JP2001508590A - 照明デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光線を収集して、その光線を選択的に出力する又は集中する光デバイスである。１つの層が屈折率ｎ₁を有し、頂部表面と、底部表面と、側部表面と、が傾斜角度（φ）を定める。背部表面が、頂部表面、底部表面及び側部表面にわたっている。第１層は前記の層の底部表面にカップリングされ、屈折率ｎ₂を有する。第１層の屈折率ｎ₂によって、前記の層の背部表面から入射された光線が好ましくは第１層に出力される。第２層は前記の第１層の底部にカップリングされて、光線を選択的に周辺に出力する。光線偏光層、偏光変換層、ＬＣＤ後方拡散器層などの追加の層を用いて、ＬＣＤ層を通過した拡散光線の内の偏光光線を好ましく用いて、出力光線の視覚を向上させることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 照明デバイス 本発明は一般的には選択された光線照射を提供する照明デバイスに関する。よ り特定的には本発明は、液晶表示層から出力された光線によってバックライトす るための、また、光の偏光を操作することと、選択された偏光の光線を再循環さ せることと、選択された光偏光をフィルターすることにより光照射と動画像を向 上させることとによる楔形のものなどの照明器具に関する。 液晶表示装置用などに対してさまざまな照明デバイスの応用物が存在する。平 坦液晶表示装置の場合、コンパクトな光源を維持しながらも適切なバックライト を提供することが重要である。一般的な照射目的では楔状の光デバイスを用いる ことが周知である。光線はこのようなデバイスの大きい方の端に入射し、次に光 線は、反射表面の臨界角度に到達するまで内部で楔の表面から反射し、この後で 、光線は楔デバイスから出射する。しかしながら、このようなデバイスは、非平 行な照明出力を一般的に送出し、しばしば好ましくない空間的及び角度的出力分 布を有する。例えば、このようなデバイスの１部のものは拡散反射体として白色 塗装の層を用いて、非平行な出力光線を発生する。 したがって、本発明の１つの目的は、改良型の光デバイスとその製造方法を提 供することである。 本発明の別の目的は、新規な三次元照明器具を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、光偏光を制御して利用するなどの光学的目的のた めに改良された多層の照明器具を提供することである。 本発明のさらに別に目的は、光線の透過又は集中を制御するための新規でテー パー付きの照明デバイスを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、デバイスから平行な偏光光線照射を提供する新規 な光デバイスをを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、偏光フィルタ層を有する改良型のテーパー付き照 明器具を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、偏光光線を変換して本発明物からの照射を向上さ せることである。 本発明のさらに別の目的は、偏光フィルタ層と光線リダイレクト層(redirecti ng layer)を合成物を利用して、視聴者に対して制御された角度範囲で向上した 光照明器具を提供する改良型の照射装置を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、偏光フィルタと、偏光変換層と、ＬＣＤ後方拡散 層と、の合成物を用いて光デバイスからの光照射を向上させる新規な照明光デバ イスを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、ＬＣＤ層が基礎を成すＬＣＤ後方拡散層に隣接し て配置され、これによって、光出力や映像品質の損失を伴うことなくより広い角 度で当たって光分布を制御することを可能とする改良型の照明光デバイスを提供 することである。 本発明のさらに別の目的は、照明光線を照射利得が向上した１つの偏光状態に 変換するための内部偏光用空洞を有する改良型の照明光デバイスを提供すること である。 本発明のさらに別の目的は、照射効率を向上させるために偏光ビームスプリッ タを持つ選択された配置の構造化された背部反射体層を有する新規な照明光デバ イスを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、照射効率を向上させるために、構造体背部反射体 層と相互作用する偏光変換層を有する改良型の照明光デバイスを提供することで ある。 本発明のさらに別の目的は、照射利得を向上させるために、偏光ビームスプリ ッタと、１／４波長変換層と、微小構造背部反射体層と、を有する新規な照明光 デ バイスを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、（ａ）照明器具の基底層上に直接蒸着された分割 層と、（ｂ）分離したガラスプレート上に蒸着された分割層との内の一方を含む 偏光分割層の選択可能な配置を有する改良型の照明光デバイスを提供することに ある。 本発明のさらに別の目的は、（ａ）空気層を間に持ち背部反射体と照明器具基 底層間に配置され、（ｂ）空気層を照明器具基底層と直接カップリング層間に持 つ背部反射体に直接にカップリングされ、（ｃ）空気層を変換素子と金属製背部 反射体層又はＢＥＦタイプの背部反射体間に持つ照明器具基底層に直接にカップ リングされ、（ｄ）一方の側で照明器具基底層に、他方の側で高効率ミラーに直 接にカップリングされ、（ｅ）基底層の一方の側で照明器具基底層に、他方の側 で背部反射体に直接にカップリングされた、１群の選択可能装置の内の１つ中の １／４プレート偏光変換素子を含む新規な照明光デバイスを提供することである 。 本発明のさらに別の目的は、照射特定を向上させるためにテクスチャ基底層を 有する改良型の照明光デバイスを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、コンバータ層とＢＥＦタイプの背部反射体と組み 合わせて薄膜基底式反射偏光子を利用するシンクな照明光デバイスを提供するこ とである。 本発明のさらに別の目的は、基底層の上方及び／又は下方に配置された偏光ス プリッタ層、リダイレクト層、コンバータ層及び背部反射休層を持つさまざまな 空気層で分離されている基底層を有する改良型照明光デバイスを提供することで ある。 本発明のさらに別の目的は、基底層に隣接する背部反射体と、基底層の頂部表 面に隣接するリダイレクト層と、リダイレクト層の上方に置かれた反射偏光子及 びリダイレクト／拡散層と、を含む新規な照明光デバイスを提供することである 。 本発明の他の目的、特徴をよび利点は、以下に示す添付図面を参照して好まし い実施態様に関する次の説明を読めば容易に明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 図１は先行技術による楔状のデバイスの図である。 図２Ａは、本発明に従って調整された多層テーパー付き照明デバイスの図であ り；図２Ｂは、楔層と、第１の層と、第２の層、との接合部の拡大部分図であり ；図２Ｃは、極めて拡大された第２のファセット付き層を示す図２Ａの誇張形態 であり；図２Ｄは、輝度測定系の形状を図示する部分図であり；図２Ｅは、底部 に置かれた光線の向きを変える（リダイレクト）内部透過層を持つ多層楔デバイ スの図であり；図２Ｆは、低表面透光性の層を持つ楔デバイスの図であり；図２ Ｇは、低表面屈折ファセット付き層を持つ楔層の図であり；図２Ｈは、、低表面 屈折層と湾曲ファセットを搭載した楔層の図であり；図２１は、可変ファセット 角度を持つ屈折層のファセットを持つ楔層の図であり；図２Ｊは、楔層にカップ リングされた１つの屈折プリズムの図であり；図２Ｋは、楔層にカップリングさ れ一体レンズを持った１つの屈折プリズムの図であり;図２Ｌは、楔デバイスに カップリングされた反射ファセット付き層の図であり；図２Ｍは、湾曲ファセッ ト角度を持ち楔デバイスにカップリングされた反射ファセット付き層の図であり ；図２Ｎは、楔層上の平坦な反射ファセットの図であり；図２０は、楔層上の湾 曲した反射ファセットの図である。 図３Ａは、第２の層の周辺側に湾曲したファセットを持つ多層楔デバイスを示 す図であり、図３Ｂは、デバイスの様々な層の接合部の拡大部分図である。 図４Ａは、非対称的な照射角度範囲の角度に対する計算された輝度の特性を示 す図であり；図４Ｂは、より対称的な角度範囲の角度に対する計算された輝度分 布特性を示す図であり；図４Ｃは、図４Ｂの対称性の角度に対する計算された輝 度の特性の図であり；図４Ｄは、最大輝度の半分での全幅（ＦＷＨＭ）＝７度の 平行拡散器無しの場合で平坦反射ファセットを用いた出力の図であり；図４Ｅは 、ＦＷＨＭ＝３４度のレンズ形拡散器を持つ平坦ファセットを用いて測定された ほ ぼ対称的な出力分布の図であり；図４Ｆは、ＦＷＨＭ＝３２度の湾曲ファセット を用いて測定した非対称的な出力分布の１例の図であり；図４Ｇは、ＦＷＨＭ＝ ２６度の湾曲ファセットを用いて測定した非対称的出力分布の１例の図であり； 図４Ｈは、１つのファセット付き反射層と１つのファセット付き屈折層を用いて 測定された二項出力分布の１例の図であり；図４１は、拡散反射底部リダイレク ト層（diffuse reflective bottom redirecting layer）と屈折／内部反射性頂 部層を用いて測定された大きな「テール」を持つ出力分布の１例の図である。 図５Ａは、ディスク形状の光導体の上面図であり；図５Ｂは、図５Ａを線５Ｂ −５Ｂで切った断面図である。 図６Ａは、空気ギャップ層を含んだ多層テーパー付き照明デバイスの断面図で あり；図６Ｂは、合成された放物線上の光源／コンセントレータを持つ別のテー パー付き照明器具の断面図であり；図６Ｃは、可変パラメータプロフィールの光 源とレンズ形拡散器を持つ別の照明器具の断面図であり；図６Ｄは、非単調楔層 を持つ別のテーパー付き照明器具の断面図である。 図７は、光源の周りに同心的に配置された反射素子の図である。 図８は、反射体の局率中心と光源の中心間に最大変位を持つ光源の周りに配置 された反射素子の図である。 図９Ａは、デバイスのすべての部分から放出する実質的に類似の角度分布を提 供するリダイレクト層（redirecting layer）の使用状態の図であり；図９Ｂは 、デバイスの様々な部分から放出する角度分布を偏光するための、特に、様々な 角度分布を収束して、選択された目標距離での自身の重ね合わせを向上させるた めのリダイレクト層の使用状態の図である。 図１０は、照明器具の対となったレンズ形配列の１形態の図である。 図１１は、照明器具のレンズ形拡散器配列と湾曲ファセット層の図である。 図１２Ａは、１対の屈折格子又はホログラム層を有する楔形状の照明器具の図 であり；図１２Ｂは、１対の屈折ファセット層と拡散器を持つ楔形状の照明器具 の図であり；図１２Ｃは、１ついのファセット付き層を持つ楔形状の照明器具の 図であり；図１２Ｄは、２つの屈折性単一ファセット層を持つ楔形状の照明器具 の図であり；図１２Ｅは、屈折性単一ファセット層と底部表面リダイレクト層を 持つ楔形状照明器具の図であり；図１２Ｆは、屈折性ファセット付き層の頂部表 面リダイレクト層と底部表面屈折／内部反射ファセット層を持つ照明器具の図で あり；図１２Ｇは、頂部表面／内部反射性ファセット付き層と、底部表面屈折／ 内部反射ファセット層と、を持つ照明器具の図であり；図１２Ｈは、頂部表面屈 折ファセット付き層と底部表面屈折／内部反射ファセット付き層を持つ照明器具 の図であり；図１２１は、底部表面鏡面反射体と頂部層透過屈折格子又は透過ホ ログラムを持つ照明器具の図であり；図１２Ｊは、底部表面鏡面反射体と頂部表 面屈折ファセット付き層と拡散器を持つ照明器具の図であり；図１２Ｋは、底部 表面層鏡面反射体と頂部層屈折／内部反射ファセット付き層を持つ照明器具の図 であり；図１２Ｌは、底部鏡面反射体と頂部層屈折・内部反射ファセット付き層 を持つ照明器具の図であり；図１２Ｍは、一体式レンズ形拡散器を含む初期反射 体セクションを持つ照明器具の図であり；図１２Ｎは、粗面化された初期反射体 セクションの層を持つ照明器具の図であり；図１２０は、偏心光カップラを持ち 、楔形状セクションに収束する照明器具の図であり；図１２Ｐは、偏心光カップ ラ及び拡散器並びに粗面化されたもしくはレンズ形の反射体を持つ照明器具の図 であり；図１２Ｑは、底部の鏡面的又は拡散的に反射する層と頂部の屈折する層 を持つ照明器具の図であり；図１２Ｒは、「蝙幅の翼」光出力を発生する照明器 具の図である。 図１３は、一体に形成され、２つの光源を用いた２つの楔形状のセクションの 合成物の図である。 図１４は、ファセット付きリダイレクト層(redirecting layer)を含むテーパ ー付きディスク照明器具の図である。 図１５は、平行光線出力分布を提供するようにを動作する照明器具の図である 。 図１６Ａは、先行技術による周辺モードＬＣＤの図であり；図１６Ｂは、先行 技術による透過反射であるＬＣＤユニットの図である。 図１７は、ファセット付きリダイレクト層とレンズ形拡散器を持つ周辺モード と活性モードで動作する照明器具の図である。 図１８Ａは、拡散バックライト上に配置されたファセット付き表面の微小プリ ズムの配列と、両側に等しい角度を有する微小プリズムと、を持つ照明器具の図 であり；図１８Ｂは、これ又はセット付き表面上で変化する別々の角度を有する 各微小プリズムの側部を持つ図１８Ａのような微小プリズムの配列の図である。 図１９Ａは、偏光フィルタ層を有する照明器具の図であり；図１９Ｂは、偏光 フィルタ層を含む複数の層を持つ照明器具の図であり；図１９Ｃは、照明器具の 一方の側で光線の双方の偏光の出力を可能とする層の率を持つ図１９Ｂの変更例 の図である。 図２０Ａは、図１９Ｂに類似しているが反射体層を含む照明器具の図であり； 図２０Ｂは、図２０Ａに類似しているが、リダイレクト層が基底層と偏光フィル タの同一側の配置されている照明器具の図であり；図２０Ｃは、追加のリダイレ クト層と再配置されたｎ₂／フィルタ／リダイレクト層を持つ図２０Ｂの変更例 の図である。 図２１Ａは、偏光変換層と偏光フィルタ層を有する照明器具の図であり；図２ １Ｂは、偏光フィルタ層と偏光変換層が基底層の同じ側にある図２１Ａの変更例 の図である。 図２２Ａは、偏光フィルタ層が基底層の一方の側にあり偏光変換層が他方の側 にある照明器具の図であり；図２２Ｂは、フィルタ層と変換層が基底層の同じ側 で互いに隣接している図２２Ａの変更例の図であり；図２２Ｃは、反射体層を追 加した図２２Ａと図２２Ｂのさらなる変更例の図であり；図２２Ｄは、変換層が 基底層の他方の側に移動した図２２Ｃのさらなる変更例の図であり、図２２Ｅは 、図２２Ｄのさらなる変更例の図である。 図２３Ａは、偏光フィルタ層と、変換層と、リダイレクト層と、反射体層と、 ＬＣＤ層と、を含む複数の層を有する照明器具の図であり；図２３Ｂは、図２３ Ａの変更例の図であり、図２３Ｃは、図２３Ａのさらに別の変更例の図である。 図２４Ａは、２つの変更状態の場合にをける２つに偏光フィルタ層を持つ照明 器具の図であり；図２４Ｂは、光線リダイレクト層とＬＣＤ層を追加した図２４ Ａの変更例の図であり；図２４Ｃは、整合層と、第２のリダイレクト層と、ＬＣ Ｓ層と、を持つ図２４Ｂのさらなる変更例の図であり；図２４Ｄは、図２４Ｂと 図２４Ｃのさらに別の変更例の図であり；図２４Ｅは、変換層と、２つの偏光フ ィルタ層と、２つのリダイレクト層と、を持つ図２４Ｄの変更例の図であり；図 ２４Ｆは、ＬＣＤ層が基底層の両側にある図２４Ｅのさらに別の変更例の図であ る。 図２５Ａは、２つの偏光フィルタ層と偏光変換層を利用した一般的な構造の図 であり；図２５Ｂは、リダイレクト層を追加した図２５Ａの変更例の図である。 図２６Ａは、光源を光線角度トランスフオーマにカップリングして、デバイス から出力された光線の空間的一様性を制御する多層照明器具の図であり；図２６ Ｂは、図２６Ａの変更例の図である。 図２７Ａは、ファセット付きリダイレクト層（redirecting layer）と、光偏 光層と、偏光変換層と、を持つ照明器具の図であり；図２７Ｂは、リダイレクト 層が、好ましい視野ゾーンに光線を収束するための湾曲ファセットを持つ反射層 を含む図２７Ａの変更例の図である。 図２８Ａは、偏光光フィルタ層と、偏光コンバータ層と、ファセット付きリダ イレクト層と、拡散層とを含む照明器具の図であり；図２８Ｂは、２つの偏光フ ィルタ層と２つのファセット付きリダイレクト層を持つ図２８Ａの変更例の図で あり；図２８Ｃは、照明器具にカップリングされ、図２８Ａの変更例である光源 の図であり；図２８Ｄは図２８Ｃの変更例の図であり；図２８Ｅは図２８Ｃのさ らなる変更例の図である。 図２９Ａは、偏光光出力がＬＣＤ層と組み合わされている照明器具の図であ り；図２９Ｂは図２９Ａの変更例の図である。 図３０Ａは、従来のＬＣＤ表示装置の図であり；図３０Ｂは偏光フィルタ層の 図であり；図３０Ｃは、偏光フィルタの多層薄膜形態の図であり；図３０Ｄは偏 光フィルタのブルースタースタック形態の図であり；図３０Ｅは、複屈折プレー ト及び相互作用偏光光線の図であり；図３０Ｆは、オイラー角と光ベクトルの図 であり；図３０Ｇは、ｘｚ平面上で平行光線を提供するバックライトの図であり ；図３０Ｈは、図３０Ｇのゾーンの詳細な拡大図である。 図３１Ａは、カップリングされた複屈折層を持つ照明器具の図であり；図３１ Ｂは、照明器具と、複屈折層と、追加された光線リダイレクト層と、の図であり ；図３１Ｃは、追加の光偏光変換層を持つ図３１Ｂに類似した照明装置の図であ り；図３１Ｄは、図３１Ｃに類似しているが変換層が基底層に対して複屈折層と 同じ側にある照明装置の図であり；図３１Ｅは、変換層が基底層に直接カップリ ングされている図３１Ｃの変更例の図であり；図３１Ｆは、図３１Ｄに類似して いるがリダイレクト層がファセット付き層を含む照明装置の図であり；図３１Ｇ は、図３１Ｆの実施態様に基づいてをりさらに整合層と、ＬＣＤ層と、拡散器層 とを含む照明装置の図であり；図３１Ｈは、図３１Ｇの変更例の図である。 図３２Ａは、非偏光光線の処理のために、ＬＣＤ層とＬＣＤ後方拡散器層とを 含む照明装置の図であり；図３２Ｂは、図３２Ａの変更例の図であり；図３２Ｃ は、図３２Ｂの変更例の図である。 図３３は、１／４波長変換層と、基底層の下方にあるＢＥＦベースタイプの背 部反射体と、偏光スプリッタと、基底層の上方にあるリダイレクト層と、を含む 照明装置の図である。 図３４は、変換層を持たない図３３の変更例の図である。 図３５は、基底層の下方にあるＢＥＦベースタイプの背部反射体と基底層の上 方にある光リダイレクト層を含む照明装置の図である。 図３６は、ＢＥＦベースタイプの背部反射体層の代わりに金属製は威武反射体 を用いた図３３の別の形態の図である。 図３７は、偏光分割層が直接に基底層上に配置されている図３６の別の形態の 図である。 図３８は、背部反射体層が金属製背部反射体である図３５の別の形態の図であ る。 図３９は、１／４波長プレート変換層が基底層に積層されている図３６の別の 形態の図である。 図４０は、基底層と積層された変換層によって形成された偏光用空洞を持つ照 明装置の図である。 図４１は、偏光分割層が基底層の頂部表面上に配置されている点以外は図４０ と同じ形態の別の形態の図である。 図４２は、背部反射体層が、基底層の底部表面層に積層された変換層に直接カ ップリングされた図４０と４１の変更例の図である。 図４３は、偏光変換層が基底層の頂部表面上に配置されている照明装置の図で ある。 図４４は、複屈折偏光変換材料製の基底層を持つ図４３の変更例の図である。 図４５は、背部反射体層がＢＥＦタイプの背部反射体である図３９の変更例の 図である。 図４６は、背部反射体層がＢＥＦタイプの背部反射体である図４０の変更例の 図である。 図４７は、偏光分割層が気鋭層への入力部に配置されている照明装置の図であ る。 図４８は、偏光変換層が偏光分割層のランプ空洞側にある図４７の変更例の図 である。 図４９は、リダイレクト層を含まず、基底層がテクスチャであり、薄膜ベース の反射偏光子を干渉層の代わりに用いた図３３の変更例の図である。 図５０は、テクスチャ式基底層を有しない図４９の変更例の図である。 図５１は、ＢＥＦタイプの背部反射体の代わりに金属製の背部反射体を持つ図 ４９の変更例の図である。 図５２は、基底層がテクスチャ式でない図５１の変更例の図である。 図５３は、反射偏光層を干渉層の代わりに用い、基底層がテクスチャ式である 図３３の変更例の図である。 図５４は、リダイレクト層が反射偏光層によって取って代わられた図５３の変 更例の図である。 図５５は、変換層が基底層の上方に位置付けされた図５３の変更例の図である 。 図５６は、変換層が基底層に積層された図５３の変更例の図である。 図５７は、テクスチャ形態の基底層を用いた図３５の変更例の図である。 図５８は、分離コンバータ層無しで操作される偏光照明装置の図である。 図５９は、偏光子層がリダイレクト／拡散器層の下方に位置付けされた図５８ の変更例の図である。 図６０は、偏光が角度はずれ反射によって生成される図５３の変更例の図であ る。 図６１Ａは、照明器具出力測定装置と照明器具デバイスの上面図であり；図６ １Ｂは２つのハーフ照明器具の図である。 図６２は、角度要素測定値対最大輝度の図である。 図６３は、標準のバックライトを用いた偏光照明器具及び非偏光照明器具並び にコーティング済みプレート偏光ビームスプリッタを用いたバックライトに基づ いた典型的な縦方向分布の図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明の１形態に従って構成された多層照明デバイスを図２中で一般的に参照 符号１０で示す。先行技術による区座微１１は図１で一般的に図示されている。 この楔１１中には、楔１１内の光線が、入射角が臨界角度（ｓｉｎ^-1１／ｎ）( こ こでｎは楔１１の屈折率)未満になるまで表面から反射する。光線は楔１１の頂 部と底部双方から等しく、しかもグレージング角度で出る。 図２Ａに示す多層照明デバイス１０（以後「デバイス１０」と呼ぶ）は、特徴 的な光学屈折率ｎ₁を有する基底層又は楔層１２を含んでいる。「楔層」という 用語は本書では、楔形状の断面を持つ収束する頂部と底部を有するあらゆる形状 を含むものとして用いるものとする。ｘ、ｙ及びｚ軸は図２Ａと図２Ｃでは紙に 対して直角な「ｙ」で示してある。楔層１２として一般的に有用な材料には、ガ ラス、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、塩化ポリ ビニル、メチルメタクリレート／スチレン共重合対（ＮＡＳ）、スチレン／アク リロニトリルなどが含まれる。図２Ａの楔層１２はさらに、頂部表面１４と、底 部表面１６と、側部表面１８と、エッジ２６と、頂部に至る厚さｔ_Oの背部表面 ２００と、底部表面と、側部表面と、を含んでいる。管状蛍光灯２２などの光源 は、光線２４を背部表面２０から楔層１２に入射する。光線２４はさまざまな楔 層表面から内部で反射し、楔層１２に沿ってエッジ２６に向かって放出される。 他の可能な光源を用いてもよいが、以下に説明する。一般的に、従来の光源は、 実質的に不干渉性の非平行光線を出力するが、干渉性の平行光線でも本発明によ って処理することが可能である。 表面１４と１６が平坦である場合は、線形楔の単一傾斜角度φは頂部表面１４ と底部表面１６によって定められる。非線形楔の場合、角度φの連続体を定める ことが可能であり、非線形楔を、光線の出力又は集中を所望のように制御するよ うに設計することが可能である。このような非線形楔を後で詳細に説明する。 図２Ａの実施態様では、第１の層２８は、間に空気層を持つことなく楔層１２ にカップリングされてをり、第１の層２８は屈折率ｎ₂を持ち底部表面１６に光 学的にカップリングされている。