JP2010503961A

JP2010503961A - 照明システム、照明器具および表示デバイス

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Publication number: JP2010503961A
Application number: JP2009527951A
Authority: JP
Inventors: ヴィレムエルエイツェルマン; ヒューゴジェイコルネリッセン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: EP2067065B1; CN101517442B; BRPI0718453A2; WO2008035256A2; US20100172153A1; EP2067065A2; US20110228532A1; WO2008035256A3; US8246235B2; JP5384347B2; US7959343B2; CN101517442A

Abstract

改善された均質性を有する照明システムを提供すること。本発明は、主波長の光W を放射するための少なくとも1つの光源 10と、光放射窓16、当該光放射窓の反対側に位置する後部壁18、および光放射窓および後部壁の間に延在する端部壁20を備える光透過パネル14とを備える照明システム4に関する。LEDからの光は、光透過パネル内にカップリングされ、かつ実質的に、内部全反射を介して運ばれる。後部壁には、凹部の二次元アレイ 22、24が設けられる。凹部22のサブセットは、後部壁に実質的に規則正しく分布させられる。サブセット 22からの各凹部22A、22B、22Cは、散乱材料26を備える。光透過パネルからの光が凹部の散乱材料に到達する時、光の一部 W'は、散乱を介して、光透過パネルからカップリング・アウトされる。後部壁上の散乱材料の規則的な分布は、光放射窓を介して放射される光の均質性を改善する。照明システムの一実施例において、散乱材料は、主波長の光UV を吸収し、かつ更なる主波長の光R、G、Bを放射するルミネッセント材料28を備える。

Description

本発明は、光源と、光放射窓、当該光放射窓の反対側に位置する後部壁、および光放射窓および後部壁の間に延在する端部壁を備える光透過パネルとを備える照明システムに関する。

本発明は、また、照明器具および表示デバイスに関する。

このような照明システムは、本質的に公知である。これらは、とりわけ、一般的な照明目的のため、例えば、オフィス照明、または店舗照明、例えば、陳列窓の照明、または、例えば、その上に宝飾品が陳列されているガラスまたは（透明な）合成樹脂の(透明または半透明な）板の照明のための照明器具として使用される。代替の応用は、広告掲示板を照明するためのこのようなシステムの使用である。

このような公知の照明システムは、また、例えば、テレビ受像機およびモニタのための（画像）表示デバイスにおける背面放射パネルとしても使用される。これらのシステムは、特に、（携帯型）コンピュータまたは（携帯型）電話機において使用される、LCDパネルとも称される液晶表示デバイスのような非発光型ディスプレイのためのバックライトとしての使用に適している。

これらの表示デバイスは、通常、その各々が少なくとも1つの電極により制御される、規則的なパターンのピクセルが設けられた基板を備える。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いて、画像またはデータのグラフ表示を実現するための制御回路を利用する。LCD デバイス内のバックライトから発生する光は、様々なタイプの液晶効果を使用して、スイッチまたは調整器によって調整される。加えて、表示は、電気泳動または電気機械効果に基づくことが可能である。

冒頭の節に述べられた照明システムは、発光ダイオード（さらにLEDとも称される）を備える。このLEDは、光放射パネルの光透過端部面の近くにまたは接して設けられても良く、この場合、光源から発生する光は、動作中、光透過端部面に入射し、かつそれ自身をパネル内に分布させる。これに代えて、照明システムは、光透過パネルの後部壁に分布可能な、複数のLEDを備える。

イメージ表示デバイスを照明するためのこのようなシステムは、米国特許出願第2004/0130515号により公知である。照明システムは、複数のLEDおよび光ガイド板を備える。これらのLEDは、イメージ表示デバイスの直接照明のために、規則的なアレイに配列される。光ガイド板は、規則的なアレイのLEDとイメージ表示デバイスとの間に配列され、かつ各凹部が複数のLEDからの1つのLEDを備える複数の凹部を有する。公知の照明システムは、光放射窓が全体にわたって相対的に悪い均質性を有するという不利点を有する。

本発明の目的は、改善された均質性を有する照明システムを提供することである。

本発明の第一の観点に従って、この目的は、
主波長の光を放射するための少なくとも１つの光源と、
光放射窓、当該光放射窓の対向側に位置する後部壁、および前記光放射窓と前記後部壁との間に延在する端部壁、を備える光透過パネルであって、前記光源によって放射された前記光の少なくとも一部を前記光透過パネル内にカップリングするための光入射窓をさらに備え、動作中、実質的に前記光放射窓と前記後部壁との間の内部全反射を介して、当該光が前記光透過パネルを通して送られる光透過パネルと、
を備える照明システムであって、
前記光透過パネルの前記後部壁には凹部の二次元アレイが設けられ、凹部の前記二次元アレイの凹部のサブセットが前記後部壁に実質的に規則正しく分布させられ、凹部の前記サブセットの各凹部が前記光放射窓を通して前記光透過パネルから光を出力するための散乱材料を備える、
照明システムにより実現される。

