(57)【要約】  ランバート光分布をバットウィング光分布に変換する光透過性基板である。この光透過性基板は、複数のマイクロ構造を含む第１の表面と、第１の表面と反対の基板の面上の第２の表面と、を備える。この基板は、光源からのランバート分布の光を第１の表面で受光するとともに、バットウィング分布へと光を変換して第２の表面から出射するように構成されている。バットウィング分布は、Ｘ軸およびＹ軸からおよそ±３０°〜およそ±６０°におけるピーク強度ならびに天頂における最小強度を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランバート光分布をバットウィング光分布に変換する光透過性基板であって、
複数のマイクロ構造を含む第１の表面と、
前記第１の表面と反対の前記基板の面上の第２の表面と、
を備え、
光源からのランバート分布の光を前記第１の表面で受光するとともに、Ｘ軸およびＹ軸からおよそ±３０°〜およそ±６０°におけるピーク強度ならびに天頂における最小強度を有するバットウィング分布へと前記光を変換して前記第２の表面から出射するように構成された、光透過性基板。
【請求項２】
前記複数のマイクロ構造がそれぞれ、前記第２の表面から離れる方向に延びたピラミッドの形状を有する、請求項１に記載の光透過性基板。
【請求項３】
少なくとも前記マイクロ構造が、屈折率がおよそ１．５の材料で構成され、前記ピラミッドが、およそ７０°〜およそ９５°のルーフ角を有する、請求項２に記載の光透過性基板。
【請求項４】
各ピラミッドが、基部と、前記基部に接続され、前記ピラミッドの先端を含み、前記基部の側面と異なる角度で配設された側面を有する頂部とを有する、請求項２に記載の光透過性基板。
【請求項５】
少なくとも前記マイクロ構造が、屈折率がおよそ１．５の材料で構成され、前記基部の前記側面が、前記第２の表面と実質的に平行な平面に対しておよそ５５°の角度で配設され、前記頂部が、およそ８５°〜およそ９０°のルーフ角を有する、請求項４に記載の光透過性基板。
【請求項６】
前記複数のマイクロ構造がそれぞれ、ピラミッドの錐台および逆ピラミッドの形状の凹部の形状を有する、請求項１に記載の光透過性基板。
【請求項７】
少なくとも前記マイクロ構造が、屈折率がおよそ１．５の材料で構成され、前記錐台の側面が、前記第２の表面と実質的に平行な平面に対しておよそ５５°の角度で配設され、前記逆ピラミッドが、およそ８５°〜およそ９０°のルーフ角を有する、請求項６に記載の光透過性基板。
【請求項８】
前記複数のマイクロ構造がそれぞれ、コーナー・キューブの形状を有する、請求項１に記載の光透過性基板。
【請求項９】
前記第２の表面が、実質的に平面状である、請求項１に記載の光透過性基板。
【請求項１０】
前記第２の表面が、テクスチャを含む、請求項１に記載の光透過性基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／６２３，８９４号「MICROSTRUCTURES FOR TRANSFORMING LIGHT HAVING LAMBERTIAN DISTRIBUTION INTO BATWING DISTRIBUTIONS」に優先権を依拠するものであり、そのすべての内容を本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は、ランバート分布を有する光をバットウィング分布に変換して大きなエリアを均一に照射するマイクロ光透過光学素子およびマイクロ構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、現在の用途に対して急速に、最重要な光生成デバイスとなった。ＬＥＤは本質的に、放出方向（ゼロ度すなわち「天頂」）の最大強度を特徴とするランバート分布の光を放出する。図１に示すように、光強度は、ゼロ度（天頂）放出方向から離れる角度の余弦関数に従って低下し、角度が天頂から９０°に達したらゼロになる。平坦面対象の照射にＬＥＤが用いられる場合、光進行経路長は、対象の場所が異なれば変動する。通常、経路長は、ＬＥＤが最高の光強度を放出するゼロ度方向において最も短く、設計者は、光源密度を増大させて良好な照射均一性を実現せざるを得ない。
【０００４】
ディスプレイのバック・ライト・ユニットまたは大面積の照明プロジェクタ等、低い光源密度で平面の所望のエリア全体に均一または一様な照射を必要とする用途の場合、光源は、ランバート分布と逆に光エネルギーを送達した方が良い。すなわち、たとえば図２に示すように、ゼロ度（天頂）で強度を低くし、天頂から離れた角度で強度を高くする。このような分布プロファイル（図２に示す）は、「バットウィング」分布と称することが多く、均一な照射を実現するのにより望ましい。
【０００５】
