JP2013525955A - フィルムベースのライトガイドを備える照明デバイス - Google Patents

フィルムベースのライトガイドを備える照明デバイス Download PDF

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Abstract

発光デバイスはフィルムライトガイドを含む。ライトガイドは、ライトガイド領域と、境界縁が光入力面を画定するようにそれぞれが境界縁において終端し及び折り畳まれる、ライトガイド領域と連続した結合ライトガイドのアレイとを含む。光源は、光入力面の中に光を放出する。光は、各結合ライトガイドからの光がライトガイド領域内で1つ又は複数の他の結合ライトガイドからの光と組み合わされ及び内部全反射する状態で、各結合ライトガイド内でライトガイド領域に伝搬する。1つ又は複数の光抽出機能部は、光放出領域において光がライトガイドを出るように内部全反射光を減衰させる。低接触面積のカバーの表面上の表面レリーフ機能部は、ライトガイドに接触する表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数をもつライトガイドの領域に隣接する。デバイスを製造する方法が開示される。
【選択図】図62

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2010年4月16日に出願された「Replaceable illuminated signage system for cooler doors」と題する米国特許仮出願第61/325,266号、2010年4月16日に出願された「Manufacturing device for ultra−low profile film lightguide」と題する米国特許仮出願第61/325,252号、2010年4月16日に出願された「Processing method for optical film lightguide and coupling system」と題する米国特許仮出願第61/325,269号、2010年4月16日に出願された「Method and apparatus for aligning lightguides in a coupling system」と題する米国特許仮出願第61/325,271号、2010年4月16日に出願された「Center aligned lighting configuration for ultra−thin LED backlight system for LCDs」と題する米国特許仮出願第61/325,272号、2010年4月16日に出願された「Low profile battery powered lightguide」と題する米国特許仮出願第61/325,275号、2010年4月16日に出願された「Method and apparatus for enhanced LCD backlight」と題する米国特許仮出願第61/325,277号、2010年4月16日に出願された「Film coupling system with light propagation modifications」と題する米国特許仮出願第61/325,280号、2010年4月16日に出願された「Heatsinking methods for compact film light guide systems」と題する米国特許仮出願第61/325,282号、2010年4月16日に出願された「Lamination method for a multi−layer optical lightguide film」と題する米国特許仮出願第61/325,262号、2010年4月16日に出願された「Edge−enhancement for film coupling technology」と題する米国特許仮出願第61/325,270号、2010年4月16日に出願された「Colored surface illumination by mixing dyes and scattering features into ink」と題する米国特許仮出願第61/325,265号、2010年5月24日に出願された「Light emitting device comprising a film−based lightguide」と題する米国特許仮出願第61/347,567号、2010年7月12日に出願された「Film lightguide with light redirecting elements」と題する米国特許仮出願第61/363,342号、2010年7月28日に出願された「Light emitting device with optical redundancy」と題する米国特許仮出願第61/368,560号、2010年8月27日に出願された「Light emitting device comprising a lightguide film」と題する米国特許仮出願第61/377,888号、2010年9月9日に出願された「Light emitting device with externally or internally controlled output」と題する米国特許仮出願第61/381,077号、2010年11月18日に出願された「Light emitting device comprising a lightguide film and light turning optical element」と題する米国特許仮出願第61/415,250号、2010年12月21日に出願された「Light emitting device comprising a removable and replaceable lightguide」と題する米国特許仮出願第61/425,328号、2011年2月11日に出願された「Front illumination device comprising a film−based lightguide」と題する米国特許仮出願第61/441,871号、2011年3月9日に出願された「Illumination device comprising a film−based lightguide」と題する米国特許仮出願第61/450,711号に基づく優先権を主張するものであり、そのそれぞれのすべての内容が参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書で開示された主題は、一般に、照明器具、バックライト、発光標識、パッシブディスプレイ、及びアクティブディスプレイのような発光デバイス及びそれらのコンポーネント並びに製造方法に関する。より薄い、より軽量の、製造するのにより安価な、及びより大きいサイズに拡張可能な発光デバイスが必要とされる。
慣習的に、ディスプレイ及びバックライトの厚さを減少させるために、縁から光を受光し、これをより大面積の面の外に誘導するのに剛性のライトガイドを用いるエッジライト(edge−lit)構成が用いられている。これらのタイプの発光デバイスは、典型的に、コンポーネント又はデバイスの可撓性を可能にせず、設計変更のための長いリードタイムを必要とする、比較的厚い剛性のフレームの中に収容される。これらのデバイスの体積は、大きいままであり、デバイスの周りに厚い又は大きいフレーム又はベゼルをしばしば含む。厚いライトガイド(典型的に2mm以上)は、設計構成、生産方法、及び照明モードを制限する。
これらの発光デバイスの領域の厚さ及び全体積をさらに減少させる能力は、十分な光束をより薄いライトガイドの中に結合する能力によって制限されている。典型的なLED光源は、少なくとも1mmの光放出領域寸法を有し、設計要件を満たするために、2mmのライトガイドに入り、これを通して伝搬し、且つこの外に結合される光を制御することの難しさがしばしば存在する。2mmライトガイドを組み込んでいるディスプレイは、典型的に対角33cm以下のもののような小型ディスプレイに限定される。多くのシステムサイズは、大きい光源及び大きい入力結合光学系又は方法を用いる設計に起因して厚い。1画素につき1つのライトガイドを用いる幾つかのシステム(光ファイバベースのシステムのような)は、大きい体積を必要とし、低い位置合わせ許容誤差を有する。生産において、薄いライトガイドは、一体化された光学部品のための剛性のウェハ上のコーティングに限定されている。
一実施形態では、発光デバイスは、0.5ミリメートルを超えない厚さを有するフィルムから形成されたライトガイドを含む。ライトガイドは、ライトガイド領域と、ライトガイド領域と連続した結合ライトガイドのアレイとを有し、各結合ライトガイドは、境界縁において終端し、各結合ライトガイドは、結合ライトガイドのアレイの境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように折り畳まれる。光源は、各結合ライトガイドからの光がライトガイド領域内で結合ライトガイドのアレイのうちの1つ又は複数の他の結合ライトガイドからの光と組み合わされ及び内部全反射する状態で光が各結合ライトガイド内でライトガイド領域に伝搬するように、光入力面の中に光を放出するように構成される。1つ又は複数の光抽出機能部は、ライトガイドに作動的に結合され、ライトガイド領域内に画定される光放出領域において光がライトガイドを出るように、ライトガイド領域内の内部全反射光を減衰させるように構成される。複数の第1の表面レリーフ機能部を有する表面を含む第1の低接触面積のカバーは、ライトガイドに接触する複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数をもつライトガイドの第1の領域に隣接する。
別の実施形態では、発光デバイスは、0.5ミリメートルを超えない厚さを有するフィルムを備えるライトガイドを含む。ライトガイドは、ライトガイド領域と、ライトガイド領域と連続した結合ライトガイドのアレイとを有し、各結合ライトガイドは、境界縁において終端し、各結合ライトガイドは、結合ライトガイドのアレイの境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように折り畳まれる。光源は、各結合ライトガイドからの光がライトガイド領域内で結合ライトガイドのアレイのうちの1つ又は複数の他の結合ライトガイドからの光と組み合わされ及び内部全反射する状態で光が各結合ライトガイド内でライトガイド領域に伝搬するように、光入力面の中に光を放出するように構成される。複数の光抽出機能部は、ライトガイドに作動的に結合され、ライトガイド領域内に画定される光放出領域において光がライトガイドを出るように、ライトガイド領域内の内部全反射光を減衰させるように構成される。複数の表面レリーフ機能部をもつ表面を有する低接触面積のカバーは、ライトガイドに接触する複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数をもつライトガイドの第1の領域に隣接し、低接触面積のカバーは、ライトガイド内を伝搬する光のうちの合計30%未満をライトガイドの外に抽出するように構成される。
さらなる実施形態では、発光デバイスを生産する方法は、結合ライトガイドのアレイのうちの各結合ライトガイドがその端部に境界縁を有する、フィルムのライトガイド領域から連続的に延びる結合ライトガイドのアレイを形成することと、結合ライトガイドのアレイの境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように結合ライトガイドのアレイを折り畳むことと、光源からの光が内部全反射によって各結合ライトガイド及びライトガイド領域内を伝搬するように、光入力面の中に光を誘導するために光源を位置決めすることと、ライトガイド領域の光放出領域におけるフィルム上又はフィルム内に1つ又は複数の光抽出機能部を形成することと、複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数が第1の領域におけるフィルムの表面積の30%未満の領域でフィルムと接触する、フィルムの第1の領域に隣接する複数の表面レリーフ機能部を備える低接触面積のカバーを位置決めすることと、を含む。
ライトガイドの1つの側部上に配置された光入力カプラを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドが−y方向に折り畳まれた状態の光入力カプラの一実施形態の斜視図である。 ライトガイドの1つの側部上に3つの光入力カプラを有する発光デバイスの一実施形態の上面図である。 ライトガイドの対向する側部上に配置される2つの光入力カプラを有する発光デバイスの一実施形態の上面図である。 光源の光軸が実質的に互いの方に配向される、ライトガイドの同じ側部上に配置される2つの光入力カプラを有する発光デバイスの一実施形態の上面図である。 光源からの光を受光するために配置される結合ライトガイドの平らな縁からなる実質的に平坦な光入力面をもつ発光デバイスの一実施形態の側面断面図である。 光がハイブリッド屈折型TIRフレネルレンズと類似した幾つかの外面上で内部全反射する、光入力面上の屈折性の平らな表面機能部をもつ光入力面をもつ光入力カプラをもつ発光デバイスの一実施形態の側面断面図である。 結合ライトガイド及び光入力面が光源に光学的に結合される発光デバイスの一実施形態の側面断面図である。 結合ライトガイドがスリーブによって定位置に保持され、縁表面が、結合ライトガイドの端と光源に隣接する平らな外面をもつスリーブとの間のゲルのような光学接着剤又は材料によって効果的に平坦化される、発光デバイスの一実施形態の側面断面図である。 ライトガイドの3つの側部に沿って配置された光入力カプラを伴う赤色、緑色、及び青色光を放出するバックライトの一実施形態の上面図である。 表面に隣接して配置された反射光学要素と共に光入力カプラ及びライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の側面断面図である。 ディスプレイの画素の場所が色によって分離されるライトガイドの光放出領域に対応する、赤色、緑色、及び青色ライトガイドによって照らされるディスプレイのの一実施形態の側面断面図である。。 色順次ディスプレイの一実施形態の側面断面図である。 空間ディスプレイの一実施形態の側面断面図である。 白色光源バックライトを備えるディスプレイの一実施形態の側面断面図である。 波長変換バックライトを備えるディスプレイの一実施形態の側面断面図である。 所定の空間パターンの異なる有色光を放出する複数のライトガイドを備えるバックライトを伴うディスプレイの一実施形態の側面断面図である。 反対方向に配向された中央領域における同じ縁上の光源を伴う2つの光入力カプラを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 −y方向の方に折り畳まれ、次いで+z方向に単一の光源の方に折り畳まれる結合ライトガイドと共に1つの光入力カプラを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 フィルムライトガイドに光学的に結合されたディスプレイのの側面断面図である。 垂直光方向転換光学縁を備えるコア領域を伴う結合ライトガイドのスタックされたアレイを備える発光デバイスの一実施形態の領域の側面断面図である。 垂直光方向転換光学縁及び垂直光平行化光学縁を備えるコア領域を伴う結合ライトガイドのスタックされたアレイを備える発光デバイスの一実施形態の領域の側面断面図である。 キャビティと垂直光方向転換光学縁及び光平行化光学縁を備えるコア領域とを伴う結合ライトガイドのスタックされたアレイを備える発光デバイスの一実施形態の領域の側面断面図である。 結合ライトガイドがライトガイドの表面に光学的に結合される、発光デバイスの一実施形態の斜視図である。 平行化光学要素と共に光源に隣接して配置された光入力カプラを備える発光デバイスの一実施形態の側面断面図である。 x軸、y軸、及びz軸に対して或る角度で配向される光結合ライトガイド及び光源を備える発光デバイス及びの一実施形態の斜視図である。 各結合ライトガイドが結合ライトガイドのサブアレイをさらに備える、結合ライトガイドのアレイを備えるフィルムベースのライトガイドの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドが折り畳まれる、図27のフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の斜視上面図である。 ライトガイドと実質的に同一平面内である結合ライトガイドのアレイを備え、結合ライトガイドが2つの直線折り畳み領域を備える光伝送フィルムの領域である、光入力カプラを製造する方法の一実施形態の斜視図である。 図29Aの直線折り畳み領域のうちの1つを平行移動させることを含む、入力カプラ及びライトガイドを製造するための一実施形態の斜視図である。 図29Bの直線折り畳み領域のうちの1つを平行移動させることを含む、入力カプラ及びライトガイドを製造するための一実施形態の斜視図である。 図29Cの直線折り畳み領域のうちの1つを平行移動させることを含む、入力カプラ及びライトガイドを製造するための一実施形態の斜視図である。 図29Dの直線折り畳み領域のうちの1つを平行移動させることを含む、入力カプラ及びライトガイドを製造するための一実施形態の斜視図である。 光変調画素と反射要素との間に配置されたバックライトを備える反射型ディスプレイの一実施形態の領域の側面断面図である。 結合ライトガイドのアレイが平行でない領域を有する、入力カプラ及びライトガイドの一実施形態の上面図である。 折り畳まれた結合ライトガイドを伴う図31の入力カプラ及びライトガイドの一部の斜視上面図である。 直線折り畳み領域に近接して配置された相対位置維持要素を備える光入力カプラ及びライトガイドの一実施形態の斜視図である。 2回折り畳まれ、フィルムベースのライトガイドに実質的に平行な平面内で再び組み合わされる結合ライトガイドのバンドルを備える光入力カプラ及びライトガイドの一実施形態の上面図である。 上方に折り畳まれ(+z方向)、フィルムベースのライトガイドの平面に実質的に垂直なスタックに組み合わされる、結合ライトガイドのバンドルを備える光入力カプラ及びライトガイドの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドの上向きの折畳部を備える図35Aの領域の拡大図である。 熱伝達要素の位置合わせキャビティ内に配置された結合ライトガイドのスタックされたアレイを備える発光デバイスの一実施形態の領域の斜視図である。 延長された位置合わせアーム及び位置合わせキャビティと共に位置合わせガイド内に配置された結合ライトガイドのスタックされたアレイを備える発光デバイスの一実施形態の領域の側面図である。 結合ライトガイドがライトガイドの縁に光学的に結合される発光デバイスの一実施形態の斜視図である。 折り畳み領域を備える折り畳まれていないライトガイドを伴う発光デバイスの一実施形態の上面図である。 ライトガイドが折り畳まれている状態の図39の発光デバイスの斜視図である。 重なる折り畳まれた領域を備えるライトガイドと共に折り畳まれる図39の発光デバイスの斜視図である。 結合ライトガイドの第1の組からの光を受光するために配置される第1の光放出領域及び結合ライトガイドの第2の組からの光を受光するために配置される第2の光放出領域を備えるフィルムベースのライトガイドの一実施形態の立面図である。 結合ライトガイドが折り畳まれた状態の図42のフィルムベースのライトガイドの立面図である。 z方向にスタックされた2つのライトガイドを備える光学的冗長性をもつ発光デバイスの一実施形態の側面断面図である。 第1の熱伝達要素に熱的に結合される第1の光源及び第2の光源を伴う発光デバイスの一実施形態の側面断面図である。 各結合ライトガイド内に複数の第1の反射表面縁及び複数の第2の反射表面縁をもつ結合ライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 図46の結合ライトガイドの入力端の拡大斜視図である。 結合ライトガイドのコア領域の間に配置された屈折率整合領域を備える発光デバイスの一実施形態の結合ライトガイド及び光源の側面断面図である。 テーパした結合ライトガイドのアレイを備えるフィルムベースのライトガイドの一実施形態の上面図である。 図49のフィルムベースのライトガイド及び光源を備える一実施形態の発光デバイスの斜視上面図である。 テーパした結合ライトガイド及び光源が光放出領域の後ろに折り畳まれる、図50の発光デバイスを備える発光デバイスの斜視上面図である。 角度のついたテーパした結合ライトガイドのアレイを備えるフィルムベースのライトガイドの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドが折り畳まれ、光源がフィルムベースのライトガイドの横方向側部を越えて延びない状態の、図52のフィルムベースのライトガイドを備える一実施形態の発光デバイスの斜視上面図である。 角度のついたテーパした結合ライトガイドの第1及び第2のアレイを備えるフィルムベースのライトガイドの一実施形態の上面図である。 図54のフィルムベースのライトガイドを備える一実施形態の発光デバイスの斜視上面図である。 ライトガイド、結合ライトガイド、及び湾曲したミラーを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 ライトガイド、結合ライトガイド、及び2つの湾曲した領域をもつ湾曲したミラーを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 発光デバイスの光放出領域の後ろに折り畳まれている結合ライトガイドを備えるライトガイド及び2つの光入力カプラを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 2つの直交する側部上の結合ライトガイドと共にライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 低接触面積のカバーが光入力カプラに物理的に結合される、ライトガイド及び光入力カプラを備える一実施形態の発光デバイスの一部の側面断面図である。 低接触面積のカバーと接触するライトガイドの領域の図60の拡大部分を示す。 低接触面積のカバーによって保護されるライトガイド及び光入力カプラを備える一実施形態の発光デバイスの一部の側面図である。 結合ライトガイドの端領域のいずれかの側部上に2つのフランジを備える結合ライトガイドを備える一実施形態のフィルムベースのライトガイドの一部の斜視図である。 フィルムベースのライトガイドと、光平行化光学要素及び光ブロック要素でもある光反射光学要素とを備える発光デバイスの一実施形態の斜視図である。 直線折り畳み領域の近位に配置された相対位置維持要素を備える光入力カプラ及びライトガイドを備えるフィルムベースのライトガイドの一実施形態の斜視図である。 丸みをつけられた角度のついた縁表面を備える相対位置維持要素の一実施形態の斜視図である。 丸みをつけられた角度のついた縁表面及び丸みをつけられた先端を備える相対位置維持要素の一実施形態の斜視図である。 結合ライトガイドの端領域のいずれかの側部上に2つのフランジを備える結合ライトガイドを備える一実施形態のフィルムベースのライトガイドの一部の斜視図である。 図62で例証された実施形態の発光デバイスの一部の斜視図である。 2つの光入力カプラ、第1の光源、及びライトガイドの対向する側部上に配置される第2の光源を伴う発光デバイスの一実施形態の上面図である。 ライトガイド、光入力カプラ、及び光入力カプラと光放出領域との間に配置された光反射フィルムを備える発光デバイスの一実施形態の斜視図である。 光平行化光学要素及び光源からの光を受光するために配置される結合ライトガイドのスタックを備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 図71に示された実施形態の側面断面図である。 平行化光学要素に物理的に結合される結合ライトガイドのスタックを備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 結合ライトガイドのスタックに光学的に結合される光方向転換光学要素に隣接する光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイドのスタックの横方向縁に隣接して配置された光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイドのスタックの延長された領域の光入力面縁に隣接して配置された光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 屈折率整合接着剤を用いて結合ライトガイドに光学的に結合される2つの光方向転換光学要素の中に光を結合するために配置される光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上部である。 結合ライトガイドの2つのスタックに光学的に結合される双方向の光方向転換光学要素の中に光を結合するために配置される光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 結合ライトガイドの2つのスタックに光学的に結合される双方向の光方向転換光学要素の中に光を結合するために配置される2つの光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイドの2つのスタックの中に光を結合するために配置される光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイドの2つの重なるスタックの中に光を結合するために配置される光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 結合ライトガイドがタブ位置合わせ穴と共にタブを有する、光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイドのスタックの中に光を結合するために配置される光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイドのスタックの中に光を結合するために配置される光源及び低光束密度領域における位置合わせ穴を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 光源の見当合わせのための光源オーバーレイタブ領域と共に結合ライトガイドのスタックの中に光を結合するために配置される光源を備える発光デバイスの一実施形態の領域の上面図である。 光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイドを備えるライトガイドの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドがそれらが横方向縁を越えて延びるように折り畳まれた状態の、図84のライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 折り畳まれていない結合ライトガイドを備えるライトガイドの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドが折り畳まれる、図86のライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 光平行化光学縁領域及び光方向転換光学縁領域をもつ結合ライトガイドを備えるライトガイドの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドが折り畳まれる図88のフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 延長された領域をもつ結合ライトガイドを備えるライトガイドの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドが折り畳まれた状態の図90のライトガイドの一実施形態の上面図である。 光を2方向に方向転換する光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイド及び折り畳まれていない結合ライトガイドを備えるライトガイドの一実施形態の上面図である。 一緒にグループ化される各側部からの結合ライトガイドを有する図92のフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の斜視上面図である。 スタックに交互配置された側部からの結合ライトガイドを有する図92のフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の斜視上面図である。 内部光誘導縁をもつ結合ライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の領域の側面断面図である。 第1の方向に沿って反転された形状に延びたフィルムベースの光方向転換光学縁をもつ結合ライトガイドを備えるライトガイドの一実施形態の上面図である。 結合ライトガイドの2つのスタックを形成するために折り畳まれる図95のライトガイドの実施形態を含むライトガイドの斜視図である。 光方向転換光学縁、光平行化光学縁、及び位置合わせキャビティを備える光源オーバーレイタブ領域をもつフィルムベースの結合ライトガイドを備えるライトガイドの一実施形態の上面図である。 光源の上に位置決めされる結合ライトガイドのスタックに折り畳まれ、位置合わせガイドによってz方向にガイドされる、図97のフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスの一実施形態の上面図である。 光源の付近の領域における図98の発光デバイスの実施形態の側面図である。 位置合わせガイドの上に嵌め合わされるようには延びない位置合わせキャビティを有する結合ライトガイドを伴う発光デバイスの一実施形態の領域の側面図である。 発光デバイスを製造する方法の一実施形態のブロック図である。
幾つかの実施形態の特徴及び他の詳細が、ここでより詳細に説明されるであろう。本明細書で説明される特定の実施形態は、限定するものとしてではなく単に例証するために示されることが理解されるであろう。主な特徴は、如何なる特定の実施形態の範囲からも逸脱することなく種々の実施形態において採用することができる。すべての部分(parts)及び割合(percentages)は、他に規定されない限り重量に基づく。
定義
「エレクトロルミネッセント標識」は、本明細書では、その上の説明文(legend)、メッセージ、イメージ、又は印が、電気的に励起可能な照明源によって形成される又はより明らかにされる、情報を表示するための手段として定義される。これは、照らされたカード、透明性、ピクチャ、印刷されたグラフィックス、蛍光標識、ネオンサイン、チャネル文字標識、ライトボックス標識、バス停留所の標識、照らされた広告標識、EL(エレクトロルミネッセント)標識、LED標識、エッジライト標識、広告ディスプレイ、液晶ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、購買時点広告ディスプレイ、方向案内標識、照らされたピクチャ、及び他の情報表示標識を含む。エレクトロルミネッセント標識は、自己発光型(self−luminous)(放射性(emissive))、背面照射型(back−lit)、前面照射型(front−lit)、エッジ照射型(edge−lit)、導波管照射型、又は他の構成とすることができ、イメージ又は印をもたらするために光源からの光が静的又は動的手段を通して誘導される。
本明細書で定義される場合の「光学的に結合される」は、1つの領域から他の領域に渡される光の輝度が領域間の屈折率の差異に起因するフレネル界面反射損失によって実質的に低減されないように2つ以上の領域又は層を結合することを指す。「光結合」方法は、一緒に結合される2つの領域が同様の屈折率を有する、若しくは領域又は層の屈折率に実質的に近い又はそれらの間の屈折率をもつ光学接着剤を用いる、結合する方法を含む。「光結合」の例は、限定ではなしに、屈折率整合光学接着剤を用いるラミネーション、別の領域又は層上への領域又は層のコーティング、又は実質的に近い屈折率を有する2つ以上の層又は領域を接合するために圧力の適用を用いる高温ラミネーションを含む。熱転写は、材料の2つの領域を光学的に結合するために用いることができる別の方法である。別の材料の表面上で材料を形成すること、変化させること、印刷すること、又は塗布することは、2つの材料を光学的に結合する他の例である。「光学的に結合される」はまた、光が第1の材料から第2の材料に進むように第2の屈折率の材料の体積内で第1の屈折率の領域、機能部、又は材料を形成すること、加えること、又は除去することを含む。例えば、白色光散乱インク(メタクリレート、ビニル、又はポリウレタンベースのバインダ中の二酸化チタンのような)は、インクを表面上にインクジェット印刷することによってポリカーボネート又はシリコーンフィルムの表面に光学的に結合されてもよい。同様に、表面に塗布される溶媒中の二酸化チタンのような光散乱材料は、これがフィルム表面又はボリュームに光学的に結合されるように、光散乱材料がポリカーボネート又はシリコーンフィルムの表面に浸透する又はこれに密接に物理的に接触する状態で接着することを可能にしてもよい。
「ライトガイド」又は「導波管」は、臨界角よりも大きい角度で伝搬する光線が反射し及び領域内に残るであろう条件によって境界付けられる(bounded)領域を指す。ライトガイドでは、光は、反射する、又は角度(α)が条件を満たす場合にTIR(totally internally reflect)(内部全反射)するであろう。
Figure 2013525955
式中、nは、ライトガイドの内部の媒体の屈折率であり、nは、ライトガイドの外の媒体の屈折率である。典型的に、nは、n≒1の屈折率をもつ空気であるが、しかしながら、ライトガイド領域を達成するために高い及び低い屈折率の材料を用いることができる。ライトガイドは、光を再誘導する又は反射することができる反射フィルム、アルミナイズを施したコーティング、表面レリーフ機能部、及び他のコンポーネントのような反射コンポーネントを備えてもよい。ライトガイドはまた、基板のような非散乱領域を含んでもよい。光は、側部又は下からライトガイド領域上に入射することができ、表面レリーフ機能部、又は領域内の光散乱ドメイン、相、又は要素は、光を内部全反射するようにより大きい角度に又は光がライトガイドを抜けるようにより小さい角度に誘導することができる。ライトガイドは、ライトガイドとして考えられるべきそのコンポーネントのすべてに光学的に結合される必要はない。光は、導波管領域のいずれかの面(又は界面屈折率境界)から入ってもよく、同じ又は別の屈折率界面境界から内部全反射してもよい。領域は、厚さが関心ある光の波長よりも大きい限り、本明細書で例証される目的のために導波管又はライトガイドとして機能するものとすることができる。例えば、ライトガイドは、フィルムの5ミクロンの領域又は層であってもよく、又は光伝送ポリマーを含む3ミリメートルのシートであってもよい。
「接触する状態で」及び「上に配置される」は、一般に、すべてのアイテムが要望通りに機能することができるように2つのアイテムが互いに隣接することを説明するために用いられる。これは、アイテムが要望通りに機能することができる限り、隣接するアイテムの間に付加的な材料が存在する可能性があることを意味する場合がある。
本明細書で用いられる場合の「フィルム」は、材料の薄い延長された領域、膜、又は層を指す。
本明細書で用いられる場合の「屈曲」は、例えば、要素の第2の領域に対する第1の領域の移動による変形又は形状の変化を指す。屈曲の例は、重い衣類が竿に掛けられたときの物干し竿の屈曲、又は円筒形の郵送用筒の中に入れるために紙の文書を巻くことを含む。本明細書で用いられる場合の「折り畳む」は、一種の屈曲であり、第1の領域が第2の領域の少なくとも一部を覆うように要素の第2の領域上に1つの領域を屈曲すること又は重ね合わせることを指す。折り畳む例は、手紙を屈曲させ、これを封筒に入れるために折畳部をつけることを含む。折り畳みは、要素のすべての領域が重なることを必要としない。屈曲又は折り畳みは、物体の表面に沿った第1の方向に沿った方向の変化であってもよい。折り畳み又は屈曲は、折畳部を有してもよいし又は有さなくてもよく、屈曲又は折り畳みは、90度又は45度のような1つ又は複数の方向又は平面に生じてもよい。屈曲又は折り畳みは、横方向、垂直方向、ねじれ方向、又はこれらの組合せであってもよい。
発光デバイス
一実施形態では、発光デバイスは、第1の光源、光入力カプラ、光混合領域、及び光抽出機能部を伴う光放出領域を備えるライトガイドを備える。一実施形態では、第1の光源は第1の光源発光面を有し、光入力カプラは、第1の光源からの光を受光し、複数の結合ライトガイドを通して内部全反射によって光入力カプラを通して光を伝送するために配置される入力面を備える。この実施形態では、結合ライトガイドを出る光は、光混合領域において再結合され及び混合され、内部全反射を通してライトガイド又はライトガイド領域内を誘導される。ライトガイド内で、入射光の一部は、光の角度がライトガイドの臨界角よりも小さいとすぐに光抽出領域内で光抽出機能部によって或る条件に誘導され、誘導された光がライトガイド発光面を通してライトガイドを出る。
さらなる実施形態では、ライトガイドは、フィルム内の発光デバイス出力面の下に光抽出機能部をもつフィルムであり、フィルムは、結合ライトガイドストリップに分離され、これは、それらが結合ライトガイドの縁の集合体によって形成された第1の入力面をもつ光入力カプラを形成するように折り畳まれる。
一実施形態では、発光デバイスは、1つのピークをもつ出力プロフィールをもつデバイスに関するデバイスの発光面又は光放出領域から放出された光のピーク光度方向として本明細書で定義される光軸を有する。1つよりも多いピークをもち且つ出力が軸を中心として対称である、例えば「コウモリの翼」型プロフィールをもつ光出力プロフィールに関して、発光デバイス光軸は光出力対称軸である。軸を中心として対称ではない1つよりも多いピークをもつ角度の光度光出力プロフィールをもつ発光デバイスでは、発光デバイス光軸は、光度出力の角度の加重平均である。平面的でない出力面に関して、発光デバイス光軸は、2つの直交する出力平面内で評価され、第1の出力平面内の一定の方向であってもよく、第1の出力平面と直交する第2の出力平面内で変化する角度であってもよい。例えば、円筒形発光面からの発光は、湾曲面プロフィールを備える湾曲した出力面プロフィールを備えない光出力平面内でピーク角度の光度(したがって発光デバイス光軸)を有してもよく、光度の角度は、出力平面内の円筒形表面の周りの回転軸を中心として実質的に一定とすることができ、したがって、ピーク角度の強度は、或る範囲の角度である。発光デバイスが或る範囲の角度の発光デバイス光軸を有するとき、発光デバイスの光軸は、その範囲の角度又はその範囲内で選択された角度を備える。レンズ又は要素の光軸は、少なくとも1つの平面内の或る程度の回転対称性が存在する方向であり、本明細書で用いられる場合の機械的軸に対応する。領域、表面、域、若しくはレンズ又は要素の集合体の光軸は、レンズ又は要素の光軸とは異なる場合があり、本明細書で用いられる場合には、レンズ又は要素の軸外照明の場合などでは入射光角度の及び空間プロフィールに依存する。
光入力カプラ
一実施形態では、光入力カプラは、光源から放出された光を受光し、且つ光をライトガイドの中に運ぶために配置される、複数の結合ライトガイドを備える。一実施形態では、複数の結合ライトガイドは、それらが少なくとも1つの縁上で切断されないまま残るが、光をストリップの少なくとも1つの縁又は表面を通して結合するためにライトガイドから実質的に独立して回転させ又は位置決めする(又は平行移動させる)ことができるようにライトガイドフィルムから切断されたストリップである。別の実施形態では、複数の結合ライトガイドは、ライトガイドフィルムから切断されず、光源及びライトガイドに別々に光学的に結合される。一実施形態では、光入力カプラは、光混合領域において一緒に接合される結合ライトガイドに光学的に結合される少なくとも1つの光源を備える。別の実施形態では、光入力カプラは、光がストリップのグループ分け又は配置の縁を通して入ってもよいようにグループ分けして配置されるフィルムの領域から切断されたストリップ区域の集合体である。別の実施形態では、発光デバイスは、コア材料のコア領域及びコア材料よりも低い屈折率をもつコア材料の少なくとも1つの面又は縁上のクラッド材料のクラッド領域又はクラッド層を備える光入力カプラを備える。他の実施形態では、光入力カプラは、複数の結合ライトガイドを備え、少なくとも1つのストリップの面上に入射する光源からの光の一部は、導波管の状態で伝搬するようにライトガイドの中に誘導される。光入力カプラはまた、ストリップ折り畳みデバイス、ストリップ保持要素、及び入力面光学要素からなる群から選択された少なくとも1つを備えてもよい。
光源
一実施形態では、発光デバイスは、蛍光灯、円筒形冷陰極蛍光灯、平面蛍光灯、発光ダイオード、有機発光ダイオード、電界放出ランプ、ガス放電ランプ、ネオン灯、フィラメント灯、白熱灯、エレクトロルミネッセント灯、ラジオ蛍光灯(radiofluorescent lamp)、ハロゲン灯、白熱灯、水銀灯、ナトリウム灯、高圧ナトリウム灯、メタルハライド灯、タングステン灯、炭素アーク灯、エレクトロルミネッセント灯、レーザ、光バンドギャップベースの光源、量子ドットベースの光源、高効率プラズマ光源、マイクロプラズマランプからなる群から選択された少なくとも1つの光源を備える。発光デバイスは、ライトガイドの対向する側部、ライトガイドの直交する側部、ライトガイドの3つ以上の側部、又は実質的に平坦なライトガイドの4つの側部上にアレイに配置された複数の光源を備えてもよい。光源のアレイは、個別のLEDパッケージが少なくとも1つのLEDダイを備える、直線アレイであってもよい。別の実施形態では、発光デバイスは、光入力面の方に光を放出するために配置される複数の光源を1つのパッケージ内に備える。一実施形態では、発光デバイスは、1、2、3、4、5、6、8、9、10個、又は10個よりも多い光源を備える。別の実施形態では、発光デバイスは、発光フィルム又はシートとして光を放出するために配置される有機発光ダイオードを備える。別の実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドの中に光を放出するために配置される有機発光ダイオードを備える。
一実施形態では、発光デバイスは、100ナノメートルを超える波長スペクトルの光を放出する少なくとも1つのブロードバンド光源を備える。別の実施形態では、発光デバイスは、100ナノメートル未満の狭い帯域幅の光を放出する少なくとも1つのナローバンド光源を備える。別の実施形態では、発光デバイスは、100ナノメートルを超える波長スペクトルの光を放出する少なくとも1つのブロードバンド光源又は100ナノメートル未満の狭い帯域幅の光を放出する少なくとも1つのナローバンド光源を備える。一実施形態では、発光デバイスは、300nm〜350nm、350nm〜400nm、400nm〜450nm、450nm〜500nm、500nm〜550nm、550nm〜600nm、600nm〜650nm、650nm〜700nm、700nm〜750nm、750nm〜800nm、及び800nm〜1200nmからなる群から選択された範囲内のピーク波長をもつ少なくとも1つのナローバンド光源を備える。光源は、ディスプレイとして用いられる発光デバイスにおいて集合的に用いられるときに、色域領域が、70%NTSC、80%NTSC、90%NTSC、100%NTSC、及び標準観察者の可視CIEu’v’色域の60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択される少なくとも1つであるように、赤色、緑色、及び青色のスペクトル品質に整合するように選択されてもよい。一実施形態では、少なくとも1つの光源は、赤色、緑色、及び青色LEDを備える白色LEDパッケージである。
別の実施形態では、異なる色をもつ少なくとも2つの光源が、少なくとも1つの光入力カプラを通して光をライトガイドの中に結合するために配置される。別の実施形態では、発光デバイスは、少なくとも3つの光入力カプラ、異なる色(例えば赤色、緑色、及び青色)をもつ少なくとも3つの光源、及び少なくとも3つのライトガイドを備える。別の実施形態では、光源は、反射光学系、リフレクタ、リフレクタカップ、コリメータ、一次光学系、二次光学系、平行化レンズ、複合パラボリックコリメータ(compound parabolic collimator)、レンズ、反射領域、入力結合光学系からなる群から選択された少なくとも1つをさらに備える。光源はまた、光源(及び潜在的にヒートシンク)が発光デバイスの異なる縁に沿って配向されることを可能にすることができる湾曲したリフレクタのような光路折り畳み光学系を備えてもよい。光源はまた、120度、100度、80度、60度、40度、及び20度からなる群から選択された1つ未満である角度FWHMをもつ光出力を提供する光バンドギャップ構造、ナノ構造、又は他の三次元配置を備えてもよい。
別の実施形態では、発光デバイスは、150度、120度、100度、80度、70度、60度、50度、40度、30度、20度、及び10度から選択された1つ未満の角度半値全幅強度の光を放出する光源を備える。別の実施形態では、光源は、一次光学系、二次光学系、及び光バンドギャップ領域からなる群から選択された少なくとも1つをさらに備え、光源の角度半値全幅強度は、150度、120度、100度、80度、70度、60度、50度、40度、30度、20度、及び10度から選択された1つ未満である。
LEDアレイ
一実施形態では、発光デバイスは、複数のLED又はLEDパッケージを備え、複数のLED又はLEDパッケージはLEDのアレイを備える。アレイコンポーネント(LED又は電気コンポーネント)は、単一の回路基板に物理的に(及び/又は電気的に)結合されてもよく、又はそれらは、物理的に直接結合されてもよいし又はされなくてもよい複数の回路基板に結合されてもよい(すなわち、例えば同じ回路基板上ではない)。一実施形態では、LEDのアレイは、赤色LED、緑色LED、青色LED、及び白色LEDからなる群から選択された少なくとも2つを備えるアレイである。この実施形態では、製造又はコンポーネントの変化に起因する白色点の変化を低減させることができる。別の実施形態では、LEDアレイは、少なくとも1つの青みを帯びた白色LED及び1つの赤色LEDを備える。この実施形態では、CRI、すなわち演色評価数(Color Rendering Index)は、青みを帯びた白色LED単独の照明よりも高い。一実施形態では、光放出領域、発光面、照明器具、発光デバイス、発光デバイスを備える白色モードで駆動するディスプレイ、及び標識からなる群から選択された少なくとも1つのCRIは、70、75、80、85、90、95、及び99からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、光放出領域、発光面、照明器具、発光デバイス、発光デバイスを備える白色モードで駆動するディスプレイ、及び標識からなる群から選択された少なくとも1つのNIST Color Quality Scale(CQS)は、70、75、80、85、90、95、及び99からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、発光デバイスを備えるディスプレイは、NTSC規格の色域の70%、80%、85%、90%、95%、100%、105%、110%、120%、及び130%を超える色域を有する。別の実施形態では、LEDアレイは、白色LED、緑色LED、及び赤色LEDを備える。別の実施形態では、LEDアレイは、少なくとも1つの緑色LED及び青色LEDと、1つのタイプが他のタイプの赤色LEDよりも低い発光効率又はより低い波長を有する2つのタイプの赤色LEDとを備える。本明細書で用いられる場合の白色LEDは、蛍光体により変換される青色LED又は蛍光体により変換されるUV LEDであってもよい。
別の実施形態では、LEDの入力アレイは、より短いライトガイドに対してより長いライトガイドを通した光の一様でない吸収を補償するために配置することができる。別の実施形態では、吸収は、より多くの光をより長い結合ライトガイド又はより長いライトガイドに対応する光入力カプラの中に誘導することによって補償される。別の実施形態では、第1の波長域内の光は、ライトガイド内で第2の波長域内の光よりも多く吸収され、第1の波長域内の光入力カプラの中に結合される放射光束を第2の波長域内の光入力カプラの中に結合される放射光束で割った第1の比は、第1の波長域内の光放出領域から放出される放射光束を第2の波長域内の光放出領域から放出される放射光束で割った第2の比よりも大きい。
レーザ
一実施形態では、発光デバイスは、光を1つ又は複数の光入力カプラ若しくは1つ又は複数の結合ライトガイドの表面の中に結合するために配置される1つ又は複数のレーザを備える。一実施形態では、1つ又は複数の光源の発散度は、20ミリラジアン、10ミリラジアン、5ミリラジアン、3ミリラジアン、及び2ミリラジアンからなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光混合領域は、ライトガイドの光放出領域又は発光デバイスの光放出面領域の中に入る前の光混合領域内の1つ又は複数のレーザからの光の角度FWHMを増加させる光散乱又は光反射領域を備える。さらなる実施形態では、光混合領域内の光散乱領域は、5ミリラジアン未満の発散度をもつ532nmレーザダイオードを伴う領域においてフィルムの大面積の表面の法線方向に測定したときに、50度、40度、30度、20度、10度、5度、及び2度からなる群から選択された1つ未満である伝送された光の角度FWHMをもつ体積(volumetric)又は表面光散乱領域である。さらなる実施形態では、光混合領域におけるディフューザのヘイズは、フィルムの大面積の表面の法線方向に(例えば発光面に平行に)測定したときに、50%、40%、30%、20%、10%、5%、及び2%からなる群から選択された1つ未満である。
色彩調整
一実施形態では、発光デバイスは2つ以上の光源を備え、2つの光源の相対的な出力は、ライトガイドの光放出領域又は領域において重なる複数のライトガイドを備える発光デバイス上の光出力領域において所望の色を達成するように調節される。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、光を結合ライトガイドのスタックの光入力面の中に結合するために配置される赤色LED、緑色LED、及び青色LEDを備える。光は、ライトガイド内で混合され、ライトガイドの光放出領域において出力される。赤色LED及び青色LEDをオンにすることによって、例えば、1つには、紫色に色づいた光放出領域を達成することができる。別の実施形態では、光源の相対的な光出力は、発光デバイスの光学要素における一様でないスペクトル吸収を補償するために調節される。例えば、一実施形態では、光放出領域が特定の領域において実質的に白色光出力を有するようにライトガイドにおけるより多くの青色光吸収(又は青色光散乱)を補償するためにミリワットの青色LEDの出力は、ミリワットの赤色出力よりも高いレベルに増加する。
LEDアレイの場所
一実施形態では、光を単一の光入力カプラ又は1つよりも多い光入力カプラの中に結合するために複数のLEDアレイが配置される。さらなる実施形態では、回路基板上に配置される複数のLEDは、光放出領域を備える発光デバイスの複数の側部の方に光を誘導する複数の光入力カプラの中に光を結合するために配置される。さらなる実施形態では、発光デバイスは、表面に垂直な角度で光放出領域の中央を見たときにLEDアレイ及び光入力カプラが見えないように発光デバイスの光放出領域の後ろに折り畳まれるLEDアレイ及び光入力カプラを備える。別の実施形態では、発光デバイスは、発光デバイスの底部領域から光放出領域の中に光を誘導するために配置される少なくとも1つの光入力カプラの中に光を結合するために配置される単一のLEDアレイを備える。一実施形態では、発光デバイスは、それぞれ第1の光入力カプラ及び第2の光入力カプラの中に光を結合するために配置される第1のLEDアレイ及び第2のLEDアレイを備え、第1の光入力カプラ及び第2の光入力カプラは、発光デバイスのそれぞれ頂部領域及び底部領域から光放出領域の中に光を誘導するために配置される。さらなる実施形態では、発光デバイスは、発光デバイスのそれぞれ底部領域、左領域、及び右領域から光放出領域の中に光を誘導するために配置されるそれぞれ第1の光入力カプラ、第2の光入力カプラ、及び第3の光入力カプラの中に光を結合するために配置される第1のLEDアレイ、第2のLEDアレイ、及び第3のLEDアレイを備える。別の実施形態では、発光デバイスは、発光デバイスのそれぞれ底部領域、左領域、右領域、及び頂部領域から光放出領域の中に光を誘導するために配置されるそれぞれ第1の光入力カプラ、第2の光入力カプラ、第3の光入力カプラ、及び第4の光入力カプラの中に光を結合するために配置される第1のLEDアレイ、第2のLEDアレイ、第3のLEDアレイ、及び第4のLEDアレイを備える。
波長変換材料
別の実施形態では、LEDは、蛍光体と組み合わされた青色又は紫外LEDである。別の実施形態では、発光デバイスは、第1の活性化エネルギーをもつ光源と、第1の活性化エネルギーの第1の部分を第1の波長とは異なる第2の波長に変換する波長変換材料を含む。別の実施形態では、発光デバイスは、フルオロフォア、蛍光体、蛍光色素、無機蛍光体、光バンドギャップ材料、量子ドット材料、蛍光タンパク質、融合タンパク質、特定の官能基へのタンパク質に付着したフルオロフォア(アミノ基(活性エステル、カルボン酸塩、イソチオシアネート、ヒドラジンのような)、カルボキシル基(カルボジイミド)、チオール(マレイミド、アセチルブロミド)、アジド(クリックケミストリーを介して又は非特異的に(グルタルアルデヒド)))、量子ドットフルオロフォア、小分子フルオロフォア、芳香族フルオロフォア、共役フルオロフォア、蛍光色素、及び他の波長変換材料からなる群から選択された少なくとも1つの波長変換材料を含む。
一実施形態では、光源は、LEDのような半導体光エミッタ及びエミッタからの光の一部をより短い又はより長い波長に変換する波長変換材料を含む。別の実施形態では、光入力カプラ、クラッド領域、結合ライトガイド、入力面光学系、結合光学系、光混合領域、ライトガイド、光抽出機能部又は領域からなる群から選択された少なくとも1つ、及び発光面は、波長変換材料を含む。
光入力カプラ入力面
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、結合ライトガイドのアレイを備え、フィルムは、その周辺に沿って境界縁を備える。一実施形態では、光入力カプラは、光カプラ入力面を形成する複数の境界縁をもつ結合ライトガイドの集合体を備える。別の実施形態では、光学要素は、光源と少なくとも1つの結合ライトガイドとの間に配置され、光学要素は、光カプラ入力面を通して光源からの光を受光する。幾つかの実施形態では、入力面は、光がピット、突出部、又は他の粗い表面機能部から前方又は後方に散乱しないように実質的に研磨される、平らである、又は光学的に平滑である。幾つかの実施形態では、光学要素は、光学要素のない又は平らな入力面をもつ場合よりも多くの光がライトガイド内の臨界角よりも大きい角度でライトガイドの中に再誘導されるように、入力面として(少なくとも1つの結合ライトガイドに光学的に結合されるときに)又は別個の少なくとも1つの結合ライトガイドに光学的に結合される光学要素として、光の再誘導を提供するために光源と少なくとも1つの結合ライトガイドとの間に配置される。別の実施形態では、入力面は、平らな入力面で起こるよりも光源から受光した光のより多くをライトガイド内の臨界角よりも大きいライトガイド内の角度に屈折させるために湾曲される。別の実施形態では、光学要素は、入射光を屈折させる半径方向の又は直線フレネルレンズ機能部を備える。別の実施形態では、光学要素は、屈折性TIRハイブリッドフレネルレンズ(例えば1.5未満の低いF/#を有するもの)を備える。さらなる実施形態では、光学要素は、反射及び屈折光学要素である。一実施形態では、光入力面は、機械加工、切断、研磨、形成、成形、又は他の方法でライトガイドカプラから材料を除去し又は材料を付加して、平滑な、湾曲した、丸みをつけられた、凹形、凸形、リグ付き、溝付き、マイクロ構造化された、ナノ構造化された、又は所定の表面形状をもたらすことによって形成されてもよい。別の実施形態では、光入力カプラは、光源からの光を集める及び均一性を増加させるように設計される光学要素を備える。こうした光学要素は、どのようにしてそれらが形成されたかに関係なくマイクロスケール機能部又はナノスケール機能部をもつフライズアイ(fly’s eye)レンズ、マイクロレンズアレイ、一体のレンズ、レンチキュラレンズホログラフィック又は他の拡散要素を含むことができる。別の実施形態では、光入力カプラは、少なくとも1つのライトガイド及び少なくとも1つの光源に光学的に結合される。別の実施形態では、光学要素は、回折要素、ホログラフィック要素、レンチキュラ要素、レンズ、平坦な窓、屈折要素、反射要素、導波管結合要素、反射防止コーティングされた要素、平坦な要素、及び結合ライトガイド、光学接着剤、UV硬化接着剤、及び感圧接着剤からなる群から選択された少なくとも1つの形成された部分又は領域からなる群から選択される少なくとも1つである。光カプラ又はその中の要素は、少なくとも1つの光伝送材料からなってもよい。別の実施形態では、光入力カプラ、若しくは光入力窓、光入力レンズ、又は光入力面の要素はシリコーン材料であり、200時間にわたる摂氏150度への露出に起因するASTM D1003光線透過率の変化は、0.5%、1%、2%、3%、4%、及び5%からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、結合ライトガイドの入力面、結合ライトガイド、又は入力面に光学的に結合される窓は、光伝送光学接着剤を用いて光学窓、光源、LEDの外面、光平行化光学要素、光再誘導光学要素、光方向転換光学要素、中間レンズ、又は光伝送光学要素に光学的に結合される。
例えば、空気中を伝搬する光が、境界面の法線から高角度で1.3よりも高い屈折率をもつ光伝送材料の平坦な光入力面に入射するときに、光の多くは、空気と入力面との境界面から反射される。反射に起因する光の損失を減らす1つの方法は、光入力カプラの入力面を光源に光学的に結合することである。この損失を減らす別の方法は、平行化光学系又は光源からの光出力のうちの幾らかを光源の光軸により近い角度に誘導する光学系を用いることである。平行化光学系、又は光学要素は、より多くの光を結合ライトガイドの中に結合ライトガイド内の内部全反射条件に誘導するように光源、結合ライトガイド、接着剤、又は他の光学要素に光学的に結合されてもよい。別の実施形態では、光入力面は、入力面から反射されるキャビティ又は凹形領域に隣接して配置された光源からの光の割合が、40%、30%、20%、10%、5%、3%、及び2%からなる群から選択された1つ未満であるように、くぼんだキャビティ又は凹形領域を備える。
別の実施形態では、任意の光源からの全光束の5%よりも多くを受光する発光デバイスの光入力カプラのすべての入力面の全面積を光源の全発光面積で割ったものとして定義される全入力面積比は、0.9、1、1.5、2、4、及び5からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、光源から受光される全光束の5%よりも多くを受光する発光デバイスの光入力カプラの入力面の面積を光源の発光面積で割ったものとして定義される個々の入力面積比は、0.9、1、1.5、2、4、及び5からなる群から選択された1つよりも大きい。発光デバイスの個々の入力面積比は、異なる入力カプラに対して変化してもよく、特定の入力カプラに対する個々の入力面積比は、全入力面積比よりも大きくてもよいし、又は小さくてもよい。
光源に対する入力面の位置
一実施形態では、光源の外面と光入力カプラの入力面との間の距離は、光源の電源をオンにする直前から摂氏20度の発光デバイスのための維持された周囲温度での光源の実質的に定常状態の接合部温度の時間までの間の時間期間にわたって3ミリメートル、2ミリメートル、1ミリメートル、0.5ミリメートル、及び0.25ミリメートルからなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、力学的エネルギーを保存するのに用いられる弾性物体は、光源の外面を光入力カプラの入力面に接触させる又は所定の距離におくために配置される。一実施形態では、弾性物体は、引張ばね、引張コイルばね、圧縮ばね、ねじりばね、線ばね、コイル状にされたばね、薄板ばね、片持ちばね、コイルばね、つる巻ばね、円すいコイルばね、圧縮ばね、竹の子ばね、ヘアスプリング、バランススプリング、重ね板ばね、V−ばね、ベルビル座金、ベルビルばね、定荷重ばね、ガスばね、主ぜんまい、ゴムバンド、ばね座金、荷重下でねじられるねじり棒、ねじりばね、ネゲータばね、及び波形ばねからなる群から選択された1つである。一実施形態では、弾性物体は、光源又はLEDアレイの外側発光面と光入力カプラの入力面との間の相対距離が光源の電源をオンにする直前から摂氏20度の発光デバイスのための維持された周囲温度での光源の実質的に定常状態の接合部温度の時間までの間の時間期間にわたって固定距離の0.5ミリメートル内にとどまるように光源又はLEDアレイに対して力がかかるように、光源又はLEDアレイとハウジング又は熱伝達要素のような他の要素との間に配置される。
さらなる実施形態では、スペーサは、少なくとも1つの光源と少なくとも1つの光入力カプラの少なくとも1つの入力面との最小分離距離を実質的に維持する物理的要素を備える。一実施形態では、スペーサは、光源のコンポーネント、フィルムの領域(例えば白色反射フィルム又は低接触面積のカバーフィルム)、LEDアレイのコンポーネント(例えばプラスチック突出部)、ハウジングのコンポーネント、熱伝達要素のコンポーネント、ホルダのコンポーネント、相対位置維持要素のコンポーネント、光入力面のコンポーネント、光入力カプラに物理的に結合されるコンポーネント、光入力面、少なくとも1つの結合ライトガイド、結合ライトガイドのための窓、ライトガイド、ハウジング、又は発光デバイスの他のコンポーネントからなる群から選択された1つである。
さらなる実施形態では、フィルム、ライトガイド、光混合領域、光入力カプラ、及び結合ライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つは、光源又はLEDアレイの外側発光面と光入力カプラの入力面との間の相対距離を光源の電源をオンにする直前から摂氏20度の発光デバイスのための維持された周囲温度での光源の実質的に定常状態の接合部温度の時間までの間の時間期間にわたって固定距離の0.5ミリメートル内にとどまる状態に維持する相対位置維持機構を備える。一実施形態では、相対位置維持機構は、光源に物理的に結合されるライトガイドの中の穴及びコンポーネント(例えば熱伝達要素)の中のピンである。例えば、光源に物理的に結合される薄いアルミニウムシート熱伝達要素の中のピンは、光入力カプラの入力面と光源の発光面との間の距離を維持するために光入力カプラ(又は結合ライトガイドのような光入力カプラのコンポーネント)内の穴の中に見当合わせされる。別の実施形態では、相対位置維持機構はガイドデバイスである。
光入力カプラを形成するフィルムのスタックされたストリップ又はセグメント
一実施形態では、光入力カプラは、一緒にグループ化されて光カプラ入力面を形成する結合ライトガイドを形成するフィルムのストリップ区域を備えるライトガイド及び光入力カプラを備えるフィルムの領域である。結合ライトガイドは、ライトガイド領域の対向する縁が一緒にされてそれらの薄い縁からなる入力面を形成するように一緒にグループ化されてもよい。光入力カプラの平坦な入力面は、表面からの入力光の一部をライトガイドに対する臨界角よりも大きい角度で伝搬するような角度に再誘導するのに有益な屈折を提供することができる。別の実施形態では、実質的に平坦な光伝送要素は、結合ライトガイドのグループ化された縁に光学的に結合される。結合ライトガイドの縁のうちの1つ又は複数は、表面が実質的に磨かれ、平滑にされ、平らにされ、又は実質的に平坦化されるように、縁表面の領域に沿って磨かれ、溶融され、光学接着剤で接着され、溶剤溶接され、又は他の方法で光学的に結合されてもよい。この研磨は、結合ライトガイド内の臨界角よりも小さい角度の又は光源の方への後方の光の散乱、反射、又は屈折を減らすのを助けることができる。光入力面は、光学要素の表面、接着剤の表面、1つよりも多い光学要素の表面、1つ又は複数の結合ライトガイドの縁の表面、又は上述の表面のうちの1つ又は複数の組合せを備えてもよい。光入力カプラはまた、開口部又は窓を有する光学要素を備えてもよく、光源からの光の一部は、光学要素を通過せずに結合ライトガイドの中に直接渡されてもよい。光入力カプラ又はその中の要素又は領域はまた、クラッド材料又は領域を備えてもよい。
別の実施形態では、クラッド層は、熱、圧力、溶媒、及び電磁放射線からなる群から選択された少なくとも1つの下でクラッド層の一部が除去されてもよい材料で形成される。一実施形態では、クラッド層は、コア領域よりも低いガラス転移温度を有し、光入力縁の付近の結合ライトガイドに適用される圧力は、クラッドの全厚さを、圧力が適用される前のクラッド領域の厚さの10%、20%、40%、60%、80%、及び90%からなる群から選択された1つ未満である厚さに減少させる。別の実施形態では、クラッド層は、コア領域よりも低いガラス転移温度を有し、光入力縁の付近の結合ライトガイドに適用される熱及び圧力は、クラッド領域の全厚さを、熱及び圧力が適用される前のクラッド領域の厚さの10%、20%、40%、60%、80%、及び90%からなる群から選択された1つ未満である厚さに減少させる。別の実施形態では、感圧接着剤は、クラッド層として機能し、結合ライトガイドは、結合ライトガイドの一方又は両方の側部上の感圧接着剤又はコンポーネントが結合ライトガイドを一緒に折り畳むように折り畳まれ、熱及び圧力を適用することによって感圧接着剤の厚さの少なくとも10%が光入力面から除去される。
光源を光入力カプラの光入力面に結合するためのガイドデバイス
光入力カプラはまた、光入力面との位置関係を保った光源の位置合わせを容易にするために、機械的、電気、手動、ガイドされる、又は他のシステム又はコンポーネントを備えるガイドを備えてもよい。ガイドデバイスは、開口部又は窓を備えてもよく、光源(又は光源に物理的に取り付けられるコンポーネント)、光入力カプラ、結合ライトガイド、ハウジング、及び発光デバイスの電気的、熱的、又は機械的要素からなる群から選択された1つ又は複数と一緒に物理的に又は光学的に結合してもよい。このデバイスの一実施形態では、光学要素は、光源(例えばLEDストリップ)を光学要素又は結合ライトガイドに物理的に結合する又は位置合わせするために配置される1つ又は複数のガイドを備える。別の実施形態では、光学要素は、光学要素を入力カプラの光入力面に物理的に結合する又は位置合わせするために配置される1つ又は複数のガイド領域を備える。ガイドは、溝とリッジ、穴とピン、雄コンポーネントと対応する雌コンポーネント、又はファスナを備えてもよい。一実施形態では、ガイドは、バッテン、ボタン、クランプ、クラスプ、クリップ、クラッチ(ピンファスナ)、フランジ、グロメット、アンカー、釘、ピン、くぎ、クレビスピン、コッターピン、輪止め(linchpin)、R−クリップ、保持リング、サークリップ保持リング、e−リング保持リング、リベット、ねじアンカー、スナップ、ステープル、ステッチ、ストラップ、タック、ねじファスナ、キャプティブねじファスナ(ナット、ねじ、スタッド、ねじインサート、ねじロッド)、タイ、トグル、フック・ループ型ストリップ、くさび形アンカー、及びジッパーからなる群から選択されたファスナを備える。別の実施形態では、1つ又は複数のガイド領域は、1つ又は複数のフィルム、フィルムセグメント(例えば結合ライトガイド)、熱伝達要素、ハウジング、又は発光デバイスの他のコンポーネントを一緒に物理的に結合する又は位置合わせするために配置される。
光再誘導光学要素
一実施形態では、光再誘導光学要素は、少なくとも1つの光源からの光を受光する及び光を複数の結合ライトガイドの中に再誘導するために配置される。別の実施形態では、光再誘導光学要素は、二次光学系、鏡付き要素又は表面、アルミナイズを施したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムのような反射フィルム、3M Inc.によるVikuiti(商標)Enhanced Specular Reflector Film(強化された鏡面反射フィルム)のような巨大な複屈折光学フィルム、湾曲したミラー、内部全反射要素、ビームスプリッタ、及びダイクロイック反射ミラー又はフィルムからなる群から選択される少なくとも1つである。
別の実施形態では、第1の波長スペクトルをもつ光源からの光の第1の部分は、波長選択的反射要素(例えばダイクロイックフィルタ)による反射によって複数の結合ライトガイドの中に誘導される。別の実施形態では、第1の波長スペクトルをもつ光源からの光の第1の部分は、波長選択的反射要素(例えばダイクロイックフィルタ)による反射によって複数の結合ライトガイドの中に誘導され、第2の波長スペクトルをもつ第2の光源からの光の第2の部分は、波長選択的反射要素を通して複数の結合ライトガイドの中に伝送される。例えば、一実施形態では、赤色光を放出するLEDからの赤色光は、45度に配向された第1のダイクロイックフィルタによって反射され、結合ライトガイドの組の中に光を反射させる。緑色光を放出するLEDからの緑色光は、45度に配向された第2のダイクロイックフィルタによって反射され、第1のダイクロイックフィルタを通して結合ライトガイドの組の中に渡される。青色LEDからの青色光は、第1及び第2ダイクロイックフィルタの方に誘導され、これらを通して結合ライトガイドの中に渡される。複数の光源からの出力を入力面又は孔の中に光結合する又は組み合わせることの他の組合せは、プロジェクションエンジン設計の分野では公知であり、カラーLEDからの光出力をマイクロディスプレイのような孔上に組み合わせるための方法を含む。これらの技術は、実施形態に容易に適応される可能性があり、マイクロディスプレイ又は空間光変調器は、結合ライトガイドの入力面によって置き換えられる。
光平行化光学要素
一実施形態では、光入力カプラは光平行化光学要素を備える。光平行化光学要素は、少なくとも1つの入力平面内の角度半値全幅強度をもつ光源からの光を受光し、光の角度半値全幅強度が第1の入力平面において減少されるように光源からの入射光の一部を再誘導する。一実施形態では、光平行化光学要素は、光源一次光学系、光源二次光学系、光入力面、及び光源と少なくとも1つの結合ライトガイドとの間に配置された光学要素のうちの1つ又は複数である。別の実施形態では、光平行化要素は、射出成形された光学レンズ、熱成形された光学レンズ、及びモールドから作成された架橋されたレンズのうちの1つ又は複数である。別の実施形態では、光平行化要素は、入力平面及び入力平面と直交する平面内の角度の半値全幅(FWHM)強度を減少させる。
一実施形態では、発光デバイスは、光入力カプラ及びフィルムベースのライトガイドを備える。一実施形態では、光入力カプラは、光源及び1つ又は複数の光源からの光を受光するために配置される光平行化光学要素を備え、光平行化光学要素を出る光の光軸から60度、40度、30度、20度、及び10度からなる群から選択された1つ未満である空気中の角度半値全幅強度をもつ第1の出力平面、第1の平面と直交する第2の出力平面、又はこの両方の出力平面における光出力を提供する。
一実施形態では、光平行化要素からの光の角度FWHM強度の平行化又は減少は、光軸を中心として実質的に対称である。一実施形態では、光平行化光学要素は、50、60、70、80、90、100、110、120、及び130度からなる群から選択された1つよりも大きい光軸を中心として実質的に対称な角度FWHM強度をもつ光源からの光を受光し、光軸から60、50、40、30、及び20度からなる群から選択された1つ未満である角度FWHM強度をもつ出力光を提供する。例えば、一実施形態では、光平行化光学要素は、その光軸を中心として約120度の対称な角度FWHM強度をもつ白色LEDからの光を受光し、光軸から約30度の角度FWHM強度をもつ出力光を提供する。
別の実施形態では、光平行化要素からの光の角度FWHM強度の平行化又は減少は、光軸を中心として実質的に非対称である。一実施形態では、光平行化光学要素は、50、60、70、80、90、100、110、120、及び130度からなる群から選択された1つよりも大きい光軸を中心として実質的に対称な角度FWHM強度をもつ光源からの光を受光し、第1の出力平面において60、50、40、30、及び20度からなる群から選択された1つ未満である角度FWHM強度及び第1の出力平面と実質的に直交する第2の出力平面における100、90、80、70、60、50、40、及び30度からなる群から選択された1つよりも大きい角度FWHM強度をもつ出力光を提供する。例えば、一実施形態では、光平行化光学要素は、その光軸を中心として約120度の対称な角度FWHM強度をもつ白色LEDからの光を受光し、結合ライトガイドのスタックの延長されたフィルム表面と直交する第1の平面における約30度の角度FWHM強度及び結合ライトガイドのスタックの延長されたフィルム表面に平行な第2の平面における約80度の角度FWHM強度をもつ出力光を提供する。一実施形態では、第1の出力平面は、光平行化光学要素から受光するために配置される結合ライトガイドのスタックにおける結合ライトガイドの延長されたフィルム表面に実質的に平行である。
一実施形態では、発光デバイスは、光入力カプラ及びフィルムベースのライトガイドを備え、ライトガイド内を伝搬する光は、ライトガイドの中を伝搬する光の光軸から60度、40度、30度、20度、及び10度からなる群から選択された1つ未満である角度半値全幅強度を有する。別の実施形態では、結合ライトガイド、光混合領域、ライトガイド領域、又は光放出領域のうちの1つ又は複数の領域の中を伝搬する光の角度半値全幅強度は、角度の帯域幅減少方法によって減少される。一実施形態では、発光デバイスは、限定ではなしに、光平行化光学要素を用いて入射光を平行化すること、1つ又は複数の結合ライトガイド又は結合ライトガイドの領域のテーパされた又は弓形の横方向縁を用いて結合ライトガイド内の光を平行化すること、1つ又は複数の屈曲領域における1つ又は複数の結合ライトガイドの屈曲の曲率半径を減少させること、コア領域とクラッド領域との間の屈折率の差異を減少させること、クラッド領域の厚さを減少させること、及びクラッド領域の屈折率を増加させることを含む、1つ又は複数の角度FWHM強度減少方法を使用するフィルムベースのライトガイドを備える。
ライトガイド内を伝搬する光の角度半値全幅強度は、フィルム表面に対し法線方向の光学品質の端切断部からライトガイドのファーフィールド角度の強度出力を測定し、空気とライトガイドとの境界面における屈折を計算し、及び調節することによって判定することができる。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドの1つ又は複数の光抽出機能部又は光抽出機能部を備える光抽出領域から抽出された光の平均角度半値全幅強度は、50度、40度、30度、20度、10度、及び5度からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光抽出機能部から抽出された光のピーク角度の強度は、該領域内のライトガイドの表面法線の50度以内である。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドの光放出領域から抽出された光のファーフィールド全角度半値全幅強度は、50度、40度、30度、20度、10度、及び5度からなる群から選択されるものよりも小さく、ピーク角度の強度は、光放出領域におけるライトガイドの表面の法線の50度以内である。
光方向転換光学要素
一実施形態では、光入力カプラは、第1の光軸角をもつ光源からの光を受光し、及び光を第1の光軸角とは異なる第2の光軸角を有するように再誘導するために配置される光方向転換光学要素を備える。一実施形態では、光方向転換光学要素は、光を約90度だけ再誘導する。別の実施形態では、光方向転換光学要素は、入射光の光軸を少なくとも1つの平面内で75度及び90度の範囲内から選択された角度だけ再誘導する。別の実施形態では、光方向転換光学要素は、入射光の光軸を40度及び140度の範囲内から選択された角度だけ再誘導する。一実施形態では、光方向転換光学要素は、光源又は結合ライトガイドの光入力面に光学的に結合される。別の実施形態では、光方向転換光学要素は、光源又は結合ライトガイドの光入力面からの光の光路において空隙によって分離される。別の実施形態では、光方向転換光学要素は、第1の光軸角をもつ2つ以上の光源からの光を第1の光軸角とは異なる第2の光軸角を有する光に再誘導する。さらなる実施形態では、光方向転換光学要素は、第1の光軸角をもつ光源からの光の第1の部分を第1の光軸角とは異なる第2の光軸角を有する光に再誘導する。別の実施形態では、光方向転換光学要素は、第1の光軸角をもつ第1の光源からの光を第1の光軸角とは異なる第2の光軸角を有する光に及び第3の光軸角をもつ第2の光源からの光を第3の光軸角とは異なる第4の光軸角を有する光に再誘導する。
双方向の光方向転換光学要素
別の実施形態では、光方向転換光学要素は、1つ又は複数の光源からの光の光軸を2つの異なる方向に再誘導する。例えば、一実施形態では、光入力カプラの中央結合ライトガイドは折り畳まれていない結合ライトガイドであり、スタックされ折り畳まれた結合ライトガイドの2つのアレイの光入力端は、中央結合ライトガイドの方に誘導される。光源からの光の第1の部分が中央結合ライトガイドに入り、光源からの光の第2の部分が第1の方向に平行に及び双方向の光方向転換光学要素によって折り畳まれた結合ライトガイドの第1のスタックされたアレイの入力面に向けて誘導され、光源からの光の第3の部分が双方向の光方向転換光学要素によって第2の方向に平行に及び折り畳まれた結合ライトガイドの第2のスタックされたアレイの入力面の方に誘導されるように、双方向の光方向転換光学要素が中央結合ライトガイドの上に配置される。この実施形態では、光源は、光放出領域又は発光デバイスの横方向縁の間に配置されてもよく、折り畳まれていない結合ライトガイドは、そうでなければ暗い領域(折り畳まれる結合ライトガイドのための不十分な余地が存在する場所)をなくし、又はさらなる光損失を導入し及び体積要件を増加させる可能性がある結合ライトガイドにおける複数の屈曲に対する要件をなくす。
一実施形態では、双方向の光方向転換光学要素は、1つの光源の光軸を2つの異なる方向に分割し及び方向転換する。別の実施形態では、双方向の光方向転換光学要素は、第1の光源の光軸を第1の方向に回転させ、第2の光源の光軸を第1の方向とは異なる第2の方向に回転させる。別の実施形態では、射出成形されたレンズのような光学要素は、1つよりも多い光源から光を受光するように構成される1つよりも多い光方向転換光学要素及び光平行化要素を備える。例えば、光学光方向転換表面及び光平行化表面の直線アレイを備える射出成形されたレンズは、複数の光入力カプラ又は結合ライトガイドのスタックの中に光が誘導されるように、LEDのリニアアレイを備えるストリップからの光を受光するために配置されてもよい。複数の光源に対する光方向転換及び光平行化を行うために単一の光学要素を形成することによって、より少ない光学要素が必要とされ、費用を低減させることができる。別の実施形態では、双方向の光方向転換要素は、光源、結合ライトガイド、又はこれらの組合せに光学的に結合されてもよい。
光方向転換及び光平行化光学要素
別の実施形態では、光方向転換光学要素は、光方向転換要素内の第1の平面内で光源からの光の光軸を方向転換させ、光を第1の平面内、第1の平面と直交する第2の平面内、又はこれらの組合せで平行化する。別の実施形態では、光方向転換光学要素は、光方向転換領域及び平行化領域を備える。一実施形態では、少なくとも1つの平面内で入力光を平行化することによって、光は、ライトガイド内でより効率よく伝搬し、屈曲領域での損失が低減され、結合ライトガイドへの入力結合損失が低減することになる。一実施形態では、光方向転換光学要素は、第1の光軸角から第1の光軸角とは異なる第2の光軸角に光を再誘導するように設計される射出成形されたレンズである。射出成形されたレンズは、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、ポリカーボネート、シリコーン、又は任意の適切な光伝送材料のような光伝送材料で形成されてもよい。さらなる実施形態では、光方向転換要素は、第1の平面と直交する第2の平面内で光軸角を実質的に維持しながら第1の平面内で第1の光軸角から第2の光軸角に光を再誘導する実質的に平坦な要素であってもよい。例えば、一実施形態では、光方向転換光学要素は、二酸化炭素(CO)レーザカッターを用いて1mmのPMMAシートから切断された1つの平面内で湾曲したプロフィールをもつ厚さ1ミリメートル(mm)のレンズである。
一実施形態では、光入力カプラは、光源からライトガイド領域の中への光の入力側に隣接する発光面の側部の延長された境界(bounding)領域間に光源が配置されることを可能にする光方向転換縁をもつ光方向転換光学要素又は結合ライトガイドを備える。この実施形態では、方向転換光学要素又は光方向転換縁は、いずれかの側部を越えて実質的に延びることなく光源がライトガイド領域の光入力側領域上に配置されることを可能にする。加えて、この実施形態では、光源は、光源が光放出領域の縁又は光放出領域を備える発光デバイスの外面を越えて実質的に延びないように、ライトガイドの光放出領域の後ろに折り畳まれてもよい。別の実施形態では、光源は、その光軸が光放出領域の方に配向される状態に実質的に誘導され、方向転換光学要素又は結合ライトガイドの方向転換縁は、ライトガイド領域の入力側に実質的に平行にスタックされ且つ光源の光軸と実質的に直交する、結合ライトガイドのスタックされたアレイに光が入ることができるように、光が方向転換されることを可能にする。
光結合光学要素
一実施形態では、発光デバイスは、光源からの光を受光し、光結合要素なしで生じるよりも大きい光束を結合ライトガイドの中に伝送するために配置される光結合光学要素を備える。一実施形態では、光結合要素は、結合ライトガイド又は結合ライトガイドの組の中により多くの光束が結合される(より少ない光が反射に起因して失われる)ように、光源からの入射光の第1の部分を、法線からより低い入射角で1つ又は複数の結合ライトガイドの入力面又は結合ライトガイドの組に入射するように屈折させる。別の実施形態では、光結合光学要素は、光源、複数の結合ライトガイド、結合ライトガイドの複数の組、複数の光源からなる群から選択された少なくとも1つに光学的に結合される。
光ブロック要素
一実施形態では、光入力カプラは、外部光がライトガイド又はライトガイド領域に到達するのをブロックする又は発光デバイスの領域から放出された光が観察者によって見られているデバイスを抜けるのをブロックするために、光ブロック要素を備える。一実施形態では、光ブロック要素は、吸収、反射、又はこれらの組合せを通して入射光の大部分が光入力カプラを抜ける又は入るのを防ぐ。例えば、一実施形態では、アルミニウム反射テープが光入力カプラの結合ライトガイドの周りに接着される。別の実施形態では、低屈折率クラッド又は空気領域は、結合ライトガイド又はライトガイドのコア層内で内部全反射する光が内部全反射から減衰されずに、結合ライトガイド又はライトガイドの外に吸収され又は散乱されるように光吸収又は反射光ブロック要素の間に配置される。別の実施形態では、光ブロック要素は、実質的に鏡面反射要素であり、1つ又は複数の結合ライトガイド又はライトガイドに光学的に結合される。別の実施形態では、例えば、光入力カプラのハウジングは、黒色であり、結合ライトガイドの縁から抜ける光を実質的に吸収し、この光が発光デバイスの視覚的外観から気をそらせるのを防ぐ。別の実施形態では、光ブロック要素は、低接触面積のカバー上に配置され又はこれに物理的に又は光学的に結合される領域である。別の実施形態では、光ブロック要素は、結合ライトガイドの互いに対する相対位置を維持し、又は結合ライトガイドとライトガイド領域、光混合領域、又は光源との間の相対位置を維持する。例えば、一実施形態では、部分鏡面反射アルミニウムフィルムは、結合ライトガイドの周りを包み、且つまた光混合領域においてライトガイドに接着される接着剤(アルミニウムテープ)を備える。一実施形態では、光ブロック要素は、1.5、2、4、6、8、10、及び15ギガパスカル(GPa)からなる群から選択された1つよりも大きいASTM D790曲げ弾性率を有する。
光学要素の熱的安定性
別の実施形態では、光結合光学要素又は光再誘導光学要素は、結合ライトガイド内に含有される材料の体積平均ガラス転移温度よりも高い体積平均ガラス転移温度をもつ材料を含有する。別の実施形態では、結合ライトガイドのガラス転移温度は摂氏100度未満であり、光結合光学要素又は光再誘導光学要素のガラス転移温度は摂氏100度を超える。さらなる実施形態では、結合ライトガイドのガラス転移温度は摂氏120度未満であり、光結合光学要素又は光再誘導光学要素のガラス転移温度は摂氏120度を超える。さらなる実施形態では、結合ライトガイドのガラス転移温度は摂氏140度未満であり、光結合光学要素又は光再誘導光学要素のガラス転移温度は摂氏140度を超える。さらなる実施形態では、結合ライトガイドのガラス転移温度は摂氏150度未満であり、光結合光学要素又は光再誘導光学要素のガラス転移温度は摂氏150度を超える。別の実施形態では、光再誘導光学要素又は光結合光学要素はポリカーボネートを含み、結合ライトガイドはポリ(メチルメタクリレート)を含む。別の実施形態では、光再誘導光学要素及び光結合光学要素のうちの少なくとも1つは、発光デバイスの熱伝達要素又はハウジングに熱的に結合される。
結合ライトガイド
一実施形態では、結合ライトガイドは領域であり、領域内の光は、導波管の状態で伝搬し、結合ライトガイドの表面又は領域の中に入力される光の一部は、結合ライトガイドを通してライトガイド又は光混合領域の方に通過することができる。一実施形態では、結合ライトガイドは、フィルムの「本体」(ライトガイド領域)から延びる「脚部」領域によって画定される。一実施形態では、結合ライトガイド内を導波管の状態で伝搬する光は、結合ライトガイドの外面から反射し、したがって、結合ライトガイドの体積内で内部全反射する。別の実施形態では、結合ライトガイドは、結合ライトガイドのコア領域に光学的に結合されるクラッド領域又は他の領域を備える。この実施形態では、結合ライトガイド内の光の一部は、コア領域を通して伝搬してもよく、結合ライトガイド内の光の一部は、クラッド領域又は他の領域を通して伝搬してもよく、又は光は、両方の領域を通して導波管の状態で(又は入力面の付近、クラッド又は他の領域上の光抽出層の付近、又は屈曲領域の付近では非導波管の状態で)伝搬してもよい。結合ライトガイドは、幾つかの実施形態では、光源からの光束の一部を第1の形状設定された領域から第1の形状設定された領域とは異なる第2の形状設定された領域に幾何学的に変換するのに役立つ可能性がある。この実施形態の例では、平坦なフィルムの折り畳まれたストリップ(結合ライトガイド)の縁から形成された光入力カプラの光入力面は、3ミリメートル×2.7ミリメートルの矩形の寸法を有し、光入力カプラは、40.5ミリメートル×0.2ミリメートルの断面寸法をもつ光混合領域におけるフィルムの平坦な区域の中に光を結合する。一実施形態では、光入力カプラの入力面積は、1つ又は複数の結合ライトガイドからの光を受光するために配置される光混合領域又はライトガイドの断面積と実質的に同じである。別の実施形態では、光源からの光束の5%よりも多くを受光する光入力カプラの光入力面全面積を結合ライトガイドからの光を受光するために配置される光混合領域又はライトガイド領域の全断面積で割ったものとして定義される全変換比(total transformation ratio)は、1対1.1、0.9対1、0.8対0.9、0.7対0.8、0.6対0.7、0.5対0.6、0.5対.999、0.6対0.999、0.7対0.999、1未満、1よりも大きい、1に等しいからなる群から選択された1つである。別の実施形態では、光源からの光を受光するために配置される結合ライトガイドの縁に対応する各光入力カプラの入力表面積は、それぞれの対応する結合ライトガイドからの光を受光するために配置される光混合領域又はライトガイド領域の断面積と実質的に同じである。別の実施形態では、光入力カプラ(結合ライトガイドの縁に対応する)の単一の光入力面の全光入力面積を対応する結合ライトガイドからの光を受光するために配置される光混合領域又はライトガイドの全断面積で割ったものとして定義される個々の変換比は、1対1.1、0.9対1、0.8対0.9、0.7対0.8、0.6対0.7、0.5対0.6、0.5対.999、0.6対0.999、0.7対0.999、1未満、1よりも大きい、1に等しいからなる群から選択された1つである。
別の実施形態では、結合ライトガイドは、第1の入力面最長寸法をもつ少なくとも1つの入力面からの光を受光し、第1の入力面最大寸法よりも大きい発光面最長寸法をもつ発光面を有するライトガイドに光を伝送するために配置される。別の実施形態では、結合ライトガイドは、結合ライトガイドの縁又は表面を通して少なくとも1つの光源からの光を集め、発光面を備えるライトガイドの表面、縁、又は領域の中に光を誘導するために配置される複数のライトガイドである。一実施形態では、結合ライトガイドは、それによって第1の断面積の結合ライトガイドに入る光束を光入力カプラの光出力領域で第1の断面積とは異なる第2の断面積の中に再分配することができるように、光チャネルを提供する。光入力カプラ又は光混合領域を出る光は、次いで、同じ要素の別個の領域(同じフィルムの別個の領域のような)であってもよいライトガイド又はライトガイド領域に伝搬してもよい。一実施形態では、発光デバイスは、光源と、光抽出機能部、複数の光源、光入力カプラ、又は結合ライトガイドからの光がライトガイド領域の中に入る前に混合される光混合領域と共にライトガイド領域を形成するように加工されたフィルムとを備える。結合ライトガイド、光混合領域、及び光抽出機能部は、すべて同じフィルムから、同じフィルム上、又は同じフィルム内に形成されてもよく、それらは、1つ又は複数の領域を通して互いに相互接続されたままであってもよい。
一実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイドが、少なくとも2つの異なる色の複数の光源からの光を受光するために配置され、結合ライトガイドによって受光される光は、結合ライトガイドを通した反射によって角度的に、空間的に、又はこの両方において予め混合され、VESAフラットパネル・ディスプレイ測定規格バージョン2.0、2001年6月1日(付録201、頁249)で説明される場合の1976u’,v’均等色度図(Uniform Chromaticity Scale)で測定した発光デバイスの発光面の9スポットサンプリングされた空間的色不均一性、Δu’v’は、分光計ベースのスポットカラーメータを用いて測定したときに0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満である。
結合ライトガイドの折り畳み及び屈曲
一実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドと結合ライトガイドを形成するように切断されたストリップ又はセグメントとの間に配置される光混合領域を備え、これにより、ストリップ又はセグメントの縁の集合体は、一緒にされて光源からの光を受光するために配置される光入力カプラの光入力面を形成する。一実施形態では、光入力カプラは結合ライトガイドを備え、結合ライトガイドは、少なくとも1つの縁が別の縁に重なるように1つの平面内に少なくとも1つの折り畳み又は屈曲を備える。別の実施形態では、結合ライトガイドは複数の折畳部又は屈曲を備え、結合ライトガイドの縁は、領域が発光デバイスの光入力カプラの光入力面を形成するように領域において一緒に当接することができる。
一実施形態では、発光デバイスは、屈曲又は折り畳みの前にライトガイド内を第1の方向に伝搬する光が屈曲又は折り畳の後でライトガイド内を第1の方向とは異なる第2の方向に伝搬するように、屈曲され又は折り畳まれる少なくとも1つの結合ライトガイドを備える光入力カプラを備える。
