JP2002512727A - 低いプロフィールを有する照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表示を照明するためのバックライトとして特に有用な低いプロフィールを有する照明装置（１７０）が開示されている。照明装置（１７０）は、導波管（１７０）に光を注入するための、光源（１８０）に結合された導波管（１７２）を有する。導波管（１７０）は、導波管の所定の表面を通って導波管（１７０）の中を伝搬する光を放射するための、複数の細長い構造を有する。導波管（４２６）の他の実施例は、導波管（４２６）の中を伝搬する光の方向を変える薄い厚さの中央の領域（７４）を有する。照明装置（１７０）は低いプロフィールを有するので、限られたスペースの領域で特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 低いプロフィールを有する照明装置 発明の背景 本出願は、「照明と表示のための発光ダイオードを有する導波管」と題する、 １９９６年１２月１２日出願の米国特許出願番号第０８／７６４，２９８号の部 分継続出願である。本発明は照明装置に関ずる。特に、本発明は照明用導波管を 利用した低プロフィールの照明装置に関する。本発明は表示を照明するためのバ ックライトとして使用するのに特に有用である。 バックライトは、アナログ式腕時計あるいは自動車計器のような機械的表示、 および携帯電話、ページャおよびパーソナル・ディジタル・アシスタントに使用 される液晶表示装置のような電子的表示の両方を照明するように使用される。多 くのバックライトの用途はスペースが貴重な小さな表示を含むので、照明エリア を保つ一方で、バックライトの厚さを減らすことが望ましい。したがって、バッ クライトはバックライトの厚さと照明エリアの長さの比率として規定されるアス ペクト比を低減することを要する。 バックライトの１つの形式は、光がその中に注入される導波管と結合された発 光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源を利用する。光源は導波管の外側の周縁に 通常実装され、導波管の中に光を放射するように付勢される。上部表面を通って 送出されるまでに、光は導波管の表面の間で数回の反射を経る。 そのようなバックライトに関連する１つの難点は、バックライトが導波管の表 面で一様な強度を生じないことである。光は光源から外方向に伝搬するにつれて 強度を失う。したがって、光源からの距離が増加するにつれて、導波管から送出 される光の強度は減少する。この結果、光源の導波管の末端の部分では光の強度 は低くなる。 したがって、全照明エリアでほぼ一様な照明プロファイルを提供する低いアス ペクト比を有する効率的なバックライトに対する要求がある。 発明の概要 本発明の１つの局面は、表示装置の照明領域を照明する照明装置に関する。本 照明装置は表示装置の照明領域を照明するように表示装置に隣接して搭載するよ うにされた導波管を有する。導波管は、光学的出力領域の寸法がその照明領域に 対応している上部表面と、上部表面と間隔をおいた底部表面と、上部表 面と底部表面の間に延びている側部表面から有している。反射性の材料が導波管 の底部と側部表面に隣接して置かれている。少なくとも１つの光源が上部と底部 表面の間の導波管の周囲に隣接して光を入力するように実装されている。導波管 は、上部および底部表面の１つの上に光放射器を有し、光放射器伝送のためにそ れらを通ってその上部表面に向かって、上部および底部表面の間で光を反射して 伝播するように構成されている。光放射器は、上部表面の光出力領域を通って予 め決められた照明プロファイルを提供するように配置される。 本発明の他の局面は、１対の相対する表面を持つ導波管を有する照明装置に関 する。その表面のそれぞれが少なくとも部分的に反射性であり、そして表面の少 なくとも１つは部分的に透過である。それらの表面のそれぞれが、少なくとも１ つの表面の透過率より大きい反射率を有する。 本発明の他の局面は、周縁を有する平坦な導波管と、光源から導波管内の光学 式ダイバーターに向かって延びている経路に沿って導波管内に光を導くように周 縁に隣接して実装された光源を有する照明装置に関する。その経路での光学式ダ イバーターは、その経路から外れ導波管間の周囲に向かって光線を反射する。 本発明のさらに他の局面は、上部表面、上部表面と間隔をおいた関係で、上部 表面と協同し、上部および底部表面の間の距離により規定される厚さを持つ導波 管を形成する底部表面と、上部および底部表面間の導波管に光を入力するように 実装された少なくとも１つのソリッドステートの点光源を有する照明装置に関す る。その表面の１つは他の表面に比較して湾曲しており、それは導波管の選択さ れた領域で、導波管の厚さの実質的な変化を生じる。その変化は反射された光が 導波管の上部表面に存在するように導波管の表面間を伝播する光を反射するよう に選択された幾何学的な輪郭にしたがう。 本発明の他の局面は、上部および低部表面および周縁を有する導波管を含む照 明装置に関する。導波管は上部と底部表面間の距離により規定される厚さを持っ ている。周縁における厚さは周縁の相対している側面の中間の領域での厚さとは 実質的に異なっている。その厚さは相対する側面の中間の上部表面からの光の放 射を向上させるように選ばれた幾何学的な配置を持っている。少なくとも１つの 光源が、上部および底部表面間の導波管に光を導入するようにその周縁に隣接し たところに配置される。 本発明のさらに他の局面は固い材料の導波管を有する照明装置に関しており、 その導波管は上部表面、低部表面および側部表面を持っている。光源が導波管に 光を入力するように実装され、そして反射性の材料が上部および底部表面の１つ に並んで置かれ、上部と底部表面１つの少なくとも一部は、光源からの距離とと もに概ね密度が増加する細長い構造のパターンを有する。 本発明のさらに他の局面では、光学的導波層およびその導波層の内部領域に埋 め込まれた照明結合器を有する照明および表示装置が開示されている。１つの実 施態様においては、照明結合器は１つ以上の半導体光放射デバイスを含んでいる 。光学的導波層の一部は、（ａ）平面でない、湾曲した表面、あるいは（ｂ）そ の平面でない、湾曲した表面に近似する複数の平な表面の対称な１対を持つ。そ の１対の対称な表面は１つ以上の半導体光放射デバイスから導波層への光の全反 射を行わせる１つ以上の半導体光放射デバイス軸上に置かれている尖点を形成し ている。表示要素が導波層から光を放射させるように導波層の表面に形成される 。 本発明の他の局面は、導波層の内部領域に照明結合器が埋め込まれている光学 的導波層を有する照明および表示装置に関し、照明結合器は１つ以上の半導体光 放射デバイスを含む。導波層の表面に形成された表示要素は光を導波層から放射 させる。 さらに他の局面は、導波層の内部領域に照明結合器が埋め込まれた光学的導波 層を有する照明および表示装置に関する。１つの実施態様においては、照明結合 器は１つ以上の半導体光放射デバイスを含み、１つ以上の半導体光放射デバイス のそれぞれは光学的導波層の表面に平行な縦軸を有している。１つ以上の半導体 光放射デバイスが置かれている導波層の内部領域に、穴あるいは凹部を形成して いない。この装置はまた光を導波層から放射するように導波層の表面に形成され た表示要素を有することができる。 本発明のさらに他の局面は、その内部領域に埋め込まれた照明結合器を持つ導 波管を有する照明装置に関する。導波管はその光がそれらの間を導かれる内部領 域の外の概ね平行な上部および底部表面を持つ。照明結合器は、上部および底部 表面の少なくとも１つに対して全反射の臨界角未満である線に沿って伝播する光 線をとらえるように構成された屈折率インターフェースを有し、その結果とらえ られた光線は内部領域の外部に伝播するようにその間に注入される。１つの実施 例においては、照明結合器はその上の入射光が全反射するように構成された表面 を有する。本実施態様の照明結合器は透明な材料の１片から導波管と一体に形成 され、そしてその反射表面はコーティングされない。点光源が、全内部反射の表 面に隣接した導波管内に形成された空洞の中に少なくとも部分的に、望ましくは 全体が配置されている。表示要素は導波管から光を排除する少なくとも１つの表 面上に有することができる。さらに、拡散性の反射材料を少なくとも上部および 底部の表面の少なくとも１つの上に有することができる。 本発明のさらに他の局面において、光を放射する装置と拡散性の反射表面によ り形成されている光学的な空洞を有する照明装置が開示されており、空洞は空洞 からの光が通過する出力領域を有している。光放射デバイスは、出力領域 から直接見ることからは隠されているけれども、空洞へ光を与えるように実装さ れている。空洞は拡散的に反射する領域を有しており、そして出力領域も領域を 有している。出力領域の面積大きさの（ｉ）出力領域の面積と、および（ｉｉ） 空洞の表面領域の合計に対する比率は、少なくとも０．０５である。さらに、空 洞は深さを持っており、そして出力領域は端縁から端縁への２等分線の寸法を持 っており、２等分線の寸法に対する深さの比率は明らかに０．１より小さい。照 明装置は、さらに、出力領域を通り予め決められた角度の範囲への出力照明を制 限するように置かれているアンギュラー・スペクトル・レストリクターを有する 。 本発明の他の局面は照明方法を含んでいる。この方法は拡散する反射表面によ り形成された光学空洞から照明を行う方法と、出力照明領域を通って空洞から照 明を出力する方法から構成されている。照明を行う方法は、照明の光源が出力照 明領域を通して見ることができないように照明の光源から空洞へ光線を導く方法 を有する。この方法はさらに、照明の角度スペクトルを出力照明領域から予め決 められた角度に制限すること、および少なくとも部屋の一部を照明する光学空間 に実装することを含む。 本発明の他の局面においては、照明装置を製造する方法が開示されている。そ の方法の１つの実施態様は、管状の光源の１つの側面を反射性の材料の可撓性の シートで包むこと光源からの光が光学空洞へ導かれ、光学的な空洞を部材を管状 の光源の他の側面に一緒に置くことで、光源からの光が光学空洞へ導かれるよう に、そして、シートが管状の光源をその部材と並んで保持するようにその部材へ 可撓性のシートを取付けることを含む。 図面の簡単な説明 本発明の以上のおよびその他の特徴を、説明することを意図しており、本発明 を限定するものではない好ましい実施例についての図面を参照して説明する。 図１は照明装置の一実施例を組み込んだ腕時計の斜視図である。 図１Ａは線１Ａ−１Ａに沿った図１の腕時計の断面図である。 図２は図１の腕時計を照明するように使用される照明装置の平面図である。 図３は線３−３に沿った図２の照明装置の側断面図である。 図４は線４−４に沿った図２の照明装置の断面図である。 図４Ａは図４の一部の拡大図である。 図４Ｂは図４に類似し、その上部表面上に細長い構造物が付いている断面図で ある。 図４Ｃは図４に類似し、導波管全体を取り囲む反射性の材料を持っている断面 図である。 