たとえばＬＥＤ光源により放出されたランバート分布のバットウィング分布への変換は、形状が特別設計のかさ高な光学レンズを用いることにより、一部の用途（一部の照明用途等）に対して効率的に実現され得る。このような構造は、このようなソリューションを埋め込む構造のかさ高さのため、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ラップトップ・コンピュータ等のディスプレイのようにＬＥＤが用いられる多くの用途においては、実現可能とならない可能性がある。現行の光学レンズよりもコンパクトな構造によって、ランバート分布をバットウィング分布に変換することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤ光源のサイズに対して大きなエリアが実質的に均一に照射され得るように、所望の変換機能を実行してランバート分布を所望のバットウィング分布へと変換するのに、光透過性基板上に作製されたマイクロ光透過構造を使用可能であることが分かっている。本発明の実施形態を以下に説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、ランバート光分布をバットウィング光分布に変換する光透過性基板が提供される。この光透過性基板は、複数のマイクロ構造を含む第１の表面と、第１の表面と反対の基板の面上の第２の表面と、を備える。この基板は、光源からのランバート分布の光を第１の表面で受光するとともに、バットウィング分布へと光を変換して第２の表面から出射するように構成されている。バットウィング分布は、Ｘ軸およびＹ軸からおよそ±３０°〜およそ±６０°におけるピーク強度ならびに天頂における最小強度を有する。
【０００８】
一実施形態において、複数のマイクロ構造はそれぞれ、第２の表面から離れる方向に延びたピラミッドの形状を有する。一実施形態において、少なくともマイクロ構造は、屈折率がおよそ１．５の材料で構成され、ピラミッドは、およそ７０°〜およそ９５°のルーフ角を有する。
【０００９】
一実施形態において、各ピラミッドは、基部と、基部に接続された頂部と、を有する。頂部は、ピラミッドの先端を含み、基部の側面と異なる角度で配設された側面を有する。
【００１０】
一実施形態において、少なくともマイクロ構造は、屈折率がおよそ１．５の材料で構成され、基部の側面は、第２の表面と実質的に平行な平面に対しておよそ５５°の角度で配設され、頂部は、およそ８５°〜およそ９０°のルーフ角を有する。
【００１１】
一実施形態において、複数のマイクロ構造はそれぞれ、ピラミッドの錐台および逆ピラミッドの形状の凹部の形状を有する。一実施形態において、少なくともマイクロ構造は、屈折率がおよそ１．５の材料で構成され、錐台の側面は、第２の表面と実質的に平行な平面に対しておよそ５５°の角度で配設され、逆ピラミッドは、およそ８５°〜およそ９０°のルーフ角を有する。
【００１２】
一実施形態において、複数のマイクロ構造はそれぞれ、コーナー・キューブの形状を有する。
【００１３】
一実施形態において、第２の表面は、実質的に平面状である。
【００１４】
一実施形態において、第２の表面は、テクスチャを含む。
【００１５】
本発明の上記および他の態様、特徴、および特性のほか、関連する構造要素の動作方法および機能ならびに製造の部品および費用の組合せについては、添付の図面を参照しつつ、以下の説明および添付の特許請求の範囲を考慮することによって、より明らかとなるであろうが、これらはすべて、本明細書の一部を構成する。ただし、図面は例示および説明を目的としたものに過ぎず、本発明の限定の定義付けの意図ではないことが明示的に了解されるものとする。本明細書および特許請求の範囲で使用する「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」といった単数形には、文脈上の別段の明確な指示のない限り、複数の対象物を含む。
【００１６】
以下の図面の構成要素は、本開示の一般原理を強調するように示しており、必ずしも原寸に比例して描かれてはいないが、図面のうちの少なくとも１つは、原寸に比例して描かれている可能性がある。対応する構成要素を指定する参照文字は、一貫性および明瞭性のため、必要に応じて図面全体を通して繰り返される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ランバート強度分布の２次元極座標図である。
【図２】バットウィング型強度分布の２次元極座標図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、光透過性基板の模式側面図である。
【図４Ａ】ＬＥＤ光源およびマイクロ構造を有する一対の光透過性基板の等角模式図である。
【図４Ｂ】図４Ａの基板の単一のマイクロ構造の等角模式図である。
【図５Ａ】ルーフ角が９０°のマイクロ構造を有する図４Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図５Ｂ】図５Ａの３次元極座標図の上面図である。
