JP2005504413A - 導波器、エッジ照射型照明装置及びそのような導波器又は装置を有する表示装置 - Google Patents

Abstract

エッジ照射型照明装置（７７）に使用する偏光光放出導波器が、導波された光を当該導波器の出口面に向かって高コントラスト及び効率で選択的に回折する体積ホログラムを少なくとも含むような偏光選択性出力結合手段を有している。該導波器により放出される光は、高度に偏光され且つ高度にコリメートされて該導波器の一方の側に選択的に放出され、上記出口面にわたって均一に分配される。また、光の放出は上記出口面に対して垂直又は略垂直とすることができる。光再循環手段（８９）と組み合わされると、当該エッジ照射型照明装置のコントラスト、輝度及び／又は効率は更に増加され得る。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、当該導波器へ光を結合導入する入口側面及び当該導波器から導波された光を放出するための出口面を有するような導波器に関する。本発明は、更に、斯様な導波器を有するエッジ照射型照明装置、及び斯様な導波器又はエッジ照射型照明装置を有する表示装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭の段落で述べたような型式の導波器は、光を斯かる導波器の入口側面の近傍に配置された光源から、該導波器の出口面の近傍に配置された特には液晶表示器（ＬＣＤ）等の非放射型表示装置の表示面のような面に対して供給するために好適に使用することができる。典型的には、上記出口面は導波方向と平行に延び、上記入口側面よりも面積が大幅に大きい。上記光源は当該導波器の一方の側に配置され、小型の、特に薄い照明装置が得られ、斯かる照明装置を有する表示装置が得られる。斯様な照明装置は当業分野ではエッジ照射型照明装置とも呼ばれている。
【０００３】
透過型表示器においては、導波器により供給される光は、表示された情報を看取者に供給するために周囲光と競合し、この場合において、導波器は典型的にはバックライト照明装置において使用され、その場合、上記表示器は当該導波器と看取者との間に配置される。反射型表示器においては、導波器はバックライト又はフロントライト照明装置に使用することができる。反射型表示器は表示された情報を看取者に対して見えるようにするために周囲光を利用するので、反射型表示器は手持ち、パームトップ及び他の携帯アプリケーションのような低電力アプリケーションにおいて特に好まれる。反射型表示器にはエッジ照射型照明装置を設けることができ、斯かる照明装置は周囲光状況が周囲光のみを用いては当該表示器により提供される情報が劣ってしか見えないようにされてしまうような場合にのみ使用する必要がある。周囲光とは、自然又は人工の何れかの外光源により供給される光を意味するものと理解される。
【０００４】
光源からの光を、入口側面から出口面に向けるために、上記導波器は光出力結合手段を有している。斯様な出力結合手段の一例は、国際特許出願公開第WO99/22268号に開示されているもののような凹凸（マイクロ）構造化された出口面である。このような凹凸構造の欠点は、斯かる凹凸構造エレメントの寸法が、該凹凸構造自体が特に当該表示器を使用するのに周囲光のみで十分であるような場合に看取者に見えてしまうようなものであるという点にある。上記出力結合として体積ホログラムを使用する場合は、このような欠点は有さない。何故なら、体積ホログラムに記録された屈折率の空間的変調は、補助されていない目によっては解像することができないような固有の寸法を有しているからである。
【０００５】
斯様な体積ホログラムを有するような、フロント照明装置に使用する導波器は、米国特許第6,048,071号に開示されている。該特許に開示されているフロント照明装置は、反射型ＬＣＤの前側面上に装着される。該ＬＣＤに偏光された光を供給するために、偏光子が当該フロント照明装置と上記ＬＣＤとの間に設けられ、該偏光子は周囲光又はフロント照明からの光の１つの偏光を吸収する。同様のフロントライト装置が、特開平１１−２３２９１９及び該出願の英文アブストラクトに開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、なかでも、上記欠点を軽減することにある。特に、本発明の目的は、特にはフロントライト型のものであるようなエッジ照射装置に好適に使用することができると共に、斯様なエッジ照射装置に使用された場合に高輝度を有し及び／又は入口側において結合される光を高効率で利用するエッジ照射装置を提供するような導波器を提供することにある。また、本発明による当該導波器の使用の結果、構成部品の数を低減することにより簡単な設計のＬＣＤを得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明によれば、光を導波器に結合する入口側面と、該導波器から光を放出するための出口面と、導波された光を該出口面を介して偏光選択的に結合導出する偏光選択性光出力結合手段とを有する導波器であって、上記偏光選択性出力結合手段が導波された光を上記出口面に向かって選択的に回折するように構成された体積ホログラムを有するような導波器により達成される。
【０００８】
本発明による導波器は偏光選択性出力結合手段を有し、該手段は該導波器が出口面から偏光された光を放出するのを可能にする。バックライト照明装置に使用された場合、これは、当該導波器により放出される光を偏光するための偏光子を不要とすることができるか、又は一層薄くすることができ、これにより構成部品の数を低減すると共に更なる集積を達成することができる。偏光子はＬＣＤパネルの合計厚さに著しく影響するので、厚さ及び重量の大幅な低減が達成される。偏光子が看取者と表示セルとの間に配置されるようなフロントライト装置に使用された場合は、偏光された光を放出する導波器は上記偏光子と表示セルとの間に配置することができ、その場合において上記偏光子は当該表示器が周囲光により照明される場合に当該フロントライトから生じる反射を低減するよう作用する。更に、上記偏光選択性出力結合手段は、第１偏光の光を選択的に結合導出する一方、第２偏光の光は当該導波器に捕捉されたままとするような非吸収性手段、即ち回折性、屈折性、反射性及び／又は透過性手段を用いて実現することができるので、本発明による導波器は、該導波器が第２偏光を有する光を第１偏光を有する光に少なくとも部分的に変換し、次いで該変換された光を再び偏光選択性出力結合手段に供給する手段を有するか又は斯かる手段と組み合わされる場合は、斯様な導波器を有するエッジ照射型装置を一層効率的に及び／又は一層高輝度にすることができる。或る程度、斯様な導波光の再循環は本発明による如何なる導波器にも本来備わっている。というのは、導波器の製造中において、通常、或る程度常に不可避的に導入される応力変形のような不完全さが、当該導波器の光を該導波器を横断するにつれて偏光解除（減偏光）されるようにさせ、かくして、第２偏光の光を少なくとも部分的に第１のものに変換し、該変換された光は次いで当該導波器の更に下流の偏光選択性出力結合手段に供給されるからである。代わりに、又は付加的に、当該導波器の光結合導出の輝度及び／又は効率及び／又は偏光コントラストを増加させるために他の再循環手段を設けることもできる。
【０００９】
本発明による導波器の偏光選択性出力結合手段は、導波光を当該導波器の出口面に向かって選択的に回折させるように構成された体積ホログラムを有している。導波器から光を結合導出するようなホログラムの使用は、マイクロ凹凸パターン導波器とは対照的に、透過に際して体積ホログラムに入射した光の伝搬を妨害しないという利点を有し、該利点の一面はフロントライトアプリケーションにおいて特に重要である。更に、ホログラムは、結合導出の主方向（又は複数の方向）及び／又は結合導出される角度の範囲の大きさに関して、結合導出される光の角度分布に対する良好な制御を可能にする。例えば、結合導出される光を高度にコリメートされたものとするか又は強く発散するものとすることができ、上記出口面に対して垂直又は略垂直な結合導出を達成することができる。また、導波された光を上記体積ホログラムの典型的には一方の側（以下、前側と称す）に選択的に結合導出することができ、この特徴はフロントライト装置に特に関連がある。というのは、これは看取者から離れ、表示パネルに向かうような光の選択的な指向を可能にするからである。
【００１０】
導波光を出口面に向かって選択的に回折させるように構成された如何なるホログラムも、上記偏光選択性出力結合手段に使用することができるが、好ましくは、記録された画像が二次元というよりは三次元であることを特徴とするような体積ホログラムを利用する。より好ましくは、該ホログラムは厚い体積ホログラムとする。というのは、厚い体積ホログラムにおいては、回折が一次に略制限されるからである。体積ホログラムは、当該体積ホログラムに記録された干渉パターンの周期性より大幅に大きな厚さを有している場合に、厚いと考えられる。典型的には、斯様な厚さは、ホログラフ層の周期性より５ないし２０倍大きい。
【００１１】
本発明における体積ホログラムは、通常は、位相ホログラム、即ち画像が屈折率の空間変調として記憶されるようなホログラムである。体積ホログラムは、感光性ホログラフ材料を、基準（レーザ）光ビームと可干渉的（コヒーレント）に干渉する物体（レーザ）光ビームにより形成された干渉パターンに暴露することにより、通常の方法で製造される。このように空間的屈折率変調の形で記録されたホログラムは、導波光の読取ビームにより再生され、結果として当該導波器からの回折放出が得られる。
【００１２】
本発明による導波器の好ましい実施例においては、上記体積ホログラムは体積ホログラフブラッグ（Bragg）格子である。
【００１３】
