特許 7548655 受動光学ナノ構造を備える照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-02

(45)【発行日】2024-09-10

(54)【発明の名称】受動光学ナノ構造を備える照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20240903BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20240903BHJP

   F21V 3/12 20180101ALI20240903BHJP

   F21V 3/00 20150101ALI20240903BHJP

   F21V 5/02 20060101ALI20240903BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20240903BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20240903BHJP

   F21V 9/30 20180101ALI20240903BHJP

   H01L 25/04 20230101ALI20240903BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20240903BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20240903BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240903BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240903BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 481

H01L33/58

F21V3/12

F21V3/00 530

F21V5/02 400

F21V5/00 530

F21V9/40 400

F21V9/30

H01L25/04 Z

G02B5/20

G02B5/18

F21Y115:10

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2022519582

(86)(22)【出願日】2020-10-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-02

(86)【国際出願番号】 US2020053864

(87)【国際公開番号】W WO2021067639

(87)【国際公開日】2021-04-08

【審査請求日】2023-09-25

(31)【優先権主張番号】62/910,204

(32)【優先日】2019-10-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/979,029

(32)【優先日】2020-02-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/979,039

(32)【優先日】2020-02-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516384542

【氏名又は名称】リアルディー スパーク エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ロビンソン、マイケル ジー．

(72)【発明者】

【氏名】ウッドゲート、グラハム ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】ハロルド、ジョナサン

【審査官】竹中 辰利

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００３８１５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１８５４７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／２５７４９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５２７４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／２９０２７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｈ０１Ｌ ３３／５８

Ｆ２１Ｖ ３／１２

Ｆ２１Ｖ ３／００

Ｆ２１Ｖ ５／０２

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｖ ９／４０

Ｆ２１Ｖ ９／３０

Ｈ０１Ｌ ２５／０４

Ｇ０２Ｂ ５／２０

Ｇ０２Ｂ ５／１８

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明装置であって、
第１の基板と、
光学構造と、
前記第１の基板と前記光学構造との間に配設されている発光素子のアレイと、
前記第１の基板と前記光学構造との間に配設されている複数の受動光学ナノ構造のアレイであって、各受動光学ナノ構造が、前記発光素子のそれぞれに配設され、各受動光学ナノ構造が、エアギャップを含み、各受動光学ナノ構造が、それぞれの発光素子と前記光学構造の間に配設されている、受動光学ナノ構造のアレイと、を備え、
各受動光学ナノ構造が、それぞれの発光素子によって放出された光を受容し、前記受容された光を通過させ、前記通過した光を前記光学構造に向けて出力するように構成されている、照明装置。

【請求項2】

各受動光学ナノ構造が、それぞれの発光素子を前記光学構造から分離するように構成されている複数のスペーサを備える、請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記エアギャップが、前記複数のスペーサの間の空間を充填する空気を含む、請求項２に記載の照明装置。

【請求項4】

各受動光学ナノ構造の前記複数のスペーサの各々の高さが、前記それぞれの発光素子によって放出される光の波長よりも大きい、請求項２または３に記載の照明装置。

【請求項5】

前記複数の受動光学ナノ構造の各々およびそれぞれの発光素子を取り囲むカップをさらに備える、請求項２～４のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項6】

各発光素子によって放出された光の少なくとも一部が、前記エアギャップとの界面で全反射を受ける、請求項１～５のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項7】

前記受動光学ナノ構造が、疎水性である、請求項１～６のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項8】

前記光学構造が、反射屈折光学構造である、請求項１～７のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項9】

前記光学構造を前記受動光学ナノ構造に接着するように配置されている接着剤層をさらに備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項10】

各発光素子とそれぞれの受動光学ナノ構造との間に配設された色変換層をさらに備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項11】

前記発光素子が、３００μｍ未満の最大寸法を有するマイクロＬＥＤである、請求項１～１０のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項12】

複数のアパーチャを含むマスクであって、前記発光素子のアレイに対する前記第１の基板の反対側に配設されているマスクをさらに備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項13】

前記光学構造が、前記発光素子のアレイから受容された前記光の少なくとも一部を、前記マスクにおける前記複数のアパーチャを通して方向付けるように構成される、請求項１２に記載の照明装置。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか一項に記載の照明装置を備える、バックライト装置。

【請求項15】

請求項１～１３のいずれか一項に記載の照明装置または請求項１４に記載のバックライト装置を備える、ディスプレイ装置。

【請求項16】

照明装置を製造する方法であって、
基板上に発光素子のアレイを取り付けることと、
前記発光素子の各々に受動光学ナノ構造を取り付けることであって、各受動光学ナノ構造がエアギャップを含む、取り付けることと、
各受動光学ナノ構造が、それぞれの発光素子と光学構造との間に配設されるように、前記光学構造を前記基板に結合することと、を含む、方法。

【請求項17】

前記発光素子のアレイが、発光素子の非モノリシックアレイであり、前記方法が、モノリシックウェーハから前記発光素子の非モノリシックアレイを抽出することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ディスプレイ装置を含む照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロＬＥＤが使用される照明装置、例えば、ラップトップまたはＴＶディスプレイなどのディスプレイは、ますます商業的に関連するようになっている。これらのタイプのディスプレイでは、通常、光学的クロストークを防止することが望ましい。また、通常、ディスプレイ用には、物理的に堅牢な構造を提供することが望ましい。

【発明の概要】

【0003】

本開示の第１の態様によれば、提供されるのは照明装置であって、第１の基板と、光学構造と、第１の基板と光学構造との間に配設されている発光素子のアレイと、第１の基板と光学構造との間に配設されている受動光学ナノ構造のアレイであって、各受動光学ナノ構造が、発光素子のそれぞれの１つに配設され、各受動光学ナノ構造が、エアギャップを含み、各受動光学ナノ構造が、それぞれの発光素子と光学構造との間に配設されている、受動光学ナノ構造のアレイと、を備え、各受動光学ナノ構造が、それぞれの発光素子によって放出された光を受容し、受容された光を通過させ、通過した光を光学構造に向けて出力するように構成されている。

【0004】

光学構造は、発光素子からの光を方向付け、所望の位置または角度範囲に向けるように配置し得る。光学構造の隣接する光学素子間のクロストークが低減され、照明装置からの光出力の方向性が維持される。受動光学ナノ構造は、高解像度の光学的特徴を備えたモノリシックウェーハから製造し得る。受動光学ナノ構造は、低面積で提供され、コストを低減し、性能を増加させ得る。受動光学ナノ構造の高い均一性が達成され得る。

