(57)【要約】  本発明は、液晶ディスプレイの少なくとも一つの光変調システム（６）を照明するための照明装置（４）に関し、前記装置は、導波基板（８）に結合可能な少なくとも一つの指向性の光ビーム（４０）を導くための少なくとも一つの前記導光基板（８）を備える。前記導波基板（８）は、多数の分離領域（１２）を備える少なくとも一つのホログラフィック光学分離基板（１０）に少なくとも光学的に接触し、分離領域（１２）は、前記光変調装置（６）の方向に、多数のサブビーム（４２、４４）状に、前記指向性の光ビーム（４０）の一部をアウトカップリングするように少なくともなされる。少なくとも一つの拡散モジュール（１４、５８）が設けられ、前記拡散モジュール（１４、５８）は、二つの隣接する前記分離領域（１２）の少なくとも最も外側のサブビーム（４６、４８）が、前記拡散モジュール（１４、５８）から出る前に、少なくとも互いに隣接するようになされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶ディスプレイの少なくとも一つの光変調装置（６）を照明するための照明装置（４）であって、
導光基板（８）に結合可能な少なくとも一つの指向性の光ビーム（４０）を導くための少なくとも一つの前記導光基板（８）と、
多数の出力結合領域（１２）を備える少なくとも一つのホログラフィック光学出力結合基板（１０）に少なくとも光学的接触する前記導光基板（８）と、
前記光変調装置（６）の方向に、多数のサブビーム（４２、４４）状に、前記指向性の光ビーム（４０）の一部をアウトカップリングするように少なくともなされた出力結合領域（１２）と、
を備え、
少なくとも一つの拡散モジュール（１４、５８）が設けられ、
前記拡散モジュール（１４、５８）は、二つの隣接する前記出力結合領域（１２）の少なくとも最も外側のサブビーム（４６、４８）が、前記拡散モジュール（１４、５８）から出る前に、少なくとも互いに隣接するように、なされている
ことを特徴とする、照明装置（４）。
【請求項２】
前記拡散モジュール（１４）が、前記導光基板（８）と、照明される前記光変調器との間に配置された別の拡散基板（１４）であり、
および／または、
前記拡散モジュール（５８）が、前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）と一体である
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置（４）。
【請求項３】
前記別の拡散基板（１４）が、少なくとも一つの透光性層（１９）と一つの広範散乱層（２０）とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の照明装置（４）。
【請求項４】
前記別の拡散基板（１４）と前記導光基板（８）との間に、中間層（２４）が配置され、前記中間層（２４）の前記屈折率が少なくとも前記導光基板（８）の前記屈折率より小さい、または、
前記別の拡散基板（１４）と前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）との間に、中間層（２４）が配置され、前記中間層（２４）の前記屈折率が少なくとも前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）の前記屈折率より小さい
ことを特徴とする、請求項３に記載の照明装置（４）。
【請求項５】
前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）が、角広がり機能を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一に記載の照明装置（４）。
【請求項６】
前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）が、多数の個別ホログラムモジュールを備え、
一つの個別ホログラムモジュールが、特定の原色を回折するようになされている
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一に記載の照明装置（４）。
【請求項７】
前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）が、ホログラフィックハロゲン化銀乳剤、二色性ゼラチン、光屈折材料、フォトクロミック材料、または感光性樹脂、好ましくは、光開始剤系、および重合性書込モノマーを含む感光性樹脂、特に好ましくは、光開始剤系、重合性書込モノマー、および架橋マトリックスポリマーを含む感光性樹脂、さらに特に好ましくは、光開始剤系、重合性書込モノマー、架橋マトリックス、およびウレタン（少なくとも一フッ素原子で置換されている）を含む感光性樹脂から形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一に記載の照明装置（４）。
【請求項８】
前記導光基板（８）の前記層厚み（３８）が３０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜２ｍｍ、特に好ましくは３００μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一に記載の照明装置（４）。
【請求項９】
前記導光基板（８）の前記層厚み（３８）は、前記導光基板（８）の前記層厚み（３８）が、前記導光基板（８）に結合される指向性の光ビーム（４０）の前記ビーム幅と実質的に一致するように形成されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一に記載の照明装置（４）。
【請求項１０】
前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）が、１°〜１２０°、好ましくは５°〜６０°、特に好ましくは１０°〜４５°の発散角を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一に記載の照明装置（４）。
【請求項１１】
前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）が、反射性または透光性体積ホログラムであり、好ましくは、エッジ・ライト・ジオメトリを用いて記録される反射性または透光性体積ホログラムであることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一に記載の照明装置（４）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一に記載の少なくとも一つの照明装置（４）と、
少なくとも一つの指向性の光ビーム（４０）を、前記照明装置（４）の前記導光基板（８）に結合するための少なくとも一つの発光装置（６０）と、
を備える、照明システム（２）。
【請求項１３】
前記発光装置（６０）は、前記指向性の光ビーム（４０）が前記導光基板（８）の面法線に対する入力角を、全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜８５°、好ましくは７５°、特に好ましくは６５°、さらに特に好ましくは５５°、とする（ここで、ｎ１は前記導光基板（８）の前記屈折率）ように配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載の照明システム（２）。
【請求項１４】
前記指向性の光ビーム（４０）の前記幾何的ビーム幅が、０．０５ｍｍ〜１ｃｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜４ｍｍ、特に好ましくは０．３ｍｍ〜２ｍｍであるように前記発光装置（６０）がなされていることを特徴とする、請求項１２または請求項１３に記載の照明システム（２）。
【請求項１５】
前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）の前記層厚みが、少なくとも１μｍより小さいとき、または、前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）の前記層厚みが、少なくとも３μｍより小さく、かつ指向性光ビーム（６０）と前記面法線との間の入力角が、前記全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜６５°、好ましくは前記全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜５５°であるとき、前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）が、モノクロに書き込まれており、または
前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）の前記層厚みが、少なくとも５μｍより大きいとき、または、前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）の前記層厚みが、少なくとも３μｍより大きく、かつ指向性の光ビーム（６０）と前記面法線との間の入力角が、前記全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜６５°より大きい値であるとき、前記ホログラフィック光学出力結合基板（１０）が、少なくとも三レーザ（好ましくは、赤、緑、および青レーザ）で書き込まれている
ことを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか一に記載の照明システム（２）。
【請求項１６】
少なくとも一つのさらなる導光基板（６２）が、前記導光基板（８）の少なくとも一つの端部（６１）上に配置されており、
前記さらなる導光基板（６２）が、多数の出力結合領域を備える少なくとも一つのさらなるホログラフィック光学出力結合基板（６４）に光学的接触し、
少なくとも一つの発光装置（６０）が、少なくとも一つの指向性の光ビーム（６６）を前記さらなる導光基板（６２）に結合するため設けられており、かつ、
一つの出力結合領域が、前記導光基板（８）の前記端部（６１）方向へ、前記少なくとも一つの指向性のサブビーム（４０）状に、前記指向性の光ビーム（６６）の一部をアウトカップリングするようになされている
ことを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一に記載の照明システム（２）。
