(57)【要約】  照明システム（8）は、4つの端面（10、10’）を有する光学的に透明な部品で構成された光導波管（18）有する。光源（12）は、該光源の光が、端面（10）のいずれかを通って前記光導波管（18）に結合されるように、この端面（10）の反対側に設置される。光導波管（18）は、光導体（30）を有する。光導体（30）の前記出口表面側には、液晶を有する複屈折層（36）が設置される。第1の電極（40）および第2の電極（44）は、いずれも複屈折層（36）と電気的に接しており、電圧発生器（46）に接続される。電極（40、44）間に印加する電圧を変化させることによって、液晶を有する複屈折層（36）の複屈折特性が変化し、出口表面（16）を通って結合放射される光の方向が制御される。
2007519172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出口表面と複数の端面とを有する光学的に透明な光導波管を有する照明システムであって、複数の端面の少なくとも一つの反対側には、光源が設置され、該光源の光は、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合され、前記光導波管は、該光導波管と一体化された偏光手段であって、前記光源によって放射された前記光を偏向する偏光手段を有し、
前記偏光手段は：
光学的に透明な材料で構成された光導体であって、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合された前記光を受光するように適合された光導体と、
前記光導体の前記出口表面側に設置された、液晶を有する複屈折層と、
いずれも前記複屈折層と電気的に接する第1および第2の電極であって、該電極間に電圧を印加する電圧発生器に接続するように適合された第1および第2の電極と、
を有し、これにより前記液晶を有する前記複屈折層の複屈折特性が変化し、前記出口表面を通って結合放射される光の方向が制御されることを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記光導体は、微細構造部を有し、該微細構造部の界面には前記複屈折層が設置されることを特徴とする請求項1に記載の照明システム。
【請求項３】
前記微細構造部は、溝、前記溝によって形成される空間を占める前記複屈折層、および前記複屈折層によって覆われた突起から選定されることを特徴とする請求項2に記載の照明システム。
【請求項４】
前記複屈折層の上には、保護カバーが設置されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の照明システム。
【請求項５】
前記第1および第2の電極の少なくとも一つは、前記カバー内の前記複屈折層と対向する表面に設置されることを特徴とする請求項4に記載の照明システム。
【請求項６】
前記第1および第2の電極の両方は、前記カバー内の前記複屈折層と対向する表面に設置されることを特徴とする請求項5に記載の照明システム。
【請求項７】
前記第1および第2の電極の少なくとも一つは、複数のストリップを有することを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の照明システム。
【請求項８】
前記第1および第2の電極の少なくとも一つの個々のストリップは、相互に電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項7に記載の照明システム。
【請求項９】
前記第1および第2の電極の少なくとも一つは、透明導電性材料で構成されることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の照明システム。
【請求項１０】
出口表面と複数の端面とを有する光学的に透明な光導波管に、偏光手段を製作加工する方法であって、複数の端面の少なくとも一つの反対側には、光源が設置され、該光源の光は、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合され、前記偏光手段は、前記光源から放射される前記光を偏向するように適合され、
当該方法は：
前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合された前記光を受光する、光学的に透明な材料の光導体を形成するステップと、
液晶を有する複屈折層を、前記光導体の前記出口表面側に形成するステップと、
前記液晶を有する前記複屈折層に第1の電極および第2の電極を接続するステップであって、前記偏光手段によって、前記出口表面を通って結合放射される偏向光の方向が制御される、ステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記複屈折層上には保護カバーが形成され、前記第1および第2の電極の少なくとも一つは、前記カバーの前記複屈折層と対向する表面に設置されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
