(57)【要約】  ピクセル領域を特徴づける少なくとも２つのカラーチャネルにそれぞれ相当する少なくとも２つのサブピクセル位置によってそれぞれ規定される複数のピクセル領域を有するパッシブディスプレイパネルに照明光をパッシブディスプレイパネルに与えるためのバックライト集成体であって、バックライト集成体は複数の導波路を含み、それらは１つ以上の基板において形成されかつ／または埋め込まれ、各ピクセル領域が少なくとも２つの導波路によって照明されるような方法で照明光を各サブピクセル位置に与えるように配置され、前記少なくとも２つの導波路の各導波路はそれぞれのカラーチャネルによって前記ピクセル領域の１つのサブピクセル位置を照明するように配置される。【選択図】  図７ｂ
2009511996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピクセル領域を特徴づける少なくとも２つのカラーチャネルにそれぞれ相当する少なくとも２つのサブピクセル位置によってそれぞれ規定される複数のピクセル領域を有するパッシブディスプレイパネルに照明光を与えるためのバックライト集成体であって、バックライト集成体は複数の導波路を含み、それらは少なくとも１つの基板において形成されかつ／または埋め込まれ、各ピクセル領域が少なくとも２つの導波路によって照明されるような方法で照明光を各サブピクセル位置に与えるように配置され、前記少なくとも２つの導波路の各導波路はそれぞれのカラーチャネルによって前記ピクセル領域の１つのサブピクセル位置を照明するように配置される、バックライト集成体。
【請求項２】
ピクセル領域を特徴づける少なくとも２つのカラーチャネルにそれぞれ相当する少なくとも２つのサブピクセル位置によってそれぞれ規定される複数のピクセル領域を有するパッシブディスプレイパネルと、
複数の導波路を含み、それらは少なくとも１つの基板において形成されかつ／または埋め込まれ、各ピクセル領域が少なくとも２つの導波路によって照明されるような方法で照明光を各サブピクセル位置に与えるように配置され、前記少なくとも２つの導波路の各導波路はそれぞれのカラーチャネルによって前記ピクセル領域の１つのサブピクセル位置を照明するように配置される、バックライト集成体と、
を含む、パッシブディスプレイ装置。
【請求項３】
前記複数の導波路のうちの少なくとも１つの導波路はバックライト集成体の層において、前記層の少なくとも１つの入力領域から前記層の少なくとも１つの出力領域まで、前記パッシブディスプレイパネルに対して列状に配置される、請求項１または２に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの導波路に形成されかつ前記光を前記少なくとも１つの導波路から外に方向転換するように構成され、それによって前記パッシブディスプレイパネルのそれぞれの列に沿って複数のサブピクセル位置を照明する、複数の方向転換素子をさらに含む、請求項３に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５】
各方向転換素子は、１つのサブピクセル位置を前記列に沿って照明するように前記少なくとも１つの導波路に配置される、請求項４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６】
少なくとも１つの方向転換素子は、少なくとも２つのサブピクセル位置を前記列に沿って照明するように前記少なくとも１つの導波路に配置される、請求項４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの方向転換素子は、光ビームのビーム転換が前記列に垂直より前記列に沿っての方が高いように前記少なくとも１つの導波路に伝搬する前記光ビームを方向転換するように設計されかつ構成される、請求項６に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの方向転換素子は、前記光ビームが前記少なくとも２つのサブピクセル位置に前記列に沿って限定されて当るように設計されかつ構成される、請求項７に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項９】
前記複数の導波路のうち少なくとも１つの導波路はテーパを付けられる、請求項１または２に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記複数の導波路は複数の層に層状に配置され、各層は単一のカラーチャネルに対応するサブピクセル位置への前記層の導波路内に伝搬する光の放出を可能にするように設計されかつ構成される、請求項１または２に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記複数の導波路は複数の層に層状に配置され、各層は少なくとも２つのカラーチャネルに対応するサブピクセル位置への前記層の導波路内に伝搬する光の放出を可能にするように設計されかつ構成される、請求項１または２に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記パッシブディスプレイパネルの前に位置された光拡散器をさらに含む、請求項２に記載のパッシブディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記パッシブディスプレイパネルの前に位置された少なくとも１つの追加のパッシブディスプレイパネルをさらに含み、前記少なくとも１つの追加のパッシブディスプレイパネルは前記パッシブディスプレイ装置の消光比を増大するように設計されかつ構成される、請求項２に記載のパッシブディスプレイ装置。
【請求項１４】
ピクセル領域を特徴づける少なくとも２つのカラーチャネルにそれぞれ対応する少なくとも２つのサブピクセル位置によって各々規定される複数のピクセル領域を有するパッシブディスプレイパネルに照明光を与えるためのバックライト集成体であって、バックライト集成体は少なくとも１つの基板内に形成されかつ／または埋め込まれ、前記複数の導波路のうち少なくとも１つの導波路は、少なくとも２つのカラーチャネル中に前記導波路内に伝搬する光をデマルチプレクサし、前記ピクセル領域の異なるサブピクセル位置が前記少なくとも２つのカラーチャネルの異なるカラーチャネルによって照明されるように前記光をそれぞれのピクセル領域中に結合するように設計されかつ構成される光デマルチプレクサを含む、バックライト集成体。
【請求項１５】
ピクセル領域を構成する少なくとも２つのカラーチャネルにそれぞれ対応する少なくとも２つのサブピクセル位置によって各々規定される複数のピクセル領域を有するパッシブディスプレイパネルと、
少なくとも１つの基板内に形成されかつ／または埋め込まれた複数の導波路を含むバックライト集成体であって、各導波路は、少なくとも２つのカラーチャネル中に前記導波路内に伝搬する光をデマルチプレクサし、前記ピクセル領域の異なるサブピクセル位置が前記少なくとも２つのカラーチャネルの異なるカラーチャネルによって照明されるように前記光をそれぞれのピクセル領域中に結合するように設計されかつ構成される光デマルチプレクサを含む、バックライト集成体と、
を含むパッシブディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記バックライト集成体は、少なくとも１つの導波路が少なくとも１つの光源によって供給されるように配置された複数の光源を含む、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記バックライト集成体は、少なくとも１つの導波路が少なくとも２つの光源によって供給されるように配置された複数の光源を含む、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記複数の光源の少なくとも少数は、偏光を与えるように構成される、請求項１６または１７に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記バックライト集成体は、前記複数の光源を出る光を偏光するように前記複数の光源と前記複数の導波路の間に位置された偏光子をさらに含む、請求項１６または１７に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源は単色光源を含む、請求項１６または１７に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記複数の導波路は、各層において導波路が前記層の少なくとも１つの入力領域から前記層の少なくとも１つの出力領域まで延び、それによって前記層内に周囲境界を規定するように、前記少なくとも１つの基板に層状に配置され、前記周囲境界を特徴づける長さは前記少なくとも１つの出力領域においてより前記少なくとも１つの入力領域において小さい、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの基板は少なくとも１つの入力基板と１つの出力基板を含み、前記少なくとも１つの入力基板における各層は前記出力基板の１つの層に光学的に結合される、請求項２１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記出力基板における層間の分離距離は前記パッシブディスプレイパネルの列に沿ったサブピクセル間の分離距離と適合し、前記少なくとも１つの出力領域における前記出力基板の導波路間の分離距離は前記パッシブディスプレイパネルの行に沿ったサブピクセル間の分離距離と適合しうる、請求項２２に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記出力基板の少なくとも１つの層は、前記少なくとも１つの入力基板のそれぞれの層から受けた光を複数の方向に放出するように設計されかつ構成される、請求項２２に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの入力基板の少なくとも１つの層は、光を少なくとも２つの異なる方向に放出するように設計されかつ構成される、請求項２２に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記複数の導波路は前記少なくとも１つの基板内で部分的に重なる光学的配置で層状に配置され、各層は前記層の少なくとも１つの入力領域から前記層の少なくとも１つの出力領域へ延びる導波路を含み、それによって前記少なくとも１つの出力領域は前記層の導波路内で伝搬する光の放出を可能にするように光学的に露出される、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの入力領域は複数のサブ層を含み、少なくとも少数の導波路は前記層の入力ファセットを形成するために前記少なくとも１つの入力領域の異なるサブ層から延びるように積重ねられる、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２８】
前記複数の導波路のうち少なくとも１つの導波路は、前記導波路を特徴づける直径が前記少なくとも１つの入力領域から遠い方より前記少なくとも１つの入力領域に近い方に大きいようにテーパを付けられる、請求項２１または２６に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項２９】
前記バックライト集成体は、少なくとも１つの導波路が少なくとも１つの光源によって供給されるように配置された複数の光源を含む、請求項４，２１または２６に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３０】
導波路は、各導波路に対して、前記少なくとも１つの入力領域の終端部分が前記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源を特徴づける少なくとも１つの光路と実質的に同一線上であるように前記少なくとも１つの入力領域の前記層に配置される、請求項２９に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３１】
前記バックライト集成体は、前記層の前記少なくとも１つの出力領域の前記導波路内に形成されかつ前記光を前記導波路から外へ方向転換するために構成された複数の方向転換素子をさらに含む、請求項２６に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３２】
前記方向転換素子は、前記パッシブディスプレイパネルの少なくとも２つの行のサブピクセル位置が各層の導波路によって照明されるように配置される、請求項３１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３３】
前記複数の導波路のうち少なくとも少数はコアとクラッドを含み、前記コアは前記クラッドより高い屈折率を有し、前記クラッドは光が前記方向転換に続いて前記クラッドによって集束されるように造形される、請求項４または３１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３４】
前記複数の方向転換素子と前記パッシブディスプレイパネルの間に配置されたマイクロレンズアレイをさらに含み、前記マイクロレンズアレイは異なるカラーチャネルの間のスペクトルクロストークを低減するように設計されかつ整列される、請求項４または３１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３５】
前記マイクロレンズアレイは、各サブピクセル位置が１つの方向転換素子によって方向転換される照明光を与えられることを確実とするように設計されかつ整列される、請求項３４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３６】
前記マイクロレンズアレイは、少なくとも２つの列状に配置されたサブピクセル位置が１つの方向転換素子によって方向転換される照明光を与えられることを確実にするように設計されかつ整列される、請求項３４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３７】
前記マイクロレンズアレイのうちの少なくとも１つのマイクロレンズは、光ビームがそれを通過するとき、前記光ビームのビーム方向転換が前記パッシブディスプレイの列に対して垂直より前記列に沿っての方が少ないように設計されかつ構成される、請求項３４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３８】
前記複数の方向転換素子の少なくとも１つはミラーである、請求項４または３１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項３９】
前記ミラーは全内部反射ミラーである、請求項３８に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４０】
前記ミラーはエッチングされたミラーである、請求項３８に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４１】
前記ミラーは高反射被覆によって被覆される、請求項３８に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４２】
前記ミラーは平面ファセットを含む、請求項３８に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４３】
前記ミラーは非平面ファセットを含む、請求項３８に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４４】
前記複数の方向転換素子の少なくとも１つはくさび構造である、請求項４または３１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４５】
前記くさび構造は回折くさび構造である、請求項４４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４６】
前記複数の方向転換素子の少なくとも１つはブラッグ反射器である、請求項４または３１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４７】
前記複数の方向転換素子の少なくとも１つはホログラフィック光学素子である、請求項４または３１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４８】
前記複数の方向転換素子のうち少なくとも少数は、少なくとも１つの層の少なくとも１つの導波路が少なくとも２つの離間された位置から光を放出するように設計されかつ構成される、請求項４または３１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項４９】
前記少なくとも２つの離間された位置の間の分離距離は、前記パッシブディスプレイパネルを特徴づける行間分離距離に実質的に等しい、請求項４８に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５０】
前記複数の方向転換素子のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの導波路に伝搬する光の第１部分が前記少なくとも１つの層の外へ方向転換され、かつ前記光の第２部分が前記部分的に反射する素子を通って前記少なくとも１つの導波路に伝搬するように前記少なくとも１つの層の前記少なくとも１つの導波路に位置された部分的に反射する素子である、請求項４８に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５１】
前記少なくとも１つの基板は少なくとも１つの反射層を含む、請求項５０に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５２】
前記少なくとも１つの反射層は前記導波路に沿った反射率勾配によって特徴づけられる、請求項５１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５３】
各導波路は、前記導波路の照明領域がそれによって照明されるサブピクセル位置の領域にほぼ等しいように設計されかつ構成される、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５４】
各導波路は、前記導波路の照明領域がそれによって照明されるサブピクセル位置の領域より実質的に小さいように設計されかつ構成される、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５５】
前記複数の導波路は、各ピクセル領域の各サブピクセル位置が複数の導波路によって照明されるように配置される、請求項５４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５６】
各層は、単一のカラーチャネルに対応するサブピクセル位置への前記層の導波路内に伝搬する光の放出を可能にするように設計されかつ構成される、請求項２６に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５７】
各層は、少なくとも２つのカラーチャネルに対応するサブピクセル位置への前記層の導波路内に伝搬する光の放出を可能にするように設計されかつ構成される、請求項２６に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５８】
前記部分的に重なる光学的配置の少なくとも少数の層は、前記層の第１入力領域から前記層の第１出力領域へ延びる導波路、但し、前記第１出力領域は第１カラーチャネルに対応するサブピクセル位置への光の放出を可能にするように光学的に露出される；及び前記層の第２入力領域から前記層の第２出力領域へ延びる導波路、但し前記第２出力領域は第２カラーチャネルに対応するサブピクセル位置への光の放出を可能にするように光学的に露出される、を含む、請求項２６に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項５９】
前記部分的に重なる光学的配置の少なくとも１つの層は、前記少なくとも１つの層の入力領域から前記少なくとも１つの層の出力領域へ延びる導波路を含み、前記出力領域は第３カラーチャネルに対応するサブピクセル位置への光の放出を可能にするように光学的に露出される、請求項５８に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６０】
前記部分的に重なる光学的配置は、前記パッシブディスプレイパネルを特徴づける列間分離距離に適合しうる露出長さによって特徴づけられる、請求項２６，５８または５９に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６１】
前記露出長さは、前記パッシブディスプレイパネルの少なくとも２つの列と前記少なくとも１つの出力領域の間の光通信を確立するように選択される、請求項６０に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６２】
前記少なくとも１つの出力領域に沿った導波路間の分離距離は、前記パッシブディスプレイパネルを特徴づける行間分離距離に適合しうる、請求項２６，５８または５９に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６３】
前記複数の導波路の入力側は、短い方の導波路に対してより長い方の導波路に対して幅広い、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６４】
前記周囲光によって前記パッシブディスプレイパネルを照明するように周囲光を反射するように位置された反射層をさらに含む、請求項１，２,１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６５】
前記反射層は前記複数の導波路と前記パッシブディスプレイパネルの間に位置される、請求項６４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６６】
前記複数の導波路は前記反射層と前記パッシブディスプレイパネルの間に位置される、請求項６４に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６７】
前記少なくとも１つの入力領域と前記少なくとも１つの出力領域は前記層の反対側に設けられる、請求項２１または２６に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６８】
前記少なくとも１つの入力領域と前記少なくとも１つの出力領域は平行である、請求項６７に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項６９】
前記少なくとも１つの入力領域と前記少なくとも１つの出力領域は前記層の隣接した側に設けられる、請求項６７に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７０】
前記少なくとも１つの入力領域と前記少なくとも１つの出力領域は実質的に直交する、請求項６９に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７１】
前記少なくとも１つの入力領域と前記少なくとも１つの出力領域は前記層の同じ側に設けられる、請求項２１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７２】
前記少なくとも１つの入力領域と前記少なくとも１つの出力領域は実質的に同一線上である、請求項７１に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７３】
前記バックライト集成体は、前記照明光が第１方向に伝搬しながら前記バックライト集成体に入り、前記第１方向に伝搬しながら前記バックライト集成体を出るように設計されかつ構成される、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７４】
前記バックライト集成体は、前記照明光が第１方向に伝搬しながら前記バックライト集成体に入り、前記第１方向と異なる第２方向に伝搬しながら前記バックライト集成体を出るように設計されかつ構成される、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７５】
前記バックライト集成体は第１ファセットと、前記第１ファセットよりサイズが大きい第２ファセットとを含み、前記複数の導波路は前記第１ファセットから前記第２ファセットへ延びる、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７６】
前記第２ファセットは前記第１ファセットと実質的に平行である、請求項７５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７７】
前記第２ファセットは前記第１ファセットに実質的に直交する、請求項７５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７８】
前記第２ファセットおよび前記第１ファセットは実質的に同一平面上にある、請求項７５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項７９】
バックライト集成体は、異なる源から生じた光を異なる方向に放出するように設計されかつ構成される、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項８０】
バックライト集成体は、１つの源から生じた光を少なくとも２つの異なる方向に放出するように設計されかつ構成される、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項８１】
前記複数の導波路の少なくとも少数は単一モード導波路である、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項８２】
前記複数の導波路の少なくとも少数はマルチモード導波路である、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項８３】
前記複数の導波路の少なくとも少数はフォトニックバンドギャップ材料を含む、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項８４】
前記パッシブディスプレイパネルは液晶パネルを含む、請求項１，２，１４または１５に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項８５】
前記複数の光源の少なくとも１つの光源は発光ダイオードである、請求項１６，１７または２９に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【請求項８６】
前記複数の光源の少なくとも１つの光源はレーザ光源である、請求項１６，１７または２９に記載のバックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学に関し、さらに詳しくは、光学リサイジングまたはバックライティングのための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置の小型化は常に、電子機器の分野における永続的な目標であった。電子装置はしばしば、ユーザに見える何らかの形のディスプレイを具備する。これらの装置のサイズが縮小すると、それらのディスプレイのサイズも縮小される。しかし、あるサイズを過ぎると、電子装置のディスプレイは裸眼では見ることができず、その画像を拡大しなければならない。
【０００３】
電子ディスプレイは、サイズがディスプレイ装置の物理的サイズによって決定される実像、またはサイズがディスプレイ装置の寸法を超えることのできる虚像を提供することができる。
【０００４】
小型の画像表示システムによって生成される画像の拡大は、より大きいスクリーン上に画像を投射することによって、またはユーザに拡大された虚像を提供する受動光学拡大素子を介して、実行することができる。虚像は、像と観察者とが光線で結ばれるものではないので、表示面上に投射することのできない像と定義される。
【０００５】
しかし、上記の拡大技術は決して理想的ではないと認識される。投射される実像は、投射時に像の拡大がディスプレイに垂直な光伝搬によって達成されるので、嵩張りの問題がある。虚像を生成するための装置は視野が限られており、かつ往々にして嵩張ってしまう。
【０００６】
別の拡大技術では、像は投射されず、むしろ小さいファセットから大きいファセットまで延在する１束の光ファイバ中を誘導される。小さいファセットはしばしば「対物平面」と呼ばれる一方、大きい方のファセットはしばしば「像平面」と呼ばれる。
【０００７】
今、図面を参照すると、図１〜２は、ファイバベース誘導拡大装置を製造するための幾つかの従来技術の概略図である。
【０００８】
図１ａは、米国特許第２８２５２６０号の教示に基づく光学像トランスポート装置を示す。小さいファセットから大きいファセットへの拡大は、束内のファイバ間の分離を増大することによって達成される。図１ｂは、米国特許第２９９２５８７号および第３８５３６５８号に開示されたこの方法の変形を示す。この技術では、ファイバは大きいファセットに向かってアップテーパされる。しかし、これらの技術は、光ファイバの分離およびアップテーパリングに関係する技術的限界のため、生産不能であった。
【０００９】
アップテーパリングの問題を克服しようとする試みが、米国特許第３９０９１０９号に開示されており、そこでは大きいファセットに追加層が付加される。層の厚さは、ファイバの遠視野ビームが重複するまで層中の自由伝搬ができるように選択される。しかし、この技術は、ガウス形状の遠視野線が追加層の最適厚さの決定を難しくするので、大きな限界を免れない。
【００１０】
図１ｃは、米国特許第３０４３９１０号および第４２０８０９６号の教示に基づく図１ａの装置の別の改良を示す。この改良では、ファイバの分離は１次元にのみ実行され、それにより他の（実質的に直角な）次元の分離は、テラスまたは斜切によって行なわれる。この構成では、ファイバは１方向に分離された後、大きいファセットに向かって方向転換され、そこでそれらは、実質的に直角方向に分離するために、階段状または斜めに切断される。この解決策の大きな限界は製造の困難さである。
【００１１】
図２ａ〜ｂは、米国特許第３４０２０００号および第６３２６９３９号の教示に従って光ファイバ拡大素子を生成するための別の技術を示す。図２ａを参照すると、１次元拡大素子は、片側に円形断面が形成され、反対側に楕円形断面が形成されるように切断された円筒状光ファイバを含む。円形断面は円筒の長手軸に直角であり、したがって円筒と同一直径を有する。楕円形断面は長手軸に対して斜切され、したがって円筒の直径に等しい短軸および円筒の直径より長い長軸を有する。ファイバ中を円形側から楕円形側に光が透過すると、楕円形断面の長軸の方向に１次元の拡大が確立される。
【００１２】
図２ｂを参照すると、１つの素子の出力がもう１つの素子の入力として使用されるように、２つのそのような１次元拡大素子が方向転換層を介して接続される。第２拡大素子からの光を結合するために第２方向転換層が使用される。第１および第２素子間の適切な光結合を達成するために、第２素子の入力側のファイバの断面は、第１素子の出力側のファイバと同一楕円形断面を持たなければならない。
【００１３】
しかし、ファイバの入力断面はそれらの長手軸に直角でなければならないので、第２素子のファイバの楕円形入力断面は、斜切によって得ることができない。他方、楕円状ファイバのファイバ束は存在しない。したがって、第２拡大で解像度を低下させないために、第２素子中のファイバ数は、第１素子中のファイバ数より第１素子の１次元の拡大率に等しい率だけ大きい数でなければならない。この技術のさらなる欠点は方向転換層の必要性および非誘導光の存在であり、それはディスプレイのアスペクト比を低減させる可能性がある。
【００１４】
