JP2005524197A - 小型照明系及び表示デバイス - Google Patents

Abstract

小型の背面照射系は、前側の壁（２）、それに対向して位置を定められた後側の壁（３）、さらに、前側及び後ろ側の壁（２、３）の間における、光放出パネル中へ光を結合させるための半透明の入力端面（４）を備えた光放出パネル（１）を有する。光源（６、６’、…）は、入力端面（４）と関連させられる。本発明によれば、光放出パネル（１）の第一の部分（１２）における後側の壁（３）には、非常に多数の階段（１３、１３’、…）が提供され、光放出パネル（１）の第二の部分（２２）は、第一の部分（１２）に面する方向において入力端面（４）から広がる。好ましくは、入力端面（４）に面する階段（１３、１３’、…）の面（１７）は、（光放出パネル（１）を二分する二分平面（２０）上の法線に関して）β_ａｖ≧５°をなす。

Description

本発明は、光放出パネルが提供された照明系に関し、
光放出パネルは、
前側の壁、それに対向して位置を定められた後側の壁、さらに前側の壁及び後側の壁の間における、光放出パネル中へ光を結合させるための半透明の入力端面
を含み、
少なくとも光源は、入力端面と関連させられる一方で、及び
動作中に、光源に由来する光は、入力端面に入射し、それ自体を光放出パネルに分配する一方である。

また、本発明は、前記照明系が提供された表示デバイスに関する。

このような照明系は、それ自体知られており、エッジ照明系とも呼ばれる。それらは、とりわけ、（画像）表示デバイスにおける、例えばＴＶ受像機及びモニター用の照明系として使用される。このような照明系は、（携帯）コンピュータ又は（携帯）電話で使用される、ＬＣＤパネルともまた呼ばれる液晶表示デバイスのような非発光ディスプレイ用のバックライトとしての使用に特に適する。

前記表示デバイスは、通常、少なくとも一つの電極によって各々制御される規則的なパターンの画素が提供された基板を含む。表示デバイスは、（画像）表示デバイスの（画像）スクリーンの関連分野における画像又はデータのグラフ表示を達成するための制御回路を利用する。ＬＣＤデバイスにおいて、バックライトに由来する光は、スイッチ又は変調器によって変調され、様々なタイプの液晶効果が使用される。加えて、そのディスプレイは、電気泳動又は電気機械的効果に基づいたものであってもよい。

また、このような照明系は、一般的な照明の目的のために、又は店の照明、例えば店の窓の照明、若しくはガラス若しくは合成樹脂の（透明又は半透明の）板の照明のために、照明器具としても使用され、それら部品上に、例えば宝石が、展示される。このような照明系は、ガラスの壁に、例えば、ある一定の条件下で光を放射すること、又は光によって窓を通じた視界を減少させる若しくは遮断することをもたらすための窓の窓ガラスとしてさらに使用される。さらなる代替の用途は、広告板を照明するためのこのような照明系の使用である。

冒頭の段落で述べた照明系において、使用される光源は、通常、管状の低圧水銀蒸気放電ランプ、例えば、一つ又は複数の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）であり、ここで、動作中に光源によって放出された光は、光導波路として作用する光放出パネル中へ結合させられる。この導波路は、通常、例えば合成樹脂又はガラスから製造される比較的薄い平面のパネルを構成し、その導波路では、光は、内部（全）反射の影響の下で、光導波路を通じて輸送される。

また、代替の光源として、このような照明系には、電気光学素子、例えば電界発光素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）ともまた呼ばれる複数の光電素子が提供されることもある。これらの光源は、通常、光放出パネルの光透過端面の付近に、又は、その光透過端面に接して提供され、その場合は、光源に由来する光は、動作中に光透過端面に入射し、それ自体をパネルにおいて分配する。

照明系は、特許文献１から知られている。均一な明るさを伴った線形の光源からの光は、光入射端面を介して、ライトパイプともまた呼ばれる、光放出パネル中へ結合させられる。前記光入射端面を通じて透過した光の一部は、円錐形の又は多角形の角錐形状のいわゆる凹部分の傾斜した面上に入射させられる。光は、その光が、光伝導部材における凹部分で屈折されてしまった後に、光放出パネルの外で結合させられる。

既知の照明系の欠点は、光放出パネルの外で結合した光の均一な分布が、まだ相対的に不十分であるとである。
米国特許第５，５７５，５４９号明細書

本発明の目的は、全体的に又は部分的に上記の不都合を除去することである。

本発明によれば、冒頭の段落で述べた種類の照射系は、この目的のために、光放出パネルの第一の部分における後側の壁には、非常に多数の階段が提供されることを、及び光放出パネルの第二の部分が、第一の部分に面する方向において入力端面から広がることを特徴とする。

