KR20080021059A - Lighting device - Google Patents

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KR20080021059A
KR20080021059A KR1020077030346A KR20077030346A KR20080021059A KR 20080021059 A KR20080021059 A KR 20080021059A KR 1020077030346 A KR1020077030346 A KR 1020077030346A KR 20077030346 A KR20077030346 A KR 20077030346A KR 20080021059 A KR20080021059 A KR 20080021059A
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Application number
KR1020077030346A
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Inventor
요한 마라
더크 케이. 지. 드 보에르
Original Assignee
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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    • G02B6/0076—Stacked arrangements of multiple light guides of the same or different cross-sectional area

Abstract

The present invention relates to a lighting device comprising a light-guide arrangement in which inputted light from at least one light source is propagated through and at least partly confined within the light-guide arrangement by means of total internal reflection. The light-guide arrangement comprises first (6) and second (7) light-guide plates and an intermediate layer (8) having a refractive index which is lower than the refractive index of said first light-guide plate (6), said first light-guide plate (6) being arranged to receive light from said at least one light source. This light-guide arrangement provides an improved lateral light-intensity averaging effect, such that light is more uniformly emitted from the output surface of the lighting device, even if said at least one light source is point or line-shaped. ® KIPO & WIPO 2008

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}Lighting device {LIGHTING DEVICE}

본 발명은 제1 및 제2 주 평면(main surface)을 가지며, 적어도 하나의 광원으로부터 빛을 수신하도록 구성되고, 전반사에 의해 그 안에 빛을 적어도 부분적으로 속박하도록 배치된 평평한 도광(light-guide) 구조물, 및 제2 주 평면에 도광 구조물로부터의 빛을 아웃 커플링(out-coupling)하는 아웃 커플링 구조물을 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.The present invention is a flat light-guide having a first and a second main surface, configured to receive light from at least one light source, and arranged to at least partially bind light therein by total reflection. A lighting device comprising a structure and an out coupling structure for out-coupling light from a light guiding structure in a second major plane.

이러한 장치는 WO 2004/027467 A1에 개시되며, 예를 들어, LCD-TV에서 백라이팅(backlighting) 구조물로서 사용될 수 있다. 면상 도광체(planar light guide)의 사용은 장치의 광-방사 표면으로부터 방사되는 빛의 광도를, 어느 정도까지, 횡방향으로(laterally) 평활화시키는 데 기여한다. 몇 개의 점상 또는 선형 광원들만이 사용되더라도, 조명 장치는 전체 광-방사 표면 영역으로부터 횡방향으로 비교적 균일한 빛의 흐름(light flow)을 방사할 수 있다.Such a device is disclosed in WO 2004/027467 A1 and can be used, for example, as a backlighting structure in LCD-TVs. The use of planar light guides contributes to, to some extent, smoothing the intensity of light emitted from the light-emitting surface of the device. Even if only a few point or linear light sources are used, the lighting device can emit a relatively uniform light flow in the transverse direction from the entire light-emitting surface area.

하지만, 여전히 조명 장치의 제2 주 평면 전체로부터 더욱 균일한 빛의 흐름을 제공해야할 필요가 있을 수 있다.However, it may still be necessary to provide a more uniform flow of light from all over the second main plane of the lighting device.

따라서, 본 발명의 목적은 조명 장치의 광-방사 표면 전체에서의 빛 흐름 변화와 관련하여 서두 단락에서 언급된 유형의 조명 장치를 개선하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to improve a lighting device of the type mentioned in the opening paragraph with respect to the change in light flow throughout the light-emitting surface of the lighting device.

이 목적은 청구항 1에 정의된 조명 장치를 통해 달성된다. 이 경우에, 도광 구조물은 평행한 제1 및 제2 도광판을 포함하며, 상기 제1 도광판은 광원으로부터 빛을 수신하도록 구성되고, 상기 제2 도광판은 아웃 커플링 구조물을 포함하며, 상기 제1 및 제2 도광판 사이에 중간층(intermediate layer)이 포함되고, 상기 중간층은 상기 제1 도광판보다 낮은 굴절률을 갖는다.This object is achieved through a lighting device as defined in claim 1. In this case, the light guide structure includes parallel first and second light guide plates, wherein the first light guide plate is configured to receive light from a light source, the second light guide plate comprises an out coupling structure, and the first and second light guide plates. An intermediate layer is included between the second light guide plates, and the intermediate layer has a lower refractive index than the first light guide plate.

적어도 몇몇 광선이 제1 도광판과 중간층 사이의 경계면에서 전반사의 영향을 받기 때문에, 이것은 조명 장치의 광-방사 표면으로부터 횡방향으로 더욱 균일한 빛 흐름을 제공한다. 따라서, 평균적으로, 광선은 도광 구조물을 빠져나오기 전에 도광판 내에서 횡방향으로 더 먼 거리를 진행할 것이다.Since at least some rays are affected by total reflection at the interface between the first light guide plate and the intermediate layer, this provides a more uniform light flow laterally from the light-emitting surface of the lighting device. Thus, on average, the light rays will travel further transversely within the light guide plate before exiting the light guide structure.

장치는 제1 도광판의 한 에지(edge)를 통해 빛을 공급하도록 배치된 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 이것은 매우 얇은 장치를 제공한다.The device may comprise at least one light source arranged to supply light through one edge of the first light guide plate. This provides a very thin device.

대안적으로, 장치는 도광 구조물의 제1 주 평면을 구성하는 제1 도광판의 주 평면을 통해 빛을 공급하도록 배치된, 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 이 경우에, 주 평면은 바람직하게 인커플링(in-coupling) 구조를 포함한다. 이것은 보다 많은 양의 빛이 제1 도광판에 들어올 수 있게 한다. 리플렉터(reflector)가 바람직하게 배치되며, 이것은 도광 구조물의 제1 주 평면과 함께 광원을 둘러싼다. 이것은 (처음에) 제1 도광판에 들어갈 수 없었던 광선들이, 제1 도광판에 들어갈 수 있게 되는 순간까지, 리플렉터와 제1 주 평면으로 경계 지어진 공간 내에서 재사용될 수 있도록 한다.Alternatively, the apparatus may comprise at least one light source, arranged to supply light through the major plane of the first light guide plate constituting the first major plane of the light guide structure. In this case, the main plane preferably comprises an in-coupling structure. This allows a greater amount of light to enter the first light guide plate. A reflector is preferably arranged, which surrounds the light source together with the first major plane of the light guide structure. This allows light rays that could not (first) enter the first LGP to be reused in a space bounded by the reflector and the first major plane, until the moment it becomes possible to enter the first LGP.

아웃 커플링 구조는 복굴절(birefringent) 물질을 포함할 수 있으며, 이로써 조명 구조물이 편광된 빛을 생성 및 방사하도록 한다.The out coupling structure may comprise a birefringent material, thereby allowing the illumination structure to produce and emit polarized light.

제1 및 제2 도광판은 사이에 적어도 하나의 갭(gap)을 형성하도록 이격될 수 있으며, 따라서, 이 갭은 중간층을 구성할 수 있고, 인접한 스페이서(spacer) 요소들 사이에 위치할 수 있는 적어도 하나의 세그먼트(segment)로 구성될 수 있다. 스페이서 요소들의 높이는 바람직하게 대체로 갭의 간격과 같다.The first and second light guide plates may be spaced apart to form at least one gap therebetween, so that the gap may constitute an intermediate layer and at least may be located between adjacent spacer elements. It may consist of one segment. The height of the spacer elements is preferably approximately equal to the gap of the gap.

