JP2014505990A - 光コリメータ及びかかる光コリメータを有する照明ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、（ａ）導波路縦軸を持つとともに、導波路長ｗｌ、導波路幅ｗｗ、及び、第１の導波路面と第２の導波路面との間の高さにより定められる導波路高ｗｈを持ち、前記導波路長ｗｌと前記導波路幅ｗｗとのアスペクト比ｗｌ／ｗｗが１より大きく、且つ、複数の細長いキャビティを有する、細長い光導波路と、（ｂ）前記第２の導波路面に隣接する拡散反射層と、を有し、前記の各キャビティが、キャビティ縦軸、キャビティ長ｃｌ、キャビティ幅ｃｗ、及び、キャビティ高ｃｈを有し、前記キャビティ長ｃｌと前記キャビティ幅ｃｗとのアスペクト比ｃｌ／ｃｗが１より大きく、前記複数のキャビティの前記キャビティ縦軸が、前記導波路縦軸に対して直交している光コリメータを提供する。また、本発明は、上記コリメータを用いる照明ユニットを提供する。

Description

本発明は、光コリメータ及びかかる光コリメータを有する照明ユニットに関する。

線状発光装置が当該技術分野において知られている。米国特許公開公報第２００８／０００２４２１号は、例えば、光源と、光源の光が一端から中へガイドされる線光ガイド部材とを含むとともに、線光ガイド部材の縦軸に沿って連続的に延在している投射部を含む線状発光装置を記述している。上記投射部の上面には、所与の間隔で上面の幅全体に亘って各々が延在している複数の光拡大反射部が形成されている。

この文書は、投射部の上面に、複数の光拡大反射部が形成されることについても述べている。光拡大反射部は、拡大反射塗料を付与又は塗布することによって、描画工程などの光拡大反射処理を実施することによって、あるいは、光拡大反射テープを接着することによって、形成され得る。塗布によって光拡大反射部が形成される場合、アクリル系塗料、エポキシ系塗料、ウレタン系塗料などが用いられ得る。各光拡大反射部は、投射部の上面の幅全体に亘って延在するように形成される。即ち、各光拡大反射部は、投射部の上面の投射部の縦軸に平行な両側のうちの一方の側から他方の側へ連続的に延在するように形成される。光拡大反射部は、投射部の縦軸方向において、所与の間隔で形成される。例えば、光拡大反射部は、それぞれ、光拡大反射部が離れるほど、その密度が高くなるように形成される。

一般照明用の照明機器は、しばしば、制限されたビームを持つ。高角度（約６５°以上）の光は、人間にとって、直接的又は（例えば、ディスプレイを介した反射により）間接的に見える。この直接光は、高い輝度を有するため、不快であり得る。これは、特に、オフィス環境に当てはまる。

光ガイドが、しばしば、光を拡げるために用いられる。ＬＥＤの光は、光ガイドへと結合される。一旦、光ガイドの中に入ると、光は、何らかの手段により抽出されるまで閉じ込められて伝搬する。光ガイドとともに用いられる抽出手段は、通常、ドット状の塗料である。光が塗料に当たると、光は、ランバート態様で実質的に散乱される。

従来技術に関連付けられる問題は、光ガイド内部の光の平均的な伝搬方向を変えることなく、どのようにして高角度における輝度を低減するのか、及び、どのようにして光を（細長い光ガイドから）抽出するのかということである。

細長い光ガイド中の抽出手段の問題は、抽出手段が光ガイド内の光と干渉することで、しばしば、光ガイドの両側での光漏れにつながることであろう。例えば、ドット状の塗料を考える。ドット状の塗料によるランバート散乱を考えると、約半分の光が、散乱面の法線に対して４５°の入射角を持つであろうことが推測され得る。この光は、実質的に脱結合される。散乱光の他の部分は、再び、２つの部分に分けられ得る。第１の部分は、長手方向に沿って又は長手方向に逆らって平均的に発せられ、この部分は、光ガイド内をそのままガイドされるであろう。第２の部分は、主に、長手方向に対して垂直な方向へ平均的に発せられるであろう。この光は、細長い光ガイドを実質的に去るであろう。要約すると、ドット状の塗料を用いた場合、２５％の光が、細長い光ガイドを間違った方向に去るであろう。

従って、本発明の一態様は、細長い代替的な光コリメータを提供すること、かかる光コリメータを有する代替的な照明ユニットを提供することであり、好ましくは、上記欠点の１又は複数を少なくとも部分的に除去する。

ここでは、細長い光導波路に基づく、特有の光コリメータが提案される。導波路は、特に細長い導波路の端部（又は、光入力面）を介する、エッジリット（edge-lit）である。光導波路は、光を拡げてより均一化するために用いられる。光ガイド中にホールを作ることによって、光ガイドから光を抽出することができる。干渉スタック又はプリズム箔のようなホールの上に角度反射層を（オプションで）用いる場合、小さい入射角の光を透過しつつも、大きい入射角の光を光ガイドへ戻すことができる。

