JP2006502567A - 画像再生装置を後方照明するための照明装置 - Google Patents

Abstract

光バルブを有する画像再生装置を後方照明するための照明装置において、熱伝導性の担体上に、少なくとも１つの発光ダイオードによって構成された発光点をラスタ状に配置することが提案される。有利には、発光点の面積はそれぞれ、ラスタによって得られた面積より小さい。

Description

本発明は、光バルブを有する画像再生装置を後方照明するための照明装置に関する。

光バルブを有する画像再生装置、とりわけ液晶ディスプレイでは、十分に明るく均質な後方照明が必要とされる。このことは、たとえばコンピュータのスクリーン等の比較的大きなディスプレイでは、発光体管によって実現される。しかし非常に高い輝度が必要とされる適用事例では、公知の照明装置では十分でない。たとえば自動車に設けられたいわゆるヘッドアップディスプレイでは、非常に高い輝度が必要とされる。というのもこのようなディスプレイの鏡像は、周辺輝度が高くても目立たなければならないからだ。

したがって本発明の課題は、所与の面積で高い輝度を有する照明装置を提供することである。この課題は本発明では、熱伝導性の担体上に、少なくとも１つの発光ダイオードから構成された発光点をラスタ状に配置することによって解決される。ここでは有利には、発光点の面積は常に、ラスタによって得られた面積より小さくなるように構成される。

本発明では、多数の小さい発光ダイオードの方が、それに相応する大きさの１つの発光ダイオードより明るい光を送出するということが利用される。というのも、発光ダイオードの自由な表面のすべてが放射するからだ。

本発明による照明装置の有利な発展形態では、絶縁性の担体上において、発光点によって占有されていない担体の面に線路が配置され、発光ダイオードに給電するために使用されるように構成されている。こうすることによって、絶縁体が塗布された線路が熱伝導によって妨害されずに、発光ダイオードと担体との間が有利に熱伝導結合される。

この発展形態は有利には、線路をフレキシブルシートに挿入して案内し、このフレキシブルシートを担体の外側にフラットラインとして続けることによって構成される。こうすることによって、線路と発光ダイオードとの接触接続の他は、照明装置内部で他に接触接続する必要はなくなる。このことは動作の安定性に寄与し、またこのことによって低コストで製造できるようにもなる。

発光ダイオードと担体との間の熱伝導結合は別の発展形態によれば、熱伝導性が良好であり担体と良好に熱伝導結合されるサブマウント上に発光点を取り付けることによって、特に良好に実現される。ここでは特に有利には、該少なくとも１つの発光ダイオードは電気的に絶縁されてサブマウント上に配置され、および／または、該サブマウントはシリコンから成る。

放熱をさらに改善するために本発明では、担体は超高純度のアルミニウムまたは銅から成り、および／または、該担体にヒートシンクが結合されている。ヒートシンクとして適しているのはたとえば、可能な限り大きな表面を介して熱を周辺の空気へ放出する大きな冷却体である。さらに、いわゆるヒートパイプもヒートシンクとして適している。

また、本発明の照明装置では有利には、サブマウント相互間のスペースにプラスチックが充填される。

放出された光量をさらに上昇させるため有利な実施形態では、各１つの発光点が複数の発光ダイオードによって形成される。単色ディスプレイを後方照明する際には、発光ダイオードは同色とすることができる。発光ダイオードとして入手できない色を実現するか、またはカラーディスプレイを後方照明するため発展形態では、各１つの発光点の発光ダイオードがそれぞれ異なる色の光を送出するように構成されている。

各１つの発光点に対して複数の発光ダイオードを使用することの利点は、１つの比較的大きな発光ダイオードより発光効率が高いことである。４つの発光ダイオードによって１つの発光点を形成すると、特に有利である。しかし本発明の枠内では、発光点あたりの発光ダイオードの数を変更することもできる。

別の有利な構成では、２つの緑色発光ダイオードと、１つの青色発光ダイオードと、１つの赤色発光ダイオードとが発光点ごとに設けられている。こうすることによって特に、生成された光の緑色成分が他の成分より強調される。このことは白色を得るために必要であり、たとえば６０％は緑色で、２５％は赤色であり、１５％は青色である。

サブマウント上に発光点を配置することは、発光ダイオードの側壁が、発光点間に案内された線路より完全に高くなり、ここから出力された放射を使用することができるという利点を有する。この放射を使用してディスプレイを後方照明するため、本発明の別の発展形態では、発光点はそれぞれ１つの反射器によって包囲されている。有利には、反射器によって形成され発光点を含む凹入部に、透明なプラスチックが充填される。

