ディスプレイ照明システムおよびその製造方法
照明システム（８）は、光学的に透明な部品で作られかつ４つの端面（１０、１０’）を有する光導波路（１８）を備える。端面（１０）の１つを介して光導波路（１８）中にその光が結合される光源（１２）は、この端面（１０）に向かい合って位置している。光導波路（１８）は、光ガイド（３０）を有する。いくつかのファイバ（３４）が光ガイド（３０）の表面（３２）に取り付けられている。ファイバ（３４）は、複屈折特性を有する。複屈折特性を与える好ましい方法は、適切なポリマー・プラスチック材料のファイバ（３４）をその長手方向に引き伸ばすことである。光源（１２）からの光はファイバ（３４）によって偏光され、そして偏光が出口表面（１６）を介して光導波路（１８）から外部に結合される。照明システム（８）は、例えば移動電話、ＰＤＡ、その他のＬＣＤパネルのフロント・ライトまたはバック・ライトに使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的に透明でかつ出口表面と複数の端面とを有する光導波路を備える照明システムであって、その端面の少なくとも１つと向かい合って光源が位置し、その光源の光が前記少なくとも１つの端面で光導波路中に結合されるようになっており、光導波路が光源で放射された光を偏光させるために光導波路と一体化された偏光手段を有する照明システムに関する。
本発明は、さらに、光学的に透明でかつ出口表面および複数の端面を有する光導波路の偏光手段を製造する方法であって、光源がその端面の少なくとも１つと向かい合って位置するように構成され、その光源の光が前記少なくとも１つの端面で光導波路中に結合され、偏光手段が光源で放射された光を偏光させるように構成されている方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤディスプレイは、移動電話、ＰＤＡまたは他の電子デバイスの情報を使用者（以下で見る人と呼ぶ）にディスプレイするために使用されることが多い。ＬＣＤディスプレイは、好ましくは、偏光で照明される。照明は、光がディスプレイ・パネルを介して見る人の方に放射されるバック・ライト照明としてか、または光がディスプレイ・パネルの方に放射されそれから見る人の方に向けて逆に反射されるフロント・ライト照明としてかのどちらかで行われるかもしれない。国際出願９７／０８５８２は、ディスプレイ・パネルの照明を実現する光導波路を含んだディスプレイ・デバイスを記載している。光導波路は、複屈折材料で満たされた溝を備えている。溝の複屈折材料が、側面から入射する光を互いに逆の偏りを有する２つの光ビームに分割する。光導波路の溝は、このように異方性一軸材料（例えばネマチック液晶材料）で満たされて、照明すべきディスプレイ・パネルに向けて所望の偏りの外部結合（ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ）を実現する。しかし、光導波路は製造ステップに敏感であり、溝が表面特性および充填に関して高品質にならない場合には、実質的な量の望ましくない偏りの光が外部に結合されることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、従来技術の欠点を減少させるか、またはなくして、製造し易くかつ実質的に所望の偏りの光だけの外部結合を実現する照明システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、プリアンブルに従った照明システムであって、偏光手段が、光学的に透明な材料で作られかつ前記少なくとも１つの端面で光導波路中に結合される前記光を受け取るように構成された光ガイドと、光学的に透明な材料で作られかつ複屈折特性を有する複数のファイバとを備え、ファイバが出口表面で光ガイド上に層を形成し、ファイバが光ガイドで受け取られた光を偏光させて、出口表面を介して偏光を外部に結合させるように構成されていることを特徴とする照明システムで達成される。
【０００５】
本発明の利点は、非常に滑らかな表面を有するファイバが容易に入手可能なことが多いことである。ファイバの滑らかな表面のために、迷光の形成が減少し、また所望の方向に偏向された偏光の量が増す。ファイバは、好ましくは、例えば光通信領域または織物製造領域で主要商品として入手可能なようなファイバである。
【０００６】
本発明の他の利点は、ファイバの種類、材料、形および直径を適切に選ぶことで複屈折性の程度を制御すること、およびそれらの特性を光ガイドに取り付けられる個々のファイバ全てについて同じにすることが、ファイバによって容易になることである。したがって、外部に結合される偏光に所望の方向を与える光導波路を実現することが非常に容易になる。
【０００７】
従来技術の光導波路では、複屈折材料のいわゆるディレクタ機能すなわち光軸の向きの指示、すなわち、１つの偏りの特定の方向から入射する光が、偏りに依存して常光線屈折率か異常光屈折率かのどちらかのただ１つの屈折率だけを見るようにする機能は、必ずしも十分に制御されていない。したがって、従来技術では、１つの偏りの光、例えばｓ光は、常光線屈折率と異常光屈折率との両方を見ることができるので、それで望み通りに外部に結合されないいくらかの光が「無駄」になる。その上、従来技術では、さらに、他の偏り、例えばｐ光のいくらかの光が、また、常光線屈折率と異常光屈折率との両方を見るので、必然的にある程度外部に結合されるようになる。本発明は、改善されたディレクタ機能を提供し、所望の偏りの光の全てを、およびほとんど所望の偏りの光だけを外部に結合させる。
【０００８】
請求項２に記載の対策は、外部に結合される偏光の方向のさらに優れた制御を実現するという利点を有する。
【０００９】
請求項３に記載の対策は、ファイバに複屈折特性を与える効率のよい方法を実現するという利点を有する。プラスチック・ポリマー材料で作られたファイバは容易に利用できる。引伸ばしの程度を調整することによって、高い精度で複屈折特性を制御することができる。ファイバを引き伸ばすことで、ファイバの複屈折特性が入射光の方向に依存することが保証される。長手方向に引き伸ばされた引伸ばしファイバに対して垂直な方向に入射する光は、２つの異なる屈折率を見るが、一方で、ファイバ方向に入射する光は、常光線屈折率である１つの屈折率だけを見る。引伸ばしファイバに対して垂直に入射する特定の偏りの光、すなわちｓ光かｐ光はただ１つの屈折率だけを見るという点で、ファイバを引き伸ばすことは最適ディレクタ機能を可能にする。このように、所望の偏りの光は非常に高い程度で外部に結合されるようになり、一方で、望ましくない偏りの光はほとんど完全に外部に結合されなくなる。
【００１０】
請求項４に記載の対策は、偏光を望ましくない方向に偏向させるかもしれない引っかき傷および汚れからファイバを保護するという利点を有する。さらに、樹脂層は、ファイバを光ガイド上の適切な位置に保持するのに役立つ。樹脂層は等方性であるので、それ自体では偏りに寄与しない。これによって、光学的光ガイドの偏り挙動がより制御し易くなる。
【００１１】
請求項５に記載の対策は、複屈折率ファイバで偏向されない偏りの光は、また、樹脂層からファイバの中に入り次にファイバから樹脂層の中に戻るときに、偏向または反射されないという利点を有する。これによって、光導波路から外部に結合される望ましくない偏りの光の量が減少する。さらに、所望の偏りの光の方向の制御は、その光の望ましくない偏向および反射も起こらなくなるので、改善される。
【００１２】
請求項６に記載の対策は、望ましくない偏りの光が所望の偏りの光と同じ方向で外部に結合されないように望ましくない偏りの光の方向を制御することが、さらに改善されるという利点を有する。
