特開 2024-79587 反射及び屈折ディフューザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024079587

(43)【公開日】2024-06-11

(54)【発明の名称】反射及び屈折ディフューザ

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/02 20060101AFI20240604BHJP

【ＦＩ】

G02B5/02 C

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023183808

(22)【出願日】2023-10-26

(31)【優先権主張番号】18/072,101

(32)【優先日】2022-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】502151820

【氏名又は名称】ヴァイアヴィ・ソリューションズ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｖｉａｖｉ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100170597

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 直樹

(72)【発明者】

【氏名】タッソ アール エム セールス

【テーマコード（参考）】

2H042

【Ｆターム（参考）】

2H042BA03

2H042BA20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】透過モードで使用されるときに通常は複数の表面によってしか実現できない特定の性能の特徴を実現し得る実効的なビーム成形器を供する反射と屈折の両方の機能を含むディフューザの提供。
【解決手段】第１表面及び該第１表面とは反対の第２表面を有する基板と、反射層と、屈折率ｎがｎ＞１である屈折層を備えるディフューザが開示されている。当該ディフューザを有するシステム及び当該システムの使用方法も開示されている。
【選択図】図１－１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１表面及び該第１表面とは反対の第２表面を有する基板と、
反射層と、
屈折率ｎがｎ＞１である屈折層、
を有するディフューザ。

【請求項2】

請求項１に記載のディフューザであって、前記反射層は、複数の光散乱部を含む、ディフューザ。

【請求項3】

請求項１に記載のディフューザであって、前記複数の光散乱部は、マイクロ構造、回折格子、及びマイクロレンズのアレイから選ばれる、ディフューザ。

【請求項4】

請求項１に記載のディフューザであって、前記反射層は平面状である、ディフューザ。

【請求項5】

請求項１に記載のディフューザであって、前記反射層は湾曲している、ディフューザ。

【請求項6】

請求項１に記載のディフューザであって、前記反射層は、前記基板の全長にわたって延在する、ディフューザ。

【請求項7】

請求項１に記載のディフューザであって、前記反射層は、前記基板の長さに沿った２つ以上の部分に存在し、反射層の各部分は反射材料の存在しない箇所によって分離される、ディフューザ。

【請求項8】

請求項１に記載のディフューザであって、前記屈折層の第２表面は前記反射層の第１表面と接し、前記屈折層の前記第２表面は平面状である、ディフューザ。

【請求項9】

請求項１に記載のディフューザであって、前記屈折層の第２表面は前記反射層の第１表面と接し、前記屈折層の前記第２表面は湾曲している、ディフューザ。

【請求項10】

請求項１に記載のディフューザであって、前記屈折層は、第１表面と、該第１表面とは反対側の第２表面を有し、
前記第２表面は前記反射層と接し、
前記第１表面はディフューザパターンを有する、
ディフューザ。

【請求項11】

請求項１０に記載のディフューザであって、前記反射層はディフューザパターンを有し、前記屈折層のディフューザパターンは前記反射層のディフューザパターンとは異なる、ディフューザ。

【請求項12】

請求項１に記載のディフューザであって、前記屈折層は、前記反射層の全長にわたって延びる、ディフューザ。

【請求項13】

請求項１に記載のディフューザであって、前記屈折層の第１部分は前記反射層の全部にわたって延び、前記屈折層の第２部分は前記基板の一部にわたって延びる、ディフューザ。

【請求項14】

請求項１に記載のディフューザであって、前記屈折層の一部は前記基板の一部と接している、ディフューザ。

【請求項15】

請求項１に記載のディフューザであって、前記基板の前記第２表面は、パターニングされた光学材料を含む、ディフューザ。

【請求項16】

請求項１に記載のディフューザであって、前記屈折層の第１表面は、回折格子、マイクロレンズアレイ、又は周期構造を含む、ディフューザ。

【請求項17】

照明源と、
請求項１に記載のディフューザ、
を備えるシステム。

【請求項18】

システムの使用方法であって、
照明源から、第１表面と、該第１表面とは反対側の第２表面を有する基板と、反射層と、屈折率ｎがｎ＞１である屈折層を含むディフューザへ入り込む照明を受光する段階を有する方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、前記照明の一部は、前記屈折層によって前記反射層へ向かうように送光され、前記送光された照明は、前記反射層によって前記屈折層を介して反対方向に反射される、方法。