【0005】

各受動光学ナノ構造は、それぞれの発光素子を光学構造から分離するように構成された複数のスペーサを備え得る。エアギャップは、複数のスペーサの間の空間を充填する空気を含み得る。発光素子からの光は、光学構造内の光円錐が媒体内の光の臨界角内にあるように、受動光学ナノ構造を通過する。有利に、光学構造の隣接する光学素子間のクロストークが低減される。

【0006】

各受動光学ナノ構造の複数のスペーサの各々の高さは、それぞれの発光素子によって放出される光の波長よりも大きくてもよい。発光素子からの光は、光学構造内の光円錐が光学構造の媒体中の光の臨界角と実質的に同じであり得るように、受動光学ナノ構造を通過する。有利に、光学構造の隣接する光学素子間のクロストークが低減される。光線は、光学構造内をガイドするように配置され得る。有利に、広い領域にわたって、高い出力均一性が達成され得る。

【0007】

照明装置は、複数の受動光学ナノ構造の各々およびそれぞれの発光素子を取り囲むカップをさらに備え得る。有利に、クロストークは、さらに低減され得る。

【0008】

各発光素子によって放出された光の少なくとも一部は、エアギャップとの界面で全内部反射を受け得る。有利に、光線は、デバイスの効率を増加させるために、発光素子内で再循環し得る。

【0009】

受動光学ナノ構造は、疎水性であり得る。有利に、接着剤は、受動光学ナノ構造のスペーサ間のギャップを充填することができず、光学出力は、光学構造内の臨界角内に維持され得る。

【0010】

光学構造は、反射屈折光学構造であり得る。有利に、薄い出力円錐角度が、薄い厚さの照明装置からの出力のために提供され得る。

【0011】

照明装置は、光学構造を受動光学ナノ構造に接着するように配置された接着剤層をさらに含み得る。第１の基板および光学構造は、環境条件の変化に対する回復力の増加を有利に達成するために光学的に結合され得る。光学構造から光学構造に通過する一部の光線は、低損失で透過され、出力効率が増加し得る。

【0012】

照明装置は、各発光素子とそれぞれの受動光学ナノ構造との間に配置された色変換層をさらに備え得る。有利に、出力色を判定し得る。

【0013】

発光素子は、３００μｍ未満の最大寸法を有するマイクロＬＥＤであり得る。発光素子は、好ましくは２００μｍ未満、最も好ましくは１００μｍ未満である最大寸法を有するマイクロＬＥＤであり得る。有利に、薄い厚さの光学素子が提供され得る。

【0014】

照明装置は、複数のアパーチャを含むマスクをさらに含み得、マスクは、発光素子のアレイに対して第１の基板の反対側に配設される。光学構造は、発光素子のアレイから受容された光の少なくとも一部をマスクのアパーチャを通して方向付けるように構成し得る。有利に、照明装置は、高い出力効率を備え得る。照明装置の低い反射率を達成し得る。ディスプレイ装置では、高い画像コントラストを達成し得る。

【0015】

本開示の第２の態様によれば、第１の態様の照明装置を含むバックライト装置が提供される。有利に、厚さの薄い高効率のバックライトは、環境の変化に対して高い弾力性を備えて提供され得る。バックライトは可撓性があり、広く分離されているマイクロＬＥＤを有するので、マイクロＬＥＤのコストが低減され得る。高レベルのコリメーションが達成され得る。

【0016】

本開示の第３の態様によれば、第１の態様の照明装置または第２の態様のバックライト装置を含むディスプレイ装置が提供される。明るく照らされた周囲環境において高い画像コントラストを有し、薄い厚さで高い効率を有するディスプレイ装置が有利に達成され得る。プライバシーディスプレイまたは夜間操作用のディスプレイなどの低迷光ディスプレイが提供され得る。

【0017】

本開示の第４の態様によれば、提供されるのは照明装置を製造する方法であって、基板上に発光素子のアレイを取り付けることと、発光素子の各々に受動光学ナノ構造を取り付けることであって、各受動光学ナノ構造がエアギャップを含む、取り付けることと、各受動光学ナノ構造が、それぞれの発光素子と光学構造との間に配設されるように、光学構造を基板に結合することと、を含む。有利に、照明装置を提供し得る。高精度のナノ構造は、モノリシックウェーハ基板上に提供され得、望ましい性能レベルを満たす受動光学ナノ構造のみを転写し得る。高い均一性および低コストを実現し得る。

【0018】

発光素子のアレイは、発光素子の非モノリシックアレイであり得る。この方法は、モノリシックウェーハから発光素子の非モノリシックアレイを抽出することをさらに含み得る。有利に、発光素子は、モノリシックウェーハ基板上に提供され得、望ましい性能レベルを満たすそれらの発光素子のみが転写され得る。高い均一性および低コストを実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【0019】

実施形態は、添付の図に例として示され、同様の参照番号は、同様の部分を示す。

【0020】

【図1A】一実施形態による照明装置の断面の断面図を示す。

【図1B】図１Ａの照明装置の断面の斜視図を示す。

【図2】臨界角が受動光学ナノ構造に関連するパラメータにどのように依存するかを示すグラフである。

【図3】受動光学ナノ構造がその一部として形成されているモノリシックウェーハの斜視図を示す。

【図4】一実施形態による、受動光学ナノ構造が発光素子１１０上にどのようにスタックされるかを示す。

【図5A】照明装置の実施形態の断面図を示す。

【図5B】照明装置の実施形態の斜視図を示す。

【図6A】複数のスペーサの実施形態の上面図を示す。

【図6B】複数のスペーサの実施形態の上面図を示す。

【図6C】複数のスペーサの実施形態の上面図を示す。

【図6D】複数のスペーサの実施形態の上面図を示す。

【図7】照明装置の一実施形態の断面図を示す。

【図8A】図５Ａおよび図５Ｂの実施形態の照明装置の製造中に光学構造を基板に取り付ける方法の断面図を示す。

【図8B】図５Ａおよび図５Ｂの実施形態の照明装置の製造中に光学構造を基板に取り付ける方法の断面図を示す。

【図9】図５Ａおよび図５Ｂの実施形態の照明装置の製造中に光学構造を基板に取り付ける別の方法の断面図を示す。

【図10】図５Ａおよび図５Ｂの実施形態の照明装置の製造中に光学構造を基板に取り付ける別の方法の断面図を示す。

【図11A】光学構造の入力側に配置された受動光学ナノ構造を含む実施形態の照明装置の製造時に、光学構造を基板に取り付ける方法であって、受動光学ナノ構造が光学構造上に形成されている、断面図を示す。

