(57)【要約】  導光体は、少なくとも１つの光放出面と少なくとも１つの光結合面とを有し、光結合面の少なくとも一部が等角螺旋曲率を有する。導光体に光結合された少なくとも１つの光源を含む光学アセンブリ、ならびにこうしたアセンブリを含む表示装置、照明装置および電子装置も、本明細書に開示する。
2020518966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光体であって、
少なくとも１つの光放出面と少なくとも１つの光結合面とを有し、前記少なくとも１つの光結合面の少なくとも一部が等角螺旋曲率を有する、
導光体。
【請求項２】
前記導光体は、
第１の主面、
反対側の第２の主面、および
少なくとも１つのエッジ面
を有する導光体プレートを含み、前記少なくとも１つのエッジ面が前記光結合面を含む、
請求項１記載の導光体。
【請求項３】
前記導光体は、
第１の主面、
反対側の第２の主面、および
エッジ面
を有する導光体ディスクを含み、前記エッジ面が前記光結合面を含む、
請求項１記載の導光体。
【請求項４】
前記第２の主面が前記光放出面を含む、
請求項２または３記載の導光体。
【請求項５】
前記導光体はさらに、前記第１の主面にパターニングされた、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび反射性材料のうち少なくとも１つを含む、
請求項１から４までのいずれか１項記載の導光体。
【請求項６】
反射層が、前記第１の主面に配置されており、前記第１の主面にパターニングされた色変換媒体を少なくとも部分的にカプセル化している、
請求項４記載の導光体。
【請求項７】
前記導光体は、
内壁面、
外壁面、および
少なくとも１つのエッジ面
を有する導光体アニュラスを含み、前記少なくとも１つのエッジ面が前記光結合面を含む、
請求項１記載の導光体。
【請求項８】
前記導光体は、
第１の端面、
第２の端面、
外壁面、および
エッジ面
を有する導光体ロッドを含み、前記エッジ面が前記光結合面を含む、
請求項１記載の導光体。
【請求項９】
前記第１の端面、前記第２の端面および前記外壁面のうち少なくとも１つが前記光放出面を含む、
請求項８記載の導光体。
【請求項１０】
請求項１記載の導光体に光結合された少なくとも１つの光源を含む光学アセンブリ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの光源は、プリント回路板にボンディングされている、
請求項１０記載の光学アセンブリ。
【請求項１２】
前記光学アセンブリはさらに、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび反射性材料のうち少なくとも１つがパターニングされた主面を有する透明基板を含む、
請求項１０または１１記載の光学アセンブリ。
【請求項１３】
前記主面に色変換媒体がパターニングされており、反射層が前記色変換媒体を少なくとも部分的にカプセル化している、
請求項１２記載の光学アセンブリ。
【請求項１４】
前記光学アセンブリはさらに、前記導光体の前記少なくとも１つの光放出面の近くに配置された拡散層を含む、
請求項１０から１３までのいずれか１項記載の光学アセンブリ。
【請求項１５】
請求項１０から１４までのいずれか１項記載の光学アセンブリを含む、表示装置、照明装置または電子装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、米国特許法第１１９条のもとに２０１７年５月３日付にて提出された米国特許仮出願第６２／５００７７５号および２０１７年１１月２９日付にて提出された米国特許仮出願第６２／５９２１４７号の優先権の利益を主張するものであり、各出願の内容は本願の依拠するところであって、引用によりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、等角螺旋曲率を有する少なくとも１つの光結合面を有する導光体、ならびにこうした導光体を含む表示装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、種々の電子機器、例えば携帯電話機、ラップトップ、電子タブレット、ＴＶおよびコンピュータモニタで一般に使用されている。在来型のＬＣＤは、典型的に、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）および色変換素子、例えば発光体または量子ドット（ＱＤ）を含む。ＬＥＤはまた、照明の用途、例えば照明器具において色変換素子と組み合わせても使用可能である。例えば、ＬＥＤからの青色光は、通過の際に光の幾分かを緑色光および／または赤色光へ変換可能な色変換媒体を通して配向可能である。青色光、緑色光および赤色光の組み合わせは、人間の目には白色光として知覚される。
【０００４】
色変換素子、例えば発光体およびＱＤは変換光において１００％の量子効率を有さず、光エネルギの幾分かが色変換素子により熱として吸収されうる。付加的に、色変換プロセス自体が、例えば短波長から長波長への変換の際のストークスシフトに起因して熱を生じうる。幾つかのケースでは、吸収光の２０％から４０％までが熱に変換される。過剰な熱は色変換素子を劣化させることがあるので、生じた熱を放散させて色変換素子を所望の動作温度内に維持するための適切な冷却経路またはヒートシンク経路を確立することが重要となりうる。発光体材料は中等の温度（例えば約３００℃まで）で動作可能であるが、ＱＤ材料は温度敏感性がきわめて高く、約１００℃超の温度で劣化作用を受けることがある。
【０００５】
ＱＤの温度敏感性のために、従来のバックライトユニット（ＢＬＵ）は、一般に、ＱＤとＬＥＤとの近接性および／または直接の接触を回避するように構成されている。こうした構成は「リモート」構成と称されうる。例えば、図１のＬＣＤアセンブリに示したように、ＱＤは、プリント回路板（ＰＣＢ）３に配置されたＬＥＤアレイ２の上方に（ただし物理的に直接には接触せずに）配置可能なガラスもしくはポリマーのチューブ、細管、シートもしくはフィルム、例えばＱＤＥＦ（QD enhancement film）１の形態で提供されることが多い。したがって、ＬＥＤ２から放出された光４は、液晶（ＬＣ）パネル５への走行の際に、ＱＤを通過可能である。ＢＬＵ６はさらに、ＬＥＤによって生じた熱を放散可能な、ＰＣＢに取り付けられたヒートシンク７を含むことができる。
【０００６】
しかし、当該アセンブリは、ＱＤからの熱が、主としてＬＥＤとＱＤＥＦとの間のギャップを通過する自然対流または強制対流の空気力８によって放散されるため、充分な冷却を提供できない。ＱＤＥＦ自体の伝熱性は比較的低く、ヒートシンク７との直接の熱接触からの利益も得られない。このため、ＬＣＤアセンブリは、不所望にも表示または照明の輝度の全体的な低下を生じさせうる熱劣化からＱＤを保護するため、低い光強度および／または出力で動作可能である。付加的に、こうしたアセンブリは、ＱＤがアレイ内の個々の各ＬＥＤの上方のみに離散的に配置されるのではなく、ＬＥＤアレイ全体にわたって均一に分散されるため、大きな材料無駄を生じさせうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、材料無駄を省くことができ、これによりこうした装置のコストを低減可能な、パターニングされた色変換媒体を含む光学アセンブリを提供することは有利である。また、色変換媒体によって生じた熱を放散可能なヒートシンク経路または他の冷却機構を含む光学アセンブリを提供することも有利である。さらに、全厚さが低減された光学アセンブリを提供することも有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、種々の実施形態において、導光体に関しており、当該導光体は、少なくとも１つの光放出面と少なくとも１つの光結合面とを有し、少なくとも１つの光結合面の少なくとも一部が等角螺旋曲率を有する。
【０００９】
導光体は、幾つかの実施形態において、第１の主面、反対側の第２の主面および少なくとも１つのエッジ面を有するプレートを含むことができ、少なくとも１つのエッジ面が光結合面を含む。代替の実施形態では、導光体は、第１の主面、反対側の第２の主面およびエッジ面を有するディスクを含むことができ、エッジ面が光結合面を含む。導光体のプレートまたはディスクの第２の主面は、光放出面を含むことができる。導光体のプレートまたはディスクの第１の主面は、色変換媒体、光散乱フィーチャ、および反射性材料のうち少なくとも１つを有するようにパターニング可能である。反射層は、第１の主面にパターニングされた色変換媒体を少なくとも部分的にカプセル化可能である。
【００１０】
種々の実施形態によれば、導光体は、内壁面、外壁面および少なくとも１つのエッジ面を有するアニュラスを含むことができ、少なくとも１つのエッジ面が光結合面を含む。幾つかの実施形態では、外壁面が光放出面を含む。付加的な実施形態では、アニュラスは中空円筒を含む。別の実施形態によれば、導光体は、第１の端面、第２の端面、外壁面およびエッジ面を有するロッドを含むことができ、エッジ面が光結合面を含む。第１の端面、第２の端面および外壁面のうち少なくとも１つが、光放出面を含むことができる。
【００１１】
導光体に光結合された、例えば少なくとも１つの光結合面に光結合された、少なくとも１つの光源を含む光学アセンブリも、本明細書に開示する。種々の実施形態において、少なくとも１つの光源はプリント回路板にボンディングされている。光学アセンブリは、所定の実施形態では、さらに、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび反射性材料のうち少なくとも１つがパターニングされた主面を有する透明基板を含むことができる。反射層が、少なくとも部分的に、透明基板の主面にパターニングされた色変換媒体をカプセル化可能である。非限定の実施形態によれば、光学アセンブリはさらに、導光体の少なくとも１つの光放出面の近くに配置された拡散層を含むことができる。
【００１２】
光学アセンブリは、例えば、約１０ｍｍ未満または約５ｍｍ未満の厚さを有する積層体を含むことができる。導光体および／または透明基板は、ガラス、プラスチックまたはこれらの組み合わせを含むことができる。こうした導光体および光学アセンブリまたはこれらのアレイを含む、表示装置、照明装置および電子装置も、本明細書に開示する。
【００１３】
