JP2011515806A

JP2011515806A - フォトルミネッセンス光源

Info

Publication number: JP2011515806A
Application number: JP2011500342A
Authority: JP
Inventors: カナデ，ウダヤン; カイルナール，パラグ; アプテ，プシュカール; ラマプラヴィーン，ルビィ; ガヌ，サナト; カタリヤ，スミート; デシュパンデ，アロク
Original assignee: アイ２アイシーコーポレイション
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2011-05-19
Also published as: CN102027398A; WO2009116014A1; US20110182055A1; KR20100127284A

Abstract

フォトルミネッセンス光源を公開する。一実施形態においては、本装置が導光媒体から構成される。この導光媒体は、フォトルミネッセンス材料の粒子、媒体端部に沿って配置された光源から成る。フォトルミネッセンス材料は光源が生成する光を吸収し、粒子のフォトルミネッセンス特性が特徴付ける波長の光を発する。フォトルミネッセンス粒子の配光は、既定の光パターンを発するために、媒体全体でさまざまとなる。別の実施形態においては、光源が多色光を発する。さらに別の実施形態においては、光源が偏光を発する。

Description

本願は2008年3月19日にインド、ムンバイで出願された暫定特許555/MUM/2008、「フォトルミネッセンス光源」に基づく優先権を主張する。

本発明は、照明系に関与する。より詳細には、本発明はフォトルミネッセンス材料の導光媒体から構成される照明系に関与する。

＜背景技術＞

照明は、可視化、写真撮影、顕微鏡、科学的な目的、エンターテーメントの制作（演劇、テレビ、映画）などの光や、ディスプレーのバックライトに使用される。

照明の用途として、従来の技術には突端や一次元光源の形をとる多くのシステムがある。このようなシステムは多くの欠点を有する。光源の光度が、部屋や周囲の光度に比べて非常に高く、目に悪い。このような光源は物体の非常に鋭い影を投影し、目にも良くないため、写真撮影やエンターテーメントの制作にはあまり応用されない。このような光源で、卓上、テレビの前面パネル、モニターの前面パネルなどの表面でギラギラと光る。

面形状で光源としての役割を果たす先行システムがある。家庭用照明の蛍光灯に拡散板をかぶせて、ギラギラを低減することも可能である。これらのシステムはとても大きい。反射傘などの拡散体や拡散反射体は、写真撮影や映画撮影の光源として使用されるが、照明をやや均一にするにすぎない。

液晶画面などの平面ディスプレーのバックライトの光は、均一またはほぼ均一である。液晶画面を背面照射する従来の解決策は、シート状の光源であり、一部、光を抽出するための点やプリズム模様のあるものもある。光源は、2枚の低屈折率材料で光屈折率材料を挟んでいる。点の形状や密度は、表面の均一な照明が得られるように管理される。これらの方法により、表面で照明が均一になるものの、光点の外観を近くで見ると、暗闇に囲まれていて、局部的に照明が均一とはなっていない。このような非均一性は目に不快であり、平面ディスプレーのバックライトとして使用すると干渉模様が生じる。光の局部的な均一性を得るために、このようなシステムは拡散板や拡散フィルムをかぶせる必要があるものの、費用がかかり、大きくなってしまう。

局部的に表面の照明を均一にするシステムがあり、表面が均一に照射される。これらのシステムは、光源や導光される光の一部を抽出する方法が適用されるという点で、前述のシステムに類似している。しかしながら、光の抽出は点や幾何学的形状でではなく、微小な光の拡乱、回折、拡散粒子で行われる。このような粒子が光源全体に均一に広がる。これは、他の離散的照射よりも光源の連続的照射を引き起こす。

他方で、シートの一端部から他の端部へと導光されると、光の一部が抽出され、抽出される光がどんどん低減して行き、より少ない照明しか残らなくなる。従って、このようなシステムでは、表面全体の均一な照明とはならない。均一に近い状態とするには、ライトガイドの一端部から他部への光の総低減量が大きすぎてはいけない。ライトガイド端部で光を無駄に消費してしまい、システムのエネルギー効率が低下するからである。

光ファイバーの形をとる光導波路は、さまざまに応用されている。既存システムは、大きな帯域幅、高速通信の効率的な導光体として光ファイバーを使用する。光ファイバーは、光ファイバーセンサーでも使用される。従来の技術システムは、医学的応用などを含む、撮像光学系に光導波路を使用する。
ドープ光ファイバーはレーザーの利得媒体または光増幅器として使用される。現在の光電子工学システムも、困難な電気的環境下の低エネルギー電子回路にエネルギーを供給する光ファイバーを使用する。

従来の技術システムも、装飾照明の光源として光ファイバーを使用する。シンチレーターがドープされた光ファイバーは、放射線検知に使用される。蛍光性繊維として一般的に知られるフォトルミネッセンス粒子でドープされたファイバーは、光ファイバーの導光特性研究用キットに使用できることがわかっている。フォトルミネッセンスファイバー（集光蛍光材料）は、昼夜兼用武器照準器でも使用される。

ほとんどの光源からの光はランダムに偏光する。しかしながら、正常に機能するためには、一部の応用に直線偏光や円偏光が必要となる。例えば、液晶光弁などのさまざまな光弁や光プロセッサーでは、直線偏光が必要である。偏光をランダムに偏光に変換する従来の技術システムがある。従来技術システムの一部は、光源前の偏光板を使用する。非偏光は偏光板を通過し、偏光が起こる。このようなシステムは、偏光板のある偏光要素で透過し、他の偏光要素で吸収するために不十分である。光エネルギーの約半分が偏光板の中で失われることになる。他の従来の技術システムは、偏光に偏光ビームスプリッターを使用する。偏光ビームスプリッターは必要な偏光要素の透過を起こすが、不要な偏光要素が偏向してしまい、エネルギーが無駄になる。従って、このようなシステムも不十分である。

従来技術の平面カラーディスプレーは、通常白色光照明を使用する。カラーフィルターで色彩を描写する液晶ディスプレーなどのディスプレーに、白色光が入る。大量の光が吸収されるため、カラーフィルターはディスプレーの効率を下げる。カラーフィルターに起因するディスプレー透過率の著しい低さが他の欠点となる。

