專利名稱：具有至少一個(gè)嵌入式反射器的光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有至少一個(gè)嵌入其中的反射器的光學(xué)元件、包括這種 光學(xué)元件的照明設(shè)備以及用于制造這種光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光與照明正變得越來越復(fù)雜，以便允許消費(fèi)者利用諸如固態(tài)發(fā)光 和平板顯示技術(shù)之類的領(lǐng)域中的最近進(jìn)展。例如，對于不同的應(yīng)用，存 在朝向?qū)崿F(xiàn)薄的大面積照明設(shè)備或具有有利的照明特性的發(fā)光體的努 力。為此目的以及對于許多其他的應(yīng)用，需要精確地控制緊湊結(jié)構(gòu)中的 光的方向并且以廉價(jià)的方式實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的能力。
US2003/0095332中公開了用于控制這種結(jié)構(gòu)中的光的方向的 一種 方法，其中描述了用于顯示設(shè)備中的光學(xué)元件。該光學(xué)元件由光定向膜 形成，其具有帶鋸齒構(gòu)造(formation)的一個(gè)表面。該表面設(shè)有由聚合 物保護(hù)層保護(hù)的金屬涂層。該金屬涂層形成所述光定向結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部反射器。
然而，該反射器易于因腐蝕而損壞，并且通常在天生昂貴的真空工 藝中形成。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述以及其他缺陷，本發(fā)明的總的目的是提供改進(jìn) 的光學(xué)元件，特別是具有更耐用的反射器的光學(xué)元件。
依照本發(fā)明的第一方面，這些和其他目的是通過用于制造具有至少 一個(gè)嵌入其中的反射器的光學(xué)元件的方法來實(shí)現(xiàn)的，該方法包括步驟 提供具有至少第一表面的第一光學(xué)部件，所述第一表面具有形成于其中 的結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)的至少一部分被配置成具有比所述表面的相鄰部分 更低的粘結(jié)于其上的物質(zhì)脫離(release)的闊值，該部分限定了反射器 的希望的位置和展度(extension );在第一光學(xué)部件的第一表面上提供由 可收縮物質(zhì)制成的第二光學(xué)部件；以及收縮該物質(zhì)，使得第二光學(xué)部件 在上述部分處脫離第一光學(xué)部件并且在第一和第二光學(xué)部件之間形成腔體，從而允許在第一光學(xué)部件與腔體之間的第一界面以及第二光學(xué)部 件與腔體之間的第二界面中的至少一個(gè)處實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射。
在本申請的上下文中，"光學(xué)部件"應(yīng)當(dāng)被理解為對于包括可見光、 紅外光以及紫外光的波長范圍內(nèi)的至少一個(gè)波長的電磁輻射至少部分 透射(例如半透明)或者甚至透明的部件。除了其對于這種輻射的透射 性/半透明性/透明性之外，該光學(xué)部件還可以具有任何種類的另外的適 當(dāng)特性，例如各向同性或各向異性。
當(dāng)使得第二光學(xué)部件的可收縮物質(zhì)收縮時(shí)，在第一和第二光學(xué)部件 之間的界面處引起應(yīng)力。通過適當(dāng)?shù)嘏渲玫谝还鈱W(xué)部件的分界表面，由 于收縮而引起的應(yīng)力導(dǎo)致在第一和第二光學(xué)部件之間的界面處的選定 位置發(fā)生這兩個(gè)光學(xué)部件之間的脫離。當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)部件繼續(xù)收縮時(shí)，第 一和第二光學(xué)部件在脫離位置處分開，這導(dǎo)致這些位置處腔體的形成。 因此，在這些腔體中的每一個(gè)與第一和第二光學(xué)部件之間的界面中的一
個(gè)或兩個(gè)處，形成借助于全內(nèi)反射(TIR)起作用的有效反射器。
因此，通過依照本發(fā)明的方法，可以在光學(xué)元件內(nèi)部形成借助于全 內(nèi)反射(TIR)進(jìn)行反射的非常有效的魯棒(robust)且緊湊的反射器。
此外，可以通過第一光學(xué)部件的適當(dāng)配置和/或收縮步驟的控制精確 地控制所述至少一個(gè)反射器的尺寸和位置。
而且，限定所述至少一個(gè)反射器的希望的位置和展度的所述部分可 以在幾何結(jié)構(gòu)和表面特性中的至少一個(gè)方面不同于所述表面的相鄰部 分，以便獲得上述更低的脫離閾值。
例如，可以例如通過在提供第二光學(xué)部件的可收縮物質(zhì)之前向所述 表面的該特定部分施加脫離增強(qiáng)劑來處理該部分以促進(jìn)物質(zhì)的脫離，或 者可替換地，可以處理與所述反射器限定部分相鄰的表面部分以促進(jìn)與 這些部分的粘結(jié)。當(dāng)?shù)谝缓偷诙鈱W(xué)部件之間的邊界受到第二光學(xué)部件 的可收縮物質(zhì)的收縮引起的應(yīng)力時(shí)，這兩種方案導(dǎo)致和與所述表面的相 鄰部分分開相比，物質(zhì)(例如特別是第二光學(xué)部件的可收縮物質(zhì))將更 容易與所述反射器限定部分分開。
