TWI812690B - 光學裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種以簡單之構成實現充分之對比度或視認性之光學裝置。光學裝置具有：導光層；第1光學功能層，其設置於上述導光層之第1主面；第2光學功能層，其設置於上述導光層之與上述第1主面為相反側之第2主面；及光學介質層，其設置於上述第2光學功能層之與上述導光層為相反側之面；且上述第1光學功能層之折射率較上述導光層之折射率低。

Description

光學裝置
本發明係關於一種光學裝置、尤其是關於一種具有導光件之光學裝置。
當前，用於約0.5~1 m2 (平方米)以上之大型之導光件及與其相關之配光構造之生產工具之製造成本較高，每一個母模製作工具物件(約1 m2 之表面覆蓋度)之費用超過容許水準。進而，當考慮藉由模塑等向導光件之整個表面形成圖案及大量生產時，製程之難度較高。根據該理由，實現更高之光功率、消耗電力之降低及性能之提高的高效率且高級之光學方案並未實現。
作為光入耦合於導光件時所產生之基本問題之一，於入射角未達介質之臨界角時，即，以不進行全反射之角度(出耦合之角度)入射時，存在光損耗。以未達臨界角之角度入射至導光件與1層以上之接著劑層之間之界面的光不受設置於導光件之光學控制構造控制。於此情形時，入耦合至導光件之光之5~15%通過接著層，但此種光洩漏並非為所期望者。
作為導光件之應用例，有向透明之照明裝置之應用。透明之照明裝置於普通照明、窗口/門面之照明、反射型/透過型顯示器之照明、街頭廣告牌、交通標識等多種製品中越來越成為重要之方案。用以實現透明方案之主要課題係(1)表面起伏光學圖案之開放構造、(2)配光之管理、(3)雜散光之控制、及(4)較高之透明度。其中，(1)之使表面光學圖案露出之開放構造有產生污漬、物理缺陷等之風險，故而作為向產業之實際應用並不現實。關於(2)，根據光學需要及規格，有時會要求不使用亮度強化膜等追加之光學片材而控制配光。對於透明裝置，有因多餘之片材之插入而損及透明性之虞，故而期望有效率之光擷取構成。
關於(3)，就廣告牌(標牌)、及伴有視覺性能(visual performance)之顯示器等中所使用之表面照明而言，為了避免對比度之降低，必須使朝視線方向之雜散光為最小限度。然而，光學圖案自身會成為由光洩漏及菲涅耳反射所致之雜散光之原因。無層壓型之裝置亦於外表面產生菲涅耳雜散光。
關於(4)，光學透明度始終依存於光學圖案之形狀及特性、及由周圍光之有無所致之視野。光學圖案越大則越容易看見，但即便為較小之圖案，於裝置被照明時亦可視認。尤其是，於圖案密度較小時，因視角而形成有產生雜散光之明亮之光點。
上述4個課題之一部分可藉由於保護罩之外表面設置抗反射(AR(Antireflection))膜而得到解決，但並非所有問題均得以解決，根據應用之不同，有時並不能成為切實可靠之方案。亦提出用於透明照明之腔光學元件，但關於用以確保最終品質與性能之光洩漏(或雜散光)對策並未加以考慮。
已知有於光導體與反射性散射體之間，插入交替地配置有低折射率區域與高折射率區域之層之構成(例如參照專利文獻1)。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特表2015-534100號(國際公開第2014/031726號)
[發明所欲解決之問題]
就廣告牌(標牌)及伴有視覺性能之顯示器等中所使用之表面照明而言，要求抑制對比度降低或改善視認性。
光學裝置一般而言當於表面罩附著有指紋、污漬等時，光會因散射或光損耗而遍及不到導光層之端部，無法於觀察者之視線方向上擷取充分之光。其結果，對比度降低，且視認性降低。期望可利用簡單之構成使光遍及至導光層之整體，並且有效率地擷取光，從而提高對比度或視認性之構成。
本發明之目的在於提供一種可以簡單之構成實現充分之對比度或視認性之光學裝置。 [解決問題之技術手段]
於本發明之一態樣中，光學裝置具有： 導光層； 第1光學功能層，其設置於上述導光層之第1主面； 第2光學功能層，其設置於上述導光層之與上述第1主面為相反側之第2主面；及 光學介質層，其設置於上述第2光學功能層之與上述導光層為相反側之面；且 上述第1光學功能層之折射率較上述導光層之折射率低。 [發明之效果]
藉由上述構成及方法，實現視認性較高之光學裝置。
於實施形態中，提供一種利用低成本且簡單之構成提高對比度或視認性之光學裝置。該光學裝置可應用於前光、背光、窗口/門面之照明、標牌、信號點亮、太陽能用途、裝飾燈飾、遮光板、光遮罩、屋頂照明等公共/普通照明等。
於以下說明中，「光學濾光片」此種用語係指為了使入射至其上之電磁輻射線之光譜強度分佈或極化波狀態變化而使用之裝置或材料。濾光片可參與發揮選自透過、反射、吸收、折射、干涉、繞射、散射及偏光中之多種光學功能。
「若干個」此種表述係指自1開始之任意之正整數，「複數個」此種表述係指自2開始之任意之正整數。
「第1」及「第2」此種用語並非意欲表示某種順序、數量或重要性者，而僅被用於將1個要素與其他要素區分。
「光學」及「光」此種用語只要未明確地特別限定，則大多被使用作為同義語，較佳為指作為可見光之電磁光譜之特定之部分內的電磁輻射線，但並不限定於此。
「擔載基板」或「擔載要素」此種用語一般指包含構成層狀構造之基板材料之平坦之平面狀構件。
於一態樣中，提供一種使用光學功能層之光學裝置。光學功能層使光遍及至導光層之端部為止，並且朝視線方向有效率地擷取光。於以下說明中，光學功能層亦有根據所應用之場景，而稱為「光分佈濾光片(light distribution filter；LDF)」、「光學濾光片層」、「配向元件」等之情形。光學功能層之光學功能包含反射、透過、偏光及折射之至少一者。
光學功能層係用於將光有效率地入耦合於導光層之內部而使用，且以低折射率層、空氣腔、抗反射膜、微透鏡等多種形態實現。
導光層、即導光件由光學聚合物、玻璃等形成。光學功能層形成於導光件之至少單面或其兩面，亦可為透明之低折射率(Ri(Refractive index，折射率))濾光片、內部全反射(Total internal reflection；TIR)濾光片等。該等光學濾光片a)可直接設置於平坦之表面上，b)可藉由接著劑層而層壓，c)亦可藉由例如VUV(真空UV(Vacuum Ultraviolet，真空紫外線))、大氣電漿處理或微波接合等化學表面處理而接合。
典型而言，光學濾光片之厚度(h)較使用波長大(h＞λ)，例如為1 μ-10 μm。於一構成例中，光學濾光片層由具有較構成導光層之材料之折射率(n1)低之折射率(n2)的材料形成。低折射率(n2)值之範圍係根據應用等而適當選擇1.05以上1.45以下、1.14與1.41之間、1.2以下等。光學濾光片亦可於中孔膜內含有奈米二氧化矽材料。於此情形時，為了維持低Ri披覆層之折射率值，亦可利用低氣化(低脫氣)材料於相間進行覆蓋、層壓或接合。
光學濾光片可使用TiO2 、BaSO4 、SiO2 、Al2 O3 、Al、Ag、介電體、高反射(HR(High Reflection))塗佈材料等可獲得之材料，以內部全反射(TIR)方案之形式實現。
實施形態之使用光學功能層(或光學濾光片)之光學裝置亦可固定地安裝於包含海報、反射型顯示器、電子紙、窗口玻璃等之光學介質(固定型)，亦能夠可裝卸地安裝而構成標牌、裝飾顯示器等(非固定型)。
＜基本概念＞ 圖1A與圖1B係表示實施形態之光學裝置之基本概念之剖面模式圖。該基本概念可應用於以下進行詳細敍述之所有實施形態。圖1A之光學裝置100A依序積層有光學介質層11、光學接著層19、設置有光學開口之低折射率層13、導光件14、整個面之低折射率層15、光學接著層16及外罩17。於該例中，附開口之低折射率層13、及整個面之低折射率層15相當於光學功能層。
於該例中，光學介質層11係海報、反射型顯示器、電子紙等圖像顯示物、或者透明窗或透明壁等。
導光件14係導光層，自位於光學裝置100A之端面之LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等光源21輸出之光係通過導光件14而傳輸。於實施形態中，藉由光學功能層13與光學功能層15之至少一者而引導至光學裝置100A之與光源21為相反側之端面。導光件14例如由PMMA(Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、PCR形成，該情形時之折射率為1.49左右。
附開口之低折射率層13與整個面之低折射率層15之材料可相同，亦可不同，該等層之折射率n2較導光件14之折射率n1小。低折射率層13及15之折射率n2為1.30以下，較佳為1.20以下。
光學接著層19、16及外罩17之折射率較理想為與導光件14為相同程度，亦可稍許不同。
於圖1A之構成中，觀察者自外罩17之方向觀察光學裝置100A。因此，自外罩17朝觀察者之方向擷取之光越多則越佳。於導光件14中傳輸之光通過低折射率層13之開口131或132被光學介質層11反射，透過開口131或132、或者低折射率層13，自外罩17朝觀察者之方向出射。
當於導光件14中傳輸之光中之向低折射率層15之入射角較臨界角大時(以較小之角度入射時)，滿足全反射條件，且朝向光學介質層11反射。此處，臨界角θc係使用導光件14之折射率n1、及低折射率層13及15之折射率n2，以θc=θi=arcsin(n2/n1)表示。θi係入射角(自法線起之角度)。
由光學介質層11反射之光透過低折射率層13、導光件14及低折射率層15，自外罩17出射。低折射率層13之開口131或132之圖案係以如下方式設計：將經低折射率層15全反射之光高效率地引導至光學介質層11，且將來自光學介質層11之反射光有效率地向外罩17側擷取。
開口131係例如藉由利用披覆層去除法將低折射率層131之一部分去除而形成。開口132例如由在低折射率層131之被去除之部分填埋有其他光學材料層之高密度圖案形成。填埋開口132之材料具有與導光件14及光學接著層19之折射率相同或近似之折射率。
