(57)【要約】  照明システムが、縁端部照明導波路を用いる。底面は、前記光ガイドから反射器の方へ光をアウトカップルするための細長い光抽出機構のセットを持ち、前記反射器は、光を前記光ガイドの中へ後方反射する。前記光ガイドの上面は、前記照明システムの出力部として機能する。幾つかの例においては、それは、前記上面を出る光のビーム成形のために、前記光抽出機構のセットに実質的に直角に延在する細長いビーム成形機構のセットを持つ。
2018510468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と、底面と、前記上面と前記底面との間に延在する外側縁端部とを持つ光ガイド、
前記光ガイドの前記外側縁端部のうちの少なくとも１つの中へ光を結合するための照明装置、及び
前記底面の下に配設され、拡散反射機能を持つ反射器を有する照明システムであって、
前記光ガイドが、前記光ガイドから前記反射器の方へ光をアウトカップルするために前記底面に光抽出機構のセットを有し、各光抽出機構が、本質的に前記照明装置の全長にわたって、並行に延在する照明システム。
【請求項２】
前記光抽出機構が、長さl、最大幅w及び高さhを持つ柱状のものを有し、前記長さlが、前記幅w及び／又は前記高さhより少なくとも百倍大きい請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記光ガイドの前記底面と前記反射器との間に空隙を更に有し、前記空隙が、前記光抽出機構の間の平均ピッチより1.5倍大きい高さを持つ請求項１乃至２のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項４】
前記反射器が、白色拡散反射器、又は上にガウス拡散器を備える鏡面反射器である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項５】
前記光抽出機構が、光が前記光ガイドの中へ結合される縁端部に対して−５度と＋５度との間に延在する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項６】
細長い前記光抽出機構が、前記照明装置の長さと並行に延在する柱状のものを有し、各々が、矩形又は先細矩形断面を持つ請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項７】
前記光ガイドの材料が、屈折率nを持ち、
【数９】
2018510468.tif 000011
である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項８】
前記光抽出機構が、平均ピッチpで配設され、
【数１０】
2018510468.tif 000012
である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項９】
各光抽出機構が、１０度未満、より好ましくは、５度未満のテーパー角を持つ先細断面を持つ請求項６、７又は８に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記光抽出機構が、前記照明装置の長さと並行に延在する柱状のものを有し、各々が、半円形断面を持つ請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記光ガイドが、前記上面にビーム成形機構のセットを有し、前記ビーム成形機構の長さ方向が、前記上面を出る光のビーム成形のために、前記光抽出機構のセットに対して８５度と９５度との間に延在し、各ビーム成形機構が、前記上面に、或る外側縁端部から対向する外側縁端部まで本質的にフルに延在する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記ビーム成形機構が、プリズム構造を有する請求項１１に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記照明装置が、前記光ガイドの１つの縁端部又は対向する平行縁端部の対に設けられるLED装置を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１４】
上面と、底面と、前記上面と前記底面との間に延在する外側縁端部とを持つ光ガイドの少なくとも１つの外側縁端部の中へ光を結合するステップ、
前記底面に、本質的に前記照明装置の全長にわたって、並行に延在する光抽出機構のセットを用いて、前記光ガイドの前記底面から光をアウトカップルするステップ、