【図11B】光学構造の入力側に配置された受動光学ナノ構造を含む実施形態の照明装置の製造時に、光学構造を基板に取り付ける方法であって、受動光学ナノ構造が光学構造上に形成されている、断面図を示す。

【図12A】光学構造の入力側に配置された受動光学ナノ構造を含む実施形態の照明装置の製造時に、光学構造を基板に取り付ける方法であって、受動光学ナノ構造が光学構造の材料で形成されている断面図を示す。

【図12B】光学構造の入力側に配置された受動光学ナノ構造を含む実施形態の照明装置の製造時に、光学構造を基板に取り付ける方法であって、受動光学ナノ構造が光学構造の材料で形成されている断面図を示す。

【図13】照明装置のさらなる実施形態の断面図を示す。

【図14】照明装置のさらなる実施形態の断面図を示す。

【図15】照明装置のさらなる実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

この明細書では（「パッケージ化された」という用語で修飾されている場合を除く）、「ＬＥＤ」または「マイクロＬＥＤ」は、モノリシックウェーハ、つまり半導体素子から直接抽出されたパッケージ化されていないＬＥＤダイチップを指す。マイクロＬＥＤは、複数のＬＥＤがモノリシックエピタキシャルウェーハから並列に取り出されるアレイ抽出方法によって形成され得、５マイクロメートル未満の位置公差で配置され得る。これは、パッケージ化されたＬＥＤとは異なる。パッケージ化されたＬＥＤは、通常、標準の表面実装ＰＣＢ（プリント回路基板）アセンブリに好適なはんだ端子を備えたリードフレームおよびプラスチックまたはセラミックのパッケージを有している。パッケージ化されたＬＥＤのサイズとＰＣＢアセンブリ技術の限界は、パッケージ化されたＬＥＤから形成されたディスプレイが約１ｍｍ未満のピクセルピッチで組み立てることが難しいことを意味する。このようなアセンブリ機によって載置される構成素子の精度は、通常、約プラスマイナス３０マイクロメートルである。このようなサイズおよび許容誤差は、非常に高解像度のディスプレイへの適用を阻止する。

【0022】

ここで、様々な指向性ディスプレイデバイスの構造および動作を説明する。本説明では、共通の要素は、共通の参照番号を有する。任意の要素に関する開示は、同じまたは対応する要素が提供される各デバイスに適用されることに留意されたい。よって、簡潔にするために、そのような開示は繰り返されない。

【0023】

図１Ａは、一実施形態による照明装置１００の断面の断面図を示している。照明装置１００は、発光素子１１０、色変換層１２０、受動光学ナノ構造１３０、接着剤層２０６、および光学構造２２０を備え、その順にスタックされている。

【0024】

照明装置１００は、第１の基板２００をさらに備える。発光素子１１０のアレイは、第１の基板２００と光学構造２２０との間に配設されている。受動光学ナノ構造１３０のアレイは、第１の基板２００と光学構造２２０との間に配設され、各受動光学ナノ構造１３０は、発光素子１１０のそれぞれの１つに配設され、各受動光学ナノ構造は、エアギャップ１３３を含み、各受動光学ナノ構造１３０は、それぞれの発光素子１１０と光学構造２２０との間に配設され、各受動光学ナノ構造１３０は、それぞれの発光素子１１０によって放出された光を受容し、受容された光１７０、１８０を通過させ、通過した光を光学構造２２０に向けて出力するように構成される。各受動光学ナノ構造１３０は、それぞれの発光素子１１０を光学構造２２０から分離するように構成された複数のスペーサ１３２を備える。エアギャップ１３３は、複数のスペーサ１３２の間の空間を充填する空気を含む。発光素子１１０は、特定の波長帯域（例えば、赤、青、または緑）で光を放出するように構成される。この実施形態では、発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。より具体的には、この実施形態では、発光ダイオードは、マイクロＬＥＤ、すなわち、３００μｍ未満、好ましくは２００μｍ未満、最も好ましくは１００μｍ未満の最大サイズまたは寸法を有するＬＥＤである。光線１６０は、マイクロＬＥＤの発光層内の励起１１２によって放出される。色変換層１２０は、各発光素子１１０とそれぞれの受動光学ナノ構造１３０との間に配設されている。色変換層１２０は、発光素子１１０によって放出された光線１６０を受容し、吸収領域１２２で光の少なくとも一部を吸収し、発光素子１１０によって放出される光の波長帯域とは異なる波長帯域の光線１７０を放出するように構成される。言い換えれば、色変換層１２０は、発光素子１１０によって放出された光の少なくとも一部の色を変換するように効果的に作用する。

【0025】

色変換層１２０は、リン光体、量子ドット、または他の色変換材料を含み得る。いくつかの実施形態では、色変換層１２０は省略され得、着色された発光は、発光素子１１０によって直接提供されることが理解されよう。

【0026】

受動光学ナノ構造１３０は、色変換層１２０によって放出された光線１７０を受容し、それを通して受容された光を伝達し、伝達された光を出力するように構成されている。

【0027】

受動光学ナノ構造１３０は、それを通過する光の少なくとも一部の進行方向を変えるように構成されている。受動光学ナノ構造１３０は、ベース層１３１、複数のスペーサ１３２、およびエアギャップ１３３を備える。

【0028】

エアギャップ１３３との境界に入射する光線１７０は、受動光学ナノ構造１３０を通過する。

【0029】

この実施形態では、複数のスペーサ１３２はピラーまたはカラムである。複数のスペーサ１３２は、ベース層１３２から垂直に延びる。複数のスペーサ１３２は、隣接するスペーサ１３２間の距離ｐ（スペーサ１３２のピッチとしても知られる）が隣接するスペーサ１３２の各対について実質的に同じであるように、ベース層１３１上に均一に分布している。

【0030】

複数のスペーサ１３２の各々は、他のスペーサ１３２の各々と実質的に同じ高さｈを有する。エアギャップ１３３は、スペーサ１３２およびベース層１３１によって画定される。より具体的には、エアギャップ１３３は、ベース層１３１からスペーサ１３２の高さまでスペーサ１３２の間の空間を充填する空気を含む。

【0031】

ベース層１３１は、例えば、二酸化ケイ素などの無機材料から形成されているか、またはポリマー材料であり得る。スペーサ１３２は、例えば、二酸化ケイ素などのパターン化された無機材料から形成されているか、またはポリマー材料であり得る。