細長いホールを用いることによって、ホール内の光がホールの長手方向側を介して光ガイドへ入る可能性が高いため、光漏れを低減できることが驚くべきことに分かった。

また、光出口面の反対側に隣接する散乱反射層が有用であると考えられる。

従って、第１の態様では、本発明は、（ａ）導波路縦軸を持つとともに、導波路長ｗｌ、導波路幅ｗｗ、及び、第１の導波路面（ここでは「光出口」としても称される）と第２の導波路面との間の高さにより定められる導波路高ｗｈを持ち、前記導波路長ｗｌと前記導波路幅ｗｗとのアスペクト比ｗｌ／ｗｗが１より大きく、特に２以上であり、例えば５以上であり、例えば１０以上であり、好ましくは、前記導波路長ｗｌと前記導波路高ｗｈとのアスペクト比ｗｌ／ｗｈが１より大きく、特に２以上であり、例えば５以上であり、より具体的には１０以上であり、例えば２０以上であり、又は、５０以上でさえあり、且つ、複数の細長いキャビティを有する、細長い光導波路（ここでは「導波路」又は「光ガイド」としても単に称される）と、（ｂ）前記第２の導波路面に隣接する拡散反射層と、を有し、前記の各キャビティが、キャビティ縦軸、キャビティ長ｃｌ、キャビティ幅ｃｗ、及び、キャビティ高ｃｈを有し、前記キャビティ長ｃｌと前記キャビティ幅ｃｗとのアスペクト比ｃｌ／ｃｗが１より大きく、特に２以上であり、例えば３以上であり、１０以上であり、前記複数のキャビティの前記キャビティ縦軸が、前記導波路縦軸に対して直交している、光コリメータ（ここでは「コリメータ」とも称される）を提供する。

かかるコリメータによれば、光が端部（又は端部表面）から導波路内へ結合され、上記縦軸に対して実質的に平行である場合、コリメートされた光は、第１の表面から脱結合されるであろう。これは、特に、（光源から見て）キャビティが導波路を通じた光伝搬の主な方向に対して直角に配置されるという事実のため、及び、第２の導波路表面に隣接する拡散反射層の存在のためであり、これは、第１の表面からの（又は、より正確には、第１の表面から離れる方向において）好適な脱結合を可能とする。このため、光源の光は、前端部（及び／又は、後端部）を介して細長い導波路内に結合され、細長い導波路の縦軸に対して略平行に伝搬する。

従って、従来技術のソリューションが、コリメートされない脱結合光を供給する一方、ここでは、導波路から脱結合される光がコリメートされる。所望であれば、追加的なコリメータ層を具備することで（下記参照）、更なるコリメーションが得られる。本発明のコリメータによれば、グレアを実質的に低減することが可能であり、ひいては、脱結合表面に対する法線について６５°以下の角度を持つ円錐内に脱結合された光の要部を維持することが可能である。導波路からの光の脱結合は、特に、第１の表面に対して直交している（即ち、細長い導波路に対して直交している）。

ここでは、縦軸なる用語は、特に、第１の表面及び第２の表面に対して等距離を有する、最も長い表面（ここでは、第１の表面及び第２の表面）に平行な軸に関する。また、縦軸は、端部表面の一部に直交する軸であってもよい。さらに、縦軸は、端部表面の反対部分に対して等距離を有していてもよい。

コリメータ（より具体的には導波路）は、特に、（薄い）ストリップ又はプレートである。一般に、導波路は、幅よりも十分に長く、高さよりも十分に長い、即ち、薄い直方体である。従って、導波路は、細長い光導波路として示される。導波路は、第１の表面（脱結合又は出口面）と、反対側の第２の表面とを持つ。一般に、これらの２つの表面は、互いに平行であろう。これらの２つの表面間の距離は、導波路の高さを定める。

導波路の細長さは、導波路の導波路長ｗｌと導波路幅ｗｗとのアスペクト比ｗｌ／ｗｗが１より大きく、より具体的には２以上であり、例えば５以上であり、例えば１０以上であり、さらに具体的には２０以上であるという事実によっても示されている。例えば、ｗｌ／ｗｗは、２以上且つ５００以下である。

実際、これは、導波路長と導波路高とのアスペクト比ｗｌ／ｗｈに対しても同様に適用され、ある実施形態では、ｗｌ／ｗｈ＞１であり、特にｗｌ／ｗｈ≧２であり、例えば、ｗｌ／ｗｈ≧５であり、例えばｗｌ／ｗｈ≧１０であり、さらに具体的にはｗｌ／ｗｈ≧２０であり、さらに例えばｗｌ／ｗｈ≧５０である。例えば、１０≦ｗｌ／ｗｈ≦５００である。特に、ｗｌ／ｗｈ≧１０であり、例えばｗｌ／ｗｈ≧２０である。