図５は図２の照明装置で使用される導波管の他の実施例の平面図である。 図６は図２の照明装置で使用される導波管の他の実施例の平面図である。 図７は照明装置で使用される導波管のさらに他の実施例の平面図である。 図８は光学式ダイバーターの他の実施例を示す導波管の平面図である。 図９は高められた照明構造とともに使用される照明装置の断面図である。 図１０は光線を反射する小さなくぼみを有する導波管の平面図である。 図１１は線１１−１１に沿った図１０の照明装置の側断面図である。 図１２は照明装置の他の実施例の斜視図である。 図１３は図１２の照明装置の断面図である。 図１４は図１２の照明装置とともに使用されるハウジングの斜視図である。 図１５は全反射領域を含む照明装置の斜視図である。 図１６は線１６−１６に沿った図１５の照明装置の断面図である。 図１６Ａは図１６の一部の拡大図である。 図１７は全内部反射領域を含む照明装置の他の実施例の斜視図である。 図１８は線１８−１８に沿った図１７の照明装置の断面図である。 図１９は従来技術の銃弾レンズ発光ダイオードの概略の側面図である。 図２０は従来技術の「むき出しの」発光ダイオードの概略の側面図である。 図２１は照明装置の他の実施例を組み込んだ出口サインの斜視図である。 図２２は照明装置を組み込んだ尾灯を有する自動車の後部の斜視図である。 図２３は照明装置の他の実施例を組み込んだ腕時計の平面図である。 図２４は線２４−２４に沿った図２１の出口サインの側断面図である。 図２５は照明装置のさらに他の実施例を組み込んだ出口サインの斜視図である 。 図２６は抽出表示要素を組み込んだ出口サインの側面図である。 図２７は抽出表示要素の側面図である。 図２８は抽出表示要素の他の実施例の側面図である。 図２９は光を抽出する円形溝を組み込んだ出口サインの斜視図である。 図３０は図２９の出口サインの側断面図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図１および図１Ａを参照すると、本発明の一実施例は腕時計２０の後方照明装 置２６として利用されている。腕時計２０はおおむね円形の形状であるとして示 されているが、腕時計が任意の種々の形状で良いことは十分理解されよう。 腕時計２０の外部ハウジング２２は、腕時計のガラスぶた２４の下に配置され たほぼ透明な材料の薄いディスク３０を囲んでいる。ディスク３０は上部表示面 ３２および対向する底部表面３４を有する。表示面３２は、時刻を示すた めの数字のような標示３５（図１）を有するが、他の標示を表示することもでき る。腕時計２０の２つの針３６が、ディスク３０を通って延びている軸３８のま わりを回転するように実装されている。軸は公知の方法で腕時計機構４０により 駆動される。あるいは、ディスク３０は針および数字のような標示が電気的に生 成される液晶表示装置を有してもよい。 図１Ａを参照すると、照明装置２６はディスク３０を照明するようにディスク ３０と時計機構４０の間にある。ディスク３０と接触していることが望ましい照 明装置２６は、導波管４２と、導波管４２の周縁に沿って位置する光源４４を有 する。 図示の実施例において、ハウジング２２は互いに並んだ関係のディスク３０お よび照明装置２６を支えている。表示面３２の観察領域あるいは照明領域を画定 するように、ディスク３０は、その周囲が表示面３２を部分的にカバーする第１ の環状の縁４６により支えられるように実装されている。ディスク３０の直径よ りややより大きい直径を有する導波管４２は、その周囲がハウジング２２内の第 ２の環状の縁４８により支えられるように実装されている。第２の環状の縁４８ は、表示面３２の照明領域を通して直接視認されないように、光源４４を遮蔽す るように寸法を定められている。例として、照明領域の直径は２７ミリメートル である。 図２に示すように、導波管４２は円形の時計を照明するのに最適な円形の形状 を有するが、さまざまな用途に対して他の形状が利用されてもよい。光源４４は 導波管４２の周縁の三角形あるいはＶ字形のノッチ５０の中に実装されている。 ノッチ５０は光源４４により送出された光の方向を変える光学式ダイバーターと して働き、ノッチ５０の側面により形成されるインタフェース５２における屈折 率の差を利用している。好適実施例において、その頂点および導波管４２の中心 を通過する直線がＶ字形のノッチを２分するように、Ｖ字形の光学式ダイバータ ー５０は対称になっている。 好適実施例において、その光源はキャリアあるいは回路基板（図示せず）上に 実装された発光ダイオード（ＬＥＤ）４４のような単一のソリッドステート点光 源である。発光ダイオード４４が実装されたキャリアは、ノッチ５０の後部（す なわち、頂点の反対の開口端）に接着剤（図示せず）で導波管に取り付けられる 。複数の面（すなわち、その上部表面および４つの面）のそれぞれから光を放射 する固体材料の立方体の形を通常はしている発光ダイオード４４は、ノッチ５０ の側面から間に空気を挟んで間隔をおいて配置されている。導波管と空気の間の 屈折率の差は屈折率インタフェース５２を生じ、光が導波管４２の中に入る時に 光を屈折させる。この有利な特徴によって、インタフェース５２を通過する光の 相当な部分は導波管４２の反対側に向かって屈折する（すな わち、光源４４におおむね隣接する側および対向する側）。このように、光源４ ４の側面に位置する導波管４２の領域は効率的に照明され、したがってダイバー ター５０は一様な照明に役立つ。 導波管４２は、透明な重合体材料のような、発光ダイオード４４により発生さ れた光に対して透明な材料で構成されていることが望ましく、機械加工あるいは 射出成形のような、公知の様々な方法により製造される。導波管４２用の望まし い材料はアクリル、ポリカーボネートおよびシリコンである。およそ１．５の屈 折率を有するアクリルは、耐引っ掻き性があり、ポリカーボネートと比較して低 コストである。およそ１．５９の屈折率を有するポリカーボネートは、アクリル より高い温度能力を有する。ポリカーボネートは、さらにアクリルより機械的の 能力が勝る。シリコンはおよそ１．４３の屈折率を有する。空気の屈折率は１． ０である。導波管４２の寸法は変えてもよいが、導波管４２は低いプロフィール を有ずるようにその長さと比較して非常に薄いことが望ましい。上部表面５６と 底部表面５８の間の距離は１−３ミリのオーダであることが望ましく、一方導波 管４２の直径は通常少なくとも２．０ミリメートルである。 図２に示すように、導波管４２の中を伝搬する光の方向を変えるように、細長 い構造５４を有する複数の表示要素が導波管４２の中に延びている。細長い構造 ５４は直線として示されているが、下記に詳細に説明するように、３次元の形状 を有する。図示する実施例において、細長い細長い構造５４は、導波管の中心に あり軸３８が通過する共通点から外方向に半径方向に延長している交差する線か ら成るパターンに配置されている。細長い構造５４は、たとえば０．３度のよう な等しい角度距離だけ間隔をあけていることが望ましい。腕時計２０で利用され ている半径方向の溝のパターンは、腕時計軸３８により作られる「影」を除去す るのに非常に有効である。 図３に示すように、導波管４２は互いにほぼ平行している上部表面５６および 対向する底部表面５８を有する。側面すなわち端縁表面６０は、導波管４２の周 囲に沿って上部および底部表面５６，５８の間に延びている。表面５６、５８は バックライトの用途に対しては通常平坦であるが、導波管が自動車の尾灯として 利用される時のような場合には表面５６、５８は湾曲した表面として形成されて もよい。 拡散性の反射材料６２が導波管４２の底部表面５８と側部表面６０に隣接して 位置し、さらに材料６２が上部表面５６上の周辺細片６１をカバーしていること が望ましい。図示する実施例において、周辺細片６１はノッチ５０をカバーする のに十分に広く、ノッチ５０の上部、底部および外部端縁は反射性の材料６２に よりカバーされている。発光ダイオード４４が７５度以下の観察角からは直接視 認されないように、周辺の細片は十分に広いことがさらに望ましい （観察角は上部表面５６と直角を成す線から測定されると理解される）。例とし て、周辺細片の幅は、腕時計２０（図１）の第２の環状の縁４８の幅と等しくて もよい。 少なくとも８８％の反射率を有する拡散性の反射材料６２は、Ｗ．Ｌ．ゴア＆ アソシエイツにより製造されるＤＲＰ（商標名）バックライト反射器のような拡 散反射性のテープの単一の層あるいは複数の層を有してもよい。ＤＲＰ（商標名 ）バックライト反射器は、その厚さおよび光の波長によって、およそ９７％−９ ９．５％の反射率を有する。あるいは、反射材料６２は、表面５０および６０に 塗装された白色家庭用塗料あるいはラブスフェアー株式会社のスペクトラ・フレ クト塗料のようなより新種の材料のような塗料あるいは被覆剤で構成することも できる。スペクトラ・フレクト塗料の反射率は家庭用塗料より著しく高くおよそ ９８％であるのに対して、良質の白色家庭用塗料の反射率はおよそ９０％である 。 反射材料６２は底部および側部表面５８、６０と上部表面５６上の周辺細片を カバーしているので、光は出力照明領域あるいは上部表面５６の中央のむき出し の部分（すなわち表面５６の周辺細片６１の内部の部分）を有している開口６５ において導波管から放射される。少なくとも臨界角と等しい入射角（すなわち表 面に直角な線に対する光線の角度）で上部表面５６上に入射する光線は、底部表 面５８に向かって完全に内部反射されることは十分理解されよう。すなわち、上 部表面５６はこのような光のすべてを導波管４２の中に反射する。臨界角未満の 入射角を有する光線は上部表面５６を介して送出される。当業者にとって既知で あるように、臨界角の値は導波管４２とディスク２２の間の屈折率の差に依存す る。屈折率１．５の導波管４２に対して、空気中における臨界角はおよそ４２度 である。 図４および図４Ａに示すように、細長い構造５４は表面６４（図４Ａ）により 画定されほぼ三角形あるいはＶ字形の断面を形成ずる溝を有してもよい。細長い 構造５４は上部表面５６に向かう反射光の入射角を有利に変え、そこを通る通路 を拡張する。すなわち、傾斜表面６４は上部表面５６に向かって臨界角未満の入 射角で光を反射し、その結果このような光は完全に内部反射されるのではなく上 部表面５６を通過する。このように、細長い構造５４は、上部表面５６により完 全に内部反射されであろう光線を「放射する」ように使用される。これによって 、繰り返される反射によるエネルギー損を招くであろう光を放射することにより 、導波管４２の光学的効率は有利に増加する。細長い構造は、深さＤおよびＶ字 形の構造５４を２分する頂角θにより画定される。好適実施例において、深さＤ は１−２ミクロンの範囲であり、角度θはほぼ４５度に等しい。Ｖ字形の構造５ ４内にエアギャップが維持されている（すなわち、溝が 反射材料で満たされていない）ことが望ましい。 細長い構造５４は、導波管の照明出力領域に亘っておおむね一様な照明プロフ ァイルを実現するように配置されていることが望ましい。好適実施例において、 このような領域の中の最低の照度に対する最高の強度の比率として規定される出 力照明領域の均一性比率はわずか２対１である。 