実施例では、光ガイド１０２は２つ以上の光入力エッジを含む。

例示された実施例では、主面１０６、１０８は平面状である。他の実施例では、光ガイド１０２の主面１０６、１０８の少なくとも一部が、１つ以上の方向に湾曲している。一例では、光入力エッジ１１０と主面１０６、１０８のうちの一方との交点が第１の軸を規定し、光ガイド１０２の少なくとも一部は、第１の軸に直交する軸を中心として湾曲している。別の例では、光ガイド１０２の少なくとも一部は、第１の軸に平行な軸を中心として湾曲している。光ガイドの例示的な形状は、ドーム、中空円筒、中空円錐または角錐、中空切頭円錐または角錐、釣鐘形状、砂時計形状、もしくは別の好適な形状を含む。

照明アセンブリ１００は、光入力エッジ１１０に隣り合って位置付けられた光源１０４を含む。光源１０４は、光源からの光が光入力エッジ１１０に入り、主面１０６、１０８での全内部反射によって光ガイド１０２に沿って伝搬するように、光ガイド１０２をエッジ照明するように構成されている。光源１０４は、１つ以上の固体発光体１１８を含む。光源１０４を構成する固体発光体１１８は、光源１０４が光を供給する光ガイド１０２の光入力エッジ１１０の形状に依存して、直線的に、または別の好適なパターンで配置されている。

光ガイド１０２は、主面１０６、１０８のうちの少なくとも１つの中、上、または下にある微細光学要素１２２として具体化された、明確に規定された形状の微細構成を含む。主面の中、上、または下にある微細光学要素は、主面「に」あるとして言及される。微細光学要素１２２は、光ガイド１０２を伝搬する光を予想通り反射し、または屈折させる、明確に規定された形状の構成である。いくつかの実施例では、微細光学要素１２２のうちの少なくとも１つは、主面１０６、１０８における、明確に規定された形状のくぼみである。他の実施例では、微細光学要素１２２のうちの少なくとも１つは、主面１０６、１０８からの、明確に規定された形状の突起である。

明確に規定された形状の微細光学要素または微細構成は、主面の表面粗さよりも大きい規模ですっきりした明確な表面を有する、主面へくぼんだ、または主面から突出した三次元の構成である。明確に規定された形状の微細光学要素または微細構成は、不明確な形状または表面組織の構成、たとえば不明確な形状の印刷構成、不明確な形状のインクジェット印刷構成、不明確な形状の選択的に堆積された構成、および、全面的に化学エッチングまたはレーザエッチングによって形成された不明確な形状の構成を除く。

各微細光学要素１２２は、光ガイドを伝搬してそれに入射した光の全内部反射を妨害するように機能する。一実施例では、微細光学要素１２２は、光が対向する主面を通って光ガイド１０２から出るように、光を対向する主面に向けて反射する。また、これに代えて、微細光学要素１２２は、光が微細光学要素１２２を通って微細光学要素１２２を有する光ガイド１０２の主面から出るように、光を伝搬させる。別の実施例では、双方の種類の微細光学要素１２２が存在する。さらに別の実施例では、微細光学要素１２２は、それに入射した光の一部を反射し、光の残りを屈折させる。したがって、微細光学要素１２２は、主面１０６、１０８のうちの一方または双方を通して、光ガイド１０２からの光を取り出すように構成されている。

微細光学要素１２２は、規定された強度プロファイル（たとえば、均一な強度プロファイル）で、および主面１０６、１０８のうちの一方または双方からの規定された光線角度分布で、光を取り出すように構成されている。この開示では、強度プロファイルとは、（主面、または主面の光出力領域といった）発光領域内での位置に伴う強度の変動を指す。光線角度分布という用語は、光線角度の規定された範囲にわたる、光線角度（典型的には立体角）に伴う光の強度の変動を説明するために使用される。エッジ照明される光ガイドから光が放射される一例では、光線角度は、主面の法線に対して−９０°〜＋９０°の範囲であり得る。

微細光学要素１２２は、主面１０６、１０８の線寸法に対して小さい。微細光学要素１２２の長さおよび幅のうちの小さい方は、光ガイド１０２の長さおよび幅（または周囲）のうちの長い方の１０分の１未満であり、微細光学要素１２２の長さおよび幅のうちの大きい方は、光ガイド１０２の長さおよび幅（または周囲）のうちの小さい方の２分の１未満である。微細光学要素１２２の長さおよび幅は、平面状の光ガイドについては、光ガイド１０２の主面１０６、１０８に平行な平面で、非平面状の光ガイド１０２については、表面輪郭に沿って測定される。

微細光学要素１２２を有する光ガイド１０２は典型的には、射出成形などのプロセスによって形成される。射出成形は当該技術分野において公知であり、典型的には、光ガイド１０２の主面１０６、１０８に微細光学要素１２２を形成するためのパターニングツールを利用する。例示的な射出成形プロセスを以下に説明する。

微細光学要素１２２はあらゆる好適な形状であってもよく、光ガイド１０２の実施例は２種類以上の微細光学要素を含んでいてもよい。たとえば、図１に示す光ガイド１０２は、第１の微細光学要素１３４と、第２の微細光学要素１３６とを含む。図３に示す別の例では、光ガイド１０２は、異なる形状の微細光学要素を含む。したがって、参照符号１２２は概して、微細光学要素の異なる実施例を総称するために使用される。

図１は、円錐台形形状の微細光学要素１２２を含む光ガイド１０２の例示的な一実施例を示す。円錐台形形状の微細光学要素１２２は各々、側面１２４と、端面１２６とを含む。参照符号１２４は概して、側面の異なる実施例を総称するために使用され、参照符号１２６は概して、端面の異なる実施例を総称するために使用される。図示された実施例では、微細光学要素１２２は、明確に規定された形状の突起として具体化されており、側面１２４は主面１０６から延在し、端面１２６は主面１０６に名目上平行な方向に延在している。

図２は、以下に「フットボール形状」と呼ばれる、アーチ状のリッジを有するｖ溝形状の凹みとして構成された微細光学要素１２２の一例を含む光ガイド１０２の例示的な一実施例を示す。そのような微細光学要素は、代替的に、アーチ状のリッジを有するｖ溝形状の突起として構成されてもよい。フットボール形状の微細光学要素１２２は各々、第１の側面１２８と第２の側面１３０とを含み、それらは一体となって、微細光学要素１２２が形成される主面１０６、１０８のうちの一方と交差する両端を有するリッジ１３２を形成する。参照符号１２８は概して、第１の側面の異なる実施例を総称するために使用され、参照符号１３０は概して、第２の側面の異なる実施例を総称するために使用される。第２の側面１３０は、第１の側面１２８よりも光入力エッジ１１０から離れている。

いくつかの実施例では、第１の側面１２８および第２の側面１３０のうちの少なくとも一方は湾曲している。他の実施例では、第１の側面１２８および第２の側面１３０のうちの少なくとも一方は平面状である。湾曲面である第１の側面と、平面である第２の側面とを含む微細光学要素１２２は、以下に「楔形状」と呼ばれる。具体的に図示されてはいないものの、微細光学要素が突起である実施例では、平面は典型的には、湾曲面よりも光入力エッジから離れて配置されており、微細光学要素がくぼみである実施例では、平面は典型的には、湾曲面よりも光入力エッジに接近して配置されている。

