JP2003526121A - 視界調節光学系を有するｌｅｄ光源 - Google Patents

視界調節光学系を有するｌｅｄ光源

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JP2003526121A
JP2003526121A JP2001565163A JP2001565163A JP2003526121A JP 2003526121 A JP2003526121 A JP 2003526121A JP 2001565163 A JP2001565163 A JP 2001565163A JP 2001565163 A JP2001565163 A JP 2001565163A JP 2003526121 A JP2003526121 A JP 2003526121A
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lambertian
reflector
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reflectors
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ウイリアム、 エー． パーキン、
デイヴィッド、 ジー． ペルカ、
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TELEDYNE LIGHTING ANDO DISPLAY PRODUCTS, INC.
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Abstract

(57)【要約】 カラー発光ダイオードのような固体発光体を光源として使用した大型ビデオディスプレイ用の画素が、画素内の各カラー固体発光体に、個々に調整された小型光度増大光学系を取り付けることによって形成される。これらの小型光学系の各々は、４つの広視界ランベルトリフレクタ（３４）の組と、一対の狭視界ランベルトリフレクタ（３６）と、ビーム成形レンズ（３８）を有している。小型光度増大光学系は、特に、鉛直方向の視界の発光を制限するように構成することができ、一方、制限されていない水平方向の視界全体に亘ってランベルト光度依存性を実現している。例えば、鉛直方向における視界は、視界を水平方向において約±９０0に維持しつつ、約±３０0に制限することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイに関し、より具体的には、
ＬＥＤディスプレイ用の、画素の構成に関する。
【０００２】 日光に照らされた状態でビデオ画像を見るための大型フルカラーディスプレイ
が米国および日本で、例えば、スポーツスタジアムで用いたり、建物上で広告用
に用いたりするのに次第に一般的になってきている。このような大型ディスプレ
イは、従来のカラーテレビジョンと同様に配置することができる数十万個の画素
を有している。各画素は赤色、緑色、および青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を
、これらを組み合わせて全ての色相を生成できるので含んでいる。画素内の３つ
のカラーダイオードはトライアッドを構成しており、単一のパッケージ、すなわ
ちトライアッドパッケージ内に互いに近接して配置されている。近接して配置す
ることによって、観客からは、発光ダイオード（ＬＥＤ）が別々に見えるのでは
なく、それらが協働して生成する色相のみが見えるようにすることができる。Ni
chia社によって製造されているもののような、従来技術の構成では、各トライア
ッドは、それに結合された単一のバレットレンズを有している。個々のトライア
ッド内の３つの異なるカラーのＬＥＤは、それぞれが前面および側面から放射線
を発するが、通常、前面からの光と側面からの光の比率はそれぞれ異なっている
。発光は、通常、前面に直角な方向から見た時、またはそれに近い場合に最も強
い。この発光は、見る角度をこの直角から離れて大きくしていった時に次第に減
衰する。しかし、３つのＬＥＤのうちの少なくとも２つ（通常、緑色と青色）か
らの発光は他のＬＥＤ（すなわち、赤色）からの発光と異なる率で減衰する。通
常、赤色のＬＥＤは、直角から離れた角度から見た時に青色および緑色よりも比
較的明るい。その結果、ディスプレイは、トライアッドの軸に沿って位置する観
客に対して適正な色を表現することができるが、他の角度に位置する観客には異
なる色相を示す。
【０００３】 さらに、ＬＥＤは広範囲の方向に光を放射するが、ディスプレイは、通常、鉛
直方向に限られた領域内に位置する観客によって見られ、したがって、観客は鉛
直方向の限られた範囲の角度からディスプレイを見る。ＬＥＤディスプレイによ
ってこの範囲外の角度に発せられた光は、どの観客にも届かないので無駄になる
。さらに、ディスプレイは、全ての視角で同じ明るさを有する、すなわちランベ
ルトの発光の特性を有するべきである。ディスプレイの発光効率は、トライアッ
ドのランベルト発光によって最大になる。しかし、従来技術のバレットレンズの
構成は、ランベルト発光体ではなく、その代わりに、オフアングルの明るさが弱
いか、または過剰である。
【０００４】 したがって、光度が視角の余弦に比例して低下する、一定の明るさのランベル
トのパターンで、ほぼ同一の率で減衰し、ほぼ全ての発光が観客に向けられる複
数のカラーＬＥＤを有するＬＥＤ画素が求められている。
【０００５】 発明の概要 本発明の一態様において、カラーディスプレイは、各々が複数の光源を有する
複数の画素を有している。各光源は、他の光源と異なる色の光を発する固体発光
体を有している。さらに、各光源は、光度の、視角に対する変化が他の光源の変
化と実質的に同じになるように光学系を含んでいる。
【０００６】 本発明の他の態様において、カラーディスプレイは、各々が複数の光源を有す
る複数の画素を有しており、各光源は、各々が発光ダイオードと、結合されたビ
ーム成形光学系を有している。
【０００７】 本発明の他の態様において、カラーディスプレイは、各々が実質的にランベル
トの法則に従う複数の光源を有する複数の画素を有している。各ランベルト光源
は、画素内の他のランベルト光源と異なる色の光を発する発光ダイオードを有し
ている。ランベルト光源は、発光ダイオードから光を受けるように配置された、
必要なランベルト発光パターンが生じるように光の向きを変えるように構成され
た光学系をさらに含んでいる。
