(57)【要約】【課題】本発明の１つの目的は、改良型の光デバイスとその製造方法を提供することである。【解決手段】光線を収集して、その光線を選択的に出力する又は集中する光デバイスである。１つの層が屈折率ｎ1を有し、頂部表面と、底部表面と、側部表面と、が傾斜角度（φ）を定める。背部表面が、頂部表面、底部表面及び側部表面にわたっている。第１層は前記の層の底部表面にカップリングされ、屈折率ｎ2を有する。第１層の屈折率ｎ2によって、前記の層の背部表面から入射された光線が好ましくは第１層に出力される。第２層は前記の第１層の底部にカップリングされて、光線を選択的に周辺に出力する。光線偏光層、偏光変換層、ＬＣＤ後方拡散器層などの追加の層を用いて、ＬＣＤ層を通過した拡散光線の内の偏光光線を好ましく用いて、出力光線の視覚を向上させることが可能である。【選択図】図３３
2008270222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光線によって動作し看者に対して選択的に光線を出力する光デバイスであって、
少なくとも第１表面と第２表面を有する基底層であって、該基底層がさらに前記第１表面と前記第２表面にわたる背部表面を含み、内部で反射している光線の、前記第１表面と前記第２表面の内の少なくとも一方に対する入射点における垂線に対する角度が減少し、前記表面上での入射点での垂線に対する角度が臨界角度θC未満である場合に前記光線が前記基底層から出ていく基底層と、
前記基底層に対して前記第１表面と前記第２表面の内の少なくとも一方を越えて配置された第１層手段であって、前記基底層中の前記光線が前記基底層と前記第１層間の境界に特有の前記臨界角度θC未満の入射角を成す場合に、前記光線が前記基底層から出力された後に第１層手段に入射し、その中を通過することができる第１層手段と、
第２偏光状態に対する第１偏光状態を持つ光線を好ましくは出力する第２層手段であって、前記基底層の前記背部表面と光源キャビティとの間に配置されており、さらに前記第２偏光状態を有する光線の少なくとも１部分の反射を可能とする第２層手段と、
前記第１層手段から出力されるリダイレクト光線と拡散光線の内の少なくとも一方に対し光線制御を行い、これによって角度分布が制御された光線を提供する光線制御層手段と、
前記看者に示すために前記第１偏光状態の光線から画像を形成する結像層手段と、
を備えた光デバイス。
【請求項２】
リダイレクト光線のための前記光線制御手段が、前記光デバイスから出力される光線の角度分布を制御するためのファセット付き層を備えることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
拡散光線のための前記光線制御層手段が、（ａ）前記基底層と前記結像層間と（ｂ）前記看者と前記結像層間との少なくともどちらかに配置されていることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項４】
前記第２偏光状態の光線を前記第１偏光状態の光線に変化させる変換手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項５】
前記変換手段が、（ａ）前記結像層手段と前記基底層の間と（ｂ）前記第２表面に関して前記第１表面から離れて配置された前記結像層手段と共に前記第１表面に対して前記第２表面からさらに離れて、のどちらかのように配置されていることを特徴とする請求項４記載の光デバイス。
【請求項６】
前記基底層が、楔形状の層と、ディスクと、偏球面形状と、平行六面体と、円筒形との内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項７】
前記結像層手段が、透明表示部と、ホログラム映像と、液晶層と、ＣＣＤ層の内の少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項８】
散乱を減少させるために反射防止層をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項９】
前記光線制御層手段が、可変ファセット角度を持つファセット付き層を含むことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記第２層手段が、光学的干渉層と、ブルースタースタックと、干渉コーティング及びブルースタックの合成物と、粗面化された表面と、鏡面反射層と、ダイクロイック層と、複屈折層とから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には選択された光線照射を提供する照明デバイスに関する。より特定的には本発明は、液晶表示層から出力された光線によってバックライトするための、また、光の偏光を操作することと、選択された偏光の光線を再循環させることと、選択された光偏光をフィルターすることにより光照射と動画像を向上させることとによる楔形のものなどの照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置用などに対してさまざまな照明デバイスの応用物が存在する。平坦液晶表示装置の場合、コンパクトな光源を維持しながらも適切なバックライトを提供することが重要である。一般的な照射目的では楔状の光デバイスを用いることが周知である。光線はこのようなデバイスの大きい方の端に入射し、次に光線は、反射表面の臨界角度に到達するまで内部で楔の表面から反射し、この後で、光線は楔デバイスから出射する。しかしながら、このようなデバイスは、非平行な照明出力を一般的に送出し、しばしば好ましくない空間的及び角度的出力分布を有する。例えば、このようなデバイスの１部のものは拡散反射体として白色塗装の層を用いて、非平行な出力光線を発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明の１つの目的は、改良型の光デバイスとその製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、新規な三次元照明器具を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、光偏光を制御して利用するなどの光学的目的のために改良された多層の照明器具を提供することである。
本発明のさらに別に目的は、光線の透過又は集中を制御するための新規でテーパー付きの照明デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、デバイスから平行な偏光光線照射を提供する新規な光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、偏光フィルタ層を有する改良型のテーパー付き照明器具を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、偏光光線を変換して本発明物からの照射を向上させることである。
【０００４】
本発明のさらに別の目的は、偏光フィルタ層と光線リダイレクト層（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を合成物を利用して、視聴者に対して制御された角度範囲で向上した光照明器具を提供する改良型の照射装置を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、偏光フィルタと、偏光変換層と、ＬＣＤ後方拡散層と、の合成物を用いて光デバイスからの光照射を向上させる新規な照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、ＬＣＤ層が基礎を成すＬＣＤ後方拡散層に隣接して配置され、これによって、光出力や映像品質の損失を伴うことなくより広い角度で当たって光分布を制御することを可能とする改良型の照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、照明光線を照射利得が向上した１つの偏光状態に変換するための内部偏光用空洞を有する改良型の照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、照射効率を向上させるために偏光ビームスプリッタを持つ選択された配置の構造化された背部反射体層を有する新規な照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、照射効率を向上させるために、構造体背部反射体層と相互作用する偏光変換層を有する改良型の照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、照射利得を向上させるために、偏光ビームスプリッタと、１／４波長変換層と、微小構造背部反射体層と、を有する新規な照明光デバイスを提供することである。
【０００５】
本発明のさらに別の目的は、（ａ）照明器具の基底層上に直接蒸着された分割層と、（ｂ）分離したガラスプレート上に蒸着された分割層との内の一方を含む偏光分割層の選択可能な配置を有する改良型の照明光デバイスを提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、（ａ）空気層を間に持ち背部反射体と照明器具基底層間に配置され、（ｂ）空気層を照明器具基底層と直接カップリング層間に持つ背部反射体に直接にカップリングされ、（ｃ）空気層を変換素子と金属製背部反射体層又はＢＥＦタイプの背部反射体間に持つ照明器具基底層に直接にカップリングされ、（ｄ）一方の側で照明器具基底層に、他方の側で高効率ミラーに直接にカップリングされ、（ｅ）基底層の一方の側で照明器具基底層に、他方の側で背部反射体に直接にカップリングされた、１群の選択可能装置の内の１つ中の１／４プレート偏光変換素子を含む新規な照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、照射特定を向上させるためにテクスチャ基底層を有する改良型の照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、コンバータ層とＢＥＦタイプの背部反射体と組み合わせて薄膜基底式反射偏光子を利用するシンクな照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、基底層の上方及び／又は下方に配置された偏光スプリッタ層、リダイレクト層、コンバータ層及び背部反射休層を持つさまざまな空気層で分離されている基底層を有する改良型照明光デバイスを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、基底層に隣接する背部反射体と、基底層の頂部表面に隣接するリダイレクト層と、リダイレクト層の上方に置かれた反射偏光子及びリダイレクト／拡散層と、を含む新規な照明光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る光デバイスは、以下のような特徴を有する光デバイスとして提供される。
（１）  光源からの光線によって動作し看者に対して選択的に光線を出力する光デバイスであって、少なくとも第１表面と第２表面を有する基底層であって、該基底層がさらに前記第１表面と前記第２表面にわたる背部表面を含み、内部で反射している光線の、前記第１表面と前記第２表面の内の少なくとも一方に対する入射点における垂線に対する角度が減少し、前記表面上での入射点での垂線に対する角度が臨界角度θC未満である場合に前記光線が前記基底層から出ていく基底層と、前記基底層に対して前記第１表面と前記第２表面の内の少なくとも一方を越えて配置された第１層手段であって、前記基底層中の前記光線が前記基底層と前記第１層間の境界に特有の前記臨界角度θC未満の入射角を成す場合に、前記光線が前記基底層から出力された後に第１層手段に入射し、その中を通過することができる第１層手段と、第２偏光状態に対する第１偏光状態を持つ光線を好ましくは出力する第２層手段であって、前記基底層の前記背部表面と光源キャビティとの間に配置されており、さらに前記第２偏光状態を有する光線の少なくとも１部分の反射を可能とする第２層手段と、前記第１層手段から出力されるリダイレクト光線と拡散光線の内の少なくとも一方に対し光線制御を行い、これによって角度分布が制御された光線を提供する光線制御層手段と、前記看者に示すために前記第１偏光状態の光線から画像を形成する結像層手段と、を備えた光デバイス。
（２）  リダイレクト光線のための前記光線制御手段が、前記光デバイスから出力される光線の角度分布を制御するためのファセット付き層を備えることを特徴とする（１）に記載の光デバイス。
（３）  拡散光線のための前記光線制御層手段が、（ａ）前記基底層と前記結像層間と（ｂ）前記看者と前記結像層間との少なくともどちらかに配置されていることを特徴とする（１）に記載の光デバイス。
（４）  前記第２偏光状態の光線を前記第１偏光状態の光線に変化させる変換手段をさらに備えることを特徴とする（１）に記載の光デバイス。
（５）  前記変換手段が、（ａ）前記結像層手段と前記基底層の間と（ｂ）前記第２表面に関して前記第１表面から離れて配置された前記結像層手段と共に前記第１表面に対して前記第２表面からさらに離れて、のどちらかのように配置されていることを特徴とする（４）に記載の光デバイス。
（６）  前記基底層が、楔形状の層と、ディスクと、偏球面形状と、平行六面体と、円筒形との内の少なくとも１つを含むことを特徴とする（１）に記載の光デバイス。
（７）  前記結像層手段が、透明表示部と、ホログラム映像と、液晶層と、ＣＣＤ層の内の少なくとも１つを備えることを特徴とする（１）に記載の光デバイス。
（８）  散乱を減少させるために反射防止層をさらに含むことを特徴とする（１）に記載の光デバイス。
（９）  前記光線制御層手段が、可変ファセット角度を持つファセット付き層を含むことを特徴とする（１）に記載の光デバイス。
（１０）  前記第２層手段が、光学的干渉層と、ブルースタースタックと、干渉コーティング及びブルースタックの合成物と、粗面化された表面と、鏡面反射層と、ダイクロイック層と、複屈折層とから成るグループから選択されることを特徴とする（１）に記載の光デバイス。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の他の目的、特徴をよび利点は、以下に示す添付図面を参照して好ましい実施態様に関する次の説明を読めば容易に明らかになるであろう。
本発明の１形態に従って構成された多層照明デバイスを図２中で一般的に参照符号１０で示す。先行技術による区座微１１は図１で一般的に図示されている。
この楔１１中には、楔１１内の光線が、入射角が臨界角度（ｓｉｎ-1１／ｎ）（ここでｎは楔１１の屈折率）未満になるまで表面から反射する。光線は楔１１の頂部と底部双方から等しく、しかもグレージング角度で出る。
図２Ａに示す多層照明デバイス１０（以後「デバイス１０」と呼ぶ）は、特徴的な光学屈折率ｎ1を有する基底層又は楔層１２を含んでいる。「楔層」という用語は本書では、楔形状の断面を持つ収束する頂部と底部を有するあらゆる形状を含むものとして用いるものとする。ｘ、ｙ及びｚ軸は図２Ａと図２Ｃでは紙に対して直角な「ｙ」で示してある。楔層１２として一般的に有用な材料には、ガラス、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、塩化ポリビニル、メチルメタクリレート／スチレン共重合対（ＮＡＳ）、スチレン／アクリロニトリルなどが含まれる。図２Ａの楔層１２はさらに、頂部表面１４と、底部表面１６と、側部表面１８と、エッジ２６と、頂部に至る厚さｔOの背部表面２００と、底部表面と、側部表面と、を含んでいる。管状蛍光灯２２などの光源は、光線２４を背部表面２０から楔層１２に入射する。光線２４はさまざまな楔層表面から内部で反射し、楔層１２に沿ってエッジ２６に向かって放出される。
【０００８】
他の可能な光源を用いてもよいが、以下に説明する。一般的に、従来の光源は、実質的に不干渉性の非平行光線を出力するが、干渉性の平行光線でも本発明によって処理することが可能である。
表面１４と１６が平坦である場合は、線形楔の単一傾斜角度φは頂部表面１４と底部表面１６によって定められる。非線形楔の場合、角度φの連続体を定めることが可能であり、非線形楔を、光線の出力又は集中を所望のように制御するように設計することが可能である。このような非線形楔を後で詳細に説明する。
図２Ａの実施態様では、第１の層２８は、間に空気層を持つことなく楔層１２にカップリングされており、第１の層２８は屈折率ｎ2を持ち底部表面１６に光学的にカップリングされている。第１の層２８の厚さは光線の波長の数倍から遙かに大きい値に及び、所望の機能性を遂行する。その結果生じる楔層１２と第１の層２８の間の誘電性表面は楔層１２と周辺との間の境界より大きい臨界角度を有する。以降で明らかになるように、この特徴は好ましい角度出力とデバイス１０からの光線２４の平行化を可能とする。
第１の層２８には、ｎ2より大きく１部の実施態様では好ましくはｎ1より大きい屈折率ｎ3を有する第２の層３０（図２Ｂに最もよく示される）がカップリングされている。この構成によって、光線２４は第１の層２８を出て第２の層３０に入ることができる。図２Ａの実施態様では、第１の層２８と第２の層３０の間にはなにも介在する空気ギャップは存在しない。図２Ａに示す本発明の好ましい形態では、ｎ1は約１．５１、ｎ2＜１．５、ｎ3≧ｎ1である。ｎ1＝１．５、ｎ2＜１．５（例えば１）、ｎ3  ｎ1であれば最も好ましい。
【０００９】
このように図２に示すデバイス１０が多層構造になっている場合、楔層１２によって、頂部表面１４からの各反射循環時間に対する入射角が、（底部表面１６の平面の垂線に対して）傾斜角２φだけ減少する。底部表面１６での入射角が楔層１２と第１の層２８の間の境界に固有の臨界角度未満である場合、光線２４は第１の層２８中にカップリングされる。したがって、第１の層２８と関連の光学的境界特性がアンギュラフィルタを形成し、これによって、光線２４は、θ＜θｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ2／ｎ1）という条件が満足されると通過することが可能となる。すなわち、所望の臨界角度は空気と楔層１２間の境界のそれより高い。したがって、この２つの臨界角度の差が６φを越えると、光線２４のほとんどすべてが、頂部表面１４から楔層１２を出ることができるようになる前に、楔層１２と第１の層２８間の境界中に交差して入る。その結果、この２つの臨界角度の差がφ未満である場合、その光線のかなりの部分ただし半分未満の部分頂部表面から出る。２つの臨界角度の差がφより大きく６φより小さい場合、光線の半分を越えるがすべてではない部分が、頂部表面１４から楔層１２を出ることができるようになる前に楔層１２と第１の層２８間の境界中に交差して入る。このようにして、デバイス１０は、θ＜θCという条件が底部表面１６に対して最初に満足されるような構造とすることが可能である。出ていく光線２４（層２８に入った光線）は、次に、例えばｎ3＞ｎ2である限り第２の層３０に入る。次にこの光線は、楔層１２にカップリングされ互いの屈折率間に適当な関係が成り立っている第１の層２８によって与えられる第２の層３０内で平行光線２５となる。
【００１０】
デバイス１０から光２４の出力を発生するために、第２層３０には図２Ｅに示す塗装層３３または図２Ｂと図２Ｃの両方に示すファセット付き面３４のような光を散乱させる手段を含む。塗装層３３は映像またはその他の可視情報を優先的に投影するために使用できる。塗装層３３は、例えば、屈折率特性を有する粒子の制御可能な分布から成る。適切な選択により、光はまた楔層１２を通って環境へ（図２Ａと図２Ｃの光２９を参照）リダイレクトされることも、または第２層３０から環境へ直接出力される（図２Ｆの光２９′を参照）ことも可能である。
本発明の他の形式においては、関連する”ｎ”値を有するさらに多くの層が存在できる。本発明の望ましい１つの形式においては、最低屈折率層の屈折率で数値開口と出力角度（下文に規定される）の式の中のｎ2を置換できる。そうしたさらに多くの層は、例えば、楔層１２と第１層２８との間に介在すること、第１層２８と第２層３０との間に介在すること、または楔層１２または第２層３０の上張り層となることが可能である。ある具体化においては、望ましい結合構造は楔層１２での反射後退を生じることなく環境への光の出力をもたらす。例えば、図２Ｆのデバイス１０は透光性の層３７を含むことができる。この具体化の別の形式として図２Ｇに示す例には屈折層３８を示す。屈折層３８は平行出力をもたらすために平らなファセット３９を含むことができる。図２Ｇには横断レンズ形拡散層８３を仮想線で示し、その詳細を下文で説明する。拡散層８３は図６Ａの楔層１２より上を含めて本発明のいかなる結合構造にも使用可能である。
【００１１】
さらに図２Ｈに示す別の例においては、希望する角分布上へ滑らかに広がる出力をもたらすために、屈折層３８に曲線ファセット４１を含むことができる。図２１に示す別の例においては、屈折層３８は可変角ファセット４２を含む。このファセット４２は出力光を希望する方法で収束させるようにファセット・アレイを横切る位置とともに変わるファセット角および／または曲率を有する。カーブしたファセットは、そのなかで観察画面全体が照射されたように見える甘く収束される部分を生じることを可能にする。コンピュータ画面照射への適用例を下文に説明する。図２Ｊと２Ｋには、それぞれ、単一屈折プリズム要素４３と出力光を収束させるためのインテグラルレンズ４４付きのプリズム要素４３とを示す。図２Ｌと２Ｍには、光の出力分布を制御するために角度をもって配列されたファセット付き面３４を示す。図２Ｋと２Ｌでは光は収束点”Ｆ”へ出力されるが、図２Ｍでは、出力はほぼ観察範囲４５に広がる。図２Ｎと２０はそれぞれ、平行する光出力または収束する光出力をもたらす、平らな反射面４８と曲がった反射ファセット４９とを示す。
図２ＡとＣとに示すように、ファセット付きの面３４は光２９を光学的に反射し、第２層３０、第１層２８、をそれから楔層１２を通じて環境へリダイレクトする。各ファセットの一部分のみが照射され、十分に細かいスケールで観察すると出力の明暗が交互に現われる。このパターンは典型的に望ましくないので、図２Ｂに示される望ましい具体例においてはファセット付き面３４の各々の間の間隔周期は回析効果を避けるため十分に大きく、しかし個々のファセットが意図される観察手段により検出されないため十分に小さいことが望ましい。この間隔はまた液晶表示器またはＣＣＤ（電荷結合素子）アレイのような、照射されるデバイスの特長によって変わるモアレの干渉パターンの形成を避けるように選ばれる。間隔のある種の不規則性は望ましくないモアレの回析効果を軽減する。典型的な背光表示器においては、約０．００１−０．００３インチの間隔周期が望ましい目的を達成可能とする。
【００１２】
例えば、図２Ｂと図２Ｃのファセット付き面は、リダイレクトされる光２９がデバイス１０から出力される角度範囲を制御するために一般的に作成される。層３０内の出力角の最小分布は下式にほぼ等しい幅を有する。
【数１】
2008270222.tif 000003
φは非常に小さいので、デバイス１０は非常に有効なコリメータとなり得る。したがって、線形ファセット付き面３４においては、存在するリダイレクト光２９は空中で下式にほぼ等しい最小角度幅を有する。
【数２】
2008270222.tif 000004
前述したように、そして図２Ｈ、２Ｉ、２Ｋ、２Ｌ、２Ｍおよび図３に示すように、ファセット結合構造は最小角を超える角出力を制御するためにそしてまた出力光の方向を収束、制御するために使用できる。
【００１３】
さまざまな界面からのフレネルの反射もまた上記で与えられる値を超えて出力角を広げるが、図２Ｂに示すように、この影響は内部界面の１つまたはそれ以上へ反射防止塗装３１を適用することにより減らせる。
図示の具体例における輝度の比（”ＢＲ”）は図２Ｄへ参照付けることやｅｔｅｎｄ
ｕｅｍａｔｃｈにより測定可能であり、ＢＲは次式で示すことができる。
Ｂ．Ｒ．＝出力の輝度／光源の輝度
または、
Ｂ．Ｒ．＝照射面積／合計面積
Ｂ．Ｒ．＝［１−（ｎ2／ｎ3）2］1/2＝０．４−０．６５（最も透過性の大きい誘電体物質の場合）。例えば、楔層１２はアクリル（ｎ1＝１．４９）とすることができ、第１層２８はフルオロポリマー（ｎ2＝１．２８〜１．４３）またはゾル・ゲル（ｎ2＝１．０５〜１．３５）、フッ化塩（ｎ2＝１．３８〜１．４３）またはシリコンポリマーまたは接着剤（ｎ2＝１．４〜１．４５）とすることができる；そして第２層３０は空気界面で金属化されたポリカーボーネート（Ｎ3＝１．５９）ポリスチレン（Ｎ3＝１．５９）エポキシ（Ｎ3＝１．５〜１．５５）またはアクリル（Ｎ3＝１．４９）のようなファセット付き反射面とすることができる。
【００１４】
例えば図２Ｂと２Ｃに示す平坦な、または線形の、ファセット付き面３４は、光出力の方向を制御するためにそしてまた角フィルター効果（例えば、図４Ｄを参照）により第２層３０へ結合される光の角分布△θを実質的に保存するために、入射光２４をリダイレクトできる。例えば、図２Ｌに示される１つの望ましい具体例では、ファセット付き面３４は出力光を収束する位置によって変わる平坦ファセット角度で光を反射する。図２Ｍのファセット付き面３４はその中では画面全体が照射されたように見える甘く収束した視界ゾーン４５を生じる位置で変化する曲がったファセット角度を有する（例えば図４Ｆと４Ｇも参照）。本発明と組合せて使用できる典型的な液晶表示器４７も図２Ｍの仮想線で示す。さらに、図３Ａと３Ｂに示すように、曲がったファセット３６も入射光２４をリダイレクトするが、ファセットの曲率がリダイレクト光２９の角出力の範囲を増大させる（図２Ｄの平坦ファセットの場合と比較すること）。例えば、凹面トラフは実像を生じ、凸面トラフは虚像を生じることが知られている（例えば、図３Ｂを参照）。各々の場合に、像は光を希望する角出力範囲に均一に発射しているライン光源に対して等価である。したがって、そうしたトラフ形状をしたファセット３６のアレイは入射平行光２５を第１層２８（図２Ｃ参照）からリダイレクトできる。そして多数のそうしたライン光源の像がリダイレクトされた光２９を形成する。曲がったファセット３６の間隔を人間の目の解像度より小さく配置することにより、結果的にライン光源のアレイが観察者にとって非常に均一に見える。すでに述べたように、約３００ないし５００ライン／インチ、または０．００２から０．００３インチのファセット間隔周期を選択すれば、そうした結果が得られる。典型的なＬＣＤ表示器においては約２０インチまたはそれ以上離れて観察するのが普通である。
