(57)【要約】  四辺形に配列されている４つの光源（１０１、１０２、１０３、１０４）と、上記光源から放出される光を平行化し、混合するように配列されている平行化要素（１１０）とを含む発光デバイス（１００）が提供される。平行化要素は、上記光源からの光を受入れる受入側（１１１）及び反対側の出力側（１１２）を有し、２つの交差したＶ字形プロファイル面（１２０、１３０）を含む。上記Ｖ字形プロファイル面の縁（１２５、１３５）は、上記受入面（１１１）に向けて配列されている。平行化要素は、各光源からの光が実質的に同じ程度に平行化されるように、４つの光源からの光を平行化し、良好なカラー混合を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四辺形に配列されている４つの光源と、上記光源から放出される光を平行化し、混合するように配列されている平行化要素とを含む発光デバイスであって、上記平行化要素は、上記光源からの光を受入れる受入側及び反対側の出力側を有しており、
上記平行化要素は、２つの交差したＶ字形プロファイル面を含み、上記Ｖ字形プロファイル面の縁は、上記受入面に向けて配列され、
上記平行化要素は、上記各光源が上記２つのＶ字形プロファイル面の間の個々の交叉線の後方に、且つ外側に位置するように上記光源の前方に配列され、
上記Ｖ字形面の各脚には、上記脚の後方に配列されている隣接する光源の対からの光に対しては透過性であり、反対側の隣接する光源の対からの光に対しては反射性であるダイクロイックフィルタが設けられている、
ことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
上記第１のＶ字形プロファイル面の第１の脚は上記第１及び第２の光源の前方に配列され、上記第１及び第２の光源からの光に対しては透過性であり、上記第３及び第４の光源からの光に対しては反射性であり、
上記第１のＶ字形プロファイル面の第２の脚は上記第３及び第４の光源の前方に配列され、上記第３及び第４の光源からの光に対しては透過性であり、上記第１及び第２の光源からの光に対しては反射性であり、
上記第２のＶ字形プロファイル面の第１の脚は上記第１及び第３の光源の前方に配列され、上記第１及び第３の光源からの光に対しては透過性であり、上記第２及び第４の光源からの光に対しては反射性であり、
上記第２のＶ字形プロファイル面の第２の脚は上記第２及び第４の光源の前方に配列され、上記第２及び第４の光源からの光に対しては透過性であり、上記第１及び第３の光源からの光に対しては反射性である、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
上記平行化構造は、側壁からなるジャケット内に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
上記平行化構造に対面している上記ジャケット側壁の面は、反射性であることを特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項５】
１つのＶ字形プロファイル面の第１の脚の法線と、同じＶ字形プロファイル面の第２の脚の法線とがなす角は、上記受入面からの距離と共に増加することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の発光デバイス。
【請求項６】
上記フィルタは、異なる屈折率を有する材料の層を交互に積層した干渉スタックからなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の発光デバイス。
【請求項７】
上記交叉線と上記光源との間に位置する材料の屈折率は、1.0から1.2までの屈折率を有していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の発光デバイス。
【請求項８】
上記交叉線の前方に、そして内側に位置する材料の屈折率は、1.0から1.2までの屈折率を有していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の発光デバイス。
【請求項９】