【００１３】
請求項７に記載の対策は、また、所望の偏りの光の効率のよい、適切に画定された方向での外部結合を、実現するという利点を有する。所望の偏りの光で無駄にされるものはほとんどない。さらに、ファイバを密に詰めることによって、照明システムが照明することを目的とするディスプレイ・パネルのような対象物の表面にわたって非常に一様な光分布が実現される。
【００１４】
請求項８に記載の対策は、編み組み構造および非編み組み構造が容易に使用できることが多く、かつ非常に密に詰まったファイバ構造を実現するという利点を有する。したがって、例えばディスプレイ・パネルの一様な照明が得られる。編み組み構造および非編み組み構造は、また、複屈折特性を与えるためにファイバの引伸ばしが使用される用途で特に扱いやすい。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、光導波路の偏光手段を製造する方法を提供することであり、この方法は、従来技術の方法よりも効率がよく、またより高い品質を有する偏光手段を実現する。この目的は、プリアンブルに記載の方法であって、前記少なくとも１つの端面で光導波路中に結合される前記光を受け取るための光ガイドを光学的に透明な材料で形成するステップと、光学的に透明な材料で作られたファイバを引き伸ばしてファイバに複屈折特性を与えるステップと、出口表面に近接した光ガイドの表面にファイバを取り付けて光ガイドで受け取られた光を偏光させ、かつ出口表面を介して偏光を外部に結合させるステップと、を特徴とする方法で達成される。
【００１６】
この方法の利点は、引伸ばしの程度を調整してファイバの複屈折特性を高い精度で制御できることである。ファイバの引伸ばしは、一軸（長手方向）かまたは二軸である。一軸引伸ばしは、ファイバに複屈折特性を与えるので好ましい。ファイバの二軸引伸ばしは、ファイバに三屈折特性を与える。三屈折ファイバは、望ましくない偏りの光も外部に結合させるので、余り好ましくない。ファイバ自体は、迷光の量を減少させる滑らか表面を有する主要商品として容易に使用可能である。
【００１７】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記述される実施形態から明らかになり、またその実施形態に関連して説明する。
【００１８】
ここで本発明をより詳細に添付の図面を参照して説明する。
図は概略であり、一定の比でない。対応する部品は一般に同じ参照数字を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の説明で、「複屈折性の」は、透明物体が第１の偏りの光に対して１つの屈折率すなわち常光線屈折率を有し、前記第１の偏りに対して反対である第２の偏りの光に対して別の屈折率すなわち異常光屈折率を有することを意味する。複屈折を示す材料は、「異方性」と呼ぶことができる。光の偏りに無関係に同じ屈折率を有する材料は「等方性」と呼ばれる。
【００２０】
図１に概略を示すディスプレイ・デバイスは、イメージ・ディスプレイ・パネル２および図示しない、見る人とディスプレイ・パネル２との間にあってディスプレイ・パネル２のフロント・ライト照明を実現する照明システム８を備える。
【００２１】
イメージ・ディスプレイ・パネル２は、ツイスト・ネマチック（ＴＮ）、スーパツイスト・ネマチック（ＳＴＮ）または強誘電性効果に基づいた液晶材料５を２つの基板３、４の間に備えて、入射光の偏りの方向を変調する。イメージ・ディスプレイ・パネル２は、例えば、ピクセルのマトリックスを備え、そのピクセルの光反射画像電極６が基板３の上に設けられている。基板４は光透過性であり、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）から成る１つまたは複数の光透過電極７を有する。画像電極は、駆動ユニット９によって駆動電圧を供給される接続線６’、７’を介して、電圧を与えられる。基板および電極は、知られているやり方で配向層１５をコーティングされている。
【００２２】
照明システム８は、光学的に透明な部品で作られかつ４つの端面１０、１０’を有する光導波路１８を備える。端面の１つ例えば１０を介して光導波路１８中にその光が結合される光源１２は、この端面に向かい合って位置している。光源１２は、例えば、棒状蛍光灯であるかもしれない。特に、例えば携帯電話のような小さなイメージ・ディスプレイ・パネルを有するフラット・パネル・ディスプレイ・デバイスでは、光源は、代わりに、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されるかもしれない。
【００２３】
光導波路１８の出口面１６はイメージ・ディスプレイ・パネル２に面している。光が結合されて入っていかない透明板の各端面１０’は、反射板を備えることができる。このようにして、出口面１６で外に結合されないで光導波路１８を通って伝播し端面１０’に達した光が、このようにこの端面１０’を介して光導波路１８を出るのが防止される。
【００２４】
光が照明システム８の光出力に寄与することなく光導波路１８を出るのを防ぐために、好ましいことに、ランプ１２の光は、結合手段１３を介して光導波路１８中に結合される。
【００２５】
ランプ１２からの光ビーム２０は、以下で述べるやり方で偏光に変換されるので、その結果、主に１つの偏りの光が反射型イメージ・ディスプレイ・パネル２の方に偏向され（ビーム２１）、そして、ピクセルの状態に依存して、同じかまたは反対の極性で反射される（ビーム２２）ようになる。
【００２６】
ピクセルでの反射後、反対の偏りの光は、位相板またはリターダ（ｒｅｔａｒｄｅｒ）２４で直線偏光に変換され、この実施形態で反射光が吸収されるような透過軸の方向を有する偏光子２５に達する。同様に、同じ偏りの偏光は偏光子２５を通過する。
【００２７】
内部表面（例えば、表面１６）で反射された迷光は、ビーム２２の偏りに対して反対の偏りを有し、また、リターダ２４によって、偏光子２５で吸収される直線偏光に変換される（ビーム２６）。また、内部反射によって光導波路１８内に生じた寄生光も偏光子２５で吸収される（ビーム２７）。
【００２８】
図２は、光導波路１８の３次元図である。光導波路１８は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリラート）のような優れた光学特性を有する材料で作られた直角平行六面体である平らな光ガイド３０を備える。光ガイド３０の寸法は、実際の用途に適合するように構成されるが、一般的な例として、ＰＤＡ（個人向け携帯型情報機器）ディスプレイの場合、６０ｍｍ×６０ｍｍで厚さが２ｍｍであるかもしれない。光ガイド３０は、ディスプレイ・パネル２に面した平らな表面３２を有する。表面３２の最上部に、いくつかの平行なファイバ３４が互いに隣接して取り付けられて、平行ファイバ３４の層３５を形成している。ファイバ３４は、ランプ１２から光を受け取るこの端面１０に対して平行である。ファイバ３４の直径は、実際の用途に適合するように調整されるが、例として、２５マイクロメートルであるかもしれない。
【００２９】
