JP2014523603A - 照明システム用の導波路装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1a
Description
本出願は、2011年4月28日出願の「Waveguide Apparatus for Illumination Systems」と題する米国仮特許出願第61/480,216号の優先権の利益を主張する。
本発明の実施形態は一般に、分散照明システムの一部分として、白色照明をより高い指向性、一様な強度及びより高いエネルギー効率の方式で演色することができる円筒形導波路装置に関する。別の実施形態は、この装置を製造する方法である。他の実施形態についても説明する。
101:クラッド
102:中間層
103:フォトルミネッセンス層(媒体)
103a、103b、103c:フォトルミネッセンス層の区画
104:リフレクタ
105、106、107:非周期的散乱構造体
108、109、110:周期的散乱構造体
111:一次光(λp)
112:二次光(λs)
113:照明光
114:保護層
116:一次光源
301:プリズムシート
302:拡散体シート
303:光ガイドシート
304:反射シート
305:ディスプレイ素子アレイ
306:特殊な光ガイドシート
Claims (44)
- 一次光をその長手軸に沿って伝播する導波路であって、その内部に形成された、前記伝播する一次光を前記導波路の外に散乱するための、前記長手軸に沿って延びる第1の区域を有する導波路と、
前記導波路の前記長手軸に沿って延び、前記散乱された一次光を吸収して波長変換二次光を放射するフォトルミネッセンス媒体と、
を備えることを特徴とする、照明システム用の導波路装置。 - 前記フォトルミネッセンス媒体は、前記導波路側面に従うか又は同じ形状を有することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記導波路は、円筒形導波路であることを特徴とする、請求項1〜請求項2のいずれかに記載の装置。
- 前記導波路は、クラッド層を有しない透明ロッドであることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の装置。
- 前記導波路は、クラッド媒体と接触するコア媒体を備え、前記一次光は、内部全反射によって前記コア内を伝播することを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の装置。
- 前記一次光を生成するための光源をさらに備え、前記光源は、前記一次光を前記導波路内へと結合するように前記導波路の端面に結合されることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の装置。
- 前記光源は、本質的に1つ又はそれ以上の準単一波長光源要素からなることを特徴とする、請求項6に記載の装置。
- 前記準単一波長光源要素は、赤色、緑色及び青色レーザ、並びに赤色、緑色及び青色LEDから成る群から選択されることを特徴とする、請求項7に記載の装置。
- 前記導波路の外側面と前記フォトルミネッセンス媒体との間に中間媒体をさらに備えることを特徴とする、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の装置。
- 前記導波路の外側面と前記フォトルミネッセンス媒体との間に空隙が形成されることを特徴とする、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の装置。
- 前記中間媒体は、光学的に透明な接着剤で作成されることを特徴とする、請求項9に記載の装置。
- 前記中間媒体は、前記導波路と前記フォトルミネッセンス媒体の間の屈折率差の段差を適合させて、前記一次光が前記導波路から抽出されて前記フォトルミネッセンス媒体に当たる効率を高め、且つ、前記フォトルミネッセンス媒体からの前記二次光の抽出効率を高めることを特徴とする、請求項9に記載の装置。
- 前記中間媒体は、前記二次光を反射し、且つ前記一次光を透過させるための反射コーティングであることを特徴とする、請求項9に記載の装置。
- 前記導波路の外部且つ後ろで前記長手軸に沿って延び、前記導波路の前に配置されたフォトルミネッセンス媒体に面する、細長いリフレクタをさらに備えることを特徴とする、請求項1〜請求項13のいずれかに記載の装置。
