JP5008209B2

JP5008209B2 - 光放出装置

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Publication number: JP5008209B2
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Inventors: マルセリヌスペーセーエムクリイン; ホルコムラモンペーファン
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Publication date: 2012-08-22
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Description

本発明は、光放出装置であって、少なくとも第１の光源、第２の光源、第３の光源及び第４の光源を有すると共にこれら光源に向いた受光側及びこれと反対側の出力側を備えた光視準要素を有し、第１の光源が、第２の光源に隣接して位置し、第３の光源が、第４の光源に隣接して位置している光放出装置に関する。本発明は又、このような光放出装置を有するディスプレイ装置に関する。

現在、幾つかの種々の用途に平板状光源（平面光源と呼ばれることもある）、例えば環境照明用のランプ、液晶ディスプレイのバックライト及びプロジェクション型ディスプレイの光源が計画されている。

発光ダイオード、即ちＬＥＤは、例えばＬＥＤの寿命が白熱灯、蛍光灯及び放電ランプの寿命よりも長いので多くの用途における光源の選択肢として望ましい場合がある。

さらに、発光ダイオードは、白熱灯よりも電力消費量面での効率が高く、近い将来において蛍光灯よりも効率が高くなることが見込まれる。これらの用途及び他の用途の幾つかにおいて、高い輝度及び高い可変色性の光を達成することが望ましい場合が多い。

輝度（Ｂ）は、次のように、単位面積（Ａ）当たり且つ単位立体角（Ω）当たりに放出されるルーメンの大きさ（Φ）として定義される。

〔数１〕
Ｂ＝Φ／ＡΩ

従来、可変色性は、可変色性の別個独立にアドレス指定可能な画素のアレイを形成するよう多数の赤色、緑色、青色及び琥珀色ＬＥＤをアレイ（行、列又は２次元マトリクス）の状態に配列することにより得られている。

高い輝度の可変色性光は、典型的には、スペクトルの互いに異なる部分の状態で発光する多くの高輝度ＬＥＤをマトリクス中に並んで積み重ねることによって得られている。或る特定の領域に配置されるＬＥＤの数が多ければ多いほど、比Φ／Ａがそれだけ一層高くなる。

しかしながら、互いに異なる色を放出するＬＥＤをそれ自体並んで位置決めすることは、視準度が可能な限り高い光を得る上で、効率的な手法であるとは言えない。典型的には、ＬＥＤは、本質的にランバートのパターンで光を放出し、即ち、光観察角度のコサインに比例した強度を有する光を放出する。この場合も又、互いに異なる色のＬＥＤを並んで位置決めする結果として、ランバートの放射パターンが生じることになる。Ωに比例する角度の広がりは、不変である。

従来、効率的な視準は、反射内壁を備え、受光側に狭い断面及び出力側に広い断面を備えた漏斗内に未視準光を導き入れることにより得られる。視準器は、一般に、光源の面積よりも広い面積を有する。従来型視準器を用いることにより、光源は、視準器が適合するためには互いに間隔を置いた配置状態になければならず、それにより、上述の公式の面積（Ａ）が大きくなり、それにより輝度が減少する。

さらに、光源を互いに間隔を置いた配置状態に配列することにより、光の混合は、マイナスの影響を受けることになる。

サカタ等（Sakata et al.）名義の米国特許出願公開第２００４／０１２０６４７（Ａ１）号明細書は、３つの隣り合う光源、例えば赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び青色発光ダイオードからの光を混合する光学要素を記載している。この光学要素は、第１の色の光が入射する第１の入射平面及び第１の入射平面と反対側の出射平面を備えた第１の光導波路と、第２の色の光が入射する第２の入射平面を備えた第２の光導波路と、第３の色の光が入射する第３の入射平面を備えた第３の光導波路とを有し、第２の光導波路及び第３の光導波路は、第１の光導波路に接合されており、光学要素は、第１の光導波路と第２の光導波路との間の接合平面に形成されていて、第１の色の光及び第３の色の光を反射し、第２の色の光を透過する第１のダイクロイックフィルタと、第１の光導波路と第３の光導波路との間の接合平面に形成されていて、第１の色の光及び第２の色の光を反射し、第３の色の光を透過する第２のダイクロイックフィルタとを更に有し、３つの色の光は、第１の光導波路の出射平面から出される。

米国特許出願公開第２００４／０１２０６４７（Ａ１）号明細書

しかしながら、このような構成では、第４の色を有する第４の発光ダイオードを追加することは容易ではない。さらに、第４の色が存在しない場合であっても、互いに異なる色相互間の視準度の差は既に明確である。