本発明による光源は、高い効率と、長い寿命と、高いフェールセーフティと、厳密な放射とを実現し、種々の色の発光ダイオードを使用する場合には、狭帯域かつ種々の色で放射できるようにする。これによって、光源のスペクトル放射と液晶ディスプレイのカラーフィルタのスペクトル透過とを一致させ、カラーフィルタによる光損失を小さく抑えることができる。このように発光ダイオードの効率が高いことによって高い強度が実現され、かつ熱生成が小さくなる。

色点を表示面全体に均一に分布することによって、適切な集束装置とも関連して、輝度をさらに効率的に上昇させることができる。発光点を表示面全体に均一に分布させることによって輝度分布が均一になり、この輝度分布は集束装置によってさらに向上される。発光ダイオードを各１つの発光点にコンパクトに配置することにより、混色が良好になる。白色反射面および反射器形態によって、不都合な角度で放出される光が使用される。非常に小さい発光ダイオードを使用することによって、数ｍｍの厚さを有するコンパクトな装置が実現される。この厚さは、たとえば２ｍｍである。

発光ダイオードは非常に低い動作電圧を必要とするので、目的に応じて複数の発光ダイオードが直列接続される。これらの発光ダイオードのうち１つが故障すると、他の発光ダイオードは給電されなくなって同様に故障してしまう。このような作用の顕著さを低減するため、または場合によっては排除するため、本発明による照明装置の別の発展形態では、発光ダイオードはグループごとに、それぞれ１つの電流回路に直列接続されている。

発光ダイオードの故障時に特に妨害となる縞模様または斑点模様が発生するのを阻止するため、この発展形態は、各グループに所属する発光ダイオードを有する発光点を別のグループの発光点に交互に接続することによって構成されている。このように交互に接続することにより、適切な光学的配光手段を使用して１つのグループの故障をほとんど見えなくすることができる。

この発展形態の別の有利な構成は、複数の同色の発光ダイオードが発光点ごとに設けられている場合、これらの同色の発光ダイオードが異なる電流回路に接続されている構成である。別の手段を使用しないと、明るさおよび色に変化が現れるが、このことは多くの適用事例では許容される。

しかしこの色変化は、個々の電流回路に供給される電流のために制御装置を設け、同色の発光ダイオードのための電流回路のうち１つが遮断された場合、前記制御回路によって電流回路へ流れる電流を、同じ発光点の同色の発光ダイオードのための少なくとも１つの別の電流回路と、同じ発光点の別の色の発光ダイオードとに対する少なくとも１つの別の電流回路とに関して、この遮断に起因する色の偏差が補償されるように制御されるように構成することによって補償される。

該当する発光ダイオードの許容損失電力に関して可能であるならば、同色の発光ダイオードのための少なくとも１つの別の電流回路内の電流が上昇されるように構成することができる。このような構成によって、明るさも色も本来の状態にすることができる。

残りの同色の発光ダイオードの電力上昇が可能でないか、または目的に適っていない場合、別の色の発光ダイオードのための電流回路へ流れる電流を低減させることができる。こうすることによって明るさは低減するが、色は実質的に維持される。

この発展形態の別の有利な構成は、２つの緑色発光ダイオードおよび２つの赤色発光ダイオードをそれぞれ有する発光点を４×８個備えたラスタの場合、これらの赤色発光ダイオードに対して４つの電流回路が設けられている構成である。ここでは電流回路は各２つずつ、チェス盤状にラスタ全体に分布されている同色の発光点の発光ダイオードに割り当てられている。ここでは有利には、緑色発光ダイオードは８つの電流回路に接続されており、この８つの発光点の緑色発光ダイオードのうち１つは、それぞれ１つの電流回路に接続されており、同色の発光点の別の緑色発光ダイオードは別の電流回路に接続されている。

この構成では、赤色発光ダイオードおよび緑色発光ダイオードの所要電圧が異なり、目的に沿った動作電圧は約４０Ｖの高さであるため、１６個の赤色発光ダイオード、しかし８個のみの緑色発光ダイオードが直列接続されることが考慮される。

本発明では、数多くの実施形態が実現可能である。このうちの１つを図面に概略的に、複数の図によって示し、以下で説明する。

図面
図１ 本発明による照明装置によって後方照明されるディスプレイの非常に概略的な図である。

図２ 一実施例の平面図である。

図３ 発光点のうち１つの拡大図である。

図４ 前記実施例の１つの発光点および該発光点の周辺部分の断面図である。

図５ 発光ダイオードの給電の概略図である。

図１は、光源１およびディスプレイ３を有する装置を概略的に示している。この光源１とディスプレイ３との間には、該光源１から送出された光を集束して該ディスプレイ３の面に均一に分布するための光学的装置が設けられている。光源とディスプレイとの間の間隔は、数ｃｍである。光源１の裏面には、熱放散のための冷却体４が設けられている。

