(57)【要約】受け入れ領域（６１）と、該受け入れ領域（６１）より大きい出力領域（６２）と、前記受け入れ領域と前記出力領域との間に少なくとも一部が広がっている側壁（６３）と、を有する少なくとも１つのコリメート手段（６）を有する輝度改善手段が提供される。前記コリメート手段（６）の前記側壁（６３）の少なくとも一部は、第１光特性の光を反射するように備えられている第１フィルタを有し、前記光は、前記コリメート手段（６）の前記受け入れ領域（６１）を介して、前記コリメート手段（６）の前記出力領域（６２）に受け入れられ、前記第１フィルタはダイクロイックフィルタ又は偏光フィルタである。
2008546015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受け入れ領域と、該受け入れ領域より大きい出力領域と、前記受け入れ領域と前記出力領域との間に少なくとも一部が広がっている側壁と、を有する少なくとも１つのコリメート手段を有する、輝度改善手段であって、前記コリメート手段の前記側壁の少なくとも一部は、第１光特性の光を反射するように備えられている第１フィルタを有し、前記光は、前記第１コリメート手段の前記受け入れ領域を介して、前記コリメート手段の前記出力領域に受け入れられる、輝度改善手段であり、
前記第１光特性は第１波長領域であり、前記第１フィルタは第１ダイクロイックフィルタである、又は
前記第１光特性は第１偏光状態であり、前記第１フィルタは第１偏光フィルタである、
ことを特徴とする輝度改善手段。
【請求項２】
請求項１に記載の輝度改善手段であって、少なくとも第１コリメート手段及び少なくとも第２コリメート手段を有し、前記第１コリメート手段及び前記第２コリメート手段の各々は受け入れ領域と、該受け入れ領域より大きい出力領域と、前記受け入れ領域と前記出力領域との間に少なくとも一部が広がっている側壁を有する、輝度改善手段であって、
前記第１コリメート手段の前記側壁の少なくとも一部は、第１光特性の光を反射するように備えられている第１フィルタを有し、前記光は、前記第１コリメート手段の前記受け入れ領域を介して、前記コリメート手段の前記出力領域に受け入れられ、
前記第２コリメート手段の前記側壁の少なくとも一部は、第２光特性の光を反射するように備えられている第２フィルタを有し、前記光は、前記第２コリメート手段の前記受け入れ領域を介して、前記コリメート手段の前記出力領域に受け入れられ、
前記第１コリメート手段の前記出力領域及び前記第２コリメート手段の前記出力領域は少なくとも一部が重なり、
前記第１光特性は前記第２光特性と異なっている、
輝度改善手段。
【請求項３】
請求項２に記載の輝度改善手段であって、前記第１フィルタは第１ダイクロイックフィルタであり、前記第１光特性は第１波長領域であり、前記第２フィルタは第２ダイクロイックフィルタであり、そして前記第２光特性は第２波長領域である、輝度改善手段。
【請求項４】
請求項２に記載の輝度改善手段であって、前記第１フィルタは第１偏光フィルタであり、前記第２フィルタは第２偏光フィルタであり、前記第１光特性は第１偏光状態であり、そして前記第２光特性は第２偏光状態である、輝度改善手段。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の輝度改善手段であって、前記受け入れ領域に対する法線とコリメート手段の側壁の一部に対する法線との間の角度は、前記受け入れ領域からの距離が増加しても実質的に一定であり、前記コリメート手段の一部はフィルタである、輝度改善手段。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の輝度改善手段であって、前記受け入れ領域に対する法線とコリメート手段の側壁の一部に対する法線との間の角度は、前記受け入れ領域からの距離が増加すると増加し、前記コリメート手段の一部はフィルタである、輝度改善手段。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の輝度改善手段であって、２つの隣接するコリメート手段の前記出力領域の前記重なりは少なくとも１０％である、輝度改善手段。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の輝度改善手段であって、前記側壁は自立性壁要素を有する、輝度改善手段。
【請求項９】
請求項８に記載の輝度改善手段であって、前記フィルタは、前記壁要素の第１側において備えられている第１フィルタ材料と、前記壁要素の第２側において備えられている第２フィルタ材料と、を有する、輝度改善手段。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の輝度改善手段であって、前記輝度改善手段の外周境界に位置している前記コリメート手段の少なくとも一部の前記出力領域の少なくとも一部において遮光手段が備えられている、輝度改善手段。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の輝度改善手段であって、外周境界に対して垂直方向にとられる、前記輝度改善手段の前記外周境界に対して最近接の少なくとも２つの前記コリメート手段の前記出力領域の限界は、前記外周領域と少なくとも一部において重なっている、輝度改善手段。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の輝度改善手段であって、外周境界と一部が重なっている、前記輝度改善手段の外周境界に位置しているコリメート手段の前記側壁の少なくとも一部は、全スペクトル反射面を有する。輝度改善手段。
【請求項１３】
基板において備えられている第１光特性の光を出射するための第１照明ユニットと、第２光特性の光を出射するための第２照明ユニットとを有する発光装置であって、該発光装置は、前記第１照明ユニットにより出射される光を受け入れるように備えられている輝度改善手段を更に有し、前記輝度改善手段は、受け入れ領域と、該受け入れ領域より大きい出力領域と、前記受け入れ領域と前記出力領域との間に少なくとも一部が広がっている側壁と、を有する、発光装置であり、
前記第１コリメート手段の前記側壁の少なくとも一部は、前記第１光特性の光を反射するように備えられている第１フィルタを有し、前記光は、前記第１コリメート手段の前記受け入れ領域を介して、前記コリメート手段の前記出力領域に受け入れられ、
前記第１光特性は第１波長範囲であり、前記第２光特性は第２波長範囲であり、そして前記第１フィルタは第１ダイクロイックフィルタである、又は
前記第１光特性は第１偏光状態であり、前記第２光特性は第２偏光状態であり、そして前記第１フィルタは第１偏光フィルタである、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発光装置であって、前記輝度改善手段は、前記第１照明ユニット及び前記第２照明ユニットにより出射される光を受け入れるように備えられ、少なくとも第１コリメート手段及び少なくとも第２コリメート手段を有し、前記第１コリメート手段及び少なくとも第２コリメート手段の各々は、受け入れ領域と、該受け入れ領域より大きい出力領域と、前記受け入れ領域と前記出力領域との間に少なくとも一部が広がっている側壁と、を有する、発光装置であり、
前記第１コリメート手段の前記側壁の少なくとも一部は、第１光特性の光を反射するように備えられている第１フィルタを有し、前記光は、前記第１コリメート手段の前記受け入れ領域を介して、前記コリメート手段の前記出力領域に受け入れられ、
前記第２コリメート手段の前記側壁の少なくとも一部は、第２光特性の光を反射するように備えられている第２フィルタを有し、前記光は、前記第２コリメート手段の前記受け入れ領域を介して、前記コリメート手段の前記出力領域に受け入れられ、
前記第１コリメート手段の前記出力領域及び前記第２コリメート手段の前記出力領域は少なくとも一部が重なり、
前記第１光特性は前記第２光特性と異なっている、
発光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の発光装置であって、前記第１フィルタは第１ダイクロイックフィルタであり、前記第１光特性は第１波長領域であり、前記第２フィルタは第２ダイクロイックフィルタであり、そして前記第２光特性は第２波長領域である、発光装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の発光装置であって、前記第１フィルタは第１偏光フィルタであり、前記第２フィルタは第２偏光フィルタであり、前記第１光特性は第１偏光状態であり、そして前記第２光特性は第２偏光状態である、発光装置。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６の何れか一項に記載の発光装置であって、前記輝度改善手段は請求項５乃至１２の何れか一項に記載の輝度改善手段である、発光装置。