一実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイドは、ストリップ又はセグメントの厚さの75倍よりも小さい曲率半径に屈曲され又は折り畳まれるストリップ又はセグメントを備える。別の実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイドは、ストリップ又はセグメントの厚さの10倍を超える曲率半径に屈曲され又は折り畳まれるストリップ又はセグメントを備える。別の実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイドは、少なくとも1つの平面内の発光デバイス又は結合ライトガイドを通した断面の最長寸法が折り畳み又は屈曲なしのときよりも小さいように屈曲され又は折り畳まれる。セグメント又はストリップは、1つよりも多い方向又は領域に屈曲され又は折り畳まれてもよく、折り畳む又は屈曲させる方向は、ストリップ又はセグメント間で異なってもよい。
光入力カプラの光学的効率
一実施形態では、光源から光入力カプラ光入力面を通って及び光入力カプラの外を通って混合領域、ライトガイド、又は発光面の中に入る当初の(original)光束の割合として定義される光入力カプラの光学的効率は、50%、60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きい。平行化度は、光入力カプラの光学的効率に影響する可能性がある。
結合ライトガイドに入る光の平行化
一実施形態では、光源、光平行化光学要素、光源一次光学系、光源二次光学系、光入力面、光源と、結合ライトガイド、結合ライトガイドの形状、混合領域の形状、光入力カプラの形状、及び光入力カプラの要素又は領域の形状からなる群から選択された少なくとも1つとの間に配置された光学要素からなる群から選択された少なくとも1つは、結合ライトガイド内で80度未満、70度未満、60度未満、50度未満、40度未満、30度未満、20度未満、10度未満、10度から30度までの間、30度から50度までの間、10度から60度までの間、及び30度から80度までの間からなる群から選択された角度半値全幅強度をもつ光を提供する。幾つかの実施形態では、高度に平行化される光(約10度以下のFWHM)は、暗いバンド又は不均一性の領域が存在するように、光抽出機能部をもつライトガイド領域内で空間的に混合されない。この実施形態では、光は、しかしながら、あまり平行化されていない光に比べてライトガイドにおける曲線及び屈曲の周りで効率よく結合されることになり、幾つかの実施形態では、高い平行化度は、光入力カプラ及び結果として得られる発光デバイスにおける折り畳み又は屈曲のための小さい曲率半径、したがって、より小さい体積を可能にする。別の実施形態では、結合ライトガイド内の低い平行化度(約120度のFWHM)をもつ光源からの光の大部分は、小さい曲率半径をもつ屈曲又は折り畳みの付近の領域において結合ライトガイドを出るような角度に反射されるであろう。この実施形態では、光抽出領域の領域におけるライトガイドの中での結合ライトガイドからの光の空間光混合(一様な色又は輝度を提供する)は高く、ライトガイドから抽出された光は、より一様な角度の又は空間的色又は輝度均一性を有するように見えるであろう。
一実施形態では、光源からの光は、光平行化光学要素によって第1の平面内で平行化され、光は、結合ライトガイドの光平行化縁によって第1の平面と直交する第2の平面内で平行化される。別の実施形態では、光源からの光の第1の部分は、第1の平面内で光平行化要素によって平行化され、光の第1の部分は、1つ又は複数の結合ライトガイドの平行化縁によって第1の平面と直交する第2の平面、第1の平面、又はこれらの組合せ内でさらに平行化される。さらなる実施形態では、光源からの光の第1の部分は、第1の平面内で光平行化要素によって平行化され、光源からの光の第2の部分又は光の第1の部分は、1つ又は複数の結合ライトガイドの平行化縁によって第1の平面と直交する第2の平面内、第1の平面内、又はこれらの組合せで平行化される。
別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドは、屈曲され又は折り畳まれ、光源の光軸は、発光デバイス光軸に対して第1の再誘導角度で配向され、発光デバイス光軸と直交する第2の方向に対して第2の再誘導角度で配向され、発光デバイス光軸及び第2の方向と直交する第3の方向に対して第3の再誘導角度で配向される。別の実施形態では、第1の再誘導角度、第2の再誘導角度、又は第3の再誘導角度は、約0度、45度、90度、135度、180度、0〜90度、90〜180度、及び0〜180度からなる群から選択された1つである。
各光源は、異なる角度に配向されてもよい。例えば、ストリップ型光入力カプラを伴うフィルムの1つの縁に沿った2つの光源は、互いの方に直接配向することができる(光軸は180度離れる)。別の例では、光源は、フィルムの縁の中央に配置し、互いから離れるように配向することができる(光軸はまた180度離れる)。
セグメント又はストリップは、例えば、光源の光軸がフィルム平面又はライトガイド平面に実質的に平行な方向にあるように、ストリップがフィルムの1つの側部に沿って配向され及び互いに当接する状態で一回折り畳まれてもよい。ストリップ又はセグメントはまた、例えば、光源の光軸がフィルム平面に対して実質的に法線方向又は導波管に対して法線方向であるように2回折り畳まれてもよい。
一実施形態では、結合ライトガイド、結合ライトガイド領域又はセグメント、又は光入力カプラにおける折り畳み又は屈曲は、光源の光軸に対して屈曲角度をなす方向の屈曲のひだ又は半径方向の中心を有する。別の実施形態では、屈曲角度は、0度、45度、90度、135度、180度、0〜90度、90〜180度、及び0〜180度からなる群から選択された1つである。
屈曲又は折り畳みはまた、一方向性の屈曲(垂直型、水平型、45度型、又は他の単一の角度のような)であってもよく、若しくは屈曲又は折り畳みは、ストリップ又はセグメントがねじられるねじり型のような多方向性であってもよい。一実施形態では、結合ライトガイドのストリップ、セグメント、又は領域は、ストリップ又はセグメントがねじられるように同時に2方向に屈曲する。
別の実施形態では、光入力カプラは、フィルムに切断されるストリップ(又は結合ライトガイド)の縁の中に光を入力するために配置される少なくとも1つの光源を備え、ストリップは、ねじられ及び入力面を形成するそれらの縁と位置合わせされ、光源出力表面積は、結合ライトガイドの縁、ライトガイド、ライトガイド領域、又は光入力面に実質的に平行であり、又は光源の光軸は、結合ライトガイドの縁、ライトガイド、ライトガイド領域、又は光入力面と実質的に垂直である。別の実施形態では、少なくとも1つの光源が、ライトガイド縁、結合ライトガイドの横方向縁、又はライトガイド領域の最も近い縁に実質的に平行な光軸を有するように、フィルムに切断されるストリップを備える光入力カプラの中に光を結合するために多数の光源が配置される。別の実施形態では、ストリップの端間の分離が実質的に2つのグループ間の中央ストリップの厚さであるように結合ライトガイドの2つのグループが互いの方に別々に折り畳まれ、2つ以上の光源は、実質的に反対方向にストリップの中に光を誘導するために配置される。一実施形態では、結合ライトガイドの2つのグループは、互いの方にこのように別々に折り畳まれ、次いで、結合ライトガイドの縁が一緒にされて少なくとも1つの光源からの光を受光するために配置される単一の光入力面を形成するように、両方ともフィルムから遠ざかる方向に折り畳まれる。この実施形態では、光源の光軸は、実質的に平坦なフィルムベースのライトガイドの実質的に法線であってもよい。
一実施形態では、同じフィルムからの結合ライトガイドの2つの対向するスタックは、折り畳まれ、及び結合装置の端から離れた点で再び組み合わされる。これは、フィルムを1つ又は互いの方に折り畳まれる2つのバンドルの複数の組に分割することによって達成することができる。この実施形態では、バンドルは、付加的な緊密な半径で折り畳み、単一のスタックに再び組み合わせることができる。スタック入力は、平らな単一の入力面となるようにさらに磨くことができ、又は光源からの光を受光するために配置される平らな窓に光学的に結合することができる。
一実施形態では、2つのフィルムスタックの組み合わせは、全体積を減らすように構成される。一実施形態では、フィルムは、フィルム内を伝搬する光の第1の部分の十分な内部全反射を保つためにフィルム厚さの10倍を超える曲率半径に屈曲され又は折り畳まれる。
別の実施形態では、光入力カプラは、少なくとも1つの結合ライトガイドを備え、結合ライトガイドは、弓形反射縁を備え、ライトガイド縁又はライトガイド領域の最も近い縁に実質的に平行な折り畳み方向に複数回折り畳まれ、縁の区域を一緒にしてより小さい寸法をもつ光入力面を形成するために複数の折り畳みが用いられる。別の実施形態では、光結合ライトガイド、ストリップ、又はセグメントは、実質的に光源の光軸にさらに平行に光を誘導する結合ライトガイドから切断された平行化区域を有する。一実施形態では、結合ライトガイド、ストリップ、又はセグメントの平行化区域は、ライトガイド又はライトガイド領域に実質的に平行な少なくとも1つの平面内の光源の光軸に実質的にさらに平行に光を誘導する。
さらなる実施形態では、光入力カプラは、円孤、セグメント化された円孤、又はフィルムに切断された他の光再誘導縁をもつ少なくとも1つの結合ライトガイドを備え、光入力カプラは、巻かれて光源からの光を受光するために配置される螺旋又は同心円状の光入力縁を形成するフィルムの領域を備える。
結合ライトガイドの横方向縁
一実施形態では、横方向縁は、本明細書では、光源から実質的に直接光を受光しない且つライトガイドの縁の一部ではない結合ライトガイドの縁として定義される。結合ライトガイドの横方向縁は、実質的に結合ライトガイド内を伝搬する光だけから受光する。一実施形態では、横方向縁は、反射材料で被覆されていない、被覆された、反射材料に隣接して配置された、及び特定の断面プロフィールをもつように切断されたものからなる群から選択された少なくとも1つである。横方向縁は、鏡面反射材料、部分拡散反射材料、又は拡散反射材料で被覆され、これに付着され、又はこれに隣接して配置されてもよい。一実施形態では、縁は、結合ライトガイドが折り畳み又は屈曲から一緒にされるときに鏡面の様態で実質的に光を反射させるナノサイズにされた又はミクロンサイズにされた粒子又はフレークを含む鏡面反射インクで被覆される。別の実施形態では、光反射要素(高い反射率をもつ多層ミラーポリマーフィルムのような)は、配置された結合ライトガイドの少なくとも1つの領域の横方向縁の付近に配置され、高い反射率をもつ多層ミラーポリマーフィルムは、縁からの光を受光し、これを反射させ、及びこれをライトガイドの中に戻るように誘導するために配置される。別の実施形態では、横方向縁は丸みをつけられ、縁からライトガイドの外に回折される入射光の割合が減少される。丸みをつけられた縁を達成する1つの方法は、レーザを用いてフィルムからストリップ、セグメント、又は結合ライトガイド領域を切断し、加工パラメータ(切断速度、切断周波数、レーザパワーなど)の制御を通じて縁を丸めることによる。丸みをつけられた縁をもたらするためにの他の方法は、機械的サンディング/研磨を含む又は化学/蒸気研磨による。別の実施形態では、結合ライトガイドの領域の横方向縁は、結合ライトガイド内を伝搬する光源からの光が縁から反射され、これにより光が折り畳まれる又は屈曲される領域の方に、若しくはライトガイド又はライトガイド領域の方に、光源の光軸により近い角度に誘導されるように、テーパされ、角度のついたぎざぎざが付けられ、又は他の方法で切断され又は形成される。
結合ライトガイドの幅
一実施形態では、結合ライトガイドの寸法は、各縁表面に対する入力表面積が実質的に同じであるように幅及び厚さが互いに実質的に等しい。別の実施形態では、結合ライトガイドの平均幅wは、次式によって求められ、
w=MFLES/NC
式中、WLESは、結合ライトガイドから光を受光するライトガイド領域又はライトガイドの光入口縁に平行な方向の発光面の全幅であり、NCは、結合ライトガイドから光を受光するライトガイド領域又はライトガイドの光入口縁に平行な方向の結合ライトガイドの総数であり、MFは拡大係数である。一実施形態では、拡大係数は、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、0.7〜1.3、0.8〜1.2、及び0.9〜1.1からなる群から選択された1つである。別の実施形態では、結合ライトガイド幅、結合導波管の最大幅、結合ライトガイドの平均幅、及び各結合ライトガイドの幅からなる群から選択された少なくとも1つは、0.5mm〜1mm、1mm〜2mm、2mm〜3mm、3mm〜4mm、5mm〜6mm、0.5mm〜2mm、0.5mm〜25mm、0.5mm〜10mm、10〜37mm、及び0.5mm〜5mmからなる群から選択される。一実施形態では、結合ライトガイド幅、結合導波管の最大幅、結合ライトガイドの平均幅、及び各結合ライトガイドの幅からなる群から選択された少なくとも1つは、20ミリメートル未満である。
一実施形態では、第1の光源からの光を受光するために配置される結合ライトガイドの平均幅と結合ライトガイドの平均厚さとの比は、1、2、4、5、10、15、20、40、60、100、150、及び200からなる群から選択された1つよりも大きい。
一実施形態では、結合ライトガイドのアレイにおける外側結合ライトガイド又は結合ライトガイドのアレイにおける両方の外側結合ライトガイドの幅は、アレイにおける内側又は他の結合ライトガイドの平均幅よりも広い。別の実施形態では、結合ライトガイドのアレイにおける外側結合ライトガイド又は結合ライトガイドのアレイにおける両方の外側結合ライトガイドの幅は、アレイにおける内側又は他の結合ライトガイドのすべてよりも広い。さらなる実施形態では、結合ライトガイドのアレイにおける外側結合ライトガイド又は結合ライトガイドのアレイにおける両方の外側結合ライトガイドの幅は、それらが光源からの光を入力面で受ける状態でスタックされるときに、アレイにおける内側又は他の結合ライトガイドの厚さよりも実質的に大きい量だけアレイにおける内側又は他の結合ライトガイドの平均幅よりも広い。さらなる実施形態では、結合ライトガイドのアレイにおける外側結合ライトガイド又は結合ライトガイドのアレイにおける両方の外側結合ライトガイドの幅と内側又は他の結合ライトガイドの平均幅との比は、0.5よりも大きい、0.8よりも大きい、1よりも大きい、1.5よりも大きい、2よりも大きい、3よりも大きい、0.5から3までの間、0.8から3までの間、1から3までの間、1から5までの間、1から10までの間からなる群から選択された1つである。別の実施形態では、アレイの1つの側部上の広い外側結合ライトガイドは、粉塵、TIR減衰光の外部結合(out−coupling)、引っかき傷などからの低接触面積のカバーのような保護障壁を提供するために、幅方向に他の結合ライトガイドを越えて延びる結合ライトガイドの領域が他の結合ライトガイドの横方向縁の方に折り畳まれることを可能にする。別の実施形態では、延長された結合ライトガイド領域は、1つの側部上の1つ又は複数の結合ライトガイドの横方向縁、アレイにおける底部結合ライトガイドの横方向縁及び1つの表面、1つ又は複数の結合ライトガイドの対向する側部上の横方向縁、アレイにおける内側又は他の結合ライトガイドの対向する側部上の横方向縁、アレイにおける内側又は他の結合ライトガイドの対向する側部上の横方向縁、及びアレイにおける他端の結合ライトガイドの外面からなる群から選択された1つ又は複数の周りに延びてもよい。例えば、一実施形態では、幅27ミリメートルの外側の10番目の結合ライトガイドよりも上の1つの横方向縁において9個の結合ライトガイドを備える幅10ミリメートルの10個の結合ライトガイドのアレイが配置され、スタックされ、及び位置合わせされ、各結合ライトガイドは厚さ0.2ミリメートルである。この実施形態では、内側結合ライトガイドを保護するために、スタックされた9個の結合ライトガイドの縁を越えて延びる外側結合ライトガイドの17mm領域が、9個の結合ライトガイドのスタックの周りを包み、(例えば接着剤又はクランプ機構によって)重なる状態で自身で定位置に取り付けられる。別の実施形態では、結合ライトガイドのスタックされたアレイは、10ミリメートルの幅をもつ8つの結合ライトガイドの間に15ミリメートルの幅をもつ2つの外側結合ライトガイドを備え、各結合ライトガイドは厚さ0.4ミリメートルである。この実施形態では、頂部外側結合ライトガイドは、結合ライトガイドのスタックされたアレイの1つの側部上の横方向縁と並んで折り畳まれ、底部外側結合ライトガイドは、結合ライトガイドのスタックされたアレイの反対の側部上の反対の横方向縁と並んで折り畳まれる。この実施形態では、各折り畳み区域は、結合ライトガイドの横方向縁の保護に寄与する。別の実施形態では、低接触面積のフィルムは、横方向結合ライトガイドの縁と折り畳み区域との間におかれる。別の実施形態では、折り畳み区域は、結合ライトガイドの横及び/又は表面領域から著しく光を結合することなく保護を提供するように、低接触面積の表面機能部を備える。別の実施形態では、結合ライトガイドは、自身に接着し及び結合ライトガイドのスタックの周りを包むように結合ライトガイドの2つの領域の間に配置された接着剤を備える。
結合ライトガイドの間のギャップ
一実施形態では、2つ以上の結合ライトガイドは、それらがライトガイド領域、ライトガイド領域、又は光混合領域につながる領域においてライトガイド間にギャップを備える。別の実施形態では、ライトガイド間にギャップが生じる製造方法からライトガイドが形成される。例えば、一実施形態では、フィルムを打ち抜くことによってライトガイドが形成され、結合ライトガイドは互いの間にギャップを有する。一実施形態では、結合ライトガイド間のギャップは、0.25、0.5、1、2、4、5、及び10ミリメートルからなる群から選択された1つよりも大きい。結合ライトガイドの幅に対して結合ライトガイドの間のギャップが非常に大きい場合、ライトガイドの側部がライトガイド領域に光が入らない領域(ギャップ領域)を有するので、光混合領域がライトガイドの中を伝搬する光の光軸に平行な方向に十分に長くない場合に光放出領域の均一性は減少する場合がある(輝度又は色均一性に関して)。一実施形態では、ライトガイドは2つのライトガイドを備え、結合ライトガイドが光混合領域又はライトガイド領域と接合される領域における結合ライトガイドの間のギャップの幅で割った2つの結合ライトガイドの幅の平均は、1、1.5、2、4、6、10、20、40、及び50からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、ライトガイドは、所望のレベルの均一性を提供するために、結合ライトガイドと十分に長い光混合領域との間に大きいギャップを備える。別の実施形態では、ライトガイドは2つのライトガイドを備え、結合ライトガイドが光混合領域又はライトガイド領域と接合される領域における2つの結合ライトガイドの幅の平均で割った結合ライトガイドの間のギャップの幅は、1、1.5、2、4、6、10、20、40、及び50からなる群から選択された1つよりも大きい。
形状設定された又はテーパした結合ライトガイド
結合ライトガイドの幅は、所定のパターンで変化してもよい。一実施形態では、結合ライトガイドの光入力縁が一緒に配置されて光入力カプラ上に光入力面を形成するときに見た場合に、結合ライトガイドの幅は、中央結合ライトガイドにおける大きい幅から中央結合ライトガイドからさらに遠いライトガイドにおけるより小さい幅に変化する。この実施形態では、光軸からより高い角度での光がより小さい幅のストリップの中に結合され、これによりライトガイド又はライトガイド領域の縁に沿った及び結合ライトガイドから光を受光するために配置されるライトガイド領域の入力縁に平行な発光面の均一性が60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つを上回るように、実質的に円形の光出力孔をもつ光源を結合ライトガイドの中に結合することができる。
光源の発光面と整合した入力領域を提供する三角形、四角形、長方形、卵形などのようなスタックされた結合ライトガイドの他の形状を想起することができる。結合ライトガイドの幅はまた、それらが光源から受光した光の一部を再誘導するようにテーパしてもよい。ライトガイドは、光源の付近で、光源とライトガイド領域との間の結合ライトガイドに沿った領域において、ライトガイド領域の付近で、又はこれらの幾つかの組合せにおいてテーパしてもよい。
幾つかの実施形態では、1つの光源は、特定の発光デバイスに望まれる所望の輝度又は光出力プロフィールを可能にするのに十分なだけの光束を提供しないであろう。この例では、1つには、ライトガイド領域又はライトガイド混合領域の縁又は側部に沿って1つよりも多い光入力カプラ及び光源を用いてもよい。一実施形態では、少なくとも1つの光入力カプラに関する結合ライトガイドの平均幅は、光入力面におけるライトガイドカプラ幅の方向の光源の光出力面の最大幅の1〜3、1.01〜3、1.01〜4、0.7〜1.5、0.8〜1.5、0.9〜1.5、1〜2、1.1〜2、1.2〜2、1.3〜2、1.4〜2、0.7〜2、0.5〜2、及び0.5〜3倍からなる群から選択された第1の幅範囲内にある。
一実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドは、ライトガイド領域又は光混合領域に隣接する結合ライトガイドの領域においてより広い幅にテーパされる。外向きにテーパすることによって、結合ライトガイドからの光は、フィルムのライトガイド領域(又は他の領域)の中に入る前により広い空間領域に広がることができる。これは、光入力側の付近の空間的均一性を改善することができる。また、この実施形態では、結合ライトガイドを外向きにテーパすることによって、ライトガイド領域の側部を照らするためにより少ない結合ライトガイドが必要とされる。一実施形態では、テーパした結合ライトガイドは、より厚いライトガイド、より小さい出力面積の光源、又は1つよりも多い結合ライトガイドのスタックを特定の光源と共に用いることができるようにする、より少ない結合ライトガイドの使用を可能にする。一実施形態では、それらの長さにわたる結合ライトガイドの平均幅とそれらが光を光混合領域又はライトガイド領域の中に結合する領域における幅との比は、1、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、及び0.1からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光入力面における結合ライトガイドの幅とそれらが光を光混合領域又はライトガイド領域の中に結合する領域における幅との比は、1、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、及び0.1からなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、結合ライトガイドの寸法比、結合ライトガイドの幅の比(幅は、光混合領域、ライトガイド、又はライトガイド領域の方への結合ライトガイド内での一般的な伝搬方向と直交する平均寸法として測定される)と結合ライトガイドの厚さ(厚さは、結合ライトガイド内の光の伝搬平面に垂直な方向に測定された平均寸法である)は、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、及び100:1からなる群から選択された1つよりも大きい。一実施形態では、結合ライトガイドの厚さは600ミクロン未満であり、幅は、10ミリメートルよりも大きい。一実施形態では、結合ライトガイドの厚さは400ミクロン未満であり、幅は、3ミリメートルよりも大きい。さらなる実施形態では、結合ライトガイドの厚さは400ミクロン未満であり、幅は、10ミリメートルよりも大きい。別の実施形態では、結合ライトガイドの厚さは300ミクロン未満であり、幅は10ミリメートル未満である。別の実施形態では、結合ライトガイド又は光伝送フィルムの厚さは200ミクロン未満であり、幅は20ミリメートル未満である。結合ライトガイドの横方向縁における不完全さ(例えばストリップの切断に起因する全く平坦な平らな表面からの偏差)は、結合ライトガイドの縁又は表面を通した光の損失を増加させる可能性がある。結合ライトガイドの幅を増加させることによって、結合ライトガイド内の光は所与の光伝搬角度範囲にわたって細い結合ライトガイドよりもより広い結合ライトガイドにおける後の縁表面(表面とはあまり相互作用しない)からあまり跳ね返ら(反射し)ないため、1つには、縁の不完全さの影響を減らすことができる。結合ライトガイドの幅は、ライトガイド領域、光混合領域、又はライトガイドに入る光の空間的色又は輝度均一性に影響を及ぼす因子であり、結合ライトガイドの幅が光放出領域の幅に比べて(同じ方向に)大きいときに、空間的に一様でない領域が生じる可能性がある。
別の実施形態では、結合ライトガイドの幅に平行な方向に光入力カプラを形成する結合ライトガイドのグループから放出された光の少なくとも10%を受光するために配置される光放出領域の幅と結合ライトガイドの平均幅との比は、5:1、15:1、20:1、25:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、100:1、150:1、200:1、300:1、500:1、及び1000:1からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、幅に沿って光放出領域又は表面の方に光を誘導するすべての光結合ライトガイドから放出された光を受光するために配置される全発光面の全幅と平均結合ライトガイド幅との比は、5:1、15:1、20:1、25:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、100:1、150:1、200:1、300:1、500:1、及び1000:1からなる群から選択された1つよりも大きい。
一実施形態では、結合ライトガイドの幅は、結合ライトガイドの中に光を結合するために配置される光源の光出力面の幅の1.1、1.2、1.3、1.5、1.8、2、3、4、及び5倍のうちの1つよりも大きい。別の実施形態では、光源の光出力面の幅に対してより大きい結合ライトガイドの幅は、結合ライトガイドの光平行化縁によってより高い平行化度(より低い角度半値全幅強度)を可能にする。
結合ライトガイドの光方向転換縁
一実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドは、結合ライトガイド内の光の光軸が第1の光軸角から第1の光軸角とは異なる第2の光軸角に変わるように、内部全反射によって結合ライトガイド内の光の一部を光学的に方向転換する縁の形状を有する。1つ又は複数の結合ライトガイドの1つよりも多い縁は、結合ライトガイド内の光を方向転換する形状又はプロフィールを有してもよく、縁はまた、結合ライトガイド内を伝搬する光の一部の平行化を提供してもよい。例えば、一実施形態では、結合ライトガイドのスタックの1つの縁は、ライトガイド内を伝搬する光の光軸が90度だけ回転されるように湾曲される。一実施形態では、結合ライトガイドの1つの縁による光軸の回転角度は、10度、20度、40度、45度、60度、80度、90度、及び120度のうちの1つよりも大きい。別の実施形態では、結合ライトガイドの1つよりも多い縁領域による光軸の回転角度は、10度、20度、40度、45度、60度、80度、90度、120度、135度、及び160度のうちの1つよりも大きい。1つよりも多い特異的に湾曲した縁を採用することによって、光は広範囲の角度に回転されてもよい。一実施形態では、結合ライトガイド内の光は、第1の縁プロフィールによって第1の方向(+θ方向)に再誘導され、第2の縁プロフィールによって断面方向(+θ2)に回転される。別の実施形態では、結合ライトガイド内の光は、第1の縁プロフィールによって第1の方向から第2の方向に再誘導され、第2の縁プロフィール領域によってさらに結合ライトガイドに沿って第1の方向の方に戻るように回転される。一実施形態では、結合ライトガイドの光方向転換縁は、限定ではなしに、光源の付近、結合ライトガイドの光入力面の付近、光混合領域の付近、ライトガイド領域の付近、結合ライトガイドの光入力面の間、光混合領域の付近、結合ライトガイドとライトガイド領域との間の領域の付近、及びライトガイド領域の付近を含む1つ又は複数の領域に配置される。
一実施形態では、結合ライトガイドの光入力面の付近の1つの横方向縁は光方向転換プロフィールを有し、反対の横方向縁は光平行化プロフィールを有する。別の実施形態では、結合ライトガイドの光入力面の付近の1つの横方向縁は、光平行化プロフィールの後に続いて(followed by)光方向転換プロフィール(結合ライトガイド内の光入力面から離れる光の伝搬方向に)を有する。
一実施形態では、スタックされた結合ライトガイドの2つのアレイは、光源からの光を受光し、光の光軸を2つの異なる方向に回転させるために配置される。別の実施形態では、光方向転換縁をもつ複数の結合ライトガイドは、ライトガイド領域の方に配向された光源からの光が折り畳まれた結合ライトガイドのスタックに入るようにライトガイド領域の縁に沿って折り畳まれ及びスタックされてもよく、光方向転換縁は、光の光軸を縁に実質的に平行な第1の方向に再誘導し、スタックされた結合ライトガイドにおける折畳部は、光を実質的にライトガイド領域に向かう方向に再誘導する。この実施形態では、スタックされ折り畳まれた結合ライトガイドの第2のアレイは、ライトガイド領域の方に配向された同じ光源からの光がスタックされ折り畳まれた結合ライトガイドの第2のアレイに入るように、ライトガイド領域の同じ縁に沿ってスタックされ折り畳まれた結合ライトガイドの第1のアレイの上に又は下にスタックする(又はこれと交互配置する)ことができ、スタックされ折り畳まれた結合ライトガイドの第2のアレイの光方向転換縁は、光の光軸を縁に実質的に平行な(及び第1の方向とは反対の)第2の方向に再誘導し、スタックされた結合ライトガイドにおける折畳部は、光を実質的にライトガイド領域に向かう方向に再誘導する。別の実施形態では、ライトガイド領域の縁に沿った2つの異なるアレイからの結合ライトガイドは、交互に互いの上にスタックされてもよい。スタック配置は、所定の配置、ランダムな配置、又はその変形であってもよい。別の実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイドの1つの側部からの折り畳まれた結合ライトガイドの第1のスタックは、折り畳まれていない結合ライトガイドの1つの表面に隣接して配置され、折り畳まれていない結合ライトガイドの他の側部からの折り畳まれた結合ライトガイドの第2のスタックは、折り畳まれていない結合ライトガイドの反対の表面に隣接して配置される。この実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイドは、折り畳まれていない結合ライトガイドの頂面及び底面上に等しい数の結合ライトガイドが存在するときに、光源からの光の中央(より高い光束)領域を受けるために位置合わせされてもよい。この実施形態では、折り畳み又は屈曲が存在しないため、折り畳まれていない結合ライトガイドは、より高い透過(より少ない光損失)を有し、したがってより多くの光がライトガイド領域に到達する可能性がある。
別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドの光方向転換縁は、第1の光軸角をもつ2つ以上の光源からの光を第1の光軸角とは異なる第2の光軸角を有する光に再誘導する。さらなる実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドの光方向転換縁は、第1の光軸角をもつ光源からの光の第1の部分を第1の光軸角とは異なる第2の光軸角を有する光の一部に再誘導する。別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドの光方向転換縁は、第1の光軸角をもつ第1の光源からの光を第1の光軸角とは異なる第2の光軸角を有する光に、及び第3の光軸角をもつ第2の光源からの光を第3の光軸角とは異なる第4の光軸角を有する光に再誘導する。
一実施形態では、結合ライトガイドの1つ又は複数の縁の光方向転換プロフィールは、フィルムに実質的に垂直に見たときに湾曲した形状を有する。別の実施形態では、湾曲した形状は、1つ又は複数の円錐、円孤、放物線、双曲線、幾何学的、パラメトリック、又は他の代数曲線領域を有する。別の実施形態では、曲線の形状は、特定の光入力プロフィールに関する屈曲損失(増加した 反射)を最小にすることによって、結合ライトガイド、光入力面、曲線の前の光プロフィール修正(例えば平行化縁のような)、結合ライトガイド材料の関心ある波長に対する屈折率、縁の表面仕上げ、及び曲線縁でのコーティング又はクラッドの種類(例えば、低屈折率材料、空気、又は金属化)への結合ライトガイドを通じて改善された透過を提供するように設計される。一実施形態では、結合ライトガイドの1つ又は複数の縁領域の光方向転換プロフィールからの光損失は、50%、40%、30%、20%、10%、及び5%のうちの1つよりも少ない。
垂直光方向転換縁
一実施形態では、結合ライトガイドの垂直縁(より大きいフィルム表面に対して接線方向の縁)又は結合ライトガイドのコア領域は、入射光の一部の光軸を回転させる垂直でない断面プロフィールを有する。一実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイド又は結合ライトガイドのコア領域の垂直縁は湾曲した縁を備える。別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイド又はコア領域の垂直縁は、角度のついた縁を備え、結合ライトガイドの表面法線との角度は、10度、20度、30度、40度、50度、及び60度のうちの1つよりも大きい。一実施形態では、コア領域又は結合ライトガイドの垂直光方向転換縁の使用は、フィルムの光学的に平滑な表面とすることができる場合に光学仕上げを得るのが典型的により容易である結合ライトガイドフィルム表面から結合ライトガイドの中に光が入ることを可能にする。別の実施形態では、結合ライトガイド(又は結合ライトガイドのコア領域)は接触させられ、垂直縁は表面法線との或る角度に切断される。一実施形態では、角度のついた切断部は、結合ライトガイドの縁上に平滑な、連続する、角度のついた垂直光方向転換縁をもたらす。別の実施形態では、レーザ切断、研磨、研削、打抜き、ブレード切断又はスライス、及びホットブレード切断又はスライスのうちの1つ又は複数によって、角度のついた、湾曲した、又はこれらの組合せの垂直光方向転換縁が得られる。一実施形態では、垂直光方向転換縁は、結合ライトガイドがライトガイドフィルムに切断され、垂直光方向転換縁を形成するために結合ライトガイドが位置合わせされるときに形成される。
別の実施形態では、結合ライトガイドの光入力面は、1つ又は複数の結合ライトガイドの表面であり、表面は、光源からの光の一部を方向転換する、平行化する、又は再誘導する1つ又は複数の表面レリーフプロフィール(エンボス加工されたフレネルレンズ、マイクロレンズアレイ、又はプリズム構造体のような)を備える。さらなる実施形態では、光平行化要素、光方向転換光学要素、又は光結合光学要素は、光源と結合ライトガイドの光入力フィルム表面(縁表面ではない)との間に配置される。一実施形態では、光入力フィルム表面は、クラッド領域の表面又は結合ライトガイドのコア領域である。さらなる実施形態では、光平行化光学要素、光方向転換光学要素、又は光結合光学要素は、コア領域、クラッド領域、又は光学要素と結合ライトガイドとの間の中間光伝送領域に光学的に結合される。
垂直光平行化縁
一実施形態では、結合ライトガイドの垂直縁(より大きいフィルム表面に対して接線方向の縁)又は結合ライトガイドのコア領域は、入射光の一部を平行化する垂直でない断面プロフィールを有する。一実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイド又は結合ライトガイドのコア領域の垂直縁は、入射光の一部を平行化する湾曲した縁を備える。別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイド又はコア領域の垂直縁は、角度のついた縁を備え、結合ライトガイドの表面法線との角度は、10度、20度、30度、40度、50度、及び60度のうちの1つよりも大きい。
折り畳まれていない結合ライトガイド
さらなる実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、光入力面からの光を受光し、及び光を方向転換することなく光をライトガイド領域の方に誘導するために配置される折り畳まれていない結合ライトガイドを備える。一実施形態では、折り畳まれていないライトガイドは、1つ又は複数の光方向転換光学要素、光結合光学要素、光方向転換縁をもつ結合ライトガイド、又は平行化縁をもつ結合ライトガイドと併せて用いられる。例えば、光源からの光の第1の部分が折り畳まれていない結合ライトガイドを通過している間にその光軸の方向を実質的に維持し、且つ光方向転換光学要素によって受光される光源からの光が方向転換されて結合ライトガイドのスタックされたアレイの中に入るように、光方向転換光学要素は、折り畳まれていない結合ライトガイドの上に又は下に配置されてもよい。別の実施形態では、結合ライトガイドのスタックされたアレイは、折り畳まれた結合ライトガイド及び折り畳まれていない結合ライトガイドを備える。
別の実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイドは、ライトガイドの縁の付近に配置される。一実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイドは、ライトガイド領域の縁の中央領域に配置される。さらなる実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイドは、ライトガイド領域の横方向側部間の領域においてライトガイド領域の側部に沿って配置される。一実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイドは、ライトガイド領域の1つの縁に沿った種々の領域に配置され、ライトガイド領域の側部の中に光を誘導するのに複数の光入力カプラが用いられる。
別の実施形態では、折り畳まれた結合ライトガイドは、光平行化縁、実質的に直線の縁、又は光方向転換縁を有する。一実施形態では、折り畳まれた結合ライトガイドのアレイ、光方向転換光学要素、光平行化光学要素、及び光源からなる群から選択された少なくとも1つは、折り畳まれていない結合ライトガイドに物理的に結合される。別の実施形態では、折り畳まれた結合ライトガイドは、感圧接着剤クラッド層によって互いに及び折り畳まれていない結合ライトガイドに物理的に結合され、光放出領域及び結合ライトガイドのアレイを備える拘束されないライトガイドフィルムの厚さは、結合ライトガイドのアレイの厚さの1.2倍、1.5倍、2倍、及び3倍のうちの1つよりも小さい。折り畳まれた結合ライトガイドのみをそれら自身にボンディングすることによって、結合ライトガイド(拘束されないとき)は、典型的に上向きに屈曲し、固定された又は比較的拘束された領域に物理的に結合されていない折り畳まれた結合ライトガイドに起因してアレイの厚さが増加する。折り畳まれた結合ライトガイドを折り畳まれていない結合ライトガイドに物理的に結合することによって、結合ライトガイドのアレイは、別個のフィルムの領域に物理的に結合され、これは安定性を増加させ、したがって屈曲から保存された弾性エネルギーが解放される能力を低下させる。
一実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイドは、光平行化縁、光方向転換縁、角度のついた直線縁、及び湾曲した光再誘導縁のうちの1つ又は複数を備える。折り畳まれていない結合ライトガイド又は折り畳まれた結合ライトガイドは、応力(ねじり又は横方向の屈曲から生じるような)が鋭い角部に集中せず、破損する恐れが増加しないように、屈曲領域の付近の湾曲した領域、方向転換領域、又は平行化領域を備えてもよい。別の実施形態では、湾曲した領域は、結合ライトガイドがフィルムベースのライトガイドのライトガイド領域又は光混合領域と接合される場所に配置される。
別の実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイド、折り畳み結合ライトガイド、光平行化要素、光方向転換光学要素、光再誘導光学要素、光結合光学要素、光混合領域、ライトガイド領域、及び1つ又は複数の要素のクラッド領域からなる群から選択された少なくとも1つが、相対位置維持要素に物理的に結合される。結合ライトガイドを直接又は間接的に相対位置維持要素に物理的に結合することによって、結合ライトガイドにおける屈曲から保存された弾性エネルギーが結合ライトガイド内に保たれ、拘束されない結合ライトガイド(例えば外部ハウジングによって拘束されない)の組み合わされた厚さが減少される。
内部光誘導縁
一実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドの内部領域は内部光誘導縁を備える。内部光再誘導縁は、結合ライトガイドの内部領域を切断すること又は他の方法で除去することによって形成されてもよい。一実施形態では、内部光誘導縁は、結合ライトガイド内の光の第1の部分を再誘導する。一実施形態では、内部光再誘導縁は、結合ライトガイド内の光を誘導するための付加的なレベルの制御を提供し、且つ所定の光出力パターン(特定の領域におけるより高い均一性又はより高い光束出力のような)を達成するために結合ライトガイド内及びライトガイド領域内の光束再分配を提供することができる。
結合ライトガイド内のキャビティ領域
一実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイド又は結合ライトガイドのコア領域は少なくとも1つのキャビティを備える。別の実施形態では、キャビティは、光源を受け入れるために配置され、結合ライトガイドのコア領域の垂直縁は垂直光平行化光学縁である。一実施形態では、キャビティなしの結合ライトガイドの中に結合されるよりも少なくとも1つの結合ライトガイドにおけるキャビティとより高い光束が結合ライトガイド内で結合される。これは、例えば、コア領域と屈折率整合する高透過率(>90% 透過率)光伝送材料(材料の対応する表面に隣接して配置された光源を伴う)をキャビティに充填する前に及び充填した後で積分球で結合ライトガイドの外(切断されるとき)又は発光デバイスの外の光束を測定することによって評価されてもよい。別の実施形態では、キャビティ領域は、結合ライトガイドと光源との見当合わせ又は位置合わせ、及び結合ライトガイドの中に結合される増加した光束を提供する。一実施形態では、垂直光平行化縁及びキャビティをもつ結合ライトガイドのアレイは、光平行化光学要素の必要性を低減させる。
結合ライトガイドを含むライトガイドの結合
一実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイドは複数の結合ライトガイドを備える。例えば、結合ライトガイドは、結合ライトガイドの縁に接続される複数の結合ライトガイドを備えるようにさらに切断されてもよい。一実施形態では、厚さTのフィルムは、それぞれがM個の結合ライトガイドのサブアレイを備えるN個の結合ライトガイドの第1のアレイを備える。この実施形態では、第1の結合ライトガイドのアレイは、結合ライトガイドが位置合わせされ及びスタックされるように第1の方向に折り畳まれ、結合ライトガイドのサブアレイは、結合ライトガイドが位置合わせされ及びスタックされるように第2の方向に折り畳まれる。この実施形態では、結合ライトガイドのサブアレイを備える光入力縁表面は、より細い結合ライトガイドのそれぞれと同じ幅を有し、光入力面は、H=TxNxMによって定義される高さHを有する。これは、例えば、より薄いライトガイドフィルムがかなり大きい寸法の光出力面をもつ光源と共に用いられるようにすることができる。一実施形態では、例えば、フィルムベースのライトガイドが反射型ディスプレイのタッチスクリーンよりも上に配置されたフロントライトの照明要素であるときに、薄いフィルムベースのライトガイドが使用される。この実施形態での薄いライトガイドは、ユーザがライトガイドフィルムに触れるときに、より正確な及び応答の良いタッチスクリーン(例えば容量性タッチスクリーンのような)を提供する。代替的に、特定のライトガイドフィルムの厚さに対してより大きい寸法の光出力面をもつ光源が用いられてもよい。
複数の結合ライトガイドを備える結合ライトガイドを用いることの別の利点は、光源をライトガイド領域の側縁の間の領域内に配置することができ、したがって、例えば光源及び光入力カプラが発光面の後ろに折り畳まれるときにディスプレイ又は光放出領域の縁を越えて延びないことである。
光入力カプラにおける結合ライトガイドの数
一実施形態では、結合ライトガイドから光を受光するライトガイド領域又はライトガイドの光入口縁に平行な方向の結合ライトガイドの総数NCは、
NC=MFLES/w
であり、式中、WLESは、結合ライトガイドから光を受光するライトガイド領域又はライトガイドの光入口縁に平行な方向の発光面の全幅であり、wは、結合ライトガイドの平均幅であり、MFは、拡大係数である。一実施形態では、拡大係数は、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、0.7〜1.3、0.8〜1.2、及び0.9〜1.1からなる群から選択された1つである。別の実施形態では、光入力カプラにおける結合ライトガイドの数又は発光デバイスにおける結合ライトガイドの総数は、2、3、4、5、6、8、10、11、20、30、50、70、80、90、100、2〜50、3〜50、4〜50、2〜500、4〜500、10よりも多い、20よりも多い、30よりも多い、40よりも多い、50よりも多い、60よりも多い、70よりも多い、80よりも多い、90よりも多い、100よりも多い、120よりも多い、140よりも多い、200よりも多い、300よりも多い、400よりも多い、500よりも多いからなる群から選択される。
1つよりも多い光入力面の中に誘導される結合ライトガイド
さらなる実施形態では、結合ライトガイドは、光混合領域、ライトガイド、又は光混合領域の中に連続した様態で集合的に光を結合しない。例えば、すべての他の結合ライトガイドは、ライトガイド領域の中に連続的に光を結合しないが、1つ又は複数の縁に沿ってストリップ又は結合ライトガイドを依然として提供しながら、フィルムベースのライトガイドからの切取部であってもよい。より少ないライトガイドを用いることによって、光入力縁の集合体は、サイズが減少されてもよい。このサイズの減少は、例えば、同じライトガイド又は異なるライトガイドの異なる領域に光学的に結合される結合ライトガイドの複数の組を組み合わせる、光入力面のサイズを光源のサイズによりよく整合させる、より小さい光源を用いる、又は特定の光源と共により厚いライトガイドフィルムを用いるために使用することができ、この場合、厚さ方向に連続する結合ライトガイドの組の寸法は、光入力面の中に光を結合するために配置されるときに、厚さ方向の光源の発光面よりも10%、20%、40%、50%、及び100%大きいからなる群から選択された1つとなるであろう。
さらなる実施形態では、ライトガイドの第1の領域からの結合ライトガイドは、2つ以上の光入力面の中に集められる光入力縁を有する。例えば、奇数の結合ライトガイドは、第1の白色光源に誘導されてもよく、偶数の結合ライトガイドは、赤色光源、緑色光源、及び青色光源に結合されてもよい。別の実施形態では、ライトガイドの第1の領域からの結合ライトガイドは、光源からの色変化の可視性を低減させるために複数の白色光源に結合される。例えば、偶数の結合ライトガイドは、第1の色温度をもつ白色光源からの光を結合してもよく、奇数の結合ライトガイドは、発光面に沿ったライトガイド領域の縁に平行な方向に沿った色不均一性、Δu’v’が、0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満であるように、第1の色温度よりも高い第2の色温度をもつ白色光源からの光を結合してもよい。
同様に、3つ以上の光入力面はまた、1、2、3、又はそれ以上の光源からの光を結合するのに用いられてもよい。例えば、ライトガイドの第1の領域からのすべての交互する第1、第2、及び第3の結合ライトガイドは、同じ又は異なる色の第1、第2、及び第3の光源に誘導される。
さらなる実施形態では、ライトガイドの第1の領域からの結合ライトガイドは、異なる作動モードでライトガイドの中に光を結合するために配置される2つ以上の光入力面の中に集められる光入力縁を有する。例えば、第1の光入力面は、昼光適合出力に適した少なくとも1つの光源に結合されてもよく、第2の光入力面は、 NVIS適合光出力に適した少なくとも1つの光源に結合されてもよい。
1つよりも多い光入力面に誘導される結合ライトガイドの順序は、交互にされる必要はなく、任意の所定の構成又はランダムな構成であってもよい。例えば、ライトガイドの頂部及び底部領域からの結合ライトガイドは、中央領域とは異なる光入力面に誘導されてもよい。さらなる実施形態では、ライトガイドの領域からの結合ライトガイドは、アレイに配置された、光源の集合体からの光を結合するために配置される、同じハウジング内に配置された、光入力面が互いに隣接して配置されるように配置された、光源の集合体から光を受光するために入れ替わった順序で配置された、隣接する光入力面がライトガイド、ライトガイド領域、又は光混合領域の隣接する領域の中に光を結合しない不連続配置で配置された1つよりも多い光入力縁をそれぞれが備える、複数の光入力面に一緒に配置される。
さらなる実施形態では、1つ又は複数のLEDからの光を受光するために複数の光入力面が配置される発光デバイスの同じハウジング領域の同じ側部、縁、後ろ、前、又は内部に沿って光入力面の複数の組を提供するために結合ライトガイドの複数の組が配置される。
結合ライトガイドの順序
一実施形態では、結合ライトガイドは、それらがライトガイド又はライトガイド領域の中に光を誘導する場合に第1の方向のストリップの順序が結合ライトガイドの順序であるように、光入力面を形成する光入力縁に一緒に配置される。別の実施形態では、結合ライトガイドは、それらがライトガイド又はライトガイド領域の中に光を誘導する場合に第1の方向のストリップの順序が結合ライトガイドの順序と同じではないように交互配置される。一実施形態では、結合ライトガイドは、第1の色の第1の光源からの光を受光する少なくとも1つの結合ライトガイドが、第1の光源の色とは異なる第2の色をもつ第2の光源からの光を受光するライトガイド領域又は光混合領域の付近の領域において2つの結合ライトガイドの間に配置されるように交互配置される。一実施形態では、発光面に沿ったライトガイド領域の縁に平行な方向に沿った色不均一性、Δu’v’は、0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、結合ライトガイドは、光混合領域、ライトガイド、又はライトガイド領域の付近の光入力カプラの出力領域において互いに隣接する結合ライトガイドの少なくとも1つの対が光入力カプラの入力面の付近で互いに隣接しないように交互配置される。一実施形態では、交互配置される結合ライトガイドは、光入力カプラからの出力が光源の角度の不均一性を空間的に再現しないように結合ライトガイドを分配することによって、一様でない角度の出力プロフィールが光入力カプラの出力においてより一様に作製されるように配置される。例えば、光入力カプラのストリップは、中央領域が0度での又はその光軸に沿った光源から典型的に高い強度に対応する非常に高い輝度の光放出面領域を有することにならないように、それらが光入力面で組み合わされる際にライトガイド領域の4つの異なる領域の間で交互することができる。
別の実施形態では、結合ライトガイドは、光混合領域、ライトガイド、又はライトガイド領域の付近で互いに隣接する結合ライトガイドの少なくとも1つの対が同じ光源、同じ光入力カプラ、及び同じ混合領域のうちの少なくとも1つから光を受光しないように交互配置される。別の実施形態では、結合ライトガイドは、光入力面の付近で互いに隣接する結合ライトガイドの少なくとも1つの対が同じ光入力カプラ、同じ光混合領域、同じライトガイド、同じライトガイド領域、同じフィルム、同じ光出力面のうちの少なくとも1つに光を結合しないように交互配置される。別の実施形態では、結合ライトガイドは、入力面で垂直、水平、又は他の方向の少なくとも2つの隣接する結合ライトガイドが、同じ光入力カプラ、同じ光混合領域、同じライトガイド、同じライトガイド領域、同じフィルム、及び同じ光出力面からなる群から選択された少なくとも1つの隣接する領域に光を結合しないように光入力面で二次元構成で交互配置される。
さらなる実施形態では、ライトガイド領域、光混合領域、又は第1の入力領域の付近の光放出領域に光学的に結合される結合ライトガイドは、第1の縁領域に対して30度、40度、50度、60度、70度、80度、及び85度からなる群から選択された1つよりも大きい縁方向に沿って配置される第2の縁領域に沿って又はこの付近に実質的に配置されるホルダに一緒に配置される。例えば、光入力カプラは、液晶ディスプレイの下縁に沿って配置された第1の光源及び結合ライトガイドホルダからの光を結合し、ディスプレイの下縁に対して約90度に配向されるディスプレイの側部に沿って配置されたライトガイドの領域の中に光を誘導してもよい。結合ライトガイドは、光が実質的にライトガイド領域内で底部及び上縁に平行に伝搬するように、頂部、底部、又はこの両方に沿って配置された光源からの光をディスプレイの1つ又は複数の側部の中に誘導してもよい。
ライトガイドの表面領域に付着された結合ライトガイド
一実施形態では、結合ライトガイドは、ライトガイド又はライトガイド領域を備える同じフィルムのセグメント化(又は切断)されない領域である。一実施形態では、結合ライトガイドが形成され、光学接着剤、ボンディング方法(溶媒溶接、熱的ボンディング、超音波溶接、レーザ溶接、熱ガス溶接、フリーハンド溶接、スピードチップ溶接、押出し溶接、接触溶接、ホットプレート溶接、高周波溶接、射出溶接、摩擦溶接、スピン溶接、溶接棒)、及びポリマーに適した接着剤又は接合技術からなる群から選択された少なくとも1つを用いてライトガイド、光混合領域、又はライトガイド領域に物理的に又は光学的に取り付けられる。一実施形態では、結合ライトガイドが形成され、結合ライトガイドからの光の大部分が混合領域、ライトガイド領域、又はライトガイド内を導波管の状態で伝送されるようにライトガイド、混合領域、又はライトガイド領域に光学的に結合される。結合ライトガイドは、光混合領域、ライトガイド領域、又はライトガイドの縁又は表面に取り付けられてもよい。一実施形態では、結合ライトガイドは、第1のフィルム内に配置され、ライトガイド領域を備える第2のフィルムは、結合ライトガイドがライトガイド領域に光学的に結合されるように第1のフィルムの領域上に押出される。別の実施形態では、結合ライトガイドは、ライトガイドに光学的に結合される領域においてテーパされる。結合ライトガイドの生産をライトガイド領域の生産と分けることによって、異なる光学的伝送特性、曲げ弾性率、衝撃強さ(ノッチ付きアイゾット)、曲げ剛性、衝撃抵抗、機械的特性、物理的特性、及び他の光学特性をもつ材料のような異なる特性をもつ材料が各領域に対して用いられてもよい。一実施形態では、結合ライトガイドは、2ギガパスカル未満の曲げ弾性率をもつ材料を含み、ライトガイド又はライトガイド領域は、ASTM D790に従って測定した2ギガパスカルを超える曲げ弾性率をもつ材料を含む。一実施形態では、ライトガイドは比較的堅いポリカーボネート材料であり、結合ライトガイドは可撓性のエラストマー又はポリエチレンを含む。別の実施形態では、ライトガイドはアクリル材料であり、結合ライトガイドは、可撓性のフルオロポリマー、エラストマー、又はポリエチレンを含む。一実施形態では、ライトガイド領域又はライトガイドの平均厚さは、少なくとも1つの結合ライトガイドの平均厚さよりも0.1mm以上厚い。
一実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイドは、入力光カプラ、光混合領域、ライトガイド領域、及びライトガイドの表面、縁、又は内部領域からなる群から選択された少なくとも1つに光学的に結合される。別の実施形態では、フィルムの方向に沿って平行な直線切断部を備えるフィルムは、ストリップがライトガイドフィルムに光学的に結合されるように押出しプロセスにおいてフィルムの表面に付着され、切断領域は、それらを一緒にして光入力カプラの光入力面を形成することができるようにストリップを「自由」にするために横断方向に切断することができる。
互いに付着された結合ライトガイド
一実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドは、1つ又は複数の領域においてそれら自身に実質的に付着される。別の実施形態では、結合ライトガイドのアレイは、結合ライトガイドが互いに隣接する領域の5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、及び80%からなる群から選択された少なくとも1つにおいて互いに光学的に結合される。一実施形態では、結合ライトガイドは、光入力面の付近、結合ライトガイドのアレイ内、ライトガイド又はライトガイド領域の縁及び長さに沿った、又はライトガイド領域の後ろの、1つ又は複数の領域における隣接する結合ライトガイド間の自然な表面接着によって互いに光学的に結合される。別の実施形態では、2つ以上の結合ライトガイドが1つ又は複数の領域において互いに光学的に結合される、作動的に結合される、又は接着される。
ライトガイド領域内で終端する結合ライトガイド
一実施形態では、フィルムの機械方向に沿った平行な直線切断部を備えるフィルムは、ストリップの端が効果的に他の2つの層又は領域の内部になるように2つの押出し層又はコーティング間でガイドされる。別の実施形態では、結合ライトガイドの1つ又は複数の縁は、散乱を減らし、ライトガイドの中に結合する光を増加させるためにライトガイド内で層又はコーティング(接着剤のような)に光学的に結合される。これは、単一のステップで又は一連のステップで行うことができる。ストリップ又は結合ライトガイドがライトガイド、ライトガイド領域、又は光混合領域内で終端することによって、縁が光混合領域、ライトガイド領域、又はライトガイドを形成する光伝送材料の体積の中に効果的に光学的に結合されることになるので、単純な表面ボンディング上にあるもののような空気と端縁との境界面からのより少ない後方反射が存在する(縁及び潜在的に表面の光学的結合を促進するために縁又は別の材料の周りに流れる又は変形することができる縁の付近の材料(接着剤のような)が用いられると仮定する。
ストリップ又は結合ライトガイドの位置合わせ又は固定機能部
一実施形態では、結合ストリップを位置合わせ又はガイドするために、若しくは結合ライトガイドをライトガイド又はハウジングに接続するために光入力カプラの中央領域の付近の少なくとも1つのストリップが用いられる。結合ライトガイドが光入力カプラの中央の方に折り畳まれる折り畳み設計では、中央ストリップ又はライトガイドは、中央ストリップ又は結合ライトガイドを折り畳むことができないことに対する幾何学的制限に起因して光源からの光を受光するために折り畳まれない場合がある。この中央ストリップ又は結合ライトガイドは、光入力カプラ又はハウジングをストリップ(又はライトガイド)と位置合わせすること、体積を減らするためにストリップ又は結合ライトガイドのスタックをしっかり折り畳むこと、光入力カプラハウジングの位置を見当合わせすること、固定すること、又は係止(locking down)すること、上述の要素のうちの1つに対して結合ライトガイド、結合ライトガイド、ライトガイド、又は他の要素を屈曲させる又は折り畳む折り畳み機構のコンポーネントを一緒に引っぱるためにレバー又はアームを提供することからなる群から選択されたことのために用いられてもよい。
タブ領域
一実施形態では、ストリップ又は結合ライトガイドのうちの1つ又は複数は、ハウジング、フォルダ、ホルダ、ライトガイド、光源、光入力カプラ、又は発光デバイスの他の要素に対するストリップ又は結合ライトガイドの場所を見当合わせする、位置合わせする、又は固定するのに用いられるタブ又はタブ領域を備える。別の実施形態では、少なくとも1つのストリップ又は結合ライトガイドは、ストリップ又は結合ライトガイドの場所を見当合わせする、位置合わせする、又は固定するのに有用なピン、穴、切取部、タブ、又は他の機能部を備える。一実施形態では、タブ領域は、光源が結合ライトガイドの中に光を結合するために配置されるときに1つ又は複数の光源の側部に配置される。さらなる実施形態では、タブ領域は、例えば、結合ライトガイドをスタックした後で引き裂くことによって除去されてもよい。例えば、結合ライトガイドは、位置合わせされて、光源からの光が結合ライトガイドの光入力面の中に誘導されるようにその中に光源の光放出領域が配置されてもよいキャビティを形成する開口部又は孔切断部を結合ライトガイド内に有してもよい。結合ライトガイドを物理的に拘束した後で(例えばそれらを互いに又は別の要素に接着することによって、若しくは位置合わせガイド又は他の手段を機械的にクランプすることによって)、タブ領域のすべて又は一部は、光源からの光を受光するために配置される光入力面の光学品質を低下させることなく引き裂くことによって除去されてもよい。別の実施形態では、タブ領域は、所定の経路に沿ったタブ領域の引き裂き又は除去を促進する1つ又は複数の穿孔又は切断領域を備える。
別の実施形態では、見当合わせ又は位置合わせ開口部又は孔を備えるタブ領域又は結合ライトガイドの領域は、結合ライトガイドの光入力面が要素又は光源からの光を受光するために位置合わせされ及び配置されるように、開口部又は孔が光方向転換光学要素、光平行化光学要素、光結合要素、光源、光源回路基板、相対位置維持要素、光入力カプラハウジング、又は光入力カプラの他の要素上に配置され又はこれに物理的に結合される位置合わせピン又はポスト上に位置合わせされるようにスタックされる。
タブ領域は、位置合わせピンが結合ライトガイドの位置合わせ及び相対位置決定を支援するように結合ライトガイドにおけるキャビティを形成する開口部又は孔のいずれかの側部上に見当合わせ開口部又は孔を備えてもよい。別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイド(折り畳まれた、折り畳まれていない)は、低光束領域において低い光損失の見当合わせ開口部又は孔を備える。結合ライトガイドの低い光束領域における低い光損失の見当合わせ開口部又は孔は、光源からの光束の2%、5%、10%、及び20%未満のうちの1つが結合ライトガイド内で直接又は間接的に開口部又は孔に到達するようなものである。これは、開口部又は孔に黒色ラテックス塗料のようなブラックライト吸収材料を充填し、積分球を用いて光放出領域からの光出力の損失を測定することによって測定することができる。
別の実施形態では、結合ライトガイドのタブ領域は、光入力面の改善された光学仕上げを得ることができるように、結合ライトガイドをスタックした後で結合ライトガイドのスタックされたアレイの光入力面が形成されることを可能にする。例えば、一実施形態では、結合ライトガイドのアレイは、結合ライトガイドの入力領域から延びるタブ領域と共にスタックされる。スタックされたアレイは、次いで、連続する平滑な入力面を提供するためにタブ領域において切断される(及び随意的に機械的に、熱的に、化学的に、又は他の方法で磨かれる)。
光源又は光学要素に対する結合ライトガイドの位置の保持
別の実施形態では、タブ領域は、光学要素又は光源に対する物理的拘束機構を提供するために切断されてもよい。例えば、一実施形態では、結合ライトガイドのタブ領域は、結合ライトガイドがアレイにスタックされるときに、光学要素又は光源を少なくとも1つの方向に実質的に維持するためにアーム又はリッジが拘束溝又はキャビティを形成するように、1つ又は複数のアーム又はリッジを備える。別の実施形態では、結合ライトガイドのスタックされたアレイは、光平行化光学系が結合ライトガイドに対するその位置を実質的に維持するように、光平行化光学系の延長されたリッジがキャビティ内に位置決めされることを可能にするキャビティを形成する。溝、リッジ、インターロック形状、ピン、開口部、孔、及び他の拘束形状の種々の形態が光学要素(光方向転換光学要素又は光平行化光学要素のような)又は光源(又は光源のハウジング)と共に用いられてもよく、形状は、インターロック形状にされるときに要素又は光源を拘束するために結合ライトガイドに切断される。
延長された結合ライトガイド
一実施形態では、結合ライトガイドは、相対位置維持要素を用いることによって結合ライトガイドが組織化された状態で折り畳まれてもよいように延長される。結合ライトガイドを延長することによって、結合ライトガイドが組織化された状態でスタックされ及び位置合わせされてもよいように位置合わせ及びスタックプロセス中に結合ライトガイドの相対位置及び順序が維持されてもよい。例えば、一実施形態では、結合ライトガイドは、それらが第1の方向に沿って鏡面対称になるように反転した形状で延長される。一実施形態では、折り畳み動作は、2つの異なる発光デバイス又は同じ光源によって照らされる2つの照らされた領域を形成するために用いられてもよい結合ライトガイドの2つのスタックされたアレイをもたらす。別の実施形態では、第1の相対位置維持要素は、第1のライトガイド領域の付近の結合ライトガイドの相対位置を実質的に維持し、第2の相対位置維持要素は、結合ライトガイド(第2の発光デバイス又は領域の結合ライトガイドを形成してもよい)の延長された領域の相対位置を実質的に維持する。
結合ライトガイドの厚さの変化
一実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイド又はストリップは、ライトガイドを通して伝搬する光の経路に沿った方向に厚さが変化する。一実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイド又はストリップは、ライトガイドを通して伝搬する光の経路に実質的に垂直な方向に厚さが変化する。別の実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイド又はストリップの寸法は、ライトガイドを通して伝搬する光の経路に沿って発光デバイスの光軸に平行な方向に変化する。一実施形態では、結合ライトガイドの厚さは、光が光源から光混合領域、ライトガイド、又はライトガイド領域に伝搬するのに伴って増加する。一実施形態では、結合ライトガイドの厚さは、光が光源から光混合領域、ライトガイド、又はライトガイド領域に伝搬するのに伴って減少する。一実施形態では、第1の領域における結合ライトガイドの厚さを第2の領域における結合ライトガイドの厚さで割ったものは、1、2、4、6、10、20、40、60、及び100からなる群から選択された1つよりも大きい。
光源の位置決めのための光方向転換光学要素又は縁
一実施形態では、光方向転換光学要素又は光方向転換結合ライトガイド縁は、結合ライトガイドと同じライトガイド領域の側部上に光源を位置付けるために用いられてもよい。別の実施形態では、光方向転換光学要素又は光方向転換結合ライトガイド縁は、光源がライトガイドの縁、光放出領域、ディスプレイ領域、ライトガイド領域、又はベベルの縁を越えて延びないように、結合ライトガイドの延長された境界内に光源を位置付けるために用いられてもよい。例えば、1つの縁に沿って折り畳まれた結合ライトガイドを伴うフィルムベースのライトガイドは、ライトガイドの縁領域によって境界付けられる領域内に光源を位置付けるために、結合ライトガイドから直接照らされないライトガイド領域の角度のついた縁又は領域を有してもよい。代替的に、1つの縁に沿った結合ライトガイドのスタックは、光がライトガイド領域の方に誘導される状態で光源を配置することができるように、光源端部付近に光方向転換縁を有してもよい。これは、光が方向転換され及び結合ライトガイドの中に誘導されるようにすることができ、光源がディスプレイの後ろに折り畳まれるときに、光源は、ディスプレイの外縁を越えて延びない。
光混合領域
一実施形態では、発光デバイスは、光入力カプラとライトガイド領域との間の光路内に配置された光混合領域を備える。光混合領域は、一緒に混合し及び空間的輝度均一性、空間的色均一性、角度の色均一性、角度の輝度均一性、角度の光度均一性、又はライトガイドの又は光放出領域又は発光デバイスの表面又は出力の領域内のその任意の組合せのうちの少なくとも1つを改善するために、個々の結合ライトガイドからの光出力のための領域を提供することができる。一実施形態では、光混合領域の幅は、0.1mm(小型ディスプレイに対して)から3.048メートル(大きいビルボードに対して)を超える範囲から選択される。一実施形態では、光混合領域は、2つ以上の結合ライトガイドからの光が混ざり合い、その後ライトガイドの光放出領域に伝搬するところの結合ライトガイドの端領域の付近の光路に沿って配置される領域である。一実施形態では、光混合領域は、ライトガイド、ライトガイド領域、光入力カプラ、及び結合ライトガイドのうちの少なくとも1つと同じコンポーネント又は材料から形成される。別の実施形態では、光混合領域は、ライトガイド、ライトガイド領域、光入力カプラ、及び結合ライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つとは異なる材料を含む。光混合領域は、長方形、四角形、又は他の形状に設定された領域であってもよく、又はこれは、光放出領域又はライトガイド領域のすべて又は一部を包囲する周辺領域であってもよい。一実施形態では、発光デバイスの光混合領域の表面積は、発光面の全外表面積又はそこから光が放出される発光面の面積の1%未満、5%未満、10%未満、20%未満、30%未満、40%未満、50%未満、60%未満、70%未満、20%を超える、30%を超える、40%を超える50%を超える、60%を超える、70%を超える、80%を超える、90%を超える、1〜10%、10〜20%、20〜50%、50〜70%、70〜90%、80〜95%からなる群から選択された1つである。
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、結合ライトガイドの幅よりも長い横寸法をもつ光混合領域を備え、結合ライトガイドは、ライトガイドの光放出領域に対応する縁領域全体から延びない。一実施形態では、結合ライトガイドのない縁に沿ったギャップの幅は、隣接する結合ライトガイドの平均幅の1倍、2倍、3倍、又は4倍のうちの1つよりも大きい。さらなる実施形態では、結合ライトガイドのない縁に沿ったギャップの幅は、光混合領域の横幅の1倍、2倍、3倍、又は4倍のうちの1つよりも大きい。例えば、一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、結合ライトガイドの延長部のない2センチメートルのギャップが存在する中央領域以外は、光混合領域に沿って配置された4センチメートルの横方向の長さ、2センチメートルの幅をもつ結合ライトガイドを備える(光混合領域がフィルムベースのフロントライトのための反射型ディスプレイの後ろに折り畳まれる場合にはまさにそうであるように)。この実施形態では、隣接する結合ライトガイド内の光は、結合ライトガイドによって直接照らされない光混合領域のギャップ領域の中に広がり、光放出領域における光が十分に一様であるように一緒に混合されてもよい。さらなる実施形態では、光混合領域は、そこから延びる結合ライトガイドなしに2つ以上のギャップを備える。さらなる実施形態では、光混合領域は、フィルムベースのライトガイドの縁に沿って結合ライトガイドの延長部間に交互のギャップを備える。
光出力光学要素
一実施形態では、発光デバイスは、光源からの光を受光し、フィルムベースのライトガイドの中に光を結合するために配置される光出力光学要素を備える。一実施形態では、光出力光学要素は、フィルムベースのライトガイドに光学的に結合されるときに、光の一部が受光領域を通してライトガイドの中に伝搬し、且つ内部全反射の下で伝搬することになるように、光源からの光を受光し、光源からの光を光伝送領域を通して伝送する光伝送光学要素である。別の実施形態では、光出力光学要素は、250ミクロンを超える平均又は最大厚さを有し、射出成形、圧縮成形、熱成形、鋳造、押出し、又は他のフィルムベースでないポリマーコンポーネント形成方法によって形成される。別の実施形態では、光出力光学要素は、要素又はライトガイドが形成されるときに発光デバイスの光放出領域を備えるフィルムベースのライトガイドと連続しない。例えば、光出力光学要素は、500ミクロン又は1ミリメートルの厚さに押出されたアクリルシート、射出成形されテーパした光学ライトガイド、又はライトガイド光学要素内に埋め込まれるライトガイドフィルムの領域と共に硬化される架橋されたキャストライトガイドであってもよい。別の実施形態では、例えば、光出力光学要素は、実質的に光出力ラインを生じる射出成形されたアクリルライトガイドであり、縁又は表面は、フィルムベースのライトガイドに光学的に結合される。さらなる実施形態では、光出力光学要素は、射出成形されたアクリル光学要素であり、アクリル又はシリコーンコア領域を備えるフィルムベースのライトガイドに光学的に結合される。前の実施形態では、アクリル材料は、同じであってもよく、又は類似したタイプのコンポーネントを含んでもよいが、しかしながら、それらは別々に形成され、1つは他の連続する延長部ではない。別の実施形態では、それを通して光が光源からフィルムベースのライトガイドの中に伝送される光出力光学要素の領域は、光伝送フィルムベースのライトガイドのコアライトガイド層の中にない少なくとも1つの材料を含む。別の実施形態では、光出力光学要素は、フィルムベースのライトガイドの光伝送領域又は光抽出領域に向かう方向にテーパされる。一実施形態では、光出力光学要素はまた、ハウジング、ハウジングコンポーネント、光方向転換光学要素、光平行化光学要素、光結合光学要素、光学窓、相対位置維持要素、低接触面積、光入力カプラ、光再誘導光学要素、1つ又は複数の結合ライトガイド、保持機構、及びホルダからなる群から選択された発光デバイス内の別の機能を果たす。
光出力光学要素の厚さ
一実施形態では、光学要素内を伝搬する光の光軸に実質的に垂直な方向の、光伝送領域を備える領域における光出力光学要素の平均厚さ又は最大厚さは、光出力光学要素内の光の光軸に平行な方向の光出力光学要素の光伝送領域の寸法の100%、90%、70%、50%、25%、10%、及び5%からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光伝送領域を備える領域における光出力光学要素の平均厚さ又は最大厚さは、光学要素内を伝搬する光の光軸に実質的に垂直な方向のフィルムベースのライトガイドのコア層の厚さの100%、90%、70%、50%、25%、10%、及び5%からなる群から選択された1つ未満である。一実施形態では、光出力光学要素は、クラッド層(又は空気境界面)に到達し、光出力光学要素の中に戻るように伝搬するのではなく内部全反射するようにコア層の中に伝搬するより広範囲の入力角度の光がコア層内を横方向に(光軸の方向に)伝搬する機会を有するように、フィルムベースのライトガイドのコア層よりも薄い。
クラッド層
一実施形態では、光入力カプラ、結合ライトガイド、光混合領域、ライトガイド領域、及びライトガイドのうちの少なくとも1つは、少なくとも1つの表面に光学的に結合されるクラッド層を備える。本明細書で用いられる場合のクラッド領域は、表面に光学的に結合される層であり、クラッド層は、クラッド層が光学的に結合される表面の材料(material)の屈折率、nよりも小さい屈折率、ncladをもつ材料を含む。一実施形態では、n−ncladは、0.001〜0.005、0.001〜0.01、0.001〜0.1、0.001〜0.2、0.001〜0.3、0.001〜0.4、0.01〜0.1、0.1〜0.5、0.1〜0.3、0.2〜0.5、0.01よりも大きい、0.1よりも大きい、0.2よりも大きい、及び0.3よりも大きいからなる群から選択された1つである。一実施形態では、クラッドは、メチルベースのシリコーン感圧接着剤、フルオロポリマー材料(実質的に溶媒中に溶解されたフルオロポリマーを含むコーティングを用いて塗布される)、及びフルオロポリマーフィルムからなる群から選択された1つである。クラッド層は、ライトガイドのコア又はコア領域からの望ましくない外部結合(例えば、脂気のある指でフィルムに触れることによる内部全反射光の減衰)を減らするために、ライトガイド領域のコア又はコア部と外面との間の分離層を提供するために組み込まれてもよい。ライトガイドのコア又はコア領域と接触することになる又は光学的に直接接触する付加的なフィルム、層、物体、指、粉塵などのような成分又は物体は、ライトガイドの外に光を結合する、光を吸収する、又は内部全反射光を新しい層に伝送する可能性がある。コアよりも低い屈折率をもつクラッド層を付加することによって、光の一部がコアとクラッド層との境界面で内部全反射するであろう。クラッド層はまた、増加した剛性、増加した曲げ弾性率、増加した衝撃抵抗、アンチグレア特性、タイ層又は反射防止コーティングのためのベース又は基板、偏光子、液晶材料のような光学部品のための基板として機能するクラッドの場合に他の層と組み合わせるための中間層を提供する、増加した引っかき抵抗性、付加的な機能性(例えば、ライトガイド領域を別の要素に付着させるための低粘着性接着剤、高度に可塑化された(highly plasticized)PVCのような窓「貼付け型」フィルム)を提供する、のうちの少なくとも1つの利点を提供するのに用いられてもよい。クラッド層は、デバイスの別の要素、ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、光入力カプラ、又は上述の要素又は領域のうちの1つ又は複数の組合せに光学的に結合される低屈折率シリコーン接着剤のような接着剤であってもよい。一実施形態では、クラッド層は、バックライト付き液晶ディスプレイにおけるリア偏光子に光学的に結合される。別の実施形態では、クラッド層は、電気泳動ディスプレイ、電子ブックディスプレイ、電子リーダディスプレイ、MEMs型ディスプレイ、E Ink CorporationによるE−ink(登録商標)ディスプレイのような電子ペーパーディスプレイ、反射型又は部分反射型LCD ディスプレイ、コレステリックディスプレイ、又は前から照らすことができる他のディスプレイのような前面照射型ディスプレイの偏光子又は外面に光学的に結合される。別の実施形態では、クラッド層は、ライトガイド又はライトガイド領域を、基板(ガラス又はポリマー)、光学要素(例えば、偏光子、リターダフィルム、ディフューザフィルム、輝度増強フィルム、保護膜(保護ポリカーボネートフィルムのような)、光入力カプラ、結合ライトガイド、又は発光デバイスの他の要素のようなコンポーネントに付着させる接着剤である。一実施形態では、クラッド層は、少なくとも1つの付加的な層又は接着剤によってライトガイド又はライトガイド領域のコア層から分離される。
一実施形態では、クラッド材料の領域は、ライトガイド層又はライトガイドがライトガイドの別の領域に光学的に結合される領域において除去され又は存在せず、クラッドは、光を2つの領域の間で結合することができるように除去される又は存在しない。一実施形態では、クラッドは、領域をライトガイドの領域上に折り返して折り畳む又は屈曲させることによってライトガイドの縁の付近の光を再誘導することができるように、ライトガイドの縁、ライトガイド領域、ライトガイド領域から切断されたストリップ又は領域、又は結合ライトガイドの付近の領域では除去され又は存在せず、クラッドは、領域が光学的に一緒に結合される場所では除去されている。別の実施形態では、クラッドは、光源又は光入力面の付近からの光を受光するために配置される2つの結合ライトガイドのライトガイド領域間に配置された領域では除去され又は存在しない。光源からの光を受光するために配置される2つ以上の結合ライトガイドの入力端間の領域においてクラッドを除去すること、若しくは適用又は配置しないことによって、光はクラッド領域の縁の中に直接結合されない。
一実施形態では、クラッド領域は、別のコンポーネントと接触する状態にあるときのライトガイドからの光の外部結合を防ぐために、光混合領域の1つ又は複数の表面に光学的に結合される。この実施形態では、クラッドはまた、クラッド及び光混合領域が別のコンポーネントに物理的に結合されることを可能にする。
クラッドの場所
一実施形態では、クラッド領域は、ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、ライトガイドの1つの表面、ライトガイドの2つの表面、光入力カプラ、結合ライトガイド、及びフィルムの外面からなる群から選択された少なくとも1つに光学的に結合される。別の実施形態では、クラッドは、ライトガイド、ライトガイド領域、又はライトガイドに光学的に結合される1つ又は複数の層と光学的に接触する状態で配置され、クラッド材料は1つ又は複数の結合ライトガイド上に配置されない。一実施形態では、結合ライトガイドは、光入力面又は光源の付近の領域においてコア領域の間にクラッド層を備えない。別の実施形態では、コア領域は、一緒に押され又は保持されてもよく、縁は、平らな、湾曲した、又はこれらの組合せである光入力面又は光方向転換縁を形成するためにスタック又は組み立て後に切断され及び/又は磨かれてもよい。別の実施形態では、クラッド層は感圧接着剤であり、感圧接着剤のための剥離ライナは、クラッドが結合ライトガイドの互いに対する相対位置を維持する一助となるように、一緒にアレイにスタックされ又は位置合わせされる1つ又は複数の結合ライトガイドの領域において選択的に除去される。別の実施形態では、結合ライトガイドの内側クラッド領域から保護ライナが除去され、外側結合ライトガイドの外面の一方又は両方に残される。
一実施形態では、クラッド層は、光放出領域の反対の表面の一方又は両方に配置され、光入力面において2つ以上の結合ライトガイドの間に配置されない。例えば、一実施形態では、切断後に光入力面を形成することになる結合ライトガイドの端領域に対応するフィルムベースのライトガイド(及び潜在的に結合ライトガイド)にマスク層が適用され、フィルムが一方又は両方の側部上で低屈折率コーティングで被覆される。この実施形態では、マスクが除去され、結合ライトガイドが折り畳まれ(例えば相対位置維持要素を用いて)、スタックされるときに、光入力面はクラッド層なしのコア層を備えることができ、光放出領域はクラッド層を備えることができ(且つ光混合領域はまた、クラッド及び/又は光吸収領域を備えてもよい)、これは光学的効率(光が入力面でクラッドの中に誘導される)及びクラッドが光放出領域において望まれる場合がある反射型又は半透過型ディスプレイのためのフィルムベースのフロントライトのような用途に有益である。
別の実施形態では、結合ライトガイドのスタックが回路基板、折り畳まれていない結合ライトガイド、光平行化光学要素、光方向転換光学要素、光結合光学要素、ディスプレイ又はタッチスクリーンのための可撓性コネクタ又は基板、スタックされた結合ライトガイドの第2のアレイ、光入力カプラハウジング、発光デバイスハウジング、熱伝達要素、ヒートシンク、光源、位置合わせガイド、見当合わせガイド、又は光入力面のための窓を備えるコンポーネント、及び光入力面又は発光デバイスの要素上に配置される及び/又はこれに物理的に結合される任意の適切な要素のうちの1つに付着されてもよいように、外側結合ライトガイドの少なくとも1つの外面の保護ライナが除去される。一実施形態では、結合ライトガイドは、いずれかの平坦な側部上にクラッド領域を備えず、結合ライトガイドの屈曲又は折り畳みにおける光学損失が減少される。別の実施形態では、結合ライトガイドは、いずれかの平坦な側部上にクラッド領域を備えず、光入力面の入力結合効率は、少なくとも1つのクラッドを伴うライトガイドに対してより高い集光度のライトガイド受光面を有する光入力表面積に起因して増加する。さらなる実施形態では、光放出領域は少なくとも1つのクラッド領域又は層を有し、結合ライトガイドのライトガイド部分の中に光を伝送するために配置される結合ライトガイドの光入力面の面積の割合は、70%、80%、85%、90%、95%、98%、及び99%のうちの1つよりも大きい。クラッドは、ライトガイドの1つの側部上にのみあってもよく、又は発光デバイスは、ガラス窓(n=1.51)に一時的に接着される可塑化PVCフィルム(n=1.53)(又は他の低粘着性材料)の場合のようにライトガイドよりも低い屈折率をもつ材料に光学的に結合されるように設計することができる。
一実施形態では、ライトガイドの少なくとも1つの表面上にクラッドが適用され(例えば被覆され又は同時押出され)、結合ライトガイド上のクラッドは、その後、除去される。さらなる実施形態では、結合ライトガイドに対応する領域がクラッドを有さないように、クラッドがライトガイドの表面上に適用される(又はライトガイドがクラッドの表面上に適用される)。例えば、中央領域においてクラッド材料をライトガイドフィルム上に押し出す又は被覆することができ、フィルムの外側は結合ライトガイドを備えるであろう。同様に、クラッドは、1つ又は複数の光源又は光入力面に密接して配置される領域において結合ライトガイド上には存在しなくてもよい。
一実施形態では、結合ライトガイドの2つ以上のコア領域は、結合ライトガイドの光入力面縁から1ミリメートル、2ミリメートル、4ミリメートル、及び8ミリメートルからなる群から選択された距離内に配置された結合ライトガイドの領域においてコア領域の間にクラッド領域を備えない。さらなる実施形態では、結合ライトガイドの2つ以上のコア領域は、結合ライトガイドの光入力面縁から、光源からの光を受光するために配置される結合ライトガイドのコアの組み合わされた厚さの10%、20%、50%、100%、200%、及び300%からなる群から選択された距離内に配置された結合ライトガイドの領域においてコア領域の間にクラッド領域を備えない。一実施形態では、光入力面の近傍の領域における結合ライトガイドはコア領域の間にクラッドを備えず(しかし結合ライトガイドの集合体の外面上にクラッドを含有してもよい)、結合ライトガイドは屈折率整合接着剤又は材料と光学的に一緒に結合され、又は結合ライトガイドは、熱及び圧力を適用することによって一緒に光学的に接着され、溶融され、又は熱機械的に溶接される。さらなる実施形態では、光源は、0.5ミリメートル、1ミリメートル、2ミリメートル、4ミリメートル、及び6ミリメートルからなる群から選択された1つ未満である結合ライトガイドの光入力面との距離に配置され、結合ライトガイドの厚さ方向に平行な第1の方向の光入力面の寸法は、第1の方向の光源の発光面の寸法の100%、110%、120%、130%、150%、180%、及び200%からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、結合ライトガイドのコア領域の間に屈折率整合材料を配置すること又は光源の近傍の領域において結合ライトガイドを光学的に一緒に結合する又はボンディングすることは、結合ライトガイドの光入力縁に実質的に延びるクラッド領域をもつ結合ライトガイドの中に結合されることになる光の10%、20%、30%、40%、及び50%からなる群から選択された少なくとも1つの割合だけ多い光を結合ライトガイドの中に光学的に結合する。一実施形態では、屈折率整合接着剤又は材料は、0.1、0.08、0.05、及び0.02からなる群から選択された1つ未満のコア領域からの屈折率の差異を有する。別の実施形態では、屈折率整合接着剤又は材料は、コア領域の屈折率の0.1、0.08、0.05、及び0.02からなる群から選択された1つ未満だけ大きい屈折率を有する。さらなる実施形態では、クラッド領域は、結合ライトガイドのコア領域の第1の組と結合ライトガイドの第2の組との間に配置され、屈折率整合領域は、結合ライトガイドのコア領域の間に配置され、又はそれらは一緒に溶融される。さらなる実施形態では、光源の光軸の第1の角度内の光源の光放出領域の幾何学的中心からの光を受光するために配置される結合ライトガイドは、コア領域の間に配置されたクラッド領域を有し、第1の角度よりも大きい角度でのコア領域は、結合ライトガイドのコア領域の間に配置された屈折率整合領域を有し、又はそれらは一緒に溶融される。一実施形態では、第1の角度は、10度、20度、30度、40度、50度、及び60度からなる群から選択される。上述の実施形態では、クラッド領域は、低屈折率材料又は空気であってもよい。さらなる実施形態では、結合ライトガイドの中に結合される光源からの光を受光するために配置される領域における結合ライトガイドの全厚さは、ライトガイド領域の厚さのn倍未満であり、ここでnは結合ライトガイドの数である。さらなる実施形態では、結合ライトガイドの中に結合される光源からの光を受光するために配置される領域における結合ライトガイドの全厚さは、ライトガイド領域内のライトガイド層の厚さのn倍に実質的に等しい。
クラッドの厚さ
一実施形態では、ライトガイドのクラッド層の一方又は両方の平均厚さは、100ミクロン、60ミクロン、30ミクロン、20ミクロン、10ミクロン、6ミクロン、4ミクロン、2ミクロン、1ミクロン、0.8ミクロン、0.5ミクロン、0.3ミクロン、及び0.1ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。
内部全反射条件では、より濃密な領域からのエバネッセント波光の、より希薄な媒体中の光の振幅が境界面での1/eである境界面からのより希薄な媒体中への貫入深さλは、次式によって与えられ、
Figure 2013525955
式中、λは、真空中での光の波長であり、nは、より濃密な媒体(コア領域)の屈折率であり、nは、より希薄な媒体(クラッド層)の屈折率であり、θは、より濃密な媒体内の境界面の入射角である。貫入深さに関する式は、臨界角を超える多くの角度範囲にわたって、ライトガイド内を伝搬する光がライトガイド条件を維持するのに非常に厚いクラッドの厚さを必要としないことを例証する。例えば、屈折率1.33のフルオロポリマークラッド材料を伴う屈折率1.47のシリコーンフィルムベースのコア領域内を伝搬する400ナノメートル〜700ナノメートルの可視波長範囲内の光は、約65度での臨界角を有し、70度から90度までの間で伝搬する光は、約0.3ミクロン未満の1/e貫入深さ、λを有する。この例では、クラッド領域の厚さは、約0.3ミクロンとすることができ、ライトガイドは、境界面の法線から約70度及び90度からのライトガイド条件での可視光透過を顕著に維持するであろう。別の実施形態では、コア層と1つ又は複数のクラッド層との厚さの比は、2、4、6、8、10、20、30、40、及び60対1からなる群から選択された1つよりも大きい。一実施形態では、クラッドが光放出領域及び結合ライトガイドの上を延びる場所のコア対クラッド層の高い厚さ比は、クラッド領域が光入力面でより低い割合の表面積を表すので、より多くの光が光入力面でコア層の中に結合されることを可能にする。
一実施形態では、クラッド層は、シリコーンベースの接着剤、アクリレートベースの接着剤、エポキシ、放射線硬化型接着剤、UV硬化型接着剤、又は他の光伝送接着剤のような接着剤を備える。クラッド層材料は、光散乱ドメインを備えてもよく、光を異方的に又は等方的に散乱させてもよい。一実施形態では、クラッド層は、米国特許第6,727,313号で説明されるもののような接着剤である。別の実施形態では、クラッド材料は、米国特許第6,773,801号で説明されるもののような低屈折率をもつ200nm未満のサイズのドメインを備える。米国特許第6,887,334号及び第6,827,886号並びに米国特許出願整理番号第11/795,534号で開示されたもののような他の低屈折率材料、フルオロポリマー材料、ポリマー、及び接着剤が用いられてもよい。
別の実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドの少なくとも1つの側部上に、ライトガイド内のコアとクラッドとの境界面法線から80、70、60、50、40、30、20、及び10度からなる群から選択された角度θで0.1〜10、0.5〜5、0.8〜2、0.9〜1.5、1〜10、0.1〜1、及び1〜5倍の1/e貫入深さ、λからなる群から選択されたλ内の厚さをもつクラッドを有するライトガイドを備え、光出力カプラ又は光抽出領域(又はフィルム)は、クラッド層と光学的に接触する状態にあるときに入射光の第1の部分をライトガイドの外に結合するために配置される。例えば、一実施形態では、高屈折率光散乱機能部(TiO又は高屈折率ガラス粒子、ビーズ、又はフレークのような)を備える取り外し可能及び交換可能な光抽出フィルムは、厚さλのアモルファスフルオロポリマークラッドを伴うポリカーボネートライトガイドを備える照明器具におけるライトガイドのクラッド層上に配置される。この実施形態では、散乱機能部をもつ取り外し可能及び交換可能な光抽出フィルムの領域において、光はライトガイドから減衰され、ライトガイドを抜けることがある。この実施形態では、光抽出フィルムは、ライトガイドの外に光を結合するためにクラッド領域を伴うライトガイドと共に用いられてもよい。この実施形態では、クラッド領域は、ユーザが光出力特性を構成できるようにするために光抽出フィルムを依然として取り外し可能及び交換可能にする一方で、ライトガイドを(例えば表面と接触しているときに、引っかき傷、意図しない内部全反射減衰又は吸収から)保護する一助となることができる。別の実施形態では、光出力結合フィルム、分配ライトガイド、及び光抽出機能部からなる群から選択された少なくとも1つのフィルム又はコンポーネントは、クラッド領域に光学的に結合され、クラッド領域の上に配置され、又はクラッド領域の中に形成され、光の第1の部分をライトガイド及びクラッド領域の外に結合する。一実施形態では、第1の部分は、ライトガイド内又は薄いクラッド層及びフィルム又はコンポーネントを備える領域内の光束の5%、10%、15%、20%、30%、50%、及び70%からなる群から選択された1つよりも大きい。
