(57)【要約】【課題】光波ガイドの抽出エッジからの所定距離において認識される空間的強度および／またはカラーのばらつきを低減する、よりエネルギー効率のよい方法を提供すること【解決手段】光波ガイド（４０；５１；６１）内に光を含むようになっている少なくとも１つのガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）と、前記光波ガイド（４０；５１；６１）からの前記光を抽出できるようになっている抽出エッジ（４４；５０ｄ）とを備え、前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）は、途中の前記光を前記抽出エッジ（４４；５０ｄ）に向けて反射するようになっている、少なくとも１つの光源（５３ａ〜５３ｃ）からの光をガイドするようになっている光波ガイド（４０；５１；６１）であり、前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）は、前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）の全般的延長方向（ｘ０）に対する所定の入射方向（ｘｉ）へ前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）に入射する光線の反射方向（ｘｒ１、ｘｒ２）が前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）に沿った入射位置（ｐ１、ｐ２）に応じて決まるよう構成されている。光波ガイドは、少なくとも１つのガイドエッジを通る後方散乱または意図的でない抽出、もしくは出力結合により実質的に光が失われないように構成できる。【選択図】図４ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光波ガイド（４０；５１；６１）内に光を含むようになっている少なくとも１つのガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）と、
前記光波ガイド（４０；５１；６１）からの前記光を抽出できるようになっている抽出エッジ（４４；５０ｄ）とを備え、
前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）は、途中の前記光を前記抽出エッジ（４４；５０ｄ）に向けて反射するようになっている、少なくとも１つの光源（５３ａ〜５３ｃ）からの光をガイドするようになっている光波ガイド（４０；５１；６１）において、
前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）は、前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）の全般的延長方向（ｘ0）に対する所定の入射方向（ｘi）への前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）に入射する光線の反射方向（ｘr1、ｘr2）が前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）に沿った入射位置（Ｐ１、Ｐ２）に応じて決まるよう構成されていることを特徴とする光波ガイド（４０；５１；６１）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのガイドエッジ（５０ａ〜５０ｃ）は、全般的延長方向（ｘ0）に沿ってマクロ構造を呈す、請求項１記載の光波ガイド（５１）。
【請求項３】
前記マクロ構造は、少なくとも１つのカーブした部分（５２ａ〜５２ｄ）を備える、請求項２記載の光波ガイド（５１）。
【請求項４】
前記マクロ構造は、複数のカーブした部分（５２ａ〜５２ｄ）を備える、請求項３記載の光波ガイド（５１）。
【請求項５】
前記カーブした部分（５２ａ〜５２ｄ）のうちの少なくとも１つは、１°より大きい回転角方向の距離（θ）にわたって広がる、請求項３または４記載の光波ガイド（５１）。
【請求項６】
前記回転角方向の距離（θ）は、１°よりも大であって、かつ１０°よりも小である、請求項５記載の光波ガイド（５１）。
【請求項７】
前記マクロ構造は、正のピーク（５２＋）および負のピーク（５２−）を有する、基本的には鋸歯の形状となっており、前記ピーク（５２＋、５２−）のうちの少なくとも１つは、１５０°よりも大きい開口角（η）を有する、請求項２記載の光波ガイド（５１）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのガイドエッジ（６０）は、拡散反射を行うようになっている、前の請求項のいずれか１つに記載の光波ガイド（５１）。
