JP3617998B2 - 高いアスペクト比の照明要素 - Google Patents

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    • G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は照明装置、特に米国特許第４，９８４，１４４号に記載のような高いアスペクト比を有する照明装置に関する。なお、この米国特許はこの明細書中に挿入する。
【０００２】
【従来技術】
ある種の用途において、高いアスペクト比を有する、すなわち、厚さよりも非常に大きい長さと幅を有する照明要素が望まれている。例えば、自動車のテールライトは可能な限り薄くデザインされる。これはそのスペースに必要な体積がラゲージエリアの費用に影響するからである。同様に、ラップトップ型のコンピュータのディスプレイに用いられている照明要素は大きさおよび重量の両者を小さくさせるために可能限り薄くすべきである。
【０００３】
そのような高いアスペクト比の照明要素を製造する一つの試みが１９８７年２月２０日に出願され、１９９１年１月８日に発行された米国特許第４，９８４，１４４号に記載されている。この特許の発明の一つの態様によれば、照明要素は平坦側と構造側を有する光抽出フィルムを有する。構造側はその上に２等辺のプリズムを挾角５９〜７９°の範囲で形成される。これらの挾角は出力光線の角度の好ましい範囲を提供するように選択される。
【０００４】
米国特許第４，９８４，１４４号の図１に記載する照明要素の限定は名目上平行光線であっても集束あるいは拡散するという事実に基づいている。多くの光源は少し集束性の光線を発する。しかしながら、集束光は最短直径に達し、次いで、拡散する。従って、事実上すべての典型的な光源は拡散光線を発する。従って、抽出子の平坦表面が図に示されるように、平坦に広がるならば、光線は抽出フィルムの異なる要素に異なる角度でぶつかる。この角度の変化が出力光線にもたらされる。このことはある種のディスプレイ、特に積み重ねた要素を用いるものにおいて問題である。また、別の問題が、抽出子上における光度が光源からの距離が離れることによって小さくなるという事実から派生する。これは結果として、光学窓にわたって均一でない光出力をもたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点のない優れた照明装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば照明要素は光学窓を形成するハウジングを有する。複数の三角形の細長形プリズムを有する光抽出フィルムをハウジングの内部から光を抽出するために用いる。光抽出子は滑らかなアーチ状カーブを形成する。光源は、光線がそれら複数のプリズムに対してかすめ角で進行し、その光がプリズムの第１プリズム面に入り、第２プリズム面によって完全に内部反射され、その反対面を通って抽出フィルムから発光するように、位置させる。
【０００７】
本発明を図面によって説明する。
【０００８】
図１において１０で示される本発明の一つの照明要素を示す。照明装置１０は光源１１および側壁１２および１４を含む。光源１１はランプやパラボラ状反射体のごとき点光源からなる単純な光源または以下に述べるような本発明の照明要素それ自体であってもよい。側壁１２および１４は、他の側壁（図示していない）とともに光学窓１６を有する閉鎖容器を形成する。光抽出フィルム１８は光を該閉鎖容器から抽出する。光源１１は平行光線を発光し、その光がフィルム１８にフィルムの接線に対して小さな角度で当たるようにする。これはかすめ角（ｇｒａｚｉｎｇ ａｎｇｌｅ）として知られている。光抽出フィルム１８は滑らかであってもよい外表面２０と構造表面２２を有する。構造表面２２はその上に複数の細長形プリズム、例えばプリズム２４、２６および２８を有し、それらは閉鎖容器の内部に面している。プリズム２４、２６および２８の軸は光源１１からやってくる光の方向に対し、垂直である。ある態様においては、側壁１４は鏡またはミネソタ・マイニング・アンド・マニファクチャリング・カンパニーから「シルバールックス（Ｓｉｌｖｅｒｌｕｘ）」の名前で市販されている。反射テープを用いて反射させてもよい。
【０００９】
プリズムであるために、構造表面２２は滑らかではない。しかしながら、光抽出子はそれ自体滑らかなアーチ状を成してよい。