さらに従来の技術では、着色ネマチック液晶パネルを何枚か重ねる方法が有名である。白色光はそれらのパネルを通過する。それぞれの層は、赤、青、緑の一部を加えられた電圧に従って白色光から減算し、色のついた映像を表示する。しかしながらこれは光の損失が欠点で、効率が低減する。また、視差エラーの問題もある。

ルミネッセンスは、発熱光とは異なる発光であって、通常低温で起こり、熱体からの放射物とは異なる。これは、化学反応、エネルギー量、亜原子運動、結晶への応力などで起こすことが可能である。フォトルミネッセンスは、化合物が光子（電磁放射物）を吸収し、瞬時に高エネルギー状態とし、光子を反放射して低エネルギー状態に戻す工程である。換言すれば、フォトルミネッセンスは光励起から生じる発光である。フォトルミネッセンス物質は、蛍光、リン光、シンチレーションのフォトルミネッセンスを示す物質である。

光子の分子吸収がより長い波長の他の光子を放出させる冷体で、光学現象として捉えられる発光が蛍光である。リン光性物質が吸収するエネルギーが、蛍光体のエネルギーよりもゆっくりと長い時間放出するという点で、リン光も蛍光とは異なるフォトルミネッセンスである。物質が高エネルギー電磁または荷電粒子線を吸収し、事前に吸収されたエネルギーを放出する特徴的な長めの波長で蛍光光子を発する工程がシンチレーションである。

さまざまな実施内容の詳細および構成要素の組み合わせを含む、前述およびその他の好ましい特徴は、添付図面に関連して特別に説明され、請求項で示される。本書に記載される特別な方法やシステムは、例示の目的のみで示すものであり、限定するものではない。本書に記載される原則および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな実施形態で採用される可能性があることを、当業者は理解するであろう。

本明細書の一部となる添付図面は、本発明の原則を説明および教示する目的で、現時点で好適な実施の形態、また上記の概要と共に、好適な実施の形態の詳細な説明を図解で示すものである。

一つの実施形態による、フォトルミネッセンス光源を示す。

一つの実施形態による、フォトルミネッセンス光源を側面から示す。

一つの実施形態による、コアの中核的な要素を例示する。

一つの実施形態による、さまざまなフォトルミネッセンス粒子の濃度を有するコアのあるフォトルミネッセンス光源を示す。

一つの実施形態による、二つの第一光源を有するフォトルミネッセンス光源を示す。

一つの実施形態による、鏡付きのコアを有するフォトルミネッセンス光源を示す。

一つの実施形態による、コアの生産工程をフロー図で例示する。

一つの実施形態による、様々なフォトルミネッセンス粒子の濃度を有する基液を例示する。

一つの実施形態による、コアを例示する。

一つの実施形態による、区画のある基液を例示する。

一つの実施形態による、コア生産用装置のブロック図を示す。

一つの実施形態による、さまざまなフォトルミネッセンス粒子の濃度のあるコアの生産工程をフロー図で例示する。

一つの実施形態による、仕切り付きの型を示す。

一つの実施形態による、液体が充填された仕切り付きの型を示す。

一つの実施形態による、仕切りが除去された型を示す。

一つの実施形態による、拡散体のある装置を示す。

一つの実施形態による、曲面物体のある容器を示す。

一つの実施形態による、液体が充填された曲面物体のある容器を示す。

一つの実施形態による、凝固液の入った容器を示す。

一つの実施形態による、波板生産装置を例示する。

一つの実施形態による、コア生産装置を例示する。

一つの実施形態による、一面から光を発する光源を示す。

一つの実施形態による、一部鏡付きの光源を示す。

一つの実施形態による、複数の導光媒体のある光源を例示する。

一つの実施形態による、バックライトディスプレーのブロック図を例示する。

一つの実施形態による、照明列の上面である。

一つの実施形態による、照明列の垂直断面である。

一つの実施形態による、照明列の前面である。

一つの実施形態による、偏光光源の断面を示す。

一つの実施形態による、光線の偏光状態が描かれた偏光光源の断面を例示する。

一つの実施形態によれば、図1Aはフォトルミネッセンス光源199を示す。フォトルミネッセンス光源199は、光に透明な材料から作られた3枚のシートの大きな面を貼り合わせた導光媒体100から構成される。真ん中のシートであるコア104は、それを被覆する2枚の他のシート102や106よりも屈折率が高い。被覆シートは個体、液体、気体（空気など）、またはコア104よりも屈折率の低い真空で作ることが可能である。導光媒体100の一端部に近いチューブ状あるいは線状の第一光源108が配置される。第一光源108は、白熱フィラメント、フォトルミネッセンス、ガス放電管、発光ダイオードのバンク、またはその他のあらゆる光源である場合がある。一つの実施形態では、集束反射体110または他の光学配置体を用いて、第一光源108からの光が導光媒体100のコア104へと入り、第一光源108が生成する光が、コア104の底面へと最大限入射するようにする。コア104はフォトルミネッセンス材料の粒子から成る。第一光源108からの光は、コア104へ入射して全反射を繰り返し、第一光源端部からコアの逆端部へと光が進むようにする。コア104は導光媒体の機能を果たす。フォトルミネッセンス粒子が光の一部を吸収し、あるスペクトルの光を発する。よって、導光媒体100の全面から光を発するのである。発光は大きな両面から行われる。一つの実施形態では、光源表面からの照明を均一にし、あるいは希望するパターンの照明を得るために、フォトルミネッセンス粒子の濃度がコア104の場所によって変わる。

一つの実施形態では、大きな一表面に入射する光をわずかに吸収するために、粒子の密度がまばらになっている。従って、この実施形態では、導光媒体100をその一面から見て、最初は透明である。

本発明の他の実施形態は、円筒、平行六面体、直角プリズム、長方形のシートなどのさまざまな形状の一つをとる導光媒体から成る。光は導光媒体を通って進む。導光媒体は、フォトルミネッセンス材料の粒子を含有する。導光媒体は、それより低い屈折率の被覆を有する場合とそうでない場合がある。