他の有用なファセット形状には、例えば、放物線、楕円、双曲線、円、指数、多項式、多角形、およびそれらの組合せを含む。ユーザーはしたがってさまざまなファセット設計を使って平均された輝度の事実上自由な分布を作ることができる。例えば、多角形ファセットは多くのピークを有する出力角分布を生じるために使用できる。
【００１５】
曲がったファセット付き反射面を使用した角出力のさまざまな範囲にわたる輝度分布の例を図４Ａ〜４Ｃ，４Ｆおよび４Ｇに示す。図４Ｃと４Ｅは線形ファセットを有し、そしてさらに拡散要素４０（図２Ｃに仮想線で示す）を含んだ、反射面の場合の輝度分布を示す。さまざまな角範囲について予測される性能出力が示され（図４Ａ−４Ｃを参照）そしてＤｉｓｐｌａｙ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇの商標である”Ｗｅｄｇｅ  Ｌｉｇｈｔ”ｕｎｉｔのような市場で入手可能な光源（”Ｗｅｄｇｅ”標識付き）について測定された光の角出力と比較される。特殊な観察およびコリメーション要求事項へ適合するために、φ，ｎ1，ｎ2，ｎ3を使った式で前述の最小角△θ（空気中）までの望ましい角範囲へ容易に変更できる。この変更は図２Ｍに示し、以下に説明する方法で曲がったファセット３６の曲率を連続的に変更することにより達成できる。曲がったファセット３６の形状を適正に変更することにより図解された立面視の角範囲の制御に加えて、平面視の範囲の変更も達成される。図４Ａ−４Ｉに示す前述の角分布は開口値ＮＡ（（ｎ12−ｎ22）1/2）内でデバイス１０が光２４を処理しているときの代表的なものである。光がこの範囲外であるときは、角出力範囲の制御を助ける追加の技術を適用することができる。
図９Ａと９Ｂとにはさらに重なりの大きい収束照射出力や重なりの少ない収束照射出力をもたらすリダイレクト方法の使用を示す。典型的なポータブルコンピュータ画面８７が約１５０ｍｍの縦の長さ”Ｖ”を有し、典型的な視距離”Ｄ”が５００ｍｍである
ことを考慮するときこれらの概念は実用的に適用可能である。コンピュータ画面８７の縦の中心と垂直に視距離”Ｄ”離れた観察者は画面８７の別の領域を画面８７の頂部で
測った−８．５°から画面８７の底部で測った＋８．５°以下の角度で視るであろう。この視角の変動はそうした画面照射を有するシステムの使用へ望ましくない影響を生じる。画面８７のそうした制限された照射角は観察者が照射された画面８７全体を視ることができる位置範囲に制限を生じる（図９Ａを参照）。観察者の位置を角と画面８７中心からの距離とで定義すると、有効な角範囲は呼びの照射角以下へ大幅に減らされる。例えば、各個別ファセットで測定して呼びの照射範囲が±２０°であるならば、有効視の範囲は図９Ａに示す典型的なフラットパネル照射で±１２°に減らされる。その結果として、画面８７の中心の片側で１２°−２０°間の照射が観察者にとって不均一に見える。
【００１６】
本発明はファセット付き面３４の向きを制御することにより前記の不均一さを克服するために使用可能できる。例えば、図２Ｍに図示するように、フラットなファセット面がデバイス１０のさまざまな層を決める面の縁に関して、または平行して３５．６°から３３．３°まで変化するようにファセットの両面は連続的に回転される。この画面８９（図９Ｂ参照）の頂部から底部までのシステマティックな変化がリダイレクト出力の照射をもたらす。ファセット付き面３４はさらに拡散面８３等と組み合わされて可変の、制御可能な光照射出力分布を生じる。フラットなファセット付き面１６８はさらに拡散面１７０と組み合わされる。したがって、図９Ｂに示すように、画面８９上の異なる各点での光の角分布を回転させる能力が位置によって変わる視角の変動を補償できる。ファセット付き面３４システマチックな変化かさらにファセット付きリダイレクト層の出力の収束へ変化を含ませることができる。例を図２１と２Ｌに示す。
【００１７】
照射の不均一性を克服する別の例では、ファセット付き面３４のためのマイクロプリズムのアレイを通常の拡散背光１０１へ重畳することができる（図１８Ａを参照）。このファセット付き面３４は屈折と合計内部反射との組合せにより働き、制限された角範囲でのみその層から環境へ出力することを許す。この角範囲はファセット角度に左右される。アクリルフィルム（ｎ＝１．４．９）の場合は、最大輝度は典型的に９０−１００度のプリズムを使って達成され、約±３５度の視角を生じる。そうした結合構造を使用する背光は多数の観察者を不安にさせるシャープな「カーテン」効果を示す。この効果は収束効果を生じるようにファセット３８を画面の頂部から底部へ回転させることにより改善できる（図１８Ｂを参照）。単純なｒａｙ−ｔｒａｃｉｎｇが、プリズムの角度１００−１１０度の場合、角３だけ回転されたファセットは約３／２だけ回転された角分布を生じることを示す。図１８に示す具体例の場合は、ファセット面角度の連続的な変動が位置＞ファセット付き面３４に沿ってとして変わる。例えば、
【数３】
2008270222.tif 000005
この連続的なファセット角度変化が画面８９の横断で約１０度だけ変化する角度分布をもたらし、前述した一般的な制約を満足させる。
望ましいファセット形状が何であるかにかかわらず、ファセット付き面３４（図２Ｄ）は成形またはよく知られているフライス削り工程のような通常の工程によって望ましく形成される。製造の詳細を下文に述べる。
【００１８】
ノンリニア楔
発明の別の形では、主光導体である楔層１２は、本書中で先に想定した直線型とは異なるものであってよい。これらの形によって多種類の選択された光の配分を達成することが出来るようになる。他の形は第２Ｂ及びＣ図に示した楔軸「ｚ」（光入力端から小又は尖鋭な端２６へ走る座標軸）の機能として楔層１２の厚さで一層一般的に記述することが出来る。直線の形をした楔に対しては、
【数４】
2008270222.tif 000006
Ａ０＝最大楔厚さ（第２Ａ図参照）
Ｃ＝定数＝ｔａｎφ
大きい範囲の所望の空間及び角度の分布は光の出力電力（第２層３０に連結した力）に対して達成され得る。この光の出力電力は略ファセット付きの表面３４又は３６、或いは拡散反射板３３（第２図参照）又は他の手段によって周囲への出力に対して得られる光である。
【００１９】
例えば、もしＬとＭとがそれぞれｘ及びｙ軸に沿う方向コサインであれば、Ｌ0及びＭ0は厚い端（ｚ＝０）でのＬ及びＭの値である。この最初の分布が、殆どが又は全くその範囲外の光が無い、或る良く定義された角度範囲内のランバーチアンである。この分布が特に重要である、何故ならば理想的な非映像の光学素子は限定されたランバーチアン出力分布を持っているからであう。肝要なキー関係は、略Ａ0Ｌ0に等しく、また暗示的にエスケープの位置（ｚ）を示す、断熱性の不変数である。この概念を説明すれば、ｄＰ／ｄｚ定数となるように均一な発光を望むと考える。更に、最初の相スペースは下記の等式によって表される楕円形の面積を均等に埋めると想定する。
【数５】
2008270222.tif 000007
ここで、τはＭ軸に沿う楕円の寸法であり、σはＬ軸に沿う楕円の寸法である。
そこで、ｄＰ／ｄＬ＝定数・［１−Ｌ2／σ2］しかしｄＡ／ｄｚ［Ａ0／ＬC］ｄＬ0／ｄＺ、そこでＬC＝ｃｏｓθCとなる。それゆえ、（式）［１−（ＬCＡ）2／（Ａ0０）2］1/2ｄＡ＝定数倍のｄｚとなる。好ましい実施態様でσ＝ＬCと想定する。この結果は代入Ａ／Ａ0＝ｓｉｎ  ｕによって解釈され得る、それゆえ、Ａ＝Ａ0ｓｉｎ  ｕ、そしてｕ＋１／２  ｓｉｎ（２ｕ）＝（π／２）（１−ｚ／Ｄ）、ここにＤは楔層１２の長さである。
もし、単位長さ当たりの所望の電力がｄＰ／ｄｚであれば、一層一般的には、楔層１２の望ましい形は異なった等式によって定められる。
【数６】
2008270222.tif 000008
これら全てのケースでは出力分布は僅かに概略的に所望の形を取っている、それはフレネル反射によって修正されているからである。また、例え楔装置１０が曲っている場合でも、もし曲面度があまり大きくないときは、それは尚システムを質的に特徴づける平均角度φを定めるのに有用である。
【００２０】
本発明のもう一つの様相では上記の例の幾何形は屈折率ｎ1及びｎ2を持った二つの屈折媒体の間にｘ，ｙのインターフェースを持っている。構成要素ｎＭ，ｎＮはインターフェースを横切っているので、ｎ1Ｍ1＝ｎ2Ｍ2、ｎ1Ｎ1＝ｎ2Ｍ2である。Ｘ，Ｚの平面に投射された入射角はｓｉｎθ2eff＝Ｎ／（Ｌ2−ｎ2）1/2で与えられる。そこで上記の関係を用いると、（式）ｓｉｎθ2eff／ｓｉｎθ1eff＝（ｎ1／ｎ2）［１−Ｍ-12］1/2［１−（ｎ1／ｎ2）2Ｍ12］1/2＝（ｎ1／ｎ2）effとなる。例えば、ｎ1＝１．４９に対しては、ｎ2＝１．３５、．．．となり、有効な屈折率比率は１．０３５（ｎ1／ｎ2）で、これは実際の屈折率比率よりもほんの僅かに高いだけである。
【００２１】
空間パラメータを越えた屈折率の変化
先細りになった光導体の一般的なケースでは、楔層１２は概してｘ軸に沿う狭い寸法を持ったｘ軸に沿っている（例えば，第２Ａ図を参照）。もし我々が光学方向コサイン（ｎＬ，ｎＭ，ｎＭ）ここにＬ，Ｍ，Ｎはｘ，ｙ，ｚに沿う幾何学的方向コサインである、そこでｎは空間位置と共に変化することがある屈折率である。楔層１２に導かれた光線に対しては、ｘの動作は殆ど周期的であり、そして１周期に対する量φｎＬｄｘは光線がｚに沿って伝播するときに殆ど恒常的である。この性質を断熱的不変性と呼び、光導体の性質を分析するための有用な枠組みを与える。
最初の例では第２Ａ図に示した楔装置１０は楔層１２に均一な屈折率を持っており、そして幅Ａ（ｚ）Ａ0−ＣZで直線的に先細りになっている。次に、ジグザクの光路に沿って、Ｌ（ｚ）Ａ（ｚ）が断熱的不変性により定数に略等しくなっている。光線はＬ＝ｃｏｓθC、ここでθCは臨界角＝［−（ｎ2／ｎ1）2］1/2、のとき楔層１２から漏れ出る。それゆえ、楔層１２を出る条件はＡ0−Ｃ・ｚ＝Ｌ0Ａ0／ｃｏｓθCとなる。これは、Ｚ＝（Ａ0／Ｃ）（１−Ｌ0／ｃｏｓθC）のときおこる。その結果、ｚを出る光線の密度は最初の方向コサインＬ0の光線の密度に比例する。例えば、もしＬ0の最初の分布が均等であれば密度は均一となる。
第２の例では、屈折率のプロフィルはもはや均等ではなくて、ｘでもｚでも落ちる。もしｚでの落ちがｘでの落ちよりもずっと遅いならば、光路は殆ど周期的であり続けるが、そして上記の断熱的不変性がなおあてはまる。そこで、光線２４がｚ中に広がるにつれて、ｘ，ｎＬ空間の光路は殆ど周期的となる。それゆえ、Ｌ（ｚ）の最大値は増大し、あるｚではエスケープの臨界値に達することがある。エスケープのｚ値は屈折率（ｎ）のプロフィルの詳細に依存する。これが特定されれば、分析は上記の例１のように進行する。それゆえ、パラボラ式屈折率のプロフィルには、屈折率プロフィルは、−ρ＜ｘのとき、ｎ2（ｘ）＝ｎ20［１−２△（ｘ／ρ）2］の形を有する。｜ｘ｜＞ρのとき、ρ＝ｎ12＝ｎ02［１−２Δ］である。そして、ｘ＝０での臨界角は依然としてｓｉｎ2θc＝２Δ＝１−（ｎ1／ｎ0）2で与えられる。次に、もしｎ0がゆっくり減少するｚの関数である、ｘ＝０でのスロープθはφｎＬｄｘの断熱的不変性によってゆっくりと増大する。一方、θCは減少するので、光線はエスケープする。光線の分布の詳細は屈折率（ｎ）がどのようにｚと共に変化するかによる。
【００２２】
非楔先細り形状
最も一般的なケースでは光はどのような形の層にでも入る（例えば、平行四辺形、円筒型又は不均等な楔）、そしてここに記述した原理は同様に適用される。
更に、屈折率は（ｘ，ｙ，ｚ）で希望するように変えて、光を周囲へ出力する手段に連結したとき生じる適当な最終結果を達成することができる。
例えば、第５図に示すような半径方向ｒに先細りになったデイスク型の光ガイド４６を考えてみる。円筒形の偏光コーデイネートの方向コサインはｋr，ｋθ，ｋzであり、このガイド４６に伝播する光４８は以下の関係を満たす。
φｋｎzｄｚ≒定数（断熱的不変性）  （４）
ｎｒｋθ＝定数（角度運動量保存）  （５）
断熱的不変性の状態は楔装置１０のものと同様であって、楔装置１０に関する以前の議論もまた光ガイド４に適用される。角度運動量保存の状態は、半径を増大して源泉４７から外方向へ光が流れるに連れて、ｋθの値は減少する。それゆえ、増大する半径方向に光は平行に照準される。これによって性質を楔装置１０と基本的に同様にし、そして光４８は光５２としてｚ方向に沿って照準された面に選択された角度で出るようにすることができる。
説明のために、我々はガイド材料が一定の屈折率ｎを持ったものと見なす。そのような幾何に対しては５Ｂ−５Ｂに沿って取った２次元の横断面の平面に沿った光線４８は丁度先に記述した楔装置１０の対応物の場合のように働く。同様に、所望の光取扱いの特徴を達成するため種々の追加の層５４及び５６及びその他の手段も用いることができる。例えば、デイスクの光ガイド４６には好ましいファセット・アレイ５６はデイスク４６と同心の一連の円形である。それゆえ、もしファセット５６が横断面が直線であれば、光線５２は上に記述した装置１０でのような屈折率の機能の２φ倍の全角内に照準された方向に出る。
【００２３】
二つの低屈折率の層を持った先細りの照明器具
第６Ａ図に示した発明の別の形では、装置１０は屈折率ｎ1を持った第１層と、第１又は頂部層表面６２及び第２の底部層表面６４とを持ち、少なくとも一つの傾斜角φ）を確立するように集中するものを含む。第１層６１はまた頂部層表面６２と底部層表面６４とに亙る背面６５を含む。第１層６１に隣接し、底部層表面６４に隣接し、或いはその下にある、屈折率ｎ2の、第１の中間層６６のような、底部の透明な層手段のような、層手段がある。更に、層手段は頂部層表面６２に隣接して配置された屈折率ｎ2の第２の中間層８１である、頂部の透明な層手段を形作ることもできる。層６６及び８１の少なくとも一つは空気ギャップであるか、又は他のガス又は透明な誘電体のギャップであってよい。
【００２４】
空気ギャップが、層を張力を（図示せず）かけて吊り下げたり、第１層６１と隣接する光リダイレクトする層７０との間にスペーサ６８を配置するという外部サポートによるような、通常の手段によって、設けられてよい。同様に、第１層６１と第２の光リダイレクトする層８２との間にスペーサ６８を配置してもよい。或いは、透明な誘電体用に固体の材料を用いて層６６及び８１を構成して、構造的な統一性、堅固さ、及び組立の容易さを向上させるようにしてもよい。そのような固形の材料は、例えば、ゾルーゲル（ｎ2＝１．０５−１．３５）、フルオロポリマー（ｎ2＝１．２８−１．４３）、塩化フルオライド（ｎ2＝１．３８−１．４３）、又はシリコン基体のポリマー及び接着剤（ｎ2＝１．４０−１．４５）を含んでよい。透明誘電体用のそのような固形材料はそれを支持したり、維持するための手段を必要としないで、低いＮ．Ａ．受容となり得る、それは屈折率が空気ギャップに対するものよりも高いからである。
層６６及び８１によって第１層６１から受けた光の伝送が出来るようになる。この実施態様では、光の一部が頂部層表面６２に比例して最初にθCを達成し、そして光は層８１へ入って光再ダイレクト層８２によって更にプロセスされるようになる。残りの光はそれによって底部層表面６４に比例して先ずθCを達成し、こうして層６６に入って光再ダイレクト層７０によって更にプロセスされる。
【００２５】
発明の一つの好ましい形では（第６Ａ図参照）、層６６及び８１が両方ともあって、同様の、しかし大きく異なった屈折率ｎ2a及びｎ2bを夫々持っていてもよい。屈折率は、例えば、大きさで楔角φ）と同様である界面６２及び６４の臨界角を設定したとき、同様と考えられる。
【数７】
2008270222.tif 000009
この場合、重要な、しかし不均一な光の断片が各層６６及び８１に入り、層７０及び８２のそれぞれを転送することにより更に処理される。大きな断片は２つの屈折率ｎ2a及びｎ2bのうち高い方を有する層に入る。転送層７０は層６６に入る断片だけを処理する。従って、屈折率ｎ2aとｎ2bとの間の関係を変化させることにより、光の出力角度分布上の転送層７０に影響を変えることができる。
【００２６】
本発明の別の好適な形態では、層６６及び８１は屈折率ｎ2＜ｎ1の同じ透明な材料である。一般に、ｎ2の値が低いと光入力面の開口数を大きくすることにより装置１０の効果が上がる。従って、層６６及び８１が空気或いは他の気体の充填された空隙（ｎ2＝１〜１．０１）である場合、収集効率は最大となり得る。
層６６及び８１の厚さは装置１０の出力パワー空間分布を制御するため、或いは視覚的均一性を高めるために選択的に変えることができる。例えば、層８１の厚さを０．００２〜０．０３０だけ増すと、装置１０の厚い端部で見られる傾向のある不均一が著しく低減する。層６６及び８１の厚さは、出力される光の所望の空間分布に影響を与えるように位置によっても滑らかに変化させることができる（図１２Ｌ参照）。
図６Ａに示す本発明の１つの好適な形態では、光転送層７０は光を層６６及び第１層６１に反射させる反射層７１を有する。その後、光は頂部層面６２を介して第１層６１に出力され、最終的に光転送層８２を通過して更に処理される。反射層７１は例えば平面の鏡面反射体、部分的或いは完全な拡散反射体、或いはファセット反射体の何れかの組合せでも良い。
平面の鏡面反射体を使用することにより層８１内で最も狭い角度の分布となる。従って、反射体は所望の出力角度分布が単峰である場合、光転送層８２の設計を簡素化することができる。拡散或いはファセット反射体は、より広い角度分布を得るために（図４Ｈ及び４１参照）、或いは均一性を高めるために（図４Ｎ参照）、層７１に使用することもできる。所望の角度分布が大きな「テール」を有する場合には拡散反射体が好ましい。ファセット反射体は層８１内に２モード（二峰）角度分布を作ることができる（図４Ｈ参照）。従って、所望の出力角度分布が２モードの場合にはファセット反射体が好ましい。例えば、２モードの「コウモリの翼状（バットウイング状）」分布はぎらつきを低減させるため、部屋の照明用の照明器具に適している。
【００２７】
一般に、層７１の各ファセットは、転送層８２により更に処理されるために層６６及び第１層６１を介して反射して戻る光の角度分布を制御する形状とすることができる。装置１０内の角度分布は転送層８２から周囲に出力される光の角度分布に影響を与える。例えば、角度分布を滑らかに広げると共に、均一性を高めるべく拡散させるために、湾曲したファセットを使用することができる。反射層７１は出力パワー空間分布と角度分布とにも影響を与える。反射層７１の反射率、反射、或いは寸法形状は所望の出力分布を得る為に位置により変えることができる。例えば、前述のように、位置の機能として、反射層７１の各要素の傾斜を僅かに変えると光の出力分布が大きく変わる。
光転送層８２は屈折率ｎ3＞ｎ2を有し、実質的に透明か半透明である。屈折率の低い層８１における光は層８２に入り、周囲に転送される。透過性転送層８２も転送層７１により処理されてその後、低い屈折率の層６６及び第１層６１を介して送り返された光を転送する。層８２の透明度或いは寸法形状は装置１０の出力空間分布に更に影響を与えるべく位置により変化させることができる。本発明の１つの好適な形態では、転送層８２は図６Ａに示すように低い屈折率の層８１との境界面にファセット面を有する。層８２に入った光は、それが入った時点で各ファセットの１つの面８４により屈折され、次いで各ファセット８５の第２面８６により全体が内方に反射される。本発明の１つの形態では、転送層８２は３Ｍ社の商標である「Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｒｉｇｈｔ−Ａｎｇｌｅ  Ｆｉｌｍ」（以下、ＴＲＡＦと称す）でも良く、この製晶は３Ｍコーポレーションにより市販されている。このＴＲＡＦは、典型的なＬＣＤの逆光の応用で好まれるように、屈折及び全体的な内方への反射により入射光を約９０度の角度に曲げるよう作用する。従来のＴＲＡＦの許容できる角度は約２１度であり、これは低い屈折率の層８１に入る大きな屈折光を転送するには充分な大きさである。本発明の更に好適な形態では、ファセット角度は、屈折及び全体的な内方への反射の上述の機構により低い屈折率の層８１に入る光７５をより多く転送するように選択される。ファセット面８４及び８６の一方或いは両方を出力角度分布を制御するような形状とすることができる。例えば、湾曲したファセットを使用することで、角度分布を滑らかに広げると共に、均一性を高めることのできる拡散効果が得られる。
【００２８】
別の好適な実施態様では、転送層８２のファセット角度面を漸進的に変えて、典型的な見る距離から見た時の、位置による視野角の変化を補償することができる。このような補償効果の詳細は図２Ｍに示した実施態様に反射ファセット層の設計に関して既に説明した。屈折層及び屈折／内方反射層を含む如何なるファセット転送層にも同様な原理を適用することができる。例えば、このような漸進的に変化するファセット層を利用できる実施態様の例を図１２Ｅ（層１４０）、図１２Ｇ（層１４０）、図１２Ｈ（層１６６）、図１２Ｋ（層１８６）、図１２Ｎ（層２１０）、図１２Ｏ（層２２８）及び図１２Ｐ（層２４６）に示す。
本発明の別の形態では、層６６及び８１には類似しているが僅かに異なる屈折率ｎ2及びｎ2’をそれぞれ設けることができる。第１層６１及び２つの層６６、８１が第１層収束角度よりも異なっていない限り、装置１０の作動原理は実質的に同じである。
【数８】
2008270222.tif 000010
従ってこの場合、転送層７０及び８２のそれぞれに更に処理されるために光の略均一な断片が層６６及び８１に入る。
本発明の全ての形態には、図２Ｃに二点鎖線で示した出力拡散層４０と、図６Ａに示した透過性或いは半透明な拡散層８３を更に設けることができる。一般に、この拡散層４０は、面ディフューザー、容積ディフューザー、或いは少なくともシリンダの断面を有する少なくとも１アレイのマイクロレンズ（「レンズアレイ」として知られている）であっても良い。これらの層４０及び８３は光の均等性を増したり、周囲への角度分布を広げることができる。レンズアレイは、面ディフューザーや容積ディフューザーに比べて後方散乱が低く、また平行光により照射された時に出力角度の遮断がより鋭いため便利である。レンズアレイはこれらの特徴だけを優先して拡散するが、そうしない場合には、円筒状の角マイクロレンズの軸の全体的な方向に走ってしまうであろう。
【００２９】
図１０に示す１つの好適な実施態様では、光転送層１０は出力光が正確に平行となるように平坦なファセット１１１を利用している。円筒状のマイクロレンズがｙ軸と略平行で適切なＦナンバーを有するレンズディフューザー１１２を設けることにより、所望の出力角度分布を更に制御する。レンズディフューザー１１２は不均等さをも拡散し、そうしない場合には、これはｙ軸の全体的な方向に延びるように思われる。この実施態様では、不均等さをも拡散する第２レンズディフューザー１１３をも設けることができ、そうしない場合には、これはｚ軸の全体的な方向に延びるように思われる。この第２レンズディフューザーのマイクロレンズはｚ軸と略平行である（図１２Ｈ及び１２Ｎ参照）。レンズディフューザー１１２及び１１３の位置決めの順序は光学的利点の損失なしに逆にすることができる。同様に、レンズディフューザー１１２及び１１３を逆にし、図１０に示した凸状の変わりに凹状にすることもできる。このような変更により性能の詳細に影響を与えることになるが、レンズディフューザー１１２及び１１３からはそれでも上述の一般的な利点は得ることができる。
【００３０】
図１１に示す別の好適な実施態様では、図１０の平坦なファセット光転送層１１０及び平行なレンズディフューザー１１２の両方の機能を湾曲したファセットを有する光転送層１１４により達成することができる（例えば湾曲したファセットを示す図２Ｈ、２Ｍ及び３Ａを参照）。これら湾曲したファセットは光を転送し、適切なファセット曲率を有する角度出力を制御し、ｙ軸の全体的な方向に延びる不均一性のためのディフューザーとして作動する。単一の層でこれらの機能を組み合わせることにより、構成要素の数が低減し、厚さ、コスト及び生産性の面で向上させることができる。この実施態様では、残りの不均一性を拡散させるために単一のレンズディフューザー１１５を含めることもでき、そうしない場合、これはｚ軸の全体的な方向に延びるように思われる。このタイプのレンズディフューザーマイクロレンズはｚ軸と略平行に延びる。レンズディフューザー１１５は逆にして図１０に示した凸状ではなく凹状にすることもできる。ここでも、このような変更は性能の詳細に影響を与え得るが、層１１４及び１１５は意図したように機能する。
マルチマイクロ構造層を使用した全ての実施態様において、ファセット或いは上述のこれらの層の小型レンズの間隔は、層同士或いはＬＣＤ間のモアレ相互作用を避けるために非合理的な率を有するように選択することができる。
類似するレンズディフューザーは、ディフーザーの断面が図１０及び１１に示したようなものであれば、類似した利点の楔状断面を有する非楔状形状で使用することができる。１つの例は図５に示した先細のディスクである。この場合、図１０における層１１２に類似したレンズディフューザーは、軸がディスクの回転軸と同心の円内に延びるマイクロレンズを有する。図１０の層１１３及び図１１の層１１５に類似したディフューザーはディスクの中心軸から半径方向に発散した軸を有するマイクロレンズを備える。