図３は、円錐台形形状の微細光学要素１２２およびフットボール形状の微細光学要素１２２の双方を含む光ガイド１０２の例示的な一実施例を示す。

光ガイド１０２の他の例示的な実施例は、他の好適な形状を有する微細光学要素１２２を含んでいてもよい。例示的な微細光学要素１２２は、米国特許第６，７５２，５０５号に記載されており、その内容全体が引用により援用され、また、簡潔にするために、この開示では詳細には説明されない。

各微細光学要素１２２は、光ガイドを伝搬してそれに入射した光を、その光が光ガイドから取り出されるように反射し、または屈折させるように構成された、少なくとも１つの表面を含む。そのような表面は、ここに光方向変換面とも呼ばれる。図１に示す円錐台形形状の微細光学要素１２２を例示的に参照すると、側面１２４および端面１２６のうちの少なくとも一方が光方向変換面である。図２に示すフットボール形状の微細光学要素１２２を例示的に参照すると、第１の側面１２８および第２の側面１３０のうちの少なくとも一方が光方向変換面である。

光ガイド１０２は、低い表面粗さを有する第１の微細光学要素１３４を含む。この開示では、「低い表面粗さ」という用語は、入射光を鏡面反射し、または入射光を拡散することなく屈折させる（specularly refract）のに好適な、規定された表面粗さを指す。一実施例では、低い表面粗さは、約０．１０μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。別の実施例では、低い表面粗さは、約０．０８μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。別の実施例では、低い表面粗さは、約０．０５μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。

円錐台形形状の第１の微細光学要素１３４の例示的な一実施例を、図１、図４および図５に示す。各第１の微細光学要素１３４の側面１２１および端面１２３は、低い表面粗さを有する。側面１２１は、光ガイドを伝搬してそれに入射した光の第１の部分を、主面１０８に向かう規定された方向に鏡面反射し、光ガイドを伝搬してそれに入射した光の第２の部分を、側面１２１を通って規定された方向に、拡散することなく（specularly）屈折させる。屈折された光および反射された光は、光ガイド１０２の主面１０６、１０８から取り出される。端面１２３に入射した光は、全内部反射される。

光ガイドからの光を規定された方向に鏡面反射的に取り出す第１の微細光学要素１３４を含む光ガイドはまた、光ガイド１０２の光入力エッジ１１０から延在する光学的鏡面反射経路を含む。光学的鏡面反射経路を通して見られるような光源１０４の反射は、照明アセンブリ１００を見ている観察者の目に見える。したがって、第１の微細光学要素１３４が主面１０６、１０８にわたって均一な強度プロファイルの光を取り出すように配置されていても、光源１０４のアレイが均一な光源ではないため、光学的鏡面反射経路は、光入射エッジ１１０から光ガイド１０２に沿って延在する１つ以上の相対的に高強度の光の柱という視覚効果を作り出す。この視覚効果は、ここに「ヘッドライティング」効果とも呼ばれる。

ヘッドライティング効果は、主面１０６、１０８のうちの一方または双方に隣り合って位置する１つ以上の光学調整器（図示せず）（たとえば拡散フィルム）によって減少可能であるものの、そのような目的のために光学調整器を使用することは、照明アセンブリ１００から出力された光の方向性の鏡面反射光出力分布を破壊する。さらに、多くの用途では、光学調整器の使用は（たとえば審美的理由により）好ましくない。

この開示に従って、および図１〜３を例示的に参照すると、光ガイド１０２は、光入力エッジ１１０から延在する光学的鏡面反射経路を妨害することによってヘッドライティング効果を減少または排除するように構成された第２の微細光学要素１３６をさらに含む。第２の微細光学要素１３６は、光源１０４の像を妨害して、光入力エッジ１１０の近傍の名目上均一の光出力の視覚効果を、照明アセンブリ１００を見ている観察者に提供する。第２の微細光学要素１３６は加えて、照明アセンブリ１００からの光出力分布の鏡面反射成分を減少させつつ、光ガイド１０２から取り出された光の部分的な光線角度制御も提供する。

第２の微細光学要素１３６の各々は、高い表面粗さを有する少なくとも１つの表面を含む。この開示では、「高い表面粗さ」という用語は、反射または屈折された入射光に拡散成分を付与するのに好適な、規定された表面粗さを指す。高い表面粗さは、第１の微細光学要素１３４の低い表面粗さよりも大きい。高い表面粗さは、各第２の微細光学要素１３６の少なくとも１つの表面に意図的に付与された、規定された粗さである。一実施例では、高い表面粗さは、約１μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。別の実施例では、高い表面粗さは、約３μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。別の実施例では、高い表面粗さは、約１μｍ〜約３μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。

この開示では、微細構成の、または微細光学要素の「表面粗さ」という用語は、微細構成または微細光学要素の最も粗い表面の表面粗さを指す。たとえば、第２の微細光学要素１３６の少なくとも１つの表面が高い表面粗さを有する実施例では、第２の微細光学要素１３６は、高い表面粗さを有すると言及される。

いくつかの実施例では、第２の微細光学要素１３６は、名目上同じ表面粗さを有する。他の実施例では、第２の微細光学要素１３６は表面粗さが互いに異なるものの、第２の微細光学要素１３６における表面粗さの差は、第２の微細光学要素１３６の表面粗さが高い表面の平均表面粗さ（Ｒ_havg）と第１の微細光学要素１３４の平均表面粗さ（Ｒ_lavg）との差よりも実質的に小さい。

円錐台形形状の第２の微細光学要素１３６の例示的な一実施例を、図１、図６および図７に示す。第２の微細光学要素１３６は、図１、図４および図５に示す第１の微細光学要素１３４と名目上同じ形状を有する。しかしながら、第２の微細光学要素１３６の側面１２５および端面１２７は各々、高い表面粗さを有する。図示された例では、高い表面粗さは、側面１２５の同心（周方向）溝および端面１２７の同心溝によって提供される。他の実施例では、側面１２５および端面１２７のうちの一方のみが、高い表面粗さを有する。

図７を具体的に参照すると、側面１２５は、光ガイドを伝搬してそれに入射した光の第１の部分を、主面１０８に向かう方向に反射し、光ガイドを伝搬してそれに入射した光の第２の部分を、側面１２５を通って屈折させる。端面１２７は、光ガイドを伝搬してそれに入射した光の第１の部分を、主面１０８に向かう方向に反射し、光ガイドを伝搬してそれに入射した光の第２の部分を、端面１２７を通って屈折させる。側面１２５および端面１２７に入射した光の一部は内部反射して、ひき続き光ガイド１０２内を伝搬する。第２の微細光学要素１３６の高い表面粗さは、第２の微細光学要素１３６に入射した光が鏡面反射すること、および拡散することなく屈折すること（specular refraction）を妨害す
る。したがって、第２の微細光学要素１３６を含む光学経路は、第１の微細光学要素１３４を含む光学経路よりも鏡面反射的でない。

図２および図３は、フットボール形状の第１の微細光学要素１３４およびフットボール形状の第２の微細光学要素１３６の例示的な実施例を概略的に示す。第１の微細光学要素１３４は各々、第１の側面１２９と第２の側面１３１とを含む。第２の微細光学要素１３６は各々、第１の側面１３３と第２の側面１３５とを含む。フットボール形状の第２の微細光学要素１３６は、図２および図３に示すフットボール形状の第１の微細光学要素１３４と名目上同じ形状を有する。しかしながら、各第２の微細光学要素１３６の、光源１０４から遠い方の第２の側面１３５は、第１の微細光学要素１３４の低い表面粗さよりも大きい、高い表面粗さを有する。図示された例では、高い表面粗さは、第２の側面１３５のアーチ状の溝によって提供される。第２の微細光学要素１３６の第２の側面１３５の高い表面粗さは、第２の側面１３５が光を、部分的に拡散することなく（specularly）、かつ部分的に拡散しつつ、反射し、屈折させるように、第２の側面１３５の光学特性を変更する。他の実施例では、各第２の微細光学要素１３６の第１の側面１３３および第２の側面１３５の双方が、高い表面粗さを有する。