光放出パネルの第二の部分が、入力端面から第一の部分へ向かって広がるので、入力端面で光放出パネル中へ結合させられる光は、それの第一の進行中に、入力端面から光放出パネルを通じて第一の部分へ向かって、光放出パネルを離れることができない。光放出パネルのこのようなくさび形状の第二の部分を通じて進行する光の角度に関する光分布は、徐々に、より狭くなる。一般的に言えば、光は、広がる光放出パネルにおいて、コリメートされる。内部（全）反射（ＴＩＲ）に基づく光放出パネルにおいて、限界の角度を超えない光を、光放出パネルの外で結合させることができる。光が、狭まる光放出パネルを通じて進行する、逆の状況においては、角度に関する光分布は、徐々に、より大きくなる。入力端面で光放出パネル中へ結合させられる光は、光放出パネルの第二の部分を通じたその光の第一の進行中に、光放出パネルのこの第二の部分を離れることができないので、光が、光放出パネルの第二の部分を通じたこの光の進行中に、それ自体を光放出パネルにおいて分配させることを、及び、光が、二つ以上の、場合により異なって着色された、光源に由来するとすれば、十分に混合させられることもまた、増進させられる。光の良好な分布及び／又は混合は、光放出パネルから出た光の均一性を増進させる。光放出パネルの第二の部分は、まるでそれが、光放出パネルの広がる第二の部分を通じたその光の第一の経路上における光に対する光混合室のように作用する。このような“光混合室”は、通常、既知の照明系においては光放出パネルの外側に提供され、それは、このような光放出パネルが、必需品よりも多くの空間を占有するという理由である。本発明によるくさび形状の第二の部分を備えた光放出パネルを用いることによって、“光混合室”は、光放出パネル中へ統合させられ、空間における相当な節約に至る。

くさび形状の光放出パネルは、それ自体知られている（例えば、米国特許第５，５７５，５４９号から知られる照明系を参照のこと）が、このような既知のくさび形状の光放出パネルは、光が光放出パネル中へ結合させられると共に光放出パネルの反対側の末端では最も狭い、端面のエリアで最も広いことに留意する。

通常、第二の部分は、入力端面に面する光放出パネルの側において、反射端面で終わるであろう。反射の後で、角度に関する光分布が、反射が起こる様式に依存して、再度増加する。このような光放出パネルを通じたその光の戻りの経路上で、光放出パネルが徐々に狭まるという事実のおかげで、光は、さらに増加する、角度に関する分布を有することになる。ある一定の瞬間に、角度に関する光分布は、それの一部が、内部全反射に対する限界の角度を超えるほどたいへん広くなってしまうことになり、光は、光放出パネルから出ることになる。通常、反射において、光には、入力端面の方向に戻るその光の進路上で光の出力を増進させるためなどの傾きが与えられる。しかしながら、反射した光に対して与えられるこのような傾きは、表示デバイスを均一に照明するために、光放出パネルの前側の壁における全部のエリアにわたって、光を外で結合させるようなものであるべきである。前記反射の条件の下で、光の明るいバンドは、前記反射端面の付近で、光放出パネルの前側の壁から出される。前記光のバンドの明るさは、実質的に、光放出パネルにおける前側の壁の残りから放出される光よりも高い。解決策は、表示デバイスを照明することに寄与する光から、光のこの明るいバンドを排除することであろう。しかしながら、このような遮蔽は、空間を消費するものであり、系の効率を、減少させるであろう。

発明者は、光の上述の明るいバンドが、反射端面で反射の直後に外で結合させられる光から生じたという洞察を持ってきた。光の明るいバンドにおける外で結合させられた光は、実際には、限界の角度よりも大きい立体角で、中で結合させられた全ての光の和であり、そのために、反射端面での反射後の角度は、ＴＩＲに関する臨界角に等しい。本発明の方策によれば、光放出パネルの第一の部分における後側の壁には、非常に多数の階段が提供される。結果として、光の明るいバンドは、光放出パネルの前側の壁にわたって広げられる光の多くのより短い明るいバンドへ分割される。明るさが、平均化されると共に均質に現れるように、光の多くの小さいバンドからの明るさの変調を、もはや分解することができないような、光放出パネルの第一の部分における階段の空間周波数を選ぶことができる。光の明るいバンドの平均化された、すなわち、より低い明るさを、前側の壁の残りの部分における明るさと同じ程度に高いように、調整することができる。

照明系によって放出された光の分布の高い均一性を備えた、特に小型の照明系は、本発明による方策を通じて得られる。表示デバイスのより均一な照明は、特に（画像）表示デバイスの場合に、それによって実現される。

本発明による照明系の好適な実施形態は、中で結合する端面に面する階段の面が、光放出パネルを二分する二分平面上の法線に関して角度βをなすことを特徴とし、二分平面は、入力端面における二分線を含み、前記二分線は、前側の壁に対して平行であると共に入力端面を二分し、ここで角度βは、少なくとも５°である。

