(57)【要約】  本明細書では、平面光源と、それに隣接して形成される集光器とを有する発光器が開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面光源と、
集光器と
を備え、前記集光が前記平面光源に隣接して配置される、デバイス。
【請求項２】
前記平面光源及びそれに関連付けされた集光器は１つの基板上に配置される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項３】
前記集光器が反射性の内側表面をさらに含む、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項４】
前記平面光源が１つ又は複数の発光デバイスを含む、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項５】
前記発光デバイスが有機発光ダイオード及びフォトニック結晶から成る群から選択される、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項６】
前記集光器から放射される光のほぼ全てが、偏光フィルタ、回折格子、液晶ディスプレイ、レンズ及び反射板から成る群から選択される光学デバイス上に入射する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項７】
前記集光器から放射される光のほぼ全てが、レンズの平面から測定されるときに約７５°〜９０°の角度において該レンズに入射する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項８】
少なくとも１つの平面光源が１つのピクセルを画定する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記平面光源上に形成されるカラーフィルタをさらに備える、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記集光器は、円錐形、ピラミッド形、四面体、テーパ型プリズム、放物面、複合放物面及び球面域から成る群から選択される形状を有する内側壁を有する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１１】
基板上に平面発光デバイスを堆積するステップ、及び
前記発光デバイスに隣接して集光器を形成するステップ
を含むデバイスを形成する方法。
【請求項１２】
前記基板を、前記集光器の上側開口部から放射される光のほぼ全てが前記デバイスの光学デバイス上に入射するよう該光学デバイスに隣接して配置するステップをさらに含む請求項３０に記載のデバイスを形成する方法。
【請求項１３】
前記基板は、前記集光器から放射される光が前記光学デバイスの平面から約７４〜９０の角度で該光学デバイス上に入射するように配置されるものである、請求項３１に記載のデバイスを形成する方法。
【請求項１４】
前記平面発光デバイスによって放射される光を受光するように配置される下側開口部と、前記発光デバイスから受光される光を集光するように配置される内側壁と、前記発光デバイスから光を放射するための上側開口部とを備える前記集光器を形成するステップをさらに含む請求項３０に記載のデバイスを形成する方法。
【請求項１５】
前記集光器の内側表面に反射コーティングを施すステップをさらに含む請求項３０に記載のデバイスを形成する方法。
【請求項１６】
複数の平面発光デバイスを形成するステップをさらに含む請求項３０に記載のデバイスを形成する方法。
【請求項１７】
前記平面発光デバイスが有機発光ダイオード及びフォトニック結晶から成る群から選択される、請求項３０に記載のデバイスを形成する方法。
【請求項１８】
１つ又は複数のデバイスを形成して、１つのピクセルを画定するステップをさらに含む請求項３０に記載のデバイスを形成する方法。
【請求項１９】
前記平面発光デバイス上にカラーフィルタを形成するステップを含む請求項３０に記載のデバイスを形成する方法。
【請求項２０】
円錐形、ピラミッド形、四面体、テーパ型プリズム、放物面、複合放物面及び球面域から成る群から選択される形状に前記集光器の内側壁を形成するステップを含む、請求項３０に記載のデバイスを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［背景］
無指向性の光源として、一般的には平面光源が用いられる。しかしながら、これらのタイプの光源から放射される光は、そのかなりの量が、投影システム及びモニタシステムのための一般的なレンズの受入錘から外れる角度で放射される。結果として、平面光源によって放射される光の多くは使用することができない。したがって、平面光源は、そのようなディスプレイ及びモニタのための直接の光源としては使用されない。
【発明の開示】
【０００２】
［詳細な説明］
本発明の特定の例示的な実施形態の以下の詳細な説明では、本明細書の一部を構成し、本発明を実施することができる具体的な実施形態が例示として示される添付の図面が参照される。図面では、いくつかの図を通して、同様の参照符号が概ね類似の構成要素を表す。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるようにするほど十分に詳細に記述される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることもでき、構造的、論理的及び電気的な変更を行うこともできる。それゆえ、以下の詳細な説明は、限定する意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、及びその均等物によってのみ規定される。