第２の微細光学要素１３６の高い表面粗さは、第２の微細光学要素１３６によって光ガイド１０２から取り出された光に拡散（たとえば、ランバート）成分を付与する。したがって、第２の微細光学要素１３６の高い表面粗さは、光ガイド１０２から取り出された光の光線角度分布のピークの規定された広がりを提供する。第２の微細光学要素１３６によって取り出された光は、第１の光線角度分布よりも広い第２の光線角度分布を有する。しかしながら、第２の微細光学要素１３６によって取り出された光の拡散成分は十分小さいため、取り出された光は依然として、明確に規定されたピーク方向を有する光線角度分布を有する。

第２の微細光学要素１３６によって取り出された光のより広い光線角度分布は、全体として、光ガイド１０２から取り出された光の方向性の鏡面反射出力を若干減少させる。このため、主面１０６、１０８での第２の微細光学要素１３６の密度は、照明アセンブリ１００の全体的な方向性の光出力を維持しつつ、ヘッドライティング効果の効果的な減少を提供するのに十分なだけである。加えて、第２の微細光学要素１３６によって内部反射された光は、光入力エッジ１１０から離れたパネルの領域におけるヘッドライティングを減少させる拡散成分を有する。また、ヘッドライティング効果は、光入力エッジ１００の近傍でより強力に出現する。したがって、第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率は典型的には、光入力エッジ１１０の近傍で最も高く、また典型的には、光入力エッジ１１０からの距離の増加とともに減少する。第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率とは、光ガイドの主面の単位面積における第２の微細光学要素１３６の数に１００を乗算し、そのような単位面積における微細光学要素１２２の総数で除算したものである。

図１は、主面１０６で、光入力エッジ１１０から異なる距離にある、例示的な第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６を示す。光入力エッジ１１０の近傍の位置１３８では、微細光学要素１２２の密度は最も低く、第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率は最も高い。光入力エッジ１１０から離れた位置１４０では、微細光学要素１２２は、位置１３８での密度よりも高い密度を有しているが、第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率は、位置１３８での百分率よりも低い。光入力エッジ１１０からさらに離れた位置１４２では、微細光学要素１２２の密度は、位置１３８および１４０での密度よりも高いが、第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率は、位置１３８および１４０での百分率よりも低い。図示された例では、位置１４２で示す主面１０６の領域における微細光学要素１２２のいずれも、第２の微細光学要素１３６ではない。このため、図１に示す例では、第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率は、光入力エッジ１１０に直交する方向において変動する。

いくつかの実施例では、第２の微細光学要素１３６の表面粗さは、光入力エッジ１１０からの距離とともに変動する。表面粗さの変動は、漸進的であっても段階的であってもよい。一例では、第２の微細光学要素１３６は、光入力エッジ１１０からの距離の増加とともに、表面粗さが減少する。そのような実施例では、光入力エッジ１１０の近傍の位置（たとえば位置１３８）で第２の微細光学要素１３６によって光ガイド１０２から取り出された光に付与された拡散成分は、光入力エッジ１１０の遠位（たとえば位置１４０または１４２）で第２の微細光学要素１３６によって光ガイド１０２から取り出された光に付与された拡散成分よりも大きい。

いくつかの実施例では、少なくとも光入力エッジ１１０の近傍の領域では、第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率は、さらに、光入力エッジ１１０に隣り合うエッジ１１４、１１６からの距離とともに変動する。一例では、第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率は、エッジ１１４、１１６からの距離とともに周期的に変動する。この百分率が、隣り合う固体発光体１１８間の中ほどの位置においてよりも、固体発光体１１８のそれぞれの前においてより大きくなるように、この周期的変動は、固体発光体１１８の隣り合うもの同士の間のピッチに対応する空間波長と位相とを有している。加えて、またはこれに代えて、第２の微細光学要素１３６の表面粗さは、光入力エッジ１１０に隣り合うエッジ１１４、１１６からの距離とともに変動する。一例では、第２の微細光学要素の表面粗さは、エッジ１１４、１１６からの距離とともに変動する。この変動は、第２の微細光学要素の表面粗さが、隣り合う固体発光体１１８間のおよそ中ほどの位置においてよりも、固体発光体１１８のそれぞれの前においてより大きくなるようになっている。

第１の微細光学要素によって取り出された光と第２の微細光学要素によって取り出された光との光線角度分布の差を、図８および図９に例示する。具体的には、図８は、図１の照明アセンブリ１００から、光入力エッジ１１０および主面１０６、１０８に直交する平面において、第１の微細光学要素１３４によって取り出された光の例示的なファーフィールド光線角度分布を示す。度数目盛りは、表面法線に対する方位角を表わす。光源１０４は０°に配置され、主面１０６は２７０°近傍に配置され、主面１０８は９０°近傍に配置されている。図１を加えて参照すると、第１の微細光学要素１３４は、光源１０４から光ガイド１０２に入力された光の第１の部分１３９を、光ガイド１０２の主面１０８を通って、表面法線に対して約５０°の半値全幅と約４５°のピーク強度とを有する光線角度分布で鏡面反射する。第１の微細光学要素１３４はまた、光源１０４から光ガイド１０２に入力された光の第２の部分１４１を、光ガイド１０２の主面１０６を通って、表面法線に対して約３０°の半値全幅と約２５°のピークとを有する光線角度分布で、拡散することなく（specularly）屈折させる。図８に示す例では、第１の微細光学要素１３４に入射した光のより大部分が、主面１０６を通るよりも主面１０８を通って、光ガイド１０２から出力される。

図９は、図１の照明アセンブリ１００から、光入力エッジ１１０および主面１０６、１０８に直交する平面において、第２の微細光学要素１３６によって取り出された光の例示的なファーフィールド光線角度分布を示す。第２の微細光学要素１３６は、光源１０４から光ガイド１０２に入力された光の第１の部分１４３を、光ガイド１０２の主面１０８を通って、表面法線に対して約５０°の半値全幅と約４５°のピーク強度とを有する光線角度分布で鏡面反射する。第２の微細光学要素１３６はまた、光源から光ガイド１０２に入力された光の第２の部分１４５を、光ガイド１０２の主面１０６を通って、表面法線に対して約３０°の半値全幅と約２５°のピークとを有する光線角度分布で、拡散することなく（specularly）屈折させる。第２の微細光学要素１３６の高い表面粗さは、拡散成分を取り出された光に導入し、それは、光線角度分布の広がりをもたらす。第１の微細光学要素１３４によって反射された光と比べ（図８参照）、第２の微細光学要素１３６に入射した光のより大部分が、主面１０６を通って光ガイドから出力される。

上述の実施例では、照明アセンブリ１００の光学基板は、主面１０６、１０８で第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６を含む光ガイド１０２として具体化されている。図１０に示す実施例では、光学基板は、光方向変換フィルム１４６として具体化されている。光方向変換フィルム１４６は、その主面１４８で第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６として具体化された微細構成を含む。光は典型的には、主面１５０に、主面の法線に対して実質的に傾斜して入射し、光方向変換フィルム１４６を通って伝搬し、第１の微細光学要素および第２の微細光学要素に入射する。第１の微細光学要素１３４は入射光を、主面１５０の法線により近い、規定された方向に拡散することなく（specularly）屈折させる。第２の微細光学要素１３６は入射光を同様に屈折させ、加えて屈折光に拡散成分を付与する。光方向変換フィルム１４６の典型的な実施例では、第２の微細光学要素１３６である微細光学要素１２２の百分率、および／または第２の微細光学要素１２２の表面粗さは、主面１４８にわたって実質的に均一である。