第１の層２８の厚さは光線の波長の数倍から遙 かに大きい値に及び、所望の機能性を遂行する。その結果生じる楔層１２と第１ の層２８の間の誘電性表面は楔層１２と周辺との間の境界より大きい臨界角度を 有する。以降で明らかになるように、この特徴は好ましい角度出力とデバイス１ ０からの光線２４の平行化を可能とする。 第１の層２８には、ｎ₂より大きく１部の実施態様では好ましくはｎ₁より大き い屈折率ｎ₃を有する第２の層３０（図２Ｂに最もよく示される）がカップリン グされている。この構成によって、光線２４は第１の層２８を出て第２の層３０ に入ることができる。図２Ａの実施態様では、第１の層２８と第２の層３０の間 にはなにも介在する空気ギャップは存在しない。図２Ａに示す本発明の好ましい 形態では、ｎ₁は約１．５１、ｎ₂＜１．５、ｎ₃≧ｎ₁である。ｎ₁＝１．５、ｎ₂ ＜１．５（例えば１）、ｎ₃ ｎ₁であれば最も好ましい。 このように図２に示すデバイス１０が多層構造になっている場合、楔層１２に よって、頂部表面１４からの各反射循環時間に対する入射角が、（底部表面１６ の平面の垂線に対して）傾斜角２φだけ減少する。底部表面１６での入射角が楔 層１２と第１の層２８の間の境界に固有の臨界角度未満である場合、光線２４は 第１の層２８中にカップリングされる。したがって、第１の層２８と関連の光学 的境界特性がアンギュラフィルタを形成し、これによって、光線２４は、θ＜θ ｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ₂／ｎ₁）という条件が満足されると通過することが可能とな る。すなわち、所望の臨界角度は空気と楔層１２間の境界のそれより高い。した がって、この２つの臨界角度の差が６φを越えると、光線２４のほとんどすべて が、頂部表面１４から楔層１２を出ることができるようになる前に、楔層１２と 第１の層２８間の境界中に交差して入る。その結果、この２つの臨界角度の差が φ未満である場合、その光線のかなりの部分ただし半分未満の部分頂部表面から 出る。２つの臨界角度の差がφより大きく６φより小さい場合、光線の半分を越 えるがすべてではない部分が、頂部表面１４から楔層１２を出ることができるよ うになる前に楔層１２と第１の層２８間の境界中に交差して入る。このようにし て、デバイス１０はは、θ＜θ_Cという条件が底部表面１６に対して最初に満足 されるような構造とすることが可能である。出ていく光線２４（層２８に入った 光線）は、次に、例えばｎ₃＞ｎ₂である限り第２の層３０に入る。次にこの光線 は、楔層１２にカップリングされ互いの屈折率間に適当な関係が成り立っている 第１の層２８によって与えられる第２の層３０内で平行光線２５となる。 デバイス10から光24の出力を発生するために、第２層30には図2Eに示す塗装層 33または図2Bと図2Cの両方に示すファセット付き面34のような光を散乱させる手 段を含む。塗装層33は映像またはその他の可視情報を優先的に投影するために使 用できる。塗装層33は、例えば、屈折率特性を有する粒子の制御可能な分布から 成る。 適切な選択により、光はまた楔層12を通って環境へ（図2Aと図2Cの光29を参照 ）リダイレクトされることも、または第２層30から環境へ直接出力される（図2F の光29'を参照）ことも可能である。 本発明の他の形式においては、関連する”n”値を有するさらに多くの層が存 在できる。本発明の望ましい１つの形式においては、最低屈折率層の屈折率で数 値開口と出力角度（下文に規定される）の式の中のｎ₂を置換できる。そうした さらに多くの層は、例えば、楔層12と第１層28との間に介在すること、第１層28 と第２層30との間に介在すること、または楔層12または第２層30の上張り層とな ることが可能である。 ある具体化においては、望ましい結合構造は楔層12での反射後退を生じること なく環境への光の出力をもたらす。例えば、図2Fのデバイス10は透光性の層37を 含むことができる。この具体化の別の形式として図2Gに示す例には屈折層38を示 す。屈折層38は平行出力をもたらすために平らなファセット39を含むことができ る。図2Gには横断レンズ形拡散層83を仮想線で示し、その詳細を下文で説明する 。拡散層83は図6Aの楔層12より上を含めて本発明のいかなる結合構造にも使用可 能である。 さらに図2Hに示す別の例においては、希望する角分布上へ滑らかに広がる出力 をもたらすために、屈折層38に曲線ファセット41を含むことができる。図21 に示す別の例においては、屈折層38は可変角ファセット42を含む。このファセッ ト42は出力光を希望する方法で収束させるようにファセット・アレイを横切る位 置とともに変わるファセット角および／または曲率を有する。カーブしたファセ ットは、そのなかで観察画面全体が照射されたように見える甘く収束される部分 を生じることを可能にする。コンピュータ画面照射への適用例を下文に説明する 。図2Jと2Kには、それぞれ、単一屈折プリズム要素43と出力光を収束させるため のインテグラルレンズ44付きのプリズム要素43とを示す。図2Lと2Mには、光の出 力分布を制御するために角度をもって配列されたファセット付き面34を示す。図 2Kと2Lでは光は収束点"F"へ出力されるが、図2Mでは、出力はほぼ観察範囲45に 広がる。図2Nと20はそれぞれ、平行する光出力または収束する光出力をもたらす 、平らな反射面48と曲がった反射ファセット49とを示す。 図2AとCとに示すように、ファセット付きの面34は光29を光学的に反射し、第 ２層30、第１層28、をそれから楔層12を通じて環境へリダイレクトする。各ファ セットの一部分のみが照射され、十分に細かいスケールで観察すると出力の明暗 が交互に現われる。このパターンは典型的に望ましくないので、図2Bに示される 望ましい具体例においてはファセット付き面34の各々の間の間隔周期は回析効果 を避けるため十分に大きく、しかし個々のファセットが意図される観察手段によ り検出されないため十分に小さいことが望ましい。この間隔はまた液晶表示器ま たはCCD（電荷結合素子）アレイのような、照射されるデバイスの特長によって 変わるモアレの干渉パターンの形成を避けるように選ばれる。間隔のある種の不 規則性は望ましくないモアレの回析効果を軽減する。典型的な背光表示器におい ては、約0.001-0.003インチの間隔周期が望ましい目的を達成可能とする。 例えば、図2Bと図2Cのファセット付き面は、リダイレクトされる光29がデバイ ス10から出力される角度範囲を制御するために一般的に作成される。層30内の出 力角の最小分布は下式にほぼ等しい幅を有する。 φは非常に小さいので、デバイス10は非常に有効なコリメータとなり得る。し たがって、線形ファセット付き面34においては、存在するリダイレクト光29は空 中で下式にほぼ等しい最小角度幅を有する。 前述したように、そして図2H、2I、2K、2L、2Mおよび図３に示すように、ファ セット結合構造は最小角を超える角出力を制御するためにそしてまた出力光の方 向を収束、制御するために使用できる。 さまざまな界面からのフレネルの反射もまた上記で与えられる値を超えて出力 角を広げるが、図2Bに示すように、この影響は内部界面の１つまたはそれ以上へ 反射防止塗装31を適用することにより減らせる。 図示の具体例における輝度の比（"BR"）は図2Dへ参照付けることやetenduemat chにより測定可能であり、BRは次式で示すことができる。 B.R.＝出力の輝度／光源の輝度 または、 B.R.＝照射面積／合計面積 B.R.＝［1−（ｎ₂／ｎ₃）²］^1/2＝0.4-0.65（最も透過性の大きい誘電体物質の 場合）。例えば、楔層12はアクリル（ｎ₁＝1.49）とすることができ、第１層28 はフルオロポリマー（ｎ₂＝1.28〜1.43）またはゾル・ゲル（ｎ₂＝1.05〜1.35） 、フッ化塩（ｎ₂＝1.38〜1.43）またはシリコンポリマーまたは接着剤（ｎ₂＝1. 4〜1.45)とすることができる；そして第２層30は空気界面で金属化されたポリカ ーボーネート（N₃＝1.59）ポリスチレン（N₃＝1.59）エポキシ（N₃＝1.5〜1.55 ）またはアクリル（N₃＝1.49）のようなファセット付き反射面とすることができ る。 例えば図2Bと2Cに示す平坦な、または線形の、ファセット付き面34は、光 出力の方向を制御するためにそしてまた角フィルター効果（例えば、図4Dを参照 ）により第２層30へ結合される光の角分布△θを実質的に保存するために、入射 光24をリダイレクトできる。例えば、図2Lに示される１つの望ましい具体例では 、ファセット付き面34は出力光を収束する位置によって変わる平坦ファセット角 度で光を反射する。図2Mのファセット付き面34はその中では画面全体が照射され たように見える甘く収束した視界ゾーン45を生じる位置で変化する曲がったファ セット角度を有する（例えば図4Fと4Ｇも参照）。本発明と組合せて使用できる 典型的な液晶表示器47も図2Mの仮想線で示す。さらに、図3Aと3Bに示すように、 曲がったファセット36も入射光24をリダイレクトするが、ファセットの曲率がリ ダイレクト光29の角出力の範囲を増大させる(図2Dの平坦ファセットの場合と比 較すること)。例えば、凹面トラフは実像を生じ、凸面トラフは虚像を生じるこ とが知られている（例えば、図3Bを参照）。各々の場合に、像は光を希望する角 出力範囲に均一に発射しているライン光源に対して等価である。したがって、そ うしたトラフ形状をしたファセット36のアレイは入射平行光25を第１層28（図2C 参照）からリダイレクトできる。そして多数のそうしたライン光源の像がリダイ レクトされた光29を形成する。曲がったファセット36の間隔を人間の目の解像度 より小さく配置することにより、結果的にライン光源のアレイが観察者にとって 非常に均一に見える。すでに述べたように、約300ないし500ライン／インチ、ま たは0.002から0.003インチのファセット間隔周期を選択すれば、そうした結果が 得られる。典型的なLCD表示器においては約20インチまたはそれ以上離れて観察 するのが普通である。 他の有用なファセット形状には、例えば、放物線、楕円、双曲線、円、指数、 多項式、多角形、およびそれらの組合せを含む。ユーザーはしたがってさまざま なファセット設計を使って平均された輝度の事実上自由な分布を作ることができ る。例えば、多角形ファセットは多くのピークを有する出力角分布を生じるため に使用できる。 曲がったファセット付き反射面を使用した角出力のさまざまな範囲にわたる輝 度分布の例を図4A〜4C，4Fおよび4Gに示す。図4Cと4Eは線形ファセットを有し、 そしてさらに拡散要素40（図2Cに仮想線で示す）を含んだ、反射面の場合の輝度 分布を示す。さまざまな角範囲について予測される性能出力が示され（図4A-4C を参照）そしてDisplay Engineeringの商標である”Wedge Light”unitのような 市場で入手可能な光源（"Wedge"標識付き）について測定された光の角出力と比 較される。特殊な観察およびコリメーション要求事項へ適合するために、φ，ｎ₁ ，ｎ₂，ｎ₃を使った式で前述の最小角△θ（空気中）までの望ましい角範囲へ 容易に変更できる。この変更は図2Mに示し、以下に説明する方法で曲がったファ セット36の曲率を連続的に変更することにより達成できる。曲がったファセット 36の形状を適正に変更することにより図解された立面視の角範囲の制御に加えて 、平面視の範囲の変更も達成される。図4A-4Iに示す前述の角分布は開口値NA（ （ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）^1/2）内でデバイス10が光24を処理しているときの代表的なもの である。光がこの範囲外であるときは、角出力範囲の制御を助ける追加の技術を 適用することができる。 図9Aと9Bとにはさらに重なりの大きい収束照射出力や重なりの少ない収束照射 出力をもたらすリダイレクト方法の使用を示す。典型的なポータブルコンピュー タ画面87が約150mmの縦の長さ"V"を有し、典型的な視距離"D"が500mmであること を考慮するときこれらの概念は実用的に適用可能である。コンピュータ画面87の 縦の中心と垂直に視距離"D"離れた観察者は画面87の別の領域を画面87の頂部で 測った-8.5°から画面87の底部で測った＋8.5°以下の角度で視るであろう。こ の視角の変動はそうした画面照射を有するシステムの使用へ望ましくない影響を 生じる。画面87のそうした制限された照射角は観察者が照射された画面87全体を 視ることができる位置範囲に制限を生じる（図9Aを参照）。観察者の位置を角と 画面87中心からの距離とで定義すると、有効な角範囲は呼びの照射角以下へ大幅 に減らされる。例えば、各個別ファセットで測定して呼び の照射範囲が±20°であるならば、有効視の範囲は図9Aに示す典型的なフラット パネル照射で±12°に減らされる。その結果として、画面87の中心の片側で12° -20°間の照射が観察者にとって不均一に見える。 本発明はファセット付き面34の向きを制御することにより前記の不均一さを克 服するために使用可能できる。例えば、図2Mに図示するように、フラットなファ セット面がデバイス10のさまざまな層を決める面の縁に関して、または平行して 35.6°から33.3°まで変化するようにファセットの両面は連続的に回転される。 この画面89（図9B参照）の頂部から底部までのシステマティックな変化がリダイ レクト出力の照射をもたらす。ファセット付き面34はさらに拡散面83等と組み合 わされて可変の、制御可能な光照射出力分布を生じる。フラットなファセット付 き面168はさらに拡散面170と組み合わされる。したがって、図9Bに示すように、 画面89上の異なる各点での光の角分布を回転させる能力が位置によって変わる視 角の変動を補償できる。ファセット付き面34システマチックな変化かさらにファ セット付きリダイレクト層の出力の収束へ変化を含ませることができる。例を図 21と2Lに示す。 照射の不均一性を克服する別の例では、ファセット付き面34のためのマイクロ プリズムのアレイを通常の拡散背光101へ重畳することができる（図18Aを参照） 。このファセット付き面34は屈折と合計内部反射との組合せにより働き、制限さ れた角範囲でのみその層から環境へ出力することを許す。この角範囲はファセッ ト角度に左右される。アクリルフィルム（n＝1.4.9）の場合は、最大輝度は典型 的に90-100度のプリズムを使って達成され、約±35度の視角を生じる。そうした 結合構造を使用する背光は多数の観察者を不安にさせるシャープな「カーテン」 効果を示す。この効果は収束効果を生じるようにファセット38を画面の頂部から 底部へ回転させることにより改善できる（図18Bを参照）。単純なray-tracingが 、プリズムの角度100-110度の場合、角３だけ回転されたファセットは約3/2だけ 回転された角分布を生じることを示す。図18に示す具体例 の場合は、ファセット面角度の連続的な変動が位置＞ファセット付き面34に沿っ てとして変わる。例えば、 この連続的なファセット角度変化が画面89の横断で約10度だけ変化する角度分 布をもたらし、前述した一般的な制約を満足させる。 望ましいファセット形状が何であるかにかかわらず、ファセット付き面34（図 2D）は成形またはよく知られているフライス削り工程のような通常の工程によっ て望ましく形成される。製造の詳細を下文に述べる。ノンリニア楔 発明の別の形では、主光導体である楔層12は、本書中で先に想定した直線型と は異なるものであってよい。これらの形によって多種類の選択された光の配分を 達成することが出来るようになる。他の形は第2B及びC図に示した楔軸「z」(光 入力端から小又は尖鋭な端26へ走る座標軸)の機能として楔層12の厚さで一層一 般的に記述することが出来る。直線の形をした楔に対しては、 A0=最大楔厚さ（第2A図参照） C＝定数＝tanφ 大きい範囲の所望の空間及び角度の分布は光の出力電力（第２層30に連結した 力）に対して達成され得る。この光の出力電力は略ファセット付きの表面34又は 36、或いは拡散反射板33(第２図参照)又は他の手段によって周囲への出力に対し て得られる光である。 例えば、もしLとMとがそれぞれx及びy軸に沿う方向コサインであれば、L_O及び M_Oは厚い端(z=0)でのL及びMの値である。この最初の分布が、殆どが又は全くそ の範囲外の光が無い、或る良く定義された角度範囲ないのランバーチアンである 。この分布が特に重要である、何故ならば理想的な非映像の光学素子は限 定されたランバーチアン出力分布を持っているからであう。肝要なキー関係は、 略AoLoに等しく、また暗示的にエスケープの位置(z)を示す、断熱性の不変数で ある。この概念を説明すれば、dP/dz定数となるように均一な発光を望むと考え る。更に、最初の相スペースは下記の等式によって表される楕円形の面積を均等 に埋めると想定する。 ここで、τはM軸に沿う楕円の寸法であり、σはL軸に沿う楕円の寸法である。 そこで、dP/dL=定数・[1-L²/σ²]しかしdA/dz[A_O/L_C]dL_O/dZ、そこでL_C=cosθ_C となる。それゆえ、(式)[1-(L_CA)²/(A_OO)²]^1/2dA＝定数倍のdzとなる。-好まし い実施態様でσ=L_Cと想定する。この結果は代入A/A_O=sin uによって解釈され得 る、それゆえ、A=A_Osin u、そしてu＋1/2 sin(2u)＝（π/2）(1-z/D)、ここにD は楔層12の長さである。 もし、単位長さ当たりの所望の電力がdP/dzであれば、一層一般的には、楔層1 2の望ましい形は異なった等式によって定められる。 これら全てのケースでは出力分布は僅かに概略的に所望の形を取っている、そ れはフレネル反射によって修正されているからである。また、例え楔装置10が曲 っている場合でも、もし曲面度があまり大きくないときは、それは尚システムを 質的に特徴づける平均角度φを定めるのに有用である。 本発明のもう一つの様相では上記のれいの幾何形は屈折率ｎ₁及びｎ₂を持った 二つの屈折媒体の間にx,yのインターフェースを持っている。構成要素nM,nNはィ ンターフェースを横切っているので、n₁M₁=n₂M₂、n₁N₁=n₂M₂である。X,Zの 平面に投射された入射角はsinθ_2eff=N/(L²-n₂)^1/2で与えられる。そこで上記の 関係を用いると、（式）sinθ_2eff／sinθ_1eff=(n₁/n₂)[1-M_-1 ²]^1/2[1-(n₁/n₂)² M₁ ²]^1/2=(n₁/n₂)_effとなる。例えば、ｎ₁=1.49に対しては、ｎ₂=1.35、...とな り、有効な屈折率比率は1.035(ｎ₁/ｎ₂)で、これは実際の屈折率比率よりもほん の僅かに高いだけである。空間パラメータを越えた屈折率の変化 先細りになった光導体の一般的なケースでは、楔層12は概してx軸に沿う狭い 寸法を持ったｘ軸に沿っている(例えば,第2A図を参照)。もし我々が光学方向コ サイン（nL,nM,nM）ここにL,M,Nはx,y,zに沿う幾何学的方向コサインである、そ こでnは空間位置と共に変化することがある屈折率である。楔層12に導かれた光 線に対しては、xの動作は殆ど周期的であり、そして１周期に対する量φnLdxは 光線がzに沿って伝播するときに殆ど恒常的である。この性質を断熱的不変性と 呼び、光導体の性質を分析するための有用な枠組みを与える。 最初の例では第2A図に示した楔装置10は楔層12に均一な屈折率を持っており、 そして幅A(z)A_O-C_Zで直線的に先細りになっている。次に、ジグザクの光路に沿 って、L(z)A(z)が断熱的不変性により定数に略等しくなっている。光線はL=cos θ_C、ここでθ_Cは臨界角=[-(ｎ₂/ｎ₁)²]^1/2、のとき楔層12から漏れ出る。それ ゆえ、楔層12を出る条件はA_O-C・z=L_OA_O/cosθ_Cとなる。これは、 Z=(A_O/C)(1-L_O/cosθ_C)のときおこる。その結果、ｚを出る光線の密度は最初の 方向コサインL_Oの光線の密度に比例する。例えば、もしL_Oの最初の分布が均等で あれば密度は均一となる。 第２の例では、屈折率のプロフィルはもはや均等ではなくて、xでもzでも落ち る。もしzでの落ちがxでの落ちよりもずっと遅いならば、光路は殆ど周期的であ り続けるが、そして上記の断熱的不変性がなおあてはまる。そこで、光線24がz 中に広がるにつれて、x,nL空間の光路は殆ど周期的となる。それゆえ、L(z)の最 大値は増大し、あるzではエスケープの臨界値に達することがある。エスケー プのz値は屈折率(n)のプロフィルの詳細に依存する。これが特定されれば、分析 は上記の例１のように進行する。それゆえ、パラボラ式屈折率のプロフィルには 、屈折率プロフィルは、−ρ＜ｘのとき、n²(x)=n² ₀[1-2△(x/ρ)²]の形を有す る。｜ｘ｜＞ρのとき、ρ＝ｎ₁ ²＝ｎ₀ ²［１−２Δ］である。そして、x=0での 臨界角は依然としてsin²θ_c=2Δ＝１−（ｎ₁／ｎ₀）²で与えられる。次に、もし n₀がゆっくり減少するｚの関数である、x＝0でのスロープθはφnLdxの断熱的不 変性によってゆっくりと増大する。一方、θ_Cは減少するので、光線はエスケー プする。光線の分布の詳細は屈折率(n)がどのようにzと共に変化するかによる。非楔先細り形状 最も一般的なケースでは光はどのような形の層にでも入る(例えば、平行四辺 形、円筒型又は不均等な楔)、そしてここに記述した原理は同様に適用される。 更に、屈折率は(x,y,z)で希望するように変えて、光を周囲へ出力する手段に連 結したとき生じる適当な最終結果を達成することができる。 例えば、第５図に示すような半径方向ｒに先細りになったデイスク型の光ガイ ド46を考えてみる。円筒形の偏光コーデイネートの方向コサインはk_r，k_θ，k_z であり、このガイド46に伝播する光48は以下の関係を満たす。 φkn_zdz≒定数（断熱的不変性） （４） nrk_θ=定数（角度運動量保存） （５） 断熱的不変性の状態は楔装置10のものと同様であって、楔装置10に関する以前 の議論もまた光ガイド４に適用される。角度運動量保存の状態は、半径を増大し て源泉47から外方向へ光が流れるに連れて、k_θの値は減少する。それゆえ、増 大する半径方向に光は平行に照準される。これによって性質を楔装置10と基本的 に同様にし、そして光48は光52としてz方向に沿って照準された面に選択された 角度で出るようにすることができる。 説明のために、我々はガイド材料が一定の屈折率nを持ったものと見なす。そ のような幾何に対しては5B-5Bに沿って取った２次元の横断面の平面に沿った光 線48は丁度先に記述した楔装置10の対応物の場合のように働く。同様に、所望の 光取扱いの特徴を達成するため種々の追加の層54及び56及びその他の手段も用い ることができる。例えば、デイスクの光ガイド46には好ましいファセット・アレ イ56はデイスク46と同心の一連の円形である。それゆえ、もしファセット56が横 断面が直線であれば、光線52は上に記述した装置10でのような屈折率の機能の２ φ倍の全角内に照準された方向に出る。二つの低屈折率の層を持った先細りの照明器具 第6A図に示した発明の別の形では、装置10は屈折率ｎ₁を持った第１層と、第 １又は頂部層表面62及び第２の底部層表面64とを持ち、少なくとも一つの傾斜角 φ）を確立するように集中するものを含む。第１層61はまた頂部層表面62と底部 層表面64とに亙る背面65を含む。 第１層61に隣接し、底部層表面64に隣接し、或いはその下にある、屈折率ｎ₂ の、第１の中間層66のような、底部の透明な層手段のような、層手段がある。更 に、層手段は頂部層表面62に隣接して配置された屈折率ｎ₂の第２の中間層81で ある、頂部の透明な層手段を形作ることもできる。