米国特許第５５１１１４１号および第５６００７５１号は、１束の並置され長手方向にテーパを付けられた光ファイバによって形成された読書用拡大装置を開示している。該拡大装置は、ＴａｐｅｒＭａｇ（商標）の商品名で米国のＴａｐｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．から市販されている［Ｅ．Ｐｅｌｉ、Ｗ．Ｐ．Ｓｉｅｇｍｕｎｄ、「Ｆｉｂｅｒ‐ｏｐｔｉｃ  ｒｅａｄｉｎｇ  ｍａｇｎｉｆｉｅｒｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｖｉｓｕａｌｌｙ  ｉｍｐａｉｒｅｄ」、Ｊ  Ｏｐｔ  Ｓｏｃ  Ａｍ  Ａ  １２（１０）：２２７４‐２２８５、１９９５］。しかし、ＴａｐｅｒＭａｇ（商標）は、その厚さがファセットの直径のサイズと同等でなければならないので、嵩張る（２インチのスクリーンに２倍にするだけで約５ｃｍの厚さ）。
【００１５】
Ｋａｗａｓｈｉｍａらの米国特許第６４８０３４５号は、小さいファセットから大きいファセットまで延在する高屈折率領域を利用する拡大装置を開示している。Ｋａｗａｓｈｉｍａらによって実行されたシミュレーションで、３０インチの拡大装置が４ｃｍ未満の厚さを持ち、１０倍の拡大を実行できることが明らかになった。しかし、Ｋａｗａｓｈｉｍａの拡大装置の製造プロセスはかなり複雑である。例えば、Ｋａｗａｓｈｉｍａらの１実施形態は、コアの寸法を増大しながらマスクによって生産された数十個もの積層薄板のアラインメントを含む。Ｋａｗａｓｈｉｍａらの別の実施形態は、３次元のファイバ処理を含む。Ｋａｗａｓｈｉｍａらはより簡単な製造プロセスをも教示しているが、これらは２倍以下の倍率に限定される。
【００１６】
表示された画像の拡大に加えて、ディスプレイ装置の電力消費及び嵩張りを減らしながら、画像の質を改良するための表示技術を研究し開発する努力が何年にもわたってなされている。
【００１７】
一般に、電子ディスプレイ装置はアクティブディスプレイ装置とパッシブディスプレイ装置に分類されることができる。アクティブディスプレイ装置は陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）及びエレクトロルミネセントディスプレイ（ＥＬＤ）を含む。パッシブディスプレイ装置は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、電気化学ディスプレイ（ＥＣＤ）及び電気泳動画像ディスプレイ（ＥＰＩＤ）を含む。アクティブディスプレイ装置では、各ピクセルは独立して光を放射する。他方、パッシブディスプレイ装置はピクセル内に光を生成せず、ピクセルは光をブロックすることができるだけである。
【００１８】
上記のディスプレイ技術のうち、パッシブディスプレイ装置、特にＬＣＤ装置はその立証された高品質及び小さな形態要素（スリム性）によって先進的な技術になっている。ＬＣＤ装置は現在、多くの用途（携帯電話、パーソナルアクセプタンスデバイス、デスクトップモニター、ポータブルコンピュータ、テレビディスプレイなど）に使用されており、これらの用途における画像品質を改良するためにバックライトの高品質な組立体を考察することに対する配慮が増大している。
【００１９】
ＬＣＤディスプレイでは、電界は液晶モジュールに適用され、液晶分子の配列は電界に依存して変化され、それによって複屈折、旋光性、二色性、光散乱などの液晶の光学的特性を変化する。ＬＣＤは受動的であるので、それらはＬＣＤパネルを通って透過した外部光を反射することによってまたはＬＣＤパネルの背後に配置された光源（例えばバックライト集成体）から放出された光を使用することによって画像を表示する。
【００２０】
バックライト集成体は高い明度、大きな面積被覆率、照射領域全体にわたる均一な輝度、制御された視野角、小さい厚さ、低重量、低消費電力及び低コストを含む多くの目的を達成するように設計される。
【００２１】
図４２ａは典型的なＬＣＤ装置を示す。装置はＬＣＤパネル及びバックライト集成体を含む。ＬＣＤパネルはＬＣＤピクセルの配列を含み、それらは典型的には透明基板上に作られた薄膜トランジスターから形成され、それらの間に挟まれた液晶とカラーフィルターを持つ。別の透明基板上に作られたカラーフィルターは各ピクセルによって生成された光の３分の１だけを透過することによってカラー光を生成する。従って、各ＬＣＤピクセルは３つのサブピクセルから構成される。薄膜トランジスターはディスプレイ信号線を通って適用される信号によって表示操作を行なうためにゲート線によってアドレスされる。信号は液晶層の光学的特性の局所的変化を実施するために各薄膜トランジスターの近くの液晶層を帯電させる。
【００２２】
作用において、バックライト集成体は液晶ピクセルに向けられた白色照明を生成する。液晶層の光学的特性は薄膜トランジスターによって局所的に変調され、ディスプレイの領域全体に光強度変調を作る。特に、静的な偏光子はバックライト集成体によって生成された光を偏光し、液晶ピクセルはそれを通過する光の偏りを選択的に操作する。光強度変調は特定の偏光の光の透過を防止する液晶ピクセルの前に位置された静的な偏光子を使用して達成される。カラーフィルターはピクセルによって放出された強度変調光を着色し、カラー出力を生成する。３つの色成分の隣接するピクセルの選択的な不透明性の変調によって、三成分の色の選択された強度は一緒に混合されてカラー光出力を選択的に制御する。赤、緑、及び青（ＲＧＢ）の如き三原色の混合は一般に、カラー表示目的のために好適な色の全範囲を生成することができる。
【００２３】
伝統的に、冷陰極蛍光灯光（ＣＣＦＬ）はＬＣＤバックライティングのために使用されている。蛍光灯及び光学素子はＬＣＤパネル全体に光を均一に散乱するために配置され、カラーフィルターは色同士を分離するために配置される。拡散層及び反射体はそれぞれ、バックライトスペクトルをさらに均一化するため、及び光の漏れを減らすために使用される。十分な光透過を確保するために、比較的幅広いスペクトルのカラーフィルターが使用される。しかしながら、これはＲＧＢピクセル間のクロストークを生じ、それはＣＣＦＬバックライティングから得られうる利用可能な色域を制限する。さらに、ＣＣＦＬバックライティングシステムは高価で、嵩張り、電力を消費し、しかもＨｇを含有する。
【００２４】
もっと進んだ技術では、ＬＣＤのバックライト集成体は、白色またはＲＧＢ光を放出するための発光ダイオード（ＬＥＤ）の配列、ＬＣＤパネルの方へ光を案内するための光案内プレート、及びＬＣＤパネルとＬＣＤパネルのバックライトスペクトルを均一化するためのＬＥＤとの間に位置された拡散層を含む。しばしば、反射体が光案内プレートの背後に配置され、光案内プレートから漏れる光を光案内プレートの方へ反射させる。ＬＥＤは、それらの固有の狭いカラースペクトルのため、ＬＣＤの色域全体を改良しうる。さらに、ＬＥＤはＨｇを含まず、それらは高い輝度対サイズ比を与え、長い寿命を持ち、頑強なデザインに組み入れることができる。ＬＥＤを導入する際の鍵となる問題は、ＬＥＤ光をバックライティングパネルにわたって均一に広げるために効率的な方法を見出すことにある。このようなタイプのバックライト集成体は例えば米国特許第６６０８６１４号、第６９３０７３７号、及び米国特許出願第２００４０２６４９１１号、第２００５００７３４９５号、第２００５０１１７３２０号に開示されている。しかしながら、この技術は、ＣＣＦＬと同様に、ＬＣＤパネルにおけるＲＧＢフィルターの使用のため、出力全体の三分の二の固有出力損失を持つ。
【００２５】
図４２ｂは上述の固有出力損失を克服するように設計された別の従来のバックライティング技術を概略的に示す。この技術では、色はＬＣＤサブピクセルの背後に位置されたプリズムによって分離される（濾過される代わりに）。このようなタイプのバックライト集成体は例えば米国特許第５７４８８２８号、第６１０４４４６号及びそこに含まれる参照文献に開示されている。しかしながら、この技術は、含まれる嵩張る光学素子のために嵩張り及び低効率を免れない。
【００２６】
図４２ｃは固有出力損失を克服するように設計された追加の従来のバックライティング技術を概略的に示す。この技術では、上記技術とは反対に、色は白色光に混合されるよりむしろサブピクセルのそれらの予定された列に別々に案内される。赤、緑及び青のＬＥＤは別個の光ファイバーに結合されている。光ファイバーはＬＣＤの赤、緑及び青のピクセルの位置を照明する。ＬＥＤは常にオンであり、カラーフィルターが全くない。
【００２７】
このようなタイプのバックライト集成体は例えば米国特許第６７６８５２５号に、そして部分的には米国特許第６１０４３７１号及び第６２８８７００号に開示されている。しかしながら、この技術は実施することが難しい。なぜならば、それは幾つかのファイバー処理を必要とし、それはクロストークなしでカラーフィルターアレーに対して透過されたＲＧＢ光をアドレスする問題に対する解決策を与えないからである。
【００２８】
さらに、この技術は光分布の制限された均一性を与えるだけである。例えば、Ｗａｎｇらの米国特許第６１０４３７１号では、光ファイバーはＲＧＢ光源に結合され、パネル内で連続的に平行な列で配置される。出力光の均一性はファイバーに沿って高さを増大する垂直に反射するくさびを置くことによって達成され、ファイバーに沿って光学的出力の減少を補償する増大した反射を実施する。しかしながら、Ｗａｎｇらはサブピクセルレベルで光の均一性を与えることができない。さらに、Ｗａｎｇらは３ＸＮのファイバーの積重ね（Ｎは大きな数である）を使用するので、全てのＲＧＢカラーは出力で混合される。
【００２９】
Ｍｏｒｉの米国特許第６２８８７００号では、ＲＧＢ源に結合された円筒導波路は、光を結合するための穴を与えられた小さな平行な導波路に分割されている。穴はアドレス可能な配置で配置されている。しかしながら、このようなバックライティング構成は穴を通って導波路から出た光の結合を特徴とする低効率のために劣った性能を生じる。さらに、Ｍｏｒｉは同じ導波路において全てのＲＧＢ色を案内するので、サブピクセルレベルで色の分離が全くない。Ｍｏｒｉの技術のさらなる欠点は平行な導波路の中での光散乱または光分布の均一性の不足である。
【００３０】
Ｐａｏｌｉｎｉらの米国特許第６７６８５２５号では、ＲＧＢ光源に結合されたファイバーは連続的な配置で平行に置かれ、それらの長さに沿って光を散乱する。各ファイバーに沿った散乱点とファイバーの間の間隔はＬＣＤパネルのサブピクセル間の間隔と適合できる。しかしながら、各色を別個の導波路に結合しながら、Ｐａｏｌｉｎｉらは、異なる色が最小の混合で異なるサブピクセルに到達する十分に正確な配置を達成するための実際的な技術を全く与えない。導波路から出た光の結合が散乱によるものであるので、隣接する色間のクロストークが避けることができず、しかも各色に対するサブピクセルレベルでの光の均一性が制限されることが認識されている。Ｐａｏｌｉｎｉらはさらに、平行なファイバーの１つの層が平行な嵩張る拡散導波路の３つの層によって各色について１つずつ置き換えられる構成を開示する。拡散導波路は散乱ノッチで作られる。散乱ノッチの間の間隔はピクセル間の空間と適合でき、嵩張る導波路の間の空間はサブピクセル間の空間と適合できる。
【００３１】
しかしながら、Ｐａｏｌｉｎｉらの平行な拡散導波路は大きなアスペクト比（それらの厚さより狭い）を持たなければならず、互いに分離されているので、かかる構成は極めて劣った効率及び均一性を持つ。その理由は、大きなアスペクト比を有するかかる導波路を作ることは難しく、多数の拡散導波路（ＬＣＤパネルの各サブピクセルに対して１つの拡散導波路）を、その中で光分離を妥協せずに作ることは難しいことである。
【００３２】
拡散光ファイバーまたは導波路はバックライティング用途のために知られているが（例えば、米国特許第６７１４１８５号、第６８７４９２５号、第６９１０７８３号、第４５７３７６６号、第５８５７７６１号、第６０７２５５１号、第６６１１３０３号、第６６７１４５２号及び第６０７９８３８号参照）、このような拡散装置は一般的に幅広くて嵩張り、主にＬＣＤパネルの背後に位置された追加の拡散層に結合され、ＬＣＤパネルのピクセルまたはサブピクセルと拡散装置の間に直接的な結合はない。
【００３３】
したがって、上記の制限を持たない光学リサイジングのための装置および方法、および／またはバックライト照明に関する必要性が幅広く認識されており、それを持ちかつ提供することは非常に有利である。
【発明の開示】
【００３４】
背景技術は、埋込み導波路を使用して光学リサイジングを達成することを教示していないし、１つ以上のパッシブディスプレイパネルに照明光を与えることも教示していない。本発明の実施形態は、埋込み導波路の技術を活用して１次元または２次元の光学リサイジングおよび／またはバックライティングを達成する。
【００３５】
したがって、本発明の１態様では光学リサイジング装置が提供される。該装置は、第１の次元で光学リサイジングを達成するように設計されかつ構成された複数の導波路を有する第１光学リサイジング素子と、第２の次元で光学リサイジングを達成するように設計されかつ構成された複数の導波路を有する第２光学リサイジング素子とを備える。第２光学リサイジング素子は、第１光学リサイジング素子を出射した光が第２光学リサイジング素子に入射するように、第１光学リサイジング素子に結合され、したがって第１および第２の両方の次元でリサイジングが行なわれる。第１および第２光学リサイジング素子の少なくとも一方の導波路は少なくとも部分的にテーパを付けられる。
【００３６】
下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、第１光学リサイジング素子および第２光学リサイジング素子の少なくとも一方の複数の導波路は、光学リサイジングを達成するように長手方向に拡張する配列状態に、基板内に形成されかつ／または埋設される。
【００３７】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、長手方向に拡張する配列は導波路の層を含み、各層は、導波路が層の第１領域から層の第２領域まで延在し、それによって層内に周方向境界が画定されるように配置され、光学リサイジングを達成するために、周方向境界を特徴付ける長さは第１領域の方が第２領域より小さい。
【００３８】
本発明の別の態様では、光学リサイジング素子が提供される。該光学リサイジング素子は、第１ファセットと、第１ファセットより大きい第２ファセットとを有する基板を形成する複数の層を備える。各層は、層内に形成されかつ／または埋設されかつ層の第１領域から層の第２領域まで延在する、実質的に平行な導波路の配列を有する。この態様では、層は部分的に重複する光学配列で配置され、それによって１次元の光学リサイジングを達成するために各層の第２領域が第２ファセットで光学的に露出される。
【００３９】
本発明のさらに別の態様では、光学リサイジング素子が提供される。該光学リサイジング素子は少なくとも１層から形成される基板を備え、各層は、層内に形成されかつ／または埋設されかつ層の第１領域から層の第２領域まで延在し、それによって層内に周方向境界を画定する、導波路の配列を有する。１次元の光学リサイジングを達成するために、周方向境界を特徴付ける長さは第１領域の方が第２領域より小さい。
【００４０】
本実施形態の光学装置はまた、照明光をパッシブディスプレイ（液晶パネルを含むが、それに限定されない）に与えるために使用されることができる。従って、本発明のさらに別の態様によると、バックライト集成体が提供される。バックライト集成体は、ピクセル領域を特徴づける少なくとも２つのカラーチャネルにそれぞれ相当する少なくとも２つのサブピクセル位置によってそれぞれ規定される複数のピクセル領域を有するパッシブディスプレイパネルを含むパッシブディスプレイ装置における一構成要素として作用することができる。
【００４１】
バックライト集成体は好ましくは複数の導波路を含み、それらは１つ以上の基板において形成されかつ／または埋め込まれ、各ピクセル領域が少なくとも２つの導波路によって照明されるような方法で照明光を各サブピクセル位置に与えるように配置され、少なくとも２つの導波路の各導波路はそれぞれのカラーチャネルによってピクセル領域の１つのサブピクセル位置を照明するように配置される。
【００４２】
下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、パッシブディスプレイ装置はパッシブディスプレイパネルの前に位置された光拡散器をさらに含む。
【００４３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、パッシブディスプレイ装置はパッシブディスプレイパネルの前に位置された少なくとも１つの追加のパッシブディスプレイパネルをさらに含む。追加のパッシブディスプレイパネルはパッシブディスプレイ装置の消光比を増大するように設計されかつ構成される。
【００４４】
本発明のさらに別の態様によると、バックライト集成体が提供され、それは１つ以上の基板に形成されかつ／または埋め込まれた複数の導波路を含み、少なくとも１つの導波路は（ｉ）少なくとも２つのカラーチャネル中に導波路に伝搬する光をデマルチプレクサし、（ｉｉ）ピクセル領域の異なるサブピクセル位置が少なくとも２つのカラーチャネルの異なるカラーチャネルによって照明されるような方法でそれぞれのピクセル領域中に光を結合するために設計されかつ構成された光デマルチプレクサを含む。下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、バックライト集成体はパッシブディスプレイ装置における一構成要素として作用する。
【００４５】
下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、バックライト集成体は複数の光源を含む。記載した好適な実施形態のさらなる特徴によれば、少なくとも１つの光源は発光ダイオードである。記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも１つの光源はレーザ光源である。
【００４６】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、光源は少なくとも１つの導波路が１つの光源によって供給されるように配置される。
【００４７】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、光源は少なくとも１つの導波路が少なくとも２つの光源によって供給されるように配置される。
【００４８】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、複数の光源の少なくとも少数は偏光を与えるように構成される。記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、バックライト集成体は光源を出る光を偏光するように複数の光源と複数の導波路の間に位置された偏光子をさらに含む。
【００４９】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも１つの光源は単色光源を含む。
【００５０】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、複数の導波路のうちの少なくとも１つの導波路はバックライト集成体の層において、層の少なくとも１つの入力領域から層の少なくとも１つの出力領域まで、パッシブディスプレイパネルに対して列状に、配置される。
【００５１】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、導波路は、各層において導波路が層の少なくとも１つの入力領域から層の少なくとも１つの出力領域まで延び、それによって層内に周囲境界を規定するように、基板に層状に配置される。本発明の好適な実施形態によると、周囲境界を特徴づける長さは少なくとも１つの出力領域においてより少なくとも１つの入力領域においての方が小さい。
【００５２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、バックライト集成体は１つ以上の入力基板と１つ以上の出力基板を含み、入力基板における各層は出力基板の１つの層に光学的に結合される。
【００５３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、出力基板における層間の分離距離はパッシブディスプレイパネルの列に沿ったサブピクセル間の分離距離と適合しうる。さらに、出力領域の出力基板の導波路間の分離距離はパッシブディスプレイパネルの行に沿ったサブピクセル間の分離距離と適合しうることが好ましい。
【００５４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、出力基板の少なくとも１つの層は入力基板のそれぞれの層から受けた光を複数の方向に放出するように設計されかつ構成される。記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、入力基板の少なくとも１つの層は光を少なくとも２つの異なる方向に放出するように設計されかつ構成される。
【００５５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、導波路は基板内で部分的に重なる光学的配置で層状に配置される。この実施形態では、各層は層の少なくとも１つの入力領域から層の少なくとも１つの出力領域へ延びる導波路を含み、それによって出力領域が層の導波路内で伝搬する光の放出を可能にするように光学的に露出されることが好ましい。
【００５６】
下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、入力領域は複数のサブ層を含み、少なくとも少数の導波路は層の入力ファセットを形成するために少なくとも１つの入力領域の異なるサブ層から延びるように積重ねられる。
【００５７】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも１つの導波路はテーパを付けられる。
【００５８】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、導波路は、各導波路に対して、入力領域の終端部分が少なくとも１つの光源を特徴づける少なくとも１つの光路と実質的に同一線上であるように入力領域の層に配置される。
【００５９】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、バックライト集成体は、少なくとも１つの導波路に形成されかつ光を少なくとも１つの導波路から外に方向転換するように構成された複数の方向転換素子をさらに含む。
【００６０】
１つ以上の方向転換素子はミラー（例えば、全内部反射ミラー、エッチングされたミラー、高反射被覆によって被覆されたミラー、平面ミラー、非平面ミラー）、くさび構造（例えば、回折くさび構造）、ブラッグ反射器またはホログラフィック光学素子であることができる。
【００６１】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、方向転換素子は複数のサブピクセル位置をパッシブディスプレイパネルのそれぞれの列に沿って照明するように配置される。
【００６２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、各方向転換素子は１つのサブピクセル位置を列に沿って照明するように少なくとも１つの導波路に配置される。
【００６３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも１つの方向転換素子は少なくとも２つのサブピクセル位置を列に沿って照明するように少なくとも１つの導波路に配置される。
【００６４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも１つの方向転換素子は、光ビームのビーム方向転換が列に垂直より列に沿っての方が高いように少なくとも１つの導波路に伝搬する光ビームを方向転換するように設計されかつ構成される。
【００６５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも１つの方向転換素子は、光ビームが少なくとも２つのサブピクセル位置に列に沿って限定されて当るように設計されかつ構成される。
【００６６】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、方向転換素子は、パッシブディスプレイパネルの少なくとも２つの行のサブピクセル位置が各層の導波路によって照明されるような方法で配置される。
【００６７】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも少数の導波路はコアとクラッドを含み、コアはクラッドより高い屈折率を有し、クラッドは光が方向転換に続いてクラッドによって集束されるように造形される。
【００６８】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも少数の方向転換素子は、少なくとも１つの層の少なくとも１つの導波路が少なくとも２つの離間された位置から光を放出するように設計されかつ構成される。記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも２つの離間された位置の間の分離距離はパッシブディスプレイパネルを特徴づける行間分離距離に等しい。
【００６９】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも１つの方向転換素子は、導波路に伝搬する光の第１部分が層の外へ方向転換し、かつ光の第２部分が部分的に反射する素子を通って導波路に伝搬するように導波路に位置された部分的に反射する素子である。
【００７０】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、バックライト集成体の基板は少なくとも１つの反射層を含む。記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、反射層は導波路に沿った反射率勾配を特徴とする。
【００７１】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、各導波路は、導波路の照明領域がそれによって照明されるサブピクセル位置の領域にほぼ等しいように設計されかつ構成される。
【００７２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、各導波路は、導波路の照明領域がそれによって照明されるサブピクセル位置の領域より実質的に小さいように設計されかつ構成される。
【００７３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、導波路は、各サブピクセル位置が複数の導波路によって照明されるように配置される。
【００７４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、各層は、単一のカラーチャネルに対応するサブピクセル位置への層の導波路内に伝搬する光の放出を可能にするように設計されかつ構成される。
【００７５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、各層は、少なくとも２つのカラーチャネルに対応するサブピクセル位置への導波路内に伝搬する光の放出を可能にするように設計されかつ構成される。
【００７６】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、部分的に重なる光学的配置の少なくとも少数の層は、（ｉ）層の第１入力領域から層の第１出力領域へ延びる導波路、但し、第１出力領域は第１カラーチャネルに対応するサブピクセル位置への光の放出を可能にするように光学的に露出される；及び（ｉｉ）層の第２入力領域から層の第２出力領域へ延びる導波路、但し第２出力領域は第２カラーチャネルに対応するサブピクセル位置への光の放出を可能にするように光学的に露出される、を含む。
【００７７】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、部分的に重なる光学的配置の少なくとも１つの層は単一の入力領域及び単一の出力領域を含む。特に、このタイプの層の導波路は層の入力領域から層の出力領域へ延び、出力領域は第３カラーチャネルに対応するサブピクセル位置への光の放出を可能にするように光学的に露出される。
【００７８】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、部分的に重なる光学的配置はパッシブディスプレイパネルを特徴づける列間分離距離に適合しうる露出長さによって特徴づけられる。
【００７９】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、露出長さはパッシブディスプレイパネルの少なくとも２つの列と出力領域の間の光通信を確立するように選択される。記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、出力領域に沿った導波路間の分離距離はパッシブディスプレイパネルを特徴づける行間分離距離に適合しうる。
【００８０】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、バックライト集成体またはパッシブディスプレイ装置は周囲光によってパッシブディスプレイパネルを照明するように周囲光を反射するように位置された反射層をさらに含む。
【００８１】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、反射層は複数の導波路とパッシブディスプレイパネルの間に位置される。
【００８２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、複数の導波路は反射層とパッシブディスプレイパネルの間に位置される。
【００８３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、入力領域と出力領域は層の反対側に設けられる。
【００８４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、入力領域と出力領域は平行である。
【００８５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、入力領域と出力領域は層の隣接した側に設けられる。
【００８６】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、入力領域と出力領域は実質的に直交する。
【００８７】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、入力領域と出力領域は層の同じ側に設けられる。
【００８８】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、入力領域と出力領域は実質的に同一線上である。
【００８９】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、バックライト集成体は第１ファセットと、第１ファセットより大きいサイズの第２ファセットとを含み、それによって集成体の導波路は第１ファセットから第２ファセットまで延びる。
【００９０】
下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、第１領域および第２領域は層の対向する側に位置する。
【００９１】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第１領域および第２領域は層の隣接側に位置する。
【００９２】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第１領域および第２領域は層の同じ側に位置する。
【００９３】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第１領域および第２領域は実質的に平行である。
