[发明专利]具有嵌入式空腔的层压结构以及相关的制造方法

说明书

技术领域

通常，本发明的大部分实施例涉及光学器件。具体地但不排他地，本发明涉及具有嵌入式光学功能空腔的层压结构及其制造方法。

背景技术

传统上，在光学透明的衬底的表面区域上已经排他地制造了微型结构，例如，包含不同光学器件（诸如照明设备和电子设备）的微棱镜或光栅。这些结构最初配置成以某种预定方式（重新）定向、耦合入射光或者与入射光相互作用，但是在材料表面上定位这些结构通常造成至少长期（如果不是立即）存在的多个问题和缺点。

即，自然地根据使用情况，光学意义上的表面浮雕结构（诸如，耦合光学器件）经常受到由各种外部因素（诸如，通常由灰尘、沙、水、油脂以及污垢造成的污染）造成的应力。此外，表面形式通常容易受到外部物体的影响，这会使这些精致结构破裂、变形以及损坏，例如，这些精致结构的尺寸可能仅为微米或纳米级。有意接触的外部元件所产生的压力甚至会损坏接触表面上图案化的表面结构并且干扰其期望的功能。

为了阐述上述问题中的一些，尤其在太阳能电池的示例性情景中，图1a示出了最初的两种问题，在通常包含光传播和介质边界的同一种使用情景中也可能一起发生这两种问题。在左边，由光源（诸如，太阳）发射并且以较大的入射角度入射到太阳能电池104的保护玻璃102上的光106在空气-玻璃界面处从保护玻璃102的表面被不期望地部分反射108。其次，进入保护玻璃102的光部分从玻璃-太阳能电池界面103仍旧进一步在内部部分地反射110。假设外部介质为空气，那么对于该介质、玻璃材料以及对于电池顶部的相应的折射率分别可为n_空气、n1和n2。最后，基本上垂直入射到保护玻璃102上的仅仅有限的入射光（诸如，光线112）因此可穿过保护玻璃102并进入太阳能电池104，而不会由于界面处的反射而在整个光路上遭遇大量的相关的电磁能量损失。因此，能够有效地进行内部耦合（incoupling）并且具有总效率的入射角的范围依然很窄。

为了处理上述界面并且提高耦合效率，可考虑一种大致遵循图1b的解决方案。最外面的层102（诸如以上的保护下面的太阳能电池104并且因此再次成为接收入射光的第一元件的保护玻璃）设有表面浮雕图案114，该表面浮雕图案被构造成在预定的角度内朝着电池104耦合以及重新定向光。例如，可具体地构造该图案，以重新定向光线120更垂直于电池104。然而，由于该结构显然容易被额外的材料118（诸如，伸入由表面浮雕形式限定的凹部内的尘粒或水滴）污染，所以至少一部分入射光实际上被污染物118反射和/或以有点随机的角度朝着电池104耦合时，图案114的效果迟早变差，这会造成在玻璃-电池边界103处进一步不期望地被反射并且造成所提供的结构的总效率降低。

在太阳能电池的示例性情景中仍旧存在的是，主要由于污染物引起的反射和误耦合、表面反射、内部反射，诸如，ITO（氧化铟锡）层和通常应用于太阳能电池的光学结构中的其他层之间的介质边界处的反射，所以现有解决方案所实现的总效率可能格外低，可能大约为15%或以下。由于某些入射角基本上被所使用的传统光学器件忽视，所以入射到包括太阳能电池的光学结构上的大部分太阳光未被利用。换言之，在太阳能的示例性情景中，可以说，仅仅垂直地到达太阳能电池的直射阳光补充对太阳位置极其敏感的太阳能电池的效率。

以往，甚至建议例如在载体材料的折射率发生内部的局部变化时使用激光，从而模仿内部的光栅。而且，具有预定的高或低折射率的特定涂层已经应用于衬底结构上，以便控制其中的光传播。然而，由于工业规模使用范围广，所以甚至这些和其他的现有解决方案已太受限制、性能不足、复杂并且昂贵。

发明内容

因此，目的在于解决通过现有设置还未令人满意地解决的上述一个或多个问题，并且提供一种可行方案，以便产生各种功能性结构，例如，光学功能性结构。

根据本发明的层压结构及其相关制造方法的实施例实现该目的。应注意的是，该发明内容通常用来引入下面在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。然而，本发明内容并非用于明确识别所要求的主题的唯一重要的或者具体而言必不可少的特征从而限制要求保护的主题的范围。

因此，在本发明的一个方面，一种集成层压结构，适合应用于太阳能技术、晶片技术、冷却通道、温室照明、窗口照明、街道照明、交通照明、交通反射镜或者安全膜中，包括：

-第一载体元件，例如塑料片或玻璃片，可选地包括能够透光的光学上大致透明的材料，