図４Ｂを参照すると、他の好適実施例では、細長い構造５４は底部表面５８の 代わりに上部表面５６の上に設置されている。この実施例の残りの局面は図４に 示す実施例とまったく同じである。 図４Ｃに示す追加の実施例において、上部表面５６、底部表面５８および側部 表面６０を含む導波管全体は、材料６２と同じく拡散反射形式であることが望ま しい反射性の物質６３によりカバーされているが、部分的に透過性であり、また 部分的に反射性である。さらに、材料６３はその透過率より大きい反射率を有す る、すなわち、その反射率は５０％を超えており、その透過率は５０％未満であ る。腕時計２０に利用される１好適実施例において、反射率はおよそ９６％であ り、透過率がおよそ４％である。この実施例は、細長い構造５４無しでもほぼ一 様な出力照明をもたらすが、このような構造は腕時計の軸３８からの影を減らす ようにやはり望ましい（図１Ａ）。この実施例は標示（数字など）を反射材料６ ３に直接塗布でき、その結果表示ディスク３０の必要を省ける点でさらに有利で ある。 状況によっては、さまざまな形式の溝のパターンが照明される領域内の照明の 均一性を改善するように利用されてもよい。図５を参照すると、細長い構造５４ は光源４４の周りに配置された互いに交叉しないアーチ形の線のパターンで配置 されてもよい。好適実施例において、アーチ形の線の曲率半径は点光源４４から の距離にしたがって増加する。さらに、曲率半径の中心は点光源および導波管の 照明領域の中心を通過する線に沿って置かれている。すべてのそのような中心は そのような線に沿って置かれていている（光源４４からよりも導波管の中心から 遠い導波管の側面上に）。光が光源４４から外方に伝搬するにつれての強度の損 失を補償するように、アーチ形の線は不均一に間隔をあけて配置されている。具 体的に言うと、細長い構造５４の間の間隔は光源４４からの距離が増加するにし たがって減少し、その結果細長い構造５４の密度は光源４４から離れるにつれて 増加する。光源４４からの距離を補償するように、細長い構造５４の増加した密 度はこれらの領域の中の光線の放射を望ましく増加させる。 図６に示すように、細長い構造５４は簡単なパターンの組み合わせで構成され る複雑なパターンで配置することもできる。たとえば、パターンは光源４４から 外方向に放射するアーチ形の線および導波管４２の中心から半径方向に外 方向に延びる直線の形をとることができる。 図７は長方形の導波管４２を示す。このような導波管は、携帯電話あるいはパ ーソナル・ディジタル・アシスタントのような長方形の表示を照明するために使 用されることが望ましい。反射物質は図示されていないが、この実施例は前述の 方法で組み立てられることは理解されよう。図示する実施例において、導波管４ ２の端縁に沿って間隔を置いて配置された周辺の位置に光を導入するように、複 数点の光源４４が結合されている。複数の光源が使われているので、ノッチ６０ のような光学式ダイバーターは必須でなく、あってもなくても良い。本実施例の 細長い構造５４は光源４４のそれぞれの周囲に同心状の弧として配置されている が、上に説明したものを含むさまざまな他のパターンが考えられる。 図８は、細長い構造５４が導波管４２ａの中に、導波管の上部あるいは底部表 面を紙やすりのような研磨剤で引っかくことにより構成される他の実施例を示し ている。かき傷すなわち溝の密度が光源４４からの距離に応じて増加するように 、研磨は不均一であることが望ましい。具体的な例として、図８に示す長方形導 波管において、溝は長方形の幅方向ではなく、長さ方向に指向している。溝のパ ターンは局部的にはおおむね不定形であるが、全体としてはほぼ方向性がありラ ンダムではない。 図８はさらに、導波管４２ａの周囲を通って延びている三角形の開口部５０ａ により形成される光学式ダイバーターの他の実施例を示す。開口部は光源４４と 導波管４２の出力照明領域の間にあり、光源とこのような領域の中心間に描かれ た線は三角形の頂点を通り三角形を２分する。図に示すように、このような頂点 を構成するように、三角形の開日部５０ａは光源に隣接した位置で交差する２つ の側面を有する。 三角形の開口部５０ａは、導波管４２の材料の屈折率とは大幅に異なる屈折率 を有する空気のような材料で満たされている。光学式ダイバーター５０ａの形状 および屈折率の差は、導波管４２の両側に向かって光の全内部反射をもたらす入 射角で、光源４４から生ずる光を光学式ダイバーター５０ａに交差させる。この ように、ノッチ５０のような光学式ダイバーター５０ａは、光源４４の両側にあ る導波管の領域に光線の経路の方向を変える。 図９において、導波管４２の上部表面５６（あるいはその他の実施例）は、出 力輻射パターンを導波管の出力照明領域６５から予め決められた範囲の角度まで に制限するアンギュラー・スペクトル・レストリクター７２でカバーされてもよ い（この文脈において、用語「スペクトル」は波長スペクトルよりもアンギュラ ー・スペクトルの意味で使用される）。アンギュラー・スペクトル・レストリク ター７２は、ホログラフィック・ディフューザー、２進回折性ディ フューザー、あるいはマイクロレンズ配列のような平坦なマイクロ複写式光学式 構造を有する。好適実施例において、アンギュラー・スペクトル・レストリクタ ー７２は、出力スペクトルを制限することに加えて、出力照明領域６５における で照明の強さを増大させるブライトネス増大フィルム（ＢＥＦ）を有する。光特 性増大装置７３を総合して構成するように、ＢＥＦ７２はディフューザー７０と 物理的に接触して設置されることが望ましい。ディフューザー７０はＢＥＦ７２ と導波管４２の間に導波管４２と接触して配置されることが望ましい。ディフュ ーザーの目的は導波管４２の表面における表面的欠陥のような残留不均一性効果 を除去することである。ディフューザー７０は半透明の材料、通常薄いプラスチ ック表面あるいは体積ディフューザーで構成されており、この両者共に非常に低 い吸収と最小のエネルギー損を特徴としている。 上述のように、ＢＥＦ７２は規定の境界線内に照明の出力を制限し、さらに出 力照明領域６５内の明るさを増加させる。好適実施例において、ＢＥＦ７２は、 スリーエムモデル９０／５０フィルムのような直線的なピラミッド状の構造を有 する市販されている薄膜である。ＢＥＦは上部表面５６に対して一定の入射角基 準を満たす導波管からの光線のみを送出する。その他のすべての光線は底部ある いは側部表面、それぞれ、５８および６０に向かって導波管４２の中に反射され 、そこにおいて反射材料６２により反射される。結果において、反射された光線 はＢＥＦ７２を通過できる角度でＢＥＦ７２に入射するまで「繰り返される」。 公知のように、ＢＥＦ７２のようなＢＥＦは相互に傾斜した１対の平面（断面 は「Ｖ字形」を形成する）により画定された境界の中では照明を集中させ、直交 方向には集中させない。本発明のある用途では、２つの直交方向に照明を集中さ せることが望ましく、このような用途に対しては、第１のＢＥＦに直交して配置 された第２のＢＥＦが組み込まれる。２つの交差したＢＥＦを使用すると、導波 管からの放射は切頭倒立錐に似た境界内となる。当該技術分野において普通であ るように、境界は光学強度の半値全幅（ＦＷＨＭ）により規定される。例として 、円錐の境界は上部表面５６と直角を成す線に対して３５度を超えない角度だけ 傾斜していてもよい、その場合３５度あるいはそれ未満の観察角内のみで照明を 視認できる。 図１０および図１１は、導波管４２ｂを使用する照明装置２６のさらに他の実 施例のそれぞれ平面図および側断面図を示す。図１０に示すように、光源４４は 光学式ダイバーター５０に隣接して実装されており、また導波管４２ｂは、図２ −図４Ｃに示す導波管４２について先に説明した方法で、反射材料６２あるいは ６３でカバーされている。次に述べるように、導波管４２ｂの上部表面５８は導 波管４２ｂの中を伝搬している光線の方向を変える、へこんだ領域す なわち小さなくぼみ７４を有する。図２２に最も良く示すように、導波管４２ｂ の減少された厚さの領域を規定するように、小さなくぼみ７４は、なめらかで連 続し、底部表面５８に対して湾曲した表面７５を有する。本明細書において使用 される、導波管４２の「厚さ」は、上部表面５６と底部表面５８の間の距離を指 す。好適実施例において、厚さの変化（すなわち、小さなくぼみ７４の深さ）は 、小さなくぼみ７４の外側の導波管４２の厚さの少なくとも５％に等しい。 小さなくぼみ７４は導波管４２の周囲に対して中央に配置されていることが望 ましく、上部表面５６の領域の少なくとも７０％の領域をカバーしており、上部 表面５６に平行な断面で楕円形の形状を画定している。図１０に示す長方形導波 管に対して、小さなくぼみ７４の幾何学的な輪郭は次の方程式による超楕円を画 定する、 （ｘ／ａ）ⁿ＋（ｙ／ｂ）^p＝１ ここで、ｎおよびｐは共に２より大きく、ａは楕円の長軸の長さであり、ｂは楕 円の短軸の長さである。公知のように、指数ｎおよびｐを２を超えて増加させる と、楕円の形状は長円形から長方形になって行く。これらの指数は、小さなくぼ み７４の湾曲した端縁が導波管の出力照明領域の端縁にほぼ達するように、選択 されることが望ましい。 導波管４２ｂの有利な特徴によれば、方向を変えられた光が容易にかつ一様に 導波管４２ｂの上部表面５８から出ていくように、小さなくぼみ７４の表面７５ は、上部表面５６と底部表面５８の間を伝搬する光の方向を変える幾何学的な輪 郭の結果として生じている。具体的に言うと、若干の光が小さなくぼみの湾曲し た表面７５の上に、上部表面５６を介して光の屈折を生じる入射角で入射するで あろう。臨界範囲内の入射角を有する光は完全に内部で反射される。反射光は底 部表面５８あるいは側部表面２８に向けられる。これらの表面に隣接する反射材 料６２は、上部表面５６に向かってそこを通って送出するように、光を反射する 。小さなくぼみ７４の領域内の底部表面５８からの反射光は、そこを通って光が 送出されるのを許容する減少された入射角で、通常小さなくぼみの表面７５１７ −２０の上に入射する。他の実施例は、単一および複数の小さなくぼみ７４を有 する複数の光源４４を利用してもよい。 図１２および図１３に示すように、照明装置１７０と参照される照明装置の他 の実施例は、上部表面１７４（図１３）および対向する底部表面１７６（図１３ ）を有する長方形導波管１７２を有する。４つの側部表面１７８ａ（図１３）、 １７８ｂ（図１３）、１７８ｃ、および１７８ｄは、上部表面１７４と底部表面 １７６の間に延びている。１対のランプ１８０ａ、１８０ｂが対向する側部表面 １７８ａおよび１７８ｂに隣接して実装されている。次に詳細に説 明するように、ランプ１８０ａ、１８０ｂは、ランプ１８０ａ、１８０ｂを取り 巻き、導波管１７２のかなりの部分をカバーしている、拡散性の反射材料１８２ により適所に保持されることが望ましい。 ランプ１８０は側面１７８ａ、１７８ｂのほぼ全長に亘って延びる円形断面の 蛍光灯を有することが望ましい。図１３に最も良く示されるように、導波管１７ ２の側面１７８ａおよび１７８ｂは、側面１７８ａ、１７８ｂの全長に亘って延 びる細長いチャネルをそれぞれ形成するように、それぞれ凹であることが望まし い。