【請求項９】
前記ガイドエッジ（６０）は、拡散反射を非対称に行うようになっている、前の請求項８記載の光波ガイド（５１）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）には、前記反射方向を変えることができるサブ波長構造が設けられている、請求項１〜７に記載の光波ガイド（４０；５１；６１）。
【請求項１１】
前記光波ガイドは、プレーナー状の光波ガイドである、前の請求項のいずれか１つに記載の光波ガイド（４０；５１；６１）。
【請求項１２】
前記光波ガイドは、複数の光源（５３ａ〜５３ｃ）からの光をガイドするようになっている、前の請求項のいずれか１つに記載の光波ガイド（４０；５１；６１）。
【請求項１３】
少なくとも１つの光源（５３ａ〜５３ｃ）と、前の請求項のいずれか１つに記載の光波ガイド（４０；５１；６１）とを含む照明デバイス。
【請求項１４】
前記照明デバイスは、複数の光源（５３ａ〜５３ｃ）を備える、請求項１３記載の照明デバイス。
【請求項１５】
前記光源（５３ａ〜５３ｃ）のうちの少なくとも１つは、側面発光のランバートＬＥＤのうちの少なくとも１つである、請求項１３または１４記載の照明デバイス。
【請求項１６】
ディスプレイと、請求項１３〜１５に記載の照明デバイスとを備えたディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波ガイド内に光を含むようになっている少なくとも１つのガイドエッジと、
前記光波ガイドからの前記光を抽出できるようになっている抽出エッジとを備え、
前記ガイドエッジは、途中の前記光を前記抽出エッジに向けて反射するようになっている、少なくとも１つの光源からの光をガイドするようになっている光波ガイドに関する。
【０００２】
本発明は更に、かかる光波ガイドを備えた照明デバイスおよびかかる照明デバイスを含むディスプレイデバイスイにも関する。
【背景技術】
【０００３】
少なくとも１つの光源からの光を光波ガイド内に結合し、この光波ガイドの１つまたは数個の表面から光を放出するような照明の応用例は、いくつか存在する。一部の応用例、例えば液晶ディスプレイのためのバックライトでは、サイズの大きいプレーナー状の光波ガイドの頂部表面を通して光を出力結合することができる。他の応用例では、光波ガイドの１つまたは数個のエッジにて光を出力結合できる。プレーナー状の光波ガイドを使用し、その光波ガイドのエッジの少なくとも１つにて光を出力結合することにより、数種の異なるタイプの照明デバイスを実現できる。かかる照明デバイスの一例として、多数のプレーナー状光波ガイドによって形成された透明ランプがある。かかるランプの場合、光波ガイドの光放出エッジを適当な位置にて角度の付いたミラーとして形成することにより、ランプ表面の選択された部分から光を抽出できる。
【０００４】
かかる照明デバイスのための光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）が適当である。ＬＥＤは一般に発光する光のバンドが狭く、白色光を発生するには、一般にＬＥＤから発光される光に対し、所定の処理をしなければならない。白色光を発生するエネルギー効率のよい方法は、適当なカラー（一般に赤色、緑色および青色）のＬＥＤのような光源から発光される光を組み合わせ、白色光を形成する方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
異なるカラーのＬＥＤからの光をこのように組み合わせることは、光波ガイド内で行うことができ、光波ガイドからの混合された光の強度および空間的カラー分布は、光波ガイドの抽出エッジでは、一般にかなり均一である。しかしながら、これらエッジからある距離にあるとき、光の強度および／またはカラーのばらつきが認識可能なものとなる。人の眼は、色のわずかなばらつきに対しても敏感であるので、均一な白色光を発生するには極めて良好なカラー混合が必要である。
【０００６】
単一光源から放出され、光波ガイドを通過するようにガイドされる白色光またはカラー光の場合でも、特に光波ガイドの抽出エッジから所定の距離にあるとき、空間的均一性が不十分となる。
【０００７】
光波ガイドから抽出される光の空間的均一性を改善する公知の方法として、光波ガイドの出力結合エッジを拡散する方法がある。この方法により改善された空間的均一性を得ることができる。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、抽出される光は望ましい値よりも大きく発散し得る。
