光偏转带、相关方法和用途技术

提供了一种可附着在光导(20)上的光学偏转带(10)，包括基底(10A)和至少一个图案(11)，该至少一个图案形成有嵌入在基底(10A)中的数个周期性图案特征(12)，并且被配置为光学功能腔(12)，所述光学功能腔填充有折射率不同于围绕腔(12)的基底(10A)的材料的折射率的材料。图案(11)被配置成调整接收到的光的方向，使得入射到图案(11)的光被偏转，以经由一系列全内反射获得通过光导介质(20)的传播路径，并且，借助于所述至少一个图案(11)，光学偏转带(10)被配置成控制通过光导(20)传播的光的分布。还提供了制造带(10)的方法和相关用途。提供了制造带(10)的方法和相关用途。提供了制造带(10)的方法和相关用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光偏转带、相关方法和用途


[0001]总的来说，本专利技术涉及提供用于波导的光学结构及其制造方法。具体而言，本专利技术涉及基于集成腔光学器件的灵活解决方案、相关方法和用途，该解决方案适于控制光传播通过光波导的分布。

技术介绍

[0002]光学波导或光导技术已经广泛用于各种现有技术的应用中。光分布系统的适当选择通常预先决定了光学波导在光照和显示应用中的照明性能。典型的光导(LG)系统包含用于边缘入耦合由一个或多个发射器发射的光线的部件、用于通过光导元件进行光分布的部件以及用于光提取(出耦合)的部件或区域。入耦合结构接收光并调整其方向以将光线引导到光分布区域中。高级光导包括控制进入光导的边缘入耦合光效率的光学图案。
[0003]为了控制发射光的角度分布并实现所需的光学性能，为照明应用设计的传统光导解决方案仍然使用数个单独的光学膜，例如增亮膜(BEF)。在没有BEF的情况下实现的已知光导解决方案通常采用微透镜和V形凹槽形状的光学图案。通过使用这种解决方案，不可能以期望的方式实现完全受控的光分布。
[0004]Angulo BarR
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os和Canalejas
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Tejero[1]公开了一种经由集成金属衍射光栅可获得的柔性Scotch胶带波导中的光耦合解决方案。入耦合和出耦合光栅嵌入在两层Scotch胶带内；由此Scotch胶带具有光学波导功能。光栅被实施为金属(Al)纳米孔阵列(NHA)光栅。
[0005]US 2015/192742 A1(Tarsa&Durkee)公开了一种层压在光导表面上的光提取膜。光提取功能基于全内反射(TIR)。当通过例如层压固定到光导上时，提取膜在膜和光导之间形成气穴。
[0006]US 2018/031840 A1(Hofmann等人)公开了一种具有嵌入式光学光栅的光学元件，以从光导中提取光。通过使用已知的方法，例如化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)，光栅的表面被涂覆有光学有效层。此外，光栅中存在的凹部被光学胶合剂或光学粘合材料填充。
[0007]US 10,598,938B1(Huang&Lee)公开了一种角度选择性倾斜光栅耦合器，用于控制光从光导中耦合出或耦合到光导中的角度。可以通过调制光栅之间的折射率或者调制光栅在不同区域中的占空比来实现选择性。
[0008]Kress[2]公开了用于光学波导的入和出耦合器，所述耦合器包括被配置用于透射功能和/或反射功能的不同类型的光栅。耦合器可以夹在/埋在光导中，或者作为表面起伏解决方案提供。
[0009]Moon等人[3]公开了一种出耦合器，其使用微结构空心(空气)腔光栅来改善LED器件中的光提取。用典型的方法在半导体材料中制造空心腔。除了LED之外，没有提供出耦合器解决方案的其他应用(例如在光导中)。
[0010]WO2019/182098(
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nko)公开了一种光学器件，其包括光导层、设置在光导层的任何表面上的至少一个光学功能层、以及布置在第一光学功能层的表面上的光束控制结构，
其在光导层的光入射侧的端部区部处与光导层相对。光束控制结构减少从光导层边缘以小于临界角的角度入射到第一光学功能层上的光。第一光学功能层可以是低折射率层。光束控制结构可以是光重定向带，其可以改变从光源输出的光的入射角，从而满足超过临界角的全反射条件。所述出版物没有定义在所述带内提供特定光学图案的任何细节，也没有提供与光学图案相关的功能、可实现的性能和/或应用的任何特定信息。
[0011]设计和优化基于光导的照明相关解决方案面临许多挑战，这些挑战与光导内部的不均匀光分布、不充分的耦合、光捕获和/或提取效率有关。上述解决方案在这样的意义上也受到限制，即不能为各种目标应用提供具有令人满意的通用性和适应性的集成的基于空气腔光学器件的灵活解决方案。
[0012]在这点上，考虑到解决与现有解决方案的制造和组装相关的挑战，仍然期望在用于非光纤光导的光学结构领域中进行更新，其目的在于提高所述光导的照度均匀性和改进光学效率。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是至少减轻由相关技术的限制和缺点引起的每个问题。根据独立权利要求1中限定的内容，该目的通过光学偏转带的各种实施例来实现。
[0014]在实施例中，提供了一种用于光导的光学偏转带，该带包括基底和至少一个图案，该至少一个图案由嵌入在基底材料中的数个三维周期性图案特征形成，并且被配置为光学功能嵌入式腔，所述光学功能嵌入式腔填充有折射率不同于围绕腔的基底材料的折射率的材料。在所述带中，所述图案被配置为调整接收到的光的方向，使得入射到所述图案的光通过协同光学多功能被偏转(所述协同光学多功能被提供为从由反射功能、折射功能、衍射功能、透射功能和吸收功能组成的组中选择的至少两个功能的组合)，以获得经由一系列全内反射穿过光导介质的传播路径，其中借助于所述至少一个图案，所述光学偏转带被配置为控制穿过光导传播的光的分布。
[0015]在实施例中，光学偏转带被配置成可附着到光导的至少一个平面表面。
[0016]在实施例中，带被配置成使得在图案处接收的光在每个所述腔和围绕腔的基底材料之间的界面处被偏转，以获得通过光导介质的传播路径，因此在光导介质和环境之间的界面处的入射角，以及可选地，在每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处的入射角，大于或等于全内反射的临界角。
