JP7328257B2 - 改良された配光素子 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、透光性基材光学系全般に関する。特に、本発明は、例えばライトガイドなどの、照明の均一性が改善された配光素子に関する。

背景
典型的な配光素子（例えばライトガイド素子）は、光取り出し、アウトカップリングおよび均一性分布を制御する光学パターンを設けることに基づいている。さらに、ほとんどすべてのライトガイド素子は、個別の光学層として設けられた輝度上昇フィルムを利用しており、それらのフィルム／層は、配光角度を制御するために、すでにアウトカップリングされた光および／または臨界角を超える入射角を持つ入射光で動作する。別々の層を設けているため、最終設計での光学的管理は常に困難であり、所望の性能を達成するためには複数の設計を完成させる必要がある。

照明システムは、透過型、導光型、反射型の各素子について定義することができる。基本的な照明分布および均一性は、光学構造体を用いて制御することができる。別の選択肢は、層を通過する光の局所的な制御を提供する光反射層を利用することである。いくつかの先行技術のソリューションは、周囲の媒体よりも低い屈折率（Ｒｉ）値を有する、低屈折率コーティングまたはクラッドに基づいている。表面法線に対する臨界角よりも大きい入射角で到達した入射光は、内部全反射し、そのような低Ｒｉ層を透過しない。先行技術はまた、基材層またはクラッドに空隙または開口部を有するソリューションであって、屈折率がライトガイド媒体のような周囲の媒体と同じかそれよりも高くされたソリューションを教示している。それらの空隙または開口部は、光線がコーティングまたはクラッド層を通過することを可能にする。このようなタイプの層は、特定の低Ｒｉ材料に基づいており、より多くのノウハウおよび高度な加工・生産技術を必要とする。ほとんどの場合、これらの材料のコストは重要な要因であり、大量生産でのその利用が制限されてしまう。

米国特許Ｎｏ．ＵＳ１０，１３９，５５０号（Thompson et al）には、離散的な空隙を有する非連続的なクラッド層が開示されており、第２の媒体への光の通路を達成するために、別の材料を用いてそれらの空隙を充填している。また、ＵＳ２００９／００８６４６６（Sugitaら）の文献には、充填された空隙を有する非連続的なクラッド層が教示されている。

文献ＷＯ２０１９／０２６８６５（Suginoら）は、低Ｒｉパターンを形成する、離散的で非連続的なクラッド層を開示しており、ここでは、第１の媒体から第２の媒体への光の通路を形成するように屈折率が変更され管理されている。言及した文献は全て、内部全反射（ＴＩＲ）を生む低Ｒｉコーティングまたはクラッド層を教示している。

本発明の目的は、少なくとも関連技術の制限および欠点から生じる各問題を緩和することである。この目的は、独立請求項１に定義される内容に従って、配光素子の様々な実施形態により達成される。

実施形態において、
光伝搬のために構成されたライトガイド媒体と、
光学フィルタ層として構成され、前記ライトガイド媒体の少なくとも１つの表面上に設けられた第１の機能層と、
少なくとも１つの光学機能特徴部パターンを有する第２の機能層と、を備える配光素子であって、
前記第１の機能層および前記第２の機能層には、入射光、特に臨界角に等しいおよび／またはそれ以下の角度で入射する光に関する少なくとも１つの光学機能が付与されており、
前記第１の機能層はさらに光均一性制御機能を有する内部層として構成され、前記層は、任意に前記第２の機能層へおよび前記第２の機能層から、光線を透過させるように構成された、いくつかの光学コンタクトエリア（optical contact area）を有する、
配光素子が提供される。

前記第１の機能層（１）は前記第２の機能層（１０）と前記ライトガイド媒体（１０１）との間に一体化されている、請求項１に記載の配光素子（１００）。

前記配光素子において、前記第１の機能層はクラッド、コーティング、またはフィルムとして構成され得る。

前記配光素子において、前記第１の機能層には少なくとも光透過機能が付与されてもよい。

実施形態において、前記第１の機能層は、少なくとも部分的に、前記ライトガイド媒体を構成する材料の屈折率、そして任意に前記第２の機能層を構成する材料の屈折率と、実質的に等しいかまたはそれ以上の屈折率を有する基材材料から形成される。

代替的な実施形態において、前記第１の機能層は、少なくとも部分的に、前記第２の機能層を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率、そして任意に、前記ライトガイド媒体を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する基材材料で形成されている。

実施形態において、前記第１の機能層は、内部全反射（ＴＩＲ）層構造として構成される。

実施形態において、前記光学コンタクトエリアは、基材材料に形成されたいくつかの開口部によって、前記第１の機能層中に確立される。実施形態において、前記基材材料に形成された開口部は貫通孔である。

実施形態において、前記開口部は前記配光素子と一体化されたとき、封入された空隙を形成する。実施形態において、前記封入された空隙は、空気などの気体媒体または真空で満たされている。

実施形態において、前記第１の機能要素は、いくつかの開口部を有する基材材料が基本的に光学的に透明な材料の層に一体化したものとして構成される。実施形態において、前記基本的に光学的に透明な材料は接着剤材料である。

いくつかの実施形態において、前記光学コンタクトエリアは、前記基材材料によって前記開口部間に形成された離散的パターン（単数または複数）により、前記第１の機能層中に確立されている。

実施形態において、前記光学コンタクトエリアは、線、ドット、幾何学形状、十字、グリッド、またはそれらの任意の組み合わせからなるパターンのうちの任意の１つとして設けられている。

実施形態において、前記光学コンタクトエリアは、前記第１の機能層における少なくとも１つの所定の位置内の少なくとも１つのアレイとして配置されていているか、あるいは前記第１の機能層の表面全体に沿っておよび／または横切って延びる少なくとも１つのアレイとして配置されている。

実施形態において、前記第１の機能層は少なくとも２つのサブ層を有する。実施形態において、各サブ層は、光線を透過させるように構成されたいくつかの光学コンタクトを有し、前記光学コンタクトは、複数の開口部および／または前記基材材料によって前記開口部間に形成された離散的パターン（単数または複数）により形成される。

一局面において、独立請求項１９の記載にしたがって、配光素子がさらに提供される。

実施形態において、前記配光素子は、
光伝搬のために構成されたライトガイド媒体と、
光学フィルタ層として構成され、前記ライトガイド媒体の少なくとも１つの表面上に設けられた第１の機能層と、
少なくとも１つの光学機能特徴部パターンを有する第２の機能層と、を備える配光素子であって、
前記第１の機能層および前記第２の機能層には、入射光、特に臨界角に等しいおよび／またはそれ以下の角度で入射する光に関する少なくとも１つの光学機能が付与されており、
前記第１の機能層はさらに光均一性制御機能を有する内部層として構成され、前記層は任意に、前記第１の機能層が前記配光素子内に一体化されるとともに形成されるいくつかの封入された空隙であって、気体媒体または真空で満たされている、前記空隙を有する。

実施形態において、前記空隙は空気で満たされている。

実施形態において、前記第１の機能層は前記第２の機能層と前記ライトガイド媒体との間に一体化されている。

実施形態において、前記封入された空隙は、基材に設けられたいくつかの開口部によって、前記開口部を有する前記基材が前記配光素子に一体化されるとともに確立される。

実施形態において、前記第１の機能層は、任意に前記第２の機能層へおよび前記第２の機能層から、光線を透過させるように構成された、複数の光学コンタクトを有する。実施形態において、前記光学コンタクトは、前記基材材料によって前記開口部間に形成された離散的パターン（単数または複数）により、前記第１の機能層中に形成される。

一局面において、独立請求項３２の記載にしたがって配光素子が提供される。

実施形態において、前記配光素子は、
光伝搬のために構成されたライトガイド媒体と、
光学フィルタ層として構成され、前記ライトガイド媒体の少なくとも１つの表面上に設けられた第１の機能層と、
少なくとも１つの光学機能特徴部パターンを有する第２の機能層と、を備える配光素子であって、
前記第１の機能層および前記第２の機能層には、入射光、特に臨界角に等しいおよび／またはそれ以下の角度で入射する光に関する少なくとも１つの光学機能が付与されており、
前記第１の機能層はさらに光均一性制御機能を有する内部層として構成される。

実施形態において、前記第１の機能層は連続的で均一な層として設けられる。

実施形態において、前記第１の機能層は、少なくとも部分的に、基材材料によって形成される。

実施形態において、前記第１の機能層は、好ましくは光学透明接着剤材料である接着剤材料からなるか、または接着剤材料を含む。

実施形態において、前記第１の機能層は接着剤材料なしに形成されている。

実施形態において、前記第１の機能層は少なくとも２つのサブ層を有し、前記第１のサブ層は前記基材材料から形成され、前記第２のサブ層は前記接着剤材料から形成される。

実施形態において、前記ライトガイド媒体はさらに、任意に前記接着剤材料と一体化された、いくつかの突出した光学機能レリーフプロファイルを有する、前記請求項のいずれかに記載の配光素子。

