(57)【要約】  ポリマー散乱ファイバの配列をポリマーマトリックス内に有するように同時押出することによって光学素子が形成される。散乱ファイバは、第１の軸と実質的に平行である。第１の軸と実質的に直交する方向で光学素子上に横方向に入射する光を散乱させるために、散乱ファイバが、ポリマーマトリックスの一断面にわたった位置に配列される。光学素子の断面にわたった散乱ファイバの位置は、光学素子上に横方向に入射する光に対して二次元フォトニック結晶構造を形成するように選択することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーマトリックスと、
前記ポリマーマトリックス内に配置されたポリマー散乱ファイバの配列とを含むフォトニック結晶光学体であって、
前記散乱ファイバは、第１の軸と実質的に平行であり、前記第１の軸と実質的に直交する方向で前記ポリマーマトリックス上に入射する光に対して二次元フォトニック結晶構造を形成するように、前記配列中の散乱ファイバの位置が前記ポリマーマトリックスの一断面にわたって選択される、フォトニック結晶光学体。
【請求項２】
前記散乱ファイバが第１のポリマーで形成され、前記マトリックスが第２のポリマーで形成され、前記第１および第２のポリマーの少なくとも１つは複屈折である、請求項１に記載の光学体。
【請求項３】
前記第１および第２のポリマーの間の屈折率差が、第１の偏光状態で前記光学体に入射する光の場合に０．０５を超え、前記第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態で前記光学体に入射する光の場合に０．０５未満となる、請求項２に記載の光学体。
【請求項４】
少なくとも１つの前記散乱ファイバが、連続ポリマー相中に分散ポリマー相を有する分散相散乱ファイバを含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項５】
少なくとも１つの第１の散乱ファイバが第１の断面寸法を有し、少なくとも１つの第２の散乱ファイバが前記第１の断面寸法とは異なる第２の断面寸法を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項６】
少なくとも一部の前記散乱ファイバが５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の断面寸法を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項７】
少なくとも一部の前記散乱ファイバが１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の断面寸法を有する、請求項６に記載の光学体。
【請求項８】
少なくとも一部の前記散乱ファイバが円形断面を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項９】
少なくとも一部の前記散乱ファイバが非円形断面を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項１０】
非円形断面を有する少なくとも１つの前記散乱ファイバが、非円形断面を有する別の前記散乱ファイバのより長い断面方向に平行な、より長い断面方向を有する、請求項９に記載の光学体。
【請求項１１】
非円形断面を有する少なくとも１つの前記散乱ファイバが、非円形断面を有する別の前記散乱ファイバのより長い断面方向に平行でない、より長い断面方向を有する、請求項９に記載の光学体。
【請求項１２】
少なくとも１つの第１の前記散乱ファイバが、少なくとも１つの第２の前記散乱ファイバの断面形状とは異なる断面形状を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記散乱ファイバが、ファイバコアを取り囲むファイバシェルを含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項１４】
前記ポリマーマトリックスが２つの実質的に平行な平坦な主面を含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項１５】
前記ポリマーマトリックスが少なくとも１つの構造化表面を含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの構造化表面が、前記構造化表面を透過する光に屈折力を付与する表面を含む、請求項１５に記載の光学体。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの構造化表面が輝度向上表面を含む、請求項１５に記載の光学体。
【請求項１８】
前記散乱ファイバの全断面積が、前記ポリマーマトリックスの断面積の少なくとも１％を構成する、請求項１に記載の光学体。
【請求項１９】
前記散乱ファイバの全断面積が、前記光学素子の断面積の少なくとも１０％を構成する、請求項１８に記載の光学体。
【請求項２０】
前記散乱ファイバの少なくとも１つの第１の散乱ファイバが、前記第１の散乱ファイバの長さに沿って実質的に均一な断面寸法を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項２１】
前記散乱ファイバの少なくとも１つの第１の散乱ファイバが、前記第１の散乱ファイバの長さに沿って変動する断面寸法を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項２２】
前記第１の散乱ファイバの前記断面寸法が、前記第１の散乱ファイバに沿った少なくとも１つの場所で０の値を有する、請求項２１に記載の光学体。
【請求項２３】
ポリマーマトリックス内にポリマー散乱ファイバの配列を含み、前記散乱ファイバが第１の軸と実質的に平行であるフォトニック結晶と、
前記第１の軸と直交する方向で前記フォトニック結晶に入射する光ビームを発生するよう配置され構成された光源とを含む、光学系。
【請求項２４】
前記ポリマー散乱ファイバおよびポリマーマトリックスの少なくとも１つが複屈折材料で形成されている、請求項２３に記載の光学系。
【請求項２５】
前記ポリマーマトリックスがシートを形成している、請求項２３に記載の光学系。
【請求項２６】
前記ポリマーマトリックス上に表面構造をさらに含む、請求項２３に記載の光学系。
【請求項２７】
前記表面構造が、前記光に屈折力を付与する表面を含む、請求項２６に記載の光学系。
【請求項２８】
前記表面構造が輝度向上表面を含む、請求項２６に記載の光学系。
【請求項２９】
前記フォトニック結晶にわたって充填率が不均一である、請求項２３に記載の光学系。
【請求項３０】
前記光が真空中で約λ0の中心波長を有し、少なくとも一部の前記散乱ファイバが約λ／１０〜２λの範囲の断面寸法を有する、請求項２３に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー光学フィルムに関し、特に、光の透過および反射に関して選択特性が得られるポリマーフォトニック結晶を含むポリマー光学フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学フィルムは、光学装置の透過、反射、および吸収の性質を調整するために使用される。光学フィルムによって得られる一般的な機能としては、光の方向転換、角度選択的な透過、反射、および吸収の提供、ならびに、ある偏光状態の光の選択的透過が挙げられる。光学フィルムの一般的な製造方法の１つは、光を屈折させるか散乱させるかのいずれか、またはその両方である構造化表面をフィルム上に形成することである。これらの種類のフィルムの製造方法としては、構造化表面または光学活性表面を形成する微細複製およびコーティングの提供が挙げられる。光学フィルムの別の製造方法の１つは、異なる光学的性質を有する材料から複合フィルムを形成する方法である。このような種類のフィルムの例としては、干渉フィルタを形成するための同時押出された複数のポリマー層、および連続相内に不規則に配置された不連続相を得るための２種類の異なるポリマーの押出混合物が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
複合フィルムは、多くの用途で非常に望まれている複雑な光学的機能を提供することができる。しかし、複合フィルムの実際的な制限の１つは、２つ以上の寸法で素子を正確に配置することが困難なことである。この精度不足によって、全体の光学性能が低下し、光学フィルムの表面品質が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の特定の一実施形態は、フォトニック結晶光学体に関する。この光学体は、ポリマーマトリックスと、そのマトリックス内部に配置されたポリマー散乱ファイバの配列とを含む。これらの散乱ファイバは、第１の軸と実質的に平行である。ポリマーマトリックスの一断面にわたった配列中の散乱ファイバの位置は、第１の軸と実質的に直交する方向でポリマーマトリックス上に入射する光に対して、二次元フォトニック結晶構造を形成するように選択される。
【０００５】
本発明の別の一実施形態は、ポリマーマトリックス内にポリマー散乱ファイバの配列を含むフォトニック結晶を含む光学系に関する。これらの散乱ファイバは、第１の軸と実質的に平行である。第１の軸と直交する方向でフォトニック結晶に入射する光ビームを発生するように、光源が配置され構成される。
【０００６】
本発明の上記概要は、本発明の説明されるすべての実施形態およびすべての実施を説明することを意図したものではない。図面および以下の詳細な説明は、これらの実施形態をより詳細に例示している。
【０００７】
添付の図面に関連する本発明の種々の実施形態の以下の詳細な説明を検討すれば、本発明をより十分に理解できるであろう。
【０００８】
本発明は、種々の変更および変形が可能であり、それらの具体例が例として図面に示されており、これより詳細に説明する。しかし、説明される特定の実施形態に本発明が限定されることを意図するものではないことを理解されたい。それどころか、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲の中に入るすべての変更、等価物、および変形を包含することを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、光学系に適用可能であり、特に偏光光学系に適用可能である。たとえば、本発明の光学素子は、液晶ディスプレイ、テレビ、モニタ、照明看板、携帯電話、および携帯情報端末（ＰＤＡ）などのシステム中に用途を見いだすことができる。
【００１０】
