JP2011119272A - ロングパス反射体を有する蛍光体による照明システムおよびその作製方法 - Google Patents

ロングパス反射体を有する蛍光体による照明システムおよびその作製方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光源と、出力面を含む光導波路と、光源と光導波路の出力面との間に配置された電子放出性物質と、電子放出性物質と光導波路の出力面との間に配置された干渉反射体とを含む照明システムを開示すること。
【解決手段】光源は第１の光学特性を有する光を放出する。電子放出性物質は第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する。干渉反射体は第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する。
【選択図】図４

Description

構造内で発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用する白色光源は２つの基本的構成を有することができる。本明細書で直接発光ＬＥＤと称するその１つにおいて、白色光は異なる色のＬＥＤの直接発光により生成される。一例には赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの組合せ、青色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤの組合せがある。本明細書で蛍光体変換ＬＥＤ（ＰＣＬＥＤ）と称する他の構成において、単一のＬＥＤは狭い波長範囲の光を発生し、その光は蛍光体または他のタイプの電子放出性物質に当たるとともに励起して、ＬＥＤにより生じたものとは異なる波長を有する光を生成する。蛍光体は異質の電子放出性物質の混合または組合せを含むことができるとともに、蛍光体により放出された光は、放出された光が人間の裸眼に対して実質的に白色に見えるように可視波長範囲にわたって分散された広いまたは狭い発光線を含むことができる。
ＰＣＬＥＤの一例は青色光をより長い波長に変換する蛍光体を照明する青色ＬＥＤである。青色励起光の一部分は蛍光体に吸収されないとともに、残存青色励起光は蛍光体より発光されたより長い波長と組み合わされる。ＰＣＬＥＤの他の例はＵＶ光を吸収して赤色、緑色、および青色光、もしくは青色および黄色光の組合せのいずれかに変換する蛍光体を照明する紫外（ＵＶ）ＬＥＤである。
ＰＣＬＥＤの他の用途はＵＶまたは青色光を緑色光に変換することである。一般に緑色ＬＥＤは比較的低い効率を有するとともに、動作中に出力波長を変化させることができる。緑色ＬＥＤと比べて緑色ＰＣＬＥＤは向上波長安定性を有することができる。
直接発光白色ＬＥＤを超える白色光ＰＣＬＥＤの利点には、デバイス経年劣化および温度の関数としてのより良好な色安定性、より良好なバッチ毎およびデバイス毎の色均一性／再現性がある。しかしＰＣＬＥＤは、一部には蛍光体による光吸収および再発光のプロセスにおける非効率性のため、直接発光ＬＥＤより効率が低い恐れがある。
本開示は電子放出性物質と成分をフィルタリングする干渉反射体とを用いた照明システムを提供する。いくつかの実施形態において、本開示の干渉反射体は個別光学層を含む多層光学フィルムを含み、その少なくともいくつかが複屈折性を有し、フィルムの厚さを通して光中継ユニットに配列され得る。隣接の光学層は反射率を維持するとともに、中〜高入射角におけるｐ偏光の漏れを防止する屈折率関係を有する。
一態様において本開示は、第１の光学特性を有する光を放出する光源と、出力面を含む光導波路とを含む照明システムを提供する。また照明システムは、光源と光導波路の出力面との間に配置され、第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する電子放出性物質を含む。システムは、電子放出性物質と光導波路の出力面との間に配置され、第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する干渉反射体をさらに含む。
他の態様において本開示は、第１の光学特性を有する光を放出する光源を設けるステップと、光源により放出された光を受光するように電子放出性物質を配置するステップとを含み、電子放出性物質が第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する、照明システムの製造方法を提供する。方法は電子放出性物質が光源と干渉反射体との間にあるように干渉反射体を配置するステップをさらに含み、干渉反射体が第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する。方法は干渉反射体により透過された光を受光するように光導波路を配置するステップをさらに含み、光導波路は干渉反射体により透過された光の少なくとも一部分を光導波路の出力面を介して向ける。
他の態様において本開示は、照明システムと空間光変調器とを含むディスプレイを提供する。照明システムは第１の光学特性を有する光を放出する光源と、出力面を含む光導波路とを含む。照明システムは、光源と光導波路の出力面との間に配置され、第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する干渉反射体をさらに含む。照明システムは、光源と干渉反射体との間に配置され、第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する電子放出性物質をさらに含む。空間光変調器は照明システムに光学的に結合されるとともに、照明システムからの光の少なくとも一部分を変調するように動作可能な複数の制御可能要素を含む。
他の態様において本開示は、電子放出性物質を第１の光学特性を有する光で照明するステップを含み、電子放出性物質は第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する、照明を所望の場所に提供する方法を提供する。方法は干渉反射体を電子放出性物質により放出された光で照明するステップと、干渉反射体により透過された光の少なくとも一部分を所望の場所へ向けるステップとを含み、干渉反射体が第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する。
本開示の上記の概要は本開示の各開示実施形態またはすべての実施を説明しようとするものではない。図および以下の詳細な説明が例示的実施形態をより具体的に例示する。
ショートパス干渉反射体を有する照明システムの一実施形態を概略的に図示する図である。 ショートパス干渉反射体とロングパス干渉反射体とを有する照明システムの一実施形態を概略的に図示する図である。 ショートパス干渉反射体と１つまたは複数の光学素子とを有する照明システムの一実施形態を概略的に図示する図である。 ロングパス干渉反射体を有する照明システムの一実施形態を概略的に図示する図である。 ショートパス干渉反射体と、ロングパス干渉反射体と、光学キャビティとを有する照明システムの一実施形態を概略的に図示する図である。 １つまたは複数のファセットを含む光学キャビティを有する照明システムの一実施形態の概略上面平面図である。 図６Ａの照明システムの光学キャビティの一部分の概略断面図である。 図６Ａの照明システムの概略側面図である。 １つまたは複数のファセットを含む光学キャビティを有する照明システムの他の実施形態の概略側面図である。 １つまたは複数のファセットを含む光学キャビティを有する照明システムの他の実施形態の概略側面図である。 各々１つまたは複数のファセットを含む４つの光学キャビティを有する照明システムの他の実施形態の概略上面平面図である。 光導波路内に配置された１つまたは複数の光学キャビティ内に配置されたショートパス干渉反射体を有する照明システムの一実施形態の概略上面平面図である。 線８Ｂ−８Ｂに沿った図８Ａの照明システムの概略断面図である。 光導波路の入力面に隣接した１つまたは複数の光学キャビティを有する照明システムの一実施形態の概略側面図である。 図９（Ａ）の照明システムの概略上面平面図である。 光導波路の入力面に隣接した１つまたは複数の光学キャビティを有する照明システムの一実施形態の概略斜視図である。 線１０Ｂ−１０Ｂに沿った図１０（Ａ）の照明システムの概略断面図である。 電子放出性物質と光導波路の出力面との間に配置されたショートパス干渉反射体を有する照明システムの一実施形態を概略的に図示する図である。 光導波路の出力面に隣接して配置されたショートパス干渉反射体と、ショートパス干渉反射体上に配置された１つまたは複数の蛍光体ドットとを有する照明システムの一実施形態を概略的に図示する図である。 楔状光導波路を有する照明システムの一実施形態の概略斜視図である。 １つまたは複数の光導波路を有する照明システムの一実施形態の概略断面図である。 １つまたは複数の光導波路を有する照明システムの他の実施形態を概略的に図示する図である。 照明システムとディスプレイデバイスとを含むディスプレイアセンブリを概略的に図示する図である。 電子放出性物質が光導波路の出力面とロングパス干渉反射体との間にあるように配置されたロングパス干渉反射体を有する照明システムの一実施形態を概略的に図示する図である。 １つまたは複数の光導波路を有する照明システムの他の実施形態の概略断面図である。
本開示は光源と、１つまたは複数の光導波路と、電子放出性物質と、１つまたは複数の干渉反射体とを含む照明システムを提供する。いくつかの実施形態において照明システムは様々な用途用の白色光を提供する。本明細書で用いるように用語「白色」は人間の目の中の赤色、緑色および青色感覚器官を刺激して、一般的観察者が「白色」と考え得る様相を生じる光を指す。このような光は赤色に偏っている（一般に温白色光と称する）または青色に偏っている（一般に冷白色光と称する）場合がある。さらにこのような光は１００までの演色評価数を有することができる。
一般にこれらの照明システムは第１の光学特性を含む光を放出する光源を含む。本発明の開示のシステムは、第１の光学特性を含む光で照明されると第２の光学特性を含む光を放出する電子放出性物質も含む。第１の光学特性および第２の光学特性は任意の適当な光学特性、例えば波長、偏光、変調、強度等であり得る。例えば第１の光学特性は第１の波長域を含み得るとともに、第２の光学特性は第１の波長域とは異なる第２の波長域を含み得る。例示的一実施形態において光源は第１の光学特性を含む光を放出し、第１の光学特性はＵＶ光を含む第１の波長域を含む。この例示的実施形態において光源により放出されたＵＶ光は電子放出性物質を照明し、それによりこのような物質は第２の光学特性を含む光を放出し、第２の光学特性は可視光を含む第２の波長域を含む。
本開示のいくつかの実施形態はショートパス（ＳＰ）干渉反射体を含む。本明細書に用いるように用語「ショートパス干渉反射体」は、第１の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第２の光学特性を有する光を実質的に反射する反射体を指す。例示的一実施形態において照明システムは、光源からのＵＶ光を実質的に透過するとともに透過ＵＶ光により照明された電子放出性物質により放出された可視光を実質的に反射するＳＰ干渉反射体を含む。
さらにいくつかの実施形態において照明システムはロングパス（ＬＰ）干渉反射体を含む。本明細書で用いるように用語「ショートパス干渉反射体」は、第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する反射体を指す。例えば例示的一実施形態において照明システムは、電子放出性物質により放出された可視光を実質的に透過するとともに電子放出性物質を照明した光源からのＵＶ光を実質的に反射するＬＰ干渉反射体を含む。
一般に第１の光学特性および第２の光学特性が波長に関連している場合、本開示の電子放出性物質はより短い波長光（例えばＵＶ光）をより長い波長光（例えば可視光）にダウンコンバートし得る。代替的には赤外線を可視光にアップコンバートすることも可能である。例えばアップコンバート蛍光体は当該技術で周知であるともに通例２つ以上の赤外光子を用いて１つの可視光子を生成する。このような蛍光体を励起するのに必要な赤外ＬＥＤも示されており非常に効率的である。このプロセスを用いる可視光源を追加ＬＰ干渉反射体および／またはＳＰ干渉反射体によってより効率的にすることができるが、各々の機能はこの場合ダウンコンバート蛍光体システムに対して逆になる。ＳＰ干渉反射体を用いて可視光を透過しつつＩＲ光を蛍光体に向けることができるとともに、ＬＰ干渉反射体を蛍光体がＬＥＤとＬＰ干渉反射体との間にあるように配置することができる。ここでＬＰ干渉反射体は放出可視光を外側へ目的のシステムまたはユーザへ向ける。
本開示の例示的実施形態は概して第１の光学特性および第２の光学特性を波長と関連付けているが、このような例示的実施形態が第１の光学特性および第２の光学特性を光の他の適当な特性、例えば偏光、変調、強度等と関連付け可能であることは理解できよう。例えばＳＰ干渉反射体が第１の偏光の光を実質的に透過する一方でＬＰ干渉反射体が第２の偏光の光を実施形態的に透過するように、ＳＰ干渉反射体を選択し得る。
本開示の照明システムを任意の適当な用途で用い得る。例えばいくつかの実施形態において、照明システムをディスプレイ用の光源、灯具、ヘッドランプ、標識等として用い得る。
いくつかの実施形態においてＳＰ干渉反射体およびＬＰ干渉反射体の一方または両方はポリマー多層光学フィルムを含む。ポリマー多層光学フィルムは少なくとも第１および第２のポリマー材料の数十、数百、または数千の交互層を有するフィルムである。このような層はスペクトルの所望部分、例えばＵＶ波長に限定された反射帯域または可視波長に限定された反射帯域において所望の反射率を達成するように選択された厚さおよび屈折率を有する。米国特許第５，８８２，７７４号明細書（ジョンザ（Ｊｏｎｚａ）ら）を参照されたい。ポリマー多層光学フィルムを処理して、隣接層対が一致またはほぼ一致するもしくは故意に不一致であるフィルムに垂直なｚ軸に関連する屈折率を有するようにすることができるため、ｐ偏光に対する隣接層間の各界面の反射率が実質的に入射光角と関係ない場合には入射光とともに徐々に低下し、または入射角が垂線から離れるほど増加するようになっている。そのためこのようなポリマー多層光学フィルムは、高い斜め入射角でもｐ偏光に対して高い反射率レベルを維持することができるため、従来の無機等方性スタック反射体と比べて反射フィルムにより透過されるｐ偏光量を低減することができる。いくつかの実施形態においてポリマー材料および処理条件が隣接光学層の各対に対して、ｚ軸に沿った（フィルムの厚さに平行な）屈折率の差がｘおよびｙ（面内）軸に沿った屈折率差の数分の一以下になるように選択されており、その数分の一とは０．５、０．２５さらには０．１である。ｚ軸に沿った屈折率差は面内屈折率差と同一または反対符号を有することが可能である。
このようなポリマー多層光学フィルムを本明細書にさらに説明するように任意の適当な形状に形成することができる。例えばポリマー多層光学フィルムをエンボス加工、熱成形または他の既知の技術により、放物体、球体、または楕円体の一部分などの３次元形状を有するように恒久的に変形することができる。例えば米国特許第６，７８８，４６３号明細書（メリル（Ｍｅｒｒｉｌｌ）ら）を参照されたい。また米国特許第５，５４０，９７８号明細書（シュレンク（Ｓｃｈｒｅｎｋ））も参照されたい。