【請求項１８】
請求項１３乃至１７の何れか一項に記載の発光装置であって、前記照明ユニットにおいて位相差板が備えられ、該位相差板において反射型偏光板が備えられ、前記輝度改善手段は前記反射型偏光板において備えられている、発光装置。
【請求項１９】
請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の発光装置であって、前記基板は反射性基板である、発光装置。
【請求項２０】
請求項１３乃至１９の何れか一項に記載の発光装置であって、前記照明ユニットにより出射される光を受け入れる且つコリメートするように前記照明ユニットにおいてコリメータが備えられ、前記輝度改善手段は前記コリメータにおいて備えられている、発光装置。
【請求項２１】
請求項１３乃至２０の何れか一項に記載の発光装置であって、前記照明ユニットは発光ダイオードを有する、発光装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の発光装置であって、前記発光ダイオードは有機発光ダイオードを有する、発光装置。
【請求項２３】
請求項２１又は２２に記載の発光装置であって、前記第１照明ユニットは少なくとも１つの発光ダイオードを有し、前記第２照明ユニットは少なくとも１つの発光ダイオードを有する、発光装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の発光装置であって、前記第１照明ユニットは２つ又はそれ以上の発光ダイオードの第１線形アレイを有し、前記第２照明ユニットは２つ又はそれ以上の発光ダイオードの第２線形アレイを有し、前記第１線形アレイ及び前記第２線形アレイは実質的に平行である、発光装置。
【請求項２５】
請求項１３乃至２４の何れか一項に記載の発光装置であって、該発光装置の外周境界における光の出力は少なくとも一部が減少される、発光装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の発光装置であって、該発光装置の外周境界に位置している前記照明ユニットの少なくとも一部により出射される光束を減少することにより前記の光の出力が減少される、発光装置。
【請求項２７】
請求項１３乃至２６の何れか一項に記載の発光装置であって、導波路を更に有する、発光装置であり、前記輝度改善層は、前記少なくとも第１及び第２照明ユニットにより前記導波路に出射される光を結合するように備えられている、発光装置。
【請求項２８】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の輝度改善手段又は請求項１３乃至２６の何れか一項に記載の発光装置を有するディスプレイ装置。
【請求項２９】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の輝度改善手段又は請求項１３乃至２６の何れか一項に記載の発光装置を有する投写型ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも第１コリメート手段及び第２コリメート手段であって、各々が受信領域と、前記受信領域より大きい出力領域と、前記受信領域及び出力領域間に広がる側壁と、を有する輝度改善手段に関する。本発明は、更に、輝度改善手段を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、面状光源は、例えば、環境照明のためのランプ、液晶ディスプレイにおけるバックライト及び投写型ディスプレイにおける光源等の複数の異なるアプリケーションのために検討されている。
【０００３】
発光ダイオード、即ち、ＬＥＤは、例えば、ＬＥＤの寿命が白熱電球、蛍光電球及び放電ランプの寿命より長いために、多くのアプリケーションにおける光源の好ましい選択肢である。
【０００４】
更に、発光ダイオードは、白熱球より高い消費電力効率を有し、近い将来に、蛍光電球より効率が高くなることが期待されている。
【０００５】
上記の及び他のアプリケーションにおいては、高輝度及び色可変性が得られることがしばしば、要請されている。
【０００６】
輝度（Ｂ）は単位面積（Ａ）当たり及び単位立体角（Ω）当たりの発光したルーメンの量（Φ）と定義され、次式で表される。
【０００７】
Ｂ＝Φ／ＡΩ
従来、色可変性は、独立してアドレス指定可能である画素のアレイを構成するようにアレイ（行、列又は二次元マトリクス）状の複数の赤色、緑色及び青色ＬＥＤを独立して配置することにより得られる。
【０００８】
高輝度の色可変光は、典型的には、マトリクス状に並んでいるスペクトルの異なる部分において発光する非常に多数の高輝度ＬＥＤを重ねることにより得られる。特定の領域に配置されているＬＥＤが多ければ多い程、比Φ／Ａは大きくなる。
【０００９】
しかしながら、本質的に並んでいる異なる色を発光するＬＥＤを位置付けることは、できるだけ多くコリメートされる光を得る効率的な方法ではない。典型的には、ＬＥＤは、本質的には、ランバートパターン状に光を出射し、即ち、みられる角度の余弦に比例する強度を有する。並んでいる異なる色のＬＥＤを位置付けることはまた、ランバート放射パターンをもたらす。それ故、Ωに比例して広がる角度は変化しない。
【００１０】
この角度広がりを減少させる一方法はコリメータを有するＬＥＤを備えることである。これは、例えば、米国特許出願公開第２００４／０２１８３９０号明細書に記載されていて、その特許文献においては、ＬＥＤのアレイが、テーパーが付けられた金属反射ビンの対応するアレイに配置されている。
【００１１】
しかしながら、そのテーパーが付けられた金属ビンは空間を必要とし、各々のＬＥＤについて個別の光コリメーションを生成するために、それらのＬＥＤは距離を置いて離れて配置される必要がある。
【００１２】
この距離を置いて離れた配置は、しかしながら、上記式におけるＡを増加させる不利点を有し、設定された発光ダイオードの数についての輝度の減少に繋がる。
【００１３】
それ故、出射される光の小さい角度広がりを有する高輝度光を供給することができるコンパクトなレイアウトを有する平面型光源に対する要請が尚も存在している。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２１８３９０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、上記課題を克服すること、そしてコンパクトなレイアウトを有し、高輝度のコリメート光を供給することができる光源を備えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
それ故、第１の特徴において、本発明は、受信領域と、その受信領域より大きい出力領域と、受信領域と出力領域との間に広がっている側壁と、を有する少なくとも１つのコリメート手段を有する輝度改善手段を備えている。
【００１６】
本発明の輝度改善手段においては、コリメート手段の側壁の少なくとも一部は、ある波長範囲の光を反射するように備えられているダイクロイックフィルタを有し、その光は、前記第１コリメート手段の前記受信領域を介して、前記第１コリメート手段の前記出力領域に受け入れられる。
【００１７】
本発明の実施形態においては、輝度改善手段は、少なくとも第１コリメート手段及び第２コリメート手段を有することが可能であり、それらの各々は受信領域を有し、出力領域は受信領域より大きく、側壁は受信領域と出力領域との間に広がっている。
【００１８】
第１コリメート手段の側壁の少なくとも一部は、第１波長範囲における光を反射するように備えられ、その光は、前記第１コリメート手段の前記受信領域を介して、前記第１コリメート手段の前記出力領域に受け入れられる。
【００１９】
第２コリメート手段の側壁の少なくとも一部は、第２波長範囲における光を反射するように備えられ、その光は、前記第２コリメート手段の前記受信領域を介して、前記第２コリメート手段の前記出力領域に受け入れられる。
【００２０】
更に、第１コリメート手段の出力及び第２コリメート手段の出力は少なくとも一部が重なっている。
【００２１】