ファイバ３４は、引き伸ばしたとき複屈折特性を得るＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタラート）のような材料で作られる。すなわち、ファイバ３４は、入射光に対して異方性である。一軸引伸ばしで、そのようなファイバは、正規屈折率とも呼ばれる常光線屈折率および異常光屈折率を得る。ＰＥＴまたはＰＥＮファイバの場合、異常光屈折率は、常光線屈折率よりも大きい。引伸ばしの程度および材料によって、異常光屈折率が常光線屈折率とどのくらい異なるかが決まる。ファイバ３４を表面３２に取り付ける前に、異常光屈折率が得られる程度に、すなわちファイバ３４が複屈折性になる程度に、ファイバ３４を引き伸ばしておく。ファイバ３４の光ガイド３０への取り付けは、樹脂層３６を使用して行う。液体状態の樹脂をファイバ３４と一緒に光導波路３０の上に積層し、その後例えばＵＶ光を利用して硬化して、ファイバ３４がその中に埋め込まれている樹脂層３６を形成する。ｓ偏光を外部に結合させるために、樹脂は、等方性でかつファイバ３４の常光線屈折率と実質的に同じである屈折率を硬化状態で有するように選ばれる。他の実施形態で代わりにｐ偏光を外部に結合させることが望ましい場合には、硬化樹脂の屈折率はファイバの異常光屈折率と実質的に同じであるべきである。
【００３０】
例として、図３は、光源１２から放射された偏光されていない光のビーム２０の挙動を示す。ビーム２０が、複屈折性で異常光屈折率を有するファイバ３４に入り、かつこの異常光屈折率はファイバ３４が埋め込まれている樹脂層３６の屈折率よりも大きいとき、ビーム２０は、ｓ偏光（すなわち、光波の面が紙の面と一致している）であるビーム２１と、ｐ偏光（すなわち、光波の面が紙の面に対して垂直である）であるビーム２６とに分割される。図３から明らかなように、ｐ偏光であるビーム２６は、ファイバ３４の常光線屈折率に支配され、ファイバ３４の常光線屈折率は樹脂層３６の屈折率と実質的に同じであるので、全然偏向されない。しかし、ｓ偏光であるビーム２１は、樹脂層３６の屈折率よりも大きな異常光屈折率に支配されるので、偏向される。図３に示すように、ビーム２１（ｓ偏光）は、出口表面１６に対して実質的に直角で光導波路１８から外部に結合される。そして、ビーム２１は、上で説明したようにディスプレイ・パネル２に入る。ビーム２６は、光導波路１８の内部で内部全反射され、最後に、光導波路１８から小さな角度で外部に結合されるので、ビーム２６はディスプレイ・パネル２に達しないか、または端面１０、１０’のうちの１つを介して光導波路１８を出る。
【００３１】
図３に示すように、光源１２からの光は、光ガイド３０の面からいくぶん小さな角度で光ガイド３０中に結合されるが、一方で、外部に結合されるｓ偏光は、光ガイド３０の面に対して垂直で外部に結合される。光源１２からの光ビーム２０の小さな角度のために、望ましくない極性の光すなわちｐ偏光は出口表面１６を介して外部に結合されなくなり、代わりに、その表面１６で反射されるようになる。
【００３２】
図４は、本発明の他の実施形態である。図３の実施形態に比べて主な差は、照明システム１０８が、樹脂層３６に埋め込まれた楕円形ファイバ１３４を含む光導波路１１８を備えることである。楕円形ファイバ１３４は、図４に示すように、ビーム２１を形成するｓ偏光のより大きな偏向を生じさせる。
【００３３】
図５は、本発明のさらに他の実施形態を示す。図２の実施形態と比較して主な差は、光導波路２１８がファイバ２３４を有し、そしてこのファイバ２３４が、樹脂層２３６中に埋め込まれて光ガイド３０に取り付けられた編み組み構造２４０の一部を形成することである。編み組み構造２４０を埋め込む前に、編み組み構造２４０は、光源１２と向かい合っている端面１０に平行な方向に引き伸ばされている。編み組み構造２４０を引き伸ばすことで、端面１０に平行なそのファイバ２３４は、複屈折特性を与えられ、図３で説明した同じ原理に従って光源１２からの光を偏光させる。
【００３４】
図６〜図８は、本発明の効率を証明するために行われた実験の結果を示す。実験では、Ｅｌｄｉｍ Ｓ．ＡのＥｚｃｏｎｔｒａｓｔ１６０測定システムを使用して、偏光角度輝度分布を測定した。図６〜図８の目盛は、３から２６０ｌｍ／ｃｄ２までを表す。図６は、先に言及した国際出願ＷＯ９７／０８５８２に記載されたものに設計が似ている従来技術光導波路のｓ偏光（ｓ光）の外部結合を示す。この場合はｓ光である偏光を外部に結合させる所望の方向は、先に言及したように、光導波路の出口表面１６に対して垂直である。図６では、この所望の方向の輝度は、０および１８０表示を通る軸に沿って示されている。しかし、図６から明らかなことであるが、従来技術光導波路もまた９０表示の近くで高い輝度を示す。この９０表示に沿った輝度は、小さな角度で、すなわち出口表面に対して垂直でなくほとんど出口表面に沿って、外部に結合されるようになったｓ光を表す。そのような小さな角度のｓ光は、ディスプレイ・パネルに達しないで、無駄にされる。小さな角度でのｓ光の同じくらい大きな外部結合は、おそらく溝および溝を満たす異方性一軸ネマチック液晶材料の不規則での光の散乱によっている。
【００３５】
本発明を試験するために、本発明に従った光導波路を製造した。平らなＰＭＭＡ光ガイドを形成した。ＰＥＴ膜を元の長さの４．２倍に引き伸ばして複屈折特性を得て、その後、ファイバに切断した。そして、ＵＶ光で硬化された後で光導波路と同じでかつファイバの常光線屈折率と実質的に同じ屈折率を有するアクリル樹脂を利用して、ファイバを光ガイドの上に積層した。
【００３６】
図７は、本発明に従った光導波路のｓ光の輝度を示す。図７から明らかなことであるが、ｓ光のほとんどは出口表面に対して垂直な方向で外部に結合される（すなわち、ｓ光輝度は、０−１８０軸に沿って強い最大を有する）。
【００３７】
図８は、本発明に従った光導波路のｐ偏光（ｐ光）の輝度を示す。図８から明らかなことであるが、出口表面に対して垂直で外部に結合されるｐ光はほとんどない（すなわち、０−１８０軸に沿ったｐ光輝度は非常に低い）。出口表面に対して垂直な方向でのｓ光輝度対ｐ光輝度の約数（コントラストとも呼ばれる）は、約１５である。したがって、本発明に従った光導波路は、ディスプレイ・パネルを照明する偏光を供給する効率が非常によいことが明らかである。引き伸ばしたＰＥＴ膜を切断して得られるものよりも適切に画定された滑らかな表面特性を有する、光ファイバのようなファイバでは、非常に高いコントラストが本発明を利用した結果であるかもしれないし、また余りにも小さな角度で外部に結合されるｓ光の量はさらに減少するかもしれないと考えられる。
【００３８】
理解されることであろうが、添付の特許請求の範囲内で、上述の実施形態の多数の修正が可能であろう。
【００３９】
したがって、例えば、ファイバは、図５で説明したように編み組み構造の一部を形成するかもしれないし、図３で説明したように平行なファイバであるかもしれないし、または非編み組み構造の一部を形成するかもしれない。
【００４０】
引伸ばしは、ファイバの長手方向に行うべきである。編み組み構造および非編み組み構造では、引伸ばしは、好ましくは、光源が向かい合って位置付けされている端面に対して平行なその方向で行われる。引伸ばしの程度は、使用されるファイバの所望複屈折特性を得るように選ばれるかもしれない。
【００４１】
１つの光源を使用する代替えとして、相対する端面にある２つの光源を使用することも可能である。
【００４２】
編み組み構造または非編み組み構造に含まれるファイバでは、引伸ばしは、２つの直角をなす方向で行われるかもしれない。したがって、第１の方向にあるファイバは第１のステップで一軸に引き伸ばされ、そして第２の垂直な方向にあるファイバは第２のステップで一軸に引き伸ばされるかもしれない。そのとき、編み組み構造または非編み組み構造が一体化された導波路の２つの直角をなす端面に、２つの光源を位置付けすることができる。そのような場合、両方向から入射する光は、編み込み構造または非編み組み構造の複屈折ファイバで偏光させることができる。
【００４３】