【００９４】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第１領域および第２領域は実質的に直交する。
【００９５】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第１領域および第２領域は実質的に同一直線上にある。
【００９６】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング素子の少なくとも１つは、光学リサイジングを達成するための傾斜層を含む。
【００９７】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング素子の少なくとも１つは、光学リサイジングを達成するためのテラスを含む。
【００９８】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、（第１または第２）光学リサイジング素子及びバックライト集成体（これらに限定されない）を含む上記光学装置のいずれかは、光が第１方向に伝搬しながら光学装置に入射し、同一方向に伝搬しながら光学装置を出射するように設計されかつ構成される。
【００９９】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、上記光学装置のいずれかは、光が第１方向に伝搬しながら光学装置に入射し、第１方向とは異なる第２方向に伝搬しながら光学装置を出射するように設計されかつ構成される。
【０１００】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第２ファセットは第１ファセットと実質的に平行である。
【０１０１】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第２ファセットは第１ファセットに実質的に直交する。
【０１０２】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第２ファセットは第１ファセットに対して傾斜する。
【０１０３】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、第２ファセットおよび第１ファセットは実質的に同一平面上にある。
【０１０４】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、１つの光学リサイジング素子は、複数の光源から光を受光し、光を別の光学リサイジング素子に伝達するように構成されかつ設計される。
【０１０５】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、装置はさらに、少なくとも１つの追加光源から光を受光し、光を第２光学リサイジング素子に伝達する、少なくとも１つの追加光学リサイジング素子を備える。
【０１０６】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、追加光源は単色光源を含む。
【０１０７】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、（第１または第２）光学リサイジング素子及びバックライト集成体（これらに限定されない）を含む上記光学装置のいずれかは、光を複数の方向に出射するように設計されかつ構成される。光は異なる光源から発することができ、その場合、各方向は異なる光源に帰属する。光はまた、単一光源または別の光学リサイジング素子、バックライト集成体の別の基板から発することができ、その場合、同じ光が複数の方向に放出される。例えば、装置の２つの異なるファセットに単一の像を形成することができ、同じバックライト集成体は照射光を複数のパッシブディスプレイパネルに供給することができる。
【０１０８】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、装置はさらに、少なくとも２つの異なる方向の１つに位置付けられかつ第１光学リサイジング素子からの光を受光するように構成された、少なくとも１つの追加光学リサイジング素子を備える。
【０１０９】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング素子の少なくとも１つは複数の部分光学リサイジング素子を備え、各部分光学リサイジング素子が、それぞれの次元で部分光学リサイジングを達成するように設計されかつ構成される。
【０１１０】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、装置または光学リサイジング素子はさらに、第２ファセットに付着またはエッチングされた拡散層を含む。
【０１１１】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、装置または光学リサイジング素子はさらに拡張構造を含む。
【０１１２】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、拡張構造はホログラフィック光学素子を含む。
【０１１３】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、拡張構造は、高屈折率領域および低屈折率領域が交互にパターン形成された層のスタックを含む。
【０１１４】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、拡張構造は溝がパターン形成された層のスタックを含む。
【０１１５】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、拡張構造はテーパ付き導波路の層のスタックを含む。
【０１１６】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、拡張構造はミラーを含む。記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、ミラーは全内部反射ミラーを含む。記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、ミラーは高反射被覆で被覆される。
【０１１７】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、拡張構造はブラッグ反射器を含む。
【０１１８】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、少なくとも１つの光学リサイジング素子は光を偏光させるように設計されかつ構成される。
【０１１９】
本発明の追加の態様では、光学リサイジング装置が提供される。該装置は第１ファセットおよび第２ファセットを有する基板を形成する複数の層を含み、複数の層は部分的に重複する光学配列状に配置される。各層は、層に形成されかつ／または埋設されかつ層の第１領域から層の第２領域まで延在し、それによって層内に周方向境界を画定する、導波路の配列を有する。周方向境界を特徴付ける長さは第１領域の方が第２領域より小さく、第２領域は第２ファセットに光学的に露出される。
【０１２０】
下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、第１ファセットは、複数の層の重複領域の端部によって画定される。
【０１２１】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、各層は第１ファセットに部分的に露出される。
【０１２２】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、少なくとも少数の層は、層の複数の導波路内に伝搬する光を層から外に方向転換させるためのミラーを含む。記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、ミラーの少なくとも一部分は全内部反射ミラーである。記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、ミラーの少なくとも一部分はエッチングされたミラーである。記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、ミラーの少なくとも一部分は高反射被覆で被覆される。
【０１２３】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、ミラーの少なくとも一部分は平面ファセットを含む。
【０１２４】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、ミラーの少なくとも一部分は非平面ファセットを含む。
【０１２５】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、少なくとも少数の層は、層の複数の導波路内に伝搬する光を層から外に方向転換させるためのブラッグ反射器を含む。
【０１２６】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、少なくとも少数の層は、層の複数の導波路内に伝搬する光を層から外に方向転換させるためのホログラフィック光学素子を含む。
【０１２７】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、装置は、装置によってリサイズされる光の明るさを実質的に維持するように、充分に小さく選択された視野によって特徴付けられる。
【０１２８】
本発明のさらに追加の態様では、光学リサイジング素子を製造する方法が提供される。該方法は、（ａ）基板の第１領域から基板の第２領域まで延在する拡張配列状の複数の導波路を基板上に形成し、それによって導波路の層を設ける工程と、（ｂ）工程（ａ）を複数回繰り返し、それによって複数の層を設ける工程と、（ｃ）複数の層の端部によって画定される第１ファセットと、複数の層のうちの１層の露出表面によって画定される第２ファセットとを形成するように複数の層を積層し、それによって光学リサイジング素子を製造する工程とを含む。
【０１２９】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、（ｄ）基板の第１領域から基板の第２領域まで延在する実質的に平行な複数の導波路を基板上に形成し、それによって導波路の層を設ける工程と、（ｅ）工程（ｄ）を複数回繰返し、それによって複数の層を設ける工程と、（ｆ）第１ファセットおよび第２ファセットを形成し、第２ファセットが複数の層の光学的に露出した部分によって画定されるように、各層の第２領域が光学的に露出する、部分的に重複する光学配列状に複数の層を積層し、それによって第２光学リサイジング素子を製造する工程と、（ｇ）光学リサイジング素子から第２光学リサイジング素子への光の伝搬が可能となり、光学リサイジング素子内では第１の次元で、第２光学リサイジング素子内では第２の次元で光をリサイズするように、光学リサイジング素子を第２光学リサイジング素子に光結合する工程とを含む。
【０１３０】
本発明のさらなる追加の態様では、複数の光学リサイジング素子を製造する方法が提供される。該方法は、（ａ）基板の第１領域から基板の第２領域まで延在する複数の導波路を基板上に形成し、それによって導波路の層を設ける工程と、（ｂ）工程（ａ）を複数回繰り返し、それによって複数の層を設ける工程と、（ｃ）スタックを設けるように複数の層を積層する工程と、（ｄ）複数の光学リサイジング素子を設けるように、スタックに少なくとも１回切断を実行する工程とを含む。
【０１３１】
本発明のさらなる態様では、光学リサイジング素子を製造する方法が提供される。該方法は、（ａ）基板の第１領域から基板の第２領域まで延在する複数の平行な導波路を基板上に形成し、それによって導波路の層を設ける工程と、（ｂ）工程（ａ）を複数回繰り返し、それによって複数の層を設ける工程と、（ｃ）第１ファセットおよび第２ファセットを形成し、第２ファセットが複数の層の光学的に露出した部分によって画定されるように、各層の第２領域が光学的に露出する、部分的に重複する光学配列状に複数の層を積層し、それによって光学リサイジング素子を製造する工程とを含む。
【０１３２】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、（ｄ）第２光学リサイジング素子を形成するために工程（ｂ）〜（ｃ）を繰り返す工程と、（ｅ）光学リサイジング素子から第２光学リサイジング素子への光の伝搬が可能となり、光学リサイジング素子内では第１の次元で、第２光学リサイジング素子内では第２の次元で光をリサイズするように、光学リサイジング素子を第２光学リサイジング素子に光結合する工程とを含む。
【０１３３】
本発明のさらに別の態様では、光学リサイジング装置を製造する方法が提供される。該方法は（ａ）基板の第１領域から基板の第２領域まで延在する複数の導波路を基板上に形成し、それによって第１領域の方が第２領域より小さい長さによって特徴付けられる周方向境界を基板内に画定する工程と、（ｂ）工程（ａ）を複数回繰り返し、それによって複数の層を設ける工程と、（ｃ）第１ファセットおよび第２ファセットを形成し、第２ファセットが複数の層の光学的に露出した部分によって画定されるように、各層の第２領域が光学的に露出する、部分的に重複する光学配列状に複数の層を積層し、それによって光学リサイジング装置を製造する工程とを含む。
【０１３４】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、複数の導波路内を伝搬する光を基板から外に方向転換させるためのミラーを位置付ける工程を含む。
【０１３５】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、層を積層する工程の後に、第１ファセットおよび第２ファセットの少なくとも１つを形成するために、層を切断する工程を含む。
【０１３６】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法では、切断工程を、少なくとも１つのファセットが傾斜するように実行する。
【０１３７】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、層を積層する工程の前に、複数の導波路端部を露出させる層端を各層毎に形成するために、複数の層を切断する工程を含む。
【０１３８】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、層を積層する工程の前に、層の少なくとも一部分に偏光子を置く工程を含む。
【０１３９】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、少なくとも１つのファセットをカプラに結合する工程を含む。記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、カプラはマイクロレンズアレイを含む。
【０１４０】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、ファセットにマイクロレンズアレイを形成するために、少なくとも１つのファセットをエッチングする工程を含む。
【０１４１】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、導波路の少なくとも少数はテーパを付けられるか、あるいは部分的にテーパを付けられる。
【０１４２】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、テーパリングは平滑なプロファイルによって特徴付けられる。
【０１４３】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、テーパリングは実質的に階段状のプロファイルによって特徴付けられる。
【０１４４】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、複数の層は第２ファセットで部分的に露出される。
【０１４５】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、複数の導波路の少なくとも少数は平面光回路を形成する。
【０１４６】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、複数の導波路の少なくとも少数は光ファイバーアレイを形成する。
【０１４７】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、複数の導波路の少なくとも少数は単一モード導波路である。
【０１４８】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、導波路はマルチモード導波路である。
【０１４９】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング装置または素子はさらに、導波路のコア間に導入された光吸収体を含む。
【０１５０】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、少なくとも少数の導波路はコアおよびクラッドを含み、コアはクラッドより高い屈折率を有する。
【０１５１】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、少なくとも少数の導波路はフォトニックバンドギャップ材料を含む。
【０１５２】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング装置または素子はさらに、光を光学リサイジング装置または光学リサイジング素子に結合するためのマイクロレンズアレイを含む。
【０１５３】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング装置または素子はさらに、光を光学リサイジング装置または素子に結合するための少なくとも１つの光ファイバ束を含む。
【０１５４】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング装置または素子は可撓性である。
【０１５５】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング装置または素子は折曲げ可能である。
【０１５６】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング装置または素子はディスプレイシステムの構成部品として働く。
【０１５７】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、光学リサイジング装置または素子は自動立体視ディスプレイシステムの構成部品として働く。
【０１５８】
本発明のさらに別の態様では、上述の態様または特徴のいずれかの光学リサイジング装置に光を透過させる工程を含む、光点をリサイズする方法が提供される。
【０１５９】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、輝度勾配をもたらし、それによって不均質な光損失を補償するために、光点を歪める工程を含む。
【０１６０】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法で光は像を構成する。
【０１６１】
記載した好適な実施形態のさらに別の特徴によると、該方法はさらに、輝度勾配を提供し、それによって不均質な光損失を補償するために、像を歪める工程を含む。
【０１６２】
本発明は、先行技術をはるかに超える特性を享受する光学リサイジング素子、光学リサイジング装置、および方法を提供することによって、現在公知の構成の短所に対処することに成功している。
【０１６３】
別途定義されない限り、本明細書中で使用されるすべての技術的用語および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書中に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、好適な方法および材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。
【０１６４】
図面の簡単な記述
本明細書では本発明を単に例示し図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の好ましい実施形態を例示考察することだけを目的としており、本発明の原理や概念の側面の最も有用でかつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示していることを強調するものである。この点について、本発明を基本的に理解するのに必要である以上に詳細に本発明の構造の詳細は示さないが、図面について行う説明によって本発明のいくつもの形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
図１ａ〜２ｂは、ファイバベースの誘導拡大装置を製造するための先行技術の概略図である。
図３ａ〜ｃは、本発明の様々な例示的実施形態に係る、導波路の長手方向に拡張する配列（図３ａ）、部分的テーパ付き導波路（図３ｂ）、および部分的テーパ付き導波路の長手方向に拡張する配列（図３ｃ）の概略図である。
図３ｄは、２層以上を持つ図３ｃの実施形態の概略図である。
図４ａ〜ｉは、本発明の様々な例示的実施形態における光学リサイジング素子の概略図である。
図５は、本発明の様々な例示的実施形態における２つの光学リサイジング素子を有する光学リサイジング装置の概略図である。
図６ａは、本発明の様々な例示的実施形態における受光光学リサイジング素子の小さいファセットの概略図である。
図６ｂは、本発明の様々な例示的実施形態における図６ａの素子の導波路の３次元図である。
図７ａは、各光学リサイジング素子の入射および出射ファセットが相互に実質的に直交する実施形態の装置の３次元概略図である。
図７ｂは、２対の光学リサイジング素子を採用する好適な実施形態における図７ａの装置の３次元概略図である。
図８は、一方の光学リサイジング素子のファセットが実質的に平行であり、他方の光学リサイジング素子のファセットが実質的に直交する、好適な実施形態における装置の概略図である。
図９は、光学リサイジング素子のファセットが実質的に同一平面上にある、好適な実施形態における装置の概略図である。
図１０ａ〜ｂは、本発明の様々な例示的実施形態に従って導波路の配列を製造するためのフォトマスクレイアウトの概略図である。
図１１ａ〜ｂは、垂直方向および横方向の両方にテーパを付けられた導波路を製造するためのプロセスの概略図である。
図１２ａ〜ｆは、複数の光源を使用する好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
図１３ａ〜ｃは、装置からの光学出力が２つ以上存在する好適な実施形態における装置の概略図である。
図１４ａ〜ｂは、装置が１つ以上の追加光学素子を含む好適な実施形態における装置の概略図である。
図１５は、層が偏光子を含む好適な実施形態における光学リサイジング素子の層の概略図である。
図１６ａ〜ｂは、光源が画像源である好適な実施形態における装置と光源との間の結合の概略図である。
図１７は、入力画像がレンズを用いて装置に合焦される好適な実施形態の概略図である。
図１８ａ〜ｂは、１つ以上のファイバ束が使用される好適な実施形態における装置と光源との間の結合の概略図である。
図１９は、導波路が層の端部に対して傾斜する好適な実施形態における光学リサイジング素子の１層の概略図である。
図２０〜２２ｆは、装置が部分的に重複する光学配列の原理に従って製造される好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
図２３ａ〜ｂは、ファセットが２次元段付き形状を有する好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置のファセットの一部分の概略側面図（図２３ａ）および概略上面図（図２３ｂ）である。
図２３ｃ〜ｄは、本発明の様々な例示的実施形態に係るミラー形状の概略図である。
図２４ａ〜ｅは、本発明の様々な例示的実施形態に係る２次元段付きまたは傾斜プロファイルを持つ光学リサイジング素子の概略側面図である。
図２５は、本発明の好適な実施形態に係る折曲げ可能な光学リサイジング装置の概略図である。
図２６ａ〜ｂは、本発明の様々な例示的実施形態に係る、透過素子の配列を介して光が装置から外に結合される構成の概略図である。
図２７ａ〜ｂは、本発明の様々な例示的実施形態における、傾斜光学リサイジング素子を製造するためのプロセスの概略図である。
図２７ｃ〜ｈは、本発明の様々な例示的実施形態に係る拡張構造の概略図である。
図２８ａ〜ｃは、層が軽量層である好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の層の概略上面図（図２８ａ〜ｂ）および概略側面図（図２８ｃ）である。
図２９ａ〜ｅは、本発明の様々な例示的実施形態に係る、図２０〜２２の装置と同様の装置を製造するための好適な折曲げ技術の概略図である。
図３０ａ〜ｂは、本発明の様々な例示的実施形態における、複数の光学リサイジング素子を製造するための同時プロセスの概略図である。
図３１は、装置が複数の光源から光を受光する好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の概略図である。
図３２ａ〜ｂは、装置が複数の単色光源の形の光学入力を受光する好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の概略上面図（図３２ａ）および概略断面図（図３２ｂ）である。
図３３ａ〜ｃは、本発明の様々な例示的実施形態に係る、図２０〜２２の装置と同様の装置の層から外へ光を結合するための技術の概略図である。
図３４ａ〜３５ｃは、装置が自動立体視画像を提供するために使用される好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の概略図である。
図３６は、図３４ａ〜３５ｃの装置と同様の装置の視野内の異なる光学領域の概略図である。
図３７ａ〜ｂは、複数の自動立体視画像が提供される好適な実施形態における１層の概略図（図３７ａ）および結果として得られる視野の概略図（図３７ｂ）である。
図３８は、差動導波路損失を補償するために入力画像が不均一な明るさを有する好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
図３９ａは、層が光吸収体を含む好適な実施形態における光学リサイジング素子の層の概略図である。
図３９ｂは、本発明の好適な実施形態に係る可変断面を持つ導波路の概略図である。
図４０は、本発明の様々な例示的実施形態における、出力光の明るさを改善するための手順の概略図である。
図４１は、本発明の様々な例示的実施形態における装置の視野を修正するための手順の概略図である。
図４２ａは、従来のエッジ照明ＬＣＤ装置の概略図である。
図４２ｂ〜ｃは、固有の２／３出力損失を克服するように設計されたバックライト技術の概略図である。
図４３ａ〜ｃは、本実施形態の１つ以上の光学素子を使用するディスプレイ装置の概略図である。
図４４ａ〜ｃは、パッシブディスプレイパネル（図４４ａ及び４４ｃ）及びそのピクセル領域（図４４ｂ）の概略図である。
図４５は、本発明の様々な例示的実施形態によるバックライト集成体の概略図である。
図４６ａ〜ｂは、本発明の様々な例示的実施形態による、パッシブディスプレイパネルにバックライト集成体によって与えられるバックライト照明の色分布の概略図である。
図４７ａ〜ｂは、各導波路の終端部分が光源を特徴づける少なくとも１つの光路と実質的に同一直線上であるように導波路が各層に配置される、光をバックライト集成体に結合するための好適な技術の概略図である。
図４８ａ〜ｅは、本発明の様々な例示的実施形態による、光を導波路から外へ方向転換するための技術の概略図である。
図４９ａ〜ｂは、層の導波路が行あたり１つ（図４９ａ）及び２つ（図４９ｂ）のサブピクセルを照明する構成のための好適な層デザインの概略図である。
図５０は、図４９ｂに示されたタイプの層のスタックの側面図を概略図に示す。
図５１は、本発明の様々な例示的実施形態による、入力領域に延びる複数の第２導波路に分岐した第１導波路を含む単一層の概略図である。
図５２ａ〜ｂは、複数の第１導波路が１つの入力領域から複数の出力領域まで延びる、単一層に複数のカラーチャネルを案内するための好適な実施形態の概略図である。
図５３ａ〜ｂは、層が複数の入力領域から複数の出力領域まで延びる導波路を含み、各カラーチャネルが１つの入力領域で層に入り、導波路を通って伝搬し、１つの出力領域で層を出る、単一層に複数のカラーチャネルを案内するための好適な実施形態の概略図である。
図５４ａは、単一層に複数のカラーチャネルを案内するための別の好適実施形態による単一層の概略図である。この実施形態では、層は２つの入力領域及び４つの出力領域を含む。
図５４ｂは、本発明の様々な例示的実施形態による、図４９ａの層及び図５４ａの層の交互配列を有する光学装置の側面図の概略図である。
図５５ａ〜ｃは、導波路が入力領域から複数の出力領域まで延びる好適な実施形態における導波路の層の概略図である。
図５６ａ〜ｂは、少数の層が２つの入力領域及び複数の出力領域を含む好適な実施形態の概略図である。
図５７ａは、正面の（ｉｎ−ｆｒｏｎｔ）光拡散器を含む好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
図５７ｂは、２つのパッシブディスプレイを含む好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
図５８は、単色光がバックライト集成体の導波路に伝搬する好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
図５９は、透過モードで操作する好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
図６０は、色連続モードで操作する好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
図６１ａ〜ｃ及び６２ａ〜ｃは、複数の出力領域がある実施形態（例えば図５５ａ〜５６ｂ参照）に有用な追加の光結合技術（特に限定されない）の概略図である。
図６３は、１２個の単色光源から光学的入力を受けるバックライト集成体の概略図である。
図６４ａ〜ｂは、マイクロレンズアレイを含む好適な実施形態のバックライト集成体の概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１６５】
本発明の実施形態は、光学リサイジングまたは照明光のために使用することのできる方法、光学素子、および装置を含む。特に、本発明は、ディスプレイシステム等のような様々な用途で光学リサイジング及び／または照明光を与えるために使用されることができるが、それらに限定されない。
【０１６６】
本書で使用する場合、用語「光学リサイジング」とは、例えば平面光点であり得る光波面の拡張または収縮を指す。換言すると、光学リサイジングとは、光波面が占める面積の変化（拡張または収縮）を指す。例えば、光がそこに像を構成する場合、光学リサイジングとは像の拡大または縮小を指し、それは像の画像素子（例えば画素（ピクセル））の分離変化またはサイズ変化によって達成されることができる。光波面が占める面積のサイズは、ここでは互換可能に光ビームの横断面積と呼ばれる。
【０１６７】
用語「照明光」とは、単色光または色彩光を指す。典型的には、必須ではないが、照明光は画像を構成せず、予め決められた領域を照明するために使用される。例えば、照明光はパッシブディスプレイパネルのためのバックライトとして使用されることができる。
【０１６８】
本書で使用する場合、用語「パッシブディスプレイパネル」とは、ピクセルが光を生成せず、しかも操作のためにバックライトを要求する画素化されたパネルを指す。パッシブディスプレイパネルの代表例は、限定されないが、液晶パネル及び電気泳動パネルを含む。本発明の様々な実施形態では、パッシブディスプレイパネルは液晶パネルである。