於在導光件14之光擷取側之面(於該例中為積層方向之上表面)無低折射率層15之情形時，自光源21輸出並直接射向外罩17側之光保持原狀透過光學接著層16及外罩17，產生光損耗。藉由設為圖1A之構成而使導光中途之光損耗最小，有效率地導光至導光件14之端部為止，且使被光學介質層11反射之光有效率地自外罩17出射。藉此，朝觀察者側輸出充分之量及強度之光，而維持對比度及視認性。
具有開口之低折射率層13、固體膜之低折射率層15(於整個面以低折射率材料形成均勻之面之低折射率層)作為控制於導光件14中傳輸之光之進路之光學濾光片發揮功能。如下所述，除調整折射率以外，可藉由調整抗反射構成、光學密度、光學常數等而具有多種功能。
藉由低折射率層13之開口131或132而實現之光之分佈可為均勻、不均勻或離散之任一者。藉此，可形成均勻、不均勻或離散之像或信號。開口131或132之主要功能係不使光進行出耦合(即利用全反射條件)，控制自導光件14向光學介質層11之方向傳輸之入射光之量。
開口131、132能以如下方式製作：藉由調整其尺寸、形狀等而發揮散射、折射、反射、及類似於該等之功能等其他功能。開口131或132之一部分能以如下方式形成：使光進行出耦合，即，使由光學介質層11反射之光朝外罩17側透過。開口131或132可形成為圓形、橢圓形、多邊形、矩形等，其尺寸或直徑例如為1 μm~100 μm，較佳為於1 μm~30 μm之範圍內進行調整。
圖1B係光學裝置100B之剖面模式圖。光學裝置100B之基本原理與圖1A相同。於光學裝置100B中，利用空氣層作為覆蓋導光件14之整個面之低折射率層。空氣之折射率較導光件14之折射率n1小，自光源21輸出併入射至導光件14與空氣層之界面之光滿足全反射條件而反射至導光件14內，通過低折射率層13之開口並被光學介質層11反射。載有光學介質層11之資訊之光自導光件14之表面出射。
藉由圖1B之構成，亦可使光無浪費地傳輸至導光件14之與光源21為相反側之端部為止，且使光高效率地前進至光學介質層11而有效率地擷取反射光。
圖1A提供一種於層間配置(例如層壓)有導光件14之前光方案。圖1B提供一種導光件14成為頂層之前光方案。為了防止由導光件14之外表面之污染或缺陷引起之光洩漏，亦可對導光件14之最表面實施低折射率值之硬塗佈。
圖1A及圖1B之導光件14不具有光出耦合圖案等光學圖案。該新穎之非圖案之導光件14係藉由與光學功能層之界面/表面層壓，而對顯示面等目標上提供照明。為了進行照明或光顯示，界面層壓可使光抵達顯示面等目標面。又，為了控制光之通過及其方向，可對兩側之界面進行層壓並藉由折射率匹配進行控制。
表1係表示設置有光學開口131或132之導光件構造之光擷取效率之改善結果。
[表1] 表1之上段表示經擷取之光之光束(lumens)，下段表示照度(lux)。當將利用丙烯酸進行了層壓之低折射率附開口之PMMA導光件與利用矽酮進行了層壓之經表面圖案化之PMMA導光件進行比較時，藉由將附開口之低折射率層13層壓於導光件14，於前光方案中光擷取效率亦改善23.5%。
光擷取效率依存於導光件14之折射率、及經接合、層壓之層、披覆層、塗層材之折射率等。實施形態之前光方案係因於導光件之表面未形成光學圖案，故而使雜散光最小，且提高透明度，從而提高對比度及光擷取效率。
＜第1實施形態＞ 圖2A~圖2F表示第1實施形態之光學裝置及其應用例。於第1實施形態中，以圖1A及圖1B之構成及性能為基礎，且視需要利用腔光學元件提高透明度。尤其是，提高照明為接通/斷開模式時之導光件之透明度，抑制雜散光而以所期望之角度使光出射(或出耦合)。即便於外罩表面附著有指紋、灰塵等污漬時，藉由實現提高導光件之透明度與抑制雜散光之至少一者，亦可於觀察者之方向上擷取充分之光而使視認性良好。
圖2A係第1實施形態之光學裝置10A之剖面模式圖。光學裝置10A依序積層有光學介質層11、具有空氣腔134之光學功能層13A、導光件14、設置於整個面之低折射率層15、光學接著層16及外罩17。
外罩17係用以保護光學裝置10A者，透明性越高則越佳。亦可由玻璃、塑膠等形成，且具有UV(Ultraviolet，紫外線)吸收效果。就作為保護層之觀點而言，強度較高者為佳，但亦可為較薄且可撓之層。
整個面之低折射率層15、及具有空氣腔134之光學功能層13A係參照圖1A及圖1B所說明之光學功能層13之另一例。低折射率層15將自光源21出射且自導光件14之端面入射至導光件14之內部之光充分地引導至與光源21為相反型之端面為止。
光學功能層13A將被低折射率層15全反射之光、或自光源21直接入射之光有效率地朝光學介質層11之方向引導，且使被光學介質層11反射之光向外罩17側出耦合。
光學功能層13A例如具有微透鏡型、雙凸透鏡(lenticular lens)型、三角柱或山形之透鏡等光學凸部。於圖案(a)中，光學功能層13A1 於在積層方向觀察時設置於導光件14之下表面，且具有朝向光學介質層11凸出之微透鏡型之光學突起133。光學突起133與光學介質層11之間為空氣腔134。
於圖案(b)中，光學功能層13A2 於在積層方向觀察時設置於導光件14之下表面，且具有朝向光學介質層11突出之三角柱或山形之光學突起135。光學突起135與光學介質層11之間為空氣腔134。
光學突起133及135之折射率與導光件14之折射率n1相同或接近。空氣腔134之折射率n2係空氣之折射率，較折射率n1小(n2＜n1)。
亦可代替凸型透鏡，而將形成有槽、點等凹型之圖案之光學層接合於導光件之底面。於此情形時，由槽或凹陷形成之空氣腔成為低折射率圖案，與設為凸型透鏡之情形同樣地，使入射光有效率地朝光學介質層11之方向折射。
具有空氣腔134之光學功能層13A係例如使用形成有所期望之形狀之模具，藉由真空壓製將形狀轉印至丙烯酸系之平板之第1部分。藉由於平板之第2部分塗佈低折射率之液體且以經轉印之圖案進行加工而形成。
亦可使用折射率與導光件14相同或接近之光學接著劑將光學功能層13A接著於導光件14之底面。
低折射率層15與上述光學裝置100A同樣地，使自光源21直接入射之光朝光學層13之方向折射。被低折射率層15反射之光、或自光源21直接入射之光於光學突起133或135與空氣腔之界面折射並被朝光學介質層11引導。於光學介質層11之表面，光被朝外罩17之方向反射。該反射光於與低折射率層15之界面不滿足全反射條件，而直接自外罩17出射。
藉由該構成，自光源21出射之光可充分地傳輸至導光件14之相反側之端面為止，且可充分地擷取並輸出被光學介質層11反射之光。
於智慧型手機等移動終端中，指紋、汗等污漬容易附著於顯示畫面之尤其是外周區域。於無低折射率層15之情形時，自光源21朝外罩17方向出射之光因污漬而散射，光損耗變大。藉由將低折射率層15與具有空氣腔134之光學功能層13A組合，可抑制導光中途之光損耗，且自光學裝置10A有效率地擷取光。
圖2B係第1實施形態之另一光學裝置10B之剖面模式圖。光學裝置10B依序積層有光學介質層11、光學接著層19、低折射率層13B、導光件14B、低折射率層14、光學接著層16及外罩17。
低折射率層13B於該例中為固體膜(於整個面利用低折射率材料形成均勻之面之低折射率層)。低折射率層13B與低折射率層15n之折射率n2較導光件14之折射率n1低。低折射率層13B與低折射率層15一起，使自光源21出射且自光學裝置10B之端面入射之光充分地傳輸至導光件14之相反側之端面為止。
導光件14B於內部具有光學腔。光學腔之內部亦可被空氣等氣體填滿。光學腔之形狀具有使於導光件14B中傳輸之光有效率地朝向光學介質層11之方向之形狀。又，以不因於光學腔之界面之折射而產生雜散光或洩漏光之方式設計。
光學腔只要可抑制雜散光或洩漏光，則剖面形狀可設計成矩形之光學腔141a、三角形之光學腔141b等適當之形狀。關於光學腔之具體形狀將參照圖22A~圖22J，於下文進行敍述。
於圖2B之構成中，低折射率層13B、導光件14B及低折射率層15作為光學功能層而形成光學濾光片。藉由該光學濾光片，可將光充分地引導至導光件14B之端部為止，且將所需之量之光朝光學介質層11之方向引導，從而有效率地將來自光學介質層11之反射光向外罩17之外側擷取。
圖2C係第1實施形態之另一光學裝置10C之剖面模式圖。光學裝置10C具有與圖1A相同之構成，於導光件14之光擷取側之面(於積層方向上為上表面)具有固體膜之低折射率層15(於整個面利用低折射率材料形成均勻之面之低折射率層)，於導光件14之底面具有包括光學開口圖案之低折射率層13C。低折射率層13C及低折射率層15成為光學功能層。
低折射率層13C之開口圖案形成為隨著趨向導光件14之光傳輸方向，開口率變大。
於導光件14中之光源21之附近之區域中，光量較多，即便使開口率變小，亦可將充分之量之光引導至光學介質層11。隨著於導光件14中傳輸而光量減少，但將與光源21之附近相同程度之光供給至光學介質層11而使來自光學介質層11之反射光之強度均勻。
與光學裝置10A及10B同樣地，藉由低折射率層15使光充分地遍及至導光件14之端部為止，並且藉由開口圖案有效率地使光入射至光學介質層11並擷取反射光。於圖2C之構成中，來自光學裝置10C之光擷取有效率且均勻，視認性進一步提高。
亦可使圖2A~圖2C之構成之至少一部分相互組合。例如亦可使圖2A之附空氣腔之光學層13、或圖2C之附開口之低折射率層13C與圖2B之導光件14B組合。
圖2D係說明於導光件14之光擷取側之面設置低折射率層15之效果之圖。作為比較例，將於導光件14之光擷取側之面未設置低折射率層15之構成示於(b)中。
於如圖2D之(b)般，在導光件14之光擷取側無低折射率層15之情形時，當指紋、汗、灰塵等污漬附著於外罩17之表面時，自光源21入射至導光件14之光中之直接射向外罩17側之光未被引導至光學介質層11而散射，產生光損耗。
