JP2002324409A - 色付き照明装置 - Google Patents

色付き照明装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光を所望の色で、光色及び輝度に関して、特
に、より大きい発光表面に関して高い均質性および一様
性で発生することができる照明装置を提供する。 【解決手段】 発光表面及び異なった色の複数の光源を
具える、混色を発生する照明装置において、複数のくぼ
みを設けた光導波板を具え、各々のくぼみが、１個の光
源を収容し、各々のくぼみが、前記発光表面と対面する
上側と、側壁とを有し、前記上側に第１反射層をコーテ
ィングし、前記光導波板中への光の結合が、前記側壁を
経て生じるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光表面と、種々
の色の複数の光源とを具える、混色を発生する色付き照
明装置に関し、この装置は、特に、ＬＣＤピクチャスク
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、平面発光体としての使用に好適である。
【０００２】
【従来の技術】異なった色の発光ダイオード（ＬＥＤ）
からの光を混合し、所望の混色を得ることは既知であ
る。しかしながら、ここでの問題は、前記混色が一様か
つ均質的に、すなわち、色及び輝度の偏向なしに、より
大きな表面において発生することである。これらの困難
は、個々の発光ダイオードの発光強度及び光色は、同じ
形式のものでさえ、比較的強く変動するおそれがあり、
前記発光表面に渡って各々の光源によって供給される光
の均質な分布は、不十分な程度にしか可能でないという
ことから、基本的に生じる
【０００３】いくつかの可能性は、欧州特許出願公開明
細書第０９２１５６８号において、白色光を発生するよ
うに種々の色の発光ダイオードからの光を混合すること
に関して記載されている。この明細書の図９によれば、
例えば、青色、赤色、緑色及び黄色光に関するＬＥＤモ
ジュールを、キャリア材料において、互いに一定の間隔
において配置する。個々の前記ＬＥＤモジュールによっ
て放射された光の混合は、個々の関連するプリズムによ
って生じ、その結果、実質上白色光が、前記キャリア材
料の中央領域において生じる。さらに、ある方法におい
て曲げられた前記ＬＥＤのキャリア材料によって、でき
る限り一様にした前記発生された光の放射を達成する
か、この目的のために、レンズ配置、拡散板、棚、又
は、一定の段付き配置を有するキャリア材料を使用する
ことが提案されている。
【０００４】これらの配置の欠点は、これらの製造に比
較的費用が掛かることと、多くの空間が占有されること
と、その色及び輝度に関する放射された光の一様性及び
均質性が、多くの用途に関して、特に、より大きい表面
領域において、不十分であることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、光を所望の色で、光色及び輝度に関して、特
に、より大きい発光表面に関して高い均質性および一様
性で発生することができる、序章において記載した種類
の照明装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的は、発光表面
と、種々の色の複数の光源とを具える、混色を発生する
色付き照明装置において、請求項１により、複数のくぼ
みを設けた光導波板を具え、各々のくぼみが、１個の光
源を収容し、各々のくぼみが、前記発光表面と対面する
上側と、側壁とを有し、前記上側に第１反射層をコーテ
ィングし、前記光導波板中への光の結合が、前記側壁を
経て生じるように構成したことを特徴とする照明装置に
よって達成される。
【０００７】この解決法は、種々の利点を結合する。こ
の照明装置の製造は、各々の光源に関する構造が前記く
ぼみに追加して必要ではないため、実際的に、上記で引
用した先行技術から既知の照明装置の製造より簡単であ
る。前記照明装置の寸法は、実際的に、前記光導波板の
寸法によって規定され、結果として、小さな構造上の深
さだけでなく、実際に任意の所望の寸法の発光表面も実
現することができる。所望の光強度を、光源の数の適切
な選択によって達成することができる。
【０００８】他の本質的な利点は、各々の個々の光源の
光は、前記光導波板全体に渡って実際的に均質に分布す
るが、前記個々の光源から直接来て前記発光表面に衝突
せず、結果として、出てくる光は、例えば、発光強度又
は色特性における変動のような、使用される前記光源の