上記のように、導波路は、薄いストリップなどの、（薄い）直方体の形状を持っていてもよい。従って、導波路幅は、一般に、導波路高よりも大きい。このため、ある実施形態では、導波路幅及び導波路高は、１より大きい、特に２以上の、例えば５以上の、特に１０以上の、さらに具体的には２０以上のアスペクト比ｗｗ／ｗｈを持っていてもよい。例えば、２≦ｗｗ／ｗｈ≦１００である。

特に、本発明は、導波路長と導波路幅とのアスペクト比ｗｌ／ｗｗが、２以上であり、特に１０以上であり、導波路長と導波路高とのアスペクト比ｗｌ／ｗｈが、２以上であり、特に２０以上であり、導波路幅と導波路高とのアスペクト比ｗｗ／ｗｈが、２以上であり、特に１０以上である、細長い光導波路の実施形態を提供する。ｗｌ／ｗｗ≧１０、ｗｌ／ｗｈ≧２０、且つ、ｗｗ／ｗｈ≧１０で作られた試作品は、良い結果をもたらした。

上記のように、キャビティの存在により、一方では、光が導波路内に保たれ、他方では、導波路から脱結合される場合、光が、コリメートされる態様で脱結合され得る。この態様では、上述したような従来技術の問題が解決される。

ある実施形態では、細長い光導波路は、少なくとも５つの細長いキャビティを有し、特に、少なくとも１０個の細長いキャビティを有する。

ある実施形態では、細長い光導波路は、少なくとも１０個の細長いキャビティを有するとともに、導波路の縦軸に沿って２０ｃｍ毎に少なくとも１つのキャビティを有し、特に、縦軸に沿って１０ｃｍ毎に少なくとも１つのキャビティを有する。例えば、１００ｃｍの長さを持つ細長い導波路は、１９個のキャビティ（約５ｃｍ毎に１つのキャビティ）を有していてもよい。

所望であれば、キャビティの寸法及び／又はキャビティの密度は、導波路に亘って変わってもよい。これは、例えば、脱結合される光の均一性に対して有用であろう。例えば、キャビティ（特にキャビティ長）は、光源（光結合表面）により近い場合、より小さくてもよく、より下流にある場合（即ち、光源から遠い場合）、より大きくてもよい。同様に、光源（又は、光結合表面）からの距離が増加するほど、キャビティ密度は増加してもよい。キャビティ密度なる用語は、導波路体積当たりのキャビティの体積に関する。この密度は、導波路に亘って変わってもよい。

ある実施形態では、細長いキャビティは、キャビティ長ｃｌとキャビティ幅ｃｗとのアスペクト比ｃｌ／ｃｗが、２以上であり、特に３以上であり、キャビティ長とキャビティ高ｃｈとのアスペクト比ｃｌ／ｃｈが、２以上であり、キャビティ幅とキャビティ高とのアスペクト比ｃｗ／ｃｈが、０．２以上であり、例えば０．５以上であり、例えば、０．２≦ｃｗ／ｃｈ≦４である。

ある実施形態では、キャビティ高と導波路高との比ｃｈ／ｗｈが、０．５以上であり、好ましくは０．８以上である。キャビティ高と導波路高との比ｃｈ／ｗｈ＝１である場合、キャビティは、スルーホールである。

キャビティは、スルーホールであってもよく、即ち、第１の表面から第２の表面まで延在していてもよいが、キャビティは、第１の表面及び第２の表面の一方に１つだけの開口を持つブラインドホールであってもよい。実際、キャビティは、「ダブルブラインド」であってもよい、即ち、導波路（材料）によって完全に囲まれていてもよい。従って、細長いキャビティは、導波路高について、ブラインドホール及びスルーホールを含むグループから選択される。このため、ある実施形態では、キャビティは、スルーホールである。当該技術分野における当業者にとって明らかであるように、導波路は、１つのタイプのキャビティを有していてもよいが、複数の異なるタイプのキャビティを有していてもよい。

導波路幅について、キャビティ長は、より小さくてもよい、即ち、端部の一部から端部の反対側へ延在するホールでなくてもよい。従って、キャビティは、１より小さい、キャビティ長と導波路幅との比ｃｌ／ｗｗを持っていてよい。特に、この比は、０．００１≦ｃｌ／ｗｗ＜１であり、特に０．０１≦ｃｌ／ｗｗ＜１であり、例えば０．１≦ｃｌ／ｗｗ≦０．９５であってもよい。また、この比は、導波路に亘って変わってもよく、例えば、光結合表面からの距離が増加とともに増加してもよい。