多様なポリマー材料が照明システム用の多層光学フィルムで使用するのに適当である。本開示の様々な実施形態によるある用途において、多層光学フィルムが、ＵＶ光に露光されたときに劣化されにくい材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／コポリメチルメタクリレート（ｃｏ−ＰＭＭＡ）のポリマー対で構成された交互ポリマー層を含むことが望ましい。またポリマー反射体のＵＶ安定性を、ヒンダードアミン系光安定剤（ＨＡＬＳ）などの非ＵＶ吸収光安定剤の混和により増加させることができる。場合によってはポリマー多層光学フィルムは透明金属または金属酸化物層を含むこともできる。例えばＰＣＴ国際公開第９７／０１７７８号パンフレット（アウダーカーク（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）ら）を参照されたい。頑健なポリマー材料の組合せでさえも容認不可能なほど劣化させ得る特に強いＵＶ光を用いる用途において、無機材料を用いて多層光学フィルムを形成することは有益であり得る。無機材料層は等方性でもよく、または例えばＰＣＴ国際公開第０１／７５４９０号パンフレット（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））に記載されているように複屈折性を示すように作製することができるため、本明細書に説明するように高いｐ偏光反射率を生じる有益な屈折率関係を有する。
一般に本明細書に説明する干渉反射体は、有機、無機、または有機および無機材料の組合せで形成された反射体を含む。干渉反射体は多層干渉反射体であってもよい。干渉反射体は可撓性干渉反射体であってもよい。可撓性干渉反射体はポリマー、非ポリマー材料、またはポリマーおよび非ポリマー材料で形成することができる。ポリマーおよび非ポリマー材料を含む例示的フィルムは、米国特許第６，０１０，７５１号明細書（ショウ（Ｓｈａｗ）ら）、同第６，１７２，８１０号明細書（フレミング（Ｆｌｅｍｉｎｇ）ら）、および欧州特許出願公開第７３３，９１９Ａ２号明細書（ショウ（Ｓｈａｗ）ら）に開示されている。
本明細書に説明する干渉反射体を可撓性、可塑性または変形可能材料で形成することができるとともに、それ自体が可撓性、可塑性または変形可能であってもよい。これらの可撓性干渉反射体を撓ませるまたは湾曲させることができるとともにそれらの事前撓み光学特性を維持した状態にすることができる。
既知の自己組織化周期構造、例えばコレステリック反射偏光子およびあるブロックコポリマーは、本開示の目的の多層干渉反射体であると考えられる。左および右回りカイラルピッチ要素の組合せを用いてコレステリックミラーを作製することができる。
本開示のいくつかの実施形態において、選択光学特性を有する光を実質的に透過または部分的に透過するように干渉反射体を選択することができる。
例えば青色光を部分的に透過するＬＰ干渉反射体を薄い黄色蛍光体層と組み合わせて用いて、光源からの青色光の一部を最初に蛍光体層の通過後、蛍光体層上に戻るように向けることができる。
青色光およびＵＶ光の反射を提供することに加えて、多層光学フィルムの機能はＵＶ光の透過を防止することにより、人間の目のダメージの防止を始めとする照明システムの内外の後続要素の劣化を回避することであり得る。いくつかの実施形態においてＵＶ吸収体を光源から最も離れたＵＶ反射体の側面に含み得る。このＵＶ吸収体は多層光学フィルム上または隣接し得る。
本開示の干渉反射体は任意の適当な材料を含み得るが、全ポリマー構成はいくつかの製造および費用便益を提供することができる。高い光透過性および大きな屈折率差を有する高温ポリマーを干渉反射体で用いる場合には、薄く且つ非常に可撓性のある環境的に安定した反射体を製造することによりＳＰおよびＬＰ干渉反射体の光学ニーズを満たすことができる。いくつかの実施形態において例えば米国特許第６，５３１，２３０号明細書（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ）ら）で教示されるような共押出し多層干渉反射体は、厳密な波長選択ならびに大面積および費用効率の高い製造を提供することができる。高い屈折率差を有するポリマー対の使用により、自立すなわち基板を有さないがなお作製が容易である、非常に薄く高反射ミラーの構成が可能になる。代替的には本開示の干渉反射体を例えば米国特許第３，７１１，１７６号明細書（アルフレイ（Ａｌｆｒｅｙ）Ｊｒ．ら）に記載されているような鋳造により形成し得る。
全ポリマー干渉反射体を様々な３次元形状、例えば半球体ドーム（本明細書にさらに説明するような）に熱成形することができる。しかし所望の角性能を生じるためにドームの表面全体にわたって正しい量に薄肉化を制御するように注意を払わなければならない。単純な二次元曲率を有する干渉反射体は、三次元複合形状干渉反射体より作製が容易である。具体的には任意の薄く且つ可撓性干渉反射体を二次元形状、例えば円筒の一部に屈曲することが可能でありこの場合、全ポリマー干渉反射体は必要ない。薄いポリマー基板上の多層無機干渉反射体をこのようにして整形することが可能であり、厚さ２００μｍ未満のガラス基板上の無機多層と同様である。低応力の恒久的形状を得るために後者をガラス転移点付近の温度に加熱しなければならない場合もある。
ＳＰおよびＬＰ干渉反射体に最適なバンド端は、システム内の光源および電子放出性物質の両方の発光スペクトルに依存することになる。図示の実施形態においてＳＰ干渉反射体の場合、光源からの発光は実質的にすべてＳＰ干渉反射体を通過して電子放出性物質を励起するとともに、光源に向けて戻される発光は実質的にすべてＳＰ干渉反射体によって反射されるため発光は光源またはその基本構造に入らずそこで発光が吸収され得る。この理由によりＳＰ干渉反射体のバンド端を規定するショートパスは、光源の平均発光波長と電子放出性物質の平均発光波長との間の領域に設定される。図示の実施形態ではＳＰ干渉反射体は光源と電子放出性物質との間に配置されている。しかしＳＰ干渉反射体が平面である場合には、光源からの発光はＳＰ干渉反射体の表面に垂直な様々な角度でＳＰ干渉反射体に当たることが可能であるとともに、ある入射角ではＳＰ干渉反射体により反射されて電子放出性物質に到達できない。ほぼ一定の入射角を維持するように干渉反射体が湾曲していなければ、設計バンド端を電子放出性物質および光源発光曲線の中間点より大きい波長に設定することにより全体のシステム性能を最適化するように望み得る。具体的には非常に僅かな電子放出性物質発光がほぼゼロ度の入射角（すなわち干渉反射体の表面に対して垂直）で干渉反射体に向けられているが、これは含まれる立体角が非常に小さいためである。
他の図示の実施形態においてＬＰ干渉反射体は電子放出性物質の光源とは反対側に配置されて、光源光を電子放出性物質に戻して再利用することによりシステム効率を向上させる。図示の実施形態において、光源発光が可視スペクトルにあるとともに電子放出性物質の色出力のバランスを取るために大量に必要である場合には、ＬＰ干渉反射体を省略し得る。しかしより短い波長光、例えば青色光を部分的に透過させるＬＰ干渉反射体を用いて、垂直入射より高い角度でより多くの青色光を通過させ得るスペクトル角度ずれにより、青色光源／黄色蛍光システムの角性能を最適化することができる。
さらなる図示の実施形態においてＬＰ干渉反射体は、ＬＰ干渉反射体への光源からの発光のほぼ一定の入射角を維持するように湾曲している。この実施形態において電子放出性物質および光源は両方ともＬＰ干渉反射体の一方側に面している。高い入射角では実質的に平面形状を有するＬＰ干渉反射体はより短い波長光を反射しない場合もある。この理由によりＬＰ干渉反射体の長い波長のバンド端を可能な限り長い波長に設定する一方で、可能な限り電子放出性物質発光の阻止を少なくすることができる。またバンド端設定を変更することにより全体のシステム効率を最適化することができる。
いくつかの実施形態において本明細書に記載した多層干渉反射体は横方向の厚さ勾配、すなわち反射体の一断面と反射体の他の断面とが異なる厚さを有し得る。これらの反射体は、発光入射角が多層反射体の外側領域に向かって増加するにつれてより厚い干渉層を有し得る。反射体の外側領域において反射体厚さの増加は帯域シフトを補償するが、これは反射波長が高および低屈折率干渉層の光学厚さおよび入射角に正比例するからである。
図１は照明システム１０の一実施形態を概略的に図示する。システム１０は光源２０と、出力面１４を有する光導波路１２とを含む。いくつかの実施形態において光導波路１２は入力面１６を含むこともできる。システム１０は光源２０と光導波路１２の出力面１４との間に位置する第１の干渉反射体３０も含む。第１の干渉反射体３０と光導波路１２の出力面１４との間に位置するのは電子放出性物質４０である。
光源２０は任意の適当な光源、例えばエレクトロルミネセントデバイス、冷陰極蛍光灯、無電極蛍光ランプ、ＬＥＤ、有機エレクトロルミネセントデバイス（ＯＬＥＤ）、ポリマーＬＥＤ、レーザダイオード、アークランプ等を含むことができる。本明細書で用いるように用語「ＬＥＤ」は可視、紫外、または赤外のいずれにしても、可干渉性または非可干渉性にかかわらず発光するダイオードを指す。本明細書で用いられるような用語は、従来型または超放射型種類にかかわらず「ＬＥＤ」として販売されている非可干渉性エポキシ封入半導体デバイスも含む。本明細書に用いられるようにこの用語は半導体レーザダイオードも含む。
いくつかの実施形態において光源２０を光導波路１２の１つまたは複数の側面、および／または光導波路１２の１つまたは複数の主面に隣接して配置することができる。図１に図示するように光源２０は入力面１６に隣接して配置されている。図１は照明システム１０を１つの光源２０を有するように図示しているが、照明システム１０は光導波路１２の同じまたは他の入力面に隣接して配置された２つ以上の光源を含み得る。
光源２０は第１の光学特性を有する光を放出する。任意の適当な光学特性を選択し得る。いくつかの実施形態において第１の光学特性は第１の波長域を含むことができる、例えば光源２０はＵＶ光を放出し得る。本明細書に用いられるように「ＵＶ光」は約１５０ｎｍ〜約４２５ｎｍの範囲の波長を有する光を指す。他の例では光源２０は青色光を放出し得る。
いくつかの実施形態において光源２０は１つまたは複数のＬＥＤを含む。例えば１つまたは複数のＬＥＤはＵＶ光および／または青色光を放出することができる。青色光は紫色および藍色光も含む。ＬＥＤはレーザダイオードおよび面発光レーザダイオードを始めとする、自然発光デバイスおよび輝尽または超放射発光を用いたデバイスを含む。
システム１０の光導波路１２は任意の適当な光導波路、例えば中空または中実の光導波路を含み得る。光導波路１２は形状が平面であるように図示されているが、光導波路１２は任意の適当な形状、例えば楔状、円筒状、平面状、円錐状、複合成形形状等を取り得る。さらに光導波路１２の入力面１６および／または出力面１４は任意の適当な形状、例えば光導波路１２の形状に対して上述したようなものを含み得る。光導波路１２を光がその出力面１４を通過するように構成することが好ましい場合がある。さらに光導波路１２は任意の適当な材料を含み得る。例えば光導波路１２はガラス、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、フルオロポリマーを始めとするアクリレート類、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）およびＰＥＴまたはＰＥＮもしくはその両方を含むコポリマーを始めとするポリエステル類、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリノルボルネンを始めとするポリオレフィン類、アイソタクチック、アタクチックおよびシンジオタクチック・立体異性体内のポリオレフィン類、およびメタロセン重合により生成されたポリオレフィン類がある。他の適当なポリマーにはポリエーテルエーテルケトン類およびポリエーテルイミド類がある。
照明システム１０は光源２０と光導波路１２の出力面１４との間に位置する第１の干渉反射体３０も含む。図１に図示された実施形態において第１の干渉反射体３０はＳＰ干渉反射体であり、すなわち光源２０からの第１の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第２の光学特性を有する光を実質的に反射する。例えば本明細書にさらに説明するように電子放出性物質４０は、光源２０からのＵＶまたは青色光で照明されると可視光を放出し得る。このような実施形態において第１の干渉反射体３０を、ＵＶ光を実質的に透過するとともに可視光を実質的に反射するように選択し得る。他の実施形態において電子放出性物質４０は、光源２０からの光で照明されると赤外光を放出しうる。このような実施形態において第１の干渉反射体３０を、光源２０からの光を実質的に透過するとともに赤外光を実質的に反射するように選択し得る。
第１の干渉反射体３０を光源２０と光導波路１２の出力面１４との間の任意の適当な場所に配置し得る。いくつかの実施形態において第１の干渉反射体３０を光導波路１２の入力面１６上、光導波路１２内または光源２０上に配置し得る。
第１の干渉反射体３０は任意の適当な干渉反射体または本明細書に記載する反射体を含み得る。さらに第１の干渉反射体３０は任意の適当な形状、例えば半球状、円筒状、平面状等を取り得る。
第１の干渉反射体３０を本明細書に説明するようにＵＶ、青色、または紫色光に露光されたときに劣化しにくい材料で形成することができる。一般に本明細書で検討する多層反射体は延長時間、高輝度照明下で安定可能である。高輝度照明を概して１〜１００ワット／ｃｍ2のフラックスレベルとして規定することができる。適当な図示のポリマー材料は、例えばアクリル材料、ＰＥＴ材料、ＰＭＭＡ材料、ポリスチレン材料、ポリカーボネート材料、スリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））から入手可能なＴＨＶ材料、およびそれらの組合せから形成されたＵＶ抵抗性材料を含むことができる。これらの材料およびＰＥＮ材料を青色光を放出する光源と一緒に用いることができる。
照明システム１０は第１の干渉反射体３０と光導波路１２の出力面１４との間に配置された電子放出性物質４０も含む。電子放出性物質４０は光源２０からの第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する。第２の光学特性は任意の適当な光学特性、例えば波長、変更、変調、強度等であり得る。いくつかの実施形態において電子放出性物質４０により放出された光は、電子放出性物質４０が第１の波長域を含む光源２０により放出された光で照明されると第２の波長域を含み得る。例えばいくつかの実施形態において電子放出性物質４０は、光源２０からのＵＶまたは青色光で照明されると可視光を放出し得る。本明細書に用いるように用語「可視光」は裸眼で知覚可能な、例えば概して約４００ｎｍ〜約７８０ｎｍの波長範囲の光を指す。他の実施形態において電子放出性物質４０は可視光および／または赤外光を放出し得る。本明細書で用いるように用語「赤外光」は７８０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲の光を指す。