個々の特性に特に依存しないことである。それにもかか
わらず、各々の光源によって供給される光のきわめて大
きい部分は、光結合の性質により、前記光表面において
利用可能であり、結果として、損失は低く、前記光源の
効率は高い。
【０００９】従属請求項は、本発明の有利な他の実施形
態に関する。
【００１０】前記発光表面における色付き光の特に高い
均質性は、前記光源から発生された光の部分が、前記発
光表面に直接達することができないため、請求項２及び
９ないし１１において請求したような実施形態によって
達成される。
【００１１】前記光源の効率は、請求項３、７及び８に
おいて請求したような実施形態においてさらに向上し、
請求項４及び５の実施形態を、特に簡単な方法において
製造することができる。
【００１２】請求項６において請求したような光源の選
択によって、混色に対する３色の各々の寄与を、関係す
る前記光源の電源電圧の対応する調節を通じて、比較的
簡単な方法において決定することができるため、最終的
に、実際に任意の所望の混色を、低コストで発生するこ
とができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、光に対して透明な材料か
ら製造された長方形光導波板１を示す。この板は、その
上側において、発光表面１１と、これと反対側の下面１
２と、４つの側面１３ないし１６とを具え、光は、前記
発光表面１１から、既知の方法において結合される。光
源用の複数の円筒状くぼみ２０（図式的に示した）を、
板１の下側において発光表面１１の方向において延在す
るようにつける。
【００１４】前記くぼみを、好適には、前記光導波板に
渡って規則正しいグリッド配置において一様に分布させ
る。前記円筒状くぼみの数及び相対距離を、前記照明装
置のサイズと、前記発光表面における所望の発光強度
と、前記光源の特性とに応じて望まれるように選択して
もよい。
【００１５】光導波板１と、特にその発光表面１１と
を、必ずしも長方形とする必要はない。例えば、正方
形、円形又は楕円形状のような代わりの形状も可能であ
る。前記くぼみは、円形断面以外の断面、例えば、長方
形又は多角形断面を有してもよい。
【００１６】図２は、各々が側壁２０１及び上側２０３
を有する２つのくぼみ２０の領域における光導波板１の
断面図である。
【００１７】実際的に点状の光源２１、例えば、発光ダ
イオードが、各々のくぼみにおいて存在する。容器２０
に挿入される前記光源の色（基本色）を好適に選択し、
同じ色の光源が相互に隣接するグループが存在しないよ
うにし、すなわち、相互に隣接するくぼみ中にある光源
が、異なった（基本）色の光を発生するようにする。前
記混合色の均質性は、これによりさらに改善される。
【００１８】前記混合色を構成する各々の基本色を、複
数の光源２１によって発生する。これは、同じ形式の光
源の発光強度及び／又は光色が平坦化及び平均化され、
個々の光源の偏差又は全体の故障が重要なものではなく
なり、高価な電子制御又は他の手段が、前記光源の通常
の公差範囲を考慮すると、必要なくなるという結果を有
する。
【００１９】光導波板１の発光表面１１に対して実際的
に垂直に延在するくぼみ２０の側壁２０１を、光導波板
１の材料によって形成し、発光表面１１に対して実際的
に平行に延在する前記くぼみの上側２０３に、両側にお
いて高度に反射する第１層２０４を設ける。
【００２０】ここで、２つの可能性が存在する。第１
は、第１層２０４をくぼみ２０の上側２０３において直
接設け、ギャップ又は中間の空間が、上側２０３と第１
層２０４との間に存在しないようにすることである。こ
れは、結果として、この層と光導波板１との間の光学的
接触を生じ、この場合において、前記層を、できる限り
反射するようにすべきである。代わりに、第１層２０４
と前記くぼみの上側２０３との間に、その内部空間の方
向において空間を設け、ギャップが生じるようにするこ
ともでき、前記層を、例えば、光源２１の方向において
わずかに凹面に湾曲させてもよい。この場合において、
第１層２０４と光導波板１との間に光学的接触はなく、
板１からの光は、前記くぼみの上側２０３、すなわち、
前記光導波板の材料と前記ギャップとの間の推移表面に
おいて、全反射によって前記板中に既に反射される。こ
の反射は、きわめて低い損失しか生じないため、第１層
２０４と上側２０３との間に空間を設けるのが一般的に
好適である。
【００２１】くぼみ２０の下側を、最終的に、高度に反
射する第２層１２１によって覆う。この層を、例えば、
光導波板１を取り囲むハウジング（図示せず）の底壁に