本発明による手段の効果は、少なくとも1つの光源により放射される光が、後部壁上に実質的に規則正しく分布させられる凹部内の散乱材料を介し、照明システムの光透過パネルからカップリング・アウトされることである。少なくとも1つの光源により放射される光は、光透過パネル内にカップリングされ、かつ光放射窓および後部壁間の内部全反射を介して、光透過パネルを通して進む。光を光透過パネル内に閉じ込めることに起因し、少なくとも1つの光源により放射される光は、混合され、かつ光透過パネル内に実質的に均質に分布させられる。凹部のサブセットは、後部壁に実質的に規則正しく分布させられ、後部壁上の散乱材料の実質的に規則的な分布をもたらす。散乱材料のこの実質的に規則的な分布は、光放射窓から放射される光の均質な分布を生成する。公知のシステムにおいて、（さらにLEDとも称される）複数の発光ダイオードは、イメージ表示デバイスの直接照明のために、マトリクスに配列される。光ガイド板は、光ガイド板のエリアの一部に光を分布させるために、複数のLEDおよびイメージ表示デバイス間に配列される。しかしながら、LEDの放射間の強度および／または色変化のような、複数のLED内のLED放射特性の変化に起因して、LEDのマトリクス全体にわたる光の放射の均質性は、相対的に悪く、光ガイド板からイメージ表示デバイスに放射された光の相対的に悪い均質性をもたらす。この相対的に悪い均質性は、イメージ表示デバイス上で、明らかに見てわかる。LEDのマトリクス内のLEDの放射の差に起因する均質性のこの低減を避けるための公知の対処は、各LEDをテストしかつLEDの特有のマトリクス用に実質的にマッチする放射特性を有するLEDを選択することである。一般にビニング(binning)としても公知のこのプロセスは、相対的に費用のかかる解決である。本発明による照明システムにおいて、光放射パネルの後部壁は、散乱材料を備える凹部のサブセットを備える。サブセットの凹部は、後部壁上に実質的に規則正しく分布させられ、この結果、後部壁上の散乱材料の実質的に規則的な分布をもたらす。光透過パネルからの光が、凹部のサブセットの特定の凹部に到達する時（典型的に、数回の内反射の後）、光は、特定の凹部を貫通し、かつ散乱材料により散乱させられる。続いて、散乱光の一部は、光透過パネルからカップリング・アウトされるであろうし、および一部は、光透過パネル内に内部全反射を通して、再び閉じ込められるであろう。後部壁上の散乱材料の規則的な分布は、光放射窓を介して放射される光の均質性を改善する。

本発明による照明システムの使用は、照明システムからの直接のグレアを防ぐという更なる利点を有する。直接のグレアは、不十分に遮蔽された光源から生じる目に見える不快である。特に、照明器具のような一般の照明システムにおいて本発明による照明システムを使用する時、照明器具の光は、好ましくは、直接目に見えるべきではない、または予め定義された規則に従って遮蔽されるべきである。本発明による照明システムにおいて、放射される光は、光放射窓を通して光透過パネルから散乱された、光透過パネルからの閉じ込められた光から生じる。少なくとも1つの光源により放射された光は、実質的に閉じ込められ、かつ光透過パネルの内側に混合され、および散乱材料を介して光透過パネルから実質的に放射されるのみである。この配列に起因して、少なくとも1つの光源は、照明システムを光放射窓を介して眺める時、直接目に見えず、従って、照明システムからの直接のグレアは、防がれる。

照明システムの一実施例において、散乱材料は、主波長の光を吸収し、かつ更なる主波長の光を放射するルミネッセント材料を備える。この実施例は、ルミネッセント材料の請求された配列により、ルミネッセント材料の相対的に広範な範囲を、本発明による照明システムに使用することができるという利点を有する。一般に、公知の照明システムにより放射される更なる主波長を決定するルミネッセント材料は、例えば、発光ダイオード上、または、例えば、高圧放電灯上で、光源に直接適用される。しかしながら、これらの材料が、動作中、光源の相対的高温に耐えることができなければならず、かつ同時に、動作中、光源により放射される相対的に高い光のエネルギー束に耐えることができなければならないので、光源に直接適用されるルミネッセント材料の選択は、制限される。それにもかかわらず、高温および高い光のエネルギー束は、一般にルミネッセント材料の緩やかな劣化をもたらし、照明システムの効率を緩やかに低減する。本発明による照明システムにおいて、ルミネッセント材料は、凹部のサブセットにおいて、光源から離れて適用される。ルミネッセント材料のこの配列は、高温および高い光のエネルギー束に耐性があるというルミネッセント材料の要求を低減し、加えて、ルミネッセント材料の緩やかな劣化を低減する。