與此相對，如圖2D之(a)般，藉由於導光件14之光擷取側配置低折射率層15，可防止光未入射至光學介質層11而散射。進而，一面利用低折射率層15之內部全反射，使光傳輸至導光件14之端部為止，一面利用空氣腔134或其他低折射構件使光入射至光學介質層11。藉由有效率地擷取來自光學介質層11之反射光，可實現較高之對比度及視認性。
圖2E係表示光學裝置10A~10C之向標牌190之應用例。為了有效率地於標識、廣告牌、門面照明、市場營銷照明、顯示照明等中對二維平面進行照明，使用上述開口圖案與空氣腔之至少一者，於導光件內進行導光，擷取充分之量之光。
公共、標識、市場營銷用顯示器等可根據顯示器或海報之類型，設為被動型或主動型。一般而言，利用背光方案，但近年來，利用前光及僅於必要時對反射型顯示器進行照明成為趨勢。
於圖2E之例中，標牌190可於單面或兩面應用上述光學裝置10。於將標牌190設為兩面方案之情形時，亦可使用兩面型之光學裝置10D。
圖2F係光學裝置10D之剖面模式圖。光學裝置10D係使一對光學裝置10-1與10-2於光學介質層11側背對背地貼合而得者。於該例中貼合有圖2C之光學裝置10C，亦可貼合光學裝置10A或光學裝置10B。由於可充分地引導光且自光學介質層11充分地擷取光，故而亦可未必於兩面使用相同構成之光學裝置10。
於光學裝置10-1與10-2之各者之端面，配置有光源21-1及光源21-2，光自端面入射並引導至導光件。藉由開口圖案或空氣腔之光學功能，光被引導至光學介質層11並自兩面出射。
較佳為構成為於更換廣告架、尤其是海報等之情形時，可將光學介質層11自光學裝置10卸除。關於該情況將參照圖29及圖30於下文進行敍述。
於固體顯示器之情形時，持久之層壓較為適當。較佳為，亦可利用具有剛性或彈性之光學材料，確保導光件14與光學介質層11(顯示器/標識/海報等)之間之光學接觸。
為了使雜散光最小化且保持較高之對比度比，不論固定型抑或可更換型，均重要的是切實地與被照明之表面(光學)接觸。
導光件14或14B被用於除照明以外之目的時處於被動模式，通過裝置整體而於視覺上要求透明性。於太陽光等自然光下，反射顯示器無需照明，但於如前光型般，在顯示器之最上層存在導光件之情形時，以確保充分之透明度而不降低顯示器之視覺特性。
於主動模式下，透明導光件自一面或兩面出射照明光。根據照明光之用途，於顯示器用照明之情形時，尤其是於視角之範圍內形成適當之配光，而使雜散光最小。 (A)被動模式(除照明以外之目的)時之準則(criteria)係a)混濁之最小化、及散射與色偏之抑制；b)菲涅耳反射之最小化；c)光學圖案/裝飾之不可視化；及d)圖案密度之變化之不可視化。 (B)主動模式時之準則係a)由圖案所致之雜散光；b)由界面(外部反射)所致之菲涅耳反射；c)由圖案自身所致之菲涅耳反射；及d)抑制了散射之光擷取之品質。
實施形態之光學裝置可根據製品及用途而對應任一模式。尤其是，於表面之光洩漏與由內部菲涅耳反射所致之雜散光可藉由內部腔與抗反射之至少一者而應對。
圖22A~圖22J表示光學圖案之構成例。光學圖案係以低折射率n2之材料(n2＜n1)形成於折射率n1之媒介中之圖案。於折射率n2之材料為空氣時成為空氣腔。
於圖22A中，箭頭之入射光於光學圖案之界面全反射(TIA)，光被擷取至外部。
於圖22B中，光透過光學圖案，由菲涅耳反射產生之雜散光Lstray 於光學圖案之出射側之第2面被反射，於入射側之第1面被再次反射，透過光學圖案。
於圖22C中，光透過光學圖案，藉由於第2面之菲涅耳反射之方向控制，雜散光Lstray 最小化。
於圖22D中，在光學圖案之第1面設置有AR膜145。光透過光學圖案，藉由設置於第1面之AR膜145，雜散光Lstray 最小化。
於圖22E中，光藉由於光學圖案之第2面之折射，而與雜散光Lstray 一起透過光學圖案。
於圖22F中，藉由限制向光學圖案之第1面之入射角，而使雜散光Lstray 最小並透過光學圖案。
於圖22G中，光學圖案圍繞凸透鏡型之剖面形狀。光於光學圖案之表面經全反射(TIR)而被擷取至外部。
於圖22H中，光自光學圖案之第1面入射並透過第2面。雜散光Lstray 被第2面與第1面反射，其後透過第2面。
於圖22I中，在光學圖案之第2面形成有AR膜145。光自第1面入射，透過第2面。虛線之箭頭所示之雜散光係藉由AR膜而最小化。
於圖22J中，光學圖案設置於導光件14。光學圖案係藉由於形成有圖案之導光件貼合光學材料(貼合之界面I/F由虛線表示)而形成。藉由於界面I/F設置AR膜，而於光學圖案之底面設置AR膜。
圖23係說明利用抗反射膜之雜散光抑制效果之圖。如區域A般，於單面照射之情形時，在導光件14之光擷取面設置AR膜145。於導光件14中傳輸之光藉由折射率較導光件14低之光學腔141朝光擷取面側折射。
於區域B中，經光學腔141折射之光之一部分被光擷取面反射，成為雜散光Lstray 並自導光件14之相反側之面出射。於兩面照射之情形時，亦可不設置AR膜145而利用雜散光Lstray 。
圖24係說明利用光學接著劑191所獲得之雜散光抑制效果之圖。於如平板終端般，利用背光照亮顯示器110之情形時，藉由於導光件14與顯示器單元(使顯示器110與光學接著層19一體化)之間填充光學接著劑191，可抑制雜散光Lstray (區域A)。當如區域B般，於界面存在空氣層時，在光學腔141中朝顯示器110側折射之光之一部分被空氣層反射，成為雜散光Lstray 並洩漏至外部。藉由於界面填充光學接著劑191，可抑制雜散光Lstray 。
上述任一光學機構(開口、空氣腔等光學圖案、AR膜、光學接著劑等)均以抑制雜散光之方式設置。尤其是，藉由將以下所述之特徵中之2個以上組合，而獲得最佳之方案。 1)使用光學腔圖案，藉由內部全反射(TIR)或折射，自光學裝置之表面擷取(出耦合)大致所有光，而不使之向腔內部散射(參照圖22A及圖22G)，使雜散光與菲涅耳反射最小。亦可藉由光源或者至少朝垂直方向之光入耦合準直，而限制向導光件之入射角。 2)於光學腔圖案之第1面將大部分光出耦合至光擷取面，使一部分透過之光自腔之界面朝腔內部改向，並引導至第2面，藉此抑制洩漏光或雜散光(參照圖22E、圖22F)。該構成係複合性方案，將圖案分佈之第1面設計為有限之入射角(可避免洩漏光或雜散光之臨界角)。入射角可使用光學準直元件(角度較大時使用光吸收層)加以限制。 3)於使用非對稱之光學腔圖案時，將第1面設為光擷取/出耦合面，且將第2面設為不進行出耦合而用於透過或改向之面。藉此，防止不佳之菲涅耳反射自導光件直接出耦合至外部。於使用週期性之圖案之情形時，第2面與下一圖案面協動，而提高光之方向賦予、光擷取/出耦合性能等。 4)於使用對象形之光學腔圖案時，將第1面設為光擷取/出耦合面，使第2面不進行出耦合地透過或改向，使朝非期望之方向之菲涅耳反射最小(參照圖22C)。 5)於使用光學腔圖案時，在第1面及/或第2面應用抗反射塗層或抗反射構成。為了使菲涅耳反射最小，亦可使用AR圖案或多層塗層、或低折射率塗層來設置寬頻帶AR(參照圖22D、圖22I)。亦可利用光學腔圖案及AR構造/塗層而設為多功能混合構成。 6)於形成光學腔圖案之分佈時，亦可於具有平坦之表面之第2面設置AR塗層或AR圖案。此種光學腔係藉由將於一表面形成有腔形狀之第1膜與於一面實施有AR塗層之第2膜貼合而形成。於光學腔不存在貼合之界面，而獲得主動之AR面。 7)於利用單面照射在導光件形成光學腔圖案之情形時，藉由於光擷取面設置AR層(AR塗層或AR圖案)，可使非期望之菲涅耳反射最小。於進行兩面光擷取之情形時，AR層亦可不存在(參照圖23)。 8)當於一面成為向顯示面之光擷取之面之導光件形成光學腔圖案時，在與顯示單元之接觸面注入光學接著劑而使非期望之菲涅耳反射最小(參照圖24)。 9)於未形成光學圖案而將單面設為光過濾面之情形時，使光通過光學開口，藉由光學接合而對顯示面賦予所期望之照明光。光過濾面亦可利用具有光透過面之低折射率披覆層實現(參照圖1A、圖1B、圖2C)。
透明導光件與透明腔光學系統有多種用途，光學圖案自身係根據用途、應用形態等而適當設計並最佳化。例如設置於光學功能層之至少1個光學圖案亦可形成為選自槽、凹部、點、像素等中之起伏。起伏例如為具有局部之(膜厚方向之)凹面或凸面之圖案，亦可選自二元、閃耀、傾斜、稜鏡、梯形、半球等形狀。或者，起伏亦可為直線、曲線、波狀、正弦波等較長之形狀。
於透明照明之情形時，為了光學功能層，較理想為使用色偏與散射較少之高性能之光學材料。尤其是，較理想為於導光件、OCA(光學透明接著劑)、低折射率層中，使用良好之光學材料。具有光學開口之低折射率層較理想為抑制散射與雜散光。若於與其他折射率材料一起被層壓之積層內存在物理開口，則會導致光散射、混濁、對比度比降低，故而如圖1A、圖1B、圖2C般，具有由局部之折射率之變化所致之光學開口之低折射率層係一種有效之構成。具有光學開口之低折射率層可藉由噴墨印刷、反轉膠版印刷、雷射、電子束處理等而形成。
圖1A及圖2A~圖2C之構成作為前光方案較為有效。可於導光件之至少光擷取面設置低折射率層15，將光引導至與光源21為相反側之端部為止。如圖1B般，導光件14之光擷取面成為最上層之前光方案亦較有效，但為了防止由最表面之污漬或缺陷所致之光洩漏，較佳為亦可沈積低折射率值之硬質塗層。
於光學功能層具有光學圖案之情形時，光學圖案密度可為固定，亦可如圖2C般使圖案密度具有梯度。具有光學圖案之光學功能層可根據透明背光、前光、照明面板等用途而設計。作為光擷取之圖案，可設計為較窄之範圍內之光分佈、大範圍之光分佈、橢圓形、對稱、非對稱等之光分佈。光擷取效率可藉由連續之週期性分佈、或像素等之局部之分佈而最大化。於透明方案之情形時，藉由使混濁度及雜散光最小化，可使光擷取效率最大。亦可設置連續且有效率之3D(Three-Dimensional，三維)光學圖案。於此情形時，可用於複數個應用，母模製作與製品成本得以削減，可使製品尺寸大型化。