層66及び81の少なくとも一つ は空気ギャップであるか、又は他のガス又は透明な誘電体のギャップであってよ い。 空気ギャップが、層を張力を(図示せず)かけて吊り下げたり、第１層61と隣接 する光リダイレクトする層70との間にスペーサ68を配置するという外部サポート によるような、通常の手段によって、設けられてよい。同様に、第１層61と第２ の光リダイレクトする層82との間にスペーサ68を配置してもよい。或いは、透明 な誘電体用に固体の材料を用いて層66及び81を構成して、構造的な統一性、堅固 さ、及び組立の容易さを向上させるようにしてもよい。そのような固形の材料は 、例えば、ゾルーゲル(ｎ₂=1.05-1.35)、フルオロポリマー(ｎ₂=1.28-1.43)、塩 化フルオライド(ｎ₂=1.38-1.43)、又はシリコン基体のポリマー及び接着剤(ｎ₂= 1.40-1.45)を含んでよい。透明誘電体用のそのような固形材料はそれ を支持したり、維持するための手段を必要としないで、低いN.A.受容となり得る 、それは屈折率が空気ギャップに対するものよりも高いからである。 層66及び81によって第１層61から受けた光の伝送が出来るようになる。この実 施態様では、光の一部が頂部層表面62に比例して最初にθ_Cを達成し、そして光 は層81へ入って光再ダイレクト層82によって更にプロセスされるようになる。残 りの光はそれによって底部層表面64に比例して先ずθ_Cを達成し、こうして層66 に入って光再ダイレクト層70によって更にプロセスされる。 発明の一つの好ましい形では(第6A図参照)、層66及び81が両方ともあって、同 様の、しかし大きく異なった屈折率ｎ_2a及びｎ_2bを夫々持っていてもよい。屈折 率は、例えば、大きさで楔角φ)と同様である界面62及び64の臨界角を設定した とき、同様と考えられる。 この場合、重要な、しかし不均一な光の断片が各層６６及び８１に入り、層７ ０及び８２のそれぞれを転送することにより更に処理される。大きな断片は２つ の屈折率ｎ_2a及びｎ_2bのうち高い方を有する層に入る。転送層７０は層６６に入 る断片だけを処理する。従って、屈折率ｎ_2aとｎ_2bとの間の関係を変化させるこ とにより、光の出力角度分布上の転送層７０に影響を変えることができる。 本発明の別の好適な形態では、層６６及び８１は屈折率ｎ₂＜ｎ₁の同じ透明な 材料である。一般に、ｎ₂の値が低いと光入力面の開口数を大きくすることによ り装置１０の効果が上がる。従って、層６６及び８１が空気或いは他の気体の充 填された空隙（ｎ₂＝１〜１．０１）である場合、収集効率は最大となり得る。 層６６及び８１の厚さは装置１０の出力パワー空間分布を制御するため、或い は視覚的均一性を高めるために選択的に変えることができる。例えば、層８１の 厚さを０．００２〜０．０３０だけ増すと、装置１０の厚い端部で見られる傾向 のある不均一が著しく低減する。層６６及び８１の厚さは、出力される光の所望 の空間分布に影響を与えるように位置によっても滑らかに変化させることができ る（図１２Ｌ参照）。 図６Ａに示す本発明の１つの好適な形態では、光転送層７０は光を層６６及び 第１層６１に反射させる反射層７１を有する。その後、光は頂部層面６２を介し て第１層６１に出力され、最終的に光転送層８２を通過して更に処理される。反 射層７１は例えば平面の鏡面反射体、部分的或いは完全な拡散反射体、或いはフ ァセット反射体の何れかの組合せでも良い。 平面の鏡面反射体を使用することにより層８１内で最も狭い角度の分布となる 。従って、反射体は所望の出力角度分布が単峰である場合、光転送層８２の設計 を簡素化することができる。拡散或いはファセット反射体は、より広い角度分布 を得るために（図４Ｈ及び４１参照）、或いは均一性を高めるために（図４Ｎ参 照）、層７１に使用することもできる。所望の角度分布が大きな「テール」を有 する場合には拡散反射体が好ましい。ファセット反射体は層８１内に２モード（ 二峰）角度分布を作ることができる（図４Ｈ参照）。従って、所望の出力角度分 布が２モードの場合にはファセット反射体が好ましい。例えば、２モードの「コ ウモリの翼状（バットウイング状）」分布はぎらつきを低減させるため、部屋の 照明用の照明器具に適している。 一般に、層７１の各ファセットは、転送層８２により更に処理されるために層 ６６及び第１層６１を介して反射して戻る光の角度分布を制御する形状とするこ とができる。装置１０内の角度分布は転送層８２から周囲に出力される光の角度 分布に影響を与える。例えば、角度分布を滑らかに広げると共に、均一性を高め るべく拡散させるために、湾曲したファセットを使用することができる。反射層 ７１は出力パワー空間分布と角度分布とにも影響を与える。反射層７１の反射率 、 反射、或いは寸法形状は所望の出力分布を得る為に位置により変えることができ る。例えば、前述のように、位置の機能として、反射層７１の各要素の傾斜を僅 かに変えると光の出力分布が大きく変わる。 光転送層８２は屈折率ｎ₃＞ｎ₂を有し、実質的に透明か半透明である。屈折率 の低い層８１における光は層８２に入り、周囲に転送される。透過性転送層８２ も転送層７１により処理されてその後、低い屈折率の層６６及び第１層６１を介 して送り返された光を転送する。層８２の透明度或いは寸法形状は装置１０の出 力空間分布に更に影響を与えるべく位置により変化させることができる。本発明 の１つの好適な形態では、転送層８２は図６Ａに示すように低い屈折率の層８１ との境界面にファセット面を有する。層８２に入った光は、それが入った時点で 各ファセットの１つの面８４により屈折され、次いで各ファセット８５の第２面 ８６により全体が内方に反射される。本発明の１つの形態では、転送層８２は３ Ｍ社の商標である「Transparent Right-Angle Film」（以下、ＴＲＡＦと称す） でも良く、この製晶は３Ｍコーポレーションにより市販されている。このＴＲＡ Ｆは、典型的なＬＣＤの逆光の応用で好まれるように、屈折及び全体的な内方へ の反射により入射光を約９０度の角度に曲げるよう作用する。従来のＴＲＡＦの 許容できる角度は約２１度であり、これは低い屈折率の層８１に入る大きな屈折 光を転送するには充分な大きさである。本発明の更に好適な形態では、ファセッ ト角度は、屈折及び全体的な内方への反射の上述の機構により低い屈折率の層８ １に入る光７５をより多く転送するように選択される。ファセット面８４及び８ ６の一方或いは両方を出力角度分布を制御するような形状とすることができる。 例えば、湾曲したファセットを使用することで、角度分布を滑らかに広げると共 に、均一性を高めることのできる拡散効果が得られる。 別の好適な実施態様では、転送層８２のファセット角度面を漸進的に変えて、 典型的な見る距離から見た時の、位置による視野角の変化を補償することができ る。このような補償効果の詳細は図２Ｍに示した実施態様に反射ファセット層の 設計に関して既に説明した。屈折層及び屈折／内方反射層を含む如何なるファセ ット転送層にも同様な原理を適用することができる。例えば、このような漸進的 に変化するファセット層を利用できる実施態様の例を図１２Ｅ（層１４０）、図 １２Ｇ（層１４０）、図１２Ｈ（層１６６）、図１２Ｋ（層１８６）、図１２Ｎ （層２１０）、図１２０（層２２８）及び図１２Ｐ（層２４６）に示す。 本発明の別の形態では、層６６及び８１には類似しているが僅かに異なる屈折 率ｎ₂及びｎ₂’をそれぞれ設けることができる。第１層６１及び２つの層６６、 ８１が第１層収束角度よりも異なっていない限り、装置１０の作動原理は実質的 に同じである。 従ってこの場合、転送層７０及び８２のそれぞれに更に処理されるために光の 略均一な断片が層６６及び８１に入る。 本発明の全ての形態には、図２Ｃに二点鎖線で示した出力拡散層４０と、図６ Ａに示した透過性或いは半透明な拡散層８３を更に設けることができる。一般に 、この拡散層４０は、面ディフューザー、容積ディフューザー、或いは少なくと もシリンダの断面を有する少なくとも１アレイのマイクロレンズ（「レンズアレ イ」として知られている）であっても良い。これらの層４０及び８３は光の均等 性を増したり、周囲への角度分布を広げることができる。レンズアレイは、面デ ィフューザーや容積ディフューザーに比べて後方散乱が低く、また平行光により 照射された時に出力角度の遮断がより鋭いため便利である。レンズアレイはこれ らの特徴だけを優先して拡散するが、そうしない場合には、円筒状の角マイクロ レンズの軸の全体的な方向に走ってしまうであろう。 図１０に示す１つの好適な実施態様では、光転送層１０は出力光が正確に平行 となるように平坦なファセット１１１を利用している。円筒状のマイクロレンズ がｙ軸と略平行で適切なＦナンバーを有するレンズディフューザー１１２を設け ることにより、所望の出力角度分布を更に制御する。レンズディフューザー１１ ２は不均等さをも拡散し、そうしない場合には、これはｙ軸の全体的な方向に延 びるように思われる。この実施態様では、不均等さをも拡散する第２レンズディ フューザー１１３をも設けることができ、そうしない場合には、これはｚ軸の全 体的な方向に延びるように思われる。この第２レンズディフューザーのマイクロ レンズはｚ軸と略平行である（図１２Ｈ及び１２Ｎ参照）。レンズディフューザ ー１１２及び１１３の位置決めの順序は光学的利点の損失なしに逆にすることが できる。同様に、レンズディフューザー１１２及び１１３を逆にし、図１０に示 した凸状の変わりに凹状にすることもできる。このような変更により性能の詳細 に影響を与えることになるが、レンズディフューザー１１２及び１１３からはそ れでも上述の一般的な利点は得ることができる。 図１１に示す別の好適な実施態様では、図１０の平坦なファセット光転送層１ １０及び平行なレンズディフューザー１１２の両方の機能を湾曲したファセット を有する光転送層１１４により達成することができる（例えば湾曲したファセッ トを示す図２Ｈ、２Ｍ及び３Ａを参照）。これら湾曲したファセットは光を転送 し、適切なファセット曲率を有する角度出力を制御し、ｙ軸の全体的な方向に延 びる不均一性のためのディフューザーとして作動する。単一の層でこれらの機能 を組み合わせることにより、構成要素の数が低減し、厚さ、コスト及び生産性の 面で向上させることができる。この実施態様では、残りの不均一性を拡散させる ために単一のレンズディフューザー１１５を含めることもでき、そうしない場合 、これはｚ軸の全体的な方向に延びるように思われる。このタイプのレンズディ フューザーマイクロレンズはｚ軸と略平行に延びる。レンズディフューザー１１ ５は逆にして図１０に示した凸状ではなく凹状にすることもできる。ここでも、 このような変更は性能の詳細に影響を与え得るが、層１１４及び１１５は意図し たように機能する。 マルチマイクロ構造層を使用した全ての実施態様において、ファセット或いは 上述のこれらの層の小型レンズの間隔は、層同士或いはＬＣＤ間のモアレ相互作 用を避けるために非合理的な率を有するように選択することができる。 類似するレンズディフューザーは、ディフーザーの断面が図１０及び１１に示 したようなものであれば、類似した利点の楔状断面を有する非楔状形状で使用す ることができる。１つの例は図５に示した先細のディスクである。この場合、図 １０における層１１２に類似したレンズディフューザーは、軸がディスクの回転 軸と同心の円内に延びるマイクロレンズを有する。図１０の層１１３及び図１１ の層１１５に類似したディフューザーはディスクの中心軸から半径方向に発散し た軸を有するマイクロレンズを備える。 光源とカプラー 図2AとBの中で示されている本発明のより好ましい形態の中で、工学的に光の 方向を変えるために、ファセット付き層30が挿入された。ファセット面34を、層 30に組み込んだり、あるは別個のファセット付き層にすることもできる。該ファ セット付き層の操作は、本明細書の前記で解説されている。図６Ａのなかで更に 示されているとおり、入力ファセット付き層74を、光源76と第１層61との間に配 設することができる。該入力ファセット付き層74を、大気に対してより明るく均 一の出力光線80を照射させることができるようにするために、入力光線78に対し て光を並行にする効果を与えるプリズム式ファセット列とすることができる。 入力角配光を調整して、入力開口数にできるだけ合わせることで、Y軸に並行 の線形プリズムの均一性を改善することができる。蛍光灯の光源を利用している とき、X軸に並行の線形プリズムで、出力横断角配光を制限して、また出力光の 明るさを改善することかできる。本発明のもう一つの形態の中で、入力光線の拡 散が好ましい場合は、拡散体79を使用して、光線を拡散して、光を広げて光線の 均一性を改善する。該拡散体79は、できれば、Y軸に並行の筒状の小型レンズ を有するレンズ型列であることが好ましい。該拡散体79を、また標準の表面ある いは容積拡散体とすることができ、また、離散した薄膜あるいは一体化されて楔 型層61に連結することもできる。多重プリズムあるいは拡散薄膜を、組み合わせ て使用することもできる。該薄膜形態の拡散体79、とまたファセット面がある薄 膜74を、その場で交換して、該効果を変えることができる。 本発明のもう一つの好ましい実施態様の中で、完全に誘電体の内側に反射する CPC（複合放物線集光器）部分100の部分を、光源76と第１層61（図２Ｌ、１２Ｏ と１２Ｐ参照）の間に挿入することができる。CPC部分100は、入力光線を調整し て、入力開口数により近くに合わせる。該CPC部分100は、できれば第１層61と一 体化されていることが好ましい。 図７と８の中で示されている反射鏡92と94の形と位置を変えて、光源76から光 導波路の開口部への通過量を最大限とすることができる。該変更は、部分的に全 ての帰還光を吸収する、光の光源76への反射を最低限度とすることと等しい。光 源76は、一般的に筒状であり、透明のガラス覆い93により囲まれており、該光源 の各々は、図７と８の中に示されているとおり、円形の断面を有している。該光 源の典型的な例は、蛍光チューブと長フィラメントの白熱灯から成る。光源76の 外径を、ガラス覆い93の直径と等しくするかあるいはそれ以下にすることができ る。図７は、光源76の周りを鏡面式ポリマー・薄膜で包んで、各該薄膜の端の所 で楔型層12と接触させて形成されている、従来の技術のＵ型反射体92を示してい る。反射体エレメント92は、一般的に、弧の各終端を楔型層12と連結しているほ ぼ直線の部分により、該楔型層12の反対側の光源76の側面上の所で、ほぼ円の弧 に近い形状で形成されている。該反射体のエレメント92を該楔型層12に連結する 該方法は、反射体エレメントの断面に、尖った角が無い場合は、最も簡単に完成 させることができる。一般的に、ランプの効率を下げる恐れがある熱的と電気的 連結を最小限度に抑えるために、光源76を、楔型層12にも反射薄膜にも触れさせ ることができない。 図８の中に示されている本発明の一つの形態の中で、反射体エレメント94は、 有利に設計され、また光源76は、有利な位置にすることで、該光源76に戻る一部 の光を最小限度にすることができ、該配設で、効率を上げることができる。一つ の好ましい実施態様の中で、反射体エレメント94の少なくとも一つの区画の形状 は、該反射体エレメント94の表面の各点の所で引かれる垂線が、光源76の円形断 面に対して接線である。結果として出来上がる形態は、光源76の漸伸線として知 られる。 漸伸線が、最大の効率を提供するが、他の形態をも、容易に製造することもで きる。ポリマー・薄膜は、前記で説明されている半円形の弧を含むスムースなカ ーブに容易に曲げることができる。図７の中で、光源76と反射体92のぼ円形の部 分の断面が、同心である場合に、この反射体92の半円形の部分が、全ての入射光 線を光源76に返し、効率を下げる結果となることが分かる。このような非効率は 、一般的に、自己吸収円形光源と同軸の半円形の反射体の特性である。この一般 的特性は、単純な光線追跡あるいは非対称不変性(skew invariance)の原理に起 因する可能性がある。反射体エレメント92が、仮に完全な円形でなかったとして も、光源76の断面が該反射体部分のカーブの中心に置かれている場合は、該反射 体エレメント92の各部分は、該光源76に光を返す傾向がある。 もう一つの好ましい実施態様の中で、図８の中の反射体エレメント94の断面は 、一個あるいはそれ以上のほぼ半円型の弧から成り、光源76を該反射体エレメン ト94のカーブの中心からずらすことで、効率は向上される。光線追跡と実験は、 この好ましい実施態様を、下記の設計規則を使用して決定できることを示した。 1. 反射体エレメント94の断面が、楔型層12（あるいは光導波路）の最大の厚 みに等しいｘ寸法の最大の伸びを有している。 2. 反射体エレメント94の断面が、光学的に鋭い角を有していない。 3. 反射体エレメント94のカーブの半径が、できるだけ大きい。 4. 光源76を、楔型層12からできるだけ遠くするが、最悪の場合の製造上のば らつきを避けるために、反射体エレメント94からあまり離し過ぎないようにする 。 図８は、内径２mmと外径３mmを有する光源76、厚み５mmの楔型層12（あるいは 光導波路）、と製造許容誤差限度か0.25mmの、反射体エレメント94とガラス覆い 93の外径との間隔に対する前記の設計条件を満たすカプラーの例を示している。 好ましい実施態様の該例の中で、反射体エレメント94のカーブの半径は、2.5mm であり、光源76の中心は、楔型層12の中心から0.75mmずらさせられている。該設 計に従って構築されたカプラーは、図７の中で示されているカプラーと比較して 、10-15%明るいことが分かった。 前記で説明された漸伸線型とＵ型反射体エレメント92と94は、開口部の表面の 垂線に対して±90度に達する角度を持つ楔型層12の開口部に向けて発光するよう に設計されている。もう一つの好ましい実施態様の中で、反射体エレメント94の 形態は、デバイス10のN.A.（開口数）により近い角配光で発光するようになって いる。図６Ｂと６Ｃのなかで示されているとおり、反射体エレメント94のような 該形態には、複合放物線状光源反射体86と非画像照明源反射体88のような他の形 状を持たせることができる。該光源反射体88の例は、本出願の記録の譲受人に譲 渡され、該出願は本明細書の中に引用することにより組み込まれている同時係属 出願番号07/732,982号の中で説明されている。 図６Ｄ、１２Ｌ、１２Ｎと１２０に中で示されている本発明のもう一つの実施 態様の中で、楔型層90は、楔型断面の種々の部分にわたって非単調で変化する断 面の厚みを有する。我々が、該断面の制御により入力される配光を制御できるこ とは決定的な事実である。更に、光学的境界効果、とまた固有光源効果が結合さ れて、不本意な異常で出力配光を与えることができることは決定的な事実である 。我々は、従って、楔型層90の実際の寸法の中で、例えば、一般的に入力光線を 受けるより厚い端の近くで、非直線の変化を有する楔の断面を設けることで、 これ等の異常を補正できる。該寸法の制御により、我々は、従って、配光に対し て制御を実施するためにもう一つのある程度の自由を有し、また事実上、全ての 境界効果あるは光源人工品を補正するための如何なる設計をも提供することがで きる。更に、我々は、配光を変更し、また光入力異常を補正し、希望する配光出 力を提供するための本明細書の前記の中で説明されている方法で、楔型層90の中 で折率を変化させることができる。 照明デバイスの製造 本発明の形態の一つの中で、選択された接着と積層加工の注意深い使用で、デ バイス10の製造を達成できる。例えば、屈折率ｎ₁を有する率楔型層12を屈折率 ｎ₂を有する第１層28に接着できる。接着層60（図３Ｂ参照）を、液状で該第１ 層28の上面に塗布して、該層28を、該楔型層12の底面16に接着方式で連結できる 。一般的に、各種の層の連結の順序は、如何なる与えられた順序とすることもで きる。 該楔型層12を層28あるいは他の同様な層に当てがうとき、製造工程で、できれ ば、ほぼ滑らかな接合面を有する内側の層の接合点の形成を施すことが好ましい 。適切に加工されていないと、屈折率が異なる層の間の接合が、特有の臨界角に より反射面の役割を果たすので、各接合点該内側の層が、性能に悪影響を及ぼす 可能性がある。接合面が、ほぼ滑らかであれば、不均一な表面の悪影響は、無視 できる程度である。従って、デバイス10の各種の層の積層の施工に当たって、前 記で説明されている滑らかな接合層を提供するための接着あるいは接合あるいは その双方の技術に関する方法論を使用しなければならない。積層加工の例には、 これに限られるわけではないが、追加の接着層無しの結合、一方の層にコーティ ングを塗布してから、接着剤で他方の層に結合する方法、とまた２枚の接着層（ 他の層に結合されるべき各層の表面の上に各１枚）を有する薄膜層を当てる方法 がある。 好ましい実施態様の中で、層の積層は、発生する可能性がある接合の粗さが配 光を歪める追加の内部の層を全く使用しないで、行われている。デバイス10に対 する該形状の例で、楔型層12と第２層30の間で、液状層を使用することもできる 。該方法は、第１層29（液状層のような）が、接着剤の役割を果たす場合、最良 の性能を発揮する。我々は、デバイス10の各種の層が互いに接合される、前、部 分的あるいは完成、あるいはその後で、接着剤を硬化させる選択をすることがで きる。光学的接合点は、従って、楔型層12の底面と第２層30の上面により画され る。 接着層でコーティングが使用されているもう一つの実施態様の中で、第１層28 を、第２層30に塗布されたコーティングとすることができる。ここで被覆された 薄膜を、第２段階で、被覆された薄膜と楔型層12の間に接着剤を塗布することで 、楔型層12に積層させることができる。第２層は、一般的に、連続薄膜・ロール 状で供給されるので、第２層には、直接楔型層12に施す代わりに、屈折率の低い コーティングを施すことが好ましい。事実、このような連続ロールにコーティン グするほうが、シート状のものにコーティングするより経済的である。該方法で 、低い屈折率の層の厚みを管理し易くなる。 もう一つの実施態様の中で、第２層30は、該層が、追加の接着材無しで第１層 に直接接着されるような方法で製造される。例えば、該第２層30を、ポリマー材 の層を第１層28に当ててから、該材料を希望する第２層の外形を持たせるように 型に流し込んで製造することができる。もう一つの例の中で、第２層30をエンボ スする間、を第１層28を、支持体薄膜としての役割を果たさせることができる。 該エンボス工程の間、適切な温度を使用することで、該第２層30を、該体位置層 28に溶着させることができる。該溶着には、華氏約100度あるいはそれ以上でエ ンボスすることで、従来のFEP第１層薄膜を使用することができる。 薄膜と２枚の接着材を使用する更にもう一つの実施態様の中で、第１層28を、 後で楔型層12、あるいは二つのタイプの接合点の間に接着材を使用して楔型層12 と第２層30の間にに積層される、押し出しあるいは型に入れて流し込む薄膜と することができる。本明細書の前記に説明されている有害な光の散逸を最低限度 に抑えるために、接着層は、平面で滑らかでなければならない。屈折率が低く、 廉価な該薄膜を、一般市場で入手できる。各層の間に接着を有する多層構造で、 該追加接着層の強度を増やすことができる。 接着材の一般的な使用に当たって、デバイス10の性能は、楔型層と第１層の間 の接着材の屈折率が、第１層28の屈折率とできるだけ近いときに最適化される。 楔型層と接着材の接合点の所の臨界角をできるだけ少なくすると、デバイス10を 出る前に、光が受けるより低い品質の薄膜接合点から出る反射の数を最小限度と することができる。更に、第１層薄膜の表面の所の屈折率の変化は、最少限度に 抑えられ、該作用で、薄膜の表面の粗さの悪影響を減らすことができる。 ファセットがある面の製造は、親工具を使用して、型を精密加工することで達 成できる。