厚い体積ホログラフ位相格子は、空間的に周期性のある屈折率変調を有している。基本ホログラムと呼ばれる形態の最も簡単な形態では、当該ホログラムは格子面（grating planes）の積層と考えることができ、屈折率は各格子内では一定である一方、隣接する面の間では相違する。斯様な基本ホログラムは、積層方向、格子間隔、及び傾き又は傾斜角により特徴づけられる。上記積層方向は格子面が積層される方向であり、上記格子間隔は積層方向における屈折率変調格子の周期性であり、上記傾き又は傾斜角は上記格子面の法線と上記積層方向との間の角度である。
【００１４】
導波された光を出口面に向かって回折させることができるように、上記積層方向は導波方向と平行に選択され、上記傾斜角は回折された光を選択的に結合導出するために充分に大きく選定される。更に詳細には、出口面に向かって結合導出される光に関しては、下記のブラッグ条件（１）が成り立つ：
sin(θ^” _B−ψ)＝λ_０／２ｄｎ_grating及び(θ^” _B−ψ)＝θ_Ｂ＝θ_i,grating＝θ_d,grating （１）
ここで、θ_i,gratingは当該格子上への導波光線の入射角であり、θ_d,gratingは該導波光線の回折角であり、θ_Bはブラッグ角であり（以上は、全て当該格子面に対して規定される）、ψは格子面の積層の傾斜角であり、θ”_Bはブラッグ角であり（これら両者は出口面の法線に対して規定される）、λ_０は導波光の自由空間波長（空気中における波長）であり、ｄは格子間隔であり、ｎ_gratingは当該格子の平均屈折率である。式（１）の第２方程式によれば、入射角θ_i,gratingがブラッグ角に一致すれば、回折角θ_d,gratingは入射角θ_i,gratingに等しくなる。傾斜角ψ及び格子間隔ｄは、当該格子が所定の波長及び入射角の導波光を、当該導波器の全内反射に対する臨界角θｃよりも小さい回折角へと選択的に回折させるべく構成されるように選択される。その様に選択された場合は、条件ｄ＝＜λ_０／(２ｎ_gratingsin(θ_ｃ−ψ))が満足される。
【００１５】
当該格子上へのブラッグ条件を満たさない導波入射光は、当該ホログラムによっては実質的に変化されることなく透過され、従って空気／導波器界面のＴＩＲにより当該導波器内に捕捉され続ける。
【００１６】
上述したホログラムは、基本ホログラム、即ち各波長に対して１つの固有のブラッグ角を有する単一の傾き（傾斜）角及び格子間隔により特徴付けられるようなホログラムを参照した。明らかに、如何なる複雑さのホログラムも、明らかに適切な記録工程を設けることにより単一の記録工程で製造されるような基本ホログラムを重ね合わせて複数の傾斜角及び格子間隔を有するような複合ホログラムを形成することにより作製することができる。斯様な複合ホログラムを単一のホログラフ層に記録するよりは、該複合ホログラムは重ねられた基本ホログラムの積層又はこれらの組み合わせとして形成することができる。また、複数のホログラムを所定のパターンで互いに隣接して配置することもできる。
【００１７】
上記体積ホログラムは角度選択性出力結合手段として使用することができる。適切な体積ホログラムを使用することにより、当該導波器により放出される光は、狭い典型的には２０°までもの小さな角度範囲内に且つ良好に規定された方向に高度にコリメートすることができる。特に、上記光放出の角度範囲の中心は如何なる所望の角度にも、特には出口面に（略）垂直な角度に選定することができ、これはバックライト及びフロントライトのアプリケーションにおいて特に重要である。上記体積ホログラムの角度選択性出力結合手段としての使用は、偏光選択の見方とは独立した見方と考えられるような態様である。
【００１８】
上記体積ホログラム又は斯様な体積ホログラムの組み合わせは、カラー選択性又はカラー分離型出力結合手段を得るために使用することができる。最も広い意味においては、この態様は前記偏光選択性出力結合手段とは関係がない。体積ホログラムにより光が回折される角度は、斯様にして回折される光の波長に依存する。このように、白色光が導波される場合、回折角によりカラーが分離される。ＲＧＢピクセルへの空間的カラー分離は、回折された光を、角度範囲を異なるカラーの平行な空間的に分離されたビームに変換するような適切なマイクロレンズアレイに結合することにより達成される。この様に達成された空間的カラー分離は、高度に効率的であり得る。というのは、従来のカラーフィルタとは対照的に、空間的に分離されたＲＧＢピクセルを発生する過程において、光が吸収されることがないからである。他の例として、角度的カラー分離を空間分離空間マイクロレンズ機能に変換する手段を、ホログラフ層に集積することもできる。
【００１９】
他の例として、特定のＲＧＢカラーを空間的選択的に結合導出するように構成されたホログラム（異なる格子の組み合わせ）を構築することもできる。斯様な構成は、所定のパターンに従ってホログラムを設け、各ホログラムが赤、緑又は青のような特定のカラーの光を選択的に結合導出するようにすることにより達成される。斯様な構成はマイクロレンズアレイの使用を必要とせず、カラーフィルタの使用さえ余分なものとさせ得る。
【００２０】
上記導波器は多数の形態をとることができる。該導波器は上に体積ホログラムが別個の層として積層された導波器基板を有することができ、又は上記体積ホログラムが斯かる基板の一体部分とすることもできる。上記体積ホログラムは上記基板における当該表示器に面する又は斯かる表示器から離れる方向に面する側に配置することができ、又は上記導波基板内に埋め込むことさえできる。該導波器は、各々が上記導波基板上に積層されるか又は斯かる導波基板と一体に形成されるような２以上の互いに別体のホログラムを有することもできる。該導波器は、上記導波基板の両側に設けることができるか、又は互いの上に積層することができる。該導波器は単一の入口側面又は２以上の入口側面を有することができる。２以上が存在する場合、上記体積ホログラムは上記入口面の何れを介して結合導入された導波光をも回折させるように構成される。
【００２１】
該導波器は、箔体の積層のような板体、又は繊維若しくは棒体のようなパイプの形態で設けることができると共に、該導波器は湾曲されるか、及び／又は可撓性とすることができる。いずれの場合においても、当該導波器が光学的に異なる部材、層等の組み立て体であり、界面が形成され、該界面において第１部材の境界面が第２部材のものと合うような場合、斯様な第１及び第２部材の境界面を接続し、当該導波器に機械的完全さを付与し、及び／又は例えば界面に形成された空間に捕捉される空気から結果として生じる余分な反射及び光学的不均一さの発生を防止するために接着層を使用する必要があり得る。斯様な接着層の例、並びに斯様な接着の使用が適切であるような条件及び環境は当業者にとりよく知られている。従って、本発明の状況において２つの別体の光学部材が界面を形成するように一緒にされる場合、該界面は上記のような接着層を含み得ると理解される。
【００２２】
当該体積ホログラムは、透過型若しくは反射型ホログラム、又は両者の組み合わせとすることができる。
【００２３】
偏光された光を放出するために、当該導波器は偏光選択性出力結合手段を有している。本発明の状況においては、第１偏光を有する光の放出が第２偏光を有する光の放出よりも大きい場合、即ち偏光コントラストと呼ぶ第１の第２に対する比が１より大きい場合に、当該光は選択的に偏光される。第１偏光は第２偏光に対して直交的である。第１偏光を有する光は、特にはｓ偏光され若しくはｐ偏光されるように直線偏光されたものとすることができ、又は特に左手偏光され若しくは右手偏光されるように円偏光されたものとすることができる。本発明による円偏光光放出導波器は、好都合にも、本発明による直線偏光光放出導波器と四分の一波長リターダ遅延器（斯様な遅延器（リターダ）自体は既知である）との組み合わせから得ることができる。本発明による円偏光光放出導波器は、コレステリックテクスチャ液晶セル（斯様なセル自体は既知である）と好適に組み合わせることができる。
【００２４】
第１偏光を有する光がｓ偏光されたものであれば、第２偏光の光はｐ偏光されたものとなり、その逆となる。
【００２５】
以下、偏光選択性出力結合手段の数々の実施例を説明するが、これら構成は明らかに組み合わせで使用することもできる。
【００２６】
斯様な偏光選択性出力結合手段を有する導波器の第１実施例は、該偏光選択性出力結合手段が導波光を約４５°のブラッグ角で回折するように構成された体積ホログラムを含むような導波器である。
【００２７】
ベル・システム・テクニカル・ジャーナル1969,48,2909におけるKogelnikによれば、所定の波長の光を４５°のブラッグ角で回折させるように構成された体積ホログラムにより４５°のブラッグ角で回折された光は、選択的にｓ偏光される。従って、導波器に特定の波長の導波光を４５°のブラッグ角で回折させるように構成されたホログラムを設けることにより、偏光選択性光放出導波器が得られる。例えば、入口面に向かって４５°の傾斜角で傾斜された格子面を持つ基本体積ホログラムが、導波の主方向と略一致する方向に進行するｓ偏光された導波光を、出口面に対して略垂直な方向回折させるように構成される。好ましくは、該ホログラムは導波光の角度範囲に対応するような入射角度範囲に対して４５°のブラッグ反射を有するように構成される。好ましくは、上記体積ホログラムは所定の範囲の波長、最も好ましくは多くのアプリケーションに対してはスペクトルの可視範囲に対して４５°のブラッグ反射を有するように構成される。
【００２８】
本発明の第２実施例は、上記体積ホログラムが厚さｄ及び屈折率変調Δｎを持つ体積ホログラフ層を有するような導波器であって、該層の積ｄΔｎが第１偏光の導波光が第２偏光の導波光よりも効率的に回折され、第１偏光の回折効率が第２偏光の回折効率の少なくとも５倍、好ましくは１０倍となるように選択されるような導波器である。
【００２９】
