(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ・ディスプレイ・デバイス（５６）のための照明システムであって、
光源（３８）によって発生された光が中へと注入される光ガイド（３０）を含み、前記光ガイド（３０）が、放物線の形である平坦な光注入およびコリメーション・ゾーン（３２）を含み、前記放物線の形が、頂点部（４０）で接続された２つの片側部（４８ａ、４８ｂ）を含み、前記光源（３８）が前記頂点部（４０）に向い合わされて配置され、前記平坦な注入およびコリメーション・ゾーン（３２）の外形を定める前記放物線の形の前記片側部（４８ａ、４８ｂ）が、前記ガイド（３０）内部を伝搬する光に対する平坦な取り出しゾーン（３６）へと移行し、前記取り出しゾーン（３６）が長方形断面を有するとともに光取り出し部（５４）を備えること、
放物線のアクセプタンス角をθi とし、放物線入口部直径を２ａ’とすると、前記放物線の焦点距離ｆが、
ｆ＝ａ’（１＋ｓｉｎθi） であり、
前記放物線の長さＬが、
Ｌ＝ａ’（１＋ｓｉｎθi）ｃｏｓθi／ｓｉｎ2θi であり、
前記放物線の出口部直径が、
ａ＝ａ’／ｓｉｎθi であり、さらに、
台形の形状の中間ゾーン（４４）が前記光ガイド（３０）の前記注入およびコリメーション・ゾーン（３２）と前記取り出しゾーン（３６）との間に挿入され、前記台形が前記注入およびコリメーション・ゾーン（３２）を定める前記放物線の形の片側部（４８ａ、４８ｂ）にその下底（４６）を介して接続される等脚台形である
ことを特徴とする、照明システム。
【請求項２】
前記注入およびコリメーション・ゾーン（３２）には、前記放物線の形の対称軸（Ｘ−Ｘ）の両側に配置された２つの直線状スロット（４２ａ、４２ｂ）が含まれることを特徴とし、前記２つのスロット（４２ａ、４２ｂ）が前記光取り出しゾーン（３６）の方向に互いに離れている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記スロット（４２ａ、４２ｂ）が前記放物線の前記対称軸（Ｘ−Ｘ）と３°の角度を形成する
ことを特徴とする、請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
少なくとも長方形の形状の第１の平坦な部分（５０）を含む透過ゾーン（３４）が前記注入およびコリメーション・ゾーン（３２）と前記取り出しゾーン（３６）との間に挿入される
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項５】
前記第１の平坦な部分（５０）が第２の半円筒状部分（５２）へと移行し、前記第２の半円筒状部分（５２）が、前記注入およびコリメーション・ゾーン（３２）に平行に延びる前記取り出しゾーン（３６）へと移行する
ことを特徴とする、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記データ・ディスプレイ・デバイスが反射型である
ことを特徴とする、請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
前記データ・ディスプレイ・デバイスが、液晶セル（５６）か、電気泳動またはコレステリック・ディスプレイ・デバイスか、マイクロ−オプト−電気機械システムか、エレクトロ−ウェッティング・ディスプレイ・デバイスか、ウォッチ・ダイアルである
ことを特徴とする、請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記光源（３８）がピンポイント光源であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項９】
前記光源（３８）が発光ダイオードであることを特徴とする、請求項８に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ・デバイスの照明用として、光を平行かつ一様にして取り出すためのデバイスに関する。特に、本発明は、ディスプレイ・デバイスを照明するための光の取り出しを容易にするために、光ビームの伝播方向を平行にするためのこのタイプのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶セルなどの反射型のディスプレイ・デバイスは、その前面から、すなわち、情報が表示される面上に光をあてる必要がある。従って、フロントライト・システムと一般に呼ばれる照明システムを使用する。フロントライト・システムの様々な実施形態が、先端技術において知られているが、今日までのところ、それらは市場における応用例が見つからない。これは、特に、表示した情報を読むことを困難にさせる構造を含まずに高レベルの照明効率を有するフロントライト・システムを作ることが困難であるという事実のためである。その上、これまでに知られているフロントライト・システムの効率は、消費される電力および戻される光出力の観点で全く満足できるものではなく、その収率は、その原価高が工業生産の必要条件に適合することを難しくさせている。