【０１６９】
照明光はまた、上述のように光学リサイジングを受けることができる。例えば、照明光は、相対的に小さい寸法の１つ以上の光源から生じることができ、大きな領域を照明するように拡大されることができる。
【０１７０】
本発明による装置および方法の原理および作用が、図面および付随する説明を参照してより十分に理解されることができる。
【０１７１】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明において記載されるか、または、図面によって示される構成の細部および構成要素の配置に限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または、様々な方法で実施または実行されることができる。また、本明細書中で用いられる表現法および用語法は記述のためであって、限定であると見なしてはならないことを理解しなければならない。
【０１７２】
本発明の実施形態は埋込み導波路の技術を利用して、光学リサイジングまたは照明光を達成する。埋込み導波路は、平面光回路（ＰＬＣ）の導波路または他のアレイ等の、当業界で公知のいずれかのタイプとすることができる。さらに、導波路は単一モードまたはマルチモード導波路であり得る。導波路の断面は略円形、略矩形、または他の幾何学的形状とすることができる。
【０１７３】
埋込み導波路は、層状に製造することができるように、１つ以上の層に配列されることが、必須ではないが、好ましい。しかし、用途によって、光学リサイジングは、以下でさらに詳述するように塊状材料から作られた光学リサイジング素子によって達成することができるので、必ずしもそうする必要はない。
【０１７４】
埋込み導波路が層状に配置される実施形態では、以下でさらに詳述するように、それらの表面を介して、またはそれらの端部を介して、光が層に入射または層から出射することができる。本発明の実施形態の光学リサイジング及び／またはバックライティングは、任意のタイプおよび任意の形状の導波路の長手方向に拡張する配列によって達成されることができる。特に、長手方向に拡張する配列は、テーパ付き導波路、部分的テーパ付き導波路、テーパ無し導波路、またはそれらのいずれかの組合せを含むことができる。
【０１７５】
一般に、長手方向に拡張する導波路は、異なる導波路間の距離が一方向で測定すると、別の方向に沿って増大する導波路の配列を指す。
【０１７６】
ここで、図面を参照すると、図３ａ〜ｃは、本発明の様々な例示的実施形態に係る、テーパ無し導波路の長手方向に拡張する配列（図３ａ）、部分的テーパ付き導波路（図３ｂ）、および部分的テーパ付き導波路の長手方向に拡張する配列（図３ｃ）を示す。示されるように、異なる導波路間の距離は、横断方向１７に沿って測定すると、長手方向１９に沿って増大する。図３ｄは、複数の層を持つ図３ｃの実施形態を例示する。
【０１７７】
本発明の実施形態のさらなる詳細な説明を提示する前に、それらによって提供される利点および潜在的な用途について注目する。埋込み導波路の使用は、平面状の経路選択およびテーパリング素子の製造を可能にする。さらに、ＰＬＣ技術を使用する場合、各々または一部の導波路は、ミラーコーナーを介して相互接続される幾つかの部分を含むことができる。そのような設計は、導波路の曲げを低減または排除し、従って最終製品の厚さを低減するために使用されることができる。
【０１７８】
本発明の実施形態の別の利点は、ＰＬＣ技術が矩形のコア断面を有する導波路の製造を可能にし、それによって充填率が増大し、結合損失が低減されることである。
【０１７９】
本発明の実施形態の特別な特徴は、導波路がパッシブディスプレイパネルのためのバックライト集成体に使用されるとき、ＬＣＤ装置のようなパッシブディスプレイ装置がカラーフィルターの使用なしで製造されうることである。カラーフィルターは高価であり、それらは一色だけを移すので出力損失の２／３以上の原因であることが認識される。それゆえ、本発明の実施形態はコスト及び光学的透明性の観点から従来のＬＣＤ装置に対して有利である。
【０１８０】
埋込み導波路の使用は、容易に組み立てることのできる可撓性素子の製造を可能にする。例えば光学装置は、部分的に重複する可撓性層で組み立てることができ、それにより個々の導波路の曲げに代わって、またはそれに加えて、層全体を曲げることができる。加えて、層状の生産工程は、折曲げ可能な光学装置の製造を容易にし、それにより異なる層がそれらの間で部分的にのみ付着する。
【０１８１】
図４ａ〜ｂに関連して、本発明の１態様では、本書で概して素子１０と呼ぶ光学素子が提供される。光学素子１０は、さらに以下で詳述するように、光学リサイジング素子として、または照明光を例えばパッシブディスプレイパネルに与えるための素子として役立つことができる。素子１０は、１つ以上の層１４から形成される基板１２を含む。素子１０の各層は、その中に形成されかつ／または埋設された導波路の配列を有する。隣接層間の分離距離はｔによって示される。本発明の好適な実施形態では、各層の導波路の配列は長手方向に拡張する配列である。図４ｂは素子１０の層１４の概略図である。層１４は、層１４の第１領域１８から第２領域２０まで延在し、それによって層１４内に周方向境界２２を画定する複数の導波路１６を含むことが好ましい。境界２２は図４ｂでは破線として図示されている。第１領域１８は、光が導波路に入る入力領域であることができ、第２領域２０は、光が導波路を出る出力領域であることができる。図４ｂに示された例示された構成では、第１領域１８および第２領域２０は実質的に平行であり、かつ層１４の反対側に位置する。しかし、用途によっては領域を相互に平行にする必要はない場合があるので、必ずしもそうする必要はない。したがって、領域１８および２０はそれらの間に任意の幾何学的関係を持つことができる。例えば、以下でさらに例証する通り（例えば図４ｅ〜ｆ参照）、領域１８および２０は層１４の隣接する側に（例えば実質的に直交関係に）、または層１４の同一側に（例えば実質的に同一直線上にある関係または実質的に平行偏位関係に）位置されることができる。
【０１８２】
本書で使用する場合、「実質的に平行」とは、２０°未満、より好ましくは１０°未満、最も好ましくは５°未満、例えば約０°の相対的配向を指す。本書で使用する場合、用語「平行」とは、実質的に平行と理解すべきである。
【０１８３】
本書で使用する場合、「実質的に直交」とは、約７０°から約１１０°、より好ましくは約８０°から約１００°、最も好ましくは約８５°から約９５°、例えば約９０°の相対的配向を指す。
【０１８４】
本書で使用する場合、「実質的に同一直線上にある」とは、２０°未満、より好ましくは１０°未満、最も好ましくは５°未満、例えば約０°の相対的配向を指す。さらに、本書で使用する場合、「実質的に平行偏位」とは、ファセットが実質的に平行であるが、５０ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満、最も好ましくは０．１ｍｍ未満、例えば約０．０１ｍｍだけ実質的に偏位している場合も指す。
【０１８５】
さらに、導波路は実質的に直線形状を持つように示されているが、用途によっては非直線的（つまり湾曲）形状であることが望ましい場合があるので、必ずしもそうする必要はない。加えて、導波路は、以下でさらに詳述するように、コーナーミラーによって相互接続される非連続区間から形成されることができる。
【０１８６】
いずれの場合も、境界２２を特徴付ける長さは、第１領域１８の方が第２領域２０より短い。従って、領域１８に沿った隣接導波路間の距離Ｓｘは領域２０に沿った隣接導波路間の距離Δｘより小さい。
【０１８７】
通常の当業熟練者は、そのような配列が、層の領域１８および２０によって画定される１次元の光学リサイジングを達成することを理解されるであろう。例えば、領域１８が入力領域として作用し、領域２０が出力領域として作用するとき、光ビームは第１領域１８から層１４に入射し、導波路１６を伝搬し、第２領域２０から出射する。この構成では、光の横断面積は領域１８および２０に実質的に平行な方向に拡張される。逆に、領域２０が入力領域として作用し、領域１８が出力領域として作用するとき、光ビームは第２領域２０から層１４に入射し、第１領域１８から出射する。この構成では、光の横断面積は領域１８および２０に平行な方向に縮小される。
【０１８８】
図４ｃ〜ｄは、層のより小さい領域が小さいファセット２４を形成し、層のより大きい領域が大きいファセット２６を形成するように、層が積層された好適な実施形態における素子１０のファセットの概略図である。
【０１８９】
導波路は、記述の通り、長手方向に拡張する配列および個々の導波路のテーパリングの両方によってリサイジングが達成されるように、テーパを付けることができる。図４ｅは、第１領域１８が第２領域２０に実質的に直交する構成でテーパ付き導波路を使用する、好適な実施形態の概略図である。依然として、境界２２を特徴付ける長さは、光学リサイジングを確実にするために、第１領域１８の方が第２領域２０より小さいことが好ましい。図４ｆは、第１領域１８が第２領域２０と同一直線上にある構成でテーパ付き導波路を使用する、好適な実施形態の概略図である。
【０１９０】
素子１０の層の領域１８および２０の構造に応じて、小さいファセット２４および大きいファセット２６は、それらの間に任意の幾何学的関係を持つことができる。図４ｇ〜ｉは、本発明の様々な例示的実施形態に係る、ファセット２４および２６間の幾つかの幾何学的関係を概略的に示す。従って、層の領域１８および２０が平行であり、かつ層の反対側に位置される場合（例えば図４ｂ参照）、小さいファセット２４は大きいファセット２６と平行かつ対向する（図４ｇ）。領域１８および２０が相互に角度を成して整列される（例えば実質的に直交する、例えば図４ｅ参照）場合、ファセット２４および２６も同じ角度を成して整列される（図４ｈ）。領域１８および２０が層の同じ側に位置される（例えば実質的に同一直線上にある、例えば図４ｆ参照）場合、ファセット２４および２６は同一平面上にある（図４ｉ）。図４ｇ〜ｉに示す幾何学的関係のより詳細な言及は、本発明の実施形態の範囲をファセット２４および２６の間の特定の角度に限定することを意図したものではないことを理解されたい。したがって、本発明の実施形態は、ファセット２４および２６の間の角度に対しどんな値でも想定する。
【０１９１】
本発明の実施形態に適した導波路は、高い屈折率のコアおよび低い屈折率のクラッドを持つことができ、あるいはフォトニックバンドギャップ材料を含むことができる。したがって、本発明の実施形態に適した導波路の層は、例えば導波路クラッドとして働く低い屈折率の材料の層に溝をエッチングし、かつ導波路コアとして働く高い屈折率の材料を溝内に堆積することによって、製造されることができる。導波路コアはその後、上部クラッド層として働く低い屈折率の追加層によって被覆されることができる。
【０１９２】
フォトニックバンドギャップ材料の導波路は、周期的構造を持たずコア導波路として働くストライプを残して、誘電材料の基板上に光学的周期構造を形成（例えばエッチング）することによって、製造されることができる。光学的周期構造は、光の伝搬が発生しない波長帯域（フォトニックバンドギャップ）を画定する、サブマイクロメートルないしマイクロメートル範囲のサイクルの屈折率の空間的な周期的変化によって特徴付けられる。光学的周期構造は次いで、クラッド層によって被覆されることができる。フォトニックバンドギャップ材料を使用する利点は、フォトニックバンドギャップでは、高い曲率の導波路区間でさえも、放射損失が無いことである。
【０１９３】
必須ではないが、ＰＬＣポリマーリソグラフィ技術を使用することが好ましい（例えば、Ｅｌｄａｄａら、「Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｏｐｔｉｃｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  ＱＥ、ｖｏｌ．６、５４〜６８、２０００を参照されたい）。導波路の層を製造するための予想されるプロセスとして、フォトブリーチングプロセス［Ｇａｌｌｏら、「Ｈｉｇｈ‐ｄｅｎｓｉｔｙ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ  ｆｏｒ  ２‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ＶＣＳＥＬ  ａｒｒａｙｓ  ｓｕｉｔａｂｌｅ  ｆｏｒ  ｍａｓｓ  ｓｃａｌｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」、ＩＴＣｏｍ  ２００１、論文４５３２〜４７、２００１］、注型／成形プロセス［Ｋｏｐｅｔｚら、「Ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｌａｙｅｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｉｎ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ」、Ｅｌｅｃ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．４０、６６８〜６６９、２００４］、およびソフトリソグラフィプロセス［Ｈｕａｎｇら、「Ｂｏｔｔｏｍ‐ｕｐ  ｓｏｆｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．８５、３００５〜３００７、２００４］も挙げられるが、それらに限定されない。
【０１９４】
本発明の実施形態の導波路はまた、当業界で公知の通り、好ましくは外枠無しに、接着材料を用いて層に埋設された光ファイバのアレイであり得る（この目的のために、例えば米国特許第５３８１５０６号、第６５９７８４５号、第６８８５８００号を参照されたい）。
【０１９５】
本発明の実施形態の光学素子は、導波路の層を多数含むことが好ましい。典型的には、層の数は、数百層（例えば約５００層）ないし数千層程度（例えば約５０００層）である。光学素子がバックライト照明をパッシブディスプレイパネルに与えるために作用するとき、層の数はパッシブディスプレイパネル上のピクセルまたはサブピクセルの数の平方根のオーダを有する。例えば、層の数は、以下にさらに詳述するように、パッシブディスプレイパネルの行におけるピクセルまたはサブピクセルの数、またはパッシブディスプレイパネルの列におけるピクセルまたはサブピクセルの数であることができる。
【０１９６】
本明細書に使用される場合、量Ｘが別の量Ｙのオーダであるとして言及されるとき、量Ｘは０．１Ｙから１０Ｙまでのいかなる値を持つことができる。
【０１９７】
層は、ポリマーウェハー層を次々に処理することによってまたは積層された層を積重ねることによって積重ねられることができる。層はまた、これらの技術の組み合わせを使用して積重ねられることができる。いったんウェハー層が積重ねられると、ウェハーはのこで筋を付けられ、必要なファセットが研磨される。あるいは、筋は積重ね前にのこで付けられることができる。光学素子が幅広く短いので、多くのかかる素子がパラレルな工程で組み立てられうることが認識されるだろう。
【０１９８】
本発明の実施形態の光学素子は、述べたように照明のために及び／または光学リサイジングを達成するために使用されることができる。従って、光学素子は、ディスプレイ装置（これに限定されない）を含む多くの用途に組み入れることができる。ディスプレイ装置では、光学素子は装置のディスプレイユニット（この場合において光学素子はそのファセットの１つ以上に画像情報を表示する）または装置のバックライトユニット（この場合において光学素子は照明光をディスプレイユニットに与える）のいずれかの構成要素として作用しうる。
【０１９９】
図４３ａ〜ｃは本発明の実施形態の光学素子の用途の概略図である。図４３ａでは、光学素子はディスプレイ装置６０のディスプレイユニット６３の構成要素であるかまたはそのように作用し、図４３ｂ〜ｃでは、光学素子はディスプレイ装置６０のバックライト集成体６２の構成要素であるかまたはそのように作用する。当業者に認識されているように、図４３ａの例示的構成では、光学素子は画像データによってコードされる光６８を伝達し、一方図４３ｂ〜ｃの構成では、光学素子はコードされないことが好ましい照明光６６を伝達する。図４３ｂ〜ｃのディスプレイ装置は好ましくはパッシブディスプレイ装置（例えばＬＣＤ装置）であり、それはパッシブディスプレイパネル６４及び所望により正面偏光子５４０をさらに含む。図４３ｂ〜ｃに示されるように、パネル６４は、バックライト集成体６２によって与えられる照明光６６によって供給される。画像データによって変調された電界がパネル６４の液晶モジュールに供給されるとき、液晶の光学特性が変更され、パネル６４を通過する照明光が画像データによってコードされる。
【０２００】
パッシブディスプレイパネル６４の概略図が図４４ａに示される。パネル６４は複数のピクセル領域５２を有し、各々が２つ以上のサブピクセル位置５４によって画定される。各ピクセル領域のサブピクセル位置はピクセル領域を特徴付けるカラーチャネルに対応する。従って、２つのカラーチャネルのピクセル領域は２つのピクセル位置を有し、３つのカラーチャネルのピクセル領域は３つのピクセル位置を有する。
【０２０１】
３つのカラーチャネル（例えば赤チャネル、緑チャネル及び青チャネル）の単一ピクセル領域は図４４ｂに概略的に示されている。３つのサブピクセル位置は５４ａ，５４ｂ及び５４ｃで示されている。本発明の実施形態の光学素子がパネル６４を照明するために使用されるとき、それはサブピクセル位置のそれぞれのカラーチャネルに対応するサブスペクトルによって特徴付けられる光によって各サブピクセル位置を照明することが好ましい。
【０２０２】
図４３ｂに示された１つの実施形態では、単色光は導波路内に伝搬し、サブピクセル位置を照明する。特に、ピクセル領域５２は少なくとも２つの導波路によって照明され、各々はそれぞれのカラーチャネルによってピクセル領域５２のサブピクセル位置の１つを照明するように配置されている。従って、この実施形態では、異なるカラーチャネルを案内する導波路はパネル６４の異なるサブピクセル位置を指定する。しかし、１つの導波路が特定のカラーチャネルと関連した幾つかのサブピクセル位置を照明するように１つ以上の導波路を整列させることができる。あるいは、各サブピクセル位置は異なる導波路によって照明されることができる。
【０２０３】
図４３ｃに示された別の実施形態では、多色光（例えば白色光）は導波路に伝搬し、ピクセル領域の近くで異なるサブピクセル位置にデマルチプレクサされる。それぞれのカラーチャネルによる各サブピクセル位置の照明は、各ピクセルによって生成される光の１／３を透過することが知られるカラーフィルターのないパッシブディスプレイパネルの使用を可能にする。これは、光効率を増大し、ディスプレイ装置のコストを有意に低下するので、有利である。
【０２０４】
一般に、パネル６４のピクセル領域及びサブピクセル位置はグリッド状に配列される。図４４ａに示された代表例では、グリッドは矩形であり、矩形グリッドの行に沿ったサブピクセル分解能及び矩形グリッドの列に沿ったピクセル分解能を持つ。従って、列の幅はサブピクセル位置の幅にほぼ等しく、行の高さはピクセル領域の高さにほぼ等しい。同じ行の隣接サブピクセル位置間の距離は本明細書ではパネル６４の列間距離であり、Ｗｃで示される。列の隣接サブピクセル位置間の距離は本明細書ではパネル６４の行間距離であり、Ｈｒで示される。図４４ａの矩形グリッドは説明目的のためのみに提示され、本発明の範囲をいかなる特定の幾何学的形状にも限定する意図はないことが理解されるべきである。例えば、別の好適な実施形態では、三角形グリッドが使用される。
【０２０５】
典型的には、必須でないが、各ピクセル領域のサブピクセル位置は予め決められた固定された順序（例えば、赤チャネルに対して最も左側の位置、緑チャネルに対して中央位置、及び青チャネルに対して最も右側の位置）に従って配列されている。かかる配列では、同じ行の２つの隣接サブピクセル位置は異なるカラーチャネルに対応し、一方同じ列の２つの隣接サブピクセル位置は同じカラーチャネルに対応する。用語「行（ｒｏｗ）」及び「列（ｃｏｌｕｍｎ）」は、説明の明確化のために導入され、空間中のいかなる特定の方向に対する言及として解釈されるべきでないことを理解すべきである。
【０２０６】
一般に、ピクセルまたはサブピクセルの「行」または「列」はピクセルまたはサブピクセルのあらゆる１次元配列を指す。従って、かかる１次元配列に沿った隣接ピクセルまたはサブピクセルの１対は辺、頂点を共有することができ、またはいかなる正接関係も持つことができる。「行」と「列」の間の区別は２つの隣接サブピクセルと関連したカラーチャネルによる。従って、サブピクセル位置の「列」は、全てのサブピクセル位置が同じカラーチャネルと関連するサブピクセル位置の１次元配列を指し、サブピクセル位置の「行」は、１次元配列に沿った２つおきの隣接サブピクセル位置が異なるカラーチャネルと関連するサブピクセル位置の１次元配列を指す。
【０２０７】
図４４ａの代表例では、列は線５５２に沿って示され、行は線５５４に沿って示される。示されるように、線５５２または５５４に沿って２つおきの隣接サブピクセル位置は辺を共有する。サブピクセル位置の列及び行の別の例は図４４ｃに示され、そこでは再び列は線５５２に沿って示され、行は線５５４に沿って示される。この例では、線５５２または５５４に沿った２つおきの隣接サブピクセル位置は頂点を共有する。図４４ｃは各サブピクセル位置の色彩連想をさらに示す。示されるように、線５５２に沿った全てのサブピクセル位置は同じカラーチャネルと関連し（本例では緑）、線５５４に沿った隣接サブピクセル位置は異なるカラーチャネルと関連する。
【０２０８】
上で例示した用途のいずれにおいても、１つ以上の光学素子を使用することができる。例えば、素子１０と原理及び操作（サイズは必須でない）において同様である幾つかの光学素子は一緒に組み立てられ、上で例示した用途のいずれかに使用される光学装置を達成することができる。本発明の種々の例示的実施形態では、光学素子は、２次元、好ましくは２つの直交する次元で光学リサイジングを達成するために、単独でまたは他の要素と組み合わせて使用されることができる。
【０２０９】
以下は、幾つかの光学リサイジング素子が２次元光学リサイジングのためにまたはパッシブディスプレイパネルを照明するために組み立てられる好適実施形態の説明である。２次元光学リサイジングまたはバックライト照明がかかる組立なしで達成される他の好適実施形態の説明は以下に与えられる。
【０２１０】
ここで、図５を参照すると、それは本発明の様々な例示的実施形態に係る光学装置３０の概略図である。装置３０は、第１次元３６の光学リサイジングを達成する第１光学リサイジング素子３２、および第２次元３８の光学リサイジングを達成する第２光学リサイジング素子３４を備えることが好ましい。素子３２および３４は各々独立して、上記の素子１０と同様に動作することができる。代替的に、素子３２および３４の一方は素子１０と同様に製造することができ、他方は従来の技術によって製造することができる。
【０２１１】
第１次元３６および第２次元３８の両方で光学リサイジングを達成するために、素子３４は、素子３２を出射した光が素子３４に入射するように、素子３２に結合される。したがって、素子３４は受光素子として働く一方、素子３２は装置３０内の透過素子として働く。素子３２および３４の間の結合は、直接接触、ファイバ束、またはいずれかの他の光結合配列を介するなど、当業界で公知のいずれかの方法で行なうことができる。光学リサイジング素子は、１つの素子の小さいファセットが他の素子の大きいファセットと一致するように製造することが有利である。そのような仕方で製造すると、光学リサイジング素子の１つは、もう１つより大きくなる。特に、装置３０が光ビームを拡張させるために使用される（つまり、光ビームの横断面積が入力より出力の方が大きい）場合、第１素子は第２素子より小さく、装置３０が光を収縮させるために使用される（つまり、光ビームの横断面積が入力より出力の方が小さい）場合、第１素子は第２素子より大きい。
【０２１２】
例えば、図５に示す実施形態では、素子３２および３４は、光が素子３２の小さいファセット４０に入射し、次元３６に沿って拡張され、ファセット４２を通して素子３２を出射し、好ましくは素子３２のファセット４２のサイズを有するファセット４４を通して、素子３４に入射するように製造される。次いで光は素子３４内を伝搬し、次元３８に沿って拡張され、両方の次元で拡張された状態で大きいファセット４６から出射する。
【０２１３】
素子３２および３４が両方とも素子１０と同様に製造される場合、それらは同じフォトマスクレイアウト（例えば図３ａ、３ｃ、４ｅ、および４ｆに示すフォトマスク等）を用いて、しかし異なる層厚を用いて、処理されることができる。したがって、例えば、素子３２は、上で図４ｄに示した大きいファセットを画定する、より薄い層から形成されることができる一方（図３ｄの３次元図も参照されたい）、素子３４は、図６ａに示す小さいファセットを画定する、より厚い層から形成されることができる。本発明の好適な実施形態に係る素子３４の導波路の３次元図を図６ｂに示す。
【０２１４】
装置３０は、ディスプレイ装置のディスプレイユニットとしてまたはバックライト集成体としてのいずれかで作用する。前者の場合、素子３２は画像データによってコードされる多色光（例えば白色光）または単色光を受けることが好ましく、一方、後者の場合、素子３２はコードされない光を受けることが好ましい。装置３０がパッシブディスプレイパネルのためのバックライト集成体として使用されるとき、各サブピクセル位置はサブピクセル位置のそれぞれのカラーチャネルに対応する光によって照明されることが好ましい。多色光が素子３２に入るとき、光は以下でさらに詳述するように、ピクセル領域の近くでデマルチプレクサされることが好ましい。
【０２１５】
ここで、図７ａを参照すると、それは、各光学リサイジング素子の入口および出口ファセットが相互に実質的に直交する実施形態における装置３０の３次元概略図である。特に、素子３２では、小さいファセット４０が大きいファセット４２に実質的に直交し、素子３４では、小さいファセット４４が大きいファセット４６に実質的に直交する。ファセット４２およびファセット４４は、平行であり、素子３２と素子３４との間の光結合を可能にするために接触することが好ましい。この実施形態を使用して画像を伝達する場合（即ち、コードされた光が素子３２に入射する場合）、装置３０から出射する画像は、元の画像の鏡像であることを理解されたい。図７ａに示す実施形態の利点は、導波路の曲げ４８が少なく、かつ大きいファセットに向かって伝搬するビームからの散乱光が無いことである。
【０２１６】
本実施形態のリサイジング技術を繰り返すことができる。特に、装置３０は、各対が上記説明に従って機能する、２対以上の光学リサイジング素子を備えることができる。すなわち、対の１素子が１次元の光学リサイジングを達成し、対のもう１つの素子が他の次元の光学リサイジングを達成する。この実施形態は、高倍率または縮小率が必要な場合に、あるいは製造工程中に高いアスペクト比の導波路の取扱いを回避するために、特に有用である。例えば、倍率３０倍は、第１対が倍率３倍をもたらし（２次元）、かつ第２対が倍率１０倍をもたらす（２次元）、２対の光学リサイジング素子により達成されることができる。
【０２１７】
本発明の好適な実施形態の代表例を、２対の光学リサイジング素子３２、３３、３４、および３５が使用される場合について、図７ｂに示す。図７ｂに示す通り、素子３３は光ビーム７２を１次元で（例えばｘ方向に沿って）拡張して、拡張光ビーム７４を提供し、素子３５は光ビーム７４を別の次元で（例えばｙ方向に沿って）拡張して、拡張光ビーム７６を提供する。さらに、素子３２は光ビーム７６を１次元で（例えばｘ方向に沿って）拡張して、拡張光ビーム７８を提供し、素子３４は光ビーム７８を別の次元で（例えばｙ方向に沿って）拡張して、拡張光ビーム８０を提供する。したがって、元の光ビーム７２はｘ方向に沿って２回、かつｙ方向に沿って２回拡張される。
【０２１８】
本発明の実施形態の光学リサイジング素子の各層の導波路は、上で図４ｅに示したフォトマスクと同様のフォトマスクを用いて形成されることができる。図７ａ〜ｂに示す導波路の曲げ４８は、光学リサイジング素子の厚さをさらに低減するために、コーナーミラー５０（図４ｅ参照）と置換されることができる。
【０２１９】
ここで、図８を参照すると、それは、１つの光学リサイジング素子のファセットが平行であり、他の光学リサイジング素子のファセットが実質的に直交する、好適な実施形態の装置３０の概略図である。特に例示的実施形態に関して、素子３２（本実施例では透過素子）では、小さいファセット４０は大きいファセット４２と平行し、素子３４（本実施例では受光素子）では、小さいファセット４４は大きいファセット４６に実質的に直交する。ファセット４２およびファセット４４は平行し、かつ好ましくは素子３２と素子３４との間の光結合が可能となるように接触する。この実施形態の利点は、素子３２の導波路の長さが短く（図７に示す実施形態と比較して約半分）、したがって装置の全体的な光損失が低減されることである。それでもなお、大きい素子（素子３４）の入力／出力ファセットは実質的に直交であるので、装置は低減された厚さおよび散乱光の上記の利点を享受する。
【０２２０】
ここで、図９を参照すると、それは、光学リサイジング素子のファセット（ファセット４０、４２、４４、および４６）が同一平面上にある、好適な実施形態の装置３０の概略図である。光学リサイジング素子の各層の導波路は、上で図４ｆに示した、領域１８および２０が同一直線上にあるフォトマスクと同様のフォトマスクを用いて形成されることができる。したがって、光ビーム９２は素子３２の小さいファセット４０に入射し、素子３２を伝搬し、１８０°の方向転換を経験し、第１次元３６に沿って拡張した状態でファセット４２から出射する。ファセット４２から出射する（拡張した）光ビームは、図９に数字９４で示される。拡張した光ビーム９４は素子３４の小さいファセット４４に入射し、素子３４を伝搬し、次元３８に沿って追加的拡張および１８０°の追加的方向転換を経験し、両方の次元３６および３８に沿って拡張した状態でファセット４６から出射する。ファセット４６から出射する光ビームは数字９６で示される。したがって、装置３０を通過する光は、各次元に１回ずつ、２回の拡張、および２回の伝搬方向の転換を経験する。この趣旨で、光はその原方向に沿って伝搬し、２次元で拡張されて、装置３０から出射する。
【０２２１】
出射する光ビームの特定の伝搬方向に対する上記説明のより詳細な言及は、本発明の範囲をいずれかの入射‐出射角度関係に限定することを意図するものではないことを理解されたい。本発明の様々な例示的実施形態において、光は、その入射角度に対して任意の予め定められた角度で装置３０から出射する。したがって、光の入射および出射伝搬方向の間の角度は、０°、９０°、１８０°、またはいずれかの他の角度であり得る。入射‐出射角度関係は、光学リサイジング素子のファセットに対する導波路の配向に依存する。例えば、以下でさらに詳述するように、光は装置３０の光学リサイジング素子のいずれかに、入力ファセットの表面に対し直角に入射し、出力ファセットから非直角に放出することができる。通常の当業熟練者には理解される通り、平行または実質的に直交ファセットの場合、そのような構成は、０°、９０°、または１８０°以外の入射−出射角度に対応する。
【０２２２】
概して、装置３０は典型的には小さい素子および大きい素子を含むので、装置３０の領域の大部分または全部が大きい素子の厚さを有する。通常の当業熟練者には理解される通り、各光学リサイジング素子の厚さは、導波路の拡張配列のため、むしろ小さくすることができる。この厚さは、各層の予め定められた区間で導波路をダウンテーパリングすることによって、さらに低減することができる。本発明の実施形態の光学リサイジング素子の厚さの代表的な例は、約０．１ｍｍから約１００ｍｍ、より好ましくは約１ｍｍから約１０ｍｍの厚さを含むが、それらに限定されない。
【０２２３】