一般に本明細書に開示した実施形態は多様な電子放出性物質により作用する。いくつかの実施形態において適当な蛍光物質を用い得る。このような蛍光物質は通例１５０〜１１００ｎｍ範囲の励起波長を有する組成内の無機質である。蛍光混合物はシリコーン、フルオロポリマー、エポキシ、接着剤、または他のポリマーマトリクスなどの結合剤内に分散された１〜２５μｍサイズ範囲の蛍光粒子を含み得る。そしてこれをＬＥＤなどの基板またはフィルムに塗布することができる。蛍光体には希土類ドーピングガーネット、ケイ酸塩、および他のセラミクスがある。他の実施形態において電子放出性物質は、蛍光染料および顔料、硫化物、アルミ酸塩、リン酸塩、窒化物を始めとする有機蛍光物質も含むことができる。例えば塩谷（Ｓｈｉｏｎｏｙａ）らの「蛍光体ハンドブック（Ｐｈｏｓｈｏｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」ＣＲＣ出版、フロリダ州ボカレイトン（Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ，ＦＬ）１９９８年を参照されたい。
狭い発光波長範囲を有する電子放出性物質４０を利用する実施形態において、視認者によって知覚されるような所望の色バランスを達成するように、電子放出性物質の混合物、例えば赤色、緑色および青色発光物質の混合物を配合することができる。他の実施形態においてより広い発光帯域を有する電子放出性物質が、より高い演色評価数を有する混合物に有用であり得る。いくつかの実施形態においてその電子放出性物質は速い放射崩壊定数を有し得る。
電子放出性物質４０は連続または不連続層内に形成することができる。電子放出性物質４０は均一または不均一パターンであり得る。電子放出性物質４０は小さい面積を有する領域、例えば各々平面図で１００００μｍ2未満の面積を有する「ドット」を含むことができる。図示の実施形態においてドットは各々、１つまたは複数の異なるピーク波長を有するより長い波長光を放出する蛍光体から形成することができる。例えば少なくとも１つのドットは赤色領域のピーク波長を発光する第１の電子放出性物質を含むことができるとともに、少なくとも他の蛍光体ドットは青色領域のピーク波長を発光する第２の電子放出性物質を含むことができる。複数のピーク波長を有する可視光を放出するドットを必要に応じて任意の均一または不均一の様態で配列且つ構成することができる。例えば電子放出性物質４０は表面または領域に沿って不均一密度勾配を有するパターンのドットを含むことができる。ドットは任意の規則的または不規則形状を有することができるとともに、平面図で円形である必要はない。加えて電子放出性物質４０は多層光学フィルムの共押出し表面薄層内に存在可能である。
構造化電子放出性物質を本明細書に記載するような性能の利点を提供するようにいくつかの方法で構成することができる。多数の蛍光体のタイプを用いてより広いまたは十分なスペクトル出力を提供する場合、より短い波長蛍光体からの光を他の蛍光体により再吸収され得る。分離ドット、線、または各蛍光体タイプの分離領域を含むパターンは再吸収量を低減することができる。
多層電子放出性物質構造も吸収を低減することができる。例えば各電子放出性物質の層を、最長波長エミッタが励起源に最も近い状態で順次形成し得る。エミッタのより近くで放出される光は平均して、電子放出性物質の出力面の近くで放出される光よりも全電子放出性物質内でより大きく多重散乱する。発光される最短波長が最も散乱および再吸収されやすいため、最短波長電子放出性物質を電子放出性物質の出力面の最も近くに配置することが好ましい場合がある。加えて各層に対して異なる厚さを用いることにより、多層構造を伝播するにつれて徐々に低下する励起光の強度を補償することが好ましい場合がある。同様な吸収および発光効率を有する電子放出性物質の場合、励起から出力側へ徐々に薄くなる層が各層における低下励起強度の補償を提供する。いくつかの実施形態において１つまたは複数のＳＰ干渉反射体を異なる電子放出性物質層間に配置することにより、後方に散乱して順序が前の層によって再吸収される放出蛍光体光を低減し得る。
非散乱電子放出性物質は多層光学フィルムと組み合わせて光出力の強化を提供することができる。例えば非散乱蛍光体層は、屈折率一致結合剤（例えば高屈折率不活性ナノ粒子を有する結合剤）内の従来の蛍光体、従来の蛍光体組成のナノサイズ粒子（例えば粒径が小さく光をわずかに散乱させる）、または量子ドット電子放出性物質を含むことができる。量子ドット電子放出性物質は、低バンドギャップを有する半導体、例えば硫化カドミウム、セレン化カドミウムまたはシリコンによる発光体であり、粒子が十分に小さいため電子構造が粒径により影響を受けて制御される。そのため吸収および発光スペクトルが粒径によって制御される。例えば米国特許第６，５０１，０９１号明細書（バウェンディ（Ｂａｗｅｎｄｉ）ら）を参照されたい。
電子放出性物質４０を第１の干渉反射体３０と光導波路１２の出力面１４との間の任意の適当な場所に配置し得る。いくつかの実施形態において電子放出性物質４０を光導波路１２の入力面１６上に配置し得る。代替的には電子放出性物質４０を光導波路１２内に配置し得る。他の実施形態において電子放出性物質４０を光導波路１２内で分散し得る。他の実施形態において電子放出性物質４０を第１の干渉反射体３０の出力面３２上に配置し得る。任意の適当な技術、例えば同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／７２７，０２３号明細書（アウダーカーク（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）ら）に記載されたような技術を用いて、電子放出性物質４０を第１の干渉反射体３０上に配置し得る。例えば電子放出性物質４０を第１の干渉反射体３０上に配置または塗布することができる。電子放出性物質４０を固体層として第１の干渉反射体３０に隣接して積層することができる。加えて電子放出性物質４０および第１の干渉反射体３０を順次または同時に熱成形することができる。電子放出性物質４０は圧縮性、弾性であり且つ発泡構造内に含有することさえ可能である。
いくつかの実施形態においてシステム１０は、電子放出性物質４０と第１の干渉反射体３０との間で電子放出性物質４０上に位置するＴＩＲ促進層を含むこともできる。ＴＩＲ促進層は電子放出性物質４０内の結合剤の屈折率より低い屈折率を提供する任意の適当な物質を含み得る。ＴＩＲ促進層はいくつかの実施形態において空隙であり得る。このような空隙は電子放出性物質４０内を高い入射角で横断する光の全反射を可能にする。他の実施形態においてＴＩＲ促進層は微細構造化表面を有する微細構造化層であり得る。微細構造表面は一組の直線ｖ形状溝または角柱、極小角錐のアレイを規定する複数の交差する組のｖ形状溝、一組または複数組の狭い突起部等により特徴付けることができる。このようなフィルムの微細構造化表面を他の平坦フィルムに対して配置すると、微細構造化表面の最上部分と平坦フィルムとの間に空隙が形成される。
あるタイプの電子放出性物質は、例えば光を第１の波長域から第２の波長域に変換する際に熱を発生することがある。電子放出性物質４０付近に空隙が存在することにより、電子放出性物質４０から周囲物質への熱伝達を大幅に低減し得る。熱伝達の低減は他の方法、例えば横方向に熱を除去可能なガラスまたは透明セラミック層を電子放出性物質４０付近に設けることにより補償することができる。
一般に光源２０は第１の光学特性を有する光を放出し、その光の少なくとも一部分が第１の干渉反射体３０を照明する。そして第１の干渉反射体３０は光源２０からの光を実質的に透過する。透過光の少なくとも一部分は電子放出性物質４０を照明する。電子放出性物質４０は第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する。一般に電子放出性物質４０は光を任意の方向に放出し得る。換言すればある光は光源２０に向かって後方に放出され得るとともに、ある光は光導波路１２に向かって放出され得る。電子放出性物質４０により放出された第１の干渉反射体３０を照明する光は実質的に反射されて、光が吸収され得る光源２０に到達しないようになっている。光導波路１２は電子放出性物質４０によって放出された光の少なくとも一部分を出力面１４を介して向け、そこで任意の適当な技術を用いて光を所望の場所に向けることができる。
本開示の照明システムのいくつかの実施形態は２つ以上の干渉反射体を含み得る。例えば図２は出力面１１４と入力面１１６とを有する光導波路１１２と、光源１２０とを含む照明システム１００の一実施形態を概略的に図示する。またシステム１００は光源１２０と光導波路１１２の出力面１１４との間に配置された第１の干渉反射体１３０と、第１の干渉反射体１３０と出力面１１４との間に配置された電子放出性物質１４０とを含む。図１に図示された実施形態の光導波路１２、光源２０、第１の干渉反射体３０、および電子放出性物質４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図２に図示された実施形態の光導波路１１２、光源１２０、第１の干渉反射体１３０および電子放出性物質１４０に同等に適用される。
図１のシステム１０と図２のシステム１００との間の１つの相違は、システム１００が、電子放出性物質１４０が第１の干渉反射体１３０と第２の干渉反射体１５０との間にあるように配置された第２の干渉反射体１５０を含むことである。いくつかの実施形態において第２の干渉反射体１５０はＬＰ干渉反射体、すなわち第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する反射体である。例えばいくつかの実施形態において電子放出性物質１４０は、ＵＶまたは青色光（すなわち第１の光学特性）で照明されると可視光（すなわち第２の光学特性）を放出し得る。このような実施形態において第２の干渉反射体１５０を、可視光を実質的に透過するとともにＵＶまたは青色光を実質的に反射するように選択し得る。他の実施形態において電子放出性物質１４０は、ＵＶまたは青色光で照明されると赤外光を放出し得る。これらの実施形態において第２の干渉反射体１５０を、赤外光を実質的に透過するとともにＵＶまたは青色光を実質的に反射するように選択し得る。
第２の干渉反射体１５０は本明細書に記載の任意の適当な干渉反射体を含み得る。さらに第２の干渉反射体１５０は任意の適当な形状、例えば半球状、円筒状、または平坦状を取り得る。
第２の干渉反射体１５０を電子放出性物質１４０と光導波路１１２の出力面１１４との間の任意の適当な場所に配置し得る。いくつかの実施形態において第２の干渉反射体１５０を光導波路１１２の入力面１１６上に配置し得る。他の実施形態において第２の干渉反射体１５０を光導波路１１２内に配置し得る。いくつかの実施形態において、例えば同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／７２６，９９７号明細書（アウダーカーク（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）ら）にさらに説明するように、電子放出性物質１４０を第２の干渉反射体１５０上に配置し得る。代替的には第１の干渉反射体１３０、電子放出性物質１４０、および第２の干渉反射体１５０は、電子放出性物質１４０が第１の干渉反射体１３０および第２の干渉反射体１５０の両方に接したアセンブリを形成し得る。任意の適当な技術、例えば同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／７２７，０２３号明細書（アウダーカーク（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）ら）に記載されたような技術を用いてこのようなアセンブリを形成し得る。
第１の干渉反射体１３０および第２の干渉反射体１５０の存在により照明システム１００の効率を向上することができる。第２の干渉反射体１５０は電子放出性物質１４０により吸収されず、ともすれば無駄になり得る光の少なくとも一部分を、電子放出性物質１４０に向けて後方に反射する。これにより光源１２０から電子放出性物質１４０までの光の効率的な経路長が増すため、電子放出性物質層の所与の厚さに対する電子放出性物質１４０により吸収される光量が増加する。光源１２０からの光の再利用によって電子放出性物質１４０のより薄い層の利用も可能になり光変換が効率的になる。
一般に光源１２０により放出された第１の光学特性を有する光の少なくとも一部分は、そのような光を実質的に透過する第１の干渉反射体１３０を照明する。第１の干渉反射体１３０により透過された光の少なくとも一部分は電子放出性物質１４０を照明する。第１の光学特性を有する光で照明されると、電子放出性物質１４０は第２の光学特性を有する光を放出する。電子放出性物質１４０により放出された光の少なくとも一部分は、第２の光学特性を有する光を実質的に透過する第２の干渉反射体１５０を照明する。透過光の少なくとも一部分は光導波路１１２に入るとともに光導波路１１２によって出力面１１４を介して向けられる。第２の干渉反射体１５０を照明する光源１２０からの任意の光は、電子放出性物質１４０に向けて実質的に反射され、電子放出性物質１４０を励起してさらに発光を生じ得る。加えて第１の干渉反射体１３０を照明する電子放出性物質１４０により放出された光は、第２の干渉反射体１５０および／または光導波路１１２に向けて後方に実質的に反射される。
本開示の照明システムは１つまたは複数の光学素子を含み得る。例えば図３は１つまたは複数の光学素子２６０を含む照明システム２００を概略的に図示する。システム２００は出力面２１４と入力面２１６とを有する光導波路２１２と、光源２２０とをさらに含む。またシステム２００は光源２２０と光導波路２１２の出力面２１４との間に配置された第１の干渉反射体２３０と、第１の干渉反射体２３０と光導波路２１２の出力面２１４との間に配置された電子放出性物質２４０とを含む。図１に図示された実施形態の光導波路１２、光源２０、第１の干渉反射体３０、および電子放出性物質４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図３に図示された実施形態の光導波路２１２、光源２２０、第１の干渉反射体２３０および電子放出性物質２４０に同等に適用される。このシステム２００も、本明細書にさらに説明するように１つまたは複数の追加干渉反射体（例えばＬＰ干渉反射体）を含み得る。
１つまたは複数の光学素子２６０を電子放出性物質２４０と光導波路２１２の出力面２１４との間、光源２２０と第１の干渉反射体２３０との間、第１の干渉反射体２３０と電子放出性物質２４０との間、および／または光導波路２１２の出力面２１４に隣接して配置し得る。１つまたは複数の光学素子２６０は任意の適当な光学素子、例えば接着剤もしくは屈折率一致流体またはジェルなどの光結合剤、ＢＥＦ（スリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能）などの光学輝度強化フィルム、および紫外光吸収染料および顔料などの短波長吸収物質、ＤＢＥＦ（同様にスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能）などの反射型偏光フィルム、拡散板、およびこれらの組合せを含むことができる。いくつかの実施形態において１つまたは複数の光学素子２６０は、光導波路２１２に向けられた電子放出性物質２４０による発光の角度を制御するように構成されている。
