(57)【要約】  光を発する媒体から好みの放射パターンでの光の抽出の装置と製造方法を説明する。一実施様態において、非球面粒子を含む第１の導光シートと第１のシートの端に沿って設置されている光源で構成されている。第１のシートは光源で発生した光を事前に決められた光放射パターンで拡散する。
2009538516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非球面粒子を含んだ第１の導光シート；と
第１のシートの端に沿って設置された光源；とを有し、
第１のシートが光源から発生された光を事前に決められた光放射パターンで拡散させる、装置。
【請求項２】
一種類以上の非球面粒子が導光シートに導入されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
光分散粒子の濃度が導光シートにおいて均一である請求項１記載の装置。
【請求項４】
非球面粒子の濃度が導光シートにおいて均一ではない請求項１記載の装置。
【請求項５】
非球面粒子が特定の方向に整列している請求項１記載の装置。
【請求項６】
非球面粒子が方向分布プロフィールに沿った配列をしている請求項１記載の装置。
【請求項７】
非球面粒子が結晶を含む請求項１記載の装置。
【請求項８】
非球面粒子が型を含む請求項１記載の装置。
【請求項９】
非球面粒子がコーティングされた粒子を含む請求項１記載の装置。
【請求項１０】
非球面粒子が電気研磨で作られた粒子を含む請求項１記載の装置。
【請求項１１】
非球面粒子がアニールで作られた粒子を含む請求項１記載の装置。
【請求項１２】
非球面粒子が双方向分散率分布作用（BRDF）をもつ表面を含む請求項１記載の装置。
【請求項１３】
非球面粒子が層状粒子を含む請求項１記載の装置。
【請求項１４】
光放射パターンが光ガイドからの全ての光が点に集まる請求項１記載の装置。
【請求項１５】
光放射パターンは光が狭い角度で放射する請求項１記載の装置。
【請求項１６】
光放射パターンは光が基本的に光ガイドシートの二つの面のうちのひとつからのみ放射する請求項１記載の装置。
【請求項１７】
光ガイドシートが反射画面のフロントライトである請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
非球面粒子が整列している光ガイドを製造することを含み、非球面粒子を整列させることは、
非球面粒子を液化した基材の中に少なくとも一つの配列特性をもって導入すること、と
配列力場の影響下で基材を固形化すること、とを含む方法。
【請求項１９】
非球面粒子を整列させることが、非球面粒子を特定の配列分布プロフィールに沿って配列させることを含み、配列場が非均一である、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
非球面粒子を整列させることが、非球面粒子を特定の配列分布プロフィールに沿って配列させることを含み、非球面粒子の配列特性が光ガイドにわたって異なっている請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
非球面粒子を整列させることが、該粒子が回転できるように非球面粒子がある光ガイドの周辺を液化させることを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
光ガイドを固形化させることが、さらに粒子を事前に決められた濃度プロフィールに沿って拡散することを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
非球面粒子が磁気指向特性を持ち、力場が磁場である請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
非球面粒子が電気指向特性を持ち、力場が電場である請求項１８記載の方法。
【請求項２５】
非球面粒子が重力指向特性を持ち、力場が重力である請求項１８記載の方法。
【請求項２６】
光ガイド内の非球面粒子を整列させることを含み、非球面粒子を整列させることは、光ガイドを特定の方向に引き伸ばすことを含む、方法。
【請求項２７】
さらに、引き伸ばされた後に、形成された光ガイドの特定の場所を切り取って、非球面粒子の特定の整列を得ることを含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
整列した非球面粒子をもつ光ガイドを製造することを含み、光ガイドを製造することは、
非球面粒子の形をした窪みを持つ透明な型を製造すること、
透明な型の窪みに光拡散素材を導入すること、
数層のそういった透明な型を他層に重ねて製造すること、を含む。
【請求項２９】
光ガイドの基材に非球面粒子を拡散すること；および
基材を結晶化させること、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は照明に関するものである。特に、光を発する媒体から好みの放射パターンでの光の抽出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明は物体に光を当てて見るように用いられ、また写真、顕微鏡、科学目的、娯楽産業（劇場、テレビや映画を含む）、イメージの投影やディスプレーなどのライティングなどに使われている。
【０００３】
さらに、多くの場合、照明は物体に向けてある方法で向けられていなくてはならない。例として、写真用の照明は拡散させなければならない、ディスプレー用のバックライトの照明源は一定でなければいけなく、劇場のスポットライトは指向性に長けてなければならない。
【０００４】
照明の用途において、多くのシステムは点又は一次元の光源を提供する。このようなシステムは多くの不都合がある：光の強度が部屋や環境の他の場所に比べ光源のほうが強く、よって、そのような光源は目に悪い。また、そのような光源は見た目の好ましくない濃い影を作り、写真撮影や娯楽産業に好まれない場合がある。またこのような光源はテーブル、テレビやモニタなどの表面のグレア状態を起こす原因となる。
【０００５】
光源が面の形をしたシステムも存在する。家庭用の蛍光灯などは拡散板などでカバーされてグレアを抑えている。このようなシステムは大きくかさばる。また透明ではない。反射傘のような拡散器や拡散反射板などは写真や映画撮影用の光源に使われているが、これらも均一な照明に近いだけである。
【０００６】
ある放射パターンを持つシート状の光を発する照明は様々な用途がある。情報伝達画面のバックライトが用途の一つである。個人的に画面を見る時バックライトが光を狭角で放射すると、見ている人がいない場所までにも光のエネルギーを使わないので光エネルギーの無駄が少なく、エネルギーを節約出来る。
【０００７】
面の形をした光源のシステムは好みの一定ではないパターンで光を放射する。このようなシステムは異方性分散フィルムなどの光学フィルムを使用する。このようなシステムは不十分である。さらに、それは光源が不透明となる。
【発明の概要】
【０００８】
光を発する媒体から好みの放射パターンでの光の抽出の装置と製造方法を説明する。一実施様態において、非球面粒子を含む第１の導光シートと第１のシートの端に沿って設置されている光源で構成されている。第１のシートは光源で発生した光を事前に決められた光放射パターンで拡散する。
【０００９】
実装と要素の組み合わせの様々な内容を含む上記や他に示している主張などの特徴は、添付図面により詳細に記述されている。ここで説明するのはイラストによる説明であり、特定の方法とシステムの制限ではない。またこの分野で活動する熟練している人も、発明の範囲から逸脱すること無い様々な原理や機能が採用されている多くの実施例があることを理解する。
【００１０】
現在の仕様の一部として含まれている添付図面は、現在の好ましい実施様態を表し、上記に挙げた一般的な説明と下記に記す詳細な好ましい実施様態の両方を合わせて本発明の原則を教え、説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1Aは一実施様態において模範的な分解された形での模範的なシートの形をした照明された光ガイドの回路図。
【００１２】
図１Bは一実施様態において組み立てられた形での模範的な照明された光ガイドを横から見た図。
【００１３】
【図２】図2Aは一実施様態において模範的な光を屈折させる粒子のブロック図。
【００１４】
図2Bは一実施様態において模範的な光を屈折させる粒子のブロック図。
【００１５】
図2Cは一実施様態において光を屈折させる粒子が入射した光を拡散反射させる方向へ向けるブロック図。
【００１６】
【図３】図3Aは一実施様態において光の放射方向との関係を持つ光を屈折させる粒子から放射される光の分布を計る図である。
【００１７】
図3Bは一実施様態において模範的な光の強度グラフの図。
【００１８】
【図４】図4Aは一実施様態において正方体の光を屈折させる粒子が起こす光の屈折図。
【００１９】
図4Bは一実施様態において光が放射している点から見る光を屈折させる粒子の図。
【００２０】
図4Cは一実施様態において模範的な光の放射パターンの図。
【００２１】
【図５】図5Aは一実施様態において直角を持つ二等辺三角形の角柱体の形をした光を屈折させる粒子の光の屈折の図。
【００２２】
図5Bは一実施様態において光が放射している点から見る光を屈折させる粒子の図。
【００２３】
図5Cは一実施様態において光を屈折させる粒子においての模範的な放射パターンの図。
【００２４】
図5Dは現発明の一実施様態において模範的な放射パターンの図。
【００２５】
【図６】図6Aは一実施様態において多数の窪み面がある型のブロック図。
【００２６】
図6Bは一実施様態において素材をコーティングして粒子を作るブロック図。
【００２７】