出口表面と複数の端面とを有する光学的に透明な光導波管を有する照明システムから偏向される光の放射結合方向を制御する方法であって、複数の端面の少なくとも一つの反対側には、光源が設置され、該光源の光は、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合され、前記光導波管は、該光導波管と一体化された偏光手段であって、前記光源によって放射された前記光を偏向する偏光手段を有し、
光学的に透明な材料で構成され、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合された前記光を受光するように適合された光導体と、
前記光導体の前記出口表面側に設置された、液晶を有する複屈折層と、
いずれも電気的に前記複屈折層と接する第1の電極および第2の電極であって、該第1および第2の電極間に電圧が印加され、該電圧によって、前記出口表面を通って結合放射される偏向光に所望の方向が提供される、第1の電極および第2の電極と、
を有する偏光手段を使用することを特徴とする方法。
【請求項１３】
さらに、別々の領域に分割された出口表面であって、各領域には、専用の第1および第2の電極組が設置される出口表面の使用と、
各領域の前記電極組に対する個々の電圧の印加であって、特定の領域から結合放射される前記光に、所望の個々の方向が提供される電圧の印加と、
を有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出口表面と複数の端面とを有する光学的に透明な光導波管を有する照明システムであって、複数の端面の少なくとも一つの反対側には、光源が設置され、該光源の光は、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合され、前記光導波管は、該光導波管と一体化された偏光手段であって、前記光源によって放射された前記光を偏向する偏光手段を有する、照明システムに関する。
【０００２】
また本発明は、出口表面と複数の端面とを有する光学的に透明な光導波管に、偏光手段を製作加工する方法であって、複数の端面の少なくとも一つの反対側には、光源が設置され、該光源の光は、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合され、前記偏光手段は、前記光源から放射される前記光を偏向するように適合された、方法に関する。
【０００３】
さらに本発明は、出口表面と複数の端面とを有する光学的に透明な光導波管を有する照明システムから偏向される光の放射結合方向を制御する方法であって、複数の端面の少なくとも一つの反対側には、光源が設置され、該光源の光は、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合され、前記光導波管は、該光導波管と一体化された偏光手段であって、前記光源によって放射された前記光を偏向する偏光手段を有する方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
非偏向のまたは偏向された光を用いた照明法は、広く普及している技術である。一例を挙げると、以降観者というユーザーへの情報表示のため、よく使用される携帯電話、PDAまたは別の電子装置のLCDディスプレイの照明がある。LCDディスプレイは、偏向された光で照射されることが好ましい。照明は、光が表示パネルを通って観者に向かって放射されるバックライト照明、あるいは光が表示パネルの方に向かって照射されてから、観者の方に向かって反射されるフロントライト照明のいずれに使用しても良い。国際公開第WO01／51849号には、表示パネルを照射する光導波管を有する表示装置が示されている。光導波管には、複屈折材料が充填された溝が設けられる。溝内の複屈折材料は、側方向から入射する光を相互に反対偏向の2つの光ビームに分割する。従って光導波管の溝は、例えばネマチック液晶材料等の異方性一軸材料で充填され、照射される表示パネルに向かって所望の偏向に偏光された結合放射を得ることができる。また偏向された光による照明は、室内照明として用いることもできる。国際公開第WO01／51849号に示されているように、従来の照明システムでは、結合放射される偏向光の方向は、一定であり、制御することはできない。
【特許文献１】国際公開第WO01／51849号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、従来技術の問題を軽減または解消した照明システムを提供することであって、さらには結合放射される偏向光の方向を制御することの可能な照明システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、最初に示した照明システムであって、前記偏光手段は：