このようなチャネルは、ランプ１８０ａ、１８０ｂの側面のそれぞれの表面 をぴったり接触して受けるように構成される。光学的結合ゲル１８４が、間のエ アギャップを排除することによりインデックスの反復的な差を低減するように、 ランプ１８０ａ、１８０ｂと導波管１７２の側面１７８ａ、１７８ｂの間に挿入 され、その結果、ランプ１８０ａ、１８０ｂからの光を導波管１７２に効率的に 結合する。あるいは、ランプ１８０ａ、１８０ｂはそれぞれ発光ダイオード（図 示せず）のような点光源の１次元配列を有しても良い。 好適実施例において、反射材料１８２は底部表面１７６を完全にカバーし、ラ ンプ１８０ａ、１８０ｂの周りをおおい包んで、導波管１７２の側部表面１７８ ａ、１７８ｂと並べてそれらを固定し保持している。さらに反射材料１８２は、 上部表面１７４の外辺部の周りに延びる１つの周辺細片１８８（図１２）を形成 するように、側面１７８ｃ、１７８ｄの周りをおおい包んで、上部表面１７４の 一部に延びている。 したがって、反射材料の内部表面は堅い導波管１７２とランプ１８０により占 められた光学的空洞を作り出している。反射材料１８２によりカバーされていな い導波管１７２の上部表面１７４の部分は、照明出力領域すなわち光が導波管１ ７２から出ていく開口１８８を形成する。周辺細片１８６は、開口１８８を介し て直接視認されることから、ランプ１８０を遮蔽するのに十分に広い。図示する 実施例において、開口１８８は長方形の形状を有する。開口１８８が円形である か、あるいはさまざまな応用に適した多種多様な任意の他の形状をとりうること は十分理解されよう。 図９に関連して先に説明したようなアンギュラー・スペクトル・レストリクタ ー１９０が、開口１８８と並置されてもよい。好適実施例において、アンギュラ ー・スペクトル・レストリクターは上述のように、総合して光特性増大（ＬＱＥ ）装置１９６を形成するように、ディフューザー１９２を利用したブライトネス 増大フィルム（ＢＥＦ）１９０を有する。望むならば、カラー・フィルター１９ ８が、ＬＱＥ装置１９６に追加されてもよい。１つの実施例において、ＬＱＥ装 置１９６の端縁は導波管の上部表面１７４と反射材料１８２の周辺細片１８６の 間に挿入され、反射材料１８２がＬＱＥ装置１９６を導波管１７２ に固定する。あるいは、ＬＱＥ装置１９６は反射材料１８２の上に置かれ、接着 剤を用いて固定される。 導波管１７２、ランプ１８０、反射材料１８２およびＬＱＥは、ダウンライト あるいはバックライトとして使用される照明組立体を形成する。反射材料１８２ は導波管１７２に向けてランプ１８０ａ、１８０ｂからの光を反射し、その結果 、光のほぼすべては側面１７８ａ、１７８ｂおよび光学的ゲル１８４を介して導 波管１７２の中に結合される。光は、開口１８８を介して導波管１７２から出る 前に、導波管１７２の中で拡散反射を受ける。特に、底部表面１７６をカバーし 側部表面１７８ａ−１７８ｄを囲み周辺の細片１８６をカバーしている拡散性の 反射材料１８２に対して、光は反射する。 照明装置１７０において、直接関係のある設計要因は、照明開口１８８の領域 および（ｉ）光学的空洞の表面積と（ｉｉ）開口１８８の領域の和である、結合 された空洞領域を含む。ランプ１８０ａ、１８０ｂから放射されたエネルギーの 合理的に効率的な利用のために、開口１８８の領域の結合された空洞領域に対す る比率は、少なくとも０．２０であることが望ましく、１つの好適実施例ではそ の比率は少なくとも０．４０である。 他の重要なパラメータは、開口１８８の端縁から端縁への寸法であり、その寸 法を特に本明細書において２等分線寸法として参照する。この２等分線寸法は、 開口１８８の対向する側面間に延びている端縁から端縁への開口１８８の幾何学 的な中心を通過している線に沿った寸法であり、このような対向している面にお いて開口の端縁に対してほぼ垂直である（あるいは円形の開口の場合にはそれに 対して接している）。１つの実施例においては、出力領域の端縁から端縁への２ 等分線寸法のすべての長さは、少なくとも４インチである。空洞の深さの端縁か ら端縁への２等分線寸法に対する比率は、開口１８８により形成された開口部か ら生じる光の強度および均一性の両方に影響を与える。本発明の１つの好適実施 例において、空洞の深さのいずれかの端縁から端縁への２等分線寸法に対する比 率は、０．１より大幅に小さく、０．０８を超えないことが望ましい。他の実施 例においては、最長の２等分線寸法のみがこれらの比率を満足させる。さらに他 の実施例においては、この比率は０．０３を超えない。 導波管１７２は、透明な重合体材料のような、ランプ１８０ａ、１８０ｂ、に より発生された光に対して透明な材料で構成されており、機械加工あるいは射出 成形のような、さまざまな公知の方法により製造される。導波管１７２のための 材料は、アクリル、ポリカーボネートおよびシリコンが望ましい。 上述のように前述の実施例に関連して、反射材料１８２は少なくとも９０％の 反射率を有し、Ｗ．Ｌ．ゴア＆アソシエイツにより製造されるＤＲＰ（商標 名）バックライト反射器のような拡散反射性のテープの単一の層あるいは複数の 層を有する。あるいは、導波管１７２の表面は前述した形式の反射性の塗料で塗 布されてもよい。 照明装置１７０の開口１８８を介して射出している光は、表示を照明するため 、あるいは部屋の照明のために使用される。好適実施例において、照明装置１７ ０は天井灯設備として使用される。例として、部屋の照明設備として使用される ときは、導波管１７２はおよそ１６インチ×４インチであり、厚さはおよそ６ミ リである。ランプ１８０の直径は導波管１７２の厚さと一致していることが望ま しい。 図１４において、照明装置１７０は、照明組立体を受けられるようにサイズを 定められた中空スペースを全体として規定する、平坦な上部部分２０２、サイド 部分２０４ａ−２０４ｄおよび底部部分２０６ａおよび２０６ｂを有する中空の ハウジング２００を有する。サイド部分２０４ａは上部部分２０２の１つの端縁 に揺動可能に搭載されていて、照明組立体がハウジング２００の中の中空スペー スに滑入できるように、サイド部分２０４ａを開くことができる。照明組立体を ハウジング２００の中に容易に挿入するように、サイド部分２０４ｂおよび２０ ４ｃの上にレールが配置されてもよい。 図１４に示すように、底部２０６ａおよび２０６ｄは、少なくとも開口１８８ と同じ大きさのその間の開口部２０８を画定する。導波管１７２の照明開口１８ ８がハウジング２００の中の開口部２０８と並置されるように、照明組立体はハ ウジング２００の中に置かれている。ハウジング２００の中に置かれ、電線でラ ンプに接続された電気的バラスト２１０を介するような、任意の既知の方法で電 力はランプ１８０に供給される。照明装置が照明されるとき、光は導波管１７２ から開口１８８を介して部屋の中に射出する。 図１５および１６は導波管４２ｃを利用した照明装置のさらに他の実施例を示 す。図１５に最も良く示すように、導波管４２の上部表面は、なめらかに湾曲し た表面８０（図１６および１６Ａ）を有し、導波管４２の中に延びる渦巻形を画 定する全内部反射（ＴＩＲ）領域７６を有する。領域７６は、尖端８２を形成す る等角のスパイラル形状を有することが望ましい。図１６および図１６Ａを参照 すると、表面８０は尖端８２を介して延び上部表面５６に垂直な垂直軸８３に対 して対称な湾曲した形状を有する。光源４４、望ましくは発光ダイオードが尖端 ８２の直下に実装されている。発光ダイオード４４は、対応して形づくられた穴 、チャネルあるいは導波管４２ｃの底部表面５８の中に延びている凹部８４の中 に埋め込まれている。導波管４２ｃとの良い結合を保証し、発光ダイオードのフ ァセットと凹部８４の対応する面との間のインタフェースにおける反射を低減す るように、接着剤あるいはゲル（図示せず）のような透 明な光学的結合剤が、発光ダイオード４４と導波管４２ａの間のエア・ギャップ を満たすように用いられても良い。透明な光学的結合剤は、エポキシ、シリコン 、あるいは任意の公知の有機または無機の光学的結合材料で良い。結合剤の屈折 率は発光ダイオード４４と導波管４２の屈折率の間にあることが望ましい。 表面８０は、非平面、湾曲した表面、または全内部反射（ＴＩＲ）を発生する 曲線を近似する複数の平らな表面を有する非平面の表面である。前に述べたよう に、表面８０の形状は等角のスパイラルの対称的な断面であることが望ましい。 しかし、双曲線、放物線、サイン曲線および円の対称な断面を含む他の幾何学的 な形状が、全内部反射を発生するように使用することができる、ただし以下に説 明するように、このような形状が全内部反射を発生することが解析的に示される ことが条件である。これらの形状の数学的なモデリングは、米国アリゾナ州、ツ ーソンのブロールト研究所によるＡＳＡＰのような光学分析ソフトウェアパッケ ージで行うことができる。しかし、導波管の厚さと表面８０の形状のようなさま ざまなパラメータは、導波管４２ｃの中への光の結合を最適化するように、最適 化されねばならない。 表面８０の幾何学的な輪郭は、それにより作られるＴＩＲ尖端領域７８が、光 源４４により直接放射されるほぼすべての光線を、全面的に内部的に反射するよ うに選択される。この目的に沿って、光源４４から放射されるほぼすべての光線 が、少なくとも臨界角と等しい角度で表面８０に投射するように、表面８０の輪 郭が決められる。これは、表面８６のさまざまな局部的な領域における光源４４ からの光線の起こり得る入射角の範囲を計算することにより達成される。次に、 すべての光線が臨界範囲内で入射するように、局部的領域が配置される。表面８ ０が平らな表面の集合から成るように、局部的領域の寸法は大きくなる。局部的 な領域の寸法が減少するにつれて、表面８０は図１６および１６Ａに示すような 等角のらせん状の形状を有するなめらかに湾曲した表面の中に形成される。 例示した実施例において、底部表面５８、側部表面６０およびＬＥＤの背面は 拡散性の反射材料６２によりカバーされる。光源４４が付勢されると、表面３０ から全面的に内部的に反射された光は、ＴＩＲ尖端領域７８の外側の導波管４２ 内を伝搬する。反射材料６２は、導波管４２を参照して説明した方法で機能する 。この実施例は、導波管が自動車の尾灯レンズとして利用される場合には特に有 利である。複数のＴＩＲ尖端領域７８は導波管４２Ｃの上に配置し得るように想 定されているので、したがって照明の全体の結合された領域は非常に大きくなる 。 図１７および図１８は、導波管４２ｄに使用されるＴＩＲ尖端領域７６の他 の実施例を示す。図１７を参照すると、ＴＩＲ領域７０は、軸８３に沿って延び る細長い尖端８２ａを画定するように延長されている。ＴＩＲ領域７６は、細長 い尖端８２ａの両側から対称的に延びている上部および底部の等角のらせん状の 湾曲した表面８６、８８（図１８）を有する。図示する実施例において、ＴＩＲ 領域７６は上部表面５６と底面５８の両方に位置するが、ＴＩＲ領域は単一の表 面に位置してもよい。 光源８６が細長い尖端８２の直下に実装されている。