二分平面は、光放出パネルの前側の壁とある角度をなし、光放出パネルの第二の部分を半分に分割する。角度βは、光が、それの戻りの進路上で、ライトガイドの第二の部分における全体の長さにわたって抽出されるように、戻る光の角度に関する強度分布の回転に関与する。光放出パネルにおける入力端面の面積Ｓ_ｅｓ及び最も大きい面積Ｓ_ｔｒの比に依存して、階段の面の形態を、Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ≦２．５の比に対しては、平坦であるように、選ぶことができる。さもなければ、角度βを、角度に関する強度分布の広がりを保証するために、変動させなければならず、階段の面の形態は、好ましくは、曲面状であることになる。以下において、βの平均値の値、β_ａｖを議論することにする。

好ましくは、角度β_ａｖは、５≦β≦２５°の範囲にある。ライトガイドの末端及び反射する面の二つの異なる実施形態を区別することができる。一つの実施形態は、ライトガイドの末端と（拡散）反射面との間の空気間隔を含む。この場合に、光の抽出が、ライトガイドの第二の部分における始端で開始することを保証するための屈折率ｎ〜１．５を備えたライトガイドの材料に対して、β_ａｖ＞５°であり、ここで“始端”は、パネルの入力端面に対向する側を意味する。同じ程度に、β_ａｖは、光が、入力端面の近くでまだ抽出されることを保証するために、大きすぎてはならない。シミュレーションは、β_ａｖ＞２５°に対する値が不都合であることを示してきた。これを、反射後に内部全反射の領域の外側にある光の部分が、βの値を増加させるにつれて増加するという事実に帰することができる。もちろん、これは、その光が、ライトガイド中へ結合させられるとき、光の角度に関する分布にも関する。この段階でのより小さい角度に関する分布は、βのより大きい値を可能にする及び／又は必要にするが、このより狭い分布を得るために、入力端におけるライトガイドのより大きい厚さが、要求され、それも、やはり不都合である。

本発明による照明系の好適な実施形態は、入力端面に面する階段の面が、入力端面から離れて面する側に正反射の反射器を含むことを特徴とする。このような正反射の反射器は、入力端面から進行する光の所望の反射を提供すると共に、光放出パネルからの光の外での結合を刺激する。

代替の実施形態において、階段は、光放出パネルから離れて面する側に拡散体を含み、空気間隔が、階段及び拡散体の間に維持されるか、又は、少なくとも光学的な接触が、ライトガイド及び拡散反射器の間で予防される。好ましくは、拡散体は、光放出パネルにおける第一の部分の階段の形状を模倣する、拡散高反射材料から作られる。この場合に、光放出パネル及び拡散体の間における空気間隔の厚さは、注意深く制御されるべきである。好ましくは、拡散材料は、非常に短い浸透長（＜０．１ｍｍ）を有する。拡散体を用いる利点は、光源の放射のパターン及び入力の幾何学的配置に対する非常に高いロバスト性である。

本発明による照明系の好適な実施形態は、光放出パネルの第一の部分及び第二の部分の間における移行部で、光放出パネルにおける面積Ｓ_ｔｒに対する入力端面の面積Ｓ_ｅｓの比が、１＜Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＜１０の関係を満足することを特徴とする。光源に由来すると共に光放出パネルの第二の部分中へ結合させられた光は、おおよそ１．５の屈折率を備えた典型的なライトガイドの材料に対して、おおよそ＋４２°及び−４２°の間で変動する角度に関する分布を有する。光放出パネルが、最大の厚さを有する、第一及び第二の部分の間における移行部で、断面積Ｓ_ｔｒ及び入力端面の面積Ｓ_ｅｓの比に対する下限は、光放出パネルが光放出パネルの第二の部分においてくさび形状であるという事実によって、与えられる。比に対する上限、Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＜１０は、光放出パネルが、厚すぎになるべきではないという要請によって決定される。原則として、例えば、表示デバイスの寸法（スクリーンの直径）は、光放出パネルの大きさ（直径）を決定する。入力端面が、２ｍｍの厚さを有するとすれば、式Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＝１０は、光放出パネルの最大の厚さの位置で、第二の端面又は入力端面に平行な光放出パネルの断面のいずれかが、２０ｍｍの厚さを有することになることを意味する。また、光放出パネルの製造の容易さは、このような高い比の場合に減少させられる。

好ましくは、比Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓは、１．５＜Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＜４の関係を満足する。好適な範囲におけるＳ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓの比を備えた光放出パネルを、（射出）成形の工程において容易に製造することができる。