作為另一個(gè)實(shí)例，可以選擇所述結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)，使得收縮引起的 應(yīng)力在所述反射器限定部分比在相鄰部分更大和/或施加于對于打^t第 一和第二光學(xué)部件之間的鍵合更有效的方向上。
依照 一個(gè)實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)可以是凹口 ( indentation )，例如凹槽。所述凹口典型地可以適于所述光學(xué)元件預(yù)期的特定應(yīng)用，并且可以 基本上為點(diǎn)狀、伸長的或者具有任何其他的形狀。 '
在凹口為凹槽的特定情況下，應(yīng)當(dāng)指出的是，這種凹槽指的是在一
大的展度的口:此外，口應(yīng)當(dāng)指出一的是:這種'凹;曹并不限于;定"延伸
長度或方向或者截面。因此，這里提到的凹槽可以具有簡單對稱的v形
截面，或者具有更復(fù)雜的截面，其可以關(guān)于平行于第一表面的局部梯度 的假想凹槽中心線對稱或不對稱。此外，該凹槽可以具有或不具有主延 伸方向，并且在后一種情況下可以形成閉環(huán)。
有利的是，當(dāng)在第一光學(xué)部件的第一表面上提供時(shí)，所述可收縮物 質(zhì)可以適于填充所述至少一個(gè)凹口 。
例如，該可收縮物質(zhì)可以以其中其可以^疾照第 一光學(xué)部件而變形的
形式來施加，使得它與第一光學(xué)部件的表面中的結(jié)構(gòu)相配(conform)。 為此目的，該可收縮物質(zhì)可以例如以液體、軟膏或可變形薄片的形式來
施力口 。
依照一個(gè)實(shí)施例，該可收縮物質(zhì)可以包括可聚合材料，并且收縮步 驟可以包括聚合該材料的步驟。
許多物質(zhì)在聚合時(shí)收縮。此外，該收縮的發(fā)生可以無需任何材料蒸 發(fā)或者其他形式的材料提取。而且，該收縮典型地是不可逆的。
所述可聚合材料可以主要由單體制成，但是可替換地或者附加地可 以由更大的聚合物構(gòu)件(building block )(例如二聚物或部分聚合物鏈) 制成。
依照當(dāng)前的實(shí)施例，除了可聚合材料之外，所述可收縮物質(zhì)還可以 包括附加的物質(zhì)，例如各種控制物質(zhì)，包括例如用于允許啟動(dòng)和/或控制 聚合的活化劑(activator)或引發(fā)劑(initiator)以及用于防止不希望的 聚合的所謂的抑制劑。
有利的是，所述可聚合材料可以是光可聚合的，并且聚合步驟可以 包括利用具有適當(dāng)波長范圍的光照射該光可聚合材料的步驟。
在光聚合的情況下，上述抑制劑可以用來防止由于意外的環(huán)境UV 輻射而引起的過早發(fā)生的聚合。典型地，這種抑制劑是能夠與意外形成 并且否則將導(dǎo)致迅速的鏈?zhǔn)骄酆线^程的任何基(radical)反應(yīng)的分子。
借助于光聚合，第二光學(xué)部件的收縮即使在所述可收縮物質(zhì)不可直述聚合以及伴隨的第二光學(xué)部件的硬化可以由其中執(zhí)行照射步驟的方 式控制。與照射步驟有關(guān)的可以被改變以控制所述聚合以及從而所述收 縮的參數(shù)包括照射的方向、照射的強(qiáng)度、照射的持續(xù)時(shí)間以及波長范圍。 例如，通過適當(dāng)選擇照射參數(shù)和/或可收縮物質(zhì)的成分，可以首先使得背 向第一光學(xué)部件的第二光學(xué)部件的側(cè)面硬化，以便防止材料朝著所述結(jié) 構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)，在所述結(jié)構(gòu)中，希望第二光學(xué)部件的收縮應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致與所述結(jié)構(gòu) 的反射器限定部分分開。
作為對光聚合的替換或補(bǔ)充，所述聚合反應(yīng)可以用熱方法借助于熱 不穩(wěn)定引發(fā)劑激活，這將導(dǎo)致在升高的溫度下反應(yīng)基的形成。
而且，依照本發(fā)明的方法還可以包括在第二光學(xué)部件上面提供第三 光學(xué)部件的步驟，以便限制收縮期間所述可收縮物質(zhì)的材料轉(zhuǎn)運(yùn)。
為了在所述反射器限定部分處獲得足夠水平的應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)避免或者 至少限制來自第二光學(xué)部件的其他部分的平衡材料轉(zhuǎn)運(yùn)。作為對上述可 收縮物質(zhì)的硬化(有時(shí)稱為"玻璃化'，)的控制的替換，可以提供適當(dāng) 的第三光學(xué)部件以用于限制材料轉(zhuǎn)運(yùn)以及在第 一 和第二光學(xué)部件之間
'7有利的是，第三光學(xué)部:可以是相對較硬的/i片，其在其面向第二
''在第三光學(xué)部;為薄片的情:下「該薄;優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)足夠堅(jiān)硬以滿
足以下兩個(gè)要求它應(yīng)當(dāng)能夠防止朝向第 一光學(xué)部件中的結(jié)構(gòu)的材料轉(zhuǎn)
運(yùn)，基本上沒有局部變形，并且它應(yīng)當(dāng)基本上防止收縮時(shí)第二光學(xué)部件 的宏觀尺度的變形。
上述表面處理可以包括表面粗糙化或者用于增大第三光學(xué)部件的 表面面積的其他方法和/或施加增粘劑，應(yīng)當(dāng)適于在第二光學(xué)部件與第三 光學(xué)部件之間實(shí)現(xiàn)足夠強(qiáng)的粘結(jié)，使得在收縮第二光學(xué)部件時(shí)在第二和