【請求項20】

請求項１８に記載の方法であって、前記照明の一部は、前記屈折層によって前記基板へ向かうように送光され、妨害されずに前記ディフューザを透過する、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、第１表面及び該第１表面とは反対の第２表面を有する基板と、反射層と、屈折率ｎがｎ＞１である屈折層を備えるディフューザに関する。当該ディフューザを有するシステム及び当該システムの使用方法も開示されている。

【背景技術】

【0002】

反射ディフューザは様々な用途－たとえば一般的な照明、固体発光、ディスプレイ、バックライト、半導体－において有用である。単一の散乱表面は、入射ビームが、ディフューザ表面を特徴づける様々なマイクロ構造から反射されるときに再導光されるように反射率の大きい材料で製造される。反射ディフューザを製造する単純な方法は、散乱表面をメタライズすることであるが、吸収損失を回避するために、より洗練された誘電コーティングも同様に用いられ得る。反射ディフューザはまた、光路の折り返しを可能にすることによって、システムをより小型に設計することをも容易にし得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

必要なのは、透過モードで使用されるときに通常は複数の表面によってしか実現できない特定の性能の特徴を実現し得る実効的なビーム成形器を供する反射と屈折の両方の機能を含むディフューザである。

【図面の簡単な説明】

【0004】

本開示の特徴が以降の図面による限定ではない例示によって表される。図中、同様の番号は同様の部材を示す。

【図1】図１Ａ～図１は、本発明のある態様によるディフューザの断面を表している。

【図2】図２Ａ～図２は、本発明の他の態様によるディフューザの断面を表している。

【図3】本発明の他の態様によるディフューザの断面を表している。

【図4】本発明の他の態様によるディフューザを含むシステムの断面を表している。

【図5】図５Ａ～図５Ｃは、本発明の他の態様によるディフューザの断面を表している。

【図6】本発明の他の態様によるディフューザを含むシステムの断面を表している。

【0005】

［課題を解決するための手段]
ある態様では、第１表面及び該第１表面とは反対の第２表面を有する基板と、反射層と、屈折率ｎがｎ＞１である屈折層を備えるディフューザが開示されている。

【0006】

他の態様では、第１表面及び該第１表面とは反対の第２表面を有する基板と、反射層と、屈折率ｎがｎ＞１である屈折層を有するディフューザへ入射する照明源からの照明を受ける段階を有するシステムの使用方法が開示されている。

【発明を実施するための形態】

【0007】

簡略化および例示の目的で、本開示は主にその実施例を参照して説明される。以下の説明では、本開示の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細を記載する。しかしながら本開示は、これらの特定の詳細に限定されることなく実施され得ることは容易に明らかであろう。 他の例では、本開示を不必要に不明瞭にしないように、いくつかの方法および構造は詳細に記載されていない。

【0008】

さらに、添付の図に描かれた部材は、追加の構成要素を含み得、これらの図に記載された構成要素のいくつかは、本開示の範囲から逸脱することなく、除去および／または変更され得る。さらに、図に描かれている部材は、縮尺通りに描かれていない場合があり、したがって、要素は、図に示されているものとは異なるサイズおよび／または構成を有する場合がある。

【0009】

前述の一般的な説明も以下の詳細な説明も、例示的かつ説明的なものに過ぎず、本教示の様々な実施形態の説明を提供することを意図していることを理解されたい。

【0010】

広範かつ変形された実施形態では、第１表面１１及び該第１表面１１とは反対の第２表面１２を有する基板１と、反射層２と、屈折率ｎがｎ＞１である屈折層３を備えるディフューザ１０が開示されている。ある態様では、たとえば図１Ａ～図４に示されているように、反射層２は基板１の第１表面１１に接し、かつ、屈折層３は反射層２の一部に接してよい。他の態様では、たとえば図５Ａ～図６に示されているように、反射層２は基板１の第２表面１２に接し、かつ、屈折層３は基板１の一部に接してよい。ディフューザ１０は、入射照明を成形する－パターニングされているか又はパターニングされていない－反射面と共に機能する屈折面を含む反射屈折型ディフューザであってよい。ディフューザ１０は、単一部品で複数の機能を可能にする透過及び反射型微小光学表面の特性を組み合わせることができる。