実施形態において、前記第２の機能層は、少なくとも光取り出し機能および光アウトカップリング機能を付与された光学機能層として構成されている。

実施形態において、前記第２の機能層の前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、光学機能キャビティとして設けられた複数の特徴部によって、透光性キャリア媒体中に形成されている。実施形態において、前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンにおいて、前記光学機能キャビティはオープントップの特徴部である。

実施形態において、前記第２の機能層の少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、前記透光性キャリア媒体内に完全に一体化され、かつ／または埋め込まれていることにより、埋め込み特徴部パターンが、前記キャリア媒体のパターン化層に対して配置された前記キャリア媒体の完全に平坦で平面的な層によって形成されたラミネート構造により透光性キャリア媒体内に確立され、複数の光学機能内部キャビティが前記層界面に形成されている。

実施形態において、第２の機能層の光学機能（単数または複数）は、前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンにおける前記キャビティの寸法、形状、周期性および配置のうち少なくとも１つによって確立される。

実施形態において、前記キャビティは、空気などの気体媒体によって満たされている。

実施形態において、前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、複数の離散的な特徴部プロファイルを有している。

実施形態において、前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターン、対称パターン構造または非対称パターン構造として設けられた、複数の少なくとも部分的に連続的な特徴部プロファイルを有する。

実施形態において、前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、複数の離散的な特徴部プロファイルまたは複数の少なくとも部分的に連続的な特徴部プロファイルを含むハイブリッドパターンである。

実施形態において、前記光学キャビティ特徴部は、溝、凹部、ドット、およびピクセルからなる群より選択され、前記キャビティ特徴部はバイナリ、ブレーズ、傾斜、プリズム、台形、半球形プロファイルなどから選択される横断方向のプロファイルを有し、前記キャビティ特徴部は、直線状、曲線状、波状、正弦波状などから選択される長さ方向の形状を有している。

実施形態において、前記ライトガイド媒体および前記第２の機能層（１０）は光学ポリマーおよび／またはガラスである。

実施形態において、前記第２の機能層は、一体化されたキャビティ特徴部を有する少なくとも１つの層および／または第３の機能層を含むラミネートされた多層構造として設けられており、任意にオープンプロフィール層として構成されている。

実施形態において、前記配光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、レーザダイオード、ＬＥＤバー、ＯＬＥＤストリップ、マイクロチップＬＥＤストリップ、および冷陰極管から選択される少なくとも１つの光源をさらに備える。

実施形態において、前記配光素子は、ライトガイド、ライトパイプ、ライトガイドフィルムまたはライトガイドプレートとして構成されている。

別の局面において、独立請求項５８の記載にしたがって、配光素子を製造するプロセスが提供される。

実施形態において、前記配光素子を製造するプロセスが提供され、前記配光素子は、光伝搬のために構成されたライトガイド媒体と、基材材料に形成された複数の離散的な開口部を有する光学フィルタ層として構成された第１の機能層であって、前記ライトガイド媒体の少なくとも１つの表面に設けられた前記第１の機能層と、第２の機能層とを備え、前記方法において、前記開口部は、レーザパターニング、直接レーザイメージング、レーザ穿孔、マスクおよびマスクレスレーザまたは電子ビーム露光、印刷、機械加工、モールディング、インプリント、エンボス加工、マイクロおよびナノディスペンシング、ドージング、直接書き込み、ディスクリートレーザ焼結、およびマイクロ放電加工（マイクロＥＤＭ）からなる群より選択される少なくとも１つの方法により作製される。

実施形態において、前記第１の機能層および／または前記第２の機能層はロール・ツー・ロール法またはロール・ツー・シート法により作製される。

実施形態において、前記第１の機能層は、前記第２の機能層の塗布よりも前にライトガイド媒体上に作製される。

別の局面において、独立請求項６１の記載にしたがって、光学デバイスが提供される。実施形態において、前記光学デバイスは、フロントライト照明装置またはバックライト照明装置として構成される。

さらなる局面において、前記局面にしたがい、独立請求項６３の記載にしたがって、光学デバイスの使用が提供される。

加えてさらなる局面において、独立請求項６４の記載にしたがって、配光素子のロールが提供される。

実施形態において、前記配光素子のロールは、
光学フィルタ層として構成された第１の機能層と、
少なくとも１つの光学機能パターンを有する第２の機能層とを備える配光素子のロールであって、
前記第１の機能層には光均一性制御機能が付与されている。

多くの実施形態において、前記配光素子のロールは、独立請求項１、１９および３２、ならびに関連する実施形態にしたがった局面に応じて構成される。

本発明の有用性は、その各特定の実施形態に依存する様々な理由から生じる。まず、本明細書において提供される配光素子は、均一性制御や制御された配光分布での光取り出しなど、すべての光管理要素を一つの素子に一体化している。このようにして二段階の光学的管理が達成され、第一の機能は光フィルタリングによる照明の均一性制御である。第二の機能は、好ましい角度での光取り出しとアウトカップリングである。

本発明のコンセプトは、ライトガイドなどの配光素子のための光学フィルタ構造体に基づいており、この光学フィルタにおいて、臨界角を超える角度でそこに入射した光が内部全反射（ＴＩＲ）によって反射される。ここで、ＴＩＲ現象は、（低Ｒｉクラッドによって生じるのではなく）主に気体界面で生じる。

この構造は、別々の層構成要素を備えず、本開示に記載されているすべての「層」は、１つの素子に一体化されている。

好適な実施形態において, 本明細書において提供される配光素子では、第１および第２の機能は、臨界角に等しいおよび／またはそれ以下の角度で入射する光を利用する。

これは光学パターン設計に大きなインパクトをもたらすものであり、通常の輝度上昇フィルムとは異なる。

新規なライトガイド素子はさらに、照明側に光取り出し層を有する直接アウトカップリング積層体、またはバックシートリフレクタを有し底部に光取り出し層を有する間接アウトカップリングの機能を利用することができる。

その最も広い意味において、用語「光フィルタ（light filter）」または「光学フィルタ（optical filter）」は、そこに入射する電磁放射のスペクトル強度分布または偏光の状態を変化させるために使用されるデバイスまたは材料を指す。フィルタは、透過、反射、吸収、屈折、干渉、回折、散乱および偏光から選択される様々な光学機能の実行に関与し得る。

用語「光学的（optical）」および「光（light）」は、特に明示しない限り、概ね同義語として利用され、電磁スペクトルの特定の部分中の電磁放射、好ましくは、可視光を指すが、これに限定されない。

その最も広い意味において、用語「光学フィルタ（optical filter）」または「光フィルタ（light filter）」は、本開示では、そこに入射する電磁放射のスペクトル強度分布または偏光の状態を変化させるために使用されるデバイスまたは材料を指す。フィルタは、透過、反射、吸収、屈折、干渉、回折、散乱および偏光から選択される様々な光学機能の実行に関与し得る。

その最も広い意味において、「ライトガイド」または「導波路」という用語は、本開示では、（例えば、光源から光取り出し面へ）光を透過させるように構成されたデバイスまたは構造を指す。この定義には、ライトパイプタイプの部品、ライトガイドプレート、ライトガイドパネルなどを含むが、これらに限定されない、任意のタイプのライトガイドが含まれる。

「キャリア」または「キャリア媒体」という用語は、概して、光伝搬のために構成され、オプションとして層状構造を構成してもよい基材材料からなる、平坦で平面的な部材を指す。

「素子」という用語は、本開示において、実体の一部を示すために使用される。

「いくつかの（a number of）」という表現は、本明細書では、例えば１、２または３などの、１から始まる正の整数を意味し、「複数の」という表現は、本明細書では、２から始まる正の整数、例えば、２、３または４を意味する。

用語「第１」および「第２」は、いかなる順序、量、または重要性を示すことをも意図したものではなく、むしろ、単に１つの要素を別の要素から区別するために使用される。

本発明の異なる実施形態は、詳細な説明と添付の図面を考慮することで明らかになるであろう。

図１Ａは、本発明のいくつかの実施形態における、配光素子１００を示す断面図である。 図１Ｂは、本発明のいくつかの実施形態における、配光素子１００を示す断面図である。 図２Ａは、本発明の様々な実施形態における、配光素子および関連するフィルムスタックの製造プロセスを模式的に示す。 図２Ｂは、本発明の様々な実施形態における、配光素子および関連するフィルムスタックの製造プロセスを模式的に示す。 図２Ｃは、本発明の様々な実施形態における、配光素子および関連するフィルムスタックの製造プロセスを模式的に示す。 図２Ｄは、本発明の様々な実施形態における、配光素子および関連するフィルムスタックの製造プロセスを模式的に示す。 図２Ｅは、本発明の様々な実施形態における、配光素子および関連するフィルムスタックの製造プロセスを模式的に示す。 図２Ｆは、本発明の様々な実施形態における、配光素子および関連するフィルムスタックの製造プロセスを模式的に示す。 図２Ｇは、本発明の様々な実施形態における、配光素子および関連するフィルムスタックの製造プロセスを模式的に示す。 図２Ｈは、本発明の様々な実施形態における、配光素子および関連するフィルムスタックの製造プロセスを模式的に示す。 図３は、エアキャビティパターンを有する光取り出しフィルム、およびオープントップパターンを有するそれを備える配光素子の、例示的な実施形態を示す。 図４は、配光素子１００が例えばウィンドウのための広告照明コンセプトに一体化された状態を模式的に示す。 図５は、例示的な実施形態における素子１００の斜視図である。 図６は、配光素子の第１の機能層のための、いくつかの例示的な光学コンタクトパターンを示す。 図７Ａは、光伝搬および局所的照明領域のサイズに対する、配光素子１００における構造バリエーションの効果を模式的に示す。 図７Ｂは、光伝搬および局所的照明領域のサイズに対する、配光素子１００における構造バリエーションの効果を模式的に示す。