上記Ｖ字形プロファイル面は、自立型壁要素によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
４つの光源からの光を平行化する光平行化要素であって、上記要素は受入側及び出力側を有し、２つの交叉するＶ字形プロファイル面を含み、上記Ｖ字形プロファイル面の縁は上記受入側に向けて配列され、
上記Ｖ字形面の各脚には、その脚の下に配列されている隣接する光源の対からの光に対しては透過性であり、同じプロファイル面の反対側の脚の下に配列されている光源の対からの光に対しては反射性であるフィルタが設けられている、
ことを特徴とする光平行化要素。
【請求項１１】
少なくとも２つの別々にアドレス可能な請求項１に記載の発光デバイスを含むことを特徴とする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、四辺形に配列されている分離した４つの光源、及びこれらの光源から放出された光を平行化し、混合するように配列されている光平行化要素を含む発光デバイスに関する。
【０００２】
本発明は、更に、上述したような光平行化要素、及び本発明の発光デバイスを含むディスプレイデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
環境照明用ランプ、液晶ディスプレイのバックライト、及びプロジェクションディスプレイの光源のような幾つかの異なる応用のために、現在、平面光源が企図されている。
【０００４】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、例えばＬＥＤの寿命が白熱電球、蛍光管、及び放電灯の寿命よりも長いので、多くの応用の光源として望ましい選択であり得る。
【０００５】
更に、発光ダイオードは白熱電球よりも電力消費効率が優れ、近い将来には蛍光管よりも効率的になることが期待されている。
【０００６】
これらの、及び他の応用の幾つかにおいては、高輝度で、且つ可変カラー光を達成することが望ましいことが多い。
【０００７】
輝度（Ｂ）は、単位面積（Ａ）当たり、及び単位立体角（Ω）当たりに放出されるルーメン（Φ）の量であると定義されている。即ち、
Ｂ＝Φ／ＡΩ
【０００８】
一般にカラー可変性は、複数の赤、緑、青、及びアンバーＬＥＤをあるアレイ（行、列に、または二次元マトリックス）に配列し、カラー可変の、別々にアドレス可能なピクセルのアレイを形成することによって得ることができる。
【０００９】
高輝度のカラー可変光は、典型的に、異なるスペクトルの部分を放出する多数の高輝度ＬＥＤを、マトリックスに横並びにしてスタックすることによって得ている。より多くのＬＥＤをある領域に配列すればする程、Φ／Ａも高くなる。
【００１０】
しかしながら、異なるカラーを放出するＬＥＤを横並びに配列することは、元来、可能な限り高度に平行化された光を得るためには効率的な方法ではない。典型的に、ＬＥＤは本質的にランベルトのパターンで、即ち、それを観測している所からの角度の余弦に比例する強さを有する光を放出する。異なるカラーのＬＥＤを横並びに配列しても、ランベルトの放射パターンがもたらされる。従って、Ωに比例する角度的な広がりは不変である。
【００１１】
一般的に、効率的な平行化は、反射性内壁を有し、且つ受入側に小さめの断面積を有し、出力側に大きめの断面積を有する漏斗内に非平行化光を導くことによって得られる。従って、一般的にコリメータの面積は光源の面積よりも大きい。従って、普通のコリメータを使用する場合には、コリメータを適合させるために光源を離間させて配列しなければならず、これは上式の面積（Ａ）を増加させ、輝度を低下させることになる。
【００１２】
更に、光源を離間させて配列すると、光の混合が負の影響を受ける。
【００１３】