【0011】

図１Ａ～図１Ｃに示されているように、基板１、反射層２，及び屈折層３の各々は、第１表面（１１，２１，及び３１）及び該第１表面とは反対の第２表面（第１表面に対応して１２，２２，及び３２）を有することができる。このようにして、図１Ａ～図４に示されているように、基板１の第１表面１１は反射層２の第２表面２２と接することができ、反射層２の第１表面２１は屈折層３の第２表面３２と接することができる。あるいはその代わりに、図５Ａ～図６に示されているように、基板１の第２表面１２は反射層２の第１表面２１と接することができ、基板１の第１表面１１は屈折層３の第２表面３２と接することができる。位置について言及するため、第１表面（１１，２１，及び３１）は照明源５０を向き、第２表面（１２，２２，及び３２）は照明源５０から遠ざかる方向を向くものとする。

【0012】

基板１は、第１表面１１及び該第１表面１１とは反対の第２表面１２を有することができる。基板１は、ディフューザ１０を支持することができる基板１は、大きな製造物（たとえば大きなウエハ、ガラスシート、ガラスウエハ、又はプラスチックフィルム）から特別な寸法又は機械で製造され得る（ダイシング基板、コア基板等）。ある態様では、基板１は、モノリシック基板として全体が無機の材料（たとえば溶融シリカ、シリコン、ゲルマニウム等）を含むことができる。他の態様では、基板１は、基板上でコーティングされた無機膜－たとえばガラス基板上に堆積されたＴａ_２Ｏ_５－であってよい。基板１は、透明であると共に透明材料－たとえば入射照明の一部を妨害されずに透過させることを可能にするガラス又はプラスチック－を含むことができる。他の態様では、基板１は不透明であってよい。

【0013】

ある態様では、図１Ａ～図４に示されているように、ディフューザ１０では、反射層２は、基板１の第１表面１１上に存在することができる。他の態様では、図５Ａ～図６に示されているように、反射層２は、基板１の第２表面１２上に存在することができる。反射層２は、反射率の大きな材料で形成されると共に、所望のスペクトル範囲において反射特性を有する任意の材料を含むことができる。たとえば所望のスペクトル範囲において５０％～１００％の反射率を有する任意の材料が含まれてよい。反射性材料の例はアルミニウムである。アルミニウムは、良好な反射特性を有し、高価でなく、かつ、薄膜への形成又は薄膜としての堆積が容易である。他の材料もまたアルミニウムの代わりに用いられ得る。 たとえば銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、ニッケル、コバルト、ニオブ、クロム、スズ、及びこれら若しくは他の金属との結合物、混合物、又は混晶が反射材料として用いられ得る。ある態様では、反射材料は、白色又は淡色金属であってよい。他の例では、反射材料は、遷移金属及びランタノイド金属並びにこれらの結合物のみならず、金属カーバイド、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物、又は金属とこれらの金属の１つ以上との結合物又は混合物を含むことができるが、これらに限定されない。

【0014】

反射材料は、複数のスペクトル範囲の光－たとえば可視光（約３８０ｎｍ～約８００ｎｍ）、紫外光（約２００ｎｍ～約４００ｎｍ）、及び赤外光（約８００ｎｍ～約１ｍｍ）－を反射することができる。赤外波長は、近赤外、短波赤外、中赤外、及び長波赤外を含み得る。

【0015】

反射層２は、図１Ａに示されているように、ディフューザパターンを構成し得る複数の光散乱部を含む第１表面２１を有することができる。図５Ａに示されているように、反射層２は、ディフューザパターンを構成し得る複数の光散乱部を含む第２表面２２を有することができる。光散乱部は、入射照明を空間的に広げることができる。複数の光散乱部は、マイクロ構造、回折格子、マイクロレンズのアレイ等のうちの少なくとも１つであってよい。図１Ａ及び図５Ａに示されているように、複数の光散乱部は、それぞれ第１表面２１又は第２表面２２の全長に沿って存在することができる。複数の光散乱部は、第１表面２１又は第２表面２２の長さの１つ以上の部分に沿って存在することができる。たとえば図２Ａに示されているように、反射層２の第１部分２３は、複数の光散乱部を有すると共に、反射層２の第２部分２４に沿った光散乱部は存在しないこともあり得る。

