JP2002245834A - 直線光源を具える照明装置 - Google Patents

直線光源を具える照明装置

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JP2002245834A
JP2002245834A JP2002009662A JP2002009662A JP2002245834A JP 2002245834 A JP2002245834 A JP 2002245834A JP 2002009662 A JP2002009662 A JP 2002009662A JP 2002009662 A JP2002009662 A JP 2002009662A JP 2002245834 A JP2002245834 A JP 2002245834A
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JP2002009662A
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Horst Greiner
グレイネル ホースト
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特にＬＣＤ画像スクリーンのバックライト用
に好適であり且つ画像スクリーンの均一で強い照明を小
さな構造深さで達成し得る頭書に記載した種類の照明装
置を提供することにある。 【解決手段】 光放射表面（１１）と各々少なくとも１
つのほぼ直線の光源（２１）を収納する複数のチャネル
（２０）を具える導光板（１）を具えた照明装置であ
る。この照明装置は特にＬＣＤ画像スクリーンのような
液晶ディスプレイのバックライト用又は平面光放射器用
に好適である。この照明装置は、特に、前記チャネルの
光放射表面（１１）に面するそれらの上面（２０３）に
第１反射層（２０４）が設けられ、且つ前記導光板への
光の入力結合が前記チャネルの側壁（２０１、２０２）
から行なわれる点を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光放射表面と各々
少なくとも１つのほぼ直線の光源を収納する複数のチャ
ネル（溝）を具える導光板を具えた照明装置に関するも
のである。このような照明装置は特にＬＣＤ画像スクリ
ーンのような液晶ディスプレイのバックライト用又は平
面光放射器用に設計される。
【０００２】
【従来技術】ＬＣＤ画像スクリーンは画像可視化用に全
面に亘ってできるだけ均一な背面照明を必要とする。し
かし、特に大形の照明装置の場合には、その前に表示ス
クリーンが位置する光放射表面の全面に高い光度を充分
な均一性で発生させることができないという困難がしば
しば生ずる。これは不快な画像効果を生じ得る。更に、
これらの照明装置は多くの場合できるだけ薄くする必要
がある。
【０００３】原理的に、これらの照明装置は２種類に区
別される。例えば、特開平５−２７２３８号公報から既
知のような所謂直接照明装置の場合には、通常円筒状冷
陰極又は熱陰極ランプである光源が画像スクリーンの直
後に導光板内に配置される。更に、この照明装置には画
像スクリーンと反対側の表面に反射層が設けられる。画
像スクリーンのできるだけ均一な照明を達成するために
は、光源と画像スクリーンとの間の距離を小さくしすぎ
てはならい。その理由は、さもなければランプにより画
像スクリーンに直接照射される光を補正し得なくなるか
らである。しかし、画像スクリーン全域に亘る比較的均
一な光分布は、画像スクリーンの前に光散乱板を用いる
ことにより達成することもできる。これは一般に画像ス
クリーンの２倍以上の構造厚さを必要とする。他の欠点
は、光散乱層は損失を招くため、このようなバックライ
ト装置の効率（すなわち光源により発生された光のうち
ＬＣＤ画像スクリーンの照明に実際に使用し得る割合）
は最大で約５０％であるという点にある。
【０００４】例えば欧州特許出願公開ＥＰ０７１７２３
６号から既知のような間接又は側面照明装置の場合に
は、光源が導光板の側面（狭い面）に配置される。光は
これらの側面から導光板に入力し、導光板の側面で全反
射して導光板内を伝播する。光は次いで導光板の前面又
は背面に配置された適切な光抽出素子により画像スクリ
ーンの方へカップリングアウト（結合出力）される。こ
の構成の利点は構造の深さが小さくなるとともに照明が
直接照明装置の場合より通常均一になる点にある。しか
し、光の導入に４つの側面しか使用できないために総光
量がかなり制限される欠点がある。この場合にも、特に
大形の導光板の場合には、適切な光放射（カップリング
アウト）構造を適切に設計することによって均一な照明
を達成することが困難になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
ＬＣＤ画像スクリーンのバックライト用に好適であり且
つ画像スクリーンの均一で強い照明を小さな構造深さで