【０００３】
フロントライト・デバイスを作るために非常に多くの場合に想定されるシステムは、バックライト照明型の照明デバイスの動作原理に適合している。このタイプのバックライト・デバイスが、本特許出願に添付した図１に模式的に示されている。包括的な参照番号１によって全体を示したバックライト・デバイスは、液晶セルなどの照明すべきデータ・ディスプレイ・デバイス４の下方に配置された平坦な透明光ガイド２を含む。光源６は、ガイド２の一端を通してガイド２中へと光を注入する。光ガイド２は、光取り出し部８をその中に作るように機械加工され、光取り出し部８は、ディスプレイ・デバイス４に向けてガイド２内を伝搬する光の一部の向きを変える。光取り出し部８は、マイクロプリズムか、マイクロ−レンズか、回折型アレイか、またはその他であってもよい。組み立ては、光ガイド２の下方に配置した鏡１０によって完成する。当然のことながら、データ・ディスプレイ・デバイス４は、透過型のものである。
【０００４】
反射型のデータ・ディスプレイ・デバイスへのバックライト・システムの応用例を、本特許出願に添付した図２Ａおよび図２Ｂに示す。このケースでは、平坦な透明光ガイド１２は、反射型液晶ディスプレイ・セルなどの照明すべき反射型のデータ・ディスプレイ・デバイス１４の上方に配置される。明所視では、太陽光は、光ガイド１２を通過し、再び光ガイド１２を通過して観察者に届くようにディスプレイ・セル１４によって反射される。暗所視では、光源１６によって発生された光は、光ガイド１２の一端を通って注入され、ディスプレイ・セル１４の方向に取り出し部１８（マイクロプリズム、マイクロ−レンズ、回折型アレイ）によって向きを変えられる。光は、ディスプレイ・セル１４によって最終的に反射され、光ガイド１２を通り観察者に向かう。
【０００５】
上記のタイプの光ガイド中へと光を注入するためのシステムのケースでは、最適化されるべき第１のパラメータは、光ガイドの全断面内の光束の一様性である。この条件は、全表面にわたるディスプレイ・デバイスの一様な照明を保証するために重要である。本特許出願に添付した図３に示したように、光ガイド１２の長さＬの方向でのディスプレイ・デバイス１４の照明の一様性は、ガイド１２の表面全面の取り出し部１８の分布によって決められる。光ガイド１２の幅Ｉの方向でのディスプレイ・デバイス１４の照明の一様性に関しては、光源１６の幾何学形状に依存する。
【０００６】
従って、例えば、液晶コンピュータ・スクリーンなどの電力消費の点では制約を受けないデバイスのケースでは、光源１６の典型的な幾何学形状は、冷陰極蛍光灯すなわちＣＣＦＬとして知られる蛍光管の幾何学形状であり、その長さは、液晶ディスプレイ・デバイスの幅に実質的に対応する。しかしながら、これらの蛍光管が、収率の観点からますます効果的になってきているとはいえ、その電力消費量は、そのエネルギー保有量が必然的に限られる、例えば時計などの、携帯型電子デバイスにおける使用にはまだ適合しないままである。
【０００７】
その結果、腕時計などのこれらの携帯型物品において最も一般的に使用される光源は、発光ダイオード、すなわちＬＥＤである。発光ダイオードは、その全発光エネルギーが小さな表面から放出される限りでは、高いレベルの輝度によって特に特徴付けられ、発光ダイオードは、消費される電力および生成される光出力に関してすべての従来型の光源よりも高い変換収率を有する。しかしながら、このタイプのダイオードの小さな大きさのために、発光ダイオードを使用して一様な方式でディスプレイ・デバイスを照明することは困難である。
【０００８】