【0032】

接着剤層２０６は、光学構造２２０を受動光学ナノ構造１３０に接着するように配置されている。接着剤層２０６は、受動光学ナノ構造１３０を光学構造２２０に結合する。より具体的には、接着剤層２０６は、スペーサ１３２の上部および光学構造２２０の底面に結合される。接着剤層２０６は、任意の適切な接着剤、例えば、光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）または感圧接着剤（ＰＳＡ）から形成され得る。

【0033】

光学構造２２０は、それが受容する光を操作する光学素子である。この実施形態では、光学構造２２０は、それが受容する光がそれを通過することを可能にする透明な基板（例えば、ガラス基板）である。図１Ａの照明装置は、別の光学構造にさらに結合され得るか、または光学構造は、光学構造の中または上に形成され得る。光学構造の例を以下に説明する。

【0034】

動作中、ベース層１３１とエアギャップ１３３との間の界面１３５に到達する発光素子１１０からの光線１８０は、臨界角よりも大きい入射角で界面に当たると、完全に内部反射される。光線１８０は、発光素子１１０または色変換層１２０内で再循環され得る。再循環光線１８２の一部は、受動光学ナノ構造１３０を介して出力され得、効率を増加させる。

【0035】

したがって、界面での臨界角よりも小さい入射角で界面１３５に当たる光のみが、界面１３５を通過する。第１の光線１６０は、色変換層１２０によって色変換されていない発光素子１１０によって放出される光線である。第１の光線１６０は、界面でのその入射角が臨界角よりも小さいので、エアギャップ１３３に入って通過する。第２の光線１７０および第３の光線１８０は、色変換層１２０によって色変換された光線である。第２の光線１７０は、界面でのその入射角が臨界角よりも小さいので、エアギャップ１３３に入って通過する。第３の光線１８０は、界面でのその入射角が臨界角よりも大きいので、界面で完全に内部反射される。第２の光線１７０および第３の光線１８０は、エアギャップ１３３と接着剤層２０６との間の界面に到達し、そこで屈折されて接着剤層２０６に入る。次に、第２の光線１７０および第３の光線１８０は、接着剤層２０６を通って光学構造２２０に進む。

【0036】

この実施形態では、接着剤層２０６および光学構造２２０は実質的に同じ屈折率を有し、したがって、接着剤層２０６と光学構造２２０との間の界面で屈折は起こらない。上述の光伝播は、有利に、エアギャップを通って光学構造２２０に到達する光が、光学構造２２０内の比較的小さな入射角の制限された範囲を有することを提供する。表面法線１９９方向からの光学構造２２０内の範囲は、臨界角θ_ｃによって実質的に決定される。

【0037】

これは、別途、より高い入射角で光学構造２２０に到達したであろう光が第１の基板に到達しないためであり、なぜなら、それは代わりに、ベース層１３１とエアギャップ１３３との間の界面で完全に内部反射されるからである。有利に、光学構造２２０内を伝搬する光円錐は、ランバートではないが、円錐角が制限されている。以下でさらに説明するように、そのような制限された円錐角は、光学構造２２０の光学表面による光出力のコリメーションを可能にする。

【0038】

次に、５５０ｎｍの公称波長に対する受動光学ナノ構造１３０の望ましい寸法特性について説明する。スペーサ１３２はそれぞれ、エアギャップ１３３およびスペーサ１３２を通過する光の波長λよりも大きい高さｈを有する。

【0039】

各受動光学ナノ構造１３０の複数のスペーサ１３２のそれぞれの高さｈは、それぞれの発光素子１１０によって放出される光１６０の波長λよりも大きい。さらに、高さｈは、それぞれの発光素子１１０および色変換層１２０によって放出される光の波長λよりも大きくてもよい。高さｈは、それぞれの発光素子１１０による発光に続いて、色変換層１２０によって色変換された光の波長よりも大きくてもよい。

【0040】

スペーサ１３２の幅ｗおよびピッチｐは、エアギャップ１３３を通って移動する光のスペーサ１３２からの拡散光散乱を最小化し、スペーサ１３２内の光の誘導を最小限にするように配置される。

【0041】

ピッチｐは、２λ未満、好ましくはλ未満、より好ましくはλ／２未満、最も好ましくはλ／５未満であり得る。比ｗ／ｐは、０．５未満、好ましくは０．３未満、より好ましくは０．１未満であり得る。

【0042】

動作中、光の波状の性質を使用して、受動光学構造１３０を通る光の伝播を分析することができ、すなわち、光線１６０、１７０、１８０によって提供されるように見える光伝播は、実際には、エアギャップ１３３およびスペーサ１３２を通過する、光学モードを伝播することによって提供される。言い換えれば、光伝播の光線モデルは、受動光学ナノ構造１３０において分解される。このようなスケールでは、受動光学構造１３０は光線モデルを使用して解決することができず、波の伝播の解釈がより適切であり、受動光学構造１３０は、入射波に対してほぼ均一な構造として表示される。

【0043】

そのような受動光学素子１３０は、高角度回折またはゼロ次回折を提供し得る。有利に、スペーサからの回折散乱およびスペーサ間のギャップを低減して、光散乱を最小限に抑え得る。以下の図５Ａの実施形態の例示的な例では、隣接する湾曲した反射器２２２Ａ、２２２Ｂ間のクロストークが有利に低減され得る。

【0044】

そのような素子は、モノリシックウェーハ上でのリソグラフィー製造技術によって提供され得る。素子は、モノリシックウェーハから転写され得、または本明細書の他の場所で説明するように複製ツールを提供するように配置され得る。

【0045】

受動光学ナノ構造との比較として、例えば、ピッチｐが２０ミクロンで幅ｗが５ミクロンの受動光学マイクロ構造を用いて、低い実効屈折率および小角度の回折散乱を達成され得る。そのようなスペーサは、スペーサ内の入射光をガイドし、光学構造２２０へのランバート入力を提供する。反射器２２０Ａ、２２０Ｂの間に望ましくないクロストークが提供される場合がある。

【0046】

受動光学ナノ構造１３０は、次の方程式で与えられる有効屈折率ｎ_１を有する。

【数1】

式中、ｎ_１は、有効屈折率であり、ｎは、スペーサ１３２の屈折率であり、ｐは、スペーサ１３２のピッチであり、ｗは、各スペーサ１３２の幅である。

【0047】

各発光素子１１０によって放出される光１８０の少なくとも一部は、エアギャップ１３３との界面で全内部反射を受ける。ｗ、ｐ、およびｎは、ｎ_１が、受動光学ナノ構造１３０に到達する光の少なくとも一部の全内部反射を引き起こす値であるような値を有する。次に、光学構造２２０内の光の臨界角θ_ｃは、次の方程式によって与えられる。