開示の付加的な特徴および利点を以下の詳細な説明に記載するが、その一部は、こうした説明から当該分野の技術者に容易に理解され、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲および添付の図面を含めて、本明細書に記載した方法を実施することにより、当該分野の技術者に認識されるであろう。
【００１４】
上述した一般的な説明および以下の詳細な説明の双方により開示の種々の実施形態を提示しているが、これらは特許請求の範囲の本質および特性を理解するための概観または枠組みの提供を意図していることを理解されたい。添付の図面は開示のより深い理解の提供のために設けられ、本明細書に組み込まれてその一部を成すものである。各図面は開示の種々の実施形態を示しており、説明と共に、開示の基本方式および動作を説明するために用いる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下の詳細な説明は、以下の図面と関連して読まれる場合により深く理解可能であり、図面中、可能な箇所では、同様の要素への言及に同様の参照番号を用いている。
【図１】ＬＣＤアセンブリの一例を示す図である。
【図２Ａ】開示の実施形態による導光体プレートを示す側面図である。
【図２Ｂ】開示の実施形態による導光体プレートを示す平面図である。
【図２Ｃ】開示の実施形態による導光体プレートを示す斜視図である。
【図３Ａ】開示の実施形態による導光体ディスクを示す側面図である。
【図３Ｂ】開示の実施形態による導光体ディスクを示す平面図である。
【図３Ｃ】開示の実施形態による導光体ディスクを示す斜視図である。
【図４Ａ】開示の実施形態による導光体アニュラスを示す側面図である。
【図４Ｂ】開示の実施形態による導光体アニュラスを示す平面図である。
【図４Ｃ】開示の実施形態による導光体アニュラスを示す斜視図である。
【図５Ａ】開示の実施形態による導光体ロッドを示す側面図である。
【図５Ｂ】開示の実施形態による導光体ロッドを示す平面図である。
【図５Ｃ】開示の実施形態による導光体ロッドを示す斜視図である。
【図６】開示の別の実施形態による、等角螺旋曲率を有する少なくとも１つのエッジを含む導光体プレートでの内部全反射を示す図である。
【図７】開示の種々の実施形態による一定の入射角曲線の形成に使用される座標系を示す図である。
【図８】開示の付加的な実施形態による一定の入射角曲線を示す図である。
【図９】等角螺旋曲率を有する、切頭された光結合面を有する導光体を示す図である。
【図１０】２つの等角螺旋曲率プロフィルを有する光結合面を有する導光体を示す図である。
【図１１Ａ】単一の等角螺旋曲率プロフィルを有する光結合面の光線追跡経路を示す図である。
【図１１Ｂ】複数の等角螺旋曲率プロフィルを有する光結合面の光線追跡経路を示す図である。
【図１２Ａ】図１１Ａに示した光線追跡経路の拡大図である。
【図１２Ｂ】図１１Ｂに示した光線追跡経路の拡大図である。
【図１３】単一の等角螺旋曲率プロフィルおよび複数の等角螺旋曲率プロフィルを有する光結合面を有する導光体に対する、光源の位置合わせの許容差のプロットを示すグラフである。
【図１４Ａ】色変換媒体がパターニングされた主面を有しかつ反射層を含む導光体プレートを示す側面図である。
【図１４Ｂ】色変換媒体および反射性材料がパターニングされた主面を有する導光体プレートを示す側面図である。
【図１４Ｃ】色変換媒体がパターニングされた主面を有しかつ反射層を含む基板を示す側面図である。
【図１５】導光体および基板の組み合わせを含む光学アセンブリを示す図である。
【図１６Ａ】色変換媒体がパターニングされた基板を示す平面図である。
【図１６Ｂ】色変換媒体および反射性材料がパターニングされた基板を示す平面図である。
【図１６Ｃ】色変換層および反射層を含む多層基板を示す斜視図である。
【図１７】開示の種々の実施形態による光学アセンブリを示す図である。
【図１８】開示の他の実施形態による光学アセンブリアレイを示す図である。
【図１９】開示の他の実施形態による光学アセンブリアレイを示す図である。
【図２０Ａ】開示の所定の実施形態による光学アセンブリの光放射強度プロフィルを示す図である。
【図２０Ｂ】開示の所定の実施形態による光学アセンブリの光放射強度プロフィルを示す図である。
【図２０Ｃ】開示の所定の実施形態による光学アセンブリの光放射強度プロフィルを示す図である。
【図２１Ａ】開示の別の実施形態による光学アセンブリの光放射強度プロフィルを示す図である。
【図２１Ｂ】開示の別の実施形態による光学アセンブリの光放射強度プロフィルを示す図である。
【図２１Ｃ】開示の別の実施形態による光学アセンブリの光放射強度プロフィルを示す図である。
【図２１Ｄ】開示の別の実施形態による光学アセンブリの光放射強度プロフィルを示す図である。
【図２２】開示の種々の実施形態による光学アセンブリを示す図である。
【図２３Ａ】開示の非限定の実施形態による光学アセンブリの出力照射プロフィルを示す図である。
【図２３Ｂ】開示の非限定の実施形態による光学アセンブリの出力照射プロフィルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、導光体、光学アセンブリ、その構成要素およびその特徴または特性の例示的実施形態を示した図２〜図２２を参照して、開示の種々の実施形態を検討する。当該アセンブリを含む表示装置および照明装置も本明細書に開示する。以下の一般的な説明は、特許請求の範囲に挙げたアセンブリおよび装置の概観の提供を意図しており、開示を通して、非限定の図示の実施形態を参照しつつ、種々の態様をより具体的に検討する。各実施形態は開示の文脈において相互に交換可能である。
【００１７】
導光体
本明細書に開示するのは、少なくとも１つの光放出面と少なくとも１つの光結合面とを有し、少なくとも１つの光結合面の少なくとも一部が等角螺旋曲率を有する、導光体である。導光体を構成可能な適切な材料には、光学的透過性材料、例えばガラスおよびプラスチックが含まれる。本明細書に使用しているように、「透過性」なる語は、導光体、基板または材料が１ｍｍの経路長にわたって測定されたスペクトル（約４２０〜７５０ｎｍ）の可視領域において約８０％超の光透過率を有することの表示を意図している。例えば、例示の透過性の導光体、基板または材料は、可視光領域に、当該範囲およびその内部の下位範囲の全てを含め、約８５％超、例えば約９０％超、または約９５％超の光透過率を有することができる。
【００１８】
適切な透過性材料には、例えば、ディスプレイおよび他の電子装置で使用される当該分野で公知の任意のガラスが含まれてよい。例示のガラスには、以下に限定するものではないが、アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、アルカリホウケイ酸塩ガラス、アルミノホウケイ酸塩ガラス、アルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスおよび他の適切なガラスが含まれてよい。ここでの基板は、種々の実施形態において、化学的に強化可能かつ／または熱的に強化可能である。市販入手可能な適切な基板の非限定の例には、幾つかを挙げるのみであるが、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社のＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）、Ｌｏｔｕｓ（商標）、Ｉｒｉｓ（商標）、Ｗｉｌｌｏｗ（登録商標）およびＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）が含まれる。非限定の幾つかの実施形態によれば、イオン交換によって化学的に強化されたガラスが基板として好適でありうる。他の実施形態では、ポリマー材料、例えばプラスチック（例えばポリメチルメタクリレート「ＰＭＭＡ」、メチルメタクリレートスチレン「ＭＳ」またはポリジメチルシロキサン「ＰＤＭＳ」）が適切な透過性材料として使用可能である。
【００１９】
図２〜図５は、非限定の種々の導光体１００Ａ〜１００Ｄを示しており、それぞれ少なくとも１つの光放出面と少なくとも１つの光結合面とを有し、光結合面の少なくとも一部が等角螺旋曲率を有する。図２によれば、導光体１００Ａは、少なくとも１つのエッジ面１０３を有するシートまたはプレートの形態であってよい。導光体プレート（ＬＧＰ）１００Ａは、第１の主面１０１および反対側の第２の主面１０２を有し、これらのいずれかが光放出面として動作可能である。図示の実施形態では、第２の主面１０２が光放出面として使用可能であり、エッジ面１０３が光結合面として使用可能である。エッジ面１０３の少なくとも一部は、等角螺旋曲率が得られるように整形されている。図２Ａ〜図２Ｃは、２つの光結合面（例えばエッジ面１０３）を有する対称かつ長方形のＬＧＰ１００Ａを示しているが、ＬＧＰ１００Ａは、４つ未満または４つ超のエッジを有する対称な形状および非対称な形状を含む、任意の規則的なもしくは不規則な多角形状、例えば三角形、正方形、ひし形、台形、五角形、六角形および他の適切な形状を有しうることを理解されたい。少なくとも１つの曲線エッジ面１０３を含む形状も、本明細書では企図している。付加的に、第１の主面１０１および第２の主面１０２は、図２Ａ〜図２Ｃではプレーナかつ平行として示されているが、これらの面のそれぞれが曲率の１つもしくは複数の軸線を含んでよく、かつ／または相互に平行でなくてよいことを理解されたい。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｃに示したように、導光体１００Ｂは、エッジ面１０３を有するディスクの形態であってもよい。図２Ａ〜図２Ｃと同様に、導光体ディスク１００Ｂも第１の主面１０１および反対側の第２の主面１０２を有することができ、これらのいずれかが光放出面として動作可能である。図示の実施形態では、第２の主面１０２が光放出面として使用可能であり、エッジ面１０３が光結合面として使用可能である。エッジ面１０３の少なくとも一部は、等角螺旋曲率が得られるように整形されている。図３Ａ〜図３Ｃは対称かつ円形の導光体ディスク１００Ｂを示しているが、ディスク１００Ｂは、対称の形状および非対称の形状を含む、曲線エッジ面を含む任意の規則的なもしくは不規則な形状、例えば円形、オーバル形および他の自由な曲線形状を有しうることを理解されたい。付加的に、第１の主面１０１および第２の主面１０２は、図３Ａ〜図３Ｃではプレーナかつ平行として示されているが、これらの面のそれぞれは曲率の１つもしくは複数の軸線を含んでよく、かつ／または相互に平行でなくてよいことを理解されたい。