添付した図４Ａおよび図４Ｂは、発光ダイオードによって発生した光を注入するためのこれまでのデバイスにおいて一般的に使用されている２つの解決策を示す。第１のケースでは（図４Ａ）、発光ダイオード２０は、光ガイド２２の注入口のちょうど向い側に置かれる。この構成は、発光ダイオード２０によって発生された光に関する高い注入収率をもたらす。しかしながら、ランベルト型の発光ダイオードに典型的な発光ローブのために、ガイド２２内部の光は、無数の異なる方向に伝搬する。取り出し部２４の光取り出し効率は、光伝播方向に対するそれ自体の向きに本質的に依存する。従って、光ガイド２２の設計段階および製造段階の両者において、各取り出し部２４の向きを、発光ダイオード２０の位置に関連付けて決定し、制御する必要がある。光取り出し部２４がマイクロプリズムである場合には、これは複雑な作業になり、反射型アレイを使用するように望まれる場合には、解決することがほとんど不可能である。実際に、後者のケースでは、曲線プロファイルを有する反射型アレイを、開発する必要があるはずである。その上に、この注入システムによれば、発光ダイオードのローブ形の放出プロファイルのために、光注入収率が大きな注入角度よりも小さな注入角度において高いことを考慮すると、横照明は、一様ではない。
【０００９】
図４Ｂに図示した第２のケースでは、実質的に平行な伝播方向にガイド２８中へと光を反射する能力を有する反射／屈折構造２６中へと、光を先ず注入する。このタイプの配置によれば、光線の大部分は、光ガイド２８の軸に平行に伝搬する。しかしながら、ガイド２８中への光の注入を均一にするために、ガイド２８の全幅にわたり一定の品質の光を注入することが可能であるように、ディフレクタ２６を設計する必要がある。良い品質の照明（コリメーション）が強い照明よりもディスプレイ・デバイスに対して望まれるときには、この配置が好ましくは使用される。事実、ガイド中への光の注入カップリングの効率は、光源の初期光出力の３分の１よりも一般に小さい。
【００１０】
上記から、光源によって発生した光を光ガイド中へと注入するために行っている解決策に応じて、優先順位が、ガイド中への光注入の効率、従ってディスプレイ・デバイスを結局は照明する光の品質か、またはガイド中へと注入される光の一様性、従ってディスプレイ・デバイスの照明品質、のいずれかに与えられる。出願人の知識では、高輝度な方式かつ一様な方式の両方でディスプレイ・デバイスを照明する照明デバイスは、存在しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の必要性に答えるため、本発明は、光ガイド中への光注入の優れたカップリング効率、および光ガイド中を伝搬する光束の高いコリメーション・レベルを保証する、データ・ディスプレイ・デバイスのための照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、データ・ディスプレイ・デバイスを照明するためのシステムに関し、発光源によって発生された光が中へと注入される光ガイドを含み、光ガイドが、平坦で放物線の形をなす光の注入およびコリメーション・ゾーンを含み、前記放物線の形はその頂点部で接続される２つの片側部を含み、光源が頂点部に向い合わせて配置され、平坦な注入およびコリメーション・ゾーンの外形を定める放物線の各片側部が、ガイド内部を伝搬する光を取り出すための平坦なゾーンに移行し、前記取り出しゾーンが長方形断面を有する照明システムを特徴とする。
【００１３】
これらの特徴に基づいて、本発明は、光源とガイドとの間の最適なカップリング効率に基づく高い光注入収率および、前記ガイド中を伝搬する光の高いコリメーション・レベルを有する光ガイドを含むデータ・ディスプレイ・デバイスを照明するためのシステムを提供する。従って、光ガイドは、先ず、放物線の形である平坦な光の注入・コリメーション・ゾーンを含み、光源が放物線の頂点部に向いあわせて置かれる。放物線の頂点部が比較的小さな面を有し、光源がこの面のちょうど向い側に置かれ、これにより、光ガイド中への光の優れた注入収率が保証される。言い換えると、光源と光ガイドとの間の高いカップリング効率は、光源によって発生される発光出力と前記光源によって消費される電力との間の比率を最適化する。従って、より高いレベルの発光出力が、データ・ディスプレイ・デバイスを照明するために利用可能である。その上、光ガイドの注入・コリメーション・ゾーンの放物線状の形状は、ガイドの断面内において光束の一様な分布の状態で、均一で平行な方向にガイド内部を光が伝搬することを可能にする。
【００１４】