【０００８】 本発明の他の態様において、装置は、様々な角度でほぼ一定の明るさに見える
光を発する光源を有している。光源は、ＬＥＤとランベルト化（Lambertianizin
g）カップを有している。発光ダイオードは矩形であるのが好ましい。発光ダイ
オードは、前面と、前面の反対側の背面と、４つの側面を有しており、前面およ
び４つの側面が光を発する。前面と４つの側面は、４つの上縁に沿ってそれぞれ
交差している。ランベルト化カップは、底部支持面と、一面が発光ダイオードの
４つの側面の各々に面する４つの反射面を有している。少なくとも１対の互いに
向かい合うリフレクタ面が、光度が、これらのリフレクタ面の前面に対する法線
を含む平面内の視角に対して実質的に余弦減衰を生じるように構成されている。
好ましい一実施態様において、リフレクタ面は円柱面状であり、長さ方向にＬＥ
Ｄの前面の縁部に平行である。より具体的には、リフレクタ面は、ＬＥＤの４つ
の側面の各々の上縁に平行な線に沿って平行移動させられる弧と交差する点の軌
跡と実質的に一致している。これらのリフレクタ面は、特に、非結像リフレクタ
を形成するように形作られている。
【０００９】 本発明の他の態様において、非結像光学素子は、互いに間隔をおいて対面する
ように配置された第１および第２のリフレクタを有している。各リフレクタは、
中央部分と、中央部分の両側に位置する２つの端部部分を有している。中央部分
は、線状の焦点を有する放物柱の形の表面を有している。各端部部分は、放物線
に沿って中央部分の表面につながっている表面を有している。各端部部分の表面
は、中央部分の線状の焦点の各端部の近くに点状の焦点を有する放物面になって
いる。第１および第２のリフレクタの中央部分は、リフレクタの端部部分と共に
、ビームの発散を、直交する２つの方向のうちの一方で制限するビーム成形光学
系を形成する複合放物面集光器のトラフを形成している。この方向は鉛直方向で
あるのが好ましい。
【００１０】 本発明の他の態様において、発光ダイオード用のビーム成形光学系は、第１お
よび第２の組のリフレクタと、透光材料で構成された光学素子を有している。第
１の組のリフレクタは発光ダイオードの側面に隣接して配置されている。第２の
組のリフレクタは、発光ダイオードからの光のビームの発散を一平面内で限られ
た角範囲に制限するように構成されている。この平面は鉛直面であるのが好まし
い。透光材料で構成された光学素子は、発光ダイオードと第１および第２の組の
リフレクタから光を受けるように配置されている。第１および第２の組のリフレ
クタと透光材料は、両方の平面において実質的にランベルトの法則に従う光度減
衰を生じさせるが、鉛直面であるのが好ましい一方の平面では限られた角範囲で
実質的にランベルトの法則に従う光度減衰を生じさせ、水平面であるのが好まし
い直交する平面では、この限られた角範囲よりも大きな角範囲内で実質的にラン
ベルトの法則に従う光度減衰を生じさせるように調整され、構成されている。
【００１１】 本発明の他の態様は、必要な視角範囲に亘ってランベルト発光を生じさせるよ
うにＬＥＤの光を処理する方法からなっている。この方法は、発光ダイオードの
複数の側面から放出された光を集め、この光の向きを、単一のランベルト面の発
光パターンを模擬するように変えるステップを含んでいる。集められた光の発散
は、複数の側面の、互いに向かい合う一対に直交する平面において低減させる。
集められた光は、発散を低減した後に屈折させる。
【００１２】 本発明の他の態様は、光を発する前面と複数の側面を有する発光ダイオードの
出力を成形する方法からなっている。この方法は、側面から発せられた光を集め
、光の向きを実質的に単一のランベルト面によって生成される光を模擬するよう
に変えるステップを含んでいる。さらに、鉛直方向であるのが好ましい一方向に
おけるビームの発散を限られた角範囲に、この限られた範囲の大部分内で実質的
にランベルトの法則に従った減衰を維持しつつ、低減するのにリフレクタを用い
る。
【００１３】 好ましい実施形態の詳細な説明 図１〜３に示すように、大規模カラー発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ
１０は、特定の部分の座席１４から見えるようにスタジアム１２内に配置するこ
とができる。ディスプレイ１０の１つの面、すなわち前面１６のみが観客に見え
ている。図４〜７に示すように、ディスプレイ１０のこの前面１６は、各々が長
さＬ、幅Ｗの表面２０を有する画素１８の矩形のアレイを有している。画素１８
は、スタジアムにおける鉛直方向（上向き）および水平方向（横向き）に平行な
行２２および列２４に配置されている。図１においてＶおよびＨと示された軸は
、これら鉛直方向および水平方向を示している。
【００１４】 アレイ１０内の画素１８の向きにより密接に関連する他の準拠枠が、図２〜７
に示されているｘ，ｙ，ｚ座標系によって与えられている。この座標系において
、画素１８の行２２は、水平方向Ｈに揃えられたｙ軸に一致している。これに対
して、画素の長さ方向に平行なｘ軸は、鉛直方向Ｖに揃えられていない。図６に
示すように、個々の画素１８は、観客が位置する座席１４の部分に向かって傾け
るのが好ましく、したがって、ｘ軸は鉛直方向Ｖから適切な角度だけそれている
。画素１８は、鉛直方向Ｖに対して約５0から２０0の間の角度に傾けるのが最も
好ましい。ｘ，ｙ，ｚ座標系の残りの部分、すなわちｚ軸は観客の方へ向かって
おり、ｘ軸およびｙ軸に直角である。したがって、ｚ軸は画素１８の表面２０に
直角である。
【００１５】 画素１８は、ｚ軸がディスプレイ１０から座席１４の部分内の中心点２６へと
延びるように向けるのが好ましい（図２および図３参照。）。また、ＬＥＤディ
スプレイ１０は、その光エネルギーの大部分を、ｘ−ｚ面内の限られた角範囲θ
、すなわち、ｘ−ｚ面における、観客が座っている領域に相当する範囲内に向け
るように構成するのが好ましい。この角度θは、ｘ−ｚ面内に定められ、図２に
示されている（特に明示しない限り、全ての角度は、ｚ軸に相当する、画素１８
の表面２０に対する垂線に対して定める。）。この角度θは、例えば約３０0に
等しくてよいが、さもなければ、ディスプレイの具体的な用途および位置に応じ
て５0から４５0の範囲であってよい。これに対して、観客は、図３に示すように
、ｙ−ｚ面内のより広い角範囲からＬＥＤディスプレイ１０を見る。したがって
、ＬＥＤディスプレイ１０は、ｙ−ｚ面内で定められた角度φに対する、ｙ−ｚ
面内の領域内にエネルギーの大部分を放出するようにするのが好ましい。この角