いくつかの実施形態において１つまたは複数の光学素子２６０は１つまたは複数の反射型偏光子を含み得る。一般に反射型偏光子を電子放出性物質２４０に隣接して配置することができる。反射型偏光子は好適な偏光の光を透過させる一方で他の偏光を反射する。電子放出性物質２４０および当該技術で既知の他のフィルム構成要素は、反射型偏光子により反射された偏光を偏光解消することができるとともに、電子放出性物質２４０の反射、または第１の干渉反射体２３０と組み合わせた電子放出性物質２４０のいずれかによって、光を再利用してシステム２００の偏光輝度を増加させることができる。適当な反射型偏光子には、例えばコレステリック反射型偏光子、１／４位相差板を有するコレステリック反射型偏光子、ワイヤグリッド偏光子、またはＤＢＥＦ（すなわち正反射型偏光子）、およびＤＲＰＦ（すなわち拡散反射型偏光子）を始めとするスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能な多様な反射型偏光子がある。反射型偏光子は電子放出性物質２４０により発光された波長の実質的範囲および角度にわたって光を偏光することが好ましく、光源２２０が青色光を放出する場合、青色光も反射し得る。
１つまたは複数の光学素子２６０は光導波路２１２の外側にあるものとして図３に図示されているが、１つまたは複数の光学素子２６０を光導波路２１２上または内側に配置し得る。いくつかの実施形態において１つまたは複数の光学素子２６０を電子放出性物質２４０上に配置し得る。ＬＰ干渉反射体がシステム３００に含まれるとともに電子放出性物質２４０と出力面２１４との間に配置されている場合には、１つまたは複数の光学素子２６０をＬＰ干渉反射体上に配置し得る。
いくつかの実施形態において照明システムはＳＰ反射体なしにＬＰ反射体を含み得る。例えば図４は照明システム３００の他の実施形態を概略的に図示する。システム３００は出力面３１４と入力面３１６とを有する光導波路３１２と、光源３２０とを含む。またシステム３００は光源３２０と光導波路の出力面３１４との間に配置された電子放出性物質３４０と、電子放出性物質３４０と光導波路３１２の出力面３１４との間に配置された干渉反射体３５０とを含む。図２に図示された実施形態の光導波路１１２、光源１２０、電子放出性物質１４０、および第２の干渉反射体１５０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図４に図示された実施形態の光導波路３１２、光源３２０、電子放出性物質３４０、および干渉反射体３５０に同等に適用される。
光導波路３１２の外側に位置するように示されているが、干渉反射体３５０を電子放出性物質３２０と光導波路３１２の出力面３１４との間の任意の適当な位置に配置することができる。例えば干渉反射体３５０を光導波路３１２の入力面３１６上、または光導波路３１２の内部に配置し得る。いくつかの実施形態において干渉反射体３５０は電子放出性物質３４０上に配置されている。
またいくつかの実施形態においてシステム３００は、光源３２０と電子放出性物質３４０との間、電子放出性物質３４０と干渉反射体３５０との間、干渉反射体３５０と光導波路３１２の出力面３１４との間、および／または光導波路３１２の出力面３１４に隣接して配置された１つまたは複数の光学素子（すなわち図３の１つまたは複数の光学素子３６０）を含み得る。
一般に光源３２０は第１の光学特性を有する光を放出し、その光の少なくとも一部分は電子放出性物質３４０を照明する。第１の光学特性を有する光に照明されると、電子放出性物質３４０は第２の光学特性を有する光を放出する。電子放出性物質３４０により放出された光の少なくとも一部分は干渉反射体３５０を照明する。干渉反射体３５０は第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する。透過光の少なくとも一部分は光導波路３１２によって光導波路３１２の出力面３１４を介して向けられる。電子放出性物質３４０により変換されない光源３２０により放出された任意の光は、干渉反射体３５０により実質的に反射されるとともに電子放出性物質３４０に向かって後方に反射されそこで変換され得る。出力面３１４を介して向けられた光を、任意の適当な技術を用いて所望の場所に向けることができる。
本開示の照明システム内で用いられ得るいくつかの光源は広い発光円錐の光を放出する。例えばいくつかのＬＥＤは２πステラジアン以上の立体角を有する半球状パターンの光を放出する。本開示のいくつかの実施形態は、光源からの励起光を集光および／または光導波路内に向ける非結像光学デバイスを提供する。
例えば図５は照明システム４００の一実施形態の概略斜視図である。システム４００は図２の照明システム１００と同様である。システム４００は出力面４１４と入力面４１６とを有する光導波路４１２と、光源４２０とを含む。またシステム４００は光源４２０と光導波路４１２の出力面４１４との間に配置された第１の干渉反射体４３０と、第１の干渉反射体４３０と出力面４１４との間に配置された電子放出性物質４４０と、電子放出性物質４４０と出力面４１４との間に配置された第２の干渉反射体４５０とを含む。図２に図示された実施形態の光導波路１１２、光源１２０、第１の干渉反射体１３０、電子放出性物質１４０、および第２の干渉反射体１５０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図５に図示された実施形態の光導波路４１２、光源４２０、第１の干渉反射体４３０、電子放出性物質４４０、および第２の干渉反射体４５０に同等に適用される。
図２のシステム１００と図５のシステム４００との間の１つの相違は、システム４００が光源４２０に光学的に結合された光学キャビティ４７０も含むことであり、すなわち光源４２０からの光を光学キャビティ４７０に向けることができる。２つ以上のデバイスが光学的に結合されている場合、このようなデバイスは同一の光路内にあるとともに、任意の適当な技術、例えば反射、透過、放出等を用いて光を互いに向けることができる。光学キャビティ４７０は光源４２０により放出された光を第１の干渉反射体４３０に向けるように構成されている。光学キャビティ４７０を任意の好適な場所に配置し得る。いくつかの実施形態において光学キャビティ４７０を第１の干渉反射体４３０と接して配置し得る。いくつかの実施形態において、さらに本明細書に説明するようにＴＩＲ促進層を光学キャビティ４７０と第１の干渉反射体４３０との間に配置し得る。
光学キャビティ４７０は任意の適当な形状、例えば楕円状、楔状、矩形状、台形状等を取り得る。光学キャビティ４７０が放物形状を取ることが好ましい場合がある。
光学キャビティ４７０を任意の適当な材料を用いて作製し得る。いくつかの実施形態において光学キャビティ４７０は広帯域干渉反射体４７２を含み得る。広帯域干渉反射体４７２を光学的透明体上に配置することにより光学キャビティ４７０を形成し得る。このような光学的透明体を任意の適当な材料、例えばガラス、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、フルオロポリマーを始めとするアクリレート類、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）およびＰＥＴまたはＰＥＮもしくはその両方を含むコポリマーを始めとするポリエステル類、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリノルボルネンを始めとするポリオレフィン類、アイソタクチック、アタクチックおよびシンジオタクチック・立体異性体内のポリオレフィン類、およびメタロセン重合により生成されたポリオレフィン類で作製し得る。他の適当なポリマーにはポリエーテルエーテルケトン類およびポリエーテルイミド類がある。いくつかの実施形態において広帯域干渉反射体４７２を所望の形状に形成して光学的キャビティ４７０を形成し得る。広帯域干渉反射体４７２を任意の適当な材料および任意の適当な技術、例えば米国特許第５，８８２，７７４号明細書（ジョンザ（Ｊｏｎｚａ）ら）に記載された材料および技術を用いて作製し得る。
いくつかの実施形態において光学キャビティ４７０は中実であり得る。代替的には光学キャビティ４７０を任意の適当な媒体、例えば気体または液体で充填し得る。
光学キャビティ４７０は光源４２０が光学キャビティ４７０内に光を放出するように形成されている。任意の適当な技術を用いて光が光学キャビティ４７０内に向けられるようにし得る。例えば光源４２０を光学キャビティ４７０内に配置し得る。代替的には光源４２０を、光学キャビティ４７０内に形成された１つまたは複数の開口または出入口を介して光学キャビティ４７０に光学的に結合し得る。
いくつかの実施形態において光学キャビティ４７０は、光源４２０からの光が第１の干渉反射体４３０を照明できる１つまたは複数のアパーチャ（図示せず）を含み得る。例示的な一実施形態において光学キャビティ４７０は、光学キャビティ４７０の長さの少なくとも一部分に沿って延びる細長いアパーチャを含み得る。細長いアパーチャを第１の干渉反射体４３０に隣接して配置し得る。いくつかの実施形態において光学キャビティ４７０は、光を第１の干渉反射体４３０の主面に実質的に垂直に向け得る拡散板またはファセットを含み得る。
一般に光源４２０は第１の光学特性を有する光を放出し、その光は光学キャビティ４７０によって第１の干渉反射体４３０に向けられる。第１の干渉反射体４３０は光源４２０からの光を、電子放出性物質４４０を照明するように実質的に透過する。第１の干渉反射体４３０によって透過されない光の少なくとも一部分は光学キャビティ４７０によって集光されて第１の干渉反射体４３０に向けて第１の干渉反射体４３０に再指向される。第１の光学特性を有する光に照明されると、電子放出性物質４４０は第２の光学特性を有する光を放出する。電子放出性物質４４０により放出された光の少なくとも一部分は第２の干渉反射体４５０を照明する。電子放出性物質４４０により光学キャビティ４７０に向けて放出された任意の光は、第１の干渉反射体４３０により電子放出性物質４４０に向けて後方に実質的に反射される。第１の干渉反射体４３０により透過され得る電子放出性物質４４０により放出された光は、光学キャビティ４７０により集光されて第１の干渉反射体４３０の方に後方に向けられる。第２の干渉反射体４５０は、第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射するが、電子放出性物質４４０により放出された光を光導波路４１２の入力面４１６に向けて実質的に透過し、そこで光は出力面４１４を介してその後所望の場所に向けられる。第２の干渉反射体４５０を照明する光源４２０からの任意の光は電子放出性物質４４０に向けて後方に実質的に反射され、ここで光は第２の光学特性を有する光に変換され得る。
図５は照明システム４００を第１の干渉反射体４３０を含むものとして図示しているが、いくつかの実施形態においてシステム４００は第１の干渉反射体を含まなくてもよい。このような実施形態において光学キャビティ４７０は電子放出性物質４４０に隣接して配置され、光源４２０からの励起光の少なくとも一部分が最初に干渉反射体を照明することなく電子放出性物質４４０を照明するようになっている。
図５には示さないが、照明システム４００は例えば図１のシステム１０を参照して説明したように、電子放出性物質４４０の一方または両方の主面に隣接して配置された１つまたは複数のＴＩＲ促進層も含み得る。
本開示の光学キャビティは任意の適当な技術を用いて光源からの光を干渉反射体、電子放出性物質または光導波路上に向け得る。例えば図６（Ａ）〜（Ｃ）は光学キャビティ５７０を含む照明システム５００の他の実施形態の概略図である。またシステム５００は出力面５１４と入力面５１６とを有する光導波路５１２と、光学キャビティ５７０に光学的に結合された光源５２０とを含む。システム５００は光源５２０と光導波路５１２の出力面５１４との間に配置された第１の干渉反射体５３０と、第１の干渉反射体５３０と光導波路５１２の出力面５１４との間に配置された電子放出性物質５４０とをさらに含む。図１に図示された実施形態の光導波路１２、光源２０、第１の干渉反射体３０、および電子放出性物質４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図６（Ａ）〜（Ｃ）に図示された実施形態の光導波路５１２、光源５２０、第１の干渉反射体５３０および電子放出性物質５４０に同等に適用される。またこのシステム５００は本明細書にさらに記載するようにＬＰ干渉反射体（例えば図２の第２の干渉反射体１５０）を含むことがある。
光学キャビティ５７０は第１の干渉反射体５３０に隣接する延長アパーチャ（図示せず）を含む。光源５２０は任意の適当な技術を用いて光学キャビティ５７０に光学的に結合し得る。例えば図６（Ａ）〜（Ｃ）において光学キャビティ５７０は光源５２０により放出された光を集光して光学キャビティ５７０内に向ける集光器５７１を含む。またいくつかの実施形態において集光器５７１は放出された光を平行にする。本明細書で用いられるように用語「集光器」は１つまたは複数の光源により放出された光を集光して集光した光を電子放出性物質または干渉反射体に向ける非結像光学デバイスを指す。
いくつかの実施形態において光学キャビティ５７０のｚ寸法５０２が、エタンデュを保持しつつ光学キャビティ５７０の表面における全反射（ＴＩＲ）も維持するように、最小値を有することが好ましい場合もある。このようなＴＩＲは少なくとも部分的に光学キャビティ５７０の内部空間５７４の屈折率と光源５２０のエタンデュとに依存している。光源５２０がＬＥＤダイを含む場合には、いくつかの実施形態においてＬＥＤダイは２πステラジアン内に発光すると考えられ、この場合１．５の屈折率に対するＴＩＲ角は約４２°である。このような実施形態において、３００μｍＬＥＤダイの場合のｚ寸法５０２は（３００μｍ）／ｓｉｎ（４８°）＝４００μｍに等しい。光導波路５１２のｚ寸法が１０００μｍである場合には、第１の干渉反射体５３０の光の入射角はｓｉｎ-1（（３００μｍ）／（１０００μｍ））＝１７．５°に等しい。
多層フィルムに対する角度によるバンド端シフトに対する数式は以下である。
Figure 2011119272
 ここでΘは媒体内の角度である。反射バンド端は約４％シフトダウンする。そのため第１の干渉反射体５３０に対する青色バンド端選択は垂直入射に対する選択よりおよそ４％高くなり得る。
また光学キャビティ５７０は内部空間５７４を含む。内部空間５７４は１つまたは複数のファセット５７６を含む。各ファセット５７６は、ファセット５７６が第１の干渉反射体５３０の主面に対して実質的に垂直角度で第１の干渉反射体５３０に励起光を向けるように選択されたファッセット角５７８を有する。各ファセット５７６は光源５２０からの光を反射する反射面５７７を有する。任意の適当な材料を用いてファセット５７６を形成し得る。
ファセット５７６の反射面５７７が多層光学フィルムを含む場合には、ファセット５７６を介する漏れがほとんどないようにする光学キャビティ５７０の最小ｘ寸法５０４は、ファセット角５７８に依存する。例えばファセット角５７８が４５°である場合には、光の広がりが±３°を超える場合には一部の光が面５７７においてＴＩＲ角を超える場合がある。４５°のファセット角５７８は第１の干渉反射体５３０に実質的に垂直入射する光線を出力結合する。しかしいくつかの実施形態において、第１の干渉反射体５３０を完全な垂直入射で照明する必要がない場合がある。例えば１０°または２０°入射は、光源５２０からの光の実質的にすべてが電子放出性物質５４０に透過させるのに十分であり得る。光の広がりΔΘが光学キャビティ５７０において±３°である場合には、ｘ寸法は５７００μｍまたは５．７ｍｍに等しい。表１は様々な光の広がり（ΔΘ）値に与えられた光学キャビティ５７０に対するｘ寸法５０４を含む。
Figure 2011119272