【図５Ｃ】ルーフ角が９０°のマイクロ構造を有する図４Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図５Ｄ】ルーフ角が８５°のマイクロ構造を有する図４Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図５Ｅ】屈折率が１．５かつルーフ角が８５°のマイクロ構造を有する図４Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図５Ｆ】屈折率が１．６かつルーフ角が８５°のマイクロ構造を有する図４Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る、ＬＥＤ光源およびマイクロ構造を有する単一の光透過性基板の等角模式図である。
【図６Ｂ】図６Ａの基板の単一のマイクロ構造の等角模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｂの単一のマイクロ構造の模式上面図である。
【図７Ａ】ルーフ角が９０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図７Ｂ】図７Ａの３次元極座標図の上面図である。
【図７Ｃ】屈折率が１．５かつルーフ角が９０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図７Ｄ】屈折率が１．６かつルーフ角が９０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図７Ｅ】ルーフ角が８０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図７Ｆ】ルーフ角が８０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図７Ｇ】ルーフ角が７０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図７Ｈ】ルーフ角が７０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図７Ｉ】ルーフ角が６０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図７Ｊ】ルーフ角が６０°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図７Ｋ】ルーフ角が１００°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図７Ｌ】ルーフ角が１００°のマイクロ構造を有する図６Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る、ＬＥＤ光源およびマイクロ構造を有する単一の光透過性基板の等角模式図である。
【図８Ｂ】図８Ａの基板の単一のマイクロ構造の等角模式図である。
【図８Ｃ】図８Ｂの単一のマイクロ構造の模式上面図である。
【図９Ａ】図８Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図９Ｂ】図９Ａの３次元極座標図の上面図である。
【図９Ｃ】屈折率が１．５のマイクロ構造を有する図８Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図９Ｄ】屈折率が１．６のマイクロ構造を有する図８Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る、マイクロ構造の等角模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る、マイクロ構造の等角模式図である。
【図１２Ａ】本発明の一実施形態に係る、ＬＥＤ光源およびマイクロ構造を有する単一の光透過性基板を示した図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの単一のマイクロ構造を示した図である。
【図１３Ａ】図１２Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの３次元極座標図の上面図である。
【図１３Ｃ】図１２Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態に係る、マイクロ構造を有する光透過性基板の等角図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図１４Ｃ】図１４Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図１５Ａ】本発明の一実施形態に係る、マイクロ構造を有する光透過性基板の等角図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の３次元極座標図の等角図である。