本明細書において使用される場合、用語「正反射」および「正反射率」は、物体表面の法線に対して角度が測定される場合に反射角が入射角と実質的に等くなる、物体からの光線の反射率を意味する。言い換えると、特定の角度分布で光が物体上に入射する場合、その反射光は実質的に同じ角度分布を有する。用語「拡散反射」または「拡散反射率」は、一部の反射光の角度が入射角と等しくならない場合の光線の反射を意味する。したがって、ある特定の角度分布で光が物体上に入射する場合、その反射光の角度分布は入射光の角度分布とは異なる。用語「全反射率」または「全反射」は、正反射および拡散反射のすべての光の反射率を合わせたものを意味する。
【００１１】
同様に、用語「正透過」および「正透過率」は、透過光の角度分布が入射光の角度分布と実質的に同じになるように光が物体を透過することに関して本明細書において使用される。用語「拡散透過」および「拡散透過率」は、入射光の角度分布とは異なる角度分布を透過光が有するように光が物体を透過することに関して記述するために使用される。用語「全透過」または「全透過率」は、正透過および拡散透過のすべての光の透過を合わせたものを意味する。
【００１２】
本発明のある実施形態は、ポリマーマトリックス内に埋め込まれたポリマーファイバの配列に関する。これらのファイバは、平行の場合も非平行の場合もあり、フィルム内の少なくとも１つの方向で連続の場合もあり、マトリックスの一断面にわたって不規則に分布する場合もある。
【００１３】
得られる光学素子は、光を楕円散乱させるため、すなわち、一方の入射面の方で、直交する第２の入射面よりも多くの光を散乱させるために使用することができるし、あるいは、ある偏光状態での光の散乱が、直交する偏光状態での光の散乱よりも多くなる素子を製造するために好適な材料または後処理を併用することもできる。散乱は、前方散乱の場合も、後方散乱の場合もある。散乱しないままの光、または散乱が最小限の光は透過することができる。いくつかのファイバ表面によって光がコヒーレントに散乱するような方法で、ファイバを分布させることもできる。これによって、光学素子の角度および波長の選択特性をより高度に制御できる二次元フォトニック結晶を得ることができる。
【００１４】
図１は、本発明の例示的な一実施形態による光学素子の切り欠き図を概略的に示している。光学素子１００は、ポリマー光学フィルムの形態であってもよく、連続相とも呼ばれるポリマーマトリックス１０２を含む。ポリマー散乱ファイバ１０４は、マトリックス１０２内に配置される。特定の一実施形態においては、ファイバ１０４は、図面中にｘ軸として示される軸とほぼ平行に配置される。散乱ファイバ１０４、素子１００の長さ方向でｘ方向に延在することができ、そのため共連続相と呼ばれる場合もある。素子１００は、大型の光学体として形成され、たとえば、シート、円筒形、管などの形態であってよい。この光学体は、少なくとも１つの寸法において素子が実質的に自立性となるのに十分なｙｚ面における断面寸法を有する。たとえば、素子１００が、ｚ方向において小さな寸法を有し、ｙ方向においてはるかに幅広なシートである場合、素子１００は、ｚ方向では容易に湾曲することができるがｙ方向ではできないため、ｙ方向において実質的に自立性となる。
【００１５】
散乱ファイバの材料のｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向における屈折率は、ｎ1x、ｎ1y、およびｎ1zと呼ぶことができ、ポリマーマトリックス１０２の材料のｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向における屈折率はｎ2x、ｎ2y、およびｎ2zと呼ぶことができる。材料が等方性である場合、その材料のｘ屈折率、ｙ屈折率、およびｚ屈折率はすべて実質的に一致する。材料が複屈折である場合、ｘ屈折率、ｙ屈折率、およびｚ屈折率の少なくとも１つは他のものと異なる。２つの屈折率がほぼ同じで、第３の屈折率が異なる場合、その複屈折材料は一軸性と呼ばれ、３つすべての屈折率が異なる屈折率である場合、その複屈折材料は二軸性と呼ばれる。
【００１６】
ポリマーマトリックス１０２および散乱ファイバ１０４のいずれかまたは両方は、等方性または複屈折のポリマー材料で形成することができる。複屈折材料は、正の複屈折であっても、負の複屈折であってもよい。マトリックス１０２およびファイバ１０４の両方が複屈折である場合、両方が正の複屈折であってもよいし、両方が負の複屈折であってもよいし、一方が正の複屈折で他方が負の複屈折であってもよい。
【００１７】
マトリックス１０２と散乱ファイバ１０４との界面または境界は、不連続であって、マトリックス１０２およびファイバ１０４を形成する２種類のポリマー材料の間でわずかな混合が起こっている場合もあるし、これら２種類のポリマー材料は互いに部分的に混合したり拡散したりしていてもよいし、互いに反応してもよく、たとえばエステル交換反応を起こしてもよい。
【００１８】
光学素子１００の別の実施形態では、異なる光学的効果を得るために異なる方法で使用することができる。たとえば、素子１００は、ある偏光状態の光を優先的に反射し、直交する偏光状態の光を優先的に透過する反射偏光子として使用することができるし、あるいは、ある面において、別の直交する面よりも多くの光を散乱する楕円拡散体として使用することもできる。別の一実施形態においては、素子１００は、偏光状態とは無関係に光を反射する非偏光反射体として使用することもできる。散乱ファイバ１０４は、フォトニック結晶を形成するために規則的な間隔で配置することができ、それによって、ファイバの散乱効率を増加させることができ、波長選択性を得ることができ、すなわちある波長を透過し他の波長を反射することができ、および／または偏光コントラストを増強することができる。偏光コントラストは、優先的に透過される偏光の透過を、優先的に反射される偏光の透過で割ることによって定義される。
【００１９】
光学素子１００の成分の屈折率は、所望の用途において最適な性能が得られるように選択することができる。素子１００が反射偏光子として使用される場合、少なくともマトリックス１０２または散乱ファイバ１０４が、高複屈折を有する第１のポリマー成分で形成されることが好ましい。０．０５を超える場合に高複屈折と見なされ、少なくとも０．２の値が好ましく、少なくとも０．３がより好ましい。複屈折は、高屈折率方向と低屈折率方向との間の屈折率差である。ｘ軸と平行な方向に偏光した光に関するファイバ１０４とマトリックス１０２との間の界面における屈折率差ｎ1x−ｎ2xは、ｙ軸と平行な方向に偏光した光に関する屈折率差ｎ1y−ｎ2yとは異なる場合がある。したがって、ある偏光状態の場合、マトリックス１０２とファイバ１０４との間の複屈折界面における屈折率差は、比較的小さくてもよい。ある例示的な場合では、この屈折率差は０．０５未満であってよい。この条件は、実質的に屈折率が整合していると見なされる。この屈折率差は０．０３未満、０．０２未満、またはより好ましくは０．０１未満であってよい。この偏光方向がｘ軸と平行である場合、ｘ偏光は、反射および散乱がほとんどまたはまったく起こらずに素子１００を通過する。言い換えると、ｘ偏光は素子１００を実質的に正透過する。
【００２０】
マトリックス１０２とファイバ１０４との間の屈折率差は、直交する偏光状態の光に関しては、比較的大きくてよい。ある例示的な例においては、この屈折率差は、少なくとも０．０５であってよく、より大きくなることもでき、たとえば０．１を超え、好ましくは０．２を超え、より好ましくは０．３を超えることができる。この偏光方向がｙ軸と平行である場合、ｙ偏光は複屈折界面において散乱し、この場合の屈折率差はｎ1y−ｎ2yである。言い換えると、ｙ偏光は、素子１００によって実質的に拡散反射することができる。
【００２１】
先ほど記載した例示的な実施形態は、ｘ方向で屈折率が整合し、ｙ方向で比較的大きな屈折率差を有する場合に関しているが、他の例示的な実施形態では、ｙ方向で屈折率が整合し、ｘ方向で比較的大きな屈折率差を有する場合が含まれる。
【００２２】
別の実施形態においては、素子１００は、一方の偏光を選択的に反射し他方を選択的に透過するためにファイバ１０４の異方性形状が使用される構造性複屈折の反射偏光子であってもよい。構造性複屈折偏光子は、好ましくは、マトリックス１０２およびファイバ１０４に使用される第１および第２のポリマー材料の間の屈折率差が非常に大きく０．２を超える等方性ポリマーを使用して製造することができる。反射偏光子の別の実施形態は、材料複屈折および構造性複屈折を併用して構成することができる。
【００２３】
ある実施形態においては、２種類のポリマー材料の間の屈折率差、２種類の材料の間の界面の範囲および形状、ならびに散乱ファイバの相対位置によって、入射偏光の一方の拡散散乱を他方の偏光よりも多くすることができる。このような散乱は、主として後方散乱（拡散反射）、前方散乱（拡散透過）、または後方散乱と前方散乱との組み合わせであってよい。別の実施形態においては、素子１００は、拡散体が特定の方向に優先的に光を散乱させる楕円拡散体などの成形拡散体として機能することができる。たとえば、楕円拡散体の場合、光の散乱は、ビームに垂直な第１の方向の方が、第１の方向およびビームの両方に垂直な直交方向よりも多くなる。楕円拡散体は、少なくとも１つの偏光に関して比較的小さな屈折率差を有することによって製造することができる。一般に、楕円偏光子の場合、約０．０１〜約０．０２の屈折率差が好ましい。別の実施形態においては、素子１００は、構造性複屈折を有することができ、この場合散乱ファイバおよびマトリックスは等方性材料で形成されるが、マトリックス内のファイバの配置によって、マトリックス内を伝播する光に対して全体的に複屈折効果が得られる。さらに、散乱ファイバおよびマトリックスの屈折率、ならびに内部ファイバ間隔を選択することによって、入射光を選択的に回折させることができる。
【００２４】
ポリマーマトリックスおよび／またはファイバ中に使用すると好適な材料としては、所望の光波長範囲にわたって透明である熱可塑性ポリマーおよび熱硬化性ポリマーが挙げられる。好適なポリマー材料は、非晶質、半結晶質、または液晶であってよく、ホモポリマー、コポリマー、またはポリマーブレンド、ポリマーと反応性化合物との混合物、ならびにポリマーと他の機能材料との混合物を含むことができる。好適な反応性化合物の例としては、モノマーおよびオリゴマーのポリマー前駆体、たとえばアクリレート、シラン、エポキシ、エステル、およびポリアミド酸が挙げられる。好適な機能材料の例としては、染料、顔料、および可塑剤が挙げられる。
【００２５】
