JP2017503321A - 方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む光導波路 - Google Patents

Abstract

光導波路が開示される。特に、方向依存性の取出し効率を有する取出し部を含む光導波路が開示される。光導波路は、方向依存性の光取出し部の列又はアレイを含んでもよい。印及び例示的な光取出し部形状を表示できるようにする、特定の構成も開示される。【選択図】図２

Description

光導波路は、全反射によって光を伝達するのに使用される。光導波路は、光が光導波路を通過できるように、また場合によっては観察者が目で見ることができるように、光を転換又は反射させる取出し部を含む。取出し部の構成は、これらの光導波路を含むシステムからの目に見える照明全体の特性に影響する。

１つの態様では、本開示は光導波路に関する。光導波路は、光導波路の主表面上に配設され、第１及び第２の光路範囲それぞれに沿って光導波路内を伝播する光線を受け取ると光を優先的に取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備え、優先的に取り出された光線は、最小限の第１及び第２の取出し効率それぞれで視角範囲に沿って光導波路を出て、第２の光取出し部は、第１の光路範囲内の第１の光路上に配設されており、第１の光路に沿って伝播し、かつ第２の光取出し部によって取り出された光線は、最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い第３の取出し効率で視角範囲内で光導波路を出る。いくつかの実施形態では、第３の取出し効率は最小限の第２の取出し効率よりも実質的に低い。

別の態様では、本開示は、光導波路の主表面上に配設された第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える光導波路に関し、第１の光取出し部は、第１の光路範囲に沿って光導波路内を伝播する光線を受け取ると光を優先的に取り出すように構成され、優先的に取り出された光線は、最小限の第１の取出し効率で第１の視角範囲に沿って光導波路を出て、第２の光取出し部は、第１の光路範囲内の第１の光路上に配設される。第１の光路に沿って伝播し、かつ第２の光取出し部によって取り出された光線は、最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い第２の取出し効率で第１の視角範囲内で光導波路を出る。いくつかの実施形態では、視角範囲は光導波路の法線から２０°以内である。

更に別の態様では、本開示は、光導波路の主表面上に配設された第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える光導波路に関し、第１の光取出し部は、第１の縁部位置と第１の光取出し部との間を延在する第１の光路に沿って、光導波路の第１の縁部位置から第１の光線を受け取り、かつ取り出すように構成され、取り出された第１の光線は、第１の取出し効率で第１の視認方向に沿って光導波路を出る。第２の光取出し部は、第１の光路上に配設され、かつ第１の取出し効率よりも実質的に低い第２の取出し効率で第１の光線を取り出す。

別の態様では、本開示は、光導波路の主表面上に配設され、第１及び第２の縁部位置それぞれと第１及び第２の光取出し部それぞれとの間を延在する第１及び第２の光路それぞれに沿った、光導波路の離隔された第１及び第２の縁部位置それぞれから、第１及び第２の光線それぞれを受け取り、かつ取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を含む光導波路に関し、取り出された第１及び第２の光線は、第１及び第２の取出し効率それぞれで光導波路を出る。第２の光取出し部は、第１の光路上に配設され、かつ第１及び第２の取出し効率よりも実質的に低い第３の取出し効率で第１の光線を取り出す。

更に別の態様では、本開示は、光導波路の主表面上に配設され、第１及び第２の光路範囲それぞれに沿って光導波路内を伝播する光線を受け取ると光を優先的に取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を含む光導波路に関し、第１及び第２の光路のうち一方の各光路は、第１及び第２の光路のうち他方の各光路と交差する。

別の態様では、本開示は、光導波路の主表面上に配設され、第１及び第２の縁部位置それぞれと第１及び第２の光取出し部それぞれとの間を延在するそれぞれの交差する第１及び第２の光路に沿って、光導波路の離隔された第１及び第２の縁部位置それぞれから第１及び第２の光線それぞれを受け取り、かつ取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える光導波路に関する。取り出された第１及び第２の光線は、第１及び第２の取出し効率それぞれで光導波路を出て、第１の光取出し部は、第１の取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で、第２の縁部位置から受け取った光線を取り出し、第２の光取出し部は、第２の取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で、第１の縁部位置から受け取った光線を取り出す。

いくつかの実施形態では、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部は同じ主表面上に配設される。いくつかの実施形態では、第１又は第２の光取出し部の少なくとも１つはくさびである。いくつかの実施形態では、第１及び第２の光取出し部の少なくとも１つは、正又は負の円筒状のサグを有するくさびである。いくつかの実施形態では、第１及び第２の光取出し部の少なくとも１つは、非球面又は切頭非球面の１つである。

１つの態様では、本開示は光導波路に関する。光導波路は、光導波路の主表面上に配設された複数の離隔された光取出し部のクラスタを備え、光取出し部の各クラスタは、第１及び第２の光路範囲それぞれに沿って光導波路内を伝播する光線を受け取ると光を優先的に取り出すように構成された、少なくとも第１及び第２の光取出し部を備え、第１及び第２の光路のうち１つのいずれの光路も、第１及び第２の光路のうち他方の光路と交差しない。

別の態様では、本開示は、光導波路内を伝播する光を取り出して目で見るための印を形成するように構成された、複数の光取出し部の群を備える光導波路に関する。光取出し部の各群は、光を取り出して印の異なる部分を形成するように構成され、光取出し部の各群は、関連する最小取出し効率で光導波路の異なる対応する縁部位置から受け取った光を優先的に取り出すように構成され、それによって、光取出し部の別の群に対応する縁部位置から光線を受け取る光取出し部の任意の群の各光取出し部は、光取出し部の別の群と関連付けられた最小取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で受け取った光を取り出す。