坂田らのＵＳ2004／0120647 Ａ1は、赤、緑、及び青発光ダイオードのような３つの隣接する光源からの光を混合する光学要素を開示している。この光学要素は、第１のカラー光が入射する第１の入射面及び第１の入射面と対向する出射面を有する第１の導光体と、第２のカラー光が入射する第２の入射面を有する第２の導光体と、第３のカラー光が入射する第３の入射面を有する第３の導光体とを含み、第２の導光体及び第３の導光体は第１の導光体に結合されており、光学要素は更に、第１の導光体と第２の導光体との間の結合面上に形成されていて第１のカラー光及び第３のカラー光を反射させ、第２のカラー光を透過させる第１のダイクロイックフィルタと、第１の導光体と第３の導光体との間の結合面上に形成されていて第１のカラー光及び第２のカラー光を反射させ、第３のカラー光を透過させる第２のダイクロイックフィルタとを含み、３つのカラー光は第１の導光体の出力面から出力されるようになっている。
【００１４】
しかしながら、このような配列では、第４のカラーを有する第４の発光ダイオードを追加することは容易ではなく、たとえ第４のカラーを追加しなくても、異なるカラーの平行化の程度に明らかな差が出る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第2004／0120647号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の目的は、従来技術の上述した諸問題を解消し、４つの光源と、各カラーの光を実質的に同じ程度に平行化して良好なカラー混合を得るように、これら４つの光源からの光を平行化することができる平行化構造とを含む発光デバイスを提供することである。
【００１７】
従って本発明の第１の面は、発光デバイスに関する。この発光デバイスは、四辺形に配列されている４つの光源、及び上記光源から放出された光を平行化し、混合するように配列されている平行化要素を含む。上記平行化構造は、上記光源からの光を受けるための受入側と、反対側の出力側とを有している。平行化要素は、２つの交叉しているＶ字形プロファイル面を含み、上記Ｖ字形プロファイル面の縁は上記受入面に向けて配列されている。上記平行化要素は、上記光源の前方に配列されている。即ち、上記各光源は、上記２つのＶ字形プロファイル面間の個々の交叉線の後方に、且つ外側に位置するように配列されている。上記Ｖ字形面の各脚は、少なくとも部分的に、上記脚の後方に配列されている隣接する光源対からの光に対しては透過性であり、反対側の隣接する光源対からの光に対しては反射性であるダイクロイックフィルタにより構成されている。
【００１８】
提唱する配列は、４つの発光ダイオードからの光を平行化し、混合することができる極めてコンパクトな構造を有する発光デバイスをもたらす。
【００１９】
実質的に、各光源からの光は出力側の断面が受入側の断面よりも大きい分液漏斗状の構造によって平行化される。しかしながら、出力側において４つの漏斗が重なり合うので、４つの漏斗の合計断面積は必ずしもこれらの漏斗の１つの断面積より大きくはない。従って、４つの光源からの光の効率的な平行化及び混合を、光源の組合された面積より大きくない出力面積を有する平行化要素によって得ることができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態では、上記第１のＶ字形プロファイル面の第１の脚は上記第１及び第２の光源の前方に配列され、上記第１及び第２の光源からの光に対しては透過性であるが、上記第３及び第４の光源からの光に対しては反射性のダイクロイックフィルタが設けられている。上記第１のＶ字形プロファイル面の第２の脚は上記第３及び第４の光源の前方に配列され、上記第３及び第４の光源からの光に対しては透過性であるが、上記第１及び第２の光源からの光に対しては反射性のダイクロイックフィルタが設けられている。上記第２のＶ字形プロファイル面の第１の脚は上記第１及び第３の光源の前方に配列され、上記第１及び第３の光源からの光に対しては透過性であるが、上記第２及び第４の光源からの光に対しては反射性のダイクロイックフィルタが設けられている。最後に、上記第２のＶ字形プロファイル面の第２の脚は上記第２及び第４の光源の前方に配列され、上記第２及び第４の光源からの光に対しては透過性であるが、上記第１及び第３の光源からの光に対しては反射性のダイクロイックフィルタが設けられている。
【００２１】
本発明の実施の形態では、平行化構造を、側壁からなるジャケット内に配列することができる。個々の各発光デバイスをジャケット内に入れることによって、デバイスから放出された全ての光が平行化要素の出力側に現れる。従って、隣接する発光デバイス間の光漏洩は最小になる。好ましくは、平行化構造と対面しているこれらのジャケットの側壁の面を反射性にする。ジャケットの内面を反射性にすると、光源から放出された実質的に全ての光が利用されて平行化要素の出力側に現れる。