また、ファイバのいくらかが複屈折性であり、他は等方性かまたは僅かに複屈折性であるファイバの層を得るように、ファイバを混合することも可能である。
【００４４】
個々のファイバは、光ガイドの全長または全幅に沿って延びることができ、または導波路の全長に沿って延びるように配列された短い長さの複数のファイバを使用することができる。
【００４５】
図１に示すディスプレイ・デバイス１は、いわゆるフロント・ライト照明システム８を備える。すなわち、照明システム８は、ディスプレイ・パネル２と、偏光子２５を介して放射された光を観察する見る人との間にある。本発明に従った照明システムはバック・ライト・システムとしても使用できることは明らかである。すなわち、ディスプレイ・パネルは照明システムと見る人との間にある。バック・ライト照明システムでは、光導波路からの偏光はディスプレイ・パネルの方に向けられ、そして、ピクセルの状態に依存して、その偏光のうちのいくらかがディスプレイ・パネルを通過し見る人に達することができるようになる。このように、本発明は様々な型の液晶ディスプレイ（例えば、透過反射型、反射型、または透過型）および様々な種類の液晶効果に応用することができ、先に与えた実施例に限定されない。
【００４６】
ファイバ３４の代わりとして、また、ストリップおよび同様な物を使用することも可能である。円形、楕円形、正方形または三角形のファイバの形が、常光線屈折率と異常光屈折率との間の関係と共に、外部に結合される光の方向を決定する。
【００４７】
要約すると、照明システム８は、光学的に透明な部品で作られかつ４つの端面１０、１０’を有する光導波路１８を備える。端面１０の１つを介して光導波路１８中にその光が結合される光源１２は、この端面１０に向かい合って位置している。光導波路１８は、光ガイド３０を有する。いくつかのファイバ３４が光ガイドの表面３２に取り付けられている。ファイバ３４は、複屈折特性を有する。複屈折特性を与える好ましい方法は、適切なポリマー・プラスチック材料のファイバ３４をその長手方向に引き伸ばすことである。光源１２からの光はファイバ３４によって偏光され、そして偏光が出口表面１６を介して光導波路から外部に結合される。照明システムは、例えば移動電話、ＰＤＡ、その他のＬＣＤパネルのフロント・ライトまたはバック・ライトに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に従った照明システムを備えた反射型ディスプレイ・デバイスの実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した光導波路を示す３次元図である。
【図３】図２の光導波路を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態に従った光導波路を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態に従った光導波路を示す３次元図である。
【図６】従来技術に従った光導波路を使用した所望の偏りの偏光の外部結合を示す図である。
【図７】本発明に従った光導波路を使用した所望の偏りの偏光の外部結合を示す図である。
【図８】本発明に従った光導波路を使用した望ましくない偏りの偏光の外部結合を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的に透明でかつ出口表面と複数の端面とを有する光導波路を備える照明システムであって、その端面の少なくとも１つと向かい合って光源が位置し、その光源の光が前記少なくとも１つの端面で光導波路中に結合されるようになっており、光導波路が光源で放射された光を偏光させるために光導波路と一体化された偏光手段を有する照明システムに関する。
本発明は、さらに、光学的に透明でかつ出口表面および複数の端面を有する光導波路の偏光手段を製造する方法であって、光源がその端面の少なくとも１つと向かい合って位置するように構成され、その光源の光が前記少なくとも１つの端面で光導波路中に結合され、偏光手段が光源で放射された光を偏光させるように構成されている方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤディスプレイは、移動電話、ＰＤＡまたは他の電子デバイスの情報を使用者（以下で見る人と呼ぶ）にディスプレイするために使用されることが多い。ＬＣＤディスプレイは、好ましくは、偏光で照明される。照明は、光がディスプレイ・パネルを介して見る人の方に放射されるバック・ライト照明としてか、または光がディスプレイ・パネルの方に放射されそれから見る人の方に向けて逆に反射されるフロント・ライト照明としてかのどちらかで行われるかもしれない。国際出願９７／０８５８２は、ディスプレイ・パネルの照明を実現する光導波路を含んだディスプレイ・デバイスを記載している。光導波路は、複屈折材料で満たされた溝を備えている。溝の複屈折材料が、側面から入射する光を互いに逆の偏りを有する２つの光ビームに分割する。光導波路の溝は、このように異方性一軸材料（例えばネマチック液晶材料）で満たされて、照明すべきディスプレイ・パネルに向けて所望の偏りの外部結合（ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ）を実現する。しかし、光導波路は製造ステップに敏感であり、溝が表面特性および充填に関して高品質にならない場合には、実質的な量の望ましくない偏りの光が外部に結合されることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、従来技術の欠点を減少させるか、またはなくして、製造し易くかつ実質的に所望の偏りの光だけの外部結合を実現する照明システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、プリアンブルに従った照明システムであって、偏光手段が、光学的に透明な材料で作られかつ前記少なくとも１つの端面で光導波路中に結合される前記光を受け取るように構成された光ガイドと、光学的に透明な材料で作られかつ複屈折特性を有する複数のファイバとを備え、ファイバが出口表面で光ガイド上に層を形成し、ファイバが光ガイドで受け取られた光を偏光させて、出口表面を介して偏光を外部に結合させるように構成されていることを特徴とする照明システムで達成される。
【０００５】
本発明の利点は、非常に滑らかな表面を有するファイバが容易に入手可能なことが多いことである。ファイバの滑らかな表面のために、迷光の形成が減少し、また所望の方向に偏向された偏光の量が増す。ファイバは、好ましくは、例えば光通信領域または織物製造領域で主要商品として入手可能なようなファイバである。
【０００６】
本発明の他の利点は、ファイバの種類、材料、形および直径を適切に選ぶことで複屈折性の程度を制御すること、およびそれらの特性を光ガイドに取り付けられる個々のファイバ全てについて同じにすることが、ファイバによって容易になることである。したがって、外部に結合される偏光に所望の方向を与える光導波路を実現することが非常に容易になる。
【０００７】
従来技術の光導波路では、複屈折材料のいわゆるディレクタ機能すなわち光軸の向きの指示、すなわち、１つの偏りの特定の方向から入射する光が、偏りに依存して常光線屈折率か異常光屈折率かのどちらかのただ１つの屈折率だけを見るようにする機能は、必ずしも十分に制御されていない。したがって、従来技術では、１つの偏りの光、例えばｓ光は、常光線屈折率と異常光屈折率との両方を見ることができるので、それで望み通りに外部に結合されないいくらかの光が「無駄」になる。その上、従来技術では、さらに、他の偏り、例えばｐ光のいくらかの光が、また、常光線屈折率と異常光屈折率との両方を見るので、必然的にある程度外部に結合されるようになる。本発明は、改善されたディレクタ機能を提供し、所望の偏りの光の全てを、およびほとんど所望の偏りの光だけを外部に結合させる。