使用される光源を、互いに組み合わせられる、ＬＥＤ、例えば、白色ＬＥＤ又は異なるタイプのＬＥＤ及び／又は異なる色のＬＥＤによって形成してもよい。例えば、所望の色温度の白色光を作るために、ＬＥＤの適切な使用を通じて所望の様式で色を混合してもよい。この目的のために、本発明による照明系の実施形態は、光源が、一つの白色ＬＥＤ又は異なる光の放出波長を備えた少なくとも二つの発光ダイオードを含むことを特徴とする。好ましくは、光源は、三つの発光ダイオードを含む。単一の白色ＬＥＤを用いることは、光放出パネルの広がりの部分が、光放出パネルにおける光の分布の均質化に使用されるので、有利である。ＬＥＤは、好ましくは、それ自体知られている赤色、緑色、及び青色のＬＥＤの組み合わせ、又は例えば、赤色、緑色、青色、及び琥珀色のＬＥＤの組み合わせを含む。また、三つの光の放出波長を備えたＬＥＤを、異なる光の放出波長を備えた二つのＬＥＤによって実現してもよく、ここで一つのタイプのＬＥＤに、ＬＥＤの光の放出が、蛍光体によって第三の所望の光の放出波長の光へ変換されるような、蛍光体が（部分的に）提供される。赤色、緑色、及び青色のＬＥＤのそれ自体知られている組み合わせは、表示デバイスの状態と独立に色の変化を実現することを可能にする。ＬＥＤの使用は、動的な照明の可能性が得られるというさらなる利点を有する。この目的のために、動作中に光源によって放出される光の光学特性を測定するためのセンサーが、端面の一つに与えられる。

ＬＥＤによって放出される光の質は、発光ダイオードの光束を変動させることにおいて、調節される。光束のこの制御は、通常、エネルギー的に有効な様式で起こる。このように、ＬＥＤを、効率におけるかなりの損失なしに、調光することができる。好ましくは、発光ダイオードによって放出される光の強度は、表示デバイスによって表示される画像の照明レベルに応じて、又は、周辺光のレベルに応じて、変動可能である。好ましくは、表示デバイスによって表示される画像の色点は、照明系によって決定される。表示デバイスによって表示される画像の（例えばコントラストの）（改善された）ダイナミックレンジは、それによって達成される。

好ましくは、発光ダイオードの各々は、少なくとも５ルーメンの光束を有する。このような高い値は、高い明るさの大きいスクリーンの用途に対して、すなわち、１０ルーメン／インチを超える、光放出パネルの発光の出力及びパネルの対角線の商の値と共に、特に有用である。また、このような相対的に高い出力を備えたＬＥＤは、ＬＥＤ出力パッケージとも呼ばれる。三つの高い効率の高出力ＬＥＤの使用は、所望の比較的高い光の出力に対して要求されるＬＥＤの数が比較的小さくあり得るという特有の利点を有する。これは、製造される照明系の小型の構成及び効率のためになる。ＬＥＤの使用のさらなる利点は、ＬＥＤを備えた照明系に対する比較的非常に長い耐用寿命、比較的低いエネルギー費用、及び低い維持費である。

光を、光放出パネルの広がりの（第二の）部分を通じた、その光の第一の進行の間に外で結合させることができない、入力端面から広がるくさび形状の部分を含む発光パネルを供えた照明系において、所望の色の混合、例えば所定の色温度の白色光に、到達してしまうまで、様々な光の色を混合するために、相当な長さが利用可能である。比較的大きい寸法の光放出パネルを、異なる光の放出波長を備えた合計、例えば、六個又は同等の三個のみの（高出力）発光ダイオードを含む光源を備えたこの様式で実現することができる。代替の実施形態において、単一のＬＥＤは、十分である。既知の照明系において、光放出パネルで光が十分に分配され、多数のＬＥＤの場合に混合されて、（画像）表示デバイスの方向における光放出パネルからの光の均一な及び均質な外での結合を提供することを達成するためには、相当な寸法の光混合室は、通常、このような限定された数のＬＥＤに対して必要である。

さらなる実施形態において、照明系は、照明系の光束を変化させるための制御電子機器を含む。所望の照明の効果は、適切な制御電子機器によって達成され、放出される光の均一性は、改善される。また、白色光は、ＬＥＤの適切な組み合わせを通じて得られ、制御電子機器は、所望の色温度を調節する可能性を提供する。

照明系によって放出される光の分布の高い均一性を備えた、特に小型の照明系は、本発明による方策を通じて得られる。特に（画像）表示デバイスの場合には、表示デバイスのより均一な照明は、それによって実現される。

今、本発明を、多くの実施形態及び図面を参照して、より詳細に説明することにする。

図は、純粋に概略的なものであり、規模に関して正確に描かれてない。いくつかの寸法は、明瞭さの理由のために特に強く誇張されている。等価な構成部品には、可能であるときはいつでも、図において同じ符号が与えられている。