光学キャビティ５７０は光導波路５１２の入力端５１６に隣接して配置されているが、光学キャビティ５７０、第１の干渉反射体５３０、および電子放出性物質５４０は光導波路５１２に対して任意の適当な場所に配置し得る。例えばいくつかの実施形態において光学キャビティ５７０、第１の干渉反射体５３０、電子放出性物質５４０を本明細書にさらに説明するように光導波路５１２の主面に隣接して配置し得る。
いくつかのハンドヘルド光導波路（例えばハンドヘルド電子デバイス用のディスプレイで用いられる光導波路）は、厚さが約１ｍｍである。わずか１ｍｍの寸法が第１の干渉反射体５３０および電子放出性物質５４０の変形および組み立ての複雑さを増す。光導波路５１２の厚さが１ｍｍ未満である場合には、図６（Ｄ）に概略的に図示した実施形態がより有用であり得る。図６（Ｄ）において光学キャビティ５７０ｄは傾斜入力面５１６ｄに隣接しており、より大きい第１の干渉反射体５３０ｄを可能にし得る。光導波路５１２ｄにより形成された楔は、光が広がって光導波路５１２ｄの開口数（ＮＡ）に一致する区域を提供する。電子放出性物質５４０ｄにより放出された光を実質的に透過するとともに光源５２０ｄにより放出された光を実質的に反射する随意の第２の干渉反射体５５０ｄを、出力面５１４ｄおよび／または入力面５１６ｄと反対側の光導波路５１２ｄの端部上に配置することにより、電子放出性物質５４０ｄにより変換されない光が光導波路５１２ｄから離脱しないようにするのに役立ち得る。
図６（Ｅ）は照明システム５００ｅの他の実施形態を概略的に図示し、光学キャビティ５７０ｅは光導波路５１２ｅの下面５１８ｅに隣接して配置されている。このような設計はより小さい光導波路５１２ｅに対してより大きい第１の干渉反射体５３０ｅおよび電子放出性物質５４０ｅ領域を可能にし得る。システム５００ｅは出力面５１４ｅおよび光導波路５１２ｅの端部上に配置されて、電子放出性物質５４０ｅにより変換されない光が光導波路５１２ｅを離脱しないようにする第２の干渉反射体５５０ｅも含む。
図６（Ａ）〜（Ｅ）は１つの光源を有するシステムを含むが、いくつかの実施形態は２つ以上の光源を含むことができる。例えば図７は各々光学キャビティ６７０に光学的に結合された４つの光源６２０を含む照明システムを概略的に図示する。光学キャビティ６７０は本明細書に説明した任意の適当な光学キャビティ、例えば図６（Ａ）〜（Ｃ）の光学キャビティ５７０を含み得る。各光学キャビティ６７０は光導波路６１２の入力面６１６ａおよび６１６ｂに隣接して配置されている。照明システム６００は本明細書に説明したように任意の適当なシステム、例えば図２の照明システム１００を含み得る。システム６００は光導波路６１２の２つの入力面６１６（ａ）および６１６（ｂ）に隣接した光学キャビティ６７０を含むが、システム６００は追加光源を設け得るように任意の適当な場所に配置された任意の適当な数の光学キャビティを含み得る。
また本明細書にさらに説明するように開示の干渉反射体のいずれも湾曲させることにより、点光源により放出された光の干渉反射体への実質的垂直入射角を維持するのを助け得る。例えば図８（Ａ）〜（Ｂ）は湾曲した第１の干渉反射体７３０を有する照明システム７００の一実施形態を概略的に図示する。照明システム７００は図１の照明システム１０と同様である。システム７００は出力面７１４と入力面７１６とを有する光導波路７１２と、１つまたは複数の光源７２０とを含む。システム７００は１つまたは複数の光源７２０と出力面７１４との間に配置された第１の干渉反射体７３０と、第１の干渉反射体７３０と光導波路７１２の出力面７１４との間に配置された電子放出性物質７４０とを含む。図１に図示された実施形態の光導波路１２、光源２０、第１の干渉反射体３０、および電子放出性物質４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図８（Ａ）〜（Ｂ）に図示された実施形態の光導波路７１２、１つまたは複数の光源７２０の各々、第１の干渉反射体７３０、および電子放出性物質７４０に同等に適用される。またシステム７００は本明細書にさらに説明するように電子放出性物質７４０と光導波路７１２の出力面７１４との間に配置された随意の第２の干渉反射体７５０を含み得る。
図８（Ａ）〜（Ｂ）に図示された実施形態において、１つまたは複数の光源７２０を相互接続アセンブリ７２４上に載置し得る。任意の適当な相互接続アセンブリ、例えば同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／７２７，２２０号明細書（シュルツ（Ｓｃｈｕｌｔｚ）ら）に記載されるようなアセンブリを用い得る。
システム７００は光導波路７１２内に配置された１つまたは複数の光学キャビティ７７０をさらに含む。図８（Ａ）〜（Ｂ）に図示された実施形態において、各光源７２０は光学キャビティ７７０に関連している。１つまたは複数の光学キャビティ７７０は任意の適当な形状、例えば円筒状、半球状等を取り得る。図８（Ａ）〜（Ｂ）に図示された実施形態において各光学キャビティ７７０は形状が半球状である。１つまたは複数の光学キャビティ７７０のすべては同一の形状を取り得る。代替的には１つまたは複数の光学キャビティ７７０は異なる形状を取り得る。さらに各光学キャビティ７７０は任意の適当なサイズであり得る。
光学キャビティは反射面７７２により固定され得る。任意の適当な材料を用いて反射面７７２を形成し得る。反射面７７２が例えば米国特許第５，８８２，７７４号明細書（ジョンザ（Ｊｏｎｚａ）ら）に記載されるような広帯域干渉反射体を含むことが好適であり得る。
図８（Ａ）〜（Ｂ）に図示された実施形態において、１つまたは複数の光学キャビティ７７０は光導波路７１２の内部空間７１７内に配置されている。１つまたは複数の光学キャビティ７７０は任意の適当な技術を用いて形成し得る。例えば１つまたは複数の光学キャビティ７７０は光導波路７１２の入力面７１６内の窪みとして形成し得る。任意の適当な数の光学キャビティ７７０が照明システム７００に含まれ得る。さらに図８（Ａ）〜（Ｂ）は光導波路７１２の一端上の光学キャビティ７７０を図示しているが、システム７００は光導波路７１２の２つ以上の側面、または光導波路７１２の１つまたは複数の主面上に光学キャビティ７７０を含み得る。
いくつかの実施形態において、各光源７２０を各光学キャビティ７７０の湾曲の中心に近接して配置し得る。光源７２０を光学キャビティ７７０の湾曲の中心に近接して配置することにより、光源７２０により放出された光は第１の干渉反射体７３０を、第１の干渉反射体７３０の主面に実質的に垂直に照明するためバンド端シフトを排除し得る。換言すれば第１の干渉反射体７３０を光源７２０から離間させるとともに光源７２０に向かって湾曲させることにより、第１の干渉反射体７３０に当たる光の入射角範囲の低減を助けるため、本明細書に説明するように青色シフト効果により生じる第１の干渉反射体７３０を介する光の漏れを低減し得る。
一般に第１の光学特性を有する光は光源７２０により放出されて第１の干渉反射体７３０により実質的に透過される。透過光は電子放出性物質７４０を照明して、電子放出性物質７４０に第２の光学特性を有する光を放出させる。光源７２０に向けて電子放出性物質７４０により放出された任意の光は、第１の干渉反射体７３０により実質的に反射される。さらに第１の干渉反射体７３０により透過されない任意の光は反射面７７２により実質的に反射されて、第１の干渉反射体７３０の方に後方に向けられる。そして電子放出性物質７４０により放出された光は光導波路７１２によって出力面７１４を介して所望の場所に向けられる。随意の第２の干渉反射体７５０が電子放出性物質７４０と出力面７１４との間に含まれる場合には、第２の干渉反射体７５０が第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射することが好ましい場合がある。このような例示的実施形態において、電子放出性物質７４０により放出された光は第２の干渉反射体７５０により実質的に透過されるとともに光導波路７１２によって出力面７１４を介して所望の場所に向けられることになる。吸収されずに電子放出性物質７４０を通過する光源７２０により放出された光は、第２の干渉反射体７５０により電子放出性物質７４０に向けて後方に実質的に反射される。
本明細書に前述したように、本開示のいくつかの光源は２πステラジアン以上の立体角を有するパターンの励起光を放出する。いくつかの実施形態において集光器を用いて光源により放出された光を集光するとともに集光した光を平行にして、光が実質的に垂直角度で干渉反射体または電子放出性物質に向けられるようにし得る。
図９（Ａ）〜（Ｂ）は１つまたは複数の集光器８８０を有する照明システム８００の一実施形態を概略的に図示する。照明システム８００は出力面８１４と入力面８１６とを有する光導波路８１２と、光源８２０とを含む。図９（Ａ）〜（Ｂ）に図示された実施形態において、光源８２０は本明細書にさらに記載するように相互接続アセンブリ８２４に随意に載置された１つまたは複数のＬＥＤ８２２を含む。またシステム８００は光源８２０と出力面８１４との間に配置された第１の干渉反射体８３０と、第１の干渉反射体８３０と光導波路８１２の出力面８１４との間に配置された電子放出性物質８４０とを含む。図１に図示された実施形態の光導波路１２、光源２０、第１の干渉反射体３０、および電子放出性物質４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図９（Ａ）〜（Ｂ）に図示された実施形態の光導波路８１２、光源８２０、第１の干渉反射体８３０および電子放出性物質８４０に同等に適用される。図示はしないがシステム８００は本明細書に前述したように電子放出性物質８４０と出力面８１４との間の随意のＬＰ干渉反射体も含み得る。
図９（Ａ）〜（Ｂ）の照明システム８００と図１のシステム１０との間の１つの相違は、各ＬＥＤ８２２が集光器８８０に関連していることである。各集光器８００はＬＥＤ８２２により放出された光を第１の干渉反射体８３０に向ける光学キャビティ８８２を形成する。各集光器８８０は任意の適当な形状、例えば球状、放物状、または楕円状を取り得る。各集光器８８０が光源８２０により放出された光のコリメーションを可能にする形状を取ることが好ましい場合がある。さらに各集光器８８０が、ＬＥＤ８２２により放出された光を集光するとともにその光を第１の干渉反射体８３０に向け、励起光が第１の干渉反射体８３０の主面に対して実質的に垂直な角度で第１の干渉反射体８３０に入射するような形状に形成されていることが好ましい場合がある。集光器８８０は第１の干渉反射体８３０に当たる光の角度広がりを低減するため、本明細書にさらに説明するように反射帯域の青色シフトを低減することができる。各集光器８８０は平坦な側壁を有する単純な円錐部分の形状であり得る、または側壁が既知のようにより複雑な湾曲形状を取って光の進行方向に拠ってコリメーションまたは焦点合わせ動作を強化することができる。集光器８８０の側壁が反射性であるとともに２つの端部がそうでないことが好ましい場合がある。また本明細書にさらに説明するように集光器の側壁が広帯域干渉反射体を含むことが好ましい場合がある。各集光器８８０を第１の干渉反射体８３０に対して任意の適当な関係で配置し得る。例えば各集光器８８０を第１の干渉反射体８３０から離間し得る。代替的には１つまたは複数の集光器８８０は第１の干渉反射体８３０と接し得る。
システム８００は光導波路８１２の１つの入力面８１６に隣接して配置された光源８２０を有するものとして図示されているが、システム８００は光導波路８１２の２つ以上の入力面に隣接して配置された２つ以上の光源を含むことができる。
任意の適当なデバイスまたは技術を本開示の実施形態と共に用いて光源からの光を、光が実質的に垂直角度で干渉反射体に入射するように干渉反射体に向け得る。例えば図１０（Ａ）〜（Ｂ）は内部に集光器９８０が形成された光学キャビティ９７０を含む照明システム９００の一実施形態を概略的に図示する。システム９００は光源９２０を含む。光源９２０は１つまたは複数のＬＥＤ９２２を含む。この実施形態において光源９２０は光導波路９１２の入力面９１６に隣接して配置し得る。システム９００は光源９２０と出力面９１４との間に配置された第１の干渉反射体９３０と、第１の干渉反射体９３０と出力面９１４との間に配置された電子放出性物質９４０とを含む。図１に図示された実施形態の光導波路１２、光源２０、第１の干渉反射体３０、および電子放出性物質４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図１０（Ａ）〜（Ｂ）に図示された実施形態の光導波路９１２、光源９２０、第１の干渉反射体９３０、および電子放出性物質９４０に同等に適用される。システム９００はＬＰ干渉反射体、例えば図２の第２の干渉反射体１５０も含み得る。
光学キャビティ９７０は光源９２０により放出された光を光導波路９１２内に向けるように配置されている。光学キャビティ９７０は内部に形成された集光器９８０を含む。各ＬＥＤ９２２は対応する集光器９８０を有する。いくつかの実施形態において２つ以上のＬＥＤ９２２を単一の集光器９８０内に配置し得る。集光器９８０は各々任意の適当な形状、例えば半球状、放物状、または円筒状を取り得る。図１０（Ａ）〜（Ｂ）において集光器９８０は二次元円錐部分として形作られている。各集光器９８０は各ＬＥＤ９２２により放出された光が第１の干渉反射体９３０の主面に対して実質的に垂直角度で第１の干渉反射体９３０を照明するように形作られていることが好ましい場合がある。集光器９８０はＬＥＤ９２２により放出された光を集光するとともに、集光した光を第１の干渉反射体９３０を照明するように向ける。さらに１つまたは複数のＬＥＤ９２２を１つまたは複数の集光器９８０の焦点に近接して配置することが好ましい場合がある。
任意の適当な技術を用いて光学キャビティ９７０および集光器９８０を形成し得る。いくつかの実施形態においてＬＥＤ９２２を平坦なスラブカプセル材料と共に収容するとともに、光学キャビティ９７０と屈折率を一致させ得る。さらに第１の干渉反射体９３０および電子放出性物質９４０を任意の適当な材料、例えば光学接着剤等を用いて光学キャビティ９７０に光学的に結合し得る。ＴＩＲ促進層を光学キャビティ９７０と光導波路９１２との間に配置して、電子放出性物質９４０により光導波路９１２内へ放出された光のより良好なＮＡ一致を得ることが好ましい場合がある。
いくつかの実施形態においてＬＥＤ９２２を相互接続アセンブリ９２４上に載置し得る。任意の適当な相互接続アセンブリ、例えば同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／７２７，２２０号明細書（シュルツ（Ｓｃｈｕｌｔｚ）ら）に記載された相互接続アセンブリを用い得る。例示的実施形態において、任意の適当な技術を用いて光学キャビティ９７０を相互接続アセンブリ９２４上に形成し得る。
集光器９８０は各ＬＥＤ９２２により放出された光が第１の干渉反射体９３０に向けて反射されるように反射内面を含み得る。１つまたは複数の集光器９８０が、光を第１の干渉反射体９３０に向けて反射するように集光器９８０内に配置された広帯域干渉反射体を含むことが好ましい場合がある。
本明細書に前述したように、本開示の干渉反射体および電子放出性物質を光導波路に対して任意の適当な関係で配置し得る。例えば図１の照明システム１０の第１の干渉反射体３０および電子放出性物質４０は光導波路１２の入力面１６に隣接して配置されている。いくつかの実施形態において光の変換が光導波路の出力面に隣接して発生することが可能である。換言すれば光源からの光を光導波路によって光導波路の出力面を介して向け、その後光導波路の出力面上にまたは隣接して配置された電子放出性物質により変換し得る。選択された光源および干渉反射体のタイプに応じて、電子放出性物質および干渉反射体を光源から離間して位置決めすることにより電子放出性物質および／または干渉反射体のダメージを防止し得る。