第三光學(xué)部件之間不存在脫離或"脫層(delammation)"。
在收縮步驟之后，可以將第三光學(xué)部件留在第二光學(xué)部件上面或者
可選地將其移除。在后一種情況下，可以調(diào)節(jié)第二和第三光學(xué)部件之間
的粘結(jié)以便允許在第二光學(xué)部件與第一光學(xué)部件分開之前發(fā)生第二和
第三光學(xué)部件之間的脫離。
依照本發(fā)明的第二方面，上述以及其他目的是通過光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)的，該光學(xué)元件包括在其第一表面處具有至少一個(gè)凹口的第一光學(xué)部 件、附接到第一光學(xué)部件的第一表面上的第二光學(xué)部件以及第一和第二 光學(xué)部件之間的界面處的至少一個(gè)反射器，所述第二光學(xué)部件與第一光 學(xué)部件中的所述至少一個(gè)凹口基本上相配，所述至少一個(gè)反射器位于所 述至少一個(gè)凹口處，其中所述至少一個(gè)反射器由在第一和第二光學(xué)部件 之間形成的腔體與第一和第二光學(xué)部件之一之間的界面形成。
所述光學(xué)元件可以有利地包括多個(gè)反射器，每個(gè)反射器位于第一光 學(xué)部件中的多個(gè)凹口的對應(yīng)凹口處。
依照一個(gè)實(shí)施例，這些凹口可以是凹槽。
有利的是，多個(gè)連續(xù)腔體中的每一個(gè)可以在它們對應(yīng)的凹槽關(guān)于上 面限定的凹槽中心線的相同側(cè)形成。
導(dǎo)向^二方向。 " 。 、、 、、土 、"
所述腔體可以在它們對應(yīng)的凹槽的僅僅 一 側(cè)上形成，或者可替換
地，可以在它們對應(yīng)的凹槽的兩側(cè)上形成。
為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)的腔體在它們對應(yīng)的凹槽的相同側(cè)上形成，每個(gè)凹槽
的截面可以在幾何結(jié)構(gòu)和表面特性中的至少 一個(gè)方面是不對稱的。
此外，每個(gè)凹口的截面可以在與第一光學(xué)部件的第一表面平行的平
面內(nèi)形成閉環(huán)。
這些閉環(huán)凹口中的至少 一 個(gè)可以是沿著閉環(huán)在第 一 光學(xué)部件的表 面上延伸的凹槽。
此外，這些閉環(huán)凹口中的至少一個(gè)可以是第一光學(xué)部件中的擴(kuò)展的 點(diǎn)凹口 ，并且可以例如限定用于光源的準(zhǔn)直反射器。
此外，這些閉環(huán)凹口的截面可以在平行于所述第一表面的給定平面 內(nèi)是同心的。
這樣的同心閉環(huán)凹口可以例如包括多個(gè)同心凹槽或者一個(gè)擴(kuò)展的 點(diǎn)凹口和至少 一個(gè)同心凹槽。
此外，依照本發(fā)明的光學(xué)元件可以有利地包含在照明設(shè)備中，該照 明設(shè)備還包括至少一個(gè)被設(shè)置成將光耦合到所述光學(xué)元件中的光源。
這樣的照明設(shè)備可以例如適于用作用于顯示應(yīng)用以及用于普通照 明目的的背光源/前燈。
在這種照明設(shè)備的 一 個(gè)實(shí)例中，依照本發(fā)明的光學(xué)元件可以基本上為厚片(slab)形狀，具有頂面和底面以及邊緣。在這種情況下，可以 形成多個(gè)反射器以便引導(dǎo)在所述邊緣的至少一個(gè)處耦合進(jìn)來的光以通 過上面和下面之一或兩者出射。例如，所述多個(gè)反射器可以位于平行延 伸的凹槽的相同側(cè)上，從而允許基本上所有耦合進(jìn)來的光通過上面和下 面之一出射，這取決于這些反射器的傾角。
依照這種照明設(shè)備的另一實(shí)例，可以形成這些嵌入式反射器，使得 至少一個(gè)反射器圍繞多個(gè)光源中的每一個(gè)的光軸，所述光源被設(shè)置成通 過例如所述光學(xué)元件的底面將光耦合進(jìn)來。于是，圍繞每個(gè)光軸的反射 器優(yōu)選地可以被配置成用作用于該特定光源的準(zhǔn)直器。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其他方面，所述附圖 示出了本發(fā)明當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例，其中
圖1為示意性地示出用于制造依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)元件的 方法的流程圖2a-d示意性地示出了依照圖1的方法制造的、在遵循相應(yīng)的方法步 驟的狀態(tài)下的光學(xué)元件；
圖3a-e示意性地示出了用于控制脫離閾值的不同的反射器限定結(jié)構(gòu) 配置；
圖4a-b為依照本發(fā)明的光學(xué)元件的實(shí)施例的示意性截面圖，其中該 光學(xué)元件用來從光導(dǎo)中耦合出光；
圖5 a- b為依照本發(fā)明的光學(xué)元件的實(shí)施例的示意性截面圖，其中該 光學(xué)元件用來準(zhǔn)直光；以及
圖6示意性地示出了依照本發(fā)明實(shí)施例的示例性外耦合光導(dǎo)。
具體實(shí)施例方式
在下面的說明中，參照具有多個(gè)反射器的光學(xué)元件描述了本發(fā)明， 這些反射器在收縮第二光學(xué)部件時(shí)在第一光學(xué)部件與第二光學(xué)部件之 間的材料界面處形成。在本說明中，以光可聚合材料的形式提供第二光 學(xué)部件，其與第一光學(xué)部件中形成的結(jié)構(gòu)相配，并且在第二光學(xué)部件上
面提供第三光學(xué)部件。