- 前記長手軸に沿って延び、前記導波路の外側面と前記フォトルミネッセンス媒体との間に配置された細長いリフレクタをさらに備え、前記リフレクタは、前記一次光を透過させ、且つ前記二次光を反射することを特徴とする、請求項1〜請求項13のいずれかに記載の装置。
- 前記導波路は光ファイバであり、前記リフレクタは、前記導波路のコア−クラッド界面の曲率半径に少なくとも等しいか又はより大きい曲率半径を有することを特徴とする、請求項14〜請求項15のいずれかに記載の装置。
- 前記一次光を生成するための光源をさらに備え、前記一次光は準単一波長であり、前記二次光は幅広波長帯であり、前記準単一波長は、前記フォトルミネッセンス媒体の吸収帯又は励起帯内にあることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の装置。
- 前記導波路は、前記フォトルミネッセンス媒体内に埋込まれることを特徴とする、請求項1〜請求項9のいずれかに記載の装置。
- a)前記第1の区域よりさらに下流に配置され、且つb)前記一次光を方向変換させるときに前記第1の区域より大きい散乱強度を有する、第2の散乱区域をさらに備え、前記フォトルミネッセンス媒体は、前記導波路の前記長手軸に沿ってさらに延び、前記第2の区域から散乱された一次光を吸収し、それによりさらなる波長変換二次光を放射することを特徴とする、請求項1〜請求項18のいずれかに記載の装置。
- 照明システム用の導波路装置を製造する方法であって、
導波路内に前記導波路の長手軸に沿って延びる光散乱構造体の領域を形成するステップであって、前記光散乱構造体の領域が、前記導波路内を前記長手軸に沿って伝播する一次光を前記導波路の外側面の外へ方向変換させるように適合された、ステップと、
前記方向変換された一次光を吸収して二次光を放射するように配置されるフォトルミネッセンス材料の媒体を形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記光散乱構造体の領域を形成するステップは、
前記導波路をレーザ加工して、その内部に前記光散乱構造体の領域を作成するステップを含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。 - 前記レーザ加工するステップは、レーザ干渉技術を用いて前記導波路内に周期的な散乱構造体を書込むステップを含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。
- 前記レーザ加工するステップは、前記フォトルミネッセンス媒体を形成する前に行われることを特徴とする、請求項21〜請求項22のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザ加工するステップは、前記フォトルミネッセンス媒体が形成された後に行われることを特徴とする、請求項21〜請求項22のいずれかに記載の方法。
- 前記フォトルミネッセンス材料の媒体を形成するステップは、
前記導波路の前記側面上に前記フォトルミネッセンス材料の層を作成するステップを含むことを特徴とする、請求項20〜請求項23のいずれかに記載の方法。 - 前記フォトルミネッセンス材料の媒体を形成するステップは、
前記導波路の前記側面の上に中間層を作成し、その後、前記中間層の外側面上に前記フォトルミネッセンス材料の層を作成するステップを含むことを特徴とする、請求項20〜請求項23のいずれかに記載の方法。 - 前記レーザ加工するステップは、前記導波路に照準を合わせた加工用レーザビームの合焦強度及び位置を変化させて、前前記光散乱構造体の位置、形状、サイズ、配向又は傾斜、及び周期性から成る群のうちの1つ又はそれ以上を設定し、その結果、前記領域の散乱強度が、前記導波路の前記長手軸に沿った遠位点におけるよりも近位点においてより小さくなるようにするステップを含むことを特徴とする、請求項21〜請求項26のいずれかに記載の方法。
- 前記導波路と前記フォトルミネッセンス材料の媒体との間に中間層を形成するステップをさらに含み、前記中間層は、前記方向変換された一次光のアウトカップリングの効率を高め、且つ前記フォトルミネッセンス媒体からの前記二次光の抽出効率を高めるように適合されることを特徴とする、請求項20〜請求項25のいずれかに記載の方法。
- 前記導波路の後ろに、前記導波路の前にある前記フォトルミネッセンス材料の媒体に面してリフレクタを形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項20〜請求項28のいずれかに記載の方法。