図6Cは一実施様態においてコーティングされた面から余分なコーティングを取り除くブロック図。
【００２８】
図6Dは一実施様態において多数のある形を粒子のブロック図。
【００２９】
【図７】図7Aは一実施様態において模範的なコーティングされた粒子のブロック図。
【００３０】
図7Bは一実施様態において施されたコーティングの厚さを変えるブロック図。
【００３１】
【図８】図8は一実施様態において幾つかの素材を重ねて作られた模範的粒子の図。
【００３２】
【図９】図9は一実施様態において光ガイドにおいて非球面粒子を配置する模範的な工程のフロー図。
【００３３】
【図１０】図10Aは一実施様態において模範的な非球面粒子が磁気を帯びて好ましい方向を向く図。
【００３４】
図10Bは一実施様態において磁場の影響下にある模範的な非球面粒子のブロック図。
【００３５】
図10Cは一実施様態において模範的な非球面粒子を含む液体化された光ガイドのブロック図。
【００３６】
図10Dは一実施様態において模範的な固形化した光ガイドのブロック図。
【００３７】
図10Eは一実施様態において模範的な固形化し磁気を帯びた光ガイドのブロック図。
【００３８】
【図１１】図11Aは一実施様態において模範的な非球面粒子のブロック図。
【００３９】
図11Bは一実施様態において磁気を帯びた非球面粒子のブロック図。
【００４０】
図11Cは一実施様態において事前に磁化された非球面粒子を光ガイドの基材に挿入するブロック図。
【００４１】
図11Dは一実施様態において磁化された粒子を含む固形化した基材のブロック図。
【００４２】
図11Eは一実施様態において異なる磁気を持つ固形化した基材のブロック図。
【００４３】
【図１２】図12Aは一実施様態において模範的な非球面粒子の図。
【００４４】
図12Bは一実施様態において非球面粒子を含む模範的な液体化された光ガイドのブロック図。
【００４５】
図12Cは一実施様態において磁場の影響下にある模範的な非球面粒子のブロック図。
【００４６】
図12Dは一実施様態においてつりあっている模範的な非球面粒子のブロック図。
【００４７】
図12Eは一実施様態において磁場にある模範的な液体化された光ガイドのブロック図。
【００４８】
図12Fは一実施様態において磁場にある模範的な固形化した光ガイドのブロック図。
【００４９】
【図１３】図13Aは一実施様態において模範的な非球面粒子の図。
【００５０】
図13Bは一実施様態において模範的な液体化された光ガイドのブロック図。
【００５１】
図13Cは一実施様態において磁場にある模範的な非球面粒子のブロック図。
【００５２】
図13Dは一実施様態において均衡位置にある模範的な非球面粒子のブロック図。
【００５３】
図13Eは一実施様態において模範的な固形化された光ガイドのブロック図。
【００５４】
図13Fは一実施様態において磁場の影響を受ける模範的な固形化した光ガイドのブロック図。
【００５５】
【図１４】図14Aは一実施様態において模範的な非球面粒子の図。
【００５６】
図14Bは一実施様態において模範的な液体化された光ガイドのブロック図。
【００５７】
図14Cは一実施様態において磁化された非球面粒子を含む模範的な固形化した光ガイドのブロック図。
【００５８】
図14Dは一実施様態において磁場の影響を受ける模範的な固形化した光ガイドのブロック図。
【００５９】
【図１５】図15は一実施様態において光ガイドにおいて非球面粒子を配置する模範的な工程のフロー図。
【００６０】
【図１６】図16Aは一実施様態において正方体で非球面の光を屈折させる粒子を含む光ガイドのブロック図。
【００６１】
図16Bは一実施様態において結晶中の模範的な非球面粒子のブロック図。
【００６２】
図16Cは一実施様態において結晶した粒子を含む模範的な光ガイドのブロック図。
【００６３】
【図１７】図17Aは一実施様態において光ガイドにおいて非球面粒子を配置する模範的な工程のフロー図。
【００６４】
図17Bは一実施様態において非球面粒子を含む模範的な固形化した光ガイドのブロック図。
【００６５】
図17Cは一実施様態において模範的な引き延ばされた光ガイドのブロック図。
【００６６】
図17Dは一実施様態においてある方向を向いて配置されている非球面粒子を含む模範的な光ガイドのブロック図。
【００６７】
図17Eは一実施様態において模範的な光ガイドの断面図。
【００６８】
【図１８】図18Aは一実施様態において模範的な光ガイドのブロック図。
【００６９】
図18Bは一実施様態において模範的な曲げられた光ガイドのブロック図。
【００７０】
図18Cは一実施様態において模範的な曲げられて切られた光ガイドのブロック図。
【００７１】
【図１９】図19Aは一実施様態において熱粒子を含む模範的な光ガイドの図。
【００７２】
図19Bは一実施様態において熱された粒子を含む模範的な光ガイドのブロック図。
【００７３】
図19Cは一実施様態において磁気によって配置された熱粒子を含む模範的な光ガイドのブロック図。
【００７４】
【図２０】図20Aは一実施様態において非球面粒子を光ガイドに配置する模範的な粒子型のブロック図。
【００７５】
図20Bは一実施様態において模範的な粒子型とコーティングのブロック図。
【００７６】
図20Cは一実施様態において模範的な粒子型と非球面粒子のブロック図。
【００７７】
図20Dは一実施様態において模範的な重ねられた粒子型の図。
【００７８】
図20Eは一実施様態において重ねられた非球面粒子を持つ模範的な光ガイドのブロック図。
【００７９】
【図２１】図21Aは一実施様態において光ガイドの局部において非球面粒子が異なる配置をされている模範的な光ガイドのブロック図。
【００８０】
図21Bは一実施様態において光ガイドの異なる部分に非球面粒子の異なる配置を発生させる模範的な粒子配布の図。
【００８１】
図21Cは一実施様態において光ガイドの異なる部分にある事前に磁化した非球面粒子の図。
【００８２】
図21Dは一実施様態において磁場における模範的な光ガイドのブロック図。
【００８３】
【図２２】図22は一実施様態において模範的な面の形をした光源のコアの模範的なエレメントのブロック図。
【００８４】
【図２３】図23は一実施様態において異なる濃度を持つ拡散粒子を含む模範的な面の形をした光源のブロック図。
【００８５】
【図２４】図24は一実施様態において二つの光源を持つ模範的な面の形をした光源の図。
【００８６】
【図２５】図25は一実施様態において鏡面のコアを持つ模範的な面の形をした光源の図。
【００８７】
【図２６】図26は一実施様態において光ガイドにおける粒子濃度プロフィールを作成する模範的な工程のフロー図。
【００８８】
【図２７】図27Aは一実施様態において異なる種類の非球面粒子を持つ模範的な光ガイドのブロック図。
【００８９】
図27Bは一実施様態においてそれぞれの配布プロフィールに従った配置をされている模範的な非球面粒子のブロック図。
【００９０】
図27Cは一実施様態において光ガイド内でそれぞれの配布プロフィールに従った配置をされている模範的な非球面粒子のブロック図。
【００９１】
図27Dは一実施様態において磁場の影響下にあるそれぞれの配布プロフィールに従った配置をされている模範的な非球面粒子のブロック図。
【００９２】
【図２８】図28は一実施様態において狭い可視角度を持つ模範的なバックライトの図。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
光を発する媒体から好みの放射パターンでの光の抽出の装置と製造方法を説明する。一実施様態において、非球面粒子を含む第１の導光シートと第１のシートの端に沿って設置されている光源で構成されている。第１のシートは光源で発生した光を事前に決められた光放射パターンで拡散する。
【００９４】
光を発する媒体から放射方向に関する抽出された好みの分布を説明する。一実施様態において、光を発する媒体は細かく分布された光を屈折する粒子を含む照明された光ガイドである。
【００９５】
図1Aは現発明の一実施様態において模範的な分解された形での模範的なシート199の形をした照明された光ガイドの回路図である。光源199は基本的に透明で、コア104がある光ガイド106が低い係数被覆シート103と105に囲まれている場合もある。コア104は希薄な濃度の光拡散粒子の拡散体を有する。コア104の拡散体は金属、有機物、他の粉又は色素で構成されそれに当たった光を反射する。他にもコア104の拡散体は小さい透明な粒子もしくは泡で構成され、光を拡散、境界での反射、粒子内での拡散又は完全反射にて拡散させる。線形光源102が下端107より光ガイド106を照明する。上端108は反射面を有しない。反射器101が線形光源102の光を光ガイド106に収束する。主光源102の光は光ガイド106の全面に拡散され、広い面から出て行く。なので光ガイド106は基本的に透明で、その一つの面から見たときには透明である。
【００９６】
図１Bは一実施様態において組み立てられた形での模範的な照明された光ガイド199を横から見た図である。光ガイド100は三枚のシートがその広い面で結合されているもので構成され、各シートは光に透明で、中央のシート104（この後コアと呼ぶ）は横のシート102と106（この後被覆と呼ぶ）よりも高い屈折係数を持つ。コア104はその三つの端が光を反射するようにされているのが好ましい。反射しない端に沿って端照明112がある。端照明112は主光源108と反射器110で構成される。主光源108は線形光である。主光源108は蛍光灯又はガスディスチャージ管、LEDの配列、白熱フィラメント、もしくは類似した光源である。反射器110は主光源108からの光を最大限にコア104に送り込み、コア104内で被覆シート102と106に対して平行、もしくは平行に近い角度で光が進行するような性質を持たせる。光線114は端照明112から放たれた模範的な光線で、コア104の大半を通過している。光線114は被覆102と106に対しては視射角なのでコア104内に完全反射で収容される。コア104の三つの反射端も光線をコア104の中に留めている。細かい光拡散粒子がコア104全体に希薄に含まれている。ある程度の距離を進むと光線114は光拡散粒子に近づく。この光拡散粒子は光線114がコア104内を進んでいる角度を変え、光線114の一部は被覆シート106と102において完全に内面に反射される角度ではなくなる。この角度を変えられた光は光ガイド100から光116として放出する。