應(yīng)當(dāng)指出的是，這絕沒有限制本發(fā)明的范圍，其同樣適用于這樣的沒有第三光學(xué)部件的光學(xué)元件以及這樣的光學(xué)元件，其中不以光可聚合 材料的形式提供第二光學(xué)部件而是作為可由于任何其他機(jī)制或機(jī)制的 組合而收縮的材料提供第二光學(xué)部件，所述機(jī)制例如以本領(lǐng)域技術(shù)人員 已知的其他方式啟動(dòng)的聚合，包括熱誘導(dǎo)聚合、溶劑蒸發(fā)、由于冷卻而 引起的收縮或者任何種類的導(dǎo)致體積減小的化學(xué)反應(yīng)。
現(xiàn)在將參照圖1和圖2a-d描述依照本發(fā)明的光學(xué)元件以及用于制造 這種光學(xué)元件的方法的優(yōu)選實(shí)施例，圖1為示意性地示出這種方法的流 程圖，圖2a-d示意性地示出了遵循圖1的相應(yīng)方法步驟的狀態(tài)下的光學(xué) 元件。
在第一步驟101中，提供在其頂面3上具有結(jié)構(gòu)2a-f的第一光學(xué)部 件l。第一光學(xué)部件1具有第一折射率m。在該實(shí)施例中，將結(jié)構(gòu)2a-f 示為被制成V形凹槽的凹口，但是如下面將要進(jìn)一步闡述的，這僅僅是 可能的結(jié)構(gòu)之一。
結(jié)構(gòu)2a-f中的每一個(gè)具有部分4a-f,其適于具有比表面3的相鄰部 分更低的脫離閾值。這些部分4a-f中的每一個(gè)限定了要形成的對應(yīng)反射 器的位置和展度。
在隨后的步驟102中，提供第二光學(xué)部件5,其包括可收縮光可聚 合材料。第二光學(xué)部件5在其當(dāng)前狀態(tài)下與第一光學(xué)部件1的頂面3相 配，使得結(jié)構(gòu)2a-f被填充。在收縮之后，第二光學(xué)部件5具有第二折射 率n2。
在下一個(gè)步驟103中，在第二光學(xué)部件5的上面提供第三光學(xué)部件 6。第三光學(xué)部件6優(yōu)選地由薄片形成，該薄片足夠堅(jiān)硬以防止在第二 光學(xué)部件5收縮時(shí)所述光學(xué)元件發(fā)生宏觀變形。第三光學(xué)部件具有第三 折射率m。此外，第三光學(xué)部件6面向第二光學(xué)部件5的側(cè)面7有利地 被配置成促進(jìn)第二光學(xué)部件5與第三光學(xué)部件6之間的粘結(jié)。這樣做是 為了防止在收縮第二光學(xué)部件5時(shí)第二光學(xué)部件5從第三光學(xué)部件6脫 離。
在接下來的步驟104中，透過第三光學(xué)部件6照射第二光學(xué)部件5， 如圖2d中的虛線箭頭所示。當(dāng)由具有適當(dāng)波長范圍(通常在UV區(qū)內(nèi))、 強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的輻射照射時(shí)，包含在第二光學(xué)部件5中的光可聚合材 料發(fā)生聚合，并且由于短化學(xué)鍵的形成而收縮。第二光學(xué)部件5的收縮 導(dǎo)致與第二光學(xué)部件5相鄰的第一1和第三6光學(xué)部件的所有表面上的應(yīng)力。由于第一光學(xué)部件l中形成的結(jié)構(gòu)2a-f的部分4a-f具有比表面3 的相鄰部分更低的脫離閾值并且面向第二光學(xué)部件的第三光學(xué)部件6的 表面7已經(jīng)被配置成和第二光學(xué)部件5具有高的粘性，因而收縮時(shí)在第 一光學(xué)部件1和第二光學(xué)部件5之間在反射器限定部分4a-f處將存在脫 層，如針對圖2d的放大圖中的部分4b所示。
圖2d中還示出，收縮將不僅導(dǎo)致脫層，而且導(dǎo)致腔體8的形成(僅 針對放大的結(jié)構(gòu)2b而示出，但是對于結(jié)構(gòu)2a-f中的每一個(gè)都存在)。 可以預(yù)計(jì)，該腔體將相當(dāng)迅速地由分子溶解于第一 1和/或第二 5光學(xué)部 件中的氣體填充。該腔體將具有第四折射率n4，并且不管腔體8是否被 填充以及腔體8由哪種氣體填充，對于用于其對應(yīng)折射率n卜n2大于n4 的第一1和第二5光學(xué)部件的適當(dāng)材料都具有大的選擇。
因此，通過收縮第二光學(xué)部件5而形成內(nèi)部腔體8允許在腔體8分 別與第一 i和第二 5光學(xué)部件之間的界面9、 10中的任一個(gè)處發(fā)生全內(nèi) 反射(TIR )。
有關(guān)可能的材料選擇和處理?xiàng)l件等的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)將在下面的實(shí)
驗(yàn)部分提供。
圖3a-e示意性地示出了用于控制粘結(jié)于其上的物質(zhì)脫離的閾值的 不同反射器限定結(jié)構(gòu)配置。
在作為凹口 20的示意性截面圖的圖3a中，可以看出腔體8在第一 光學(xué)部件i與第二光學(xué)部件5之間的材料界面處在凹口 20的第一側(cè)面 21處形成，同時(shí)第二光學(xué)部件5在凹口的第二側(cè)面22處仍然與第一光 學(xué)部件1接觸，所述凹口 20具有關(guān)于與第一光學(xué)部件1的頂面3的梯 度平行的直線24幾何對稱的V形截面。依照當(dāng)前所示的實(shí)例，這歸因 于調(diào)節(jié)凹口的第二側(cè)面22以便與第二光學(xué)部件5具有改進(jìn)的粘性。該 調(diào)節(jié)可以是機(jī)械的或化學(xué)的，顯然，通過相反地調(diào)節(jié)凹口 20的第一側(cè) 面21以便相對于第二光學(xué)部件5具有改進(jìn)的脫離可以獲得相同的結(jié)果。