【数2】

式中、ｎ_２は、光学構造２２０の材料の屈折率である。

【0048】

他の実施形態では、スペーサは、間隔のいくらかの分布を有し得、距離ｐは、平均ピッチｐ_ａｖを有する分布を有し得、ここで、ｐ_ａｖは、１ミクロン未満、好ましくは０．５ミクロン未満、最も好ましくは０．２５ミクロン未満である。有利に、残留回折構造は、固定された周期性と比較して、外見上低減され得る。

【0049】

上述の構造は、外部基板による発光素子への結合を達成しながら、制御された円錐角および高効率で光学素子に光を入力することを可能にする傾向がある。したがって、該構造は、機械的および熱的安定性を改善しながら、照明システムにおける光学的クロストークを低減することを可能にする傾向がある。

【0050】

図１Ｂは、図１Ａの照明装置１００の断面の斜視図を示している。さらに詳細に考察されていない図１Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0051】

図１Ｂでは、接着剤層２０６が存在するが、例示を容易にするために示されていない。図１Ｂは、発光素子１１０を駆動するための電極パッド２１０、２１２をさらに示す。電極パッド２１０、２１２は、受動光学ナノ構造が接触している発光素子１１０の表面とは反対側にある発光素子１１０の表面と接触している。図１Ａの配置と比較して、色変換層１２０は省略されている。

【0052】

図１Ｂは、無機マイクロＬＥＤ１１０の構造をさらに示している。Ｐドープ半導体層１２４およびｎドープ半導体層１２６は、多重量子井戸構造１２２のいずれかの側に配置されている。したがって、電極２１０、２１２は、それぞれ、ｐドープおよびｎドープの半導体層１２４、１２６に取り付けられる。

【0053】

受動光学ナノ構造１３０は、発光素子１１０の出力側に設けられている。発光素子１１０が配置された第１の基板２００が設けられている。第１の基板２００は、反射マスク領域および制御電極（図示せず）をさらに含み得る。領域１３８において、マスク領域は、すべての光が発光素子１１０から受動光学ナノ構造１３０に出力されるように設けられ得る。さらに、発光素子１１０の側面は、受動光学ナノ構造を介する以外の発光を防止するためにコーティングされ得る。他の実施形態では、受動光学ナノ構造１３０は、発光素子１１０よりも大きくてもよく、その結果、発光素子からの実質的にすべての光が、受動光学ナノ構造１３０を通過するように方向付けられる。

【0054】

代替的な実施形態では、電極パッド２１２は省略されてもよい。透明電極（図示せず）は、光学基板２２０上に配置され得、スペーサ１３２は、電気信号がスペーサ１３２を通過し得るようにさらに導電性であり得る。発光素子１１０の電気的制御は、最上面の電気接点から達成し得る。電流注入領域は、発光素子１１０全体に広がっている。有利に、電流密集が低減され得、効率を増加させ得る。

【0055】

有利に、薄い構造で制御された照明出力を提供するように配置された光学構造２２０の照明に好適な発光素子を提供し得る。

【0056】

図２は、臨界角が受動光学ナノ構造１３０に関連するパラメータにどのように依存するかを示すグラフを例示している。具体的には、図２は、受動光学ナノ構造のスペーサ１３２の幅ｗをスペーサ１３２のピッチで割ったものの関数としての臨界角を示している。好ましくは、ｗ／ｐの比は、５０°未満の臨界角を達成する０．５未満であり、より好ましくは、４５°未満の臨界角を達成する、ｗ／ｐの比は、０．３未満である。

【0057】

図３は、受動光学ナノ構造１３０がその一部として形成されているモノリシックウェーハ３００の斜視図を示している。さらに詳細に考察されていない図３の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0058】

上述の照明装置１００で使用される前に、受動光学ナノ構造は、受動光学ナノ構造１３０のモノリシックウェーハ３００の一部として形成（例えば、成長）され、次いで、照明装置１００の製造に使用するためにモノリシックウェーハ３００から抽出される。

【0059】

選択された受動光学ナノ構造１３０に対応する領域１３１の抽出は、既知の抽出方法によって提供され得る。例えば、領域１３１は、選択された受動光学ナノ構造１３０を成長基板モノリシックウェーハ３００から少なくとも部分的に分離するＵＶ光などの光で照射され得る。他の抽出方法では、領域１３１は、機械的スタンパーを使用する機械的分離によってエッチングおよび抽出され得る。

【0060】

複数の受動光学ナノ構造１３０は、単一の位置合わせステップで転写され得る。有利に、複数の受動光学ナノ構造１３０のアレイは、単一のステップで転写され得、コストおよび複雑さを低減する。

【0061】

抽出領域１３１に対応する選択された受動光学ナノ構造１３０は、モノリシックウェーハ３００から切り離され、発光素子１１０であり得る受信機に接着される。受信機は、選択された受動光学ナノ構造１３０が受信機と接触したときにそれに付着するような接着剤を含み得る。

【0062】

有利に、高精度の受動光学ナノ構造は、既知の半導体リソグラフィー製造プロセスによって提供され得る。

【0063】

成長後、モノリシックウェーハ３００は、境界３０２によって示されるように異なる性能の領域を含み得、さらに、動作中に望ましくない光学性能を生み出す引っかき傷、破片、および他の欠陥を含み得る。本実施形態の受動光学ナノ構造１３０は、モノリシックウェーハの望ましい領域からのみ有利に抽出され得る。有利に、出力の均一性が増加され得る。さらに、良好な受動光学ナノ構造の歩留まりが増加し、コストの低減を達成した。多数の発光素子を備えた発光素子のアレイは、望ましい光出力および低コストで提供され得る。

【0064】

次に説明するように、複数の受動光学ナノ構造は、発光素子１１０と受動光学ナノ構造１３０との間に提供され得る。

【0065】

図４は、一実施形態に従って、受動光学ナノ構造１３０がどのように発光素子１１０上にスタックされるかを示している。さらに詳細に考察されていない図４の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0066】