【００２１】
図４Ａ〜図４Ｃによれば、導光体１００Ｃは付加的に、エッジ面１０３、外壁面１０４および内壁面１０４’を有する中空アニュラスの形態であってよい。図示の実施形態では、外壁面１０４が光放出面として使用可能であり、エッジ面１０３が光結合面として使用可能である。エッジ面１０３の少なくとも一部は、等角螺旋曲率が得られるように整形されている。図４Ａ〜図４Ｃは、円形の断面形状を有する対称かつ円筒状の導光体アニュラス１００Ｃを示しているが、アニュラス１００Ｃは、１つもしくは複数の直線エッジもしくは曲線エッジを有する対称の形状および非対称の形状を含む、任意の規則的なもしくは不規則な断面形状、例えば円形、オーバル形、三角形、正方形、ひし形、台形、五角形、六角形および他の適切な断面形状を有してよいことを理解されたい。
【００２２】
図５Ａ〜図５Ｃによれば、導光体１００Ｄはさらに、エッジ面１０３、外壁面１０４、第１の端面１０６および第２の端面１０７を有するロッドの形態であってよい。図示の実施形態では、外壁面１０４、第１の端面１０６および／または第２の端面１０７が光放出面として使用可能であり、エッジ面１０３が光結合面として使用可能である。エッジ面１０３の少なくとも一部は、等角螺旋曲率が得られるように整形されている。図５Ａ〜図５Ｃは、円形の断面形状を有する対称かつ円筒状の導光体ロッド１００Ｄを示しているが、ロッド１００Ｄは、１つもしくは複数の直線エッジもしくは曲線エッジを有する対称の形状および非対称の形状を含む、任意の規則的なもしくは不規則な断面形状、例えば円形、オーバル形、三角形、正方形、ひし形、台形、五角形、六角形および他の適切な断面形状を有してよいことを理解されたい。
【００２３】
概して図２〜図５によれば、参照を容易にするために、エッジ面１０３が凸曲面を有するように一般的に図示してあるが、その等角螺旋曲率の特定の性質および得られる形状を、以下でより詳細に検討する。等角螺旋曲率は、２０１６年６月８日付にて提出された米国特許仮出願第６２／３４７３５１号においても検討されており、この出願は引用によりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。
【００２４】
導光体の光結合面（例えばエッジ面１０３）の曲率は、幾つかの実施形態では、導光体に光結合された光源が放出した光の所望の光路に依存する。例えば、図６によれば、光結合面１０５の曲率は、導光体１００に光結合された光源（例えばＬＥＤ）１１１から放出された光１１０が、光結合面１０５の内側１０５’に、臨界角よりも大きな角度で当たり、内部全反射（ＴＩＲ）によって導光体内に「トラップ」されるように設計可能である。本明細書に使用しているように、「光結合」なる語は、光源が、導光体への光の導入または入射のために導光体に対して相対的に配置されていることの表示を意図している。光源は導光体に、たとえその部品と物理的に直接に接触しなくとも、光結合可能である。幾つかの実施形態では、光源は少なくとも１つの光結合面１０５に光結合可能である。種々の実施形態によれば、例えば図６に示したように、光源１１１は、光が光結合面１０５の内側１０５’に入射するよう、導光体１００の、光結合面１０５近くの第１の主面１０１またはその近傍に配置可能である。
【００２５】
内部全反射（ＴＩＲ）は、第１の屈折率を有する第１の材料（例えばガラス、プラスチック等）内を伝搬する光が、第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する第２の材料（例えば空気等）との界面で完全に反射可能となる現象である。ＴＩＲは、屈折率の異なる２つの材料間の界面での光の屈折を記述するスネルの法則、すなわち
【００２６】
【数１】
2020518966.tif 000003
【００２７】
を使用して説明可能である。スネルの法則によれば、ｎ１は第１の材料の屈折率であり、ｎ２は第２の材料の屈折率であり、θｉは界面への法線に対する、界面での入射光の角度（入射角）であり、θｒは当該法線に対する屈折光の屈折角である。屈折角（θｒ）が９０°であって、例えばｓｉｎ（θｒ）＝１である場合、スネルの法則は、
【００２８】
【数２】
2020518966.tif 000004
【００２９】
として表現可能である。当該条件のもとでの入射角θｉは臨界角θｃとも称されうる。当該臨界角より大きい入射角（θｉ＞θｃ）を有する光は第１の材料内で内部全反射し、これに対して、当該臨界角以下の入射角（θｉ≦θｃ）を有する光は第１の材料から送出される。
【００３０】
例示の、空気（ｎ１＝１）とガラス（ｎ２＝１．５）との間の界面のケースでは、臨界角（θｃ）は近似に４２°と計算可能である。したがって、ガラス内を伝搬した光が４２°超の入射角で空気とガラスとの界面に当たると、全ての入射光が入射角に等しい角度で当該界面から反射される。反射光が第１の界面と同一の屈折率関係を有する第２の界面に当たると、第２の界面に入射する光も入射角と等しい反射角で反射される。
【００３１】
よって、本明細書に開示している導光体の１つもしくは複数のエッジ面は、光を「トラップ」するように、例えば、界面条件の変化がないかぎりまたは界面条件の変化が生じるまで、導光体の光結合面に入射する光が導光体内を反復して伝搬可能であって、例えば光結合面１０５（例えばエッジ面１０３）に沿って反射されるように、または代替的に導光体の他の各面（例えば第１の主面１０１、第２の主面１０２、外壁面１０４および内壁面１０４’および／または第１の端面１０６および第２の端面１０７）間で反射されるように、構成可能である。幾つかの実施形態では、光結合面１０５（例えばエッジ面１０３）の曲率は、光源１１１から放出された実質的に全ての光１１０が、光源自体に原点があるかどうかにかかわらず、入射角θｉ［ここでθｉ＞θｃ］で光結合面に当たるように設計可能である。例えば、光源１１１の（１つもしくは複数の）上隅から放出された光１１０は、光結合面１０５に関して最小の入射角を有しうるので、光結合面１０５は、光源１１１上の当該位置から放出された光であっても臨界角θｃより大きい入射角θｉを有するように構成可能である。非限定の実施形態によれば、導光体の少なくとも１つの光結合面１０５（例えばエッジ面１０３）は、光源１１１からの実質的に全ての光が一定の入射角（θｉ）［ここでθｉ＝ｋ＞θｃ］で光結合面１０５（例えばエッジ面１０３）に当たるように構成可能である。
【００３２】
光結合面の一定の入射角曲線ｒ（θ）は、光源の上隅に定義された原点を有する座標系を定義することにより構成可能である。図７に示したように、曲線ｒ（θ）に対する接ベクトル
2020518966.tif 000005
【００３３】
は、式（１）、すなわち
【００３４】
【数３】
2020518966.tif 000006
【００３５】
を使用して描くことができ、ここで、
2020518966.tif 000007
【００３６】
は光線の方向を表す単位ベクトルであり、
2020518966.tif 000008
【００３７】
は
2020518966.tif 000009
【００３８】
に直交する単位ベクトルである。なお
2020518966.tif 000010
【００３９】
および
2020518966.tif 000011
【００４０】
のドット積は、式（２）、すなわち
【００４１】
【数４】
2020518966.tif 000012
【００４２】
によって表現可能であり、ここで、αは
2020518966.tif 000013
【００４３】
と
2020518966.tif 000014
【００４４】
との成す角度である。入射角はαの余角であるから、式（２）は、次式（３）、すなわち
【００４５】
【数５】
2020518966.tif 000015
【００４６】
として書き換え可能である。式（３）はさらに、極座標における微分式（４）、すなわち
【００４７】
【数６】
2020518966.tif 000016
【００４８】
が得られるように簡単化可能である。式（４）の解は、式（５）、すなわち
【００４９】
【数７】
2020518966.tif 000017
【００５０】
によって表され、ここで、ｒ（０）はθ＝０での曲線ｒ（θ）の始点または原点である。
【００５１】
図８は、例示の、光結合面に対する一定の入射角曲率を示しており、ここで、ｒ（０）＝０．４ｍｍかつθｉ＝４２°である。光源１１１から放出される光の角度θの範囲［０＜θ＜π］が示されており、それぞれエッジ面に対する入射角θｉ＝４２°が生じている。角度θ＞πでは、一定の入射角曲線は、対数螺旋、等角螺旋または成長螺旋とも称される螺旋を定義することに注意されたい。このように、一定の入射角曲率を有する光結合面は、等角螺旋曲率を有する少なくとも１つの領域を含みうる。幾つかの実施形態では、実質的に全ての光結合面が等角螺旋曲率を有しうる。他の実施形態（例えば図９に示した切頭面のケース）では、光結合面の少なくとも一部が等角螺旋曲率を有しうる。
【００５２】
曲線ｒ（θ）［０＜θ＜π］の極値は、角度θｐ＝θｉ＋π／２として表現可能である。当該極値の直交座標は、式（６ａ）および式（６ｂ）、すなわち
【００５３】
【数８】
2020518966.tif 000018
【００５４】
によって表現可能である。ｙ軸の右方へ凸の面の境界または最大限界１１６は、角度θｉで生じる。このように、当該最右方点に対する直交座標は、式（７ａ）および式（７ｂ）、すなわち
【００５５】
【数９】
2020518966.tif 000019
【００５６】
によって表現可能である。ｘｒの値は、エッジ面に光結合可能な光源の最大半径の決定に使用可能である。
【００５７】
図９によれば、導光体の光結合面１０５は、所定の実施形態では、２つ以上の部分を含むように、少なくとも部分的に切頭可能である。第１の部分１０５Ａは、導光体１００の水平中心線に直交してよく、直交しなくてもよい直線エッジを含むことができ、種々の実施形態では、上記中心線に対する種々の角度、例えば約８０°から約１００°までにわたる角度、例えば約８５°から約９５°までにわたる、例えば約９０°の角度を成すことができる。光結合面１０５の少なくとも一部、例えば第２の部分１０５Ｂは、等角螺旋曲率を有しうる。付加的な実施形態によれば、図１０に示したように、光結合面１０５は、等角螺旋曲率を有する２つ以上の部分を含むことができる。例えば、第２の部分１０５Ｂが或る等角螺旋曲率プロフィルを有することができ、第３の部分１０５Ｃが別の等角螺旋曲率プロフィルを有することができ、これらのプロフィルは、等しくもしくは異なり、かつ／または異なるもしくは等しい一定の入射角θｉを有する。もちろん、付加的なプロフィルを有する付加的な部分を制限なしに設けることもできる。