主波長の光は、中心波長の周りの予め定義されたスペクトルバンド幅の光を備える。例えば、主波長青色の光を放射するLEDは、例えば、10 nmのスペクトルバンド幅を有する、例えば、470 nmの中心波長で、光を放射する。LEDからの主波長の光の別の具体例は、例えば、405 nmの中央波長、かつ、例えば、5 nmのスペクトルバンド幅を有する主波長UVの光である。赤色、緑色および青色を使用することにより、（白色を含む）完全色のイメージは、例えば、このシステムが表示デバイスに適用される時、照明システムにより生成可能である。また、主波長の光の他の組合せ、例えば、赤色、緑色、青色、シアン、黄色および白色は、照明システムにおいて使用可能である。

照明システムの一実施例において、散乱材料は、各ルミネッセント材料が主波長の光を吸収し、かつ更なる主波長の光を放射する、複数のルミネッセント材料の混合を備える。この実施例は、ルミネッセント材料の混合が、異なるルミネッセント材料の異なる更なる主波長の和が可視の電磁スペクトルの主要な部分を覆うように選択可能であるという利点を有し、相対的に高い色調指標を有する照明システムをもたらす。この実施例は、照明システムにより照明される時、物体の色の正確な再現を得るために、相対的に高い色調指標を一般に要求する、一般の照明アプリケーションにおいて特に有益である。

照明システムの一実施例は、さらに、光透過パネルから放射される光の予め定義された角分布を生成するための光放射窓に実質的に平行に配列されるビーム成形エレメントを備える。予め定義された角分布は、照明器具のような一般の照明システムにおいて要求される角分布にマッチさせるための、例えば、ビーム成形エレメントを使用することにより、適応可能である。照明器具において、予め定義された規則に従って照明器具から放射された光は、例えば、照明器具からのグレアを低減するために、遮蔽されなければならない。例えば、予め定義された規則は、照明器具から放射された光の角分布を、光放射窓に垂直に配列された軸から、例えば、60°の範囲内に制限されるように規定する。ビーム成形エレメントは、例えば、レンズ状エレメントのアレイ、または、例えば、フレネルレンズ・エレメントのアレイであることが可能である。レンズ状エレメントまたはフレネルレンズ・エレメントは、例えば、凹部の二次元アレイに相補的なアレイに配列される。

照明システムの一実施例において、実質的に、凹部のアレイ内の各凹部は、放射壁と、放射壁および後部壁の間に延在する側部壁とにより構成され、放射壁は、実質的に光放射窓に平行に配列される。一般に、側部壁と共に放射壁の形および寸法は、光放射パネルの放射特性に寄与する。

照明システムの一実施例において、凹部の放射壁および側部壁は、実質的に垂直に配列される。散乱材料から放射壁を通して散乱される光は、一般に、光透過パネルにより光放射窓を介して放射されるであろうし、かつ散乱材料から側部壁を通して散乱される光は、一般に、光透過パネル内に再び閉じ込められるであろう。放射壁および側部壁の実質的に垂直な配列は、光放射パネルにより放射された散乱材料からの光と、光放射パネルの内側に閉じ込められた散乱材料からの光との明白な分離をもたらす。

照明システムの一実施例において、光源は、複数の発光ダイオードと複数の光入射窓とにより構成され、複数の発光ダイオードは、凹部の二次元アレイの更なる凹部の更なるサブセットに配列され、更なる凹部は複数の光入射窓を構成する。この実施例は、後部壁に平行に配列された単一の基板が発光ダイオードを載せるために、および散乱材料を適用するために使用可能であるという利点を有する。このことは、照明システムの組み立てを簡単にし、かつ典型的に生産コストを低減する。この実施例は、複数のLEDにより放射された光が、光透過パネルの内側に混合され、かつ光透過パネル内に実質的に均質に分布させられるという更なる利点を有する。LEDからの光は、凹部のサブセット内の散乱材料を介してカップリング・アウトされる。異なるLED間の放射された強度および／または色の差異または変化は、光透過パネルの内側で混合され、光透過パネルにより放射された光の均質性を改善し、かつLEDをビニングするための必要を排除する。