光源８６は、螢光灯のよ うな、尖端８２の全長に沿って延びる単一の細長い光源から構成されてもよい。 あるいは、光源８６は、尖端８２の長さの直下に一直線に配列されたラインを形 成する発光ダイオードのような複数の点光源から構成され得る。光源８６のすぐ 上の導波管４２ｄの領域の中の光源８６からの制御された光の漏れを提供するよ うに、細長い尖端８２の先端部は丸くすることができる。これは光源８６上のダ ークスポットを除去する。 図１７および図１８に示す導波管４２ｄは、図１２−１３に示す導波管と本質 的に同じ方法で機能する。すなわち、ＴＩＲ領域７６は光源８６により放射され たほぼすべての光を全面的に内部反射する。細長い尖端８２ａにおいて係合して いる１対の対称な湾曲した表面８６、８８は、軸８３の両側に沿った光源４４か らの光の全内部反射（ＴＩＲ）をもたらす。尖端８２ａは光源４４からの光を２ 等分する。 図１５−１８のＴＩＲ尖端領域７６はその上に入射するほぼすべての光を反射 するので、これらのＴＩＲ領域７６はＴＩＲ領域の外の導波管の部分と比較して 暗く見える。このようなダークスポットが好ましくない場合には、入射光の大部 分が表面８０を通して漏れ、完全な内部反射器にならないように表面８０の輪郭 を決めるべきである。リークの量はダークスポットをほぼ除去するのに必要な程 度を超えず、周囲の領域の強度と実質的に等しいＴＩＲ領域における強度をもた らすことが望ましい。したがって、このような漏洩ＴＩＲ領域は導波管の全出力 領域に亘ってほぼ一様な出力照明をもたらす。 発光ダイオードは、低コストおよび低駆動電圧を含め、光学的表示システムに とって多くの望ましい性質を具備している。発光ダイオードは、赤、緑、青のよ うなさまざまな色を発生させることができる。発光ダイオードの駆動電圧は１． ８ボルトから４．０ボルトまで変動してもよく、量子力学的バンドギャップの異 なるエネルギー水準がこれらのスペクトルの色を発生する。しかし、当業者は他 の点光源を利用し得ることを理解するであろう。半導体発光ダイオードと同様に 、レーザーダイオード（Ｌｄｓ）または超光発光ダイオードも使用できる。 図１９は「銃弾レンズ」パッケージにおける従来の先行技術による発光ダイ オード１１０を示す。発光ダイオード１１０は、陽極１１３と陰極１１４に接続 された２つの電気導線１１２を収納するハウジング１１１を有する。ＡｌＧａＡ ｓ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＩｎＧａＰのようなＨＩ−Ｖ族半導体コンパウンドの 層１１５が、陽極１１３と陰極１１４の間に挿入されている。カップの形をした 反射器１１６が半導体層１１５の後ろに位置する。ハウジング１１１の上部部分 は、アクリルあるいはエポキシで作られた半球形の浸漬レンズ１１７を形成する 。 陽極１１３と陰極１１４の間に１．８−４．０ボルトの範囲の電圧が印加され ると、光電効果により発光ダイオードは可視光エネルギーを発生する。ハウジン グ１１１の側面を光が通過しないように、反射器１１６は上向きの方向に光を反 射する。レンズ１１７は半導体層１１５により放射された光を収束させる。半導 体材料はおよそ３．４の屈折率を有し、ハウジング６のプラスチックパッケージ の屈折率は１．５である。 図２０は従来の先行技術による「むき出しの」発光ダイオード１１０ａを示す 。発光ダイオード１１０ａは、平らなベース１１７の上に位置ずる半導体層１１ ５ａを有する。誘電体ドーム１１８が半導体層１１５をカバーしている。反射器 １１６ａが、ベース１１７と半導体層１１５の間に置かれている。 図２１は本発明の他の実施例により照明されている出口サイン１３０を示す。 出口サイン１３０は、平坦な導波層、または照明結合要素１３６がその中央上に 配置されている表面１３４を有する導波管１３２から成る。照明結合要素１３６ は、照明を発生させ発光ダイオード１４０から導波管１３２へ結合する。導波管 １３２から外部ビューアー１４４へ光を結合するように、さらに複数の表示要素 １４２が表面１３４の上に配置されている。 図２１において、表示要素１４２は文字「Ｅ」、「Ｘ」、「Ｉ」および「Ｔ」 を形成する形状を有するが、表示要素は照明のための多種多様な任意の記号と形 状を形成し得る。たとえば、尾灯（図２２）を照らすように、表示要素１４２は 水平または垂直の線もしくは尾灯表面のチャネルのような細長い構造の形式であ ってもよい。、腕時計または置時計の文字盤（図２３）を照らすための他の実施 例において、表示要素１４２はダイヤル上の数字または点の形式であってもよい 。表示要素１４２を用いる腕時計に対しては、腕時計の文字盤上の円形導波管の 内部領域内に単一の発光ダイオードを配置することができる。あるいは図２３に 示すように、４つの発光ダイオードを腕時計の文字盤の内部に配置することがで き、各発光ダイオードは腕時計の文字盤の４分の１を照明する。さらに、発光ダ イオードは等角間隔で円形の配列で配置することができる。 図２４は導波管１３２の断面図を示す。図に示すように、表示要素１４２は表 面１３４に延びる凹の構造である。また表示要素１４２は凸の構造でもよい。 表示要素１４２の表面は、滑らかな表面、あるいは光学拡散を増加させるための 粗い表面でもよい。 図２４に示すように、照明結合要素１３６は、導波管１３２の底部表面１４６ に埋め込まれた１つ以上の発光ダイオード１４０を有する。発光ダイオード２０ は、導波管１３２の底部表面１４６と直角を成すそれらの縦軸に合わせて配置さ れることが望ましい。発光ダイオード１４０は、導波管１３２の表面１４２ある いは１４６のいずれかに埋め込められてもよいが、表示要素１４２の対向位置の 表面に埋め込まれることが望ましい。発光ダイオード１４０は、「弾丸レンズ」 発光ダイオードあるいは「むき出しの」発光ダイオードから構成されてもよい。 図２４に示すように、照明結合要素１３６は、図１４および図１５に関して上 述した表面８６と８８に類似の曲線を成す表面１５２、１５４を有するＴＩＲ領 域１５０を有する。発光ダイオード１４０からの光の衝突を受けるように、表面 ８６および８８は発光ダイオード１４０に向かって湾曲している。表面８６およ び８８は、このような光の衝突に関してＴＩＲ表面である。図に示すように、表 面８６、８８は発光ダイオード１４０に向けられた尖端を形成し、発光ダイオー ドからの光のほぼすべてを直接にまた近接して尖端に指向させるように、発光ダ イオード１４０は尖端と一線を成して終る端部を有する。ＴＩＲ領域は前述のも のとほぼ同じ方法で動作するので、さらに説明を行わない。 照明結合要素１３６は、発光ダイオード１４０に隣接する導波管の表面と一体 に形成されるレンズ要素９０を有することが望ましい。レンズ要素９０の光パワ ーは、発光ダイオード１４０の周囲のエアギャップ、発光ダイオード１４０、透 明な光学的結合剤および導波管１３２の間の屈折率の差により起きる。導波管１ ３２の本実施例においては、透明な光学的結合剤および発光ダイオード１４０の 材料は、すべておよそ１．５の屈折率を有することが望ましい。光の屈折を起こ すように、発光ダイオード１４０の周囲のエアギャップは、およそ１．０の屈折 率を有する体積を画定する。 レンズ要素９０は凸あるいは凹のいずれでもよい。発光ダイオード１４０から の光輻射の角度範囲を低減するように、凸のレンズ要素９０は発光ダイオード１ ４０からの光を収束する。１つの実施例において、凸のレンズ要素９０の焦能力 は光線を十分視準し得る。表面１５２および１５４上の光線の角度を増加させる ように、凹レンズ要素９０は発光ダイオード１４０から放射する光線を発散する 。これは臨界角より大きい入射角で表面１５２および１５４と光線が交差する可 能性を増やす。 図２５は、通常導波管１３２ａを有する出口サイン１３０の他の実施例を示す 。本実施例において、発光ダイオード１４０は、導波管１３２ａの内部の光 インジェクション領域に位置する円形の結合要素１４８内で外方に向って位置し ている。発光ダイオード１４０の縦軸は、表面１３４の平面に並行して配置され ることが望ましい。図２５は結合要素１４８内において９０度ごとに分離された ４つの発光ダイオードを示すが、任意の数の発光ダイオードが結合要素１４８の 周辺に配置できることは、理解されよう。さらに発光ダイオード１４０は円形以 外の形状、たとえば卵形、長方形、正方形および線形のような形状で配置されて もよいが、縦軸は導波管１３２ａに並行に配列されることが望ましい。 結合要素１４８は導波管１３２ａと一体に形成されても良く、あるいは、光が 穴の側面を通ってそれに対して垂直に放射されるように、導波管１３２ａ内の対 応する穴あるいは凹部にモジュール式に挿入されてもよい。モジュール式の構成 に対しては、発光ダイオード１４０は先ず結合要素１４８に実装され、次に結合 要素１４８が導波管内の穴あるいは凹部に挿入されることが望ましい。モジュラ ー挿入技術により、複数の発光ダイオードを同時に操作することを容易にするこ とによる、製造上の利点が得られる。結合要素１４８が導波管１３２ａ内で一体 に形成される場合には、発光ダイオード１４０は導波管内の穴あるいは凹部に直 接挿入される。１つの可能な応用として、「むき出しの」発光ダイオードを導波 管の表面上に直接成長させることもできる。 図２６に示す他の実施例において、抽出表示要素３００は、導波管１３２ｃを 有するサイン１３０と組み合わせて使用される。上述した方法で、結合要素１３ ６は導波管１３２に光を放射するように使用される。次に述べるように、複数の 抽出表示要素３００および導波管円柱３０２が導波管１３２ｃの表面にパターン 成形される。抽出表示要素３００は、記号的あるいは非記号的な図形の形で配置 される一連の尖った隆起として見える。導波管１３２ｃおよび導波シリンダー３ ０２を通して、また上述のＴＩＲ領域のような照明カプラと組み合わせて照明さ れると、抽出表示要素３００は、立体多角形の頂点（あるいは頂上）に特に明る い点状の（あるいは線状の）光のパターンを発生する。 図２７は、導波シリンダー３０２の端部の上に形成された抽出表示要素３００ の側面図を示す。抽出表示要素３００のベースは、導波シリンダー３０２の端部 と一体になっている。各導波シリンダーは、１０分の１インチ（０．１インチ） のオーダの直径であることが望ましいが、シリンダーの直径はおよそ１０００分 の１インチ（０．００１インチ）ぐらいに小さくし得る。 図２７に示す実施例において、抽出表示要素３００は、３つの等辺の面３０４ 、３０６、３０８および１２０度の頂角を持つ頂点３１０を有する多角形の立体 形である。抽出表示要素３００上の面の数は、３に限定されなく、２以上の任意 の数で良い。２面の抽出表示要素３００は、シリンダーの端部において 楔状であり、ねじ廻しの先端部のように見える。抽出表示要素３００の上の多く の面は、長方形、六角形、八角形および円形の形状を有することができる。円形 の抽出表示要素３００の場合には、シリンダーは円錐形の先端部へ向って次第に 細くなることが望ましい。十字あるいは星形のような他の多様な形状についても 考えられる。 抽出表示要素３００の形状は、頂点（あるいは頂上）３１０において特に明る い点状（あるいは線状）の光の出力を発生させる。