図２は、白色のプラスチックフレームを有する光源１の平面図である。ここに図示された実施例では、このプラスチックフレームは８×４個の孔を有しており、これらの孔の中に発光点６が設けられている。プラスチックフレーム５の大きさは、ディスプレイの表示面積に相応する。プラスチックフレーム５および発光点６はアルミニウム板７上に設けられており、このアルミニウム板７は固定および排熱のために使用される。横方向には、フラットリボンケーブル（Flachbandkabel）の形態の線路８が引き出されており、発光ダイオードと電流源とを接続するために使用される。

図３は、発光点６の拡大図である。この発光点６は、プラスチックフレーム５の孔によって形成されている。４つの発光ダイオード９が強調されており、サブマウント１０（図４）上に孔の中心に配置されている。発光ダイオードはボンディングワイヤ１１を介して、線路１４に接続されている。これらの線路１４は、該線路１４によって占有された面積に細い平行線を付与することによって概略的に示されている。有利な実施形態では、これらの発光ダイオードのうち１つは赤色発光ダイオードであり、２つは緑色発光ダイオードであり、４番目の発光ダイオードは青色で発光する。この構成では、光は混合されて白色光になる。サブマウント１０とフレーム５との間の空間には白色の充填材１２が充填されており、この表面１５は、横方向に発光ダイオード９から放射された光のための反射器として使用される。透明な充填材１３によって光源の表面が平滑になり、ボンディングワイヤおよび発光ダイオードが保護される。

図５は、３２個の発光点を有する一実施例の発光ダイオードと電流回路との接続を概略的に示している。これら多数の接続は、不十分かつ非包括的にしか図面に示すことができないので、給電部が個別に図示または記載されている発光ダイオードは、個々の電流回路との対応に相応して異なる記号によって示されている。赤色発光ダイオードのための２つの電流回路が詳細に示されており、この赤色発光ダイオードは以下では赤色ダイオードとも称される。ラスタの列には１〜８の番号が付与されており、行はＡ〜Ｄの文字によって示されている。他の関連する参照記号とは異なり、図５中の列番号はイタリック体で印刷されている。

発光点Ａ１，Ａ３，Ａ５，Ａ７，Ｂ２，Ｂ４〜Ｄ８の各赤色ダイオードＲは１つずつ、１つの電流回路２１に接続されている。この電流回路２１には、制御可能な電流源２２および電流測定抵抗２３も含まれている。同様に、同じ発光点のそれぞれ別の赤色ダイオード、すなわちＡ１，Ａ３〜Ｄ８も、制御可能な電流源２５および電流測定抵抗２６を含む別の電流回路２４に接続されている。それに相応して発光点Ａ１，Ａ３，Ｂ２，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ３，Ｄ２およびＤ４の緑色ダイオードは、別の２つの電流回路に接続されている。これらの電流回路は、ここでは図示されていない。図示されていない別の２つの電流回路が、発光点の緑色ダイオードＡ５，Ａ７，Ｂ６，Ｂ８，Ｃ５，Ｃ７，Ｄ６およびＤ８に給電する。発光点Ａ２，Ａ４，Ａ６，Ａ８〜Ｄ７の給電も、相応に行われる。

これによって、通常の動作状態ではすべての発光ダイオードに、得られる光が所望の色を有するように設定された電流が給電される。ここでたとえば、電流回路２１に接続された赤色ダイオードのうち１つが故障するとこのことは、電流測定抵抗２３において電圧降下が発生しないことによって検出され、電流源２５が制御されて電流回路２４の電流が上昇される。このことが、該当の発光ダイオードの負荷可能状態または個々の発光点の熱均衡の理由から不可能である場合は、緑色ダイオードの電流を低下させる。これは図５には示されていない。

発光点をこのように交互に接続することによって、同じ電流回路に接続された発光点の色および／または明るさの変化時に起こる構造が分かりにくくなり、光学的な手段によって、発光点と各電流回路とをたとえば行状または列状に割り当てるよりも良好に分配できるようになる。

本発明による照明装置によって後方照明されるディスプレイの非常に概略的な図である。 一実施例の平面図である。 発光点のうち１つの拡大図である。 前記実施例の１つの発光点および該発光点の周辺部分の断面図である。 発光ダイオードの給電の概略図である。