光学的に透明な材料で構成された光導体であって、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合された前記光を受光するように適合された光導体と、
前記光導体の前記出口表面側に設置された、液晶を有する複屈折層と、
いずれも前記複屈折層と電気的に接する第1および第2の電極であって、該電極間に電圧を印加する電圧発生器に接続するように適合された第1および第2の電極と、
を有し、これにより前記液晶を有する前記複屈折層の複屈折特性が変化し、前記出口表面を通って結合放射される光の方向が制御されることを特徴とする照明システムによって達成される。
【０００７】
本発明の利点は、結合放射される光の方向を制御して、これを変化させることができることである。従って本照明システムによって提供される照明は、周囲条件、被照射対象物の性質または活性、およびユーザーの好みに応じて変化させることができる。液晶は、LCDディスプレイ用途ではよく知られており、容易に入手することができる。電圧変化による複屈折特性の制御は単純で、信頼性のある処理であることもまた、LCD用途ではよく知られている。従って照明システムは、一般的な製造方法を基本とするため、製作費が安く、取り扱いが容易である。
【０００８】
請求項2に記載の手段は、出口表面に対して垂直な方向を含む、出口表面から大きな角度で光の結合放射を得ることができるという利点を有する。従って微細構造によって、例えば比較的高い電圧が印加されたときの、出口表面に対してほぼ垂直な方向から、例えば低い電圧が印加されたときや電圧が印加されないときの、出口表面の垂線に対して大きな角度の範囲まで、光の結合放射の方向を制御することができる。
【０００９】
請求項3に記載の手段は、出口表面に対して実質的に垂直な方向の結合放射を得る効率的な方法が提供されるという利点を有する。
【００１０】
請求項4に記載の手段は、光導体に収容された複屈折層の液晶を液体結晶状態に維持することができるという利点を有する。従って照明システムは、いかなる方向にも傾斜させることができ、リーク漏れの心配はない。また保護カバーは、複屈折層を損傷および汚染から保護する。
【００１１】
請求項5に記載の手段は、一般に複屈折層と対向する保護カバーの面は平面であるため、少なくとも一つの電極の取り付けに適するという利点を有する。
【００１２】
請求項6に記載の手段は、光導体の複屈折層と対向する表面に電極を設置する必要がなくなるという大きな利点を有する。光導体の前記表面には、微細構造部、例えば溝が設置されるが、この微細構造部のため、その表面に電極を設置することは難しい。カバーの複屈折層と対向する表面に両方の電極を配置することによって、製作が容易となり、光導体の微細構造部の形状および配置の選択の自由度が高まる。
【００１３】
請求項7に記載の手段は、カバー内および／または光導体上の電極配置に高い自由度が得られるという利点を有する。
【００１４】
請求項8に記載の手段は、照明システムの一部のみをアドレス処理することができるという利点を有する。従って、別々の電圧発生器またはスイッチを用いて、いくつかの電極にのみ電圧を印加して、照明システムの一部のみから大きな角度で光の結合放射を得ることが可能となる。
【００１５】
請求項9に記載の手段は、結合された光の経路に、前記光の強度を低下させずに電極を配置することが可能となるという利点を有する。
【００１６】
本発明の別の課題は、照明システムに使用する光導波管内に、制御可能な偏光手段を製作加工する方法を提供することであり、これにより結合放射された偏向光の方向を制御することが可能となる。
【００１７】
本課題は、最初に示した方法であって、当該方法は：
前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合された前記光を受光する、光学的に透明な材料の光導体を形成するステップと、
液晶を有する複屈折層を、前記光導体の前記出口表面側に形成するステップと、
前記液晶を有する前記複屈折層に第1の電極および第2の電極を接続するステップであって、前記偏光手段によって、前記出口表面を通って結合放射される偏向光の方向が制御される、ステップと、
を有することを特徴とする方法によって達成される。
【００１８】
偏光手段を製作加工する本方法の利点は、他の技術分野で公知な部品、例えばLCD等を用いることができることである。従って製作された偏光手段には、信頼性があり、製造コストは比較的安価であり、結合放射される光の方向を簡単に制御することができる。
【００１９】