【０００８】
従って、光波ガイドの抽出エッジからの所定距離において認識される空間的強度および／またはカラーのばらつきを低減する、よりエネルギー効率のよい方法が望まれている。
【０００９】
従来技術の上記およびその他の欠点に鑑み、本発明の目的は、光波ガイドが放出する光の空間的均一性を改善する、よりエネルギー効率のよい方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の特徴によれば、上記およびそれ以外の目的は、光波ガイド内に光を含むようになっている少なくとも１つのガイドエッジと、
前記光波ガイドからの前記光を抽出できるようになっている抽出エッジとを備え、
前記ガイドエッジは、途中の前記光を前記抽出エッジに向けて反射するようになっている、少なくとも１つの光源からの光をガイドするようになっている光波ガイドにおいて、
前記ガイドエッジは、前記ガイドエッジの全般的延長方向に対する所定の入射方向への前記ガイドエッジに入射する光線の反射方向が前記ガイドエッジに沿った入射位置に応じて決まるよう構成されている光波ガイドによって達成される。
【００１１】
光波ガイドは単一の誘電材料または誘電材料の組み合わせのスラブから製造できる。適当な誘電材料は、異なる透明材料、例えば種々のタイプのガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などを含む。光波ガイドは、少なくとも一部が光波ガイドリフレクタによって囲まれた空気でもよい。誘電材料のスラブを含む光波ガイドは、その機能のためにエッジおよび／または頂部表面および／または底部表面における内部全反射（ＴＲＩ）、リフレクタまたはＴＲＩとリフレクタの組み合わせに依存し得る。
【００１２】
光の「空間的均一性」とは、空間領域における光の均一性であると理解すべきである。空間的均一性は、カラーおよび強度の均一性を含む。実際に「白色光」の応用例におけるカラーのばらつきは、モノクロームの応用例における強度のばらつきと等価的となり得る。
【００１３】
抽出エッジが光波ガイドから光を抽出できるようになっていることは、この抽出エッジが光波ガイドの光の出力結合に直接関与していることを意味する。抽出または出力結合は、直接抽出エッジを通して生じ得るか、または抽出エッジにおける最終反射の後に、抽出エッジの直接近くにある光波ガイドの頂部表面および／または底部表面を通して生じ得る。この抽出エッジは種々の態様に構成できる。すなわち抽出エッジは平らでもよいし、カーブしていてもよいし、プリズム状でもよいし、丸くされていてもよいし、多少凹凸のある拡散状態となっていてもよい。
【００１４】
本発明は、従来の光波ガイドから抽出される光が不均一となる理由の主な理由は、少なくとも１つの光源から直接発生される光と、光波ガイドのエッジで反射される光が不十分に混合されることにあるとの認識に基づくものである。この効果は、光波ガイドを通してビューアーが見ることのできる光源（実際の光源および仮想光源）の数が観察位置に応じて決まることである。これによって、観察位置に応じて強度および／またはカラーのばらつきが生じる。この問題に対する解決案は、光源の数（または実施兄はその密度）を劇的に増加することである。したがって、可視的光源（実際の光源および仮想的光源）の相対的数は、観察位置によってゆっくりと、かつ連続的にしか変化しない。
【００１５】
ガイドエッジの延長部の全般的方向に対する、所定の入射方向にガイドエッジに入射する光線の反射方向が、ガイドエッジに沿った入射位置に応じて決まるように、光波ガイドの少なくとも１つのガイドエッジを構成することにより、認識される仮想的光源の数を増加し、抽出される光の混合を改善できる。
【００１６】
本発明によって得られる効果は、少なくとも１つのガイドエッジを通る後方散乱または意図的でない抽出、または出力結合による光の喪失が実質的に起こらないように光波ガイドを構成できる。更に、従来の光波ガイドと比較して、ビームの発散が最小にしか増加しないように、少なくとも１つのガイドエッジを構成できる。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つのガイドエッジが、全般的な延長方向に沿ってマクロ構造を呈することができる。
【００１８】
「マクロ構造」なる用語は、ガイドされる光の波長よりも大きい（一般に１００倍〜１００００倍）の寸法を有する構造と理解すべきである。
【００１９】
