(57)【要約】  光源と、光入口側とディスプレイ側と背面側とをウェッジライトガイドと、を含む、ディスプレイデバイスであって、ディスプレイ側及び背面側は、異なる方向に面し、収束軸を画定するウェッジ形状を形成し、光入口側は、ウェッジ形状の発散側に位置付けられ、背面側は、ディスプレイデバイスのディスプレイ表面から離れる方向に面している、ディスプレイデバイス。背面側は、複数のウェッジエクストラクタを含み、各ウェッジエクストラクタは、収束軸に実質的に直交する方向に延びる。光源は、ウェッジライトガイドの光入口側に隣接して位置付けた。ウェッジライトガイドは、光源から光入口側を通して光線を受け、ディスプレイ側を通して光線を透過させるように構成されており、出口角度は、前記ディスプレイ側によって画定される平面から測定された約１０°〜約４０°で最大強度を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入口側と、ディスプレイ側と、背面側とを画定するウェッジライトガイドであって、前記ディスプレイ側及び背面側は、互いに異なる方向に面して、収束軸を画定するウェッジ形状を形成し、前記光入口側は、前記ウェッジ形状の発散側に位置付けられており、前記背面側は、前記ディスプレイデバイスのディスプレイ表面から離れる方向に面しており、前記背面側は、複数のウェッジエクストラクタを含み、前記複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、前記収束軸に実質的に直交する方向に延びている、ウェッジライトガイドと、
前記ウェッジライトガイドの前記光入口側に隣接して位置付けられた光源であって、前記ウェッジライトガイドは、前記光源から前記光入口側を通して光線を受光し、前記ディスプレイ側を通して前記光線を透過させるように構成されており、前記ディスプレイ側を通って透過した前記光線は、前記ディスプレイ側によって画定される平面から測定して、約１０°〜約４０°の出口角度において最大強度を画定する、光源と、を備えるディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、前記光入口側とは反対側に内角を画定する傾斜面を備え、前記傾斜面は、前記ウェッジライトガイド内を前記ディスプレイ側に向かって伝搬する光線を反射するように構成されており、前記内角は、約１０°未満である、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３】
前記内角は、前記背面側によって画定される平面と、前記傾斜面によって画定される平面との間の角度を画定する、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４】
前記複数のウェッジエクストラクタの前記傾斜面はそれぞれ表面積を画定し、前記傾斜面の前記表面積は、前記傾斜面が前記光入口側から離れるほど大きくなる、請求項２又は３に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５】
前記複数のウェッジエクストラクタの前記内角は、前記傾斜面が前記光入口側から離れるほど大きくなる、請求項２〜４のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６】
前記複数のウェッジエクストラクタの前記内角は、実質的に同じであり、前記複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、前記主表面に実質的に直交する方向に、前記背面側の主表面と前記ウェッジエクストラクタとの間の最大距離として測定された深さを画定し、前記複数のウェッジエクストラクタの前記深さは、前記ウェッジエクストラクタが前記光入口側から離れるほど大きくなる、請求項２〜４のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項７】
前記複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、前記収束軸に実質的に直交する方向に測定された幅を画定し、前記複数のウェッジエクストラクタの前記幅は、前記ウェッジエクストラクタが前記光入口側から離れるほど大きくなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項８】
前記複数のウェッジエクストラクタは、
前記収束軸に実質的に直交する方向に測定された第１の幅を画定する第１のウェッジエクストラクタと、
前記収束軸に実質的に直交する方向に測定された、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を画定する第２のウェッジエクストラクタと、を備え、前記第１のウェッジエクストラクタは、前記第２のウェッジエクストラクタよりも前記光入口側に近接して位置付けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項９】
前記第１のウェッジエクストラクタは、第１の領域を画定する第１の傾斜面を備え、前記第２のウェッジエクストラクタは、前記第１の領域よりも大きい第２の領域を画定する第２の傾斜面を備える、請求項８に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０】
前記第１のウェッジエクストラクタは、第１の内角を画定し、前記第２のウェッジエクストラクタは、前記第１の内角よりも大きい第２の内角を画定し、内角は、前記背面側によって画定される平面と、ウェッジエクストラクタの傾斜面によって画定される平面との間の角度を画定する、請求項８に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１１】
ディスプレイ側は、前記収束軸に実質的に平行な方向に延びる複数のレンズ状微細構造を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１２】
前記ディスプレイ表面と前記ウェッジライトガイドの前記ディスプレイ側との間に位置付けられた複数の微細構造を含む転向フィルムを更に備え、前記転向フィルムは、前記ウェッジライトガイドの前記ディスプレイ側から出射される光線を受光し、前記光線を前記ディスプレイ表面に向けて方向転換する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１３】
前記光入口側は、前記背面側によって画定される平面に平行な平面内で前記光源から受光した光線を拡散させるように構成された複数の微細構造を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１４】
前記ウェッジライトガイドは、前記光入口側を画定する入口側カプラーを更に備え、前記入口側カプラーは、光が前記ディスプレイ側と背面側との間を通過する前に、前記光入口側を通って入射する光のコリメーション角度を増大させるように構成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１５】
前記入口側カプラーは、前記収束軸に垂直に延びるプリズムを含む、請求項１４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１６】
前記ディスプレイ側から出射する光線は、約±２５°の間のコリメーション角度内で実質的にコリメートされ、前記コリメーション角度は、前記ディスプレイ側から出射する前記光線の強度が前記最大強度の少なくとも１０％である範囲を表す、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１７】
前記ディスプレイ側から出射する前記光線は、前記背面側によって画定され、かつ前記収束軸に対して整列された平面から測定して、約０°〜約５０°の間のコリメート出口角度内で実質的にコリメートされる、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１８】
前記ウェッジライトガイドは、前記ディスプレイ側と前記背面側との間に少なくとも１．５ｍｍの厚さを画定する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１９】
前記ウェッジライトガイドは、前記光入口側とは反対側に収束側を更に備え、前記光入口側を通って入射する光線の１０％未満が、前記収束側を通って出射する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２０】
前記光入口側を通って入射する前記光線の７％未満が、前記収束側を通って出射する、請求項１９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２１】
前記背面側は、前記ディスプレイ表面に実質的に平行に整列されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２２】
前記ディスプレイ側は、前記ディスプレイ表面に実質的に平行に整列されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２３】
ウェッジライトガイドの発散側を画定する光入口側と、
前記光入口側とは反対側の収束側と、
前記光入口側に実質的に直交して整列されているディスプレイ側と、
背面側であって、前記ディスプレイ側及び背面側は、互いに異なる方向に面して、ウェッジ形状の対向する両端部において前記光入口側及び前記収束側を有する収束軸を画定するウェッジ形状を形成し、前記背面側は、複数のウェッジエクストラクタを含み各ウェッジエクストラクタは、前記収束軸に実質的に直交する方向に延びている、背面側と、を備えるウェッジライトガイドであって、
前記ウェッジライトガイドは、前記光源から前記光入口側を通して光線を受光し、前記ディスプレイ側を通して前記光線を透過させるように構成されており、前記ディスプレイ側を通って透過した前記光線は、前記ディスプレイ側によって画定される平面から測定して、約１０°〜約４０°の間の出口角度において最大強度を画定する、ウェッジライトガイド。
【請求項２４】
前記複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、前記光入口側とは反対側に内角を画定する傾斜面を備え、前記傾斜面は、前記ウェッジライトガイド内を前記ディスプレイ側に向かって伝搬する光線を反射するように構成されており、前記内角は、約１０°未満である、請求項２３に記載のウェッジライトガイド。
【請求項２５】
前記内角は、前記背面側によって画定される平面と、前記傾斜面によって画定される平面との間の角度を画定する、請求項２４に記載のウェッジライトガイド。
【請求項２６】
前記複数のウェッジエクストラクタの前記傾斜面はそれぞれ表面積を画定し、前記傾斜面の前記表面積は、前記傾斜面が前記光入口側から離れるほど大きくなる、請求項２４又は２５に記載のウェッジライトガイド。
【請求項２７】
前記複数のウェッジエクストラクタの前記内角は、前記傾斜面が前記光入口側から離れるほど大きくなる、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項２８】