体積ホログラムの回折効率（以下、ＤＥとも称す）とは当該ホログラムへの入射光に対する回折されたものの比と定義される。ＤＥは格子の厚さに依存し、更にＤＥの厚さに対する依存度は、ｓ偏光光及びｐ偏光光とで相違する。従って、体積ホログラムは、当該体積ホログラムの厚さを第１偏光（例えばｓ又はｐ）の光が第２偏光（例えばｐ又はｓ）の光よりも効率的に回折されるように最適化することにより、偏光選択性のものにされる。最適な厚さｄ及び屈折率変調Δｎの選択は、固定値で与えることはできない。というのは、斯かる選択は、なかでも、偏光選択的に回折させたい光の波長に依存するからである。更に、斯かる選択は当該体積ホログラムの格子間隔及び傾斜角にも依存する。上記屈折率変調は、フォトポリマの組成を変化させることにより変化させることができる。
【００３０】
本発明による導波器の第３実施例は、上記偏光選択性光出力結合手段が当該体積ホログラムと入口側面との間に配置されて導波光を第１偏光の光と第２返納の光へと分離する偏光選択性ビーム分割界面又は層を有するような導波器であって、少なくとも上記第１偏光の光は、該第１偏光の光を選択的に回折するように構成された当該体積ホログラムに向けられるような導波器である。
【００３１】
偏光選択性ビーム分割手段を有する導波器自体は既知である。例えば、米国特許第5,845,035号公報は、等方性及び異方性材料の間に形成された偏光選択性ビーム分割界面を有し、上記異方性材料の屈折率の一方は上記等方性材料に対して整合され、他方は整合されていないような導波器を記載している。異方性散乱層を持つ偏光選択性ビーム分割手段を有するような導波器の例は、EP01/05262なる出願番号の国際特許出願に記載されている。偏光選択性ビーム分割手段と体積ホログラムとの組み合わせの結果、高輝度及びコントラストの偏光光を放出するような導波器が得られる。特に、該導波器は出口面の法線又は略法線に沿うような高度にコリメートされた光の放出を可能にする。好ましくは、当該導波器により放出される何れの偏光の光の輝度及び／又はコントラストも更に向上させるために、上記入口側面の反対側の端面には、当該導波器を横断される際に結合導出されないような導波光を反射させるための反射手段が設けられる。偏光光の結合のコントラストは、上記端面に入射する導波光の偏光を反転又は偏光解除するような反射手段を採用することにより更に向上させることができ、四分の一波長板が設けられた斯様な鏡面反射体自体は既知である。他の例として、偏光のコントラストは上記端面に光吸収又は反射防止手段を設けることにより向上させることもできる。
【００３２】
特別な実施例においては、上記導波器は入力部材及び出力部材を有し、上記入力部材は前記入口側面を有する一方、上記出力部材は前記体積ホログラムを有し、これら出力部材及び入力部材は前記偏光選択性ビーム分割界面を形成するような共通界面を有し、少なくとも上記入力又は出力部材は、
ｎ_entry,1／ｎ_exit,1＜ｎ_entry,2／ｎ_exit,2
のように選定された屈折率を有する光学的に異方性のものであり、ここで、
ｎ_entry,1は第１偏光の導波光が受ける上記入力部材の屈折率であり、
ｎ_entry,2は第２偏光の導波光が受ける上記入力部材の屈折率であり、
ｎ_exit,1は第１偏光の導波光が受ける上記出力部材の屈折率であり、
ｎ_exit,2は第２偏光の導波光が受ける上記出力部材の屈折率であり、
第１偏光の光はθ_1,min＝＜θ_ｒ＜θ_1,maxなる角度範囲内で反射され、第２偏光の光はθ_2,min＝＜θ_ｒ＜θ_2,maxなる角度範囲内で反射され、ここで、当該体積ホログラムは第１偏光の導波光をθ_1,min＝＜θ_ｒ＜θ_2,minなる範囲内で選択的に回折させるか、又は第２偏光の導波光をθ_1,max＝＜θ_ｒ＜θ_2,maxなる範囲内で選択的に回折させるように構成される。
【００３３】
上記入力部材及び出力部材の屈折率が上記条件ｎ_entry,1／ｎ_exit,1＜ｎ_entry,2／ｎ_exit,2を満足することを要するということは、少なくとも上記出力部材又は入力部材が光学的に異方性であるということを意味する。該条件が満たされる場合、上記出力部材と入力部材との間の共通界面に入射する第１偏光の光は、第２偏光の光よりも一層強く屈折される。このように、上記共通界面は偏光選択性ビーム分割界面として作用する。更に詳細には、上記屈折率の差の結果、恐らくは第１及び第２の両者の偏光の光を有する角度範囲により分離された、専ら第１偏光の光を有する角度範囲及び専ら第２偏光の光を有する角度範囲が得られる。体積ホログラムは特定の入射角を排他的範囲の一方内において高い選択性で回折させるように構成することができるので、上記第１偏光又は第２偏光の何れかを選択的に結合導出することができる。
【００３４】
出力部材における屈折角θ_ｒの角度範囲、θ_1,min＝＜θ_ｒ＜θ_1,maxは、入力部材からの上記界面へ入射する入射角の範囲θ_i,1＜θ_i＜θ’_i,1に対応し、ここで、スネルの法則を用いると、ｎ_entry,1＊sinθ_i,1＝ｎ_exit,1＊sinθ_1,min及びｎ_entry,1＊sinθ’_i,1＝ｎ_exit,1＊sinθ_1,maxであり、更に、θ_c,1＝＜θ_i,1及びθ’_i,1＝＜θ’_c,1であり、ここで、θ_c,1は入力部材の上記出力部材とは反対の側から反射される第１偏光の光に対するＴＩＲの臨界角であり、典型的には、これは空気／入力部材界面であり、θ’_c,1は上記偏光選択性ビーム分割界面から反射される第１偏光の光に対するＴＩＲの臨界角である。対応する関係が、第２偏光の光に対しても当てはまる。ｎ_entry,1／ｎ_exit,1＜１.０なら、全入射角θ_iは屈折され、従ってθ’_c,1＝９０°となる。同様に、ｎ_entry,2／ｎ_exit,2＜１.０なら、θ’_c,2＝９０°となる。
【００３５】
第１及び第２偏光の間の屈折の差を維持するために、上記出力部材が光学的に異方性となるように選択されると、当該ホログラフ層も同様に異方性でなければならない。この条件を満足されることができる都合の良い方法は、当該ホログラムが一体部分を形成するような異方性出力部材を使用することである。好ましくは、結合導出されない光が受ける屈折率の差は、該光が当該導波器内に捕捉されたままとなるように選択される。当該ホログラムに対向する材料は通常は空気であるから、ＴＩＲに関する上記条件は通常は満足される。
【００３６】
第１偏光光が選択的に屈折されるような屈折角の範囲を最大にするために、ｎ_exit,1及びｎ_exit,2の差は最大化される。代わりに又は組み合わせて、臨界角の差θ_c1−θ_c2を最大化することができ、これは異方性の入力部材を用いることにより実現することができる。出力部材と入力部材との間の界面における反射が最小化されねばならない場合は、好ましくは、ｎ_entry,2＝ｎ_exit,2又はｎ_entry,1＝ｎ_exit,1とする。
【００３７】
少なくとも上記出口又は入力部材（好ましくは、出力部材）は、光学的に異方性の材料のものとする。好ましい構成においては、上記入力部材は、出力部材を形成する異方性材料の相対的に薄い層と積層されるような相対的に厚い導波器基板とする。
【００３８】
本発明による導波器の第４実施例は、入力部材と出力部材とを有する導波器であって、上記入力部材は入口側面を有する一方、上記出力部材は体積ホログラムを有し、上記出力部材及び入力部材は前記偏光選択性ビーム分割界面を形成する共通境界面を有するような導波器である。そして、少なくとも上記入口又は出力部材は、入力部材から上記界面に入射する第１偏光の導波光が少なくとも部分的に出力部材に透過される一方、入力部材から上記界面に入射する第２偏光の導波光が少なくとも部分的に完全に内部反射（全内反射）されるように、選択された屈折率を有するような光学的に異方性のものである。また、当該体積ホログラムは上記出力部材に透過される導波光を回折するように構成されている。
【００３９】
第１偏光の導波光が少なくとも部分的に透過される（屈折される）ようにするために、上記界面は第１偏光の光を導波すべきではなく、これはｎ_entry,1／ｎ_exit,1＜１.０ならば得られる。一方、当該導波器が少なくとも部分的に第２偏光の光を完全に内部反射しなければならないなら、ｎ_entry,2／ｎ_exit,2であり、ここで、ｎ_entry,1、ｎ_exit,1、ｎ_entry,2及びｎ_exit,2は前述したように定義される。
【００４０】
第１偏光を有する導波光の上記界面の反射を最小化するために、差ｎ_exit,1−ｎ_entry,1は可能な限り小さくなくてはならず、好ましくはｎ_exit,1はｎ_entry,1に略整合される。
【００４１】
本発明による導波器の第５実施例は、前記偏光選択性出力結合手段が光学的に異方性な材料から形成された体積ホログラムを含み、該材料は第１偏光の光が受ける第１屈折率変調と第２偏光の光が受ける第２屈折率変調とを有し、これら第１及び第２屈折率変調が相違するような導波器である。
【００４２】
この第５実施例においては、上記体積ホログラムは偏光依存性屈折率変調を有する感光性の光学的に異方性の材料に記録することができ、ここで、屈折率変調とは、当該体積ホログラムの高及び低屈折率の隣接する領域における屈折率の差として定義される。体積ホログラフ格子の回折効率（ＤＥ）は、達成される屈折率変調の関数である。従って、屈折率変調を調整することにより、特定の格子厚に対して最大の回折効率（ＤＥ）を達成することができる。当該ホログラフ層が異方性の場合、上記屈折率変調は当該体積ホログラムにおける異なる方向において相違する。従って、該屈折率変調、従ってＤＥは偏光依存的となる。
【００４３】
一例として、異方性ＬＣ及び等方性非ＬＣモノマを有する光重合性組成を重合することにより記録されるホログラフ画像を考察する。上記等方性非ＬＣの屈折率が、例えば上記ＬＣ材料の常光屈折率（ordinary refractive index）に略等しいならば、ｐ偏光された光は僅かな屈折率変調にしか出会わず、通常は、低いＤＥで結合導出される。上記ＬＣ材料の異常光屈折率は上記等方性非ＬＣ屈折率とは大幅に相違し、結果として、通常は一層高いＤＥが得られる。このように、結果としての結合導出された光は偏光されている。理想的には、上記非ＬＣ材料の屈折率は上記ＬＣ材料の常光屈折率と略一致して、ｐ偏光に対するＤＥを零に低下させ、かくして、偏光光放出のコントラストを最大化する。