第１波長範囲と第２波長範囲とは異なるが、一部が重なることが可能である。しかしながら、好適には、この重なる範囲はできるだけ小さい。
【００２２】
ダイクロイックフィルタを有する壁を有するコリメート手段を用いることにより、重なっている出力領域を有するコリメート手段を備えることが可能である。
【００２３】
第１波長範囲の光は、第２波長範囲（重なっている波長範囲を除く）における光を反射するように適合されているダイクロイックフィルタを透過するが、第１波長範囲における光を反射するように適合されているダイクロイックフィルタにより反射される。逆に、第２波長範囲の光は、第１波長範囲（重なっている波長範囲を除く）における光を反射するように適合されているダイクロイックフィルタを透過するが、第２波長範囲における光を反射するように適合されているダイクロイックフィルタにより反射される。
【００２４】
色混合及び光のコリメーションが、一の構造においてコリメーションを実行し、その後、他の構造において色混合を実行する（又は、その逆に）ことに代えて、本発明のこの方法を用いることにより、同じ構造により同時に実行されることができる。
【００２５】
本発明はまた、例えば、異なる平面状偏光又は異なる円状偏光の異なる偏光状態の光を混合及びコリメートするように用いられることが可能である。
【００２６】
それ故、更なる特徴においては、本発明はまた、上記の輝度改善手段に関連し、ここでは、第１波長範囲及び第２波長範囲は第１偏光状態及び第２偏光状態で置き換えられ、第１波長範囲及び第２波長範囲のそれぞれを反射する第１ダイクロイックフィルタ及び第２ダイクロイックフィルタは、第１偏光状態及び第２偏光状態のそれぞれの光を反射するための第１偏光フィルタ及び第２偏光フィルタにより置き換えられる。
【００２７】
それ故、更に、本発明は、受信領域を有する少なくとも１つのコリメート手段を有する輝度改善手段を備え、出力領域は受信領域より大きく、そして側壁は受信領域と出力領域との間に広がり、ここで、偏光手段の側壁の少なくとも一部は偏光状態にある光を反射するように備えられている偏光フィルタを有し、その光は、前記第１コリメート手段の前記受信領域を介して、前記第１コリメート手段の前記出力領域に受け入れられる。
【００２８】
本発明のこの更なる特徴の実施形態においては、輝度改善手段は、少なくとも第１コリメート手段及び第２コリメート手段を有することが可能であり、それらの各々は受信領域を有し、出力領域はその受信領域より大きく、そして側壁は受信領域と出力領域との間に広がり、ここで、第１コリメート手段の側壁の少なくとも一部は、第１偏光状態にある光を反射するように備えられている第１偏光フィルタを有し、その光は、前記第１コリメート手段の前記受信領域を介して、前記第１コリメート手段の前記出力領域に受け入れられ、並びに、第２コリメート手段の側壁の少なくとも一部は、第２偏光状態にある光を反射するように備えられている第２偏光フィルタを有し、その光は、前記第２コリメート手段の前記受信領域を介して、前記第２コリメート手段の前記出力領域に受け入れられ、第１コリメート手段の出力領域及び第２コリメート手段の出力領域は少なくとも一部において重なっている。
【００２９】
その重なっている出力領域は、コンパクトなレイアウトを有する照明ユニットのアレイのために適合された、コンパクトな輝度改善層の製造を可能にする。
【００３０】
本発明においては、受信領域に対する法線方向とダイクロイックフィルタを有するコリメート手段の側壁の部分に対する法線方向との間の角度は本質的に一定であり、又は、受信領域からの距離を増加させることが可能である。
【００３１】
本発明の実施形態においては、２つの隣接するコリメート領域の出力領域の重なりは、少なくとも１０％、更には、少なくとも３０％、例えば、少なくとも５０％であることが可能である。
【００３２】
本発明の実施形態においては、コリメート手段の側壁は、自立性壁要素を有することが可能である。
【００３３】
本発明の実施形態においては、ダイクロイックフィルタは、壁要素の第１側部に備えられている第１ダイクロイック材料と、壁要素の第２側部に備えられている第２ダイクロイック材料と、有することが可能である。
【００３４】
それらのダイクロイックフィルタは、例えば、第１屈折率を有する第１材料及び第２屈折率を有する第２材料の、例えば、５乃至約５０層の交互層を有することが可能である。
【００３５】
本発明の実施形態においては、遮光手段が、前記輝度改善手段の外周境界に位置付けられているコリメート手段の少なくとも一部の出力領域の少なくとも一部において備えられることが可能である。
【００３６】
本発明の実施形態においては、前記外周境界に対して垂直な方向に置かれた前記輝度改善手段の外周境界に最も近接した少なくとも２つ又は３つのコリメート手段の出力領域が、本質的に、前記外周境界の方に広がることが可能であり、即ち、それらの出力領域の限界は、前記外周境界と少なくとも一部が重なることが可能である。
【００３７】
本発明の実施形態においては、前記外周境界と一部が重なる輝度改善手段の外周境界に位置しているコリメート手段の側壁の少なくとも一部は、全スペクトル反射面を備えることが可能である。
【００３８】
第２の特徴において、本発明は、基板上に備えられている第１波長範囲の光を出射するための第１照明ユニットと、第２波長範囲の光を出射するための第２照明ユニットと、を有する。
【００３９】
それらの照明ユニットは各々、例えば、１つ又はそれ以上の発光ダイオードを有することが可能である。
【００４０】
本発明の装置は、照明ユニットにより出射される光を受け入れるように備えられている本発明の輝度改善手段を更に有する。
【００４１】
輝度改善手段は、受信領域を有するコリメート手段と、前記受信領域より大きい出力領域と、前記受信領域と前記出力領域との間の少なくとも一部において広がっている側壁と、を有する。コリメート手段の側壁の少なくとも一部は、前記第１波長範囲の光を反射するように備えられているダイクロイックフィルタを有し、その光は、コリメート手段の受信領域を介して、コリメート手段の出力領域に受け入れられる。
【００４２】
本発明の第２の特徴の実施形態においては、発光装置における輝度改善手段は、第１コリメート手段及び第２コリメート手段を有することが可能であり、それらの各々は受信領域を有し、出力領域は受信領域より大きく、そして側壁が前記受信領域と前記出力領域との間に広がっている。
【００４３】
輝度改善手段においては、第１コリメート手段の側壁の少なくとも一部は、第１波長範囲にある光を反射するように備えられ、その光は、前記第１コリメート手段の前記受信領域を介して、前記第１コリメート手段の前記出力領域に受信される。
【００４４】
更に、第２コリメート手段の側壁の少なくとも一部は、第２波長領域の光を反射するように備えられている第２ダイクロイックフィルタを有し、その光は、第２コリメート手段の記受信領域を介して、第２コリメート手段の前記出力領域に受信される。
【００４５】
更に、第１コリメート手段の出力領域及び第２コリメート手段の出力領域は少なくとも一部が重なっている。第１波長間隔及び第２波長間隔は少なくとも一部が重なることが可能である。
【００４６】
輝度改善手段について上で説明しているように、本発明の発光装置についてはまた、波長範囲は偏光状態に代えられることが可能であり、ダイクロイックフィルタは偏光フィルタに代えられることが可能である。それ故、本発明の発光装置は、一部の実施形態において、第１偏光の光を供給する第１発光ユニットと、任意の、第２偏光の光を供給する第２発光ユニットと、異なる偏光状態の光を混合し、コリメートすることができる本発明の輝度改善手段とを有することが可能である。
【００４７】
本発明の発光装置は、光の良好なコリメーションを与えることができ、また、良好な色又は偏光混合を与えることができる。このことは、発光装置のビーム内に置かれたオブジェクトの影が色付きの又は偏光されたエッジを有さず、そのことは、一般に、非常に良好な色又は偏光混合を有しない光源の場合である。
【００４８】
本発明の一般の実施形態においては、本発明の発光装置は、本発明の輝度改善手段を有する。
【００４９】
本発明の実施形態においては、発光装置は、前記照明ユニットに備えられているリターダと、そのリターダに備えられている偏光リフレクタとを有し、輝度改善手段は偏光リフレクタに備えられている。
【００５０】
そのような発光装置は、高効率を有するコリメートされた偏光光を供給するように用いられることが可能である。
【００５１】
更に、照明ユニットが備えられている基板は反射性基板であることが可能である。
【００５２】