キャビティの形状は、例えば、矩形状又は卵型であってもよい。特に、細長いキャビティは、細長い光導波路の平面において、卵型及び矩形状を含むグループから選択される断面形状を有する。キャビティが直方体形状を有する場合に、特に良好なコリメート結果及び／又は光抽出が得られた。各キャビティは、同一の形状及び寸法を有していてもよいが、上記のように、導波路は、複数の異なるタイプのキャビティを有していてもよい。例えば、導波路の平面において正方形断面形状を有するキャビティについてもシミュレートしたが、かかるキャビティを有する導波路は、矩形状断面又は卵型断面に対して明らかに劣ったコリメーションをもたらした。

キャビティ幅と導波路高との比ｃｗ／ｗｈが、０．１以上且つ１０以下、好ましくは０．５以上且つ３以下であるキャビティにおいて、特段に良好なコリメーション及び／又は光抽出が得られた。当該比が小さ過ぎる場合、光抽出が、低くなり過ぎる一方、当該比が高過ぎる場合、コリメーション特性が劣化し得る。

導波路長ｗｌと導波路幅ｗｗとのアスペクト比ｗｌ／ｗｗが５以上である細長い光導波路１００の特定の実施形態では、キャビティ１１０は、キャビティ長ｃｌとキャビティ幅ｃｗとのアスペクト比ｃｌ／ｃｗが２以上であり、とりわけ２以上である。

シミュレーションは、上記の値が最も良い結果を与えることを示した。例えば、ｃｌ／ｃｗ≧３である場合に十分な結果が得られ、ｃｌ／ｃｗ≧１５である場合により良好な結果（約６倍の損失低下）が得られた。また、ｃｗ／ｃｈは、好ましくは、０．５以上且つ３以下である。

特に、細長い光導波路は、直方体形状を有し、各キャビティは、（第１の導波路表面及び第２の導波路表面に直交する端部（又は端部表面）を具備する）直方体形状を有している。従って、この態様では、直方体形状のキャビティは、直方体形状の導波路の縦軸に対して直交して配置されている。

上述のように、導波路は、第２の導波路表面に隣接する散乱反射層を有していてもよい。「第２の導波路表面に隣接する」なる文言及び類似の文言は、上記の層が、（第２の）表面に接触しているということを示していてもよいが、（第２の）表面と上記の層との間の距離がゼロであるということを示していてもよい。例えば、「隣接する」という用語は、距離が、２ｍｍ以内、例えば１ｍｍ以内、又は、それよりも近く、例えば物理的に接触している状態にあることを示していてもよい。

特定の実施形態では、上記の層、ここでは散乱反射層は、第２の表面と接触している。一般に、かかる層は、（第２の）表面の略全体と接触しているであろう（以下参照）。第２の表面に隣接している散乱反射層は、特に、細長い導波路からの光の脱結合が第１の表面を介して（即ち、第１の表面から離れる方向において）本質的になされるのを支援するように構成される。

第２の表面に隣接する散乱反射層に加え、特に、導波路の（光源光の入口又は結合部のために用いられる端部の一部を除く）端部（端部表面）に隣接して、他の反射層が付与されてもよい。かかる反射層、特にかかる端部反射層は、ある実施形態では、鏡面反射層であってもよく、他の実施形態では、かかる端部反射層は、散乱反射層であってもよい。従って、端部表面の一部において（鏡面）反射層を更に有する光コリメータは、端部表面を有していてもよい。また、かかる反射層は、端部表面に隣接して配置されてもよい（隣接し、且つ、物理的に接触している状態を含む）。

第１の表面から離れていく光を更にコリメートするのが望ましい。従って、ある実施形態では、光コリメータは、第１の導波路表面に隣接するコリメータ層を更に有する。当該コリメータ層は、例えば、干渉スタック及びマイクロレンズ光学（ＭＬＯ：Micro Lens Optic）層の１又は複数を有していてもよい。

代替的に、又は、追加的に、コリメータ層は、一次元のプリズム状箔を有する。従って、特定の実施形態では、コリメータ層は、各々が好ましくは導波路縦軸に平行なプリズム縦軸を有する複数の細長いプリズムを有するプリズム箔を有する。驚くべきことに、プリズム縦軸が導波路縦軸に対して直交している実施形態においても、満足のいく結果が得られた。

光コリメータは、特に、第１の表面から６５°よりも大きい角度で出て行く放射を抑制するように構成されてもよい。光コリメータは、このため、グレアを低減するために用いられてもよく、及び／又は、薄い照明ユニット（下記参照）を付与するように用いられてもよい。

