JP4273002B2 - 小型の照明システムおよび表示デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、
前壁、前壁に対向して配置された後壁、ならびに更に、前記前壁と前記後壁の間の第一エッジ面および第一エッジ面に対向する第二エッジ面、を有する発光パネル、
が設けられた照明システムであって、
前記第一エッジ面が、光を伝送させ、
少なくとも第一光源が、前記第一エッジ面に関連付けられ、
動作時には、前記第一光源から生じた光が、前記第一エッジ面に入射し、かつ前記パネル内にそれ自体を分布させる照明システムに関する。
本発明は、当該照明システムが設けられた表示デバイスにも関する。
このような照明システム自体は公知であり、かつ本明細書に示されているエッジ照明システムも公知である。これらのシステムは、とりわけ、（例えば、テレビセットとモニタ用の）（画像）表示デバイス内のバック照明システムとして使用されている。これらのような照明システムは、（携帯型）コンピュータまたは（携帯型）電話に使用される、液晶表示デバイス（別称：LCDパネル）などの非発光性の表示装置用のバックライトとしての使用に特に適している。
当該表示デバイスは、通常、規則的なパターンのピクセルが設けられた基板を有しており、これらのピクセルは各々少なくとも1つの電極により制御される。この表示デバイスは、この（画像）表示デバイスの（画像）画面の適切なフィールド内で画像またはデータのグラフィカル表示を達成させ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生じる光には、様々なタイプの液晶効果を利用した、スイッチまたは変調器による変調が行われる。更に、この表示装置は、電気泳動効果または電気機械効果に基づいたものでもよい。
これらのような照明システムは、一般的な照明目的、または店舗照明（例えば、店舗ウィンドウの照明、または商品（例えば、宝石）がその上に展示される（透過または半透明な）ガラス・プレートまたは合成樹脂の照明）用の照明器具としても使用されている。このような照明システムは、更に、例えば、特定の条件下でガラス壁に光を放射させたり、またはウィンドウ越しの視界を光によって低減または遮断させるための窓枠として用いられている。更なる代替用途は、広告板を照射するために、このような照明システムを用いることである。
第一段落で言及した照明システムで使用される光源は、通常、管状の低圧水銀蒸気放電ランプ（例えば、一つまたは複数の冷陰極蛍光ランプ (CCFL)）である。このランプの場合、動作の間に光源により放出された光は、光学導波路として作動する発光パネルに結合される。この導波路は、通常、例えば、合成樹脂またはガラスから製造された相対的に薄くかつ平らなパネルを組成し、かつこのパネル内では、（完全な）内部反射の影響により、光が光学導波路を通って転送される。
代替の光源として、このような照明システムには、例えば、電子発光素子（例えば、発光ダイオード (LED)）などの、（電気光学素子とも呼ばれる）複数の光電素子を設けてもよい。これらの光源は、通常、発光パネルの光を伝送させるエッジ面の近傍または接線に設けられる。この場合、光源から生じる光は、動作の間、光を伝送させるエッジ面上に入射し、かつ、それ自体がパネル内に分布する。
照明システムの１つが、米国特許第5,575,549号から知られている。輝度が均一の直線光源からの光は、光が入射するエッジ面を介して、（光パイプとも称される）発光パネルに結合される。当該光が入射するエッジ面を通して伝送された光の部分は、円錐形または多角形のピラミッド形状をした、いわゆる凹状部分の傾斜面上に入射させられる。光を導通させる部材内のこの凹状部分で光が屈折した後、光は発光パネルから外に結合される。
この公知の照明システムの欠点は、発光パネルから外に結合される光の分布均一性が、依然として相対的に劣っていることである。
米国特許第5,575,549号
本発明の目的は、上記の欠点を完全にまたは部分的に解決することである。本発明によると、第一段落で言及した種類の照明システムは、この目的のために、広がりセクション全体に渡って発光パネルが第一エッジ面から第二エッジ面の方向に向けて広がっていること、および、この広がりセクション全体に渡って、後壁に多数の段差が設けられ、これらの段差の、前壁に面した表面が、前壁に対して実質的に平行であること、を特徴とする。