本発明の目的は、先行技術と関連した上述の問題を解決すると共に４つの光源及び４つの光源からの光を視準し、良好な色混合度を得ることができ、各色の光を本質的に同じ程度に視準するようにする視準構造体を備えた光放出装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、少なくとも１つの組をなす第１の光源と、第２の光源と、第３の光源と、第４の光源と、光源に向いた受光側及びこれと反対側の出力側を備えた光視準要素とを有する光放出装置であって、第１の光源が、第２の光源に隣接して位置し、第３の光源が、第４の光源に隣接して位置している光放出装置に関する。

このような１つの組に属する光視準要素は、エッジが受光側に向けられた状態で第１及び第２の光源の前に配置され、即ち、光伝搬方向の主方向に設けられた第１のＶ字形プロフィール面部材を有し、第１のＶ字形プロフィール面部材の第１の脚が、第１の光源の前に配置されており、第１の脚は、第１の光源からの光を透過し、第２の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有する。第１のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚が、第２の光源の前に配置されており、第２の脚は、第２の光源からの光を透過し、第１の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有する。

光視準要素は、エッジが受光側に向けられた状態で第３及び第４の光源の前に配置された第２のＶ字形プロフィール面部材を更に有し、第２のＶ字形プロフィール面部材の第１の脚が、第３の光源の前に配置されており、第１の脚は、第３の光源からの光を透過し、第４の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有し、第２のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚が、第４の光源の前に配置されており、第２の脚は、第４の光源からの光を透過し、第３の光源の光を反射するダイクロイックフィルタを有する。

光の主方向に延長方向を有する反射面部材が、第１のＶ字形プロフィール要素と第２のＶ字形プロフィール要素との間に配置されている。

光視準要素は、エッジが受光側に向けられた状態で第１及び第２のＶ字形プロフィール面部材の前に配置された第３のＶ字形プロフィール面部材を更に有し、第３のＶ字形プロフィール面部材の第１の脚が、第１のＶ字形プロフィール面部材の前に配置されており、第１の脚は、第１及び第２の光源からの光を透過し、第３及び第４の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有し、第３のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚が、第２のＶ字形プロフィール面部材の前に配置されており、第２の脚は、第３及び第４の光源からの光を透過し、第１及び第２の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有する。

代表的には、第３のＶ字形プロフィール面部材のエッジは、第１のＶ字形プロフィール面部材と第２のＶ字形プロフィール面部材との間に配置される。第１のＶ字形プロフィール面部材のエッジは、代表的には、第１の光源と第２の光源との間に配置され、第２のＶ字形プロフィール面部材のエッジは、代表的には、第３の光源と第４の光源との間に配置される。

本発明の実施形態では、第３のＶ字形プロフィール面部材のエッジは、光の主伝搬方向を横切ってその延長方向が反射面部材の延長方向に対して平行である。

本発明の実施形態では、第１のＶ字形プロフィール面部材のエッジ及び（又は）第２のＶ字形プロフィール面部材のエッジは、第３のＶ字形面部材のエッジに対して平行である。

第１のＶ字形プロフィール面部材と第２のＶ字形プロフィール面部材の両方のエッジが、第３のＶ字形プロフィール面部材のエッジに本質的に平行である場合、これにより、４つの光源が単一の列上に配置されている長く且つ幅の狭い光放出装置が得られる。

変形例として、第１のＶ字形プロフィール面部材のエッジ及び（又は）第２のＶ字形プロフィール面部材のエッジは、第３のＶ字形面部材のエッジに対して垂直である。

第１のＶ字形プロフィール面部材と第２のＶ字形プロフィール面部材の両方のエッジが第３のＶ字形プロフィール面部材のエッジに本質的に垂直である場合、これにより、例えば４つの光源を２×２の四角形の状態に配列することにより、よりコンパクトな光放出装置が得られる。

本発明の実施形態では、視準構造体は、側壁を有するジャケット内に配置されている。別々の各光放出装置をジャケット内に封入することにより、光放出装置から出てくる全ての光は、視準要素の出力側から出てくることになる。この結果、隣り合う光放出装置相互間の光の漏れは、最小限に抑えられる。好ましくは、視準構造体に向いたこのようなジャケットの側壁の表面は、反射性である。ジャケットの内面が反射性である場合、光源により放出される本質的に全ての光が利用され、このような光は、視準要素の出力側から出てくることになろう。

本発明の実施形態では、ダイクロイックフィルタは、屈折率が互いに異なる材料の層を交互に配置して構成された干渉スタックから成るのが良い。干渉スタックは、効率がダイクロイックフィルタと同じほど高い。というのは、これら干渉スタックは、代表的には、関心のある全ての波長について吸収係数がほぼゼロだからである。さらに、このような干渉スタックは、多くの自由度（例えば、層の数、層の厚さ、材質選択）を備えた状態で設計されるのが良い。