【００５８】
光源から導光体への光線追跡経路が、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１２Ａ、図１２Ｂ（拡大図）の２つのレベルで詳細に示されている。図１１Ａおよび（拡大図である）図１２Ａは直線エッジ部分と２つの等角螺旋曲率プロフィル部分とを有する、導光体の光線追跡経路を示しており、図１１Ｂおよび（拡大図である）図１２Ｂは直線エッジ部分と単一の等角螺旋曲率プロフィル部分とを有する、導光体の光線追跡経路を示している。理論による拘束を望むものではないが、選択手段として直線エッジ部分を伴う、２つ以上の等角螺旋曲率プロフィルの組み込みは、光結合効率への光源の位置ずれの影響を低減できると考えられる。導光体に対する光源の位置は臨界的となることがあり、導光体のエッジを通って漏れた光の量に影響しうる。光源は、理論的には光漏れが最小となるように配置可能であるが、実用上の光源の実際位置は、以下に限定するものではないものの、プリント回路板（ＰＣＢ）の製造許容差、ＰＣＢおよび／またはＰＣＢ裏当て構造体の反り、ＰＣＢへの（１つもしくは複数の）光源のはんだ付けを含む幾つかの要因に起因して、種々の位置ずれ角度を含みうる。光源がその理想位置からずれている場合、例えば光源が導光体のエッジを越えて延在している場合、多量の光が光漏れとして失われうる。付加的な曲率プロフィル（例えば図１０の第３の部分１０５Ｃ）を設けることにより、こうした潜在的な光漏れの幾分かを捕捉してこれを導光体内へ再配向することができる。
【００５９】
図１３は、導光体からの光漏れをＬＥＤの位置ずれの関数としてプロットしたグラフである。出力漏れは、（１つもしくは複数の）導光体エッジを通して出力された出力を、（１つもしくは複数の）光放出面を通して出力された出力と（１つもしくは複数の）導光体エッジを通して出力された出力との合計によって除算したものとして計算される。正の数の位置ずれは、導光体の切頭エッジへの方向の位置ずれを表す。図１３での位置ずれは負の方向で−０．１ｍｍまでに制限されているが、これは、当該方向でのこれ以上の位置ずれが（１つもしくは複数の）等角螺旋曲率プロフィルに対するＴＩＲ条件の満足につきエラーを生じさせうるからである。理想的な光源位置（位置ずれがゼロ）であっても、光漏れは、単一の等角螺旋曲率プロフィルを有する導光体（プロットＡ）で２０％、複数の等角螺旋曲率プロフィルを有する導光体（プロットＢ）で２１％となっている。出力の幾分かは光源と導光体との間で漏れ、漏れの残部は、導光体内で複数回反射した後に導光体エッジから出る光によって生じうる。光源が０．１２ｍｍの位置ずれを有する場合、光漏れは単一のプロフィルの導光体に対して２０％から２５％へ増大する。しかし、同量の位置ずれがあっても、複数のプロフィルの導光体では光漏れが増大しない。図１３に示したように、複数のプロフィルの導光体は、０．２２ｍｍの位置ずれしか許容できない単一のプロフィルの導光体に比べて、光源の位置ずれを０．４１ｍｍまで許容でき、位置ずれの許容差に８６％の改善が得られる。
【００６０】
図２〜図５に戻ると、少なくとも１つの光源１１１を導光体１００Ａ〜１００Ｄに光結合して、光学アセンブリを形成することができる。例えば、１つもしくは複数の光源は、エッジ面１０３の近くに配置可能である。導光体プレート１００Ａまたは導光体ディスク１００Ｂのケースでは、光源は、エッジ面１０３近くの第１の主面１０１またはその近傍に配置可能である。図２Ａ、図３Ａ、図４Ａおよび図５Ａに示した断面図は、向かい合うエッジ面１０３のそれぞれにある２つの光源１１１を示している。しかし、１つもしくは複数の光結合面に沿って複数の光源を配置できることを理解されたい。例えば、複数の光源を、向かい合うエッジ面に沿って、例えば図２Ｂに示したように配置することができる。他の実施形態では、複数の光源を、単一の光結合面に沿って、図３Ｂ、図４Ｂおよび図５Ｂに示したように配置することもできる。または、複数のエッジ面を有する導光体、例えば正方形もしくは長方形の導光体のケースでは、１つもしくは複数の光源は、任意の１つもしくは複数のエッジ面に沿って、制限なしに配置可能である。
【００６１】
導光体１００の各寸法は、光源１１１の寸法に依存しうる。所定の実施形態では、導光体１００の厚さは、光源１１１の最も狭い寸法とおおよそ一直線となるようにスケーリング可能である。例えば、０．７ｍｍ×０．７ｍｍのＬＥＤに光結合された導光体は、５ｍｍ未満の厚さを有することができる。このように、導光体の厚さは、当該範囲およびその内部の下位範囲の全てを含め、約１ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲、例えば約２ｍｍから約９ｍｍまで、約３ｍｍから約８ｍｍまで、約４ｍｍから約７ｍｍまでまたは約５ｍｍから約６ｍｍまでの範囲であってよい。幾つかの実施形態では、導光体の厚さは、当該範囲およびその内部の下位範囲の全てを含め、約５ｍｍ未満、例えば約４．５ｍｍ未満、約４ｍｍ未満、約３．５ｍｍ未満または約３ｍｍ未満であってよく、例えば約３ｍｍから約５ｍｍまでの範囲にあってよい。
【００６２】
図１４Ａ、図１４Ｂに示したように、導光体１００の１つもしくは複数の面は、色変換媒体、光散乱フィーチャもしくは光拡散フィーチャおよび／または反射性材料を有するようにパターニング可能である。図示の非限定の実施形態では、第１の主面１０１が色変換媒体１１２と反射層１３５とを含む。代替的に、以下でより詳細に検討するように、色変換媒体１１２、光散乱フィーチャおよび／または反射層１３５は、導光体１００を含む光学アセンブリに設けることができる別個の部品、例えば透明基板に設けることもできる。色変換媒体１１２は、少なくとも１つの色変換素子、例えば発光体、量子ドットおよび／または発光団、例えば蛍光体および／または発光ポリマーを含むことができる。色変換媒体１１２または光散乱フィーチャは、例えば色変換媒体１１２または光散乱フィーチャに入射した反射光が臨界角θｃ未満の角度で前方散乱するように変更された界面条件の領域を形成可能である。所定の実施形態では、色変換媒体は、入射光を散乱させ、これを異なる波長へ変換するという２つの目的のために用いることができる。
【００６３】
図６により詳細に示されているように、光源１１１が放出した光１１０は、導光体１００内で、光結合面１０５（例えばエッジ面１０３）の曲率によって促進されるＴＩＲに起因して、再配向可能である。この場合、光１１０が導光体１００から送出光１１０’として脱出可能となるよう、導光体内のＴＩＲは、色変換媒体１１２が分散配置された領域において「破壊」または中断することができる。また、色変換媒体は、送出光１１０’が光１１０の元の波長とは異なる波長を有するよう、光１１０を修正可能である。
【００６４】
反射層１３５は、導光体１００の主面に配置可能であり、色変換媒体１１２または光散乱フィーチャ（図示なし）の少なくとも一部をカプセル化可能である。非限定の実施形態において、反射層は、金属膜、例えばＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕのうち１つもしくは複数、これらの合金およびその組み合わせを含む膜を含んでよい。種々の実施形態によれば、金属膜の複数層、例えばアルミニウム層で被覆された銀層等も使用可能である。所定の実施形態では、反射層１３５は、高い伝熱性を有する材料、例えば色変換媒体１１２からの熱を放散可能な材料を含むことができる。さらに、反射層１３５は、クラックまたは小孔の発現なしに、熱応力のもとで（例えば色変換材料の熱膨張に起因して）膨張可能かつ／または延伸可能な延性材料も含むことができる。したがって、反射層１３５は、色変換媒体１１２からの熱を放散させる熱経路、および／または湿分および／または空気による色変換媒体１１２の劣化を防止する気密バリアの双方として使用可能である。色変換媒体１１２、光散乱フィーチャおよび反射層１３５の他の配置については以下でより詳細に検討する。これらの実施形態が図２〜図５に示した実施形態と制限なしに交換可能であることを理解されたい。
【００６５】
色変換媒体を通した直接の光の送出（「送出」モード）に代えて、本明細書に開示する光学アセンブリは、例えば、色変換媒体に光が当たる前により大きな面積に光が拡散するように予め定められた曲率を有する、本明細書に開示する少なくとも１つの光結合面を有する導光体を用いて（「反射」モード）、光源が放出した光が１回もしくは複数回反射されるように、構成可能である。こうして、装置内の光束が、規模の２オーダー以上まで著しく低減可能となる。言い換えれば、色変換媒体に入射した反射光は、光源から送出された元の光の１０％未満または１％未満の強度を有しうる。さらに、光は色変換媒体の下方の反射面からも反射されうるので、反射モードの構成では、光が色変換媒体を２回以上通過するという付加的な利益も得ることができ、したがって異なる波長への光の変換の機会が増大する。
【００６６】
また、色変換媒体が光源から間隔を置いて配置される「リモート」構成を「反射」モードと組み合わせて用いることにより、媒体および／または母材がさらされる光束が低減されるだけでなく、生じる熱の全てを放散させる付加的なヒートシンク経路も形成される。さらに、「リモート」構成は、ＬＥＤがより低い温度で動作可能となり、したがって（例えば発光体のコンフォーマルコーティングのケースにおいて）色変換媒体を冷却するための熱経路を使用する必要がなくなるので、より効率的となるという付加的な利点を有する。したがって、上述した１つもしくは複数の利点により、光学アセンブリの寿命も、従来技術の装置に比べて延長可能である。
【００６７】
図１４Ａに関して上で検討したように、導光体１００は、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび／または反射性材料を有するようにパターニングされた少なくとも１つの面を有することができる。本明細書に使用しているように、「パターニング」なる語は、媒体、フィーチャおよび／または材料が導光体または基板の面に、例えばランダム配置であってもよいし計画配置であってもよく、反復的であってもよいし非反復的であってもよく、均一であってもよいし不均一であってもよい所与の任意のパターンもしくは設計で存在することの表示を意図している。本明細書で検討しているように、パターンは基板の一方の端部から他方の端部へ勾配を有していてもよい。
