JP2018032038A - 照明システム用の導波路装置 - Google Patents
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Abstract
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 (29)
- 照明システム用の導波路装置であって、
コア媒体がクラッド媒体と接触し、および一次光が、前記クラッドに当たって内部全反射によって、その長手軸に沿って前記コア媒体内を伝播する導波路であって、該導波路が、その中に、前記長手軸に沿って延び、および前記伝播する一次光を、360度未満のその所定の半径方向の広がりが所望の半径方向位置にある少なくとも一つのローブを有する方向性の放射パターンで前記導波路の外に散乱させる、少なくとも前記コア媒体のレーザ誘起改質である散乱構造体の第1の区域を有し、前記第1の区域の散乱強度は、前記導波路の前記長手軸に沿った位置の関数として変化する導波路と、
前記導波路の前記長手軸に沿って延び、および前記散乱した一次光を吸収し、それによって、波長変換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媒体と、
を備えることを特徴とする、導波路装置。 - 前記フォトルミネッセンス媒体は、前記導波路の側面に一致し、または、該側面と同じ形状を有し、および前記導波路の全周囲に及んでいることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記導波路の外側にあり、および前記フォトルミネッセンス媒体に対向している、前記長手軸に沿って延びてい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2に記載の装置。
- 前記一次光を生成する光源であって、前記光源が、前記一次光を前記導波路内に結合するように、前記導波路の端面に結合され、前記一次光は、前記光源が配置されている箇所の下流である選択された位置において、前記第1の区域によって方向変換されるまで、前記導波路の前記長手軸に沿った下流方向に前記導波路内で伝搬される、光源をさらに備えることを特徴とする、請求項3に記載の装置。
- 前記一次光を生成する光源であって、前記光源が、前記一次光を前記導波路内に結合するように、前記導波路の端面に結合され、前記一次光は、前記光源が配置されている箇所の下流である選択された位置において、前記第1の区域によって方向変換されるまで、前記導波路の前記長手軸に沿った下流方向に前記導波路内で伝搬される、光源をさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の装置。
- 前記一次光を生成する光源であって、前記光源が、前記一次光を前記導波路内に結合するように、前記導波路の端面に結合され、前記一次光は、前記光源が配置されている箇所の下流である選択された位置において、前記第1の区域によって方向変換されるまで、前記導波路の前記長手軸に沿った下流方向に前記導波路内で伝搬される、光源をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記光源によって生成された前記一次光は非可視光であることを特徴とする、請求項6に記載の装置。
- 前記導波路の外側側面と、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に記載の装置。
- 前記中間媒体は、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、および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ために、前記導波路と前記フォトルミネッセンス媒体との間の屈折率差の段差に適合されることを特徴とする、請求項8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に記載の装置。
- 前記第1の区域の前記散乱強度は、Δn=10-7〜Δn=10-2の範囲の屈折率の変化Δnによって定義されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の区域の前記散乱強度は、前記一次光が前記第1の区域に沿って伝播する際に、前記一次光が受けるであろう出力損失を補正するように、前記導波路の前記長手軸に沿った位置の関数として変化することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記導波路の外側にあり、および前記導波路の外側面に対向している、前記長手軸に沿って延びてい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に記載の装置。
- (a)前記第1の区域よりもさらに下流に配置され、および(b)前記一次光を方向変換する場合に、前記第1の区域よりも大きな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、および前記第2の区域からの散乱一次光を吸収し、それにより、波長変換二次光をさらに放射するように配置されることを特徴とする、請求項1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、
光散乱構造体の領域をその中に生じるように、その長手軸に沿って少なくともコア媒体をレーザ加工することにより、前記コア媒体がクラッド媒体に接触し、および一次光が、前記長手軸に沿って伝播する導波路内に、前記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は、前記長手軸に沿って前記導波路内を伝播する一次光を、方向性の放射パターンで、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るステップと、
フォトルミネッセンス材料から成る層を、前記導波路の外側面の全体に形成するステップであって、前記フォトルミネッセンス材料から成る層は、前記方向変換された一次光を吸収し、それによって二次光を放射する、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の散乱強度は、Δn=10-7〜Δn=10-2の範囲の屈折率の変化によって与えられることを特徴とする、請求項15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き込むステップを含むことを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 前記レーザ加工するステップは、
前記一次光が、光散乱構造体の領域に沿って伝播する際に、前記一次光が受けるであろう出力損失を補正するように、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、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および位置を変化させて、前記光散乱構造体の位置、形状、サイズ、配向または傾斜および周期性から成る群のうちの一つ以上を設定するステップを含むことを特徴とする、請求項15に記載の方法。 - 前記導波路の背後に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18に記載の方法。
- コア媒体が、前記コア媒体内を、クラッド媒体に当たって内部全反射によって長手方向に伝播する一次光を案内する前記クラッド媒体に接触し、および前記一次光を導波路手段の外に方向変換する手段がその中に形成されている前記導波路手段であって、前記方向変換手段は、前記長手方向に沿って延び、および前記一次光を、少なくとも一つのローブを有する方向性の放射パターンで、前記導波路手段の外へ散乱させる少なくとも前記コア媒体のレーザ誘起改質である散乱構造体の区域であり、前記区域の散乱強度は、前記一次光が前記区域に沿って伝播する際に、前記一次光が受けるであろう出力損失を補正するように、前記導波路の前記長手軸に沿った位置の関数として変化する、導波路手段と、
前記方向変換された一次光を吸収し、それによって、前記一次光とは異なる波長を有する波長転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方向に沿って隣接して配置される複数の異なる構成の区画を有する不均一な層であることを特徴とする、請求項20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方向に沿って隣接して配置される複数の異なる厚さを有する不均一な層であることを特徴とする、請求項20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、少なくとも一つの蛍光材料で被覆された区画と、少なくとも一つのクリア区画とを有するように一緒に構成する複数の区画を有する不均一な層であることを特徴とする、請求項20に記載の光導波路装置。
- 前記導波路手段の背後に配置され、および該導波路手段に対向しているリフレクタ手段をさらに備えることを特徴とする、請求項20に記載の光導波路装置。
- 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何らかの未吸収方向変換一次光から本質的に構成される白色光が、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前記光ガイドシート手段をさらに備えることを特徴とする、請求項20に記載の光導波路装置。
- 前記フォトルミネッセンス手段が、前記光ガイドシート手段の前面に形成された層であり、前記光ガイドシート手段は、前記方向変換された一次光が、前記光ガイドシート手段の側面へと結合された後、前記前面に案内されるように、前記導波路手段に対して配置され、
および前記波長変換二次光と組み合わされた何らかの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射することを特徴とする、請求項20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、前記光導波路装置のその領域において、方向変換一次光が、フォトルミネッセンス媒体と相互作用することなく、前記光導波路装置の外部の所望の領域を直接照明するように、少なくとも一つの不在区画を有するフォトルミネッセンス層であることを特徴とする、請求項20に記載の光導波路装置。
- 前記一次光を生成する光源をさらに備え、前記光源は、前記一次光を前記導波路手段へと結合するように、前記導波路手段の端面に結合され、前記一次光は、前記光源が配置されている箇所の下流である選択された位置において、前記コア媒体のレーザ誘起改質によって方向変換されるまで、前記導波路手段内で、前記長手方向に沿った下流方向に伝播することを特徴とする、請求項20に記載の光導波路装置。
- 前記散乱構造体の区域の前記散乱強度は、Δn=10-7〜Δn=10-2の範囲の屈折率の変化Δnによって与えられることを特徴とする、請求項20に記載の装置。
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