本発明の実施形態では、Ｖ字形プロフィール面部材は、自立形壁要素で構成されるのが良い。ダイクロイックフィルタが自立形壁要素に取り付けられ又は自立形壁要素として構成される場合、光を光源から視準要素の出力側に至る途中で伝搬させる伝搬媒体は、空気であるのが良い。

光源からの光は、ｎがほぼ１の媒体を通って進み、遂にはフィルタに当たるようになることが有利である。というのは、これにより、光がこの媒体とフィルタとの間のインタフェースを横切る際に、光の角度は、フィルタの層の法線に向かって屈折するようになるからであり、その理由は、フィルタの屈折率は、代表的には１．４〜１．８だからである（即ち、空気よりも大きいからである）。換言すると、これは、光がフィルタの活性層を横切る、法線に対する角度を制限する。これは重要であるが、その理由は、ダイクロイックフィルタの挙動は、光の入射角度にかなり大きく依存する場合があるからである。この結果、良好な光学的特性を備えた空気中のフィルタは、設計が容易になる。

第２の観点では、本発明は、本発明の少なくとも２つの別個独立にアドレス指定可能な光放出装置を有するディスプレイ装置に関する。

次に、本発明の上記観点及び他の観点を、本発明の現時点において好ましい実施形態を示す添付の図面を参照して詳細に説明する。

Ｖ字形プロフィール面部材を有する光放出装置の第１の実施形態を示す図である。本発明の光放出装置の第２の実施形態を示す図である。別の形のＶ字形プロフィール面部材を示す図である。本発明の光放出装置の追加の実施形態を示す図である。

本明細書で用いる「光源」という用語は、当業者には知られている任意種類の光源を意味する。例えば、この用語は、白熱灯、放電ランプ及び発光ダイオードに関する。

本明細書で用いる「発光ダイオード」という用語は、種々のあらゆる形式の発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、このようなＬＥＤとしては、有機系ＬＥＤ、例えばポリマー系ＬＥＤや無機系ＬＥＤが挙げられ、この無機系ＬＥＤは、動作モードでは、紫外光から赤外光までの任意の波長又は波長間隔の光を放出する。発光ダイオードは、本願との関係において、レーザ、例えばレーザ光を放出する発光ダイオードを含むものと解される。本発明に用いるのに適した発光ダイオードとしては、頂部発光型ＬＥＤ、側部発光型ＬＥＤ及び底部発光ＬＥＤが挙げられるが、これらには限定されない。

本明細書において、発光ダイオードの色、例えば「緑色発光ダイオード」は、動作モードにおいてこの発光ダイオードに放出される光の色、即ち波長範囲を意味している。

本明細書で用いる「視準器（コリメータ）」という用語及び関連の用語、例えば「視準要素」は、電磁（ＥＭ）放射線、例えばＵＶからＩＲまでの間隔の光を受け取ることができ、受け取ったＥＭ放射線の視準度を向上させる（即ち、角度の広がりを減少させる）ことができる要素を意味している。

本明細書で用いる「波長範囲」という用語は、連続波長範囲と不連続波長範囲の両方を意味している。

本発明の第１の例示の実施形態としての光放出装置１００が、図１に示されており、この光放出装置は、単一の列の状態に配列された第１の発光ダイオード１０１、第２の発光ダイオード１０２、第３の発光ダイオード１０３及び第４の発光ダイオード１０４から成る１つの組を有している。この例示の実施形態では、４つの光源は、互いに異なる色、例えば赤色、緑色、青色及び琥珀色の光を放出する。さらに、可変色発光ダイオードを生じさせるためにこれら別々の光源は、別個独立にアドレス指定可能であるのが良い。

第１の発光ダイオード１０１は、第２の発光ダイオード１０２に隣接して配置され、第３の発光ダイオード１０３は、第４の発光ダイオード１０４に隣接して配置されている。

発光ダイオードの前には、光視準要素１０５が配置され、この光視準要素は、発光ダイオードに向いた受光側１０６及びこれと反対側の出力側１０７を有している。光は、受光側１０６を通って光視準要素１０５に入り、出力側１０７を通ってこの要素１０５から出る。

本発明の目的上、方向及び相対的な場所は、本発明の装置内の主要な光の伝搬方向に関して、即ち、光源から光視準要素の出力側に向かう方向に関して示されている。、「〜の前」という表現は、光視準要素の出力側に近いということを意味し、「〜の後ろ」という用語は、光源に近いということを意味している。さらに、「〜の前」及び関連の用語は又、第１の物体が第２の物体の少なくとも一部分「の前」に、例えば、第２の物体の領域の少なくとも３０％分の前に配置されていることを意味している。