度φは例えば６０0までの角度であってよく、ディスプレイが、画像が明瞭でな
くなるのに近いほど縮小される８０0までの角度であってもよい。
【００１６】 ディスプレイ１０の画素１８は、ランベルト発光体を構成するかまたはそれに
近くなっており、発光体の法線に対して所与の方向に生じる、単位立体角当たり
の光度、すなわち光束が、この方向と法線との間の角度の余弦に比例する、ラン
ベルトの余弦法則に従うものであるのが好ましい。この場合、ディスプレイ１０
は全ての視角に対して一定の明るさを有している。したがって、画素１８から観
客に向けられる出力の光度は、ｚ軸に対して定められる角度θおよびφと共に、
それぞれｃｏｓ（θ）およびｃｏｓ（φ）に実質的に比例する率で変化するのが
好ましい。このような減衰は、本明細書では「余弦減衰」と定義する。
【００１７】 全範囲の色相を得るために、各画素１８は、図８〜１０に示されている３つの
光源２８を含んでいる。光源２８は、単一の画素１８内で互いに上下に並んだ列
に配置されており、３つの光源は、ｘ軸に平行な線を形成している。画素１８内
の各光源２８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体発光体３０を有してい
る。これらのＬＥＤ３０は、例えば、赤色、青色、および緑色のＬＥＤを有して
いてよく、または、より高価な構成では、赤色、黄色、緑色、および青色のＬＥ
Ｄを有していてもよい。
【００１８】 これらの光源２８は、角度θおよびφと共に実質的に同じ率で弱くなり、すな
わち減衰する光度を出力するのが好ましい。この減衰は、座席１４の、ディスプ
レイ１０に面する部分についてｃｏｓθおよびｃｏｓφに実質的に比例するのが
最も好ましい。実質的に同一の減衰にすることによって、そうではなくトライア
ッドのうちの１つの色が別の色よりも相対的に明るい場合に発生する、色の表現
の誤差が最小限に抑えられる。このような問題は、固体発光体３０を光源２８と
して使用した場合に、異なる色のＬＥＤが、その構成の違いに応じて異なる減衰
を示す可能性があるため、発生する可能性がある。赤色のＬＥＤからの出力の光
度は、例えば、青色または緑色のＬＥＤの出力の光度よりも著しくゆっくりと減
衰する。したがって、光源２８は、ランベルトの法則にほぼ従って同様に減衰す
るようにＬＥＤ３０の様々な減衰特性を補うように構成する必要がある。
【００１９】 各ＬＥＤ３０は、その発光を適切に調整するために、各小型光度増大光学系、
すなわちビーム成形光学系３２と組み合わされている。ビーム成形光学系３２は
、４つの広視界ランベルトレフレクタ３４の組と、一対の狭視界ランベルトリフ
レクタ３６と、透光媒体から形成されたビーム成形レンズ３８を有している。Ｌ
ＥＤ３０とビーム成形光学系３２を含む光源２８の斜視図を図９に示す。ビーム
成形レンズ３８を示さない平面図を図１０に示す。本発明によれば、ビーム成形
光学系３２は、ＬＥＤ３０と共にランベルト発光体を形成している。ＬＥＤ３０
自体がランベルトのパターンを有していない場合、結合された光学系３２によっ
てそのようなパターンが形成され、したがって、この光学系を本明細書ではラン
ベルト化光学系と呼ぶ。
【００２０】 各画素１８の大きさはディスプレイ１０全体に比べて小さい。ディスプレイ１
０は、１０フィート（３．０５ｍ）から６０フィート（１８．２９ｍ）の高さで
、１５フィート（４．５７ｍ）から９０フィート（２７．４３ｍ）の幅の範囲で
あってよく、約１０００００個から２００万個の画素を含んでいる。これらの画
素１８は、約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）から１．５インチ（３．８１ｃｍ
）の範囲であってよい距離ａだけ互いにｙ方向に離れている（図８参照）。画素
１８内のこれらのリフレクタ３４，３６の大きさは、主として、約０．０１イン
チ（０．２５ｍｍ）から０．０４インチ（０．１０ｍｍ）の間の長さおよび幅で
０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）から０．０１インチの高さである、ＬＥＤ
３０の大きさによって左右される。
【００２１】 リフレクタ３４，３６は、銀やアルミニウムのような反射金属などの反射材料
を含む必要があり、スタンピングまたは成形によって形成することができる。小
型反射面を形成する他の公知の技術および将来発見されるであろう技術も好適に
使用することができる。
【００２２】 各光源２８内のＬＥＤ３０は、６つの端面、すなわち、前面４０、背面４２（
図１２参照）、および４つの側面４４（図１１にはこのうちの２つが示されてい
る）を有するＬＥＤダイからなっている。電気リード線４６がＬＥＤ３０のダイ
の前面４０から延びており、電気的に接続されている。
【００２３】 図１１および図１２に示すように、ＬＥＤ３０は４つの広視界ランベルト化リ
フレクタ３４から形成されたランベルト化カップ４８内に含まれている。ランベ
ルト化カップ４８は、ＬＥＤ３０のダイが載っている底部５０をさらに含んでい
る。ＬＥＤ３０のダイは、カップ４８内に配置され、底部５０につながるように
内側に湾曲している４つの広視界ランベルトリフレクタ３４によって囲まれてい
る。４つのリフレクタ３４の各々は、それに隣接する２つのリフレクタにもつな
がれ、ＬＥＤ３０を囲む部分的な囲いを形成している。ＬＥＤ３０は、その４つ
の側面４４の各々が、４つの広視界ランベルトリフレクタ３４のうちの１つに面
するようにカップ４８内に配置されている。背面４２がカップ４８の底部５０に
取り付けられて、ＬＥＤ３０の前面４０は、カップ内の正方形または長方形の、
以下では開口５２と呼ぶ開口部に面している。この正方形または長方形の開口５
２は４つのリフレクタ３４によって区切られて形成されている。ランベルト化カ
ップ４８のこの開口は、ＬＥＤの前面４０を含む平面内にあるのが好ましい。
【００２４】 通常、図１０に示されているＬＥＤ３０は、４つの側面４４が実質的に同一で
ある４重の対称性を有している。図示のように、２つの側面４４はｘ−ｚ面に平
行であり、２つの側面はｙ−ｚ面に平行である。この場合、ランベルト化カップ
４８も４重に対称的である。４つの広視界ランベルトリフレクタ３４の各々は、
実質的に同一の形状および大きさを有している。同様に、ＬＥＤ３０とランベル
ト化カップ４８の、ｘ−ｚ面またはｙ−ｚ面に沿った断面は実質的に区別できな
い。したがって、ランベルト化カップ４８は、互いに向かい合う同一のリフレク