圖3b示意性地示出了凹口 25的第二配置，該凹口 25相對于直線 24具有非對稱截面。在這種配置中，幾何結(jié)構(gòu)有利于第二光學(xué)部件5在 第一側(cè)面26處脫離第一光學(xué)部件1,因?yàn)樵诘谝?1與第二光學(xué)部件5之 間的界面處在第一側(cè)面26處引起的應(yīng)力將比在凹口 25的第二側(cè)面27 處具有更大的剪切分量。由于剪切應(yīng)力通常對于打破跨界面作用的鍵更 有效，因而脫層以及腔體8的形成將如圖所示發(fā)生在第一側(cè)面26處而不是發(fā)生在第二側(cè)面27處。
在圖3c中，示出了另一個(gè)實(shí)例，其中在第一光學(xué)部件1中形成具 有平坦的底部31的凹口 30。通過凹口 30的對稱配置以及平坦底部31 與凹口 30的第一 32和第二 33側(cè)面之間的傾斜角度，可以預(yù)期如圖3c 所示發(fā)生雙側(cè)脫層。此外，平坦底部31可以脫層或不脫層，這取決于 它是如何配置的。
在圖3d中，示出了一種結(jié)構(gòu)，其與圖3c中所示結(jié)構(gòu)的不同之處在 于，凹口 35的底部36不是平坦的，而是被結(jié)構(gòu)化，從而存在分別與凹 口 35的側(cè)面38和39中的每一個(gè)關(guān)聯(lián)的銳利邊緣37a-b。銳利邊緣37a-b 中的每一個(gè)預(yù)期充當(dāng)成核部位，用于其對應(yīng)側(cè)面38、 39的脫層，從而 允許實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的雙側(cè)脫層而不是或多或少隨機(jī)的單側(cè)脫層。
最后，圖3e中所示的結(jié)構(gòu)依賴于表面特性的非對稱以及相對于對 稱線24的幾何結(jié)構(gòu)的組合。圖3e中的凹口 40具有傾斜且"平滑的" 第一側(cè)面41以及豎直且"粗糙的"第二側(cè)面42。由于幾何非對稱性， 如以上結(jié)合圖3b所討論的有利于第一側(cè)面41的脫離，此外，第二光學(xué) 部件5與第二側(cè)面42的粘結(jié)通過其結(jié)構(gòu)化表面而得到改進(jìn)。
根據(jù)以上脫離控制結(jié)構(gòu)配置的典型實(shí)例應(yīng)當(dāng)清楚的是，各種變型的 可能性實(shí)際上是無窮的。然而，這些配置的共同性在于，所述結(jié)構(gòu)和/ 或它們的周圍部分的幾何結(jié)構(gòu)和/或表面特性適于實(shí)現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)的至少 一部分處脫離的較低的閾值。
圖4a-b為依照本發(fā)明的光學(xué)元件的實(shí)施例的示意性截面圖，其中該 光學(xué)元件用來從光導(dǎo)中耦合出光。
在圖4a中，示出了適于用作具有外耦合結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)的光學(xué)元件50 的一部分，其具有第一光學(xué)部件51、第二光學(xué)部件52和第三光學(xué)部件 53。由光源54發(fā)射并且進(jìn)入光導(dǎo)50的光將由嵌入到光學(xué)元件50中的 反射器55a-c耦合出來。如上面所討論的，反射器55a-c由腔體形成， 所述腔體在第一 51與第二 52光學(xué)部件之間的界面處在凹口的反射器限 定部分56a-c所限定的位置處形成，所述凹口在這里為第一光學(xué)部件51 中的基本上平行的凹槽57a-c的形式。
當(dāng)以全內(nèi)反射(TIR)閾值以上的角度撞擊反射器55b時(shí)，光束將 全部反射，使得它能夠通過光導(dǎo)50的底面58離開該光導(dǎo)，如圖4a中 的箭頭59所示。另一方面，如果光束以低于全內(nèi)反射閾值角的角度撞擊反射器55a，那么一些光將穿過所述腔體/反射器55a。這針對幾乎垂 直地撞擊反射器55a的光束由圖4b中的箭頭60示出。在給定第一 51、 第二 52和第三53光學(xué)部件的折射率基本上相同(ni-n2-n3)的情況 下，該光束將直接穿過所述腔體/反射器55a (忽略了腔體55a的寬度上 的小的平行平移——腔體55a的寬度典型地處于微米數(shù)量級)，改為在 第三光學(xué)部件與環(huán)境大氣之間的界面處經(jīng)歷全內(nèi)反射。在該全內(nèi)反射之 后，光束再次向反射器55a-c傳播，并且將直接耦合出來或者在光導(dǎo)50 與環(huán)境大氣之間的任一界面處的進(jìn)一步的反射之后耦合出來。
因此，可以通過材料和尺寸的適當(dāng)選擇形成具有基本上完美的方向 外耦合的光導(dǎo)。
在圖4b中，示出了外耦合光導(dǎo)70的一部分，其包括光導(dǎo)部件71, 該光導(dǎo)部件在其兩側(cè)具有若干協(xié)同操作的光學(xué)部件72a-d。類似于圖4a 中的光導(dǎo)，圖4b中的光導(dǎo)70被配置成將來自光源73的已經(jīng)進(jìn)入光導(dǎo) 70的光耦合出去。
在光導(dǎo)部件的頂側(cè)74上，提供了三個(gè)引導(dǎo)/外耦合光學(xué)元件72a-c, 每個(gè)光學(xué)元件具有多個(gè)嵌入式反射器，這些反射器中的每一個(gè)在光學(xué)部 件之間的材料界面處的腔體處形成。這些光學(xué)元件72a-c與光導(dǎo)部件71 的底側(cè)75上提供的光學(xué)元件72d —起用來將光從光導(dǎo)70中耦合出去， 如以上結(jié)合圖4a所述以及如圖4b中的箭頭76a-d所示。通過提供若干 平行的外耦合光學(xué)元件72a-c,可以在希望的方向上有效地耦合出較大 角度擴(kuò)展的光。