【０００３】
図１は、ディスプレイ又はモニタを形成するために用いることができる発光器１０の一部の一実施形態を示す。発光器１０は、複数の平面光源１２を組み込み、各平面光源には１つの集光器１４が関連付けられており、集光器１４は、内部反射によって、光源１２からの光を集光して、レンズ又は拡大レンズ１６上に向ける。平面光源１２は層１５として基板１８上に実装又は配置され、その層内に集光器１４が形成される。一実施形態では、層１５は、平面光源１２によって出力される光を反射することに留意されたい。他の実施形態では、層１５は、平面光源１２によって出力される光を、少なくとも或る程度透過することができる。層１５が平面光源１２によって出力される光を透過する場合、集光器１４の内側表面に反射コーティングを設けることができる。反射コーティングは、たとえば、スパッタリングのような既知のコーティング技法を用いて施すことができる。
【０００４】
本明細書において用いられる場合、用語「平面光源」は概して、概ね平面的な外観を有する無指向性の光源を指している。一実施形態では、平面光源１２は、平坦な基板上に形成され、それにより、光源に平面的な形状を与える。別の実施形態では、平面光源１２は、形状が平面的である場合も、ない場合もあるフレキシブル基板上に形成することができる。さらに別の実施形態では、平面光源１２は、概ね平面的なアレイとして配列される複数の個別の非平面光源を含むことがある。
【０００５】
いくつかの実施形態によれば、平面光源１２は概して、概ね２π（約６．２５ステラジアン）の立体角を有する単位球面の半分にわたって光を放射する。一般的なレンズ１６は多くの場合に、約２４°の受入錘を有するので、一般的な平面光源１２によって放射される光の多くは、集光器１４を用いない場合に、レンズ１６の受入錘から外れて放射され、レンズ１６を透過しないので失われる。集光器１４を用いてレンズ１６上に入射する光は、平面光源１２の有用なエタンデュ（etendue）の多くを保存し、光源１２によって放射される光の多く、又はほぼ全てがレンズの受入錘内でレンズ１６上に入射するのを確実にする。結果として、平面光源１２をディスプレイ又はモニタにおいて用いて、個々のピクセルを画定することができる。
【０００６】
発光器１０は、平面光源１２からの光をレンズ１６以外の光学デバイス上に向ける際にも用途を見いだすことができる。代替の実施形態では、レンズ１６の代わりに、偏光フィルタ、回折格子、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、反射板及び他の光学デバイスを用いることができる。一実施形態では、発光器１０は、基本照明のための、又は背面照明の看板又はディスプレイのための簡単な光源を形成するために、それだけで、又は上記の光学デバイスのうちの１つ又は複数のデバイスとともに用いることができる。
【０００７】
各光源１２は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、フォトニック結晶又は他の適当なデバイスのような１つ又は複数の発光デバイスによって確定することができる。したがって、一実施形態では、ただ１つの光源１２を構成するために、基板１８上に、複数の発光デバイスを形成するか、堆積するか、又はそれ以外の方法で配置することができる。いくつかの実施形態では、フォトニック結晶をナノメートル寸法で製造することができる。別の実施形態では、ただ１つの光源１２を構成するために、基板１８上に、ただ１つの発光デバイスを形成するか、堆積するか、又はそれ以外の方法で配置することができる。光源１２は、図に示されるように正方形にすることができるが、限定はしないが円形、台形及び不規則な形状を含む、任意の有用な形状をとることもできる。光源１２の特性、及びその電力使用量に応じて、光源１２を変調するための回路（図示せず）を、基板１８の一部として形成することができるか、基板１８の表面上に堆積することができるか、又は基板１８の表面に載置することができる。
【０００８】
集光器１４は、テーパ型ライトパイプを含むことができ、光源１２から放射される光を受光し、且つ集光するために、各光源１２上に形成される。集光器１２は一般的に、光源１２に隣接する下端から、その開放端に向かって開いている。いくつかの実施形態では、集光器１４の開放端は、集光器の下端よりも大きいことに留意されたい。一実施形態では、集光器１４は、図１に示されるような複合放物面集光器を形成する。別の実施形態では、集光器１４は、図２及び図４に示されるような円錐形にすることができるか、又は図２、図３及び図５に示されるようなピラミッド形にすることができる。光源１２から放射される光を集光する他の形状、サイズ及び幾何学的配置を用いることもできる。集光器１４に適した形状のいくつかの例には、円錐形、ピラミッド形、四面体、テーパ型プリズム、放物面、複合放物面及び球面域を含むことができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、集光器は、レンズ１６に対して、集光器１４から放射される光が概ね２π（約６．２５ステラジアン）である立体角を有するように構成される。このようにして、光源１２のエタンデュが概ね保存され、その結果として、レンズ１６の中を通過するルーメンが大きくなり、それに応じて、ディスプレイの輝度が増す。すなわち、発光器１０からの光が、光学デバイスの概ね受入錘内でレンズ又は他の光学デバイス１６上に入射する。一実施形態では、発光器１０からの光のほぼ全てが、レンズ１６の平面から測定して約７４°〜９０°の角度でレンズ１６上に入射する。