【００３１】
光源とカプラー
図２ＡとＢの中で示されている本発明のより好ましい形態の中で、工学的に光の方向を変えるために、ファセット付き層３０が挿入された。ファセット面３４を、層３０に組み込んだり、あるは別個のファセット付き層にすることもできる。該ファセット付き層の操作は、本明細書の前記で解説されている。図６Ａのなかで更に示されているとおり、入力ファセット付き層７４を、光源７６と第１層６１との間に配設することができる。該入力ファセット付き層７４を、大気に対してより明るく均一の出力光線８０を照射させることができるようにするために、入力光線７８に対して光を並行にする効果を与えるプリズム式ファセット列とすることができる。
入力角配光を調整して、入力開口数にできるだけ合わせることで、Ｙ軸に並行の線形プリズムの均一性を改善することができる。蛍光灯の光源を利用しているとき、Ｘ軸に並行の線形プリズムで、出力横断角配光を制限して、また出力光の明るさを改善することかできる。本発明のもう一つの形態の中で、入力光線の拡散が好ましい場合は、拡散体７９を使用して、光線を拡散して、光を広げて光線の均一性を改善する。該拡散体７９は、できれば、Ｙ軸に並行の筒状の小型レンズを有するレンズ型列であることが好ましい。該拡散体７９を、また標準の表面あるいは容積拡散体とすることができ、また、離散した薄膜あるいは一体化されて楔型層６１に連結することもできる。多重プリズムあるいは拡散薄膜を、組み合わせて使用することもできる。該薄膜形態の拡散体７９、とまたファセット面がある薄膜７４を、その場で交換して、該効果を変えることができる。
【００３２】
本発明のもう一つの好ましい実施態様の中で、完全に誘電体の内側に反射するＣＰＣ（複合放物線集光器）部分１００の部分を、光源７６と第１層６１（図２Ｌ、１２Ｏと１２Ｐ参照）の間に挿入することができる。ＣＰＣ部分１００は、入力光線を調整して、入力開口数により近くに合わせる。該ＣＰＣ部分１００は、できれば第１層６１と一体化されていることが好ましい。
図７と８の中で示されている反射鏡９２と９４の形と位置を変えて、光源７６から光導波路の開口部への通過量を最大限とすることができる。該変更は、部分的に全ての帰還光を吸収する、光の光源７６への反射を最低限度とすることと等しい。光源７６は、一般的に筒状であり、透明のガラス覆い９３により囲まれており、該光源の各々は、図７と８の中に示されているとおり、円形の断面を有している。該光源の典型的な例は、蛍光チューブと長フィラメントの白熱灯から成る。光源７６の外径を、ガラス覆い９３の直径と等しくするかあるいはそれ以下にすることができる。図７は、光源７６の周りを鏡面式ポリマー・薄膜で包んで、各該薄膜の端の所で楔型層１２と接触させて形成されている、従来の技術のＵ型反射体９２を示している。反射体エレメント９２は、一般的に、弧の各終端を楔型層１２と連結しているほぼ直線の部分により、該楔型層１２の反対側の光源７６の側面上の所で、ほぼ円の弧に近い形状で形成されている。該反射体のエレメント９２を該楔型層１２に連結する該方法は、反射体エレメントの断面に、尖った角が無い場合は、最も簡単に完成させることができる。一般的に、ランプの効率を下げる恐れがある熱的と電気的連結を最小限度に抑えるために、光源７６を、楔型層１２にも反射薄膜にも触れさせることができない。
【００３３】
図８の中に示されている本発明の一つの形態の中で、反射体エレメント９４は、有利に設計され、また光源７６は、有利な位置にすることで、該光源７６に戻る一部の光を最小限度にすることができ、該配設で、効率を上げることができる。一つの好ましい実施態様の中で、反射体エレメント９４の少なくとも一つの区画の形状は、該反射体エレメント９４の表面の各点の所で引かれる垂線が、光源７６の円形断面に対して接線である。結果として出来上がる形態は、光源７６の漸伸線として知られる。
漸伸線が、最大の効率を提供するが、他の形態をも、容易に製造することもできる。ポリマー・薄膜は、前記で説明されている半円形の弧を含むスムースなカーブに容易に曲げることができる。図７の中で、光源７６と反射体９２のぼ円形の部分の断面が、同心である場合に、この反射体９２の半円形の部分が、全ての入射光線を光源７６に返し、効率を下げる結果となることが分かる。このような非効率は、一般的に、自己吸収円形光源と同軸の半円形の反射体の特性である。この一般的特性は、単純な光線追跡あるいは非対称不変性（ｓｋｅｗ  ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ）の原理に起因する可能性がある。反射体エレメント９２が、仮に完全な円形でなかったとしても、光源７６の断面が該反射体部分のカーブの中心に置かれている場合は、該反射体エレメント９２の各部分は、該光源７６に光を返す傾向がある。
【００３４】
もう一つの好ましい実施態様の中で、図８の中の反射体エレメント９４の断面は、一個あるいはそれ以上のほぼ半円型の弧から成り、光源７６を該反射体エレメント９４のカーブの中心からずらすことで、効率は向上される。光線追跡と実験は、この好ましい実施態様を、下記の設計規則を使用して決定できることを示した。
１．  反射体エレメント９４の断面が、楔型層１２（あるいは光導波路）の最大の厚みに等しいｘ寸法の最大の伸びを有している。
２．  反射体エレメント９４の断面が、光学的に鋭い角を有していない。
３．  反射体エレメント９４のカーブの半径が、できるだけ大きい。
４．  光源７６を、楔型層１２からできるだけ遠くするが、最悪の場合の製造上のばらつきを避けるために、反射体エレメント９４からあまり離し過ぎないようにする。
図８は、内径２ｍｍと外径３ｍｍを有する光源７６、厚み５ｍｍの楔型層１２（あるいは光導波路）、と製造許容誤差限度か０．２５ｍｍの、反射体エレメント９４とガラス覆い９３の外径との間隔に対する前記の設計条件を満たすカプラーの例を示している。
好ましい実施態様の該例の中で、反射体エレメント９４のカーブの半径は、２．５ｍｍであり、光源７６の中心は、楔型層１２の中心から０．７５ｍｍずらさせられている。該設計に従って構築されたカプラーは、図７の中で示されているカプラーと比較して、１０−１５％明るいことが分かった。
【００３５】
前記で説明された漸伸線型とＵ型反射体エレメント９２と９４は、開口部の表面の垂線に対して±９０度に達する角度を持つ楔型層１２の開口部に向けて発光するように設計されている。もう一つの好ましい実施態様の中で、反射体エレメント９４の形態は、デバイス１０のＮ．Ａ．（開口数）により近い角配光で発光するようになっている。図６Ｂと６Ｃのなかで示されているとおり、反射体エレメント９４のような該形態には、複合放物線状光源反射体８６と非画像照明源反射体８８のような他の形状を持たせることができる。該光源反射体８８の例は、本出願の記録の譲受人に譲渡され、該出願は本明細書の中に引用することにより組み込まれている同時係属出願番号０７／７３２，９８２号の中で説明されている。
図６Ｄ、１２Ｌ、１２Ｎと１２Ｏの中で示されている本発明のもう一つの実施態様の中で、楔型層９０は、楔型断面の種々の部分にわたって非単調で変化する断面の厚みを有する。我々が、該断面の制御により入力される配光を制御できることは決定的な事実である。更に、光学的境界効果、とまた固有光源効果が結合されて、不本意な異常で出力配光を与えることができることは決定的な事実である。我々は、従って、楔型層９０の実際の寸法の中で、例えば、一般的に入力光線を受けるより厚い端の近くで、非直線の変化を有する楔の断面を設けることで、これ等の異常を補正できる。該寸法の制御により、我々は、従って、配光に対して制御を実施するためにもう一つのある程度の自由を有し、また事実上、全ての境界効果あるは光源人工品を補正するための如何なる設計をも提供することができる。更に、我々は、配光を変更し、また光入力異常を補正し、希望する配光出力を提供するための本明細書の前記の中で説明されている方法で、楔型層９０の中で折率を変化させることができる。
【００３６】
照明デバイスの製造
本発明の形態の一つの中で、選択された接着と積層加工の注意深い使用で、デバイス１０の製造を達成できる。例えば、屈折率ｎ1を有する率楔型層１２を屈折率ｎ2を有する第１層２８に接着できる。接着層６０（図３Ｂ参照）を、液状で該第１層２８の上面に塗布して、該層２８を、該楔型層１２の底面１６に接着方式で連結できる。一般的に、各種の層の連結の順序は、如何なる与えられた順序とすることもできる。
該楔型層１２を層２８あるいは他の同様な層に当てがうとき、製造工程で、できれば、ほぼ滑らかな接合面を有する内側の層の接合点の形成を施すことが好ましい。適切に加工されていないと、屈折率が異なる層の間の接合が、特有の臨界角により反射面の役割を果たすので、各接合点該内側の層が、性能に悪影響を及ぼす可能性がある。接合面が、ほぼ滑らかであれば、不均一な表面の悪影響は、無視できる程度である。従って、デバイス１０の各種の層の積層の施工に当たって、前記で説明されている滑らかな接合層を提供するための接着あるいは接合あるいはその双方の技術に関する方法論を使用しなければならない。積層加工の例には、これに限られるわけではないが、追加の接着層無しの結合、一方の層にコーティングを塗布してから、接着剤で他方の層に結合する方法、とまた２枚の接着層（他の層に結合されるべき各層の表面の上に各１枚）を有する薄膜層を当てる方法がある。
【００３７】
好ましい実施態様の中で、層の積層は、発生する可能性がある接合の粗さが配光を歪める追加の内部の層を全く使用しないで、行われている。デバイス１０に対する該形状の例で、楔型層１２と第２層３０の間で、液状層を使用することもできる。該方法は、第１層２９（液状層のような）が、接着剤の役割を果たす場合、最良の性能を発揮する。我々は、デバイス１０の各種の層が互いに接合される、前、部分的あるいは完成、あるいはその後で、接着剤を硬化させる選択をすることができる。光学的接合点は、従って、楔型層１２の底面と第２層３０の上面により画される。
接着層でコーティングが使用されているもう一つの実施態様の中で、第１層２８を、第２層３０に塗布されたコーティングとすることができる。ここで被覆された薄膜を、第２段階で、被覆された薄膜と楔型層１２の間に接着剤を塗布することで、楔型層１２に積層させることができる。第２層は、一般的に、連続薄膜・ロール状で供給されるので、第２層には、直接楔型層１２に施す代わりに、屈折率の低いコーティングを施すことが好ましい。事実、このような連続ロールにコーティングするほうが、シート状のものにコーティングするより経済的である。該方法で、低い屈折率の層の厚みを管理し易くなる。
【００３８】
もう一つの実施態様の中で、第２層３０は、該層が、追加の接着材無しで第１層に直接接着されるような方法で製造される。例えば、該第２層３０を、ポリマー材の層を第１層２８に当ててから、該材料を希望する第２層の外形を持たせるように型に流し込んで製造することができる。もう一つの例の中で、第２層３０をエンボスする間、を第１層２８を、支持体薄膜としての役割を果たさせることができる。該エンボス工程の間、適切な温度を使用することで、該第２層３０を、該体位置層２８に溶着させることができる。該溶着には、華氏約１００度あるいはそれ以上でエンボスすることで、従来のＦＥＰ第１層薄膜を使用することができる。
薄膜と２枚の接着材を使用する更にもう一つの実施態様の中で、第１層２８を、後で楔型層１２、あるいは二つのタイプの接合点の間に接着材を使用して楔型層１２と第２層３０の間に積層される、押し出しあるいは型に入れて流し込む薄膜とすることができる。本明細書の前記に説明されている有害な光の散逸を最低限度に抑えるために、接着層は、平面で滑らかでなければならない。屈折率が低く、廉価な該薄膜を、一般市場で入手できる。各層の間に接着を有する多層構造で、該追加接着層の強度を増やすことができる。
【００３９】
接着材の一般的な使用に当たって、デバイス１０の性能は、楔型層と第１層の間の接着材の屈折率が、第１層２８の屈折率とできるだけ近いときに最適化される。楔型層と接着材の接合点の所の臨界角をできるだけ少なくすると、デバイス１０を出る前に、光が受けるより低い品質の薄膜接合点から出る反射の数を最小限度とすることができる。更に、第１層薄膜の表面の所の屈折率の変化は、最少限度に抑えられ、該作用で、薄膜の表面の粗さの悪影響を減らすことができる。
ファセットがある面の製造は、親工具を使用して、型を精密加工することで達成できる。機械加工は、適切な形状になっているダイヤモンド工具で定規を当てて実行することができる。親工具は、電鋳法あるいは型に流し込むような公知の技術で複製することができる。各複製段階は、希望する表面の形を逆にする。結果として作られた型あるいはその複製品を、第２層３０の中に希望する形のエンボスを行うのに使用できる。直接定規を当てて加工された表面を作ることもできるが、前記で説明されたエンボス加工が好ましい。従来の“削り”加工に、化学的エッチング技術、イオン・ビーム・エッチングとレーザー・ビーム削りも含めることができる。
【００４０】
もう一つの機会加工の中で、ファセット付き表面３４（例えば図２Ｂと２Ｍ参照）は、一方の面上に希望するファセット付き面３４のプロフィールの逆を有する硬質工具を使用して、エンボスあるいは型に流し込むような溶接加工で製造される。従って、製造上の困難は、適切な工具の加工の問題に絞られる。通常、実際に型への流し込みあるいはエンボス加工に使用される工具を形成するために、テンプレートとして機械加工された工具が使用される。該工具は、一般的に、電鋳方式で複製される。電鋳が、表面のプロフィールを逆にし、また電鋳は、他の電鋳から作ることができるので、如何なる数の該逆転も、達成することができ、直接機械加工された“親”に、ファセット付き表面３Ａあるいはその逆の形状を持たせることができる。
ファセット付き表面３４のためのツーリングは、単独点ダイヤモンド加工で製造でき、該加工の中でカフツールと加工される品物との間の距離が、変えられて、希望するプロフィールを辿る。ダイヤモンド・カフツールは、非常に鋭利でなければならないが、原則として、ほぼ任意のプロフィールを作ることができる。与えられた設計に対しては、またカフツールの非ゼロ半径を納めることができるようにするための特定の適応が必要である。カーブしたファセット付き面が必要な場合は、製造をよういにするために円形の弧が好ましい。カフツールは、切削基板に沿って移動して、工具とほぼ同じ形状を有する溝を彫る。単一のダイヤモンド工具を使用して、加工物全体を加工することが好ましい。“焦点”タイプのファセット付き面３４を作るために該方法が使用される場合は、各種の溝を同じ工具で加工できるようにするために、各種の溝プロフィールが、従って設計されなければならない。求められる形状の変化も、工具の角度、溝の間隔と深さを変化させることで達成できる。
【００４１】
ファセット付き面３４の設計は、できれば下記のいくつかの一般的制約をクリアすることが好ましい。
１．  位置に対する照明各配光の中心のほぼ直線の変化。一般的コンピュータの画面の頂上から底の１１度（±５．５度）のばらつきは、有効である。
２．  光の出力の可変角配光の幅は、観察者に対してほぼ均一の明るさを達成するために、ほぼ局部照度と比例していなければならない。下記に記載されている例は、空間配光が、ほぼ均一であることを示しているので、角円錐が、ほぼ均一の幅を有している。
３．  ファセット３８の溝と溝との間の幅は、回折効果を避けるのに充分に広いかあるいは不規則でなければならないが、ＬＣＤパネルと使用されるときは、波紋模様（モアレ）を避けるように選択しなければならない。実用面では、これ等の必要条件は、許容される空間のばらつきを制限する。
デバイス１０の製造に当たって、例えば、視角は、ファセット３８の各々の傾きとカーブに左右される。焦点合わせは、位置に対するファセットの構造を回転することで達成される。５００ｍｍの距離から見た１５０ｍｍの画面の例を使用して、照明円錐を、頂上から底に向かって１７度（即ち±８．５度）変化させることができる。一般的な材料である、アクリルとＦＥＰに対しては、ファセット構造物を画面８９の頂上から底に向かって約５．７度回転させる必要がある（図９Ｂ参照）。
上記の制限（１）−（３）が、可変カーブの溝を単一の工具で加工する必要性と結合されるとき、設計の制約が、生ずる可能性がある。例えば、一定の切削の深さで、一定の角度幅（制約＃１）を維持することで、溝の間隔あるいは溝の深さを変えて補正する必要が生ずる。具体的には、溝を切削する成型工具が、カーブされた反射体ファセットの部分（図２Ｍ参照）が、隣接するファセットの縁で影になる形状であるとき、溝の間隔の中での直線の変化が、僅かなレベルではあるが、明るさの変化を減らす可能性がある。該間隔のばらつきを、制約＃３をクリアするのに充分なものとすることができる。
製造方法に更に、第１層２８が、本明細書の前記の中で説明されたとおり非常に薄いので、該第１層２８の蒸着、スパッタリングあるはイオンビーム溶着を含めることができる。同様に、第２層３０を、図２Ｂの中で示されているファセット付き層３０に形成させるのに、制御可能な該方法（マスキングあるいは層付着のような）を適用できる。
【００４２】
単純なコリメーターデバイスとしての楔型光導波路
最も一般的な実施態様の中で、楔型層１２を、単純な並行光束用光学エレメントとしての組合せの意味で機能させることができる。ほぼ透明な楔型層１２は、光学的屈折率ｎ1を有し、また上面１４と底面１６は、収束して、少なくとも傾斜φの角度を設定する（図１５参照）。該楔型層１２は、また上面１４と底面１６に広がっている背面２０から成る。楔型層１２に隣接している第１層２８は、空間間隙を含む屈折率ｎ2を有している。該第１層２８に隣接して、第２層３０のファセット付き表面３４のような、鏡面層がある。
ほぼ並行束にされない光は、背面２０を経由して、光源２２により導かれる。該光は、各光線が、上面と底面１４と１６に対して入射角を減らしながら、該入射角が、臨界角θｃ以下となるまで、楔型層１２の中で伝搬する。該角度が、一度θｃ以下になると、光線は、大気に出る。底面１６を経由して大気に出た光線は、楔型層１２に対して反射させられてから、大気に発光させられる。前記で説明された角濾過効果により、出力光は、下記のとおり角円錐の幅の範囲内で並行光束にされる。
【数９】
2008270222.tif 000011
照明が行われるべき領域９９は、楔型層１２の端から出た所まで広がり、前記の幅Δθの円錐の範囲内となる。
【００４３】
もう一つの好ましい実施態様の中で、光の方向を変える手段の位置を、該楔堅層１２の端の外とすることができ、ほぼ前記の幅Δθの円錐の範囲内となる。光の方向を変える手段を、レンズ、平面鏡面体、あるいはカーブした反射体とすることができる。光の方向を変える手段は、照明が行われるべき領域に対して光を反射したり屈折させたりする。レンズ型拡散体のような該方向を変えるための手段のこれ以上詳しい明細とその使用は、下記で説明される。
２個の空気間隙あるいは透明の誘電層を有する図６の実施態様の中で、光のリダイレクト層は、独立しているので、我々は、種々のタイプの層を有するデバイスを構築することができる。例えば、光が、デバイス１０の両側から発射されなければならないとき、あるいは最大の並行光線束が、好ましいときはいつでも、２枚の透過可能なリダイレクト層が、好ましい。２枚の方向を変えるための一般的に全ての発明に対するリダイレクト層８２の例に、括弧の中のアルファベットが、下記のとおり図１２の各々該当する図に対応するものとして、該諸図１２の例を含めることができる。
【００４４】
（ａ）図１２Ａの中の、回折格子１２０あるいはホログラム１２２。
（ｂ）図１２Ｂの中の、拡散体１２６を有する２枚の屈折ファセット層１２４。
（ｃ）楔型層１２から光の出力を屈折してから内側に反射するファセット１３０を有する２毎のファセットがある層１２８。該ファセットは、光出力を屈折のみで可能な角度より大きな角度を経由して向けることができる。
（ｄ）２毎の屈折単独ファセット層１３２（プリズム）。
（ｅ）焦点を合わせるために湾曲した出力表面１３６が付いた屈折単独ファセット層１３４を有する楔型層１２に対する上面のリダイレクト層。底面１３８は、ファセットがある層１４０を使用して光を屈折させて、内部に反射するためのリダイレクト層から成る。ファセットの角度は、出力光がＦで焦点が合うような位置と共に変わる。
（ｆ）上面のリダイレクト層１４４は、屈折ファセット層１４６から成り、底面のリダイレクト層は、光に対して狭照角が付いた屈折／内部反射層１４８から成り、滑らかに光の出力角拡散を広げるために、拡散層１５０を加えることができる。
（ｇ）出力角拡散を広げるために、凸面で湾曲している屈折面１５４を有する屈折／内部反射ファセット付き層１５２の上面のリダイレクト層。ファセットの角度を、位置と共に変化させ、該構造で、選択的に光出力角円錐を向けて、好ましい可視領域を有限距離で作り出すことができる。該配設で、湾曲したファセット層１５２により取り除かれない非均一性を拡散するためにレンズ型拡散体１５６を含めることができる。底のリダイレクト層は、制御できる方法で光出力の角拡散を広げるために凹面状にカーブしている、反射表面１６０を有する屈折／内部反射のファセット付き層１５８から成る。
（ｈ）制御できる方法で光出力の角拡散広げ、また均一性を改善するための、湾曲したファセット１６４を有する屈折ファセット付き層１６２を含む頂上のリダイレクト層。ファセットの形状が、有限の距離の所で出力光の焦点を合わせるために位置と共に変化する、狭照出力のための該ファセット１６８を有する屈折／内部反射ファセットがある層１６６から成る底のリダイレクト層。並列のレンズ型拡散体１７０を使用して、滑らかに制御できる方法で光出力の角拡散広げ、均一性を改善するとができる。仮想線で示されている透明の画像を、レンズ式拡散体に印刷したり接着したりすることができる。横断レンズ式拡散体１７２は、並列レンズ式拡散体１７０で取り除かれない非均一性を拡散するために使用される。焦点が合わされた平面ファセット層１６６と拡散体１７０の組合せは、焦点が合わされた湾曲したファセットを使用するのと同様に、協力して好ましい可視領域を有限距離で作り出す。また照明目的のために、該デバイスと他の如何なる形態のデバイス１０と共にも使用できるＬＣＤ１７３構成部品（仮想線）が示されている。
もう一つの構築の中で、１枚の透過可能なリダイレクト層と１枚の反射性のリダイレクト層を、組み合わせることができる。これ等は、前記で解説された、反射性のリダイレクト層と種々のタイプの透過可能なリダイレクト層との組合せである。反射性のリダイレクト層を、鏡面、部分的拡散、拡散、ファセット付あるいは該構造の全ての組合せとすることができる。発光が、一方の側からか、あるは場合によっては、コストが最優先のときは、該構築が、好ましい。該構築の例は、下記の諸図１２の中にある。
【００４５】
（ｉ）上面層透過回折格子あるいは透過ホログラム１７６を有する底面鏡面反射体１７４。
（ｊ）上面屈折ファセット層１８０、拡散体１８２（図１２Ｊに仮想線で示された）
と間に挿入された画像形成層１７１と組み合わされた底面鏡面反射体１７８。
（ｋ）頂上層屈折／内部反射ファセットがある層１８６を有する、位置と共に変化して、有限距離で出力光を焦点に合わせるためのファセット形状を有する低面層鏡面反射体１８４。拡散体１８８は、仮想線で示されている。
（ｌ）頂上層屈折／内部反射ファセットがある層１９２を有する底面層鏡面体１９０、とまた湾曲したファセット１９４は、スムースに各光出力を制御可能な方法で広げ、均一性を改善するために使用される。楔型層１２と上面の厚みと底面の低屈折率層１９６（即ち空気空間）は、変化して、光出力の空間拡散に影響を与える。
（ｍ）底面反射休１９８は、部分的に鏡面、部分的に拡散して、均一性を改善する。図１２Ｍは、一体化されたレンズ型拡散体２００により制御可能に拡散するように出来ている初期の反射体部分を示している。該拡散体２００は、より厚い端で出力の中で現れ、一般的にｙ軸の方向に走る可能性がある非均一性を選択的に減らすように設計されている。また屈折／内部で反射し、また湾曲した反射面を有する上面のリダイレクト層２０２が含まれている。
（ｎ）部分的に反射し、部分的に拡散して、均一性を改善する底面反射体層２０４。図１２Ｎは、やや粗くなっていて鏡面性を減らし、該構造で、２０８の厚い所の近くの出力の中に現れる非均一性を、選択的に減らすようになっている初期反射体２０６を示している。平面ファセットがある層２１２を有する屈折／内部反射である上面のリダイレクト層２１０が、使用されている。またファセットの外形は、光の方向を、各ファセットから有限の距離の所にある共通の焦点に変えるように変化している。横断しているレンズ型拡散体２１３が、仮想線で示されている。並行のレンズ型拡散体２１４は、平面ファセットがある層２１２をより広い好ましい可視領域に転換しながら、焦点領域をスムースに出力各拡散を制御された方法で広げるために使用されている。レンズ型拡散体２１３は、また均一性を改善する。ＬＣＤ２１６あるいは透明の画像は、仮想線で示されている。
【００４６】
（ｏ）好ましい実施態様の中で、偏芯カプラー２１８は、仮想線で図１２Ｏの中で、均一性向上レンズ型拡散体２２０を使用している。収束先細り部分２２２あるいはＣＰＣ（楔型層と一体化されている）は、角拡散を変形して、楔型層１２の入力Ｎ．Ａ．開口数をより近くに合わせる。楔型層１２の厚みは、スムースに変えられて、入力空間拡散に影響を与え、均一性を改善する。底面のリダイレクト層２２４は、鏡面あるは部分的に拡散する反射体である。上面のリダイレクト層２２６は、凸面状に湾曲して、制御できる方法でスムースに出力角度を広げる、反射面２３０を有する屈折／内部反射のファセット付き層２２８である。ファセットの外形は、位置と共に変化して、選択的に光の角円錐の方向を角面から変えて、有限距離の所で好ましい可視領域２３２を作り出す。レンズ型拡散体２３４は、仮想線で示されている。