一つの実施形態によれば、図1Bはフォトルミネッセンス光源199を側面から示す。フォトルミネッセンス光源199は、コア104および被覆シート102、106で作られる。第一光源108からの光はフォトルミネッセンス粒子によって吸収、導光媒体100の全面から発せられ、大きな両面から放出される。一つの実施形態では、導光媒体100をその一面から見て、最初は透明である。

一つの実施形態では、フォトルミネッセンス粒子は小さく、均一に（均一性は不要であるが）シート104で拡散される。

一つの実施形態によれば、図1Cはフォトルミネッセンス光源198を示す。フォトルミネッセンス光源198は、線状、すなわち一側面に伸びるコア150から成る。コア150は、棒、チューブ、円筒、さまざまな横断面のあるプリズムの形状となる場合がある。コア150の周辺は、全反射で光を導けるようにそれより低い屈折率の被覆、空気、真空となっている。コア150の一端部近くに、光源152が配置される。光源152からの光はコア150に入射し、そこで導かれる。コア150のフォトルミネッセンス粒子がこの光を吸収し、あるスペクトルの光を発する。

一つの実施形態によれば、図2 はコアの中核的な要素299を例示する。中核要素299は、コアの光源端部から特定の間隔がある中核の小片である。中核要素299はとても薄い。光200は中核要素299へと入射する。光の一部はフォトルミネッセンス粒子が吸収または拡散し、残る光204が次の中核要素へと進む。吸収光のエネルギーの一部は、あるスペクトルの光としてフォトルミネッセンス粒子が発する。この再発光や拡散光は、照明光202として導光媒体から一緒に放出する。中核要素299に入射する放射束200に対し、吸収または拡散されたわずかな放射束は、中核要素299の消光である。200の総放射束は吸収放射束、拡散放射束、次の要素204へと続く放射束の和である。中核要素299の厚さに対する中核要素299の消光比は、消散密度である。中核要素299が薄くなると、消散密度は一定となる。この中核要素299の消散密度は、中核要素299のフォトルミネッセンス材料の粒子濃度に対して、一定の関連性がある。関連性は正比例として、ある程度概算できる。関連性は実験で見積もることが簡単であり、フォトルミネッセンス材料の粒子濃度を知っていれば、要素299の消散密度を計算でき、またその逆も可能である。

中核要素299が薄くなると、発光202の放射束は比例して低減する。中核要素299の厚さに対する発光202の放射束比は、要素が薄くなれば一定となり、中核要素299の放出された線状照射である。中核要素299で放出された線状照射は、消散密度と、入射光放射束と、フォトルミネッセンス材料の効率との積である。フォトルミネッセンス材料の効率は、吸収あるいは拡散される光束対、再発光または拡散光の束の比率である。中核104を通って進む放射束の勾配とフォトルミネッセンス材料の効率との積は、放出された線状照射の負の値となる。この相関性には微分方程式が成り立つ。この方程式は、下記のように表わされる。

ｎｄＰ／ｄｈ＝−ｎｑＰ＝−Ｋ

ここでは、

hが光源端部から中核要素までの距離、また

Pがその要素を通って導かれる放射束

nがフォトルミネッセンス材料の効率

qが要素の消散密度、また

Kがその要素の放出された線状照射である。

この方程式は、それぞれの要素の消散密度を用いて、放出された線状照射を求めるものである。この方程式は、放出された線状照射を用いて、それぞれの要素の消散密度を求める時にも使われる。特定の放出線状照射のある特定の光源を設計する際、それぞれの中核要素での消散密度を求めるために上記の微分方程式を解いていく。ここから、それぞれの中核要素でのフォトルミネッセンス材料の粒子濃度が求められる。

フォトルミネッセンス材料の均一な粒子密度が中核で用いられる場合、放出された線状照射は、光源からの距離と共に指数関数的に減少する。光源に近い端部から逆端部への放射束の低減が最小限になるように、フォトルミネッセンス粒子の濃度を選んで均一に放出された線状照射を見積もることが可能である。エネルギー損失を低減し、発光の均一性を向上するために、逆端部は光をコアに反射する。
代替実施形態では、別の第一光源が光を逆端部に与える。

一つの実施形態によれば、図3はさまざまなフォトルミネッセンス粒子の濃度を有するコアのあるフォトルミネッセンス光源399を示す。フォトルミネッセンス粒子の濃度は、中核304の下部（第一光源端部）から中核304の逆端部まで、まばらや密などさまざまとなる。第一光源308からの光はフォトルミネッセンス粒子302が吸収し、導光媒体の全表面から発光し、大きな両面から放出する。

均一な照明を得るために、消散密度、故にフォトルミネッセンス粒子の密度がコア304本体に沿って異なる。消散密度は下記に従ってさまざまとなる。

ｑ＝Ｋ／（ｎＡ−ｈＫ）

ここでは、

Aはコア304に進む放射束、また

Kがそれぞれの要素の放出線状照射、均一照明用定数（hとは無関係）である。

コア304の全厚がHの場合、HとKとの積はnA以下である。すなわち、総放射束は導光媒体へ進む総放射束とフォトルミネッセンス材料の効率との積より低くなり、その場合、上記の解答が最適となる。最大限の効率には、HとKとの積はnAであり、従って消散密度qは、hがHに近づくと無限に近くなる。すなわち、コア304のより高い要素である。本発明の一つの実施形態では、わずかなエネルギーのみが消費され、さらに消散密度はどこでも有限であるように、HとKとの積がnAよりわずかに少ない値を保つ。

一つの実施形態によれば、図4 は二つの第一光源を有するフォトルミネッセンス光源499を示す。二つの第一光源408と409を用いると、コア404のフォトルミネッセンス粒子402の密度の大きなばらつきは不要となる。上記の微分方程式は、それぞれの第一光源408、409に対する放出線状照射を個別に導くために用いられる。これら二つの放出線状照射の加算は、特定の中核要素で発する総線状照射になる。