タの、互いに直交する２つの対を有するというように他の表現をすることができ
る。この２対は直交するｘ軸およびｙ軸に沿って離れている。ｘ軸に沿って離れ
た一方の対の断面が図１２に示されている。この断面はｘ−ｚ面に沿って切断し
たものである。
【００２５】 一方の広視界ランベルトリフレクタ３４の断面は弧状である。この弧は、ＬＥ
Ｄ３０の側面４４に沿って、ランベルト化カップ４８の底部５０へと連続的に下
がっている。同様に、図１２に示されているこの弧に相当する広視界リフレクタ
３４は、この弧をｙ軸に平行な線に沿って平行移動させた時に弧と交差する点の
軌跡と実質的に一致している。このリフレクタ面は、ＬＥＤ３０の、リフレクタ
面と向かい合う側面４４と少なくとも同じ長さをｙ軸に沿って有している。しか
し、この面はｙ軸に沿ってさらに延び、他の２つの広視界ランベルトリフレクタ
３４に達しているのが好ましい。各広視界リフレクタ４４が実質的に円柱面を有
する、類似した形状を有するこのような４つの面によって、ＬＥＤ３０を囲む部
分的な囲いを形成することができる。より具体的には、この面は、弧を線に沿っ
て平行移動させた時に弧に交差する点の軌跡と実質的に一致し、したがって円柱
面を形成している。円柱面状の２つのリフレクタは長さ方向にｙ軸と平行であり
、他の２つはｘ軸に平行である。これらの４つの円柱面は、実際、ＬＥＤの前面
４０とＬＥＤの、リフレクタ３４と向かい合う側面４４が交差する、ＬＥＤ３０
のダイの４つの上縁５４に長さ方向に平行になっている。これらの４つのリフレ
クタ３４は、この４つの上縁５４に対して定めることもでき、特に、これらの４
つのリフレクタ３４の弧は、ＬＥＤ３０の上縁上の点を中心とする円で形成する
のが好ましい。これらの円の半径は、ＬＥＤ３０の前面４０がランベルト化カッ
プ４８の底面５０から隔てられている距離に相当していてよい。
【００２６】 したがって、ランベルト化カップは、反射面からＬＥＤ３０の最も近い上縁５
４までの距離に相当する曲率半径ｒを有する円柱面状の４つのリフレクタからな
るのが好ましい。これらの円柱面状のリフレクタ３４は、ＬＥＤ３０、すなわち
その下方の底部に近づき、例えばはんだからなるＬＥＤに接触するように構成さ
れている。したがって、円柱面状のリフレクタ３４を定める曲率ｒは、円柱面状
のリフレクタがＬＥＤ３０の背面４２上の下縁へと、またはこの下縁の下に延び
るのに十分な大きさであるのが好ましい。これによって、ＬＥＤ３０からの光の
大部分を集めて、ランベルトカップ４８の開口５２を通るように向けることがで
きる。ランベルト化カップ４８の大きさは、深さがＬＥＤダイの高さよりもいく
らか深く、全体の幅がダイの幅とダイの高さの２倍の和よりも長いことによって
特徴付けられる。
【００２７】 従来のＬＥＤの注目に値する特徴は、ＬＥＤ３０によって放出される光の全て
が前面４０から出るわけではないことである。ＬＥＤは、前面４０から発光する
のに加えて、４つの全ての側面からも光を放射する。この横向きの光は、使用さ
れないか、または、その後、例えば他のＬＥＤによって吸収される方向に放射さ
れることによって失われる可能性がある。ランベルト化カップ４８は、４つの側
面４４によって発せられた光を集め、この横向きの発光を、ＬＥＤの前面４０か
ら発光されたかのようにカップの開口５２を通るように向け直す。側面４４から
の光は、広視界リフレクタ３４で反射され、ランベルト化カップ４８の正方形ま
たは長方形の開口５２を通る。他の場合には不適切な向きに送られ、場合によっ
ては吸収されることによって無駄になる発光を生かすことができ、その結果、光
源２８および画素１８の効率がかなり改善される。このランベルト化カップ４８
の構成は、また、最大のスループットが得られるように最適化されている。本明
細書で述べる、この非結像光学素子であるランベルト化カップ４８は、例えば、
ＬＥＤ３０の側面からのこの光出力をこの素子の開口５２を通って前方に効率的
に送ることによって、ＬＥＤ画素１８の効率を２倍かそれよりも大きく改善する
ことができる。
【００２８】 さらに、広視界ランベルト化リフレクタ３４は、ランベルト化カップ４８から
の光をランベルトの余弦法則に従う分布にするように形成されている。したがっ
て、ランベルト化カップ４８から発せられる光の光度は、角度θおよびφと共に
それぞれｃｏｓθおよびｃｏｓφに実質的に比例する率で減衰する。リフレクタ
３４は、実質的にランベルトの法則に従った減衰、すなわち余弦減衰を有効に生
じさせ、したがって、ランベルト化カップ４８の矩形の開口５２は、ディスプレ
イの明るさを一定にするのに必要な平面状のランベルト面を模擬的に形成してい
る。
【００２９】 角度θに対するこのランベルト減衰は、ランベルト化カップ４８の上方に配置
された一対の狭視界リフレクタ３６によって狭い角範囲（例えば、約±３０0）
に制限されている。図９に示す実施形態において、これらの狭視界リフレクタ３
６は、ランベルト化カップ４８の方形の開口５２を含む平面５６上に形成されて
いる。この平面５６は、ランベルト化カップ４８を構成する広視界リフレクタ３
４の末端側の４つの端部５８（図１０および図１１参照）と、カップの底面５０
に集まっている、基部側の他の４つの端部も含んでいる。末端側の４つの端部５
８は、ランベルト化カップ４８の方形の開口５２の４つの側部に相当し、開口の
２つの側部５９はｘ軸に平行であり、２つの側部６１はｙ軸に平行である。一対
の狭視界リフレクタ３６は、方形の開口の互いに向かい合う２つの側部、すなわ
ち、ｙ軸に平行な側部の横に位置している。これらの狭視界リフレクタ３６は、
方形の開口５２を間に入れるのに十分な距離Ｓ（図１３参照）だけ離れている。
【００３０】 図９に示すように、各リフレクタ３６は中央部分６０と、中央部分の両側にあ
る２つの端部部分６２を有している。狭視界リフレクタ３６の中央部分６０を示
す断面図を図１３に示す。各図に示すように、中央部分６０は、ランベルト化カ
ップ４８の、ｙ軸に平行な末端側の２つの端部５８から延びている。したがって
、中央部分６０は、方形の開口５２の、ｙ軸に平行な２つの側部に隣接し、側部
に沿って続いている。各中央部分６０は、開口５２のこの２つの側部の一方に沿
って位置する放物柱の形の表面を有しており、他方の側部がこの放物柱の線状の
焦点になっている。この放物柱は、ｘ−ｚ平面内の放物線（図１４参照）をこの
線状の焦点のような、ｙ軸に平行な線上で開口５２の各側部に沿って平行移動さ
せた時に、この放物線に交差する点の軌跡として理解することができる。この中
央部分６０のｙ方向に沿った長さは、開口５２の、ｙ軸に平行な側部と等しい。