세그먼트는 기체, 액체, 및 고체를 포함하는, 적어도 부분적으로 투명한 매질들의 그룹의 적어도 하나의 구성원으로 채워질 수 있다. 선택적으로 색을 띠는 구성원을 이동가능하게 하는 적합한 설비들이 이루어질 수 있으며, 이로써 원래 위치에서 다른 구성원과 교체될 수 있도록 한다.The segment may be filled with at least one member of a group of at least partially transparent media, including gas, liquid, and solid. Appropriate provisions can be made to move the selectively colored member so that it can be replaced with another member at its original location.

다수의 세그먼트들이, 예를 들어, 조명 구조물의 제1 및 제2 도광판 사이의 전체 갭 부피를 적어도 부분적으로 채우는 어레이 형태로 배치될 수 있다. 서로 다른 세그먼트들은 상기 적어도 부분적으로 투명한 매질들의 그룹의 하나 이상의 서로 다른 구성원들로 채워질 수 있다.Multiple segments may be arranged, for example, in the form of an array that at least partially fills the total gap volume between the first and second light guide plates of the lighting structure. Different segments may be filled with one or more different members of the group of at least partially transparent media.

이러한 조명 장치들은, 백라이팅 구조물로서, 투과형 LCD 패널에 빛을 제공하도록 배치될 수 있다. 대안적으로, 이들은, 예를 들어, 스위칭 가능한 라이트 타일(switchable light tile)과 같은 범용 조명 목적을 위해 사용될 수 있다.Such lighting devices, as backlighting structures, may be arranged to provide light to the transmissive LCD panel. Alternatively, they can be used for general purpose lighting purposes such as, for example, switchable light tiles.

이들 및 본 발명의 다른 양상들은 명백하며, 아래에 설명되는 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.These and other aspects of the invention are apparent and will be described with reference to the embodiments described below.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 조명 장치를 도시한다.1 shows a lighting device according to a first embodiment of the invention.

도 2는 본 발명의 대안적인 실시예에 따라 조명 장치를 도시한다.2 shows a lighting device according to an alternative embodiment of the invention.

도 3은 인커플링 구조의 제1 예를 도시한다.3 shows a first example of an incoupling structure.

도 4는 인커플링 구조의 제2 예를 도시한다.4 shows a second example of the incoupling structure.

도 5는 아웃 커플링 구조의 제1 예를 도시한다.5 shows a first example of an out coupling structure.

도 6은 아웃 커플링 구조의 제2 예를 도시한다.6 shows a second example of an out coupling structure.

도 7은 본 발명에 따라 조명 장치를 사용하는 디스플레이 시스템을 도시한다.7 shows a display system using a lighting device according to the invention.

도 1은 본 발명에 따라 조명 장치의 단면을 개략적으로 도시한다. 장치는 형광등과 같은 다수의 광원(1, 2, 3)을 포함한다. 광원들은 리플렉터(4)에 의해 부분적으로 둘러싸여 있기 때문에, 광원들로부터 방사되는 빛은 리플렉터(4)로부터의 하나 이상의 반사를 통해, 직접 또는 간접적으로, 평평한 도광 구조물(5)을 향할 것이다. 평평한 도광 구조물(5)은 광원(1, 2, 3)을 마주보는 제1 주 평면과 그 반대 방향을 마주보는 제1 주 평면을 갖는다.1 shows schematically a cross section of a lighting device according to the invention. The device comprises a plurality of light sources 1, 2, 3, such as fluorescent tubes. Since the light sources are partly surrounded by the reflector 4, the light emitted from the light sources will be directed to the flat light guide structure 5, directly or indirectly, through one or more reflections from the reflector 4. The flat light guide structure 5 has a first main plane facing the light sources 1, 2, 3 and a first main plane facing the opposite direction.

도광 구조물(5)은 제1 및 제2 도광판(6, 7) 각각을 포함하며, 이들은 샌드위치 구조로 배치된다. 도광 구조물은 제1 및 제2 도광판 사이에 평평한 중간층(8)을 더 포함한다.The light guide structure 5 comprises each of the first and second light guide plates 6 and 7, which are arranged in a sandwich structure. The light guide structure further comprises a flat intermediate layer 8 between the first and second light guide plates.

제1 도광판(6)은 리플렉터(4)를 통해 직접 또는 간접적으로 광원(1, 2, 3)으로부터 빛을 수신하도록 배치된다. 제1 도광판(6)은, 광원을 마주보며 도광 구조 물의 제1 주 평면을 구성하는 표면에 인커플링 구조(9)를 포함하며, 이는 이후에 더욱 상세히 설명될 것이다. 간단히 말해서, 인커플링 구조(9)는 제1 도광판(6)으로 들어가는 빛이 제한된 각 범위(angular range) 내에서 이 도광판을 통과하도록 보장하며, 제한된 각 범위는 전반사의 발생을 통해서 제1 도광판 내에 적어도 어느 정도의 빛 봉쇄(light containment)가 발생하는 것을 돕는다. 따라서, 빛은, 적어도 부분적으로, 전반사에 의해 도광 구조물 내에 속박된다.The first light guide plate 6 is arranged to receive light from the light sources 1, 2, 3 directly or indirectly through the reflector 4. The first light guide plate 6 comprises an incoupling structure 9 on the surface that faces the light source and constitutes the first major plane of the light guide structure, which will be described in more detail later. In simple terms, the incoupling structure 9 ensures that light entering the first light guide plate 6 passes through the light guide plate within a limited angular range, which limits the first light guide plate through the generation of total reflection. At least some degree of light containment in the interior is helpful. Thus, light is at least partially bound within the light guide structure by total reflection.

제1 도광판(6)의 굴절률은 n1, 중간층(8)의 굴절률은 n2, 제2 도광판(7)의 굴절률은 n3이며, n3는 n1과 같거나 다를 수 있다. 하지만, 중간층(8)의 굴절률 n2는 n1보다 실질적으로 더 낮아서, 충분히 기울어진 각으로 n1→n2 경계면을 입사하는 광선들에 대해 제1 도광판(6) 내에서 전반사가 일어난다. 적합한 도광체 물질들은 유리, PMMA(polymethylmethacrylate), 실리콘 수지, 및 폴리카보네이트(polycarbonate)를 포함한다. 중간층 공기, 물, 오가닉 오일(organic oil) 또는 투명한 고체 물질과 같은 적어도 부분적으로 투명한 물질을 하나 이상 포함할 수 있다. 중간층에 포함되는 물질들은 바람직하게 실질적으로 비산란성(non-scattering) 물질이다.The refractive index of the first light guide plate 6 is n 1 , the refractive index of the intermediate layer 8 is n 2 , the refractive index of the second light guide plate 7 is n 3 , and n 3 may be equal to or different from n 1 . However, the refractive index n 2 of the intermediate layer 8 is substantially lower than n 1 , so that total reflection occurs in the first light guide plate 6 for light rays incident on the n 1 → n 2 interface at a sufficiently inclined angle. Suitable light guide materials include glass, polymethylmethacrylate (PMMA), silicone resins, and polycarbonates. It may include one or more at least partially transparent materials such as interlayer air, water, organic oils or transparent solid materials. The materials included in the intermediate layer are preferably substantially non-scattering materials.