機械加工は、適切な形状になっているダイヤモンド工具で定規を当て て実行することができる。親工具は、電鋳法あるいは型に流し込むうな公知の技 術で複製することができる。各複製段階は、希望する表面の形を逆にする。結果 として作られた型あるいはその複製品を、第２層30の中に希望する形のエンボス を行うのに使用できる。直接定規を当てて加工された表面を作ることもできるが 、前記で説明されたエンボス加工が好ましい。従来の“削り”加工に、化学的エ ッチング技術、イオン・ビーム・エッチングとレーザー・ビーム削りも含めるこ とができる。 もう一つの機会加工の中で、ファセット付き表面34(例えば図２Ｂと２Ｍ参照) は、一方の面上に希望するファセット付き面34のプロフィールの逆を有する硬質 工具を使用して、エンボスあるいは型に流し込むような溶接加工で製造される。 従って、製造上の困難は、適切な工具の加工の問題に絞られる。通常、実際に型 への流し込みあるいはエンボス加工に使用される工具を形成するために、テンプ レートとして機械加工された工具が使用される。該工具は、一般的に、電鋳方式 で複製される。電鋳が、表面のプロフィールを逆にし、また電鋳は、他の電鋳か ら作ることができるので、如何なる数の該逆転も、達成することができ、直接機 械加工された“親”に、ファセット付き表面3Aあるいはその逆の形状を持たせる ことができる。 ファセット付き表面34のためのツーリングは、単独点ダイヤモンド加工で製造 でき、該加工の中でカフツールと加工される品物との間の距離が、変えられて、 希望するプロフィールを辿る。ダイヤモンド・カフツールは、非常に鋭利でなけ ればならないが、原則として、ほぼ任意のプロフィールを作ることができる。与 えられた設計に対しては、またカフツールの非ゼロ半径を納めることができるよ うにするための特定の適応が必要である。カーブしたファセット付き面が必要な 場合は、製造をよういにするために円形の弧が好ましい。カフツールは、切削基 板に沿って移動して、工具とほぼ同じ形状を有する溝を彫る。単一のダイヤモン ド工具を使用して、加工物全体を加工することが好ましい。“焦点”タイプのフ ァセット付き面34を作るために該方法が使用される場合は、各種の溝を同じ工具 で加工できるようにするために、各種の溝プロフィールが、従って設計されなけ ればならない。求められる形状の変化も、工具の角度、溝の間隔と深さを変化さ せることで達成できる。 ファセット付き面34の設計は、できれば下記のいくつかの一般的制約をクリア することが好ましい。 1. 位置に対する照明各配光の中心のほぼ直線の変化。一般的コンピュータの 画面の頂上から底の11度（±5.5度）のばらつきは、有効である。 2. 光の出力の可変角配光の幅は、観察者に対してほぼ均一の明るさを達成す るために、ほぼ局部照度と比例していなければならない。下記に記載されている 例は、空間配光が、ほぼ均一であることを示しているので、角円錐が、ほぼ均一 の幅を有している。 3. ファセット38の溝と溝との間の幅は、回折効果を避けるのに充分に広いか あるいは不規則でなければならないが、LCDパネルと使用されるときは、波紋 模様（モアレ）を避けるように選択しなければならない。実用面では、これ等の 必要条件は、許容される空間のばらつきを制限する。 デバイス10の製造に当たって、例えば、視角は、ファセット38の各々の傾きと カーブに左右される。焦点合わせは、位置に対するファセットの構造を回転する ことで達成される。500mmの距離から見た150mmの画面の例を使用して、照明円錐 を、頂上から底に向かって17度（即ち±8.5度）変化させることができる。一般 的な材料である、アクリルとFEPに対しては、ファセット構造物を画面89の頂上 から底に向かって約5.7度回転させる必要がある（図９Ｂ参照）。 上記の制限（1）−（3）が、可変カーブの溝を単一の工具で加工する必要性と 結合されるとき、設計の制約が、生ずる可能性がある。例えば、一定の切削の深 さで、一定の角度幅（制約#1）を維持することで、溝の間隔あるいは溝の深さを 変えて補正する必要が生ずる。具体的には、溝を切削する成型工具が、カーブさ れた反射体ファセットの部分（図２Ｍ参照）が、隣接するファセットの縁で影に なる形状であるとき、溝の間隔の中での直線の変化が、僅かなレベルではあるが 、明るさの変化を減らす可能性がある。該間隔のばらつきを、制約#3をクリアす るのに充分なものとすることができる。 製造方法に更に、第１層28が、本明細書の前記の中で説明されたとおり非常に 薄いので、該第１層28の蒸着、スパッタリングあるはイオンビーム溶着を含める ことができる。同様に、第２層30を、図２Ｂの中で示されているファセット付き 層30に形成させるのに、制御可能な該方法（マスキングあるいは層付着のような ）を適用できる。 単純なコリメーターデバイスとしての楔型光導波路 最も一般的な実施態様の中で、楔型層12を、単純な並行光束用光学エレメント としての組合せの意味で機能させることができる。ほぼ透明な楔型層12は、光学 的屈折率ｎ₁を有し、また上面14と底面16は、収束して、少なくとも傾斜φの角 度を設定する（図１５参照）。該楔型層12は、また上面14と底面16に 広がっている背面20から成る。楔型層12に隣接している第１層28は、空間間隙を 含む屈折率ｎ₂を有している。該第１層28に隣接して、第２層30のファセット付 き表面34のような、鏡面層がある。 ほぼ並行束にされない光は、背面20を経由して、光源22により導かれる。該光 は、各光線が、上面と底面14と16に対して入射角を減らしながら、該入射角が、 臨界角θc以下となるまで、楔型層12の中で伝搬する。該角度が、一度θc以下に なると、光線は、大気に出る。底面16を経由して大気に出た光線は、楔型層12に 対して反射させられてから、大気に発光させられる。前記で説明された角濾過効 果により、出力光は、下記のとおり角円錐の幅の範囲内で並行光束にされる 照明が行われるべき領域99は、楔型層12の端から出た所まで広がり、前記の幅Δ θの円錐の範囲内となる。 もう一つの好ましい実施態様の中で、光の方向を変える手段の位置を、該楔堅 層12の端の外とすることができ、ほぼ前記の幅Δθの円錐の範囲内となる。光の 方向を変える手段を、レンズ、平面鏡面体、あるいはカーブした反射体とするこ とができる。光の方向を変える手段は、照明が行われるべき領域に対して光を反 射したり屈折させたりする。レンズ型拡散体のような該方向を変えるための手段 のこれ以上詳しい明細とその使用は、下記で説明される。 ２個の空気間隙あるいは透明の誘電層を有する図６の実施態様の中で、光のリ ダイレクト層は、独立しているので、我々は、種々のタイプの層を有するデバイ スを構築することができる。例えば、光が、デバイス10の両側から発射されなけ ればならないとき、あるいは最大の並行光線束が、好ましいときはいつでも、２ 枚の透過可能なリダイレクト層が、好ましい。２枚の方向を変えるための一般的 に全ての発明に対するリダイレクト層82の例に、括弧の中のアルファベット が、下記のとおり図１２の各々該当する図に対応するものとして、該諸図１２の 例を含めることができる。 （a）図１２Ａの中の、回折格子120あるいはホログラム122。 （b）図１２Ｂの中の、拡散体126を有する２枚の屈折ファセット層124。 （c）楔型層12から光の出力を屈折してから内側に反射するファセット130を有 する２毎のファセットがある層128。該ファセットは、光出力を屈折のみで可能 な角度より大きな角度を経由して向けることができる。 （d）２毎の屈折単独ファセット層132（プリズム）。 （e）焦点を合わせるために湾曲した出力表面136が付いた屈折単独ファセット 層134を有する楔型層12に対する上面のリダイレクト層。底面138は、ファセット がある層140を使用して光を屈折させて、内部に反射するためのリダイレクト層 から成る。ファセットの角度は、出力光がFで焦点が合うような位置と共に変わ る。 （f）上面のリダイレクト層144は、屈折ファセット層146から成り、底面のリ ダイレクト層は、光に対して狭照角が付いた屈折／内部反射層148から成り、滑 らかに光の出力角拡散を広げるために、拡散層150を加えることができる。 （g）出力角拡散を広げるために、凸面で湾曲している屈折面154を有する屈折 ／内部反射ファセット付き層152の上面のリダイレクト層。ファセットの角度を 、位置と共に変化させ、該構造で、選択的に光出力角円錐を向けて、好ましい可 視領域を有限距離で作り出すことができる。該配設で、湾曲したファセット層15 2により取り除かれない非均一性を拡散するためにレンズ型拡散体156を含めるこ とができる。底のリダイレクト層は、制御できる方法で光出力の角拡散を広げる ために凹面状にカーブしている、反射表面160を有する屈折／内部反射のファセ ット付き層158から成る。 （h）制御できる方法で光出力の角拡散広げ、また均一性を改善するための、 湾曲したファセット164を有する屈折ファセット付き層162を含む頂上のリダイ レクト層。ファセットの形状が、有限の距離の所で出力光の焦点を合わせるため に位置と共に変化する、狭照出力のための該ファセット168を有する屈折／内部 反射ファセットがある層166から成る底のリダイレクト層。並列のレンズ型拡散 体170を使用して、滑らかに制御できる方法で光出力の角拡散広げ、均一性を改 善するとができる。仮想線で示されている透明の画像を、レンズ式拡散体に印刷 したり接着したりすることができる。横断レンズ式拡散体172は、並列レンズ式 拡散体170で取り除かれない非均一性を拡散するために使用される。焦点が合わ された平面ファセット層166と拡散体170の組合せは、焦点が合わされた湾曲した ファセットを使用するのと同様に、協力して好ましい可視領域を有限距離で作り 出す。また照明目的のために、該デバイスと他の如何なる形態のデバイス10と共 にも使用できるLCD173構成部品（仮想線）が示されている。 もう一つの構築の中で、１枚の透過可能と１枚のなリダイレクト層を、組み合 わせることができる。これ等は、前記で解説された、反射性のリダイレクト層と 種々のタイプの透過可能なリダイレクト層との組合せである。反射性のリダイレ クト層を、鏡面、部分的拡散、拡散、ファセット付あるいは該構造の全ての組合 せとすることができる。発光が、一方の側からか、あるは場合によっては、コス トが最優先のときは、該構築が、好ましい。該構築の例は、下記の諸図１２の中 にある。 （i）上面層透過回折格子あるいは透過ホログラム176を有する底面鏡面反射体 174。 （j）上面屈折ファセット層180、拡散体182（図１２Ｊに仮想線で示された） と間に挿入された画像形成層171と組み合わされた底面鏡面反射体178。 （k）頂上層屈折／内部反射ファセットがある層186を有する、位置と共に変化 して、有限距離で出力光を焦点に合わせるためのファセット形状を有する低面層 鏡面反射体184。拡散体188は、仮想線で示されている。 （l）頂上層屈折／内部反射ファセットがある層192を有する底面層鏡面体190 、 とまた湾曲したファセット194は、スムースに各光出力を制御可能な方法で広げ 、均一性を改善するために使用される。楔型層12と上面の厚みと底面の低屈折率 層196（即ち空気空間）は、変化して、光出力の空間拡散に影響を与える。 （m）底面反射休198は、部分的に鏡面、部分的に拡散して、均一性を改善する 。図１２Ｍは、一体化されたレンズ型拡散体200により制御可能に拡散するよう に出来ている初期の反射体部分を示している。該拡散体200は、より厚い端で出 力の中で現れ、一般的にｙ軸の方向に走る可能性がある非均一性を選択的に減ら すように設計されている。また屈折／内部で反射し、また湾曲した反射面を有す る上面のリダイレクト層202が含まれている。 （n）部分的に反射し、部分的に拡散して、均一性を改善する底面反射体層204 。図１２Ｎは、やや粗くなっていて鏡面性を減らし、該構造で、208の厚い所の 近くの出力の中に現れる非均一性を、選択的に減らすようになっている初期反射 体206を示している。平面ファセットがある層212を有する屈折／内部反射である 上面のリダイレクト層210が、使用されている。またファセットの外形は、光の 方向を、各ファセットから有限の距離の所にある共通の焦点に変えるように変化 している。横断しているレンズ型拡散体213が、仮想線で示されている。並行の レンズ型拡散体214は、平面ファセットがある層212をより広い好ましい可視領域 に転換しながら、焦点領域をスムースに出力各拡散を制御された方法で広げるた めに使用されている。レンズ型拡散体213は、また均一性を改善する。LCD216あ るいは透明の画像は、仮想線で示されている。 （o）好ましい実施態様の中で、偏芯カプラー218は、仮想線で図１２０の中で 、均一性向上レンズ型拡散体220を使用している。収束先細り部分222あるいはCP C(楔型層と一体化されている)は、角拡散を変形して、楔型層12の入力N.A.開口 数をより近くに合わせる。楔型層12の厚みは、スムースに変えられて、入力空間 拡散に影響を与え、均一性を改善する。底面のリダイレクト層224は、鏡面ある は部分的に拡散する反射体である。上面のリダイレクト層226は、凸面状 に湾曲して、制御できる方法でスムースに出力角度を広げる、反射面230を有す る屈折／内部反射のファセット付き層228である。ファセットの外形は、位置と 共に変化して、選択的に光の角円錐の方向を角面から変えて、有限距離の所で好 ましい可視領域232を作り出す。レンズ型拡散体234は、仮想線で示されている。 LCD236あるいは他の透明の画像は、また仮想線で示されている。より収束するN. A.合わせの部分は、方向を変え、また低い屈折率の層が、これ以上の収束部分を 極端に必要が無いので、ファセット付きリダイレクト層と組み合わせることで有 利である。従ってデバイス10の有効口径（従って効率）は、デバイスの全体の厚 みを最小限度に抑えて、増大することができる。 （p）LCDバックライトのためのもう一つの好ましい実施態様は、図１２Ｐの仮 想線で示されている均一性向上拡散体を有する偏向カプラーを使用している。収 束している半先細り部分240あるいは半CPC(楔型層１２に一体化されている)は、 カプラー出力角拡散を変形して、楔型層12の入力N.A.により近く合わせる。拡散 体239（仮想線で示されている）を、光源217と楔型層12の間に挿入できる。充分 に頭が切り取られた半CPC240は、簡単な先細りになった部分である。部分的に鏡 面、部分的に拡散する底面反射体242は、均一性を改善するのに使用される。図 １２Ｐは、更に、鏡面性を減らすためにやや荒くなっているか、代案として、並 行の反射溝の列を成す形状になっている初期反射体244を示しており、該構造で 、厚い端で出力で現れる可能性がある非均一性を減らすことがでる。上面のリダ イレクト層246は、凸面状に湾曲して、制御可能な方法で出力角度をスムースに 広げる屈折面250を有する屈折／内部反射のファセット付き層248である。ファセ ットの外形は、位置と共に変化して、選択的に光の角円錐を各ファセットから、 有限距離の所で好ましい可視領域を作るように向ける。横断レンズ型拡散体252 は、仮想線で示されている。また、仮想線で示されている、LCD254あるいは他の 透明の画像が、含まれている。 より収束するN.A.−合わせる部分（例えば、半先細り部分240）は、方向を変 え、また低い屈折率の層が、これ以上の収束部分を極端に必要が無いので、ファ セット付きリダイレクト層と組み合わせることで有利である。従ってデバイス10 の有効口径（と従って効率）は、デバイスの全体の厚みを最小限度に抑えて、増 大することができる。該利点は、また図１２０の中に示されている完全に先細り になっている部分222により説明されているが、図１２Ｐの中の半先細り部分240 は、部分222と比較して、同じN.A.整合効果に対して、先細りの方向でより長く なる欠点があるが、一方の側でより大きな厚みの削減を提供する。上面の低い屈 折率の層を、より厚く作って、均一性を改善できるので、示されているとおり一 方の側で厚みの削減に重点を置くことが好ましい。底面反射体層を、反射薄膜を 角の周りで曲げることを要しないで、カプラー反射体空洞と一体化することがで きるので、該形態を、より容易に製造することができる。 （q）もう一つの実施態様の中で（図１２Ｑ参照）底面の鏡面あるいは拡散し て反射する層256を、単独ファセット屈折上面285とと組み合わせることができる 。 （r）室内照明に使用する場合、二峰状の“こうもりの翼の形をした(bat-wing )”光の角度拡散260が好ましい。図１２Ｒの中で、ファセット264を有する上面 屈折層262が、示されており、また湾曲した前面266を有しており、主に前の四分 円形に向けられる出力光を有する該面で、スムースに角出力を広げ、均一性を改 善することができる。底面反射層268は、ほぼ後ろの四分円形に向けられた出力 と共に、主に上面にあるリダイレクト層の背面を経由して光を反射する。 当該技術で理解されるとおり、これらの図の中で示されている各種のエレメン トを、先細りした照明デバイスのエレメントと組み合わせて利用することができ る。２個の該組合せ形状の例は、図１３と１４の中に示されており、該各図は、 またに示されている形状に特定の特徴から成る。図１３に示されているとおり、 ２枚の楔276を、組み合わせて一体化させて形成することができる。２個の光源 を、同じ領域全体に供給することができるので、この組合せで、同じ程度の明る さを有する単独の楔より高い明るさを提供することができる。明るさが、該デバ イスに対して増やされる一方で、２個の光源が、また１個の光源と同様の出力を 必要とするので、効率は同じである。図示されているとおり、ファセット274を 有する方向を変える薄膜272を、双方の方向から来る光を受け入れる左右対称設 計で、単独とすることができる。代案として、方向を変える薄膜272を、各蝶の 羽根に対して異なる設計とすることができる。 図１４の中に、図５の中に示されているとおりの３枚の縮尺された先細りのデ ィスク270が、示されており、種々の層の外見をしめすために分割されている。 ファセットがあるリダイレクト層280（方向を変える層、redirecting layer）は 、先細りしている光導波路部分284に重なっている同心円形ファセット282から成 る。光源288の直上に、光導波路部分284の軸の所の間隙に重なって、リダイレク ト層280は、レンズを形成している（例として、フレネルレンス280が示されてい る）。光源288の直下は、反射体290であり、該反射体の位置は、光の逃げを防ぎ 、光の方向を、光導波路部分284に、あるいはレンズを経由するように変えるよ うになっている。反射体の中に少なくとも１個の開口部が設けられて、ワイヤー あるいは光導波路のようなエレメントが通過できるようになっている。 画像作成あるいは色の付いた層の使用 本発明の全ての実施態様に、画像を形成するための可変透過を有するか、ある いは色を少なくとも角出力の一箇所に与える、１枚あるいはそれ以上の層を組み 込むことができる。画像形成層に、従来の透明ディスプレーのような靜的画像、 あるいはLCDのような選択的に制御できる画像を含めることができる。該画像形 成と色授与層を、リダイレクト層の一つに重ねることができる。あるいは代案と して、該層に、低い屈折率の層と関連するリダイレクト層との間に中間層、ある いはリダイレクト層の内部の構成部品を含めることができる。例えば、重ねられ ている画像形成層129は、図１２Cと１２Gに仮想線に示されている。画像形成層1 71の例は図１２Ｈと１２Ｊの中に示されている。 一つの好ましい実施態様の中で、画像形成層（129と170のような）は、ポリマ ー分散型LCD（PDLC）層である。層の適切な配設で、画像あるいは色を、出力角 拡散の選択された部分の範囲内でデバイスから投射できる。 LCDパネル照明のための２モードの反射楔 一部の応用の中で、単独のLCDを、周囲光あるいはアクティブな背面光により 発光させることが好ましい。該応用の中で、周囲光照明は、ディスプレーによる 電力消費を最小限度に抑えるために光線環境が良好の時に選択される。得られる 環境の照明が適切なディスプレーの質を提供するのに低く過ぎるときは、アクテ ィブ背面光が選択される。該選択可能な２モード操作には、アクティブモードで LCDを効果的に後ろから照し、代案としての周囲光モードで、効果的に周囲光を 反射する背面照明装置が必要となる。 最も普及している従来の技術のLCDは、図１６Ｂの中に示されているような“ 透過反射”（Transflective）ディスプレー101である。この方式は、部分的に反 射し部分的に透過する中間層104とともに、従来のバックライト102と透過LCDパ ネル103を使用している。適切な周囲光モードの性能を達成するために、一般的 に、反射率が80-90%の中間層104を挿入することが必要である。結果として生ず る低い透過率のため、透過反射ディスプレー101は、アクティブモードの操作で 、効率が落ちる。 もう一つの実施態様は、図１７の中に示されている。該実施態様は、アクティ ブ光線モードで、従来の技術の透過反射ディスプレーをしのぐものであり、周囲 光モードで同等の性能を発揮する。該実施態様の中で、底面16を有する楔型層12 （屈折率ｎ₁）は、空気間隙とすることができる屈折率ｎ₂＜ｎ₁透明層28に連結 されている。ｎ₂層は部分的に拡散する反射体層105に連結されている。該反射体 層105は、図１６Ａの中に示されているとおり、例えば、できれば、周囲光モー ドのみに使用される従来のLCDパネルに使用されている反射体と同じであること が好ましい。楔型層の上面14の上に重なっているものは、ｙ軸にほぼ並行のマイ クロレンズ付のレンズ型拡散体のようなファセット付のリダイレクト層106であ る。LCDパネル107は、ファセット付のリダイレクト層106に重ねられる。楔型層1 2の背面20は、光源22に連結されている。 該レンズ状のリダイレクト層106と楔型層12は、入射と反射光に対してほぼ透 明であるので、周囲光モードでは、デバイス10は、従来の周囲光モードのみのデ ィスプレーと同様に作動する。前記で説明されたとおり、アクティブモードが選 択されたとき、光源22は、作動し、また多重層は、該諸層の屈折率と収束角度の 間の関係により、デバイス10上でほぼ均一に光を広げる役割を果たす。結果とし て生ずる均一の照明は、楔型層12の上面14を経由して放射される。好ましい実施 態様の中で、反射体層105は、ほぼ鏡面であり、該構造で周囲光モードでの性能 を最大限度とすることができる。該好ましい実施態様の中で、上面から放射され る光は、LCDパネル107による透過に不向きなすれすれの角度で大きく放射される 。前記で説明されたとおり、リダイレクト層106(redirecting layer)は、屈折と 全内部反射の組合せにより該光の一部の方向を変える。リダイレクト層106は、L CDの透過率が、一般的に垂線から30度までの幅で最高となるので、できれば、光 の少なくとも10-20%が、方向を、該LCDの垂線から30度以下に変えるように設計 されることが好ましい。従来の技術のディスプレーが、アクティブモードの作動 において、きわめて非効率的であるので、背光の一部を、適している角度に放出 するだけで充分である。 偏光の処理 本発明のもう一つの面の中で、光学デバイス10により処理される光は、特有の 偏光（直線、円形あるいは楕円のような）を有しており、該偏光を、LCDシステ ム、あるいは偏光された光の利用に頼る他の出力からの照明の改善に利用できる 。LCDを使用するシステムの中で、偏光308の一つのタイプを取り除いて、LCD層 にその他の偏光された光のみを渡す必要がある。図３０の中の例に対して、従来 の偏光層312は、できれば光源306からの入力光の約半分までの量の一つの偏 光を吸収して、好ましい偏光された光が、LCD層に透過されるることが好ましい 。