照明システムの一実施例において、複数の発光ダイオードは、更なる凹部の更なるサブセット内に配列された、側部放射型発光ダイオードであり、側部放射型発光ダイオードは、動作中、実質的に光放射窓に平行に光を放射するために、配列される。側部放射型LEDの使用は、更なる凹部が、散乱材料を備える凹部に同じであることが可能であるという利点を有する。側部放射型 LED以外のLEDの使用は、一般に、カップリングされた状態の(in-coupled)光が、続いて、光透過パネルを通して内部全反射を介して運ばれるように、更なる凹部に、LEDからの光が光透過パネル内にカップリングされることを保証する配列を含むことを要求する。このような配列は、例えば、更なるサブセットの更なる凹部の放射壁の特有の形状を含むことができる。側部放射型 LEDの使用は、散乱材料を備える凹部と更なる凹部の両方が同じであることを可能にし、光透過パネルの簡略化、および典型的に生産コストの低減をもたらす。

照明システムの一実施例において、更なるサブセットの更なる凹部は、サブセットの凹部と混合され、凹部と更なる凹部の混合は、後部壁に実質的に規則正しく分布させられている。この実施例は、LEDが、後部壁上に規則正しく分布させられているという利点を有し、従って、LEDのより容易な冷却を可能にする。その上、散乱材料を備える凹部と更なる凹部の両方が同じである実施例において、凹部の二次元アレイ内のLEDおよび散乱材料の分布は、光透過パネルを変えることなく、容易に適応可能である。このことは、光透過パネルの放射特性の容易な変更を可能にする。

本発明は、また、本発明による照明システムを備える照明器具および表示デバイスに関する。

本発明による照明システムの断面図である。本発明による照明システムの断面図である。本発明による照明システムの上面図である。本発明による照明システムの更なる実施例の断面図である。発光ダイオードを備える光透過パネル内に配列された更なる凹部の断面図である。発光ダイオードを備える光透過パネル内に配列された更なる凹部の上面図である。発光ダイオードを備える光透過パネル内に配列された更なる凹部の断面図である。発光ダイオードを備える光透過パネル内に配列された更なる凹部の上面図である。散乱光のどの部分が放射され、および散乱光のどの部分が、光透過パネル内に再び閉じ込めるかを示す、照明システムの断面図である。本発明による照明システムを備える照明器具を示す。本発明による照明システムを備える表示デバイスを示す。

本発明のこれらおよび他の観点は、以下に記載される実施例に基づいて、明らかにされ、かつ解明されるであろう。

図面は、純粋に線図であり、かつ正確な縮尺率で描かれていない。特に明瞭化のために、幾つかの寸法が強く誇張される。図中の同様の構成要素は、可能な限り同じ参照番号で表される。

図1Aおよび1Bは、本発明による照明システム2、4の断面図である。照明システム2、4は、少なくとも 1つの光源、例えば、主波長の光R、G、B、UV、Wの、例えば、主波長白色W （図1Aを参照）または、例えば、主波長紫外線 UV（図２を参照）を放射するための発光ダイオード 8、10 （さらにLEDとも称される）を備える。照明システム2、4は、さらに、光放射窓16、光放射窓16の反対側に位置する後部壁18、および光放射窓16と後部壁18との間に延在する端部壁20を備える光透過パネル14を備える。光透過パネル14は、LED8、 10により放射される光Wの少なくとも一部を光透過パネル14内にカップリングするように配列される。このことは、例えば、光入射窓21（図1Aを参照）を備える、例えば、端部壁20を介して、または、例えば、更なる凹部24の側部壁38（図1Bを参照）を介して行なうことが可能である。光透過パネル14内の光Wは、実質的に、光放射窓16と後部壁18との間の内部全反射を介して運ばれる。後部壁18には、凹部22、24の二次元アレイ（図1Cを参照）が設けられている。サブセットの凹部22は、後部壁18上に実質的に規則正しく分布される。サブセット 22 の各凹部22A、 22B、 22C、 22Dは、光放射窓16を通して光透過パネル14から光Wをカップリング・アウトするための、散乱材料26、例えば、酸化チタン(TiO2)、または酸化アルミニウム (Al2O3)、または酸化タルタン(Ta2O5)の粒子を備える。光透過パネル14からの光Wが凹部22のサブセットの特定の凹部22A、22B、22C、22Dに到達する時、光Wは、特定の凹部22A、22B、22C、22Dを貫通し、かつ散乱材料26により散乱される。続いて、散乱光W'の一部は、光透過パネル14からカップリング・アウトされるであろうし、かつ一部は、内部全反射を介し光透過パネル14内に再び閉じ込められるであろう。後部壁18上の散乱材料26の規則的な分布は、光放射窓16を介して放射される光W'の均質性を改善する。