Claims (25)

1. 光バルブを有する画像再生装置を後方照明するための照明装置において、
   熱伝導性の担体（７）上に、それぞれ少なくとも１つの発光ダイオード（９）によって構成された発光点（６）が、ラスタの形状で配置されていることを特徴とする照明装置。
2. 該発光点（６）の面積はそれぞれ、ラスタによって得られた面積より小さい、請求項１記載の照明装置。
3. 絶縁性の担体上において、発光点（６）によって占有されていない該担体（７）の面積に線路（１４）が、該発光ダイオード（９）の給電のために配置されている、請求項２記載の照明装置。
4. 前記線路（１４）は、フレキシブルなフィルムに挿入されて案内されており、該担体の外側にフラットライン（８）として続けられている、請求項３記載の照明装置。
5. 該発光点（６）は、良好な熱伝導性を有し該担体（７）と良好に熱伝導結合されるサブマウント（１０）上に取り付けられている、請求項２から４までのいずれか１項記載の照明装置。
6. 該少なくとも１つの発光ダイオード（９）は電気的に絶縁されて、前記サブマウント（１０）上に配置されている、請求項５記載の照明装置。
7. 前記サブマウント（１０）はシリコンから成る、請求項５または６記載の照明装置。
8. 該担体（７）は、超高純度のアルミニウムから成る、請求項５から７までのいずれか１項記載の照明装置。
9. 該担体（７）は銅から成る、請求項５から７までのいずれか１項記載の照明装置。
10. 該担体（７）はヒートシンクに接続されている、請求項５から９までのいずれか１項記載の照明装置。
11. 該発光点（６）間のスペースには、プラスチック（５，１２）が充填されている、請求項２から１０までのいずれか１項記載の照明装置。
12. 各１つの発光点（６）は、複数の発光ダイオード（９）から構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の照明装置。
13. 各１つの発光点（６）の発光ダイオード（９）は、異なる色の光を送出する、請求項１２記載の照明装置。
14. ４つの発光ダイオード（９）が１つの発光点（６）を形成する、請求項１２または１３記載の照明装置。
15. ２つの緑色発光ダイオードと、１つの青色発光ダイオードと、１つの赤色発光ダイオードとが、各発光点（６）ごとに設けられている、請求項１４記載の照明装置。
16. 該発光点（６）はそれぞれ１つの反射器（１５）によって包囲されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の照明装置。
17. 前記反射器（１５）によって形成され該発光点を含む凹入部に、透明なプラスチック（１３）が充填されている、請求項１６記載の照明装置。
18. 該発光ダイオードはグループごとに、それぞれ１つの電流回路に直列接続されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の照明装置。
19. それぞれグループに所属する発光ダイオードを有する該発光点は、別のグループの発光点に交互に接続されている、請求項１８記載の照明装置。
20. 発光点ごとに複数の同色の発光ダイオードが設けられている場合、該同色の発光ダイオードは異なる電流回路に接続されている、請求項１８または１９記載の照明装置。
21. 個々の電流回路に供給される電流を制御するための制御装置が設けられており、
    前記制御装置は、同色の発光ダイオードのための電流回路のうち１つが遮断された場合、電流回路へ流れる電流を、同色の発光ダイオードのための少なくとも１つの別の電流回路と、別の色の発光ダイオードのための少なくとも１つの別の電流回路とに関して、遮断に起因する色偏差が補償されるように制御する、請求項２０記載の照明装置。
22. 同色の発光ダイオードの前記少なくとも１つの別の電流回路へ流れる電流が上昇される、請求項２１記載の照明装置。
23. 別の色の発光ダイオードのための電流回路へ流れる電流が低減される、請求項２１記載の照明装置。
24. ４×８個の発光点のラスタが設けられており、各発光点は２つの緑色発光ダイオードと２つの赤色発光ダイオードとを有する場合、前記赤色発光ダイオードに対して４つの電流回路が設けられており、
    同じ発光点の発光ダイオードにそれぞれ２つの電流回路が割り当てられており、
    前記発光ダイオードは、チェス盤状に前記ラスタ全体に分布されている、請求項１８から２３までのいずれか１項記載の照明装置。
25. 緑色発光ダイオードは８つの電流回路に接続されており、
    ８つの発光点の緑色発光ダイオードは各１つずつ、１つの電流回路に接続されており、
    同じ発光点の別の緑色発光ダイオードは、別の電流回路に接続されている、請求項２４記載の照明装置。

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