【００１０】
図２はプリズム２４、２６および２８を含むフィルム１８の部分の拡大図である。光線３０が図１の光源１１から到達し、プリズム２６のプリズム面３２に当たる。光線３０は面３２を透過し、面３４によって完全に内部に反射する。次いで、図２に示されたコースを通って表面２０から抜け出す。従って、光は照明要素１０の内部から抽出される。
【００１１】
照明要素１０の好ましい態様において、プリズム、例えばプリズム２４、２６および２８は７０．８６°の角度を有する２等辺三角形を有する。この角度は照明装置の軸に対し９°の角度を有する光を、もし抽出フィルムがポリカーボネートから形成されている場合にその軸に対し通常の方向に発光するように選択される。選択された角度はしかしながら、照明装置の性能に悪影響を与えない程度に５〜１０°程度変化してもよく、そして、光源の位置、その特性および抽出フィルムの反射率、さらには特定の場合に生じる他の条件に基づいて変化する。さらに、２等辺のプリズムが示されているが、プリズムが両側から照明されない限り２等辺三角形であることは特に必要ではない。一般に、従って、その角度は５９〜７０°の範囲である。
【００１２】
図３は別の抽出フィルム１８’を示す。図２の抽出フィルムにあるように、フィルム１８’は三角形のプリズム２４、２６および２８を有する構造表面２２を含んでいる。フィルム１８’の外表面２０’はその表面に形成された構造３６および３８を有する。構造表面３６および３８は単に一般的なピロー（ｐｉｌｌｏｗ）レンズである。他の構造を外表面に提供してもよい。どのような構造が存在したとしても光は照明要素を逃れることにおいて所定の望ましい拡散特性を有するようにされる。
【００１３】
図１の態様における照明要素は出力光学窓を横切って出力される比較的均一な光を提供するように最適化されている。図１に示されてもいるように、フィルム１８はその長さの少なくとも一部が滑らかにカーブさせられている。結果として、照明要素１１からくる光線を遮り、照明要素１１からより遠い抽出フィルム１８の部分を照明要素からより近い領域で遮るよりも光線のより大きな部分を遮るようにする。この方法によって、出力光学窓にわたって見掛けの光強度の分布を変えることができる。これは特殊な場合であるが、光学窓について、照明要素１１に近い端よりも遠い端を明るく見えるようにすることも可能である。典型的には光学窓全体にわたって均一な光強度に見えるのが好ましい。
【００１４】
図４は本発明の照明要素であり、光源がそれ自体本発明の照明要素である場合を示す。図４において、照明要素１１’はランプ４０およびフィルム４２を有する。ランプ４０にはコリメーター、好ましくはパラボラ状鏡を有する点光源である。フィルム４２は構造表面、好ましくは図２に示された構造表面を有する。機能的には、フィルム４２は平行点光源として作用するランプ４０を平行線光源に変換する。
【００１５】
フィルム４２の曲率は出力光の強度均一性よりも出力光線の平行化（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）のために最適化されている。最適化された出力光の平行化を有する照明要素を設計するためには、使用する光源の特性および意図される位置取りを知らねばならない。この情報が得られたら、入射光とフィルムで作る角度が決定される。典型的にはフィルムが照明装置に対して成すべき角度は、フィルムの中央と両端で決定される。従って、カーブはそれらのスロープに合わせて形成される。カーブの正確性は付加的な点での望ましい傾きを決定することによって増大される。一般に、得られたカーブは一定の曲率半径を有さないが、その逸脱は非常に小さく、ほぼ一定の半径を使用してもよい。フィルムが従うカーブはしばしば対称的であって、両端から光を照射することができる。
【００１６】
図４の系は本発明の別の照明要素を用いている。この照明要素において照明要素１１’は光源として使用され、フィルム４４は抽出子として作用する。見られるようにフィルム４４は照明要素１１’から来る光の経路を横切って下にカーブし、均一な光を提供する。上述のように、フィルム４２は効果的に点光源を線光源に変換する。同様に、フィルム４４は効果的に線光源を面光源に変換するように使用する。
【００１７】