微細光学要素１２２を有する光方向変換フィルムは典型的には、エンボスなどのプロセスによって形成される。エンボスは当該技術分野において公知であり、典型的には、ストック材料から光方向変換フィルムを形成するために、スタンパー、ロール、またはベルトとして具体化されたパターニングツールを利用する。例示的なエンボスプロセスを以下に説明する。

この開示に従った照明アセンブリは、さまざまな用途での使用のために構成可能であり、追加の構成要素を含んでいてもよい。たとえば、詳細には具体的に図示されていないものの、照明アセンブリのいくつかの実施例では、光源１０４は、固体発光体１１８を保持するための構造的構成要素を含む。図１〜３に示す例では、固体発光体１１８は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１２０に搭載されている。光源１０４は加えて、回路、電源、固体発光体１１８を制御し駆動するための電子機器、および／または任意の他の適切な構成要素を含んでいてもよい。

例示的な固体発光体１１８は、ＬＥＤ、レーザダイオード、および有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）などの装置を含む。固体発光体１１８がＬＥＤである一実施例では、ＬＥＤは上方出射型ＬＥＤまたは側方出射型ＬＥＤであってもよく、広域スペクトルＬＥＤ（たとえば、白色発光体）、もしくは、所望の色またはスペクトルの光（たとえば、赤色光、緑色光、青色光、または紫外光）を放射するＬＥＤ、もしくは、広域スペクトルＬＥＤと所望の色の狭帯域光を放射するＬＥＤとの混合物であってもよい。一実施例では、固体発光体１１８は、５００ナノメートル（ｎｍ）よりも大きい波長で作動可能に有効な強度を持たない光を放射する（すなわち、固体発光体１１８は、主に５００ｎｍ未満である波長で光を放射する）。いくつかの実施例では、光源１０４を構成する固体発光体１１８はすべて、同じ定格スペクトルを有する光を生成する。他の実施例では、光源１０４を構成する固体発光体１１８のうちの少なくとも一部が、残りの固体発光体１１８によって生成される光とはスペクトルが異なる光を生成する。たとえば、２つの異なる種類の固体発光体１１８が、光源１０４に沿って交互に配置される。

いくつかの実施例では、照明アセンブリ１００は、照明器具、標識、または表示装置の一部である。図１１は、例示的な表示装置２００の一部としての照明アセンブリ１００の例示的な一実施例を示す。表示装置２００は、対向する主面２０３、２０５と、ビデオ信号に応答して画像を生成するように構成されたライトバルブ２０７のアレイとを有するディスプレイ２０１を含む。照明アセンブリは、ディスプレイ２０１の主面２０５の近傍にある。ライトバルブ２０７のアレイは、照明アセンブリ１００によって背面照明される。

第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６は、光ガイド１０２または光方向変換フィルム１４６に直接形成されてもよい。しかしながら、１つ以上のパターニングツールの使用を典型的に伴う他の手法が、典型的には、第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６を有する光ガイド１０２および光方向変換フィルム１４６を大量生産するために使用される。

図１２〜１４を参照すると、光ガイドまたは光方向変換フィルムなどの光学基板を作るための例示的なパターニングツールが、３００で示されている。パターニングツール３００は、たとえば、金属、アクリル、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、または他の適切な材料から作られた固体物として具体化された基板である。パターニングツール３００が成形、エンボスなどで直接使用するためのものである実施例では、パターニングツール３００は通常、金属から作られる。他の実施例では、典型的には「マスター」と呼ばれる、金属、ガラス、またはプラスチックのパターニングツールが作られ、次に電気めっきされて、典型的には「マザー」と呼ばれる別のパターニングツールを形成する。マザーは成形などで使用されてもよく、または電気めっきされて、典型的には「シム」と呼ばれる、成形などで使用するための別のパターニングツールを形成してもよい。加えて、またはこれに代えて、マザーは電気めっきされて、典型的にはエンボスツールと呼ばれる、エンボスなどで使用するためのパターニングツールを形成してもよい。「パターニングツール」という用語はここでは、表面粗さが異なる第１の微細光学要素および第２の微細光学要素を有する光ガイドおよび光方向変換フィルムの生成において直接的にまたは間接的に使用される、マスター、マザー、シム、エンボスツール、および他のツールを包含する包括的用語として使用される。

パターニングツール３００は、主面３５２を含む。いくつかの実施例（図１２および図１３）では、パターニングツール３００の主面３５２は平面状である（すなわち、主面は湾曲していない）。他の実施例（図１４）では、パターニングツール３００の主面３５２の少なくとも一部が、１つ以上の方向に湾曲している。パターニングツール３００は、主面３５２の境界を示す少なくとも１つのエッジ面を含み、エッジ面の総数は、パターニングツール３００の構成に依存する。図１２および図１３に示す実施例では、パターニングツール３００は形状が矩形であり、主面３５２と対向する主面３６２との間に延在する４つのエッジ３５４、３５６、３５８、３６０を含む。図１４に示す実施例では、パターニングツール３００はベルトであり、２つのエッジ３６４、３６６を含む。他の実施例では、パターニングツールは、ディスク、ドーム、円錐または角錐、切頭円錐または角錐、もしくは別の好適な形状として形作られていてもよい。

パターニングツール３００は、主面３５２の中または上に微細構成３６８を含む。各微細構成３６８は、明確に規定された形状のくぼみまたは突起であり、主面３５２「に」あるとして言及される。微細構成３６８はあらゆる好適な形状であってもよい。たとえば、図１２に示すように、各微細構成３６８は形状が円錐台形であり、側面３７０と端面３７２とを含む。参照符号３７０は概して、側面の異なる実施例を総称するために使用され、参照符号３７２は概して、端面の異なる実施例を総称するために使用される。図１３および図１４を加えて参照すると、他の実施例では、各微細構成３６８はフットボール形状であり、第１の側面３７４と第２の側面３７６とを含み、それらは一体となって、主面３５２と交差する両端を有するアーチ状のリッジ３７８を形成する。参照符号３７４は概して、第１の側面の異なる実施例を総称するために使用され、参照符号３７６は概して、第２の側面の異なる実施例を総称するために使用される。いくつかの実施例では、第１の側面３７４および第２の側面３７６のうちの少なくとも一方は湾曲している。図示された例では、第１の側面３７４および第２の側面３７６の双方が湾曲している。米国特許第６，７５２，５０５号の図２５〜２８に示すもののような他の実施例では、第１の側面３７４および第２の側面３７６のうちの少なくとも一方は平面状である。具体的に図示されていないさらに他の実施例では、パターニングツール３００は２種類以上の微細構成３６８を含む。一例では、微細構成３６８の一部は形状が円錐台形であり、微細構成３６８の他のものはフットボール形状である。

パターニングツール３００は、低い表面粗さを有する第１の微細構成３８０を含む。一実施例では、低い表面粗さは、約０．１０μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。別の実施例では、低い表面粗さは、約０．０８μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。別の実施例では、低い表面粗さは、約０．０５μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。