ＬＣＤ２３６あるいは他の透明の画像は、また仮想線で示されている。より収束するＮ．Ａ．合わせの部分は、方向を変え、また低い屈折率の層が、これ以上の収束部分を極端に必要が無いので、ファセット付きリダイレクト層と組み合わせることで有利である。従ってデバイス１０の有効口径（従って効率）は、デバイスの全体の厚みを最小限度に抑えて、増大することができる。
【００４７】
（ｐ）ＬＣＤバックライトのためのもう一つの好ましい実施態様は、図１２Ｐの仮想線で示されている均一性向上拡散体を有する偏向カプラーを使用している。収束している半先細り部分２４０あるいは半ＣＰＣ（楔型層１２に一体化されている）は、カプラー出力角拡散を変形して、楔型層１２の入力Ｎ．Ａ．により近く合わせる。拡散体２３９（仮想線で示されている）を、光源２１７と楔型層１２の間に挿入できる。充分に頭が切り取られた半ＣＰＣ２４０は、簡単な先細りになった部分である。部分的に鏡面、部分的に拡散する底面反射体２４２は、均一性を改善するのに使用される。図１２Ｐは、更に、鏡面性を減らすためにやや荒くなっているか、代案として、並行の反射溝の列を成す形状になっている初期反射体２４４を示しており、該構造で、厚い端で出力で現れる可能性がある非均一性を減らすことがでる。上面のリダイレクト層２４６は、凸面状に湾曲して、制御可能な方法で出力角度をスムースに広げる屈折面２５０を有する屈折／内部反射のファセット付き層２４８である。ファセットの外形は、位置と共に変化して、選択的に光の角円錐を各ファセットから、有限距離の所で好ましい可視領域を作るように向ける。横断レンズ型拡散体２５２は、仮想線で示されている。また、仮想線で示されている、ＬＣＤ２５４あるいは他の透明の画像が、含まれている。
より収束するＮ．Ａ．−合わせる部分（例えば、半先細り部分２４０）は、方向を変え、また低い屈折率の層が、これ以上の収束部分を極端に必要が無いので、ファセット付きリダイレクト層と組み合わせることで有利である。従ってデバイス１０の有効口径（と従って効率）は、デバイスの全体の厚みを最小限度に抑えて、増大することができる。該利点は、また図１２Ｏの中に示されている完全に先細りになっている部分２２２により説明されているが、図１２Ｐの中の半先細り部分２４０は、部分２２２と比較して、同じＮ．Ａ．整合効果に対して、先細りの方向でより長くなる欠点があるが、一方の側でより大きな厚みの削減を提供する。上面の低い屈折率の層を、より厚く作って、均一性を改善できるので、示されているとおり一方の側で厚みの削減に重点を置くことが好ましい。底面反射体層を、反射薄膜を角の周りで曲げることを要しないで、カプラー反射体空洞と一体化することができるので、該形態を、より容易に製造することができる。
【００４８】
（ｑ）もう一つの実施態様の中で（図１２Ｑ参照）底面の鏡面あるいは拡散して反射する層２５６を、単独ファセット屈折上面２８５と組み合わせることができる。
（ｒ）室内照明に使用する場合、二峰状の“こうもりの翼の形をした（ｂａｔ−ｗｉｎｇ）”光の角度拡散２６０が好ましい。図１２Ｒの中で、ファセット２６４を有する上面屈折層２６２が、示されており、また湾曲した前面２６６を有しており、主に前の四分円形に向けられる出力光を有する該面で、スムースに角出力を広げ、均一性を改善することができる。底面反射層２６８は、ほぼ後ろの四分円形に向けられた出力と共に、主に上面にあるリダイレクト層の背面を経由して光を反射する。
当該技術で理解されるとおり、これらの図の中で示されている各種のエレメントを、先細りした照明デバイスのエレメントと組み合わせて利用することができる。２個の該組合せ形状の例は、図１３と１４の中に示されており、該各図は、またに示されている形状に特定の特徴から成る。図１３に示されているとおり、２枚の楔２７６を、組み合わせて一体化させて形成することができる。２個の光源を、同じ領域全体に供給することができるので、この組合せで、同じ程度の明るさを有する単独の楔より高い明るさを提供することができる。明るさが、該デバイスに対して増やされる一方で、２個の光源が、また１個の光源と同様の出力を必要とするので、効率は同じである。図示されているとおり、ファセット２７４を有する方向を変える薄膜２７２を、双方の方向から来る光を受け入れる左右対称設計で、単独とすることができる。代案として、方向を変える薄膜２７２を、各蝶の羽根に対して異なる設計とすることができる。
図１４の中に、図５の中に示されているとおりの３枚の縮尺された先細りのディスク２７０が、示されており、種々の層の外見をしめすために分割されている。ファセットがあるリダイレクト層２８０（方向を変える層、ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）は、先細りしている光導波路部分２８４に重なっている同心円形ファセット２８２から成る。光源２８８の直上に、光導波路部分２８４の軸の所の間隙に重なって、リダイレクト層２８０は、レンズを形成している（例として、フレネルレンス２８０が示されている）。光源２８８の直下は、反射体２９０であり、該反射体の位置は、光の逃げを防ぎ、光の方向を、光導波路部分２８４に、あるいはレンズを経由するように変えるようになっている。反射体の中に少なくとも１個の開口部が設けられて、ワイヤーあるいは光導波路のようなエレメントが通過できるようになっている。
【００４９】
画像作成あるいは色の付いた層の使用
本発明の全ての実施態様に、画像を形成するための可変透過を有するか、あるいは色を少なくとも角出力の一箇所に与える、１枚あるいはそれ以上の層を組み込むことができる。画像形成層に、従来の透明ディスプレーのような靜的画像、あるいはＬＣＤのような選択的に制御できる画像を含めることができる。該画像形成と色授与層を、リダイレクト層の一つに重ねることができる。あるいは代案として、該層に、低い屈折率の層と関連するリダイレクト層との間に中間層、あるいはリダイレクト層の内部の構成部品を含めることができる。例えば、重ねられている画像形成層１２９は、図１２Ｃと１２Ｇに仮想線に示されている。画像形成層１７１の例は図１２Ｈと１２Ｊの中に示されている。
一つの好ましい実施態様の中で、画像形成層（１２９と１７０のような）は、ポリマー分散型ＬＣＤ（ＰＤＬＣ）層である。層の適切な配設で、画像あるいは色を、出力角拡散の選択された部分の範囲内でデバイスから投射できる。
【００５０】
ＬＣＤパネル照明のための２モードの反射楔
一部の応用の中で、単独のＬＣＤを、周囲光あるいはアクティブな背面光により発光させることが好ましい。該応用の中で、周囲光照明は、ディスプレーによる電力消費を最小限度に抑えるために光線環境が良好の時に選択される。得られる環境の照明が適切なディスプレーの質を提供するのに低く過ぎるときは、アクティブ背面光が選択される。該選択可能な２モード操作には、アクティブモードでＬＣＤを効果的に後ろから照し、代案としての周囲光モードで、効果的に周囲光を反射する背面照明装置が必要となる。
最も普及している従来の技術のＬＣＤは、図１６Ｂの中に示されているような“透過反射”（Ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）ディスプレー１０１である。この方式は、部分的に反射し部分的に透過する中間層１０４とともに、従来のバックライト１０２と透過ＬＣＤパネル１０３を使用している。適切な周囲光モードの性能を達成するために、一般的に、反射率が８０−９０％の中間層１０４を挿入することが必要である。結果として生ずる低い透過率のため、透過反射ディスプレー１０１は、アクティブモードの操作で、効率が落ちる。
【００５１】
もう一つの実施態様は、図１７の中に示されている。該実施態様は、アクティブ光線モードで、従来の技術の透過反射ディスプレーをしのぐものであり、周囲光モードで同等の性能を発揮する。該実施態様の中で、底面１６を有する楔型層１２（屈折率ｎ1）は、空気間隙とすることができる屈折率ｎ2＜ｎ1透明層２８に連結されている。ｎ2層は部分的に拡散する反射体層１０５に連結されている。該反射体層１０５は、図１６Ａの中に示されているとおり、例えば、できれば、周囲光モードのみに使用される従来のＬＣＤパネルに使用されている反射体と同じであることが好ましい。楔型層の上面１４の上に重なっているものは、ｙ軸にほぼ並行のマイクロレンズ付のレンズ型拡散体のようなファセット付のリダイレクト層１０６である。ＬＣＤパネル１０７は、ファセット付のリダイレクト層１０６に重ねられる。楔型層１２の背面２０は、光源２２に連結されている。
該レンズ状のリダイレクト層１０６と楔型層１２は、入射と反射光に対してほぼ透明であるので、周囲光モードでは、デバイス１０は、従来の周囲光モードのみのディスプレーと同様に作動する。前記で説明されたとおり、アクティブモードが選択されたとき、光源２２は、作動し、また多重層は、該諸層の屈折率と収束角度の間の関係により、デバイス１０上でほぼ均一に光を広げる役割を果たす。結果として生ずる均一の照明は、楔型層１２の上面１４を経由して放射される。好ましい実施態様の中で、反射体層１０５は、ほぼ鏡面であり、該構造で周囲光モードでの性能を最大限度とすることができる。該好ましい実施態様の中で、上面から放射される光は、ＬＣＤパネル１０７による透過に不向きなすれすれの角度で大きく放射される。前記で説明されたとおり、リダイレクト層１０６（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）は、屈折と全内部反射の組合せにより該光の一部の方向を変える。リダイレクト層１０６は、ＬＣＤの透過率が、一般的に垂線から３０度までの幅で最高となるので、できれば、光の少なくとも１０−２０％が、方向を、該ＬＣＤの垂線から３０度以下に変えるように設計されることが好ましい。従来の技術のディスプレーが、アクティブモードの作動において、きわめて非効率的であるので、背光の一部を、適している角度に放出するだけで充分である。
【００５２】
偏光の処理
本発明のもう一つの面の中で、光学デバイス１０により処理される光は、特有の偏光（直線、円形あるいは楕円のような）を有しており、該偏光を、ＬＣＤシステム、あるいは偏光された光の利用に頼る他の出力からの照明の改善に利用できる。ＬＣＤを使用するシステムの中で、偏光３０８の一つのタイプを取り除いて、ＬＣＤ層にその他の偏光された光のみを渡す必要がある。図３０の中の例に対して、従来の偏光層３１２は、できれば光源３０６からの入力光の約半分までの量の一つの偏光を吸収して、好ましい偏光された光が、ＬＣＤ層に透過されることが好ましい。正しい偏光の偏光された光は、希望する方法で液晶と第２偏光子３１４で処理されて、必要な特徴を表示させる。該在来のシステムの中で、光源からの約半分の光は“望ましくない”ものであるので、必要なＬＣＤ出力のみを提供する目的で失われる。従って、両方のタイプの偏光された光を利用する手段が発見された場合は（望ましくない偏光された光を取り除かないで）、実質的な効率の利得と明るさを、ＬＣＤのために生み出すことができる。本発明の目的は、これを目指すものであり、下記の実施態様は、この目標を達成するための好ましい構造と方法である。
【００５３】
図３０Ｂを引用する偏光フィルターの最も一般的な説明の中で、偏光フィルター層３０７の機能は、２個の偏光状態のタイプ１と２から成る入力光３０８を取り込んで、偏光状態３と４から成る透過された光３０９、とまた偏光状態５と６から成る反射された光３１１を作り出すためのものである。該機能を、該明細書の下記で、“第１”と“第２”状態に対して“諸状態”１、３と５を“第１偏光された光２１８”、とまた２，４と６を“第２偏光された光２２０”として我々の特定の引用に関係付けることができる。従って、我々は、状態３と５は、該状態が、偏光状態１の中で光の部分の入射により透過され反射された光のみを指しているものとして選択されたものと、また状態４と６を、偏光状態２と関連付けるものと想定するが、偏光状態の形態を、これ以上の特定の方法で関連付ける必要はない。一部のスペクトル波長範囲以上の一部の入射角の範囲、と特定の入力偏光状態の選択に対して、偏光フィルター３０７は、入力光３０８処理して、特定の全出力関係で出力光を作り出す。我々が、各偏光状態の中で出力（Ｐ１）と定義した場合（ｉ、ｄ＝，２，３，４，５，６）、条件は、
【数１０】
2008270222.tif 000012
この定義から、適当な角度とスペクトルの幅にわたって前記の特性を発揮する全ての層は、偏光フィルター層３０７の形態である。一般的に、偏光状態を、直線、円形と楕円のような任意のタイプと見なすことができる。下記の項の中で、我々は、偏光フィルター３０７の性能を下記のとおり定義される偏光の度合（Ｐｒ）で数量化する。
【数１１】
2008270222.tif 000013
ここで
【数１２】
2008270222.tif 000014
ロスの無い層に対して、下記の式で、透過率は、反射率Ｒに関係付けられる。
【数１３】
2008270222.tif 000015
ここで
【数１４】
2008270222.tif 000016
【００５４】
偏光フィルター層３０７に対する前記に説明された特性を有する各種の層の手段の実施方法がある。該手段は、これに限られるわけではないが、１個あるいはそれ以上の次の層のタイプから成る実施例から成る。
（１）コーティング、押し出し、あるは非復屈折あるいは復屈折のまた光学的に干渉する被覆として作動するように設計された他の工程で作られた薄い皮膜層。
（２）必要とするスペクトル帯のなかのどこかにおいて四分の一の波長以上の光学的厚さの“厚い”層であって、積み重ね、コーティング、押し出し、積層あるいは他の工程で作られ、また、角度と屈折率が、正確にＢｒｗｅｓｔｅｒ角度条件と合っていなくても、Ｂｒｅｗｓｔｅｒ積み重ねとして作動するように設計された皮膜層。
（３）薄い皮膜と厚い皮膜を用いたやり方の組み合わせ。
（４）エッチング、エンボス、精密加工、あるいは他の方法により作られた、相関関係がある、部分的に相関関係があるかあるいは相関関係が無い表面の粗さあるいはプロフィールであって、該構造が、偏光により拡散を生み、エッチング、エンボス、精密加工、あるいは他の方法を含む全ての方法で作られるものであり、また該諸層が、二色性材料であるもの。一般的に、１枚あるいはそれ以上の前記のタイプの形成された積層は、該層が、前記に説明されている偏光フィルター層としての一般的な性能仕様を満たしている場合は、偏光フィルター層３０７の適した形態である。
偏光フィルター層３０７の実施を、薄いか厚い皮膜の復屈折あるいは非復屈折の層で構成させることができる。復屈折層の特定の例と解説は、本明細書の、表題の付いた項に記載されている。
偏光フィルター層３０７の実施を、薄いか厚い皮膜の復屈折あるいは非復屈折の層で構成させることができる。復屈折層の特定の例と解説は、本明細書の、表題の付いた項に記載されている。
【００５５】
偏光フィルター層３０７の厚い薄膜形態の一つの実施態様は、図３０Ｃの中に示されているとおり、特定の設計の中央波長（６0）と特定の設計操作角度（３inc）を基礎とし、また等方性平面層を基礎としている。この設計の例の中の層３１３は、光学的屈折率が、それぞれｎHとｎLの、高い層（Ｈ）３１４と低い層（Ｌ）３１５と呼ばれる、交互の層の２個のタイプから成る。スネルの法則から、我々が、射入角を知っていれば、層３１３の何れかの中で光３１７が移動する場所の垂線表面に対する角度（３L，３H）が分かる。これは次のことを意味する。
【数１５】
2008270222.tif 000017
２個の光学的に等方性領域の間の結合点上の射入角の光３１７のｐ偏光された形態に対して、Ｂｅｗｓｔｅｒの角度と呼ばれる角度があり、該点で、結合点での反射率はゼロである。該角度は、垂線表面に対して計測される（θH/L，θL/H）角度は、
【数１６】
2008270222.tif 000018
Ｂｒｅｗｓｔｅｒの角度に置けるｓ偏光された光への結合点の反射率は、重要なときがある。できればｐ偏光状態を透過することが好ましい層３１３は、該諸接続に四分の一波長の光学的厚みで間隔を置いて設計される。該四分の一波長の厚み（ｔL、ｔH）は、下記の式で与えられる。
【数１７】
2008270222.tif 000019
ＨとＬ屈折率は、下記の設計方程式で関係付けられる。
【数１８】
2008270222.tif 000020
例として、下記の特定の場合を考察する。
【数１９】
2008270222.tif 000021
該式は、低い屈折率の層の設計屈折率と低いと高い屈折率層３１４と３１５の物理的厚みが、それぞれｎL＝１．３１、ｔL＝１４５ｍｍ、ｔH＝１１０ｍｍであることを意味している。該厚みは、ｎH＝１．５とｎL＝１．３１に対してそれぞれ、ガラス・スパッタリングあるいは塩化リチウム真空付着を使用することにより達成できる。屈折率１．５で囲まれている層３１３を有している設計が図３０Ｃに合っている設計と仮定して、反射率を、良く知られているＲｏｕａｒｄ法により簡単に計算できる。外面に、常に反射防止コーティングが施されているので、該整合推定は、極めて一般的である。層３１３に対する各種の基本的層のカウントに対する反射率は下記の表に示されている。
【表１】
2008270222.tif 000022
【００５６】
各種の代案としての同様な設計がある。一個以上の屈折率を、薄い皮膜構造の層３１３の一部として使用できる。囲んでいる諸層は、必ずしも空気でなければならないわけではなく、正確な低いと高い屈折率の層の数は、変化する可能性がある。担体あるいは基板に、他の屈折率値を持たせることができる。層３１３を、設計された角度と波長で四分の一波長の厚みから変化させて、スペクトルと角帯幅を改善することができる。事実、層３１３の操作性を、非常に広い域帯とすることができ、またＢｒｅｗｓｔｅｒ角度設計は、屈折率と角度の大きな精度で従う必要はない。例えば、ｐ透過率を屈折率を変化させることで取捨選択することができる。システム全体を、該機能を変えないでひっくり返すことができる。
各種の好ましい実施態様は、少なくとも２個の異なる屈折率から成る。該配設は、ｎHとｎLを有し、ｎH／ｎL＞１．１５として、幅広い偏光の選択性に必要な層の枚数を最低限度に抑えるようになっている。更に、光学的干渉には、屈折率ｎと厚みｔを５０ｍｍ／（ｎ2−１）1/2＜ｔ＜３５０ｍｍ／（ｎ2−１）1/2のようにしたものを有する、少なくとも１枚の層を使用することで性能を高めるのに最も好ましい。該関係は、前記に記載されているｔLとｔHに関する、波長が、可視光範囲の４００ｍｍから７００ｍｍ、入射角度が、ｎ  ｓｉｎθ≒１と光学的干渉効果が、波長の１／８と１／２の間の光学的厚みを有する層により促進されるように、臨界角度であることに注意して、方程式から派生する。該層の材料と製造方法は従来の多層誘電コーティングとして知られている。
【００５７】
Ｂｒｅｗｓｔｅｒ積み重ねの方式は、層が、多数の波長厚を有し、光学的干渉コーティングで起こる干渉効果ではなく、大きく波の非干渉追加を基礎として機能する傾向があることを除いて、前記に説明された薄い皮膜の方式と同様である。該形態の偏光フィルター層３０７の設計は、層の厚みが、少なくとも複数の波長の光学的厚みである限り、重要でないことを除いて、前記で説明された偏光された薄い皮膜の設計と同じである。光学的厚みの不足の効果は、Ｂｒｅｗｓｔｅｒ積み重ねの実行が、一般的にスペクトル波長と角変化にあまり影響されていないことを示唆している。図３０Ｄの外形で、Ｎ層の一組のセットのｓとｐ偏光された光（Ｔｓ，Ｔｐ）の透過の意味で定義されている透過率を、下記の近似値式を使用して見積ることができる。
【数２０】
2008270222.tif 000023
該式を、変化する数の層の組を有する外形に応用した答えは、下記の表２に示されている。
【表２】
2008270222.tif 000024
一般論的には、該タイプの偏光フィルター層３０７には、同じ反射率に対して、非常に大きな屈折率の差とより多数の層が必要である。薄い皮膜の設計とＢｒｗｅｓｔｅｒ積み重ね方式との間に、明確な線を引くことができない。厚みが増えるにつれて、干渉効果は、徐々に減り、光信号のスペクトル域帯に左右されるある点を超えると、干渉効果は、非干渉効果と比較して小さくなる。本明細書の中で説明されている例は、単に干渉と非干渉状態の極端な場合である。
【００５８】
図１９の中で、偏光された照明システム２０４の一つの形態の変形が示されている。特に、図１９Ｂの中で、システム２０４は、光学的屈折率ｎを有する楔型断面領域を有する基底層２０６、とまた先細りになって少なくとも傾斜角度φを画する第１表面２０８と第２表面から成る。該基底層２０６は、更に第１表面２０８と第２表面２１０にまたがる背面２１１から成る。光源（図示されていない）により背面を経由して放射された光２１２は、第１と第２表面から反射して、該光２１２が、表面２０８と２１０からの反射で該第１と第２表面に対する垂線に対する該入射角度を、該角度が、基底層２０６と層２１４のような第１層手段の問の接続点特有の臨界角度３度となるまで減らしたとき、基底層２０６を出る。該層２１４は、ｎ1より小さい屈折率ｎ2を有する、基底層２０６に対して表面２１０から離れて配設されている少なくとも１枚の層部分から成る。基底層２０６からの出力の後で、光２１２が、基底層２０６と層２１４の中の屈折率ｎ2を有する層部分との間の干渉特有の臨界角度３度の入射角を達成したとき、該基底層２０６の中で、該第１層２１４で、該光２１２を第１層２１４に入れることができる。
【００５９】
システム２０４は、更に、他の状態に対してもう一つの状態の偏光された光の好ましい処理のための、偏光フィルター層２１６（偏光フィルター層３０７の包括的な前記の説明参照）のような層手段から成る。フィルター層３０７に対して説明された見本の他に、偏光フィルター２１６のもう一つの例は、特定の実施態様の意味で、別項で下記に説明される復屈折材である。図１９の中で、放射された光２１２は、第１偏光の光２１８と第２偏光の光２２０から成る。第１層２１６は、光２１２と相互に反応して、できれば第２偏光状態の光２２０と比較して第１偏光状態の光２１８を出力することが好ましい。該フィルター層２１６は、基底層２０６に対して第２表面２１０から離れて配設されており、該フィルター層２１６は、少なくとも光２２０の一部を反射できるようになっている。該反射された光２２０は、それから第１層２１４と基底層２０６を経由し、屈折率ｎ3を有する（空気のような）手段２０７に送られる。該光２１８は、他方偏光フィルター２１６を有する基底層２０６の側のシステム２０４から出力される。図１９Ｂの中で、光２１８は、屈折率ｎ4を有する手段２２２に出力されるように示されている。図１９Ｂの中の実施態様の中で、諸屈折率の間の関係は、
【数２１】
2008270222.tif 000025
該好ましい実施態様の中で、ｎ2とｎ3を、約１の“ｎ”を有する空気層とすることができる。
同じ屈折率の関係を、図１９Ｂの変形であるが、屈折率ｎ2の第１層２１４が、基底層２０６から見て偏光フィルター層２１６より遠くに配設されていることを除き、１９Ａに適用できる。図１９Ｂの実施態様の中で、第１層２１４は、偏光フィルター層２１６より基底層２０６に近い。
【００６０】
図１９Ｃの中で示されているもう一つの実施態様の中で、屈折率は下記の方程式（１０）のとおりであり、該答えは、図１９Ａと１９Ｂの中に示されているとおり第１表面２０８を経由して出ていく代わりに、連続的に内部反射を受けている第２偏光状態の光２２０である。偏光フィルター２１６に対して作られた入射角は、各々の反射サイクル毎に減少する。屈折率ｎ3を、従って、光２２０が、フィルター層２１６が、該好ましい光２２０の反射率を発揮する範囲を超えた該角度で減少するようにするのに充分に小さくすることができる。従って、少なくとも光２２０の一部を、第２表面２１０を通過させることができるが、第１偏光状態の光２１８に対する入力角度で分離させられる。図１９Ｃの実施態様の中で、屈折率は、下記の関係を有する。
【数２２】
2008270222.tif 000026
偏光フィルター層２１６は、光２１８を出力してから、下記より屈折率の角度が大きいときに、光２２０を反射することが最も好ましい。
【数２３】
2008270222.tif 000027
光が、３ｐ以下で入射されたとき、第１フィルター層２１６を、双方の偏光状態（即ち光２１８と光２２０）の光に対してほぼ透明にするとすることができる。
【００６１】
例えば、図２０Ａ−Ｃの中に示されている本発明のもう一つの実施態様の中で、システム２０４は、図２０Ａの中の反射体２２２のような光の方向を変える手段、より包括的には、図２０Ｂと２２Ｃの中に示されている光のリダイレクト層２２４から成る。一般的に、デバイス１０に対する発明（図２０の中のシステム２０４）に対して、我々は、入射され、光のリダイレクト層２２４（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）から出ていく光線の伝搬方向の意味で光の方向を変える手段と定義できる。装置のベクトルｒcに並行して、屈折率ｎiを有する光学手段に伝搬する光線の場合を考察する。ｕが、光線の入射の点でリダイレクト層２２４に対して垂直で、またリダイレクト層２２４から離れて、該入射光線が始まる側面に向かう装置のベクトルである場合、入射光線は、光のリダイレクト層２２４と相互に反応して、相互作用から出る光線を作る。出ていく光線が、屈折率ｎcを有する光学的手段の中で装置のベクトルｒcの配光に並行に伝搬する場合、光の方向を変える手段は、入射光線を、出ていく光線が、作動角度範囲にわたって、入射光線に関して下記の特性の何れかを有するように処理する層から成る。
（１）射出光線の少なくとも２５％に対してｎc（ｒcｘｕ）がｎi（ｒiｘｕ）に等しくない（１２）