注入・コリメーション・ゾーンを出ると、光は、取り出しの前に、ガイドの断面内で光の一様な分布および平行光線を結果としてもたらす最終的な調節を光束がその中で受ける平坦な光取り出しゾーンの内部を伝搬する。従って、高度の光コリメーションは、光ガイドを設計し製作する作業をかなり単純化する。実際に、本発明に基づいて、光取り出し部の向きは、光源の位置に関連して合わせる必要はなく、はるかに単純であるガイド中の光の伝播の全体的な方向に関して合わせるだけでよい。光の取り出しが回折型アレイを使用して実行される場合には、アレイ列の向きを、光の取り出しが最適になるように選択することができる。さらに回折型アレイ列の向きは、ガイドの全表面にわたり変わらないで保たれる。
【００１５】
本発明の相補的な特徴によれば、コリメーション・ゾーンは、放物線の対称軸の両側に配置された２つの直線状スロットを含み、２つのスロットは、光取り出しゾーンの方向に互いに離れる。
【００１６】
放物線の形である平坦な注入・コリメーション・ゾーンが、ガイドの側部において中央部よりもわずかに光を集中させる傾向があることが、留意される。この問題を克服するために、構造の対称軸に対してわずかに傾いている２つのスロットが、注入・コリメーション・ゾーンの表面に作られる。これらの２つのスロットは、構造の中央部により多くの光線が収束することを可能にするとともに、さらにガイドの断面内で光の一様性を向上させる。
【００１７】
光ガイドの全断面内で光束の一様性をまださらに向上させるために、台形の形状の中間ゾーンがコリメーション・ゾーンと光取り出しゾーンとの間に挿入され、台形はコリメーション・ゾーンを定める放物線の片側部にその下底を介して接続される等脚台形である。
【００１８】
上からデータ・ディスプレイ・デバイスを照明することが望まれる場合には、注入・コリメーション・ゾーンは、長方形断面の第１の平坦な部分の後ろに続く第２の半円筒状部分を含む中間ゾーンに移行し、さらに、第１の平坦な部分に平行に延びる光取り出しゾーンとして働く長方形断面の第３の平坦な部分が、後ろに続く。データ・ディスプレイ・デバイスは、光ガイドの第１の平坦な部分と第３の平坦な部分との間にあって、光源ならびに注入・コリメーション・ゾーンを覆い、かつ、第３の平坦な光取り出し部分によって覆われるように、配置される。ここでは、ディスプレイ・デバイス、例えば、液晶ディスプレイ・デバイスは、反射型である必要がある。従って、ディスプレイ・デバイスで、光源および光ガイドの部分を、観察者の視野から完全に隠すことが可能である。特に、ユーザは、光源によって生成される光のハローまたは「ホット・スポット」を見ることがなく、従って、この光源の場所を検知できない。その上、１８０°だけ光ガイドを曲げるという事実は、ディスプレイ・デバイスの大きさを超えないだけでなく、さらに光ガイドによる光束を平行にしかつ一様にする動作を犠牲にしない、コンパクトな照明システムが得られることを意味する。実際に、本発明による光ガイド中を伝搬する光ビームは、ガイドの部分の中に注入され、平行にされ、および一様にされる。ガイドは、照明すべきディスプレイ・デバイスによって覆われ、その長さは、光を平行にしかつ一様にするために十分である。従って、照明すべきディスプレイ・デバイスの上に向けて光を導く曲がった部分を、光ガイド中へと導入することは十分に可能である。
【００１９】
本発明による光ガイドと協働して使用する光源は、白熱光電球または好ましくは発光ダイオードなどのピンポイント光源である。従って、本発明に基づいて、ピンポイント光源によって、完全に一様な方式で、光ガイドの断面に対応する広い表面を照明することが可能である。
【００２０】
本発明の他の特徴および利点は、本発明による照明システムの一実施形態の下記の詳細な説明からより明確になるであろう。この例は、添付した図面を参照して単に非限定的な説明として与えられている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】既に言及されており、液晶ディスプレイ・セルなどの透過型データ・ディスプレイ・デバイス用のバックライト・デバイスの模式図である。
【図２Ａ】既に言及されており、液晶ディスプレイ・デバイスなどのフロントライト反射型データ・ディスプレイ・デバイスの明所視における模式図である。
【図２Ｂ】既に言及されており、液晶ディスプレイ・デバイスなどのフロントライト反射型データ・ディスプレイ・デバイスの暗所視における模式図である。
【図３】既に言及されており、広い光源により平坦な光ガイド中への光の注入を示す模式図である。
【図４Ａ】既に言及されており、ＬＥＤピンポイント光源を使用する平坦な光ガイド中への光の注入を示す模式図である。
