(57)【要約】  本開示は一般的に、光を１つの幾何学的フォーマットから他のフォーマットへと変換することができる照明コンバータに関する。具体的には、説明する照明コンバータは、ＬＥＤなどの環状の源を、ディスプレイのバックライトに使用することができるエッジライト方式の導波路に有用な線形の源に変換することができる。コンバータは、互いに向かって４５°で配向された２つの端部（２２０、２１８）を有する導波路プレート（２１０）から成り、それにより、導波路プレートは、三角形部分（２０２）に取着された矩形部分（２０４）から成る。三角形部分は中央軸（２５０）の周囲にコイル状に巻かれ、コイルの片面は、光源からの光の連結のために使用される。
2015520489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光透明フィルムの螺旋巻部分であって、
前記可視光透明フィルムが周囲に巻かれる中央軸と、
前記中央軸に垂直な光入射面であって、前記可視光透明フィルムの第１の端部を含む、光入射面と、
前記可視光透明フィルムの前記第１の端部に対して４５度の角度で配置される、前記可視光透明フィルムの第２の端部を含む反射性表面と、
前記中央軸に平行な光出力領域と、を有する、可視光透明フィルムの螺旋巻部分、及び
前記可視光透明フィルムの前記螺旋巻部分から、前記可視光透明フィルムの光出力端部まで接線方向に延在する前記可視光透明フィルムの平面部分を含み、
前記可視光透明フィルムがガラスフィルムである、照明コンバータ。
【請求項２】
前記可視光透明フィルムの前記光出力端部が、前記中央軸に平行である、請求項１に記載の照明コンバータ。
【請求項３】
全反射（ＴＩＲ）が前記可視光透明フィルム内に生じることができるように、前記螺旋巻部分は、前記螺旋巻部分の隣接層間に隙間を更に含む、請求項１に記載の照明コンバータ。
【請求項４】
前記隙間が、前記可視光透明フィルムよりも小さい屈折率を有する空気又は材料を含む、請求項３に記載の照明コンバータ。
【請求項５】
前記反射性表面が、ＴＩＲを支持することができる研磨表面を含む、請求項１に記載の照明コンバータ。
【請求項６】
前記反射性表面が、金属化表面反射体、誘電体多層反射体、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の照明コンバータ。
【請求項７】
前記光入射面に隣接して配置され、かつ前記光入射面内に光を注入することができる、発光ダイオード（ＬＥＤ）を更に含む、請求項１に記載の照明コンバータ。
【請求項８】
前記ＬＥＤと前記光入射面との間に配置された集光光学素子を更に含む、請求項７に記載の照明コンバータ。
【請求項９】
前記ＬＥＤと前記光入射面との間に配置された光統合シリンダーを更に含む、請求項７に記載の照明コンバータ。
【請求項１０】
前記集光光学素子と前記光入射面との間に光統合シリンダーを更に含む、請求項８に記載の照明コンバータ。
【請求項１１】
前記光出力端部から光を受容するように配置されたフィルム導波路を更に含む、請求項１に記載の照明コンバータ。
【請求項１２】
前記フィルム導波路と前記光出力端部との間に隙間を更に含む、請求項１１に記載の照明コンバータ。
【請求項１３】
前記隙間が、前記可視光透明フィルムよりも小さい屈折率を有する空気又は材料を含む、請求項１２に記載の照明コンバータ。
【請求項１４】
前記可視光透明フィルムが、前記可視光透明フィルムよりも小さい屈折率を有する外面コーティングを更に含む、請求項１に記載の照明コンバータ。
【請求項１５】
バックライトであって、
請求項１に記載の照明コンバータ、及び
前記光入射面に隣接して配置され、かつ前記光入射面内に光を注入することができる、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、バックライト。
【請求項１６】
前記可視光透明フィルムの平面領域が、光抽出機構を更に含む、請求項１５に記載のバックライト。
【請求項１７】
前記光出力端部から注入される光を受容するように配置されたフィルム導波路を更に含む、請求項１５に記載のバックライト。
【請求項１８】
前記フィルム導波路が、光抽出機構を更に含む、請求項１７に記載のバックライト。
【請求項１９】
前記フィルム導波路と前記光出力端部との間に隙間を更に含む、請求項１７に記載のバックライト。
【請求項２０】
前記隙間が、前記可視光透明フィルムよりも小さい屈折率を有する空気又は材料を含む、請求項１９に記載のバックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、国際出願日が２０１１年１０月２８日である「ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ」と題するＰＣＴ国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５８２１３に関するものであり、該出願は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器、具体的には液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などは、ディスプレイに光を提供するためにバックライト又はフロントライトを使用することが多い。これらの光の一般的な光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、ＬＥＤがＬＣＤの直下にある（直下方式と呼ばれる）か、又はＬＣＤの下に配置された導波路の端部を照明している（エッジライト方式と呼ばれる）のいずれか、あるいはこれら２つの組み合わせである。組み合わせの例は、バックライトが導波路を照明するＬＥＤのアレイで作製されており、導波路はバックライトを形成するために敷設されている。