（２）射出光線の少なくとも９０％に対してｒc＝ｒi−２（ｕ・ｒi）ｕ  （１３）
光のリダイレクト層２２４は、次の条件に従って光の方向を変えることができる、即ち、（ａ）光が、荒い光学的表面と相互反応した場合、（ｂ）光が、入射表面と異なる傾斜を有する光学的表面と相互反応した場合、（ｃ）光のリダイレクト層２２４が、適切な角度に回折する場合、方程式（１２）の中の条件（１）。例えば、該条件（１）に従った光の方向を変える手段を、透過あるいは反射、拡散あるいは非拡散、とまたプリズムあるいはテクスチャ層の如何なる組合せともすることができる。更に、光の方向を変える手段を、回折格子、ホログラム、あるいは二元光学層とすることができる。
方程式（１３）の条件（２）に従って光の方向を変える光の方向を変える手段は鏡面反射体である。該鏡面反射体の例を、金属コーティング（即ち、図２０Ａの中の光反射体層２２２を、金属コーティングとすることができる）、多層誘電コーティングあるいは該組合せとすることができる。各々の場合、内面と外面は、できれば、滑らかで、互いに並行であることが好ましい。
【００６２】
図２０Ａの中で、好ましい実施態様の一つは、光２２０を反射する反射体層２２２の形態の光反射、方向を変える手段から成る。反射体層２２２は、基底層２０６の第１表面２０８の上に離れているか、下に配設されており、できれば金属コーティングのような平坦で鏡面であることが好ましい。基底層２０６と反射体層２２２の間に配設されている屈折率ｎ3の挿入層２２３も、また該図の中に示されている。該挿入層２２３を、基底層２０６と挿入層２２３との間の機能的相互反応次第で、基底層２０６の一部、あるいは別個の層と見なすことができる。該挿入層２２３の屈折率ｎ1を、調整して、光２１２が層２２３に遭遇した後で、結果として生ずる光２１２の空間あるいは角拡散に制御可能に影響を与えることができる。
例えば図２０Ｂと２０Ｃの中で分かるように、光のリダイレクト層２２４の位置を、異なる場所とすることが出来、各々の層２２４に、異なる特性を持たせて、特定の応用に必要な異な光の特性を達成することができる。光の方向を変える手段のもう。一つの例、とまた特定の実施態様は、残りの諸図の中に示されており、下記に詳しく説明される。
【００６３】
偏光された照明システム２０４のもう一つの実施態様の中で、光変換手段が含まれており、例えば偏光転換層２２６として図２１と２２の中で示されている。該図示されてる諸実施態様の中で、屈折率は、ｎ4≧ｎ2を有し、方程式（９）の条件が、満たされていなければならない。該諸実施態様の中で、光転換手段は、偏光状態（例えば光２２０）の少なくとも一部をもう一つの偏光状態（光２１８、あるいは、例えば第１と第２状態の組合せである第３偏光状態の光２２７のようなものさえ含む）に変える層から成る。
偏光転換層２２６は、偏光を９０度（π／２）回転させるような偏光状態を変化させる機能を有している。更に、該転換は、斜光入射で行われることが好ましい。一つの例として、我々は、光学的軸に垂直な屈折率が、方向に無関係である場合の、屈折率が、非軸方向の復屈折のための該転換の性格を説明する。伸ばされたふっ化ポリマーフィルムのようなものが、多くの好ましい材料が、該タイプである。屈折率が、全ての方向で異なる、より一般的な復屈折材を、本明細書の中で説明されている下記の一般的方法に使用することができる。偏光転換プロセスを理解するために、我々は、最初に垂線入射の場合を検討する。
図３０Ｅの中に示されているとおり、復屈折材のプレート２２９は、ベクトルＫに沿った横軸を有しており、光学的軸は、ベクトルＩに沿っている（図３０Ｆのベクトル参照）。伸ばされた復屈折フィルムに対して、伸びの方向は、ベクトルＩに沿っている。ベクトルＩ、Ｊ、Ｋは、ｘ、ｙ、ｚ軸に沿った装置のベクトルの直交三対である。垂線の入射に対して、波の垂線は、ベクトルＫに沿っている。我々は、電磁波の偏波を、ベクトルＤを変位させることで説明できる。Ｄ′を常光線の偏光とし、Ｄ″を異常光線とし、ｎ′を通常の屈折率と、ｎ″を異常な屈折率として、我々は、復屈折プレート２２９の光学的軸の向きを入射偏光ベクトルＤ0に対して４５度（／４）にできる。該ベクトルは、Ｄ0ｘ＝（１／２）Ｄ0ｃｏｓωｔとＤ0ｙ＝（１／２）Ｄ0ｃｏｓωｔの成分を有する。復屈折プレート２２９から現れると、直ちに、Ｄべクトルは、δ′＝（２／λ）ｎ′ｈ、δ″＝（２／λ）ｎ″ｈ、ｈ＝プレートの厚みとしてＤ0ｘ＝（１／２）Ｄ0ｃｏｓ（ωｔ−δ″）とＤ0ｙ＝（１／２）Ｄ0ｃｏｓ（ωｔ−δ′）を有する。従って、導入された位相の差は、δ′−δ″＝｜（２／λ）（ｎ″−ｎ′）λ｜ｈである。特に、現れる光が、初期の偏光ベクトルＤ′に対して直角の所で偏光ベクトルＤを有してる場合は、我々は、ｍが整数の何れかであるとして、δ′−δ″＝（あるいはより一般的にδ′−δ″＝（２ｍ＋１）を必要とする。これは、厚みｈが、｜（２ｍ＋１）／（ｎ″−ｎ′）｜λ／２として選択されなければならないことを意味する。
要約すれば、我々は、前記の関係に従って厚みｈを選択を選択してから、光学的軸を、入射偏光に対して４５度に向ける。図２６Ｂのような好ましい本発明の形態の中で、光は、転換層２２６、復屈折プレート２２９を二度横断しているので、実際の厚みが、前記で指定されているものの半分でなければならない。言い替えれば、厚みは、良く知られているλ／４プレートである。金属鏡２３１からの全ての反射は、双方の成分に近い追加の大体の位相のずれを起こし、結論を変えない。
【００６４】
転換層２２６により光が斜角入射を有する一つの実施態様の中で（図２６Ｂ参照）、まず、入射ビームの２個のビーム（復屈折光として良く知られている）への分割が問題を起こさないことを示すことが必要である。２本のビームは、互いに干渉し、変位は、＜λである。θｃが臨界角度で、Δｎ−（ｎ″−ｎ′）、ｎ＝（ｎ″＋ｎ′）／２であるとして、角分割は、Δθ≒ｔａｎθcΔｎ／ｎである。この変位は≒ｈΔθc＝ｈΔｎ／ｎｔａｎθ／ｃｏｓθcであるが、我々は、ｈΔｎ／ｃｏｓθ≒λ／４を選択して、自動的にこの変位は、＜λであり、また２本の光のビームを、一つとして扱うことができる。
復屈折プレート２２９の単軸方向の形態の斜角入射の外形は、やや複雑であり、従って、説明を簡素化するために、我々は、図３０Ｆの中で示されているとおり、オイラー角を導入する。（ｉ、ｊ、ｋ）三次ベクトルと（Ｉ、Ｊ、Ｋ）三次ベクトの間の関係は、表３から読み取ることができる。
【表３】
2008270222.tif 000028
空気／プレート界面に対する垂線をＫとし、入射波垂線＝ｋと、また、プレート２２９の光学軸＝Ｉとして、我々は、入射偏光を９０度だけ回転する。入射偏光Ｄ0が、界面の中にあるので、ψ＝／２になるようにＤ0をｉ0に沿わせることは矛盾していない。常光線の偏光Ｄ′は、ＩとＫの双方に対して垂直である。従って、Ｄ′をＩ′に沿わせる。ここで、ｉ′x＝０である。表３から、我々は、ｔａｎψ′＝ｃｏｔΦｃｏｓθであると結論を下す。従って、ψ″＝ψ′±／２である。我々は、ψ″＝ψ′／２を選択して、ｔａｎφ＝ｃｏｓθである。希望する出力を達成するために、我々は、復屈折プレート２２９を適切に向けることができる。単に、垂線入射の場合として、我々は、ψ0をＤ′とＤ″方向に対して４５度とする。従って、我々は、ψ′＝／２を選び・そこでｔａｎφ＝ｃｏｓθである。一般的な場合に対して、θは、θ≒４０度、θ≒３７度に近い。実際的には、入射角度と波長範囲に対して、誰でも直ちに、実験的にφを調整して、出発点とガイドとして前記の式を使用して最も完全な偏光転換を得る。我々は、次に復屈折プレート２２９の厚みｈを決定する。垂線の入射の場合は、条件は、ｈ＝｜（２ｍ＋１）／（ｎ″−ｎ′）｜λ／２である。しかし、異常屈折率ｎ″は、ここで、入射角θに左右され、ｎ0が通常の屈折率で、またｎ0が異常の屈折率として、屈折率楕円面（１／ｎ″）2＝（１／ｎ0）2ｓｉｎ2θ＋（１／ｎe）2ｃｏｓ2θが読み取られるはずである。またｎ′ｎ0であることに注意しなければならない。一般的に、屈折率の差は小さく、＜０．１でありまた約、（ｎ″−ｎ′）≒（ｎe−ｎc）ｃｏｓ2θである。更に、斜角垂線入射に対する光の通路長さは、垂線入射のそれより大きい。斜角入射に対する長さは、１／ｃｏｓθ関数でのプレート２２９の厚みより大きい。従って、有効屈折率の差が、ｃｏｓ2θだけ減らされるが、通路の長さが１／ｃｏｓθだけ増やされるので、斜角入射に必要な厚みは、垂線入射に対するものより≒１／ｃｏｓθだけ大きいことは当然である。実際は、入射と波長の範囲を、実験的に調整して最も完全な偏光転換を得ることができる。実際には、入射角度と波長の幅を、ψだけ調整して、出発点とガイドとして前記の式を使用して最も完全な偏光転換を行うことができる。
【００６５】
もう一つの実施態様の中で、一つの偏光の光のもう一つの偏光状態への転換を、次の３段階を伴うものと見なすことができる。
（１）異なる偏光状態の、システム２０４上の全ての点でのほぼ明確なビームへの分離。
（２）希望する偏光に影響を与えない偏光転換。
（３）光の出力の偏光解消なしでの光拡散
本明細書で説明されたとおり、各種の方法を使用して、システム２０４の中の異なる偏光状態を分割することができる。例えば低い屈折率の層２１４を、図３１Ａ−Ｃの中で示されているとおり、例えばり復屈折とすることができる。層２１４を、例えば、向けられたふっ化ポリマーの転換体層として、システム２０２に沿った全ての点から現れる直交偏光の２本の光ビーム２１８と２２０を作ることができる。該方法を、２個の条件を満足するために使用できる。第１条件では、層２１４の復屈折が、実質的に２本の偏光されたビーム２１８と２２０の間の重なりを防ぐのに充分である必要がある。該条件は、Ｃが、少なくとも１であり、できれば４より大きいことが好ましい、方程式（１５）−（１７）で要約できる。第２条件は、第１層２１４復屈折の方向（伸びの方向）が、Ｙ軸にほぼ並行であることである。
φ＝１−１．５度に対して、復屈折は、少なくとも０．０３−０．０５として、方程式（１５−１７）を満足していなければならない。種々の市販のふっ化ポリマー・フィルムの復屈折の計測は、下記のデータ（平均屈折率、復屈折）から得られる。
Ｔｃｆｚｃｌ  ２５０  ｚｈ：（１．３９６１，０．０５４）
Ｔｃｆｚｃｌ  １５０  ｚｍ：（１．３９７９，０．０４６）
Ｔｅｆｌｏｎ  ＰＦＡ  ２００ｐｍ：（１．３４７，０．０３０）
２５０ｚｈ材でラミネートされた楔型層２０６は、フレネル反射部分が重ならなかった場合でも、単に分割された偏光ビームだけを作りだした。
【００６６】
もう一つの実施態様の中で、高い復屈折材から成るファセット付きリダイレクト層を使用して、より大きい角分離をも達成することができる。
偏光状態の分割に対する第３の方式は、図３０ＧとＨの中で示されている復屈折／透明層４２７の交互の構造から成るポリマーシートのビーム分割器を使っている。該層４２７の列を、収束バックライト４２８の上面に載せて、選択的全内部反射により偏光させることができる。入射光の平面に並行名ポリマーのフィルム層４２９の屈折率は、透明な層４３０より低く、光の面に垂直な屈折率は、ほぼ透明層４３０に整合されるので、バックライト４２８（ビーム分割器層４２７に向けて傾いている）から入って来る並行収束された光のビーム４３１は、分割される。並行する偏光されたビーム４３１は、完全に内部で反射されるが、垂直の成分は透過される。
該配設の一つの例を、マイラー／レクサン層とすることができる。マイラーの屈折率は、（１．６２７５２，１．６３９８，１．４８６）。レクサンの屈折率は、１．５８６である。臨界角度の余角は、２０度であるので、ビーム分割器層４２７は、入射角の余角が、２０度以下（レクサンで）である限り機能するが、視斜角で、フレネル反射は、偏光の度合を減らす。例えば、１３度に対して、フレネル反射垂直成分は、９％である。
層４２７の該配設のもう一つの例は、単軸ナイロン／レクサンである。ナイロンの屈折率は、（１．５６８，１５２９，１．４９８）である。ここで、垂直と並行にそれぞれ対して、余角が９と１９度の２個の臨界角度がある。従って、作動可能な偏光に対する傾斜は、この角度の範囲内でなければならない。マイラーに対するフレネル反射の場合を取ると、フレネル反射された垂直の成分は、屈折率の整合がより良好であるので、たった５％である。
これ等の例の何れに対しても、各々のビーム分割器層４２７には、ビーム４３１の全ての光線が、的確にフィルム／レクサンの接合点と相互反応を有する適切なアスペクト比が必要である。
【００６７】
もう一つの実施態様の中で、個となる偏光状態が、バックライト４２８に沿った全ての位置で一旦２本の直交偏光ビームに分割されたら、好ましくない偏光から、図３１Ｃの中の偏光転換層３４６と図３０Ｇの中の４２９のような好ましいものへの転換手段が存在するはずである。
偏光転換を実行するための一つの方法は、交互ウエーブプレートのレンズあるいはレンズの列との組合せである。単レンズの方法では、光ビーム２１８と２２０は、焦点平面の所の直交偏光の２本の光のストリップに焦点が合わされたレンズの上に落ちる。交互ウエーブプレートは、９０度まで、たった一つのビーム（２２０）の偏光を回転させる役割を果たし、現れる光は、完全に光２１８に転換される。これは、１個の偏光の光２２０のみを捕らえるために置かれている半波遅れ装置により実行できる。該構造は、大きなレンズで、プラスチックの遅延プレートとポラロイドフィルター（ポラロイドはポラロイド社の登録商標である）で、目視で実証された。
レンズ型列を使用する第２の方式の中で、レンズの薄いシートと交互ウエーブプレート構造（レンズの周波数と同じ周波数で）が使用され、該場合、遅延は、レンズに対して１８０度変わった。１ｍｍの厚みの該レンズ型列に対して、各々の映像を、各サイズで１インチの５千分の一とすることができたので、レンズ型列のウエーブプレートに対する位置決めは、精密にして、千分の一以下の重なりエラーを防がなければならない。
【００６８】
偏光の転換を実施するためのもう一つの方法は、転換層のもう一つの実施態様である、図３１Ｃと図３１Ｇの中の層３４６のようなダブル・フレネル斜方向（“ＤＦＲ”）を使用する。ＤＦＲは、位置の代わりに角度に従って選択的に遅らせることで位置決め問題を予防する。４ｘ４５度＝１８０度の位相移動に対応する全体の内部反射事象を受ける該ＤＦＲは、第１偏光状態を作り出すが、一方他の偏光状態の光のみ透過されるので、出力光は、最終的に一つの面で第１偏光の光に完全に偏光される。ＤＦＲを、例えば、４５度のプリズムで、全て入れこにした各々エンボスされた４枚のアクリルあるいはレクサンフィルムをもたせることで、製造することができる。ＤＦＲに対して、２本の直交平面偏光されたビームＬとＲ（１／４ウエーブプレート）で遅延が起こされる。Ｌが、ＤＦＲにより透過された場合は、Ｒビームは、ＤＦＲによりＬビームに転換される。最後に、Ｌビームは、もう一つの１／４ウエーブプレートにより偏光された平面に転換される。該方向は、偏光の最終平面を決定する。
図２１Ａの中に示されている好ましい実施態様の中で、転換層２２６は、偏光フィルター２１６に対して基底層２０６の反対側に配設されている。図２１Ｂの実施態様の中で、転換層２１６は、偏光フィルター層２１６同じ側に配設されている。図２１ＡとＢを引用して分かるように、転換層２２６を、光２１８と２２０をもう一つの第３偏光状態の光２２７に転換できるようにすることができる。前記で説明されているとおり、該光２２７を、例えば、第３状態の光、あるは第１と第２偏光状態の変化、あるいは組合せとすることができる。結果として生じた光の偏光は、転換層２２６の特性に対応して変化する。該転換層２２６を、必要に応じて対応して、希望する出力偏光状態の光を作れるように設計することができる。また適切な該層２２６の位置を組み合わせることで、出力光を、必要な偏光特性を有する希望する方向に作ることができる。
【００６９】
図２２Ａ−Ｅに示されている本発明のもう一つの形態の中で、転換層２２６は、他の光学的目的に使用される。図２２、２３、２４Ｅ−Ｆ、２５−２７、２８ＡとＣと２９は、第２偏光状態の光２２０を第１偏光状態の光２１８に変えるための転換層２２６の使用を示している。更に、照明システム２０４のエレメントは、処理されている光が、通過するか、少なくとも転換層２２６を一旦通過したら、少なくとも１あるいは２個以上の偏光フィルター層２１６に遭遇するように配設されている。例えば、光２２０を処理する場合、エレメントの配設で、転換層２２６を通過した後で、光２２０の回帰を、偏光フィルター層２２６を通過させることができる。一部の例の中で、光２２０を、第１状態偏光状態の光２１８として出力される前に、偏光フィルター層２１６に２回あるいはそれ以上通過させることができる。図２２Ａ−Ｅは、希望する出力を達成するための各種の構造の例を示している。図２２Ａの中で、光２１２が、偏光フィルター層２１６に遭遇する前に、反射された光２２０は、転換層２２６を通過してから、光２１８に転換される。該光は、それから内部反射を経由して偏光フィルター層２１６に帰る。更に図２２Ｂの中で、光２２０は、また転換層２２６を通過して、光２１８に転換され、それから内部反射の後に再びフィルター層２１６に帰る。該場合、ｎ3は、方程式（１０）の中のｎ1、ｎ2とｎ3の関係を満たすのに充分なように低い。
図２２Ｃ−Ｅの実施態様の中で、光反射子層２２２形態の光の方向を変える手段が、追加されて、光２２０を偏光フィルター層２１６に返すようになっている。図２０Ａの実施態様に対して前記で説明されているとおり、挿入層２２３は、調整して、層２２４に遭遇する光の拡散と角配光を行うことができるいようになっている屈折率ｎ3を有している。図２２Ｃ−Ｅの中で示されている本発明の好ましい形態の中で、屈折率ｎ2とｎ3の層は、空間間隔を設けることができ、本発明の最も好ましい形態の中では、屈折率２の層は、空間間隔である。
【００７０】
図２４Ａ−Ｆは、図２４Ａの中の偏光フィルター層２１６の使用から始まり、照明システム２０４のより複雑な形態の構築を続ける構築のシーケンスを示している。図２４Ｃ−Ｆの中で、少なくとも１枚のＬＣＤ（“ＬＣＤ”）層２３０の所で、１枚あるいはそれ以上の光のリダイレクト層２２４、と整合層２３２のような光整合手段が追加されている。該整合手段は、他の層の組立体で光出力を、目標とするデバイスあるいはＬＣＤ層２３０のような追加の層に好ましい特定の偏光状態に転換するための役割を果たす。該整合層２３２は、従って転換層２２６の特別の場合である。
図２３Ａ−Ｃの中で、ＬＣＤ層２３０と組み合わされた他の形態の偏光された光の照明装置２０４が示されている。図２３Ａの一般的な実施態様の形態の中で、層２３４が設けられている。例えば図２３のような本発明のより具体的な形態の中で、好ましいｎ2の数値は、約１である（例えば図２３ＢとＣ参照）。図２３−Ａの一部の形態の中で、ｎ2＞１を、また使用できる。代案として、屈折率の中からの好ましい関係の選択は、方程式（９）と（１０）に記載されている。
【００７１】
好ましい実施態様のもう一つの例は、図２６ＡとＢの中に示されており、また図２６Ａの中に、冷陰極蛍光チューブ（“ＣＣＦＴ”）光源２３６が含まれている。該実施態様は、更に角配光を変えるために作動する角変換層２３８から成る。該角変換総２３８は、例えば配光をｘｚ面で変えて、デバイス１０から光の出力の空間均一性を制御することができる。好ましい実施態様の中で、出力光２５０の配光は、該空間配光の中で出力表面の少なくとも９０％以上ほぼ均一である。更に、下記の場合、ｘｚ面の光２１２の角配光は、背面２１１に垂線の約±Θmaxである。
【数２４】
2008270222.tif 000029
また該背面２１１は、少なくとも一枚の第１表面２０８と第２表面２１０に対して約垂直である。角転換層２３８を、先細りの光導波管部分、複合放物線コンセントレータ（“ＣＰＣ”）、マイクロ・プリズムフィルム（図２８Ｃ参照）、表面が粗くなった層、ホログラムとすることができる。該角転換層２３８は、できれば、空気空間を挟まないで、光学的に基底層２０６と連結されていることが最も好ましい。角転換層２３８を、配光をｙｚ面で変えて、明るさ、ＬＣＤの画質と視聴者のプライバシーを改善するために、できれば狭く作動させることができる。更に、図２６Ａの中で、出力拡散器２４８は、角配光を広げて、ＬＣＤ層２３０に照らされる出力光２４２の均一性を改善するためにＬＣＤ層２３０の前に加えられた。
【００７２】
図２６Ｂのもう一つの実施態様の中で、ＣＰＣ２３９が、ｘｚ面での正しい角配光の範囲内で出力を維持することを支援するために作動する光源２４４に連結された。更に、光の方向を変える手段を、ファセット２４７として使用することで角出力の範囲を制御することができる。例えば、図２８Ｃ、ＤとＥと図２９ＡとＢ、とまた下記に記載されている詳しい説明の中の該タイプの層とプリズム式ファセッを参照すること。図２８Ｅの中に示されているとおりの該実施態様は、プラズマ層２５１とファセット２５３を指しており、該実施態様はまた、ＬＣＤ層３０２の後に、光拡散器層３０４を追加して、特定の面で配光を広げている。例えば図２８Ｅの中で示されている、最も好ましい実施態様の形態の中で、光２４２が、ｘｚ面の中で、狭い角度の範囲内でＬＣＤ層３０２を通過するように向けられている。照明装置２０４のエレメントは、従って、映像形成特性が、最適になる角度の所でＬＣＤ層３０２を経由する光２４２の透過を提供することを支援するように構築されている。ＬＣＤ層３０２の基底層２０６に対して反対側の上の所に置かれている拡散器層３０４で、拡散器層３０６が、ｘｙ面上で光２５０を拡散させないで、視聴者の出力光２５０の角配光を広げさせるようにすることができる。例えば、拡散器層３０４を、ホログラフ形式の拡散器あるいは、ほぼｙ軸に並行の溝を有するレンズ型拡散器の形態をとらせることができる“並行”拡散器とすることができる。広い幅の角度の所にいる視聴者は、そこで、次に光２５０を形成するために、ＬＣＤ層３０２を経由して透過される光２４２に対して最良の角度の特有を持つ映像を見ることができる。該形態を利用している構成の例は、そこで図２８ＤとＥと図２９ＡとＢの中に示されている。更に、図２８ＤとＥと図２９Ａは、また均一性を改善するために、ｘｚ面の中の配光を広げないで、ｘｙ面の中のみでＬＣＤ層３０２に与えられる出力光を拡散する、横断拡散器層２５２から成る。例えば、横断拡散器２５２を、ホログラフ形式拡散器、あるいはｚ軸にほぼ並行の溝を有するレンズ式拡散器とすることができる。
【００７３】
図２７ＡとＢは、追加の好ましい実施態様であり、該実施態様の中で、屈折率ｎ2の第１層手段は、空気であることが最も好ましい。該実施態様は、光のリダイレクト層２２４の異なる例を示している。更に、図２７Ａの中で、屈折率ｎ1を有する手段２５４は、空気である必要ないが、システム２０４の種々の屈折率は、図示されている全部の内部反射を達成するための方程式（１０）の条件を満たしていなければならない。図２７Ｂの中で、手段２５４は、空気であり、光のリダイレクト層２２４は、湾曲したファセット２５６を有しており、光２５４は、好ましい可視領域２５８の範囲内で収束する。
図２８と２９の実施態様は、できれば、第１層手段として空気間隙層２６０を使用することが好ましい。該層２６０で、光２１２が、基底層２０６と空気間隙層２６０の間の接合点に特有の臨界角度３σより小さい入射角度を達成した後で、光を該層２６０に入れることができる。図２８Ｂの実施態様は、基底層２０６と拡散器層２６４との間の第１光のリダイレクト層２６２、とまた該基底層２０６の反対側上にある第２光のリダイレクト層２６５から成る。該第１光のリダイレクト層２６２は、屈折／内部反射プリズム２６６から成る一方で、該第２光のリダイレクト層２６５は、屈折プリズム２６８から成る。２枚の偏光層２１６は、基底層２０６の何れかの側に配設されており、該各々は、関連する光のリダイレクト層２６２と２６５をそれぞれ通過させられる、適切な光２１８あるいは２２０を透過する。図２８Ｃは、より好ましい実施態様であり、該実施態様の中で、光のリダイレクト層２４６は、比較的小さいプリズム２４７を有する屈折／内部反射層から成る。プリズム２４７各々の表面角度を、前記で説明された方法で、光のリダイレクト層２６４の図示されている寸法を横断して変化させることができる。該角度の変化で、プリズム２４７を各種の光の円錐を好ましい可視領域２５８に収束させることができる（図２７Ｂ参照）。前記で説明されたとおり、光反射子層２２２を、金属コーティングとすることができる。
該光反射子層２２２を、従来の真空蒸着技術あるいは他の適する方法で、転換層２２６に応用できる。光のリダイレクト層２２６のような他の諸層を、透明なポリマー材を直接整合層２３２に注型形成することで形成させることができる（図２４Ｃ−Ｆと２８ＣとＤ）。偏光フィルター層２１６を、同様に、多数の薄い層の直接基底層２０６への溶着のような従来の方法で製造することができる。また該実施態様に含まれているものは、背面２１１に連結されている角変換層２７４である（図２８Ｃ参照）。該角変換層２７４は、入力光２１２の角配光を基底層２０６に広げて、ＬＣＤ層２３０への出力光２１８の形態のより空間の均一性を与えるのに役立たせるプリズム２７６から成る。角変換層２７４の他の形態を、粗い層、とまた空気間隙を挿入しないで、背面２１１（あるいは他の入力層）に連結されるホログラム（図示されていない）とすることができる。
【００７４】
図２８Ｄの好ましい実施態様の中で、第１プリズム光のリダイレクト層２４９は、基底層２０６と偏光フィルター層２１６との間に配設されている。該光のリダイレクト層２４９は、偏光フィルター層２１６上で光２８０の入射角を減らす。前記で説明されたとおり、第２プラズマ光のリダイレクト層２８２は、光２８４の出力の方向を、並行拡散器として働かせることができる後部拡散器層３０４で、フィルター層２１６からＬＣＤ層３２０に変える。該実施態様は、更に、反射子２０９を有するＣＣＦＴ光源２３６から成り、該光源２３６は、該光源の内径の漸伸線の少なくとも一部に従った位置になっている反射子２９０を有している。背面２１１の直接反対側の該反射子２９０の他の部分は、凹面に湾曲しているかあるいは曲がっている。