【００９７】
公開するこのシステムと方法は様々な光を発する媒体の実施様態に適応される。例えば、シート100にある光ガイドの代わりに、光を発する媒体は円柱形もしくは四角い光ガイドでも良い。一つの線形の軸を持つこのような光ガイドは光ファイバーと呼ばれる。光を発する媒体は光が進行する透明素材を有する場合もある。図1Bでも説明したように、光は光を発する媒体内に完全反射、他にも完全な反射もしくはその他の工学的原理での収容が可能である。また光収容施設があることも可能である。この場合、収容できなくて光が失われる場合もある。このような損失は光源（端照明112のような）から放出される光の大部分を光を発する媒体に通すことで低減できる。光の収束は反射器もしくはレンズを用いて行える。レーザーや指向性の光を発するダイオードなどの高い指向性を持つ光源を使用する事も出来る。一つ以上の光源を使うことも可能である。
【００９８】
コア104のような光を発する媒体には細かい光拡散粒子が含まれている。光拡散粒子の濃度は光を発する媒体の全長に置いて均一、もしくは光を発する媒体の局部で異なる場合もあり、後者は光を発する媒体から一定もしくは好みの光を抽出できる。
【００９９】
光を発する媒体に細かく分散されている光拡散粒子は光を光学的反射、光学的屈折、光学的回折または光学的拡散、もしくはこれらの組み合わせで光を拡散する。
図2Aは一実施様態において模範的な光を屈折させる粒子299のブロック図である。光拡散粒子210は入射した光212を屈折し出射する光214にする。粒子200は表面が滑らかな金属の楕円体である。
図2Bは一実施様態において模範的な光を屈折させる粒子210のブロック図299である。光拡散粒子210は入射した光212を屈折し出射する光214にする。光を屈折させる光拡散粒子210は透明で屈折係数がコア104の屈折係数より大きい、もしくは小さい素材で出来ている。入射する光のある角度又はある位置によっては、粒子が光を部分的もしくは完全な反射をさせ、その進路を屈折する。似たように粒子による回折も光の反射を起こす。光反射粒子による反射は鏡のような反射である必要は無い。
【０１００】
図2Cは一実施様態において光を屈折させる粒子220が入射した光222を決められた方向224へ向け拡散反射を起こす図である。拡散反射は表面が滑らかではなく様々なうねりを持った光拡散粒子を使用することで起こる。似たように拡散屈折も表面が滑らかではなく様々なうねりを持った光拡散粒子を使用することで起こる。
【０１０１】
図3Aは一実施様態において光の放射方向との関係を持つ光を屈折させる粒子から放射される光の分布を計る図399である。光拡散粒子200を中心とする球体調整システムが光拡散粒子200の周りを運行する。曲線306と310は球体調整システムの均分円の一部で、曲線308と312は縦軸の大きい円、すなわち球体調整システムの極を通る大きい円の一部である。さらに曲線308は方位角0度にあり、曲線312は方位角180度にある。図１Bで説明したように、もしも光拡散粒子200が光放射面に埋め込まれていると、大きい円（曲線308と312で構成される）と均分円（曲線306と310で構成される）が光を発する面に対して垂直なのが好ましい。すなわち、粒子200と均分円の方位角0度（線306と308の交差する点）が放射する面と直角である。
【０１０２】
上記に示したように調整システムをセットアップし、次のように放射された光の分布が計測される。照度を知る光300が光拡散粒子200を照らす。粒子200から外に向けて放たれる光の強さが、上記に示した球体の座標方法により、球体の座標に照らし合わせて計測される。このような計測は光度計のような光を図る機器で行う。一実施様態において光を光拡散粒子に照らし、様々な方向に拡散されている光を計測するのは物理的にされて無く、計算上のシミュレーション、もしくはパソコンで行われている。数字的シミュレーションはマックスウェルの方程式、もしくはモンテカルロ法のような乱択アルゴリズムを使用する。
【０１０３】
図3Bは一実施様態において模範的な光の強度グラフ398である。グラフ398は粒子200の記録された球体座標に対して各方向において光の強度を視覚化するに十分である。グラフ326は光拡散粒子200から左に放射した光の強度で、グラフ336は光拡散粒子200から右に放射した光の強度である。すなわちグラフ326は方位角-90から+90度の間で、グラフ336は方位角+90から+270度の間であり、それにより完全な円を示している。データを二つの範囲に分けるのは計算的には必要なく、意味のある視覚化のために行われている。二つの軸320と322はそれぞれ極（もしくは等値の仰角）の角と方位角を表す。依存軸324は放射された光の強さを表す。グラフにおいて面326は様々な方向に放射された光の強さを表す。面326は似たように作られ、二つの軸320と322はそれぞれ極（もしくは等値の仰角）の角と方位角を表し依存軸334は放射された光の強さを表す。
【０１０４】
グラフ398は一般の光放射粒子200が起こす一般的な放射パターンを示す。グラフ398に似たグラフは様々なシステムの放射パターンを視覚的に描写する。描写された放射パターンは一つの拡散粒子ではなく、拡散粒子のグループが放射したパターンにも当てはめられる。このような場合、球体調整システムの中心に拡散粒子のグループを置く。グラフ398に似たグラフとこれらに描写されたデータは以後「放射パターン」と呼ばれる。
【０１０５】
図4Aは一実施様態において正方体の光を屈折させる粒子499が起こす光の屈折図である。光は基本的に光線404とその反対方向406に屈折される。したがって光は基本的に均分円方向で方位角0と180度に放射する。
【０１０６】
図4Bは一実施様態において光が放射している点から見る光を屈折させる粒子499の図である。これは放射される光404の方向、すなわち方位角0度からの視点である。
【０１０７】
実施様態において放射光404が面に対して垂直になるように光反射粒子402は透明な面に埋め込まれている。この実施様態において透明な面が光ガイドの役割をし、基本的に光を透明な面の垂直方向に放射している。
【０１０８】
図4Cは一実施様態において粒子402の模範的な光の放射パターン498の図である。
【０１０９】
図5Aは一実施様態において直角を持つ二等辺三角形の角柱体の形をした光を屈折させる粒子599の光の屈折の図である。光500は直角を持つ二等辺三角形の角柱体の形をした粒子599により屈折されている。反射された光は基本的に屈折された光線504の方向に向かう。
【０１１０】
図5Bは一実施様態において光が放射している点から見る光を屈折させる粒子599の図である。
【０１１１】
図5Cは一実施様態において光を屈折させる粒子502においての模範的な放射パターン598の図である。
【０１１２】
粒子の形だけではなく、その大きさもその放射パターンに影響する。（大きさ100ミクロン以下の小さい粒子においてっは特にそうである）
【０１１３】
図5Dは現発明の一実施様態において模範的な放射パターン599の図である。光線512が光屈折粒子510の滑らかな表面に当たると、鏡のように一方向に反射される。光線514が光屈折粒子510の角、もしくはその近くに当たると回折により多くの方向に散らされる。角のどの程近くに当たれば回折効果が見られるかは、光の波長と粒子510の大きさによる。それゆえ、粒子510が小さいほど光がこのように回折される割合が多くなる。
【０１１４】
このように様々な形と大きさの光屈折粒子は様々な放射パターンを起こす。上記で述べたように、ある形と大きさの光屈折粒子の放射パターンは物理的実験もしくは光学的法則を使い評価する、もしくはコンピューター内での光学活動シミュレーションによって評価できる。
【０１１５】
ある形と大きさをした粒子は数多く製造できる。かつ一つの形とサイズではなく、多数の形と大きさはとても便利で、したがって形と大きさの生産確率分布が作られる。
【０１１６】
一実施様態においてある結晶の形をした粒子は結晶作用によって作られる。多くの素材は自然に立方体の結晶を作る性質がある。このような素材の管理された結晶作用で、ある大きさの立方体の結晶や確率分布が知られている結晶を作り出せる。似たように知られている結晶の形をした粒子を作ることも出来る。
【０１１７】
他の実施様態において回転楕円形の粒子が液体微粒化、ガス噴霧、磨ぎもしくは型で製造される。このような方法では粒子の形と大きさは確実に管理できないが、知られている形と大きさの分布が製造される。
【０１１８】
他の実施様態において必要な形（回転楕円形が好ましい）と大きさの粒子が型によって製造される。一つの型で多数の粒子が製造可能である。
【０１１９】
他の実施様態において、型に似たような方法で粒子が製造されている。
【０１２０】
図6Aは一実施様態において多数の窪み602がある型699のブロック図である。型600は602のように多数の窪みが、最低でも一つの面にある。型600には窪み602がすでにある場合もある。ほかにも窪み602は型600にあるシート上でハンマーリング、ドリルや他の似た工業方法によって作ることが出来る。
【０１２１】