光波ガイドのガイドエッジ上にマクロ構造を設けることにより、所定の方向に入射する光線が反射する方向をガイドエッジに沿って変えることができる。よって、光波ガイドの抽出エッジから抽出される光の空間的均一性が改善される。
【００２０】
マクロ構造は、少なくとも１つのカーブした部分を含むことができる。
【００２１】
カーブした反射表面に対して所定の入射方向に入射する光線の反射方向は、カーブした部分に沿った入射位置に応じて決まる。したがって、特定の光源に対して多数の反射方向が得られる。換言すれば、より多数の仮想的光源が得られる。このことから、異なる光源からの光を良好に混合でき、かつ抽出される光の均一性を改善できる。
【００２２】
光波ガイドの丸くされたコーナーは、これらカーブした部分を構成できることが好ましい。
【００２３】
マクロ構造体は、更に複数のカーブされた部分を含むことができる。
【００２４】
例えば光波ガイドのガイドエッジ全体を、光波ガイドの頂部表面および／または底部表面に基本的に平行な平面内のガイドエッジの交互に生じる側面に曲率中心を有するカーブした部分から構成できる。したがって、より多数の反射方向も得ることができ、よって光の混合を改善し、かつ抽出される光の空間的均一性を改善できる。
【００２５】
これらカーブした部分は、ガイドエッジの少なくとも一部に沿って、光源の間のスペースと同じ大きさまたはそれよりも小さい周期で基本的に周期的に形成できることが好ましい。従って、より改善された光の混合を達成できる。
【００２６】
十分な混合の度合いを得ることができるように、前記カーブした部分の少なくとも１つは、１°よりも大きい回転角方向の距離にわたって広がるべきである。
【００２７】
しかしながら、この広がった回転角方向の距離は過度に大きくなってはならない。その理由は、このように過度に広がると後方反射が増加し、内部全反射（ＴＲＩ）の場合、ガイドエッジを通した出力結合が生じるからである。
【００２８】
前記カーブした部分の少なくとも１つは１°よりも大であり、かつ１０°よりも小さい回転角方向の距離にわたって広がることが好ましい。
【００２９】
ガイドエッジの反射がＴＲＩに依存するとき、反射表面の垂線に対して臨界的角度よりも小さい角度で入射する光が、光波ガイドから逃げることになる。ガイドエッジを通して失われる光量を最小にするためにいくつかの選択案が存在する。これら選択案として、ＴＲＩとリフレクタとを組み合わせる案、およびガイドエッジに金属または反射性多層コーティングを塗布する案を挙げることができる。
【００３０】
多数の方法でＴＲＩとリフレクタを組み合わせることができる。例えばスラブの光波ガイドエッジから離間するようにリフレクタを配置し、この／（これら）エッジのマクロ構造に従うようにすることができる。リフレクタとこのエッジの間のギャップを、空気またはスラブ材料の反射率よりも低い反射率を有する他の任意の材料で満たすことができる。このようにすることにより、大きい角度で入射する光はＴＲＩによって反射され、小さい角度で入射する光はリフレクタによって反射され、この結果、光の吸収は少なくなる。
【００３１】
マクロ構造は更に正のピークと負のピークを有する、基本的には鋸歯形状とすることができる。これらピークの少なくとも１つは、１６０度よりも大きい開口角を有することが好ましい。
【００３２】
カーブした部分に関連してこれまで説明したことに類似するよう、基本的には鋸歯形状のマクロ構造体は、ガイドエッジの少なくとも一部に沿って周期的とし、好ましくは光源の間のスペースに対応するか、またはそれよりも小さい周期を有するようにすることが好ましい。
【００３３】
本発明の別の実施形態によれば、拡散反射を行うように少なくとも１つのガイドエッジを構成できる。
【００３４】
「拡散」なる用語は、反射表面における凹凸が反射光の波長と比較して大きく、かつこの表面がまだ巨視的には平らなものと理解すべきである。
【００３５】
ガイドエッジの表面を拡散状態にすることにより、所定の方向に入射する光は、入射位置に応じて異なるように反射する。当然ながら、拡散ガイドエッジは基本的には直線状とするか、またはマクロ構造体を呈するようにできる。
【００３６】
ガイドエッジは非対称の拡散反射を行い、よって後方散乱量を低減し、より多くの部分を抽出エッジに向かって反射できるように構成することが好ましい。
【００３７】
拡散反射ガイドエッジによる光の不要な出力結合を最小とするように、例えば拡散ガイドエッジ表面に金属コーティングを塗布することによって拡散ミラーを形成できる。
【００３８】
本発明の別の実施形態によれば、反射方向を変えることができるサブ波長構造体を少なくとも１つのガイドエッジに設けることができる。
【００３９】