一実施形態では、光源からの光を受光するために配置される光入力面は、クラッド層を有さない。一実施形態では、光入力面におけるクラッド領域とコア層領域との比は、0よりも大きく、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.05、0.02、及び0.01からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光入力面で少なくとも5%のピーク光度をもつ光源からの光を受光する光入力面の領域におけるクラッド領域とコア層領域との比は、0よりも大きく、且つ0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.05、0.02、及び0.01からなる群から選択された1つ未満である。
クラッド層材料
フルオロポリマー材料は、低屈折率クラッド材料として用いられてもよく、2つの基本クラスのうちの1つに概して分類されてもよい。第1のクラスは、フッ化ビニリデン(VDF)モノマー及びヘキサフルオロプロピレン(HFP)モノマー並びに随意的にテトラフルオロエチレン(TFE)モノマーから誘導された分子内重合単位(interpolymerized units)を含むアモルファスフルオロポリマーのものを含む。こうした例は、3M CompanyからDyneon(商標)Fluoroelastomer FC2145及びFT2430として市販されている。実施形態で用いることができる付加的なアモルファスフルオロポリマーは、例えば、VDF−クロロトリフルオロエチレンコポリマーである。1つのこうしたVDF−クロロトリフルオロエチレンコポリマーは、3M Companyから入手可能なKel−F(商標)3700として商業的に公知である。本明細書で用いられる場合のアモルファスフルオロポリマーは、本質的に結晶性をもたない又は例えば示差走査熱量測定(DSC)によって判定された場合に著しい融点を有さない材料である。この説明の目的上、コポリマーは、2つ以上の異種のモノマーの同時重合から得られるポリマー材料として定義され、ホモポリマーは、単一のモノマーの重合から得られるポリマー材料である。
別の実施形態では、光反射要素は、空隙、及び/又は二酸化チタンを含むPETフィルム及び表面レリーフコーティングを備える低接触面積のカバーである。
実施形態において有用な第2の著しいクラスのフルオロポリマーは、ポリフッ化ビニリデン(Dyneon(商標)PVDFとして3M companyから市販されているPVDF、又はTFE−HFP−VDFの結晶マイクロ構造に基づくもののようなTFEのより好ましい熱可塑性コポリマーのような、結晶融点を含むTFE又はVDFのようなフッ素化モノマーに基づくホモ及びコポリマーである。こうしたポリマーの例は、商標名Dyneon(商標)Fluoroplastics THV(商標)200の下で3Mから入手可能なポリマーである。
これらのクラスのフルオロポリマーの一般的説明及び調製は、Encyclopedia Chemical Technology、Fluorocarbon Elastomers、Kirk−Othmer(1993)で、又はModern Fluoropolymers、J.Scheirs Ed、(1997)、J Wiley Science、Chapters2、13、及び32(ISBN0−471−97055−7)において見出すことができる。
一実施形態では、フルオロポリマーは、テトラフルオロエチレン(「TFE」)、ヘキサフルオロプロピレン(「HFP」)、及びフッ化ビニリデン(「VdF」「VF2」)として知られている構成モノマーから形成されたコポリマーである。これらの構成成分のモノマー構造を以下に(1)、(2)、及び(3)として示す。
TFE:CF2=CF2(1)
VDF:CH2=CF2(2)
HFP:CF2=CF−CF3(3)
一実施形態では、好ましいフルオロポリマーは、構成モノマーのうちの少なくとも2つ(HFP及びVDF)からなり、より好ましくは変化するモル量の構成モノマーの3つすべてからなる。上記には示されないが実施形態において同じく有用となる可能性がある付加的なモノマーは、一般構造式:CF2=CF−OR fのペルフルオロビニルエーテルモノマーを含み、式中、R fは、1〜8個の炭素の分岐又は線状ペルフルオロアルキルラジカルとすることができ、酸素のような付加的なヘテロ原子を自身に含有することができる。特定の例は、ペルフルオロメチルビニルエーテル、ペルフルオロプロピルビニルエーテル、及びペルフルオロ(3−メトキシ−プロピル)ビニルエーテルである。付加的なモノマーの例は、3Mに割り当てられたWormのWO00/12754、及びCarlsonの米国特許第5,214,100号において見出される。米国特許出願整理番号第11/026,614号で開示されたもののような他のフルオロポリマー材料が用いられてもよい。
一実施形態では、クラッド材料は複屈折であり、少なくとも第1の方向の屈折率は、これが光学的に結合されるライトガイド領域、ライトガイドコア、又は材料の屈折率よりも小さい。
材料を通して伝搬する平行化された光は、散乱(散乱損失係数)、吸収(吸収係数)、又は散乱と吸収の組合せ(減弱係数)に起因して材料を通過した後で強度が低減される場合がある。一実施形態では、クラッドは、400ナノメートルから700ナノメートルまでの可視波長スペクトルにわたって0.03cm−1、0.02cm−1、0.01cm−1、及び0.005cm−1からなる群から選択された1つ未満である平行化された光に関する平均吸収係数をもつ材料を含む。別の実施形態では、クラッドは、400ナノメートルから700ナノメートルまでの可視波長スペクトルにわたって0.03cm−1、0.02cm−1、0.01cm−1、及び0.005cm−1からなる群から選択された1つ未満である平行化された光に関する平均散乱損失係数をもつ材料を含む。別の実施形態では、クラッドは、400ナノメートルから700ナノメートルまでの可視波長スペクトルにわたって0.03cm−1、0.02cm−1、0.01cm−1、及び0.005cm−1からなる群から選択された1つ未満である平行化された光に関する平均減弱係数をもつ材料を含む。
さらなる実施形態では、ライトガイドは、軟質コア層(軟質シリコーン又はシリコーンエラストマーのような)を実質的に保護する硬質クラッド層を備える。
一実施形態では、ライトガイドは、50未満のデュロメータショアA硬度(JIS)をもつコア材料と、50を超えるデュロメータショアA硬度(JIS)をもつ少なくとも1つのクラッド層とを備える。一実施形態では、ライトガイドは、2MPa未満のASTM D638−10ヤング率をもつコア材料と、摂氏25度で2MPaを超えるSTM D638−10ヤング率をもつ少なくとも1つのクラッド層とを備える。別の実施形態では、ライトガイドは、1.5MPa未満のASTM D638−10ヤング率をもつコア材料と、摂氏25度で2MPaを超えるSTM D638−10ヤング率をもつ少なくとも1つのクラッド層とを備える。さらなる実施形態では、ライトガイドは、1MPa未満のASTM D638−10ヤング率をもつコア材料と、摂氏25度で2MPaを超えるSTM D638−10ヤング率をもつ少なくとも1つのクラッド層とを備える。
一実施形態では、ライトガイドは、2MPa未満のASTM D638−10ヤング率をもつコア材料を含み、ライトガイドフィルムは摂氏25度で2MPaを超えるSTM D638−10ヤング率を有する。別の実施形態では、ライトガイドは、1.5MPa未満のASTM D638−10ヤング率をもつコア材料を含み、ライトガイドフィルムは摂氏25度で2MPaを超えるSTM D638−10ヤング率を有する。一実施形態では、ライトガイドは、1MPaの未満ASTM D638−10ヤング率をもつコア材料を含み、ライトガイドフィルムは摂氏25度で2MPaを超えるSTM D638−10ヤング率を有する。
別の実施形態では、クラッドは、マイクロ構造又はナノ構造に起因してコア層よりも小さい有効屈折率をもつ材料を含む。別の実施形態では、クラッド層は、クラッド層の有効屈折率が多孔性領域の周りの材料の有効屈折率よりもであるように、1.2未満の屈折率をもつ空気又は他のガス又は材料を含む多孔性領域を備える。例えば、一実施形態では、クラッド層は、コア層よりも小さい有効屈折率をもつクラッド層をもたらす、コア層上に配置されるエアロゲル又はナノ構造化された材料の構成である。一実施形態では、ナノ構造化された材料は、1000、500、300、200、100、50、20、10、5、及び2ナノメートルからなる群から選択された1つ未満であるコア層表面に平行又はコア層表面に垂直な平面内の平均直径又は寸法をもつファイバ、粒子、又はドメインを含む。例えば、一実施形態では、クラッド層は、限定ではなしに、セルロース、ポリエステル、PVC、PTFE、ポリスチレン、PMMA、PDMS、又は他の光伝送又は部分光伝送材料のようなポリマー材料を含むナノ構造化されたファイバを含むコーティングである。別の実施形態では、普通は1メートルを超える長さのライトガイドのためのコア又はクラッド材料として用いるには多すぎる光をバルクの形態(HDPE又はポリプロピレンのような)で散乱させる(例えば1メートルの長さにわたって光をライトガイドの外に10%以上散乱させる)材料が、ナノ構造化された形態で用いられる。例えば、一実施形態では、フィルムベースのライトガイド上のナノ構造化されたクラッド材料は、バルク固体の形態(実質的にヘイズを最小にするように設計されるフィルム処理条件の下で体積で(volumetrically)又は表面上に機械的に形成された物理的構造体なしに形成された厚さ200ミクロンの均一なフィルムのような)に形成されたときに、0.5%を超えるASTMヘイズを有する。
さらなる実施形態では、マイクロ構造化された又はナノ構造化されたクラッド材料は、マイクロ構造化された又はナノ構造化されたクラッド材料と物理的に接触する状態で配置される光抽出機能部の中に光を「ウエットアウト」する又は光学的に結合することになる構造体を含む。例えば、一実施形態では、光抽出機能部は、ナノ構造化されたクラッド領域と密接する又は接触するときにクラッド領域からの光を結合するナノ構造化された表面機能部を備える。一実施形態では、マイクロ構造化された又はナノ構造化されたクラッド材料は、2つの構造体を備える領域における有効屈折率が光抽出機能部のないクラッド領域の有効屈折率よりも大きいように、雄・雌部分又は他の単純な又は複雑な補足的な構造体のような光抽出機能部構造体への補足的な構造体を有する。
反射要素
一実施形態では、光源、光入力面、光入力カプラ、結合ライトガイド、ライトガイド領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つは、これに光学的に結合され、これに隣接して配置され、又はこれからの光を受光するために配置される反射要素又は反射面を備え、反射領域は、鏡面反射領域、拡散反射領域、領域上の金属コーティング(ITO コーティング、アルミナイズを施したPET、銀コーティングなどのような)、多層リフレクタ、ダイクロイックリフレクタ、多層ポリマーリフレクタ、巨大な複屈折光学フィルム、強化された鏡面反射フィルム、コーティング又は層内の反射インク又は粒子、及び二酸化チタン、硫酸バリウム、及び空隙からなる群から選択された少なくとも1つを含む白色反射フィルムからなる群から選択された1つである。別の実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドを備え、光リサイクル要素、70%を超える拡散反射率(鏡面反射成分が含まれる)をもつ鏡面反射テープ、逆反射フィルム(コーナーキューブフィルム又はガラスビーズベースの逆反射フィルムのような)、白色反射フィルム、及びアルミニウムハウジングからなる群から選択された少なくとも1つの光反射材料は、ライトガイドからの光を受光し、光の第1の部分をライトガイドの中に戻るように再誘導するために配置されるライトガイドの少なくとも1つの縁領域の付近に配置され又は光学的に結合される。別の実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドを備え、少なくとも1つの光吸収材料50%未満の拡散反射率(鏡面反射成分が含まれる)をもつ光吸収テープ、光吸収色素又は顔料を含む領域、カーボンブラック粒子を含む領域、光吸収インク、塗料、フィルム、又は表面を含む領域からなる群から選択され、黒色材料は、ライトガイドからの光を受光し、光の第1の部分をライトガイドの中に戻るように再誘導するために配置されるライトガイドの少なくとも1つの縁領域の付近に配置され又は光学的に結合される。さらなる実施形態では、上述のタイプの光反射材料及び光吸収材料は、ライトガイドからの光を受光し、光の第1の部分をライトガイドの中に戻るように再誘導し、入射光の第2の部分を吸収するために配置されるライトガイドの少なくとも1つの縁領域の付近に配置され又は光学的に結合される。一実施形態では、光反射又は光吸収材料は、ライトガイドフィルムの表面上に接着されるインク又はテープのラインの形態である。一実施形態では、光反射材料は、ライトガイドの縁の付近のライトガイドの頂面、縁、及び底面に接着される鏡面反射テープである。別の実施形態では、光吸収材料は、ライトガイドの縁の付近のライトガイドの頂面、縁、及び底面に接着される光吸収テープである。別の実施形態では、光吸収材料は、ライトガイドフィルムの縁、縁の付近の頂面、及び縁の付近の底面からなる群から選択された少なくとも1つに接着される光吸収インク又は塗料(黒色アクリルベースの塗料のような)である。
一実施形態では、発光デバイスは、照らされるべきディスプレイ又は他の物体を照らすバックライトであり、光放出領域、ライトガイド、又はライトガイド領域は、反射表面又は要素と照らされるべき物体との間に配置される。別の実施形態では、反射要素は、帝人(日本)からのTETORON(登録商標)フィルムUXシリーズのような有孔(voided)白色PETフィルムである。一実施形態では、反射要素又は反射面は、60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きいMinoltacm508D分光計で測定した鏡面反射成分が含まれる拡散反射率d/8(DR−SCI)を有する。別の実施形態では、反射要素又は反射面は、60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きいMinoltacm508D分光計で測定した鏡面反射成分を除外した拡散反射率d/8(DR−SCE)を有する。別の実施形態では、反射要素又は反射面は、60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きい鏡面反射率を有する。本明細書で定義される場合の鏡面反射率は、反射光の光軸を中心とする10度(全角(full angle))の円錐内にある532ナノメートルレーザによって照らされる表面から反射された光の割合である。これは、積分球を用いることによって測定することができ、積分球のための孔開口部は、取り込まれた光の角度の広がり(angular extent)が10度の全角であるように反射点から或る距離に位置決めされる。反射の割合は、公知の鏡面反射率をもつ反射率標準、極めて低いレベルの散乱を有する反射率標準、フィルム、又は物体に対して測定される。
光反射光学要素はまた第2の要素である
入射光を反射させることに加えて、一実施形態では、光反射要素はまた、光ブロック要素、低接触面積のカバー要素、ハウジング要素、光平行化光学要素、光方向転換光学要素、及び熱伝達要素からなる群から選択された少なくとも1つの第2の要素である。別の実施形態では、光反射光学要素は、光反射光学要素の領域内の第2の要素である。さらなる実施形態では、光反射光学要素は、屈曲領域、タブ領域、穴領域、層領域、又は延長された領域、すなわち、又はそのコンポーネントを形成する、第2の要素を備える。例えば、有孔PET拡散反射フィルムを備える散乱光反射要素は、拡散反射を提供するためにライトガイド領域に隣接して配置されてもよく、フィルムは、屈曲され及び光源からの入射光を平行化するように機能する、フィルムの延長された領域上の鏡面反射金属化コーティングをさらに備えてもよい。別の実施形態では、光反射光学要素の第2の要素又は第2の領域は、光反射光学要素の1つ又は複数の領域と連続する。さらなる実施形態では、光反射光学要素は、第2の要素に物理的に結合される領域、コーティング、要素、又は層である。別の実施形態では、第2の要素は、光反射光学要素に物理的に結合される領域、コーティング、要素、又は層である。例えば、一実施形態では、光反射光学要素は、ポリウレタン及び表面レリーフプロフィールを備える透明な低接触面積のフィルムの後ろに接着される金属化PETフィルムであり、フィルムの組合せは、1つ又は複数の結合ライトガイドの周りを包むためにライトガイド領域の下から延びる。さらなる実施形態では、光反射光学要素は、フィルムベースのライトガイドに物理的に及び/又は光学的に結合され、結合ライトガイドを生じる同じ切断プロセス中に切断され、光反射光学要素は、光平行化光学要素又は光方向転換光学要素を形成するために角度をつけられ、湾曲され、又は後で角度つけられ又は湾曲される領域に切断される。光反射光学要素のタブ領域、光反射領域、又は他の領域のサイズ、形状、量、配向、材料、及び場所は、光学要素、ディスプレイ、照明器具などの技術分野では公知のような光学的(効率、光平行化、光再誘導など)利点、機械的(剛性、他の要素との接続、位置合わせ、製造のしやすさなど)利点、又はシステム(低減した体積、増加した効率、色混合のような付加的な機能性)利点を提供するために必要に応じて変化してもよい。例えば、入射光を鏡面反射させる光反射光学要素のタブ領域は、角度FWHM強度、光束、配向、均一性、又は光プロフィールが制御されるように放物線形、多項式(polynomial)、又は他の幾何学的断面形状を備えてもよい。例えば、1つ又は複数のタブ領域の湾曲した断面形状は、複合放物面集光器の断面形状であってもよい。別の実施形態では、光反射光学要素は、発光デバイスの第2の要素又はコンポーネントとの位置合わせ、位置、接着、物理的結合、及び光学的結合からなる群から選択された少なくとも1つを容易にするために、形状、サイズ、又は場所が発光デバイスの他の要素に対応する穴領域、タブ領域、接着剤領域、又は他の位置合わせ、物理的結合、光結合、又は位置決め領域を備える。例えば、光反射光学要素は、実質的に平坦な光放出領域の下に配置され、光源の付近の領域の中に延び、折り畳まれる延長されたタブ又は折り畳み領域を備え、光平行化要素の少なくとも1つの外面に光学的に結合される、鏡面反射性又はミラー状の金属化PETであってもよい。この実施形態では、光反射光学要素はまた、光平行化光学要素のコンポーネントである。別の実施形態では、光反射光学要素は、延長された領域は、光反射光学要素に光学的に結合される折り畳まれていない結合ライトガイドの表面を備える平面に垂直な平面内で光源からの光の一部を平行化する光平行化光学要素の角度のついた表面に光学的に結合されるように、感圧接着剤を用いて折り畳まれていない結合ライトガイドに光学的に結合され、光源の方に延長される、鏡面反射金属化PETフィルムである。
一実施形態では、光反射要素はまた、光ブロック要素であり、光反射要素は、光入力カプラ、結合ライトガイド、光源、光再誘導光学要素、光平行化光学要素、光混合領域、ライトガイド領域を抜ける光の第1の部分をブロックする。別の実施形態では、光反射要素は、迷光、望ましくない光、又は所定の光放出領域又は光再誘導面の可視性がディスプレイ、標識、又は発光デバイスの観察者に到達するのを防ぐ。例えば、金属化された鏡面反射PETフィルムは、光をライトガイド領域の1つの側部からライトガイド領域の方に戻るように反射させるために配置され、且つまた、金属化PETフィルムをスタックに接着し及び迷光が結合ライトガイドを抜けて見えるようになるのをブロックするために結合ライトガイド(ライトガイドのためのクラッド層であってもよい)に光学的に結合されるPSAを用いて結合ライトガイドのスタックの周りを包むように延びてもよい。
一実施形態では、光反射要素はまた、低接触面積のカバーである。例えば、一実施形態では、光反射要素は、表面レリーフ機能部を備えるメタクリレートベースのコーティングを備える金属化PETフィルムである。この実施形態では、光反射要素は、空気がクラッド領域として用いられるときに結合ライトガイドから光を著しく抽出することなくスタックの周りを包んでもよい。別の実施形態では、反射要素は、反射表面が平らではなく、光反射フィルムと1つ又は複数の結合ライトガイド又はライトガイド領域との間の接触面積が低い割合の露出表面積であるように、平面的でない領域を有する。
別の実施形態では、光反射要素はまた、ハウジング要素である。例えば、一実施形態では、光反射要素は、結合ライトガイドのためのハウジングの内壁上の反射性コーティングである。ハウジングは、反射表面を有してもよく、又は内部から光を反射させてもよい(内部反射層又は材料のような)。光反射要素は、発光デバイスのライトガイド領域又は他のライトガイド又はコンポーネントのためのハウジングであってもよい。
さらなる実施形態では、光反射要素はまた、光が1つ又は複数の結合ライトガイドに入る前に光源からの光の角度半値全幅強度を減らするために配置された光平行化光学要素である。一実施形態では、光反射光学要素は、鏡面反射多層ポリマーフィルムである(巨大な複屈折光学フィルムのような)ライトガイドフィルムの光放出領域の1つの側部上に配置され、屈曲され又は折り畳まれて、光源からの光を受光し及び反射させ且つ光を1つ又は複数の結合ライトガイドの入力面の方に平行化する角度のついた又は湾曲した形状を形成する折畳部又は湾曲した領域と共に、光源に向かう方向に延長される。光源からの光を受光するために配置される異なる領域に対して異なる形状又は配向の光反射面を提供するために、1つよりも多い折畳部又は湾曲した領域が用いられてもよい。例えば、フィルムベースのライトガイドのライトガイド領域に配置され、低屈折率PSAクラッド層を用いて光学的に結合される、強化された鏡面反射多層ポリマーフィルム(巨大な複屈折光学フィルムのような)は、光源の方に延びてもよく、保護し及び迷光をブロックするためにクラッド領域の周りを包む第1の延長された領域を備え、且つ折り畳まれる2つのタブ及びキャビティを備える延長された領域をさらに備え、光源は、第1の平面内の光源からの光が延長された領域タブによって平行化されるように配置されてもよい。一実施形態では、発光デバイスにおける別のコンポーネントに物理的に結合される(フィルムベースのライトガイド又は結合ライトガイドのような)光反射要素の使用は、光平行化光学要素タブ又は光反射要素の反射領域を位置合わせするためのアンカー又は位置合わせ支援を提供する。
さらなる実施形態では、光反射要素はまた、光の光軸を第1の平面内で再誘導するために配置される光方向転換光学要素である。一実施形態では、光反射光学要素は、ライトガイドフィルムの光放出領域の1つの側部上に配置され、屈曲され又は折り畳まれて、光源からの光を受光し及び反射させ且つ入射光の光軸を1つ又は複数の結合ライトガイドの入力面の方に再誘導する角度のついた又は湾曲した形状を形成する折畳部又は湾曲した領域と共に、光源に向かう方向に延長される、鏡面反射多層ポリマーフィルムである(巨大な複屈折光学フィルムのような)。光源からの光を受光するために配置される異なる領域に対して異なる形状又は配向の光反射面を提供するために、1つよりも多い折畳部又は湾曲した領域が用いられてもよい。例えば、フィルムベースのライトガイドのライトガイド領域に配置され、低屈折率PSAクラッド層を用いて光学的に結合される、鏡面反射多層ポリマーフィルムは、光源の方に延びてもよく、保護し及び迷光をブロックするためクラッド領域の周りを包む第1の延長された領域を備え、且つ折り畳まれる2つのタブ及びキャビティを備える延長された領域をさらに備え、光源は、第1の方向の第1の平面内の光源からの光の光軸が延長された領域タブによって第1の方向とは異なる第2の方向に再誘導されるように配置されてもよい。一実施形態では、発光デバイスにおける別のコンポーネント(フィルムベースのライトガイド又は結合ライトガイドのような)に物理的に結合される光反射要素の使用は、光方向転換光学要素タブ又は光反射要素の反射領域を位置合わせするためのアンカー又は位置合わせ支援を提供する。
さらなる実施形態では、光反射要素はまた、光源から遠ざかる方に熱を伝達する熱伝達要素である。例えば、一実施形態では、光反射要素は、光源からの熱がアルミニウムに熱的に伝達されるように、ライトガイド領域の1つの側部上に配置され、且つ光源に熱的に結合される回路基板に延び及びこれに熱的に結合される、反射アルミニウムハウジングである。別の例では、光反射光学要素は、フィン又はヒートシンク延長部をもつ押出し領域をさらに備える(又はこれに熱的に結合される)アルミニウムシートの高い反射率の磨かれた領域である。別の実施形態では、熱伝達要素は、内部領域に結合ライトガイドを備えるアルミニウム押出体であり、押出体の内面は、結合ライトガイドから受光した光を結合ライトガイドの方に戻るように反射させるために配置される光反射光学要素である。別の実施形態では、熱伝達要素は、内部領域に結合ライトガイドを備えるアルミニウム押出体であり、押出体は、光源からの光を平行化するために配置される光平行化反射表面をさらに備える。
保護層
一実施形態では、光入力面、光入力カプラ、結合ライトガイド、ライトガイド領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つは、これに光学的に結合される、これに物理的に結合される、これに隣接して配置される、又はこれと発光デバイスの発光面との間に配置される保護要素又は層を備える。保護膜要素は、光入力面、光入力カプラ、結合ライトガイド、ライトガイド領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つを、引っかき傷、衝撃、デバイスの落下、及び鋭い物体との相互作用などから保護するのに適した、より高い引っかき抵抗性、より高い衝撃抵抗性、硬質被覆層、衝撃吸収層又は他の層又は要素を有することができる。別の実施形態では、ライトガイドの少なくとも1つの外面領域(又はその層)は、取り外し可能な保護膜又はマスキングフィルムを備える。例えば、一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、コア領域のいずれかの側部上でクラッド領域に物理的に結合される取り外し可能な保護ポリエチレンフィルムを備える。別の実施形態では、クラッド領域のうちの1つは接着剤であり、保護ポリエチレンフィルムは、フィルムが例えば窓に接着される前の接着剤の汚染を防ぎ、他のクラッド領域は、2Hよりも大きい鉛筆硬度をもつ「硬質被覆」コーティングを備え、この場合、保護ポリエチレンフィルムは、発光デバイスの設置前の引っかき傷を防ぐ。
結合ライトガイドの表面への光の結合
一実施形態では、光入力カプラの光入力面は、少なくとも1つの結合ライトガイドの少なくとも1つの表面である。一実施形態では、光は、少なくとも1つの表面上の又はレンズ、プリズムレンズ、プリズムフィルム、回折格子、ホログラフィック光学要素、回折光学要素、ディフューザ、異方性ディフューザ、屈折性表面レリーフ機能部、回折表面レリーフ機能部、体積光再誘導機能部、マイクロスケール体積又は表面レリーフ機能部、ナノスケール体積又は表面レリーフ機能部、及び内部全反射体積又は表面機能部からなる群から選択された光学領域を備える少なくとも1つの表面に光学的に結合される少なくとも1つの光学要素又は機能部による複数の内部全反射のためにライトガイドの中に残るように結合ライトガイドの中に結合される。光学要素又は機能部は、結合ライトガイドのスタックされた又は所定の物理的に構成された分布で1つ又は幾つかの結合ライトガイド上に組み込まれてもよい。一実施形態では、光学要素又は機能部は、1つの結合ライトガイド内又は上の又は複数の結合ライトガイドにわたるパターンで空間的に構成される。一実施形態では、光学要素又は機能部の結合効率は、350nm〜400nm、400nm〜700nm、450nm〜490nm、490nm〜560nm、及び635nm〜700nmからなる群から選択された1つから選択された波長範囲にわたって50%、60%、70%、80%、及び90%からなる群から選択された1つよりも大きい。本明細書で定義される場合の結合効率は、光入力面領域を少し越えたライトガイドの領域にさらに沿って臨界角よりも大きい角度で結合ライトガイド内に残る光源からの光を受光するために配置される少なくとも1つの結合ライトガイドの中に結合される少なくとも1つの結合ライトガイド上に光を誘導するために配置される入射光源からの光の割合である。一実施形態では、2つ以上の結合ライトガイドは、スタックされ又は一緒に束にされ、それらは結合ライトガイドの中に光を結合するために配置される光学要素又は機能部をそれぞれ有し、光学要素又は機能部は、350nm〜400nm、400nm〜700nm、450nm〜490nm、490nm〜560nm、及び635nm〜700nmからなる群から選択された1つからなる群から選択された波長範囲にわたって50%、60%、70%、80%、及び90%から選択された1つ未満の結合効率を有する。結合ライトガイドの群をスタックすることによって、例えば、1つには、入射光の一部が第1の結合ライトガイドを通して第2の結合ライトガイド上に通過して光が第2の結合ライトガイドの中に結合されることを可能にするために、より低い結合効率を用いることができる。一実施形態では、結合効率は、結合ライトガイドの配置を通して第1の方向に次第に変化し(graded)又は変化し(varies)、光反射要素又は領域は、入射光の一部を結合ライトガイドを通して戻るように反射させるために配置される結合ライトガイドの構成の反対の側部上に配置される。
2つ以上の表面の中への光の結合
一実施形態では、光は、光入力カプラ、結合ライトガイド、光学要素、又はこれらの組合せを通して発光デバイスにおける少なくとも1つのライトガイドの少なくとも2つの表面又は表面領域に結合される。別の実施形態では、ライトガイド又はライトガイド領域の表面を通じて結合される光は、光抽出機能部によって、発光デバイスのライトガイド又はライトガイド領域の第2の表面又は第2の表面領域を通して結合される光と同じ又は異なる光抽出機能部によって誘導される光の角度範囲とは異なる角度範囲に誘導される。別の実施形態では、第1の光抽出領域は、第1の表面又は縁を通して入射する光をライトガイドの発光面を出る際に第1の範囲の角度に誘導する光再誘導機能部又は光抽出機能部の第1の組を備え、第2の光抽出領域は、第2の表面又は縁を通して入射する光をライトガイドの発光面を出る際に第2の範囲の角度に誘導する光再誘導機能部又は光抽出機能部の第2の組を備える。光再誘導機能部における変化は、機能部の高さ、形状、配向、密度、幅、長さ、材料、表面の角度、x、y、及びz方向の場所を含み、且つ分散相ドメイン、溝、ピット、マイクロレンズ、プリズム要素、空気キャビティ、中空ミクロスフェア、分散されたミクロスフェア、及び他の公知の光抽出機能部又は要素を含むがこれらに限定されない。別の実施形態では、発光デバイスは、少なくとも1つのライトガイドと、少なくとも1つのライトガイドの表面を通して光を結合するために配置される第1の光源及び少なくとも1つのライトガイドの縁を通して光を結合するために配置される第2の光源とを備え、結合機構は、光入力カプラ、光学要素、結合ライトガイド、表面又は縁に光学的に結合される光学部品又は結合ライトガイド、回折光学系、ホログラフィック光学要素、回折格子、フレネルレンズ要素、プリズムフィルム、光再誘導光学系、及び他の光学要素からなる群から選択される少なくとも1つである。
ライトガイドの1つよりも多い縁の近くに配置された光入力カプラ
一実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドの2つの異なる縁の近くに配置された少なくとも2つの入力領域からの光をライトガイドの中に結合するために配置される複数の光入力カプラを備える。別の実施形態では、2つの光入力カプラは、ライトガイドの対向する側部上に配置される。別の実施形態では、光入力カプラは、フィルム型ライトガイドの3つ又は4つの側部に配置される。さらなる実施形態では、1つよりも多い光入力カプラ、ハウジング、又は光入力面が、単一の光源、光源パッケージ、光源のアレイ、又は光源のストリップ(LEDの実質的にリニアアレイのような)からの光を受光するために配置される。例えば、ライトガイドの2つの異なる領域に光を結合するために配置される2つの光入力カプラのための2つのハウジングは、LEDの実質的にリニアアレイからの光を受光するために配置される。別の実施形態では、ライトガイドの第1の領域に光学的に結合される第1の結合ライトガイドの集合体を備える第1の入力面と、第1の領域とは異なるライトガイドの第2の領域に光学的に結合される第2の結合ライトガイドの集合体を備える第2の入力面は、同じ光源、複数の光源、パッケージの光源、光源のアレイ又は集合体、光源の直線アレイ、1つ又は複数のLED、LEDパッケージ、LEDのリニアアレイ、及び複数の色のLEDからなる群から選択された1つからの光を受光するために配置される。
ストリップ折り畳みデバイス
一実施形態では、発光デバイスは、結合ライトガイド又はストリップの折り畳み又は保持のうちの少なくとも1つを支援するフレーム部材を備える。フレーム部材を用いてフィルムベースのライトガイドのような結合ライトガイドを折り畳む及び保持するための方法は、国際(PCT)公開番号第WO2009/048863及びAnthony Nichols及びShawn Pucylowskiによる2010年1月26日に出願された「ILLUMINATION VIA FLEXIBLE THIN FILMS」と題するPCT出願、米国特許仮出願整理番号第61/147,215号及び第61/147,237号で開示され、それぞれの内容は参照により本明細書に組み込まれる。一実施形態では、結合ライトガイドの折り畳み(又は屈曲)及び/又は保持(又はハウジング)要素は、剛性のプラスチック材料、黒色有色材料、不透明材料、半透明材料、金属ホイル、金属シート、アルミニウムシート、及びアルミニウムホイルからなる群から選択された少なくとも1つから形成される。一実施形態では、折り畳み又は保持材料は、これが折り畳む又は保持するフィルム又は結合ライトガイドの曲げ剛性(又は曲げ弾性率)の少なくとも2倍の曲げ剛性又は(曲げ弾性率)を有する。
光入力カプラのためのハウジング又は保持デバイス
一実施形態では、発光デバイスは、光入力カプラ及び光源の少なくとも一部を保持し又は収容するハウジング又は保持デバイスを備える。ハウジング又は保持デバイスは、光入力カプラ、光源、結合ライトガイド、ライトガイド、光学部品、電気コンポーネント、ヒートシンク、又は他の熱的コンポーネント、取り付け機構、見当合わせ機構、折り畳み機構デバイス、及びフレームからなる群から選択された少なくとも1つの内部に収納し又は収容してもよい。ハウジング又は保持デバイスは、複数のコンポーネント又は上述のコンポーネントのあらゆる組合せを備えてもよい。ハウジング又は保持デバイスは、粉塵及びごみ汚染から保護する、気密シールを提供する、水密シールを提供する、コンポーネントを収納する又は収容する、電気部品又は光学部品のための安全ハウジングを提供する、結合ライトガイドの折畳み又は屈曲を支援する、別のコンポーネントに対するライトガイド、結合ライトガイド、光源、又は光入力カプラの位置合わせ又は保持を支援する、結合ライトガイドの構成を維持する、光をリサイクルする(例えば反射内壁で)、発光デバイスを外部の物体又は表面に取り付けるための取り付け機構を提供する、迷光が特定の領域を通り抜けないように不透明容器を提供する、印を表示する又は発光デバイスの外部の物体に照明を提供するための半透明な表面を提供する、コンポーネントの解放及び互換性のためのコネクタを備える、及び他の保持デバイス又はハウジングと接続するためにラッチ又はコネクタを提供することからなる群から選択された機能のうちの1つ又は複数の役に立ってもよい。
一実施形態では、結合ライトガイドは、ハウジング又は保持要素内で終端する。別の実施形態では、ハウジング又は保持要素の内面は50%を超える鏡面反射率又は拡散反射率を有し、内面は白色又はミラーのように見える。別の実施形態では、ハウジング又は保持デバイスの外面は50%を超える鏡面反射率又は拡散反射率を有し、外面は白色又はミラーのように見える。別の実施形態では、ハウジング又は保持デバイスの少なくとも1つの壁は、50%未満の鏡面反射率又は拡散反射率を有し、内面は、灰色、黒色、又は非常に暗いミラーのように見える。別の実施形態では、ハウジング又は保持デバイスの少なくとも1つの壁又は表面は、不透明であり、ASTM D1003に従って測定した50%未満の光線透過率を有する。別の実施形態では、ハウジング又は保持デバイスの少なくとも1つの壁又は表面は、ASTM D1003に従って測定した30%を超える光線透過率を有し、ハウジング又は保持デバイス内の光源から壁又は表面を出る光は、発光デバイスのコンポーネントのための照明、発光デバイスの外部の物体のための照明、又は標識、印を表示するための表面、パッシブディスプレイ、第2のディスプレイ又は印、又はLCDのためのバックライト照明を提供するようなアクティブディスプレイの照明を提供する。
一実施形態では、ハウジング又は保持デバイスは、ハウジング又は保持デバイスを別のハウジング又は保持デバイス、ライトガイド、結合ライトガイド、フィルム、ストリップ、カートリッジ、1つ又は複数の取り外し可能なコンポーネント、窓又は自動車のような外部表面、光源、電子装置、又は電気コンポーネント、電子装置又はLEDのような光源のための回路基板、ヒートシンク又は他の熱的制御要素、発光デバイスのフレーム、及び発光デバイスの他のコンポーネントに接続し又は保持するためのコネクタ、ピン、クリップ、ラッチ、接着剤領域、クランプ、接合機構、及び他の接続要素又は機械的手段からなる群から選択された少なくとも1つを備える。
別の実施形態では、結合ライトガイドの入力端及び出力端は、磁気的グリップ、機械的グリップ、クランプ、ねじ、機械的接着、化学接着、分散接着、拡散接着、静電接着、真空保持、又は接着剤からなる群から選択された少なくとも1つによって、相対位置維持要素と物理的に接触する状態で保持される。
湾曲した又は可撓性のハウジング
別の実施形態では、ハウジングは、少なくとも1つの湾曲した表面を備える。湾曲した表面は、非線形の形状又はデバイスを可能にし、又は非平面の又は屈曲したライトガイド又は結合ライトガイドの組み込みを容易にすることができる。一実施形態では、発光デバイスは、少なくとも1つの湾曲した表面をもつハウジングを備え、ハウジングは、湾曲した又は屈曲した結合ライトガイドを備える。別の実施形態では、ハウジングは、これが一時的に、恒久的に、又は半恒久的に屈曲されてもよいように可撓性である。可撓性のハウジングを用いることによって、例えば、発光デバイスは、発光面がハウジングと共に湾曲されるように屈曲されることが可能であってもよく、光放出領域は、例えば壁又は角部の屈曲の周りで湾曲していてもよい。一実施形態では、ハウジング又はライトガイドは、最初の形状が実質的に回復されるように一時的に屈曲されてもよい(例えばドアを通れるように長いハウジングを屈曲させること)。別の実施形態では、ハウジング又はライトガイドは、解放後に屈曲された形状が実質的に持続するように恒久的に又は半恒久的に屈曲されてもよい(例えば、湾曲した標識又はディスプレイを提供するために湾曲した発光デバイスを有することが望まれるときのような)。
熱伝達要素を含むハウジング
一実施形態では、ハウジングは、ハウジング内のコンポーネントからハウジングの外面に熱を伝達するために配置される熱伝達要素を備える。別の実施形態では、熱伝達要素は、ヒートシンク、金属又はセラミック要素、ファン、ヒートパイプ、シンセティックジェット、エアジェットを生じるアクチュエータ、強制冷却要素、受動冷却要素、メタルコア又は他の導電回路基板の後部、熱伝導性接着剤、又は熱を熱的に伝えることが知られている他のコンポーネントからなる群から選択された1つである。一実施形態では、熱伝達要素は、0.2、0.5、0.7、1、3、5、50、100、120、180、237、300、及び400からなる群から選択された1つよりも大きい熱伝導率(W/(m・K))を有する。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドを支持するフレーム(平坦度を維持するためにフィルムにおける張力を保つもののような)は、熱伝達要素である。一実施形態では、光源はLEDであり、LEDは、熱伝達要素であるバラスト又はフレームに熱的に結合される。さらなる実施形態では、フレーム又はバラストは、熱を光源から遠ざかる方に熱的に伝達するのに用いられ、これはまた、発光デバイスのためのハウジングである。
ハウジング又は結合ライトガイド保持デバイスのサイズ
一実施形態では、ハウジング又は結合ライトガイド保持デバイスの2つのより小さい寸法のサイズは、ライトガイド又は結合ライトガイドの厚さの500、400、300、200、100、50、25、10、及び5倍からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、ハウジング又はライトガイド保持デバイスの少なくとも1つの寸法は、ライトガイドの縁に沿って配置された1つよりも多い光入力カプラの使用に起因してより小さい。この実施形態では、一定数のストリップ又は結合ライトガイドに対して、それらを単一のより大きいスタックの代わりに複数のより小さいスタックに配置することができるため、ハウジング又は保持デバイスの厚さを減少させることができる。これはまた、複数の光入力カプラ及び光源を用いることによってより多くの光がライトガイドの中に結合されることを可能にする。
低接触面積のカバー
一実施形態では、低接触面積のカバーは、少なくとも1つの結合ライトガイドと発光デバイスの外部との間に配置される。低接触面積のカバー又はラップは、ライトガイドの領域又は結合ライトガイドとの低い接触表面積を提供し、且つさらに、指紋からの保護、粉塵又は空気汚染物質からの保護、水分からの保護、1つ又は複数の領域において1つ又は複数の結合ライトガイドと接触する状態にあるときに低接触面積のカバーよりも多くの光を脱結合する又は吸収することになる内部又は外部物体からの保護、少なくとも1つの結合ライトガイドを保持する又は収容するための手段を提供する、光をライトガイドを通して戻るように反射させる、1つ又は複数の結合ライトガイドの相対位置を保つ、及び結合ライトガイドがより大きい体積に広がる(unfolding)若しくは光を脱結合する又は吸収する可能性がある表面と接触するのを防ぐことからなる群から選択された少なくとも1つを提供してもよい。一実施形態では、低接触面積のカバーは、実質的に1つ又は複数の結合ライトガイドスタック又はアレイの周りに配置され、結合ライトガイド上の粉塵の蓄積を減らすこと、1つ又は複数の結合ライトガイドを減衰された内部全反射又は別の光伝送又は吸収材料と接触することで吸収されることから保護すること、及び他のコンポーネント又はデバイスの組立工及び/又はユーザとの物理的接触からの引っかき傷、切断、へこみ、又は欠陥を防ぐ又は制限することからなる群から選択された機能のうちの1つ又は複数を提供する。
別の実施形態では、低接触面積のカバーは、発光デバイスの外面と、折り畳み又は屈曲領域とライトガイド又は光混合領域との間に配置された結合ライトガイドの領域との間に配置される。さらなる実施形態では、低接触面積のカバーは、発光デバイスの外面と、結合ライトガイドの光入力面とライトガイド又は光混合領域との間に配置された結合ライトガイドの領域との間に配置される。別の実施形態では、低接触面積のカバーは、発光デバイスの外面と、結合ライトガイドと発光デバイスの外面との間に配置されたハウジング、保護カバー、又は他のコンポーネントによって閉じ込められない結合ライトガイドの領域の一部との間に配置される。一実施形態では、低接触面積のカバーは、ハウジング、相対位置維持要素、若しくはハウジング又は相対位置維持要素の一部である。一実施形態では、低接触面積の表面機能部は、フィルム、材料、又は層からの突出部である。別の実施形態では、低接触面積のカバー又はラップは、実質的に発光デバイスの周りに配置される。
フィルムベースの低接触面積のカバー
一実施形態では、低接触面積のカバーは、低接触面積のカバーの付近に配置された結合ライトガイドの外側材料の屈折率よりも低い屈折率、及び少なくとも1つの結合ライトガイドの付近に配置されたフィルムベースの低接触面積のカバーの表面上の表面レリーフパターン又は構造のうちの少なくとも1つをもつフィルムである。一実施形態では、低接触面積のカバーは、少なくとも1つの結合ライトガイドの少なくとも1つの外面の付近に配置された凸形の又は突き出る表面レリーフ機能部を備え、結合ライトガイドの外面又は表面レリーフ機能部と物理的に接触した状態にあるライトガイドに隣接して配置された領域の平均割合は、70%、50%、30%、10%、5%、及び1%のうちの1つよりも少ない。別の実施形態では、低接触面積のカバーは、フィルムベースのライトガイドの領域と隣接する及び物理的に接触する状態にある表面レリーフ機能部を備え、低接触面積のカバーと接触するフィルムベースのライトガイドの領域(又は光混合領域、又は結合ライトガイド)の割合は、70%、50%、30%、10%、5%、及び1%のうちの1つよりも少ない。別の実施形態では、低接触面積のカバーは、フィルムベースのライトガイドの領域に隣接する表面レリーフ機能部を備え、7キロパスカルの一様な平坦な圧力が低接触面積のカバーに適用されるときのフィルムベースのライトガイドの領域(又は光混合領域、又は結合ライトガイド)に接触する表面レリーフ機能部の領域の割合は、70%、50%、30%、10%、5%、及び1%のうちの1つよりも少ない。一実施形態では、低接触面積のカバーは、表面レリーフ機能部がフィルムベースのライトガイドと接触するようにバックライトの発光側とは反対のフィルムベースのライトガイドの側部上のバックライトに配置される表面レリーフディフューザである。一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、剛性支持体又はバックライトのハウジングに物理的に結合される低接触面積のカバーに物理的に結合される。
一実施形態では、結合ライトガイドの表面との低い接触面積を有するように設計される凸形表面レリーフプロフィールは、抽出する、吸収する、散乱させる、及び同じ材料の平らな表面よりも低い割合の結合ライトガイド内を伝搬する光の強度又は方向を他の方法で変化させることからなる群から選択された少なくとも1つを行うであろう。一実施形態では、表面レリーフプロフィールは、ランダムな、準ランダムな、順序付けられた、1つ又は2つの方向に規則的な、ホログラフィック、テーラードの、円錐を備える、先端を切った多面体、先端を切った半球体、円錐台、先端を切ったピラミッド、ピラミッド、プリズム、先のとがった形状、先端の丸い形状、ロッド、シリンダ、半球体、及び他の幾何学的形状からなる群から選択される少なくとも1つである。一実施形態では、低接触面積のカバー材料又はフィルムは、透明、半透明、不透明、光吸収、光反射、実質的に黒色、実質的に白色からなる群から選択される少なくとも1つであり、70%を超える鏡面反射成分が含まれる拡散反射率を有し、70%未満の鏡面反射成分が含まれる拡散反射率を有し、30%未満のASTM D1003光線透過率を有し、30%を超えるASTM D1003光線透過率を有し、入射光の少なくとも50%を吸収し、入射光の50%未満を吸収し、10Ω毎スクウェア未満の電気シート抵抗を有し、10Ω毎スクウェアを超える電気シート抵抗を有する。一実施形態では、低接触面積のカバーは、70%、80%、85%、90%、95%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きいASTM E1164−07及びASTM E179に従ってdi/0幾何学的形状において測定した拡散反射率を有する。
別の実施形態では、低接触面積のカバーは、600ミクロン、500ミクロン、400ミクロン、300ミクロン、200ミクロン、100ミクロン、及び50ミクロンからなる群から選択された1つ未満である厚さをもつフィルムである。
別の実施形態では、低接触面積のカバーは、マイクロ構造及び/又はナノ構造に起因してコア層よりも小さい有効屈折率をもつ材料を含む。例えば、一実施形態では、低接触面積のカバーは、コア層の付近の領域においてコア層よりも小さい有効屈折率を有する、フィルム上に配置されるエアロゲル又はナノ構造化された材料の構成を含む。一実施形態では、ナノ構造化された材料は、1000、500、300、200、100、50、20、10、5、及び2ナノメートルからなる群から選択された1つ未満であるコア層表面に平行又はコア層表面に垂直な平面内の平均直径又は寸法をもつファイバ、粒子、又はドメインを含む。例えば、一実施形態では、低接触面積のカバーは、限定ではなしに、セルロース、ポリエステル、PVC、PTFE、ポリスチレン、PMMA、PDMS、又は他の光伝送又は部分光伝送材料のようなポリマー材料を含むナノ構造化されたファイバを含むコーティング又は材料である。一実施形態では、低接触面積のカバーは、繊維状の、マイクロ構造化された、又はナノ構造化された材料又は表面を含む紙又は類似のシート又はフィルム(濾紙のような)である。一実施形態では、低接触面積の材料は織られた材料である。別の実施形態では、低接触面積の材料は織られていない材料である。別の実施形態では、低接触面積のカバーは、「マクロ」表面機能部の外側領域上に又は外側領域内に配置されるマイクロ構造化された、ナノ構造化された、又は繊維状の材料又は表面機能部を有する5ミクロンを超える平均寸法をもつ「マクロ」表面機能部を備える実質的に透明な又は半透明な光伝送フィルムである。一実施形態では、「マクロ」表面機能部は、5、10、15、20、30、50、100、150、200、及び500ミクロンからなる群から選択された1つよりも大きいコア表面に平行な又はコア表面に垂直な第1の方向の平均寸法を有し、マイクロ構造化された、ナノ構造化された、又は繊維状の材料又は表面機能部は、20、10、5、2、1、0.5、0.3、0.1、0.05、及び0.01ミクロンからなる群から選択された1つ未満である第1の方向の平均寸法を有する。
この実施形態では、「マクロ」表面機能部は、表面の中にパターン形成することができ(例えば押出しエンボス加工又はUV硬化エンボス加工によって)、外側領域(コア層と接触することになる突き出た領域の最外面)は、コア層と接触するときにコア層と接触する状態にあるより小さい表面積に起因してより少ない光をコア層の外に結合するように、マイクロ構造化された、ナノ構造化された、又は繊維状の材料又は表面機能部を備えるように残す、形成する、被覆する、粗面にする、又は他の方法で改質することができる。一実施形態では、「マクロ」突出部の先端だけをコーティングすることによって、例えば、低接触面積のフィルム又は平坦なフィルムの全体をコーティングするよりも少ないナノ構造化された材料が必要とされ、「マクロ」突出部の周りの「谷」又は領域は、光伝送性、透明、又は半透明であってもよい。別の実施形態では、「マクロ」表面機能部上に又は「マクロ」表面機能部内に配置されるマイクロ構造化された、ナノ構造化された、又は繊維状の材料又は表面機能部は、クラッド層として機能する効果的なより低屈折率の領域をもたらす。一実施形態では、低接触面積のカバーは、コア層又はコア層に隣接する領域と接触する少なくとも1つの領域(又はすべての領域)におけるコア領域からの光の30%、20%、10%、5%、2%、及び1%からなる群から選択された1つ未満を抽出する。
別の実施形態では、低接触面積のカバーは、光放出領域におけるライトガイドからの光の1%、5%、10%、15%、及び20%からなる群から選択された1つよりも多く抽出する。
一実施形態では、低接触面積のカバーは、低接触面積のカバーとコア層との間の分離距離を提供するスタンドオフ、支柱、又は他の突出部を備える。一実施形態では、スタンドオフ、支柱、又は他の突出部は、光放出領域に隣接する領域、発光面とは反対の表面に隣接する領域、光混合領域に隣接する領域、光入力カプラに隣接する領域、結合ライトガイドに隣接する領域からなる群から選択された低接触面積のカバーの1つ又は複数の領域に、低接触面積のカバーの1つの表面上のパターンで、及び低接触面積のカバーの両面上のパターンで配置される。一実施形態では、低接触面積のカバーのスタンドオフ、支柱、又は他の突出部は、5、10、20、50、100、200、500、及び1000ミクロンからなる群から選択された1つよりも大きいコア層の表面に平行な方向又はコア層に垂直な方向の平均寸法を有する。別の実施形態では、アスペクト比(コア表面に平行な平面内の平均幅で割った高さ)は、1、2、5、10、15、20、50、及び100からなる群から選択された1つよりも大きい。
別の実施形態では、低接触面積のカバーは、ライトガイドの光放出領域の周りの領域、ライトガイドから放出される全光束の5%未満を放出するライトガイドの周辺領域、入力カプラのハウジングの領域、クラッド化された層又は領域、スタンドオフ領域、支柱領域、突出部領域、「マクロ」表面機能部領域、ナノ構造化された機能部領域、マイクロ構造化された機能部領域、及び化学結合、物理的結合、接着剤層、磁気引力、静電気力、ファンデルワールス力、共有結合、及びイオン結合からなる群から選択された1つ又は複数によって谷領域間に配置されたプラトー領域からなる群から選択された1つ又は複数の領域においてライトガイド又はコア層に物理的に結合される。別の実施形態では、低接触面積のカバーがコア層にラミネートされる。
一実施形態では、低接触面積のカバーは、紙、繊維状のフィルム又はシート、セルロース系材料、パルプ、低酸性度の紙、合成紙、フラッシュスパンファイバ、フラッシュスパン高密度ポリエチレンファイバ、及びミクロ多孔性フィルムからなる群から選択された1つ又は複数を含むシート、フィルム、又はコンポーネントである。別の実施形態では、光放出領域におけるライトガイドのコア層と接触する低接触面積のカバーのフィルム材料又は低接触面積のカバーの領域は、1.6、1.55、1.5、1.45、1.41、1.38、1.35、1.34、1.33、1.30、1.25、及び1.20からなる群から選択された1つ未満であるコア表面に平行又は垂直な方向のバルク屈折率又は有効屈折率をもつ材料を含む。
低接触面積のカバーの周りを包む
さらなる実施形態では、低接触面積のカバーは、ハウジング、保持デバイス、又は相対位置維持要素の内面であり、又はこの表面に物理的に結合される。さらなる実施形態では、低接触面積のカバーは、低接触面積のカバーが結合ライトガイドとデバイスの外面との間に配置されるように少なくとも1つの横方向縁及び少なくとも1つの外側面が実質的に覆われるように少なくとも1つの結合ライトガイドの周りを包むフィルムである。
別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、結合ライトガイドの第1の群の周りを包む低接触面積のカバーを備え、低接触面積のカバーは、低接触面積のカバーの物理的結合機構によってライトガイド、ライトガイドフィルム、光入力カプラ、ライトガイド、ハウジング、及び熱伝達要素からなる群から選択された少なくとも1つに物理的に結合される。別の実施形態では、発光デバイスは、光入力カプラがより低いプロフィールを有するように、低接触面積のカバーフィルムに張力をかけ、及び結合ライトガイドを互いに近くに及びライトガイドの近くに保持するために配置される第1の円筒形テンションロッドを備える。別の実施形態では、低接触面積のカバーは、第1の円筒形テンションロッドを第2のテンションバーから離れる方に又はブレースのようなテンションバーを保持する機構の物理的結合点から離れる方に動かすことによって、ライトガイド、ライトガイドフィルム、光入力カプラ、ライトガイド、ハウジング、熱伝達要素、及び他の要素又はハウジングからなる群から選択された少なくとも1つに物理的に結合した後できつく引っぱることができる。長方形断面、半球形断面をもつロッド、又は平行移動されるときに張力を提供する又は他のコンポーネントに対して静止した状態に保たれるときに張力を支持することができる第1の方向により長い他の要素のような、張力生成要素のための他の形状及び形態が用いられてもよい。別の実施形態では、第1の円筒形テンションロッドは、張力を提供するためにブレース領域に残っている状態で第1の方向に平行移動されてもよく、円筒形テンションロッドの位置は、例えばねじを締めることによって定位置に残るように係止され又は強制されてもよい。別の実施形態では、張力生成要素及びこれを光入力カプラの別のコンポーネントに結合するためのブレース又は物理的結合機構は、張力生成要素のより長い寸法に平行な方向にライトガイドの少なくとも1つの縁を1ミリメートル、2ミリメートル、3ミリメートル、5ミリメートル、7ミリメートル、及び10ミリメートルからなる群から選択された1つよりも多く越えて延びない。
一実施形態では、低接触面積のカバーは、1つ又は複数の平面内でフィルムベースのライトガイドの周りを実質的に包む。別の実施形態では、低接触面積のカバーは、フィルムベースのライトガイド及び1つ又は複数の光入力カプラの周りを実質的に包む。例えば、一実施形態では、低接触面積のカバーは、フィルムベースのライトガイドの対向する側部に沿って配置された2つの入力カプラ及び光入力カプラ間に配置されたライトガイドの光放出領域の周りを包む。低接触面積のカバーの他の縁は、封止され、付着され、一緒に又は別の材料とクランプされてもよく、又は取り囲む方法は、例えば粉塵又は汚れによる汚染を防ぐために対向する縁を封止し又はこれに障壁を提供してもよい。この実施形態では、例えば、バックライトは、1つ又は複数のクラッド領域を有さない実質的に気密封止されたフィルムベースのライトガイド(及び光入力カプラ内の封止された結合ライトガイド)を備えてもよく、不均一性をもたらし若しくは輝度又は光学的効率を低下させる可能性がある組立て又は使用中の引っかき傷又は粉塵から実質的に保護される。
低硬度低接触面積のカバー
別の実施形態では、低接触面積のカバーは、低接触面積のカバーの付近に配置された結合ライトガイドの外面領域よりも低い、300グラム重からの力の下でのASTM D3363鉛筆硬度を有する。一実施形態では、低接触面積のカバーは、表面レリーフパターン又は構造をもつシリコーン、ポリウレタン、ゴム、又は熱可塑性ポリウレタンを含む。さらなる実施形態では、低接触面積のカバーの300グラム重からの力の下でのASTM D3363鉛筆硬度は、低接触面積のカバーの付近に配置された結合ライトガイドの外面領域よりも少なくとも2グレード低い。別の実施形態では、低接触面積のカバーは、5H、4H、3H、2H、H、及びFからなる群から選択された1つよりも低いASTM D3363鉛筆硬度を有する。
低接触面積のカバーのための物理的結合機構
一実施形態では、低接触面積のカバーは、低接触面積のカバーをライトガイド、光混合領域、又は他のコンポーネントに縫いつけること(若しくはファイバ、ワイヤ、又は糸を通す又は送り込むこと)、低接触面積のカバーを1つ又は複数のコンポーネントに溶接(音波、レーザ、熱機械的になど)すること、低接触面積のカバーを1つ又は複数のコンポーネントに接着(エポキシ、にかわ、感圧接着剤など)すること、低接触面積のカバーを1つ又は複数のコンポーネントに締結することからなる群から選択された1つ又は複数の方法によって、第1の接触面積において、発光デバイス、光入力カプラ、ライトガイド、ハウジング、低接触面積のカバーの第2の領域、又は熱伝達要素に物理的に結合される。さらなる実施形態では、締結機構は、バッテン、ボタン、クランプ、クラスプ、クリップ、クラッチ(ピンファスナ)、フランジ、グロメット、アンカー、釘、ピン、くぎ、クレビスピン、コッターピン、輪止め(linchpin)、R−クリップ、保持リング、サークリップ保持リング、e−リング保持リング、リベット、ねじアンカー、スナップ、ステープル、ステッチ、ストラップ、タック、ねじファスナ、キャプティブねじファスナ(ナット、ねじ、スタッド、ねじインサート、ねじロッド)、タイ、トグル、フック・ループ型ストリップ、くさび形アンカー、及びジッパーからなる群から選択される。
一実施形態では、低接触面積のフィルムは、ASTM D790に従って測定したときに2ギガパスカルを超える曲げ剛性又は曲げ弾性率をもつ剛性支持体に物理的に結合される。一実施形態では、剛性支持体は、例えば、限定ではなしに、発光デバイス、バックライト、又はディスプレイのフレーム又はハウジング、フィルムベースのライトガイド及び/又は低接触面積のフィルムを実質的にピンと張って(張力の下で)又は平らに保持するフレームである。一実施形態では、フィルムベースのライトガイド及び/又は低接触面積のカバーは、光放出領域の外部の2つ以上の領域においてフレーム又はハウジングに物理的に結合される。例えば、一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、フィルムベースのライトガイドとバックライトのためのハウジングとの間に配置された低接触面積のカバーと共にライトガイドの縁の付近の2つ以上の領域におけるフレーム又はハウジングの中のくぎの上に配置される穴をもつシリコーンフィルムである。別の実施形態では、物理的結合のための穴は、ライトガイドが裂ける可能性を減らするために、穴に接着される及び穴と実質的に同軸である補強ディスク又はグロメットを備える。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドの光放出領域は、低接触面積の材料に物理的に結合され、又は2つの低接触面積の材料の間に配置され、接触面積材料(単数又は複数)とフィルムベースのライトガイドとの組合せの曲げ剛性又は曲げ弾性率は、ASTM D790に従って測定したときに2、4、6、8、及び10ギガパスカルからなる群から選択された1つよりも大きい。
別の実施形態では、物理的結合機構は、発光デバイス、ライトガイド、及び結合ライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つの可撓性を維持する。さらなる実施形態では、低接触面積のカバー、結合ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、及び発光デバイスからなる群から選択された少なくとも1つと接触する物理的結合機構の全表面積は、70%、50%、30%、10%、5%、及び1%からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、第1の方向の断面積に対する結合ライトガイド、光混合領域、又はライトガイド領域内の光の光軸に垂直な第1の方向の低接触面積カバー物理的結合機構の最も大きいコンポーネントを備える内部全反射の下で伝搬する光を含む層の断面積の全割合は、10%、5%、1%、0.5%、0.1%、及び0.05%からなる群から選択された1つ未満である。例えば、一実施形態では、低接触面積のカバーは、結合ライトガイドのスタックに隣接して配置され及びこの周りを包むエンボス加工された半球体の規則的な二次元アレイを備える表面をもつ可撓性透明ポリウレタンフィルムであり、直径25ミクロン未満の透明ナイロンファイバを1センチメートル間隔で25ミクロンの穴の中に用いてフィルムを光混合領域に取り付けることによって、厚さ25ミクロンのコア層を備えるライトガイドの光混合領域に物理的に結合される。この例では、物理的結合機構の最も大きいコンポーネントは、光をライトガイドの外に散乱させることができるコア領域の中の穴である。したがって、物理的結合機構(コア層の中の穴)の上述の断面積は、コア層の断面積の0.25%である。別の実施形態では、1つ又は複数のコンポーネントの穴に通されるファイバ又は材料は、ポリマーファイバ、ポリエステルファイバ、ゴムファイバ、ケーブル、ワイヤ(薄い鋼ワイヤのような)、アルミニウムワイヤ、及び釣り糸に用いられるようなナイロンファイバからなる群から選択された少なくとも1つを備える。さらなる実施形態では、穴に通されるファイバ又は材料の直径は、500ミクロン、300ミクロン、200ミクロン、100ミクロン、50ミクロン、25ミクロン、及び10ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、ファイバ又は通される材料は、実質的に透明又は半透明である。
別の実施形態では、低接触面積のカバーのための物理的結合機構は、それを通して低接触面積のカバーに付着される接着剤、エポキシ、又は他の接着性材料が堆積される、ライトガイド内の穴を備える。別の実施形態では、接着剤、エポキシ、又は他の接着性材料は、低接触面積のカバーと、コア領域、クラッド領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つに付着される。別の実施形態では、接着剤材料は、1.48を超える屈折率を有し、空隙又は穴を通るファイバ、糸、又はワイヤとの空隙を用いて穴領域上からライトガイドの外への散乱を減少させる。さらなる実施形態では、接着剤は、ファイバ上にコーティングとして適用され(これは例えば通された後にUVで活性化され、硬化されるなどされてもよい)、又は接着剤は、穴の内面に光学的に結合すること及びファイバを穴の内面に光学的に結合することからなる群から選択された少なくとも1つによって減少された散乱を提供するために接着剤が穴の中に入るように、穴の領域でファイバに適用される。
物理的結合機構は、一実施形態では、フィルムベースのライトガイド、低接触面積のカバーフィルム、ハウジング、相対位置維持要素、光再誘導要素又はフィルム、ディフューザフィルム、平行化フィルム、光抽出フィルム、保護膜、タッチスクリーンフィルム、熱伝達要素、及び発光デバイス内の他のフィルム又はコンポーネントからなる群から選択された1つ又は複数の要素を物理的に一緒に結合するのに用いられてもよい。
ライトガイドの構成及び特性
エッジライト・ライトガイドのための厚さ0.5mm未満のプラスチックフィルムの使用は、プラスチックプレート又はシートを用いることを上回る多くの利点をもつことができる。可撓性のフィルムは、表面の形状に形状設定する、貯蔵のために折り畳む、必要に応じて形状が変わる、又は空気中で波を打つことができてもよい。別の利点は、より低い費用である場合がある。厚さの減少は、所与の幅及び長さのライトガイドの材料費、製作費、貯蔵費、輸送費を減らす一助となる。別の理由は、減少した厚さが、表面の形状、厚さ及び又は外観の感知できるほどの変化を伴わずにこれを表面に付加することができるようにすることである場合がある。例えば、これは、窓の見た目を変えることなく窓の表面に容易に付加することができる。別の利点は、フィルム又はライトガイドを巻くことができることである場合がある。これは、輸送可能であることの助けになり、幾つかの機能性を保持することができ、ロールアウトスクリーンが用いられる手持ち式デバイスに特に有用な場合がある。第5の理由は、フィルムをより軽量にすることができることであり、これはまた取扱及び輸送をより容易にする。第6の理由は、フィルムが通例、大きいロールに押出され、そのためより大きいエッジライト標識を生産できることである場合がある。最後に、第7の理由は、フィルムは多くの他の産業にとって有用なので、フィルムを被覆する、切断する、ラミネートする、及び扱うために設立された多くの企業が存在することである場合がある。プラスチックフィルムは、ブロー又はキャスト押出しによって6.096メートルまでの又はそれよりも長い幅及び1000メートルの長さのロールに作製される。特別な押出しダイで2から100層までの異なる材料の共押出しを達成することができる。
フィルム又はライトガイドの厚さ
一実施形態では、フィルム、ライトガイド、又はライトガイド領域の厚さは、0.005mm〜0.5mmの範囲内である。別の実施形態では、フィルム又はライトガイドの厚さは、0.025ミリメートル〜0.5ミリメートルの範囲内である。さらなる実施形態では、フィルム、ライトガイド、又はライトガイド領域の厚さは、0.050ミリメートル〜0.175ミリメートルの範囲内である。一実施形態では、フィルム、ライトガイド、又はライトガイド領域の厚さは、0.2ミリメートル未満、又は0.5ミリメートル未満である。一実施形態では、ライトガイド又はコア領域の平均厚さは、150ミクロン、100ミクロン、60ミクロン、30ミクロン、20ミクロン、10ミクロン、6ミクロン、及び4ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。一実施形態では、フィルム、ライトガイド、及びライトガイド領域の厚さ、最大厚さ、平均厚さ、全厚さからなる群から選択された少なくとも1つの90%以上は、0.2ミリメートル未満である。別の実施形態では、光放出領域の平面内の光放出領域の最大寸法を光放出領域内のコア領域の平均厚さで割ったものとして定義されるサイズと厚さとの比は、100;500;1000;3,000;5,000;10,000;15,000;20,000;30,000;及び50,000からなる群から選択された1つよりも大きい。一実施形態では、ディスプレイは、最大画素寸法とライトガイドのコア領域の厚さとの比が1、1.5、2、4、5、6、7、8、9、10、15、及び20から選択された1つよりも大きいように、ディスプレイの空間光変調器の画素よりも実質的に薄いライトガイドを備える。
一実施形態では、発光デバイスは、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備え、フィルムベースのライトガイド内の結合ライトガイド、光混合領域、ライトガイド領域、又は光放出領域における平均光束密度は、1立法ミリメートルあたり5、10、20、50、100、200、300、500、及び1000ルーメンからなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、発光デバイスは、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備え、フィルムベースのライトガイド内の結合ライトガイド、光混合領域、ライトガイド領域、又は光放出領域における最大光束密度は、1立法ミリメートルあたり5、10、20、50、100、200、300、500、及び1000ルーメンからなる群から選択された1つよりも大きい。領域における光束密度は、該領域で表面に垂直な光学品質の縁を切断し、該領域の周りの領域を(光が実質的にフィルムの中に戻るように反射されないように光吸収材料を用いて)マスキングし、ゴニオフォトメータを用いてファーフィールド光度を測定することによって測定される。
ライトガイド又は光伝送材料の光学特性
幾つかの実施形態のライトガイド又は光伝送材料の光学特性に関して、本明細書で明記される光学特性は、ライトガイド、コア、クラッド、又はこれらの組合せの一般特性であってもよく、又はそれらは、特定の領域(光放出領域、光混合領域、又は光抽出領域のような)、表面(光入力面、拡散表面、平らな表面)、及び方向(表面の法線方向に測定した方向又はライトガイドを通した光の伝搬方向に測定した方向のような)に対応していてもよい。一実施形態では、BYKガードナーヘイズメータでASTM D1003に従って光放出領域、光混合領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つの内部で測定したライトガイドの平均光線透過率は、70%、80%、88%、92%、94%、96%、98%、及び99%からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、BYKガードナーヘイズメータでASTM D1003に従って主要光放出領域(ライトガイドから放出されたすべての光の80%以上を含む領域)の内部で測定したライトガイドの平均光線透過率は、70%、80%、88%、92%、94%、96%、98%、及び99%からなる群から選択された1つよりも大きい。
別の実施形態では、BYKガードナーヘイズメータで測定した光放出領域、光混合領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つの内部で測定したライトガイドの平均ヘイズは、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、5%、及び3%からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、BYKガードナーヘイズメータでのASTM D1003に関連した測定手順に従って光放出領域、光混合領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つの内部で測定したライトガイドの平均透明度は、70%、80%、88%、92%、94%、96%、98%、及び99%からなる群から選択された1つよりも大きい。
さらなる実施形態では、Minoltacm−508d分光光度計を用いて光放出領域、光混合領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つの内部で測定したライトガイドの拡散反射率は、内壁上のEdmund Optics Inc.からの光吸収ブラックアウト材料(Light Absorbing Black−Out Material)を含む光吸収6インチ×6インチ×6インチボックスよりも上におかれるときに含まれたスペクトル成分を伴う又は押し出されたスペクトル成分を伴う30%、20%、10%、7%、5%、及び2%からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、Minoltacm−508d分光光度計を用いて主要光放出領域(ライトガイドから放出されたすべての光の80%以上を含む領域)の内部で測定したライトガイドの拡散反射率は、内壁上のEdmund Optics Inc.からの光吸収ブラックアウト材料を含む光吸収6インチ×6インチ×6インチボックスよりも上におかれるときに含まれたスペクトル成分を伴う又は押し出されたスペクトル成分を伴う30%、20%、10%、7%、5%、及び2%からなる群から選択された1つ未満である。
別の実施形態では、BYKガードナーヘイズメータで測定した光放出領域、光混合領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つの内部で測定したライトガイドの平均透明度は、70%、80%、88%、92%、94%、96%、98%、及び99%からなる群から選択された1つよりも大きい。
フィルムを通した(厚さ方向の)光の伝送を決定する可能性がある因子は、固有の材料吸収、屈折率(フレネル反射に起因する光損失)、体積内の又は表面又は境界面上の粒子又は機能部(フィルム平面及びフィルムと直交する平面に平行な2つの直交する方向の粒子のサイズ、形状、間隔、総数、又は密度)からの散乱(屈折、反射、又は回折)、他の材料(付加的な層、クラッド、接着剤など)、反射防止コーティング、表面レリーフ機能部に起因する吸収/散乱/反射/屈折を含む。
一実施形態では、ライトガイドのための薄いフィルムの使用は、フィルムの厚さが減少されるときにより多くの導波管モードが光抽出機能部に到達することになるので、光抽出機能部のサイズの減少を可能にする。薄いライトガイドでは、モードの重なりは、導波管の厚さが減少されるときに増加する。
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、厚さ方向に次第に変化する屈折率プロフィールを有する。別の実施形態では、ライトガイド領域又はライトガイドの厚さは10ミクロン未満である。さらなる実施形態では、ライトガイド領域の厚さは10ミクロン未満であり、ライトガイドは単一モードのライトガイドである。
一実施形態では、結合ライトガイド、ライトガイド、ライトガイド領域、光学要素、光学フィルム、コア層、クラッド層、及び光学接着剤からなる群から選択された少なくとも1つにおいて用いられる光伝送材料は、関心ある波長範囲にわたって50、100、200、300、400、及び500dB/kmからなる群から選択された1つ未満である光学吸収(dB/km)を有する。光学吸収値は、関心ある範囲を通したすべての波長及び関心ある波長を通した平均値に対するものであってもよい。光伝送材料を通した高い透過のための関心ある波長範囲は、光源出力スペクトル、発光デバイス出力スペクトル、光学機能要件(例えばカメラ、動き検出器などのIR透過)、又はこれらの幾つかの組合せをカバーしてもよい。関心ある波長範囲は、400nm〜700nm、300nm〜800nm、300nm〜1200nm、300nm〜350nm、300〜450nm、350nm〜400nm、400nm〜450nm、450nm〜490nm、490nm〜560nm、500nm〜550nm、550nm〜600nm、600nm〜650nm、635nm〜700nm、650nm〜700nm、700nm〜750nm、750nm〜800nm、及び800nm〜1200nmからなる群から選択された波長範囲であってもよい。
光伝送材料を通して伝搬する平行化された光は、散乱(散乱損失係数)、吸収(吸収係数)、又は散乱と吸収の組合せ(減弱係数)に起因して材料を通過した後で強度が低減される場合がある。一実施形態では、ライトガイドのコア材料は、400ナノメートルから700ナノメートルまでの可視波長スペクトルにわたって0.03cm−1、0.02cm−1、0.01cm−1、及び0.005cm−1からなる群から選択された1つ未満である平行化された光に関する平均吸収係数を有する。別の実施形態では、ライトガイドのコア材料は、400ナノメートルから700ナノメートルまでの可視波長スペクトルにわたって0.03cm−1、0.02cm−1、0.01cm−1、及び0.005cm−1からなる群から選択された1つ未満である平行化された光に関する平均散乱損失係数を有する。一実施形態では、ライトガイドのコア材料は、400ナノメートルから700ナノメートルまでの可視波長スペクトルにわたって0.03cm−1、0.02cm−1、0.01cm−1、及び0.005cm−1からなる群から選択された1つ未満である平行化された光に関する平均減弱係数を有する。別の実施形態では、ライトガイドは、赤外光を受光するために配置され、平行化された光に関するコア層又はクラッド層の吸収係数、散乱損失係数、及び減弱係数からなる群から選択された少なくとも1つの平均は、700ナノメートルから900ナノメートルまでの波長スペクトルにわたって0.03cm−1、0.02cm−1、0.01cm−1、及び0.005cm−1からなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、ライトガイドは、UV及び青色領域において低い吸収性を有し、ライトガイドは、蛍光体フィルム又は波長変換要素をさらに備える。白色光を生じるためにライトガイドの出力面の付近で青色又はUV光源及び波長変換要素を用いることによって、光伝送材料は、非常に高い青色又はUV光透過のために最適化することができる。これは、ライトガイドに適した材料の範囲を例えば緑色及び赤色波長領域において高い吸収係数を有するものを含むように増加させることができる。
別の実施形態では、ライトガイドは、ディスプレイ技術のための基板である。種々の高性能のフィルムが十分な機械及び光学特性を有するものとしてディスプレイ産業では公知である。これらは、ポリカーボネート、PET、PMMA、PEN、COC、PSU、PFA、FEP、並びにブレンド及び多層コンポーネントから作製されたフィルムを含むがこれらに限定されない。一実施形態では、光抽出機能部は、フィルムが生産のための基板として使用される、又はOLEDディスプレイ、MEMsベースのディスプレイ、ポリマーフィルムベースのディスプレイ、双安定型ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、電気光学ディスプレイ、パッシブマトリクスディスプレイ、又はポリマー基板を用いて生産することができる他のディスプレイのようなディスプレイのための基板として用いる前に又は後で、フィルムのライトガイド領域に形成される。
光伝送材料の屈折率
一実施形態では、ライトガイドのコア材料は高い屈折率を有し、クラッド材料は低い屈折率を有する。一実施形態では、コアは、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、及び3.0からなる群から選択された1つよりも大きい屈折率(n)をもつ材料から形成される。別の実施形態では、クラッド材料の屈折率(n)は、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、及び2.5からなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドのコア領域は、0.1、0.05、0.02、0.01、0.005、及び0.001からなる群から選択された1つ未満である2つ以上の直交する方向の屈折率の差異をもつ材料を含む。一実施形態では、光伝送材料は、低屈折率複屈折をもつ半結晶性である。別の実施形態では、光伝送材料は、実質的にアモルファスであり、応力により誘起される低い複屈折を有する。
実施形態内で用いられるコア又はクラッド又は他の光伝送材料は、熱可塑性、熱硬化性、ゴム、ポリマー、シリコーン、又は他の光伝送材料であってもよい。光学製品は、高屈折率(メタクリレート)アクリレートモノマー、ハロゲン化モノマーのようなモノマー、及び当該技術分野では公知のような他のこうした高屈折率モノマーを含む高屈折率材料から用意することができる。これらの及び他の材料のような高屈折率材料は、例えば、米国特許第4,568,445号、第4,721,377号、第4,812,032号、第5,424,339号、第5,183,917号、第6,541,591号、第7,491,441号、第7297810、6,355,754、7,682,710号、第7,642,335号、第7,632,904号、第7,407,992号、第7,375,178号、第6,117,530号、第5,777,433号、第6,533,959号、第6,541,591号、第7,038,745号、及び米国特許出願番号第11/866521号、第12/165765号、第12/307,555号、及び第11/556,432号で開示される。米国特許出願整理番号第12/608,019号で開示されたもののような高屈折率感圧接着剤はまた、コア層又は層コンポーネントとして用いられてもよい。
低屈折率材料は、ゾル・ゲル、フルオロポリマー、フッ素化ゾル・ゲル、PMP、及び第7,575,847号で開示されたもののようなフルオロポリエーテルウレタンのような他の材料、及び米国特許出願番号第11/972034号、第12/559690号、第12/294694号、第10/098,813号、第11/026,614号、及び米国特許第7,374,812号、第7,709,551号、第7,625,984号、第7,164,536号、第5,594,830号、及び第7,419,707号で開示されたもののような他の低屈折率材料を含む。
材料の屈折率を増加又は減少させるために、ナノ粒子(例えば二酸化チタン及び他の酸化物)のような材料、ブレンド、合金、ドープ、ゾル・ゲル、及び他の技術が用いられてもよい。
別の実施形態では、ライトガイドの領域又はライトガイド領域の屈折率又は場所は、環境の変化又は制御された変化に応答して変化する。これらの変化は、電流、電磁場、磁場、温度、圧力、化学反応、粒子又は材料の移動(電気泳動又はエレクトロウエッティングのような)、光学照射、重力場に対する物体の配向、MEMSデバイス、MOEMSデバイス、及び機械特性、電気特性、光学特性、又は物理特性を変化させるためのスマートマテリアルの分野では公知のもののような他の技術を含むことができる。一実施形態では、光抽出機能部は、印加される電圧又は電磁場に応答して光を多かれ少なかれライトガイドの外に結合する。一実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドを備え、ライトガイドの特性(ライトガイドの位置のような)は、米国特許出願整理番号第12/511693号、第12/606675号、第12/221606号、第12/258206号、第12/483062号、第12/221193号、第11/97541111/975398号、第10/31/2003号、第10/699,397号、及び米国特許第7,586,560号、第7,535,611号、第6,680,792号、第7,556,917号、第7,532,377号、及び第7,297,471号で開示される場合のMEMs型ディスプレイ及びデバイスに組み込まれるもののようなライトガイドの外に光を多かれ少なかれ結合するために変化する。
ライトガイドの縁
一実施形態では、ライトガイド又はライトガイド領域の縁は、鏡面反射材料、部分拡散反射材料、又は拡散反射材料で被覆され、これに付着される、又はこれに隣接して配置される。一実施形態では、ライトガイド縁は、光を実質的に鏡面反射するナノサイズにされた又はミクロンサイズにされた粒子又はフレークを含む鏡面反射インクで被覆される。別の実施形態では、光反射要素(高い反射率をもつ鏡面反射多層ポリマーフィルムのような)は、ライトガイド縁の付近に配置され、縁からの光を受光し、これを反射させ、及びこれをライトガイドの中に戻るように誘導するために配置される。別の実施形態では、ライトガイド縁は丸みをつけられ、縁から回折される光の割合が減少される。丸みをつけられた縁を達成する1つの方法は、レーザを用いてフィルムからライトガイドを切断し、加工パラメータ(切断速度、切断周波数、レーザパワーなど)の制御を通じて縁の丸めを達成することによる。別の実施形態では、ライトガイドの縁は、結合ライトガイド内を伝搬する光源からの光が縁から反射され、これにより光が折り畳まれる領域の方に、屈曲領域の方に、ライトガイドの方に、ライトガイド領域の方に、又は発光デバイスの光軸の方に、光源の光軸により近い角度に誘導されるように、テーパされ、角度のついたぎざぎざが付けられ、又は他の方法で切断され又は形成される。さらなる実施形態では、光源からの光の一部を折り畳まれ又は屈曲される領域の方に、ライトガイド領域の方に、ライトガイド領域の方に、又は発光デバイスの光軸の方に、光源の光軸により近い角度に誘導する第1及び第2反射表面を備える2つ以上の光源のそれぞれに対する光再誘導領域を備える2つ以上の結合ライトガイドの中にそれぞれ光を結合するために2つ以上の光源が配置される。一実施形態では、結合ライトガイド、ライトガイド、光混合領域、又はライトガイド領域の1つ又は複数の縁は、領域におけるフィルムの2つ以上の表面間の交点の領域において曲線又は弓形プロフィールを備える。一実施形態では、領域における縁は、領域の付近の光の回折効果及び抽出を減らするために、鋭い角部の代わりに湾曲したプロフィールを有する。一実施形態では、1つ又は複数の領域の縁は、伝搬する光に対して回折要素として作用する可能性がある角部をとるために半円形円孤のような円形切断縁である。非常に薄いライトガイド(例えば厚さ150ミクロン未満)は、鋭い角部に直面した時に光が回折される、より高い確率を有する。丸みをつけられた角部は、例えば、限定ではなしに、アクリルフィルムをレーザ切断して丸みをつけられた縁に再固化される溶融した縁を残すことによって達成することができる。
ライトガイドの表面
一実施形態では、ライトガイド又はライトガイド領域の少なくとも1つの表面は、鏡面反射材料、部分拡散反射材料、又は拡散反射材料で被覆され、これに付着される、又はこれに隣接して配置される。一実施形態では、少なくとも1つのライトガイド表面は、光を実質的に鏡面反射するナノサイズにされた又はミクロンサイズにされた粒子又はフレークを含む鏡面反射インクで被覆される。別の実施形態では、光反射要素(高い反射率をもつ鏡面反射多層ポリマーフィルムのような)は、発光面とは反対のライトガイド表面の付近に配置され、表面からの光を受光し、これを反射させ、これをライトガイドの中に戻るように誘導するために配置される。別の実施形態では、少なくとも1つのライトガイド又はライトガイドに結合されたコンポーネントの外面は、指紋の外観を減らするためにマイクロ構造を備える。こうしたマイクロ構造は、当該技術分野では公知のディスプレイのための硬質被覆であり、例は米国特許出願整理番号第12/537,930号で開示される。
ライトガイドの形状
一実施形態では、ライトガイドの形状又はライトガイドの表面の少なくとも一部は、実質的に平坦、湾曲した、円筒形、実質的に平坦なフィルムから形成された形状、球形、部分的に球形、角度のついた、ねじられた、丸みをつけられた、二次曲面を有する、回転楕円体、直方体、平行六面体、三角形プリズム、長方形プリズム、楕円形、卵形、円錐ピラミッド、テーパした三角形プリズム、波状の形状、及び他の公知の幾何学的固体又は形状からなる群から選択される少なくとも1つである。一実施形態では、ライトガイドは、熱成形又は他の成形技術によって或る形状に形成されているフィルムである。別の実施形態では、フィルム又はフィルムの領域は、少なくとも1つの方向にテーパされる。さらなる実施形態では、発光デバイスは、物理的に一緒に結合され又は構成される複数のライトガイド及び複数の光源を備える(例えば1×2アレイに並べられるような)。別の実施形態では、フィルムのライトガイド領域は、長方形、四角形、円形、ドーナツ形状に設定されたもの(内側領域に穴をもつ楕円形)、楕円形、直線ストリップ、及び管(円形、長方形、多角形、又は他の形状設定された断面をもつ)からなる群から選択された1つの形状を備える又は実質的にこの形状である。一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、別のコンポーネントに対するその場所を維持するのを支援する又はこれを別のコンポーネントに取り付ける又はこれを別のコンポーネントに対してガイドするために(例えば、限定ではなしに、ハウジング、フレーム、光入力カプラ、デバイスハウジングのような)、1つ又は複数の場所(例えば、結合ライトガイド、ライトガイド領域、又は光混合領域におけるような)でスタンプされる、屈曲され、折り畳まれ、又は他の方法で再び形状設定される。
一実施形態では、発光デバイスは、短い縁上でフィルムからシリンダの内側部分の方に分岐する結合ライトガイドストリップを備える、フィルムから中空円筒形の管に形成されたライトガイドを備える。別の実施形態では、発光デバイスは、それらがライトガイド領域に結合されたままであるようにフィルムに切断される結合ライトガイドと共にフィルムライトガイドを備え、中央ストリップはライトガイドに光学的に結合されず、中央ストリップ領域又はストリップの付近のライトガイド領域の付近の少なくとも1つの方向の増加した剛性をもつスパイン(spine)を提供する。さらなる実施形態では、発光デバイスは、光源がライトガイドの縁の中央領域に配置され、光入力カプラ(又はそのコンポーネント)が縁を越えて延びず、且つライトガイドが1×2、2×2、2×3、3×3又はこれよりも大きいアレイのうちの少なくとも1つに並べられることを可能にするように構成された光入力カプラを伴うライトガイドを備える。別の実施形態では、発光デバイスは発光ライトガイドを備え、発光面に沿った少なくとも1つの方向のライトガイド間の分離は、10mm、5mm、3mm、2mm、1mm、及び0.5mmからなる群から選択された1つ未満である。
別の実施形態では、ライトガイドは、ライトガイドが自身の下に又は上に折り畳まれるように、ライトガイドの縁の付近に単一の折り畳み又は屈曲を備える。この実施形態では、ライトガイドの縁で普通は失われることになる光は、ライトガイド又はデバイスの光学的効率を増加させるために折り畳み又は屈曲の後でライトガイドからさらに抽出されてもよい。別の実施形態では、折り畳み又は屈曲の後でライトガイド内の光の光路に配置されるライトガイド上の光抽出機能部は、輝度、輝度均一性、色均一性、光学的効率、及びイメージ又はロゴ透明度又は解像度からなる群から選択された少なくとも1つを増加させる光抽出機能部を提供する。
ライトガイドの周りに折り返すように折り畳まれる縁