正しい偏光の偏光された光は、希望する方法で液晶と第２偏光子314で処理さ れて、必要な特徴を表示させる。該在来のシステムの中で、光源からの約半分の 光は“望ましくない”ものであるので、必要なLCD出力のみを提供する目的で失 われる。従って、両方のタイプの偏光された光を利用する手段が発見された場合 は（望ましくない偏光された光を取り除かないで）、実質的な効率の利得と明る さを、LCDのために生み出すことができる。本発明の目的は、これを目指すもの であり、下記の実施態様は、この目標を達成するための好ましい構造と方法であ る。 図３０Ｂを引用する偏光フィルターの最も一般的な説明の中で、偏光フィルタ ー層307の機能は、２個の偏光状態のタイプ１と２から成る入力光308を取り込ん で、偏光状態３と４から成る透過された光309、とまた偏光状態５と６から成る 反射された光311を作り出すためのものである。該機能を、該明細書の下記で、 “第１”と“第２”状態に対して“諸状態”１、３と５を“第１偏光された光21 8”、とまた２，４と６を“第２偏光された光220”として我々の特定の引用に関 係付けることができる。従って、我々は、状態３と５は、該状態が、偏光状態１ の中で光の部分の入射により透過され反射された光のみを指しているものとして 選択されたものと、また状態４と６を、偏光状態２と関連付けるものと想定する が、偏光状態の形態を、これ以上の特定の方法で関連付ける必要はない。一部の スペクトル波長範囲以上の一部の入射角の範囲、と特定の入力偏光状態の選択に 対して、偏光フィルター307は、入力光308処理して、特定の全出力関係で出力光 を作り出す。我々が、各偏光状態の中で出力（P1）と定義した場合（i、d=,2,3, 4,5,6）、条件は、 この定義から、適当な角度とスペクトルの幅にわたって前記の特性を発揮する 全ての層は、偏光フィルター層307の形態である。一般的に、偏光状態を、直線 、 円形と楕円のような任意のタイプと見なすことができる。下記の項の中で、我々 は、偏光フィルター307の性能を下記のとおり定義される偏光の度合（Pr）で数 量化する。 ここで ロスの無い層に対して、下記の式で、透過率は、反射率Rに関係付けられる。 ここで 偏光フィルター層307に対する前記に説明された特性を有する各種の層の手段 の実施方法がある。該手段は、これに限られるわけではないが、１個あるいはそ れ以上の次の層のタイプから成る実施例から成る。 （1）コーティング、押し出し、あるは非復屈折あるいは復屈折のまた光学的 に干渉する被覆として作動するように設計された他の工程で作られた薄い皮膜層 。 （2）必要とするスペクトル帯のなかのどこかにおいて四分の一の波長以上の 光学的厚さの“厚い”層であって、積み重ね、コーティング、押し出し、積層あ るいは他の工程で作られ、また、角度と屈折率が、正確にBrwester角度条件と合 っていなくても、Brewster積み重ねとして作動するように設計された皮膜層。 （3）薄い皮膜と厚い皮膜を用いたやり方の組み合わせ。 （4）エッチング、エンボス、精密加工、あるいは他の方法により作られた、 相関関係がある、部分的に相関関係があるかあるいは相関関係が無い表面の粗さ あるいはプロフィールであって、該構造が、偏光により拡散を生み、エッチング 、 エンボス、精密加工、あるいは他の方法を含む全ての方法で作られるものであり 、また該諸層が、二色性材料であるもの。一般的に、１枚あるいはそれ以上の前 記のタイプの形成された積層は、該層が、前記に説明されている偏光フィルター 層としての一般的な性能仕様を満たしている場合は、偏光フィルター層307の適 した形態である。 偏光フィルター層307の実施を、薄いか厚い皮膜の復屈折あるいは非復屈折の 層で構成させることができる。復屈折層の特定の例と解説は、本明細書の、表題 の付いた項に記載されている。 偏光フィルター層307の実施を、薄いか厚い皮膜の復屈折あるいは非復屈折の 層で構成させることができる。復屈折層の特定の例と解説は、本明細書の、表題 の付いた項に記載されている。 偏光フィルター層307の厚い薄膜形態の一つの実施態様は、図３０Ｃの中に示 されているとおり、特定の設計の中央波長（6_O）と特定の設計操作角度（3_inc） を基礎とし、また等方性平面層を基礎としている。この設計の例の中の層313は 、光学的屈折率が、それぞれn_Hとn_Lの、高い層（H）314と低い層（L）315と呼ば れる、交互の層の２個のタイプから成る。スネルの法則から、我々が、射入角を 知っていれば、層313の何れかの中で光317が移動する場所の垂線表面に対する角 度（3_L,3_H）が分かる。これは次のことを意味する。 ２個の光学的に等方性領域の間の結合点上の射入角の光317のp偏光された形態 に対して、Bewsterの角度と呼ばれる角度があり、該点で、結合点での反射率は ゼロである。該角度は、垂線表面に対して計測される（θ_H/L,θ_L/H）角度は。 Brewsterの角度に置けるｓ偏光された光への結合点の反射率は、重要なときが ある。できればp偏光状態を透過するすることが好ましい層313は、該諸接続に四 分の一波長の光学的厚みで間隔を置いて設計される。該四分の一波長の厚み（t_L 、t_H）は、下記の式で与えられる。 HとL屈折率は、下記の設計方程式で関係付けられれる。 例として、下記の特定の場合を考察する。 該式は、低い屈折率の層の設計屈折率と低いと高い屈折率層314と315の物理的 厚みが、それぞれn_L=1.31、t_L=145mm、t_H=110mmであることを意味している。該 厚みは、n_H=1.5とn_L=1.31に対してそれぞれ、ガラス・スパッタリングあるいは 塩化リチウム真空付着を使用することにより達成できる。屈折率1.5で囲まれて いる層313を有している設計が図３０Ｃに合っている設計と仮定して、反射率を 、良く知られているRouard法により簡単に計算できる。外面に、常に反射防止コ ーティングが施されているので、該整合推定は、極めて一般的である。層313に 対する各種の基本的層のカウントに対する反射率は下記の表に示されている。 各種の代案としての同様な設計がある。一個以上の屈折率を、薄い皮膜構造の 層313の一部として使用できる。囲んでいる諸層は、必ずしも空気でなければな らないわけではなく、正確な低いと高い屈折率の層の数は、変化する可能性があ る。担体あるいは基板に、他の屈折率値を持たせることができる。層313を、設 計された角度と波長で四分の一波長の厚みから変化させて、スペクトルと角帯幅 を改善することができる。事実、層313の操作性を、非常に広い域帯とすること ができ、またBrewster角度設計は、屈折率と角度の大きな精度で従う必要はない 。例えば、p透過率を屈折率を変化させることで取捨選択することができる。シ ステム全体を、該機能を変えないでひっくり返すことができる。 各種の好ましい実施態様は、少なくとも２個の異なる屈折率から成る。該配設 は、n_Hとn_Lを有し、n_H/n_L＞1.15として、幅広い偏光の選択性に必要な層の枚数 を最低限度に抑えるようになっている。更に、光学的干渉には、屈折率nと厚みt を50mm/(n²-1)^1/2＜t＜350mm/(n²-1)^1/2のようにしたものを有する、少なくとも １枚の層を使用することで性能を高めるのに最も好ましい。該関係は、前記に記 載されているt_Lとt_Hに関する、波長が、可視光範囲の400mmから700mm、入射角度 が、n sinθ≒1と光学的干渉効果が、波長の1/8と1/2の間の光学的厚みを有する 層により促進されるように、臨界角度であることに注意して、方程式から派生す る。該層の材料と製造方法は従来の多層誘電コーティングとして知られている。 Brewster積み重ねの方式は、層が、多数の波長厚を有し、光学的干渉コーティ ングで起こる干渉効果ではなく、大きく波の非干渉追加を基礎として機能する傾 向があることを除いて、前記に説明された薄い皮膜の方式と同様である。該形態 の偏光フィルター層307の設計は、層の厚みが、少なくとも複数の波長の光学的 厚みである限り、重要でないことを除いて、前記で説明された偏光された薄い皮 膜の設計と同じである。光学的厚みの不足の効果は、Brewster積み重ねの実行が 、一般的にスペクトル波長と角変化にあまり影響されていないことを示唆してい る。図３０Ｄの外形で、N層の一組のセットのsとp偏光された光（Ts,Tp）の透過 の 意味で定義されている透過率を、下記の近似値式を使用して見積ることができる 。 該式を、変化する数の層の組を有する外形に応用した答えは、下記の表２に示 されている。 一般論的には、該タイプの偏光フィルター層307には、同じ反射率に対して、 非常に大きな屈折率の差とより多数の層が必要である。薄い皮膜の設計とBrwest er積み重ね方式との間に、明確な線を引くことができない。厚みが増えるにつれ て、干渉効果は、徐々に減り、光信号のスペクトル域帯に左右されるある点を超 えると、干渉効果は、非干渉効果と比較して小さくなる。本明細書の中で説明さ れている例は、単に干渉と非干渉状態の極端な場合である。 図１９の中で、偏光された照明システム204の一つの形態の変形が示されてい る。特に、図１９Ｂの中で、システム204は、光学的屈折率nを有する楔型断面領 域を有する基底層206、とまた先細りになって少なくとも傾斜角度φを画する第 １表面208と第２表面から成る。該基底層206は、更に第１表面208と第２表面210 にまたがる背面211から成る。光源（図示されていない）により背面を経由して 放射された光212は、第１と第２表面から反射して、該光212が、表面208と210か らの反射で該第１と第２表面に対する垂線に対する該入射角度を、該角度が、基 底層206と層214のような第１層手段の問の接続点特有の臨界角度３度となるまで 減らしたとき、基底層206を出る。該層214は、ｎ₁より小さい屈折 率ｎ₂を有する、基底層206に対して表面210から離れて配設されている少なくと も１枚の層部分から成る。基底層206からの出力の後で、光212が、基底層206と 層214の中の屈折率ｎ₂を有する層部分との間の干渉特有の臨界角度３度の入射角 を達成したとき、該基底層206の中で、該第１層214で、該光212を第１層214に入 れることができる。 システム204は、更に、他の状態に対してもう一つの状態の偏光された光の好 ましい処理のための、偏光フィルター層216（偏光フィルター層307の包括的な前 記の説明参照）のような層手段から成る。フィルター層307に対して説明された 見本の他に、偏光フィルター216のもう一つの例は、特定の実施態様の意味で、 別項で下記に説明される復屈折材である。図１９の中で、放射された光212は、 第１偏光の光218と第２偏光の光220から成る。第１層216は、光212と相互に反応 して、できれば第２偏光状態の光220と比較して第１偏光状態の光218を出力する ことが好ましい。該フィルター層216は、基底層206に対して第２表面210から離 れて配設されており、該フィルター層216は、少なくとも光220の一部を反射でき るようになっている。該反射された光220は、それから第１層214と基底層206を 経由しら、屈折率ｎ₃を有する（空気のような）手段207に送られる。該光218は 、他方偏光フィルター216を有する基底層206の側のシステム204から出力される 。図１９Ｂの中で、光218は、屈折率ｎ₄を有する手段222に出力されるように示 されている。図１９Ｂの中の実施態様の中で、諸屈折率の間の関係は、 該好ましい実施態様の中で、ｎ₂とｎ₃を、約１の“n”を有する空気層とする ことができる。 同じ屈折率の関係を、図１９Ｂの変形であるが、屈折率ｎ₂の第１層214が、基 底層206から見て偏光フィルター層216より遠くに配設されていることを除き、 １９Ａに適用できる。図１９Ｂの実施態様の中で、第１層214は、偏光フィルタ ー層216より基底層206に近い。 図１９Ｃの中で示されているもう一つの実施態様の中で、屈折率は下記の方程 式（10）のとおりであり、該答えは、図１９Ａと１９Ｂの中に示されているとお り第１表面208を経由して出ていく代わりに、連続的に内部反射を受けている第 ２偏光状態の光220である。偏光フィルター216に対して作られれた入射角は、各 々の反射サイクル毎に減少する。屈折率ｎ₃を、従って、光220が、フィルター層 216が、該好ましい光220の反射率を発揮する範囲を超えた該角度で減少するよう にするのに充分に小さくすることができる。従って、少なくとも光220の一部を 、第２表面210を通過させることができるが、第１偏光状態の光218に対する入力 角度で分離させられる。図１９Ｃの実施態様の中で、屈折率は、下記の関係を有 する。 偏光フィルター層216は、光218を出力してから、下記より屈折率の角度が大き いときに、光220を反射することが最も好ましい。 光が、3p以下で入射されたとき、第１フィルター層216を、双方の偏光状態(即 ち光218と光220)の光に対してほぼ透明にするとすることができる。 例えば、図２０Ａ−Ｃの中に示されている本発明のもう一つの実施態様の中で 、システム204は、図２０Ａの中の反射体222のような光の方向を変える手段、よ り包括的には、図２０Ｂと２２Ｃの中に示されている光のリダイレクト層224か ら成る。一般的に、デバイス10に対する発明（図２０の中のシステム204）に対 して、我々は、入射され、光のリダイレクト層224(redirecting layer)から出て いく光線の伝搬方向の意味で光の方向を変える手段と定義できる。装置のベクト ルr_cに並行して、屈折率n_iを有する光学手段に伝搬する光線の場合を考察する。 uが、光線の入射の点でリダイレクト層224に対して垂直で、またリダイレクト層 224から離れて、該入射光線が始まる側面に向かう装置のベクトルである場合、 入射光線は、光のリダイレクト層224と相互に反応して、相互作用から出る光線 を作る。出ていく光線が、屈折率n_cを有する光学的手段の中で装置のベクトルr_c の配光に並行に伝搬する場合、光の方向を変える手段は、入射光線を、出ていく 光線が、作動角度範囲にわたって、入射光線に関して下記の特性の何れかを有す るように処理する層から成る。 （1）射出光線の少なくとも25%に対してn_c(r_cxu)がn_i(r_ixu)に等しくない（12） （2）射出光線の少なくとも90%に対してr_c=r_i-2(u・r_i)u （13） 光のリダイレクト層224は、次の条件に従って光の方向を変えることができる 、即ち、（a）光が、荒い光学的表面と相互反応した場合、（b）光が、入射表面 と異なる傾斜を有する光学的表面と相互反応した場合、（c）光のリダイレクト 層224が、適切な角度に回折する場合、方程式（12）の中の条件（1）。例えば、 該条件（1）に従った光の方向を変える手段を、透過あるいは反射、拡散あるい は非拡散、とまたプリズムあるいはテクスチャ層の如何なる組合せともすること ができる。更に、光の方向を変える手段を、回折格子、ホログラム、あるいは二 元光学層とすることができる。 方程式(13)の条件（2）に従って光の方向を変える光の方向を変える手段は鏡 面反射体である。該鏡面反射体の例を、金属コーティング（即ち、図２０Ａの中 の光反射体層222を、金属コーティングとすることができる）、多層誘電コーテ ィングあるいは該組合せとすることができる。各々の場合、内面と外面は、でき れば、滑らかで、互いに並行であることが好ましい。 図２０Ａの中で、好ましい実施態様の一つは、光220を反射する反射体層222の 形態の光反射、方向を変える手段から成る。反射体層222は、基底層206の第１表 面208の上に離れているか、下に配設されており、できれば金属コーティン グのような平坦で鏡面であることが好ましい。基底層206と反射体層222の間に配 設されている屈折率ｎ₃の挿入層223も、また該図の中に示されている。該挿入層 223を、基底層206と挿入層223との間の機能的相互反応次第で、基底層206の一部 、あるいは別個の層と見なすことができる。該挿入層223の屈折率ｎ₁を、調整し て、光212が層223に遭遇した後で、結果として生ずる光212の空間あるいは角拡 散に制御可能に影響を与えることができる。 例えば図２０Ｂと２０Ｃの中で分かるように、光のリダイレクト層224の位置 を、異なる場所とすることが出来、各々の層224に、異なる特性を持たせて、特 定の応用に必要な異な光の特性を達成することができる。光の方向を変える手段 のもう。一つの例、とまた特定の実施態様は、残りの諸図の中に示されており、 下記に詳しく説明される。 偏光された照明システム204のもう一つの実施態様の中で、光変換手段が含ま れており、例えば偏光転換層226として図２１と２２の中で示されている。該図 示されてる諸実施態様の中で、屈折率は、ｎ₄≧ｎ₂を有し、方程式（9）の条件 が、満たされていなければならない。該諸実施態様の中で、光転換手段は、偏光 状態（例えば光220）の少なくとも一部をもう一つの偏光状態（光218、あるいは 、例えば第１と第２状態の組合せである第３偏光状態の光227のようなものさえ 含む）に変える層から成る。 偏光転換層226は、偏光を90度（π／２）回転させるような偏光状態を変化さ せる機能を有している。更に、該転換は、斜光入射で行われることが好ましい。 一つの例として、我々は、光学的軸に垂直な屈折率が、方向に無関係である場合 の、屈折率が、非軸方向の復屈折のための該転換の性格を説明する。伸ばされた ふっ化ポリマーフィルムのようなものが、多くの好ましい材料が、該タイプであ る。屈折率が、全ての方向で異なる、より一般的な復屈折材を、本明細書の中で 説明されている下記の一般的方法に使用することができる。偏光転換プロセスを 理解するために、我々は、最初に垂線入射の場合を検討する。 図３０Ｅの中に示されているとおり、復屈折材のプレート229は、ベクトルKに 沿った横軸を有しており、光学的軸は、ベクトルIに沿っている（図３０Ｆのベ クトル参照）。伸ばされた復屈折フィルムに対して、伸びの方向は、ベクトルI に沿っている。ベクトルI、J、Kは、x、y、z軸に沿った装置のベクトルの直交三 対である。垂線の入射に対して、波の垂線は、ベクトルKに沿っている。我々は 、電磁波の偏波を、ベクトルDを変位させることで説明できる。D'を常光線の偏 光とし、D''を異常光線とし、n'を通常の屈折率と、n''を異常な屈折率として、 我々は、復屈折プレート229の光学的軸の向きを入射偏光ベクトルD₀に対して45 度（/4）にできる。該ベクトルは、D₀x=(1/2)D₀cosωtとD₀y=(1/2)D₀cosωtの成 分を有する。復屈折プレート229から現れると、直ちに、Ｄべクトルは、δ'=(2/ λ)n'h、δ''=(2/λ)n''h、h＝プレートの厚みとしてD₀x=(1/2)D₀cos(ωt-δ'') とD₀y=(1/2)D₀cos(ωt-δ')を有する。従って、導入された位相の差は、δ'-δ' '=｜(2/λ)(n''-n')λ｜hである。特に、現れる光が、初期の偏光ベクトルD'に 対して直角の所で偏光ベクトルDを有してる場合は、我々は、mが整数の何れかで あるとして、δ'−δ''=(あるいはより一般的にδ'-δ''=(2m+1)を必要とする。 これは、厚みhが、｜(2m＋1)/(n''-n')｜λ/2として選択されなければならない ことを意味する。 要約すれば、我々は、前記の関係に従って厚みhを選択を選択してから、光学 的軸を、入射偏光に対して45度に向ける。図２６Ｂのような好ましい本発明の形 態の中で、光は、転換層226、復屈折プレート229を二度横断しているので、実際 の厚みが、前記で指定されているものの半分でなければならない。言い替えれば 、厚みは、良く知られているλ/4プレートである。金属鏡231からの全ての反射 は、双方の成分に近い追加の大体の位相のずれを起こし、結論を変えない。 転換層226により光が斜角入射を有する一つの実施態様の中で(図２６Ｂ参照) 、まず、入射ビームの２個のビーム（復屈折光として良く知られている）への分 割が問題を起こさないことを示すことが必要である。２本のビームは、互いに干 渉 し、変位は、＜λである。θcが臨界角度で、Δn-(n''-n')、n=(n''+n')/2であ るとして、角分割は、Δθ≒tanθ_cΔn/nである。この変位は≒hΔθ_c=hΔn/nta nθ/cosθ_cであるが、我々は、hΔn/cosθ≒λ/4を選択して、自動的にこの変位 は、＜λであり、また２本の光のビームを、一つとして扱うことができる。 復屈折プレート229の単軸方向の形態の斜角入射の外形は、やや複雑であり、 従って、説明を簡素化するために、我々は、図３０Ｆの中で示されているとおり 、オイラー角を導入する。（i、j、k）三次ベクトルと（I、J、K）三次ベクトの 間の関係は、表３から読み取ることができる。 空気／プレート界面に対する垂線をKとし、入射波垂線＝kと、また、プレート22 9の光学軸＝Iとして、我々は、入射偏光を90度だけ回転する。入射偏光D₀が、界 面の中にあるので、ψ＝/2になるようにD₀をi₀に沿わせることは矛盾していない 。常光線の偏光D'は、IとKの双方に対して垂直である。従って、D'をI'に沿わせ る。ここで、i'_x=0である。表３から、我々は、tanψ'=cotΦcosθであると結論 を下す。従って、ψ''=ψ'±/2である。我々は、ψ''=ψ'/2を選択して、tanφ= cosθである。希望する出力を達成するために、我々は、復屈折プレート229を適 切に向けることができる。単に、垂線入射の場合として、我々は、ψ₀をD'とD'' 方向に対して45度とする。従って、我々は、ψ'＝/2を選び・そこでtanφ=cosθ である。一般的な場合に対して、θは、θ≒40度、θ≒37度に近い。実際的には 、入射角度と波長範囲に対して、誰でも直ちに、実験的にφを調整して、出発点 とガイドとして前記の式を使用して最も完全な偏光転換を得る。我々は、次に復 屈折プレート229の厚みhを決定する。垂線の入射の場合は、条件は、h=｜ (2m+1)/(n''-n')｜λ/2である。しかし、異常屈折率n''は、ここで、入射角θに 左右され、n₀が通常の屈折率で、またn₀が異常の屈折率として、屈折率楕円面(1 /n'')²=(1/n₀)²sin²θ+(1/n_e)²cos²θが読み取られるはずである。またn'n₀であ ることに注意しなければならない。一般的に、屈折率の差は小さく、＜0.1であ りまた約、(n''-n')≒(n_e-n_c)cos²θである。更に、斜角垂線入射に対する光の 通路長さは、垂線入射のそれより大きい。斜角入射に対する長さは、1/cosθ関 数でのプレート229の厚みより大きい。従って、有効屈折率の差が、cos²θだけ 減らされるが、通路の長さが1/cosθだけ増やされるので、斜角入射に必要な厚 みは、垂線入射に対するものより≒1/cosθだけ大きいことは当然である。実際 は、入射と波長の範囲を、実験的に調整して最も完全な偏光転換を得ることがで きる。実際には、入射角度と波長の幅を、ψだけ調整して、出発点とガイドとし て前記の式を使用して最も完全な偏光転換を行うことができる。 もう一つの実施態様の中で、一つの偏光の光のもう一つの偏光状態への転換を 、次の３段階を伴うものとと見なすことができる。 （1）異なる偏光状態の、システム204上の全ての点でのほぼ明確なビームへの分 離。 （2）希望する偏光に影響を与えない偏光転換。 （3）光の出力の偏光解消なしでの光拡散 本明細書で説明されたとおり、各種の方法を使用して、システム204の中の異 なる偏光状態を分割することができる。例えば低い屈折率の層214を、図３１Ａ −Ｃの中で示されているとおり、例えばり復屈折とすることができる。層214を 、例えば、向けられたふっ化ポリマーの転換体層として、システム202に沿った 全ての点から現れる直交偏光の２本の光ビーム218と220を作ることができる。