横の部分３１２を介して、光 が導波シリンダー３０２および抽出表示要素３００に入射するまで、光は導波シ リンダー３０２内の全内部反射により伝達される。光が頂点３１０の付近に来る まで、抽出表示要素３００内の光は、全内部反射により等辺面３０４、３０６、 ３０８内に閉じ込められる。次に、光は頂点（あるいは頂上）３１０により、明 るい点状の（あるいは線状の）出力として表示要素３００から効率的に結合され る。 図２９に示すように、導波シリンダー３０２の長さは、表面１３４上に直接形 成される抽出表示要素３００のみによって構成される表示要素１４２の長さにま で小さくし得る。さらに、これらの抽出表示要素３００は同一譲受人に譲渡され た「光エクストラクター装置」と題する同時係属特許出願番号０８／６８３，７ ５７に開示されている。これらの抽出要素は、１０％未満の後方散乱により、入 射輻射の９０％以上を効率的に抽出していることが分る。 製造を容易にするように、各導波シリンダー３０２のベースは導波管３０１の 表面と一体に形成されることが望ましい。抽出表示要素３００および導波シリン ダー３０２は、射出成型あるいは圧縮成型のようなプラスチック製品を成型する 従来の方法により作ることができる。 抽出表示要素３００を利用したサイン１３０のコントラストは、サイン１３０ の表面に亘って表示要素３００の特性を変えることにより均等化することができ るたとえば、通常サインの中央領域に存在する大きな光強度を補償するように、 照明結合手段に近いシリンダー３０２の直径は、照明結合手段から遠くにあるシ リンダー３０２の直径以下にすることができる。シリンダー３０２の直径を減少 させることは、抽出表示要素３００の頂点（あるいは頂上）に送られる光量を低 減させる。 図２９は導波管１３２ｄを有する出口サイン１３０を示す。照明結合手段３１ ８が、導波管１３２ｄに光を入射するように、導波管１３２ｄの内部に配置され ている。照明結合手段は複数の発光ダイオード１４０を有する。導波管１３２ｄ は、導波管１３２の背面に位置ずる一連の同心円状の溝３２０を有する。同心の 円形の溝３２０は、導波管１３２ｄの中央領域から外方向に放射状に広がること が望ましい。円形の溝３２０が字の形を形成するように、円形の溝３ ２０はサインの記号的または非記号的な文字が表示され照明される領域にのみ配 置される。光源の対称性を一致させ、または他の望ましい表示特性を得ることに より、同心の円形の溝３２０を利用することによって表示をさらに最適化するこ とが望ましい。 図３０に示すように、同心の円形の溝は、導波管１３２ｄの対向側を通って光 を反射させるＶ字形の構造をしている。溝３２０は「Ｖ字形」の表面の間の角度 を規定するが、溝は「Ｖ字形」以外の形状とすることもできる。円形の溝３２０ は、寸法および位置共に表示要素１４２とは異なる。円形の溝３２０の深さは、 導波管１３２ｄの厚さのおよそ１０分の１パーセント（０．１％）から１パーセ ント（１％）であればよい。 溝３２０は、機械加工（機械、レーザー、あるいはＥＤＭによる）、アブレー ション、エッチング、プレス加工、または型押しを含む多様な方法のいずれかに よって形成することができる。溝は、最初に導波管の全表面上に、次に表示文字 に対応している部分を除くすべての領域にインデックス整合材料を埋め込み作り 出すこともできる。文字を形成し、または選択された部分以外のすべてを後で除 去するように、転写膜あるいはスクリーンを使用することもできる。ディスプレ イの異なる個所の溝３２０の性質を変えることにより、表示特性を最適化するこ とも可能である。望ましい表示特性を得るように、照明結合手段３１８から離れ た領域における溝３２０の空間周波数、幅または深さを増やすこともできる。 以上の好適実施例の説明により、本発明の特定の新規な特徴を示し記述し指摘 したが、当業者は本発明の要旨から逸脱することなく、説明した本装置の細部の 形態ならびにその使用について、色々の省略、取替えおよび変更を行い得るもの である。したがって、前述の説明は本発明の範囲を限定するよりもむしろ説明を 意図したものであり、本発明の範囲は前述の説明により限定されるものではない 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，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 ポポビッチ，ジョン アメリカ合衆国 92014 カリフォルニア 州 デル マー クチャラ ドライブ 1237 (72)発明者 キイヤオ，ヤング アメリカ合衆国 91006 カリフォルニア 州 アケィデア ウィグウォーム アヴェ ニュー 808 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ディスプレイの照明域を照明するための照明装置であって、 前記ディスプレイの前記照明域を照明するように前記ディスプレイに隣接して 取り付けるようになっている導波器であって、その寸法において前記照明域に一 致している光放射域を有する上面と、該上面からある間隔だけ離れている底面と 、前記上面と前記底面の間に延びている側面とを含む導波器と、 前記導波器の前記底面と前記側面とに隣接して配置されている反射材と、 前記上面と前記底面との間の前記導波器の周縁に近接している入光窓に取り付 けられている少なくとも１つのソリッドステートの点光源とを有し、 前記導波器は、前記両面の間を伝播している光の方向を前記上面に向かって該 上面を透過させるように変えるように形成されて前記上面および前記底面の一方 に光放出体を含み、該光放出体は前記上面の光放射域全体に予め選択された照明 の輪郭を与えるようになっている照明装置。 ２．前記光放出体には、交差している直線および交差していない弓状線から成 る線群から選択された１つのパターンで配置されている細長い構造の第１のセッ トが含まれる請求の範囲第１項記載の照明装置。 ３．前記パターンは共通の中心点から放射状に延びている交差している直線か ら成る請求の範囲第１項記載の照明装置。 ４．前記直線は等しい角度距離で隔てられている請求の範囲第２項記載の照明 装置。 ５．光が前記点光源から外に向かって伝播するにつれて、前記パターンが光度 の損失を補償するように、不均等な間隔で離れている交差していない弓状線から 成る請求の範囲第１項記載の照明装置。 ６．さらに第２のソリッドステートの点光源を有し、前記光放出体がさらに、 前記両面間に伝播している光の方向を前記上面に向かって該上面を透過させるよ うに変えるために形成されている細長い構造の第２のセットを前記底面上含み、 前記細長い構造の第２のセットは交差していない弓状線のパターンを成している 請求の範囲第５項記載の照明装置。 ７．光放出体が前記導波器の薄い厚みの部位を含む請求の範囲第１項記載の照 明装置。 ８．前記薄い厚みの部位は前記導波器の中央部分で最も薄く、そして前記導波 器の周縁に向かって次第にその厚みが増していく請求の範囲第７項記載の照明装 置。 ９．前記点光源は発光ダイオードを含み、該発光ダイオードは前記発光ダイオ ードからほぼ放射状に外に向かう多数切子面よりの光放射を行う請求の範囲第１ 項記載の照明装置。 １０．前記光を透過する固体材料から作られている互いに平行な対向面から前 記前記および前記底面が形成されている請求の範囲第１項記載の照明装置。 １１．視角内に照明を制限するために前記上面のすぐ近辺に角スペクトルリス トソクタをさらに含む請求の範囲第１項記載の照明装置。 １２．前記上面と前記底面との間隔が約３ｍｍ以下である請求の範囲第１項記 載の照明装置。 １３．前記導波器は前記ディスプレイの前記照明域よりも実質的に大きくはな い請求の範囲第１項記載の照明装置。 １４．前記予め選択された照明の輪郭がほぼ一様な照明の輪郭である請求の範 囲第１項記載の照明装置。 １５．前記上面が前記光放射域より広い面積を有し、そして前記反射材はまた 前記光放射域の前記上面の外側の一部に近接して配置されている請求の範囲第１ 項記載の照明装置。 １６．前記反射材が前記導波器に接触している請求の範囲第１項記載の照明装 置。 １７．前記反射材が拡散反射する材料から成る請求の範囲第１項記載の照明装 置。 １８．一対の対向面を有する導波器を含み、各前記対向面は少なくとも部分的 に反射性がありそして前記対向面の少なくとも１つは透過性があり、各前記対向 面は前記少なくとも１つの面の透過性より大きい反射率を有している照明装置。 １９．前記一対の対向面間の入光窓に取り付けられている光源をさらに含む請 求の範囲第１８項記載の照明装置。 ２０．前記光源は発光ダイオードであり、そして前記対向面は互いに平行であ る請求の範囲第１９項記載の照明装置。 ２１．前記部分的に透過性のある面に近接して輝度を高める材をさらに含み、 該材は視角内に照明を集中させる請求の範囲第１８項記載の照明装置。 ２２．周縁を有する平面的な導波器と、 光源であって、該光源から前記導波器内の光ダイバータに向かって延びている 経路を通って導波器に光を向けるように前記周縁に近接して取り付けられている 光源を有し、 前記経路内の前記光ダイバータは光線を前記経路から外し前記導波器の前記周 縁に向け直す照明装置。 ２３．前記光ダイバータは屈折率差により形成された光学的インタフェースを 含む請求の範囲第２２項記載の照明装置。 ２４．前記光学的インターフェースは平面的な導波器の開口部によって形成さ れる請求の範囲第２３項記載の照明装置。 ２５．前記開口部は平面的な導波器の周縁からある間隔をおいて離れている請 求の範囲第２３項記載の照明装置。 ２６．前記開口部は平面的な導波器の周縁内にくぼみを含む請求の範囲第２４ 項記載の照明装置。 ２７．前記光源が周縁のくぼみ内に取り付けられている請求の範囲第２６項記 載の照明装置。 ２８．前記光学的インターフェースは前記光線の屈折によって前記光線の方向 を変える請求の範囲第２３項記載の照明装置。 ２９．前記光学的インターフェースは前記光線の反射によって前記光線の方向 を変える請求の範囲第２３項記載の照明装置。 ３０．光源が、前記発光ダイオードからほぼ放射状に外側に向かって前記平面 的な導波器に多数切子面よりの光放射を行う前記発光ダイオードを含む請求の範 囲第２２項記載の照明装置。 ３１．上面と、 前記上面と間隔をおきそして前記上面と共働して上面と底面との距離によって 画定される厚さを有する導波器を形成する底面と、 前記両面間の前記導波器に光を入れるようために取り付けられている少なくと も１つの光源とを有し、 前記両面の一方が、前記導波器の中央域において該導波器の厚さに実質な変化 を与える他方の面に対する曲率を有し、該変化は前記導波器の前記両面間に伝播 している複数の光線の入射角を変更するために選択された幾何学的外形に依って いる照明装置。 ３２．前記厚さの変化が前記中央域の外側における前記導波器の厚さの少なく とも５％に等しい請求の範囲第３１項記載の照明装置。 ３３．前記両面は、前記光源によって生成された波長の光を透過する材料から なる概ね平面的なスラブによって形成されている請求の範囲第３１項記載の照明 装置。 ３４．