前記底面から排出される光を、拡散反射機能を持つ反射器を用いて反射し、それによって、反射拡散光を前記光ガイドの中へ返すステップ、及び
反射拡散光を出力光として前記光ガイドの前記上面から出すステップを有する照明方法。
【請求項１５】
前記光ガイドの前記上面からの出力光の供給が、前記上面に、或る外側縁端部から対向する外側縁端部まで本質的にフルに延在するビーム成形機構のセットの使用を含み、前記ビーム成形機構の長さ方向が、前記光抽出機構のセットに対して８５度と９５度との間に延在し、それによって、前記上面を出る前記出力光をビーム成形する請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力を規定するために光ガイドを用いる照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（別名導波路として知られている）光ガイドは、光ガイドでの全反射によって光を閉じ込める。これは、光が光ガイドに入る角度の制御、及び周囲の材料、典型的には空気の屈折率より高くなければならない適切な屈折率を備える材料の選択によって、達成される。
【０００３】
ディスプレイの背面照明及び前方照明のための縁端部照明光ガイド(edge lit light guide)は、よく知られており、それらは、安価且つロバストである。
【０００４】
既知の縁端部照明光ガイドは、光ガイドの表面全体にわたって最大限の一様性の光出力を供給するよう設計されている。
【０００５】
図１は、縁端部照明光ガイド１０の概略的な画像を示している。光ガイドは、上面１０ａ、底面１０ｂ及び横方向縁端部１０ｃを備える固体材料のスラブなどの導波路材料を有する。図１の断面図は横方向にとられているので図１においては見えない上部縁端部及び底部縁端部がある。光ガイドは、一般に、平面図において矩形である。
【０００６】
図１における左側から、光源１２からの光が注入され、光ガイドの底部に、幾つかの光アウトカップリング（即ち、光抽出）機構１４が配置される。角度θin未満の光が、高さHを持つ光ガイド内を伝搬する。この例におけるアウトカップリング機構１４は、２分の１頂点角度α、高さH及び幅wを持つハーフプリズムとして描かれている。
【０００７】
光ガイドは、例えばガラス又はポリカーボネートで作成されている誘電体スラブとして形成される。スラブにおいては、光が伝搬する間、境界における全反射が、光を閉じ込めておく。典型的には、光を注入するためにスラブの縁端部が用いられ、小さい光アウトカップリング機構１４が、局所的に、光を光ガイドの外へ結合する。光抽出は、散乱特性を持つ表面に光が当たる、あるいは、入射角が（法線に対する）臨界角より小さくなるように光がスラブ内を進む角度を変える表面に光が当たる場合に、達成される。
【０００８】
光ガイドは、現在、LCD背面照明に加えて、オフィス照明器具及びアウトドア照明においても用いられている。これらの新しいアプリケーションは、ディスプレイアプリケーションにおいて用いられる平らなスラブをベースにした光ガイドからの逸脱も意味している。
【０００９】
光ガイドは、LCD背面照明の例には望ましいように大きな表面積にわたって一様に光を拡散させるのに完璧に適している。
【００１０】
しかしながら、LEDをベースにした照明システムに適用される光ガイドは、グレアを十分に低いレベルに保つためにビーム成形も必要とする。UGR(unified glare rating)及び（照明器具表面の法線に対して６５度の視野角における照明器具のcd/m2単位の輝度である）所謂L65パフォーマンスなどのグレア規制は、（パート１が照明及び屋内仕事場に関する）EN-12464仕様書によって記載されている。
【００１１】
コリメートされてない光入力をベースにして、単一の光ガイドシステムを用いて、全ての方向において角度カットオフを備える低グレアビームを作成することは、可能ではない。
【００１２】
図２は、幾つかの照明器具及びバックライトにおいて用いられるような光ガイドシステムの別の例の構成を示している。それは、図１の例と同様に、光抽出機構１４を持つ。この例における光抽出機構１４は、透明な光ガイドプレートの外面にスクリーン印刷又はインクジェット印刷された塗料ドットを有する。この場合も先と同様に、光ガイドの（まっすぐな又は湾曲した）１つ以上の縁端部において光が注入される。
【００１３】