【００４４】
他の実施例においては、本発明による導波器は、光学的に異方性の材料から一体的に形成される体積ホログラムと出力部材との組み合わせ、及び／又は光学的に異方性の材料から一体的に形成される体積ホログラムと偏光選択性ビーム分割層との組み合わせを有する。
【００４５】
一般的に、光学的に異なる材料の間の各界面は該界面による反射又は屈折を生じ、これが迷光（stray light）に繋がる。迷光を低減するには、当該導波器の界面の数を最小化することが有利であり、これは上記体積ホログラムを上記出力部材と一体化し、該体積ホログラムが上記出力部材における前記出口面を有する半部内に存在するようにすることにより達成される。
【００４６】
前述したように、上記導波器は、一般的に偏光選択が非吸収性、即ち屈折及び／又は反射及び／又は回折手段を用いて達成されるような偏光選択性出力結合手段を有し、斯かる手段は当該導波器が上記光、特には最初には結合導出されないような第２偏光の光を再循環させるように構成されるのを可能にする。この目的のために、当該導波器は光再循環手段を有することができ、該手段は導波された光の偏光を該再循環手段により処理されて偏光解除又は復帰させ、かくして、該導波器の効率及び／又は輝度及び／又は偏光コントラストを改善することができる。
【００４７】
或る程度までは、斯様な再循環手段は本発明による如何なる導波器にも本来存在している。何故なら、導波が生じる如何なる部材又は基板も、製造過程の間において生じる光学的不完全さ（重要な一例は応力により生じる屈折率の変化である）を有し、斯かる不完全さは、これら不完全部に入射する光を減偏光する効果を有しているからである。
【００４８】
当該導波器に捕捉された偏光の光を該導波器により放出される第１偏光の光に変換するために、該導波器に光学遅延（リターデーション）層を設ける、該導波器に捕捉された導波光を減偏光することができる拡散層を設ける、入口面とは反対の端面若しくは出口面とは反対側に減偏光（例えば、拡散）反射器、又は四分の一波長機能（λ／４）を持つ層からなる反射器及び鏡面的に反射する層のような偏光反転反射器を設ける等の、幾つかの他の再循環手段が利用可能である。
【００４９】
当該導波器に使用するのに適した材料は、一般的に、該導波器により放出される光に対して透明なものである。等方性材料は、ガラス、透明セラミック、又はポリアクリレート、ポリエポキシド及びポリカーボネート等の高分子材料であり得る。
【００５０】
最も広い意味では、光学的に異方性の材料の選択は厳しいものではない。例えば、斯様な材料は無機とすることができるが、好ましくは有機のものである。高分子材料又は液晶材料、特には高分子液晶材料が好ましい。特定の使用のものは、重合配向液晶モノマ組成物、特にはＬＣ側鎖、主鎖又は網状ポリマである。好適なＬＣ相は、コレステリック、（キラル）ネマチック、又はスメクチック、ディスコチックを含む。また、副屈折材料及びポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）若しくはポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）のようなストレッチ配向ポリマの如き一軸若しくは二軸配向材料又はネマチック液晶材料も好適に使用することができる。それ自体は既知であるような非光重合性材料も使用することができる。
【００５１】
一軸的に配向された材料は２つの軸に沿って常光屈折率ｎ_ｏを有すると共に斯かる２つの軸に垂直な軸に沿って異常光屈折率ｎ_ｅを有し、ここで、ｎ_ｅ＞ｎ_ｏ（例えば、ストレッチポリマ及びネマチックＬＣ）又はｎ_ｅ＜ｎ_ｏ（ディスコチック材料）となる。当該導波器において使用された場合、上記異方性材料は、第１偏光の導波光が常光屈折率を受け、第２偏光の光が異常光屈折率を受けるか、又はその逆となるように配置される。
【００５２】
好適な異方性材料及び等方性材料の他の例は、米国特許第5,845,035号公報及び該特許においてこれらに関して引用された文献に開示されている。
【００５３】
他の態様（実際に、偏光光放出導波器自身よりも広く独立した用途を有するであろう態様）においては、本発明は出口面に沿って均一な光の放出を有するような導波器、並びに斯様な導波器を有する照明システム及び表示器に関するものである。均一さは、出力結合の方向の均一さ又は出口面に沿って結合導出される光の強度の均一さに関連し得る。
【００５４】
光の出力結合の方向に関しては、光を結合導出するためのホログラムを有さないような従来の導波器は、出口面に沿った不均一な出力結合方向の不利益を被り、これは出力結合手段の限られた且つ不均一な角度選択性によるものである。しかしながら、上記体積ホログラムを有する導波器は高度に角度選択性があり、従って特定の出力結合導波角の選択的減少に対して余り敏感ではない。この結果、出口面に沿って均一な光出力結合方向が得られる。
【００５５】
出口面に沿った輝度の均一さに関しては、体積ホログラフ位相格子は特定の導波角を高い選択度で回折させ、従って対応する入射角を持つ導波光は入口面から遠ざかるにつれて選択的に減少される。該減少を補正する対策がとられないなら、出口面の輝度は入口側面から遠ざかるほど、低下するであろう。上記減少は、当該導波器に沿う特定の位置においてホログラフ領域により覆われる全面積のうちの割合が入口面からの距離が増加するにつれて増加し、該増加の程度が上記減少の程度に整合されているようなパターンで配置されたホログラフ領域及び非ホログラフ領域を有するような体積ホログラムを設けることにより補正することができ、かくして一層均一な放出を達成することができる。
【００５６】
他の例として、当該体積ホログラムには屈折率変調を、該体積ホログラムが特定の位置で回折させることができるような入射角が当該導波器に沿う位置の関数として変化されるように設けることもできる。
【００５７】
他のオプションは、回折角補充手段を設けることであり、該手段は減少された角度を、当該導波器内に捕捉された未回折光の角度を回折により結合導出され得るような角度に再分配することにより補充する。斯様な手段の例は、くさび形入力部材又は導波基板、当該導波器に取り付けられたファセットミラー、僅かに散乱させる体積若しくは表面散乱層を有するような当該導波器の入口面と反対側の端面上に設けられた非鏡面反射器、又は光散乱凹凸構造若しくは光散乱層が設けられた光散乱出口面若しくは光を導波する面として作用する何らかの他の面である。
【００５８】
広い意味では偏光選択性出力結合手段と組み合わす又は斯かる手段を有する必要のない、そしてフロントライト装置に使用する導波器に関して極めて重要であるような、体積ホログラムを有する導波器の他の利点は、光を当該ホログラムの一方の側に対して選択的に結合導出することができる点にあり、斯かる一方の側をフロント側（前側）と呼ぶ。
【００５９】
従って、他の態様においては、本発明は、光を当該導波器に結合する入口側面と、当該導波器から光を放出する出口面と、該出口面とは反対側の後面と、光を当該導波器の一方の側に選択的に結合導出するように構成された体積ホログラムとを有し、該一方の側が当該導波器の上記出口面であるような導波器に関するものである。
【００６０】
上記フロント側（前面）とは反対の側（面）は後又はバック側（面）と呼ぶ。当該体積ホログラムは光を後側（後方向）の代わりに前側（前方向）に選択的に回折する。これが生じる程度は、前方向／後方向コントラストにより表すことができる。本発明の該態様による導波器は、典型的には、放出角度において少なくとも１０、又は更に良好には少なくとも１５若しくは２５なるコントラストを有する。更に詳細には、該コントラストは光が放出される全角度にわたる平均で少なくとも１０とすることができる。
【００６１】
フロントライトが設けられる反射型表示器においては、後側から結合導出される光は表示セルを通過することなしに看取者に直接到達し、斯様な後方結合導出光は如何なる表示画像情報も帯びていない。このように、後側と比較した前側から放出される光のコントラストの如何なる増加も、直接、斯様なホログラムを有する反射型表示器の対応するコントラストの増加となる。
【００６２】
当該導波器の一方の側への選択的出力結合に関する上記コントラストを更に増加させるために、好ましい実施例においては、該導波器は上記入口側面とは反対側に、反射防止層若しくは積層又は光吸収コーティングのような当該導波器に反射して戻される光の量を低減する手段が設けられるような端面を有する。
【００６３】
斯様な手段はコントラストの増加の助けとなる。何故なら、面選択性出力結合が、導波される光が当該ホログラムに入射する方向に依存するからである。一般的に、入口側の方向から到来する導波光が当該ホログラムにより前側に回折される場合、反対側から到来する光、即ち対応する端面により反射される光は、後側に回折される。斯様な光が当該ホログラムに到達するのを防止すると、面選択性放出のコントラストは増加する。
【００６４】
また、本発明は、本発明による導波器と、該導波器の入口側面の近傍に配置される光源とを有するようなエッジ照射型照明装置にも関するものである。
【００６５】
上記光源は如何なる種類のランプでもよく、特には蛍光管のような長尺ランプ又は発光ダイオードとすることができる。該装置は入力結合する光の効率及びコリメーションを向上させる手段を更に含むことができる。当該システムはバックライト又はフロントライト装置とすることができる。他の出力結合手段と相違して、上記体積ホログラムは臨界角より小さな角度で入力する周囲光を略妨害されずに透過させると共に、導波される光を当該導波器の一方の側に選択的に回折させるように構成されているので、本発明はフロントライト装置にとり特に有用なものである。
