JP4153427B2 - 実質的に単色のビームを形成するライトガイド - Google Patents

Description

本発明は、光の実質的に単色のビームを形成することができ、たとえば自動車用の信号灯として用いるために適しているライトガイド（ｌｉｇｈｔ−ｇｕｉｄｅ ｌｉｇｈｔｓ）に関する。

一般的な照明の目的およびディスプレイ用途のために（たとえば、標識および広告を照明するためにおよび液晶ディスプレイを照明するために）、ライトガイドを用いることは、既に公知である。つい最近、ランプ出力ビームを整形して指向するためのレンズ系と組み合わせた白熱電球および反射体を備える従来の信号灯の代わりに、たとえば、自動車の前照灯または尾灯などの信号灯の基部としてライトガイドを用いることが可能であることも提案された。そのようなタイプの従来の信号灯は、比較的非効率的で嵩張り、美学的に美しくないことが多い。さらに、電球の位置は通常、レンズ系を通して見ることができるため、使用時に、「ホットスポット」を生じ、一般的に非一様な外観を呈する。ライトガイドの使用によって、それらの利点の少なくとも一部を克服することが可能であることが示唆されている。

信号灯の基部としてライトガイドに関心が増大する別の理由は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）または他の固体発光デバイスを用いることが可能であることである。発光ダイオードは、ますます信頼性が増し、低コストで入手可能になっており、白熱光源に比べて、小さい空間しか占めず、きわめて効率的であることから、光源として特定の利点を提供する。

自動車の信号灯へのライトガイドおよびダイオードレーザの適用に関しては、「Ｏｐｔｉｃｓ ＆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｎｅｗｓ（オプティックス・アンド・フォトニクス・ニュース）」の２００１年８月号に掲載されたＴ・フォール（Ｔ．Ｆｏｈｌ）、Ｅ・Ｒ・フレニエール（Ｅ．Ｒ．Ｆｒｅｎｉｅｒｅ）およびＪ・Ｔ・レミラード（Ｒｅｍｉｌｌａｒｄ）著、「Ｌｉｇｈｔｉｎｇ―Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ（照明−新技術、新技法）」と題する記事に記載されている。さらに、米国特許第５，７００，０７８号明細書は、一端にレーザ光源、他端にたとえば車両の尾灯を形成する光学素子に連結された光ファイバライトガイドを備える車両照明システムについて記載している。光学素子は、プラスチックの透明中実シートを具備し、それを通して光ファイバライトガイドからの光が内部全反射によって誘導される。光学素子の反射面は、光をシートから、その前面を横切るように向ける。そのようなタイプのシステムのさらなる修正により、光学素子の前面領域（または「フットプリント」）を縮小することができる。これについては、米国特許第５，８５７，７７０号明細書、米国特許第５，７９１，７５７号明細書、米国特許第５，８９０，７９６号明細書および米国特許第６，０３６，３４０号明細書に記載されている。それぞれの場合において、車両信号灯を形成する光学素子（すなわち、プラスチックの中実シート）は事実上、エッジ照明式中実ライトガイド（すなわち、光が導光板の縁に隣接して配置された少なくとも１つの細長い光源および類似の装置の主面に対して略平行な方向に向けられる中実の導光板）である。

エッジ照明式中実ライトガイドから形成され、車両に用いるために適した他のランプは、米国特許第５，１０１，３２５号明細書、米国特許第５，１６５，７７２号明細書、米国特許第５，３７５，０４３号明細書に記載されている。後方光源によって照明される車両用ランプの外観を改善する問題については、米国特許第５，６８４，６３３号明細書において扱われている。

中空ライトガイドに基づく照明パネルも公知であり、ディスプレイパネルとして用いるためおよび液晶ディスプレイを照明するために提案されている（たとえば、ＥＰ３７７３０９号明細書、ＧＢ２ ３１０ ５２５号明細書および米国ミネソタ州セント・ポールのミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニー（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ））により、「Ｔｈｉｎ Ｌｉｇｈｔ Ｂｏｘ」と題され、１９９０年３月に発行された特許公報参照）。さらに、米国特許第６，０８０，４６７号明細書は、ライトボックスを備える照明標識について述べ、その内面には多層反射光学フィルムを備えることを述べている。中空ライトガイドは、ライトガイドの重さを可能な限り軽くする必要がある用途には利点を提供するように見えるが、それにかかわらず、中実ライトガイドは比較的製作しやすく、最も簡単な光伝搬方法であることから、一般にさらに広く用いられている。