所定のサブ波長構造体（一般に反射される光の波長よりも小さい寸法を有する構造体）、例えば格子またはホログラフィ構造体を形成することにより、光の反射方向を変えることができる。
【００４０】
光波ガイドはプレーナー状光波ガイドとすることが好ましい。ここで、「プレーナー状光波ガイド」を、基本的には矩形の横断面を有し、頂部表面および底部表面、並びにエッジによって境界が定められ、前記頂部表面および底部表面は、エッジよりも実質的に長い延長部を有するような光波ガイドとして定義する。更に、光波ガイドは複数の光源からの光をガイドするようにできる。
【００４１】
本発明の第３の特徴によれば、上記およびそれ以外の目的は、少なくとも１つの光源と、本発明に係わる光波ガイドとを備える照明デバイスによって達成できる。
【００４２】
この少なくとも１つの光源は、側面発光ランバートＬＥＤのうちの少なくとも１つとすることが好ましい。
【００４３】
本発明の第３の特徴によれば、上記およびそれ以外の目的は、ディスプレイと、本発明に係わる照明デバイスを含むディスプレイデバイスによって達成できる。
【００４４】
本発明の現時点で好ましい実施形態を示す添付図面を参照し、以下、本発明の上記およびそれ以外の特徴について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１ａ〜１ｂには本発明にかかわる光波ガイドの第２実施形態が示されている。
【００４６】
図１ａは、２つのホルダー３ａ〜３ｂの間に吊り下げられた多数のプレーナー状透明光波ガイド２ａ〜２ｄによって主に構成された平らな透明ランプの形状をした照明デバイス１を斜視図で示している。これらホルダーには、本例ではランバートＬＥＤ（図１ａでは見ることができないので、図１ｂを参照）の形態をした光源４ａ〜４ｂの一次元アレイが含まれている。
【００４７】
図１ｂでは、単一の光線５を用いることにより、光源アレイ４ａのうちの１つからの光がどのように光波ガイドのうちの１つのガイド２ａに結合し、光波ガイドによってガイドされ、抽出エッジ６ａに形成されたミラー内で反射された後に、抽出エッジ６ａの近くにて光波ガイド２ａの底部表面７ａを通って光波ガイド２ａから出力結合されるかが示されている。当然ながら光は残りの光波ガイド２ｂ〜２ｄを通って同じようにガイドされる。上記例では４つの光波ガイド２ａ〜２ｄが使用されているが、当然ながら、これよりも多い数の光波ガイドも使用できる。
【００４８】
図１ｃでは、本発明にかかわる光波ガイドのための第２の実施形態が略図で示されている。ここでは、平面ＴＶセットの形態をしたディスプレイデバイス１１内に２つの照明デバイス１０ａ〜１０ｂが組み込まれている。この照明デバイス１０ａ〜１０ｂの目的は、ＴＶセットのまわりで周辺照明を行い、ユーザーの視聴経験を改善することである。照明デバイス１０ａ〜１０ｂの各々は、光波ガイド１２ａ〜１２ｂと、３つの側面発光ＬＥＤ１３ａ〜１３ｃ；１４ａ〜１４ｃを備え、これらＬＥＤは赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）であることが好ましい。光波ガイドの各々は更に３つのガイドエッジ１５ａ〜１５ｃ；１６ａ〜１６ｃと、１つの透過性抽出エッジ１５ｄ；１６ｄを有する。
【００４９】
これら周辺照明デバイス１０ａ〜１０ｂが作動する間、カラー光源１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃからの光はガイドされ、光波ガイド１２ａ〜１２ｂ内で混合され、抽出エッジ１５ｄ、１６ｄを通って白色光として放出される。
【００５０】
上記照明デバイス１；１０ａ〜１２ｂ内で従来の光波ガイドを使用した場合、発生される光は均一な白色光としては一般に認識されないが、潜在的に大きいカラーおよび／または強度のばらつきを示す。以下、図２ａ〜２ｂを参照し、これらばらつきが生じる大きな理由について説明する。
【００５１】
図２ａには埋め込まれた光源Ｒ、ＧＢ、Ｂを有する従来の光波ガイド２０が示されている。光波ガイド２０の抽出エッジ２１にあるポイントＰでは、すべての光源Ｒ、Ｇ、Ｂだけでなく、光波ガイド２０の反射側面エッジ２２ａ〜２２ｂでも反射も見ることができる。従って、発生される光はポイントＰでは白色として認識される。しかしながら、光波ガイド２０の抽出エッジ２１から離間すると、このことはすべての位置で当てはまるわけではない。この理由は、図２ｂ内に最良に示されている。
【００５２】