一般に、反射層及びオプションのコリメータ層は、比較的薄いであろう。従って、光コリメータの寸法は、細長い導波路の寸法と略同じであってもよい。特に、上記のように定められた細長い導波路の長さ、幅、及び、高さの比は、光コリメータについても適用され得る。従って、特定の実施形態では、光コリメータは、ストリップなどのコリメータ板である。

光源は、任意の光源であってもよい。しかしながら、特にソリッドステート光源（ソリッドステートＬＥＤ）が、その寸法のため、関心を持たれている。この態様では、極めて薄い光コリメータが用いられ、極めて薄い照明ユニットが、得られる（下記参照）。さらに、「光源」なる用語は、複数の光源を指していてもよい。光源は、細長い光導波路の端部照明のために用いられるであろう。

他の態様では、本発明は、光源光を供給するように構成された光源と、上記光コリメータと、を有し、光源が、光コリメータの端部表面に導波路縦軸と平行な方向において光源光を供給するように配置された、照明ユニットを提供する。

一般に、光源は、光源によって生成された光のビームの光軸が、細長い導波路の縦軸と平行であるように配置される。１つのみの光源が用いられる場合、当該光源は、好ましくは、光源によって作り出された光のビームの光軸が導波路の縦軸と一致するように配置される。同様に、２つの光源が、互いに対向するように配置され、各々が端部表面の対向する部分に光源光を供給するように配置されて、付与されてもよい。当該構成においても、光源は、光源による光のビームの光軸が導波路の縦軸と一致するように配置され得る。上記のように、光源なる用語は、複数の光源を指していてもよい。

照明ユニットは、複数の光源と、複数の細長い導波路とを有していてもよい。細長い導波路の各々は、１又は複数の付随の光源を有する、上記の光コリメータとして機能するように構成されていてもよい。

本発明では、薄い照明ユニットが、低い又は無視出来る程のグレアを有するように与えられる。照明ユニットは、例えば、オフィス、店舗、（ホテル、レストラン、病院などの）ホスピタリティ領域などに付与されてもよい。例えば、照明ユニットは、目立たないように埋め込まれた光源（例えば、天井グリッド内に埋め込まれた照明）として付与されてもよい。

ここで、「実質的に全ての放射」又は「実質的に含む」などで用いられる「実質的に」なる用語は、当該技術分野における当業者によって理解されるであろう。「実質的に」なる用語は、「全体的に」、「完全に」、「全て」などを具備する実施形態も含み得る。従って、各実施形態において、形容詞的な「実質的に」なる用語は、除去され得る。可能であれば、「実質的に」なる用語は、９０％以上、例えば９５％以上、特に９９％以上、より具体的には９９．５％以上、さらに１００％を含んでいてもよい。「有する」なる用語は、「有する」なる用語が「からなる」を意味する実施形態をも含む。直交とは、特に９０°を意味するが、各実施形態において、±５°（即ち、８５°〜９５°）以内の、特に±２°以内のトレランスが許容され得る。

ここでは、「上流」及び「下流」なる用語は、光生成手段（ここでは特に光源）からの光の伝搬に対する部品又は特徴の配置を指し、光生成手段からの光のビーム内の第１の位置に対し、光生成手段により近いビーム内の第２の位置が「上流」であり、光生成手段からより離れたビーム内の第３の位置が「下流」である。

さらに、明細書及び請求項中の第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために用いられるのであって、必ずしも、順序又は時系列を述べるものではない。よく使われる用語は、適切な条件下で交換可能であり、ここで説明される本発明の各実施形態は、ここで説明又は図示されている順序とは異なる順序で動作され得ることが理解されるべきである。

ここでの装置は、他と同様、動作中のものが説明されている。当該技術分野における当業者に明らかであるように、本発明は、動作方法又は動作中の装置に限定されない。

上記の実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当該技術分野における当業者は、添付の請求項の範囲を逸脱することなく、多くの代替的な実施形態を設計可能であることに留意すべきである。請求項中、括弧内の任意の参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきでない。「有する」なる動詞及びその活用形の使用は、請求項に規定された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の前にある冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、かかる要素が複数存在することを除外しない。本発明は、幾つかの個別の要素を有するハードウェアや、適切にプログラムされたコンピュータにより実施されてもよい。幾つかの手段を規定している装置クレームでは、これらの幾つかの手段は、全く同一のハードウェア部品によって実現されてもよい。特定の特徴が相互に異なる従属請求項において規定されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが好適に用いられないということを示すものではない。

さらに、本発明は、明細書で説明される、及び／又は、添付の図面に示される、１又は複数の特徴を有するシステム又は装置に適用される。

本発明の実施形態が、対応する参照符号が対応する部分示す添付の概略図を参照して、ほんの一例として、説明される。
図１ａ〜図１ｃは、コリメータ特性をもつ細長い導波路を具備する光コリメータの実施形態を概略的に示している。 図２ａ及び図２ｂは、本発明の一態様を概略的に示している。 図３ａ〜図３ｃは、細長い導波路内のキャビティの一態様を概略的に示している。 図４は、光コリメータの一実施形態を概略的に示している。 図５ａ〜図５ｄは、照明ユニットの一実施形態を概略的に示している。 各図は必ずしも縮尺通りではない。