本発明の実施形態においては、コリメータは、前記照明ユニットにより出射された光を受け入れて、コリメートするように、照明ユニットに備えられることが可能であり、輝度改善手段は、照明ユニットにより出射された光を受け入れて、更にコリメートするように、このコリメートにおいて備えられていることが可能である。
【００５３】
本発明の実施形態においては、各々の照明ユニットは１つ又はそれ以上の発光装置を有することが可能である。
【００５４】
本発明の一部の実施形態においては、発光ユニットは１つ又はそれ以上の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を有することが可能である。
【００５５】
本発明の実施形態においては、第１照明ユニットは、２つ又はそれ以上の発光ダイオードの第１線形アレイを有し、第２照明ユニットは、２つ又はそれ以上の発光ダイオードの第２線形アレイを有し、第２アレイは第１アレイに対して実質的に平行に配置されていることが可能である。
【００５６】
本発明の実施形態においては、前記装置の外周境界における光の出力は少なくとも一部が減少される。その出力減少は、例えば、前記輝度改善手段の外周境界に位置しているコリメート手段の少なくとも一部の出力領域の少なくとも一部において遮光手段を備えることにより得られ、それ故、光が少なくとも一部においてそれらの出力領域を通ってその装置を出ないようにすることが可能である。代替として又は付加的に、その出力減少は、前記装置の外周境界に位置している照明ユニットの少なくとも一部により出射される光束を減少させることにより得られる。
【００５７】
本発明の実施形態においては、発光装置は、導波路を更に有し、輝度改善層は、前記導波路に少なくとも前記第１及び第２照明ユニットにより出射される光を結合するように備えられている。
【００５８】
更なる特徴においては、本発明は、本発明の輝度改善手段を有するディスプレイ装置及び光源を備えている。
【００５９】
本発明の上記の及び他の特徴について、以下、本発明の現在の好適な実施形態を示す添付図を参照して、詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
本発明の輝度改善手段の実施形態について図１ａに示し、その図１ａは、本発明にしたがった発光装置に関連して、輝度改善手段を有するこの実施形態の断面を示している。
【００６１】
本発明に関連する輝度改善手段は、発光装置により出射される光の輝度及び色混合を増加させるように、発光装置において備えられている又は備えられるように適合されている光学的にアクティブな要素である。
【００６２】
輝度（Ｂ）は、単位面積（Ａ）当たり及び単位立体角（Ω）当たりの発光したルーメンの量（Φ）と定義され、次式で表される。
【００６３】
Ｂ＝Φ／ＡΩ
本発明により、発光面積Ａ、即ち、光源の面積は変わらないまま保たれることが可能である。しかしながら、角度広がりは減少され、即ち、光はコリメートされる。ダイクロイックフィルタにより、角度広がりは減少し、それ故、発光光の範囲を定める立体角Ωは減少する。その結果、輝度は高くなる。
【００６４】
発光装置は、発光ダイオードのアレイが備えられている基板１を有する。そのアレイは、基板１において備えられ且つ回路（図示せず）に電気的に接続されている第１赤色発光ダイオード２、第２緑色発光ダイオード３及び青色発光ダイオード４を有する。
【００６５】
ここで用いている用語“発光ダイオード”は、有機に基づくＬＥＤ、ポリマーに基づくＬＥＤ及び無機に基づくＬＥＤを有する全ての種々の種類の発光ダイオードに関連し、それらの発光ダイオードは、動作モードにおいて、遠紫外光から赤外光までの波長範囲又は何れかの波長範囲の光を発光する。このアプリケーションに関連する発光ダイオードはまた、レーザダイオード、即ち、レーザ光を発光する発光ダイオードを網羅するように取り込まれる。本発明で用いるために適する発光ダイオードは、トップエミッション型、サイドエミッション型及びボトムエミッション型発光ダイオードを含むが、それらに限定されるものではない。
【００６６】
ここで用いる用語“有機発光ダイオード”即ち“ＯＬＥＤ”は、動作中に遠紫外光から赤外光までの波長範囲又は何れかの波長範囲の光を発光する小さい有機分子に基づくＬＥＤ（ｓｍＯＬＥＤ）及び有機ポリマーに基づくＬＥＤ（ｐｏｌｙＬＥＤ）を含む、有機発光材料を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）の全ての種々の種類に関連付けられるものである。また、透明なトップエミッション型、ボトムエミッション型又はそれら両方のトップ及びボトムエミッション型ＯＬＥＤ（ＴＯＬＥＤ）が、本発明における光源として用いられることが可能である。
【００６７】
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、典型的には、１つ又はそれ以上の有機層を有し、その有機層の少なくとも１つの層は、陽極と陰極との間に挟まれていて、光を発光することができる。ＯＬＥＤは、照明のための大きい面状発光パネルのための光源として適切である。
【００６８】
一般照明のためにＯＬＥＤを用いることにおけるボトルネックの１つは、ＯＬＥＤを迷光のソースにする、方向付けされていない光のアウトカップリングである。それ故、多くの照明用アプリケーションについては、今日、ＯＬＥＤを用いることは効果的ではないものとなっている。
【００６９】
ＯＬＥＤの第２の課題は、それらの制限された寿命によりもたらされる。典型的には、一定の駆動電流における輝度は時間の関数として減少する。更に、ＯＬＥＤは、典型的には、高い電流密度（即ち、高い輝度）において急速に劣化する。今日、ＯＬＥＤの寿命は、比較的低い輝度レベルにおいてさえ、照明市場に参入するには不十分である。更に、異なる色のＯＬＥＤはしばしば、異なるエージング特性を有し、ＯＬＥＤのマルチカラーのアレイ（即ち、ＲＧＢアレイ）は、時間の経過につれて輝度シフトばかりでなく、色シフトをもたらす。
【００７０】
第３に、色可変ＯＬＥＤにおける色混合は問題点をもたらす。色可変装置の１つのオプションは、例えば、横方向に位置付けられている赤色、緑色及び青色の単色ＯＬＥＤを有するパターン化装置を作ることである。
【００７１】
しかしながら、有効な色混合はパターンサイズに制限をもたらす。パターンが小さければ小さい程、即ち、ＯＬＥＤの充填度が高ければ高い程、典型的には、高い色混合がもたらされるが、パターンが小さければ小さい程、ＯＬＥＤを駆動するための回路は複雑になる。また、単色のＯＬＥＤを積層することが可能であるが、このことはコストパフォーマンスが低い。
【００７２】
ＯＬＥＤにより出射される光の拡散の程度を減少させるための一代替方法は、光をコリメートし、それにより、角度広がりを減少させることである。
【００７３】
減少した角度広がりはまた、比較的低い駆動電流が同じ輝度を得るように用いられることが可能であるために、発光光の輝度を増加させ、それ故、ＯＬＥＤの寿命を改善することが可能である。本発明の輝度改善手段は、それ故、有機発光ダイオードと共に有利に用いられる。
【００７４】
ここで用いている、発光ダイオードの色、例えば、“緑色発光ダイオード”は、動作モードで発光ダイオードにより出射される光の色、即ち波長範囲をいう。
【００７５】
上記の要約として、本発明の特許性のある概念はまた、異なる偏光特性のコリメーション及び混合に及ぶ。それ故、ここでの説明の適切な流れにおいて、用語“波長範囲”は“偏光状態”で代えられることが可能であり、“ダイクロイックフィルタ”は“偏光フィルタ”で代えられることが可能であり、そして“色”は“偏光”で代えられることが可能である。
【００７６】
輝度改善手段５は、受け入れ面と、受け入れ面に対向する出力面と、を有し、その受信面を介して発光ダイオードにより出射される光の少なくとも一部を受け入れるように発光ダイオードの最上部に備えられている。
【００７７】
輝度改善手段は、光コリメート手段６、７、８のアレイを有し、それらの各々は、輝度改善手段５の受信面における受け入れ領域６１、７１、８１と、輝度改善手段５の出力面における出力面６２、７２、８２とを有する。
【００７８】
更に、各々の光コリメート手段は、対応するコリメート手段の受け入れ領域と出力領域との間において広がっている側壁６３、７３、８３を有する。
【００７９】
コリメート手段６、７及び８について、図１ｂに詳細に示している。
【００８０】