前記複数のウェッジエクストラクタの前記内角は、実質的に同じであり、前記複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、前記主表面に実質的に直交する方向に、前記背面側の主表面と前記ウェッジエクストラクタとの間の最大距離として測定された深さを画定し、前記複数のウェッジエクストラクタの前記深さは、前記ウェッジエクストラクタが前記光入口側から離れるほど大きくなる、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項２９】
前記複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、前記収束軸に実質的に直交する方向に測定された幅を画定し、前記複数のウェッジエクストラクタの前記幅は、前記ウェッジエクストラクタ前記光入口側から離れるほど大きくなる、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３０】
前記複数のウェッジエクストラクタは、
前記収束軸に実質的に直交する方向に測定された第１の幅を画定する第１のウェッジエクストラクタと、
前記収束軸に実質的に直交する方向に測定された、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を画定する第２のウェッジエクストラクタと、を備え、
前記第１のウェッジエクストラクタは、前記第２のウェッジエクストラクタよりも前記光入口側に近接して位置付けられている、請求項２３〜２９のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３１】
前記第１のウェッジエクストラクタは、第１の領域を画定する第１の傾斜面を備え、前記第２のウェッジエクストラクタは、前記第１の領域よりも大きい第２の領域を画定する第２の傾斜面を備える、請求項３０に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３２】
前記第１のウェッジエクストラクタは、第１の内角を画定し、前記第２のウェッジエクストラクタは、前記第１の内角よりも大きい第２の内角を画定し、内角は、前記背面側によって画定される平面と、ウェッジエクストラクタの傾斜面によって画定される平面との間の角度を画定する、請求項３０に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３３】
ディスプレイ側は、前記収束軸に実質的に平行な方向に延びる複数のレンズ状微細構造を含む、請求項２３〜３２のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３４】
前記光入口側は、前記背面側によって画定される平面に平行な平面内で前記光入口側を通して受光した光線を拡散させるように構成された複数の微細構造を含む、請求項２３〜３３のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３５】
前記光入口側を画定する入口側カプラーを更に備え、前記入口側カプラーは、光が前記ディスプレイ側と背面側との間を通過する前に、前記光入口側を通って入射する光のコリメーション角度を増大させるように構成されている、請求項２３〜３４のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３６】
前記入口側カプラーは、前記収束軸に垂直に延びるプリズムを含む、請求項３５に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３７】
前記ディスプレイ側から出射する光線は、前記背面側によって画定され、かつ前記収束軸に対して整列された平面から測定して、約０°〜約５０°の間のコリメート出口角度内で実質的にコリメートされる、請求項２３〜３６のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３８】
前記ウェッジライトガイドは、前記ディスプレイ側と前記背面側との間に少なくとも１．５ｍｍの厚さを画定する、請求項２３〜３７のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項３９】
前記光入口側を通って入射する光線の１０％未満が、前記収束側を通って出射する、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載のウェッジライトガイド。
【請求項４０】
ウェッジライトガイドの発散側を画定する光入口側を画定する入口側カプラーであって、前記光入口側を通って入射する光のコリメーション角度を増大させるように構成されている入口側カプラーと、
前記光入口側とは反対側の収束側と、
前記光入口側に実質的に直交して、前記入口側カプラーに隣接して整列されているディスプレイ側と、
背面側であって、前記ディスプレイ側及び背面側は、互いに異なる方向に面して、ウェッジ形状の対向する両端部において前記光入口側及び前記収束側を有する収束軸を画定するウェッジ形状を形成し、前記背面側は、複数のウェッジエクストラクタを含み、各ウェッジエクストラクタは、前記収束軸に実質的に直交する方向に延びており、前記複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、前記光入口側とは反対側に内角を画定する傾斜面を備え、前記内角は、約１０°未満である、背面側と、を備えるウェッジライトガイドであって、
前記ウェッジライトガイドは、前記光源から前記光入口側を通して光線を受光し、前記ディスプレイ側を通して前記光線を透過させるように構成されており、前記ディスプレイ側を通って透過した前記光線は、前記ディスプレイ側によって画定される平面から測定して、約１０°〜約４０°の間の出口角度において最大強度を画定する、ウェッジライトガイド。
【請求項４１】
前記ウェッジライトガイドは、前記ディスプレイ側と前記背面側との間に少なくとも１．５ｍｍの厚さを画定する、請求項４０に記載のウェッジライトガイド。
【請求項４２】
前記光入口側を通って入射する光線の１０％未満が、前記収束側を通って出射する、請求項４０又は４１に記載のウェッジライトガイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学ディスプレイデバイス用のライトガイド及び光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ディスプレイシステムは、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルドデバイス（例えば、スマートフォン）、デジタル時計、自動車用ディスプレイなどに広く使用されている。よく知られている液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、このような光学ディスプレイの一般的な例である。ＬＣＤディスプレイでは、液晶の一部は電界を印加することによって変化された光学的状態を有する。本プロセスは情報の「ピクセル」を表示するのに必要なコントラストを生成する。いくつかの実施例では、ＬＣＤディスプレイは、ディスプレイアセンブリの光特性を生成及び変化させるために、光源、及び反射型偏光子を含む様々な光学フィルムの組み合わせを含むことができる。
【０００３】
光学ディスプレイは、照明の種類を基準として分類することができる。光源が光学デバイス内に配置され、１つ以上の光学層（例えば、ＬＣＤパネル）を通して光を投射してデバイスを照明する、「バックライト」を組み込む光学ディスプレイの一般的な例。典型的なバックライトアセンブリは、光キャビティと、光を発生するランプ又は他の構造とを含む。
【０００４】
光学ディスプレイを照明するための様々なバックライトアセンブリが提案されている。いくつかの実施例では、バックライトアセンブリは、ライトガイドの使用を組み込んでもよい。ライトガイドは、一般に、光源からの光を受け、ライトガイドから抽出され、ＬＣＤアセンブリなどの光学ディスプレイデバイスを通って通過してユーザに向けられるまで、ライトガイド内を光が伝搬することによって、ユーザによって見ることができる画像を照明する。光の効率的な使用、節約、及び分配は、コンピュータスクリーン、スマートフォン、又は他のパーソナルデバイス、及び自動車用ディスプレイシステムで使用されるものなどの電子ディスプレイにおける電力効率、輝度、可視性、及び放熱を最大化するために重要である。
【発明の概要】
【０００５】
いくつかの実施例では、本開示は、ディスプレイデバイスであって、光入口側と、ディスプレイ側と、背面側とを画定するウェッジライトガイドであって、ディスプレイ側及び背面側は、互いに異なる方向に面して、収束軸を画定するウェッジ形状を形成し、光入口側は、ウェッジ形状の発散側に位置付けられ、背面側がディスプレイデバイスのディスプレイ表面から離れる方向に面しており、背面側は、複数のウェッジエクストラクタを含み、複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、収束軸に実質的に直交する方向に延びる、ウェッジライトガイドと、ウェッジライトガイドの光入口側に隣接して位置付けられた光源であって、ウェッジライトガイドは、光源から光入口側を通して光線を受け、ディスプレイ側を通して光線を透過させるように構成されており、ディスプレイ側を通して透過した光線は、ディスプレイ側によって画定される平面から測定された約１０°〜約４０°の出口角度で最大強度を画定する、光源と、を含む、ディスプレイデバイスについて記載する。
【０００６】
いくつかの実施例では、本開示は、ウェッジライトガイドの発散側を画定する光入口側と、光入口側の反対側の収束側と、光入口側に実質的に直交して整列されているディスプレイ側と、背面側であって、ディスプレイ側及び背面側は、互いに異なる方向に面して、ウェッジ形状の対向する両端部において光入口側及び収束側を有する収束軸を画定するウェッジ形状を形成し、背面側は、複数のウェッジエクストラクタを含み、各ウェッジエクストラクタは、収束軸に実質的に直交する方向に延びている、背面側とを備えるウェッジライトガイドであって、ウェッジライトガイドは、光源から光入口側を通して光線を受光し、ディスプレイ側を通して光線を透過させるように構成されており、ディスプレイ側を通って透過した光線は、ディスプレイ側によって画定される平面から測定して約１０°〜約４０°の間の出口角度において最大強度を画定する、ウェッジライトガイドについて記載する。
【０００７】