例えばポリマー干渉反射体は過熱により劣化する恐れがあり、過熱は材料クリープを生じて層厚さ値、したがって反射体が反射する光の光学特性（例えば波長）を変化させる恐れがある。最悪の場合過熱はポリマー材料を溶融させるため、材料が急速に流れて光学特性選択の変化を生じるとともにフィルタの非均一性を誘起する恐れがある。
ポリマー材料の劣化は、ポリマー材料に応じて青色、紫色またはＵＶ放射線などの短波長（化学線）放射線によっても誘起され得る。劣化率は化学光束およびポリマーの温度の両方に依存する。温度および光束の両方とも概して光源からの距離が増すとともに低下する。このため高輝度光源、特にＵＶ発光源の場合、ポリマー干渉反射体を設計が可能な限り光源から遠く配置することが有利である。
図１１は出力面１０１４と入力面１０１６とを有する光導波路１０１２と、光源１０２０とを含む照明システム１０００の一実施形態を概略的に図示する。光源１０２０は第１の光学特性を有する光を放出する。またシステム１０００は光導波路１０１２の出力面１０１４からの光を受光するように配置された電子放出性物質１０４０と、電子放出性物質１０４０と光導波路１０１２の出力面１０１４との間に配置された第１の干渉反射体１０３０とを含む。電子放出性物質１０４０は第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する。第１の干渉反射体１０３０は第１の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに、第２の光学特性を有する光を実質的に反射する。図１に図示された実施形態の光導波路１２、光源２０、第１の干渉反射体３０、および電子放出性物質４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図１１に図示された実施形態の光導波路１０１２、光源１０２０、第１の干渉反射体１０３０、および電子放出性物質１０４０に同等に適用される。またシステム１０００は、電子放出性物質１０４０が第２の干渉反射体１０５０と第１の干渉反射体１０３０との間にあるように配置された第２の干渉反射体１０５０を含む。本明細書に説明するような任意の適当な干渉反射体を第２の干渉反射体１０５０（例えば図２の第２の干渉反射体１５０）に用い得る。第２の干渉反射体１０５０は、光源１０２０によって放出された光の一部または全部が光導波路１０１２の出力面１０１４に面する視認者に到達しないようにするのを助け得る。第２の干渉反射体１０５０を任意の適当な場所に配置し得る。いくつかの実施形態において第２の干渉反射体１０５０を電子放出性物質１０４０上にまたは接して配置し得る。
第１の干渉反射体１０３０を出力面１０１４に隣接して、出力面１０１４上に、電子放出性物質１０４０上に、または任意の適当な場所に配置し得る。例示的一実施形態において第１の干渉反射体１０３０は電子放出性物質１０４０および光導波路１０１２の出力面１０１４の両方上にまたは接していてもよい。いくつかの実施形態においてシステム１０００は、出力面１０１４と第１の干渉反射体１０３０との間の１つまたは複数のＴＩＲ促進層、および／または光導波路１０１２から光を抽出する出力面１０１４上の抽出デバイスも含み得る。任意の適当か抽出デバイスを利用し得る。
いくつかの実施形態において抽出デバイスを光導波路１０１２の下面１０１８に隣接して配置して、光導波路１０１２内の光の少なくとも一部分を出力面１０１４を介して向け得る。任意の適当な抽出デバイスを利用し得る。
いくつかの実施形態において照明システム１０００は、第１の干渉反射体１０３０と電子放出性物質１０４０との間で電子放出性物質１０４０と接するＴＩＲ促進層を含み得る。ＴＩＲ促進層が、電子放出性物質１０４０の屈折率より小さい光源１０２０により放出された光の波長における屈折率を含むことが好ましい場合がある。任意の適当な材料をＴＩＲ促進層に用い得る。ＴＩＲ促進層は空隙を含み得るが、代替的にはＴＩＲ促進層は微細構造化層を含み得る。
第２のＴＩＲ促進層を電子放出性物質１０４０と随意の第２の干渉反射体１０５０との間で電子放出性物質１０４０と接して配置し得る。第２のＴＩＲ促進層が、電子放出性物質１０４０の屈折率より小さい光源１０２０により発光された光の波長における屈折率を含むことが好ましい場合がある。
図示はしないがシステム１０００は電子放出性物質１０４０により放出された光を受光するように配置された１つまたは複数の光学素子を含み得る。代替的には１つまたは複数の光学素子を出力面１０１４と第１の干渉反射体１０３０との間、および／または光源１０２０と光導波路１０１４の出力面１０１４との間に配置し得る。第２の干渉反射体１０５０が含まれている場合には、１つまたは複数の光学素子を電子放出性物質１０４０と第２の干渉反射体１０５０との間に、および／または第２の干渉反射体が電子放出性物質１０４０と１つまたは複数の光学素子との間にあるように配置し得る。１つまたは複数の光学素子は本明細書にさらに説明するように任意の適当な光学素子を含み得る。
一般に第１の光学特性を有する光が光源１０２０により放出され、その少なくとも一部分が光導波路１０１２に入るとともに出力面１０１４を介して向けられる。光導波路１０１２からの光の少なくとも一部分は第１の干渉反射体１０３０を照明するとともに実質的に透過される。透過光の少なくとも一部分は電子放出性物質１０４０を照明することにより、電子放出性物質１０４０に第２の光学特性を有する光を放出させる。そして電子放出性物質１０４０により放出された光を任意の適当な技術を用いて所望の場所に向けることができる。電子放出性物質１０４０により第１の干渉反射体１０３０に向けて放出された任意の光は、電子放出性物質に向けて後方に実質的に反射される。第２の干渉反射体１０５０がシステム１０００に含まれている場合には、第２の干渉反射体１０５０を照明する電子放出性物質１０４０により放出された光は実質的に透過されるとともに所望の場所に向けられる。第２の干渉反射体１０５０を照明する光源１０２０により放出された任意の光は、電子放出性物質１０４０に向けて後方に実質的に反射され、ここで第２の光学特性を有する光に変換され得る。
代替的には本開示の照明システムのいくつかの実施形態はＬＰ干渉反射体を含むがＳＰ干渉反射体は含まなくてもよい。例えば図１７は光源１６２０と、出力面１６１４と入力面１６１６とを有する光導波路１６１２とを含む照明システム１６００の実施形態を概略的に図示する。光源１６２０は第１の光学特性を有する光を放出する。またシステム１６００は出力面１６１４から光を受光するように配置された電子放出性物質１６４０と、電子放出性物質１６４０が出力面１６１４と干渉反射体１６５０との間にあるように配置された干渉反射体１６５０とを含む。電子放出性物質１６４０は第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する。この例示的実施形態において干渉反射体１６５０は第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する。図１１に図示された実施形態の光導波路１０１２、光源１０２０、電子放出性物質１０４０、および第２の干渉反射体１０５０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図１７に図示された実施形態の光導波路１６１２、光源１６２０、電子放出性物質１６４０、および干渉反射体１６５０に同等に適用される。また照明システム１６００は図１１の照明システム１０００を参照して説明したような他の要素、例えば１つまたは複数の光学素子、ＴＩＲ促進層等も含み得る。
一般に第１の光学特性を有する光が光源１６２０により放出され、その少なくとも一部分が光導波路１６１２に入るとともに出力面１６１４を介して向けられる。光導波路１６１２からの光の少なくとも一部分は電子放出性物質１６４０を照明することにより、電子放出性物質１６４０に第２の光学特性を有する光を放出させる。電子放出性物質１６４０により放出された光の少なくとも一部分は干渉反射体１６５０により実質的に透過されるとともに、任意の適当な技術を用いて所望の場所に向けられる。干渉反射体１０５０を照明する光源１０２０により放出された任意の光は電子放出性物質１０４０に向けて後方に実質的に反射され、ここで第２の光学特性を有する光に変換され得る。
図１２は照明システム１１００の他の実施形態を概略的に図示する。システム１１００は出力面１１１４と入力面１１１６とを有する光導波路１１１２と、光源１１２０とを含む。光源１１２０は第１の光学特性を有する光を放出する。システム１１００は出力面１１１４に隣接して配置された第１の干渉反射体１１３０をさらに含む。第１の干渉反射体１１３０は第１の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第２の光学特性を有する光を実質的に反射する。第１の干渉反射体１１３０はその第１の主面１１３２に形成された窪み１１３４を含む。またシステム１１００は光導波路１１１２の出力面１１１４からの励起光を受光するように配置された電子放出性物質１１４０を含む。またシステム１１００は、電子放出性物質１１４０がＬＰ干渉反射体と第１の干渉反射体１１３０との間にあるように配置された随意のＬＰ干渉反射体（図示せず）を含み得る。図２に図示された実施形態の光導波路１１２、光源１２０、第１の干渉反射体１３０、電子放出性物質１４０、および第２の干渉反射体１５０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図１２の実施形態の光導波路１１１２、光源１１２０、第１の干渉反射体１１３０、電子放出性物質１１４０、および随意のＬＰ干渉反射体に同等に適用される。
電子放出性物質１１４０は干渉反射体１１３０の主面１１３２内に形成された窪み１１３４内に配置されたドット１１４２を含む。各蛍光体ドットは任意の適当なサイズを有することができる。例えば各ドットは平面図で１００００μｍ2未満の、または５００〜１００００μｍ2の面積を有することができる。図示の実施形態においてドットを各々、第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する電子放出性物質から形成することができる。いくつかの実施形態において電子放出性物質１１４０は、１つまたは複数の可視光の発光波長を発光する１つまたは複数のドット、例えば赤色を発光するドット、青色を発光するドット、および緑色を発光するドットを含む。例えば蛍光体ドット１１４２Ｒは光源１１２０からの光で照明されると赤色光を放出し、蛍光体ドット１１４２Ｇは緑色光を放出し、蛍光体ドット１１４２Ｂは青色光を放出し得る。
ドット１１４２を必要に応じて任意の均一または不均一な様相で配列且つ構成し得る。例えば電子放出性物質１１４０は表面または領域に沿って非均一密度勾配を有する多数のドットであり得る。ドットは任意の規則的または不規則形状を有することができるとともに平面図で円形である必要はない。
一般に構造化蛍光体層、例えばドットをいくつかの方法で本明細書に記載する性能の利点を提供するように構成することができる。様々なタイプの電子放出性物質を用いる場合（例えば赤色エミッタ、緑色エミッタ等）、より短い波長電子放出性物質から放出された光は他の電子放出性物質により再吸収され得る。分離ドット、線、または各タイプの分離領域を始めとするパターンは再吸収量を低減することができる。
任意の適当な技術、例えば熱成形、エンボス加工、刻み付け、レーザマーキングまたは削摩、研磨、鋳造および硬化等を用いて干渉反射体１０３０の主面１１３２内の窪み１１３４を提供し得る。代替的には第１の干渉反射体１０３０を熱成形して、その中に電子放出性物質１１４０を配置し得る反射ウェルまたはポケットを設け得る。窪み１１３４を任意のパターンで形成し得る。各窪み１１３４は任意の適当な深さを有し得る。各窪み１１３４は、第１の干渉反射体１１３０が過度に薄くならないように比較的浅いことが好ましい場合がある。このような薄肉化は厚さまたは角度効果によってより大きい波長シフトを生じ得る。
図１２は電子放出性物質１１４０をドット１１４２を含むものとして図示しているが、電子放出性物質１１４０を任意の適当な形状および／またはパターン、例えば線、個々の形状、または傾斜密度および／またはサイズでパターン化された中間調で形成し得る。
本開示の光導波路は任意の適当な形状を取ることができる。例えば図１３は照明システム１２００の他の実施形態の概略図である。システム１２００は図１１の照明システム１０００と多くの点で類似している。照明システム１２００は出力面１２１４と入力面１２１６とを有する光導波路１２１２と、光源１２２０とを含む。またシステム１２００は光源１２２０により放出された光を光導波路１２１２の出力面１２１４から受光するように配置された電子放出性物質１２４０と、電子放出性物質１２４０と出力面１２１４との間に配置された第１の干渉反射体１２３０とを含む。図１１に図示された実施形態の光導波路１０１２、光源１０２０、第１の干渉反射体１０３０、および電子放出性物質１０４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図１３に図示された実施形態の光導波路１２１２、光源１２２０、第１の干渉反射体１２３０、および干渉反射体１２４０に同等に適用される。またシステム１２００は電子放出性物質１２４０が第１の干渉反射体１２３０とＬＰ干渉反射体との間にあるように配置されたＬＰ干渉反射体（例えば図１１の第２の干渉反射体１０５０）も含み得る。
またシステム１２００は光源１２２０からの励起光を光導波路１２１２内に向ける、光源１２２０に光学的に結合された光学キャビティ１２７０を含む。任意の適当な光学キャビティ１２７０、例えば図５に図示した実施形態の光学キャビティ４７０を用い得る。
また光導波路１２１２は、光導波路１２１２が入力面１２１６から遠位で先細になる楔形状を取るように出力面１２１４と角度をなす反射下面１２１８を含む。反射下面１２１８は任意の適当な反射材料を含み得る。反射下面１２１８は例えば米国特許第５，８８２，７７４号明細書（ジョンザ（Ｊｏｎｚａ）ら）に記載されるような広帯域干渉反射体１２９０を含むことが好ましい場合がある。広帯域干渉反射体１２９０は下面１２１８と接し得るまたは離間し得る。
いくつかの実施形態において本明細書に前述したように、ＴＩＲ促進層を出力面１２１４と第１の干渉反射体１２３０との間、および／または第１の干渉反射体１２３０と電子放出性物質１２４０との間に配置し得る。
楔状光導波路１２１２の使用により光源１２２０によって放出された光が第１の干渉反射体１２３０へ実質的に垂直入射することにより、第１の干渉反射体１２３０に向けた第１の経路上の光の実質的にすべて透過を可能にし得る。出力面１２１４と第１の干渉反射体１２３０との間にＴＩＲ促進層がある実施形態において、斜角で光導波路１２１２内から出力面１２１４に向けられた光をＴＩＲ促進層により光導波路１２１２内に後方に向け得る。そしてこのような再指向光を反射下面１２１８により反射するとともに、出力面１２１４に対して実質的に垂直角度で出力面１２１４を介して向け得る。光導波路１２１２内の一部の光は入力面１２１６を介して光源１２２０に向けられ得る。このような光を光学キャビティ１２７０により集光するとともに入力面１２１６を介して光導波路１２１２内に再指向し得る。