図２ｂは、光源Ｒ、Ｇ、Ｂおよび反射光源Ｒ'、Ｇ'、Ｂ'の見ることのできる数が観察位置に応じて異なること、およびこの効果が、発生される光のカラーおよび／または強度に影響することを説明する別の方法を示している。ここで、光源Ｒ、Ｇ、Ｂおよびそれらの反射光源を有する図２ａ内の光波ガイド２０は、無限の数の光源Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ'、Ｇ'、Ｂ'を有する無限に長い光波ガイド３０と置換されている。この光波ガイド３０の出力結合エッジ３１をカバーしているのは、図２ａ内の光波ガイド２０と同じ幅Ｗの開口部を有するマスク３２である。所定のポイントＰ'では８つの光源Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｂ'、Ｇ'Ｒ'、Ｂ'、Ｇ'を見ることができる。従って、このポイントＰ'における光は２つの赤色光源、３つの緑色光源および３つの青色光源からの光の混合であり、従って、この光は白色として認識されず、むしろ明るいシアンとして認識される。その他のビュー位置は別のカラーおよび／または強度を認識させる。
【００５３】
図３では本発明にかかわる光波ガイド４０が平面図として略図で示されている。ここで２つの光線４１、４２がそれぞれ位置Ｐ１およびＰ２にてガイドエッジｘ0の延長部の全般的方向に対する同じ入射方向ｘiのある拡散に光波ガイド４０のガイドエッジ４３に入射するように示されている。図から明らかなように、２つの光線４１、４２の反射方向ｘr1、ｘr2は互いに異なっている。光線４１、４２は、多数回反射した後で抽出エッジ４４を通して抽出される。
【００５４】
図４ａ〜４ｃは、本発明の第１実施形態のうちの３つの例を略図で示しており、この実施形態では光波ガイド５１のうちのガイドエッジ５０ａ〜５０ｃのうちの少なくとも１つがマクロ構造を呈している。抽出エッジ５０ｄは平らで平滑なものとして示されているが、他の特徴を有するだけでなく、例えば拡散形状、丸い形状またはプリズム形状でもよい。
【００５５】
図４ａには丸いコーナー５２ａ〜５２ｄを有する光波ガイド５１が示されている。図３に示されるように、２つの入射光線４１、４２がそれぞれ位置Ｐ１、Ｐ２にてガイドエッジｘ0の延長部の全般的方向に対して同じ入射方向ｘiに光波ガイド５１のガイドエッジ５０ｃに入射するように示されており、この場合でも２つの光線４１、４２の反射方向ｘr1、ｘr2は互いに異なっている。抽出エッジ５０ｄに最も近いコーナー５２ｂ、５２ｃは、光波ガイド５１の出力結合構造体の一部でもあることに留意すべきである。丸くされたコーナー５２ｃによって形成されたカーブした部分に入射する光線４２は反射されるだけでなく、一部が出力結合され、図４ａに示されるように光波ガイドを離間する。
【００５６】
図４ｂでは、本発明に係わる光波ガイドの第１実施形態のうちの第２の例が略図で示されている。ここで、ガイドエッジのうちの２つ、５０ａ、５０ｃは、波形の外観となるように示されている。このような構造により、上記第１の例と比較して、より多い反射方向の数が得られる。
【００５７】
図４ｃは本発明に係わる光波ガイドの第１実施形態のマクロ構造体の更に別の可能な実現例を略図で示している。ここで、ガイドエッジ５０ａ、５０ｃは、正のピークと負のピークを有する浅い鋸歯形状となるように波形となっている。番号５２＋および５２−によりそれぞれかかるピークの１対が示されている。
【００５８】
上記第２の例および第３の例では、全体のガイドエッジ５０ａ、５０ｃは波形形状を有するように示されている。当然ながら、ガイドエッジの一部しか、かかる波形形状となっていない実施形態も本発明の範囲である。
【００５９】
十分な光の混合を達成しながら、（内部全反射に依存する光波ガイドの場合）再少量の後方反射およびガイドエッジを通した出力結合が達成されるように、マクロ構造のガイドエッジの形状が形成されている。上記第２の例に係わるマクロ構造に対し、このことはカーブした部分のうちの少なくとも１つが１°より大であって、かつ１０°よりも小さい回転角方向の距離θにわたって広がるよう、カーブした部分を形成することによって達成される。一般に、光源５３ａ〜５３ｃの近くでは、これら光源５３ａ〜５３ｃから離間すればするほど、より小さい回転角方向の距離θが必要となる。更に、光波ガイドが長くなればなるほど、回転角方向の距離θを小さくしなければならない。
【００６０】
上記第３例の、基本的には鋸歯形状をしたマクロ構造体に関し、ピークのうちの少なくとも１つの開口角５２±は１６０°よりも大きい開口角ηを有する。
【００６１】
最適な光混合を行うには、上記マクロ構造体の周期は光源５３ａ〜５３ｃの間の間隔距離と同じレンジとするか、またはそれより小さくすることが好ましい。
【００６２】