特別在圖4b中示意性示出的實(shí)施例中，光學(xué)元件72a-d可以被預(yù)先 制成并且之后附接到光導(dǎo)部件71 (以及彼此附接)。例如，可以在巻對 巻(reel-to-reel)工藝中形成這些相對較薄的光學(xué)元件72a-d,所述工藝 很可能是成本有效的制造方法。
圖5 a - b為依照本發(fā)明的光學(xué)元件的實(shí)施例的示意性截面圖，其中該 光學(xué)元件用來準(zhǔn)直光。
在圖5a中，光學(xué)元件80為用于準(zhǔn)直由多個(gè)光源81a-c發(fā)射的光的 準(zhǔn)直板形式，所述光源被設(shè)置成將光耦合進(jìn)該光學(xué)元件的第一面82，使 得經(jīng)過準(zhǔn)直的光從光學(xué)元件80的相對的第二面83出射。
如圖5a所示，被設(shè)置成準(zhǔn)直來自對應(yīng)光源81a-c的光的準(zhǔn)直器84a-c 中的每一個(gè)由第 一光學(xué)部件86與對應(yīng)的第二光學(xué)部件87a-c之間的腔體85a-c處的TIR反射器形成。第三光學(xué)部件88在每個(gè)第二光學(xué)部件87a-c 的上面提供。所述準(zhǔn)直板中反射器85a-c的功能和構(gòu)造類似于上面針對 圖4a-b的光導(dǎo)實(shí)施例所描述的功能和構(gòu)造。
每個(gè)腔體85a-c的截面在平行于光學(xué)元件80的第二面83的平面內(nèi) 形成閉環(huán)。準(zhǔn)直器的形狀，包括截面，取決于經(jīng)過準(zhǔn)直的光束的希望的 形狀。例如，對于具有圓形截面的光束，腔體截面典型地也應(yīng)當(dāng)是圓形 的。
在圖5b中，示出了準(zhǔn)直板90的第二個(gè)實(shí)例，其中光源91發(fā)射的 光由相對于準(zhǔn)直板的法線的傾角隨著離開光源91的距離的增加而增大 的若千同心的反射器92a-e準(zhǔn)直。每個(gè)反射器在第一光學(xué)部件93與第二 光學(xué)部件94之間的腔體處形成。在第二光學(xué)部件94的上面，提供了第 三光學(xué)部件95。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明絕不限于上面描述的優(yōu)選實(shí)施 例。例如，正如以上針對光導(dǎo)所描述的準(zhǔn)直器可以包括多個(gè)光學(xué)元件， 其可以例如在巻對巻工藝中預(yù)先制成。
實(shí)驗(yàn)設(shè)置
現(xiàn)在將參照圖6描述用于制造依照本發(fā)明的光學(xué)元件的方法的特定實(shí)例。
步驟1:復(fù)制
通過光聚合技術(shù)使用常規(guī)的復(fù)制，在聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA) 的襯底載體102上的2P丙烯酸酯材料10中獲得微型凹槽的復(fù)制品100 (為了繪圖清楚起見，圖6中僅表示了這些復(fù)制品之一)。PMMA載體 102用作光導(dǎo)襯底，來自諸如冷陰極熒光燈(CCFL )或發(fā)光二極管(LED ) 之類的光源的光在邊緣103a-b處注入到所述光導(dǎo)襯底中。凹槽100在自 由2P表面處具有的寬度從IOO微米變化到20微米。凹槽的頂角為50。。
在復(fù)制之后，在125。C下對該樣i光學(xué)(micro-optic)光導(dǎo)退火12 小時(shí)，以便通過熱方法增加聚合(轉(zhuǎn)換)的程度，從而使該2P塊(bulk) 和表面材料的剩余反應(yīng)性失活。步驟2:涂敷 所述微型結(jié)構(gòu)的涂敷
利用高收縮性單體104涂敷微型凹槽結(jié)構(gòu)IOO并且由頂部箔(foil) 105或頂部薄片(塑料或玻璃)覆蓋這些結(jié)構(gòu)。使用的單體為己二醇二 丙烯酸酯(hexanedioldiacrylate， HDDA )或者己二醇二曱基丙烯酸酯 (hexanedioldimethacrylate, HDDMA )。這些單體在光聚合時(shí)導(dǎo)致高的 收縮性根據(jù)文獻(xiàn)記載，它們的收縮性約為16%。
頂部箔的涂敷
利用增粘劑涂敷頂部箔05或頂部薄片。這在實(shí)驗(yàn)上通過使用薄的 玻璃板來實(shí)現(xiàn)。這些玻璃板接受UV-臭氧清潔處理，接著通過將玻璃板 暴露于抽空的千燥器(dessicator)中的A 174材料進(jìn)行丙烯酸酯功能化 氨基硅烷(aminosilane) ( Merck的硅烷A 174)的氣相沉積。隨后， 在60。C下對該玻璃"烘焙，，1小時(shí)以便激勵(lì)氨基硅烷與玻璃表面之間的 表面反應(yīng)。該處理的結(jié)果是玻璃表面包含非常薄的增粘丙烯酸酯表面基 團(tuán)層("單層")，其能夠與丙烯酸酯涂層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
步驟3:收縮
通過光聚合對所述涂層進(jìn)行固化，如圖6中的箭頭所示，所述光聚 合在氮(N2)環(huán)境中使用UV光以便防止尤其在與空氣自由接觸的邊緣 附近氧(〇2)對光誘導(dǎo)反應(yīng)的抑制。
結(jié)果，單^之間的相對較大的i巨離-被形成聚合物的單體之間的:;k寸化
學(xué)鍵代替。這導(dǎo)致所述材料內(nèi)自由體積的減小密度增加并且體積減小。 通過借助于光聚合對單體薄膜進(jìn)行固化，這導(dǎo)致薄膜厚度的減小。
通過涂敷包含微型結(jié)構(gòu)100 (例如微型凹槽)的預(yù)結(jié)構(gòu)化表面，所 述材料在凹槽內(nèi)也收縮。這導(dǎo)致凹槽內(nèi)固化的材料中的應(yīng)力并且在固化 的單體與預(yù)結(jié)構(gòu)化微光學(xué)表面之間的界面上施加應(yīng)力。取決于該界面處