この中央部分６０のｚ方向の高さは、ＬＥＤ３０およびランベルト化カップ４８
の大きさに応じて、約０．１インチ（２．５ｍｍ）から０．４インチ（１．０ｍ
ｍ）の間である。
【００３１】 両中央部分６０は、ランベルト化カップ４８の上方に位置する線形の複合放物
面集光器（ＣＰＣ）のトラフを協働して形成している。このＣＰＣトラフは、カ
ップ４８の開口５２の全長に亘って延び、ランベルトカップの円柱面状のリフレ
クタ３４の、ｙ軸に平行な、末端側の２つの端部５８すなわち上縁に接触してい
る。
【００３２】 複合放物面集光器トラフはよく知られた非結像光学素子である。複合放物面集
光器トラフは、非結像光学素子であるため、光出力を最大にするように構成され
ており、画像を形成するのは第一位の目的ではない。ＣＰＣの構成およびそれを
形成する放物線状の形状については、W.T. WelfordおよびR. Winston著「The Op
tics of Nonimaging Concentrators」Academic Press、ニューヨーク、１９７８
年、１７１ページ〜１７３ページで論じられている。Ｐａｒｋｙｎ，Ｊｒ．に発
行された米国特許第５９２４７８８号、Ｒａｂｌ等に発行された米国特許第４１
３０１０７号、Ｗｉｎｓｔｏｎに発行された米国特許第４２３００９５号、Ｗｉ
ｎｓｔｏｎに発行された米国特許第４２３５９２６５号、Ｗｉｎｓｔｏｎに発行
された米国特許第４３８７９６１号、Ｗｉｎｓｔｏｎに発行された米国特許第４
２３７３３２号、Ｗｉｎｓｔｏｎに発行された米国特許第４２４０６９２号、お
よびＷｉｎｓｔｏｎに発行された米国特許第４１１４５９２号も参照されたい。
これらの特許は引用することによって本明細書に組み込まれている。
【００３３】 特に、このＣＰＣは、軸、この場合はｚ軸の両側に位置する、放物線状の一対
の曲線から形成されており、このような放物線６４の１つが図１４に示されてい
る。これらの曲線は、傾いた２つの放物線の一部からなっている。このＣＰＣは
、放物線状の２つの弧の間の間隙Ｓによって形成された基部を有している。各弧
は、このＣＰＣの１つの反射面に相当している。そのような反射面の１つは、ｚ
軸の右側に位置しており、ｚ軸の反対側、すなわちｚ軸の左側に、焦点ｆ1を有
する放物線６４によって形成されている。この放物線６４は、集光角θが３０0
のＣＰＣを得るために、反時計回りに３０0回転させられている。図１４には、
３０0傾けられた、焦点ｆ1を通る軸６６を有する放物線６４が示されている。傾
けられた放物線６４は、勾配が鉛直になるまで上向きに延びている。この放物線
６４の一部が、１つの反射面を形成するのに用いられる第１の放物線状の曲線を
形成している。ＣＰＣトラフの他の反射面は、同一であるが、ｚ軸の他方の側、
すなわちｚ軸の右側のｆ2に焦点を有し、時計回りに３０0傾けられた放物線によ
って特徴付けられる。第２の放物線状の曲線をこの放物線から形成することがで
き、他の反射面を形成するのに用いることができる。２つの放物線状の曲線はｚ
軸に関して互いに鏡像になっている。したがって、ＣＰＣトラフと反射面もｚ軸
に関して対称になっている。ＣＰＣトラフは、これらの２つの放物線状の曲線を
ｘ−ｚ面に直角な方向、すなわちｙ方向に平行移動させることによって形成され
る。
【００３４】 しかし、この一対の狭視界リフレクタ３６は、単純な複合放物線集光部材のみ
を有するわけではなく、各中央部分６０の両側に付加された端部部分６２をさら
に含んでいる。再び図９および図１０を参照すると、ランベルトカップ４８の矩
形の開口５２は、４つの広視界リフレクタ３４から形成された４つの側部５９，
６１を有している。２つの側部６１はｘ軸に平行であり、２つの側部５９はｙ軸
に平行である。２つの狭視界リフレクタ３６は、少なくとも中央部分６０におい
て、ｙ軸に平行な２つの側部５９に沿って延びている。したがって、各中央部分
６０は、矩形の開口５２の、ｘ軸に平行に延びる側部６１の近くに端部を有して
いる。１つの端部部分６２は、これらの端部の各々につなげられている。したが
って、各端部部分６２は、開口の、ｘ軸に平行な２つの側部６１にくっついてい
る。
【００３５】 図１５は、この２つの側部６１の一方を通る、ｘ−ｚ平面に平行な平面に沿っ
た、狭視界リフレクタ３６の断面図である。この位置からリフレクタの両端の中
央部分６０および端部部分６２が始まっている。図１５に示すように、端部部分
６２は放物線状の線に沿って中央部分６０とつながっている。この放物線は、中
央部分６０によって形成される、ＣＰＣリフレクタの放物線状の形状と一致して
いる。この放物線は、中央部分の放物線を、開口５２の、ｘ軸に平行であり、端
部部分の近くに位置する側部６１と一致する軸の周りに回転させることによって
形成される面を有する端部部分の放物線状の形状とも一致している。
【００３６】 したがって、４つの端部部分６２の各々は、放物面の形状を有する面を有して
おり、端部部分の回転軸は、矩形の開口５２の、ｘ軸に平行な２つの側部になっ
ている。この形状は、ＣＰＣトラフの各縁部に相当する放物線（図１５参照）を
、ｘ軸に平行にかつこの縁部の最も近くに延びる、側部６１と共線の線の周りに
９０0垂直に回転させることによって形成される形状に相当している。図１６に
示すように、この放物線は、完全に回転させると、完全に、ｘ−ｙ面に平行であ
り開口５２を含む平面５６内に位置する。このように形成された形状は、ドーナ
ツに類似した形状として特徴付けることができる。したがって、４つの端部部分
６２は、回転させた放物線に相当する、ドーナツに類似した形状の部分を有して
いる。この４つの回転させた放物線の各々は、方形の開口の４つの角のうちの１
つに位置する点状の焦点を有していることが分かる。
【００３７】 ２組の端部部分６２の形状は、各中央部分６０と共に、ランベルト化カップ４
８の開口５２を通過する光を集め、ｘ方向の発散を限られた角範囲、例えば３０ 0 に効率的に低減し、一方、好ましくは、この限られた範囲における大部分で実
質的にランベルトの減衰を維持するように適切に選択されている。他の方向、す
なわちｙ方向の発散は、狭視界レフレクタ３６によって低減させないのが好まし
い。しかし、この方向のランベルト減衰は維持するのが好ましい。
【００３８】 視界をこのように制限すると、それに対応して、画素の光度がその方向に強く
なる。光度は、光学素子内でエタンデュを保存することによって強められる。基
本的に、一対の狭視界リフレクタ３６は、ｘ方向に広い視界を有する光をより狭