【０００３】
光学導波路は平坦なシート、又はテーパ状のいずれかであってもよく、反射性材料、例えば、金属テープなどでコーティングされている端部を有する場合がある。導波路は一般的に、ほぼ平坦又は最終的な形状に樹脂を成形又は鋳造することによって製造されるか、あるいは大型シートから作製される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は一般的に、光を１つの幾何学的フォーマットから他のフォーマットへと変換することができる照明コンバータに関する。具体的には、説明する照明コンバータは、ＬＥＤなどの環状の源を、ディスプレイのバックライトに使用することができるエッジライト方式の導波路に有用な線形の源に変換することができる。一態様において、本開示は、可視光透明フィルムの螺旋巻部分、及び可視光透明フィルムの平面部分を含む照明コンバータを提供する。可視光透明フィルムの螺旋巻部分は、可視光透明フィルムが周囲に巻かれる中央軸と、この中央軸に垂直な光入射面であって、可視光透明フィルムの第１の端部を含む、光入射面と、可視光透明フィルムの第１の端部に対して４５度の角度で配置される、可視光透明フィルムの第２の端部を含む反射性表面と、中央軸に平行な光出力領域と、を含む。可視光透明フィルムの平面部分は、可視光透明フィルムの螺旋巻部分から可視光透明フィルムの光出力端部まで、接線方向に延在し、可視光透明フィルムはガラスフィルムである。
【０００５】
別の態様において、本開示は照明コンバータ及び発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むバックライトを提供する。照明コンバータは、可視光透明フィルムの螺旋状の巻回部分と、可視光透明フィルムの平面部分を含む。可視光透明フィルムの螺旋巻部分は、可視光透明フィルムが周囲に巻かれる中央軸と、この中央軸に垂直な光入射面であって、可視光透明フィルムの第１の端部を含む、光入射面と、可視光透明フィルムの第１の端部に対して４５度の角度で配置される、可視光透明フィルムの第２の端部を含む反射性表面と、中央軸に平行な光出力領域と、を含む。可視光透明フィルムの平面部分は、可視光透明フィルムの螺旋巻部分から可視光透明フィルムの光出力端部まで、接線方向に延在し、可視光透明フィルムはガラスフィルムである。ＬＥＤは、光入射面に隣接して配置され、かつ光入射面内に光を注入することができる。
【０００６】
上記の概要は、本開示のそれぞれの開示される実施形態又は全ての実現形態を説明することを目的としたものではない。以下の図面及び詳細な説明により、実例となる実施形態をより詳細に例示する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本明細書の全体を通じ、同様の参照符合が同様の要素を示す添付の図面を参照する。図中、
【図１】照明リダイレクタの概略斜視図を示す。
【図２Ａ】照明コンバータの概略斜視図を示す。
【図２Ｂ】照明コンバータの概略斜視図を示す。
【図２Ｃ】照明コンバータの概略斜視図を示す。
【図３】照明コンバータシステムを示す。
【０００８】
図面は、必ずしも縮尺に従っていない。図中で用いられる類似の数字は、類似の構成要素を示す。しかし、所与の図中の構成要素を指す数字の使用は、同一数字を付された別の図中の構成要素を限定するものではないことは理解されよう。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示は、空間光変調器ディスプレイにおいて有用なバックライト又はフロントライト用の配光装置を説明する。配光装置は一般的に、照明コンバータとして説明される場合があり、これは源（例えば、局所的な源又はその他の小さな断面領域の源）から注入された光を受容し、この光を、例えば、導波路の端部を照明するために使用することのできる線形の源に変換する。
【００１０】
１つの具体的な実施形態では、照明コンバータは、少なくとも１つのＬＥＤと、このＬＥＤによって放射される光の集光光学素子と、入力端部、出力端部、及び反射端部を備える透明なフィルム切片と、を含むことができる。１つの具体的な実施形態では、入力端部及び出力端部は直角を形成し、反射端部は、入力端部及び出力端部に対して４５度の角度である。フィルムは円筒形状に巻かれてもよく、入力端部は、円筒の中央にある出力端部から最も遠く、円筒の軸は出力端部に平行であり、集光光学素子の出力が、入力端部で形成された円筒の端部を点灯している状態である。
【００１１】