光源499の均一な照明は、消散密度で得られる。

ｑ＝１／sqrt（（ｈ−Ｈ／２）＾２＋Ｃ／Ｋ＾２）

ここではsqrtは平行根関数

＾は累乗法、また

CはｎＡ（ｎＡ−ＨＫ）に等しい。

一つの実施形態によれば、図5は鏡付きのコアを有するフォトルミネッセンス光源599を示す。第一光源508からの光はフォトルミネッセンス粒子502が吸収し、導光媒体の全表面から発光し、大きな両面から放出する。鏡付きコア520を利用すると、フォトルミネッセンス材料の粒子の密度の大きなばらつきは不要となる。コア520の上端部510は鏡付きであり、コア520へと光を反射する。

光源599の均一な照明は、消散密度で得られる。

ｑ＝１／sqrt（（ｈ−Ｈ）＾２＋Ｄ／Ｋ＾２）

ここではＤ＝４ｎＡ（ｎＡ−ＨＫ）である。

一つの実施形態によれば、図6 はコアの生産工程600をフロー図で例示する。フォトルミネッセンス粒子を、均一またはさまざまな濃度の基液に導入する（610）。基液は管理された方法で、透明な固体へと凝固される（620）。透明な固体は最終的に中核本体を形成する。基液の冷却、重合、またはあらゆる類似した物理学的あるいは化学的手段で凝固が得られる。凝固工程は、基液のフォトルミネッセンス材料粒子の物理的拡散比率が時間の関数で管理されるように、管理された温度や重合スケジュール、または他の方法を用いる（630）。工程中、フォトルミネッセンス材料には物理的または化学的変化が起こる可能性がある。凝固中、フォトルミネッセンス粒子には物理的拡散、また代替の実施形態では、浮力、対流、非均一な拡散の割合、その他の力による移動が起こる（640）。基液は、既定の位置依存フォトルミネッセンス材料濃度のコアに凝固する。随意で、より多くのフォトルミネッセンス材料や基液がこの工程に導入されることもある（650）。

一つの実施形態によれば、図7A は様々なフォトルミネッセンス粒子の濃度を有する基液710を例示する。基液710は、さまざまな濃度のフォトルミネッセンス粒子702から成る。フォトルミネッセンス粒子702は、生産されるコアと同じ、またはそれよりも大きなサイズの長方形のトレーに保持される基液710の、さまざまな箇所で加えられる。フォトルミネッセンス粒子が加えられる箇所は、同じ、またはさまざまなサイズであることもある。フォトルミネッセンス粒子のこれら3箇所のみが基液710に示されているものの、数百あるいは数百万のこのような領域が、基液710の表面全体にある場合もある。基液710はその後コアを形成するように、管理された方法で凝固される。

一つの実施形態では、フォトルミネッセンス粒子の異なる濃度の領域は、ノズルで基液710へと導入され、それぞれのノズルは異なる濃度や量、あるいは時間で、フォトルミネッセンス粒子ソリューションを押し出す。別の実施形態では、フォトルミネッセンス粒子の領域は、フォトルミネッセンス材料を含有するトレーに作られた、さまざまな寸法の穴を通し、フォトルミネッセンス材料を押し出して作られる。

本発明の一つの実施形態によれば、図7B はコア720を例示する。凝固工程中、フォトルミネッセンス材料の粒子の濃度に段階的な変化をつけるため、フォトルミネッセンス粒子の領域では、互い、あるいは基液に物理拡散が起こる。コアが形成されるトレーが必要なコアのサイズよりも大きい場合は、中核シートを切って形づくる。フォトルミネッセンス粒子の領域を設計するには、物理拡散工程を線状の位置的不変システム、すなわち重畳演算にて計算する。フォトルミネッセンス粒子領域は、重畳後に最終的な濃度で希望する密度パターンが得られるようになる。これは逆重畳で行われる場合もある。一つの実施形態によれば、逆重畳に必要な重畳演算のインパルス応答は、実験的に、あるいは温度スケジュールの知識で、または他の管理された凝固工程で得る。端部が非位置的不変となっているため、線状の非位置的不変モデルは他の実施形態で使用される場合もある。フォトルミネッセンス粒子の領域の濃度はその後、逆列反転や最少二乗法を含む線状システム解法で計算される。

一つの実施形態によれば、図7Cは区画のある基液730を例示する。基液自体を、さまざまなフォトルミネッセンス材料の濃度で区画別にセットトレーに導入する。これらの区画は図に示されるように、最初から敷居で分割されている場合もある。全区画が完成したら、敷居は取り外す。それぞれの部分は基液が凝固するに従って、互いに物理拡散を起こし、フォトルミネッセンス材料密度の粒子の段階的グラデーション変化となる。

上記工程（または下記に記載される工程）は、最終シートの形状のトレーで実施はしない。例えば、立体ブロック丸ごとを加工し、裁断してシートを作ることも可能である。これらの工程は、コンベヤベルトで連続シートを形成しながら交互に行われ、最終的に希望するサイズにシートが裁断される。温度（凍結）による凝固では、コンベヤベルトのさまざまな場所で、緻密な温度管理が行われる。

その他の実施形態では、基液の凝固シートが、フォトルミネッセンス材料のさまざまな濃度の基液容器の二つの面と接触する。フォトルミネッセンス材料の粒子濃度の勾配は、基液全体に作られる。長い時間をおいて、物理拡散工程が終わり、線状勾配が形成される。短い時間では、均一な照明条件を得るなど特定の応用で、さまざまな勾配を形成することができる。

別の実施形態では、基液やフォトルミネッセンス材料の粒子の均一混合が行われる。基液が凝固する時、シートは角度を保持する。フォトルミネッセンス粒子が基液より重いか軽いかによって、粒子は重力や浮力で上方や下方へ移動し、フォトルミネッセンス材料の粒子濃度の勾配が形成されるのである。一つの実施形態では、管理された方法で、工程中にシートの角度がさまざまに変わる。