更に別の態様では、本開示は、光導波路の１つ以上の縁部に沿って配設された複数の個別の離隔された光源から光導波路内を伝播する光を取り出して画像を形成する複数の光取出し部の群を備える光導波路に関する。複数の光取出し部の群と複数の個別の離隔された光源との間に一対一の対応があってもよい。光取出し部の各群は、関連する最小取出し効率で対応する光源から受け取った光を取り出し、光取出し部の各群の少なくとも１つの光取出し部は、別の光取出し部の群に対応する光源から光を受け取り、かつ光取出し部の群及び別の光取出し部の群と関連付けられた最小取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で受け取った光を取り出す。

別の態様では、本開示は、複数の個別の離隔された光取出し部を備える光導波路に関する。光取出し部は、光導波路内を伝播する光を取り出すように構成されており、取り出された光は、光導波路の放射表面で実質的に重なり合う第１及び第２の画像を形成し、各光取出し部は、第１及び第２の画像の１つのみの主要部分である光を取り出す。

更に別の態様では、光導波路の主表面上に配設された複数の第１及び第２の光取出し部を備える光導波路に関する。複数の第１の光取出し部は、光導波路の１つ以上の縁部に沿って配設された１つ以上の第１の光源から光導波路内を伝播する光を最小限の第１の取出し効率で取り出して、光導波路の放射表面で第１の画像を形成し、複数の第２の光取出し部は、光導波路の１つ以上の縁部に沿って配設された１つ以上の第２の光源から光導波路内を伝播する光を最小限の第２の取出し効率で取り出して、光導波路の放射表面で第２の画像を形成する。１つ以上の第１の光源は１つ以上の第２の光源とは異なり、第１及び第２の画像は重なり合わない。少なくとも１つの第１の光取出し部は、１つ以上の第２の光源から光導波路内を伝播する光を、最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い光取出し効率で受け取り、かつ取り出し、少なくとも１つの第２の光取出し部は、１つ以上の第１の光源から光導波路内を伝播する光を、最小限の第２の取出し効率よりも実質的に低い光取出し効率で受け取り、かつ取り出す。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１の光取出し部は、１つ以上の第２の光源から光導波路内を伝播する光を、最小限の第２の取出し効率よりも実質的に低い光取出し効率で受け取り、かつ取り出す。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第２の光取出し部は、１つ以上の第１の光源から光導波路内を伝播する光を、最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い光取出し効率で受け取り、かつ取り出す。

別の態様では、本開示は、光導波路の主表面上に配設され、光導波路内を伝播する光線を第１及び第２の光取出し部がそれらの入力面から受け取ると、最小限の第１及び第２の取出し効率それぞれで光を優先的に取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える光導波路に関し、第１の光取出し部によって優先的に取り出される少なくとも１つの光線は、第１の光取出し部の入力面から第１の光取出し部によって受け取られる前に、第２の光取出し部の入力面以外の面から第２の光取出し部によって受け取られる。少なくとも１つの光線は、最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で、第２の光取出し部によって取り出される。

方向依存性の取出し効率を有するくさび形の光取出し部を示す上面斜視図である。 方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む光導波路を示す上面図である。 縁部位置から光を受け取っている図２の光導波路を示す上面図である。 方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む別の光導波路を示す上面図である。 ２つの縁部位置から光を受け取っている図４の光導波路を示す上面図である。 方向依存性の取出し効率を備えた取出し部のクラスタを含む光導波路を示す上面図である。 方向依存性の取出し効率を備えた取出し部のクラスタを含む別の光導波路を示す上面図である。 方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む光導波路を示す上面図である。 方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む別の光導波路を示す上面図である。

図１は、方向依存性の取出し効率を有する光取出し部の上面斜視図である。取出し部１００は上面１１０と側面１２０とを有している。方向依存性の取出し効率の一例を提供するため、第１の入射光線１３０及び第２の入射光線１４０が示される。取出し部１００を貫通する軸線が例証のために設けられており、取出し部１００の方位配向の基準としている。

取出し部１００の形状により、第１の入射光線１３０及び第２の入射光線１４０は異なる挙動を示すことがある。取出し部１００は、例えば、取出し部１００又はその内部の屈折率が、光導波路の屈折率よりも低いか又は（例えば、空気の場合）それよりも実質的に低いようにして、光導波路内に設けられた場合、上面１１０に対して大きい入射角を有する第１の入射光線１３０が、上面１１０で全反射するようにされてもよい。取出し部１００を、基準軸が光導波路の厚さ寸法を表すように配向又は整列させたと仮定すると、反射された光線１３２は、光導波路内で全反射又は伝達されないように切り離され、光導波路を出てもよい。換言すれば、反射された光線１３２が取り出される。取出し部１００の面上における入射光の相互作用は、取出し部の形状、及び取出し部と光導波路との間の相対反射率によって、モデル化され予測されてもよい。対照的に、第２の入射光線１４０は、非常に小さい入射角で、この例では法線に近い入射で、側面１２０に入射する。したがって、第２の入射光線１４０は取出し部１００を通して伝送される。光導波路内で方向が大幅に変化しない伝送された光線１４２は、光導波路内に留まり、その中で伝達され続けてもよい。いくつかの実施形態では、第２の入射光線１４０は反射されてもよく、それでもなお光導波路内に留まり、場合によっては他の取出し部に入射する。