凹部22、 24の二次元アレイ内の各凹部22A、 22B、 22C、 22D、 24A、24B（図2および3を参照）は、放射壁36および放射壁36と後部壁18との間に配列される側部壁38を備える。放射壁36を介して凹部22A、 22B、 22C、22Dから遠くへ散乱される光W'は、一般に、光透過パネル14により、放射され、かつ側部壁38を介して凹部22A、 22B、 22C、 22Dから遠くへ散乱される光W'は、典型的に、光透過パネル14内に再び閉じ込められ、かつ一般に、凹部22のサブセットの次の凹部22A、 22B、 22C、 22Dを介して光透過パネル14からカップリング・アウトされるであろう。このことは、光透過パネル14により放射される散乱光W'のその部分と光透過パネル14内に再び閉じ込める散乱光W'のその部分を明かく白に分離する。

図1Aおよび1Bは、例えば、散乱材料26が適用される基板15を示す。これに代えて、散乱材料は、凹部22のサブセットの凹部22A、 22B、 22C、22D内に堆積させることが可能である。LED10は、例えば、基板15上に付けることも可能であり、この場合、基板15は、LED10に電力を供給するための電気接点 (図示されない）を備えることが好ましい。基板15は、フレキシブル・フォイルまたはプリント基板とすることが可能であり、かつ散乱材料26によって光放射窓16に向かって基板15の裏の方向に散乱される光をリサイクルするために、少なくとも部分的に鏡のように反射することが好ましい。

主波長の光R、G、B、UV、Wは、中心波長の周りに予め定義されたスペクトルバンド幅の光を備える。例えば、主波長青色B （図示されない）の光を放射するLED8、10は、例えば、10 nmのスペクトルバンド幅を有する、例えば、470 nmの中心波長で光を放射する。LED8、10からの主波長の光の別の具体例は、例えば、照明システム2、4が表示デバイス50 （図5を参照）において適用される場合、例えば、405 nmの中央波長、および例えば、5 nmのスペクトルバンド幅を有する主波長UV （図2を参照）の光である。赤色R （図示されない）、緑色G （図示されない）および青色Bを使用することにより、（白色を含む）完全色イメージは、照明システム2、4により、生成可能である。また、主波長R、G、B、UV、Wの光の他の組合せ、例えば、赤色R、緑色G、青色B、シアン C（図示されない）、黄色Y（図示されない）および白色Wは、照明システム2、4において使用可能である。

図1Aは、LED8が光透過パネル14の端部壁20に配列される照明システム2の一実施例を示す。端部壁20は、例えば、LED8により放射される光Wにカップリングするための光入射窓21を備える。一般に、光透過パネル14の端部壁20の残りの部分は、光Wを光透過パネル14の内側に閉じ込めるように反射する。図1Aは、LED8により放射される光Wのビームを示す。光Wのこのビームは、内部全反射を介して光放射窓16から反射され、かつ、反射の後、凹部22のサブセットの1つの特定の凹部22A、22B、 22C、22Dに到達し、かつこの特定の凹部22A、22B、22C、22Dに入る。光Wは、光Wを散乱させ、光ビーム Wの伝播の方向を、例えば、光ビーム W'に変える、特定の凹部22A、22B、22C、22D 内の散乱材料26に到達する。散乱光ビーム W'は、特定の凹部22A、22B、22C、22Dの放射壁36を介して、光放射窓16を介して、光透過パネル14から離れて放射される。

図1Bは、更なるサブセットの更なる凹部24内に配列される、少なくとも1つの側部放射型 LED10を備える照明システム4の一実施例を示す。照明システム4は、凹部22のサブセット間に規則正しく分布させられる、更なるサブセット 24の更なる凹部24A、 24B内に配列される、複数の側部放射型LED（図1Cを参照）を備えることが好ましい。側部放射型LEDは、更なる凹部24A、24Bの側部壁38を介して、実質的に光放射窓16に平行に、光を放射する。側部放射型LED10のこの配列は、光透過パネル14の内側の光が内部全反射を介して運ばれるように、側部放射型LEDによって光透過パネル14内に放射された光W の効果的なカップリングを可能にする。図1Bは、LED10により放射された光Wのビームを再び示す。光Wのこのビームは、内部全反射を介して光放射窓16から反射され、かつ特定の凹部22A、 22B、 22C、 22Dに入る。光Wは、特定の凹部22A、22B、22C、22D 内の散乱材料26により散乱される。散乱光ビーム W'は、凹部22A、22B、22C、22Dの放射壁36を介して、光放射窓16を介して、かつビーム成形エレメント30を介して、光透過パネル14から離れて放射される。