光視準要素１０５は、これ又図１に別々に示されている３つのＶ字形面部材１１０，１２０，１３０から成っている。

Ｖ字形プロフィール面部材１１０，１２０，１３０の各々は、第１の脚１１１，１２１，１３１と、第２の脚１１２，１２２，１３２と、第１の脚１１１，１２１，１３１を第２の脚１１２，１２２，１３２に連結する長いエッジ１１５，１２５，１３５とから成っている。

本明細書で用いる「Ｖ字形プロフィール面部材」という用語は、エッジによって互いに接合された２つの脚から成る長い面部材である。エッジの延長方向を横切るＶ字形プロフィール面部材の断面は、Ｖのような形状を有し、この場合、第１の脚は、第２の脚に対して角度をなしている。

さらに、断面で見て、Ｖ字形プロフィール面部材の脚は、代表的には湾曲しても良く、その結果、脚は、互いに向いた２つの凸面を形成し、、断面が“Ｕ”に似てくる。

第１のＶ字形プロフィール要素１１０は、第１及び第２の発光ダイオード１０１，１０２の前に配置されており、その結果、その第１の脚１１１は、第１の発光ダイオード１０１の前に配置され、その第２の脚１１２は、第２の発光ダイオード１０２の前に配置されるようになっている。第１のＶ字形プロフィール要素のエッジ１１５は、第１の発光ダイオードと第２の発光ダイオードとの間に配置されている。

第１のＶ字形プロフィール面部材１１０の第１の脚１１１は、第１の発光ダイオード１０１により放出された光は透過するが、第２の発光ダイオード１０２により放出された光は反射する第１のダイクロイックフィルタ（二色フィルタと呼ばれる場合がある）を備えている。第１のＶ字形プロフィール面部材１１０の第２の脚１１２は、第２の発光ダイオード１０２により放出された光は透過するが、第１の発光ダイオード１０１により放出された光は反射する第２のダイクロイックフィルタを備えている。

第２のＶ字形プロフィール要素１２０は、第３及び第４の発光ダイオード１０３，１０４の前に配置されており、その結果、その第２の脚１２１は、第３の発光ダイオード１０３の前に配置され、その第２の脚１２２は、第４の発光ダイオード１０４の前に配置されるようになっている。第２のＶ字形プロフィール要素のエッジ１２５は、第３の発光ダイオードと第４の発光ダイオードとの間に配置されている。

第２のＶ字形プロフィール面部材１２０の第１の脚１２１は、第３の発光ダイオード１０３により放出された光は透過するが、第４の発光ダイオード１０４により放出された光は反射する第３のダイクロイックフィルタを備えている。第２のＶ字形プロフィール面部材１２０の第２の脚１２２は、第４の発光ダイオード１０４により放出された光は透過するが、第３の発光ダイオード１０３により放出された光は反射する第４のダイクロイックフィルタを備えている。

反射面部材１４０が、第１のＶ字形プロフィール面部材１１０と第２のＶ字形プロフィール面部材１２０との間に配置されており、この反射面部材は、主要な光伝搬方向に沿って延長方向を有すると共に第１のＶ字形プロフィール面部材１１０に向いた第１の表面及びＶ字形プロフィール面部材１２０に向いた第２の表面を有している。

主要な光伝搬方向を横切る反射面部材１４０の延長方向は、第１及び第２のＶ字形プロフィール面部材のエッジ１１５，１２５の延長方向に本質的に平行であり且つ発光ダイオード１０１，１０２，１０３，１０４によって形成された列の延長方向に対して本質的に垂直である。この結果、第２の発光ダイオードと第３の発光ダイオードは、反射面部材１４０によって互いに分離されている。

反射面部材１４０は、第２の発光ダイオード１０２からの光が第２のＶ字形プロフィール面部材の第１の脚１２１に当たるのを阻止すると共に第３の発光ダイオード１０３からの光が第１のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚１１２に当たるのを阻止するために配置されている。

第３のＶ字形プロフィール面部材１３０は、第１及び第２のＶ字形プロフィール面部材１１０，１２０の前に配置されていて、第３のＶ字形プロフィール面部材１３０の第１の脚１３１は、第１のＶ字形プロフィール面部材１１０の前に配置され、第３のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚１３２は、第２のＶ字形プロフィール面部材１２０の前に配置されている。

第３のＶ字形面部材１３０のエッジ１３５は、第１のＶ字形プロフィール面部材と第２のＶ字形プロフィール面部材との間に配置されている。第３のＶ字形プロフィール面部材１３０のエッジ１３５は、主要な光伝搬方向を横切る反射面部材１４０の延長方向にこれ又本質的に平行である。第３のＶ字形面部材１３０のエッジ１３５は、第１及び第２のＶ字形プロフィール面部材１１０，１２０のエッジ１１５，１２５にこれ又本質的に平行である。

第３のＶ字形プロフィール要素の第１の脚１３１は、第１及び第２の発光ダイオードからの光を透過し、第３及び第４の発光ダイオードからの光を反射する第５のダイクロイックフィルタを備えている。