【図４Ｂ】既に言及されており、ＬＥＤピンポイント光源を使用する平坦な光ガイド中への光の注入を示す模式図である。
【図５】本発明による光ガイドの斜視図である。
【図６Ａ】液晶セルなどの反射型データ・ディスプレイ・デバイスを前面から照明する図５に示した光ガイドの応用例を示す模式図である。
【図６Ｂ】液晶セルなどの透過型データ・ディスプレイ・デバイスを背面から照明するために使用する本発明による光ガイドの変形例を示す模式図である。
【図６Ｃ】本発明による光ガイドの単純化した実施形態の模式図である。
【図７Ａ】光度計センサによって行った光ガイド出口部における照明強度の測定結果を示す図である。
【図７Ｂ】光度計センサの表面上で水平軸に沿った照明強度の分布を示す図である。
【図８Ａ】光度計センサの表面における光線の入射角の統計的分布に関係する結果を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａの図の一断面図である。
【図９】放物線のプロファイルの図式による表示である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、優れた光注入効率および、光ガイドの全断面において平行であり一様な光を作るという優れた特性の両方を有する、データ・ディスプレイ・デバイスを照明するための光ガイドを実現することからなる一般的な創意工夫に由来する。この光ガイドに基づき、ディスプレイ・デバイスの照明は、ディスプレイ・デバイスの表面全体にわたり明るいだけでなく一定である。この目的を実現するために、本発明は、少なくとも１つの平坦であって放物線状の形状の光の注入・コリメーション・ゾーンを含む光ガイドを開示する。その光の注入・コリメーション・ゾーンには、平坦にして一定の長方形の形状の光取り出しゾーンが後に続いている。光注入表面を小さくし、光注入収率がそれゆえ高くなるように、光源を放物線の形の頂点部の向い側に置く。それ自体の放物線状の形状のために、本発明による光ガイドの注入ゾーンは、放物線の軸に平行な方向に沿って注入された光が伝搬することをさらに可能にする。従って、平行な方向に伝搬する一様な光束の光線が、照明すべきディスプレイ・デバイスに向けて反射されるように、平坦な光取り出しゾーン中に進行する。ガイド内の伝播の方向が良好に規定されるので、最適な光取り出し効率に適した光取り出し部（マイクロプリズムか、マイクロ−レンズか、反射型アレイか、またはその他）の向きを決定することが、容易である。
【００２３】
本発明は、反射型または透過型のいずれであってよい、液晶セル・タイプのデータ・ディスプレイ・デバイスに関連して説明される。しかしながら、この例が純粋に説明のために与えられ、データ・ディスプレイ・デバイスが、電気泳動またはコレステリック・ディスプレイ・デバイスか、マイクロ−オプト−電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）か、エレクトロ・ウェッティング・ディスプレイ・デバイスか、それどころか、例えばウォッチ・ダイアルなどの、任意のタイプでありうることは、言うまでもない。
【００２４】
図５は、本発明による光ガイドの斜視図である。包括的な参照番号３０によって全体を示しているこの光ガイドは、基本的に、平坦な光注入・コリメーション区域３２を含み、平坦な光透過区域３４が後に続き、平坦な光取り出し区域３６がさらに後に続く。
【００２５】
図面に見られるように、注入・コリメーション区域３２は、放物線状の形状からなり、放物線状形状の頂点部４０の向い側に置かれた光源３８を有する。ガイドに進行する光線の入射角がガイドの全反射角より大きいので、この構成は、効率をなおいっそう大きく増加させて、ガイド３０中へと光を注入することを可能にする。その結果、ガイドと雰囲気空気との間の界面において全光反射がある。それゆえ、光がガイドから逃げないことを確実にするために、光ガイド周囲を金属で覆うような工夫を使用する必要がない。その上、注入・コリメーション・ゾーンの放物線状の形状は、光源３８によって放出された光ビームを放物線状形状の対称軸Ｘ−Ｘに平行な伝播方向に平行にする効果を有する。
【００２６】