この実施形態では、モノリシックウェーハ３００からの抽出に続いて、受動光学ナノ構造１３０は、すべて発光素子１１０上にスタックされた異なるタイプの受動光学ナノ構造の連続順序の一部として、発光素子上にスタックされている。具体的には、この実施形態では、下から上への順序で、スタックは、モスアイ構造４１０、量子ロッド構造４２０、コリメートナノ構造４３０、ワイヤーグリッド偏光子４４０、フォーム複屈折リターダ４５０、および図１～図４を参照して上述した受動光学ナノ構造１３０を含む。このようにして、発光素子１１０から受動光学ナノ構造１３０に到達する光は、受動光学ナノ構造１３０によって操作される前に、スタックにおける受動光学ナノ構造４１０、４２０、４３０、４４０、４５０の他のタイプによる様々な方法で操作されている。他の実施形態では、受動光学ナノ構造１３０は、光が受動光学ナノ構造１３０によって操作されることが望ましい、スタックにおけるポイントに依存して、図４に示される他のタイプの受動光学ナノ構造４１０、４２０、４３０、４４０、４５０のいずれかと所定の位置で交換され得ることが理解されよう。

【0067】

次に、照明装置における受動光学ナノ構造の動作について説明する。

【0068】

図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、照明装置１００の実施形態の断面図および斜視図を示している。さらに詳細に考察されていない図５Ａおよび図５Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0069】

照明装置１００は、基板２００、基板２００上に配設された発光素子１１０のアレイ、および発光素子１１０のそれぞれの１つ上にそれぞれ配設された受動光学ナノ構造１３０のアレイを備える。

【0070】

この実施形態では、発光素子１１０は、光線１７０が発光素子１１０および反射領域３５によって基板２００から離れて方向付けられるように、反射領域３５上に配置されている。反射領域は、光が基板２００に透過するのを防止する。有利に、アパーチャ１５２を通る光線の透過効率が増加する。

【0071】

この実施形態では、照明装置１００は、不透明光吸収領域１５１によって分離された複数のアパーチャ１５２を含む出力マスク１５０をさらに備え、出力マスク１５０は、発光素子１１０のアレイに対して基板２００の反対側に配設されている。出力マスク１５０は、そのアパーチャ１５２を通過する場合を除いて、光が通過するのを遮断するように構成される。この実施形態では、光学構造２２０は、発光素子１１０のアレイから受容された光の少なくとも一部を、出力マスク１５０のアパーチャ１５２を通して方向付けるように構成される。

【0072】

出力マスク１５０の不透明光吸収領域１５１は、例えば、黒色の材料を基板２００上に印刷することによって、任意の適切な不透明材料から形成され得る。不透明領域１５１は、代替的または追加的に、ナノ構造の黒色吸収体、「ナノ黒色」、またはＡｃｋｔａｒ（イスラエル、キルヤットガト）によって販売されているものなどの他の同様の材料を含み得る。有利に、非常に低い反射率が、照明装置の正面から達成され得る。

【0073】

より具体的には、この実施形態では、光学構造２２０は、それが受容する光の少なくとも一部を基板２００に向かって反射するように構成された反射光学構造である。特に、光学構造２２０は、それぞれがそれぞれの発光素子１１０と位置合わせされ、その発光素子１１０から受容された光の少なくとも一部を反射するように構成された、複数の凹状の湾曲した反射面２２２Ａ、２２２Ｂを備える。

【0074】

光学構造２２０は、透明な本体と、湾曲した反射器２２２Ａ、２２２Ｂを構成するその上に配設された反射材料とから形成され得る。光学構造２２０の本体は、ガラスまたはポリマー材料であり得る。湾曲した反射器の表面レリーフ構造は、例えば、ポリマー材料の成形または鋳造プロセス材料によって提供され得る。反射層は、湾曲した反射器２２２Ａ、２２２Ｂ、例えば、銀またはアルミニウム材料ならびに表面接着促進剤および保護層を含み得る堆積された金属コーティング上に形成され得る。

【0075】

出力マスク１５０のアパーチャ１５２の各々は、その中に配置された拡散器を含み得、拡散器は、アパーチャ１５２を通って移動する光を散乱させて出力光線１６４を提供するように構成されている。アパーチャ１５２における拡散器は、広い角度広がりを有し得る光線１６４を提供する。有利に、照明装置は、広い照明角度にわたって照明を提供し得、ディスプレイ用途では、照明装置は、広い視野角から視認可能である。

【0076】

光学構造２２０は、反射屈折光学構造を含み得る。本実施形態では、湾曲した反射光学構造２２２Ａ、２２２Ｂでの反射および受動光学ナノ構造１３０の出力での屈折は、反射屈折光学構造を提供し、すなわち、動作は、屈折および反射の両方によって提供される。

【0077】

動作中、光線１７０は、臨界角θｃよりも小さい、表面法線１９９からの角度で湾曲した反射面２２２Ｂに向けられ、受動光学ナノ構造１３０の表面法線１９９は図１Ａに示されている。

【0078】

有利に、図５Ａおよび図５Ｂの実施形態は、特定の発光素子１１０からの光が、特定の発光素子１１０が位置合わせされていない曲面２２２Ａに到達するのを防止する傾向がある。これは、光を完全に内部反射する各発光素子１１０上の受動光学ナノ構造１３０によるものである。例えば、この実施形態では、受動光学ナノ構造１３０から光線を出力することができる最大角度θｃは、発光素子１１０からの光が受動光学ナノ構造１３０のエアギャップに入る界面に関連する臨界角によって設定される。したがって、この実施形態は、それらが位置合わせされていない発光素子１１０からの光を反射する反射面２２２Ａに関連する迷光を防止する傾向がある。有利に、隣接するアパーチャ１５２間の迷光が低減される。ディスプレイ用途では、画像のクロストークが低減され、画像のコントラストが増加する。

【0079】

図２のグラフを参照すると、ｗ／ｐの比は、臨界角が４５度未満になるように、提供され得る。湾曲した反射面２２２Ａ、２２２Ｂは、色収差を有さず、臨界角に近い光に対して幾何学的収差を有し、これは、発光素子１１０からそれぞれの位置合わせされているアパーチャ１５２への光の効率的な画像化を達成し得る。有利に、隣接する発光素子１１０からの低い迷光で高い結合効率が達成され得る。隣接するアパーチャ１５２間のクロストークが低減され得る。

【0080】

出力マスク１５０は、反射光線１６２の輝度がアパーチャ１５２を透過する光の輝度よりも実質的に低くなるように、周囲照明１６０からの入射光線１６１（室内照明または直射日光など）を吸収するように構成され得る。有利に、ディスプレイ用途では、周囲照度が高い環境においては、画像のコントラストが実質的に向上し得る。そのような高い周囲照度環境において望ましいコントラストを達成するために、光線１６２の低減された輝度が提供され得る。ディスプレイ電力消費が低減され得る。

