(57)【要約】  少なくとも１つの光源（３）からの光を案内する導波路（１）であって、全体として取り出し方向への導波路からの光の取り出しを可能にする取り出し構造体（４）と、光を取り出し構造体に向かう途中で反射することによって光を導波路内に封じ込める少なくとも１つの案内エッジ（５）とを有する、導波路において、取り出し構造体は、非対称拡散層（６；７）を有する、導波路。このような非対称拡散により、色の混合具合が向上すると共に色帯又は強度帯の発生がなくなり又は制限され、しかも色混合又は強度のばらつきに関する問題が存在しない方向では、発散度が制限される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源からの光を案内する導波路であって、
ほぼ取り出し方向への前記導波路からの前記光の取り出しを可能にする取り出し構造体と、
前記光を前記取り出し構造体に向かう途中で反射することによって前記光を前記導波路内に封じ込める少なくとも１つの案内エッジとを有する導波路において、
前記取り出し構造体は、非対称拡散層を有する、
ことを特徴とする導波路。
【請求項２】
前記拡散層は、光を、前記ほぼ出力側方向に平行な互いに異なる２つの平面内で別々に拡散する、
請求項１記載の導波路。
【請求項３】
前記導波路は、複数の光源からの光を案内し、前記光を少なくとも１つの混合平面内で混合する、
請求項１又は２記載の導波路。
【請求項４】
前記拡散層は、前記混合平面に垂直な平面内よりも、前記混合平面内において光を一層拡散する、
請求項３記載の導波路。
【請求項５】
前記拡散層は、透明な拡散層である、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項６】
前記拡散層は、拡散鏡である、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項７】
前記導波路は、プレーナ型導波路である、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項８】
少なくとも１つの光源と、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の導波路とを有する照明器具。
【請求項９】
前記照明器具は、複数の光源を有する、
請求項８記載の照明器具。
【請求項１０】
前記光源の少なくとも１つは、側部発光型ＬＥＤ及びランバーティアンＬＥＤの少なくとも一方である、
請求項８又は９記載の照明器具。
【請求項１１】
ディスプレイと、アンビエント照明を提供するための請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の照明器具とを有するディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの光源からの光を案内する導波路であって、光を導波路中に封じ込める少なくとも１つの案内エッジと、導波路からの光の抽出を可能にする抽出エッジとを有する導波路に関する。
【０００２】
本発明は、更に、このような導波路を有する照明器具及びこのような照明器具を有するディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
少なくとも１つの光源からの光が導波路中に結合され、導波路の１つ又は数個の表面から放出される幾つかの照明用途が存在する。幾つかの用途、例えば液晶ディスプレイ用のバックライトでは、光をサイズが大きいプレーナ型の導波路の頂面を通って外部に取り出す場合がある。他の用途では、光を導波路の１つ又は幾つかのエッジのところで外部に取り出す場合がある。プレーナ型導波路を用い、光をそのエッジのうちの少なくとも１つのところで外部に取り出すことにより、数種類の互いに異なる照明器具を実現することができる。このような照明器具の一例は、多数のプレーナ型導波路により形成される透明なランプである。このようなランプの場合、導波路の発光エッジを適当な場所に傾斜鏡として形成することにより光をランプ表面の選択された部分から抽出することができる。
【０００４】
このような照明器具に適した光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）が挙げられる。ＬＥＤは、一般に、帯域が狭く、典型的には、白色光を生じさせるにはＬＥＤから放出された光に何らかの処理を施す必要がある。白色光を生じさせるエネルギー効率の良い手法は、適当な色（典型的には、赤色、緑色及び青色）の光源、例えばＬＥＤにより放出された光を組み合わせて白色光を作ることである。
【０００５】
互いに異なる色のＬＥＤからの光のこのような組合せは、導波路内で行われるのが良く、導波路から放出された混合光の強度及び空間色分布は、一般に、導波路の抽出エッジのところではかなり一様である。しかしながら、このエッジ又はこれらエッジから或る程度距離をおいたところでは、強度及び（又は）色のばらつきが感じ取れる。人の目は色の僅かな変化にも極めて敏感なので、一様な白色光を生じさせるには極めて良好な色の混合が必要である。
【０００６】
また、単一光源から放出され、導波路を通って案内される白色光又は着色光の場合、特に導波路の抽出エッジから或る程度の距離をおいたところでの空間一様性が不十分な場合がある。
【０００７】
導波路から抽出された光の空間一様性を向上させる公知の一方法は、導波路の取り出しエッジを拡散状態にすることである。この方法により、空間一様性の向上を達成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光の後方散乱によりエネルギー効率が低下し、抽出された光は、望ましいレベルを超えて発散する場合がある。
