JP2012503292A

JP2012503292A - 光ガイド

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Publication number: JP2012503292A
Application number: JP2011527450A
Authority: JP
Inventors: テオドルスエフイーエムオフェレス
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2012-02-02
Also published as: KR20110063677A; WO2010035185A1; EP2331990A1; CN102165342A; US20110170316A1

Abstract

この発明は光ガイド１００に関する。当該光ガイドに沿って少なくとも部分的に延在する第１の光ガイド部分１０１は、前記第１の光ガイド部分に沿って入力光を伝導するように設けられる。光出力構造体を有する第２の光ガイド部分１０２は、前記第１の光ガイド部分からの入力光を出力するために設けられる。前記第１の光ガイド部分及び前記第２の光ガイド部分は、光分離構造体１０３により分離され、前記第１の光ガイド部分から前記第２の光ガイド部分に向かって伝導される光の量が、前記光分離構造体の寸法により決定される。

Description

本発明は、光ガイド内において入力光を均一に分配可能な光ガイドを提供することに関する。

多くのアプリケーションにおいて、フラットな光ガイドは、非常に"フラットな"光源をもつ機会を与える。これらの光ガイドは、水銀を含まない、効率的である、低電圧を用いる、長寿命をもつ、及び、飽和色を生成する機会を与えるＬＥＤとしばしば組み合わせられる。これらのアプリケーションは、ディスプレイのバックライト、及び、例えばフラットＴＶ（Ambilight）と組み合わせた直視型光パネルである。

均一な明るさを実現するために、ＬＥＤのような一点に集中された光源の光は、光ガイドのエリアに渡って広がることができなければならない。マルチカラーＬＥＤが用いられる場合においては、適切な色混合も必要とされる。光ガイドの寸法を削減するために、小さなピッチで配置されるＬＥＤのアレイが用いられる。

長尺光ガイドが必要とされる場合において、どの辺から光が光ガイドに結合されるかが決定されなければならない。長辺を用いることは、多くのＬＥＤをもたらし、従って、増大した費用をもたらすだろう。光ガイドの短辺を用いることは、少ない数のＬＥＤをもたらすが、その長さに渡ってむらのある明るさをもたらすだろう。出力された光の量は、長さに渡る出力特性のサイズ又は濃度を適合させることにより、多かれ少なかれ制御され得るが、これは、限定的であるだろう。サイズ又は濃度により出力特性の明るさを修正するときには、出力特性の最小サイズが存在し、大きすぎるピッチが見えやすくなり、及び、外観の差が存在するだろう。特にオフの状態において、この最後の結果は課題をもたらし得る。

それ以上の明るさ及び外観を実現するための解決策は、少ない光を出力することであるが、（否定的な手法において）効率及び費用に著しく影響を与えるだろう。ＬＥＤのアレイの使用は、０時間で良好な色均一性を必要とするが、寿命までの間も必要とする。これは、ＬＥＤのビニング（binning）及び劣化の問題を考慮した場合に難しい要件である。一般に、受け入れられない色の差を回避するために、より多くのエリア及びボリュームが、用いられたＬＥＤの光を混合するために用意されなければならない。

本発明の目的は、多くの光源を必要とすることなく光ガイド内において光を均一に分配可能な光ガイドを提供することにある。

一態様によれば、本発明は、光ガイドに沿って少なくとも部分的に延在し、少なくとも１つの第１の光ガイド部分に沿って入力光を伝導するように適合された前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分と、前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分からの入力光を出力するための光出力手段を有する少なくとも１つの第２の光ガイド部分とを有し、前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分及び前記少なくとも１つの第２の光ガイド部分は、少なくとも１つの光分離構造体により分離され、前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分から前記少なくとも１つの第２の光ガイド部分に向かって伝導される光の量が、前記光分離構造体の寸法により決定される、光ガイドに関する。

それ故、光分離構造体は、光ガイドの長さに渡って光を広げるように実装され得る。これは、多くの光源を必要とすることなく均一な光分布をもたらす。また、少なくとも１つの第１の光ガイド部分から少なくとも１つの第２の光ガイド部分に向かって結合される光の量が制御され得る。入力光は、２又はそれ以上の光源からの光であってもよく、これらの光源の光の色が異なって選択されてもよい。この手法において、一の色から他の色への遷移エリアを含む出力光の着色パターンが実現され得る。

一実施形態において、光分離構造体は、光ガイドに形成される実質的にＵ字状又はＶ字状の溝により生成され、少なくとも１つの第１の光ガイド部分から少なくとも１つの第２の光ガイド部分に伝導される光の量は、溝の深さ及びそれ故に光分離構造体の厚さを変えることにより制御される。