個々の取出し部の取出し効率は、少なくとも本出願の目的のため、取出し部に入射する光とその取出し部によって取り出される光の比として説明されてもよい。この特性は、（少なくとも妥当なサイズスケール内で）サイズに依存せず、形状に大きく依存することに留意されたい。個々の取出し部の合計取出し効率は、方位方向から取出し部に入射する光と入射角の比を説明する。また、光取出し部（特に、方位的に対称的な光取出し部）を、方向依存性の取出し効率を有するものとして特徴付けるのが有用なことがある。例えば、図１の取出し部は、第１の入射光線１３０の方位方向に沿って入射する光に対して第１の取出し効率を有してもよく、第２の入射光線１４０の方位方向に沿って入射する光に対して第２の実質的により低い取出し効率を有してもよい。別の観点から、光は、光が入射する取出し部の入力面に応じて、異なる効率で取り出されてもよい。第１の入射光線１３０及び第２の入射光線１４０は、実質的に直交し、取出し効率が著しく異なる事例を表す。多くの実施形態では、その代わりに、取出し効率は、より低い取出し効率からより高い取出し効率まで、かつその逆で、方位入射方向の関数として滑らかに又は連続的に変動してもよい。取出し部の効率はまた、同様に、入射極角の関数であってもよい。場合によっては、２０°など、法線又は視認方向（図１の基準軸）から特定の角度内で取り出された光として、有用な取り出された光を特徴付けるのが有用なことがある。

取出し部１００は、図１ではくさびとして描かれているが、その代わりに多くの好適な形状であってもよい。例えば、上面１１０などの面の形状は、正若しくは負の円筒状のサグを有するように設計又は構成されてもよい。光は、取出し角度又は視認方向の範囲内で取り出されてもよい。取出し部１００の面、特に、図１の構成では上面１１０など、優先的に取り出す面の形状の変化は、取出し部１００によって取り出される光から、視角範囲をシフトする、その幅を広くする、狭める、又は更には分割するものであってもよい。いくつかの実施形態では、取出し部１００は、法線から２０°の立体角など、視角範囲内の光を優先的に取り出すように設計されてもよい。取出し部１００は、図１に示される例示の取出し部よりも短いか、薄いか、幅が広いか、又は長いものであってもよい。取出し部１００は、多面的な面、湾曲面、凹状面、凸状面、球面、非球面、又はそれらの任意の組み合わせを有してもよい。取出し部１００は、１つ以上の切頭の特徴又は面を有してもよい。切頭は、水平面、垂直面、又は他の何らかの面のいずれかに沿って生じてもよい。場合によっては、水平面に沿った切頭は合計取出し効率に影響することがあり、垂直面に沿った切頭は方位又は方向依存性の取出し効率に影響することがある。例示的な形状としては、くさび、正若しくは負の円筒状のサグを有するくさび、両凹のくさび（上面及び側面の両方としての凹状表面）、凹凸のくさび（上面及び側面の一方としての凹状表面、及び他方としての凸状表面）、非球面、断ち切られた若しくは切頭の非球面、又はその部分などが挙げられる。

いくつかの実施形態では、図１のように、取出し部１００は、より高い効率で光が取り出される１つの入力面を有してもよい。他の実施形態では、取出し部１００は、より高い効率で光が取り出される複数の入力面を有してもよい。いくつかの実施形態では、取出し部１００は滑らかな湾曲形状を有するので、面という用語は不適切なことがある。それでもなお、場合によっては、取出し部１００のセグメント又は部分は、取出し部の他のセグメント又は部分よりも高い取出し効率を有することがある。いくつかの取出し部に関して、光路範囲に沿って光を優先的に取り出すものとしてそれらを特徴付けるのが適切である。光路範囲は、取出し部が特定の最小限の取出し効率を有する、入射光の角度範囲によって特徴付けられてもよい。この最小効率は、用途に応じて、入射光の５０％、７０％、８０％、９０％、９５％、又は９９％であってもよい。

取出し部１００は任意の好適なサイズであってもよい。取出し部の効率は取出し部のサイズとは無関係であるが、取出し部のサイズは、その地点で取り出される光の合計強度に影響する。更に、人間の目による取出し部の分解性、スペックル効果、及び製造可能性などの設計上の考慮点は、取出し部の望ましく好適なサイズ又はサイズ範囲を決定する際の因子であり得る。

図２は、方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む光導波路を示す上面図である。光導波路２００は、第１の光路範囲２１２を優先的に取り出す第１の取出し部２１０と、第２の光路範囲２２２を優先的に取り出す第２の取出し部２２０とを含む。本出願の目的のため、又は少なくとも本出願の図面の観点から、光路、又は最大取出し効率の入射方向に向けることによって、矢印が取出し配向を示すという慣例が採用される。取出し部と関連付けられた光路範囲は、最小取出し効率を越える取出し効率を有する経路を表す。取出し部の形状及び設計の詳細に応じて、関連する光路範囲は必ずしも連続範囲ではない。更に、図２は平面図なので光路範囲は二次元のみで表されるが、光路範囲は、やはり取出し部の形状を慎重に設計することによって制御される、三次元形状を有してもよい。

光導波路２００は、光導波路の具体的な境界は重要でないことを示すため、点線の縁部で示されている。しかしながら、光導波路２００は、アクリル材料、ポリマー材料、ガラスなどを含む、任意の好適な材料から作られてもよい。いくつかの実施形態では、光導波路２００は取出し部と同じ材料片から形成され、取出し部は光導波路の窪み又は突出部である。