【０００９】
かくして、導波路の抽出エッジから或る程度の距離をおいたところで知覚される空間強度及び（又は）色のばらつきを減少させるエネルギー効率の良い方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
先行技術の上述の欠点及び他の欠点を考慮して、本発明の目的は、導波路により放出された光の空間一様性を向上させるエネルギー効率の良い手法を提供することにある。
【００１１】
光の「空間一様性」という用語は、本件では、空間領域における光の一様性である。空間一様性は、色及び強度の一様性を含む。事実、「白色光」用途における色のばらつきは、単色用途における強度のばらつきと同じことである。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、これら目的及び他の目的は、少なくとも１つの光源からの光を案内する導波路であって、ほぼ取り出し方向への導波路からの光の取り出しを可能にする取り出し構造体と、光を取り出し構造体に向かう途中で反射することによって光を導波路内に封じ込める少なくとも１つの案内エッジとを有する導波路において、取り出し構造体が非対称拡散層を有することを特徴とする導波路によって達成される。
【００１３】
「拡散」という用語は、本件では、反射面の凹凸が光の波長のオーダである一方で、反射面が巨視的には依然として平坦である。
【００１４】
「非対称拡散」という用語は、拡散の度合いが全ての平面内において同一ではない。具体的には、拡散層は、光を全体として取り出し方向に平行な２つの互いに異なる（例えば、互いに直交する）平面内において別々に拡散させるのが良い。
【００１５】
導波路は、複数の光源からの光を案内し、光を少なくとも１つの混合平面内で混合するのが良い。この場合、拡散層は、混合平面に垂直な平面内よりも混合平面内のほうにおいて光を一層拡散するのが良い。このような非対称拡散により、色の混合具合が向上すると共に色帯又は強度帯の発生がなくなり又は制限され、しかも色混合又は強度のばらつきに関する問題が存在しない方向では、発散度が制限される。
【００１６】
取り出し構造体は、光を透過させて取り出させる透過面であっても良いが反射面であっても良く、この反射面は、導波路の頂面及び（又は）底面を通って光を取り出しさせるようになっており、その後反射面内で反射が生じる。取り出し構造体は、種々の仕方で構成でき、即ち、取り出し構造体は、平坦であっても良く、湾曲していても良く、プリズム型のものであっても良く、丸形のものであっても良く、多少拡散性があっても良い等である。
【００１７】
光が抽出エッジを通って取り出される場合、拡散層は透明な拡散層であるのが良い。
【００１８】
光が抽出エッジでの反射後に頂面又は底面を通って取り出しされる場合、拡散層は拡散鏡であるのが良い。拡散鏡は、例えば、金属膜を拡散案内エッジ面に被着させることにより形成できる。
【００１９】
導波路は、好ましくは、プレーナ型導波路である。「プレーナ型導波路」という用語は、本件では、本質的に一平面内における延長部を備えた導波路として定義され、即ち、導波路の任意の一点からこの一平面までの距離が、この平面内における導波路の寸法と比較して小さいということである。変形例として、導波路は、非プレーナ型であり、これは、特別に設計された人工照明にとって有用な場合がある。
【００２０】
さらに、導波路は、例えば複数の互いに異なる色を放出する複数の光源からの光を案内するのが良い。本発明のこの実施形態としての光ガイドは、光の色混合具合を向上させ、例えば、導波路から距離をおいたところにおける色のばらつきを生じさせないで、互いに異なる色のＬＥＤにより作られる白色光の放出を可能にする。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、上述の目的及び他の目的は、少なくとも１つの光源と、本発明の導波路とを有する照明器具によって達成される。
【００２２】
有利には、この少なくとも１つの光源は、側部発光ＬＥＤ及び前方発光（例えば、ランバーティアン）ＬＥＤの少なくとも一方であるのが良い。
【００２３】
本発明の第３の観点によれば、上述の目的及び他の目的は、ディスプレイと、他の発明と照明器具とを有するディスプレイ装置によって達成される。
【００２４】
次に、本発明の現時点において好ましい実施形態を示す添付の図面を参照して本発明の上述の観点及び他の観点を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１ａ及び図１ｂは、平らなプレーナ型導波路１を示しており、この導波路は、複数の光源３、例えばＬＥＤからの光を受け取る入力側結合構造体２と、光を導波路１から出力して結合させる取り出し構造体４とを有している。入力側結合構造体２と取り出し構造体４との間では、光は、案内エッジ５によって導波路１内に保持される。案内エッジ５は、エッジのところ及び（又は）頂面及び（又は）底面のところの全反射（ＴＩＲ）、レフレクタ又はＰＩＲとレフレクタの組合せを利用するのが良い。
【００２６】
導波路は、１種類、又は複数種類の誘電体の組合せから成るスラブで形成されるのが良い。適当な誘電体としては、種々の透明な材料、例えば、種々のガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等挙げられる。また、導波路は、導波路レフレクタにより少なくとも部分的に包囲された空気であっても良い。導波路の材料は、好ましくは、導波路とその周りの媒体との間のインタフェースが入力側結合構造体により提供される入射角の光に関して全反射のための条件を満足するように選択される。