達成し得る頭書に記載した種類の照明装置を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、光放射表面と各々少なくとも１つのほぼ
直線の光源を収納する複数のチャネルを具える導光板を
有する照明装置において、前記チャネルを前記光放射表
面に面するそれらの上面にて第１反射層で覆い、且つ前
記導光板への光の結合を前記チャネルの側壁を経て行な
うことを特徴とする。
【０００７】この解決手段は直接背面照明装置と間接背
面照明装置の利点を併合し、従って高い光度を均一分布
と光源の高い利用効率とともに達成し得る。また、一方
では、光源を導光板内に組み込むことができるため、構
造深さを既知の間接背面照明装置より大きくする必要が
ない。従って、構造厚さがランプ直径の２倍、即ち６−
８mm以下の極めて平坦な照明装置を製造することができ
る。
【０００８】他方では、光源の数が導光板の側面の数に
より制限されないために、直接照明装置の場合によう
に、少なくとも均等に高い光度を光放射表面に達成する
ことができる。所望の光度を光源又はチャネルの数の適
切な選択により達成することができる。
【０００９】縦続請求項は本発明の他の有利な実施例に
関するものである。光放射表面上の光の特に高い均一性
は請求項２及び請求項１０−１２に記載された実施例に
より達成される。その理由は、これらの実施例では光源
から放射される光の如何なる部分も光放射表面に直接到
達し得ないためである。
【００１０】請求項３、８及び９に記載された実施例に
よれば光源の効率が更に向上し、請求項４−６に記載さ
れた実施例は特に製造が容易である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴及び利点は図面
を参照して以下に記載する好適実施例の説明から明らか
になる。
【００１２】図１は透明材料から既知の方法で製造され
る長方形の導光板１を示す。この導光板は、その上部
に、光を上面から既知のようにカップリングアウト（結
合出力）させる光放射表面１１と、この面に対向する下
面１２と、２つの長側面１３、１４及び２つの短側面１
５、１６とを具える。複数のチャネル（溝）２０が板１
の下面側に設けられ、これらのチャネルは短側面にほぼ
平行に、導光板１の全幅に亘って延在する。
【００１３】チャネルの数及び相互間隔は原理的には任
意の値を有することができ、照明装置の大きさ、光放射
表面における所望の光度及び光源の特性に基づいて選択
することができる。均一な光分布を達成するために、チ
ャネルを導光板１の全域に亘ってできるだけ均等に分布
させる。
【００１４】導光板１及び特にその光放射表面１１は必
ずしも長方形にする必要はない。例えば正方形又は楕円
形等のような他の形状にすることもできる。更に、導光
板内のチャネルは原理的には任意のコースにすることが
できる。導光板の長側面又は短側面に平行に延在する好
適構成の他に、板の主対角線に沿うチャネルも可能であ
る。このチャネルは特にモニタに適用するのが有利であ
る。更に、チャネルは板内の円形、楕円形、蛇行チャネ
ル等にすることもできる。最後に、各チャネルの始端及
び終端を板内に位置させることもできる。
【００１５】図２は１つのチャネル２０の部分における
長側面１３、１４の一部分の側面図である。チャネル内
には光源２１が存在し、この光源はチャネル２０のほぼ
全長に亘って延在する、例えば低圧ガス放電ランプとす
ることができ、チャネルはランプを除けば空である。こ
の図から明らかなように、チャネルは光放射表面１１に
ほぼ直角に延在する側壁２０１、２０２と、光放射表面
１１にほぼ平行な上面２０３を有する。チャネルの側壁
は導光板１の材料により形成されるが、チャネルの上面
には両面高反射性の第１層２０４を設ける。
【００１６】この場合、２つの可能性がある。第１の可
能性は、この第１層２０４をチャネル２０の上面２０３
に、導光板１と第１層２０４との間に空隙又は中間空間
が存在しないように直接設けることができる。この場合
には、層２０４と導光板１との間にオプティカルコンタ
クトを存在させるとともに、この層をできるだけ正反射
にする必要がある。第２の可能性は、層２０４をチャネ
ルの上面２０３からチャネルの内部方向へ離して位置さ
せ、空隙を生じさせるとともに、層２０４を例えば光源
の方向に僅かな凹面勾配を有するものとすることができ
る。この場合には、層２０４と導光板１との間にオプテ
ィカルコンタクトは存在せず、導光板からの光がチャネ
ルの上面２０３又は導光板の材料と空隙との間の界面に
おける全反射により導光板内に戻される。この反射は極
めて小さな損失を生ずるのみであるため、第１層２０４
と上面２０３との間を若干離すのが一般に好ましい。
【００１７】最後にチャネルの下面を高反射性の第２層
１２１で覆う。この層は、例えば底壁上に設けることが
でき、特に導光板を閉じるハウジング(図示せず)の内壁