【００６６】
更に、本発明は液晶装置のような反射型又は半透過型表示装置であって、本発明による照明装置を有するフロントライト装置を有するような装置にも関するものである。
【００６７】
本発明による照明装置は、如何なる種類の対象を照明するためにも好適に使用することができる。しかしながら、好ましくは、該対象は表示装置とする。バックライト装置に使用される場合、上記対象即ち表示器は透過的に照明され、看取者は該対象即ち表示器の反対側に位置する。フロントライト装置で使用される場合、当該対象は反射的に照明され、該フロントライト及び看取者は当該照明される対象の同一の側に位置する。フロントライト装置においては、照明されるべき表示装置は反射的に動作することができるべきである。即ち、当該表示器は反射型又は半透過型のものであるべきである。当該導波器が偏光された光を放出することができる場合、当該表示装置は、情報を表示する能力のために偏光光に依存するような表示装置とすることができ、斯様な表示器の１つの重要な類は液晶表示器である。
【００６８】
好ましい実施例においては、本発明は、本発明による反射型表示装置であって、表示セルと、該表示セルの看取側に配置された偏光子とを有し、フロントライト装置が該偏光子と表示セルとの間に配置されるような装置に関するものである。
【００６９】
偏光された光を放出するフロントライトを有することは、斯かる偏光子を、偏光光を放出するフロントライトにとり一般的であるようなフロントライトの表示側の代わりに、フロントライトの看取側に配置することを可能にする。斯様な構成は、周囲光による当該フロントライトからの反射を低減する。
【００７０】
本発明による導波器及び斯かる導波器を有する照明装置は、入口側面の近傍に配置される光源からの光を効率的に利用して表示器を照明し、結果として低出力光源が使用されることを可能にする。光源は当該表示装置のエネルギ消費の大きな部分を負っているので、斯かる表示器はラップトップ、パームトップ、手持ち又は他の携帯装置（特には移動体電話）にとり特に有利である。
【００７１】
従って、好ましい実施例においては、本発明は、本発明による照明装置又は本発明による表示装置を備えるような移動体（携帯）電話に関するものである。
【００７２】
これら及び他の態様は、以下に説明する実施例から明らかとなり、斯かる実施例を参照して解説されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
図１は、透明基板５の表示セル３を有する反射型表示装置１を概念的に示し、これら基板の間には液晶層７が配設されている。セル３は、独立にアドレス指定可能な複数のピクセル９を有するように構成されている。反射器１１が、看取側（看取者２により示されている）とは反対側に配置され、第１偏光の光を吸収すると共に第２偏光の光を透過させる吸収リニア偏光子１３を備えている。看取者２と表示セル３との間には第２の吸収リニア偏光子１５が配置され、該偏光子は第１偏光の光を透過させると共に第２偏光の光を吸収するために上記偏光子１３と交差されている。当該表示装置１は、偏光子１５と表示セル３との間に配置されたフロントライト装置１７を更に有している。偏光子１５の従来のような看取側の代わりに表示器側に配置されたフロントライト装置１７は、当該表示器１が周囲光のある状態で使用される場合に、フロントライト１７からの反射を低減する。エッジ照射されるフロントライト装置１７は、導波器２１の入口側面２３の近傍に配置された光源１９を有している。導波器２１は、該導波器２１から光を放出するための出口面２５を有している。該導波器は、導波される光を出口面２５に向かって選択的に回折させることができる体積ホログラムの形態の偏光選択性光出力結合手段２７を有している。オプションとして、導波器２１には、入口側２３とは反対の側に、この側に結合導出されずに到達する光を再循環又は吸収するための光吸収手段、減偏光（depolarizing）反射手段、反射防止手段又は偏光反転反射手段が設けられる。
【００７４】
動作時において、アドレス指定されていない（ピクセル“オフ”の）ピクセル９において当該表示器１に入射する偏光されていない周囲光r1uを追跡すると、該光線r1uは検光（analyzing）偏光子１５により偏光されて、ｓ偏光された光線r1sを形成する。上記体積ホログラムは導波光を選択的に回折させると共に非導波的角度で入射する光は透過させるように構成されているので、上記光線r1sは該体積ホログラムによっては妨害されずに透過される。
【００７５】
当該体積ホログラムに記録された屈折率の空間的変調は、可視光の波長のオーダのものであり、従って看取者によっては解像することはできない。このように、ホログラム２７自身は見えず、表示セル３により提示される画像の知覚を妨害することはない。
【００７６】
この実施例において、表示セル３はピクセル９がアドレス指定されていない場合に該表示セルにより透過される光の偏光を９０°回転するように構成されているので、該表示セルは上記ｓ偏光光線r1sをｐ偏光された光線r1pに変化させる。上記偏光子１５と交差的に配置されている偏光子１３は、該光線r1pを透過させ、該光線は次いで反射器１１により偏光を保存したまま反射され、光線r1p’を形成する。該光線r1p’はセル３によりr1s’に変換され、偏光子１５により透過されて、看取者２に到達する。従って、非アドレス指定状態では、上記ピクセル９は白として見える。一方、ピクセル９がアドレス指定されている場合、周囲ｓ偏光光線r2sは表示セル３により影響を受けずに透過され、従って偏光子１３において吸収されるので、該ピクセル９は看取者２にとっては黒として見える。周囲の照明状況が悪い場合は、光源１９がオンされる。該光源１９により放出される、光線r3uのような典型的には偏光されていない光は、入口側面２３において結合導入されて、導波器２１に沿って導波される。当該偏光選択性出力結合手段、即ち体積ホログラム２７に入射すると、ｓ偏光された光は選択的に回折されて光r3sとなり、ｐ偏光された光線r3pは透過されて、ＴＩＲにより当該導波器２１を更に下流へと進行する。該光線が導波器２１を下流に進行するにつれ、例えば当該導波器の製造中に生じた応力変形により、光線r3pは、或る程度ｓ偏光光を含むような光線r3u’に減偏光され得る。該減偏光により得られたｓ偏光光は再び体積ホログラム２７に入射され、該ホログラムにより光線r3s’として回折され得る。このように、光の再循環が得られ、当該導波器２１を高効率及び／又は高輝度の偏光光源にさせる。最終的に、ｐ偏光光線r3p’は入口面２３とは反対側の端面に到達し、該端面において反射され、吸収され又は当該導波器を離脱し得る。回折された光線r3sは非アドレス指定ピクセルに入射し、かくして最終的に当該表示器１により放出される。アドレス指定されたピクセルに入射する同様に回折された光r4sは偏光子１３により吸収される。
【００７７】
回折されることなく当該導波器の端部に到達し、該導波器に反射して戻される光は、上記ホログラムにより回折され得る。斯様に回折される光が当該フロントライト１７の後側に、従って直接看取者２に向かって回折されることは、体積ホログラムの元来の特徴である。かくして、前側／後側放出コントラストは減少される。従って、導波器２１の端部に到達する光が該導波器内に反射して戻されるのを防止するような光吸収層２９を入口面２３とは反対側の端面に設けることにより、上記前側／後側放出コントラストが増加される。他の例として、当該導波器２１にｐ偏光光をｓ偏光光に変換する偏光変換手段２９が設けられているなら、減偏光又は偏光反転により、光の再循環が得られる。ｓ偏光された光は当該導波器を戻る過程において上記体積ホログラムにより結合導出され得るので、該フロントライト装置１７のｓ偏光光の放出効率を大幅に増加させることができ、これにより、輝度を上昇させ及び／又は電力消費を減少させる。斯様な偏光変換手段自体は従来技術において既知であり、一例は、四分の一波長リターダが設けられた偏光保存反射器である。
【００７８】
図２は、動作時の、体積ホログラムを記録する装置１０１、特には導波光を選択的に回折させることが可能な体積ホログラムを記録する装置、を概念的に示している。更に詳細には、装置１０１は導波モードでホログラムを記録するためのものである。
【００７９】
装置１０１は、３５１.１ｎｍの波長を持つＵＶレーザ線で動作されるアルゴン・イオン連続波（ＣＷ）レーザ１０３（Spectra-Physics Beamlock 2085-25S）を有している。単一周波数動作を得るために、レーザ空洞内でエタロンが使用された。動作時に、レーザ１０３はビームを横切ってガウス的強度輪郭を持つ第１偏光のＴＥＭ_００モードレーザビームを生成し、該ビームの直径は最大中心強度レベルの１／ｅ^２において１.６ｍｍである。半波長リターダ１０４を使用して、上記レーザビームを所定の比の第１及び第２偏光を有するようなビームへ減偏光する。該リターダ１０４を回転させることにより、物体ビーム（object beam）ＯＢに対する基準ビームＲＢの強度を調整して、特に立方体１０９の面１１１での基準ビームＲＢと物体ビームＯＢとの重なりの領域における単位面積当たりで等しい強度を得ることができる。上記直径を約２２ｍｍに拡大すると共に、当該レーザビームを空間的にフィルタするために、レンズ系１０５が設けられ、該レンズ系は５μｍの直径を持つピンホール１０５ｐ、平凸溶融シリカレンズ１０５Ｌ_１（直径Ｄ＝６.３５ｍｍ、焦点距離ｆ＝１２.７ｍｍ）及び平凸溶融シリカレンズ１０５Ｌ_２（Ｄ＝２５ｍｍ、ｆ＝５０ｍｍ）を有する。
【００８０】