複製ツールを使用して、本明細書に記載の光導波路を作製してもよい。金属、シリコン、又は他の好適な材料を含んでもよい複製ツールは、突出した又は窪んだ光取出し部を含む光導波路の特徴のネガ型を含む。金属製の複製ツールは、ニッケルなどの金属をマスター型に電気メッキ又は電鋳した後、マスター型を取り外すことによって、マスター型から作られてもよい。シリコーン製の複製ツールは、シリコーン樹脂をマスター型に硬化させた後、マスター型を取り外すことによって作ることができる。

マスター型は、例えば、本明細書に参照により組み込まれた、米国特許第７，９４１，０１３号（Ｍａｒｔｔｉｌａら）に記載されている、多光子（又は具体的には、二光子）フォトリソグラフィープロセスを使用して形成されてもよい。多光子フォトリソグラフィープロセスは、少なくとも２つの光子を同時に吸収させるのに十分な光に光反応性組成物の少なくとも一部分を撮像的に露光させることを伴い、それによって、組成物が光で露光された場所で少なくとも１つの酸又はラジカル開始化学反応を誘発し、撮像的露光は、複数の光取出し構造の少なくとも表面を画成するのに有効なパターンで実施される。

第１の取出し部２１０及び第２の取出し部２２０は、同じ形状であってもよく、又は異なる形状であってもよい。所望の用途に応じて、取出し部は同様のサイズにされてもよく、又は異なるサイズを有してもよい。第１の取出し部２１０は、第１の光路範囲２１２に沿って光導波路内を伝播する光を優先的に取り出す。それに対応して、第２の取出し部２２０は、第２の光路範囲２２２に沿って光導波路内を伝播する光を優先的に取り出す。図２では、第２の取出し部２２０は、第１の光路範囲の少なくとも光路上に配設されている。

したがって、光導波路２００内を伝播する光は、第２の取出し部２２０に入射する第１の光路範囲２１２内の光路の１つに沿って伝播してもよい。しかしながら、第２の取出し部２２０は、第１の光路範囲２１２内を伝播する光を優先的に取り出すように配向されていないので、その光は、第１の取出し部２１０に入射する光導波路２００内を伝播する光よりも実質的に低い効率で取り出される。換言すれば、第１の光路範囲２１２内を伝播する光は、第１の取出し部２１０から取り出される第１の光路範囲２１２内を伝播する光よりも実質的に低い取出し効率で、第２の取出し部２２０から取り出される。いくつかの実施形態では、第１の光路範囲２１２内の光路に沿った光は実質的に、第２の取出し部２２０によって取り出されなくてもよく、第１の光路範囲２１２内の光路に沿った実質的に全ての光は、第１の取出し部２１０によって取り出されてもよい。

図３は、縁部及び光源を含む、図２の光導波路を示す。光導波路３００は、第１の光路範囲３１２を優先的に取り出す第１の取出し部３１０と、第２の光路範囲３２２を優先的に取り出す第２の取出し部３２０とを含む。光源３３０は、光導波路３００の縁部に沿って、又は縁部位置に位置決めされている。光源は、第２の取出し部３２０及び第１の取出し部３１０の両方に入射する光線３３２を発生させる。図２のように、第２の取出し部３２０は、第１の取出し部３１０と関連付けられた第１の光路範囲３１２の少なくとも１つに沿って配設されている。

光源３３０は、一般的な照明位置（又は、仮想画像若しくは反射光の場合は見かけの照明位置）であることが意図され、光導波路３００の一般原理をより良く例証するために提供される。光源３３０は、円として描かれているが、任意の寸法範囲を有してもよく、ＬＥＤ、ＣＣＦＬ、若しくは白熱電球を含む、任意の好適な光源又は一組の光源であってもよい。いくつかの実施形態では、光源３３０は周辺光の光源であってもよく、又はそれを含んでもよい。光源３３０は、任意の波長若しくは波長範囲の光を放射するか、又は発生させてもよい。

光源３３０によって発生する光線３３２は、第１の光路範囲３１２の１つに沿って光導波路３００内を伝播している。第２の取出し部３２０はその経路に沿って配設され、光線３３２は、第２の取出し部３２０の非優先的な取出し面に入射し、第２の光路範囲３２２の１つに沿って伝播していない。したがって、第２の取出し部３２０は、光線３３２を取り出すとしても、その取出し効率は低い。場合によっては、光線３３２は、著しく逸脱せずに第２の取出し部３２０を通って伝送される。いくつかの実施形態では、光線３３２は９０％が伝送され１０％が取り出されてもよく、取出し部形状の、特に１つ以上の非優先的な取出し面上における異なる設計は、異なる比率をもたらすであろう。次に、光線３３２は第１の取出し部３１０に、より具体的には第１の取出し部３１０の優先的な取出し面に入射し、高い取出し効率で、又は少なくとも、場合によっては、光源３３０からの同じ光線又は光路に対する第２の取出し部３２０の取出し効率よりも実質的に高い取出し効率で取り出されてもよい。

図４は、方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む別の光導波路を示す上面図である。光導波路４００は、第１の光路範囲４１２と関連付けられた第１の取出し部４１０と、第２の光路範囲４２２と関連付けられた第２の取出し部４２０とを含む。図４の構成では、第１の光路範囲４１２及び第２の光路範囲４２０の各光路は交差する。