【0081】

不透明領域１５１は、周囲の装飾材料と同様の反射率を有する材料を含み得る。ディスプレイは、例えば自動車用途において、使用されていないときのディスプレイの美的外観を有利に改善するために、装飾内に隠され得る。

【0082】

照明装置１００はまた、発光素子１１０を駆動するための電子機器５２０を含み、電子機器５２０は、隣接する発光素子１１０の間の基板２００上に配設される。有利に、本実施形態は、損失なしに制御電子機器５２０を載置するための比較的大きな領域を提供する。制御電子機器５２０は、照明装置の観察者には見えない。

【0083】

一実施形態では、制御電子機器５２０は、すべての発光素子１１０の全体的な制御を提供するように配置され得る。別の実施形態では、制御電子機器５２０およびさらなる外部制御電子機器（図示せず）は、表示機能を提供するように配置され得、すなわち、発光素子の各々は、画像データで個別に制御可能であり得る。別の実施形態では、制御電子機器５２０およびさらなる外部制御電子機器（図示せず）は、透過型空間光変調器の照明のためのバックライト機能を提供するように構成され得る。発光素子１１０の個別の制御は、高ダイナミックレンジ機能を提供するために使用され得、ディスプレイ電力消費を低減するために使用され得る。

【0084】

図６Ａ～図６Ｄは、それぞれ、複数のスペーサ１３２の実施形態の上面図を示している。図６Ａでは、例えば図１Ｂの六角形グリッドと比較して、スペーサ１３２は正方形グリッド上に配置され、円形断面を有する。有利に、スペーサ１３２の面積を最小化し得る。残留回折の可視性は、スペーサ１３２の配置の設計において調整され得る。図６Ｂでは、スペーサ１３２は線形であり、少なくとも一方向に延在している。有利に、残留回折の可視性は、１つの軸において排除され得る。機械的強度が増加され得る。図６Ｃでは、スペーサ１３２は環状であり、図６Ｄでは、スペーサ１３２は箱形状である。有利に、機械的強度が増加され得る。

【0085】

発光素子１１０のエッジからの光の軸外伝播を制限することがさらに望ましい場合がある。

【0086】

図７は、照明装置１００の実施形態の断面図を示している。さらに詳細に考察されていない図７の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0087】

この実施形態では、照明装置１００は、複数の受動光学ナノ構造１３０の各々とそれぞれの発光素子１１０とを取り囲むカップ１４０をさらに備える。

【0088】

この実施形態では、各受動光学ナノ構造１３０は、それぞれの発光素子１１０の側面の周りに延びる。この実施形態では、照明装置１００は、複数のカップ１４０を備える。各カップ１４０は、基板２００上に配設され、それぞれの発光素子１１０および受動光学ナノ構造１３０の側面を取り囲む。各カップ１４０は、光がそこを通過するのを遮断するように構成されており、したがって、それぞれの受動光学ナノ構造１３０の側面から光が出力されるのを防ぐように作用する。これは、受動光学ナノ構造１３０の側面から広角光が出力されるのを防ぐのに役立つ。有利に、隣接する素子間のクロストークが、低減され得る。光出力のある程度のコリメーションが達成され得、正面からの効率が増加し得る。

【0089】

次に、図５Ａ～図５Ｂの装置を形成する方法について説明する。

【0090】

図８Ａおよび図８Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂの実施形態の照明装置１００の製造中に光学構造２２０を基板２００に取り付ける方法の断面図を示す。さらに詳細に考察されていない図８Ａ～図８Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0091】

図８Ａに示されるように、最初に、光学構造が基板２００の上に配置され、基板２００は、受動光学ナノ構造１３０、発光素子１１０、および基板に取り付けられている出力マスク１５０を有する。光学構造２２０は、その湾曲した反射面２２２Ａの各々がそれぞれの発光素子１１０と位置合わせされるように位置決めされている。次に、図８Ｂに示すように、光学構造と基板２００との間に接着剤層２０６を形成して、光学構造を基板２００に取り付ける。接着剤層２０６は、発光素子１１０および受動光学ナノ構造１３０の周りの空間を充填する。接着剤層２０６の接着剤は、液体形態で光学構造２２０と基板２００との間の空間に注入され得、次いで、例えばＵＶおよび／または熱硬化によって光学構造２２０を基板２００に結合するために固体形態にその後固定され得る。有利に、動作中の熱的および機械的変動が最小限に抑えられる。光学基板２２０と第１の基板２００との間のギャップでのフレネル反射が低減され、光学効率が増加し、隣接するチャネル間のクロストークが低減される。

【0092】

受動光学ナノ構造１３０は、接着剤が液体の形で注入された場合にそれらのエアギャップが接着剤で充填されないように疎水性であり得る。有利に、表面張力は、接着剤２０６が受動光学ナノ構造１３０のスペーサ１３２間のエアギャップ１３３を充填しないように配置され得、光出力は、光学構造２２０内の臨界角θｃ内に維持され得る。

【0093】

次に、図５Ａ～図５Ｂの実施形態の光学装置を提供するためのさらなる方法について説明する。

【0094】

図９および図１０は、図５Ａおよび図５Ｂの実施形態の照明装置１００の製造中に光学構造２２０を基板２００に取り付ける別の方法の断面図を示している。さらに詳細に考察されていない図９～１０の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0095】

図９に示すように、この方法では、光学構造２２０は、基板２００の上に位置決めされ、基板２００は発光素子１１０、反射マスク３５およびそこに取り付けられた出力マスク１５０を有し、光学構造２２０は、それに取り付けられた受動光学ナノ構造１３０を有する。各受動光学ナノ構造１３０は、光学構造２２０のそれぞれの湾曲した反射面２２２Ａと位置合わせされるように、光学構造２２０に取り付けられている。光学構造は、その湾曲した反射面２２２Ａの各々がそれぞれの発光素子１１０と位置合わせされるように位置決めされている。次に、図１０に示すように、光学構造と基板２００との間に接着剤層２０６を形成して、光学構造を基板２００に取り付ける。接着剤層２０６は、発光素子１１０および受動光学ナノ構造１３０の周りの空間を充填する。接着剤層２０６の接着剤は、光学構造２２０と基板２００との間の空間に液体形態で注入され、次いで固体形態に設定されて、光学構造２２０を基板２００に結合し得る。受動光学ナノ構造１３０は、接着剤２０６が液体の形で注入された場合にそれらのエアギャップが接着剤２０６で充填されないように疎水性であり得る。