注入・コリメーション区域３２が放物線状のプロファイルの端において構造の中央部よりもわずかに多くの光を集中させる傾向があることが観測されるので、副次的に、注入およびコリメーション区域３２中に２つの長方形スロット４２ａおよび４２ｂを放物線の対称軸Ｘ−Ｘの両側に対称的に配置して作ることが可能である。これら２つのスロット４２ａおよび４２ｂは、ガイド３０内部の光伝播方向に３°の好ましい角度で互いにわずかに離れ、ガイド３０の中央部により多くの光線を向けるとともに、さらにガイド３０の断面内の光の分布の一様性を向上させる効果を有する。
【００２７】
光の注入・コリメーション区域３２は、平坦な光透過区域３４へと移行する。変形例として、放物線状の注入・コリメーション区域３２の片側部４８ａおよび４８ｂにその下底４６を介して接続される等脚台形形状区域４４を、注入・コリメーション区域３２と透過区域３４との間に作ることができる。この台形区域４４は、注入・コリメーション区域３２の一様性改善効果をより強力にする。
【００２８】
平坦な光透過区域３４は、第２の半円筒状部分５２へと移行する長方形の形状の第１の平坦な部分５０を含み、その第２の半円筒状部分５２はさらに、第１の平坦な部分５０に平行でありかつ離間して延びる光取り出し区域３６へと移行する。光透過区域３４の第１の平坦な部分５０内では、ガイド３０の断面内で光の一様な分布および光ビームの平行な伝播方向を結果としてもたらす最終的な修正を、光束が受ける。一旦、一様性および平行性の特性を最適化すると、光は、１８０°だけ光線を曲げる透過区域３４の半円筒状部分５２を通るそれ自体の経路に従って、前記光線を平坦な光取り出し区域３６へと注入する。光取り出し区域３６は、長方形の形状からなり、ガイド３０から光を取り出すための光学的取り出し部５４を備える。これらの光学的取り出し部５４は、マイクロプリズムか、マイクロ−レンズか、それどころか反射型アレイのいずれであってもよい。ガイド３０中の光が高いレベルの一様性および平行性を有するので、光学的取り出し部５４の配置は、かなり単純化される。
【００２９】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明による光ガイドの使用の２つの例を模式的に示す。図６Ａでは、上記の光ガイド３０を、液晶ディスプレイ・セルなどの反射型データ・ディスプレイ・デバイス５６を前面から照明するために使用する。ディスプレイ・セル５６は、従って、注入・コリメーション区域３２と光取り出し区域３６との間に配置される。図面を良く調べると分かるように、光ガイド３０および光源３８によって形成される照明システムは、非常にコンパクトであり、液晶セル５６の大きさを超えることはほとんどない。その上、光源３８および光ガイド３０の一部は、観察者の視野から隠されている。図６Ｂは、液晶ディスプレイ・セルなどの透過型データ・ディスプレイ・デバイス５８を照明するための、本発明による光ガイドの応用例を示す。この実施形態によれば、光ガイド３０’は、半円筒状部分がなく、透過区域３４および光取り出し区域３６が後に続く注入・コリメーション区域３２だけから形成される。本発明の簡略化した実施形態では、透過区域３４を省略することができ、注入・コリメーション区域３２は、光取り出し区域３６に直接接続される（図６Ｃ参照）。光源３８を白熱灯または発光ダイオードなどの任意のタイプのピンポイント光源とすることができることが、留意されるであろう。
【００３０】
上記の光ガイド３０の光学的な性能を、Ｚｅｍａｘ  Ｒａｙトレーシング・ソフトウェアを使用してデジタルに解析した。シミュレーションにおいて光ガイド３０を製作するために選択した材料は、ＢＫ７ガラスである。しかしながら、光ガイド３０がプラスチック材料で作られる場合でも、光ガイド３０の性能は、非常によく似ている。後者のケースでは、本発明による光ガイドを、プラスチック鋳型成形によって非常に簡単に製作することができる。シミュレーションで使用した光ガイド３０は、０．４ｍｍの一様な厚さを有し、その幾何学的形状は、６×１６ｍｍの大きさの反射型データ・ディスプレイ・デバイス５６を照明することができる。半円筒状部分５２の内側の曲率半径は、０．９５ｍｍである。使用した光源３８は、０．５５μｍの波長を有するＫｉｎｇｂｒｉｇｈｔカタログから入手可能な発光ダイオードである。とりわけ、ディスプレイ・デバイスを覆う光ガイド３０の部分における、言い換えると光取り出し区域３６における光の特性を評価することが求められているので、光センサは、ガイド３０の出口部のところ、すなわち、注入・コリメーション区域３２の反対側に置かれる。光度計センサの大きさは、光ガイド３０の断面に正確に一致する。
【００３１】