【００６８】
図２Ａ〜図２Ｃの導光体プレート１００Ａまたは図３Ａ−図３Ｃの導光体ディスク１００Ｂに関しては、第１の主面１０１および第２の主面１０２の一方もしくは双方が、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび反射性材料のうち少なくとも１つを有するようにパターニング可能である。幾つかの実施形態では、第２の主面１０２を光放出面とすることができ、第１の主面１０１を、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび／または反射性材料を有するようにパターニングすることができる。図４Ａ〜図４Ｃの導光体アニュラス１００Ｃに関しては、外壁面１０４および内壁面１０４’の一方もしくは双方が、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび反射性材料のうち少なくとも１つを有するようにパターニング可能である。種々の実施形態において、外壁面１０４を光放出面とすることができ、内壁面１０４’を色変換媒体、光散乱フィーチャおよび／または反射性材料を有するようにパターニングすることができる。図５Ａ〜図５Ｃの導光体ロッド１００Ｄに関しては、外壁面１０４が色変換媒体、光散乱フィーチャおよび反射性材料のうち少なくとも１つを有するようにパターニング可能であり、第１の端面１０６および／または第２の端面１０７を（１つもしくは複数の）光放出面とすることができる。
【００６９】
幾つかの実施形態では、反射層１３５は、例えば図１４Ａに示したように連続していてよい。付加的な実施形態では、図１４Ｂに示したような不連続な反射層１３５’を組み込むこともできる。金属、例えばアルミニウムは僅かに吸収性を有しうるので、連続した反射性の金属コーティングにより、導光体から送出された光の僅かな減衰を生じさせることができる。このように、幾つかの実施形態では、反射層は、色変換媒体１１２の堆積部に対応する領域においてのみ設けることができる。このため、領域１３７は、より大きなＴＩＲが得られるガラスと空気との界面またはプラスチックと空気との界面を有しうる。付加的に、図示してはいないが、面１０１のうち領域１３７に対応する部分に、送出光の所望の色平衡の達成のために使用可能な他の光散乱フィーチャ、例えば白色散乱粒子を設けることもできる。図１４Ｂには導光体１００がパターニングされた色変換媒体１１２を含むことが示されているが、図１４Ｂに示した構成ならびに図１４Ａに示した構成は、図１４Ｃに示した透明基板１３０にも適用可能である。基板１３０は、任意の透明材料、例えば本明細書に開示したガラスおよびプラスチックを含むことができる。図１５に示したように、導光体１００は、透明基板１３０を導光体１００に結合してまたはこれと組み合わせて配置可能な少なくとも１つの凹部１５０を有しうる。透明基板は、以下に限定するものではないが、色変換、光散乱、光吸収、光反射、偏光の機能部およびこれらの組み合わせを含む、１つもしくは複数の機能部を含むことができる。
【００７０】
図１４Ｃには、第１の主面１３１および第２の主面１３２を有し、主面１３１が色変換媒体１１２を有するようにパターニングされた、例示の透明基板１３０の代替の一実施形態が示されている。インク層１３８を、色変換媒体１１２と反射層１３５との間に設けることができる。インク層１３８は、例えば反射性の白色インク、例えば金属酸化物（例えばＴｉＯ２）を含むことができ、反射層１３５を視界から部分的にもしくは完全に覆い隠すために使用可能である。所望に応じて、インク層１３８は、図１４Ｃに示したように、透明基板１３０の第１の主面１３１全体に沿って、色変換媒体１１２が存在しない領域にも適用可能である。代替的に、インク層１３８は、色変換媒体１１２を含む領域にのみ設けることができる。図１４Ｃはパターニングされた色変換媒体１１２を含む透明基板１３０を示しているが、図１４Ｃに示した構成は導光体１００にも適用可能である。透明基板は、代替的に、図１４Ａ、図１４Ｂに示した構成を有する色変換媒体および／または反射性材料を有するようにパターニングされた主面を含むことができる。
【００７１】
色変換媒体は、当該分野で公知の任意の方法を用いて堆積可能である。適切な堆積方法として、印刷、例えばインクジェット印刷、スクリーン印刷、マイクロプリンティングおよびこれらに類似のもの、コーティング、例えばスピンコーティング、スロットコーティング、ディップコーティングおよびこれらに類似のもの、ドロップキャスティング、ピペッティング、フォトリソグラフィまたはこれらの任意の組み合わせが含まれうる。所定の実施形態では、１つもしくは複数の溶剤中に懸濁された色変換媒体の滴を、任意の所望のパターンで導光体または基板の面に堆積することができる。（１つもしくは複数の）溶剤は、選択手段として、雰囲気温度または高められた温度での乾燥によって除去可能である。同様に、色変換媒体は、所望のパターンを有するフォトマスクを用いて選択的に除去可能なフォトレジストを含んでもよい。幾つかの実施形態では、量子ドットを懸濁させたフォトレジストが、青色光を散乱させるための散乱媒体を含んでいてもよい。光散乱フィーチャ、例えばＴｉＯ２粒子は当該面に印刷可能であり、かつ／または当該面もしくはその下方でのエッチングまたはレーザダメージングにより設けることができる。
【００７２】
色変換媒体１１２および／または光散乱フィーチャはまた、図１４Ａ〜図１４Ｃに示したように、保護層、例えば反射層１３５によって封止またはカプセル化することができる。反射層を堆積する方法は、例えば、スパッタリングプロセスまたは蒸着プロセスを含むことができる。例えば、色変換媒体１１２は、導光体１００または基板１３０、例えばガラス基板もしくはプラスチック基板の主面に堆積可能であり、続いて、少なくとも部分的に色変換媒体１１２がカプセル化されるよう、当該面に保護金属膜をスパッタリングまたは蒸着することができる。種々の実施形態において、導光体または基板および反射層は、色変換媒体が含まれた気密のカプセルを形成可能である。
【００７３】
付加的な実施形態において、導光体または透明基板が、色変換媒体を堆積可能な１つもしくは複数のキャビティを有してもよい。キャビティは、例えばプレス、成形、切削または他の任意の適切な方法によって設けることができる。付加的な実施形態によれば、反射層は、当該範囲およびその内部の下位範囲の全てを含め、約０．１μｍから約１０μｍまで、例えば約０．５μｍから約９μｍまで、約１μｍから約８μｍまで、約２μｍから約７μｍまで、約３μｍから約６μｍまで、または約４μｍから約５μｍまでの範囲の厚さを有しうる。
【００７４】
種々の実施形態によれば、色変換媒体および／または光散乱フィーチャは、導光体を横断して実質的に均一な光出力強度が得られる適切な密度で、導光体または透明基板の主面にパターニング可能である。例示のパターンが、密度が増大された領域Ａと、密度が低減された領域Ｂ〜Ｅとにより、図１６Ａに示されている。各領域では、それぞれ個々のドットが色変換媒体の離散的な「アイランド」を表している。幾つかの実施形態では、色変換媒体の密度は、領域Ａで領域Ｂより大きくてよく、領域Ｂで領域Ｃより大きくてよく、領域Ｃで領域Ｄより大きくてよく、領域Ｄで領域Ｅより大きくてよく、例えばＡ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅであってよい。
【００７５】
所定の実施形態では、光源近くでの色変換媒体および／または光散乱フィーチャの密度は、例えば導光体を横断する所望の光出力分布の形成に適した、一方の端部から他方の端部への勾配が得られるように、光源からより離れた点での密度より高くてよく、また逆であってもよい。再び図１６Ａによれば、光源（図示なし）の位置は、複数のアパーチャ１４０によって示されている。アパーチャ１４０は、例えば、光が反射層での反射によって戻らずかつ色変換媒体の領域を直接に通過せずに導光体内に入射可能となるよう、光源の領域の色変換媒体、光散乱フィーチャおよび／または反射層が除去されるように形成可能である。アパーチャ１４０は、幾つかの実施形態では、色変換媒体および／または反射層を所望の領域から選択的に除去するフォトリソグラフィ技術によって、または基板の一部を除去してボイドを形成する機械的手段、例えばマシニングを使用して、形成可能である。図１６Ａに示したパターンは、導光体または別個の透明基板に直接に適用可能である。
【００７６】
図１６Ｂは、色変換媒体および反射性材料の例示の別のパターンを示している。色変換媒体１１２は、光源（図示なし）近くの領域において連続してまたはより密に配置されていてよく、その位置がアパーチャ１４０で示されている。色変換媒体１１２は、光源からさらに遠い領域、例えば図１６Ｂに示した中央領域において増大した密度でパターニング可能である。選択手段として、色変換媒体の連続シートは、所望の領域の色変換媒体を除去して空のボイドを形成するようにマシニング可能であり、続いて当該ボイドに不連続の反射層１３５’が充填可能である。図示の実施形態では、単一の層が、色変換媒体１１２によって包囲された反射層１３５’のアイランドを含むことができる。図１６Ｂに示したパターンは、導光体または別個の透明基板に直接に適用可能である。
【００７７】
代替の実施形態では、多層基板を光学アセンブリ、例えば図１６Ｃに示した構成に設けることができる。色変換媒体１１２の連続シート（例えば３Ｍ社のＱＤＥＦまたはＮａｎｏｃｏ社のＲＮ１６−００６）は、所望の領域の色変換媒体を除去して空のボイド１５５が形成されるようにマシニング可能である。その後、別個の反射層１３５（例えば３Ｍ社のＥＳＲ）を、選択手段として色変換媒体と裏当てシート１６０との間に挿入して、マシニングされた色変換媒体に接着することができる。裏当てシート１６０は、幾つかの実施形態で多層シートに対する付加的な機械的支持を提供するために設けることができ、または他の実施形態では光学アセンブリの全厚さを低減するために排除することもできる。裏当てシート１６０は、ガラス、プラスチックおよび金属を含む、本明細書に開示している任意の材料から構成可能である。幾つかの実施形態では、裏当てシート１６０は、伝熱性材料、例えば金属、例えばアルミニウム、銀、銅およびこれらに類似のものを含んでよい。
【００７８】