米国特許第６，０７８，４２１号明細書は、実質的に単色光を用いるさまざまな背面照明装置、特に液晶ディスプレイを照明するための装置について記載している。背面照明装置は、乱反射体と組み合わせた透明基板上の誘電体層の積み重ねを含み、単色光の平行ビームを形成する干渉フィルタを利用する。類似の構成の照明器具は、米国特許第４，１６１，０１５号明細書および米国特許第４，６４９，４６２号明細書に記載されている。

自動車に用いるために適した照明標識については、国際公開第００／６５２７７号パンフレットに記載されている。標識は、乱反射内面を有するハウジングおよびハウジング内部からの光が透過される前標識面を具備し、光はハウジングの内面に位置する光ファイバから供給される。

本発明は、特に車両の信号灯として用いるために適しているが、それに限らない改良型のライトガイドを提供することに関する。

本発明は、第１および第２の主面を有するライトガイド光共振器（ｌｉｇｈｔ−ｇｕｉｄｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ）を画定するハウジングと、主面の間に案内される光を光共振器内に向けるように構成された、選択波長の実質的単色の可視光の光源と、を備え、
（ａ）第１の主面は干渉フィルムを有し、干渉フィルムは、選択波長の光の場合には、限定された角度範囲で干渉フィルムに入射する光を実質的に透過し、それ以外の角度で入射する光は実質的に反射し、
（ｂ）第２の主面は、任意の角度で面に入射する選択波長の光の場合には少なくとも８５％の全反射率を有する散乱反射材料を備え、
上記の光源からの光が限定された広がり角度の実質的単色のビームの形で第１の主面にわたって実質的一様に光共振器内から反射されるライトガイドを提供する。

本発明によるライトガイドは、２つ以上の光共振器を具備していてもよく、上述したように、それぞれが、個別の異なる波長で光を放射する単色光源を有することが好ましい。（たとえば、白色光のビームを生じるために、）光共振器の光出力は結合されてもよい。別法として、出力ビームの色を変化させるために、光共振器の個別の光源は、連続的に動作してもよい。一実施形態において、２つの光共振器は、１つの光共振器の第１の主面を形成する干渉フィルムが、第２の光共振器の第２の主面も形成し、その上に形成される光拡散構造を有するように配置され、光共振器内からの光が、第２の光共振器の第１の主面にわたって実質的に一様に放射される。両方の光共振器の光源が同時に光を放射する場合には、両光源からの光の組合せを含む限定された広がり角度を有するビームが第２の光共振器の第１の主面から放射される。そのような光が一度に１つの光源のみから放射されないように光源が切り替えられる場合には、作動中の光源からの光を含む限定された広がり角度のビームが第２の光共振器の第１の主面から放射される。

本発明は、第１および第２の主面を有するライトガイド光共振器を画定するハウジングと、主面の間に案内される光を光共振器内に向けるように構成された選択波長の実質的単色の可視光の光源と、を備え、
（ａ）第１の主面は多層ポリマーフィルムの形態の干渉フィルムおよび吸収フィルタを有し、干渉フィルムは、少なくとも選択波長の光の場合には、限定された角度範囲でフィルムに入射する光を実質的に透過し、それ以外の角度で入射する光は実質的に反射し、吸収フィルタは、干渉フィルムからの光を受光するように構成されて上記の選択波長の光を透過し、
（ｂ）第２の主面は、任意の角度で面に入射する可視光の場合には、少なくとも８５％の反射率を有する散乱反射材料を備え、
上記の光源からの光が実質的単色のビームの形で第１の主面にわたって実質的一様に光共振器内から反射されるライトガイドをさらに提供する。

「散乱反射材料（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）」なる語は、入射平行光ビームを約４５°未満の分散角度に広がったビームに反射する材料を意味する。「分散角度（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｇｌｅ）」なる語は、反射光の最大強度（Ｉ_max）の方向と、反射光の強度分布曲線がＩ_maxの方向を中心にして対称であると仮定した場合、値Ｉ_max／２の強度の方向との間の角度を意味する。反射光の強度分布曲線がＩ_maxの方向を中心にして対称でない場合には、本願明細書で用いられる「分散角度」なる語は、Ｉ_maxの方向と強度Ｉ_max／２の方向との間の最小角度を意味する。広がった反射ビームは、最大強度の方向において著しいピークを呈してもよく、呈さなくてもよい。