好適なポリマー材料としては、ポリ（カーボネート）（ＰＣ）；ポリ（スチレン）（ＰＳ）Ｃ１〜Ｃ８アルキルスチレン；アルキル、芳香族、および脂肪族環を含有する（メタ）アクリレート、たとえばポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）およびＰＭＭＡコポリマー；エトキシル化およびプロポキシル化（メタ）アクリレート；多官能性（メタ）アクリレート；アクリル化エポキシ；エポキシ；ならびにその他のエチレン系不飽和材料；ポリ（エチルメタクリレート）（ＰＥＭＡ）；環状オレフィン；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）；スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）；エポキシ；ポリ（ビニルシクロヘキサン）；ＰＭＭＡ／ポリ（ビニルフルオリド）ブレンド；ポリ（フェニレンオキシド）アロイ；スチレン系ブロックコポリマー；ポリイミド；ポリスルホン；ポリ（塩化ビニル）；ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）；ポリウレタン；不飽和ポリエステル；ポリ（エチレン）、たとえば低複屈折ポリエチレン；ポリ（プロピレン）（ＰＰ）；ポリアミド；アイオノマー；酢酸ビニル／ポリエチレンコポリマー；酢酸セルロース；酢酸酪酸セルロース；フルオロポリマー；ポリ（アルカンテレフタレート）、たとえばポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）；ポリ（アルカンナフタレート）、たとえばポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）；ポリ（スチレン）−ポリ（エチレン）コポリマー；ポリ（カーボネート）／脂肪族ＰＥＴブレンド；ならびにＰＥＴおよびＰＥＮコポリマー、たとえばポリオレフィン系ＰＥＴおよびＰＥＮが挙げられるが、これらに限定されるものではない。（メタ）アクリレートという用語は、対応するメタクリレート化合物またはアクリレート化合物のいずれかであるとして定義される。これらのポリマーは、アイソタクチック、アタクチック、およびシンジオタクチックポリマーであってよく、種々のブレンドおよびコポリマーの中に使用することができる。シンジオタクチックＰＳを除けば、これらのポリマーは、光学的に等方性の形態で使用することができる。
【００２６】
これらのポリマーの中の数種類は、配向させると複屈折となる場合がある。特に、ＰＥＴ、ＰＥＮ、およびそれらのコポリマー、ならびに液晶ポリマーは、配向させた場合に比較的大きな複屈折値が生じる。ポリマーは、押出成形および延伸などの異なる方法を使用して配向させることができる。高度の配向を得ることができ、温度および延伸倍率などの多数の容易に制御可能な外部要因によって制御可能であるので、延伸は、ポリマーを配向させるための特に有用な方法である。配向および未配向の多数の例示的なポリマーの屈折率を以下の表Ｉに示す。
【００２７】
【表１】
2008532089.tif 000003
【００２８】
ＰＣＴＧおよびＰＥＴＧ（グリコール改質ポリエチレンテレフタレート）は、たとえば、テネシー州キングスポートのイーストマン・ケミカル・カンパニー（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮ）よりイースター（Ｅａｓｔａｒ）（登録商標）のブランド名で入手可能な種類のコポリエステルである。ＴＨＶは、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびフッ化ビニリデンのポリマーであり、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）よりブランド名ダイニオン（Ｄｙｎｅｏｎ）（登録商標）で入手可能である。ＰＳ／ＰＭＭＡコポリマーは、所望の屈折率値を実現するためにコポリマー中の構成モノマーの比率を変化させることによって屈折率を「調整」可能なコポリマーの一例である。「Ｓ．Ｒ．」と表示されている列には、延伸倍率が示されている。延伸倍率１は、材料が延伸されておらず、したがって未配向であることを意味する。延伸倍率６は、元の長さの６倍まで試料を延伸したことを意味する。適切な温度条件下で延伸すると、そのポリマー分子が配向され、その材料は複屈折となる。しかし、ガラス温度Ｔｇよりも高温で材料を延伸することで、分子を配向させないこともできる。「Ｔ」と表示される列は、試料を延伸した温度を示している。延伸試料は、シートとして延伸した。ｎx、ｎy、およびｎzと表示される列は、その材料の屈折率を示している。ｎyおよびｎzに関して表中に値が記載されてない場合、ｎyおよびｎzの値はｎxの値と同じである。
【００２９】
ファイバを延伸した場合の屈折率の挙動は、シートを延伸した場合の挙動と類似した結果が得られると予想されるが、必ずしも同じとは限らない。ポリマーファイバは、所望の屈折率値が得られるあらゆる所望の値まで延伸することができる。たとえば、あるポリマーファイバは、延伸倍率が少なくとも３、場合により少なくとも６となるまで延伸することができる。ある実施形態においては、ポリマーファイバは、さらに延伸することができ、たとえば最大２０、またはそれを超える延伸倍率まで延伸することができる。
【００３０】
複屈折を実現するための延伸に適した温度は、ケルビンの単位で表されるポリマー融点の約８０％である。押出およびフィルム形成プロセス中に生じるポリマーメルトの流動によって生じる応力によって、複屈折が生じる場合もある。フィルム物品中のファイバなどの隣接する表面と位置合わせすることによって、複屈折が発生する場合もある。複屈折は、正または負のいずれであってもよい。正の複屈折は、ポリマーの配向または位置合わせされた表面に平行である場合に、直線偏光の電界軸方向で最大屈折率となる場合として定義される。負の複屈折は、ポリマーの配向または位置合わせされた表面に平行である場合に、直線偏光の電界軸方向で最低屈折率となる場合として定義される。正の複屈折ポリマーの例としてはＰＥＮおよびＰＥＴが挙げられる。負の複屈折ポリマーの例としてはシンジオタクチックポリスチレンが挙げられる。
【００３１】
マトリックス１０２および／またはファイバ１０４は、光学素子に所望の性質を付与するために、種々の添加剤を加えることができる。たとえば、添加剤としては、耐候剤、ＵＶ吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤、酸化防止剤、分散剤、潤滑剤、帯電防止剤、顔料または染料、核剤、難燃剤、ならびに発泡剤の１種類以上を含むことができる。ポリマーの屈折率を変化させたり、材料の強度を高めたりするために、他の添加剤を加えることもできる。そのような添加剤としては、たとえば、ポリマーのビーズまたは粒子およびポリマーナノ粒子などの有機添加剤、あるいは、ガラス、セラミック、または金属酸化物のナノ粒子、あるいは粉砕物、粉末、ビーズ、フレーク、または粒状のガラス、セラミック、またはガラスセラミックなどの無機添加物を挙げることができる。ポリマーに結合させるために、これらの添加剤の表面に結合剤を提供することができる。たとえば、ガラス添加剤をポリマーに結合させるために、シランカップリング剤をガラス添加剤とともに使用することができる。
【００３２】
ある実施形態においては、マトリックス１０２が不溶性、または少なくとも耐溶媒性であることが好ましい場合がある。耐溶媒性である好適な材料の例としては、ポリプロピレン、ＰＥＴ、およびＰＥＮが挙げられる。別の実施形態においては、マトリックスが有機溶媒に対して可溶性であることが好ましい場合がある。たとえば、ポリスチレンから形成されるマトリックス１０２は、アセトンなどの有機溶媒に対して可溶性である。別の実施形態においては、マトリックスが水溶性であることが好ましい場合がある。たとえば、ポリ酢酸ビニルから形成されたマトリックス１０２は水溶性である。
【００３３】
ファイバ１０４は、多くの異なる方法でマトリックス１０２内に配列することができる。たとえば、ファイバ１０４は、マトリックス１０２の断面領域にわたって不規則に配置することができる。図１においては、ｙｚ面において異なるファイバ１０４の位置は不規則である。さらに、一部のファイバ１０４が、他のファイバ１０４の材料とは異なる材料でできていてよい。たとえば、一部のファイバ１０４は光学的に透明な材料から製造することができ、一方その他のファイバ１０４は光学的吸収材料からできている。
【００３４】
ファイバの他の断面配列を使用することもできる。たとえば、素子２００の断面を示している図２Ａに概略的に示される例示的な実施形態においては、ファイバ２０４は、マトリックス２０２内で規則的な二次元配列で配列されている。この図に示される実施形態、ｙ方向における隣接ファイバ２０４間の分離距離ｄyは、ｚ方向における隣接ファイバ２０４間の分離距離ｄzと同じである。その通りである必要ではなく、たとえば、図２Ｂに概略的に示される光学素子２１０の実施形態に示されるようにｚ方向における分離距離ｄzは、ｙ方向における分離距離ｄyと異なっていてもよい。
【００３５】
図２Ｃに素子２２０として概略的に示される別の例示的な一実施形態の素子２２０においては、ファイバ２０４の位置は、隣接する列の間でずれていてもよく、その結果、六角形に充填されたファイバパターンを得ることができる。この図に示される例示的な実施形態においては、ファイバ２０４の位置は、ほぼ正三角形の格子に対応している。これは、六方最密充填と呼ばれるパターンにとなりうる。その通りである必要はない。たとえば、図２Ｄの例示的な素子２３０に示されるように、ファイバ２０４は、正三角形ではなく二等辺三角形に基づく六角形パターンで整列することもできる。
【００３６】
好ましい例示的な一実施形態においては、複屈折材料は、配向によって屈折率が変化する種類のものであってもよい。したがって、ポリマーが配向されると、配向方向に沿って屈折率の整合または不整合が生じる。配向のパラメータおよびその他の加工条件を注意深く操作することによって、正または負の複屈折の複屈折材料を使用して、特定の軸に沿った光の一方または両方の偏光の拡散反射または透過を引き起こすことができる。透過と拡散反射との間の相対比率は、限定するものではないが、マトリックス内の散乱ファイバの濃度、ファイバの寸法、複屈折界面における屈折率差の二乗、複屈折界面の大きさおよび形状、ならびに入射放射線波長または波長範囲などの多数の要因に依存する。
【００３７】
特定の軸に沿った屈折率の整合または不整合の大きさは、その軸に沿った偏光の散乱の程度に影響を与える。一般に、散乱能は、屈折率の不整合の二乗にともなって変化する。したがって、特定の軸に沿った屈折率の不整合が大きくなるほど、その軸に沿った偏光の散乱が強くなる。したがって、特定の軸に沿った不整合が小さい場合は、その軸に沿った偏光の散乱が小さくなり、光学体の体積を通り抜ける透過は、正透過が増加する。