【０００８】
請求項２に記載の対策は、外部に結合される偏光の方向のさらに優れた制御を実現するという利点を有する。
【０００９】
請求項３に記載の対策は、ファイバに複屈折特性を与える効率のよい方法を実現するという利点を有する。プラスチック・ポリマー材料で作られたファイバは容易に利用できる。引伸ばしの程度を調整することによって、高い精度で複屈折特性を制御することができる。ファイバを引き伸ばすことで、ファイバの複屈折特性が入射光の方向に依存することが保証される。長手方向に引き伸ばされた引伸ばしファイバに対して垂直な方向に入射する光は、２つの異なる屈折率を見るが、一方で、ファイバ方向に入射する光は、常光線屈折率である１つの屈折率だけを見る。引伸ばしファイバに対して垂直に入射する特定の偏りの光、すなわちｓ光かｐ光はただ１つの屈折率だけを見るという点で、ファイバを引き伸ばすことは最適ディレクタ機能を可能にする。このように、所望の偏りの光は非常に高い程度で外部に結合されるようになり、一方で、望ましくない偏りの光はほとんど完全に外部に結合されなくなる。
【００１０】
請求項４に記載の対策は、偏光を望ましくない方向に偏向させるかもしれない引っかき傷および汚れからファイバを保護するという利点を有する。さらに、樹脂層は、ファイバを光ガイド上の適切な位置に保持するのに役立つ。樹脂層は等方性であるので、それ自体では偏りに寄与しない。これによって、光学的光ガイドの偏り挙動がより制御し易くなる。
【００１１】
請求項５に記載の対策は、複屈折率ファイバで偏向されない偏りの光は、また、樹脂層からファイバの中に入り次にファイバから樹脂層の中に戻るときに、偏向または反射されないという利点を有する。これによって、光導波路から外部に結合される望ましくない偏りの光の量が減少する。さらに、所望の偏りの光の方向の制御は、その光の望ましくない偏向および反射も起こらなくなるので、改善される。
【００１２】
請求項６に記載の対策は、望ましくない偏りの光が所望の偏りの光と同じ方向で外部に結合されないように望ましくない偏りの光の方向を制御することが、さらに改善されるという利点を有する。
【００１３】
請求項７に記載の対策は、また、所望の偏りの光の効率のよい、適切に画定された方向での外部結合を、実現するという利点を有する。所望の偏りの光で無駄にされるものはほとんどない。さらに、ファイバを密に詰めることによって、照明システムが照明することを目的とするディスプレイ・パネルのような対象物の表面にわたって非常に一様な光分布が実現される。
【００１４】
請求項８に記載の対策は、編み組み構造および非編み組み構造が容易に使用できることが多く、かつ非常に密に詰まったファイバ構造を実現するという利点を有する。したがって、例えばディスプレイ・パネルの一様な照明が得られる。編み組み構造および非編み組み構造は、また、複屈折特性を与えるためにファイバの引伸ばしが使用される用途で特に扱いやすい。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、光導波路の偏光手段を製造する方法を提供することであり、この方法は、従来技術の方法よりも効率がよく、またより高い品質を有する偏光手段を実現する。この目的は、プリアンブルに記載の方法であって、前記少なくとも１つの端面で光導波路中に結合される前記光を受け取るための光ガイドを光学的に透明な材料で形成するステップと、光学的に透明な材料で作られたファイバを引き伸ばしてファイバに複屈折特性を与えるステップと、出口表面に近接した光ガイドの表面にファイバを取り付けて光ガイドで受け取られた光を偏光させ、かつ出口表面を介して偏光を外部に結合させるステップと、を特徴とする方法で達成される。
【００１６】
この方法の利点は、引伸ばしの程度を調整してファイバの複屈折特性を高い精度で制御できることである。ファイバの引伸ばしは、一軸（長手方向）かまたは二軸である。一軸引伸ばしは、ファイバに複屈折特性を与えるので好ましい。ファイバの二軸引伸ばしは、ファイバに三屈折特性を与える。三屈折ファイバは、望ましくない偏りの光も外部に結合させるので、余り好ましくない。ファイバ自体は、迷光の量を減少させる滑らか表面を有する主要商品として容易に使用可能である。
【００１７】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記述される実施形態から明らかになり、またその実施形態に関連して説明する。
【００１８】
ここで本発明をより詳細に添付の図面を参照して説明する。
図は概略であり、一定の比でない。対応する部品は一般に同じ参照数字を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の説明で、「複屈折性の」は、透明物体が第１の偏りの光に対して１つの屈折率すなわち常光線屈折率を有し、前記第１の偏りに対して反対である第２の偏りの光に対して別の屈折率すなわち異常光屈折率を有することを意味する。複屈折を示す材料は、「異方性」と呼ぶことができる。光の偏りに無関係に同じ屈折率を有する材料は「等方性」と呼ばれる。
【００２０】
図１に概略を示すディスプレイ・デバイスは、イメージ・ディスプレイ・パネル２および図示しない、見る人とディスプレイ・パネル２との間にあってディスプレイ・パネル２のフロント・ライト照明を実現する照明システム８を備える。
【００２１】
イメージ・ディスプレイ・パネル２は、ツイスト・ネマチック（ＴＮ）、スーパツイスト・ネマチック（ＳＴＮ）または強誘電性効果に基づいた液晶材料５を２つの基板３、４の間に備えて、入射光の偏りの方向を変調する。イメージ・ディスプレイ・パネル２は、例えば、ピクセルのマトリックスを備え、そのピクセルの光反射画像電極６が基板３の上に設けられている。基板４は光透過性であり、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）から成る１つまたは複数の光透過電極７を有する。画像電極は、駆動ユニット９によって駆動電圧を供給される接続線６’、７’を介して、電圧を与えられる。基板および電極は、知られているやり方で配向層１５をコーティングされている。
【００２２】
照明システム８は、光学的に透明な部品で作られかつ４つの端面１０、１０’を有する光導波路１８を備える。端面の１つ例えば１０を介して光導波路１８中にその光が結合される光源１２は、この端面に向かい合って位置している。光源１２は、例えば、棒状蛍光灯であるかもしれない。特に、例えば携帯電話のような小さなイメージ・ディスプレイ・パネルを有するフラット・パネル・ディスプレイ・デバイスでは、光源は、代わりに、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されるかもしれない。
【００２３】
光導波路１８の出口面１６はイメージ・ディスプレイ・パネル２に面している。光が結合されて入っていかない透明板の各端面１０’は、反射板を備えることができる。このようにして、出口面１６で外に結合されないで光導波路１８を通って伝播し端面１０’に達した光が、このようにこの端面１０’を介して光導波路１８を出るのが防止される。
【００２４】
光が照明システム８の光出力に寄与することなく光導波路１８を出るのを防ぐために、好ましいことに、ランプ１２の光は、結合手段１３を介して光導波路１８中に結合される。
【００２５】