【請求項１７】
前記発光装置（６０）が、４２０〜４８５ｎｍの範囲、好ましくは４３０〜４８０ｎｍの範囲、さらに好ましくは４４０〜４６５ｎｍの範囲の、実質的にモノクロな光を発するようになされており、
前記照明装置（４）が、前記発光を光変調装置（６）へそらし、かつ、
前記光変調装置（６）が、変換量子ドットを有する層（３０）を備え、前記量子ドットが好ましくは青から緑、および／または青から赤へ変換する量子ドットである
ことを特徴とする、請求項１２から１６のいずれか一に記載の照明システム（２）。
【請求項１８】
請求項１１から１７のいずれか一に記載の照明システム（２）を備える、液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイの少なくとも一つの光変調装置を照明するための照明装置に関し、導光基板に結合可能な少なくとも一つの指向性の光ビームを導くための少なくとも一つの導光基板を備えており、導光基板は、多数の出力結合領域を備える少なくとも一つのホログラフィック光学出力結合基板に少なくとも光学的接触し、出力結合領域は、光変調装置の方向へ多数のサブビーム状に、指向性光ビームの一部を少なくともアウトカップリングするようになされている。本発明は、さらに照明システムと液晶ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶ディスプレイ（ＬＣディスプレイとも呼ばれる）は、広く用いられている。このようなディスプレイは、モバイル機器（例えば携帯電話、ゲームコンピュータ、ラップトップ、タブレットＰＣ）、またはデスクトップモニター、テレビ、広告表示、および建築設備など、多様な用途において様々な形態をとることがわかる。
【０００３】
液晶ディスプレイは、液晶を備える少なくとも一つの電気的に駆動可能な層を備え、印可電圧に応じて光の偏光性を変化させる。この層は、光変調器とも呼ばれる。具体的には、光変調器は、透光性デジタル空間光変調器である。光変調器は、偏光層などのさらなる層とともに、光変調装置を構成できる。
【０００４】
液晶ディスプレイは、裏面照射装置（バックライトユニット（ＢＬＵ）とも呼ばれる）をさらに備え、これは光を生じ、この光を光変調装置へ向けるため設けられている。従来の技術では、冷陰極蛍光管と発光ダイオード（ＬＥＤ）とを、照明装置で光を生じるために用いていた。これら光源の放射特性は、無指向性の光を発することである。この場合、直接照明に加え、照明装置の端部における無指向性の光の照射、またはカップリングの可能性も、従来技術から知られている。
【０００５】
直接照明は、各光源を適切な空間位置とすることで、光変調装置の大きさ全体に非常に均質に光を拡散できるという利点があり、これは特に、ＬＣディスプレイの全タイプにとって品質基準である。ＬＥＤを直接照明に用いると、薄暗くでき、よってディスプレイのコントラスト値の増加につながるという利点をさらに供する。直接照明の欠点は、多数の光源を必要とすることによる高コスト、およびエネルギー消費量である。
【０００６】
他の照明技術においては、光源は、導光基板の端部に搭載され、導光基板内に光を照射する。この横方向の位置から、全反射によりディスプレイ中央部へ光が導かれる。導光基板の裏面側に備わる光出力素子により、光は光変調装置の方向へ前方に向けられる。典型的な光出力素子は、この場合、白インクの印刷パターン、粗面、またはエンボスの光反射構造である。これら構造の数密度は自由に選択でき、ディスプレイの非常に均質な照明を可能とする。しかしながら、対応して形成されたディスプレイは、低い表示品質のみを有する。
【０００７】
しかしながら、層厚みがより薄く、エネルギー消費量がより低い液晶ディスプレイを製造することに対する一定の要求に加え、重要な目的は、優れた表示品質を有する液晶ディスプレイを供することである。特に、表示品質に関する情報を供する測定量は、色空間の大きさ（色域）、照明の均質性（光の密度分布）、コントラスト比、および無彩色表示、すなわち、ＬＣセルのスイッチング状態に関わらずスペクトル一定のものである。
【０００８】
ダブル・スーパー・ツイステッド・ネマティック（ＤＳＴＮ）やフィルム・スーパー・ツイステッド（ＦＳＴ）セル等、特別なＬＣセルを、正確な色表示を得るため光変調器に用いることが、従来技術から知られている。
【０００９】
さらに、光源のスペクトルバンド幅が低減すると、それにより色混合がより適切になされるため、各ピクセルの色忠実度を向上できる。
【００１０】
ＬＣディスプレイのエネルギー効率と色忠実度とは、特に、スペクトル狭帯域を発する発光装置を用いることで増加できる。特に、発光装置は、指向性の光ビームを生じるようになされている。指向性の光ビームは、エネルギー束が一方向に生じ、広がりが０．０５２ｒａｄより小さく、好ましくは０．０２６ｒａｄより小さく、より好ましくは０．０１７ｒａｄより小さい電磁放射からなる。例えば、指向性の光ビーム用に、レーザダイオード等のレーザ装置を発生装置として用いることが、従来技術より知られている。
【００１１】
例えば、米国特許第５８５４６９７号は、指向性の光ビームを導く導光基板を備える照明装置を開示している。特定の入力角で、指向性の光ビームは導光基板の一端に射し込み、導光基板内を伝播する。さらに導光基板は、多数の出力結合領域を備えるホログラフィック光学出力結合基板に光学的接触をする。具体的には、出力結合領域は、ホログラフィック光学出力結合基板の領域を意味することを意図しており、ここにおいて、指向性の光ビームは、ホログラフィック光学出力結合基板に入り、部分的にアウトカップリングされる。
【００１２】
この場合、ホログラフィック光学出力結合基板は、導波管に沿って単一な出力強度を可能とするため、導光基板に沿って変化する回折効率を有してもよい。米国特許第５８５４６９７号では、ホログラフィック光学出力結合基板用の記録材料として、写真乳剤が用いられている。
【００１３】
しかしながら、従来技術によると、照明装置の層厚みを低減でき、同時にエネルギー消費を低減できるが、従来技術には、アウトカップリング光に指向性があり、導光基板の面法線に対し平行な方向へ放出されるという問題がある。これは、照明装置が観察者の目にとって異なる輝度を有するという問題を伴う。よって、光変調装置（特に、光変調器の各ピクセル）は、異なる光強度を有する光源となる。これは、液晶ディスプレイの表示品質の低下を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５８５４６９７号明細書
【発明の概要】
【００１５】
よって、本発明の目的は、液晶ディスプレイの少なくとも一つの光変調器を照明するための照明装置を提供することであり、これは、層厚みが小さく、エネルギー消費量が低く、また同時に、液晶ディスプレイの優れた表示品質を確かにする。
【００１６】
本目的は、本特許請求項１に記載の照明装置を有する発明により達成される。液晶ディスプレイの少なくとも一つの光変調器の照明用の照明装置は、導光基板内に結合可能な少なくとも一つの指向性の光ビームを導くため、少なくとも一つの導光基板を備える。導光基板は、多数の出力結合領域を備える少なくとも一つのホログラフィック光学出力結合基板と、少なくとも光学的接触をする。出力接合領域は、光変調装置の方向へ、多数のサブビーム状に、指向性の光ビームの一部をアウトカップリングするように、少なくとも適合される。照明装置は、少なくとも一つの拡散モジュールを備える。拡散モジュールは、少なくとも二つの隣接する出力接合領域の最も外側のサブビームが、拡散モジュールから出る前に少なくとも互いに隣接する（ａｄｊｏｉｎ）ようになされる。
【００１７】
アウトカップリングした光ビームの広がりを拡散するため、本発明に係る少なくとも一つの拡散モジュールを供することでなされる効果は、従来技術と比べて、アウトカップリングした光ビームが、均質な強度、および均質な角度分布で、ピクセルベースの空間光変調器に達することである。横方向（ｌａｔｅｒａｌ）の光分布における視認可能な不均質性は、液晶ディスプレイにおいて回避される。具体的には、二つの（直接）隣接する出力結合領域のうちアウトカップリングした最も外側の光ビームが、少なくとも互いに隣接するように適合された（好ましくは、これら光のビームは重なってもよい）拡散モジュールにより、優れた表示品質をなせる。
【００１８】
発光装置は導光基板を備える。導光基板は導波管とも呼ばれ、少なくとも一つの指向性の光ビーム（好ましくはレーザビーム）を導くようになされている。指向性の光ビームは、導光基板の端部で結合、または射し込まれうる。具体的には、光ビームは所定の入力角で射し込む。指向性の光ビームは、導光基板、またはホログラフィック光学出力結合基板（導光基板に光学的接触する）の境界面で、全反射により導光基板を伝播できる。後述するように、多数の指向性の光ビームが、端部で結合されてもよいことは理解されよう。
【００１９】
さらに、ホログラフィック光学出力結合基板が設けられ、これは導光基板に直接、光学的接触をする。例えば導光基板は、ホログラフィック光学出力結合基板を備えてもよい。例えば、構成要素間の光学的接触は、導光基板上でホログラフィック光学出力結合基板を直接積層することでなせる。あるいは、光学的接触は、例えば、液体でなしてもよい。使用する液体は、ホログラフィック光学出力結合基板、および／または導光基板の屈折率と一致する屈折率でもよい。仮に、ホログラフィック光学出力結合基板の屈折率が、導光基板の屈折率と異なるならば、液体の屈折率はこれらの値の間であってもよい。有利には、このような液体は、不変的接着に用いるため揮発性が十分低い。他の好ましい代替においては、光学的接触は、光学的透明接着剤によりなされてもよく、これは液体で適合されてもよい。あるいは、転写接着剤フィルムを用いてもよい。使用する接着剤の屈折率は、上述の液体の屈折率に応じて選択してもよい。
【００２０】
ホログラフィック光学出力結合基板は、体積ホログラムの記録材料から形成されてもよい。ホログラフィック光学出力結合基板は、多数の出力結合領域を備え、少なくとも一つの出力結合領域が、指向性の光ビームの一部を多数のサブビーム状で光変調装置へ向けるようになされる。具体的には、出力結合領域は、ホログラフィック光学出力結合基板内の領域であり、ここにおいて指向性の光ビームは、部分的にアウトカップリング、または別方向へ回折される。特に、この領域は、ホログラフィック光学出力結合基板の構成、および結合される指向性の光ビームのビーム幅に依存する。
【００２１】