一実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、及び結合ライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つの縁領域は、縁領域に入る部分が縁領域から遠ざかる方向にライトガイド、ライトガイド領域、又は結合ライトガイドの中に折り返して結合されるように、自身の上に折り返すように折り畳まれ又は屈曲され、ライトガイド、ライトガイド領域、又は結合ライトガイドに光学的に結合される。縁領域は、PSA又は他の接着剤のような接着剤を用いてライトガイド、ライトガイド領域、又は結合ライトガイド上に折り返すように接着され、熱的に付着され、又は他の方法で光学的に結合されてもよい。一実施形態では、ライトガイドの縁領域を折り畳むことは、普通はライトガイドの中に戻るようにフィルムの縁を出ることになる光を再誘導し、システムの光学的効率が増加する。
別の実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、又は結合ライトガイドの厚さは、光放出領域又はライトガイド領域におけるライトガイドの平均厚さよりも縁の付近の領域においてより薄い。別の実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、又は結合ライトガイドの厚さは、光放出領域又はライトガイド領域におけるライトガイドの平均厚さの90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、及び5%からなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、又は結合ライトガイドの厚さは、縁の付近の領域においてテーパされる。一実施形態では、縁の付近の領域における厚さをテーパさせることは、ライトガイド又はライトガイド領域の表面に光学的に結合されるときにより多くの光がライトガイドの中に戻るように結合されることを可能にする。
一実施形態では、発光デバイスは、入力カプラの中に光を誘導するために配置される光源を出る光の光束で割った、光放出領域において発光デバイスを出る光の光束として定義される、50%、60%、70%、80%、及び90%からなる群から選択された1つよりも大きい光学的効率を有する。
別の実施形態では、光源又は光入力カプラから直接に光を受光するために配置されないライトガイドの縁領域は、光出力面をもたらするために折り畳まれ又は屈曲される結合ライトガイドを備える光出力カプラの中に形成され又は結合される。別の実施形態では、光出力面は、同じライトガイド又はフィルム若しくは第2のライトガイド又はフィルムの光入力カプラの光入力面に光学的に結合され、又はこの近位に配置される。この実施形態では、ライトガイドの縁に到達する光は、光をライトガイドの中に戻るように誘導し及び光をリサイクルするために折り畳まれ及び屈曲される結合ストリップの中に結合されてもよい。
ライトガイドの縁に切断される反射機能部
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドの1つ又は複数の領域は、第1の角度範囲内の光を内部全反射によってライトガイドの中に戻るように反射させるために配置される反射機能部を備える。一実施形態では、反射機能部は、角度のついた機能部、三角形機能部、実質的に90度の頂角をもつ三角形機能部、円孤、半円の円孤、弓形機能部及び直線機能部をもつ形状、多面的形状、及び多角形の形状からなる群から選択された縁に沿って切断された1つ又は複数の形状設定された機能部である。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、1つの側部に沿って配置された光入力カプラと、90度の頂角をもつ反対の側部上のフィルムにおける複数の「ジグザグにされた」角度のついた切断部とを備える。この実施形態では、反対の側部から約0度をなして角度のついた切断部に直接到達するフィルム内の光は、ライトガイドの中に戻るように実質的に逆反射することになる。角度のついた切断部の形状、角度、屈折率、及び場所は、ライトガイドの中に戻るように反射される光の角度範囲及び割合に影響するであろう。切断部は、それらがフィルムベースのライトガイドの横方向の距離を実質的に延びないように「マイクロ切断部(micro−cuts)」であってもよい。一実施形態では、フィルムベースのライトガイドの中を伝搬する光の光軸は、x方向であり、反射機能部の頂角は、光抽出表面機能部によって抽出されない光の反射率が最大にされ、且つ光放出領域の方に戻るように誘導されてリサイクルされるように、90度である。他の多面形状又は湾曲した形状もまた、所望の反射又は光伝送特性を達成するために縁から切断されてもよい。
ライトガイド材料
一実施形態では、発光デバイスは、少なくとも1つの光伝送材料から形成されたライトガイド又はライトガイド領域を備える。一実施形態では、ライトガイドは、それぞれが少なくとも1つの光伝送材料を含む少なくとも1つのコア領域及び少なくとも1つのクラッド領域を備えるフィルムである。一実施形態では、コア材料は実質的に可撓性(ゴム又は接着剤のような)であり、クラッド材料は、組み合わされた要素に関する増加した曲げ弾性率、増加した衝撃強さ、増加した引裂き抵抗性、及び増加した引っかき抵抗性からなる群から選択された少なくとも1つをサポートし及び提供する。別の実施形態では、クラッド材料は、実質的に可撓性(ゴム又は接着剤のような)であり、コア材料は、組み合わされた要素に関する増加した曲げ弾性率、増加した衝撃強さ、増加した引裂き抵抗性、及び増加した引っかき抵抗性からなる群から選択された少なくとも1つをサポートし及び提供する。
実施形態の中で用いられる光伝送材料は、熱可塑性、熱硬化性、ゴム、ポリマー、高伝送性シリコーン、ガラス、複合材、合金、ブレンド、シリコーン、他の光伝送材料、又はこれらの組合せであってもよい。
一実施形態では、コンポーネント又は発光デバイスの領域は、セルロース誘導体(例えば、エチルセルロース及びシアノエチルセルロースのようなセルロースエーテル、酢酸セルロースのようなセルロースエステル)、アクリル樹脂、スチレン樹脂(例えば、ポリスチレン)、ポリビニル系樹脂
[例えば、ポリ(酢酸ビニル)のようなポリ(ビニルエステル)、ポリ(塩化ビニル)のようなポリ(ハロゲン化ビニル)、ポリ(ビニルメチルエーテル)、ポリ(ビニルイソブチルエーテル)、及びポリ(ビニルt−ブチルエーテル)のようなポリビニルアルキルエーテル又はポリエーテル系樹脂]、ポリカーボネート系樹脂(例えば、ビスフェノールA型ポリカーボネートのような芳香族ポリカーボネート)、ポリエステル系樹脂(例えば、ホモポリエステル、例えば、ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレートのようなポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンテレフタレートに対応するポリアルキレンナフタレート;主成分としてアルキレンテレフタレート及び/又はアルキレンナフタレートを含有するコポリエステル;ポリカプロラクトンのようなラクトンのホモポリマー)、ポリアミド系樹脂(例えば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610)、ウレタン系樹脂(例えば、熱可塑性ポリウレタン樹脂)、上記の樹脂を形成するモノマーのコポリマー[例えば、メチルメタクリレート−スチレンコポリマー(MS樹脂)、アクリロニトリル−スチレンコポリマー(AS樹脂)、スチレン−(メタ)アクリル酸コポリマー、スチレン−無水マレイン酸コポリマー、及びスチレン−ブタジエンコポリマーのようなスチレンコポリマー、酢酸ビニル−塩化ビニルコポリマー、ビニルアルキルエーテル−無水マレイン酸コポリマー]からなる群から選択された光伝送材料を含む。付随的に、コポリマーは、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、又はグラフトコポリマーのいずれであってもよい。
ガラスを含むライトガイド材料
一実施形態では、結合ライトガイドは、ガラス材料を含むコア材料を備える。一実施形態では、ガラス材料は、溶融シリカ、紫外グレード溶融シリカ(Dayoptics Inc.によるJGS1、Heraeus Quartz America、LLC.によるSuprasil(登録商標)1及び2、Saint−Gobain Quartz PLCによるSpectrosil(登録商標)A及びB、並びにCorning IncorporatedによるCorning7940、Dynasil CorporationによるDynasil(登録商標)合成溶融シリカ1100及び4100のような)、光学グレード溶融石英、フルスペクトル溶融シリカ、ホウケイ酸ガラス、クラウンガラス、及びアルミノホウケイ酸ガラスからなる群から選択された1つである。
別の実施形態では、コア材料は、被覆されるガラスを含み、又は縁、頂面、及び底面からなる群から選択された少なくとも1つに適用される有機材料を有する。一実施形態では、ガラス上のコーティングは、クラッド領域を提供すること、衝撃抵抗を増加させること、及び増加した可撓性を提供することからなる群から選択された少なくとも1つのために機能する。別の実施形態では、ガラス、ポリマー材料、又はゴム材料を含む結合ライトガイドは、第1の方向に折り畳む前にそれらのガラス転移温度又はVICAT軟化点を上回る温度に加熱される。
多層ライトガイド
一実施形態では、ライトガイドは、少なくとも2つの層又はコーティングを備える。別の実施形態では、層又はコーティングは、コア層、クラッド層、タイ層(2つの他の層の間の接着を促進するために)、曲げ強さを増加させる層、衝撃強さを増加させる層(例えばアイゾット、シャルピー、ガードナーのような)、及びキャリア層からなる群から選択された少なくとも1つとして機能する。さらなる実施形態では、少なくとも1つの層又はコーティングは、ライトガイド内からの入射光の一部を機能部の付近の領域においてライトガイドを抜けるとすぐに或る角度に再誘導するマイクロ構造、表面レリーフパターン、光抽出機能部、レンズ、又は他の平らでない表面機能部を備える。例えば、キャリアフィルムは、熱硬化性ポリカーボネート樹脂を受け入れために配置されるエンボス加工された光抽出機能部をもつシリコーンフィルムであってもよい。別の実施形態では、少なくとも1つの領域においてコア材料との接触からキャリアフィルムが除去される。例えば、キャリアフィルムは、エンボス加工されたFEPフィルムであってもよく、熱硬化性メタクリレートベースの樹脂は、フィルム上に被覆され、熱、光、他の放射線、又はこれらの組合せによって硬化される。別の実施形態では、コア材料はメタクリレート材料を含み、クラッドはシリコーン材料を含む。別の実施形態では、クラッド材料は、キャリアフィルム上に被覆され、その後、シリコーン、PC、又はPMMAベースの材料のようなコア層材料がクラッド材料上に被覆され又は押出される。一実施形態では、クラッド層は、薄すぎてコーティングラインで自身を支持できず、したがってキャリアフィルムが用いられる。コーティングは、例えば、キャリアフィルムとは反対の側部上に表面レリーフ特性を有してもよい。
一実施形態では、ライトガイドは、2つのクラッド領域の間に配置されたコア材料を含み、コア領域は、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、又は他のアモルファスポリマーを備え、ライトガイドは第1の曲率半径に屈曲され、コア領域及びクラッド領域は屈曲領域において破損されず、クラッド領域又は層なしの同じポリメチルメタクリレートを含む同じコア領域は、第1の曲率半径で屈曲されたときの50%よりも多く破損する。別の実施形態では、ライトガイドは、衝撃改質剤を伴わずにPMMA又はポリスチレンのような第1の厚さの実質的に脆性の材料の両方の側部上に配置される実質的に延性のポリマー材料を含み、ポリマー破壊靭性又はライトガイドのASTM D4812ノッチ無しアイゾット衝撃強さは、第1の厚さの脆性材料の単一の層よりも大きい。
熱硬化性材料を含むコア領域
一実施形態では、熱硬化性材料は、熱可塑性フィルム上に被覆され、熱硬化性材料はコア材料であり、クラッド材料は熱可塑性フィルム又は材料である。別の実施形態では、第1の熱硬化性材料は、第2の熱硬化性材料を含むフィルム上に被覆され、第1の熱硬化性材料はコア材料であり、クラッド材料は第2の熱硬化性プラスチックである。
一実施形態では、成形材料として一般に用いられているエポキシ樹脂がエポキシ樹脂(A)として用いられてもよい。例は、フェノールノボラックエポキシ樹脂及びオルト−クレゾールノボラックエポキシ樹脂のようなフェノールとアルデヒドから誘導されたノボラック樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、アルキル置換ビスフェノールなどのジグリシジルエーテル;ジアミノジフェニルメタン及びイソシアヌル酸のようなポリアミンとエピクロロヒドリンとの反応によって得られるグリシジルアミンエポキシ樹脂;オレフィン結合と過酢酸のような過酸との酸化によって得られる直線脂肪族エポキシ樹脂;及び脂環式エポキシ樹脂のエポキシ化製品を含む。これらの樹脂のうちのいずれか2つ以上を組み合わせて用いてもよい。熱硬化性樹脂の例は、ビスフェノールAエポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂、ビスフェノールSエポキシ樹脂、ジグリシジルイソシアヌレート、及びトリグリシジルイソシアヌレート、P(MMA−d8)材料、フッ素化樹脂、重水素化ポリマー、ポリ(フルオロアルキル−MA)、ポリ(重水素化フルオロアルキル−MA)、トリ重水素化ヘキサフルオロブチル−ペンタ重水素化メタクリレート、及びトリアジン誘導エポキシ樹脂をさらに含む。
別の実施形態では、熱硬化性樹脂は熱硬化性シリコーン樹脂である。さらなる実施形態では、熱硬化性シリコーン樹脂組成物は、縮合反応可能な置換基を有するシリコーン化合物及び付加反応できる置換基を有するシリコーン化合物を含む。別の実施形態では、熱硬化性シリコーン樹脂組成物は、縮合反応可能な置換基を有するシリコーン化合物としての両末端(dual−end)シラノール型シリコーン油、アルケニル基を有するシリコーン化合物、付加反応可能な置換基を有するシリコーン化合物としてのオルガノ水素シロキサン(organohydrogensiloxane)、縮合触媒、及びヒドロシリル化触媒を含む。一実施形態では、熱硬化性樹脂は、メチルフェニルジメチルコポリマーであり、又は米国特許第7,551,830号で開示されたようなシリコーンベースの材料を含む。別の実施形態では、熱硬化性樹脂は、1つの分子内に平均して少なくとも2つの脂肪族不飽和有機基及び少なくとも1つの芳香族基を有するポリジオルガノシロキサン、(B)1つの分子内に平均して少なくとも1つの脂肪族不飽和有機基及び少なくとも1つの芳香族基を有する枝分かれポリオルガノシロキサン、(C)1つの分子内に平均して少なくとも2つのケイ素が結合された(silicon−bonded)水素原子及び少なくとも1つの芳香族基を有するポリオルガノ水素シロキサン、(D)ヒドロシリル化触媒、及び(E)シリル化されたアセチレン抑制剤を含む。別の実施形態では、熱硬化性樹脂は、米国特許出願整理番号第12/085422号及び第11/884612号で開示されたようなシリコーン、ポリシロキサン、又はシルセスキオキサン材料を含む。
さらなる実施形態では、熱硬化性材料は、バックボーンにキンク構造をもつ少なくとも芳香族又は脂環式構造単位を含み且つバックボーンの一方又は両方の端に導入される1つ又は2つの熱により架橋可能な反応基を有する液晶熱硬化性オリゴマー、その両端に熱により架橋可能な反応基を有する架橋剤又はエポキシ化合物のいずれか又はこの両方、及び有機溶媒を含む。さらなる実施形態では、熱硬化性組成物は、アルミノシロキサン、両端にシラノール基を有するシリコーン油、エポキシシリコーン、及びシリコーンエラストマーからなる群から選択された少なくとも1つを含む。この熱硬化性組成物では、アルミノシロキサンのヒドロキシル基及び/又は両端にシラノール基を有するシリコーン油、及びエポキシシリコーンの反応性の高いエポキシ基のそれぞれは、シリコーンエラストマーがそれとのヒドロシリル化反応によって架橋されるのと同時に反応し及び架橋されると考えられる。別の実施形態では、熱硬化性組成物は光重合性組成物である。別の実施形態では、光重合性組成物は、ケイ素が結合された水素及び脂肪族不飽和を含むケイ素含有樹脂、化学線によって活性化されてもよい第1の金属含有触媒、及び化学線ではなく熱によって活性化されてもよい第2の金属含有触媒を含む。
別の実施形態では、熱硬化性樹脂は、シルセスキオキサン誘導体又はQを有するシリコーンを含む。別の実施形態では、熱硬化性樹脂は、米国特許出願番号第12/679749号、第12/597531号、第12/489881号、第12/637359号、第12/637359号、第12/549956号、第12/759293号、第12/553227号、第11/137358号、第11/391021号、及び第11/551323号で開示されたもののような実質的に高い透過性をもつ樹脂である。
一実施形態では、コア領域のためのライトガイド材料は、摂氏−100、−110、−120、−130、−140、−150度からなる群から選択された1つ未満であるガラス転移温度をもつ材料を含む。別の実施形態では、ライトガイドのコア領域のための材料は、2.8、2、1.8、1.6、1.5、1.2、1、0.8、0.6、0.4、0.2、0.1、0.08、0.06、及び0.04キロパスカルからなる群から選択された1つ未満であるヤング率をもつ材料を含む。一実施形態では、例えば、限定ではなしに、相対位置維持要素を用いるときのような結合ライトガイドが折り畳まれるときの引き裂け又は切断を減らするために、低いヤング率及び/又は低いガラス転移温度をもつ材料が用いられる。
さらなる実施形態では、ライトガイドは、発光デバイスの要素(コーティングをもつキャリアフィルム、光学フィルム、LCDにおけるリア偏光子、輝度増強フィルム、アルミニウムを含む薄い板のような熱伝達要素、又は白色リフレクタフィルムのような)上に被覆され、その後硬化され又は熱硬化される熱硬化性樹脂を含む。
接着特性をもつライトガイド材料
別の実施形態では、ライトガイドは、発光デバイスの少なくとも1つの要素(例えば、コーティングを伴うキャリアフィルム、光学フィルム、LCDにおけるリア偏光子、輝度増強フィルム、ライトガイドの別の領域、結合ライトガイド、アルミニウムを含む薄いシートのような熱伝達要素、又は白色リフレクタフィルム)への化学的接着、分散接着、静電接着、拡散接着、及び機械的接着からなる群から選択された少なくとも1つを伴う材料を含む。さらなる実施形態では、ライトガイドのコア材料又はクラッド材料のうちの少なくとも1つは接着剤材料である。さらなる実施形態では、ライトガイドのコア材料、クラッド材料、及びクラッド材料上に配置される材料からなる群から選択された少なくとも1つは、感圧接着剤、コンタクト型接着剤、ホット接着剤、乾式接着剤、マルチパート(multi−part)反応型接着剤、ワンパート(one−part)反応型接着剤、天然接着剤、及び合成接着剤からなる群から選択される少なくとも1つである。さらなる実施形態では、第1の結合ライトガイドの第1のコア材料は、第1のコア材料、第2のコア材料、又はこれらの組合せの接着特性に起因して第2の結合ライトガイドの第2のコア材料に接着される。別の実施形態では、第1の結合ライトガイドのクラッド材料は、クラッド材料の接着特性に起因して第2の結合ライトガイドのコア材料に接着される。別の実施形態では、第1の結合ライトガイドの第1のクラッド材料は、第1のクラッド材料、第2のクラッド材料、又はこれらの組合せの接着特性に起因して第2の結合ライトガイドの第2のクラッド材料に接着される。一実施形態では、コア層は、接着剤であり、クラッド層、取り外し可能なサポート層、保護膜、第2の接着剤層,ポリマーフィルム、金属フィルム、第2のコア層、低接触面積のカバー、平坦化層からなる群から選択された少なくとも1つの上に被覆される。別の実施形態では、クラッド材料又はコア材料は接着特性を有し、且つ例えば、限定ではなしに、クラッド層、コア層、低接触面積のカバー、回路基板、又はハウジングのような発光デバイスの要素に接着されるときに8.929、17.858、35.716、53.574、71.432、89.29、107.148、125.006、142.864、160.722、178.580キログラム毎ボンド幅メートルからなる群から選択された1つよりも大きいASTM D3330剥離強度を有する。
別の実施形態では、コア材料とクラッド材料、ライトガイドとハウジング、コア材料と発光デバイスの要素、クラッド材料と発光デバイスの要素からなる群から選択された少なくとも1つの間の接着を促進するために、タイ層、プライマ、又はコーティングが用いられる。一実施形態では、タイ層又はコーティングは、ジメチルシリコーン又はその変形物及び溶媒を含む。別の実施形態では、タイ層は、フェニルシロキサンベースのシリコーンを基板材料に橋かけするのに用いられるもののようなフェニルベースのプライマを含む。別の実施形態では、タイ層は、プラスチックフィルム基板とシリコーン感圧接着剤を付着させるのに用いられるもののような白金触媒作用を受ける付加硬化シリコーンプライマを含む。
さらなる実施形態では、コア材料又はクラッド材料の少なくとも1つの領域は、接着特性を有し、境界面を通したASTM D1003光線透過率が、それらの間に空隙がある状態の同じ領域での同じ2つの材料を通した透過よりも1%、2%、3%、及び4%大きいからなる群から選択される少なくとも1つであるように、コア又はクラッド材料の第2の領域に光学結合される。
一実施形態では、ライトガイドのコア材料は、33、32、30、27、25、24、及び20mN/mからなる群から選択された1つ未満である臨界表面張力をもつ材料を含む。別の実施形態では、コア材料は、33、30、27、25、24、及び20mN/mからなる群から選択された1つ未満である臨界表面張力を有し、臨界表面張力を27、30、33、35、37、40、及び50からなる群から選択された1つよりも大きく増加させるために表面処理される。一実施形態では、表面処理は、プラズマ、フレーム、及びタイ層材料からなる群から選択された少なくとも1つに表面を曝すことを含む。一実施形態では、ライトガイドのコア材料の表面張力は、「ウエットアウト」及び光結合に起因する接触する状態にある表面からの光抽出を減らするために減少される。別の実施形態では、ライトガイドの表面の表面張力
フィルム又はライトガイドの最外面
一実施形態では、フィルム、ライトガイド、又はライトガイド領域の最外面は、クラッド、柔らかい感触を模擬する若しくはクロス又は室内装飾品の表面テクスチャと整合させるための表面テクスチャ、光抽出機能部からの光を平行化するための屈折要素(マイクロレンズアレイのような)、接着剤層、取り外し可能な裏当て材、反射防止コーティング、アンチグレア表面、及びゴム面からなる群から選択された少なくとも1つを備える。
フィルムベースのライトガイド又は発光フィルムの最外面上の表面レリーフ
一実施形態では、フィルム、ライトガイド、発光フィルム、光再誘導要素、又は発光デバイスの最外面は、表面レリーフ機能部を備え、表面のASTM D523−89 60度光沢は、100、50、25、及び15からなる群から選択された1つ未満である。一実施形態では、外面上の光沢は、表面に光をあてることになる周囲グレア光の強さを低減させる。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、2つの光沢単位の一様な低い光沢をもつ最外面を有するライトガイドを備える。このライトガイドが約2つの光沢単位の光沢をもつ艶消し面又は拡散面を有する壁上に配置されるときに、高い可視光透過性をもつ実質的に透明な又は半透明なライトガイドは、最外面の光沢の整合に起因して光源からのグレア角度であってもほとんど見えない。この実施形態では、発光デバイスは、壁掛け式照明器具のような用途においてオフ状態では顕著にあまり見えない。一実施形態では、低い光沢をもつ最外面は、アンチグレアフィルム、エンボス加工されたフィルム、クラッド層、光再誘導要素、光方向転換光学要素、光平行化光学要素、ライトガイド、コア領域(コア領域の側部上にクラッド面が存在しない場所)、光再誘導要素、発光デバイスカバー、レンズ、又はハウジング要素の表面である。
一実施形態では、フィルム、ライトガイド、発光フィルム、光再誘導要素、又は発光デバイスの最外面は、50、70、90、100、及び110からなる群から選択された1つよりも大きいASTM D523−89 60度光沢を有する。この実施形態では、高い光沢は、グレア角度でオフ状態ではあまり見えないように、窓、ガラスの仕切り壁、金属表面などのような光沢のある表面と整合することができる。別の実施形態では、キットは、新しい最外面に対する光沢度を選べるように発光デバイスの最外面領域に取り付けられてもよいように、発光デバイスと、発光デバイスの最外面の領域とは異なる光沢度をもつ1つ又は複数のフィルムとを備える。例えば、正しい光沢度をもつフィルムは、発光デバイスに隣接する壁の光沢度と整合するように選ばれてもよい。
光抽出方法
一実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、及び光放出領域からなる群から選択された少なくとも1つは、少なくとも1つの光抽出機能部又は領域を備える。一実施形態では、光抽出方法は、光抽出機能部を、コア領域、ライトガイド領域に、若しくはコア領域又はライトガイド領域に作動的に結合された材料に作動的に結合することを含む。光抽出機能部を領域に作動的に結合することは、限定ではなしに、領域の表面上又は領域の体積内で材料を加えること、除去すること、又は変化させること、領域の表面上又は領域の体積内に材料を配置すること、領域の表面上又は領域の体積内に材料を塗布すること、領域の表面上又は領域の体積内に材料を印刷すること又は塗装すること、領域の表面から又は領域の体積から材料を除去すること、領域の表面又は領域の体積内の領域を改質すること、領域の表面又は領域の体積内の領域をスタンピングすること又はエンボス加工すること、領域の表面又は領域の体積内の領域をスクラッチすること、サンディングすること、アブレートすること、又はスクライビングすること、領域の表面上又は領域の体積内に光抽出機能部を形成すること、領域の表面上又は領域の体積内に材料を結合すること、クラッド領域の表面に又はクラッド領域の体積内に材料を接着すること、光抽出機能部を領域の表面又は領域の体積に光学的に結合すること、光抽出機能部と領域との間に配置された中間表面、中間層、又は中間材料によって光抽出機能部を領域に光学的に結合する又は物理的に結合することを含む。別の実施形態では、光抽出機能部は、領域内を伝搬して光抽出機能部に入射する光の一部が領域を出る又は臨界角よりも小さい角度に再誘導されることになり、光がそれを通して内部全反射によって伝搬する領域、コア領域、結合ライトガイド、ライトガイド、又は他の領域内に残らないように、領域に作動的に結合される。
一実施形態では、隆起した又はくぼんだ表面パターン又は体積領域によって光抽出領域又は機能部が画定される。隆起した及びくぼんだ表面パターンは、限定ではなしに、散乱材料、隆起したレンズ、散乱表面、ピット、溝、表面変調、マイクロレンズ、レンズ、回折表面機能部、ホログラフィック表面機能部、光バンドギャップ機能部、波長変換材料、穴、層(クラッドがコア層の覆いから除去される場所のような領域)の縁、平坦な表面、湾曲した表面、ランダムな表面、準ランダムな表面、及びその組合せをもつピラミッド形、プリズム形、及び他の幾何学的形状を含む。光抽出領域内の体積散乱領域は、分散相ドメイン、空隙、他の材料又は領域の欠如(ギャップ、穴)、空隙、層と領域との間の境界、及び平行な境界面をもつ同一平面上の層とは異なる材料の体積内の他の屈折率不連続性を備えてもよい。一実施形態では、光抽出領域は、第1の再誘導割合の光を発光デバイスの発光面の法線の5度以内の角度範囲に再誘導する角度のついた又は湾曲した表面又は体積光抽出機能部を備える。別の実施形態では、第1の再誘導割合は、5、10、20、30、40、50、60、70、80、及び90からなる群から選択された1つよりも大きい。一実施形態では、光抽出機能部は、光再誘導機能部、光抽出領域、又は光出力結合機能部である。
一実施形態では、ライトガイド又はライトガイド領域は、複数の領域における光抽出機能部を備える。一実施形態では、ライトガイド又はライトガイド領域は、1つの外面、2つの外面、2つの反対の表面、外面と2つの外面の間、実質的に少なくとも1つの外面又は発光面又は平面に平行な2つの異なる体積平面内の2つの異なる体積領域内、及び複数の体積平面内に配置された少なくとも1つの領域からなる群から選択された少なくとも1つの上又は内部に光抽出機能部を備える。別の実施形態では、発光デバイスは、光抽出機能部の1つよりも多い領域を備えるライトガイドのライトガイド領域上に光放出領域を備える。別の実施形態では、1つ又は複数の光抽出機能部は、別の光抽出機能部の頂部上に配置される。例えば、溝付き光抽出機能部は、ライトガイドから抽出された光の量を増加させてもよい又は溝によって抽出される光をさらに散乱させる又は再誘導することができる、光散乱性中空ミクロスフェアを備えることができる。1つよりも多いタイプの光抽出機能部が、ライトガイド又はライトガイド領域の表面上、体積内、又はこれらの組合せで用いられてもよい。
一実施形態では、光抽出機能部におけるライトガイド内の光の光軸に平行な方向の光放出領域における1つ又は複数の光抽出機能部の横寸法は、1mm、500ミクロン、250ミクロン、200ミクロン、150ミクロン、100ミクロン、75ミクロン、50ミクロン、25ミクロン、20ミクロン、10ミクロン、5ミクロン、2ミクロン、1ミクロン、0.5ミクロン、及び0.3ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光抽出機能部におけるライトガイド内の光の光軸に平行な方向の光放出領域における光抽出機能部の平均横寸法は、1mm、500ミクロン、250ミクロン、200ミクロン、150ミクロン、100ミクロン、75ミクロン、50ミクロン、25ミクロン、20ミクロン、10ミクロン、5ミクロン、2ミクロン、1ミクロン、0.5ミクロン、及び0.3ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。
別の実施形態では、光抽出機能部におけるライトガイド内の光の光軸に垂直な方向又は光抽出機能部の間のライトガイドの表面に垂直な方向の光放出領域における1つ又は複数の光抽出機能部の寸法は、1mm、500ミクロン、250ミクロン、200ミクロン、150ミクロン、100ミクロン、75ミクロン、50ミクロン、25ミクロン、20ミクロン、10ミクロン、5ミクロン、2ミクロン、1ミクロン、0.5ミクロン、及び0.3ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光抽出機能部におけるライトガイド内の光の光軸に垂直な方向の光放出領域における光抽出機能部の平均寸法又は光抽出機能部の間のライトガイドの表面に垂直な方向の寸法は、1mm、500ミクロン、250ミクロン、200ミクロン、150ミクロン、100ミクロン、75ミクロン、50ミクロン、25ミクロン、20ミクロン、10ミクロン、5ミクロン、2ミクロン、1ミクロン、0.5ミクロン、及び0.3ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、第1の光抽出機能部と最も近い隣接する光抽出機能部との間の分離距離は、200ミクロン、150ミクロン、100ミクロン、75ミクロン、50ミクロン、25ミクロン、及び20ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光抽出機能部の領域におけるライトガイド内を伝搬する光の光軸に実質的に平行な方向のフィルムベースのライトガイドの1つ又は複数の光放出領域における2つの隣接する光抽出機能部の間の平均分離距離は、200ミクロン、150ミクロン、100ミクロン、75ミクロン、50ミクロン、25ミクロン、及び20ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。一実施形態では、発光デバイスは、第2の領域又は画素によって受光される第1の光抽出機能部からの光束の割合と第1の領域又は画素によって受光される第2の光抽出機能部からの光束の割合が50%、40%、30%、20%、10%、及び5%からなる群から選択された1つ未満であるように、ディスプレイの第1の領域又は画素を照らするために配置された第1の光抽出機能部と、ディスプレイの第1の領域又は画素に隣接するディスプレイの第2の領域又は画素を照らするために配置された第2の光抽出機能部(第1の光抽出機能部に最も近く隣接する光抽出機能部である)とを備えるフィルムベースのライトガイドを備える。一実施形態では、非常に薄いフィルムベースのライトガイド(例えば25ミクロンのような)は、空間光変調器に密接して配置され、フィルムベースのライトガイドは、空間光変調器の各光変調画素の近傍に配置される実質的に1つの光抽出機能部を備える。この実施形態では、例えば、光抽出機能部の領域におけるライトガイド内の光の光軸の方向に平行な200ミクロンの横寸法のような大きい光抽出機能部(ライトガイドの厚さに対して)は、大きい照明面積にわたる一様な照明を難しいものにする可能性がある広い範囲の角度にわたってライトガイドの中を伝搬する光のかなり大部分を再誘導し及び抽出するであろう。一実施形態では、光放出領域におけるフィルムベースのライトガイドの平均厚さと光抽出機能部におけるライトガイド内を伝搬する光の光軸に平行な方向の光放出領域における光抽出機能部の平均横寸法との比は、2、4、6、8、10、15、20、40、60、80、及び1000からなる群から選択された1つよりも大きい。一実施形態では、光放出領域におけるフィルムベースのライトガイドの平均厚さと光抽出機能部におけるライトガイド内を伝搬する光の光軸に垂直な方向の光放出領域における光抽出機能部の平均横寸法又は光抽出機能部間のライトガイドの表面に垂直な方向の寸法との比は、2、4、6、8、10、15、20、40、60、80、及び1000からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、光放出領域におけるフィルムベースのライトガイドの平均厚さと光抽出機能部におけるライトガイドの中を伝搬する光の光軸に平行な方向の2つの隣接する光抽出機能部間の平均分離距離との比は、2、4、6、8、10、15、20、40、60、80、及び1000からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、光抽出機能部におけるライトガイドの中を伝搬する光の光軸に平行な方向の隣接する光抽出機能部間の平均分離距離と光抽出機能部におけるライトガイド内を伝搬する光の光軸に平行な方向の光放出領域における光抽出機能部の平均横寸法との比は、2、4、6、8、10、15、20、40、60、80、及び1000からなる群から選択された1つよりも大きい。
一実施形態では、第1の方向の光放出領域における光抽出機能部間の平均分離距離と第1の方向の画素のピッチ又はサブ画素のピッチとの比は、0.1対0.5、0.5対1、1対2、2対4、4対10、10対20、20対100、0.1対100、0.1対1、1対100、1対10、及び1対20からなる群から選択された範囲内である。別の実施形態では、第1の方向の光放出領域の光抽出機能部の平均横寸法と第1の方向の画素のピッチ又はサブ画素のピッチとの比は、0.1対0.5、0.5対1、1対2、2対4、4対10、10対20、20対100、0.1対100、0.1対1、1対100、1対10、及び1対20からなる群から選択された範囲内である。
一実施形態では、光抽出機能部は、実質的に方向性であり、角度のついた表面機能部、湾曲した表面機能部、粗い表面機能部、ランダムな表面機能部、非対称の表面機能部、スクライビングされた表面機能部、切断された表面機能部、平坦でない表面機能部、スタンプされた表面機能部、成形された表面機能部、圧縮成形された表面機能部、熱成形された表面機能部、ミルされた表面機能部、押出された混合物、ブレンドされた材料、材料の合金、対称又は非対称な形状にされた材料の複合材、レーザアブレートされた表面機能部、エンボス加工された表面機能部、被覆された表面機能部、射出成形された表面機能部、押出された表面機能部、及びライトガイドの体積の中に配置された上述の機能部のうちの1つからなる群から選択された1つ又は複数を備える。例えば、一実施形態では、方向性光抽出機能部は、入射光の一部をライトガイド内でライトガイドの表面法線から0度の方に実質的に誘導するライトガイドフィルム上のコーティングをUV硬化エンボス加工することによって形成された長さ100ミクロンの45度の角度のついた切子溝である。
光抽出領域、光抽出機能部、又は光放出領域は、ライトガイドの上側及び/又はより低い表面上に配置されてもよい。例えば、反射白色散乱ドットがライトガイドの1つの表面上に印刷されるときに、ライトガイドを抜けるドットからの光散乱の典型的にほとんどは、反対の表面を通して抜けるであろう。表面レリーフ光抽出機能部により、表面レリーフ光抽出機能部からの再誘導に起因して光のほとんどが出るライトガイドの側部は、機能部の形状に依存する。
さらなる実施形態では、光抽出機能部は、第1の方向に入射する光の一部を内部全反射を通して同一平面内で第2の方向に再誘導する溝、刻み目、湾曲した、又は角度のついた機能部である。別の実施形態では、光抽出機能部は、第1の角度で入射する光の第1の部分を第1の出力平面における臨界角よりも大きい第2の角度に再誘導し、第1の出力平面と直交する第2の出力平面における角度半値全幅強度を増加させる。さらなる実施形態では、光抽出機能部は、溝、刻み目、湾曲した又は角度のついた機能部を備える領域であり、分散された空隙、ビーズ、ミクロスフェア、実質的に球形のドメイン、又はランダムに形状設定されたドメインの集合体のような材料の実質的に対称な又は等方性の光散乱領域をさらに備え、平均散乱プロフィールは実質的に対称又は等方性である。さらなる実施形態では、光抽出機能部は、溝、刻み目、湾曲した又は角度のついた機能部を備える領域であり、分散された細長い空隙、引伸ばされたビーズ、非対称に形状設定された長円粒子、ファイバ、又は形状設定されたドメインの集合体のような材料の実質的に異方性の又は非対称の光散乱領域をさらに備え、平均散乱は、実質的に非対称の又は異方性のプロフィールである一実施形態では、光抽出機能部の双方向散乱分布関数(Bidirectional Scattering Distribution Function(BSDF)は、発光デバイスの所定の光出力プロフィール又は光再誘導要素への光入力プロフィールをもたらするために制御される。
一実施形態では、少なくとも1つの光抽出機能部は、フルオロフォア、蛍光体、蛍光色素、無機蛍光体、光バンドギャップ材料、量子ドット材料、蛍光タンパク質、融合タンパク質、特定の官能基へのタンパク質に付着されたフルオロフォア、量子ドットフルオロフォア、小分子フルオロフォア、芳香族フルオロフォア、共役フルオロフォア、及び蛍光色素シンチレータ、硫化カドミウムのような蛍光体、レアアースドープ蛍光体、及び他の公知の波長変換材料からなる群から選択された波長変換材料のアレイ、パターン、又は配置である。
一実施形態では、光抽出機能部は、鏡面反射材料、拡散反射材料、又はこれらの組合せの反射材料である。例えば、光抽出機能部は、或る角度に配置された(例えば溝上に被覆された)実質的に鏡面反射性のインクであってもよく、又はこれはメタクリレートベースのバインダ(白色塗料)中に二酸化チタン粒子を含むインクのような実質的に拡散反射性のインクであってもよい。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドから反射型ディスプレイの方に光を抽出するフィルムベースのライトガイドの1つ又は複数の表面上に印刷された又はインクジェット塗布された光散乱ドット又は形状を備えるフィルムベースのライトガイドを備える反射型ディスプレイである。代替的に、光抽出機能部は、二酸化チタン粒子をさらに備える小さい銀粒子(ミクロン又はサブミクロンの、球形又は非球形の、プレート状に形状設定された又は非プレート状に形状設定された、又はフレーク上に被覆される銀(又はアルミニウム))を伴うインクのような部分的拡散反射性インクであってもよい。別の実施形態では、拡散反射度は、デバイスの角度の出力、光出力の平行化度、及び領域から抽出された光の割合からなる群から選択された少なくとも1つを最適化するように制御される。
別の実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドのコア領域に光学的に結合される光抽出機能部をもつライトガイドを備える。例えば、一実施形態では、光抽出機能部は、ライトガイドのコア領域上に配置される光伝送接着剤領域のパターンによって空間的に及び光学的に結合された白色反射フィルムである。この実施形態では、接着剤領域間の空隙が、コア領域と空気との境界面に入射する光を内部全反射させ、接着剤が、入射光を白色反射フィルムに伝送し、該白色反射フィルムは、光を内部全反射条件外の角度に再誘導する。別の実施形態では、ライトガイドは、光をライトガイドから光抽出機能部又は光抽出機能部を備える二次ライトガイドに伝送する光伝送領域の空間的アレイを備える。例えば、一実施形態では、光伝送領域は、ライトガイド上に空間的に印刷された接着剤を備える。別の例では、光伝送領域は、光抽出機能部又は光抽出機能部をもつ別のライトガイドに光を伝送するために、ライトガイド表面及び光伝送領域における内部全反射のための空隙を提供するのに、フィルムから切断された穴を有する光伝送フィルムを備える。
一実施形態では、光抽出機能部は、フィルムベースのライトガイド材料又は層からの突出部である。別の実施形態では、光抽出機能部は、フィルムベースのライトガイド層内のくぼんだ領域である。一実施形態では、光抽出機能部は、該領域で光がライトガイドを出ることを可能にするくぼんだ領域である。別の実施形態では、光抽出領域は、反対の表面を通して光がライトガイドを抜けるように入射光の一部をフィルムベースのライトガイドの反対の表面の方に反射させるくぼんだ領域である。一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、第1の側部上の突出部、及び突出部又はライトガイドの1つ又は複数の領域と接触する状態で配置される空隙領域又はクラッド領域(低屈折率コーティング又は感圧接着剤のような)を備える。
別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、第1の突き出る領域を備える第1のライトガイド領域を備え、第1のライトガイド領域は、1つ又は複数の結合領域において第2のライトガイド領域に光学的に結合される。さらなる実施形態では、第2のライトガイド領域は、部分的に順応するが第1のライトガイド領域と第2のライトガイド領域との間に空隙領域が残るように第1の突き出る領域の形状に完全には順応しない、第1のくぼんだ領域を備える。例えば、一実施形態では、フィルムが隣接して配置され及び位置合わせされるときに、第1の及び第2の光学的に結合されたライトガイド領域によって形成された、内部全反射(フロントライト用途での反射型空間光変調器の方に光を反射させることのような)によってライトガイドの外に光を抽出することができる先端を切った領域が空隙領域を形成するように、第1のライトガイドは、先端を切った三角形の断面をもつ第1の突き出る領域を備え、第2のライトガイド領域は、くぼんだ三角形の断面をもつ第1のくぼんだ領域を備える。一実施形態では、第1の及び第2のライトガイド領域の結合領域は、光抽出機能部間を伝搬する光が第1のライトガイド領域と第2のライトガイド領域との間で伝搬することができるように、2つ以上の光抽出機能部の間に配置される。例えば、一実施形態では、第1のライトガイド領域は、突き出る機能部をもつシリコーン層であり、第2のライトガイド領域は、シリコーン層と接着剤又は屈折率整合接着剤との間の自然な接着が要求されないことに起因して光学的に結合され及び一緒に付着される、くぼんだ領域及びくぼんだ領域と突き出る領域との間の実質的に平坦な領域をもつシリコーン層である。別の実施形態では、第1のライトガイド領域及び第2のライトガイド領域は、熱及び/又は圧力を適用することによって光学的に結合されてもよい材料に形成される。
さらなる実施形態では、フィルムベースのライトガイドのくぼんだ領域は、これがライトガイドのための光抽出機能部として機能するようにフィルムベースのライトガイドと接着剤又は低屈折率材料との間の屈折率の差異が入射光の一部をライトガイド内の境界面で反射させ又は内部全反射させるようにくぼんだ領域内に接着剤又は低屈折率材料を含む。この実施形態では、接着剤又は低屈折率コーティングは、ライトガイドにおけるくぼんだ領域の体積の一部、ライトガイドにおけるくぼんだ機能部の1つ又は複数の表面、ライトガイドにおける突き出る機能部の1つ又は複数の表面、ライトガイドのくぼんだ領域の体積の実質的にすべて、及びライトガイドの1つ又は複数の平坦な領域からなる群から選択された領域のうちの1つ又は複数の中に又は上に配置されてもよい。
光抽出機能部のパターン又は配置は、サイズ、形状、ピッチ、場所、高さ、幅、深さ、形状、配向、x方向、y方向、又はz方向において変化してもよい。空間的輝度又は色均一性を達成するために配置を決定するのを支援するパターン及び公式又は方程式は、当該技術分野では公知のエッジ照射型バックライトである。一実施形態では、発光デバイスは、レンチキュラの下に配置される光抽出機能部を備えるフィルムベースのライトガイドを備え、光抽出機能部は、ライン機能部から抽出された光がレンチキュラレンズアレイ光再誘導要素からの再誘導後により低い角度FHWM強度を有し、且つ光抽出の均一性を支援するために線(dash)の長さが変化するように、レンチキュラの下に破線の形態で実質的に配置される。別の実施形態では、光抽出機能部の点線パターンは、x方向及びy方向に変化する(この場合、z方向は発光デバイスの光軸である)。同様に、二次元マイクロレンズアレイフィルム(最密又は規則的なアレイ)又はマイクロレンズの配置は、光再誘導要素として用いられてもよく、光抽出機能部は、x方向、y方向、又はこれらの組合せのサイズ、形状、又は位置が変化する可能性がある円形、長円形、若しくは他のパターン又は形状の規則的な配置、不規則な配置、又は他の配置を含んでもよい。
光抽出機能部の可視性
一実施形態では、少なくとも1つの光抽出領域は、ライトガイド内からの光によって領域が照らされないとき(デバイスがオフ状態である又はマルチライトガイドデバイスにおける特定のライトガイドが照らされないときのような)に観察者への低い可視性を有する光抽出機能部を備える。一実施形態では、ライトガイド領域、少なくとも1つの光抽出機能部、光放出領域、光抽出機能部、及び光抽出表面機能部又は光抽出機能部の集合体によって再誘導される光に対応する発光面の平方センチメートルの測定面積からなる群から選択された少なくとも1つの第1の測定角度における輝度は、黒色の光吸収面上におかれたときに10ルクス、50ルクス、75ルクス、100ルクス、200ルクス、300ルクス、400ルクス、500ルクス、750ルクス、及び1000ルクスからなる群から選択された1つのルクスの積分球からの拡散照度に露出されたときに0.5cd/m、1cd/m、5cd/m、10cd/m、50cd/m、及び100cd/mからなる群から選択された1つ未満である。光吸収面の例は、限定ではなしに、黒色ベロアクロス材料、黒色陽極酸化処理アルミニウム、5%未満の拡散反射率(鏡面反射成分(specular component)が含まれる)をもつ材料、Edmund Optics Inc.からの光吸収ブラックアウト材料、及び光トラップボックス(光吸収黒色ベロア又は他の壁をライニングする材料を伴うボックス)への窓を含む。一実施形態では、輝度に関する第1の測定角度は、0度、5度、8度、10度、20度、40度、0〜10度、0〜20度、0〜30度、及び0〜40度からなる群から選択された1つである。一実施形態では、少なくとも1つの光抽出機能部によって再誘導される光に対応する発光面の1cmの測定面積から放出された光の輝度は、Edmund Opticsからの光吸収ブラックアウト材料の上におかれたときに積分球からの200ルクスの拡散照度に露出されたときに100cd/m未満である。別の実施形態では、少なくとも1つの光抽出機能部によって再誘導される光に対応する発光面の1cmの測定面積から放出された光の輝度は、Edmund Optics Inc.からの光吸収ブラックアウト材料の上におかれたときに積分球からの200ルクスの拡散照度に露出されたときに50cd/m未満である。別の実施形態では、少なくとも1つの光抽出機能部又はすべての光抽出機能部の平均によって再誘導される光に対応する発光面の1cmの測定面積から放出された光の輝度は、Edmund Optics Inc.からの光吸収ブラックアウト材料の上におかれたときに積分球からの200ルクスの拡散照度に露出されたときに25cd/m未満である。一実施形態では、薄いライトガイドフィルムは、ライトガイドの薄さに起因してさらに離間される光抽出機能部又は光抽出表面機能部のためにより小さい機能部が用いられることを可能にする。一実施形態では、発光デバイスの光放出領域に対応する発光面に平行な平面内の光抽出表面機能部の平均最大寸法サイズは、3mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.080、0.050mm、0.040mm、0.025mm、及び0.010mmからなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、個々の光抽出表面機能部、領域、又は画素は、10センチメートル、20センチメートル、30センチメートル、40センチメートル、50センチメートル、100センチメートル、及び200センチメートルからなる群から選択された1つよりも大きい距離で観察したときに、デバイスがオン状態で光を放出するときに個々の画素として見分けることができず、且つ発光デバイスがオフ状態であるときに直ちに見分けることができない。この実施形態では、領域は、光を放出するように見える可能性があるが、個々の画素又はサブ画素は、互いから直ちに見分けることができない。別の実施形態では、発光デバイスの光放出領域の強度又は色は、空間的又は時間的ディザリング又はハーフトーン印刷によって制御される。一実施形態では、発光デバイスの外面上の光放出領域の平方センチメートル単位の光抽出領域の平均サイズは500ミクロン未満であり、色及び/又は輝度は、所定の領域内の光抽出領域の数を増加又は減少させることによって変化する。一実施形態では、光抽出領域又は光抽出機能部の輝度は、光源が光を放出しない状態で50ルクスの周囲照明の下で光抽出機能部を持つ側部又は光抽出機能部のない側部から表面の法線方向に見たときに1、5、10、20、及び50cd/mからなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、発光デバイスは、Edmund Optics Inc.からの光吸収ブラックアウト材料の前の200ルクスの散乱光で照らされるときに20cmの距離で0.5から1.5分角までの間の視力をもつ人が直ちに見分けることができない光放出領域、光抽出領域、及び光抽出機能部からなる群から選択された少なくとも1つを備える発光面をもつ標識である。
別の実施形態では、ライトガイド又はフィルムの光放出領域、表面、又は層における光抽出機能部を備える表面積の割合として定義される光抽出機能部のフィルファクタは、80%未満、70%未満、60%未満、50%未満、40%未満、30%未満、20%未満、及び10%未満からなる群から選択された1つである。フィルファクタは、ライトガイド又はフィルムの全発光平方センチメートル表面領域又は表面積領域(光を放出するライトガイドの平面内のすべての方向の領域によって境界付けられる)内で測定することができ、又はこれはライトガイドの光放出領域の平均であってもよい。フィルファクタは、発光デバイスがオン状態にある又はオフ状態にある(光を放出しない)ときに測定されてもよい。一実施形態では、オン状態において、光抽出機能部は、フィルムの光放出領域がブラックライト吸収面の前におかれ、且つフィルムが光入力カプラによってフィルムを通して誘導される光からの100cd/mの輝度を有するときに、8cmの距離で1分角の視力をもつ人によって見られる不連続部として見える。
別の実施形態では、発光デバイスは、光放出領域を備える発光面をもつ標識であり、デバイスが光を放出しないときに、デバイスがオンのときに20cmの距離で見える2つの隣接する光抽出機能部によって定められる角度は、0.001度、0.002度、0.004度、0.008度、0.010度、0.015度、0.0167度、0.02度、0.05度、0.08度、0.1度、0.16度、0.2度、0.3度、0.4度、0.5度、0.6度、0.7度、0.8度、1度、2度、及び5度からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、発光デバイスは、光放出領域を備える発光面をもつ標識であり、デバイスが光を放出しないときに、20cmの距離で2つの隣接する光抽出機能部(200ルクスの散乱光で照らされるときにデバイスがオフにされるときに容易に見ることができない)によって定められる角度は、0.3度、0.4度、0.5度、0.6度、0.7度、0.8度、1度、2度、及び5度からなる群から選択された1つ未満である。
さらなる実施形態では、発光デバイスの光抽出機能部は、周囲材料とは異なる屈折率をもつ材料の光散乱ドメインを備える。一実施形態では、光散乱ドメインは、光散乱ドメインを有する連続する領域内に、体積又は重量で50%、40%、30%、20%、10%、5%、3%、1%、0.5%、及び0.1%からなる群から選択された1つよりも少ない濃度を有する(インクジェット堆積された白色インク画素のような)。光散乱ドメインの濃度又は厚さは、x方向、y方向、又はz方向に変化してもよく、画素又は領域は、厚さを増加させるために重ね刷りされてもよい。別の実施形態では、光抽出機能部は、光抽出機能部と発光デバイスの少なくとも1つの出力面との間に配置された光吸収領域を有する。例えば、光抽出機能部は、ライトガイド上に堆積された二酸化チタンベースの白色インクジェット堆積画素とすることができ、光吸収インク(カーボンブラック粒子を含む黒色色素又はインクのような)は、白色画素から散乱される光の50%が光吸収インクを通して伝送されるように白色インク上に堆積される。この例では、光吸収インクが存在しなかった場合に白色インクから反射されることになる周辺光が75%(50%吸収インクを2回通過する)減少し、ライトガイドからの十分な光が白色画素の付近の領域において発光デバイスから放出される状態でドットの可視性が低減される。別の実施形態では、第1の光抽出機能部から放出された光の5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、及び70%からなる群から選択された少なくとも1つを吸収する低い光透過性の、光吸収材料が、光抽出機能部と発光デバイスの少なくとも1つの外面との間に配置される。
一実施形態では、ライトガイドの発光面に垂直、光抽出機能部でのライトガイド内の光の光軸に垂直、及び光抽出機能部でのライトガイドの中を伝搬する光の方向に垂直からなる群から選択された第1の方向の光抽出機能部でのライトガイド又はコア層の厚さを、ライトガイドの中を伝搬する光の方向に平行な又はライトガイド内の光の光軸に平行な第1の方向の1つ又は複数の光抽出機能部の長さで割ったものは、1、2、5、10、15、20、及び50からなる群から選択された1つよりも大きい。
一実施形態では、ライトガイドは、光抽出機能部を備えるライトガイドと光学的に接触する状態で配置されるコーティング又は層を備える。一実施形態では、例えば、UV硬化型メタクリレートベースのコーティングは、シリコーンベースのライトガイド上のコーティング上に光抽出機能部が形成されるように、プラズマ表面処理されたシリコーンベースのライトガイド上に被覆され、エンボス加工ドラムと接触するときに硬化される。種々のUV硬化型コーティングは、この実施形態で用いるのに適しており、屈折率、光透過特性、接着特性、及び散乱特性は、光学フィルム産業では公知である。
さらなる実施形態では、光抽出領域は、1つの側部だけから実質的に見えるように設計される。一実施形態では、光抽出機能部は、低光伝送領域とライトガイドとの間の発光デバイスの非視る側(non−viewing side)に配置される。例えば、一実施形態では、光抽出領域は、光吸収黒色インクが白色インク領域上に重ね刷りされた状態の、印刷された白色インク領域である。この実施形態では、白色インクは、反対の側部上で光をライトガイドの外に散乱させ、白色インクを通して伝送される光の大部分は黒色インクによって吸収される。別の実施形態では、光抽出領域は、ライトガイドの1つの側部上に表面レリーフパターンを備え、黒色PETフィルムのような低光伝送フィルムは、実質的に抽出領域の形状に切断され、光抽出領域に隣接して配置される。別の実施形態では、低光伝送領域は光抽出領域の形状に適合しない。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、光源、ライトガイド、光入力カプラを備え、白色インク領域の円形の形状にされたロゴパターン及びライトガイドにラミネートされるクラッド層に四角形の黒色PETフィルムがラミネートされる。この実施形態では、白色インクパターンは、黒色PETフィルムを備えるライトガイドの側部とは反対の側部から見ることができ、光源がオンにされるときに黒色PETフィルムを備える側部から実質的に見える。さらなる実施形態では、発光ディスプレイの輝度は、低光伝送フィルムを備えるライトガイドの側部から表面の法線方向に見たときに1、5、10、20、及び50cd/mからなる群から選択された1つ未満である。さらなる実施形態では、発光ディスプレイの輝度は、低光伝送フィルムを備えるライトガイドの側部から表面の法線方向に見たときに50、75、100、200、及び300cd/mからなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、低光伝送領域の輝度は、光源が光を放出しない状態で50ルクスの周囲照明の下で低光伝送フィルムを備えるライトガイドの側部から表面の法線方向に見たときに1、5、10、20、及び50cd/mからなる群から選択された1つ未満である。
別の実施形態では、光抽出機能部を備える光抽出領域は、2つの反対の方向から見える又は判読可能であるように設計される。例えば、一実施形態では、イメージ又はグラフィックベースの光抽出領域は、それが光学的に結合される又は隣接する窓のいずれかの側から見たときに視覚的に知覚でき且つ正しいように実質的に対称である。別の実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドの間の領域に配置される低光伝送領域と共に2つのライトガイドを備える。前の実施形態では、例えば黒色の又は不透明な背景が存在し、発光テキストがいずれかの側部から見える及び容易に判読できるように、黒色ポリエステルフィルム層は、可読テキストの形態の光抽出領域の後ろの領域においてライトガイドの間(及び2つのライトガイドのクラッド層の間)に配置されてもよい。一実施形態では、低光伝送領域は、発光デバイスで用いられる光源からの光を平行化し、ASTM D1003規格で規定された機器設定における全透過率を測定することによって測定された70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、及び5%からなる群から選択された1つ未満である発光デバイスによって放出された光の波長にわたる平均透過率を有する。
一実施形態では、光抽出機能部は、ライトガイドのコア又はクラッド領域に適用されるフィルム又はコンポーネント上の突き出た機能部である。一実施形態では、光抽出機能部は、クラッドにおける光のエバネッセント貫入深さが光抽出機能部の材料の中への光の第1の部分の減衰(又はTiO粒子のような散乱光抽出機能部の場合にはそこからの散乱)を可能にするようにコアとクラッドとの間の分離が減少されるように薄いクラッドの中に押し込まれるフィルムからの突出部である。一実施形態では、ライトガイドは、力が1平方インチあたり1、2、5、10、20、40、及び50ポンドからなる群から選択された1つよりも大きいときに光の第1の部分がライトガイドから減衰されるように、高屈折率のコア層と圧縮可能な薄い低屈折率材料とを備える。例えば、一実施形態では、TiO粒子を備える光散乱インクのパターンを備える光抽出フィルムは、ポリカーボネートコア層を備えるフィルムベースのライトガイド上の第1の厚さをもつ圧縮可能なフルオロポリマークラッドに物理的に結合される。ガラス板は、クラッド層の厚さが第2の厚さに減少し、ライトガイドからの光の第1の部分がクラッドを通した光散乱インクへの光のエバネッセント結合に起因してライトガイドから散乱されるように、光抽出フィルムをクラッド層上に圧縮する。
一実施形態では、光抽出機能部フィルムは、コア領域に接着され且つ光抽出機能部フィルムを定位置に保持し及び光放出領域を保護するためにスタンドオフ及び接着場所として機能する、突き出る光抽出機能部を備える。この実施形態では、空気クラッドは、コア層の表面に沿って光抽出機能部との間に配置される。例えば、一実施形態では、バックライトは、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの表面上にパターンで配置される光散乱インク及び感圧接着剤を含む100ミクロンの突出部を備える光抽出機能部フィルムを備える。光抽出機能部フィルムは、コア層にラミネートされ、光抽出機能部の接着剤突出部において付着される。この実施形態では、光抽出機能部フィルムは、組み立て、輸送、又は最終使用中に生じることがある引っかき傷又は粉塵/汚れの蓄積からコア層を保護する。
複数のライトガイド
一実施形態では、発光デバイスは、色順次ディスプレイ、局所的調光(dimming)バックライト、赤色ライトガイド、緑色ライトガイド、及び青色ライトガイド、アニメーション効果、異なる色の複数のメッセージ、NVIS及び昼光モードバックライト(例えば、NVIS用の1つのライトガイド、昼光用の1つのライトガイド)、並べられたライトガイド、又はバックライト、及びより小さい発光デバイスからなる大面積の発光デバイスからなる群から選択された少なくとも1つを提供するために1つよりも多いライトガイドを備える。別の実施形態では、発光デバイスは、互いに光学的に結合される複数のライトガイドを備える。別の実施形態では、少なくとも1つのライトガイド又はそのコンポーネントは、ライトガイドが触れることに起因して互いの中に実質的に光を直接結合しないように、ブロッキング防止機能部をもつ領域を備える。幾つかの実施形態では、ライトガイド表面の領域上の分離(及び空隙)を維持するためにブロッキング防止材料を用いることによってクラッドに対する必要性を低減させ又は軽減させることができる。別の実施形態では、発光デバイスは、結合ライトガイドの第1及び第2の群からの光をそれぞれ受けために配置される第1の及び第2の光放出領域を備え、結合ライトガイドの第1の群における屈曲又は折り畳みは、結合ライトガイドの第2の群における屈曲又は折り畳みから10〜30度、25度〜65度、70〜110度、115度〜155度、160度〜180度、及び5〜180度からなる群から選択された角度をなす。
別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、第1の光放出領域及び第2の光放出領域の中にそれぞれ光を結合するために配置される結合ライトガイドの第1及び第2の群を伴う2つの別個の光放出領域を有し、結合ライトガイドの第1及び第2の群は、単一の光源又は光源パッケージからの光を両方の光放出領域の中に結合するために配置される単一の光入力カプラをもたらするために、折り畳まれ又は屈曲される。さらなる実施形態では、2つの別個の光放出領域は、0.1ミリメートル、0.5ミリメートル、1ミリメートル、5ミリメートル、10ミリメートル、1センチメートル、5センチメートル、10センチメートル、50センチメートル、1メートル、5メートル、10メートル、結合ライトガイドの幅、折り畳み領域の幅、第1の光放出領域の表面積の大きさ、第2の光放出領域の表面積の大きさからなる群から選択された1つよりも大きい分離距離(SD)だけ分離される。
別の実施形態では、光源、光源のパッケージ、光源のアレイ、又は光源の配置からの光が1つよりも多いフィルムベースのライトガイドの中に誘導されるように、ライトガイド領域、光放出領域、光入力カプラ、光入力面、及び光入力縁からなる群から選択された少なくとも1つにおいて2つのフィルムベースのライトガイドが互いの上に配置される。
さらなる実施形態では、複数のライトガイドは、第1の光放出領域の近傍に互いに実質的に平行に配置され、ライトガイドは第1の色及び第2の色の光を放出する。色は、同じであってもよいし又は異なっていてもよく、加法的な色、加法的な輝度、白色光を放出するライトガイド、赤色光、緑色光、及び青色光を放出するライトガイド、若しくは他の色又は同じ、隣接する又は他の対応する光放出領域又は光抽出機能部の付近で光を放出するライトガイドの組合せを提供する。別の実施形態では、発光デバイスは、第1のライトガイド及び第2のライトガイドを備え、第2のライトガイドの領域は、発光デバイスの光軸に平行又はデバイスの発光面の法線に平行な方向に第1のライトガイドの下に配置され、第1の光ライトガイドからの少なくとも1つの結合ライトガイドは、第2のライトガイドからの少なくとも2つの結合ライトガイド間に交互配置される。さらなる実施形態では、第1のライトガイドフィルムからの結合ライトガイドは、第2のライトガイド領域の結合ライトガイドと交互配置される。例えば、1つの縁に沿って互いに平行に配向される結合ライトガイドストリップを伴う2つのフィルムベースのライトガイドは、一緒に折り畳まれて単一の光入力面を形成してもよく、光入力面を形成する光入力縁は、ライトガイド間で交互する。同様に、光入力縁1、2、及び3をもつ3つ以上のライトガイドは、光入力面に沿って1−2−3−1−2−3−123・・・パターンの交互の入力縁をもつ光入力面に折り畳むことを通じて集められてもよい。
別の実施形態では、発光デバイスは、第1のライトガイド及び第2のライトガイドを備え、第2のライトガイドの領域は、発光デバイスの光軸に平行又はデバイスの発光面の法線に平行な方向に第1のライトガイドの下に配置され、第1のライトガイドの中に光を結合するために配置される結合ライトガイドの第1の組は、第1の光入力面を形成し、光を第2のライトガイドの中に結合するために配置される結合ライトガイドの第2の組に隣接して配置される。ライトガイドの第1及び第2の組は、互いに隣接して配置された同じ光入力カプラ又は異なる光入力カプラであってもよく、それらは、同じ光源、光源の集合体、異なる光源、又は光源の異なる集合体からの光を受光するために配置されてもよい。
並べられたライトガイド
一実施形態では、発光デバイスは、第1の方向のライトガイドの直線アレイを備える。別の実施形態では、発光デバイスは、第1の方向のライトガイドの直線アレイ及び第1の方向と直交する第2の方向のライトガイドの直線アレイを備える。さらなる実施形態では、発光デバイスはライトガイドの長方形マトリクスを備える。並べられたライトガイドを備える発光デバイスでは、光入力カプラ、結合ライトガイド、又は光源は、並べられたライトガイドの周辺に沿って、てもよい、ライトガイドの側部に沿ったライトガイドの横方向縁の間に配置され、横方向縁の間の中央領域の方に後ろに折り畳まれ、又はライトガイド間の低い分離距離を可能にするためにライトガイドの下又は上に折り畳まれてもよい。
屈曲損失を減らするためにの複数のライトガイド
別の実施形態では、発光デバイスは、第1のライトガイド及び第2のライトガイドを備え、第2のライトガイドの第1の重なる領域は、発光デバイスの光軸に平行又はデバイスの発光面の法線に平行な方向に第1のライトガイドの下に配置され、第1のライトガイド及び第2のライトガイドの中にそれぞれ光を結合するために配置される結合ライトガイドの第1及び第2の組は、結合ライトガイドの第1及び第2の組の平均と同じ曲率半径及び第1の重なる領域における第1のライトガイド及び第2のライトガイドの全コア厚さに等しいコア厚さをもつ第1の及び第2の各結合ライトガイドの同じ入力寸法をカバーするライトガイドに光学的に結合される結合ライトガイドの組の全屈曲損失よりも小さい全屈曲損失を有する。
さらなる実施形態では、1つのライトガイドからの光出力が別のライトガイドの少なくとも1つの領域を通過するように多数のライトガイドがスタックされ、固定の屈曲損失(結合ライトガイドあたりの又は全損失)に対する曲率半径は、同じ光放出領域、同じ曲率半径、及び組み合わされたライトガイドの厚さをもつ単一のライトガイドの曲率半径よりも小さい。例えば、70%の屈曲損失のとき、第1の厚さの第1のライトガイドは、第1の曲率半径に制限される場合がある。それぞれ第1のライトガイドの半分の厚さをもつ第2の及び第3のライトガイドを用いることによって、第2の及び第3のライトガイドのそれぞれの曲率半径は、各ライトガイドの減少された厚さに起因してただ70%の屈曲損失を維持するには小さい可能性がある。一実施形態では、それぞれ同じ屈曲損失をもつより厚いライトガイドよりも小さい曲率半径をもつ複数の薄いライトガイドは、発光デバイスの体積及びフォームファクタを減少させる。異なるライトガイドからの結合ライトガイドの光入力面は、発光デバイスの異なる側部上で、同じ光入力カプラ内で、異なる光入力カプラ内で、互いの下で、互いの横で、第1の方向に互いに隣接して配置され、又は同じ又は異なる光源からの光を受光するために配置されてもよい。
結合ライトガイドによって接続される複数のライトガイド
一実施形態では、複数の結合ライトガイドによって2つ以上のライトガイドが光学的に一緒に結合される。一実施形態では、フィルムは、第1の連続するライトガイド領域と、第1の連続するライトガイド領域と第2の連続するライトガイド領域との間に配置された領域において切断されるストリップ状の区域とを備える。一実施形態では、ストリップが切断され、ストリップ(この実施形態では結合ライトガイド)が折り畳まれ及び重なるように第1の及び第2の連続するライトガイド領域が互いに対して平行移動される。結果として得られる第1の及び第2のライトガイド領域は、結合ライトガイドによって接続される携帯電話のためのキーパッド照明器及びLCDバックライトのような別個の領域であってもよい。第1の及び第2のライトガイド領域はまた、第1の及び第2のライトガイド領域が少なくとも部分的に重なるように両方とも1つ又は複数の領域においてフィルム表面の法線方向の光と交差してもよい。第1の及び第2のライトガイド領域は、少なくとも1つの光入力カプラを有してもよい。結合ライトガイドの使用を通じて第1の及び第2のライトガイド領域を一緒に結合することによって、第1のライトガイド領域の中に結合される入力カプラからの光は、第1のライトガイド領域の端に到達するときに失われず、外に結合されず、又は吸収されず、第2のライトガイド領域上にさらに伝搬してもよい。これは、ライトガイドが領域において重なるので、特定の領域に対してより多くの光抽出領域を可能にすることができる。一実施形態では、第1の及び第2のライトガイド領域の間の光を受光するために配置される少なくとも1つの領域は、第2のライトガイド領域に到達する光が異なる波長スペクトルプロフィールを備え、且つ第1のライトガイド抽出領域から抽出された第1の色とは異なる第2のライトガイド領域から第2の色を抽出することができるように、光吸収フィルタを備えてもよい。1つ、2つ、又は2つよりも多い発光色をもつ第1の入力カプラによって照らされる2つよりも多いライトガイド領域が用いられてもよく、別個の光入力カプラを伴う別個のライトガイド(又はライトガイド領域)が、第1の入力カプラによって照らされるライトガイド領域のうちの1つ又は複数の後ろに、間に、又は上に配置されてもよい。例えば、第1の光入力カプラは、LEDからの白色光を第1のライトガイド領域の中に誘導し、光抽出領域は、第1の白色イメージをもたらす光を抽出し、抽出されない光は、スペクトルの非赤色部分を実質的に吸収するライトガイド(赤色に色づいたインク縞のような)に光学的に結合される縞領域を有する反対の端部上の結合ライトガイドの中に通過する。この光は、第2のライトガイド領域の中にさらに伝搬し、そこで光の一部が赤色イメージにおける赤色光としてライトガイドの外に抽出される。同様に、複数のライトガイド領域から放出された光の複数の色をもたらするために減法的な色(subtractive colors)を含む他の色が用いられてもよく、光抽出領域は加法混色をもたらするために重なってもよい。2つ以上のライトガイド又はライトガイド領域は重なってもよく、ライトガイド内を伝搬する光の光軸は互いに対しておよそ90度である
画素化した色を提供するための複数のライトガイド
一実施形態では、発光デバイスは、2つの異なる光路を通してそれぞれ第1の光源及び第2の光源からの光を受光するために配置される第1のライトガイド及び第2のライトガイドを備え、第1の及び第2の光源は異なる色の光を放出し、第1の及び第2のライトガイドの光放出領域は、画素化した領域において発光デバイスの光出力平面を含む平面内で空間的に分離された(例えば、フィルムベースのライトガイドの厚さ方向に分離された)画素化した領域を備える。一実施形態では、第1及び第2の画素化した光放出領域の色は、サブ画素の組合せの加法的な色となるべき光放出領域の対角(又は直径)の2倍の距離での倍率(magnification)なしに、1分角の視力をもつ観察者によって知覚される。例えば、一実施形態では、ディスプレイの異なる空間領域における色は、赤色画素、緑色画素、及び青色画素を用いる液晶ディスプレイ及び一緒にグループ化される赤色LED、緑色LED、及び青色LEDを用いるLED標識と類似した異なる領域における異なる色を達成するために空間的に制御される。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、青色ライトガイドに光学的に結合される緑色光を放出するライトガイドに光学的に結合される赤色光を放出するライトガイドを備える。ライトガイドの種々の領域及びこの実施形態の光出力が以下で説明される。第1の発光デバイスの光放出領域では、青色ライトガイド及び緑色ライトガイドは、光抽出機能部を有さず、赤色ライトガイドは、第1の光放出領域が1つ又は複数の方向に赤色を放出する(例えば、空間光変調器の方に又は発光デバイスの外に赤色光を放出する)ように光抽出機能部を有する。第2の発光デバイスの光放出領域では、赤色ライトガイド及び緑色ライトガイドは光抽出機能部を有さず、青色ライトガイドは、第2の光放出領域が1つ又は複数の方向に青色光を放出するように光抽出機能部を有する。第3の発光デバイスの光放出領域では、青色ライトガイド及び赤色ライトガイドが光抽出機能部を有し、緑色ライトガイドは、第3の光放出領域が1つ又は複数の方向に紫色光を放出するように如何なる光抽出機能部も有さない。第4の発光デバイスの光放出領域では、青色、緑色、及び赤色ライトガイドは、第4の光放出領域が1つ又は複数の方向に白色光を放出するように光抽出機能部を有する。したがって、異なる色の光を放出する光放出領域をもたらするために複数のライトガイドを用いることによって、例えば、発光デバイス、ディスプレイ、又は標識は、同時に又は順次に異なる色を放出する異なる領域により多色とすることができる。別の実施形態では、光放出領域は、例えば、フルカラーグラフィック、イメージ、印、ロゴ、又は写真が再現されるように、複数のライトガイド上に適切なサイズ及び密度の光抽出機能部を備える。
第2のライトガイド上の隣接する第2の光抽出機能部に到達する第1のライトガイド光抽出機能部から抽出された光の割合は、例えば、第1の光抽出機能部と第2の光抽出機能部との間の光路の方向の光抽出機能部とクラッド面との間の第1のライトガイド内の距離、第1の光抽出機能部と第2の光抽出機能部との間の光の光路における光抽出機能部間の全分離、第1の光抽出機能部と第2の光抽出機能部との間の光路のクラッドにおける距離、第1のライトガイドの屈折率、クラッドの屈折率、クラッド面から第2の光抽出機能部までの光路の距離、第2のライトガイドの屈折率、及び第1のライトガイド光抽出機能部の方向性反射率(又は伝送)特性によって影響される。一実施形態では、第2のライトガイドにおける第2の画素領域と交差する第1の光画素領域から第1のライトガイドを出る光の割合は、30%、20%、10%、5%、及び1%からなる群から選択された1つ未満である。第2のライトガイド上の隣接する画素に到達する第1のライトガイドからの光の量は、ライトガイドの厚さ、厚さ方向の全分離、第1のライトガイドの屈折率、クラッドの屈折率、及び第1のライトガイド光抽出機能部の方向性反射率(又は伝送)特性によって影響される。ライトガイド内の臨界角に近い光は、臨界角よりも大きい角度でクラッド領域において厚さ方向により長い距離を伝搬するであろう。一実施形態では、クラッド領域の厚さは、50、25、10、5、3、2、及び1ミクロン(単数又は複数)からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、コア領域の厚さは、50、25、10、5、3、2、及び1ミクロン(単数又は複数)からなる群から選択された1つ未満である。第1のライトガイドと屈折率n2をもつクラッド領域との間の臨界角でライトガイド内を伝搬する屈折率n及び厚さtの第1のライトガイドの表面上の第1の光抽出機能部の縁から第1のライトガイドとクラッドとの間の境界面に到達する点までの光の横方向の分離xは、以下のとおりである。
Figure 2013525955
一実施形態では、第1のライトガイドにおける第1の画素と第2のライトガイドにおける第2の画素との間の横方向の分離は、xの50%、60%、70%、及び80%からなる群から選択された1つよりも大きく、且つxの150%、200%、250%、300%、400%、及び500%からなる群から選択された1つ未満である。例えば、一実施形態では、第1のライトガイド上の光抽出機能部は、厚さ50ミクロンである屈折率1.49のフィルムベースのライトガイドの裏側の第1の印刷された白色インクパターンである。屈折率1.33である25ミクロンのクラッド領域によって分離され且つ第1のライトガイドに光学的に結合される第2のライトガイド上の第2の印刷された白色インクパターンは、第1の印刷された白色領域から距離100ミクロンだけ横方向に(フィルム表面に平行な方向に)位置決めされる。この例では、xは99ミクロンであり、分離距離はxの101%である。
別の実施形態では、光抽出機能部は、入射光を非対称に再誘導する方向性光抽出機能部であり、第1のライトガイドにおける第1の画素と第2のライトガイドにおける第2の画素との間の横方向の分離は、xの20%、30%、40%、及び50%からなる群から選択された1つよりも大きく、且つxの100%、150%、200%、及び300%からなる群から選択された1つ未満である。
別の実施形態では、1つの画素に対するライトガイド内の光軸の方向の光抽出機能部の寸法は、該領域におけるライトガイドの平均厚さの200%、150%、100%、75%、及び50%からなる群から選択された1つ未満である。
さらなる実施形態では、輝度の少なくとも70%の輝度によって定義される角度内の角度の色変化、VESAフラットパネル・ディスプレイ測定規格バージョン2.0、2001年6月1日(付録201、頁249)で説明される場合の1976u’,v’均等色度図で測定した画素の0度でのΔu′v′が、分光計ベースのスポットカラーメータを用いて測定したときに0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満であるように、第1のライトガイド上の第1の画素は、第2のライトガイド上の第2の画素から横方向に第1の分離距離だけ分離される。
一実施形態では、発光デバイスは、光抽出機能部の第1の組を備える第1のライトガイド及び光抽出機能部の第2の組を備える第2のライトガイドを備える発光フロントライトを備える反射型ディスプレイであり、第1のライトガイドに平行な平面内の光抽出機能部の第1の組の領域と反射型ディスプレイの発光面の実質的に法線方向の第2のライトガイドに平行な平面内の光抽出機能部の第2の組の領域との間の重なり領域の割合は、80%、60%、40%、20%、10%、5%、及び2%からなる群から選択された1つ未満である。同様に、別の実施形態では、3つの異なるライトガイドにおける光抽出機能部の3つの組の間の重なり領域は、ライトガイドの各組合せに対する80%、60%、40%、20%、10%、5%、及び2%からなる群から選択された1つ未満である。例えば、一実施形態では、反射型ディスプレイは、反射型空間光変調器に近接して配置される第3のライトガイドからクラッド層によって分離される第2のライトガイドからクラッド層によって分離される、第2のライトガイドの視る側に第1のライトガイドを有するLEDから赤色、緑色、及び青色光をそれぞれ放出する第1、第2、及び第3のライトガイドを備える。この実施形態では、ディスプレイの法線方向に見たときの赤色光を放出するライトガイド及び緑色光を放出するライトガイドにおける光抽出機能部間の重なり領域は10%未満である。また、この実施形態では、ディスプレイの法線方向に見たときの赤色光を放出するライトガイド及び青色光を放出するライトガイドにおける光抽出機能部間の重なり領域は10%未満である。この実施形態では、赤色光を放出するライトガイドから反射型空間光変調器の方に誘導される赤色光は、より大きい割合の光抽出機能部領域が重なるライトガイド構成よりも、緑色ライトガイド又は青色ライトガイドにおける光抽出機能部から反射する可能性が低い。
コンポーネントの周りに折り畳まれるライトガイド
一実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、複数のライトガイド、結合ライトガイド、及び光入力カプラからなる群から選択された少なくとも1つは、発光デバイスのコンポーネント又は他のコンポーネントが視野から隠れる、別のコンポーネント又は光放出領域の後ろに位置付けられる、又は部分的に又は十分に包囲されるように屈曲され又は折り畳まれる。その周りにそれらが屈曲され又は折り畳まれてもよいこれらのコンポーネントは、光源、電子装置、ドライバ、回路基板、熱伝達要素、空間光変調器、ディスプレイ、ハウジング、ホルダ、若しくは折り畳まれ又は屈曲されたライトガイド又は他の領域又はコンポーネントの後ろに配置される他のコンポーネントのような発光デバイスのコンポーネントを含む。一実施形態では、反射型ディスプレイのためのバックライト又は透過型ディスプレイのためのバックライトは、ライトガイド、結合ライトガイド、及び光源を備え、ライトガイドの1つ又は複数の領域は折り畳まれ、光源は、ディスプレイの実質的に後ろに配置される。一実施形態では、光混合領域は折畳部を備え、光源及び/又は結合ライトガイドは、光放出領域とは反対のフィルムベースのライトガイドの側部上に実質的に配置される。一実施形態では、折り畳み角度は、1つの平面内で150度から210度までの間である。別の実施形態では、折り畳み角度は、1つの平面内で実質的に180度である。一実施形態では、折畳部は、フィルムベースのライトガイドの中を伝搬する光の光軸に平行な平面内で実質的に150及び210度である。一実施形態では、1つよりも多い入力カプラ又はコンポーネントは、ライトガイド、光混合領域、又は光放出領域の後ろに又は周りに折り畳まれる。この実施形態では、例えば、同じフィルムの光放出領域の対向する側部からの2つの光入力カプラは、互いに隣接して配置され又は共通の光源を使用し、ディスプレイの空間光変調器の後ろに折り畳まれてもよい。別の実施形態では、並べられた発光デバイスは、後ろに折り畳まれ、互いに隣接し、若しくは同じ又は異なる光源を用いて物理的に結合された、光入力カプラを備える。一実施形態では、光源又は光源の光放出領域は、光放出領域の縁及び視る側とは反対のライトガイドの側部上の光放出領域の法線によって境界付けられた体積内に配置される。別の実施形態では、光源、光入力カプラ、結合ライトガイド、又は光混合領域の領域のうちの少なくとも1つは、光放出領域の後ろ(視る側とは反対のライトガイドの側部上)又は光放出領域の縁及び視る側とは反対のライトガイドの側部上に配置される光放出領域の法線によって境界付けられた体積内に配置される。
光をリサイクルするためのライトガイドのカールされた縁
一実施形態では、ライトガイド縁領域は、縁の方に伝搬する光がカールに従い、ライトガイドの中に戻るように伝搬することになるように、自身の上に戻るようにカールされ及びライトガイドの領域に光学的に結合される。一実施形態では、光学的に一緒に結合され又は付着されるべき両方の表面からのライトガイドからクラッド領域が除去される。1つよりも多い縁は、光をライトガイドの中に戻るようにリサイクルするために自身の上に戻るようにカールされ又は屈曲されてもよい。
見当合わせ穴及びキャビティ
一実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、光入力カプラ、ハウジング、保持デバイス、及び複数の結合ライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つは、少なくとも1つの開口部又は孔を通過してもよい少なくとも1つのピン又は物体を収容するデバイスの別のコンポーネントと見当合わせするのに適した少なくとも1つの開口部又は孔を備える。別の実施形態では、光方向転換光学要素、結合ライトガイド、光再誘導光学要素、光結合光学要素、相対位置維持光学要素、回路基板、可撓性コネクタ、フィルムベースのタッチスクリーン、フィルムベースのライトガイド、及びディスプレイフィルム基板のうちの1つ又は複数は、見当合わせ開口部、孔、穴、又はキャビティを備える。
位置合わせガイド
別の実施形態では、光方向転換光学要素は、ガイドが結合ライトガイド入力面を結合ライトガイドのフィルム表面に垂直な方向、結合ライトガイドフィルム表面に平行な方向、光源の光軸に平行な方向、及び光源の光軸と直交する方向のうちの少なくとも1つの方向に位置合わせするべく誘導するように光方向転換光学要素に物理的に結合される位置合わせガイドを有する。一実施形態では、位置合わせガイドは、光方向転換光学要素、結合ライトガイド、光再誘導光学要素、光結合光学要素、相対位置維持光学要素、回路基板、光源、光源ハウジング、光学要素ホルダ又はハウジング、入力カプラハウジング、位置合わせ機構、光源のためのヒートシンク、可撓性コネクタ、フィルムベースのタッチスクリーン、フィルムベースのライトガイド、及びディスプレイフィルム基板のうちの1つ又は複数に物理的に結合される。一実施形態では、位置合わせガイドは、結合ライトガイドのスタック(又は光学要素)を所定の方向にガイドするために配置される結合ライトガイドのスタックされたアレイの曲げ弾性率の2倍、3倍、4倍、及び5倍のうちの1つの曲げ弾性率をもつ金属又はプラスチックバー又はロッドのような位置合わせアームを備える。位置合わせガイドは、鋭い縁を通して結合ライトガイドを引っかく又は損傷させることなくガイド機能を支援するために1つ又は複数の湾曲した領域を有してもよい。別の実施形態では、位置合わせガイドは、結合ライトガイドの位置を一時的に又は恒久的に維持するために1つ又は複数の結合ライトガイドに対して力をかけることができる片持ちばねである。別の実施形態では、位置合わせガイドは、光源又は光入力カプラに対する結合ライトガイドの相対位置を実質的に維持する付加的な恒久的な相対位置決め方法が採用される(機械的にクランプすること、接着剤、エポキシ、又は光学接着剤を用いて接着すること、結合ライトガイドの周りにハウジングを形成すること、又は結合ライトガイドをハウジングの中に挿入することのような)ときに、光入力面の付近の結合ライトガイドの相対位置を維持する。別の実施形態では、クラッド層(低屈折率接着剤のような)は、位置合わせガイドが結合ライトガイドのアレイに熱的に結合されるときに位置合わせガイドによってより少ない光が吸収されるように、頂面、底面、横方向縁、及び結合ライトガイドのアレイの光入力面のうちの1つ又は複数の上に配置される。
位置合わせガイド内の位置合わせキャビティ
一実施形態では、位置合わせガイドは、光源からの光を受光するべくそれらの光入力縁を位置合わせするために結合ライトガイドのスタックされたアレイがその中に配置されてもよい、機械的カプラ内のキャビティを備える。一実施形態では、位置合わせガイドは、結合ライトガイドを一次元に位置合わせし、それらを正しい横方向位置に保持するのを支援するべく結合ライトガイドに垂直方向の力を適用するために、延長されたアーム又はロッドをもつ熱伝達要素と、それらが光源からの光を受光するために位置合わせされるように結合ライトガイドの入力面がその中に位置付けられ(placed)てもよいキャビティとを備える。別の実施形態では、位置合わせガイドは、延長されたアーム(力をかけるために片持ちばねとして機能する)をもつ熱伝達要素と、それらの光入力面の付近の結合ライトガイドのスタックされたアレイの断面のそれぞれ垂直及び幅寸法と少なくとも同じだけ大きい断面垂直及び幅寸法をもつキャビティを備える。
熱伝導性位置合わせガイド
別の実施形態では、位置合わせガイドは、光源のためのヒートシンクに熱的に及び物理的に結合される。例えば、位置合わせガイドは、それらがキャビティ内に保持されるように結合ライトガイドを受け入れるために位置合わせキャビティ開口部が配置された状態で光源の周りに配置され及びこれに熱的に結合される、アルミニウムヒートシンクを備えてもよい。この実施形態では、アルミニウムヒートシンクは、位置合わせ機能を果たし、且つまた光源からの熱負荷を減らす。別の実施形態では、位置合わせガイドは、光源から受け取った結合ライトガイドからの熱を位置合わせガイドが除去するように結合ライトガイドに熱的に結合される熱伝導性材料(金属、アルミニウム、銅、熱伝導性ポリマー、又は熱伝導性材料を含む化合物のような)の中に位置合わせキャビティを備える。ハイパワーLEDを用いるときに、例えば、光源からの熱は、結合ライトガイドを潜在的に損傷する又はこれに伴う問題を引き起こす可能性がある(軟化、熱的又は光学的劣化など)。結合ライトガイドから熱を除去することによって、この効果は、低減され又はなくされる。一実施形態では、位置合わせガイドは、物理的接触によって若しくは熱伝導性接着剤又はグリースのような中間熱伝導性材料の使用を通じて1つ又は複数の結合ライトガイドに熱的に結合される。
他のコンポーネント
一実施形態では、発光デバイスは、電源、バッテリ(低プロフィール又は低体積のデバイスのために位置合わせされてもよい)、熱伝達要素(ヒートシンク、ヒートパイプ、又はスタンプされた金属薄板ヒートシンクのような)、ライトガイドの少なくとも1つの側部に平行に延びるように押出され及び位置合わせされるフレーム、ハウジング、ヒートシンク、熱伝達要素又はヒートシンクに沿った複数の折り畳み又は保持モジュール、発光デバイスの外部の表面に熱を熱的に結合するために露出される熱伝達要素、及び電力を提供することができる太陽電池、通信電子装置(光源、色出力、入力情報、リモート通信、Wi−Fi制御、ブルートゥース制御、無線インターネット制御などを制御するのに必要とされるような)、発光デバイスを鉄又は適切な金属の表面に一時的に取り付けるための磁石、動きセンサ、近接センサ、前方及び後方に配向される動きセンサ、光学フィードバックセンサ(検出器としてリバースで採用されるフォトダイオード又はLEDを含む)、スイッチ、ダイヤル、キーパッド(オン/オフ、輝度、色、色温度、プリセット(色、輝度、色温度などのため)、無線制御のような機能のための)のような制御機構、外部的にトリガされるスイッチ(例えばドア閉スイッチ)、同期スイッチ、及び外部光がライトガイド又はライトガイド領域に到達するのをブロックする又は発光デバイスの領域から放出された光が観察者によって見られるのをブロックする光ブロック要素からなる群から選択された少なくとも1つを備える。
一実施形態では、発光デバイスは、それぞれ第1の及び第2の光入力カプラの中に光を結合するために配置される第1の及び第2の光源を備える光源の第1の組を備え、且つそれぞれ第1の及び第2の光入力カプラの中に光を結合するために配置される第3の及び第4の光源を備える光源の第2の組をさらに備え、メタルコアプリント回路板、アルミニウムコンポーネント、銅コンポーネント、金属合金コンポーネント、熱伝達要素、又は他の熱伝導性要素からなる群から選択された1つによって、光源の第1の組が互いに熱的に結合され、光源の第2の組が互いに熱的に結合される。さらなる実施形態では、第1及び光源の第2の組は、空隙、若しくは金属、セラミック、又は熱伝導性コンポーネントを実質的に含まないポリマーのような実質的に断熱性の材料によって光源の近傍の領域において光源(又はPCBのような光源のための基板)を分離することで実質的に断熱される。別の実施形態では、第1の光源と第3の光源は、第1の及び第2の光源よりも互いにより近くに配置され、第1の光源だけが光を放出するときに第1の光源から第3の光源に到達するよりも多くの熱が第2の光源に到達する。2つよりも多い結合ライトガイドの中に光を結合するために配置される2つよりも多い光源が、熱伝達要素によって一緒に熱的に結合されてもよく、且つ空隙又は断熱材によって2つよりも多い光源の第2の組から分離されてもよい。