図１Ａは、本発明による照明系の実施形態を含む表示デバイスの透視図を非常に概略的に示す。照明系は、光透過材料の光放出パネル１を含む。光放出パネル１は、例えば、合成樹脂から、アクリルから、ポリカルボナートから、ｐｍｍａ、例えばｐｅｒｓｐｅｘから、又はガラスから製造される。光は、内部全反射（ＴＩＲ）を利用して、動作中に光放出パネル１を通じて輸送される。光放出パネル１は、前側の壁２及びそれに対向する後側の壁３を有する。入力端面４は、光放出パネル１の前側の壁２と後側の壁３との間に提供される。図１Ａの例において、入力端面４は、光放出パネル１の前側の壁２に関して８０及び１００°の間の角度にある。入力端面４は、光を透過させるものである。照明系は、光源６、６’…、例えば多くの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。図１に示す状況において、光源６、６’…に由来する光は、動作中に光放出パネル１の入力端面４に入射し、その光は、それ自体を光放出パネル１に分配する。例えばＬＥＤの光を光放出パネル１中へ案内するために、（図１Ａに示してない）反射器手段を、光源６、６’…と入力端面４との間に提供してもよい。代替の実施形態において、ＬＥＤは、光放出パネルの内部に提供される。このために、光放出パネルには、くぼみを提供してもよく、その形状は、実質的に、光源の形状に対して相補的である。この場合には、くぼみは、入力端面として機能する。本発明の方策によれば、光放出パネル１の第一の部分１２における後側の壁３には、非常に多数の階段１３、１３’…が提供される（図１Ｂもまた参照のこと）。加えて、光放出パネル１の第二の部分２２は、入力端面４から広がる。

光は、光放出パネル１の第二の部分２２の細い末端（入力端面４）で光放出パネル１中へ結合させられ、光放出パネル１の第一の部分１２に向かって伝播する。図１Ａの例において、光放出パネル１は、それの最大の断面Ｓ_ｔｒに、第一及び第二の部分の間における移行部で到達する。この移行部は、符号１２２と共に仮想平面によって図１Ａに示される。第一の部分１２において、光は、階段１３、１３’…の面１７で反射され、前記面１７は、入力端面４に面する。反射後に、光を、光放出パネル１の外で結合させることができる。

大まかに、階段の高さｈ_ｓｔは、好ましくは、０．１≦ｈ_ｓｔ≦０．５ｍｍの範囲にある。前側の壁に最も近い、最後の階段を、機械的な理由のために、より厚く（例えば、２ｍｍ）選んでもよく、よって、その特定の階段の角度βは、減少させられる。加えて、二つの階段の間における距離ｄ_ｓｔは、０．１≦ｄ_ｓｔ≦１０ｍｍの範囲にある。

明るさが平均化されると共に均質に見えるように、光の多くの小さいバンドからの明るさの変調をもはや分解することができないような、光放出パネルの第一の部分における階段の空間周波数を、選ぶことができる。従って、本発明による照明系の好適な実施形態は、階段の数が２５から１００までの範囲にあることを特徴とする。

本発明による照明系の好適な実施形態は、前側の壁の長さｌ_ｆｗと比較した第一の部分の長さｌ_ｆｐが、０．０５≦ｌ_ｆｐ／ｌ_ｆｗ≦０．６の範囲にあることを特徴とする。比ｌ_ｆｐ／ｌ_ｆｗを与えられた範囲に選択することによって、光放出パネルの外で結合される光の均一性の分布におけるさらなる改善が達成される。

光放出パネル１の第一の部分１２及び第二の部分２２の間における仮想移行部平面１２２での光放出パネルにおける面積Ｓ_ｔｒに対する入力端面４の面積Ｓ_ｅｓの比は、１＜Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＜１０の関係を満足する。特に好適であるのは、１．５＜Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＜４の関係を満足する比Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓである。Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓの比が、好適な範囲内にある光放出パネルを、（射出）成形の工程で容易に製造することができる。特に適切な比は、Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ〜２である。例えば、入力端面４の適切な厚さは、３ｍｍであり、それは、Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＝２に対して、光放出パネル１の最大の厚さが、６ｍｍであることを意味する。入力端面４に関する代替の適切な厚さは、１ｍｍであり、それは、光放出パネル１の最大の厚さが、Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＝２の場合には、２ｍｍであることを意味する。

光放出パネル１の第二の部分２２が、入力端面４から広がるので、光は、広がる第二の部分を通じたその光の第一の進行の間に、光放出パネル１を離れることができない。このように、光放出パネル１の第二の部分２２を通じたそれの第一の進行における光が、それ自体を分配させると共に、光放出パネル１において混合させられることを増進させる。光の良好な分布及び／又は混合は、光放出パネル１の外で結合させられる光の均一性及び均質性を増進させる。図１Ａに示すように、光放出パネル１の第二の部分２２は、それが、広がる光放出パネルを通じたその光の第一の進行の間に光に対する光混合室のようであるかのように、作用する。本発明の方策によれば、光混合室は、それが、光放出パネル中へ統合されるかのようなものであり、空間における相当な節約に至る。照明系によって放出される光の分布の高い均一性を備えた、特に小型の照明系は、本発明による方策を通じて得られる。