上に、第２反射層１２１が全下面１２とともに側面１３
−１６も覆うように設け、その結果として外部から覆わ
れる表面との間にオプティカルコンタクトが存在しない
ようにするのが好ましい。
【００１８】実験の結果、チャネル２０の下面は導光板
１上に位置する追加の高反射性層１２１ａで閉じ、チャ
ネル２０からの光が導光板１と層１２１との間の空隙に
侵入しないで層１２１により導光板１内へ直接反射され
るようにするのが有利であることが判明した。さもなけ
れば不所望な輝線が光放射表面１１上に生じ得る。
【００１９】最後に、複数の光抽出素子３を光放射表面
１１に設け、これらの素子により光を既知のように導光
板１からカップリングアウト（結合出力）させる。
【００２０】この照明装置の組み立てにおいては、導光
板１をスペーサ１７を用いてハウジング内に収納するの
が好ましい。スペーサ１７は導光板の側面１３−１６と
ハウジングの内壁との間並びに導光板の下面１２とハウ
ジングの底壁との間に挿入する。その結果として、第２
反射層１２１(ハウジングの内壁に位置する)は導光板１
から離間され、層１２１と側面１３−１６及び下面１２
との間に空隙が残存する。
【００２１】少なくとも１つの光源２１から発する光線
はチャネルの側面２０１、２０２のみから導光板１の材
料内に入力する。これらの光線は導光板１内を導光板の
側面１３−１６及び下面１２、即ちそこに設けられてい
る第２層１２１で全反射してほぼ無損失で伝播し、光放
射表面１１から出力される。この点について以下に詳細
に説明する。
【００２２】導光板内を発散する光線がチャネル２０の
側壁２０１、２０２に当たると、この光線はチャネルに
入力し、側壁２０１、２０２から再び出る前にチャネル
内で光源２１及び／又は高反射性第１又は第２層２０
４、１２１（１２１ａ）で散乱される。
【００２３】導光板内の発散する光線がチャネルの外部
上面２０３に当たると、この光線は、上述した可能な構
成の選択に応じて、第１層２０４が導光板１とオプティ
カルコンタクトであれば、第１層２０４で反射され、あ
るいはオプティカルコンタクトでなければ、上面２０３
で全反射されるため、この光線は何れの場合にもチャネ
ル２０のそばを通過する。
【００２４】この種の光結合及び光発散は導光板１全体
に亘って極めて均一な光の分布をもたらし、特に個々の
光源の光放射表面１１で結合出力される光への寄与の極
めて均一な分布をもたらす。更に、各光源の光は導光板
全体に分布され、光源から光放射表面へ直接到達し得な
いため、任意の光源の例えば強度変動又は故障による影
響が小さくなり、殆ど目立たなくなる。これらの特性は
光源の数を増大すると更に向上する。
【００２５】光は導光板１の光放射表面１１から光抽出
素子３によって既知のように結合出力させ、例えば導光
板上に配置した液晶ディスプレイ又はＬＣＤ画像スクリ
ーンを照明することができる。照明の均一性は抽出素子
の適切な設計及び／又は配置により更に向上させること
ができ、抽出素子の設計及び／又は配置は不規則にする
こともできる。
【００２６】導光板１は図２に示すように第２層１２１
で被覆された壁を有するとともに下面１２及び側面１３
−１６を覆うハウジング（図示せず）内に配置して、外
部から覆われる表面とのオプティカルコンタクトを不可
能にするのが好ましい。この場合には第２層１２１は正
反射性又は拡散反射性にすることができる。
【００２７】第２層１２１を関連する側面１３−１６及
び下面１２上に直接配置することもでき、この場合には
スペーサを除去する。しかし、これは、特に第２層が拡
散反射である場合に、入射光の一部分が側面により光放
出表面１１に直接反射され、不利な効果を生ずる欠点を
有する。この欠点は、第２層を正反射にすれば、高度に
回避することができるが、このような層はかなり高価で
ある。その理由は、このような層は比較的高い反射率材
料で製造し得るのみであるとともに導光板の表面上に極
めて骨の折れる方法で設ける必要があるためである。
【００２８】驚いたことに、この問題は、第２層１２１
を関連する側面１３−１６及び下面１２に直接設けない
で、導光板から例えば０．１mmの距離に位置させて、空
隙のために両者間にオプティカルコンタクトが存在しな
いようにすることにより解決できることが確かめられ
た。
【００２９】光線が導光板１から側面１３−１６の１つ
（又は下面１２）を通過するとき、この光線は最初にそ
の側面で屈折され、次いで空隙を横切り、第２層１２１
により反射されて戻る。第２層１２１は拡散反射が好ま
しい。この光線は、空隙をもう一度通過した後、導光板
１に再び入力し、導光板の屈折率が１．４１以上であれ
ば、次いで再び全反射条件を満たす。
【００３０】その結果として、導光板から側面又は下面
を経て出る光成分は導光板内に再び反射されて戻る。第
２層１２１の製造には、９５−９８％以上の反射率を有
する市販の白色箔又は白色塗料を使用することができ
る。導光板から少し離して正反射の第２層を使用するこ