作為設置於光學功能層之基本之光學分佈，亦可使用表面起伏圖案或腔光學圖案之任一者。於腔光學圖案之情形時，亦可於光學腔內填充氣體、流體或固體材料、較佳為空氣而對光學面賦予內部全反射效果。亦可基於繞射或折射光學系統，對光學圖案賦予二元、傾斜、閃耀、稜鏡、微透鏡等不同之分佈。
導光件係使用塗佈層、基材上之膜、導光體等而形成。亦可於無圖案之基材之平坦之表面應用具有濾光開口之光分配/擷取膜。藉由使用功能性膜，可使用如PMMA、玻璃等不同之材料，將導光件設計得較薄抑或較厚。所有光學功能亦可一體化於「一體型(all in one)」膜上。作為主要之光學功能係利用濾光片開口之均勻性之控制、及利用光學腔圖案所決定之光分佈中之出耦合。該等2個主要功能可設為2個不同相而個別地實現。亦可裝入擴散體等追加之功能層。
亦可將由低折射率層形成之光學濾光片直接應用於基材之表面而形成開口，且於光學濾光片之上應用具有光擷取用之光學圖案之功能性膜。該構成可減少積層或組裝之步驟數。光學濾光片與功能性膜之積層構造可應用於導光件之單面或兩面。
光之分配與擷取係基於至少1個光學圖案層、表面起伏、腔圖案等之類之膜之概念。可應用複數個光學圖案而形成單一之膜，亦可使其中至少1個腔光學層一體化。藉由利用空氣腔等腔光學元件，可將複數個層相互接合。於未使用凹凸圖案等表面起伏之情形時，膜完全一體化，可將界面彼此接著。亦可將經一體化之濾光披覆層積體於具有光學圖案之單一之膜內。
光學圖案能以多種形態形成於光學功能層。例如埋入至層內之空氣腔光學器件(於層內具有光學空腔之光學功能層)，亦可形成為配置於與透明層壓層、反射層壓層、著色層壓層等之界面之光學體和腔之交替圖案。
亦可將未使用開口，而如圖2B般於內部具有光折射/擷取用之光學圖案(例如空氣腔)之導光件14B設為濾光器。於導光件14B之兩面設置有均勻之低折射率材料之連續膜。光學圖案係一體化於導光件14B之內部。作為光學圖案，亦可將微透鏡、閃耀、傾斜、離散圖案、像素圖案等配置成週期性或者繞射光柵狀。亦可將於兩面形成有均勻之低折射率層之導光件利用光學透明接著劑(OCA)與其他層接著。OCA具有較低折射率層高之折射率，較佳為具有與導光件相同之折射率。
於光學功能圖案形成為埋入至母體層之腔之情形時，母體與功能性腔交替地配置。於此情形時，光學功能係根據光學功能腔之尺寸、形狀、週期、剖面配置之至少一者而設定。如上所述，腔可被空氣填滿，亦可被其他氣體、流體、液體或固體填充。
亦可將實施形態之導光件與線柵偏光元件等一般偏光元件組合。偏光元件可直接接著或積層於光學功能層之平坦面上。於設置於光學功能層之光學圖案與線柵偏光元件於功能上協動之情形時，可提高亮度。
如上所述，實施形態之光學裝置可應用於標牌、廣告牌、門面、市場營銷及顯示燈等。於該用途之情形時，不論有無開口或者腔圖案，均可利用低折射率層，照亮整個區域、離散之區域、及任意之二維形狀等。作為一例，不論有無耦合圖案，均可使開口層與彩色膜或圖形膜一體化，而製成積層膜。藉由將該積層膜切斷為所期望之形狀，並層壓於導光片材上，可獲得圖2A~圖2C之構成。包含光學功能層及導光件之積層體可固定(永久)地或可卸除地接著於海報、顯示器等光學介質層11。
於如圖2A般在與光學介質層11之接觸面具有凸狀之光學圖案時，亦可利用具有彈性之透明之光學材料形成光學圖案。尤其是，於可卸除地與光學介質層11接著時，較佳為彈性圖案。於光學介質層11為可更換之海報等之情形時，光學圖案較理想為由具有可承受複數次卸除與再接著之耐久性及可靠性之彈性材料形成。
於第1實施形態中，在導光件14之光擷取側之表面設置無開口之均勻之低折射率膜15，在導光件14之與光擷取面為相反側之面配置具有光學圖案之光學功能層13。光學圖案亦可以將來自導光件14之入射光呈負角度出耦合，將來自光學介質層11之反射光呈正角度出耦合之方式設計。光學圖案係以光以較臨界角小之角度入射之方式設計。藉此，可一面將被低折射率層15全反射之光分配至導光件14之端部為止，一面將光朝成為底部反射器之光學介質層11之方向有效率地引導(耦合)，從而有效率地擷取(出耦合)光。
＜第2實施形態＞ 圖3A係說明第2實施形態中應解決之問題之圖，圖3B與圖3C係第2實施形態之光學裝置之剖面模式圖。為表示構成例之圖。
即便於在導光件14之至少一面設置有低折射率層之情形時，於光源21之附近，如虛線之箭頭所示，亦存在以未達臨界角之入射角入射至低折射率層23或15之光線(以虛線表示)。未達到臨界角而未被全反射之光線不受開口圖案等光學功能控制，而保持原狀透過低折射率層23或15，成為光損耗。
又，於未準確地對準LED等光源21之情形時，亦無法使所有出射光與導光件14耦合，而使多餘之光透過光學接著層16或19、或者其他層之內部。應避免相對於界面以未達臨界角之角度入射之光。
圖3B係表示解決上述光洩漏之光學裝置30A之構成例。光學裝置30A具有導光件14，且於導光件14之兩面設置有作為光學功能層之低折射率層15及23。
光學裝置30於其光源21側之端部區域具有光吸收層31及光吸收層32。光吸收層31及32例如為黑帶等光吸收性之較薄之層。光吸收層31及32可直接接著於光源21側之端部區域之表面，亦可藉由化學表面處理而接著。
當如於圖3B之導光件14之光擷取側所例示般，在端部之最表面存在光學接著層18等其他層之情形時，亦可於該其他層(光學接著層18)之表面以帶等之層形態設置光吸收層31。或，亦可為如於導光件14之底面側所例示般，低折射率層23等光學功能層具有光吸收功能並一體化。
於向低折射率層15及23之入射光具有較全反射之臨界角小之入射角時(虛線之箭頭所示)，不受低折射率層15及23控制之光被光吸收層31及32吸收。
圖3C係防止光損耗之另一構成例。光學裝置30B係使用改向層33及34來代替光吸收層31及32。作為改向層33及34，例如可利用光指向性之膜或帶。改向層33及34使自光源21輸出之光之入射角以超過臨界角且滿足全反射條件之方式變化而將光保持於導光件14之內部。
當如於圖3C之導光件14之光擷取側所例示般，在端部之最表面存在光學接著層18等其他層之情形時，亦可於該其他層(光學接著層18)之表面以帶等之層形態設置改向層33。或，亦可為如於導光件14之底面側所例示般，低折射率層23等光學功能層具有改向功能並一體化。
改向層33及34可利用埋入型之開口或腔光學元件實現，亦可分別與低折射率層15及23協動而對光賦予指向性。具有埋入型之開口或腔光學元件之改向層例如可藉由於形成有開口或腔之圖案之透明之第1膜層壓第2膜而製作。第2膜可為透明亦可為非透明，亦可具有朗伯(Lambert)反射、鏡面反射及不同之兩色間(白黑等)之反射特性。
朝導光方向之光源21之對準偏離於上部(光擷取側)之光學接著層18未覆蓋至導光件14之端部為止之情形時，不會成為太大問題。光學接著層18可稍許遠離導光件14之邊緣而設置，利用改向層33支援光之向導光件14內之傳輸。通常，低折射率層15及23非常薄，不會使於導光件14之光之耦合與傳輸產生混濁、色移等問題，大致所有光線均被向高折射率側(導光件側)反射。
利用第2實施形態之構成，可抑制於光源21側之端部之光損耗，將光引導至導光件之相反側之端部為止，並且自光擷取面擷取充分之量之光。
＜第3實施形態＞ 圖17A係說明第3實施形態中應解決之問題之圖，圖17B及圖17C表示用以解決問題之構成例。
於圖17A中，在藉由光源21將光入射至對應之導光件1001之光入射側之端面時，若未對入射側端面實施任何處理，則入射光會成為光線而被視認出。通常，對入射端面實施形成鋸齒紋等之加工，但無法充分地控制光之方向性，因朝不佳之方向之散射、對準偏移等而導致亮度降低。因此，考慮於光源21與導光件1001之入射端面之間配置具有反射片材1003之反射器1002，使光與導光件1001之端面準直。
然而，零件數增加，且花費組裝成本及時間。期望低成本且易於組裝，且向導光件之入耦合效率較高之新穎之構成。
圖17B表示一種解決對策。光學裝置40A具有設置於導光件174之入射側之端面175之入耦合光學系統170。圖17B表示將導光件174之導光方向設為y，將厚度方向設為z，將寬度方向設為x時之xy面內之形狀。
入耦合光學系統170包含具有半球形、稜鏡型、桿型等形狀之光學元件171、及形成於光學元件171與導光件174之端面175之間之空氣腔173。光學元件171將自光源21出射之光有效率地朝向導光件174之端面175輸出。空氣腔173作為使自光學元件171輸出之光高效率地輸入至導光件174之端面175之入耦合元件發揮功能。藉由光學元件171及空氣腔173，使來自光源21之光準直，且有效率地耦合至導光件174之端面175。
於圖17B之例中，於橫向(x方向)上排列有與光源21相同數量之光學元件171之入耦合光學系統170係藉由光學接著層176而接著於導光件174之端面175(成為導光層174之均勻之平面之入射邊緣面175)。複數個凸狀之光學元件171之頂點與成為均勻之平面之導光件174之邊緣或反面175接觸而配置。該等凸狀之光學元件171以其頂點與成為均勻之平面之導光件174之端面175接觸之形式與端面175對準，形成空氣腔173之圖案(光學腔圖案)。各光學元件171與空氣腔173使自光源21輸出之光耦合至對應之導光件區域。
作為較佳之構成例，雖然未圖示，但亦可使用複數個光學元件171配置成一行之光學片材。光學元件171之形狀並不限定於半球形，只要可形成空氣腔173，則亦可為雙凸透鏡型、桿型等。於光學片材中，亦可為於各光學元件171之底面預先固定有LED等光源21。光學片材可藉由擠出成形、衝壓、成形嵌入等而以低成本簡單地製作。根據該構成，僅藉由將光學片材貼附於導光件174之平坦之端面175，便可使光源21與對應之導光件區域之端面175自對準。
於貼附光學片材之後，光於光學元件171與空氣腔173之界面折射，並有效率地光耦合至導光件174之端面175。來自光源21之出射光大致全部被利用。