- 前記リフレクタは、平坦型、湾曲型、及びV字型から成る群から選択されることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記リフレクタは、前記導波路の前記外側面に従う反射層を備えることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記導波路は、少なくとも部分的に前記フォトルミネッセンス媒体内に埋め込まれることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 長手方向に伝播する一次光を導くための導波路手段であって、前記伝播する一次光を前記導波路手段の外に方向変換するための手段が内部に形成された、導波路手段と、
前記方向変換された一次光を吸収し、それにより前記一次光とは異なる波長を有する波長変換二次光を放射する、フォトルミネッセンス手段と、
を備えることを特徴とする光導波路装置。 - 前記フォトルミネッセンス手段は、前記導波路手段の外部に配置され、前記導波路手段から放射される前記方向変換された一次光を受け、前記一次光より幅広のバンド幅を有する二次光を放射することを特徴とする、請求項33に記載の光導波路装置。
- 前記フォトルミネッセンス手段は、前記導波路手段の長手軸に沿って並んで配置された、a)複数の異なる組成の区画、及びb)複数の異なる厚さの区画のうちの1つを有する不連続層であることを特徴とする、請求項33に記載の光導波路装置。
- 前記導波路手段の後ろに該導波路手段に面して配置されたリフレクタ手段をさらに備え、前記フォトルミネッセンス手段は前記導波路手段の前に配置されることを特徴とする、請求項33〜請求項34のいずれかに記載の光導波路装置。
- 準単一波長の前記一次光を生成するための光源手段をさらに備え、未吸収の方向変換一次光が、前記導波路の外部の前記波長変換二次光と組み合わされて白色光を生じることを特徴とする、請求項33〜請求項36のいずれかに記載の光導波路装置。
- 前記光源手段は、単色光源からなることを特徴とする、請求項37に記載の光導波路装置。
- 前記光源手段は、複数の異なる色の光源からなることを特徴とする、請求項37に記載の光導波路装置。
- 前記一次光を方向変換するための手段は、前記導波路の外部の前記波長変換二次光と組み合わされた未吸収の方向変換一次光から本質的に構成される白色光が、前記導波路手段に沿って一様な強度を有するように、前記導波路手段の伝搬軸に沿って適合されることを特徴とする、請求項33〜請求項37のいずれかに記載の光導波路装置。
- 前記導波路手段は、矩形導波路であり、前記方向変換手段は、前記矩形導波路内部に形成された傾斜格子であり、前記フォトルミネッセンス手段は、前記矩形導波路の外側に形成された湾曲層であることを特徴とする、請求項33〜請求項40のいずれかに記載の光導波路装置。
- 光ガイドシート手段をさらに備え、前記光ガイドシート手段は、前記導波路手段の外部の前記波長変換二次光と組み合わされた未吸収の方向変換一次光から本質的に構成される白色光が前記光ガイドシート手段の側面へと結合されるように、前記導波路手段に対して配置されることを特徴とする、請求項33〜請求項40のいずれかに記載の光導波路装置。
- ディスプレイ素子アレイと、
前記ディスプレイ素子アレイの背面に面する光ガイドシート手段と、
をさらに備え、
前記フォトルミネッセンス手段は、前記光ガイドシート手段の前面上に形成された層であり、前記光ガイドシート手段は、前記方向変換一次光が前記光ガイドシート手段の側面内へと結合され、次いで前記前面へと向けられるように、前記導波路手段に対して配置され、
前記波長変換二次光と組み合わされた未吸収方向変換一次光から本質的に構成される白色光は、前記光ガイドシート手段の前面から出て、前記ディスプレイ素子アレイの背面に入射する、
ことを特徴とする、請求項33〜請求項40のいずれかに記載の光導波路装置。 - 前記フォトルミネッセンス手段は、少なくとも1つの区画が存在せず、その結果、前記導波路装置のその領域において、前記方向変換一次光が、フォトルミネッセンス媒体と何ら相互作用することなく、前記導波路装置外部の所望の領域を直接照明することを特徴とする、請求項37〜請求項38のいずれかに記載の光導波路装置。
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