제2 도광판(7)은, 중간층(8)의 반대 방향을 마주보며 또한 도광 구조물(5)의 제2 주 평면을 구성하는 표면에 아웃 커플링 구조(10)를 포함하며, 이 아웃 커플링 구조는 제2 도광판(7)을 통과해 나오는 빛을 표면에서 평행 시준하는 역할을 하여, 즉, 나오는 빛을 조정하여, 평균적으로, 제2 도광판(7)의 광-방사 주 평면의 법선(normal)에 대한 어떤 제한된 각 범위 내로 빛이 방사되도록 한다. 도광 구조물(5)은 바람직하게 에지에 정반사 거울(11, 12)이 제공된다. 대안적으로, 난반사 물질들이 도광판(6, 7) 내부를 통과하는 빛과 상당한 정도의 광학적 접촉을 갖지 않는다는 것을 조건으로, 거울(11, 12)은 백색 분말(white powder)과 같은 난반사 물질들을 포함할 수 있다. The second light guide plate 7 includes an out coupling structure 10 on a surface facing the opposite direction of the intermediate layer 8 and constituting a second main plane of the light guide structure 5. Plays a role of collimating light exiting from the second light guide plate 7 at the surface in parallel, that is, by adjusting the light coming out, on average, the normal of the light-emitting main plane of the second light guide plate 7. Allow light to radiate within any limited angle range for. The light guide structure 5 is preferably provided with specular mirrors 11, 12 at the edge. Alternatively, provided that the reflecting materials do not have a significant degree of optical contact with the light passing through the light guide plates 6, 7, the mirrors 11, 12 include diffuse reflection materials such as white powder. can do.

도광 구조물(5)이 굴절률이 n1인 하나의 고체 도광체 물질을 포함하는 경우와 비교하여, 굴절률 n2<n1인 중간층(8)은 도광 구조물로 들어오는 빛이 도광 구조물 내에서 평균적으로 더 많은 내부 반사를 겪게 하는 효과가 있다. 도광 구조물의 향상된 광도-평활화 기능(intensity-smoothing function)에 의해, 도광 구조물로부터 방사된 빛 흐름의 광도가 횡방향으로 더 균일하게 되도록 하는 효과가 제공된다.A light guide structure (5) is compared with the case containing one of the solid light guide material having a refractive index of n 1, a refractive index n 2 <n 1 of the intermediate layer 8 is the light that enters the light guiding structure on average more in the light guide structure It has the effect of experiencing a lot of internal reflections. The enhanced intensity-smoothing function of the light guide structure provides the effect of making the light intensity of the light flow emitted from the light guide structure more uniform in the transverse direction.

또한, 제1 도광판(6)을 통과하는 광선의 일부만이 제1 도광판(6)과 중간층(8) 사이의 경계면을 통과할 수 있기 때문에, 즉, 후자 경계면에서 전반사가 일어나지 않는 광선들만이 통과할 수 있기 때문에, 투과된 광선들은 제1 도광판(6) 내에서보다 상대적으로 더 제한된 각 범위 내에서 통과한다. 따라서, 이 경계면은 가능한 전파 방향의 각 범위(angle range)에 대해 효과적인 제한을 제공하며, 제한의 정도는 차이 n1-n2 비례한다. 이어서 광선들이 중간층으로부터, 바람직하게 n3≥n2인 굴절률을 갖는, 제2 도광판(7)을 통과할 때, 그들의 더욱 제한된 각 전파 범위(angular propagation range)는 제2 도광판(7) 내에서 지속된다. 이 특성적인 특징은 제2 주 평면에 적절한 아웃 커플링 구조가 제공되었을 때, 제2 도광판(7)의 제2 주 평면으로부터 방사된 빛 또한 제한된 각 방사 범위(angular emission range)를 갖기 용이하도록 한다. 도광 구조물(5)로부터 방사된 빛과 관련된 제한된 각 방사 범위는 평행 시준(collimation) 목적을 위해 사용될 수 있다.In addition, since only a portion of the light rays passing through the first light guide plate 6 can pass through the interface between the first light guide plate 6 and the intermediate layer 8, that is, only the light rays that do not have total reflection at the latter interface will pass through. As such, the transmitted light rays pass in a relatively limited angle range than in the first light guide plate 6. Thus, this interface provides an effective constraint on the angle range of possible propagation directions, with the extent of the constraint being proportional to the difference n 1 -n 2 . Then rays from when the intermediate layer, preferably n 3 ≥n having a second refractive index, passes through the second light guide plate 7, and their more limited range, each spread (angular propagation range) is continued in the second light guide plate (7) do. This characteristic feature makes it easy for the light emitted from the second main plane of the second light guide plate 7 to also have a limited angular emission range when a suitable out coupling structure is provided in the second main plane. . The limited angular radiation range associated with the light emitted from the light guide structure 5 can be used for parallel collimation purposes.

가장 간단한 형태로, 중간층(8)은 바람직하게 반사적인(reflective) 스페이서(도시되지 않음)를 이용하여 제1 및 제2 도광판(6, 7)을 이격시킴으로써 형성될 수 있으며, 이로써 중간층(8)을 구성하는 제1 및 제2 도광판 사이의 갭이 얻어진다. 이 갭은 공기와 같은 기체, 또는 액체로 채워질 수 있다. 액체가 사용되면, 이 액체는 색을 띨 수 있으며, 이로써 도광 구조물(5)로부터 색을 띤 광 출력을 얻을 수 있고, 또한 사용되는 광원(1, 2, 3 또는 14)(도 2 참조)들이 백색광을 방사할 때에도 이를 얻을 수 있다.In its simplest form, the intermediate layer 8 may be formed by separating the first and second light guide plates 6, 7, preferably using reflective spacers (not shown), thereby forming the intermediate layer 8. The gap between the first and second light guide plates constituting the above is obtained. This gap can be filled with a gas, such as air, or a liquid. If a liquid is used, the liquid can be colored, thereby obtaining a colored light output from the light guide structure 5 and also allowing the light sources 1, 2, 3 or 14 to be used (see FIG. 2). This can be achieved even when emitting white light.

만약 유체 매질이 사용되면, 매질을 갭 안팎으로 이동시키는 펌프와 같은 수단을 제공하는 것이 가능하며, 이로써 조명 구조물의 광학적 속성들을 변경할 수 있고, 구체적으로 굴절률 n2 및/또는 갭 내의 매질의 색을 변경할 수 있다. 제1 및 제2 도광판 사이의 갭을 서로 다른 세그먼트, 즉 부구역(subarea)으로 분리하는 것이 가능하며, 각 부구역은 개별적으로 제어가능한 속성들을 갖는다. 따라서, 예를 들어, 조명 장치의 광-방사 표면의 특정 영역에서 출력된 빛의 광도뿐 아니라, 이 빛의 색 및/또는 평행 시준 특성을 변경하는 것이 가능하다.If a fluid medium is used, it is possible to provide a means such as a pump to move the medium in and out of the gap, thereby altering the optical properties of the lighting structure, in particular the refractive index n 2 and / or the color of the medium in the gap. You can change it. It is possible to separate the gap between the first and second light guide plates into different segments, ie, subareas, each subzone having individually controllable properties. Thus, for example, it is possible to change the color and / or parallel collimation properties of this light, as well as the brightness of the light output in a particular area of the light-emitting surface of the lighting device.

또한, 더 넓은 갭을 제공하고, 이 넓은 갭에 제2 도광판(도시되지 않음)을 제공함으로써 균일화 효과를 증대시키는 것이 가능하다. 그러면 세 개의 도광판 및 두 개의 중간(interpositioned) 낮은 굴절률층을 가진 샌드위치 구조를 얻을 수 있다.It is also possible to increase the homogenization effect by providing a wider gap and providing a second light guide plate (not shown) in this wide gap. This results in a sandwich structure with three light guide plates and two interpositioned low refractive index layers.

도 2는 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다. 이 실시예는 또한 상대적으로 낮은 굴절률 n2<n1을 갖는 중간층을 둘러싸는 제1 및 제2 도광판을 포함한다. 하지만, 이 경우에, 제1 도광판은 에지 발광(edge-lit)된다. 광원(14)은 제1 도광판(6)의 에지(13)를 통해 제1 도광판(6)에 빛을 제공하도록 배치된다. 광원(14)에 리플렉터가 배치되어 빛이 그곳으로부터 도광판(6)의 에지(13)를 향하도록 한다.2 illustrates an alternative embodiment of the present invention. This embodiment also includes first and second light guide plates surrounding the intermediate layer having a relatively low refractive index n 2 <n 1 . However, in this case, the first light guide plate is edge-lit. The light source 14 is arranged to provide light to the first light guide plate 6 through the edge 13 of the first light guide plate 6. A reflector is disposed in the light source 14 so that light is directed from there towards the edge 13 of the light guide plate 6.