本発明の詳細な実施形態が、添付図面を参照して本明細書に開示される。図面全体を通して、同じ部材を参照するために、同じ参照文字が使用されている。以下の引用が部材について使用される。
１００－配光素子;
１０１－光学的に透明な基材（光伝搬のために構成されたライトガイド媒体 ）；
１－第１の機能層（光学フィルタ）；
１－１、１－２－サブ層（前記光学フィルタ）；
２－第１の機能層の開口部；
２Ａ－封入された空隙；
３－基材；
４－光学的に透明な材料（an adhesive）；
５－保護カバー；
１０－第２の機能層；
１１－光学的特徴部パターン；
１２－光学（パターン化）特徴部；
１３－光通路；
２０－第３の機能層；
２１、３１－ 光学コンタクト；
５１－リフレクタシート；
７－光源；
７１－入射光；
７２－取り出された（アウトカップリングされた）光；
１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ－透光性キャリア媒体；
１２１－ライトガイド媒体１０１上のパターン；
２００－光学デバイス。

図１Ａおよび１Ｂは、配光フィルタ（ＬＤＦ）を有する新規な配光素子またはライトガイドの根底にあるコンセプトを、１００において図示している。いくつかの例において、配光素子１００は、「ライトガイド」と呼ばれる。

配光素子１００は、光源７より出射されたインカップリング光７１の伝搬などの光伝搬のために構成された透光性キャリア媒体１０１を備える。

ライトガイド媒体１０１は、好ましくは光学的に透明なポリマーまたはガラスである。いくつかの例において、ライトガイド媒体は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネート（ＰＣ）材料で作られる。ライトガイド媒体は、例えばシート、平板、またはフィルムなどの実質的に平面的な媒体として設けることができ、オプションとして、その少なくとも１つの表面にいくつかの突出したレリーフプロファイルを有している。

素子１００はさらに、少なくとも第１の光学機能層１と第２の光学機能層１０とを含む。これらは以下、第１の機能層および第２の機能層、または第１の層および第２の層と呼ばれる。前記の層１および１０は、それぞれ、入射光に関連する少なくとも１つの光学機能を付与されている。

第１の機能層１は、光均一性制御機能を付与された光学フィルタ層（配光フィルタ）として構成される。この点で、第１の機能層は、いくつかの例において「光フィルタ」または「光学フィルタ」とさらに称される。

第１の機能層１は、ライトガイド媒体１０１の少なくとも１つの表面に配置されている。光学フィルタ層１は、素子１００内に一体化された内部層であることが好ましい。いくつかの構成において、光学フィルタ層１は、第２の機能層１０とライトガイド媒体１０１との間に一体化されている（図１Ａ、１Ｂ）。

光学フィルタ層１の厚さは、１～１０マイクロメートル（ｐｍ）の範囲内で設けられる。

いくつかの代替的な構成において、光学フィルタ１と第２の機能層１０との間および／または光学フィルタ１とライトガイド媒体１０１との間に追加の層（単数または複数）を設けることは、除外されない。

第２の機能層１０は、好ましくは、光取り出し機能および／または光アウトカップリング機能を付与されている。

いくつかの構成において、第２の機能層１０は、以下でさらに詳細に説明するように、少なくとも１つの光学機能特徴部パターン１１を有する。第２の層１０内に前記パターンを設けることにより、および／または前記層１０が作られている材料に起因して、第２の機能層１０には、上述の光学機能（単数または複数）、すなわち、ライトガイド素子１００内および／またはライトガイド素子１００を通過して伝搬する光の取り出しおよび／またはアウトカップリングが付与されている。

多くの構成において、両機能層１、１０には、表面法線に対する臨界角に等しい角度および／またはそれ以下の角度でそこに入射する光に関連する、所定の光学機能（単数または複数）が付与される。

臨界角とは、表面法線に対する光の入射角で、内部全反射（ＴＩＲ）の現象が起こる角度のことである。屈折角が表面法線に対して９０度になると、入射角は臨界角になる（＝臨界角に等しくなる）。典型的には、光が（より）高い屈折率（Ｒｉ）を持つ媒体から（より）低い屈折率（Ｒｉ）を持つ媒体、例えばプラスチック（Ｒｉ １．４～１．６）またはガラス（Ｒｉ １．５）から空気（Ｒｉ １）または基本的に低い屈折率を持つその他の媒体へと通過するときに、ＴＩＲが発生する。高Ｒｉ媒体から低Ｒｉ媒体へ移動する光線については、入射角（例えば、ガラス-空気界面での）が臨界角よりも大きい場合、媒体境界は非常に良好なミラーとして機能し、光は（ガラスなどの高Ｒｉ媒体に戻って）反射される。ＴＩＲが発生した場合、境界を介したエネルギーの伝達は無い。一方、臨界角未満の角度（単数または複数）で入射した光は、部分的に高Ｒｉ媒体から出るように屈折し、また部分的に反射する。反射光対屈折光の比率は、主に入射角および媒体の屈折率に依存する。

臨界角は式（１）に従って計算する。
臨界角は、基材－空気界面（例えば、プラスチック－空気、ガラス－空気など）によって変化することに注意する必要がある。例えば、ほとんどのプラスチックとガラスとの臨界角は、約４２度をなす。したがって、例示的な導波路では、ＰＭＭＡシートなどの透光性媒体と空気との間の境界に入射した光は、４５度の角度（表面法線に対して）で、おそらく反射してライトガイド媒体に戻され、光アウトカップリングが発生しないことになる。

このように、実施形態において第１の機能層１は、以下にさらに記載されるように、様々な技術および構造を用いてＴＩＲ現象が確立された内部全反射（ＴＩＲ）層構造として構成されている。

第１の機能層１は、基材材料３（図２Ａ、２Ｇ、２Ｈ参照）を含むか、または基材材料３よりなる。第１の層１は、有利には、クラッド、コーティング、フィルムまたはシートによって形成された実質的に平面的な基材として構成される。以下にさらに説明するように、前記基材３は好ましくは、印刷、パターニング、エンボス加工などによって得られるような、固体または固体化された状態で設けられている。構成に依存して、基材３は、透光性または光反射機能を付与される。

追加的または代替的に、第１の機能層１は、接着剤材料４を含むことができる（図２Ｂ～２Ｆ参照）。接着剤４は、好ましくは、光学透明接着剤（ＯＣＡ）または液体の光学透明接着剤（ＬＯＣＡ）である。接着剤は、低粘度で基本的に液体の接着剤、または基本的にゲル状またはそれ以上の硬さなどの高粘度接着剤であってもよい。

したがって、基材材料３が少なくとも部分的に接着剤材料４に一体化されている（図２Ｂ～２Ｄ参照）；基材材料３と接着剤４が層状構造または積層体を形成している（図２Ｄ、２Ｆ参照）；そして光フィルタ層１が（接着剤）材料４（図２Ｅ参照）によって少なくとも部分的に確立されているような、多くの実施形態が確立され得る。後者の場合、接着剤材料４が基材材料３に取って代わると考えてもよい。

それが作られている材料に起因して、周囲の層の屈折率（すなわち、ライトガイド媒体１０１および／または第２の機能層１０の屈折率）と実質的に等しいかまたはそれ以上の屈折率値、あるいはそれよりも低い屈折率値を、基材３に付与することができる。

したがって、いくつかの構成において、第１の機能層１は、ライトガイド媒体１０１を構成する材料の屈折率、そして任意に第２の機能層１０を構成する材料の屈折率と、実質的に等しいかまたはそれ以上の屈折率を有する基材材料３から少なくとも部分的に形成されている。

いくつかの代替的な構成において、第１の機能層１は、少なくとも部分的に、第２の機能層１０を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率、そして任意に、ライトガイド媒体１０１を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する基材材料３で形成されている（図２Ｆの説明を参照）。

一般的に「低屈折率」と呼ばれているものは、１～１．４の範囲内で与えられる屈折率値である。

多くの構成において、前記第１の機能層１は、実質的に平面的で連続的な均一層として設けられる（例えば、図２Ｈを参照のこと）。いくつかの追加的または代替的な構成において、前記第１の機能層１は、基材材料３に形成された複数の離散的な開口部２を有することが好ましい。