図6Bは一実施様態において素材をコーティング604して粒子を作るブロック図698である。粒子を作る素材のコーティング604は型600の面に置かれる。このコーティング604は型、化学反応、電気化学反応、化学蒸気反応、物理的蒸気反応、スパッタリング、回転コーティングもしくは他のフィルム反応や形成、コーティングや植え付け方法などを用いて貼り付ける。コーティング604は602のような窪みを型600に与える。
【０１２２】
図6Cは一実施様態においてコーティングされた面から余分なコーティングを取り除くブロック図697である。余分なコーティングは化学研磨や機械的研磨のような研磨で取り除く。研磨は型600のもともとの表面を晒し出し、型600の細かい部分も研磨によって取り除かれる。これにより粒子606のような小さい粒子が型600の表面に埋め込まれる。このような小さい粒子は型600から取り除かれる。取り除く作業は機械的に型600を曲げる、もしくは型600を溶かす溶剤もしくは化学品を使い、粒子だけが残るようにする。これにより、ある形をした多数の粒子が製造される。
【０１２３】
図6Dは一実施様態において多数のある形をした粒子696のブロック図である。この粒子は必要に応じてどの様な形でも、型に有る窪みの形を変えて製造できる。他の実施様態において、ある形の粒子は核粒子をコーティングして作られる。
【０１２４】
図7Aは一実施様態において模範的なコーティングされた粒子799のブロック図である。ある形と大きさの核粒子700は同じもしくは別の素材でコーティングされる（702）。コーティング(702)は核粒子の形を増加させ、特に角と端の元の粒子はより丸みを帯び、したがって一つの方向ではなく、より多くの光が他方向に反射され、したがって拡散率が光の指向性屈折より増加する。
【０１２５】
図7Bは一実施様態においてコーティングが施された粒子798のブロック図である。核粒子700はコーティング702より厚いコーティング704でコーティングされる。施されたコーティングの厚みを変えると大きさだけではなく合成粒子の形も変える。コーティングが大きければ、最終的な粒子の丸みも強くなる。粒子を生産する方法を設計するとき、コーティングによる影響は最終的な粒子の大きさから核粒子の段階で引かれる。研磨はコーティングと似ており、（すなわち粒子の面から素材を取り除く）粒子の形を変えることに使われる。研磨の方法は化学研磨、化学と機械研磨、電気研磨と機械研磨である。
【０１２６】
他の実施様態において第１の型、反応や他の製造方法の後、焼きなますが粒子の形を変えるために使われている。焼きなますを行う前に、元の粒子が素材の結晶性質に沿って結晶しているのであれば、その幾何学結晶は焼きなます後に強化される。例えば、元の粒子素材は立方体の結晶を結晶する傾向があるとすると、最初に型で立方体に近い形で製造し、そして焼きなますをすると完全な立方体の結晶が出来るため、高度な立方体の形をした粒子を作ることが出来る。
【０１２７】
光屈折粒子の放射パターンは粒子の形や大きさだけでなく、粒子の面の特性など、他に多くのパラメーターによる。
【０１２８】
双方向分散率分布作用（BRDF）は面が持つその特性の一つである。BRDFは光が小さい面の要素から特定の方向に反射される量とある方向からの光が要素に到達する関係を表す作用である。BRDFは入射する光の角度、反射する光の角度、光の波長と表面要素の配置との作用である。
【０１２９】
粒子のBRDFはその光放射パターンに影響する。したがって光ガイドから抽出される光の分布は光ガイドにある粒子のBRDFに依存する。
【０１３０】
一実施様態において、粒子のBRDFは似合った色素又は色素の様々な組み合わせをコーティングして変化させている。
【０１３１】
他の実施様態において、BRDFは粒子に化学反応を起こさせ変化させている。この化学反応は酸による処理、酸化もしくは他の表面に影響する反応である。
【０１３２】
他の実施様態において光を抽出する粒子のBRDFはマイクロ・アブレージョンとマイクロ・ディフォルメーションなどの微細な表面工学技術で変化させている。マイクロ・アブレージョンは機械的に削る、こする、磨く、鑢で磨く又は大きく削ることで行われる。マイクロ・アブレージョンは表面を科学的に処理しても行える。マイクロ・ディフォルメーションはへこませる、または機械的に削る、こするもしくは磨くことで行える。マイクロ・ディフォルメーションは結晶化方法でも行える。一つの方法は回転楕円形の粒子が核粒子として使われ、それにある種類の結晶を育てる。結晶の成長は結晶の表面が必要なディフォルメーションを得るように管理される。
【０１３３】
図8は一実施様態において幾つかの素材を重ねて作られた模範的粒子899の図である。各層は特定の特性を粒子899にもたらす。様々な層が形、大きさ、BRDF、向きや他の特性を与えるのに使われる。様々な他の実施様態において、この実施様態で公開されている様々な部分集合の層で構成される。層は公開されている順序以外でも処理できる。
【０１３４】
層801は粒子が力場によって特定の方向を向く特性をもたらす層である。
【０１３５】
層802は電荷を貯めるもしくは拘束されていない電荷を収容する層である。したがってこの層は粒子に特定の電荷特性を与える場合がある。層802は金属もしくはその表面に電荷を貯められる素材である。層802は摩擦などのどの様な電荷移行でも充填できる。全ての粒子が同じ電荷だと、お互いに反発し合う。これは粒子が液体に入るときにダマになるのを防ぐ。
【０１３６】
層803は粒子に形を与える模範的な層である。層803は前層の周りに結晶を育てることで作ることが出来る。層803は層の厚さを調整することで粒子の大きさを得ることも可能である。
【０１３７】
層804は粒子表面のBRDF特性を変えるそうである。層804は似合った色素又は色素の様々な組み合わせである場合もある。層804はそのBRDFを変化させるため表面が物理的もしくは化学的に処理された特定の素材のコーティングの場合もある。層804は反射、波長選択もしくは透明な素材の場合もある。層804はそのような素材の組み合わせ、もしくはそのような素材を重ね合わせている場合もある。
【０１３８】
層805は粒子が拡散される基本材料に対して粒子の親和力を持たせる層である。層805は特定の液体に似合った親和力のある選ばれた素材である。液体に似合った親和力は粒子が液体に入るときにダマになるのを防ぐ。
【０１３９】
どの層も前層の上に結晶を育てて新たな層を作ることが出来、また型、化学反応、電気化学反応、化学蒸気反応、物理的蒸気反応、スパッタリング、回転コーティングもしくは他のフィルム反応や形成、コーティングや植え付け方法でも作ることが出来る。
【０１４０】
幾つかの実施態様において、一つの素材又は一つの層が一つ以上の便利な特性を粒子に与えることが可能である。このような場合において、一つの層がその特性全てを与えることに使われる。例として、一つの金属層が必要な形、BRDFと向きの特性を与える場合もある。
粒子配列
【０１４１】
粒子の光放射パターンはその大きさ、形と向きなどのパラメーターに依存する。特定の光放射パターンを得るため、回転楕円形の粒子が集合的に特定の状態で配列されると、必要な光放射パターンを光ガイドに与える設計をする。
【０１４２】
光ガイドから特定の光放射パターンを得るため、粒子の向きと粒子の位置が光ガイドに対してある機能を持つ事が必要となる場合がある。粒子の向きと粒子の位置が光ガイドに対してある機能を持つことを今後、光ガイドと関連する粒子の方向性分布プロフィールと呼ぶ。
【０１４３】
特定の方向性分布プロフィールに沿う粒子の配列方法は多く、下記に記載する。
【０１４４】
図9は現発明の一実施様態において光ガイドにおいて非球面粒子を配置する模範的な工程900のフロー図である。特定の方向特性を持つ非球面粒子は光ガイドの基材は(910)に導入される。非球面粒子の方向特性は力場の影響を受けると粒子が配列するという物である。液体の基材は力場がある状態で固形化される(920)。実施様態において作られた固体が最終製品となる。他の実施様態において作られた固体の部位が切られて粒子が必要な方向に配置されている最終的な光ガイドとなる(930)。
【０１４５】
図10Aは現発明の一実施様態において模範的な非球面粒子1001が簡単に磁気を帯びれて好ましい方向1002を向く図である。非球面粒子は磁場で高く磁気化される方向（1002）を向く。高い磁気化の方向の所有は、すなわち磁気方向特性である。
【０１４６】
多くの結晶が高い磁気化の方向を持ち、そのような結晶がこの実施様態に使用されている。結晶を磁場が存在するところで成長、焼結または焼きなましされると、与えられた磁場の高い磁気化の方向である磁力線に沿って育つ。この特性を使い合算方向が高い磁気化の結晶または多結晶の素材を作り出す。このような多結晶の素材のグループが磁気性質を持つセラミックの複合材料である。
【０１４７】
複合材料粒子とは二つ以上の違う素材が結合して作られた固体である。結合は機械的もしくは焼結のような冶金方法で行われる。複合素材の一つとして鉄、コバルト、ニッケルやガドリニウムのような強磁性の材料で複合素材が詰められている時も磁力の影響下にある。このような強磁性の材料の磁区は複合素材を作っている時も、高く磁気化できる方向である磁力線に沿う。集合的な成分の磁区の向きが複合素材が持つ高く磁気化できる方向性の結果となる。
【０１４８】
図10Bは一実施様態において磁場の影響下1003にある模範的な非球面粒子1098のブロック図である。非球面粒子1001の方向特性は高く磁気化できる好みの方向1002を持つ。磁場1003の影響下で粒子1001はその高く磁気化できる好みの方向1002を向いて磁気化する。磁気化された粒子1001は磁気化の方向と磁場1003の影響で整列する力を受ける。したがって粒子は回転し磁力線1003に沿って整列する。したがって粒子1001は高く磁気化できる好みの方向を持ち、それが磁場で粒子を整列させる。