ランプ１２からの光ビーム２０は、以下で述べるやり方で偏光に変換されるので、その結果、主に１つの偏りの光が反射型イメージ・ディスプレイ・パネル２の方に偏向され（ビーム２１）、そして、ピクセルの状態に依存して、同じかまたは反対の極性で反射される（ビーム２２）ようになる。
【００２６】
ピクセルでの反射後、反対の偏りの光は、位相板またはリターダ（ｒｅｔａｒｄｅｒ）２４で直線偏光に変換され、この実施形態で反射光が吸収されるような透過軸の方向を有する偏光子２５に達する。同様に、同じ偏りの偏光は偏光子２５を通過する。
【００２７】
内部表面（例えば、表面１６）で反射された迷光は、ビーム２２の偏りに対して反対の偏りを有し、また、リターダ２４によって、偏光子２５で吸収される直線偏光に変換される（ビーム２６）。また、内部反射によって光導波路１８内に生じた寄生光も偏光子２５で吸収される（ビーム２７）。
【００２８】
図２は、光導波路１８の３次元図である。光導波路１８は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリラート）のような優れた光学特性を有する材料で作られた直角平行六面体である平らな光ガイド３０を備える。光ガイド３０の寸法は、実際の用途に適合するように構成されるが、一般的な例として、ＰＤＡ（個人向け携帯型情報機器）ディスプレイの場合、６０ｍｍ×６０ｍｍで厚さが２ｍｍであるかもしれない。光ガイド３０は、ディスプレイ・パネル２に面した平らな表面３２を有する。表面３２の最上部に、いくつかの平行なファイバ３４が互いに隣接して取り付けられて、平行ファイバ３４の層３５を形成している。ファイバ３４は、ランプ１２から光を受け取るこの端面１０に対して平行である。ファイバ３４の直径は、実際の用途に適合するように調整されるが、例として、２５マイクロメートルであるかもしれない。
【００２９】
ファイバ３４は、引き伸ばしたとき複屈折特性を得るＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタラート）のような材料で作られる。すなわち、ファイバ３４は、入射光に対して異方性である。一軸引伸ばしで、そのようなファイバは、正規屈折率とも呼ばれる常光線屈折率および異常光屈折率を得る。ＰＥＴまたはＰＥＮファイバの場合、異常光屈折率は、常光線屈折率よりも大きい。引伸ばしの程度および材料によって、異常光屈折率が常光線屈折率とどのくらい異なるかが決まる。ファイバ３４を表面３２に取り付ける前に、異常光屈折率が得られる程度に、すなわちファイバ３４が複屈折性になる程度に、ファイバ３４を引き伸ばしておく。ファイバ３４の光ガイド３０への取り付けは、樹脂層３６を使用して行う。液体状態の樹脂をファイバ３４と一緒に光導波路３０の上に積層し、その後例えばＵＶ光を利用して硬化して、ファイバ３４がその中に埋め込まれている樹脂層３６を形成する。ｓ偏光を外部に結合させるために、樹脂は、等方性でかつファイバ３４の常光線屈折率と実質的に同じである屈折率を硬化状態で有するように選ばれる。他の実施形態で代わりにｐ偏光を外部に結合させることが望ましい場合には、硬化樹脂の屈折率はファイバの異常光屈折率と実質的に同じであるべきである。
【００３０】
例として、図３は、光源１２から放射された偏光されていない光のビーム２０の挙動を示す。ビーム２０が、複屈折性で異常光屈折率を有するファイバ３４に入り、かつこの異常光屈折率はファイバ３４が埋め込まれている樹脂層３６の屈折率よりも大きいとき、ビーム２０は、ｓ偏光（すなわち、光波の面が紙の面と一致している）であるビーム２１と、ｐ偏光（すなわち、光波の面が紙の面に対して垂直である）であるビーム２６とに分割される。図３から明らかなように、ｐ偏光であるビーム２６は、ファイバ３４の常光線屈折率に支配され、ファイバ３４の常光線屈折率は樹脂層３６の屈折率と実質的に同じであるので、全然偏向されない。しかし、ｓ偏光であるビーム２１は、樹脂層３６の屈折率よりも大きな異常光屈折率に支配されるので、偏向される。図３に示すように、ビーム２１（ｓ偏光）は、出口表面１６に対して実質的に直角で光導波路１８から外部に結合される。そして、ビーム２１は、上で説明したようにディスプレイ・パネル２に入る。ビーム２６は、光導波路１８の内部で内部全反射され、最後に、光導波路１８から小さな角度で外部に結合されるので、ビーム２６はディスプレイ・パネル２に達しないか、または端面１０、１０’のうちの１つを介して光導波路１８を出る。
【００３１】
図３に示すように、光源１２からの光は、光ガイド３０の面からいくぶん小さな角度で光ガイド３０中に結合されるが、一方で、外部に結合されるｓ偏光は、光ガイド３０の面に対して垂直で外部に結合される。光源１２からの光ビーム２０の小さな角度のために、望ましくない極性の光すなわちｐ偏光は出口表面１６を介して外部に結合されなくなり、代わりに、その表面１６で反射されるようになる。
【００３２】
図４は、本発明の他の実施形態である。図３の実施形態に比べて主な差は、照明システム１０８が、樹脂層３６に埋め込まれた楕円形ファイバ１３４を含む光導波路１１８を備えることである。楕円形ファイバ１３４は、図４に示すように、ビーム２１を形成するｓ偏光のより大きな偏向を生じさせる。
【００３３】
図５は、本発明のさらに他の実施形態を示す。図２の実施形態と比較して主な差は、光導波路２１８がファイバ２３４を有し、そしてこのファイバ２３４が、樹脂層２３６中に埋め込まれて光ガイド３０に取り付けられた編み組み構造２４０の一部を形成することである。編み組み構造２４０を埋め込む前に、編み組み構造２４０は、光源１２と向かい合っている端面１０に平行な方向に引き伸ばされている。編み組み構造２４０を引き伸ばすことで、端面１０に平行なそのファイバ２３４は、複屈折特性を与えられ、図３で説明した同じ原理に従って光源１２からの光を偏光させる。
【００３４】
図６〜図８は、本発明の効率を証明するために行われた実験の結果を示す。実験では、Ｅｌｄｉｍ Ｓ．ＡのＥｚｃｏｎｔｒａｓｔ１６０測定システムを使用して、偏光角度輝度分布を測定した。図６〜図８の目盛は、３から２６０ｌｍ／ｃｄ２までを表す。図６は、先に言及した国際出願ＷＯ９７／０８５８２に記載されたものに設計が似ている従来技術光導波路のｓ偏光（ｓ光）の外部結合を示す。この場合はｓ光である偏光を外部に結合させる所望の方向は、先に言及したように、光導波路の出口表面１６に対して垂直である。図６では、この所望の方向の輝度は、０および１８０表示を通る軸に沿って示されている。しかし、図６から明らかなことであるが、従来技術光導波路もまた９０表示の近くで高い輝度を示す。この９０表示に沿った輝度は、小さな角度で、すなわち出口表面に対して垂直でなくほとんど出口表面に沿って、外部に結合されるようになったｓ光を表す。そのような小さな角度のｓ光は、ディスプレイ・パネルに達しないで、無駄にされる。小さな角度でのｓ光の同じくらい大きな外部結合は、おそらく溝および溝を満たす異方性一軸ネマチック液晶材料の不規則での光の散乱によっている。
【００３５】
本発明を試験するために、本発明に従った光導波路を製造した。平らなＰＭＭＡ光ガイドを形成した。ＰＥＴ膜を元の長さの４．２倍に引き伸ばして複屈折特性を得て、その後、ファイバに切断した。そして、ＵＶ光で硬化された後で光導波路と同じでかつファイバの常光線屈折率と実質的に同じ屈折率を有するアクリル樹脂を利用して、ファイバを光ガイドの上に積層した。
【００３６】
図７は、本発明に従った光導波路のｓ光の輝度を示す。図７から明らかなことであるが、ｓ光のほとんどは出口表面に対して垂直な方向で外部に結合される（すなわち、ｓ光輝度は、０−１８０軸に沿って強い最大を有する）。