ともできること明かである。しかし、拡散反射層の方
が、反射後の光が導光板に良好に均等に分布するととも
に、この層は正反射層より高い反射率及び低いコストで
製造し得る利点を有する。
【００３１】従って、この構成によれば多数の光源から
の光の極めて有効な結合並びに極めて均一且つ低損失の
分布が得られる。
【００３２】チャネル２０の上面２０３における高反射
性の第１層２０４を第１部分２０４ａ（図２に破線で示
す）により導光板１内に水平方向に数ミリメートルだけ
延長させるのが有利であることが確かめられた（この目
的のために導光板は２つの層からなるものとする必要が
ある）。或は又（特にこの層を蒸着により実現する場合
には）、この層を第２部分２０４ｂ（図２に破線で示
す）によりチャネルの上部内部エッジの周囲に垂直方向
に、側壁に沿って数ミリメートルだけチャネルの下方へ
延長させることができる。これらの部分のどちらによっ
ても、チャネルのエッジ部において不所望な漂遊光が発
生するのを阻止することができる。
【００３３】この目的のために、更に、チャネル２０の
対向下部エッジに隣接する導光板１の側壁２０１及び下
面１２の部分に該部分に沿って数ミリメートルだけ延在
する高反射性の第３層２０５を設けることができる。
【００３４】使用し得る光源は円筒形ガス放電ランプ又
は外部から光が供給される通常の光導波路とすることが
できる。導光板への高効率の光結合及び導光板内の良好
な光分布の結果として、導光板に比較的少数の高光度の
光源を設けることができる。これは照明装置の製造費用
を低減するとともに、必要とされるランプ及び安定器が
少数であるために著しいコストの節約ももたらす。
【００３５】図３は本発明の第２の実施例を示す。この
実施例も、互いに対向する２つの長側面１３、１４及び
互いに対向する２つの短側面１５、１６を有する図１に
示すような例えば長方形の導光板１を具える。この導光
板１は上述したように他の形状にすることもできる。
【００３６】第１の実施例と相違して、導光板１は複数
の導光素子２を具え、チャネル２０は光放射表面１１に
対向する下面側に埋設されている。導光素子２はチャネ
ルと同様に導光板１のほぼ全幅に亘って延在するととも
に短側面に平行に延在させることができ、各導光素子２
は下面１２に例えば接着接続により光学的に固定された
矩形ロッドにより形成するのが好ましい。
【００３７】これらの導光素子２は原理的には導光板内
の任意のコースに配置することができる。導光板の長側
面又は短側面に平行な好適配置の他に、導光板の主対角
線に沿うコースに配置することもできる。このコースは
モニタに適用するのが好ましい。更に、これらの導光素
子は円形、楕円形、蛇行、その他の形状に配置すること
もできる。
【００３８】導光素子２は導光板１の他の構成部分と同
一の導波材料で製造するのがこのましい。導光素子２の
数、従ってチャネル２０及び光源２１の数は導光板１の
光照射表面１１における所望の光度に基づいて選択す
る。
【００３９】第１の実施例について上述した説明と同一
の説明が、第２反射層１２１及びその導光板からの距
離、追加の層１２１ａ、第１反射層２０４、第１及び第
２部分２０４ａ，２０４ｂ、第３部分２０５、チャネル
の形状、及び光源の性質について等しく有効である。
【００４０】この第２の実施例の機能は第１の実施例の
機能と基本的に同一である。光源２１により放射された
光はチャネル２０からその側壁２０１、２０２のみを経
て出ることができ、最初に導光素子２に結合する。この
光は導光素子２から導光板の残部内にも、高反射性第２
層１２１でのほぼ無損失の全反射により分布され、導光
板全体に亘って均一に分布される。この光は導光板１の
光放射表面１１から光抽出素子３により既知のように結
合出力される。
【００４１】実験の結果、光源からのルーメン出力の約
７０−８０％が導光板に結合され、光放射表面１１で利
用し得ることが確かめられた。
【００４２】この実施例の他の利点は、第１の実施例と
比較して重量及びスペース要件の更なる節約が達成され
る点にある。例えば、導光素子２は数センチメートルの
幅及び光源の直径の約２−３倍の高さを有するが、導光
板の残部は約５mmの厚さにすることができる。
【００４３】本発明の原理は直線光源のみならず、例え
ばＬＥＤのような点光源にも適用することができる。こ
の目的のために、図１−３に示すような導光板１又は導
光素子２に、チャネル２０の代わりにほぼ円筒形又は方
形の凹部を設け、これらの凹部内に点光源を収納する。
或は又、一列に配列した複数のＬＥＤの形態の直線光源
を実現することもできる。この場合にはＬＥＤは導光板
の下面のチャネル２０内に収納する。
【００４４】上述した本発明の照明装置の特性は、異な
る色の光源からの光を導光板内で混合して光放射表面で
混色として出力させる必要がある場合にも特に有利に利
用することができる。均一でむらのない色の混合光を発
生させるためには、互いに隣接する光源が常に異なる色