【０１４９】
図10Cは一実施様態において模範的な非球面粒子を含む液体化された光ガイド1097のブロック図である。粒子1001のような幾つかの非球面粒子があり、粒子1001に関しては方向1002のような高く磁化できる好みの方向を持ち、光ガイドシートの基本材料1004に挿入される。
【０１５０】
図10Dは一実施様態において模範的な固形化した光ガイド1096のブロック図である。基材1004は磁場1005の影響下で固形化される。実施様態において磁場1005の磁力線は平行である。図10Bで説明したように、磁場1005は粒子1001のような非球面粒子に動く力を与える。この力は非球面粒子が必要な方向に向くようにする。
【０１５１】
図10Eは一実施様態において模範的な固形化し磁気を帯びた光ガイドシート1095のブロック図である。基材1004は磁場1006の影響下で固形化する。磁場1006の強さと向きは基材1004全体において異なる。このような磁場は非球面粒子を特定の方向性分布プロフィールで整列させる。磁場の強さと向きを光ガイド全体において調整することにより、非救援粒子の方向性分布プロフィールを調整することができる。
【０１５２】
図11Aは一実施様態において模範的な非球面粒子1199のブロック図である。粒子1101のような非球面粒子はある高さから平面1104に落下するようにされている。落下中、非球面粒子の密度の高い所が、重力により、最初に結合する。一実施様態において、平面に薄い、一粒子の層が蓄積される。したがって非球面粒子が同じ方向を向いている非球面粒子の層が得られる。
【０１５３】
図11Bは一実施様態において磁気を帯びた非球面粒子1198のブロック図である。粒子1101のような非球面粒子は平面1104上で同じ向きをして並んでいる。この非球面粒子は磁場1102の影響下に置かれる。全ての粒子が磁場1102の影響で同じ方向で磁化される。この粒子の磁化で粒子が磁力線に沿って整列し、それゆえ磁力志向特性である。このような粒子に磁力を与えて磁気方向特性を作ることを今後、事前磁力化と呼ぶ。
【０１５４】
他の実施様態において模範的な装置で次のように非球面粒子の特定の方向への事前磁力が行われる。非球面粒子は液晶として育てられ、液晶の成長中に磁場を与える。成長した液晶は特定の方向へ事前磁力化されている。
【０１５５】
また他の実施様態において、模範的な装置で粒子1105と似たような方向性を持つ非球面粒子はキュリー温度以上に熱せられ、磁場を近づけ、そしてキュリー温度以下に冷却することにより事前磁力化する。
【０１５６】
図11Cは一実施様態において事前磁化された非球面粒子1197を光ガイドの基材1103に導入するブロック図である。粒子1101のような非球面る粒子は基材の全体において不規則に整列する可能性がある。
【０１５７】
図11Dは一実施様態において磁化された粒子を含む固形化した基材1103のブロック図1196である。基材1103は一定の磁場1107の影響下で固形化される。実施様態において、粒子が光ガイドの片側に押されないようにするため磁力線は分岐しない。磁場の相互作用で粒子1101のような各非球面粒子に動く力を与える。この力で全ての粒子が磁場に沿って整列する。磁場の方向は必要な方向に非球面粒子の整列が得られるように調整できる。
【０１５８】
図11Eは一実施様態において異なる磁気を持つ固形化した基材1195のブロック図である。基材1103は磁場1108の影響下で固形化される。磁場1103の強さと向きは基材1003全体において異なる。このような磁場は粒子1101のような非球面粒子を特定の方向性分布プロフィールで整列させる。磁場の強さと向きを光ガイド全体において調整することにより、非救援粒子の方向性分布プロフィールを調整することができる。
【０１５９】
図12Aは一実施様態において模範的な非球面粒子1201の図である。粒子1201は鉄、コバルト、ニッケルやガドリニウムのような強磁性の材料で作られる場合もある。粒子1201は全ての非金属粒子に強磁性の層を足したものの場合もある。層は層の追加方法を使用して追加する。
【０１６０】
図12Bは一実施様態において非球面粒子を含む模範的な液体化された光ガイド1298のブロック図である。粒子1201のような多数の非球面粒子が光ガイドの基材1202に導入される。
【０１６１】
図12Cは一実施様態において磁場の影響下にある模範的な非球面粒子1297のブロック図である。模範的な粒子1201が光ガイドの基材1202の中にあり、磁場1204の影響を受ける。磁力線が粒子に磁極を持たせ、粒子が磁気双極子のように振舞う。磁気双極子がこのように磁場1204に置かれると、力1205と1206によってトルクを発生させる。このトルクが双極子軸1207が磁場の方向を向くので粒子を回転させる。このように磁場が存在する所で磁力双極子の性質を持つのは粒子1201のような非球面粒子の磁気方向特性である。
【０１６２】
図12Dは一実施様態においてつりあっている模範的な非球面粒子1296のブロック図である。図12Dは粒子1201が磁場1204とつりあう状態を示している。このつりあう状態では力1205と1206は取り消される。
【０１６３】
図12Eは一実施様態において磁場にある模範的な液体化された光ガイド1295のブロック図である。光ガイドの基材1202は磁場1208の影響下で固形化される。光ガイド1202内の粒子1201のような全ての非球面粒子は図12Cでも説明したようなトルクを受ける。非球面粒子は磁場の方向に向けて回転する。光ガイド1202の基材は徐々に固形化し、中の粒子はその方向を永遠に保つ。
【０１６４】
図12Fは一実施様態において磁場にある模範的な固形化した光ガイド1294のブロック図である。基材1202は磁場1209の影響下で固形化する。磁場1209の強さと向きは基材1202全体において異なる。このような磁場は粒子1201のような非球面粒子を特定の方向性分布プロフィールで整列させる。磁場の強さと向きを光ガイド全体において調整することにより、非救援粒子の方向性分布プロフィールを調整することができる。
【０１６５】
図13Aは現発明の一実施様態において光ガイドで整列する模範的な非球面粒子1301の図である。粒子1301は表面に自由な電荷を持つ金属的な粒子もしくは極性誘電体粒子である。
【０１６６】
図13Bは一実施様態において模範的な液体化された光ガイド1398のブロック図である。粒子1301のような複数の非球面粒子が光ガイドの基材1302の中に拡散される。
【０１６７】
図13Cは一実施様態において磁場にある模範的な非球面粒子1397のブロック図である。非球面粒子が電場1304に置かれる。電磁力線1304が粒子の電荷を分かれるように働きかけ、粒子は双極子のように振舞う。このように電場1304の中に置かれた双極子はトルク1305と1306の力を受ける。トルクは粒子を回転させ、双極子軸が電場に沿うように整列する。したがって粒子1304のように電場における電気双極子の特性を得ることは粒子の電気指向特性である。
【０１６８】
図13Dは一実施様態において均衡位置にある模範的な非球面粒子1396のブロック図である。図13Dは粒子1396が電場1304とつりあう状態を示している。このつりあう状態では力1305と1306は取り消される。
【０１６９】
図13Eは一実施様態において模範的な固形化された光ガイド1395のブロック図である。光ガイドの基材1302は電場1307の影響下で固形化される。光ガイド1302内の粒子1301のような全ての非球面粒子は図13Cでも説明したようなトルクを受ける。非球面粒子は電場の方向に向けて回転する。電場の角度を調整することにより、粒子の配列も調整できる。
【０１７０】
図13Fは一実施様態において磁場の影響を受ける模範的な固形化した光ガイド1394のブロック図である。基材1302は電場1309の影響下で固形化する。電場1309の強さと向きは基材1302全体において異なる。電場を変化させることにより粒子1301のような非球面粒子を特定の方向性分布プロフィールで整列させる。電場の強さと向きを光ガイド全体において調整することにより、非救援粒子の方向性分布プロフィールを調整することができる。
【０１７１】
図14Aは現発明の一実施様態において模範的な非球面粒子1401の図である。非球面粒子1401の密度は1402の部分が1403の部分より密度が高い。部分的に高い密度を作るには、密度の高い粒子に密度低い均一の厚さではないコーティングをする。他にも、一定の厚さではない高い密度のコーティングをしても良い。
【０１７２】
図14Bは一実施様態において模範的な液体化された光ガイド1498のブロック図である。粒子1401のような非球面粒子は光ガイドの基材1404の中に導入される。
【０１７３】
図14Cは一実施様態において磁化された非球面粒子を含む模範的な固形化した光ガイド1497のブロック図である。重力が光ガイドの基材1404にある非球面粒子に働きかけ、粒子1401の部分1402のような密度の高い部分は他の密度の低い部分より大きい力が働く。これにより粒子はその密度の高い部分が地面に向けて沈む。粒子1401のような非球面粒子は重力が存在する場所において整列を助ける重力志向特性を有している。したがって粒子は同じ方向に整列する。基材1404は重力が存在する状態で固形化され、永久的に必要な向きで整列した粒子を有する光ガイドが作られる。
【０１７４】