도 3은 도 1의 제1 도광판(6)의 인커플링 구조로서 이용될 수 있는 인커플링 구조의 제1 예를 도시한다. 이러한 구조는 WO A1 2004/027467로부터 원래 공지되었으며, 인접한 직립(upstanding) 광학 소자(20)들 사이에 위치한 구조화된 반사 호일(reflective foil)(25)을 포함한다. 광학 소자(20)들은 광원(1)을 마주보면서 도광판(6)과 광학적 접촉을 하는 직립 입방체, 원통 또는 리브(rib)의 형태일 수 있다. 3 shows a first example of an incoupling structure that can be used as the incoupling structure of the first light guide plate 6 of FIG. 1. This structure was originally known from WO A1 2004/027467 and includes a structured reflective foil 25 located between adjacent upstanding optical elements 20. The optical elements 20 may be in the form of upright cubes, cylinders or ribs in optical contact with the light guide plate 6 while facing the light source 1.

이 요소(20)들의 상부 표면(22)은 바람직하게 실질적으로 도광판 주 평면과 평행하며, 빛-확산(light-diffusing) 속성을 가질 수 있는 고반사성 코팅(coating)으로 덮여있다. 따라서, 표면(22)에 입사된 광선(23)들은 반사된다. 하지만, 측면(side surface)(21)은 투과성을 가지기 때문에 표면(21)에 입사되는 모든 광선(24a)들을 투과시킨다. 이어서, 적어도 일부의 투과된 광선(24a)들이 전반사에 의해 도광판(6)을 관통하여 전파될 수 있고, 결국에는 다시 광학 소자(20)들의 투과성을 가진 표면(21)을 통해 도광판(6)을 빠져나와, 가능한 다른 각으로 도광판(6)에 들어가기 전에, 제1 도광판(6)과 리플렉터(4)로 경계 지어진 공간 내에서 재사용될 수 있다. 도광판(6) 내로 투과된 광선의 다른 일부는, 횡방향 광도를 평활화하는 하나 이상의 프레넬 반사를 겪은 후에 혹은 겪지 않고서, 중간층(8)을 통해 제1 도광판을 빠져나온다. 도 3에서, 반사 호일 요소(25)들은 광학 소자(20)들 사이에 제공되며, 측면(21)으로 광선(26)들을 반사한다. 이 호일 요소(25)들은 도광판과 광학적 접촉을 할 필요가 없지만, 빛이 광학 소자(20)들의 직립 투과성 표면(21)들 외의 표면을 통해 직접적으로 제1 도광판(6)에 들어가는 것을 막는 역할을 한다. 이 실시예는 인접한 광학 소자(20)들 사이의 다른 표면들에 개별적인 반사 코팅이 제공될 필요가 없다는 이점이 있다. 호일 요소(25)들의 고반사성 표면을 통해, 광선(24b)들은 광학 소자(20)의 투과성 측면 상으로 직접적으로 반사될 수 있으며, 여기서 광선은 도광판(6) 내로 들어갈 수 있다.The upper surface 22 of these elements 20 is preferably substantially parallel to the light guide plate major plane and covered with a highly reflective coating that may have light-diffusing properties. Thus, the light rays 23 incident on the surface 22 are reflected. However, the side surface 21 is transparent and thus transmits all the light rays 24a incident on the surface 21. Subsequently, at least some of the transmitted light rays 24a can propagate through the light guide plate 6 by total reflection, and in turn, guide the light guide plate 6 through the transparent surface 21 of the optical elements 20. Before exiting and entering the light guide plate 6 at other possible angles, it can be reused in a space bounded by the first light guide plate 6 and the reflector 4. The other part of the light beam transmitted into the light guide plate 6 exits the first light guide plate through the intermediate layer 8 after or without undergoing one or more Fresnel reflections to smooth transverse luminous intensity. In FIG. 3, reflective foil elements 25 are provided between the optical elements 20 and reflect the rays 26 to the side 21. These foil elements 25 do not need to be in optical contact with the light guide plate, but serve to prevent light from entering the first light guide plate 6 directly through surfaces other than the upstanding transmissive surfaces 21 of the optical elements 20. do. This embodiment has the advantage that no separate reflective coating needs to be provided on other surfaces between adjacent optical elements 20. Through the highly reflective surface of the foil elements 25, the rays 24b can be reflected directly onto the transmissive side of the optical element 20, where the rays can enter the light guide plate 6.

도 4는 인커플링 구조의 제2 예를 도시한다. 이 경우에, 평평한 상부를 가지고 있을 수 있는 쐐기형 리브(wedge-shaped rib), 또는, 예를 들어, 원뿔(cone), 또는 끝이 잘린 원뿔과 같은 광학 소자(26)들이 제공된다. 광학 소자(26)들은 직립 투과성 측면(upstanding transmissive side surface)(29)을 갖는다. 리브가 사용된다면, 직립 투과성 표면(29)들은 우선 도광판을 따라 한 방향으로 제공되고, 반면에, 예를 들어, 원뿔이 사용된다면 투과성 표면(29)들은 두 개의 차원으로 제공된다. 광학 소자(26)들은 입사된 광선(28)들을 반사하고, 확산시킬 가능성이 있 는 고반사성 상부 표면(27)을 갖는다. 광학 소자(26)들의 측면(29)들은 투과성이고 어느정도 기울었을 수 있으며, 따라서 상부 표면 및 광학 소자들 사이의 공간과 함께 사다리꼴 단면을 형성한다. 이 측면들은, 도 3과 관련하여 설명된 것과 유사한 방식으로 광선(30)이 도광판에 들어가도록 한다. 광학 소자(26)들 사이에 어느 정도의 간격이 제공되며, 인접한 광학 소자(26)들 사이의 간격과 관련된 중간에 위치한 표면(31)들에는 입사된 광선(32)을 반사하는 반사 코팅이 제공된다.4 shows a second example of the incoupling structure. In this case, optical elements 26 are provided, such as wedge-shaped ribs, which may have flat tops, or, for example, cones or truncated cones. The optical elements 26 have an upstanding transmissive side surface 29. If ribs are used, the upstanding transmissive surfaces 29 are first provided in one direction along the light guide plate, while, for example, if cones are used, the transmissive surfaces 29 are provided in two dimensions. Optical elements 26 have a highly reflective top surface 27 that is likely to reflect and diffuse incident light rays 28. The sides 29 of the optical elements 26 are transmissive and may be somewhat inclined, thus forming a trapezoidal cross section with the space between the top surface and the optical elements. These aspects allow ray 30 to enter the light guide plate in a manner similar to that described with respect to FIG. 3. Some spacing is provided between the optical elements 26, and intermediate surfaces 31 associated with the spacing between adjacent optical elements 26 are provided with a reflective coating that reflects the incident light rays 32. do.