それ故、光分離構造体の厚さは、少なくとも１つの第１の光ガイド部分から少なくとも１つの第２の光ガイド部分への"光の漏出"の量を決定する。従って、光強度が最も高い場所、即ち光が少なくとも１つの第１の光ガイド部分に入る場所では、光分離構造体の厚さは、少なくとも１つの第２の光ガイド部分に入る光の量を削減するように典型的には最も低くなり、光ガイドに沿ってその厚さを均一に増大させるだろう。その結果は、少なくとも１つの第２の光ガイド部分内における光分布が完全に制御され得ることである。

一実施形態において、少なくとも１つの第１の光ガイド部分から少なくとも１つの第２の光ガイド部分に伝導される光の量の制御は、更に、Ｕ字状又はＶ字状の溝の形状を変えることに基づく。

それ故、追加的な制御パラメータが、少なくとも１つの第１の光ガイド部分から少なくとも１つの第２の光ガイド部分への光漏出を制御するために与えられる。即ち、これは、或る角度をなす壁が反射光線を曲げ、これらが分離構造体に入る機会を増大させるようになる。これにより、分離構造体の形状は、少なくとも１つの第１の光ガイド部分から少なくとも１つの第２の光ガイド部分に向かう光の漏出量に影響を与えるだろう。

一実施形態において、光分離構造体は、互いに対向する光ガイドの両側から形成された実質的にＵ字状又はＶ字状の溝により生成される。

一実施形態において、光分離構造体は、入力光が第１の光ガイド部分に入る端部での厚さを最も小さい厚さとする、徐々に増大する厚さをもち、この厚さの増大は、少なくとも１つの第１の光ガイド部分と少なくとも１つの第２の光ガイド部分との間に伝導される光の量を刺激するために用いられる。

この手法において、少なくとも１つの第２の光ガイド部分に入る光の量が光ガイドに沿って実質的に一定になることが保証される。しかしながら、輝度を増大させ、及び、均一性を更に増大させるために、又は、より長い光ガイドを可能にするために、第１の光ガイド部分の両端に光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を配置することも可能である。

一実施形態において、少なくとも１つの第１の光ガイド部分は、実質的に直線若しくは曲線、又は、これら双方の組み合わせを形成する。

それ故、光は、糸状のライン、Ｕ字状ライン、円等に沿って伝導され得る。従って、少なくとも１つの第１の光ガイド部分の形状は、少なくとも１つの第２の光ガイド部分の形状、例えば曲がり角に適合され得るか、又は、光分布を更に向上させるために用いられる。

一実施形態において、少なくとも１つの第１の光ガイド部分の幅は、曲線の半径に対して大幅に小さい。

この手法において、これらの曲線において損失する光の量が削減される。

一実施形態において、少なくとも１つの第１の光ガイド部分は、入力光が少なくとも１つの第１の光ガイド部分に入る、光ガイドの一端に開口端部をもち、少なくとも１つの第１の光ガイド部分の反対端部は、ミラーコーティングされるか、又は、この反対端部に取り付けられたミラーをもつ。

それ故、少なくとも１つの第２の光ガイド部分に出力されなかった、少なくとも１つの第１の光ガイド部分からの残りの光は、反対端部で反射され、最も大きな寸法の方向における向上された均一性、向上された効率、より高い輝度をもたらし、及び／又は、より長い光ガイドを可能にする。

一実施形態において、少なくとも１つの第２の光ガイド部分は、ミラーコーティングされるか、又は、１若しくはそれ以上の側部に取り付けられたミラーをもつ。

この手法において、この第２の光ガイド部分内における効率及び均一性が向上される。

一実施形態において、少なくとも１つの第１の光ガイド部分は、２又はそれ以上の小部分に分割される。

この手法において、光ガイドに渡る光の分布が向上され、少なくとも１つの第２の光ガイド部分のより複雑な形状が可能となる。

一実施形態において、光ガイドは、それぞれが光源を備えた、２又はそれ以上の第１の光ガイド部分を含む。

この手法において、光ガイドに渡る光の分布が向上され、より高い輝度が達成され得る。また、より大きな光ガイドが生成され、少なくとも１つの第２の光ガイド部分のより複雑な形状が可能となる。

一実施形態において、２つの第１の光ガイド部分は、交差する。

これは、光ガイドの強度及び／又は色が、これらの部分において混合され、それ故に色及び／若しくは輝度の均一性が向上され得るか、又は、輝度若しくは色に関して或る遷移が達成され得ることをもたらす。