この発光パネルが、広がりセクションを持ち、このセクションが第一エッジ面から広くなっているので、第一エッジ面の領域で発光パネルに結合される光は、この光が初めて第一エッジ面から発光パネルを通って第二エッジ面の方向へ移動する間、発光パネルが広くなる限り発光パネルを離れることができない。更に、前壁に面した段差の表面が前壁に対して実質的に平行なので、光は初めて第一エッジ面から発光パネルを通って第二エッジ面の方向へ移動する間、発光パネルの広がりセクションの後壁上の段差で屈折することができない。第一エッジ面から、この光導路の広がりセクションを通って移動する光の角度分布は、光が内部全反射 (TIR) によって、実質的に平行な各表面上に反射されるので、実質的に同じままとなる。しかしながら、上述した光導路の広がりセクションを反対方向に移動する光は、パネルが次第に狭くなるので、段差により反射または屈折される機会が与えられ、かつこの結果、前面を通して外に結合させることが可能となる。前面を通して、光を光導路から外に結合させるには、光が反射後に、広くならない（例えば、狭くなる）パネルを移動するように、第一エッジ面から第二エッジ面へ移動した後の光を反射させること、またはパネルが少なくとも一つの広がりセクションだけでなく、少なくとも一つの広くならないセクション（例えば、狭くなるセクション）から成ること、の何れかが必要である。これに代えて、パネルが有する広がりセクションの後ろに、二方向に光を抽出する光導路がある。初めて発光パネルの広がりセクションを通って移動している間に第一エッジ面に結合される光は、発光パネルを離れることができないので、この移動の間に光がそれ自体をパネル内に分布させること、および光が2つ以上のできれば異なる色の光源から生じたものならば十分に混合されることが、促進される。光が良好に分布および／または混合されることにより、発光パネルから外に結合される光の均一性が促進される。この発光パネルは、いわば、広くなる発光パネルを通る最初の経路上の光に対する光混合チェンバとして作動する。公知の照明システムの場合、このような光混合チェンバは、通常、発光パネルの外側に設けられているので、このような光混合パネルによって不必要に多くの空間が占められてしまう。本発明による手段は、いわば、この光混合チェンバを発光パネルに一体化させるので、空間がかなり節約される。
くさび形の発光パネル自体は、公知であるが（例えば、米国特許第5,575,549号から知られている照明システムを参照されたい）、このような公知のくさび形の発光パネルは、光が発光パネルに結合されるエッジ面の領域で幅が最も広く、かつ第二エッジ面の領域で幅が最も狭くなることに留意されたい。
本発明の手段によって、照明システムにより放出された光の分布が非常に均一な、特に小型の照明システムが得られる。特に（画像）表示デバイスの場合、表示デバイスのより均一な照射が、本発明の手段により実現される。
本発明による照明システムの好ましい一実施例は、第一エッジ面の表面領域S1と、第一エッジ面 (4) に対して実質的に平行な、発光パネル内の最大横断面Slcsとの比率が、関係、
を満たすことを特徴とする。
光源から生じ、かつ発光パネルに結合される光の角度分布は、約＋42°と−42°と間で変わる。第一エッジ面の表面領域S1と、発光パネルの厚みが最大である横断面Slcsとの比率の下限（つまりSlcs/S1 > 1）は、広がりセクションの少なくとも第一エッジ面の近くが、少なくともくさび形をしている、という事実により与えられる。この比率 Slcs/S1＜10 の上限は、発光パネルが厚くなり過ぎるべきではないという要請により決定される。原則として、例えば、表示デバイスの寸法（画面の直径）が、発光パネルのサイズ（直径）を決定する。第一エッジ面の厚みが2 mmの場合、式 Slcs/S1 = 10 は、発光パネルの第二エッジ、または発光パネルが最も厚い箇所での、第一エッジ面に平行な発光パネルの断面の何れかの厚みが、20 mmとなるであろうことを意味する。比率がこのように高い場合、発光パネルの製造はより容易になる。
比率 Slcs/S1 により、1.5＜Slcs/S1＜3 の関係が満たされることが好ましい。Slcs/S1 の比率が好ましい範囲内にある発光パネルは、成形（インジェクション）プロセスで容易に製造可能となる。特に適切な比率は、
である。例えば、第一エッジ面の適切な厚みは 3 mmである。このことは、Slcs/S1 = 2の場合、発光パネルの最大の厚みが6 mmとなることを意味する。これに代わる第一エッジ面の適切な厚みは、1 mmである。これは、Slcs/S1 = 2の場合、発光パネルの最大の厚みが2 mmとなることを意味する。
本発明による照明システムの好ましい一実施例は、第二エッジ面が発光パネル内部の光に対して反射性を有することを特徴とする。光源から生じた光が、初めて発光パネルの広がりセクションを通って移動する際に、光を均一に分布させかつ混合させる働きを主に行い、かつこのセクション内では、光が発光パネルを通って復路を移動し始めるまで、光を発光パネルから外に結合させることができないので、光を第二エッジ面で反射させることが重要である。
本発明による照明システムの好ましい一実施例の場合、第二エッジ面の表面には、鏡面反射性または拡散反射性があるか、または鏡面反射性または拡散反射性を有する素材が設けられる。拡散反射により、角度光分布のランダム化または平滑化が促進される。こうして、光源の放射パターンの影響を照明システムが受けてしまうことをなくすことが可能となる。鏡面反射器での反射は、光を発光パネル内部に保つ非常に効率的な方法である。反射素材は、例えば、関連するエッジ面上に設けられたフォイルとしてもよい。