도 4와 관련된 한 실시예에서, 인커플링 구조물은, 도광판의 제1 주 평면의 법선과 관련하여 각 βin= 18°으로 놓인 투과성 표면(29)을 갖는 직립 리브를 포함한다. 리브 높이 hin= 4mm, 반사하는 상부 영역 din= 0mm (즉, 상부 영역(27)이 없음)이다. 인접한 리브 사이의 간격 sin은 요구되는 광 입력 용량(light input capacity)에 따라 달라질 수 있지만, sin > 10mm 가 가장 좋은 값이다. 인커플링 요소(26) 및 도광판(6)을 구성하는 물질로 폴리카보네이트가 사용될 때, 굴절률 n1= 1.59 이다. In one embodiment with reference to FIG. 4, the incoupling structure comprises an upstanding rib having a transmissive surface 29 that is placed at an angle β in = 18 ° with respect to the normal of the first major plane of the light guide plate. Rib height h in = 4 mm, reflecting upper region d in = 0 mm (ie, no upper region 27). The spacing s in between adjacent ribs may vary depending on the light input capacity required, but s in > 10 mm is the best value. When polycarbonate is used as the material constituting the incoupling element 26 and the light guide plate 6, the refractive index n 1 = 1.59.

도 3 및 도 4와 관련하여 설명된 인커플링 구조들 또한, 제1 및 제2 도광판 및 중간에 놓인 낮은 굴절률층을 갖는 도광 구조물과 관계없이 사용될 수 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서, 인커플링 구조들은 또한, 예를 들어, 하나의 고체 물질로만 구성된 도광판 구조물과 함께 사용될 수 있다.It should be noted that the incoupling structures described in connection with FIGS. 3 and 4 can also be used regardless of the light guide structure having the first and second light guide plates and a low refractive index layer interposed therebetween. Thus, the incoupling structures can also be used with light guide plate structures composed of only one solid material, for example.

일반적으로, 따라서 도 4와 관련하여 개시된 개념은, 도광판, 및 그 도광판 내로 빛을 입사시키기 위해 상기 도광판의 제1 주 평면상에 인커플링 구조를 갖는 조명 구조물을 포함하며, 입사된 빛은 전반사에 의해 적어도 부분적으로 그 안에 속박되고, 인커플링 구조는 상기 제1 주 평면 위에 직립하고, 투명한 측면(29)을 갖는 광학 소자(26)들을 포함하며, 상기 측면들 사이의 상기 광학 소자들의 폭은 상기 제1 주 평면으로부터 멀어지는 방향으로 감소된다. 따라서, 광학 소자들은 주 평면으로부터 멀어지는 방향으로 점점 작아진다. 이러한 인커플링 구조는 도 3과 관련하여 설명된 구조들보다 덜 복잡하다. 광학 소자들 사이의 영역뿐 아니라 광학 소자들 상부의 주 평면과 평행한 모든 영역들에는 바람직하게 반사 코팅이 제공된다. Generally, the concept disclosed in connection with FIG. 4 thus comprises a light guide plate and a lighting structure having an incoupling structure on a first major plane of the light guide plate for injecting light into the light guide plate, wherein the incident light is total reflection At least partially bound therein, an incoupling structure includes optical elements 26 that are upright above the first major plane and have transparent sides 29, the width of the optical elements between the sides Is reduced in a direction away from the first main plane. Thus, the optical elements become smaller in the direction away from the main plane. This incoupling structure is less complex than the structures described in connection with FIG. 3. In addition to the area between the optical elements, all areas parallel to the main plane above the optical elements are preferably provided with a reflective coating.

인커플링 구조의 개념은 다량의 빛이 도광판(6) 내로 들어오도록 하고, 들어온 빛이 전반사에 의해, 그리고 이보다는 적은 정도로, 프레넬 반사에 의해 적어도 부분적으로 도광판 내에 속박되도록 하는 것이다. 물론, 도 3 및 도 4에 도시된 것 이외의 다른 구조들 또한 이러한 효과를 제공할 수 있다.The concept of the incoupling structure is that a large amount of light enters the light guide plate 6 and the incoming light is at least partially bound in the light guide plate by total reflection and, to a lesser extent, by Fresnel reflections. Of course, other structures than those shown in Figs. 3 and 4 may also provide this effect.

광학 소자(20, 26)들의 상기 투명한 측면들을 통해서만 발생하는 선택적 광 입력의 기능은 완벽할 필요가 없다. 투명한 직립 표면(21)들 외의 다른 표면들을 통한 도광판 내로의 빛의 누설(leakage)은 몇몇 응용에서 허락될 수 있다. 또한, 반사 표면 소자(22, 28, 또는 31)에 의해 처음에 반사되는 빛은 이어서, 예를 들어, 리플렉터(4)에 의해 뒤로 반사(back-reflected) 될 수 있다. 리플렉터가 확산 속성이 있을 수 있기 때문에, 뒤로 반사된 빛은 도광판(6) 내로 들어가는 데 있어 계속 이어서 성공할 수 있는 방식으로 재사용되며, 따라서 빛을 잃는 것을 막을 수 있다.The function of the selective light input only occurring through the transparent sides of the optical elements 20, 26 need not be perfect. Leakage of light into the light guide plate through surfaces other than the transparent upstanding surfaces 21 may be acceptable in some applications. In addition, the light initially reflected by the reflective surface elements 22, 28, or 31 can then be back-reflected by, for example, the reflector 4. Since the reflector may have diffusing properties, the back reflected light is reused in such a way that it continues to succeed in entering the light guide plate 6 and thus prevents the light from being lost.

도 5는 도광판(7)의 제2 주 평면상에 가능한 아웃 커플링 구조의 제1 예를 도시한다. 이 구조는 도 3과 관련하여 위에 설명된 인커플링 구조와 유사한 방식으로 제공될 수 있다. 도 5의 아웃 커플링 구조는 도광판(7)과 광학적 접촉을 하는, 투명한 직립 측면(35a)을 가진 직립 광학 소자(33), 및 인접한 광학 소자(33) 사이에 위치한 기울어진 정반사 호일 소자(specularly reflective foil element)(34)를 포함한다. 호일 소자(34)로 덮인 광학 소자(33)들의 상부 표면(35) 및 도광판(7)의 표면 영역들은 계속 투과성을 가질 있으며, 따라서 조명 장치의 도광판(7)의 제2 주 평면 또는 광학 소자(33)들과 관련된 어떠한 표면에도 반사 코팅이 적용될 필요가 없다. 이 아웃 커플링 구조는 광학 요소(33)들의 투명한 측면(35a)을 통해서 빛을 도광판(7)으로부터 공기 중으로 이끄는 효과가 있으며, 이 후에 회수된 빛은, 도광판(7)의 방사 표면의 법선에 대하여 제한된 각 범위 내의 방향 내에서 조명 장치로부터 멀어지는 방향으로 방사되기 전에, 구조화된 호일 소자(34)들에 의해 하나 이상의 정반사를 겪게 될 수 있다. FIG. 5 shows a first example of an out coupling structure possible on the second main plane of the light guide plate 7. This structure may be provided in a manner similar to the incoupling structure described above with respect to FIG. 3. The out coupling structure of FIG. 5 is an upright optical element 33 having a transparent upright side 35a in optical contact with the light guide plate 7, and an inclined specular foil element located between adjacent optical elements 33. reflective foil element 34. The upper surface 35 of the optical elements 33 covered with the foil element 34 and the surface areas of the light guide plate 7 continue to be transmissive, and thus the second main plane or optical element (3) of the light guide plate 7 of the lighting device. 33 No reflective coating needs to be applied to any surface associated with them. This out-coupling structure has the effect of directing light from the light guide plate 7 into the air through the transparent side 35a of the optical elements 33, and the recovered light is then directed to the normal of the radiation surface of the light guide plate 7. It may be subjected to one or more specular reflections by the structured foil elements 34 before radiating in a direction away from the lighting device within a direction within a limited angular range.