一般的な態様として、配光素子１００は、光透過媒体を介した制御された光伝搬を可能にするために、素子１００中に確立されたいくつかのいわゆる光学チャネルを設けることを採用する。一般的に、光学チャネルに関連するコンセプトの文脈では、「光透過媒体」という表現は、自身に光を通らせて伝搬することが可能な（すなわち、自身を通って光が伝搬することを妨げない）任意の媒体を指す。図１Ａおよび１Ｂに示すように、光学チャネル、すなわち光源７によって放出された光線（光線７１）を例えば表示面に効果的かつ制御された伝搬させる（光線７２）ための経路は、素子１００において、素子１００を形成する構成要素内（すなわち機能層１および１０内、および基本ライトガイド媒体１０１内）に設けられた光透過媒体、および／または光透過媒体を包含する光透過性光学構造体によって、確立される。

上述した光学チャネルのコンセプトを実施するために、第１の機能層１は、このように、以下「光学コンタクト」と呼ばれ、光線を透過させるように構成されている、多数の光学コンタクトエリア３１、４１（図２Ａ～２Ｈ）を有している。

いくつかの構成において、光学コンタクトエリアは、第１の機能層１が敷設された表面全体にわたって確立され、基材３（図２Ｆ、２Ｈを参照）および／または接着剤４（図２Ｅ、２Ｆを参照）によって表され得る。いくつかの構成において、図２Ａ～２Ｄおよび２Ｇを参照して説明したように、光学コンタクトは、確立された実質的に離散的な領域として得られる。

光学コンタクト２１、３１の実装は、第２の機能層１０への光線そして前記第２の機能層１０からの光線の制御された伝搬を可能にするようなものであり得る。

パターン化された（１１）第２の機能層１０とライトガイド基材１０１との間に配置された光学フィルタ層１によって、そこを通過する光の均一性が高められる。均一性の向上は、光学フィルタ層が形成されている材料の徹底した選択および、任意に、開口部２および／またはこれらの開口部２のための充填材料を設けることによって達成される。

光学フィルタ層１が作製されている材料により、および／またはそこに開口部２を設けることにより、前記光学フィルタ層１は、表面法線に対する臨界角に等しい角度および／またはそれ以下の入射角（媒体間の界面において）で自身に入射する光を制御するように構成されている。いくつかの例において「エアキャビティ光取り出し層」と呼ばれる第２の機能層１０については、この機能は、以下でさらに説明するように、光学機能パターン構造を設けることによって可能になる。

配光素子１００のためのいくつかの構成および層状構造を組み立てるための方法を、図２Ａ～２Ｈを参照して次に説明する。光の伝搬の方向は、破線で示される。免責事項として、これらの表示は、ここに開示された光学コンタクトおよび光学チャネルのコンセプト内において、素子１００を通る光の伝搬の仕方を単に例示することを意図しており、したがって、物理学の法則を厳密に遵守するという意味で解釈されるべきではないことを、留意されたい。

図２Ａおよび２Ｂをさらに参照して、本発明のコンセプト内において、第１の機能層１における光学コンタクトの形成のための２つの基本的な構成を記載している。

上述したように、前記第１の機能層１を形成する基材３には、開口部２が設けられ得る。いくつかの構成において、開口部２は、その幅全体を通って、つまり上側層（ここでは、第２の機能層１０）から下側層（ここでは、ライトガイド媒体１０１）まで延びる貫通孔である。

前記第１の機能１層１が配光素子１００（図１Ａ）内に一体化されると、前記開口部２によって、いくつかの封入された空隙２Ａが形成される。いくつかの構成において、前記封入された空隙２Ａは、空気、窒素、酸素、アルゴンなどの気体媒体、または真空で満たされている。

本願により形成されたエアボイド（「エアトラップ」）として構成された封入された空隙２Ａは、光がそこを通過することをＴＩＲ現象により防ぐ。光学コンタクト３１は、自身を通しての光の伝搬を可能にする材料から作製された基材３（３Ａとして具現化している）によって確立される。図２Ａに示す例示的な構成では、基材３は、印刷されたボンディングドットなどの複数のボンディングドット３Ａによって表わされ、そのドットは、光取り出し層１０への光の透過を可能にし、前記層１０との光学的な接合強度を得るための光学コンタクト３１として機能する。

これに関して、図２Ａに示された配光素子１００は、光の伝搬の観点について完全にラミネートされ一体化された素子であり、以下を含む。すなわち、１）例えば、光取り出しパターンを有さない基本的なＰＭＭＡライトガイドその他の光透明材料として構成されたライトガイド媒体１０１と；２）エアボイドなどの封入された空隙２Ａを、透光性基材３Ａ（例えば、印刷ドットとして設けられる）によって形成された光学コンタクト３１と交互に有する（１Ａとして具現化された）第１の機能層１と；３）効率的かつ制御された配光分布のためのエアキャビティパターンを有する光取り出し層１０として構成された第２の機能層２と。

封入された空隙２Ａを充填する空気の屈折率は、一般に、ライトガイド媒体１０１を構成する材料の屈折率よりも低く、任意に、層構成要素１および１０の媒体を構成する屈折率よりも低いことに留意すべきである。

したがって、図２Ａは、光学コンタクト３１が基材材料３（ここでは３Ａ）によって形成されている基本的な構成を説明する。

本明細書に開示されたライトガイド素子１００において、光均一性制御は、特に、特定の入射角を有する光に関して、上述の光学チャネルまたは光学コンタクトのコンセプトに基づいて、内部の一体化された光学フィルタ１を利用して実施される。前記光学コンタクトは、開口部および光フィルタリング、エアボイドを設けること、低Ｒｉ層を設けること、および／または所望の色のリフレクタ層（拡散、ランバート、または鏡面反射を達成するように構成されている）を設けることを含むがこれらに限定されない、複数の方法によって実現される。

図２Ａそして図２Ｇにも示されているような印刷ドットは、均一性を制御し、光取り出し層１０に所望の範囲（例えば、入射角に関して）の光を透過させるための最も単純な手法を表している。印刷ドットは、そこを通過する光が（屈折、反射、コリメーションなどを介しての）取り出しを受けないため、いかなる光学機能性をも担わない。むしろ、前記印刷ドットは、第１の機能層１および／または下層のライトガイド媒体１０１からセクション機能層（光取り出し層）１０へと伝搬する光線のための光学的通路（光学コンタクト）を形成する。

サイズに関して、印刷ドットは、素子１００の特定の用途および設計に応じて、例えば５マイクロメートルから数百マイクロメートルまでの範囲内で設けることができる。ドットの高さは、光学フィルタ層１の厚さによって定義され、光学的取り出しを避けるためには、好ましくは高すぎない（例えば、１～１０マイクロメートルの範囲内）。典型的には、ドットは、インクジェット、フレキソ、グラビア、インプリント、マスクまたは孔版印刷、シルク印刷などによって印刷することができる。

図２Ａに示すように、光フィルタ層１内の、光学ドットおよびチャネルのない領域は、薄いエアギャップ（エアボイド２Ａ）を有している。これはリフレクタとして機能し、望ましくない光がそこを通って伝搬するのを防止する。これは、例えば低Ｒｉコーティングのような特殊なコーティング材を塗布する場合と比較して、簡単で費用対効果の高い代替手段である。

上述したソリューションの典型的な応用領域は、ディスプレイのバックライトおよび／または照明パネルである。エアギャップを設けているため、図２Ａのソリューションは、完全な透明性を必要としない用途に最も適している。

図２Ｂに、光学コンタクト２１が、基材材料３に形成されたいくつかの開口部２によって第１の機能層１に確立されていると見ることができる、別の基本的な実施形態を説明する。図３Ｂに示されている基材３（３Ｂとして具現化されている）は、開口部２を有する反射性フィルムである。反射性フィルムは、鏡面または拡散反射を得るように構成されることができ、当然のことながら、基材３Ｂは、そこに到達する光を反射する。このような反射性フィルムのための開口部は、例えば、高速レーザ穿孔プロセスによって製造することができる。

光学コンタクト２１を形成するために、反射性フィルム３Ｂは、光学的に透明な接着剤４（ＯＣＡ、ＬＯＣＡ等）に一体化されている。接着剤４は、液状、低粘度の接着剤であってもよいし、ゲル状の接着剤材料であってもよい。従って、第１の機能層１（１Ｂとして具現化）は、光学的に透明な接着剤４に一体化された反射性基材３、３Ｂを含んでなる。接着剤４に一体化されると、基材３Ｂの開口部２は、光学的にクリアな材料で「充填」された状態となり、それによって光学コンタクト２１が形成される。図２Ｂに示す構成では、空隙２Ａは形成されず、代わりに、接着剤４によって光学フィルタ層１がラミネートされている。

図２Ｂは、第１の機能層１の形成時に、反射性フィルム３Ｂが、接着剤４と構造体１０１および１０との間に界面が形成されるように、接着剤４の中に封入されることを示している。代替的な構成において、接着剤４は、基材３、３Ｂの中の空隙（開口部２）を埋めることにより、反射面３Ｂが構造体１０１および１０間の界面に堆積するように塗布することができる。

いずれにしても、第１の機能層１（１Ｂとして具現化）は、制御された均一な光が得られるように、そのような２つの主層１０１、１０間に完全にラミネートされている。光学接着剤は、好ましくは、ライトガイド材料１０１の屈折率と等しいかまたはそれ以上の屈折率を有し、任意に、光取り出し層１０の屈折率と等しいかまたはそれ以上の屈折率を有する。