装置１０１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２５.４ｍｍ、溶融シリカ）と２つのＵＶミラー（Ｄ＝５０ｍｍ）Ｍ_１及びＭ_２とを有するようなマッハ・ツェンダ型干渉計モジュールを有している。ミラーＭ_１とスプリッタＰＢＳとの間には半波長リターダ１０７が配置されて、上記ＰＢＳにより出力される光の偏光状態を変化させる。動作時に、当該干渉形に入射するレーザ光ビームはスプリッタＰＢＳにより第１偏光を有する基準ビームＲＢと第２偏光を有する物体ビームＯＢとに分割され、該物体ビームＯＢの偏光は次いでリターダ１０７により第１偏光の方向に変換される。ミラーＭ_１及びＭ_２から反射されることにより、物体ビームＯＢと基準ビームＲＢとの重なりの領域に干渉パターンが形成される。両ビームの合成出力は約０.５ｍＷ／ｍｍ^２であった。
【００８１】
装置１０１は、更に、（５０＊５０＊５０ｍｍ）ガラス立方体１０９の形態のサンプルホルダを有し、該立方体の面１１１はホログラフ材料を有するサンプルを受け入れるようになっている。上記ガラス立方体１０９及びミラーは、面１１１の法線と物体ビームＯＢとが角度α_e1をなし、面１１１と基準ビームＲＢとが角度α_e2をなすように設定される。
【００８２】
例示として、ここで、装置１０１は本発明による導波器、即ち特には所定の範囲の波長（好ましくは、可視範囲の波長）に対して約４５°のブラッグ角で回折するように構成された体積ホログラフブラッグ格子を含む偏光選択性出力結合手段を有するような導波器、を製造するために使用される。
【００８３】
先ず、４９.５wt％のポリ（スチレン）（ＰＳ）、Ｍ_Ｗ＝45.000g/mole、４９.５wt％のシクロヘキシル・メタクリレート（ＣＨＭＡ）及び１wt％の１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（ＵＶイニシエータ）（これらは全てAldrichから購入された）のホログラフ・フォトポリマ混合物を、ガラス基板１１７（７６＊２６ｍｍなる面積、及び１ｍｍ厚）と、ガラススライド１１９（５０＊２４ｍｍなる面積、及び１５０μｍ厚）との間に挟んで１００μｍ厚のホログラフ層１１５を形成することによりサンプル１１３が形成される。
【００８４】
他の例として、４９.４wt％のポリスチレン（ＰＳ）、４９.６wt％のジエチレングリコール−ジメタクリレート（ＤＥＧＤＭＡ）及び０.９８wt％のＵＶイニシエータ１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンの混合物を使用することもできる。このようにして得られたサンプル１１３は、該サンプルのガラススライド側で、屈折率接触液（例えば、ベンジルメタクリレート、ｎ＝１.５１０）を用いて立方体１０９の面１１１に接着される。
【００８５】
第２に、角度α_e1及びα_e2は、基準ビームＲＢがサンプル１１３のガラス基板１１７の空気／ガラス界面に入射する際に該界面において全内反射が生じるように、選択される。更に詳細には、これら角度は、空気中における−１０°の回折角において緑色光（５５０ｎｍ）に対して４５°のブラッグ角が達成されるように選択されねばならない。計算は、当該ホログラムを記録するために使用されるレーザ光の波長が与えられた場合、該ホログラムの格子間隔は２５０.９ｍｍでなければならず、更なる計算によれば、その傾斜角度３８.６°は１８.４°の角度α_e1及び３２.８°の角度α_e2となる。
【００８６】
第３に、このように設定された角度α_e1及びα_e2を用いて、上記サンプルを基準ビームＲＢ及び物体ビームＯＢにより６０ｓの間照射することによりホログラフ層１１５に体積ホログラムが記録され、その際に、上記物体ビーム強度の基準ビーム強度に対する比は、重なり領域において単位面積当たりでホログラフ層１１５に入射する光の量、即ち物体及び基準ビームが等しく貢献するように選択される。次いで、上記層１１５を、ＵＶ光を用いた一様なブラケット露光により３０分間硬化させる。
【００８７】
硬化の後、上記サンプル１１３は、光を結合導入するための入口側面と、光の放出のための出口面と、導波された光を上記出口面を介して偏光選択的に結合導出する偏光選択性光出力結合手段とを有するような導波器２１（図１）を形成し、上記偏光選択性出力結合手段は導波光を所定の範囲の波長に関して約４５°のブラッグ角で選択的に回折させるように構成された体積ホログラフブラッグ格子の形態の体積ホログラムを有する。
【００８８】
サンプル１１５（導波器２１）はガラス立方体１０９から除去され、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）が該導波器の入口側２３の近傍に配置され、かくして、エッジ照射照明装置１７を形成する。
【００８９】
図３は、ＣＣＦＬランプの正規化された放射スペクトルを示している。上記エッジ照射照明装置１１７は、輝度測定装置、光出力を出力角度の関数として測定するEldimにより製造されたＥＺコントラスト３００Ｄ、上に装着される。
【００９０】
次いで、図３に示すような放射スペクトルを持つＣＣＦＬランプによりエッジ照射された導波器２１により放出される光の、傾斜角（度）の関数としての輝度（ｃｄ／ｍ^２）がｓ偏光光（曲線Ｓ）及びｐ偏光光（曲線Ｐ）に関して測定され、その結果は図４に示される。該輝度は格子面に垂直な面内で測定される。
【００９１】
図５は、図４にプロットされた輝度データに対応する偏光コントラスト（無次元単位）を示している。
【００９２】
傾斜角とは、ホログラフ層１１５の法線と当該輝度が測定される方向との間の角度として定義される。
【００９３】
先ず、図４及び図５は、本発明による導波器により結合導出される光は高度に偏光されていることを示している。偏光コントラストは、大きな光放出が生じる傾斜角（−２５度ないし＋１０度）の分布にわたり少なくとも５であり、特定の傾斜角に対しては、該偏光コントラストは１０又は１５より大きい。当該ホログラムが特別に設計された傾きである−１０度辺りで結合導出される光に対しては、偏光コントラストは７５を超える。
【００９４】
第２に、本発明による導波器により結合導出される光は高度にコリメートされており、殆どの光は−２５度ないし＋１０度の範囲で結合される。
【００９５】
第３に、当該導波器の光出力結合はカラー選択的であり、赤に対してはＲ、黄色に対してはＹ、緑に対してはＧ及び青に対してはＢと符号が付された上記ＣＣＦＬランプの各放射ピークは、図４では明確に知覚可能である。
【００９６】
更に、光が結合導出される傾斜角は、略、出口面の法線である。本例では、光出力結合は、−１０度の傾斜角周辺に中心を合わせるように慎重に選択されている。前記記録工程を適切に調整することにより、如何なる傾斜角（特に０度）も実現することができる。
【００９７】
図６は、図４の放射スペクトルを持つ本発明による導波器２１の種々の傾斜角に関して、波長（ｎｍ）の関数としての相対強度（無次元単位）を示している。図６は、当該導波器のカラー選択性光放出を、−２０度で選択的に結合される赤（約６１１ｎｍ）、−１４度における黄色（約５８５ｎｍ）、−８度における緑（約５４５ｎｍ）及び０度における緑がかった青（約４９０ｎｍ）により確認している。更に、−２７度における深い赤（約６５０ｎｍ）及び８度における青（約４３５ｎｍ）も結合導出されるが、これらは、図４では殆ど知覚することができないような低い輝度によるものである。輝度、即ち光度測定量、がプロットされる図４とは対照的に、図６でプロットされる相対強度は、目の感度というよりは放出されるエネルギに対応する放射測定量であり、図４に対しては異なるカラー間で全く異なった強度バランスとなり、図６では青及び赤の貢献度は大幅に顕著となる。
【００９８】
本発明によるエッジ照射型照明装置の実施例の第２例においては、上記ＣＣＦＬランプが緑色発光ダイオードにより置換され、該ダイオードの正規化された放射スペクトルは図７に示される。
【００９９】
斯様にして得られたエッジ照射型照明装置に対して、前述したような角度的輝度測定が実行される。
【０１００】
図８及び９を参照すると、当該導波器により出力結合される光は、−１１度辺りを中心とする２０度の角度範囲内で光度にコリメートされていると共に、光度に偏光されている。偏光コントラストは傾斜角−１１度において２００を超える一方、−６度ないし−１２度の範囲を通して該偏光コントラストは１００を超えている。この第２実施例において達成される非常に高い偏光コントラストは、当該導波器の偏光コントラストが５５５〜５７５ｎｍの波長範囲内で最も大きくなるという事実によるものと思われる。この波長においては、ＬＥＤは大きな放射強度を有する一方、ＣＣＦＬは小さな強度しか有さない。
【０１０１】
図１０は、本発明によるエッジ照射型照明装置の第２実施例（図７に示すような放射を有する発光ダイオードによりエッジ照射される）により放出される光のｓ偏光輝度（任意の単位）を、前方向（曲線Ｆ）及び後方向（曲線Ｂ）において示している。
【０１０２】
図１１は、図１０に示されるｓ偏光輝度データの前方／後方コントラストを示している。
【０１０３】
本発明による導波器及びエッジ照射型照明装置の重要な特徴は、該導波器により結合導出される光が、都合よくは前側と呼ばれる、当該導波器の一方の側に選択的に結合導出されることである。この特徴は、当該エッジ照射型装置がフロントライトとして使用される場合に特に有利である。表示器におけるフロントライトとして使用される場合、該照明装置は前側が表示器に向けられ、後側が看取者に向けられる。上記後側から放出される如何なる光も、看取者に向かって直接放出される。当該表示器のコントラストは、前方／後方コントラストに比例する。図１０及び１１を参照すると、本発明の該実施例による導波器は、光を一方の側、即ち前側、に選択的に結合導出する。前方／後方コントラストは約２５であり、この値は該コントラストが、空気ガラス界面（ここでは、空気と、上記基板の体積ホログラムから遠い側のガラス表面との界面である）における（略）直角での反射に関して典型的に観測される４％反射により事実制限されていることを示している。望むならば、上記４％反射は反射防止コーティングを設けることにより更に低減することができる。この実施例においては、当該導波器には、前記入口側面とは反対の端面上に、該端面に到達した如何なる導波光も吸収する光吸収コーティングが設けられる。斯様な端面から反射される如何なる光も、後側に選択的に結合導出され、かくしてコントラストを減少させる。斯様な光吸収層が存在しなくても、上記前方／後方コントラストは依然として充分に大きく、典型的には１０以上である。