도 6은 도 4의 인커플링 구조와 유사한 아웃 커플링 구조의 제2 예를 도시한다. 이제 구조는 도광판(7)의 제2 주 평면의 법선과 관련하여 각 βout> 0°를 갖는 측벽(side wall)(37)을 가진 직립 광학 소자(36)(쐐기 모양 리브 또는 예를 들어, 원뿔)들을 포함한다. 상부 표면(27)은 계속 투과성을 가질 수 있다. 이는 인접한 소자(36)들 사이의 표면들에 대해서도 마찬가지이다. 하지만, 도광판 내의 빛이, 인접한 소자(36)들 사이의 표면에서의 전반사 발생을 지원하는 각 전파 특성(angular propagation characteristic)이 없을 경우, 빛이 밖으로 탈출하는 것을 막기 위해 표면에 정반사 코팅을 제공하는 것이 바람직한 선택일 수 있다.FIG. 6 shows a second example of an out coupling structure similar to the incoupling structure of FIG. 4. Now the structure is an upright optical element 36 (wedge shaped ribs or for example with a side wall 37 having an angle β out > 0 ° with respect to the normal of the second major plane of the light guide plate 7 Cones). Top surface 27 may continue to be transmissive. The same is true for the surfaces between adjacent elements 36. However, if the light in the light guide plate lacks an angular propagation characteristic that supports total reflection at the surface between adjacent elements 36, it provides a specular coating on the surface to prevent light from escaping out. May be the preferred choice.

다른 실시예에서, 도 6의 아웃 커플링 구조는 도광판 법선으로부터 각 βout= 21°에서 투명한 측면(37)을 갖는 직립 리브를 포함한다. 리브의 높이 hout= 2mm, 상부 표면의 폭 dout= 0mm이다. 인접한 리브 사이의 거리 sout= 0mm이기 때문에, 톱니 모양이 얻어지고, 따라서 아웃 커플링 리브(36)들은 도광판(7)의 제2 주 평면상에 나란히 위치한다.In another embodiment, the out coupling structure of FIG. 6 includes an upright rib having a transparent side 37 at angle β out = 21 ° from the light guide plate normal. The height h out = 2 mm of the rib and the width d out = 0 mm of the upper surface. Since the distance between adjacent ribs s out = 0 mm, sawtooth is obtained, so that the out coupling ribs 36 are located side by side on the second main plane of the light guide plate 7.

도광판(7) 내에서 전달되는 빛이, 인접한 직립 리브 사이의 도광판(7)의 표면 영역들에서 전반사의 발생을 지원하는 각 전파 속성을 갖지 않는 응용의 경우, 빛이 탈출하는 것을 막기 위해 이 표면 영역들에 정반사 코팅을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 도광판(7) 내에서 전달되는 광선이, 만약 제공된다면, 광학 소자(36)들의 상부 표면에 닿는 것을 막기 위해서 리브 높이 hout는 충분히 높아야 한다. 이러한 조치는, 빛이 투명한 측면(37)을 통해서만 도광판을 빠져나오고, 그곳에서 빛이 굴절되어 제한된 각 범위 방향 내에서 도광판(7)으로부터 방사되도록 보장한다.In applications where light transmitted within the light guide plate 7 does not have angular propagation properties that support the occurrence of total reflection in the surface areas of the light guide plate 7 between adjacent upright ribs, this surface is intended to prevent light from escaping. It may be desirable to provide a specular coating on the areas. Furthermore, the rib height h out must be high enough to prevent the light beams transmitted in the light guide plate 7 from touching the upper surface of the optical elements 36, if provided. This measure ensures that light exits the light guide plate only through the transparent side 37, where the light is refracted and emitted from the light guide plate 7 within a limited angular range direction.

도 6과 관련하여 설명된 아웃 커플링 구조는 제1 및 제2 도광판 및 중간에 놓인 낮은 굴절률층을 갖는 도광 구조물과 관계없이 사용될 수 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서, 이 아웃 커플링 구조는 또한, 예를 들어, 모노리식(monolithic) 단일 도광판 구조물과 함께 사용될 수 있다.It should be noted that the out coupling structure described in connection with FIG. 6 can be used regardless of the light guide structure having the first and second light guide plates and a low refractive index layer interposed therebetween. Thus, this out coupling structure can also be used with, for example, a monolithic single light guide plate structure.

일반적으로, 따라서 도 6과 관련하여 개시된 개념은 조명 구조물로부터 빛을 출력하고, 방사된 빛의 방향을 도광판의 주 평면의 법선에 대하여 바람직한 각 범위 내로 제한하기 위해, 도광판(7) 및 도광판의 주 평면상에 아웃 커플링 구조를 갖는 조명 구조물을 포함하며, 여기서 아웃 커플링 구조는, 상기 주 평면 위에 직립하며 투명한 측면(37)을 갖는 광학 소자(36)를 포함하고, 상기 측면 사이의 상기 광학 소자의 폭은 상기 주 평면으로부터 멀어지는 방향으로 감소된다. 따라서, 광학 소자들은 주 평면으로부터 멀어지는 방향으로 점점 작아진다. 이러한 아웃 커플링 구조는 도 5와 관련하여 설명된 구조들보다 일반적으로 덜 복잡하다.In general, the concept disclosed in connection with FIG. 6 thus outputs light from the lighting structure and limits the direction of the emitted light within the preferred angular range with respect to the normal of the main plane of the light guide plate, so that the mains of the light guide plate 7 and the light guide plate are An illumination structure having an out coupling structure on a plane, wherein the out coupling structure comprises an optical element 36 upstanding on the main plane and having a transparent side surface 37, the optical between the side surfaces The width of the device is reduced in a direction away from the main plane. Thus, the optical elements become smaller in the direction away from the main plane. This out coupling structure is generally less complex than the structures described with respect to FIG. 5.

도 5의 아웃 커플링 구조의 개념은 제2 도광판(7)으로부터 빛이 방사될 때 제한된 각 범위 방향을 제공하기 위한 것이다. 실제적인 많은 경우에서, 방사된 빛의 각 분포는 바람직하게 원뿔 모양인데, 즉, 이는 도광판의 광-방사 주 표면의 법선에 대하여 제한된 각 범위 내에서 빛 방사를 제공할 것이다. 주 평면의 법선 주위의 원뿔 모양 각 광 분포(angular light distribution)는 통상의 평행 시준된 광 출력에 대응된다.The concept of the out coupling structure of FIG. 5 is to provide a limited angular range direction when light is emitted from the second light guide plate 7. In many practical cases, the angular distribution of emitted light is preferably conical, ie it will provide light emission within a limited angular range relative to the normal of the light-emitting major surface of the light guide plate. The conical angular light distribution around the main plane normal corresponds to a conventional parallel collimated light output.

예시로서 두 가지의 경우가 설명될 것이다. 경우 1에서, 하나 이상의 광원으로부터 방사된 등방성(isotropic) 빛은, 도광 구조물(5)의 존재를 통해 광도에 있어서 횡방향으로 균일화되고 특정 정도로 평행 시준된다.As an example, two cases will be described. In Case 1, isotropic light emitted from one or more light sources is laterally homogenized and collimated to a certain degree in luminous intensity through the presence of the light guide structure 5.

도 4에 나타난 것과 같이 고안되었을 때, 다음의 매개변수들이 인커플링 구 조를 위해 사용될 수 있다: βin= 18°, din= 0(인커플링 구조의 광학 소자(26)들에 평평한 상부가 없음), hin= 4mm. sin는 원칙적으로 임의로 선택될 수 있지만, 인접한 인커플링 광학 소자들에 의한 간섭을 막기 위해 바람직하게 sin≥ 10mm이다.When designed as shown in FIG. 4, the following parameters can be used for the incoupling structure: β in = 18 °, d in = 0 (flat to the optical elements 26 of the incoupling structure). Without top), h in = 4 mm. s in can be chosen arbitrarily in principle, but is preferably s in ≧ 10 mm to prevent interference by adjacent incoupling optical elements.

