直線光源を具える照明装置

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【発明の名称】	直線光源を具える照明装置
【発明者】	【氏名】ホーストグレイネル
【要約】	【課題】特にＬＣＤ画像スクリーンのバックライト用に好適であり且つ画像スクリーンの均一で強い照明を小さな構造深さで達成し得る頭書に記載した種類の照明装置を提供することにある。【解決手段】光放射表面（１１）と各々少なくとも１つのほぼ直線の光源（２１）を収納する複数のチャネル（２０）を具える導光板（１）を具えた照明装置である。この照明装置は特にＬＣＤ画像スクリーンのような液晶ディスプレイのバックライト用又は平面光放射器用に好適である。この照明装置は、特に、前記チャネルの光放射表面（１１）に面するそれらの上面（２０３）に第１反射層（２０４）が設けられ、且つ前記導光板への光の入力結合が前記チャネルの側壁（２０１、２０２）から行なわれる点を特徴とする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】光放射表面と各々少なくとも１つのほぼ直線の光源を収納する複数のチャネルを具える導光板を具えた照明装置において、前記チャネルは前記光放射表面に面するそれらの上面が第１反射層で覆われ、且つ前記導光板への光の結合が前記チャネルの側壁を経て行なわれることを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記チャネルの側壁は前記光放射表面にほぼ直角に延在し、前記チャネルの上面は前記光放射表面にほぼ平行に延在することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】前記チャネルはそれらの上面に対向するそれらの下面が第２反射層で覆われていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】前記チャネルはほぼ矩形断面を有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】前記チャネルは前記導光板の前記光放射表面に対向する下面に埋設されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項６】前記導光板は前記チャネルが設けられた複数の導光素子を具え、これらの導光素子が前記導光板の前記光放射表面に対向する下面に光学的に固定されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項７】前記少なくとも１つの光源が低圧ガス放電ランプであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項８】前記第２反射層が前記導光板の側面及び下面を覆って延在することを特徴とする請求項３記載の照明装置。
【請求項９】前記第２反射層は前記導光板から離間され、空隙を形成することを特徴とする請求項８記載の照明装置。
【請求項１０】前記第１反射層は前記導光板内へ水平方向に延在する第１部分の形の延長部を有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項１１】前記第１反射層は前記チャネルの側壁に沿って延在する第２部分の形の延長部を有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項１２】前記上面に対向して位置するチャネルのエッジ部が第３反射層で覆われていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項１３】請求項１－１２の何れかに記載の照明装置を具えた液晶ディスプレイ。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光放射表面と各々少なくとも１つのほぼ直線の光源を収納する複数のチャネル（溝）を具える導光板を具えた照明装置に関するものである。このような照明装置は特にＬＣＤ画像スクリーンのような液晶ディスプレイのバックライト用又は平面光放射器用に設計される。
【０００２】
【従来技術】ＬＣＤ画像スクリーンは画像可視化用に全面に亘ってできるだけ均一な背面照明を必要とする。しかし、特に大形の照明装置の場合には、その前に表示スクリーンが位置する光放射表面の全面に高い光度を充分な均一性で発生させることができないという困難がしばしば生ずる。これは不快な画像効果を生じ得る。更に、これらの照明装置は多くの場合できるだけ薄くする必要がある。