本発明による照明システムの更なる一代替実施例では、第二エッジ面に切子面が刻まれる。関連するエッジ面に切子面を刻むことにより、反射の間に光を様々な方向に向けさせることが可能となる。このことにより、光の角度分布に有利な影響を与えることができる。この照明システムの更なる一代替実施例では、第二エッジ面が発光パネルの後壁に対して囲む角度が、90°よりも大きい。
本発明によると、広くなる発光パネルのより厚い末端部で鏡面反射を利用することができるので、末端部が厚い上述の発光パネルを2つ互いに取り付けたようなコンフィギュレーションの、いわゆる「広がる部分が2つある (double widening)」発光パネルを使用することができる。したがって、本発明による照明システムの特に好ましい一実施例は、第二エッジ面が光を伝送させ、第二光源が第二エッジ面に関連付けられ、動作時には、第二光源から生じる光が第二エッジ面上に入射し、かつそれ自体をパネル内に分布させること、および発光パネルが第二エッジ面から第一エッジ面の方向に広がること、を特徴とする。第一エッジ面と第二エッジ面とから広がる発光パネルは、発光パネル中央のある場所で、その最大寸法に達することが明らかとなるであろう。
これに代えて、本発明による照明システムの好ましい一実施例は、発光パネルが、広がりセクションと第二エッジ面との間に、二方向に光を抽出する光導路部を有すること、を特徴とする。このことは、発光パネルのサイズが相対的に大きい照明システムには、特に有利である。こうすることにより、発光パネルの厚みが制約された状態に保たれて、良好な光混合属性が組み合わされ、かつこの結果、発光パネルから外に結合される光の均一度が高くなる。この発光パネルの、二方向に光を抽出する光導路部の後壁には、内部全反射を局所的に崩壊させることにより光を抽出する構造体を設けることが好ましい。本発明による照明システムのより好ましい一実施例の場合、発光パネルの二方向に光を抽出する光導路部の後壁上の構造体は、多数の段差により形成され、これらの段差の、前壁に面している表面は、前壁に対して実質的に平行である。
本発明による照明システムの好ましい一実施例は、発光パネルの後壁上の段差の更なる表面が、前壁上の法線に対して角度β（−48≦β≦48）を成すことを特徴とする。この角度βの境界値は、発光パネルの原料である素材の屈折指数と、発光パネルを囲んでいる素材の屈折指数との比率により決定される。具体的には、βは、関係β = arcsin(nsm/nlep) を満たす。ここで、nlep は、発光パネルの屈折指数であり、かつ nsm は、発光パネルを囲んでいる素材の屈折指数である。例として、発光パネルが屈折指数 ngl = 1.45 のガラスから作られており、かつ発光パネルを囲んでいる素材が nair = 1 の空気である場合、
が成り立つ。角度βが内部全反射の限界角度を超えないようすることにより、光が初めて発光パネルを通って移動している間に光を実質的にコリメートさせることが、不可能となる。このことは、第二エッジ面が鏡面反射鏡である場合に有利である。角度βは、0≦β≦48 の範囲内にあることが好ましい。角度βが好ましい範囲内にある場合、光が一度反射すれば、光は容易に発光パネルから外に結合される。段差の更なる表面上に入射する光は、後壁を通して発光パネルから外に結合させた後に、発光パネル内へ反射し戻すか、または前壁の方向へ直接反射させた後に、前壁の表面を通して外に結合できるようにするか、の何れでもよい。これら両方の寄与事項を併用して、前面を通して外に結合される光の分布を、角度βをチューニングすることにより均一化してもよい。これに代えて、直接反射成分による影響が最小化されるように、角度βをチューニングしてもよい。この場合は、角度βを0°に選択することが好ましい。鏡面反射器が、段差の上または段差の直ぐ後ろにある場合、光を前壁の表面を通して発光パネルから抽出する効率を最大化させ、かつ抽出される光の均一性を最大化させるには、角度βを約45°に選択することが好ましい。
使用される光源は、LED（例えば、白色LED、または異なるタイプのLEDおよび／または互いに組み合わされた異なる色のLED）により形成してもよい。LEDを適切に用いて各色を所望の仕方で混合させて、例えば、所望の色温度の白色光を作ることができる。このために、本発明による照明システムの一実施例は、1つの白色LED、または発光波長が異なる少なくとも2つの発光ダイオードを光源が有することを特徴とする。光源は、3つの発光ダイオードを有していることが好ましい。単一の白色LEDの使用は、発光パネルの広がりセクションを用いて発光パネル内の光分布を均質化させるので、有利である。LEDは、それ自体は公知の赤色LED、緑色LED、および青色LEDの組み合わせ、または例えば、赤色LED、緑色LED、青色LED、および琥珀色LEDの組み合わせを有していることが好ましい。発光波長が3つのLEDは、発光波長が異なる2つのLEDを用いて実現してもよい。この場合、これらのタイプの内の1つのLEDには、LEDの発光が燐光体によって第三の所望の発光波長の光に変換されるように、燐光体が（部分的に）塗布される。赤色LED、緑色LED、および青色LEDの、それ自体は公知の組み合わせにより、表示デバイスの状態とは無関係に色を変化させることが実現可能となる。LEDを使用することには、動的な照明が可能となるという更なる利点がある。このために、動作の間、光源により放出された光の光学特性を測定するためのセンサが、エッジ面の内の1つに存在する。