いくつかの実施例では、本開示は、ウェッジライトガイドの発散側を画定する光入口側を画定する入口側カプラーであって、入口側カプラーは、光入口側を通って入射する光のコリメーション角度を増大させるように構成されている、入口側カプラーと、光入口側とは反対側の収束側と、光入口側に実質的に直交して、入口側カプラーに隣接して整列されているディスプレイ側と、背面側であって、ディスプレイ側及び背面側は、互いに異なる方向に面して、ウェッジ形状の対向する両端部において光入口側及び収束側を有する収束軸を画定するウェッジ形状を形成し、背面側は、複数のウェッジエクストラクタを含み、各ウェッジエクストラクタは、収束軸に実質的に直交する方向に延び、複数のウェッジエクストラクタの各ウェッジエクストラクタは、光入口側とは反対側に内角を画定する傾斜面を備え、内角は、約１０°未満である、背面側と、を備えるウェッジライトガイドであって、ウェッジライトガイドは、光源から光入口側を通して光線を受光し、ディスプレイ側を通して光線を透過させるように構成されており、ディスプレイ側を通して透過した光線は、ディスプレイ側によって画定される平面から測定して約１０°〜約４０°の出口角度において最大強度を画定する、ウェッジライトガイドについて記載する。
【０００８】
１つ以上の例の詳細を、添付の図面及び以下の説明で示す。他の特徴、目的及び利点は、説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書に記載されるようなウェッジライトガイドを含む例示的な光学ディスプレイシステムの概略側面断面図である。
【００１０】
【図２】ウェッジライトガイドの動作原理及び光学原理の一部を示す、図１のウェッジライトガイドの拡大概略断面図である。
【００１１】
【図３】図１のウェッジライトガイド及び光源の概略底面図である。
【００１２】
【図４】光入口側及びディスプレイ側の両方に任意の構造化表面を有する、図１のウェッジライトガイドの概略斜視図を示す。
【００１３】
【図５】光源、ウェッジライトガイド、及び１つ以上の任意の光学フィルム又はデバイスを含む、別の例示的な光学ディスプレイシステムの概略側面断面図である。
【００１４】
【図６】ウェッジライトガイドの動作原理及び光学原理の一部を示す、図５のウェッジライトガイドの拡大概略断面図である。
【００１５】
【図７】光源に隣接して組み立てられた図５のウェッジライトガイドの概略底面図である。
【００１６】
【図８】モデリングに使用される構成要素の様々な寸法を画定する、実施例１のモデリング実験で使用されるウェッジ光の断面図である。
【００１７】
【図９】様々な傾斜内角でモデル化されたウェッジエクストラクタ用の同等の平面ライトガイドと比較した、実施例のウェッジライトガイドの消失損失画分を示す。
【００１８】
【図１０】様々な傾斜内角でモデル化されたウェッジエクストラクタ用の同等の平面ライトガイドと比較した、実施例のウェッジライトガイドの照度対最大明るさの比を示す。
【００１９】
【図１１】様々な傾斜内角でモデル化されたウェッジエクストラクタ用の同等の平面ライトガイドと比較した、実施例のウェッジライトガイドの）相対輝度値を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
自動車用ディスプレイ及び他の高輝度光学システムは、多くの場合、輝度要件に起因して、そのような光学ディスプレイシステムの光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することが多い。このようなＬＥＤは、ラップトップコンピュータ及び携帯電話などの他のポータブルデバイスで使用される光源と比較して比較的大きくてもよい。結果として、このようなシステムで使用されるライトガイドは、ＬＥＤ光源からの光を効率的に捕捉するために、比較的厚い（例えば、厚さが１．５ｍｍを超える）。しかしながら、それぞれのライトガイドの厚さが増加するにつれて、結合効率（例えば、ライトガイド内を伝搬する光線を効率的に抽出及びリダイレクトするライトガイドの機能）は、一般に、減少する。例えば、比較的厚さが大きいライトガイド材料は、所与の伝搬角度に対するライトガイド内を伝搬するそれぞれの光線に対するガイド下方への移動距離の増加に対応する。したがって、比較的厚いライトガイド内を伝搬する光線は、比較的薄いライトガイド内で同じ伝搬角度で伝搬する光線と比較して、移動した長さの単位当たりの相互作用（例えば、反射）が少なくなる。
【００２１】
いくつかの実施例では、本開示は、高い輝度要求を有する自動車用ディスプレイなどの光学ディスプレイシステム及びデバイスに組み込まれ得るウェッジ形状のライトガイド（例えば、「ウェッジライトガイド」）について記載する。本明細書に記載されるウェッジライトガイドは、比較的厚く（例えば、１．５ｍｍを超える厚さ）てもよく、ＬＥＤなどの光源からの光を受け、ディスプレイ側にわたって効率的かつ比較的均一に光をリダイレクトするように構成され、出射光は、デバイスのディスプレイ表面に対して概ね横方向に続く。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイドのディスプレイ側を通ってウェッジライトガイドを出射する光は、指定のコリメーション角度内でコリメートされ、光学ディスプレイ表面に概ね平行な方向（例えば、光学ディスプレイ表面の法線に対して垂直）に向けられてもよい。本明細書に記載されるウェッジライトガイドは、従来のライトガイドと比較してより高い程度の抽出効率を有する、高度に均一で比較的コリメートされた出射光を生成するように、ライトガイドを通って通過する光を変化させ及びリダイレクトする１つ以上の構造化表面を含んでもよい。
【００２２】
加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、光を観察者に向けるのではなく、出力光を光学ディスプレイ表面に概ね平行な方向に向けることによって、本明細書に記載されるウェッジライトガイドは、汎用性があり、用途の広い、高効率のバックライトシステムを提供することができ、このバックライトシステムは、別個の視野パターンを作り出すように設計された、様々な転向フィルム又は他の特殊フィルム／デバイスと共に使用され得、そのようなフィルムを収容するようにライトガイド又は光源の追加的な変更を必要としない。
【００２３】
図１は、光源１０２、ウェッジライトガイド１０４、及び１つ以上の任意の光学フィルム又はデバイス１０６を含む、例示的な光学ディスプレイシステム１００の概略側面断面図である。光学ディスプレイシステム１００は、観察者１１０に向けて配向された法線１０９を有するディスプレイ表面１０８を画定することができる。説明を容易にするために、光学ディスプレイシステム１００及びその様々な構成要素は、図１に記され、図１〜図４全体にわたって一貫して使用されるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を参照して示され、説明される。
【００２４】
ウェッジライトガイド１０４は、光入口側１１２と、背面側１１４と、ディスプレイ側１１６と、を含む。背面側１１４は、主表面１２２にわたって配設された複数のウェッジエクストラクタ１１８を含んでもよく、各ウェッジエクストラクタ１１８は、傾斜面１２０を画定する。ディスプレイ側１１６は、ディスプレイ表面１０８に概ね面しているウェッジライトガイド１０４の側面を表してもよく、一方、背面側１１４は、ディスプレイ表面１０８から概ね離れる方向に面しているウェッジライトガイド１０４の側面を表してもよい。ディスプレイ側１１６は、光入口側１１２を通って入射する光の大部分がウェッジライトガイド１０４から透過される光出口側として特徴付けてもよい。
【００２５】
説明及び理解を目的として、ウェッジライトガイド１０４の所与の側面の配向は、それぞれの側面上に存在しても存在しなくてもよい、任意の個々の表面構造（例えば、プリズム、ウェッジ、レンズ形、拡散体など）の配向又は形状に関係なく、側面によって画定される平面に関して特徴付けられてもよい。例えば、以下に更に記載されるように、背面側１１４は、複数の傾斜面１２０を画定するウェッジエクストラクタ１１８の形態の複数の表面構造を含んでもよい。ウェッジエクストラクタ１１８の様々な面及び背面側１１４の主表面１２２は、様々な方向に配向してもよい。ウェッジエクストラクタ１１８の存在又はリスペクトフル（respectful）面のいずれかの向きにもかかわらず、背面側１１４は、図１のｘｚ平面内に延び、負のｙ軸方向に面する平面（例えば、負のｙ軸方向に背面側１１４の点によって画定される平面の法線）を画定するものとして特徴付けられてもよい。説明全体を通して使用される特定の方向に面している、指している、位置付けられる、又は配向される所与の側面の説明は、特に記載しない限り、それぞれの側面上の任意の所与の光学構造の配向を指すのではなく、それぞれの側面によって画定される平面の配向を指す。したがって、図１を参照すると、光入口側１１２は、ディスプレイ表面１０８に対して実質的に直交（例えば、直交又はほぼ直交）する平面セットを画定するものとして特徴付けられてもよく、背面側１１４は、ディスプレイ表面１０８に対して実質的に平行（例えば、平行又はほぼ平行）な平面セットを画定するものとして特徴付けられてもよいが、ディスプレイ表面１０８及びディスプレイ側１１４と反対方向に面することは、ディスプレイ表面１０８から収束角度（φ）だけオフセットされた平面を画定するものとして特徴付けられてもよい。加えて、又は代替的に、光入口側１１２は、背面側１１４に対して実質的に直交（例えば、直交又はほぼ直交）であると特徴付けられてもよい。背面側１１４は、ディスプレイ表面１０８に実質的に平行であるように図１に図示及び説明されているが、他の実施例では、ディスプレイ側１１６が、ディスプレイ表面１０８に対して実質的に平行（例えば、平行又はほぼ平行）であり、光が、ディスプレイ表面１０８に対して横方向にディスプレイ側１１６から出射するように、ウェッジライトガイド１０４は、ディスプレイシステム１００内に配向してもよい。
【００２６】
ディスプレイ側１１６及び背面側１１４は、２つの側面が互いに異なる方向に面するように、互いに概ね反対に位置付けられてもよく、２つの側面がウェッジ形状を形成するように、互いに非平行な収束角度（φ）で整列してもよい。いくつかの実施例では、収束角度（φ）は、ウェッジライトガイド１０４のウェッジ角度、テーパー角などと称してもよい。いくつかの実施例では、ウェッジ形状のテーパーはまた、収束側（Ｄ１）１２６で、及び光入口側（Ｄ２）に隣接して測定される、ディスプレイ側１１６と背面側１１４との間の厚さの比によって特徴付けることができる。いくつかの実施例では、厚さの比（Ｄ１：Ｄ２）は、約０．９未満又は約０．５未満又は約０．２５未満でもよい。
【００２７】
この説明の目的のために、ウェッジライトガイド１０４のウェッジ形状は、その収束軸１２４によって特徴付けられてもよく、この収束軸１２４は、ウェッジ形状の発散側（例えば、光入口側１１２）から収束側１２６へと移動する、ディスプレイと背面側１１４及び１１６との間のテーパーによって確立され、背面側１１４によって画定される平面に平行である、方向として特徴付けることができる。図１では、収束軸１２４は、ｘ軸及び背面側１１４の平面に平行に整列されているように図示されている。背面側１１４の各ウェッジエクストラクタ１１８は、収束軸１２４に対して実質的に直交（例えば、ウェッジエクストラクタの光学特性を著しく変化させない製作プロセスの間のわずかな整列不良（例えば、±５°）は別として、直交又はほぼ直交）する方向に延びてもよい。