（典型的には1mm未満の）小さい塗料ドットが、サイズ又は密度において、表面にわたって変化する場合、視覚的に一様な発光面が最適化され得る。しかしながら、光は、光ガイドから非効率的なようにして抽出され、全ての角度方向において漏れ、高いグレアを与える。図２は、光ガイドの誤った側部から漏れる光を再利用するための反射器裏板２０も示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
それ故、全ての方向におけるカットオフの作成を可能にするが、コリメート光のインカップリングを必要としない、光ガイドをベースにした照明システムのニーズがある。
【００１５】
US2002135996は、光抽出機構を有する光ガイドパイプの縁端部に配設される光源を有する平らな光源装置であって、光ガイドにわたって光ガイドの裏側からの抽出光を向け直すよう構成される反射シートを更に有する平らな光源装置を開示している。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、請求項によって規定される。
【００１７】
例によれば、
上面と、底面と、前記上面と前記底面との間に延在する外側縁端部とを持つ光ガイド、
前記光ガイドの前記外側縁端部のうちの少なくとも１つの中へ光を結合するための照明装置、及び
前記底面の下に配設され、拡散反射機能を持つ反射器を有する照明システムであって、
前記光ガイドが、前記光ガイドから前記反射器の方へ光をアウトカップルするために前記底面に細長い光抽出機構のセットを有し、
各抽出機構が、本質的に前記照明装置の全長にわたって、並行に延在する照明システムが提供される。
【００１８】
この件に関して、「本質的に」は、前記照明装置の全長の少なくとも８０％を意味する。この件に関して、「細長い」は、前記光抽出機構が、前記光抽出機構の幅w及び／又は前記光抽出機構の高さhと比べて相対的に大きい長さlを持ち、例えば、lは、w及び／又はhの少なくとも１０倍、２０倍、５０倍又は１００倍、例えば、２５０倍であることを意味する。都合の良いことに、前記光抽出機構は柱状である。
【００１９】
前記光ガイドは、２つの機能を実施する。第１の機能は、光を、優先的に前記底面から、前記反射器の方へ抽出することである。反射後、同じ光ガイドが、光伝送プレートの役割を果たすよう機能する。それは、例えば、主に、法線に対して小さい角度（例えば、６０度未満）を持つ光を伝送してもよく、この光伝送が、次いで、ビーム成形機能を実施する。各光抽出機構が、本質的に前記照明装置の全長にわたって、連続的に延在するという特徴によって、前記光抽出機構の端面によってもたらされるクロストーク及び望ましくない反射／屈折に関するリスクが、US2002136996の既知の光抽出機構に起因するグレア（に関するリスク）と比べて減らされる。
【００２０】
この光ガイド及び反射器の構成は、例えば、前記ガイドの前記縁端部に接近して配置される標準的なコリメートされていない（「ランバート」）LEDからの光を用いることができる。従って、適切な動作システムを設計するために、光の事前コリメーションは必要とされない。しかしながら、例えばレーザ光源からのコリメート光の使用は同様に可能である。例えば、複数の着色レーザの使用は知られている。
【００２１】
前記上面を出る光のビーム成形のために、前記光抽出機構のセットに対して８５度と９５度との間に延在する細長いビーム成形機構のセットが前記上面にあってもよい。これらは、前記光出力の角度制御を供給するために用いられ得る。
【００２２】
このビーム成形機構のセットを持つ例の場合は、光出力特性は、前記反射特性、及び前記上面に前記ビーム成形機構のセットを含む前記光ガイドと新しく入射するビームの相互作用に依存する。この上面は、前記照明システムの光出力面として機能する。
【００２３】
前記光抽出機構のセット、前記反射器の特性及び前記システムの様々な構成要素の間隔の適切な設計によって、カスタマイズ可能な外観及びビームプロファイルを持つシステムが設計され得る。ビーム成形機構のセットが用いられる場合、それも前記光出力特性に影響を及ぼす。
【００２４】
前記光抽出機構と前記ビーム成形機構との直交性又はほぼ直交性は、前記底面上のものは、（それらが、インカップル光の入射方向を横切って配設されることから）主に、もともと中に結合されている光のアウトカップリングに有効であり、それらは、前記入射方向を含む面における角拡散に影響を及ぼすことを意味する。前記上面の前記ビーム成形機構は、主に、前記入射方向に対して垂直な面において出力ビームを成形する役割を果たす。それ故、それらは、一緒に、所望の3D方向光出力機能を達成するよう設計され得る。従って、全ての方向において選択されたカットオフを持つよう、オーダーメードのビームが設計され得る。