導波路がより薄いと同時に、均一に点灯したディスプレイを得るため、エッジライト方式の照明は、直下方式の照明よりも有利であり得る。しかしながら、エッジライト方式の照明はいくつかの問題を有する。導波路の端部のアスペクト比（例えば、幅対厚さ）は通常、非常に高く、しばしば１０：１を超え、又は更には１００：１を超える一方で、典型的なＬＥＤは１に近いアスペクト比を有する。これは、ディスプレイを十分に点灯するために、ＬＥＤを導波路の端部に連結しようと試みるときに、いくつかの問題を生じる場合がある。いくつかの場合では、導波路の１つ以上の端部を点灯するために、典型的には少数のＬＥＤのみが使用され、これは導波路の表面にわたるＬＣＤ照明における均一性を作り出すことができる。いくつかの場合では、光学システムのエタンデュは増加する場合があり、導波路に必要とされる厚さも増加することになる。これは、異なるゲインフィルムを使用するバックライトのリサイクルシステム効率において、潜在的な低減となり得る。
【００１２】
いくつかの場合では、エッジライト方式のＬＥＤディスプレイは、白色光を生成する多くの手法のうちの１つを使用する。１つのそのような手法は、蛍光体を紫外線（ＵＶ）又は青色ＬＥＤに加えて、放射される放射線をダウンコンバートすることによって、白色光を作り出す。蛍光体は典型的に、小型のＬＥＤのエタンデュを、大型ＬＥＤよりも高い程度まで増加させる。白色光を生じさせるための他の手法は、赤、緑、及び青の光を放射するＬＥＤを組み合わせることである。従来のエッジライト方式の導波路は、そのような色を組み合わせる光学システムを使用して、エタンデュを低減することを非常に難しくする場合がある。
【００１３】
本開示は、照明コンバータを使用することによって、光源とバックライト導波路のエタンデュの一致をもたらす。説明する照明コンバータは、リサイクルフィルムを使用しながら、バックライトにおける光学効率を増加させ、バックライトの厚さを低減し、かつ材料コスト及び消費を低減する。
【００１４】
１つの特定の実施形態では、照明コンバータは、「円から線への」照明コンバータとして説明される場合があり、即ち入射光の幾何学的形式が円形から線形に変更されている。この実施形態では、照明コンバータは典型的に、ＬＥＤから収集された光の低アスペクト比出力を変換し、それをエッジライト方式のディスプレイにおける使用に好適であり得る線形光源に変換する。
【００１５】
図１は、本開示の一態様による照明リダイレクタ１００の概略斜視図を示す。１つの具体的な実施形態において、照明リダイレクタ１００は、可視光透明フィルム１１０の特質を示し、これは他で説明されているように照明コンバータを形成するために使用することができる。可視光透明フィルム１１０は高度に透明なポリマーフィルム又はガラスフィルムであり得、４５０〜６５０ｎｍの波長を有する光に対して、６ｄＢ／ｍ未満の損失を有することが好ましい。損失は、体積、又は表面反射及び吸収などによって生じる場合がある。好適なポリマーにはアクリレート、特にポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、シリコーン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート等が挙げられる。ポリマーフィルムは押出成形、鋳型及び硬化、又は溶媒コーティングによって作製されてもよい。
【００１６】
好適なガラスフィルムには、無機酸化物、特に非晶質の無機酸化物系のものが挙げられる。二酸化ケイ素系のガラス、特に、二酸化ケイ素と、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、鉄、クロム、マンガン、コバルト、チタン、イオウ、バリウム、ストロンチウム、鉛、ジルコニウム、鉛、並びにフッ素及びセレンなどの元素の酸化物の１又は２以上と、の混合物系のガラスが好ましい。Ｓｃｈｏｔｔ  ｇｌａｓｓ社製のＮ−ＢＫ７などのホウケイ酸ガラスが特に好ましい。ガラスは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）業界用のガラスフィルムを製造するために用いられる加工法など、当技術分野で周知の好適な引抜加工を用いて、非常に平滑な表面を有する薄膜として製造されるのが好ましい。用語「フィルム」又は「シート」は、本明細書において、ポリマーの形態及びガラスの形態を説明するために交換可能に用いられ、約１０〜２０００マイクロメートルの間の厚さを有する材料を含む。
【００１７】
可視光透明フィルム１１０は、光出力領域１２７によって分離される第１の部分１０２、及び第２の部分１０４を含む。可視光透明フィルム１１０は、第１の主表面１１２、第２の反対側の主表面１１４、及びそれらの間の光出力端部１１６を更に含む。光出力領域１２７は、光入力端部１２０に垂直な可視光透明フィルム１１０を通る断面を示す。いくつかの場合では、第２の端部１１９に所定の角度「θ」（図１において約９０度であるように示されている）で配置され得る可視光透明フィルム１１０を通る断面を示すように、光出力領域１２７に対して、光出力端部１１６上で所定の角度を形成することが望ましい場合がある。
【００１８】