【００２８】
光学システム１００は、光源１０２によって生成された光が光入口表面１１２を通ってウェッジライトガイド１０４に入射するように構成してもよく、この光入口表面１１２は収束軸１２４の一般的な方向に伝搬する。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４は、ディスプレイ側１１６（例えば、空気又は他の光学フィルム）に直接隣接する材料よりも高い屈折率を画定することができ、それによって、任意の光線を、ウェッジライトガイド１０４内に伝搬させて、ライトガイドの様々な側面によって反射されるか、又はディスプレイ側１１６によって優先的に屈折されるかのいずれかである。以下に更に記載されるように、ウェッジライトガイド１０４の様々な表面構造を含むパラメータは、ディスプレイ側１１６を通って出射する光が、収束軸１２４に対して背面側１１４によって画定される平面から測定すると（例えば、ｘ軸が０°を表すｘｙ平面内で測定された角度）約１０°〜約４０°の最大強度出口角度（例えば、出力光の最大強度内の点が発生する）を画定する指定のコリメーション出口角度内で実質的にコリメートされ得るように構成してもよい。コリメーション出口角度の境界は、出射光線の強度が最大強度の１０％未満に低下する点として決定することができる。いくつかの実施例では、出射コリメーション角度は、約０°〜約５０°であってもよく、０°は収束軸１２４又はｘ軸を表す（例えば、ディスプレイ表面１０８の法線１０９に対して約４０°〜約９０°のコリメーション角度、ここで、０°は法線１０９を表す）。いくつかの実施例では、ディスプレイ側１１６を出射する光のピーク強度出口角度は、収束軸１２４に対して測定すると、約１０°〜約２５°であってもよい（例えば、ディスプレイ表面１０８の法線１０９に対して約６５°〜約８０°であり、ここで、０°は法線１０９を表す）。いくつかの実施例では、出射光線は、約±２５°未満のコリメーション角度内で実質的にコリメートしてもよい。
【００２９】
ウェッジライトガイド１０４内の所与の光線が、所与の側面によって反射又は屈折されるかどうかは、光線の伝搬角度（σ）に依存するであろう。図２は、ウェッジライトガイド１０４の動作原理及び光学原理の一部を示す、ウェッジライトガイド１０４の拡大概略断面図である。図２に示すように、光線１２８、１３０は、光源１０２によって生成し、光入口側１１２を通してウェッジライトガイド１０４内に導入してもよく、光線１２８、１３０は、それぞれσａ１及びσｂ１の初期伝搬角度でガイド下方に進行する。ウェッジライトガイド１０４内の初期伝搬角度σａ１及びσｂ１、並びに他の伝搬角度及び／又は出口角度は、収束軸１２４及び法線１０９を基準に（例えば、図１及び図２中のｘｙ平面内で）測定することができ、ここで、収束軸１２４は０°と仮定される。理解を容易にするために、それぞれの光線１２８及び１３０の伝搬角度は、収束軸１２４に対するそれらの絶対値に関して記載されている。
【００３０】
ウェッジライトガイド１０４及びディスプレイシステム１００の光学特性により、ウェッジライトガイド１０４内を伝搬する光線は、光線の伝搬角度が指定の閾値角度（σｔ）未満である場合、ディスプレイ側１１６及び背面側１１４によって実質的に反射される。ディスプレイ側１１６に入射する閾値角度（σｔ）を超える光線は、反射されるのではなく、実質的に屈折され、出口角度（例えば、σａｅ及びσｂｅ）でディスプレイ側１１６から出射する。
【００３１】
ウェッジライトガイド１０４の幾何学的構造及び表面構造により、ウェッジライトガイド１０４内を伝搬する光線の伝搬角度（σ）は、光線を反射する表面又は発生する反射の数に応じて漸進的に増加する。例えば、σｔ未満の入射／伝搬角度σａ１（ｘ軸に対する）でディスプレイ側１１６に向けられた、光入口側１１２を通って入射する光線１２８ａは、ディスプレイ側１１６によって背面側１１４に向かって実質的に反射される。ディスプレイ側１１６と背面側１１４との間の収束角度（φ）により、ディスプレイ側１１６によって反射された光線１２８ｂは、σａ１＋２φの絶対値にほぼ等しい角度σａ２（ｘ軸に対する）で伝搬する。光線１２８ｂはその後、背面側１１４に向かって続き、（ウェッジ形状エクストラクタ１１８のうちの１つの表面とは対照的に）主表面１２２によって反射されているものとして図示されており、主表面１２２で、光線は、伝搬角度σａ２を保持する反射光１２８ｃとしてディスプレイ側１１６に向かって反射され戻される。反射光１２８ｃの伝搬角度σａ２が閾値角度（σｔ）を超える場合、光線は、反射されるのではなく、実質的に屈折され、σａｅの出口角度で出射光線１２８ｄとしてディスプレイ側１１６から出射する。
【００３２】
この構成では、閾値角度（σｔ）を超える伝搬角度で光入口側１１２を通って入射する光線は、光入口側１１２及び光源１０２に近い位置でディスプレイ側１１６を通って出射するが、閾値角度（σｔ）を下回る伝搬角度（σ）で入射し、移動する光は、更なる反射を必要とし、したがって更にガイド下方（例えば、収束側１２６に近接して）に出射することが理解される。したがって、ディスプレイ側１１６と背面側１１４との間のウェッジ幾何学形状は、平面ライトガイドと比較して、ディスプレイ側１１６の全表面にわたる出射光のより良好な抽出及び分布を提供することができる。
【００３３】
ウェッジ幾何学形状のウェッジライトガイド１０４を有する場合であっても、ウェッジライトガイド１０４の比較的大きな厚さ（例えば、１．５ｍｍ超）により、ウェッジライトガイド１０４内を伝搬する光線は、収束軸１２４に対して移動した長さの単位当たりの相互作用（例えば、反射）が少ない。したがって、比較的厚さの大きいウェッジライトガイド１０４は、より厚さの小さい同等のウェッジライトガイドと比較して、ライトガイドの抽出効率が低下する。
【００３４】
いくつかの実施例では、ディスプレイ側１１６を通って出射する光、特に、ガイド下方に出射する光か又は収束側１２６により近接する光の抽出効率を向上させるために、背面側１１４は、各々が、伝搬する光線を反射するだけでなく、反射光の伝搬角度（σ）を増加させるように構成された傾斜面１２０をそれぞれ含む、複数のウェッジエクストラクタ１１８を含んでもよい。例えば、各傾斜面１２０は、背面側１１４によって画定される平面に対する（例えば、主表面１２２に対する）内角を画定することができる。内角βは、光源１０２及び光入口側１１２の反対側の傾斜面１２０の側面（例えば、更にガイド下方の側面）によって確立してもよい。所与の傾斜面１２０から反射される光線の伝搬角度は、約２倍の量の内角だけ増加する。非限定的な一例として、図２は、光入口側１１２を通って伝搬角度σｂ１で入射し、背面側１１４に向けられる光線１３０ａを示す。光線１３０ａは、σｂ１＋２βの絶対値にほぼ等しい伝搬角度σｂ２（ｘ軸に対する）を有する反射光１３０ｂとして傾斜面１２０ａによって反射される。反射光１３０ｂの伝搬角度σｂ２が閾値角度（σｔ）を超える場合、光線は、ディスプレイ側１１６によって、反射されるのではなく、実質的に屈折され、σｂｅの出口角度で出射光線１３０ｃとしてウェッジライトガイド１０４から出射する。
【００３５】
ウェッジエクストラクタ１１８が、主反射面として動作する少なくとも１つの傾斜面１２０を画定し、背面側１１４によって画定される平面に対して内角βを画定する場合、ウェッジエクストラクタ１１８は、任意の好適な形状及び設計を取ることができる。傾斜面１２０は、平坦、湾曲、起伏、セグメント化、又はこれらの組み合わせであってもよい。いくつかの実施例では、ウェッジエクストラクタ１１８は、背面側１１４上の別個のプリズム（例えば、マイクロプリズム）として記載してもよく、又は背面側１１４にわたって圧痕形成された波状パターン（例えば、波状鋸歯状又は正弦波状パターンを形成する表面）によって確立してもよい。
【００３６】
内角は、傾斜面１２０によって反射された光線が、指定の出射コリメーション角度内で、反射光線が少なくとも部分的に屈折され、ウェッジライトガイド１０４から出射するのに十分な伝搬角度（σ）を保持してディスプレイ側１１６に向いて方向転換されるように設定してもよい。いくつかの実施例では、出射光線に対して約０°〜約５０°の出射コリメーション角度（０°はｘ軸を表す）を得るために、ウェッジエクストラクタ１１８の内角βは、背面側１１４又は主表面１２２によって画定される平面に対して測定すると、０°より大きいが、約１０°未満であってもよく、内角βは、光源１０２から更に傾斜面１２０の側面を表す（例えば、ｘ軸方向に更にガイド下方の側面）。いくつかの実施例では、より大きい角度エクストラクタ（例えば、１０°超）と比較して、比較的小さい角度エクストラクタ（例えば、約１０°未満）を有することは、出射光線のガイド下方の角分布を低下させて、出射光が比較的均一なコリメーション角度を維持できるようにすることができる。出射光線の均一なコリメーションは、（例えば、後続の転向フィルムを介して）光を更に処理するディスプレイシステムにおいて特に有用であり得、均一性は、光学的均一性を維持するために必要とされる。いくつかの実施例では、内角βは、約０．５°〜約１０°、約１°〜約８°、又は約１°〜約５°であってもよい。
【００３７】
いくつかの実施例では、ウェッジエクストラクタ１１８の内角βは、収束軸１２４の方向（遠位又はガイド下流に移動するにつれ）に角度勾配を画定してもよい。例えば、所与のエクストラクタが光源１０２からよりガイド下流にあるほど、ウェッジエクストラクタ１１８の内角βは増加してもよい。このような構成は、ディスプレイ側１１６を横切って出射する光の出射コリメーション角度をより均一にし、及び更にガイド下方の光の抽出効率をより大きくすることができる。例えば、更にガイド下方（例えば、収束側１２６に向かう）に伝搬する光の量は、より少なくてもよく、少なくとも最初に、より小さく０°に近い（例えば、収束軸１２４と平行に近い）伝搬角度（σ）を呈することができる。したがって、光入口側１１２に対してより遠位（例えば、ガイド下方）に傾斜面１２０から反射する光は、閾値角度σｔを超える光を捕捉するために、その伝搬角度（σ）をより大きく変化させる必要がある場合があり、これは、より遠位のウェッジエクストラクタ１１８の内角βを増加させることによって達成することができる。
【００３８】
加えて、又は代替的に、ウェッジエクストラクタ１１８のサイズ及び配置は、ガイド下方に伝搬する光線の抽出効率を高めるために、背面側１１４にわたって選択的に変化させることができる。例えば、光入口側１１２に入射する光は、光源１０２の種類に応じて特定の分散パターンを呈し得る。分散パターンに応じて、ガイド上方又はガイド下方に偏向又は反射される光の量は、抽出効率の増加又は減少が所望される領域において、ウェッジエクストラクタ１１８の利用可能な表面積又は内角βを増加させるか、又は減少させることによって改善することができる。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４の遠位領域内のウェッジエクストラクタ１１８の存在の増大（例えば、利用可能な表面積）は、反射光の伝搬角度（σ）を増加させることによって、これらの遠位領域内のディスプレイ側１１６を通して抽出された光の効率を高めるのに役立ち得、これにより、実質的に屈折され、ディスプレイ側１１６を通って出射することができる。