【０００３】原理的に、これらの照明装置は２種類に区別される。例えば、特開平５－２７２３８号公報から既知のような所謂直接照明装置の場合には、通常円筒状冷陰極又は熱陰極ランプである光源が画像スクリーンの直後に導光板内に配置される。更に、この照明装置には画像スクリーンと反対側の表面に反射層が設けられる。画像スクリーンのできるだけ均一な照明を達成するためには、光源と画像スクリーンとの間の距離を小さくしすぎてはならい。その理由は、さもなければランプにより画像スクリーンに直接照射される光を補正し得なくなるからである。しかし、画像スクリーン全域に亘る比較的均一な光分布は、画像スクリーンの前に光散乱板を用いることにより達成することもできる。これは一般に画像スクリーンの２倍以上の構造厚さを必要とする。他の欠点は、光散乱層は損失を招くため、このようなバックライト装置の効率（すなわち光源により発生された光のうちＬＣＤ画像スクリーンの照明に実際に使用し得る割合）は最大で約５０％であるという点にある。
【０００４】例えば欧州特許出願公開ＥＰ０７１７２３６号から既知のような間接又は側面照明装置の場合には、光源が導光板の側面（狭い面）に配置される。光はこれらの側面から導光板に入力し、導光板の側面で全反射して導光板内を伝播する。光は次いで導光板の前面又は背面に配置された適切な光抽出素子により画像スクリーンの方へカップリングアウト（結合出力）される。この構成の利点は構造の深さが小さくなるとともに照明が直接照明装置の場合より通常均一になる点にある。しかし、光の導入に４つの側面しか使用できないために総光量がかなり制限される欠点がある。この場合にも、特に大形の導光板の場合には、適切な光放射（カップリングアウト）構造を適切に設計することによって均一な照明を達成することが困難になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特にＬＣＤ画像スクリーンのバックライト用に好適であり且つ画像スクリーンの均一で強い照明を小さな構造深さで達成し得る頭書に記載した種類の照明装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達成するために、光放射表面と各々少なくとも１つのほぼ直線の光源を収納する複数のチャネルを具える導光板を有する照明装置において、前記チャネルを前記光放射表面に面するそれらの上面にて第１反射層で覆い、且つ前記導光板への光の結合を前記チャネルの側壁を経て行なうことを特徴とする。
【０００７】この解決手段は直接背面照明装置と間接背面照明装置の利点を併合し、従って高い光度を均一分布と光源の高い利用効率とともに達成し得る。また、一方では、光源を導光板内に組み込むことができるため、構造深さを既知の間接背面照明装置より大きくする必要がない。従って、構造厚さがランプ直径の２倍、即ち６－８mm以下の極めて平坦な照明装置を製造することができる。
【０００８】他方では、光源の数が導光板の側面の数により制限されないために、直接照明装置の場合にように、少なくとも均等に高い光度を光放射表面に達成することができる。所望の光度を光源又はチャネルの数の適切な選択により達成することができる。
【０００９】縦続請求項は本発明の他の有利な実施例に関するものである。光放射表面上の光の特に高い均一性は請求項２及び請求項１０－１２に記載された実施例により達成される。その理由は、これらの実施例では光源から放射される光の如何なる部分も光放射表面に直接到達し得ないためである。
【００１０】請求項３、８及び９に記載された実施例によれば光源の効率が更に向上し、請求項４－６に記載された実施例は特に製造が容易である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴及び利点は図面を参照して以下に記載する好適実施例の説明から明らかになる。
【００１２】図１は透明材料から既知の方法で製造される長方形の導光板１を示す。この導光板は、その上部に、光を上面から既知のようにカップリングアウト（結合出力）させる光放射表面１１と、この面に対向する下面１２と、２つの長側面１３、１４及び２つの短側面１５、１６とを具える。複数のチャネル（溝）２０が板１の下面側に設けられ、これらのチャネルは短側面にほぼ平行に、導光板１の全幅に亘って延在する。
【００１３】チャネルの数及び相互間隔は原理的には任意の値を有することができ、照明装置の大きさ、光放射表面における所望の光度及び光源の特性に基づいて選択することができる。均一な光分布を達成するために、チャネルを導光板１の全域に亘ってできるだけ均等に分布させる。
【００１４】導光板１及び特にその光放射表面１１は必ずしも長方形にする必要はない。例えば正方形又は楕円形等のような他の形状にすることもできる。更に、導光板内のチャネルは原理的には任意のコースにすることができる。導光板の長側面又は短側面に平行に延在する好適構成の他に、板の主対角線に沿うチャネルも可能である。このチャネルは特にモニタに適用するのが有利である。更に、チャネルは板内の円形、楕円形、蛇行チャネル等にすることもできる。最後に、各チャネルの始端及び終端を板内に位置させることもできる。