本明細書に記載の端部のそれぞれは、厚さ「ｔ」を有し、ここで「ｔ」は、可視光透明フィルム１１０のいずれか他の寸法よりもはるかに小さく、これは高いアスペクト比（即ち、厚さによって除される幅又は長さ）の導波路となる。可視光透明フィルム１１０の他の寸法、例えば、幅「Ｗ」、光入力端部１２０を含む第１の長さ「Ｌ１」、第１の端部１２１及び第１の端部１２１と反対側の第２の端部１１９を含む第２の長さ「Ｌ２」は、それぞれ、可視光透明フィルム１１０の厚さ「ｔ」よりも１０倍まで大きく、１００倍まで大きく、又は更には１００倍よりも大きくてもよい。
【００１９】
可視光透明フィルム１１０の第１の部分１０２は、光入力端部１２０に４５度の角度で配置される反射端部１１８を含み、光入力先端部１２５から光出力領域１２７まで延在する。反射端部１１８は、可視光透明フィルム内で、又は端部表面に配置された反射性コーティングによって全反射（ＴＩＲ）を可能にすることができる研磨表面を含んでもよい。いくつかの場合において、反射性コーティングは、銀、アルミニウム等の金属コーティングを含んでもよく、あるいは反射性コーティングは、当該技術分野において既知の交互の、無機若しくは有機の誘電体層を含む多層誘電体コーティングなどの誘電体コーティングを含んでもよい。
【００２０】
入射可視光線１３０は、光入力端部１２０を通じて、照明リダイレクタ１００の第１の部分１０２に入り、反射端部１１８から反射し、光出力領域１２７を通過し、照明リダイレクタ１００の第２の部分１０４の光出力端部１１６を通って、出力可視光線１４０として、照明リダイレクタ１００を出る。
【００２１】
入射可視光線１３０のそれぞれは、コリメーション角度「α」を含む、部分的にコリメートされた入力円錐体１３５を通じて広げられる、部分的にコリメートされた入射光線であり得る。いくつかの場合では、コリメーション角度「α」は、当該技術分野において既知であるように、光源の構成によって、約４５度まで、約４０度まで、約３０度まで、約２０度まで、又は約１５度までの範囲であってもよい。好ましくは、コリメーション角度「α」は、約５度から約２０度の範囲であってもよい。
【００２２】
照明リダイレクタ１００を通じた、コリメーション角度「α」内の入射可視光線１３０のそれぞれの経路は、ＴＩＲ等により、第１の主表面１１２及び第２の主表面１１４からの複数の反射を含み得る。一般的に、照明リダイレクタ１００の材料の屈折率が、照明リダイレクタ１００の表面と接触する材料の屈折率よりも大きいときにＴＩＲは生じ得る。このため、いくつかの場合では、エアギャップなどの隙間は、ＴＩＲが望ましい表面のそれぞれに隣接して提供される。いくつかの場合では、ＴＩＲを向上させるために、可視光透明フィルム１１０は、フルオロカーボン、シリコーン及び多孔性材料、例えば、超低屈折率コーティング及び相分離多元ブロックコポリマーなどの低屈折率コーティングを備える１つ以上の表面上にコーティングされてもよい。いくつかの場合では、可視光透明フィルム１１０は、他の箇所で記載されているように、金属又は誘電体コーティングなどの反射性材料で、１つ以上の表面上にコーティングされてもよい。可視光透明フィルム１１０は、ハードコート、平坦化コーティング、及び帯電防止コーティングなど、１つ以上の表面上に他のコーティングを有してもよい。
【００２３】
いくつかの場合では、角度「θ」は９０度未満、例えば約４５度（図示せず）であってもよく、光出力端部１１６は、反射端部１１８に類似の方法で光を反射し、第２の端部１１９を通じて光を伝達することができるように作製されてもよい（即ち、図１に示す入射可視光線１３０の方向と同じ全体的な方向において）。いくつかの場合では、角度「θ」は９０度超、例えば、約１３５度（図示せず）であってもよく、光出力端部１１６は、反射端部１１８に類似の方法で光を反射し、第１の端部１２１を通じて光を伝達することができるように作製されてもよい（即ち、図１に示す入射可視光線１３０の方向と反対の全体的な方向において）。角度「θ」は、出力された可視光１４０を、選択した出力端部を通じて、そして最終的には導波路内へ所望のように方向付けるように調整されてもよく、あるいは、他の箇所で記載されているように、導波路内に敷設するように調整されてもよいということが理解される。
【００２４】
図２Ａ〜２Ｃは、本開示の一態様による照明コンバータ２００の概略斜視図を示す。図２Ａ〜２Ｃの番号付けされた要素２００〜２２７のそれぞれは、図１に示される類似の番号付けされた要素１００〜１２７に対応し、各要素の説明及び機能の両方はそれに応じて同様である。例えば、図２Ａ〜２Ｃの可視光透明フィルム２１０は、図１の可視光透明フィルム１１０に対応する。
【００２５】
光入力端部２２０及び４５度の反射端部２１８を含む、可視光透明フィルム２１０の第１の部分２０２（以下、「螺旋巻部分２０２」と呼ぶ）は、光入力端部２２０が、環状面であり得る光入射面２２２を形成するように、螺旋に巻かれることができる。図２Ａから図２Ｂへ、図２Ｃへ進むと、光入力端部２２５から始まり、光出力領域２２７が少なくとも螺旋状に巻かれるまで続きながら、可視光透明フィルム２１０は巻回方向２５５において中央軸２５０の周囲に螺旋状に巻かれる。この方法において、光入力端部２２０は、螺旋巻部分２０２において、複数の螺旋巻部となり、光が入力され得る光入射面２２２を形成し、円形の源を線形の源に変換する。可視光透明フィルム２１０の第２の部分２０４（本明細書では以下、「平面部分２０４」と呼ぶ）は、螺旋巻部分２０２から接線方向に延在する。
【００２６】