兩種材料之間的粘性以及存在的應(yīng)力的量，這可以導(dǎo)致所述表面處的脫 層表面接觸消失，并且在兩個(gè)脫層的表面之間產(chǎn)生真空。很可能的是， 該新形成的真空中間層很快就被分子溶解于通常使用的塑料材料中的 氣體填滿。得到的空氣隙的厚度很可能為數(shù)微米。
權(quán)利要求
1.一種用于制造具有至少一個(gè)嵌入其中的反射器的光學(xué)元件(50；72a-d；80；90)的方法，所述方法包括步驟提供(101)具有至少第一表面(3)的第一光學(xué)部件(1；51；86；93；101)，所述第一表面具有形成于其中的結(jié)構(gòu)(2a-f；20；25；30；35；40；57a-c；100)，其中所述結(jié)構(gòu)的至少一部分(4a-f；21；26；31-33；41；56a-c)被配置成具有比所述表面(3)的相鄰部分更低的粘結(jié)于其上的物質(zhì)脫離的閾值，所述部分(4a-f；21；26；31-33；41；56a-c)限定了所述反射器(9，10；55a-c；85a-c；92a-e)的希望的位置和展度；在第一光學(xué)部件(1；51；86；93；101)的所述第一表面(3)上提供(102)由可收縮物質(zhì)制成的第二光學(xué)部件(5；52；87a-c；94；104)；以及收縮所述物質(zhì)，使得所述第二光學(xué)部件(5；52；87a-c；94；104)在所述部分處脫離所述第一光學(xué)部件(1；51；86；93；101)并且在所述第一和第二光學(xué)部件之間在所述部分(4a-f；21；26；31-33；41；56a-c)處形成腔體(8)，從而允許在所述第一光學(xué)部件(1)與所述腔體(8)之間的第一界面(9)以及所述第二光學(xué)部件(5)與所述腔體(8)之間的第二界面(10)中的至少一個(gè)處實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射。
2. 依照權(quán)利要求l的方法，其中所述結(jié)構(gòu)(2a-f; 20; 25; 30; 35; 40; 57a-c; 100)的所述部分(4a-f; 21; 26; 31-33; 41; 56a-c)在幾 何結(jié)構(gòu)和表面特性中的至少一個(gè)方面不同于表面(3)的所述相鄰部分， 以便獲得所述更低的脫離閾值。
3. 依照權(quán)利要求1或2的方法，其中所述結(jié)構(gòu)(2a-f; 20; 25; 30; 35; 40; 57a-c; IOO)是凹口，例如凹沖曹。
4. 依照權(quán)利要求3的方法，其中當(dāng)在所述第一光學(xué)部件(1; 51; 86; 93; 101 )的所述第一表面(3)上提供時(shí)，所迷可收縮物質(zhì)適于填充所 述至少一個(gè)凹口 (2a-f; 20; 25; 30; 35; 40; 57a-c; 100)。
5. 依照前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其中 所述可收縮物質(zhì)由可聚合材料制成；并且 所述收縮步驟包括聚合所述材料的步驟。
6. 依照權(quán)利要求5的方法，其中所述可聚合材料是光可聚合的；并且所述聚合步驟包括利用具有適當(dāng)波長范圍的光照射(104)所述光 可聚合材料的步驟。
7. 依照前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，還包括步驟 在所述第二光學(xué)部件(5; 52; 87a-c; 94; 104)上面提供(103 )第三光學(xué)部件(6; 53; 83; 95; 105)，以便限制收縮期間所述可收縮 物質(zhì)的材料轉(zhuǎn)運(yùn)。
8. 依照權(quán)利要求7的方法，其中所述第三光學(xué)部件(6; 53; 83; 95; 105)是相對較硬的薄片，其在其面向所述第二光學(xué)部件(5; 52; 87a-c; 94; 104)的側(cè)面(7)上被處理以實(shí)現(xiàn)與所述可收縮物質(zhì)的良好粘結(jié)。
9. 依照前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其中第一光學(xué)部件(l; 51; 86; 93; 101)的所述第一表面(3)包括多個(gè)結(jié)構(gòu)(2a-f; 20; 25; 30; 35; 40; 57a-c; 100),每個(gè)結(jié)構(gòu)具有一定部分(4a-f; 21; 26; 31-33; 41; 56a-c),該部分被配置成具有比所述表面(3 )的相鄰部分更低的物 質(zhì)脫離的閾值，由此允許形成具有多個(gè)嵌入式反射器的光學(xué)元件。
10. 一種光學(xué)元件(50; 72a隱d; 80; 90)，包括 在其第一表面(3)處具有至少一個(gè)凹口 (2a-f; 20; 25; 30; 35;40; 57a-c; 100)的第 一光學(xué)部件(1; 51; 86; 93; 101);附接到第一光學(xué)部件(1; 51; 86; 93; 101)的所述第一表面(3) 上的第二光學(xué)部件(5; 52; 87a-c; 94; 104),所述第二光學(xué)部件(5; 52; 87a曙c; 94; 104 )與第一光學(xué)部件中的所述至少一個(gè)凹口 ( 2a-f; 20; 25; 30; 35; 40; 57a-c; IOO)基本上相配；以及所述第一和第二光學(xué)部件之間的界面處的至少一個(gè)反射器(9-10; 55a-c; 85a-c; 92a-e ),所述至少一個(gè)反射器位于所述至少一個(gè)凹口處， 其中所述反射器(9-10; 55a-c; 85a-c; 92a-e)由在所述第一和第二光 學(xué)部件之間形成的腔體(8)與所述第一和第二光學(xué)部件之一之間的界面形成。