【００１５】図２は１つのチャネル２０の部分における長側面１３、１４の一部分の側面図である。チャネル内には光源２１が存在し、この光源はチャネル２０のほぼ全長に亘って延在する、例えば低圧ガス放電ランプとすることができ、チャネルはランプを除けば空である。この図から明らかなように、チャネルは光放射表面１１にほぼ直角に延在する側壁２０１、２０２と、光放射表面１１にほぼ平行な上面２０３を有する。チャネルの側壁は導光板１の材料により形成されるが、チャネルの上面には両面高反射性の第１層２０４を設ける。
【００１６】この場合、２つの可能性がある。第１の可能性は、この第１層２０４をチャネル２０の上面２０３に、導光板１と第１層２０４との間に空隙又は中間空間が存在しないように直接設けることができる。この場合には、層２０４と導光板１との間にオプティカルコンタクトを存在させるとともに、この層をできるだけ正反射にする必要がある。第２の可能性は、層２０４をチャネルの上面２０３からチャネルの内部方向へ離して位置させ、空隙を生じさせるとともに、層２０４を例えば光源の方向に僅かな凹面勾配を有するものとすることができる。この場合には、層２０４と導光板１との間にオプティカルコンタクトは存在せず、導光板からの光がチャネルの上面２０３又は導光板の材料と空隙との間の界面における全反射により導光板内に戻される。この反射は極めて小さな損失を生ずるのみであるため、第１層２０４と上面２０３との間を若干離すのが一般に好ましい。
【００１７】最後にチャネルの下面を高反射性の第２層１２１で覆う。この層は、例えば底壁上に設けることができ、特に導光板を閉じるハウジング(図示せず)の内壁上に、第２反射層１２１が全下面１２とともに側面１３－１６も覆うように設け、その結果として外部から覆われる表面との間にオプティカルコンタクトが存在しないようにするのが好ましい。
【００１８】実験の結果、チャネル２０の下面は導光板１上に位置する追加の高反射性層１２１ａで閉じ、チャネル２０からの光が導光板１と層１２１との間の空隙に侵入しないで層１２１により導光板１内へ直接反射されるようにするのが有利であることが判明した。さもなければ不所望な輝線が光放射表面１１上に生じ得る。
【００１９】最後に、複数の光抽出素子３を光放射表面１１に設け、これらの素子により光を既知のように導光板１からカップリングアウト（結合出力）させる。
【００２０】この照明装置の組み立てにおいては、導光板１をスペーサ１７を用いてハウジング内に収納するのが好ましい。スペーサ１７は導光板の側面１３－１６とハウジングの内壁との間並びに導光板の下面１２とハウジングの底壁との間に挿入する。その結果として、第２反射層１２１(ハウジングの内壁に位置する)は導光板１から離間され、層１２１と側面１３－１６及び下面１２との間に空隙が残存する。
【００２１】少なくとも１つの光源２１から発する光線はチャネルの側面２０１、２０２のみから導光板１の材料内に入力する。これらの光線は導光板１内を導光板の側面１３－１６及び下面１２、即ちそこに設けられている第２層１２１で全反射してほぼ無損失で伝播し、光放射表面１１から出力される。この点について以下に詳細に説明する。
【００２２】導光板内を発散する光線がチャネル２０の側壁２０１、２０２に当たると、この光線はチャネルに入力し、側壁２０１、２０２から再び出る前にチャネル内で光源２１及び／又は高反射性第１又は第２層２０４、１２１（１２１ａ）で散乱される。
【００２３】導光板内の発散する光線がチャネルの外部上面２０３に当たると、この光線は、上述した可能な構成の選択に応じて、第１層２０４が導光板１とオプティカルコンタクトであれば、第１層２０４で反射され、あるいはオプティカルコンタクトでなければ、上面２０３で全反射されるため、この光線は何れの場合にもチャネル２０のそばを通過する。
【００２４】この種の光結合及び光発散は導光板１全体に亘って極めて均一な光の分布をもたらし、特に個々の光源の光放射表面１１で結合出力される光への寄与の極めて均一な分布をもたらす。更に、各光源の光は導光板全体に分布され、光源から光放射表面へ直接到達し得ないため、任意の光源の例えば強度変動又は故障による影響が小さくなり、殆ど目立たなくなる。これらの特性は光源の数を増大すると更に向上する。
【００２５】光は導光板１の光放射表面１１から光抽出素子３によって既知のように結合出力させ、例えば導光板上に配置した液晶ディスプレイ又はＬＣＤ画像スクリーンを照明することができる。照明の均一性は抽出素子の適切な設計及び／又は配置により更に向上させることができ、抽出素子の設計及び／又は配置は不規則にすることもできる。