図５は、光導波路の一般的な機能原理を理解するのを容易にするため、縁部及び光源を追加した、図４に示される光導波路の上面図である。光導波路５００は、図４と同様に、第１の光路範囲５１２及び第２の光路範囲５２２とそれぞれ関連付けられた、第１の取出し部５１０及び第２の取出し部５２０を含む。光導波路５００の縁部に沿って、又はそれに近接して、第１の光源５３０及び第２の光源５４０が配設される。図３と同様に、光源の形状及び正確な位置は、例証しやすくするために選択されたものであり、単なる例示の縁部位置を提供するものと理解されるべきである。

第１の縁部位置にある第１の光源５３０は、第１の光線５３２及び第２の光線５３４の両方を発生させる。第１の光線５３２は第１の光路範囲５１２の１つに沿って伝播し、第２の光線５３４は、第１の光路範囲５１２又は第２の光路範囲５２２のどちらに沿っても伝播していない。第１の光線５３２は、第１の取出し部５１０に入射し、特定の第１の取出し効率で取り出される。第２の光線５３４は、第２の取出し部５２０に入射し、第１の取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で取り出される。

同様に、第２の縁部位置にある第２の光源５４０は、第３の光線５４２及び第４の光線５４４の両方を発生させる。第３の光線は第２の光路範囲５２２の１つに沿って伝播し、第４の光線５４４は、第１の光路範囲５１２又は第２の光路範囲５２２のどちらに沿っても伝播していない。第３の光線５４２は、第２の光取出し部５２０に入射し、特定の第２の取出し効率で取り出される。第４の光線５４４は、第１の取出し部５１０に入射し、第２の取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で取り出される。

図５の構成に描かれる概念は、いくつかの実施形態では、光導波路５００の特定の部分を選択的に照明するのに利用されることがある。例えば、第１の光源５３０からは光が来ているが第２の光源５４０からは来ていない（例えば、第１の光源５３０は電力供給されているが、第２の光源５４０は電力供給されていない）場合、第１の光源５３０と相対している第１の取出し部５１０の取出し効率が比較的高いので、取出し部は第２の取出し部５２０よりも多くの光を取り出す。それに対応して、第２の光源５４０からは光が来ているが第１の光源５３０からは来ていなければ、第２の取出し部５２０が第１の取出し部５１０よりも多くの光を取り出す。

図６は、方向依存性の取出し効率を備えた取出し部のクラスタを含む光導波路を示す上面図である。光導波路６００は、第１のクラスタ６２０と、第２のクラスタ６３０と、第１の光源６４０と、第２の光源６５０と、第３の光源６６０とを含む。光源は、説明しやすくするため、仮想の縁部位置を表すように配置されている。図６は、クラスタ内における光取出し部の優先的な方向を示すため、これまでの図面の慣例を採用しているが、例証しやすくするため、各取出し部と関連付けられた光路の範囲は示されていない。

第１のクラスタ６２０及び第２のクラスタ６３０は、同じ若しくは類似の数の光取出し部を有してもよく、又はそれぞれ異なる数の光取出し部を有してもよい。いくつかの実施形態では、第１のクラスタ６２０及び第２のクラスタ６３０内の取出し部のサイズ又は形状は、光導波路６００内におけるそれらの位置を補償するように様々であってもよく、場合によっては、このばらつきは、取り出された光の均一性の助けとなってもよい。第１のクラスタ６２０及び第２のクラスタ６３０は、最小限の複数の光取出し部を有するが、任意の好適な数の光取出し部を有してもよい。いくつかの実施形態では、光取出し部のクラスタ内の各光取出し部は異なる配向を有してもよい。いくつかの実施形態では、光取出し部の各クラスタ内のいくつかの光取出し部は同じ配向を有してもよい。

光導波路６００内のクラスタと例示の縁部位置に配設された光源との間の光学的相互作用は複雑であるため、これらの光源と個々の光取出し部それぞれ又は各クラスタとの間の光路を例証する例示の光線は提供されない。しかしながら、いくつかの実施形態では、クラスタ内の各取出し部に対するそれぞれの関連する光路範囲内の光路はいずれも互いに交差しない。いくつかの実施形態では、クラスタ内の２つの取出し部それぞれに対するそれぞれの関連する光路範囲内の光路はいずれも互いに交差しない。第１の光源６４０、第２の光源６５０、及び第３の光源６６０は、対象の光学効果を作り出すように選択的に駆動又は電力供給されてもよい。例えば、第１の光源６４０が駆動又は電力供給されて、光導波路６００内に描かれている光取出し部のクラスタに入射する光を発生させた場合、クラスタ内の３つの取出し部は、異なる取出し効率で光を取り出してもよい。同様に、第１の光源６４０及び第２の光源６５０が光を発生させるようにされた場合、それら２つの光源からの光は、観察者にとっては、取出し部を有するクラスタが、第１の光源６４０及び第２の光源６５０それぞれの縁部位置から光導波路内を伝播する光を優先的に取り出すように、組み合わされて見えることがある。あるいは、第１の光源６４０及び第２の光源６５０の一方から、他方から、又はどちらからの光も、クラスタが、それらの方向からの光を優先的に取り出すように配向された光取出し部の一方又は両方を有さないように見えることがある。