本発明によると、拡散モジュールが設けられ、かつ、二つの隣接する出力結合領域の少なくとも最も外側のサブビームが、拡散モジュールから放出される前に、少なくとも互いに隣接するようなされているとき、光変調装置を十分均質に照明可能であることが見出された。二つの隣接する出力結合領域は、特に、直接隣接する出力結合領域（それらの間には他の出力結合領域が配置されていない）を意味する。特別な場合、出力結合領域は互いに直接隣接してもよい。拡散モジュールから放出される前に、少なくとも互いに隣接する（好ましくは重なる）最も外側のサブビームは、均質な光強度の平面光源として拡散モジュールを形成することを確実にする。好ましくは、拡散モジュールが光強度の低い領域を有さないように、出力結合領域の最も外側のサブビームは、拡散モジュールから放出される前に、この出力結合領域に直接隣接する全出力結合領域の最も外側のサブビームを、少なくとも互いに隣接する。具体的には、単一光源として認識される。
【００２２】
指向性の光ビーム（例えば、光源としてレーザダイオードから）を用いることで高い色忠実度であり、また、透光性の光変調器上に効率的で均質に光を投影する、電気的ピクセル駆動を有する空間光変調器用の照明装置を、提供可能である。さらに、本発明に係る照明装置は、シンプル、フラット、小型のデザインである。加えて、本発明に係る照明装置は、光源の数を最小化できる。
【００２３】
本発明の照明装置の第一の実施形態によると、拡散モジュールは、導光基板と照明される光変調装置との間に配置された別の拡散基板であってもよい。拡散基板は体積散乱体でもよい。照明装置の好ましい実施形態では、別の拡散基板が、少なくとも一つの透光性層と、一つの広範散乱層（ｄｉｆｆｕｓｅｌｙ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）と、を備えてもよい。例えば、広範散乱層は、有機、または無機の散乱粒子を備えてもよく、これはキャリア層に埋め込まれていてもよい。散乱粒子とキャリア層（例えば透光性層）は、異なる屈折率である。特に好ましい実施形態では、散乱粒子は、光学的に非吸収性であり、準球形である。別の拡散基板により、所望の拡散効果を容易になせる。
【００２４】
別の拡散基板とは代替的に、または追加的に、拡散モジュールは、ホログラフィック光学出力結合基板に一体化されてもよい。拡散ビームの広がりの光学的機能は、ホログラフィック光学構成要素２自体に備わってもよい。例えば、出力接合領域は、拡散機能を有してもよく、また、拡散モジュール（すなわち、ホログラフィック光学出力結合基板）から放出される前に、少なくとも二つの隣り合う出力結合領域の最も外側のサブビームが、少なくとも互いに確かに隣接可能なように、互いに関し配置されてもよい。特に、対応構造は、照明装置の層厚みをさらに低減できるという利点がある。別の拡散基板を不必要とすることができる。
【００２５】
別の拡散基板は、ホログラフィック光学出力結合基板に一体化された拡散モジュールと組み合わさってもよいことは理解されよう。
【００２６】
本発明に係る照明装置の他の実施形態によると、中間層が、別の拡散基板と導光基板との間に配置されてもよい。中間層の屈折率は、少なくとも導光基板の屈折率より小さくてもよい。導光基板上に（直接的に）中間層を配置することで、少なくとも一つの指向性光ビームの全反射を導光基板内で容易になせる。仮に、ホログラフィック光学出力結合基板が導光基板上に配置されると、他の実施形態において、別の拡散基板とホログラフィック光学出力結合基板との間に中間層が配置されてもよく、中間層の屈折率は、少なくともホログラフィック光学出力結合基板の屈折率より小さい。
【００２７】
中間層の屈折率が、導光基板またはホログラフィック光学出力結合基板の屈折率より少なくとも小さければ、中間層は、原則的にはいずれの所望の方法で形成されてもよい。例えば、中間層はガス層でもよい。ガス層は、導光基板またはホログラフィック光学出力結合基板と、拡散基板との間で、エアギャップ状になされてもよい。ガス層とは代替的に、または追加的に、（低屈折率の）接着層、（低屈折率の）接触液体、（低屈折率の）拡散基板の表面変成、および／または（低屈折率の）ホログラフィック光学出力結合基板の表面変成が供されてもよい。
【００２８】
さらに、照明装置の他の実施形態において、ホログラフィック光学出力結合基板は、角広がり（ａｎｇｌｅ−ｗｉｄｅｎｉｎｇ）機能を有してもよい。ホログラフィック光学出力結合基板の角広がり特性は、様々な方法で実現できる。例えば、結合される指向性の光ビームの発散角と、ホログラフィック光学出力結合基板の受光角とは、結合可能な指向性の光ビームの発散角が、別の方向へ回折するビームの発散角としてイメージされるように、ホログラフィック光学出力結合基板に書き込むときに、互いに適合されてもよい。代替的に、または追加的に、ホログラフィック光学出力結合基板は、それ自体、拡散特性を有してもよい。例えば、この拡散特性は、ディフューザで生じたシグナルビームによるホログラフィック露光で実現されてもよい。さらに、追加的に、または代替的に、ホログラフィック光学出力結合基板は、多重構造で形成されてもよく、この構造は、平面波の物体光、および平面波の参照光で形成される。代替的に、または追加的に、ホログラフィック光学出力結合基板は、球面波の物体光、および平面波の参照光からなる選択的多重構造で形成されてもよい。さらに、代替的に、または追加的に、ホログラフィック光学出力結合基板は、球面波の物体光、および球面波の参照光からなる選択的多重構造で形成されてもよい。
【００２９】
特に高い色忠実度のために、本発明に係る照明装置の他の実施形態によると、ホログラフィック光学出力結合基板は、多数の個別ホログラムモジュールを備えてもよい。個別ホログラムモジュールは、個別ホログラムとも呼ばれ、特定の原色を回折するようになされてもよい。具体的には、個別ホログラムモジュールは、一つの特定の原色を精密に回折するようになされる。個別ホログラムは、特に、赤、緑、および青の三原色の一つの放射のみ回折するように、各々形成される。三原色より多くを用いてもよいことは理解されよう。例えば、四原色（例えば、「赤」、「緑」、「青」、および「黄」）を用いてもよい。有利には、交互に配置された色点（例えば、赤と青のピクセルが交互のＲＧＢＧ配置）で、特別な色配列をホログラフ的に示すこともできる。このようにして、人間の目の感色性に適応できる。
【００３０】
ホログラフィック光学出力結合基板は、体積ホログラム用の記録材料を好ましくは備えてもよい。一実施形態によると、ホログラフィック光学出力結合基板は、ホログラフィックハロゲン化銀乳剤、二色性ゼラチン、光屈折材料、フォトクロミック材料、または感光性樹脂、好ましくは、光開始剤系と重合性書込モノマーを含む感光性樹脂、特に好ましくは、光開始剤系、重合性書込モノマー、および架橋マトリックスポリマーを含む感光性樹脂、さらに特に好ましくは、光開始剤系、重合性書込モノマー、架橋マトリックス、およびウレタンを含み、これが少なくとも一フッ素原子で置換された、感光性樹脂から形成されてもよい。
【００３１】
好適な記録材料は、例えば、ハロゲン化銀乳剤、二色性ゼラチン、光屈折材料、フォトクロミック材料、または感光性樹脂である。ハロゲン化銀乳剤と感光性樹脂とが、実質的に好ましい。非常に明るく、高コントラストなホログラムをハロゲン化銀乳剤に書き込み可能であるが、十分に長期な安定性を確実にするように、感湿フィルム保護のため費用増加が必要である。感光性樹脂においては、複数の基本的材料の概念があり、全ての感光性樹脂の共通点は、光開始剤系、および重合性書込モノマーである。さらに、これら構成物質は、キャリア材料（例えば熱可塑性バインダ、架橋または非架橋のバインダ、液晶、ゾルゲル、またはナノポーラスガラス）内にあってもよい。加えて、特別な添加物による制御方法で、さらなる特性を意図的に調節してもよい。特定の実施形態において、感光性樹脂はまた、可塑剤、安定剤、および／または他の添加物を含んでもよい。これは、感光性樹脂を含む架橋マトリックスポリマーに関して特に有利であり、例えば欧州特許第２１７２５０５号に記載がある。そこに記載の感光性樹脂は、光開始剤として必要な波長にモジュラー式に調節可能な光開始剤系、化学線作用重合性基を有する書込モノマー、および高架橋マトリックスポリマーを有する。仮に、好適な添加物が加わると（国際公開第２０１１／０５４７９６号に記載のように選択）、光学的特性、製造効率、および加工性の点で工業的に優れた材料を供する、特に有利な材料を製造可能である。この方法に係る好適な添加物は、特にウレタンであり、好ましくは、少なくとも一つのフッ素原子で置換されている。これら材料は、その機械的特性の点で広範囲に調整可能であり、それゆえ、非照明状態、および照明状態でともに、複数の要求に適合可能である（国際公開第２０１１０５４７４９号）。記載の感光性樹脂は、ロール・ツー・ロール法（国際公開第２０１００９１７９５号）、または印刷法（欧州特許第２２１８７４２号）で、製造可能である。
【００３２】
他の実施形態によると、導光基板の層厚みは、３０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜２ｍｍ、特に好ましくは３００μｍ〜１ｍｍであってもよい。導光基板の層厚みを低減する（特に、１ｍｍより小さくする）ことで照明装置の全層厚みを低減することに加え、ホログラフィック光学出力結合基板を通り結合される指向性の光ビームの通過数を増加できるという利点がある。同時に、これらは互いに近くに位置する。言い換えると、二つの直接隣接する出力結合領域間の距離を低減できる。それゆえ、拡散モジュールで別の方向へ回折された光ビームの重なりを向上できる。
【００３３】
本発明に係る照明装置の好ましい実施形態によると、光変調装置にあたる光の均質性をさらに向上するため、導光基板の層厚みが、導光基板に結合する指向性の光ビームのビーム幅に実質的に一致するように、導光基板の層厚みを形成してもよいことを提案している。
【００３４】
他の実施形態によると、ホログラフィック光学出力結合基板の発散角が１°〜１２０°、好ましくは５°〜６０°、さらに好ましくは１０°〜４５°であるとき、均質性を向上できる。ここで、発散角は外部のビーム構成成分間の角度の広がりであり、最大光強度の５０％が放射状に測定される。
【００３５】
照明装置の他の実施形態によると、ホログラフィック光学出力結合基板は、反射または透過型体積ホログラム、好ましくは、エッジ・ライト（ｅｄｇｅ−ｌｉｔ）・ジオメトリを利用し記録した反射または透過型体積ホログラムであってもよい。