【００２５】
前記光ガイドは、ロープロファイルで作成されることができ、構成しやすい。それは、コリメーションなしのLEDなどの非コリメート光源を用いることを可能にする。
【００２６】
最初に前記導波路に入る光の少なくとも９５％、更により好ましくは少なくとも９８％が、前記底面から前記反射器の方へアウトカップルされ得る。これは、前記光ガイドの中の光に全反射を供給するよう前記上面を設計することによって、確実にされる。従って、幾らかの光の漏れは生じるだろうが、光は、故意に、前記底面からしか抽出されない。この光の漏れは、設計によって、５％未満に、又は２％未満にさえ保たれることができる。その場合、前記光出力特性は、前記反射器によって実施される拡散機能の設計、及び前記ビーム成形機構も用いられる場合には前記上面の前記ビーム成形機構の設計によって、制御されることができる。
【００２７】
前記光ガイドの前記底面と前記反射器との間には例えば空隙が設けられる。
【００２８】
この空隙のサイズは、前記上面の前記ビーム成形機構の必要とされる間隔に影響を及ぼし、従って、前記システムの全体的な設計の一部である。前記空隙の主な目的は、一様に照明される裏面反射器を作成し、斯くして、前記照明器具の一様な外観を作成することである。前記反射器の一様な照明及び一定のピッチ(p)のために、空隙サイズgについて、g>1.5pという関係が満たされ得る。
【００２９】
前記反射器は、白色拡散反射器であり得る。これは製造しやすい。他の例においては、上に拡散器を備える鏡面反射器であり得る。この拡散器は、非常に望ましいデルタ状強度パターンを（より良く）得るためのガウス拡散器を含み得る。
【００３０】
前記細長い光抽出機構は、好ましくは、光が前記光ガイドの中へ結合される縁端部とほぼ平行に（例えば、平行の５度の範囲内に）延在する。従って、前記細長い光抽出機構は、入って来る光に面し、最初に結合される光に対して光抽出機能を実施する。前記細長い光抽出機構は、前記照明装置の長さと並行に延在し、各々が矩形又は先細矩形断面を持つ細長い柱状のものを含み得る。他の例においては、それらは、半円形断面を持ち得る。この断面は、細長い長さ方向に対して垂直である。
【００３１】
最大幅w及び高さhを持ち、屈折率nを持つ前記光ガイドの材料を持つ矩形又は先細矩形の柱状のものの場合は、
【数１】
2018510468.tif 000003
という関係が満たされ得る。
この式は、
【数２】
2018510468.tif 000004
であり、且つ
【数３】
2018510468.tif 000005
であり、従って、
【数４】
2018510468.tif 000006
であることから、より簡単な形に書き直されることができる。式１と式２との組み合わせは、
【数５】
2018510468.tif 000007
をもたらす。
【００３２】
これらの関係は、ほぼ全ての光が、前記光が次いで前記反射器に渡される前に漏れ得る前記上面へ内部反射されないで、前記光抽出機構から抽出されることを可能にする。
【００３３】
前記柱状のものが平均ピッチp（前記ピッチは一定であり得る）で配設される場合には、好ましくは、
【数６】
2018510468.tif 000008
である。
【００３４】
これは、クロストークを減らすのに役立つ。
【００３５】
前記柱状のものが先細断面を持つ場合には、テーパー角は、好ましくは、１０度未満であり、より好ましくは、５度未満である。
【００３６】
前記光ガイドは、好ましくは、前記上面に、或る外側縁端部から前記或る外側縁端部に対向する外側縁端部まで本質的にフルに、即ち、少なくとも８０％にわたって延在する細長いビーム成形機構のセットを有し、前記ビーム成形素子の長さ方向は、前記上面を出る光のビーム成形のために、前記光抽出機構のセットに対して８５度と９５度との間に延在する。
【００３７】
前記細長いビーム成形機構は、好ましくは、光が前記光ガイドの中へ結合される縁端部に対して垂直に延在する。これは、前記細長いビーム成形機構が、前記導波路の中への光挿入方向と平行に延在し、それによって、最初にインカップルされる光に対して抽出機能を実施しないことを意味する。前記細長いビーム成形機構は、例えば、前記上面から離れる方を向いているプリズム頂点を持つ細長いプリズム構造を含み得る。
【００３８】
前記照明装置は、好ましくは、前記光ガイドの１つの縁端部又は対向する平行縁端部の対に設けられるLED装置を有する。