図５は本発明の照明要素２つを光源として用いる薄いバックリット（ｂａｃｋｌｉｔ）ディスプレイを示す。２つのうち１つの照明要素５０はランプ５２、鏡５４および抽出フィルム５６を有している。図６（ａ）は、図５の照明要素を概略ＡＡ’の位置で破断して、破断部を上方から見た斜視図である。図６（ａ）には鏡５４の配置及び反射面が示されている。好ましい態様においては、鏡５４はディスプレイの側壁５８に対して４９ １／２°の角度を成す。抽出フィルム５６は図２に示されている型のものである。第２の本発明による照明要素６０は、別のランプ（図示せず）、鏡６２および抽出フィルム６４を有する。図６（ｂ）は、図５の照明要素を概略ＢＢ’の位置で破断して、破断部を上方から見た斜視図である。図６（ｂ）には鏡６２の配置及び反射面が示されている。
このディスプレイはさらに抽出フィルム６６を有する。抽出フィルム６６はディスプレイの側壁５８の上縁に沿って伸長されている。そして、抽出フィルム６６の下面には、図２に示されているような、三角形のプリズムを有する構造が形成されている。
抽出フィルム６６の上面は平坦である。フィルム６６の平坦面はディスプレイされる画像を有してもよい。また、より実用的には画像を有する媒体を抽出フィルム６６の平坦な表面に重ねる。２つの照明要素５０および６０からの光を抽出フィルム６６に向かわせるためには、抽出フィルム５６、６４はディスプレイの下の表面と約８１°の角度をなす。
【００１８】
ランプ５２をディスプレイの横側に置くことによって得られる長い経路により、別の利点が得られる。ランプ５２からの通常の平行光線が実際に僅かに収束性である場合、光は最短直径に集束し、次いで拡散しはじめる。本発明で使用される典型的なランプについては、最小光線直径は２または３ｃｍである。光線経路に沿って最小直径に対応する位置に、その大きさの窓絞り（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｔｏｐ）を置くことができる。この窓絞りは光線に付随するゆがんだ光、すなわち、平行でない光をブロックする。そのことによって出力光線の非平行部分が減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の照明要素の模式的断面図。
【図２】本発明で用いる光抽出子の拡大図。
【図３】本発明で用いる別の光抽出子の拡大図。
【図４】本発明による照明要素を用いる照明装置の図。
【図５】本発明による照明要素を用いる別の照明装置の図。
【図６】図５の照明要素における鏡の配置及び反射面を示した破断斜視図。

Claims (6)

  1. 光学窓を有する光学キャビティを形成するハウジング；
    第１と第２の面を有し、該第２面がその上に複数の細長形三角形プリズムを有し、そのプリズムの各々が第１および第２のプリズム面を有し、平行な光出力を提供するように設計された滑らかなアーチ状カーブを形成し、該光学キャビティから光学窓を通して光を誘導する光抽出子；および
    光線が該抽出子の第２面に対してかすめ角で進行してその第１端側から該抽出子に進入し、その光は該プリズムの各々にそのプリズムの第１プリズム面を通って入り、そのプリズムの第２プリズム面によって完全に内部反射され、該第１面を通って該抽出子から発光するように、位置させた光源；
    を有する照明要素。
  2. 前記カーブが光学窓から均一な光出力を提供するように設計された請求項１記載の照明要素。
  3. 該光源が、
    第１と第２の面を有し、該第２面がその上に複数の細長形三角形プリズムを有し、そのプリズムの各々が第１および第２のプリズム面を有し、平行な光出力を提供するように設計された滑らかなアーチ状カーブを形成し、第１光抽出子に向けて光を誘導する第２光抽出子；および
    光線が該第２抽出子の第２面に対してかすめ角で進行してその第１端側から該第２抽出子に進入し、その光は該プリズムの各々にそのプリズムの第１プリズム面を通って入り、そのプリズムの第２プリズム面によって完全に内部反射され、該第１面を通って該第２抽出子から発光するように、位置させた光源；
    を有する請求項１記載の照明要素。
  4. 前記カーブが均一な光出力を提供するように設計された請求項３記載の照明要素。
  5. 前記プリズムが２等辺三角形を形成する請求項１記載の照明要素。
  6. 前記プリズムが挾角５９〜７９°を有する請求項５記載の照明要素。
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