請求項11に記載の方法は、照明システムに1つのまたは両方の電極を提供する単純で効率的な方法が提供されるという利点を有する。保護カバーの複屈折層と対向する面は、一般的に平坦であって、1つのまたは複数の電極の取り付けに適しているからである。
【００２０】
本発明の別の課題は、照明システムから結合放射された偏向光の方向を制御する方法を提供することである。
【００２１】
この課題は、最初に示した方法であって、
光学的に透明な材料で構成され、前記少なくとも一つの端面で前記光導波管に結合された前記光を受光するように適合された光導体と、
前記光導体の前記出口表面側に設置された、液晶を有する複屈折層と、
いずれも電気的に前記複屈折層と接する第1の電極および第2の電極であって、該第1および第2の電極間に電圧が印加され、該電圧によって、前記出口表面を通って結合放射される偏向光に所望の方向が提供される、第1の電極および第2の電極と、
を有する偏光手段を使用することを特徴とする方法によって達成される。
【００２２】
本方法の利点は、結合放射される光の方向を、例えば電圧発生器等の単純な手段で制御できることであり、電圧発生器自身の他には、結合放射される光の方向の制御にいかなる機械的手段も不要である。従って、結合放射される光の方向の制御は、エンドユーザーまたは観者が簡単に行うことができ、また機械的な部品が使用されていないため信頼性がある。従って、本発明の結合放射される光の方向を制御する方法は、取り扱い易さおよび信頼性のある動作が求められるいくつかの照明分野に適している。
【００２３】
請求項13に記載の方法では、直接照射、すなわち出口表面に対して垂直なあるいは出口表面の垂線に対して小さな角度の結合放射光と、拡散照射、すなわち出口表面の垂線に対して大きな角度での結合放射光とを、同じ照明システムから同時に提供することが可能になるという利点がある。ユーザーは、照明システムを制御することができるとともに、どの領域にどのタイプの照射を行うかを選択することができる。
【００２４】
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に示す実施例を参照することで明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。
【００２６】
図は概略的なものであって、スケールは示されていない。通常対応する部品には、同じ参照符号が付してある。
【００２７】
以下の説明では、「複屈折」という用語は、透明対象物が、第1の偏向の光に対してある屈折率、例えば常光屈折率を有し、前記第1の偏向とは反対の第2の偏向の光に対しては別の屈折率、例えば非常光屈折率を有することを意味する。複屈折を示す材料は、「異方性」と呼ばれる。光の偏向には依存せず、同じ屈折率を有する材料は、「等方性」と呼ばれる。
【００２８】
図1に概略的に示されている表示装置1は、イメージ表示パネル2と、観者（示されていない）と表示パネル2の間に設置され、表示パネル2のフロントライト照明を提供する照明システム8とを有する。
【００２９】
イメージ表示パネル2は、2つの基板3、4の間に、ねじれネマチック（TN）、超ねじれネマチック（STN）または強誘電効果を基本とする液晶材料5を有し、入射光の偏光方向が変調される。イメージ表示パネル2は、例えば画素マトリクスを有し、基板3上にはその画素マトリクス用の光反射画像電極6が設置される。基板4は光透過性であって、1または2以上の光透過性電極7を有し、この電極は、例えばITO（インジウムスズ酸化物）からなる。画像電極には、接続配線6'、7'を介して電圧が印加され、この接続配線には、駆動ユニット9によって駆動電圧が提供される。基板および電極は、従来の方法により配向層15で被覆される。
【００３０】
照明システム8は、光導波管18を有し、この光導波管は、光学的に透明な部材で構成され、4つの端面10、10’を有する。光源12の光は、一つの端面、例えば端面10を通って光導波管18に結合され、光源12は、この端面とは反対側に設置される。光源12は、例えば管状蛍光ランプであっても良い。あるいは光源は、特に、例えば携帯電話等の、小型イメージ表示パネルを有するフラットパネル型表示装置の場合、1または2以上の発光ダイオード（LED）によって構成されても良い。さらに光源12は、取り外し式であっても良い。
【００３１】
光導波管18の出口表面または出口面16は、イメージ表示パネル2と対向している。光が結合されない透明プレートの各端面10’には、反射器が設置される。この方法では、出口表面16で結合放射されない光は、結果的に光導波管18内を伝播して端面10’に到達するが、この端面10’を通って光が光導波管18から逸散されることが回避される。
【００３２】
光が照明システム8の光出力に寄与せずに、光導波管18から遠ざかることを回避するため、光源12の光は、結合手段13によって光導波管18に結合されることが好ましい。
【００３３】