LEDにより放出された光の量は、発光ダイオードの光束を変えることにより調整される。この光束の制御は、通常、エネルギー効率が良好な手法で行われる。したがって、能率を相当損失させてしまうことなく、LEDをグレー化させることが可能となる。発光ダイオードにより放出される光の強度は、表示デバイスにより表示される画像の照射レベルに応じて可変であるか、または周辺光のレベルに応じて可変であることが好ましい。表示デバイスにより表示される画像の色点は、照明システムにより決定されることが好ましい。このことにより、表示デバイスにより表示される画像のダイナミック・レンジ（例えば、コントラスト）が改善される。
発光ダイオードの各々は、光束が少なくとも5 lmであることが好ましい。出力がこのように相対的に高いLEDは、LEDパワー・パッケージとも称される。これらの高効率で高出力のLEDを使用することには、特に、所望の相対的に高い光出力を得るために必要なLEDの数を相対的に少なくすることができるという利点がある。このことにより、製造される照明システムは小型に構成され、かつ効率化される。LEDを使用することの更なる利点は、LEDを用いた照明システムの場合、有効寿命が相対的に非常に長くなり、エネルギー・コストが相対的に低くなり、かつ維持費が低くなることである。
第一エッジ面から広がっており、かつ光が発光パネルの広がりセクションを初めて通って移動している間は外に結合させることが不可能なくさび形の発光パネル、を有する照明システムでは、様々な光色を混合させて遂に所望の混合色（例えば、所定の色温度の白色光）に達するまでに、相当な長さを利用することができる。このように、発光波長が異なる（高出力の）発光ダイオードを、合計で例えば、僅か6個、または更には多くても3個しか有していない光源を用いて、相対的に大きな寸法の発光パネルを実現させることが可能となる。一代替実施例の場合、単一のLEDで十分である。公知の照明システムでは、LEDの数がこのように限られている場合でも、光を発光パネル内に十分に分布させ、かつLEDが多数の場合は発光パネル内で十分に混合させて、光が（画像）表示デバイスの方向に発光パネルから均一かつ均質に外部結合されることを達成させるために、かなりの寸法の光混合チェンバが必要となってしまう。
更なる好ましい一実施例の場合、照明システムは、光源の光束を変化させるための制御電子装置を有する。適切な制御電子装置によって所望の照明効果が達成され、かつ放出された光の均一性が改善される。白色光は、LEDの適切な組み合わせを用いても得られる。この場合、制御電子装置によって所望の色温度に調整することができる。
特に小型の照明システムは、照明システムにより放出された光の分布が非常に均一な本発明の手段により得られる。この手段によって、表示デバイスをより均一に照射することが、特に（画像）表示デバイスの場合に実現される。
次に、幾つかの実施例と図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
これらの図は単に概略的なものでしかなく、かつ縮尺通りには描かれていない。寸法の幾つかは、明確にさせるために特に大きく誇張されている。これらの図中、等価な構成要素には、可能な限り同一の参照番号が与えられている。
図１は、本発明による照明システムの一実施例を有する表示デバイスの概略的な断面図である。照明システムは、光を伝送させる素材の発光パネル1を有する。発光パネル1は、例えば、合成樹脂、アクリル、ポリカーボネート、pmma（例えば、パースペックス）、またはガラスから製造される。動作の間、光は内部全反射 (TIR) を利用して、発光パネル1を通して転送される。発光パネル1は、前壁2と、前壁2に対向する後壁3を持っている。図1の実施例の場合、発光パネル1の前壁2と後壁3の間には、更に、第一エッジ面4と第二エッジ面5がある。第一エッジ面4は光を伝送させる。照明システムは、光源6（例えば、幾つかの発光ダイオード（LED））を有する。図1に示されている状況では、動作の間、光源6から生じる光は、発光パネル1の第一エッジ面4上に入射し、この光はそれ自体発光パネル1内に分布する。反射器手段16は、LEDの光を発光パネル1内に誘導するために設けられている。一代替実施例の場合、LEDは発光パネル内部に設けられる。このために、発光パネルには、光源の形状を実質的に補完するくぼみを設けてもよい。この場合、このくぼみは、第一エッジ面として機能する。