図２Ｂに示した配光素子１００は、完全にラミネートされた一体型の要素であり、以下を含む。すなわち、１）例えば、光取り出しパターンを有しない基本的なＰＭＭＡライトガイドその他の光透明材料として構成されたライトガイド媒体１０１と、２）低粘度またはゲル状の光学接着剤材料４によって一体化または充填されて光学コンタクト２１を形成する、開口部２を有する反射性基材３Ｂを含んでなる、１Ｂとして具現化された第１の機能層１と、３）効率的かつ制御された配光分布のためのエアキャビティパターンを有する光取り出し層１０として構成された第２の機能層２と。

実施形態において、光学コンタクト２１、３１は、線、ドット、幾何学形状、十字、グリッド、またはそれらの任意の組み合わせからなるパターンのうちの任意の１つとして設けられ得る。

光学コンタクト２１、３１は、前記第１の機能層１における少なくとも１つの所定の位置内の少なくとも１つのアレイとして配置されていてもよいし、あるいは前記第１の機能層１の表面全体に沿っておよび／または横切って延びる少なくとも１つのアレイとして配置されていてもよい。

図６は、光学コンタクト２１、３１の例示的な構成を示す。光学コンタクトは、図２Ａおよび２Ｂについて説明した任意の基本的な実施形態に従って、基材材料２（光学コンタクト３１）によって、または開口部２（光学コンタクト２１）内の光学透明接着剤材料によって確立された光学コンタクトとして、実施することができる。

光学コンタクトが、３１において光透過印刷パターン３Ａ（図２Ａによる）として実施されているか、または反射構造体３Ｂ（図２Ｂによる）の間に設けられた光学透明接着剤パターン２１として実施されているかどうかによらず、各前記光学コンタクトパターン２１、３１の密度、サイズ、および被覆率は、所望の光伝搬のモードを達成するため、および前記光伝搬に対する強化された制御を達成するため、変化することができる。

図２Ｃは、第１の機能要素１が、接着剤材料４中に形成された例えばエアボイドなどのいくつかの封入された空隙２Ａを有している構成を示している。この構成は、以下のようにして組み立てられる。図２Ｂを参照して先に論じた様態で、基本的に（光学的に）透明なフィルムとして構成された、基材フィルム３（３Ｃとして具現化）が得られ、接着剤４中に一体化される。基材３Ｃは、好ましくは、下層のライトガイド媒体１０１および接着剤材料４の屈折率と同じか同等の屈折率を有する。図３Ｂに示された態様、また液状、低粘度の接着剤またはゲル状の接着剤を利用することとは別に、図２Ｃの接着剤４は、好ましくは高粘度接着剤である。接着剤４は、開口部２（例えばレーザ穿孔された開口部）を貫通し、光取り出し層１０（および下層のライトガイド媒体１０１）との光学的接合（optical bonding）を形成する。高粘度接着剤４は、任意の適切な方法でさらにパターン化されることにより、エアトラップ２Ａを形成することができる。高粘度接着剤４に一体化された開口部２を設けることにより、光学コンタクト２１が形成される。

図２Ｃに示された配光素子１００は、完全にラミネートされ一体化された素子であり、以下を含む。すなわち、１）ライトガイド媒体１０１と、２）ライトガイド媒体１０１と取り出しフィルム１０との間に、高粘度またはゲル状の光学接着剤材料を用いてラミネートされ、光学的均一性制御のためのエアトラップ２Ａを形成する開口部設計を有する光学的に透明なフィルムとして構成された、第１の機能要素１を備える、１Ｃとして具現化された第１の機能層１と、３）効率的かつ制御された配光分布のためのエアキャビティパターンを有する光取り出し層１０と。

基材層３に一般的に形成された開口部２は、いくつかの実施形態においては光学コンタクト２１（例えば図２Ｂ）として、また、いくつかの代替的な実施形態ではＴＩＲ機能部品として作用することができることを、さらに指定する。開口部がＴＩＲ機能部品を形成する構成は、図２Ａおよび図２Ｃによって例示される。

実施形態において、第１の機能層１は、少なくとも２つのサブ層１-１、１-２を有するように構成することができる。そのような基本的に多層構造を設けることは、図２Ｄおよび２Ｆに示す構成によって例示される。

図２Ｄは、光学フィルタ層が、開口部２を有する多層構造（積層体）として設けられた構成を示している。前記積層体は、前記全サブ層を貫通する開口部２を有する少なくとも２つのサブ層１-１、１-２を有する。図２Ｄに示す構成において、前記積層体構造は、少なくとも片側に低Ｒｉ膜（３Ｄ、サブ層１-１）がラミネートされた、ＰＭＭＡシート（３Ｅ、サブ層１－２）などのプラスチックシートによって形成されている。図２Ｂの構成と同様に、図２Ｄに示す開口部を有する層状構造は、液状、低粘度またはゲル状の接着剤として設けられる接着剤４に一体化されて、第１の機能層１（１Ｄとして具現化）を形成する。

したがって、第１の機能層１は、ライトガイド媒体１０１を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率、そして任意に、第２の機能層１０を形成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料によって形成されたサブ層３Ｄ（図２Ｄ）を有していてもよい。

いくつかの例において、サブ層３Ｅを設けることを省略することができ、第１の機能層構造１Ｄは、開口部（図示せず）を有する低Ｒｉ膜として設けられる単一の（サブ）層３Ｄから形成することができる。

全体的に、図２Ｄのソリューションは、図２Ｂに示したものと同様であるが、光学フィルタ膜Ｌは、その少なくとも一部が透明かつ低Ｒｉの材料で作られている。

図２Ｄに示された配光素子１００は、完全にラミネートされ一体化された素子であり、以下を含む。すなわち、１）ライトガイド媒体１０１と、２）ライトガイド媒体と光取り出しフィルムとの間に、オプションとしてサブ層３Ｅ（ＰＭＭＡフィルム）上に設けられ、低粘度またはゲル状の光学接着剤４を用いてラミネートされた、開口部設計を有する低Ｒｉフィルム３Ｄを有する、１Ｄとして具現化された第１の機能層１と、３）効率的かつ制御された配光分布のためのエアキャビティパターンを有する光取り出し層１０と。

図２Ｅは、第１の機能層１（１Ｅとして具現化）が、好ましくはライトガイド媒体１０１よりも低い屈折率Ｒｉを有する接着剤４の層として表される構成を示している。さらに、ライトガイド媒体１０１には、前記接着剤材料４とさらに一体化され得る、いくつかの突出した光学機能レリーフプロファイル１２１を設けることができる。パターン（単数または複数）１２１は、好ましくは、光屈折機能性を付与されている。ただし光アウトカップリング（取り出し）無しにである。図２Ｅに示す構成では、光学フィルタ層１は、このように、実質的に低Ｒｉの接着剤材料４によって確立され、任意に、いくつかのレリーフパターンプロファイル１２１と組み合わされる。

ライトガイド媒体１０１に設けられたパターン（単数または複数）１２１は、ラミネートされたときに配光素子１００から光を取り出さない単純なフォーメーションである。このパターンは、次の取り出し層１０のために入射光を屈折させて均一性を制御するだけである。図２Ｅに示す構成では、光取り出し層１９と完全にラミネートされた、従来のパターン化されたライトガイドを利用してもよい。このコンセプトもまた、臨界角と等しいかそれ以下の入射光を利用している。

図２Ｅに示す配光素子１００は、完全にラミネートされ一体化された素子であり、以下を含む。すなわち、１）なんらかの光屈折パターンを有する（光アウトカップリング無し）基本的なＰＣライトガイドその他の光透明材料として設けられた、ライトガイド媒体１０１と、２）ライトガイド媒体材料よりもわずかに低いＲｉ値を有する積層接着剤（ライトガイド媒体と取り出しフィルムとをラミネートする）を有する光学フィルタと、３）効率的かつ制御された配光分布のためのエアキャビティパターンを有する光取り出し層と。

図２Ｆは、図２Ｅに示したものと同様の配光素子１００を例示する。図２Ｅに示された光学フィルタ構造体と比較して、図２Ｆの光学フィルタ構造体（第１の機能層１）は、さらに、低屈折率の材料で作られた基材３を有する。この基材３は、例えば、光取り出し層１０に隣接して配置された低Ｒｉコーティングの形態で設けることができる。低Ｒｉ値は、どの光が取り出されるかを制御するために、前記光取り出し層１０のパターンソリューション用に最適化され得る。

図２Ｄに示す光学フィルタ構造体１と同様に、図２Ｆの光学フィルタ構造体は、第１のサブ層１-１が低Ｒｉコーティングであり、接着剤および任意にライトガイドパターン１２１が第２のサブ層１-２を構成しているような、積層体ソリューションとみなすことができる。図２Ｆの基材３は、例えば、サブ層３Ｄ（図２Ｄ）と同じか同等の低Ｒｉ材料で構成することができる。