光源12からの光ビーム20は、以下に示す方法で偏向された光に変換され、ある偏向の光が主に反射型イメージ表示パネル2の方に偏向され（ビーム21）、画素の状態に応じて、同じまたは反対の極性で反射される（ビーム22）。
【００３４】
画素での反射後に反対偏向の光は、位相面または位相差板24において直線偏光に変換され、本実施例では、反射光が吸収される透過軸の方向に沿って偏光器25に到達する。同様に、同じ偏向の偏光は、偏光器25を透過する。
【００３５】
内表面（例えば表面16）で反射される迷光は、ビーム22とは反対に偏向され、位相差板24によって直線偏光に変換され、この光は偏光器25によって吸収される（ビーム26）。また内部反射によって光導波管18内で生じる寄生光も、偏光器25によって吸収される（ビーム27）。
【００３６】
図2には、光導波管18を有する照明システム8の側断面図を示す。光導波管18は、平坦光導体30を有し、この光導体は、PMMA（ポリメチルメタクリレート）等の良好な光学特性を有する材料で構成された直方体である。光導体30の寸法は、実際の用途に対応するように適合されるが、PDA（パーソナルデジタルアシスタント）ディスプレイの場合、一般的には60mm×60mmで厚さが1mmである。光導体30は、表示パネル2と対向する表面32を有し、従って表面32は、光導体30の出口表面側に位置する。表面32には、三角形状の溝34において結合放射するための微細構造部が設けられ、この溝は、光源12からの光が結合される端面10と平行な方向に延伸している。表示パネル2と対向する光導体30の前記表面32には、複屈折層36が設置される。複屈折層36は、液体マトリクス内に重合不可能で切替可能な液晶を有する。液晶は、液晶ディスプレイ（LCD）に使用されているタイプのものが好ましい。この液晶は、電圧が印加されると、その配向が変化する。液晶の配向の変化は、液晶を有する複屈折層の異方性の方向にも影響を及ぼす。従って電圧印加によって、複屈折層の常光屈折率と非常光屈折率の差が変化する。複屈折層36の常光屈折率は、（等方性）光導体30の屈折率と同等であることが好ましい。複屈折層36は、液体であっても良い。この場合、溝34は、液晶を有する液体マトリクスで充填される。
【００３７】
保護カバーガラス38の形状の透明保護カバーが光導体30に設置され、液体複屈折層36は、表面32上の所定位置に保持される。第1の電極40は、複屈折層36と対向するカバーガラス38の表面42に取り付けられる。従って第1の電極40は、複屈折層36と接している。第1の電極は、ITO（インジウムスズ酸化物）で構成されることが好ましく、この材料は透明で、導電性がある。第2の電極44は、光導体30の表面32に取り付けられる。従って第2の電極44もまた、複屈折層36と接している。第2の電極44は、第1の電極40と同じ材料ITOで構成されても良く、相互に電気的に接触したストリップで形成され（図示されていない）、溝34の開口を提供しても良い。第1の電極40と第2の電極44は、電圧発生器46に接続されている。表面32および表面42は、配向層（図2には示されていない）で被覆されても良く、これは、LCD技術分野では、液晶に適切な配向を提供する技術として知られている。
【００３８】
図2は、電圧発生器46によって第1の電極40と第2の電極44の間に、低い電圧（通常0乃至2Vであって、液晶の種類に依存する）が印加された状態を示している。そのような低い電圧では、複屈折層36の細長い構造の液晶は、各縦軸が、主として溝34の方向と垂直に揃うように配向される。そのような液晶配向では、複屈折層の非常光屈折率は、複屈折層の常光屈折率とほぼ等しくなる。偏向されていない光ビーム20は、光源12から放射される。光導体30の屈折率よりもわずかに大きな非常光屈折率を有する複屈折材料が、液体マトリクス内の液晶として充填された溝34に、ビーム20が侵入すると、ビーム20は、s偏光（すなわち、光波面が紙面と一致する光）のビーム21と、p偏光（すなわち、光波面が紙面と垂直な光）のビーム26とに分割される。図2から明らかなように、p偏光のビーム26は、全く偏向されない。ビーム26は、溝34内の複屈折材料の常光屈折率の影響を受けるが、複屈折材料の常光屈折率は、実質的に光導体30の屈折率と等しくなるからである。しかしながらs偏光のビーム21は、偏向される。ビーム21は、溝34内の複屈折材料の非常光屈折率の影響を受けるが、前記非常光屈折率は、光導体30の屈折率よりも大きいからである。図2に示すように、ビーム21（s偏光）は、ビーム26（p偏光）に対して小さな角度α1で結合放射される。これは、複屈折層の非常光屈折率が、常光屈折率に比べてそれ程大きくないためである。その後ビーム21は、前述のように表示パネル2に侵入する。ビーム26は、光導波管18の内部で完全に内部反射され、最終的に光導波管18から小さな角度で結合放射されるため、ビーム26は、表示パネル2には到達しないか、あるいは端面10、10’のいずれかを通って光導波管18から逸散される。この光は、拡散エンド反射器（図2には示されていない）によって有効に再利用される。