【００３９】
図３は、ウェッジエクストラクタ１１８を背面側１１４にわたって分散配置する方法の１つの非限定的な例を示す。図３は、光源１０２に隣接して組み立てられたウェッジライトガイド１０４の概略底面図である（例えば、ディスプレイシステム１００と同様の構成）。ウェッジエクストラクタ１１８は、背面側１１４の近位領域（例えば、隣接する光入口側１１２）から遠位領域（例えば、隣接する収束側１２６）まで延びる１つ以上のグループ１３２内に配設してもよい。グループ１３２内の各ウェッジエクストラクタ１１８は、約５μｍ〜約４００μｍの幅（Ｗ）を画定してもよい。いくつかの実施例では、それぞれのグループ１３２内のウェッジエクストラクタ１１８の幅は、ウェッジライトガイド１０４の近位領域内（例えば、光入口側１１２に近い）のウェッジエクストラクタ１１８が、ウェッジライトガイド１０４の遠位領域内（例えば、収束側１２６に近い）のウェッジエクストラクタ１１８と比較して、より小さい幅を有するように、異なっていてもよい。いくつかのそのような例では、所与のグループ１３２内のウェッジエクストラクタ１１８は、約１０μｍ〜約１５０μｍに延びる範囲の幅を画定し得る。加えて、又は代替的に、幅の範囲は、ウェッジエクストラクタ１１８の幅が、所与のウェッジエクストラクタ１１８が光入口側１１２からより遠位（例えば、ガイド下方）に増加する（例えば、連続的に又は段階的に増加する）ように、幅勾配を画定してもよい。
【００４０】
加えて、又は代替的に、収束軸１２４の方向で測定されたウェッジエクストラクタ１１８のそれぞれのガイド下方長さ（Ｌ）（縮尺どおりに描かれていない）は、それぞれのグループ１３４内で増加してもよく、更にウェッジエクストラクタ１１８は、光入口側１１２からである。いくつかの実施例では、ウェッジエクストラクタ１１８の長さ（Ｌ）は、ｙ軸方向に対して測定した、主表面１２２からの所与のウェッジエクストラクタ１１８の高さ／深さを増加させ、内角βを比較的一定に保持しながら、光入口側１１２から遠位（例えば、ガイド下方）に移動することによって調整してもよい。いくつかのそのような例では、所与のグループ１３２内のウェッジエクストラクタ１１８は、約０．５μｍ〜約１０μｍに延びる範囲の深さを画定することができ、より大きな深さは、より大きなエクストラクタ長さ（Ｌ）を提供する。加えて、又は代替的に、深さの範囲は、ウェッジエクストラクタ１１８のそれぞれの深さが、所与のウェッジエクストラクタ１１８が光入口側１１２からより遠位（例えば、ガイド下方）に増加する（例えば、連続的に又は段階的に増加する）ように、深さ勾配を画定してもよい。いくつかの実施例では、傾斜面１２０のそれぞれの表面積は、所与のウェッジエクストラクタ１１８が光入口側１１２からより遠位（例えば、ガイド下方）に増加することができる（幅、長さ、又はその両方の増加）。例えば、ウェッジエクストラクタ１１８は、第１及び第２のウェッジエクストラクタを含んでもよく、第１のウェッジエクストラクタは、第２のウェッジエクストラクタよりも光入口側１１２に近接して位置付けられる。第１のウェッジエクストラクタは、第２のウェッジエクストラクタのそれぞれの幅、深さ、長さ、又は表面よりも小さい幅、深さ、長さ、又は表面積を画定してもよい。いくつかの実施例では、内角β及び選択された深さに応じて、ウェッジエクストラクタ１１８の長さ（Ｌ）は、約０．０１ｍｍ〜約０．４ｍｍ、又は約０．０２ｍｍ〜約０．２ｍｍであってもよい。
【００４１】
ウェッジエクストラクタ１１８のグループ１３２の数は、ウェッジライトガイド１０４に対する所望の光学特性を提供するように選択してもよい。いくつかの実施例では、ディスプレイ側１１６を通して抽出された光の均一性及び分布は、より小さいそれぞれの幅を有するウェッジエクストラクタ１１８のグループ１３２をより多く含むことによって改善することができる。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４は、背面側１１４にわたって横方向に（例えば、図３のｚ軸方向に）測定された１センチメートル当たり約２５〜約２００個のウェッジエクストラクタのグループ１３２を含んでもよい。
【００４２】
以下に更に記載されるように、ウェッジライトガイド１０４のウェッジ形状及びウェッジエクストラクタ１１８の組み合わせは、ディスプレイ側１１６を通って光を透過するための、より大きな抽出効率を提供することができる。これら特徴の組み合わせは、比較的厚いライトガイド（例えば、ｙ軸方向で測定した厚さ）を約２ｍｍ〜約３ｍｍ程度に利用又は必要とする自動車用ディスプレイなどの特定の種類の用途で特に有用であり、これは、そうでなければ、ライトガイドの相対的な厚さによる抽出効率の低下に悩まされることがある。
【００４３】
いくつかの実施例では、ディスプレイシステム１００は、背面側１１４に隣接して位置付けられた光反射体１３３（図１）を含み得る。光反射体１３３は、背面側１１４を通って出射する光をウェッジライトガイド１０４に反射して戻して、ウェッジライトガイド１０４の抽出効率を高めるように構成してもよい。加えて、又は代替的に、背面側１１４は、そうでなければ背面側１１４を通って出射することができる光を実質的に反射するように構成された反射コーティング（例えば、鏡面仕上げ）を含んでもよい。
【００４４】
横方向での（例えば、ｙｚ平面内）の光の分布を改善するために、ディスプレイ側１１６自体は、構造化表面であってもよい。例えば、ディスプレイ側は、レンズ状微細構造などの複数の微細構造１３４を含むことができ、ディスプレイ側１１６を通って出射する光線の横方向コリメーション角度（例えば、図１のｙｚ平面に対する角度）を増加するように構成されている。
【００４５】
図４は、光入口側１１２及びディスプレイ側１１６の両方に任意の構造化表面を有するウェッジライトガイド１０４の概略斜視図を示す。図４に示すように、複数のレンズ状微細構造１３４は、微細構造が光入口側１１２から収束側１２６に延びるように、収束軸１２４に対して概ね整列してもよい。いくつかの実施例では、複数のレンズ状微細構造１３４は、収束軸１２４に対して約±１０°オフセットしてもよく、ここで、０°は収束軸１２４との平行な整列を表す。
【００４６】
加えて、又は代替的に、横方向（例えば、ｘｚ平面内）にディスプレイ側１１６を通って出射する光の分布を改善するために、光入口側１１２は、光が光入口側１１２を通って入射する際にｘｚ平面内に光を拡散又は分散するように構成された複数の微細構造を含んでもよい。例えば、光入口側１１２は、ウェッジライトガイド１０４内を伝搬する、ｘｚ平面内の光の分散又は拡散を増加させるために、実質的に垂直に整列された（例えば、図４のｙ軸の±５°以内で整列された）レンズ状微細構造、プリズムなどの複数の微細構造１３６を含んでもよい。いくつかの実施例では、微細構造１３６は、入射光を分散（例えば、ｚ軸に沿って拡散）し、かつ背面側１１４によって画定される平面に対して（例えば、ｘｚ平面に対して）入射光を所望のコリメーション角度内でコリメートすることができる。
【００４７】
加えて、又は代替的に、光入口側１１２は、入射光をｘｙ平面に対して拡散又は分散させるように構成された構造を含んでもよい。このような方法で光を拡散させることにより、ディスプレイ側１１６を通って出射する光を均一に分散するのを促進するために、より多くの割合の光が光源１０２付近又は光源１０２に隣接するディスプレイ側１１６を通って通過することができる。
【００４８】
ウェッジエクストラクタ１１８、ディスプレイ側１１６の微細構造１３４、又は光入口側１１２の微細構造１３６などの任意の表面構造を含むウェッジライトガイド１０４は、例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリレート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、これらのコポリマー又はブレンド、ガラスなどを含む、多種多様な光学的に好適な材料から作製することができる。いくつかの実施例では、選択された材料は、入射光及び伝搬光の望ましくない散乱を回避するように、光学的に透過性であってよく、又は低いヘイズ及び高い透明度を有してよい。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４は、所望の反射特性及び屈折特性を作り出すために、空気（例えば、ＰＣ＝１．５８又はＰＭＭＡ＝１．４９）に対して約１．５以上の十分に高い屈折率を有してもよい。他の適切な材料としては、アクリル、メチルスチレン、アクリレート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどを挙げることができる。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４の材料、寸法、又はその両方を、半可撓性ライトガイドを製造するために選択することができる。
【００４９】
任意の表面構造を含むウェッジライトガイド１０４は、任意の好適な技術を使用して形成してもよい。例えば、ウェッジライトガイド１０４は、所望の構造化表面のネガ型の複製を支える金属又は他の耐久性のある材料で作製された、旋盤回転型ツール／ダイ又は他の形成された表面に対して射出成形可能な樹脂を成形、エンボス加工、硬化、ないしは別の方法で形成することによって作製してもよい。このような形成された表面を作るための方法、及び表面構造体の成形、エンボス加工、又は硬化のための方法は、当業者にはよく知られている。
【００５０】
いくつかの実施例では、光入口側１１２、光反射側１１４、及びディスプレイ側１１６のうちの１つ以上の構造化表面（存在する場合）は、ウェッジライトガイド１０４と一体的に形成してもよい。例えば、ウェッジライトガイド１０４は、ウェッジライトガイド１０４の製造プロセス中にネガ型又はローラーを使用して表面構造が形成される上述の技術を使用して形成してもよく、それにより、ウェッジライトガイド１０４の本体及び表面構造（例えば、ウェッジエクストラクタ１１８）は、同じ材料から一体的に形成される。
【００５１】
他の実施例では、光入口側１１２、光反射側１１４、及びディスプレイ側１１６のうちの１つ以上の構造化表面（存在する場合）は、ウェッジライトガイド１０４のそれぞれの側面に光学的に結合されたポリマーフィルムとして形成してもよい。例えば、表面構造（例えば、ウェッジエクストラクタ１１８）は、光学フィルムとして形成してもよく、光学接着剤を使用して、ウェッジライトガイド１０４のブランクに結合して背面側１１４を形成してもよい。他の実施例では、光学フィルムコーティングは、ウェッジライトガイド１０４のブランク（black）上に押し出され、ダイローラーを通って通過して表面構造（例えば、ウェッジエクストラクタ１１８）を形成することができる。両方の場合において、光学フィルムを形成するために使用される光学接着剤及び材料は、ウェッジライトガイド１０４の本体と光学フィルム材料との間の境界面で生じ得る任意の反射又は屈折を低減するように、ウェッジライトガイド１０４の本体と同様の光学特性（例えば、実質的に同様の屈折率）を呈するように選択すべきである。いくつかのそのような例では、構造化表面を形成するために使用される材料は、ウェッジライトガイド１０４の本体を形成するために使用される材料と同じであってもよい。