発光パネル1の後壁3には、多数の段差13, 13'が設けられる（図3Aと図3Bも参照されたい）。本発明の手段によると、発光パネル1は、広がりセクション100全体に渡って、第一エッジ面4から第二エッジ面5の方向に広がり、かつ延在しており、かつ前壁2に面した段差13, 13',… の表面17は、前壁2に対して実質的に平行である。
光は、発光パネル1の薄い末端部（第一エッジ面4）で発光パネル1に結合され、かつ発光パネル1の厚い末端部（第二エッジ面5）の方向へ伝播する。図1の実施例の場合、第二エッジ面5は、発光パネル1が、その最大の断面 Slcs に達する部分である。この移動の間、発光パネル1は、平面の光導路のように作用する。ただし、その厚みは場所に応じて変わる。このことは、発光パネル1内の放射パターンが、発光パネル1の厚い末端部（第二エッジ面5）へ向かう途中、不変のままであることを意味する。光は、第二エッジ面5で反射され、かつ発光パネル1の薄い末端部（第一エッジ面4）へ向けて再び伝播し始める。しかしながら、次に、発光パネル1の後壁上に設けられた段差13, 13', … の更なる表面18の内の1つにぶつかる各光線は、（ほぼ完全に）発光パネル1から外に結合されるであろう。発光パネル1からこのようにして抽出された光の束を均質化させるために、段差13, 13', … のピッチを減少させること、および／または、高さを増加させることを用いることができる。
拡散反射器9は、発光パネル1の後壁3に隣接して設けることが好ましい。このような反射器9を用いて、発光パネル1を通る光の方向を前壁2の方向に変えて、前壁2で、光が発光パネル1からこの前壁2に発せられるようにする（図1に表されている例示的な光線を参照されたい）。更に、前壁2には、光を通す拡散器8が設けられている。第二エッジ面5は、鏡面反射性もしくは拡散反射性を有していること、または鏡面反射性もしくは拡散反射性を有する素材が設けられることが好ましい。一代替実施例の場合、第二エッジ面には切子面が刻まれる。
発光パネル1は、動作の間、表示デバイス（例えば、液晶表示 (LCD) デバイス20）の方向に光を放出する。光源6、発光パネル1、および液晶デバイス20の組立体は、筐体（図1には図示せず）内に収容されているか否かに関わらず、例えば、（ビデオ）イメージを表示させるための表示デバイスを形成する。発光パネル1には、更に、光の光学特性を測定するためのセンサ（図1には図示せず）を設けてもよい。このセンサは、光源6の光束を最適に適合化するための制御電子装置（図1には図示せず）に結合される。このセンサと、発光パネル1から外に結合された光の品質と量に影響を及ぼすための制御電子装置と、によって、フィードバック機構を実現することができる。
光源6は、青色、緑色、および赤色の発光波長を有する3つの発光ダイオード (LED) を有することが好ましい。LEDの光源の明るさは、通常、蛍光灯の光源の明るさより何倍も高い。更に、LEDを用いて光をパネルに結合させる効率は、蛍光灯を用いた場合よりも大きい。LEDを光源として使用することの利点は、合成樹脂から作られたパネルに、LEDを寄り掛けてもよいということである。LEDは、発光パネル1の方向に熱をほとんど伝送させず、有害な (UV) 放射も生成しない。LEDを使用することには、更に、LEDから生じる光をパネルに結合させるための手段を適用する必要がないという利点がある。照明システム内のLEDは、青色LED、緑色LED、および赤色LEDを適切に選択して集めたもの、または単色LEDもしくは二色LEDを組み合わせた適切な代替物、または光束の輝度が高い複数の白色LEDを有してもよい。
照明システム内で使用されるLEDは、光学パワーが各々少なくとも50 mWのLEDであることが好ましい。出力がこのように高いLEDは、LEDパワー・パッケージとも呼ばれる。パワーLEDの例として、「Luxeon（登録商標）」タイプのLED (LumiLED) がある。このタイプのLEDの場合、LED毎の光束は、赤色LEDが35 lmであり、緑色LEDは30 lmであり、青色LEDは8 lmであり、かつ琥珀色LEDが40 lmである。代替実施例の場合、（2つのスペクトル発光波長による補助の有無を問わず）光出力が相対的に高い、黄色LED、琥珀色LED、シアン色LED、マゼンタ色LED、および／または紫色LEDが使用される。光束の輝度が高い複数の白色LEDを使用することもできる。更なる代替実施例の場合、赤色LEDを、燐光体が設けられた青色LEDと組み合わせて使用して、この青色LEDを2つのスペクトル・バンド（つまり青色バンドと緑色バンド）で発光させてもよい。