【００３９】
本発明は、
上面と、底面と、前記上面と前記底面との間に延在する外側縁端部とを持つ光ガイドの少なくとも１つの外側縁端部の中へ光を結合するステップ、
前記底面に、本質的に前記照明装置の全長にわたって、並行に延在する細長い光抽出機構のセットを用いて、前記光ガイドの前記底面から光をアウトカップルするステップ、
前記底面から排出される光を、拡散反射機能を持つ反射器を用いて反射し、それによって、前記反射拡散光を前記光ガイドの中へ返すステップ、及び
反射拡散光を出力光として前記光ガイドの前記上面から出すステップを有する照明方法も提供する。
【００４０】
この方法は、縁端部照明光ガイドから出力されるビーム形状の２つの直交方向における方向制御を可能にするために２つの順次光処理機能のための前記光ガイドを利用する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
ここで、単に一例として、添付図面を参照して本発明の実施例を記載する。
【図１】縁端部照明光ガイドを用いる既知のバックライト設計の第１例を示す。
【図２】縁端部照明光ガイドを用いる既知のバックライト設計の第２例を示す。
【図３】本発明の照明システムの斜視断面図を示す。
【図４】底面上の光抽出機構のセットの一例の幾何学的パラメータを示す。
【図５】底面を出る光の光強度分布を示す。
【図６】底面からの光抽出の効率が底面上の光抽出機構のセットの幾何学的配置にどのように依存するかを示す。
【図７】照明システムの上面からのあり得る光出力強度分布の一例を示す。
【図８】上面からの光出力の一様性を示す。
【図９】照明システムの上面からのあり得る光出力強度分布の別の例を示す。
【図１０】底面上の光抽出機構のセットの別の例の幾何学的パラメータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は、縁端部照明導波路の使用を含む照明システムを提供する。底面は、光を光ガイド内へ後方反射する反射器の方へ光ガイドからの光をアウトカップルするための細長い光抽出機構のセットを有する。照明システムから出力される光は、上面から出力される。上面は、上面を出る光のビーム成形のために、光抽出機構のセットに実質的に直角に延在する細長いビーム成形機構のセットを有してもよい。
【００４３】
本発明の基本機構は、図３に示されている。
【００４４】
照明システムは、例えば、平面図において矩形の（又は正方形の）形状を持ち、光学的に透明な材料のプレートとして形成される光ガイド３０を有する。光は、LEDのアレイ３２によって、１つの縁端部又は対向する縁端部の対から光ガイドに注入される。これらは、コリメート出力を必要とせず、例えば、ランバート光出力を発してもよい。
【００４５】
幾つかの例においては、光ガイドは、プレートの両面に光学機構を持つ。光ガイドは、1mm乃至4mmの範囲内の典型的な厚さを持ち、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）(PMMA)、ポリカーボネート(PC)又はガラスから作成され得る。周囲の縁端部の全てが、光学的に滑らかである。
【００４６】
光ガイド３０の下には反射プレート３４が設けられ、これは、拡散反射面、例えば、白色拡散反射面で形成され得る。反射面は、コーティングによって形成されてもよく、又は反射器は、白色拡散反射材料から形成されてもよい。
【００４７】
反射プレート３４と光ガイド３０との間には空隙３６が設けられる。
【００４８】
光ガイドは、底面に光抽出機構３８を有すると共に、ビーム成形機構４０を有し、光抽出機構３８の各々は、LEDのアレイの全長の少なくとも９０％にわたって並行に延在し、ビーム成形機構４０の各々は、上面に、対向する２つの縁端部３１の間の距離の事実上１００％にわたって延在する。上面は、光出力が投影される光ガイドの正面である。
【００４９】
上面上のビーム成形機構４０は、例えば、プリズム又はレンチキュラーレンズのような線形光学機構を有する。それらは、光が光ガイドに注入される１つ又は複数の縁端部を含む対向する縁端部の間に延在する方向に沿って向けられる。これは、図３においてx方向として示されている。
【００５０】
ビーム成形機構及び光抽出機構は、光ガイドの一体部分として形成されてもよく、又は別個のフィルム又は層として付されてもよい。
【００５１】
図３においては、線形プリズム４０が、光ガイドの上面に付されている又は形成されている。
【００５２】