圖17C表示另一構成例之光學裝置40B。於光學裝置40B中，代替使用光學接著層176，而一體地形成入耦合光學系統170與導光件174。一體型之光學裝置40B可藉由模塑、模切法等而容易地製作。
於圖17B與圖17C中，光學元件171例如亦可成形為於橫向(x軸方向)上以±10°之角度使光準直之平坦之球形透鏡。該構成適於如LED條帶般使用複數個光源21之情形。包含光學元件171之光學系統之設計以如下方式最佳化：於導光件174之內部使x方向(橫向)之光分佈之均勻性為70%以上，且使「點光源」之影響標準化。
於圖17B與圖17C中，複數個光源21配置於光學元件171之非凸部側(光學元件之與凸部為相反側)之連續之平面。藉由將光源21配置於光學元件171之與凸部為相反側之平面側，容易進行與複數個凸部對應之複數個光源之對準。
圖17D係表示於橫向上準直之第3實施形態之導光件174之內部的光強度分佈。於圖17D之模型中，藉由具有準直功能之入耦合光學系統170與線性閃耀型光柵35之組合，可於入射端面(圖之底面)獲得均勻之光分佈。光柵35係將突起朝向導光件側配置。藉由入耦合光學系統170而使橫向之光束標準化，故而於導光件之光柵35之填充率容易最佳化。該模型之縱向之亮度分佈之FWHM為30°，橫向之亮度分佈之FWHM為50°。表示良好地準直。
圖17E表示比較例1之強度分佈。比較例1係使用與圖17D相同之光源21及相同尺寸之導光件174，且未使用入耦合光學系統170之構成。出耦合係與圖17D同樣地使用線性閃耀型之光柵36，但突起朝向光源21側而配置。於導光件之入射端觀察到來自光源之多個光條紋，導光件底部之光分佈之均勻性不佳。縱向之亮度分佈之FWHM為30°，但朝橫向之準直不充分，橫向之亮度分佈之FWHM較寬，為82°。
圖17F表示比較例2之強度分佈。於比較例2中，使用與圖17D相同之光源21及相同尺寸之導光件174，且使用彎曲形狀之光柵37。入耦合光學系統170未予設置。導光件之底面之光分佈大致均勻。縱向之亮度分佈之FWHM為29°，但朝橫向之準直不充分，且橫向之亮度分佈之FWHM較寬，為78°。
圖17G係將圖17D~圖17F之模型與先前模型加以比較之表。先前模型係具亮度強化膜(Brightness Enhancement Film)之微透鏡型背光單元(BLU)。比較例1係圖17E之線性光柵構成之空氣腔型BLU。比較例2係圖17F之彎曲光柵構成之空氣腔型BLU。於比較例1與比較例2中，未使用入耦合光學系統170。實施形態之構成係基於圖17D之模型，使用入耦合光學系統170及線性光柵構成，且使光柵之突起朝向導光件側。
比較之參數係亮度(luminance)、將先前構成之亮度設為100%時之相對值、FWHM、入射端面(底面)之強度分佈之均勻性、及入耦合之有無。
實施形態之模型係使用入耦合光學系統及線性光柵，與先前之導光件構成加以比較，達成超過90%之效率提高。底面之強度分佈之均勻性、亮度分佈等其他所有性能亦提高。上述性能參數全部可調整，可使最終目標值最佳化。例如，藉由使入耦合光學系統與出耦合光學系統一起最佳化，可使光分佈角變窄抑或變寬。
於經入耦合光學系統170在橫向上準直之光之情形時，可利用線性構造之光柵35作為出耦合圖案。線性光柵35之母模及製造工具可藉由轉筒切斷法、或其他直接工具法製造，故而整個構造之製造與母模之製作低價且容易。
於薄膜之情形時，入耦合光學系統170之空氣腔173或光學元件171可藉由模切法、尤其是加熱刮刀法等而製作。入耦合光學系統170之形狀可利用與將導光件自大型之基體膜切下相同之製程形成，製程低價且容易。亦可設為如下構成：利用擴散反射、鏡面反射等之反射膜或改向膜覆蓋入耦合光學系統170之光學元件171或空氣腔173而利用全光。亦可於入耦合光學系統170之腔之兩面設置反射膜。於此情形時，亦可利用透明之低折射率接著劑將反射膜直接接著於導光件之表面。於在導光件之表面形成有低折射率值之透明塗層之情形時，亦可於此種表面層接著反射器。
於較厚之片材之情形時，可藉由雷射切斷形成平坦球形透鏡型之腔。或者，如圖17B之(b)所示，亦可使用具有與導光件之邊緣具有接觸點之光學元件171之光學片材178或條帶。可利用透明之光學接著劑將光學片材178層壓於相對較厚(例如1~5 mm)之導光件之邊緣。該方法為簡單之方法，導光件之厚度較厚，故而容易對準。於此情形時，亦可於單面或兩面利用反射器、擴散體、改向膜等覆蓋空氣腔173或光學腔，使效率最大化。
於垂直方向之準直之情形時，可將圓形邊緣或球形透鏡用於導光件之一體化。入耦合光學系統170亦可如圖17C般一體化。再者，入耦合光學系統170中之空氣腔173或光學元件171之形狀並不限定於上述例示，亦可設計成可將來自光源21之光有效率地與導光件174之入射側邊緣耦合之任意之形狀。
藉由該構成，可提高向導光件之光入射效率及亮度，且使強度分佈均勻。
圖17H係表示使用有第3實施形態之入耦合光學系統170時之橫向之亮度之均勻性的圖。利用使用有入耦合光學系統170及3個LED之模型進行模擬。如上所述，入耦合光學系統170具有朝橫向之準直功能，導光件內之橫向上之亮度分佈之均勻性達到80%。為了達成最終所期望之照明性能、尤其是於光源側之邊緣附近達成均勻之照度，於考慮導光件之出耦合設計之基礎上，朝橫向之亮度或光束為重要之要素。藉由第3實施形態之構成而實現朝橫向之均勻之亮度分佈。
圖17I表示於導光件之入射端裝入有入耦合腔之構成例。構成(a)係於具有表面起伏圖案之一般導光件構成中裝入有一體化之入耦合腔作為入耦合光學系統170之例。於此情形時，即便來自LED之光藉由入耦合腔有效率地與導光件耦合，亦會因以未達臨界角之角度入射至起伏圖案之斜面之光而導致光折射，無法充分地導光至導光件之相反側之端面為止。
構成(b)係於具有圖2B般之埋入型之腔172之導光件174b裝入有入耦合腔之例。於該構成中，射向導光件之底面之光滿足全反射條件，充分地傳輸至導光件174b之相反側為止，並且藉由腔172朝光擷取側反射。
構成(c)係於無圖案之導光件174之光擷取側設置有具有開口之低折射率層13，且於低折射率層13之上配置有具有埋入腔179之圖案層177。於該構成中，藉由入耦合光學系統170而有效率地與導光件174耦合之光於導光件174之底面與低折射率層13之間一面全反射一面傳輸，且透過開口之光藉由埋入腔179朝光擷取側折射。藉此，能以均勻之亮度分佈提高光擷取效率。 ＜其他實施形態＞ 以下所述之實施形態可應用於基本概念(圖1A、及圖1B)、第1實施形態、第2實施形態及第3實施形態之任一者。又，基本概念、第1實施形態、第2實施形態及第3實施形態可相互組合。
實施形態之光學圖案(包含光學開口、空氣腔等)可藉由多種方法製造。例如使用雷射圖案化、直接雷射成像、雷射鑽孔、利用遮罩或無遮罩之雷射或電子束照射。亦可藉由印刷、噴墨印刷、網版印刷等賦予個別之特性，而變更光學材料或折射率值。亦可藉由微/奈米分配、定量給料、直接「寫入」、離散性雷射燒結、微放電加工(微EDM)、微加工、微成形、壓印、壓紋加工、及類似於該等者而製造。亦可利用將低折射率層或內部全反射(TIR)層直接貼合之直接接觸法完成光學開口之形成。
開口之形成例如亦可以藉由雷射剝蝕介隔載體基板、導光件等介質進行處理等間接接觸之方式完成。藉由剝蝕而去除披覆層，藉此以與直接接觸相同之方式形成所期望之尺寸、形狀之開口。較佳為，雷射光束點分佈被整形為平坦之禮帽狀。該光點分佈未產生過剩之熱，而不會損傷載體基板或導光件。雷射波長係根據披覆層吸收曲線、孔邊緣品質、光束整形光學系統、厚度/高度、處理成本、或類似於該等之觀點而適當選定。
圖4及圖5表示於開口281之製作中利用雷射140之例。於圖4中，利用輥對輥法，將形成有低折射率塗層28之基材41自輥R1捲取至輥R2。此時，低折射率塗層28係藉由雷射140而以1 m~20 m/分鐘之速度燒蝕(ablate)/去除，連續地形成約5~20 μm之尺寸之開口281。基材41係光學塑膠或光學玻璃之膜，亦可應用於片材法。於形成開口281之後，藉由輥R3供給OCA42，形成基材41、附開口281之低折射率塗層28及OCA42之積層。該方法能以連續式或停止與重複式之輥對輥法或輥對片法之形式執行。又，亦可使用膜對片法或片對片法製造不連續之膜。如圖5般，使用複數個掃描頭，藉此可製造具有直至1.5 m之寬度之寬幅之腹板。
圖5表示使用了具有複數個掃描儀/雷射241~243之多頭240之開口形成。於該例中，可實現1.0 m~1.5 m之線寬。為了實現導光件中之均勻之光分佈，於基材41上之低折射率塗層28形成開口281。藉由形成慢慢變化之開口或固定之開口，可針對所有種類之尺寸實現均勻之導光件設計。因此，無需針對每個製品定製之3D製造製程。於開口281形成結束後，可將積層體膜切換為特定尺寸之片材。
圖6A與圖6B係藉由雷射剝蝕而形成之開口之圖像。於圖6A中，使用禮帽型分佈之雷射光束，於圖6B中，使用高斯型分佈之雷射光束。
大型之導光件非常昂貴，難以藉由成形而於整個表面形成圖案，難以大量生產。上述各實施形態之光學裝置係用於以膜層壓為基本生產多種尺寸尤其是大型之導光件之靈活且成本效率良好之構成。實施形態之構成與概念可應用於利用輥對輥法、輥對片法或片對片法之大量生產。最終生產速度依存於所選擇之製造方法，可於0.5 m~30 m/分鐘之間適當設定。又，亦可應用於連續式、或停止與重複式之任一者。光學裝置之製造係基於薄膜製程。於形成於成為導光件之薄膜之膜形成開口。或者，亦可以形成薄膜不具有光學圖案之實心之導光件之方式，將開口光學圖案膜直接層壓或接合於導光件上。後者之類型使生產靈活且成本效率佳。可大量生產成為基礎之披覆層膜或塗層膜並以輥之狀態予以保管。其後，可利用反覆及連續之方法製造開口，最終再次以輥予以保管，亦可切斷為片材。