【図１５Ｃ】屈折率が１．５のマイクロ構造を有する図１５Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【図１５Ｄ】屈折率が１．６のマイクロ構造を有する図１５Ａの実施形態の場合の伝播バットウィング強度分布の２次元極座標図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態は、ＬＥＤ等の光源から受光したランバート強度分布を、天頂から離れてＸ軸およびＹ軸からおよそ±３０°〜およそ±６０°における最大強度ならびに天頂における最小強度を有するバットウィング強度分布へと変換する所望の効果をもたらし得るマイクロ構造を有する光透過性基板を提供する。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態に係る、ランバート光分布をバットウィング光分布に変換する光透過性基板１００の模式図である。基板１００は、複数のマイクロ構造１１２を含む第１の表面１１０と、第１の表面１１０と反対の基板１００の面上の第２の表面１２０と、を備える。
【００２０】
以下により詳しく論じる通り、基板１００は、光源からのランバート分布の光を第１の表面１１０で受光するとともに、バットウィング分布へと光を変換して第２の表面１２０から出射するように構成されている。得られるバットウィング分布は、Ｘ軸およびＹ軸からおよそ±３０°〜およそ±６０°の範囲におけるピーク強度ならびに天頂における最小強度を有するのが望ましい。一実施形態において、光透過性基板１００は、Ｘ軸およびＹ軸からおよそ±４５°におけるピーク強度ならびに天頂における最小（ほぼゼロ）強度を有するバットウィング分布を与えてもよい。本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも光透過性マイクロ構造は、屈折率がおよそ１．５の材料で構成されるが、所望の効果が実現され得る限りは、異なる屈折率の材料が用いられてもよい。本発明のいくつかの実施形態において、基板のその他の部分は、屈折率が同様におよそ１．５であるか、または、屈折率がマイクロ構造の屈折率と整合もしくは実質的に整合する材料で構成された膜である。赤外線を放出する光源の場合は、可視光域において透明となり得ない赤外透過材料が用いられてもよい。本発明の種々実施形態を以下により詳しく説明する。
【００２１】
図４Ａは、互いに直交配向した複数のマイクロ構造４１２を第１の表面４１０Ａ、４１０Ｂ上にそれぞれ有し、ランバート分布の光を出力する光源４３０の上方に配置された２つの光透過性基板４００Ａ、４００Ｂを示している。光透過性基板４００Ａ、４００Ｂの第１の表面４１０Ａ、４１０Ｂは、光源４３０側に向き、基板４００Ａ、４００Ｂの第２の表面４２０Ａ、４２０Ｂは、光源４３０の反対側を向いている。図４Ｂは、単一のマイクロ構造４１２をさらに詳しく示している。図示のように、マイクロ構造４１２は、いわゆるルーフ角すなわち頂点α（図３参照）が９０°のリッジの形態である。
【００２２】
光源４３０から放出された光は、光源４３０に最も近い第１の基板４００Ａにその第１の表面４１０Ａを介して入射し、第１の基板４００Ａからその第２の表面４２０Ａで出射し、第２の基板４００Ｂにその第１の表面４１０Ｂで入射し、第２の基板４００Ｂからその第２の表面４２０Ｂで出射する。マイクロ構造４１２の異なる配向（すなわち、互いに実質的に垂直である）により、光が２つの異なる方向に曲がって拡がるため、光透過性基板４００Ａ、４００Ｂの一方のみが用いられる場合よりも正味の拡散が強く、Ｘ軸およびＹ軸に対して異なる方向となる。
【００２３】
図５Ａ〜図５Ｃは、屈折率が１．５で、図４Ａに示すように配置された２つの光透過性基板４００の組合せにより与えられる光分布の３次元および２次元表現を示している。図示のように、光エネルギーは、ゼロ度（天頂）放出方向から逸れるのみならず、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、基本となるＸ軸およびＹ軸から約４５°の４つの方向に押しやられる。光は通常、これらの方向に沿って、より高い強度が望まれる対象エリアに達する最も長い経路長を進行する。このような分布は、バック・ライト・ディスプレイまたは（倉庫を照らす場合のような）大面積照明用途等、複数の光源が実質的な正方形アレイに配置された場合に望ましいと考えられる。図５Ｃは、図５Ａおよび図５Ｂにより表される光強度分布の２Ｄ極座標プロットである。
【００２４】