い視界を有する光へと効率的に合成する非結像光学素子を協働して形成している
。この構成は、鉛直方向の限られた角範囲から見られる画素ディスプレイ１０に
特に有用である。発光をこの特定の方向に集めることによって、ＬＥＤ３０の光
出力を最も効率的に利用することができる。
【００３９】 好ましい一実施形態では、ポリマーのような透光材料が２つの狭視界リフレク
タ３６の間に充填されている。この透光性のポリマーは、ＬＥＤ３０によって発
光された、ランベルトカップ４８および狭視界リフレクタ３６を通って伝搬した
ビームを、変更を最小限に抑えて通過させるように形成してよい。しかし、この
透光材料は、ビームをさらに調整するために、狭視界リフレクタ３６上に位置す
るレンズ、すなわちビーム成形レンズ３８の形状にされた表面を有するのが好ま
しい。このレンズ３８は、ビームを湾曲させる球面または非球面を有する従来の
屈折素子であってよい。このレンズ３８は、反射光学系３４，３６上に位置する
別個の素子であってよく、または、特に、透光性の材料を、表面が適切に形作ら
れたドームを形成するように２つの狭視界リフレクタの間に挿入する場合に、反
射光学系３４，３６と一体に形成してもよい。射出成形またはスタンピングがこ
のレンズ３８を製造するのに適している。
【００４０】 一実施形態において、ビーム成形レンズ３８は、狭視界リフレクタ３６を出た
ビームをランベルトの法則に従うように補償する楕円形の表面を有している。具
体的なＬＥＤ用のレンズ３８を構成するために、半球形のドームを有する付随す
るビーム成形光学系３２を有する赤色、青色、または緑色の小型光学系の各々に
ついて、角度に対するＬＥＤの光度の減衰を測定する。角度θの関数としての光
度がｃｏｓθよりも速く減衰する場合、ドームは、ｘ方向の曲率を半球の半径よ
りも長い曲率半径を有するものとした楕円形にするべきである。同様に、光度が
ｃｏｓθよりも遅く減衰する場合、ドームは、ｘ方向の曲率を半球の半径よりも
短い曲率半径を有するものとした楕円形にするべきである。赤色、青色、および
緑色のＬＥＤの各々に別々に測定を行い、各レンズ３８を各色について別々に調
整するのが好ましい。しかし、青色と緑色のＬＥＤは、この２つ用の小型光学系
が実質的に同一になるのに十分に類似した光度パターンを有している場合がある
。
【００４１】 別々のカラーのＬＥＤ３０用の小型光学系３２を個別に形成することによって
、各ＬＥＤの減衰を同じにすることができる。したがって、ディスプレイ内の色
がそれぞれ異なる率で減衰する場合に生じる、色の歪みを、上述の個別に調整さ
れた小型ビーム成形光学系３２を使用することによって回避することができる。
したがって、各色にｘ方向とｙ方向の両方において、鉛直方向の視界は例えば±
３０0に制限され、一方、水平方向の視界はそのように制限されず、約±９０0ぐ
らい大きくてよいことを除いて、ランベルト減衰が生じる。
【００４２】 ランベルトカップ４８および狭視界リフレクタ３６の理論的な特性を、小型光
学系２８からの出力の光度がｘ軸およびｙ軸に沿った方向における角度と共にど
のように減衰するかを示すプロット図を図１７に示す。ｘ方向およびｙ方向の減
衰が曲線６８および７０によって示されている。理想的なランベルト余弦減衰お
よび狭視界の理想的なカットオフがそれぞれ曲線７２および曲線７４に対応して
いる。狭視界光学系３６によってｘ方向の視界に設けられた制限が、曲線６８の
カットオフによって立証されている。これに対して、ｙ方向の減衰は比較的ゆる
やかであり、ランベルトの法則にほぼ従った減衰になっている。しかし、曲線６
８および７０は、曲線７２および曲線７４に示されている余弦減衰に完全に沿っ
たものではない。しかし、広視界リフレクタ３４、狭視界リフレクタ３６を補う
ビーム成形レンズ３８を適切に構成することによって、ビームをランベルトの法
則に従うように充分に補正できることが期待される。
【００４３】 したがって、画素１８内のＬＥＤ３０に小型光度増大光学系、すなわちビーム
成形光学系３２を装着することによって、制限されない水平視界全体に亘ってラ
ンベルトの光度依存性を生じさせつつ、発光の、鉛直方向の視界を制限すること
ができる。例えば、水平方向の視界を±９０0にしながら、鉛直方向の視界を約
±３０0に制限することができる。さらに、ランベルト化カップ４８を使用する
ことによって、ＬＥＤ３０の側面から発せられ、不適切な向きに向けられ、およ
び／または吸収される光の量が最小限に抑えられる。特に、緑色および青色のい
くつかのＬＥＤは、光が無駄になり、ランベルト光度パターンが得られなくなる
側面発光を、透明基板の赤色ＬＥＤと同様にかなり生じる。したがって、ランベ
ルトカップ４８は、特にこのような場合に画素の光度を強めるのに有利に用いる
ことができる。
【００４４】 別個のランベルト化カップ４８、狭視界リフレクタ３６、およびビーム成形レ
ンズ３８を、別々の小型光度増大光学系３２に、所与の画素内の赤色、緑色、ま
たは青色のダイの各々用に設けるのが好ましい。別々のビーム成形光学系３２を
有する別々のパッケージに各ＬＥＤ３０を設けることにより、トライアッド全体
が１つのパッケージに入れられ、熱放散が抑制される構成にすることによって画
素１８の電力が制限されることがなくなる。ディスプレイの大きさを大きくする
につれてますます必要になるこのような熱放散は、赤色、緑色、および青色のＬ
ＥＤを別個にパッケージングすることによってより容易に実現される。
【００４５】 さらに、この小型光度増大光学系３２を赤色、緑色、および青色のダイ３０の
各モデル用に個々に調整することによって、赤色の系と青色／緑色の系の間の構
成のわずかな差がディスプレイの特性に影響するのが防止される。適切な光学系
を用いることによって、３つの画素の色の全てが同じランベルト減衰を生じ、し
たがって、全ての視角に亘る、ディスプレイのカラーバランスにおけるクロミナ
ンスの保存（すなわち、色相の不変性）のための重大な条件が満たされる。
【００４６】 大規模なディスプレイ１０用の、前述のＬＥＤ画素の構成の他の利点は、制限
されたランベルト光度出力を生じるこれらのビデオ画素１８のコストが比較的低
いことである。デジタルシネマ用の高解像度ディスプレイは、少なくとも１８０
０×１０２５個のカラートライアッド、約５５０万個のＬＥＤを大抵有しており
、したがって、各画素のコストが１セント高くなると、ディスプレイの価格が約
５５０００ドル高くなる。ＬＥＤ画素１８は、複数の小型光度増大光学系３２を
有しており、各カラーＬＥＤ用の１つは、適切に厳密に小型に製造しても、画素