おいてと、好適には、内壁において設け、第２反射層１
２１が、下側１２全体と、側面１３ないし１６も覆うよ
うにしてもよく、これは、外部からの前記覆われた表面
との光学的接触がないことを意味する。
【００２２】複数の抽出素子３が、最終的に、発光表面
１１において存在し、これらの抽出素子によって、前記
光は、既知の方法において光導波板１から結合される。
【００２３】前記光源を、好適には、前記照明装置の組
み立て部品におけるハウジングの底壁に固定する。次
に、光導波板１を、正確な位置に設けられたくぼみ２０
を有する前記ハウジングに挿入し、各々の光源２１が個
々のくぼみ中にあるようにする。さらに、スペーサ１７
を、前記光導波板の側面１３ないし１６と前記ハウジン
グの内壁との間と、前記光導波板の下側１２と前記ハウ
ジングの底壁との間とに設け、これらのスペーサは、
（前記ハウジングの内壁における）第２反射層１２１を
前記光導波板から隔て、空気ギャップが、一方において
層１２１と側面１３ないし１６との間と、他方において
層１２１と下側１２との間とに残るようにする。
【００２４】光源２１から発した光線は、光導波板１の
材料に、くぼみ２０の側壁２０１を通ってのみ入ること
ができる。これらの光は、光導波板１内に、光導波板１
の横面１３ないし１６及び下側１２又はその上に設けら
れた第２層１２１に対する実際的に無損失の全反射によ
って、これらが発光表面１１において結合されるまで分
散する。これを以下に詳細に説明する。
【００２５】前記光導波板において伝播する光線が、く
ぼみ２０の側壁２１に衝突すると、前記光線は、側壁２
１に入り、前記くぼみ内で、光源２１及び／又は高度に
反射する第１又は第２層２０４、１２１に対して散乱
し、再び側壁２０１を通って前記くぼみから出る。
【００２６】前記光導波板において伝播する光線が、く
ぼみの外部の上側２０３に衝突すると、前記光線は、上
記変形例において記載したように前記上側と光学的に接
触している場合、第１層２０４に対して反射し、第１層
２０４との光学的接触がない場合、上側２０３に対して
全反射を受け、前記光線は、双方の場合において、くぼ
み２０を通過して導かれる。
【００２７】この種類の光結合及び光伝播は、個々の光
源の光の光導波板１全体におけるきわめて均質的な分配
を導き、特に、前記個々の光源、すなわち発光ダイオー
ドの、発光表面１１において結合される光への寄与のき
わめて均質的な分布を導く。これは、結果として、発生
された基本色の一様な混合を生じ、したがって、前記発
光表面全体に渡る一定の輝度及び一定の色品質の均質な
混合色を生じる。各々の光源の光が、前記光導波板全体
に渡って分配されるため、さらに、個々の光源の、例え
ば、強度又は色、又は故障による悪影響は、小さくな
り、ほとんど認められなくなる。
【００２８】これらの特性は、光源の数が増すにつれて
改善される。比較的小さく、安価に製造することができ
る発光ダイオードは、前記光導波板の単位表面積当たり
にできるだけ多くの光源を達成するのに特に好適であ
る。同時に、多数の発光ダイオードは、明らかに、前記
発光表面における相応して高い発光強度も達成する。
【００２９】所望の色の光を発生するために、適切な基
本色の光源を最初に選択し、これらの基本色から、前記
所望の色（混色）を、光の混合によって得ることができ
る。３つまたは４つの基本色が、通常このためには十分
であり、これらの色を、例えば、赤色、緑色及び青色
と、ひょっとしたら黄色の発光ダイオードによって発生
することができる。前記発光ダイオードを、各々、上述
したような分布におけるくぼみ２０に挿入する。前記混
色の正確な調製又は異なった色間の切り替えを、電子手
段によって、電源電圧と、したがって、個々の前記基本
色を有する発光ダイオードの輝度の適切な調節によって
達成してもよい。
【００３０】抽出素子３によって既知の方法において結
合された光は、例えば、発光表面１１上に配置された液
晶ディスプレイ又はＬＣＤピクチャスクリーンを照明す
るために働いてもよい。前記照明の均一さを、前記抽出
素子の適切な寸法付け及び配置によってさらに改善する
ことができ、この配置は、ひょっとすると不規則かもし
れない。
【００３１】光導波板１は、好適には、第２層１２１で
コーティングされ、図２に示すような下側１２及び側面
１３ないし１６で覆われたハウジング（図示せず）内に
存在し、結果として、外部から前記覆われた表面との光
学的接触がないようにする。第２層１２１は、この場合
において、鏡のように反射しても、拡散して反射しても