ここで、図１０ａ〜ｂを参照すると、それらは、本発明の様々な例示的実施形態に係る導波路の配列を製造するためのフォトマスクレイアウトの概略図である。図１０ａ〜ｂは、領域１８および２０が平行でありかつ層の反対側に位置した、好適な実施形態を示す。本書に記載する詳細を提供された通常の当業熟練者には、本実施形態のフォトマスクレイアウトを他の事例のためにどのように調整すべきであるかが分かるであろう。
【０２２４】
図１０ａに示す通り、導波路は、領域２０に向かってアップテーパされ拡張される前に、ダウンテーパされ圧搾される。ダウンテーパリングは、第１に各光学リサイジング素子の厚さをさらに縮小することができるので、そして第２にクロストークを低減または排除するために平行な導波路間の分離が可能となるので、有利である。
【０２２５】
領域１８および２０が平行でありかつ層の反対側に位置された実施形態では、装置３０の厚さは主として、導波路の分離距離Ｓｙによって決定される。図１０ｂを参照されたい。厚さは式０．５Ｓｙ（Ｎ１＋Ｎ２）によって概算されることができる。ここでＮ１×Ｎ２は導波路の数である（例えば、装置３０が画像のリサイジングのために使用される場合、Ｎ１×Ｎ２は画像のピクセル数であってもよい）。
【０２２６】
領域１８および２０が層の隣接する側に（例えば実質的に直交関係に、上の図４ｅ参照）位置する実施形態では、光学リサイジング素子の厚さは入力ピクセルアレイサイズによって決定される。導波路の曲げ４８（コーナーミラー５０ではない）が使用される場合には、曲げ半径を素子の全体の厚さに加える必要がある。しかし、以下でさらに詳述するように、曲げ半径を低減することにより、短い導波路に寄生損失を追加することが好ましい。したがって、装置３０の厚さは、ピクセル／導波路の数に関係なく、曲げ半径によって決定されることができる。
【０２２７】
同じく垂直方向に沿って導波路の分離距離を増大するために（クロストークを除去するために）、導波路は入力および出力ファセットで垂直方向にテーパを付けることができる。ＰＬＣ技術により、垂直テーパリングは周知の技術である（例えば、Ｔ．Ｂａｋｋｅら、「Ｐｏｌｙｅｒｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｐｏｔ‐ｓｉｚｅ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  ｗｉｔｈ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｎｄ  ｌａｔｅｒａｌ  ｔａｐｅｒｓ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔ．Ｔｅｃｈ．、ｖｏｌ．２０、１１８８〜１１９７、２００２を参照されたい）。垂直方向および横方向の両方にテーパを付けられた導波路を製造するプロセスを、単一導波路の場合（図１１ａ）、および導波路のスタックの場合（図１１ｂ）について、図１１ａ〜ｂに示す。垂直テーパを生成するための他の方法は、Ｍｏｅｒｍａｎら、「Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔａｐｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ＩＩＩ‐Ｖ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｄｅｖｉｃｅｓ」、ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｓｅｌ．Ｔｏｐｉｃｓ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｖｏｌ  ３、１３０８〜１３２０、１９９７に論じられている。したがって、ファセットにおける導波路の分離距離は、装置全体におけるよりずっと小さく、導波路への（ファセットにおける）光結合、および装置内の導波路間のクロストークの低減または除去における効率の改善が可能になる。
【０２２８】
本発明の好適な実施形態では、装置３０は複数の光源からの光を受光する。この実施形態には幾つかの利点がある。第１に、より多数の光源を使用することにより、装置３０の厚さを低減することができる。入力ファセットから出力ファセットまでの平行な導波路の個数が削減されるため、厚さを低減させることができる。厚さの減少率は使用する入力光源の数に等しい。例えば、２つの光源の場合、厚さは半分にすることができる。別の利点は、各々の個別光源が所望の明るさを維持しながら、低い解像度（より少数のピクセル）を持つことができることである。追加の利点は、以下でさらに詳述するように、複数の光源の使用により、３次元画像の生成を促進することができることである。複数の光源の使用は、装置３０がバックライト集成体として使用されるときに特に有利である。従って、単色光源は、生成された単色光源がサブピクセル位置を直接照明するために導波路に伝搬できるように所望のカラーチャネルに従って選択されることができる。
【０２２９】
複数の光源からの受光は、複数の方法で達成することができる。したがって、図１２ａに例示する１実施形態では、２つの光線１２２および１２４は２つの異なる光源（図示せず）から第１光学リサイジング素子３２に入射する。２つより多い光源を有する構成もまた考えられる。図１２ａに示す例示的説明では、素子３２は、領域１８および２０（図示せず）が同一直線上にある実施形態に従って製造されるが、通常の当業熟練者には理解される通り、他の場合には幾つかの光ビームを素子３２に入力させることもできるので、必ずしもそうする必要はない。したがって、本発明の好適な実施形態では、素子３２は、４０ａおよび４０ｂと指定される２つの入力ファセット、ならびに１つの出力ファセット４２を含む。２つより多い光源を使用する場合、素子３２の入力ファセットの数は、それに応じて調整することが好ましい（すなわち、３つの光源には３つの入力ファセットなど）。
【０２３０】
光ビームは両方とも、１次元で拡張された状態でファセット４２を通して素子３２から出射し、ファセット４４を通して素子３４に入射し、そこでそれらは、上に詳述したように他の次元で拡張される。
【０２３１】
図１２ｂ〜ｃに例示した別の実施形態では、装置３０は、３２ａおよび３２ｂと指定され、両方とも装置３０内で透過素子として働く、２つの光学リサイジング素子、および３４と指定され、装置３０内で受光素子として働く光学リサイジング素子を含む。４つの光線１２２ａ、ｂおよび１２４ａ、ｂが素子３２ａおよび３２ｂに入射し、上で詳述したように連動して素子３４から出射する。図１２ｂの例証は、領域１８および２０（図示せず）が同一直線上にある実施形態に従って、光学リサイジング素子３２ａおよび３２ｂの各々が製造される実施形態の場合であり、図１２ｃの例証は、領域１８および２０が層の隣接する側に位置する実施形態に従って、光学リサイジング素子３２ａおよび３２ｂの各々が製造される実施形態の場合である。上記実施形態の間の全ての組合せも考えられる。
【０２３２】
図１２ｄ〜ｆに例示する追加の実施形態では、装置３０は複数の単色光源の形で光学入力を受け取り、該光学入力を使用して、リサイズされた単色光ビームを生成する。例えば複数の単色画像は、装置３０によって拡大され結合されて、拡大された単色画像を生成することができる。
【０２３３】
図１２ｄに示す代表例では、３つの単色画像（例えば、赤色画像、緑色画像、および青色画像）は３つの単色画像源（図示せず）から伝達され、３つの光学リサイジング素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃにそれぞれ入射する。素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃの各々は、それぞれの単色画像を１次元で拡大し、それを素子３４に伝達する。素子３４は単色画像を拡大し、それらを他の次元で結合して、拡大色彩画像を提供する。
【０２３４】
単色画像を結合して色彩画像にするために、素子３４は、各層の導波路が１つの単色画像の平均波長に従って好ましくは最適化される、層の交互配列から製造されることが好ましい。図１２ｄに示されているのは、数字３７ａ、３７ｂ、および３７ｃで指定される３種類の層である。層３７ａ、３７ｂ、および３７ｃはそれぞれ、例えば赤、緑、および青の単色画像の典型的な平均波長に最適化されることができる。導波路の長さは、素子３４に対する素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃの位置に応じて選択される。図１２ｅは、赤、緑、青色画像の場合の交互配列状態の層３７ａ、３７ｂ、および３７ｃの概略図である。この実施形態は、波長特定的な導波路の使用により可能な分散を低減または除去するので、有利である。この実施形態の追加の利点は、画像源が有するレンズおよびマルチプレクサ等の光学素子の数を低減できることである。したがって、入力源にマルチプレクサおよびレンズを組み込む代わりに、画像源は素子３４で多重化される。
【０２３５】
上述の通り単色画像を受け取りかつ伝達する素子３２ａ、３２ｂ、および３２ｃは全て、同様または同一のフォトマスクを用いて製造されることができる。例えば、図１２ｆに示したフォトマスクを参照されたい。
【０２３６】
述べたように、本発明の実施形態は画像光学データのみならず、非画像光学データにも適している。それゆえ、画像データに対する上の言及は、本発明の範囲をいかようにも限定すると解釈すべきではないことを理解されたい。したがって、例えば、本発明の実施形態は、別のディスプレイ装置、例えば３つのフィルタ付き光源、ＬＥＤ、またはレーザ源からの赤‐緑‐青（ＲＧＢ）光のストライプマトリックスを持つＬＣＤパネルのための色彩画像または色彩背面照明を提供するために使用されることができる。
【０２３７】
ここで、図４５を参照すると、それらは本発明の様々な例示的実施形態によるバックライト集成体６２の概略図である。バックライト集成体６２は、１つ以上の基板に形成されかつ／または埋め込まれた複数の導波路１６を含むことが好ましい。導波路は、各画素領域５２が２つ以上の導波路によって照明されるような方法でパッシブディスプレイパネル６４（図示せず、図４３ｂ，４４ａ及び４４ｂ参照）の各サブピクセル位置に照明光を供給するために配置される。特に、各ピクセル領域５２（図４５に示さず、図４３ｂ及び４４ａ〜ｂ参照）に対して、各導波路及びその一部はサブピクセル位置５４のそれぞれのカラーチャネルによってピクセル領域５２の１つのサブピクセル位置５４（図４５に示さず）を照明するように配置される。
【０２３８】
集成体６２によって与えられるパネル６４へのバックライト照明の例示される色分布が図４６ａ〜ｂに概略的に示される。図４６ａでは、各導波路の照明領域は、それによって照明されるサブピクセル位置の領域にほぼ等しい。図４６ｂでは、各導波路の照明領域はそれぞれのサブピクセル位置の領域より実質的に小さく、従ってパネルの各サブピクセル５４が複数の導波路によって照明されることを可能にする。
【０２３９】
バックライト集成体６２はいかなる数の基板を含むことができる。４つのかかる基板が図４５に示される：３つの入力基板５０２ａ，５０２ｂ及び５０２ｃ、及び１つの出力基板５０４。基板５０２ａ，５０２ｂ及び５０２ｃの導波路の原理及び操作は上述の素子３２ａ〜ｃの原理及び操作と同様であり、基板５０４の導波路の原理及び操作は素子３４の原理及び操作と同様である。本発明の様々な例示的実施形態では、出力基板５０４の層間の分離距離ｔは（パッシブディスプレイパネル６４の列に沿って）同じカラーチャネルと関連した隣接サブピクセル間の分離距離に適合し、（出力領域の、例えば図４ｅまたは４ｆの領域２０参照）出力基板５０４の導波路間の分離距離Δｘは（パッシブディスプレイパネル６４の行に沿って）異なるカラーチャネルと関連した隣接サブピクセル間の分離距離に適合する。典型的には、必須でないが、ｔ＝Ｗｃ及びΔｘ＝Ｈｒ（式中、Ｗｃ及びＨｒはそれぞれ、パネル６４を特徴づける列間及び行間分離距離である。
【０２４０】
ここで、図１３ａ〜ｃを参照すると、それらは、装置から２つ以上の光学出力が存在する好適な実施形態の装置３０の概略図である。
【０２４１】
図１３ａに概略的に示された１実施形態では、光学素子３２は光を２つ以上の方向に伝達する。図１３ａに示されているのは３つの光学素子３２、３４ａ、および３４ｂであり、素子３２は光を素子３４ａおよび３４ｂの両方に伝達する。したがって、本発明の好適な実施形態では、素子３２は装置３０内の透過素子として働き、素子３４ａおよび３４ｂは両方とも装置３０内の受光素子として働く。特に、光ビーム１３２は素子３２に入射し、それにより２つの光ビーム１３４ａおよび１３４ｂの形で伝達される。素子３２は３つ以上（例えば３つ、４つ）の光ビームを伝達することができることを理解されたい。
【０２４２】
光ビーム１３４ａおよび１３４ｂの少なくとも１つ、より好ましくは両方が独立して、光ビーム１３２に対して１次元でリサイズ（例えば拡張）される。例えばビーム１３２が像を構成する場合、ビーム１３４ａおよび１３４ｂはそれぞれオリジナル画像の３倍拡大画像、および２倍拡大画像であってもよい。代替的に、所望により、１つのビームはオリジナル画像の拡大画像であってもよく、他のビームはその縮小であってもよい。素子３４ａおよび３４ｂはそれぞれ光ビーム１３４ａおよび１３４ｂを素子３２から受け取り、アスペクト比を維持するために好ましくは素子３２によって実行されたリサイズと同程度に、他の次元でそれらをリサイズする。したがって装置３０は、各々独立して入力光ビーム１３２に対し２つの次元でリサイズされる、２つの出力光ビーム１３６ａ（素子３４ａによって生成される）および１３６ｂ（素子３４ｂによって生成される）を提供する。
【０２４３】
図１３ｂに概略的に示す別の実施形態では、光学リサイジング素子３４は（拡張した）光ビーム１３４を素子３２から受け取り、それを２つ以上の方向に伝達する。図１３ｂの代表例では、素子３４は光を２つに分岐させ、２つの反対方向に伝搬する２つの光ビーム１３６ａおよび１３６ｂを生成する。
【０２４４】
図１３ａ〜ｂに示す実施形態は、２つの光学出力（ビーム１３６ａおよび１３６ｂ）が同一光学素子によって生成され、光ビーム１３４ａおよび１３４ｂ（図１３ａ参照）が両方とも素子３４に伝達されるように、組み合わせることができる。
【０２４５】
加えて、素子３４は、各々が異なる光源から発する異なる光ビームを素子３４に伝達する、複数の光学素子によって光学的に供給されることができる。この実施形態の代表例を図１３ｃに概略的に示す。そこでは、光ビーム１３２ａおよび１３２ｂを２つの光学素子３２ａおよび３２ｂに伝達する２つの光源（１３８ａおよび１３８ｂ）があり、該素子は１次元でビームをそれぞれリサイズして、光ビーム１３４ａおよび１３４ｂを生成する。素子３４は光ビーム１３４ａおよび１３４ｂを素子３２ａおよび３２ｂから受け取り、それらを別次元で拡張して、光ビーム１３６ａおよび１３６ｂを生成し、それらを２つの異なる方向（本例においては反対の方向）に伝達する。
【０２４６】
図１４ａ〜ｂに関連して、本発明の好適な実施形態では、装置３０は、様々な光学的動作を実行し、かつ／または製造プロセスを容易にするために、１つ以上の追加的な光学素子１４２を含む。追加的な光学素子は、それらの所望の機能に応じて、拡張または非拡張配列状態の複数の導波路から形成されることができる。図１４ｂに示す代表例では、追加素子１４２は画像回転素子１４４である。使用中に、像を中に構成する光ビーム１４６が素子１４４に入射し、そこで像は例えば９０°回転され、回転した光ビーム１４８として素子１４４から出射する。その後、光ビーム１４８は素子３２および３４に入射し、そこで、上で詳述した通り、最初は１つの次元に拡大され（光ビーム１５０）、次いで別の次元で拡大される（光ビーム１５２）。画像回転素子１４４は、光学リサイジング素子がそれらの小さいファセットおよび大きいファセットを相互に実質的に直交させるように構成される実施形態において、特に有用である。
【０２４７】
図１５は、層が偏光子１５４を含む好適な実施形態の光学素子の層（例えば層１４）の概略図である。偏光子１５４は、横方向偏光モードを減衰するように、例えば金属または合金（例えばＣｒ、Ａｕ、Ａｌ等）を導波路１６間のギャップ１５６に堆積することによって形成されることができる。好ましくは、導波路は、横方向偏光モードを効率的にストリッピングするために、偏光子の領域を狭隘に作成される。光学素子を偏光子１５４と共に使用することで、非偏光を生成する入力光源の使用が可能になり、あるいは光源が偏光を生成するときにこの構成は偏光状態を改善することができる。
【０２４８】
偏光は、光学素子が偏光によって液晶モジュールを照明することが望ましいパッシブディスプレイパネルのためのバックライト集成体に使用されるときに特に有用である。かかる用途に対して、バックライト集成体は、上述のように光学素子の層に組み込むことができる偏光子１５４を含むことが好ましく、またはそれは光源１７２と導波路１６の間に位置させることができる（図４３ｂ参照）。光源と導波路の間に偏光子１５４を位置させる利点は、伝統的にコストのかかる大きなパネル偏光子を小さな偏光子シートで置換することである。代替的にまたは追加的に、光源は、上述のように、偏光を与えるように構成されることができる。
【０２４９】
装置３０と光源との間の結合は、直接接触によって、または代替的に、マイクロレンズまたは回折光学素子の配列など、それらに限らず、１つ以上の追加的光学素子を介して、行なうことができる。
【０２５０】
装置３０がディスプレイ装置のディスプレイユニットにおいて作用するとき、光学素子は、画像データによってコードされる光を受け、装置３０と光源の間の光結合は、入力された光ビームによって構成される画像を保持するようになされることが好ましい。他方、装置３０がバックライト集成体として使用されるとき、バックライト集成体は、コードされていない光を生成する光源に結合されることが好ましい。この場合において、導波路は画像化されない方法で入力されることができる。画像源への装置３０の光結合は以下に提示され、非画像光の光結合は以下に提示される。
【０２５１】
図１６ａ〜ｂは、装置３０と光源との間の結合の概略図である。図１６ａに示されているのは、装置３０の幾つかの導波路１６、画像源１６０、および装置３０と画像源１６０との間の光結合を提供するためのカプラ１６２である。本例では、画像源１６０はＬＣＤマイクロディスプレイである。カプラ１６２はマイクロレンズアレイ１６４および偏光子１６６を含むことが好ましい。典型的にはＬＣＤパネルは出力側に偏光子およびＬＣＤ保護ガラスを含み、マイクロレンズアレイはより優れた結合効率をもたらすので、マイクロレンズアレイ１６４の使用は有利である。マイクロレンズアレイは、当業界で公知のいずれかの方法、例えば米国特許第５５０８８３４号および米国特許出願第２００４０１００７００号に開示されている方法を用いて、製造されることができる。
【０２５２】
図１６ｂに関連して、各導波路コアが１つのマイクロレンズで覆われるように、マイクロレンズアレイ１６４を入力光学素子にも配置することができる。例えば、図１６ｂのコア１６１およびマイクロレンズ１６８を参照されたい。これは、導波路１６のクラッド１６３をコア１６１より高速でエッチングするエッチャで、光学リサイジング素子の入力ファセットをエッチングすることによって、行なうことができる。
【０２５３】
代替的に、ＬＣＤマイクロディスプレイが充分に薄い偏光子および保護ガラス層を含む場合、結合は、マイクロレンズアレイ無しに、例えば直接接触によって実行されることができる。例えば、偏光子および保護ガラスの全体的厚さが約２０μｍ以下であり、かつＬＣＤマイクロディスプレイに結合する光学リサイジング素子の導波路が充分に小さい開口数（例えば約０．２５以下）を持つ場合である。そのような構成では、映像をぼやけさせるおそれのある隣接ピクセル間のクロストークを最小化することができる。
【０２５４】
図１７は、入力画像がレンズ１７６を用いて装置３０に合焦される好適な実施形態の概略図である。この構成では、予備拡大も得ることができ、したがって以下でさらに詳述するように、導波路の所要アスペクト比が緩和され、あるいは２段階拡大の必要性が除去される。この構成は、ＬＣＤオンシリコン（ＬＣＯＳ）など、それに限らず、反射型液晶マイクロディスプレイに、あるいはデジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ）など、それに限らず、他の入力パネルに特に有用である。図１７に示されているのは、反射型液晶マイクロディスプレイ１７０、外部光源１７２、および装置３０である。光源１７２からの光１７４は、レンズ１７５によってマイクロディスプレイ１７０に合焦され、それは光を反射する。反射光はその中に像を構成し、別のレンズ１７６によって装置３０に合焦される。
【０２５５】
予備拡大も１次元のみで実行することができる。歪められた入力（１次元を拡大された）を光学リサイジング素子と結合することにより、この場合装置３０に２つの光学リサイジング素子を必要とせず、かつ予備拡大素子（これはレンズとすることができる）が薄いので、小型の薄い装置を得ることができる。
【０２５６】
ここで、図１８ａ〜ｂを参照すると、それらは、結合がファイバ束によって行なわれる好適な実施形態における装置３０と光源との間の結合の概略図である。本発明の好適な実施形態によると、１つ（図１８ａ）またはそれより多く（図１８ｂ）のファイバ束１８０が、装置３０の受光光学リサイジング素子に光を直接誘導する。装置３０が画像をリサイズするために使用される実施形態では、ファイバ束は、高解像度の画像の伝達を可能にするために小さいコアを持つ多くのファイバから構成されることが好ましい。ファイバ束の行数および列数をそれぞれＸ１およびＸ２で表わすと、ファイバ内のファイバの総数はＸ１×Ｘ２である。Ｘ１およびＸ２の代表例は、約５００ないし約２０００を含むが、それらに限定されない。Ｘ１＝Ｘ２であることが好ましいが、必須ではない。ファイバのコアの直径は好ましくは、２０μｍ未満、より好ましくは１５μｍ未満、例えば約１０μｍである。
【０２５７】
装置３０が複数の光源から光学入力を受け取ると（図１８ｂ参照）、各束は１つの光学チャネルに伝達する。図１８ｂに示す実施例では、入力ファイバ束１８０は、装置３０の４つの入力ファセット（１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃ、および１８２ｄ）にそれぞれ供給する、４つのファイバ束（１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄ）に分離される。
【０２５８】
装置３０はまた、合焦された光ビーム、例えばレーザビームの形で光学入力を受け取ることができる。カラー画像は、複数（例えば２つ以上）の単色レーザ装置、画像を形成するために走査される例えば赤、緑、および青色レーザ装置から形成することができる。そのような画像は、小さい断面を有する装置３０の入力ファセットに投射されることができる。レーザ光を使用する利点は、高輝度、ならびにレーザ光点の強度および位置を装置３０における導波路の透明度および位置に応じて較正する能力である。本発明の様々な例示的実施形態に係る好適な透明度最適化手順については以下の後述する実施例の節に提示する。
【０２５９】
装置３０がバックライト集成体として使用されるとき、入力領域として層間の整列条件が全くないかまたは最小である。特に、層間の間隙について制限はない。従って、異なる層における導波路は異なる厚さのクラッドを持つことができる。
【０２６０】
図４７ａ〜ｂは、装置３０がバックライト集成体として使用されるとき、光を装置３０に結合するための好適な技術の概略図である。本発明の好ましい実施形態によると、導波路１６は、入力領域１８で各導波路の終端部分が光源１７２を特徴づける少なくとも１つの光路５０６と実質的に同一直線上であるように、各層に配置される。この実施形態は、ＬＥＤの如き広い視野を有する光源が使用されるときに特に有用である。光路と導波路の間の共線性は、例えば光源の特徴的な波面光に従って入力領域を配置することによって達成されることができる。図４７ａに示された代表例では、光源は、楕円的に拡張する光を放出し、従って入力領域１８は、導波路が光路５０６と同一線上にあるように楕円形状を持つ。図４７ｂに示された別の実施形態では、入力領域は直線形状を持つことができ、各導波路は上述の共線性を達成するように異なるように造形されかつ／または配向される。導波路は、入力領域１８に向かってアップテーパされることが好ましく、異なるように造形及び／または配向された導波路の個々の幅は、異なる角度の異なる出力分布を補償するように異なることが好ましい。
【０２６１】
本書で上述した通り、光は装置３０から、放出ファセットに対していずれかの予め定められた角度で放出されることができる。予め定められた角度は約９０°であってもよく、その場合、導波路は出力ファセットに対して実質的に直交関係に形成され、あるいはいずれかの他の角度であってもよく、その場合、導波路は出力ファセットに対して傾斜する。
【０２６２】
ここで、図１９を参照すると、それは、導波路１６が層の端部に対して傾斜している好適な実施形態における装置３０の１つの光学リサイジング素子の１層の概略図である。結果的に生じる光学リサイジング素子は、出力ファセットに対し角度θ（図１９に数字１９０で指定する）で光１９４を放出する。
【０２６３】
本発明の好適な実施形態では、装置３０は、３次元画像を提供するように設計されかつ構成される。３次元画像は、２つの異なる偏光または２つの異なる色の、２つの異なる画像を生成することによって得られることができる。そのとき、ユーザは、各目に異なる偏光または異なる色を有する双眼装置を使用して、したがって画像の３次元知覚を模倣して、画像を観察することができる。
【０２６４】
代替的に、装置３０は自動立体視ディスプレイとして機能することができ、それにより、２つの画像を分離させつづけるために観察者が専用の観察用道具を着用する必要がなくなる。自動立体視は、ユーザの左右の目に向けられる２つの異なる像の形でユーザに提供される。本発明の様々な例示的実施形態に係る自動立体視ディスプレイの代表例については以下で提供する（図３４ａ〜３５ｃおよび随伴する説明を参照されたい）。
【０２６５】
ディスプレイ装置は一般的に、光結合ディスプレイパネル間の「ピクセル対ピクセル」の整列の制約下で製造される。特に、ディスプレイ装置が適切に機能するために、光結合されるパネルの画素をミクロンまたはサブミクロンの許容差で整列させる必要がある。この要件は製造プロセスを複雑にし、かつ往々にして製品の製造可能性を完全に無能にすることが認識されている。本発明の実施形態では、入力ピクチャ画像と素子３２との間、または素子３２と素子３４との間でピクセル対ピクセルの整列の必要が無い。
【０２６６】
さらに、ピクチャ画像のピクセル数は素子３２のピクセル数とは異なっていてもよく、それはまた素子３４のピクセル数と異なっていてもよい。そうするために、解像度を低下することなく、受入れ素子のピクセル（導波路）の数は、透過素子のピクセル（導波路）の数よりｋ倍大きいことが好ましい。ここでｋは１より大きい数、例えば約２、より好ましくは約３である。さらなる詳細については、その内容を参照によって本書に援用する、米国特許第６３２６９３９号を参照されたい。したがって、入力画像ピクセルと装置３０のピクセルとの間の相関の必要が無く、２つの光学リサイジング素子の導波路を整列させる必要が無い。
【０２６７】
同一光学素子の層間のミスアラインメントに関し、層間のｘミクロンのミスアラインメントは、大小ファセットが対向し平行である場合にはｘ（Ｍ−１）、大小ファセットが実質的に直交である場合にはｘＭ、そして大小ファセットが同一平面上にある場合にはｘ（Ｍ＋１）の実効ミスアラインメント（出力における）に変換される。したがって、約０．２ｍｍの出力許容差および約１０倍の拡大の場合、層は入力導波路領域で約２０ミクロンの精度内で積層されることができる。整列の必要性は１次元だけではない。大小ファセットが平行する（対向するか又は同一平面内にある）実施形態では、横方向には整列の必要性は無い。他方、大小ファセットが実質的に直交する実施形態では、横方向の許容差は約ｘミクロンである。
【０２６８】
透過光学リサイジング素子（例えば素子３２）における偏光の欠如によるｘミクロンのミスアラインメントは、出力におけるｘＭミクロンのミスアラインメントに変換される（Ｍは受光素子の倍率）。２つの光学リサイジング素子の間の回転ミスアラインメントは、画像の歪みを低減するために最小化されることが好ましい。
【０２６９】
導波路の透明性の相違につながる導波路の厚さおよび幅の変動は、導波路の総損失バジェットに付加されるおそれがある。モアレ縞効果を抑制するために、多少の幅および厚さの変動を導入できることが好ましい。
【０２７０】
ここで、図２０を参照すると、それは、本発明の様々な例示的実施形態に係る光学リサイジング装置２００の概略図である。上記の装置３０と同様に、装置２００はディスプレイ装置のディスプレイユニットとしてまたはバックライト集成体として作用することができる。装置２００は、第１ファセット２０６および第２ファセット２０８を有する基板２０４を形成する複数の層２０２を含む。層２０２は、部分的に重複する光学配列に配置される。
【０２７１】
本書で使用する場合、層の「部分的に重複する光学配列」とは、各層が層の表面に光学的に露出される少なくとも１つの領域を含む配列を指す。本書で使用する場合、光学的に露出した領域とは、環境と光学的な連通を確立することのできる領域を指す。したがって、環境と装置２００の各層との間に実質的自由光路が存在し、該光路は層の表面および光学的に露出した領域を通過する。したがって、光学的に露出した領域は、隣接する層から実質的に吸収、反射、または散乱されることなく、層の表面から外に向けられた光を放出することができる。光学的に露出した領域は、隣接する層から実質的に吸収、反射、または散乱されることなく、層の表面から外に向けられた光を放出するか、あるいは層の表面に向かって内向きの光を受光することができる。層の配列を特徴づけるために使用されうるパラメータは、例えば図２１ａ，２１ｂ，２１ｄ，２２ｃ及び２２ｆに示されように、露出長さＬｅである。
【０２７２】
図２１ａ〜ｂは、本発明の様々な例示的実施形態に係る２つの部分的に重複する光学配列の側面図を概略的に示す。図２１ａ〜ｂに示されているのは、各々が表面２９０および端部２９２を有する層２０２である。導波路１６は層２０２に埋設され、各層内で層の第１領域２９３から第２領域２９４まで延在し、そこでは第１領域２９３は入力領域であることが好ましく、第２領域２９４は出力領域であることが好ましい。装置２００の１つ以上の層の導波路は、複数の入力領域及び複数の出力領域が存在するように配列されることができる。この実施形態は、装置２００の層の数を減らすことが望ましいときに特に有用である。かかる構成のさらなる詳細な説明は以下に与えられる。
【０２７３】
第２領域２９４は光学的に露出される。したがって、スタック内の層の位置に関係なく、表面２９０を通過し、環境２９８を光学的に露出した領域２９４と接続させる、実質的な自由光路２９６が存在する。したがって、層２０２内（導波路１６中）を伝搬する光２９１は、表面２９０を介して層２０２から環境２９８へ出射することができる。
【０２７４】
図２１ａに示す実施形態では、領域２９４は環境に物理的に露出され、したがって光路２９６を確立する。図２１ｂに示す実施形態では、光路２９６が層を通過するように、領域２９４で隣接する層の間に重複がある。この実施形態では、層２０２（または各層の少なくとも一部分）は、光路２９６を保持するように、可視光をそこに透過させることができる材料から製造される。
【０２７５】
層が（図２１ａに例示するように）光学的に露出した領域で終端するか、それともそれより先まで延びる（図２１ｂ）かどうかに関係なく、光が表面２９０を通して層から外に結合されることができることを、熟練技術者は理解するであろう。本発明の様々な例示的実施形態に係る、層から外に光を結合するための好適な構成は、以下に与えられる。
【０２７６】
装置２００がバックライト集成体として使用されるとき、露出長さＬｅは列間分離距離Ｗｃに適合することが好ましく、出力領域２０に沿って同じ層の隣接導波路間の分離距離Δｘはパッシブディスプレイパネル６４を特徴づける行間分離距離Ｈｒに適合することが好ましい。特に、Ｌｅ＝ｎＷｃ，Δｘ＝ｍＨｒである。但し、ｎは整数であり、ｍは約０．１〜約１０のあらゆる数字である。本発明の様々な例示的実施形態では、各層に対して導波路がパネル６４のそれぞれの列の全てのサブピクセルを照明する（従って、行あたり１つのサブピクセルを照明する）ことを確実にするためにｎ＝ｍ＝１である。代替的に、整数ｎは、各層が光を２つ以上の列に照明する（従って、各行において、行の２つ以上の隣接サブピクセルを照明する）ことを達成させるように２以上に等しくすることができる。整数ｎ及びｍの様々な選択のための異なる構成は以下に与えられる。