【００２２】
本発明の実施の形態では、Ｖ字形プロファイル面の第１の脚の法線と、同一Ｖ字形プロファイル要素の第２の脚の法線とがなす角度は、上記受入面からの距離と共に増加する。角度が距離と共に増加するということは、プロファイル面が湾曲した断面を有していることを暗示している。これによって、例えば、Ｖ字形プロファイル要素は、効率的に平行化するために放物面状の形状を有することができる。
【００２３】
本発明の実施の形態では、ダイクロイックフィルタは、異なる屈折率を有する材料を交互に積層した層の干渉スタックからなることができる。干渉スタックは、全ての関心波長に対して典型的にほぼ０の吸収係数を有しているので、ダイクロイックフィルタとして高度に効率的である。更に、これらは、多くの自由度（例えば、層の数、層の厚み、材料の選択）を有するように設計することができる。
【００２４】
本発明の実施の形態では、上記交叉線と上記光源との間に位置する材料は、1.0から1.2までの屈折率を有している。光源からの光がフィルタに遭遇するまでに、ｎ〜１を有する媒体を通って走行することが有利である。何故ならば、このようにすると、典型的にフィルタが1.4−1.8（即ち、空気より高い）の屈折率を有しているので、光がこの媒体とフィルタとの間の界面を横切る時に、光の角度がフィルタの層の法線方向に屈折するのを確実にするからである。換言すれば、これは、光がフィルタの活性層を横切る角度（法線に対する角度）を制限する。ダイクロイックフィルタの挙動が、光の入射角にかなり強く依存し得るので、これは重要である。従って、良好な光学的品質を有する空気中のフィルタが容易に設計される。
【００２５】
従って、交叉線の前方及び内側に位置する材料の屈折率を、1.0から1.2までの屈折率とすることも好ましい。
【００２６】
本発明の実施の形態では、Ｖ字形プロファイル面を自立型壁要素によって構成することができる。ダイクロイックフィルタを自立型壁要素上に、または自立型壁要素として配列する場合には、例えば空気を伝播媒体とすることによって上述した望ましい屈折率を容易に得ることができる。
【００２７】
第２の面において、本発明は４つの光源からの光を平行化する光平行化要素に関する。
【００２８】
第３の面において、本発明は少なくとも２つの別々にアドレス可能な本発明による発光デバイスを含むディスプレイデバイスに関する。
【００２９】
本発明のこれらの、及び他の面は、現在では好ましいと考えられる本発明の実施の形態を示す添付図面に基づく以下の説明から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の発光デバイスの現在の好ましい実施の形態を示す図である。
【図２】図１の実施の形態の改変例を示す図である。
【図３】実験の結果から得られたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書において使用する“光”という用語は、当業者には公知の如何なる種類の光源にも関する。例えば、この用語は、白熱電球、放電灯、及び発光ダイオードに関連する。
【００３２】
本明細書において使用する“発光ダイオード”は、全ての異なる型の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。これらは動作モードにある時に、紫外光から赤外光までの何等かの波長、または波長間隔の光を放出する、例えば高分子をベースとするＬＥＤのような有機物をベースとするＬＥＤ、無機物をベースとするＬＥＤを含む。本明細書においては、発光ダイオードはレーザーダイオード、即ちレーザー光を放出する発光ダイオードをも含む。本発明に使用するのに適する発光ダイオードは、限定するものではないが、トップ放出の、サイド放出の、及びボトム放出の発光ダイオードを含む。
【００３３】
本明細書において使用する発光ダイオードのカラー、例えば“緑発光ダイオード”とは、動作モードにある発光ダイオードが放出する光のカラー、即ち波長範囲のことをいう。