これらのLEDは、（金属コア）印刷回路基板上に実装させることが好ましい。このような（金属コア）印刷回路基板 (PCB) 上にパワーLEDが設けられた場合、これらのLEDにより生成される熱は、PCBが熱を導通することにより容易に除去することができる。この照明システムの興味ある一実施例は、更に、（金属コア）印刷回路基板が、熱的に導通している接続を介して、表示デバイスの筐体と接触状態にあるものである。
第一エッジ面4の表面領域S1と、第一エッジ面 (4) に対して実質的に平行な、発光パネル内の最大横断面Slcsとの比率は、1＜Slcs/S1＜10 という関係を満たすことが好ましい。
図1は、光源6からの放射経路を概略的に表している。光源6から来て、かつ発光パネル1に結合される光は、角度分布範囲が、約＋45°と−45°との間で変わる（この角度分布は、空気からガラスもしくは透明な合成樹脂への光の屈折、またはLED周辺の合成樹脂から発光パネルへの光の屈折に、これらの素材が光学的に接触している場合は依存する）。光源6から来る光が、内部全反射によって発光パネル1の前壁2と後壁3に反射すると、発光パネル1がその広がりセクション100全体に渡って広がっており、つまり（前壁2または後壁3への垂線に対する）入射角度がいわゆる内部全反射の限界角度よりも大きいので、この光を外に結合させることが可能となる。実際に、発光パネル1は、その広がりセクション100全体に渡って第一エッジ面4から広がっていて、かつ段差13, 13', … の表面17は発光パネル1の前壁2に対して実質的に平行なので、連続する入射角度は実質的に同じままとなる。その後、光は、第二エッジ面5で反射される。発光パネル1を通る経路上を戻る光は、狭くなる発光パネル1に直面する。光は、段差13, 13', … の更なる表面18の内の1つにぶつかると直ちに、後壁3に隣接して設けられている拡散反射器9に反射し、かつ発光パネル1から外に結合される。この状況は、図1内の矢印で概略的に示されている。
本発明によると、発光パネルは、その広がりセクション100全体に渡って、第一エッジ面4から広くなり、かつ段差13, 13’, … の表面17は前壁2に対して実質的に平行なので、光は、初めて第一エッジ面4から発光パネル1の広くなる部分のセクション100を通って移動する間、発光パネル1を離れることができない。このことにより、初めて発光パネル1を通って移動する光が、発光パネル1内にそれ自体を分布させ、かつ発光パネル1内で混合されることが促進される。光が良好に分布および／または混合されることによって、発光パネル1から外に結合される光の均一性と均質性が促進される。図1に示されているような発光パネル1は、いわば、広くなる発光パネルを初めて通って移動している光のための光混合チェンバとして作動する。本発明の手段によると、この光混合チェンバがいわば発光パネルと一体化されることにより、空間がかなり節約される。照明システムにより放出された光の分布が非常に均一な特に小型の照明システムが、本発明の手段によって得られる。この照明システムによって、（画像）表示デバイスのより均一な照射が実現される。比率 Slcs/S1 は、関係 1.5＜Slcs/S1＜3 を満たすことが好ましい。Slcs/S1 の比率が好ましい範囲内にある発光パネルは、（インジェクション）成形処理で容易に製造可能となる。特に適切な比率は、
である。
図2は、本発明による照明システムの一代替実施例を有する表示デバイスの断面図を概略的に示している。この照明システムは、光を伝送させる素材の発光パネル11を有する。動作の間、光は、内部全反射 (TIR) を利用して、発光パネル11を通して転送される。発光パネル11は、前壁2と、前壁2に対向する後壁3を持っている。更に、発光パネル1の前壁2と後壁3との間には、第一エッジ面14と第二エッジ面15とがあり、本実施例の場合、両方のエッジ面14、15は、光を伝送させる。この照明システムは、光源6、7（例えば、幾つかの発光ダイオード (LED)）を有する。図2に示されている状況では、光源6, 7から生じる光は、発光パネル11の第一のエッジ面4と第二エッジ面5に各々入射し、この光は、動作の間、それ自体発光パネル11内に分布する。反射器手段16, 27は、LEDの光を発光パネル11内に誘導するために設けられている。発光パネル11の後壁3には、多数の段差13, 13’, … が設けられている（図3Aと図3Bも参照されたい）。本発明のこの実施例によると、発光パネル11は、第一広がりセクション110全体に渡って第一エッジ面14から第二エッジ面15の方向に広がっているだけでなく、第二広がりセクション111全体に渡って第二エッジ面5から第一のエッジ面4の方向にも広がっている。更に、前壁2に面している段差13, 13’, … の表面17は、前壁2に対して実質的に平行である。光は、両方の薄い末端部（第一エッジ面4と第二エッジ面5）で発光パネル11内に結合され、かつ第一エッジ面14と第二エッジ面15よりも厚みが大きい発光パネル11の中心部に向かって伝播する。図2の実施例の場合、この中心部は、第一広がりセクション110と第二広がりセクション111が互いにフィットし、かつ発光パネル11がその最大断面 Slcs に達する部分である。拡散反射器9, 9' は、発光パネル1の後壁3に隣接して設けられることが好ましい。更に、前壁2には、光を通す拡散器8が設けられる。