對上述光學裝置而言較佳之光源可構成為單個或複數個LED(發光二極體)、1個以上之雷射二極體、1個以上之LED棒、1個以上之有機LED條帶、1個以上之微晶片LED條帶、1個以上之冷陰極管、及類似於該等構件者。於透明導光件方案之情形時，重要的是利用光源之光分佈之控制。典型而言，LED光具有高斯分佈。於低折射率披覆層之情形時，由斯奈爾定律規定於導光件內發生全反射之臨界角。向界面之入射角較臨界角大之光係藉由形成於低折射率披覆層之開口之尺寸及形狀而控制其折射之方向。關於較臨界角小之入射角之光，如第2實施形態中所作說明般，需要防止透過低折射率披覆層之對策。如參照圖3B及圖3C所作說明般，較理想為於LED側之邊緣附近，在導光件之披覆層之上，配置吸收非期望之入射範圍之光之例如帶(尤其是黑色帶)等較薄之吸收體。亦可設為如下構成：代替吸收體，使用光學圖案帶等具有開口圖案之光折射層，將非期望之入射範圍內之光朝可獲得較臨界角大之角度之方向改向，進而使已改向之光返回至有用之光入射範圍。
如圖3B及圖3C所例示般，於低折射率膜設置於導光件之兩面之情形時，必須於兩面藉由吸收體或改向法來應對未達臨界角之光入射。
進而，亦可如上述第3實施形態般，使用入耦合光學系統將光入射限制於高臨界角與低臨界角之間。藉此，可有效率地利用自光源放射之所有光。入耦合光學系統可與導光件一體形成(圖17C)，亦可於形成為與導光件不同之元件之後接著於導光件(圖17B)。作為後者之構成，亦可使用具有與光源之放射開口之直徑相等之直徑之光學桿。塑膠或玻璃之桿可提供二維之光準直。相同之光控制可藉由球形透鏡、鏡筒透鏡、半球型或稜鏡型透鏡等之邊緣分佈而達成。
一體化之具有開口之導光件能以獨立之元件之形式使用。或者，亦可於單面或兩面層壓於基板。於前光元件之情形時，一般於兩面進行層壓。就背光概念而言，使用經層壓之2個以上之導光件。不論背光型抑或前光型，具有開口之複數個層均可控制各層或各介質內之光。
於光學上透明之披覆層、塗層或膜之情形時，實施形態之導光件構成係利用於前光、背光、窗戶或門面之照明、標牌及信號之照明、太陽能用途、裝飾照明、遮光板、遮光、屋頂照明等公共或普通之照明等。
於其他實施形態中，光分配元件/導光件元件具備光學功能層，該光學功能層至少具有光出耦合功能，且具有至少1個光學功能圖案。導光件具備光學濾光片開口、及例如出耦合圖案等光學圖案而安裝。此種導光件亦可具有用於經入耦合之光之傳輸之基本介質、均勻性得到控制之開口之光學濾光片方案、用於光出耦合及其分佈控制之光學圖案層。光學圖案層係具有光學分佈之較薄之介質，其功能性係基於在介質內成為臨界角以上(≧θC )之入射角。光學圖案較佳為均勻，可以固定之密度形成，亦可整個區域或離散地形成。為了實現所期望之照明或信號顯示，光學圖案亦可設計成配置密度發生變化。光學圖案層可相應於光學濾光片及開口，應用於導光件之出耦合面之單面或兩面。典型而言，光學圖案層係於整個或局部之表面區域設置於平坦面上。又，亦可為光學圖案層包含複數個層，各層形成擴散、光耦合、偏光(線柵)、信號顯示等不同之光學功能。
具有光學圖案之光學功能層亦可構成應用固有之設計。例如為不透明背光、具有高填充率(一般而言為固定之填充率)及最大耦合效率之照明及指示器面板、具有更低之填充率及最佳化之效率之透明之背光、前光及照明面板等。光分佈可設計成窄分佈、寬分佈、橢圓形、對稱、非對稱等多種形式。最大效率可藉由連續之週期性分佈而達成。於透明方案中，關於透明度、混濁及雜散光，可使最大填充率最佳化。具有可用於複數個用途之連續且有效率之三維光學圖案益處較大。此種三維光學圖案可減少母模製作成本及製品成本，且可生產大型尺寸之元件。
為了實現朝雙向之光控制，亦可使用混合圖案。於此情形時，在光分佈/導光件元件設置有構成為具有複數個離散或連續之分佈之混合圖案之光學功能圖案。
混合圖案具有用於雙向配光控制之三維光學形狀，可應用於多種照明目的。混合圖案係基於離散之像素、分佈、連續或局部連續之分佈。圖案分佈係藉由至少局部線性之配置、曲線或者正弦波狀之配置、鋸齒狀配置、隨機或准隨機之配置等而形成。亦可包含高度之變化，且將不同之分佈組合。圖案壁之角度分佈於整個區域以固定角度、或者具有角度變化之對稱或非對稱之角度形成。具有正弦波之配向之混合圖案藉由圖案壁之最佳化之角度及週期、振幅及頻率，對x-y軸之光分佈帶來影響。
圖案分佈被設計成多種，例如為了實現縱向之光分佈控制而設為不同之閃耀分佈角度等，可具有多種形狀或分佈。圖案分佈係根據不同之目的及目標而最佳化，故而複合圖案可基於大量不同之圖案變化。
以膜之形式實現之混合方案係藉由避免線性圖案通常導致產生之光條痕，而提高均勻性能。又，藉由非線性圖案方案，亦可避免疊紋效果。又，藉由較高之填充率，可覆蓋導光件上之光學缺陷。
單個膜上之混合圖案可置換為先前之2片亮度強化稜鏡膜、進而2片經層壓之稜鏡片。此處提供之混合膜亦可於頂部面及底面具有用於層壓之平坦之表面，且具有空氣腔圖案。
典型而言，混合圖案膜之功能係基於以較介質之臨界角大之入射光角度之全反射。該情況與基於以較介質之臨界角小之入射光出耦合之光的先前之稜鏡片不同。
混合圖案係藉由微影法、微細加工、或包含該等組合之多種方法製造。典型而言，母模工具係大量生產用之輥對輥生產中所使用之轉筒工具。
設置於光學功能層之至少1個光學圖案亦可由選自槽、凹槽、點、像素等中之凹凸形成。該等凹凸具有選自矩形波、閃耀繞射光柵、傾斜、稜鏡、梯形、半球及類似於該等形狀之剖面凹凸分佈。作為長度方向之形狀，自直線、曲線、波狀、正弦波及類似於該等形狀者中加以選擇。
圖7表示使用有光分佈濾光片(Light Directing(Distributing) Filter；LDF)之導光件堆(A)、具有開口131之低折射率層(B)、及光學腔141之圖案(C)。於導光件堆(A)中，在導光件14形成有光學腔141。於導光件14之光擷取面設置有低折射率層15，於相反側之面，設置有具有開口圖案之低折射率層13C。該構成係混合構成之一例。
圖8A係表示使用有光分佈濾光片之導光件構造之構成例之圖。圖8A之(a)表示使用內部形成有空氣腔83之混合稜鏡時之強度分佈，圖8A之(b)係使用具有表面圖案之混合稜鏡時之強度分佈。
於構成(a)中，在未形成圖案之導光件14之背面設置有反射器81。於導光件14之光擷取側，依序積層有分佈密度具有梯度之低折射率88、具有均勻之空氣腔圖案之混合稜鏡膜85、及擴散體82。藉由形成於混合稜鏡膜85之內部之空氣腔83而控制X-Y面內之光分佈。
於構成(b)中，在未形成圖案之導光件14之背面設置有反射器81。於導光件14之光擷取側，依序積層有分佈密度具有梯度之低折射率88、均勻之圖案之混合稜鏡膜86、及擴散體82。混合稜鏡膜86之圖案控制X-Y面內之光分佈。
圖8B係表示使用有光分佈濾光片之導光件構造之構成例之圖。圖8B之(a)表示將內部具有空氣腔之混合稜鏡使用於最上層時之強度分佈，圖8A之(b)係將表面具有圖案之混合稜鏡使用於最上層時之強度分佈。
於構成(a)中，在導光件之底面側設置有光學功能層13A及反射器81，在上表面依序設置有光學功能層15、擴散體82、附腔之混合稜鏡膜85。如第1實施形態中所作說明般，光學功能層13A具有由朝圖式之下側凸出之光學元件形成之空氣腔。藉由形成於混合稜鏡膜85之內部之空氣腔83而控制X-Y面內之光分佈。
於構成(b)中，在導光件之底面側設置有光學功能層13A及反射器81，在上表面依序設置有光學功能層15、擴散體82、具有表面圖案之混合稜鏡膜86。如第1實施形態中所作說明般，光學功能層13A具有由朝圖式之下側凸出之光學元件形成之空氣腔。利用形成於混合稜鏡膜86之表面之光學圖案，控制X-Y面內之光分佈。
圖9A表示用於雙向光控制之混合圖案90A。混合圖案90A具有各個混合圖案像素91A連續地相連而成之混合圖案分佈。
圖9B表示用於雙向光控制之混合圖案90B。混合圖案90B由連續混合圖案膜形成，各個混合圖案91B之光柵較圖9A密集。
圖10係表示用於雙向光控制之光學圖案之另一例。圖10之(A)表示混合圖案90之3D形狀之通式。圖10之(B)係混合圖案90之剖面分佈。圖10之(C)表示混合圖案90之剖面形狀與尺寸。圖10之(D)係表示混合圖案90之週期之側視圖。
圖11表示作為導光件之圖案之例之混合圖案與線性圖案。於線性圖案(B)中觀察到光之條紋，於混合圖案(A)中未觀察到光之條紋。
圖12表示光分佈濾光片膜之模擬結果。任一者均於用於雙向光控制之混合圖案之概念內，使用20個LED及使用有擴散體之小型之PMMA導光件、及具有低折射率開口之背光模型。但，使用不同之稜鏡，改變空氣腔圖案分佈。
圖13係表示手指感測器或指紋感測器用之信號導光件之概念之圖。不具有上述光學圖案之LDF構成可用作感測器用之單一之導光件。於對來自手指、指紋等之感測器信號進行處理時，可實現狹窄之信號分佈角度。信號分佈角度可利用折射率值不同之低折射率層之組合而於頂部玻璃上進行調整。例如，藉由使導光件之上部披覆層之折射率(Ri：1.18)與下部披覆層之折射率(Ri：1.25)不同，干涉條紋等條紋於導光件上未被視認出或觀察到。光散射得以抑制，維持較高之對比度。 圖14表示信號導光件之構成例。折射率(Ri)係於1.18至1.25之範圍內組合，但並不限定於該例，亦可為其他組合。該構成可應用於單LED構成，亦可應用於多LED構成。即便於使用有較厚之玻璃板(G)之情形時，多方向串擾亦較低。於將玻璃之折射率設為1.51時，所有LED光中之僅2.7%進入至頂部玻璃。
圖15A與圖15B表示9點之指紋模擬結果。於圖15A中，一般因來自導光件之光擷取，光功率沿著導光件路徑慢慢地減少。於如圖15B般無多方向串擾之情形時，不會形成重影像，可獲取清晰且空間上準確之信號。
圖16表示使用了不同指紋及LED之其他設置下之模擬結果。圖16之(A)係使用3個LED，且利用於遠離中心之隅角附有指紋之模型進行計算。信號強度為20 Nits以下。光束略微偏斜。
圖16之(B)係使用3個LED，利用於側邊緣附有指紋之模型進行計算。信號之強度為40 Nits以下。雖然非常微小，但觀察到重影。該情況亦考慮到光線追蹤之影響。