例示のためにのみ、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１〜３に示すライトガイド１は、光共振器４を画定する楔形のハウジング３を具備している。ハウジング３は、互いに傾斜し、縁７で接する対向する主面５、６を有し、楔の対向する縁は細幅面８によって閉じられている。この実施形態において、細幅面８は面５に垂直であるが、必須ではない。楔形のハウジング１の三角形の端部は、端面９，１０によって閉じられている。実質的に単色の光源は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１１の形態であり、ライトガイドの端面８に沿って内側に配置され、光を光共振器４内に向ける。以下にさらに詳細に説明するように、主面５は、窓を形成し、それを通って光が光共振器内から放射され、照明の目的のために用いられることが可能である。

ハウジング３内の光共振器４は、図３の概略図において見ることができる。ＬＥＤ１１が取り付けられるハウジングの細幅側面８および光共振器の三角形の端面９，１０は、光共振器４内に面する側に高効率の反射面を有する。この反射面は、任意の適切な材料によって形成されることができるが、米国特許第５，８８２，７７４号明細書および国際公開第９７／０１７７４号パンフレットに記載されているタイプの多層光学フィルムによって形成されることが好ましい。適切な材料は、米国ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ））から商品名「ＶＭ ２０００ミラーフィルム（ＶＭ ２０００ Ｍｉｒｒｏｒ Ｆｉｌｍ）」として入手可能なフィルムである。

ライトガイドの前面および後面５、６は、優先的に光をＬＥＤ１１から面５、６の間の光共振器４に沿って縁７に向かって案内する材料を備えるが、前面５の材料はまた、以下に述べるように、光が一定の角度で面５に入射するときに光共振器を離れることを可能にする。

より詳細には、ライトガイド１の後面６は、光共振器４内に面している高反射面１４を提供するシート材料１３を備える。反射面１４は、入射光ビームが限定制御された広がりを有する反射ビームとなることを可能にする。このタイプの材料は、一般的な表現「散乱反射材料」で公知であり、反射ビームの広がり角度に基づいて、「広」散乱反射材料または「狭」散乱反射材料のいずれかとしてさらに分類されることができる（「Ｄａｙｌｉｇｈｔｉｎｇ ｉｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ − Ａ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｂｏｏｋ（建築物における昼光照明−ヨーロッパリファレンスブック）、Ｊａｍｅｓ ａｎｄ Ｊａｍｅｓ、Ｌｏｎｄｏｎ、１９９３発行、ＩＳＢＮ １−８７３９３６−２１−４、４．３〜４．５頁参照）。ライトガイド１において、反射面１４は、広乱反射体（約１５°〜４５°の分散角度を有することを意味する）または狭散乱反射体（約１５°未満の分散角度を有することを意味し、本願明細書の場合には約５°〜１５°がより一般的である）のいずれであってもよい。いずれの場合も、面１４は、その全反射率（すべての角度を統合したもの）が表面に対して垂直以外の方向に入射する光に対して実質的に低減されず、少なくとも８５％（少なくとも９０％であれば好ましく、少なくとも９８％であれば最も望ましい）であるようなものでなければならない。それを実現するために、反射面１４は、所定の波長で面の全反射率を実質的に劣化させることなく、望ましい方法で反射光を広げるように設計される織地状パターンを備えた高効率の反射面であってもよい。適切な散乱反射材料の一例としては、米国ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ））から商品名「ラディエント・ライト・フィルム・エンボスト・ＶＭ２０００（Ｒａｄｉａｎｔ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｌｍ Ｅｍｂｏｓｓｅｄ ＶＭ２０００）」として入手可能なサンドブラスト模様をエンボス加工されたフィルム材料が挙げられる。代替シート材料は、たとえば、反射光の望ましい広がりを生成するために、適切な模様によって形成されたシートアルミニウムなどの高反射シート金属材料である。その場合には、適切な模様は、シート金属をハンマーで打って伸ばすことによって生成されるものなどの窪みまたは隆起からなる模様であってもよい。