【００３８】
非複屈折材料の屈折率が、ある軸に沿った複屈折材料の屈折率と整合する場合、この軸に平行な電界を有する入射偏光は、複屈折材料の部分の大きさ、形状、および密度とは無関係に、実質的に散乱せずに界面を通過する。本開示の目的のためには、２つの屈折率の間の差が最大０．０５未満、好ましくは０．０３未満、０．０２未満、または０．０１未満となる場合に、それら２つの屈折率の間の実質的な整合が起こる。
【００３９】
さらに、マトリックスと散乱ファイバとの間の結合は弱くてもよく、そのことを利用して、これら２種類のポリマーの間の空隙の形成を促進することができる。空隙は、素子が延伸される場合に特に形成することができる。空隙が存在することで、ポリマー材料と空隙との間の屈折率不整合が比較的大きくなるため、フィルムの光反射率を増加させることができる。空隙が存在することで、存在するポリマー材料が等方性であるか複屈折であるかとは無関係に反射率を増加させることができるが、通常、空隙における屈折率差は複屈折ポリマーの複屈折と少なくとも同じであるため、空隙の存在によって偏光感度が低下しやすい。
【００４０】
偏光に依存する実施形態の場合、本発明による光学素子中への使用に選択される材料、およびそれらの材料の配向度は、完成した光学素子中の複屈折材料および非複屈折材料が、関連する屈折率が実質的に等しくなる少なくとも１つの軸を有するように選択されることが好ましい。この軸は、必要ではないが通常は配向方向を横断する軸であり、この軸に関する屈折率の整合によって、偏光面における光の反射が実質的に起こらなくなる。
【００４１】
ある実施形態の光学素子中の材料の屈折率は、ｘ方向においてファイバの長さに沿って変動することができる。たとえば、この素子は、均一な延伸を行わなくてもよく、一部の領域で他の領域よりも大きく延伸することができる。したがって、配向可能な材料の配向度は、素子に沿って均一ではなく、そのため複屈折は素子に沿って空間的に変動することができる。
【００４２】
さらに、マトリックス内にファイバを混入することによって、光学素子の機械的性質を改善することができる。特に、ポリエステルなどの一部のポリマー材料は、フィルムの形態よりもファイバの形態の方が強くなるため、ファイバを含有する光学素子は、ファイバを含有しない同様の寸法のよりも強くなる場合がある。
【００４３】
別の例示的な実施形態においては、散乱ファイバは、光学素子の断面内で別のパターンを形成することができる。たとえば、散乱ファイバは、規則的な格子パターンのすべてではなく一部を満たすように配列することができる。この散乱ファイバによって散乱される光は、拡散散乱し、透過または反射のいずれかを起こすことができる。さらに、隣接する散乱ファイバまたは散乱ファイバの群の間に空間または間隙を導入することができる。このような空間または間隙の大きさおよび分布は、特に望ましいスペクトル特性が得られるように選択することができる。たとえば、ある配列の散乱ファイバは、特定の波長範囲内の光に対してフォトニック結晶として機能することができ、それによってスペクトル選択的な反射および／または透過を引き起こすことができる。フォトニック結晶構造中では、散乱がコヒーレントになるため、ある散乱ファイバによって散乱した光は、別の散乱ファイバによって散乱した光とコヒーレントになる。したがって、入射光ビームは、光ビームのコリメーションの大部分を保存しながら、反射または透過することができる。コヒーレント散乱によって回折が生じうる。
【００４４】
フォトニック結晶構造、たとえばフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）の従来の研究は、ファイバに沿って光を案内するファイバのコアを取り囲む長手方向の孔などの、散乱部位の周期的配列の使用に集中していた。ＰＣＦはガラス繊維であってよい。コア内への光の閉じ込めは、ファイバ内の孔の特定の配列によって生じるフォトニックバンドギャップに起因する。ファイバ内の孔の配列が非対称であることによって、ファイバは偏光依存性の導波特性を示すことができる。しかし、重要なことは、これらの偏光依存性の特性が、ファイバ中に使用される材料の複屈折に依拠するものではないということである。
【００４５】
本明細書において開示される種類の光学素子は、上記のようなＰＣＦの研究において使用されるガラス繊維とは大きく異なる。第１に、本発明の光学素子は散乱ファイバを含むが、ガラスＰＣＦは散乱部位として孔を使用している。ある実施形態においては、本発明の光学素子の材料は少なくとも１種類の複屈折材料を含むが、従来技術のＰＣＦは等方性材料のみを含む。また、ポリマー中の光学的損失はガラス中よりも大きいため、長手方向に閉じ込められるフォトニック結晶構造中にポリマー材料は通常使用されない。本発明のある実施形態においては、光学素子は側方から照明されることによって、光学素子を通過する光路の長さが比較的短く、そのため、ポリマー材料中で生じる光学的損失は小さくなり、事実上無視することができる。したがって、本明細書に記載される光学素子中にポリマー材料を使用しても、入射光の損失が大きくなることはない。さらに、従来技術のポリマーおよびガラスのＰＣＦは、等方性材料のみを使用しており、複屈折材料は使用していない。
【００４６】
ある実施形態においては、光学素子の断面にわたった散乱ファイバの密度（充填率とも呼ばれる）は比較的均一であってよく、光学素子の実質的に断面全体にわたって散乱ファイバを配置することができる。散乱ファイバの全断面積は、光学素子の断面積の１％〜９５％、好ましくは１０％〜９０％、より好ましくは１０％〜５０％を構成することができる。光学素子全体にわたって充填率が均一である必要はない。しかし、従来技術のＰＣＦの散乱部位は、通常、ファイバの中心コアの周囲に集中しており、コアを取り囲む大きな領域には散乱部位がない。したがって、散乱部位の断面積は、従来技術のＰＣＦの全断面積のごく一部である。
【００４７】
本発明の範囲は、複合ファイバ内の散乱ファイバのあらゆる配列を含むことを意図している。ある例示的な配列においては、散乱ファイバの相対位置、散乱ファイバの大きさ、および散乱ファイバとマトリックス材料との間の屈折率差は、所望のスペクトル選択的特性を複合ファイバに付与するために設定することができる。このようなスペクトル選択的特性の例としては、反射および透過が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ある実施形態の光学素子においては、散乱ファイバの断面位置によって、入射光をインコヒーレント散乱させることができる。別の実施形態においては、散乱ファイバの位置によって、散乱光のコヒーレント効果を生じさせて、フォトニック結晶特性を引き起こすことができる。
【００４８】
可能な散乱ファイバ配列の非網羅的な選択を示した、さらに別の例示的な実施形態の光学素子について以下に説明する。
【００４９】
例示的な実施形態の光学素子３００を概略的に図３Ａに示しており、一部の散乱ファイバ３０４は正方形の配列で規則的に配列されており、散乱ファイバがない特定の領域３０６の配列を有する。別の例示的な実施形態の光学素子３１０を概略的に図３Ｂに示しており、散乱ファイバ３０４は、中心３０８の周りに同心パターンで配列することができる。散乱ファイバ３０４を（図示されるように）中心３０８に配置してもよいし、中心３０８には散乱ファイバ３０４が存在しなくてもよい。
【００５０】
散乱ファイバ３０４の大きさ、および隣接する散乱ファイバ３０４間の間隔の大きさは、透過および／または反射などの特定の光学的性質に応じて選択することができる。図３Ｂに示される例においては、散乱ファイバ３０４は、六角形の格子によって設定される位置で環状に配置されているのが示されている。これは必要条件ではなく、たとえば図３Ｃの例示的な素子３２０で概略的に示されるように、中心３０８の周りに放射状の同心パターンで散乱ファイバ３０４を形成することもできる。この例示的な実施形態においては、パターンの中心３０８にファイバ３０４が存在しない。
【００５１】
ある実施形態においては、散乱ファイバはすべてが同じ断面寸法を有するわけではない。たとえば、図４Ａおよび図４Ｂにそれぞれ概略的に示される実施形態の光学素子４００および４１０に示されるように、素子４００、４１０は、異なる断面寸法の散乱ファイバ４０４を含むことができる。これらの特定の実施形態においては、散乱ファイバ４０４ａは散乱ファイバ４０４ｂよりも断面が相対的に大きい。散乱ファイバ４０４は、少なくとも２種類の異なる寸法の群に分けることができるし、さらにはすべてが異なる寸法であってもよい。実際、散乱ファイバ４０４の寸法は、１つの値ではなくある範囲内に入ることができる。さらに、異なる散乱ファイバ４０４は、異なる材料でできていてよい。
【００５２】
ある実施形態においては、散乱ファイバ４０４は、規則的な格子パターンに対応する位置にあるが、その格子パターンのすべての位置が散乱ファイバ４０４によって示される必要はなく、そのような場合が、図４Ｂに示される例示的な素子４１０に示されており、これは、六角形パターン上に配列されたファイバ４０４を含み、散乱ファイバ４０４によって占有されない格子位置によって一部の間隙４０６を有する。さらに、特定の寸法の散乱ファイバの位置は、規則的な場合もあるし不規則な場合もある。図面において、図４Ａに示される素子４００中の大きいファイバ４０４ａおよび小さいファイバ４０４ｂは、それぞれ交互の列で規則的に配列している。しかし、このことは必要ではなく、ファイバ４０４ａおよび４０４ｂを異なるパターンで配列することもできる。さらに、散乱ファイバの断面配列は、１つ以上の対称軸を有することができるし、あるいは全体的に対称軸が存在しなくてもよい。
【００５３】
散乱ファイバは、マトリックスの断面に沿って、ある方向では規則的に配列し、別の方向での間隔はあまり規則的でなくてもよい。さらに、散乱ファイバ間の間隔は、マトリックスの断面全体で同じである必要はなく、マトリックス４０２のある領域から別の領域までで変化していてもよい。たとえば、図４Ｃに概略的に示される例示的な素子４２０では、散乱ファイバ４０４の列の間の間隔は、マトリックス４０２の一方の側から他方の側までで増加しており、すなわち、マトリックス４０２のｚ方向における異なる位置では間隔が異なる。
【００５４】