一例として、プリズムは、1mmの底幅及び１１２度の頂点角度を持ち、対称であってもよい。
【００５３】
LEDも、x方向にそれらの光軸を持ち、故に、光ガイド内の全体的な光の方向は、x軸の方向である。LED出力は、コリメートされる必要がなく、故に、光ガイドの水平面（即ち、平面図）及び上から下までの面（即ち、図３に示されている視界）の両方においてx軸を中心とする出力角度範囲がある。それでも、この角度範囲は、直接、光ガイドの上部から外へ結合される光がない又はほとんどないように、十分に限定さていてもよい。
【００５４】
正面へのわずかな光の「漏れ」はあるだろうが、これは、性能に著しくは影響を及ぼさないだろう。幾らかの光線は、光ガイドにおいて複雑な経路を持つ。幾らかは、或る光抽出機構から他のものへ進み（「クロストーク」）、次いで、反射器の方へ進まずに、照明器具の正面の方へ光ガイドを通って伝えられるかもしれない。底部光抽出機構のh/wの十分に高い値は、漏れを非常に低いレベルまで減らすのに役立ち、即ち、h/wは、好ましくは、一般に漏れの量を多くとも２％に制限するよう、1.1以上2.7以下の範囲内である。
【００５５】
また、フレネル反射はこの漏れの一因となる。フレネル反射は、光ガイド表面に非反射コーティングを付すことによって、ほとんど除去され得る。
【００５６】
光ガイド内に捕えられ、線形上部ビーム成形構造４０に当たる光は、スラブと空気との境界面において全反射があることを確実にすることによって、光ガイドから漏れないだろう。これは、選ばれる線形構造のタイプ（例えば、プリズム又はレンチキュラー）に依存しない。
【００５７】
光学的なグレアの最も良い制御は、光ガイドの全上面がこれらの線形ビーム成形機構で覆われる場合に達成される。プリズム状機構の断面のサイズは、光学性能にとっては重要ではないが、照明器具の視覚的印象を決定する。それ故、（10乃至100μmの範囲内の断面寸法を持つ）超小型の機構が用いられ得るだけでなく、（mmの範囲内の）大きい機構も用いられ得る。光ガイドのサイズは、例えば、数百mmのオーダーであり、例えば、600mm×600mmが、天井タイル照明システムの典型的な寸法である。
【００５８】
光ガイドの底部は、上面上の線形ビーム成形機構４０に垂直に、即ち、y方向に向けられる矩形機構の形態の光抽出機構３８を持つ。それらは、図示されているようにx-z平面において、矩形断面を持つ。これは、光の全体的な伝搬方向に対して垂直である。一般に、矩形機構は、光ガイドの全幅（y方向）をカバーする。これらの光抽出機構４０の高さ／幅の比及びピッチは、照明システムの性能を決定する。
【００５９】
図４は、矩形光抽出機構の構造をより詳細に示している。示されているように、各光抽出機構は、（光出力方向に、即ち、プレートの面に対して垂直に、即ち、z方向に）高さhを持つと共に、x方向に幅w（又は先細形状の場合には最大幅w）を持つ。前記機構の間のピッチはpであり（又は前記ピッチが一定ではない場合には、平均ピッチはpであり）、プレートは、深さDを持つ。
【００６０】
光ガイドの裏側への全て、即ち、少なくとも９８％の光抽出、従って、多くとも２％の光の漏れのために、高さと幅の比は、少なくとも式１を満たすべきである。式１において、nは、光ガイド材料の屈折率である。
【数７】
2018510468.tif 000009
【００６１】
光抽出機構３８の間のピッチpは、別の設計パラメータである。前記機構が近すぎる場合、光学的クロストークが生じ、「誤った」角度を持つ光が、光ガイドの上面に伝わり、グレアを引き起こし得る。それ故、前記機構の間のピッチは、多すぎるクロストークの発生を防止するのに十分に大きくなければならない。ピッチの大まかなガイドラインは、
【数８】
2018510468.tif 000010
である。
【００６２】
図５のプロット線は、光ガイドの両対向縁端部上のLEDアレイに基づく、光ガイドの底面から漏れる光の強度プロファイルを示している。プロット線５０は、（反射器を持たない）光ガイドから漏れる光のx-z面における強度プロファイルである。強度プロファイルは、事実上全ての光が、光ガイドの底面へ抽出されることができることを示している。この場合もまた、超小型の構造（10乃至100μm）が用いられ得るだけでなく、大きい構造（mmの範囲）も用いられ得る。
【００６３】
図６は、高さと幅の比及びピッチの関数として上面への光の漏れのパーセンテージをグラフで示している。
【００６４】