ライトガイドの前面５は、干渉フィルム１５を含み、ＬＥＤ１１によって放射される光の波長で、一定の角度でフィルムに入射するときにはそのような光をよく透過し、別の角度でフィルムに入射するときにはそのような光をよく反射するようになる。この効果は、ＬＥＤ１１によって放射される光の波長よりわずかに大きい波長で、垂直入射において低反射率／高透過率から高反射率／低透過率への移行を行うように、フィルム１５を設計することによって実現される。したがって、この移行により、入射角としてより短い波長に変わり、より傾斜が大きくなる。その結果、フィルム１５は、ＬＥＤの光を、制限された角度の広がりを有するビームとして放射する。これらの特性を有する干渉フィルムは、国際公開第９９／３６２５８号パンフレットに記載されたような多層ポリマーフィルムを備えることができる。適切な多層ポリマーフィルムは、米国ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ））から商品名「ラディエント・カラー・フィルム（Ｒａｄｉａｎｔ Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｍ）」で入手可能である。

ＬＥＤ１１の直近に隣接するライトガイドの前面５は、光共振器４に面する反射材料のストリップ１６を備え、ダイオードから前面を通って光を直接放射しないようになっている。この材料は、ＬＥＤの背後にある光共振器の細幅側面８に用いられる材料と同一であってもよい。ＬＥＤが光共振器４の外側に個別の適切に設計されたハウジングに含まれている場合には、ストリップ１６は必要ではないことを十分に理解されたい。

上述したようなライトガイド１は、以下のように機能する。ＬＥＤ１１からの光は、光共振器４に向けられ、ある段階で、反射によって広がる後面６に入射する。反射光の一部は、光共振器４の広がりおよび楔形状の結果として、光学シート材料１５を通過し、フィルムの平面に対して垂直な方向における制限された広がり角度のビームとしてライトガイドから出射することができるような角度で、ライトガイドの前面５に実質的に当たる。他の角度で前面５に入射する光は、反射され、光共振器４内で再循環され、ある次の段階で、再び後面に入射する。光共振器４の後面６における散乱反射材料１３および前面５における多層ポリマーフィルム１５の組合せの結果、光は、ＬＥＤ１１の一連の点光源から効果的に発されているにもかかわらず、前面にわたって実質的に一様に放射される。

橙／黄色の出力ビームを生成するように設計された１つの特定の構成において、ＬＥＤ１１は、ドイツミュンヘンのインフィニオン・テクノロジーズ・ＡＧ（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ（Ｍｕｎｉｃｈ，Ｇｅｒｍａｎｙ））から商品名「ＬＹ Ｔ６７６」で入手可能なタイプである。これらは、約５９０ｎｍの波長で実質的に単色の光を形成する。光共振器４の後面６は、サンドブラスト模様をエンボス加工した上述のラディエント・ライト・フィルム・エンボスト・ＶＭ２０００（Ｒａｄｉａｎｔ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｌｍ Ｅｍｂｏｓｓｅｄ ＶＭ２０００）」のシートを含み、前面５は、約６４０ｎｍ未満の波長を有する垂直入射光を透過し、より長い波長（少なくとも約６４０〜約９００ｎｍの範囲の波長）の垂直入射光を反射するように設計された国際公開第９９／３６２５８号パンフレットに記載されたタイプの多層ポリマーフィルムを含む。光は、前方指向ビーム（すなわちＬＥＤ１１からほぼ遠ざかるように向けられるビーム）の形で前面５にわたって実質的に一様に放射される。より詳細には、ビームの中心軸は、前面５に対する垂線に対して約２５°の角度で前方方向に延在し、ＬＥＤ１１の直線に平行な線に沿って約３５°および垂直方向において約２０°の広がり角度（中心軸から最大強度の５０％まで測定）を有する。光共振器の前面５に関する適切な多層ポリマーフィルムは、米国ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ））から商品名「ダイクロイック・フィルタ・フィルム（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ Ｆｉｌｔｅｒ Ｆｉｌｍ）ＤＦＡ−６４−１１３」として入手可能である。そのフィルムが用いられる場合には、ＬＥＤ１１が照明されないときにライトガイド１の正面から見ると、光共振器の前面５は青／緑色を有する。

適切に選択された多層フィルム１５と組み合わせた他の波長で光を放射するＬＥＤの使用によって、他の色の出力ビームを生成するように類似のライトガイドを設計することができる。それぞれの場合において、光共振器４の後面６における散乱反射材料１３および前面５におけるフィルム１５の組合せの結果、光は制限された広がり角度のビームとしてライトガイドの前面にわたって実質的に一様に放射される。出力ビームは前方に向けられるのが最も一般的であり、前面５の垂線に対して傾斜される範囲は、散乱反射材料１３の性質によって影響される。