本発明の一つの実施形態によれば、図8 はコア生産用装置800のブロック図を示す。装置800は、基液804と光源810から構成される。光源810はその一端部から、フォトルミネッセンス材料の粒子が少量な基液804へと光エネルギーを放出する。光源810からの光には、フォトルミネッセンス材料の粒子が吸収し、一部が熱に変換する波長がある。ある位置のフォトルミネッセンス材料の粒子は、そのポイントに到達する放射強度で増加された位置で、消散密度に比例する放射熱を受ける。受ける熱が一定になる時、フォトルミネッセンス材料の粒子の加熱もある。この平衡状態は、均一な照明に用いられるフォトルミネッセンス材料濃度の勾配と同じである。この平衡状態が得られない場合は、フォトルミネッセンス材料の粒子、また周囲基液の優先的昇温がある。これは物理拡散比率のばらつきを生じさせ、平衡が得られるまでのフォトルミネッセンス材料の粒子移動を生じさせる。光源810の電力は、基液804が凝固するまで抑えられる場合がある。放射熱の均等には、光源810は均一な被照面である。

別の実施形態では、基液804のさまざまな位置の温度が、温度管理機構で管理される。フィードバック機構（示されていない）、フォトルミネッセンス材料の粒子の当時濃度を感知し、既定濃度になるように温度を調整する。当時濃度は形成コアに光を通す、または放出された線状照射を感知する方法で管理される場合もある。

別の実施形態では、容器の間に勾配を作って濃度パターンの線状特性を得る。濃度パターンの非線状特性の補正は、フォトルミネッセンス材料の濃度が異なる領域を加えて得る。フォトルミネッセンス粒子の領域では、光源810が、ほんのわずかな補正用に微小温度勾配を引き起こすのと同時に、物理拡散が起きる。

一つの実施形態によれば、図9 はさまざまなフォトルミネッセンス粒子の濃度のあるコアの生産工程900をフロー図で例示する。多数の物体を用意し（910）、それぞれの物体は異なるフォトルミネッセンス粒子となっている。これらの濃度のいずれかで、濃度ゼロのものがある。すなわち、粒子がないものである。物体の厚さは一定ではなく、それぞれの箇所で異なる厚さとなる。これらの物体は、接着、結合、または融合で一つになる（920）。物体の合体により、希望する寸法のコアが作られ、コアのそれぞれの箇所で、希望する粒子の局所濃度が得られる。

一つの実施形態では、液状時に物体を合体して物体の融合を得る。合体した物体は、フォトルミネッセンス粒子の濃度が異なる最終コアに凝固する。冷却で凝固が行われる工程の温度を維持することで、液状となる。重合で凝固が行われる場合、単量体あるいは部分的な重合状態の液状になることがある。物体の液体状態は、溶融熱可逆性プラスチックや、先行であって不完全な重合の粘稠液の状態である場合がある。合体物体には、異なる温度や重合状態などでの、粘度の違いがあることがある。例えば、合体物体の一つが液体で、他が粘稠液や完全な凝固物体である場合がある。

代替の実施形態では、合体工程に、一つの物体から他の物体へのフォトルミネッセンス粒子の物理拡散がある（930）。この拡散工程は、合体する物体の粒子濃度の初期差を低減する。拡散量は、フォトルミネッセンス粒子の既定濃度分散が最終コアで得られるように、管理されている。拡散量の管理は、拡散比率および拡散時間を管理して行われる。拡散比率の管理は、温度および粘度を管理して行われる。

一つの実施形態によれば、図10 はさまざまなフォトルミネッセンス粒子の濃度のあるコアの生産工程1000をフロー図で例示する。曲面シートの仕切りで型に二つの区画を作る（1010）。ある濃度のフォトルミネッセンス粒子を含有する液体を、型の一区画に流し込む（1020）。型のその他の区画に、異なる濃度のフォトルミネッセンス粒子を有する液体を流し込む。既定時間が経過、または液体が既定の粘度になったら、曲面を外す（1030）。別の実施形態では、液体が溶媒の様になったら、曲面シートが溶解する。液体を合わせて混ぜ、さまざまな濃度のフォトルミネッセンス粒子の固体になるように最後に凝固させる（1040）。液体冷却、重合、またはあらゆる類似した物理的あるいは化学的工程で凝固を得る。凝固工程は、液体の粒子の物理的拡散比率が時間の関数で管理されるように、管理された温度や重合スケジュール、または他の方法を用いる。工程中、粒子には物理的または化学的変化が起こる可能性がある。凝固中、粒子には物理的拡散、また代替の実施形態では、浮力、対流、非均一な拡散の割合、その他の力による移動が起こる。

一つの実施形態によれば、図11Aは仕切り付きの型1198を示す。型1100を、曲面シート1102で二つの区画1104および1106に分ける。曲面シートの形状は、最終生産工程で希望する粒子濃度分散を得られるように設計されている。

一つの実施形態によれば、図11Bは液体が充填された仕切り付きの型1196を示す。型1100を、曲面シート1102で二つの区画1104および1106に分ける。区画1104は、特定の粒子濃度を有する液体1108が充填されている。区画1106は、異なる粒子濃度を有する液体1110が充填されている。これらの濃度のいずれかで、濃度ゼロのものがある。すなわち、粒子がないものである。一つの実施形態によると、曲面シート1102は1108や1110と同じ液体の凝固物で作られる。これにより、曲面シート1102が液体物質の中に溶解できる。

一つの実施形態によれば、図11Cは仕切りが除去された型1194を示す。液体1108や1110は凝固を始め、より粘性が高まる。既定時間が経過、または液体が既定の粘度になったら、型1100を二つの区画に分割する曲面シートを外す。一つの実施形態によれば、曲面シート1102は機械的に除去される。別の実施形態では、液体が溶媒の様になって溶解し、曲面シート1102が外される。曲面シート1102の溶解は液体の加熱で得られる。

曲面シート1102を除去した後、完成した物体1112にはさまざまな濃度のフォトルミネッセンス粒子がある。例えば、領域1122のフォトルミネッセンス粒子平均濃度は、領域1124のフォトルミネッセンス粒子平均濃度とは異なる。これは、二つの物体1108、1110の比率がこれら二つの領域で異なるからである。一つの実施形態では、本体1112はさまざまな濃度のフォトルミネッセンス粒子のあるコアを形成するために、この形で凝固する。別の実施形態では、本体1108および1110の拡散が起こる。