【0096】

図１１Ａ～図１１Ｂは、光学構造の入力側に配置された受動光学ナノ構造を含む実施形態の照明装置の製造時に、光学構造を基板に取り付ける方法であって、受動光学ナノ構造が光学構造上に形成されている、断面図を示す。さらに詳細に考察されていない図１２Ａ～図１２Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0097】

図８Ａ～図８Ｂの方法と比較して、受動光学ナノ構造１３０は、光学構造２２０の入力側２２１に配置されている。受動光学ナノ構造１３０は、図３に示されるように、モノリシックウェーハからのものであり得る。受動光学ナノ構造１３０を取り付ける前に、光学構造２２０上に接着剤が形成され得る。複数の受動光学ナノ構造１３０は、単一の位置合わせステップで転写され得る。有利に、より少ないプロセスステップが発光素子１１０に提供され、組み立てられた第１の基板２００のコストおよび複雑さを低減する。

【0098】

図１２Ａ～図１２Ｂは、光学構造の入力側に配置された受動光学ナノ構造を含む実施形態の照明装置の製造時に、光学構造を基板に取り付ける方法であって、受動光学ナノ構造が光学構造の材料で形成されている断面図を示す。さらに詳細に考察されていない図１１Ａ～図１１Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0099】

図１１Ａ～図１１Ｂの実施形態と比較して、図１２Ａに示されるように、受動光学ナノ構造１３０は、入力側の光学構造２２０の材料に形成され、モノリシックウェーハから転写されない。図１２Ｂは、光学構造２００が接着剤２００によって基板２００に取り付けられていることを示している。ギャップ１３３は、例えば、疎水性ピラー１３２によって維持され得る。

【0100】

有利に、受動光学ナノ構造のコストは、光学構造の入力側２２１を形成するために使用されるツールに構造を組み込むことによって低減され得る。

【0101】

図１３および図１４は、照明装置１００のさらに２つの実施形態の断面図を示している。さらに詳細に考察されていない図１３および図１４の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0102】

図１３は、光学構造２２０が透過性であり、基板２００が不透明であるため、光が基板を通過することができない実施形態を示している。光は、光学構造２２０を透過し、その結果、発光素子１１０から放出された光は、基板２００に向かって戻ることなく、照明装置１００から出力される。図５Ａと比較して有利に、高密度の電子制御構成要素５２０および電極は、効率を低減させることなく、基板２００上に配置され得る。

【0103】

レンズ２４０Ａ、２４０Ｂは、コリメートされた出力を提供するように配置されている。プライバシー表示用のバックライト装置が提供され得る。

【0104】

図１４は、光学構造２２０が反射性であり、光を基板２００に向かって反射して戻す実施形態を示している。図１４の実施形態では、基板は透明であるため、光はそれを通って移動することができる。したがって、図１４の実施形態では、発光素子１１０から放出された光は、照明装置１００から基板２００を通って出力される。図５Ａの配置と比較して、出力はコリメートされており、マスク１５０は提供されていない。有利に、コリメートされた出力照明は、薄い構造において高効率で達成され得る。

【0105】

ディスプレイ装置は、透過型空間光変調器４８を照明するための照明装置１００を含むバックライト装置を備え得る。そのような装置は、プライバシーディスプレイなどのディスプレイ装置のために提供され得る。

【0106】

代替的な実施形態では、空間光変調器４８は省略され得、照明装置は、例えば、ダウンライトまたは自動車のヘッドライト用に、指向性環境照明を提供するために使用され得る。

【0107】

次に、本実施形態の受動光学ナノ構造１３０を含むディスプレイ装置用の薄いバックライト構造について説明する。

【0108】

図１５は、照明装置１００のさらなる実施形態を示している。さらに詳細に考察されていない図１５の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上で考察される同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

【0109】

基板２００は、透明であり、光学構造２２０は、領域２２２Ａ、２２２Ｂで反射性である。これらの実施形態の両方において、光学構造２２０は、コリメートされた出力光線１９０を提供するための光偏向マイクロ構造２２６を含むファセット反射面を含む。図５Ａの実施形態と比較して、法線１９９に対してある角度で光学構造２２０に入力される光線１９０は、構造２２０内にガイドされる。そのようなガイド光は、それぞれの発光素子１１０から離れて広がる。薄いパッケージでは、高レベルのコリメーションが実現され得る。さらに、基板２００、２２０は、熱的および機械的安定性を達成するために結合され得る。

【0110】

本明細書で使用され得るように、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、対応する用語および／またはアイテム間の相対性に対して業界で認められた公差を提供する。このような業界で認められた公差は、０パーセント～１０パーセントの範囲であり、構成要素の値、角度などに対応するが、これらに限定されない。アイテム間のそのような相対性は、ほぼ０パーセント～１０パーセントの範囲である。

【0111】

本明細書に開示された原理による様々な実施形態が上記で説明されたが、それらは単なる例として提示されたものであり、限定ではないことを理解されたい。よって、本開示の幅および範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、本開示から発行される請求項およびそれらの同等物に従ってのみ定義されるべきである。さらに、上記の利点および特徴は、記載された実施形態において提供されるが、上記の利点のいずれかまたはすべてを達成するプロセスおよび構造へのそのような発行された請求項の適用は制限されるべきではない。

【0112】

加えて、本書のセクションの見出しは、３７ ＣＦＲ １．７７に基づく提案との一貫性を保つため、または組織的な手がかりを提供するために提供されている。これらの見出しは、本開示から発行され得る請求項に記載されている実施形態を制限または特徴付けるべきではない。具体的には、例として、見出しは「技術分野」に言及しているが、請求項は、いわゆる分野を説明するために、この見出しの下で、選択された言語によって制限されるべきではない。さらに、「背景」における技術の説明は、特定の技術が本開示における任意の実施形態の先行技術であることを認めるものとして解釈されるべきではない。また、「要約」は、発行された請求項において記載された実施形態の特徴と見なされるべきではない。さらに、本開示における単数形の「発明」への言及は、本開示における新規性の単一の点のみがあると主張するために使用されるべきではない。本開示から発行される複数の請求項の制限に従って複数の実施形態が記載され得、よって、そのような請求項は、それによって保護される実施形態およびそれらの同等物を定義する。すべての場合において、そのような請求項の範囲は、この開示に照らしてそれ自体のメリットで考慮されるべきであるが、本書に記載された見出しによって制約されるべきではない。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15】