該 方法を、２個の条件を満足するために使用できる。第１条件では、層214の復屈 折が、実質的に２本の偏光されたビーム218と220の間の重なりを防ぐのに充分で ある必要がある。該条件は、Ｃが、少なくとも１であり、できれば４より大き いことが好ましい、方程式（15）−（17）で要約できる。第２条件は、第１層21 4復屈折の方向（伸びの方向）が、Ｙ軸にほぼ並行であることである。 φ=1-1.5度に対して、復屈折は、少なくとも0.03-0.05として、方程式（15-17 ）を満足していなければならない。種々の市販のふっ化ポリマー・フィルムの復 屈折の計測は、下記のデータ（平均屈折率、復屈折）から得られる。 Tcfzcl 250 zh：（1.3961,0.054） Tcfzcl 150 zm：（1.3979,0.046） Teflon PFA 200pm：(1.347,0.030) 250zh材でラミネートされた楔型層206は、フレネル反射部分が重ならなかった 場合でも、単に分割された偏光ビームだけを作りだした。 もう一つの実施態様の中で、高い復屈折材から成るファセット付きリダイレク ト層を使用して、より大きい角分離をも達成することができる。 偏光状態の分割に対する第３の方式は、図３０ＧとＨの中で示されている復屈 折／透明層427の交互の構造から成るポリマーシートのビーム分割器を使ってい る。該層427の列を、収束バックライト428の上面に載せて、選択的全内部反射に より偏光させることができる。入射光の平面に並行名ポリマーのフィルム層429 の屈折率は、透明な層430より低く、光の面に垂直な屈折率は、ほぼ透明層430に 整合されるので、バックライト428（ビーム分割器層427に向けて傾いている）か ら入って来る並行収束された光のビーム431は、分割される。並行する偏光され たビーム431は、完全に内部で反射されるが、垂直の成分は透過される。 該配設の一つの例を、マイラー／レクサン層とすることができる。マイラーの 屈折率は、（1.62752,1.6398,1.486）。レクサンの屈折率は、1.586である。臨 界角度の余角は、２０度であるので、ビーム分割器層427は、入射角の余角が、 ２０度以下（レクサンで）である限り機能するが、視斜角で、フレネル反射は、 偏光の度合を減らす。例えば、１３度に対して、フレネル反射垂直成分は、9％ である。 層427の該配設のもう一つの例は、単軸ナイロン／レクサンである。ナイロン の屈折率は、（1.568,1529,1.498）である。ここで、垂直と並行にそれぞれ対し て、余角が９と１９度の２個の臨界角度がある。従って、作動可能な偏光に対す る傾斜は、この角度の範囲内でなければならない。マイラーに対するフレネル反 射の場合を取ると、フレネル反射された垂直の成分は、屈折率の整合がより良好 であるので、たった5％である。 これ等の例の何れに対しても、各々のビーム分割器層427には、ビーム431の全 ての光線が、的確にフィルム／レクサンの接合点と相互反応を有する適切なアス ペクト比が必要である。 もう一つの実施態様の中で、個となる偏光状態が、バックライト428に沿った 全ての位置で一旦２本の直交偏光ビームに分割されたら、好ましくない偏光から 、図31Cの中の偏光転換層346と図３０Ｇの中の429のような好ましいものへの転 換手段が存在するはずである。 偏光転換を実行するための一つの方法は、交互ウエーブプレートのレンズある いはレンズの列との組合せである。単レンズの方法では、光ビーム218と220は、 焦点平面の所の直交偏光の２本の光のストリップに焦点が合わされたレンズの上 に落ちる。交互ウエーブプレートは、９０度まで、たった一つのビーム（220） の偏光を回転させる役割を果たし、現れる光は、完全に光218に転換される。こ れは、１個の偏光の光220のみを捕らえるために置かれている半波遅れ装置によ り実行できる。該構造は、大きなレンズで、プラスチックの遅延プレートとポラ ロイドフィルター（ポラロイドはポラロイド社の登録商標である）で、目視で実 証された。 レンズ型列を使用する第２の方式の中で、レンズの薄いシートと交互ウエーブ プレート構造（レンズの周波数と同じ周波数で）が使用され、該場合、遅延は、 レンズに対して１８０度変わった。１ｍｍの厚みの該レンズ型列に対して、各々 の映像を、各サイズで１インチの５千分の一とすることができたので、レンズ型 列のウエーブプレートに対する位置決めは、精密にして、千分の一以下の重なり エラーを布施がなけれぼならない。 偏光の転換を実施するためのもう一つの方法は、転換層のもう一つの実施態様 である、図３１Ｃと図３１Ｇの中の層346のようなダブル・フレネル斜方向（“D FR”）を使用する。DFRは、位置の代わりに角度に従って選択的に遅らせること で位置決め問題を予防する。４ｘ４５度＝１８０度の位相移動に対応する全体の 内部反射事象を受ける該DFRは、第１偏光状態を作り出すが、一方他の偏光状態 の光のみ透過されるので、出力光は、最終的に一つの面で第１偏光の光に完全に 偏光される。DFRを、例えば、４５度のプリズムで、全て入れこにした各々エン ボスされた４枚のアクリルあるいはレクサンフィルムをもたせることで、製造す ることができる。DFRに対して、２本の直交平面偏光されたビームＬとＲ（1/4ウ エーブプレート）で遅延が起こされる。Ｌが、DFRにより透過された場合は、Ｒ ビームは、DFRによりＬビームに転換される。最後に、Ｌビームは、もう一つの1 /4ウエーブプレートにより偏光された平面に転換される。該方向は、偏光の最終 平面を決定する。 図２１Ａの中に示されている好ましい実施態様の中で、転換層226は、偏光フ ィルター216に対して基底層206の反対側に配設されている。図２１Ｂの実施態様 の中で、転換層216は、偏光フィルター層216同じ側に配設されている。図２１Ａ とＢを引用して分かるように、転換層226を、光218と220をもう一つの第３偏光 状態の光227に転換できるうようにすることができる。前記で説明されていると おり、該光227を、例えば、第３状態の光、あるは第１と第２偏光状態の変化、 あるいは組合せとすることができる。結果として生じた光の偏光は、転換層226 の特性に対応して変化する。該転換層226を、必要に応じて対応して、希望する 出力偏光状態の光を作れるように設計することができる。また適切な該層226の 位置を組み合わせることで、出力光を、必要な偏光特性を有する希望する方向に 作ることができる。 図２２Ａ−Ｅに示されている本発明のもう一つの形態の中で、転換層226は、 他の光学的目的に使用される。図２２、２３、２４Ｅ−Ｆ、２５−２７、２８Ａ とＣと２９は、第２偏光状態の光220を第１偏光状態の光218に変えるための転換 層226の使用を示している。更に、照明システム204のエレメントは、処理されて いる光が、通過するか、少なくとも転換層226を一旦通過したら、少なくとも１ あるいは２個以上の偏光フィルター層216に遭遇するように配設されている。例 えば、光220を処理する場合、エレメントの配設で、転換層226を通過した後で、 光220の回帰を、偏光フィルター層226を通過させることができる。一部の例の中 で、光220を、第１状態偏光状態の光218として出力される前に、偏光フィルター 層216に２回あるいはそれ以上通過させることができる。図２２Ａ−Eは、希望す る出力を達成するための各種の構造の例を示している。図２２Ａの中で、光212 が、偏光フィルター層216に遭遇する前に、反射された光220は、転換層226を通 過してから、光218に転換される。該光は、それから内部反射を経由して偏光フ ィルター層216に帰る。更に図２２Ｂの中で、光220は、また転換層226を通過し て、光218に転換され、それから内部反射の後に再びフィルター層216に帰る。該 場合、ｎ₃は、方程式（10）の中のｎ₁、ｎ₂とｎ₃の関係を満たすのにのに充分な ように低い。 図２２Ｃ−Ｅの実施態様の中で、光反射子層222形態の光の方向を変える手段 が、追加されて、光220を偏光フィルター層216に返すようになっている。図２０ Ａの実施態様に対して前記で説明されているとおり、挿入層223は、調整して、 層224に遭遇する光の拡散と角配光を行うことができるいようになっている屈折 率ｎ₃を有している。図２２Ｃ−Ｅの中で示されている本発明のましい形態の中 で、屈折率ｎ₂とｎ₃の層は、空間間隔を設けることができ、本発明の最も好まし い形態の中では、屈折率２の層は、空間間隔である。 図２４Ａ−Ｆは、図２４Ａの中の偏光フィルター層216の使用から始まり、照 明システム204のより複雑な形態の構築を続ける構築のシーケンスを示している 。 図２４Ｃ−Ｆの中で、少なくとも１枚のLCD（“LCD”）層230の所で、１枚ある いはそれ以上の光のリダイレクト層224、と整合層232のような光整合手段が追加 されている。該整合手段は、他の層の組立体で光出力を、目標とするデバイスあ るいはLCD層230のような追加の層に好ましい特定の偏光状態に転換するための役 割を果たす。該整合層232は、従って転換層226の特別の場合である。 図２３Ａ−Ｃの中で、LCD層230と組み合わされた他の形態の偏光された光の照 明装置204が示されている。図２３Ａの一般的な実施態様の形態の中で、層234が 設けられている。例えば図２３のような本発明のより具体的な形態の中で、好ま しいｎ₂の数値は、約１である（例えば図２３ＢとＣ参照）。図２３-Ａの一部の 形態の中で、ｎ₂＞1を、また使用できる。代案として、屈折率の中からの好まし い関係の選択は、方程式（9）と（10）に記載されている。 好ましい実施態様のもう一つの例は、図２６ＡとＢの中に示されており、また 図２６Ａの中に、冷陰極蛍光チューブ（“CCFT”）光源236が含まれている。該 実施態様は、更に角配光を変えるために作動する角変換層238から成る。該角変 換総238は、例えば配光をxz面で変えて、デバイス10から光の出力の空間均一性 を制御することができる。好ましい実施態様の中で、出力光250の配光は、該空 間配光の中で出力表面の少なくとも90％以上ほぼ均一である。更に、下記の場合 、xz面の光212の角配光は、背面211に垂線の約±Θ_maxである。 また該背面211は、少なくとも一枚の第１表面208と第２表面210に対して約垂 直である。角転換層238を、先細りの光導波管部分、複合放物線コンセントレー タ（“cpc”）、マイクロ・プリズムフィルム（図２８Ｃ参照）、表面が粗くな った層、ホログラムとすることができる。該角転換層238は、できれば、空気空 間を挟まないで、光学的に基底層206と連結されていることが最も好ましい。角 転換層238を、配光をyz面で変えて、明るさ、LCDの画質と視聴者のプライバシー を改善するために、できれば狭く作動させることができる。更に、図２６Ａの中 で、出力拡散器248は、角配光を広げて、LCD層230に照らされる出力光242のの均 一性を改善するためにLCD層230の前に加えられた。 図２６Ｂのもう一つの実施態様の中で、CPC239が、xz面での正しい角配光の範 囲内で出力を維持することを支援するために作動する光源244に連結された。更 に、光の方向を変える手段を、ファセット247として使用することで角出力の範 囲を制御することができる。例えば、図２８Ｃ、ＤとＥと図２９ＡとＢ、とまた 下記に記載されている詳しい説明の中の該タイプの層とプリズム式ファセッを参 照すること。図２８Ｅの中に示されれいるとおりの該実施態様は、プラズマ層25 1とファセット253を指しており、該実施態様はまた、LCD層302の後に、光拡散器 層304を追加して、特定の面で配光を広げている。例えば図２８Ｅの中で示され ている、最も好ましい実施態様の形態の中で、光242が、xz面の中で、狭い角度 の範囲内でLCD層302を通過するように向けられている。照明装置204のエレメン トは、従って、映像形成特性が、最適になる角度の所でLCD層302を経由する光24 2の透過を提供することを支援するように構築されている。LCD層302の基底層206 に対して反対側の上の所に置かれている拡散器層304で、拡散器層306が、xy面上 で光250を拡散させないで、視聴者の出力光250の角配光を広げさせるようにする ことができる。例えば、拡散器層304を、ホログラフ形式の拡散器あるいは、ほ ぼy軸に並行の溝を有するレンズ型拡散器の形態をとらせることができる“並行 ”拡散器とすることができる。広い幅の角度の所にいる視聴者は、そこで、次に 光250を形成するために、LCD層302を経由して透過される光242に対して最良の角 度の特有を持つ映像を見ることができる。該形態を利用してる構成の例は、そこ で図２８ＤとＥと図２９ＡとＢの中に示されている。更に、図２８ＤとＥと図２ ９Ａは、また均一性を改善するために、xz面の中の配光を広げないで、xy面の中 のみでLCD層302に与えられる出力光を拡散する、横断拡散器層252から成る。例 えば、横断拡散器252を、ホログラフ形式拡散器、 あるいはz軸にほぼ並行の溝を有するレンズ式拡散器とすることができる。 図２７ＡとＢは、追加の好ましい実施態様であり、該実施態様の中で、屈折率 ｎ₂の第１層手段は、空気であることが最も好ましい。該実施態様は、光のリダ イレクト層224の異なる例を示している。更に、図２７Ａの中で、屈折率ｎ₁を有 する手段254は、空気である必要ないが、システム204の種々の屈折率は、図示さ れている全部の内部反射を達成するための方程式（10）の条件を満たしていなけ ればならない。図２７Ｂの中で、手段254は、空気であり、光のリダイレクト層2 24は、湾曲したファセット256を有しており、光254は、好ましい可視領域258の 範囲内で収束する。 図２８と２９の実施態様は、できれば、第１層手段として空気間隙層260を使 用することが好ましい。該層260で、光212が、基底層206と空気間隙層260の間の 接合点に特有の臨界角度3σより小さい入射角度を達成した後で、光を該層260に 入れることができる。図２８Ｂの実施態様は、基底層206と拡散器層264との間の 第１光のリダイレクト層262、とまた該基底層206の反対側上にある第２光のリダ イレクト層265から成る。該第１光のリダイレクト層262は、屈折／内部反射プリ ズム266から成る一方で、該第２光のリダイレクト層265は、屈折プリズム268か ら成る。２枚の偏光層216は、基底層206の何れかの側に配設されており、該各々 は、関連す光のリダイレクト層262と265をそれぞれ通過させられる、適切な光21 8あるいは220をを透過する。図２８Ｃは、より好ましい実施態様であり、該実施 態様の中で、光のリダイレクト層246は、比較的小さいプリズム247を有する屈折 ／内部反射層から成る。プリズム247各々の表面角度を、前記で説明された方法 で、光のリダイレクト層264の図示されている寸法を横断して変化させることが できる。該角度の変化で、プリズム247を各種の光の円錐を好ましい可視領域258 に収束させることができる（図２７Ｂ参照）。前記で説明されたとおり、光反射 子層222を、金属コーティングとすることができる。 該光反射子層222を、従来の真空蒸着技術あるいは他の適する方法で、転換層 226に応用できる。光のリダイレクト層226のような他の諸層を、透明なポリマー 材を直接整合層232に注型形成することで形成させることができる（図２４Ｃ− Ｆと２８ＣとＤ）。偏光フィルター層216を、同様に、多数の薄い層の直接基底 層206への溶着のような従来の方法で製造することができる。また該実施態様に 含まれているものは、背面211に連結されている角変換層274である（図２８Ｃ参 照）。該角変換層274は、入力光212の角配光を基底層206に広げて、LCD層230へ の出力光218の形態のより空間の均一性を与えるのに役立たせるプリズム276から 成る。角変換層274の他の形態を、粗い層、とまた空気間隙を挿入しないで、背 面211（あるいは他の入力層）に連結されるホログラム（図示されていない）と することができる。 図２８Ｄの好ましい実施態様の中で、第１プリズム光のリダイレクト層249は 、基底層206と偏光フィルター層216との間に配設されている。該光のリダイレク ト層249は、偏光フィルター層216上で光280の入射角を減らす。前記で説明され たとおり、第２プラズマ光のリダイレクト層282は、光284の出力の方向を、並行 拡散器として働かせることができる後部拡散器層304で、フィルター層216からLC D層320に変える。該実施態様は、更に、反射子209を有するCCFT光源236から成り 、該光源236は、該光源の内径の漸伸線の少なくとも一部に従った位置になって いる反射子290を有している。背面211の直接反対側の該反射子290の他の部分は 、凹面に湾曲しているかあるいは曲がっている。 図２８Ｅの好ましい実施態様の中で、光のリダイレクト層251は、屈折マイク ロ・プリズム253から成る。偏光フィルター層296は、転換層298に隣接して配設 されており、横断拡散器層252の位置は、光のリダイレクト層251とLCD層302との 間であるいる。並行拡散器304は、光242をLCD層302を経由して好ましい角度に向 けて、LCD層302の映像形成質（コントラスト、色の忠実な再現とレスポンス時間 ）のための光301を最適にするために、LCD層302の光出力側に配設されている。 図２９ＡとＢは、図３０Ａの中に示されている従来のLCD偏光システム304と比 較した、本発明の一部の形態の利点の一部を示している。図３０Ａの中で、従来 の技術のバックライト306は、ほぼ等しい割合の双方の偏光の光306を放射する。 一般的な従来の技術のLCD層の配設310は、偏光フィルター312の第１形態、とま た偏光フィルター314の第２形態から成り、該双方のフィルター層の間に、LCD層 316が挟まれている。該LCD層の配設310の中で、第１偏光フィルター312は、高い 偏光率を備えていなければならない。即ち、該フィルターは、LCD層316への入力 に対して好ましくない第２偏光状態の非常に低い光の透過率を持たせて、LCD層 配設310に適切なコントラストを与えなければならない。実際には、該偏光フィ ルター312は、また、第１偏光状態の好ましい光のために、高い光学濃度を有し ている。該従来の技術310とは対照的に、本発明は、LCD層配設312にとって好ま しいより高いパーセントの光を提供し、該機能により、好ましくない第２偏光の 光の大部分を利用し、また第１偏光状態の好ましい光のロスを最小限度に抑える 。 図２８Ａの実施態様の中で、LCD層316のための光218と光220の該有利な処理は 、転換層226の位置を、基底層206に隣接させることで達成される。該換層226に 隣接された配設されたものは、偏光フィルター層216である。光のリダイレクト 層224は、配光の角度をxz面で広げ、照明システム204からの配光出力の均一性を 改善するための湾曲したマイクロ・プリズムのファセット318から成る。横断拡 散器320は、できれば光のリダイレクト層224に貼り付けられているか、あるいは １枚のポリマー層（図示されていない）の反対側に形成できることが好ましい。 偏光フィルター層216を、直接転換層226に貼り付けるかあるい配設し、次に該転 換層を第１表面208の上に張り付けるか溶着させることができる。 図２９Ａの好ましい実施態様の中で、LCD層302のための光218と光220の有利な 処理は、第１偏光フィルター層324と第２偏光フィルター層322を使用することで 達成される。該第１層324に、しかし従来の技術の偏光フィルター層312 と比べて偏光比を持たせることができる。例えば、該偏光フィルター層324に、 該従来の技術のフィルター312より低い色彩濃縮を持たせることができる。該差 で、より高いLCDの光透過率を高めて、前記で説明された映像作成特性を改善す ることができる。該好ましい実施態様は、LCDシステム330に連結されている後拡 散器層328を利用している（層324、LCD層302と層322の組合せ）。該後部散器層3 28は、第２偏光フィルター層322に貼り付けられるか、あるいは該フィルターと 一体化されることが好ましい。 図２９Ｂの好ましい実施態様の中で、利点は、１枚の偏光フィルター層248の みを使用して、その結果、照明システム204に対するコストを削減し、光の透過 を増加することにより達成される。該実施態様の中で、整合層232を経由する光 の出力は、できれば少なくとも90％の好ましい偏光状態のLCDの光218で構成され ていることが好ましい。背面211に連結された角変換器334は、yz面で配光の角度 の幅を減らし、該減らされた角度の配光は、更にLCDの映像を作る照明装置204か らの入力光の質を改善する。 図３３の中に示されている本発明の好ましい形態の中で、デバイス10は、入力 光402を、ランプ406を有する光空洞404から受け取るための基底層400から成る。 該基底層400は、前記で説明されているとおり、できれば、アクリル楔であるこ とが好ましい。該入力光402は、図３３の中に示されているとおり２個の偏光状 態“a”と“b”から成る。一般的な用語“a”と“b”は、線“s”と“p”、左右 の円形、とまた第１状態に対する直交の第２状態を有する楕円偏光のような全て の異なる偏光の組合せを包含するために使用されている。下記に説明されている ように、“a”と“b”状態は、できれば、下記で干渉層411あるいは反射偏光器 層480として引用されている偏光ビーム分割器により操作されることが好ましい 。光405は、従って、下記に詳しく説明されている必要条件に従って選択された 光学的条件の下で、基底層400から空気層407への出力である。偏光“a”を有す る光405の一部は、更に光409として透過され、ガラス・プレート412の 上に配設されている干渉層411を通過し、空気層414を通過してから、光のリダイ レクト層416の上で作用する。該層416は、前記で説明されているとおり、できれ ばプラズマ層であり、また偏光状態“a”の光409の出力角度を制御するのに使用 されることが好ましい。光のリダイレクト層416は、できれば、一般的に光が、 基底層460から出る角度である垂線から約74度に集中された光の上で作動するよ うに設計され、該設計により、光の方向を、基底層400の特定の出口面に対して ほぼ垂直のものに変えることが好ましい。該層416を、また他の実施態様の中の ホログラム層のような性格で回折とすることができる。光のリダイレクト層416 からの出力光409を、更に後部拡散器層（図示されていない）、とまた前記に詳 しく説明されている他の適切な諸層で処理することができる。 偏光分割に関して、２個のタイプの偏光分割層（干渉層411）が、使用された 。一方のタイプの層411は、特に７４度に近い非垂線入射の中で使用できる偏光 選択ビーム分割器作るための代案としての高い屈折率n_hと低い屈折率n_lの層とし て前記に説明された、真空蒸着を基礎とする無機薄膜であった（例えば、干渉層 （あるいは個は偏光フィルター”）。このタイプのビーム分割器は、標準フィル ム物理的蒸着技術を利用して、層を、１ｍｍの厚みのガラスの上に真空蒸着する ことで作られた。 第２のタイプの層411は、多層ポリマー・フィルムと同じものを使用した。例 えば、ポリマー・フィルムを、スリーエム社により製造されたDBEF（スリーエム 社の商標）層とすることができる。市販の製品に関する詳細は、PCT国際公開公 報WO95/17303とWO96/19347の中に記載されている。このフィルムは、光の垂線入 射とまた幅広い入射角に対して使用できるという利点を有し、フィルムで画され る偏光軸を有し、また該フィルムを、量産することができる。該諸属性を生かし た、垂線入射のタイプのシステム以外の角度、あるいは狭く画されている斜角、 とまたフィルムの通過軸の種々の方向で実験することができる。 