パターニングツール３００は加えて、高い表面粗さを有する少なくとも１つの表面を各々含む第２の微細構成３８２を含む。高い表面粗さは、第１の微細構成３８０の低い表面粗さよりも大きい。第２の微細構成３８２の高い表面粗さは、各第２の微細構成３８２の少なくとも１つの表面に意図的に付与された、規定された粗さである。一実施例では、高い表面粗さは、約１μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。別の実施例では、高い表面粗さは、約３μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。別の実施例では、高い表面粗さは、約１μｍ〜約３μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。

いくつかの実施例では、第２の微細構成３８２は、名目上同じ表面粗さを有する。他の実施例では、第２の微細構成３８２は表面粗さが互いに異なるものの、第２の微細構成３８２における表面粗さの差は、第２の微細構成３８２の表面粗さが高い表面の平均表面粗さ（Ｒ_havg）と第１の微細構成３８０の平均表面粗さ（Ｒ_lavg）との差よりも実質的に小さい。

図１２は、円錐台形の第１の微細構成３８０および円錐台形の第２の微細構成３８２の例示的な実施例を示す。第１の微細構成３８０は各々、側面３６７と端面３６９とを含む。第２の微細構成３８２は各々、側面３７１と端面３７３とを含む。第２の微細構成３８２は、図１２に示す第１の微細構成３８０と名目上同じ形状を有する。しかしながら、第２の微細構成３８２の側面３７１および端面３７３は各々、高い表面粗さを有する。図示された例では、高い表面粗さは、側面３７１の同心（周方向）溝および端面３７３の同心溝によって提供される。他の実施例では、側面３７１および端面３７３のうちの一方のみが、高い表面粗さを有する。

図１３および図１４は、フットボール形状の第１の微細構成３８０およびフットボール形状の第２の微細構成３８２の例示的な実施例を概略的に示す。第１の微細構成３８０は各々、第１の側面３７５と第２の側面３７７とを含む。第２の微細構成３８２は各々、第１の側面３７９と第２の側面３８１とを含む。フットボール形状の第２の微細構成３８２は、図１３および図１４に示すフットボール形状の第１の微細構成３８０と名目上同じ形状を有する。しかしながら、第２の側面３８１は、第１の微細構成３８０の低い表面粗さよりも大きい、高い表面粗さを有する。図示された例では、高い表面粗さは、第２の側面３８１のアーチ状の溝によって提供される。他の実施例では、各第２の微細構成３８２の第１の側面３７９および第２の側面３８１の双方が、高い表面粗さを有する。

第１の微細構成３８０および第２の微細構成３８２は、主面３５２に任意の好適な態様で配置されてもよい。いくつかの実施例では、微細構成は、規定された光強度プロファイルで光ガイドから光を取り出すように構成された微細光学要素を生成するためのパターンで配置されている。このパターンは必ずしも規則的なアレイではなく、主面３５２に微細構成３６８のランダム化を含んでいてもよい。

いくつかの実施例では、パターニングツール３００は、光学基板の製造時に光学基板の主面を形成する際に使用するために構成されている。光学基板の例は、光ガイド１０２および光方向変換フィルム１４６を含む。光学基板は、パターニングツール３００を金型インサートとして使用し、光学基板をパターニングツール３００の反転複製物として成形するといった手法、または、パターニングツール３００をエンボスダイとして使用し、ブランク光学基板をエンボスしてパターニングツール３００の反転複製物を形成する手法といった手法によって作られ得る。パターニングツール３００の各第１の微細構成３８０は、光学基板の第１の微細光学要素１３４を規定し、パターニングツール３００の各第２の微細構成３８２は、光学基板の第２の微細光学要素１３６を規定する。

他の実施例では、パターニングツール３００は、光学基板の製造時に光学基板の主面を形成する際に使用するための、マザーまたはシムといった派生パターニングツールを作る際に使用するために構成されたマスターである。マザーは、マスターを金属で電気めっきしてマスターの反転複製物を形成するといった手法によって作られ得る。マスターの各第１の微細構成３８０は、マザーの第１の微細構成を規定し、マスターの各第２の微細構成３８２は、マザーの第２の微細構成を規定する。シムは、マザーを金属で電気めっきしてマザーの反転複製物を形成するといった手法によって作られ得る。マザーの各第１の微細構成は、シムの第１の微細構成を規定し、マザーの各第２の微細構成は、シムの第２の微細構成を規定する。２段階の電気めっきによって形成されたシムは、マスターの複製物である。

マスター、マザー、およびシムのうちのいずれも、光学基板の製造時に光学基板の主面を形成する際に使用するためのパターニングツール３００として構成されてもよい。

図１２に示すパターニングツール３００の例は、図１を参照して上述された光ガイド１０２と同様の光ガイドを作るために直接的にまたは間接的に使用されるパターニングツールである。図１２は、主面３５２で、パターニングツール３００のエッジ３５４から異なる距離にある、例示的な第１の微細構成３８０および第２の微細構成３８２を示す。パターニングツール３００のエッジ３５４は、光ガイド１０２の光入力エッジ１１０に対応する。エッジ３５４の近傍の位置３８４では、微細構成３６８の密度は最も低く、第２の微細構成３８２である微細構成３６８の百分率は最も高い。エッジ３５４から離れた位置３８６では、微細構成３６８は、位置３８４での密度よりも高い密度を有しているが、第２の微細構成３８２である微細構成３６８の百分率は、位置３８４での百分率よりも低い。エッジ３５４からさらに離れた位置３８８では、微細構成３６８の密度は、位置３８４および３８６での密度よりも高いが、第２の微細構成３８２である微細構成３６８の百分率は、位置３８４および３８６での百分率よりも低い。図１２に示す例では、位置３８８で示す主面３５２の領域における微細構成３６８のいずれも、第２の微細構成３８２ではない。第２の微細構成３８２である微細構成３６８の百分率とは、パターニングツール３００の主面の単位面積における第２の微細構成３８２の数に１００を乗算し、そのような単位面積における微細構成３６８の総数で除算したものである。

光ガイドを作るために使用されるパターニングツール３００のいくつかの実施例では、第２の微細構成３８２の表面粗さは、光ガイドの光入力エッジに対応するエッジ３５４からの距離とともに変動する。表面粗さの変動は、漸進的であっても段階的であってもよい。一例では、第２の微細構成３８２は、エッジ３５４からの距離の増加とともに、表面粗さが減少する。そのような実施例では、エッジ３５４の近傍の位置（たとえば位置３８４）で第２の微細構成３８２によって形成された微細光学構成によって結果として生じる光ガイドから取り出された光に付与された拡散成分は、エッジ３５４の遠位（たとえば位置３８６または３８８）で第２の微細構成３８２によって形成された微細光学構成によって結果として生じる光ガイドから取り出された光に付与された拡散成分よりも大きい。

いくつかの実施例では、少なくとも光ガイドの光入力エッジに対応するエッジ３５４の近傍の領域では、第２の微細構成３８２である微細構成３６８の百分率は、さらに、エッジ３５４に隣り合うパターニングツール３００のエッジ３５６からの距離とともに変動する。一例では、第２の微細構成３８２である微細構成３６８の百分率は、エッジ３５６からの距離とともに変動する。この変動は、第２の微細構成３８２である微細構成３６８の百分率が、固体発光体が位置するであろう場所の間の中ほどの光ガイドの主面の領域を形成する領域においてよりも、固体発光体が位置するであろう場所の前の光ガイドの主面の領域を形成するパターニングツールの主面３５２の領域において、より大きくなるようになっている。加えて、またはこれに代えて、第２の微細構成３８２の表面粗さは、エッジ３５６からの距離とともに変動する。一例では、第２の微細構成３８２の表面粗さは、エッジ３５６からの距離とともに変動する。この変動は、第２の微細構成の表面粗さが、固体発光体が位置するであろう場所の間の中ほどの光ガイドの領域を形成する位置においてよりも、固体発光体が位置するであろう場所の前の光ガイドの主面の領域を形成するパターニングツールの主面３５２の領域において、より大きくなるようになっている。