제1 도광판(6)은 굴절률 n1= 1.59 (폴리카보네이트), 중간층(8)은 굴절률 n2= 1.0 (중간 낮은 굴절률층 내의 공기)을 가지며, 제2 도광판(7)은 굴절률 n3= 1.59 (폴리카보네이트)를 갖는다.The first light guide plate 6 has a refractive index n 1 = 1.59 (polycarbonate), the intermediate layer 8 has a refractive index n 2 = 1.0 (air in the middle low refractive index layer), and the second light guide plate 7 has a refractive index n 3 = 1.59 (Polycarbonate).

도 1에 도시된 것과 유사할 수 있는 아웃 커플링 구조에서, βout= 21°, sout= 0mm (인접한 아웃 커플링 소자들 사이에 간격이 없음), dout= 0mm 및 hout= 2mm를 선택한다.In the out coupling structure, which may be similar to that shown in FIG. 1, β out = 21 °, s out = 0 mm (no gap between adjacent out coupling elements), d out = 0 mm and h out = 2 mm. Choose.

위의 매개변수는 시준 각 θc= 16°의 방사된 평행 시준 빛을 얻는다. 따라서, 도광 구조물(5)의 방사하는 제2 주 평면의 법선 주위의 16°각 원뿔 내에서 빛이 도광 구조물(5)로부터 방사된다.The above parameter yields radiated parallel collimating light with collimation angle θ c = 16 °. Thus, light is emitted from the light guide structure 5 within a 16 ° angle cone around the normal of the emitting second major plane of the light guide structure 5.

경우 2에서, 예를 들어, 위에 언급된 것과 같이 갭 내외로 다른 유체 및/또는 공기를 펌핑(pumping)함으로써, 갭으로 구성된 중간층(8) 내의 오일(n2= 1.50)을 물(n2= 1.33) 및/또는 공기(n2= 1.0)로 교환하여 조정가능한 평행 시준 및/또는 조정가능한 광도 출력을 얻을 수 있다.When in the second, for example, an oil (n 2 = 1.50) in the other fluid and / or air to the gap and out as mentioned above the pump (pumping) by, an intermediate layer (8) consisting of a gap of water (n 2 = 1.33) and / or air (n 2 = 1.0) to obtain adjustable parallel collimation and / or adjustable brightness output.

인커플링 구조에서, βin= 0°, din= 5mm, 및 hin≥ 5mm를 선택할 수 있다. sin은 원칙적으로 임의로 선택될 수 있지만, 바람직하게 10mm를 넘는다.In the incoupling structure, β in = 0 °, d in = 5 mm, and h in ≧ 5 mm can be selected. s in can in principle be chosen arbitrarily, but preferably exceeds 10 mm.

제1 및 제2 도광판(6, 7)의 굴절률은 n1 = n3 = 1.50 (예를 들어, PMMA(polymethylmethacrylate))이 되도록 선택된다. 중간층(8)이 물을 포함하면, n2= 1.33이 된다.The refractive index of the first and second light guide plates 6 and 7 is n 1 = n 3 = 1.50 (eg, polymethylmethacrylate (PMMA)). If the interlayer 8 contains water, then n 2 = 1.33.

아웃 커플링 구조에서, βout= 0°, sout= 4mm, hout= 2mm 및 dout= 1.5mm를 선택할 수 있다.In the out coupling structure, β out = 0 °, s out = 4 mm, h out = 2 mm and d out = 1.5 mm can be selected.

중간층(8)이 물일 때, 위의 매개변수들은 시준 각 θc= 46°의 방사된 평행 시준 빛을 얻기 때문에, 도광 구조물(5)의 방사하는 제2 주 평면의 법선으로부터 46°의 각 내에서 빛이 방출된다.When the intermediate layer 8 is water, the above parameters obtain radiated parallel collimating light with a collimation angle θ c = 46 °, so that it is within an angle of 46 ° from the normal of the emitting second main plane of the light guide structure 5. Light is emitted from

만약, 위의 매개변수들을 가지고, 물(n= 1.33)이 오일(n= 1.50)로 대체되면, 방사된 빛은 램버시안 확산(Lambertian diffuse)되고 (하지만 광도와 관련하여 횡방향으로 균일화됨), 따라서, 도광 구조물의 방사하는 제2 주 평면으로부터 측정할 때 90°내의 각에서 방사된다(선택가능한 평행 시준).With the above parameters, if water (n = 1.33) is replaced with oil (n = 1.50), the emitted light is Lambertian diffuse (but equalizes transversely with respect to luminosity). Thus, it is emitted at an angle within 90 ° (selectable parallel collimation) as measured from the emitting second major plane of the light guide structure.

만약, 위의 매개변수들을 가지고, 오일 또는 물이 공기(n= 1.0)로 대체되면, 도광 구조물로부터 빛이 방사되지 않는다(선택가능한 방출 광도).If, with the above parameters, oil or water is replaced by air (n = 1.0), no light is emitted from the light guiding structure (selectable emission intensity).

중간층의 매질은 도광 구조물(5)의 표면 전체에 걸쳐 대체되거나, 앞서 언급된 분할된 구역들에서 대체될 수 있다. 매질을 통과하는 (백색)빛이 색을 띠도록 매질은 색을 띨 수 있다.The medium of the intermediate layer can be replaced over the entire surface of the light guide structure 5 or in the aforementioned divided zones. The medium may be colored so that the (white) light passing through it is colored.

아웃 커플링 구조는 또한, 방사된 빛 흐름이, 적어도 어느 정도까지, 편광되도록 하는 복굴절 물질을 포함할 수 있으며, 즉, 다른 편광의 빛보다 한 편광의 빛이 도광판으로부터 더 쉽게 방사된다. 이것은 LCD 응용에서 유용할 수 있다. 도광판으로부터 방사되지 않는 "잘못된(wrong)" 편광의 빛은, 이어서 확산시키는 리플렉터에 반사되어 다른 편광을 가져올 수 있다. 이러한 아웃 커플링층들은 예를들어, WO 2003/027568 및 WO 2003/078892에 원래 개시된다.The out coupling structure may also include a birefringent material that allows the emitted light stream to be polarized, at least to some extent, ie, light of one polarization is emitted more easily from the light guide plate than light of another polarization. This can be useful in LCD applications. Light of "wrong" polarization that is not emitted from the light guide plate may then be reflected by the diffusing reflector, resulting in another polarization. Such out coupling layers are originally disclosed, for example, in WO 2003/027568 and WO 2003/078892.

도 7은 본 발명에 따라 조명 장치를 이용하는 디스플레이 시스템을 도시한다. 조명 장치(38)는 투과형 LCD 패널(39)을 위한 백라이팅 장치로서 사용된다. 이것은, 예를 들어, 컴퓨터 모니터 또는 LCD-TV에 적용될 수 있다. 물론, 일반적인 실내 조명과 같은 다른 적용이 가능하다.7 shows a display system using a lighting device according to the invention. The lighting device 38 is used as a backlighting device for the transmissive LCD panel 39. This can be applied, for example, to a computer monitor or LCD-TV. Of course, other applications are possible, such as general room lighting.