圖16之(C)係使用1個LED，利用於中心附有指紋之模型進行計算。信號之強度為30 Nits以下。觀察到清晰之信號。
與圖15同様地，於圖16中，亦無多方向串擾，未形成實質之重影像。
以未被手指及其他物件反射而入射至感測器或顯示器上之光成為大致零(0)%之方式，準確地控制信號之指向性。藉由使信號分佈變窄，即便為較厚之玻璃板，多方向串擾亦較小。又，重影之產生為最小限度。信號源亦可使用單個LED、複數個LED或雷射組件。
於光學圖案之情形時，可視需要將信號於兩方向(X-Y)上進行準直。可視需要達成超過90%之均勻性。
上述信號導光件可設計成500 mm~1000 m之尺寸，一般利用輥對輥之生產線進行尺寸調整。於此情形時，可將均勻且連續之構造體分別切斷為需要之尺寸。
＜母模之製作＞ 光學母模之製作於特別大之尺寸上，成本高，製作困難。高級之導光件光學系統之母模及規則之製作不論其尺寸之大小如何均極難，耗費費用。
因此，本發明提出藉由鑽石切斷或微影法而製造大型之母模輥，藉由輥對輥法而大量生產基本圖案膜。基本圖案膜可藉由於圖案上塗佈抗蝕劑，並利用遮罩微影曝光與顯影而製作。藉由利用電鍍於所形成之開口內形成金屬膜，而複製遮罩圖案。例如可將鎳填隙片用作製造光學膜及片材之工具。
圖18A~圖18E係表示母模製作製程之一例。於圖8A中，使用經利用鑽石刨床之切割而形成有表面圖案之副母模189，藉由壓印法將圖案轉印至基體塑膠基板181。副母模189之寬度可大型化為1 m以上之尺寸。
於圖8B中，於具有轉印圖案182之基體塑膠基板181塗佈光阻劑185。於圖8C中，進行經由遮罩之曝光或直接曝光，且進行顯影，藉此去除光阻劑185之所期望之部位，局部露出轉印圖案182。
於圖8D中，例如進行鍍鎳，卸除基體塑膠基板181，藉此，如圖8E般，獲得導光件複製用之鎳壓模180。作為一例，該鎳壓模180具有用於週期性之閃耀分佈之隨機之點圖案。
圖19表示實施形態之構造體之對窗口照明之應用例。藉由於窗戶200貼附(層壓)包含光學功能層202之積層體201A，可將太陽光、照明光有效地向入射側之相反側(例如室內)擷取。積層體201A具有包括空氣腔203A之光學功能層202、及透明之光學接著層204。光學功能層202可由聚合物、玻璃膜等形成。藉由利用光學接著層204將光學功能層202貼合於窗戶200之任一面，可增大光之擷取量。
圖20表示包含具有不同圖案之空氣腔203B之光學功能層202的積層體201B。此種腔圖案亦可有效地使用。
圖21A表示圖19之光學功能層202之製作方法。圖21係無接著劑之層壓法。將無圖案之第1膜211與於表面形成有所期望之圖案214之第2膜212在無接著劑之情況下(例如藉由微波表面處理)貼合。第1膜211與第2膜係由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等形成。藉由貼合，而形成空氣腔213。
圖21B表示圖19之光學功能層201A之另一製作方法。於圖22中利用接著層216將2個膜接著。接著層之厚度為1~3 μm左右。利用第2膜212及接著層216形成空氣腔213。於貼合時，不使經預硬化之接著劑進入至腔圖案內。
貼合法亦可使用不會對空氣腔之形狀產生影響之任何方法。例如藉由對層壓表面實施利用VUV光(真空紫外線)源或APP(大氣電漿)之前處理，其後，於固定壓力下進行層壓，而獲得化學耦合。該方法可達成良好之機械強度。
圖25係表示藉由使用形成有光學腔141a之實施形態之導光件14而實現之雜散光抑制效果之圖。作為模型，使用第1部分251及第2部分252，該第1部分251包含內部具有微透鏡型之光學腔141a之導光件14，該第2部分252包含內部具有微透鏡型之光學腔141b之導光件14。光學腔141a與光學腔141b之凸部朝向相同之光擷取方向(紙面之上側)。光學腔141a與光學腔141b之底面側係雜散光逃逸之側。
於第1部分251之底面，利用光學接著劑253接著低折射率之光吸收層254，於第2部分252之上表面，利用光學接著劑253接著低折射率之光吸收層254。使光吸收層254彼此相向，計算來自第1部分251之上表面之光擷取強度、及來自第2部分252之底面之雜散光之強度。
若將擷取光之強度相對於雜散光之強度(Iext /Istray )之比設為對比度，則對比度比非常高，為44。
作為比較例，圖26係使用表面形成有圖案之先前之導光件340時之對比度比的模擬結果。與圖25同樣地，於各個部分利用光學接著劑253接著有低折射率之光吸收層254，但將光吸收層254設為最外層，目標光與雜散光出射至2個光吸收層254之間。
於該構成中對比度比為3，與圖25之構成相比，視認性非常差。於實施形態中，已知藉由使用內部形成有空氣腔之導光件可大幅度地提高對比度或視認性。
圖27與圖28表示附抗反射膜之窗口照明之概念。於任一圖中，在光擷取面均設置有AR膜145。於圖27中，於由聚合物形成之導光件271之光擷取面設置有AR膜145，於相反側之面，藉由光學接著層272而設置有光學功能層273。光學功能層273將自光源21輸出且自導光件271之邊緣入射之光有效率地朝AR膜145之方向改向。雜散光被AR膜抑制，另一方面，目標之光被朝箭頭之方向充分地擷取。光學功能層273所具有之光學圖案可為恆定之圖案，亦可為密度或佔有率具有梯度之圖案。
於圖28中，在圖27之導光件271之光擷取面側積層有玻璃之外罩17，在外罩17之表面設置有AR膜145。於該構成中，光學功能層273亦將朝導光件271之入射光有效率地向AR膜145之方向改向。圖27與圖28之任一構成均可擴展為兩面照明。
圖29與圖30表示可裝卸之光學裝置之構成例。於圖29中，利用可剝離之光學接著層276將圖27之構成之積層體可卸除地接著於顯示器等光學介質層11。於導光件271與光學接著層276之間插入有低折射率層275。
於圖30中，利用可剝離之光學接著層276將圖28之構成之積層體可卸除地接著於顯示器等光學介質層11。圖29與圖30之構成最適於海報、廣告等設定有更換之顯示物之顯示。
以上，基於特定之構成例說明了實施形態，但可存在多種變化例、應用例。使用了具有埋入型腔之導光件之透明方案存在標牌、透明之手機終端或平板、透明之VR(virtual reality，虛擬實境)顯示器、市場營銷窗口等各種應用。
利用實施形態之光學裝置，於第1表面擷取/出耦合光，第2表面不出耦合地使光傳輸或定向，不使非期望之菲涅耳反射或雜散光自導光件洩漏。於在光學功能層使用週期性圖案之情形時，該光學功能層與第2表面相互協動而改善光之改向與擷取(出耦合)。
或者，自第1表面擷取/出耦合光，第2表面未出耦合地使光傳輸或定向，使朝非期望之方向之菲涅耳反射最小。
亦可為於第1表面與第2表面之至少一者，為了使菲涅耳反射最小化而設置有AR圖案、多層塗層、具有利用低折射率塗層所得之寬頻帶抗反射效果之AR塗層、或抗反射構造。
光學圖案之分佈或圖案形狀被適當地設計成矩形波、閃耀繞射光柵、傾斜、微透鏡、梯形等。於將光學圖案設為空氣腔之情形時，亦可於空氣腔之界面設置AR塗層、AR圖案等。於藉由2個膜之層壓形成空氣腔之情形時，亦可於無圖案之膜預先形成AR塗層或AR圖案。
光學圖案之尺寸較理想為小至人眼無法視認之程度(例如朝積層方向之尺寸為20 μm以下)。於設為較其大之尺寸時，亦可與AR塗層或AR圖案併用而使其不被視認出。
本申請案包含2018年3月22日於美國專利商標局提出申請之美國臨時申請案第62/646461號之全部內容。
10‧‧‧光學裝置 10-1‧‧‧光學裝置 10-2‧‧‧光學裝置 10A‧‧‧光學裝置 10B‧‧‧光學裝置 10C‧‧‧光學裝置 10D‧‧‧光學裝置 11‧‧‧光學介質層 13‧‧‧低折射率層(第2光學功能層) 13A‧‧‧光學層(第2光學功能層) 13A1‧‧‧光學功能層 13A2‧‧‧光學功能層 13B‧‧‧低折射率層 13C‧‧‧低折射率層 14‧‧‧導光件 14B‧‧‧導光件 15‧‧‧低折射率層(第1光學功能層) 16‧‧‧光學接著層 17‧‧‧外罩 18‧‧‧光學接著層 19‧‧‧光學接著層 21‧‧‧光源 21-1‧‧‧光源 21-2‧‧‧光源 23‧‧‧低折射率層(第2光學功能層) 28‧‧‧低折射率塗層 30A‧‧‧光學裝置 30B‧‧‧光學裝置 31‧‧‧光吸收層 32‧‧‧光吸收層 33‧‧‧改向層 34‧‧‧改向層 35‧‧‧光柵 36‧‧‧光柵 37‧‧‧光柵 40A‧‧‧光學裝置 40B‧‧‧光學裝置 41‧‧‧基材 42‧‧‧OCA 81‧‧‧反射器 82‧‧‧擴散體 83‧‧‧空氣腔 85‧‧‧混合稜鏡膜 86‧‧‧混合稜鏡膜 88‧‧‧低折射率 90‧‧‧混合圖案 90A‧‧‧混合圖案 90B‧‧‧混合圖案 91A‧‧‧混合圖案像素 91B‧‧‧混合圖案 100A‧‧‧光學裝置 100B‧‧‧光學裝置 110‧‧‧顯示器 131‧‧‧開口 132‧‧‧開口 133‧‧‧光學突起 134‧‧‧空氣腔 135‧‧‧光學突起 140‧‧‧雷射 141‧‧‧光學腔 141a‧‧‧光學腔 141b‧‧‧光學腔 145‧‧‧AR膜 170‧‧‧入耦合光學系統 171‧‧‧光學元件 173‧‧‧空氣腔 174‧‧‧導光件 174b‧‧‧導光件 175‧‧‧導光件之端面 176‧‧‧光學接著層 177‧‧‧圖案層 179‧‧‧埋入腔 180‧‧‧鎳壓模 181‧‧‧基體塑膠基板 182‧‧‧轉印圖案 185‧‧‧光阻劑 190‧‧‧標牌 191‧‧‧光學接著劑 200‧‧‧窗戶 201A‧‧‧積層體 201B‧‧‧積層體 202‧‧‧光學功能層 203A‧‧‧空氣腔 203B‧‧‧空氣腔 204‧‧‧光學接著層 211‧‧‧第1膜 212‧‧‧第2膜 213‧‧‧空氣腔 214‧‧‧圖案 216‧‧‧接著層 240‧‧‧多頭 241~243‧‧‧掃描儀/雷射 251‧‧‧第1部分 252‧‧‧第2部分 253‧‧‧光學接著劑 254‧‧‧光吸收層 271‧‧‧導光件 272‧‧‧光學接著層 273‧‧‧光學功能層 274‧‧‧導光件 275‧‧‧低折射率層 276‧‧‧光學接著層 281‧‧‧開口 340‧‧‧導光件 1001‧‧‧導光件 1002‧‧‧反射器 1003‧‧‧反射片材 A‧‧‧區域 B‧‧‧區域 Lstray‧‧‧雜散光 n1‧‧‧折射率 n2‧‧‧折射率 R1‧‧‧輥 R2‧‧‧輥 R3‧‧‧輥 X‧‧‧寬度方向 Y‧‧‧導光方向 Z‧‧‧厚度方向
