JP6251741B2 - 液晶ディスプレイ用照明装置 - Google Patents
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Description
P2=2・n・a2=2・n・d2/sinβ (a)
ここで、nは、導光基板8とホログラフィック光学出力結合基板10との組み合わせから光ビームの出力結合領域で決まる数、d2は、ホログラフィック光学出力結合基板10の層厚み、a2は、ホログラフィック光学出力結合基板10の要素nを通る経路長、そしてαは、入射角、または導光基板端部の面法線に対する媒質へのレーザの入力角である。
さらに、熱可塑性層8a,8bを通る光ビームの経路長は、次の式で与えられる:
P1+3=2・n・(d1+d3)/sinβ (c)
ここで、d1+d3は、熱可塑性層8a、8bの全厚み、αは、入射角、または、導光基板端部の面法線に対する媒質へのレーザの入力角である。角度βは関係(b)で与えられる。
さらに、理論上の幾何学的ビーム幅Sは、次の式によって決まる:
S=cos(90°−2β)(d1+d2+d3)/sinβ (e)
しかしながら、実際には、レーザ等の発光装置のビーム幅を正確にSに調整することは、非実用的、かつ費用効率が高くないことが知られている。むしろ、他のいずれかのビーム幅が同様に好適である。本発明に係る様々な実施形態は、レーザの有効口径が0.1Sから5.0Sまで調整可能に形成される。
I=DE1・I0 (f)
ここで、Iは第一の出力結合領域でアウトカップリングされた回折光の強度、I0はイニシャル強度、またDE1は第一の出力結合領域の回折効率である。
DE2=DE1/(1−1・DE1) (h)
ここで、DE2は第二の出力結合領域の回折効率である。
DE3=DE1/(1−2・DE1) (j)
ここで、DE3は第三の出力結合領域等の回折効率である。次の一般的関係がそこから導きだされる:
DEn=DE1/(1−(n−1)・DE1) (k)
(k)
DEnは最大で1であるため、DE1は、最大で1/nで与えられる。
DEi=DE1/(1−(i−1)・ε・DE1) (l)
および
DEn=DE1/(1−(n−1)・ε・DE1) (m)
および
DE1≦1/(ε・n) (n)
一つに形成されたホログラフィック光学出力結合基板10の代わりに、ホログラフィック光学出力結合基板は、互いに結合した多数の個別ホログラムから形成されてもよい。具体的には、個別ホログラムは、その回折効率DEiで、二ビーム干渉により書き込まれ、照射に適合された体積ホログラムでもよい。例えば、照射量の変化、例えば、シャドーイング、ビーム強度比(ビーム比)の変化、または、記録材料のダイナミックレンジを低減するように調整されたインコヒーレントの前露光、により、回折効率は修正されてもよい。
Claims (17)
- 液晶ディスプレイの少なくとも一つの光変調装置(6)を照明するための照明装置(4)であって、
前記照明装置(4)は、導光基板(8)に結合可能な少なくとも一つの指向性の光ビーム(40)を導くための少なくとも一つの前記導光基板(8)を備え、
前記導光基板(8)は、多数の出力結合領域(12)を備える少なくとも一つのホログラフィック光学出力結合基板(10)に少なくとも光学的接触し、前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)は、反射性または透光性体積ホログラムであり、好ましくは、エッジ・ライト・ジオメトリを用いて記録される反射性または透光性体積ホログラムであり、
出力結合領域(12)は、前記光変調装置(6)の方向に、多数のサブビーム(42、44)状に、前記指向性の光ビーム(40)の一部をアウトカップリングするように少なくともなされ、
少なくとも一つの拡散モジュール(14、58)が設けられ、
前記拡散モジュール(14、58)は、二つの隣接する前記出力結合領域(12)の少なくとも最も外側のサブビーム(46、48)が、前記拡散モジュール(14、58)から出る前に、少なくとも互いに隣接するように、なされている
ことを特徴とする、照明装置(4)。 - 前記拡散モジュール(14)が、前記導光基板(8)と、照明される前記光変調器との間に配置された別の拡散基板(14)であり、
および/または、
前記拡散モジュール(58)が、前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)と一体である
ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置(4)。 - 前記別の拡散基板(14)が、少なくとも一つの透光性層(19)と一つの広範散乱層(20)とを備えることを特徴とする、請求項2に記載の照明装置(4)。
- 前記別の拡散基板(14)と前記導光基板(8)との間に、中間層(24)が配置され、前記中間層(24)の屈折率が少なくとも前記導光基板(8)の屈折率より小さい、または、
前記別の拡散基板(14)と前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)との間に、中間層(24)が配置され、前記中間層(24)の屈折率が少なくとも前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)の屈折率より小さい
ことを特徴とする、請求項3に記載の照明装置(4)。 - 前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)が、角広がり機能を有することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一に記載の照明装置(4)。
- 前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)が、多数の個別ホログラムモジュールを備え、