別の実施形態においては、マトリックスの幅、すなわちｙ方向に沿って間隔が変化してもよいし、あるいはｙ方向およびｚ方向の両方に沿った異なる位置で間隔が変化してもよい。たとえば、図４Ｄに示される実施形態において、光学素子４３０は、マトリックス４０２内に埋め込まれた散乱ファイバ４０４を有する。この特定の実施形態においては、隣接する散乱ファイバ４０２の間の中心間距離は、図面の中央のある領域において、両側の隣接する領域よりも減少し、その結果、散乱ファイバ４０４が占める断面積の分率である充填率は、その領域において増加する。このような充填率の変動は、たとえば、光源４３６からの素子を透過する光の均一性を改善するために有用となりうる。これは、たとえば、直接照射されるＬＣＤの照明を均一にする場合に重要となることがあり、それによって、スクリーンの照明に使用される電球の不連続な性質によるスクリーン全体にわたる輝度のばらつきを観察者は見なくてすむ。均一拡散体の後方に光源が配置される場合、その拡散体を透過する光の輝度は光源上で最高となる。充填率の変動を使用することで、光源のすぐ上の拡散量を増加させることができ、それによって透過光強度の不均一性を軽減することができる。
【００５５】
別の実施形態においては、散乱ファイバ４０４の断面寸法は、マトリックス４０２のある領域から別の領域までで変化させることができる。たとえば、図４Ｅに概略的に示される例示的な光学素子４４０において、散乱ファイバ４０４の断面寸法は、マトリックス４０２の一方の側から他方の側までで変化している。特に、図示される実施形態の場合、散乱ファイバ４０４の直径は、ｚ方向に沿った異なる位置で増加している。別の実施形態においては、断面寸法は、マトリックスの幅に沿って、すなわちｙ方向に沿った異なる位置で変化させることができるし、あるいはｙ方向およびｚ方向の両方に沿った異なる位置で変化させることもできる。
【００５６】
例示的な光学素子４４０において、ｚ方向に沿ったファイバ４０４の中心間距離は一定であるが、ｚ方向に沿った位置でファイバの寸法が増加しているため、ファイバ４０４間の距離はｚ方向で減少している。別の実施形態においては、マトリックス４０２の断面の異なる位置でファイバの中心間距離および／または断面寸法の両方を変化させることができる。
【００５７】
さらに、散乱ファイバ４０４は、その長さに沿って断面寸法が均一である場合もあるし、散乱ファイバの長さに沿った異なる位置で断面寸法が異なる場合もある。このような変動の例を図４Ｆ〜図４Ｉに概略的に示しており、これらの図は、ｘｙ面における光学素子の長さ方向の断面図を示しており、散乱ファイバの側面図を示している。図４Ｆに示される実施形態において、光学素子４５０は、マトリックス４５２内に埋め込まれた散乱ファイバ４５４を含む。この特定の実施形態においては、散乱ファイバ４５４は、断面寸法が他と異なる領域４５６を有する。このような領域は、たとえば、散乱ファイバポリマーに対する圧力を一時的に低下させながら素子４５０を同時押出することによって製造することができる。あるいは、散乱ファイバポリマーに対する圧力を一時的に増加させることによって、大きな断面の領域４５８を形成することもできる。
【００５８】
図４Ｇに概略的に示される別の一実施形態において、光学素子４６０は、マトリックス４６２内に散乱ファイバ４６４を含み、散乱ファイバ４６４の断面の幅は一部の領域４６６において０まで減少している。これは、同時押出中の散乱ファイバポリマーの圧力をより大きく減少させることによって実現することができる。
【００５９】
すべての散乱ファイバの断面寸法が同じように変動する必要はない。たとえば、図４Ｈおよび４Ｉは、それぞれ図４Ｆおよび図４Ｇに類似した断面を示しているが、一部の散乱ファイバ４５４ａ、４６４ａは均一な断面寸法を有し、他の散乱ファイバ４５４ｂ、４６４ｂは断面寸法が変動している。このような一部の散乱ファイバ４５４ｂ、４６４ｂの変動は、たとえば、散乱ファイバポリマーの同時押出フィードブロックへの投入部分を２つ有することによって実現することができる。一方の投入部分には一定圧力をかけることで、一定断面の散乱ファイバ４５４ａ、４６４ａが形成され、他方の入力部分では、加える圧力を変動させることによって、断面が変動する散乱ファイバ４５４ｂ、４６４ｂが形成される。
【００６０】
散乱ファイバの寸法は、入射光の散乱に対して大きな影響を与えることができる。散乱有効性のプロットとして、規格化されスケール変更された光学的厚さ（ＮＳＯＴ）を散乱ファイバの平均半径の関数として図５に示している。ＮＳＯＴの値は次式によって求められる。
【００６１】
ＮＳＯＴ＝τ（１−ｇ）／（ｔｆ）
【００６２】
上式中、τは、光学的厚さであってｔｋに等しく、ｋは、単位体積当たりの消光断面積（消光に関する平均自由行程の逆数）であり、ｔは拡散体の厚さであり、ｆは拡散体の体積分率であり、ｇは非対称パラメータである。ｇの値は、純粋な前方散乱の場合には＋１であり、純粋な後方散乱の場合には−１であり、前方散乱と後方散乱とが同じである場合には０である。プロットを作製するために使用した計算では、入射光の真空波長が５５０ｎｍであり、散乱ファイバが円形の断面を有すると仮定した。
【００６３】
図から分かるように、可視光の散乱有効性は半径約０．１５μｍがピークとなっており、約５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の半径にわたって最大の約半分の値を有する。散乱ファイバは、あらゆる所望の断面寸法を有することができるが、中央の入射光が約５５０ｎｍの場合には断面寸法は、約５０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内、より好ましくは約１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内とすることができる。断面寸法は、散乱ファイバがほぼ円形の断面を有する場合には直径であり、非円形ファイバ断面の場合は散乱ファイバの幅とすることもできる。入射光波長がスペクトルの可視領域の外側、たとえば紫外領域または赤外領域にある用途に光学素子が使用される場合には、散乱ファイバの寸法は異なっていてもよい。一般に、散乱ファイバの断面寸法の好ましい範囲は、約λ／１０〜約４λであり、ここでλは光の真空波長である。光がある波長範囲内にある場合、λの値は波長範囲の中心値とすることができるが、複合ファイバには、ある範囲の寸法を有する散乱ファイバを提供することもできる。
【００６４】
散乱ファイバが小さすぎる場合、たとえば、複合ファイバ内の光の波長の約３０分の１未満、または真空中で５５０ｎｍの光の場合に約０．０１２μｍ未満である場合であって、散乱ファイバの密度が十分高く、たとえば複合ファイバの体積の約６０％〜８０％の範囲内である場合には、任意の特定の軸に沿った散乱ファイバおよびフィラーの屈折率の間にある程度存在する有効屈折率を有する媒体として、その素子が機能することができる。そのような場合、光の散乱はわずかとなる。散乱ファイバの断面寸法が光の波長よりも十分大きくなる場合、たとえば波長の少なくとも約３倍以上になる場合、散乱効率は非常に低くなり、真珠光沢効果が生じる場合がある。
【００６５】
散乱ファイバは、断面が円形であってもよいが、円形である必要はなく、他の断面形状を有することもできる。図６Ａに概略的に示される例示的な光学素子６００においては、マトリックス６０２には正方形の断面を有する散乱ファイバ６０４が埋め込まれている。他の断面形状を使用することができ、たとえば、たとえば三角形、長方形、六角形などの規則的および不規則な多角形、あるいは曲線および直線の辺を組み合わせた断面形状を使用することができる。図面に示される断面形状のみを有する散乱ファイバに本発明が限定されることを意図するものではない。非円形断面を有する散乱ファイバの使用は、光学素子の断面領域のより大きな部分を散乱ファイバが満たすことができるので、ファイバの中心間距離が不均一である場合に有用である。たとえば、散乱ファイバが長方形の格子上に配列され、中心間距離がｙ方向でｚ方向の２倍となるとき、散乱ファイバがｙ方向の長さがｚ方向の長さの２倍である楕円形断面を有する場合の方が、散乱ファイバが円形である場合よりも、素子の断面の多くの部分を散乱ファイバが満たす。
【００６６】
非円形断面を有する散乱ファイバのさらに別の例示的な配列の一部を、概略的に図６Ｂ〜図６Ｄに示す。非円形散乱ファイバは、断面形状が不規則な方向に配列されるように配列することができる。別の実施形態においては、散乱ファイバの断面は、互いに対して整列させることができる。たとえば図６Ｂにおいて、光学素子６１０は、楕円形断面を有する散乱ファイバ６０４が埋め込まれたマトリックス６０２から形成されている。この特定の実施形態においては、散乱ファイバ６０４は、ｚ軸と平行な楕円形断面長軸に位置合わせされている。言い換えると、楕円形の長軸は、素子６１０の厚さ方向と平行である。図６Ｃに示される例示的な実施形態の光学素子６２０において、楕円形ファイバ６０４は、ｚ軸と平行な楕円形断面の短軸に位置合わせされており、そのためこの楕円形の短軸は素子６２０の厚さ方向と平行になる。
【００６７】
散乱ファイバ６０４の断面形状は、押出ダイの形状によって得られる場合もあるし、あるいは押出後の光学素子の後処理によって得られる場合もある。たとえば、押出成形されたウェブを、幅出しと呼ばれる方法でウェブの横方法に延伸し、それによって、押し出された散乱ファイバの断面形状を変化させることができる。このような可能性の一例を概略的に図６Ｄに示しており、散乱ファイバ６０４の楕円形の断面形状は、楕円形のダイから押し出すことによって得ることができるし、あるいは円形断面を有する散乱ファイバを含むマトリックスの幅出しによって得ることもできる。
【００６８】
散乱ファイバ６０４は、すべての断面を位置合わせされるように配列する必要はなく、異なる散乱ファイバ６０４は、光学素子内で複数の異なる位置合わせを行うことができる。図６Ｃに概略的に示される例示的な実施形態の光学素子６３０において、ファイバ６０４は楕円形の断面を有し、一部のファイバ６０４ａは、長軸がｚ軸と平行になるように配列され、別のファイバ６０４ｂは、短軸がｚ軸と平行になるように配列される。散乱ファイバ６０４の約半分ずつが、それぞれの方向で位置合わせされる。また、ファイバ６０４ａおよび６０４ｂの集団は、素子６３０の断面内で規則的に配列されている。ファイバ６０４ａおよび６０４ｂの集団は、素子６３０の断面内で不規則に配列することもできることは理解できるであろう。
【００６９】
図示される実施形態に対するその他の変形も可能である。たとえば、すべての散乱ファイバが同じ断面形状、大きさ、または位置合わせを有する必要はない。さらに、散乱ファイバは、素子内で複数のパターンを形成するように断面で位置合わせすることができる。そのような素子６４０の特定の一例を図６Ｅに概略的に示す。マトリックス６０２には、楕円形ファイバ６１２と円形ファイバ６１４の２種類の異なる断面形状を有する散乱ファイバが埋め込まれている。図示される実施形態において、楕円形ファイバ６１２は、楕円形断面の短軸が最も近い円形ファイバ６１４に向かうように位置合わせされている。