図２Ｇは、図２Ａに示した構成と同様の構成を示しているが、第２の機能層１０がオープントップのパターン化特徴部を有するように実装されている。第１Ｇとして実装された第１の機能層１は、複数の印刷ドットとして実装された基材３を含んでなる。ライトガイド媒体１０１と光取り出し層１０との間の光学コンタクト３１は、前記印刷ドット３によって確立されている。基材（印刷ドット）３は、好ましくは、ライトガイド媒体１０１と等しい屈折率を有する。印刷ドット３は、光学チャネルを形成することに加えて、第１の機能層１を第２の機能層１０に対してオープントップの光取り出しパターンでラミネートする役割を果たす。さらに、光学チャネルを形成する基材３を介して、光は、最終的な光取り出しのための（上側）層１０にさらに導かれる。さらに、基材３によって確立された印刷ドットの間に（第１の機能層１Ｇ内に）いくつかの開口部が形成される。

図２Ｇに示す配光素子１００は、完全にラミネートされ一体化された素子であり、以下を含む。すなわち、１）光取り出しパターンを有しない基本的なＰＭＭＡライトガイドその他の光透明材料として設けられた、ライトガイド媒体１０１と、２）ライトガイド媒体と光取り出しフィルム１０との間の複数の印刷ドットであって、物理的な接合を形成し、さらに追加的に、光均一性制御のための光学チャネルを形成する、ドットと、３）効率的かつ制御された配光分布のためのオープン光学パターンを有する光取り出し層１０と。

基材３（図２Ｇ）から形成された光学ドットは、第２の機能層１０のオープン取り出しパターンの内部には侵入しない。光学ドットは、単に光学コンタクトを形成し、ライトガイド１０１と光取り出し層１０との間の接合強度を提供するだけである。

図２Ａに示された構成とは反対に、例えば図２Ｇの構成は、封入された空隙（エアトラップ）の形成を伴わないことに留意すべきである。したがって、基材層３（第１の機能層１Ｇの）に形成された開口部は、オープン光学パターンを有する第２の機能層１０に定義された、いくつかの光学機能キャビティ１２（例えばエアキャビティ）と接続する。第１の機能層１Ｇのための光学コンタクトを形成する印刷ドット３自体は、第２の機能層１０が作られている実質的に透光性の材料と接続し、配光素子１００の高さ全体、そして任意に幅全体にわたって、「光学チャネル」を確立する。図２Ｇの実施形態では、第１の機能層１Ｇに形成された開口部は、前記開口部が層１０および１０１の間で一体化されたときに、「封入されていない空隙」（エアキャビティ１２に接続可能であるものとして）と称することができる。

図２Ｈは、第１の機能層１が、図２Ｇに示されているのと同様に具現化されているが、開口部２が存在しない、配光素子１００のさらなる構成を示している。基材３の配置は、ライトガイド媒体１０１を横切る領域全体を覆い、前記ライトガイド１０１と光取り出し層１０との間に光学的接合を形成するようにされる。図２Ｈに示された基材３は、ライトガイド媒体１０１の表面全体を横切って配置された光学コンタクトとみなすことができる。

光学フィルタ層１は、透明な低屈折率フィルタ層として、または光学的に透明な（ライトガイド）基材１０１の少なくとも片面に形成された反射性ＴＩＲ層（例えば拡散または鏡面ＴＩＲ層）として構成することができる。前記光学フィルタは、ａ）平坦面上に直接塗布されたもの、ｂ）接着剤層によってラミネートされたもの、またはｃ）ＶＵＶ（真空紫外線）、大気プラズマ処理、マイクロ波アシストボンディングなどの化学的表面処理によって接合されたものであってもよい。

いくつかの例において、光フィルタ層１は、開口部がない場合でも好ましい配光分布を得るために、徐々に変化する低Ｒｉ値を有する。

光フィルタ層１内の開口部は、光学的に変調されてもよく、それにより、均一、対称、離散的、または非対称の配光分布パターンを含むがこれらに限定されない、光フィルタ層によって生成される様々な配光分布パターンを達成することができる。

ディスプレイ、サイネージ、ポスター（図４参照）など上における所定の図柄（画像）や信号を形成する、光学開口部による配光分布は、均一、不均一、または離散的であることができる。これにより、均一、不均一、または離散的な図柄（画像）または信号を形成することができる。開口部は、光学フィルタ層の両側に設けられて、均一／連続的または離散的な領域を形成することができる。開口部は、光学フィルタ層の表面全体に、またはその所定の領域に設けることができる。

開口部の主要な機能は、光アウトカップリングなしに、第１の媒体から第２の媒体に伝搬する入射光の量を制御すること、すなわち、すべての入射光角が媒体内の臨界角以上であることを意味する。特に、光均一性制御は、このようにして、光学パターンなしで実現することができる。

開口部は、第１の媒体から第２の媒体への光を透過させる（これが所望の配光分布および／または均一性を決定する）などの、いくつかの主要な機能を有する、光学開口部（光学コンタクト）として設けることができる。第１および第２の媒体における配光分布は、空気または低Ｒｉフィルタ／クラッドが界面を形成している場合、典型的には、媒体界面に関する臨界角（これを超えるとＴＩＲが発生する入射角）未満の入射光角を有する。その結果、光は媒体からアウトカップリングされない。

光学開口部（光学コンタクト）として設けられることに加えて、前記開口部は、いくつかの実施形態において、ＴＩＲ機能部品（図２Ａ、２Ｃに示すように）を確立することができる。

開口部は、レーザアブレーション、短パルスシステム、プラズマエッチング、マスクアシストエキシマ露光、マイクロプリンティングおよび／または他の任意の好適な方法を用いて製造することができる。例えば、レーザアブレーションは、ロールツーロール装置および方法を利用して行うことができ、ここで、製造プロセスは、毎分４０メートルまで速度を上げることができる。

光学開口部は、以下を含むが、これらに限定されない様々な方法によって製造することができる。すなわち、レーザパターニング、直接レーザイメージング、レーザ穿孔、マスクおよび／またはマスクレスレーザまたは電子ビーム露光であったり、印刷、インクジェット印刷、スクリーン印刷、マイクロ／ナノディスペンシング、ドージング、直接「書き込み」、ディスクリートレーザ焼結、マイクロ放電加工（マイクロＥＤＭ）、マイクロ機械加工、マイクロモールディング、インプリント、エンボス加工などにより離散的特性を付与することで光学材料／Ｒｉ値を変更したりすることである。光学開口部の形成は、低Ｒｉクラッドまたは反射性ＴＩＲクラッドとの直接接触によって完了することができる。光学開口部の形成は、低Ｒｉクラッドまたは反射性ＴＩＲクラッドとの直接接触によって完了することができる。

配光素子１００において、第１の光学フィルタ層１（第１の機能要素）および光取り出し層１０（第２の機能要素）は、ロール・ツー・ロール法またはロール・ツー・シート法により製造することができる。

第１の機能要素１は、第２の機能要素１０よりも先にライトガイド媒体１０１上に作製されることが好ましい。

さらに、開口部の形成は、キャリア基板またはライトガイド素子（媒体）を介して操作するような間接的な接触、例えばレーザアブレーションによって完了することができ、それによってクラッドはアブレーションにより除去され、結果として、直接接触法による場合と同様に、サイズおよび形状について所望の開口特徴部を形成することができる。レーザビームスポットプロファイルは、好ましくは、過度の熱を発生しないためキャリア基板またはライトガイド媒体素子を損傷しない、平坦なトップハットの形状である。レーザの波長は、クラッド吸収曲線、ホールエッジ品質、ビームシェーパー光学系、厚さ／高さ、動作コストなどの観点から選択することができる。

配光素子１００はさらに第２の機能層１０を備え、好ましくは、光取り出し機能および光アウトカップリング機能を付与される。

第２の機能層１０は、光学機能キャビティ１２として設けられる複数の特徴によって透光性キャリア媒体１１１に形成された少なくとも１つの光学機能特徴部パターン１１を備える。

いくつかの構成において（図２Ｇ、２Ｈ）、前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターン１１は、オープントップの特徴部として構成された光学機能キャビティ１２を有する。

いくつかの構成において（図２Ａ～２Ｆ）、少なくとも１つの光学機能特徴部パターン１１は、透光性キャリア媒体１１１内に完全に一体化され、かつ／または埋め込まれており、それにより、埋め込み特徴部パターンが、キャリア媒体１１１のパターン化層１１１Ｂに対して配置されたキャリア媒体１１１の完全に平坦で平面的な層１１１Ａによって形成されたラミネート構造により透光性キャリア媒体内に確立され、複数の光学機能内部キャビティ１２が層１１１Ａ、１１１Ｂの間の界面に形成されている。

光学キャビティ特徴部１２は、溝、凹部、ドット、およびピクセルからなる群から選択されることができ、前記キャビティ特徴部１２は、バイナリ、ブレーズ、傾斜、プリズム、台形、半球形プロファイルなどから選択される横断方向のプロファイルを有し、前記キャビティ特徴部は、直線状、曲線状、波状、正弦波状などから選択される長さ方向の形状を有している。

好適な実施形態において、キャビティ１２は空気で満たされている。他のいくつかの実施形態では、エアキャビティは、別の気体、流体、液体、ゲル、または固体媒体で充填され得る。