本発明においては、コリメート手段が対応する、発光ダイオードに隣接する発光ダイオードに対向するコリメート手段の側壁の一部は、その対応する発光ダイオードにより出射される色の光を反射するが、隣接する発光ダイオードにより出射される色の光を透過するダイクロイックフィルタを有する。
【００８１】
そのコリメート手段は、少なくとも一次元において一般的な煙突状形状を有し、テーパーが付けられた部分において側壁としてダイクロイックフィルタ材料を用いることにより、各々の煙突のコリメーション効率に実質的に影響することなく、出力領域の重なりが可能である。
【００８２】
この重なりは、基板における発光ダイオードの高い充填度を可能にし、また、発光ダイオードの同じサイズを用いるときに、重ならないコリメート手段を用いる発光装置に比較して、より高い輝度が本発明の発光装置により生成されることを可能にする。
【００８３】
２つの隣接するコリメート手段の出力の重なりは、１つの隣接するコリメート手段により重なり合っている１つのコリメート手段の出力領域の一部とみなされる、少なくとも１０％、更には、少なくとも３０％、例えば更には、少なくとも５０％である。
【００８４】
その出力領域の重なりはまた、隣接する発行ダイオードから出射される光の良好な色混合を与える。出力領域の重なっている部分においては、実質的に全体の色混合が得られる。
【００８５】
その重なりが隣接する出力領域間で大きければ大きい程、色混合はより良好になる。
【００８６】
ここで用いている用語“コリメータ”及びそれに関連する用語、例えば、“コリメート手段”とは、電磁（ＥＭ）放射線、例えば、ＵＶからＩＲまでの範囲における光を受け入れることができ、受け入れられたＥＭ放射のコリメーション角度を減少させる要素のことをいう。
【００８７】
光コリメート手段のアレイは、発光ダイオードのアレイにおいて重畳され、それ故、各々のコリメート手段は、別個の発光ダイオードからの光を受け入れる。
【００８８】
一部の場合には、複数の発光ダイオードは照明ユニットに共にグループ化され、それ故、輝度改善手段は照明ユニットのアレイにおいて配列され、各々の照明ユニットは２つ以上の発光ダイオードを有し、各々のそのような照明ユニットは、輝度改善手段の１つの光コリメート手段に対応する。
【００８９】
コリメート手段の側壁はダイクロイックフィルタを有し、そのダイクロイックフィルタは、対応する発光ダイオードにより発光される光と実質的に同じ色（波長又は波長範囲）の光を反射するように適合されている。
【００９０】
ここで用いている用語“ダイクロイックフィルタ”とは、１つ又はそれ以上の波長又は波長範囲の電磁放射線を反射し、対象の波長全てについて、低い吸収係数、典型的には、略０を維持しながら、波長又は波長範囲を透過する。
【００９１】
ダイクロイックフィルタは、ハイパス型、ローパス型、バンドパス型又はバンドリジェクション型であることが可能である。
【００９２】
ここで用いている用語“波長範囲”とは、連続的な及び不連続的な波長範囲の両方のことをいう。
【００９３】
本発明の輝度改善手段で用いるために適切であるダイクロイックフィルタは、当業者に知られているダイクロイックフィルタを含み、屈折率が異なる多層の材料を有する。
【００９４】
一般に、“干渉スタック”として知られている、そのようなダイクロイックフィルタの一実施例は、Ｔａ２Ｏ５及びＳｉＯ２の交互層を有する。各々の層の厚さは、典型的には、屈折率で除算された空気中の波長の四分の一に略等しく、その空気中の波長は、ダイクロイックフィルタが適合される光の主波長に等しい。
【００９５】
当業者に知られていて、本発明で用いるために適切であるダイクロイックフィルタの他の実施例は、コレステリック液晶、所謂、フォトニック結晶又はホログラフィック層に基づくようなフィルタである。
【００９６】
本発明に関連して用いるように、ダイクロイックフィルタは、ダイクロイックフィルタが照明ユニットにより出射される波長範囲における波長を反射する一方、異なる波長範囲の光を透過する場合に、照明ユニットに適合されている。
【００９７】
例えば、緑色光に対して適合されているダイクロイックフィルタは、緑色光を反射する一方、青色及び赤色光を透過することが可能である。
【００９８】
発光波長範囲及び反射波長範囲が同じである必要はない。反射波長範囲は、例えば、発光波長範囲より狭いことが可能であり、又は、発光波長範囲より広いことが可能である。
【００９９】
更に、ダイクロイックフィルタは理想的でない、即ち、フィルタが光を反射するようになっている波長範囲における光の１００％を反射しないことが可能である。それ故、用語“ある波長範囲における光を反射するように備えられているダイクロイックフィルタ”は、“ある波長範囲における光を少なくとも一部において反射するように備えられているダイクロイックフィルタ”のことをいう。
【０１００】
例えば、ダイクロイックフィルタは、２つの異なる色、例えば、赤色及び緑色の照明ユニットに適合され、青色光を透過することが可能である。
【０１０１】
各々のコリメート手段６、７、８は煙突状形状を有し、それ故、出力領域が受け入れ領域より大きく、各々のコリメート手段の断面積は、受け入れ領域からの距離の増加につれて連続的に増加する。
【０１０２】
図１ａ及び１ｂに示す実施形態においては、コリメート手段６、７及び８の側壁６３、７３及び８３はそれぞれ、実質的に平坦であり、即ち、受け入れ領域に対する法線と側壁に対する法線との間の角度は、照明ユニットからの距離に対して実質的に一定である。典型的には、この角度は、４５°乃至８９°の範囲内、更には、６０°乃至８５°の範囲内、例えば、更には、７５°乃至８５°の範囲内にある。
【０１０３】
しかしながら、一部の実施形態においては、受け入れ領域に対する法線と側壁に対する法線との間のこの角度が変化する、例えば、受け入れ領域に対する距離の増加につれて増加する又は減少する、例えば、放物線又は双曲線状形状を成すように増加する場合に、有利である。図１ｃにおいては、側壁６３が放物線上形状を有するそのようなコリメート手段６を示している。当業者が理解できるであろうように、そのような放物線状形状はまた、図１ｂにおけるコリメート手段７及び８に適用可能である。放物線状形状を用いる場合、ＬＥＤにより出射される光とダイクロイック反射のための位置にある側壁との間の角度は、その出射角度にあまり依存しない。このことは、ダイクロイックフィルタは、一般に、入射角に依存する、即ち、波長範囲に関連して、反射及び透過帯域は入射角により変化する。受け入れ領域に対する法線と側壁に対する法線との間の最大角度は、典型的には、４５°乃至８９°の範囲内、更には、６０°乃至８５°の範囲内、例えば、更には、７５°乃至８５°の範囲内にある。
【０１０４】
図１に示す実施形態においては、ダイクロイックフィルタを有する側壁の一部は、外側に向かって、即ち、出力領域の方に向かってテーパーが付けられている。それ故、受け入れ領域を介して対応するコリメート手段に入る、発光ダイオードからの光は、光が出力領域にぶつかる前にそのテーパーが付けられている側壁にぶつかるような角度でコリメート手段に入射する場合に、同じコリメート手段の出力領域の方にダイクロイックフィルタにおいて反射される。
【０１０５】
ダイクロイック側壁は外側に向かってテーパーが付けられているため、受け入れ領域に対する法線と反射光ビーム（側壁において反射された）との間の絶対角度は、光ビームが反射される前の絶対角度より小さい。
【０１０６】
それ故、出力領域にぶつかる光は、受け入れ光に対してコリメートされる。
【０１０７】
しかしながら、反射がダイクロイックフィルタを有する側壁の一部において生じるための１つの必要条件は、光の色がダイクロイックフィルタに適合されていることである。発光光の色がダイクロイックフィルタに適合されていない場合、それは、そのフィルタにより透過されることが可能である。上記のように、ダイクロイックフィルタは、２つ以上の色、例えば、赤色及び緑色の反射のために適合されることが可能である一方、青色光、又は、実際には、何れかの他の色の組み合わせを反射することが可能である。
【０１０８】
異なる色、即ち、実質的に重なっていないスペクトルを有する２つの隣接する発光ダイオードに対応する光コリメート手段、例えば、発光ダイオード２及び３に対応するコリメート手段６及び７は、出力領域６２及び７２のそれぞれが重なり合うように配置される。
【０１０９】
コリメート手段６のダイクロイックフィルタは、緑色発光ダイオードにより発光される（緑色）光に対して実質的に透過性であり、その逆も真であるため、この重なり合いは、それらの発光ダイオードの方に戻る光の何れかの反射を実質的にはもたらさない。