図1Bに示される本発明による照明システム2、4は、ビーム成形エレメント30を備える。ビーム成形エレメント30は、実質的に、光透過パネル14の光放射窓16に平行に配列されることが好ましい。図1Bにおいて、小さなギャップ 33は、ビーム成形エレメント30および光透過パネル14間に配列される。ギャップ 33は、例えば、空気または光透過パネル14の内側の光Wが、内部全反射を介して実質的に閉じ込められることを保証する特定の屈折率を有する材料で満たしても良い。これに代えて、ビーム成形エレメント30は、特定の屈折率を有する材料により構成される。この場合、図1A および 1Bに示されるギャップ 33を省くことができ、かつビーム成形エレメント30を光放射窓16に直接付けることができる。ビーム成形エレメント30は、光透過パネル14から放射される、光W'の予め定義された角分布 32（図4を参照）を生成する。予め定義された角分布 32は、例えば、照明器具40 （図5を参照）のような一般の照明システムに要求される角分布 32にマッチする。照明器具40において、照明器具40から放射された光W'は、例えば、照明器具40からのグレアを低減するために、予め定義された規則に従って、遮蔽されなければならない。例えば、予め定義された規則は、照明器具40から放射される光の角分布 32を、光放射窓16に垂直に配列された軸 34 （図4を参照）から、例えば、60°以内に制限されるように規定する。ビーム成形エレメント30は、例えば、レンズ状エレメント30のアレイ、または、例えば、フレネルレンズ・エレメントのアレイ（図示されない）とすることが可能である。レンズ状エレメント30またはフレネルレンズ・エレメントは、例えば、凹部22のサブセット（図1Cを参照）に相補的なアレイに配列される。これに代えて、凹部22A、22B、22C、22Dの放射壁36は、更なるビーム成形エレメントを構成するように、（図示されない）凸面形または（図示されない）凹面形とすることができる。

照明システム4の一実施例において、凹部22のサブセットおよび更なるサブセットの更なる凹部24は、同じ凹部22A、22B、22C、22D、24A、24Bである。この実施例は、光透過パネルの生産を簡単にするという利点を有する。それは、凹部22A、22B、22C、22Dおよび更なる凹部24A、24Bの分布を、光透過パネル14を変えることなく、例えば、基板15上のLED10 および／または散乱材料26の分布を変えることにより、容易に変えることができるという更なる利点を有する。凹部22A、22B、22C、22Dおよび更なる凹部24A、24Bの分布を変えることは、例えば、照明システム2、4の光放射特性を変える。

これに代えて、本発明による照明システム2、4は、端部壁20と更なるサブセットの凹部24の両方に配列されるLEDを備える。

図1Cは、本発明による照明システム4の上面図である。散乱材料26を備える凹部22のサブセットは、光透過パネル14の全体に、実質的に規則正しく分布される。各々光を実質的に光放射窓16に平行に光透過パネル14内に放射する側部放射型LED10を備える、更なるサブセット24の複数の更なる凹部24A、24Bは、散乱材料26を備える凹部22A、22B、22C、22D間で混在させられる。図1Cは、さらに、例えば、凹部22、24の二次元アレイに相補的なアレイに配列されるレンズ状エレメント30のアレイにより構成されるビーム成形エレメント30を示す。

図2は、本発明による照明システム6の更なる実施例の断面図である。図2に示される実施例において、照明システム6は、図1Bおよび1Cに示される照明システム4と同じ、凹部22のサブセットと混合される、更なる凹部24の更なるサブセットに、配列される複数のLEDを備える。更なる凹部24A、24Bに配列されるLED10は、主波長、例えば、紫外線UVの光を放射する、側部放射型LED10であることが好ましい。凹部22A、22B、22C、22Dは、例えば、主波長紫外線 UVの光を吸収し、かつ更なる主波長、例えば、（図2において破線で示される）赤色Rの光を放射するルミネッセント材料28を備える。

公知の照明システムにおいて、ルミネッセント材料は、LEDにより放射される主波長を更なる主波長に変えるように、直接、LEDに適用される。このルミネッセント材料は、動作中、LEDの相対的高温に耐えることができなければならず、かつ同時に、動作中、LEDにより放射される相対的に高い光のエネルギー束に耐えることができなければならない。図2に示される本発明による照明システム2、4、6において、ルミネッセント材料28は、凹部22のサブセットの凹部22A、22B、22C、22Dに配列される。ルミネッセント材料28は、主波長紫外線 UVの光を吸収し、かつ更なる主波長赤色Rの光を放射する。ルミネッセント材料28は、LED10から隔てて位置を定められ、このことは、ルミネッセント材料28が相対的に高温および相対的に高い光のエネルギー束に耐える必要性を緩和する。これらの緩和された温度および光のエネルギー束の要求故に、異なるルミネッセント材料28の増加された範囲は、図2に示される配列に使用可能である。その上、相対的に高温および相対的に高い光のエネルギー束は、一般に、ルミネッセント材料28の緩やかな劣化をもたらす。図2に示される配列は、ルミネッセント材料28の緩やかな劣化を低減し、照明システム8の寿命を増加させる。