図１ａは、本発明に従った光コリメータ１の上面図を概略的に示している。この図面以降、散乱反射層は（「導波路の下に」）図示されておらず、実際、この図面は、細長い導波路１００「のみ」を図示している。図１ｂは、細長い導波路１００と散乱反射層２００とを明確に示している、コリメータ１の側面図である。

細長い光導波路１００は、点線で示される（長さｗｌの）導波路縦軸１０１を持つ。細長い光導波路１００（ここでは縦軸とも称される）は、導波路長ｗｌと、導波路幅ｗｗと、導波路高ｗｈ（図１ｂ参照）とを有する。

細長い導波路１００は、第１の導波路表面１５１と、第２の導波路表面１５２とを有する。これらの表面は、図１ｂにおいて、それぞれ、上面及び下面として示されている。導波路高ｗｈは、第１の導波路表面１５１と第２の導波路表面１５２との間の高さによって定められる。

図１ａ及び図１ｂから分かるように、細長い光導波路１００は、１より大きい、例えば１０以上のアスペクト比ｗｌ／ｗｗを有していてもよい。さらに、細長い導波路は、１より大きいアスペクト比ｗｗ／ｗｈを有していてもよい。従って、細長い導波路１００は、特に、ストリップ又はプレートであってもよい。

細長い光導波路１００は、複数の細長いキャビティ１１０を有する。各キャビティ１１０は、キャビティ縦軸１１１（長さｃｌ）を有する。また、各キャビティ１１０は、キャビティ長ｃｌと、キャビティ幅ｃｗと、キャビティ高ｃｈとを有する。さらに、各キャビティは、１より大きい、例えば３以上のアスペクト比ｃｌ／ｃｗを（独立して）有する。

複数のキャビティ１１０のキャビティ縦軸１１１は、導波路縦軸１０１に対して直交している。ここで、一例として、５つのキャビティが概略的に示されている。キャビティは、端部１１３を有する。導波路１００は、この実施形態では、４つの面からなり、端部面としても示される、端部１５３を有する。

上記のように、光コリメータは、第２の導波路表面１５２に隣接する散乱反射層２００を更に有する。この散乱反射層２００は、第２の表面２００に隣接しており、第２の表面２００と同じ略寸法を有していてもよい。

特に、キャビティ高ｃｈと導波路高ｗｈとの比ｃｈ／ｗｈは、０．５以上であり、好ましくは０．８以上である。

図１ｃ（側面図）は、光コリメータ１が、第１の導波路表面１５１に隣接するコリメータ層３００を更に有する実施形態を概略的に示している。このコリメータ層３００は、第１の表面１５１と接触し、例えば第１の表面１５１に取り付けられてもよい（図４参照）。

図２ａ及び図２ｂは、本発明の原理を概略的に示している。光ガイド／導波路１００は、結合される光４０１を拡げ、且つ、均一化するために用いられる。光ガイド１００内に（矩形状又は卵型の）ホールなどのキャビティ１１０を作ることによって、光ガイド１００から光を抽出することができる（符号５参照）。この光はコリメートされている。第１の導波路表面１５１に隣接するオプションのコリメータ層３００として、干渉スタック又はプリズム箔などのホールの上に角度反射層を更に用いる場合（図４参照）、グレアを更に低減できるとともに、小さい角度の入射光を透過させつつ、大きな角度の入射光を光ガイド１００内に反射して戻すことができる。

光ガイド１００の上面図である図２ｂは、キャビティ１１０として矩形状のホールを示している。脱結合手段としてのドット状の塗料に比して、本発明では、ホール内の光がホールの長辺を介して光ガイドに入る可能性が高いので、（例えば、脱結合手段としてドットを塗布する場合に比して）光漏れを低減することができる。細長いホールでは、間違った方向に光ガイドを出て行く光の割合は、約ｃｗ／ｃｌに等しい。ここで、ｃｗは、キャビティ（ここではホール）の幅であり、ｃｌは、ホールの長さであり、ｃｌは、ｃｗよりも大きい。特に、ｃｌ／ｃｗ≧１０である。例えば、ドットの塗布を用いた場合の約２５％に比して、ｃｌ／ｃｗ≧１５における光漏れは３％である。

好ましくは、キャビティ幅ｃｗと導波路高ｗｈとの比ｃｗ／ｗｈは、０．１≦ｃｗ／ｗｈ≦１０であり、例えばｃｗ／ｗｈ≦４であり、好ましくは０．５≦ｃｗ／ｗｈ≦３である。