この構成は、いくつかの実施形態では、第３の光源６６０（又はそれ以上）、並びに慎重な取出し部の設計及び光導波路６００上におけるその配置と組み合わされて、情報の表示における大幅な設計上の柔軟性をもたらしてもよい。例えば、光源は選択的又は連続的に駆動されてもよく、光取出し部の各配向は光導波路内で異なるように分配されている。異なる全体的な取出しパターンは、光源の各縁部位置に関して異なる。例えば、特に全ての光源が同じ又は類似した色の光を放射する場合、光源それぞれを選択的に照明することが異なる効果をもたらすことがある。例えば、取出し部クラスタは、クラスタにわたる取出し部の配向の分布及び光源の縁部位置に応じて、多くの光、より少ない光、又はごくわずかな光を取り出してもよい。実際に、光源の選択的駆動は、別の方法では調光不能な光源の調光器として作用してもよい。２つ以上の光源が同様に同時に駆動されて、様々な輝度レベルに対してより一層の制御をもたらしてもよい。光源が異なる色であるか、又は異なる波長範囲を有する場合、光源を別個に駆動して、クラスタにおいて光源からの光を制御し予測可能に組み合わせることにより、異なる色の見た目を提供することができる。いくつかの実施形態では、クラスタにわたる取出し部の配向の分布は、光源の電力供給によって、別の方法では他の縁部位置からの照明の下では目に見えないか又は実質的に目に見えないであろう、画像、印、ロゴ、又はセキュリティ、検証、若しくは認証の特徴が現れるようにするものであってもよい。取出し部の各配向は、クラスタを通して分配されて、光源を循環させるとアニメーションを作るようにされてもよい。タイマー、マイクロプロセッサ、又は他の入力デバイスが、光源の照明を制御するのに使用されてもよい。いくつかの実施形態では、光源の照明、したがって特定の撮像的な取出し部パターンの見た目は、ユーザ入力を通してプログラム可能、切換え可能、又は別の方法で制御可能であってもよい。

図７は、方向依存性の取出し効率を備えた取出し部のクラスタを含む別の光導波路の平面図である。光導波路７００は、図６の光導波路６００と同様に、第１の印７１０及び第２の印７２０としての同様に配向された光取出し部のクラスタを有する。また、縁部位置には、第１の光源７４０及び第２の光源７５０が位置決めされる。第１の光源７４０は第１の光線７４２及び第２の光線７４４を発生させる。第２の光源７５０は第３の光線７５２を発生させる。

光導波路７００の破線は、光導波路７００の特定の寸法を強調しない光導波路の破線を除いて、例証しやすくするために簡略化している印の近似的な境界を表す。同様に配向された光取出し部の配置を用いて、任意の好適なロゴ、形状、単語、又は他の印など、あらゆる形状又はサイズが可能である。光導波路７００の動作は図６の光導波路６００に類似しており、光は、方向依存性の光取出し部の配向及び光源の縁部位置に基づいて、異なるように取り出されている。例えば、第１の印７１０は第１の光源７４０からの光を第２の光線７４４として、第２の光源７５０からの光を第３の光線７５２として受け取る。しかしながら、第１の印７１０の取出し部は、第１の光源７４０からの光路に沿って光を優先的に取り出し、第２の光源７５０からの光路に沿った光は実質的に低い効率で取り出すように配向されている。したがって、例えば、第１の光源７４０が青色光を放射し、第２の光源７５０が赤色光を放射し、それら２つが同時に光を放射する場合、第１の印７１０は、赤色光よりもはるかに高い効率で青色光を取り出す。したがって、光導波路７００の第１の印７１０に対応する部分は青く見える。

同様に、第２の印７２０は、第１の光源７４０から第１の光線７４２として、第２の光源７５０から第３の光線７５２（少なくとも、第３の光線７５２の、第１の印７１０の取出し部によって方向転換されない又は取り出されない部分）として両方の光を受け取る。しかしながら、第２の印７２０の取出し部は、第１の光源７４０からの光路に沿った光よりもはるかに高い効率で、第２の光源７５０からの光路に沿って光を取り出すように構成される。したがって、第１の印７１０に関して仮想的に説明したものが第２の印７２０に適用されると、即ち、第１の光源７４０が青色光を放射し、第２の光源７５０が赤色光を放射すると、第２の印７２０は赤く見える。いくつかの実施形態では、光導波路７００の取出し部の取出し特性が方向依存性であるため、光源が同時に駆動された場合、第１の印７１０は青く見えることがあり、第２の７２０は赤く見えることがあり、クロストーク又は混色はほとんどない。同様に、一方又は他方の印が、他方の特徴が実質的に目に見えないままで照明されてもよい。いくつかの実施形態では、光導波路上の全ての印は、第１の印７１０及び第２の印７２０など、重なり合わないセグメントで構成されている。図７に実質的に示されるように、重なり合わないセグメントと取出し部のクラスタとの間には、一対一の対応があってもよい。

図８は、方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む光導波路を示す上面図である。光導波路８００は、この図では個別に分類又は特定されていない、様々な光取出し部を含む。更に、第１の光源８１０、第２の光源８２０、及び第３の光源８３０は、異なる縁部位置に配設されている。図６〜図７のように、各光源の縁部位置からの光は、光導波路８００内の光取出し部の異なる部分集合を照明してもよい。このように、光導波路８００は、光源からの光がどの縁部位置で生じるかに応じて、異なる画像、ロゴ、又は取出し部パターンが目に見えるように構成されていてもよい。取出し効率は必ずしも二元的（光導波路内で全ての光が取り出されるか、又は全ての光が伝送若しくは反射される）ではないため、取出し部は、２つ以上の縁部位置から中間の効率で光を取り出すように配向されていてもよい。