図１０を参照して上述された光方向変換フィルム１４６と同様の光方向変換フィルムを作るために直接的にまたは間接的に使用されるパターニングツール３００の一例では、第２の微細構成３８２である微細構成３６８の百分率、および／または第２の微細構成の表面粗さは、パターニングツールの主面３５２にわたって実質的に均一である。

図１５は、パターニングツールを形成するための例示的なプロセス４００を示すフローチャートである。プロセス４００の動作のうちの少なくとも一部の順序は例示的であり、プロセス４００の動作の一部は、図示されたものとは異なる順序で、またはさらには同時に実行可能である。

ブロック４０２で、パターニングツール３００が形成される物品が提供される。
ブロック４０４で、低い表面粗さを有する第１の微細構成３８０が、物品の主面に形成される。一例では、第１の微細構成３８０は、微細機械加工ツール５００、６００（図１６および図１９）で物品を微細機械加工することによって形成される。微細機械加工ツール５００、６００は、物品の主面３５２から物品内に延在する明確に規定された形状のくぼみを形成するように構成されている。くぼみの表面は、低い表面粗さを有する。使用される微細機械加工ツール５００、６００の特定の種類は、形成される微細構成に依存する。

ブロック４０６で、高い表面粗さを有する表面を各々含む第２の微細構成３８２が、物品の主面３５２に形成される。一例では、第１の微細構成３８０の形成と同様に、第２の微細構成３８２の形成は、微細機械加工ツール５２０、５４０、６２０、６４０（図１７、図１８、図２０および図２１）で物品を微細機械加工して、物品の主面３５２から物品内に延在する明確に規定された形状のくぼみを形成することを含む。くぼみの少なくとも１つの表面は、高い表面粗さを有する。

図１６は、円錐台形の第１の微細構成３８０を機械加工するために、ブロック４０４で使用するのに好適な回転切削ツールとして具体化された微細機械加工ツール５００を示す。微細機械加工ツール５００は機械加工要素５０４を含み、それは、その近位端５０６でベース５０２に結合されている。機械加工要素５０４は、切頭円錐の端面を切削するように構成された第１の機械加工エッジ５１０と、切頭円錐の側面を切削するように構成された第２の機械加工エッジ５０８とを含む。微細機械加工ツール５００の第１の機械加工エッジ５１０および第２の機械加工エッジ５０８は、近位端５０６とは反対側の機械加工要素５０４の遠位端５１２で交差している。ベース５０２は、物品を機械加工するための装置（たとえば、ＣＮＣミル）に回転切削ツールを結合するように構成されている。

図１９は、フットボール形状の第１の微細構成３８０を機械加工するために、ブロック４０４で使用するのに好適な線状切削ツールとして具体化された微細機械加工ツール６００を示す。微細機械加工ツール６００は機械加工要素６０４を含み、それは、その近位端６０６でベース６０２に結合されている。機械加工要素６０４は、フットボール形状の微細構成の第１の表面を切削するように構成された第１の機械加工エッジ６１０と、フットボール形状の微細構成の第２の表面を切削するように構成された第２の機械加工エッジ６０８とを含む。第１の機械加工エッジ６１０および第２の機械加工エッジ６０８は、近位端６０６とは反対側の機械加工要素６０４の遠位端６１２で交差している。ベース６０２は、物品を機械加工するための装置（たとえば、ＣＮＣラッチ）に線状切削ツールを結合するように構成されている。

機械加工ツール５００、６００の機械加工要素５０４、６０４は、低い表面粗さを有する表面を形成するように物品を機械加工する際に使用するのに好適な材料から作られている。例示的な材料は、単結晶ダイヤモンドである。微細機械加工ツール５００、６００の第１の機械加工エッジ５１０、６１０および第２の機械加工エッジ５０８、６０８は、低い表面粗さを有する。一例では、第１の機械加工エッジ５１０、６１０および第２の機械加工エッジ５０８、６０８は、研磨されたエッジである。いくつかの実施例では、低い表面粗さは、約０．１０μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。別の実施例では、低い表面粗さは、約０．０８μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。別の実施例では、低い表面粗さは、約０．０５μｍ未満の平均表面粗さ（Ｒ_l）である。

図２２および図２３は、図１６を参照して上述された微細機械加工ツール５００の一例の顕微鏡写真画像を示す。第１の機械加工エッジ５１０および第２の機械加工エッジ５０８は、低い粗さの側面３７０と低い粗さの端面３７２とを有する円錐台形の微細構成３６８（たとえば、第１の微細構成３８０）を機械加工するように構成されている。

いくつかの実施例では、第２の微細構成３８２は、高い表面粗さの少なくとも１つの機械加工エッジを有する微細機械加工ツール５２０,５４０、６２０、６４０で物品を微細機械加工することによって形成される。一実施例では、高い表面粗さは、約１μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。別の実施例では、高い表面粗さは、約３μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。別の実施例では、高い表面粗さは、約１μｍ〜約３μｍの範囲の平均表面粗さ（Ｒ_h）である。

図１７および図１８は、円錐台形の第２の微細構成３８３を機械加工するために、ブロック４０６で使用され得る回転切削ツールとして具体化された微細機械加工ツール５２０、５４０を示す。図１７に示す微細機械加工ツール５２０は、高い表面粗さの第２の機械加工エッジ５２８と、低い表面粗さの第１の機械加工エッジ５３０とを有する、機械加工要素５２４を含む。図１８に示す微細機械加工ツール５４０は、高い表面粗さの第２の機械加工エッジ５４８と、高い表面粗さの第１の機械加工エッジ５５０とを有する、機械加工要素５４４を含む。

図２０および図２１は、フットボール形状の第２の微細構成３８３を機械加工するために、ブロック４０６で使用され得る線状切削ツールとして具体化された微細機械加工ツール６２０、６４０を示す。図２０に示す微細機械加工ツール６２０は、高い表面粗さの第２の機械加工エッジ６２８と、低い表面粗さの第１の機械加工エッジ６３０とを有する、機械加工要素６２４を含む。図２１に示す微細機械加工ツール６４０は、高い表面粗さの第２の機械加工エッジ６４８と、高い表面粗さの第１の機械加工エッジ６５０とを有する、機械加工要素６４４を含む。機械加工ツール５２０、５４０、６２０、６４０の機械加工要素５２４、５４４、６２４、６４４は、高い表面粗さを提供するやり方で物品を機械加工する際に使用するのに好適な材料から作られている。例示的な材料は、多結晶ダイヤモンド、カーバイド（たとえば、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、およびチタンカーバイド）、および金属（たとえば、タングステン）を含む。

図２４〜２６は、回転切削ツールとして具体化された例示的な微細機械加工ツールの、倍率を漸進的に増加させた顕微鏡写真画像を示す。図２４〜２６に示す微細機械加工ツールは、図１８に示す微細機械加工ツール５４０と同様である。機械加工要素５４４の第１の機械加工エッジ５５０および第２の機械加工エッジ５４８の双方が、高い表面粗さを含む。