【００３４】
本明細書において使用する“コリメータ”という用語、及び“平行化手段”のような関連用語は、ＵＶからＩＲまでの範囲内の、例えば光のような電磁（ＥＭ）放射を受け、受けたＥＭ放射の平行化の程度を改善する（即ち、角度的な広がりを減少させる）ことができる要素のことをいう。
【００３５】
本明細書において使用する“波長範囲”とは、連続及び不連続の波長範囲のことである。
【００３６】
本発明の発光デバイス１００の実施の形態を図１に示す。この発光デバイス１００は、第１の発光ダイオード１０１、第２の発光ダイオード１０２、第３の発光ダイオード１０３、及び第４の発光ダイオード１０４を含み、これらの発光ダイオードは四辺形に、即ち２×２発光ダイオードによって構成される四辺形に配列されている。この実施の形態では４つの光源が異なるカラー（例えば、赤、緑、青、及びアンバー）の光を放出する。更に、可変カラー発光デバイスを得るために、個々の光源は別々にアドレスすることができる。
【００３７】
第１の発光ダイオード１０１及び第２の発光ダイオード１０２は、一緒になって四辺形の第１の辺を形成している。第３の発光ダイオード１０３及び第４の発光ダイオード１０４は、一緒になって上記第１の辺とは反対側の四辺形の第２の辺を形成している。更に、第１の発光ダイオード１０１及び第３の発光ダイオード１０３は、一緒になって四辺形の第３の辺を形成し、第２の発光ダイオード１０２及び第４の発光ダイオード１０４は、一緒になって上記第３の辺とは反対側の四辺形の第４の辺を形成している。
【００３８】
光受入側１１１及び光出力側１１２を有する光平行化要素１１０は、光受入側１１１が発光ダイオードと対面するように、発光ダイオード１０１、１０２、１０３、１０４の直前に配列される。
【００３９】
本発明を説明する目的から、方向及び相対位置は、本発明のデバイス内の光の主伝播方向に、即ち光源から光平行化要素の出力側に向かう方向に基づいて表すことにする。つまり、“前方に”とは光平行化要素の出力側により近いことを意味し、“後方に”は光源により近いことを意味する。更に、“前方に”、及びそれに関連する用語は、第２のオブジェクトの少なくとも一部分の“前方に”位置している（例えば、第１のオブジェクトの面積の少なくとも30％の前方に配列されている）第１のオブジェクトのことでもある。
【００４０】
平行化要素１１０は、第１のＶ字形プロファイル面１２０、及び第２のＶ字形プロファイル面１３０を含み、これらの面は交叉して４つの別個の交叉線１４１、１４２、１４３、及び１４４を形成している。
【００４１】
各Ｖ字形プロファイル面１２０、１３０は、第１の脚１２１、１３１、第２の脚１２２、１３２、及び第１の脚１２１、１３１を第２の脚１２２、１３２に接続する縁１２５、１３５を含んでいる。
【００４２】
縁１２５、１３５は、光平行化要素１１０の光受入側１１１に向かって、即ち、発光ダイオードに向かって配列されている。
【００４３】
第１のプロファイル面１２０の第１の脚１２１は、第１の発光ダイオード１０１及び第２の発光ダイオード１０２の前方に配列されている。第１のプロファイル面１２０の第２の脚１２２は、第３の発光ダイオード１０３及び第４の発光ダイオード１０４の前方に配列されている。
【００４４】
第２のプロファイル面１３０の第１の脚１３１は、第１の発光ダイオード１０１及び第３の発光ダイオード１０３の前方に配列されている。第２のプロファイル面１３０の第２の脚１３２は、第２の発光ダイオード１０２及び第４の発光ダイオード１０４の前方に配列されている。
【００４５】
更に、第１の発光ダイオード１０１は、第１のプロファイル面１２０の第１の脚１２１と第２のプロファイル面１３０の第１の脚１３１との間の交叉線１４１の後方に配列されている。第２の発光ダイオード１０２は、第１のプロファイル面１２０の第１の脚１２１と第２のプロファイル面１３０の第２の脚１３２との間の交叉線１４２の後方に配列されている。第３の発光ダイオード１０３は、第１のプロファイル面１２０の第２の脚１２２と第２のプロファイル面１３０の第１の脚１３１との間の交叉線１４３の後方に配列されている。第４の発光ダイオード１０４は、第１のプロファイル面１２０の第２の脚１２２と第２のプロファイル面１３０の第２の脚１３２との間の交叉線１４４の後方に配列されている。