【００３６】
特許請求項１２に記載の照明システムを有する本発明の他の態様によって、本目的は達成される。照明システムは、上述の少なくとも一つの照明装置と、少なくとも一つの指向性の光ビームを導光基板にカップリングするための少なくとも一つの発光装置とを備える。少なくとも一つの発光装置は、例えばレーザビーム発生装置（レーザダイオード等）でもよい。具体的には、発光装置は、光ビームを導光基板の端部に射し込むため、導光基板の端部に配置されてもよい。
【００３７】
本発明に係る照明システムは、具体的には、射し込んだ指向性の光（レーザ光等）を効率的に利用し、少数の個別発光装置を有する、小型の照明装置内に、二次元の均質な光を生じ、ホログラフィック光学出力結合基板（特に、少なくとも一つの拡散モジュールとの組み合わせ）は、射し込まれた少なくとも一つの指向性の光ビームを多数のサブビームに分け、これが光変調器の方向へ（同様の強さで）回折され、また、均質な強度と均質な角度分布を有するピクセルベース空間光変調器にサブビームが届くように、これらサブビームを生じており、そして、液晶ディスプレイの横方向の光分布において、視認可能な不均質性を生じない。
【００３８】
本発明に係る照明システムの第一の実施形態によると、発光装置は、指向性の光ビームが、全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜８５°、好ましくは７５°、特に好ましくは６５°、さらに特に好ましくは５５°で、導光基板の面法線に対し入力角を決定する（ここで、ｎ１は導光基板の屈折率である）ように配置されてもよい。このようにして、アウトカップリングした光ビームのより著しい重ね合わせを、容易になすことができる。
【００３９】
さらに、本発明に係る照明システムの他の実施形態において、発光装置は、指向性の光ビームの幾何的ビーム幅が、０．０５ｍｍ〜１ｃｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜４ｍｍ、特に好ましくは０．３ｍｍ〜２ｍｍであるようになされてもよい。
【００４０】
他の実施形態によると、ホログラフィック光学出力結合基板の層厚みが少なくとも１μｍより小さいとき、または、ホログラフィック光学出力結合基板の層厚みが少なくとも３μｍより小さく、指向性の光ビームと面法線間の入力角が全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜６５°、好ましくは全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜５５°であるとき、ホログラフィック光学出力結合基板は、モノクロに書き込まれてもよい。あるいは、ホログラフィック光学出力結合基板の層厚みが少なくとも５μｍより大きいとき、または、ホログラフィック光学出力結合基板の層厚みが３μｍより大きく、指向性の光ビームと面法線間の入力角が全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜６５°より大きい値であるとき、ホログラフィック光学出力結合基板は、少なくとも三レーザ（好ましくは赤、緑、および青レーザ）で書き込まれてもよい。
【００４１】
既に記載したように、発光装置の対応する数は（レーザダイオード等）、（特に平坦に形成された）導光基板の端部で複数の指向性の光ビームを結合するため供されてもよい。照明システムのエネルギー消費量をさらに低減するため、特に好ましい実施形態によると、さらなる導光基板が、導光基板の少なくとも一端上に配置されてもよい。さらなる導光基板は、多数の出力結合領域を備える少なくとも一つのさらなるホログラフィック光学出力結合基板に、少なくとも光学的接触してもよい。少なくとも一つの指向性の光ビームをさらなる導光基板に結合するため、少なくとも一つの発光装置を備えてもよい。好ましくは、発光装置を一つだけ備えてもよい。出力結合領域は、導光基板の端部方向へ、少なくとも一つの指向性のサブビーム状に指向性の光ビームを部分的にアウトカップリングし、また、これが導光基板の端部に射し込むように、適合されてもよい。好ましくは、さらなるホログラフィック光学出力結合基板が上述した材料から形成されてもよい。
【００４２】
さらなる導光基板は、上述の導光基板と実質的に一致してもよい。さらなる導光基板に光学的接触するさらなるホログラフィック光学出力結合基板は、さらなる導光基板から出る指向性の光を、（特に他の導光基板に）結合するようなされてもよい。発光装置の必要数は、著しく低減されうる。具体的には、二、またはそれ以上の指向性の光ビームを、第一の導光基板内に射し込むため、さらなる導光基板、およびさらなるホログラフィック光学出力結合基板とともに、単一の発光装置が適合されもよい。対応する方法で、エネルギー消費を低減可能である。
【００４３】
照明システムの他の実施形態によると、発光装置は、４２０〜４８５ｎｍの範囲、好ましくは４３０〜４８０ｎｍの範囲、さらに好ましくは４４０〜４６５ｎｍの範囲で、実質的にモノクロに光を発するようになされてもよい。照明装置は、発光を光変調器へそらしてもよい。照明装置は、変換量子ドットを有する層を備えてもよく、好ましくは、量子ドットは青から緑へ、および／または青から赤へ変換する量子ドットである。
【００４４】
さらに、本発明の別の態様は、上述の照明システムを備える液晶ディスプレイである。本発明に係る液晶ディスプレイは、特に有利な色空間を有し、小型で特にフラットなデザインの電子ディスプレイとして用いることができる。仮に、背面ディスプレイ収容部内に配置された任意の後方ミラーが不要であるならば、液晶ディスプレイはまた、店頭ディスプレイで様々な用途、ウィンドウディスプレイの広告用途、空港、鉄道駅、および他の公共の場所の透光性情報パネル、自動車用途では、例えば、ルーフライナー、および情報ディスプレイとしてダッシュボードの中と上、およびフロントウィンドウ、窓ガラス、透光性ドアを有する商業用冷蔵庫において、透光性ディスプレイとして特に好適であり、また曲面ディスプレイであってもよい。さらに、この液晶ディスプレイは、携帯電話、スマートフォン、およびタブレットパソコンでの利用に特に好適である。装置とシステムの特徴は、互いに自由に組み合わされてもよい。具体的には、独立請求項の特徴の全てまたは一部が取り消されても、明細書、および／または従属請求項の特徴は、各々、または互いに自由に組み合わせて、独立の発明となる。
【００４５】
ここで、本発明に係る照明装置、本発明に係る照明システム、および本発明に係る液晶ディスプレイ、の多数のとりうる構成、およびさらなる展開がある。この点で、一方では独立請求項に従属する特許請求項を参照し、他方では図面とともに例示的実施形態の記載を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る照明システムの第一の例示的実施形態の概略図を示す。
【図２ａ】本発明に係る照明装置の第一の例示的実施形態の概略図を示す。
【図２ｂ】本発明に係る照明装置の他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図３】ホログラフィック光学出力結合基板を有する導光基板内の指向性の光ビームの回折を表す概略図を示す。
【図４】本発明に係る照明装置の他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図５】本発明に係る照明装置の他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図６】本発明に係る照明装置の他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図７】本発明に係る照明装置の他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図８ａ】本発明に係る照明システムの他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図８ｂ】本発明に係る照明システムの他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図９】本発明に係る照明装置の他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図１０】導光基板における指向性の光ビームの発散角と、ホログラフィック光学出力結合基板の受光角を表す概略図を示す。
【図１１】本発明に係る照明装置の他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図１２】本発明に係る照明システムの他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図１３】本発明に係る照明システムの他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図１４】本発明に係る照明システムの他の例示的実施形態の概略図を示す。