図14Dは一実施様態において磁場の影響を受ける模範的な固形化した光ガイド1496のブロック図である。光ガイドの基材1407は図14Cで説明したような非球面粒子と似ているが、光ガイド内の異なる部分にある非球面粒子は異なる部分の密度が高い。粒子1408のような基材の中央部分にある粒子は高い密度の底面を有する。中央部分の周辺にある粒子1409のような非球面粒子は高い密度が底面に対して斜めにある。もっと遠いところにある粒子1410のような非球面粒子は密度の高い部分が粒子1409よりも底面に対してより斜めにある。重力が存在する所で、粒子1408、1409と1410は光ガイドの底面に対して徐々に傾くような違う均衡状態を得る。結果的に光ガイド内全体の非球面粒子はその特定の方向分布プロフィールに沿って整列する。非球面粒子の高密度の部分を調整することにより、必要とする方向分布プロフィールを得ることができる。
【０１７５】
図15は現発明の一実施様態において光ガイドにおいて非球面粒子を配置する模範的な工程1500のフロー図である。基材は初めにいくらかの非球面粒子が入っている溶液から作られる（1510）。基材は結晶化を許可され、結晶が格子状の構造を作る(1520)。結晶の成長中に非球面粒子が結晶構造内に最小エネルギー構成で捕らえられる(1530)。結晶構造は一定で反復的なので、全ての非球面粒子は同じ方向で整列する。実施様態において固形が作られ、これが最終製品となる。
【０１７６】
図16Aは一実施様態において正方体で非球面の光を屈折させる粒子を含む光ガイド1699のブロック図でる。粒子1601のような非球面粒子が光ガイド1699の基材1602に導入される。模範的な非球面粒子1601は正方体である。非球面粒子は角錐や円錐などのどの様な形でも良く大きさも問わない。非球面粒子の素材は金属や非金属を問わないが、滑らかな平面のあるものが好ましい。基材1602は飽和状態に近い結晶溶質が入った溶液である。基材は透明又は半透明の液でロッシェル塩のような透明又は半透明な溶質である。基材溶液1602は容器1603に入れられている。容器1603は滑らかな底面と側面、もしくは結晶の成長を揃える細長い隆起部がある。基材1602は調整された方法で結晶化させられる。
【０１７７】
図16Bは一実施様態において結晶中の模範的な非球面粒子1698のブロック図である。非球面粒子1601は立方体であり、最低エネルギー構成で結晶構造内に捕らわれる。基材1602全体を通じて結晶格子1604は明確な反復的構造なので、粒子1601のように全ての非球面粒子が最低エネルギー構造で整列する。
【０１７８】
図16Cは一実施様態において結晶した粒子を含む模範的な光ガイド1697のブロック図である。基材1602が徐々に結晶化すると、図16Bでも説明したように、粒子1601のような全ての非球面粒子が最低エネルギー構造で捕らわれる。よって全ての粒子は特定の方向を向いて整列する。非球面粒子が整列をする方向は結晶の成長方向で調整される。結晶の成長は知られている幾何学の核粒子を挿入もしくは特定の方向を向いた隆起部を挿入し特定の結晶を成長させて調整する。他の実施様態において結晶化は冷却もしくは焼きなましをして行われる。
【０１７９】
図17Aは一実施様態において光ガイドにおいて非球面粒子を配置する模範的な工程1700のフロー図である。固体の光ガイドと非球面粒子がある(1710)。光ガイドは特定の方向に一回もしくは数回引き伸ばされる（1720）。非球面粒子は引き伸ばされている間整列する。実施様態において、引き伸ばされた光ガイドが最終製品に使われる。他の実施様態において、引き伸ばされた光ガイドから特定の部位が切られ、必要な指向の非球面粒子を持つ光ガイドを得る(1730)。
【０１８０】
図17Bは一実施様態において非球面粒子を含む模範的な固形化した光ガイド1799のブロック図である。図17Bは光ガイド1701と非球面粒子を表す。
【０１８１】
図17Cは一実施様態において模範的な引き伸ばされた光ガイド1798のブロック図である。光ガイド1798の基材1701はその一つの端に沿って引き伸ばされる。光ガイド1798はまだ完全に固形化されていないときに引き伸ばされる。他にも光ガイド1798は、光ガイド1798が完全に固形化してから引き伸ばされる。引き伸ばしは光ガイドの端に沿って引き伸ばす。また、引き伸ばしは光ガイド1798を重いローラーで圧延することもできる。光ガイド1798は引き伸ばし中、又は事前に熱して伸ばすのに適したやわらかさにすることが出来る。伸ばしている間、粒子1702などの非球面粒子は光ガイド1798が伸ばされる方向により整列する傾向がある。光ガイド1798は全粒子がおおよそ同じ方向に整列するまで一回もしくは数回伸ばされる。
【０１８２】
図17Dは一実施様態においてある方向を向いて配置されている非球面粒子を含む模範的な光ガイド1797のブロック図である。光ガイド1703は特定の方向に整列している非球面粒子1704を含む。1704のような非球面粒子は図17Cで説明した引き伸ばし方法や上記に説明されている粒子配列方法を使って特定方向に整列される。方向1707のように他の方向の粒子配列が必要な場合、光ガイド1703の一部が切られ、切られた部分が非球面粒子の必要な方向性を持つようにする。切り取り1705は方向1707に向かう粒子配列を持つ。
【０１８３】
図17Eは一実施様態において模範的な光ガイドの切り取り1705の図である。粒子は方向1707に沿って整列している。
【０１８４】
図18Aは一実施様態において模範的な光ガイド1899のブロック図である。模範的光ガイド1801が示されている。粒子1802のような非球面粒子は、整列方法の一つもしくは複数を使って、特定の方向に整列している。
【０１８５】
図18Bは一実施様態において模範的な曲げられた光ガイド1898のブロック図である。光ガイド1801は線弾力1803を端に使って曲げられている。光ガイドを軸に沿って曲げるのは機械的に、軸付近の光ガイドを固定し、光ガイドの端に重さをかけることで行える。そのほかにも錘を光ガイドの軸部分に置き、光ガイドの端を紐で吊り上げることもできる。図に示されている通り、曲がることで非球面粒子は様々な方向に向いて整列する。
粒子1805は中央1804付近にあるため多くの整列変化はない。しかし粒子1802は中央1804から遠く離れており、その整列は大きく変化する。光ガイド1801は切り取り1806で切られる。
【０１８６】
他の実施様態において光ガイド1801は複数の軸に沿って曲げられ、必要な整列分布プロフィールにあうように非球面粒子の整列を変化させている。
【０１８７】
図18Cは一実施様態において模範的な曲げられて切り取られた光ガイド1897のブロック図である。光ガイド1807は、光ガイド1806を軸に沿って曲げ切り取り1806に沿って切られ長方形の厚板にしたものである。この新しい光ガイド1807の粒子配列は特定の配列分布プロフィールに沿っている。異なる軸での調整された曲げや、その曲げる量を調整すると様々な配列分布プロフィールが得られる。
【０１８８】
他の実施様態において光ガイド1801の湾曲した切り取りが切り出され、そして平らにしている。これで特定の配列分布プロフィールが得られる。
【０１８９】
図19Aは一実施様態において熱粒子を含む模範的な光ガイド1999のブロック図である。模範的な光ガイドの基質が表されている。粒子1902のような非球体粒子が光ガイド1901に挿入される。
【０１９０】
図19Bは一実施様態において熱された粒子を含む模範的な光ガイド1998のブロック図である。粒子1902のような非球体粒子はエネルギーを吸収するように設計されており、エネルギーが粒子に当たると熱が出るようになっている。このような特性を粒子に与えるには、エネルギーが当たると熱を発する銅やスズなどの低比熱容量を持つ素材を層の素材として使用する。光ガイド1901は光源などの調整されたエネルギー源に晒される。非球面粒子は当たった光エネルギー1904を吸収し熱くなる。発熱は非球面粒子の周りにある光ガイド素材を溶かす。当たる光エネルギーと非球面粒子は非球面粒子のまわりにある光ガイドだけを溶かして残りの光ガイドは固体として残るように設計されている。これによって非球面粒子の局部的回転運動が可能になり、かつ粒子が他の位置へと移動することが無い。
【０１９１】
実施様態において非球面粒子は光の特定の波長しか吸収せず、その波長を持つ光1904が粒子を熱する事に使用される。同じ粒子が光ディスペンサーとして使用される最終製品では、粒子が吸収しない光の波長が使われている。
【０１９２】
図19Cは一実施様態において磁気によって配置された熱粒子を含む模範的な光ガイド1997のブロック図である。局部的に液化した基材1903がある光ガイド1901は磁場、電場や重力などの力場1905に晒され、粒子1902のような非球面粒子を必要な整列プロフィールに沿った特定の整列特性で整列される。
【０１９３】
現発明の一実施様態において非球面粒子の整列方法は一つ以上の粒子整列場が一つ以上の粒子整列特性を持った粒子に組み合わさり働きかける。
【０１９４】
図20Aは一実施様態において非球面粒子を光ガイドに配置する模範的な粒子型2099のブロック図である。型2000はガラスや透明プラスチックなどの透明な素材で作られ、2001のような多くの窪みを最低一面以上持つ。そのほかに、型2000のシートの窪みはハンマーリング、ドリルや他の似た機械的工業方法で作ることが可能である。
【０１９５】
図20Bは一実施様態において模範的な粒子型2098とコーティング2003のブロック図である。コーティング2003は窪み2001がある型2000の面に置かれる。非球面粒子はこのコーティング2003から作られる。コーティング素材2003は金属、有機物、他の粉又は色素で構成されそれに当たった光を反射する。他にもコーティング素材は透明な素材で構成され、光を屈折、境界での反射、素材内での拡散又は完全反射にて拡散させる。このコーティングは型、化学反応、電気化学反応、化学蒸気反応、物理的蒸気反応、スパッタリング、回転コーティングもしくは他のフィルム反応や形成、コーティングや植え付け方法などを用いて貼り付ける。