圖1A(a)、(b)係表示實施形態之光學裝置之基本概念之圖。 圖1B係表示實施形態之光學裝置之基本概念之圖。 圖2A(a)、(b)係表示第1實施形態之光學裝置之構成例之圖。 圖2B係表示第1實施形態之光學裝置之另一構成例之圖。 圖2C係表示第1實施形態之光學裝置之另一構成例之圖。 圖2D(a)、(b)係表示第1實施形態之光學裝置之效果之圖。 圖2E係表示第1實施形態之光學裝置之應用例之圖。 圖2F係表示用於圖2E之應用例之光學裝置之構成例的圖。 圖3A係說明第2實施形態中應解決之問題之圖。 圖3B係表示第2實施形態之光學裝置之構成例之圖。 圖3C係表示第2實施形態之光學裝置之另一構成例之圖。 圖4係表示向導光件表面形成低折射率圖案之方法之一例之圖。 圖5係表示向導光件表面形成低折射率圖案之方法之一例之圖。 圖6A係藉由雷射剝蝕去除低折射率披覆層後之光學裝置之圖像。 圖6B係藉由雷射剝蝕去除低折射率披覆層後之光學裝置之圖像。 圖7(A)~(C)係表示使用有光分佈濾光片(Light Directing(Distributing) Filter；LDF)之導光件構造之概念、及利用光分佈濾光片之光控制之主要功能之圖。 圖8A(a)、(b)係表示使用有光分佈濾光片之導光件構造之構成例之圖。 圖8B(a)、(b)係表示使用有光分佈濾光片之導光件構造之構成例之圖。 圖9A係表示用於雙向光控制之混合圖案之圖。 圖9B係表示用於雙向光控制之混合圖案之圖。 圖10(A)~(D)係表示用於雙向光控制之光學圖案之圖。 圖11(A)、(B)係表示作為導光件之圖案之例之混合圖案及線性圖案之圖。 圖12係表示光分佈濾光片膜之模擬結果之圖。 圖13係表示手指感測器、指紋感測器等感測器用之信號導光件之概念之圖。 圖14係表示手指感測器、指紋感測器等感測器用之信號導光件之概念之圖。 圖15A係表示9點之指紋模擬結果之圖。 圖15B係表示9點之指紋模擬結果之圖。 圖16(A)~(C)係表示不同設置下之模擬結果之圖。 圖17A(a)、(b)係說明第3實施形態中應解決之問題之圖。 圖17B係表示第3實施形態之具有入耦合元件之光學裝置之構成例。 圖17C係表示第3實施形態之具有入耦合元件之光學裝置之另一構成例的圖。 圖17D係表示第3實施形態之入耦合元件一體型導光件之內部強度分佈之圖。 圖17E係表示比較例之光學裝置之內部強度分佈之圖。 圖17F係表示另一比較例之光學裝置之內部強度分佈的圖。 圖17G係將先前構成與比較例及第3實施形態之光學裝置之特性進行比較之圖。 圖17H係表示使用第3實施形態之入耦合光學系統時之橫向之亮度的均勻性之圖。 圖17I(a)~(c)係表示組裝有入耦合腔之構成例之圖。 圖18A係表示母模製作製程之一例之圖。 圖18B係表示母模製作製程之一例之圖。 圖18C係表示母模製作製程之一例之圖。 圖18D係表示母模製作製程之一例之圖。 圖18E係表示母模製作製程之一例之圖。 圖19係表示用於腔光學系統之透明度改善之方案之一例的圖。 圖20係表示用於腔光學系統之透明度改善之方案之一例的圖。 圖21A係表示空腔層壓之一例之圖。 圖21B係表示空腔層壓之一例之圖。 圖22A係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22B係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22C係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22D係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22E係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22F係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22G係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22H係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22I係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖22J係用於雜散光抑制之空氣腔之構成例。 圖23係說明利用抗反射膜之雜散光抑制效果之圖。 圖24係說明利用光學接著劑之雜散光抑制效果之圖。 圖25係表示利用空氣腔之雜散光減少效果之圖。 圖26係表示先前構成之雜散光之影響之圖。 圖27係表示附抗反射膜之窗口照明之概念之圖。 圖28係表示附抗反射膜之窗口照明之概念之圖。 圖29係表示可裝卸之光學裝置之構成例之圖。 圖30係表示可裝卸之光學裝置之構成例之圖。
10A‧‧‧光學裝置
11‧‧‧光學介質層
13A‧‧‧光學層(第2光學功能層)
13A1‧‧‧光學功能層
13A2‧‧‧光學功能層
14‧‧‧導光件
15‧‧‧低折射率層(第1光學功能層)
16‧‧‧光學接著層
17‧‧‧外罩
21‧‧‧光源
133‧‧‧光學突起
134‧‧‧空氣腔
135‧‧‧光學突起
n1‧‧‧折射率
n2‧‧‧折射率
X‧‧‧寬度方向
Y‧‧‧導光方向
Z‧‧‧厚度方向

Claims (15)

  1. 一種光學裝置，其特徵在於具有：導光層；第1光學功能層，其設置於上述導光層之第1主面；第2光學功能層，其設置於上述導光層之與上述第1主面為相反側之第2主面，上述第2光學功能層具有：具有較上述導光層之折射率低的折射率的至少1個之第1材料部分、及折射率與上述導光層之折射率大致相同的至少1個之第2材料部分，且上述至少1個之第1材料部分及上述至少1個之第2材料部分沿上述第2主面配置；光學介質層，其設置於上述第2光學功能層之與上述導光層為相反側之面；及光學接著層，其接著上述至少1個之第1材料部分與上述光學介質層；且上述第1光學功能層之折射率較上述導光層之折射率低。
  2. 如請求項1之光學裝置，其中上述第1主面係上述導光層之光擷取面，上述第1光學功能層係以低折射率材料均勻地形成於整個面之層。
  3. 如請求項1或2之光學裝置，其中於上述第2光學功能層與上述導光層之界面之上述至少1個第2材料部分之佔有比率沿著上述導光層之光軸方向具有梯度。
  4. 如請求項3之光學裝置，其中於上述界面之上述至少1個之第2材料部分之佔有比率沿著上述光軸方向增加。
  5. 如請求項1或2之光學裝置，其中上述第2光學功能層或上述導光層相對於至少包含上述光學介質層之層可卸除地接著。
  6. 如請求項1或2之光學裝置，其中以上述第2光學功能層、上述導光層及上述第1光學功能層形成第1積層體，於上述光學介質層之與上述第1積層體為相反側之面具有至少包含第2導光層之第2積層體，上述第1積層體與上述第2積層體之至少一者相對於上述光學介質層可卸除地接著。
  7. 如請求項1或2之光學裝置，其中上述第1光學功能層與上述第2光學功能層之至少一者具有選自反射、透過、偏光及折射之功能。
  8. 如請求項1或2之光學裝置，其中上述第1光學功能層係對於在上述導光層中傳輸之光之全反射膜。
  9. 如請求項1或2之光學裝置，其中上述第1光學功能層與上述第2光學功能層具有不同之折射率值。
  10. 如請求項1或2之光學裝置，其進而具有自上述導光層將光擷取至外部之第3功能層。
  11. 如請求項10之光學裝置，其中上述第3功能層具有包含複數個離散之輪廓、或包含至少局部連續之複數個輪廓之光學圖案。
  12. 一種光學裝置，其特徵在於具有：導光層；第1光學功能層，其設置於上述導光層之第1主面；第2光學功能層，其設置於上述導光層之與上述第1主面為相反側之第2主面；及光學介質層，其設置於上述第2光學功能層之與上述導光層為相反側之面；且上述第1光學功能層之折射率較上述導光層之折射率低；上述第2光學功能層具有朝上述光學介質層之方向凸出之光學元件；上述光源元件之凸出之表面係：與上述光學介質層接觸、或與接著上述第2光學功能層及上述光學介質層的接著層接觸；上述光學元件與上述光學介質層之間形成有空氣腔。
  13. 如請求項12之光學裝置，其中上述光學元件之折射率與上述導光層之折射率大致相等。
  14. 一種光學裝置，特徵在於具有： 導光層；第1光學功能層，其設置於上述導光層之第1主面；第2光學功能層，其設置於上述導光層之與上述第1主面為相反側之第2主面；及光學介質層，其設置於上述第2光學功能層之與上述導光層為相反側之面；且上述第1光學功能層之折射率較上述導光層之折射率低；上述第2光學功能層係均勻地形成於整個面之層，且具有較上述導光層之折射率低的折射率；上述導光層具有空氣腔；上述空氣腔具有：入射面，其供於上述導光層中傳輸之光入射；及出射面，其使入射至上述空氣腔內之光自上述空氣腔出射；且於上述入射面與上述出射面之至少一者設置有抗反射膜，上述抗反射膜使入射至上述入射面與上述出射面之上述至少一者的光透過。
  15. 如請求項14之光學裝置，其中進而包括接著上述第2光學功能層及上述光學介質層的光學接著層，上述光學接著層之折射率較上述第2光學功能層高，且與上述導光層之折射率大致相等。
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