【００５２】
いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４の光学特性により、ディスプレイシステム１００は、ディスプレイ側１１６又はウェッジライトガイド１０４を通って光源１０２からの光の比較的効率的な伝達を提供することができる。いくつかの実施例では、ディスプレイシステム１００の抽出効率は、収束側１２６を通って出射する、ウェッジライトガイド１０４内を伝搬する光の量（例えば、光非効率又はライトガイド設計による光損失）に基づいて特徴付けることができる。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４は、光入口側１１２を通して受光した光の１０％未満（例えば、８％未満）が収束側１２６を通って失われるような抽出効率を呈し得る。
【００５３】
光源１０２は、好適な任意の光源又は光源の組み合わせを含んでもよい。例えば、光源１０２は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）、又は白熱光源を含む縁部ライトアセンブリを含んでもよい。光源１０２は、単一光源を含んでもよく、又は複数の光源（例えば、ライトレール）を含んでもよい。例えば、光源１０２は、図１の紙面の内外にｚ軸に沿って延びる一連のＬＥＤ又はＬＥＤの配列であってもよい。いくつかの実施例では、光源１０２は、光源（例えば、ＬＥＤ）により発生された光を光入口側１１２に方向転換するように構成された反射ハウジングを含んでもよい。
【００５４】
いくつかの実施例では、光源１０２は、実質的に白色光を放射するように構成してもよく、又は、白色光を集合的に再現することができる、それぞれが異なる波長の光を放射する異なる構成要素を保持し得るように構成してもよい。「白色」光は、白色光として観察者が知覚し得る任意の好適な望ましい色点を指してもよく、光学システム１００の用途に応じて調整又は較正することができる。いくつかの実施例では、光源１０２は、電磁スペクトルの紫外線範囲、可視範囲、又は近赤外範囲のうちの１つ以上の光を放射してもよい。任意の対応する投射、コリメーション、及び他の光学素子を含む光源１０２を選択して、任意の好適な波長又は波長の組み合わせ、偏光、点拡散分布、及びコリメーションの程度を与えてもよい。
【００５５】
光源１０２からの光の大部分がウェッジライトガイド１０４の光入口表面１１２を通って通過し、そこで一般にライトガイド１０４内のｘ軸方向に移動するように、光源１０２からの光は、ウェッジライトガイド１０４に向けられ、それに結合してもよい。
【００５６】
いくつかの実施例では、ディスプレイシステム１００は、ウェッジライトガイド１０４とディスプレイ表面１０８との間に位置付けられた他の１つ以上の任意の光学フィルム又はデバイス１０６を含んでもよい。例えば、ディスプレイシステム１００は、例えば、輝度向上フィルム、転向フィルム、偏光子、プライバシースクリーン、保護スクリーン、拡散体、ＬＣＤアセンブリ、反射体などを含むＬＣＤアセンブリを含んでもよい。いくつかの実施例では、ディスプレイシステム１００は、ウェッジライトガイド１０４とＬＣＤアセンブリとの間、又はＬＣＤアセンブリとディスプレイ表面１０８との間、又は両方の組み合わせのいずれかに位置付けられ得る１つ以上の吸収若しくは反射型偏光子フィルムを含んでもよい。このような実施例では、偏光子フィルムは、ディスプレイシステム１００のコントラスト（例えば、吸収偏光子）、輝度（例えば、反射型偏光子）、可視性（例えば、高グレア環境）、又はそれらの組み合わせを強調するために使用してもよい。
【００５７】
いくつかの実施例では、ディスプレイシステム１００は、ウェッジライトガイド１０４から出射光線を受けるように位置付けられた少なくとも１つの転向フィルム（例えば、任意の光学フィルム又はデバイス１０６）を含んでもよい。転向フィルムは、ウェッジライトガイド１０４から受けた光を、指定の視野／コリメーション角度でディスプレイ表面１０８に向けるように偏向させることによって、光の有用な又は望ましい出力分布を提供するために使用することができる。例えば、転向フィルムは、ウェッジライトガイド１０４からの出射光を法線１０９に向けて受けて反射する複数の微細構造（例えば、プリズム）を含んでもよい。
【００５８】
いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４を別個の転向フィルムと併せて使用することによって、ディスプレイシステム１００は、抽出された光（例えば、法線１０９と平行な光線を含むことになる出力光）をディスプレイスクリーンに向かって実質的に指向するように構成されたライトガイドと比較して、特定の用途で使用するためのより大きな適応性及び汎用性を有することができる。いくつかの実施例では、転向フィルムは、それぞれが少なくとも第１及び第２の側面（例えば、プリズムの面）を有する複数の微細構造又はプリズムを有してもよい。このような実施例では、ウェッジライトガイド１０４のディスプレイ側１１６からの出射光線は、境界面で生じ得るフレネル反射を除いて、一方の側を通って転向フィルム１０６に入射し、光線が特定のコリメーション／視野角内で法線１０９に向かって効果的に偏向されるように、反対側によって反射される。
【００５９】
図５は、光源２０２、ウェッジライトガイド２０４、及び１つ以上の任意の光学フィルム又はデバイス２０６を含む、別の例示的な光学ディスプレイシステム２００の概略側面断面図である。光学ディスプレイシステム２００は、観察者２１０に向けて配向された法線２０９を有するディスプレイ表面２０８を画定することができる。説明を容易にするために、光学ディスプレイシステム２００及びその様々な構成要素は、図５に記され、図５〜図７全体にわたって一貫して使用されるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を参照して示され、説明される。光学ディスプレイシステム２００の１つ以上の態様は、例えば、光源２０２、任意の光学フィルム又はデバイス２０６、ディスプレイ表面２０８、光反射体２３３、コーティングなど（特に指示がない限り）に関する詳細を含む、光学ディスプレイシステム１００と同じ又は類似であってもよく、以下に示す相違点がある。
【００６０】
ウェッジライトガイド２０４は、光入口側２１２と、背面側２１４と、ディスプレイ側２１６と、を含む。背面側２１４は、主表面２２２にわたって配設された複数のウェッジエクストラクタ２１８を含んでもよく、各ウェッジエクストラクタ２１８は、傾斜面２２０を画定する。ディスプレイ側２１６は、ディスプレイ表面２０８に概ね面しているウェッジライトガイド２０４の側面を表してもよく、一方、背面側２１４は、ディスプレイ表面２０８から概ね離れる方向に面しているウェッジライトガイド２０４の側面を表してもよい。ディスプレイ側２１６は、光入口側２１２を通って入射する光の大部分がウェッジライトガイド２０４から透過される光出口側として特徴付けてもよい。
【００６１】
ウェッジライトガイド１０４と同様に、ウェッジライトガイド２０４の所与の側面の配向は、それぞれの側面上に存在しても存在しなくてもよい、任意の個々の表面構造（例えば、プリズム、ウェッジ、レンズ形、拡散体など）の配向又は形状に関係なく、側面によって画定される平面に関して特徴付けてもよい。説明全体を通して使用される特定の方向に面している、指している、位置付けられる、又は配向される所与の側面の説明は、特に記載しない限り、それぞれの側面上の任意の所与の光学構造の配向を指すのではなく、それぞれの側面によって画定される平面の配向を指す。いくつかの実施例では、ディスプレイ側２１６は、図５のｘｚ平面内に延び、ｙ軸方向に面する平面（例えば、ｙ軸方向にディスプレイ側２１６の点によって画定される平面の法線）を画定するものとして特徴付けてもよい。加えて、又は代替的に、光入口側２１２は、ディスプレイ表面２０８、ディスプレイ側２１６、又は両方に対して実質的に直交（例えば、直交又はほぼ直交）な平面セットを画定するものとして特徴付けてもよい。
【００６２】
いくつかの実施例では、ディスプレイ側２１６は、ディスプレイ表面２０８に対して実質的に平行（例えば、平行又はほぼ平行）な平面セットを画定するものとして特徴付けてもよく、背面側２１４は、収束角度（φ’）によってディスプレイ表面２０８からオフセットされる平面を画定し、ディスプレイ表面２０８から離れる方向に面しているものとして特徴付けてもよい。いくつかの実施例では、ディスプレイ表面２０８に実質的に平行に位置付けられたディスプレイ側２１６を有することは、収束側２２６付近で失われた出射した光の量を低減するのに役立ち得る。例えば、ディスプレイ側２１６がディスプレイ表面２０８に実質的に平行に位置付けられていない代替の構成では、ディスプレイ側２１６と任意の隣接する任意の光学フィルム又はデバイス２０６との間の間隙距離は、更なるガイド下方距離と共に増加してもよい。ディスプレイ側２１６からの出射光の比較的低い角度により、ディスプレイ側２１６と任意の隣接する任意の光学フィルム又はデバイス２０６との間の間隙距離が増加すると、光学ディスプレイシステム２００の周囲への光の損失が増大することがある。ディスプレイ側２１６をディスプレイ表面２０８に実質的に平行に保つことによって、間隙距離は、ガイド全体にわたって実質的に一定であり得、それによって収束側２２６付近で失われた光の量を低減する。
【００６３】
ディスプレイ側２１６及び背面側２１４は、２つの側面が互いに異なる方向に面するように、互いに概ね反対に位置付けてもよく、２つの側面がウェッジ形状を形成するように、互いに非平行な収束角度（φ’）で整列してもよい。収束角度（φ’）は、ウェッジライトガイド１０４に関して上述した収束角度（φ）と実質的に同じであってもよい。いくつかの実施例では、ウェッジ形状のテーパーはまた、収束側（Ｄ１）２２６で、及び入口側カプラー２４０（Ｄ２）に隣接する部分で測定される、ディスプレイ側２１６と背面側２１４との間の厚さの比によって特徴付けることができる。いくつかの実施例では、厚さの比（Ｄ１：Ｄ２）は、約０．９未満又は約０．５未満又は約０．２５未満でもよい。
【００６４】
ウェッジライトガイド２０４はまた、その収束軸２２４によって特徴付けてもよく、この収束軸２２４は、ウェッジ形状の発散側（例えば、光入口側２１２）から収束側２２６へと移動する、ディスプレイと背面側２１４及び２１６との間のテーパーによって確立され、背面側２１４によって画定される平面に平行である、方向を示す。図５では、収束軸２２４は、背面側２１４に平行に、ｘｙ平面内のｘ軸に対して（φ’）の角度で整列されているものとして図示されている。背面側２１４に沿う各ウェッジエクストラクタ２１８は、収束軸２２４に対して実質的に直交する（例えば、ウェッジエクストラクタの光学特性を著しく変化させない製作プロセスの間のわずかな整列不良（例えば、±５°）は別として、直交又はほぼ直交する）方向に延びてもよい。
【００６５】