11. 依照權(quán)利要求10的光學(xué)元件(50; 72a畫d; 80; 90)，其中 所述第一光學(xué)部件(l; 51; 86; 93; 101 )在所述第一表面(3 )處包括多個(gè)凹口 (2a-f; 20; 25; 30; 35; 40; 57a-c; 100);所述光學(xué)元件在所述第一和第二光學(xué)部件之間的所述界面處包括 多個(gè)反射器(9-10; 55a-c; 85a-c; 92a-e);所述反射器中的每一個(gè)位于所述凹口的對應(yīng)凹口處；并且所述反射器(9-10; 55a-c; 85a-c; 92a-e)中的每一個(gè)由在所述第 一和第二光學(xué)部件之間形成的腔體(8)與所述第一和第二光學(xué)部件之 一之間的界面形成。
12. 依照權(quán)利要求10或11的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90),其中 所述腔體(8)通過收縮所述第一 (；51; 86; 93; 101 )和第二(5; 52; 87a-c; 94; 104)光學(xué)部件中的至少一個(gè)而形成。
13. 依照權(quán)利要求10-12中任何一項(xiàng)的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90),其中所述第一(l; 51; 86; 93; 101)和第二(5; 52; 87a-c; 94; 104)光學(xué)部件中的至少一個(gè)是高收縮性聚合物。
14. 依照權(quán)利要求10-13中任何一項(xiàng)的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90),還包括覆蓋所述第二光學(xué)部件(5; 52; 87a-c; 94; 104)并且與 其粘結(jié)的第三光學(xué)部件(6; 53; 83; 95; 105)。
15. 依照權(quán)利要求10-14中任何一項(xiàng)的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90)，其中所述至少一個(gè)凹口是凹槽。
16. 依照權(quán)利要求15的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90),其中多個(gè) 連續(xù)腔體中的每 一 個(gè)在它們對應(yīng)的凹槽的相同側(cè)形成。
17. 依照權(quán)利要求15或16的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90),其中 每個(gè)所述凹槽(20; 25; 40 )的截面在幾何結(jié)構(gòu)和表面特性中的至少一 個(gè)方面是不對稱的。
18. 依照權(quán)利要求10-17中任何一項(xiàng)的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90),其中每個(gè)所述凹口 (84a-c)的截面在與所述第一表面(3)平行的 平面內(nèi)形成閉環(huán)。
19. 依照權(quán)利要求18的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90),其中所述 截面在平行于所述第一表面的給定平面內(nèi)是同心的。
20. —種照明設(shè)備，包括依照權(quán)利要求10-19中任何一項(xiàng)的光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90);以及至少一個(gè)被設(shè)置成將光耦合到所述光學(xué)元件(50; 72a-d; 80; 90) 中的光源(54; 73; 81a-c; 91 )。
全文摘要
一種光學(xué)元件(50；72a-d；80；90)，其具有在其第一表面(3)處具有至少一個(gè)凹口(2a-f；20；25；30；35；40；57a-c；100)的第一光學(xué)部件(1；51；86；93；101)；以及附接到第一光學(xué)部件(1；51；86；93；101)的第一表面(3)上的第二光學(xué)部件(5；52；87a-c；94；104)，該第二光學(xué)部件(5；52；87a-c；94；104)與第一光學(xué)部件中的所述至少一個(gè)凹口(2a-f；20；25；30；35；40；57a-c；100)基本上相配。所述光學(xué)元件還包括所述第一和第二光學(xué)部件之間的界面處的至少一個(gè)反射器(9-10；55a-c；85a-c；92a-e)，所述至少一個(gè)反射器位于所述至少一個(gè)凹口處。所述反射器(9-10；55a-c；85a-c；92a-e)由在所述第一和第二光學(xué)部件之間形成的腔體(8)與所述第一和第二光學(xué)部件之一之間的界面形成。
文檔編號B29D11/00GK101588917SQ200880002686
公開日2009年11月25日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月19日
發(fā)明者H·J·B·賈格特, H·J·科尼利森, W·L·伊澤曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司