【０１９６】
図20Cは一実施様態において模範的な粒子型2097と非球面粒子のブロック図である。余分なコーティング2003取り除かれる。これは化学‐機械研磨のような様々な研磨で取り除く。研磨は型のもともとの表面を晒し出し、型2000の細かい部分も研磨によって取り除かれる。これにより粒子2005のような小さい粒子が型の表面に埋め込まれる。
【０１９７】
図20Dは一実施様態において模範的な重ねられた粒子型2096の図である。型2006のような複数の型が重ねられる。実施様態においてこの積み重ね2007は粒子が埋まっている多数の型に透明な接着剤を使って接合される。
【０１９８】
他の実施様態において型2000は型2006の上に新しい層として作られる。この新しい層は別につくり接着または以前の層に溶解、または第１の層の上に型、反応もしくは重合などの製造方法で直接作ることが出来る。新しい層は粒子が埋まっている型となる。この方法は繰り返され、粒子が埋まっている多数の型の積み重ねを作り上げる。
【０１９９】
図20Eは一実施様態において重ねられた非球面粒子を持つ模範的な光ガイド2095のブロック図である。粒子が埋まっている多数の型の積み重ねを作った後、透明シート2009が積み重ねに加えられる。積み重ねを作る図20Dに説明したような方法で結合される。積み重ね全てをもって特定の方向に整列し埋め込まれた粒子を持つ光ガイドの役割をする。非球面粒子の形と大きさや向きは型のパラメーターを変えることで変えられる。
【０２００】
図21Aは一実施様態において光ガイドの局部において非球面粒子が異なる配置をされている模範的な光ガイド2199のブロック図である。光ガイドの異なる部分（2101、2102と2103）はそれぞれ非球面粒子2104、2105と2106を含み、異なる方向に整列している。
【０２０１】
他の実施様態において光ガイド2100は多くの部分で非球面粒子が異なる方向を向いて配置されている。
【０２０２】
図21Bは実施様態において光ガイドの異なる部分に非球面粒子の異なる配置を発生させる模範的な粒子配布2198の図である。非球面粒子は平面に落ちて同じ向きになるような配列となる。非球面粒子が配置される平面の異なる部分ではその部分で粒子の必要な配列方向に沿って異なる磁場に晒される。一つの部分で非球面粒子2104は特定の方向を持った磁場2107に晒される。似たように非球面粒子2105と2106もそれぞれ配列方向に必要な磁場2108と2109に晒される。
【０２０３】
他の実施様態において非球面粒子は処理単位で次々と事前磁気化される。
【０２０４】
磁場2107、2108と2109はそれぞれ粒子2104、2105と2106を事前磁気化し、それぞれ事前磁気化された粒子2110、2111と2112となり、各粒子グループは特定の必要方向に事前磁気化された形となる。
【０２０５】
図21Cは一実施様態において光ガイドの異なる部分にある事前に磁化した非球面粒子の図2197である。図21Cは光ガイドの様々な部分にある非球面粒子の様々な配列を表している。事前磁気化された非球面粒子2110、2111と2112は光ガイドの基材2113に拡散される。特定の方向に事前磁気化された非球面粒子は基材で一致する部分2101、2102と2103に拡散される。
【０２０６】
図21Dは一実施様態において磁場における模範的な光ガイド2196のブロック図である。図21Dはバックライトの様々な部分にある非球面粒子の様々な配列を表している。光ガイド基材2113は磁場2114に晒されている。磁場2114と事前磁気化された粒子の磁場が相互に作用する。異なる場所にある粒子の事前磁気化された方向は違うので、どの場所にあるかによって粒子に働く力が異なる方向に整列させる。光ガイド2113は粒子位置を固定するために固形化され、光ガイドの異なる部分で必要な非球面粒子の方向が永久的な状態となる。
【０２０７】
他の実施様態において光ガイド2113は異なる非球面粒子の配列を含む多くの部分で構成されている。
【０２０８】
光ガイドの放射パターンは光の方向に作用する、他多数あるパラメーターの一つである。光ガイドに当たる光の向きは調整することが出来る。実施様態において光ガイドに当たる光はレーザーダイオードのような指向性ダイオードが使われている。他の実施様態において光ガイドに入力される光はレンズ、マイクロレンズ群、プリズムシートや視準シートが使われている。他の実施様態において光ガイドに入力される光は適切な非球面粒子を含み光を光ガイドに導く二次光ガイドから入力される。他の実施様態において上記に説明した方法の一つ以上が組み合わさり進む指向性のある光を発生し光ガイドに供給する。
粒子濃度
【０２０９】
図1Aは一実施様態において光拡散粒子を含むシートの形をした光ガイドを説明している。光ガイドシートは光源からの光を好みの光放射パターンで拡散する。
【０２１０】
光放出パターンは光ガイドシートの異なる部分で同じ、もしくは光ガイドシートの異なる部分で異なる場合もある。光ガイドシートの特定の部分から放出されている光の光放出パターンは粒子の形や粒子の配置だけではなく、その部分での粒子濃度、そして他の部分での粒子濃度に依存する。一実施様態では光ガイド全体で特定の光放出パターンを得るために光拡散粒子の濃度は光ガイドの位置に対して調整された。このような粒子濃度と光ガイドに対しての位置の作用を今後粒子の濃度プロフィールと呼ぶ。
【０２１１】
図22は一実施様態において模範的な面の形をした光源のコアの模範的なエレメント2299のブロック図である。コアエレメント2299はコア2204と同じ幅と厚さを持つが、非常に低い高さである。光2200がエレメント2299に入射する。一部の光は拡散され照明光2202となり光ガイドを出てゆき、残った光2204は次のコアエレメントへと移動する。入射する光2200の強さは拡散された光2202と次のコアエレメント2204に移動する光の強度の和と同じである。コアエレメント2299に入射する光2200と拡散された光2202の割合がコアエレメント2299の光分散度である。コアエレメント2299の光分散度はエレメント2299の高さと正比例している。コアエレメント2299の光分散度とコアエレメント2299の高さの比率がエレメント2299の分散密度である。コアエレメント2299の高さが減れば、分散密度は一定に近づく。コアエレメント2299の分散密度はコアエレメント2299の分散体密度と一定の関係がある。この関係は近似しておりある程度正比例している。この関係を用いてエレメントの拡散体濃度からコアエレメント2299の分散密度を評価ことが出来、反対も同じことが言える。
【０２１２】
コアエレメント2299の高さが減らされると、それから放射される光2202の強さも比例して弱まる。光2202の放射される強さとエレメント2299の高さの比率はエレメントの高さが減ると一定に近づき、それがエレメント2299での放射密度である。エレメント2299の放射密度は光の分散度と入って来る光の強度（すなわちエレメントの中にある光の強度）の積である。エレメント2299の中を通る光の強さの変化度は放射密度のマイナスである。この二つの関係から微分方程式を導き出せる。この方程式は「dP/dh=-qP=-K」と表すことが出来、それぞれ：
hはエレメントと主光源端118の距離；
Pはエレメント内に送られている光の強さ；
qはエレメントの光の分散度；そして
Kはエレメントにおける放射密度。
【０２１３】
各エレメントにおいての光の分散度があれば、この方程式を使って放射密度を求められる。また各エレメントの放射密度があれば、この方程式を使い光の分散密度を求められる。特定の面の形をした光源で特定の放射密度を設計する際に、上記の微分方程式を用いて光源199のような光源の各エレメントの光の分散密度を求める。それによって各コアにあるコアエレメントの拡散体濃度が設定される。このような線形光源は光ガイドとして使われ、光源に必要な放射密度を与える。
【０２１４】
もし均一の密度の分散体がコアに使用されていると、放射密度は高さと共に急激に減る。光源の端（端118など）から反対側の端120まで強さの減りが小さい分散体の密度を使用することにより均一の放射密度に近づけることが出来る。強さのロスを無くし、均一な放射力を得るために、反対側の端は光をコアに反射して返す。他の実施様態では、他の光源が反対の端に備えられている。
【０２１５】
均一な照明を得るため、光の分散密度、よって分散体の密度はコアの全長で変化させないといけない。これは上記の方法を使って行える。必要な光の分散密度はq=K/(A-hK)でAはコア104に供給される強さでKは各エレメントの放射密度で、均一な照明のため一定の数字とする。もしHを線形光源の全長とすると、HとKの積はAより小さいはずで、すなわち、もし上記の解が実行可能であれば、放射した全ての力の強さは光ガイドに供給されるよりも小さくなる。もし光ガイドに供給される全ての強さが照明のために使われているのなら、HとKの積はAとなる。実施様態では少しの力だけが無駄になり、かつ光の拡散密度を有限にするためにHとKの積はAより少し小さく設定されている。
【０２１６】
図23は一実施様態において異なる濃度を持つ拡散粒子を含む模範的な面の形をした光源2399のブロック図である。拡散体2302の密度は線形光源柱2304の光源端から反対側のコア2304にかけて希薄から濃密に変化している。
【０２１７】
図24は一実施様態において二つの光源を持つ模範的な面の形をした光源2499の図である。二つの光源2408と2409を使用することによりコアにおいての拡散体2402の大きい変動が必要ではなくなる。上記にある微分方程式で光源2408と2409それぞれの放射密度を導き出す。二つの放射密度の和が特定のコアエレメントでの合計放射密度となる。
【０２１８】