【００１０】
１つ又は複数の発光器１０を用いて、画像が形成されるピクセルを画定することができる。たとえば、図５は、発光器１０の４×４アレイを示す。一実施形態では、各発光器１０は、１つのピクセルを画定することができる。別の実施形態において、且つ光源／集光器の組み合わせのサイズに応じて、発光器１０の４×４アレイ全体が１つのピクセルを画定することもある。しかしながら、任意の適当な数及び配列の発光器１０が、１つのピクセルを画定することがあることに留意されたい。
【００１１】
発光器１０を組み込むディスプレイは、グレイスケール画像又はカラー画像を生成することができる。グレイスケール画像を出力するために発光器が配列される場合、１つのピクセルを画定する発光器（複数可）１０は、電気信号を光源１２に与える電子コントローラ（図示せず）から受信される信号に基づいて、オン／オフするように動作するであろう。カラー画像を出力するように配列される実施形態が図６に示される。この実施形態では、発光器１０の光源１２には、どの着色光が発光器１０によって出力されるかを定義するカラーフィルタ２０が設けられる。一実施形態では、フィルタ２０ａは赤色であり、フィルタ２０ｂは青色であり、フィルタ２０ｃは緑色である。この実施形態では、図６に示される３つの発光器１０は、ただ１つのカラーピクセルを画定する。カラーフィルタ２０ａ〜２０ｃに関連付けられる光源１２を起動することによって、個々の集光器１４から着色光が放射される。このようにして、ディスプレイ１０からカラー画像を出力することができる。別の実施形態では、ディスプレイ１０の光源１２は、所与の波長において光を選択的に出力する材料から形成することができる。一例として、所望の波長において光を放射することができるフォトニック結晶を用いて、カラーピクセルを形成することができる。
【００１２】
一実施形態では、発光器１０は、半導体の製造において一般的に用いられる技法を用いて構成される。たとえば、光源１２は、この例ではＯＬＥＤ又はフォトニック結晶であり、半導体製造技法を用いて、基板１８上に形成することができる。場合によっては、基板１８として、硬質の基板が用いられることがあるか、又は或る程度フレキシブルな基板が用いられることがあることに留意されたい。一般的な材料堆積技法及び／又はドーピング技法を用いて、導体（図示せず）を基板１８上に堆積することができるか、又は基板の中に形成することができる。次に、材料の層１５が、光源１２を越えて、基板１８上に堆積される。層１５が一連のフォトエッチングマスクを用いて堆積されるのに応じて、この層１５の中に集光器１４を形成することができるか、又は適当なエッチング工程若しくはアブレーション工程を用いて、一回の処理で層１５の中に集光器１４を形成することができる。層１５が形成される材料として、光源１２から放射される光に対して反射性の材料を用いることができるが、実施形態によっては、光源１２から出力される光に対して多少透過性である層１５の材料を用いることが望ましいこともある。いくつかの実施形態では、スパッタリング又は他の適当な工程によって、集光器１４の内部に反射コーティングを施すことができる。さらに別の実施形態では、集光器１４を別個の層１５内に成形又は形成して、その後、集光器１４が光源１２と動作可能に位置合わせされるように、基板１８に被着することができる。
【００１３】
発光器１０及びそれを動作させるための導体（図示せず）は、コンピュータモニタ又は他のディスプレイを形成することができる大きなシート（図示せず）内に製造することができる。別法では、発光器１０は、それよりも小さなシート又は部品として形成することができ、個人情報端末（ＰＤＡ）、腕時計、計算機及び他のデバイスのような商品の中の小型のディスプレイ又はモニタにおいて用いることができる。
【００１４】
［結論］
本明細書において、具体的な実施形態が図示及び説明されてきたが、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが明らかに意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１つの例示的な実施形態による、発光器の一実施形態の概略的な側面図である。
【図２】本発明の１つの例示的な実施形態による、発光器の別の実施形態の概略的な側面図である。
【図３】本発明の１つの例示的な実施形態による、発光器の直線構成の実施形態の概略的な平面図である。
【図４】本発明の１つの例示的な実施形態による、発光器の曲線構成の実施形態の概略的な平面図である。
【図５】本発明の１つの例示的な実施形態による、発光器のアレイの概略的な平面図である。
【図６】カラー画像を出力するように構成及び配列される発光器のアレイの別の例示的な実施形態の概略的な側面図である。
【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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【国際調査報告】
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