複数のLED8、10を使用するとき、本発明による照明システム2、4、6は、光透過パネル14の内側の複数のLED8、10によって放射される光W、UVを混ぜ合わせる。光透過パネル14内の光W、UVのこの混合は、複数のLED8、10におけるLED8、10間の差が実質的に視覚に感じられず、従って、LED8、10をビニングする必要を排除するという利点を有する。その上、光W、UVの混合に起因し、例えば、複数のLED8、10におけるLED8、10の1つが機能しなくなる時でさえ、光放射窓16の上の光W'、Rの放射は、実質的に均質のままである。光透過パネル14により放射される光W'、Rの均質性は、主に、散乱材料26またはルミネッセント材料28を備える凹部22のサブセットの分布により決定され、および各凹部22A、22B、22C、22Dにおける散乱材料26またはルミネッセント材料28の均質な分布により決定される。例えば、散乱材料26またはルミネッセント材料28は、スクリーン印刷、インクジェット式印刷または電気泳動コーティングのような周知の方法を使用して、実質的に均質に適用可能である。

図3A、3B、3Cおよび3Dは、LED10を備える、光透過パネル14内に配列される、更なる凹部24の更なるサブセットの1つの更なる凹部24Aの断面図（図3Aおよび3C）および上面図（図3Bおよび3D）である。

図3Aおよび3Bにおいて、更なる凹部24Aは、側部放射型 LED10を備える円筒形に形作られた更なる凹部24Aである。側部壁38は、更なる凹部24Aの放射壁36に実質的に垂直に配列される。図3Aおよび3Bに示される実施例において、側部放射型LED10は、光透過パネル14の光放射窓16に平行な実質的に全ての方向に光Wを放射する。実質的に、更なる凹部24Aから光透過パネル14内に放射壁36を介して通過する光のみが、例えば、更なる凹部24Aの内側の反射から生じる迷光となる。

図3Cおよび3Dにおいて、更なる凹部24Aは、側部放射型LED12を備える、立方体に形作られた更なる凹部24Aである。側部放射型LED12は、光透過パネル14の光放射窓16に平行な実質的に1つの方向に光Wを放射する。実質的に1つの方向のみに光を放射する、側部放射型LED12を備える更なる凹部24Cは、光を光透過パネル14に放射するために使用されない、立方体に形作られた更なる凹部24Cの側面に反射面 25を備えることが好ましい。反射面 25は、例えば、反射する箔25（例えば、アルミニウムまたはESR箔）、または立方体に形作られた更なる凹部24Cからの光の放射を可能にするために、立方体に形作られた更なる凹部24Cの1つの側面が覆われないように、ホール内に堆積された反射する層（例えば、アルミニウム、銀、または金の層）とすることが可能である。

図4は、散乱光W'のどの部分が放射され、かつ散乱光のどの部分が、光透過パネル14内に再び閉じ込めるかを示す、照明システム4の断面図である。点を打ったエリアは、光が、凹部22A、22B、22C、22Dから、放射壁36から、または側部壁38からの何れかから放射されるところを示す。点を打ったエリアは、光透過パネル14の屈折率および凹部22A、22B、22C、22Dの内側の屈折率の組合せにより決定される、角度αおよびβにより定義される。散乱材料26が空気内に配列され（凹部22A、22B、22C、22Dの内側の屈折率が、実質的に 1に等しい：n_R=1.0）および光透過パネルが、例えば、（約1.5の屈折率を有する：n_L=1.5）ガラスにより構成される一実施例において、角度αおよびβは、約 42°である。この結果、凹部22A、22B、22C、22Dから側部壁38を介して放射される実質的に全ての光Wは、内部全反射を介し光透過パネル14内に閉じ込められる。その上、凹部22A、22B、22C、22Dから放射壁36を介して放射される実質的に全ての光W'は、光放射窓16を介して光透過パネル14により放射される。図4に示される照明システム4は、さらに、照明システム4により放射される光の角分布 32を決定するビーム成形エレメント30を備える。照明器具40 （図5を参照）において、予め定義された規則に従って照明器具40から放射される光は、例えば、照明器具40からのグレアを低減するために、遮蔽されなければならない。例えば、予め定義された規則は、照明器具40から放射される光の角分布 32が、光放射窓16に垂直に配列された軸 34から、例えば、60°の範囲内になければならないことを規定する。ビーム成形エレメント30は、例えば、この角分布 32を得るために、配列すされる。ビーム成形エレメント30は、例えば、レンズ状エレメントのアレイとすることができる。レンズ状エレメントのピッチは、単一の凹部22A、22B、22C、22D から放射される全ての光が単一のレンズ状エレメントにより取り込まれるように、選択されることが好ましい。