プロット線６０は、ピッチ15mmの場合のものであり、プロット線６２は、ピッチ10mmの場合のものであり、プロット線６４は、ピッチ5mmの場合のものである。これらの３つのプロット線は、矩形断面形状の場合のものである。プロット線６６は、10mmのピッチであるが、形状が不等辺四辺形になるように、対向する辺に３度の傾斜角が付されている場合のものである。傾斜角は、図４においてβとして示されており、前記機構は、プレートから遠く離れた前記機構の端部におけるより細い寸法へ先細になる。
【００６５】
テーパー角は、例えば、１０度未満であり、より好ましくは、５度未満である。
【００６６】
所与のピッチにおいては、上面への光の漏れが最小限である最適な高さと幅の比がある。一般に、光の漏れは、１％未満に制限され得る。前記機構がわずかに先細である場合、光の漏れは増加するが、依然として許容範囲内である。
【００６７】
完成した照明システムは、光ガイド３０と、空隙３６と、反射器３４とを有する。光ガイドは、光を運び、光ガイドの裏側だけへ光を外へ結合する。その後、光は、反射器プレート３４において拡散的に散乱する。この散乱光は、光ガイドの上面（正面）上の線形プリズム機構を介して漏れる。
【００６８】
上面上のこれらのプリズム機構は、ビームを形成する。ビーム出力の例は図７に示されている。これは、白色拡散裏面反射器を備えると共に、
面積600mm×600mm、
ピッチp=1.5mm、
幅w=0.1mm、
高さと幅の比h/w=2、
プレート深さD=3mm、
上面プリズム底幅 = 1mm、
上面プリズム頂点角度 = １１２度、
空隙 = 25mm
を持つ照明システムに基づいている。
【００６９】
プロット線７０は、x方向における（即ち、x-z面において、上面プリズムの長さと平行な）強度分布を示しており、プロット線７２は、y方向における（即ち、y-z面において、底面突起部の長さと平行な）強度分布を示している。
【００７０】
示されているように、両直交方向における（それ故、それらの間の全ての方向における）出力ビームの角度制御がある。
【００７１】
光ガイドは２つの機能を実施する。第１に、光ガイドは、光を運び、片側だけの方へ光を外へ結合する。第２に、同じ光ガイドが、反射器によって拡散反射された光を伝送する光伝送プレートの役割を果たす。反射器特性及び随意の上面ビーム成形機構のビーム成形特性は、好ましい例においては、プレートの法線に対して例えば６０度未満の小さい角度を持つビームだけに対して光伝送を生じさせ得る。
【００７２】
図７において示されているビーム形状は、600mm×600mmの照明タイルに関し、典型的には、UGR = 17且つL65 = 2600cd/m2において4000lmを生成する。
【００７３】
このUGR及びL65の値は、オフィス照明のための現在のグレア基準(UGRmax = 19、L65 < 3000cd/m2)によって完全に受け入れられる。
【００７４】
図８は、一様性をグラフで表すために用いられている。図８は、照明システム上面を平面図（x-y面）で示すと共に、光ガイドの上面の真上の照度(lm/m2)を示している。図８は、照度をグレースケール画像（画像８０）として示しており、x軸に沿った強度対位置のグラフ（プロット線８２）及びy軸に沿った強度対位置のグラフ（プロット線８４）も有する。この例においては、一様性の変化は、照明システムの全領域にわたって１０％未満である。
【００７５】
上記の基本的な実施例に対して考えられる多くの変形例がある。多くの他の機構を下に記載する。
【００７６】
上面においては、ビーム成形機構４０を形成する多くの異なるタイプの線形構造が用いられ得る。例は、プリズム、レンチキュラー（レンズ状）構造、及びプリズム状構造とレンチキュラー構造との組み合わせである。表面構造は、非対称断面形状も持ち得る。
【００７７】
異なる色温度を持つLEDが用いられてもよい。光ガイドを通る、裏面反射器へ／からの相対的に長い光路のため、光混合は、優れている。
【００７８】
底面からの光アウトカップリング一様性及び光学効率は、x方向における光抽出機構の密度において勾配を作成することによって、最適化され得る。この方法においては、ピッチpが、x方向において変化する。他の例においては、一定のピッチで、光抽出機構のサイズが、（一定のh/w比を維持しながら）x方向において変化し得る。
【００７９】
光ガイドは、（空隙を用いる代わりに又は空隙を用いるだけでなく）反射器プレートに接着されてもよい。光抽出機構が十分に大きい（且つh/wが十分に大きい）場合には、光は、光抽出機構の上部にほとんど全く達しない。それ故、光案内積層体が構成され得る。
【００８０】