別の実施形態では、発光デバイスは、光を放出し、且つまたライトガイド内の光の変化を検出し、タッチスクリーン機能を提供する、フィルムライトガイドを備える。一実施形態では、フィルムライトガイドは、バックライト又はフロントライト及び光の強さ(触れた場所で指に光を結合することによって光が減衰され及び吸収されることに起因するより低い光レベルのような)の変化を検出するために配置される少なくとも1つの結合ライトガイドを提供するべく、光源からの光を受光し、及び光をライトガイドの中に誘導するために配置される結合ライトガイドを備える。光の強さを検出する1つよりも多いライトガイドが用いられてもよい。光学ライトガイドベースのタッチスクリーンのための他の構成が当該技術分野では公知であり、幾つかの実施形態と併せて用いられてもよい。
別の実施形態では、タッチスクリーンは、少なくとも2つのフィルムライトガイドを備える。別の実施形態では、タッチスクリーンデバイスは、フィルムライトガイドからの光を検出器の中に結合するためにリバースで用いられる光入力カプラを備える。別の実施形態では、発光デバイス又はタッチスクリーンは、第1のフィルム又は第1のライトガイドが押される又は圧力が適用されるときに第1のフィルムが第2のフィルム又は第2のライトガイドと十分に光学的に接触する状態に動かされるという点で圧力に敏感であり、第1のライトガイド又は第1のライトガイドからの光のうちの少なくとも1つは、第2のフィルム又は第2のライトガイドの中に結合され、第2のフィルム又は第2のライトガイドからの光は第1のフィルム又は第1のライトガイドの中に結合され、又は光は各ライトガイド又はフィルムから他のものの中に結合される。
結合ライトガイドに結合される熱伝達要素
別の実施形態では、熱伝達要素は、クラッド領域、ライトガイド領域、ライトガイド、結合ライトガイド、結合ライトガイドのスタック又は構成、結合ライトガイドにおける折り畳まれた領域の組合せ、入力カプラ、窓、又は光入力カプラのハウジングコンポーネント、又はハウジングに熱的に結合される。別の実施形態では、熱伝達要素は、ライトガイドの方に熱を放出するハイパワーLED又は他の光源がポリマーへの熱損傷が低減した状態で用いられてもよいように該領域においてポリマーベースのライトガイドフィルムから遠ざかる方に熱を引き出するために結合ライトガイド又は結合ライトガイドの折り畳まれた領域に熱的に結合される。別の実施形態では、熱伝達要素は、光入力カプラのクラッド領域又は結合ライトガイドの折り畳まれた領域に物理的に及び熱的に結合される。熱伝達要素はまた、黒色である又はかなりの量の光(例えば50%未満の拡散反射スペクトル成分を含む)を吸収する熱伝達要素を用いることによって1つ又は複数のクラッド領域において光を吸収するのに役立つ場合がある。別の実施形態では、上側結合ライトガイドの頂面及び底部結合ライトガイドの底面は、結合ライトガイドの領域又は光入力縁の付近の結合ライトガイドの折り畳まれた領域においてクラッド領域を備える。結合ライトガイド又は折り畳まれた領域の間のクラッドを除去すること(若しくは適用又は配置しないこと)によって、光源から結合ライトガイド又は折り畳まれた領域の中により多くの光を結合することができる。外側クラッド層又は領域は、他の要素又はハウジングとの接触からの光の吸収を防ぐために外面上に配置されてもよく、又はこれは、例えば、クラッド領域を熱伝達要素に物理的及び熱的に結合してコア領域からの光を吸収する(及び潜在的にコア領域内で光を吸収する)ことなく熱を外に結合するために頂面又は底面上に採用されてもよい。
一実施形態では、発光デバイスは、少なくとも1つの光源からの熱を受けために配置される熱伝達要素を備え、熱伝達要素は、10ミリメートル、5ミリメートル、4ミリメートル、3ミリメートル、2ミリメートル、1ミリメートル、及び0.5ミリメートルからなる群から選択された1つ未満である発光デバイス発光面にすべて垂直な方向の全厚さ、平均全厚さ、及び平均厚さからなる群から選択された少なくとも1つを有する。一実施形態では、熱伝達要素は、発光デバイスの発光面とはライトガイドの反対の側部上に配置される金属シート又は金属板を備える。さらなる実施形態では、低熱伝導率コンポーネントは、熱伝達要素とライトガイドとの間に配置される。別の実施形態では、低熱伝導率コンポーネントは、296ケルビンの温度で0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、及び0.05W・m−1・K−1からなる群から選択された1つ未満である熱伝導率kを有する。さらなる実施形態では、低熱伝導率コンポーネントは、白色反射ポリエステルベースのフィルム(又はPTFEベースのフィルム)である。さらなる実施形態では、発光デバイスは、熱伝達要素に物理的に結合された低熱伝導率コンポーネントを備え、発光デバイスは、低屈折率材料、クラッド領域、及び低熱伝導率コンポーネントとライトガイドとの間に配置された空隙を伴う領域からなる群から選択された少なくとも1つをさらに備える。
さらなる実施形態では、熱伝達要素は、第1の方向と直交するいずれかの相互に直交する方向の寸法の少なくとも2倍長い第1の方向の寸法をもつ細長いコンポーネントであり、熱伝達要素の一部は、少なくとも1つの光入力カプラの屈曲領域内に配置される。別の実施形態では、発光デバイスは、光入力カプラを備え、光入力カプラ内のすべての結合ライトガイドを備える最小の長方形直方体の一部は、熱伝達要素を備える。別の実施形態では、発光デバイスは、光入力カプラを備え、光入力カプラ内のすべての結合ライトガイドを備える最小の長方形直方体の一部は、ヒートパイプからのパイプ、細長いヒートシンク、フィン、熱伝達要素の内部のロッド、及び金属フレームをもつ金属熱伝達要素からなる群から選択された細長い熱伝達要素を備える。
別の実施形態では、熱伝達要素は、増加した剛性、サスペンション又はマウンティングのためのフレームサポート、偶発的接触からの保護、及び平らな又は予め画定された平坦でない表面のためのフレームサポートからなる群から選択された少なくとも1つを提供する少なくとも1つの金属フレームコンポーネント又は細長い金属コンポーネントを備える。さらなる実施形態では、熱伝達要素は、互いに関して或る角度で配向される少なくとも2つの領域又は表面、若しくはそれを通して空気が流れてもよいチャネルの少なくとも一部を形成する体積を通る開口部を備える。一実施形態では、発光デバイスは、それを通して空気が流れ、発熱源(光源又はプロセッサのような)からの能動的又は受動的空気対流によって熱を離れたところに対流させる、熱要素の少なくとも1つの表面によって形成された複数の空気チャネルを備える。一実施形態では、発光デバイスは、それを通して空気が流れ、それを通して熱が対流する(自然に又は強制空気)、デバイスの垂直方向に配向される側部に沿って複数の空気チャネルを備える。別の実施形態では、熱伝達要素は、296ケルビンの温度で0.5、0.7、1、2、5、10、50、100、200、300、400、800、及び1000W・m−1・K−1からなる群から選択された1つよりも大きい熱伝導率を有する。
他の光学フィルム
別の実施形態では、発光デバイスは、第1の範囲の角度、波長範囲、及び偏光範囲で入射する光を第1の角度とは異なる第2の範囲の角度に再誘導する光再誘導光学フィルム、要素、又は領域をさらに備える。
光再誘導光学要素
一実施形態では、光再誘導光学要素は、光放出領域の少なくとも1つの領域と発光デバイスの外面(光再誘導光学要素の表面であってもよい)との間に配置される。さらなる実施形態では、光再誘導光学要素は、発光デバイスの光放出領域の形状に実質的に適合するように形状設定され又は構成される。例えば、発光標識は、印の形状の光放出領域を包囲する実質的に透明なライトガイドフィルムを備えてもよく、ライトガイドフィルムは、印の領域における光抽出機能部を備え、光放出領域の形状に切断される光再誘導光学要素(実質的に半球形の光平行化表面機能部をもつフィルムのような)は、ライトガイドフィルムの光放出領域と発光デバイスの発光面との間に配置される。別の実施形態では、発光標識は、フィルムベースのライトガイドと、ライトガイドからの光を受光するために配置されるレンチキュラ又はマイクロレンズから形成されたレンズアレイを備える光再誘導光学要素(一体のイメージ又は3D一体のディスプレイ又は写真に用いられる実質的に半球形のレンズのような)とを備え、レンズアレイは、標識が立体イメージ又は印を表示するようにライトガイドからの光を2つ以上の角度的に分離された(angularly separated)イメージに分離させる。ライトガイドフィルムに平行な平面内のレンズアレイフィルム又はコンポーネントの形状は、標識が全光放出領域又は光放出領域の1つ又は複数のサブ領域において角度的に分離された情報を放出するように、光放出領域又は光放出領域の1つ又は複数のサブ領域の形状と実質的に共形(conformal)であってもよい。例えば、標識は、第1の二次元テキスト領域及び立体イメージをもつ第2の領域を有してもよい。
一実施形態では、光再誘導光学フィルム、要素、又は領域は、屈折、プリズム、内部全反射型、鏡面反射要素又はコーティング、拡散反射要素又はコーティング、反射回折光学要素、透過型回折光学要素、反射ホログラフィック光学要素、透過型ホログラフィック光学要素、反射光散乱、透過型光散乱、光拡散、多層反射防止コーティング、モスアイ又は実質的に円錐形の表面構造型反射防止コーティング、巨大な複屈折光学多層反射、鏡面反射偏光子、拡散反射偏光子、コレステリック偏光子、導波モード共鳴反射偏光子、吸収偏光子、透過型異方性散乱(表面又は体積)、反射異方性散乱(表面又は体積)、実質的に対称な又は等方性の散乱、複屈折、光学リタデーション、波長変換、平行化、光再誘導、空間的フィルタリング、角度の依存散乱、電気光学(PDLC、液晶など)、エレクトロウエッティング、電気泳動、波長範囲吸収フィルタ、波長範囲反射フィルタ、ナノ構造化された機能部表面、光管理コンポーネント、プリズム構造化された表面コンポーネント、及び上述のフィルム又はコンポーネントのうちの2つ以上のハイブリッドからなる群から選択された少なくとも1つの表面又は体積機能部を備える。
プリズム構造化された表面をもつ光再誘導光学フィルムの幾つかの例は、Vikuiti(商標)Brightness Enhancement Film(輝度増強フィルム)(BEF I、BEF II、BEF III、BEF III90/505T、BEF III90/50 M、BEF III90/50 M2、BEF III90/507T、BEF III90/5010T、BEF III90/50 AS)、Vikuiti(商標)Transparent Right Angle Film(透明直角フィルム)(TRAF)、Vikuiti(商標)Optical Lighting Film(光学照明フィルム)(OLF又はSOLF)、IDF II、TRAF II、又は3M(商標)Diamond Grade(商標)シートを含んでもよいがこれらに限定されず、このすべては3M Company、St.Paul、Minnから入手可能である。光管理コンポーネント構成の他の例は、米国特許第5,394,255号及び第5,552,907号(共にYokota他)で説明された丸みをつけられたピーク/谷フィルム、Mitsubishi Rayon Co., Ltdからの逆プリズムフィルム(Reverse Prism film)、又は米国特許第6,746,130号、第6,151,169号、第5,126,882号、及び第6,545,827号で開示されたような他の内部全反射ベースのプリズムフィルム、レンチキュラレンズアレイフィルム、マイクロレンズアレイフィルム、ディフューザフィルム、マイクロ構造BEF、ナノ構造BEF、Rowland TechnologiesからのRowluxマイクロレンズフィルム、米国特許第7,160,017号で開示されたような集光器の配置をもつフィルム、及び上述のフィルムのうちの1つ又は複数のハイブリッドを含んでもよい。
別の実施形態では、発光デバイスは、角度選択された(angularly selected)光吸収フィルム、要素、又は領域をさらに備える。角度選択された光吸収フィルムは、第1の入射角範囲内の光を実質的に伝送し、且つ第2の入射角範囲内の光を実質的に吸収してもよい。これらのフィルムは、グレア光を減らし、特定の角度での望ましくない光を吸収することができる(迷光又は望ましくない光がコックピット又はフロントガラスの一部分を照らして迷反射を引き起こすことがある軍事利用で望まれるような。第1の角度での多層化された材料のスカイビング仕上げによって製造されるようなルーバーフィルムは、ディスプレイ産業では公知であり、3M Companyによる3M(商標)Privacy film(プライバシーフィルム)のようなルーバーフィルム、及び米国特許第7,467,873号、第3,524,789号、第4,788,094号、及び第5,254,388号で開示されたような他の角度の吸収又は再誘導フィルムを含む。
光反射フィルム
別の実施形態では、発光デバイスは、光反射フィルムと発光デバイスの発光面との間に配置されるライトガイドを備える。一実施形態では、光反射フィルムは光反射光学要素である。例えば、光放出領域の少なくとも同じサイズ及び形状の白色反射ポリエステルフィルムが、発光デバイスの発光面としてライトガイドの反対の側部上に配置されてもよく、又は光反射領域は、光放出領域の1つ又はすべてのサイズ及び形状に適合してもよく、又は光反射領域は、光放出領域よりも小さい領域を占めるサイズ又は形状であってもよい。光反射フィルム又はコンポーネントは、光放出領域と実質的に同じ形状であり、又は光抽出機能部を備える領域は、受光した光の一部を発光面の方に反射させることによって20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、及び110%からなる群から選択された少なくとも1つの割合だけ発光デバイスの発光面上の領域における平均輝度を増加させながら、光放出領域又は光抽出機能部を備える領域を包囲する又はこの間の領域における発光デバイスの透明性を維持してもよい。
角度ブロードニング要素
さらなる実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドからの光の角度FWHMを平行化する又は減少させるために配置される光再誘導要素と、空間光変調器と、空間光変調器を出る光の角度FWHMを増加させるために空間光変調器の視る側に配置される角度ブロードニング要素(ディフューザ又は光再誘導要素のような)とを備える。例えば、光は、空間光変調器の画素又はサブ画素を通過するように又はこの上に平行化されてもよく、光は、次いで、デバイスの観察角度を増加させるために角度ブロードニングされてもよい(角度FWHMを増加させる)。さらなる実施形態では、角度ブロードニング要素は、空間光変調器のコンポーネント内に又は上に配置される。例えば、液晶層によって空間的に変調された後で平行化された又は部分的に平行化された光をブロードニングするために、外側ガラスと液晶ディスプレイにおける偏光子との間にディフューザが配置されてもよい。さらなる実施形態では、発光デバイスは、コントラストを改善するべく発光面上に入射する周辺光の第1の部分を吸収するために、光吸収フィルム、円形偏光子、マイクロレンズ型投写スクリーン、又は他の背面投写型スクリーンをさらに備えてもよい。
クラッドからの光の抽出
一実施形態では、クラッド領域は、ライトガイドのコア領域上に配置され又は光学的に結合され、クラッド領域から光を抽出するライトガイドとは反対の第1のクラッド領域の側部上でクラッド領域に作動的に結合される、光抽出領域を備える。光抽出領域をクラッド領域に又は光抽出機能部を領域に作動的に結合することは、光抽出領域上に入射するクラッド領域内を伝搬する光の一部がクラッド領域を出る又は臨界角よりも小さい角度に再誘導されることになり、クラッド領域、コア領域、結合ライトガイド、ライトガイド、又は内部全反射によってそれを通して伝搬する他の領域内には残らないように、限定ではなしに、クラッド領域の表面上又はクラッド領域の体積内で材料を加えること、除去すること、又は変化させること、クラッド領域の表面上又はクラッド領域の体積内に材料を配置すること、クラッド領域の表面上又はクラッド領域の体積内に材料を塗布すること、クラッド領域の表面上又はクラッド領域の体積内に材料を印刷又は塗装すること、クラッド領域の表面から又はクラッド領域の体積から材料を除去すること、クラッド領域の表面又はクラッド領域の体積内の領域を改質すること、クラッド領域の表面又はクラッド領域の体積内の領域をスタンピング又はエンボス加工すること、クラッド領域の表面又はクラッド領域の体積内の領域を引っかく、サンディングする、アブレートする、又はスクライビングすること、クラッド領域の表面上又はクラッド領域の体積内に光抽出領域を形成すること、クラッド領域の表面上又はクラッド領域の体積内に材料をボンディングすること、クラッド領域の表面又はクラッド領域の体積内に材料を接着すること、クラッド領域の表面又はクラッド領域の体積に光抽出領域を光学的に結合すること、光抽出領域とクラッド領域との間に配置される中間面、層又は材料によってクラッド領域に光抽出領域を光学的に結合する又は物理的に結合することを含む
一実施形態では、クラッド領域から光を抽出することによって、ディスプレイの光放出領域におけるクラッド領域又はクラッド領域に光学的に結合される領域と接触する状態にある他の層又は物体(指又は粉塵のような)は、クラッドから光を減衰させ又は抽出して低減した輝度コントラスト又は乏しいディスプレイ又は標識可視性をもたらさない。一実施形態では、クラッドからの光を吸収する、若しくはクラッド内又はクラッドの外面(コア領域とは反対の表面)上で直接又はクラッドの外面に光学的に結合されるフィルム又は領域内又はこの外面上で間接的に光を散乱させることによって、クラッドから光が抽出される。クラッドから光を抽出する散乱法は、入射光の一部を、クラッド領域又はコア領域とは反対のクラッド領域に光学的に結合される領域内で内部全反射しない角度に再誘導されるように散乱させる。例えば、一実施形態では、クラッド領域の外面は、粗面にされ、又はクラッドの中を伝搬する光を抽出する表面レリーフ機能部を備える。別の実施形態では、層又は領域は、光抽出領域を備えるクラッド領域に光学的に結合される。例えば、一実施形態では、黒色PETフィルムは、領域においてクラッドとして機能する感圧接着剤を用いてライトガイドのコア領域に光学的に結合される。一実施形態では、内部全反射境界面から第1の角度で結合ライトガイドの中を伝搬する光は、結合ライトガイドにおける折畳部の後でより大きい角度で伝搬し、光抽出領域によって第1のクラッド領域から抽出される。
光吸収又は散乱領域又は層
一実施形態では、フィルムの1つ又は複数の表面上又は体積内のクラッド、接着剤、ライトガイド又はライトガイド領域と発光デバイスの外側発光面との間に配置された層、パターン形成された領域、印刷された領域、及び押出された領域からなる群から選択された少なくとも1つは、第1の所定の波長範囲内の光の第1の部分を吸収する光吸収材料を含む。一実施形態では、光吸収領域は、光混合領域においてライトガイドのコア層上のクラッド層に接着剤を用いて光学的に結合される黒色PETフィルムのようなクラッド層上に被覆された黒色又は光吸収インク若しくは光吸収材料である。
一実施形態では、光吸収領域又は層は、結合ライトガイド領域、光混合領域、及び光放出領域からなる群から選択された1つ又は複数の領域上でクラッド領域に光学的に結合される。この実施形態では、光吸収領域は、それに光学的に結合されるクラッド内の光の第1の部分を吸収することができる。一実施形態では、吸収された光の第1の部分は、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きい。一実施形態では、クラッドの中を伝搬する光は、光吸収領域によって実質的に吸収される。一実施形態では、光吸収領域は、光が第1のクラッド領域から抽出され又は光を第1のクラッド領域、ライトガイドの反対の表面の第2のクラッド領域、又はライトガイドのコア領域に関する臨界角よりも小さい角度で反射させるように、第1のクラッド領域内を伝搬する光の一部を或る角度に散乱させる光散乱材料をさらに備える。一実施形態では、光吸収領域は、光の小さい部分を吸収し、それが吸収するよりも大きい光の部分を実質的に反射により散乱させる白色インク又は材料を含む。別の実施形態では、光散乱領域又は層は、結合ライトガイド領域、光混合領域、及び光放出領域からなる群から選択された1つ又は複数の領域におけるクラッドの領域の体積内にある、これに光学的に結合される、又はこの外面を形成する。この実施形態では、クラッド内を伝搬する光は、光をクラッド領域の外に散乱させることによって実質的に光放出領域(又は光放出領域における関心ある領域)の前に抽出することができる。クラッド内を伝搬する光の除去は、例えば、光源が光を放出するときにクラッド内を伝搬する光に起因してクラッド又は外面の指紋、汚れ、油、残留物、粉塵、及び引っかき傷が照らされる又は見える場合があるフロントライト用途で望まれる場合がある。バックライト用途でのクラッド内を伝搬する光の除去は、例えば、限定ではなしに、画素又は層の間の迷光を減らし、空間的輝度コントラスト比を増加させ、光抽出機能部からクラッドの中に結合される迷光を減らし、クラッドと接触する又はクラッドに結合される他のフィルム又は要素の中への光の結合を減らし、2つが一緒に結合されるときに1つのライトガイドから別のライトガイドに伝搬する光を減らし、光抽出機能部上に入射する光の角度FWHM強度を低下させ、したがって、方向性光抽出機能部から抽出された光の角度FWHM強度を低下させることがある。クラッドを通して伝搬する光は、コア領域とクラッド領域との境界面に関する臨界角よりも小さい角度でライトガイドを通して伝搬することができる。コア領域の中を臨界角で又は臨界角を超える角度で伝搬する光は、エバネッセント領域においてクラッドの中に貫入することができる。一実施形態では、クラッド領域境界面で内部全反射するライトガイドの中を伝搬する光からのエバネッセント光の10%未満が光吸収領域の中に延びる。別の実施形態では、光吸収領域は、平均して、コア領域とクラッド領域との間の境界面から遠ざかる方に0.5、1、1.5、2、2.5、及び3ミクロンからなる群から選択された1つよりも大きい。
一実施形態では、第1の所定の波長範囲は、300nmから400nmまでの光を含み、領域は、ライトガイド領域、層、又は他の領域又は層を劣化又は黄変させる可能性があるUV光を吸収する。一実施形態では、ライトガイドを通して伝搬する光及びライトガイド内を伝搬する光のエバネッセント部分が、ライトガイドから抽出されなければ吸収領域を通過しないので、吸収領域に起因して吸収されないように、クラッド領域は、光吸収領域とライトガイドとの間に配置される。別の実施形態では、光吸収領域又は層は、空間的に変化する輝度又は色(色づけられたイメージ、グラフィック、ロゴ、又は印を提供するためにフィルムの層上にラミネートされ又は印刷される、色素が昇華された又は射出印刷されたオーバーレイのような)をもつ発光デバイスを提供するために、光を所定のパターンで選択的に吸収する光吸収、蛍光発光(light fluorescing)、又は光反射領域及び吸収領域の構成である。別の実施形態では、光吸収領域は、特定の光抽出機能部に起因して発光デバイスから放出された光が所定の色又は光度を有するように光抽出領域に密接して配置される。例えば、二酸化チタン及び光吸収色素を含むインクは、該領域におけるライトガイドの表面に到達する光の一部が色素を通過し、光抽出機能部に起因して抽出され、又は光が光抽出機能部によって抽出され及び色素を通過するように、ライトガイド領域上に配置することができる。
一実施形態では、発光デバイスは、内側ライトガイド層に両方とも光学的に結合されるクラッド層に両方とも光学的に結合される外側層にUV光吸収材料が配置された、5層のライトガイド領域を備える。一実施形態では、5層のフィルムは、ライトガイド層に光学的に結合される1ミクロンから150ミクロンまでの間の厚さの低屈折率クラッド層を伴う中央ライトガイド層のポリカーボネート材料と、フィルムの外側層におけるUV光吸収材料とを含む。
別の実施形態では、光吸収材料は、デバイスから放出された光がより暗い背景に対して空間的に明暗付けられる(contrasted)ように、発光デバイスの1つの側部上に配置される。一実施形態では、黒色PET層又は領域は、発光デバイスの1つの側部又は領域の近傍に配置される。別の実施形態では、白色反射領域は、白色反射領域の方向にライトガイドを抜ける光がライトガイドの方に戻るように反射されるように、光抽出領域の近傍に配置される。一実施形態では、ライトガイドは、ライトガイド領域及びクラッド領域を備え、クラッド領域上に光吸収層が配置される(ラミネートされる、被覆される、同時に押し出されるなど)。別の実施形態では、光吸収材料は、クラッドの体積の中に昇華する又はにじみ出る色素である。一実施形態では、レーザからの光が光吸収層における領域を切断(又はアブレート)し、クラッド領域及び/又はライトガイド領域における光抽出領域をもたらす。空隙をもつ白色PETフィルムのような白色反射フィルムは、光吸収領域の隣に配置される。白色フィルムは、空隙、接着剤、又は他の材料によってラミネートされ又は離間されてもよい。この例では、レーザによって生成される光抽出領域において抽出された光の一部は、白色フィルムの方に誘導され、ライトガイドを通して戻るように反射され、この場合、この光の一部は反対側でライトガイドを抜け、領域の輝度を増加させる。この例は、レーザが黒色フィルムに穴をあけ、且つ同時に光抽出機能部に穴をあけたため、白色反射領域、黒色反射領域、及び光抽出領域の見当合わせが必要ではない場合を例証する。この例はまた、白色反射領域が周辺光を反射させるため光源から光が放出されない場合の、発光デバイスがオフ状態でイメージ、ロゴ、又は印を表示する能力を例証する。これは、例えば、標識を照らするために周辺光を用いることができるので昼間の間は電力を節減することができる場合の標識用途に有用である。光吸収領域又は層はまた、赤色、緑色、青色、黄色、シアン、マゼンタなどのような黒色以外の色に色づいてもよい。
別の実施形態では、光吸収領域又は層は、発光デバイスの別の要素の一部である。一実施形態では、光吸収領域は、接着剤を用いてクラッド領域に光学的に結合される入力カプラの少なくとも一部を備える黒色ハウジングの一部である。
別の実施形態では、発光デバイスのライトガイドのクラッド、外面、又はその一部は、それぞれ、クラッド領域内を伝搬する可視光の50%、60%、70%、80%、及び90%からなる群から選択された1つよりも多く吸収し又は散乱させる黒色ストライプ領域のような光吸収領域又は光散乱領域を備える。一実施形態では、光吸収領域は、光入力カプラにおける結合ライトガイドの光入力面でクラッド領域の中に結合される光からクラッド領域内を伝搬する光を吸収する。別の実施形態では、ライトガイドは、厚さ200ミクロン未満であり、クラッドに光学的に結合された光吸収領域は、クラッド内を伝搬してライトガイドを通過する光のうちの70%よりも多くを吸収し、ライトガイド内を伝搬する光の方向の光吸収領域の幅は、10ミリメートル、5ミリメートル、3ミリメートル、2ミリメートル、及び1ミリメートルからなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光吸収領域は、0.5〜3ミリメートル、0.5〜6ミリメートル、0.5〜12ミリメートル、及び0.05〜10センチメートルからなる群から選択された1つの間のライトガイド内の光の伝搬方向の幅を有する。別の実施形態では、コア領域とは反対の側部上のクラッド領域の体積内にある、表面上にある、又はこれに光学的に結合される光散乱領域は、0.5〜3ミリメートル、0.5〜6ミリメートル、0.5〜12ミリメートル、及び0.05〜10センチメートルからなる群から選択された1つの間のライトガイド内の光の伝搬方向の幅を有する。
一実施形態では、光吸収領域は、ラインにパターン形成される材料、形状又は形状の集合体にパターン形成される材料、フィルム、クラッド、又はクラッドに光学的に結合される層の一方又は両方の側部上にパターン形成される材料、1つ又は複数のライトガイドカプラ上にパターン形成される材料、光混合領域の中にパターン形成される材料、ライトガイド中にパターン形成される材料、及びライトガイド領域中にパターン形成される材料からなる群から選択される少なくとも1つである。別の実施形態では、光吸収領域は、フィルム、結合ライトガイドの切断ステップ、又は他の領域、層、又は要素の切断ステップ中にパターン形成される。別の実施形態では、光吸収領域は、1%、2%、5%、10%、20%、及び40%からなる群から選択された結合ライトガイドの表面積のうちの少なくとも1つの割合をカバーする。
ライトガイド、フィルム、クラッド、又は他の層の接着特性
一実施形態では、ライトガイド、光伝送フィルム、クラッド、及びフィルムの層と接触した状態で配置される層からなる群から選択された少なくとも1つは、接着特性を有する。一実施形態では、クラッドは、境界面を「ウェットアウト」しながら窓又は実質的に平坦な表面からフィルムが除去されることを可能にする「低粘着性」接着剤である。本明細書で用いられる場合のように境界面を「ウェットアウト」することによって、表面における境界面からのフレネル反射が2%未満であるように2つの表面が光学的に結合される。接着剤層又は領域は、ポリアクリレート接着剤、動物性にかわ又は接着剤、接着剤としての炭水化物ポリマー、天然ゴムベースの接着剤、ポリスルフィド接着剤、タンニンベースの接着剤、リグニンベースの接着剤、フランベースの接着剤、尿素ホルムアルデヒド接着剤、メラミンホルムアルデヒド接着剤、イソシアネート木材バインダ、ポリウレタン接着剤、ポリビニル及びエチレン酢酸ビニル、ホットメルト接着剤、反応型アクリル系接着剤、嫌気性接着剤、又はエポキシ樹脂接着剤を備えてもよい。
一実施形態では、接着剤層又は領域は、77N/100mm、55N/100mm、44N/100mm、33N/100mm、22N/100mm、及び11N/100mmからなる群から選択された1つ未満である標準窓ガラスに対するASTM D903(72時間の滞留時間に修正された)剥離強度を有する。別の実施形態では、接着剤は、ガラスに接着されるときに、発光デバイスの重量を支持するであろう。
取り外し可能な保護層
一実施形態では、発光デバイスは取り外し可能な保護層を備える。別の実施形態では、光伝送フィルムは、発光デバイスの外面上に配置され、ライトガイドに対するASTM D903(72時間の滞留時間に修正された)剥離強度は、77N/100mm、55N/100mm、44N/100mm、33N/100mm、22N/100mm、及び11N/100mmからなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、発光デバイスの外面が引っかき傷をつけられる、損傷される、又は発光デバイスの光学性能を低下させるときには、フィルムの外側層は除去されてもよい。さらなる実施形態では、保護層のタグ又は延長された領域は、その上に配置される1つ又は複数の付加的な保護層をその下に有してもよいライトガイドの一体性又は位置を維持しながら個々の層が除去されることを可能にする。一実施形態では、反射型ディスプレイのためのフロントライトとして配置される薄いフィルムベースのライトガイドは、取り外し可能な保護層を備える。保護層は、薄くてもよいし又は厚くてもよく、ディスプレイ画面プロテクタ、反射防止コーティング、アンチグレアコーティング又はアンチグレア面、硬質被覆、円形偏光子、又は米国特許出願整理番号第12/537930号で開示されたような指紋の可視性を低減させる表面構造として用いられるような材料を含んでもよい。
自動識別又はデータ取り込みを備える取り外し可能なコンポーネント
一実施形態では、発光デバイスの取り外し可能なコンポーネント又はカートリッジは、発光デバイスで読み出すことができる情報を提供するために、自動識別及びデータ取り込み方法(印のような)又は情報搬送方法を含む。別の実施形態では、光入力カプラ、結合ライトガイド、光混合領域、ライトガイド領域、ライトガイド、フィルム、クラッド領域、光入力カプラのためのハウジング、及びデバイスの別個のコンポーネントからなる群から選択された少なくとも1つは、発光デバイスに情報を提供する印又は情報搬送方法を備える。印又は情報搬送方法によって提供される情報は、発光デバイスの光出力を第1の状態から第2の状態に変化させることに関係する情報を含んでもよい。一実施形態では、印又は情報搬送方法は、オンにする、オフにする、全光出力強度を調節する、1つ又は複数の領域(水に対応するロゴの青色領域を照らするために1つの領域において青色だけをオンにする)又はライトガイド(清涼飲料ボトル広告の頂部上の照らされるべきライトガイド内の点滅する「Sale」ロゴのための1つのライトガイドをオンにする)における1つ又は複数の光源からの光出力の相対強度を調節する(例えば、黄色みを帯びた白色から青みを帯びた白色に、赤色から青色に色を変化させる、期待LED劣化速度(expected LED degradation rates)に基づいて経時的に、RGBに基づく白色から白色LEDに基づく白色に色を変化させることなど)、平均色を変化させる、オン及びオフの時間を変化させる、ライトガイドフィルム又は光源の交換時期の識別光を変化させる、警報又は特別にオンにする時間を変化させる、偽造防止のためのコンポーネントの信頼性に関係するディスプレイ情報を変化させる、場所特有の情報を変化させる、及びコンポーネント寿命情報を変化させる(発光デバイスは、例えば、「フィルムの交換時期」又は「バッテリ寿命が低い」又は「サービス呼出し番号(Call for service)(555)555−5555」に関係する情報を表示することができる)からなる群から選択された少なくとも1つのために発光デバイスを誘導する情報を発光デバイスに提供する。別の実施形態では、取り外し可能なコンポーネントは、複数のライトガイド層と、どのライトガイド又はライトガイドの組合せが発光デバイス内の時計の日付又は時刻情報に関連してオンにされるべきかを規定する情報及び情報搬送方法とを備える。例えば、ライトガイドのスタックは、発光ウィンドウディスプレイのために年の適切な所定の時期に来ることになるクリスマス、感謝祭、聖パトリック祭、ハロウィンなどに関するイメージに対応するイメージをもつライトガイドを備えることができる。
一実施形態では、印は、発光デバイスのコンポーネント上のインク、光抽出表面又は体積機能部、又は他の光学的に検出可能なパターン又は印のパターン、テキスト、又は配置の形態の情報を含む。コンポーネントは、新しい情報又は新しいコンポーネントに特有の構成をデバイスによって読み出すことができ、且つこれを適切に構成することができるように、取り外し可能なフィールドとなるように設計されてもよい。一実施形態では、印は、フィルム、ライトガイド、ライトガイド領域、ライトガイド、ハウジング、又は取り外し可能なコンポーネントのコンポーネントの表面上のドット、文字、キャラクタ、又は印のパターンである。ドット、キャラクタ、文字、又は印のパターンは、サイズ、形状、間隔、色(例えば、赤色、緑色、青色、黒色、及び白色ドット)、又は反射率の割合が変化してもよい。一実施形態では、印は、バーコードの場合のような1Dバー、又は2Dマトリクス又は2Dバーコードの構成である。
別の実施形態では、情報搬送方法は、コンポーネントの物理的突出部又はノッチ、コンポーネントの物理的スイッチ、刻み目、又は溝、能動、受動、又はバッテリ支援無線周波数識別(RFID)タグ又はラベル、高周波RFID又はHFID/HighFID、Ultra−HighFID又はUHFID、磁気ストライプ、スマートカードコンポーネント、光学RFID(又はOPID)から選択されたものである。一実施形態では、RFIDタグは、結合ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、又はライトガイドとして用いられる表面又はフィルム内の層の表面上に印刷される。別の実施形態では、RFIDタグは、カートリッジのコンポーネントに接着され、リーダはベースユニット内にある。一実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、又はライトガイド上に印刷されたパターン又は配置された光抽出機能部パターンを照らするために、発光デバイス内で少なくとも1つの光源が用いられる。別の実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、又は結合ライトガイドは、複数の光源によって照らされるときに情報を提供するために配置される複数の光吸収又は散乱領域を備える。例えば、一実施形態では、各ベースユニットは、検出器又は送信器として用いられる可視光源及びIR LEDを備える。カートリッジが挿入されるとき(又はリセット又は電源投入、又はライトガイドの交換のような状態の変化のような幾つかの他のイベントで)、種々の光源は、パターン(例えば、順次に、又は上の3つの光源モジュール、次いでサイドモジュールを方向転換する)を通じてサイクルしてもよい。各IR LEDは、検出器又は送信器として用いられてもよく、2つの状態の間で切り換えるように電気的に構成されてもよい。光吸収又は光反射領域の場所が、光を放出しないIR発光ダイオードによって検出される相対強度を決定するであろう。この実施形態では、光吸収(IR吸収色素のような)又は光反射領域は、ライトガイドフィルム又はカートリッジに特有の情報を提供するためにコード化させることができる。別の実施形態では、可視LEDが用いられ、少なくとも1つのLEDは、ライトガイドが他のLEDによって照らされるときにライトガイド内の特定の波長範囲内の光を検出するように構成される。可視LEDは、サイクルしてもよく、検出器として用いられる可視光LEDに到達する強度に基づいてコード化された情報を提供してもよい。発光デバイスによって複数のLEDが照らされるときに検出される相対強度は、コード化された情報を提供することができる。1つよりも多いLEDを検出器オンリーモード、検出器及び照明器モード、又は照明オンリーモードで用いることができる。
さらなる実施形態では、発光デバイスの各モジュールは、検出器モード又は照明モードのうちの少なくとも1つで作動するように設計される赤外線(IR)LEDを備え、発光デバイスは、IR LEDを照らするために独立して各モジュールを通して電子的にサイクルすることができる。IR光散乱又は反射領域又はIR光吸収領域を、結合ライトガイド、光混合領域、ライトガイド領域、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つに組み込むことによって、複数のモジュールにおけるIR光の相対強度は、IR光吸収又は光反射又は光散乱領域によって提供されエンコードされた情報をデコードするために用いることができる。別の実施形態では、領域において700nmを超える光の一部を吸収する色素を用いることができ、照明源として700nmを超える波長で光の一部を放出する白色LEDを用いることができ、検出器としてIR LEDを用いることができ、リバースモードで構成された他のIR LEDに到達する光に基づいて情報を提供する。この実施形態では、例えば、検出器として用いられるときにIR LEDに相対強度情報を提供するために、少なくとも1つの結合ライトガイド上でIR散乱フレーク、粉体、又は材料、若しくはIR吸収色素が用いられてもよい。
一実施形態では、パターンは、デバイスにおける1つよりも多い光源によって順次に又は同時に照らされる有色印の配置である。一実施形態では、パターンは、複数の印からの光の反射強度が光源の色に応じて変化する有色印のアレイである。例えば、印パターンは、赤色ドット、青色ドット、紫色ドット、及び橙色ドットを備えるアレイとすることができる。カラーフィルタ有り又は無しの光起電力セルの直線アレイ、フォトダイオード、CMOSイメージャ、又はCCDイメージャなどのような光学読出しデバイスは、照明波長スペクトルに応じて異なる相対反射強度を検出するであろう。例えば、青色LEDがオンにされるときに、青色ドットは高い反射光強度を有することになり、紫色ドットは中程度又は高い反射光強度を有することになり、赤色ドットは低いレベルの反射強度を有することになる。異なるドットの異なる照明スペクトルの相対反射率は、エンコードされた情報を提供することができる。
一実施形態の発光デバイスの読出しデバイスは、複数の検出器又は単一の検出器のアレイである。検出器のアレイの場合には、検出デバイスは、印のアレイを光検出アレイ要素上に投射するためにレンズ、マイクロレンズアレイ、又は他の光学要素をもつCCD又はCMOSイメージングデバイスとすることができる。
別の実施形態では、発光デバイス上の検出器は、発光デバイスから取り外し可能なコンポーネントが取り付けられる(又は除去される)ときにシリアルに読み出されるべき情報を提供する検出要素である。例えば、結合ライトガイドのアレイのための保持デバイスは、発光デバイスによって読み出される磁気ストライプを有することができ、結合ライトガイドのアレイのための保持デバイスは、光源を備える主要ベース発光デバイスユニットの中におかれる。別の実施形態では、取り外し可能なコンポーネント又はカートリッジは、情報がベースユニットにリレーして戻されるように送信器(例えば無線周波数)又は光源に動力を与えるライトガイドに結合された光起電要素を備える。
さらなる実施形態では、カートリッジは、カートリッジが発光デバイスのベースユニットに取り付けられるときに発光デバイスに情報を提供する機械的穴、突出部、又はスイッチ、若しくはそのアレイ又はマトリクスを備える。
別の実施形態では、結合ライトガイドは、低屈折率領域、結合ライトガイドのライトガイド領域、若しくは結合ライトガイドの表面上又は間に配置される別の層上に印刷された領域を備える。一実施形態では、結合ライトガイドに入力される光の一部は、結合ライトガイドの外に散乱し、CCD又はCMOSイメージャ又は光起電力セル又は発光ダイオードのような光学検出器によって検出される。
回路又は電気コンポーネントを備えるライトガイド
一実施形態では、少なくとも1つの電気コンポーネントが、ライトガイド又はライトガイドに物理的に結合される層上に物理的に配置される。ライトガイドフィルム上に電気コンポーネントを組み込むことによって、1つ又は複数の電気コンポーネントのための別個の基板は必要とされず(したがって、より低い体積及びコンポーネント費用)、ライトガイドフィルム上の電気コンポーネントを製造する又は配置するために可撓性のロール−ツー−ロール(roll−to−roll)処理を採用することができる。別の実施形態では、ライトガイドは、クラッド領域、クラッド層、若しくはコア材料又はクラッド材料に物理的に結合される層又は領域に物理的に結合される少なくとも1つの電気コンポーネントを備える。別の実施形態では、発光デバイスは、複数の電気コンポーネントを備える可撓性の層を備え、層は、可撓性のライトガイドフィルムに物理的に結合される。一実施形態では、ライトガイドは、少なくとも1つの電気コンポーネント又はその上に配置される電気コンポーネントと共に用いられるコンポーネントを備え、少なくとも1つのコンポーネントは、能動電気コンポーネント、受動電気コンポーネント、トランジスタ、薄膜トランジスタ、ダイオード、レジスタ、端末、コネクタ、ソケット、コード、リード、スイッチ、キーパッド、継電器、リードスイッチ、サーモスタット、回路遮断器、リミットスイッチ、水銀スイッチ、遠心スイッチ、レジスタ、トリマー、ポテンショメータ、ヒータ、抵抗線、サーミスタ、バリスタ、ヒューズ、リセット可能ヒューズ、金属酸化物バリスタ、突入電流リミッタ、ガス放電管、回路遮断器、火花ギャップ、フィラメント灯、コンデンサ、可変コンデンサ、インダクタ、可変インダクタ、可飽和インダクタ、変圧器、磁気増幅器、フェライトインピーダンス、モータ、発電機、ソレノイド、スピーカ、マイクロフォン、RC回路、LC回路、結晶、セラミック発振子、セラミックフィルタ、弾性表面波フィルタ、変換器、超音波モータ、電源、バッテリ、燃料電池、電源、光起電デバイス、熱電発電機、電気発電機、センサ、ブザー、線形可変差動変圧器、ロータリエンコーダ、インクリノメータ、動きセンサ、フローメータ、歪みゲージ、加速度計、熱電対、サーモパイル、サーミスタ、測温抵抗体、ボロメータ、熱的カットオフ、磁力計、湿度計、フォトレジスタ、ソリッドステートコンポーネント、標準ダイオード、整流器、ブリッジ整流器、ショットキーダイオード、ホットキャリアダイオード、ツェナーダイオード、過渡電圧抑制ダイオード、バラクタ、チューニングダイオード、バリキャップ、可変容量ダイオード、発光ダイオード、レーザ、フォトダイオード、太陽電池、光起電力セル、光起電アレイ、アバランシェフォトダイオード、交流用ダイオード、DIAC、トリガダイオード、SIDAC、電流源ダイオード、ペルチェ冷却器、トランジスタ、バイポーラトランジスタ、バイポーラ接合形トランジスタ、フォトトランジスタ、ダーリントントランジスタ(NPN又はPNP)、Sziklai pair、電界効果トランジスタ、接合型電界効果トランジスタ、金属酸化物半導体FET、金属半導体FET、高電子移動度トランジスタ、サイリスタ、ユニジャンクショントランジスタ、プログラム可能ユニジャンクショントランジスタ、シリコン制御整流器、静電誘導トランジスタ/サイリスタ、交流用三極管、複合トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、ハイブリッド回路、光電子回路、光遮断器、オプトカプラ、フォトカプラ、フォトダイオード、BJT、JFET、SCR、トライアック、オープンコレクタIC、CMOS IC、ソリッドステート継電器、オプトスイッチ、オプトインタラプタ、オプティカルスイッチ、オプティカルインタラプタ、フォトスイッチ、フォトインタラプタ、ledディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ、陰極線管、液晶ディスプレイ(前もって形成された(preformed)キャラクタ、ドットマトリクス、パッシブマトリクス、アクティブマトリクスTFT、フレキシブルディスプレイ、有機LCD、モノクロLCD、色LCD)、ダイオード、三極管、四極管、五極管、六極管、七極管、八極管、バレッタ、ヌビスタ、コンパクトロン、マイクロ波、クライストロン、マグネトロン、それ自体が部品として用いられるデバイスに組み立てられた複数の電子部品、発振器、ディスプレイデバイス、フィルタ、アンテナ、エレメント双極子(elemental dipole)、バイコニカル、八木、フェーズドアレイ、磁気双極子(ループ)、ワイヤーラップ、ブレッドボード、包囲体、ヒートシンク、ヒートシンクペースト&パッド、ファン、プリント回路基板、ランプ、メモリスタ、集積回路、プロセッサ、メモリ、ドライバ、並びに導線及びインターコネクトからなる群から選択される。
別の実施形態では、電気コンポーネントは有機コンポーネントを備える。一実施形態では、少なくとも1つの電気コンポーネントは、ロール−ツー−ロール処理を用いてライトガイド上、ライトガイドのコンポーネント上、又はライトガイド材料に物理的に結合される層上に形成される。さらなる実施形態では、可撓性のライトガイドフィルム材料は、結果として得られるライトガイドが可撓性であって、光放出領域が100ミリメートル、75ミリメートル、50ミリメートル、25ミリメートル、10ミリメートル、及び5ミリメートルからなる群から選択された1つ未満である曲率半径に屈曲されるときに、一時的又は恒久的に見ることができる分界部(demarcation)、ひだ、輝度不均一性、MURA、又は傷なしに光を放出することができるように、少なくとも1つの可撓性の電気コンポーネント又は電気コンポーネントの集合体に物理的に結合される。
ライトガイドからの光を再誘導するために配置される光再誘導要素
一実施形態では、発光デバイスは、ライトガイド上に又はライトガイド内に配置される光再誘導要素及び1つ又は複数の光再誘導要素に対して所定の関係性をもって配置された光抽出機能部を伴うライトガイドを備える。別の実施形態では、光再誘導要素の第1の部分は、発光面、ライトガイド、又はライトガイド領域に実質的に垂直な方向に光抽出機能部よりも上に配置される。さらなる実施形態では、光再誘導要素は、光再誘導要素を出る光が、実質的に平坦な表面をもつ類似のライトガイドよりもさらに平行化され、第1の光出力平面内の60度、50度、40度、30度、20度、10度、又は5度未満の角度半値全幅強度を有し、第1の光出力平面及び第1の出力平面と直交する第2の光出力平面内の60度、50度、40度、30度、20度、10度、又は5度未満の角度半値全幅強度を有し、発光デバイスの光軸に平行なすべての平面内の60度、50度、40度、30度、20度、10度、又は5度未満の角度半値全幅強度を有することからなる群から選択された状態であるように、光抽出機能部から再誘導された光を再誘導するために配置される。
一実施形態では、ライトガイドは、光抽出機能部の実質的に直線のアレイとは反対の少なくとも1つの表面上に配置されるレンチキュラの実質的に直線のアレイを備え、光再誘導要素は、光抽出機能部によってライトガイドから抽出された光の第1の部分を平行化する。さらなる実施形態では、発光デバイスは、結合ライトガイドをさらに備えるレンチキュラレンズフィルムライトガイドを備え、結合ライトガイドは、ライトガイド領域又は光混合領域においてレンチキュラに実質的に平行に配置され、レンチキュラレンズフィルムは、レンチキュラレンズフィルムライトガイドの反対の表面上のレンチキュラとは実質的に反対に配置された光反射インク光抽出機能部の直線領域をさらに備え、発光デバイスを出る光は平行化される。さらなる実施形態では、光抽出機能部は、第1のと直交する平面から入射する光よりも著しく多く1つの平面内に入射する光を再誘導する光再誘導機能部(TIR溝又は直線回折格子のような)である。一実施形態では、レンチキュラレンズフィルムは、レンチキュラに対して0度を超える第1の角度に配向されるレンチキュラの反対の表面上に溝を備える。
別の実施形態では、発光デバイスは、1つの表面上にマイクロレンズのアレイを有するマイクロレンズアレイフィルムライトガイドを備え、フィルムは、レンチキュラレンズフィルムライトガイドの反対の表面上のマイクロレンズとは実質的に反対に配置された反射インク光抽出機能部の領域をさらに備え、発光デバイスを出る光は実質的に平行化され、又は60度未満の角度FWHM光度を有する。マイクロレンズアレイフィルムは、例えば、光抽出機能部からの光を半径方向に対称な方向に平行化することができる。一実施形態では、マイクロレンズアレイフィルムは、空隙によってライトガイドから分離される。
光抽出機能部の幅(上述のレンチキュラレンズライトガイドフィルムの実施形態におけるインクの反射ライン)は、発光デバイスを出る光の平行化度に寄与するであろう。一実施形態では、光再誘導要素は、光抽出機能部とは実質的に反対側に配置され、第1の方向の光再誘導要素の平均幅で割った第1の方向の光抽出機能部の平均幅は、1、0.9、0.7、0.5、0.4、0.3、0.2、及び0.1からなる群から選択された1つ未満である。さらなる実施形態では、光抽出機能部を備える表面から反対方向の光再誘導要素上に入射する平行化された可視光の焦点は、光抽出機能部から光再誘導要素の幅の5%、10%、20%、30%、40%、50%、及び60%からなる群から選択された多くとも1つ内である。別の実施形態では、ライトガイドとは反対の方向からの平行化された光によって照らされるときの少なくとも1つの光再誘導要素の焦点距離又は光再誘導要素の平均焦点距離は、1ミリメートル、500ミクロン、300ミクロン、200ミクロン、100ミクロン、75ミクロン、50ミクロン、及び25ミクロンからなる群から選択された1つ未満である。
一実施形態では、光再誘導要素の幅で割った光再誘導要素の焦点距離は、3、2、1.5、1、0.8、及び0.6からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光再誘導要素のf/#は、3、2、1.5、1、0.8、及び0.6からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光再誘導要素は、屈折フレネル構造体の断面をもつ直線フレネルレンズアレイである。別の実施形態では、光再誘導要素は、屈折フレネル構造体及び内部全反射構造体の断面をもつ直線フレネル−TIRハイブリッドレンズアレイである。
さらなる実施形態では、光再誘導要素は、光再誘導要素を出る光の一部が光放出領域、ライトガイド領域、ライトガイド、又は発光面に垂直な方向から0度を超える角度をなす光軸をもつように再誘導されるように、光抽出機能部から再誘導された光を再誘導するために配置される。別の実施形態では、光再誘導要素は、光再誘導要素を出る光が光放出領域、ライトガイド領域、ライトガイド、又は発光面に垂直な方向に実質的に平行な光軸に再誘導されるように、光抽出機能部から再誘導された光を再誘導するために配置される。さらなる実施形態では、光再誘導要素は、光再誘導要素の領域に入射する光の角度半値全幅強度を減少させ、第1の角度で光再誘導要素の領域に入射する光の光軸を第1の角度とは異なる第2の角度に再誘導する。
別の実施形態では、光抽出機能部によって再誘導される光の角度の広がり(angular spread)は、光制御因子を最適化するために制御される。1つの光制御因子は、光を望ましくない角度に再誘導する可能性がある隣接する光再誘導要素に到達する光の割合である。これは、望ましくない領域へのサイドローブ又は光出力を引き起こす可能性がある。例えば、レンチキュラレンズアレイにおけるレンチキュラの真下に配置された強く拡散反射散乱させる光抽出機能部は、平行化された光出力が望まれる用途では望ましくないより高い角度の強度での光のサイドローブが存在するように、光を隣接するレンチキュラの中に散乱させる場合がある。同様に、比較的小さい曲率半径をもつ半球体ドームのような大きい角度範囲に光を再誘導する光抽出機能部はまた、隣接するレンチキュラの中に光を再誘導し、サイドローブを生じる場合がある。一実施形態では、光抽出機能部の双方向散乱分布関数(BSDF)は、第1の角度範囲内の入射光の第1の部分を第2の角度範囲に光再誘導要素の中に誘導して、所定の第3の角度範囲の発光デバイスを出る光をもたらすように制御される。
軸外光再誘導
さらなる実施形態では、少なくとも1つの光抽出機能部は、光再誘導要素の軸から軸外の第1の平面内を中心とする。この実施形態では、光抽出機能部の一部は、光抽出機能部の光軸と交差してもよく、又はこれは、光抽出機能部の光軸と交差しない光軸から十分に遠くに配置されてもよい。別の実施形態では、第1の平面内の光抽出機能部の中心と対応する光再誘導要素との間の距離は、光再誘導要素のアレイ又は配置にわたって変化する。
一実施形態では、対応する光再誘導要素の場所に対する光抽出機能部の場所は、少なくとも第1の平面内で変化し、発光面の異なる領域から放出された光の光軸は、光再誘導要素の配向に対して変化する。この実施形態では、例えば、平坦な発光面の2つの異なる領域からの光を2つの異なる方向に誘導することができる。この実施形態の別の例では、下向き凸形の湾曲発光面をもつ照明器具の2つの異なる領域(例えば、底部領域及び側部領域)からの光は、同じ方向に誘導される(各領域の光軸は天底の方に下向きに誘導され、底部領域における光再誘導要素の光軸は天底に実質的に平行であり、側部領域における光再誘導要素の光軸は天底から45度のような角度である)。別の実施形態では、光抽出機能部の場所は、光抽出領域が実質的に軸上にある中央領域よりもレンチキュラに垂直な方向に発光面の外側領域における対応する光再誘導要素の光軸からさらに遠くにあり、発光デバイスから放出された光はさらに平行化される。同様に、光抽出機能部が、発光面の第1の縁からレンチキュラと直交する方向に光再誘導要素の光軸からさらに遠くに位置付けられる場合、発光面から放出された光を実質的に軸外に誘導することができる。光再誘導要素の光軸からの光抽出機能部の距離を非線形の様態で変化させること、第1の方向に軸の近くに、次いで軸から遠くに、次いで軸の近くに動かすこと、第1の方向に軸から遠くに、次いで軸の近くに、次いで軸の遠くに動かすこと、実質的に軸上の光抽出機能部を有する正弦曲線状断面(波状)プロフィールをもつ発光面の湾曲した領域の上側頂点及び下側頂点、及び光再誘導要素の光軸から遠い光抽出機能部を有するプロフィールの壁、光再誘導要素の光軸からの光抽出機能部の分離距離の規則的な又は不規則な変動などを含む、光再誘導要素に対する光抽出機能部の場所の他の組合せを容易に想起することができる。
角度の幅の制御
一実施形態では、光再誘導要素の対応する幅に対する光抽出機能部の幅は、少なくとも第1の平面内で変化し、光再誘導要素から放出された光の角度半値全幅強度は少なくとも第1の平面内で変化する。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、レンチキュラレンズアレイライトガイドフィルムを備え、レンチキュラに垂直な方向の発光面の中央領域は、レンチキュラの平均幅のおよそ20%の平均幅を有する光抽出機能部を備え、レンチキュラに垂直な方向の発光面の外側領域は、レンチキュラの平均幅のおよそ5%の平均幅をもつ光抽出機能部を備え、中央領域から放出された光の角度半値全幅強度は、外側領域からの強度よりも大きい。
軸外及び角度の幅の制御
一実施形態では、光再誘導要素のそれぞれ対応する場所及び幅に対する光抽出機能部の場所及び幅は少なくとも第1の平面内で変化し、光再誘導要素から放出された光の角度半値全幅強度及び発光面の異なる領域から放出された光の光軸は少なくとも第1の平面内で変化する。光抽出機能部の相対的な幅及び場所を制御することによって、所望の光出力プロフィールを達成するために発光デバイスから放出された光の方向及び角度の幅を変化させ及び制御することができる。
光再誘導要素
本明細書で用いられる場合の光再誘導要素は、第1の角度範囲内で入射する第1の波長範囲内の光の一部を第1の角度範囲とは異なる第2の角度範囲に再誘導する光学要素である。一実施形態では、光再誘導要素は、屈折型機能部、内部全反射機能部、反射表面、プリズム表面、マイクロレンズ表面、回折型機能部、ホログラフィック機能部、回折格子、表面機能部、体積機能部、及びレンズからなる群から選択された少なくとも1つの要素を備える。さらなる実施形態では、光再誘導要素は複数の上述の要素を備える。複数の要素は、2−Dアレイ(マイクロレンズのグリッド又はマイクロレンズの最密アレイのような)、一次元アレイ(レンチキュラレンズアレイのような)、ランダム構成、所定の規則的でない間隔、半ランダム構成、又は他の所定の構成の形態であってもよい。要素は、異なる表面又は体積機能部又は境界面と共に異なる機能部を備えてもよく、光再誘導要素、ライトガイド、又はライトガイド領域の体積内に異なる厚さで配置されてもよい。個々の要素は、高さ、幅、厚さ、位置、角度、曲率半径、ピッチ、配向、間隔、断面プロフィール、及びx軸、y軸、又はz軸における場所からなる群から選択された少なくとも1つによってx方向、y方向、又はz方向に変化してもよい。
一実施形態では、光再誘導要素は、少なくとも1つの領域においてライトガイドに光学的に結合される。別の実施形態では、光再誘導要素、光再誘導要素を備えるフィルム又は層は、空隙によってライトガイド、ライトガイド領域、又はライトガイドの発光面に垂直な方向に分離される。さらなる実施形態では、ライトガイド、ライトガイド領域、又はライトガイドの発光面は、実質的に2つ以上の光再誘導要素の間に配置される。別の実施形態では、クラッド層又は領域は、ライトガイド又はライトガイド領域と光再誘導要素との間に配置される。別の実施形態では、ライトガイド又はライトガイド領域は、2つの光再誘導要素の間に配置され、光は、ライトガイド又はライトガイド領域の両側から抽出され、光再誘導要素によって再誘導される。この実施形態では、バックライトは、2つのディスプレイを照らするために反対方向に光を放出するように設計されてもよく、又は発光デバイスは、ライトガイドの外に放出された光を反対方向にライトガイドに戻す及び他の側部を出るように反射させるために反射要素を付加することによって、ライトガイドの1つの側部から光を放出するように設計することができる。
別の実施形態では、光再誘導要素の少なくとも1つの出力平面内の光再誘導要素の要素の平均又は最大寸法は、空間光変調器又はディスプレイの画素又はサブ画素の平均又は最大寸法の100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、及び10%からなる群から選択された1つに等しい又はこれよりも小さい。別の実施形態では、バックライトは、光を30度以内のFWHMでディスプレイの方に再誘導する光再誘導要素を備え、ディスプレイの各画素又はサブ画素は、2つ以上の光再誘導要素から受光する。
さらなる実施形態では、光再誘導要素は、電気光学要素から光を受光するために配置され、光学特性は、デバイスに電圧又は電流を印加することによって1つ又は複数の領域において選択的に又は全体として変化してもよい。一実施形態では、光抽出機能部は、高分子分散型液晶材料の領域であり、ライトガイドからの拡散状態での光散乱は、光再誘導要素によって再誘導される。別の実施形態では、光抽出機能部は、光再誘導要素と併せて用いられるときにディスプレイを電気光学領域又は材料からの電圧又は電流の印加又は除去を通じて狭い視野角のディスプレイからより広い視野角のディスプレイに変えることができるように、実質的にクリアから実質的に透過型拡散(前方散乱)に変えるために配置される小さい受動領域及びより大きい能動領域を有する。例えば、溝付き光抽出機能部のラインは、電極の両端間の電圧の印加時に実質的にクリアから実質的に拡散に変えるために配置されるより広いラインの高分子分散型液晶(PDLC)材料を含むフィルムに隣接して(x、y、又はz方向)配置される。電圧、電流、又は電磁場の印加を通じてそれらの光学特性を変化させることができる電気泳動、エレクトロ・ウェッティング、エレクトロクロミック、液晶、電気活性、MEMSデバイス、スマートマテリアル、及び他の材料のような他の電気光学材料もまた用いられてもよい。
別の実施形態では、光再誘導要素は、光を空間光変調器の方に屈折させ及び内部全反射させために配置されるプリズムの集合体である。一実施形態では、プリズムの集合体は、50度から70度までの間の頂角をもつプリズムの直線アレイである。別の実施形態では、プリズムの集合体は、それに光伝送材料が塗布される又はこれらの領域においてフィルムが効果的に平坦化されるように該領域内でプリズムとライトガイド又はライトガイド領域との間に配置される、50度から70度までの間の頂角をもつプリズムの直線アレイであり、プリズムの集合体は、このとき、プリズムの2次元に変化する構成である(したがって表面上はもはや直線アレイのように見えない)。他の形態の光再誘導要素、逆プリズム、ハイブリッド要素、屈折又は内部全反射機能部をもつ、又はこれらの組合せが実施形態で用いられてもよい。波のような変化、x方向、y方向、又はz方向のサイズ、寸法、形状、間隔、ピッチ、湾曲、配向、及び構造体の変化、湾曲した区域と直線区域とを組み合わせることなどのような要素の修正は当該技術分野では公知である。こうした要素は、ディスプレイのためのバックライト及び光学フィルムの分野では公知であり、「Optical film to enhance cosmetic appearance and brightness in liquid crystal displays」、Lee et al.、OPTICS EXPRESS、2007年7月9日、Vol.15、No.14、pp.8609〜8618;「Hybrid normal−reverse prism coupler for light−emitting diode backlight systems」、Aoyama他、APPLIED OPTICS、2006年10月1日、Vol.45、No.28、pp.7273〜7278;日本特許出願第2001190876号、「Optical Sheet」、Kamikita Masakazu;米国特許出願整理番号第11/743,159号、米国特許第7,085,060号、第6,545,827号、第5,594,830号、第6,151,169号、第6,746,130号、及び第5,126,882号で開示されたものを含む。
典型的に、照明のための発光ライトガイドを備えるディスプレイでは、ライトガイドの場所は、それがディスプレイのためのバックライト又はフロントライトであると考えられるかどうかを決定することになり、この場合は伝統的に、フロントライトライトガイドは、ディスプレイの視る側(又は光変調器)に配置されるライトガイドであり、バックライトライトガイドは、視る側とは反対のディスプレイ(又は光変調器)の側部上に配置されるライトガイドである。しかしながら、用いられることになるフロントライト又はバックライトの用語は、ディスプレイ又はディスプレイコンポーネントの定義に応じて、特に照明がディスプレイ内又は空間光変調器のコンポーネント内からである場合(ライトガイドが液晶セルとカラーフィルタとの中間又は液晶材料とLCDにおける偏光子との中間に配置される場合のような)に、産業において変化する可能性がある。幾つかの実施形態では、ライトガイドは、光変調画素と反射型ディスプレイにおける反射要素との間のような空間光変調器内に配置するのに十分なだけ薄い。これらの実施形態では、光は、ライトガイドを通して光変調画素の方に反射し及び通過するように、反射要素に光を誘導することによって直接又は間接的に光変調画素の方に誘導することができる。一実施形態では、ライトガイドは、1つの側部又は両方の側部から光変調コンポーネントの「前面」及び/又は「後面」照明に寄与する1つ又は2つの光分布プロフィールをもつ光を放出する。ライトガイドの光放出領域が空間光変調器(又は画素、サブ画素、又は画素要素の電気光学領域)と反射型ディスプレイの反射コンポーネントとの間に配置される、本明細書で開示される実施形態では、光放出領域からの発光は、光を空間光変調器の方に直接、又は反射された光がライトガイドを通して空間光変調器の中に戻るように反射要素の方に誘導することを介して間接的に伝搬してもよい。この場合、本明細書で用いられる「フロントライト」及び「バックライト」という用語は、交換可能に用いられてもよい。
一実施形態では、発光ディスプレイのバックライト又はフロントライトは、光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備える。一実施形態では、フロントライト又はバックライトは、液晶ディスプレイ(LCDの)、MEMsベースのディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、コレステリック・ディスプレイ、時間多重化光学シャッター・ディスプレイ、色順次ディスプレイ、干渉計型変調器ディスプレイ、バイステイブル・ディスプレイ、電子ペーパー・ディスプレイ、LEDディスプレイ、TFTディスプレイ、OLEDディスプレイ、カーボンナノチューブ・ディスプレイ、ナノ結晶ディスプレイ、ヘッドマウント・ディスプレイ、ヘッドアップ・ディスプレイ、セグメント化ディスプレイ、パッシブマトリクス・ディスプレイ、アクティブマトリクス・ディスプレイ、ツイステッドネマチック・ディスプレイ、イン・プレイン・スイッチング・ディスプレイ、アドバンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング・ディスプレイ、バーチカル・アライメントディスプレイ、ブルー相モードディスプレイ、zenithal双安定型デバイス、反射型LCD、透過型LCD、静電型ディスプレイ、エレクトロウエッティング・ディスプレイ、バイステイブルTNディスプレイ、micro−cup EPDディスプレイ、格子整合型zenithalディスプレイ、フォトニック結晶ディスプレイ、電気流体型(electrofluidic)ディスプレイ、及びエレクトロクロミック・ディスプレイからなる群から選択されたディスプレイ又は空間光変調器を照らす。
LCD バックライト又はフロントライト
一実施形態では、液晶ディスプレイパネルと共に用いるのに適したバックライト又はフロントライトは、少なくとも1つの光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備える。一実施形態では、バックライト又はフロントライトは単一のライトガイドを備え、液晶パネルの照明は白色である。別の実施形態では、バックライト又はフロントライトは、それらが2つの異なる色の光を放出するように、複数のライトガイドからの光を受光するために配置される2つの異なるカラースペクトルをもつ少なくとも2つの光源を備える。別の実施形態では、バックライト又はフロントライトは、それらが2つの異なる色の光を放出するように2つの異なる色のスペクトルをもつ少なくとも2つの光源からの光を受光するために配置される単一のライトガイドを備える。別の実施形態では、バックライト又はフロントライトは、赤色光源、緑色光源、及び青色光源からの光を受光するために配置される単一のライトガイドを備える。一実施形態では、ライトガイドは複数の光入力カプラを備え、光入力カプラは、異なる波長スペクトル又は色をもつライトガイドの中に光を放出する。別の実施形態では、2つの異なる色又は波長スペクトルの光を放出する光源が、光を単一の光入力カプラの中に結合するために配置される。この実施形態では、1つよりも多い光入力カプラが用いられてもよく、色は、光源を変調することによって直接制御されてもよい。
さらなる実施形態では、バックライト又はフロントライトは、青色又はUV発光源からの光を受光するために配置されるライトガイドを備え、蛍光体フィルムのような波長変換材料を含む領域をさらに備える。別の実施形態では、バックライトは、フィルムライトガイドの3つの層を備え、各ライトガイドは、対応する光源がオンにされるときにディスプレイを実質的に一様な輝度で照らす。この実施形態では、色域は、カラーフィルタの要件を減らすことによって増加させることができ、ディスプレイは、色順次モード又は全色同時(all−colors−on simultaneously)モードで作動することができる。さらなる実施形態では、バックライト又はフロントライトは、光抽出機能部を備える3つの空間的に別個の光放出領域をもつフィルムライトガイドの3つの層を備え、特定のライトガイドに対する各光抽出領域は、ディスプレイにおける色画素の組に対応する。この実施形態では、光抽出機能部(又は領域)をディスプレイパネルにおける対応する赤色、緑色、及び青色画素(例えば)に見当合わせすることによって、カラーフィルタは必ずしも必要とされず、ディスプレイはより効率的になる。この実施形態では、しかしながら、カラーフィルタはクロストークを減らするために用いられてもよい。
さらなる実施形態では、発光デバイスは、複数の異なる波長スペクトルをもつ光(したがって異なる有色光)を放出する光源からの光を受光し、空間光変調器(例えばLCDパネル)の異なる有色サブ画素に対応する実質的に異なる領域から光を放出するために配置される複数のライトガイド(例えば赤色、緑色、及び青色ライトガイド)を備え、且つ、ライトガイドからの光を空間光変調器の方に再誘導するために配置される複数の光再誘導要素をさらに備える。例えば、各ライトガイドは、ライトガイドと空間光変調器との間にクラッド領域を備えてもよく、ライトガイド上の光抽出機能部と空間光変調器との間にマイクロレンズのような光再誘導要素が配置され、60度未満のFWHM、30度未満のFWHM、空間光変調器出力面の法線から50度以内の放出光の光軸、空間光変調器出力面の法線から30度以内の放出光の光軸、又は空間光変調器出力面の法線から10度以内の放出光の光軸をもつ光を空間光変調器の方に誘導する。さらなる実施形態では、光再誘導要素の構成は、複数のライトガイドから放出された光のFWHMを減少させるために、複数のライトガイドと空間光変調器との間に配置された領域内に配置される。フィルム層の表面上のような領域内に構成される光再誘導要素は、類似した又は類似していない光再誘導機能部を有してもよい。一実施形態では、光再誘導要素は、複数のライトガイドからの光抽出機能部からの光を互いに10度以内のFWHM角度又は光軸に再誘導するように設計される。例えば、赤色、緑色、及び青色フィルムベースのライトガイドを備えるバックライトは、3つのライトガイド上の光抽出機能部の3つの深さに実質的に近い異なる焦点距離をもつマイクロレンズのアレイを備えてもよい。一実施形態では、厚さ100ミクロン未満のライトガイドフィルムは、光再誘導要素がライトガイド上の光抽出機能部により近づくことを可能にし、したがって光抽出機能部からより多くの光を取り込む。別の実施形態では、最も近い対応する光抽出機能部と最も遠い対応する光抽出機能部との間の厚さ方向の距離が光再誘導要素、画素、又はサブ画素の直径(又は寸法)に対して小さいので、実質的に同じ光再誘導機能部(同じ曲率半径のような)をもつマイクロレンズアレイのような光再誘導要素が、異なる深さに光抽出機能部をもつ薄いライトガイドと共に用いられてもよい。
一実施形態では、色順次ディスプレイは、少なくとも1つの光源、光入力カプラ、ライトガイド、及びディスプレイパネルを備え、パネルは、150hz、230hz、270hz、350hz、410hz、470hz、530hz、590hz、650hz、及び710hzからなる群から選択された1つよりも速いリフレッシュレートを有する。
別の実施形態では、バックライト又はフロントライトは、少なくとも1つの光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備え、ライトガイドは、光抽出領域に到達する光の色又は光束を制御することができるように、フィルムよりも実質的に薄く且つフィルム上に印刷されるコア領域を備える。
別の実施形態では、バックライト又はフロントライトは、少なくとも1つの光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備え、ライトガイドは、基板又はディスプレイパネル内の保護領域を形成する。一実施形態では、ライトガイドは、液晶ディスプレイのための基板である。さらなる実施形態では、ライトガイドは、ディスプレイの外面に光学的に結合され、ディスプレイ内、液晶セル内、又はディスプレイの2つの基板の間に配置される。
別の実施形態では、バックライト又はフロントライトは、少なくとも1つの光源と、少なくとも1つのディスプレイコンポーネント(液晶ベースのディスプレイ又は他のディスプレイの基板、フィルム、ガラス、ポリマー又は他の層のような)に光学的に結合される少なくとも1つの結合ライトガイドを備える光入力カプラとを備え、コンポーネントは、少なくとも1つの結合ライトガイドから導波管の状態で受光される光をガイドする。結合ライトガイドを例えばLCDガラス基板のようなディスプレイコンポーネントに光学的に結合することによって、コンポーネントは、ライトガイドとして機能することができ、付加的な背面照射フィルム又はコンポーネントの必要性を軽減することができる。
別の実施形態では、発光デバイスは、1つのバックライトに伴う困難がある場合に又増加した光出力のため光出力の冗長性を提供するために、1つよりも多いライトガイド又はライトガイド領域を備える。軍事及び重要なディスプレイ用途(手術室)では、1つには、電気部品又は光源又は他の部品の故障がある場合に冗長性を有することがしばしば望まれる。幾つかの実施形態における減少されたフィルムベースのライトガイドの厚さは、1つよりも多い付加的な光源及びドライバ及び電子制御回路を含む可能性がある1つ又は複数の付加的なバックライトを可能にする。さらなる実施形態では、「リバースモード」で用いられるシリコンフォトダイオード又はLEDのような1つ又は複数の光検出器は、冗長ライトガイド、色補償ライトガイド、又は高輝度バックライトライトガイドがオンにされるべきであるかを判定するために領域内の光の光の強さ(又は色)を検出する。別の実施形態では、単一の光入力カプラ内の冗長性(又は色補償、又は高輝度モード)又は同じライトガイド内の複数の光入力カプラを通した冗長性を提供するために同じ又は異なる回路から駆動される多数のLEDが同じ又は異なる光入力カプラで用いられてもよい。同じライトガイド上で複数の光入力カプラを用いるときに、カプラは、第1の光入力カプラと同じ側部、反対の側部、直交する側部、又は異なる縁に配置されてもよい。
発光デバイスのモード
別の実施形態では、発光デバイスは、通常ビューモード、昼間ビューモード、高輝度モード、低輝度モード、夜間ビューモード、ナイトビジョン又はNVIS適合モード、デュアルディスプレイモード、モノクロモード、グレースケールモード、透明モード、フルカラーモード、高色域モード、色補正モード、冗長モード、タッチスクリーンモード、3Dモード、フィールド順次カラーモード、プライバシーモード、ビデオディスプレイモード、フォトディスプレイモード、警報モード、終夜灯モード、非常用照明/標識モードからなる群から選択された1つ又は複数のモードを備える。昼間ビューモードは、デバイス(ディスプレイ又は照明器具のような)を高輝度(例えば300cd/mを超える)で駆動させることを含んでもよく、輝度の増加をもたらするために2つ以上のライトガイド、2つ以上の光入力カプラを用いること、又は1つ又は複数の光入力カプラで付加的なLEDを駆動させることを含んでもよい。夜間ビューモードは、デバイスを低輝度(例えば50cd/m未満)で駆動させることを含んでもよい。デュアルディスプレイモードは、ライトガイドが1つよりも多い空間光変調器又はディスプレイを照らすバックライトを備えてもよい。例えば、フリップ構成の2つのディスプレイが存在する携帯電話では、各ディスプレイは、各ディスプレイの方に光を放出する同じフィルムライトガイドによって照らすことができる。透明モードでは、ライトガイドは、1つにはディスプレイ又はバックライトを通して見ることができるように実質的に透明となるように設計されてもよい。別の実施形態では、発光デバイスは、第1のモードの少なくとも1つのライトガイドと、第1のモードとは異なる第2のモードの第2のバックライトとを備える。例えば、デバイス上の透明モードバックライトライトガイドは、まだ透け見えることができながら、より低い光抽出機能部密度を有してもよい。同じデバイス上の高輝度モードに対して、第2のライトガイドは、透明モードに対して増加したディスプレイ輝度を提供してもよい。増加した色域モードは、1つ又は複数のスペクトル的に狭い有色LED又は光源を用いることによって増加した色域(例えば100%NTSCを超える)を提供してもよい。高色域モードで用いられるこれらのLEDは、同じ又は異なるライトガイド又は光入力カプラを通じて照らすことによって増加した色域を提供してもよい。色補正モードは、光源の経時的な色変化を(蛍光体変化のような)、LEDの色ビニングの差異を、又は温度又は環境に起因して補償してもよい。タッチスクリーンモードは、1つ又は複数のライトガイドが光学的に減衰されるTIRベースのタッチスクリーンとして動作することを可能にしてもよい。冗長バックライトモードは、故障時に又は他の必要時に作動することができる1つ又は複数のライトガイド又は光源を備えてもよい。発光デバイスに関する3Dモードは、立体ディスプレイを可能にするために、ディスプレイと光再誘導要素又はディスプレイと偏光ベースの、LCシャッターベースの、又はスペクトル選択ベースのガラスを備えてもよい。モードは、例えば、3Dモード用の1つ又は複数の別個のフィルムベースのバックライトライトガイド又はフィルムベースのライトガイド及びイメージを立体的に表示するように構成されたディスプレイを含んでもよい。例えば、プライバシーモードは、実質的拡散モード又は実質的クリアモードにそれぞれ切り換えることによって視野角を増加又は減少させるために光再誘導要素の下に配置された高分子分散型液晶の切換え可能な領域を備えてもよい。別の実施形態では、発光デバイスは、ビデオディスプレイモード又はフォトディスプレイモードをさらに備え、該モードでの色域は増加する。さらなる実施形態では、発光デバイスは、領域又はディスプレイに注意を引くために1つ又は複数のライトガイドがオンにされる警報モードを備える。例えば、携帯電話が鳴っているときに、携帯電話の外部の周り又はこの一部に形成されるライトガイドは、電話をこれが鳴っているときに「ライトアップ」するために照らされてもよい。フィルムベースのライトガイドを用いることによって、ライトガイドフィルムは、電話ハウジング(例えば熱成形)の中に形成されてもよく、又はこれは、ハウジングの内部(半透明又は透明なハウジング)又は外部にフィルム−インサート成形されてもよい。別の実施形態では、発光デバイスは、少なくとも1つのライトガイドが通知(照らされる言葉「出口」を表示することのような)又は照明(廊下のための非常用照明のような)を提供するために照らされる、非常モードを有する。1つ又は複数のモードでの照明は、煙(例えば赤色)を通して増加した可視性を提供するために異なる色であってもよい。
NVIS適合モード
ナイトビジョン又はNVISモードは、所望の輝度及びスペクトル出力をもたらするために、1つ又は複数のライトガイドを照らすこと、2つ以上の光入力カプラを照らすこと、又は1つ又は複数の光入力カプラで付加的なLEDを駆動させることを含んでもよい。このモードでは、NVISモードに対するLEDのスペクトルは、例えば米軍仕様MIL−STD−3009と適合する可能性がある。NVIS適合モードを要求する用途では、昼間モード及び夜間モードでの所望の色及び適合性を達成するために異なる色をもつLED又は他の光源の組合せが用いられてもよい。例えば、昼間モードは、白色LED及び青色LEDを組み込んでもよく、夜間又はNVISモードは、白色、赤色、及び青色LEDを組み込んでもよく、この場合、LEDのうちの1つ又は複数の相対的な出力を制御することができる。これらの白色又は有色LEDは、同じ光入力カプラ又は異なる光入力カプラ、同じライトガイド又は異なるライトガイド上、ライトガイドの同じ側部上、又はライトガイドの異なる側部上に配置されてもよい。したがって、各ライトガイドは、単色又は混合色を備えてもよく、相対的な出力を制御する若しくは経時的な又は背景(周囲)照明条件に対する色変化を補償するために、フィードバック機構(リバースモードで用いられるフォトダイオード又はLEDのような)が用いられてもよい。発光デバイスは、多層誘電体NVIS適合フィルタを伴う白色フィルムベースのバックライトライトガイドのような望ましくない光出力を最小にするためにNVIS適合フィルタをさらに備えてもよく、この場合、白色ライトガイドは白色LED又は白色LEDと赤色LEDによって照らされる。さらなる実施形態では、バックライトは、赤色、緑色、青色、黄色みを帯びた白色、青みを帯びた白色、黄色、及び琥珀色からなる群から選択された色の1つ又は複数のLEDからの光によって照らされる1つ又は複数のライトガイドを備える。別の実施形態では、上述のバックライトは、バックライト又はライトガイドと液晶ディスプレイとの間に配置されたNVIS適合フィルタをさらに備える。
フィールド順次カラーモード
さらなる実施形態では、バックライト又はフロントライトは、光抽出機能部と、ライトガイドから抽出された光の一部を受光し、この光の一部を所定の角度範囲に誘導するために配置される光再誘導要素とを備えるライトガイドを備える。別の実施形態では、光再誘導要素は、ライトガイドからの光の一部を実質的に平行化し、角度半値全幅強度を60度に低下させ、角度半値全幅強度を30度に低下させ、角度半値全幅強度を20度に低下させ、又は角度半値全幅強度を10度に低下させ、望ましくない隣接する画素、サブ画素、又はカラーフィルタに到達する1つの光抽出領域からのクロストーク光の割合を低減させる。光抽出機能部、光再誘導要素、及び画素、サブ画素、又はカラーフィルタの相対位置が制御されるときに、隣接する画素、サブ画素、又はカラーフィルタへの少しの光の漏れが存在するように所定の光抽出機能部からの光を制御することができる。これは、光が実質的に平行化され、赤色画素に対応する画素の下の赤色ライトガイド上の光抽出機能部によってライトガイドから抽出される光が、隣接する青色画素の中に誘導されない又はその割合が小さいため、カラーフィルタが必要とされない(又はカラーフィルタが含まれ、色品質、コントラスト、又は色域が増加される)ようなパターンで3つのライトガイド(赤色、緑色、及び青色に対して1つ)が光を抽出する、色順次バックライトのようなバックライト又はフロントライトに有用である可能性がある。一実施形態では、発光デバイスは、それぞれが光抽出領域の組を有する3つのライトガイドを備えるフロントライトを備える反射型ディスプレイであり、ディスプレイの視る側から見る倍率(magnification)の下で観察したときに3つの光抽出領域は実質的に重ならず、光抽出領域は発光ディスプレイ上の個々の光変調画素と実質的に位置合わせされる。この実施形態では、カラーフィルタは必要とされず、ライトガイド及び発光デバイスの効率を増加させることができる。一実施形態では、各ライトガイドは、反射型空間光変調器における光変調画素の上に実質的に位置合わせされた実質的に1つの光抽出機能部を備える複数の光抽出領域を備える。別の実施形態では、各ライトガイドは、反射型空間光変調器における光変調画素の上に実質的に位置合わせされた各光抽出領域をもつ複数の光抽出機能部を備える複数の光抽出領域を備える。一実施形態では、発光ディスプレイは、反射型又は透過型空間光変調器と、ディスプレイ発光面の法線方向に見たときに1つの空間光変調画素につき1、2、5、10、20、50、1よりも多い、2よりも多い、5よりも多い、10よりも多い、20よりも多い、20よりも多い、及び50よりも多いからなる群から選択された1つ又は複数の平均の光抽出機能部を備えるフィルムベースのライトガイドとを備える。
別の実施形態では、発光デバイスは、それぞれが光抽出領域の組を備える3つのライトガイドを備える反射型空間光変調器及びフロントライト又はバックライトを備える反射型ディスプレイであり、第1のライトガイド、第2のライトガイド、及び第3のライトガイドからの発光の均一性は、個々に照らされるときに60%、70%、80%、及び90%からなる群から選択された1つよりも大きい。この実施形態では、各ライトガイドの中に光を誘導する光源(単数又は複数)の強度は、反射型空間光変調器に対する色順次照明を提供するために変調されてもよい。
単色又は多色モード
一実施形態では、発光デバイスは、それぞれ第1の光源及び第2の光源からライトガイド条件で光を受光するために配置される第1のライトガイド及び第2のライトガイドを備え、第1の光源は、第2の光源からの0.004を超える色差Δu’v’を有する。別の実施形態では、発光デバイスは、3つの光源からライトガイド条件で光を受光するために配置される3つのライトガイドを備え、3つの光源は、それぞれ0.004を超える色差Δu’v’を有する。例えば、一実施形態では、反射型ディスプレイは、赤色、緑色、及び青色LEDからの光を受光するために配置される第1、第2、及び第3のライトガイドを備えるフロントライトを備え、各ライトガイドは、そこで光が空間的に変調される反射型空間光変調器の方に光を放出し、「オン」又は反射モードですべての画素と共に駆動されたときに、個々の各ライトガイドからの発光パターンの空間的輝度均一性は、60%、70%、80%、及び90%からなる群から選択された1つよりも大きい。
自動又はユーザ制御される色彩調整
一実施形態では、発光デバイスは、モノクロモード(青色オンリーモードのような)で作動することができる。別の実施形態では、発光デバイスのユーザは、ディスプレイ又は発光デバイスから放出された光の色を選択的に選ぶことができる。別の実施形態では、ユーザは、モード及び1つ又は複数の光源からの相対的な光出力強度を変えることを選ぶことができる。例えば、一実施形態では、ユーザは、フロントライトだけを用いてフルカラー2Dディスプレイモードから立体3Dディスプレイモードに切り替えることができる。一実施形態では、ユーザは、フィルムベースのライトガイドと白色LEDに対する赤色LEDの光出力を調整することによって赤色LED及び白色LEDからの光をライトガイドの結合ライトガイドの中に結合するために配置される光入力カプラとを備えるディスプレイの白色点の色温度を調整することができる。別の実施形態では、ユーザは、「寒色」蛍光照明及び白熱電球からの「暖色」照明のような種々の環境周辺光スペクトル条件でのディスプレイの白色点の色温度を維持するために、反射型ディスプレイを固定の白色点色温度フロントライトオンリーモードから白色LEDに対する赤色LEDからの光出力(又は青色LED、緑色LED、及び赤色LEDなどの相対強度)を自動調整する自動白色色温度調整フロントライト及び周辺光モードに切り替えることができる。別の実施形態では、ユーザは、フルカラーRGBディスプレイモードから赤色光出力の少ないNVIS適合ディスプレイモードに変えることを選択することができる。別の実施形態では、ユーザは、赤色LED、緑色LED、及び青色LEDからの光を伴うRGB照明から白色LEDからの光を伴うモノクロモードに変えることを選択することができる。
さらなる実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、実質的に白色光源及び赤色光源からの光を受光するために配置される。例えば、白色LED及び赤色LEDからの光を結合することによって、ディスプレイの色温度を調整することができる。これは、例えば、ユーザによって(例えば色の好みで)又は自動的に変えることができる。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、反射型ディスプレイと、1つ又は複数の波長帯域幅内の光の色又はスペクトル強度を検出し、及び輝度を増加又は減少させる及び/又は反射型ディスプレイから放出された光の組み合わされた色を調整するためにフロントライト(又は単一のフロントライトの中に光を結合するために配置されるLED)の全光出力強度及び/又は相対光出力強度を調整する光センサ(カラーフィルタ又はリバースで作動されるLEDを伴う1つ又は複数のフォトダイオードのような)を備える。別の実施形態では、1つ又は複数の波長帯域幅内の光の色又はスペクトル強度を検出するのに用いられる光検出器(又は光センサ)はまた、周辺光の相対輝度を判定し、フロントライトからの光の強度は、所定の設定又はユーザが調整した設定に基づいて増加又は減少される。一実施形態では、光センサは、リバースモードで用いられるLEDのような1つ又は複数の光センサを備える。一実施形態では、光センサは、ディスプレイの後ろ、フロントライトの後ろ、ディスプレイの光放出領域とディスプレイのベベル、ベゼル、又はフレームとの間、ディスプレイのフレーム内、ディスプレイ又は発光デバイスのハウジング若しくはハウジング又はケーシングの光伝送窓の後ろ、及びディスプレイ領域から分離した発光デバイスの領域の中からなる群から選択された1つ又は複数の場所に配置される。別の実施形態では、光センサは、周辺光の赤色、緑色、及び青色スペクトル成分の相対強度を検出するためにリバースで駆動される赤色LED、緑色LED、及び青色LEDを備える。別の実施形態では、光センサは、1つ又は複数の光源からフィルムベースのライトガイドの光放出領域に又はフィルムベースのライトガイドから延びる出力結合ライトガイドの出力面で光を伝送するために配置される結合ライトガイドの配置の入力面に配置される。この実施形態では、光センサは、ディスプレイ及びフィルムベースのライトガイドのフロントライト上に入射する光の平均強度を効果的に収集することができ、これは、デバイスにおける光源からの光の相対的な出力と比べることができる。この実施形態では、光入力結合機能部が周辺光の一部をライトガイドの中への導波管の状態で光センサの方に結合する際にリバースモードで効果的に作用する光抽出機能部を備えるより大きい空間域に起因して光収集領域がより大きいため、光センサは、あまり影に影響されない。
発光デバイスの1つ又は複数のモードは、イベントに応答して自動的にオンになるように構成されてもよい。イベントは、携帯電話がビデオモードで用いられるときに高色域モードをオンにすることのようなユーザ指向、又は煙検出システム(デバイスの内部又は外部)に電気的に結合されたフィルムベースの非常用照明器具が煙が検出されるときにオンになることのような環境条件に応答したもの、又は高い周辺光レベルが検出されるときに高輝度ディスプレイモードが自動的にオンになるものであってもよい。
別の実施形態では、ディスプレイモードは、より低い輝度のより高い色域モード(ディスプレイ照明のための赤色、緑色、及び青色LEDを用いるモードのような)からより高い輝度のより低い色域モード(照明のための白色LEDを用いることのような)に変えられてもよい。別の実施形態では、ディスプレイは、より高い色域モード(赤色LED、緑色LED、及び青色LEDからの光を放出する発光デバイスのような)からより低い色域モード(白色蛍光体ベースのLEDを用いるモードのような)に切り替えてもよい(自動的に又はユーザ制御によって)。別の実施形態では、ディスプレイは、等しいディスプレイ輝度のために高電力モード(赤色LED、緑色LED、及び青色LEDからの光を放出する発光デバイスのような)から比較的低い電力モード(実質的に白色LEDのみを用いるモードのような)に自動的に又はユーザ制御によって切り替える。