一実施形態において、光ガイドは、３次元構造体をもち、少なくとも１つの第１の光ガイド部分が、３次元構造体内において延在する１又はそれ以上の第１の光ガイド部分を含む。

この第１の光ガイド部分は、３又はそれ以上の第２の光ガイド部分に光を通すように適合され得る。

他の態様によれば、本発明は、光ガイドを製造する方法であって、光分離構造体を生成するために光ガイドに切り込みを入れるステップ、又は、第１の光ガイド部分をもつ光ガイドとこれに一体化された光分離構造体とを成形するステップを有する。

本発明のこれらの態様は、それぞれ、他の態様のいずれかと組み合わせられ得る。本発明のこれら及び他の態様は、後述される実施形態から明らかになり、これらの実施形態を参照して説明されるだろう。

本発明のこれらの実施形態は、図面を参照して、単なる例により、説明されるだろう。

１つの第１の光ガイド部分及び１つの第２の光ガイド部分を有する本発明の光ガイドを示す。（ａ）〜（ｅ）は図１の光ガイドの断面の例を示す。（ａ）〜（ｄ）は、光分離構造体１０３の形状が図１における光ガイドに沿ってどのように変化するかを図示する。

図１は、１つの第１の光ガイド部分１０１と１つの第２の光ガイド部分１０２とを有する本発明の光ガイド１００を示している。ここで示されるように、第１の光ガイド部分１０１は、光ガイド１００に沿って延在し、光源１０４は、第１の光ガイド部分１０１の一端に向けられる。ここに示される第２の光ガイド部分１０２は、第１の光ガイド部分１０１よりも大幅に大きく、少なくとも１つの第１の光ガイド部分からの入力光を出力するための光出力手段１０５を有する。光出力手段１０５は、例えば、光ガイド１００の表面にテープを接着することにより、光ガイド１００の表面を塗装若しくは印刷することにより、光ガイドの表面に対して均一にサンドブラストで仕上げるか若しくはテクスチャを追加することにより、表面に切欠を作ることにより、又は、表面に突起部を付すことにより、作られ得る。他の良く知られた技術が、斯様な出力手段１０５を与えるために用いられてもよい。光ガイド１００は、平坦な若しくは湾曲したプレート（即ち、実質的に２次元の光ガイド）であってもよく、３次元構造体、例えば"薄型プレート"を有してもよく、立方体、即ち光ガイドの厚さが側面の長さと比較して無視できないものを有してもよい。

第１及び第２の光ガイド部分は、光分離構造体１０３により分離される。光分離構造体１０３の目的は、第１の光ガイド部分１０１から第２の光ガイド部分１０２に向かって伝導される光の量が制御され得るように、第１の光ガイド部分と第２の光ガイド部分との間に調節可能な"光バリア"を形成することである。"光バリア"は、光分離構造体１０３の寸法を調節することにより調節可能である。

一実施形態において、この寸法は、光分離構造体１０３が薄くなるほど、より多くの光が第１の光ガイド部分１０１から第２の光ガイド部分１０２に向かって伝導されるように、光の量が光分離構造体１０３の厚さに依存して伝導されるように、光分離構造体１０３の厚さを有する（図３参照）。

この手法において、光分離構造体１０３の厚さを調節することにより、調節可能／制御可能な"光バリア"が生成され、これは、第１の光ガイド部分１０１から第２の光ガイド部分１０２に向かって伝導されるべき光の相対量を決定する。寸法という用語は、光分離構造体１０３の種々の断面形状及び／又は幅（及び／又は奥行き）であってもよい。

一実施形態において、光分離構造体１０３は、光ガイドに形成された実質的にＵ又はＶ字状の溝（図２参照）により生成され、少なくとも１つの第１の光ガイド部分１０１から少なくとも１つの第２の光ガイド部分１０２に伝導される光の量は、光分離構造体の形状の変化に基づく。一例として、光分離構造体の壁の角度は、反射光線を曲げ、それ故に、光分離構造体に入る機会を増大させるだろう。これにより、分離構造体の形状は、少なくとも１つの第１の光ガイド部分から少なくとも１つの第２の光ガイド部分に向かう光の漏出量に影響を与えるだろう。

図１に示されるように、光源１０４、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）は、第１の光ガイド部分１０１の開口端に向けられる。一実施形態において、第１の光ガイド部分１０１及び第２の光ガイド部分１０２の反対端部は、ミラーコーティング１０６が施され、その結果、出力されない第１の光ガイド部分１０１及び第２の光ガイド部分１０２内の残りの光は、開口端に向かって反射され、それ故、出力のために利用可能なままになるだろう。