の光を発生するように光源を配置するのが好ましい。
【００４５】最後に、第２反射層１２１と導光板の側面
又は下面との間の間隔は光源の性質、数及び位置と無関
係である点に注意されたい。この間隔は、例えば光源を
導光板内に配置しないでその１つ又は数個の側面に配置
する場合にも設けることができる。この場合にも、上述
した全反射に対する要件に従って関連する側面から出る
光のほぼ無損失の反射に関する利点が、残りの側面にお
けるこのような離間反射層によって得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明照明装置の第１の実施例の斜視図であ
る。
【図２】 図１の照明装置の側面図である。
【図３】 本発明照明装置の第２の実施例の側面図であ
る。
【符号の説明】
１ 導光板 ２ 導光素子 ３ 光抽出素子 １１ 光放射表面 １２ 下面 １３−１６ 側面 １７ スペーサ ２０ チャネル ２１ 光源 ２０４ 第１反射層 １２１ 第２反射層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２１Ｖ 8/00 ６０１ Ｆ２１Ｖ 8/00 ６０１Ｇ Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１ Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１ Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 // Ｆ２１Ｙ 103:00 Ｆ２１Ｙ 103:00 (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ Ｆターム(参考） 2H038 AA52 AA55 BA06 2H091 FA14Z FA23Z FA41Z FA42Z LA18

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光放射表面と各々少なくとも１つのほぼ
    直線の光源を収納する複数のチャネルを具える導光板を
    具えた照明装置において、前記チャネルは前記光放射表
    面に面するそれらの上面が第１反射層で覆われ、且つ前
    記導光板への光の結合が前記チャネルの側壁を経て行な
    われることを特徴とする照明装置。
  2. 【請求項２】 前記チャネルの側壁は前記光放射表面に
    ほぼ直角に延在し、前記チャネルの上面は前記光放射表
    面にほぼ平行に延在することを特徴とする請求項１記載
    の照明装置。
  3. 【請求項３】 前記チャネルはそれらの上面に対向する
    それらの下面が第２反射層で覆われていることを特徴と
    する請求項１記載の照明装置。
  4. 【請求項４】 前記チャネルはほぼ矩形断面を有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の照明装置。
  5. 【請求項５】 前記チャネルは前記導光板の前記光放射
    表面に対向する下面に埋設されていることを特徴とする
    請求項１記載の照明装置。
  6. 【請求項６】 前記導光板は前記チャネルが設けられた
    複数の導光素子を具え、これらの導光素子が前記導光板
    の前記光放射表面に対向する下面に光学的に固定されて
    いることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１つの光源が低圧ガス放
    電ランプであることを特徴とする請求項１記載の照明装
    置。
  8. 【請求項８】 前記第２反射層が前記導光板の側面及び
    下面を覆って延在することを特徴とする請求項３記載の
    照明装置。
  9. 【請求項９】 前記第２反射層は前記導光板から離間さ
    れ、空隙を形成することを特徴とする請求項８記載の照
    明装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１反射層は前記導光板内へ水平
    方向に延在する第１部分の形の延長部を有することを特
    徴とする請求項１記載の照明装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１反射層は前記チャネルの側壁
    に沿って延在する第２部分の形の延長部を有することを
    特徴とする請求項１記載の照明装置。
  12. 【請求項１２】 前記上面に対向して位置するチャネル
    のエッジ部が第３反射層で覆われていることを特徴とす
    る請求項１記載の照明装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１−１２の何れかに記載の照明
    装置を具えた液晶ディスプレイ。
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