両基板４００上のプリズム角αは、出力分布を最適化するように調整されていてもよい。たとえば、一実施形態において、基板４００上のリッジ４１２のルーフ角αは、８５°であってもよい。図５Ｄは、屈折率が１．５で、リッジ４１２のルーフ角が８５°であり、図４Ａに示すように配置された２つの光透過性基板４００の組合せにより与えられる光分布の３次元表現を示している。図５Ｅは、図５Ｄにより表される光強度分布の２Ｄ極座標プロットである。図５Ｆは、屈折率が１．６で、リッジ４１２のルーフ角が８５°であり、図４Ａに示すように配置された２つの光透過性基板４００の組合せにより与えられる光強度分布の２Ｄ極座標プロットである。図５Ｅおよび図５Ｆの比較により、屈折率が基板のバットウィング拡散性能に及ぼす影響が示される。
【００２５】
一方または両方の基板の第２の表面４２０へのテクスチャの追加によって、分布プロファイルを微調節するとともに、光透過効率を向上させるようにしてもよい。
【００２６】
図６Ａは、第１の表面６１０上に複数のマイクロ構造６１２を有する光透過性基板６００の一実施形態を示している。本実施形態において、マイクロ構造６１２は、それぞれが４つの面を有し、ランバート分布の光を出力するＬＥＤ光源６３０の上方に配置されたマイクロピラミッドのアレイの形態である。図６Ａに示すように、光は、マイクロピラミッド６１２のアレイを有する第１の表面６１０を介して基板６００に入射し、第１の表面６１０と反対の基板６００の面上の第２の表面６２０から出射する。マイクロ構造６１２はそれぞれ、ルーフ角α（図３参照）が９０°であり、図６Ｂ（斜視図）および図６Ｃ（上面図）においてさらに詳しく示している。出力分布を最適化するようにピラミッドのルーフ角が調整されてもよく、また、基板６００の第２の表面６２０へのテクスチャの追加によって、分布プロファイルを微調節するとともに、光透過効率を向上させるようにしてもよい。
【００２７】
屈折率が１．５の基板６００により与えられる光分布の３次元変換の表現を図７Ａおよび図７Ｂに示す。本実施形態において、光エネルギーは、ゼロ度放出方向から逸れるのみならず、図示のように、基本となるＸ軸およびＹ軸から約４５°の４つの方向に押しやられる。光は通常、これらの方向に沿って、より高い強度が望まれる対象エリアに達する最も長い経路長を進行する。図７Ｃは、図７Ａおよび図７Ｂにより表される光強度分布の２Ｄ極座標プロットである。
【００２８】
図７Ｄは、屈折率が１．６で、マイクロピラミッドのルーフ角αが９０°である基板６００により与えられる光強度分布の表現の２Ｄ極座標プロットである。図７Ｃおよび図７Ｄの比較により、屈折率が基板６００のバットウィング拡散性能に及ぼす影響が示される。
【００２９】
図７Ａ〜図７Ｃおよび図７Ｅ〜図７Ｌにより示すように、マイクロピラミッド６１２のルーフ角αは、屈折率が１．５の基板６００により与えられる光分布に影響を及ぼす。図示のように、（図７Ｅおよび図７Ｆにより表される）８０°ならびに（図７Ｇおよび図７Ｈにより表される）７０°というルーフ角αは、（図７Ａ〜図７Ｃにより表される）９０°と比較して、ゼロ度光強度のほか、バットウィング分布の形状が異なる。（図７Ｉおよび図７Ｊにより表される）６０°ならびに（図７Ｋおよび図７Ｌにより表される）１００°というルーフ角αは、ゼロ度光強度が異なる一方、バットウィング分布は与えない。本発明の実施形態によれば、マイクロピラミッド６１２のルーフ角αは、屈折率が１．５の基板に対して、７０°〜９５°の範囲にある。
【００３０】
図８Ａは、第１の表面８１０上にマイクロ構造８１２のアレイを有する光透過性基板８００を示している。本実施形態において、マイクロ構造８１２は、ランバート分布の光を出力するＬＥＤ光源８３０の上方に配置されたハイブリッド・マイクロピラミッドのアレイの形態である。図８Ａに示すように、光は、ハイブリッド・マイクロピラミッド８１２のアレイを有する第１の表面８１０を介して基板８００に入射し、第１の表面８１０と反対の基板８００の面上の第２の表面８２０から出射する。図８Ｂおよび図８Ｃは、ハイブリッド・マイクロピラミッド８１２をさらに詳しく示している。図示のように、ハイブリッド・マイクロピラミッド８１２の頂部８１４のルーフ角α（図３参照）が８５°であり、ハイブリッド・マイクロピラミッド８１２の底部（錐台）８１６のルーフ角αが７０°であってもよい。底部８１６のルーフ角αが７０°である実施形態において、底部８１６の側面８１８はそれぞれ、角度β（図３参照）が５５°で配設されている。一実施形態において、頂部８１４は、ルーフ角αが８５°〜９０°であってもよい。
【００３１】
屈折率が１．５の基板８００により与えられる光分布の３次元変換の表現を図９Ａおよび図９Ｂに示す。図示のように、ハイブリッド・マイクロピラミッドは、上述のピラミッド６１２等の「単純」なピラミッドと比較して、性能が向上し得る。本実施形態において、光エネルギーは、ゼロ度放出方向からさらに逸れるのみならず、図示のように、基本となるＸ軸およびＹ軸から約４５°の４つの方向に押しやられる。光は通常、これらの方向に沿って、より高い強度が望まれる対象エリアに達する最も長い経路長を進行する。図９Ｃは、図９Ａおよび図９Ｂにより表される光強度分布の２Ｄ極座標プロットである。