光学機能パターン１１は、複数の離散的プロファイル、または対称パターン構造として、または非対称パターン構造として設けられる複数の少なくとも部分的に連続的なプロファイルの複数のプロファイルを有し得る。

いくつかの例において、光学機能パターンは、複数の離散的プロファイルまたは複数の少なくとも部分的に連続的なプロファイルからなるハイブリッドパターンとして設けられ得る。

前記少なくとも１つの光学機能パターンは、溝、凹部、ドット、およびピクセルからなる群から選択されるレリーフ形状によって確立することができ、前記レリーフ形状は、バイナリ、ブレーズ、傾斜、プリズム、台形、半球形などから選択される横断方向の凹状または凸状のプロファイルを有し、前記レリーフ形状は、直線状、曲線状、波状、正弦波状などから選択される長さ方向の形状を有している。

好適な実施形態において、前記少なくとも１つの光学機能パターンは、前記配光素子内に完全に一体化されており、かつ／または埋め込まれている。

図３を参照して、配光素子１００は、第３の機能層２０をさらに備えることができる。このような場合、取り出しおよび光アウトカップリング層として設けられた第２の機能層１０によって得られる機能性と、前記第３の機能層によって得られる機能性とを組み合わせることができる。第３の機能層２０は、従来のプリズム層構造、硬質保護コーティング、反射防止・防眩コーティング、セルフクリーニングコーティングなどとして設けられ得る。

これにより、エアキャビティパターン（層１０）とオープントップパターン（層２０）の二重構造が可能となる。これにより、光アウトカップリング分布などの性能を制御する可能性が広がる。例えば、第３の機能層２０をプリズム型の層として構成したり、オープンパターンを有するレンティキュラ層をトップ層として利用したりする場合、このようなソリューションは双方向の配光分布を得ることができる。

このように、配光素子１００は、（光取り出し／第２の機能層１０内の）エアキャビティパターンとオープントップパターン（例えば、第３の機能層２０内のプリズムパターン）との両方を利用する多層フィルムとして構成することができる。さらに、ディフューザーを、任意に、前述の光学パターン層の間に一体化することができる。

配光素子はさらに、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、レーザダイオード、ＬＥＤバー、ＯＬＥＤストリップ、マイクロチップＬＥＤストリップ、および冷陰極管から選択される光源７を備えている。

別の局面において、本明細書に記載されたいずれかの実施形態による配光素子からなる光学デバイス２００が提供される。

光学デバイスは、フロントライト照明装置として構成してもよいし、バックライト照明装置として構成してもよい。

したがって、図４は、ある局面に従って、夜間照明器具のためのサイネージおよび／または広告照明コンセプトに一体化された配光素子を示す。図４に示されている広告フィルムは、例えば、任意の形状を採用するために切断することによって得ることができ、それは、ウィンドウまたはスクリーンに接着させることができる。このソリューションは、光学デバイス２００の縁部に配置された光源７（ＬＥＤ）を備えている。図４に示すソリューションは、さらに、所定の色のリフレクタシート５１を備えることができる。

光学デバイス２００は、ウィンドウ、ファサード照明および／または表示素子、天井照明および／または表示素子、サイネージ、看板、ポスター、マーケティングボード、広告ボード照明および／または表示素子、および太陽光アプリケーション用に構成された照明素子として構成することができる。

したがって、ある局面において、前出の局面の１つに従った光学デバイス２００の使用は、以下からなる群から選択される照明および表示においてさらに得られる。すなわち、装飾照明、ライトシールドおよびマスク、ウィンドウ、ファサードおよび天井照明を含む公共および一般照明、サイネージ、看板、ポスター、および／または広告ボード照明および表示、および太陽光アプリケーションにおける照明および表示である。

図５は、配光素子１００のための層状構造を組み立てるための一般的なコンセプトをさらに示している。したがって、図５に示す素子１００は、上側媒体１０１-１（例えば、キャビティ光学系などの光学的取り出しパターンを有する層１０からなるか、または含む）と、光学フィルタ１を重ね合わせた下側媒体１０１-２（光学接着剤パターンを有する、密度変化を有する連続的な線）とから構成される。上側媒体と下側媒体とはラミネートされている。このようにして、埋め込み型光フィルタリング／下側媒体から上側媒体への制御された光通過を備えた、ラミネートされたライトガイドを確立することができる。

図７Ａおよび７Ｂは、第２の媒体の厚さ（ａ）が、光学的接着コンタクト（ｂ）のサイズおよびフォーマットとともに、光の伝搬および局所的照明領域（ｃ）の最大サイズを制御する方法をさらに例示している。均一性などの光制御は、複数の接着コンタクト（ｂ）の比率および第２の媒体（ａ）の高さによって定義することができる。したがって、図７Ａおよび図７Ｂは、照明領域（ｃ）に対する媒体厚さ（ｂ）の影響を示しており、媒体厚さが大きくなるにつれて増加している。

図７Ａおよび図７Ｂは、照明領域に関する光学コンタクト３１の基本的な機能を説明するための図である。光学コンタクトの横方向サイズ（ｂ）と横方向の照明の射影（ｃ）との間の関係は、第２の媒体（層１０）の厚さに直接関係している。光学コンタクトの最終的なサイズは、式（２）に従って、好ましい照明ターゲットについて定義することができる。

これはいかなるＲｉ値やスネルの法則を考慮しない簡略化されたソリューションであり、所望の照明領域、全体の均一性、離散的な照明（画像、マーキングなど）その他の設計に迅速に活用できる。

上述のように、光学コンタクト（２１、３１の両方として実装）は、光を管理したり、光の方向を制御したりするように構成された実際の光学構造体を形成するものではない。光学コンタクト（単数または複数）２１、３１は、第１の媒体（例えばライトガイド媒体１０１）から第２の媒体（例えば光取り出し層１０）への光の伝搬を可能にする接触領域に過ぎない。

縦方向の値と横方向の値の間の比率は、最小比率１／４（縦方向/横方向）を達成するように制御されなければならない。前述の比率の横方向の値は無制限であり（理論的には、この値は無限大に達することができる）、したがって、１／８、１／２０、１／１００などの比率が可能である。典型的な縦方向の寸法（厚さ）は、０．５～１００μｍの範囲で設けられる。

一局面において、光学フィルタ層として構成された第１の機能層１と、少なくとも１つの光学機能パターン１１を有する第２の機能層１０とからなる配光素子のロールがさらに提供され、ここで、第１の機能層１には、光均一性制御機能を付与されている。

前記配光素子の前記ロールにおいて、前記第１の機能層１は、本明細書で説明した任意の構成に従って実施される構造によって確立することができる。

技術の進歩に伴い、本発明の基本的概念は、その様々な改変をカバーすることが意図されていることは、当業者には明らかである。したがって、本発明およびその実施形態は、上記の例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の範囲内で概して変化し得る。

Claims (45)