たとえば、緑色の出力ビームを生成するために、用いられるＬＥＤは、インフィニオン・テクノロジーズ・ＡＧ（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ）から商品名「ＬＰ Ｔ６７２」で入手可能なタイプであってもよい。これらは、約５６０ｎｍの波長で実質的に単色の光を生成する。光共振器４の後面６は、サンドブラスト模様をエンボス加工した上述のラディエント・ライト・フィルム・エンボスト・ＶＭ２０００（Ｒａｄｉａｎｔ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｌｍ Ｅｍｂｏｓｓｅｄ ＶＭ２０００）」のシートを含み、前面５は、約５９０ｎｍ未満の波長を有する垂直入射光を透過し、より長い波長（少なくとも約５９０〜７４０ｎｍの範囲の波長）の垂直入射光を反射するように設計された国際公開第９９／３６２５８号パンフレットに記載されたタイプの多層ポリマーフィルムを含む。前面５に関する適切な多層ポリマーフィルムは、米国ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ））から商品名「ＣＭ ５９０ ラディエント・カラー・フィルム（Ｒａｄｉａｎｔ Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｍ）」として入手可能である。

図１〜３に示した構成において、照明されていないとき、前面５の色（ライトガイド１の前面から見たとき）は異なる。たとえば、橙／黄色出力ビームを生成するライトガイドにおいて用いられる特定の多層フィルム１５は、照明されていないとき、青／緑色に見える可能性があることは、既に上述した。一定の環境において、機能的理由または美的理由から、照明されていないときには、ライトガイドの前面は別の色であることが望ましいと考えられる。それは、たとえば、垂直入射光の場合には、より制限された範囲の波長を透過するように設計された層フィルムを用いることによって実現することができるが、図４に概略的に示したように、多層フィルムの出力側に吸収フィルタ２０を設けることによっても実現することができる。フィルタ２０は、ライトガイド１の面５から出力ビームの波長で光を透過するが、照明されていないとき、望ましい外観を呈するものでなければならない。適切な吸収フィルタは、米国ニュージャージー州のイーストマン・コダック・カンパニー（Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ，ＵＳＡ））から商品名「ラッテン・フィルタ（Ｗｒａｔｔｅｎ Ｆｉｌｔｅｒｓ）」として入手可能な染色したゼラチンフィルムである。

ライトガイド１の出力ビームの方向を変えるために必要である場合には、図５に概略的に示されているように、面５の外側に適切なプリズム層２１を加えることによって実現することができる。出力ビームの形状を修正する（たとえば、他の方向に比べてある方向により大きく広げる）ことが必要である場合には、面５の外側に適切なレンズ層（図示せず）を加えることによって実現することができる。プリズム層およびレンズ層は、光ビームの方向転換および再整形のために既に公知である。

ライトガイド１に対して実質的に単色の光を供給するＬＥＤ１１は、任意の適切なタイプのものであってよいが、広い出力ビームを形成するものが望ましい。表面実装型ＬＥＤは好都合なことにコンパクトであるが、形成する出力ビームが狭すぎないのであれば、従来のドームレンズ型ＬＥＤを用いることもできる。しかし、ドームレンズ型ＬＥＤには、レンズが光出力の一部を捕捉するという欠点がある。図２に示されているように、複数のＬＥＤの場合には、ライトガイド１の一側面に沿って実装する必要はない。場合によっては、類似の方法で側面８に沿ってライトガイドに入射するように、光を広げるために、適切な光学素子と組合わせて単独のＬＥＤを用いることも可能である。また、ＬＥＤは、ライトガイド１と共に用いることが可能な唯一の単色光源ではないことを十分に理解されたい。たとえば、より少ないコストの場合には、出力光のスペクトルをＬＥＤのスペクトルまで狭めるフィルタと組み合わせて１つ以上の白熱光源を用いることも可能である。フィルタは、白熱光源に直に隣接するように配置することが可能であるが、ライトガイド１の正面に配置されたフィルタ（図４のフィルタ２０参照）によって同様の機能を実現することが可能である。後者の場合には、フィルタは、ライトガイド１によって実質的に単色のビームを生成するために必須である。

光共振器４の後面６における散乱反射材料１３の性質は、この面から反射される光ビームの形状、特にその広がり角度および広がりにおける非対称度合いに作用する。たとえば、材料１３が反射光ビームを広げるために、窪みまたは隆起を有するようにエンボス加工または形成される場合には、そのような特徴部のサイズおよび形状（たとえば、形状が略球面であろうと卵形であろうと）は、反射ビームの広がりおよび非対称性に影響する。