ＴＩＲを促進するために、可視光透明フィルムに隣接する空気の境界面を有する、エアギャップなどの隙間を提供するために、螺旋はゆるく作製されてもよく、あるいは螺旋のそれぞれの層は、可視光透明フィルムよりも低屈折率を有する材料で接着されてもよい。例えば、可視光透明フィルムは、比較的高い屈折率を備えるポリマー（例えばポリカーボネート）から作製されてもよく、フィルムは光学的に透明な接着剤（例えば３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な「ＯＣＡ」）などの接着剤の薄型層、又はフィルムを螺旋に巻いた後に硬化することができる、アクリルモノマーなどの硬化性の低屈折率樹脂で接着されてもよい。低屈折率コーティングはまた、有機若しくは無機材料、又はこれらの混合物などの材料を真空コーティングすることによって適用されてもよい。好適な低屈折率コーティングとしては、例えば、二酸化ケイ素及びフッ化マグネシウムが挙げられる。
【００２７】
螺旋の内側の形状に適合するマンドレルを使用することによって、螺旋の始まりを、制御された接合接着剤を備えたマンドレルに貼り付けながら（例えばホットメルト接着剤、真空、又は機械的圧締めなど）、螺旋を形成することができる。螺旋を一緒に保持するために硬化性接着システムが使用される場合では、巻き取られたフィルムは、紫外線若しくは電子ビームなどの化学放射、又は熱硬化システムを使用することによって接着することができる。
【００２８】
場合によっては、フィルムは、例えば、破砕によって損傷を受けることなく変形できる温度まで加熱されてもよい。典型的には、好適な温度は、ガラス転移温度と融点との間である。次に、熱いうちにフィルムを螺旋形に巻き込み、続いて冷却し、安定した螺旋構造を形成することができる。フィルムは、成形温度で軟化し、かつ螺旋体における隣接面に接着する材料でコーティングされてもよい。
【００２９】
図３は、本開示の一態様による照明コンバータシステム３００を示す。図３の番号付けされた要素２００〜２２７のそれぞれは、図２に示される類似の番号付けされた要素２００〜２２７に対応し、各要素の説明及び機能の両方はそれに応じて同様である。照明コンバータシステム３００は、螺旋巻部分２０２、及びこの螺旋巻部分２０２から接線方向に延在する平面部分２０４を有する照明コンバータ２００を含む。螺旋巻部分２０２は中央軸２５０を有し、かつ光入射面２２２、光反射端部２１８、及び平面部分２０４から螺旋巻部分２０２を分離する光出力領域２２７を含む。光出力領域２２７は中央軸２５０に平行である。
【００３０】
照明コンバータシステム３００は、光入射面２２２に光を注入することができるＬＥＤ  ３７０を更に含む。任意のコリメーション光学素子３６５及び任意の光統合シリンダー３６０はまた、当業者に既知であるように、ＬＥＤ  ３７０と光入射面２２２との間に配置されて、照明コンバータ２００に入る光を少なくとも部分的にコリメートし、かつ均質化することができる。
【００３１】
１つの具体的な実施形態では、螺旋巻部分２０２は、螺旋巻部分２０２及び平面部分２０４を形成する連続フィルムから形成されてもよい。いくつかの場合では、平面部分２０４は、他の箇所で記載しているように、延ばされてディスプレイの導波路を形成することができる（ディスプレイのバックライトは、より一般的に「導波路」と呼ばれる場合がある）。いくつかの場合では、平面部分２０４は、可視光透明フィルム２１０と同じ又は異なる材料から作製され得る別個のバックライト３８０（即ち、導波路）に結合されてもよい。好ましくは、照明コンバータ２００の光出力端部２１６と、バックライト３８０のバックライト入力端部３８２との間に隙間３８４があり、隙間３８４はバックライト３８０の約１／２の厚さであり、バックライト３８０の１／４の厚さであり、又はそれよりも更に小さく、かつ空気、又は可視光透明フィルム２１０の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料で充填されてもよい。隙間３８４は、システム効率及び照明均一性の改善となり得る。１つの具体的な実施形態では、任意の光抽出機構３８８は、当該技術分野において既知のように、前面３８６にわたって均一な光抽出をもたらすために、バックライト３８０に含まれてもよい。
【００３２】
導波路は、より大きなディスプレイを照明するために敷設されてもよい。例えば、導波路は、２×１、２×２、３×２、又はこれよりも大きいアレイに配置されてもよい。導波路はまた、反対側の端部上に照明コンバータを有してもよく、又はいくつかのコンバータが一般的な導波路上で使用されてもよい。ＬＥＤはまた、ディスプレイパネルの下に配置されてもよく、ここで薄い導波路は敷設されてアレイを形成してもよい。この構成は、改善されたコントラスト及び電力効率のために、局所的な照明を使用するディスプレイに特に有用であり得る。
【００３３】
可視光透明フィルム（１１０、２１０）は、導波路シートを作製するための技法を使用して製造することができる。この技法は、ポリマーフィルム、並びに平滑であり、かつ制御された角度若しくは曲率、又はその両方を有する１つ以上の端部を有する薄型シート導波路を製造するために使用することができる。この技法は、２つのクランププレート間に２つ以上の可撓性フィルム若しくはシートを積層し、これによってプレート及びフィルム若しくはシートの組立品を作ることである。この組立品は次いで、少なくとも１つの端部上で研削され、研磨される。研削されるか、又は研磨される端部の少なくとも１つは、金属、誘電体、及び微細構造化材料などの材料でコーティングされてもよい。