一般に光源１２２０は光学キャビティ１２７０によって光導波路１２１２内に向けられる第１の光学特性を有する光を放出する。光の少なくとも一部分は光導波路１２１２および／または光導波路１２１２の反射下面１２１８により出力面１２１４を介して指向され、第１の干渉反射体１２３０を照明するようになっている。第１の干渉反射体１２３０は第１の光学特性を有する光を電子放出性物質１２４０上へ実質的に透過する。第１の光学特性を有する光で照明されると電子放出性物質１２４０は第２の光学特性を有する光を放出する。一部の光は電子放出性物質１２４０により光導波路１２１２の出力面１２１４に向けて後方に放出され得る。第１の干渉反射体１２３０はそのような光を後方に出力面１２１４から離れるように反射し得る。
本開示の照明システムは任意の適当なタイプの光導波路を含み得る。例えば図１４は、各々入力面１３１６と出力面１３１４と有する光導波路１３１２と、光源１３２０とを含む照明システム１３００の一実施形態を概略的に図示する。光導波路１３１２は光源１３２０に光学的に結合されている。光源１３２０は第１の光学特性を有する光を放出する。システムは少なくとも１つの光導波路１３１２からの光を受光するように配置された電子放出性物質１３４０と、電子放出性物質１３４０と光導波路１３１２の出力面１３１４との間に配置された第１の干渉反射体１３３０とをさらに含む。第１の干渉反射体１３３０は第１の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第２の光学特性を有する光を実質的に反射する。電子放出性物質１３４０は第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する。またシステム１３００は電子放出性物質１３４０が第２の干渉反射体１３５０と第１の干渉反射体１３３０との間にあるように配置された随意の第２の干渉反射体１３５０を含み得る。図２に図示された実施形態の光導波路１１２、光源１２０、第１の干渉反射体１３０、電子放出性物質１４０、および第２の干渉反射体１５０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図１４に図示された実施形態の光導波路１３１２、光源１３２０、第１の干渉反射体１３３０、電子放出性物質１３４０、および随意の第２の干渉反射体１３５０に同等に適用される。
いくつかの実施形態において光導波路１３１２は１つまたは複数の光ファイバ１３１３を含み得る。光ファイバ１３１３は任意の適当なタイプの光ファイバ、例えばコアの大きいポリマークラッドシリカファイバ（ミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な、商品名ＴＥＣＳ（登録商標）で市販されているものなど）、ガラスファイバ、プラスチックコア光ファイバ等を含み得る。
光ファイバ１３１３は光源１３２０に光学的に結合されている。本明細書に前述したように光源１３２０は任意の適当なタイプの光源を含み得る。いくつかの実施形態において光源１３２０はアレイパターンに配置された個々のＬＥＤダイまたはチップを含み得る。さらにいくつかの実施形態において照明システム１３００は光源１３２０毎に１つの光ファイバ１３１３を含むことができる。
任意の適当な技術を用いて光源１３２０により放出された光を光導波路１３１２内に結合し得る。例えば照明システム１３００は対応するＬＥＤダイからの等方性発光を、以下の同一出願人所有且つ同時係属中の出願、米国特許出願第１０／７２６，２２２号明細書（ヘンソン（Ｈｅｎｓｏｎ）ら）、米国特許出願第１０／７２６，２４４号明細書（シンバル（Ｓｉｍｂａｌ））、米国特許出願第１０／７２６，２４８号明細書、米国特許出願第１０／７２７，２２０号明細書（シュルツ（Ｓｃｈｕｌｔｚ）ら）、米国特許出願第１０／７２６，２２５号明細書（ヘンソン（Ｈｅｎｓｏｎ）ら）、米国特許出願第１０／７２６，２５７号明細書（アギーレ（Ａｇｕｉｒｒｅ）ら）、および米国特許出願第１０／７３９，７９２号明細書（アウダーカーク（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）ら）に記載されるような、対応する受光光導波路の容認可能な角度基準を満たすビームに変換することができる１つまたは複数の集光器を含み得る。
電子放出性物質１３４０ならびに第１の干渉反射体１３３０および／または第２の干渉反射体１３５０は本明細書にさらに説明するように任意の適当な形状を取り得る。いくつかの実施形態において電子放出性物質１３４０ならびに干渉反射体１３３０および１３５０の一方または両方は連続層の形状であり得る。他の実施形態において電子放出性物質１３４０ならびに干渉反射体１３３０および／または１３５０の一方または両方は湾曲していてもよい。さらにいくつかの実施形態において電子放出性物質１３４０ならびに干渉反射体１３３０および／または１３５０の一方または両方は光導波路１３１２の１つまたは複数の出力面１３１４上または接して形成された非連続部分であってもよい。
電子放出性物質１３４０を光導波路１３１２の出力面１３１４に対して任意の適当な関係に配置し得る。いくつかの実施形態において電子放出性物質１３４０は出力面１３１４から離間していてもよい。他の実施形態において電子放出性物質１３４０は第１の干渉反射体１３３０および随意の第２の干渉反射体１３５０の一方または両方上に配置し得る。他の実施形態においてＴＩＲ促進層を電子放出性物質１３４０と第１の干渉反射体１３３０との間、電子放出性物質１３４０と随意の第２の干渉反射体１３５０との間で電子放出性物質１３４０上に、または本明細書にさらに説明するように電子放出性物質１３４０の両側上に配置し得る。米国特許出願第１０／７６２，７２４号明細書（アウダーカーク（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）ら）も参照されたい。
第１の干渉反射体１３３０を出力面１３１４および電子放出性物質１３４０に対して任意の適当な場所、例えば出力面１３１４から離間して、電子放出性物質１３４０から離間して、出力面１３１４上に、電子放出性物質１３４０上に、出力面１３１４および電子放出性物質１３４０の両方上等に配置し得る。いくつかの実施形態においてＴＩＲ促進層は出力端１３１４と第１の干渉反射体１３３０との間に含まれていてもよい。さらにいくつかの実施形態において光導波路１３１２の出力面１３１４および第１の干渉反射体１３３０を、任意の適当な技術または材料を用いて、例えば屈折率一致流体、ジェル、接着剤、感圧接着剤、ＵＶ硬化接着剤またはセメントを用いて屈折率を一致させてもよい。
また照明システム１３００は１つまたは複数の光学素子１３６０を含み得る。１つまたは複数の光学素子１３６０を、電子放出性物質１３４０からの光を受光するように電子放出性物質１３４０と第１の干渉反射体１３３０との間、および／または光導波路１３１２の出力面１３１４と第１の干渉反射体１３３０との間に配置し得る。１つまたは複数の光学素子１３６０は、所定角度内の光をディスプレイまたは他のデバイスに向けるコリメーティング光学系を含み得る。例えば１つまたは複数の光学素子１３６０は輝度強化フィルム、旋回フィルム、レンズ、拡散板、利得拡散板、コントラスト増強物質、反射素子等を含み得る。いくつかの実施形態において１つまたは複数の光学素子１３６０は、より均一な光分散を提供するウォークオフプレートまたは結晶を含み得る。ウォークオフプレートまたは結晶は光線を互いにずれた２つの光線に分離する層を含み、このようなずれはウォークオフ結晶に当たると各々異なる屈折度になる光線の２つの偏光状態に起因する。典型的なウォークオフプレートは異なる偏光に対して異なる屈折率を有する（すなわち複屈折）材料で作製されている。通例高屈折率方向はプレートの面内軸のうちの少なくとも１つから偏っている。
いくつかの実施形態において１つまたは複数の光学素子１３６０は、好適な偏光の光をシステム１３００により放出可能にする一方で他の偏光を反射する反射型偏光子を含み得る。任意の適当な反射型偏光子、例えばコレステリック反射型偏光子、１／４位相差板を有するコレステリック反射型偏光子、ワイヤグリッド偏光子、およびＤＢＥＦ（すなわち正反射型偏光子）、ＤＲＰＦ（すなわち拡散反射型偏光子）を始めとするスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能な多様な反射型偏光子がある。反射型偏光子１３６０により反射された光を電子放出性物質１３４０、および／または干渉反射体１３３０および１３５０により偏光解消することができるとともに、選択された偏光の光をより効率よく放出することができるように再利用することができる。
一般には光源１３２０からの光は光導波路１３１２の入力面１３１６を照明するとともに、光導波路１３１２により出力面１３１４を介して向けられ、ここでこのような光の少なくとも一部分は第１の干渉反射体１３３０を照明する。第１の干渉反射体１３３０は、光の少なくとも一部分が電子放出性物質１３４０を照明するように、光源１３２０からの光を実質的に透過する。
電子放出性物質１３４０は第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する。例えば電子放出性物質１３４０を、光源１３２０からのＵＶまたは青色光で照明されると可視光を放出するように選択し得る。電子放出性物質１３４０により放出された光の少なくとも一部分は第２の干渉反射体１３５０を照明し、第２の干渉反射体１３５０はそのような光を実質的に透過する。電子放出性物質１３４０により変換されない光源１３２０からの任意の光は、随意の第２の干渉反射体１３５０により電子放出性物質１３４０に向かって後方に実質的に反射される。さらに第１の干渉反射体１３３０を照明する電子放出性物質１３４０により放出された任意の光は実質的に反射される。
本明細書に前述したように、任意の適当な技術を用いて光源１３２０からの光を光導波路１３１２に結合し得る。例えば図１５は光ファイバ１４１３を含む光導波路１４１２を含む照明システム１４００の他の実施形態を概略的に図示する。例えば同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／７２６，２２２号明細書（ヘンソン（Ｈｅｎｓｏｎ）ら）を参照されたい。システム１４００は光源１４２０と、光源１４２０からの光を受光するように配置された電子放出性物質１４４０と、光導波路１４１２と電子放出性物質１４４０との間に配置された第１の干渉反射体１４３０とを含む。図１４に図示された実施形態の光導波路１３１２、光源１３２０、第１の干渉反射体１３３０、および電子放出性物質１３４０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図１５に図示された実施形態の光導波路１４１２、光源１４２０、第１の干渉反射体１４３０、および電子放出性物質１４４０に同等に適用される。またシステム１４００は本明細書にさらに説明するように第２の干渉反射体（図示せず）を含み得る。
光源１４２０は光学素子１４２８のアレイと光学的に位置合わせして配置されたＬＥＤダイ１４２４のアレイ１４２２を含み、光学素子１４２８は焦点合わせレンズ１４２９などの受動光学素子または反射体などの光学集光素子を含み得る。また光学素子１４２８のアレイは光ファイバ１４１３のアレイと光学的に位置合わせされている。光ファイバ１４１３のアレイをコネクタ化することが可能であり、コネクタ化はコネクタ１４１７を含むことによりファイバ１４１３の入力面１４１６を支持および／または収容することができる。またコネクタ化はコネクタ１４１５を含むことによりファイバ１４１３の出力面１４１４を支持および／または収容することができる。任意の適当なコネクタ、例えば米国特許出願第１０／７２６，２２２号明細書（ヘンソン（Ｈｅｎｓｏｎ）ら）に記載されたものを、光ファイバ１４１３の入力面１４１６または出力面１４１４のいずれかにおいて用い得る。本明細書の対象とする当業者には明らかであるように、ファイバ１４１３の出力面１４１４を束ねて点状光源もしくは直線アレイ、円形アレイ、六角形アレイ、または他の形状化アレイなどの形状化アレイを形成し得る。
例示的実施形態において光源１４２０のアレイ１４２２は単一ＬＥＤダイまたはチップのアレイなどの個々のＬＥＤ１４２４のアレイを含み得るが、それらは個別に載置されるとともに動作制御用独立電気接続を有する（すべてのＬＥＤが共通の半導体基板により互いに接続されたＬＥＤアレイではない）。ＬＥＤダイは対称的放射パターンを生じ、それらを本開示用の望ましい光源にすることができる。ＬＥＤダイは光への電気エネルギーの変換が効率的であるとともに、ほとんどのレーザダイオードほど温度に敏感ではない。そのためＬＥＤダイは多くのタイプのレーザダイオードに比べてわずかなヒートシンクのみで適正に動作し得る。例示的実施形態において各ＬＥＤダイ１４２４はその最も近いものから少なくともＬＥＤダイ幅より広い距離離間されている。
加えてＬＥＤダイを−４０°〜１２５℃の温度で動作させることができるとともに、ほとんどのレーザダイオードの寿命およそ１０，０００時間またはハロゲン自動車ヘッドランプの寿命５００〜１０００時間と比べて、１００，０００時間の範囲の動作寿命を有することができる。例示的実施形態においてＬＥＤダイ１４２４は各々約５０ルーメン以上の出力強度を有することができる。個々の高出力ＬＥＤダイはクリー（Ｃｒｅｅ）およびオスラム（Ｏｓｒａｍ）などの会社から市販されている。例示的一実施形態において、各々約３００μｍ×３００μｍの発光面積を有するＬＥＤダイ１４２４（クリー（Ｃｒｅｅ）により製造）のアレイを用いて集中（小面積、高出力）光源を提供することができる。矩形または他の多角形状などの他の発光面形状も利用することができる。加えて代替実施形態において、利用するＬＥＤダイ１４２４の発光層を上面または下面上に配置することができる。
代替実施形態においてアレイ１４２２を白色面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイと交換し得る。受動光学素子アレイ１４２８を用いて各ＶＣＳＥＬから放出された光を対応するファイバ１４１３内に再指向し得る。
図１５の図示の実施形態の態様は各光源１４１２、光学素子（レンズ、焦点合わせ、集光または反射素子）のアレイ１４２８の対応する受動光学素子、および対応する光ファイバ１４１３との間で１対１対応である。通電されると各ＬＥＤダイ１４２４は対応するファイバ１４１３内に光を放つ個別光源として動作する。本例示的実施形態は大きなコア（例えば４００μｍ〜１０００μｍ）のポリマークラッドシリカファイバ（ミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な商品名ＴＥＣＳ（登録商標）で販売されているようなものなど）を含む。また例えばＬＥＤダイ１４２４の出力波長などのパラメータに応じて、従来のまたは特別なガラスファイバなどの他のタイプの光ファイバを本開示の実施形態に従って用い得る。
加えて本明細書の対象とする当業者には明らかであるように、平面導波管、ポリマー導波管等などの他の導波管タイプも本教示に従って用い得る。
光ファイバ１４１３はその出力面１４１４の各々上にファイバレンズをさらに含み得る。同様に光ファイバ１４１３の入力面１４１６は各々ファイバレンズをさらに含み得る。ファイバレンズ製造および実施は、同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／３１７，７３４号明細書（スミソン（Ｓｍｉｔｈｓｏｎ）ら）および同第１０／６７０，６３０号明細書（ジェニングス（Ｊｅｎｎｉｎｇｓ）ら）に記載されている。