요약해서, 본 발명은 도광 구조물을 가진 조명 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 광원으로부터 입력된 빛이 이 도광 구조물을 통해 전달되고, 전반사에 의해 적어도 부분적으로 빛이 도광 구조물 내에 속박된다. 도광 구조물은 제1 및 제2 도광판, 및 상기 제1 도광판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 중간층을 포함하며, 상기 제1 도광판은 상기 적어도 하나의 광원으로부터 빛을 수신하도록 배치된다. 도광 구조물은 향상된 횡방향 광도 평균화 효과를 제공하여, 상기 적어도 하나의 광원이 점 또는 선 모양이더라도, 조명 장치의 출력 표면으로부터 빛이 더 균일하게 방사되도록 한다.In summary, the present invention relates to a lighting device having a light guiding structure, wherein light input from at least one light source is transmitted through the light guiding structure, and the light is at least partially bound in the light guiding structure by total reflection. The light guide structure includes a first and a second light guide plate, and an intermediate layer having a refractive index lower than that of the first light guide plate, wherein the first light guide plate is disposed to receive light from the at least one light source. The light guiding structure provides an improved transverse luminance averaging effect, allowing light to be emitted more uniformly from the output surface of the lighting device, even if the at least one light source is dotted or linear.

본 발명은 앞서 설명된 실시예들에 제한되는 것이 아니다. 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에서 다양한 방법으로 변경될 수 있다.The invention is not limited to the embodiments described above. The invention can be modified in various ways within the scope of the appended claims.

Claims (14)

조명 장치로서,As a lighting device, 제1 및 제2 주 평면을 가지며, 적어도 하나의 광원으로부터 빛을 수신하고 전반사에 의해 빛을 적어도 부분적으로 그 안에 속박하는 평평한 도광 구조물(light-guide arrangement)(5), 및A flat light-guide arrangement 5 having first and second major planes, the light-guide arrangement 5 receiving light from at least one light source and at least partially binding the light therein by total reflection; and 상기 제2 주 평면에, 상기 도광 장치(5)로부터의 빛을 아웃 커플링(out-coupling)하는 아웃 커플링 구조물(10)In the second main plane, an out coupling structure 10 for out-coupling light from the light guide device 5. 을 포함하며,Including; 상기 도광 구조물은,The light guide structure, 평행한 제1 도광판(light-guide plate)(6) 및 제2 도광판(7) -상기 제1 도광판(6)은 광원으로부터 빛을 수신하도록 배치되고, 상기 제2 도광판(7)은 상기 아웃 커플링 구조를 포함함-, 및Parallel first light guide plate (6) and second light guide plate (7)-The first light guide plate (6) is arranged to receive light from a light source, and the second light guide plate (7) is the out couple Including a ring structure, and 상기 제1 도광판 및 상기 제2 도광판 사이에 적어도 하나의 중간층(intermediate layer)(8) -상기 중간층은 상기 제1 도광판보다 낮은 굴절률을 가짐-At least one intermediate layer 8 between the first light guide plate and the second light guide plate, the intermediate layer having a lower refractive index than the first light guide plate 을 포함하는 조명 장치.Lighting device comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 도광판(6)의 한 에지(edge)를 통해 빛을 공급하도록 배치된 적어도 하나의 광원(14)을 포함하는 조명 장치.And at least one light source (14) arranged to supply light through one edge of the first light guide plate (6). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 도광판(6)의 주 평면을 통해 빛을 공급하도록 배치된 적어도 하나의 광원(1, 2, 3)을 포함하며, 상기 주 평면은 인커플링(in-coupling) 구조(9)를 포함하고 상기 평평한 도광 구조물의 상기 제1 주 평면을 구성하는 조명 장치.At least one light source (1, 2, 3) arranged to supply light through the main plane of the first light guide plate (6), the main plane comprises an in-coupling structure (9) And constitute the first major plane of the flat light guide structure. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 리플렉터(4)를 포함하며, 상기 제1 주 평면 및 상기 리플렉터(4)는 상기 적어도 하나의 광원(1, 2, 3)을 실질적으로 둘러싸는 조명 장치.And a reflector (4), said first main plane and said reflector (4) substantially surrounding said at least one light source (1, 2, 3). 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 아웃 커플링 구조(10)는 복굴절(birefringent) 물질을 포함하는 조명 장치.The out coupling structure (10) comprises a birefringent material. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 제1 및 제2 도광판(6, 7)은 사이에 적어도 하나의 갭(gap)을 형성하기 위해 서로 이격되며, 상기 갭은 상기 중간층을 구성하고 적어도 하나의 세그먼트(segment)로 구성되며, 상기 세그먼트는 상기 갭의 간격과 실질적으로 동일한 높이를 갖는 인접한 스페이서 요소들 사이에 위치하는 조명 장치. The first and second light guide plates 6 and 7 are spaced apart from each other to form at least one gap therebetween, wherein the gap constitutes the intermediate layer and consists of at least one segment. And the segment is positioned between adjacent spacer elements having a height substantially equal to the gap of the gap. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 세그먼트는 기체, 액체, 및 고체를 포함하는, 적어도 부분적으로 투명한 매질들의 그룹의 적어도 한 구성원으로 채워진 조명 장치.And wherein said segment is filled with at least one member of a group of at least partially transparent media comprising gas, liquid, and solid. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 구성원은 이동가능하며, 다른 구성원으로 대체될 수 있는 조명 장치.The member is movable and can be replaced with another member. 제7항 또는 제8항에 있어서,The method according to claim 7 or 8, 상기 구성원은 색을 띠는 조명 장치.Wherein said member is colored. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 9, 복수의 세그먼트를 포함하며, 서로 다른 세그먼트들은 상기 적어도 부분적으로 투명한 매질들의 그룹의 서로 다른 구성원들로 채워진 조명 장치. And a plurality of segments, wherein different segments are filled with different members of the group of at least partially transparent media. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 10, 상기 조명 장치는, 백라이팅 장치(backlighting arrangement)로서, 투과형 LCD 패널(39)에 빛을 제공하도록 배치된 조명 장치.The lighting device, as a backlighting arrangement, is arranged to provide light to the transmissive LCD panel (39). 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 10, 상기 조명 장치는, 라이트 타일(light tile)로서, 범용 조명 목적을 위해 빛을 제공하도록 배치된 조명 장치.The lighting device, as a light tile, is arranged to provide light for general purpose lighting purposes. 도광판을 포함하며, 상기 도광판 안으로 빛을 입사시키기 위해 상기 도광판의 제1 주 평면에 인커플링 구조물을 포함하는 조명 구조물로서, An illumination structure comprising a light guide plate, the illumination structure comprising an incoupling structure in a first major plane of the light guide plate for injecting light into the light guide plate, 상기 입사된 빛은 전반사에 의해 적어도 부분적으로 상기 도광판 안에 속박되고, The incident light is bound to the light guide plate at least partially by total reflection, 상기 인커플링 구조물은, 상기 제1 주 평면으로부터 직립(upstanding)하고 투명한 측면(side surface)(29)들을 갖는 광학 소자(26)들을 포함하고, 상기 측면들 사이의 상기 광학 소자들의 폭은 상기 제1 주 평면으로부터 멀어지는 방향으로 감소되는 조명 구조물.The incoupling structure includes optical elements 26 having side surfaces 29 that are upstanding and transparent from the first major plane, the width of the optical elements between the sides being The lighting structure is reduced in a direction away from the first main plane. 도광판(7)을 포함하며, 상기 도광판으로부터 빛을 출력하고 평행 시준(collimate)하기 위해 상기 도광판의 주 평면에 아웃 커플링 구조물을 포함하는 조명 구조물로서, An illumination structure comprising a light guide plate (7) and comprising an out coupling structure in the major plane of the light guide plate for outputting and collimating light from the light guide plate, 상기 아웃 커플링 구조는, 상기 주 평면으로부터 직립하고 투명한 측면(37)들을 갖는 광학 소자(36)들을 포함하고, 상기 측면들 사이의 상기 광학 소자들의 폭은 상기 주 평면으로부터 멀어지는 방향으로 감소되는 조명 구조물.The out coupling structure comprises optical elements 36 upstanding from the main plane and having transparent sides 37, the width of the optical elements between the sides being reduced in a direction away from the main plane. structure.
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