【００７０】
散乱ファイバが非円形断面を有する場合、その散乱ファイバは、マトリックス内でねじれないで位置することができ、それによって、散乱ファイバの面の１つは、散乱ファイバの長さに沿った素子の１つの面に向かうように配向させることができる。別の例示的な実施形態においては、散乱ファイバがその長手方向軸の周りでねじれることもでき、たとえば、マトリックス内でｘ軸と平行な軸の周りでねじれることができる。したがって、ねじれた散乱ファイバの長さに沿った異なる位置において、散乱ファイバの１つの面は、マトリックスの異なる表面に向かって配向している。
【００７１】
ある実施形態においては、屈折率不整合は、マトリックスの偏光依存性散乱の促進のための主要な要因となるが、複合ファイバの断面形状も散乱に対する影響を有することができる。たとえば、散乱ファイバの断面が楕円形である場合、楕円形の断面形状は、後方散乱光および前方散乱光の両方において非対称拡散に寄与することができる。この効果は、屈折率不整合による散乱量を増加させる場合も減少させる場合もある。
【００７２】
ある実施形態においては、散乱ファイバは、コアおよびシェルの構造を有することができ、この場合コアおよびシェルが、同じ材料または異なる材料からできているか、あるいはコアは中空であるかである。したがって、たとえば、散乱ファイバは、均一または不均一な断面の中空ファイバであってよい。ファイバの内部空間には何も入っていない場合もあるし、あるいは、固体、液体、または気体であってよく、有機でも無機でもよい好適な媒体で占められている場合もある。この媒体の屈折率は、複屈折界面において所望の程度反射または散乱を実現するために、複屈折界面における屈折率差を考慮して選択することができる。好適な等方性および複屈折のポリマー材料についてはすでに前述している。このような散乱ファイバ７０４が埋め込まれたマトリックス７０２を有する例示的な一実施形態の光学素子７００を図７に概略的に示している。ファイバ７０４は、シェル７０８によって取り囲まれたコア７０６を含む。
【００７３】
たとえば、散乱ファイバ７０４とポリマーマトリックス７０２との間の接着に影響を与えるためにシェル７０８を使用することができる。ある実施形態においては、外部層のシェル７０８は、散乱ファイバ７０４とポリマーマトリックス７０２との間の接着力を増加させる材料でできていてもよく、たとえば、ポリエステル樹脂コーティング、シランコーティング、または、ポリマーマトリックスとポリマーファイバとの間の接着力を増加させるためのその他のプライマーを使用することができる。別の実施形態においては、シェル７０８は、散乱ファイバ７０４とマトリックス７０２との間の接着力を低下させる材料、たとえば、フルオロカーボン材料、シリコーン材料などでできていてもよい。ある実施形態においては、たとえばコア７０６とポリマーマトリックス７０２との間である程度の屈折率不整合を生じさせることによって反射防止機能を提供するために、シェル７０８を使用することができる。
【００７４】
本発明の光学素子は、ｘｙ面と平行な主面を有するシートの形態などの平坦な表面を有することができる。本発明の光学素子は、透過光または反射光に対して所望の光学的効果を与えるために構造化された１つ以上の表面を含むこともできる。たとえば、図８Ａに概略的に示される例示的な一実施形態において、マトリックス８０２と多数の散乱ファイバ８０４とで形成された素子８００は、１つ以上の曲面８０６を有することができる。曲面８０６は、表面８０６を透過する光に集束またはデフォーカスの光学的能力を提供する。図示される実施形態においては、光線８０８は、素子８００を透過する光線の例を表しており、屈折曲面８０６によって収束される。別の例示的な実施形態においては、素子８００の入射表面が曲面を有することもできるし、あるいは、入力側および／または出力側のいずれかの上の表面構造が、構造化表面を透過する光に屈折力を提供する他の構造を含むこともできる。このような構造の一例はフレネルレンズ構造である。
【００７５】
構造化表面は、湾曲領域に加えて、またはこれの代わりに、直線領域を含むこともできる。たとえば、図８Ｂに概略的に示される別の例示的な一実施形態において、ポリマーファイバ８２４を含有するマトリックス８２２で形成された素子８２０には、輝度向上表面と呼ばれるプリズム状の構造化表面８２６を設けることができる。輝度向上表面は、たとえば、バックライト液晶ディスプレイにおいて、ディスプレイパネルを照明する光の円錐角を減少させ、それによって観察者への軸上の輝度を増加させるために、一般的に使用されている。この図面は、素子８２０上に垂直でない方向で入射する２つの光線８２８および８２９の例を示している。光線８２８は、素子８２０を透過する偏光状態にあり、さらに、構造化表面８２６によってｚ軸に向かってそれている。光線８２９は、素子８２０によって拡散反射する偏光状態にある。プリズム構造が、図示されるようにファイバ８２４に対して平行になり、ｘ軸に対しても平行になるように、輝度向上表面を配列することができる。別の実施形態においては、このプリズム構造は、ファイバ８２４の方向に対して他の角度となる場合もある。たとえば、リブが、ｙ軸と平行、すなわちファイバ８２４に対して垂直になったり、または、ｘ軸とｙ軸との間のある角度になったりする場合がある。
【００７６】
構造化表面は、あらゆる好適な方法を使用してマトリックス上に形成することができる。たとえば、マトリックス表面を微細複製工具などの工具表面に接触させながらマトリックスを硬化させることで、工具表面が、ポリマーマトリックスの表面上に所望の形状を形成することができる。
【００７７】
散乱ファイバは、光学素子の異なる領域にわたって存在することができる。図８Ｂにおいて、散乱ファイバ８２４は、構造化表面８２６によって形成された構造８２７内には配置されず、素子８２０の本体８０１内にのみ配置されている。別の実施形態においては、散乱ファイバ８２４は、異なるように分布させることもできる。たとえば、図８Ｃに概略的に示される光学素子８３０において、散乱ファイバ８２４は、素子８３０の本体８０１内と、構造化表面８２６によって形成された構造８２７内との両方に配置されている。図８Ｄに概略的に示される別の例において、散乱ファイバは、素子８４０の構造８２７内にのみ配置されており、素子８４０の本体８０１内には配置されていない。
【００７８】
散乱ファイバを含有する光学素子の製造方法の１つは、マトリックスを散乱ファイバとともに同時押出することである。ポリマーファイバの同時押出については、たとえば、繊維科学技術ハンドブック：先端技術の繊維パートＤ、第３巻（Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｆｉｂｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｈｉｇｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｐａｒｔ  Ｄ，Ｖｏｌ．３）；レーウィン（Ｌｅｗｉｎ）およびプレストン（Ｐｒｅｓｔｏｎ）（編）、マーセル・デッカー（Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ）、１９９６年、ＩＳＢＮ  ０−８２４７−９４７０−２においてより詳細にすでに議論されている。特殊な設計のフィードブロックを介した同時押出によって、素子内の所望の位置に散乱ファイバを選択的に配置することができ、異なる形状の散乱ファイバの選択もできるようになる。押出は、たとえばエポキシの場合に一般的に使用されるような反応押出方法であってもよい。別の方法においては、モノマーを押出成形し、その後押出後硬化させることができる（一般にＢステージ材料と呼ばれる）。
【００７９】
同時押出構造、言い換えると、散乱ファイバとともに同時押出されたマトリックスは、同時押出材料は材料が溶融したときに高温で押し出されるため、一般に相互拡散している。また、散乱ファイバとマトリックスとの間にはコーティングは存在しない。あらかじめ形成したファイバの封入または含浸などのポリマー構造の別の製造方法では、マトリックスと散乱ファイバとの間の相互拡散はわずかになる。さらに、これらの技術を使用して製造された構造は、サイズ剤またはカップリング剤などの加工助剤をファイバとマトリックスとの間に加工助剤が使用されることが多い。さらに、同時押出は、散乱ファイバの周囲に気泡が存在するのをより回避しやすく、異なる散乱ファイバ間で所望の間隔をより維持しやすく、フォトニック結晶構造およびその他の構造が得られる。
【００８０】
マトリックス内に散乱ファイバを含有するフィルム素子を製造するための一実施形態の同時押出システム９００を図９Ａ（側面図）および図９Ｂ（正面図）に概略的に示している。２種類の異なるポリマーは、それぞれの入口９０２ａ、９０２ｂに圧送され、分配板９０４まで供給される。分配板９０４によって、第２のポリマーのファイバを含有する第１のポリマーのポリマーマトリックスが形成される。このファイバを含有するマトリックスは、圧縮セクション９０８で１つまたは２つの方向に圧縮され、ダイ９１０によってキャスティングホイール９１２上に押し出されて、押出シート９０６が製造される。結果得られた押出シート９０６が横断方向で約１メートルである場合、このマトリックスは、数百万本のファイバ、たとえば１億本までまたはそれ以上のファイバを含有することができる。
【００８１】
押出成形後、マトリックスおよび散乱ファイバの一方または両方に複屈折を発生させるために、素子の材料を配向させることができる。素子の１つ以上の成分に複屈折を発生させる方法の１つは、１つ以上の方向に素子を物理的に延伸することである。素子は、長さ方向、ファイバ長さに沿って、幅方向、ファイバを横断して、素子の厚さ方向（ｚ方向）、あるいはそれらの組み合わせで延伸することができる。この例においては、シート９０６は、ダウンウェブ方向、クロスウェブ方向、またはウェブの厚さ方向に延伸することができる。素子の寸法は、延伸プロセス中に１つ以上の横断方向で束縛される場合もあるし、緩和させる場合もある。一般に、最高複屈折は、クロスストレッチ方向の寸法を緩和させることによって実現される。
【００８２】
光学素子の少なくとも１つの表面上に構造を形成することができる。たとえば、１組のローラー９１４、９１６の間にシート９０６を通すことによって、シートに表面構造をエンボス加工することができる。ローラー９１４、９１６の少なくとも１つには、エンボス表面を設けることができ、それによって構造化シート９１８を製造することができる。構造化表面を有する素子を提供する別の方法の１つは、構造化フィルムをファイバシート９０６の上に積層することである。