光源2499の均一な照明は光の分散密度q=1/sqrt((h-H/2)^2+C/K^2)で導き出すことが出来、sqrtは平方根、^はべき乗、Kは各光源の平均放射密度（数字的には各エレメントにおいての全放射密度の半分）とC=A(A-HK)となる。
【０２１９】
図25は一実施様態において鏡面のコア2504を持つ模範的な面の形をした光源2599の図である。鏡構造のコア2504を使うことによりコア2504において拡散体2502の大きい変動が必要ではなくなる。コア2510の上端は鏡面処理され、光をコア2504に反射して返す。均一な照明を得るために必要な光源2599の光の拡散密度は：
q=1/sqrt((h-H2)^2+D/K^2)
但し、D=4A(A-HK)である。
【０２２０】
どの様な照明システムでも（例えば面の形をした光源2599、2599と2599）光源の強さが変わっても同じパターンの放射を維持できる。例として、もし主光源2599が半分の定格の強さを供給すれば、各エレメントは半分の定格の強さで放射する。特に光ガイドコアは均一な光源として設計されており、全ての強さにおいて光源や源の強さを変えて均一な光源となろうとする。もし二つの光源があれば、両方の強さが変えられてこの結果を得る。
【０２２１】
図26は現発明の一実施様態において光ガイドにおける粒子濃度プロフィールを作成する模範的な工程2699のフロー図である。光拡散粒子は液体の基材に同質的もしくは異なる濃度で投入される(2610)。液体の基材は調整されて固形化する(2620)。固形化は液体の冷却、重合又はそれに類似した物理的もしくは化学的反応で得られる。固形化途中で粒子は物理的もしくは化学的変化をする場合もある。固形化中に粒子は物理的な拡散、他の実施様態においては浮力、対流、一定でない拡散率や他の力による移動を経験する。固形化工程は温度管理、重合スケジュール又は液体の中の粒子濃度を物理的に拡散させるその他の時間を目的とする進行によって調整されている方法を用いる。
【０２２２】
最初の濃度プロフィールの設計、すなわち粒子の濃度プロフィール物理的な拡散工程は直線的、部分を不問とするシステムで、すなわち重畳である。最終的な濃度パターンはしたがって最初の濃度パターンの畳込み操作である。最初の濃度パターンは、最終的な濃度パターンが必要な濃度パターンから逆重畳によって行える。一実施様態において、逆重畳に必要な重畳操作の衝撃反応は試験的に、もしくは温度進行や使われる他の固形化進行の知識を使って確認される。他の実施様態においては、端においても部分的な変化が無いため、直線的で部分的に無変化なモデルを使う場合もある。そうして最初の粒子濃度パターンを行列逆転法や最小二乗法などの直線的システム解答法を用いて計算する。
【０２２３】
実施様態において配列させる力場もしくは配列させる力場の組み合わせが固形化工程2620の間近づけられ、濃度プロフィールが作られていると同時に配列分布プロフィールを作る。他の実施様態では濃度プロフィールを持った物体が作られるが、特定の方向に配列されていない。粒子の配列はそれから行われる。
数種類の粒子を含む光ガイド
【０２２４】
一実施様態において光ガイドには放射パターンが事前に決められた放射パターンの、それぞれの配列分布プロフィールと濃度プロフィールに沿った一種類以上の非球面粒子がある。
【０２２５】
図27Aは一実施様態において異なる種類の非球面粒子2701と2702を持つ模範的な光ガイド2799のブロック図である。各種類の粒子はそれぞれの粒子の大きさ、形と配置分布など他多数あるパラメーターの一部を相対的要素とする放射パターンがある。異なる粒子による放射パターンは相互作用し、必要な放射パターンはこれらが同時に存在することで得られる。
【０２２６】
図27Bは一実施様態においてそれぞれの配布プロフィールに従った配置をされている模範的な非球面粒子のブロック図である。異なる種類の非球面粒子2701と2702は平面に置かれ似たような配列にさせる。非球面粒子2701は特定の事前磁力界2703で事前磁力化され非球面粒子2702も別に特定の事前磁力界2704で事前磁力化する。非球面粒子2701は特定の方向で磁力化され事前磁力粒子2705となり、そして非球面粒子2702は磁力化され事前磁力粒子2706となる。
【０２２７】
他の実施様態において数多くの非球面粒子が一緒又は別に磁力化され、同じ又は違う事前磁力界を持つ。
【０２２８】
他の実施様態において一つもしくは多くの非球面粒子が無作為の方向で事前磁力化される。これは非球面粒子を面の上に無作為の方向で広げ、磁界を近づけることで得ることが出来る。
【０２２９】
図27Cは一実施様態において光ガイド内でそれぞれの配布プロフィールに従った配置をされている模範的な非球面粒子のブロック図である。事前磁力化された粒子2705と2706は光ガイドの基材2707の中に拡散される。実施様態では粒子2705と2706はこれらそれぞれの濃度プロフィールに沿って配布される。濃度プロフィールは各種類の最初の濃度プロフィールが最終的に必要な濃度プロフィールである放散方法によって作ることが出来る。
【０２３０】
図27Dは一実施様態において磁場の影響下にあるそれぞれの配布プロフィールに従った配置をされている模範的な光ガイド2796のブロック図である。光ガイドの基材2707が磁場2708に晒される。磁場2708と事前磁力化された粒子の磁界が相互作用し粒子に動く力を与え特定の方向に整列する。光ガイド2707は粒子位置を固定するために固形化され、異なる非球面粒子がそれぞれの必要な方向で永久的な状態となる。
【０２３１】
一つの実施様態において、非球面粒子の大きさ、形や向きなどの一以上の特性が確率分布に沿って大きさ、形や向きなどが無造作に変化される。
使用
【０２３２】
光ガイドと整列した飛球球面粒子は特定の分布角を持つ透明な光を放射する面として使われる。このような光を放射する面は多くの用途がある。
【０２３３】
この装置の一つの用途は家、事務所や工場の照明源、写真用に、また研究所用の光源として使用できる。この装置は建築と公共照明（家、事務所や公共の施設）、医療用写真を含む写真や映画撮影と舞台。均一な光源は基本的な光源として測定や研究用途でもとても便利である。
【０２３４】
一実施様態は、光を放射する面において、その放射角度が狭い物である。光を放射する面において、その放射角度が狭い物は伝達画面のバックライトとして用いることが出来、伝達画面に狭い可視角度を与える。画面放射は調整出来、画面からの光が画面使用者だけに向けられ、他の方向に光を向けない。このようなバックライト照明は使用者だけが画面を見ることが出来、他の人達は見ることが出来ない。したがってこのような装置は画面プライバシーを手助けする。さらに、このような画面は視聴者がいない方向に光を無駄にしないので高効率となる。
【０２３５】
図28は一実施様態において狭い可視角度を持つ模範的なバックライト2899の図。光ガイド2801が狭い可視角度を持つバックライトとして使用される。現装置の放射パターン2804は非球面粒子2802の向きを調整することによって、必要に従って調整することが出来る。光ガイドの異なる場所において正確な粒子の形と大きさを選択するこによっても放射パターンを調整することが出来る。この実施様態において、全ての光を基本的に視聴者の目に向けているので、光ガイドの全てにおいて放射パターンが変えられている。
【０２３６】
別の実施態様では、その２つの面の一つのみから主に光を発する発光表面として利用され、以下、片側照明と呼ぶ。
【０２３７】
片側照明は写真のための光源として利用することができる。本装置が透明であるため、撮影者は光源の後ろから対象物を撮影して影の無い写真を得ることができ、そのことは医療（特に歯列矯正）写真において特に重要である。片側発光によって光源からの光がカメラに入らないようになる。
【０２３８】
この装置の他の用途は窓として使え、自然の光が無い場合は光源として使うことが出来る。透明な片側照明を窓の代わりに置くことが出来、光を放射する面を内側に向ける。
【０２３９】
片側照明はプライバシースクリーンとして使用できる。透明な面が光源に変わると、それを通して見ることが出来なくなる。似たように半鏡もしくは一方性のガラスを片側照明と一緒に、その照明が半鏡を照らさないよう置くと、効果が増幅され、一つの方向からは物体を見るのが難しくなり、反対側からは簡単に見えるようになる。
【０２４０】
一実施様態において、片側照明はeペーパーや反射LCDなど反射ディスプレーのフロントライトとして使われている。照明は反射ディスプレーと視聴者の間に置かれ、その放射面の光は反射ディスプレーに向けて放射されている。片側照明の他の用途は貯蔵のフロントライトや広告などである。
【０２４１】
実施様態において片側照明は伝達画面のバックライトとして使用されている。光を放射する面は画面に向けて放出している。これによりバックライト画面のバックライトの後ろにある鏡が不要となる。これは画面コストを低減し効率を上げる。伝達画面の後ろにある鏡を省くことにより伝達画面のコントラストを上げることが出来る。実施様態においてこのような画面は画面と共軸のカメラシステムの一部となる。鏡が無い事と片側照明の透明性により、画面を挟んでカメラでイメージを撮ることが可能となる。
【０２４２】
光を発する媒体から好みの放射パターンでの光の抽出の装置と製造方法が説明された。これら先の実施様態は説明するためのものであり、この特許の主題を制限するものでは無い。様々な改造、使用、置き換え、再配合、改善、や生産方法など本発明の範囲もしくは精神から逸脱しないことはこの分野で活動している熟練の人には明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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2009538516.tif 000032