この実施形態に示された光ガイド１００は、１つの第１の光ガイド部分１０１及び１つの第２の光ガイド部分１０２だけを含んでいるが、これらの光ガイド部分の数は容易に変えられ得る。一例として、第１の光ガイド部分１０１は、２つの光分離構造体１０３により分離された２つの第２の光ガイド部分１０２間に位置してもよい。他の例は、ここに示された２又はそれ以上の光ガイド１００が並んで配置される場合である。

光ガイド１００は矩形の光ガイドとして示されているが、勿論、多様な形状及びサイズを有してもよい。また、ここで示された第１の光ガイド部分１０１は、光ガイドに沿って実質的に直線を形成している。しかしながら、第１の光ガイド部分１０１は、曲線形状、例えば、９０°若しくは１８０°（図示省略）の曲線、円又は円の一部を有してもよい。斯様な場合において、少なくとも１つの第１の光ガイド部分の幅１０８は、曲線（円）の半径に対して大幅に小さくなる。

斯様なフレーム構造体の実装の一例は、モニタ、ディスプレイ、ＴＶ及び任意のタイプのスクリーンが発光フレーム構造体を形成することであり、２又はそれ以上の第１の光ガイド部分１０１が用いられ得る（又は用いられる必要があるだろう）。より詳細には、この光ガイドは、アンビライトベースのＴＶと組み合わせたフレーム構造体として実装され得る。これは、例えば１日の多くの時間コンピュータの前に座る場合があるコンピュータユーザに対する作業環境をよくするコンピュータモニタのための、人間工学的な光フレームとして用いられ得る。

図２（ａ）〜（ｅ）は、光分離構造体１０３の様々なタイプの断面を示す、光ガイド（例えば、図１の光ガイド１００）の断面を示している。また、光源１０４、第１及び第２の光ガイド部分１０１，１０２並びに光出力手段１０５も示されている。

図２（ａ）〜（ｅ）において、光分離構造体１０３は、光ガイドに形成された実質的なＵ又はＶ字状の溝により生成され、第１の光ガイド部分１０１から第２の光ガイド部分１０２への光漏出は、厚さ２０１が大きくなると、第１の光ガイド部分１０１から第２の光ガイド部分１０２への光漏出の量が大きくなるように、溝の深さ２０２及びそれ故に光分離構造体の厚さ２０１を変えることにより制御され得る。図２（ａ）において、実質的なＵ字状構造体は、光分離構造体１０３の片側だけから形成される。図２（ｂ）及び（ｄ）は、実質的なＵ及びＶ字状の溝が互いに対向するプレートの両側から実現される場合を示している。これらの断面は対称性を有するが、非対称であってもよい。

図１及び２で示された光ガイドの一例は、光学的なグレードのＰＭＭＡのような極めて透明な材料から作られた光ガイドであり、これは、例えば１〜５ｍｍの厚さ２０１をもつ平坦なプレートとして形成される。一実施形態において、第１の光ガイド部分１０１は、プレートの厚さと同じ幅をもつが、この幅は、用いられたＬＥＤの幅に適合されてもよい。第２の光ガイド部分１０２の幅は、照射エリアの必要サイズに適合され得る。断面は、光分離構造体が第１の光ガイド部分から第２の光ガイド部分への光漏出を制御するために徐々に変化することを除いて、光が入る端部から反対端部まで一定である。光ガイドの磨き上げられた表面と組み合わせられたこの一定の断面のため、光は、入力側から反対側への全内部反射の結果として、大幅な損失を伴うことなくガイドされるだろう。

出力は、第２の光ガイド部分の背面を拡散反射塗料で塗装し、全内部反射を妨げ、及び、第２の光ガイド部分の反対側での出力を生じさせることにより、予測される。オフの状態（光源により追加された光がない状態）において、表面は均一の外観をもつだろう。

図３は、光分離構造体１０３の厚さ２０１が図１における光ガイド１００に沿ってどのように変化するかを示す状況を図示し、図３（ａ）は、光が光ガイド１００に入る開口端部であり、図３（ｄ）は、反対端部（図１の最上端部）である。この例において、光分離構造体１０３は、Ｖ字状であり、（前記から）一定の幅をもつことが想定される。厚さ２０１ｄ_１が最も低い図３（ａ）において、第１の光ガイド部分１０１から第２の光ガイド部分１０２への光の漏出は、光強度が最も高いので、最も低くなるべきである、即ち、光バリアがこの端部で最も大きくなるべきである。第２の光ガイド部分１０２内において均一な光分布を保証するために、この厚さ２０１は、反対端部ｄ_４での厚さが最も大きくなるように、徐々に増大しなければならない。この手法において、制御可能な"光バリア"は、第１の光ガイド部分１０１から第２の光ガイド部分１０２への光の"漏出"が光ガイド１００に沿って実質的に一定になるように制御され得るように、生成される。