図７Ａは、光ガイド出口部における光度計センサによる照明強度測定の結果を示す。この強度は、光ガイド３０の全断面内で実質的に一様であり、発光ダイオード３８によってガイド３０中へと注入された初期発光パワーの８０％を示すことが、留意される。
【００３２】
（ｘ，ｙ）をセンサの面内に広がる直交基準フレームとし、「ｘ」軸がセンサの幅に沿って延び、点ｘ＝０、ｙ＝０がセンサの中心であるとする。図７Ｂは、ｙ＝０での「ｘ」軸（図７Ｂにおいて横軸に示されている）に沿った強度の分布を示す。信号がゆらぎを示すが、その平均値は実質的に一定であることが、留意される。観測されるゆらぎは、一部は雑音によるものであるが、やはり、デジタル・シミュレーションが有限の数の光線にだけ行われるという事実によるものでもある。結果として、シミュレーションが２回目に実行される場合には、前のシミュレーションにおいて平均値よりも低い値を表示したセンサ・ピクセルが、次のシミュレーションにおいて平均値よりも高い値を表示することは、十分にありうる。
【００３３】
図８Ａは、光度計センサの表面における光線の入射角の統計的分布に関係する結果を示す。この分布は、光線が光度計センサ表面に当たるときに、光線に関係付けられるベクトルによって形成される角度を測定することによって得られる。点ｘ＝０、ｙ＝０は、垂直にセンサの表面に当たる光線である。方向「ｘ」は、ガイドの対称軸とガイド３０内部を伝搬する光線によって形成される角度を特徴付ける。この方向では、角度分布がｘ＝０に非常に近く、従って、大部分の光線が８から９°の最大偏差で光ガイド３０の軸に平行に伝播し、そのように９０°に近い角度でセンサの表面に当たることが、留意される。「ｙ」方向では、広い統計的な分布が観測され、この方向では、入射の角度がガイドの内側表面上での光線の全反射角であることを考慮に入れると、驚くべきものではない。しかしながら、ガイドのアクセプタンス角度によって制限されるが、そのように、値の連続性がある。
【００３４】
図８Ｂは、図８Ａの図のｙ＝０断面を示す。「ｘ」方向では、光線の入射角は、１０°を超えないことが、留意される。
【００３５】
図９は、ＣＰＣ(Compound Parabolic Concentrator) として知られる複合放物面集光器の中心断面として規定される放物線プロファイルの図式による表示である。が放物線のアクセプタンス角(acceptance angle)をθi とし、放物線入口部直径を２ａ’とすると、放物線の焦点距離ｆは、
ｆ＝ａ’（１＋ｓｉｎθi）であり、
放物線の長さＬは、
Ｌ＝ａ’（１＋ｓｉｎθi）ｃｏｓθi／ｓｉｎ2θiであり、および
放物線出口部直径は、
ａ＝ａ’／ｓｉｎθi
である。
【符号の説明】
【００３６】
１  バックライト・デバイス；  ２  光ガイド；  
４  データ・ディスプレイ・デバイス；  ６  光源；  ８  光取り出し部；  
１０  鏡；  １２  光ガイド；  １４  データ・ディスプレイ・デバイス；  
１６  光源；  １８  取り出し部；  ２０  発光ダイオード；  ２２  光ガイド；  
２４  取り出し部；  ２６  反射／屈折構造；  ２８  光ガイド；  
３０、３０’  光ガイド；  ３２  光の注入・コリメーション区域；  
３４  光透過区域；  ３６  光取り出し区域；  ３８  光源；  
４０  頂点部；  ４２ａ、４２ｂ  スロット；  ４４  台形形状区域；  
４６  下底；  ４８ａ、４８ｂ  片側部；  ５０  第１の平坦な部分；  
５２  第２の半円筒状部分；  ５４  取り出し部；  
５６  データ・ディスプレイ・デバイス。
【図１】
0005575631.tif 000002
【図２Ａ】
0005575631.tif 000003
【図２Ｂ】
0005575631.tif 000004
【図３】
0005575631.tif 000005
【図４Ａ】
0005575631.tif 000006
【図４Ｂ】
0005575631.tif 000007
【図５】
0005575631.tif 000008
【図６Ａ】
0005575631.tif 000009
【図６Ｂ】
0005575631.tif 000010
【図６Ｃ】
0005575631.tif 000011
【図７Ａ】
0005575631.tif 000012
【図７Ｂ】
0005575631.tif 000013
【図８Ａ】
0005575631.tif 000014
【図８Ｂ】
0005575631.tif 000015
【図９】
0005575631.tif 000016