【００３７】
図８は、本発明に従った光導波路のｐ偏光（ｐ光）の輝度を示す。図８から明らかなことであるが、出口表面に対して垂直で外部に結合されるｐ光はほとんどない（すなわち、０−１８０軸に沿ったｐ光輝度は非常に低い）。出口表面に対して垂直な方向でのｓ光輝度対ｐ光輝度の約数（コントラストとも呼ばれる）は、約１５である。したがって、本発明に従った光導波路は、ディスプレイ・パネルを照明する偏光を供給する効率が非常によいことが明らかである。引き伸ばしたＰＥＴ膜を切断して得られるものよりも適切に画定された滑らかな表面特性を有する、光ファイバのようなファイバでは、非常に高いコントラストが本発明を利用した結果であるかもしれないし、また余りにも小さな角度で外部に結合されるｓ光の量はさらに減少するかもしれないと考えられる。
【００３８】
理解されることであろうが、添付の特許請求の範囲内で、上述の実施形態の多数の修正が可能であろう。
【００３９】
したがって、例えば、ファイバは、図５で説明したように編み組み構造の一部を形成するかもしれないし、図３で説明したように平行なファイバであるかもしれないし、または非編み組み構造の一部を形成するかもしれない。
【００４０】
引伸ばしは、ファイバの長手方向に行うべきである。編み組み構造および非編み組み構造では、引伸ばしは、好ましくは、光源が向かい合って位置付けされている端面に対して平行なその方向で行われる。引伸ばしの程度は、使用されるファイバの所望複屈折特性を得るように選ばれるかもしれない。
【００４１】
１つの光源を使用する代替えとして、相対する端面にある２つの光源を使用することも可能である。
【００４２】
編み組み構造または非編み組み構造に含まれるファイバでは、引伸ばしは、２つの直角をなす方向で行われるかもしれない。したがって、第１の方向にあるファイバは第１のステップで一軸に引き伸ばされ、そして第２の垂直な方向にあるファイバは第２のステップで一軸に引き伸ばされるかもしれない。そのとき、編み組み構造または非編み組み構造が一体化された導波路の２つの直角をなす端面に、２つの光源を位置付けすることができる。そのような場合、両方向から入射する光は、編み込み構造または非編み組み構造の複屈折ファイバで偏光させることができる。
【００４３】
また、ファイバのいくらかが複屈折性であり、他は等方性かまたは僅かに複屈折性であるファイバの層を得るように、ファイバを混合することも可能である。
【００４４】
個々のファイバは、光ガイドの全長または全幅に沿って延びることができ、または導波路の全長に沿って延びるように配列された短い長さの複数のファイバを使用することができる。
【００４５】
図１に示すディスプレイ・デバイス１は、いわゆるフロント・ライト照明システム８を備える。すなわち、照明システム８は、ディスプレイ・パネル２と、偏光子２５を介して放射された光を観察する見る人との間にある。本発明に従った照明システムはバック・ライト・システムとしても使用できることは明らかである。すなわち、ディスプレイ・パネルは照明システムと見る人との間にある。バック・ライト照明システムでは、光導波路からの偏光はディスプレイ・パネルの方に向けられ、そして、ピクセルの状態に依存して、その偏光のうちのいくらかがディスプレイ・パネルを通過し見る人に達することができるようになる。このように、本発明は様々な型の液晶ディスプレイ（例えば、透過反射型、反射型、または透過型）および様々な種類の液晶効果に応用することができ、先に与えた実施例に限定されない。
【００４６】
ファイバ３４の代わりとして、また、ストリップおよび同様な物を使用することも可能である。円形、楕円形、正方形または三角形のファイバの形が、常光線屈折率と異常光屈折率との間の関係と共に、外部に結合される光の方向を決定する。
【００４７】
要約すると、照明システム８は、光学的に透明な部品で作られかつ４つの端面１０、１０’を有する光導波路１８を備える。端面１０の１つを介して光導波路１８中にその光が結合される光源１２は、この端面１０に向かい合って位置している。光導波路１８は、光ガイド３０を有する。いくつかのファイバ３４が光ガイドの表面３２に取り付けられている。ファイバ３４は、複屈折特性を有する。複屈折特性を与える好ましい方法は、適切なポリマー・プラスチック材料のファイバ３４をその長手方向に引き伸ばすことである。光源１２からの光はファイバ３４によって偏光され、そして偏光が出口表面１６を介して光導波路から外部に結合される。照明システムは、例えば移動電話、ＰＤＡ、その他のＬＣＤパネルのフロント・ライトまたはバック・ライトに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に従った照明システムを備えた反射型ディスプレイ・デバイスの実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した光導波路を示す３次元図である。
【図３】図２の光導波路を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態に従った光導波路を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態に従った光導波路を示す３次元図である。
【図６】従来技術に従った光導波路を使用した所望の偏りの偏光の外部結合を示す図である。
【図７】本発明に従った光導波路を使用した所望の偏りの偏光の外部結合を示す図である。
【図８】本発明に従った光導波路を使用した望ましくない偏りの偏光の外部結合を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に透明でかつ出口表面および複数の端面を有する光導波路を備え、その端面の少なくとも１つに向かい合って光源が位置し、その光源の光が前記少なくとも１つの端面で前記光導波路中に結合されるようになっており、前記光導波路が前記光源で放射された光を偏光させるために前記光導波路と一体化された偏光手段を有する照明システムであって、
前記偏光手段が、光学的に透明な材料で作られかつ前記少なくとも１つの端面で前記光導波路中に結合される前記光を受け取るように構成された光ガイドと、光学的に透明な材料で作られかつ複屈折特性を有する複数のファイバとを備え、前記ファイバが前記出口表面で前記光ガイド上に層を形成し、前記ファイバが前記光ガイドで受け取られた前記光を偏光させて前記出口表面を介して偏光を外部に結合させるように構成されていることを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記ファイバの少なくともいくつかが、前記光源からの光が結合され入る前記少なくとも１つの端面に対して平行である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記ファイバが、複屈折性の引き伸ばされたポリマー材料で作られている、請求項１および２のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項４】
前記偏光手段が、さらに、前記ファイバを覆う等方性樹脂層を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項５】
前記ファイバが、常光線屈折率および異常光屈折率を有し、前記ファイバの常光線屈折率が前記樹脂層の屈折率と実質的に同じである、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記光ガイドが、前記ファイバの常光線屈折率と実質的に同じである屈折率を有する等方性材料で作られている、請求項１から５のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項７】