【０１１０】
図１に示す実施形態においては、コリメート手段の側壁は、自立性壁要素を有する。この壁要素は、ＬＥＤアレイの最上部において直接、第１層に備えられ、そして、第２層５２は第１層５１に備えられている。
【０１１１】
第１層は、三角形のボイドが各々のＬＥＤの直上に位置付けられるように、ＬＥＤアレイにおいて備えられている。
【０１１２】
特定のＬＥＤの上方にボイドを画定する壁は、隣接するＬＥＤに対応するコリメート手段の側壁の一部を有する。それ故、図１に示すように、赤色ＬＥＤ２の上方のボイドを画定する左側の壁は、赤色ＬＥＤ２の左側に配置されている青色ＬＥＤ４に対応するコリメート手段８の側壁８３の一部である。同様に、赤色ＬＥＤ２の上方のボイドを画定する右側の壁は、赤色ＬＥＤ２の右側に配置されている緑色ＬＥＤ３に対応するコリメート手段７の側壁７３の一部である。
【０１１３】
第２基板５２は、第１基板５１により構成される壁の直線的な広がりを構成するように第１基板５１において備えられている。
【０１１４】
上記のようなダイクロイック材料は、ダイクロイックフィルタ機能を与えるように自立性壁要素において備えられている。
【０１１５】
そのような輝度改善手段の一製造方法は、２つの平面状の透明な折り畳み可能基板を備えるようになっている。第１基板はダイクロイック材料を備え、それ故、それがＷ字状形状に折り畳まれるとき、その第１基板は図１における第１層５１の形状をとる。第２基板はダイクロイック材料を備え、それ故、それがＷ字状形状に折り畳まれるとき、その第２基板は図１における第２層５２の形状をとる。それらの２つの基板は、その場合、輝度改善手段を与えるように、ＬＥＤアレイにおいて重畳されている。
【０１１６】
図１に示す実施形態においては、輝度改善手段の各々のコリメート手段６、７、８は実質的に同じ形状を有する。更に、それらのコリメート手段は、実質的に対称な断面（先端が切り取られた三角形）を示し、入力領域の幾何学的中心及び出力領域の幾何学的中心は、実質的に互いの最上部に位置付けられている（入力領域の幾何学的中心と出力領域の幾何学的中心との間の線は入力領域の法線に対して平行である）。しかしながら、本発明の代替の実施形態においては、コリメート手段の形状は隣接するコリメート手段間で異なることが可能である。例えば、入力領域の法線と線との間の角度であって、その線は入力領域の幾何学的中心と出力領域の幾何学的中心との間の線である、角度は、隣接するコリメート手段について異なることが可能である。典型的には、この角度の絶対値は、輝度改善手段の外周境界に近接して位置付けられているコリメート手段についてはより高く、輝度改善手段の中心に近接して位置付けられているコリメート手段についてはより低い。
【０１１７】
図１におけるように、ダイクロイックフィルタが自立性壁要素において備えられている実施形態においては、例えば、改善されたフィルタリング特性を得るようにその壁要素の両側の干渉スタックにおいて、ダイクロイック材料を備えることは有利である。壁要素の異なる側におけるダイクロイック材料は、良好なフィルタリング特性を得るように、同じである又は異なっていることが可能である。例えば、上記のように、５乃至５０層、例えば、約１５層の第１干渉スタックが壁要素の第１側において備えられることが可能であり、そして、５乃至５０層、例えば、約１５層の第２干渉スタックが同じ壁要素の第２の反対側において備えられることが可能である。
【０１１８】
ダイクロイックフィルタ又はダイクロイックフィルタについての基板としての自立性壁要素に対する代替として、固体の透明プリズムのアレイがＬＥＤのアレイにおいて備えられることが可能であり、それらのプリズムの側部は、コリメート手段の側壁を構成するようにダイクロイック材料を備えている。
【０１１９】
しかしながら、実施形態の全てにおいて、輝度改善手段が上記のような２つの重畳された基板を有する必要はない。それ故、図１における第２基板５２は、一部の実施形態においては、削除されることが可能である。例えば、交互の第１及び第２色発光ユニットの２色アレイについて適合された輝度改善手段において、良好なコリメーション及び色混合が、１つの基板から得られる輝度改善手段により達成されることが可能である。そのような輝度改善手段においては、第１色の照明ユニットは、第２色の２つの照明ユニット間に位置付けられている。ここでは、第２色の２つの照明ユニットに対応するコリメート手段の側壁は、第１色の照明ユニットの上方で交差している。同様に、第２色の照明ユニットは、その色の２つの照明ユニット間に位置付けられている、第２色の２つの照明ユニットに対応するコリメート手段の側壁は、第２色の照明ユニットの上方で交差している（基板５２を有する図１におけるように、そして、ここでは、照明ユニット２、３、４のアレイは第１色及び第２色の交互の照明ユニットのアレイである。）。
【０１２０】
本発明の他の例示としての実施形態について、図１の実施形態の変形を示す図２に示していて、ここで、発光ダイオード２、３及び４は、コリメートカップ１２、１３及び１４のそれぞれの基板１において距離を置いて離されている。
【０１２１】
コリメータ１２乃至１４は、発光ダイオード２乃至４間の空間を満たしている。輝度改善要素５は、その場合、発光ダイオードにより発光される光を更にコリメートするように、それらのコリメータの最上部に備えられている。
【０１２２】
本発明の更に他の実施形態について、偏光光を与えるための発光装置を示している図３に示している。この実施形態においては、位相差板９及び反射型偏光板１０が、発光ダイオードと輝度改善手段との間に備えられている。
【０１２３】
ここで用いている用語“位相差板”は、主光軸であって、１つは遅く、他は速い主光軸を有する光学的にアクティブな要素に関連している。出射ビームにおいて、それらの光軸に沿った偏光の成分は、互いに対してシフトされた位相にある。
【０１２４】
発光ダイオード２により出射された光は位相差板９を通って進み、その位相差板の主軸は偏光板１０の主軸に対して４５°の角度に好適に方向付けられている。反射型偏光板１０は、輝度改善手段５の方に特定の偏光の光を透過し、その光の補間部分は、発光ダイオード２及びコリメータ１２の方に下方に反射される。戻り光は、コリメータ１２及びＬＥＤの反射面において反射され、もう一度、位相差板を透過し、それが適切な偏光である場合に、輝度改善手段５の方に反射型偏光板を通る。
【０１２５】
位相差板９は、例えば、四分の一波長板又は何れかの他の適切な位相差板であることが可能であり、反射型偏光板１０及び反射型コリメータの組み合わせにおいては、その位相差板は、輝度改善手段の方に透過される偏光光の高収率を与える。
【０１２６】
上記の実施形態を用いるとき、典型的には、好ましい偏光を有するＬＥＤが発光したランダム偏光光の６０乃至７０％が、輝度改善手段を透過する。
【０１２７】
この実施形態の代替の実施形態においては、位相差板９及び反射型偏光板１０が、輝度改善手段５の出力領域に備えられている。
【０１２８】
一般に、本発明の輝度改善手段が、照明ユニットの線形アレイのような一次元アレイ又は二次元アレイからの光を受け入れる且つコリメートするように用いられることが可能である。
【０１２９】
輝度改善手段の形状及びアセンブリは、照明手段のアレイのレイアウトに依存する。
【０１３０】
本発明の実施形態においては、コリメート手段の全側壁がダイクロイックフィルタを有する必要はない。
【０１３１】
例えば、図２及び３に示す実施形態において示しているように、受け入れ領域に対して最近接の側壁の一部はダイクロイックフィルタを有する必要はない。
【０１３２】
コリメート手段の側壁の一部がダイクロイックフィルタを有しないことが有利点である他の実施例は、輝度改善手段の外周境界を有し、少なくとも１つの方向において隣接するコリメート手段は存在しない。輝度改善手段の境界においては、外周境界を構成する又は対向する側壁の一部は、例えば、装置から出る実質的に全ての波長の光を反射するように、金属薄膜のような全スペクトルリフレクタであることが可能である。
【０１３３】
そのような輝度改善手段の一実施例は、図１に示されている実施形態の実行である線形光源を有する発光装置を示している図４に示されている。ここでは、発光ダイオードが、一次元アレイ４０１に備えられている。輝度改善手段４０２の外周を構成する側壁の一部４０３は、光がそれらの壁を通って、実質的に装置から逃げないような広帯域反射性材料を有する。それとは対照的に、何れかの波長の光が、外周壁４０３において出力領域の方に反射される。
【０１３４】