発光パネル11は、動作の間、表示デバイス（例えば、液晶表示 (LCD) デバイス20）の方向に光を放出する。光源6、発光パネル11、およびLCDデバイス20の組立体は、筐体（図2には図示せず）内に収容されているか否かに関わらず、例えば、（ビデオ）イメージ表示させるための表示デバイスを形成する。光源6, 7は、青色、緑色、および赤色の発光波長を有する3つの発光ダイオード (LED) を有することが好ましい。
図2に示されている発光パネルの一代替実施例の場合、第二光源は第二エッジ面で省略されており、かつ第二エッジ面は反射性を有する。
図3Aは、図1または図2に示されている照明システムの後壁上の段差の一実施例の詳細部の断面図を示している。段差13, 13’, … の表面17は、前壁2に対して実質的に平行である。図3Aの実施例の場合、段差13, 13’, … の更なる表面18は、段差13, 13’, … の表面17に対して実質的に直角である。
図3Bは、図1または図2に示されている照明システムの後壁上の段差の一代替実施例の詳細部の断面図である。段差13, 13’, … の表面17は、前壁2に対して実質的に平行である。図3Bの実施例の場合、段差13, 13’, … の更なる表面18は、段差13, 13’, … の表面17に対して角度を成している。この角度は、図3Bでは、前壁上の法線に対する角度βとして表されている。角度βは、様々な値を多数有してもよいが、−48°≦β≦48°であることが好ましい。0°≦β≦48°とすれば、発光パネルの製造はより容易になる。図3Aの状況では
である。これは特に有利な実施例である。一代替実施例の場合、段差の形状は凹凸である。これらのような凹凸の形によって、発光パネルの製造は容易になる。
図4は、本発明による照明システムの更なる一実施例を有する表示デバイスの概略的な断面図である。この照明システムは、光を伝送させる素材の発光パネル1を有する。発光パネルは、広がりセクション110を有しており、かつ広がりセクション110と、第二エッジ面5との間に、二方向に光を抽出する光導路部120を有する。内部全反射を局所的に崩壊させることにより光を抽出する構造体30を有する、二方向に光を抽出する光導路部120には、発光パネル1の後壁3が設けられている。図4に示されている実施例の場合、二方向に光を抽出する光導路部の後壁上の構造体30は、多数の段差130によって形成されており、これらの段差の、前壁に面している表面170は、前壁に対して実質的に平行である。これに代わる、光を抽出する構造体の可能な技法には、例えば、画面に印刷したドット、およびグルーブのような微細構造体がある。
図示されている実施例の場合、発光パネルの前壁2と後壁3は、二方向に光を抽出する光導路部全体に渡って、実質的に平行である。
図5は、本発明による照明システムの更なる一代替実施例を有する表示デバイスの概略的な断面図である。図示されている実施例の場合、発光パネルの前壁2と後壁3は、二方向に光を抽出する光導路部が、第二エッジ面の方向に互いに僅かに先細りになっている。
更なる一代替実施例（図示せず）の場合、発光パネルは、第一エッジ面から広がる第一広がりセクション、二方向に光を抽出する光導路部、および第二エッジ面から広がる第二広がりセクションを有する。
本発明の範囲内の多数の変更例が当業者には可能であることが、明らかとなるであろう。一列に並んだ平行な段差 (角度
) を有する、本発明による発光パネルを使用して、発光パネルから放出された光の束の密度分布を、光源に対する垂線沿いの位置の関数として容易に制御することができる。更に、発光パネルの前壁の頂部で、光を通す相対的に単純な拡散器を使用することができる。単なる白色の拡散器が後壁の隣接で使用可能であることが好ましい。拡散反射器を「段差」の後ろで使用してもよいので、パネルから放出される光は、この反射器自体からの広い角度分布を既に持っている。このことは、視角が広いパネルに有利である。更に、発光パネルは、インジェクション成形することができる。このことは、相対的に小さなLED、または少なくとも一つの寸法が小さなLEDもしくはLEDパッケージが使用される場合、特に有利である。
本発明の保護範囲は、本願明細書に提示されている実施例には限定されない。本発明は、新規な特徴の各々と、特徴の組み合せの各々に帰する。請求項内の参照番号は、これらの請求項の保護範囲を限定しない。「有する」という動詞が用いられていること、およびこの語が用いられていないことによって、請求項内に明記されているもの以外の要素の存在が除外される訳ではない。ある要素に先行する「1つの」という語によって、このような要素が複数存在することが除外される訳ではない。