接着プロセスは、多くの場合、あまり正確且つ厳密ではないかもしれない。十分に高いh/w比は、アウトカップルされる光と接着層との間のあらゆる干渉の発生を防止する。
【００８１】
図９は、強度プロファイルがどのように変えられ得るかを示している。これは、例えば、反射性裏板の特性を変えることによって達成され得る。図９は、図７に対応するプロット線を示している。プロット線９０は、x方向における（即ち、x-z面において、上面プリズムの長さと平行な）強度分布を示しており、プロット線９２は、y方向における（即ち、y-z面において、底面突起部の長さと平行な）強度分布を示している。
【００８２】
図９は、図７のシステムと同じであるが、上部のガウス拡散器フィルムと組み合わされる鏡面反射性裏板（即ち、鏡面）を備え、それらの間に光学的接触がないシステムに関する。このフィルムは、平行光ビームを、この例においては２０度のガウス拡散σを持つ、ガウス分布に広げる。
【００８３】
従って、図９の応答を示す設計は、
面積600mm×600mm、
ピッチp=1.5mm、
幅w=0.1mm、
高さと幅の比h/w=2、
プレート深さD=3mm、
上面プリズム底幅 = 1mm、
上面プリズム頂点角度 = １１２度、
空隙 = 25mm
を持つ。
【００８４】
図９に示されているように、非常に望ましいデルタ状強度パターンが得られる。光ガイドが、１つのインカップリング側面にしかLEDを持たない場合には非対称ビーム形状が得られるのに対して、図９は、対向するLED構成に基づいて対称応答を示す。
【００８５】
裏面反射器はまた、スクリーン印刷される又は3D印刷される反射機構によって修正されてもよい。反射器は、ルミネッセンス材料も含んでもよい。このルミネッセンス反射器は、この波長変換材料を励起することが可能な光源（例えば、青色LED）と組み合わされ得る。
【００８６】
上の例は、底面上の矩形又は先細矩形光抽出機構を利用する。図１０は、半円形断面形状を持つ半円柱の形態の光抽出機構１００を示している。
【００８７】
上面上のビーム成形機構は、非常に小さく、浅くてもよく、例えば、繊細な線形（装飾）構造を規定してもよい。上面上のビーム成形機構の光学機能は低下させられるので、照明システムによって生成される強度プロファイルは、例えば、ランバートプロファイルに向かう傾向がある。
【００８８】
極限においては、例えば、ランバート強度プロファイルが望ましい場合には、上面上に如何なるビーム成形機構もないかもしれない。その場合、光学機能は、主に反射器の特性によって実現される。従って、光ガイドの上面上のビーム成形機構は、必須でない。
【００８９】
照明器具の外観は、光抽出機構及びビーム成形機構の配置、並びに裏面反射器のタイプ（金属プレート上のスクリーン印刷された白色パターンなど）によって影響を及ぼされ得る。底面上の光抽出機構は、様々な長さのものであってもよく、様々なパターン及び配置で配設されることができる。底面上の光抽出機構は、y方向に向けられるべきである。
【００９０】
本発明は、関心がある場合には、屋内及び屋外LED照明システムの両方のためのものである。上で示されている例は、オフィス照明システムにフォーカスしているが、本発明は、このようなアプリケーションに限定されるよう意図されてはいない。
【００９１】
請求項に記載の発明を実施する当業者は、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する他の変形を、理解し、達成し得る。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数の存在を除外しない。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。
【図１】
2018510468.tif 000013
【図２】
2018510468.tif 000014
【図３】
2018510468.tif 000015
【図４】
2018510468.tif 000016
【図５】
2018510468.tif 000017
【図６】
2018510468.tif 000018
【図７】
2018510468.tif 000019
【図８】
2018510468.tif 000020
【図９】
2018510468.tif 000021
【図１０】
2018510468.tif 000022
【国際調査報告】
2018510468.tif 000023
2018510468.tif 000024
2018510468.tif 000025