図８に戻るが、等角螺旋曲率の領域に沿って反射する光線は湾曲の上部に沿って進行する傾向を有し、このため光源近くのギャップ１１５から離れうることに注意されたい。このように、光源の第１の主面に当たる光は、不均一な分布、例えば光源近くに低い光線分布を有しうる。色変換媒体１１２および／または光散乱フィーチャを導光体または透明基板にパターニングする際に、密度が増大された領域を、（１つもしくは複数の）光源近くの、ギャップ１１５に対応する領域に配置することができる。したがって、過度に明るい光強度が生じうる高い光線分布の領域では、色変換アイランドおよび／または光散乱アイランドの密度を低減して、代わりに光線が反射層に当たり、導光体内での反射を続行する確率を高めることができる。低い光線分布の領域、例えば光源近くの領域では、色変換領域および／または光散乱領域の密度を増大して、光線が色変換領域および／または光散乱領域に当たり、導光体から散乱放出される確率を高めることができる。
【００７９】
色変換媒体および／または光散乱フィーチャは、送出光の強度の実質的な均一性が得られるようにパターニング可能であるので、本明細書に開示した導光体を使用する光学アセンブリは、これ以外の場合には送出光の拡散が要求されうる導光体と装置の他の部品との間のギャップなしに、装置、例えば表示装置または照明装置に組み込むことができる。したがって、導光体が比較的厚い場合または光学アセンブリが拡散層を含む場合にも、後により詳細に検討するように、アセンブリ全体の厚さを低減することができる。所定の実施形態では、光学アセンブリの全厚さは約１０ｍｍ未満、または約５ｍｍ未満とすることができる。
【００８０】
色変換媒体１１２は、幾つかの実施形態では、有機または無機の母材、例えばシリコーンまたは他の適切な材料に懸濁可能な少なくとも１つの色変換素子を含むことができる。所定の実施形態では、色変換素子は伝熱性の母材に懸濁可能である。種々の実施形態によれば、色変換材料は、当該範囲およびその内部の下位範囲の全てを含め、例えば、約５μｍから約４００μｍまでの範囲の厚さ、例えば約１０μｍから約３００μｍまで、約２０μｍから約２００μｍまで、または約５０μｍから約１００μｍまでの厚さを有する層として堆積可能である。少なくとも１つの色変換素子は、例えば、発光体、量子ドット（ＱＤ）および発光団、例えば蛍光体または発光ポリマーおよびこれらに類似のものから選択可能である。例示の発光体は、以下に限定するものではないが、赤色および緑色を放出する発光体であり、例えばイットリウムおよび亜鉛硫化物ベースの発光体、例えばイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、Ｅｕ２＋ドープ赤色窒化物、およびこれらの組み合わせを含むことができる。
【００８１】
ＱＤは、放出光の所望の波長に依存して形状および／または寸法を変化させることができる。例えば、放出光の周波数は、量子ドットの寸法が低下するにつれて増大可能であり、例えば、放出光の色は、量子ドットの寸法が低下するにつれて赤色から青色へ偏移する。青色光、紫外光または近紫外光での照射の際には、量子ドットは光をより長波長の赤色、黄色、緑色または青色の波長へ変換可能である。種々の実施形態によれば、色変換素子は、青色光、紫外光または近紫外光での照射の際に赤色波長および緑色波長で放出を行うＱＤから選択可能である。
【００８２】
種々の実施形態において、色変換媒体１１２が同じタイプまたは異なるタイプの色変換素子、例えば異なる波長の光を放出する素子を含むように構成可能である。例えば、幾つかの実施形態では、導光体１００または透明基板１３０は、緑色波長と赤色波長との双方を放出する色変換素子の混合物を有するようにパターニング可能であり、例えば色変換媒体の個々の各「アイランド」は、赤色ＱＤおよび緑色ＱＤの双方を含むことができる。ただし、他の実施形態によれば、個々のアイランドが同じ波長を放出する色変換素子のみを含んでもよく、例えば１つのアイランドが緑色の量子ドットのみを含み、または１つのアイランドが赤色の発光体のみを含んでもよい。別の実施形態では、単一の領域（例えば図１６Ａの領域Ａ〜Ｅ）を、例えば車輪スポーク状、パイ片状またはチェッカーボード格子状に分割可能であり、１つ置きの部分領域に緑色変換素子が充填され、その間に赤色変換素子が充填される。こうした実施形態は、例えば光の再変換の回避において、例えば青色から緑色への変換後の緑色から赤色への再変換またはこの逆方向の再変換の回避において、有意でありうる。
【００８３】
所望の表示効果または照明効果を達成するために各位置に配置すべき色変換パターンの構成ならびに色変換媒体のタイプおよび量の選択は、当該分野の技術者の裁量内にある。また、赤色および緑色を放出する素子を上で検討したが、以下に限定するものではないものの、可視スペクトル（例えば約４２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）の赤色、橙色、黄色、緑色、青色または他の任意の色を含む任意の波長の光を放出可能な任意のタイプの色変換素子を使用可能であることを理解されたい。例えば、固体照明の用途では、種々の寸法を有する量子ドットを黒体出力のエミュレートのために組み合わせ可能であり、これにより良好な演色性を提供することができる。こうした装置は、例えば、種々の波長、例えば可視波長で放出を行う種々のタイプおよび／または種々の寸法の色変換素子を含むことができる。幾つかの例では、３つ以上の異なる波長、例えば４つ以上、５つ以上または６つ以上等の異なる波長を放出する色変換素子の組み合わせが使用可能である。
【００８４】
装置
本明細書に開示している導光体および光学アセンブリは、以下に限定するものではないが、表示用途および照明用途を含む種々の用途において使用可能である。例えば、照明装置、例えば照明器具または固体照明装置は、本明細書に開示している導光体または光学アセンブリを含むことができる。また、導光体および光学アセンブリは、ＴＶ、コンピュータ、ハンドヘルドデバイスまたはこれらに類似の表示装置、例えばバックライトユニット（ＢＬＵ）に組み込むことができる。
【００８５】
例えば、図１７には、本明細書に開示している導光体１００を含む例示の光学アセンブリ２００の断面図が示されている。光学アセンブリはさらに、１つもしくは複数の光源１１１を例えばはんだ付けによって実装可能なプリント回路板（ＰＣＢ）１２２を含みうる。所定の実施形態では、ＰＣＢは、少なくとも１つのヒートシンク（図示なし）に取り付け可能である。また、ＰＣＢ１２２には、ヒートシンク経路の形成のために配置可能な１つもしくは複数のサーマルビア（図示なし）を設けることができる。サーマルビアは、幾つかの実施形態では、ＰＣＢ１２２の一方の側から他方の側へ、さらにヒートシンク（存在する場合）へ熱を輸送可能とする伝導性材料（例えば金属、例えばＣｕ、Ａｇ等）が充填された、ＰＣＢ１２２の孔または開口を含むことができる。
【００８６】
所定の実施形態では、図１７に示したように、選択手段としての、少なくとも１つのキャビティ１２８を有するスペーサ基板１２６が、光源１１１用のハウジングの提供のために使用可能である。他の実施形態（図示なし）では、透明基板１３０をアセンブリに設けることができ、当該透明基板１３０は、（１つもしくは複数の）光源１１１用のハウジングの提供のために、ＰＣＢ１２２に対して位置合わせ可能な１つもしくは複数のキャビティ（図示なし）を有しうる。接着層１２４、例えばサーマルテープまたはシリコーンテープは、ＰＣＢ１２２にスペーサ基板１２６を取り付けるために使用可能である。光源媒体１３４、例えばシリコーンは、スペーサ基板１２６（または基板１３０）のキャビティを充填するために使用可能である。しかし、幾つかの実施形態では、キャビティを媒体で充填しなくてもよく、例えばキャビティが空気を含んでもよい。
【００８７】
図１７に示した光学アセンブリ２００では、透明基板１３０が、例えば図１４Ａ〜図１４Ｃまたは図１６Ａ〜図１６Ｃに示したように、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび／または反射性材料（図示なし）を有するようパターニング可能である。接着層１２４は、透明基板１３０をスペーサ基板１２６（存在する場合）にまたはＰＣＢ１２２に取り付けるために使用可能である。導光体１００も同様に、接着層１２４を用いて透明基板１３０に取り付け可能である。所定の実施形態では、１つもしくは複数もしくは全ての接着層１２４が、光学的に透明な接着剤を含むことができる。付加的な実施形態では、１つもしくは複数もしくは全ての接着層１２４は、伝熱性接着剤を含むことができる。さらに別の実施形態では、１つもしくは複数もしくは全ての接着層１２４は、導光体および／または透明基板に適合する指数を有することができ、例えば導光体および／または透明基板の屈折率の５％以内の屈折率を有することができる。
【００８８】
付加的な実施形態によれば、導光体１００はプラスチックを含むことができ、透明基板１３０はガラスを含むことができる。もちろん、上で検討したように、導光体１００は、（例えば図１４Ａ〜図１４Ｂに示した）色変換媒体および／または光散乱フィーチャおよび／または反射性材料を有するようにパターニングされた主面を有することができ、こうした実施形態では、透明基板１３０が装置に存在しなくてもよい。導光体１００は、ＰＣＢ１２２に対して位置合わせ可能であり、これにより（１つもしくは複数の）光源１１１は導光体１００の（１つもしくは複数の）エッジ面（番号表示なし）の近くに配置される。
【００８９】
図１７には示していないが、光学アセンブリはさらに、自身から放出される光の均一性を改善するために設けることができる拡散層を含んでもよい。こうした拡散層は、導光体１００の光放出面の近くに設けることができ、選択手段として付加的な接着層１２４を用いて導光体に取り付け可能である。例示の拡散層は、以下に限定するものではないが、拡散すべき光の波長以下のオーダーの光拡散フィーチャ、例えばサブミクロン寸法の拡散フィーチャを形成するために組織化、粗面化または粒子充填が可能なポリマーシート、例えばアクリルシート、ポリカーボネートシートおよびポリエチレンテレフタレートシートを含むことができる。例示の粒子充填ポリマーシートは、例えば約５００ｎｍ以下の粒径を有するチタニアまたはアルミナを含むことができる。組織化されたポリマーシートは、Ｌｕｍｉｎｉｔ（商標）から市販入手可能である。所定の実施形態では、例えば図１４Ａ〜図１４Ｃまたは図１６Ａ〜図１６Ｃに示したように、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび／または反射性材料が、導光体の光放出面を横断して充分に均一な光色および／または光強度を形成可能なパターンで、導光体および／または透明基板の主面に配置可能である。こうしたケースでは、拡散層は、光学アセンブリの全厚さをさらに低減するため、当該光学アセンブリから排除可能である。