【００４６】
第１のＶ字形プロファイル面１２０の第１の脚１２１には、第１及び第２の発光ダイオード１０１、１０２が放出する光に対しては透過性であるが、第１及び第２の発光ダイオードとは反対側のダイオード、即ち第３及び第４の発光ダイオード１０３、１０４が放出する光に対しては反射性である第１のダイクロイックフィルタが設けられている。
【００４７】
第１のＶ字形プロファイル面１２０の第２の脚１２２には、第３及び第４の発光ダイオード１０３、１０４が放出する光に対しては透過性であるが、第３及び第４の発光ダイオードとは反対側のダイオード、即ち第１及び第２の発光ダイオード１０１、１０２が放出する光に対しては反射性である第２のダイクロイックフィルタが設けられている。
【００４８】
第２のＶ字形プロファイル面１３０の第１の脚１３１には、第１及び第３の発光ダイオード１０１、１０３が放出する光に対しては透過性であるが、第２及び第４の発光ダイオード１０２、１０４が放出する光に対しては反射性である第３のダイクロイックフィルタが設けられている。
【００４９】
第２のＶ字形プロファイル面１３０の第２の脚１３２には、第２及び第４の発光ダイオード１０２、１０４が放出する光に対しては透過性であるが、第１及び第３の発光ダイオード１０１、１０３が放出する光に対しては反射性である第４のダイクロイックフィルタが設けられている。
【００５０】
Ｖ字形プロファイル面の脚に配列されているダイクロイックフィルタは、広がり全体にわたって同一の特性を有していなければならないことはない。例えば、フィルタは、脚の異なるドメインにおいて、透過及び反射に関して若干の異なる特性を有していることができる。例えば、第１のＶ字形プロファイル面１２０の第１の脚１２１を、３つのドメインに分割することができる。第１のドメイン１２１ａは第２のＶ字形プロファイル面１３０の第１の脚１３１との第１の交叉線１４１の外側にあり、第２のドメイン１２１ｂは第２のＶ字形プロファイル面１３０の第２の脚１３２との第２の交叉線１４２の外側にあり、第３のドメイン１２１ｃは上述した交叉線１４１と上述した交叉線１４２との間にある。当業者には明らかなように、両Ｖ字形プロファイル面の両脚に関して、同じこと、類似したことが言える。
【００５１】
この実施の形態では、Ｖ字形プロファイル面の脚１２１、１２２、１３１、１３２は薄い自立型の壁要素で構成されており、ダイクロイックフィルタはこれらの壁要素の表面上に配列されている。
【００５２】
従って、光源からダイクロイックフィルタまで光が走行する媒体は、典型的に空気、真空、または他の何等かのガス状雰囲気である。
【００５３】
第１の発光ダイオード１０１からの光は、第１のＶ字形プロファイル面１２０の第１の脚１２１、及びそれに配列されているダイクロイックフィルタを通過し、また第２のＶ字形プロファイル面１３０の第１の脚１３１、及びそれに配列されているダイクロイックフィルタを通過するが、第１のＶ字形プロファイル要素１２０の第２の脚１２２、及び第２のＶ字形プロファイル要素１３０の第２の脚１３２上に配列されているダイクロイックフィルタ上で反射する。第１のＶ字形プロファイル要素１２０の第２の脚１２２、及び第２のＶ字形プロファイル要素１３０の第２の脚１３２は第１の発光ダイオード１０１から遠去かるように傾斜している。従って、光はその上で反射されて平行化要素の出力側１１２に向かうので、この発光ダイオードからの光は平行化されることになる。当業者には明白なように、本発明の発光デバイスの第２、第３、及び第４の発光ダイオード１０２、１０３、１０４にも同じ説明を適用することができる。
【００５４】
従って、４つの発光ダイオードの全てからの光が平行化され、光平行化要素１１０の出力側１１２から出て行く。従って、平行化及び混合が同一構造内において遂行される。
【００５５】
光平行化要素１１０の出力側１１２から出て行かない光の量を減少させるために、側壁を、デバイスの垂直の側面にジャケット１５０として配列することができる。従って、デバイスを出る実質的に全ての光が出力側１１２を通って出て行く。デバイスの光利用効率を更に増加させるために、この側壁と遭遇する光が平行化要素１１０内へ反射して戻され、最終的に出力側１１２からデバイスを出て行くように、ジャケット１５０の内面を反射性にすることができる。これらの反射性内面は、好ましくは最高の効率で全スペクトルを反射させる。