一つの個別ホログラムモジュールが、特定の原色を回折するようになされている
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一に記載の照明装置(4)。 - 前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)が、ホログラフィックハロゲン化銀乳剤、二色性ゼラチン、光屈折材料、フォトクロミック材料、または感光性樹脂、好ましくは、光開始剤系、および重合性書込モノマーを含む感光性樹脂、特に好ましくは、光開始剤系、重合性書込モノマー、および架橋マトリックスポリマーを含む感光性樹脂、さらに特に好ましくは、光開始剤系、重合性書込モノマー、架橋マトリックス、およびウレタン(少なくとも一フッ素原子で置換されている)を含む感光性樹脂から形成されていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一に記載の照明装置(4)。
- 前記導光基板(8)の層厚み(38)が30μm〜10mm、好ましくは100μm〜2mm、特に好ましくは300μm〜1mmであることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一に記載の照明装置(4)。
- 前記導光基板(8)の前記層厚み(38)は、前記導光基板(8)の前記層厚み(38)が、前記導光基板(8)に結合される指向性の光ビーム(40)の前記ビーム幅と実質的に一致するように形成されていることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一に記載の照明装置(4)。
- 前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)が、1°〜120°、好ましくは5°〜60°、特に好ましくは10°〜45°の発散角を有することを特徴とする、請求項1から9のいずれか一に記載の照明装置(4)。
- 請求項1から10のいずれか一に記載の少なくとも一つの照明装置(4)と、
少なくとも一つの指向性の光ビーム(40)を、前記照明装置(4)の前記導光基板(8)に結合するための少なくとも一つの発光装置(60)と、
を備える、照明システム(2)。 - 前記発光装置(60)は、前記指向性の光ビーム(40)が前記導光基板(8)の面法線に対する入力角を、全反射角arcsin(1/n1)〜85°、好ましくは75°、特に好ましくは65°、さらに特に好ましくは55°、とする(ここで、n1は前記導光基板(8)の屈折率)ように配置されていることを特徴とする、請求項11に記載の照明システム(2)。
- 前記指向性の光ビーム(40)の幾何的ビーム幅が、0.05mm〜1cm、好ましくは0.1mm〜4mm、特に好ましくは0.3mm〜2mmであるように前記発光装置(60)がなされていることを特徴とする、請求項11または請求項12に記載の照明システム(2)。
- 前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)の層厚みが、少なくとも1μmより小さいとき、または、前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)の層厚みが、少なくとも3μmより小さく、かつ指向性光ビーム(60)と前記面法線との間の入力角が、全反射角arcsin(1/n1)〜65°、好ましくは全反射角arcsin(1/n1)〜55°であるとき、前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)が、モノクロに書き込まれており、または
前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)の層厚みが、少なくとも5μmより大きいとき、または、前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)の層厚みが、少なくとも3μmより大きく、かつ指向性の光ビーム(60)と面法線との間の入力角が、全反射角arcsin(1/n1)〜65°より大きい値であるとき、前記ホログラフィック光学出力結合基板(10)が、少なくとも三レーザ(好ましくは、赤、緑、および青レーザ)で書き込まれている
ことを特徴とする、請求項11から13のいずれか一に記載の照明システム(2)。 - 少なくとも一つのさらなる導光基板(62)が、前記導光基板(8)の少なくとも一つの端部(61)上に配置されており、
前記さらなる導光基板(62)が、多数の出力結合領域を備える少なくとも一つのさらなるホログラフィック光学出力結合基板(64)に光学的接触し、
少なくとも一つの発光装置(60)が、少なくとも一つの指向性の光ビーム(66)を前記さらなる導光基板(62)に結合するため設けられており、かつ、
一つの出力結合領域が、前記導光基板(8)の前記端部(61)方向へ、前記少なくとも一つの指向性のサブビーム(40)状に、前記指向性の光ビーム(66)の一部をアウトカップリングするようになされている
ことを特徴とする、請求項11から14のいずれか一に記載の照明システム(2)。 - 前記発光装置(60)が、420〜485nmの範囲、好ましくは430〜480nmの範囲、さらに好ましくは440〜465nmの範囲の、実質的にモノクロな光を発するようになされており、
前記照明装置(4)が、前記発光を光変調装置(6)へそらし、かつ、
前記光変調装置(6)が、変換量子ドットを有する層(30)を備え、前記量子ドットが好ましくは青から緑、および/または青から赤へ変換する量子ドットである
ことを特徴とする、請求項11から15のいずれか一に記載の照明システム(2)。 - 請求項11から16のいずれか一に記載の照明システム(2)を備える、液晶ディスプレイ。
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