光学システム２００は、光源２０２によって発生された光が光入口表面２１２を通ってウェッジライトガイド２０４に入射するように構成してもよく、この光入口表面２１２は収束軸２２４の一般的な方向に伝搬する。
【００６６】
光入口側１１２は、光入口側１１２に入射する光の、ｘｙ平面におけるコリメーション角度を拡大するように構成された入口側カプラー２４０を含んでもよい。図５〜図７に示される例では、入口側カプラー２４０は、ディスプレイ側２１６に到達する前に光入口側２１２のｙ軸方向の相対的な厚さを低減する収束軸２２４に実質的に垂直（例えば、横断ガイド）に広がるテーパー面２４２を有する反射プリズムとして図示されている。いくつかの実施例では、入口側カプラー２４０は、光入口側２１２に実質的に垂直に延びる直線面２４４、及び直線面２４４からディスプレイ側２１６まで延びるテーパー面２４２を有するものとして特徴付けてもよい。いくつかの実施例では、入口側カプラー２４０は、反射光（例えば、光線２３２）の伝搬角度が十分に増加して、反射光が光源２０２付近のディスプレイ側２１６を通って出射することができるように、テーパー面２４２に入射する入射光を反射するように構成してもよい。このような方法で光を拡散させることにより、より大きな割合の光が、十分な量の光が光源２０２付近を出射することを確実にして、ディスプレイ側２１６の全体にわたって均一な出射光の分布を提供するのを助けるために、光源２０２付近又は光源２０２に隣接するディスプレイ側２１６を通って通過することができる。入口側カプラー２４０が図５に図示されているが、テーパー面２４２を含むプリズム構造、例えば、ウェッジ、漏斗、微細構造表面などを含む他の構造もまた使用してもよい。いくつかの実施例では、入口側カプラー２４０は、光入口側２１２、直線面２４４、テーパー面２４２、及び背面側２１４の一部分（例えば、表面２４６）を画定してもよい。
【００６７】
いくつかの実施例では、光入口側２１２はまた、光が光入口側２１２を通って入射する際に、ｘｚ平面内に光を拡散又は分配するように構成された複数の微細構造を含んでもよい。例えば、光入口側２１２は、ウェッジライトガイド２０４内を伝搬するｘｚ平面内の光の分散又は拡散を増加させるために、実質的に垂直に整列された（例えば、図５のｙ軸の±５°以内で整列された）レンズ状微細構造、プリズムなどの複数の微細構造（図示せず）を含み得る。いくつかの実施例では、微細構造は、入射光を分散（例えば、ｚ軸に沿って拡散）し、かつ背面側２１４によって画定される平面に対して（例えば、ｘｚ平面に対して）入射光を所望のコリメーション角度内でコリメートすることができる。
【００６８】
いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド２０４は、ディスプレイ側２１６（例えば、空気又は他の光学フィルム）に直接隣接する材料よりも高い屈折率を画定することができ、それによって、任意の光線を、ウェッジライトガイド２０４内に伝搬させて、ライトガイドの様々な側面によって反射されるか、又はディスプレイ側２１６によって優先的に屈折されるかのいずれかである。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド２０４の様々な表面構造のパラメータは、ディスプレイ側２１６を通って出射する光が、収束軸２２４の一般的な方向にディスプレイ側２１６によって画定される平面から測定すると（例えば、図５でｘ軸が０°を表すｘｙ平面内で測定された角度）約１０°〜約４０°の最大強度出口角度（例えば、出力光の最大強度内の点が発生する）を画定する指定のコリメーション出口角度内で実質的にコリメートされ得るように構成してもよい。上記のように、コリメーション出口角度の境界は、出射光線の強度が最大強度の１０％未満に低下する点として決定され得る。いくつかの実施例では、出射コリメーション角度及びは、約０°（例えば、図５でｘ軸に平行）〜約６５°であってもよい（例えば、ディスプレイ表面２０８の法線２０９に対して約２５°〜約９０°のコリメーション角度、ここで、０°は法線２０９を表す）。いくつかの実施例では、ディスプレイ側２１６を出射する光のピーク強度出口角度は、ディスプレイ側２１６によって画定される平面に対して測定すると、約１０°〜約３０°であってもよい（例えば、ディスプレイ表面２０８の法線２０９に対して約６０°〜約８０°であり、ここで、０°は法線２０９を表す）。いくつかの実施例では、出射光線は、約±２５°未満の角度内で実質的にコリメートしてもよい。
【００６９】
いくつかの実施例では、ディスプレイ側２１６を通って出射する抽出された光の大部分は、収束軸２２４に対して整列されたディスプレイ側２１６の平面から測定すると、約０°〜約６５°の指定の出射コリメーション角度内で出力してもよい。いくつかの実施例では、出射コリメーション角度の範囲の境界は、強度が最大強度の約１０％未満に低下する点で画定してもよい。
【００７０】
図１のウェッジライトガイド１０４に関して上記のように、ウェッジライトガイド内の所与の光線が、所与の側面によって反射又は屈折されるかどうかは、光線の伝搬角度（σ’）に依存するであろう。図６は、ウェッジライトガイド２０４の動作原理及び光学原理の一部を示す、ウェッジライトガイド２０４の拡大概略断面図である。図６に示すように、光線２２８、２３０、及び２３２は、光源２０２によって生成され、光入口側２１２を通ってウェッジライトガイド２０４に内導入してもよい。光線２２８、２３０、及び２３２は、光入口側２１２を通って通過し、ここで、光線２２８、２３０がウェッジライトガイド２０４の本体（例えば、背面側２１４とディスプレイ側２１６との間の領域）に、それぞれσ’ａ１及びσ’ｂ１の初期伝搬角度で進行し、一方、光線２３２は、入口側カプラー２４０の反射面と相互作用する。光線２３２は、はるかに大きい伝搬角度で入口側カプラー２４０で反射され、ディスプレイ側２１６を通って実質的にガイド上方（例えば、入口側カプラー２４０に隣接する）に出射する。
【００７１】
ウェッジライトガイド２０４内の初期伝搬角度σ’ａ１及びσ’ｂ１、並びに他の伝搬角度及び／又は出口角度は、収束軸２２４に対して図６のｘｙ平面を参照して（例えば、収束軸２２４と法線２０９との間に確立された平面内で）測定することができ、ここで、収束軸２２４は０°として取られる。理解を容易にするために、それぞれの光線２２８及び２３０の伝搬角度は、収束軸２２４に対するそれらの絶対値に関して記載される。
【００７２】
ウェッジライトガイド２０４及びディスプレイシステム２００の光学特性により、ウェッジライトガイド２０４内を伝搬する光線は、光線の伝搬角度が特定の閾値角度（σ’ｔ）未満である場合、ディスプレイ側２１６及び背面側２１４によって実質的に反射される。ディスプレイ側２１６に入射する閾値角度（σ’ｔ）を超える光線は、反射されるのではなく、実質的に屈折され、出口角度（例えば、σ’ａｅ及びσ’ｂｅ）でディスプレイ側２１６から出射する。
【００７３】
前述したように、ウェッジライトガイド２０４内を伝搬する光線の伝搬角度（σ’）は、光線を反射する表面又は発生する反射の数に応じて漸進的に増加する。ウェッジライトガイド２０４内の伝搬する光線２２８及び２３０の進行は、本明細書に記載される相違点を除いて、ウェッジライトガイド１０４内の光線１２８及び１３０の伝搬と実質的に同様に挙動し得、したがって、以下では繰り返されない。
【００７４】
いくつかの実施例では、ライトガイド２０４は、比較的厚くてもよい（例えば、１．５ｍｍ超）。ディスプレイ側２１６を通って出射する光、特に、ガイド下方に出射する光又は収束側２２６により近接する光の抽出効率を向上させるために、背面側２１４は、各々が、伝搬する光線を反射するだけでなく、反射光の伝搬角度（σ’）を増加させるように構成された傾斜面２２０をそれぞれ含む複数のウェッジエクストラクタ２１８を含んでもよい。ウェッジエクストラクタ２１８は、任意の好適な形状及び設計を取ることができ、上記のウェッジエクストラクタ１１８と実質的に同様であってもよい。いくつかの実施例では、ウェッジエクストラクタ２１８は、主反射面として動作する少なくとも１つの傾斜面２２０を画定し、背面側２１４によって画定される平面に対して（例えば、主表面２２２に対して）内角β’を画定する。内角β’は、光源２０２及び光入口側２１２の反対側の傾斜面２２０の側面（例えば、更にガイド下方の側面）によって確立してもよい。内角β’は、傾斜面２２０によって反射された光線が、指定の出射コリメーション角度内で、反射光線が少なくとも部分的に屈折され、ウェッジライトガイド２０４から出射するのに十分である増加した伝搬角度（σ’）を保持してディスプレイ側２１６に向いて方向転換されるように設定してもよい。いくつかの実施例では、ウェッジエクストラクタ２１８の内角β’は、背面側２１４又は主表面２２２によって画定される平面に対して測定すると、０°より大きいが、約１０°未満であってもよく、内角β’は、光源２０２から更に傾斜面２２０の側面を表す（例えば、ｘ軸方向に更にガイド下方の側面）。傾斜面２２０は、平坦、湾曲、起伏、セグメント化、又はこれらの組み合わせであってもよい。いくつかの実施例では、ウェッジエクストラクタ２１８は、背面側２１４上の別個のプリズム（例えば、マイクロプリズム）として記述してもよく、又は背面側２１４にわたって圧痕形成された波状パターン（例えば、波状鋸歯状又は正弦波状パターンを形成する表面）によって確立してもよい。
【００７５】
いくつかの実施例では、より大きい角度エクストラクタ（例えば、内角β’が１０°超のもの）と比較して、比較的小さい角度エクストラクタを有することは、出射光線のガイド下方角分布を低下させて、出射光が比較的均一なコリメーション角度を維持できるようにすることができる。出射光線の均一なコリメーションは、均一な輝度を維持するために、又は転向フィルム（例えば、フィルム２０６）が効率的に機能するのを可能にするためにコリメーションが必要とされる、（例えば、後続の転向フィルムなどを介して）出射光を更に処理するディスプレイシステムにおいて特に有用であり得る。いくつかの実施例では、内角β’は、約０．５°〜約１０°、約１°〜約８°、又は約１°〜約５°であってもよい。
【００７６】
いくつかの実施例では、ウェッジエクストラクタ２１８の内角β’は、収束軸２２４の方向（遠位又はガイド下方）に、ウェッジライトガイド１０４に関して上述した勾配と同様の角度勾配を画定してもよい。このような構成は、ディスプレイ側２１６を横切って出射する光の出射コリメーション角度をより均一にし、及び更にガイド下方の光の抽出効率をより大きくすることができる。
【００７７】
加えて、又は代替的に、ウェッジエクストラクタ２１８のサイズ及び配置は、ガイド下方に伝搬する光線の抽出効率を高めるために、背面側２１４にわたって選択的に変化させることができる。これらの遠位領域内のウェッジエクストラクタ２１８の存在の増加は、反射光の伝搬角度（σ’）を増加させることによって、これらの遠位領域内のディスプレイ側２１６を通して抽出された光の効率を高めるのに役立ち得、これにより、実質的に屈折され、ディスプレイ側２１６を通って出射することができる。
【００７８】