【００５６】
ジャケットは円筒形、即ち、平行側壁を有することも、またはテーパー付き、特に、ジャケット１５０の断面積が平行化要素１１０の受入側１１１で小さく、平行化要素１１０の出力側１１２で大きいようなテーパー付きであることもできる。このようにすると、光の平行化が更に高まる。更に、ジャケット１５０の側壁は、平行化要素１１０の受入側から出力側までのその広がりに関して直線であることも、または湾曲していることもできる。側壁が湾曲している場合、ジャケット１５０の内面は、典型的に凸面を形成する。
【００５７】
本発明の代替実施の形態では、Ｖ字形プロファイル面１２０、１３０の脚は、図２に示すように湾曲した断面を有することができる。このような実施の形態では、第１の脚の法線と第２の脚の法線とがなす角は、光伝播の主方向に沿って増加する。従って、本明細書に使用している“Ｖ字形”プロファイル面という用語は、“Ｕ字形”プロファイル面をも包含することをも意図している。
【００５８】
このように湾曲した断面の脚を有するプロファイル面を使用することによって、平面脚を有するプロファイル面を使用する平行化要素よりもプロファイルが低い平行化要素からある程度の平行化を達成することができるので、平行化効率を増加させることができる。
【００５９】
本明細書に使用している“ダイクロイックフィルタ”とは、１つまたはそれ以上の波長または波長範囲の電磁放射を反射し、波長または波長範囲を透過させ、全ての関心波長に対する吸収係数を低く、典型的にはほぼ０に維持するフィルタのことである。
【００６０】
ダイクロイックフィルタは、ハイパス、ローパス、バンドパス、またはバンド除去型であることができる。
【００６１】
本発明の輝度向上手段に使用するのに適するダイクロイックフィルタは、当分野においては公知のダイクロイックフィルタを含み、また屈折率が異なる材料の多層を含む。
【００６２】
これらのダイクロイックフィルタの例は、一般的に“干渉スタック”として知られるフィルタを含み、これらは異なる屈折率を有する２つまたはそれ以上の材料の層を交互に積層させてなる。例えば、各層の厚みは典型的に、空気中の波長の１／４を屈折率で除した値にほぼ等しい（但し、空気中の波長はダイクロイックフィルタが適応される光の主波長に等しい）。このような干渉スタックの一例は、Ｔa2Ｏ5及びＳiＯ2の層を交互させて作られるが、他の材料の組合せも当分野においては公知である。
【００６３】
当分野において公知で、本発明に使用するのに適するダイクロイックフィルタの他の例は、コレステリック液晶、いわゆるフォトニック結晶、またはホログラフィック層をベースとするフィルタである。
【００６４】
本発明に関連して使用されているように、もしダイクロイックフィルタが、照明ユニットが放出する波長範囲内の複数の波長を反射し、異なる波長範囲の光を透過させるのであれば、そのダイクロイックフィルタは照明ユニットにマッチしている。
【００６５】
例えば、緑光に適合させたダイクロイックフィルタは、緑光は反射するが、青光及び赤光は透過させる。
【００６６】
放出される波長範囲と反射される波長範囲とが同一である必要はない。反射される波長範囲は、例えば放出される波長範囲よりも狭いことも、または放出される波長範囲よりも広いこともできる。
【００６７】
更に、ダイクロイックフィルタは非理想的であってもよい。即ち、それはフィルタが反射すべき光の波長範囲内の光を100％反射させない、及び／または、フィルタが透過させるべき光の波長範囲内の光を100％透過させないことができる。しかしながら、約90％のような、約80％以上の反射及び透過効率が達成可能である。
【００６８】
更に、製造を容易にするために、ダイクロイックフィルタ内に小さい孔を存在させることも、またはフィルタ間に小さいギャップを存在させることもできる。
【００６９】