【００３９】
図2に示すように、光源12からの光は、光導体30の面に対して比較的小さな角度で、光導体30に結合され、一方s偏光は、光導体30の面に対して比較的大きな角度で結合放射される。光源12からの光ビーム20の角度が小さいため、好ましくない極性の光、すなわちp偏光が出口面16を通って結合放射されることが回避され、p偏光は、その代わりに面16で反射される。
【００４０】
図3には、図2と同様の照明システム8を示す。ただし図3では、電圧発生器46によって第1の電極40と第2の電極44の間に、高い電圧（通常10乃至15Vであって液晶の種類に依存する）が印加されたときの状態が示されている。そのような高い電圧では、複屈折層36の液晶は、各縦軸が、主として溝34の方向と平行に揃うように配向される。そのような液晶配向では、複屈折層の非常光屈折率は、その常光屈折率に比べて著しく大きくなる。この場合も光ビーム20は、複屈折材料が充填された溝34によって、s偏光（すなわち、光波面が紙面と同一の光）のビーム21と、p偏光（すなわち、光波面が紙面と垂直な光）のビーム26とに分割される。図3に示すように、ビーム21（s偏光）は、ビーム26（p偏光）に対して大きな角度α2であって、出口面16に対してほぼ垂直に結合放射される。これは、複屈折層の非常光屈折率が、常光屈折率に比べて著しく大きいことによるものである。ビーム21は、表面32に対してほぼ垂直に照明システム8から放射され、表示パネル2に侵入する。
【００４１】
従って、照明システム8から表示パネル2の方に結合放射される光の方向を、あまり眩しくない角度となるように調節することが可能となり、観者が提供された情報を見るため表示装置1を見ることが容易となる。
【００４２】
図2に示す電圧と図3に示す電圧の範囲の間の印加電圧では、結合放射光の角度をさらに制御することが可能となる。
【００４３】
図4には、本発明の別の適用例を示す。室内照明用の照明システム108は、図2を参照して示した前述のものと同様である。従って図4に示す照明システム108は、平坦光導体130を有する光導波管118を有し、この光導体は、PMMA（ポリメチルメタクリレート）等の良好な光学特性を有する材料で構成される直方体である。光導体130の寸法は、実際の用途に対応するように適合されるが、室内照明の場合の一般的な例では、1m×1mで、厚さが10mmである。光導体130は、診察室102の内側に面する表面132を有する。表面132には、三角形状の溝134が設けられ、この溝は、偏向されていない光を提供するランプ112の形状の光源からの光が結合される端面110と平行な方向に延設されている。液晶を有する複屈折層136は、室内102に面する光導体130の表面132上に設置される。光導体130上には、透明カバーガラス138が設置され、液体複屈折層136が表面132上の所定位置に保持される。第1および第2の電極140、144は、複屈折層136と接しており、電圧発生器146に接続されている。電圧発生器146によって提供される電圧は、室内102にいる患者107を診断する人、例えば看護婦105によって制御される。電圧発生器146は、例えばスイッチまたは手持ち式のリモートコントローラー109によって制御されても良い。拡散光が必要な場合、電極140、144には低い電圧が印加される。その後偏向された光ビーム121Aは、カバーガラス138の出口面116の垂線に対して大きな角度で、すなわち室内102の天井103に向かって結合放射される。集束された指向性のある光、例えば看護婦105によって検査を受ける患者107の方に誘導された光が必要な場合、電極140、144には高い電圧が印加される。次に偏向された光ビーム121Bは、出口面116に対してほぼ垂直に、例えば患者107の方に直接結合放射される。いずれの場合も、好ましくない偏光（ビーム126）は、反射され、光導体130の内部で再利用される。
【００４４】
図5には、本発明の代替実施例の断面図を示す。図5に示す照明システム208は、図2に示す照明システム8とは、電極配置とカバープレートのみが異なっている。カバーガラス238は、光導体230上に設置され、液晶を有する複屈折材料236が所定位置に保持される。第1の電極240は、細長い多数のストリップ241を有し、カバーガラス238の複屈折層236に対向する表面242に設置される。また第2の電極244も、多数の細長いストリップ245を有し、カバーガラス238の複屈折層236と対向する表面242に設置される。このようにしてストリップ245は、ストリップ241の間に設置され、ストリップ241から電気的に絶縁される。
【００４５】