【００９０】
上で検討したように、本明細書に開示している光学アセンブリでは、光源と導光体との間に少なくとも部分的にエアギャップが存在しないことにより、従来技術の光学アセンブリに比べ、薄膜性が改善されている。現在市販入手可能な光学アセンブリは１５ｍｍ超の全厚さを有しうる。対して、本明細書に開示している光学アセンブリは、約１０ｍｍ未満の全厚さを有することができる。例えば、拡散層を有する例示の光学アセンブリは約１０ｍｍ未満の厚さを有することができ、拡散層を有さない例示の光学アセンブリは約５ｍｍ未満の厚さを有することができる。拡散層を有するまたは有さない光学アセンブリの厚さは、幾つかの実施形態において、当該範囲およびその内部の下位範囲の全てを含め、約４ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲にあり、例えば約４．５ｍｍから約９ｍｍまで、約５ｍｍから約８ｍｍまで、または約６ｍｍから約７ｍｍまでの範囲にあってよい。
【００９１】
図１８は、光源１１１のアレイに光結合された光結合面１０５を有する導光体１００のアレイを含む例示の装置の平面図を示している。図示の実施形態では、光源１１１は各導光体１００の周を取り囲んで配置されている。アレイ内の１つの導光体１００当たり８つの光源１１１が示されているが、当該数は任意であり、任意の数の光源が使用可能であることを理解されたい。（１つもしくは複数の）光源１１１の位置も、所望に応じて制限なく、図１８に示した位置とは異なっていてよい。パターニングされる色変換媒体（図示なし）も、（１つもしくは複数の）光源１１１の数および位置に適するよう、所望に応じて調整可能である。
【００９２】
（１つもしくは複数の）光源１１１は、また、図１９の非限定の実施形態に示したように、中央寄りの位置に配置可能である。こうした構成では、光結合面１０５’’が導光体１００の中央領域に配置されたドームに似た形状を有することができ、例えば等角螺旋曲率は、ドームに似た形状を形成するため、下方の光源１１１への中心軸法線を中心として回転可能である。ドーム形状の光結合面１０５’’は、（１つもしくは複数の）光源１１１からの光が色変換媒体に接触し、変換されて導光体から送出されるまで、当該光が反射されて導光体１００内へ戻るように、当該光を再配向することができる。また、アレイ内の１つの導光体１００当たり４つの光源１１１が示されているが、当該数は任意であり、任意の数の光源が使用可能であることを理解されたい。（１つもしくは複数の）光源１１１の位置も、所望に応じて制限なく、図１９に示した位置とは異なっていてよい。パターニングされる色変換媒体（図示なし）も、（１つもしくは複数の）光源１１１の数および位置に適するよう、所望に応じて調整可能である。
【００９３】
開示した種々の実施形態が、当該特定の実施形態に関連して記載した特定の特徴、要素またはステップを含みうることは理解されるであろう。また、特定の一実施形態に関連して記載していても、特定の特徴、要素またはステップが説明していない種々の組み合わせまたは並べ替えで代替の実施形態と交換可能でありまたは組み合わせ可能であることも理解されるであろう。
【００９４】
また、本明細書に使用しているように、「前記」「１つの」または「或る」なる語は「少なくとも１つの」を意味し、そうでないとの明示的な指示がないかぎり、「唯一の」に限定されてはならないことも理解されたい。したがって、例えば「１つのキャビティ」なる指示は、文脈が明瞭に別様のことを指示していないかぎり、１つのこうした「キャビティ」または２つ以上のこうした「キャビティ」を有する例を含む。同様に、「複数」または「アレイ」は２つ以上の表示を意図しており、これにより「キャビティアレイ」または「複数のキャビティ」は、２つ以上のこうしたキャビティを表す。
【００９５】
範囲は、本明細書においては、特定の１つの「おおよその」値から、かつ／または特定の別の「おおよその」値まで、表現可能である。こうした範囲を表現している場合、各例には、特定の１つの値からかつ／または特定の他の値までが含まれる。同様に、「約」なる接頭語を用いて値を近似として表現している場合、特定の値は別の態様を形成することを理解されたい。さらに、範囲それぞれの端点は、他方の側の端点と関連して、また他方の側の端点から独立に、双方とも有意であることも理解されたい。
【００９６】
本明細書において表現した全ての数値は、明示的に別様のことが指示されていないかぎり、言明されたか否かにかかわらず、「約」を含むものと解釈されたい。ただし、また、当該値を「約」として表現したかどうかにかかわらず、言及した各数値は厳密にも考察されうることを理解されたい。したがって、「１０ｍｍ未満の寸法」および「約１０ｍｍ未満の寸法」は、双方とも、「約１０ｍｍ未満の寸法」の実施形態と「１０ｍｍ未満の寸法」の実施形態とを含む。
【００９７】
別様のことが明示的に言明されていないかぎり、本明細書に記載したいずれの方法も、特定の順序でのステップの実行を要求するものとの解釈を全く意図していない。よって、方法の請求項が実際にそのステップがしたがうべき順序に言及しておらず、またはそれ以外で特許請求の範囲もしくは説明において各ステップが特定の順序に限定されるべきことが殊に言明されていない箇所では、いかなる特定の順序の示唆も全く意図していない。
【００９８】
特定の実施形態の種々の特徴、要素またはステップを、「含む」なる遷移性の語句を用いて開示したところがあるが、これは、「から成る」または「実質的に〜から成る」なる遷移性の語句を用いて記載可能な当該種々の特徴、要素またはステップを含む代替の実施形態を示唆していることを理解されたい。つまり、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む方法に対して示唆される代替の実施形態には、Ａ＋Ｂ＋Ｃから成る方法の実施形態と、実質的にＡ＋Ｂ＋Ｃから成る方法の実施形態とが含まれる。
【００９９】
当該分野の技術者には、開示の思想および観点から逸脱することなく、本開示に対する種々の修正形態および変形形態が成されうることが明らかであろう。本開示の思想および実質を組み込んだ本開示の実施形態の修正形態の組み合わせ、部分的組み合わせおよび変形形態は当該分野の技術者に想到可能であるから、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の観点に該当する全てを含むものと解釈されなければならない。
【０１００】
以下の例は、特許請求の範囲に規定された本発明の観点における、非限定かつ説明のための例を意図している。
【実施例】
【０１０１】
実施例１
一定の入射角θｉ＝４２°での等角螺旋曲率（例えば図２Ａ〜図２Ｃを参照）を有する２つの光結合エッジを有する導光体プレートを、屈折率ｎ＝１．５を有するＰＭＭＡから製造した。当該導光体プレートは、３８．５ｍｍの幅、４５ｍｍの長さおよび４．６０８ｍｍの厚さを有する。２つの光学アセンブリとして、当該導光体プレートを用い、４つのＬＥＤに結合された第１の光学アセンブリと、６つのＬＥＤに結合された第２の光学アセンブリとを形成した。各ＬＥＤはＰＣＢにはんだ付けし、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ社の電源から２００ｍＡの動作電流を給電した。当該光学アセンブリは、５．３ｍｍの全厚さを有する。
【０１０２】
Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃ社の分光計を使用して、当該光学アセンブリが放出した光のスペクトルを測定した。Ｋｏｎｉｃａ Ｍｉｎｏｌｔａ社のＣｈｒｏｍａ Ｍｅｔｅｒ（ＣＳ１６０）を使用して、当該光学アセンブリが放出した光の色および輝度を測定した。ズームレンズ付きディジタルカメラを使用して、当該光学アセンブリを写真撮影し、これを検査した。導光体の中心近傍の行および列に沿って測定された、第１の光学アセンブリ（４つのＬＥＤ、０．００３９秒露光）の光放射強度プロフィルを、それぞれ図２０Ａ、図２０Ｂに示す。個別の実験では、１００ｍＡの動作電流で４つのＬＥＤが照射を行った場合、導光体の中心で７４００ｎｉｔが生成された。導光体の中心近傍の行に沿って測定された第２の光学アセンブリ（６つのＬＥＤ、０．０１０１３秒露光）の光放射強度プロフィルを、図２０Ｃに示す。１６．５×４５ｍｍの照射領域（全面積の４３％）が、設計の光結合エッジを有する導光体の中央部で生成された。
【０１０３】
第１の光学アセンブリ（４つのＬＥＤ）を、反射フィルムと当該導光体プレートの下面（第１の主面）に配置されているＮａｎｏｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社のＱＤフィルムとを含む積層体に組み込んだ。導光体から放出される光の輝度および色の均一性の改善のために設計されたパターンを、機械的手段を用いてＱＤフィルムに生成した。幾つかのケースでは、拡散フィルムを当該導光体プレートの上面（第２の主面）に配置しているので、積層体の厚さは９．７ｍｍに増大している。導光体の中心近傍の行および列に沿って測定された、拡散フィルムおよびパターニングされていないＱＤフィルムを含む光学アセンブリ（４つのＬＥＤ、０．００３９秒露光）の光放射強度プロフィルを、それぞれ図２１Ａ、図２１Ｂに示す。導光体の中心近傍の行に沿って測定された、拡散フィルムを含まず、パターニングされたＱＤフィルムを含む光学アセンブリ（４つのＬＥＤ、０．０１秒露光）の光放射強度プロフィルを、図２１Ｃに示す。導光体の中心近傍の行に沿って測定された、パターニングされたＱＤフィルムおよび拡散フィルムを含む光学アセンブリ（４つのＬＥＤ、０．０４秒露光）の光放射強度プロフィルを、図２１Ｄに示す。拡散フィルムを含む積層体は、おそらく製造不完全性のためにより少ない放射を形成しているが、強度分布の均一性はこうしたフィルムを有さない積層体に比べて改善されている。また、拡散フィルムが設けられていても、こうした積層体は、現在市販入手可能な、１５ｍｍ以上の全厚さを有するＬＣＤ積層体に比べ、低減された厚さを有する。
【０１０４】
実施例２