前記幾何学的外形は前記材料のスラブ内に窪みを形成する滑らかで連続 的な面を与える請求の範囲第３３項記載の照明装置。 ３５．前記底面に隣接する反射材をさらに含み、前記窪みは前記上面にあり、 前記上面は、導波器内の光が該窪みによって前記上面から前記底面に向かって反 射されるような屈折率の境界面を形成し、前記反射コーティングは前記底面から 反射した反射された前記光を前記上面を通って前記導波器から外に放出する請求 の範囲第３４項記載の照明装置。 ３６．前記導波器は周縁を有し、前記窪みは前記上面の面積の少なくとも７０ ％の面積を有している請求の範囲第３４項記載の照明装置。 ３７．前記幾何学的外形は前記両面の前記１つに平行な面において概ね楕円形 である請求の範囲第３５項記載の照明装置。 ３８．前記光源はソリッドステートの点光源を含み、前記照明装置にはさらに 、導波器の周縁に近接して取り付けられかつ前記点光源から周縁方向にある間隔 をおいて離れている第２のソリッドステートの点光源を有する請ホの範囲第３５ 項記載の照明装置。 ３９．前記幾何学的外形によって前記光は反射によりその方向を変えられる請 求の範囲第３１項記載の照明装置。 ４０．前記両面の前記１つは、前記両面間を伝播している光が全内反射によっ てその方向を変更させられる屈折率境界面を形成する請求の範囲第３１項記載の 照明装置。 ４１．前記上面に近接して輝度向上フィルムをさらに含む請求の範囲第３１項 記載の照明装置。 ４２．前記上面に近接し、そして前記向上フィルムに直交して配置されている 第２の輝度向上フィルムを更に含む請求の範囲第４１項記載の照明装置。 ４３．前記輝度向上フィルムと前記上面との間に拡散器をさらに含む請求の範 囲第４１項記載の照明装置。 ４４．上面および底面とそして周縁とを有する導波器であって、前記上面と前 記底面との距離によって画定される厚さを有し、前記周縁における前記厚さは前 記周縁の対向する両側面の中間域における前記厚さと実質的に異なり、前記厚さ は、前記対向する両側面の中間の前記上面からの光の放射を増大させるように選 択された形状寸法を有する導波器と、 前記上面と前記底面との間にある前記導波器に光を導入するために前記周縁に 近接して配置された少なくとも１つの光源とを有する照明装置。 ４５．前記光源が点光源を含む請求の範囲第４４項記載の照明装置。 ４６．前記実質的に異なる厚さによって前記導波器に中央の窪みが生じている 請求の範囲第４４項記載の照明装置。 ４７．前記照明装置は複数の前記光源を含み、前記中央の窪みは前記複数の光 源から概ね等距離にある請求の範囲第４６項記載の照明装置。 ４８．前記形状寸法を有する前記中間域は、導波器の面積の少なくとも７０％ の面積を有する請求の範囲第４４項記載の照明装置。 ４９．上面、底面および側面を有する固体材料の導波器と、 前記導波器に光を送るように取り付けられている光源と、 前記上面および底面の１つに並置されている反射材とを有し、前記上面および 底面の１つの少なくとも一部が光源からの距離と共に密度が概ね増大している細 長い構造パターンを有する照明装置。 ５０．前記細長い構造は前記上面および底面の１つを研磨材で研磨することに よって形成され、前記細長い構造パターンは、全体的にほぼ方向性がありそして 無秩序ではないが、部分的には概ね非定形である請求の範囲第４９項記載の照明 装置。 ５１．前記光源は前記導波器の周縁の中間の位置において前記導波器内に埋め 込まれている請求の範囲第４９項記載の照明装置。 ５２．前記導波器はある長さと幅とを有し、前記細長い構造ば該導波器の長さ に沿つた方向を有している請求の範囲第４９項記載の照明装置。 ５３．光学的な導波層と、 前記導波器の内側域に埋め込まれている照明連結手段とを有し、 該照明連結手段は、 １つ以上の半導体の発光装置と、 １対の対称形の（ａ）非平面の湾曲面かまたは該非平面の湾曲面に近似してい る（ｂ）複数の平坦な平面かを有する前記光学的導波層の一部を含み、 前記１対の対称形の面ば、前記１つ以上の半導体の発光装置から前記導波層に 光の全内反射を生成するために、前記１つ以上の半導体の発光装置の軸にある尖 点を形成する照明およびディスプレイ装置。 ５４．前記ディスプレイ要素は導波層の表面内の凹状の溝として形成され、そ して前記溝の外面は拡散放射を促進するために滑らかであるか、または荒い請求 の範囲第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ５５．前記ディスプレイ要素からの照明は、前記照明における照明の差を補償 するために前記導波層全体にわたる前記ディスプレイ要素の前記凹状の溝の深さ を変更することによって制御される請求の範囲第５４項記載の照明およびディス プレイ装置。 ５６．前記ディスプレイ要素の凹状の溝は、前記ディスプレイ装置の前記導波 層の中央部分に向かう場合よりも、前記ディスプレイ装置の前記導波層の両外側 部分に向かう方がより深くなっている請求の範囲第５５項記載の照明およびディ スプレイ装置。 ５７．前記ディスプレイ要素はそれぞれ導波円筒上の抽出ディスプレイ要素と して形成され、 前記抽出ディスプレイ要素の各々は前記導波層に垂直な線上に頂点または向点 を有する多角形体として形成され、前記導波層からの光は前記導波円筒内とそし て前記抽出ディスプレイ要素の側面の双方における全内反射によって送られて、 前記抽出ディスプレイ要素の前記頂点または向点において放射される請求の範囲 第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ５８．前記抽出ディスプレイ要素が２つ以上の等しい側面を有する多角形体を 形状を有している請求の範囲第５７項記載の照明およびディスプレイ装置。 ５９．前記ディスプレイ要素からの照明が、前記照明における差を補償するた めに、前記導波層全体にわたる前記ディスプレイ要素の前記導波円筒の直径を変 更することによって制御される請求の範囲第５７項記載の照明およびディスプレ イ装置。 ６０．前記ディスプレイ要素の前記導波円筒は、前記ディスプレイ装置の前記 導波層の中央部分に向かう場合よりも、前記ディスプレイ装置の前記導波層の両 外側部分に向かう方が、より大きい直径を有している請求の範囲第５９項記載の 照明およびディスプレイ装置。 ６１．前記ディスプレイ要素の各々が前記導波層上の抽出ディスプレイ要素と して形成されており、 前記抽出ディスプレイ要素の各々は頂点または向点を有する多角形体として形 成され、そして前記導波層からの光は前記抽出ディスプレイ要素の側面による全 内反射によって送られて、前記抽出ディスプレイ要素の前記頂点または前記向点 において放射される請求の範囲第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ６２．前記ディスプレイ要素からの照明が、前記照明における差を補償するた めに、前記導波層全体にわたる前記ディスプレイ要素の前記導波円筒上における 前記多角形体の寸法を変更することによって制御される請求の範囲第６１項記載 の照明およびディスプレイ装置。 ６３．凸レンズ素子または凹レンズ素子が、前記照明連結手段が前記半導体の 発光装置と前記レンズ素子との間に空隙を空けて前記導波層に埋め込まれている 位置に、前記内側域に近接する前記導波層の表面に一体になるように組み込まれ ている請求の範囲第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ６４．前記対称形の非平面の湾曲面は、等角らせんの断面の形状を有している 請求の範囲第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ６５．前記対称形の非平面の湾曲面は、放物線、双曲線、円または正弦曲線の 断面の形状をなす請求の範囲第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ６６．該照明およびディスプレイ装置が、出口の標識、自動車の尾燈あるいは 腕時計または置き時計のディスプレイ面のためのディスプレイとして用いられる 請求の範囲第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ６７．前記照明連結手段は、前記１つ以上の半導体の発光装置を光学的結合剤 で前記導波層に光学的に結合することによって、前記導波層に埋め込まれている 請求の範囲第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ６８．前記光学的結合剤は、シリコン接着剤、ゲル、グリースまたはエポキシ ポリマーの内の１つである請求の範囲第６７項記載の照明およびディスプレイ装 置。 ６９．前記導波層は、その長手方向には薄く、そして平坦であるかまたは湾曲 している全体形状を有している請求の範囲第５３項記載の照明およびディスプレ イ装置。 ７０．前記ディスプレイ要素は記号的な英数字パターンまたは非記号的なパタ ーンで配列されている請求の範囲第５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ７１．前記ディスプレイ要素からの照明は、前記ディスプレイ装置全体にわた る前記ディスプレイ要素の特性を変更することによって制御される請求の範囲第 ５３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ７２．前記１つ以上の半導体の発光装置はバレットレンズパッケージ発光ダイ オードであるか、または裸の発光ダイオードである請求の範囲第５３項記載の照 明およびディスプレイ装置。 ７３．光学的な導波層と、 前記導波層の内側域に埋め込まれ、１つ以上の半導体の発光装置を含む照明連 続手段と、 前記導波層から光を放射させるように前記導波層の面に形成されたディスプレ イ要素とを有する照明およびディスプレイ装置。 ７４．光学的な導波層と、 前記導波層の内側域に埋め込まれている照明連結手段であって、前記光学的な 導波層の表面に平行である縦方向の軸を有する１つ以上の半導体の光装置と、前 記１つ以上の半導体の発光装置が配置されている、前記導波層の前記内部域に穴 または窪みを有している照明連続手段と、 前記導波層の表面に形成され、前記導波層から光を放出されるディスプレイ要 素を有する照明およびディスプレイ装置。 ７５．複数の前記半導体発光装置が前記導波層の前記内部域内の円の円周の周 りに配置されている請求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ７６．前記ディスプレイ要素が導波層の表面内に凹状の溝として形成され、そし て前記溝の外面は拡散放射を促進するために滑らかであるか、または荒い請求の 範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ７７．前記ディスプレイ要素からの照明が、前記照明における照明の差を補償 するために前記導波層全体にわたる前記ディスプレイ要素の前記凹状の溝の深さ を変更することによって制御される請求の範囲第７６項記載の照明およびディス プレイ装置。 ７８．