一つの実施形態によれば、図11Dは拡散体のある装置1192を示す。仕切りの付いた型に入った液体は、既定の粒子濃度分散を有するコア1114が得られるように凝固する。一実施形態では、凝固は重合あるいは液体冷却で行う。また一実施形態では、液体はその後重合するプラスチック単量体である。

一つの実施形態では、凝固工程中でコア1114に凝固する前に、液体に粒子の物理拡散が起こる。このような拡散は、粒子濃度の局部均一を起こす。例えば、曲面シートが外された時、局部領域1122の粒子は、その領域の粒子よりもコア1114でより均一な分散を有する。コア1114の厚さに合わせた局部均一性を得て、またコア1114全体では粒子分散を均一化しない様に、拡散時が管理されている。拡散量の管理は、比率と拡散時間を管理して行われる。

粒子に物理拡散が起こる時、最初に型1100を仕切る曲面シートは、次の通りに設計される。物理拡散工程を線状の位置的不変システム、すなわち重畳演算にて計算する。最初の濃度パターンは、物理拡散工程後に、最終濃度パターンが既定濃度パターンとなるように調整される。これは逆重畳で行われる場合もある。この最初の濃度パターンは、曲面シートで得られる。型1100のあらゆる箇所でのこの最初の濃度は、二つの仕切りの液体の加重平均濃度であり、型の境界1120および1118からのその箇所で、曲面シートの距離によって加重される。一つの実施形態によれば、逆重畳に必要な重畳演算のインパルス応答は、実験的に、あるいは温度スケジュールの知識で、または他の管理された凝固工程で得る。端部が非位置的不変となっているため、線状の非位置的不変モデルは他の実施形態で使用される場合もある。最初の粒子パターンはその後、逆列反転や最少二乗法を含む線状システム解法で計算される。

一つの実施形態によれば、図12 はさまざまなフォトルミネッセンス粒子の濃度のあるコアの生産工程1200をフロー図で例示する。特定の濃度の粒子を有する曲面物体は、容器に差し込む（1210）。曲面物体は鋳造、射出成型、成型重合、加工などの工程で生産される。鋳造、射出成型や成型重合などの工程は容器の中で行われ、形状のある曲面物体がすぐに容器内に作られるようにする。特定の粒子濃度を有する液体は、容器と曲面物体の間のスペースに注ぎ込む（1220）。液体が合わせられ、曲面物体と混ぜ、最終的に凝固する（1230）。一つの実施形態では、液体の完全な凝固が起こる前に、曲面物体が液体へと拡散する。拡散は、部分的または完全に液体に溶解する曲面物体によって起こされる場合もある。溶解は、液体の固体の加熱あるいは物理的溶解で起こる場合もある。液体は、さまざまな濃度の粒子の固体コアを作るため、最終的に凝固する。液の冷却、重合、または他の物理学的あるいは化学的手段で凝固が得られる。凝固工程は、液の固体の物理的拡散比率が時間の関数で管理されるように、管理された温度や重合スケジュール、または他の方法を用いる。工程中、粒子には物理的または化学的変化が起こる可能性がある。凝固中、粒子には物理的拡散、また代替の実施形態では、浮力、対流、非均一な拡散の割合、その他の力による移動が起こる。

一つの実施形態によれば、図13Aは曲面物体1398のある容器を示す。特定の濃度の粒子を有する曲面物体1302は、容器1300に差し込む。曲面物体1302の形状は、最終生産工程で希望する粒子濃度分散を得られるように設計されている。曲面物体1302と容器1300は、この生産工程で型となる。

一つの実施形態によれば、図13B は液体が充填された曲面物体1396のある容器を示す。特定の粒子濃度の液体1304は、容器1300および曲面物体1302が形成した型に注ぎ込む。液体1304の粒子濃度は、曲面物体1302の粒子濃度とは異なる。

一つの実施形態によれば、図13C は凝固液1394の入った容器を示す。液体は、既定粒子濃度の分散を有するコア1306を得るため、凝固して容器1300の曲面物体と融合する。一実施形態では、凝固は重合または液体冷却で行われる。また一実施形態では、液体はその後重合するプラスチック単量体である。

一つの実施形態では、曲面物体は、完全な液体の凝固前に液体に拡散する。拡散は、部分的または完全に液体に溶解する曲面物体によって起こされる場合もある。液体は、この溶解のために加熱される場合もある。

一つの実施形態によれば、図14A は波板生産装置1498を例示する。溶解シート1400には、さまざまな濃度のフォトルミネッセンス粒子がある。シート1400は、送りローラー1402の可動ペアを通過する。これらのローラー1402は、シート1400をピンチローラー1404および案内ローラー1406へと送る。ピンチローラー1404は既定の時間関数に応じて上下する。ピンチローラーの可動が波板1408を作る。ローラーの動きは、必要な波のパターンに応じて決まる。

波板生産用の装置1498は、型を作る容器にはめ込むための曲面物体生産に使用される場合もある。曲面物体は波板を裁断して作られる。波板1408は、下記に記述される通り、交互に連続工程で他の波板と組み合わせられる。シート1408の波パターンは、最終生産工程で希望する粒子濃度分散を得られるように設計されている。

一つの実施形態によれば、図14B はコア生産装置1496を例示する。特定の粒子濃度の波板1420は、さまざまな粒子濃度の合う波板1422と組み合わせられ、さまざまな粒子濃度の中核シート1424を得る。シート1420および1422の波は、融合して既定形状の中核シート1424を作るように、ぴったりと合う。一つの実施形態では、二枚のシートが融合工程で溶解状態となり、加熱で融合する。このような融合は、それぞれの一枚のシートから他のシートへの粒子の拡散も含む。拡散は、溶剤を用いて溶解しても得られる。代替実施形態では、波形シートが接着剤で接合される。