【００３４】
端部はシステムの全体的な性能に影響を与えるため、薄膜若しくはシート導波路の製造は難しい場合がある。全般的には、端部は３つの機能のうちの１つ以上を果たす。第１のはＬＥＤなどの光源から光を伝達することであり、第２のはＴＩＲによって導波路に沿って光を反射することであり、第３はバックライトの端部において近法線で光を反射し、システム効率及び均一性を高めることである。３つの場合全てにおいて、導波路の端部が、散乱及び非直交表面の反射を通じて光のエタンデュを増加させないことが重要である。薄膜又はシートにおいて光学的に平滑及び直交する表面の製造は、従来のプロセスの使用では難しい。
【００３５】
場合によっては、端部の１つ以上はしばしば、光学材料、例えば、銀若しくはアルミニウムの薄層などでコーティングされるか、又は他の箇所で記載しているように、縁部に適用された微細構造体を有する場合がある。かかるシステムにおいて、端部を超えてコーティングの延長部がほとんどなく、表面の完全なコーティングが存在することが重要であり得る。場合によっては、例えば、フィルム又はシートの平坦な表面への金属へのスプレーしぶきは、散乱、吸収、又は散乱及び吸収の両方を通じて損失を生じさせ、非均一なバックライトとなる恐れがある。場合によっては、フィルムの１つ以上の端部上に制御された曲線を配置することが望ましい場合もある。湾曲した端部から利益を得ることのできる用途としては、例えば、ある導波路から他方へと光の効果的な連結が挙げられる。
【００３６】
薄型かつ効率の良い導波路を製造するための技法が記載されており、薄型の導波路の技法は、具体的には透明な導波路、特に溶剤及び電子ビームで硬化され樹脂を製造するプロセスを使用できるようにする。この技法は、剛性であるために十分な厚さを有し、かつ侵食性若しくは非侵食性材料のいずれかから作製される２つのクランプブロックを使用する。これらのクランプブロックが侵食性材料から作製されている場合、研削され、研磨される表面のブロックの寸法は、完成品で所望される最終寸法以上である必要がある。クランプブロックが硬質で非侵食性材料から作製されている場合、寸法は最終寸法以下である必要がある。クランプブロックは、剛性をもたらす硬質材料と、研削及び研磨媒体を実質的に摩耗せずに侵食できる、柔軟な材料との組み合わせから製造されてもよい。
【００３７】
フィルム積層体は、フィルム面に垂直な端部の厚さを有する軸で研削され、研磨されてもよく、あるいは、積層体は端部の厚さを有する軸がフィルム面に対して所定の角度であるように研削されてもよい。この角度は０度から４５度以上の範囲であってもよい。本明細書で使用するとき、用語「フィルム」又は「シート」は同じ意味で用いられ、また平坦又はテーパ状のフィルム若しくはシートを含む。全般的には、フィルムは厚さ１０ｍｍ未満であり、より好ましくは厚さ１ｍｍ未満であり、最も好ましくは厚さ約２００マイクロメートル未満である。
【００３８】
積層体が、１つ以上の面で単純又は複雑な曲線を形成するように、積層体を研削し、研磨することも可能である。フィルム若しくはシートの法線軸にほぼ平行な表面を有する曲線は、所望の形状に端部を研削及び研磨することによって形成されてもよい。フィルム面に平行な湾曲表面を備える曲線は、光学フィルムと、凸面を作るために光学フィルムよりも容易に侵食されるフィルムとをあるいは凹面を作るために、より遅く侵食されるフィルムとをインターリーブすることによって作製され得る。好適な、高度な侵食性フィルムには、ポリオレフィン、２５度未満のガラス転移を備える重合体、多孔質重合体、及びフッ化炭素フィルムが挙げられる。侵食性材料はまた、フィルム上のワックス又は破砕性コーティングであってもよい。低侵食率を備える好適なフィルムには、結晶性ポリマー、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、及びポリメチルメタクリレートなどの非晶質ポリマー、エポキシ類、並びにセラミック若しくは金属などの硬質粒子で充填されたポリマー若しくはコーティングが挙げられる。
【００３９】
適合性研磨媒体は、フィルムの面に垂直な、湾曲した表面を作るのに使用することができる。同様に、適合性研削媒体、特に予備研磨の研削媒体を有することも望ましい場合がある。好適な研削及び研磨媒体にはフェルト、ポリマーフィルム、及びゴム面などの弾性媒体が挙げられる。加工条件は、フィルム面と媒体との間でより高い圧力を有して、曲率の度合いに影響を与える場合があり、媒体は一般的に、より高い曲率を生じさせる。
【００４０】
フィルム又はシートは、最終的な望ましい寸法よりも大きく切断され、次いで、積層体に組み立てられ、クランプブロック、及び積層体の一体性を保持するのに好適な力を適用するための手段を用いて押圧され組み立てられてもよい。端部の１つ以上は、次いで従来の媒体を使用して、特にラップ板及び研磨媒体を使用して研削され、研磨されてもよい。積層体の端部は次いで清浄され、硬質コーティング（例えば、アルミニウム若しくは銀などの金属コーティング）、後に続くコーティングのために表面を下塗りするための接着促進層、誘電体コーティング（反射防止、広帯域、及びスペクトル的若しくは偏光選択性コーティングなど）、並びに静電防止コーティングのうちの１つ以上でコーティングされてもよい。