図２７〜２９は、図１８および図２４〜２６に例示したものと同様の微細機械加工ツールを用いて物品の主面に機械加工された例示的な第２の微細構成３８２を示す。第２の微細構成３８２は、形状が名目上、円錐台形であり、高い粗さの側面３７１と、高い粗さの端面３７３とを含む。高い表面粗さの第２の機械加工エッジ５４８の回転により、第２の微細構成３８２の側面３７１に、同心（周方向）溝が形成される。同心（周方向）溝は、第２の微細構成３８２の高い表面粗さを構成する。高い表面粗さの第１の機械加工エッジ５５０は、高い表面粗さの端面３７３を形成する。線状切削ツールとして具現化された微細機械加工ツール６２０、６４０を用いて第２の微細構成が形成された他の実施例では、第１の機械加工エッジ６３０、６５０および第２の機械加工エッジ６２８、６４８の直線運動によって、リッジ３７８（図１４参照）に平行に配置されたアーチ状の溝が、第１の側面３７５および第２の側面３７７のうちの一方または双方に形成され、溝は第２の微細構成３８２の高い表面粗さを構成する。

高い表面粗さの少なくとも１つの機械加工エッジを有する微細機械加工ツール５２０、５４０、６２０、６４０を用いて第２の微細構成３８２を微細機械加工することは、各第２の微細構成３８２が、それぞれ単一の動作で、規定された粗さを有して形成されることを可能にする。微細機械加工ツールの機械加工エッジの表面粗さは、微細構成の表面粗さを予想通り規定する。

他の実施例では、第２の微細構成３８２は、たとえば、（たとえば図１６および図１９に示すような）低い表面粗さの機械加工エッジを有する微細機械加工ツール５００、６００を使用することにより、低い表面粗さを有する微細構成３６８を形成することによって物品に形成され、化学エッチング手法を使用して実質的に粗くされる。化学エッチング手法は当該技術分野において公知であり、化学エッチング液の種類および強度、物品の材料、物品が化学エッチング液にさらされる時間、および化学エッチング液の温度といった変数に従って、微細構成３６８の表面に所望の粗さを付与するために使用可能である。第２の微細構成３８２を粗くするのに好適な例示的な化学エッチング手法は、（たとえば、溶媒ベースまたは水性ベースの）湿式化学エッチング、および反応性イオンエッチングを含む。

具体的に図示されてはいないものの、一例では、物品の主面全体にマスクが形成される。このマスクは、ポジ型レジスト材料またはネガ型レジスト材料を用いて形成されてもよい。それぞれの第２の微細構成３８２を形成するために粗くされる微細構成３６８の一部を露出させるために、マスクの一部が除去される。次に、それぞれの第２の微細構成３８２を形成するために、化学エッチング液が、マスクを除去された微細構成の表面の規定された粗さを得るのに必要な時間、マスクを除去された微細構成３６８と接触させられる。いくつかの実施例では、物品は、化学エッチング液を含む槽に浸漬される。化学エッチングに続き、エッチング液がたとえば洗浄によって除去され、次に、マスクがたとえば好適な溶媒を使用することによって除去される。

別の例では、測定された量の化学エッチング液（たとえば酸）が、粗くされる微細構成３６８に堆積される。化学エッチング液が規定された表面粗さを生成するのに十分な時間の後で、化学エッチング液はたとえば洗浄によって除去される。

いくつかの実施例では、パターニングツール３００の主面３５２にあるそれぞれの第２の微細構成３８２の規定された表面粗さは、上述のように、エッジ３５４（図１２）からの距離の増加とともに減少する。高い粗さの切削エッジを有する微細機械加工ツールを用いた微細機械加工によって第２の微細構成３８２が形成される例では、第２の微細構成３８２は複数の微細機械加工ツールを用いて形成され、各微細機械加工ツールは、それぞれ異なる高い表面粗さを有している。一例では、２つの微細機械加工ツールが使用され、一方の切削エッジは他方の切削エッジよりも高い表面粗さを有している。高い表面粗さがより高い切削エッジを有する微細機械加工ツールは、エッジ３５４のより近くに第２の微細構成３８２を形成するために使用され、高い表面粗さがより低い切削エッジを有する微細機械加工ツールは、エッジ３５４から離れて第２の微細構成３８２を形成するために使用される。

マスクを除去された微細構成３６８が（たとえば槽での浸漬により）化学エッチング液にさらされて、エッジ３５４からの距離の増加とともに表面粗さが減少する第２の微細構成３８２が形成される例では、物品は、その主面が化学エッチング液の表面に直交し、そのエッジのうちの１つ（たとえばエッジ３５４）がエッチング液の表面に面する状態で配向される。物品は次に、規定された速度でエッチング液に浸漬され、ゼロであり得る規定された時間、エッチング液に浸漬されたまま放置され、次にエッチング液から速やかに引上げられる。また、これに代えて、物品はエッチング液に速やかに浸漬され、ゼロであり得る規定された時間、エッチング液に浸漬されたまま放置され、次に規定された速度でエッチング液から引上げられるか、または、規定された速度で浸漬され、引上げられる。浸漬および／または引上げの規定された速度は、物品の主面の異なる領域が化学エッチング液にさらされる時間を変動させ、さらされる時間は、エッチング液に最初に浸漬されるエッジ（たとえば、エッジ３５４）への近接性の関数である。

化学エッチング液を微細構成３６８に堆積させることによって第２の微細構成３８２が形成される例では、化学エッチング液が除去されるまでの時間は、エッジからの距離の増加とともに減少し得る。一例では、化学エッチング液は、エッジ３５４の近傍の微細構成３６８に堆積されてから、エッジ３５４の遠位の微細構成３６８に堆積される。その後、すべての微細構成３６８に堆積された化学エッチング液は、同時に除去される。

第１の微細構成３８０および第２の微細構成３８２を形成するための上述のいずれのプロセスも、光ガイド１０２または光方向変換フィルム１４６として具体化された光学基板の主面１０６に、第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６を形成するために使用されてもよい。

上述のように、いくつかの実施例では、パターニングツール３００は、マザーまたはシムを作るために使用されるマスターである。図３０は、パターニングツール３００の主面３５２上に形成されるマザー７００の例示的な一実施例を示す。一例では、マザー７００は、電気めっきプロセスによって形成される。電気めっきプロセスは当該技術分野において公知であり、パターニングツール３００の主面３５２に電気めっき層７０１を施すために使用可能である。パターニングツール３００から除去されると、電気めっき層７０１はマザー７００を構成し、マスターの反転複製物である。したがって、マザー７００の主面７５２は、第１の微細構成３８０の反転物である第１の微細構成７８０と、第２の微細構成３８２の反転物である第２の微細構成７８２とを含む。パターニングツール３００の主面にある微細構成３６８が、明確に規定された形状のくぼみである実施例では、マザー７００の主面７５２にある反転微細構成７６８は、明確に規定された形状の突起である。図３２〜３６は、マザー７００の主面７５２で突起として具体化された第２の微細構成７８２の例示的な実施例を具体的に示すＳＥＭ画像である。

微細構成がくぼみであるシムを生成するには、２つの連続する電気めっきプロセスが使用される。図３１は、マザー７００の主面７５２上に電気めっき層７０５として形成されるシム７０３の例示的な一実施例を示す。一例では、シム７０３は、電気めっきプロセスによって形成される。マザー７００から除去されると、電気めっき層７０５はシム７０３を構成する。シム７０３は、マザー７００の反転複製物であり、マスターの複製物である。したがって、シム７０３は、その主面７５３で、マザー７００の第１の微細構成７８０のそれぞれの反転複製物である第１の微細構成７８１と、マザー７００の第２の微細構成７８２のそれぞれの反転複製物である第２の微細構成７８３とを含む。