さらなる実施形態では、ディスプレイは、色順次又はフィールド順次カラーモードフロントライト又はバックライト照明モードからオフにする若しくはフロントライト又はバックライトからの光出力を実質的に低減させる周辺光照明モードに自動的に又はユーザ制御によって切り替え、周辺光は、ディスプレイを出る光束の50%よりも多くに寄与する。
一実施形態では、ディスプレイは、赤色、緑色、青色、シアン、マゼンタ、及び黄色からなる群から選択された1つ又は複数の色をもつ光を放出する1つ又は複数の光源からの光を受光するために配置される光入力カプラを伴うフィルムベースのライトガイドを備える。例えば、一実施形態では、ディスプレイは、赤色、緑色、青色、シアン、及び黄色LEDからの光を受光するために配置される1つ又は複数の光入力カプラを備えるフィルムベースのライトガイドを備える。この実施形態では、ディスプレイの色域は、赤色、緑色、及び青色照明LEDのみを備えるディスプレイよりも著しく増加させることができる。一実施形態では、LEDは、1つの光入力カプラ内に配置される。別の実施形態では、2つの異なる色の2つ以上のLEDは、結合ライトガイドの配置に光を入力するために配置される。別の実施形態では、第1の光入力カプラは、フィルムベースのライトガイドに入る光の第1のスペクトル出力プロフィールを有する1つ又は複数のLEDを備え、第2の光入力カプラは、第1のスペクトル出力プロフィールとは異なるフィルムベースのライトガイドに入る光の第2のスペクトル出力プロフィールを有し、第1の又は第2の光入力カプラにおける結合ライトガイドは、第1のピーク波長及び100nm未満の出力波長帯域幅をもつLEDから入力面で光を受光するために配置され、他の光入力カプラにおける結合ライトガイドは、実質的に同様のピーク波長及び実質的に同様の出力波長帯域幅をもつLEDから入力面で光を受光するために配置されない。別の実施形態では、発光デバイスは、異なる有色LEDの異なる構成を備える2つ以上の光入力カプラを備える。別の実施形態では、発光デバイスは、異なる有色LEDの実質的に同じ構成を備える2つ以上の光入力カプラを備える。
立体ディスプレイモード
別の実施形態では、立体ディスプレイモードで作動できるディスプレイは、バックライト又はフロントライトを備え、少なくとも1つのライトガイド又は光抽出領域は、フィルムベースのライトガイド内に又はこの頂部に配置され、光放出領域の少なくとも2つの組は、立体ディスプレイと併せてイメージの少なくとも2つの組をもたらするために別々に制御することができる。3Dディスプレイは、光を空間的に変調する前又は後のいずれかに空間的に分離された光放出領域を角度的に分離された光領域に効果的に変換するために光再誘導要素、パララックスバリア、レンズ状要素、又は他の光学部品をさらに備えてもよい。
さらなる実施形態では、発光デバイスは、第1の角度範囲内の光を放出する少なくとも1つの第1のライトガイドと、第2の角度範囲内の光を放出する少なくとも1つの第2のライトガイドとを備える。2つの異なる角度範囲に光を放出するライトガイドを採用することによって、デュアルビューディスプレイ又は立体ディスプレイ又はバックライトのような視野角依存特性をもたらすことができる。一実施形態では、第1のライトガイドは、光出力面の法線から実質的に+45度に近い光軸をもつ光を放出し、第2のライトガイドは、光出力面の法線から実質的に−45度に近い光軸をもつ光を放出する。例えば、ドライバと乗客との間の自動車ディスプレイ計器盤に用いられるディスプレイは、各人に異なる情報を表示してもよく、又はディスプレイは、2人の観察者の方により効率よく光を誘導してもよく、表面の法線の外に光を誘導することによって光を無駄にしない。さらなる実施形態では、ディスプレイが立体3Dディスプレイであるように、第1のライトガイドは、左のイメージに対応するディスプレイ(又はディスプレイの第1の時間期間)の第1の領域を照らす光に対応する光を放出し、第2のライトガイドは、右のイメージに対応するディスプレイ(又はディスプレイの第2の時間期間)の第2の領域を照らす光に対応する光を放出する。
一実施形態では、第1のライトガイドは、光抽出機能部の第1の組から第1の角度の方向の実質的に白色光を放出し、第1のライトガイドの下の第2のライトガイドは、光抽出機能部の第2の組から第2の角度の方向の実質的に白色光を放出する。別の実施形態では、光抽出機能部の第1の組は、左の表示画像に対応する画素の第1の組の下に配置され、光抽出機能部の第2の組は第1の組から実質的に空間的に分離され、右の表示画像に対応する画素の第2の組の下に配置され、ディスプレイは裸眼立体型である。さらなる実施形態では、上述の裸眼立体ディスプレイは、画素の第1の組及び第2の組の方に光を放出する第3のライトガイドをさらに備え、2Dディスプレイモードのディスプレイ最大解像度で照らされる。
一実施形態では、発光ディスプレイは、フィルムベースのライトガイド及び反射型空間光変調器を備え、第1の方向に伝搬するライトガイドから抽出された光に起因してライトガイドから入射する光から反射型空間光変調器によって反射される光は、第1の方向とは異なる第2の方向に伝搬する光から抽出されるライトガイドから入射する光から反射型空間光変調器によって反射される光と実質的に重ならない。一実施形態では、発光ディスプレイは、拡散反射特性をもつ反射型空間光変調器を備え、拡散反射光の角度半値全幅強度は、35度の入射角で3ミリラジアン未満の発散度をもつレーザ光で測定したときに50度、40度、30度、20度、及び10度からなる群から選択された1つ未満である。一実施形態では、拡散反射空間光変調器は、実質的に反対方向に配向された光軸をもつライトガイド内を伝搬するフィルムベースのライトガイドを出る光からの2つのピーク方向からの光を受光する。例えば、この実施形態では、ライトガイド内を第1の方向に伝搬する光は、第1の出力平面において10度の角度半値全幅強度をもつ反射型空間光変調器の法線から+20度のピーク光度の角度で反射型空間光変調器上に入射するようにライトガイドから抽出することができ、ライトガイド内で第1の方向とは反対の第2の方向に伝搬する光は、第1の出力平面内の10度の角度半値全幅強度をもつ反射型空間光変調器の法線から−20度のピーク光度の角度で反射型空間光変調器上に入射するようにライトガイドから抽出することができる。この実施形態では、初めはライトガイドの中を第1の方向に伝搬する光は、ディスプレイの法線から約−20度のピーク光度の角度での出力であり、初めはライトガイドの中を第2の方向に伝搬する光は、第1の出力平面内のディスプレイの法線から約+20度の角度でのディスプレイからの出力である。光出力を変調し(例えば光放出領域の対向する側部上の2つの入力結合ライトガイドの中に結合される2つの白色LEDからの光を交互させること)、及びこれを反射型空間光変調器と同期させることによって、観察者が立体3Dイメージ、印、グラフィックス、又はビデを見るように、ディスプレイからの交互イメージを+20及び−20度の方向に誘導することができる。別の実施形態では、第1の方向及び第2の方向からの光のピーク強度の角度は、光が特定の観察距離で平均的な観察者の目に対する観察位置範囲に対応する2つの「アイボックス」の方に合焦されるように、フロントライトにわたって変化する。一実施形態では、フィルムベースのライトガイド内の第1の方向のその光軸をもつ初めに伝搬する光からのディスプレイの中央でのピーク光度の角度は、第1の出力平面内のディスプレイ表面の法線から−40度〜−30度、−30度〜−20度、−20度〜−10度、及び−10度〜−5度からなる群から選択された範囲内であり、第2の方向のフィルムベースのライトガイドの中のその光軸をもつ初めに伝搬する光からのディスプレイの中央でのピーク光度の角度は、第1の出力平面内のディスプレイ表面の法線から+40度〜+30度、+30度〜+20度、+20度〜+10度、及び+10度〜+5度からなる群から選択された範囲内である。別の実施形態では、第1の出力平面は、第1の方向及び第2の方向に実質的に平行である。
一実施形態では、発光ディスプレイは、イメージ、ビデオ、情報、又は印の立体ディスプレイのための2つ以上の観察ゾーンの中に光を誘導するために配置されるレンチキュラレンズを備え、レンチキュラレンズは、フィルムベースのライトガイドであり、又はフィルムベースのライトガイド基板を備える。この実施形態では、立体ディスプレイの厚さは、フィルムベースのライトガイドをレンチキュラレンズフィルムの中に組み込むことによって減らすことができる。さらなる実施形態では、空気−レンチキュラ表面でのフロントライトからの迷光反射は、反射型空間光変調器からの反射後までレンチキュラ−空気表面を通過することなくレンチキュラレンズから反射型ディスプレイの方に光を誘導することによって低減される。
光起電充電のための光収集
一実施形態では、発光デバイスは、入射光の一部を光入力カプラに配置された1つ又は複数の光源からフィルムベースのライトガイドの外に抽出する光抽出機能部を備えるフィルムベースのライトガイドを備え、光抽出機能部は、ディスプレイの外部の周辺光の第1の部分をライトガイドの中にライトガイド条件で再誘導する。一実施形態では、光抽出機能部(光入力結合機能部としても機能する)によってフィルムベースのライトガイドの中に誘導される周辺光の一部は、フィルムベースのライトガイドのための光入力カプラにおける結合ライトガイドの入力面で光源に隣接又は近接して配置された又はフィルムベースのライトガイドのための光出力カプラにおける結合ライトガイドの出力面に隣接又は近接して配置された光起電力セルに伝搬する。一実施形態では、発光デバイスは、ディスプレイがオフにされ(すぐに又は短い時間の後で)、光起電力セルに到達する光がバッテリ、コンデンサ、又は他のエネルギー蓄積装置を充電するように、充電モードに切換えられてもよい。別の実施形態では、発光デバイスは、周辺光が十分に明るいとき、発光デバイスがオンにされるとき、又は発光デバイスがオン又はオフにされるときにエネルギー蓄積装置を充電するモードを充電する又は備える。別の実施形態では、光起電力セルから発生した電力は、電力が閾値電圧又は電流又はこれらの組合せに到達するときにエネルギー蓄積装置を通過することなくディスプレイ又はデバイスに電力を与えるために誘導される。別の実施形態では、バックライト又はフロントライト強度調節のための周辺光強度を検出する光センサはまた、周辺光レベルが光センサからの電圧、電流、又はこれらの組合せによって測定される閾値レベルを上回るときに、電荷蓄積器を充電するための充電機構をオンにするために光起電力セルを用いて信号を送信する。
フィールド順次カラー&立体モード
1つ又は複数のライトガイドは、空間光変調器をフィールド順次カラー(FSC)又は色順次(CS)モードで照らしてもよい赤色、緑色、及び青色(及び随意的に黄色のような増加した色域のための他の色)光によって照らされてもよい。加えて、ディスプレイは、液晶ベースのシャッターガラスと同期されるときにディスプレイが立体ディスプレイを通して3Dに見えるように、高速モードで駆動されてもよい。受動偏光子(直線又は円形)ベースの観察ガラス(viewing glass)及び干渉フィルタスペクトル選択性3D方法(ドルビー3Dによって用いられるような)のような他の方法もまた、フィルムベースのライトガイドを備えるフィールド順次カラーベースのバックライトに採用されてもよい。別の実施形態では、ライトガイドは順次に駆動されてもよく、又は別個のライトガイドを照らす光源は順次に駆動されてもよい。一実施形態では、第1のライトガイドを照らす1つ又は複数の光源がオンにパルスされ、その後、第2のライトガイドを照らす1つ又は複数の光源をオンにパルシングし、次いで第1のライトガイドにおける1つ又は複数の光源をパルシングする。色域を増加させる、カラーフィルタによって吸収される光の割合を減少させる、又はカラーフィルタをなくするために、色順次ディスプレイにおいて複数のライトガイド、1つ又は複数のライトガイドの空間領域、又はライトガイド内のスペクトル的に選択された要素が用いられてもよい。別の実施形態では、2つの別個のライトガイドが赤色、緑色、及び青色光で照らされ、ライトガイドは、光抽出機能部を備える2つの空間的に分離した領域を有し、発光デバイスは、第1のライトガイドからの光を左のイメージに対応する第1の角度範囲に再誘導し、さらに、第2のライトガイドからの光を右のイメージに対応する第2の角度範囲に再誘導する光再誘導要素と、立体情報を空間的構成で表示するために駆動される液晶パネルとをさらに備え、ディスプレイは裸眼立体3Dディスプレイである。さらなる実施形態では、2つの別個のライトガイドが赤色、緑色、及び青色光で照らされ、ライトガイドは、光抽出機能部を備える2つの空間的に分離した又は重なる領域を有し、発光デバイスは、立体ディスプレイを液晶シャッターベースのガラスで見ることができるように立体情報を表示するために100hzよりも高い周波数で駆動される液晶パネルをさらに備える。さらなる実施形態では、第1のバックライトから放出される赤色、緑色、及び青色光は、それぞれ波長スペクトルR1、G1、及びB1を有し、第2のバックライトから放出される赤色、緑色、及び青色光は、それぞれ波長スペクトルR2、G2、及びB2を有し、R1は、実質的にR2に重ならず、G1は実質的にG2に重ならず、B1は実質的にB2に重ならず、米国特許第出願公開番号US20090316114、US20100013911、US20100067108、US20100066976、US20100073769、及びUS2010006085における立体視システムの実施形態で開示されたもののようなディスプレイを立体3Dで観察するために、スペクトル選択型観察ガラスが用いられてもよい。
表1は、1つ又は複数のライトガイド、1つ又は複数の有色ソース、3D駆動技術、並びに2D及び3Dディスプレイのための画素配置を含む実施形態の例を例証する。
Figure 2013525955
表1.実施形態の下で2D及び3Dディスプレイを駆動するためのモードの例
フィールド順次カラードライブを含む液晶ディスプレイ、MEMsベースのディスプレイ、投写型ディスプレイ、又は他のディスプレイの駆動スキーム又は1つ又は複数の実施形態の色順次駆動スキームは、米国特許出願整理番号第12/124317号、米国特許第7,751,663号、第7,742,031号、第7,742,016号、第7,696,968号、第7,695,180号、第7,692,624号、第7,731,371号、第7,724,220号、第7,728,810号、第7,728,514号、及び米国特許出願公開番号US20100164856、US20100164855、US20100164856、US20100165218、US20100156926、US20100149435、US20100134393、US20100128050、US20100127959、US20100118007、US20100117945、US20100117942、US20100110063、US20100109566、US20100079366、US20100073568、US20100072900、US20100060556、US20100045707、US20100045579、US20100039425、US20100039359、US20100039358、US20100019999、US20100013755で開示されたものを含む。
表1に示された幾つかの実施形態では、ディスプレイは、1つのイメージに関する情報を示し、その後、第2のイメージ(例えば左のイメージ及び右のイメージ)に関する情報を示す。ディスプレイの領域は、ディスプレイの異なる領域が右目に対応するイメージを同時に示す状態で、左目で見るためのイメージの一部を表示することができることが理解される。ディスプレイは、領域において情報の第1のフィールド、その後に情報の第2のフィールドに対応する空間光変調を提供してもよい(第1のフレームの後に第2のフレーム、順次走査、インターレースなどのような)。実施形態は、標準画素配置及び3Dバックライト及びマトリクス、RGBストリップ、及びPenTileサブ画素配置のような画素配置、及び米国特許第6,219,025号、第6,239,783号、第6,307,566号、第6,225,973号、第6,243,070号、第6,393,145号、第6,421,054号、第6,282,327号、第6,624,828号、第7,728,846号、第7,689,058号、第7,688,335号、第7,639,849号、第7,598,963号、第7,598,961号、第7,590,299号、第7,589,743号、第7,583,279号、第7,525,526号、第7,511,716号、第7,505,053号、第7,486,304号、第7,471,843号、第7,460,133号、第7,450,190号、第7,427,734号、第7,417,601号、第7,404,644号、第7,396,130号、第7,623,141号、第7,619,637号、及び米国特許出願公開番号US20100118045、US20100149208、US20100096617、US20100091030、US20100045695、US20100033494、US20100026709、US20100026704、US20100013848、US20100007637、US20090303420;、US20090278867、US20090278855、US20090262048、US20090244113、US20090081064、US20090081063、US20090071734、US20090046108、US20090040207、US20090033604、US20080284758、US20080278466、US20080266330、及びUS20080266329で開示されたもののような他の配置を含む。
一実施形態では、発光デバイスは、照明が画素の視る側から空間光変調画素の方に誘導されるように反射コンポーネントをもつディスプレイの方に光を放出する。別の実施形態では、ディスプレイは、ディスプレイを前面から照らす光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備えるフィルムベースの発光デバイスを備え、ライトガイドの光抽出領域は、米国特許第6,680,792号、第7,556,917号、第7,532,377号、及び第7,297,471号で開示されたもののような干渉計型変調器又はIMODの方に光を誘導する。ライトガイドは、ディスプレイの外部のコンポーネント、ディスプレイの一体のコンポーネントであってもよく、又はディスプレイの表面又は層に光学結合されてもよい。一実施形態では、フロントライトは、シリコーンを含むコア材料又はクラッド材料を含むライトガイドフィルムを備える。
別の実施形態では、ディスプレイは、ディスプレイを前面から照らす光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備えるフィルムベースの発光デバイスを備え、ライトガイドの光抽出領域は、反射型LCD、電気泳動ディスプレイ、コレステリックディスプレイ、zenithal双安定型デバイス、反射型LCD、静電型ディスプレイ、エレクトロウエッティング・ディスプレイ、バイステイブルTNディスプレイ、micro−cup EPDディスプレイ、格子整合型zenithalディスプレイ、フォトニック結晶ディスプレイ、電気流体型ディスプレイ、及びエレクトロクロミック・ディスプレイからなる群から選択された少なくとも1つの方に光を誘導する。別の実施形態では、ディスプレイは、ディスプレイを照らす光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備えるフィルムベースの発光デバイスを備え、ライトガイドの光抽出機能部は、米国特許出願整理番号第12/050,045号、第12/050,032号、第12/050,045号、第11/524,704号、第12/564,894号、第12/574,700号、第12/546,601号、第11/766,007号、並びに米国特許第7,522,354号及び第7,450,799号で開示されたもののような時間多重化光学シャッターディスプレイの方に光を誘導する。
一実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドと発光デバイスの光源との間に配置された反射型空間光変調器を備える。例えば、ライトガイドは、電気泳動ディスプレイの前に配置することができ、ライトガイド、ライトガイド領域、光混合領域、又は結合ライトガイドのうちの少なくとも1つは、電気泳動ディスプレイの周りに巻くことができ、光源は、ディスプレイの後ろに配置することができる
一実施形態では、ライトガイドは、Unipixel Inc.による時間多重化光学シャッターディスプレイのような減衰される内部全反射型ディスプレイ、Pixtronix Inc.によるディスプレイのような移動可能なシャッターを伴うMEMs型ディスプレイ、又はQualcomm MEMS Technologies,Inc.からのもののような反射MEMSベースの干渉ディスプレイのための照明器として役立つ。幾つかの実施形態では、MEMs型ディスプレイは、ディスプレイの画素領域からの発光の強度(反射型ディスプレイと共に用いられるフロントライトの場合に)又はディスプレイの画素領域からの反射(Qualcomm MEMS Technologies,Inc.の干渉ベースの変調デバイスと同様に1つ又は複数のコンポーネント間の分離を制御することなどによって)を空間的に変調する光変調画素又は領域を備える。
干渉計型変調器(例えば、Qualcomm MEMS Technologies,Inc.に割り当てられ2008年12月19日に出願された米国特許出願整理番号第12/340,497号で開示される干渉計型変調器)のような幾つかの反射型ディスプレイ技術では、光のスペクトル及び入射角は、特定の視野角での画素の強度及び色に影響を及ぼす。一実施形態では、反射型ディスプレイは、干渉反射型空間光変調器及びフィルムベースのフロントライトを備え、フロントライトを出る光のピーク強度の角度は、ライトガイドから放出された光のピーク波長に対する角度のピーク反射効率の30度、20度、10度、及び5度からなる群から選択された角度内である。別の実施形態では、反射型ディスプレイは、干渉反射型空間光変調器及びフィルムベースのフロントライトを備え、フロントライトから抽出された光の波長は、ライトガイドから抽出された光のピーク強度の角度から反射された光のピーク波長100nm、50nm、30nm、20nm、及び10nmからなる群から選択された波長以内である。さらなる実施形態では、反射型ディスプレイは、干渉反射型空間光変調器と、それぞれ第1のピーク強度の角度及び第1のピーク波長、第2のピーク強度の角度及び第2のピーク波長、並びに第3のピーク強度の角度及び第3のピーク波長をもつ光を反射型空間光変調器の方に放出するために配置される第1、第2、及び第3のライトガイドを備えるフィルムベースのフロントライトとを備え、第1、第2、及び第3のピーク波長は互いに異なり、反射型空間光変調器からの反射後の各ライトガイドからの光の強度のピーク角度は、互いから40度、30度、20度、10度、5度、及び2度からなる群から選択された角度内である。この実施形態では、例えば、光抽出機能部(及び/又はシステムにおけるライトガイド、光源、光平行化要素、又は他のコンポーネントの他の特性)は、反射型空間光変調器(干渉計型変調器反射型ディスプレイのような)からの反射角度が実質的に位置合わせされるように設計することができる。
別の実施形態では、当該技術分野では公知の、及びQUALCOMM MEMS Technology,Incに割り当てられた米国特許出願整理番号第12/340,497号で開示されるような光源の種々の構成及び光源と反射特性との整合が用いられてもよい。
一実施形態では、発光デバイスは、100ミクロン未満の厚さの光入力カプラ及びフィルムベースのライトガイドと、発光ライトガイド内の光軸に平行な平面内の50ミクロン未満の平均寸法をもつ光抽出機能部とを備える。この例では、光抽出機能部は、薄いフィルムベースのライトガイドに起因して光変調画素のより近くに配置することができ、それらが反射光変調画素と同じサイズである又はこれより小さいようにより小さい光抽出機能部を用いることができる。幾つかの実施形態では、より小さい光抽出機能部を反射空間光変調画素の近くで用いることによって、光変調画素の変調領域のみを照らす又は第1の光抽出機能部によってライトガイドの外に再誘導される光束の50%、40%、30%、20%、10%、5%、及び2%からなる群から選択された1つ以下を反射型空間光変調器又は反射光変調画素からの反射後に第1の光抽出機能部又は第2の光抽出機能部に到達させるために、光抽出機能部からの光の発散度及び光の方向を制御することができる。別の実施形態では、光抽出機能部によってライトガイドの外に再誘導される全光束の50%、40%、30%、20%、10%、5%、及び2%からなる群から選択された1つよりも少ない光束が、反射型空間光変調器又は反射光変調画素からの反射後に光抽出機能部に到達する。
一実施形態では、発光デバイスは、エレクトロウエッティングベースのディスプレイのためのフロントライト又はバックライトである。一実施形態では、反射型ディスプレイは、エレクトロウエッティング材料と、光入力カプラ及びフィルムベースのライトガイドを備えるフロントライトとを備える。例えば、一実施形態では、エレクトロウエッティングディスプレイは、光吸収材料又は光散乱材料を含むエレクトロウエッティング材料を含むエレクトロウエッティングディスプレイである。エレクトロウエッティングディスプレイの例は、Liquavista B.Vに割り当てられた米国特許出願整理番号第12/303,487号及び第12/814,803号で説明されるものを含む。一実施形態では、発光デバイスは、反射型、半透過型、又は透過型ディスプレイであり、光抽出機能部は、光がアクティブでない又は望ましくない場所の方に抽出されないように、ディスプレイの画素の光伝送又は光反射領域よりも実質的に上又は下の空間領域に実質的に配置される。例えば、一実施形態では、エレクトロウエッティング・ディスプレイは、1つの液体が実質的に平坦な領域から1つのより厚い領域の中に角部の方に引き寄せられる画素領域を有し、光抽出機能部は、液体が以前に位置していた及び実質的に平坦な領域(フロントライトのための)よりも上に実質的に配置される。この実施形態では、光吸収領域から透明領域に実質的に変化する光吸収領域の領域は、フロントライトの場合には前から及びバックライトの場合には後ろから実質的に照らされる領域である。
一実施形態では、発光デバイスは、フィルムベースのライトガイド及び光入力カプラを備え、光抽出機能部は、これがライトガイド内の光に対するライトガイド条件を維持するように、ライトガイドと光学的に接触していない又は実質的に平坦な、実質的に透明な平坦領域エレクトロウエッティング材料の領域である。この実施形態では、エレクトロウエッティング材料が実質的に平坦な領域から湾曲した表面を備える形状(液滴又は液体の玉のような)に引き寄せられるときに、湾曲した表面は、その場所でライトガイドの外に光を抽出する。一実施形態では、光抽出エレクトロウエッティング材料は、フィルムベースのライトガイドに光学的に結合される基板上に配置される。一実施形態では、1つの側部に引っ張られるエレクトロウエッティング材料は、光がエレクトロウエッティング材料を通してアルミニウムで被覆された基板又は白色反射フィルムのような光反射材料上にライトガイドの外に抽出されるように、ライトガイドと光学的に接触することになる。
別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、空間光変調のためのエレクトロウエッティング層又はMEMsベースの層を製作するための基板である。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、ライトガイドとエレクトロウエッティング液との間に配置されるフルオロポリマーベースのコーティングを備える。この実施形態では、フルオロポリマーベースのコーティングは、オフ状態での油膜のようなエレクトロウエッティング材料の拡散を保証する強疎水性の層を提供すること、ライトガイドからの光の望ましくない外部結合を防ぐために低屈折率クラッド領域を提供すること、及び不活性コーティングを提供することからなる群から選択された1つ又は複数の特性を提供する。一実施形態では、フルオロポリマーベースのコーティングは、サブミクロンの厚さのアモルファスフルオロポリマー層である。
別の実施形態では、ディスプレイは、光源、光入力カプラ、及びディスプレイを照らす又は光を外に結合するためにディスプレイのためのライトガイドを提供するライトガイドを備えるフィルムベースの発光デバイスを備え、ディスプレイ又は発光デバイスは、米国特許出願整理番号第12/511693号、第12/606675号、第12/221606号、第12/258206号、第12/483062号、第12/221193号、第11/97541111/975398号、第10/31/2003号、第10/699,397、又は米国特許第7,586,560号、第7,535,611号、第6,680,792号、第7,556,917号、第7,532,377号、第7,297,471号、第6680792号、第6865641号、第6961175号、第6980350号、第7012726号、第7012732号、第7035008号、第7042643号、第7046374号、第7060895号、第7072093号、第7092144号、第7110158号、第7119945号、第7123216号、第7130104号、第7136213号、第7138984号、第7142346号、第7161094号、第7161728号、第7161730号、第7164520号、第7172915号、第7193768号、第7196837号、第7198973号、第7218438号、第7221495号、第7221497号、第7236284号、第7242512号、第7242523号、第7250315号、第7256922号、第7259449号、第7259865号、第7271945号、第7280265号、第7289256号、第7289259号、第7291921号、第7297471号、第7299681号、第7302157号、第7304784号、第7304785号、第7304786号、第7310179号、第7317568号、第7321456号、第7321457号、第7327510号、第7333208号、第7343080号、第7345805号、第7345818号、第7349136号、第7349139号、第7349141号、第7355779号、第7355780号、第7359066号、第7365897号、第7368803号、第7369252号、第7369292号、第7369294号、第7369296号、第7372613号、第7372619号、第7373026号、第7379227号、第7382515号、第7385744号、第7385748号、第7385762号、第7388697号、第7388704号、第7388706号、第7403323号、第7405852号、第7405861号、第7405863号、第7405924号、第7415186号、第7417735号、第7417782号、第7417783号、第7417784号、第7420725号、第7420728号、第7423522号、第7424198号、第7429334号、第7446926号、第7446927号、第7447891号、第7450295号、第7453579号、第7460246号、第7460290号、第7460291号、第7460292号、第7470373号、第7471442号、第7471444号、第7476327号、第7483197号、第7486429号、第7486867号、第7489428号、第7492502号、第7492503号、第7499208号、第7502159号、第7515147号、第7515327号、第7515336号、第7517091号、第7518775号、第7520624号、第7525730号、第7526103号、第7527995号、第7527996号、第7527998号、第7532194号、第7532195号、第7532377号、第7532385号、第7534640号、第7535621号、第7535636号、第7542198号、第7545550号、第7545552号、第7545554号、第7547565号、第7547568号、第7550794号、第7550810号、第7551159号、第7551246号、第7551344号、第7553684号、第7554711号、第7554714号、第7556917号、第7556981号、第7560299号、第7561323号、第7561334号、第7564612号、第7564613号、第7566664号、第7566940号、第7567373号、第7570865号、第7573547号、第7576901号、第7582952号、第7586484号、第7601571号、第7602375号、第7603001号、第7612932号、第7612933号、第7616368号、第7616369号、第7616781号、第7618831号、第7619806号、第7619809号、第7623287号、第7623752号、第7625825号、第7626581号、第7626751号、第7629197号、第7629678号、第7630114号、第7630119号、第7630121号、第7636151号、第7636189号、第7642110号、第7642127号、第7643199号、第7643202号、第7643203号、第7643305号、第7646529号、第7649671号、第7653371号、第7660031号、第7663794号、第7667884号、第7668415号、第7675665号、第7675669号、第7679627号、第7679812号、第7684104号、第7684107号、第7692839号、第7692844号、第7701631号、第7702192号、第7702434号、第7704772号、第7704773号、第7706042号、第7706044号、第7706050号、第7709964号、第7710629号、第7710632号、第7710645号、第7711239号、第7715079号、第7715080号、第7715085号、第7719500号、第7719747号、及び第7719752号で開示されたタイプのものである。
フィルムベースのライトガイドフロントライトの場所
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドフロントライトは、タッチスクリーンフィルムと反射型空間光変調器との間に配置される。別の実施形態では、タッチスクリーンフィルムは、フィルムベースのライトガイドと反射型空間光変調器との間に配置される。別の実施形態では、反射型空間光変調器、フィルムベースのライトガイドフロントライト、及びタッチスクリーンはすべて、フィルムベースのデバイスであり、個々のフィルムは一緒にラミネートされてもよい。別の実施形態では、タッチスクリーンデバイス又はディスプレイデバイスのための光伝送導電性コーティングは、フィルムベースのライトガイドフロントライト上に被覆される。さらなる実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、ディスプレイ又はタッチスクリーンの可撓性電気コネクタに物理的に結合される。一実施形態では、可撓性コネクタは、ゴムフィルム、ポリマーフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、又は他の適切なフィルムを含む「可撓性ケーブル」、「フレックスケーブル」、「リボンケーブル」、又は「可撓性ハーネス」である。
別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドフロントライトは、1つ又は複数の可撓性コネクタに接着されるライトガイド領域、光混合領域、結合ライトガイド、又は光入力カプラのうちの少なくとも1つを備え、光入力カプラは、反射型ディスプレイの後ろに折り畳まれる。例えば、一実施形態では、ポリジメチルシロキサン(PDMS)コア及び低屈折率感圧接着剤クラッドを備える可撓性フィルムベースのライトガイドは、ディスプレイドライバを反射型ディスプレイにおけるアクティブディスプレイ領域に接続するポリイミド可撓性ディスプレイコネクタにラミネートされる。
一実施形態では、フィルムベースのフロントライトと、光源、結合ライトガイド、折り畳まれていない結合ライトガイド、入力カプラハウジング、位置合わせガイド、光源熱伝達要素、及び相対位置維持要素のうちの1つ又は複数とを備える発光デバイスは、反射型ディスプレイ、タッチスクリーン、又はフロントライトのための可撓性回路コネクタに物理的に結合される可撓性回路コネクタ又は回路基板に物理的に結合される。例えば、一実施形態では、フィルムベースのライトガイドのための光源は、反射型ディスプレイのためのドライバと同じ回路基板上に配置され、及びこれを用いて電気的に駆動される。別の実施形態では、可撓性のフィルムベースのライトガイドは、ディスプレイ又はフロントライトのためのトレース、ワイヤ、又は他の電気接続を備え、フィルムベースのライトガイドがその機能を提供するのでしたがって1つのあまり可撓性でないコネクタを可能にする。別の実施形態では、フィルムベースのフロントライトのための光源は、光源ドライバ、ディスプレイドライバ、タッチスクリーンドライバ、マイクロコントローラ、インジケータのための付加的な光源、位置合わせ又は見当合わせピン、位置合わせガイド、位置合わせ又は見当合わせ穴、開口部又は孔、ヒートシンク、熱伝達要素、メタルコア基板、光平行化光学要素、光方向転換光学要素、双方向の光学要素、光結合光学要素、二次光学系、光入力カプラ、複数の光入力カプラ、及び発光デバイスハウジングのうちの1つ又は複数に物理的に結合され、又はこれと共通の回路基板又は可撓性回路を共有する。
一実施形態では、反射型ディスプレイは、タッチスクリーン層と反射光変調画素との間の領域、タッチスクリーン層の視る側の領域、拡散層と反射光変調画素との間の領域、反射型ディスプレイにおける拡散層の視る側、拡散層と光変調画素との間の領域、拡散層と反射要素との間の領域、光変調画素と反射要素との間の領域、コンポーネント又は光変調画素のための基板の視る側、反射型ディスプレイ、カラーフィルタと空間光変調画素との間、カラーフィルタの視る側、カラーフィルタと反射要素との間、カラーフィルタのための基板、光変調画素のための基板、タッチスクリーンのための基板、保護レンズと反射型ディスプレイとの間の領域、光抽出層と光変調画素との間の領域、光抽出層の視る側の領域、接着剤と反射型ディスプレイのコンポーネントとの間の領域、及び当該技術分野では公知の反射型ディスプレイの2つ以上のコンポーネントの間からなる群から選択された1つ又は複数の領域内に又はこれに隣接して配置された1つ又は複数のフィルムベースのライトガイドを備える。上述の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、ライトガイドの1つ又は複数の表面上に体積光抽出機能部又は光抽出機能部を備えてもよく、ライトガイドは、1つ又は複数のライトガイド領域、1つ又は複数のクラッド領域、又は1つ又は複数の接着剤領域を備えてもよい。
ディスプレイにおける空間的に変化する要素間の分離距離の増加は、視差又は隣接するカラーフィルタ又は光変調画素の中に吸収される角度で入る光に起因して望ましくない光吸収を引き起こすことがある。一実施形態では、ディスプレイは、150、100、75、50、25、及び15ミクロンからなる群から選択された1つ未満である光放出領域における平均厚さをもつフィルムベースのライトガイドを備えるフロントライト又はバックライトを備え、光放出領域は、2つの要素間の増加した分離に起因した光束損失が40%、30%、20%、10%、5%、及び2%からなる群から選択された1つ未満であるように、カラーフィルタ要素と光変調画素要素との間又は光変調画素要素と光反射要素との間に配置される。
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、反射型空間光変調器の後ろの反射型空間光変調器のアクティブ領域の第1の縁の周りに折り畳まれ、タッチスクリーンコネクタ、タッチスクリーンフィルム基板、反射型空間光変調器コネクタ、及び反射型空間光変調器フィルム基板からなる群から選択された1つ又は複数は、第1の縁、第1の縁と実質的に直交する第2の縁、又は第1の縁とは反対の縁の後ろに折り畳まれる。上述の実施形態では、ライトガイド領域、光混合領域、又は結合ライトガイドの一部は、折り畳みの屈曲領域を備え、反射型空間光変調器可撓性コネクタ、反射型空間光変調器基板、タッチスクリーン可撓性コネクタ、又はタッチスクリーン可撓性基板を越えて延びてもよい。
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドフロントライトは、可撓性コネクタ、ディスプレイ基板フィルム、又はタッチスクリーンフィルムの同じ側部又は2つの異なる側部に沿って配置された2つの光入力カプラを備える。別の実施形態では、ディスプレイコネクタ又はタッチスクリーンコネクタは、フィルムベースのライトガイドフロントライトの2つの光入力カプラの間に配置される。別の実施形態では、フィルムベースのフロントライトの結合ライトガイドは、折り畳まれ及びアレイにスタックされ、光源(ディスプレイ又はタッチスクリーンのための回路又はコネクタ上に配置されてもよい)と見当合わせされた状態で(例えばピン、キャビティ、又は位置合わせガイドを用いて)位置合わせされ、フィルムベースのライトガイドは、その後、可撓性コネクタ及び/又は反射型ディスプレイ又はタッチスクリーンにラミネートされる。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドが可撓性コネクタ及び/又は反射型ディスプレイ又はタッチスクリーンにラミネートされ、その後、フィルムベースのフロントライトの結合ライトガイドは、折り畳まれ及びアレイにスタックされ、光源(ディスプレイ又はタッチスクリーンのための回路又はコネクタ上に配置されてもよい)と見当合わせされた状態で(例えばピン、キャビティ、又は位置合わせガイドを用いて)位置合わせされてもよい。さらなる実施形態では、ラミネーションと見当合わせは実質的に同時に行われる。さらなる実施形態では、タッチスクリーン又は空間光変調器上へのラミネート(又は接着)に続いて、フィルムベースのライトガイド上に(又はこの内部に)光抽出機能部が形成される。この実施形態では、ラミネーション又は接着プロセスの後で機能部を直ちに見当合わせする(例えば、スクリーン印刷する、エッチングする、スクライビングする、又はレーザアブレートする)ことができるので、フィルムベースのフロントライト(又はバックライト)の光抽出領域(又は光放出領域)と空間光変調器との見当合わせがラミネーション前又はラミネーション中に行われる必要はない。
別の実施形態では、結合ライトガイド、光混合領域、及びライトガイド領域からなる群から選択された1つ又は複数は、光放出領域と1つ又は複数の結合ライトガイドの光入力面との間に配置された領域内の横幅の減少に伴ってテーパする。一実施形態では、ディスプレイの中央からのヒンジ又はサポート機構の始まりがディスプレイの幅に平行又は垂直な方向の光放出領域の幅の始端であるようにヒンジ又はサポート機構が光放出領域を備えるディスプレイを支持するために用いることができるように光混合領域がテーパされる。この実施形態では、テーパした光混合領域を用いることによって、ディスプレイの光放出領域を越えて横方向に位置決めされる必要がない、ディスプレイのためのサポート機構(側部上のヒンジのような)を用いることができる。別の実施形態では、テーパした光混合領域、ライトガイド領域、又は結合ライトガイドは、領域又は結合ライトガイドがヒンジ又はサポート機構の真上又は真下に配置されないように、ディスプレイのためのヒンジ又はサポート機構が光放出領域又はディスプレイの光放出領域の対向する横方向縁によって境界付けられる領域内に横方向に少なくとも部分的に配置されることを可能にする。
一実施形態では、発光デバイスは、ディスプレイ、フィルムベースのライトガイド、及び光入力カプラを備え、ディスプレイを備えるデバイスの領域をデバイスの残りと接続するヒンジ又はピボット領域は、光混合領域を備え、光入力カプラは、ヒンジ又はピボット領域におけるライトガイドの領域とディスプレイの近傍に配置された光放出領域が実質的に同じ厚さであり、200ミクロン、150ミクロン、100ミクロン、50ミクロン、及び25ミクロンからなる群から選択された1つ未満であるように、実質的にデバイスの残りの中に配置される。この実施形態では、例えば、テーパした光混合領域の対向する横方向縁上にヒンジを備えるラップトップは、ラップトップベースからディスプレイモジュールの中に延びる100ミクロンのフィルムを備えてもよく、100ミクロンのフィルムベースのライトガイドは、透過型ディスプレイのためのバックライトとして機能する。ラップトップベースからバックライト(又はフロントライト)への薄い光学接続部は、ディスプレイの幅よりも小さくすることができ、ヒンジ及び再位置決めし又は再配向することができるディスプレイモジュールを伴うラップトップ又は他のデバイスのための非常に薄いディスプレイモジュールを可能にする。別の実施形態では、携帯型コンピュータのバックライト又はフロントライトのための1つ又は複数の光源がコンピュータのベースに配置され、可撓性フィルムベースのライトガイドは、コンピュータのベースからディスプレイモジュールに延びる。この実施形態では、光源及び第1の熱伝達要素(メタルコア回路基板のような)をコンピュータのベースに配置される空気の流れの熱的経路、ヒートシンク、又はヒートパイプに隣接して、これに熱的に結合して、又はこの中に配置することによって、光源(白色LEDのアレイのような)から発生する熱を効率よく除去することができる。一実施形態では、1つ又は複数のプロセッサ(例えばCPU又はグラフィックス・プロセッサ)のために用いられる同じヒートパイプ、ファン、又は熱伝達要素を、ディスプレイのための照明を提供する1つ又は複数の光源と共用することができる。
可撓性の発光デバイス、バックライト、又はフロントライト
別の実施形態では、ディスプレイのような発光デバイスは、光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備えるフィルムベースの発光デバイスを備え、ライトガイド、ライトガイド領域、又は結合ライトガイドは、ライトガイド又はライトガイド領域の厚さの75倍未満の曲率半径に屈曲し又は折り畳むことができ、同様に屈曲されていない類似のライトガイド又はライトガイド領域と同様に機能する。別の実施形態では、ライトガイド、結合ライトガイド、又はライトガイド領域は、ライトガイド又はライトガイド領域の厚さの10倍を超える曲率半径に屈曲し又は折り畳むことができ、同様に屈曲されていない類似のライトガイド又はライトガイド領域と同様に機能する。別の実施形態では、ディスプレイは、光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備えるフィルムベースの発光デバイスを備え、ディスプレイは、ディスプレイ又はライトガイド領域の厚さの75倍未満の曲率半径に屈曲し又は折り畳むことができ、同様に屈曲されていない類似のディスプレイと同様に機能する。別の実施形態では、ディスプレイは、ライトガイド又はライトガイド領域の厚さの10倍を超える曲率半径に屈曲され又は折り畳まれることが可能であり、同様に屈曲されていない類似のディスプレイと同様に機能する。
一実施形態では、発光デバイス又は発光デバイスを組み入れたディスプレイは、実質的に平面的でない発光デバイス又は発光デバイスを組み入れたディスプレイに屈曲される。一実施形態では、発光デバイス又は発光デバイスを組み入れたディスプレイは、シリンダ、球、ピラミッド、トーラス、円錐、弓形面、折り畳まれた面、及び屈曲面からなる群から選択された少なくとも1つの形状の又は形状の一部を実質的に備える発光面積を有する。光放出領域の後ろに及び発光デバイス又はディスプレイの湾曲した又は屈曲した領域の内部に入力カプラを折り畳むことによって、入力カプラは、視界から効果的に「隠れる」ことができ、実質的にシームレスのディスプレイをもたらすことができる。別の実施形態では、発光デバイスにおける光放出領域の2つ以上の領域は、長方形固体の2つ以上の側部の周りを包む円筒形ディスプレイ又はディスプレイの場合のような連続する光放出領域が存在するように、厚さ方向に互いに重なる。
別の実施形態では、バックライト又はフロントライトは、携帯電話、スマートフォン、pda、ラップトップ、タブレット型コンピュータ、パッド型コンピュータ(Apple Inc.からのもののような)、電子書籍、e−リーダ、又は他のコンピューティング・デバイスのような携帯型デバイスの中に組み込まれる。
キーパッド及びバックライト
別の実施形態では、発光デバイスは、ディスプレイのフロントライト又はバックライトとして光を提供し、且つまた物体を照らす。例えば、ライトガイドは、ラップトップ又は携帯電話のディスプレイ領域からキーパッド領域に延びてもよい。別の実施形態では、照明の物体は、それにディスプレイが取り付けられる壁又は壁掛け物体、押されるべきキーボードのキーの表面、他のボタン、及び第2のディスプレイからなる群から選択される1つ又は複数である。別の実施形態では、発光デバイスは、ディスプレイのフロントライト又はバックライトとして光を提供し、且つまた、照明器具又はフラッシュライトのような照明デバイスとして外部白色又はカラー照明を提供する。別の実施形態では、発光デバイスは、デバイスの外部又は内部領域上に発光ライン、形状、印、又は装飾的形状のパターンを提供する。例えば、一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、電話が鳴るときに側部が光を放出するように薄い携帯電話の側部領域を照らす。一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、透明なポリカーボネート材料のようなハウジング材料に物理的に又は光学的に結合される。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、インサート成形される、フィルム−インサート成形され、又はデバイスのハウジング上にラミネートされる。
別の実施形態では、発光デバイスは、2つ以上の発光ディスプレイへの照明を提供する1つ又は複数のフィルムベースのライトガイド及び1つ又は複数の光入力カプラを備える。例えば、一実施形態では、携帯電話は、後ろに配置され且つ透過型LCDを照らす第1の光放出領域から延長された結合ライトガイドの第1の組と、前から反射型ディスプレイを照らす第2の光放出領域から延長された結合ライトガイドの第2の組とを備える、光入力カプラを備える。
別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、フィルムベースのライトガイドの1つ又は複数の領域がコンポーネントの周りに、コンポーネントの下に、コンポーネントの上に、コンポーネントの間に、又はコンポーネントを通して延びてもよいように、1つ又は複数の切断部又は別個の領域を備える。例えば、一実施形態では、携帯電話は、光源、光入力カプラ、及び穴を備えるフィルムベースのライトガイドを備え、カメラのレンズハウジング又は光路は穴を通過することができる。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドの透明な領域は、カメラと像形成されるべき外部環境との間に配置され、ライトガイドのヘイズは、光学歪み又はノイズが導入されないように低い。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、ライトガイド領域、光混合領域、又は1つ又は複数の結合ライトガイド領域内の直線切断部を備え、切断部によって分離される領域の一部は上下に重なる。別の実施形態では、発光デバイスは、2つの異なる実質的に平行な平面内で互いに実質的に平行である2つのライトガイド領域を備えるフィルムベースのライトガイドを備える。この実施形態では、2つの実質的に平行なライトガイド領域の間の領域は、角度をつけられ、湾曲され、又は平行なライトガイド領域と実質的に直交してもよい。例えば、一実施形態では、フロントライトは、フィルムベースのライトガイドを備え、反射型空間光変調器における反射要素よりも上に配置された光放出領域は、回路基板上のフィルム領域に実質的に平行であり、平行な領域の間のフィルム領域は、フィルムベースのライトガイドの断面が両方の領域に対して約90度をなす領域によって接続される2つの平行な領域をもつ階段関数の一部の形状であるように、可撓性ディスプレイコネクタに沿って約90度で配置される。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドの断面は、「Z」、「N」、又は「E」の内側の水平方向に延長された部分のない「E」形状である。さらなる実施形態では、平行な領域の間のフィルム領域は湾曲される。
フロントライト及び照明器具
一実施形態では、発光デバイスは、2つの重ならない角度範囲内の2つの著しく異なる平均光度で光を放出するフロントライト及び照明器具である。例えば、一実施形態では、発光デバイスは、発光面に対して法線方向の発光面の平均輝度(「オン」状態での又は反射率70%で拡散白色反射材料を照らす)が500cd/m未満であり、発光面の法線から60度から90度までの間の範囲から選択された角度での発光面の平均輝度は、2,000cd/mを超えるように、ディスプレイのためのフロントライト(壁掛け式自己発光ピクチャフレームのような)であり、及び光を放出する天井の高角度の照明を提供する照明器具(壁掛け式アップライトのような)である。別の実施形態では、発光デバイスは、ディスプレイのためのフロントライト(壁掛け式自己発光ピクチャフレームのような)であり、発光面に対して法線方向の発光デバイスの光度(「オン」状態での又は70%反射率で拡散白色反射材料を照らす)が100カンデラ、200カンデラ、300カンデラ、400カンデラ、及び500カンデラからなる群から選択された1つよりも小さく、発光面の法線から60度から90度までの間の範囲から選択された角度での発光面の平均輝度が500、750、1000、2000、3000、4000、及び500カンデラからなる群から選択された1つよりも大きいように光を放出する天井の高角度の照明を提供する照明器具(壁掛け式アップライトのような)。別の実施形態では、発光デバイスは、第1の角度範囲内の第1のピーク光度出力をもつディスプレイとして機能する発光面を備え(「オン」モード、白色モードでの又は70%拡散反射率で白色拡散反射材料を照らす)、発光面は、第2のピーク光度をもつ第1の角度範囲に重ならない第2の角度範囲内の照明器具として機能し、第2の光度と第1の光度との比は、2、5、7、10、15、20、30、40、60、及び80からなる群から選択された1つよりも大きい。一実施形態では、1つ又は複数のクラッド領域は、フィルムベースのライトガイドとは反対の表面上に光抽出機能部を備え、光源からの光は、クラッド領域からの光(単数又は複数)が照明器具としての照明を提供し且つコア領域から抽出された光がパッシブ又はアクティブディスプレイのためのバックライト又はフロントライト照明を提供するように、クラッド領域(単数又は複数)の中に結合される。例えば、一実施形態では、フィルムベースのライトガイドの両方の側部上の各クラッド領域は、コア領域の3倍の厚さであり、フィルムベースのライトガイドから延びる結合ライトガイドのスタックの中に光を結合するために配置される複数のLEDからの光は、ライトガイドのコア領域内を伝搬し、及びライトガイドのコア領域上に、コア領域内に、又はコア領域に隣接して配置される光抽出機能部に到達するよりも多くの光がクラッド領域内を伝搬し、及び外面上又は1つ又は複数のクラッド領域内に配置される光抽出機能部に到達するように、フィルムベースのライトガイドの中に光を結合する。
別の実施形態では、発光デバイスは、ディスプレイバックライト又はフロントライトとして動作し、ディスプレイを下に(又は上に)見たときに情報を表示するように実質的に水平方向に配向され、ディスプレイは、光を受光するために配置される壁、段差、又は他の表面を照らす。さらなる実施形態では、発光デバイスは、ディスプレイ及び照明器具のためのバックライトである。別の実施形態では、発光デバイスは、ディスプレイのためのバックライト又はフロントライトであり、ライトガイド、コア層、クラッド層、及び2つ以上のクラッド領域からなる群から選択された1つ又は複数の領域の縁の外に光を放出する。
ライトガイドはまた音を発するデバイスである
一実施形態では、ライトガイドはまた、音を発するために変換器によって振動されてもよい、米国特許第6,720,708号及び第7,453,186号並びに米国特許出願整理番号第09/755895号で開示されたような薄い可撓性のダイヤフラムである。一実施形態では、ライトガイドは、反射型ディスプレイを点灯するためのフロントライトであり、ライトガイドはまた、音響を発するスピーカである。一実施形態では、ライトガイドは、ライトガイドフィルムの剛性を増加させ、且つ改善された音響性能を提供する、ポリマーの複数の層(コアライトガイド及び2つのクラッド層のような)を備える。一実施形態では、ライトガイドは、ライトガイド又はダイヤフラムの可視性が減少されるように高い光透過性、低いヘイズ、高い透明度、及び低い拡散反射率からなる群から選択された少なくとも1つの特性を有する。
ライトガイドはまたタッチスクリーンである
一実施形態では、ライトガイドはまた、触覚フィードバック、接触、近接、又は指又は手書き入力用のペン又は他のデバイスによるユーザ入力の場所を検出するためのタッチスクリーンである。一実施形態では、ライトガイドは、入力並びにフロントライト、バックライト、音響、又は他の機能性を提供することによって修正される照明又は光のうちの少なくとも1つを搬送する。一実施形態では、ライトガイドは、光学タッチスクリーンである。光学ベースのタッチスクリーンは、当該技術分野では公知であり、一実施形態では、光学ベースのタッチスクリーンは、米国特許出願整理番号第11/826,079号、第12/568,931号、又は12/250,108号で開示されたものである。別の実施形態では、ライトガイドは、ナイトビジョンディスプレイ又はナイトビジョンディスプレイモードに適した光学タッチスクリーンである。さらなる実施形態では、ライトガイドは、米国特許出願整理番号第11/826,23号で説明されるようなナイトビジョン適合タッチスクリーンである。
別の実施形態では、ライトガイドは、米国特許第5,784,054号、第6,504,530号、又は米国特許出願整理番号第12/315,690号で開示されたような弾性表面波ベースのタッチスクリーンである。
ヘッドアップディスプレイ
別の実施形態では、ヘッドアップディスプレイは、光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備えるフィルムベースの発光デバイスを備える。ヘッドアップディスプレイは、自動車、航空機、及び船で用いられる。一実施形態では、ヘッドアップディスプレイのライトガイドは、フロントガラスに組み込まれたもの、フロントガラスの一体の部品、フロントガラス内に封入されてくる前に光抽出機能部と共に形成されたもの、フロントガラス内に封入されていった後で光抽出機能部と共に形成されたもの、フロントガラスの内側又は外面上に配置されたもの、アフターマーケットHUD、自動車のダッシュボード上に配置するのに適した自立型HUD、ライトガイドがコア又はクラッド材料としてPVBを備える場所に形成されたものからなる群から選択された1つである。
小さい又は実質的にエッジレスの発光デバイス
一実施形態では、発光デバイスは、光放出領域と縁の付近の発光デバイス出力面と直交する方向と直交する第1の方向のライトガイドの最も近い縁との間に20ミリメートル、10ミリメートル、5ミリメートル、2ミリメートル、1ミリメートル、及び0.5ミリメートルからなる群から選択された1つ未満である第1の方向の領域寸法をもつ境界領域を備える。境界領域は、発光デバイス、バックライト、フロントライト、照明器具、又は発光デバイスを組み入れたディスプレイがエッジレスである又は実質的に縁なしに見えるように十分に小さくてもよい。発光デバイスは、1、2、3、4、又はそれ以上の縁に沿って小さい境界領域を有してもよい。境界領域は、小さいフレーム、ベベル、ハウジング、又は他の構造体又はコンポーネントを備えてもよい。さらなる実施形態では、発光デバイスは、フィルムベースのライトガイドを備え、光放出領域は、発光デバイスが第1の無境界(borderless)領域において境界又はフレーム領域を有さないように、第1の無境界領域において発光デバイス前面の縁の周りに延びる。例えば、一実施形態では、実質的に平坦な観察面をもつ発光ディスプレイは、可撓性のフィルムベースのライトガイドを備え、ライトガイドの光放出領域の第1の領域は、光放出領域がディスプレイの少なくとも1つの領域において縁に及び縁の周りに延びるように、光放出領域の第2の領域の後ろの周りに折り畳まれる。可撓性のフィルムベースのライトガイドをフレキシブルLCDのような可撓性の空間光変調器と組み合わせることによって、フィルムベースのライトガイドを備えるディスプレイ及びバックライトをディスプレイの角部又は縁の周りに屈曲させることができる。
一実施形態では、発光デバイスは、発光デバイスの1つの縁又は側部に沿って配置された結合ライトガイドの少なくとも2つのアレイを備え、第1の結合ライトガイドのアレイ内の光は、実質的に第1の方向に伝搬し、第2の結合ライトガイドのアレイ内の光は、第1の方向から90度以上に配向された第2の方向に実質的に伝搬する。別の実施形態では、2つの光源は、光が結合ライトガイドの2つのアレイの中に結合され、且つどちらの光源も発光デバイスの縁又は側部と隣接する縁又は側部との交点を越えて配置されないように、1つの側部又は互いに対して実質的に反対方向に配向されたそれらの光軸をもつ発光デバイスの側部に沿って配置される。さらなる実施形態では、1つの光源は、光が結合ライトガイドの2つのアレイの中に結合され、且つ光源が、発光デバイスの縁又は側部と隣接する縁又は側部との交点を越えて配置されないように、実質的に反対方向に光を放出するために配置される発光デバイスの1つの側部に沿って配置される。
さらなる実施形態では、発光デバイスの縁又は側部の中央領域から遠ざかる方に配向された方向からの光源からの光を受光するために配置される1つ又は複数の光入力カプラの使用は、光源が隣接する縁又は境界を越えて延びないので、隣接する側部又は縁が実質的に小さい又はエッジレスの境界領域を有することを可能にする。
さらなる実施形態では、少なくとも1つの光入力カプラは、光放出領域の縁と発光デバイス(境界領域)との間の距離が20ミリメートル、10ミリメートル、5ミリメートル、2ミリメートル、1ミリメートル、及び0.5ミリメートルからなる群から選択された1つ未満であるように、光混合領域又は光放出領域のうちの少なくとも1つの後ろに折り畳まれる。
さらなる実施形態では、複数の光入力カプラは、発光デバイスの少なくとも2つの側部又は縁に沿った光放出領域の縁と発光デバイス(境界領域)との間の距離が20ミリメートル、10ミリメートル、5ミリメートル、2ミリメートル、1ミリメートル、及び0.5ミリメートルからなる群から選択された1つ未満であるように、光混合領域又は光放出領域のうちの少なくとも1つの後ろに折り畳まれる。
さらなる実施形態では、複数の光入力カプラは、発光デバイスの側部又は縁のすべてに沿った光放出領域の縁と発光デバイス(境界領域)との間の距離が20ミリメートル、10ミリメートル、5ミリメートル、2ミリメートル、1ミリメートル、及び0.5ミリメートルからなる群から選択された1つ未満であるように、光混合領域又は光放出領域のうちの少なくとも1つの後ろに折り畳まれる。さらなる実施形態では、光入力面及び/又は結合ライトガイドは、発光デバイスの少なくとも3つの側部又は縁に沿った光放出領域の縁と発光デバイス、境界領域との間の距離が20ミリメートル、10ミリメートル、5ミリメートル、2ミリメートル、1ミリメートル、及び0.5ミリメートルからなる群から選択された1つ未満であるように、光混合領域及び光放出領域のうちの少なくとも1つの後ろに実質的に折り畳まれる。
別の実施形態では、発光デバイスは、発光デバイスの2つの隣接する縁又は側部の間の領域によって画定された内側領域内に配置される光源と共に1つの縁又は側部に沿って配置された少なくとも1つの光入力カプラを備える。この実施形態では、光入力カプラは中央入力カプラであってもよく、光源は、実質的に内側領域の中央領域に配置される。
さらなる実施形態では、結合ライトガイドのアレイの少なくとも1つの部分は、これがその中にが光を誘導する光混合領域及び光放出領域のうちの少なくとも1つの縁に対して第1の結合ライトガイド方向角をなして配置される。一実施形態では、第1の結合ライトガイド方向角は、ゼロ度よりも大きく、発光デバイスの少なくとも1つの縁又は側部に沿った境界領域は、20ミリメートル、10ミリメートル、5ミリメートル、2ミリメートル、1ミリメートル、及び0.5ミリメートルからなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、結合ライトガイドは、光源が結合ライトガイドの1つよりも多い屈曲又は折り畳みを必要とすることなく縁の内側領域内に配置されてもよいように、発光デバイスの1つの側部に沿って或る角度で配向される。
さらなる実施形態では、光放出領域と光放出領域に隣接する発光デバイスの少なくとも1つの縁又は側部との間の境界領域の第1の部分は、80%を超える透過及び30%未満のヘイズを有する。さらなる実施形態では、光放出領域と光放出領域に隣接する発光デバイスの少なくとも1つの縁又は側部との間の境界領域の第1の部分は、85%を超える透過及び10%未満のヘイズを有する。別の実施形態では、光放出領域と光放出領域に隣接する発光デバイスの少なくとも1つの縁又は側部との間の境界領域は、85%を超える透過及び10%未満のヘイズを有する。別の実施形態では、光放出領域と光放出領域に隣接する発光デバイスの少なくとも3つの縁又は側部との間の境界領域は、85%を超える透過及び10%未満のヘイズを有する。
バックライト、フロントライト、又は発光デバイスの輝度均一性
一実施形態では、発光デバイスは、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備え、VESAフラットパネル・ディスプレイ測定規格バージョン2.0、2001年6月1日に従って測定した発光デバイスの発光面の9スポット空間的輝度均一性は、60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、ディスプレイは、空間光変調器と、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスとを備え、空間光変調器に到達する光の9スポット空間的輝度均一性(ライトガイドからの光を受光するために空間光変調器が位置することになる場所にLabsphere Inc.によるSpectralonのような白色反射率標準面を配置し、VESAフラットパネル・ディスプレイ測定規格バージョン2.0、2001年6月1日に従って9スポットの標準表面からの光反射を測定することによって測定した)は、60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、ディスプレイは、空間光変調器と、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスとを備え、VESAフラットパネル・ディスプレイ測定規格バージョン2.0、2001年6月1日)に従って測定したディスプレイの9スポット空間的輝度均一性は、60%、70%、80%、90%、及び95%からなる群から選択された1つよりも大きい。
バックライト、フロントライト、又は発光デバイスの色均一性
一実施形態では、発光デバイスは、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備え、VESAフラットパネル・ディスプレイ測定規格バージョン2.0、2001年6月1日(付録201、頁249)で説明される場合の1976u’,v’均等色度図で測定した発光デバイスの発光面の9スポットサンプリングされた空間的色不均一性、Δu’v’は、分光計ベースのスポットカラーメータを用いて測定したときに0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、ディスプレイは、空間光変調器と、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスとを備え、空間光変調器に到達する光の9スポットサンプリングされた空間的色不均一性、Δu’v’(ライトガイドからの光を受光するために空間光変調器が位置することになる場所にSpectralonのような白色反射率標準表面を配置し、VESAフラットパネル・ディスプレイ測定規格バージョン2.0、2001年6月1日(付録201、頁249)で説明される場合の1976u’,v’均等色度図上の標準表面の色を測定することによって測定される)は、分光計ベースのスポットカラーメータを用いて測定したときに0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、ディスプレイは、空間光変調器と、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備える発光デバイスとを備え、VESAフラットパネル・ディスプレイ測定規格バージョン2.0、2001年6月1日(付録201、頁249)で説明される場合の1976u’,v’均等色度図で測定したディスプレイの9スポットサンプリングされた空間的色不均一性、Δu’v’は、分光計ベースのスポットカラーメータを用いて測定したときに0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満である。
発光デバイスからの発光の角度のプロフィール
一実施形態では、発光デバイスの少なくとも1つの表面からの発光は、120度、100度、80度、60度、40度、20度、及び10度からなる群から選択された1つ未満である角度半値全幅強度(FWHM)を有する。別の実施形態では、発光デバイスの少なくとも1つの表面からの発光は、発光面の法線から0〜10度、20〜30度、30〜40度、40〜50度、60〜70度、70〜80度、80〜90度、40〜60度、30〜60度、及び0〜80度からなる群から選択された少なくとも1つの角度範囲内の強度の少なくとも1つの角度のピークを有する。別の実施形態では、発光デバイスの少なくとも1つの表面からの発光は、上述の角度範囲のうちの1つ又は複数内の2つのピークを有し、光出力は、所定の角度範囲にわたって一様な照度を提供するために照明産業では公知の「コウモリ翼(bat−wing)」型プロフィールに似ている。別の実施形態では、発光デバイスは、上述の角度範囲のうちの1つ又は複数内で2つの反対の表面から光を放出し、発光デバイスは、バックライトのいずれかの側部上の2つのディスプレイを照らすバックライト、アップライト、及びダウンライトを提供する照明器具、40度、50度、又は60度よりも大きい輝度のピーク角度をもつ反射型空間光変調器の変調コンポーネントから反射されていなかったフロントライトの視る側での光出力を有する、ディスプレイを照らすフロントライトからなる群から選択された1つである。別の実施形態では、発光デバイスの光軸は、発光面の法線から0〜20、20〜40、40〜60、60〜80、80〜100、100〜120、120〜140、140〜160、160〜180、35〜145、45〜135、55〜125、65〜115、75〜105、及び85〜95度からなる群から選択された角度範囲内である。さらなる実施形態では、ライトガイドの形状は実質的に管状であり、光は、管のより長い(長さ)寸法に平行な方向に管を通して実質的に伝搬し、光は管を出て、出力光束の少なくとも70%は、発光面から35度〜145度の角度範囲内で収容される。さらなる実施形態では、発光デバイスは、第1の表面及び第1の表面とは反対の第2の表面から光を放出し、それぞれ第1及び第2の表面を出る光束は、5〜15%及び85〜95%、15〜25%及び75〜85%、25〜35%及び65〜75%、35〜45%及び65〜75%、45〜55%及び45〜55%からなる群から選ばれる。別の実施形態では、第1の発光面は、実質的に下向き方向に光を放出し、第2の発光面は、実質的に上向き方向に光を放出する。別の実施形態では、第1の発光面は、実質的に上向き方向に光を放出し、第2の発光面は、実質的に下向き方向に光を放出する。
光学冗長性
一実施形態では、発光デバイスは、システムに光学冗長性を提供する結合ライトガイドを備える。光学冗長性は、少なくとも1つの領域において重なる異なる光源からの複数の光路を通して容認可能な照度均一性、輝度均一性、又は色均一性レベルで機能する能力をデバイスに提供する。光学冗長性は、ライトガイドをスタックすること、1つよりも多い光源からの光を光入力カプラの中に結合すること、又は同じライトガイドフィルムのための光入力カプラをライトガイドの複数の側部上(ライトガイドの対向する側部上のような)に配置することを通じて達成されてもよい。光学冗長性を達成する1つよりも多い方法は、例えば、それぞれが複数の光源からの光を受光するために配置される光入力カプラをそれぞれが備える2つ以上のライトガイドをスタックすることによって採用されてもよい。
光学冗長性は、空間的又は角度の均一性(輝度、照度、又は色)を増加させる、角度の又は空間光出力プロフィール(例えば、1つのライトガイドからの低い角度の出力と第2のライトガイドからの高い角度の出力)の組合せを提供する、増加した輝度レベルを提供する、コンポーネントの故障が第1のライトガイドからの光を重なる領域における仕様(色均一性、輝度均一性、又は輝度のような)よりも下に落とすときにバックアップ光放出領域を提供する、色域を増加させる(例えば白色及び赤色LEDからの光出力を組み合わせる)、又は色混合を提供する(例えば赤色、緑色、及び青色LEDからの出力を組み合わせる)ために用いられてもよい。
一実施形態では、光源の故障又はコンポーネントの故障(LEDドライバ又ははんだ接合部の故障のような)の望ましくない影響を維持し又は減らするために光学冗長性が用いられる。例えば、2つのライトガイドは、それぞれ、別個の光源と共に別個の光入力カプラに結合されてもよく、ライトガイドは、光出力方向にスタックされ、光放出領域における一様な出力を提供するために光抽出機能部をもつようにそれぞれ独立して設計されてもよい。第1の光入力カプラにおいてLEDが故障する場合、第2の光入力カプラは、依然として動作し、一様な光出力を提供してもよい。同様に、第1の光入力カプラ内の第1のLEDの色が温度又は劣化に起因して変化する場合に、スタックされたシステムの光学冗長性に起因して影響(オフホワイトのような色変化)が少なくなるであろう。
別の実施形態では、2つ以上の光源からの光出力が、光学冗長性をもつ発光デバイスの光入力カプラの中に結合され、光学冗長性は、LEDの色又は輝度ビニング(binning)要件を低減させる。この実施形態では、光学冗長性は、各光源からの色が、各光源から光を受光し、これをライトガイド又は光混合領域の中に誘導する各結合ライトガイドと共に空間的に平均化されるように、領域内の(結合ライトガイド内のような)複数の光源からの光の混合を提供する。
別の実施形態では、発光デバイスは、少なくとも2つの光源からの光を受光するために配置される少なくとも1つの結合ライトガイドを備え、少なくとも2つの光源からの光は、少なくとも1つの結合ライトガイドの第1の領域内で混合され、第1の領域は、発光デバイスの光放出領域から発光デバイス出力面又は光放出領域の最大寸法の100%、70%、50%、40%、30%、20%、10%、及び5%からなる群から選択された1つ未満である距離内に収容される。
さらなる実施形態では、発光デバイスは、少なくとも2つの光源からの光を受光するために配置される少なくとも1つの結合ライトガイドを備え、少なくとも2つの光源からの光は、少なくとも1つの結合ライトガイド及び光混合領域の長さにわたって混合され、結合ライトガイドを出る光の伝搬方向の組み合わされた少なくとも1つの結合ライトガイド及び光混合領域の長さは、発光デバイス出力面又は光放出領域の最大寸法の100%、70%、50%、40%、30%、20%、10%、及び5%からなる群から選択された1つよりも大きい。
さらなる実施形態では、複数の光源を備える発光デバイスは光学冗長性をもち、デバイスは、1つ又は複数のLEDの出力駆動パターンを実質的に一定のままにした状態で1つ又は複数のLEDの光出力を調節することによって薄暗くされてもよい。例えば、電気的に直列に接続され、光をそれぞれ光入力カプラLIC1、LIC2、及びLIC3の中に光学的に結合するLED L1、L2、及びL3の第1の文字列を備え、且つ電気的に直列に接続され、光をそれぞれ光入力カプラLIC1、LIC2、及びLIC3の中に光学的に結合するLED L4、L5、及びL6の第2の文字列をさらに備える発光デバイスは、LEDの第2の文字列への電流を調節することによって、例えば50%〜100%の出力輝度から一様に薄暗くする(例えば発光面の空間的輝度均一性を維持しながら薄暗くする)ことができる。同様に、第2の文字列の光出力の色が第1の文字列の色出力とは異なるときに第2の文字列への電流を増加又は減少させることによって、光出力の色を一様に調節することができ、同様に、光学冗長性若しくは輝度又は色の一様な調整を提供するために、3つ以上の文字列が独立して制御されてもよい。空間的色均一性を提供しながら出力色を変化させるために、異なる色(例えば、赤色、緑色、及び青色)をもつ3つ以上のグループが独立して調節されてもよい。
均一性維持
一実施形態では、光入力カプラの中に光を結合するために配置される2つの光源の第1の色差Δu’v’1は、光入力カプラ、発光デバイスの光出力面からの光及び結合ライトガイドを出る光を受光するために配置される光放出領域の9スポットサンプリングされた色不均一性からなる群から選択された少なくとも1つの空間的色不均一性Δu’v’2よりも大きい。
別の実施形態では、発光デバイスは、少なくとも1つの光源を備える光源の第1の群と、少なくとも1つの光源を備える光源の第2の群とを備え、第1の群からの少なくとも1つの光源及び第2の群からの少なくとも1つの光源は、同じ光入力カプラの中に光を結合し、光源の第1の群と光源の第2の群との両方から光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的色不均一性は、分光計ベースのスポットカラーメータを用いて測定したときに0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満であり、光源の第1の群のみから光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的色不均一性は、0.2、0.1、0.05、0.01、及び0.004からなる群から選択された1つ未満である。別の実施形態では、光源の第1の群と光源の第2の群との両方から光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的色不均一性は0.05未満であり、光源の第1の群のみから光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的色不均一性は0.05未満である。さらなる実施形態では、光源の第1の群と光源の第2の群との両方から光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的色不均一性は0.05未満であり、光源の第1の群のみから光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的色不均一性は0.1未満である。
別の実施形態では、発光デバイスは、少なくとも1つの光源を備える光源の第1の群及び少なくとも1つの光源を備える光源の第2の群を備え、第1の群からの少なくとも1つの光源及び第2の群からの少なくとも1つの光源は、同じ光入力カプラの中に光を結合し、光源の第1の群と光源の第2の群との両方から光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的輝度均一性は、50%、60%、70%、80%、及び90%からなる群から選択された1つよりも大きく、光源の第1の群のみから光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的輝度均一性は、50%、60%、70%、80%、及び90%からなる群から選択された1つよりも大きい。別の実施形態では、光源の第1の群と光源の第2の群との両方から光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的輝度均一性は、70%よりも大きく、光源の第1の群のみから光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的輝度均一性は、70%よりも大きい。さらなる実施形態では、光源の第1の群と光源の第2の群との両方から光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的輝度均一性は、80%よりも大きく、光源の第1の群のみから光を受光するときの光放出領域又は光出力面の9スポット空間的輝度均一性は、70%よりも大きい。
スタックされたライトガイド
一実施形態では、発光デバイスは、第2のライトガイドからの光が輝度均一性を改善し、照度均一性を改善し、色均一性を改善し、光放出領域の輝度を増加させ、又はコンポーネントの故障が第1のライトガイドからの光を重なる領域における仕様(色均一性、輝度均一性、又は輝度のような)以下に落とすときのバックアップ光放出領域を提供するように、第2のフィルムライトガイド又はライトガイド領域からの光を受光し及び伝送するために配置される少なくとも1つのフィルムライトガイド又はライトガイド領域を備える。
光入力カプラの中に結合される複数の光源
別の実施形態では、光出力が組み合わされるように複数の光源からの光の一部が少なくとも1つの結合ライトガイドの中に結合されるように光を光入力カプラの中に結合するために複数の光源が配置される。結合ライトガイド内の複数の光源からの光出力を組み合わせることによって、光が結合ライトガイド内で「混合される」、出力は色、輝度、又はこの両方においてより一様である。例えば、光入力カプラ内の結合ライトガイドの集合体の光入力面に隣接して配置された2つの白色LEDは、光源のうちの1つが故障する場合に光放出領域において実質的に同じ空間的輝度又は色均一性を有することができる。別の実施形態では、2つの異なる色の光を放出する光源が、同じ光入力カプラの中に光を結合するために配置される。光入力カプラは、結合ライトガイド内での混合を提供してもよく、さらに、結合ライトガイドは、1つの光源が故障する場合に光学冗長性を提供する。光学冗長性は、2つ以上の色の光源が同じ光入力カプラの中に結合されるときに、色均一性を改善することができる。例えば、それぞれが異なる色温度をもつ3つの白色LEDは、同じ光入力カプラの中に結合されてもよく、光LEDのうちの1つが故障する場合、他の2つのLEDからの光出力は依然として混合され、2つの隣接する光入力カプラに結合される異なる色出力をもつ単一のLEDよりも高い均一性を提供する。一実施形態では、光源は、単一の光入力カプラの中に光を結合するためにアレイ又は配置に配置される3、5、10、15、20、25、及び30個のLEDチップからなる群から選択された少なくとも1つを備える。一実施形態では、光源は、1つよりも多い光入力カプラの中に光を結合するためにアレイ又は配置に配置される3、5、10、15、20、25、及び30個のLEDチップからなる群から選択された少なくとも1つを備える。さらなる実施形態では、光入力カプラの中に光を結合するために配置される光源は、0.25ミリメートル、0.3ミリメートル、0.5ミリメートル、0.7ミリメートル、1ミリメートル、1.25ミリメートル、1.5ミリメートル、2ミリメートル、及び3ミリメートルからなる群から選択された1つ未満である発光寸法をもつ発光面積をもつ複数のLEDチップを備える。
ライトガイドの異なる側部上の光入力カプラ
別の実施形態では、複数の光入力カプラは、ライトガイドの2つ以上の縁領域に配置され、結合ライトガイドを出る光の光軸は、互いに対して0度を超える角度で配向される。さらなる実施形態では、光入力カプラは、ライトガイドの対向する又は隣接する縁又は側部上に配置される。一実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドの2つ以上の縁領域上に配置された複数の光入力カプラを備え、第1の光入力カプラの光出力が第2の光入力カプラの光出力に対して増加又は減少されるときに、光放出領域の輝度又は色均一性は実質的に同じである。一実施形態では、光抽出機能部は、第1の光入力カプラのみから光を受光するとき、並びに第1の光入力カプラ及び第2の光入力カプラから光を受光するときに空間的輝度均一性が70%よりも高くなるように光放出領域内に配置される。別の実施形態では、光抽出機能部は、第1の光入力カプラのみから光を受光するとき、並びに第1の光入力カプラ及び第2の光入力カプラから光を受光するときに9スポット空間的色不均一性が0.01未満であるように光放出領域内に配置される。
発光デバイスの他の用途
本発明は、薄膜の中への低価格な結合を可能にするので、多くの全般照明及びバックライト用途が存在する。第1の例は、壁又は天井のロールアウトフィルムを用いる全般家庭及びオフィス照明である。その他に、フィルムは、全般照明のための平面的でない形状に形状設定するために屈曲(屈曲)することができる。加えて、これは、開発されている又は開発中の多くの薄いディスプレイにおけるバックライト又はフロントライトとして用いることができる。例えば、LCD及び電子インク薄膜ディスプレイは、薄いバックライトフィルム又は薄いフロントフィルムを用いて改善されてもよく、可撓性の及び巻くことができる(scrollable)ディスプレイをもつ手持ち式デバイスが開発中であり、それらはバックライトフィルムの中に光を採り入れるために効率的な低コストの方法を必要とする。一実施形態では、発光デバイスは、光入力カプラ、ライトガイド、及びステンドガラス窓又は標識若しくは購買時点広告ディスプレイのようなディスプレイといった半透明の物体又はフィルムのための照明を提供する光源を備える。一実施形態では、薄いフィルムは、フィルムの面の法線方向に伝搬する光をそれらが全体として無視できるほど小さく散乱させるように光抽出機能部が印刷されることを可能にする。この実施形態では、フィルムが照らされないときに、物体を、フィルムを通して顕著なヘイズ(haze)なしに明瞭に見ることができる。透明又は部分的に透明なステンドガラス窓の後ろにおかれるときに、組立体全体は、所望であれば組立体を通した光の低散乱の伝送を可能にする。さらに、フィルムは、屈曲することができ且つ種々のステンドガラス窓形状、サイズ、及びトポロジーに適応することができるので、フィルムの可撓性は、伝統的なプレートライトガイドバックライトよりもはるかに大きい位置的許容誤差及び設計自由度を可能にする。この実施形態では、照らされないときに、ステンドガラスは、規則的な照らされないステンドガラス窓として現れる。照らされるときに、ステンドガラス窓は輝く。
付加的な実施形態は、ステンドガラス窓があくまで審美的であって、これを通して物体を見ることを必要としない(例えば、キャビネットのステンドガラス窓又は芸術のディスプレイ)発光デバイスを含み、バックライトの全体的な透過明瞭性(see−through clearance)は、達成される必要がない。この実施形態では、ステンドガラス窓から離れる方向にフィルムの外を照らす光を取り込むために拡散又は鏡面リフレクタをフィルムの後ろにおくことができる。拡散フィルム、光再誘導フィルム、逆プリズムフィルム、ディフューザフィルム(体積レリーフ、表面レリーフ、又はこれらの組合せ)が、ライトガイドと照らされるべき物体との間に配置されてもよい。LCDバックライト内で用いられるのに適することが知られている他の光学フィルムのような他のフィルムが用いられてもよい。
別の実施形態では、発光デバイスは、照らすことができる印によるオーバーレイとして用いられる。一実施形態では、ライトガイド領域は、オフ状態では低い度合いの可視性を有し、オン状態では照らされた印として明瞭に見ることができる。例えば、ライトガイド領域は、「Warning(警告)」、「Exit(出口)」、「Sale(セール)」、「Enemy Aircraft Detected(敵機発見)」、「Open(オープン)」、「Closed(クローズ)」、「Merry Christmas(メリークリスマス)」などのような印を照らす及び表示するために光散乱ドットで印刷されてもよい。ライトガイド領域は、ディスプレイ(例えばLCD、プラズマ、映写スクリーンなど)の視る側上に配置されてもよく、又は、店舗又は家庭の窓上、テーブル表面上、道路標識、車両又は航空機/船舶/上陸用舟艇(land craft)の外装又は窓、透明な、半透明な、又は不透明な物体の上又は内部、ドア上、階段、廊下に、玄関マット内などにおかれてもよい。印はまた、サンタクロースのマンガのような図面、Nike Swooshのような商標ロゴ、浜辺の情景の写真、人の顔のディザ処理された写真(dithered photo)などのようなアイコン、ロゴ、イメージ、又は他の表現であってもよい。印は、フルカラー、モノクロ、有色領域とモノクロ領域との混合構成であってもよく、レイヤされてもよく、又は色を達成するために蛍光体、色素、インク、又は顔料を採用してもよい。
オフ状態では実質的に見えないライトガイドフィルムを用いることによって、ディスプレイ、標識、又は発光デバイスは、その上にこれが配置される物体の外観を実質的に邪魔することなく、より多くの場所に採用することができる。別の実施形態では、発光デバイスは、スペースの照明を提供し、オン状態で光を放出する領域は、オフ状態では直ちに見分けることができない。これは、例えば、実質的にオン状態でのみ見える薄い照明器具又は照明デバイスを提供することができる。例えば、車両尾灯、季節ごとの窓フィルムディスプレイ、天井設置型照明器具、ランプ、クローズド標識、道路障害標識、危険/警告標識などは、オフ状態では実質的に見えなくてもよい。幾つかの状況では、これは、標識が掲示され、必要なときにだけオンにされることを可能にし、所要の設置時間に起因して被る遅延を減らすことができる。別の実施形態では、発光デバイスは、オフ状態ではその上におかれる背景面の色に見える照明器具である。別の実施形態では、照明器具の光放出領域は、オフ状態では実質的に黒色である又は光を吸収する。こうしたディスプレイは、NVIS照明条件下の潜水艦又は他の航空機において有用である。
一実施形態の発光デバイスは、パッシブディスプレイにおけるバックライト又はフロントライトの目的で、例えば、照らされる広告ポスターのためのバックライト又はフロントライトとして、並びにLCDディスプレイのようなアクティブ(変化する)ディスプレイのために用いることができる。適切なディスプレイは、移動電話ディスプレイ、モバイルデバイス、航空機ディスプレイ、船舶ディスプレイ、テレビ、モニタ、ラップトップ、時計(バンドが時計又は時計バンド内のLEDによって所定のパターンで照らす又は「点灯する」ことができる可撓性ライトガイドを備えるものを含む)、標識、広告ディスプレイ、ウィンドウサイン、透明ディスプレイ、自動車ディスプレイ、電子装置ディスプレイ、及びLCDディスプレイが用いられることが知られている他のデバイスを含むがこれらに限定されない。
幾つかの用途は、一般に、照らされる領域にわたって一貫した輝度及び色の小型の低コストの白色光照明を必要とする。この目的のために赤色LED、青色LED、及び緑色LEDからの光を混合するのが費用効果が高く且つエネルギー効率が良いが、色混合はしばしば問題がある。一実施形態では、赤色光源、青色光源、及び緑色光源からの光は、各結合ライトガイドのスタック/入力領域の中に誘導され、十分に混合されて、ライトガイドのライトガイド領域を出るときに白色光として現れる。光源は、ライトガイド領域にわたる一様な強度及び色をより良好に提供するために幾何学的に位置付け、且つ強度を調節することができる。同様の配置は、シートにおける色が組み合わされて白色光を提供するスタックされたシート(より詳細にはスタックされたシート本体又はライトガイド)を提供することによって得ることができる。幾つかのディスプレイ、例えば、印刷されたページ上の「電子インク」薄膜ディスプレイは可撓性基板上に提供されるので、シートは、ディスプレイの媒体の可撓性を維持しながらバックライトを可能にするための手段を提供する。