図９は、方向依存性の取出し効率を備えた取出し部を含む別の光導波路を示す上面図である。光導波路９００は、個別に分類又は特定されていない複数の取出し部を含む。第１の光源９１０及び第２の光源９２０は異なる縁部位置に配設されている。図６〜図８と同様に、各光源の縁部位置からの光は、光導波路９００内の光取出し部の異なる部分集合を照明してもよい。図９は重ね合わされたパターンを示す。例えば、第１の光源９１０からの光は、光導波路９００の図示される部分にわたって実質的に均一な照明を提供してもよい。別の方法として、又はそれに加えて、第２の光源９２０からの光は、第２の光源９２０の縁部位置からの光を優先的に取り出すように、その光取出し部が配向されて示されている、部分集合のみに照明を提供してもよい。ある意味で、第１の光源９１０からの光は光導波路９００の放射表面で第１の画像を形成し、第２の光源９２０からの光は光導波路の放射表面で第２の画像を形成する。この構成の用途としては、例えば、自動車の尾灯の場合、同時に又は別個に、異なる強度及びパターンで稼働させることができる、運行表示灯に重ね合わされる方向指示灯が挙げられる。他の用途、例えば、信号系、ランプ及び照明装置を含む一般照明又は装飾照明、選択的に照明することができる、サンルーフ、窓、及び天窓などの透明採光が想起され、本明細書に記載される光導波路及び構成を含んでもよい。更に、かかる用途は、別の方法として、又はそれに加えて、他の図面に関連して記載した要素、例えば図６〜図８に記載した要素を含んでもよい。

図面中の要素に関する記載は、特段の指示がない限り、他の図面中の対応する要素に対して等しく適用されることが理解されるべきである。上述した特定の実施形態は、本発明の様々な態様の説明を容易にするために詳細に記載したものであるので、本発明はかかる実施形態に限定されるものと見なされるべきではない。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によって定義される本発明の範囲内に該当する様々な修正、等価のプロセス、及び代替のデバイスを含む、本発明の全ての態様を網羅するものとして理解されるべきである。

Claims (20)