【００８３】
分配板９０４を形成する方法の１つは、フォトリソグラフィー方法であり、図１０Ａ〜図１０Ｅを参照しながらこれより説明する。図１０Ａは、フォトグラフィーによって画定されたレジストの特徴１００２の配列を有する板１００を概略的に示している。これらの特徴１００２は、一時的な構造用板にフォトレジストをコーティングすることによって形成することができる。後で電気めっきステップに板１０００が使用されるので、板１０００は導電性であるか、導電性コーティングを有するかするべきである。さらに、電気めっきされた構造を後で除去できるようにするために、板１０００に追加の層を設けることもできる。
【００８４】
板１０００にフォトレジストをコーティングした後、所望の露光画像を有する放射線にフォトレジストを露光し、次にレジストのエッチング可能領域を溶解させるか、他の方法でエッチングして除去すると、レジスト構造１００２が形成される。次に板１０００にニッケルまたは他の好適な金属をめっきして、レジスト構造１００２の間の容積を満たすことができる。次に、めっきされた金属を、研磨などによって平坦化して、平坦面１００４を形成し、レジスト構造１００２をエッチングにより除去すると、図１０Ｂに概略的に示されるように、平坦面１００４内に一連の孔１００６を形成することができる。表面１００４を研磨するための好適な方法としては、固定研磨剤、スラリー研磨剤、またはこれら２種類の組み合わせを使用した研磨またはラップ仕上げが挙げられる。次に、スパッタリングなどによって、平坦面１００４に導電性金属の薄い層を適用することができる。
【００８５】
次に、２つの孔１００６を連結するスロットを有する別の層を以下の方法で作製する。最初に、図１０Ｂの板１０００をフォトレジストで覆い、これに露光し、エッチングして、図１０Ｃに概略的に示されるような多数のフォトレジスト構造１００８を形成する。各構造１００８は、２つの孔１００６の上に形成されている。次に、板１０００のフォトレジスト構造１００８の間をめっきし、研磨して平坦面１０１０を形成する。次に、フォトレジスト構造１００８をエッチングにより除去して、図１０Ｄに概略的に示されるように表面１０１０内に一連のスロット１０１２を形成する。各スロット１０１２は２つの孔１００６と連絡している。
【００８６】
スロットが形成された表面１０１０の上にフォトレジストの別の層を形成し、ｉ）フォトレジストに露光するステップと、ｉｉ）フォトレジストをエッチングしてフォトレジスト構造を形成するステップと、ｉｉｉ）フォトレジスト構造の間をめっきするステップと、ｉｖ）平坦化によって平坦面を形成するステップと、ｖ）エッチングによってフォトレジスト構造を除去するステップとをさらに１回行い、多数の孔１０１６を有する平坦面１０１４を形成する。孔１０１６は、スロット１０１２と連絡しており、これらのスロットは孔１００６と連絡している。板１０００の上の孔１０１６の数は、孔１００６の数の半分である。したがって、孔１００６、スロット１０１２、および孔１０１６を含有する層の配列は、ポリマーが通過できる経路の数が２倍になる。したがって、上記の順序で形成された、孔の層が付随するスロットの層の各組によって、ポリマー流は２つに分割される。したがって、１０層で３２本のファイバを形成可能、４０層で１００万本のファイバを形成可能、５０層で３３００万本のファイバを形成可能、などとなる。高反射率の散乱ファイバが充填されたポリマーシートは、通常、幅１メートルで厚さ１００μｍのシート中に約１億本の散乱ファイバを含有する。
【００８７】
分配板の別の製造方法の１つは、分岐網目構造を形成するように互いに位置合わせしながら、フライス加工または穿孔処理が行われたシート、たとえば金属シートを積層することである。これらのシートは、たとえば、銀はんだなどの易融金属の薄層を各シートにコーティングし、続いて好適な熱および圧力を加えてシートの積層体を互いに接合させることによって、互いに接合させることができる。少なくとも数層の分配板は、パターン形成されエッチングされたシリコンから作製することもできる。このシリコン層は、注意深く位置合わせして単純に積層することもできるし、シリコン接合方法を使用して接合することもできる。
【００８８】
ある実施形態においては、分配板は、異なるポリマーを中間の数の個別の流れに分割する第１のセクションと、この数の流れをさらに増加させる第２のセクションとの少なくとも２つのセクションで構成されてもよい。第１のセクションは、金属シートのフライス加工またはエッチング、およびそれらの板を互いに接合することなどの１つの方法によって作製することができる。第２のセクションは、第１のセクションに、固定したり、または接合したり、取り外し可能に取り付けたりすることができる。好適な接合方法としては、２つのセクションを互いにはんだ付けする易融金属コーティングの使用、および２つのセクションを取り付けるための連結機構の提供が挙げられる。これら２つのセクションは互いに位置合わせして、構造支持体上に搭載することができる。この支持体は、ポリマー流の圧力下で分配板の機能に影響を与える程度までの変形を起こさず、ポリマーマトリックスおよびファイバを圧縮セクションまで流すことができるように、両方の板を十分支持できることが好ましい。
【００８９】
押出シート内の散乱ファイバの最終的形状は、圧縮セクションに入る前のポリマー流が通過する分配板の最終層の孔の形状と、ポリマーの粘度比との両方に依存する。一般に、低粘度の低い方のポリマーは、粘度が高い方のポリマーの周囲に流れる傾向がある。したがって、ファイバがマトリックスポリマーよりも高粘度であると、マトリックスポリマーがファイバポリマーの周囲に流れることができるので、一般に好ましい。分配板の最終層は、ファイバポリマーの周囲にマトリックスポリマーを流す能力を増加させる形状の孔も含むことができる。たとえば、マトリックスポリマーを流す孔は、ファイバの孔を部分的に取り囲むために延長させることができる。
【００９０】
分配板中の小さな孔は、ポリマー流中の破片および分解生成物でふさがれる可能性がある。したがって、好ましくは分配板の最小孔寸法よりも小さい寸法で、ポリマー流を濾過することができる。フィルターは、ポリマーをフィードブロックに供給するために使用される管材料内、ポリマーが分配板に入る直前、またはその両方に配置することができる。
【実施例】
【００９１】
散乱ファイバを含有する素子を同時押出する一実施例において、１１８枚のレーザー加工した板と、および１１枚のエンドミル加工した板を有し、２つの入口ポートおよび約１０００個の「島」ポートを有する分配板を組み立てた。実質的に同等のポリマー流を有する散乱ファイバが得られるように、フィードブロックを設計した。結果として得られる複合ファイバの形態の同時押出素子の断面を、図１１に写真で示している。この複合ファイバは、テネシー州キングスポートのイーストマン・ケミカル・カンパニー（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮ）より供給されるイースター（Ｅａｓｔａｒ）（登録商標）６７６３であるＰＥＴＧコポリエステルのマトリックスの「海」の中に散乱ファイバの「島」としてのＰＥＮ（９０％）／ＰＥＴ（１０％）コポリマーを含んだ。押出素子は約２００μｍの直径を有した。この押出素子は延伸しなかったが、幾何学的形状を維持しながら延伸する場合には、直径を約２５μｍに到達させることができ、すなわち直径を約８７％減少させることができる。このような延伸において散乱ファイバ間の間隔は約５００ｎｍとなる。散乱ファイバの断面寸法は、２種類の異なるポリマー材料の流量の比率に依存する。
【００９２】
散乱ファイバをマトリックス内に形成する別の方法の１つでは、第１のポリマーがマトリックスとして使用されるが、第２および第３のポリマーが散乱ファイバに使用され、押出フィードブロックの「島」ポートを介して押し出される。ある実施形態においては、第２および第３のポリマーは互いに混和性ではなく、第２および第３のポリマーの少なくとも一方が複屈折である。第２および第３のポリマーを混合して、光学素子中の散乱ファイバとして押し出すことができる。加工することによって、散乱ファイバは、第２および第３のポリマーのそれぞれからの連続相および分散相の両方を含有する。この種の散乱ファイバは分散相散乱ファイバと呼ばれる。分散相散乱ファイバ１２０２を含有する光学素子１２００の一例を、図１２に概略的に示しており、この図には連続相１２０６中に分散相１２０４を含む散乱ファイバ１２０２が示されている。分散相散乱ファイバ１２０２は、マトリックス１２０８に取り囲まれている。別の実施形態においては、散乱ファイバは、第２のポリマーおよび第３の材料から形成することができ、この第３の材料は、液晶材料、液晶ポリマー、またはポリマーである。
【００９３】
散乱ファイバに関する寸法の要求は、種々のあらゆる実施形態で同様である。連続相および分散相を含有する散乱ファイバを含む形に関して所望の大きさを実現するために、所望の動作波長または波長範囲に依存して、散乱ファイバの寸法を適切に増加または減少させる必要がある。
【００９４】
光学素子を形成するための別の方法の１つを、図１３Ａおよび図１３Ｂを参照しながらこれより論ずるが、これは、「複合ポリマーファイバ」（ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＦＩＢＥＲＳ）と題され代理人整理番号（Ａｔｔｏｒｎｅｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．）６０３７１ＵＳ００２を有する２００５年２月２８日に出願された同一の所用者に所有される米国特許出願第１１／０６８，１５８号明細書において論じられている。分離した多数の複合ファイバ１３０１が図１３Ａに示されている。これらのファイバ１３０１は、散乱ファイバ１３０２と、散乱ファイバ１３０２の間のフィラー１３０４とを含有し、たとえば同時押出によって形成することができる。図示される実施形態においては、複合ファイバ１３０１は、正方形の断面を有し、特殊な規則的断面パターンで配列した散乱ファイバ１３０２を有する。この特定のパターンには対称軸は存在しない。円形、楕円形、長方形などの他の形状の複合ファイバ１３０１を使用することができるし、他の断面配列の散乱ファイバ１３０２を使用することもできる。
【００９５】