[0017]在实施例中，设置在带中的至少一个腔图案被配置成执行与调整接收到的光的方向相关的光学功能，其中所述光学多功能从包括偏转功能、反射功能、吸收功能、透射功能、准直功能、折射功能、衍射功能、漫射功能、偏振功能及其任意组合的组中选择。
[0018]在实施例中，通过为图案中的一个腔或一组腔提供数个参数，图案被赋予光学多功能，其中该数个参数包括从由尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置、周期性和填充因子组成的组中选择的参数的任意组合。
[0019]在实施例中，图案中的每个单独的三维腔具有数个光学功能表面。所述一个或多个光学功能表面由在每个腔和围绕腔的基底材料之间的界面处形成的任何一个或多个表面建立。在各种配置中，图案中的每个单独的腔中的一个或多个光学多功能表面由低折射率反射器、偏振器、漫射器、吸收器中的任何一个或其任意组合建立。
[0020]在不同的实施例中，腔被配置和排列成图案，从而形成基本可变的三维周期性图案或者形成基本恒定的三维周期性图案。在实施例中，用离散的或至少部分连续的图案特征建立具有腔的图案。
[0021]在实施例中，光学偏转带包括以周期性片段排列的多个图案，每个片段具有预定的面积和周期长度。
[0022]在一些实施例中，所述带包括被布置成形成至少两个相邻功能区的图案，其中形成第一功能区的图案和形成第二功能区的图案被独立地配置成执行与控制通过光导传播的光的分布相关的光学功能，并且其中形成第一功能区的图案被附加地配置成将入射在所述图案处的光的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于光导的光学偏转带，包括：
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基底，以及
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至少一个图案，所述至少一个图案由嵌入在基底材料中的数个三维周期性图案特征形成，并且被配置为光学功能嵌入式腔，所述光学功能嵌入式腔填充有折射率不同于围绕所述腔的基底材料的折射率的材料，其中，所述图案被配置为调整接收到的光的方向，使得入射到所述图案的光通过协同光学功能被偏转，以获取经由一系列全内反射的通过光导介质的传播路径，所述协同光学功能提供为从由反射功能、折射功能、衍射功能、透射功能和吸收功能组成的组中选择的至少两种功能的组合，并且其中，借助于所述至少一个图案，所述光学偏转带被配置成控制通过所述光导传播的光的分布，所述光学偏转带被附着到所述光导的至少一个平坦表面上。2.根据权利要求1所述的光学偏转带，其中，在所述图案处接收的光在每个所述腔和围绕所述腔的基底材料之间的界面处偏转，以获得通过所述光导介质的传播路径，于是，在所述光导介质和环境之间的界面处的入射角，以及可选地，在每个腔和围绕所述腔的基底材料之间的界面处的入射角，大于或等于全内反射的临界角。3.根据权利要求1或2中任一项所述的光学偏转带，其中，所述至少一个图案被配置成执行与调整接收到的光的方向相关的光学功能，其中，所述光学功能选自由偏转功能、(重)定向功能、反射功能、吸收功能、透射功能、准直功能、折射功能、衍射功能、漫射功能、偏振功能及其任意组合组成的组。4.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，通过为所述图案中的腔或腔的组提供数个参数，使所述图案具有光学功能，其中，所述数个参数包括选自以下参数的参数的任意组合：尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置、周期性和填充因子。5.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述图案中的每个单独的腔具有数个光学功能表面。6.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述光学功能表面由在每个腔和围绕所述腔的基底材料之间的界面处形成的任何表面构成。7.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述图案中的每个单独腔中的所述光学功能表面由低折射率反射器、偏振器、漫射器、吸收器中的任一种或其任意组合构成。8.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述腔在所述图案中配置和布置成使得形成基本可变的周期性图案。9.根据前述权利要求1
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7中任一项所述的光学偏转带，其中，所述腔在所述图案中配置和布置成使得形成基本恒定的周期性图案。10.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，在所述图案中，所述腔由离散的或至少部分连续的图案特征构成。11.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，包括以周期性区段布置的数个图案，每个区段具有预定的面积和周期长度。12.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，包括被布置成形成至少两个相邻功能区的图案，其中，形成第一功能区的图案和形成第二功能区的图案被独立地配置成执行与控制通过所述光导传播的光的分布相关的光学功能，并且其中，形成第一功能区的图
案还被配置成将入射在所述图案处的光的至少一部分传输到光学收集器介质。13.根据权利要求11所述的光学偏转带，其中，所述第一功能区和所述第二功能区沿着所述光导的表面和所述光学收集器介质的整个表面交替n次。14.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述图案被配置成能够由数个与腔相关的参数改变，其中，所述数个与腔相关的参数包括从由尺寸、形状、横截面轮廓、取向、位置、周期性和填充因子组成的组中选择的单个参数或参数的任意组合。15.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述腔由三维图案特征构成，所述三维图案特征具有选自线形、矩形、三角形、斜角形、倾斜形、梯形、曲线形、波形和正弦曲线形轮廓的横截面轮廓。16.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带，其中，所述腔填充有气体材料，例如空气。17.根据前述权利要求中任一项所述的光学偏转带...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村恒三，宫武稔，翁宇峰，K，
申请(专利权)人：日东电工株式会社，
类型：发明
国别省市：