図３ａ〜図３ｃは、キャビティ１１０の幾つかの態様を概略的に示している。図３ａ（側面図）は、細長いキャビティ１１０が、導波路高ｗｈについて、ブラインドホール及びスルーホールを含むグループから選択されることを示している。左側は、スルーホールを示しており、ｃｈ＝ｗｈであり、キャビティ１１０は、第１の表面１５１及び第２の表面１５２において開口を形成している。真ん中は、ｃｈ＜ｗｈであるが、第１の表面１５１及び第２の表面１５２のうちのいずれか一方（ここでは第１の表面１５１）において１つのキャビティ開口を有するキャビティを示している。右側は、ｃｈ＜ｗｈであり、キャビティ１１０が、第１の表面１５１及び第２の表面１５２において開口を有さないダブルブラインドホールを概略的に示している。

図３ｂ（側面図）は、キャビティ１１０の全ての端部が直角でない実施形態を概略的に示している。左側では、第１の表面又は第２の表面に対する角度が９０°に等しくない幾つかの端部を有するキャビティ１１０が示されている。好ましくは、キャビティ端部と第１の表面又は第２の表面との間の最も小さい角度は、９０°±５°以内である。右側では、曲がった端部を有するキャビティ１１０の実施形態が示されている。曲率は、小さい方が好ましい。ここで、第１の表面１５１及び／又は第２の表面１５２に対して直行する平面における断面が示されている。

図３ｃは、導波路１００の一実施形態の上面図を概略的に示している。左側では、キャビティ１１０が、矩形状の断面を有している。真ん中のキャビティ１１０は、卵型の断面を有しており、右側のキャビティ１１０は、矩形／卵型が混ざった断面を有している。ここで、第１の表面１５１及び／又は第２の表面１５２に平行な平面における断面が示されている。従って、細長い光導波路１００の平面において、キャビティ１１０が、卵型形状及び矩形状を含むグループから選択される断面形状を有する実施形態が示されている。シミュレーションから、かかる形状が、最良のコリメーション結果を与えることが結論付けられた。

上記のように、光コリメータ１は、第１の導波路表面１５１に隣接するコリメータ層３００を更に有していてもよい。特に、図４に示されるように、コリメータ層３００は、プリズム箔を有していてもよく、当該プリズム箔は、複数の細長いプリズム３１０を有し、細長いプリズム３１０の各々は、プリズム縦軸３１１を有している。プリズム縦軸３１１は、導波路縦軸１０１に対して直交配置されてもよいが、最良のコリメーション結果のためには、プリズム縦軸３１１は、導波路縦軸１０１と平行である。この態様では、プリズムの一次元方向は、導波路縦軸１０１に平行である。コリメータ層３００のための他の（追加的な）オプションは、干渉スタック及びマイクロレンズ光学層である。

図４は、縦軸１０１が、第１の表面１５１及び第２の表面１５２と等しい距離を有する、最も長い表面（ここでは第１の表面１５１及び第２の表面１５２）に平行である軸に関していてもよいことを示している。また、縦軸１０１は、端部表面の一部に対して直交する軸であってもよい。さらに、縦軸１０１は、端部表面の対向する部分（ここでは、両端部（又は長手方向の端部））と等しい距離を有していてもよい。

図５ａ及び図５ｂは、本発明に従った照明ユニット２の実施形態の上面図及び側面図をそれぞれ示している。理解のために、キャビティは図示されていない。

図５ａを参照するに、左側には、ビームにおいて光源光４０２を供給する光源４００が示されている。ビームは、（一例として１つのみの光源４００を具備する）この実施形態において、縦軸１０１と平行且つ略一致するように構成された光軸４０１を有している。光源光４０２を導波路内に結合するために用いられる端部１５３の一部は、符号１６０、即ち光結合表面で示されている。さらに、追加的な反射器が、光が結合されない部分において、端部１５３に隣接して付与されてもよい。これらの反射器は、符号２５０で示されている。ここで、導波路１００は、長方形状であり、全ての側端部は、端部又は端部表面１５３に物理的に接触していてもよい反射器２５０を備えている。

図５ｂは、端部１５３、ここでは結合表面１６０を介して導波路１００内に結合されるとともに、第１の表面１５１から離れる方向に導波路１００を脱結合する光源光４０２を有する、照明ユニット２の一実施形態の側面図を概略的に示している。キャビティ１１０は図示されていないが、第１の表面１５１から離れる方向に導波路１００から出て行く光５がコリメートされており、光５は、オプションのコリメータ層３００によって更にコリメートされてもよい。

図５ｃは、キャビティの寸法が導波路１００に亘って変わる実施形態を概略的に示している。光源４００に近いほど、キャビティ長ｃｌは小さく、光源４００からの距離が大きくなるほど、キャビティ１１０の長さｃｌが大きくなっている。かかる構成は、脱結合の均一性に寄与し得る。