第３のＶ字形プロフィール要素の第２の脚１３１は、第３及び第４の発光ダイオードからの光に対しては透過性であり、第１及び第２の発光ダイオードからの光は反射する第６のダイクロイックフィルタを備えている。

この実施形態では、Ｖ字形プロフィール面部材の脚１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２は、薄い自立形壁要素によって構成され、ダイクロイックフィルタは、これら壁要素の表面上に配置されている。

光を光源からダイクロイックフィルタに、ダイクロイックフィルタ相互間に、そしてダイクロイックフィルタから視準要素の出力側に伝搬させる媒体は、代表的には空気、真空又は任意他の気体雰囲気である。

第１の発光ダイオード１０１からの光は、第１のＶ字形プロフィール面部材１１０の第１の脚１１１上に配置されたダイクロイックフィルタ及び第３のＶ字形プロフィール面部材１３０の第１の脚１３１上に配置されたダイクロイックフィルタを通過するが、第１のＶ字形プロフィール面部材１１０の第２の脚１１２及び第３のＶ字形プロフィール面部材１３０の第２の脚１３２上に配置されたダイクロイックフィルタで反射されることになる。第１のＶ字形プロフィール面部材１１０の第２の脚１１２及び第３のＶ字形プロフィール面部材１３０の第２の脚１３２が、第１の発光ダイオード１０１から遠ざかるように傾斜しているので、第１の発光ダイオードの光は、視準要素１０５の出力側１０７に向かって反射され、この発光ダイオードからの光は、これら表面での反射により視準されることになる。上述の説明から当業者には認識されるように、同様な理由付けを本発明の光放出装置の第２、第３及び第４の発光ダイオードからの光についても行うことができる。

４つ全ての発光ダイオードからの光は、視準され、光視準要素１０５からその出力側１０７を通って出ることになる。視準及び混合を同一の構造体、即ち視準要素１０５で得ることができる。

視準要素１０５から出力側１０７を通って出ない光の量を減少させるために、側壁をジャケット１５０として光放出装置の垂直側部に配置するのが良い。光放出装置から出る本質的に全ての光は、出力側１０７を通って出射することになる。光放出装置の光利用効率を一段と高めるため、このようなジャケット１５０の内面は、反射性であるのが良く、その結果、このような側壁に当たった光は、反射されて視準要素１０５に戻り、最終的に、出力側１０７を通って光放出装置から出ることになる。このような反射内面は、好ましくは、最も高い効率を得るための全スペクトル反射性である。

ジャケットは、円筒形であるのが良く、即ち、互いに平行な側壁を有し、或いは、特にテーパしても良く、その結果、ジャケット１５０の断面積は、視準要素１０５の受光側１０６では小さく、視準要素１０５の出力側１０７では大きい。これは、光の視準度を一段と高めることになる。さらに、ジャケット１５０の側壁は、視準要素１０５の受光側から出力側までその延長方向に関して真っ直ぐであっても良く湾曲しても良い。側壁が湾曲している場合、ジャケット１５０の内面は、代表的には、凸面を形成する。

本発明の第２の実施形態が、図２に示されており、この実施形態は、４つの発光ダイオード２０１，２０２，２０３，２０４から成る１つの組と、これら発光ダイオードの前に配置されていて、発光ダイオードに向いた受光側及びこれと反対側の出力側を有する光視準要素とから成っている。光視準要素は、エッジ２１５，２２５，２３５が視準要素の受光側に向けられた状態の３つのＶ字形プロフィール面部材２１０，２２０，２３０から成っている。

第１の発光ダイオード２０１は、第２の発光ダイオード２０２に隣接して位置している。第３の発光ダイオード２０３は、第４の発光ダイオード２０４に隣接して位置している。第１の発光ダイオードと第２の発光ダイオードは、一緒になって、第１の列をなす光源を形成し、これら光源は、第３の発光ダイオード２０３及び第４の発光ダイオード２０４によって形成された第２の列をなす光源に隣接して配置されると共にこれらに平行である。

第１のＶ字形プロフィール要素２１０は、第１及び第２の発光ダイオード２０１，２０２の前に配置されていて、その第１の脚２１１は、第１の発光ダイオード２０１の前に配置され、その第２の脚２１２は、第２の発光ダイオード２０２の前に配置されている。第１のＶ字形プロフィール要素のエッジ２１５は、第１の発光ダイオードと第２の発光ダイオードとの間に配置されている。

第２のＶ字形プロフィール要素２２０は、第３及び第４の発光ダイオード２０３，２０４の前に配置されていて、その第１の脚２２１は、第３の発光ダイオード２０３の前に配置され、その第２の脚２２２は、第４の発光ダイオード２０４の前に配置されている。第２のＶ字形プロフィール要素２２０のエッジ２２５は、第３の発光ダイオードと第４の発光ダイオードとの間に配置されている。