図５ａ〜５ｂでは、本発明に係わる光波ガイドの第２実施形態の２つの例が略図で示されている。
【００６３】
図５ａは、光波ガイド６１（一部しか示していない）のうちのガイドエッジ６０の第１例を略図で示している。巨視的なスケールでは、エッジ６０の表面は平坦となっているように見える。しかしながら、この表面は部分的に拡散反射を生じるように粗くされている。図５ａでは、対称的な拡散が示されている。このことは、可能なすべての方向に入射光が実質的に均一に反射されることを意味している。よって、極めて多数の反射方向が得られる。しかしながら、後方反射および（ＴＩＲタイプの光波ガイドの場合）ガイドエッジ６０を通る出力結合に起因し、入射光の一部が失われる。
【００６４】
ガイドエッジを通過する一部の出力結合を許容できる。しかしながら、この出力結合は、例えばガイドエッジに直接リフレクタを追加するか、またはガイドエッジから離間し、かつガイドエッジに平行なリフレクタを追加し、この結果生じたギャップを空気または反射率の低い他の材料で満たすことによって、この出力結合を防止できる。後者の反射率の低い材料で満たす場合、ガイドエッジを通過する出力結合を防止しながら、吸収を最小にできる。
【００６５】
ガイドエッジ６０は、その代わりに非対称の拡散となっている。拡散表面を異なる角度に非対称に拡散するようにできる。例えばガイドエッジ６０は図５ｂに示されるように、すべての前方向であって後方ではないように光を反射できる。
【００６６】
本発明は、いかなる意味においても上記好ましい実施形態だけに限定されるものではないことが、当業者には理解できよう。むしろ、特許請求の範囲内で多くの変形および変更が可能である。例えば発生される光の空間的均一性を改善するために、マクロ構造と拡散表面の組み合わせを有利に使用できる。更に、説明した数よりも多い数、かつ別のカラーの光源も使用できる。特に一般目的の照明用途のためにはカラーレンダリングインデックスを改善するような第４のカラーまたは第５のカラー、例えばアンバーカラーまたはシアンカラーを追加することも有効となり得る。ガイドエッジの他に光波ガイドの頂部表面および底部表面は、これら表面に対して所定の入射方向に入射する光線の入射位置に応じて、反射方向が変わるように構成することもできる。更にリフレクタとして多層リフレクタを使用できる。かかる多層リフレクタは、金属リフレクタよりも吸収率が低いように設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】本発明に係わる光波ガイドの第１実施形態を略図で示す。
【図１ｂ】本発明に係わる光波ガイドの第１実施形態を略図で示す。
【図１ｃ】本発明に係わる光波ガイドの第２実施形態を略図で示す。
【図２ａ】従来の光波ガイドにおいてカラーのばらつきおよび／または強度のばらつきを生じさせる機構を略図で示す。
【図２ｂ】従来の光波ガイドにおいてカラーのばらつきおよび／または強度のばらつきを生じさせる機構を略図で示す。
【図３】本発明に係わる光波ガイドの平面図を略図で示す。
【図４ａ】マクロ構造を呈する本発明の第１実施形態に係わる光波ガイドの例を略図で示す。
【図４ｂ】マクロ構造を呈する本発明の第１実施形態に係わる光波ガイドの例を略図で示す。
【図４ｃ】マクロ構造を呈する本発明の第１実施形態に係わる光波ガイドの例を略図で示す。
【図５ａ】拡散エッジを有する、本発明の第２実施形態に係わる光波ガイドを略図で示す。
【図５ｂ】拡散エッジを有する、本発明の第２実施形態に係わる光波ガイドを略図で示す。
【符号の説明】
【００６８】
４０，５１，６１  光波ガイド
４３；５０ａ〜５０ｃ；６０  ガイドエッジ
４４；５０ｄ  抽出エッジ
５３ａ〜５３ｃ  光源
【図１ａ】
2009509189.tif 000003
【図１ｂ】
2009509189.tif 000004
【図１ｃ】
2009509189.tif 000005
【図２ａ】
2009509189.tif 000006
【図２ｂ】
2009509189.tif 000007
【図３】
2009509189.tif 000008
【図４ａ】
2009509189.tif 000009
【図４ｂ】
2009509189.tif 000010
【図４ｃ】
2009509189.tif 000011
【図５ａ】
2009509189.tif 000012
【図５ｂ】
2009509189.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月3日(2008.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部表面および底部表面、並びにエッジを備え、前記頂部表面および底部表面は前記エッジよりも実質的に大きい延長部を有し、前記エッジは、