【図１５ａ】層厚み５μｍ、および入力角４５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度Θによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１５ｂ】層厚み５μｍ、および入力角４５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度φによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１５ｃ】層厚み５μｍ、および入力角４５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、許容波長（μｍ）の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１６ａ】層厚み３μｍ、および入力角４５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度Θによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１６ｂ】層厚み３μｍ、および入力角４５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度φによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１６ｃ】層厚み３μｍ、および入力角４５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、許容波長（μｍ）の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１７ａ】層厚み３μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０２２の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度Θによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１７ｂ】層厚み３μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０２２の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度φによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１７ｃ】層厚み３μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０２２の変調度の回折効率を有する導光基板で、許容波長（μｍ）の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１８ａ】層厚み１μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度Θによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１８ｂ】層厚み１μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度φによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１８ｃ】層厚み１μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０４の変調度の回折効率を有する導光基板で、許容波長（μｍ）の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１９ａ】層厚み１μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０６５の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度Θによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１９ｂ】層厚み１μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０６５の変調度の回折効率を有する導光基板で、角度φによる入力角の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【図１９ｃ】層厚み１μｍ、および入力角８５°、ならびに０．０６５の変調度の回折効率を有する導光基板で、許容波長（μｍ）の変化に対する受光角のＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下において、同じ参照符が用いられる構成要素は、同じものを示す。
【００４８】
図１は、本発明に係る照明システム２の第一の例示的実施形態の概略図を示す。照明システム２は、照明装置４と、光変調装置６とを備える。
【００４９】
本例示的実施形態において、光変調器２８に加え、光透過性空間光変調装置６は、第一、およびさらなる偏光基板３２、３４、カラーフィルタ基板３０、および、フロントプレート３６を備える。
【００５０】
電気的駆動ピクセル構造を有する光変調器２８は、液晶パネル２８（液晶モジュール等）であってよい。図１で示すように、この場合、カラーフィルタ基板３０は、偏光フィルタ３４とフロントプレート３６との間に配置される。本発明の他の態様によると、光透過性の光変調装置６の構造において他の配置でもよいことは理解されよう。具体的には、各層を互いにさらに集積することが考えられる。
【００５１】
光学的フロントプレート３６は、プラスチックまたはガラスからなってよい。フロントプレート３６は、平坦であっても粗くてもよい。フロントプレート３６は、拡散モジュールを有してもよく、および／または反射防止層を備えてもよい。
【００５２】
液晶モジュール２８は、様々な形態に構成されてもよい。具体的には、異なるビームの幾何形態、および／またはスイッチング速度で、特に有利で効果的なライトシャドーイング（ｌｉｇｈｔ  ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）をなせる液晶スイッチングシステムを利用可能である。好ましくは、ねじれネマティック（ＴＮ）、超ねじれネマティック（ＳＴＮ）、ダブル超ねじれネマティック（ＤＳＴＮ）、トリプル超ねじれネマティック（ＴＳＴＮ、ｆｉｌｍ  ＴＮ）、垂直配列型（ＰＶＡ、ＭＶＡ）、水平配列型（ＩＰＳ）、Ｓ−ＩＰＳ（ｓｕｐｅｒ  ＩＰＳ）、ＡＳ−ＩＰＳ（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｓｕｐｅｒ  ＩＰＳ）、Ａ−ＴＷ−ＩＰＳ（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｔｒｕｅ  ｗｈｉｔｅ  ＩＰＳ）、Ｈ−ＩＰＳ（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ＩＰＳ）、Ｅ−ＩＰＳ（ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＩＰＳ）、ＡＨ−ＩＰＳ（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ＩＰＳ）、および強誘電性ピクセルベースの光変調器が、光変調器２８として用いられてもよい。
【００５３】
本例示的実施形態における照明装置４は、空間導光基板８、ホログラフィック光学出力結合基板１０、および別の拡散基板１４を備える。導光基板８は、導光基板８、またはホログラフィック光学出力結合基板１０の境界面における全反射により、指向性の光を導くようになされる。
【００５４】
導光基板８と、ホログラフィック光学出力結合基板１０とは、互いに光学的接触する。具体的には、導光基板８は、ホログラフィック光学出力結合基板１０を備える。
【００５５】
導光基板８とホログラフィック光学出力結合基板１０との間の光学的接触は、ホログラフィック光学出力結合基板１０を導光基板８上に直接積層することでなされてもよい。あるいは、光学的接触は、液状接着剤や透光性接着フィルム等の液体または接着剤によりなされてもよい。
【００５６】
優れた全反射のために、光変調器２８と反対の導光基板８の側部は、反射層１８、またはミラー層１８を備えてもよい。反射層１８は、例えばメタライズ法、例えば金属箔を積層、金属真空蒸着方法、続く焼結を有する金属を含むコロイドの分散の適用、または、続く還元ステップを有する金属イオンを含む液体を適用することで、形成されてもよい。代替的に、または追加的に、特に低い屈折率のコーティングにより、導光基板８の導波特性を向上可能である。さらに、交互屈折率と層厚みを有する多層構造を用いることが可能である。このような反射特性を有する多層構造は、有機、または無機層を備えてよく、その厚みは、反射される波長と同じ大きさである。図１で示すように、反射層１８は、導光基板８に光学的接触をする。
【００５７】
ホログラフィック光学出力結合基板１０は、この場合、体積ホログラム用の記録材料から形成される。典型的な材料は、ホログラフィックハロゲン化銀乳剤、二色性ゼラチン、または感光性樹脂である。感光性樹脂は、少なくとも光開始剤系と、重合性書込モノマーを備える。特別な感光性樹脂は、可塑剤、熱可塑性バインダ、および／または架橋マトリックスポリマーをさらに備えてもよい。感光性樹脂を備える架橋マトリックスポリマーを用いてもよい。本発明に係る照明装置４において、特に好ましくは、光開始剤系の感光性樹脂、一または複数の書込モノマー、可塑剤、および架橋マトリックスポリマーを用いてもよい。
【００５８】
ホログラフィック光学出力結合基板１０は、複数の層をさらに有してもよい。例えば、ホログラフィック光学出力結合基板１０は、光学的に透明な基板と、感光性樹脂とを備えてもよい。対応する形状においては、感光性樹脂を導光基板８上に直接積層することが特に好ましい。
【００５９】
ホログラフィック光学出力結合基板１０はまた、感光性樹脂が二つの熱可塑性フィルムで封入されるように形成されてもよい。この場合、感光性樹脂に隣接する二つの熱可塑性フィルムのうちの一つが、光学的に透明の接着フィルムによって導光基板８に結合されることは、特に有利である。
【００６０】
ホログラフィック光学出力結合基板１０の熱可塑性フィルム層は、透光性樹脂から形成されてもよい。実質的に複屈折フリーの材料（アモルファス熱可塑性樹脂等）を好ましくは用いてもよい。例示的、および非制限的な材料は、ポリメタクリル酸メチル、三酢酸セルロース、アモルファスポリアミド、ポリカーボネート、およびシクロオレフィン（ＣＯＣ）である。好ましくは、熱可塑性フィルム層は、光学的に透明で、非拡散性の熱可塑性樹脂であってもよい。具体的には、複屈折フリー、非拡散性の熱可塑性フィルムを用いてもよい。
【００６１】
例として、二つの直接隣接する出力結合領域１２を、本例示的実施形態で示す。多数の出力結合領域１２が設けられてもよく、また、これらが特に、結合する指向性の光ビームに依存することが理解されよう。導光基板８は、層厚み３８を有する。この場合、層厚み３８は、３０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜２ｍｍ、特に好ましくは３００μｍ〜１ｍｍである。さらに、照明装置４は、別の拡散基板１４とホログラフィック光学出力結合基板１０により、層厚み３８より大きい層厚み３９を有する。
【００６２】
この場合、拡散基板１４は、透光性基板１９と広範散乱層２０とから形成されてもよい。広範散乱層２０は、体積散乱体でもよい。例えば、広範散乱層２０は、有機または無機の散乱粒子を備えてもよく、これはキャリア層に埋め込まれてもよい。散乱粒子とキャリア層とは、異なる屈折率を有する。好ましい実施形態では、散乱粒子は光学的に非吸収性、かつ準球形である。
【００６３】