第１のＶ字形プロフィール面部材２１０の第１の脚２１１は、第１の発光ダイオード２０１により放出された光は透過するが、第２の発光ダイオード２０２により放出された光は反射する第１のダイクロイックフィルタを備えている。第１のＶ字形プロフィール面部材２１０の第２の脚２１２は、第２の発光ダイオード２０２により放出された光は透過するが、第１の発光ダイオード２０１により放出された光は反射する第２のダイクロイックフィルタを備えている。

第２のＶ字形プロフィール面部材２２０の第１の脚２２１は、第３の発光ダイオード２０３により放出された光は透過するが、第４の発光ダイオード２０４により放出された光は反射する第３のダイクロイックフィルタを備えている。第２のＶ字形プロフィール面部材２２０の第２の脚２２２は、第４の発光ダイオード２０４により放出された光は透過するが、第３の発光ダイオード２０３により放出された光は反射する第４のダイクロイックフィルタを備えている。

反射面部材２４０が、第１のＶ字形プロフィール面部材２１０と第２のＶ字形プロフィール面部材２２０との間に配置されており、この反射面部材は、主要な光伝搬方向に沿う延長方向を有すると共に第１のＶ字形プロフィール面部材２１０に向いた第１の表面及びＶ字形プロフィール面部材２２０に向いた第２の表面を有している。

主要な光伝搬方向を横切る反射面部材２４０の延長方向は、第１及び第２のＶ字形プロフィール面部材のエッジ２１５，２２５の延長方向に対して本質的に垂直であり且つ第１及び第２の発光ダイオード２０１，２０２並びに第３及び第４の発光ダイオード２０３，２０４によりそれぞれ形成された列に本質的に平行であると共にこれらの間に配置されている。

第３のＶ字形プロフィール面部材２３０は、第１及び第２のＶ字形プロフィール面部材２１０，２２０の前に配置されていて、第３のＶ字形プロフィール面部材２３０の第１の脚２３１は、第１のＶ字形プロフィール面部材２１０の前に配置され、第３のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚２３２は、第２のＶ字形プロフィール面部材２２０の前に配置されている。

第３のＶ字形面部材２３０のエッジ２３５は、第１のＶ字形プロフィール面部材と第２のＶ字形プロフィール面部材との間に配置されている。第３のＶ字形プロフィール面部材２３０のエッジ２３５は、主要な光伝搬方向を横切る反射面部材１４０の延長方向にこれ又本質的に平行である。第３のＶ字形面部材２３０のエッジ２３５は、第１及び第２のＶ字形プロフィール面部材２１０，２２０のエッジ２１５，２２５にこれ又本質的に平行である。

第３のＶ字形プロフィール要素の第１の脚２３１は、第１及び第２の発光ダイオードからの光を透過し、第３及び第４の発光ダイオードからの光を反射する第５のダイクロイックフィルタを備えている。

第３のＶ字形プロフィール要素の第２の脚２３１は、第３及び第４の発光ダイオードからの光に対しては透過性であり、第１及び第２の発光ダイオードからの光は反射する第６のダイクロイックフィルタを備えている。

本発明の変形実施形態では、本発明の光視準要素を構成するＶ字形プロフィール面部材の脚の幾つか又は全ては、図３に示されているように湾曲した断面を有しても良く、この図３は、図２の第１のＶ字形プロフィール面部材を湾曲した変形例の状態で断面で示している。

断面が湾曲した脚を有するこのようなプロフィール面部材を用いることにより、平板状の脚を有するプロフィール面部材を用いる視準要素よりも低プロフィールの視準要素により或る特定の視準度を達成することができるので視準効率を高めることができる。

本発明の光放出装置は、２つ以上の組をなす上述の４つの光源及び３つのＶ字形プロフィール面部材を更に有しても良い。４つのこのような組を有する実施形態が、図４に示されている。この実施形態では、第１の組４０１、第２の組４０２、第３の組４０３、第４の組４０４（これらの組は、図２と関連して上述している）及び４つ全ての組の周りに配置された共通ジャケット４５０が、一緒になって、本発明の光放出装置を形成している。

図４に示されているように、このような装置における光源の幾つかは、２つ以上の組について共通であるのが良い。例えば、光源４１２は、第１の組４０１及び第２の組４０２について共通であり、光源４１３は、第１の組４０１及び第３の組４０３について共通であり、光源４１４は、４つの組４０１，４０２，４０３，４０４全てについて共通である。