【００３２】
図９Ｄは、屈折率が１．６で、ハイブリッド・マイクロピラミッド８１２の頂部８１４のルーフ角α（図３参照）が８５°かつ底部８１６のルーフ角αが７０°である基板８００により与えられる光強度分布の表現の２Ｄ極座標プロットである。図９Ｃおよび図９Ｄの比較により、屈折率が基板６００のバットウィング拡散性能に及ぼす影響が示される。
【００３３】
ピラミッドのルーフ角αは、頂部８１４および底部８１６に対して、出力分布を最適化するように調整されてもよい。基板８００の第２の表面８２０へのテクスチャの追加によって、分布プロファイルを微調節するとともに、光透過効率を向上させるようにしてもよい。図９Ａ〜図９Ｃは、２つの部分および鋭いエッジならびに２つの部分間の遷移部を有するハイブリッド・ピラミッドを示すものの、ハイブリッド・ピラミッドが３つ以上の部分を有することおよび／またはハイブリッド・ピラミッドのファセットが湾曲することによって、変換のさらなる微調節および性能の最適化のための柔軟性が付加されてもよいことが考えられる。たとえば、図１０は、図８Ａのマイクロ構造８１２に使用可能な３分割ハイブリッド・マイクロピラミッド１０００を示しており、図１１は、図８Ａのマイクロ構造８１２に使用可能な湾曲ファセット・ハイブリッド・マイクロピラミッド１１００を示している。
【００３４】
図１２Ａは、第１の表面１２１０上にマイクロ構造１２１２のアレイを有する光透過性基板１２００を示している。本実施形態において、マイクロ構造１２１２は、ランバート分布の光を出力するＬＥＤ光源１２３０の上方に配置された「折り畳み」マイクロピラミッドのアレイの形態である。図１２Ａに示すように、光は、折り畳みマイクロピラミッド１２１２のアレイを有する第１の表面１２１０を介して基板１２００に入射し、第１の表面１２１０と反対の基板１２００の面上の第２の表面１２２０から出射する。図１２Ｂは、折り畳みマイクロピラミッド１２１２をさらに詳しく示している。図示のように、折り畳みマイクロピラミッドは、錐台または基部１２１４と、マイクロピラミッドの形状を基部１２１４に有する凹部１２１６と、を有するため、単純なピラミッドの先端の下方および基部１２１４中への押し込み、すなわち基部１２１４中への「折り畳み」が行われたように見える構成となっている。基部１２１４および凹部１２１６ともに、ルーフ角α（図３参照）は、９０°であってもよい。
【００３５】
折り畳みピラミッドは、光透過性基板の製造可能性を向上させて、多くのマイクロ構造作製プロセスに関するＺ方向のマイクロ構造の高さ（図３において「ｈ」により表される）の制約を克服し得る。また、折り畳みピラミッドは、作製プロセスが許可し得るよりも大きな高さ（図３のｈ）の構造の機能の実現可能性を与える。一実施形態において、マイクロ構造の高さｈは、およそ１０マイクロメートル〜およそ５０マイクロメートルの範囲であってもよい。ピラミッドのルーフ角は、出力分布を最適化するように調整されてもよい。基板１２００の第２の表面１２２０へのテクスチャの追加によって、分布プロファイルを微調節するとともに、光透過効率を向上させるようにしてもよい。
【００３６】
基板１２００により与えられる光分布の３次元変換の表現を図１３Ａおよび図１３Ｂに示す。本実施形態において、光エネルギーは、ゼロ度放出方向から逸れるのみならず、図示のように、基本となるＸ軸およびＹ軸から約４５°の４つの方向に押しやられる。光は通常、これらの方向に沿って、より高い強度が望まれる対象エリアに達する最も長い経路長を進行する。図１３Ｃは、図１３Ａおよび図１３Ｂにより表される光強度分布の２Ｄ極座標プロットである。
【００３７】
図１４Ａは、上述の光透過性基板の代わりに使用可能な正方形状面を有するコーナー・キューブの形態のマイクロ構造１４１２のアレイを備えた光透過性基板１４００の一実施形態を示している。屈折率が１．５の基板およびマイクロ構造１４１２により与えられる光分布の３次元変換の表現を図１４Ｂに示す。図１４Ｃは、図１４Ｂにより表される光強度分布の２Ｄ極座標プロットである。
【００３８】
図１５Ａは、三角形状面を有するコーナー・キューブの形態のマイクロ構造１５１２のアレイを備えた光透過性基板１５００の一実施形態を示している。屈折率が１．５のマイクロ構造１５１２により与えられる光分布の３次元変換の表現を図１５Ｂに示す。図１５Ｃは、図１５Ｂにより表される光強度分布の２Ｄ極座標プロットである。
【００３９】
図１５Ｄは、屈折率が１．６のマイクロ構造１５１２により与えられる光強度分布の表現の２Ｄ極座標プロットである。図１５Ｃおよび図１５Ｄの比較により、屈折率が基板１５００のバットウィング拡散性能に及ぼす影響が示される。
【００４０】