幾つかの実施形態では、発光デバイスは、LEDの複数の色を単一のライトガイドの中に混合することを含む新規なLCDバックライト・ソリューションである。一実施形態では、ストリップの長さ及び幾何学的形状は、縁の周りに位置する多大な光混合領域がなくても光をフィルムライトガイドのライトガイド領域の中に一様に混合する。色の強化された均一性は、静止ディスプレイ又は色順次LCD及びBLUシステムのために用いることができる。色順次システムのための1つの方法は、LCDスクリーンパルシングと同期した(synced)状態での赤色、緑色、及び青色バックライト色の間のパルシングに基づいている。さらに、組み合わされて白色光を作り出す赤色、緑色、及び青色照光フィルムの階層化されたバージョンが提示される。画素ベースのディスプレイ領域は、赤色、緑色、又は青色となるように設計される複数の画素を有することができる。これの後ろには、それぞれがそれらに結合された光の別個の色を有する3つの別個のフィルムライトガイドがある。ライトガイドのそれぞれは、画素ベースのディスプレイの対応する色と整合(match up)する光抽出機能部を有する。例えば、赤色光は、結合ライトガイドの中に結合され、次いで、ライトガイド又はライトガイド領域の中に結合され、機能部から赤色画素の中に抽出される。フィルムライトガイドは、所与の色からの幾何学的に高い割合の光がその対応する画素の組の中に進むように画素の幅よりもかなり薄い。理想的には、画素内でカラーフィルタが用いられる必要はないが、画素間のクロストークが存在する場合には、それらは用いられるべきである。
本発明は、「リバースで」作動されるときに有用性を有することも注目に値する、すなわち、シートの発光面(単数又は複数)を光コレクタとして用いることができ、この場合、シートは、光を集めて、これを結合ライトガイドを通して感光性要素に伝送する。例として、本発明に係るシートは、太陽エネルギーを収集する目的で、入ってくる光を集め、これを内部反射させて、これを光起電デバイスに誘導する。こうした配置はまた、シートが広い領域にわたって光を検出し及び集めることができ、結合ライトガイドにおける検出器(単数又は複数)が領域全体を代表する測定値を提供することになるという点で、環境監視検出の目的で有用である可能性がある。シートは、光の放出に加えてこの性質の光収集を行うことができる。例えば、照明用途では、シートは、周辺光を監視してもよく、次いで、薄明り又は暗闇が検出されると、光を放出するためにアクティブ化されてもよい。有効には、LEDはまた「リバースで流れる」ことができる、すなわち、それらは、シートが光放出のために用いられるときにLEDが照明源として用いられる場合に光に露出されたときに出力電流/電圧を提供することができることが15知られているので、それらはまた、シートが光収集のために用いられるときに検出器として用いることができる。一実施形態では、ライトガイドは、入射光の一部を取り込み、これを検出器に誘導し、この場合、検出器は、特定の波長を検出するように設計される(リバースで用いたときに特定のバンドギャップをもつ帯域通過フィルタ、ナローバンドフィルタ、又はダイオードを含むことなどによって)。これらの光検出デバイスは、広い領域にわたる光の割合を収集し、及びフィルム/シート/ライトガイド/デバイスが実質的に透明なままの状態で特定の波長の光がフィルムの方に誘導されることを検出する利点を有する。これらは、1つにはレーザ又は光源(照準器、狙いを定めるための装置、レーザベースの兵器、LIDAR又はレーザベースの測距デバイス、目標指示、目標測距、レーザ逆探検出、指向性エネルギー兵器検出、目を標的とした(eye−targeted)又はダズラ(dazzler)レーザ検出で用いられるような)、又は赤外線照明器(暗視ゴーグルと共に用いられる可能性がある)を検出することに関心がある軍事活動において有用である可能性がある。
別の実施形態では、発光デバイスは、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備え、発光デバイスは、ライト、トロファーライト、コーブライト、トーチランプ、フロアランプ、シャンデリア、表面実装型ライト、ペンダントライト、突出し燭台式電灯、トラックライト、キャビネット下ライト、非常用ライト、壁ソケットライト、出口ライト、ハイベイライト、ローベイライト、ストリップライト、ガーデンライト、庭園燈、ビルディングライト、アウトドアライト、街路灯、経路ライト、保安柱ライト、ヤードライト、アクセントライト、背景ライト、ブラックライト、投光ライト、セーフライト、セーフティライト、サーチライト、セキュリティライト、ステップライト、ストロボライト、フォロースポットライト、又はウォール・ウォッシャーライトからなる群から選択された1つである。
別の実施形態では、発光デバイスは、光源、光入力カプラ、及びフィルムベースのライトガイドを備え、発光デバイスは、建築物に設置された標識、自立型の標識、屋内標識、壁標識、看板標識、日よけ(awning)標識、突き出た標識、標識バンド、屋根標識、パラペット標識、窓標識、天蓋(canopy)標識、パイロン標識、共同テナント(joint tenant)標識、記念碑(monument)標識、ポール標識、高層ポール(high−rise pole)標識、方向案内標識、電子メッセージセンター標識、ビデオ標識、電子標識、ビルボード、電子ビルボード、屋内方向案内標識、屋内ディレクトリ標識、屋内規制標識、屋内モール標識、及び屋内POP標識からなる群から選択された1つである。
シートはまた、照らされる標識、グラフィックス、及び他のディスプレイに用いるのに非常に有用である。例えば、フィルムは、壁又は窓の外観を著しく変化させることなく壁又は窓におかれてもよい。しかしながら、標識が照らされるときに、フィルムライトガイドにエッチングされたイメージが見えるようになるであろう。本発明はまた、断熱材として幾つかの食料雑貨店の冷凍庫の前にあるフィルムの中に光を結合するのに有用である可能性がある。ホッケーリンクでの氷の中のような限られたスペースが存在する照明用途もまた、プラスチックフィルム照明を必要とする場合がある。光源(単数又は複数)がアクティブ化されるときに光放出領域(単数又は複数)が見えるようになってくる状態で、シートを、その外観を著しく変化させることなく壁又は窓に設置することができるので、本発明は、典型的なディスプレイが美観上容認されないであろう領域(例えば、窓上)にディスプレイが位置付けられることを可能にする。シートはまた、スペースの考慮事項が最重要視される状況で、例えば、(本発明と共に用いることができる他の特徴及び用途も説明する米国特許第7,237,396号で論じられるように)スケートリンクの氷の中での照明が望まれるときに用いられてもよい。シートの可撓性は、それらが、15の気候の閉じ込めのために時々用いられるカーテン、例えば、食料雑貨店の冷凍庫の前でそれらの内部温度をより良好に維持するために時々用いられるフィルムカーテンの代わりに用いられることを可能にする。シートの可撓性はまた、動くディスプレイ、例えば、風にそよいで動く可能性がある発光フラグにおけるそれらの使用を可能にする。
光入力/出力カプラの製造方法
一実施形態では、ライトガイド及び光入力又は出力カプラは、結合ライトガイドに対応するフィルムのセグメントをもたらし、平行移動させ、及び複数のセグメントが重なるようにセグメントを屈曲させることによって、光伝送フィルムから形成される。さらなる実施形態では、結合ライトガイドの入力面は、少なくとも1つの屈曲又は折り畳みをもたらす結合ライトガイドの平行移動によって集合的な光入力面をもたらすように構成される。
別の実施形態では、結合ライトガイドのアレイにおける各結合ライトガイドに連続的に結合されたライトガイド領域をもつ光伝送フィルムを備え、前記結合ライトガイドのアレイが第1の直線折り畳み領域及び第2の直線折り畳み領域を備える、ライトガイド及び光入力カプラの製造方法は、(a)結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離を第1の直線折り畳み領域での光伝送フィルム表面に垂直な方向に増加させるステップと、(b)結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離を第1の直線折り畳み領域に実質的に垂直であり且つ第1の直線折り畳み領域での光伝送フィルム表面に平行な方向に減少させるステップと、(c)結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離を第1の直線折り畳み領域に実質的に平行であり且つ第1の直線折り畳み領域での光伝送フィルム表面に平行な方向に増加させること、結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離を第1の直線折り畳み領域での光伝送フィルム表面に垂直な方向に減少させるステップと、(d)これにより、結合ライトガイドが屈曲され、実質的に積み重ねて配置され、互いに実質的に平行に位置合わせされることを含む。これらのステップ(a)、(b)、(c)、及び(d)は、アルファベット順に行われる必要はなく、直線折り畳み領域は実質的に平行であってもよい。
一実施形態では、組立方法は、結合ライトガイドが順序付けられた順次配置で配置されるように結合ライトガイド(セグメント)のアレイの第1及び第2直線折り畳み領域を相対方向に平行移動させることを含み、複数の結合ライトガイドは湾曲した屈曲を備える。結合ライトガイドは重なることができ、結合ライトガイドの集合体をもたらするために互いに対して位置合わせすることができる。結合ライトガイドの集合体第1の直線折り畳み領域は、光入力面をもたらするためにさらに屈曲され、湾曲され、又は折り畳まれ、糊づけされ、クランプされ、切断され、又は他の方法で修正されてもよく、表面積は、光源からの光を受光し及び結合ライトガイドの中に伝送するのに適する。直線折り畳み領域は、結合ライトガイドが少なくとも1つの方向に屈曲された後で折畳部を備える光伝送フィルムの領域である。直線折り畳み領域は、結合ライトガイドの少なくとも1つの屈曲を少なくとも備える幅を有することができ、相対位置維持要素に物理的に、光学的に、又は機械的に結合されたフィルムの領域をさらに含んでもよい。直線折り畳み領域は、領域内のフィルムの表面と実質的に同一平面上にあり、直線折り畳み領域は、直線折り畳み領域がフィルムの平面に平行な長さ方向の配向方向を有するように幅方向よりも実質的に大きい長さ方向を有する。一実施形態では、結合ライトガイドのアレイは、第1の直線折り畳み領域に対して0度よりも大きく90度よりも小さい角度で配向される。
本明細書で用いられる場合の第1の直線折り畳み領域又は第2の直線折り畳み領域は、結合ライトガイドの入力又は出力端の付近に配置され、又はこれを含んでもよい。デバイスが光を集めるのに用いられる実施形態では、入力端は、光混合領域、ライトガイド領域、又はライトガイドの近くにあってもよく、出力端は、結合ライトガイドがライトガイド又はライトガイド領域から受光した光を光起電力セル上に光を誘導するために配置される発光面の中に結合する場合などでは、結合ライトガイドの発光縁の近くにあってもよい。本明細書で開示される実施形態及び構成では、第1の直線折り畳み領域又は第2の直線折り畳み領域は、光の伝搬方向が実質的に逆にされる構成に関するさらなる実施形態をもたらするために入れ換えられてもよい。
一実施形態では、結合ライトガイドのアレイは第1の直線折り畳み領域及び第2の直線折り畳み領域を有し、光入力カプラの製造方法は、第1及び第2直線折り畳み領域内の結合ライトガイドの相対位置を実質的に維持しながら重なり及び屈曲をもたらす平行移動させるステップを含む。一実施形態では、結合ライトガイドの相対位置を維持することは、順序付けられた屈曲及び位置合わせを支援し、結合ライトガイドの順序の異なる又は混乱した配置をもたらすことなく結合ライトガイドを折り畳む及び重ねることができるようにする。これは、組み立て及び位置合わせを著しく改善し、且つ特に非常に薄いフィルム又は結合ライトガイド及び/又は非常に細い結合光ストリップ幅のために要求される体積を減らすことができる。
一実施形態では、ライトガイド及びライトガイド領域をもつ光伝送フィルムを備える光入力カプラの製造方法のための上述のステップは、ステップ(a)及び(b)のうちの少なくとも少なくとも1つが実質的に同時に起こり、ステップ(c)及び(d)が実質的に同時に起こり、ステップ(a)及び(b)に続いてステップ(c)及び(d)が起こるように行われる。別の実施形態では、ライトガイド及びライトガイド領域をもつ光伝送フィルムを備える光入力カプラの製造方法のための上述のステップは、ステップ(a)、(b)、及び(c)が実質的に同時に起こるように行われる。結合ライトガイドの第1の直線折り畳み領域及び第2の直線折り畳み領域の相対平行移動は、直線折り畳み領域を静止状態で保持し、他の直線折り畳み領域を平行移動させることによって達成されてもよい。さらなる実施形態では、第2の直線折り畳み領域における第2の相対位置維持要素が平行移動されている間、第1の折り畳み領域に配置された相対位置維持要素は実質的に静止したままである。平行移動は、1つ又は複数の平面内の円弧状パターンで、又はx、y、又はz軸に平行な方向に又はこれと角度をなして起こってもよい。
別の実施形態では、上述のステップは、第1の直線折り畳み領域に平行な方向の互いに対する第1の直線折り畳み領域内の結合ライトガイドのアレイの相対位置を実質的に維持し、且つ第1の直線折り畳み領域に平行な方向の互いに対する第2の直線折り畳み領域内の結合ライトガイドのアレイの相対位置を実質的に維持する状態で行われる。
さらなる実施形態では、結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離は、第1の直線折り畳み領域に実質的に平行な方向の結合ライトガイドのアレイの全幅Wである少なくとも距離Dだけ増加する。
別の実施形態では、結合ライトガイドのアレイは、第1の直線折り畳み領域に平行な方向の実質的に同じ幅Wを有する数Nの結合ライトガイドを備え、D=N×Wである。
相対位置維持要素
一実施形態では、少なくとも1つの相対位置維持要素は、第1の直線折り畳み領域、第2の直線折り畳み領域、又は第1及び第2の直線折り畳み領域の両方の領域における結合ライトガイドの相対位置を実質的に維持する。一実施形態では、相対位置維持要素と結合ライトガイドとの組合せが、結合ライトガイドの重なる集合体及び結合ライトガイドにおける屈曲をもたらするために、第2の直線折り畳み領域に対する第1の直線折り畳み領域の並進運動中に、第1の直線折り畳み領域内の結合ライトガイドの相対位置を実質的に維持するのに十分な安定性又は剛性を提供するように、相対位置維持要素は結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域に隣接して配置される。相対位置維持要素は、直線折り畳み領域に接着され、クランプされ、これと接触する状態で配置され、これに対して配置され、直線折り畳み領域とライトガイド領域との間に配置されてもよい。相対位置維持要素は、少なくとも平行移動ステップのうちの1つの間に結合ライトガイドの表面、光混合領域、ライトガイド領域、又はフィルムに接着され又はこれに対して保持される、ポリマー又は金属コンポーネントであってもよい。一実施形態では、相対位置維持要素は、結合ライトガイドの第1の直線折り畳み領域、第2の直線折り畳み領域、又は第1の及び第2の直線折り畳み領域の両方の付近のフィルムのいずれかの側部に接着される平坦な又は鋸歯状の歯をもつポリマーストリップである。鋸歯状の歯を用いることによって、歯は、角度のついたガイドを提供することによって屈曲を促進し又は容易にすることができる。別の実施形態では、相対位置維持要素は、第1の直線折り畳み領域に平行なクランプに平行な方向の相対位置で結合ライトガイドを折り畳み、第1の直線折り畳み領域及び第2の直線折り畳み領域が互いに関して平行移動されて重なる結合ライトガイド及び結合ライトガイドにおける屈曲をもたらすように互いに対するクランプの位置を平行移動する、第1のクランプ及び第2のクランプをもつ機械的デバイスである。別の実施形態では、相対位置維持要素は、第1の直線折り畳み領域、第2の直線折り畳み領域、又は第1及び第2直線折り畳み領域の両方における結合ライトガイドの相対位置を維持し、それらを少なくとも1つの方向に平行移動させるために結合ライトガイドの端に対して力を及ぼす機構を提供する。
別の実施形態では、相対位置維持要素は、少なくとも1つの結合ライトガイドの屈曲時に力を再分配する又は少なくとも1つの結合ライトガイドが屈曲され又は折り畳まれた後で力の均等な再分配を維持する、角度の歯又は領域を備える。別の実施形態では、相対位置維持要素は、1つ又は複数の結合ライトガイドを角部点から実質的に角度のついたガイドの長さに屈曲させること及び引っ張ることからの力を再分配する。別の実施形態では、角度のついたガイドの縁は丸みをつけられる。
別の実施形態では、相対位置維持要素は、屈曲動作中に屈曲からの力を再分配し、結合ライトガイドの低いプロフィール(厚さ方向の短い寸法)を維持するのに必要な力を維持するために抵抗を提供する。一実施形態では、相対位置維持要素は、低接触面積の材料、カバー、又は領域として動作する低接触面積の領域、材料、又は表面レリーフ領域を備え、1つ又は複数の表面レリーフ機能部は、折り畳み動作中及び/又は発光デバイスの使用中にライトガイドの領域と物理的に接触する状態にある。一実施形態では、相対位置維持要素上の低接触面積の表面レリーフ機能部は、結合ライトガイド、ライトガイド、光混合領域、ライトガイド領域、又は光放出領域からの光の脱結合を減らす。
さらなる実施形態では、相対位置維持要素はまた、熱伝達要素。一実施形態では、相対位置維持要素は、LED光源に熱的に結合される角度のついたガイド又歯をもつアルミニウムコンポーネントである。
さらなる実施形態では、結合ライトガイドのアレイの入力端及び出力端は、それぞれ、上述のステップ(a)、(b)、(c)、及び(d)の間に相対位置維持要素と物理的に接触する状態で配置される。
一実施形態では、結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域の近位に配置された相対位置維持要素は、実質的に直線であり且つ第1の直線折り畳み領域に平行である光伝送フィルムに平行な平面内に入力断面縁を有し、結合ライトガイドのアレイの第2の直線折り畳み領域で結合ライトガイドのアレイの第2の直線折り畳み領域の近位に配置された相対位置維持要素は、実質的に直線であり且つ直線折り畳み領域に平行である第2の直線折り畳み領域で光伝送フィルムに平行な平面内に断面縁を有する。
別の実施形態では、結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域の近位に配置された相対位置維持要素の断面縁は、ステップ(a)、(b)、(c)、及び(d)の間に結合ライトガイドのアレイの第2の直線折り畳み領域の近位に配置された相対位置維持要素の断面縁に実質的に平行なままである。
さらなる実施形態では、第1の直線折り畳み領域の近位に配置された相対位置維持要素は、少なくとも1つの結合ライトガイドの第1の直線折り畳み領域に対して10度を超える角度で配向された実質的に直線の区域を備える、第1の直線折り畳み領域の近位に配置された光伝送フィルム表面に平行な平面内の断面縁を有する。さらなる実施形態では、相対位置維持要素は、結合ライトガイドの直線折り畳み領域に対して実質的に45度で配向された鋸歯状の歯を有する。
一実施形態では、相対位置維持要素の断面縁は、少なくとも1つの結合ライトガイドの屈曲をガイドするためにガイド縁を形成する。別の実施形態では、相対位置維持要素は、相対位置維持要素(若しくは歯又は角度の延長された領域のような領域)が結合ライトガイドを切断し、クラックを生じ、又はこれに応力を誘起することがある局所的な応力のための細い領域を切断し又は提供しないように、相対位置維持要素の周り又は付近に折り畳まれる結合ライトガイドよりも厚い。別の実施形態では、相対位置維持要素又はコンポーネント(角度のついた歯のような)の厚さと折り畳み中又は折り畳み後に接触する結合ライトガイド(単数又は複数)の平均厚さとの比は、1、1.5、2、3、4、5、10、15、20、及び25からなる群から選択された1つよりも大きい。一実施形態では、折り畳み中又は折り畳み後に結合ライトガイド(単数又は複数)と接触する相対位置維持要素(又はそのコンポーネント)は、0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、及び1ミリメートルからなる群から選択された1つよりも大きい。
別の実施形態では、上述の方法は、光伝送フィルム表面と直交する実質的に1つの平面内で終わる結合ライトガイドの入力縁のアレイを提供するために、重なる結合ライトガイドを通して切断するステップをさらに含む。結合ライトガイドは、フィルムにスリットを形成するためにフィルムをラインに切断することによって形成されてもよい。別の実施形態では、上述の製造方法は、光伝送フィルムを光伝送フィルム内の実質的に平行なラインに切断することによって結合ライトガイドのアレイを形成することをさらに含む。一実施形態では、スリットは、実質的に平行であり、等間隔で配置される。別の実施形態では、スリットは、実質的に平行ではなく、又は一定でない分離を有する。
別の実施形態では、上述の方法は、それらを一緒にクランプすること、重なる結合ライトガイドのアレイの1つ又は複数の表面の周りに壁又はハウジングを配置することによって動きを拘束すること、及びそれらを一緒に又は1つ又は複数の表面に接着することからなる群から選択された少なくとも1つによって、重なる結合ライトガイドのアレイを一定の相対位置に折り畳むステップをさらに含む。
別の実施形態では、結合ライトガイドのアレイにおける各結合ライトガイドに連続的に結合されたライトガイド領域をもつ光伝送フィルムを備え、前記結合ライトガイドのアレイが第1の直線折り畳み領域及び第1の折り畳み領域に実質的に平行な第2の直線折り畳み領域を備える、ライトガイド及び光入力カプラの製造方法は、(a)光伝送フィルムの少なくとも2つの領域を第1の方向に物理的に分離することによって光伝送フィルムにおけるライトガイド領域に物理的に結合される結合ライトガイドのアレイを形成するステップと、(b)結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離を第1の直線折り畳み領域での光伝送フィルム表面に垂直な方向に増加させるステップと、(c)結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離を第1の直線折り畳み領域に実質的に垂直であり且つ第1の直線折り畳み領域での光伝送フィルム表面に平行な方向に減少させるステップと、(d)結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離を第1の直線折り畳み領域に実質的に平行であり且つ第1の直線折り畳み領域での光伝送フィルム表面に平行な方向に増加させるステップと、(e)結合ライトガイドのアレイの第1の直線折り畳み領域と第2の直線折り畳み領域との間の距離を第1の直線折り畳み領域での光伝送フィルム表面に垂直な方向に減少させるステップと、これにより、結合ライトガイドが屈曲され、実質的に積み重ねて配置され、互いに実質的に平行に位置合わせされることを含む。
別の実施形態では、結合ライトガイドのアレイにおける各結合ライトガイドに光学的に及び物理的に結合されるライトガイド領域をもつ光伝送フィルムを備え、前記結合ライトガイドのアレイが第1の折り畳み領域及び第2の折り畳み領域を備える、ライトガイド及び光入力カプラの製造方法は、(a)第1の折り畳み領域でのフィルム表面に平行な平面内でそれらが互いの方に動くように、第1の折り畳み領域及び第2の折り畳み領域を第1の折り畳み領域でフィルム表面に実質的に垂直な方向に互いから遠くに平行移動させるステップと、(b)第1の折り畳み領域及び第2の折り畳み領域が第1の折り畳み領域でフィルム表面に実質的に垂直な方向に互いの方に動くように、第1の折り畳み領域及び第2の折り畳み領域を第1の折り畳み領域に平行な方向に互いから遠くに平行移動させるステップと、これにより、結合ライトガイドが屈曲され、実質的に積み重ねて配置されることを含む。
応力誘起散乱
フィルムベースの結合ライトガイドの屈曲又は折り畳みは、結果として領域に応力誘起散乱を生じる場合があり、これは結合ライトガイド内の光の一部を領域の付近のライトガイドを出るような方向に散乱させる。応力誘起散乱は、結果的に応力に起因する散乱領域をもたらす応力クラッキング、応力白化、剪断バンド、応力クレージング、又は他の目に見える材料変形の類のものである場合がある。
応力クラッキング、応力白化、剪断バンド、及び応力クレージングのような応力誘起変形は、「Characterization and failure analysis of plastics」、ASM International(2003)で説明される。
本明細書で用いられる場合の応力クラッキングは、局所的な応力が過度の局所的な歪みをもたらすときに起こる局所的な故障である。この局所的な故障は、結果的に、局所的領域の全体を通して迅速に広がる微小クラック(microcrack)の生成をもたらす。脆性材料は、応力白化する応力クラッキングをより生じやすい。応力白化は、応力のある透明な又は半透明なポリマーに雲状の、霧状の、又は白化した外観をもたらす多くの異なる微視的な現象を説明する一般的用語である。雲状の外観は、ポリマー屈折率の局所的な変化又は空隙の形成の結果である。したがって、伝送された光が散乱される。光の波長に近い又はこれよりも大きい寸法のマイクロボイドクラスタは、応力白化の根本原因であると考えられる。マイクロボイドは、フィラー又はファイバの層間はく離によって生じることがあり、又はそれらはゴム粒子又は他の衝撃改質剤のような吸蔵物(occlusions)の周りの局所的な故障である可能性がある。剪断バンドはまた、理想的には剪断面に沿って伝搬する微視的な局所的変形ゾーンである。ひび割れのように、剪断変形バンド、又はスリップラインは、伝統的に、延性のアモルファスポリマーにおける不可逆的な引張り変形の機構であると考えられる。ほとんど常に、圧縮応力状態は、ポリマーの剪断変形を引き起こすであろう。単調な引張り荷重の下で、ポリカーボネートは、剪断バンディングによって変形することが報告される。応力クレージングは、典型的に適用される応力の方向に配向されるプラスチックのマイクロフィブリルによってまたがれる(spanned)微小クラックである。ひび割れの幅は、1〜2ミクロンのオーダーであり、これは、他の異成分とのその相互作用に応じて数ミリメートルの長さに成長する場合がある。膨張性である、ひび割れは、応力場の適用される引張り成分の法線方向に成長する。
一実施形態では、屈曲又は折り畳みによって誘起される1つ又は複数の結合ライトガイドにおける応力誘起散乱は、より高い温度での結合ライトガイドの屈曲又は折り畳みによって低減される。別の実施形態では、屈曲又は折り畳みによって誘起される1つ又は複数の結合ライトガイドにおける応力誘起散乱は、1つ又は複数の結合ライトガイド又は結合ライトガイドの領域をガラス転移温度、ASTM D1525ビカット軟化温度、ガラス転移温度よりも10度低い温度、及び溶融温度に等しい又はこれよりも高い温度からなる群から選択された温度よりも高い温度に曝すことによって屈曲又は折り畳み後に低減される。
屈曲中に加熱される結合ライトガイド
一実施形態では、結合ライトガイドは、摂氏30度を上回る温度に加熱されている状態で屈曲され又は折り畳まれる。一実施形態では、摂氏30度未満の第1の温度で屈曲され又は折り畳まれるときに結果的に応力誘起散乱をもたらす少なくとも1つの材料を含む結合ライトガイドは、摂氏30度よりも高い温度に加熱され、実質的に応力誘起散乱のない屈曲又は折り畳み領域をもたらするために屈曲され又は折り畳まれる。実質的に応力誘起散乱のない結合ライトガイドは、光入力カプラからの光で照らされるときに結合ライトガイドの外への光の応力誘起散乱に起因して屈曲、折り畳み、又は応力領域において結合ライトガイド内を伝搬する光の1%よりも多くをライトガイドの外に散乱させない。実質的に応力誘起散乱のない結合ライトガイドは、結合ライトガイドが3.048メートルの距離で20度未満に平行化されるハロゲン光源から表面の法線方向に結合ライトガイドに入射する光の5度軸外で目で透かして見られるときに、屈曲され、折り畳まれ、又は応力のある領域の区域において目に見える散乱領域を有さない。
一実施形態では、結合ライトガイドの屈曲又は折り畳みは、室温を超える、摂氏27度を超える、摂氏30度を超える、摂氏40度を超える、摂氏50度を超える、摂氏60度を超える、コア材料のガラス転移温度を超える、クラッド材料のガラス転移温度を超える、コア材料のASTM D1525ビカット軟化温度を超える、クラッド材料のASTM D1525ビカット軟化温度を超える、及び結合ライトガイドフィルム又はフィルム複合材のASTM D1525ビカット軟化温度を超えるからなる群から選択された少なくとも1つの温度で起こる。
折り畳み領域をもつ結合ライトガイド
一実施形態では、ライトガイドは、光入力縁の集合体が光入力面を形成するように実質的に重なる折り畳みライン及び反射縁によって画定される折り畳み領域を備える結合ライトガイドを備える。さらなる実施形態では、1つ又は複数の折り畳み領域は、フィルムの光入力縁で入力される光源からの光の一部を、これが反射縁で結合ライトガイド又は外縁(光源から遠位の縁のような)でライトガイド領域を抜けないように臨界角よりも小さい角度に再誘導するために配置される第1の反射表面縁を備える。別の実施形態では、1つ又は複数の折り畳み領域は、フィルムの光入力縁から入力される光の一部を、これが反射縁で結合ライトガイドを抜けないような角度に再誘導するために配置される第2の反射表面縁を備える。さらなる実施形態では、第1及び第2の反射表面縁は、光源からの光の一部を実質的に平行化する。別の実施形態では、第1及び第2の反射表面縁は放物線形の形状を有する。
反射表面縁は、切断、スタンピング、又は他の縁形成技術を通じて形成されたフィルムの縁であってもよく、反射特性は、内部全反射又は塗布されたコーティング(反射インクコーティング又はスパッタ被覆されるアルミニウムコーティングのような)に起因する場合がある。反射表面縁は、光入力縁から受光する光の角度の反射を制御するように設計される直線形、放物線形、角度のついた、弓形、切子面が形成された、又は他の形状であってもよい。第1及び第2反射表面縁は、所望の光学機能を達成するために異なる形状又は配向を有してもよい。反射表面縁は、空間的又は角度の輝度、色、又は光出力均一性を改善するために臨界角よりも小さい角度に光を再誘導する、光を平行化する、又は光束を特定の領域に再誘導するのに役立つ可能性がある。
一実施形態では、反射縁は、光源からの光の第1の部分を内部全反射によってライトガイド領域の中に誘導するために角度をつけられ、湾曲され、又は切子面が形成される。さらなる実施形態では、反射縁は反射性コーティングを備える。
一実施形態では、折り畳みラインは、折り畳み領域が、互いに対して或る角度をなす、光入力カプラ、ライトガイド領域、又は光入力面の1つ又は複数の縁に対して或る角度をなす、及び光源の光軸に対して或る角度をなす、からなる群から選択された少なくとも1つであるように角度をつけられ又は湾曲され、角度は、0度よりも大きく180度よりも小さい。
反射縁又は反射表面縁のようなフィルムベースのライトガイドの1つ又は複数の領域又は縁は、スタックされ及び被覆されてもよい。例えば、1つよりも多いライトガイドは、スパッタコーティング、蒸着、又は他の技術を用いて反射縁を被覆するためにスタックされてもよい。同様に、反射表面縁は、折り畳まれ及び反射材料で被覆されてもよい。フィルム又は縁を分離するために、スペーサ、保護膜又は層又は材料が用いられてもよい。
折り畳み領域をもつライトガイドは、結合ライトガイドを切断する及び折り畳む必要を減らす又はなくすことができる。単一のフィルムから切断される、光源から入射する光のための平行化表面のような反射表面縁を形成することによって、角度のついた縁で(例えばライトガイド領域に最も近い光源から)光がライトガイドの外に抜けず、且つ反対の縁で光源からの光(臨界角よりも小さい角度でライトガイド領域の反対の縁上に入射するライトガイドに最も近いLEDからの光のような)がライトガイドの外に結合されないように、光を再誘導することができる。さらなる実施形態では、第1及び第2の反射表面縁の形状は、ライトガイド領域又は光放出領域に最も近い光源からライトガイド領域又は光放出領域から最も遠い折り畳み領域の方に変化する。一実施形態では、ライトガイド領域又は光放出領域から最も遠い光源は、反射縁によって形成された第2の反射表面縁を有し、第1の反射表面縁は、光源からの光が反射縁から反射することなくライトガイド領域又は光放出領域に到達することを可能にするために角度をつけられる。さらなる実施形態では、第2の反射表面縁は、ライトガイド領域又は光放出領域(折り畳まれていないレイアウトの)から遠ざかる方向に入射する光源からの光を反射縁の方に臨界角よりも大きい角度で再誘導し、第1の反射表面縁は、ライトガイド領域又は光放出領域に向かう方向に入射する光源からの光を反射縁の方に臨界角よりも大きい角度で再誘導し、又は光源からの光が反射縁から反射することなくライトガイド領域又は光放出領域の方に直接伝搬することを可能にする。
一実施形態では、折り畳み領域をもつ結合ライトガイドを備える光入力カプラを伴うフィルムベースのライトガイドは、ライトガイドフィルムを折り畳みラインに沿って折り畳むこと及び折り畳み領域を第1の光入力縁で重ねることによって形成される。一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、切断する前に折り畳まれる。切断する前に折り畳むことによって、内部層の縁は、例えば機械的に切断するときに改善された表面品質を有してもよい。さらなる実施形態では、フィルムベースのライトガイドは折り畳む前に切断される。折り畳む前に切断することによって、複数のライトガイドフィルムは、必要とされる切断部の数を減らするために一緒にスタックされてもよい。加えて、折り畳む前に切断することによって、第1反射表面と第2の反射表面は異なる個々の形状を有してもよく、反射縁は、角度をつけられ又は湾曲されてもよい。
さらなる実施形態では、多数のフィルムライトガイドが光入力カプラ領域においてスタックされ、又は積み重ねて配置され、折り畳み領域(又は複数の結合ライトガイド)は織り合わされ又は交互にされる。例えば、2つのフィルムベースのライトガイドは、積み重ねられてもよく、折り畳み領域は、機械的フィルムフォルダ(紙産業で用いられる折り機のような)によって両方のライトガイドにおいて同時に折り畳まれてもよい。これは折り畳みステップの数を減らすことができ、複数のライトガイドが単一の光入力カプラ又は光源によって照らされることを可能にする。各ライトガイド内の光抽出機能部(場所、サイズ、深さなど)は異なっていてもよく及び独立して制御されてもよいので、ライトガイドを交互配置することはまた、均一性を増加させることができる。加えて、ライトガイド領域又は光放出領域が重ならない又は部分的にのみ重なる複数のライトガイドは、単一の光入力カプラによって照らされてもよい。例えば、2つのライトガイドを一緒に折り畳むことによって、電話のディスプレイ及びバックライト付きキーパッド、コンピュータのディスプレイ及びバックライト付きキーボード、又は電子書籍のような携帯型デバイスのフロントライト及びキーパッドは、同じ光源又は光源パッケージによって照らされてもよい。
さらなる実施形態では、単一のライトガイドフィルム内の2つの別個の光放出領域は、折り畳まれた光入力カプラ(又は複数の結合ライトガイドを備える光入力カプラ)によって照らされる。
折り畳み領域は、複数の結合ライトガイドを備える光入力カプラに用いられる結合ライトガイド又はストリップと類似の曲率半径に折り畳まれてもよい。別の実施形態では、ライトガイドは、2つ以上の領域において保持され、複数のワイヤは、互いの方に一緒にされ、ワイヤは、折り畳みラインの付近で交互の形式でフィルムに接触し、フィルムに屈曲を形成する。折り畳み領域の入力縁又は折り畳み領域の領域は、次いで、ワイヤを除去することができ且つ折り畳みが残るように、一緒に保持され又は付着されてもよい。一実施形態では、折り畳みラインに沿った折畳部は、フィルムが広げられるときにそれらが目に見えるライン又はひだを形成しないという点で、「ひだ」ではない。別の実施形態では、互いに向かう方向に動く歯又はプレートは、交互の折り畳みラインを反対方向に押し、「ジグザグ」、アコーディオン状、又は蛇腹状の折畳部をフィルムに生じる。複数の折り畳み領域から形成された結合ライトガイドを一緒に保持し、収納し、又は保護するために、ハウジング又は複数の結合ライトガイドを保持するための保持デバイスのような折畳部維持要素が用いられてもよい。複数の結合ライトガイドのためのハウジング又は保持デバイスと同様に、ハウジングは、複数の結合ライトガイドのためのハウジング、フォルダ、又は保持デバイスで用いられる光学的に結合される窓、屈折レンズ、又は他の機能部、要素、又は特性を備えてもよい。さらなる実施形態では、ハウジング、フォルダ、又は保持デバイスは、要素が一緒にされるときに要素の間に配置されたフィルムが蛇腹状の様態で折り畳まれて結合ライトガイド内に折り畳み領域をもたらすように、2つの対向する部分上に交互の剛性の要素を備える。
パッケージ
一実施形態では、照明を提供するのに適したキットは、光源、光入力カプラ、及びライトガイドを備える。
巻くことができる又は引っ込めることができるライトガイド
一実施形態では、可撓性の発光デバイスは、152.4mm、76.2mm、50.8mm、及び25.4mmからなる群から選択された1つ未満である直径の管に巻くことができる。別の実施形態では、可撓性の発光デバイスは、ライトガイド、光放出領域、又はライトガイド領域の一部をハウジングの内部に引き込むことができるばね又は弾性ベースの巻き取り機構を備える。例えば、フィルムの光放出領域は、安全な保護された保管を提供するためにデバイス上のボタンが押されるときに円筒形の管の中に引っ込めることができる。
ラミネーション又は他のフィルムとの使用
一実施形態では、ライトガイド、光伝送フィルム、発光デバイスハウジング、熱伝達要素、及び発光デバイスのコンポーネントからなる群から選択された少なくとも1つは、反射フィルム、プリズムフィルム、反射偏光子、低屈折率フィルム、感圧接着剤、空隙、光吸収フィルム、アンチグレアコーティング、反射防止コーティング、保護膜、障壁フィルム、及び低粘着性接着剤フィルムからなる群から選択された少なくとも1つにラミネートされ又はこれに隣接して配置される。
フィルムの生産
一実施形態では、フィルム又はライトガイドは、押出されたフィルム、同時押出しされたフィルム、キャストフィルム、溶媒キャストフィルム、UVキャストフィルム、プレス加工されたフィルム、射出成形されたフィルム、ナイフコーティングされたフィルム、スピンコートされたフィルム、及びコーティングされたフィルムからなる群から選択された1つである。一実施形態では、1つ又は2つのクラッド層は、ライトガイド領域の一方又は両方の側部上に同時押出しされる。別の実施形態では、タイ層、接着促進層、材料、又は表面改質物は、クラッド層とライトガイド層の表面又はこの間に配置される。一実施形態では、結合ライトガイド又はそのコア領域は、フィルム形成プロセス中に形成される際にフィルムのライトガイド領域と連続する。例えば、離間された間隔でフィルムの領域をスライスすることによって形成された結合ライトガイドは、フィルムのライトガイド領域と連続した結合ライトガイドを形成することができる。別の実施形態では、ライトガイド領域と連続した結合ライトガイドを伴うフィルムベースのライトガイドは、材料を射出成形すること又は結合ライトガイド間の分離をもつ結合ライトガイド領域と共にライトガイド領域を備える型の中にキャストすることによって形成することができる。一実施形態では、結合ライトガイドとライトガイド領域との間の領域は均一であり、限定ではなしに、空隙、屈折率の軽微な変化、形状又は入力−出力領域における不連続性、及び分子量又は材料組成物の軽微な変化のような界面遷移を伴わない。
別の実施形態では、ライトガイド層、光伝送フィルム、クラッド領域、接着剤領域、接着促進領域、又は引っかき抵抗層からなる群から選択された少なくとも1つは、フィルム又はライトガイドの1つ又は複数の表面上に被覆される。別の実施形態では、ライトガイド又はクラッド領域は、キャリアフィルム上に被覆され、キャリアフィルム上に押出され、又は他の方法でキャリアフィルム上に配置される。一実施形態では、キャリアフィルムは、容易な取り扱い、より少ない静電気問題、伝統的な紙又はパッケージ折り畳み機器を使用する能力、表面保護(引っかき傷、粉塵、ひだなど)、切断動作中にライトガイドの平らな縁を得ることの支援、UV吸収、輸送保護、並びにより広範囲の張力及び平坦度又は位置合わせ調節を伴う巻線及びフィルム機器の使用からなる群から選択された少なくとも1つを可能にする。一実施形態では、フィルムをコーティングする前、結合ライトガイドを屈曲させる前、結合ライトガイドを折り畳んだ後、光抽出機能部を付加する前、光抽出機能部を付加した後、印刷前、印刷後、変換プロセスの前又は後(さらなるラミネーション、ボンディング、打抜き、穴あけ、パッケージなど)、設置の直前、設置後(キャリアフィルムが外面であるとき)、及び設置からのライトガイドの除去プロセス中にキャリアフィルムが除去される。一実施形態では、1つ又は複数の付加的な層は、1つ又は複数の付加的な層のないフィルムの領域が存在するように、セグメント又は領域でコア領域(又はコア領域に結合された層)にラミネートされる。例えば、一実施形態では、クラッド層として機能する光学接着剤が、タッチスクリーン基板に光学的に結合され、光学接着剤は、タッチスクリーン基板をフィルムベースのライトガイドの光放出領域に光学的に結合し、したがって増加した入力結合効率のためにクラッド層のない結合ライトガイドを残するために用いられる。
別の実施形態では、キャリアフィルムは、スリットであり、又は結合ライトガイドの領域にわたって除去される。この実施形態では、直線折り畳み領域からキャリアフィルムが除去された後で、結合ライトガイドをより小さい曲率半径に屈曲させ又は折り畳むことができる。
別個の結合ライトガイド
別の実施形態では、結合ライトガイドはライトガイドとは不連続であり、その後、ライトガイドに光学的に結合される。一実施形態では、結合ライトガイドは、ライトガイド上に押出された、接着剤を用いてライトガイドに光学的に結合された、結合ライトガイド及びライトガイドと接触する状態で付着させる又は残る光伝送材料を射出成形することによってライトガイドに光学的に結合された、ライトガイドに熱的に付着された、ライトガイドに溶媒付着された、ライトガイドにレーザ溶接された、ライトガイドに音波溶接された、ライトガイドに化学的に付着された、及び他の方法でライトガイドと光学的に接触する状態で付着された、接着された、又は配置されたものからなる群から選択された1つである。一実施形態では、結合ライトガイドの厚さは、ライトガイドの厚さの80%未満、70%未満、50%未満、40%未満、20%未満、10%未満からなる群から選択された1つである。一実施形態では、発光デバイスの結合ライトガイド及びライトガイド領域が成形される。この成形方法は、例えば限定ではなしに、溶媒キャスト、射出成形、ナイフコーティング、スピン・コーティングを含んでもよい。成形に適した材料の例は、限定ではなしに、溶媒キャストされたアクリル及びシリコーンを含む。この成形方法はまた、成形された材料に抽出機能部を形成する型の中の反転された抽出機能部を含んでもよい。一実施形態では、型は、例えば、入口側から遠い端でのフィルムベースのライトガイドの外への光の抽出を増加させるべくくさび形の又はテーパしたライトガイドを形成するために伝搬方向のような1つ又は複数の方向の厚さ変化を有する。別の実施形態では、ライトガイドの光放出領域は、対向する側部から照らされ、両方の側部から中央の方にテーパする。さらなる実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、第2の数の側部から光放出領域の中に光が入射する状態でライトガイドから第1の数の方向にテーパし、第1の数は第2の数に等しく、第1の数は4であり、又は第1の数は4よりも大きい。別の実施形態では、フィルムベースのライトガイドの1つ又は複数の表面は、ライトガイド及び/又はデバイスの特定の空間的又は角度の光出力プロフィールを達成するために、非線形、弓形、階段状、ランダム、光学的に設計された、準ランダム、及び他の形状からなる群から選択された1つ又は複数の断面形状を備える。
ガラスラミネート
別の実施形態では、ライトガイドは、ガラスラミネートの1つの側部内に又はこの上に配置される。別の実施形態では、ライトガイドは、安全ガラスラミネート内に配置される。さらなる実施形態では、ライトガイド、クラッド、又は接着剤層からなる群から選択された少なくとも1つは、ポリビニルブチレートを含む。
パターン形成されたライトガイド
別の実施形態では、ライトガイド又は結合ライトガイドのうちの少なくとも1つは、クラッド、キャリアフィルム、基板、又は他の材料上に配置される被覆された領域である。ライトガイドのための被覆パターンを用いることによって、結合ライトガイド又はライトガイドの中に誘導される光に対して光の異なる経路を達成することができる。一実施形態では、ライトガイド領域は、光放出領域を分離するために光を誘導するライトガイド領域を備え、光抽出機能部をもつ隣接するライトガイド領域は、異なる色の光を放出する。別の実施形態では、ライトガイドパターンは、光源からの光を対応するパターン形成された(又はトレース)ライトガイドに誘導するために配置される結合ライトガイドを伴う入力カプラの中に結合される2つ以上の光源からの2つ以上の色の光を放出するために配置される領域を備える、クラッド層、キャリアフィルム、又は他の層上に配置される。例えば、赤色LEDは、結合ライトガイド(フィルムベースの材料又はコーティングベースの材料又はパターンライトガイドコーティングのために用いられるのと同じ材料であってもよい)を伴う光入力カプラの中にライトガイドパターンに光を結合するために配置されてもよく、光抽出機能部は、画素化された(pixilated)カラーディスプレイにおける色を提供するパターンで光を放出する。一実施形態では、ライトガイドパターン又はライトガイドパターン内の光抽出領域パターンは、湾曲した区域、屈曲した直線区域、形状、及び他の規則的な及び不規則なパターンからなる群から選択された1つ又は複数を備える。結合ライトガイドは、パターン形成されたライトガイドと同じ材料からなってもよく、又はそれらは異なる材料であってもよい。
光抽出機能部
一実施形態では、光抽出機能部は、表面上に表面機能部を刻印(imprint)するためにエンボス加工すること又は「ナールロール(knurl roll)」を用いることによってフィルム、ライトガイド領域、又はクラッド領域上に又は内に配置される。別の実施形態では、光抽出機能部は、その上に表面機能部が配置されたドラム、ロール、型、又は他の表面と接触しているときに、ポリマーを放射線(UV露光のような)硬化させることによってもたらされる。別の実施形態では、光抽出機能部は、ライトガイド上の又は内のクラッド又は低屈折率材料又は他の材料がギャップとして除去され又は形成される領域に形成される。別の実施形態では、ライトガイド領域は光反射領域を備え、光反射領域が除去される場所に光抽出機能部が形成される。光抽出は、(例えば領域に到達し抽出される光の割合又は抽出された光の方向プロフィール)を備え、又は光抽出機能部若しくはクラッド又は他の層が除去されている領域内に又はこれに隣接して散乱、拡散、又は他の表面又は体積プリズム、屈折、回折、反射、又は散乱要素を付加することによって、これを修正されてもよい。
一実施形態では、光抽出機能部は、光を屈折させる、回折させる、散乱させる、反射させる、内部全反射させる、拡散させる、又は他の方法で再誘導する体積光再誘導機能部である。体積機能部は、層又は領域の生産中にライトガイド、ライトガイド領域、コア、クラッド、又は他の層又は領域内に配置されてもよく、又は機能部は、別の表面又は層がその後配置されるところの表面上に配置されてもよい。
一実施形態では、光抽出機能部は、二酸化チタン、硫酸バリウム、金属酸化物、ミクロスフェア、若しくはポリマー(PMMA、ポリスチレンのような)、ゴム、又は他の無機材料を含む他の非球形粒子からなる群から選択された少なくとも1つを含む、バインダ内のインク又は材料を含む。一実施形態では、サーマルインクジェット印刷、圧電インクジェット印刷、連続インクジェット印刷、スクリーン印刷(溶媒又はUV)、レーザ印刷、昇華印刷、色素昇華印刷、UV印刷、トナーベースの印刷、LEDトナー印刷、固体インク印刷、熱伝達印刷、インパクト印刷、オフセット印刷、輪転グラビア印刷、フォトグラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、ホットワックス色素転写印刷、パッド印刷、凸版印刷、活版印刷、ゼログラフィ、固体インク印刷、ホイルイメージング、ホイルスタンピング、金属活字植字(hot metal typesetting)、インモールドデコレーション、及びインモールドラベリングからなる群から選択された技術によってインク又は材料が堆積される。
別の実施形態では、機械的スクライビング、レーザスクライビング、レーザアブレーション、表面スクラッチ、スタンピング、ホットスタンピング、サンドブラスト、放射線暴露、イオン衝撃、溶媒露出、材料堆積、エッチング、溶媒エッチング、プラズマエッチング、及び化学エッチングからなる群から選択された技術によって表面を除去する又は改質することによって光抽出機能部が形成される。
さらなる実施形態では、光抽出機能部は、UVキャスト、型を伴う溶媒キャスト、射出成形、熱成形、真空成形、真空熱成形、及びラミネート、又は他の方法での表面レリーフ又は体積機能部を備えるフィルム又は領域のボンディング、及び結合からなる群から選択された技術によって材料を表面又は領域に付加することによって形成される。
一実施形態では、ライトガイド、フィルム、ライトガイド領域、クラッド領域、若しくはライトガイド上又はライトガイド内に配置される層又は領域への光抽出機能部の転写を容易にするために、マスク、ツール、スクリーン、パターン形成されたフィルム又はコンポーネント、フォトレジスト、キャピラリフィルム、ステンシル、及び他のパターン形成された材料又は要素からなる群から選択された少なくとも1つが用いられる。
別の実施形態では、光抽出機能部を備える1つよりも多い光抽出層又は領域が用いられ、光抽出層又は領域は、1つの表面上、2つの表面上、体積内、体積の複数の領域内、フィルム、ライトガイド、ライトガイド領域、クラッド、若しくはライトガイド上又は内に配置される層又は領域内の上述の場所の組合せに位置付けられてもよい。
別の実施形態では、表面又は体積光抽出機能部はライトガイド又はクラッド又はその上の又は間のライトガイド内から入射する光の20%、40%、60%、及び80%からなる群から選択された少なくとも1つを発光デバイスの発光面の法線から30度以内又は反射型空間光変調器のような反射面の法線から30度以内の角度に誘導する領域又は表面上に又は内に配置される。
折り畳み及び組み立て
一実施形態では、結合ライトガイドは、折り畳む又は屈曲させるステップの間にライトガイドを柔らかくするために加熱される。別の実施形態では、結合ライトガイドは、それらが摂氏50度、摂氏70度、摂氏100度、摂氏150度、摂氏200度、及び摂氏250度からなる群から選択された温度を上回る温度の状態で折り畳まれる。
フォルダ
一実施形態では、結合ライトガイドは、対向する折り畳み機構を用いて折り畳まれ又は屈曲される。別の実施形態では、溝、ガイド、ピン、又は他の対応部品(counterparts)は、結合ライトガイドにおける折畳部又は屈曲が適正に折り畳まれるように、対向する折り畳み機構を引き合わせるのを容易にする。別の実施形態では、見当合わせガイド、溝、ピン、又は他の対応部品は、折り畳みステップ中に1つ又は複数の結合ライトガイド又はライトガイドを定位置に保持する又はガイドするためにフォルダに配置される。一実施形態では、ライトガイド又は結合ライトガイドのうちの少なくとも1つは穴を備え、ホルダは位置合わせピンを備え、折り畳みステップの前に又は折り畳みステップの間にピンが穴を通して位置決めされるときに、ホルダに対するライトガイド又は結合ライトガイドの位置が少なくとも1つの方向に固定される。結合ライトガイド又はライトガイドのためのストリップを折り畳む例は、その内容が引用により本明細書に組み込まれる「LIGHT COUPLING INTO ILLUMINATED FILMS」と題する国際特許出願番号PCT/US08/79041号で開示される。
一実施形態では、折り畳み機構は、折り畳みステップにおいて折り畳まれないストリップを受け入れために配置される開口部を有する。一実施形態では、このストリップは、結合ライトガイドを折り畳み位置に引っぱる、折り畳み機構の2つのコンポーネントを一緒に引っぱる、折り畳み機構のコンポーネントを一緒に位置合わせする、又は結合ライトガイドの曲率半径が減少されるようにしっかり折り畳むために用いられる。
一実施形態では、折り畳み機構、相対位置維持要素、ホルダ、又はハウジングからなる群から選択された少なくとも1つは、金属薄板、ホイル、フィルム、剛性ゴム、ポリマー材料、金属材料、複合材材料、及び上述の材料の組合せからなる群から選択された1つから形成される。
ホルダ
一実施形態では、発光デバイスは、折り畳み動作の後の結合ライトガイドの相対位置を実質的に維持する折り畳み機構を備える。別の実施形態では、フォルダ又はハウジングは、結合ライトガイドの上に配置される(例えばスライドされる、折り畳まれる、ヒンジ式に取り付けられる、クリップされる、スナップされるなど)カバーを備え、結合ライトガイドの実質的な閉じ込めを提供する。さらなる実施形態では、結合ライトガイドが折り畳まれた後で折り畳み機構が除去され、保持機構は、結合ライトガイドの相対位置を保持するために配置される。一実施形態では、保持機構は、結合ライトガイドの上をスライドする円形、長方形、又は他の幾何学的形状の断面プロフィールをもつ管であり、且つ結合ライトガイド、光混合領域、又はライトガイドが管を出る場所にスリットをさらに備える。一実施形態では、管は、結合ライトガイドと接触する状態にある内管の表面積が小さいままであるように結合ライトガイドの近傍に配置された領域において透明、黒色、70%を超える拡散視感反射率をもつ内壁を有する、及び50未満の光沢を有する、からなる群から選択された1つである。
さらなる実施形態では、光入力カプラ及びライトガイドを製造する方法は、結合ライトガイドを保持すること、ライトガイドを保持すること、結合ライトガイドに対応するフィルムにおける領域を切断すること、及び結合ライトガイドを折り畳む又は屈曲させることからなる群から選択された少なくとも1つのステップを含み、相対位置維持要素は、切断ステップ、折り畳みステップ、又は屈曲ステップ中に、ライトガイド又は結合ライトガイドを保持する。別の実施形態では、光入力カプラ及びライトガイドを製造する方法は、結合ライトガイドを折り畳み又は屈曲させた後でフィルムの結合ライトガイドを切断することを含み、切断中に結合ライトガイド又はライトガイドを定位置に保持する同じコンポーネントはまた、折り畳み又は屈曲中に結合ライトガイド又はライトガイドを定位置に保持する。
別の実施形態では、結合ライトガイドの少なくとも1つの領域の相対位置は、バンド、ワイヤ、文字列、ファイバ、ライン、ストラップ、ラップ又は類似のタイ材料で結合ライトガイド又は結合ライトガイドの一部の周りを包むこと、ハウジング管、ケース、壁又は複数の壁若しくはコンポーネントを結合ライトガイドの一部の周りに配置すること、結合ライトガイドの周りを熱収縮材料で包み、熱を適用すること、結合ライトガイドの1つ又は複数の領域(例えば入力端の付近のような)において接着剤、熱的ボンディング又は他の接着剤又はボンディング技術を用いて結合ライトガイドをボンディングすること、ライトガイドをクランプすること、低屈折率エポキシ、接着剤、又は材料を結合ライトガイドの1つ又は複数の領域の周り又は間に配置すること、一方又は両方の側部上に感圧接着剤(又はUV硬化型又は熱接着型)を備える結合ライトガイドを一緒に押すことからなる群から選択された1つ又は複数によって実質的に維持される。一実施形態では、フィルムの結合ライトガイド領域は感圧接着剤を備え、結合ライトガイドが接着剤を伴うフィルムに切断された後で、結合ライトガイドが互いの上に折り畳まれ、感圧接着剤がそれらを定位置に保持するように一緒に押される。この実施形態では、感圧接着剤は、フィルムよりも低い屈折率を有することができ、クラッド層として動作する。
別の実施形態では、フォルダ及び/又はホルダは、結合ライトガイドを誘導する、位置合わせする、一緒にする、結合ライトガイドを平行になるように誘導する、又は結合ライトガイドがフォルダ又はホルダにおいて平行移動されるときにLEDからの光を受光するために配置される光入力面の方に結合ライトガイドの入力面を誘導するために配置される複数の表面を有する。一実施形態では、結合ライトガイドは、結合ライトガイドを互いに平行に位置合わせするキャビティの中にガイドされ、結合ライトガイドの入力縁を入力窓の付近に配置する。一実施形態では、窓は開かれ、平らな外面を備え、又は光源からの光を受光するのに適した光学外面を備える。別の実施形態では、フォルダ及び/又はホルダは、フォルダ及び/又はホルダとライトガイドとの間に配置された表面レリーフ機能部を備える低接触面積の表面を備える。
据え付け(Hold−down)機構
一実施形態では、少なくとも1つの結合ライトガイドは、結合ライトガイドの入力面の端の付近に配置された少なくとも1つのフック領域を備える。フック領域は、ガイド、位置合わせ機構、又は引き下げ(pull−down)機構が、ライトガイドに実質的に平行な平面内で1つ又は複数の方向の結合ライトガイドの端又は端の付近の領域の相対位置、結合ライトガイドの厚さ方向の結合ライトガイドの互いに対する相対的分離、ライトガイドの厚さ方向のライトガイドに対する結合ライトガイドの位置、及び結合ライトガイドの端領域又は端の位置からなる群から選択された少なくとも1つを維持することを可能にする。一実施形態では、フック領域は、少なくとも、結合ライトガイドにおけるフランジ、止め部、突出部、穴、又は孔領域からなる群から選択された1つを備える。一実施形態では、ライトガイド又はフィルムベースのライトガイドを製造するための手段は、少なくとも1つの結合ライトガイドのいずれかの側部上にフランジを備える2つのフック領域を備える据え付け機構を備え、フランジは、ストラップ、ストリップ、ワイヤ、又は他のフィルム又は物体が少なくとも1つの方向の結合ライトガイドの端の相対位置を実質的に維持するように、ストラップ、ワイヤ、又は他のフィルム又は物体がフック領域に対して位置決めされることを可能にする。別の実施形態では、据え付け機構は、据え付け機構又はフック領域をホルダ、相対位置維持要素、ハウジング、熱伝達要素、ガイド、又は張力生成要素のような一時的又は恒久的ベース又は他のコンポーネントに対して少なくとも1つの方向に保持する又は維持するための物理的拘束機構を備える。別の実施形態では、ライトガイド又はフィルムベースのライトガイドを製造するための手段は、結合ライトガイドのいずれかの側部上に又は結合ライトガイドの入力端の近くに2つの穴を備えるフック領域を備える据え付け機構を備え、結合ライトガイドは、互いの上に及び穴と位置合わせされる2つのピンを備えるベース要素の上にスタックされてもよい。ピン及び穴は、結合ライトガイドの端を見当合わせし、結合ライトガイドの入力端の近くのそれらの相対位置を実質的に維持する。別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドは、据え付け機構が結合ライトガイドを強制的に一緒にした後で除去することができるフック領域を備える。別の実施形態では、フック領域は、結合ライトガイドの端の一部と共に除去されてもよい。一実施形態では、フック領域と結合ライトガイドの端は、結合ライトガイドがベース又は他の要素にくくりつけられ(strapped)又は物理的に結合された後で切断され、剥離され、又は引っ張って外される。フック領域と結合ライトガイドが結合ライトガイドの残りから切断された後で、結合ライトガイドの新しい端は、窓又は二次光学系のような1つ又は複数の光学要素に光学的に結合するのに適した入力面又は表面を形成してもよい。
別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドは、フック領域を除去した後で結合ライトガイドのための光入力面を形成するライトガイドから切断された孔を備える取り外し可能なフック領域を備える。例えば、一実施形態では、結合ライトガイドのアレイはフィルムに切断され、入力縁の付近の結合ライトガイドの端領域は、結合ライトガイドの平均幅を越えて延びるショルダ状のフランジを備え、且つ、結合ライトガイドの幅の20%以上延びる孔切断部をさらに備える。この実施形態では、結合ライトガイドの横方向縁と孔切断部を同じプロセスステップ中に切断することができ、それらは両方とも高品質の表面縁を備えることができる。ショルダ状のフランジを用いてスタックし及び位置合わせした後で分離ガイドとして孔切断部を用いて結合ライトガイドの端から縁領域が除去されるときに、結合ライトガイドのスタックは、孔切断部によって形成された縁の集合体から形成された光入力面を有する。同様に、ピン及び穴型のフック領域が用いられてもよく、一実施形態では、フック領域は、結合ライトガイドの幅を越えて延びない。例えば、結合ライトガイドの幅の端の近くの穴がフック領域として用いられてもよい。
別の実施形態では、1つ又は複数の結合ライトガイドは、据え付け機構に物理的に結合され、据え付け機構は、結合ライトガイドが一緒により近くに、ライトガイドのより近くに、又はベースのより近くに動くように、結合ライトガイドの軸線に実質的に平行に第1の方向に平行移動される。例えば、一実施形態では、結合ライトガイドの端領域は、低い張力の下でピン上に位置合わせされる穴を備える。結合ライトガイドがピン上に位置合わせされた後で、ピン及びピンを支持するベースは、結合ライトガイドを互いの方に及びベースの方に引き寄せられるように、結合ライトガイドから遠ざかる方向に平行移動される。
フィルム又は光入力カプラに対する変換又は二次加工
一実施形態では、結合ライトガイド、ライトガイド、光伝送フィルム、ライトガイド領域、光放出領域、ハウジング、フォルダ、及びホルダコンポーネントからなる群から選択された少なくとも1つは、スタンプされ、切断され、熱成形され、又は塗装される。一実施形態では、コンポーネントの切断は、ナイフ、外科用メス、加熱される外科用メス、ダイカッター、ウォータージェットカッター、鋸、熱線鋸(hot wire saw)、レーザカッター、又は他のブレード又は鋭い縁からなる群から選択された1つによって行われる。1つ又は複数のコンポーネントは、切断動作の前にスタックされてもよい。
一実施形態では、コンポーネントは、湾曲した又は屈曲した領域をもたらするために(真空、周囲圧力の下で、又は別の圧力で)熱成形される。一実施形態では、フィルムは曲線に熱成形され、結合ライトガイドストリップは、その後、湾曲したフィルムから切断され、光入力カプラにおいて折り畳まれる。
一実施形態では、結合ライトガイド、ライトガイド、光伝送フィルム、結合ライトガイドの集合体、又は発光デバイス内の他の層又は材料の縁からなる群から選択された少なくとも1つの縁は、より平坦になる(光学的に平らに近くなる)ように修正され、粗くされ、又は表面で光を再誘導するために所定の構造体と共に形成される(例えば入力面で結合ライトガイドの平面に平行な方向により近い方向に結合ライトガイドの中に光を誘導するために結合ライトガイドの集合体の領域において入力結合ライトガイドの縁上にフレネル屈折機能部を形成すること(例えば、LEDの近くに配置された結合ライトガイドの集合体の表面上にフレネル平行化レンズを形成すること)。一実施形態では、縁の修正は、縁のレーザ切断、縁の機械的研磨、熱的研磨(表面溶融、フレーム研磨、平らな表面を伴うエンボス加工)、化学的研磨(火勢、溶媒、塩化メチレン蒸気研磨など)によって縁を実質的に研磨する。
反射性コーティング又は要素
一実施形態では、結合ライトガイド、フィルム、及びライトガイドからなる群から選択された少なくとも1つの縁の少なくとも1つの領域は、領域に光学的に結合される又は縁の近位に配置される実質的に鏡面反射性コーティング又は要素を備える。一実施形態では、実質的に鏡面反射要素又はコーティングは、結合ライトガイド、ライトガイド、又はフィルム縁を出る光、光の一部を、ライトガイド内をTIRによって伝搬することになる角度で結合ライトガイド、ライトガイド、又はフィルムの中に戻るように再誘導することができる。一実施形態では、鏡面反射性コーティングは、アルミニウム、銀、被覆されたフレーク、コア・シェル粒子、ガラス粒子、及びシリカ粒子の分散物からなる群から選択された、インク又は他のバインダ中に配置される光反射材料の分散物である。別の実施形態では、分散物は、平均サイズで100ミクロン未満、平均サイズで50ミクロン未満、平均サイズで10ミクロン未満、平均サイズで5ミクロン未満、平均サイズで1ミクロン未満、平均サイズで500nm未満からなる群のうちの1つから選択された粒径を備える。別の実施形態では、分散物は、平均サイズで100ミクロン未満、平均サイズで50ミクロン未満、平均サイズで10ミクロン未満、平均サイズで5ミクロン未満、平均サイズで1ミクロン未満、平均サイズで500nm未満からなる群のうちの1つから選択されたフレーク表面に平行な方向の平均寸法をもつ実質的に平坦なフレークを含む。別の実施形態では、結合ライトガイドは、折り畳まれ及びスタックされ、ライトガイドの縁上の領域において光反射性コーティングが適用される。別の実施形態では、結合ライトガイドの集合体のテーパした領域に光反射性コーティングが適用される。さらなる実施形態では、フィルム、結合ライトガイド、又はライトガイドを通して切断するブレードは、切断動作中にフィルムを通過し、反射インクを備えるウェルと接触することになり、フィルムの縁によってブレードが後ろに戻るときにインクが縁に適用される。別の実施形態では、鏡面反射多層ポリマーフィルムのような多層反射フィルムが、少なくとも結合ライトガイドの縁の付近の領域を覆う領域において結合ライトガイドに隣接して配置され又はこれと光学的に接触し、鏡面反射多層ポリマーフィルムは、実質的に90屈曲に形成され、結合ライトガイドに対する反射側を形成する。反射フィルムの屈曲又は折り畳みは、ライトガイド、結合ライトガイド、又は結合ライトガイドのテーパ領域の切断中に達成されてもよい。この実施形態では、反射フィルムは、フィルム、結合ライトガイド、結合ライトガイドの集合体、又はライトガイドに接着され又は他の方法で物理的に結合されてもよく、折り畳みは、光をライトガイド、フィルム、結合ライトガイド、又は結合ライトガイドの集合体の中に戻るように反射させるために縁の付近に平らな反射表面をもたらす。反射フィルムの折り畳みは、屈曲させること、フィルムに適用される圧力、壁又は縁が反射フィルムを屈曲させるようにライトガイドを押すことによって達成されてもよい。反射フィルムは、折り畳みの前に縁を越えて延びるように配置されてもよい。反射フィルムの折り畳みは、複数のスタックされた縁上で実質的に同時に行われてもよい。
以下は、図面で例証される種々の実施形態のより詳細な説明である。
図1は、フィルムベースのライトガイドの1つの側部上に配置された光入力カプラ101を備える発光デバイス100の一実施形態の上面図である。光入力カプラ101は、結合ライトガイド104のアレイと、結合ライトガイド104の1つ又は複数の入力縁を含む光入力面103を通して結合ライトガイド104の中に光を誘導するために配置される光源102とを備える。一実施形態では、各結合ライトガイド104は、境界縁で終端する。各結合ライトガイド104は、結合ライトガイドの境界縁がスタックされて光入力面103を形成するように折り畳まれる。発光デバイス100は、光混合領域105、ライトガイド107、及び光放出領域108を備えるライトガイド領域106をさらに備える。光源102からの光は、光入力カプラ101を出て、フィルムのライトガイド領域106に入る。一実施形態では、光源102は、各結合ライトガイドからの光104がライトガイド領域106内で結合ライトガイド104のアレイのうちの1つ又は複数の他の結合ライトガイド104からの光と組み合わされ及び内部全反射する状態で光が各結合ライトガイド104内でライトガイド領域106に伝搬するように、光入力面103の中に光を放出するように構成される。この光は、ライトガイド107を通して伝搬する際に、光混合領域105内で異なる結合ライトガイド104からの光と空間的に混合される。一実施形態では、光抽出機能部(図示せず)に起因して光放出領域108におけるライトガイド107から光が放出される。
図2は、結合ライトガイド104が−y方向に折り畳まれた状態の光入力カプラ200の一実施形態の斜視図である。光源102からの光は、結合ライトガイド104の入力縁204を含む光入力面103の中に誘導される。+y方向の方向成分をもつ結合ライトガイド104内を伝搬する光源102からの光の一部は、結合ライトガイド104の横方向縁203から+x方向及び−x方向に反射することになり、且つ結合ライトガイド104の上面及び下面から+z方向及び−z方向に反射することになる。結合ライトガイド内を伝搬する光は、結合ライトガイド104における折畳部201によって−x方向の方に再誘導される。
図3は、光混合領域105、ライトガイド107、及び光放出領域108を備えるライトガイド領域106の1つの側部上に3つの光入力カプラ101を伴う発光デバイス300の一実施形態の上面図である。
図4は、ライトガイド107の対向する側部上に配置された2つの光入力カプラ101を伴う発光デバイス400の一実施形態の上面図である。特定の実施形態では、1つ又は複数の入力カプラ101は、ライトガイド107の1つ又は複数の対応する側部に沿って位置決めされてもよい。
図5は、ライトガイド領域106の同じ側部上に配置された2つの光入力カプラ101を伴う発光デバイス500の一実施形態の上面図である。光源102は、実質的に光が互いの方に+y方向及び−y方向に誘導される状態で配向される。
図6は、光源102からの光を受光するために配置される結合ライトガイド104の平坦な縁からなる実質的に平坦な光入力面603の付近の領域604を画定する発光デバイス600の一実施形態の側面断面図である。結合ライトガイドは、コア領域601及びクラッド領域602を備える。結合ライトガイド104のコア領域601の中に入力される光源102からの光の一部は、結合ライトガイド104のコア領域601とクラッド領域602との間の境界面から内部全反射するであろう。図6に示された実施形態では、隣接するコア領域601の間に単一のクラッド領域602が位置決めされる。別の実施形態では、隣接するコア領域601の間に2つ以上のクラッド領域602が位置決めされる。
図7は、結合ライトガイド104のスタック方向(図7に示すようにz方向)に実質的に平行な1つ又は複数の平坦面機能部701、1つ又は複数の屈折面機能部702、及び1つ又は複数の平坦な入力面703、及びハイブリッド屈折型TIRフレネルレンズに類似した結合ライトガイド104の中に入射光の一部を内部全反射させる結合ライトガイド104の反対の表面上に形成されたベベルを有する光入力カプラ101の光入力面の付近の領域704を画定する発光デバイス700の一実施形態の側面断面図である。
図8は、発光デバイス800の光入力面の付近の領域802を画定する発光デバイス800の一実施形態の側面断面図である。結合ライトガイド104は、光学接着剤801若しくは他の適切なカプラ又は結合材料によって光源102に光学的に結合される。この実施形態では、反射(及び光源での又は別の領域における吸収)に起因して失われる光源102からの光はより少なく、結合ライトガイド104に対する光源102の配置上の位置合わせが容易に維持される。
図9は、発光デバイス900の光入力面の付近の領域903を画定する発光デバイス900の一実施形態の側面断面図である。この実施形態では、結合ライトガイド104は、外側結合面902をもつスリーブ901によって定位置に保持され、結合ライトガイド104の縁表面は、結合ライトガイドの端と光源102に隣接する外面902をもつスリーブ901との間の光学接着剤801によって効果的に平坦化される。この実施形態では、縁の不完全な切断に起因して入力縁の空気と入力縁との境界面で他の方法では起こる可能性がある屈折(及び散乱損失)を低減させる光学接着剤801を用いてスリーブ901の外面902が縁に光学的に結合されるので、結合ライトガイドの切断部の表面仕上げはあまり重要ではない。別の実施形態では、結合ライトガイドの縁における境界面を効果的に平坦化するために、光学接着剤の代わりに光学ゲル、流体、又は非粘着性光学材料が用いられてもよい。特定の実施形態では、光学接着剤、光学ゲル、流体、又は非粘着性光学材料と結合ライトガイドのコア領域との間の屈折率の差異は、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.05、及び0.01の群から選択された1つ未満である。一実施形態では、スリーブ901の外面902は実質的に平ら及び平坦である。
図10は、赤色光、緑色光、及び青色光を放出するように構成された発光バックライト1000の一実施形態の上面図である。発光バックライト1000は、それぞれ赤色光源1004、緑色光源1005、及び青色光源1006からの光を受光するために配置される赤色光入力カプラ1001、緑色光入力カプラ1002、及び青色光入力カプラ1003を含む。光入力カプラ1001、1002、及び1003のそれぞれからの光は、光がライトガイド107内に残らず、且つ光放出領域108において発光デバイス1000を出るように、光の一部をライトガイド領域106内の表面法線により近い角度に再誘導する光抽出機能部1007に起因して光放出領域108から放出される。光抽出機能部1007のパターンは、サイズ、スペース、間隔、ピッチ、形状、及びx−y平面内の場所、又はz方向のライトガイドの厚さの全体を通して、のうちの1つ又は複数において変化してもよい。
図11は、光入力カプラ101と、クラッド領域602に隣接して配置された反射光学要素1101を伴うライトガイド107と、結合ライトガイド104の中に光を誘導するために配置される+y方向の光軸をもつ光源1102とを備える発光デバイス1100の一実施形態の側面断面図である。光源1102からの光は、光入力カプラ101内の結合ライトガイド104を通して、及びライトガイド領域106内の光混合領域105及び光出力領域108を通して伝搬する。図11を参照すると、光抽出機能部1007に到達する光の第1の部分1104は、これがライトガイド107を抜け、反射光学要素1101から反射し、ライトガイド107に戻され、光放出領域108の発光面1103を通してライトガイド107を出ることができるように、臨界角よりも小さい角度で反射光学要素1101の方に再誘導される。光抽出機能部1007に到達する光の第2の部分1105は、臨界角よりも小さい角度で発光面1103の方に再誘導され、ライトガイド107を抜け、光放出領域108の発光面1103を通してライトガイド107を出る。
図12は、赤色ライトガイド1201、緑色ライトガイド1202、及び青色ライトガイド1203によって照らされる発光ディスプレイ1200の一実施形態の側面断面図である。対応する赤色画素12010、緑色画素1209、及び青色画素1208をもつディスプレイパネル1204の画素の場所は、色によって分離されるライトガイドの光放出領域に対応する。この実施形態では、赤色ライトガイド1201内の光抽出機能部1205は、赤色情報を表示するように駆動されるディスプレイパネル1204の赤色画素1210にx−y平面内で実質的に対応する。同様に、緑色ライトガイド1202内の緑色光抽出機能部1206及び青色ライトガイド1203内の青色光抽出機能部1207は、対応する緑色及び青色情報を表示するように駆動されるディスプレイパネル1204のそれぞれ緑色画素1209及び青色画素1208にx−y平面内で実質的に対応する。別の実施形態では、ディスプレイパネル1204は、液晶パネル、電気泳動ディスプレイ、MEMSベースのディスプレイ、強誘電性液晶パネル、又はディスプレイ産業では公知のような他の空間光変調デバイスのような空間光変調器である。別の実施形態では、ディスプレイパネル1204は、隣接する光抽出機能部から画素に到達するライトガイド照明からのクロストークをさらに減らするために、画素領域内にカラーフィルタをさらに備える。別の実施形態では、ライトガイドは互いに光学的に結合され、反射光学要素は鏡面反射光学要素である。さらなる実施形態では、液晶パネルは、透明LCD(透明カソードをもつSamsung Electronicsからのバーチカル・アライメント型のような)であり、ディスプレイパネルとは反対のライトガイドの側部上には反射光学要素が存在しない。この実施形態では、ディスプレイ及びバックライトは実質的に透明であり、20%、30%、40%、及び50%からなる群から選択された1つよりも大きいASTM D1003全光線透過率をもつ「シースルー(see−through)」である。
図13は、色順次ディスプレイパネル1301と、フィルムベースのライトガイドを備える赤色、緑色、及び青色色順次発光バックライト1302とを備える色順次ディスプレイ1300の一実施形態の側面断面図である。この実施形態では、赤色、緑色、及び青色光源(図13には図示せず)からの赤色、緑色、及び青色光が1つ又は複数の光入力カプラ(図13には図示せず)を通してライトガイドの中に結合される。光源は色順次モードで駆動され、ディスプレイパネル1301の画素領域は所望の色情報を表示するために適宜切り換えられる。一実施形態では、ディスプレイパネル1301はカラーフィルタなしの空間光変調器である。
図14は、空間光変調器1401と、異なる色の光源(図14には図示せず)から光を放出するフィルムベースのバックライト1402とを備える空間ディスプレイ1400の一実施形態の側面断面図である。第1の表面レリーフ機能部1404を備える第1の低接触面積のカバー1403は、空間光変調器1401とは反対のライトガイド107の側部上でライトガイド107に隣接して位置決めされ、第2の表面レリーフ機能部1406を備える第2の低接触面積のカバー1405は、空間光変調器と同じライトガイドの側部上に位置決めされる。一実施形態では、第1の表面レリーフ機能部1404及び/又は第2の表面レリーフ機能部1406のうちの1つ又は複数は、ライトガイド107と物理的に接触した状態にある。図14に示すように、第1の低接触面積のカバー1403はまた、70%を超える拡散反射率(表面レリーフ機能部1404をもつ側の空間ディスプレイ1400の外側の第1の低接触面積のカバー1403で測定した)をもつ光反射光学要素である。ライトガイド107の中を伝搬する光1408は、光抽出機能部1007によってライトガイド107の外に第1の低接触面積のカバー1403の方に結合され、第1の低接触面積のカバー1403から反射し、ライトガイド107を通して伝搬し、第2の低接触面積のカバー1405を通して伝搬し、及び空間ディスプレイ1400(ここで変調されてもよい)を通して伝搬する。ライトガイド107の中を伝搬する光1409は、光抽出機能部1007を反射して離れ、ライトガイド107から抽出される。光1409は、次いで、第2の低接触面積のカバー1405を通して、及び空間ディスプレイ1400を通して伝搬する。図14に示すように、第1の低接触面積のカバー1403及び第2の低接触面積のカバー1405は、ライトガイド107と物理的に接触する状態にあり、第1の表面レリーフ機能部1404及び第2の表面レリーフ機能部1406は、パッケージを可能にする、これが動かない又は皺にならないようにフィルムベースのライトガイド107を拘束する能力を可能にする、平らなフィルムを可能にする(それらが皺になる又は屈曲するためのギャップが存在しない)、及びライトガイド107からの光を顕著に結合する第1の低接触面積のカバー1403のない小型の小体積のバックライト1402を可能にするライトガイド107との接触を許す。図14では、第1の低接触面積のカバー1403は、ASTM D790に従って測定したときに2ギガパスカルを超える曲げ弾性率をもつ剛性支持体1407に物理的に結合される。一実施形態では、第1の低接触面積のカバー1403を剛性支持体1407に物理的に結合することは、第1の低接触面積のカバーがスライドする、皺又は屈曲を形成するのを防ぎ、及び/又は囲い込む(enclosing)、パッケージする、スリップ防止のためにライトガイド107及び/又は空間光変調器1401に対する圧力を維持する及び平坦度を維持する一助となる。一実施形態では、第1の低接触面積のカバー1403は、表面レリーフ機能部1404をもつ白色反射フィルムであり、ディスプレイ1400のためのハウジングコンポーネント(アルミニウムハウジングのような)として機能する剛性支持体1407にラミネートされる。一実施形態では、空間光変調器1401は液晶ディスプレイである。別の実施形態では、フィルムベースのバックライト1402は、赤色、緑色、及び青色;白色及び赤色;赤色、緑色、青色、及び黄色;赤色、緑色、青色、黄色、及びシアン;シアン、黄色、及びマゼンタ、からなる群から選択された光を放出する。
図15は、空間光変調器1401と、白色光を放出するフィルムベースのバックライト1501とを備える空間ディスプレイ1500の一実施形態の側面断面図である。
図16は、空間光変調器1401と、青色光、UV光、又は青色光とUV光の組合せを放出するフィルムベースのライトガイド107を備えるバックライト1601とを備える空間ディスプレイ1600の一実施形態の側面断面図である。この光の一部は、波長変換層1602を通過し、第2の色の光に変換される。一実施形態では、波長変換層1602は蛍光体フィルムである。別の実施形態では、波長変換層1602は量子ドットを備える層である。
図17は、所定の空間パターンで異なる有色光を放出する複数のライトガイドを備えるバックライト1710によって照らされる発光ディスプレイ1700の一実施形態の側面断面図である。ディスプレイパネル1730は、ライトガイドの屈折率よりも低い屈折率をもつ光学接着剤1701によって互いに及びディスプレイパネル1730に光学的に結合される赤色フィルムベースのライトガイド1702、緑色フィルムベースのライトガイド1703、及び青色フィルムベースのライトガイド1704によって照らされる。一実施形態では、光学接着剤1701の屈折率は、ライトガイド(1702、1703、及び1704)の屈折率よりも0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.05、及び0.01からなる群から選択された1つだけ小さい。ディスプレイパネル1730の赤色画素1721、緑色画素1722、及び青色画素1723は、色によって分離されるライトガイドの光放出領域に対応する。この実施形態では、赤色ライトガイド1702内の光抽出機能部1711は、赤色情報を表示するために駆動されるディスプレイパネル1730の赤色画素1721にx−y平面内で実質的に対応する。同様に、緑色ライトガイド1703内の緑色光抽出機能部1712及び青色ライトガイド1704内の青色光抽出機能部1713は、対応する緑色及び青色情報を表示するために駆動されるディスプレイパネル1730のそれぞれ緑色画素1722及び青色画素1723にx−y平面内で実質的に対応する。一実施形態では、反射光学要素1101は鏡面反射させる。別の実施形態では、赤色、緑色、及び青色ライトガイド(1702、1703、1704)と赤色、緑色、及び青色ライトガイド(1702、1703、1704)の間に配置された光学接着剤層1701の全厚さは100ミクロン未満である。別の実施形態では、ライトガイドフィルム層をそれらの間の低屈折率層1701と共に同時押出しすることによって、赤色、緑色、及び青色ライトガイド1702、1703、及び1704が形成される。同様に、ディスプレイの色域を増加させる又は異なる所定の色域を提供するために、ナイトビジョン適合ディスプレイに適するもののような黄色ライトガイドが付加されてもよく、シアンライトガイドが付加されてもよく、又はライトガイドの色の他の組合せが用いられてもよい。
図18は、反対方向に配向された中央領域における同じ縁上に結合ライトガイド104の2つのアレイ及び2つの光源102を伴う2つの光入力カプラを備える発光デバイス1800の一実施形態の上面図である。図18に示すように、LEDを含む光源102が図1に示された実施形態における光源102ではそうであるように光放出領域108の下縁を越えて延びないので、発光デバイス1800の+y縁及び−y縁は、光放出領域108の境界にかなり近くてもよい。したがって、例えば、図8に示された発光デバイス1800によって照らされるTVは、発光デバイス1800の縁から+y方向及び−y方向に2ミリメートル未満延びる発光ディスプレイ領域を有することができる。図18に示された実施形態では、光源102は、発光デバイス1800の+y縁及び−y縁の間の光放出領域108の中央領域に実質的に配置される。
図19は、+y方向及び−y方向に折り畳まれ、次いで+z方向に(図面の頁の外に)単一の光源102の方に折り畳まれる結合ライトガイド104を伴う1つの光入力カプラを備える発光デバイス1900の一実施形態の上面図である。
図20は、光学接着剤801を用いてフィルムベースのライトガイドのバックライト1402に光学的に結合される液晶ディスプレイパネル2001のリア偏光子2002を伴う空間ディスプレイ2000の一実施形態の側面断面図である。液晶ディスプレイパネル2001は、2つのディスプレイ基板2003(例えばガラス又はポリマーフィルム)、液晶材料2004、及びフロント偏光子2005をさらに備える。液晶ディスプレイパネルは、ディスプレイ産業では通常は公知のように補償フィルム、位置合わせ層、カラーフィルタ、コーティング、透明導電層、TFT、アンチグレアフィルム、反射防止フィルムなどのような他の適切なフィルム、材料、及び/又は層のうちの1つ又は複数をさらに備えてもよい。
図21は、コア領域601及びクラッド領域602を備える結合ライトガイド104のスタックされたアレイを備える発光デバイス11200の一実施形態の領域の側面断面図である。コア領域601は、垂直光方向転換光学縁11201を備える。結合ライトガイド104のスタックの内側領域でのクラッド領域602は、垂直光方向転換光学縁11201までは延びず、コア領域601は、光源102の付近の領域ではクラッド層によって分離されない。光源102及び光平行化光学要素11203は、結合ライトガイド104のスタックされたアレイ上の光入力面11206に配置される。光源102からの光11207は、光平行化光学要素11203の反射面11202によって平行化され、結合ライトガイド104のスタックに入り、光11207の光軸12130が結合ライトガイドのコア領域601の垂直光方向転換光学縁11201によって+x方向の方に回転される。光11207は、光源102の付近のコア領域601の中に伝搬し、空隙11208又はクラッド層602に直面するときにコア領域において内部全反射する。一実施形態では、垂直光方向転換光学縁11201は、結合ライトガイド104のスタックの表面の法線11204から角度11205でコア領域601のスタックを切断することによって形成される。別の実施形態では、光源102の付近の外側クラッド領域602は、光平行化光学要素11203と光平行化光学要素11203の付近のコア領域601のスタックとの間の領域までは延びない。別の実施形態では、光平行化要素11203の近くのクラッド領域602は、光平行化光学要素11203を結合ライトガイド104のスタックに付着させる低屈折率光学接着剤である。
図22は、コア領域601及びクラッド領域602を備える結合ライトガイド104のスタックされたアレイを備える発光デバイス11300の一実施形態の領域の側面断面図である。コア領域60は、垂直光方向転換光学縁11201及び垂直光平行化光学縁11301を備える。結合ライトガイド104のスタックの内側領域でのクラッド領域602は、垂直光方向転換光学縁11201又は垂直光平行化光学縁11301までは延びず、コア領域601は、光源102の付近の領域ではクラッド層によって分離されない。光源102は、結合ライトガイド104のスタック上の光入力面11206に配置される。光源102からの光11302は、結合ライトガイド104のスタックに入り、結合ライトガイド104のコア領域601の垂直光平行化光学縁11301によって平行化される。光11302は、結合ライトガイド104のコア領域601の垂直光方向転換光学縁11201によって+x方向の方に回転される。光11302は、光源102の付近のコア領域601の中に伝搬し、空隙11208又はクラッド領域602に直面するときにコア領域601において内部全反射する。
図23は、コア領域601及びクラッド領域602を備える結合ライトガイド104のスタックされたアレイを備える発光デバイス11400の一実施形態の領域の側面断面図である。コア領域60は、垂直光方向転換光学縁11201及び垂直光平行化光学縁11301を備える。結合ライトガイド104のスタックの内側領域でのクラッド領域602は、垂直光方向転換光学縁11201又は垂直光平行化光学縁11301までは延びず、コア領域601は、光源102の付近の領域ではクラッド層によって分離されない。垂直光平行化光学縁11301の付近の結合ライトガイド104はキャビティ11401を画定する。キャビティ11401内に光源102が配置され、光源102からの光11402は、結合ライトガイド104のスタックに入り、結合ライトガイド104のコア領域601の垂直光平行化光学縁11301によって平行化される。光11402は、結合ライトガイドのコア領域601の垂直光方向転換光学縁11201によって+x方向の方に回転される。光11402は、光源の付近のコア領域601の中に伝搬し、空隙11208又はクラッド領域602に直面するときにコア領域において内部全反射する。この実施形態では、キャビティ11401は、見当合わせを容易にし、且つ発光デバイス11400の光学的効率を増加させることができる。キャビティ11401は、光源102を垂直光平行化光学縁11301及び/又は光方向転換光学縁11201に対して所定の場所(x、y、及び+z見当合わせ)に位置付けるために位置合わせキャビティとして役立つことができる。光源102を結合ライトガイド104のスタックされたアレイのキャビティ11401内におくことによって、光源102からの光束は、結合ライトガイド104のスタックされたアレイの中に誘導され、クラッド領域602を伴う領域又はさらに+x方向のライトガイド領域(図示せず)の付近において内部全反射条件で結合ライトガイド104のスタックされたアレイの中に残り、より大きい外面に配置された光源に対して増加される。別の実施形態では、キャビティ11401は、2つ以上の結合ライトガイド104又は結合ライトガイド104のコア領域601を通して延びる。
図24は、ライトガイド107の表面に光学的に結合される結合ライトガイド104を備える発光デバイス11800の一実施形態の斜視図である。一実施形態では、ライトガイド107に光学的に結合される結合ライトガイド104は、ライトガイド107の厚さの40%、30%、20%、10%、及び5%からなる群から選択された1つ未満の厚さを有する。
図25は、基板2502及び平行化光学要素2501と共に光源102に隣接して配置された結合ライトガイド104のスタックを備える発光デバイス2500の一実施形態の領域の側面断面図である。一実施形態では、平行化光学要素2501は、発光ダイオードからの光を平行化するために光を屈折させ及び内部全反射させるレンズである。
図26は、x軸、y軸、及びz軸に対して或る角度で配向される光源102及び結合ライトガイド104を備える発光デバイス2600の一実施形態の斜視図である。結合ライトガイド104は、+z軸(発光デバイス光軸)からの第1の再誘導角度2601、+x方向からの第2の再誘導角度2602、及び+y方向からの第3の再誘導角度2603で配向される。別の実施形態では、光源光軸及び結合ライトガイド104は、+z軸(発光デバイス光軸)からの第1の再誘導角度2601、+x方向からの第2の再誘導角度2602、及び+y方向からの第3の再誘導角度2603で配向される。
図27は、結合ライトガイド104のアレイを備えるフィルムベースのライトガイド107を備えるライトガイド11000の一実施形態の上面図である。結合ライトガイドのアレイの各各結合ライトガイド104は、y方向の対応する結合ライトガイド104よりも小さい幅をもつ結合ライトガイド11001のサブアレイをさらに備える。
図28は、図27のライトガイド11000を備える発光デバイスの11100一実施形態の斜視上面図であり、結合ライトガイド104は、それらが重なる及びy方向に実質的に平行に位置合わせされるように折り畳まれ、結合ライトガイド11001のサブアレイは、その後、それらが重なる及びx方向に実質的に平行に位置合わせされるように折り畳まれ、光源102からの光を受光し、及び光をフィルムベースのライトガイド107の中に結合する、結合ライトガイド104に光を結合するために配置される。