光波ガイド（４０；５１；６１）内に光を含むようになっている少なくとも１つのガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）と、
前記光波ガイド（４０；５１；６１）からの前記光を抽出できるようになっている抽出エッジ（４４；５０ｄ）とを備え、
前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）は、途中の前記光を前記抽出エッジ（４４；５０ｄ）に向けて反射するようになっている、少なくとも１つの光源（５３ａ〜５３ｃ）からの光をガイドするようになっている光波ガイド（４０；５１；６１）において、
前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）は、前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）の全般的延長方向（ｘ0）に対する所定の入射方向（ｘi）への前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）に入射する光線の反射方向（ｘr1、ｘr2）が前記ガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）に沿った入射位置（Ｐ１、Ｐ２）に応じて決まるよう構成されていることを特徴とする光波ガイド（４０；５１；６１）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのガイドエッジ（５０ａ〜５０ｃ）は、全般的延長方向（ｘ0）に沿ってマクロ構造を呈す請求項１記載の光波ガイド（５１）。
【請求項３】
前記マクロ構造は、少なくとも１つのカーブした部分（５２ａ〜５２ｄ）を備える請求項２記載の光波ガイド（５１）。
【請求項４】
前記マクロ構造は、複数のカーブした部分（５２ａ〜５２ｄ）を備える請求項３記載の光波ガイド（５１）。
【請求項５】
前記カーブした部分（５２ａ〜５２ｄ）のうちの少なくとも１つは、１°より大きい回転角方向の距離（θ）にわたって広がる請求項３又は請求項４に記載の光波ガイド（５１）。
【請求項６】
前記回転角方向の距離（θ）は、１°よりも大であって、かつ１０°よりも小である請求項５記載の光波ガイド（５１）。
【請求項７】
前記マクロ構造は、正のピーク（５２＋）および負のピーク（５２−）を有する、基本的には鋸歯の形状となっており、前記ピーク（５２＋、５２−）のうちの少なくとも１つは、１５０°よりも大きい開口角（η）を有する請求項２記載の光波ガイド（５１）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのガイドエッジ（６０）は、拡散反射を行うようになっている請求項１乃至７の何れか１項に記載の光波ガイド（５１）。
【請求項９】
前記ガイドエッジ（６０）は、拡散反射を非対称に行うようになっている請求項１乃至８の何れか１項に記載の光波ガイド（５１）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのガイドエッジ（４３；５０ａ〜５０ｃ；６０）には、前記反射方向を変えることができるサブ波長構造が設けられている請求項１乃至７の何れか１項に記載の光波ガイド（４０；５１；６１）。
【請求項１１】
前記光波ガイドは、複数の光源（５３ａ〜５３ｃ）からの光をガイドするようになっている請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光波ガイド（４０；５１；６１）。
【請求項１２】
少なくとも１つの光源（５３ａ〜５３ｃ）と、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光波ガイド（４０；５１；６１）とを含む照明デバイス。
【請求項１３】
前記照明デバイスは、複数の光源（５３ａ〜５３ｃ）を備える請求項１２記載の照明デバイス。
【請求項１４】
前記光源（５３ａ〜５３ｃ）のうちの少なくとも１つは、側面発光のランバートＬＥＤのうちの少なくとも１つである請求項１２又は請求項１３に記載の照明デバイス。
【請求項１５】
ディスプレイと、請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の照明デバイスとを備えたディスプレイデバイス。
【国際調査報告】
2009509189.tif 000014
2009509189.tif 000015