図２８Ｅの好ましい実施態様の中で、光のリダイレクト層２５１は、屈折マイクロ・プリズム２５３から成る。偏光フィルター層２９６は、転換層２９８に隣接して配設されており、横断拡散器層２５２の位置は、光のリダイレクト層２５１とＬＣＤ層３０２との間であるいる。並行拡散器３０４は、光２４２をＬＣＤ層３０２を経由して好ましい角度に向けて、ＬＣＤ層３０２の映像形成質（コントラスト、色の忠実な再現とレスポンス時間）のための光３０１を最適にするために、ＬＣＤ層３０２の光出力側に配設されている。
【００７５】
図２９ＡとＢは、図３０Ａの中に示されている従来のＬＣＤ偏光システム３０４と比較した、本発明の一部の形態の利点の一部を示している。図３０Ａの中で、従来の技術のバックライト３０６は、ほぼ等しい割合の双方の偏光の光３０６を放射する。
一般的な従来の技術のＬＣＤ層の配設３１０は、偏光フィルター３１２の第１形態、とまた偏光フィルター３１４の第２形態から成り、該双方のフィルター層の間に、ＬＣＤ層３１６が挟まれている。該ＬＣＤ層の配設３１０の中で、第１偏光フィルター３１２は、高い偏光率を備えていなければならない。即ち、該フィルターは、ＬＣＤ層３１６への入力に対して好ましくない第２偏光状態の非常に低い光の透過率を持たせて、ＬＣＤ層配設３１０に適切なコントラストを与えなければならない。実際には、該偏光フィルター３１２は、また、第１偏光状態の好ましい光のために、高い光学濃度を有している。該従来の技術３１０とは対照的に、本発明は、ＬＣＤ層配設３１２にとって好ましいより高いパーセントの光を提供し、該機能により、好ましくない第２偏光の光の大部分を利用し、また第１偏光状態の好ましい光のロスを最小限度に抑える。
図２８Ａの実施態様の中で、ＬＣＤ層３１６のための光２１８と光２２０の該有利な処理は、転換層２２６の位置を、基底層２０６に隣接させることで達成される。該換層２２６に隣接された配設されたものは、偏光フィルター層２１６である。光のリダイレクト層２２４は、配光の角度をｘｚ面で広げ、照明システム２０４からの配光出力の均一性を改善するための湾曲したマイクロ・プリズムのファセット３１８から成る。横断拡散器３２０は、できれば光のリダイレクト層２２４に貼り付けられているか、あるいは１枚のポリマー層（図示されていない）の反対側に形成できることが好ましい。
偏光フィルター層２１６を、直接転換層２２６に貼り付けるかあるいは配設し、次に該転換層を第１表面２０８の上に張り付けるか溶着させることができる。
【００７６】
図２９Ａの好ましい実施態様の中で、ＬＣＤ層３０２のための光２１８と光２２０の有利な処理は、第１偏光フィルター層３２４と第２偏光フィルター層３２２を使用することで達成される。該第１層３２４に、しかし従来の技術の偏光フィルター層３１２と比べて偏光比を持たせることができる。例えば、該偏光フィルター層３２４に、該従来の技術のフィルター３１２より低い色彩濃縮を持たせることができる。該差で、より高いＬＣＤの光透過率を高めて、前記で説明された映像作成特性を改善することができる。該好ましい実施態様は、ＬＣＤシステム３３０に連結されている後拡散器層３２８を利用している（層３２４、ＬＣＤ層３０２と層３２２の組合せ）。該後部散器層３２８は、第２偏光フィルター層３２２に貼り付けられるか、あるいは該フィルターと一体化されることが好ましい。
図２９Ｂの好ましい実施態様の中で、利点は、１枚の偏光フィルター層２４８のみを使用して、その結果、照明システム２０４に対するコストを削減し、光の透過を増加することにより達成される。該実施態様の中で、整合層２３２を経由する光の出力は、できれば少なくとも９０％の好ましい偏光状態のＬＣＤの光２１８で構成されていることが好ましい。背面２１１に連結された角変換器３３４は、ｙｚ面で配光の角度の幅を減らし、該減らされた角度の配光は、更にＬＣＤの映像を作る照明装置２０４からの入力光の質を改善する。
【００７７】
図３３の中に示されている本発明の好ましい形態の中で、デバイス１０は、入力光４０２を、ランプ４０６を有する光空洞４０４から受け取るための基底層４００から成る。
該基底層４００は、前記で説明されているとおり、できれば、アクリル楔であることが好ましい。該入力光４０２は、図３３の中に示されているとおり２個の偏光状態“ａ”と“ｂ”から成る。一般的な用語“ａ”と“ｂ”は、線“ｓ”と“ｐ”、左右の円形、とまた第１状態に対する直交の第２状態を有する楕円偏光のような全ての異なる偏光の組合せを包含するために使用されている。下記に説明されているように、“ａ”と“ｂ”状態は、できれば、下記で干渉層４１１あるいは反射偏光器層４８０として引用されている偏光ビーム分割器により操作されることが好ましい。光４０５は、従って、下記に詳しく説明されている必要条件に従って選択された光学的条件の下で、基底層４００から空気層４０７への出力である。偏光“ａ”を有する光４０５の一部は、更に光４０９として透過され、ガラス・プレート４１２の上に配設されている干渉層４１１を通過し、空気層４１４を通過してから、光のリダイレクト層４１６の上で作用する。該層４１６は、前記で説明されているとおり、できればプラズマ層であり、また偏光状態“ａ”の光４０９の出力角度を制御するのに使用されることが好ましい。光のリダイレクト層４１６は、できれば、一般的に光が、基底層４６０から出る角度である垂線から約７４度に集中された光の上で作動するように設計され、該設計により、光の方向を、基底層４００の特定の出口面に対してほぼ垂直のものに変えることが好ましい。該層４１６を、また他の実施態様の中のホログラム層のような性格で回折とすることができる。光のリダイレクト層４１６からの出力光４０９を、更に後部拡散器層（図示されていない）、とまた前記に詳しく説明されている他の適切な諸層で処理することができる。
【００７８】
偏光分割に関して、２個のタイプの偏光分割層（干渉層４１１）が、使用された。一方のタイプの層４１１は、特に７４度に近い非垂線入射の中で使用できる偏光選択ビーム分割器作るための代案としての高い屈折率ｎhと低い屈折率ｎlの層として前記に説明された、真空蒸着を基礎とする無機薄膜であった（例えば、干渉層（あるいは個は偏光フィルター”）。このタイプのビーム分割器は、標準フィルム物理的蒸着技術を利用して、層を、１ｍｍの厚みのガラスの上に真空蒸着することで作られた。
第２のタイプの層４１１は、多層ポリマー・フィルムと同じものを使用した。例えば、ポリマー・フィルムを、スリーエム社により製造されたＤＢＥＦ（スリーエム社の商標）層とすることができる。市販の製品に関する詳細は、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９５／１７３０３とＷＯ９６／１９３４７の中に記載されている。このフィルムは、光の垂線入射とまた幅広い入射角に対して使用できるという利点を有し、フィルムで画される偏光軸を有し、また該フィルムを、量産することができる。該諸属性を生かした、垂線入射のタイプのシステム以外の角度、あるいは狭く画されている斜角、とまたフィルムの通過軸の種々の方向で実験することができる。
これに限られるわけではないが、拡散（双極拡散のような）、二重屈折、ｃｏｌｌｅｓｔｅｒｉｃ（コロイド状エステル系）液晶からの反射、とまた厚いフィルムのＢｒｅｓｔｅｒ分割器を含む、該諸実施態様の中で使用されている偏光分割効果を作ることができる、他の複数の良く知られた方式がある。
【００７９】
前述のとおり、光４１８のように、一部の光は、偏光状態“ｂ”を有しており、また干渉層４１１（偏光分割器）から反射させられ、空気層４１１、基底層４００、空気層４２０、転換層４２２（例えば四分の一ウエーブプレート層のような）及び空気層４２４を通過してから、シルバラックス（スリーエム社の商標）のような銀の薄膜、あるいはＢＥＦ（スリーエム社の商標）タイプの背面反射子４２６のようなタイプの誘電反射子とすることができる反射子により反射させられる。該ＢＥＦ層４２６を、また白紙４２５（仮想線で示されている）に対して配設して、拡散して層４２６を通過した小量の光を反射させることができる。該反射子４２６を、偏光処理に役立たせたりあるいは単なる反射子としての役割を果たさせることができる。反射された光４１８は、前記に挙げた層を経由して帰るが、干渉層４１１により反射させる代わりに、光４１８は、転換層４２２により、透過される偏光状態“ａ”の光４２３に転換され、また出力角度は、光のリダイレクト層４１６により制御される。
【００８０】
前記で言及されているとおり、好ましい偏光転換層４２２は、市販の四分の一に伸ばされた、復屈折ポリマー薄膜から成っており、また垂線入射で５５０ｍｍの光の波長のために設計されていた。該形態の転換手段は、必ずしも最高の設計ではなかったが、材料を、直ちに入手できるので、試作された多数のプロトタイプは、非垂線入射の該市販の薄膜を使用したので、遅延は、必ずしも正確に四分の一波タイプではなかった。例えば、デバイス１０の多くの面は、角度の補正効果を示している。成分と一対にされるべき最適な補正薄膜は、必ずしも、該明細書の中で評価されているとおりのシステムの左右対称軸の所で向けられている四分の一波タイプの薄膜でなくてもよいが、実施態様は、デバイス１０の基本設計の操作性を示している。
転換層４２２の該諸薄膜は、複数の形態に使用された。該薄膜が、接着材で貼り付けられたので、該薄膜は、“貼り付けられない”単独のフィルムとして使用するときに必要な、低い復屈折を有するトリアセテート・セルローズ（“ＴＡＣ”）フィルムで、貼り合わされた。反射を減らし、性能を向上させ、また安定性を増すために、フィルムが、直接デバイス１０の他の構成部品に貼り付けられる場合に、多くのアーキテクチュアーで構築させることができる。
【００８１】
偏光状態“ａ”と“ｂ”の双方の状態の他の光４２３は、基底層４００の上面４３２により反射させられてから、該基底層４００、空気層４２０、転換層４２２、空気層４２４を経由して通過し、ＢＥＦ背面反射子層４２６により反射させられ、諸層を経由して干渉層４１１に当たるまで戻る。該光４２３は、従って、基底層４００から出力される瞬間に、偏光状態“ａ”の出力光４３４を作り、また偏光状態“ｂ”の光４３６を反射する光と同じ方法で運動する。該光４３６は、また偏光状態“ｂ”の光４１８と同じ方法で運動して、偏光状態“ａ”の光４３８を結果として生ずる（光４２８と同様の）。該明細書の全体にわたって、デバイス１０の多数の実施態様の作動を図示するために、一部の重要な例の光線の通路のみ示していることに注意しなければならない。研究されているデバイス１０の性能を数量化するためには、明るさと立体角の変化による性能の増加を反映している一連の利得パラメータが開発された。従って、図３３の実施態様の性能は、表４（例として諸パラメータが定義されている）の中に示されており、また計測システムと方法は、例と図６１〜６３の中に詳しく説明されている。
【００８２】
前記に説明されているデバイス１０は、従って、内部偏光転換とリサイクル機構が入っている“空洞”としての役割を果たす諸層の組立体から成る。用語の“空洞”には、例えば、中で光が層の間を運動する光波導管を含ませることができる。デバイス１０の“空洞”あるいは光波導管の性格により、光線通路が、多くのタイプと組合せとなる可能性がある。必要条件は、光が、できれば干渉層４１１から反射されることが好ましい状態“ｂ”から、大きな内部のロスを防ぐために効率的に透過された状態“ａ”に、空洞の中で充分な偏光転換なければならないと言うことである。従って、多重フレネル反射、とまた空洞内の“ｂ”から“ａ”状態への非理想的な転換機構は、容認できる。
【表４】
2008270222.tif 000030
ディバイス１０の偏光変換機構を調べるために、ＴＥ（ｓ）およびＴＭ（ｐ）状態の光変換、ならびに４５°入射角の直線偏光光線を直交する直線偏光状態に変換することに関して、さまざまな素子を評価した。この測定を行うために、６２３．８ｎｍレーザと偏光子アナライザ対を使用した。各試料は、基層４００から出た光線の分布の中心近傍に入射角７４度で照明した。
［第５表］リダイレクト・フィルム４１４のプリズム特性に対して、透過光を測定し、その他すべての部分に対して、反射光を測定した。表にこの変換効果を図示する。
【表５】
2008270222.tif 000031
【００８３】
一般に、ライトパイプ型の構造の中での光変換はいろいろなメカニズムで行うことができる。システムのさまざまな相互作用の影響がその点での特定の偏光状態、ＴＥ、ＴＭ、４５°循環で左右される。それにより、偏光変換は内部反射、誘電体インターフェースからのブリュースター角を越えての反射および、物質の複屈折などが影響する。
それぞれの透過あるいは反射は正確な周囲状況によって偏光の変化の程度が異なり、補償変換および偏光変換を行うフィルムは変換を増加し、性能を改良して、さまざまなエレメントの性質の影響に対して、偏光を特別に制御するのに都合よく使用することができる。さらに、分割層の角度は、実現する方法の偏光変換を強める重要なパラメータとして使用することができる。
研究するために選んだ構造例は（１）変換が少なく、偏光の制御性が良好である基層４００およびリダイレクト層４１４を作るシステムに関してＴＥまたはＴＭ偏光の照明器具の中心線または、（２）別々の変換全部の影響全体は偏光空洞を通る光再循環の変換と偏光の解消の総量位である、近傍でそれぞれ互いに偏光を変換する４５°のどちらかである。４５°構造以外の場合ですんでいるので、４５°で偏光変換プロセスを制御できることも理解したほうがよい。
【００８４】
第３４図に示すこの発明の別の実施態様で、層構造は第３３図のそれと同様であるが、変換層４２２は除かれている。偏光再循環空洞はまだ事実上、干渉層４１１および背面反射層４２６の組み合わせで形成されている。変換層４２２を取り除いたことにより、偏光ｂの光４１８は基層４００、空気層４２０を通って透過し、偏光ｂおよび、ａの状態に変換されたｂの一部を有するａの光４４０として反射する。さて、偏光変換は、背面反射層４２６および、偏光状態ａの出力光４２２へのデバイス１０のさまざまな層の残留複屈折のようなさまざまなエレメントからの反射からの変換による。この実施態様の性能は第４表に示す。
さらに、第３５図の別の実施態様で、変換層４２２および干渉層４４０は第３３図の実施態様と比較すると、取り除かれている。この実施態様はランプ空洞４０４からの光４０２入力の偏光していない形態を含む。この実施態様はこのように、基層４００の中の光の伝播方向にそって高い照度を有するランダムの約６％以上のみの偏光レベルを示す。この実施態様の性能を第４表に示す。
第３６図に示す別の望ましい実施態様で、層配置は第３３図の実施態様と完全に類似で、一般にさまざまな偏光空洞エレメントを有する特定の偏光の光線の同じ類を処理することになる。原理的な違いは反射層であり、介在する空気層のない変換層４２２にラミネートしたメタリック背面反射器層４４６である。この層４４６は商業的に利用できる、アルミニウムまたは他の適当な支持材のような基盤にラミネートした銀メッキ・ポリマ・フィルム（たとえばここ、および前に参照しているＳｉｌｖｅｒｌｕｘ）から成る。この実施態様の性能を第４表に示す。
【００８５】
さらに、第３７図の別の望ましい実施態様で、配置は第３６図のそれと同様であるが、偏光分割干渉層４１１は基層４００に直接曝されている。この層４１１は、他の任意の汎用薄膜沈着技術で作用層を生成することができるけれども、蒸着するのが望ましい。この層４１１は反射性のポリマまたは損失の少ない、基層４００の中の光線を影響のあるほど減衰しない他の偏光分割層で作ることもできる。この実施態様の相対的な性能を第４表に示す。
第３８図の別の実施態様で、層の配置は第３５図のそれと完全に類似であるが、背面反射層はメタリック・背面反射器層４４６である。光線の経路は図のそれとまったく同様である。偏光度は約４％で、第３５図のデバイス１０に非常によく類似している。第３８図のこの実施態様の性能を第４表に示す。
【００８６】
さらに、第３９図の望ましい実施態様で、層の配置は第３６図のそれと同様であるが、変換層４２２はメタリック背面反射器層４４６にラミネートする代わりに基層４００にラミネートされている。代わりに、変換層４２２およびメタリック背面反射器層４４６の間に空気層４４８がある。光線の経路も第３６図のそれとまったく同様であるが光線が基層４００を出る前に、偏光していない光線に偏光が発生し、偏光変換も発生する。この加わった偏光と変換の段階は、第４０図を参照して、ここおよびこれ以後記述する。これによる出力はリダイレクト層４１６で適切に角度を調整した光線４５２である。光線４５０の一部は、偏光状態ｂの光線４５３として干渉層４１１で反射されていて、さらに処理され、状態ａの光線４３８に変換され、出力される。第３９図のこの実施態様の性能を第４表に示す。
第４０図の別の望ましい実施態様で、異なる偏光循環および変換配置を示す。この実施態様で、偏光循環空洞は基層４００および内部反射全体（これ以後ＴＩＲ）で光線を封じ込める変換層４２２のラミネート形状で形成する。このデバイス１０で、光線４０２は楔を形成した基層４００の厚さが薄くなっているのを伝播し、入射光４０２は連続的に変換層４２２で偏光に変換される。上端表面４３２に対してｐ偏光された（この実施態様でａの状態）光線４０２のこの成分はａ状態の光線の反射がｓ偏光（ｂ状態）に比較して少ないので、基層４００から結合され、それで光線角度は、θc（これ以前の関連のクリティカル角度の検討を参照のこと）を通過するので、光線４０２は基層４００を離れ始める。さまざまな光線経路例が図に示されている。１例として、偏光ａとｂの光線４０２は上端面４３２および底面４５４から、θcになるまで反射される。偏光ａの光線４５６は空気層４０７を通り、観察者に対しての角度の範囲を制御リダイレクト層４１６を通って出力される。偏光状態ｂの光線４５８の残りの成分は反射されて、基層４００を通り、光線４５８は変換層４２２に結合される。層４２２の反射と横断で、光線４５８は偏光状態ａの光線４６０になり、空気層４０７とリダイレクト層４１６を通って出力される。プロセスの例は、光線４５８が変換層４２２を一度通過し、空気層４４８に出力で結合され、メタリック反射器層４４６で反射され、変換層４２２をもう一度通過し、偏光ａの光線４６２になり、観察者の方へ出力されることである。
しかし、一般に好ましい出力はやはり「ａ」偏光の光である。従って、「ａ」及び「ｂ」状態の反射間の差は偏光効果を向上させることができる。また、その結果得られた偏光は約１３％であった。本実施態様の性能を表４に示す。
【００８７】
図４１に示す更に別の実施態様では、層の構成は図４０と同様であるが、「ａ」及び「ｂ」状態の反射間の制限された差は偏光分割層４６４をベース層４００の頂面４３２上に直接付着させることにより更に向上する。
図４０及び４１の実施態様の別の変形において、図４２はベース層４００の底面層４５４に積層された変換層４４２に直接結合されたバック反射体層４６６を示す。
図４３に示される更に別の実施態様では、変換層４２２は頂面４３２上のベース層４００の他方の面に配置されている。この構成もベース層４００に沿って光りが走行する時に、その光を制限する目的を達成するものである。幾つかの光線路の例が示されるが、主な違いは「ａ」及び「ｂ」の偏光状態の光であり、これは頂面４３２からアウトカップルされ、次いで「ｂ」の状態の構成要素が四分の一波長板変換層４２２により「ａ」の状態の光４６８に変換される。
図４３の実施態様の更なる変更では、図４４のベース層４００が横屈折偏光変換材料より形成され、ベース層４００に図４３の変換層４２２の偏光変換機能を与えるように作動する。図４４に示すように、光４０２は偏光状態「ａ」の光４６８として空気層４０７にアウトカップルされる。
表４の性能測定を考察するにあたり、偏光効果を増加させても必ずしもシステム化された利得が増す訳ではなかった。これは、種々の層を結合するため或いは及び四分の一波長フィルムに使用した接着剤の種類と質から散乱及び吸収損失から生じたと思われる。
【００８８】
図３９の実施態様の更なる変形では、図４５のバック反射体層は金属バック反射体４６６ではなくＢＥＦタイプのバック反射体層４２６である。層間の光線路は非常に似ており、表４にその性能を示す。
図４０の実施態様の更なる変形では、図４６のバック反射体層は金属バック反射体４６６ではなくＢＥＦタイプのバック反射体層４２６である。光線路は非常に似ており、表４にその性能を示す。
本発明の別の形態を図４７に示す。偏光分割層４７０はベース層４００の入力で付着している。この実施態様では、ランプキャビティ４０４及び偏光分割層４７０により偏光リサイクル「キャビティ」が形成される。
従って、入力光４０２は光キャビティ４０４及び偏光分割層４７０により所有されて偏光状態「ａ」の光４７６を生成する。この結果を得るために、偏光分割層４７０をその通過軸がベース層４００の対称軸の方向と略平行或いは垂直になるよう位置決めするのが最も好ましい。この構成により、層４００における光はベース層４００の下方を走行するため、その光は一方の偏光状態においてベース層４００内に維持される。従って、入力光４０２（ランプ４０６により放射される光）はランプ４０６を偏光されない状態のままとし、最終的に偏光分割層４７０に遭遇する。光４０２の実質的な部分は偏光状態「ａ」の光４７６として透過し、偏光状態「ｂ」の残りは反射されるかランプキャビティ４０４にリサイクルされて結局は変換されて偏光「ａ」の光４７６として出力される。装置１０の性能を表４に示す。
図４７の実施態様の変形において、図４８の構成は偏光分割層４７０のランプキャビティ側の偏光変換層４７８の特徴を更に有する。本実施態様の光線路は図４６のものと非常に似ている。表４にその性能結果を示す。
【００８９】
図３３の実施態様の別の変形では、図４９の装置１０は転送層４１６は備えておらず、ベース層４００は光学的に滑らかな面を有するのではなく表面模様付の光パイプであり、フィルムのベースとなる反射偏光層４８０は光偏光状態を分割して反射する干渉層４１０の代わりとなる。ベース層４００の上（或いは内）の表面模様付の効果は、光４０２がベース層４００の下方に走行し、出てベース層４００を介してリサイクルされるため、光４０２を拡散（或いは方向転換）することである。表面模様付ベース層４００は例えば、ベース層４００の滑らかなバージョン上に硬化性コーティングをスプレーしたり、或いは表面模様付型を使用してベース層４００を表面模様の付いたものにしたり、または、層４００内の中心を拡散するミクロサイズまでサブミクロを拡散することにより形成することができる。これらの表面模様は如何なる光線路も小さな方向転換しかしないよう作用する。この相互作用は弱い散乱を発生させ、これによる変化で、光線路が劇的に変化しないことである。このため、表面模様はベース層４００の表面の傾斜の変化或いはベース層４００−ヒ或いは内の屈折率の変化を意味し、何れも表面模様がない路から１度ずつ断片の量だけ光線路をずらす。この実施態様は装置１０の偏光要素により提供される広い角度の照明を処理する転送層４１６から生じる損失の評価に向けられている。表６から分かるように、転送層４１６を削除したことにより効率が改善した。光線路は転送層４１６を使用せずとも広い角度で装置１０から出ることを除けば図３３の路に非常に似ている。
【００９０】
図４９の実施態様の別の形態では、図５０の装置１０は上述の表面模様のついた態様のベース層４００を備えていない。比較性能を表６に示す。光線路は図４９のものに非常に似ている。表４と６は、互いに異なる基準構成を使用したため直接比較することはできない。表４のデータに１．１７を掛けて表６のデータと比較すればそれぞれの表のデータを大まかに比較することはできる。
図４９の実施態様の別の形態では、図５１の装置１０はＢＥＦタイプのバック反射体層４２６の代わりに金属バック反射体４４６を使用している。また、層４２６は空気層なしに変換層４２２に照射される。光線路は図４９のものと非常に似ており、比較性能を表６に示す。
図５１の実施態様の変形では、図５２の装置１０は表面模様の付いたベース層４００を使用しない。光線路は非常に似ており、比較性能を表６に示す。
図３３の実施態様の別の形態では、図５３の装置１０は干渉層４１１の代わりに反射偏光層４８０を使用し、ベース層４００の形態の表面模様を使用している。光線路は非常に似ており、比較性能を表６に示す。
【００９１】
図５４の実施態様の別の形態では、装置１０は転送層４１６が反射偏光層４８０（干渉層４１１のような偏光スプリッタ）に変更されたことを除けば図５３のものと似ている。この再構成の結果、光線路は全く異なる。
【表６】
2008270222.tif 000032
基底層４００への入力光４０２は、図の実施態様におけるように、リダイレクト層４１６および反射偏光子層４８０を通して偏光“ａ”出力の光４０５のわずかで基底層４００の最上部表面４３２を通って外側にカップリングできる。偏光状態“ｂ”の光４０５のわずかは、光４８２として反射され、基底層４００、空気層４２０、変換層４２２、空気層４２４を通過し、ＢＥＦ形後方反射器層４２６によって反射される。変換層４２２を戻り通過する際、光４８２は、偏光状態“ａ”の光４８４に変化し、基底層４００を通して視聴者に出力する。リダイレクト層４１６および反射偏光子層４８０の交換位置は、図５４に示されるように前方および後方の両方向に移動する広角光で作動するリダイレクト層４１６にも生じる。前方に移動する光は、図５２に示される基底層と同様に基底層４００を通過するが、後方に移動する光は、基底層４００を通って後方に進む。最終的に、わずかのこの光はランプ空洞４０９を通って再循環さえする。光路を重ね合わせるいくつかの例は、図５４に示されているが、多数の他の光路も存在する。この装置１０の性能は表６に示されている。
【００９２】