加えて、前述したように、Ｖ字状構造体（又はＵ字状構造体）の形状は、例えば、第１の光ガイド部分１０１内の光とＶ字形状の壁との間の角度が変化するように断面Ｖ字状（図示省略）を回転させることにより、又は、光分離構造体１０３の幅（図１参照）を変化させることにより、第１の光ガイド部分１０１から第２の光ガイド部分１０２に向かう光の漏出を調節するための追加の制御パラメータとして用いられてもよい。

ここでは示されていないが、光ガイドは、３次元構造体を有し、一体化された第１の光ガイド部分が、３次元構造体内若しくはその表面又はこれら双方に延在する少なくとも１つの第１の光ガイド部分を有してもよい。

開示された実施形態の特定の詳細は、本発明の明確で完全な理解を与えるために、限定よりもむしろ説明の目的で記載された。しかしながら、本発明は、この開示の精神及び範囲から大幅に逸脱することなく、ここに記載された詳細に正確には一致しない他の実施形態において実施され得ることが当業者により理解されるべきである。更に、この文書において、並びに、簡潔さ及び明確さの目的のため、良く知られた手法の詳細な説明は、不要な詳細及び起こり得る混乱を回避するために省略された。

参照符号が請求項に含まれているが、参照符号の包含は、明確さの理由のためだけのものであり、請求項の範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。

Claims

光ガイドに沿って少なくとも部分的に延在し、少なくとも１つの第１の光ガイド部分に沿って入力光を伝導するように適合された前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分と、
前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分からの入力光を出力するための光出力手段を有する少なくとも１つの第２の光ガイド部分とを有し、
前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分及び前記少なくとも１つの第２の光ガイド部分は、少なくとも１つの光分離構造体により分離され、前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分から前記少なくとも１つの第２の光ガイド部分に向かって伝導される光の量が、前記光分離構造体の寸法により決定される、光ガイド。
前記光分離構造体は、当該光ガイドに形成される実質的にＵ字状又はＶ字状の溝により生成され、前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分から前記少なくとも１つの第２の光ガイド部分に伝導される光の量は、前記溝の深さ及びそれ故に前記光分離構造体の厚さを変えることにより制御される、請求項１に記載の光ガイド。
前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分から前記少なくとも１つの第２の光ガイド部分に伝導される光の量の制御は、更に、前記Ｕ字状又はＶ字状の溝の形状を変えることに基づく、請求項２に記載の光ガイド。
前記Ｕ字状又はＶ字状のストリップは、互いに対向する当該光ガイドの両側から実現される、請求項２に記載の光ガイド。
前記光分離構造体は、入力光が第１の光ガイド部分に入る端部での厚さを最も小さい厚さとする、徐々に増大する厚さをもち、前記厚さの増大は、前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分と前記少なくとも１つの第２の光ガイド部分との間に伝導される光の量を刺激するために用いられる、請求項１に記載の光ガイド。
前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分は、実質的に直線若しくは曲線、又は、双方の組み合わせを形成する、請求項１に記載の光ガイド。
前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分の幅は、曲線の半径に対して大幅に小さい、請求項６に記載の光ガイド。
前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分は、入力光が前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分に入る、当該光ガイドの一端に開口端部をもち、前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分の反対端部は、ミラーコーティングされるか、又は、前記反対端部に取り付けられたミラーをもつ、請求項１に記載の光ガイド。
前記少なくとも１つの第２の光ガイド部分は、ミラーコーティングされるか、又は、１若しくはそれ以上の側部に取り付けられたミラーをもつ、請求項１に記載の光ガイド。
前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分は、２又はそれ以上の小部分に分割される、請求項１に記載の光ガイド。
当該光ガイドは、それぞれが光源を備えた、２又はそれ以上の第１の光ガイド部分を含む、請求項１に記載の光ガイド。
前記２又はそれ以上の第１の光ガイド部分は交差する、請求項１１に記載の光ガイド。
当該光ガイドは、３次元構造体をもち、前記少なくとも１つの第１の光ガイド部分が、前記３次元構造体内において延在する１又はそれ以上の第１の光ガイド部分を含む、請求項１に記載の光ガイド。
請求項１に記載の光ガイドを製造する方法であって、
前記光分離構造体を生成するために前記光ガイドに切り込みを入れるステップ、又は、
第１の光ガイド部分をもつ前記光ガイドと前記光ガイドに一体化された前記光分離構造体とを成形するステップを有する、方法。