価格に対して最小限にしか影響を与えない。したがって、コストが低いことが、
これらの光学系を使用した場合のもう１つの利点である。
【００４７】 ビーム成形光学系３２をビデオディスプレイ１０と結び付けて説明したが、こ
の種の光学系を非対称的な分散を生じさせるのに用いたＬＥＤ光源は広範囲に適
用できる。これらの光源は、例えばテールライトやナンバープレートを照らすラ
イトのような自動車のライトに特に好適に適用することができる。これらのシス
テムは、それらを例えばＵＶ硬化に使用される光源として機能させることができ
る製造プロセスに使用することもできる。光療法のような医療処置でも、これら
の光源による利点を利用することによって優位性が得られる。
【００４８】 ビーム成形光学系３２を他に適用することも可能であると考えられ、関連する
用途は上記で具体的に列挙したものに限られない。また、本発明は、本明細書中
で説明した基本的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態で例示するこ
ともできる。上述の実施形態は全ての点で例示をしているにすぎず、どのように
も制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 水平方向（Ｈ）および鉛直方向（Ｖ）に向けられた側面を有する、スタジアム
における大型フルカラーＬＥＤディスプレイの斜視図である。
【図２】 ＬＥＤディスプレイの、ｚ軸に直角な軸ｘとの関係を示す、図１に示されてい
るスタジアムの断面図である。
【図３】 ｙ軸に沿って揃えられたＬＥＤディスプレイを示す、図１および図２に示され
ているスタジアムの平面図である。
【図４】 スタジアム内の、スクリーンの前方の下方の位置に座っている観客から見たＬ
ＥＤディスプレイの斜視図である。
【図５】 水平方向（Ｈ）および鉛直方向（Ｖ）に平行な行および列に配置された個々の
画素を有する、図４のＬＥＤディスプレイの一部の、前方から見た拡大図である
。
【図６】 各々がｘ軸に平行でｚ軸に垂直な状態に傾けられた画素の列を示す、ＬＥＤデ
ィスプレイの一部の側面図である。
【図７】 ｙ軸に沿った行に配置された画素を示す、ＬＥＤディスプレイの一部の平面図
である。
【図８】 ＬＥＤディスプレイ内の複数の画素を示す、特に、各々がＬＥＤとビーム成形
光学系を含む、各画素内の３つのカラー素子を示す平面図である。
【図９】 ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に中心を合わせられた個々のカラー素子に含まれるＬ
ＥＤとビーム成形光学系の斜視図である。
【図１０】 図９のカラー素子内のＬＥＤ、ランベルト化カップ、および湾曲した狭視界リ
フレクタの平面図である。
【図１１】 湾曲した、円柱面状の４つのリフレクタを有するランベルト化カップ内のＬＥ
Ｄの斜視図である。
【図１２】 ＬＥＤと、ランベルト化カップ内の円柱面状のリフレクタの曲率を定める点線
の円を重ね合わせたランベルト化カップの、ｘ−ｚ面での断面図である。
【図１３】 狭視界リフレクタの間の間隔をＳで示す、図１２に示されたＬＥＤ、ランベル
ト化カップ、および湾曲した狭視界リフレクタの、ｘ−ｚ面に沿った断面図であ
る。
【図１４】 図１３の断面図と、狭視界リフレクタの曲率を定める放物線を示す図である。
【図１５】 湾曲した狭視界リフレクタの、図９で定められたｘ−ｚ面に平行な平面におけ
る断面図である。
【図１６】 図９に示されている湾曲した狭視界リフレクタの、ｘ−ｙ面での断面図である
。
【図１７】 小型光学系からの出力の光度がｘ軸およびｙ軸に沿った方向における角度と共
にどのように減衰するかをランベルト減衰、すなわち角度光度余弦減衰と比較し
て示す、度単位の角度の軸およびステラジアン当たりの光束単位の光度の軸上で
のプロット図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ペルカ、 デイヴィッド、 ジー． アメリカ合衆国 90045 カリファルニア 州 ロサンゼルス ケニヨン アヴェニュ ー 8315 Ｆターム(参考） 5C094 AA03 AA10 BA25 CA24 ED11 5F041 AA03 AA06 AA14 DA14 DA20 DA77 DA78 DA82 EE11 EE23 FF06

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々が複数の光源を有する複数の画素を有するカラーディス
    プレイであって、前記各光源は、他の前記光源と異なる色の光を発する固体発光
    体を有しており、前記各光源は、光度の、視角に対する変化が複数の前記光源の
    うちの他のものと実質的に同じになるように光学系を含んでいるカラーディスプ
    レイ。
  2. 【請求項２】 前記光学系は、光度の、視角に対する変化が前記カラーディ
    スプレイ内の各光源について実質的に同じになるような構成を有している、請求
    項１に記載のカラーディスプレイ。
  3. 【請求項３】 前記各光源は、各々が発光ダイオードを有しており、前記各
    画素内の少なくとも２つの前記発光ダイオード用の前記光学系は互いに異なって
    いる、請求項１に記載のカラーディスプレイ。
  4. 【請求項４】 前記光学系は光学表面を有しており、前記画素内の少なくと
    も２つの前記発光ダイオード用の前記表面は大きく異なる曲率を有している、請
    求項３に記載のカラーディスプレイ。
  5. 【請求項５】 各々が複数の光源を有する複数の画素を有するカラーディス
    プレイであって、前記各光源は発光ダイオードとビーム成形光学系を有している
    カラーディスプレイ。
  6. 【請求項６】 複数の前記光源は、前記画素内に第１の方向に沿って直線的
    に配置されており、前記ビーム成形光学系は、第１の方向における光の発散を、
    第２の直交する方向における光の発散に比べて限られた角範囲に低減する反射素
    子を有している、請求項５に記載のカラーディスプレイ。
  7. 【請求項７】 前記ビーム成形光学系は、前記第１の方向に実質的に余弦減
    衰を生じさせるように形作られた反射光学系を有している、請求項６に記載のカ
    ラーディスプレイ。
  8. 【請求項８】 前記ビーム成形光学系は、前記第１の方向に実質的に余弦減
    衰を生じさせ、前記第２の直交する方向に前記限られた角範囲内で実質的に余弦
    減衰を生じさせるように形作られた反射光学系を有している、請求項６に記載の