図29A、図29B、図29C、図29D、及び図29Eは、光伝送フィルムを用いて連続的に結合されたライトガイド104を伴うライトガイド107を製造する方法の一実施形態を例証する。図29Aは、結合ライトガイド104のアレイにおける各結合ライトガイド104に連続的に結合されたライトガイド107の実施形態の斜視図である。結合ライトガイド104のアレイは、互いに実質的に平行な直線折り畳み領域2902を備え、これはさらに、直線折り畳み領域2902内に配置される相対位置維持要素2901を備える。図29Aに示された構成では、結合ライトガイドのアレイは、実質的にライトガイド107と同一平面(x−y平面)内にあり、結合ライトガイド104は、光伝送フィルムの領域である。直線折り畳み領域2902に実質的に平行な方向の結合ライトガイドのアレイの全幅Wが図29Aに示される。図29Aに示された実施形態では、結合ライトガイドは、直線折り畳み領域に平行な方向2906の実質的に同じ幅Wを有する。直線折り畳み領域2902でのフィルム表面2980の法線方向2903が図29Aに示される。
図29Bに示すように、直線折り畳み領域2902は、図29Aに示されたそれらの場所から互いに関して平行移動される。直線折り畳み領域2902での光伝送フィルム表面2980に垂直な方向2903(z方向に平行)の結合ライトガイド104のアレイの2つの直線折り畳み領域2902の間の距離が増加される。加えて、図29Bに示すように、直線折り畳み領域2902の方向2906に実質的に垂直であり且つ直線折り畳み領域2902での光伝送フィルム表面2980(x−y平面)に平行な方向(y方向)の結合ライトガイド104のアレイの直線折り畳み領域2902の間の距離が減少される。
図29Cに示すように、直線折り畳み領域2902は、図29Bに示されたそれらの場所から互いに関して平行移動される。図29Cでは、直線折り畳み領域2902の方向2906に実質的に平行であり且つ直線折り畳み領域2902での光伝送フィルム表面2980に平行である方向(x方向)の結合ライトガイド104のアレイの直線折り畳み領域2902の間の距離が増加される
図29Dは、直線折り畳み領域2902の方向2906に実質的に平行であり且つ直線折り畳み領域2902での光伝送フィルム表面2980に平行である方向(x方向)の結合ライトガイド104のアレイの直線折り畳み領域2902の間の距離が増加され、直線折り畳み領域2902での光伝送フィルム表面2980に垂直な方向2903の結合ライトガイド104のアレイの直線折り畳み領域2902の間の距離が減少される、直線折り畳み領域2902のさらなる平行移動を例証する。
図29Eに示すように、直線折り畳み領域2902は、図29Dに示されたそれらの場所から互いに関して平行移動される。図29Eでは、直線折り畳み領域2902の方向2906に実質的に平行であり且つ直線折り畳み領域2902での光伝送フィルム表面2980に平行である方向(x方向)の結合ライトガイド104のアレイの直線折り畳み領域2902の間の距離が、図29Dの距離からさらに増加され、直線折り畳み領域2902での光伝送フィルム表面2980に垂直な方向2903の結合ライトガイド104のアレイの直線折り畳み領域2902の間の距離が図29Dの距離よりもさらに減少される。
図29A〜図29Eに示されるような直線折り畳み領域2902の平行移動の結果として、直線折り畳み領域2902の対応する縁2981は、距離Dだけ分離される。一実施形態では、距離Dは、直線折り畳み領域2902に実質的に平行な方向の結合ライトガイド104のアレイの全幅Wに少なくとも等しい。別の実施形態では、D=N×Wであり、結合ライトガイド104のアレイは、直線折り畳み領域2902に平行な方向の実質的に同じ幅Wを有する数Nの結合ライトガイドを備える。実質的に上に積み重ねて配置された結合ライトガイド104のアレイは、直線折り畳み領域2902に垂直な実質的に1つの平面内で終わる結合ライトガイド104の入力縁のアレイを提供するために、第1の方向2904に沿って切断されてもよい。切断は、他の角度であってもよく、光を結合ライトガイドの入力面の中に結合するために配置される光源からの光の平行化又は光再誘導を提供することができる角度のついた又は弓形の切断を含んでもよい。
さらなる実施形態では、光入力カプラ及びライトガイドを製造する方法は、2つの入力カプラ及び2つのライトガイドが同じフィルムから形成されるように結合ライトガイドを切断することを含む。例えば、結合ライトガイドを方向2904に沿って切断することによって、光伝送フィルムは、それぞれが光入力カプラ及びライトガイドを備える2つの部品に分けることができる。
図30は、2つのクラッド層602の間に配置されたフィルムベースのライトガイド内の光抽出機能部1007を伴うバックライト3028を備える反射型ディスプレイ3000の一実施形態の領域の側面断面図である。バックライト3028は、反射型ディスプレイ3000内の光変調画素3002と反射要素3001との間に配置される。光変調画素3002は、赤色、緑色、及び青色カラーフィルタ2822とバックライト3028との間に配置される。ディスプレイ3000の外部の周辺光3003は、基板2823を通して、カラーフィルタ2822を通して、光変調画素3002を通して、及びバックライト3028を通して伝搬し、反射要素3001から反射してバックライト3028、光変調画素3002、カラーフィルタ2822、基板2823を通して戻り、反射型ディスプレイ3000を出る。バックライト3028のコア領域601内を伝搬する光3004は、光抽出機能部1007によって反射要素3001の方に再誘導される。この光は、反射型ディスプレイ3000を出る前に、反射してバックライト3028、光変調画素3002、カラーフィルタ2822、及び基板2823を通して戻る。この実施形態では、バックライト3028は反射型空間光変調器3030内にある。一実施形態では、例えば限定ではなしに、光変調画素は液晶材料を含み、反射型ディスプレイは偏光子をさらに備え、反射層は、クラッド層の外面上の反射性コーティングである。
図31は、結合ライトガイド104を伴う入力カプラ及びライトガイド3100のさらなる実施形態の上面図であり、結合ライトガイド104のアレイは平行でない領域を有する。図31で例証される実施形態では、結合ライトガイド104は、光平行化縁3181を備えるテーパした領域3101と、互いに実質的に平行な直線折り畳み領域2902とを有する。別の実施形態では、結合ライトガイド104は一定でない分離を有する。別の実施形態では、結合ライトガイド104が結合ライトガイド104のテーパした領域3101を有する状態でライトガイド3100を製造する方法は、結合ライトガイド104のアレイが折り畳まれるときに、結合ライトガイド104が重なって、光がさらに平行化されるように光入力面を通して光入力を再誘導することができる外形を作られた(profiled)、平面的でない入力面を形成するように、テーパした領域3101又はこの付近に配置された領域3103において結合ライトガイドを切断することを含む。別の実施形態では、結合ライトガイド104は、結合ライトガイド104が約2度よりも大きく変化する縁間の角度をもつ領域を有するように実質的に平行ではない。
図32は、図31に示された結合ライトガイド104を伴うライトガイド3100の一部の斜視図である。結合ライトガイド104は、テーパした領域3101の付近に配置され、光入力面103を通して光入力を再誘導することができる外形を作られた光平行化縁3181を形成するように折り畳まれ領域3103(図31に示される)において切断されており、テーパした領域3101が重なってフィルムベースのライトガイド107内のx−y平面内で光がさらに平行化されるように、これにより。
図33は、直線折り畳み領域2902の近位に配置された相対位置維持要素3301を備える光入力カプラ及びライトガイド3300の一実施形態の斜視図である。この実施形態では、相対位置維持要素3301は、少なくとも1つの結合ライトガイド104のための直線折り畳み領域2902に平行な方向2906に10度を超える角度3302で配向される実質的に直線の区域3303を備える直線折り畳み領域2902の近位に配置された光伝送フィルム表面2970に平行な平面(図示されるようにx−y平面)内の断面縁2971を有する。一実施形態では、実質的に直線の区域3303は、直線折り畳み領域2902に平行な方向に約45度の角度で配置される。
図34及び図35Aは、それぞれ、光源(図示せず)からライトガイドの中への内部全反射(TIR)光伝送を保ちながらデバイス全体の体積及び/又はサイズが減少されるように構成される光入力カプラ及びライトガイド3400及び3500の或る実施形態の上面図である。図35Aでは、光入力カプラ及びライトガイド3400は、2回折り畳まれ3402、フィルムベースのライトガイド107に実質的に平行な平面内で再び組み合わされる3403、結合ライトガイドのバンドル(3401a、3401b)を備える。
図35Bは、上方に折り畳まれ3501(+z方向)、フィルムベースのライトガイド107の平面に実質的に垂直なスタック3502に組み合わされるバンドル(3401a、3401b)を備える光入力カプラ及びライトガイド3500を伴う発光デバイスの一実施形態を例証する。
図36は、+z方向に上方に折り畳まれた結合ライトガイド3501のバンドル(3401a、3401b)の斜視図である。別の実施形態では、バンドルは、下方(−z方向)に折り畳まれる。図36は、光源(図36には図示せず)のためのベース9902に作動的に結合される、例えば物理的に結合される熱伝達要素7002の位置合わせキャビティ11501内に配置されるスタックされた結合ライトガイド104のアレイを備える発光デバイス11500の一実施形態の領域の斜視図である。熱伝達要素7002は、延長されたフィン7003を備える。熱伝達要素7002内に配置された光源からの熱は、熱伝達要素7002によって光源から放散される。光源は、光を結合ライトガイド104のスタックの中に結合するために配置される。位置合わせキャビティ11501は、結合ライトガイド104のスタックをy方向及びz方向に見当合わせすることができ、光源は、+x方向の見当合わせを提供することができる(結合ライトガイド104は、光源を越えて+x方向に平行移動することを防がれる)。摩擦又は他の機械的又は接着剤手段は、光源102に対するスタックの−x方向の位置の見当合わせを容易にし及び/又はこれを維持する(スタックがキャビティの外に引き出されることを防ぐ)ことができる。別の実施形態では、キャビティ11501の内部リッジ又は端は、結合ライトガイド104の+x方向の横方向移動を防ぎ又は制限し、光源102と結合ライトガイド104のスタックとの間の所定の最小距離を提供する(光源からの熱に起因する結合ライトガイド104の端における最大作動温度を低下させることができる)。
図37は、延長された位置合わせアーム11602を備える位置合わせガイド11601の位置合わせキャビティ11501内に配置されたスタックされた結合ライトガイド104のアレイを備える発光デバイス11600の一実施形態の領域の側面図である。結合ライトガイド104のスタックは、結合ライトガイド104をx方向及びz方向に見当合わせする位置合わせキャビティ11501の中に挿入することができる。位置合わせキャビティ11501の内側の端11603は、結合ライトガイド104のスタック及び光源102に対する最小分離距離を設定する、結合ライトガイド104のための止め部を提供することができる。光源102からの光9903は、結合ライトガイド104の中に誘導される。
図38は、ライトガイド107の縁3801に光学的に結合される結合ライトガイド104を備える発光デバイス3800の一実施形態の斜視図である。一実施形態では、ライトガイド107の縁3801に光学的に結合される結合ライトガイド104は、ライトガイド107の厚さの90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、及び10%からなる群から選択された1つ未満である厚さを有する。
図39は、ライトガイド3903と、折り畳みライン3902、反射縁3904、及び単一のフィルム内の第1の反射表面縁3906と第2の反射表面縁3907との間に配置された光入力縁204によって画定される折り畳み領域3909を備える単一の結合ライトガイドとを備える光入力カプラ3908を備える発光デバイス3900の一実施形態の折り畳まれていない上面図を例証する。光入力カプラ3908のフィルムは、折り畳み領域3909が互いに実質的に重なるように折り畳みライン3902に沿って折り畳まれ、光源102は、各光入力縁204の中に光を結合する。光学系は、図39では「折り畳まれていない」状態で示され、光源3901は、フィルムが折り畳まれるときの折り畳み領域3909に対する光源102の場所に対応する。図39に示すように、光源102(及び折り畳まれるときに光源3901)からの光3905は、ライトガイド3903の光放出領域108の方に角度をつけられる反射縁3904から内部全反射する。第1の反射表面3906及び第2の反射表面3907は、フィルムの形状設定された(例えば角度のついた又は湾曲した)縁によって形成され、光源からの光の一部(102及び3901)をライトガイドの中に角度のついた縁3904から内部全反射する角度で再誘導するのに役立つ。
図40は、ライトガイド3903と、光源102及びフィルムが折り畳みライン3902に沿って図中に示される方向4001に折り畳まれる場合の図39の結合ライトガイドを備える光入力カプラ3908との斜視図である。折り畳み領域3909は、光入力縁204がスタックされるように実質的に互いの上に層状にされ、光源102からの光を受光するために位置合わせされる。
図41は、ライトガイド3903と、折り畳まれ、フィルムライトガイド3903の重なる折り畳み領域3909から形成された結合ライトガイドを備える図39の光入力カプラ3908との斜視図である。折り畳み領域3909は、光入力縁204がスタックされるように実質的に互いの上に層状にされ、光源102からの光を受光するために位置合わせされる。
図42は、結合ライトガイドの第1の組4203からの光を受光するために配置される第1の光放出領域4201と、結合ライトガイドの第2の組4204からの光を受光するために配置される第2の光放出領域4202とを備えるフィルムベースのライトガイド4205の実施形態の立面図である。光放出領域は、互いから距離「SD」4206だけy方向に分離される。結合ライトガイド4203及び4204の組の自由端は、両方の組が図43に示すように実質的に重なるように−y方向の方に折り畳むことができる。
図43は、図42のフィルムベースのライトガイド4205の立面図であり、結合ライトガイド4203は、それらが実質的に重なって光入力面103を形成するように折り畳まれる。この実施形態では、単一の光源(図示せず)が同じフィルム内の2つの別個の光放出領域を照らしてもよい。別の実施形態では、2つの別個のフィルムベースのライトガイドは、折り畳まれる別個の光入力カプラを有し、光入力縁は、引き合わされて光源からの光を受光するために配置される結合ライトガイドのスタックを形成する。このタイプの構成は、例えば、第1の光放出領域がLCDを背面から照らし、第2の光放出領域が移動電話機上のキーパッドを照らす場合に、有用である可能性がある。
図44は、z方向にスタックされた2つのライトガイド107を備える光学冗長性を伴う発光デバイス4400の一実施形態の側面断面図である。y方向に実質的に隣接して配置されたホルダ4402内の光源及び結合ライトガイドは、光4401が各ライトガイド107から光放出領域108から出るように光をコア領域601の中に誘導する。
図45は、第1の熱伝達要素4505(メタルコアプリント回路板(PCB)のような)に熱的に結合され、第3の光源4503及び第4の光源4504に熱的に結合される第2の熱伝達要素4506から熱的に隔てられる(示された実施形態における空隙によって物理的に分離される)第1の光源4501及び第2の光源4502を伴う発光デバイス4500の一実施形態の側面断面図である。第1の光源4501及び第3の光源4503は、第1の光入力カプラ4507の中に光を結合するために配置され、第2の光源4502及び第4の光源4504は、第2の光入力カプラ4508の中に光を結合するために配置される。この実施形態では、第1の光源4501からの熱が伝導によって第3の光源4503での温度を実質的に増加させないように、第1の光源4501から放散された熱は、第1の熱伝達要素4505に沿ってx方向に第2の光源4502の方に放散される。
図46は、各結合ライトガイド104内に複数の第1の反射表面縁3906及び複数の第2の反射表面縁3907を有する複数の結合ライトガイド104を備える発光デバイス4600の一実施形態の上面図である。図46に示された実施形態では、それぞれの第1の反射表面縁3906及び第2の反射表面縁3907によって少なくとも部分的に画定されるそれぞれの光入力縁204の中に光を結合するために3つの光源102が配置される。
図47は、第1の反射表面縁3906と第2の反射表面縁3907との間に配置された光入力縁204を伴う図46の結合ライトガイド104の拡大斜視図である。光源102は、明確にするために図47では省略される。
図48は、光源102の近傍に配置された結合ライトガイド104の屈折率整合領域4803における結合ライトガイド104のコア領域601の間に配置された屈折率整合領域4801を備える発光デバイス4800の一実施形態の結合ライトガイド104及び光源102の側面断面図である。光源102は、結合ライトガイド104に隣接して位置決めされ、光源102からの高角度の光4802は、結合ライトガイド104及び屈折率整合領域4801を通して伝搬し、光結合ライトガイド104の入力縁204から遠い場所で結合ライトガイド104の中に結合される。図48に示された実施形態では、例えば、光源102の光軸4830から60度の光は光源の付近のコア領域601の中に伝搬し、屈折率整合領域4801を通して伝搬し、光源102からさらに離れたコア領域601において内部全反射するので、光源102からの光は、さらなる結合ライトガイドの中に結合される。この実施形態では、光入力縁204に又はこの付近に存在するクラッドがあった場合、光の一部は、普通は光を受光しないであろう外側結合ライトガイド104の中に結合される。
図49は、ライトガイド107の中に領域を切断することによって形成されたテーパした結合ライトガイド4902のアレイを備えるフィルムベースのライトガイド4900の一実施形態の上面図である。テーパした結合ライトガイド4902のアレイは、ライトガイド107の光放出領域108の平行な寸法d2よりも小さい第1の方向(示される場合のy方向)の寸法d1だけ延びる。補償領域4901がフィルムベースのライトガイド4900内に画定され、これはテーパした結合ライトガイド4902を含まない(テーパした結合ライトガイド4902が折り畳まれ又は屈曲されないとき)。この実施形態では、補償領域は、光源がライトガイド107のより低い縁4903を越えて延びないように光源(図示せず)を位置付けるためにy方向の十分な長さを有する体積を提供する。光放出領域108の補償領域4901は、テーパした結合ライトガイド4902から光放出領域108の中に直接受け入れられるより低い入力光束を補償するためにより高い密度の光抽出機能部(図示せず)を有してもよい。一実施形態では、光放出領域の補償領域4901内の光抽出機能部によってより低いレベルの光束が受光されるにもかかわらず、例えば、補償領域の1つ又は複数の領域内の光抽出機能部のない領域との光抽出機能部の光抽出効率又は面積比を増加させること、結合ライトガイドと光放出領域との間の光混合領域の幅を増加させること、補償領域の外部の光放出領域の1つ又は複数の領域における光抽出機能部のない領域との光抽出機能部の光抽出効率又は平均面積比を減少させること、及びこれらの任意の適切な組合せによって、光放出領域108における領域あたりの実質的に一様な輝度又は光束出力が達成される。
図50は、図49に示されたフィルムベースのライトガイド4900及び光源102を備える発光デバイス5000の一実施形態の斜視上面図である。この実施形態では、テーパした結合ライトガイド4902は、結合ライトガイド4902の光入力縁204が光源102からの光を受光するために配置されるように−y方向に光源102の方に折り畳まれる。テーパした結合ライトガイド4902を通して伝搬する光源102からの光は、テーパした結合ライトガイド4902を出て、光放出領域108の中に入り、+y方向及び−y方向に広がりながら+x方向に概して伝搬する。図50に示された実施形態では、光源102は、テーパした結合ライトガイド4902を備えていなかった領域内に配置され、光源102は、発光デバイス5000のより低い縁4903を越えてy方向に延びない。より低い縁4903を越えて延びないことによって、発光デバイス5000は、y方向のより短い全幅を有する。さらに、発光デバイス5000は、テーパした結合ライトガイド4902及び光源102が折り畳み(又は屈曲)ライン5001に沿って光放出領域108の下に(−z方向、次いで+x方向に)折り畳まれるときにy方向(図49に示される)のより短い寸法d1を維持することができる。
図51は、折り畳み(又は屈曲)ライン5001に沿って光放出領域108の後ろに(−z方向、次いで+x方向に)折り畳まれる図50に示されたテーパした結合ライトガイド4902及び光源102を伴う図50に示された発光デバイス5000を備える発光デバイス5100の斜視図である。図51から分かるように、光放出領域108のより低い縁と発光デバイス4903の対応する縁との間−y方向のの距離は比較的小さい。この距離が小さいとき、光放出領域108は境界がないように見え、例えば、光放出領域108がバックライトの縁のかなり近くに延びる場合のバックライトを備えるディスプレイは、フレームがない又は境界がないように見える。
図52は、結合ライトガイド軸5202とライトガイド107の光放出領域108に対する結合ライトガイド5201の方向の主要成分に平行な方向5203との間の角度として定義される第1の結合ライトガイド方向角γでライトガイド107における領域を切断することによって形成された角度のついたテーパした結合ライトガイド5201のアレイを備えるフィルムベースのライトガイド5200の一実施形態の上面図である。ライトガイド107内のテーパした結合ライトガイド5201を第1の結合ライトガイド方向角で切断することによって、角度のついたテーパしたライトガイド5201は、折り畳まれたときに、光源がフィルムベースのライトガイド5200のより低い縁4903を越えて延びないように、光源を位置付けるのに十分な長さの寸法をもつ体積を提供する。
図53は、図52に示されたフィルムベースのライトガイド5200及び光源102を備える発光デバイス5300の一実施形態の斜視図である。図53に示すように、角度のついたテーパした結合ライトガイド5201は、スタックされた結合ライトガイド5201の光入力面204が光源102からの光を受光するために配置されるように−y方向に光源102の方に折り畳まれる。
図54は、ライトガイド107における領域を第1の結合ライトガイド方向角5406で切断することによって形成された角度のついたテーパした結合ライトガイド5201の第1のアレイ及びライトガイド107における領域を第2の結合ライトガイド方向角5407で切断することによって形成された角度のついたテーパした結合ライトガイド5402の第2のアレイを備えるフィルムベースのライトガイド5400の一実施形態の上面図である。ライトガイド107内の第1の結合ライトガイドのアレイ5201及び第2の結合ライトガイドのアレイ5402をそれぞれ第1の結合ライトガイド方向角5406及び第2の結合ライトガイド方向角5407で切断することによって、角度のついたテーパしたライトガイド5201及び5402は、折り畳まれたときに、1つ又は複数の光源102がライトガイド107のより低い縁4903を越えて延びないように、1つ又は複数の光源102を位置付けるのに十分な長さの寸法をもつ体積を提供する。
図55は、図54に示されたフィルムベースのライトガイド5400及び+y方向及び−y方向に光を放出する光源102(背中合わせに配置された2つのLEDのような)を備える発光デバイス5500の一実施形態の斜視上面図である。第1の結合ライトガイドのアレイ5201は、各光入力面204が光源102からの光を受光するために配置されるように−y方向に光源102の方に折り畳まれ、第2の結合ライトガイドのアレイ5402は、各光入力面204が光源102からの光を受光するために配置されるように+y方向に光源102の方に折り畳まれる。第1の結合ライトガイドのアレイ5201と第2の結合ライトガイドのアレイ5402は、光源102がライトガイド107の下縁4903又は上縁5401を越えて延びないように光源102がライトガイド107の中央領域(y方向に)に配置されることを可能にするために、光放出領域108の中央から離れる角度をつけられる。光源102、第1の結合ライトガイドのアレイ5201、及び第2の結合ライトガイドのアレイ5402は、発光デバイス5500が実質的にエッジレスの又はx−y平面内の発光デバイスの縁のかなり近くに延びる光放出領域を有するように、折り畳み(又は屈曲)軸5001に沿って光放出領域108の下に折り畳まれてもよい。
図56は、ライトガイド107、結合ライトガイド104、及び光源102からの光を結合ライトガイド104の中に再誘導するために配置される湾曲した又は弓形の反射表面又は領域を含む光再誘導光学要素として機能するミラー5601を備える発光デバイス5600の一実施形態の上面図である。結合ライトガイド104内で、光は、結合ライトガイド104を通してライトガイド107の中に伝搬し、光放出領域108においてライトガイド107を出る。
図57は、ライトガイド107、結合ライトガイド104、及びミラー5701を備える発光デバイス5700の一実施形態の上面図である。この実施形態では、ミラー5701は、図57に示された2つの光源102のような1つ又は複数の光源から結合ライトガイド104の中に光を再誘導するために配置される2つ以上の湾曲した又は弓形の表面又は領域を含み、ミラーは、二方向性の光方向転換光学要素として機能する。結合ライトガイド104内で、光は、結合ライトガイド104を通してライトガイド107の中に伝搬し、光放出領域108においてライトガイド107を出る。図57に示すように、光源102は、実質的に+x方向に平行に配向された対応する光源光軸5702をもつ光を放出するために配置される。湾曲したミラーは、光を+y方向に配向された光軸5703及び−y方向に配向された光軸5704に再誘導する。別の実施形態では、光源102の光軸は、実質的に−z方向に配向され(頁の中に)、湾曲したミラーは、光をそれぞれ+y方向及び−y方向に配向された光軸5703及び5704の中に再誘導する。
図58は、+x方向、−x方向、及び+y方向の発光デバイス5800の光放出領域108と対応する縁(5001、5832)との間のフレーム又は境界領域(5830、5831)が最小にされるように横方向側部5001(図58の想像線によって示される)に沿って発光デバイス5800の光放出領域108の後ろに折り畳まれているライトガイド107の対向する側部上にライトガイド107及び結合ライトガイド104を備える発光デバイス5800の一実施形態の上面図であり、発光デバイス5800は、図58に示すように3つの側部又は縁のような任意の望ましい数の側部又は縁に沿って実質的にエッジレスの(又は小さいフレームを有する)ものとすることができる。
図59は、2つの直交する側部上に結合ライトガイド104を有するライトガイド107を備える発光デバイス5900の一実施形態の上面図である。この実施形態では、光結合光学要素5901は、光源102から2組の結合ライトガイド104の中に結合される光束を増加させるために配置される。光源102からの光の第1の部分5902は、光結合光学要素5901に入ると屈折され、x軸に実質的に平行に配向された結合ライトガイド104内で導波管の状態に誘導されることになり、光5903の第2の部分は、光結合光学要素5901に入ると屈折され、y軸に実質的に平行に配向された結合ライトガイド104内で導波管の状態に誘導される。
図60は、ライトガイド107及び光入力カプラ101を備える発光デバイス6000の一実施形態の一部の側面断面図である。この実施形態では、低接触面積のカバー6001は、光入力カプラ101(又は光入力カプラ101内の1つ又は複数の要素)に作動的に結合され、例えば図60に示すように物理的に結合され、光入力カプラ101の周りを包み、低接触面積のカバー6001をライトガイド107に接触させて又は近接させてステッチする1つ又は複数のファイバ6002のような適切な締結機構によってライトガイド107の付近の領域において物理的に結合され又は維持される。図60に示された実施形態では、ステッチは、低接触面積のカバー6001及びライトガイド107を通され、ライトガイド107の発光部内に光の一次伝搬方向(−x方向)の非常に小さい表面積を提供する。ライトガイド内の小さい表面をもつ物理的結合機構は、光学的効率を低下させる又は迷光を生じる可能性があるライトガイド内を伝搬する光の散乱又は反射を減らす。図60に示された実施形態では、ファイバ(又はワイヤ、糸など)6002は、(ライトガイド領域内の光の光軸方向(−x方向)に直交する)y−z平面内の小さい割合の断面積を有する低接触面積の物理的結合機構を提供する。
図61は、ライトガイド107が低接触面積のカバー6001と接触している状態の図60に示されたライトガイド107の領域の拡大図を示す。この実施形態では、低接触面積のカバー6001は、低接触面積のカバー6101の付近に配置されたライトガイド107の表面6103に接触する接触面積6102を減らす凸形の表面機能部6101を有する。他の実施形態では、低接触面積のカバー6001は、接触面積6102を減らす任意の適切な機能部を含む。
図62は、低接触面積のカバー6001によって保護されるライトガイド107及び結合ライトガイド104を備える発光デバイス6200の一実施形態の一部の側面図である。低接触面積のカバー6001は、低接触面積のカバーが結合ライトガイド104の周りを包むように、1つ又は複数の縫われたファイバ6002のような適切な締結機構によってライトガイド1007に低接触面積のカバー6001の2つ以上の領域で作動的に結合され、例えば図62に示すように物理的に結合される。調節可能でない円筒形テンションロッド6205及び調節可能な円筒形テンションロッド6201がy方向に互いに実質的に平行に配置され、x方向に互いに実質的に平行に2つのブレース6202によって作動的に結合される、例えば物理的に結合される。低接触面積のカバー6001の内面6101は、凸形表面機能部を備える。円筒形テンションロッド6201が+x方向に平行移動されるときに、低接触面積のカバー6001の内面6101は、ライトガイド107及び結合ライトガイド104上に+z方向及び−z方向に内向きに引っ張られる。低接触面積のカバー6001上の表面レリーフ機能部は、円筒形テンションロッド6201が+x方向に平行移動されるときに結合ライトガイド104及び/又はライトガイド107内から失われる光の量を減らす。テンションロッドを+x方向に平行移動させることはまた、結合ライトガイド104を互いに近くに及びライトガイド107の近くに動かすことによってz方向に平行な発光デバイス6200の高さを減少させる。低接触面積のカバー6001はまた、光を結合ライトガイド104及び/又はライトガイドフィルム107の外に結合する他のコンポーネントによって粉塵汚染及び物理的接触からの保護を提供する。
図63Aは、1つ又は複数のフランジを含む結合ライトガイド6301を備えるフィルムベースのライトガイド6300の一実施形態の一部の斜視図である。この実施形態では、各結合ライトガイド6301は、図63Aに示すように結合ライトガイド6301の端領域6307の対向する各側部上にフランジ6306を含む。ストラップ6302は、ベース6304の中に形成された2つのスリット6303を通してガイドされ、両方の端によってy方向に(又は例えば、−y方向のストラップの領域がベース6304に対して固定された状態に保たれる場合に+y方向に)引っ張られる。ストラップ6302を締め付けることによって、結合ライトガイド6301は、ベース6304に関する結合ライトガイド6301の固定を容易にするために互いにより近くに及びベース6304の方にz方向に付勢される。また、ストラップ6303及びフランジ6306によって形成されたフック領域は、結合ライトガイド6301が−x方向に平行移動されるのを防ぐ又は制限する。一実施形態では、結合ライトガイド6301が一緒に付勢された後で、結合ライトガイド6301の端領域6307及び/又はフランジ6306は、切断軸6305に沿って切断され又は他の方法で除去される。切断軸6305に沿った結合ライトガイド6301の端の結果として生じる新しい縁は、入力面とすることができ、又は他の方法で光学要素に結合され又は磨かれて結合ライトガイド6301のための新しい入力面を形成することができる。端は、結合ライトガイド6301の端を一緒に保持する一助にもなるエポキシで作成された光沢のある磨かれた入力面を残した状態でフィルム又はガラスを除去することができるように、結合ライトガイドの端6301と光沢度の高いフッ素化エチレンプロピレン(FEP)フィルム又は磨きガラスとの間に配置された窓又は接着剤若しくは紫外線(UV)硬化型エポキシのようなエポキシに物理的に又は光学的に結合されてもよい。別の実施形態では、結合ライトガイド6301のうちの1つ又は複数が一緒に又は発光デバイス6300の別のコンポーネントに接着された後で保持機構が除去される。別の実施形態では、端領域6307は結合ライトガイド6301から除去されず、結合ライトガイド6301の端は、図63Aに示すように光入力面204を形成する。
図63Bは、フィルムベースのライトガイド11702と、光平行化光学要素及び光ブロック要素でもある光反射光学要素11701(反射光線を例証するために図63Bでは透明であるように示される)とを備える発光デバイス11700の一実施形態の斜視図である。光反射光学要素11701は、ライトガイド領域106を越えて延びて結合ライトガイド104のスタックの周りを包む領域11705を有し、且つ光平行化要素11706を形成するために光源102の方に折り畳まれるタブ領域11703を有する。光源102からの光11704は、光平行化要素11706のタブ領域11703に反射し、y−z平面及びy−x平面内でさらに平行化されることになり(より小さい角度FWHM強度)、結合ライトガイド104の入力縁204に入る。結合ライトガイド104を抜ける迷光は、光ブロック光学要素でもある光反射光学要素11701によって結合ライトガイド104のスタックから直接出るのをブロックされる(この実施形態では反射され又は吸収される)。別の実施形態では、光反射光学要素11701は、感圧接着剤によってフィルムベースのライトガイド11702に光学的に結合されてもよく、光反射光学要素11701は、入射光の一部を拡散反射、鏡面反射、又はこれらの組合せで反射させてもよい。さらなる実施形態では、光反射光学要素11701は、低接触面積のカバーであり、又はフィルムベースのライトガイド11702と接触する表面レリーフ機能部を備える。
図64は、直線折り畳みライン又は領域の近位に配置された相対位置維持要素3301を備える光入力カプラ及びライトガイド107を備えるフィルムベースのライトガイド6400の一実施形態の斜視図である。この実施形態では、相対位置維持要素3301は、直線折り畳み方向(−y方向)に平行な方向6404(+y方向)に約45度の角度3302で配向された実質的に直線の角度のついたガイド縁3303を備えるライトガイド107に平行な平面(図示されるようにx−y平面)内に断面ガイド縁を有する。結合ライトガイド6401が相対位置維持要素3301なしに折り畳まれる場合、結合ライトガイドを−y方向に引っ張る折り畳み又は屈曲力に関する応力点は、結合ライトガイド6401がライトガイド107から分離する場所の付近の領域6402にある。相対位置維持要素3301を用いることによって、結合ライトガイド6401が−y方向に引っ張られるときに、力は、相対位置維持要素3301の角度のついたガイド縁3303の長さ領域6403にわたって分散される。一実施形態では、相対位置維持要素3301上の角度のついたガイド縁3303は、結合ライトガイド6401を比較的より大きい力で引っ張ることができるので、結合ライトガイド6401を引き裂く恐れを減らし、より低いプロフィール(低減した高さz方向の)を可能にする。別の実施形態では、相対位置維持要素3301の厚さ及び縁プロフィールが、長さ領域6403の付近の結合ライトガイド6401における折り畳みに関する最小屈曲半径を決定する。
図65は、丸みをつけられた角度のついた縁表面6502を備える相対位置維持要素6501の一実施形態の斜視図である。縁表面6502を丸めることによって、折り畳まれたフィルムとの接触表面積が丸みをつけられた角度のついた縁表面6502に対して増加する。結合ライトガイド6401のより大面積にわたって−y方向の引張力を分散させることによって、例えば、結合ライトガイド6401は破損する又は裂ける恐れがより少なくなる。
図66は、丸みをつけられた角度のついた縁表面6502及び丸みをつけられた先端6601を備える相対位置維持要素6600の一実施形態の斜視図である。縁表面6502を丸めることによって、折り畳まれたフィルムとの接触表面積が丸みをつけられた角度のついた縁表面6502に対して増加する。結合ライトガイド6401のより大面積にわたって−y方向の引張力を分散させることによって、例えば、結合ライトガイド6401は破損する又は裂ける恐れがより少なくなる。相対位置維持要素6600の先端6601を丸めることによって、縁はあまり鋭くなくなり、結合ライトガイド6401が折り畳まれる(又は屈曲される)際の又は折り畳み又は屈曲を維持しながら結合ライトガイド6401に局所化された応力領域を生じる恐れがより少なくなる。
図67は、1つ又は複数のフランジ6306を含む結合ライトガイド6301を備えるフィルムベースのライトガイド6700の一実施形態の一部の斜視図である。この実施形態では、各結合ライトガイド6301は、図63に示すように結合ライトガイド6301の端領域6307の対向する各側部上にフランジ6306を含む。ストラップ6302は、ベース6304の中の2つのスリット6303を通してガイドされ、両方の端によってy方向に(又は例えば、−y方向のストラップの領域がベース6304に対して固定された状態に保たれる場合に+y方向に)引っ張られる。ストラップ6303を締め付けることによって、結合ライトガイド6301は、ベース6304に関する結合ライトガイド6301の固定を容易にするために互いにより近くに及びベース6304の方にz方向に付勢される。また、ストラップ6303及びフランジ6306によって形成されたフック領域は、結合ライトガイド6301が−x方向に平行移動されるのを防ぐ又は制限する。一実施形態では、結合ライトガイド6301が一緒に付勢された後で、結合ライトガイド6301の端領域6307及び/又はフランジ6306は、切断軸6305に沿って孔切断部6701とフランジ6306との間の領域を引き裂く又は切断することによって孔切断部6701に沿って切断され又は他の方法で除去される。孔切断部6701の縁6702は、次いで、結合ライトガイド6301の光入力面となる。例えば、一実施形態では、フィルムから結合ライトガイド6301を切断するのに用いられる切断デバイスはまた、結合ライトガイド上に光入力面を形成することができ、フランジ6306及びストラップ6302は組み立てを支援する。
図68は、低接触面積のカバー6001によって保護されるライトガイド107及び光入力カプラを備える図62で例証された発光デバイス6200の一実施形態の一部の斜視図である。この実施形態では、低接触面積のカバー6001は、縫う又は糸通しするタイプのアクションでファイバ6002を低接触面積のカバー6001及びライトガイド107の2つの層に通すことによって、低接触面積のカバー6001の2つの領域においてファイバ6002によってライトガイド1007に物理的に結合される。
図69は、結合ライトガイド104を備える2つの光入力カプラと、ライトガイド107の対向する側部上に配置される第1の光源6902及び第2の光源6903とを伴う発光デバイス6900の一実施形態の上面図である。アルミニウムバー型の熱伝達要素6901は、第1の光源6902及び第2の光源6903からの熱を熱的に結合し、且つ発光デバイス6900の長さに沿ってx方向に熱を放散させるために配置される。他の実施形態では、1つ又は複数の適切な熱伝達要素は、発光デバイス6900からの熱の放散を容易にするために発光デバイス6900の中に組み込まれてもよい。
図70は、ライトガイド107、光入力カプラ101、及び光入力カプラ101と光放出領域108との間に配置された光反射フィルム7004を備える発光デバイス7000の一実施形態の斜視図である。光入力カプラ101における光源のための回路基板7001は、光源からの熱を回路基板7001に熱的に結合された熱伝達要素ヒートシンク7002に結合する。この実施形態では、熱伝達要素7002は、フィン7003を備え、光反射フィルム7004及び光放出領域108の後ろでx−y平面内に延びて増加した表面積を提供し、ライトガイド107の縁7030を越えて延びない体積を占めて回路基板7001及び光入力カプラ101における光源から外に熱を伝導する。
図71は、光平行化光学要素7102及び光源102からの光を受光するために配置される結合ライトガイドのスタック7101を備える発光デバイス7100の一実施形態の領域の上面図である。光平行化光学要素7102の出力面7103は、形状において結合ライトガイドのスタック7101の光入力面7105に対応する。光源102からの光7104は、光平行化光学要素7102によって平行化され、結合ライトガイドのスタック7101に入る。例えば、図71に示すように、出力面7103は、結合ライトガイドのスタック7101の光入力面7105の長方形の形状と実質的に整合する長方形の形状を有する。
図72は、図71に示された発光デバイス7100の側面断面図である。光平行化光学要素7102によって平行化された光7104は、結合ライトガイド7201のスタック7101に入る。
図73は、光平行化光学要素7102に物理的に結合される結合ライトガイドのスタック7101を備える発光デバイス7300の一実施形態の上面図である。結合ライトガイドのスタック7101の物理的結合領域は、その内部に光平行化光学要素物理的結合領域7302が配置されるキャビティ7331を画定する。図示された実施形態では、光平行化光学要素の物理的結合領域7302は、光平行化光学要素7102上のリッジ7330であり、結合ライトガイドのスタック7101の物理的結合領域は、各結合ライトガイド内の開口部又は孔切断部を部分的に取り囲む領域7301であり、これは、スタックされたときに、光平行化要素7102をx及びy方向に実質的に拘束し及び位置合わせするキャビティ7331を形成する。
図74は、屈折率整合接着剤7402を用いて結合ライトガイドのスタック7101に光学的に結合される光方向転換光学要素7401を備える発光デバイス7400の一実施形態の領域の上面図である。光源102からの光7403は、光方向転換光学要素7401の光方向転換表面7405を内部全反射し、屈折率整合接着剤7402を通過して、結合ライトガイドのスタック7101に入り、光源102からの光の光軸7403は回転される。光源102からの光7404は、光方向転換光学要素7401の光方向転換表面7405で反射することなく結合ライトガイドのスタック7101の中に直接通過する。
図75Aは、光方向転換光学縁7502をもつ結合ライトガイドのスタック7501の横方向縁7503に隣接して配置された光源102を備える発光デバイス7500の一実施形態の領域の上面図である。光方向転換光学縁7502は、光軸7504が第1の方向から角度7506だけ第2の方向(例えば−x方向)の光軸7505に回転されるように、第1の方向(例えば−y方向)の光軸7504をもつ光源102からの入射光の一部を反射させる。
図75Bは、光方向転換光学縁7502をもつ結合ライトガイドのスタック7501の延長された領域7508の光入力面縁7507に隣接して配置された光源102を備える発光デバイス7530の一実施形態の領域の上面図である。この実施形態では、延長された領域7508は、光入力面縁7507が結合ライトガイドのスタック7501の横方向縁7503(例えば、あふれ出る接着剤を伴う)を損傷する(例えば引っかく又は引き裂く)又はこの外に光を不必要に結合することなく、切断され、トリムされ、及び/又は磨かれ(別々に又は結合ライトガイドのスタックされた状態の集合体として)、又は光平行化光学要素に付着されることを可能にする。
図76は、接着剤7402(例えば屈折率整合接着剤又は光学接着剤のような)を用いて2つの結合ライトガイドのスタック7101に光学的に結合される2つの光方向転換光学要素7401の中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス7600の一実施形態の領域の上面図である。
図77は、屈折率整合接着剤7402を用いて結合ライトガイドの2つのスタック7101に光学的に結合される双方向の光方向転換光学要素7701の中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス7700の一実施形態の領域の上面図である。この実施形態では、単一の双方向の光方向転換光学要素7701は、第1の方向(−y方向)の単一の光源からの光の光軸を2つの異なる方向(−x方向及び+x方向)に分割し及び回転させ、2つの一方向の光方向転換光学要素と置き換わり、部品数及び関連する費用を減らす。
図78は、屈折率整合接着剤7402を用いて結合ライトガイドの2つのスタック7101に光学的に結合される双方向の光方向転換光学要素7801の中に光を結合するために配置される2つの光源102を備える発光デバイス7800の一実施形態の領域の上面図である。この実施形態では、単一の双方向の光方向転換光学要素7701は、2つの光源からの光の光軸を分割し、及び第1の方向(−y方向)から2つの異なる方向(+x方向及び−x方向)に回転させるように設計される。
図79は、光方向転換光学縁7502をもつ結合ライトガイド7501の2つのスタックの中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス7900の一実施形態の領域の上面図である。この実施形態では、結合ライトガイド7501の2つのスタックは、光源からの光の光軸を分割し、及び第1の方向(−y方向)から2つの異なる方向(+x方向及び−x方向)に回転させる。
図80は、光方向転換光学縁7502をもつ結合ライトガイド7501の2つの重なるスタックの中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス8000の一実施形態の領域の上面図である。この実施形態では、結合ライトガイド7501の2つのスタックは、光源からの光の光軸を分割し、及び第1の方向(−y方向)から2つの異なる方向(+x方向及び−x方向)に回転させる。
図81は、光方向転換光学縁7502をもつ結合ライトガイドのスタック7501の中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス8100の一実施形態の領域の上面図である。この実施形態では、結合ライトガイドのスタック7501は、タブ位置合わせ開口部又は孔8101をもつタブ8102を有する。例えば、結合ライトガイドのスタック7501の中への効率的な光の結合を可能にするために結合ライトガイドのスタック7501(及びそれらの光入力面)を光源を備える回路基板から延びるピンと見当合わせするのにタブ位置合わせ開口部又は孔8101が用いられてもよい。
図82は、光方向転換光学縁7502をもつ結合ライトガイドのスタック7501の中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス8200の一実施形態の領域の上面図である。この実施形態では、結合ライトガイドのスタック7501は、低光束密度領域8202における位置合わせ開口部又は孔8201を有する。例えば、結合ライトガイドのスタック7501を光源102と見当合わせするために位置合わせ開口部又は孔8201が用いられてもよく、それらは、タブが必要とされず、結合ライトガイドのスタック7501内の位置合わせ開口部又は孔8201の場所に起因するあらゆる光損失が最小にされるように、低光束密度領域8202に位置付けられる。
図83は、結合ライトガイドのスタック7501の光入力面8303と光源102との見当合わせのための位置合わせキャビティ8302を備える光源オーバーレイタブ領域8301をもつ結合ライトガイドのスタック7501の中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス8300の一実施形態の領域の上面図である。この実施形態では、例えば、結合ライトガイドのスタック7501内の位置合わせキャビティ7501は、結合ライトガイドのスタック7501の光入力面8303が光源102とx及びy方向に実質的に見当合わせされ及び位置合わせされるように光源102の上に位置付けられてもよい。
図84は、光方向転換光学縁7502をもつ結合ライトガイド8401を有するフィルムベースのライトガイド107を備えるライトガイド8400の一実施形態の上面図である。結合ライトガイド8401は、結合ライトガイド8401が互いの上にスタックされ及び位置合わせされるように、+z方向に折り畳み、横方向に+x方向8402(図85では折り畳まれた状態で示される)に平行移動させることができる。
図85は、スタック7501がフィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の横方向縁8501を越えて延びるように、折り畳まれ及び平行移動されて結合ライトガイド8401のスタック7501を形成する結合ライトガイド8401を伴う図84に示されたライトガイド8400を備える発光デバイス8500の一実施形態の上面図である。光源102からの光8502は、結合ライトガイドのスタック7501の光方向転換光学縁7502によって−x方向に回転される−y方向の光軸を有し、結合ライトガイド8401のスタック7501における折り畳みは、光が結合ライトガイドを−y方向に出る光軸を有するように結合ライトガイドの配向を−y方向に再誘導する。光8502は、次いで、フィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の中に伝搬し、光放出領域108におけるフィルムベースのライトガイド107を出る。
図86は、光方向転換光学縁7502をもつ結合ライトガイド8401及び折り畳まれていない結合ライトガイド8603を有するフィルムベースのライトガイド107を備えるライトガイド8600の一実施形態の上面図である。折り畳まれていない結合ライトガイド8603は、結合ライトガイド8401がライトガイド領域106につながる場合のそこから結合ライトガイド8401が延びるライトガイド領域106の縁に沿った幅8601及び縁に垂直な方向の長さ8602を有する。
図87は、折り畳まれ及び平行移動されてフィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の横方向縁8501(又は横方向縁8501を備える平面)を越えて延びない結合ライトガイド8401のスタック7501を形成する結合ライトガイド8401を伴う図86に示されたライトガイド8600を備える発光デバイス8700の一実施形態の上面図である。光源102からの光8502は、結合ライトガイド8401のスタック7501の光方向転換光学縁7502によって−x方向に回転される−y方向の光軸を有し、結合ライトガイド8401のスタック7501における折り畳みは、光が結合ライトガイド8401を−y方向に出る光軸を有するように結合ライトガイドの配向を−y方向に再誘導する。光8502は、次いで、ライトガイド領域106の中に伝搬し、光放出領域108におけるフィルムベースのライトガイド107を出る。光源102からの光8702は、−y方向の光軸を有し、折り畳まれていない結合ライトガイド8603を通過し、ライトガイド領域106の中に直接入る。この実施形態では、折り畳まれていない結合ライトガイド8603は、光源102からの光を受光するために折り畳まれ及び+x方向に平行移動される必要はないので、折り畳まれていない結合ライトガイド8603は、結合ライトガイド8401のスタック7501がフィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の横方向縁8501を越えて延びないようにする。
図88は、光方向転換光学縁8803及び光平行化光学縁8802をもつ結合ライトガイド8801を有するフィルムベースのライトガイド107を備えるライトガイド8800の一実施形態の上面図である。結合ライトガイド8801は、結合ライトガイド8801が互いの上にスタックされ及び位置合わせされるように、+z方向に折り畳み、横方向に+x方向8402(図89では折り畳まれた状態で示される)に平行移動させることができる。
図89は、結合ライトガイド8801のスタック8902がフィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の横方向縁8501を越えて延びるように結合ライトガイド8801のスタック8902を形成するために折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイド8801を伴う図88に示されたライトガイド8800を備える発光デバイス8900の一実施形態の上面図である。光源102からの光8901は、光平行化光学縁8802によって平行化され、結合ライトガイド8801のスタック8902の光方向転換光学縁8803によって−x方向に回転される−y方向の光軸を有し、結合ライトガイド8801のスタック8902における折り畳みは、光が結合ライトガイド8801を−y方向に出る光軸を有するように結合ライトガイドの配向を−y方向に再誘導する。光8901は、次いで、フィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の中に伝搬し、光放出領域108におけるフィルムベースのライトガイド107を出る。
図90は、光方向転換光学縁8803、光平行化光学縁8802、及び延長された領域7508をもつ結合ライトガイド9001を伴うフィルムベースのライトガイド107を備えるライトガイド9000の一実施形態の上面図である。結合ライトガイド9001は、結合ライトガイド9001が互いの上にスタックされ及び位置合わせされるように、+z方向に折り畳み、横方向に+x方向8402(図91では折り畳まれた状態で示される)に平行移動させることができる。
図91は、結合ライトガイド9001のスタック9101がフィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の横方向縁8501を越えて延びるように結合ライトガイド9001のスタック9101を形成するために折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイド9001を伴う図90に示されたライトガイド9000の一実施形態の上面図である。結合ライトガイド9001のスタック9101の延長された領域7508は、結合ライトガイド9001の横方向縁7503を越えて延び、スタック910は、横方向縁7503を損傷することなく切断ライン9102(若しくは光学要素又は光源に接着される)に沿って切断し、及び/又は磨くことができる。
図92は、光を複数の方向に方向転換するように配向された光方向転換光学縁9230をもつ結合ライトガイドの第1の組8401及び結合ライトガイドの第2の組9203、並びに折り畳まれていない結合ライトガイド9201を伴うフィルムベースのライトガイド107を備えるライトガイド9200の一実施形態の上面図である。結合ライトガイド8401は、それらが互いの上にスタックされ及び位置合わせされるように+z方向に折り畳み、横方向に+x方向8402(図93では折り畳まれた状態で示される)に平行移動させることができる。結合ライトガイド9203は、それらが互いの上にスタックされ及び位置合わせされるように+z方向に折り畳み、横方向に−x方向9202(図93では折り畳まれた状態で示される)に平行移動させることができる。
図93は、+x方向に折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイドの第1の組8401並びに−x方向に折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイドの第2の組9203と共に図92に示されたライトガイド9200の中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス9300の一実施形態の斜視上面図である。この実施形態では、結合ライトガイドの第1の組8401は、光源から光102を受け及び光をライトガイド領域106に伝送するために配置される折り畳まれていない結合ライトガイド9201の上に折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイドの第2の組9203の上に折り畳まれ及び平行移動される。
図94Aは、+x方向に折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイドの第1の組8401並びに−x方向に折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイドの第2の組9203と共に図92に示されたライトガイド9200の中に光を結合するために配置される光源102を備える発光デバイス9400の一実施形態の上面図である。この実施形態では、結合ライトガイドの第1の組8401は、結合ライトガイドの第1の組8401が折り畳まれていない結合ライトガイド9201の上の折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイドの第2の組9203と交互配置されるように折り畳まれ及び平行移動される。一実施形態では、結合ライトガイド8401及び9203を光源102の付近に交互配置することは、ライトガイド領域106内の光の均一性を改善して、光源の位置合わせ及び/又は光出力プロフィールの望ましくない変化の防止又は制限を容易にする。
図94Bは、結合ライトガイドのスタック7501の入力縁の近くに配置された内部光誘導縁10101及びフィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域の付近に配置された内部光誘導縁10104を伴う結合ライトガイドのスタック7501を備える発光デバイス10100の一実施形態の領域の側面断面図である。光源102からの光10102は、結合ライトガイドのスタック7501に入り、結合ライトガイドのスタック7501の入力縁表面の近くに配置された内部光誘導縁10101によって反射され及び再誘導される。光源102からの光10103は、結合ライトガイドのスタック7501の入力縁の近くに配置された内部光誘導縁10101によって反射され及び再誘導され、フィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の付近に配置された内部光誘導縁10104によってさらに反射され及び再誘導される。
図95は、第1の方向9501に沿って反転された形状に延びた結合ライトガイドを伴う光方向転換光学縁7502を有する結合ライトガイド8401を備えるフィルムベースのライトガイド107を備えるライトガイド9500の一実施形態の上面図である。
図96は、図95に示されたライトガイド9500を備える折り畳まれたライトガイド9600の一実施形態の斜視図である。結合ライトガイド8401は、結合ライトガイド8401のスタック7501を形成するために2つの相対位置維持要素2901を用いて一方の端(図95に示された上端)を+z方向、+x方向、及び−y方向に、次いで−z方向に平行移動させることによって折り畳まれる9602。さらなる実施形態では、結合ライトガイド8401のスタック7501は、2つの結合ライトガイド8401のスタック7501を形成するために切断ライン9601に沿って切断されてもよい。
図97は、光方向転換光学縁8803、光平行化光学縁8802、及び光源オーバーレイ結合ライトガイドのスタックの光入力面と光源との位置合わせのための位置合わせキャビティ8302を備えるタブ領域8301を伴う結合ライトガイド9702を有するフィルムベースのライトガイド107を備えるライトガイド9700の一実施形態の上面図である。ライトガイド9700はまた、平行化光学縁8802をもつ折り畳まれない結合ライトガイド9703と、折り畳まれていない結合ライトガイド9703の光入力面と光源との位置合わせのための位置合わせキャビティ8302を備える光源オーバーレイタブ領域8301とを備える。結合ライトガイド9702は、応力(例えばねじり又は横方向の屈曲から生じるような)が鋭い角部で集中する恐れを減らし、したがってフィルムが破損する恐れを減らするために、結合ライトガイド9702の縁上に湾曲した領域9701をさらに備える。結合ライトガイド9702は、それらが互いの上にスタックされ及び位置合わせされるように、+z方向に折り畳み、横方向に+x方向8402(図98では折り畳まれた状態で示される)に平行移動させることができる。
図98は、ライトガイド領域106の1つの縁に沿って位置合わせされた結合ライトガイド9702のスタック9803を形成するために折り畳まれ及び平行移動される結合ライトガイド9702を伴う光源102(図99に示された)及び図97に示されたライトガイド9700を備える発光デバイス9800の一実施形態の上面図である。光源102からの光9802は、光平行化光学縁8802によって平行化され、結合ライトガイド9702のスタック9803の光方向転換光学縁8803によって−x方向に回転される−y方向の光軸を有し、結合ライトガイド9702のスタック9803における折り畳みは、光が結合ライトガイド9702を−y方向に出る光軸を有するように結合ライトガイドの配向を−y方向に再誘導する。光9802は、次いで、フィルムベースのライトガイド107のライトガイド領域106の中に伝搬する。光源102からの光8702は、−y方向の光軸を有し、折り畳まれていない結合ライトガイド9703を通過し、フィルムベースのライトガイド107の中に直接入る。
図99は、図98で例証された発光デバイス9800のy−z平面内の光源102の付近の拡大側面図である。位置合わせガイド9903は、光源102よりも上に配置された湾曲した前縁をもつ片持ちばねである位置合わせアーム9801を備える。位置合わせアーム9801は、結合ライトガイド9702の光入力面103の位置を光源102の光出力面9901の近くに維持するために結合ライトガイド9702のスタック9803に対して力をかける。この実施形態では、位置合わせアーム9801は、位置合わせキャビティ8302を通して挿入され、位置合わせキャビティ8302が位置合わせガイド9803の反対の端及び光源102の上に位置決めされるように結合ライトガイド9702を+y方向に及び下方(−z方向)に引っ張ることができる(必要であればこの移動中に位置合わせアーム9801の自由端を僅かに持ち上げることができる)。この実施形態では、位置合わせキャビティ8302は、結合ライトガイド9702の光入力面103の位置を光源102の光出力面9901に対してx及びy方向に見当合わせし及び実質的に維持し、位置合わせガイド9903上の位置合わせアーム9801は、結合ライトガイド9702のスタック9803を互いに及び光源基部9902(例えば回路基板とすることができる)に対して位置決めするために−z方向に力をかけることによってz方向の相対位置を維持する。光源102からの光9904は、光源102の光出力面9901を出て、光入力面103を通して結合ライトガイド9702の中に伝搬する。
図100は、光源102及び光平行化光学要素7102よりも上に配置される湾曲した縁をもつ片持ちばねである位置合わせアーム9801と共に位置合わせガイド9903を備える発光デバイス10000の一実施形態のy−z平面内の光源102の付近の領域の拡大側面図である。位置合わせアーム9801は、結合ライトガイド9702の光入力面103の位置を光平行化光学要素7102の光出力面10002の近くに維持するために結合ライトガイドのスタック9702に対して力をかける。この実施形態では、位置合わせアーム9801は、位置合わせキャビティ8302を通して挿入され、結合ライトガイド9702を+y方向に引っ張ることができる。この実施形態では、位置合わせキャビティは、位置合わせガイド9903を覆うのに長さが十分ではなく、結合ライトガイド9702は、位置合わせアーム9801によってz方向の定位置に保持されたままである。この実施形態では、位置合わせキャビティ8302は、結合ライトガイド9702の光入力面103の位置を光平行化光学要素7102の光出力面10002に対してx方向及び+y方向に見当合わせし及び実質的に維持し、位置合わせガイド9903上の位置合わせアーム9801は結合ライトガイド9702のスタック9803を互いに及び光源基部9902(例えば回路基板とすることができる)に対して位置決めするために−z方向に力をかけることによってz方向の相対位置を維持する。位置合わせアーム9801からの−z方向の力に起因する結合ライトガイドのスタック9702と光源基部9902と位置合わせアーム9801との摩擦、及びキャビティ8302の内壁及び光平行化光学要素7102及び/又は光源102のフィットからの摩擦は、結合ライトガイド9702が−y方向に平行移動するのを防ぐ一助となる。別の実施形態では、結合ライトガイド9702の光入力面103は、光平行化光学要素7401の光出力面10002に光学的に付着される(又はそれらは光源102の光出力面又は光方向転換光学要素に光学的に付着される)。光源102からの光10003は、光源102の光出力面9901を出て、光平行化光学要素7102の中に伝搬し、そこで光はx−y平面内で平行化され、光平行化光学要素7102の光出力面10002を出て、結合ライトガイド9702の光入力面103に入り、ライトガイド領域106(図示せず)に伝搬する。
図101は、発光デバイスを生産する方法10100であって、結合ライトガイドのアレイのうちの各結合ライトガイドがその端部に境界縁を有する、フィルムのライトガイド領域から連続的に延びる結合ライトガイドのアレイを形成するステップ10101と、結合ライトガイドのアレイの境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように結合ライトガイドのアレイを折り畳むステップ10102と、光源からの光が内部全反射によって各結合ライトガイド及びライトガイド領域内を伝搬するように、光入力面の中に光を誘導するために光源を位置決めするステップ10103と、ライトガイド領域の光放出領域におけるフィルム上又はフィルム内に1つ又は複数の光抽出機能部を形成するステップ10104と、複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数が第1の領域におけるフィルムの表面積の30%未満の領域でフィルムと接触する、フィルムの第1の領域に隣接する複数の表面レリーフ機能部を備える低接触面積のカバーを位置決めするステップと、を含む方法の一実施形態のブロック図である。別の実施形態では、フィルムの第1の領域は光放出領域内に画定10105される。
実施例
以下の実施例(単数又は複数)で或る実施形態が例証される。以下の実施例は、本発明の範囲又は精神を制限する目的ではなく、例証する目的で与えられる。
一実施形態では、結合ライトガイド(ストリップ)及びライトガイド領域(フィルムの残り)を形成するフィルムの1つ又は複数の端でストリップを切断することによって結合ライトガイドが形成される。ストリップの自由端で、ストリップは、フィルム自体の厚さよりもかなり厚い構成に一緒に束にされる。他の端で、それらはより大きいフィルムライトガイドに物理的に及び光学的に取り付けられ及び位置合わせされたままである。フィルム切断は、スタンピング、レーザ切断、機械的切断、ウォータージェット切断、局所的溶融、又は他のフィルム処理方法によって達成される。好ましくは、切断は、ストリップの長さを通した光のガイドを改善するべく光の内部全反射を促進するために、結果として光学的に平滑な表面をもたらす。光源は、束にされたストリップに結合される。ストリップは、光がそれらを通して内部全反射を介して伝搬し、且つフィルムライトガイド部分の中に伝送されるように構成される。束にされたストリップフィルムライトガイド領域よりもかなり大きい厚さを有する光入力縁を形成する。束にされたストリップの光入力縁は、フィルムの縁又は頂部に結合する従来の方法と比べてライトガイドの中への光源からの光のより効率的な伝送を容易にするために光入力面を画定する。ストリップは、結合効率を改善するために入力で溶融する又は機械的に互いに強制することができる。バンドルが四角形に形状設定される場合、その側部のうちの1つの長さIは、I〜√(w×t)で与えられ、式中、wはライトガイド入力縁の全幅であり、tはフィルムの厚さである。例えば、1mの縁をもつ厚さ0.1mmのフィルムは、1cm×1cmの寸法をもつ四角形の入力バンドルを与えるであろう。これらの寸法を考慮すると、バンドルは、典型的な光源(例えば、白熱、蛍光;メタルハライド、キセノン、及びLED光源)を用いるときのフィルムの長さに沿った結合に比べて光をはるかに容易に結合する。結合効率及び費用の改善は、厚さがほぼ多くのLED及びレーザダイオードチップのサイズであるので、0.25mmを下回るフィルム厚さで特に明白である。したがって、エタンデュ(etendue)及び製造許容誤差制限のためにLEDチップからフィルム縁の中に光を効率よく結合するため微小光学系を製造することは難しい及び/又は費用がかさむであろう。また、スロットにおける折畳部は、ひだではないが、効果的な光伝送を可能にする幾らかの曲率半径を有することに注意されたい。典型的に、折畳部の曲率半径は、フィルムの厚さの少なくとも10倍となるであろう。
実施にもっていくことができる一実施形態の例をここで挙げる。組み立ては、幅40cm及び長さ100cmである厚さ0.25mmのポリカーボネートフィルムで開始される。厚さおよそ0.01mmのより低屈折率の材料のクラッド層が、フィルムの頂面及び底面上に配置される。クラッド層は、より低い屈折率をもつ材料をフィルムコア上にコーティングする又は同時押出しすることによって付加することができる。フィルムの1つの縁は、かみそりの刃のような鋭い切削工具を用いて幅1cmの40個のストリップに機械的に切断される。スロットの縁は、次いで、光学伝送のための円滑さを改善するためにフレームに露出される。スロットは、およそ1cm×1cm断面のバンドルに組み合わされる。バンドルの端に多数の異なるタイプの光源を結合することができる(例えば、キセノン、メタルハライド、白熱、LED又はレーザ)。光は、バンドルを通してフィルムの中に及びイメージ領域の外に伝搬する。光は、結果的に減衰した内部全反射率をもたらす表面粗さを付加する、フィルムの中へのレーザエッチングによって、フィルムライトガイドから抽出される場合がある。フィルムの複数の層は、多色の又は動的な標識を作製するために組み合わせることができる。
実施にもっていくことができる一実施形態の例をここで説明する。装置は、幅457mm及び長さ762mmであった厚さ381ミクロンのポリカーボネートフィルムで始まった。フィルムの457mmの縁は、かみそりの刃のアレイを用いて幅6.35mmのストリップに切断される。これらのストリップは、3組の幅152.4mmのストリップにグループ化され、これらは、さらに2つの等しい組に分けられ、互いの方に折り畳まれ及び4.19mm×6.35mmのスタックに別々にスタックされた。スタックの3つの対のそれぞれは、次いで、8.38mm×6.35mmのサイズの組み合わされた及び別々の入力スタックをもたらす方法において中心で一緒に組み合わされた。LEDモジュールであるCree Inc.からのMCE LEDモジュールは、3つの入力スタックのそれぞれの中に結合される。LEDから放出された光は、均等な入力でフィルムスタックに入り、この光の一部は、ストリップを通して伝搬しながら、内部全反射を介して15ミルのストリップのそれぞれの中に残る。光は、それらがより大きいライトガイドに入る前にそれらの別個の構成に分かれる際に各ストリップを下方に伝搬し続ける。さらに、フィン付きアルミニウムヒートシンクが、LEDから熱を放散させるために3つの結合装置のそれぞれの長さの下におかれた。この組立体は、一様な光をもたらするために直線アレイに位置合わせすることができる小型の設計を示す。
厚さ0.125ミリメートルのポリカーボネートフィルムを用いる透過型ディスプレイのための発光バックライトが、ライトガイドに形成される。白色インクは、フィルムの表面上にインクジェット印刷され、白色インク光抽出機能部をもつ光放出領域を形成する。フィルムは、ドラッグナイフを用いて所望の形状に切断される。結合ライトガイドと印刷された光放出領域との間におよそ5cmの混合領域を残して幅1cmの10個の結合ライトガイドが切断される。折り畳み後のストリップの位置を保持及び維持するのを支援するために結合ライトガイドの端の付近にアクリルのバーが取り付けられる。結合ライトガイドは、1cm×1.25mmのサイズの光学光入力領域が残るように折り畳まれ及びスタックされる。表面レリーフ機能部をもつポリウレタンフィルムを含む低接触面積のカバーで結合ライトガイドの周りが、光混合領域の一部にわたって、及びライトガイドと物理的に接触する状態にある突き出る表面レリーフ機能部のうちの幾つかをもつ光放出領域にわたって包まれる。およそ0.5mmの高さ及び2.5mmの幅をもつ白色LEDが、結合ライトガイドのスタックの入力面に結合される。カバーは、ライトガイドを保護し、及びフィルムからの光の30%未満の脱結合を伴って剛性を付加した。ライトガイドの光放出領域は、ライトガイドとディスプレイとの間に低接触面積のカバーが配置された状態で透過型液晶ディスプレイの後ろに配置される。表面レリーフ機能部を備える白色反射低接触面積のカバーは、白色反射低接触面積のカバーの表面レリーフ機能部のうちの幾つかがフィルムと物理的に接触する状態でフィルムの後ろに配置される(ディスプレイとは反対のフィルムの側部上)。フィルムは、光混合領域においておよそ3.8mmの半径で折り畳み、ストリップ及びLEDは、白色反射低接触面積のカバー及び剛性支持体の後ろに折り畳んだ。LEDからの光は、結合ライトガイドを通して移動し、光放出領域においてフィルムを出て、一様な光放出領域において後ろからディスプレイを照らす。
3つのフィルムベースのライトガイドを備えるバックライトの一実施形態を製造する又は作製する方法は以下の通りである。薄いフィルムライトガイド(<250ミクロン)の3つの層が、それらの間により低い屈折率材料の層(例えば、メチルベースのシリコーンPSA)をもつ状態で互いにラミネートされる。次いで、光、イオン、又は機械的物質(すなわち粒子及び/又は流体)の角度のついたビームが、フィルムにライン又はスポットをパターン形成する。必要であれば、感光性材料は、各材料上に前もって層状にされるべきである。ビームの角度は、層上の抽出機能部が適正なオフセットを有するような角度である。ビームの角度は、ライトガイドの厚さ及び画素の幅によって決まり、θ=tan−1(t/w)によって与えられ、式中、θはライトガイドの平面に対する光の相対角度であり、tは、ライトガイド及びクラッドの厚さであり、wは画素の幅である。理想的には、抽出機能部クロストークを最小にするために意図された画素に主として向かう方向に光を誘導する。
一実施形態では、発光デバイスは、0.5ミリメートルを超えない厚さを有するフィルムから形成されたライトガイドであり、ライトガイド領域及びライトガイド領域と連続した結合ライトガイドのアレイを有し、各結合ライトガイドが境界縁において終端し、結合ライトガイドのアレイの境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように各結合ライトガイドが折り畳まれる、ライトガイドと、各結合ライトガイドからの光がライトガイド領域内で結合ライトガイドのアレイのうちの1つ又は複数の他の結合ライトガイドからの光と組み合わされ及び内部全反射する状態で光が各結合ライトガイド内でライトガイド領域に伝搬するように、光入力面の中に光を放出するように構成された光源と、ライトガイドに作動的に結合され、ライトガイド領域内に画定される光放出領域において光がライトガイドを出るように、ライトガイド領域内の内部全反射光を減衰させるように構成される1つ又は複数の光抽出機能部と、ライトガイドに接触する複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数をもつライトガイドの第1の領域に隣接する複数の第1の表面レリーフ機能部を有する表面を備える第1の低接触面積のカバーとを備える。別の実施形態では、発光デバイスは低接触面積のカバーを備え、第1の領域における1つ又は複数の第1の表面レリーフ機能部に接触するライトガイドの表面積の割合は、第1の領域の表面積の30%又は10%未満である。別の実施形態では、第1の低接触面積のカバーは、ライトガイド内を伝搬する光のうちの合計30%未満をライトガイドの外に抽出する。一実施形態では、第1の低接触面積のカバーは、表面上に複数の第1の表面レリーフ機能部を備えるフィルム及びシートのうちの1つを含む。別の実施形態では、第1の低接触面積のカバーとライトガイドとの組合せは、ASTM D790に従って測定したときに2ギガパスカルを超える曲げ弾性率を有する。一実施形態では、発光デバイスは、ライトガイドの第2の領域に隣接する複数の第2の表面レリーフ機能部を有する第2の表面を備える第2の低接触面積のカバーを備え、複数の第2の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数がライトガイドに接触し、第2の領域は、第1の領域とは反対のライトガイドの側部上に配置される。一実施形態では、結合ライトガイドのアレイは、結合ライトガイドが互いに隣接する領域の少なくとも10%において互いに光学的に結合される。一実施形態では、結合ライトガイドは、隣接する結合ライトガイド間の自然な表面接着によって互いに光学的に結合される。一実施形態では、結合ライトガイドのアレイのうちの第1の結合ライトガイドは第1の領域を備える。別の実施形態では、低接触面積のカバーは、複数の第1の表面レリーフ機能部を有する表面を備えるフィルム及びシートのうちの1つを備え、フィルム又はシートは、結合ライトガイドのスタックの少なくとも2つの側部の周りを実質的に包む。さらなる実施形態では、ライトガイドの第1の領域がライトガイドの光放出領域内に画定される。一実施形態では、低接触面積のカバーは、ASTM E1164に従うd/0幾何学的形状で測定した70%を超える拡散反射率を有する。一実施形態では、ライトガイドは、結合ライトガイドの折畳部と光放出領域との間に配置される光混合領域をさらに備え、各結合ライトガイドからの光は、光混合領域内で組み合わされ及び内部全反射し、ライトガイドの第1の領域は光混合領域内に画定される。
別の実施形態では、低接触面積のカバーは、ASTM D790に従って測定したときに2ギガパスカルを超える曲げ弾性率をもつ剛性支持体に結合される。別の実施形態では、発光デバイスはディスプレイを備え、発光デバイスはディスプレイのためのバックライトである。一実施形態では、発光デバイスは、0.5ミリメートルを超えない厚さを有するフィルムを備えるライトガイドであり、ライトガイド領域及びライトガイド領域と連続した結合ライトガイドのアレイを有し、各結合ライトガイドが境界縁において終端し、結合ライトガイドのアレイの境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように各結合ライトガイドが折り畳まれる、ライトガイドと、各結合ライトガイドからの光がライトガイド領域内で結合ライトガイドのアレイのうちの1つ又は複数の他の結合ライトガイドからの光と組み合わされ及び内部全反射する状態で光が各結合ライトガイド内でライトガイド領域に伝搬するように、光入力面の中に光を放出するように構成された光源と、ライトガイドに作動的に結合され、ライトガイド領域内に画定される光放出領域において光がライトガイドを出るように、ライトガイド領域内の内部全反射光を減衰させるように構成される、複数の光抽出機能部と、ライトガイドに接触する複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数をもつライトガイドの第1の領域に隣接する複数の表面レリーフ機能部を有する表面を備える低接触面積のカバーと、を備え、低接触面積のカバーは、ライトガイド内を伝搬する光のうちの合計30%未満をライトガイドの外に抽出するように構成される。
一実施形態では、フィルムベースのライトガイドは、32mN/m未満の臨界表面張力をもつコア材料を備える。別の実施形態では、第1の領域におけるフィルムの表面は32mN/mを超える臨界表面張力を有する。別の実施形態では、第1の領域における1つ又は複数の表面レリーフ機能部に接触するライトガイドの表面積の割合は、第1の領域の表面積の30%未満である。一実施形態では、発光デバイスを生産する方法は、結合ライトガイドのアレイのうちの各結合ライトガイドがその端部に境界縁を有する、フィルムのライトガイド領域から連続的に延びる結合ライトガイドのアレイを形成するステップと、結合ライトガイドのアレイの境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように結合ライトガイドのアレイを折り畳むステップと、光源からの光が内部全反射によって各結合ライトガイド及びライトガイド領域内を伝搬するように、光入力面の中に光を誘導するために光源を位置決めするステップと、ライトガイド領域の光放出領域におけるフィルム上又はフィルム内に1つ又は複数の光抽出機能部を形成するステップと、複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数が第1の領域におけるフィルムの表面積の30%未満の領域でフィルムと接触する、フィルムの第1の領域に隣接する複数の表面レリーフ機能部を備える低接触面積のカバーを位置決めするステップとを含む。別の実施形態では、フィルムの第1の領域は光放出領域内に画定される。
発光デバイス及びこれを作製し又は生産するための方法の例示的な実施形態が上記で詳細に説明された。デバイス、コンポーネント、及び方法は、本明細書で説明される具体的な実施形態に限定されないが、むしろ、デバイス、デバイスのコンポーネント、及び/又は方法のステップは、本明細書で説明される他のデバイス、コンポーネント、及び/又はステップから独立して及び別々に使用されてもよい。さらに、説明されたデバイス、コンポーネント、及び/又は説明された方法ステップはまた、他のデバイス及び/又は方法と組み合わせて定義し及び用いることができ、本明細書で説明される場合のデバイス及び方法のみでの実施に限定されない。
開示は種々の具体的な実施形態を含むが、実施形態は、開示及び請求項の精神及び範囲内での修正を伴って実施することができることを当業者は認識するであろう。
均等物
当業者は、ルーチン実験を用いる程度で、本明細書で説明される特定の手順への多くの均等物を認識する又は確かめることができるであろう。こうした均等物は、本発明の範囲内となると考えられる。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明に種々の置換え、変更、及び修正がなされてもよい。他の態様、利点、及び修正は本発明の範囲内である。本出願は、本明細書で説明された具体的な実施形態のあらゆる適応又は変形をカバーすることを意図される。したがって、本開示は、請求項及びその均等物によってのみ制限されることを意図される。
他に指定のない限り、明細書及び請求項で用いられる機能部のサイズ、量、及び物理的特性を表わすすべての数は、「約」という用語によって修飾されるものとして理解される。したがって、これに反する記載がない限り、上記の明細書及び付属の請求項に記載の数値パラメータは、本明細書で開示された教示を用いる当業者によって得られることが求められる所望の特性に応じて変化することができる概算値である。これに反する記載がない限り、すべての試験及び特性は、摂氏25度の一定の周囲室温の下で電源投入されるときに(示されるときに)デバイス内の又は付近の摂氏25度の周囲温度又は環境温度で測定される。

Claims (22)

  1. 発光デバイスであって、
    0.5ミリメートルを超えない厚さを有するフィルムから形成されたライトガイドであり、ライトガイド領域及び前記ライトガイド領域と連続した結合ライトガイドのアレイを有し、前記各結合ライトガイドが境界縁において終端し、前記結合ライトガイドのアレイの前記境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように前記各結合ライトガイドが折り畳まれる、ライトガイドと、
    前記各結合ライトガイドからの光が前記ライトガイド領域内で前記結合ライトガイドのアレイのうちの1つ又は複数の他の結合ライトガイドからの光と組み合わされ及び内部全反射する状態で光が前記各結合ライトガイド内で前記ライトガイド領域に伝搬するように、前記光入力面の中に光を放出するように構成された光源と、
    前記ライトガイドに作動的に結合され、前記ライトガイド領域内に画定される光放出領域において光が前記ライトガイドを出るように、前記ライトガイド領域内の内部全反射光を減衰させるように構成される1つ又は複数の光抽出機能部と、
    前記ライトガイドに接触する複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数をもつ前記ライトガイドの第1の領域に隣接する複数の第1の表面レリーフ機能部を有する表面を備える第1の低接触面積のカバーと、
    を備える発光デバイス。
  2. 前記第1の領域における1つ又は複数の前記第1の表面レリーフ機能部に接触する前記ライトガイドの表面積の割合が前記第1の領域の表面積の30%未満である、請求項1に記載の発光デバイス。
  3. 前記第1の低接触面積のカバーが、前記ライトガイド内を伝搬する光のうちの合計30%未満を前記ライトガイドの外に抽出する、請求項2に記載の発光デバイス。
  4. 前記第1の領域における1つ又は複数の前記第1の表面レリーフ機能部に接触する前記ライトガイドの表面積の割合が前記第1の領域の表面積の10%未満である、請求項1に記載の発光デバイス。
  5. 前記第1の低接触面積のカバーが、前記表面上に複数の第1の表面レリーフ機能部を備えるフィルム及びシートのうちの1つを含む、請求項1に記載の発光デバイス。
  6. 前記第1の低接触面積のカバーと前記ライトガイドとの組合せが、ASTM D790に従って測定したときに2ギガパスカルを超える曲げ弾性率を有する、請求項1に記載の発光デバイス。
  7. 前記ライトガイドの第2の領域に隣接する複数の第2の表面レリーフ機能部を有する第2の表面を備える第2の低接触面積のカバーをさらに備え、前記複数の第2の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数が前記ライトガイドに接触し、前記第2の領域が前記第1の領域とは反対の前記ライトガイドの側部上に配置される、請求項1に記載の発光デバイス。
  8. 前記結合ライトガイドのアレイが、前記結合ライトガイドが互いに隣接する領域の少なくとも10%において互いに光学的に結合される、請求項1に記載の発光デバイス。
  9. 前記結合ライトガイドが、隣接する結合ライトガイド間の自然な表面接着によって互いに光学的に結合される、請求項1に記載の発光デバイス。
  10. 前記結合ライトガイドのアレイのうちの第1の結合ライトガイドが前記第1の領域を備える、請求項1に記載の発光デバイス。
  11. 前記低接触面積のカバーが、複数の第1の表面レリーフ機能部を有する表面を備えるフィルム及びシートのうちの1つを備え、前記フィルム又は前記シートが、前記結合ライトガイドのスタックの少なくとも2つの側部の周りを実質的に包む、請求項1に記載の発光デバイス。
  12. 前記ライトガイドの前記第1の領域が前記ライトガイドの前記光放出領域内に画定される、請求項1に記載の発光デバイス。
  13. 前記低接触面積のカバーが、ASTM E1164に従うd/0幾何学的形状で測定した70%を超える拡散反射率を有する、請求項12に記載の発光デバイス。
  14. 前記ライトガイドが、前記結合ライトガイドの折畳部と前記光放出領域との間に配置される光混合領域をさらに備え、前記各結合ライトガイドからの光が、前記光混合領域内で組み合わされ及び内部全反射し、前記ライトガイドの前記第1の領域が、前記光混合領域内に画定される、請求項1に記載の発光デバイス。
  15. 前記低接触面積のカバーが、ASTM D790に従って測定したときに2ギガパスカルを超える曲げ弾性率をもつ剛性支持体に結合される、請求項1に記載の発光デバイス。
  16. ディスプレイをさらに備え、前記発光デバイスが前記ディスプレイのためのバックライトである、請求項1に記載の発光デバイス。
  17. 発光デバイスであって、
    0.5ミリメートルを超えない厚さを有するフィルムを備えるライトガイドであり、ライトガイド領域及び前記ライトガイド領域と連続した結合ライトガイドのアレイを有し、前記各結合ライトガイドが境界縁において終端し、前記結合ライトガイドのアレイの前記境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように前記各結合ライトガイドが折り畳まれる、ライトガイドと、
    前記各結合ライトガイドからの光が前記ライトガイド領域内で前記結合ライトガイドのアレイのうちの1つ又は複数の他の結合ライトガイドからの光と組み合わされ及び内部全反射する状態で光が前記各結合ライトガイド内で前記ライトガイド領域に伝搬するように、前記光入力面の中に光を放出するように構成された光源と、
    前記ライトガイドに作動的に結合され、前記ライトガイド領域内に画定される光放出領域において光がライトガイドを出るように、前記ライトガイド領域内の内部全反射光を減衰させるように構成される、複数の光抽出機能部と、
    前記ライトガイドに接触する複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数をもつ前記ライトガイドの第1の領域に隣接する複数の表面レリーフ機能部を有する表面を備える低接触面積のカバーと、
    を備え、
    前記低接触面積のカバーが、前記ライトガイド内を伝搬する光のうちの合計30%未満を前記ライトガイドの外に抽出するように構成される、
    発光デバイス。
  18. 前記フィルムが、32mN/m未満の臨界表面張力をもつコア材料を備える、請求項17に記載の発光デバイス。
  19. 前記第1の領域におけるフィルムの表面が32mN/mを超える臨界表面張力を有する、請求項18に記載の発光デバイス。
  20. 前記第1の領域における1つ又は複数の前記表面レリーフ機能部に接触する前記ライトガイドの表面積の割合が前記第1の領域の表面積の30%未満である、請求項17に記載の発光デバイス。
  21. 発光デバイスを生産する方法であって、
    a.結合ライトガイドのアレイのうちの各結合ライトガイドがその端部に境界縁を有する、フィルムのライトガイド領域から連続的に延びる結合ライトガイドのアレイを形成するステことと、
    b.前記結合ライトガイドのアレイの前記境界縁が光入力面を画定するスタックを形成するように前記結合ライトガイドのアレイを折り畳むことと、
    c.光源からの光が内部全反射によって前記各結合ライトガイド及び前記ライトガイド領域内を伝搬するように、前記光入力面の中に光を誘導するために前記光源を位置決めすることと、
    d.前記ライトガイド領域の光放出領域における前記フィルム上又は前記フィルム内に1つ又は複数の光抽出機能部を形成することと、
    e.複数の表面レリーフ機能部のうちの1つ又は複数が前記第1の領域における前記フィルムの表面積の30%未満の領域で前記フィルムと接触する、前記フィルムの第1の領域に隣接する複数の表面レリーフ機能部を備える低接触面積のカバーを位置決めすることと、
    を含む方法。
  22. 前記フィルムの前記第1の領域が前記光放出領域内に画定される、請求項21に記載の方法。
JP2013505205A 2010-04-16 2011-04-15 フィルムベースのライトガイドを備える照明デバイス Pending JP2013525955A (ja)

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