前記ディスプレイ要素の凹状の溝が、前記ディスプレイ装置の前記導波 層の中央部分に向かう場合よりも、前記ディスプレイ装置の前記導波層の両外側 部分に向かう方がより深くなっている請求の範囲第７７項記載の照明およびディ スプレイ装置。 ７９．前記各ディスプレイ要素が導波円筒上に抽出ディスプレイ要素として形 成され、 前記抽出ディスプレイ要素の各々は前記導波層に垂直な線上に頂点または向点 を有する多角形体として形成され、そして前記導波層からの光は前記導波円筒内 とそして前記抽出ディスプレイ要素の側面との双方における全内反射によって送 られて、前記抽出ディスプレイ要索の前記頂点または向点において放射される請 求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ８０．前記抽出ディスプレイ要素が２つ以上の等しい側面を有する多角形体を 形状を有している請求の範囲第７９項記載の照明およびディスプレイ装置。 ８１．前記多面体が、くさび形、円錐形または四面体の形状をとる請求の範囲 第８０項記載の照明およびディスプレイ装置。 ８２．前記ディスプレイ要素からの照明が、前記照明における差を補償するた めに、前記導波層全体にわたる前記ディスプレイ要素の前記導波円筒の直径を変 更することによって制御される請求の範囲第７９項記載の照明およびディスプレ イ装置。 ８３．前記ディスプレイ要素の前記導波円筒は、前記ディスプレイ装置の前記 導波層の中央部分に向かう場合よりも、前記ディスプレイ装置の前記導波層の両 外側部分に向かう方がより大きい直径を有している請求の範囲第８２項記載の照 明およびディスプレイ装置。 ８４．前記ディスプレイ要素の各々が前記導波層上に抽出ディスプレイ要素と して形成されており、 前記抽出ディスプレイ要素の各々は頂点または向点を有する多角形体として形 成され、そして前記導波層からの光は前記抽出ディスプレイ要素の側面による全 内反射によって送られて、前記抽出ディスプレイ要素の前記頂点または前記向点 において放射される請求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ８５．前記ディスプレイ要素からの照明は、前記照明における差を補償するた めに、前記導波層全体にわたる前記ディスプレイ要素の前記導波円筒上における 前記多角形体の寸法を変更することによって制御される請求の範囲第８４項記載 の照明およびディスプレイ装置。 ８６．前記半導体の発光装置と前記導波層との間には前記照明連結手段内に形 成されている空隙がある請求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置 。８７．前記照明連結手段が、前記１つ以上の半導体の発光装置を光学的結合剤 で前記導波層に光学的に結合することによって、前記導波層に埋め込まれている 請求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ８８．前記光学的結合剤は、シリコン接着剤、ゲル、グリースまたはエポキシ ポリマーの内の１つである請求の範囲第８７項記載の照明およびディスプレイ装 置。 ８９．前記導波層は、その長手方向には薄く、そして平坦であるかまたは湾曲 している全体形状を有している請求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレ イ装置。 ９０．前記ディスプレイ要素は記号的な英数字パターンまたは非記号的なパタ ーンで配列されている請求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ９１．前記ディスプレイ要素からの照明は、前記ディスプレイ装置全体にわた る前記ディスプレイ要素の特性を変更することによって制御される請求の範囲第 ７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ９２．前記１つ以上の半導体の発光装置はバレットレンズパッケージ発光ダイ オードであるか、または裸の発光ダイオードである請求の範囲第７４項記載の照 明およびディスプレイ装置。 ９３．前記ディスプレイ要素が導波層の表面における幾つかの同心円の溝であ り、前記幾つかの同心円の溝は記号または非記号の文字に相当する領域にのみ存 在する請求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ９４．前記幾つかの同心円の溝は前記記号または非記号の文字に相当する前記 導波層上の特殊な領域にのみに形成されるか、または前記幾つかの同心円の溝は 全導波層にわたって形成され、そしてそれから前記記号または非記号の文字に相 当する前記特定の領域を除いてすべて取り除かれる請求の範囲第９３項記載の照 明およびディスプレイ装置。 ９５．前記幾つかの同心円の溝は、前記ディスプレイ要素からの照明を制御す るために、半径方向の様々な場所において変動する特性を有する請求の範囲第９ ３項記載の照明およびディスプレイ装置。 ９６．前記幾つかの同心円の溝の前記変動する特性は中心から遠い溝の幅を増 大させること、あるいは中心から遠い溝の空間周波数を増大させることを含む請 求の範囲第９５項記載の照明およびディスプレイ装置。 ９７．前記幾つかの同心円の溝は機械加工、融触、エッチングそしてエンボシ ングを含む加工によって形成される請求の範囲第９３項記載の照明およびディス プレイ装置。 ９８．前記導波層の前記内部域内の前記穴または溝に合うモジュール内に前記 １つ以上の半導体の発光装置が取り付けられるように、前記照明連結手段はモジ ュラー構造を含む請求の範囲第７４項記載の照明およびディスプレイ装置。 ９９．導波器の内部域に埋め込まれている照明連結器と、光が前記上面と前記 底面との間で案内されるように前記内部域の外側に概ね平行な上面および底面を 有する導波器を有し、前記照明結合器が、捕捉された光線が前記内部域の外側に 伝播されるために前記上部と底部との間に注入されるように、前記上面および底 面の少なくとも１つに対する全内反射の臨界角より小さい線に沿って伝播してい る光線を捕捉するように構成された屈折率境界面を有する照明装置。 １００．前記照明連結器は、該照明連結器上への入射光全内反射のために作ら れた面を有する請求の範囲第９９項記載の照明装置。 １０１．前記導波器の空洞内に少なくとの部分的に配置されている点光源を含 み、前記空洞は前記全内反射面に近接している請求の範囲第１００項記載の照明 装置。 １０２．前記導波器から光を放出する前記上部および底部の１つの上前記導波 器から光を放出するディスプレイ要素を含む請求の範囲第１０１項記載の照明装 置。 １０３．前記上面および底面の１つの上に拡散反射材を含む請求の範囲第１０ １項記載の照明装置。 １０４．前記導波器および前記照明連結器は単一の材料から一体的に作られて いる請求の範囲第９９項記載の照明装置。 １０５．光を放射する装置と、 拡散反射面により形成され、空洞からの光が通過する出力域を有する光学的空 洞と、そして前記出力域を通して出力照明を予め定められた角度の範囲内に制限 するように配置された角スペクトル整流子とを有し、 前記発光装置は、前記出力域を通って直接視た場合隠れているが、前記空洞に 光を与えるように取り付けられており、前記空洞は拡散反射面域を有し、前記出 力域は１つの領域を有し、（１）前記出力域の前記領域と（２）前記空洞の前記 表面域との合計に対する前記出力域の前記領域の比は少なくとも０．０５であり 、 前記空洞はある深さを有しそして前記出力域は縁から縁までの２等分線の寸法を 有し、前記２等分線の寸法に対する前記深さの比は０．１より著しく小さい照明 装置。 １０６．前記角スペクトルリストソリターが 前記出力域にあって、前記空洞から前記出力域を通過する照明を拡散させるよ うに配置されている拡散器と、 前記拡散器に近接して配置され、ディスプレイパネルの輝度を高めるように視 角内に照明を集中させる材料とを含む請求の範囲第１０５項記載の照明装置。 １０７．前記発光装置が蛍光管を含み、そして前記空洞が導波器を含む請求の 範囲第１０５項記載の照明装置。 １０８．前記縁から縁までの寸法に対する前記深さの比がずか０．０３である 請求の範囲第１０５項記載の照明装置。 １０９．前記縁から縁までの寸法に対する前記深さの比が．０８未満である請 求の範囲第１０５項記載の照明装置。 １１０．前記蛍光管が記導波器の縁と前記拡散反射材との間に配置されている 請求の範囲第１０５項記載の照明装置。 １１１．前記空洞の反射面は９０％より大きい反射率を有する請求の範囲第１ ０５項記載の照明装置。 １１２．前記角スペクトルリストソリターが平面であり、微細な反復光学構造 を有する請求の範囲第１０５項記載の照明装置。 １１３．前記予め定められた角度がわずか３５度の視角を与える請求の範囲第 １０５項記載の照明装置。 １１４．前記拡散器が前記輝度向上フィルムと前記光学空洞との間にある請求 の範囲第１０５項記載の照明装置。 １１５．前記出力域の縁から縁までの２等分線の全寸法が長さで４インチを越 える請求の範囲第１０５項記載の照明装置。 １１６．該照明装置が部屋を照明するために寸法と構造が定められている請求 の範囲第１０５項記載の照明装置。 １１７．拡散反射面により形成された光学的な空洞から照明を生成し、そして 出力照明放射域を通って前記空洞から照明を放出し、前記照明の前記生成は、照 明源が出力照明出力域を通して見えないように、光線の方向を照明源から空洞に 向けることを含み、 照明の角スペクトルを照明出力域から予め定められた角範囲に制限することと 、部屋の少なくとも一部を照明するように光学的な空洞を取り付けることを有す る照明方法。 １１８．前記制限が、 前記空洞から前記照明出力域を通って照明を拡散するために拡散器を使用する ことと、 拡散された光を予め定められた角範囲に集中させるために輝度向上フィルムを 使用することと、 前記集中させた拡散光を前記出力域から放出することを含む請求の範囲第１１ ７項記載の照明装置。 １１９．前記光源が前記空洞の周縁に近接して取り付けられている１つ以上の 蛍光管を含む請求の範囲第１１７項記載の照明装置。 １２０．前記取り付けが部屋の天井からの光を部屋の床に向けることを含む請 求の範囲第１１７項記載の照明装置。 １２１．管状の光源の一方の側の周囲を反射材からなる柔らかいシートで包む ことと、 前記光源からの光が光学的な空洞に導入されるように、前記管状の光源のもう 一方の側に光学的な空洞を形成する部材を並置することと、 前記シートによって前記管状の光源が前記部材と並置されたままになるよに、 前記柔らかいシートを前記部材に取り付けることを有する照明装置の製造方法。 １２２．前記反射材が拡散度が高い反射性がある請求の範囲第１２１項記載の 照明方法。 １２３．前記管状の光源が蛍光管を含む請求の範囲第１２１項記載の照明方法 。 １２４．前記光学的な空洞が導波器を含む請求の範囲第１２１項記載の照明方 法。 １２５．導波器の一方の側に形成された溝に内管状の光源を配置することをさ らに含む請求の範囲第１２４項記載の照明方法。 １２６．前記光源からの光の前記導波器の結合を高めるために、前記導波器と 前記管状の光源との間に光学的な結合材を設置することをさらに含む請求の範囲 第１２５項記載の照明方法。