いくつかの実施例では、横方向内（例えば、ｙｚ平面内）の光の分配を改善するために、ディスプレイ側２１６自体は、構造化表面であってもよい。ディスプレイ側２１６は、レンズ状微細構造などの複数の微細構造２３６を含み得、ディスプレイ側２１６を通って出射する光線の横方向コリメーション角度（例えば、図６のｙｚ平面に対する角度）を増加するように構成されている。レンズ状微細構造２３６は、微細構造がディスプレイ側２１６に沿って入口側カプラー２４０から収束側２２６に延びるように、収束軸２２４に対して概ね整列してもよい。いくつかの実施例では、複数のレンズ状微細構造２３６は、収束軸２２４に対して約±１０°オフセットしてもよく、ここで、０°は収束軸２２４との平行な整列を表す。
【００７９】
図７は、ウェッジエクストラクタ２１８が背面側２１４にわたって分散配置される方法の１つの非限定的な例を示す。図７は、光源２０２に隣接して組み立てられたウェッジライトガイド２０４の概略底面図である（例えば、ディスプレイシステム２００と同様の構成）。ウェッジエクストラクタ２１８は、背面側２１４の近位領域（例えば、隣接する光入口側２１２）から遠位領域（例えば、隣接する収束側２２６）まで延びる１つ以上のグループ２３４内に配設してもよい。グループ２３４内の各ウェッジエクストラクタ２１８は、約５μｍ〜約４００μｍ（例えば、約１０μｍ〜約１５０μｍ）の幅（Ｗ）を画定してもよい。いくつかの実施例では、それぞれのグループ２３４内のウェッジエクストラクタ２１８の幅は、ウェッジライトガイド２０４の近位領域内（例えば、光入口側２１２に近い）のウェッジエクストラクタ２１８が、ウェッジライトガイド２０４の遠位領域内（例えば、収束側２２６に近い）のウェッジエクストラクタ２１８と比較して、より小さい幅を有するように、異なっていてもよい。いくつかのそのような例では、所与のグループ２３４内のウェッジエクストラクタ２１８は、隣接するウェッジエクストラクタ２１８からの幅が、所与のウェッジエクストラクタ２１８が光入口側２１２からより遠位（例えば、ガイド下方）に増加する（例えば、連続的に又は段階的に増加する）ように、幅の範囲又は１つ以上の勾配を画定してもよい。
【００８０】
加えて、又は代替的に、収束軸２２４の方向で測定されたウェッジエクストラクタ２１８のそれぞれのガイド下方長さ（Ｌ）（縮尺とおりに描かれていない）は、それぞれのグループ２３４内で増加してもよく、更にウェッジエクストラクタ２１８は、光入口側２１２からである。いくつかの実施例では、ウェッジエクストラクタ２１８の長さ（Ｌ）は、ｙ軸方向）に対して測定した、主表面２２２からの所与のウェッジエクストラクタ２１８の高さ／深さを増加させ、光入口側２１２から遠位（例えば、ガイド下方）に移動することによって調整してもよい。いくつかのそのような例では、所与のグループ２３４内のウェッジエクストラクタ２１８は、約０．５μｍ〜約１０μｍに延びる範囲の深さを画定し得る。加えて、又は代替的に、深さの範囲は、ウェッジエクストラクタ２１８のそれぞれの深さが、所与のウェッジエクストラクタ２１８が光入口側２１２からより遠位（例えば、ガイド下方）に増加する（例えば、連続的に又は段階的に増加する）ように、深さ勾配を画定してもよい。いくつかの実施例では、傾斜面２２０のそれぞれの表面積は、所与のウェッジエクストラクタ２１８が光入口側２１２からより遠位（例えば、ガイド下方）に増加することができる（幅、長さ、又はその両方の増加）ことができる。ウェッジエクストラクタ２１８のグループ２３４の数は、ウェッジライトガイド２０４に対する所望の光学特性を提供するように選択してもよい。いくつかの実施例では、ディスプレイ側２１６を通して抽出された光の均一性及び分配は、ウェッジエクストラクタ２１８のグループ２３４をより多く含む（例えば、センチメートル当たり約２５〜約２００グループ）ことによって改善してもよい。
【００８１】
ディスプレイシステム２００は、ウェッジライトガイド２０４とディスプレイ表面２０８との間に位置付けられた他の１つ以上の任意の光学フィルム又はデバイス２０６を含んでもよい。いくつかの実施例では、ディスプレイシステム２００は、ウェッジライトガイド２０４から出射光線を受けるように位置付けられた少なくとも１つの転向フィルム（例えば、任意の光学フィルム又はデバイス２０６）を含み得る。転向フィルムは、ウェッジライトガイド２０４から受けた光を、指定の視野／コリメーション角度でディスプレイ表面２０８に向けるように転向させることによって、光の有用な又は望ましい出力分布を提供するために使用することができる。いくつかの実施例では、任意のフィルム又はデバイス２０６（例えば、転向フィルム）は、ディスプレイ側２１６に隣接して、かつ実質的に平行に（例えば、実質的に同じ平面内に）位置付けてもよい。自動車用ディスプレイなどのいくつかの実施例では、任意のフィルム又はデバイス２０６は、振動によるいずれかの表面への潜在的な損傷を回避するために、空気間隙によってディスプレイ側２１６から分離してもよい。他の実施例では、任意のフィルム又はデバイス２０６及びディスプレイ側２１６は、機械的及び光学的に一緒に（例えば、光学接着剤を介して）結合してもよい。
【００８２】
いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４及び２０４の光学特性により、ディスプレイ側１１６、２１６を通って光源１０２、２０２からの光の比較的効率的な伝達を提供することができる。例えば、ウェッジライトガイド２０４のウェッジ形状、ウェッジエクストラクタ２１８、及び入口側カプラー２４０の組み合わせは、ディスプレイ側２１６を通って均一にかつ所望のコリメーション角度内で光を透過するための、より大きな抽出効率及び改善された分布を提供することができる。特徴の組み合わせは、比較的厚いライトガイド（例えば、約２ｍｍ〜約３ｍｍなど１．５ｍｍ超）を利用又は必要とする、自動車用ディスプレイなどの特定の種類の用途で特に有用であり得、これは、そうでなければ、ライトガイドの相対的な厚さによる抽出効率の低下に悩まされ得る。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４及び２０４の抽出効率は、収束側１２６又は２２６を通って出射するウェッジライトガイド内を伝搬する光の量（例えば、光非効率又はライトガイド設計による光損失）に基づいて特徴付けることができる。いくつかの実施例では、ウェッジライトガイド１０４及び２０４は、光入口側１１２又は２１２を通して受けた光の１０％未満（例えば、７％未満）が収束側１２６又は２２６を通って失われるような抽出効率を呈し得る。
【００８３】
【実施例】
【００８４】
ウェッジライトガイド２０４と同様のウェッジライトガイドシステムのデジタルモデルを、ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（Ｓｙｎｏｐｓｉｓの製品）と呼ばれる市販の光学モデリングプログラムで構築した。図８は、モデリングに使用される構成要素の様々な寸法を画定する、モデリングプログラムで使用されるモデル化されたウェッジ光３００の断面図である。ウェッジライトガイド３００は、２ｍｍの投射縁部厚さ（Ｄ１、例えば、光入口側２１２の厚さ）、１ｍｍの平坦長さ（Ｄ２）を含む入口側カプラー、４．８１ｍｍのテーパー長さ（Ｄ３）、及び１．５１６ｍｍのガイド開始厚さ（Ｄ４）を含んだ。収束側（Ｄ５）の厚さは、０．３ｍｍであり、これは多くの縁部仕上げプロセスと一致する。ウェッジライトガイド３００の光学特性は、１．５１６ｍｍの厚さ及び同等の入口側カプラー３０２を有する平面ライトガイドと比較した。
【００８５】
モデル化されたウェッジライトガイド３００の光入口側３０４は、１０度の標準偏差を有するガウス散乱分布を有すると仮定した。ディスプレイ側３０６は、１００％デューティサイクルのレンズ状表面を含んでいた。レンズの半径は、０．０４６ｍｍであり、周期は０．０３４ｍｍであった。ウェッジエクストラクタ３０８を背面側３１０に配置した。ウェッジエクストラクタ３０８は非対称であり、先端（２１３）（光入口側３０４に最も近い側）のベース角は６０°であった。ウェッジエクストラクタ３０８の傾斜面を１°、２°、４°、及び８°を含む様々な内角（例えば、β”）で試験した。ウェッジエクストラクタ３０８の最小エクストラクタ分離は、０．００７５ｍｍであった。ウェッジエクストラクタ３０８のガイド下方エクストラクタの周期は０．０７５ｍｍであり、各エクストラクタのベース長さは同じであった。横断ガイド方向において、平均ウェッジエクストラクタ３０８の間隔は０．０７５ｍｍであった。ウェッジエクストラクタ３０８は、光入口側３０４から７．４３ｍｍで開始された。
【００８６】
ウェッジライトガイド３００の幅は３００ｍｍに設定され、ガイド長さ（Ｄ６）は１２０ｍｍに設定された。モデルはまた、背面側３１０に隣接して位置付けられた反射体も含む。反射体は９９％反射性であると仮定した。５８°のベース角の対称転向フィルムを、ウェッジライトガイド３００上でモデル化して、ディスプレイ側３０６の法線に向かって出射光を転向した。反射体及び転向フィルムの両方を、それぞれの背面側３１０及びディスプレイ側３０６と同じサイズを有するようにモデル化した。転向フィルム及びウェッジライトガイド３００は、５５０ｎｍにおいて、１．５８７の屈折率及び３．７Ｅ−８の吸光係数を有すると仮定した。モデリングは全て、５５０ｎｍの光線に対して行われた。
【００８７】
光源は、光入口側３０４に沿って等間隔に配置された３０個のＬＥＤのアレイであると仮定した。光検出は、転向フィルムの上及び消失端（例えば、収束側３１２）上の空気中で測定した。消失検出器は、ライトガイドの内側から出射する光を空気のみに集めた。
【００８８】
図９は、様々な傾斜内角（例えば、「β」）でモデル化されたウェッジエクストラクタ３０８用の同等の平面ライトガイドと比較した、ウェッジライトガイド３００の消失損失分画を示す。結果は、ウェッジ設計が、より低い消失損失、及びはるかに高い効率を有することを示した。これらはまた、反射されているより少ない消失光を示した。全ての平面ライトガイド設計は、１０％を超える部分的な消失損失を有し、一方、全てのウェッジライトガイド設計は、１０％未満の部分的な消失損失を有する。
【００８９】
図１０は、様々な傾斜内角（例えば、「β」）でモデル化されたウェッジエクストラクタ３０８用の同等の平面ライトガイドと比較した、ウェッジライトガイド３００の照度対最大明るさの比を示す。結果は、ウェッジライトガイド３００が、より高い抽出効率、より低い消失損失、及び平面ライトガイドの出射光のより良好なコリメーションを呈したことを示した。データは、呈したウェッジライトガイド３００が、より高いピーク輝度値を有することを示した。
【００９０】
図１１は、様々な傾斜内角（例えば、「β」）でモデル化されたウェッジエクストラクタ３０８用の同等の平面ライトガイドと比較した、ウェッジライトガイド３００相対輝度値を示す。
【００９１】
さまざまな実施例について説明してきた。これら及びその他の実施例は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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