【００２７】
図１ａでは、出力側構造体４は、光を通過させることができるようになった導波路のエッジ６により形成される。ＴＩＲ導波路の場合、このことは、エッジ６が全反射のための条件を欠くようになっていることを意味している。例えば、エッジ６は、光を散乱させ又は拡散層を有する構造体を備えるのが良い。
【００２８】
図１ｂでは、取り出し構造体４は、光を案内エッジの１つに向かって、しかしながら、全反射のための条件をもはや満足しないような入射角で差し向けるようになった反射面７であり、光は、案内エッジ５を通過することになる。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、図１の取り出し構造体、例えば拡散層又は図１ｂの反射面は、非対称拡散層８，９を備えている。
【００３０】
光が取り出し構造体を通って取り出しされる場合、非対称拡散層は、透明な層である。このような層は、種々の技術によって実現でき、このような技術としては、拡散箔を積層すること又は機械的な力を用いて表面を一方向に粗くすること、導波路が高温状態にある（それ故に、変形可能である）間にパターンをエンボス加工すること、レーザを用いて構造体を作製すること又はリソグラフデフィニションを行うことが挙げられるが、これらには限定されない。
【００３１】
光が取り出し構造体内で反射される場合（例えば、図１ｂ）、非対称拡散層は、非対称拡散鏡、例えば陽極処理アルミニウム（アルマイト）のレフレクタであるのが良い。このようなレフレクタは、例えば、ＭＩＲＯという商標名でアラノッド・カンパニー（Alanod Company）によって提供されている。
【００３２】
図２は、非対称拡散方式を示している。光線２１が非対称ディフューザ２２を通過すると、光は、第２の平面ｂよりも第１の平面Ａのほうで一層拡散される。その結果、出射されるビーム２３は、楕円形の断面２４を有する。
【００３３】
図３ａは、主として２つのホルダ３３ａ，３３ｂ相互間に吊り下げられた多くの透明なプレーナ型導波路３２ａ〜３２ｄにより構成された平べったい透明なランプの形態をしている照明器具３１を斜視図で示している。ホルダ内には、この場合、ランバーティアンＬＥＤ（図３ｂ参照）の形態をした光源３４ａ〜３４ｂの１−Ｄアレイが収納されている。
【００３４】
図３ｂを参照すると、光源アレイ３４ａのうちの１つからの光３５は、導波路３２ａの１つの中に取り出され、導波路によって運ばれ、そして鏡３６ａでの反射後、鏡３６ａ付近で導波路３２ａの底面３７ａを通って導波路２ａから取り出しされる。光は、当然のことながら、同様に残りの導波路３２ｂ〜３２ｄを通って案内される。上述の例では、４つの導波路３２ａ〜３２ｄが用いられている。当然のことながら、これよりも多い数の導波路を用いることができる。
【００３５】
図４では、本発明の導波路の用途の第２の例が概略的に示されている。この場合、２つの照明器具４１ａ，４１ｂが、ここでは平らな（フラット型）テレビ受像機の形態をしたディスプレイ装置４０内に組み込まれている。照明器具４１ａ，４１ｂの目的は、アンビエント照明をテレビ受像機周りに提供し、それによりユーザの視聴上の体感を向上させることにある。照明器具４１ａ，４１ｂの各々は、導波路４２ａ，４２ｂ及び３つの側部発光型ＬＥＤ４３ａ〜４３ｃ，４４ａ〜４４ｃを有しており、これらＬＥＤは、好ましくは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）ＬＥＤである。導波路の各々は、３つの案内エッジ４５ａ〜４５ｃ，４６ａ〜４６ｃ及び１つの透過性の抽出エッジ４５ｄ，４６ｄを更に有している。これらアンビエント照明器具４１ａ，４１ｂの動作中、着色光源４３ａ〜４３ｃ，４４ａ〜４４ｃからの光は、導波路４２ａ，４２ｂ内に運ばれてこの中で混合され、抽出エッジ４５ｄ，４６ｄを通って白色光として放出される。
【００３６】
当業者であれば、本発明は、上述の好ましい実施形態には何ら限定されることがないことがわかる。さらに、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で多くの改造例及び変形例を想到できる。例えば、放出された光の空間一様性の向上を達成するためにマクロ構造と拡散面の組合せを有利に用いることができる。さらに、多くの数の且つ上述した色とは別の色の光源を用いることができる。特に、汎用照明用途に関し、演色評価数を向上させる第４又は更に第５の色、例えばアンバー（こはく色）又はシアン（青緑色）を追加することが有用な場合がある。案内エッジに加えて、導波路の頂面及び底面も又、反射方向が所与の入射方向において表面に当たる光線の入射位置につれて変化するよう構成されても良い。さらに、多層レフレクタをレフレクタとして用いることができる。このような多層レフレクタは、金属レフレクタよりも低い吸光度を有する状態で設計されるのが良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１ａ】本発明の実施形態としての導波路の斜視図である。
【図１ｂ】本発明の実施形態としての導波路の斜視図である。
【図２】非対称拡散方式を示す図である。
【図３ａ】本発明の導波路の用途の一例を概略的に示す図である。
【図３ｂ】本発明の導波路の用途の別の例を概略的に示す図である。
【図３ｃ】本発明の導波路の用途の別の例を概略的に示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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