図5Aは、本発明による照明システム4を備える照明器具40の概略線図である。照明器具は、例えば、オフィス、店舗、家庭で使用される、または、例えば、街路灯用の照明ユニットとして使用される、完全な照明ユニットである。照明器具40から放射される光の角分布 32 （図4を参照）は、一般に、ビーム成形エレメント30を使用することにより影響される可能性のある、グレアを避けるために制限されなければならない。しかしながら、色調指標は、照明器具40による物体（図示されない）の照明が物体の色の正確な再現をもたらすように、可能な限り高くすることが好ましい。この高い色調指標は、例えば、実質的に全可視電磁スペクトルをカバーする光を一緒に放射する、異なるルミネッセント材料28の広範な混合を使用することにより得ることができる。

図5Bは、本発明による照明システム4を備える表示デバイス50の概略線図である。表示デバイス50は、典型的に、液晶セルのアレイにおいてセルの透過を変更することによりディスプレイ52上にイメージを作成することができる、液晶セルのアレイのような、非発光型ディスプレイ52を備える。照明システム4は、バックライティング・システムとして使用される。放射される光の角分布および放射される光の色調指標に関する要求は、典型的に、照明器具40と比較して、異なる。両方とも、例えば、ビーム成形エレメント30、およびルミネッセント材料28の混合または異なるLEDの混合を、それぞれ使用することにより、適応可能である。

上記実施例が本発明を制限するのではなく説明すること、および当業者が添付の特許請求の範囲の範囲を逸脱することなく多くの代替実施例を設計することができることに留意する必要ある。

特許請求の範囲において、括弧間に配置された任意の参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されない。動詞「備える(comprise)」およびその活用の使用は、請求項において述べられるそれらより他のエレメントまたはステップの存在を除外しない。エレメントに先行する冠詞「1つの(a)」または「1つの(an)」は、複数のこのようなエレメントの存在を除外しない。本発明は、いくつかの異なったエレメントを備えるハードウェアによって実施可能である。いくつかの手段を列挙しているデバイスの請求項において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの全く同一のアイテムによって実施可能である。ある手段が相互に異なる従属な請求項において詳述されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが効果的に使われることができないことを示さない。

Claims

主波長の光を放射するための少なくとも１つの光源と、
光放射窓、当該光放射窓の対向側に位置する後部壁、および前記光放射窓と前記後部壁との間に延在する端部壁、を備える光透過パネルであって、前記光源によって放射された前記光の少なくとも一部を前記光透過パネル内にカップリングするための光入射窓をさらに備え、動作中、実質的に前記光放射窓と前記後部壁との間の内部全反射を介して、当該光が前記光透過パネルを通して送られる光透過パネルと、
を備える照明システムであって、
前記光透過パネルの前記後部壁には凹部の二次元アレイが設けられ、凹部の前記二次元アレイの凹部のサブセットが前記後部壁に実質的に規則正しく分布させられ、凹部の前記サブセットの各凹部が前記光放射窓を通して前記光透過パネルから光を出力するための散乱材料を備える、
照明システム。
前記散乱材料が、前記主波長の光を吸収し、更なる主波長の光を放射するルミネッセント材料を備える請求項１に記載の照明システム。
前記散乱材料が、各ルミネッセント材料が前記主波長の光を吸収し、かつ更なる主波長の光を放射する複数のルミネッセント材料の混合を備える、請求項１に記載の照明システム。
前記照明システムが、前記光透過パネルから放射される前記光の予め定義された角分布を生成するための、前記光放射窓に実質的に平行に配列されたビーム成形エレメントをさらに備える、請求項１から請求項３の何れかに記載の照明システム。
凹部の前記アレイ内の各凹部が、実質的に、放射壁と、前記放射壁および前記後部壁間に延在する側部壁とで構成され、前記放射壁が実質的に前記光放射窓に平行に配列される請求項１から請求項３の何れかに記載の照明システム。
前記放射壁および前記凹部の前記側部壁が実質的に垂直に配列される請求項５に記載の照明システム。
前記光源が複数の発光ダイオードおよび複数の光入射窓により構成され、
前記複数の発光ダイオードが凹部の前記二次元アレイの更なる凹部の更なるサブセットに配列され、
前記更なる凹部が前記複数の光入射窓を構成する、
請求項１または請求項２に記載の照明システム。
前記複数の発光ダイオードが更なる凹部の前記更なるサブセットに配列される側部放射型発光ダイオードであり、
前記側部放射型発光ダイオードが、動作中、実質的に前記光放射窓に平行に光を放射するように配列される、
請求項７に記載の照明システム。
前記更なるサブセットの前記更なる凹部が前記サブセットの前記凹部と混合され、
凹部と更なる凹部の前記混合が前記後部壁に実質的に規則正しく分布させられている、
請求項８に記載の照明システム。
請求項１または請求項２に記載の照明システムを備える照明器具。
請求項１または請求項２に記載の照明システムを備える表示デバイス。