必要に応じて、ライトガイド１に少なくとも１つの図形を組込み、たとえば前面５が照明されるとき、目で見ることができる。図形は、光共振器４の後面６上の反射材料１３または前面を形成する多層フィルム１５上のいずれかに印刷されるだけでよい。しかし、図形は、後面６で光の吸収を増加しない方法で反射材料１３に組込まれることが好ましい。材料１３がエンボス加工フィルムである場合には、特殊な方法で（たとえば、図６に示したように異なる表面粗さ１３Ａを用いて）フィルムに図形をエンボス加工することによってそれを実現することができる。

上述したようなライトガイドは、所期の用途に関連する任意の所望のサイズに形成されることができ、必要に応じて、端面９，１０（図１および図２参照）の間の方向に湾曲することもできる。図３に示した三角形の断面は一定の利点を提供するが、必須ではない。ライトガイドは、たとえば、矩形の断面を有してもよい（縁７で光共振器の細幅面が反射面を含む必要がある場合）。既に述べたように、ライトガイドが図３に示したような三角形の断面を有する場合には、細幅端面８は前面５に対して垂直であることは必須ではない。

また、ライトガイドの光源１１の場合には、図１〜図３の光の場合に示されているように、一側面から光を光共振器４内に向けるように位置づけることも必須ではない。ライトガイド１の形状に応じて、光源は、光を光共振器内に向けるために任意の適した位置にあってもよく、たとえば、光共振器の他方（またはすべて）の側に隣接していてもよく、または光共振器自体の内部（たとえば、後面６）であってもよい。光源の選択した位置がライトガイド１の前面５を通して一部の光の直接放射を生じる場合には、適切な一の前面上に（図１〜図３のストリップ１６に対応する）反射材料のストリップを設けることによって防止することができる。

図７は、本発明による別のライトガイドの断面を示している。この場合には、ライトガイド１’の後面６’は図１〜図３に示したような平面ではなく円錐であり、光源１１’は後面の頂点に位置する単独のＬＥＤを備える。後面６は図１〜図３のライトガイド１の後面６に類似の散乱反射材料を備える。ライトガイド１’の前面５’は平面であり、図１〜図３のライトガイド１の前面５に類似の材料を含む。ライトガイド１’は図１〜図３のライトガイドと類似であるように機能するため、光が制限された広がり角度のビームとして前面５’にわたって実質的に一様に放射される。

図８は、図３の図と類似であるが、ライトガイド１”の前面５（５”）にわたって一様に白色光の出力を生成する修正した構成を示している。図１〜図３のライトガイド１の場合のように、ライトガイド１”の前面５”は干渉フィルム１５”を備え、後面６”はライトガイドの光共振器内に面する散乱反射面１４”を有するシート材料１３”を備える。この場合には、光共振器は、ライトガイド１’の縁７”（前面５”、後面６”が交わる部分）から対向する縁面８”まで延在する２つの内部隔壁４１、４２によって、３つの楔形のキャビティ４Ａ、４Ｂ、４Ｃに実質的に等しく分割される。隔壁４１、４２のそれぞれは干渉フィルムであり、その特性については以下にさらに詳細に述べる。個別の複数のＬＥＤ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが、縁面８”の個別の部位に沿って楔形のキャビティ４Ａ、４Ｂ、４Ｃのそれぞれの内部に配置される。

後部の楔形キャビティ４Ａ（ライトガイド１”の後面６”に隣接する）のＬＥＤ１１Ａは実質的に単色の青色光を形成するように選択され、中間の楔形キャビティ４ＢのＥＤ１１Ｂは実質的に単色の緑色光を形成するように選択され、前部の楔形キャビティ４Ｃ（ライトガイド１”の前面５”に隣接する）のＬＥＤ１１Ｃは実質的に単色の赤色光を形成するように選択される。

キャビティ４Ａの前面を形成する隔壁４１は、ＬＥＤ１１Ａによって放射される（青色）光の波長よりわずかだけ大きい特定の値より小さい波長を有する場合に限り、キャビティ４Ａからの垂直入射光を透過する多層ポリマーフィルムである。そのようなフィルムは、キャビティ４Ｂ内から入射することができ、ライトガイドの後面における反射シート材料１３”と類似の方法でエンボス加工されるＬＥＤ１１Ｂからの光のための高効率の反射体として機能するため、散乱反射材料として機能する。