中核シート1424には、連続的なさまざまな濃度の粒子がある。中核シート1424は、連続的なさまざまな濃度のフォトルミネッセンス粒子のコアを形成するように、小片に裁断される。

一つの実施形態によれば、図14C はコア生産装置1494を例示する。特定の粒子濃度の波板1436は、さまざまな粒子濃度の中核シート1438を得るために、異なる粒子濃度を有する液体1434と融合する。一つの実施形態では、シート1436および液体1434は加熱で共に溶解する。このような溶解は、それぞれの一枚のシートから他のシートへの粒子の拡散も含む。ローラー1430はうねりを除去し、シート1438の表面を平面にする。ローラー1432は板1436の案内となる。中核シート1438は、連続的なさまざまな粒子濃度を有する。このシートは、連続的なさまざまな濃度のフォトルミネッセンス粒子のコアを形成するように、小片に裁断される。

一つの実施形態によれば、図15A は一面から光を発する光源1500を示す。鏡1502は、導光媒体1510に隣接する。第一光源1508からの光は、フォトルミネッセンス粒子が吸収し、導光媒体1510の表面全体から発し、鏡のない表面から放出する。鏡1502は、反射鏡あるいは拡散鏡の場合もある。別の実施形態では、フォトルミネッセンス材料を含有するシートあるいはフィルムが、導光媒体1510の少なくとも一面に配列される。鏡1502は、一部の光がそこを通り、多面の物体が見えるように、一部銀鏡の場合がある。この装置は、マジックミラーとして使われる場合がある。このシステムは、照明がカメラと同じ方向からとなるように、写真撮影の目的でも用いられる。

一つの実施形態によれば、図15B は一面から光を発する光源1520を示す。この実施形態では、一枚のみの被覆シート1506が使用され、鏡がコア1504に直接並列されている。鏡はコア1504の導光、またそれを一枚の放出面に向けるのに役立つ。

一つの実施形態によれば、図15C は一部鏡付きの光源1540を示す。鏡1512は、導光媒体1550に隣接する。鏡1512には、隙間または鏡のない箇所がある。第一光源1508からの光は、フォトルミネッセンス粒子が吸収し、導光媒体1550の表面全体から発する。より高い濃度のフォトルミネッセンス材料の粒子は、鏡のない箇所の前の領域1507で使用され、この部分の照明電力の損失を補う。さまざまな視角から照明の均一性を得るには、鏡の反射性の連続的な勾配またはフォトルミネッセンス材料の連続的な勾配が用いられる。光源1540を通じて画像を撮れるように、カメラあるいはビューアーが鏡のない箇所の裏に配置される場合もある。

本発明の一つの実施形態によれば、図16 は複数の導光媒体のある光源1600を例示する。二つまたはそれ以上の導光媒体1601は隣接している。すべての導光媒体は可視面1602から見えるため、それぞれの導光媒体は透明で、照明である。また、それぞれの導光媒体は、さまざまな特徴のあるフォトルミネッセンス粒子を含有し、濃度パターンは異なる。さまざまな照明効果が得られる場合もある。光源1600の可視面1602は、さまざまな強度でさまざまな波長を組み合わせて発光する光源である。背部鏡1604は、導光媒体1601の発光を反射する。さまざまな光度の光は第一光源1608の電力を変えることで得られる。第一光源1608の電力は、さまざまな光度やスペクトルの光を得るために、個別に管理される。一実施形態では、一つの第一光源がすべての導光媒体1601に使用される。さまざまな色の照明装置を作り、エネルギー効率が高く、色の連続的グラデーションや色の連続的変化を生みだす焦点ビームを作るために、レンズ系や他の光学配置が用いられる場合もある。

一つの実施形態によれば、図17 はバックライトディスプレー1799のブロック図を例示する。画像は平面ディスプレー1708で表示される。一つの実施形態では、平面ディスプレー1708が液晶ディスプレー画面である。線状光源1706は多色照明1704と連結する。一つの実施形態では、1706、放物面反射鏡などの反射体から成る。線状光源1706は特定のスペクトル光を発光する。一つの実施形態では、これは紫外線である。多色照明1704は、フォトルミネッセンス粒子のある複数の導光媒体から成る。これ以降は照明列と称される。それぞれの照明列は、一列のピクセルを照らす。さまざまな照明列が異なるフォトルミネッセンス材料の粒子を有するため、異なる色を発光する。従って、異なるピクセル列を照らす光の色は、さまざまである。

一つの実施形態によれば、図18A は照明列1899の上面である。コア1804、被覆シート1806、鏡1802、1814、1816が照明列1899を構成する。コア1804は、被覆ですべての側面が覆われる。光は、反射や全反射によって、導光媒体1820へと導かれる。中核1804には、フォトルミネッセンス材料の粒子のわずかな拡散がある。背部鏡1802は、背面から光を反射する。側部鏡1814は、隣接する照明列への漏光を防ぐ。鏡1802、1814、1816は、金属表面、分布ブラッグ反射体、ハイブリッド反射体、全反射体、全方向反射体、などのあらゆる光反射の手段である。

一つの実施形態によれば、図18B は照明列1899の垂直断面である。コア1804、被覆シート1806、側部鏡が照明列1899を構成する。光線1818は、反射や全反射によって、導光媒体1820へと導かれる。

一つの実施形態によれば、図18C は照明列1899の前面である。側部鏡1814、1816は、側面からの光を反射する。

一つの実施形態によれば、図19A は偏光光源1999の断面を示す。偏光光源は、鏡1901、その前に配置された1/4波長位相差板1902、フォトルミネッセンス材料の粒子を含有し、1/4波長位相差板1902の前に配置された透明光源1903、透明光源1903の前に配置された反射円偏光板1904から構成される。反射円偏光板1904は、一つの円偏光の板の通過、その他の円偏光の反射を可能にする。装置1999は、円偏光するエネルギー効率の高い光源である。