そのような広帯域反射性壁はまた、互いから、本発明のディスプレイ装置の隣接する画素のような光学的に画定された分離された領域に対して有利である。
【０１３５】
しかしながら、外周境界を構成しない輝度改善手段４０２の内側壁４０４は、上記のように、ダイクロイックフィルタを有する。
【０１３６】
輝度改善手段の長いエッジを構成する広帯域反射性壁はテーパーが付けられることが可能であり、それ故、また、それらの壁はコリメート壁として機能し、又は、受け入れ領域及び出力領域に対して実質的に垂直であることが可能である。前者の場合には、二次元コリメーションが得られ、そして後者の場合には、実質的に一次元コリメーションが得られる。
【０１３７】
発光ダイオードの二次元アレイは、例えば、複数の一次元アレイを配置することにより与えられることが可能であり、それらの各々は別個の輝度改善手段を有し、又は、共通の輝度改善手段を共有することが可能である。例えば、図４に示すよう複数の装置が、二次元アレイを構成するように互いに対して互いの近傍において平行に位置合わせされて配置されることが可能である。
【０１３８】
二次元の輝度改善手段を得る他の方法について、図５及び６に示している。この輝度改善手段は、好ましい光コリメーションを与える、より複雑なアセンブリを必要とする六角形の配置に照明ユニット５０４、５０５、５０６の三色の二次元アレイ５０１について適合されている。この実施形態においては、六角形のピラミッド５１４、５１５、５１６の第１アレイ５０２が、ＬＥＤに対向するピラミッドのベースにより、各々の発光ダイオードにおいて１つのピラミッドを、発光ダイオードの最上部に重ね合わされている。
【０１３９】
ダイクロイックフィルタは、その場合、六角形のピラミッドの側部に備えられている。ダイクロイックフィルタは、ＬＥＤに対して隣接し且つそのＬＥＤから離れてテーパーが付けられている側部がそのＬＥＤについて適合されているダイクロイックフィルタを有するような側部において備えられている。
【０１４０】
四面体ピラミッドの第２アレイ５０３が備えられる。このようなピラミッドの第２アレイは、平坦な面及び構造化面を有するように配置され、その構造化面はＬＥＤに対向している。
【０１４１】
第２アレイ５０３は、ピラミッド５０２の第１アレイにおいて重ね合わされ、それ故、第２アレイの四面体ピラミッドの頂点は、第１アレイの３つの六角形ピラミッド間の交点に位置付けられている。
【０１４２】
それらのピラミッドの第２アレイの構造化面は、例えば、囲まれた照明ユニットにより発光される色に適合される六面（６つの側部を有する）の受け入れ領域及び出力領域（及び、受け入れ領域と出力領域との間の十二面（１２個の側部を有する）領域）を有するダイクロイックフィルタの実質的に外側に向かってテーパーが付けられた煙突を各々の発光ユニットの周りに形成するように、ダイクロイック材料を備えている。
【０１４３】
また、この実施形態においては、ダイクロイックフィルタは、自立性壁において形成されることが可能であり、上記のように、好ましいピラミッド形状を構成することが可能である。
【０１４４】
上記のように、本発明の輝度改善手段の一有利点は、それが良好な色混合を与えることである。しかしながら、輝度改善手段の外周境界において、その色混合は幾らか悪化される可能性があり、それらの境界における視認可能な色ずれ、即ち、“エッジ効果に繋がる。例えば、図１に示す実施形態においては、エッジ効果は、最も外側のコリメーション手段、即ち、輝度改善手段の外周境界におけるコリメーション手段において現れる。
【０１４５】
エッジ効果の１つの主原因は、最も外側のコリメーション手段の出力領域の最も外側において、最も外側の照明光源からの光のみが装置から出ることによるものである。それ故、色混合はこの領域においては現れず、最も外側の照明光源により出射される光の色の過剰及び色ずれをもたらす。
【０１４６】
このエッジ効果を回避するように、この効果をもたらす光の過剰を低減すること、即ち、この最も外側の照明光源からの光の出力を低減することは有利である。
【０１４７】
これを達成する一方法は、その効果をもたらす出力領域の一部において遮光手段１０１を備えることである。
【０１４８】
それ故、本発明の実施形態においては、遮光手段１０１が、本発明の輝度毅然手段の外周境界に位置付けられているコリメート手段の出力領域の少なくとも一部において備えられている。
【０１４９】
遮光手段の代替として又はそれに付加的に、外周境界における色ずれを低減するように、即ち、“エッジ効果”を低減するように、最も外側の照明ユニットから出射される光束を低減することは有利である。このことは、この照明ユニットを駆動する電流を減少させること、照明ユニットの発光領域を減少させること又は光の低出力を有する照明ユニットを用いることを含む複数の方法において達成されることが可能である。
【０１５０】
本発明の他の実施形態は図７に示されていて、発光ダイオードの３つの平行な線形アレイであって、１つの赤色ＬＥＤアレイ７０１、１つの緑色ＬＥＤアレイ７０２及び１つの青色ＬＥＤアレイを有する。輝度改善手段はアレイ状に配置されている。
【０１５１】
赤色ＬＥＤ７０１からの光は側壁７１１及び７１２により規定されるコリメート手段によりコリメートされ、緑色ＬＥＤ７０２からの光は側壁７２１及び７２２により規定されるコリメート手段によりコリメートされ、そして青色ＬＥＤ７０３からの光は側壁７３１及び７３２により規定されるコリメート手段によりコリメートされる。
【０１５２】
この実施形態においては、側壁７１１が赤色光を反射する必要があるがまた、何れかの他の色の光を反射することが可能であり、側壁７１２は赤色光を反射する必要がある。側壁７２１が緑色光を反射する必要があるがまた、何れかの他の色の光を反射することが可能であり、側壁７２２は緑色光を反射する必要がある。側壁７３１が青色光を反射する必要があるがまた、何れかの他の色の光を反射することが可能であり、側壁７３２は青色光を反射する必要がある。
【０１５３】
特に、この実施形態においては、３つの異なるコリメート手段の出力領域は実質的に１００％重なり合っている。
【０１５４】
ここでは、前記外周境界に対して垂直な方向にとられる、前記輝度改善手段の外周境界に対して最近接の３つのコリメート手段の出力領域は、前記外周境界と少なくとも一部が重なり合っている。
【０１５５】
側壁７１１、７２１及び７３２は全て、側壁７１１により規定される輝度改善手段の外周境界において交わっている。それ故、それらの３つのコリメート手段の出力領域の限界はこの外周境界において一致している。
【０１５６】
更に、側壁７１２、７２２及び７３１は全て、側壁７３１により規定される輝度改善手段の外周境界において交わっている。それ故、それらの３つのコリメート手段の出力領域の限界はこの外周境界において一致している。
【０１５７】
側壁に対応する３つのコリメート手段の出力領域が、側壁７１１により規定される輝度改善手段の外周境界の方に広がるように側壁７１１、７２１及び７３１を配置することにより、装置の全出力領域に亘って、この外周境界においてさえ、良好な色混合が得られる。上記のエッジ効果は、有効な色混合が最も外側のコリメーション手段、即ち、側壁７１１及び７１２により規定されるコリメーション手段の広がりに亘って与えられる。
【０１５８】
それに対応して、良好な色混合が、側壁７３１により規定される外周境界において与えられる。
【０１５９】
当業者が理解できるであろうように、図７に示している装置は、３つの照明ユニットを使用することに限定されるものではない。例えば、３つ以上の照明ユニットを有する装置、例えば、図１又は４に示すような装置はまた、境界に対して垂直な方向にとられる外周境界に対して最近接に位置している２つ又はそれ以上のコリメート手段の出力領域がその外周境界の方に広がる、即ち、それらの２つ又はそれ以上の出力領域の限界がその外周境界と重なるように、輝度改善手段のコリメート手段を備えることにより、輝度改善手段の外周境界において良好な色混合を得るこの方法を用いることが可能である。これは、３色アレイについて図８に示され、外周境界８０４に対して最近接に位置している３つのコリメート手段８０１、８０２及び８０３の出力領域は外周境界８０４と重なっている。４色アレイについては、典型的には、４つの最も外側のコリメート手段の出力領域はその外周境界と重なる必要がある。２色アレイについては、典型的には、２つの最も外側のコリメート手段の出力領域はその外周境界と重なる必要がある。
【０１６０】