これに限られるわけではないが、拡散(双極拡散のような)、二重屈折、colles teric （コロイド状エステル系）液晶からの反射、とまた厚いフィルムのBrester分割 器をを含む、該諸実施態様の中で使用されている偏光分割効果を作ることができ る、他の複数の良く知られた方式がある。 前述のとおり、光418のように、一部の光は、偏光状態“b”を有しており、ま た干渉層411（偏光分割器）から反射させられ、空気層411、基底層400、空気層4 20、転換層422(例えば四分の一ウエーブプレート層のような)及び空気層424を通 過してから、シルバラックス（スリーエム社の商標）のような銀の薄膜、あるい はBEF（スリーエム社の商標）タイプの背面反射子426のようなタイプの誘電反射 子とすることができる反射子により反射させられる。該BEF層426を、また白紙42 5（仮想線で示されている）に対して配設して、拡散して層426を通過した小量の 光を反射させることができる。該反射子426を、偏光処理に役立たせたりあるい は単なる反射子としての役割を果たさせることができる。反射された光418は、 前記に挙げた層を経由して帰るが、干渉層411により反射させる代わりに、光418 は、転換層422により、透過される偏光状態“a”の光423に転換され、また出力 角度は、光のリダイレクト層416により制御される。 前記で言及されているとおり、好ましい偏光転換層422は、市販の四分の一に 伸ばされた、復屈折ポリマー薄膜から成っており、また垂線入射で550ｍｍの光 の波長のために設計されていた。該形態の転換手段は、必ずしも最高の設計では なかったが、材料を、直ちに入手できるので、試作された多数のプロトタイプは 、非垂線入射の該市販の薄膜を使用したので、遅延は、必ずしも正確に四分の一 波タイプではなかった。例えば、デバイス10の多くの面は、角度の補正効果を示 している。成分と一対にされるべき最適な補正薄膜は、必ずしも、該明細書の中 で評価されいるとおりのシステムの左右対称軸の所で向けられている四分の一波 タイプの薄膜でなくてもよいが、実施態様は、デバイス10の基本設計の操作性を 示している。 転換層422の該諸薄膜は、複数の形態に使用された。該薄膜が、接着材で貼り 付けららたので、該薄膜は、“貼り付けられない”単独のフィルムとして使用す るときに必要な、低い復屈折を有するトリアセテート・セルローズ（“TAC”） フィルムで、貼り合わされた。反射を減らし、性能を向上させ、また安定性を増 すために、フィルムが、直接デバイス10の他の構成部品に貼り付けられる場合に 、多くのアーキテクチュアーで構築させることができる。 偏光状態“a”と“b”の双方の状態の他の光423は、基底層400の上面432によ り反射させられてから、該基底層400、空気層420、転換層422、空気層424を経由 して通過し、BEF背面反射子層426により反射させられ、諸層を経由して干渉層41 1に当たるまで戻る。該光423は、従って、基底層400から出力される瞬間に、偏 光状態“a”の出力光434を作り、また偏光状態“b”の光436を反射する光と同じ 方法で運動する。該光436は、また偏光状態“b”の光418と同じ方法で運動して 、偏光状態“a”の光438を結果として生ずる（光428と同様の）。該明細書の全 体にわたって、デバイス10の多数の実施態様の作動を図示するために、一部の重 要な例の光線の通路のみ示していることに注意しなければならない。研究されて いるデバイス10の性能を数量化するためには、明るさと立体角の変化による性能 の増加を反映している一連の利得パラメータが開発された。従って、図３３の実 施態様の性能は、表４（例として諸パラメータが定義されている）の中に示され ており、また計測システムと方法は、例と図６１〜６３の中に詳しく説明されて いる。 前記に説明されているデバイス10は、従って、内部偏光転換とリサイクル機構 が入っている“空洞”としての役割を果たす諸層の組立体から成る。用語の“空 洞”には、例えば、中で光が層の間を運動する光波導管を含ませることができる 。デバイス10の“空洞”あるいは光波導管の性格により、光線通路が、多くのタ イプと組合せとなる可能性がある。必要条件は、光が、できれば干渉層411から 反射されることが好ましい状態“b”から、大きな内部のロスを防ぐために効率 的に透過された状態“a”に、空洞の中で充分な偏光転換なければならないと言 うことである。従って、多重フレネル反射、とまた空洞内の“b”から“a”状態 への非理想的な転換機構は、容認できる。 ディバイス１０の偏光変換機構を調べるために、ＴＥ（ｓ）およびＴＭ（ｐ） 状態の光変換、ならびに４５°入射角の直線偏光光線を直交する直線偏光状態に 変換することに関して、さまざまな素子を評価した。この測定を行うために、６ ２３．８ｎｍレーザと偏光子アナライザ対を使用した。各試料は、基層４００か ら出た光線の分布の中心近傍に入射角７４度で照明した。 第５表 リダイレクト・フィルム４１４のプリズム特性に対して、透過光を測定し、そ の他すべての部分に対して、反射光を測定した。表にこの変換効果を図示する。 一般に、ライトパイプ型の構造の中での光変換はいろいろなメカニズムで行う ことができる。システムのさまざまな相互作用の影響がその点での 特定の偏光状態、ＴＥ、ＴＭ、４５°循環で左右される。それにより、偏光変換 は内部反射、誘電体インターフェースからのブリュースター角を越えての反射お よび、物質の複屈折などが影響する。 それぞれの透過あるいは反射は正確な周囲状況によって偏光の変化の程度が異 なり、補償変換および偏光変換を行うフィルムは変換を増加し、性能を改良して 、さまざまなエレメントの性質の影響に対して、偏光を特別に制御するのに都合 よく使用することができる。さらに、分割層の角度は、実現する方法の偏光変換 を強める重要なパラメータとして使用することができる。 研究するために選んだ構造例は（１）変換が少なく、偏光の制御性が良好であ る基層４００およびリダイレクト層４１４を作るシステムに関してＴＥまたはＴ Ｍ偏光の照明器具の中心線または、（２）別々の変換全部の影響全体は偏光空洞 を通る光再循環の変換と偏光の解消の総量位である、近傍でそれぞれ互いに偏光 を変換する４５°のどちらかである。４５°構造以外の場合ですんでいるので、 ４５°で偏光変換プロセスを制御できることも理解したほうがよい。 第３４図に示すこの発明の別の実施態様で、層構造は第３３図のそれと同様で あるが、変換層４２２は除かれている。偏光再循環空洞はまだ事実上、干渉層４ １１および背面反射層４２６の組み合わせで形成されている。変換層４２２を取 り除いたことにより、偏光ｂの光４１８は基層４００、空気層４２０を通って透 過し、偏光ｂおよび、ａの状態に変換されたｂの一部を有するａの光４４０とし て反射する。さて、偏光変換は、背面反射層４２６および、偏光状態ａの出力光 ４２２へのデバイス１０のさまざまな層の残留複屈折のようなさまざまなエレメ ントからの反射からの変換による。この実施態様の性能は第４表に示す。 さらに、第３５図の別の実施態様で、変換層４２２および干渉層４４０は第３ ３図の実施態様と比較すると、取り除かれている。この実施態様はランプ空洞４ ０４からの光４０２入力の偏光していない形態を含む。この実施態様はこのよう に、基層４００の中の光の伝播方向にそって高い照度を有するランダムの約６％ 以上のみの偏光レベルを示す。この実施態様の性能を第４表に示す。 第３６図に示す別の望ましい実施態様で、層配置は第３３図の実施態様と完全 に類似で、一般にさまざまな偏光空洞エレメントを有する特定の偏光の光線の同 じ類を処理することになる。原理的な違いは反射層であり、介在する空気層のな い変換層４２２にラミネートしたメタリック背面反射器層４４６である。この層 ４４６は商業的に利用できる、アルミニウムまたは他の適当な支持材のような基 盤にラミネートした銀メッキ・ポリマ・フィルム（たとえばここ、および前に参 照しているＳｉｌｖｅｒｌｕｘ）から成る。この実施態様の性能を第４表に示す 。 さらに、第３７図の別の望ましい実施態様で、配置は第３６図のそれと同様で あるが、偏光分割干渉層４１１は基層４００に直接曝されている。この層４１１ は、他の任意の汎用薄膜沈着技術で作用層を生成することができるけれども、蒸 着するのが望ましい。この層４１１は反射性のポリマまたは損失の少ない、基層 ４００の中の光線を影響のあるほど減衰しない他の偏光分割層で作ることもでき る。この実施態様の相対的な性能を第４表に示す。 第３８図の別の実施態様で、層の配置は第３５図のそれと完全に類似であるが 、背面反射層はメタリック・背面反射器層４４６である。光線の経路は図のそれ とまったく同様である。偏光度は約４％で、第３５図のデバイス１０に非常によ く類似している。第３８図のこの実施態様の性能を第 ４表に示す。 さらに、第３９図の望ましい実施態様で、層の配置は第３６図のそれと同様で あるが、変換層４２２はメタリック背面反射器層４４６にラミネートする代わり に基層４００にラミネートされている。代わりに、変換層４２２およびメタリッ ク背面反射器層４４６の間に空気層４４８がある。光線の経路も第３６図のそれ とまったく同様であるが光線が基層４００を出る前に、偏光していない光線に偏 光が発生し、偏光変換も発生する。この加わった偏光と変換の段階は、第４０図 を参照して、ここおよびこれ以後記述する。これによる出力はリダイレクト層４ １６で適切に角度を調整した光線４５２である。光線４５０の一部は、偏光状態 ｂの光線４５３として干渉層４１１で反射されていて、さらに処理され、状態ａ の光線４３８に変換され、出力される。第３９図のこの実施態様の性能を第４表 に示す。 第４０図の別の望ましい実施態様で、異なる偏光循環および変換配置を示す。 この実施態様で、偏光循環空洞は基層４００および内部反射全体(これ以後ＴＩ Ｒ)で光線を封じ込める変換層４２２のラミネート形状で形成する。このデバイ ス１０で、光線４０２は楔を形成した基層４００の厚さが薄くなっているのを伝 播し、入射光４０２は連続的に変換層４２２で偏光に変換される。上端表面４３ ２に対してｐ偏光された（この実施態様でａの状態）光線４０２のこの成分はａ 状態の光線の反射がｓ偏光（ｂ状態）に比較して少ないので、基層４００から結 合され、それで光線角度は、θ_c（これ以前の関連のクリティカル角度の検討を 参照のこと）を通過するので、光線４０２は基層４００を離れ始める。さまざま な光線経路例が図に示されている。１例として、偏光ａとｂの光線４０２は上端 面４３２および底面４５４から、θ_cになるまで反射される。偏光ａの光線４５ ６は空気層４０７を通り、観察者に対しての角度の範囲を制御リダイレクト層 ４１６を通って出力される。偏光状態ｂの光線４５８の残りの成分は反射されて 、基層４００を通り、光線４５８は変換層４２２に結合される。層４２２の反射 と横断で、光線４５８は偏光状態ａの光線４６０になり、空気層４０７とリダイ レクト層４１６を通って出力される。プロセスの例は、光線４５８が変換層４２ ２を一度通過し、空気層４４８に出力で結合され、メタリック反射器層４４６で 反射され、変換層４２２をもう一度通過し、偏光ａの光線４６２になり、観察者 の方へ出力されることである。 しかし、一般に好ましい出力はやはり「ａ」偏光の光である。従って、「ａ」 及び「ｂ」状態の反射間の差は偏光効果を向上させることができる。また、その 結果得られた偏光は約１３％であった。本実施態様の性能を表４に示す。 図４１に示す更に別の実施態様では、層の構成は図４０と同様であるが、「ａ 」及び「ｂ」状態の反射間の制限された差は偏光分割層４６４をベース層４００ の頂面４３２上に直接付着させることにより更に向上する。 図４０及び４１の実施態様の別の変形において、図４２はベース層４００の底 面層４５４に積層された変換層４４２に直接結合されたバック反射体層４６６を 示す。 図４３に示される更に別の実施態様では、変換層４２２は頂面４３２上のベー ス層４００の他方の面に配置されている。この構成もベース層４００に沿って光 りが走行する時に、その光を制限する目的を達成するものである。幾つかの光線 路の例が示されるが、主な違いは「ａ」及び「ｂ」の偏光状態の光であり、これ は頂面４３２からアウトカップルされ、次いで「ｂ」の状態の構成要素が四分の 一波長板変換層４２２により「ａ」の状態の光４６８に変換される。 図４３の実施態様の更なる変更では、図４４のベース層４００が横屈折 偏光変換材料より形成され、ベース層４００に図４３の変換層４２２の偏光変換 機能を与えるように作動する。図４４に示すように、光４０２は偏光状態「ａ」 の光４６８として空気層４０７にアウトカップルされる。 表４の性能測定を考察するにあたり、偏光効果を増加させても必ずしもシステ ム化された利得が増す訳ではなかった。これは、種々の層を結合するため或いは 及び四分の一波長フィルムに使用した接着剤の種類と質から散乱及び吸収損失か ら生じたと思われる。 図３９の実施態様の更なる変形では、図４５のバック反射体層は金属バック反 射体４６６ではなくＢＥＦタイプのバック反射体層４２６である。層間の光線路 は非常に似ており、表４にその性能を示す。 図４０の実施態様の更なる変形では、図４６のバック反射体層は金属バック反 射体４６６ではなくＢＥＦタイプのバック反射体層４２６である。光線路は非常 に似ており、表４にその性能を示す。 本発明の別の形態を図４７に示す。偏光分割層４７０はベース層４００の入力 で付着している。この実施態様では、ランプキャビティ４０４及び偏光分割層４ ７０により偏光リサイクル「キャビティ」が形成される。 従って、入力光４０２は光キャビティ４０４及び偏光分割層４７０により所有 されて偏光状態「ａ」の光４７６を生成する。この結果を得るために、偏光分割 層４７０をその通過軸がベース層４００の対称軸の方向と略平行或いは垂直にな るよう位置決めするのが最も好ましい。この構成により、層４００における光は ベース層４００の下方を走行するため、その光は一方の偏光状態においてベース 層４００内に維持される。従って、入力光４０２（ランプ４０６により放射され る光）はランプ４０６を偏光されない状態のままとし、最終的に偏光分割層４７ ０に遭遇する。光４０２の実質的な部分は偏光状態「ａ」の光４７６として透過 し、偏光状態「ｂ」 の残りは反射されるかランプキャビティ４０４にリサイクルされて結局は変換さ れて偏光「ａ」の光４７６として出力される。装置１０の性能を表４に示す。 図４７の実施態様の変形において、図４８の構成は偏光分割層４７０のランプ キャビティ側の偏光変換層４７８の特徴を更に有する。本実施態様の光線路は図 ４６のものと非常に似ている。表４にその性能結果を示す。 図３３の実施態様の別の変形では、図４９の装置１０は転送層４１６は備えて おらず、ベース層４００は光学的に滑らかな面を有するのではなく表面模様付の 光パイプであり、フィルムのベースとなる反射偏光層４８０は光偏光状態を分割 して反射する干渉層４１０の代わりとなる。ベース層４００の上（或いは内）の 表面模様付の効果は、光４０２がベース層４００の下方に走行し、出てベース層 ４００を介してリサイクルされるため、光４０２を拡散（或いは方向転換）する ことである。表面模様付ベース層４００は例えば、ベース層４００の滑らかなバ ージョン上に硬化性コーティングをスプレーしたり、或いは表面模様付型を使用 してベース層４００を表面模様の付いたものにしたり、または、層４００内の中 心を拡散するミクロサイズまでサブミクロを拡散することにより形成することが できる。これらの表面模様は如何なる光線路も小さな方向転換しかしないよう作 用する。この相互作用は弱い散乱を発生させ、これによる変化で、光線路が劇的 に変化しないことである。このため、表面模様はベース層４００の表面の傾斜の 変化或いはベース層４００-ヒ或いは内の屈折率の変化を意味し、何れも表面模 様がない路から１度ずつ断片の量だけ光線路をずらす。この実施態様は装置１０ の偏光要素により提供される広い角度の照明を処理する転送層４１６から生じる 損失の評価に向けられている。表６から分かるように、転送層４１６を削除した ことにより効率が改善した。光線路 は転送層４１６を使用せずとも広い角度で装置１０から出ることを除けば図３３ の路に非常に似ている。 図４９の実施態様の別の形態では、図５０の装置１０は上述の表面模様のつい た態様のベース層４００を備えていない。比較性能を表６に示す。光線路は図４ ９のものに非常に似ている。表４と６は、互いに異なる基準構成を使用したため 直接比較することはできない。表４のデータに１．１７を掛けて表６のデータと 比較すればそれぞれの表のデータを大まかに比較することはできる。 図４９の実施態様の別の形態では、図５１の装置１０はＢＥＦタイプのバック 反射体層４２６の代わりに金属バック反射体４４６を使用している。また、層４ ２６は空気層なしに変換層４２２に照射される。光線路は図４９のものと非常に 似ており、比較性能を表６に示す。 図５１の実施態様の変形では、図５２の装置１０は表面模様の付いたベース層 ４００を使用しない。光線路は非常に似ており、比較性能を表６に示す。 図３３の実施態様の別の形態では、図５３の装置１０は干渉層４１１の代わり に反射偏光層４８０を使用し、ベース層４００の形態の表面模様を使用している 。光線路は非常に似ており、比較性能を表６に示す。 図５４の実施態様の別の形態では、装置１０は転送層４１６が反射偏光層４８ ０（干渉層４１１のような偏光スプリッタ）に変更されたことを除けば図５３の ものと似ている。この再構成の結果、光線路は全く異なる。 基底層４００への入力光４０２は、図の実施態様におけるように、リダイレク ト層４１６および反射偏光子層４８０を通して偏光“ａ”出力の光４０５のわず かで基底層４００の最上部表面４３２を通って外側にカップリングできる。偏光 状態“ｂ”の光４０５のわずかは、光４８２として反射され、基底層４００、空 気層４２０、変換層４２２、空気層４２４を通過し、ＢＥＦ形後方反射器層４２ ６によって反射される。変換層４２２を戻り通過する際、光４８２は、偏光状態 “ａ”の光４８４に変化し、基底層４００を通して視聴者に出力する。リダイレ クト層４１６および反射偏光子層４８０の交換位置は、図５４に示されるように 前方および後方の両方向に移動する広角光で作動するリダイレクト層４１６にも 生じる。前方に移動する光は、図５２に示される基底層と同様に基底層４００を 通過するが、後方に移動する光は、基底層４００を通って後方に進む。最終的に 、わずかのこの光はランプ空洞４０９を通って再循環さえする。光路を重ね合わ せるいくつかの例は、図５４に示されているが、多数の他の光路も存在する。こ の装置１０の性能は表６に示されている。 図５３の実施態様の他の変形において、図５５の装置１０は、変換層４２２を 基底層４００の上に配置する。この光線路は、偏光変換が基底層４００の上に生 じることを除いて図５３の光線路と同様である。例えば、光４０２は、光４０５ が変換層４２２を通過するとき、最上部表面４３２から逆偏光状態に結合され、 偏光状態“ａ”の光４０９は、反射偏光子層４８０およびリダイレクト４１６を 通して出力される。最も興味あることは、ＢＥＦ形後方反射器層によって反射さ れた空気層４０７、変換層４２２、空気層４８５、基底層４００を通過し、出力 のため偏光状態“ａ”の光４８４に変換層４２２によって変換されるこれらの層 を通って戻る反射偏光子層４８０によって反射される偏光状態“ｂ”の光４８２ である。装置１０の比較性能は表６に示されている。 図５３の実施態様の他の変形では、図５６の装置１０は、基底層４００に積層 化される変換層４２２を有する。したがって光線路は全く同じであり、この実施 態様の性能は表６に示されている。 図３５の実施態様の他の形式では、図の装置１０は基底層４００のテクスチャ 形を使用する。光線路は、全く同じであり、性能は表６に示されている。 図５８〜図６０に示された発明の他の形式では、偏光照明器具のような装置１ ０の動作は、変換層４２２の別個の形を使用しないで示されている。これは、ブ ルースター角を通り過ぎる光反射、オフアングル金属反射事象、全内部反射によ る偏光およびプリミティブリダイレクト層４１６およびBEF形後方反射器層４２ ６の伸張したフィルム基底層における内部複屈折を伴う。これらの機構の各々は 、我々が装置１０の対称軸に対して同じ角度で反射偏光子４８０を配置する場合 、偏光変換に寄与することができる。簡単にするために、４５°は、偏光子層４ ８０の通過軸のために選ばれる。 図５８には、その角度が増加し、最上部表面４３２あるいは最下部表面４５７ の中の１つでθｃを超えるまで、基底層４００に沿って移動する実質的に未偏光 光４８６を有する装置１０が示されている。それから、光４８６は空気層４０７ 、光４８６の角度を変えるプリズム状のリダイレクト層４１６を通過し、空気層 ４８７を通過した後、他のリダイレクト／拡散器層４８８は光４８６の角度分布 を広くする。それから、光４８６は、空気層４８９を通過し、偏光分割層の役目 を果たす反射偏光子層４９０に当たる。この偏光子層４９０は、通過軸がこの特 定の場合において装置１０の主要伝搬方向である装置１０の対称軸に対して４５ °にあるように配置されている。偏光子層４９０は、光４８６を２つの成分に分 割する。すなわち、一方の状態“ａ”の光４９２は、通過されることが好ましく 、状態“ｂ”の光４９４は反射されるのが好ましい。した がって、光４９４は、リダイレクト／拡散器層４８８を通過させることによって 広い角度分布で元に再循環される。光４９４のこの広い角度分布はいろいろな再 循環路を有する。例えば、光４８９のわずかは、図５４に示された一般的な方法 でリダイレクト／拡散器層４８８を通って再循環する。この場合の偏光変換は、 基底層４００の面からのフレネル反射、リダイレクト／拡散器層４８８における 全内反射、リダイレクト／拡散器層４８８における複屈折による変換、金属反射 効果およびランプ空洞４０４による拡散散乱による相互作用によって生じ得る。 この経路を移動する光４９４は、最終的にはリダイレクト／拡散器層４８８を通 しておよび装置１０の他の構成要素を通して後方にカップリングできる。いろい ろな再循環光線は、最終的には、システム利得を生じる累積された若干の偏光変 換を有する偏光子層４９０に達する。この装置１０の性能は表６に示されている 。 図５８の実施態様の変形では、図５９の装置１０は、光線が図５８の実施態様 にある広角拡散効果なしで図５４の実施態様の光線と同様な一般的な方法で再循 環するようにリダイレクト／拡散器層４８８の下に置かれた偏光子層４９０を有 する。図５９のこの実施態様は、オフアングル反射および散乱も利用し、図５４ の明確な偏光変換層４２２よりもむしろ光４８６の偏光状態を変換する。この実 施態様の性能は表６に示されている。 図５３の実施態様と同様な他の実施態様において、図６０の装置１０は、反射 偏光子層４８０は装置１０の対称軸に対して４５°であるので、オフアングル反 射による偏光変換を行う。したがって、この装置１０は、変換層４２２を含まな いで、介在空気層４９１を有するリダイレクト／拡散器層４８８を追加する。こ の装置１０の性能は表６に示されている。 照明器具のシステムの複屈折層 複屈折層の材料は、上記に記述されている偏光照明器具システム２０４に役に 立つように使用されることが可能である。図３１Ａに示されているこの実施の形 態において、第一の層２１４は、２つの異なる偏光状態“ａ”と“ｂ”の光線２ １２の２つの異なる光学屈折率ｎ_2aとｎ_{2 β}を有する屈折率ｎ₂の複屈折材料であ ることが可能であり、２つの屈折率は、１より小さい。この光線２１２は、これ ら２つの偏光状態のそれぞれの臨界角近くの層２１４と出会う。 および 方程式（１０）のこの状態は、独立して、２つのｎ_2aとｎ_{2 β}に等しいｎ₂の条件 を満たさなければならない。２つの偏光状態の層２１２は、以前に記述されてい るように第一の表面２０８と第二の表面２１０とからのそれぞれの循環反射の角 度２Φだけ入射の角度を減少する。