【０２７７】
本発明の好適な実施形態では、装置２００のファセット２０８は層の光学的に露出した領域によって画定される。ファセット２０８は傾斜することができ、あるいはそれは２次元の段付き形状（テラス）を持つことができる。各層は、上で詳述した通り、周方向境界によって画定された導波路の拡張配列を有する。例えば図４ｂ、４ｅ、４ｆ、および１０ａの周方向境界２２を参照されたい。上記の素子１０および装置３０と同様に、希望に応じて、各層の導波路１６の一部または全部にテーパを付けるか、あるいは部分的にテーパを付けることができる。加えて、導波路１６の拡張配列は、導波路の曲げおよび／またはコーナーミラーによって達成されることができ、上で詳述した通り、導波路の曲げは光損失の観点から有利であり、コーナーミラーは装置の厚さの観点から有利である。
【０２７８】
通常の当業熟練者には理解される通り、装置２００の各層における導波路の拡張配列は結果として図２０に矢印２１０で示す１つの次元の光学リサイジングをもたらし、ファセット２０８における層の部分的に重複する光学配列は結果として矢印２１２で示す別の次元の光学リサイジングをもたらす。
【０２７９】
図２０の代表例に示す通り、第１ファセット２０６は、層２０２の重複領域２１８の端部２１６によって画定される。図２１ｃ〜ｄは、非露出領域２１８の端部２１６をより良く示しながら、装置２００の１つ（図２１ｃ）および幾つか（図２１ｄ）の層を概略的に示す。ファセット２０８を形成する層２０２の露出領域は、図２１ｃ〜ｄでは数字２２０で示される。
【０２８０】
図２２ａ〜ｃに示す代替的実施形態では、層２０２は第１ファセット２０６および第２ファセット２０８の両方で部分的に露出される。特に、ファセット２０６（図２２ａ〜ｂ）は露出領域２２２（図２２ｃ）によって画定され、ファセット２０８は露出領域２２０によって画定される。上記実施形態の間の相違は、ファセット２０６が重複領域の端部によって画定される場合、光がその入射方向とは直角の方向に装置２００から出射するが、ファセット２０６が露出領域によって画定される場合、光がその入射方向と平行（図２２ｂ）または反対の方向（図２２ａ）に装置２００から出射することである。
【０２８１】
ここで、図２２ｄを参照すると、それは、装置２００が２つの光学素子２３２および２３４を含み、素子２３２が１つの次元（矢印２１２で示される）の光学リサイジングを提供し、素子２３４が部分的にリサイズされた光を受光して、それを別の次元（矢印２１０）でリサイズする、好適な実施形態における装置２００の概略図である。素子２３２は素子２３４より小さいサイズであることが好ましいが、それは必須ではない。
【０２８２】
素子２３２および２３４は別々の製造プロセスで製造され、その後に光学的に結合されることができ、あるいは、より好ましくはそれらを集積素子としてもよく、その場合、それらの光結合は製造プロセス中に達成されることができる。後者の実施形態では、装置２００の各層は２つの部分４３２および４３４（図示せず；図２２ｅ〜ｆ参照）を有し、部分４３２は素子２３２用に指定され、部分４３４は素子２３４用に指定される。この実施形態は、１つの層（図２２ｅ）および部分的に重複した光学配列で相互に積層された幾つかの層（図２２ｆ）の上面図を示す図２２ｅ〜ｆにおいて、より分かり易く図示されている。図２２ｅに示す層では、導波路は第１領域１８から第２領域２０まで延在し、それにより上で詳述した通り、長手方向に拡張した配列が形成される。また、図２２ｅには、記述の通り、素子２３２および２３４用にそれぞれ指定された、第１部分４３２および第２部分４３４も示されている。ひとたび層が積層されると、素子２３２は部分４３２から形成され、素子２３４は部分４３４から形成される。
【０２８３】
光学素子が別々の製造プロセスで製造される実施形態では、素子２３２および２３４の各々は、以下でさらに詳述するように、層毎に独立して、または塊として製造されることができる（図２６〜２７ｈおよび随伴する説明を参照されたい）。本発明の好適な実施形態では、素子２３２は装置２００内の透過素子として働き、それによりファセット２３６を通して素子２３２に入射した光は、素子２３２および２３４の間の界面に位置するファセット２３８を通して素子２３２によって伝達される。この実施形態では、素子２３４は装置２００内で受光素子として働き、素子２３２によって伝達された光は、同じく装置間の界面に位置したファセット２４０を介して素子２３４によって受光される。次元２１０でリサイズされた後、光はファセット２４２を通して素子２３４から出射する。
【０２８４】
図２２ｄに示す例示的構成では、光学素子２３４は、上で詳述した通り、部分的に重複する光学配列の原理に従って製造され、その層の露出部分はファセット２４２を形成する。上記のファセット２０８と同様に、ファセット２４２は傾斜させることができ、あるいはテラス形状を持つことができる。また、図２２ｄには、本発明の好適な実施形態ではファセット２４２に光学的に結合される拡張構造２２４も示される。拡張構造２２４は、以下でさらに詳述するように、そこを通過する光線を拡張させるために働く。
【０２８５】
通常の当業熟練者には理解される通り、素子２３２における導波路の拡張配列は結果として次元２１２の光学リサイジングをもたらし、素子２３４のテラスまたは傾斜した形状のファセット２４２は結果として次元２１０の光学リサイジングをもたらす。装置２００のクラッド層は、希望に応じて、吸収材料または非吸収材料から作ることができる。吸収材料を使用する利点はコントラストが改善されることであり、透明材料を使用する利点は、背後のシーンを遮蔽しない透明なディスプレイの製造が可能になることである。加えて、偏光子は上で詳述した通り、導波路のコア間に付加することができる（図１５参照）。
【０２８６】
本発明の部分的に重複する光学配列の外への光の結合は、複数の方法で達成されることができる。大ざっぱに言うと、光学方向転換素子が導波路から外へ光を方向転換するために使用される。方向転換素子は、反射、屈折、回折及びそれらの任意の組み合わせを含む任意の光学的原理で操作されることができる。
【０２８７】
従って、１つの好適な実施形態では、光は反射素子の配列を用いてファセット２０８から外に結合される。この実施形態では、光は、反射素子に衝突して光が表面から外に方向転換されるまで、層の表面と実質的に平行に導波路中を伝搬する。別の実施形態では、光は透過素子（例えば、導波路、透過回折素子など）の配列を用いてファセット２０８から外に結合される。また、反射素子および透過素子の組合せも考えられる。本発明の実施形態のために好適な光学方向転換素子の代表例は、限定されないが、ミラー（例えば全内部反射ミラー、エッチングされたミラー、被覆されたミラー、平面ファセットミラー、非平面ファセットミラー）、くさび構造（例えば回折くさび構造）、ブラッグ反射器、ホログラフィック光学素子などである。
【０２８８】
方向転換素子の数は、導波路あたり１つから複数の方向転換素子で変動することができる。装置２００の層が導波路あたり１つの方向転換素子を持つとき、それぞれのかかる導波路は層の光学的に露出した領域で導波路に沿って単一の場所から光を放射する。この実施形態では、装置２００がバックライト集成体として使用されるとき、それぞれのかかる導波路によって放出される光はパッシブディスプレイパネルの単一のサブピクセル位置を照明する。装置２００の層が導波路あたり２つ以上の方向転換素子を持つとき、それぞれのかかる導波路は層の光学的に露出した領域で導波路に沿って２つ以上の離間された位置から光を放出する。この実施形態では、装置２００がバックライト集成体として使用されるとき、それぞれのかかる導波路によって放出される光はパッシブディスプレイパネルの列に沿って複数のサブピクセル位置を照明する。従って、本発明の好適な実施形態によると、離間された光放出位置間の分離距離はパッシブディスプレイパネルを特徴づける行間分離距離Ｈｒに実質的に等しい。導波路あたり複数の方向転換素子の使用はまた、多色（例えば白色）光がバックライト集成体の導波路において伝搬するときに有用である。この実施形態では、それぞれのかかる導波路によって放出される光はパッシブディスプレイの列に沿ってまたは行に沿って、複数のサブピクセル位置またはピクセル領域を照明する。
【０２８９】
以下は、導波路の外へ光を結合するための好適な技術のさらに詳細な説明である。光が反射、回折及び／または屈折素子を介して外へ結合される実施形態をまず記載し、光が透過素子及び反射素子と透過素子の様々な組み合わせの配列を介して結合される実施形態をその後に記載する（図２６〜２７ｈ参照）。
【０２９０】
ここで、図２３ａ〜ｂを参照すると、それらはファセット２０８が２次元の段付き形状（テラス）を有する好適な実施形態における、装置２００のファセット２０８の一部分の側面図（図２３ａ）および上面図（図２３ｂ）の概略図である。また、図２３ｃ〜ｄについても参照すると、それらは本発明の好適な実施形態に係る、装置２００の層内に配置されたミラー２８２の概略図である。
【０２９１】
図２３ａ〜ｂに示すように、異なる反射率を持つ少数のミラー２８２（例えば全内部反射ミラー）を、装置２００の各層２０２の反射領域２８３に配置することが好ましい。ミラー２８２は層内を伝搬する光を捕集し、それを方向転換させて光をファセット２０８から外に結合させる。伝搬する光および方向転換された光は、図２３ａ〜ｂでは数字２８４および２８６によってそれぞれ指定される。ミラー２８２は、光の捕集および結合を最適化するために、幅広であることが好ましい。異なる高さのミラーを設けることによって、異なる反射率のミラー２８２を実現することができる。
【０２９２】
代替的に、ミラー２８２は、ミラーに衝突する光が完全に反射するように、反射率のばらつき無しに、狭隘にすることができる。光２８４の効率的な捕集を促進するために、ミラー２８２は反射領域２８３全体に実質的に均一に配置されることが好ましい。そのような構成は結果としてファセット２０８から外への光の実質的に均一な反射をもたらす。ファセット２０８の上面図（図２３ｂ）に示す通り、方向転換された光２８６はさらに、ファセット２８４と外部媒体との間の境界に衝突する際、２次元で拡張されることができる。そのような拡張は一般的に、ファセット２８４がガラスまたはポリマー等の、それらに限定されない保護被覆で被覆されたときに、または図３３ｂに示すように光が下向きに結合されるときに、発生する。保護被覆上で拡張される前および後の方向転換された光を、図２３ｂに矩形２８６および円形２８８でそれぞれ示す。
【０２９３】
さらに代替的に、例えば狭隘の部分反射ミラーをテラス表面全体に配置することによって、両方の方法を組み合わせることができる。ミラーは、例えば成形またはアブレーションプロセスによって、ポリマー導波路内に作製されることができる。
【０２９４】
図２３ｃ〜ｄに関連して、ミラー２８２は、平面（図２３ｃ）または非平面（図２３ｄ）形状を持つことができる。狭視野または中程度の視野が要求される用途では、平面ミラーが好ましく、例えば一連のレーザアブレーションパルスを用いて得られることができる。要求される視野が広い用途では、非平面ミラーが好ましく、例えば少数の（例えば１つの）レーザアブレーションパルスを用いて得られることができる。
【０２９５】
ここで、図４８ａ〜ｄを参照すると、それらは光学方向転換素子５０８が部分的に反射する素子である本発明の好適実施形態の光学方向転換素子５０８の概略図である。導波路１６内に伝搬する光２８４は、第１部分２８６が導波路１６から外に方向転換され、一方第２部分２８７が導波路１６内で伝搬しつづけるように、素子５０８で二つに分岐する。
【０２９６】
図４８ａの概略図では、素子５０８は、くさび構造またはブラッグ格子の如き限定されない反射または回折素子であり、それは導波路１６の横断面を部分的に占有するだけである。この実施形態では、方向転換部分２８６は素子５０８で反射し、非方向転換部分２８７は素子５０８と導波路１６の間の間隙を通過する。反射光及び透過光の相対量は素子５０８と導波路１６の間の間隙のサイズに依存する。一般に、小さい間隙は高反射及び低透過に相当し、逆もまた同じである。
【０２９７】
図４８ｂの概略図では、素子５０８は、コアの屈折率とは異なる屈折率によって特徴づけられる領域を含む。この実施形態では、方向転換部分２８６は素子５０８で反射し、一方非反射部分２８７は素子５０８を通って屈折される。反射光及び透過光の相対量は屈折率の差に依存する。一般に、小さい差は低反射及び高透過に相当し、逆もまた同じである。素子５０８の傾斜パターンは、例えば導波路をくさびパターンで成形し、異なる屈折率の材料の薄層をくぼみ中に付着し、くぼみをコアインデックス材料で再充填することによって達成されることができる。導波路の軸に対する素子５０８の傾斜角は限定されず、いかなる鋭角であることもできる。
【０２９８】
図４８ｃの概略図では、素子５０８は導波路１６のクラッド２６６に位置される。この実施形態では、方向転換部分は方向転換エバネセント波（図４８ｃの平面に垂直）を含み、非方向転換部分２８７はコア内に案内される主伝搬ビームを含む。方向転換光及び透過光の相対量は導波路の幅及びコアからの反射素子の距離に依存する。図４８ｄは、光の２つの方向転換部分が存在するように素子５０８が導波路１６に対して角度を付けて傾斜される半透明くさび構造を含む実施形態を概略的に示す。２８６ａで指定された１つの部分は１方向に反射され、２８６ｂで指定された他の部分は別の方向に屈折される。この実施形態では、基板１２は、方向転換部分の１つが反射され、他の方向転換部分と同じ側から導波路を出ていくように、反射被覆５４８によって被覆されることが好ましい。方向転換光及び透過光の相対量は特に被覆５４８の反射率に依存する。導波路が複数の素子５０８を持つとき、本発明の被覆５４８は、実質的に均一な光学出力を達成するように徐々に増大する反射率を有することが好ましい。
【０２９９】
部分的に反射する素子の利点は、方向転換部分が偏光されうることである。これは、装置２００が、偏光によって液晶モジュールを照明することが望ましいバックライト集成体として使用されるときに有用である。従って、部分的に反射する素子はバック偏光子の代わりに使用されることができる。例えば、コアと方向転換素子の間の０．０５の屈折率の差に対して（例えば図４８ｂ参照）、４５°に位置されたスロットからの反射部分は３０ｄＢの比率に偏光される。
【０３００】
図４８ｅは、光がその方向転換に続いてクラッド２６６によって合焦されるように導波路１６のクラッド２６６が造形される実施形態を概略的に示す。この実施形態はいかなるタイプの方向転換素子に対しても使用されることができる。クラッド２６６は、所望の散乱または合焦形状を達成するためにエッチングまたは成形によって造形されることができる。
【０３０１】
ここで、図２４ａ〜ｅを参照すると、それらは本発明の様々な例示的実施形態に係る光学素子２３４の概略的側面図である。素子２３４の層２０２は、２つの目的、すなわち（ｉ）素子２３４の外への光を結合すること、および（ｉｉ）次元２１０の光学リサイジング（本例では拡張）を促進することに役立つ。伝搬光および出射光は図２４ａ〜ｅでそれぞれ数字２４６および２４７によって指定される。また、図２４ａ〜ｅには、出射光２４７を特徴付ける典型的なピクセルまたはサブピクセルサイズも示されている。図２４ａ〜ｅではピクセルサイズは数字２４９によって指定される。
【０３０２】
素子２３４の外への光の結合は、複数の方法で達成することができる。図２４ａ〜ｂに示す１実施形態では、層２０２は、導波路中を伝搬する光線２４６を方向転換させるために、導波路の終端部に位置付けられたミラー２４８を含む。ミラー２４８は４５°ミラー、全内部反射（ＴＩＲ）ミラー、全反射または部分反射ミラーであってもよく、上で詳述した通り、それらは平面または非平面形状を持つことができる。加えて、ミラーは高反射材料で被覆することができる。図２４ａは、４５°ミラーを使用する好適な実施形態を示し、図２４ｂは、ＴＩＲミラーを使用する好適な実施形態を示す。
【０３０３】
図２４ｃに示す別の実施形態では、全内部反射、したがって層から外への光の方向転換を強制するように、層２０２に溝２５０が形成される。図２４ｄに示す代替的実施形態では、素子２３４は、光線を素子２３４から外に方向転換させるブラッグ反射器２６１を含む。さらに別の実施形態では、素子２３４は、光線を素子２３４から外に方向転換させるように設計されかつ構成された、ホログラフィック光学素子２６３を含む。
【０３０４】
素子２３４は素子２３２の一部として製造されることができ、その場合、素子を形成する層は、例えば上で図２１ｃに示したタイプのフォトマスクを用いて、単一の基板から作られる。さらに好ましくは、各層は、潜在的な垂直方向の結合を低減するために、異なるマスクを用いて処理されることができる。そのような製造プロセスは、単一の傾斜した経路（２つの垂直な経路ではない）を利用することができる導波路の長さをも低減する。層はそれらの正確な長さに作製され、次いで積層されてファセット２４２を形成することができ、あるいはそれらを最初に積層してファセット２４２を形成し、次いでその後に研磨または研削してファセット２３６を形成することができる。
【０３０５】
素子２３４はまた、部分的に重複する光学配列を形成し、そこでファセット２４２が傾斜またはテラス形状を持つように、例えば相互に実質的に平行な導波路を持つ層を上下に積層することによって、別個のユニットとして製造されることもできる。
【０３０６】
本発明の好適な実施形態では、装置２００の可撓性を促進するために、装置２００の層はポリマー材料から、より好ましくは可撓性ポリマー材料から作られる。さらに、装置２００の層は、相互にその片側（例えば入力側）では接着させる一方、それらの反対側（例えば出力側）では分離させることができる。そのような構成では、装置２００を折曲げ可能にすることができる。折曲げ可能な装置の代表例を図２５に示し、層２０２をそれらの入力側２５１では接着させ、それらの出力側２５５では分離させた装置２００を示す。装置２００が２つの別個の素子２３２および２３４として製造され、それらがその後で結合される好適な実施形態では、素子２３２の層を完全に接着させ、素子２３４の層を部分的に接着させることによって、それを折曲げ可能にすることができる。
【０３０７】
ここで、図２６ａ〜ｂを参照すると、それらは光が透過素子の配列を介して外に結合される好適な実施形態の簡易側面図（図２６ａ）および簡易組立分解図（図２６ｂ）である。図２６ａに関連して、光学素子１１０は第１ファセット１１２および第２ファセット１１４を有し、ファセット１１４は角度βに傾斜し、したがってファセット１１２より大きい。素子１１０は、ファセット１１２から延び、ファセット１１４に向かって曲げられ、したがって方向１１５に沿って光学リサイジングをもたらす複数の導波路１６を有する。
【０３０８】
図２６ａに示す例示的構成では、導波路１６は、ファセットの法線１１６に対して定義することが便利な角度ψでファセット１１４に到達する。ψは、素子１１０と環境との間の光通信を可能にしかつ光学リサイジングをもたらす、任意の値を持つことができる。概して、光通信および光学リサイジングは、ψがある角度ψＣより低い任意の値である環境ではいつでも達成されることができる。好ましくは、ψはほぼ零であり、その場合において導波路１６は、ファセット１１４にほぼ垂直に到達する。
【０３０９】
曲がった導波路は、例えば上記の素子１０の原理に従って製造することができる。例えば図２６ｂの組立分解図を参照すると、台形または同様の形状の層は、それらの表面１１７が実質的に重なりかつそれらの端部１１９が傾斜ファセット１１４を形成するように、相互に上下に積層されることができる。したがって、光は層内（導波路中）を伝搬し、端部１１９を通して層から出射する。
【０３１０】
素子１１０は、２次元の光学リサイジングがもたらされるように、上記光学素子のいずれかと光結合することができる。例えば、素子１１０は装置３０の素子３４または装置２００の素子２３４に置き換えることができる。
【０３１１】
図２７ａ〜ｂは、素子２３４の別の好適な製造プロセスを概略的に示す。この実施形態では、素子２３４は、導波路２３３を中に形成する前に高屈折率材料および低屈折率材料のシートを交互に積み重ねてスタック２３１を形成することによって処理される。その後、スタック２３１に斜切を実行して、傾斜ファセット２４２を形成する。ひとたびファセット２４２が作製されると、そこに溝２３５をエッチングすることによって、個々の導波路２３３がスタック２３１に形成される。深すぎるエッチングを防止するために、プロセスを例えば数十または数百の層から成るバッチ単位で実行し、溝をバッチ単位でエッチングすることができる。したがって、製造プロセスは好ましくは４つの工程を含み、第１工程で積み重ねられた層のバッチを作製し、第２工程でバッチをエッチングしてそこに溝を形成し、第３工程でバッチを相互に上下に積層し、第４工程でバッチのスタックを斜めの線に沿って切削して、傾斜ファセット２４２を形成する。
【０３１２】
各層の導波路間を分離する溝２３５には、屈折率が導波路の屈折率（高屈折率材料）より低い充填材を充填することができる。所望により、素子２３４の出力側に広視野を提供するために、充填材および導波路の屈折率の間の差が大きい（例えば約０．１以上）ことが好ましい。散乱光を低減するために、充填材は増強された光吸収特性を持つことが好ましい。そのような材料の代表例として、低屈折率ポリマーにブラックトーンを付加したものがあるが、それに限定されない。代替的に、溝２３５は未処理のまま残すことができ、その場合、導波路は空気によって分離される。
【０３１３】
装置２００のための追加的な製造プロセスについては後述する（後出の図２９ａ〜ｅ参照）。
【０３１４】
図２７ｃ〜ｈを参照すると、それらは本発明の様々な例示的実施形態に係る拡張構造２２４の概略図である。
【０３１５】
上述の通り、構造２２４は、素子２３２によってもたらされる光学リサイジングに加えて、またはその代替として、そこを通過する光ビームを拡張させるために働く。したがって、構造２２４を使用する好適な実施形態では、装置２００は光学素子２３２を含むこともあり、含まないこともある。
【０３１６】
図２７ｃ〜ｅに関連して、図２７ｃに示された好適な実施形態では、構造２２４はパターン形成された層のスタックを含み、図２７ｄに示された好適な実施形態では、構造２２４はパターン形成され溝を付けられた塊状の導波材料を含み、図２７ｅ〜ｆに示された好適な実施形態では、構造２２４は、光学素子１０の構成および動作と同様に、拡張配列に縞状（ｂａｎｄｅｄ）導波路の層のスタックを含む。素子２３４と構造２２４との間の界面における反射を低減するために、反射防止被覆または屈折率整合材料２５４をファセット２４２と構造２２４との間に付加することができる。
【０３１７】
後者の実施形態では（図２７ｅ〜ｆ）、素子２３４および構造２２４の形状および材料は、誘導光がファセット２４２の内側２７５に向かって曲がる一方、散乱した非誘導光がその元の方向に伝搬し続けて、全内部反射の臨界角より高い角度でファセット２４２の内側２７５に衝突するように、選択されることが好ましい。通常の当業熟練者には理解されるように、非誘導光がファセット２４２から放出されない場合、装置２００は、非誘導光によるコントラストの低下にあまり影響されない。
【０３１８】
したがって、本発明の好適な実施形態では、散乱光はファセット２４２から放出されない。別の実施形態では、構造２２４の導波路は、素子２３４の導波路と比較して、より高い屈折率を有する。この方法で、素子２２４のアスペクト比（クラッド層の幅対厚さ）を緩和することができる。図２７ｆに示された素子２３４は、コア材料の層およびクラッド材料の層から構成される。堆積するがエッチングしないことによって、コア層よりかなり薄くすることのできるクラッド層を作製することができる。図２７ｅに示す実施形態では、構造２２４は、幅広のコアおよび比較的幅広のクラッドバリアを持つ厚い層から構成される。狭すぎるクラッドバリアを厚い層に作製することは難しいので、導波路（およびバリア）の幅を増大することが好ましい。
【０３１９】
本発明の好適な実施形態では、素子２３４および構造２２４の空間パラメータおよび光学パラメータは、スネルの法則を満たすように選択される。詳しくは、Ｎ１ｓｉｎθ１＝Ｎ２ｓｉｎθ２、およびＷ１／Ｗ２＝ｓｉｎφ１／ｓｉｎφ２であり、ここでＮ１、Ｎ２はそれぞれ素子２３４および構造２２４の導波路の屈折率であり、Ｗ１、Ｗ２はそれぞれ素子２３４の層の厚さおよび構造２２４の層の幅であり、φ１はファセット２４２の傾斜角φ１であり、φ２は構造２２４の導波路のバンド角（ｂａｎｄｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）であり、θ１＝９０°−φ１であり、θ２＝９０°−φ２である。数値例として、Ｎ１＝１．５０、φ１＝５．７°、Ｎ２＝１．７の場合、Ｗ２とＷ１との間の比はＷ２／Ｗ１＝４．８である。
【０３２０】
素子２３４の導波路が溝によって分離される場合（個々の層に形成されるのではない；図２７ａ〜ｂおよび付随の説明を参照されたい）、構造２２４は同一技術を用いて製造されることが好ましい。この実施形態の利点は、素子２３４と構造２２４との間の界面における光損失を低減することができることである。加えて、エッチング技術を使用することにより、高い屈折率のコントラストが維持される。したがって、本発明の好適な実施形態では、エッチングの前に、構造２２４が作製されスタック２３１に付着される（図２７ａ〜ｂ参照）。その後、スタック２３１および構造２２４をエッチングして溝を形成する。構造２２４内に、低空間モード（溝に直角）はそのクラッド層間を誘導され、高空間モードは溝間を誘導される。
【０３２１】
図２７ｇ〜ｈに示す実施形態では、構造２２４は、高屈折率の領域２５２および低屈折率の領域２５３を持つ層２５８のスタック２５６を含む。領域は直方体であってもよく、あるいはいずれかの他の幾何学的形状を持つことができる。光は層２５８に実質的に直角に領域２５２中を伝搬する。構造２２４の下部層（層２５８ａと指定される）は、構造２２４によるビームの発散を増強するために必須ではないが湾曲することが好ましいミラー２６０（例えばＴＩＲミラー）によって終端する高屈折率の直方体のアレイである。アラインメント許容誤差要件を軽減するために、構造２２４の他の層２５８の領域２５２は、層２５８ａの領域２５２より大きいことが好ましい。ミラーが金属から形成されるか、あるいは金属で被覆される場合、後方反射およびビーム発散を低減するために、素子２３４と構造２２４との間の空間は、低屈折率の充填材を充填することが好ましい。構造２２４の層内では、散乱光を低減し、かつディスプレイのコントラストを改善するために、領域２５２間の空間に吸収性の黒色材料を充填することができる。素子２３４と構造２２４との間の光結合は、素子２３４内に傾斜端部を持つ導波路を設けることによって達成されることもできる（図２７ｈ参照）。
【０３２２】
ここで、図２８ａ〜ｃを参照すると、それらは、層が軽量層である好適な実施形態における装置２００の層の概略的な上面図（図２８ａ〜ｂ）および概略的な側面図（図２８ｃ）である。図２８ａは、１つの光学素子（素子２３２、素子２３４、またはそれらが共通層を持つ実施形態では素子２３２および２３４の両方）の層２０２の上面図である。図２８ａに示す通り、導波路１６はそれらの端部２６２が部分的にテーパを付けられるだけであり、それらの長さの大部分に沿って断面は実質的に変化しない。本発明の好適な実施形態では、導波路１６は低屈折率のクラッド材料の薄層２６４（図示せず；図２８ｃ参照）で被覆され、残りの空間は実質的に空のままにしておくことができる。そのような構成は、各層の重量、したがって装置２００の重量も低減することができる。構築を目的として、各層の平面形状を維持し、層の圧壊を防止するために、支持部材２６０を導波路１６の間に配置することが好ましい。支持部材２６０は、導波路全体と平行に作製される短区間の導波路から作ることができる。部材２６０は任意の幾何学的形状（例えば直方体）を持つことができる。
【０３２３】
図２８ｂは、拡張構造２２４の層２５８の上面図である。層２０２と同様にして、構造２２４の高屈折率領域２５２は、構造２２４の各層の重量を低減するために、間隔を置いて配置することができる。構造２２４の各層の平面形状を維持し、かつ圧壊を防止するために、支持部材２６０を領域２５２の間に配置することができる。
【０３２４】
図２８ｃは層２０２または２５８の側面図であり、隣接する光透過素子（導波路１６または高屈折率領域２５２）の間に位置付けられた部材２６０を示す。また、図２８ｃには、光透過素子が下部クラッド層２６６上に形成されかつ上部クラッド層２６４によって被覆された、各々の個別層の好適な構成も示される。
【０３２５】
装置２００の全体的重量を低減する別の方法は、上で図２１ｃに示したように、周方向境界２２の形状に層を製造することによって、各層の空領域を最小化するものである。
【０３２６】
ここで、図２９ａ〜ｅを参照すると、それらは、本発明の様々な例示的実施形態に係る装置２００を製造するための好適な折曲げ技術の概略図である。折曲げ技術は、例えば層の大量生産を容易にするために、矩形の層を製造することが好ましい用途に有利である。折曲げ技術は、装置２００のいずれかの部分を製造するためにも使用されることができる。特に、折曲げ技術は、１次元または２次元の光学リサイジングをもたらす素子を製造するために使用されることができる。図２９ａ〜ｅに示す代表例では、折曲げ技術は、各層の導波路の拡張配列が第１次元の光学リサイジングをもたらしかつ部分的に重複する光学配列が第２次元の光学リサイジングをもたらすように構成された、２次元の光学リサイジングをもたらす光学素子を製造するために使用される。
【０３２７】
本書で上述した通り、装置２００の層は可撓性ポリマーから形成されることが好ましい。加えて、層はそれらの折曲げが可能であるように充分に薄く作ることが好ましい。ひとたび矩形の層が形成されると、約９０°の予め定められた角度を成すように、（曲げ損失を増大しないようにポリマー導波路で可能な曲率半径で）折り曲げられる。こうして折曲げ層は、入力領域が出力領域より小さくなる導波路の拡張配列を含む。入力領域２７３および出力領域２７１を持つ折曲げ層２７０の代表例を図２９ａに示し、製造プロセスの選択された工程を図２９ａ〜ｄに示す。
【０３２８】
図２９ａ〜ｄに示されるのは、入力導波路２８０および出力導波路２７６を有する折曲げ層２７０（図２９ａ）、および層２７２の出力導波路２７４が層２７０の出力導波路２７６と整列するように（図２９ｃ）、折曲げ層２７０に付加された追加層２７２（図２９ｂ）である。次いで層２７２は、層２７２の入力導波路２７８が層２７０の入力導波路２８０と整列するように折り曲げられる（図２９ｄ）。結果として部分的に重複する層の配列の上面図を図２９ｅに概略的に示し、露出領域２２０および重複領域２１８を示す。
【０３２９】
上記作製プロセスは逆の順序で実行することもできることを理解されたい。この実施形態では、層２７０の入力導波路２８０が最初に整列され、その後、層２７２の出力導波路２７４が整列される。
【０３３０】
図３０ａ〜ｂは、本発明の様々な例示的実施形態において光学素子を製造するための同時プロセスの概略図である。図３０ａは、４つの光学素子を形成するために使用できる層３００の上面図を示す。ひとたび層３００が作製されると、それらは積み重ねられ、垂直経路３０６に沿って切断され、層の２つのスタック３０２が形成される（図３０ｂ参照）。その後、スタック３０２は傾斜した経路３０４に沿って切断されることができる。
【０３３１】