同様に、キャビティ４Ｂの前面を形成する隔壁４２は、ＬＥＤ１１Ｂによって放射される（緑色）光の波長よりわずかだけ大きい特定の値より小さい波長を有する場合に限り、キャビティ４Ｂからの垂直入射光を透過する多層ポリマーフィルムである。そのようなフィルムは、キャビティ４Ｃ内から入射することができ、ライトガイドの後面における反射シート材料１３”と類似の方法でエンボス加工されるＬＥＤ１１Ｃからの光のための高効率の反射体として機能するため、散乱反射材料として機能する。

ライトガイド１”の前面５”（キャビティ４Ｃの前面でもある）は、ＬＥＤ１１Ｃによって放射される（赤色）光の波長よりわずかだけ大きい特定の値より小さい波長を有する場合に限り、キャビティ４Ｃからの垂直入射光を透過する多層ポリマーフィルムである。

図８に示されたライトガイドにおいて、キャビティ４Ａ、４Ｂ、４Ｃのそれぞれは、図１〜図３のライトガイド１の光共振器４とほぼ類似の方法で機能する。したがって、ＬＥＤ１１Ａによって放射される波長の青色光は、制限された角度の広がりのビームとして隔壁４１にわたって実質的に一様にキャビティ４Ａからキャビティ４Ｂ内に出射する。そのような光は、キャビティ４Ｂを通過して、隔壁４２を通して透過され、キャビティ４Ｃを通過して、ライトガイド１”の前面５”に通して透過される。同様に、ＬＥＤ１１Ｂによって放射される波長の緑色光は、制限された広がり角度のビームとして隔壁４２にわたって実質的に一様にキャビティ４Ｂからキャビティ４Ｃ内に出射する。そのような光は、キャビティ４Ｃを通過して、キャビティ４Ｃから出射するダイオード１１Ａからの青色光およびダイオード１１Ｃからの赤色光を結合するライトガイド１”の前面５”に通して透過される。その結果、面５”から実質的に一様に出射する白色光のビームとなる。

図８に示されたタイプの特定のライトガイドにおいて、適切なＬＥＤ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、それぞれドイツミュンヘンのインフィニオン・テクノロジーズ・ＡＧ（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ（Ｍｕｎｉｃｈ，Ｇｅｒｍａｎｙ））から商品名「ＬＢ Ｅ６７Ｃ」「ＬＴ Ｅ６７Ｃ」「ＬＳ Ｅ６７Ｂ」で入手可能である。隔壁４１，４２に関して適切な多層ポリマーフィルムはそれぞれ、米国ミネソタ州セント・ポールのミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニー（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳＡ））から商品名「エンボスト・ＣＭ ５００・ラディエント・ライト・フィルム（Ｅｍｂｏｓｓｅｄ ＣＭ ５００ Ｒａｄｉａｎｔ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｌｍ）」、「エンボスト・ＣＭ ５９０・ラディエント・ライト・フィルム（Ｅｍｂｏｓｓｅｄ ＣＭ ５９０ Ｒａｄｉａｎｔ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｌｍ）」として入手可能である。このタイプのライトガイドにおいて、前面５”は、約６６０ｎｍ未満の波長を有する垂直入射光を透過し、より長い波長を有する垂直入射光を反射するように設計された国際公開第９９／３６２５８号パンフレットに記載されたタイプの多層ポリマーフィルムであってもよい。

図９は図８のライトガイドと類似のライトガイド１”を示しているが、実質的に単色の緑色光を放射するＬＥＤ１１Ｄおよび実質的に単色の赤色光を放射するＬＥＤ１１Ｅをそれぞれ含む２つの楔形の区画４Ｄ，４Ｅのみを有する。この場合には、ＬＥＤ１１ＤまたはＬＥＤ１１Ｅのいずれかが、ライトガイドの前面５”で必要に応じて緑色光または赤色光のいずれかのビームを生成するように動作する。

図面を参照して上述したライトガイドは、光源１１およびフィルム１５の適切な選択によって、さまざまな位置で（たとえば車両の前方または図１０の３０で示される車両の後方またはドアミラー３１の後面に組込まれてもよい）自動車の信号灯（たとえば、方向指示器および制動灯）として用いられることができる。図１１は、たとえば、接近するトラフィックに面し、自動車が曲がろうとしていることを示すために照明される信号灯領域３２に組込まれる自動車のドアミラーの後面を示している。信号灯は、図１〜図３を参照して上述したタイプのライトガイドを具備してもよく、その場合には、領域３２はライトガイドの出力面５である。ライトガイドの寸法は、出力面５が領域３２を満たすように選択され、ＬＥＤがその領域の上縁または下縁に沿って配置される。自動車のドアミラーにおけるそのような領域３２を照明するために必要なライトガイドは一般に、きわめてコンパクトであり、たとえば面８において深さ約１０ｍｍ、長さ（縁７，８の間）約６０ｍｍであってもよく、きわめて軽量である。