よい。
【００３２】さらに、第２層１２１を、個々の側面１３
ないし１６及び下側１２において直接設ける可能性も存
在し、この場合において、スペーサ１７は存在しない。
これは、特に、前記第２層が拡散して反射する場合、前
記入射光の一部が前記側面から発光表面１１に直接反射
されるという欠点を実際には有し、これは、悪影響に結
びつく。これらの悪影響は、前記第２層が鏡のように反
射するが、これらの層が実際的により高価な場合、これ
らを、比較的高い反射率でのみ製造することができ、前
記光導波板の表面において高い費用でのみ設けられるた
め、実際的には減少するかもしれない。
【００３３】この問題を、第２層１２１を個々の側面１
３ないし１６及び下面１２において直接設けず、替わり
に、例えば、前記光導波板まで０．１ｍｍの距離を有
し、その結果、空気ギャップの存在のため、これらの２
つの間に光学的接触がない場合、解決することができる
ことが、驚くべきことにわかっている。
【００３４】ここで、光線が、光導波板１を、側面１３
ないし１６のうち１つ（又は下面１２）を通って離れる
と、最初に、前記側面において回折し、前記空気ギャッ
プを通過し、適切に拡散して反射する第２層１２１から
反射し戻される。前記空気ギャップをもう一度通過した
後、前記光線は、光導波板１に再び入り、前記板の屈折
率が１．４１未満でなければ再び全反射に関する条件に
従う。
【００３５】この結果として、前記光導波板を前記側面
又は下面を経て離れた前記光のこれらの部分は、前記板
に再び反射し戻される。９５〜９８％以上の反射率を有
する商業的に利用可能な白色ホイル又は白色ペイント
を、第２層１２１の製造に使用してもよい。鏡のように
反射する第２層１２１も明らかに使用することができ
る。しかしながら、拡散して反射する層は、反射後の前
記光が、前記光導波板内でより良好に分配され、この層
を、鏡のように反射する層より高い反射率で、より低い
コストで製造することができるという利点を有する。
【００３６】前記光のきわめて効率的な結合が、したが
って、この構成と、きわめて多数の光源からの光の均質
的で実際的に無損失の分配とによって可能である。
【００３７】さらに、各々のくぼみ２０の上面２０３に
おける高度に反射する第１層２０４が、第１部分２０４
ａ（図２において破線で示す）と、光導波板１の中への
水平方向の数ミリメートル以上の部分で連続することが
有利であることがわかっている（前記光導波板を、この
目的のため、２つの層によって構成すべきである）。代
わりに（特に、前記層を蒸気堆積によって実現する場
合）、前記層を、第２部分２０４ｂ（図２において破線
で示す）と、これらに対して垂直方向において、前記く
ぼみの上側の内部エッジに沿ってと、前記側壁に沿っ
て、下方向に数ミリメートル以上、連続させてもよい。
これらの部分の各々によって、望ましくない散乱光が前
記くぼみのエッジにおいて発生することが回避される。
【００３８】この目的のため、さらに、くぼみ２０の反
対のより低いエッジに隣接する光導波板１の側壁２０１
又は下側１２の領域に、高度に反射する第３層２０５を
設けてもよく、この第３層２０５は、これらの領域の各
々に沿って数ミリメートル以上延在する。
【００３９】原則的には、上述した実際的に点状の光源
の替わりに線形光源を使用することもでき、この線形光
源は、円筒状くぼみの替わりに、例えば、平行に延在す
る前記光導波板において凹所に置かれるか、前記光導波
板の下側において設けられたチャネルにおいて存在す
る。
【００４０】例えば、前記発光表面における特に均質な
高い発光輝度を達成するために、すべてが同じ色の光を
放射する光源を、異なった基本色の光源の替わりに使用
してもよいことに注意すべきである。
【００４１】最終的に、反射第２層１２１を前記光導波
板の側面及び下側から間隔を空けることが、前記光源の
性質、数及び配置と無関係であることに注意すべきであ
る。前記間隔を空けることを、例えば、前記光源が前記
光導波板において配置されておらず、その側面の一つ又
はいくつかにおいて配置されている場合にも、行っても
よい。この場合において、残りの前記側面におけるこの
ような反射する間隔を空けた層は、全反射に関する条件
に応じることにより、前記個々の側面を通じて発する光
の実際的に無損失の反射に関して上述した利点も達成す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による照明装置の好適実施形態の斜視
図である。