いくつかの実施例では、第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６を含む光ガイド１０２（図１）は、射出成形プロセスによって形成される。図３７は、例示的な射出成形装置８００を概略的に示す。射出成形装置８００は、ホッパ８０４によって供給され、モータ８０６によって駆動されて、溶融材料を金型８０８に射出する加熱スクリュー射出器８０２を含む。金型８０８は、形成される光ガイド１０２の形状を規定する金型空洞８１０を含む。図１２、図１３、図３０、図３１を加えて参照すると、パターニングツール３００（たとえば、マスター、マザー、またはシム）が金型空洞８１０に設置され、パターニングツール３００は、第１の微細構成および第２の微細構成を有する主面を含む。射出器８０２は、射出成形装置８００の金型空洞８１０に溶融材料を射出するために使用される。溶融材料は、アクリル、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ガラス、または他の適切な材料といった、光ガイドを形成するためのあらゆる好適な材料であってもよい。射出は、射出された材料をパターニングツール３００と接触させ、光ガイド１０２の主面１０６または１０８は、パターニングツール３００の反転物として形成される。光ガイド１０２は、第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６を含む。射出に続き、材料を放置して冷却し、次に、光ガイド１０２が射出成形装置８００から取外される。

いくつかの実施例では、第１の微細光学要素１３４および第２の微細光学要素１３６を含む光方向変換フィルム１４６（図１０）は、エンボスプロセスによって形成される。図３８は、例示的なロール・ツー・ロール・エンボス装置９００を示す。エンボス装置９００は、ストック材料９１０を保持するための供給ローラ９０２と、供給ローラ９０２から下流にあり、エンボスされた材料９１１を集めるための巻取ローラ９０４とを含む。他の実施例では、エンボス装置９００は、巻取ローラ９０４の代わりに切断アセンブリ（図示せず）を含み、切断アセンブリは、エンボスされた材料９１１を所望のサイズに切断するように構成されている。具体的には図示されていないものの、エンボスア装置９００は、供給ローラ９０２から巻取ローラ９０４へのストック材料９１０の移動を達成するために、１対以上の支持ローラ、テンションローラ、および／または駆動ローラを含んでいてもよい。パターニングツール３００（たとえば、マスター、マザー、またはシム）は、（図示されるように）単一のエンボスローラ９０６の周りに巻かれており、または、ストック材料９１０をエンボスするための２つのローラの周りに巻かれたベルト状に形成されてもよい。エンボスローラ９０６は、供給ローラ９０２と巻取ローラ９０４との間に位置している。第２のローラ９０８が、エンボスローラ９０６上のパターニングツール３００を押し付けて、ストック材料９１０が通過するニップ９１２を形成する。第２のローラ９０８によって印加される圧力により、ニップ９１２を通過するストック材料９１０は、パターニングツール３００上に設けられたパターンの反転物でエンボスされるようになる。エンボスローラ９０６および第２のローラ９０８のうちの少なくとも一方が加熱され、または、加熱アセンブリ（図示せず）がエンボスローラから上流に設けられて、ストック材料９１０を軟らかくし、微細光学要素１３４、１３６の形成に役立つ。

この開示では、リストが続く「〜のうちの１つ」という文言は、リストの要素を選択的に意味するように意図されている。たとえば、「Ａ、ＢおよびＣのうちの１つ」とは、ＡまたはＢまたはＣという意味である。リストが続く「〜のうちの少なくとも１つ」という文言は、リストの要素のうちの１つ以上を選択的に意味するように意図されている。たとえば、「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも１つ」とは、ＡまたはＢまたはＣ、もしくは、（ＡおよびＢ）または（ＡおよびＣ）または（ＢおよびＣ）、もしくは、（ＡおよびＢおよびＣ）という意味である。

Claims (15)

1. 製造物品であって、
   主面を有する基板と、
   前記基板の前記主面にある、明確に規定された形状の第１の微細構成とを備え、前記第１の微細構成は低い表面粗さを有しており、前記製造物品はさらに、
   前記基板の前記主面にある、明確に規定された形状の第２の微細構成を備え、前記第２の微細構成は、前記低い表面粗さよりも実質的に大きい、高い表面粗さを有する表面を含み、
   前記第２の微細構成の前記表面は第１の表面であり、前記第２の微細構成は、さらに、前記第１の表面と一体となって、前記主面と交差する両端を有するアーチ状のリッジを形成する第２の表面を含む、製造物品。
2. 前記高い表面粗さは、約１μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さである、請求項１に記載の製造物品。
3. 前記低い表面粗さは、約０．１０μｍ未満の平均表面粗さである、請求項２に記載の製造物品。
4. 複数の前記第１の微細構成および複数の前記第２の微細構成をさらに備え、前記第１の微細構成および前記第２の微細構成は、前記主面の領域において、共に存在し、散在している、請求項１に記載の製造物品。
5. 前記第１の微細構成は、第１の表面と、前記第１の表面と一体となって、前記主面と交差する両端を有する、アーチ状のリッジを形成する、第２の表面とを含む、請求項１に記載の製造物品。
6. 前記第２の微細構成の表面のうちの少なくとも一方は湾曲している、請求項５に記載の製造物品。
7. 前記第２の微細構成の前記第２の表面は、前記高い表面粗さよりも小さい、低い表面粗さを有し、前記高い表面粗さは、約１μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さであり、前記低い表面粗さは、約０．１０μｍ未満の平均表面粗さである、請求項５に記載の製造物品。
8. 前記製造物品は、さらに、複数の前記第１の微細構成および複数の前記第２の微細構成を含む微細構成のパターンを前記主面に備える、請求項１に記載の製造物品。
9. 前記第２の微細構成は、前記基板のエッジ近傍で前記第１の微細構成よりも密度が大きい、請求項８に記載の製造物品。
10. 前記第２の微細構成は、前記基板のエッジからの距離の増加とともに、表面粗さが減少する、請求項８に記載の製造物品。
11. 前記第２の微細構成の前記表面粗さは、約１μｍ〜約５μｍの範囲の平均表面粗さである、請求項１０に記載の製造物品。
12. 前記第２の微細構成である前記微細構成の百分率は、前記基板のエッジからの距離の増加とともに減少する、請求項８に記載の製造物品。
13. 前記製造物品は、光学基板の主面に、前記第１の微細構成によって規定される、明確に規定された形状の第１の微細光学要素と、前記第２の微細構成によって規定される、明確に規定された形状の第２の微細光学要素とを形成するように、前記光学基板を作る際に使用するためのパターニングツールである、請求項１〜１２のいずれかに記載の製造物品。
14. 前記基板は光ガイドであり、前記第１の微細構成は、低い表面粗さを有する第１の微細光学要素であり、前記第２の微細構成は、高い表面粗さを有する表面を含む第２の微細光学要素であり、
    前記第１の微細光学要素は、前記光ガイドからの光を、第１の光線角度分布で取り出し、
    前記第２の微細光学要素は、前記光ガイドからの光を、前記第１の光線角度分布よりも広い第２の光線角度分布で取り出す、請求項１〜１２のいずれかに記載の製造物品。
15. 前記基板は光方向変換フィルムであり、前記第１の微細構成は、低い表面粗さを有する第１の微細光学要素であり、前記第２の微細構成は、高い表面粗さを有する表面を含む第２の微細光学要素である、請求項１〜１２のいずれかに記載の製造物品。

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