図面を参照して上記に説明したタイプのライトガイドは、ライトガイドの出力面にわたって単色で一様な外観を形成するために、信号灯として特に有用である。自動車の信号灯としての利用に加えて、交通信号およびさまざまな異なるタイプの標識のほか、計器盤用のバックライトとして用いることが可能である。図７に示したタイプのライトガイドは、たとえば、計器盤のバックライトとして用いるために特に適している。

本発明によって構成されるライトガイドの後部からの斜視図である。 図１のライトの正面図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩの断面図である。 図１〜３のライトの変形例を示す図である。 図１〜３のライトの変形例を示す図である。 図１〜３のライトの後面におけるグラフィックイメージを含むものを示す図である。 本発明によって構成される別のガイドライトの断面図である。 図３と類似であり、他のライトガイドを示す図である。 図３と類似であり、他のライトガイドを示す図である。 本発明によるライトガイドを採用することができる自動車を示す図である。 本発明によるライトガイドを組込んでいる図１０の自動車のドアミラーを示す図である。

Claims (9)

1. 第１の主面および第２の主面を有するライトガイド光共振器を画定するハウジングと、前記第１および第２の主面の間で案内される光を前記光共振器内に向けるように構成された、選択波長の実質的単色の可視光の光源と、を具備し、
   （ａ）前記第１の主面は干渉フィルムを有し、該干渉フィルムは、前記選択波長の光の場合には、限定された角度範囲で前記干渉フィルムに入射する光を実質的に透過し、それ以外の角度で入射する光は実質的に反射し、
   （ｂ）前記第２の主面は、任意の角度で面に入射する前記選択波長の光の場合には少なくとも８５％の全反射率を有する散乱反射材料を備え、
   前記光共振器内からの光が限定された広がり角度の実質的単色のビームの形で前記第１の主面にわたって実質的一様に放射されるライトガイド。
2. 前記干渉フィルムから光を受光するように構成された吸収フィルタをさらに具備し、前記吸収フィルタは、前記選択波長の光のみを実質的に透過し、照明されていないときには異なる色を呈する請求項１に記載にライトガイド。
3. 前記散乱反射材料は、約１５°〜４５°の分散角度を有する広乱反射面または約１５°未満の分散角度を有する狭散反射面のいずれかを有する請求項１又は２に記載のライトガイド。
4. 第１および第２の主面を有するライトガイド光共振器を画定するハウジングと、前記第１および第２の主面の間に案内される可視光を前記光共振器内に向けるように構成された光源と、を具備し、
   （ａ）前記第１の主面は多層ポリマーフィルムおよび吸収フィルタを有し、前記多層ポリマーフィルムは、少なくとも選択波長の光の場合には、限定された角度範囲で前記多層ポリマーフィルムに入射する光を実質的に透過し、それ以外の角度で入射する光は実質的に反射し、前記吸収フィルタは、干渉フィルムからの光を受光するように構成されて前記選択波長の光を透過し、
   （ｂ）前記第２の主面は、任意の角度で面に入射する可視光の場合には、少なくとも８５％の反射率を有する散乱反射材料を具備し、
   前記光共振器からの光が限定された広がり角度の実質的単色のビームの形で前記第１の主面にわたって実質的一様に放射されるライトガイド。
5. 前記選択波長において、前記干渉フィルムが垂直入射を中心にして限定された範囲の角度内で前記フィルムに入射する光のみを実質的に透過する請求項１〜４のいずれか１項に記載のライトガイド。
6. 前記第２の主面が、任意の角度で面に入射する可視光の場合には少なくとも９８％の全反射率を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のライトガイド。
7. 前記第２の主面が、その上に形成される光拡散構造物を有する鏡面反射材料を具備する請求項１〜４のいずれか１項に記載のライトガイド。
8. 前記光共振器の前記第１の主面から放射される光のビームを受光し、その方向を変えるように位置づけられる光分割器をさらに具備する請求項１〜４のいずれか１項に記載のライトガイド。
9. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のライトガイドを組込んだ自動車用の信号灯。

Images