【０１０４】
本発明の他の実施例においては、上記体積ホログラムは厚さｄ及び屈折率変調Δｎを持つ体積ホログラフ層を有し、これらの積ｄΔｎは、第１偏光の導波光が第２偏光の導波光より効率的に回折されるように選択され、第１偏光回折効率は第２偏光の回折効率の少なくとも５倍、好ましくは１０倍である。
【０１０５】
図１２は、Δｎの種々の値に関して、体積ホログラフ格子層により放出されるｓ偏光光の回折効率（無次元単位）の格子厚（μｍ）の関数としての計算されたグラフを示している。
【０１０６】
図１３は、Δｎの種々の値に関して、体積ホログラフ格子層により放出されるｐ偏光光の回折効率（無次元単位）の格子厚（μｍ）の関数としての計算されたグラフを示している。
【０１０７】
プロットされた結果は、４５０ｎｍの格子間隔、２３.２°の傾き又は傾斜角及び１.５５の平均屈折率を有し、５５０ｎｍ（空気中で）の光により照明されたホログラフ格子に基づくものである。
【０１０８】
回折効率ＤＥは、比Ｉ_ｄ／(Ｉ_ｒ＋Ｉ_ｄ)として定義され、ここで、Ｉ_ｄは一次回折ビームの強度であり、Ｉ_ｒは前記基準ビームの妨害されていない部分（零次回折）の強度である。
【０１０９】
図１２及び１３は、ベル・システム・テクニカル・ジャーナル１９６９、４８、２９０９においてKogelnikにより与えられた式により正確なブラッグ整合が満たされるとの仮定の下で計算されており、該式は積ｄΔｎを傾斜角、格子間隔及びブラッグ条件で回折されるべき波長のパラメータに関連づける。
【０１１０】
図１２及び１３は、格子層の厚さ及び屈折率変調Δｎの適切な選択がなされるなら、偏光光の出力結合が達成されることを示している。例えば、屈折率変調Δｎ＝００.１なら、格子厚が４５μｍであれば、ｐ偏光光は高いコントラストで偏光選択的に結合導出される。同じコントラストは、Δｎ＝０.００５及び厚さが９０μｍの場合に達成され、積ｄΔｎが関連があるパラメータであることを示している。
Δｎ＝０.０１及び厚さが６５μｍなら、ｓ偏光光が光度に選択的に結合導出される。
好ましくは、偏光コントラストは、２０、１００又はそれ以上のように可能な限り大きく選択される。
５未満の偏光コントラストは、フロントライト装置のような多くの実際的アプリケーションにおいて不適なほど低い。
図１４は、本発明による照明装置及び導波器の他の実施例を概略示している。
図１５は、図１４に示す照明装置における光の振る舞いを概念的に示している。
【０１１１】
該エッジ照射型照明装置４１は、近傍に反射器４９付き光源４５が配設された入口側面４７と、出口面５１とを備える導波器４３を有している。導波器４３は導波された光を偏光選択的に結合導出する偏光感知出力結合手段を有し、該手段は体積ホログラム４９と、入口面４７と体積ホログラム４９との間に配置され入力部材５５（導波基板とも呼ばれる）の境界面に対応する偏光選択性ビーム分割界面５３と、出力部材５７とを有している。上記入力及び出力部材は、ｎ_entry,1／ｎ_exit,1＜ｎ_entry,2／ｎ_exit,2を満たすような屈折率を有し、これは少なくとも上記入力部材又は出力部材が光学的に異方性であって、共通界面５３を偏光選択性ビーム分割界面にさせることを意味し、ここで、ｎ_entry,1は第１偏光の導波光が受ける入力部材５５の屈折率であり、ｎ_entry,2は第２偏光の導波光が受ける入力部材５５の屈折率であり、ｎ_exit,1は第１偏光の導波光が受ける出力部材５７の屈折率であり、ｎ_exit,2は第２偏光の導波光が受ける出力部材５７の屈折率である。
【０１１２】
図１５（第１偏光はｓ偏光光により表され、第２偏光はｐ偏光光により表される）を参照すると、ビーム分割界面５３はｓ偏光光をθ_s,min＜θ_ｒ＜θ_s,maxなる屈折角範囲で屈折させ、ｐ偏光光をθ_p,min＜θ_ｒ＜θ_p,maxなる屈折角範囲で屈折させる。θ_p,min＜θ_s,maxであるから、上記２つの範囲は重なり合い、専らｓ偏光光からなる範囲θ_s,min＜θ_ｒ＜θ_p,minと、専らｐ偏光光からなる範囲θ_s,max＜θ_ｒ＜θ_p,maxと、ｓ及びｐ偏光光の両方を有する中間範囲θ_p,min＜θ_ｒ＜θ_s,maxとを形成する。
【０１１３】
体積ホログラム４９は、範囲θ_s,min＜θ_ｒ＜θ_p,min内の屈折角を持って出力部材５７内に屈折された導波光を選択的に回折するように構成され、従ってｓ偏光されたもののみが結合導出される。代わりに、ｐ偏光光を結合導出するために範囲θ_s,max＜θ_ｒ＝＜θ_p,maxであった可能性もある。
【０１１４】
オプションとして、当該導波器は更に、入口側面４７とは反対の端面６０上に設けられて、反射に際して出口面５１を介して結合導出されない如何なる導波光の偏光も反転又は偏光解除（減偏光）する偏光反転又は減偏光反射器６１を有する。
【０１１５】
この特定の実施例におては、ｎ_entry,1／ｎ_exit,1＜１.０であり、入力部材５５は光学的に等方性である一方、出力部材５７は光学的に異方性であり、これはｎ_entry,1＝ｎ_entry,2＝ｎ_ｓ及びθ_c1＝θ_c2＝θ_ｃを意味する。各角度は、出口面５１に垂直な軸５９に対して測定される。
【０１１６】
図１５を参照すると、動作時において、典型的な偏光されていない光線ｕは、入口側面４７において結合導入され、導波器４３を下流に導波され、入射角θ_iuで偏光選択性ビーム分割界面５３に入射するが、ここで、θ_ｃ＝＜θ_iu＝＜９０°である。ｎ_entry,1／ｎ_{e xit,1}＜１.０であるから、上記非偏光光線ｕの第１成分、例えばｓ偏光成分、は界面５３により屈折され、屈折角θ_rsで出力部材５７に入る。一方、該光線ｕの第２成分、即ちｐ偏光成分、は角度θ_rpで出力部材５７へと屈折される。当該体積ホログラムは角度θ_rsで屈折された光線ｓを選択的に結合導出し、角度θ_rpの光線ｐは透過させ、次いで該光線ｐは出口面５１から全内反射される。このように、偏光感知ビーム分割界面５３及び上記体積ホログラムは協働して、導波光を偏光選択的に結合導出する偏光感知出力結合手段を形成する。当該照明装置の偏光光出力の輝度及び／又は効率を更に改善するために、上記の全内反射されたｐ偏光光線ｐは、偏光反転反射器４９からの反射に際してｓ偏光光線ｓを生成するように減偏光又は偏光反転することができ、かくして得られたｓ偏光光線を、当該導波器４３を入口側面４７に向かって進行する際に出力結合に利用することができるようにする。
【０１１７】
図１６は、本発明による照明装置及び導波器の他の実施例における光の挙動を概念的に示している。図１６が参照する実施例は、上記入力及び出力部材の屈折率楕円体（optical indicatrix）がｎ_entry,1／ｎ_exit,1＝＜１.０及びｎ_entry,2／ｎ_eixt,2＞１.０となるように相互に整合されている点を除き、図１４に示した実施例と同一である。斯様に相互に整合された屈折率楕円体によれば、上記入力部材から当該界面に入射する第１偏光の導波光は上記出力部材に少なくとも部分的に透過（屈折）され、上記入力部材から当該界面に入射する第２偏光の導波光は少なくとも前記偏光選択性ビーム分割界面の対応する臨界角より大きな角度に関しては全内反射され、第１偏光の導波光は、上記体積ホログラムが上記出力部材に透過された導波光を回折するように構成されている限り、該体積ホログラムにより結合導出される。該体積ホログラムと上記出力部材との間の界面における結合導出されるべき偏光のＴＩＲを抑圧するために、好ましくは、当該体積ホログラフ層の平均屈折率はｎ_entry,1以上でなければならない。言い換えると、偏光されていない導波光線ｕが当該偏光選択性ビーム分割界面に入射すると、該光線は第１偏光の屈折光線ｓ（例えば、ｓ偏光光線）と、第２偏光の全内反射光線ｐ（例えば、ｐ偏光光線）とに分割され、上記ｓ偏光光線は該ホログラムにより結合導出される。上記体積ホログラム及び偏光選択性ビーム分割界面は協働して、本発明による偏光選択性出力結合手段を有するような導波器を形成する。
【０１１８】
図１７は、本発明による更に他の導波器及びフロントライト照明装置及び表示装置を断面図で概念的に示している。
【０１１９】
反射型表示装置６１はガラス基板６５を備える表示セル６３を有し、これら基板の間にはＬＣ層６７が配設されている。該ＬＣ層６７内には、ピクセル６９が反射性Ａｌ電極６８を用いて規定されている。アドレス指定された状態のピクセル６９によれば、当該セルにより透過される光の極性は変化されない。非アドレス指定状態のピクセル６７によれば、偏光は９０°又は９０°の奇数倍だけ変化される。当該表示装置６１は、セル６３と看取者２との間に配置された単一のリニア吸収偏光子７５を有している。フロントライトエッジ照射型装置７７が、偏光子７５と表示セル６３との間に配置されている。該フロントライト７７は、導波器８１の入口側面８３の近傍に配置された光源７９を有し、上記導波器は出口面８５と、共に前述した型式の体積ホログラム８７並びにオプションとして光吸収及び／又は光再循環手段８９を少なくとも含む偏光選択性出力結合手段とを更に有している。周囲光を用いた動作時において、周囲光線ruは偏光された（例えば、ｓ偏光された）光線rsに偏光され、該光線rsは妨害されずに導波器８１を通過する。アドレス指定状態のピクセル６９に入射すると、上記光線rsはLC層６７により透過され、電極６８から反射され、再びLC層６７を通過するが、これらは全て偏光を変化させることなくなされる。光線rsが偏光子７５に再び到達する場合に偏光は変化していないから、該光線は偏光子７５により透過される。一方、ｓ偏光光線rs2が非アドレス指定ピクセルに入射する場合、偏光は変化され、かくして光線rp2を形成し、該光線rp2は次いで偏光子７５により吸収される。フロントライト７７がオンされている場合、光源７９からの光のｓ偏光成分は体積ホログラム８７により表示セル６３に向かって偏光選択的に回折される。