    カラーディスプレイ。
  9. 【請求項９】 前記第１の方向は鉛直方向からなり、前記第２の方向は水平
    方向からなる、請求項６に記載のカラーディスプレイ。
  10. 【請求項１０】 前記反射素子は、前記鉛直方向における光の発散を約６０ 0 に亘る角範囲に制限するように形作られている、請求項９に記載のカラーディ
    スプレイ。
  11. 【請求項１１】 各々が複数の実質的なランベルト光源を有する複数の画素
    を有するカラーディスプレイであって、前記各ランベルト光源は、前記画素内の
    他の前記ランベルト光源と異なる色の光を発する発光ダイオードと、前記発光ダ
    イオードから光を受けるように配置され、該光の向きをランベルト出力が得られ
    るように変える構成にされた光学系を有しているカラーディスプレイ。
  12. 【請求項１２】 前記光学系は、前記光源からの前記光をランベルトの余弦
    法則に一致する分布にするように形作られた複数のリフレクタを有するランベル
    ト化カップを有している、請求項１１に記載のカラーディスプレイ。
  13. 【請求項１３】 前記光の、一方向の発散を制限するリフレクタをさらに有
    している、請求項１２に記載のカラーディスプレイ。
  14. 【請求項１４】 様々な角度から見える光を発する光源を有する装置であっ
    て、前記光源は、 前面と該前面の反対側の背面と４つの側面を有しており、前記前面および前記
    ４つの側面は光を発し、前記前面と前記４つの側面は４つの上縁に沿ってそれぞ
    れ交差しているＬＥＤと、 底面と、一面が前記発光ダイオードの４つの前記側面の各々に面する４つのリ
    フレクタ面を有しており、互いに向かい合う少なくとも１対の前記リフレクタ面
    が、前記ＬＥＤの、前記一対のリフレクタ面が面する前記側面に直角な平面内で
    、前記光源から延びる視認方向から視角がそれた時に、光度が実質的に余弦減衰
    を生じるように構成されたランベルト化カップとを有する装置。
  15. 【請求項１５】 前記リフレクタ面は、前記ＬＥＤの４つの前記側面の各々
    の上縁に平行な線に沿って平行移動させられる弧に交差する点の軌跡と実質的に
    一致している、請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記弧は、前記上縁上に中心を有する円から形成されてい
    る、請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記円は、前記カップの前記前面を前記背面から隔てる距
    離と少なくとも同じ長さの半径を有している、請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記各リフレクタ面は、前記カップの前記背面に近い一端
    を有している、請求項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記各リフレクタ面は、前記ＬＥＤの前記前面を含む平面
    に延びる他の端部を有している、請求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 ４つの前記リフレクタ面の各々は、他の２つの前記リフレ
    クタ面と接触し、それによって４つの継ぎ目を前記ランベルト化カップ内に形成
    している、請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 線状の焦点を有する放物柱の形の表面を有する中央部分と
    、前記中央部分の両側に位置しており、放物線に沿って前記中央部分の前記表面
    につながっている表面を有する２つの端部部分を有しており、前記各端部部分の
    前記表面は、点状の焦点を有する放物面の形状になっており、前記各端部部分の
    前記点状の焦点は、前記中央部分の前記線状の焦点の各端部の近くに位置してい
    る、互いに間隔をおいて対面するように配置された第１および第２のリフレクタ
    を有する非結像光学素子であって、 前記第１および第２のリフレクタの前記中央部分は、前記リフレクタの前記端
    部部分と共に、ビームの発散を、直交する２つの方向のうちの一方で制限するビ
    ーム成形光学系を形成する複合放物面集光器のトラフを形成している非結像光学
    素子。
  22. 【請求項２２】 発光ダイオードから発光されたビームを成形するビーム成
    形光学系であって、 （ａ）前記発光ダイオードの側面に隣接して配置された第１の組のリフレクタ
    と、 （ｂ）前記発光ダイオードからの光のビームの発散を一平面内で限られた角範
    囲に制限するように構成された第２の組のリフレクタと、 （ｃ）前記発光ダイオードと前記第１および第２の組のリフレクタから光を受
    けるように配置された透光材料で構成された光学素子とを有しており、 前記第１および第２の組のリフレクタと前記透光材料は、前記一平面内で前記
    限られた角範囲内で実質的にランベルトの法則に従った光度減衰を生じさせ、直
    交する平面内では前記限られた角範囲よりも大きな角範囲内で実質的にランベル
    トの法則に従った光度減衰を生じさせるように調整され、構成されているビーム
    成形光学系。
  23. 【請求項２３】 発光ダイオードから発せられた光を、一定の視角範囲に亘
    って実質的にランベルトの余弦法則に従う光源を形成するように処理する方法で
    あって、 発光ダイオードの複数の側面から発せられた光を集め、該光の向きを、前記光
    源から発せられた前記光が単一のランベルト面から発せられた光を模擬するよう
    に変えるステップと、 集められた光の、前記複数の側面の、互いに向かい合う一対に直交する平面内
    での発散を低減するステップとを含む方法。
  24. 【請求項２４】 光を発する前面と複数の側面を有する発光ダイオードの出
    力を成形する方法であって、 前記側面から発せられた光を収集し、該光の向きを実質的に単一のランベルト
    面によって生成される光を模擬するように変えるステップと、 リフレクタを用いて、ビームの、一方向での発散を限られた角範囲内に、該限
    られた範囲の大部分で実質的にランベルトの法則に従った減衰を維持しつつ低減
    するステップとを含む方法。
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