図５ｄは、上記実施形態に似ているが、キャビティ１１０の密度が光源４００からの距離とともに増加している実施形態を概略的に示している。また、この構成も、図５ｃと同じ目的を有していてもよい。

グレア角度が、θで示されている。脱結合光の大部分は、法線に対して６５°以下の角度を有する円錐内にあるのが好ましいが、これは、必ずしも各アプリケーションに適用されない。ここで示される各比、特にｃｗ／ｗｈを制御することによって、コリメーションを制御することができる。さらに、コリメータ層３００の存在は、脱結合光５（即ち、照明ユニット光）を（更に）コリメートするために用いられてもよい。

Claims (15)

1. 導波路縦軸を持つとともに、導波路長ｗｌ、導波路幅ｗｗ、及び、第１の導波路面と第２の導波路面との間の高さにより定められる導波路高ｗｈを持ち、前記導波路長ｗｌと前記導波路幅ｗｗとのアスペクト比ｗｌ／ｗｗが１より大きく、且つ、複数の細長いキャビティを有する、細長い光導波路と、
   前記第２の導波路面に隣接する拡散反射層と、
   を有し、
   前記の各キャビティが、キャビティ縦軸、キャビティ長ｃｌ、キャビティ幅ｃｗ、及び、キャビティ高ｃｈを有し、前記キャビティ長ｃｌと前記キャビティ幅ｃｗとのアスペクト比ｃｌ／ｃｗが１より大きく、
   前記複数のキャビティの前記キャビティ縦軸が、前記導波路縦軸に対して直交している、光コリメータ。
2. 前記細長い光導波路の前記導波路長ｗｌと前記導波路幅ｗｗとのアスペクト比ｗｌ／ｗｗが５以上であり、前記キャビティの前記キャビティ長ｃｌと前記キャビティ幅ｃｗとのアスペクト比が２以上である、請求項１記載の光コリメータ。
3. 前記細長い光導波路が、少なくとも１０個の細長いキャビティを有する、請求項１又は２に記載の光コリメータ。
4. 前記細長いキャビティが、前記導波路高ｗｈに対して、スルーホールである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光コリメータ。
5. 前記キャビティ高ｃｈと前記導波路高ｗｈとの比ｃｈ／ｗｈが０．５以上、好ましくは、０．８以上である、請求項４記載の光コリメータ。
6. 前記細長いキャビティは、前記細長い光導波路の平面において、卵型及び矩形状を含むグループから選択される断面形状を持つ、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光コリメータ。
7. 前記第１の導波路面に隣接するコリメータ層を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光コリメータ。
8. 前記コリメータ層が、プリズム箔を有し、前記プリズム箔が、複数の細長いプリズムを有し、前記細長いプリズムの各々が、プリズム縦軸を有し、前記プリズム縦軸が、前記導波路縦軸と平行である、請求項７記載の光コリメータ。
9. 前記コリメータ層が、干渉スタック及びマイクロレンズ光学層のうちの１又は複数を有する、請求項７又は８に記載の光コリメータ。
10. 前記キャビティが、０．１以上且つ１０以下の範囲内の、前記キャビティ幅ｃｗと前記導波路高ｗｈとの比ｃｗ／ｗｈを持つ、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光コリメータ。
11. 端部表面を有し、前記端部表面の一部において反射層を有する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光コリメータ。
12. 前記細長い光導波路が、１０以上である、前記導波路長ｗｌと前記導波路幅ｗｗとのアスペクト比ｗｌ／ｗｗを持ち、２０以上である、前記導波路長ｗｌと前記導波路幅ｗｈとのアスペクト比ｗｌ／ｗｈを持ち、２０以上である、前記導波路幅ｗｗと前記導波路高ｗｈとのアスペクト比ｗｗ／ｗｈを持つ、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光コリメータ。
13. 前記細長いキャビティが、３以上である、前記キャビティ長ｃｌと前記キャビティ幅ｃｗとのアスペクト比ｃｌ／ｃｗを持ち、０．２以上である、前記キャビティ幅ｃｗと前記キャビティ高ｃｈとのアスペクト比ｃｗ／ｃｈを持ち、２以上である、前記キャビティ長ｃｌと前記キャビティ高ｃｈとのアスペクト比ｃｌ／ｃｈをオプションで持つ、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光コリメータ。
14. 前記細長い光導波路が、直方体形状を持ち、前記キャビティの各々が、直方体形状を持つ、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光コリメータ。
15. 光源光を供給する光源と、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光コリメータと、を有し、前記光源が、前記導波路縦軸に平行な方向において、前記光コリメータの端部表面に前記光源光を供給するように配置されている、照明ユニット。

Images