この場合、中間層２４、特にエアギャップ２４が、ホログラフィック光学出力結合基板１０と拡散基板１４との間に配置される。中間層２４の屈折率は、少なくとも隣接層の屈折率より小さい。本発明の他の態様によると、ホログラフィック光学出力結合基板１０と拡散基板１４との間の配置で、低屈折率の接着層、低屈折率の接触液体、拡散基板１４の低屈折率の表面改質、または導光基板８やホログラフィック光学出力結合基板１０の低屈折率の表面改質があってもよい。様々な層が互いに組み合わさってもよいことは理解されよう。
【００６４】
加えて、さらなる層２２と２６とが設けられる。これらは、中間層２４に対応する方法で形成されてもよい。具体的には、中間層２２、２６の屈折率は、少なくとも各隣接層の屈折率より小さくてもよい。この場合、エアギャップ２２、２６が各々設けられる。本発明に係る例示的実施形態は、以下で説明するように、アウトカップリングされた光を十分均質に光変調器２８に当てることを確かとする。
【００６５】
図２ａは、本発明に係る照明装置４の第一の例示的実施形態の概略図を示す。具体的には、図２ａは、図１の照明システム２の詳細を示す。
【００６６】
レーザ光源等の発光装置（記載せず）により照射される指向性の光ビーム４０は、全反射に従って導光基板８を伝播する。導光基板８、およびエアギャップ２４、または反射層１８の境界面は、全反射の境界面として働く。仮に、ホログラフィック光学出力結合基板１０が、さらなる熱可塑性の層を備えるようになされるならば、エアギャップ２４と直接接する層上で全反射は起こる。
【００６７】
指向性の光ビーム４０がホログラフィック光学出力結合基板１０を通るとき、各出力結合領域１２で、光の強度は部分的に別方向へ回折する。光ビーム４０の一部は、光透光性ピクセルベースの光変調器２８の方向に離れて回折する。本ホログラフィック光学出力結合基板１０は、光ビーム４０の一部を広げるように、さらになされる。
【００６８】
別方向へ回折する光ビーム４２、４４は、別の拡散基板１４上に配置された散乱層２０にあたる。広範散乱層２０において、光ビーム４２、４４は、広範囲に広がる。拡散基板１４全体の発光強度が十分に均質となるように、二つの隣接する出力接合領域の外部の光ビーム４６、４８が互いに隣接することがわかる。図２ａの照明装置４は、ホログラフィック光学出力結合基板１０を通る光ビーム４０が個別の光ビーム経路である互いに異なる光ビーム４２、４４が、拡散基板１４内で既に互いに交差して（すなわち、拡散基板１４から出る前に）、光変調器２８上へ向かうという点で優れている。より見やすくするため、いくつかの光ビーム５２のみをポイント５０から示す。図２ａに係る例示的実施形態において、均質な光強度が生じることが理解されよう。
【００６９】
さらに、ホログラフィック光学出力結合基板１０は角度を広げる特性を備え、これは様々な手段により生じる。例えば、レーザビーム４０の発散角と、ホログラフィック光学出力結合基板１０の受光角とは、ホログラフィック光学出力結合基板１０に書き込むとき、レーザビーム４０の発散角がビーム４２と４４の発散角としてイメージされるよう、互いになされてもよい。ホログラフィック光学出力結合基板１０はまた、それ自体拡散特性を有するか、平面波の物体光、および平面波の参照光からなる多重化構造で形成されてもよい。さらに、ホログラフィック光学出力結合基板１０は、球面波の物体光、および平面波の参照光からなる選択的多重化構造、または球面波の物体光、および球面波の参照光からなる選択的多重化構造から形成されてもよい。上述の手段を互いに組み合わせてもよいことは理解されよう。
【００７０】
図２ｂに示すように、本発明に係る照明装置４の例示的実施形態は、図２ａに示す例示的実施形態と、ホログラフィック光学出力結合基板１０が、導光基板８の反対の表面側に配置されるという点において異なる。具体的には、この例示的実施形態において、ホログラフィック光学出力結合基板１０は、光学的反射層１８と隣接する。
【００７１】
図３は、ホログラフィック光学出力結合基板１０を有する導光基板８ａ、８ｂにおける指向性の光ビームの回折を表すための概略図を示す。具体的には、ホログラフィック光学出力結合基板１０と導光基板８ａ、８ｂの幾何的依存性を図３を用いて示す。
【００７２】
この場合、ホログラフィック光学出力結合基板１０は、二つの熱可塑性層８ａと８ｂにより保護され、これが導光基板８を構成する。例えば、図３の透光性層８ａは、図１の導光基板８に対応してもよい。同様に、二つの層８ａと８ｂの一つを除き、導光基板８上にホログラフィック光学出力結合基板１０のみを配置することが可能である。
【００７３】
ホログラフィック光学出力結合基板１０を通る光ビームの経路長は、次で与えられる：
Ｐ２＝２・ｎ・ａ２＝２・ｎ・ｄ２／ｓｉｎβ      （ａ）
ここで、ｎは、導光基板８とホログラフィック光学出力結合基板１０との組み合わせから光ビームの出力結合領域で決まる数、ｄ２は、ホログラフィック光学出力結合基板１０の層厚み、ａ２は、ホログラフィック光学出力結合基板１０の要素ｎを通る経路長、そしてαは、入射角、または導光基板端部の面法線に対する媒質へのレーザの入力角である。
【００７４】
よって、角度βは、次の関係により直接与えられる。
【００７５】
β＝α−９０°      （ｂ）
さらに、熱可塑性層８ａ，８ｂを通る光ビームの経路長は、次の式で与えられる：
Ｐ１＋３＝２・ｎ・（ｄ１＋ｄ３）／ｓｉｎβ      （ｃ）
ここで、ｄ１＋ｄ３は、熱可塑性層８ａ、８ｂの全厚み、αは、入射角、または、導光基板端部の面法線に対する媒質へのレーザの入力角である。角度βは関係（ｂ）で与えられる。
【００７６】
導光基板の全長Ｌは、よって次のように与えられる。
【００７７】
Ｌ＝２ｎ（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／ｔａｎβ      （ｄ）
さらに、理論上の幾何学的ビーム幅Ｓは、次の式によって決まる：
Ｓ＝ｃｏｓ（９０°−２β）（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）／ｓｉｎβ      （ｅ）
しかしながら、実際には、レーザ等の発光装置のビーム幅を正確にＳに調整することは、非実用的、かつ費用効率が高くないことが知られている。むしろ、他のいずれかのビーム幅が同様に好適である。本発明に係る様々な実施形態は、レーザの有効口径が０．１Ｓから５．０Ｓまで調整可能に形成される。
【００７８】
レーザ口径は、導光基板８へ有効に射し込まれる光ビームの直径を示す。レーザビームのビーム強度は、レーザ口径に応じて変更可能である。好ましくは、ガウス強度プロファイルを用いる。他のプロファイル（例えば、レーザの他の横モードを用いる）でもよいことは理解されよう。
【００７９】
有効レーザ口径は、最大光強度の少なくとも５０％を呈するレーザビームの二領域間で、最も広い距離を好ましくは示す。純粋なガウス光ビームプロファイルでは、これは「半値全幅」（ＦＷＨＭ）に対応する。
【００８０】
原理上、二次元の二つの有効レーザ口径があり、これは光の伝播方向と直交して定まる。しかしながら、以下で、二つのレーザ口径がほぼ同じ大きさであると想定するが、特定用途においては、実際はそうではない。
【００８１】
さらに、レーザ口径は、ガウス強度プロファイルの外側の重なりが、そこでの有効強度が少なくとも最大強度の３０％であるよう重ね合わさるように、Ｓより大きく調整可能である。さらに、特に容易なマウントを可能とするため、Ｓの倍数を用いるレーザビームのレーザ口径を調節可能である。全スプリット光ビームの強度分布を特に正確に一定とするため、Ｓより小さいレーザ口径を選択することは、同様に有利であろう。既に記載したように、ビーム幅は、レーザの有効口径が０．１Ｓから５．０Ｓまで調整されるように、好ましくは調整される。
【００８２】
ホログラフィック光学出力結合基板１０のアウトカップリングにより生じる光源の数は、出力結合領域の数ｎに対応する。この数は、照明装置４の全長、導光基板８への光ビーム４０の入射角α、および全層厚み（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）により定まる。それゆえ、導光基板長のメートルあたり、数十〜数千のビームが、出力結合領域に対応する数ｎ、または回折光の中心ｎで、ホログラフィック光学出力結合基板１０を通るであろう。
【００８３】
実際用いられる空間導光基板において、多数の光源がその空間性により生じることが理解されよう。
【００８４】
各サブセグメントで同じ光強度Ｉをアウトカップリングするため、ホログラフィック光学出力結合基板１０の回折効率は、入力点から始まる導光基板に沿って、出力結合領域から長さＬｉに等しい出力結合領域へ、次の通り（理想的には）増加してもよい：
Ｉ＝ＤＥ１・Ｉ０      （ｆ）
ここで、Ｉは第一の出力結合領域でアウトカップリングされた回折光の強度、Ｉ０はイニシャル強度、またＤＥ１は第一の出力結合領域の回折効率である。
【００８５】
Ｉ＝ＤＥ２・（Ｉ０−Ｉ）＝ＤＥ２・（Ｉ０−ＤＥ１・Ｉ０）＝Ｉ０・ＤＥ２・（１−ＤＥ１）      （ｇ）
ＤＥ２＝ＤＥ１／（１−１・ＤＥ１）      （ｈ）
ここで、ＤＥ２は第二の出力結合領域の回折効率である。
【００８６】
Ｉ＝ＤＥ３・（Ｉ０−２・Ｉ）＝ＤＥ３・（Ｉ０−２・ＤＥ１・Ｉ０）＝Ｉ０・ＤＥ３・（１−２・ＤＥ１）      （ｉ）
ＤＥ３＝ＤＥ１／（１−２・ＤＥ１）      （ｊ）
ここで、ＤＥ３は第三の出力結合領域等の回折効率である。次の一般的関係がそこから導きだされる：
ＤＥｎ＝ＤＥ１／（１−（ｎ−１）・ＤＥ１）      （ｋ）
（ｋ）
ＤＥｎは最大で１であるため、ＤＥ１は、最大で１／ｎで与えられる。
【００８７】
各出力結合領域で、吸収、および／または散乱により、強度がさらに損失するならば、例えば、ε≧１でＩの代わりにフラクションε・Ｉとすると、ｉｔｈ出力接合領域について次のように同様に従う：
ＤＥｉ＝ＤＥ１／（１−（ｉ−１）・ε・ＤＥ１）      （ｌ）
および
ＤＥｎ＝ＤＥ１／（１−（ｎ−１）・ε・ＤＥ１）      （ｍ）
および
ＤＥ１≦１／（ε・ｎ）      （ｎ）
一つに形成されたホログラフィック光学出力結合基板１０の代わりに、ホログラフィック光学出力結合基板は、互いに結合した多数の個別ホログラムから形成されてもよい。具体的には、個別ホログラムは、その回折効率ＤＥｉで、二ビーム干渉により書き込まれ、照射に適合された体積ホログラムでもよい。例えば、照射量の変化、例えば、シャドーイング、ビーム強度比（ビーム比）の変化、または、記録材料のダイナミックレンジを低減するように調整されたインコヒーレントの前露光、により、回折効率は修正されてもよい。