ここで、図３１を参照すると、それは、装置２００が複数の源から光を受光する好適な実施形態における装置２００の概略図である。図３１に示す代表例では、装置２００は４つの光源（図示せず）から光学入力を受け取る。装置２００は、１３２ａおよび１３２ｂと指定され両方とも装置２００内で透過素子として働く２つの光学素子、および１３４と指定され装置２００内で受光素子として働く１つの光学素子を含む。素子１３４は傾斜またはテラス状ファセット２４２を含み、素子１３２ａおよび１３２ｂの両方に光結合される。素子１３２ａおよび１３２ｂの原理および動作は、傾斜素子１３４への結合に必要な変更を施して、上記の素子３２ａおよび３２ｂの原理および動作と同様である。２つの光ビームが素子１３２ａおよび１３２ｂの各々に入射する（ビーム３１０ａおよび３１１ａは素子１３２ａに入射し、ビーム３１０ｂおよび３１１ｂは素子１３２ｂに入射する）。光ビームは素子１３２ａおよび１３２ｂから素子１３４に伝達され、合同して拡張光ビーム３１４として素子１３４から出射する。
【０３３２】
ここで、図３２ａ〜ｂを参照すると、それらは、装置２００が複数（例えば２つ以上）の単色光源の形で光学入力を受け取る、好適な実施形態の装置２００の概略的な上面図（図３２ａ）および概略的な断面図（図３２ｂ）である。光学入力は、上でさらに詳述したように、それぞれのカラーチャネルによってパッシブディスプレイパネル６４の各サブピクセル位置を照明するため、または例えば複数の単色画像を使用して拡大された色彩画像を提供するために、リサイズされた彩色光ビームを生成するために使用されることができる。図３２ｂは、図３２ａの切断ＡＡ’に沿って切った断面図である。
【０３３３】
図３２ａ〜ｂに示す代表例において、装置２００は、上で詳述した通り、３つの入力ファセット３２６ａ、３２６ｂ、および３２６ｃを形成する部分的に重複する光学配列における複数の層３２０と、傾斜形状またはテラス形状を有する１つの出力ファセット３２８とを含む。層３２０は、折曲げ技術を用いて、または上述した技術の他のいずれかを用いて製造されることができる。図３２ａ〜ｂは単一の素子（導波路スタック）が２次元光学リサイジングを達成する実施形態を記載しているが、２つの光学素子（例えば上記の素子１３２および１３４）を使用する実施形態を排除する意図は無いことを理解されたい。
【０３３４】
ここで、図３２ａ〜ｂを参照すると、３つの単色光学入力３２２（例えばＲＧＢ入力）が、３つの色彩画像源（図示せず）から装置２００に伝達される。装置２００の層３２０は、各層の導波路が１つの単色入力の平均波長に応じて最適化される、交互配列状態に配置されることが好ましい。したがって、例えば第１タイプの層３２０ａは赤色光に対して最適化され、第２タイプの層３２０ｂは緑色光に対して最適化され、かつ第３タイプの層３２０ｃは青色光に対して最適化される。層は、それらの波長の最適化に従って異なる単色光源に結合される。あるいは、装置２００の１つ以上の層は１つより多いカラーチャネルを案内及び放射するために設計されることができる。層あたり１つのカラーチャネルを案内及び放射する利点は、カラーチャネル間の低いクロストークであり、層あたり２つ以上のカラーチャネルを案内及び放射する利点は、層の少ない数である。とにかく、各層は、ミラー３２４（例えばＴＩＲミラー）を用いて、または上で詳述した通りいずれかの他の方法を用いて、装置２００から外に光を結合する。ミラー３２４はまた、対応する光学入力の平均波長に対して最適化されることもできる。
【０３３５】
上述の通り、本発明の実施形態は、画像光学データのみならず、非画像光学データにも適している。特に、本発明の実施形態は、上で詳述した通り、別のディスプレイ装置用の色彩画像または色彩背面照明を提供するために使用されることができる。１つのカラーチャネルを案内及び放射する層の好適な構成がまず説明され、その後に複数のカラーチャネルを案内及び放射する層の好適な構成が説明される。
【０３３６】
装置２００がバックライト集成体として使用されるとき、図３２ａ〜ｂに示された例示的構成は、露出長さＬｅが列間分離距離Ｗｃに等しく、従って層の各導波路が行あたり１つのサブピクセルを照明するように構成されることが好ましい。本実施形態のための好適な層デザインは図４９ａに示されている。示されるように、本発明の好適な実施形態によれば、導波路１６及び光学方向転換素子５０８は、光が入力領域２９３で層に入り、導波路１６に伝搬し、層の出力領域２９４から出ることができるように配置される。
【０３３７】
層の導波路が行あたり２つ以上のサブピクセルを照明する構成について好適な層デザインは図４９ｂに概略的に示されている。この実施形態では、層内の導波路１６は一般に入力領域２９３から２つの出力領域２９４ａ及び２９４ｂに延び、領域２９３の光の各入口位置に対して、領域２９４ａ及び２９４ｂの２つの出口位置が存在する。図４９ｂに示された例示的構成では、導波路は単一の入力領域から２つの出力領域への光の伝搬を容易にするように下流の光伝搬を分岐されるが、必ずしもその通りである必要はなく、他の構成も考えられる。例えば、各導波路は２つの方向転換素子（即ち領域２９４ａのものと領域２９４ｂのもの）で割り当てられる。あるいは、ある導波路は領域２９３から領域２９４ａまで延びることができ、他の導波路は領域２９３から領域２９４ｂまで延びることができる。また、本発明の範囲を１つの入力領域及び２つの出力領域に制限する意図はないことを理解すべきである。特に、装置２００の各層はいかなる数の入力／出力領域を持ってもよい。
【０３３８】
図５０は、各入口位置に２つの出口位置（各出力領域に１つずつ）が存在する好適な実施形態の装置２００の側面図を概略的に示す。この実施形態では、露出長さはある層についてはＷｃに等しく、他の層については４Ｗｃに等しいことが好ましい。特に、第３の層ごとに（即ち、第３、第６、第９などの層）に対してＬｅ＝４Ｗｃであり、全ての他の層に対してＬｅ＝Ｗｃである。露出長さのかかる選択は、各層の導波路がそれぞれのカラーチャネルによって行あたり２つの隣接ピクセル領域のサブピクセル位置を照明することを確実にする。
【０３３９】
装置２００の層は、層から外への光の結合を概略的に示す図３３ａ〜ｃに、よりよく示されている。図３３ａ〜ｃに示されているのは、部分的に重複する光学配列状に配置された層３３１である。層３３１内を伝搬する光３３５がミラー３３３で方向転換して層から外に結合されるように、各層はミラー３３３で、好ましくはＴＩＲミラーで終端する。
【０３４０】
ミラー３３３の配向に応じて、光３３５は、層の反射領域３４５の自由側３３７を通して出射し（図３３ａ参照）、あるいは隣接する層によって係合される反射領域３４５の側３３９を通して出射することができる（図３３ｂ〜ｃ）。図３３ａに示す実施形態をここでは前方光結合と呼び、図３３ｂに示す実施形態をここでは後方光結合と呼ぶ。層が実質的に均一な厚さを有し、装置２００の放射領域における層の全体的な厚さが小さい（典型的に１０ｍｍ未満であり、例えば約２ｍｍであるが、それに限定されない）構成では、後方光結合が好ましい。後方光結合の利点は、より単純な製造プロセス、およびミラーへの（高反射）コーティングの簡単な堆積に存する。ミラーは導波路の作成中または作成後に作成されることができ、あるいはそれらは、幾つかまたは全ての層が積層された後で単一の工程で作成されることができる。
【０３４１】
本発明の好適な実施形態では、装置２００は、層３３１上に斜めに配置された透光板３４１を含む。加えて、光３３５が装置２００の外へ板３４１に実質的に直角に結合されるように、層３３１と板３４１との間のギャップには屈折率整合材料３４３を充填することができる。板３４１は、裏面の粗さが光の出力結合を劣化するおそれのある後方光結合の実施形態で特に有用である。
【０３４２】
以下は、装置２００の層が複数のカラーチャネルを案内及び放出する本発明の好適な実施形態の説明である。単一のカラーチャネル層から外への光の結合のために上に与えられた説明は、変更すべきところは変更して、マルチカラーチャネル層に対して以下に記載された実施形態に適用する。従って、前方光結合及び後方光結合が、上で記載されかつ図３３ａ〜ｃに示されるように考えられる。さらに、透光板は、屈折率整合材料の充填ありでまたはなしで層上に傾斜した配向で配置されることができる。
【０３４３】
図５１は、複数の第１導波路５１０（本例では３つ）を含み、各々が入力領域２９３から延び、複数の第２導波路５１２に分岐される装置２００の単一層５５０の概略図である。導波路５１２は、上でさらに詳述するように、出力領域２９４に延び、方向転換素子５０８によって終結する。図５１の代表図では、３つの第１導波路はそれぞれ３つのカラーチャネルを受け、その中でカラーチャネルの伝搬を可能にする。第１導波路５１０からの光は第２導波路５１２に分配される。従って、装置２００がバックライト集成体として使用されるとき、領域２９４から層を出る光はパッシブディスプレイパネルのサブピクセル位置の行を照明する。図５１に示された構成の利点は、層内への光学入力の入口点の数が出口点の数より少ないことである。この構成の別の利点は、層の必要な数が有意に減少されることである。
【０３４４】
図５２ａ〜ｂは、単一層において複数のカラーチャネルを案内するための別の好適な実施形態を概略的に示す。この実施形態では、各カラーチャネルは異なる出力領域から層の外へ結合される。図５２ａの代表図では、各第１導波路５１０は入力領域２９３から３つの入力領域２９４ａ，２９４ｂ及び２９４ｃの１つに延び、そこで光は方向転換素子５０８を介して層から外に結合される。図５２ｂは、図５２ａに示されたタイプの複数の層の側面図を概略的に示す。本発明の好適な実施形態によれば、装置２００がバックライト集成体として使用されるとき、露出長さＬｅはある層に対してはＷｃに等しく、他の層に対してはｎＷｃ（但し、ｎは整数である）に等しいことが好ましい。図５２に示された代表例（それは限定として考えるべきではない）では、第７の層ごとに（即ち、第７、第１４、第２１などの層）に対してＬｅ＝２１Ｗｃであり、全ての他の層に対してＬｅ＝Ｗｃである。かかる順序付けはパッシブディスプレイパネル６４の連続ＲＧＢ照明を確実にする。図５２ａに示された構成の利点は層中の導波路の交差を避けることである。
【０３４５】
図５３ａ〜ｂは、単一層において複数のカラーチャネルを案内するための追加の好適な実施形態を概略的に示す。この実施形態では、層は、第１入力領域２９３ａから第１出力領域２９４ａまで延びる導波路１６ａ、及び第２入力領域２９３ｂから第２出力領域２９４ｂまで延びる導波路１６ｂを含む。第１カラーチャネル（例えば赤色光）は、領域２９３ａに入り、領域２９４ａから放出され、一方第２カラーチャネル（例えば青色光）は領域２９３ｂに入り、領域２９４ｂから放出される。本発明の好適な実施形態によれば、第１カラーチャネルは導波路１６ａ内に伝搬し、第２カラーチャネルは導波路１６ｂ内に伝搬する。図５３ｂは図５３ａの切断線ＡＡ′に沿った横断面である。伝搬する光及び方向転換する光はそれぞれ数字２８４及び２８６によって図５３ｂにおいて指定されている。方向転換素子５０８は導波路１６の外へ伝搬光を結合する。
【０３４６】
図５３ａに示された導波路１６の配置はまた、例えば図４９ｂに示された構成によって２つより多い出力領域が存在するように適応されることができる。
【０３４７】
従って、図５４ａ〜ｂは、層が第１入力領域２９３ａから２つの出力領域２９４ａ及び２９４ｃまで延びる導波路１６ａ、及び第２入力領域２９３ｂから２つの他の出力領域２９４ｂ及び２９４ｃまで延びる導波路１６ｂを含む好適な実施形態の概略図である。図５４ａに示すように、各導波路は２つの方向転換素子５０８に分岐され、かくして導波路内に伝搬する光が離間された位置から層の外へ結合されることを可能にする。図５３ａに示された実施形態と同様に、１つのカラーチャネルは入力領域２９３ａで層に入り、別のカラーチャネルは入力領域２９３ｂで層に入る。従って、これらの例示構成は２つのカラーチャネルの透過を支持する。
【０３４８】
本発明の様々な例示的実施形態では、追加（第３）のカラーチャネルが上述の実施形態のいずれかに従って設計された層の導波路によって別々に透過される。例えば図２１ｃ〜ｄ，２２ｅ〜ｆ及び４９ａ〜ｂを参照されたい。従って、本発明の好ましい実施形態によれば、装置２００は交互の配列の層を含み、それらの層では２つのカラーチャネルを透過する層は単一のカラーチャネルを透過する層の間に挿入される。図５４ｂは層の好適な交互配列の側面図を示す。図５４ｂに示されているものは、数字３２０ａ及び３２０ｂによって指定される２つのタイプの層である。層３２０ａでは、２つのカラーチャネルは、図５４ａに示された実施形態に従って、層上の４つの出力領域から放出され、層３２０ｂでは、第３カラーチャネルは、図４９ｂに示された実施形態に従って、２つの出力領域から放出される。
【０３４９】
装置２００の１つ以上の層が入力領域２９３から複数の出力領域まで延びる導波路を含む好適な実施形態の概略図である図５５ａ〜ｃを参照されたい。出力領域は図５５では２９４−１，２９４−２，・・・，２９４−Ｎによって指定される。この実施形態は、装置２００が多色入力光（例えば白色光）または単色入力光のいずれかに対してバックライト集成体として使用されるときに特に有用である。
【０３５０】
本発明の好適な実施形態によれば、各出力領域はパッシブディスプレイパネル６４のピクセル領域の行または列と整列されることができる。入力光５１４は導波路１６内で伝搬し、方向転換素子５０８によって導波路から外へ結合される。光学出力は、異なるピクセル領域が実質的に離間された光ビームによって照明されるように、または均一な光出力がピクセル領域の行または列を照明するようにすることができる。
【０３５１】
入力光５１４が多色であるとき、それは、以下でさらに詳述するように、ピクセル領域の近くで異なるサブピクセル位置にデマルチプレクサされることができる。入力光５１４が単色であるとき、装置２００は交互配列の層を含むことが好ましく、そこでは隣接する層は異なるカラーチャネルを透過する。この実施形態における装置２００の側面図は図５ｃに概略的に示される。
【０３５２】
述べたように、素子５０８は反射性、屈折性、回折性またはそれらのいずれかの組み合わせであることもできる。図５５ａの例示された図では、導波路は反射素子に分岐し、各反射素子は光学出力のほとんどを層の外へ結合する。図５５ｂの例示された図では、各導波路は、伝搬光の１つの部分が層の外へ方向転換され、光の列の部分が素子を通って伝搬しつづけるように構成された複数の部分的に反射する素子を有する。
【０３５３】
好適な部分的に反射する素子の代表例は上記の図４８ａ〜ｄに示されている。反射の量は、素子５０８の幅、素子５０８と導波路のコアの間の屈折率の差、素子５０８の厚さ、素子５０８のファセットの反射性、導波路の幅、及び／又は素子５０８と導波路のコアの間の距離を制御することによってそれぞれの導波路に沿って変化されることができる。また、光学出力の均一性を増大するように光が導波路の両側から入力される構成も考えられる。さらに、クラッド２６６は上記のように光学出力の出力分布を制御するように造形されることができる（例えば図４８ｅ参照）。
【０３５４】
ここで、図５６ａ〜ｂを参照すると、それらは、装置２００の１つ以上の層が２つの入力領域２９３ａ及び２９３ｂから複数の出力領域２９４ａ−１，２９４ａ−２，・・・，２９４ａ−Ｎ、及び２９４ｂ−１，２９４ｂ−２，・・・，２９４ｂ−Ｎまで延びる導波路を含む好適な実施形態の概略図である。第１カラーチャネル（例えば赤色光）は領域２９３ａに入り、導波路１６ａ内を伝搬し、領域２９４ａ−１，２９４ａ−２，・・・，２９４ａ−Ｎから放出され、一方第２カラーチャネル（例えば青色光）は領域２９３ｂに入り、導波路１６ａ内を伝搬し、領域２９４ｂ−１，２９４ｂ−２，・・・，２９４ｂ−Ｎから放出される。本発明の好適な実施形態によれば、導波路１６ａはその中で第１色の伝搬を可能にするように構成された単一モードの導波路であり、導波路１６ｂはその中で第２色の伝搬を可能にするように構成された単一モードの導波路である。
【０３５５】
本発明の様々な例示的実施形態では、追加の（第３）カラーチャネルは、図５５ａ〜ｂに示された実施形態のいずれかに従って設計された層の導波路によって別個に伝達される。従って、本発明の好適な実施形態によれば、装置２００は２つのカラーチャネルを伝達する層が単一のカラーチャネルを伝達する層の間に挿入される交互配列の層を含む。図５６ｂは層の好適な交互配列の側面図を概略的に示す。
【０３５６】
上記の実施形態のいずれかにおいて、出ていく光の進路変更は、方向転換光学素子の適切な設計によって及び／又は出ていく光ビームの光路上に位置された追加の光学素子を使用することによって制御されることができる。適切な場合、光学素子は、異なるカラーチャネルの間のスペクトルクロストークを防止するように選択されることが好ましい。例えば、装置２００が、単色光が導波路内に伝搬するバックライト照明を与えるために使用されるとき、光学素子は、異なるカラーチャネルを異なるサブピクセル位置に向けるように設計されかつ構成されることが好ましい。従って、本発明の様々な例示的実施形態では、光学素子はサブピクセル位置上に存在する光を集束又は視準する。例えば、光学素子は、各方向転換素子が単一のサブピクセル位置を照明するように構成されることができる。
【０３５７】
図６４ａは、バックライト集成体６２が方向転換素子５０８とパッシブディスプレイパネル６４の間に配置されたマイクロレンズアレイ５５８を含む好適な実施形態におけるバックライト集成体６２の概略図である。マイクロレンズアレイ５５８は異なるカラーチャネルの間のスペクトルクロストークを減らすように設計されかつ整列されることが好ましい。
【０３５８】
方向転換光学素子及び／又は追加の光学素子（例えばアレイ５５８）はまた、方向転換素子５０８がそれぞれのカラーチャネルと関連した複数のサブピクセル位置に照明光を与えるように設計されることができる。この実施形態は、導波路１６がパッシブディスプレイパネル６４に対して列状に配置されるときに特に有用である。従って、光学素子は、２つ以上の列状に配置されたサブピクセル位置が単一の方向転換素子によって方向転換される照明光を与えられることを確実にするように設計されかつ整列されることが好ましい。
【０３５９】
図６４ｂは、マイクロレンズアレイ５５８が光を進路変更させて複数のサブピクセル位置に衝突する好適な実施形態におけるバックライト集成体６２を概略的に示す。アレイ及び／又は素子５０８は、光ビームがそれを通過するとき、光ビームのビーム転換がパッシブディスプレイ６４の列５５２に対して垂直より列５５２に沿っての方が高いように設計されかつ構成されることが好ましい。当業者によって認識されているように、かかる構成はサブピクセル位置の限定的な照明を確実にする。換言すれば、本発明の好適な実施形態では、特定の方向転換素子によって照明される全てのサブピクセル位置は同じカラーチャネルと関連される。パネルの列に沿った典型的なビーム転換は約０．５°〜約２０°であり、列に垂直な（例えばパネルの行に沿った）典型的なビーム転換は１０度以下である。
【０３６０】
装置２００および３０はまた、上で詳述した通り、２つの異なる偏光または２つの異なる色の２つの異なる画像を生成することによって、３次元画像を提供するために使用されることもできる。２つの異なる偏光の場合、装置２００は、２つの異なる偏光の（異なる色ではない）２つの光学入力を持ち、図３２と同様に構成されることができる。ユーザは次いで、各目に対し異なる偏光を有する双眼装置を使用して、画像を観察することができる。
【０３６１】
別の実施形態では、装置２００および３０は、自動立体視ディスプレイとして機能することができる。これは、図３４ａ〜ｄおよび図３５ａ〜ｃに関連して以下で詳述する通り、複数の方法で行なうことができる。
【０３６２】
したがって、本発明の様々な例示的実施形態では、ユーザの左目および右目で観察されるように設計された異なる画像を各々が受け取る、２つの入力ファセット３３０および３３２を持つ装置２００が製造される。出力ファセット３３８は、入力３３０に到達する光学情報を左目に方向付け、かつ入力３３２に到達する光学情報を右目に方向付ける。
【０３６３】
図３４ａ〜ｄを参照すると、装置２００の層は、入力３３０に到達する光学情報が左目に方向付けられ、かつ入力３３２に到達する光学情報が右目に方向付けられるように配置されることができる。これは、異なる層のミラー３３４の適切な配向により、自動立体視画像の「スイートスポット（ｓｗｅｅｔ  ｓｐｏｔ）」としても知られる単一スポット３３６に出力ビームを合焦させることによって、行なうことができる（図３４ｃ参照）。ユーザは次いで、スイートスポットの左部３４４に左目を配置し、かつスイートスポットの右部３４２に右目を配置することによって、３次元画像を観察することができる。装置２００が可撓性である場合、スポット３３６への出力ビームの合焦は、図３４ｄに示すように出力ファセット３３８を曲げることによって達成されることができる。後者の実施形態の利点は、ファセット３３８の曲率を変化させることによって、スイートスポットの位置を変化させることができることである。
【０３６４】
図３５ａ〜ｃに関連して、装置２００の層は、導波路１６が出力ビームをスポット３３６に合焦させる適切な配向を持つように、配置されることができる。この実施形態の利点は、ビームの向きが、ミラーファセット角度によってではなく、導波路の配向によって支配されることである。制御された配向を持つ導波路の作製は、制御されたファセット角度を持つミラーの作製よりずっと簡単である。別の好適な実施形態では、導波路の配向は同一であるが、ミラーの配向は、ビームを所望の方向に反射させるために変更される。
【０３６５】
図３６は、装置２００が２つの光学出力、すなわち「左」出力３４６および「右」出力３４８を提供する好適な実施形態における装置２００の視野内の様々な光学領域を概略的に示す。図３６に示す通り、視野は一般的に４つの光学領域を含む。両方の出力が組み合わされて２次元画像をもたらす混合視野領域３５０、両方の出力が組み合わされて３次元画像をもたらすスイートスポット領域３３６、ならびに片方の出力が遮断され、したがって他方の出力３４８または３４６それぞれの２次元情報しか含まない２つの片側領域３５２および３５４である。領域３５２および３５４は、出力視野の幅を制御することによって、希望に応じてリサイズ（縮小または拡大）されることができる。
【０３６６】
ここで、図３７ａ〜ｂを参照すると、それらは、装置２００が複数の自動立体視画像を提供する好適な実施形態における、１つの層（図３７ａ）および結果として得られる視野（図３７ｂ）の概略図である。示す通り、出力ファセットを通して光を放出するように設計された各導波路１６の端部３６０は、各々が別個のミラー（本例ではミラー３６４ａ、３６４ｂ、および３６４ｃ）によって終端する、複数の導波路（本例では３つの導波路３６２ａ、３６２ｂ、および３６２ｃ）に分割される。導波路は、光のそれぞれの部分を異なるスイートスポット（本例ではスポット３６６ａ、３６６ｂ、および３６６ｃ）に合焦させるように配向される。通常の当業熟練者には理解される通り、本実施形態は、複数の２次元画像を複数の方向に提供するために使用されることもできる。例えば装置２００をディスプレイ装置に実現する場合、異なる方向からディスプレイを見るユーザは、異なる画像を見ることができる。
【０３６７】
述べたように、装置３０又は２００がバックライト集成体に使用されるとき、単色光又は多色光のいずれかがその導波路内で伝搬することができる。
【０３６８】
単色光がバックライト集成体６２の導波路内で伝搬する好適な実施形態のＬＣＤ装置６０の代表例は図５７ａに概略的に示されている。図５７ａに示された例示的実施形態では、小さい分岐ビームが集成体６２から外に結合される。示されるように、光はパッシブディスプレイパネル６４にほぼ垂直に進み、従ってＬＣＤ切換操作の効率を増大する。それは一般に、大きい視野角度で劣化される。必要な出力光分岐を容易にするために、装置６０はパッシブディスプレイパネル６４の前に位置された光拡散器５３２を含むことが好ましい。あるいは、バックライト集成体６２からの光分岐は、式ｓｉｎ  α＝√（ｎ１２−ｎ２２）（式中、ｎ１及びｎ２はそれぞれコア及びクラッドの屈折率であり、αは回折の角度の半分である）に従って導波路のコア及びクラッドの屈折率の適切な選択によって制御されることができる。
【０３６９】
図５７ｂは、ＬＣＤ装置６０が２つのパッシブディスプレイパネル６４ａ及び６４ｂを含む好適な実施形態におけるＬＣＤ装置６０を概略的に示す。２つのパッシブディスプレイパネルの使用は、かかる構成を用いると、装置６０の消光比が有意に改善されうるので、有利である。この実施形態は、集成体６２の光学出力の分岐が小さい（例えば２０°未満）ときに特に適用可能であり、第１パッシブディスプレイパネルの解像度が維持される。本発明の様々な例示的実施形態では、装置６０は、パネル６４ａの前に位置された第１前方偏光子５４０ａ、パネル６４ｂの前に位置された第２前方偏光子５４０ｂ、及び第２前方偏光子５４０ｂの前に位置された光拡散器５３２をさらに含む。
【０３７０】
単色光がバックライト集成体６２の導波路内で伝搬する好適な実施形態におけるＬＣＤ装置６０の代表例は図５８に概略的に示されている。この実施形態において、１つ以上の導波路は、光を２つ以上のカラーチャネルにデマルチプレクサするため、及び異なるサブピクセル位置が異なるカラーチャネルによって照明されるような方法で光をそれぞれのピクセル領域内に結合するためのデマルチプレクサ５３４を含む。デマルチプレクサ５３４は、格子（図２４ｄ参照）、湾曲した表面などのこれらに限定されないいかなるタイプのものであることもできる。
【０３７１】
図５９は、装置６０が半透過モードで操作する好適な実施形態における装置６０の概略図である。半透過ＬＣＤ装置６０は、周囲光を利用する反射モードとバックライト照明を使用する透過モードの両方での観察を可能にするために構成されている。バックライト照明の約半分が反射表面に衝突して無駄になる伝統的な半透過装置と違って、本発明の教示はパッシブディスプレイパネルへのバックライト照明全体の透過を可能にする。
【０３７２】
従って、本発明の好適な実施形態によれば、装置６０はバックライト集成体６２、パネル６４、及び周囲光をパネル６４に反射するための反射表面５４２を含む。装置６０はさらに、サブピクセル位置のそれぞれのカラーチャネルを選択的に透過するためにパネル６４の各サブピクセル位置の前に位置された複数のカラーフィルター５４４を含む。装置６０の透過モードでは、カラーフィルターは、それぞれの色の光によって供給されるので、光透過を減少しないことが注意される。
【０３７３】
装置６０は、上でさらに詳述したように、光源１７２、後方偏光子１５４及び前方偏光子５４０を任意選択的にさらに含む。本発明の様々な例示的実施形態では、バックライト照明は表面５４２の開口５４６を通して透過され、ピクセルは強度を失わずに反射モードのために利用可能なサブピクセル領域のほとんどを残す。代替的に、反射表面５４２は集成体６２の後側で積層又はスパッタされることができる。この実施形態では、導波路と表面５４２の開口の間の整合は全く要求されない。
【０３７４】
図６０は、装置６０が色順次モードで操作する好適な実施形態における装置６０の概略図である。この実施形態では、光源１７２は、短い光パルスを形成するように高速でオン及びオフを切換えられる能力を持つことが好ましい。パネル６４は、いかなるカラーチャネルに対しても像の対応するカラーフィールドがパネル６４を通って透過されるように配置されるように源１７２と同期化される。集成体６２の導波路１６は、２つ以上の導波路が各ピクセル領域と整合され、ピクセル領域が全てのカラーチャネルから照明を受けるように配置されることが好ましい。
【０３７５】
装置２００と光源の間の結合は、変更すべきところは変更して、装置３０に対する上述の技術のいずれかを含むことができる。この目的のために、例えば図１６ａ〜ｂ，１７，１８ａ〜ｂ，４７ａ〜ｂ及び上記の付随する説明を参照されたい。光学入力が画像データによってコードされるとき、装置２００と光源の間の光結合は、入力された光ビームによって構成される像を保持するようになされることが好ましい。コードされない光学入力（例えば、装置２００が照明光を与えるために使用されるとき）に対して、導波路は非画素化方式で入力されることができる。
【０３７６】
従って、装置２００と光源の間の結合は、上で詳述した通り、カプラを利用して、例えば偏光子付きまたは無しのマイクロレンズアレイを利用して行なうことができる（図１６ａ参照）。代替的に、装置２００は、上で詳述した通り、カプラ無しで、または入力光学素子上に配置または形成されたマイクロレンズアレイを使用して、機能することができる（図１６ｂ参照）。別の実施形態では、上で詳述しかつ図１７に示した通り、レンズまたは別の集束素子を用いて、入力画像を装置２００に合焦させることができる。追加の実施形態では、装置２００と光源との間の結合は、上で詳述した通り、１つ以上のファイバ束を介する（図１８ａ〜ｂ参照）。装置２００はまた、装置２００の入力ファセットに投射することができるレーザビームの形で光学入力を受け取ることもできる。
【０３７７】
特に複数の出力領域が存在する実施形態（例えば図５５ａ〜５６ｂ参照）（これに限定されない）に有用である装置２００と光源の間の結合のための追加技術は図６１ａ〜ｃ及び６２ａ〜ｃに示されている。
【０３７８】
図６１ａ〜ｃに示された好適な実施形態では、層３２０の入力領域２９３は２つ以上のサブ層を含み、それによって導波路１６は入力領域２９３で積層されて層３２０のための入力ファセット５６０を形成する。導波路１６は入力領域２９３の異なるサブ層から出力領域２９４まで延びる。図６１ａ〜ｃに示されているのは、平面図（図６１ａ）、出力領域２９４を通過する切断線ＡＡ′に沿った断面図（図６１ｂ）及び入力領域２９３を通過する切断線ＢＢ′に沿った断面図（図６１ｃ）である。図６１ａは入力領域２９３で３つのサブ層（サブ層５２０ａ、サブ層５２０ｂ及びサブ層５２０ｃ）を示すが、本発明の範囲をいかなる特定の数のサブ層に制限することも意図しないことを理解すべきである。図６１ａ〜ｂに示されるように、入力領域２９３にオーバーラップ５２２がある。領域２９３から異なるサブ層を占有する導波路１６は出力領域２９４の異なるサブ領域に延びることが好ましい。図６１ａ〜ｃに示された代表例では、出力領域２９４は３つのサブ領域５２４ａ，５２４ｂ及び５２４ｃに分割される。導波路はサブ層５２０ａからサブ領域５２４ａへ、サブ層５２０ａからサブ領域５２４ｂへ、サブ層５２０ｃからサブ領域５２４ｃへ延びる。
【０３７９】
図６２ａ〜ｃに示された実施形態では、導波路はグループに分割され、層上にさいの目の形の領域を形成することによって入力領域２９３で機械的に分離される（図６２ａ）。導波路の形成されたグループは次いで一緒にまとめられ（図６２ｂ）、入力ファセットを形成する。図６２ｃは、図４７ａ〜ｂに示された実施形態と図６２ａ〜ｂに示された実施形態の組み合わせである実施形態を示す。導波路は入力領域２９３で機械的に分離され、入力領域２９３で、各導波路の終端部分が光源を特徴づける光路と実質的に同一線上にあるように配置される。
【０３８０】
述べたように、いかなる数の光源も装置２００に結合されることができる。１２個の単色光源と３個のカラーチャネル（各カラーチャネルに対して４つの光源）を有する代表例が図６３に概略的に示される。
【０３８１】
装置２００の層の厚さは装置２００の全域で変化することができる。例えば、層の厚さは入力ファセットで約１５μｍ〜約３０μｍであってもよく、出力ファセットで約４０μｍ〜約６０μｍであってもよい。出力ファセットでは、層間のオーバーラップは少数の層だけに限定され、それゆえ装置２００の全厚さは出力領域で厚い層によって影響されない。厚い導波路層の利点は、かかる構成が方向転換光学素子から透過領域を増加することである。層厚さは所望により連続的に又は階段状に増加されることができる。例えば、厚さの階段状の増加は、導波路が露出した領域に入る界面で起こりうる。
【０３８２】
上の実施形態のいずれかにおいて、導波路は均一な光学出力を与えるように設計されかつ構成されることが好ましい。この実施形態は、本実施形態の光学装置がバックライト集成体として使用されるときに特に有用である。従って、本発明の好適な実施形態によれば、入力不均一性は、導波路の寸法の変化を導入することによって導波路レベルで修正される。例えば、以下の実施例の節の図３９に示されたレイアウトを参照されたい。あるいは、均一な光源を使用することができる。
【０３８３】
しかし、不均一な光学出力はまた、導波路内の光損失による異なる導波路の異なる伝達効率の結果でありうる。典型的には、光損失は導波路の長さとともに増大する。かかる不均一な光学出力は、図３９ｂに示すように、損失を短い導波路に加えること及び／又は長い導波路の入力側に対して幅広い断面を選択することによって修正されることができる。かかる構成によって、多くの光を幅広い導波路に結合して、それらの高い損失を克服する。