1. 光導波路の主表面上に配設され、
   第１及び第２の光路範囲それぞれに沿って前記光導波路内を伝播する光線を受け取ると光を優先的に取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える前記光導波路であって、前記優先的に取り出された光線が、最小限の第１及び第２の取出し効率それぞれで視角範囲に沿って前記光導波路を出て、前記第２の光取出し部が、前記第１の光路範囲内の第１の光路上に配設されており、前記第１の光路に沿って伝播し、かつ前記第２の光取出し部によって取り出された光線が、前記最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い第３の取出し効率で前記視角範囲内で前記光導波路を出る、光導波路。
2. 前記第３の取出し効率が前記最小限の第２の取出し効率よりも実質的に低い、請求項１に記載の光導波路。
3. 光導波路の主表面上に配設された第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える前記光導波路であって、前記第１の光取出し部が、第１の光路範囲に沿って前記光導波路内を伝播する光線を受け取ると光を優先的に取り出すように構成され、前記優先的に取り出された光線が、最小限の第１の取出し効率で第１の視角範囲に沿って前記光導波路を出て、前記第２の光取出し部が、前記第１の光路範囲内の第１の光路上に配設され、前記第１の光路に沿って伝播し、かつ前記第２の光取出し部によって取出された光線が、前記最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い第２の取出し効率で前記第１の視角範囲内で前記光導波路を出る、光導波路。
4. 光導波路の主表面上に配設された第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える前記光導波路であって、前記第１の光取出し部が、第１の縁部位置と前記第１の光取出し部との間を延在する第１の光路に沿って、前記光導波路の前記第１の縁部位置から第１の光線を受け取り、かつ取り出すように構成され、前記取り出された第１の光線が、第１の取出し効率で第１の視認方向に沿って前記光導波路を出て、前記第２の光取出し部が、前記第１の光路上に配設され、かつ前記第１の取出し効率よりも実質的に低い第２の取出し効率で前記第１の光線を取り出す、光導波路。
5. 光導波路の主表面上に配設され、第１及び第２の縁部位置それぞれと第１及び第２の光取出し部それぞれとの間を延在する第１及び第２の光路それぞれに沿った、前記光導波路の前記離隔された第１及び第２の縁部位置それぞれから、第１及び第２の光線それぞれを受け取り、かつ取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を含む前記光導波路であって、前記取り出された第１及び第２の光線が、第１及び第２の取出し効率それぞれで前記光導波路を出て、前記第２の光取出し部が、前記第１の光路上に配設され、かつ前記第１及び第２の取出し効率よりも実質的に低い第３の取出し効率で前記第１の光線を取り出す、光導波路。
6. 光導波路の主表面上に配設され、第１及び第２の光路範囲それぞれに沿って前記光導波路内を伝播する光線を受け取ると光を優先的に取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を含む前記光導波路であって、前記第１及び第２の光路のうち一方の各光路が、前記第１及び第２の光路のうち他方の各光路と交差する、光導波路。
7. 光導波路の主表面上に配設され、第１及び第２の縁部位置それぞれと第１及び第２の光取出し部それぞれとの間を延在するそれぞれの交差する第１及び第２の光路に沿って、前記光導波路の離隔された前記第１及び第２の縁部位置それぞれから第１及び第２の光線それぞれを受け取り、かつ取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える前記光導波路であって、前記取り出された第１及び第２の光線が、第１及び第２の取出し効率それぞれで前記光導波路を出て、前記第１の光取出し部が、前記第１の取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で、前記第２の縁部位置から受け取った光線を取り出し、前記第２の光取出し部が、前記第２の取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で、前記第１の縁部位置から受け取った光線を取り出す、光導波路。
8. 前記第１及び第２の個別の離隔された光取出し部が同じ主表面上に配設される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路。
9. 前記視角範囲が前記光導波路の法線から２０°以内である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路。
10. 前記第１及び第２の光取出し部の少なくとも１つが、くさびである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路。
11. 前記第１及び第２の光取出し部の少なくとも１つが、正又は負の円筒状のサグを有するくさびである、請求項１０に記載の光導波路。
12. 前記第１及び第２の光取出し部の少なくとも１つが、非球面又は切頭非球面の１つである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路。
13. 光導波路の主表面上に配設された複数の離隔された光取出し部のクラスタを備える光導波路であって、光取出し部の各クラスタが、第１及び第２の光路範囲それぞれに沿って前記光導波路内を伝播する光線を受け取ると光を優先的に取り出すように構成された、少なくとも第１及び第２の光取出し部を備え、前記第１及び第２の光路のうち１つのいずれの光路も、前記第１及び第２の光路のうち他方の光路と交差しない、光導波路。
14. 光導波路内を伝播する光を取り出して目で見るための印を形成するように構成された、複数の光取出し部の群を備える前記光導波路であって、光取出し部の各群が、光を取り出して前記印の異なる部分を形成するように構成され、光取出し部の各群が、関連する最小取出し効率で前記光導波路の異なる対応する縁部位置から受け取った光を優先的に取り出すように構成され、それによって、光取出し部の別の群に対応する縁部位置から光線を受け取る光取出し部の任意の群の各光取出し部が、前記光取出し部の別の群と関連付けられた前記最小取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で前記受け取った光を取り出す、光導波路。
15. 光導波路の１つ以上の縁部に沿って配設された複数の個別の離隔された光源から前記光導波路内を伝播する光を取り出して画像を形成する複数の光取出し部の群を備える前記光導波路であって、前記複数の光取出し部の群と前記複数の個別の離隔された光源との間に一対一の対応があり、光取出し部の各群が、関連する最小取出し効率で前記対応する光源から受け取った光を取り出し、光取出し部の各群の少なくとも１つの光取出し部が、別の光取出し部の群に対応する光源から光を受け取り、かつ前記光取出し部の群及び前記別の光取出し部の群と関連付けられた前記最小取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で前記受け取った光を取り出す、光導波路。
16. 光導波路内を伝播する光を取り出すように構成された複数の個別の離隔された光取出し部を備える前記光導波路であって、前記取り出された光が、前記光導波路の放射表面で実質的に重なり合う第１及び第２の画像を形成し、各光取出し部が、前記第１及び第２の画像の１つのみの主要部分である光を取り出す、光導波路。
17. 光導波路の主表面上に配設された複数の第１及び第２の光取出し部を備える前記光導波路であって、前記複数の第１の光取出し部が、前記光導波路の１つ以上の縁部に沿って配設された１つ以上の第１の光源から前記光導波路内を伝播する光を最小限の第１の取出し効率で取り出して、前記光導波路の放射表面で第１の画像を形成し、前記複数の第２の光取出し部が、前記光導波路の１つ以上の縁部に沿って配設された１つ以上の第２の光源から前記光導波路内を伝播する光を最小限の第２の取出し効率で取り出して、前記光導波路の前記放射表面で第２の画像を形成し、前記１つ以上の第１の光源が前記１つ以上の第２の光源とは異なり、前記第１及び第２の画像は重なり合わず、少なくとも１つの第１の光取出し部が、前記１つ以上の第２の光源から前記光導波路内を伝播する光を、前記最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い光取出し効率で受け取り、かつ取り出し、前記少なくとも１つの第２の光取出し部が、前記１つ以上の第１の光源から前記光導波路内を伝播する光を、前記最小限の第２の取出し効率よりも実質的に低い光取出し効率で受け取り、かつ取り出す、光導波路。
18. 前記少なくとも１つの第１の光取出し部が、前記１つ以上の第２の光源から前記光導波路内を伝播する光を、前記最小限の第２の取出し効率よりも実質的に低い光取出し効率で受け取り、かつ取り出す、請求項１７に記載の光導波路。
19. 前記少なくとも１つの第２の光取出し部が、前記１つ以上の第１の光源から前記光導波路内を伝播する光を、前記最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い光取出し効率で受け取り、かつ取り出す、請求項１７に記載の光導波路。
20. 光導波路の主表面上に配設され、前記光導波路内を伝播する光線を第１及び第２の光取出し部がそれらの入力面から受け取ると、最小限の第１及び第２の取出し効率それぞれで光を優先的に取り出すように構成された、第１及び第２の個別の離隔された光取出し部を備える前記光導波路であって、前記第１の光取出し部によって優先的に取り出される少なくとも１つの光線が、前記第１の光取出し部の前記入力面から前記第１の光取出し部によって受け取られる前に、前記第２の光取出し部の前記入力面以外の面から前記第２の光取出し部によって受け取られ、前記少なくとも１つの光線が、前記最小限の第１の取出し効率よりも実質的に低い取出し効率で、前記第２の光取出し部によって取り出される、光導波路。

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