【００８８】
さらに、個別ホログラムは、三原色の赤、緑、および青の一つの放射のみを回折可能に形成されてもよい。三原色より多く、四原色（例えば「赤」、「緑」、「青」、および「黄」）等、を利用してもよいことは理解されよう。さらに、特別な色配列は、交互に配置された色点（例えば、赤と青ピクセルが交互のＲＧＢＧレイアウト）を用いてホログラフィック表示可能であり、特にこれは人間の目の感色性に順応する。
【００８９】
特定の選択レーザ波長のみを回折する個別ホログラムを複数用いることは、特に５μｍより大きい層厚みの感光性樹脂でなすことができる。例えば、三つの感光性樹脂層の厚み（それぞれ５μｍより厚い）を互いの上に積層でき、また、事前に各々書き込み可能である。仮に、少なくとも三つの色選択ホログラムの全てが、同時に、または連続的に、あるいは、時間的に一部重なって、この一つの感光性樹脂層に書き込まれるならば、５μｍより大きい一つの感光性樹脂層のみを用いることもまた可能である。上述のオプションの代わりとして、５μｍより小さい、好ましくは３μｍより小さい、また、特に好ましくは３μｍより小さく、かつ０．５μｍより大きい感光性樹脂層を用いることも可能である。この場合、好ましくは、電磁スペクトルの可視範囲のスペクトル中心と近い、または、指向性レーザ光を有する照明システムにおけるレーザの最長波長、およびレーザの最短波長の二波長の幾何的平均と近い、波長で、ただ一つの個別ホログラムが書き込まれる。
【００９０】
上述の層厚みの感光性樹脂において、導光基板端部の面法線に対する媒体への書込レーザビームの入射角は、全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）（例えば導光基板の屈折率ｎ１＝１．５で４１．８°）〜８５°で好適に調節されてもよい。経済的で十分に強いレーザ装置を得られることが同様に考慮される。二重周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｕｂｌｅｄ）、５３２ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４結晶レーザと、５１４ｎｍのアルゴンイオンレーザとが好ましい。
【００９１】
例えば、体積ホログラムの製造は、二つのビームの干渉により行われる。反射型体積ホログラムを大量複製するための他の方法では、マスターホログラム上に感光性物質が配置され、続いて、コヒーレント光によりコピーされる。ホログラムの製造は、ローリング複製により行われてもよい。
【００９２】
具体的には、特別な露光幾何を必要とするエッジ・ライト・ホログラムの製造を参照する。このような方法において、書込は、特別な光学的アダプタブロックに基づき行われる。
【００９３】
ホログラフィック光学出力結合基板１０は、指向性のレーザ光を有する本発明に係る照明装置４で製造可能であり、好ましくは、エッジ・ライト・ホログラムでもよい。この理由は、光波ガイドプレート／エッジ・ライト・ホログラムの組み合わせにおいて全反射で伝播する、導光基板で急角度な入射光を用いて機能できるためである。
【００９４】
図４は、本発明に係る照明装置４の別の例示的実施形態の概略図を示す。本例示的実施形態の照明装置４は、導光基板８の層厚み３８が薄い点で、先の例示的実施形態と特に異なる。具体的には、層厚み３８は、１００μｍ〜２ｍｍ、特に好ましくは３００μｍ〜１ｍｍである。対応する薄い層厚み３８によって、ホログラフィック光学出力結合基板１０を通るレーザビーム４０の経路の数を増加できる。出力結合領域１２の数ｎは、相応に増加する。この効果は、既に別方向へ回折した光ビーム４６が、拡散基板１４の拡散機能層で重なり合うことである。照明装置４の層厚みを、さらに低減できる。
【００９５】
図５は、本発明に係る照明装置４の別の例示的実施形態の概略図を示す。図５に係る例示的実施形態は、ホログラフィック光学出力結合基板１０が所定の発散角を備える点で、先の例示的実施形態と特に異なる。発散角は、外部のビーム構成部間の広がり角で定義され、そこにおいて光の最大強度の５０％が放射状に測定され、この場合好ましくは、５°〜６０°、特に好ましくは１０°〜４５°である。これは、別方向へ回折された光ビーム４６の著しい広がりを伴う。この効果は、既に別方向へ回折した光ビーム４６が、拡散基板１４の拡散機能層において重なり合うことである。照明装置４の層厚みを、さらに低減できる。
【００９６】
図６は、本発明に係る照明装置４の別の例示的実施形態の概略図を示す。図６に係る例示的実施形態は、ホログラフィック光学出力結合基板１０が、より大きい発散角と、指向性の光ビーム１０の入射角αとがさらに急角度である点で、先の例示的実施形態と特に異なる。この場合、導光基板８の面法線に対するレーザビーム４０の入射角αは、全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）（例えば、導光基板の屈折率ｎ１＝１．５で４１．８°）〜７５°、特に好ましくは６０°である。この効果は、既に別方向に回折した光ビーム４６が、拡散基板１４の拡散機能層で重なり合うことである。照明装置４の層厚みを、さらに低減できる。
【００９７】
図７は、本発明に係る例示的実施形態の他の概略図を示す。この例示的実施形態において、指向性の光ビーム４０（特にレーザビーム４０）のビーム幅５６は、先の例示的実施形態と比べて、導光基板８の層厚み程度である。この場合、照射されたレーザビーム４０の幾何的ビーム幅Ｓは、例えば０．１ｍｍ〜４ｍｍ、特に好ましくは０．３ｍｍ〜２ｍｍである。この効果は、既に別方向へ回折した光ビーム４６が、拡散基板１４の拡散機能層で重なり合い、また、ホログラフィック光学要素１０を通るビームの数ｎを小さく維持できることである。照明装置４の層厚みを、さらに低減できる。
【００９８】
先の例示的実施形態から、照明装置４を（例えば、層厚みの点で）最適化するため、様々な方法を実行可能であり、また、これらを互いに組み合わせ可能であることは明らかである。具体的には、本発明に係る照明装置４において、ホログラフィック光学出力結合基板１０から拡散基板１４の散乱層２０までの距離（図２参照）、導光基板８の層厚み３８（図４参照）、ホログラフィック光学出力結合基板１０の回折の発散角（図５参照）、指向性の光ビーム１１の入射角（図４と図６を参照）、および光ビームの幾何的ビーム幅５６（図７参照）の幾何的条件は、特に小さい層厚みを有する照明装置４を製造可能なように最適化されてもよく、これは同時に、拡散基板１４の拡散機能層２０において、既に別方向へ回折した光ビーム４６を互いに隣接させるか、または重なり合わせることを確実とする。
【００９９】
ホログラフィック光学出力結合基板１０と拡散基板１４との間の距離、特に拡散基板１４の散乱層２０までは、２０μｍ〜１ｃｍ、好ましくは５０μｍ〜４ｍｍ、特に好ましくは１００μｍ〜５００μｍでもよい。
【０１００】
図８ａと図８ｂはそれぞれ、本発明に係る照明システム２の別の例示的実施形態の別の概略図を示す。
【０１０１】
図８ａと図８ｂで示す例示的実施形態は、照明装置４と光変調装置６とを備える。ここで示す光変調装置６は、図１の光変調装置６と実質的に一致し、よって、繰り返しを避けるため、対応の記載を参照する。
【０１０２】
図８ａの照明装置４は、先に記載した例示的実施形態とは、拡散モジュール５８がホログラフィック光学出力結合基板１０と一体である点で特に異なる。別の拡散基板は必要ではない。これにより、特に、照明装置４の層厚み３９をさらに低減できる。具体的には、層厚み３９は、導光基板８の層厚み３８とホログラフィック光学出力結合基板１０の層厚みとの合計で実質的に決まる。
【０１０３】
既に記載したように、拡散ビームの広がりの光学的機能は、この場合ホログラフィック光学出力結合基板１０自体により実現される。本中間層２５は、先に記載した中間層２４、２６によって形成されてもよい。この場合同様に、拡散モジュール５８から放出される前に、既に別方向へ拡散したビームが重なり合う。
【０１０４】
本発明に係る照明装置４の例示的実施形態は、図８ｂに示すように、図８ａに示す例示的実施形態とは、ホログラフィック光学出力結合基板１０が導光基板８の反対の表面側に配置されている点で異なる。具体的には、この例示的実施形態において、ホログラフィック光学出力結合基板１０は光学的反射層１８に隣接する。
【０１０５】
図９に係る例示的実施形態において、十分大きい幾何的ビーム幅Ｓが用いられ、これは拡散モジュール５８とともに、拡散モジュール５８を備えるホログラフィック光学出力結合基板１０で均質な強度分布を可能とする。ホログラフィック光学出力結合基板１０は、さらに広範に散乱するように、レーザ光４０を光変調装置６方向に回折する。
【０１０６】
図８と図９で示す照明装置４の例示的実施形態は、拡散性回折がホログラフィック光学出力結合基板１０で起こる点で特に優れる。さらに、これは、ホログラフィック光学出力結合基板１０の（ほぼ）完全な照明が起こるとき有利である。後者は、光ビーム４０の適合された入力角と、その有効口径とを有する指向性の光ビーム４０を、また同様に導光基板８の層厚み３８を、ホログラフィック光学出力結合基板１０の完全な照明をなすよう選択することで達成できる。
【０１０７】
図１０は、導光基板８の指向性の光ビームの発散角と、ホログラフィック光学出力結合基板１０の受光角とを示す概略図である。図１０からわかるように、図示の三つの光ビーム４０、４１の中心光ビーム４１のみが、出力結合領域で別方向へ回折する。光ビーム４０は、光ビーム４１と（わずかに）異なる入射角を有し、回折しない。この効果は、ホログラフィック光学出力結合基板１０が、複数の周波数選択性の個別、または部分的ホログラムから形成されるとき、利用できる。例えば、異なるサブホログラムが、赤、緑、および青のレーザ光用に形成されてもよい。層厚みは、５μｍより大きく選択されてもよい。角度選択は、１°〜６°となるように調節されてもよい。本発明に係る本例示的実施形態において、ホログラフィック光学出力結合基板１０により効果的に光を別方向へ回折するため、レーザビームの広がりは、同様にこの範囲にある。非常に重要な利点は、色収差と色ごとの回折効率の個別順応による一般色順応を避けるため、順応の可能性である。具体的には、個別の色レーザごとに個別の角度選択範囲を選択的に割り当てること、または全色レーザに同じ角度選択範囲を割り当てることが可能である。