図５３の実施態様の他の変形において、図５５の装置１０は、変換層４２２を基底層４００の上に配置する。この光線路は、偏光変換が基底層４００の上に生じることを除いて図５３の光線路と同様である。例えば、光４０２は、光４０５が変換層４２２を通過するとき、最上部表面４３２から逆偏光状態に結合され、偏光状態“ａ”の光４０９は、反射偏光子層４８０およびリダイレクト４１６を通して出力される。最も興味あることは、ＢＥＦ形後方反射器層によって反射された空気層４０７、変換層４２２、空気層４８５、基底層４００を通過し、出力のため偏光状態“ａ”の光４８４に変換層４２２によって変換されるこれらの層を通って戻る反射偏光子層４８０によって反射される偏光状態“ｂ”の光４８２である。装置１０の比較性能は表６に示されている。
図５３の実施態様の他の変形では、図５６の装置１０は、基底層４００に積層化される変換層４２２を有する。したがって光線路は全く同じであり、この実施態様の性能は表６に示されている。
図３５の実施態様の他の形式では、図の装置１０は基底層４００のテクスチャ形を使用する。光線路は、全く同じであり、性能は表６に示されている。
【００９３】
図５８〜図６０に示された発明の他の形式では、偏光照明器具のような装置１０の動作は、変換層４２２の別個の形を使用しないで示されている。これは、ブルースター角を通り過ぎる光反射、オフアングル金属反射事象、全内部反射による偏光およびプリミティブリダイレクト層４１６およびＢＥＦ形後方反射器層４２６の伸張したフィルム基底層における内部複屈折を伴う。これらの機構の各々は、我々が装置１０の対称軸に対して同じ角度で反射偏光子４８０を配置する場合、偏光変換に寄与することができる。簡単にするために、４５°は、偏光子層４８０の通過軸のために選ばれる。
図５８には、その角度が増加し、最上部表面４３２あるいは最下部表面４５７の中の１つでθｃを超えるまで、基底層４００に沿って移動する実質的に未偏光光４８６を有する装置１０が示されている。それから、光４８６は空気層４０７、光４８６の角度を変えるプリズム状のリダイレクト層４１６を通過し、空気層４８７を通過した後、他のリダイレクト／拡散器層４８８は光４８６の角度分布を広くする。それから、光４８６は、空気層４８９を通過し、偏光分割層の役目を果たす反射偏光子層４９０に当たる。この偏光子層４９０は、通過軸がこの特定の場合において装置１０の主要伝搬方向である装置１０の対称軸に対して４５°にあるように配置されている。偏光子層４９０は、光４８６を２つの成分に分割する。すなわち、一方の状態“ａ”の光４９２は、通過されることが好ましく、状態“ｂ”の光４９４は反射されるのが好ましい。したがって、光４９４は、リダイレクト／拡散器層４８８を通過させることによって広い角度分布で元に再循環される。光４９４のこの広い角度分布はいろいろな再循環路を有する。例えば、光４８９のわずかは、図５４に示された一般的な方法でリダイレクト／拡散器層４８８を通って再循環する。この場合の偏光変換は、基底層４００の面からのフレネル反射、リダイレクト／拡散器層４８８における全内反射、リダイレクト／拡散器層４８８における複屈折による変換、金属反射効果およびランプ空洞４０４による拡散散乱による相互作用によって生じ得る。
この経路を移動する光４９４は、最終的にはリダイレクト／拡散器層４８８を通しておよび装置１０の他の構成要素を通して後方にカップリングできる。いろいろな再循環光線は、最終的には、システム利得を生じる累積された若干の偏光変換を有する偏光子層４９０に達する。この装置１０の性能は表６に示されている。
図５８の実施態様の変形では、図５９の装置１０は、光線が図５８の実施態様にある広角拡散効果なしで図５４の実施態様の光線と同様な一般的な方法で再循環するようにリダイレクト／拡散器層４８８の下に置かれた偏光子層４９０を有する。図５９のこの実施態様は、オフアングル反射および散乱も利用し、図５４の明確な偏光変換層４２２よりもむしろ光４８６の偏光状態を変換する。この実施態様の性能は表６に示されている。
図５３の実施態様と同様な他の実施態様において、図６０の装置１０は、反射偏光子層４８０は装置１０の対称軸に対して４５°であるので、オフアングル反射による偏光変換を行う。したがって、この装置１０は、変換層４２２を含まないで、介在空気層４９１を有するリダイレクト／拡散器層４８８を追加する。この装置１０の性能は表６に示されている。
【００９４】
照明器具のシステムの複屈折層
複屈折層の材料は、上記に記述されている偏光照明器具システム２０４に役に立つように使用されることが可能である。図３１Ａに示されているこの実施の形態において、第一の層２１４は、２つの異なる偏光状態“ａ”と“ｂ”の光線２１２の２つの異なる光学屈折率ｎ2aとｎ2βを有する屈折率ｎ2の複屈折材料であることが可能であり、２つの屈折率は、１より小さい。この光線２１２は、これら２つの偏光状態のそれぞれの臨界角近くの層２１４と出会う。
【数２５】
2008270222.tif 000033
および
【数２６】
2008270222.tif 000034
方程式（１０）のこの状態は、独立して、２つのｎ2aとｎ2βに等しいｎ2の条件を満たさなければならない。２つの偏光状態の層２１２は、以前に記述されているように第一の表面２０８と第二の表面２１０とからのそれぞれの循環反射の角度２Φだけ入射の角度を減少する。この実施の形態において、ｎ2α＞ｎ2βであり、従って、θcα＞θcβである。２つの偏光状態の入射角度が減少するとき、２つの偏光状態の光線２１２は、第一の臨界角θcαより小さいが、第二の臨界角θcβより大きい入射角を有する光線を有する複屈折の第一の層２１４とインタフェースで出会う。従って、第一の偏光状態の光線２１８は、複屈折の第一の層２１４を通って少なくとも部分的に透過され、第二の状態の光線２２０は、選択的に、全内部反射によって反射される。この反射される第二の状態の光線２２０と残留の第一の状態の光線２１８とは、連続反射を有する入射角を減少しつづける。第一の偏光状態の光線２１８は、第一の層１４と基底層２０６との間のそれぞれの連続の出会いで透過される。第二の状態の光線２２０は、この第二の状態の光線２２０も複屈折の第一の層２１４を通って少なくとも部分的に透過される点で入射の角度が第二の臨界角θcβより小さくなるまで、このインタフェースで全内部反射をうけ続ける。このメカニズムおよび屈折率ｎ2αとｎ2βとの差によって、複屈折の第一の層２１４を出る光線が、２つの偏光状態“ａ”と“ｂ”の異なる角度分布を有する。
【００９５】
複屈折の材料は、反射の異方性の屈折率を有する結晶性の材料を含む。好ましい材料は、張力の有るフッ素で処理された薄膜などの張力のある重合体薄膜である。この張力が、薄膜を順応させ、屈折率をその方向に沿って異ならせる。ほかの場合、０．０３０から０．０５４の範囲のΔ１を有するこれらの張力のあるフッ素重合体薄膜の複屈折値が与えられる。その他の薄膜は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）やポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリエステル（商標マイラー）などである。マイラは、実際に、二軸であるが、偏光を回転するのに使用されることもある。従来の一軸の複屈折材料は、方解石と石英である。これらは、張力のある薄膜を同じほど実用的でない。実際面では、２つの偏光状態は、２つの屈折率が十分に異なる場合のみ、良く分離される。この状態は、次のように示される。
【数２７】
2008270222.tif 000035
式中、ｓは、少なくとも１でなければならないし、好ましくは、４より大きい。この状態は、例えば、複屈折層には一軸によるフッ素重合体材料や基底層２０６にはアクリル重合体、Φの妥当な値（１と１１／２度がノートパソコンＬＣＤバックライトの典型である）を使用して達成される。
図３１Ｂは、図３１Ａと類似するが、リダイレクト層２２４が追加されている。好ましい実施の形態は、屈折率ｎ3を有する層２０７の空気を使用する。光線２１８と光線２２０とは、異なる角度でシステム２１４から出力される。
図３１Ｃは、図３１Ａおよび図３１Ｂの別の変形を示しているが、リダイレクト層２２４が、平坦なファセット付き反射層３４０を含んでいる。光線２１８とさらに光線２２０とは、実質的に偏光状態を変更しないで光線２１８を透過させるコンバータ層３４６に放出されるが、コンバータ層３４６は、光線２２０を、所望の第一の偏光状態の光線２１８に変換する。図３１Ｃに示されるコンバータ層３４６は、光線２２０によって占有される角範囲内でのみ光の偏光を変換するように作動する構造を有している。コンバータ層３４６は、このように光線２１８と光線２２０との概略的に図示される角分離を利用し、光線２１８を光線２２０に変換しないで光線２２０を光線２１８に変換する。
【００９６】
図３１Ｄおよび図３１Ｅの実施の形態において、光線２２０の反射形状は、複屈折の第一の層２１４を有する基底層２０６のインタフェースに戻される。これは、コンバータ層３４６を少なくとも２回通過すると共に、光線２２０の全内部反射によって行われ、この結果、光線２２０を、第一の偏光状態の光線２１８に少なくとも部分的に変換する。この光線２１８は、第一の臨界角θcα未満の入射角を有するので、光線２１８は、基底層２０６と第一の層２１４との間のインタフェースを通って透過される。この光線２１８は、それから、リダイレクト層２２４の特定の性質次第で、リダイレクト層２２４によって反射されたり、または透過されたりする。透過光線または反射光線の代案が、図３１Ｄおよび図３１Ｅの骨格図に示されている。さらに、図３１Ｄの実施の形態において、コンバータ層３４６は、複屈折の第一の層２１４と同じ基底層２０６の側にある。コンバータ層３４６も、基底層２０６と複屈折の第一の層２１４との間に配置されている。図３１Ｅの実施の形態は、基底層２０６の反対側に配置されているコンバータ層２２６と複屈折の第一の層とを有する図３１Ｄの別の変形を示している。
図３１Ｆの実施の形態において、システム２０４は、図３１Ｄの実施の形態に類似しているが、リダイレクト層２２４が、ファセット３１１の層を含んでいる。図３１Ｇの実施の形態において、システム２０４は、さらにＬＣＤ層３０２と、整合層２３２とを含み、拡散体層３０４は、光線２１８がＬＣＤ層３０２を通過後、空間位置に配置される。リダイレクト層２２４は、ハイライト反射力のために平坦な面と金属被膜３４２とを有するマイクロプリズム層２５１を含んでいる。さらに、システム２０４から出力される光線２５３の空間分布をコントロールする角変形層２３８も示されている。図３１Ｈの実施の形態は、図３１Ｇの実施の形態に類似しているが、システム２０４は、出力光線２５０を好ましい視野ゾーンに収束するために、異なる空間位置で調整されるファセット角を有するリダイレクト層２２４の曲線状ファセットを使用している。角変形器２３８は、ＣＰＣとして図示されている。
【００９７】
ＬＣＤ層処理後の光線拡散体
図１２Ｎおよび図１２Ｏに示される実施の形態において、ＬＣＤディスプレイ２１６または２３６は、視聴者に出力光線を供給する。さらに、これら実施の形態の改良において、ポスト拡散体層３５０が、ＬＣＤ層３０２から出力される光線２５０の通路に配置されている（図３２Ａおよび図３２Ｂを参照）。これらの図に示される好ましい実施の形態において、一般作動は、図２６Ｂと、図２８Ｄと、図２８Ｅと、図２９Ａと、図２９Ｂと、図３１Ｇとに図示される実施の形態に類似しているが、偏光フィルタ層２１６のいずれをも有していない。上記に記述されるように、出力される映像を最も効果的にするために、光線を、平行角範囲のＬＣＤ層３０２に、好ましくは、実質的にＬＣＤ層３０２に垂直に供給することが有利な点である。ポスト拡散体層３５０を使用することにより、出力光線２５３に、光のコントラストと色の忠実度とを平衡にすることなく、広域角範囲を越えて視聴者に映像を供給させる。
【００９８】
ポスト拡散体層３５０を含むシステムに好ましくコントロールさせる１つの形態は、ＬＣＤ層３０２を通って透過される角分布のｘｚ−平面の幅である。出力角分布は、好ましくは
【数２８】
2008270222.tif 000036
未満の全幅を有し、この値の半分未満の全幅が、よりいっそう好ましい。この方程式において、Δθpdは、ラジアン内であり、ｎLCDは、ＬＣＤ層３０２内の平均屈折率であり、ｐは、ｚ−方向にディスプレイのピクセル行の繰り返し周期であり、ｄは、ＬＣＤ層３０２の厚さである。ノートブックコンピュータに用いられる代表的なＬＣＤに対しては、ｎＬＣＤは、ほぼ１．５であり、１＝０．３ｍｍであり、ｄ＝３ｍｍである。この実施例に対しては、Δθpdは、好ましくは、１８℃未満であり、９℃または９℃未満の全幅が、よりいっそう好ましい。比べると、方程式（８）は、図３２Ａ（層３５９）または図２８Ｂ（層２６２）に示されるような平坦なファセットプリズム状のリダイレクト層を用いる本発明の出力角幅を計算するために使用可能である。代表的なノートブックコンピュータのバックライトシステムに対しては、Φ＝１．３℃であり、ｎ＝１．４９である。
この実施例において、方程式（８）は、１８℃の出力角分布を示している。
【００９９】
図３２Ａは、ＬＣＤ層３０２にオーバーレイして配置されるポスト拡散体３５０の平行形状を有するシステム２０４の好ましい配列を示している。さらに、背面２１１に配置されるホログラフィック角変形層３６４が含まれている。
図３２Ｂに示される別の実施の形態において、屈折／内部への反射層３６０は、ＬＣＤ層３５０を通して放出される光線３６４のｘｚ平面への角分布を減ずるために、曲線状のファセット３６２を含んでおり、それによって、ポスト拡散体層３５０のパララックスを減少して映像品質を改善する。この実施の形態は、曲線状反射ファセット３６２を有するが、平坦な屈折ファセットでは、図３２Ｃに示されるように、所望の機能を達成することが可能である。いずれの場合にしても、曲線状のファセット３６２が、ファセット３６２同士の間の繰り返し周期より少ない焦点距離を有することが好ましい。ｘｚ平面への角分布は、方程式（８）に示される幅以上に減じられることが好ましく、上記の方程式に示される幅以上に減じられることが最も好ましい。さらに、リダイレクト層２２４のファセット角が、システム２０４の異なる部分から好ましい視野ゾーンに出力される光線を収束するように配列されている。この図も、マイクロプリズム角変形層２７４を示している。
図３２Ｃには、図３２Ｂの実施の形態の変形が示されている。システム２０４において、ＬＣＤ層配列３７０は、図３０に図示される先行技術のＬＣＤ層配列３７２とは異なる。特に、平行光線拡散体層３７２（ホログラフィック拡散体など）は、ＬＣＤ層３０２（図３０の層３１６）と第二の偏光フィルタ層３２２（図３０の層３１４）との間に配置される。この配列により、第二の偏光フィルタ層３２２が、普通なら拡散体層３７２によって反射される周囲光線に起因する可能性が有るグレアを減少することができる。さらに、図３２Ｃは、図３２Ｂに示される曲線状の反射ファセット３６２と同じ角減少機能を行う曲線状の屈折ファセット３７６を有する光線リダイレクト層３７４を示している。
下記の実施例は、デバイス１０の様々な物に対する測定システムと方法とを図示している。
【０１００】
実施例
様々なデバイス１０の性能は、有用なシステムの利得の概念を導入して量が計られる。デバイス１０からの光線出力分布は、拡散ランベルトのバックグラウンドの量にまで近づけられ、一次元の平行ビームは、限定角のランベルト分布からなる。この方法において、照明デバイス１０から限定角（ＩLimited）に放射される照度は、式中、全分布のピーク輝度（Ｌmax）と、拡散ランベルトのバックグラウンド（α）の照度の分数と、制限角（θ+，θ-）によって明記される限定角ランベルトの分布の幅とによって表わされる。
【数２９】
2008270222.tif 000037
これは、角変形薄膜や拡散体などの様々なリダイレクト層を用いて再分配されることが可能である全照度を表わすとき、有効な量である。拡散バックグラウンドの全照度の分数が、相当大きくなりえるとはいえ、大多数のピークの明るさは、一般に、限定角範囲の場合に照度によってカバーされる非常に小さな立体角によるデバイス１０によって放射される限定角光線によるのである。
この考えが、式に明記される＋／−角が、スポット測光器４９８を用いて測定される半輝度ポイントであるということを仮定して本デバイス１０に応用されたのである。測定のそれぞれのセットに対して、最大の明るさと、半輝度ポイントとの角位置とを測定した。測定を行うために用いられたシステム５００は、図６１Ａおよび図６１Ｂに示されている。同じ照度を維持するのに、半輝度ポイントの位置を変更するために少し異なる拡散体を使ってみた。この方法をデータにフィッティングして、拡散バックグラウンドに力の分数値を生じた。実験に用いたデバイス１０の基本形状で６０．１％の値を見出した。図６２は、デバイス１０の基本形状での測定データとフィットされた曲線を示している。
【０１０１】
われわれの作業のその他の部分において、上記で推定される照度に基づき１組の利得係数を明らかにしてデバイス１０の性能を量を計った。これらの利得係数は、全システム利得（ｇtotal）と明るさ利得（ｇluminance）とであり、この利得は、照明器具に残る照射の立体角の増加（ｇrange）によるのである。これらは、下記に定義される測定輝度（Ｌref）と角範囲係数（Ｒu）とで示されている。照射の大いに制限された角は、デバイス１０の単一方向のみであったので、われわれの分析を基礎として示される一次元の一般式を使用した。特に、われわれは、以下を定義した。
【数３０】
2008270222.tif 000038
操作上、照明デバイスを二等分５０２と５０４とに分割して（図６１Ｂ参照）、これらの測定を行い、両方とも、同一のＣＣＦＴランプで駆動され、サンプル光導体を有している。それらの測定に対して、光導体の要求される被膜または積層を、光導体の半分のみに被膜または積層を施した。この方法は、安定性上の理由で、特に、ＣＣＦＴランプ出力の安定性上の理由で採用された。この半照明器具測定の研究方法の効果が、もしあるとすれば、得られる利得値が不利になる点にあると考えられる。我々の目的は達成できる利得を明らかにすることに有るので、このような不利は許容できた。
表に報告されている最終値を得るために、観測される値が、同一構造の２つの半照明器具５０２と５０４を製造して測定される利得によって集められた。これは、観測した依存状態を幾分補正したものである。これらの補正利得（ｇcorrected）は、測定サンプル（ｇmeasured）の利得から計算され、また較正利得（ｇcalibration）は、十分根拠の有る  ｇcorrected＝ｇmeasured／ｇcalibrationによる参照構成の半照明器具５０２の両側で測定された。
【０１０２】
この研究方法を利用して、照明器具の種類は、フォトリサーチプリチャードスポット測光器（Ｐｈｏｔｏ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ  Ｓｐｏｔ  Ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定された。測定を行うために、デバイス１０は、回転中、測定地点が静止状態になるように、一直線に並べられる回転段を備えるスタンドに置かれる（図６１Ａを参照）。照明器具のランプは、半照明器具５０２と５０４とのそれぞれの中心にある（図６１Ｂを参照）。それぞれの測定に対して、線偏光子は、最大量の光線を通過させるために一直線に並べられる測光器４９８の前で使用される。
測定の大部分に対して、この方向は、デバイス１０と機器に対して水平または垂直であったので、内部偏光子が、これらの場合機器には使用された。これら半分用には、最大の明るさを形成して、回転軸回りにデバイス１０を回転して半分の明るさの地点の角位置を形成した。
本発明の実施の形態について示し、説明しましたが、請求の範囲に記載される広い形態において本発明からはずれることなく様々な変化および修正を実行できることは当業者であれば明らかであろう。
【０１０３】
また、以下に本発明の各実施態様の例を示す。
実施態様１．  光源からの光線によって動作し看者に対して選択的に光線を出力する光デバイスであって、少なくとも第１表面と第２表面を有する基底層であって、該基底層がさらに前記第１表面と前記第２表面にわたる背部表面を含み、内部で反射している光線の、前記第１表面と前記第２表面の内の少なくとも一方に対する入射点における垂線に対する角度が減少し、前記表面上での入射点での垂線に対する角度が臨界角度θC未満である場合に前記光線が前記基底層から出ていく基底層と、前記基底層に対して前記第１表面と前記第２表面の内の少なくとも一方を越えて配置された第１層手段であって、前記基底層中の前記光線が前記基底層と前記第１層間の境界に特有の前記臨界角度θC未満の入射角を成す場合に、前記光線が前記基底層から出力された後に第１層手段に入射し、その中を通過することができる第１層手段と、第２偏光状態に対する第１偏光状態を持つ光線を好ましくは出力する第２層手段であって、前記基底層に関して前記第１と前記第２表面の内の少なくとも一方を越えて配置されており、さらに前記第２偏光状態を有する光線の少なくとも１部分の反射を可能とする第２層手段と、前記第１層手段から出力されるリダイレクト光線と拡散光線の内の少なくとも一方に対し光線制御を行い、これによって角度分布が制御された光線を提供する光線制御層手段と、前記看者に示すために前記第１偏光状態の光線から画像を形成する結像層手段と、を備えた光デバイス。
実施態様２．リダイレクト光線のための前記光線制御手段が、前記光デバイスから出力される光線の角度分布を制御するためのファセット付き層を備えることを特徴とする実施態様１記載の光デバイス。
実施態様３．拡散光線のための前記光線制御層手段が、（ａ）前記基底層と前記結像層間と（ｂ）前記看者と前記結像層間との少なくともどちらかに配置されていることを特徴とする実施態様１記載の光デバイス。
実施態様４．前記第２偏光状態の光線を前記第１偏光状態の光線に変化させる変換手段をさらに備えることを特徴とする実施態様１記載の光デバイス。
実施態様５．前記変換手段が、（ａ）前記結像層手段と前記基底層の間と（ｂ）前記第２表面に関して前記第１表面から離れて配置された前記結像層手段と共に前記第１表面に対して前記第２表面からさらに離れて、のどちらかのように配置されていることを特徴とする実施態様４記載の光デバイス。
実施態様６．前記基底層が、楔形状の層と、ディスクと、偏球面形状と、平行六面体と、円筒形との内の少なくとも１つを含むことを特徴とする実施態様１記載の光デバイス。
実施態様７．前記結像層手段が、透明表示部と、ホログラム映像と、液晶層と、ＣＣＤ層の内の少なくとも１つを備えることを特徴とする実施態様１記載の光デバイス。
実施態様８．散乱を減少させるために反射防止層をさらに含むことを特徴とする実施態様１記載の光デバイス。
実施態様９．前記光線制御層手段が、可変ファセット角度を持つファセット付き層を含むことを特徴とする実施態様１記載の光デバイス。
実施態様１０．前記第２層手段が、光学的干渉層と、ブルースタースタックと、干渉コーティング及びブルースタックの合成物と、粗面化された表面と、鏡面反射層と、ダイクロイック層と、複屈折層とから成るグループから選択されることを特徴とする実施態様１記載の光デバイス。
実施態様１１．光源からの光線によって動作し、光線を看者に対して選択的に出力する光デバイスであって、少なくとも第１表面と第２表面を有する基底層であって、該基底層がさらに前記第１表面と前記第２表面にわたる背部表面を含み、光線が前記第２表面上の入射点における垂線に対して臨界角度θC未満の入射角を達成する場合に光線が前記基底層から出ていく基底層と、前記基底層に対して前記第１表面を越えてと、前記基底層に対して前記第２層表面を越えてとの少なくともどちらかで配置され、前記基底層から受け取られた光線が透過できるような屈折率を有する第１層手段であって、前記基底と前記第１層間の境界固有のθCが達成されると、前記光線が前記基底層から出力される第１層手段と、好ましくは第２偏光状態に対する第１偏光状態の光線を透過させ、前記第２偏光状態の光線の少なくとも１部分を反射する第２層手段であって、前記第２層手段が（ａ）前記第１層手段よりさらに前記第１表面から離れてと、（ｂ）前記基底層に対して前記第２表面と前記第１層手段とよりも前記第１表面の近くでと、（ｃ）前記第１表面より前記第２表面の近傍で、しかも前記第１層手段よりも前記基底層からさらに離れてと、（ｄ）前記第１層手段より前記第２表面の近くでとの内の少なくともどれかの条件で配置されている第２層手段と、前記第２層手段から反射された前記光線によって動作して前記光線を前記第２層手段に送出し返す、前記第１層手段の上に位置する状態と前記第１層手段の下に位置する状態の少なくとも一方の状態の光線リダイレクト手段と、前記第２偏光状態の前記光線の少なくとも１部を前記第１状態の光線に変換する第３層手段と、前記第３層手段から出力された第１偏光状態の前記光線を受け入れるように配置された表示層と、を備えた光デバイス。
実施態様１２．好ましくは光線を透過する前記第２層手段が、（ａ）前記表示層と前記基底層の間と、（ｂ）前記基底層と次に前記表示層からさらに離れてとの少なくともどちらかの条件で配置されることを特徴とする実施態様１１記載の光デバイス。
実施態様１３．光線を変換する前記第３層手段が、（ａ）前記表示層と前記基底層との間と、（ｂ）前記表示層が前記第２表面より前記第１表面に近く配置されている状態で前記第１表面より前記第２表面に近くとの少なくともどちらかに配置されることを特徴とする実施態様１１記載の光デバイス。
実施態様１４．変換用の前記第３層手段が、前記表示層に対して好ましい偏光状態を提供する整合層を備えることを特徴とする実施態様１１記載の光デバイス。