透明光源1903は、まばらな密度のフォトルミネッセンス粒子の導光媒体である場合がある。

一つの実施形態によれば、図19B は光線の偏光状態が描かれた偏光光源1999の断面を例示する。光は、透明光源1903の両面から抽出される。光1912は、透明光源1903の前面から抽出される。偏光した抽出光1912は、反射偏光板1904へ入射する。掌性の高い光1912の円偏光要素1913は、反射偏光板1904から現れる。掌性の高い光1912の円偏光要素1914は、偏光板1904によって反射される。辺偏光要素1914は、透明光源1903を通過する。光源1903は透明で、光1914の偏光状態を保つ。さらに、光1914は1/4波長位相差板1902へと入射する。円偏光1914は、1/4波長位相差板1902を通過し、線状偏光する。線状偏光1915は、鏡面1902から反射する。光1915の鏡反射は、その偏光状態を保つ。反射線状偏光1916は、1/4波長1902を通過し、光1914とは逆の掌性の円偏光となる。円偏光1917は透明光源1903を通り、反射偏光板1904へと入射する。光源1903は透明で、光1917の偏光状態を保つ。光1917は反射偏光板1904によって透過される掌性の円偏光である。光1917は反射偏光板1904を通過する。透明光源1903の前面から抽出された光1912は、円偏光し、反射偏光板1904から発する。

光1905は、透明光源1903の背面から抽出される例示光である。偏光していない抽出光905は、1/4波長位相差板1902を通過し、未偏光のままとなる。その後、光1905は鏡1901から反射される。偏光していない反射光1906は、透明光源1903を通過する。その後、光1906は反射偏光板1904に入射する。特定の掌性の光1906の円偏光要素1907は、反射偏光板1904から発する。特定の掌性の光1906の円偏光要素1908は、偏光板1904から反射される。円偏光要素1908は、透明光源1903を通過する。光源1903は透明で、光1908の偏光状態を保つ。さらに、円偏光要素1908は1/4波長位相差板1902を通過し、線状偏光される。線状偏光1909は、鏡面1901で反射する。光1909の鏡反射は、その偏光状態を保っている。反射線状偏光1910は、1/4波長位相差板1902を通過し、円偏光要素1908とは逆の掌性の円偏光1911となる。円偏光1911は、透明光源1903を通過し、反射偏光板1904に入射する。光源1903は透明で、光1911の偏光状態を保つ。光1911は反射偏光板1904が透過する掌性で、円偏光する。光1911は反射偏光板1904を通過する。透明光源の背面から抽出された光1905は、円偏光し、反射偏光板1904から発する。透明光源の両面から抽出された光は、円偏光状態で装置から発する。

一つの実施形態では、反射線状偏光板が反射偏光板1904の代わりに使用される。反射線状偏光板は、光の一つの線状偏光要素を通す偏光板であり、光のその他の線状偏光要素を反射する。

一つの実施形態では、1/4波長位相差板1902が、透明光源1903および反射偏光板1904または反射線状偏光板の間に位置する。

用途

本装置の一つの用途は、家、事務所、工場、写真撮影などの照明光源、および実験用光源である。

本装置および方法のその他の用途は、液晶ディスプレー画面などの平面ディスプレーのバックライトである。この様なスクリーンは、ノートパソコンやデスクトップの画面として一般的に使用され、ディスプレーのバックライトは均一照明面である。

いくつかの応用では、非均一発光が好まれる場合もある。二つの発光スペクトル、およびさまざまな発光パターンを有する二つのフォトルミネッセンス光源のあるシステムを用いて、色のグラデーションのある光（一般的に色合い、彩度、スペクトル）が得られる場合もある。このシステムはカラーフィルターを用いるシステムよりもエネルギー効率が高い。

本装置は、建築や土木の照明（家、事務所、公共の場を含む）、医学的画像撮影、映画撮影や劇場などに使用することも可能である。均一な光源は校正や研究目的といった標準的光源にも適している。

本装置の透明度により、撮影者が光源の背後から写真撮影を行うことを可能にし、医学的（特に歯列矯正）写真撮影で特に重要となる、無影写真が取れるようになる。カメラが、本装置から構成されるバックライトのある投射平面ディスプレーの背後から撮影する場合もある。

本装置および方法は、美的または芸術的な用途で使用される場合もある。例えば、導光媒体の二つの対向端部のさまざまな色の第一光源は、色合いの連続的なグラデーションのある光源となる。このような装置の特別な応用は、空の色合いのグラデーションを演出するために、劇場や映画製作のサイクロラマやスカイクロスとなる場合がある。

光度や色合いの他のさまざまなグラデーションが得られる場合もある。

別の実施形態によると、本装置および方法で、同じ方向からの人口光源が日光の代わりになる。分離空間が日光の開口や人口光源には不要なため、自動圧縮も用いられる。別の実施形態は、透明な表面が可視を遮る光源になることで、必要な時にプライバシーを守る。同様に、ハーフミラーやマジックミラーが、ハーフミラーの一端部の透明光源によって増強され、一方向での物体可視性が落ち、多方向での物体可視性が高まるようにする場合もある。

フォトルミネッセンス光源を提供する装置および方法を公開する。本明細書に記載される実施形態は、説明の目的であって、本発明の要旨を制限するものと見なされてはならないことは理解される。本発明の範囲あるいは精神から逸脱することのない、さまざまな変更、使用、置換、再結合、改良、生産方法は、当業者に明白なものとなる。

Claims

コアと、コアの一端部近くに配置された光源と、を備え、コアは該コアを介して光を導き、該コアがフォトルミネッセンス材料の粒子を含む、装置。
コアがシートである請求項1の装置。
コアが線状である請求項1の装置。
フォトルミネッセンス材料の粒子が均一な濃度である請求項1の装置。
フォトルミネッセンス材料の粒子がコアに従ってさまざまとなる請求項1の装置。
コアが既定発光パターンで発光する請求項1の装置。
装置が最初に透明で、外部から可視となる請求項1の装置。
さらに、反射偏光板、波長位相差板、反射板を備える請求項7の装置。
フォトルミネッセンス粒子を有する複数の導光媒体と、異なるスペクトルを発するフォトルミネッセンス粒子を有する少なくとも二つの導光媒体と、導光媒体の一端部近くに配置された光源と、を備える装置。