図２２に示した光学アセンブリ３００は、５ｍｍ未満の全厚さを有するアセンブリの例示の一実施形態として設計されたものである。導光体プレート１００Ａ（図２Ａ〜図２Ｃを参照）は、屈折率ｎ＝１．５を有するＰＭＭＡから構成した。当該導光体プレートは、５０ｍｍの幅、６０ｍｍの長さおよび４．０３５ｍｍの厚さを有する。光結合エッジ１０５は、直線エッジ部分と一定の入射角θｉ＝４２°のプロフィル部分とが形成されるよう、切頭されている（図９を参照）。光Ｌは、当該導光体プレート１００Ａの第２の主面１０２から放出される。
【０１０５】
ここでの設計は、屈折率ｎ＝１．５の透明基板１３０を含む。当該透明基板は、５０ｍｍの幅、６０ｍｍの長さおよび０．３ｍｍの厚さを有する。当該透明基板の主面は、反射性材料（例えば銀またはアルミニウム）（図１６Ｂを参照）で充填可能なボイドアレイ（直径１．９ｍｍ、ピッチ２ｍｍ）を形成すべく、マスキング技術を用いて、ＱＤ（例えば３Ｍ社のＱＤＥＦ）を有するようにパターニングされている。
【０１０６】
４つの光源１１１（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｏｐｔｏ社の青色ＬＥＤ、４５０ｎｍ、０．４２Ｗ超、０．５Ａ）が、０．５０８ｍｍの厚さを有するＦＲ４ＰＣＢ１２２に取り付けられている。ＬＥＤは、０．８７５ｍｍの長さおよび幅と０．１４５ｍｍの厚さとを有する。ＬＥＤの空間分布は、ほぼ均等拡散である。ＬＥＤの光出力を制御するために、電流ＣをＰＣＢ１２２の電気回路に印加することができる。ＬＥＤは、高いダイオード電流で、１Ｗ相当の光出力を形成可能である。ＬＥＤおよび／または色変換媒体からの熱Ｈは、ＰＣＢ１２２の下面の金属層（図示なし）を通して導出可能である。ＰＣＢ１２２は、ＬＥＤへの接続のための金属線およびパッドと、ＰＣＢの上面から下面へ熱を輸送するサーマルビアとを有する。
【０１０７】
０．０２５ｍｍの厚さを有する、光学的に透明な指数適応化接着層１２４Ａ（Ｄｏｗ Ｃｏｍｉｎｇ社のシリコーン接着剤、ｎ＝１．５）を使用して、導光体プレート１００Ａが透明基板１３０に取り付けられている。Ｄｏｗ Ｃｏｍｉｎｇ社の伝熱性の接着層１２４Ｂを使用して、透明基板１３０がＰＣＢ１２２に取り付けられている。光源１１１に対応するアパーチャ１４０は、接着層１２４Ａ，１２４Ｂのそれぞれと透明基板１３０とに設けられている。アパーチャ１４０のピッチは２５ｍｍであり、これらは基板エッジから１２．５ｍｍの間隔を置いて設けられている。光学アセンブリの全厚さは４．９２ｍｍである。例えば、より小さいＬＥＤ、例えばＬｕｍｉｌｅｄｓダイオード（４５５ｎｍ、０．６５Ｗ超、０．５Ａ）を使用することにより、色変換媒体および反射性材料を直接に導光体にパターニングすることにより、かつ／またはより高い屈折率、例えばｎ＞１．７を有する導光体を使用することにより、より薄いアセンブリを得ることもできる。
【０１０８】
実施例３
実施例２に記載した光学アセンブリ３００を、Ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓの光線伝搬ソフトウェアを用いて、次の仮定、すなわち（１）ＬＥＤの上面と導光体の下面との間の空間に指数適応化層が充填されている；（２）導光体、透明基板および指数適応化層の屈折率はｎ＝１．５である；（３）透明基板の上面が導光体の下面に光結合されている；（４）透明基板の量子ドットが、均等拡散特性を有する単純散乱面を形成している；（５）反射層が広帯域ミラー面を有している；（６）他の全ての面が高品質の光学面である；かつ（７）導光体の下面（第２の主面）を除き、他の全ての導光体面が空気に接触していると見なされる；との仮定により分析した。ＬＥＤ面は、照射面として設定し、受波器は、導光体の第１の主面（光放出面）に対して平行でありかつこの面のすぐ外側にある光出力平面に配置した。Ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓを使用して、光出力平面での照射特性を計算した。
【０１０９】
ＱＤで均一にコーティングされたガラス基板を含む光学アセンブリを基準線の計算に用いた。こうした光学アセンブリの出力照射プロフィル（Ｗ／ｍｍ２）を、図２３Ａに示す。照射プロフィルは、４つのＬＥＤに対応する高強度の４つの領域を示している。平均に対する標準偏差の比によって測定される照射の均一性は４１％である。理論による拘束を望むものではないが、光学アセンブリの照射の均一性は、光学アセンブリに拡散層を設けることで改善可能であると考えられ、ただしこうした層は装置の全厚さを増大する。しかし、こうした拡散層があっても、アセンブリの全厚さはなお１０ｍｍ未満とすることができ、これは、１５ｍｍ超の厚さを有する現在入手可能なアセンブリを上回る改善である。
【０１１０】
実施例２で用意した、パターニングされた透明基板１３０を含む光学アセンブリ３００も同様にＬｉｇｈｔｔｏｏｌｓソフトウェアを使用して検査した。出力照射プロフィル（Ｗ／ｍｍ２）を図２３Ｂに示す。当該照射プロフィルは、図２３Ａに示した基準線のプロフィルに比べ、格段に均一である。平均に対する標準偏差の比によって測定される照射の均一性は１８．５％であり、これは基準線のアセンブリおよび現在入手可能なアセンブリを上回る著しい進歩である。
【０１１１】
光出力平面で測定される輝度は、ＬＥＤからの４Ｗの全入力パワーに対して５００００ｎｉｔ超となることが計算された。所望に応じて、より多くのＬＥＤを（１つもしくは複数の）光結合面に沿って追加することにより、輝度を増大可能である。ＱＤは色変換を行わない散乱層であると見なせば、ＬＥＤ出力の６１％が光出力平面で、ＬＥＤ出力の２９％が光結合エッジ（５０ｍｍ幅）で、さらにＬＥＤ出力の１０％が非光結合エッジ（６０ｍｍ長さ）で放出されたことになる。理論による拘束を望むものではないが、反射性コーティングを非光結合エッジに適用することにより、より多くの出力を光出力平面に供給することができると考えられる。
【０１１２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１１３】
実施形態１  
導光体であって、
少なくとも１つの光放出面と少なくとも１つの光結合面とを有し、前記少なくとも１つの光結合面の少なくとも一部が等角螺旋曲率を有する、
導光体。
【０１１４】
実施形態２  
前記導光体は、
第１の主面、
反対側の第２の主面、および
少なくとも１つのエッジ面
を有する導光体プレートを含み、前記少なくとも１つのエッジ面が前記光結合面を含む、
実施形態１記載の導光体。
【０１１５】
実施形態３  
前記導光体は、
第１の主面、
反対側の第２の主面、および
エッジ面
を有する導光体ディスクを含み、前記エッジ面が前記光結合面を含む、
実施形態１記載の導光体。
【０１１６】
実施形態４  
前記第２の主面が前記光放出面を含む、
実施形態２または３記載の導光体。
【０１１７】
実施形態５  
前記導光体はさらに、前記第１の主面にパターニングされた、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび反射性材料のうち少なくとも１つを含む、
実施形態４記載の導光体。
【０１１８】
実施形態６  
反射層が、前記第１の主面に配置されており、前記第１の主面にパターニングされた色変換媒体を少なくとも部分的にカプセル化している、
実施形態４記載の導光体。
【０１１９】
実施形態７  
前記導光体は、
内壁面、
外壁面、および
少なくとも１つのエッジ面
を有する導光体アニュラスを含み、前記少なくとも１つのエッジ面が前記光結合面を含む、
実施形態１記載の導光体。
【０１２０】
実施形態８  
前記外壁面が前記光放出面を含む、
実施形態７記載の導光体。
【０１２１】
実施形態９  
前記導光体アニュラスは、中空円筒を含む、
実施形態７記載の導光体。
【０１２２】
実施形態１０  
前記導光体は、
第１の端面、
第２の端面、
外壁面、および
エッジ面
を有する導光体ロッドを含み、前記エッジ面が前記光結合面を含む、
実施形態１記載の導光体。
【０１２３】
実施形態１１  
前記第１の端面、前記第２の端面および前記外壁面のうち少なくとも１つが前記光放出面を含む、
実施形態１０記載の導光体。
【０１２４】
実施形態１２  
実施形態１から１１までのいずれか１つ記載の導光体に光結合された少なくとも１つの光源を含む光学アセンブリ。
【０１２５】
実施形態１３  
前記少なくとも１つの光源は、プリント回路板にボンディングされている、
実施形態１２記載の光学アセンブリ。
【０１２６】
実施形態１４  
前記光学アセンブリはさらに、色変換媒体、光散乱フィーチャおよび反射性材料のうち少なくとも１つがパターニングされた主面を有する透明基板を含む、
実施形態１２または１３記載の光学アセンブリ。
【０１２７】
実施形態１５  
前記主面に色変換媒体がパターニングされており、反射層が前記色変換媒体を少なくとも部分的にカプセル化している、
実施形態１３記載の光学アセンブリ。
【０１２８】
実施形態１６  
前記光学アセンブリはさらに、前記導光体の前記少なくとも１つの光放出面の近くに配置された拡散層を含む、
実施形態１２から１５までのいずれか１つ記載の光学アセンブリ。
【０１２９】
実施形態１７  
前記光学アセンブリは、約１０ｍｍ未満の全厚さを有する積層体を含む、
実施形態１２から１６までのいずれか１つ記載の光学アセンブリ。
【０１３０】
実施形態１８  
前記積層体は、約５ｍｍ未満の全厚さを有する、
実施形態１７記載の光学アセンブリ。
【０１３１】
実施形態１９  
前記導光体および透明基板は、ガラス、プラスチックまたはこれらの組み合わせを含む、
実施形態１２記載の光学アセンブリ。
【０１３２】
実施形態２０  
実施形態１２から１９までのいずれか１つ記載の光学アセンブリを含む、表示装置、照明装置または電子装置。
【０１３３】
実施形態２１  
前記装置は、光学アセンブリのアレイを含む、
実施形態２０記載の装置。
【図１】
2020518966.tif 000020
【図２Ａ】
2020518966.tif 000021
【図２Ｂ】
2020518966.tif 000022
【図２Ｃ】
2020518966.tif 000023
【図３Ａ】
2020518966.tif 000024
【図３Ｂ】
2020518966.tif 000025
【図３Ｃ】
2020518966.tif 000026
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【国際調査報告】
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