本発明の光放出装置の好ましい実施形態では、光源４１１，４１１′，４１１″，４１１′″は、緑色発光ダイオードであり、光源４１２，４１２′は、赤色発光ダイオードであり、光源４１３，４１３′は、青色発光ダイオードであり、光源４１４は、琥珀色発光ダイオードである。現在入手できる従来型発光ダイオードにより赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオード及び琥珀色発光ダイオードから白色光を生じさせるためには、青色を放出する領域及び赤色を放出する領域よりも広い緑色光放出領域が必要である。図４において提案されている設計により、対称構造及び高い設計上の自由度が得られる。

本明細書で用いる「ダイクロイックフィルタ」という用語は、１又は２以上の波長又は波長範囲の電磁放射線を反射し、他の波長又は波長範囲を透過する一方で、関心のある全ての波長について低い、代表的にはほぼゼロの吸収係数を維持するフィルタを意味している。

ダイクロイックフィルタは、高域型のものであっても良く、低域型のものであっても良く、帯域型のものであっても良く、帯域阻止型のものであっても良い。

ダイクロイックフィルタは、第１の色又は一連の色の光を反射する一方で第２の色又は一連の色の光を透過するよう設計されているのが良い。

本発明の輝度促進手段に用いられるのに適したダイクロイックフィルタは、当業者に知られているダイクロイックフィルタを含み、屈折率が互いに異なる材料の多層を含む。

このようなダイクロイックフィルタの例としては、「干渉スタック」と通称されているこのようなフィルタが挙げられ、このようなフィルタは、屈折率が互いに異なる２種類又は３種類以上の材料の層を交互に配置したものから成る。例えば、各層の厚さは、空気中の波長の１／４を屈折率で除算した値にほぼ等しいのが良く、この場合、空気中の波長は、ダイクロイックフィルタが合わされている光の主要な波長に等しい。このような干渉スタックの一例は、Ｔａ₂Ｏ₅の層とＳｉＯ₂の層を交互に配置したもので構成されているが、他の材料の組み合わせは、当業者に知られている。

当業者に知られていて本発明に用いられるのに適したダイクロイックフィルタの他の例は、コレステリック液晶、所謂フォトニック結晶又はホログラフィック層を利用したこのようなフィルタである。

本発明との関連で用いられる場合、ダイクロイックフィルタは、このダイクロイックフィルタが照明ユニットによって放出される波長範囲の波長を反射する一方でこれとは異なる波長範囲の光を透過する場合、照明ユニットに合わされる。

例えば、緑色光に合わされたダイクロイックフィルタは、緑色光を反射する一方で、青色光及び赤色光を透過させることができる。

放出される波長範囲と反射される波長範囲が同一であることは必要ではない。反射される波長範囲は、例えば、放出される波長範囲よりも狭い場合があり又は放出される波長範囲よりも広い場合がある。

さらに、ダイクロイックフィルタは、理想的でなくても良く、即ち、フィルタが光を反射する波長範囲の光の１００％を反射せず且つ（或いは）フィルタが光を透過する波長範囲の光の１００％を透過しなくても良い。しかしながら、約８０％以上の、例えば約９０％の反射及び透過効率は、達成可能である。

当業者であれば認識されるように、本発明は、上述の好ましい実施形態には何ら制限されない。それどころか、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で多くの改造例及び変形例が可能である。例えば、本発明は、Ｖ字形プロフィール面部材の脚が自立形壁要素によって構成されることには限定されない。変形実施形態では、ダイクロイックフィルタが施されるこれら表面は、固体導波路と雰囲気との間のインタフェースを形成し又は隣りの固体導波路に対するインタフェースを形成する固体導波路の表面であっても良い。

さらに、製作を容易にするために、小さな穴がフィルタに存在しても良く又は小さな隙間がフィルタ相互間に存在しても良い。

第１のＶ字形プロフィール面部材のエッジは、第２のＶ字形プロフィール面部材のエッジに対して任意の角度をなして良い。上述の実施形態では、エッジは、互いに平行であり、即ち、０°の角度をなすが、エッジにより０°〜１８０°の任意の角度が形成されても良い。さらに、第１のＶ字形プロフィール面部材と第２のＶ字形プロフィール面部材との間に配置された反射面部材とＶ字形プロフィール面部材のエッジとの間の角度は、０°（即ち、互いに平行）から９０°（即ち、互いに垂直）までの任意の角度であって良く、第１及び第２のＶ字形プロフィール面部材について別個独立に選択されても良く、例えば、第１のプロフィール面部材は、反射面部材に対して平行であり、第２のプロフィール面部材は、反射面部材に対して垂直である。

さらに、本発明の光放出装置からの光を一段と視準するために、追加の視準器を視準要素の出力側に設けても良い。

さらに、視準構造体又は要素からの光を一段と混合するために、代表的には形状が視準要素の出力側の形状に合わされている混光ロッドの形態をした光混合手段を視準要素の出力側に設けても良い。