【0016】

反射層２の第１表面２１及び任意で第２表面２２は、たとえば反射層２の一部又は全長に沿って平面状であってよい。図１Ａでは、第１表面２１は全長に沿って複数の光散乱部を有し、第２表面２２は平面状、つまり平坦及び／又は滑らかである。図５Ａでは、第１表面２１は平面状、つまり平坦及び／又は滑らかで、第２表面２２は全長に沿って複数の光散乱部を有する。図１Ｂ及び図５Ｂでは、反射層２の第１表面２１と第２表面２２は平面状である。

【0017】

図１Ｃ及び図５Ｃに示されているように、反射層２の第１表面２１と第２表面２２は湾曲して－たとえば凹形状、凸形状、又は凹形状と凸形状を組み合わせた形状－よい。たとえば反射層２の第１部分は凹形状で、反射層２の第２部分は凸形状であってよい。反射層２は、基板１の一部にわたって湾曲してよい。

【0018】

ある態様では、反射層２は、基板１の全長に沿って延びてよく、あるいは基板１の長さの一部に沿って延びてもよい。たとえば図２Ｂに示されているように、反射層２は、基板１の長さに沿った２つ以上の部分に存在し、反射層２の各部分（たとえば第１部分２３）は、反射層２の空領域（たとえば第２部分２４）によって分離されている。図２Ｃに示されているように、反射層２は、平面状反射材料を含む２つ以上の第１部分２３と、反射材料が存在しない領域を含む２つ以上の第２部分２４を有する。前記２つ以上の第１部分２３が前記２つ以上の第２部分２４によって分離されることで、反射層２は回折格子を構成する。

【0019】

反射層２の第１表面２１及び／又は第２表面２２にはディフューザパターンが存在しないことがあり得る。他の態様では、反射層２の第１表面２１及び／又は第２表面２２は、ディフューザパターンを含み得るか、あるいはディフューザパターンを構成し得る。

【0020】

反射層２は、複数の光散乱部のうちの１つ以上と、平面状表面と、反射層２の１つ以上の部分に沿った湾曲面を有し、任意で複数の光散乱部と反射材料が存在しない１つ以上の部分を有してよい。ある態様では、反射層２の第１表面２１は、周期的マイクロ構造、ランダムなマイクロ構造、対称的、非対称的、１次元、及び２次元から選ばれる表面プロファイルを有し得る。

【0021】

ディフューザ１０はまた、反射層２の少なくとも一部上に存在し得る屈折層３をも有する。屈折層３の屈折率ｎはｎ＞１である。屈折層３は、屈折率ｎがｎ＞１である任意の材料で形成され得る。屈折層３は、入射照明に対してある程度の透明度を有することができる。

【0022】

ある態様では、屈折層３は、反射層２の全長に沿って被覆及び／又は延在してよい。上述したように、屈折層３は、第１表面３１と、該第１表面３１とは反対で反射層２と接する第２表面３２を有することができる。図１Ａと図１Ｂに示されているように、屈折層３の第２表面３２は反射層２の第１表面２１と接することができる。屈折層３の第２表面３２は平面状である。図１Ｃに示されているように、屈折層３の第２表面３２は湾曲した形状－たとえば凹形状、凸形状、又は凹形状と凸形状を組み合わせた形状－である。第１表面３１はディフューザパターン４を有することができる。屈折層のディフューザパターン４は、反射層のディフューザパターンと同一であってよいし、あるいは異なってもよい。

【0023】

屈折層３の第１表面３１は、平面状であってもよいし、湾曲（凹形状、凸形状）であってもよいし、たとえば第１表面３１の全長に沿って、又は、長さに沿った異なる複数の部分において、これらを組み合わせた形状であっても良い。第１表面３１は回折格子パターンを有することができる。

【0024】

他の態様では、反射材料が存在しないディフューザ１０の部分では、図２Ｂ及び図２Ｃに示されているように、屈折層３が基板１の１つ以上の部分上に存在することができる。たとえば屈折層３の第１部分は、反射層２の全体にわたって延びることができる。屈折層３の第２部分は、基板１の一部にわたって延びることができる。ある態様では、屈折層３は反射層２の一部上に存在することができる。