【０１０８】
各々が一つの原色をなす少なくとも三つの異なる個別ホログラフィック光学ホログラムは、同様に同じ層または複数の層内に同様に露光されてもよい。仮に、複数の層が用いられるならば、これらは互いの上に直接積層されるか、接着層により固着されてもよい。
【０１０９】
好ましくは、ホログラフィック光学出力結合基板１０の層厚みは、０．５μｍ〜５μｍの範囲で製造されてもよい。これにより、約５°〜３０°の選択角をなせる。この場合、ビームの広がりは、光源の取り付け精度に対する要求が低く、また、ただ一つの個別ホログラムの露光が必要であるという利点があり、これは全色に対し光をそらす。効率的に光を利用するため、レーザ光のビーム広がりを、ホログラフィック光学出力結合基板１０の角度選択範囲より小さくすることがさらに好ましい。
【０１１０】
本発明に係る照明装置４の他の例示的実施形態を、図１１に示す。例示的実施形態において、ホログラフィック光学出力結合基板１０は、指向性の光ビーム４０を空間光変調器（図示せず）上に斜めに向けるようになされる。この効果は、ＬＣディスプレイに対し斜めに立つ観察者だけに見えることである。特定用途のディスプレイ取り付けが、他の方法で不可能であるが、観察者が非中央位置からディスプレイを見るべき場合に有利である。この例としては自動車分野が挙げられる。
【０１１１】
図１２は、本発明に係る照明システムの他の例示的実施形態の概略図を示す。具体的には、透視図を記載する。図１２に示すように、多数の発光装置６０は、照明装置４（特に導光基板８）の端部６１上に配置されている。照明装置６０は、レーザ光源６０でもよい。
【０１１２】
図１２に示す構造は、ホログラフィック光学出力結合基板１０により、各レーザ光源６０にビームを別々に分けることができる。レーザ光源６０により局所的に生じる熱をより少なくし、またそれゆえ、より優れた熱分散が可能であるため、優れた熱管理を行うことが可能であるという利点がある。
【０１１３】
図１３は、本発明に係る照明システムの他の例示的実施形態の概略図を示す。具体的には、透視図を再度記載している。本例示的実施形態においては、先の例示的実施形態と比べ、照明装置６０（レーザ光源６０）を一つのみ必要とする。例えば、ＲＧＢレーザ６０を用いることができる。
【０１１４】
一つの発光装置６０に加えて、本照明システムは、さらなるホログラフィック光学出力結合基板６４を有するさらなる導光基板６２を備える。さらなる導光基板６２は、第一の導光基板８上に、横方向に配置される。具体的には、さらなる導光基板６２は、さらなるホログラフィック光学出力結合基板６４に光学的接触する。
【０１１５】
発光装置６０により、さらなる導光基板６２に結合される指向性の光ビーム６６（特にレーザビーム６６）は、まず、さらなる導光基板６０に沿って、上述したように多数の指向性の光ビーム４０（特にレーザビーム４０）に分かれ、これは続いて導光基板８に射し込まれる。
【０１１６】
第一の導光基板８（上述の通り）において、多数の光ビームが出力結合領域１２でアウトカップリングされる。本構造の利点は、ｎ＊ｍ光ビーム４０を一つのレーザビーム光源６０から発生できることである。複数のレーザ光源６０を用いてもよいことは理解されよう。これらは全て、例えば熱分散の向上を実現するため、および／またはさらに明るいディスプレイを製造するため、さらなる導光基板６２に結合される。導光基板８またはホログラフィック光学出力結合基板１０の背面または前面上に配置も可能である。
【０１１７】
導光基板８への所望の入射角αは、構成要素６０と６２をわずかに傾斜させることで調整可能である。あるいは、さらなるホログラフィック光学出力結合基板６４は、角度αで、８上で直交配列で、同時に放射するように露光されてもよい。
【０１１８】
図１４は、本発明に係る照明システムの他の例示的実施形態の概略透視図を示す。本例示的実施形態において、導光基板８に結合される前に、指向性の光ビーム（具体的にはレーザダイオードのレーザビーム６０）は、角度β（７０）で導光基板８の平面において一軸性に広がることができる。言い換えると、導光基板８に対し垂直方向でのレーザダイオード発光６０の自然発散を用いることができる。感光性樹脂層の厚み、および露光幾何の適切な選択でもって、光ビームの回折効率（図１４において前方（光ビーム７４）、または後方（光ビーム７２）へ進む）は、広角範囲における直線光ビーム４０のそれとほぼ同じ大きさに維持できる。対応する配置の利点は、均質な照明に必要なレーザダイオードを用いる数を著しく低減できることである。参照符６８は、ここでは入射角αを示す。
【０１１９】
図１５から図１９は、様々な導光基板に対するＫｏｇｅｌｎｉｋシミュレーション結果の概略図を示しており、入射角αの変化に対する受光角（角度Θで）、横方向の入射角β（７０）の変化に対する受光角（角度φで）、および、許容波長（μｍ）を用いている。具体的には、入射角α（図１４、参照符６８を参照）と、Ｋｏｇｅｌｎｉｋ理論に従う光波プレート面内の入射光の開き（図１４、参照符７０を参照）に応じて、回折効率の様々な組み合わせが定まる。
【０１２０】
図１５ａ〜ｃは、層厚み５μｍ、入力角α４５°、変調度０．０４と仮定した結果を示す。
【０１２１】
図１６ａ〜ｃは、層厚み３μｍ、入力角α４５°、変調度０．０４と仮定した結果を示す。
【０１２２】
図１７ａ〜ｃは、層厚み３μｍ、入力角α８５°、変調度０．０２２と仮定した結果を示す。
【０１２３】
図１８ａ〜ｃは、層厚み１μｍ、入力角α８５°、変調度０．０４と仮定した結果を示す。
【０１２４】
図１９ａ〜ｃは、層厚み１μｍ、入力角α８５°、変調度０．０６５と仮定した結果を示す。
【０１２５】
この光入力の場合、さらに好ましい範囲がある、すなわち、ホログラフィック光学出力結合基板１０の層厚みが少なくとも１μｍより小さいとき、ホログラフィック光学出力結合基板１０は、５００〜６００ｎｍの緑レーザで好ましくは記されたモノクロのホログラムにより形成されてもよい。同様に、ホログラフィック光学出力結合基板１０の層厚みは、少なくとも３μｍより小さくてもよく、同時に入射角αは、全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜６５°、好ましくは全反射角ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）〜５５°でもよい。
【０１２６】
仮に、ホログラフィック光学出力結合基板１０の層厚みが５μｍより大きいならば、または、仮に、ホログラフィック光学出力結合基板１０の層厚みが３μｍより大きく、かつ角度αが６５°より大きいならば、三つの個別ホログラフィック光学的要素（それぞれ、赤、緑、および青の三原色の一つ）が必要とされる。これらは、各層厚みである三つの個別の層に書き込まれてもよく、あるいは、単一の層に三つ全てが形成されてもよい。
【０１２７】
図１５から図１９のシミュレーションで例として示すように、必要な屈折率変調量Δｎはこの場合回折効率ＤＥで定まり、よって変化する。この場合、回折効率＝層厚みかける屈折率変調量である。ホログラフィック光学出力結合基板１０の回折効率は、上述したように変化するため、屈折率変調量は、所望の回折効率の最高値に好ましくは適合されてもよい。三つの個別の体積ホログラフィック要素が層内で露光されると、とりうる屈折率変調量は、これら三つの要素の和として分割される。
【０１２８】
ホログラフィック光学出力結合基板１０は、層厚み２μｍ〜３μｍでモノクロの露光により製造し、また、少なくとも４５°、かつ６５°より小さい入射角αを用いることが特に好ましい。
【０１２９】
本発明に係る照明システム２用に青色のみを放射するレーザ光源を用いることも、同様に可能である。カラーフィルタ３０において、色の変換は、この場合Ｑドット（量子ドット、高い選択波長性で短波長から長波長光に光を変換できる大きさの半導体微粒子）を用いる赤、および緑のイメージポイント用に行われ、このＱドットは、相応して赤または緑に変換する。本実施形態の利点は、カラーフィルタが光を吸収せず、変換のみを行うため、光効率が高いこと、または、青色光が影響しないことである。さらに、照明装置４の構成は、特にモノクロに（青に）最適化された出力結合基板１０を用いて、より簡易に構成されてもよい。この場合、非常に狭い周波数帯域のみを必要とするため、出力結合基板１０の層厚みに制限を要しないことは自明である。
【０１３０】
あるいは、カラーフィルタ３０の代わりに、中間層２４、および／または２６に、および／または、拡散基板１４に、および／または透光性基板１９に、および／または広範散乱層２０に、赤と緑に変換するＱドットの混合物とともにＱドットが用いられてもよい。この場合、変換カラーフィルタ３０が再度必要である。このような実施形態の利点は、Ｑドットがピクセル精度を有するカラーフィルタ３０に導入される必要がないことであり、また、照明装置４がさらに最適なモノクロを必要とだけすることである。
【０１３１】
本発明に係る照明システムは、指向性のレーザ光を有し、特に液晶ディスプレイに用いられてもよい。具体的には、このような照明システムは、小型で薄いデザインで、特に有利な色空間を有する電子ディスプレイでの利用に採用されてもよい。仮に、従来の背面ディスプレイ収容を取り除き、背面ミラー層１８を用いないならば、これら照明システムはまた、特に多用途の透光性ディスプレイに好適である。用途の例としては、店頭ディスプレイ、ウィンドウディスプレイの広告用途、空港、鉄道駅、および他の公共の場所の透光性情報パネル、自動車用途では、ルーフライナー、および情報ディスプレイとしてダッシュボードの中と上、またフロントウィンドウ、窓ガラス、透光性ドアを有する商業用冷蔵庫があり、また曲面ディスプレイとして構成されてもよい。
【０１３２】
さらに、これら照明システムは、対応の装置を特に小型ユニットに製造するため、携帯電話、スマートフォン、およびタブレットパソコンへの利用に好適である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
2015531964.tif 000020
【図１５ｃ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１８ａ】
2015531964.tif 000028
【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【国際調査報告】
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