図３に示すように、本発明の発光デバイスの高さ／幅比が、発光デバイスの性能に影響する。図３は、図１による発光デバイスの光線追跡シミュレーション（ＡＳＡＰ）の結果を示す。これらを計算するに際して、デバイスが４つの光源を有し、各光源が１×１ｍｍ（グラフ内の１ｍｍの幅Ｗに対応する）を有しているものとしている。高さは、受入側から出力側までの平行化要素の高さである。
【００７０】
高さ／幅比Ｈ／Ｗ＝０（即ち、平行化要素が存在しない）、２、３、４及び∞（即ち、平行化要素が無限大の高さを有している）についてシミュレーションを行った。
【００７１】
Ｈ／Ｗ＝０、２、３、４及び∞に関して100％透過／反射効率を有するダイクロイックフィルタ、及び90％透過／反射効率を有するダイクロイックフィルタについてシミュレーションを行った。
【００７２】
得られたグラフから明らかなように、デバイスの効率はＨ／Ｗ比を増加させると増加するが、非理想的な（“現実の”）フィルタを使用した場合でも効率は顕著に増加する。
【００７３】
水平軸は参照エテンデュ（etendue）Ｅ0に対するエテンデュＥである。参照エテンデュＥ0は、ダイクロイックフィルタが存在しない場合を表している。
【００７４】
図３のグラフは、あるエテンデュ内において使用可能な光の割合を表している。エテンデュとは、平行化要素の出力側の面積（Ａ）と、平行化要素を去る光の立体角（Ω）との積である。図において、エテンデュはΩを変化させてΩの値毎にこのΩ内でどれくらいの割合が平行化要素を去るかを計算することによって変化している。
【００７５】
当業者には明白なように、本発明は、上述した好ましい実施の形態に限定されるものではない。反対に、特許請求の範囲内で多くの変更及び変形が可能である。例えば、本発明は、Ｖ字形プロファイル面の脚を自立型壁要素によって構成することに限定されるものではない。代替実施の形態では、ダイクロイックフィルタが配列されるこれらの面は、導波体と大気との界面を構成している、または隣接する固体導波体への界面を形成している固体導波体の面であることができる。
【００７６】
更に、平行化要素の出力側に別のコリメータを配列し、本発明の発光デバイスからの光を更に平行化することができる。
【００７７】
更に、典型的には、形状を平行化要素の出力側の形状に適合させた混合ロッドの形状の光混合手段を平行化要素の出力側に配列し、上記平行化構造からの光を更に混合することができる。
【００７８】
本発明の発光デバイスは、例えば、一般的な照明器具、交通灯、自動車灯、及びディスプレイデバイスのような多くの応用における光源である。
【００７９】
特に意図している面においては、本発明は、２つまたはそれ以上の上述した発光デバイスを含むディスプレイデバイスに関する。典型的にこのようなディスプレイデバイスにおいては、発光デバイスは、例えば各発光デバイス、または発光デバイスのグループがディスプレイデバイスの別々のピクセルを表すように、別々にアドレス可能である。
【００８０】
要約すれば、本発明は、四辺形に配列されている４つの光源、及び上記光源から放出された光を平行化し、混合するように配列されている平行化要素を含む発光デバイスに関する。上記光源から光を受ける受入側、及びその反対側の出力側を有している平行化要素は、２つの交叉したＶ字形プロファイル面を含み、上記Ｖ字形プロファイル面の縁は上記受入面に向けて配列されている。
【００８１】
平行化要素は、各光源からの光を実質的に同じ程度平行化するように、４つの光源からの光を平行化し、良好なカラー混合を得ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１００  発光デバイス
１０１、１０２、１０３、１０４  発光ダイオード
１１０  光平行化要素
１１１  光受入側
１１２  光出力側
１２０、１３０  V字形プロファイル面
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ  ドメイン
１２１  第１の脚
１２２  第２の脚
１３１  第１の脚
１３２  第２の脚
１４１、１４２、１４３、１４４  交叉線
１５０  ジャケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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