【０３８４】
本実施形態の光学装置の異なる層は異なる長さの導波路を持つことができる（例えば図２２ａ〜ｃ参照）。異なる層における導波路に対する等しい伝達効率は、本発明の様々な例示的実施形態によれば、異なる層の導波路に対して異なる幅を選択することによって達成される。より好ましくは、層中のコアの厚さは均一な光学出力を達成するように変更されることができる。特に、導波路が短い層において、コアは導波路が長い層のコアと比較すると厚い。異なる層の異なるコア厚さの使用は製造の簡略化の見地から好ましい。なぜならば、かかる技術によって同じマスクが多くの層を製造するために使用されることができるからである。
【０３８５】
この特許の存続期間中に、多くの関連光透過装置が開発されることが予想され、用語「導波路」の範囲は、全てのそのような新技術を先験的に含めることを意図している。
【０３８６】
本発明のさらなる目的、利点および新規な特徴が、限定であることが意図されない下記の実施例を検討したとき、当業者には明らかになる。加えて、本明細書中上記に描かれるような、また、下記の請求項の節において特許請求されるような本発明の様々な実施形態および態様のそれぞれは、実験的裏付けが下記の実施例において見出される。
【実施例】
【０３８７】
次に下記の実施例が参照されるが、下記の実施例は、上記の説明と一緒に、本発明を非限定様式で例示する。
【０３８８】
実施例１
光損失の最適化
装置の透明性は幾つかの損失メカニズム、（ｉ）装置内の伝搬損失、（ｉｉ）装置内の曲げおよびテーパリング損失、（ｉｉｉ）装置の光学素子間の結合損失、および（ｉｖ）界面における反射損失、によって影響される。
【０３８９】
ポリマー導波路について報告された最も低い伝搬損失は、Ｃ‐Ｈ吸収振動結合を含まないポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）および重水素化ポリフルオロメタクリレート（ｄ‐ＰＦＭＡ）材料により達成した。バルクの場合の可視領域における０．００１ｄＢ／ｃｍ未満の値［Ｌ．Ｈｏｒｎａｋ、「Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｆｏｒ  ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｏｐｔｉｃｓ」、Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ，１９９２］；マルチモード導波路の場合のλ＝０．６８μｍの波長における０．０１ｄＢ／ｃｍ［Ｙｏｓｈｉｍｕｒａら、「Ｌｏｗ  ｌｏｓｓ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｄｅｕｔｅｒａｔｅｄ  Ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｃｒｙｌａｔｅ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ、ｖｏｌ  １６、１０３０〜１０３７、１９９８］、および単一モード導波路の場合のλ＝１．３μｍにおける０．０５ｄＢ／ｃｍ［Ｙｅｎｉａｒｙら、「Ｕｌｔｒａ‐ｌｏｗ‐ｌｏｓｓ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ、ｖｏｌ  ２２、１５４〜１５８、２００４］が報告されている。したがって、本発明の好適な実施形態では、導波路はポリマー導波路であり、より好ましくはＰＭＭＡ導波路、またはｄ‐ＰＦＭＡ導波路である。
【０３９０】
本発明の様々な例示的実施形態における曲げ損失は、光のコーナーミラーとの相互作用によるものである。空気クラッドミラー付きの５０×５０μｍマルチモードポリマー導波路に対し、１．２ｄＢのコーナー損失が報告されている。［Ｊ‐Ｓ  ＫｉｍおよびＪ‐Ｊ  Ｋｉｍ、「Ｓｔａｃｋｅｄ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  ｔｗｏ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ、ｖｏｌ  ２２、８４０〜８４４、２００４］。より低い、０．５ｄＢ未満の損失も達成可能である［Ａｈｍａｄ、「Ｕｌｔｒａｃｏｍｐａｃｔ  ｃｏｒｎｅｒ‐ｍｉｒｒｏｒｓ  ａｎｄ  Ｔ‐ｂｒａｎｃｈｅｓ  ｉｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ‐ｏｎ‐ｉｎｓｕｌａｔｏｒ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．、ｖｏｌ．１４、６５〜６７、２００２］。数ミリの曲率半径の導波路をコーナーミラーの代わりに使用すると、損失を０．１ｄＢより低くすることができる。
【０３９１】
装置を光の拡張（例えば画像の拡大）のために使用する場合、テーパリング損失は無視できるほど小さい。収縮用の場合、典型的なテーパリング損失は、入力ビームのモード構造およびテーパ長に依存する。基本入力モードで、数ミリの長さのテーパの場合、損失は０．１ｄＢ未満とすることができる。したがって、装置を光の拡張のために使用する場合、テーパリングは段付きにすることができ、収縮に使用する場合、損失を最小化するために、平滑なテーパリングが好ましい。
【０３９２】
入力光源と装置との間の界面における結合損失の程度は、結合を促進するために使用される光学配列、導波路のコア対クラッドの比、およびピクセルの幅対ギャップの比に依存する（エッチングされたレンズのような集束素子がファセットに無い限りにおいて）。導波路が矩形断面を有する場合、充填率は円形断面の導波路の場合の充填率より高くなる。装置の光学素子間の結合損失の程度は、導波路の開口数の賢明な選択によって、無視できるほど低くすることができる。特に、本発明の好適な実施形態では、受光光学素子（例えば素子３４）の開口数は、放射光学素子（例えば素子３２）の開口数より高いか、またはそれに等しい。
【０３９３】
入力光源と装置３０との間の反射は、装置３０と光源を装置３０に結合する光学配列との間に屈折率整合接着剤を配置することによって、無視できるほど低くすることができる。同じことは、装置の光学素子間の反射に対しても当てはまる。第２光学素子の大きいファセットにおける反射は、（ｎ−１）２／（ｎ＋１）２によって与えられる。ここでｎはコアの屈折率である。このファセットは、反射をさらに低減するために、反射防止コーティングで被覆されることができる。
【０３９４】
損失散乱光は装置３０の大きいファセットと実質的に平行に伝搬するので、装置のコントラスト比は伝搬損失によってわずかに影響されるだけである。それにもかかわらず、界面間の結合における光損失、および曲げで散乱する光は、特に層の領域１８および２０が平行でありかつ層の両側に位置する実施形態では、コントラスト比を低下させるおそれがある。
【０３９５】
導波路の不均一な伝搬損失による光損失は、入力画像を不均一に照明することによって、低減または実質的に排除（例えばその元の値の２０％未満に、より好ましくは１０％未満に、例えば約５％以下に低減）することができる。例えば図３８に関連して、入力画像３８０は、差動導波路損失を補償するために、画像の長さおよび幅にわたって輝度勾配３８２が存在するように歪めることができる。
【０３９６】
図３９ａは、層が導波路１６内を伝搬する光のコントラスト比を改善するように選択された光吸収体３７０を含む、好適な実施形態における光学素子の層（例えば層１４）の概略図である。光吸収体３７０は層１４全体に、または層１４内の小領域に堆積されることができる。光吸収体はクラッド材料に付加されたブラックトーンであってもよい。領域１８および２０が同一直線上にあるか、または層１４の隣接する側にある実施形態では、コントラスト比の低下の効果はあまり顕著ではなく、熟練技術者は光吸収体３７０を含めることを好まないかもしれない。それでもなお、これらの実施形態では光吸収体の使用も予想される。コントラスト比を改善するための代替的な方法は、導波路間にわずかに吸収性のクラッド層を使用することである。例えば約１ｄＢ／ｃｍの吸収係数のクラッド層は、導波路損失の追加を０．０１ｄＢ／ｃｍ未満に抑えながら、全部または大部分の散乱光を吸収することができる。
【０３９７】
伝搬損失が均一でない場合、出力光ビームは不均一の明るさを持つことがあり得る。その影響を回避するために、短い導波路に寄生損失を加えることができる。これは、複数の方法で行なうことができる。１実施形態では、導波路の幅を低減することによって寄生損失を加えることができる。別の実施形態では、曲げ半径を低減することによって、寄生損失を加える。追加の実施形態では、層に曲げまたは寄生交差導波路を加えることによって寄生損失を生成する。
【０３９８】
代替的に、導波路への結合は、テーパ幅（導波路に結合される光の量を制御する）、またはテーパ長（テーパの効率［透明性］を制御する）を変更することによって調整されることができる。
【０３９９】
均質なパネルをリサイズする必要がある場合、導波路に異なる断面を割り当てることによって、導波路の異なる損失を補償することができる。図３９ｂは、それらのより高い損失（それらのより長い長さによる）を克服するために、より多くの光がより幅広の導波路に結合されるように、層のより長い導波路がより幅広の断面を有する実施形態を概略的に示す。この実施例では、導波路は、出力パネルに向かってテーパを付けられ、そこに均等な幅を得る。非テーパ付き導波路も考えられる。９０°の導波路の曲げを平滑な曲げに置き換えることもできる。
【０４００】
導波路は層内だけでなく、層間でも異なる長さを持つことができる。上部の層内の導波路は、下部層内の導波路より短い。異なる層内の導波路の均等な透明性は、各層毎に異なる導波路の幅を割り当てることによって達成されることができる。代替的に、層の異なる導波路の長さを補償するために、層内の（コア）導波路の厚さを変更することができる。この実施形態では、上部層内の導波路は下部層内の導波路より細い。
【０４０１】
実施例２
視野の最適化
本発明の好適な実施形態では、装置３０は、予め定められた視野にリサイズされた光を提供するように設計されかつ構成される。装置３０のための予め定められた視野を達成するための１つの方法は、装置３０が光を出力する光学素子（例えば素子３４）の導波路パラメータの賢明な選択による。本発明の好適な実施形態では、導波路の屈折率および開口数（Ｎ．Ａ．）は、方程式：Ｎ．Ａ．＝ｓｉｎα＝√（ｎ１２−ｎ２２）を満たすように選択される。ここでｎ１およびｎ２はそれぞれコアおよびクラッドの屈折率であり、αは回折角の２分の１である。直線テーパリングで終端する導波路の場合、有効開口数はＮ．Ａ．／Ｍである。ここでＭはテーパ率である［Ｐｅｌｉら、前出］。したがって有効視野は、テーパ形状を調整することによって、つまり非直線テーパ形状を用いて、選択されることができる。特に、異なる方向に対して、異なる視野を得ることができる。
【０４０２】
異なる方向の異なる視野は、長手方向の（層に平行な）視野が横方向の（層に実質的に直交する）視野とは異なるように、層内に第１クラッド材料を選択し、層間に第２の異なるクラッド材料を選択することによって達成されることもできる。
【０４０３】
装置３０の視野は、出力ファセットに拡散スクリーンを追加することによって、または出力ファセットをエッチングしてそれを拡散性にすることによって、拡大されることができる。拡散スクリーンは、光損失を補償するために構成されることもできる。
【０４０４】
加えて、または代替的に、視野は、コアおよびクラッドの屈折率の差Δｎを増大することによって拡大されることができる。高いΔｎ値を光学素子全体に対して選択することができ、あるいは代替的に、Δｎを出力ファセットに向かって漸進的に増大させることができる。Δｎの漸次変化は、例えば、クラッドに対するコアのΔｎがＵＶ露光時間の関数となる直接書込みＵＶリソグラフィによってコアが書き込まれる生産プロセスで、達成されることができる。屈折率の増大は、コア材料の追加的散乱中心または導波路に対する曲げの追加による散乱などの拡散メカニズムと同時に生じることが好ましい。これらの散乱メカニズムは、より高いΔｎの導波路がより高次のモードを保持する能力を利用して、低次モードを高次モードに変換する。大きい視野パターンに寄与するのは高次モードである。
【０４０５】
通常の当業熟練者には理解される通り、視野を調整する能力は、出力光の明るさを著しく改善することができる。
【０４０６】
ここで、図４０を参照すると、それは出力光の明るさを改善するための手順を示す。概して、改善は光源３９２から光３９０を効率的に捕集すること、および明るさの損失が最小限または零となるように装置３０の視野を調整することを含む。特に、本発明の好適な実施形態では、光３９０の光学エネルギーの全部または大部分（例えば少なくとも９０％）が出力光３９４によって運ばれるので、視野は予想される明るさの低下と同じ量だけ低減される。例えば、３ｄＢの挿入損失を有する光学装置を用いて、５”のスクリーンを１０”に拡大すると仮定する。この場合、装置３０の明るさの予想される低下は２×２×２＝８である。さらに、１２０°の光３９０が装置３０に入射するように、装置３０を光源３９２に結合すると仮定する。明るさの低下を解消するために、装置３０の視野は１２０√８＝４２°となるように選択される。本実施形態は、例えば表示される画像のプライバシを維持する目的のために、スクリーンサイズの拡大が視野の低減を伴うことが望ましい状況において、特に有用である。
【０４０７】
ここで、図４１を参照すると、それは、導波路１６が層の端部に対して傾斜している（例えば図１９参照）、好適な実施形態における装置３０の概略図である。結果として得られる光学素子は光３９４を出力ファセットに対して角度θで放出する。図４１に示す通り、本実施形態は結果として装置３０の視野の変化をもたらす。
【０４０８】
視野の調整は、受光素子の空間モードを増大するために、装置３０の光学素子間の界面でも使用されることができる。調整は、異なる光学素子の導波路間の相対的配向および／またはΔｎの値を変化させることによって、達成されることができる。例えば透過素子（例えば素子３２）の導波路が受光素子（例えば素子３４）の導波路と平行でなく、かつ受光素子のΔｎが透過素子のΔｎより高い場合、２つの素子間の界面で励起する高い空間モードは、成功裏に受光素子内を伝搬する。その結果、装置の出力ファセットの視野は増大する。光学素子の２つの導波路間に傾斜接続を確立することによって、空間モードの増分は光学素子内で（２つのそのような素子間の界面上ではない）達成されることもできる。
【０４０９】
本明細書中で使用される用語「約」は±１０％を示す。
【０４１０】
明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴は単一の実施形態に組み合わせて提供することもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態の文脈で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで提供することもできる。
【０４１１】
本発明はその特定の実施形態によって説明してきたが、多くの別法、変更及び変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更及び変形すべてを包含するものである。本願で挙げた刊行物、特許及び特許願はすべて、個々の刊行物、特許及び特許願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本明細書に援用するものである。さらに、本願で引用又は確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０４１２】
【図１】ファイバベースの誘導拡大装置を製造するための先行技術の概略図である。
【図２】ファイバベースの誘導拡大装置を製造するための先行技術の概略図である。
【図３】図３ａ〜ｃは、本発明の様々な例示的実施形態に係る、導波路の長手方向に拡張する配列（図３ａ）、部分的テーパ付き導波路（図３ｂ）、および部分的テーパ付き導波路の長手方向に拡張する配列（図３ｃ）の概略図である。図３ｄは、２層以上を持つ図３ｃの実施形態の概略図である。
【図４ａ−ｆ】本発明の様々な例示的実施形態における光学リサイジング素子の概略図である。
【図４ｇ−ｉ】本発明の様々な例示的実施形態における光学リサイジング素子の概略図である。
【図５】本発明の様々な例示的実施形態における２つの光学リサイジング素子を有する光学リサイジング装置の概略図である。
【図６】図６ａは、本発明の様々な例示的実施形態における受光光学リサイジング素子の小さいファセットの概略図である。図６ｂは、本発明の様々な例示的実施形態における図６ａの素子の導波路の３次元図である。
【図７ａ】各光学リサイジング素子の入射および出射ファセットが相互に実質的に直交する実施形態の装置の３次元概略図である。
【図７ｂ】２対の光学リサイジング素子を採用する好適な実施形態における図７ａの装置の３次元概略図である。
【図８】一方の光学リサイジング素子のファセットが実質的に平行であり、他方の光学リサイジング素子のファセットが実質的に直交する、好適な実施形態における装置の概略図である。
【図９】光学リサイジング素子のファセットが実質的に同一平面上にある、好適な実施形態における装置の概略図である。
【図１０】本発明の様々な例示的実施形態に従って導波路の配列を製造するためのフォトマスクレイアウトの概略図である。
【図１１】垂直方向および横方向の両方にテーパを付けられた導波路を製造するためのプロセスの概略図である。
【図１２ａ−ｃ】複数の光源を使用する好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
【図１２ｄ−ｆ】複数の光源を使用する好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
【図１３】装置からの光学出力が２つ以上存在する好適な実施形態における装置の概略図である。
【図１４】装置が１つ以上の追加光学素子を含む好適な実施形態における装置の概略図である。
【図１５】層が偏光子を含む好適な実施形態における光学リサイジング素子の層の概略図である。
【図１６】光源が画像源である好適な実施形態における装置と光源との間の結合の概略図である。
【図１７】入力画像がレンズを用いて装置に合焦される好適な実施形態の概略図である。
【図１８】１つ以上のファイバ束が使用される好適な実施形態における装置と光源との間の結合の概略図である。
【図１９】導波路が層の端部に対して傾斜する好適な実施形態における光学リサイジング素子の１層の概略図である。
【図２０】装置が部分的に重複する光学配列の原理に従って製造される好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
【図２１】装置が部分的に重複する光学配列の原理に従って製造される好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
【図２２ａ−ｃ】装置が部分的に重複する光学配列の原理に従って製造される好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
【図２２ｄ−ｆ】装置が部分的に重複する光学配列の原理に従って製造される好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
【図２３】図２３ａ〜ｂは、ファセットが２次元段付き形状を有する好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置のファセットの一部分の概略側面図（図２３ａ）および概略上面図（図２３ｂ）である。図２３ｃ〜ｄは、本発明の様々な例示的実施形態に係るミラー形状の概略図である。
【図２４ａ−ｂ】本発明の様々な例示的実施形態に係る２次元段付きまたは傾斜プロファイルを持つ光学リサイジング素子の概略側面図である。
【図２４ｃ−ｄ】本発明の様々な例示的実施形態に係る２次元段付きまたは傾斜プロファイルを持つ光学リサイジング素子の概略側面図である。
【図２４ｅ】本発明の様々な例示的実施形態に係る２次元段付きまたは傾斜プロファイルを持つ光学リサイジング素子の概略側面図である。
【図２５】本発明の好適な実施形態に係る折曲げ可能な光学リサイジング装置の概略図である。
【図２６】本発明の様々な例示的実施形態に係る、透過素子の配列を介して光が装置から外に結合される構成の概略図である。
【図２７ａ−ｂ】本発明の様々な例示的実施形態における、傾斜光学リサイジング素子を製造するためのプロセスの概略図である。
【図２７ｃ−ｄ】本発明の様々な例示的実施形態に係る拡張構造の概略図である。
【図２７ｅ−ｆ】本発明の様々な例示的実施形態に係る拡張構造の概略図である。
【図２７ｇ−ｈ】本発明の様々な例示的実施形態に係る拡張構造の概略図である。
【図２８】層が軽量層である好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の層の概略上面図（図２８ａ〜ｂ）および概略側面図（図２８ｃ）である。
【図２９】本発明の様々な例示的実施形態に係る、図２０〜２２の装置と同様の装置を製造するための好適な折曲げ技術の概略図である。
【図３０】本発明の様々な例示的実施形態における、複数の光学リサイジング素子を製造するための同時プロセスの概略図である。
【図３１】装置が複数の光源から光を受光する好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の概略図である。
【図３２】装置が複数の単色光源の形の光学入力を受光する好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の概略上面図（図３２ａ）および概略断面図（図３２ｂ）である。
【図３３】本発明の様々な例示的実施形態に係る、図２０〜２２の装置と同様の装置の層から外へ光を結合するための技術の概略図である。
【図３４】装置が自動立体視画像を提供するために使用される好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の概略図である。
【図３５】装置が自動立体視画像を提供するために使用される好適な実施形態における、図２０〜２２の装置と同様の装置の概略図である。
【図３６】図３４ａ〜３５ｃの装置と同様の装置の視野内の異なる光学領域の概略図である。
【図３７】複数の自動立体視画像が提供される好適な実施形態における１層の概略図（図３７ａ）および結果として得られる視野の概略図（図３７ｂ）である。
【図３８】差動導波路損失を補償するために入力画像が不均一な明るさを有する好適な実施形態における光学リサイジング装置の概略図である。
【図３９】図３９ａは、層が光吸収体を含む好適な実施形態における光学リサイジング素子の層の概略図である。図３９ｂは、本発明の好適な実施形態に係る可変断面を持つ導波路の概略図である。
【図４０】本発明の様々な例示的実施形態における、出力光の明るさを改善するための手順の概略図である。
【図４１】本発明の様々な例示的実施形態における装置の視野を修正するための手順の概略図である。
【図４２ａ−ｂ】図４２ａは、従来のエッジ照明ＬＣＤ装置の概略図である。図４２ｂは、固有の２／３出力損失を克服するように設計されたバックライト技術の概略図である。
【図４２ｃ】固有の２／３出力損失を克服するように設計されたバックライト技術の概略図である。
【図４３】本実施形態の１つ以上の光学素子を使用するディスプレイ装置の概略図である。
【図４４ａ−ｂ】パッシブディスプレイパネル（図４４ａ）及びそのピクセル領域（図４４ｂ）の概略図である。
【図４４ｃ】パッシブディスプレイパネルの概略図である。
【図４５】本発明の様々な例示的実施形態によるバックライト集成体の概略図である。
【図４６】本発明の様々な例示的実施形態による、パッシブディスプレイパネルにバックライト集成体によって与えられるバックライト照明の色分布の概略図である。
【図４７】各導波路の終端部分が光源を特徴づける少なくとも１つの光路と実質的に同一直線上であるように導波路が各層に配置される、光をバックライト集成体に結合するための好適な技術の概略図である。
【図４８ａ−ｃ】本発明の様々な例示的実施形態による、光を導波路から外へ方向転換するための技術の概略図である。
【図４８ｄ−ｅ】本発明の様々な例示的実施形態による、光を導波路から外へ方向転換するための技術の概略図である。
【図４９】層の導波路が行あたり１つ（図４９ａ）及び２つ（図４９ｂ）のサブピクセルを照明する構成のための好適な層デザインの概略図である。
【図５０】図４９ｂに示されたタイプの層のスタックの側面図を概略図に示す。
【図５１】本発明の様々な例示的実施形態による、入力領域に延びる複数の第２導波路に分岐した第１導波路を含む単一層の概略図である。
【図５２】複数の第１導波路が１つの入力領域から複数の出力領域まで延びる、単一層に複数のカラーチャネルを案内するための好適な実施形態の概略図である。
【図５３】層が複数の入力領域から複数の出力領域まで延びる導波路を含み、各カラーチャネルが１つの入力領域で層に入り、導波路を通って伝搬し、１つの出力領域で層を出る、単一層に複数のカラーチャネルを案内するための好適な実施形態の概略図である。
【図５４】図５４ａは、単一層に複数のカラーチャネルを案内するための別の好適実施形態による単一層の概略図である。図５４ｂは、本発明の様々な例示的実施形態による、図４９ａの層及び図５４ａの層の交互配列を有する光学装置の側面図の概略図である。
【図５５】導波路が入力領域から複数の出力領域まで延びる好適な実施形態における導波路の層の概略図である。
【図５６】少数の層が２つの入力領域及び複数の出力領域を含む好適な実施形態の概略図である。
【図５７ａ】正面の光拡散器を含む好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
【図５７ｂ】２つのパッシブディスプレイを含む好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
【図５８】単色光がバックライト集成体の導波路に伝搬する好適実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
【図５９】透過モードで操作する好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
【図６０】色連続モードで操作する好適な実施形態のＬＣＤ装置の概略図である。
【図６１】複数の出力領域がある実施形態（例えば図５５ａ〜５６ｂ参照）に有用な追加の光結合技術（特に限定されない）の概略図である。
【図６２】複数の出力領域がある実施形態（例えば図５５ａ〜５６ｂ参照）に有用な追加の光結合技術（特に限定されない）の概略図である。
【図６３】１２個の単色光源から光学的入力を受けるバックライト集成体の概略図である。
【図６４】マイクロレンズアレイを含む好適な実施形態のバックライト集成体の概略図である。
【図１】
2009511996.tif 000003
【図２】
2009511996.tif 000004
【図３】
2009511996.tif 000005
【図４ａ−ｆ】
2009511996.tif 000006
【図４ｇ−ｉ】
2009511996.tif 000007
【図５】
2009511996.tif 000008
【図６】
2009511996.tif 000009
【図７ａ】
2009511996.tif 000010
【図７ｂ】
2009511996.tif 000011
【図８】
2009511996.tif 000012
【図９】
2009511996.tif 000013
【図１０】
2009511996.tif 000014
【図１１】
2009511996.tif 000015
【図１２ａ−ｃ】
2009511996.tif 000016
【図１２ｄ−ｆ】
2009511996.tif 000017
【図１３】
2009511996.tif 000018
【図１４】
2009511996.tif 000019
【図１５】
2009511996.tif 000020
【図１６】
2009511996.tif 000021
【図１７】
2009511996.tif 000022
【図１８】
2009511996.tif 000023
【図１９】
2009511996.tif 000024
【図２０】
2009511996.tif 000025
【図２１】
2009511996.tif 000026
【図２２ａ−ｃ】
2009511996.tif 000027
【図２２ｄ−ｆ】
2009511996.tif 000028
【図２３】
2009511996.tif 000029
【図２４ａ−ｂ】
2009511996.tif 000030
【図２４ｃ−ｄ】
2009511996.tif 000031
【図２４ｅ】
2009511996.tif 000032
【図２５】
2009511996.tif 000033
【図２６】
2009511996.tif 000034
【図２７ａ−ｂ】
2009511996.tif 000035
【図２７ｃ−ｄ】
2009511996.tif 000036
【図２７ｅ−ｆ】
2009511996.tif 000037
【図２７ｇ−ｈ】
2009511996.tif 000038
【図２８】
2009511996.tif 000039
【図２９】
2009511996.tif 000040
【図３０】
2009511996.tif 000041
【図３１】
2009511996.tif 000042
【図３２】
2009511996.tif 000043
【図３３】
2009511996.tif 000044
【図３４】
2009511996.tif 000045
【図３５】
2009511996.tif 000046
【図３６】
2009511996.tif 000047
【図３７】
2009511996.tif 000048
【図３８】
2009511996.tif 000049
【図３９】
2009511996.tif 000050
【図４０】
2009511996.tif 000051
【図４１】
2009511996.tif 000052
【図４２ａ−ｂ】
2009511996.tif 000053
【図４２ｃ】
2009511996.tif 000054
【図４３】
2009511996.tif 000055
【図４４ａ−ｂ】
2009511996.tif 000056
【図４４ｃ】
2009511996.tif 000057
【図４５】
2009511996.tif 000058
【図４６】
2009511996.tif 000059
【図４７】
2009511996.tif 000060
【図４８ａ−ｃ】
2009511996.tif 000061
【図４８ｄ−ｅ】
2009511996.tif 000062
【図４９】
2009511996.tif 000063
【図５０】
2009511996.tif 000064
【図５１】
2009511996.tif 000065
【図５２】
2009511996.tif 000066
【図５３】
2009511996.tif 000067
【図５４】
2009511996.tif 000068
【図５５】
2009511996.tif 000069
【図５６】
2009511996.tif 000070
【図５７ａ】
2009511996.tif 000071
【図５７ｂ】
2009511996.tif 000072
【図５８】
2009511996.tif 000073
【図５９】
2009511996.tif 000074
【図６０】
2009511996.tif 000075
【図６１】
2009511996.tif 000076
【図６２】
2009511996.tif 000077
【図６３】
2009511996.tif 000078
【図６４】
2009511996.tif 000079
【国際調査報告】
2009511996.tif 000080
2009511996.tif 000081