ファイバ１３０１を互いに融着させることで、たとえば、図１３Ｂに概略的に示されるような、シート形態の光学素子１３１０が形成される。破線は、融着前に存在したファイバ１３０１の間の境界の位置を示している。さまざまな方法を使用して、ファイバ１３０１を互いに融着させることができる。たとえば、圧力および／または熱を加えることによって、ファイバ１３０１を互いに融着させることができる。ファイバ１３０１に熱を加える場合、ファイバの温度が、ファイバ１３０１のポリマー材料の溶融温度に到達する必要はなく、ファイバ１３０１を互いに接着するのに十分高い温度に到達することだけが必要である。たとえば、この温度は、フィラー１３０４のガラス温度Ｔｇよりも高いが、ファイバ１３０１のポリマー構成要素の少なくとも１つの溶融温度よりも低い値となる場合がある。別の方法では、ファイバ１３０１を互いに接着させる材料を、ファイバー１３０１にコーティングしたり、ファイバ１３０１の間の空間に浸透させたりすることができる。このような材料は、たとえば、アクリレートなどの硬化性樹脂であってよい。この接着材料の屈折率が、複合ファイバ１３０１のフィラー材料の屈折率に近いことが好ましい。別の方法では、複合ファイバ１３０１を溶媒で処理することで、複合ファイバ１３０１の表面を粘着性にすることができ、その結果、圧力を加えることで複合ファイバ１３０１を互いに接着させることができる。
【００９６】
ファイバ１３０１は、融着前に個別のファイバとして配列させることができ、これらは融着前に（図示されるように）互いに対して平行に位置合わせすることができる。ある方法では、融合前にファイバ１３０１を互いに平行に位置合わせする必要はない。別の方法では、融着前のファイバ１３０１をトウまたはウィーブで提供することができる。個別のトウまたはウィーブは、融着前に互いに対して位置合わせして配列させる場合もあるし配列させない場合もある。複合ファイバ１３０１は、複屈折ポリマーを配向させるために、融着前または後に延伸することができる。
【００９７】
本発明が、上述の特定の実施例に限定されると見なすべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲に明瞭に記載される本発明のすべての態様を含むものと理解すべきである。本発明が適用可能な種々の変更、等価な方法、ならびに多数の構造は、本明細書を検討すれば、本発明が関連する当業者には容易に明らかとなるであろう。特許請求の範囲は、このような変更および装置を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の原理による、ポリマーマトリックス内に配置された散乱ファイバを含有する光学素子の一実施形態を概略的に示した斜視図である。
【図２Ａ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の実施形態の概略断面図である。
【図２Ｂ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の実施形態の概略断面図である。
【図２Ｃ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の実施形態の概略断面図である。
【図２Ｄ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の実施形態の概略断面図である。
【図３Ａ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の別の実施形態の概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の別の実施形態の概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の別の実施形態の概略断面図である。
【図４Ａ】本発明の原理による、散乱ファイバの断面パターンを示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図４Ｂ】本発明の原理による、散乱ファイバの断面パターンを示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図４Ｃ】本発明の原理による、散乱ファイバの断面パターンを示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図４Ｄ】本発明の原理による、散乱ファイバの断面パターンを示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図４Ｅ】本発明の原理による、散乱ファイバの断面パターンを示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図４Ｆ】本発明の原理による、散乱ファイバの断面パターンを示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図４Ｇ】本発明の原理による、散乱ファイバに沿った断面寸法の変動を示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図４Ｈ】本発明の原理による、散乱ファイバに沿った断面寸法の変動を示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図４Ｉ】本発明の原理による、散乱ファイバに沿った断面寸法の変動を示す、光学素子のさらなる実施形態の概略断面図である。
【図５】散乱ファイバ半径の関数としての光散乱効率を示すグラフである。
【図６Ａ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の別の実施形態の概略断面図である。
【図６Ｂ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の別の実施形態の概略断面図である。
【図６Ｃ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の別の実施形態の概略断面図である。
【図６Ｄ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の別の実施形態の概略断面図である。
【図６Ｅ】本発明の原理による、散乱ファイバを含有する光学素子の別の実施形態の概略断面図である。
【図７】本発明の原理による、コア／シェル散乱ファイバを含有する光学素子の一実施形態の概略断面図である。
【図８Ａ】本発明の原理による、構造化表面を有する光学素子の実施形態の概略断面図である。
【図８Ｂ】本発明の原理による、構造化表面を有する光学素子の実施形態の概略断面図である。
【図８Ｃ】本発明の原理による、構造化表面を有する光学素子の実施形態の概略断面図である。
【図８Ｄ】本発明の原理による、構造化表面を有する光学素子の実施形態の概略断面図である。
【図９Ａ】本発明の原理による光学素子の製造に使用することができるシステムの一実施形態を概略的に示している。
【図９Ｂ】本発明の原理による光学素子の製造に使用することができるシステムの一実施形態を概略的に示す模式図である。
【図１０Ａ】図９Ａおよび９Ｂのシステムに使用することができる分配板の一実施形態の例示的な製造ステップを概略的に示す模式図である。
【図１０Ｂ】図９Ａおよび９Ｂのシステムに使用することができる分配板の一実施形態の例示的な製造ステップを概略的に示す模式図である。
【図１０Ｃ】図９Ａおよび９Ｂのシステムに使用することができる分配板の一実施形態の例示的な製造ステップを概略的に示す模式図である。
【図１０Ｄ】図９Ａおよび９Ｂのシステムに使用することができる分配板の一実施形態の例示的な製造ステップを概略的に示す模式図である。
【図１０Ｅ】図９Ａおよび９Ｂのシステムに使用することができる分配板の一実施形態の例示的な製造ステップを概略的に示す模式図である。
【図１１】マトリックス内に散乱ファイバを含有する同時押出複合ファイバの断面を示す写真である。
【図１２】本発明の原理による、分散相散乱ファイバを含有する光学体の一実施形態の概略部分断面図である。
【図１３Ａ】本発明の原理による融着複合ファイバ光学素子を形成するために、複数の複合ファイバを融着させるステップの実施形態を概略的に示す模式図である。
【図１３Ｂ】本発明の原理による融着複合ファイバ光学素子を形成するために、複数の複合ファイバを融着させるステップの実施形態を概略的に示す模式図である。
【図１】
2008532089.tif 000004
【図２Ａ】
2008532089.tif 000005
【図２Ｂ】
2008532089.tif 000006
【図２Ｃ】
2008532089.tif 000007
【図２Ｄ】
2008532089.tif 000008
【図３Ａ】
2008532089.tif 000009
【図３Ｂ】
2008532089.tif 000010
【図３Ｃ】
2008532089.tif 000011
【図４Ａ】
2008532089.tif 000012
【図４Ｂ】
2008532089.tif 000013
【図４Ｃ】
2008532089.tif 000014
【図４Ｄ】
2008532089.tif 000015
【図４Ｅ】
2008532089.tif 000016
【図４Ｆ】
2008532089.tif 000017
【図４Ｇ】
2008532089.tif 000018
【図４Ｈ】
2008532089.tif 000019
【図４Ｉ】
2008532089.tif 000020
【図５】
2008532089.tif 000021
【図６Ａ】
2008532089.tif 000022
【図６Ｂ】
2008532089.tif 000023
【図６Ｃ】
2008532089.tif 000024
【図６Ｄ】
2008532089.tif 000025
【図６Ｅ】
2008532089.tif 000026
【図７】
2008532089.tif 000027
【図８Ａ】
2008532089.tif 000028
【図８Ｂ】
2008532089.tif 000029
【図８Ｃ】
2008532089.tif 000030
【図８Ｄ】
2008532089.tif 000031
【図９Ａ】
2008532089.tif 000032
【図９Ｂ】
2008532089.tif 000033
【図１０Ａ】
2008532089.tif 000034
【図１０Ｂ】
2008532089.tif 000035
【図１０Ｃ】
2008532089.tif 000036
【図１０Ｄ】
2008532089.tif 000037
【図１０Ｅ】
2008532089.tif 000038
【図１１】
2008532089.tif 000039
【図１２】
2008532089.tif 000040
【図１３Ａ】
2008532089.tif 000041
【図１３Ｂ】
2008532089.tif 000042
【国際調査報告】
2008532089.tif 000043
2008532089.tif 000044