個々の光ファイバ１４１３はまとめられて元の光源から遠い遠隔照明を提供する。電球の代替品として組み込まれるＬＥＤによる照明アセンブリのさらなる記載は、同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／７２６，２２５号明細書（ヘンソン（Ｈｅｎｓｏｎ）ら）に記載されている。
いくつかの実施形態においてＬＥＤダイ１４２４は、１つまたは複数のＬＥＤ１４２４が選択的に起動できるように独立して制御可能であり得る。例えばシステム１４００は各ＬＥＤ１４２４と電気通信しているコントローラ（図示せず）を含み得る。コントローラは１つまたは複数のＬＥＤ１４２４を選択的に起動するように動作可能である。任意の適当なコントローラ、例えば同一出願人所有且つ同時係属中の米国特許出願第１０／７２６，２２２号明細書（ヘンソン（Ｈｅｎｓｏｎ）ら）に記載されているものを用い得る。このようなＬＥＤ１４２４の制御可能出力を様々なタイプの用途、例えば自動車用可動ヘッドランプ、画素化ディスプレイ、投射システム、標識等で用い得る。
一般に第１の光学特性を有する光が光源１４２０の１つまたは複数のＬＥＤ１４２４により放出され、このような光は光学素子１４２８により入力面１４１６を介して１つまたは複数の光ファイバ１４１３内に向けられる。光は光ファイバ１４１３によりそれらの出力面１４１４を介して向けられるとともに第１の干渉反射体１４３０を照明する。第１の干渉反射体１４３０はその光を電子放出性物質１４４０を照明するように実質的に透過する。電子放出性物質１４４０は光源１４２０からの光の少なくとも一部分を第２の光学特性を有する光に変換する。第１の干渉反射体１４３０に向けられる電子放出性物質１４４０により放出された光は第１の干渉反射体１４３０により実質的に反射される。ＬＰ干渉反射体（例えば図２の第２の干渉反射体１５０）がシステム１４００に含まれている場合には、電子放出性物質１４４０により放出された光はＬＰ干渉反射体により実質的に透過される。ＬＰ干渉反射体を照明する光源１４２０からの任意の光は電子放出性物質１４４０に向けて後方に実質的に反射され、そこで第２の光学特性を有する光に変換され得る。電子放出性物質１４４０により放出および／または随意のＬＰ干渉反射体により透過された光はその後任意の適当な技術を用いて所望の場所に向けることができる。
いくつかの実施形態において図１４の照明システム１３００および図１５の照明システム１４００はＬＰ干渉反射体を含むがＳＰ干渉反射体は含まない場合がある。例えば図１８は電子放出性物質１７４０からの光を受光するように配置された干渉反射体１７５０を含む照明システム１７００を概略的に図示する。またシステム１７００は光源１７２０と、光源１７２０に光学的に結合された光導波路１７１２とを含む。図１４に図示された実施形態の光導波路１３１２、光源１３２０、電子放出性物質１３４０、および随意の第２の１３５０に対して本明細書に記載された設計上の考察および可能性のすべては、図１８に図示された実施形態の光導波路１７１２、光源１７２０、電子放出性物質１７４０、および干渉反射体１７５０に同等に適用される。システム１７００は図１４の照明システム１３００に対して説明したものと同様な他の特徴、例えば１つまたは複数の光学素子、ＴＩＲ促進層等を含み得る。
一般に光源１７２０は第１の光学特性を有する光を放出する。このような光は光導波路１３１２の入力面１３１６を照明するとともに、光導波路１７１２により出力面１７１４を介して向けられ、そこでこのような光の少なくとも一部分は電子放出性物質１７４０を照明する。電子放出性物質１７４０は第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する。電子放出性物質１７４０により放出された光の少なくとも一部分は干渉反射体１７４０を照明し、干渉反射体１７４０は第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに第１の光学特性を有する光を実質的に反射する。そして実質的に透過された光は任意の適当な技術を用いて所望の場所へ向けられる。
本開示の照明システムを照明を提供する任意の適当な方法で用い得る。例えば本明細書に記載の照明システムのいくつかまたはすべてを用いてディスプレイ用の照明を提供し得る。図１６はディスプレイデバイス１５１２に光学的に結合された照明システム１５１０を含むディスプレイアセンブリ１５００を概略的に図示する。照明システム１５１０は本明細書に記載された任意の照明システム、例えば図１のシステム１０を含み得る。照明システム１５１０はディスプレイデバイス１５１２に照明光を提供する。ディスプレイデバイス１５１２は任意の適当なディスプレイデバイス、例えばＬＣＤ、エレクトロクロミックまたは電気泳動デバイス、空間光変調器、透光性標識等であり得る。
例えばディスプレイデバイス１５１２は１つまたは複数の空間光変調器を含み得る。いくつかの実施形態において１つまたは複数の空間光変調器は個々にアドレス可能な制御可能要素のアレイを含み得る。このような空間光変調器は適当なタイプの制御可能要素を含み得る。例えば空間光変調器は可変透過率タイプのディスプレイを含み得る。いくつかの実施形態において空間光変調器は、透過型光変調器の一例である液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含み得る。いくつかの実施形態において空間光変調器は、反射型光変調器の一例である変形可能ミラーデバイス（ＤＭＤ）を含み得る。
ディスプレイデバイス１５１２は、ディスプレイ画像を生成する任意の適当な光学および非光学素子、例えばレンズ、拡散板、偏光子、フィルタ、ビームスプリッタ、輝度強化フィルム等を含み得る。照明システム１５１０は当該技術において既知の任意の適当な技術を用いてディスプレイデバイス１３１２に光学的に結合され得る。
本開示の例示的実施形態を検討するとともに本開示の範囲内の可能な変形例を参照してきた。本開示のこれらのおよび他の変形例および変更例は開示の範囲から逸脱することなく当業者には明らかであろうとともに、本開示は本明細書に記載された例示的実施形態に限定されないことは理解されよう。したがって本開示は冒頭に提示した特許請求の範囲によってのみ限定される。
１２ 光導波路
２０ 光源
３０ 干渉反射体
４０ 電子放出性物質

Claims (41)

  1. 第１の光学特性を有する光を放出する光源と、
    出力面を有する光導波路と、
    前記光源と前記光導波路の前記出力面との間に配置され、前記第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出する電子放出性物質と、
    前記電子放出性物質と前記光導波路の前記出力面との間に配置され、前記第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに前記第１の光学特性を有する光を実質的に反射する干渉反射体とを具備する、照明システム。
  2. 前記第１の光学特性は第１の波長域を有するとともに、前記第２の光学特性は前記第１の波長域とは異なる第２の波長域を有する、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１の波長域はＵＶ光を有する、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記第１の波長域は青色光を有する、請求項２に記載のシステム。
  5. 前記第２の波長域は可視光を有する、請求項２に記載のシステム。
  6. 前記光源は少なくとも１つの固体光源を有する、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記少なくとも１つの固体光源は少なくとも１つのＬＥＤを有する、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記光導波路は入力面をさらに有し、前記干渉反射体は前記光導波路の前記入力面に隣接して配置されている、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記システムは前記光源に光学的に結合された光学キャビティをさらに有し、前記光学キャビティは前記第１の光学特性および第２の光学特性のうちの少なくとも一方を有する光を前記電子放出性物質に向けるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記光源は複数のＬＥＤを有し、前記光学キャビティは複数の集光器をさらに有し、前記複数の集光器の各集光器は前記複数のＬＥＤの１つのＬＥＤに光学的に結合されている、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記光源と、前記電子放出性物質と、前記干渉反射体とは、前記光導波路内に配置されている、請求項１に記載のシステム。
  12. 前記干渉反射体は非平面干渉反射体を有する、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記干渉反射体は凹状干渉反射体である、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記システムは、前記干渉反射体と前記光導波路の入力面との間に配置された少なくとも１つの光学素子をさらに有する、請求項１に記載のシステム。
  15. 前記少なくとも１つの光学素子は、前記電子放出性物質により放出されるとともに前記光導波路内に向けられる光の角度を制御するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記システムは、前記光源と前記干渉反射体との間に配置された少なくとも１つの光学素子をさらに有する、請求項１に記載のシステム。
  17. 前記光導波路が楔形状を有する、請求項１に記載のシステム。
  18. 前記光導波路は前記光導波路の入力面内に複数の窪みを有し、前記光源は複数のＬＥＤを有し、前記各窪みは１つのＬＥＤに対応し、さらに前記電子放出性物質は前記各窪みの表面上に配置されている、請求項１に記載のシステム。
  19. 前記電子放出性物質は前記光導波路内に分散されている、請求項１に記載のシステム。
  20. 前記電子放出性物質は接着剤を有する、請求項１に記載のシステム。
  21. 前記干渉反射体は、ＵＶに露光された時に劣化されにくいポリマー材料を有する、請求項１に記載のシステム。
  22. 前記干渉反射体は、実質的に無機材料のないポリマー材料を有する、請求項１に記載のシステム。
  23. 前記電子放出性物質は不連続である、請求項１に記載のシステム。
  24. 不連続な前記電子放出性物質は電子放出性物質の複数の線である、請求項２３に記載のシステム。
  25. 不連続な前記電子放出性物質は電子放出性物質のパターンである、請求項２３に記載のシステム。
  26. 前記不連続電子放出性物質は電子放出性物質の複数のドットを有する、請求項２３に記載のシステム。
  27. 前記電子放出性物質の複数のドットの各ドットは１００００μｍ2未満の面積を有する、請求項２６に記載のシステム。
  28. 前記電子放出性物質の複数のドットの少なくとも１つのドットは、第１の電子放出性物質を有するとともに、前記電子放出性物質の複数のドットの少なくとも１つの他のドットは第２の電子放出性物質を有する、請求項２６に記載のシステム。
  29. 前記第１の光学特性は第１の波長域を有するとともに、前記第２の光学特性は前記第１の波長域とは異なる第２の波長域を有し、少なくとも第１の蛍光体ドットが前記第２の波長域内の第１のピーク波長を有する光を放出するとともに、少なくとも第２の蛍光体ドットが前記第１のピーク波長とは異なる前記第２の波長域内の第２のピーク波長を有する光を放出する、請求項２６に記載のシステム。
  30. 前記干渉反射体は第１および第２の熱可塑性ポリマーの交互層を有し、さらに前記層の少なくともいくつかが複屈折性である、請求項１に記載のシステム。
  31. 前記第１の光学特性は第１の波長域を有するとともに、前記第２の光学特性は前記第１の波長域とは異なる第２の波長域を有し、前記電子放出性物質は前記第１の波長域において第１の屈折率を有する、請求項１に記載のシステム。
  32. 前記システムは、前記干渉反射体と前記電子放出性物質との間で前記電子放出性物質と接しているＴＩＲ促進層をさらに有し、さらに前記ＴＩＲ促進層は、前記第１の波長域において前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する、請求項３１に記載のシステム。
  33. 前記ＴＩＲ促進層は空隙を有する、請求項３２に記載のシステム。
  34. 前記ＴＩＲ促進層は微細構造化層を有する、請求項３２に記載のシステム。
  35. 請求項１に記載の照明システムを有する灯具。
  36. 請求項１に記載の照明システムを有する標識。
  37. 前記電子放出性物質は蛍光体材料を有する、請求項１に記載のシステム。
  38. 第１の光学特性を有する光を放出する光源を設けるステップと、
    前記光源により放出された光を受光するように電子放出性物質を配置するステップと、
    前記電子放出性物質が前記光源と干渉反射体との間にあるように干渉反射体を配置するステップと、
    前記干渉反射体により透過された光を受光するように光導波路を配置するステップとを有し、
    前記電子放出性物質は前記第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出し、
    前記干渉反射体は前記第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに前記第１の光学特性を有する光を実質的に反射し、
    前記光導波路は前記干渉反射体により透過された光の少なくとも一部分を前記光導波路の出力面を介して向ける、照明システムの製造方法。
  39. 第１の光学特性を有する光を放出する光源と、
    出力面を有する光導波路と、
    前記光源と前記光導波路の前記出力面との間に配置され、第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに前記第１の光学特性を有する光を実質的に反射する干渉反射体と、
    前記光源と前記干渉反射体との間に配置され、前記第１の光学特性を有する光で照明されると前記第２の光学特性を有する光を放出する電子放出性物質とを具備する照明システムと、
    前記照明システムに光学的に結合され、前記照明システムからの光の少なくとも一部分を変調するように動作可能な複数の制御可能要素を有する空間光変調器とを具備する、ディスプレイ。
  40. 前記空間光変調器の前記複数の制御可能要素は可変透過率ディスプレイ要素を有する、請求項３９に記載のディスプレイ。
  41. 電子放出性物質を第１の光学特性を有する光で照明するステップと、
    干渉反射体を前記電子放出性物質により放出された光で照明するステップと、
    前記干渉反射体により透過された光の少なくとも一部分を所望の場所へ向けるステップとを有し、
    前記電子放出性物質は、前記第１の光学特性を有する光で照明されると第２の光学特性を有する光を放出し、
    前記干渉反射体は、前記第２の光学特性を有する光を実質的に透過するとともに前記第１の光学特性を有する光を実質的に反射する、照明を所望の場所に提供する方法。
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