図6は、図5の矢印VIの方向から見たときの、カバーガラス238の上面図である。図から明らかなように、第1の電極240のストリップ241は、共通配線243を介して電圧発生器246に接続される。同様に、第2の電極244のストリップ245は、共通配線247を介して電圧発生器246に接続される。電極240、244の配置は、「面内スイッチ方式」とも呼ばれる。偏向された光の結合放射の制御に用いられる両電極240、244が、同じ面、すなわち表面242に設置されるからである。この配置により、溝234が形成された光導体230の表面232に電極を配置する必要がなくなる。
【００４６】
図7には、本発明の別の実施例を示す。図7には、カバーがラス338の上面図が示されている。このカバーガラス338は、図5に示す光導体230と同じ基本構造を有する光導体とともに使用される。ただしカバーガラス338は、図6に示すカバーガラスとは、電極配置が異なっている。カバーガラス338の複屈折層（図7には示されていない）と対向する表面342は、第1の領域350と第2の領域360と、第3の領域370とに分割されている。第1の領域350は、ストリップ状の第1の電極352と、ストリップ状の第2の電極354とを有し、これらの電極は表面342に設置される。電極352、354は、合わせて第1組の電極を構成し、電圧発生器356に接続される。第2の領域360は、ストリップ状の第1の電極362とストリップ状の第2の電極364とを有し、これらの電極は表面342に設置される。電極362、364は、合わせて第2組の電極を構成し、電圧発生器366に接続される。第3の領域にはいかなる電極も設けられない。本カバーガラス338を用いた場合、電圧発生器356から第1の電圧を印加することが可能となるため、第1の領域350から出口面316を通って所望の方向に偏向された光の結合放射を得ることが可能となる。第1の電圧とは独立の第2の電圧が、電圧発生器366から印加され、第1の領域350から結合放射された光とは無関係な所望の方向に、第2の領域360から出口面316を通って偏向された光の結合放射が得られる。第3の領域370から偏向された光は、小さな角度で出口面36を通って結合放射され、例えば電圧発生器356、366によって印加された電圧とは無関係な、拡散バックグラウンド照明が得られる。従って図7に示すカバーガラス338は、第3の領域370から小さな角度で結合放射された、ある量の偏光を提供し、第1および第2の領域350、360から結合放射された光の方向を独立に制御することが可能となる。
【００４７】
図7の代替実施例では、概略的に破線で示されている、一つの電圧発生器386と、相互に電気的に絶縁された電極352、354、362、364の所望の区画を電圧発生器386に接続するためのスイッチ388とのみが使用される。従って2以上の別個の電圧発生器356、366がなくても、ある領域350、360がアドレス指定され得る。従ってストリップ状の第1の電極352、362は、事実上第1の電極340を形成する、相互に電気的に絶縁されたストリップとみなすことができ、ストリップ状の第2の電極354、364は、事実上第2の電極344を形成する、相互に電気的に絶縁されたストリップとみなすことができる。
【００４８】
図8には、本発明のさらに別の代替実施例の断面図を示す。図8に示す照明システム408は、図5に示す照明システム208と、光導体の形状のみが異なっている。図8に示す光導体430の表面432には、突起434状の結合放射用の微細構造が設けられている。突起434は、複屈折層436で覆われており、この複屈折層は、第1の電極440と第2の電極444を担持するカバーガラス438で覆われている。突起434は、前述の溝と同様に、偏向光の結合放射を提供する。
【００４９】
添付の特許請求の範囲内で、前述の実施例の多くの変更が可能であることは明らかであろう。
【００５０】
前述の材料の例について検討する。例えばカバーガラス38、138、238、338は、ガラスの代替材として、適当な透明プラスチック材料で製作されても良い。光導体30は、ある別の透明材料で製作することができ、例えばPMMA以外の合成樹脂あるいはガラス材料がある。カバーガラスと光導体は、両方とも電気絶縁材料で構成されることが好ましく、この場合これらに設置される電極の短絡を防止することができる。電極は、電気伝導性材料で構成されることが好ましく、透明材料の代わりに、不透明または光を完全に遮断する材料であっても良い。ただし透明電極、特にITOで構成される電極が好ましい。これらの材料は、結合放射された光の光路に設置しても、前記光の強度を低下させないからである。
【００５１】