前記ファイバが、密に詰まりかつ互いに平行である、請求項１から６のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項８】
前記ファイバが、前記光ガイドに接触された編み組み構造かまたは非編み組み構造に構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項９】
光学的に透明でかつ出口表面および複数の端面を有する光導波路の偏光手段であって、光源がその端面の少なくとも１つに向かい合って位置するように構成され、その光源の光が前記少なくとも１つの端面で前記光導波路中に結合されるようになっており、前記偏光手段が前記光源で放射された光を偏光させるように構成された偏光手段を製造する方法であって、
前記少なくとも１つの端面で前記光導波路中に結合される前記光を受け取るための光ガイドを光学的に透明な材料で形成するステップと、
光学的に透明な材料で作られたファイバを引き伸ばして、前記ファイバに複屈折特性を与えるステップと、
前記出口表面に近接した前記光ガイドの表面に前記光ファイバを取り付けて、前記光ガイドで受け取られる光を偏光させ、かつ前記出口表面を介して偏光を外部に結合させるステップと、を特徴とする方法。
【請求項１０】
前記ファイバが、前記光源からの光が結合されて入る前記少なくとも１つの端面に対して平行であるように取り付けられる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ファイバが、前記ファイバに添えられた樹脂を利用して前記光ガイドに取り付けられる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ファイバは、前記光導波路から外部に結合される偏光が前記出口表面に対して実質的に直角で外部に結合されるような程度に、引き伸ばされる、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１】
光学的に透明でかつ出口表面および複数の端面を有する光導波路を備え、その端面の少なくとも１つに向かい合って光源が位置し、その光源の光が前記少なくとも１つの端面で前記光導波路中に結合されるようになっており、前記光導波路が前記光源で放射された光を偏光させるために前記光導波路と一体化された偏光手段を有する照明システムであって、
前記偏光手段が、光学的に透明な材料で作られかつ前記少なくとも１つの端面で前記光導波路中に結合される前記光を受け取るように構成された光ガイドと、光学的に透明な材料で作られかつ複屈折特性を有する複数のファイバとを備え、前記ファイバが前記出口表面で前記光ガイド上に層を形成し、前記ファイバが前記光ガイドで受け取られた前記光を偏光させて前記出口表面を介して偏光を外部に結合させるように構成されていることを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記ファイバの少なくともいくつかが、前記光源からの光が結合され入る前記少なくとも１つの端面に対して平行である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記ファイバが、複屈折性の引き伸ばされたポリマー材料で作られている、請求項１および２のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項４】
前記偏光手段が、さらに、前記ファイバを覆う等方性樹脂層を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項５】
前記ファイバが、常光線屈折率および異常光屈折率を有し、前記ファイバの常光線屈折率が前記樹脂層の屈折率と実質的に同じである、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記光ガイドが、前記ファイバの常光線屈折率と実質的に同じである屈折率を有する等方性材料で作られている、請求項１から５のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項７】
前記ファイバが、密に詰まりかつ互いに平行である、請求項１から６のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項８】
前記ファイバが、前記光ガイドに接触された編み組み構造かまたは非編み組み構造に構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項９】
光学的に透明でかつ出口表面および複数の端面を有する光導波路の偏光手段であって、光源がその端面の少なくとも１つに向かい合って位置するように構成され、その光源の光が前記少なくとも１つの端面で前記光導波路中に結合されるようになっており、前記偏光手段が前記光源で放射された光を偏光させるように構成された偏光手段を製造する方法であって、
前記少なくとも１つの端面で前記光導波路中に結合される前記光を受け取るための光ガイドを光学的に透明な材料で形成するステップと、
光学的に透明な材料で作られたファイバを引き伸ばして、前記ファイバに複屈折特性を与えるステップと、
前記出口表面に近接した前記光ガイドの表面に前記光ファイバを取り付けて、前記光ガイドで受け取られる光を偏光させ、かつ前記出口表面を介して偏光を外部に結合させるステップと、を特徴とする方法。
【請求項１０】
前記ファイバが、前記光源からの光が結合されて入る前記少なくとも１つの端面に対して平行であるように取り付けられる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ファイバが、前記ファイバに添えられた樹脂を利用して前記光ガイドに取り付けられる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ファイバは、前記光導波路から外部に結合される偏光が前記出口表面に対して実質的に直角で外部に結合されるような程度に、引き伸ばされる、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００６−５１７７２０（Ｐ２００６−５１７７２０Ａ）
【公表日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０２５３１（Ｐ２００６−５０２５３１）
【出願日】平成１６年１月２０日（２００４．１．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０５００３８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７０４６４
【国際公開日】平成１６年８月１９日（２００４．８．１９）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１月２０日（２００４．１．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０５００３８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７０４６４
【国際公開日】平成１６年８月１９日（２００４．８．１９）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
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