本発明による照明システムの一実施例を有する表示デバイスの断面図である。 本発明による照明システムの一代替実施例を有する表示デバイスの断面図である。 図1または図2に示されている照明システムの後壁上の段差の一実施例の断面図である。 図1または図2に示されている照明システムの後壁上の段差の一代替実施例の断面図である。 本発明による照明システムの更なる一実施例を有する表示デバイスの断面図である。 本発明による照明システムの更なる一代替実施例を有する表示デバイスの断面図である。
符号の説明
1…発光パネル
2…前壁
3…後壁
4…第一エッジ面
5…第二エッジ面
6…光源
7…光源
8…光を通す拡散器
9…拡散反射器
11…発光パネル
13…段差
13'…段差
16…反射器手段
17…段差の表面
18…段差の更なる表面
20…LCDデバイス
27…反射器手段
30…光を抽出する構造体
100…広がりセクション
110…第一広がりセクション
111…第二広がりセクション
120…光導路部
130…段差
170…段差の表面

Claims (16)

  1. 前壁、前壁に対向して配置された後壁、ならびに更に、前記前壁と前記後壁の間の第一エッジ面および第一エッジ面に対向する第二エッジ面、を有する発光パネル、
    が設けられた照明システムであって、
    前記第一エッジ面が、光を伝送させ、
    少なくとも第一光源が、前記第一エッジ面に関連付けられ、
    動作時には、前記第一光源から生じた光が、前記第一エッジ面に入射し、かつ前記パネル内にそれ自体を分布させる、照明システムにおいて、
    前記発光パネルが、広がりセクション全体に渡って前記第一エッジ面から前記第二エッジ面の方向に広がっていることと、
    前記広がりセクション全体に渡って前記後壁に多数の段差が設けられており、これらの段差の、前記前壁に面している表面が、前記前壁に対して実質的に平行であること、
    を特徴とする照明システム。
  2. 前記第一エッジ面の表面領域S1と、
    前記第一エッジ面に対して実質的に平行な、前記発光パネル内の最大断面Slcsと、の比率が、関係、
    を満たすことを特徴とする、請求項 1に記載の照明システム。
  3. 前記比率 Slcs/S1が、関係、
    を満たすことを特徴とする、請求項2に記載の照明システム。
  4. 前記第二エッジ面が、前記発光パネル内部の光に対して反射性を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の照明システム。
  5. 前記第二エッジ面の表面が、鏡面反射性または拡散反射性を有しているか、または鏡面反射性または拡散反射性を有する素材が設けられていることを特徴とする、請求項4に記載の照明システム。
  6. 前記第二エッジ面が、光を伝送させ、第二光源が、前記第二エッジ面に関連付けられており、動作時には、前記第二光源から生じた光が、前記第二エッジ面上に入射し、かつ前記パネル内にそれ自体を分布させることと、
    前記発光パネルが、前記第二エッジ面から前記第一エッジ面の方向に広がっていることと、
    を特徴とする、請求項1に記載の照明システム。
  7. 前記段差の更なる表面が、前記前壁上の法線に対して角度β（−48°≦β≦48°）を成していることを特徴とする、請求項1、2、または6に記載の照明システム。
  8. 前記角度βが、0≦β≦48° の範囲内にあることを特徴とする、請求項7に記載の照明システム。
  9. 前記前壁に、光を通す拡散器が設けられていることを特徴とする、請求項1、2、または6に記載の照明システム。
  10. 前記発光パネルが、前記広がりセクションと前記第二エッジ面との間に、二方向に光を抽出する光導路部を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の照明システム。
  11. 前記発光パネルの前記後壁の、前記二方向に光を抽出する光導路部に、内部全反射を局所的に崩壊させることにより光を抽出する構造体が設けられていることを特徴とする、請求項10に記載の照明システム。
  12. 前記後壁上の前記構造体の、前記二方向に光を抽出する光導路部が、多数の段差により形成されており、これらの段差の、前記前壁に面している表面が、前記前壁に対して実質的に平行であることを特徴とする、請求項10に記載の照明システム。
  13. 前記光源が、1つの白色LED、または発光波長が異なる少なくとも2つの発光ダイオードを有することを特徴とする、請求項1、2、または6に記載の照明システム。
  14. 前記発光ダイオードの各々が、少なくとも5 lmの光束を持っていることを特徴とする、請求項13に記載の照明システム。
  15. 請求項1、2、または6に記載の照明システムが設けられている表示デバイス。
  16. 液晶表示装置を有する。請求項13に記載の表示デバイス。
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