【０１２０】
図１８は、本発明による導波器及びバックライト照明装置及び表示装置を断面図で概念的に示している。
【０１２１】
表示装置２０１は、ＬＣ層２０７とピクセル２０９とを備える表示セル２０３を有するような半透過型装置である。看取者２と表示セル２０３との間に配置されるように、リニア吸収偏光子２１５が設けられている。バックライト照明装置２１７は、周囲条件が悪い場合に、上記表示セル２０３を後方から照明する。該装置２１７は導波器２２１の入口側面２２３の近傍に配置された光源２１７を有し、該導波器は出口面２２５と、少なくとも体積ホログラムを含む偏光選択性出力結合手段とを有している。周囲光又は光源２１９からの迷光を反射するために、バックライト２１７の背後に反射器２１１が配置されている。オプションとして、当該導波器２２１により放出される光のコントラストを更に向上させるために、該導波器２２１と表示セル２０３との間にクリーンアップ偏光子２１３を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】図１は、本発明による導波器及びフロント照明装置及び表示装置を断面図で概念的に示す。
【図２】図２は、体積ホログラムを記録する装置を、動作時において概念的に示す。
【図３】図３は、ＣＣＦＬランプにより放出される正規化されたスペクトル、相対強度Ｉ（無次元単位）対波長λ（ｎｍ）、を示す。
【図４】図４は、図３に示すような放射スペクトルを有するＣＣＦＬランプによりエッジ照射された本発明による導波器により放出される光の傾斜角度α（度）の関数としての輝度Ｌ（ｃｄ／ｍ^２）を、ｓ偏光（曲線Ｓ）及びｐ偏光（曲線Ｐ）の各々に関して示す。
【図５】図５は、図４でプロットした輝度データに対応して、偏光コントラストＣ_pol（無次元単位）を傾斜角α（度）の関数として示す。
【図６】図６は、波長λ（ｎｍ）の関数としての相対強度Ｉ（無次元単位）を、本発明による導波器の種々の傾斜角に関して示す。
【図７】図７は、緑色発光ダイオードの正規化された放射スペクトル、相対強度Ｉ（無次元単位）対波長λ（ｎｍ）、を示す。
【図８】図８は、図７に示すような放射スペクトルを有する発光ダイオードによりエッジ照射された本発明による導波器により放出される光の傾斜角度α（度）の関数としての輝度Ｌ（任意の単位）を、ｓ偏光（曲線Ｓ）及びｐ偏光（曲線Ｐ）の各々に関して示す。
【図９】図９は、図８でプロットした輝度データに対応して、偏光コントラストＣ_pol（無次元単位）を傾斜角α（度）の関数として示す。
【図１０】図１０は、図７に示すような放射スペクトルを有する発光ダイオードによりエッジ照射された本発明による導波器により放出される光の傾斜角度α（度）の関数としてのｓ偏光輝度Ｌ（任意の単位）を、前側方向（曲線Ｆ）及び後側方向（曲線Ｂ）の場合について示す。
【図１１】図１１は、前方／後方コントラストＣ_F/B（無次元単位）を、図１０に示すｓ偏光輝度データの傾斜角度α（度）の関数として示す。
【図１２】図１２は、Δｎの異なる値に関して、体積ホログラフ格子層により放出されるｓ偏光光の格子厚ｄ（μｍ）の関数としての回折効率ＤＥ（無次元単位）の算出されたグラフを示す。
【図１３】図１３は、Δｎの異なる値に関して、体積ホログラフ格子層により放出されるｐ偏光光の格子厚ｄ（μｍ）の関数としての回折効率ＤＥ（無次元単位）の算出されたグラフを示す。
【図１４】図１４は、本発明による照明装置及び導波器の他の実施例を概念的に示す。
【図１５】図１５は、図１４に示す照明装置における光の振る舞いを概念的に示す。
【図１６】図１６は、本発明による照明装置及び導波器の他の実施例における光の振る舞いを概念的に示す。
【図１７】図１７は、本発明による更に他の導波器及びフロント照明装置及び表示装置を断面図で概念的に示す。
【図１８】図１８は、本発明による導波器及びバックライト照明装置及び表示装置を断面図で概念的に示す。

Claims (15)

1. 光を結合導入するための入口側面と、光を放出するための出口面と、導波された光を前記出口面を介して偏光選択的に結合導出するための偏光選択性光出力結合手段とを有する導波器であって、前記偏光選択性光出力結合手段が導波された光を前記出口面に向かって選択的に回折させるように構成された体積ホログラムを有していることを特徴とする導波器。
2. 請求項１に記載の導波器において、前記体積ホログラムが体積ホログラフブラッグ格子であることを特徴とする導波器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の導波器において、前記偏光選択性光出力結合手段が、導波された光を約４５°のブラッグ角で回折させるように構成された体積ホログラムを含んでいることを特徴とする導波器。
4. 請求項１、２又は３に記載の導波器において、前記体積ホログラムは厚さｄと屈折率変調Δｎとを持つ体積ホログラフ層を有し、該体積ホログラフ層の積ｄΔｎは第１偏光の導波光が第２偏光の導波光より効率的に回折され、前記第１偏光の回折効率が前記第２偏光の回折効率の少なくとも５倍、好ましくは１０倍となるように選定されていることを特徴とする導波器。
5. 請求項１、２、３又は４に記載の導波器において、前記偏光選択性光出力結合手段は、前記体積ホログラムと前記入口側面との間に配置されて導波光を第１偏光の光と第２偏光の光とに分割する偏光選択性ビーム分割界面又は層を有し、少なくとも前記第１偏光の光は該第１偏光の光を選択的に回折するように構成された前記体積ホログラムに向けられることを特徴とする導波器。
6. 請求項５に記載の導波器において、入力部材及び出力部材を有し、前記入力部材は前記入口側面を有し、前記出力部材は前記体積ホログラムを有し、前記出力部材及び前記入力部材は前記偏光選択性ビーム分割界面を形成する共通の境界面を有し、少なくとも前記入力部材又は出力部材はｎ_entry,1／ｎ_exit,1＜ｎ_entry,2／ｎ_exit,2となるように選定された屈折率を有する光学的に異方性のものであり、ここで、
   ｎ_entry,1は第１偏光の導波光が受ける前記入力部材の屈折率であり、
   ｎ_entry,2は第２偏光の導波光が受ける前記入力部材の屈折率であり、
   ｎ_eixt,1は第１偏光の導波光が受ける前記出力部材の屈折率であり、
   ｎ_eixt,2は第２偏光の導波光が受ける前記出力部材の屈折率であり、
   前記第１偏光の光はθ_1,min＝＜θ_r＜θ_1,maxなる角度範囲内で屈折され、
   前記第２偏光の光はθ_2,min＜θ_r＝＜θ_2,maxなる角度範囲内で屈折され、
   前記体積ホログラムは、前記第１偏光の導波光をθ_1,min＝＜θ_r＜θ_2,minなる範囲内で選択的に回折するか、又は前記第２偏光の導波光をθ_1,max＜θ_r＝＜θ_2,maxなる範囲内で選択的に回折するように構成されていることを特徴とする導波器。
7. 請求項５に記載の導波器において、入力部材及び出力部材を有し、前記入力部材は前記入口側面を有し、前記出力部材は前記体積ホログラムを有し、前記出力部材及び前記入力部材は前記偏光選択性ビーム分割界面を形成する共通の境界面を有し、少なくとも前記入力部材又は出力部材は、前記入力部材から前記界面に入射する第１偏光の導波光が前記出力部材に少なくとも部分的に透過され、前記入力部材から前記界面に入射する第２偏光の導波光が少なくとも部分的に全内反射されるように選定された屈折率を持つ光学的に異方性のものであり、前記体積ホログラムは前記出力部材へと透過された前記導波光を回折するように構成されていることを特徴とする導波器。
8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の導波器において、前記偏光選択性光出力結合手段は、第１偏光の光が受ける第１屈折率変調及び第２偏光の光が受ける第２屈折率変調を有する光学的に異方性な材料から形成された体積ホログラムを含み、前記第１屈折率変調と前記第２屈折率変調とが相違することを特徴とする導波器。
9. 請求項５、６、７又は８に記載の導波器において、光学的に異方性の材料から一体的に形成された体積ホログラムと出力部材との組み合わせ、及び／又は光学的に異方性の材料から一体的に形成された体積ホログラムと偏光選択性ビーム分割層との組み合わせを有することを特徴とする導波器。
10. 当該導波器へ光を結合導入するための入口側面と、当該導波器から光を放出するための出口面と、該出口面とは反対側の後面と、当該導波器の一方の側へ光を結合導出するように構成された体積ホログラムとを有する導波器であって、前記一方の側が該導波器の前記出口面の側であることを特徴とする導波器。
11. 請求項１０に記載の導波器において、前記導波器は前記入口側面とは反対側の端面を有し、該端面には反射防止層若しくは複数の層又は光吸収性コーティングのような前記導波器に反射して戻される光の量を減少させる手段が設けられることを特徴とする導波器。
12. 請求項１ないし１１の何れか一項に記載の導波器と、該導波器の前記入口側面の近傍に配置された光源とを有するエッジ照射型照明装置。
13. 液晶装置のような反射型又は半透過型表示装置であって、請求項１２に記載の照明装置を備えるフロントライト装置を有していることを特徴とする反射型又は半透過型表示装置。
14. 請求項１３に記載の反射型表示装置において、表示セルと該表示セルの看取者側に配置された偏光子とを有し、前記フロントライト装置が前記偏光子と前記表示セルとの間に配置されることを特徴とする反射型表示装置。
15. 請求項１２に記載の照明装置又は請求項１４に記載の表示装置が設けられた移動体電話。

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