図７に示すように、本発明の発光装置における各々の照明ユニットは、確実に、複数の発光ダイオードを有することが可能である。しかしながら、当業者が理解できるであろうように、各々の照明ユニットにおいて２つ以上の発光ダイオードを用いる必要はない。
【０１６１】
更に、本発明の複数の装置は、互いに対して隣接して配置されることが可能である。
【０１６２】
この装置に適合されている輝度改善手段及び４色発光装置について、図９に示している。光源アレイは行列マトリクス９０１を構成している。そのマトリクスにおける第１行９０２（及び、全ての２ｎ−１行（ｎ＝１，２，３．．．）は、交互の第１色及び第２色のＬＥＤを有する。第２行９０３（及び、全ての２ｎ行（ｎ＝１，２，３．．．）は、交互の第３色及び第４色のＬＥＤを有する。したがって、第１列９０４（それ故、全ての奇数列）は、交互の第１色及び第３色のＬＥＤを有し、第２列９０５（それ故、全ての偶数列）は、交互の第２色及び第４色のＬＥＤを有する。
【０１６３】
輝度改善手段９０６の第１層はＬＥＤマトリクスにおいて備えられている。この第１層において、ＬＥＤの第１行及び全ての２ｎ−１行（ｎ＝１，２，３．．．）は、第１色及び第２色のコリメーション及び色混合について適合されている輝度改善手段９０７を備えている。ＬＥＤの第２行及び全ての２ｎ行（ｎ＝１，２，３．．．）は、第３色及び第４色のコリメーション及び色混合について適合されている輝度改善手段９０８を備えている。反射壁９０９は、第１層における隣接するコリメート手段（ＬＥＤマトリクスにおける行に平行な）間に好適に備えられている。輝度改善手段の第１層は、ＬＥＤマトリクスにおける行の寸法（ｙ方向寸法）におけるコリメーション及び色混合を与えるが、列の寸法（ｘ方向寸法）においては実質的に色混合を与えない。
【０１６４】
ＬＥＤマトリクス９０１の列の寸法（ｘ方向寸法）においてコリメーション及び色混合を与えるように、輝度改善手段の第２層９１０が、輝度改善手段の第１層９０６の最上部に備えられている。
【０１６５】
この第２層９１０は、２種類のコリメート手段を有する輝度改善手段であり、第１種類のコリメート手段は第１色及び第２色を反射し、第２種類のコリメート手段は第３色及び第４色を反射する。第１種類のコリメート手段は、ＬＥＤマトリクスにおける２ｎ−１行９０２に対応する受け入れ領域を有し、第２種類のコリメート手段は、２ｎ行（ｎ＝１，２，３．．．）９０３に対応する受け入れ領域を有する。それ故、この第２層の輝度改善手段９１０は、ＬＥＤマトリクスの列の寸法（ｘ方向寸法）におけるコリメーション及び色混合を与える。集合的に、輝度改善手段の第１及び第２層は、ＬＥＤマトリクスの列（ｘ）及び行（ｙ）の寸法の両方におけるコリメーション及び色混合を与える。
【０１６６】
上記の図示している実施形態においては、全ての照明ユニット（ＬＥＤ）が互いから等しい距離で配置されていて、隣接する出力領域間の重なりは、実質的に装置全体に亘って実質的に同じである。しかしながら、当業者が理解できるであろうように、隣接する照明ユニット間の距離及び／又は隣接する出力領域間の重なりは装置前提に亘って等しい必要はない。
【０１６７】
本発明の実施形態（図示せず）においては、発光装置は、複数のサブグループ、例えば、画素に分割される。各々の画素は、複数の照明ユニット、例えば、ＬＥＤを有する。それらのサブグループの各々において、隣接する照明ユニット間の距離は同じであり、隣接する出力領域間の重なりは同じである。しかしながら、２つの隣接する照明ユニットが異なるサブグループに含まれる、２つの隣接する照明ユニット間の距離は、サブグループの内部の距離より大きく、更に、それらの２つの隣接する照明ユニットに対応する出力領域間の重なりは、サブグループの内側の重なりより小さい。
【０１６８】
本発明の輝度改善手段は、導波管に発光ダイオードのアレイにより出射される光を混合及び結合するように用いられることが可能である。
【０１６９】
本発明の発光装置は、発光ダイオードにおいて備えられる２つ以上の輝度改善手段を有することが可能である。例えば、特定の種類のＬＥＤを用いるとき、光は、少なくとも２つの一般方向にそれのＬＥＤから出射され、そのような場合、それらの方向の各々において１つの輝度改善手段を用いることが好ましい。
【０１７０】
本発明の装置に関連して、付加光学要素を用いることが可能である。例えば、ミラー等のような反射性面が、装置から出る光を他の一般方向に反射するように輝度改善手段の出力領域において備えられることが可能である。例えば、反対の２つの方向に出射される光を収集する及び受け入れるように側部発光型発光ダイオードのアレイに、２つの輝度改善手段が備えられている場合、２つの別個の輝度改善手段の出力領域は一般に逆方向において対向している。輝度改善手段の各々の出力領域においてミラーを備えることにより、それらのミラーの角度は、両方の輝度改善手段からの反射光が、一般に、同じ方向の進むように選択されることが可能である。
【０１７１】
本発明の発光装置、又は本発明にしたがった輝度改善手段を有する発光装置は、複数の異なるアプリケーションにおいて用いられることが可能である。そのようなアプリケーションは、線形光源と、例えば、室内照明、環境照明、ステージ照明、信号機、自動車用照明等の高輝度ランプにおける光源と、ＬＣＤに基づくディスプレイ装置におけるバックライトを有するが、それらに限定されるものではない。本発明の輝度改善手段はまた、例えば、ＬＥＤからの光を方向付けるように及び良好な色混合を得るように、ＬＥＤディスプレイ装置において用いられることが可能である。
【０１７２】
他の実施例は、投写型ＬＣＤディスプレイにおける光源としての使用がある。
【０１７３】
本発明の輝度改善手段は、輝度改善手段の出力領域からの光を受け入れるように導波路を備えることにより、発光ダイオードのアレイにより導波路に出射される光を混合する及び結合するように用いられることが可能である。
【０１７４】
本発明の発光装置は、発光ダイオードにおいて備えられる２つ以上の輝度改善手段を有することが可能である。例えば、側部発光型ＬＥＤを用いるとき、光は、それらから少なくとも２つの一般方向に出射される。そのような場合、それらの方向の各々において１つの輝度改善手段を用いることが好ましい。
【０１７５】
本発明はもはや、上記の好適な実施形態に限定されるものではないことを、当業者は理解することができるであろう。それどころか、同時提出の特許請求の範囲における範囲内で、多くの修正及び変形が可能であることが分かる。
【０１７６】
上記の実施形態においては、主に、ＬＥＤの３色アレイについて説明している。しかしながら、当業者が理解できるであろうように、本発明の輝度改善手段はまた、４色以上の異なる色を別個にコリメートするように適合されることが可能である。例えば、各々の異なるＬＥＤは別個のコリメート手段を有するか又は、１つのコリメート手段が異なる色の２つ又はそれ以上のＬＥＤに対応する場合に、４つ又はそれ以上の異なる色のＬＥＤのアレイがまた、本発明の輝度改善手段を備えることが可能である。
【０１７７】
本発明は、光源として発光ダイオードを用いることに限定されるものではない。更に、白熱電球、放電ランプ、蛍光管等の他の発光装置を用いることが可能である。
【０１７８】
上記の実施形態は、可視光又は近紫外光の波長領域（ＵＶ乃至ＩＲ）における光のコリメーション及び色混合に主に関連付けられている。しかしながら、本発明の輝度改善手段はまた、適切なダイクロイックフィルタを選択することにより、上記の波長領域以外の電磁放射線、例えば、Ｘ線放射等のコリメーションのために用いられることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１ａ】本発明の第１実施形態の断面図である。
【図１ｂ】図１ａの詳細図である。
【図１ｃ】図１ｂの詳細図に対する代替の実施形態の図である。
【図２】光の改善されたコリメーションのための本発明にしたがった第２実施形態の断面図である。
【図３】偏光光を与えるための本発明にしたがった第３実施形態の断面図である。
【図４】本発明にしたがった第４実施形態の透視図である。
【図５】本発明にしたがった第５実施形態の断面図である。
【図６】図５の詳細図である。
【図７】本発明にしたがった他の実施形態の平面図及び断面図である。
【図８】本発明にしたがった他の実施形態の断面図である。
【図９】本発明にしたがった他の実施形態の透視図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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