図１Ａにおいては、前側の壁２の長さｌ_ｆｗのみならず第一の部分１２の長さｌ_ｆｐを示す。好ましくは、その比は、０．０５≦ｌ_ｆｐ／ｌ_ｆｗ≦０．６の範囲にある。一例として、前側の壁２の長さｌ_ｆｗは、おおよそ３００ｍｍであり、第一の部分１２の長さｌ_ｆｐが、おおよそ３０ｍｍ、すなわち、ｌ_ｆｐ／ｌ_ｆｗ〜０．１である。好ましくは、階段１３、１３’…の数は、２５から１００までの範囲にある。与えられた例（ｌ_ｆｐ〜３０ｍｍ）において、階段の特に好都合な数は、５０である。好ましくは、階段１３、１３’…の高さｈ_ｓｔ（図１Ｂを参照のこと）は、０．１≦ｈ_ｓｔ≦０．５の範囲にある。このような階段を備えた光放出パネル１を、容易に製造することができる。

図１Ａの例において、拡散体は、空気間隔３３が、階段１３、１３’…と拡散体３２との間に維持される一方で、階段１３、１３’…の背後に提供される。図１Ａの例において、拡散体３２は、光放出パネル１における第一の部分１２の階段１３、１３’…のものに相補的な形状を備えたブロックである。好ましくは、拡散体３２は、拡散高反射材料、例えばテフロン（登録商標）、拡散反射するアルミニウム、又はハロホスファート、ピロリン酸カルシウム、ピロリン酸ストロンチウム、及び二酸化チタンのような高度に反射する粒子を含有する被覆剤、若しくは例えば、膨張させたポリテトラフルオロエチレンの被覆剤から作られる。より高い反射率を達成するために、長い浸透長を示す、このような被覆剤を、その背後に配置される正反射の反射器の層と組み合わせて、薄い層（０．１ｍｍ）として使用することができる。同様に、白色粉末を、ライトガイド上へ適用することができ、おおよそ球形の微粒子は、粉末の層及びライトガイドの間において事実上光学的な接触がないと共に粉末を定位置に保つために立方の正反射の反射器がその背後に位置決めされることを保証するであろう。好ましくは、拡散材料は、非常に短い浸透長（＜０．１ｍｍ）を有する。同様に、空気間隔は、小さい（＜０．１ｍｍ）と共に端の高さを超える厚さ（好ましくは±０．０２５ｍｍ）に制御される必要がある。照明系の代替の実施形態において、入力端面に面する階段の面は、（図１Ａに示さない）入力端面から離れて面する側における正反射の反射器を含む。

光放出パネル１は、光放出パネル１から出た光をさらに均質化するために、動作中に、半透明の拡散体８を介して、表示デバイス、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス２０の方向に光を放出する。光源６、６’…の組み立て品、光放出パネル１、及びＬＣＤデバイス２０は、（図１Ａに示してない）筐体に収容されるにしろされないにしろいずれにせよ、例えば（映）像を表示するための表示デバイスを形成する。光放出パネル１には、光の光学特性を測定するための（図１Ａに示してない）センサーをさらに提供してもよい。このセンサーを、光源６、６’…の光束を適切に適合させるための（図１Ａに示してない）電子機器を制御するために、結合させる。センサー並びに光放出パネルの外で結合させられた光の質及び量に影響を及ぼすための制御電子機器によって、フィードバック機構を実現することができる。

代替の実施形態において、前側の壁２には、光を再度方向付ける箔が提供される。

好ましくは、光源６，６’…は、一つの白色ＬＥＤ又は異なる光の放出波長を備えた少なくとも二つの発光ダイオードを含む。好ましくは、光源は、青色、緑色、及び赤色の光の放出波長を備えた三つの発光ダイオードを含む。ＬＥＤの源の明るさは、通常何度も、蛍光灯のものよりも高い。さらに、ＬＥＤの使用と共にパネル中への光の結合の効率は、蛍光灯の使用を伴ったものよりも大きい。光源としてのＬＥＤの使用は、ＬＥＤが、合成樹脂から作られたパネルに隣接してあってもよいという利点を有する。ＬＥＤは、光放出パネル１の方向にはどんな熱もほとんど伝達しないし、また、それらは、有害な（ＵＶ）放射を発生させもしない。加えて、ＬＥＤの使用は、ＬＥＤに由来する光をパネル中へ結合させるための手段を適用することを必要としないという利点を有する。照明系におけるＬＥＤは、青色、緑色、及び赤色のＬＥＤの選ばれた集団、若しくは、単色若しくは二色のＬＥＤの適切な代替の組み合わせ、又は、高い光束を備えた複数の白色ＬＥＤを適切に含んでもよい。