【００４１】
１つの具体的な実施形態では、端部はまた、微細構造化材料でコーティングされてもよい。各フィルム若しくはシートの端部において微細構造体を作るのに好適なプロセスは、硬化性樹脂及び微細構造化ツールの組み合わせを、研削され、研磨されたアセンブリの表面に適用することである。フィルム若しくはシート積層体が分離したときに、微細構造体の比較的小さな一部が損傷を受けることが可能なように、微細構造体が設計されることが好ましい。これは、樹脂の特性、特に強度、硬度、強靭性、及び破壊力学の選択の組み合わせを通じて、微細構造体の選択、例えば微細構造体内に自然の破砕場所を有しながら、及び微細構造体及び樹脂の厚さによって達成することができる。例として、輝度向上フィルム（ＢＥＦ）構造体は、ＵＶ透明ツール、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に注型及び硬化させたＢＦＥパターン積層体をとり、構造化面を紫外線硬化樹脂でコーティングし、このコーティングされたツールを１つの端部に沿って、研磨された組立品に適用し、樹脂を紫外線で硬化させ、ツールを取り外し、フィルムを別々に剥がすことによって積層体の端部に追加されてもよい。
【００４２】
場合によっては、樹脂及びコーティングなどの材料がフィルムの層間に侵入するのを防ぐことが望ましい場合がある。積層前のフィルムに、又は研削及び研磨の積層体の端部に、材料が適用されてもよい。好適な材料には、ワックス、フッ化炭素流体（例えば、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）流体）、オイル、ポリマー、及び除去することができる、又は端部を封止することのいずれかができるが、フィルム層の一部に留まる他の材料が挙げられる。
【実施例】
【００４３】
Ｎ−ＢＫ７ガラスから作製された厚さ５０マイクロメートルの数枚のフィルムを、ＣＯ２レーザースリッターを使用して６５×６５ｍｍの直角三角形に切断する。この三角形の５０枚の積み重ね体をクランプ面で一緒に圧縮して、厚さ約２５ｍｍの広幅の直角三角形を形成する。クランプ面は、６３×６３ｍｍの直角三角形である厚さ６ｍｍのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）板で作製され、積み重ねられた三角形のガラス面の外面の中央に置かれる。クランプは、後続の研削及び研磨作業の際にこれらガラス三角形を適切な位置に保持するのに十分であるが、ガラス表面が損傷するほど強くはない力を提供する。クランプは、研削及び研磨媒体が三角形の辺及び斜辺にアクセスすることができるように移動可能なブラケットを備える。ガラス三角形の積層体の辺及び斜辺を、研削及び研磨力がガラス三角形の縁部に平行となるように配向されたラップ盤で研削及び研磨する。次に、クランプされたガラス三角形の斜辺を、物理蒸着により約１００ｎｍの金属銀でコーティングし、三角形の辺を、フッ化マグネシウムなどの反射防止コーティングでコーティングする。次いで、ガラス三角形の積層体を分離して洗浄し、ガラス三角形のそれぞれをガラス螺旋照明コンバータに形成することができる。
【００４４】
ガラス三角形の１つを、５５７℃のガラス転移温度よりも約５０〜１７０℃高い温度まで加熱し、三角形の鋭角の頂角の１つをマンドレルで持ち上げて、直径１００マイクロメートルの円筒を形成する。図２Ａ〜図２Ｂに示されるものと同様の方法で、マンドレルは円筒を引き続き丸めて、三角形の縁部の螺旋でできた円形表面を形成する。次に、ガラス及びマンドレルをガラス転移温度を下回る温度まで冷却し、マンドレルを除去し、ガラス螺旋をアニールする。
【００４５】
アニールされたガラス螺旋の性能を、ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓソフトウェア（Ｓｙｎｏｐｓｉｓ  Ｃｏｒｐ．（Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡ）より入手可能）を使用して模擬実験した。この模擬実験では、ガラス螺旋は、螺旋のガラス層の間に１０マイクロメートルの空隙を有して巻かれ、長さ６３ｍｍ、直径２ｍｍの螺旋を作製した。厚さが０．３ｍｍの０．５×０．５ｍｍのＬＥＤを空気中に沈め、直径１．５４ｍｍ、厚さ１．０４ｍｍの一次レンズを備えた光コリメーション光学素子に連結した。一次レンズの第１の表面は平面であり、ＬＥＤから２００マイクロメートルに位置付けられ、第２の表面の曲率は１．０４８６であった。直径１．８ｍｍ、厚さ１．１ｍｍの二次レンズを、連結した一次レンズからの光軸に沿って位置付けた。二次レンズは、一次レンズの第２の表面から１００マイクロメートルに位置付けられた、曲率が０．２３９である第１の表面と、螺旋の円形表面から１００マイクロメートルに位置付けられ、曲率０．７９５、円錐定数ａ−０．８９４、４次非球面係数−０．００２６２２９、及び６次非球面係数−０．０３４８２８を有する多項式非球面を有する第２の表面とを含んだ。螺旋状の導波路は、レンズによって形成された円形のＬＥＤ照射領域を、螺旋の端部から出射するライン光に変換に変換した。