光源としての本発明の光放出装置は、多くの用途を有し、このような用途としては、例えば、全般照明器具、交通信号灯、車両用ライト及びディスプレイ装置が挙げられるが、これらには限定されない。

具体的に想定された観点では、本発明は、上述の光放出装置を２つ又は３つ以上有するディスプレイ装置に関する。代表的には、このようなディスプレイ装置では、光放出装置は、別個独立にアドレス指定可能であり、例えば、各光放出装置又は一群の光放出装置は、ディスプレイ装置の互いに別々の画素を表わしている。本発明の光放出装置は又、投写型ディスプレイ装置の光源としての役目を果たすことができる。

以上要約すると、本発明は、少なくとも１つの組をなす４つの光源とこれら光源からの光を視準すると共に混合する視準要素を有する光放出装置を提供する。光視準要素は、エッジが光源に向けられた状態で配置された３つのＶ字形プロフィール面部材を有する。Ｖ字形プロフィール面部材は、ダイクロイックフィルタを備え、ダイクロイックフィルタは、これらの後ろに配置されている光源からの光を透過し、残りの光源からの光を反射する。

このような装置は、本質的に同一の視準度が４つ全ての光源について達成されるように４つの光源からの光を視準すると共に混合することができる。

Claims

少なくとも１つの組をなす第１の光源と、第２の光源と、第３の光源と、第４の光源と、前記光源に向いた受光側及びこれと反対側の出力側を備えた光視準要素とを有する光放出装置であって、前記第１の光源は、前記第２の光源に隣接して位置し、前記第３の光源は、前記第４の光源に隣接して位置し、前記光視準要素は、
−エッジが前記受光側に向けられた状態で前記第１及び前記第２の光源の前に配置された第１のＶ字形プロフィール面部材を有し、前記第１のＶ字形プロフィール面部材の第１の脚が、前記第１の光源の前に配置されており、前記第１の脚は、前記第１の光源からの光を透過し、前記第２の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有し、前記第１のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚が、前記第２の光源の前に配置されており、前記第２の脚は、前記第２の光源からの光を透過し、前記第１の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有し、
エッジが前記受光側に向けられた状態で前記第３及び前記第４の光源の前に配置された第２のＶ字形プロフィール面部材を有し、前記第２のＶ字形プロフィール面部材の第１の脚が、前記第３の光源の前に配置されており、前記第１の脚は、前記第３の光源からの光を透過し、前記第４の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有し、前記第２のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚が、前記第４の光源の前に配置されており、前記第２の脚は、前記第４の光源からの光を透過し、前記第３の光源の光を反射するダイクロイックフィルタを有し、
光の主方向に延長方向を有して、前記第１のＶ字形プロフィール要素と前記第２のＶ字形プロフィール要素との間に配置された反射面部材を有し、
エッジが受光側に向けられた状態で前記第１及び前記第２のＶ字形プロフィール面部材の前に配置された第３のＶ字形プロフィール面部材を有し、前記第３のＶ字形プロフィール面部材の第１の脚が、前記第１のＶ字形プロフィール面部材の前に配置されており、前記第１の脚は、前記第１及び前記第２の光源からの光を透過し、前記第３及び前記第４の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有し、前記第３のＶ字形プロフィール面部材の第２の脚が、前記第２のＶ字形プロフィール面部材の前に配置されており、前記第２の脚は、前記第３及び前記第４の光源からの光を透過し、前記第１及び前記第２の光源からの光を反射するダイクロイックフィルタを有する、
ことを特徴とする光放出装置。
前記第３のＶ字形プロフィール面部材の前記エッジは、前記光の主伝搬方向を横切って前記反射面部材の前記延長方向に対して平行である、
請求項１記載の光放出装置。
前記第１のＶ字形プロフィール面部材の前記エッジ及び（又は）前記第２のＶ字形プロフィール面部材の前記エッジは、前記第３のＶ字形面部材の前記エッジに対して平行である、
請求項１又は２記載の光放出装置。
前記第１のＶ字形プロフィール面部材の前記エッジ及び（又は）前記第２のＶ字形プロフィール面部材の前記エッジは、前記第３のＶ字形面部材の前記エッジに対して垂直である、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光放出装置。
前記視準要素は、側壁を有するジャケット内に配置されている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光放出装置。
前記視準要素に向いた前記ジャケット側壁の表面は、反射性である、
請求項５記載の光放出装置。
前記ダイクロイックフィルタは、屈折率が互いに異なる材料の層を交互に配置して構成された干渉スタックから成る、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光放出装置。
前記Ｖ字形プロフィール面部材は、自立形壁要素で構成されている、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光放出装置。
請求項１記載の少なくとも２つの別個独立にアドレス指定可能な光放出装置を有するディスプレイ装置。