１０ルーメン／インチを超える、光放出パネルの光束の出力及びパネルの対角線の商の値によって特徴付けられる、大きいスクリーンの高い明るさの照明系に使用されるＬＥＤは、好ましくは、各々が、少なくとも５０ｍＷの光学的な出力を有するＬＥＤである。また、このような高い出力を備えたＬＥＤは、ＬＥＤ出力パッケージとも呼ばれる。出力ＬＥＤの例は、“Ｌｕｘｅｏｎ”（商標）タイプ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ）のＬＥＤであり、そのＬＥＤ当たりの光束は、赤色のＬＥＤに対して３５ルーメン、緑色のＬＥＤに対して３０ルーメン、青色のＬＥＤに対して８ルーメン、及び琥珀色のＬＥＤに対して４０ルーメンである。代替の実施形態においては、比較的高い光の出力を有する、黄色、琥珀色、シアン、マゼンタ、及び／又は紫色のＬＥＤが、（二つのスペクトルの光の放出波長を活用しようとしまいといずれにせよ）使用される。また、高い光束の複数の白色ＬＥＤを使用することも可能である。さらなる代替の実施形態において、赤色のＬＥＤを、発光体が提供される青色のＬＥＤと組み合わせて、後者のものが二つのスペクトルバンド、すなわち青色及び緑色のバンドで放出するように、使用してもよい。

好ましくは、ＬＥＤは、（図１Ａに示してない）（金属核の）印刷回路板上に取り付けられる。出力ＬＥＤが、このような（金属核の）印刷回路板（ＰＣＢ）上に提供されるとき、ＬＥＤによって発生した熱を、熱伝導を通じてＰＣＢによって容易に取り除くことができる。照明系の関心のある実施形態は、さらに、（金属核の）印刷回路板が、熱伝導する接続を介して表示デバイスの筐体と接触するものである。

図１Ｂは、図１Ａに示すような照明系の詳細の断面図を示す。第一の部分１２において、入力端面４に面する階段１３、１３’…の面１７は、光放出パネル１を二分する二分平面２０上の法線２５に関して角度β≧５°をなす。二分平面２０は、光放出パネル１の前側の壁２に関してある角度をなすと共に、光放出パネル１の第二の部分２２を半分に分割する。このために、二分平面２０は、入力端面４における二分線２１を含み、前記二分線２１は、前側の壁２に対して平行であり、入力端面４を二分する。好ましくは、角度β_ａｖは、５≦β_ａｖ≦２５°の範囲にある。特に好適なのは、おおよそ１５°−１９°の角度β_ａｖである。

図２Ａは、前側の壁１０２及び後側の壁１０３並びに単一の階段１１３を備えたくさび形状の光放出パネル１０１（“単一の切子面の後方反射器”）における光を非常に概略的に示す。（図２Ａに示してない）光源から離れて面する前側の壁１０２の末端で、光の明るいバンドが形成されることを理解することができる。前記光のバンドの明るさは、実質的に、光放出パネル１０１の前側の壁１０２の残りで放出された光よりも（二倍以上）高い。解決策は、表示デバイスを照明することに寄与する光から光のこの明るいバンドを排除することであろう。しかしながら、前側の壁１０２のこの部分を“利用可能”でなくすることは、不都合である。このような遮蔽は、空間を消費するものであり、光放出パネル１０１が、表示デバイス用の、特に（ラップトップ型の）ＬＣＤ背面照射用のバックライトとして適用されるとすれば、問題である。加えて、（ラップトップ型の）表示デバイスの場合には特に重要である、系の効率を減少させるであろう（幾何学的配置に依存して、これは、１０％を超えるまでであることもある）。

図２Ｂは、前側の壁２０２及び後側の壁２０３並びに階段２１３の間の距離がない多くの階段２１３を備えたくさび形状の光放出パネル２０１（“多数の切子面の後方反射器”）で放出された光を非常に概略的に示す。図２Ａにおける状況に関して、その状況は、改善される。光の多数の明るいバンドが生成される。しかしながら、光の明るいバンドは、まだ、（図２Ｂに示してない）光源から離れて面する前側の壁２０２の末端の相対的に近くに起こる。

図２Ｃは、前側の壁２及び後側の壁３並びに本発明によれば、互いに間隔を空けられた多くの階段１３、１３’…を備えたくさび形状の光放出パネル１（“延長された多数の切子面の後方反射器”）における光を非常に概略的に示す（図１Ａ及び１Ｂもまた参照のこと）。光の明るいバンドは、光放出パネル１の前側の壁２の相対的に大きい部分にわたって分配される。