この実施の形態において、ｎ_{2 α}＞ｎ_{2 β}であ り、従って、θ_{c α}＞θ_{c β}である。２つの偏光状態の入射角度が減少するとき、 ２つの偏光状態の光線２１２は、第一の臨界角θ_{c α}より小さいが、第二の臨界 角θ_{c β}より大きい入射角を有する光線を有する複屈折の第一の層２１４とイン タフェースで出会う。従って、第一の偏光状態の光線２１８は、複屈折の第一の 層２１４を通って少なくとも部分的に透過され、第二の状態の光線２２０は、選 択的に、全内部反射によって反射される。この反射される第二の状態の光線２２ ０と残留の第一の状態の光線２１８とは、連続反射を有する入射角を減少しつづ ける。第一の偏光状態の光線２１８は、第一の層１４と基底層２０６との間のそ れぞれの連続の出会いで透過される。第二の状態の光線２２０は、この第 二の状態の光線２２０も複屈折の第一の層２１４を通って少なくとも部分的に透 過される点で入射の角度が第二の臨界角θ_{c β}より小さくなるまで、このインタ フェースで全内部反射をうけ続ける。このメカニズムおよび屈折率ｎ_{2 α}とｎ_{2 β} との差によって、複屈折の第一の層２１４を出る光線が、２つの偏光状態“ａ” と“ｂ”の異なる角度分布を有する。 複屈折の材料は、反射の異方性の屈折率を有する結晶性の材料を含む。好まし い材料は、張力の有るフッ素で処理された薄膜などの張力のある重合体薄膜であ る。この張力が、薄膜を順応させ、屈折率をその方向に沿って異ならせる。ほか の場合、０．０３０から０．０５４の範囲のΔ１を有するこれらの張力のあるフ ッ素重合体薄膜の複屈折値が与えられる。その他の薄膜は、ＰＶＡ（ポリビニル アルコール）やポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリエステル（商標マイラー ）などである。マイラは、実際に、二軸であるが、偏光を回転するのに使用され ることもある。従来の一軸の複屈折材料は、方解石と石英である。これらは、張 力のある薄膜を同じほど実用的でない。実際面では、２つの偏光状態は、２つの 屈折率が十分に異なる場合のみ、良く分離される。この状態は、次のように示さ れる。 式中、ｓは、少なくとも１でなければならないし、好ましくは、４より大きい。 この状態は、例えば、複屈折層には一軸によるフッ素重合体材料や基底層２０６ にはアクリル重合体、Φの妥当な値（１と１１／２度がノートパソコンLCDバッ クライトの典型である）を使用して達成される。 図３１Ｂは、図３１Ａと類似するが、リダイレクト層２２４が追加されている 。好ましい実施の形態は、屈折率ｎ₃を有する層２０７の空気を使用する。光線 ２１８と光線２２０とは、異なる角度でシステム２１４から出 力される。 図３１Ｃは、図３１Ａおよび図３１Ｂの別の変形を示しているが、リダイレク ト層２２４が、平坦なファセット付き反射層３４０を含んでいる。光線２１８と さらに光線２２０とは、実質的に偏光状態を変更しないで光線２１８を透過させ るコンバータ層３４６に放出されるが、コンバータ層３４６は、光線２２０を、 所望の第一の偏光状態の光線２１８に変換する。図３１Ｃに示されるコンバータ 層３４６は、光線２２０によって占有される角範囲内でのみ光の偏光を変換する ように作動する構造を有している。コンバータ層３４６は、このように光線２１ ８と光線２２０との概略的に図示される角分離を利用し、光線２１８を光線２２ ０に変換しないで光線２２０を光線２１８に変換する。 図３１Ｄおよび図３１Ｅの実施の形態において、光線２２０の反射形状は、複 屈折の第一の層２１４を有する基底層２０６のインタフェースに戻される。これ は、コンバータ層３４６を少なくとも２回通過すると共に、光線２２０の全内部 反射によって行われ、この結果、光線２２０を、第一の偏光状態の光線２１８に 少なくとも部分的に変換する。この光線２１８は、第一の臨界角θ_{c α}未満の入 射角を有するので、光線２１８は、基底層２０６と第一の層２１４との間のイン タフェースを通って透過される。この光線２１８は、それから、リダイレクト層 ２２４の特定の性質次第で、リダイレクト層２２４によって反射されたり、また は透過されたりする。透過光線または反射光線の代案が、図３１Ｄおよび図３１ Ｅの骨格図に示されている。さらに、図３１Ｄの実施の形態において、コンバー タ層３４６は、複屈折の第一の層２１４と同じ基底層２０６の側にある。コンバ ータ層３４６も、基底層２０６と複屈折の第一の層２１４との間に配置され ている。図３１Ｅの実施の形態は、基底層２０６の反対側に配置されているコン バータ層２２６と複屈折の第一の層とを有する図３１Ｄの別の変形を示している 。 図３１Ｆの実施の形態において、システム２０４は、図３１Ｄの実施の形態に 類似しているが、リダイレクト層２２４が、ファセット３１１の層を含んでいる 。図３１Ｇの実施の形態において、システム２０４は、さらにＬＣＤ層３０２と 、整合層２３２とを含み、拡散体層３０４は、光線２１８がＬＣＤ層３０２を通 過後、空間位置に配置される。リダイレクト層２２４は、ハイライト反射力のた めに平坦な面と金属被膜３４２とを有するマイクロプリズム層２５１を含んでい る。さらに、システム２０４から出力される光線２５３の空間分布をコントロー ルする角変形層２３８も示されている。図３１Ｈの実施の形態は、図３１Ｇの実 施の形態に類似しているが、システム２０４は、出力光線２５０を好ましい視野 ゾーンに収束するために、異なる空間位置で調整されるファセット角を有するリ ダイレクト層２２４の曲線状ファセットを使用している。角変形器２３８は、Ｃ ＰＣとして図示されている。 ＬＣＤ層処理後の光線拡散体 図１２Ｎおよび図１２０に示される実施の形態において、ＬＣＤディスプレイ ２１６または２３６は、視聴者に出力光線を供給する。さらに、これら実施の形 態の改良において、ポスト拡散体層３５０が、ＬＣＤ層３０２から出力される光 線２５０の通路に配置されている（図３２Ａおよび図３２Ｂを参照）。これらの 図に示される好ましい実施の形態において、一般作動は、図２６Ｂと、図２８Ｄ と、図２８Ｅと、図２９Ａと、図２９Ｂと、図３１Ｇとに図示される実施の形態 に類似しているが、偏光フィルタ 層２１６のいずれをも有していない。上記に記述されるように、出力される映像 を最も効果的にするために、光線を、平行角範囲のＬＣＤ層３０２に、好ましく は、実質的にＬＣＤ層３０２に垂直に供給することが有利な点である。ポスト拡 散体層３５０を使用することにより、出力光線２５３に、光のコントラストと色 の忠実度とを平衡にすることなく、広域角範囲を越えて視聴者に映像を供給させ る。 ポスト拡散体層３５０を含むシステムに好ましくコントロールさせる１つの形 態は、ＬＣＤ層３０２を通って透過される角分布のｘｚ−平面の幅である。出力 角分布は、好ましくは 未満の全幅を有し、この値の半分未満の全幅が、よりいっそう好ましい。この方 程式において、Δθ_pdは、ラジアン内であり、ｎ_LCDは、ＬＣＤ層３０２内の平 均屈折率であり、ｐは、ｚ−方向にディスプレイのピクセル行の繰り返し周期で あり、ｄは、ＬＣＤ層３０２の厚さである。ノートブックコンピュータに用いら れる代表的なＬＣＤに対しては、ｎＬＣＤは、ほぼ１．５であり、１＝０．３ｍ ｍであり、ｄ＝３ｍｍである。この実施例に対しては、Δθ_pdは、好ましくは、 １８℃未満であり、９℃または９℃未満の全幅が、よりいっそう好ましい。比べ ると、方程式（８）は、図３２Ａ（層３５９）または図２８Ｂ（層２６２）に示 されるような平坦なファセットプリズム状のリダイレクト層を用いる本発明の出 力角幅を計算するために使用可能である。代表的なノートブックコンピュータの バックライトシステムに対しては、Φ＝１．３℃であり、ｎ＝１．４９である。 この実施例において、方程式（８）は、１８℃の出力角分布を示している。 図３２Ａは、ＬＣＤ層３０２にオーバーレイして配置されるポスト拡散体３５ ０の平行形状を有するシステム２０４の好ましい配列を示している。さらに、背 面２１１に配置されるホログラフィック角変形層３６４が含まれている。 図３２Ｂに示される別の実施の形態において、屈折／内部への反射層３６０は 、ＬＣＤ層３５０を通して放出される光線３６４のｘｚ平面への角分布を減ずる ために、曲線状のファセット３６２を含んでおり、それによって、ポスト拡散体 層３５０のパララックスを減少して映像品質を改善する。この実施の形態は、曲 線状反射ファセット３６２を有するが、平坦な屈折ファセットでは、図３２Ｃに 示されるように、所望の機能を達成することが可能である。いずれの場合にして も、曲線状のファセット３６２が、ファセット３６２同士の間の繰り返し周期よ り少ない焦点距離を有することが好ましい。ｘｚ平面への角分布は、方程式（８ ）に示される幅以上に減じられることが好ましく、上記の方程式に示される幅以 上に減じられることが最も好ましい。さらに、リダイレクト層２２４のファセッ ト角が、システム２０４の異なる部分から好ましい視野ゾーンに出力される光線 を収束するように配列されている。この図も、マイクロプリズム角変形層２７４ を示している。 図３２Ｃには、図３２Ｂの実施の形態の変形が示されている。システム２０４ において、ＬＣＤ層配列３７０は、図３０に図示される先行技術のＬＣＤ層配列 ３７２とは異なる。特に、平行光線拡散体層３７２(ホログラフィック拡散体な ど)は、ＬＣＤ層３０２（図３０の層３１６）と第二の偏光フィルタ層３２２（ 図３０の層３１４）との間に配置される。この配列により、第二の偏光フィルタ 層３２２が、普通なら拡散体層３７２によっ て反射される周囲光線に起因する可能性が有るグレアを減少することができる。 さらに、図３２Ｃは、図３２Ｂに示される曲線状の反射ファセット３６２と同じ 角減少機能を行う曲線状の屈折ファセット３７６を有する光線リダイレクト層３ ７４を示している。 下記の実施例は、デバイス１０の様々な物に対する測定システムと方法とを図 示している。 実施例 様々なデバイス１０の性能は、有用なシステムの利得の概念を導入して量が計 られる。デバイス１０からの光線出力分布は、拡散ランベルトのバックグラウン ドの量にまで近づけられ、一次元の平行ビームは、限定角のランベルト分布から なる。この方法において、照明デバイス１０から限定角（Ｉ_Limited）に放射さ れる照度は、式中、全分布のピーク輝度（Ｌ_max）と、拡散ランベルトのバック グラウンド（α）の照度の分数と、制限角（θ⁺，θ^-）によって明記される限定 角ランベルトの分布の幅とによって表わされる。 これは、角変形薄膜や拡散体などの様々なリダイレクト層を用いて再分配され ることが可能である全照度を表わすとき、有効な量である。拡散バックグラウン ドの全照度の分数が、相当大きくなりえるとはいえ、大多数のピークの明るさは 、一般に、限定角範囲の場合に照度によってカバーされる非常に小さな立体角に よるデバイス１０によって放射される限定角光線によるのである。 この考えが、式に明記される＋／−角が、スポット測光器４９８を用いて測定 される半輝度ポイントであるということを仮定して本デバイス１０に応用された のである。測定のそれぞれのセットに対して、最大の明るさと、半輝度ポイント との角位置とを測定した。測定を行うために用いられたシステム５００は、図６ １Ａおよび図６１Ｂに示されている。同じ照度を維持するのに、半輝度ポイント の位置を変更するために少し異なる拡散体を使ってみた。この方法をデータにフ ィッティングして、拡散バックグラウンドに力の分数値を生じた。実験に用いた デバイス１０の基本形状で６０．１％の値を見出した。図６２は、デバイス１０ の基本形状での測定データとフィットされた曲線を示している。 われわれの作業のその他の部分において、上記で推定される照度に基づき１組 の利得係数を明らかにしてデバイス１０の性能を量を計った。これらの利得係数 は、全システム利得（ｇ_total）と明るさ利得（ｇ_luminance）とであり、この利 得は、照明器具に残る照射の立体角の増加（ｇ_range）によるのである。これら は、下記に定義される測定輝度（Ｌ_ref）と角範囲係数（Ｒ_u）とで示されている 。照射の大いに制限された角は、デバイス１０の単一方向のみであったので、わ れわれの分析を基礎として示される一次元の一般式を使用した。特に、われわれ は、以下を定義した。 操作上、照明デバイスを二等分５０２と５０４とに分割して（図６１Ｂ参照） 、これらの測定を行い、両方とも、同一のＣＣＦＴランプで駆動され、サンプル 光導体を有している。それらの測定に対して、光導体の要求される被膜または積 層を、光導体の半分のみに被膜または積層を施した。この方法は、安定性上の理 由で、特に、ＣＣＦＴランプ出力の安定性上の理由で採用された。この半照明器 具測定の研究方法の効果が、もしあるとすれば、得られる利得値が不利になる点 にあると考えられる。我々の目的は達成できる利得を明らかにすることに有るの で、このような不利は許容できた。 表に報告されている最終値を得るために、観測される値が、同一構造の２つの 半照明器具５０２と５０４を製造して測定される利得によって集められた。これ は、観測した依存状態を幾分補正したものである。これらの補正利得（ｇ_{correc ted} ）は、測定サンプル（ｇ_measured）の利得から計算され、また較正利得（ｇ_{c alibration} ）は、十分根拠の有る ｇ_corrected＝ｇ_measured／ｇ_calibration による参照構成の半照明器具５０２の両側で測定された。 この研究方法を利用して、照明器具の種類は、フォトリサーチプリチャードス ポット測光器（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ Ｓｐｏｔ Ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定された。測定を行うために、デバイス１ ０は、回転中、測定地点が静止状態になるように、一直線に並べられる回転段を 備えるスタンドに置かれる（図６１Ａを参照）。照明器具のランプは、半照明器 具５０２と５０４とのそれぞれの中心にある（図６１Ｂを参照）。それぞれの測 定に対して、線偏光子は、最大量の光線を通過させるために一直線に並べられる 測光器４９８の前で使用される。 測定の大部分に対して、この方向は、デバイス１０と機器に対して水平または垂 直であったので、内部偏光子が、これらの場合機器には使用された。これら半分 用には、最大の明るさを形成して、回転軸回りにデバイス１０を回転して半分の 明るさの地点の角位置を形成した。 本発明の実施の形態について示し、説明しましたが、以下に提供する請求の範 囲に記載される広い形態において本発明からはずれることなく様々な変化および 修正を実行できることは当業者であれば明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６ Ｇ０９Ｆ 19/12 Ｌ 19/12 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ジェイコブソン，ベンジャミン・エイ アメリカ合衆国、60615 イリノイ、シカ ゴ、サウス・ドーチェスター・アヴェニュ ー 5319 (72)発明者 エモンズ，ロバート・エム アメリカ合衆国、55125 ミネソタ、ウッ ドベリー、センチュリー・サークル 1617、アパートメント 224 (72)発明者 グレックマン，フィリップ アメリカ合衆国、10598 ニュー・ヨーク、 ヨークタウン・ハイツ、ゴーナー・ストリ ート 3604

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 光源からの光線によって動作し看者に対して選択的に光線を出力する光デ バイスであって、 少なくとも第１表面と第２表面を有する基底層であって、該基底層がさらに前 記第１表面と前記第２表面にわたる背部表面を含み、内部で反射している光線の 、前記第１表面と前記第２表面の内の少なくとも一方に対する入射点における垂 線に対する角度が減少し、前記表面上での入射点での垂線に対する角度が臨界角 度θ_C未満である場合に前記光線が前記基底層から出ていく基底層と、 前記基底層に対して前記第１表面と前記第２表面の内の少なくとも一方を越え て配置された第１層手段であって、前記基底層中の前記光線が前記基底層と前記 第１層間の境界に特有の前記臨界角度θｃ未満の入射角を成す場合に、前記光線 が前記基底層から出力された後に第１層手段に入射し、その中を通過することが できる第１層手段と、 第２偏光状態に対する第１偏光状態を持つ光線を好ましくは出力する第２層手 段であって、前記基底層に関して前記第１と前記第２表面の内の少なくとも一方 を越えて配置されており、さらに前記第２偏光状態を有する光線の少なくとも１ 部分の反射を可能とする第２層手段と、 前記第１層手段から出力されるリダイレクト光線と拡散光線の内の少なくとも 一方に対し光線制御を行い、これによって角度分布が制御された光線を提供する 光線制御層手段と、 前記看者に示すために前記第１偏光状態の光線から画像を形成する結像層手段 と、 を備えた光デバイス。 ２．リダイレクト光線のための前記光線制御手段が、前記光デバイスから出力 される光線の角度分布を制御するためのファセット付き層を備えることを特徴と する請求項１記載の光デバイス。 ３．拡散光線のための前記光線制御層手段が、（ａ）前記基底層と前記結像層 間と（ｂ）前記看者と前記結像層間との少なくともどちらかに配置されているこ とを特徴とする請求項１記載の光デバイス。 ４．前記第２偏光状態の光線を前記第１偏光状態の光線に変化させる変換手段 をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。 ５．前記変換手段が、（ａ）前記結像層手段と前記基底層の間と（ｂ）前記第 ２表面に関して前記第１表面から離れて配置された前記結像層手段と共に前記第 １表面に対して前記第２表面からさらに離れて、のどちらかのように配置されて いることを特徴とする請求項４記載の光デバイス。 ６．前記基底層が、楔形状の層と、ディスクと、偏球面形状と、平行六面体と 、円筒形との内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の光デバ イス。 ７．前記結像層手段が、透明表示部と、ホログラム映像と、液晶層と、ＣＣＤ 層の内の少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。 ８．散乱を減少させるために反射防止層をさらに含むことを特徴とする請求項 １記載の光デバイス。 ９．前記光線制御層手段が、可変ファセット角度を持つファセット付き層を含 むことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。 １０．前記第２層手段が、光学的干渉層と、ブルースタースタックと、干渉コ ーティング及びブルースタックの合成物と、粗面化された表面と、 鏡面反射層と、ダイクロイック層と、複屈折層とから成るグループから選択され ることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。 １１．光源からの光線によって動作し、光線を看者に対して選択的に出力する 光デバイスであって、 少なくとも第１表面と第２表面を有する基底層であって、該基底層がさらに前 記第１表面と前記第２表面にわたる背部表面を含み、光線が前記第２表面上の入 射点における垂線に対して臨界角度θｃ未満の入射角を達成する場合に光線が前 記基底層から出ていく基底層と、 前記基底層に対して前記第１表面を越えてと、前記基底層に対して前記第２層 表面を越えてとの少なくともどちらかで配置され、前記基底層から受け取られた 光線が透過できるような屈折率を有する第１層手段であって、前記基底と前記第 １層間の境界固有のθｃが達成されると、前記光線が前記基底層から出力される 第１層手段と、 好ましくは第２偏光状態に対する第１偏光状態の光線を透過させ、前記第２偏 光状態の光線の少なくとも１部分を反射する第２層手段であって、前記第２層手 段が（ａ）前記第１層手段よりさらに前記第１表面から離れてと、（ｂ）前記基 底層に対して前記第２表面と前記第１層手段とよりも前記第１表面の近くでと、 （ｃ）前記第１表面より前記第２表面の近傍で、しかも前記第１層手段よりも前 記基底層からさらに離れてと、（ｄ）前記第１層手段より前記第２表面の近くで との内の少なくともどれかの条件で配置されている第２層手段と、 前記第２層手段から反射された前記光線によって動作して前記光線を前記第２ 層手段に送出し返す、前記第１層手段の上に位置する状態と前記第１層手段の下 に位置する状態の少なくとも一方の状態の光線リダイレクト 手段と、 前記第２偏光状態の前記光線の少なくとも１部を前記第１状態の光線に変換す る第３層手段と、 前記第３層手段から出力された第１偏光状態の前記光線を受け入れるように配 置された表示層と、 を備えた光デバイス。 １２．好ましくは光線を透過する前記第２層手段が、（ａ）前記表示層と前記 基底層の間と、（ｂ）前記基底層と次に前記表示層からさらに離れてとの少なく ともどちらかの条件で配置されることを特徴とする請求項１１記載の光デバイス 。 １３．光線を変換する前記第３層手段が、（ａ）前記表示層と前記基底層との 間と、（ｂ）前記表示層が前記第２表面より前記第１表面に近く配置されている 状態で前記第１表面より前記第２表面に近くとの少なくともどちらかに配置され ることを特徴とする請求項１１記載の光デバイス。 １４．変換用の前記第３層手段が、前記表示層に対して好ましい偏光状態を提 供する整合層を備えることを特徴とする請求項１１記載の光デバイス。 １５．前記光線リダイレクト手段が、（ａ）光線を反射することが可能な反射 層と、（ｂ）自身をい通過する光線の角度分布を修正することが可能な透過性層 と、（ｃ）可変ファセット角度を有するファセット付き層と、の内の少なくとも １つを備えることを特徴とする請求項１１記載の光デバイス。 １６．前記表示層が、（ａ）液晶層と、（ｂ）透明な表示部と、（ｃ）媒体中 に埋め込まれたホログラム映像と、（ｄ）ＣＣＤ層との内の少なく とも１つを備えることを特徴とする請求項１１記載の光デバイス。 １７．前記表示層から出力された光線を拡散して前記光線の制御角度範囲を広 げ、これによって視野角度の範囲にわたって前記看者に光線を提供する光線拡散 手段をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の光デバイス。 １８．前記基底層が、楔形状層と、ディスクと、偏球面と、平行六面体と、円 筒との内の少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１３記載の光デバイ ス。 １９．光源からの光線で動作し、光線を看者に選択的に出力する光デバイスに おいて、 第１表面と第２表面を有する基底層であって、前記基底層がさらに前記第１表 面及び前記第２表面にわたる背部表面を含む基底層と、 前記光デバイスの前記基底層中での光伝搬角度を増分的に変化させる手段であ って、光線の入射点において前記第１と前記第２表面の内の少なくとも一方に対 する垂線に対して臨界角度θ_C未満の入射角を成し、これによって前記光線が前 記基底層からでる手段と、 前記基底層から前記光線を受け取り、好ましくは第２偏光状態に対する第１偏 光状態の光線を出力する層手段であって、好ましくは前記第１偏光状態の光線を 通過させて前記第２偏光状態の光線の少なくとも１部を反射する手段を含み、さ らに前記第２偏光状態の光線を前記第１偏光状態の光線に変化させる変換手段を 含む層手段と、 前記第１偏光状態の光線を受け取るように配置された液晶表示層と、 を備えた光デバイス。 ２０．光線角度を増分的に変化させる前記手段が前記基底層内での可変 の屈折率を有することを特徴とする請求項１９記載の光デバイス。