実施態様１５．前記光線リダイレクト手段が、（ａ）光線を反射することが可能な反射層と、（ｂ）自身を通過する光線の角度分布を修正することが可能な透過性層と、（ｃ）可変ファセット角度を有するファセット付き層と、の内の少なくとも１つを備えることを特徴とする実施態様１１記載の光デバイス。
実施態様１６．前記表示層が、（ａ）液晶層と、（ｂ）透明な表示部と、（ｃ）媒体中に埋め込まれたホログラム映像と、（ｄ）ＣＣＤ層との内の少なくとも１つを備えることを特徴とする実施態様１１記載の光デバイス。
実施態様１７．前記表示層から出力された光線を拡散して前記光線の制御角度範囲を広げ、これによって視野角度の範囲にわたって前記看者に光線を提供する光線拡散手段をさらに含むことを特徴とする実施態様１１記載の光デバイス。
実施態様１８．前記基底層が、楔形状層と、ディスクと、偏球面と、平行六面体と、円筒との内の少なくとも１つを備えることを特徴とする実施態様１３記載の光デバイス。
実施態様１９．光源からの光線で動作し、光線を看者に選択的に出力する光デバイスにおいて、第１表面と第２表面を有する基底層であって、前記基底層がさらに前記第１表面及び前記第２表面にわたる背部表面を含む基底層と、前記光デバイスの前記基底層中での光伝搬角度を増分的に変化させる手段であって、光線の入射点において前記第１と前記第２表面の内の少なくとも一方に対する垂線に対して臨界角度θC未満の入射角を成し、これによって前記光線が前記基底層からでる手段と、前記基底層から前記光線を受け取り、好ましくは第２偏光状態に対する第１偏光状態の光線を出力する層手段であって、好ましくは前記第１偏光状態の光線を通過させて前記第２偏光状態の光線の少なくとも１部を反射する手段を含み、さらに前記第２偏光状態の光線を前記第１偏光状態の光線に変化させる変換手段を含む層手段と、前記第１偏光状態の光線を受け取るように配置された液晶表示層と、を備えた光デバイス。
実施態様２０．光線角度を増分的に変化させる前記手段が前記基底層内での可変の屈折率を有することを特徴とする実施態様１９記載の光デバイス。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】図１は先行技術による楔状のデバイスの図である。
【図２Ａ．２Ｂ．２Ｃ．２Ｄ】図２Ａは、本発明に従って調整された多層テーパー付き照明デバイスの図である。図２Ｂは、楔層と、第１の層と、第２の層、との接合部の拡大部分図である。図２Ｃは、極めて拡大された第２のファセット付き層を示す図２Ａの誇張形態である。図２Ｄは、輝度測定系の形状を図示する部分図である。
【図２Ｅ．２Ｆ．２Ｇ．２Ｈ】図２Ｅは、底部に置かれた光線の向きを変える（リダイレクト）内部透過層を持つ多層楔デバイスの図である。図２Ｆは、低表面透光性の層を持つ楔デバイスの図である。図２Ｇは、低表面屈折ファセット付き層を持つ楔層の図である。図２Ｈは、低表面屈折層と湾曲ファセットを搭載した楔層の図である。
【図２Ｉ．２Ｊ．２Ｋ】図２Ｉは、可変ファセット角度を持つ屈折層のファセットを持つ楔層の図である。図２Ｊは、楔層にカップリングされた１つの屈折プリズムの図である。図２Ｋは、楔層にカップリングされ一体レンズを持った１つの屈折プリズムの図である。
【図２Ｌ．２Ｍ】図２Ｌは、楔デバイスにカップリングされた反射ファセット付き層の図である。図２Ｍは、湾曲ファセット角度を持ち楔デバイスにカップリングされた反射ファセット付き層の図である。
【図２Ｎ．２Ｏ】図２Ｎは、楔層上の平坦な反射ファセットの図である。図２０は、楔層上の湾曲した反射ファセットの図である。
【図３】図３Ａは、第２の層の周辺側に湾曲したファセットを持つ多層楔デバイスを示す図である。図３Ｂは、デバイスの様々な層の接合部の拡大部分図である。
【図４Ａ】図４Ａは、非対称的な照射角度範囲の角度に対する計算された輝度の特性を示す図である。
【図４Ｂ．４Ｃ】図４Ｂは、より対称的な角度範囲の角度に対する計算された輝度分布特性を示す図である。図４Ｃは、図４Ｂの対称性の角度に対する計算された輝度の特性の図である。
【図４Ｄ．４Ｅ】図４Ｄは、最大輝度の半分での全幅（ＦＷＨＭ）＝７度の平行拡散器無しの場合で平坦反射ファセットを用いた出力の図である。図４Ｅは、ＦＷＨＭ＝３４度のレンズ形拡散器を持つ平坦ファセットを用いて測定されたほぼ対称的な出力分布の図である。
【図４Ｆ．４Ｇ】図４Ｆは、ＦＷＨＭ＝３２度の湾曲ファセットを用いて測定した非対称的な出力分布の１例の図である。図４Ｇは、ＦＷＨＭ＝２６度の湾曲ファセットを用いて測定した非対称的出力分布の１例の図である。
【図４Ｈ．４Ｉ】図４Ｈは、１つのファセット付き反射層と１つのファセット付き屈折層を用いて測定された二項出力分布の１例の図である。図４１は、拡散反射底部リダイレクト層（ｄｉｆｆｕｓｅ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｂｏｔｔｏｍ  ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）と屈折／内部反射性頂部層を用いて測定された大きな「テール」を持つ出力分布の１例の図である。
【図５】図５Ａは、ディスク形状の光導体の上面図である。図５Ｂは、図５Ａを線５Ｂ−５Ｂで切った断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、空気ギャップ層を含んだ多層テーパー付き照明デバイスの断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、合成された放物線上の光源／コンセントレータを持つ別のテーパー付き照明器具の断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、可変パラメータプロフィールの光源とレンズ形拡散器を持つ別の照明器具の断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、非単調楔層を持つ別のテーパー付き照明器具の断面図である。
【図７】図７は、光源の周りに同心的に配置された反射素子の図である。
【図８】図８は、反射体の局率中心と光源の中心間に最大変位を持つ光源の周りに配置された反射素子の図である。
【図９】図９Ａは、デバイスのすべての部分から放出する実質的に類似の角度分布を提供するリダイレクト層（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）の使用状態の図である。図９Ｂは、デバイスの様々な部分から放出する角度分布を偏光するための、特に、様々な角度分布を収束して、選択された目標距離での自身の重ね合わせを向上させるためのリダイレクト層の使用状態の図である。
【図１０】図１０は、照明器具の対となったレンズ形配列の１形態の図である。
【図１１】図１１は、照明器具のレンズ形拡散器配列と湾曲ファセット層の図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、１対の屈折格子又はホログラム層を有する楔形状の照明器具の図である。
【図１２Ｂ．１２Ｃ．１２Ｄ】図１２Ｂは、１対の屈折ファセット層と拡散器を持つ楔形状の照明器具の図である。図１２Ｃは、１ついのファセット付き層を持つ楔形状の照明器具の図である。図１２Ｄは、２つの屈折性単一ファセット層を持つ楔形状の照明器具の図である。
【図１２Ｅ．１２Ｆ】図１２Ｅは、屈折性単一ファセット層と底部表面リダイレクト層を持つ楔形状照明器具の図である。図１２Ｆは、屈折性ファセット付き層の頂部表面リダイレクト層と底部表面屈折／内部反射ファセット層を持つ照明器具の図である。
【図１２Ｇ．１２Ｈ】図１２Ｇは、頂部表面／内部反射性ファセット付き層と、底部表面屈折／内部反射ファセット層と、を持つ照明器具の図である。図１２Ｈは、頂部表面屈折ファセット付き層と底部表面屈折／内部反射ファセット付き層を持つ照明器具の図である。
【図１２Ｉ．１２Ｊ．１２Ｋ．１２Ｌ】図１２Ｉは、底部表面鏡面反射体と頂部層透過屈折格子又は透過ホログラムを持つ照明器具の図である。図１２Ｊは、底部表面鏡面反射体と頂部表面屈折ファセット付き層と拡散器を持つ照明器具の図である。図１２Ｋは、底部表面層鏡面反射体と頂部層屈折／内部反射ファセット付き層を持つ照明器具の図である。図１２Ｌは、底部鏡面反射体と頂部層屈折・内部反射ファセット付き層を持つ照明器具の図である。
【図１２Ｍ．１２Ｎ】図１２Ｍは、一体式レンズ形拡散器を含む初期反射体セクションを持つ照明器具の図である。図１２Ｎは、粗面化された初期反射体セクションの層を持つ照明器具の図である。
【図１２Ｏ．１２Ｐ】図１２Ｏは、偏心光カップラを持ち、楔形状セクションに収束する照明器具の図である。図１２Ｐは、偏心光カップラ及び拡散器並びに粗面化されたもしくはレンズ形の反射体を持つ照明器具の図である。
【図１２Ｑ．１２Ｒ】図１２Ｑは、底部の鏡面的又は拡散的に反射する層と頂部の屈折する層を持つ照明器具の図である。図１２Ｒは、「蝙幅の翼」光出力を発生する照明器具の図である。
【図１３】図１３は、一体に形成され、２つの光源を用いた２つの楔形状のセクションの合成物の図である。
【図１４】図１４は、ファセット付きリダイレクト層（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を含むテーパー付きディスク照明器具の図である。
【図１５】図１５は、平行光線出力分布を提供するように動作する照明器具の図である。
【図１６】図１６Ａは、先行技術による周辺モードＬＣＤの図である。図１６Ｂは、先行技術による透過反射であるＬＣＤユニットの図である。
【図１７】図１７は、ファセット付きリダイレクト層とレンズ形拡散器を持つ周辺モードと活性モードで動作する照明器具の図である。
【図１８】図１８Ａは、拡散バックライト上に配置されたファセット付き表面の微小プリズムの配列と、両側に等しい角度を有する微小プリズムと、を持つ照明器具の図である。図１８Ｂは、これ又はセット付き表面上で変化する別々の角度を有する各微小プリズムの側部を持つ図１８Ａのような微小プリズムの配列の図である。
【図１９】図１９Ａは、偏光フィルタ層を有する照明器具の図である。図１９Ｂは、偏光フィルタ層を含む複数の層を持つ照明器具の図である。図１９Ｃは、照明器具の一方の側で光線の双方の偏光の出力を可能とする層の率を持つ図１９Ｂの変更例の図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、図１９Ｂに類似しているが反射体層を含む照明器具の図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、図２０Ａに類似しているが、リダイレクト層が基底層と偏光フィルタの同一側の配置されている照明器具の図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、追加のリダイレクト層と再配置されたｎ2／フィルタ／リダイレクト層を持つ図２０Ｂの変更例の図である。
【図２１】図２１Ａは、偏光変換層と偏光フィルタ層を有する照明器具の図である。図２１Ｂは、偏光フィルタ層と偏光変換層が基底層の同じ側にある図２１Ａの変更例の図である。
【図２２Ａ．２２Ｂ．２２Ｃ．２２Ｄ】図２２Ａは、偏光フィルタ層が基底層の一方の側にあり偏光変換層が他方の側にある照明器具の図である。図２２Ｂは、フィルタ層と変換層が基底層の同じ側で互いに隣接している図２２Ａの変更例の図である。図２２Ｃは、反射体層を追加した図２２Ａと図２２Ｂのさらなる変更例の図である。図２２Ｄは、変換層が基底層の他方の側に移動した図２２Ｃのさらなる変更例の図である。
【図２２Ｅ】図２２Ｅは、図２２Ｄのさらなる変更例の図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、偏光フィルタ層と、変換層と、リダイレクト層と、反射体層と、ＬＣＤ層と、を含む複数の層を有する照明器具の図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、図２３Ａの変更例の図である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、図２３Ａのさらに別の変更例の図である。
【図２４Ａ．２４Ｂ．２４Ｃ】図２４Ａは、２つの変更状態の場合における２つに偏光フィルタ層を持つ照明器具の図である。図２４Ｂは、光線リダイレクト層とＬＣＤ層を追加した図２４Ａの変更例の図である。図２４Ｃは、整合層と、第２のリダイレクト層と、ＬＣＳ層と、を持つ図２４Ｂのさらなる変更例の図である。
【図２４Ｄ．２４Ｅ．２４Ｆ】図２４Ｄは、図２４Ｂと図２４Ｃのさらに別の変更例の図である。図２４Ｅは、変換層と、２つの偏光フィルタ層と、２つのリダイレクト層と、を持つ図２４Ｄの変更例の図である。図２４Ｆは、ＬＣＤ層が基底層の両側にある図２４Ｅのさらに別の変更例の図である。
【図２５】図２５Ａは、２つの偏光フィルタ層と偏光変換層を利用した一般的な構造の図である。図２５Ｂは、リダイレクト層を追加した図２５Ａの変更例の図である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、光源を光線角度トランスフオーマにカップリングして、デバイスから出力された光線の空間的一様性を制御する多層照明器具の図である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図２６Ａの変更例の図である。
【図２７】図２７Ａは、ファセット付きリダイレクト層（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）と、光偏光層と、偏光変換層と、を持つ照明器具の図である。図２７Ｂは、リダイレクト層が、好ましい視野ゾーンに光線を収束するための湾曲ファセットを持つ反射層を含む図２７Ａの変更例の図である。
【図２８Ａ．２８Ｂ．２８Ｃ】図２８Ａは、偏光光フィルタ層と、偏光コンバータ層と、ファセット付きリダイレクト層と、拡散層とを含む照明器具の図である。図２８Ｂは、２つの偏光フィルタ層と２つのファセット付きリダイレクト層を持つ図２８Ａの変更例の図である。図２８Ｃは、照明器具にカップリングされ、図２８Ａの変更例である光源の図である。
【図２８Ｄ．２８Ｅ】図２８Ｄは図２８Ｃの変更例の図である。図２８Ｅは図２８Ｃのさらなる変更例の図である。
【図２９】図２９Ａは、偏光光出力がＬＣＤ層と組み合わされている照明器具の図である。図２９Ｂは図２９Ａの変更例の図である。
【図３０Ａ．３０Ｂ】図３０Ａは、従来のＬＣＤ表示装置の図である。図３０Ｂは偏光フィルタ層の図である。
【図３０Ｃ．３０Ｄ】図３０Ｃは、偏光フィルタの多層薄膜形態の図である。図３０Ｄは偏光フィルタのブルースタースタック形態の図である。
【図３０Ｅ．３０Ｆ．３０Ｇ．３０Ｈ】図３０Ｅは、複屈折プレート及び相互作用偏光光線の図である。図３０Ｆは、オイラー角と光ベクトルの図である。図３０Ｇは、ｘｚ平面上で平行光線を提供するバックライトの図である。図３０Ｈは、図３０Ｇのゾーンの詳細な拡大図である。
【図３１Ａ．３１Ｂ．３１Ｃ．３１Ｄ】図３１Ａは、カップリングされた複屈折層を持つ照明器具の図である。図３１Ｂは、照明器具と、複屈折層と、追加された光線リダイレクト層と、の図である。図３１Ｃは、追加の光偏光変換層を持つ図３１Ｂに類似した照明装置の図である。図３１Ｄは、図３１Ｃに類似しているが変換層が基底層に対して複屈折層と同じ側にある照明装置の図である。
【図３１Ｅ．３１Ｆ．３１Ｇ】図３１Ｅは、変換層が基底層に直接カップリングされている図３１Ｃの変更例の図である。図３１Ｆは、図３１Ｄに類似しているがリダイレクト層がファセット付き層を含む照明装置の図である。図３１Ｇは、図３１Ｆの実施態様に基づいておりさらに整合層と、ＬＣＤ層と、拡散器層とを含む照明装置の図である。
【図３１Ｈ】図３１Ｈは、図３１Ｇの変更例の図である。
【図３２Ａ】図３２Ａは、非偏光光線の処理のために、ＬＣＤ層とＬＣＤ後方拡散器層とを含む照明装置の図である。
【図３２Ｂ．３２Ｃ】図３２Ｂは、図３２Ａの変更例の図である。図３２Ｃは、図３２Ｂの変更例の図である。
【図３３】図３３は、１／４波長変換層と、基底層の下方にあるＢＥＦベースタイプの背部反射体と、偏光スプリッタと、基底層の上方にあるリダイレクト層と、を含む照明装置の図である。
【図３４】図３４は、変換層を持たない図３３の変更例の図である。
【図３５】図３５は、基底層の下方にあるＢＥＦベースタイプの背部反射体と基底層の上方にある光リダイレクト層を含む照明装置の図である。
【図３６】図３６は、ＢＥＦベースタイプの背部反射体層の代わりに金属製は威武反射体を用いた図３３の別の形態の図である。
【図３７】図３７は、偏光分割層が直接に基底層上に配置されている図３６の別の形態の図である。
【図３８】図３８は、背部反射体層が金属製背部反射体である図３５の別の形態の図である。
【図３９】図３９は、１／４波長プレート変換層が基底層に積層されている図３６の別の形態の図である。
【図４０】図４０は、基底層と積層された変換層によって形成された偏光用空洞を持つ照明装置の図である。
【図４１】図４１は、偏光分割層が基底層の頂部表面上に配置されている点以外は図４０と同じ形態の別の形態の図である。
【図４２】図４２は、背部反射体層が、基底層の底部表面層に積層された変換層に直接カップリングされた図４０と４１の変更例の図である。
【図４３】図４３は、偏光変換層が基底層の頂部表面上に配置されている照明装置の図である。
【図４４】図４４は、複屈折偏光変換材料製の基底層を持つ図４３の変更例の図である。
【図４５】図４５は、背部反射体層がＢＥＦタイプの背部反射体である図３９の変更例の図である。
【図４６】図４６は、背部反射体層がＢＥＦタイプの背部反射体である図４０の変更例の図である。
【図４７】図４７は、偏光分割層が気鋭層への入力部に配置されている照明装置の図である。
【図４８】図４８は、偏光変換層が偏光分割層のランプ空洞側にある図４７の変更例の図である。
【図４９】図４９は、リダイレクト層を含まず、基底層がテクスチャであり、薄膜ベースの反射偏光子を干渉層の代わりに用いた図３３の変更例の図である。
【図５０】図５０は、テクスチャ式基底層を有しない図４９の変更例の図である。
【図５１】図５１は、ＢＥＦタイプの背部反射体の代わりに金属製の背部反射体を持つ図４９の変更例の図である。
【図５２】図５２は、基底層がテクスチャ式でない図５１の変更例の図である。
【図５３】図５３は、反射偏光層を干渉層の代わりに用い、基底層がテクスチャ式である図３３の変更例の図である。
【図５４】図５４は、リダイレクト層が反射偏光層によって取って代わられた図５３の変更例の図である。
【図５５】図５５は、変換層が基底層の上方に位置付けされた図５３の変更例の図である。
【図５６】図５６は、変換層が基底層に積層された図５３の変更例の図である。
【図５７】図５７は、テクスチャ形態の基底層を用いた図３５の変更例の図である。
【図５８】図５８は、分離コンバータ層無しで操作される偏光照明装置の図である。
【図５９】図５９は、偏光子層がリダイレクト／拡散器層の下方に位置付けされた図５８の変更例の図である。
【図６０】図６０は、偏光が角度はずれ反射によって生成される図５３の変更例の図である。
【図６１】図６１Ａは、照明器具出力測定装置と照明器具デバイスの上面図である。図６１Ｂは２つのハーフ照明器具の図である。
【図６２】図６２は、角度要素測定値対最大輝度の図である。
【図６３】図６３は、標準のバックライトを用いた偏光照明器具及び非偏光照明器具並びにコーティング済みプレート偏光ビームスプリッタを用いたバックライトに基づいた典型的な縦方向分布の図である。
【図１】
2008270222.tif 000039
【図２Ａ．２Ｂ．２Ｃ．２Ｄ】
2008270222.tif 000040
【図２Ｅ．２Ｆ．２Ｇ．２Ｈ】
2008270222.tif 000041
【図２Ｉ．２Ｊ．２Ｋ】
2008270222.tif 000042
【図２Ｌ．２Ｍ】
2008270222.tif 000043
【図２Ｎ．２Ｏ】
2008270222.tif 000044
【図３】
2008270222.tif 000045
【図４Ａ】
2008270222.tif 000046
【図４Ｂ．４Ｃ】
2008270222.tif 000047
【図４Ｄ．４Ｅ】
2008270222.tif 000048
【図４Ｆ．４Ｇ】
2008270222.tif 000049
【図４Ｈ．４Ｉ】
2008270222.tif 000050
【図５】
2008270222.tif 000051
【図６Ａ】
2008270222.tif 000052
【図６Ｂ】
2008270222.tif 000053
【図６Ｃ】
2008270222.tif 000054
【図６Ｄ】
2008270222.tif 000055
【図７】
2008270222.tif 000056
【図８】
2008270222.tif 000057
【図９】
2008270222.tif 000058
【図１０】
2008270222.tif 000059
【図１１】
2008270222.tif 000060
【図１２Ａ】
2008270222.tif 000061
【図１２Ｂ．１２Ｃ．１２Ｄ】
2008270222.tif 000062
【図１２Ｅ．１２Ｆ】
2008270222.tif 000063
【図１２Ｇ．１２Ｈ】
2008270222.tif 000064
【図１２Ｉ．１２Ｊ．１２Ｋ．１２Ｌ】
2008270222.tif 000065
【図１２Ｍ．１２Ｎ】
2008270222.tif 000066
【図１２Ｏ．１２Ｐ】
2008270222.tif 000067
【図１２Ｑ．１２Ｒ】
2008270222.tif 000068
【図１３】
2008270222.tif 000069
【図１４】
2008270222.tif 000070
【図１５】
2008270222.tif 000071
【図１６】
2008270222.tif 000072
【図１７】
2008270222.tif 000073
【図１８】
2008270222.tif 000074
【図１９】
2008270222.tif 000075
【図２０Ａ】
2008270222.tif 000076
【図２０Ｂ】
2008270222.tif 000077
【図２０Ｃ】
2008270222.tif 000078
【図２１】
2008270222.tif 000079
【図２２Ａ．２２Ｂ．２２Ｃ．２２Ｄ】
2008270222.tif 000080
【図２２Ｅ】
2008270222.tif 000081
【図２３Ａ】
2008270222.tif 000082
【図２３Ｂ】
2008270222.tif 000083
【図２３Ｃ】
2008270222.tif 000084
【図２４Ａ．２４Ｂ．２４Ｃ】
2008270222.tif 000085
【図２４Ｄ．２４Ｅ．２４Ｆ】
2008270222.tif 000086
【図２５】
2008270222.tif 000087
【図２６Ａ】
2008270222.tif 000088
【図２６Ｂ】
2008270222.tif 000089
【図２７】
2008270222.tif 000090
【図２８Ａ．２８Ｂ．２８Ｃ】
2008270222.tif 000091
【図２８Ｄ．２８Ｅ】
2008270222.tif 000092
【図２９】
2008270222.tif 000093
【図３０Ａ．３０Ｂ】
2008270222.tif 000094
【図３０Ｃ．３０Ｄ】
2008270222.tif 000095
【図３０Ｅ．３０Ｆ．３０Ｇ．３０Ｈ】
2008270222.tif 000096
【図３１Ａ．３１Ｂ．３１Ｃ．３１Ｄ】
2008270222.tif 000097
【図３１Ｅ．３１Ｆ．３１Ｇ】
2008270222.tif 000098
【図３１Ｈ】
2008270222.tif 000099
【図３２Ａ】
2008270222.tif 000100
【図３２Ｂ．３２Ｃ】
2008270222.tif 000101
【図３３】
2008270222.tif 000102
【図３４】
2008270222.tif 000103
【図３５】
2008270222.tif 000104
【図３６】
2008270222.tif 000105
【図３７】
2008270222.tif 000106
【図３８】
2008270222.tif 000107
【図３９】
2008270222.tif 000108
【図４０】
2008270222.tif 000109
【図４１】
2008270222.tif 000110
【図４２】
2008270222.tif 000111
【図４３】
2008270222.tif 000112
【図４４】
2008270222.tif 000113
【図４５】
2008270222.tif 000114
【図４６】
2008270222.tif 000115
【図４７】
2008270222.tif 000116
【図４８】
2008270222.tif 000117
【図４９】
2008270222.tif 000118
【図５０】
2008270222.tif 000119
【図５１】
2008270222.tif 000120
【図５２】
2008270222.tif 000121
【図５３】
2008270222.tif 000122
【図５４】
2008270222.tif 000123
【図５５】
2008270222.tif 000124
【図５６】
2008270222.tif 000125
【図５７】
2008270222.tif 000126
【図５８】
2008270222.tif 000127
【図５９】
2008270222.tif 000128
【図６０】
2008270222.tif 000129
【図６１】
2008270222.tif 000130
【図６２】
2008270222.tif 000131
【図６３】
2008270222.tif 000132