図３は、角度βの様々な値における一つの階段の切子面に関する本発明による光放出パネル１の前側の壁２によって放出された光の均一性の分布を示す（図１Ａ及び１Ｂを参照のこと）。この例における前側の壁２の長さは、２５０ｍｍである。図３の例において、光放出パネル１の第一の部分１２及び第二の部分２２の間における仮想移行部平面１２２での光放出パネルにおける面積Ｓ_ｔｒに対する入力端面４の面積Ｓ_ｅｓの比は、Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＝２である。光源は、光放出パネル１の側に位置させられ、ここでｘ＝０ｍｍである。角度β≦１０°の値に対しては、光放出パネル１の始まりで（すなわち、ｘ≦１００ｍｍで）多すぎる光を放出し、前側の壁２の残余のものによって（すなわち、ｘ≧１００ｍｍで）放出された低すぎる光のレベルに帰着することを理解することができる。２２≦β≦１５°の角度の値に対しては、光の分布が、相対的に平坦であるが、相対的に多くの光が、光放出パネル１の末端で（すなわち、ｘ＞２２５ｍｍで）放出されることを理解することができる。おおよそ１７°の角度βの値に対しては、この発明の延長された多数の切子面の解決策は、光放出パネルの末端で明るいバンドを広げると共にそれを前側の壁の全体にわたって相対的に平坦な光の分布と組み合わせることができる。

当業者にとって本発明の範囲内で多くの変更が可能であることは、自明であると思われる。本発明の保護の範囲は、与えられた実施形態も限定されない。本発明は、各々の新規な特徴及び特徴の各々の組み合わせに存する。請求項における符号は、その保護の範囲を限定しない。動詞“含む”の使用及びその活用は、請求項で特定されたもの以外の要素の存在を排除しない。要素の前に置く不定冠詞“一つの”の使用は、複数のこのような要素の存在を排除しない。

本発明による照明系の実施形態を含む表示デバイスの透視図である。 図１Ａに示すような照明系の詳細の断面図である。 階段の面での反射について、内部全反射の領域の外側にある、単一の階段を備えたくさび形状の光放出パネルから放出される光を示す。 階段の面での反射について、βが交互に正及び負の値をとる、間隔を空けられてない多くの階段を備えたパネルにおける内部全反射の領域の外側にある、くさび形状の光放出パネルから放出される光を示す。 階段の面での反射について、内部全反射の領域の外側にあると共に互いに関してある一定の距離にある多くの階段を備えた本発明によるくさび形状の光放出パネルから引き続き放出される光を示す。 角度βの様々な値における単一の階段を備えた本発明による光放出パネルの前側の壁によって放出される光の均一性の分布を示す。

Claims (17)

1. 光放出パネルが提供された照明系であって、
   前側の壁、それに対向して位置を定められた後側の壁、及びさらに前記前側及び前記後側の壁の間における、前記光放出パネルへ光を結合させる半透明の入力端面を含み、
   少なくも光源が、入力端面と関連させられる一方で、及び
   動作中に、前記光源に由来する光が、入力端面に入射すると共にそれ自体を前記光放出パネルにおいて分配する一方で、
   前記光放出パネルの第一の部分における前記後側の壁には、非常に多数の階段が提供されること、及び
   前記光放出パネルの第二の部分は、前記第一の部分に面する方向において前記入力端面から広がること
   を特徴とする照明系。
2. 前記入力端面に面する前記階段の面は、前記光放出パネルを二分する二分平面における法線に関して平均の角度β_ａｖをなし、
   前記二分平面は、前記入力端面における二分線を含み、
   前記二分線は、前記前側の壁に対して平行であると共に前記入力端面を二分し、
   前記角度β_ａｖは、少なくとも５°である
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明系。
3. 前記平均の角度βは、５≦β_ａｖ≦２５°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の照明系。
4. 前記入力端面に面する前記階段の前記面は、前記入力端面から離れて面する側に正反射の反射器を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
5. 前記階段は、前記光放出パネルから離れて面する側に拡散体を含み、
   空気間隔が、前記階段及び前記拡散体の間に維持される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
6. 階段の高さｈ_ｓｔは、０．１≦ｈ_ｓｔ≦０．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
7. 二つの階段の間における距離ｄ_ｓｔは、０．１≦ｄ_ｓｔ≦１０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
8. 階段の数は、２５から１００までの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
9. 前記前側の壁の長さｌ_ｆｗと比較した前記第一の部分の長さｌ_ｆｐは、０．０５≦ｌ_ｆｐ／ｌ_ｆｗ≦０．６の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
10. 前記光放出パネルの前記第一の部分及び前記第二の部分の間における移行部で、前記光放出パネルにおける面積Ｓ_ｔｒに対する前記入力端面の面積Ｓ_ｅｓの比は、１＜Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＜１０の関係を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
11. 前記比は、１．５＜Ｓ_ｔｒ／Ｓ_ｅｓ＜４であることを特徴とする請求項２に記載の照明系。
12. 前記前側の壁には、半透明な拡散体が提供されることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
13. 前記前側の壁には、光を再度方向付ける箔が提供されることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
14. 前記光源は、少なくとも一つの白色ＬＥＤ又は異なる光の放出波長を備えた少なくとも二つの発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明系。
15. 前記発光ダイオードの各々は、少なくとも５ルーメンの光束を有することを特徴とする請求項１３に記載の照明系。
16. 請求項１又は２に記載の照明系が提供された表示デバイス。
17. 当該表示デバイスは、液晶ディスプレイを含む、請求項１５に記載の表示デバイス。

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