【００４６】
以下は、本開示の実施形態の一覧である。
【００４７】
項目１は、可視光透明フィルムの螺旋巻部分であって、可視光透明フィルムが周囲に巻かれる中央軸と、この中央軸に垂直な光入射面であって、可視光透明フィルムの第１の端部を含む、光入射面と、可視光透明フィルムの第１の端部に対して４５度の角度で配置される、可視光透明フィルムの第２の端部を含む反射性表面と、中央軸に平行な光出力領域と、を有する、可視光透明フィルムの螺旋巻部分及び可視光透明フィルムの螺旋巻部分から、可視光透明フィルムの光出力端部まで接線方向に延在する可視光透明フィルムの平面部分を含み、可視光透明フィルムがガラスフィルムである、照明コンバータである。
【００４８】
項目２は、可視光透明フィルムの光出力端部が、中央軸に平行である、項目１に記載の照明コンバータである。
【００４９】
項目３は、全反射（ＴＩＲ）が可視光透明フィルム内に生じることができるように、螺旋巻部分は、螺旋巻部分の隣接層間に隙間を更に含む、項目１又は項目２に記載の照明コンバータである。
【００５０】
項目４は、隙間が、空気、又は可視光透明フィルムよりも小さい屈折率を有する材料を含む、項目１〜項目３に記載の照明コンバータである。
【００５１】
項目５は、反射性表面が、ＴＩＲを支持することができる研磨表面を含む、項目１〜項目４に記載の照明コンバータである。
【００５２】
項目６は、反射性表面が、金属化表面反射体、誘電体多層反射体、又はこれらの組み合わせを含む、項目１〜項目５に記載の照明コンバータである。
【００５３】
項目７は、光入射面に隣接して配置され、かつ光入射面内に光を注入することができる、発光ダイオード（ＬＥＤ）を更に含む、項目１〜項目６に記載の照明コンバータである。
【００５４】
項目８は、ＬＥＤと光入射面との間に配置された集光光学素子を更に含む、項目７に記載の照明コンバータである。
【００５５】
項目９は、ＬＥＤと光入射面との間に配置された光統合シリンダーを更に含む、項目７〜項目８に記載の照明コンバータである。
【００５６】
項目１０は、集光光学素子と光入射面との間に光統合シリンダーを更に含む、項目８に記載の照明コンバータである。
【００５７】
項目１１は、光出力端部から光を受容するように配置されたフィルム導波路を更に含む、項目１〜項目１０に記載の照明コンバータである。
【００５８】
項目１２は、フィルム導波路と光出力端部との間に隙間を更に含む、項目１１に記載の照明コンバータである。
【００５９】
項目１３は、隙間が、空気、又は可視光透明フィルムよりも小さい屈折率を有する材料を含む、項目１２に記載の照明コンバータである。
【００６０】
項目１４は、可視光透明フィルムが、可視光透明フィルムよりも小さい屈折率を有する外面コーティングを更に含む、項目１〜項目１３に記載の照明コンバータである。
【００６１】
項目１５は、項目１〜項目１４に記載の照明コンバータ、及び光入射面に隣接して配置され、かつ光入射面内に光を注入することができる、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、バックライトである。
【００６２】
項目１６は、可視光透明フィルムの平面領域が、光抽出機構を更に含む、項目１５に記載のバックライトである。
【００６３】
項目１７は、光出力端部から注入された光を受容するように配置されたフィルム導波路を更に含む、項目１５又は項目１６に記載のバックライトである。
【００６４】
項目１８は、フィルム導波路が、光抽出機構を更に含む、項目１７に記載のバックライトである。
【００６５】
項目１９は、フィルム導波路と光出力端部との間に隙間を更に含む、項目１７又は項目１８に記載のバックライトである。
【００６６】
項目２０は、隙間が、空気、又は可視光透明フィルムよりも小さい屈折率を有する材料を含む、項目１９に記載の照明コンバータである。
【００６７】
指示がない限り、本明細書及び請求項で使用される特性となる大きさ、量、及び物理特性を示す全ての数字は、「約」と言う用語によって修飾されることを理解されたい。それ故に、別の指示がない限りは、本明細書及び添付の請求項に説明される数字のパラメータは近似値であり、本明細書に開示された教示を使用して当業者が獲得しようとする所望の特性に応じて変化し得る。
【００６８】
本明細書に引用される全ての参考文献及び刊行物は、それらが本開示と直接矛盾しうる場合を除き、それらの全容を参照によって本開示に明確に援用するものである。以上、本明細書において具体的な実施形態を図示、説明したが、様々な代替的かつ／又は等価的な実現形態を、図示及び説明された具体的な実施形態に本開示の範囲を逸脱することなく置き換えることができる点は当業者であれば認識されるところであろう。本出願は、本明細書において検討される具体的な実施形態のあらゆる適合例及び変形例を網羅しようとするものである。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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