結合放射の微細構造は、溝、突起または他のいかなる適当な構造であっても良く、対称形状であっても非対称形状であっても良い。溝または突起の角度を含む、溝または突起の寸法および形状は、各々特定の場合に、光導体、複屈折層およびカバーガラス内にある材料によって、異なる印加電圧で、所望の光結合放射が得られるように設計される。溝は、三角形状であることが好ましく、複屈折層の複屈折材料が充填される。複屈折材料の性質そのものも、結合放射の方向および切り替え挙動に影響を及ぼす。
【００５２】
一つの光源12を使用する代わりに、反対の端面に設置された、2つの光源を使用することも可能である。
【００５３】
本発明は、各瞳に対して結合放射される光の方向を変化させることによって、各瞳に異なる情報を提供する3次元（3D）照明効果を提供するために用いても良い。
【００５４】
図1に示した表示装置1は、いわゆるフロントライティング式照明システム8を有し、すなわち照明システム8は、表示パネル2と、偏光器25を介して放射された光を見る観者の間に設置される。本発明の照明システムは、バックライティングシステム、すなわち表示パネルが、照明システムと観者の間に設置される場合にも利用することができることは明らかである。バックライティング照明システムの場合、光導波管からの偏向された光は、表示パネルの方に誘導され、偏向された光の一部は、画素の状態に応じて、表示パネルを通過して観者に到達することが可能である。すなわち本発明は、LCDの異なる種類（例えば、半反射型、反射型または透過型）の照明に適用することができ、前述の例に限定されるものではない。
【００５５】
前述のように、本発明をディスプレイ照明（図1）および室内照明（図4）に用いる方法を示したが、本発明は、別の分野として車内の照明にも利用できる。車の場合、照明システムから結合放射される光は、例えば道路地図に直接照明が当たるように制御したり、拡散バックグラウンド照射が提供されるように制御することが可能である。また本発明は、車のヘッドライトにも利用できる。この場合、照明システムは、出口表面に対してほぼ垂直な角度で結合放射が得られるように、すなわちヘッドライトが点灯するように、あるいは出口表面に対して小さな角度で結合放射が得られるように、すなわち薄暗いヘッドライトが得られるように作動される。
【００５６】
前述の実施例では、結合放射される偏向光は、出口面16から放射され、表示パネルまたは患者等の対象物に直接到達する。しかしながら、出口面16に反射コーティングを設置して、結合放射される光が複屈折層を通って逆向きに反射され、最終的に光導体を通過して導波管から放射されるようにすることも可能である。この代替例は、一般にはあまり好まれない。光が光導体と複屈折層を2回通過して集束される結果、ルーメン強度が低下するからである。ただしこの例は、ある照明用途には興味深い。
【００５７】
前述の説明では、高電圧の印加によって、出口面に対してほぼ垂直な結合放射が得られることを示した。これは、複屈折材料が電気的に正の誘電率を有する場合に該当する。しかしながら、負の誘電率を有する複屈折材料を使用することも可能であって、この場合、出口面の垂線に対して大きな角度で光の結合放射が得られる高電圧印加の場合とは逆に、出口面に対してほぼ垂直な結合放射は、低電圧の印加によって得られる。
【００５８】
要約すると、照明システム8は、光導波管18を有し、この光導波管は、光学的に透明な部品で構成され、4つの端面10、10’を有する。光源12の光は、端面10のいずれかを通って光導波管18に結合され、光源12は、この端面10の反対側に設置される。光導波管18は、光導体30を有する。液晶を有する複屈折層36は、光導体30の出口表面側に設置される。第1の電極40と第2の電極44は、いずれも複屈折層36と電気的に接しており、電圧発生器46に接続される。電極40、44間の印加電圧を変化させることにより、液晶を有する複屈折層36の複屈折特性が変化し、出口表面16を通って結合放射される光の方向が制御される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による照明システムを備える反射型表示装置の断面図である。
【図２】図1に示す照明システムの詳細を示す断面図である。
【図３】照明システムの第1および第2の電極間に高い電圧が印加されたときの、図2の照明システムの断面を示す図である。
【図４】本発明の別の実施例による照明システムを備える診察室の断面を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例を示す断面図である。
【図６】矢印VIの方向から見たときの、図5のカバーガラスを示す上面図である。
【図７】本発明の別の代替実施例に用いられるカバーガラスの上面図である。
【図８】本発明のさらに別の代替実施例を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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