1. 光伝搬のために構成されたライトガイド媒体と、
   光学フィルタ層として構成され、前記ライトガイド媒体の少なくとも１つの表面上に設けられた第１の機能層と、
   少なくとも１つの光学機能特徴部パターンを有する第２の機能層と、を備える配光素子であって、
   前記第１の機能層および前記第２の機能層には、臨界角に等しいおよび／またはそれ以下の角度で入射する光に関する少なくとも１つの光学機能が付与されており、前記第１の機能層はさらに光均一性制御機能を有する内部層として構成され、前記内部層は、前記第２の機能層へおよび前記第２の機能層から、光線を透過させるように構成された、いくつかの光学コンタクトエリアを有し、
   前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、光学機能キャビティの一部が開放されたオープントップの特徴部であり、
   前記第１の機能層は、封入されていない空隙を備え、前記封入されていない空隙は、前記オープントップの特徴部に直接接続する、
   配光素子。
2. 前記第１の機能層は前記第２の機能層と前記ライトガイド媒体との間に一体化されている、請求項１に記載の配光素子。
3. 前記第１の機能層はクラッド、コーティング、またはフィルムである、請求項１または２のいずれかに記載の配光素子。
4. 前記第１の機能層には少なくとも光透過機能が付与されている、請求項１～３のいずれかに記載の配光素子。
5. 前記第１の機能層は、少なくとも部分的に、前記ライトガイド媒体を構成する材料の屈折率、そして任意に前記第２の機能層を構成する材料の屈折率と、実質的に等しいかまたはそれ以上の屈折率を有する基材材料から形成される、請求項１～４のいずれかに記載の配光素子。
6. 前記第１の機能層は、少なくとも部分的に、前記第２の機能層を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率、そして任意に、前記ライトガイド媒体を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する基材材料で形成されている、請求項１～４のいずれかに記載の配光素子。
7. 前記第１の機能層は、内部全反射（ＴＩＲ）層構造として構成される、請求項１～６のいずれかに記載の配光素子。
8. 前記光学コンタクトエリアは、基材材料に形成されたいくつかの開口部によって、前記第１の機能層中に確立される、請求項１～７のいずれかに記載の配光素子。
9. 前記基材材料に形成された前記開口部は貫通孔である、請求項８に記載の配光素子。
10. 前記第１の機能層は、いくつかの開口部を有する基材材料が基本的に光学的に透明な材料の層に一体化したものとして構成される、請求項１～９のいずれかに記載の配光素子。
11. 前記基本的に光学的に透明な材料は接着剤材料である、請求項１０に記載の配光素子。
12. 前記光学コンタクトエリアは、基材材料によって開口部間に形成された離散的パターン（単数または複数）により、前記第１の機能層中に確立されている、請求項１～７のいずれかに記載の配光素子。
13. 前記光学コンタクトエリアは、線、ドット、幾何学形状、十字、グリッド、またはそれらの任意の組み合わせからなるパターンのうちの任意の１つとして設けられた、請求項１～１２のいずれかに記載の配光素子。
14. 前記光学コンタクトエリアは、前記第１の機能層における少なくとも１つの所定の位置内の少なくとも１つのアレイとして配置されていているか、あるいは前記第１の機能層の表面全体に沿っておよび／または横切って延びる少なくとも１つのアレイとして配置されている、請求項１～１３のいずれかに記載の配光素子。
15. 前記第１の機能層は少なくとも２つのサブ層を有する、請求項１～１４のいずれかに記載の配光素子。
16. 各前記サブ層は、光線を透過させるように構成されたいくつかの光学コンタクトを有し、前記光学コンタクトは前記光学コンタクトエリアの一部であり、複数の開口部および／または基材材料によって前記開口部間に形成された離散的パターン（単数または複数）により形成される、請求項１５に記載の配光素子。
17. 光伝搬のために構成されたライトガイド媒体と、
    光学フィルタ層として構成され、前記ライトガイド媒体の少なくとも１つの表面上に設けられた第１の機能層と、
    少なくとも１つの光学機能特徴部パターンを有する第２の機能層と、を備える配光素子であって、
    前記第１の機能層および前記第２の機能層には、臨界角に等しいおよび／またはそれ以下の角度で入射する光に関する少なくとも１つの光学機能が付与されており、前記第１の機能層はさらに光均一性制御機能を有する内部層として構成され、
    前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、光学機能キャビティの一部が開放されたオープントップの特徴部であり、
    前記第１の機能層は、封入されていない空隙を備え、前記封入されていない空隙は、前記オープントップの特徴部に直接接続する、
    配光素子。
18. 前記第１の機能層は前記第２の機能層と前記ライトガイド媒体との間に一体化されている、請求項１７に記載の配光素子。
19. 前記第１の機能層はクラッド、コーティング、またはフィルムである、請求項１７または１８のいずれかに記載の配光素子。
20. 前記第１の機能層は、少なくとも部分的に、前記ライトガイド媒体を構成する材料の屈折率、そして任意に前記第２の機能層を構成する材料の屈折率と、実質的に等しいかまたはそれ以上の屈折率を有する基材材料から形成される、請求項１７～１９のいずれかに記載の配光素子。
21. 前記第１の機能層は、少なくとも部分的に、前記第２の機能層を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率、そして任意に、前記ライトガイド媒体を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する基材材料で形成されている、請求項１７～１９のいずれかに記載の配光素子。
22. 前記第１の機能層は内部全反射（ＴＩＲ）層構造として構成されている、請求項１７～２１のいずれかに記載の配光素子。
23. 前記第１の機能層は、少なくとも部分的に、基材材料によって形成されている、請求項１７～２２のいずれかに記載の配光素子。
24. 前記第１の機能層は、接着剤材料からなるか、または接着剤材料を含む、請求項１７～２２のいずれかに記載の配光素子。
25. 前記第１の機能層は接着剤材料なしに形成されている、請求項１７～２３のいずれかに記載の配光素子。
26. 前記第１の機能層は少なくとも第１のサブ層および第２のサブ層を有し、前記第１のサブ層は基材材料から形成され、前記第２のサブ層は接着剤材料から形成される、請求項１７～２４のいずれかに記載の配光素子。
27. 前記ライトガイド媒体はさらに、任意に接着剤材料と一体化された、いくつかの突出した光学機能レリーフプロファイルを有する、請求項１～２６のいずれかに記載の配光素子。
28. 前記第２の機能層は、少なくとも光取り出し機能および光アウトカップリング機能を付与された光学機能層として構成されている、請求項１～２７のいずれかに記載の配光素子。
29. 前記第２の機能層の前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、光学機能キャビティとして設けられた複数の特徴部によって、透光性キャリア媒体中に形成されている、請求項１～２８のいずれかに記載の配光素子。
30. 第２の機能層の光学機能（単数または複数）は、前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターン内における前記光学機能キャビティの寸法、形状、周期性および配置のうち少なくとも１つによって確立される、請求項１～２９のいずれかに記載の配光素子。
31. 前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、複数の離散的な特徴部プロファイルを有している、請求項１～３０のいずれかに記載の配光素子。
32. 前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、対称パターン構造または非対称パターン構造として設けられた、複数の少なくとも部分的に連続的な特徴部プロファイルを有する、請求項１～３１のいずれかに記載の配光素子。
33. 前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、複数の離散的な特徴部プロファイルまたは複数の少なくとも部分的に連続的な特徴部プロファイルを含むハイブリッドパターンである、請求項１～３２のいずれかに記載の配光素子。
34. 前記光学機能キャビティは、溝、凹部、ドット、およびピクセルからなる群より選択され、前記光学機能キャビティはバイナリ、ブレーズ、傾斜、プリズム、台形、半球形プロファイルから選択される横断方向のプロファイルを有し、前記光学機能キャビティは、直線状、曲線状、波状、正弦波状から選択される長さ方向の形状を有している、請求項１～３３のいずれかに記載の配光素子。
35. 前記ライトガイド媒体および前記第２の機能層は光学ポリマーおよび／またはガラスである、請求項１～３４のいずれかに記載の配光素子。
36. 発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、レーザダイオード、ＬＥＤバー、ＯＬＥＤストリップ、マイクロチップＬＥＤストリップ、および冷陰極管から選択される少なくとも１つの光源をさらに備える、請求項１～３５のいずれかに記載の配光素子。
37. ライトガイド、ライトパイプ、ライトガイドフィルムまたはライトガイドプレートとして構成されている、請求項１～３６のいずれかに記載の配光素子。
38. 光伝搬のために構成されたライトガイド媒体と、基材材料に形成された複数の離散的な開口部を有する光学フィルタ層として構成された第１の機能層であって、前記ライトガイド媒体の少なくとも１つの表面に設けられた前記第１の機能層と、少なくとも１つの光学機能特徴部パターンを有する第２の機能層とを備える配光素子を製造するプロセスであって、
    前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、光学機能キャビティの一部が開放されたオープントップの特徴部であり、
    前記第１の機能層は、封入されていない空隙を備え、前記封入されていない空隙は、前記オープントップの特徴部に直接接続し、
    前記開口部は、レーザパターニング、直接レーザイメージング、レーザ穿孔、マスクおよびマスクレスレーザまたは電子ビーム露光、印刷、機械加工、モールディング、インプリント、エンボス加工、マイクロおよびナノディスペンシング、ドージング、直接書き込み、ディスクリートレーザ焼結、およびマイクロ放電加工（マイクロＥＤＭ）からなる群より選択される少なくとも１つの方法により作製される、プロセス。
39. 前記第１の機能層および／または前記第２の機能層はロール・ツー・ロール法またはロール・ツー・シート法により作製される、請求項３８に記載のプロセス。
40. 前記第１の機能層は、前記第２の機能層の塗布よりも前にライトガイド媒体上に作製される、請求項３８または３９のいずれかに記載のプロセス。
41. 請求項１～３７のいずれかに記載の前記配光素子を備える、光学デバイス。
42. フロントライト照明装置またはバックライト照明装置として構成された、請求項４１に記載の光学デバイス。
43. 装飾照明、ライトシールドおよびマスク、ウィンドウ、ファサードおよび天井照明を含む公共および一般照明、サイネージ、看板、ポスター、および／または広告ボード照明および表示からなる群から選択される照明および表示、ならびに太陽光アプリケーションにおける、請求項４１または４２のいずれかに記載の光学デバイスの使用。
44. 光学フィルタ層として構成された第１の機能層であって、光伝搬のために構成されたライトガイド媒体の少なくとも１つの表面上に設けるための第１の機能層と、
    少なくとも１つの光学機能特徴部パターンを有する第２の機能層とを備える配光素子のロールであって、
    前記第１の機能層には光均一性制御機能が付与されており、
    前記少なくとも１つの光学機能特徴部パターンは、光学機能キャビティの一部が開放されたオープントップの特徴部であり、
    前記第１の機能層は、封入されていない空隙を備え、前記封入されていない空隙は、前記オープントップの特徴部に直接接続する、
    配光素子のロール。
45. 前記第１の機能層はさらに光均一性制御機能を有する内部層として構成され、前記内部層は、前記第２の機能層へおよび前記第２の機能層から、光線を透過させるように構成された、いくつかの光学コンタクトエリアを有する、
    請求項４４に記載の配光素子のロール。

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