本明細書に記載の実施形態のいずれかに係る光透過性構造は、当技術分野において既知の多くの技術を用いて形成されてもよい。たとえば、一実施形態において、マイクロ構造の形状は、好適なマスター型ならびに熱硬化性ポリマーもしくは紫外（ＵＶ）光硬化性ポリマーを用いた基板上への成型であってもよいし、圧縮成形等の成形による熱可塑性基板への型押しであってもよいし、押出しエンボス加工または射出成形を用いた基板との同時形成であってもよい。マイクロ構造は、マスターの複製により生成されてもよい。たとえば、Ｒｉｎｅｈａｒｔらに付与された米国特許第７，１９０，３８７Ｂ２号「Systems And Methods for Fabricating Optical Microstructures Using a Cylindrical Platform and a Rastered Radiation Beam」、Ｆｒｅｅｓｅらに付与された米国特許第７，８６７，６９５Ｂ２号「Methods for Mastering Microstructures Through a Substrate Using Negative Photoresist」、および／またはＷｏｏｄらに付与された米国特許第７，１９２，６９２Ｂ２号「Methods for Fabricating Microstructures by Imaging a Radiation Sensitive Layer Sandwiched Between Outer Layers」（本発明の譲受人に譲渡）に記載されているような所望の形状を含むマスターの複製により光拡散器が構成されてもよく、本明細書にすべてが明記されるかの如く、これらの全開示内容を本明細書に援用する。マスター自体は、これらの特許に記載のレーザ走査技術を用いて作製されてもよく、また、これらの特許に記載の複製技術を用いた複製によって拡散器を提供するようにしてもよい。
【００４１】
一実施形態においては、所望のマイクロ構造を感光性材料に形成するホログラム・パターンの生成に、当技術分野において既知のレーザ・ホログラフィが用いられてもよい。一実施形態においては、半導体、ディスプレイ、配線板等に用いられる投影もしくは接触フォトリソグラフィ、ならびに当技術分野において既知の他の共通技術の使用によって、マイクロ構造を感光性材料へと感光させてもよい。一実施形態においては、マスクを用いたまたは集束および変調レーザ光を用いたレーザ・アブレーションの使用によって、印を含むマイクロ構造を材料中に形成するようにしてもよい。一実施形態においては、当技術分野において既知のマイクロマシニング（ダイヤモンド加工としても知られる）の使用により、固形材料から所望のマイクロ構造を形成するようにしてもよい。一実施形態においては、当技術分野において既知の積層造形（３Ｄ印刷としても知られる）の使用により、固形材料中に所望のマイクロ構造を形成するようにしてもよい。
【００４２】
本明細書に記載の光透過性基板の実施形態のいずれかについて、マイクロ構造のルーフ角の調整および／または基板の第２の表面へのテクスチャの追加によって、分布プロファイルを微調節するとともに、光透過効率を向上させるようにしてもよい。また、上述の通り、マイクロ構造の屈折率は、バットウィング拡散性能に影響を及ぼすため、性能を最適化するように調整されてもよい。
【００４３】
本明細書に記載の実施形態は、多くの考え得る実施態様および実施例を表すものであり、必ずしも本開示を任意特定の実施形態に限定する意図はない。代替として、明示的な記載がないとしても、当業者による理解の通り、これら実施形態の種々改良が可能であるとともに、本明細書に記載の種々実施形態の異なる組合せを本発明の一部として使用可能である。
【００４４】
たとえば、側面が４つのピラミッドを記載したが、側面が３つ、５つ、もしくは６つのマイクロ構造等の他の形状または円形（円錐形）の形状も使用可能と考えられる。また、マイクロ構造の表面がパターンもしくはランダム、またはその組合せの変化を有し得ると考えられる。いくつかの実施形態において、マイクロ構造は、対称ではなく非対称の形状を有していてもよく、また、マイクロ構造のアレイは、パターンもしくはランダム、またはその組合せで変化する異なる形状および／またはサイズを有するマイクロ構造を含んでいてもよい。このような如何なる改良も、本開示の主旨および範囲に含まれ、以下の特許請求の範囲による保護が意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図７Ｋ】
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【図７Ｌ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【国際調査報告】
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