【0025】

それに加えて、図５Ａ及び図６に示されているように、たとえば反射層２が基板１の第２表面１２上に存在するときに、屈折層３は基板１の第１表面１１上に存在することができる。

【0026】

ある態様では、屈折層３の第１表面３１は、回折格子、マイクロレンズアレイ、又は周期構造を有することができる。第１表面３１は、たとえば光源からの入射ビーム５１によって照明され得る。第１表面３１は、一般的、対称的、非対称的、１次元、及び２次元から選ばれる表面プロファイルを含むことができる。第１表面３１は平面状であってよいし、あるいは湾曲しても良い。

【0027】

図４は、照明源５０とディフューザ１０を有するシステム１００を表している。ディフューザ１０は上述した。それに加えてディフューザ１０は、パターニングされた光学材料７を含む第２表面１２を有する基板１を備えることができる。パターニングされた光学材料７は、基板１の第２表面１２の全長にわたって延びることができる。ある態様では、パターニングされた光学材料７は、第１部分内に存在して、第２部分内に存在しないことが可能である。学材料７は、基板１上で複製され得るポリマー材料－たとえばフリーラジカル硬化アクリレート、カチオン硬化エポキシ、ＵＶ架橋可能なポリマー、及び熱硬化可能なポリマー－から形成され得る。あるいはその代わりに、光学材料７は、基板１自体のモノリシック部分であってよく、かつ、たとえば反応性イオンエッチング（溶融シリカ、シリコン、及びゲルマニウムのような硬い材料の場合）又は直接鋳型成型（注入鋳型成型によるガラス鋳型成型若しくはプラスチック鋳型成型又はエンボス加工プロセス）のようなプロセスを介して製造され得る。

【0028】

図６は、照明源５０とディフューザ１０を有するシステム１００を表している。ディフューザ１０は上述した。照明源５０は、屈折層３の第１表面３１のパターン４によって受光可能な入射ビーム５１を放出することができる。受光した入射ビーム５１は、屈折層３及び基板１を透過して、基板１の第２表面１２上の反射層２へ入射することができる。透過した入射ビーム５１は、反射層２の第２表面２２の複数の光散乱中心によって反射されてディフューザ１０へ入り込み得る。

【0029】

システム１００は、照明源５０から、第１表面３１と該第１表面３１とは反対側に位置する第２表面３２を有する基板１と、第１表面３１上に存在する反射層２と、反射層２の一部上に存在する屈折率ｎがｎ＞１である屈折層３を備えるディフューザ１０へ入り込む照明を受ける段階を有する方法において用いられ得る。光源からの照明の一部は、屈折層３によって反射層２へ向かうように送光され得る。送光照明は、屈折層３を介して反射層２によって反対方向に反射され得る－たとえば図４の光線５に沿って－。照明の一部は、屈折層３によって基板１へ向かうように送光され、かつ、妨害されることなくディフューザ１０を通り抜ける－たとえば図４の光線６に沿って－。

【0030】

以上の説明から、当業者は、本教示を様々な形態で実施できることを理解できる。したがって、これらの教示は、その特定の実施形態および例に関連して記載されてきたが、本教示の真の範囲は、そのように限定されるべきではない。本明細書の教示の範囲から逸脱することなく、様々な変更型および修正型をなすことができる。

【0031】

本開示の範囲は広く解釈されるべきである。本開示は、本明細書に開示された装置、活動、および機械的作用を達成するための均等物、手段、システム、および方法を開示することを意図している。開示された各装置、物品、方法、手段、機械的部材または機構について、本開示は、本明細書に開示された多くの態様、機構および装置を実施するための等価物、手段、システムおよび方法をもその開示に包含し、教示することを意図する。本出願の特許請求の範囲も同様に広く解釈される。本明細書における多くの実施形態における発明の説明は、本質的に単なる例示であり、したがって、本発明の要旨を逸脱しない変形は、本発明の範囲内であることが意図される。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとはみなされない。

【図1-1】

【図1-2】

【図2-1】

【図2-2】

【図3】

【図4】

【図5-1】

【図5-2】

【図6】

【外国語明細書】