【図２】 図１の照明装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 光導波板 ３ 抽出素子 １１ 発光表面 １２ 下面 １３〜１６ 側面 １７ スペーサ ２０ くぼみ ２１ 光源 １２１ 第２反射層 ２０４ 第１反射層 ２０５ 第３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） // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｓ 1/02 Ｇ (72)発明者 ホースト グレイネル ドイツ国 52074 アーヘン メラテナー ヴェーク 12 Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H091 FA14Z FA23Z FA45Z FD03 LA18 5F041 DA19 DA36 DB08 EE23 FF11

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光表面及び異なった色の複数の光源を
    具える、混色を発生する照明装置において、複数のくぼ
    みを設けた光導波板を具え、各々のくぼみが、１個の光
    源を収容し、各々のくぼみが、前記発光表面と対面する
    上側と、側壁とを有し、前記上側に第１反射層をコーテ
    ィングし、前記光導波板中への光の結合が、前記側壁を
    経て生じるように構成したことを特徴とする照明装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の照明装置において、前
    記くぼみの側壁が、前記発光表面に対して実際的に垂直
    に延在し、前記くぼみの上側が、前記発光表面に対して
    実際的に平行に延在することを特徴とする照明装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の照明装置において、前
    記くぼみを、前記上側と反対のこれらの下側において第
    ２反射層で覆ったことを特徴とする照明装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の照明装置において、前
    記くぼみを、実際的に円筒状としたことを特徴とする照
    明装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の照明装置において、前
    記くぼみを、前記光導波板の下側において設けたことを
    特徴とする照明装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の照明装置において、前
    記光源が、同じ色の光源が相互に隣接するくぼみにおい
    て位置しないように分布した複数の赤色、緑色及び青色
    発光ダイオードを具えることを特徴とする照明装置。
  7. 【請求項７】 請求項３に記載の照明装置において、前
    記第２反射層が、前記光導波板の側面及び下側を覆って
    延在することを特徴とする照明装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の照明装置において、前
    記第２反射層を、前記光導波板からある間隔においてお
    き、この間隔が空気ギャップを構成することを特徴とす
    る照明装置。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の照明装置において、前
    記第１反射層を、前記光導波板中に垂直方向において第
    １部分によって延長したことを特徴とする照明装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の照明装置において、
    前記第１反射層を、前記くぼみの側壁に沿って第２部分
    によって延長したことを特徴とする照明装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の照明装置において、
    前記上面と反対側に位置する前記くぼみのエッジを、第
    ３反射層によって取り囲んだことを特徴とする照明装
    置。
  12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれか１項に
    記載の照明装置を有する液晶ディスプレイ。
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