【００２６】導光板１は図２に示すように第２層１２１で被覆された壁を有するとともに下面１２及び側面１３－１６を覆うハウジング（図示せず）内に配置して、外部から覆われる表面とのオプティカルコンタクトを不可能にするのが好ましい。この場合には第２層１２１は正反射性又は拡散反射性にすることができる。
【００２７】第２層１２１を関連する側面１３－１６及び下面１２上に直接配置することもでき、この場合にはスペーサを除去する。しかし、これは、特に第２層が拡散反射である場合に、入射光の一部分が側面により光放出表面１１に直接反射され、不利な効果を生ずる欠点を有する。この欠点は、第２層を正反射にすれば、高度に回避することができるが、このような層はかなり高価である。その理由は、このような層は比較的高い反射率材料で製造し得るのみであるとともに導光板の表面上に極めて骨の折れる方法で設ける必要があるためである。
【００２８】驚いたことに、この問題は、第２層１２１を関連する側面１３－１６及び下面１２に直接設けないで、導光板から例えば０．１mmの距離に位置させて、空隙のために両者間にオプティカルコンタクトが存在しないようにすることにより解決できることが確かめられた。
【００２９】光線が導光板１から側面１３－１６の１つ（又は下面１２）を通過するとき、この光線は最初にその側面で屈折され、次いで空隙を横切り、第２層１２１により反射されて戻る。第２層１２１は拡散反射が好ましい。この光線は、空隙をもう一度通過した後、導光板１に再び入力し、導光板の屈折率が１．４１以上であれば、次いで再び全反射条件を満たす。
【００３０】その結果として、導光板から側面又は下面を経て出る光成分は導光板内に再び反射されて戻る。第２層１２１の製造には、９５－９８％以上の反射率を有する市販の白色箔又は白色塗料を使用することができる。導光板から少し離して正反射の第２層を使用することもできること明かである。しかし、拡散反射層の方が、反射後の光が導光板に良好に均等に分布するとともに、この層は正反射層より高い反射率及び低いコストで製造し得る利点を有する。
【００３１】従って、この構成によれば多数の光源からの光の極めて有効な結合並びに極めて均一且つ低損失の分布が得られる。
【００３２】チャネル２０の上面２０３における高反射性の第１層２０４を第１部分２０４ａ（図２に破線で示す）により導光板１内に水平方向に数ミリメートルだけ延長させるのが有利であることが確かめられた（この目的のために導光板は２つの層からなるものとする必要がある）。或は又（特にこの層を蒸着により実現する場合には）、この層を第２部分２０４ｂ（図２に破線で示す）によりチャネルの上部内部エッジの周囲に垂直方向に、側壁に沿って数ミリメートルだけチャネルの下方へ延長させることができる。これらの部分のどちらによっても、チャネルのエッジ部において不所望な漂遊光が発生するのを阻止することができる。
【００３３】この目的のために、更に、チャネル２０の対向下部エッジに隣接する導光板１の側壁２０１及び下面１２の部分に該部分に沿って数ミリメートルだけ延在する高反射性の第３層２０５を設けることができる。
【００３４】使用し得る光源は円筒形ガス放電ランプ又は外部から光が供給される通常の光導波路とすることができる。導光板への高効率の光結合及び導光板内の良好な光分布の結果として、導光板に比較的少数の高光度の光源を設けることができる。これは照明装置の製造費用を低減するとともに、必要とされるランプ及び安定器が少数であるために著しいコストの節約ももたらす。
【００３５】図３は本発明の第２の実施例を示す。この実施例も、互いに対向する２つの長側面１３、１４及び互いに対向する２つの短側面１５、１６を有する図１に示すような例えば長方形の導光板１を具える。この導光板１は上述したように他の形状にすることもできる。
【００３６】第１の実施例と相違して、導光板１は複数の導光素子２を具え、チャネル２０は光放射表面１１に対向する下面側に埋設されている。導光素子２はチャネルと同様に導光板１のほぼ全幅に亘って延在するとともに短側面に平行に延在させることができ、各導光素子２は下面１２に例えば接着接続により光学的に固定された矩形ロッドにより形成するのが好ましい。
【００３７】これらの導光素子２は原理的には導光板内の任意のコースに配置することができる。導光板の長側面又は短側面に平行な好適配置の他に、導光板の主対角線に沿うコースに配置することもできる。このコースはモニタに適用するのが好ましい。更に、これらの導光素子は円形、楕円形、蛇行、その他の形状に配置することもできる。
【００３８】導光素子２は導光板１の他の構成部分と同一の導波材料で製造するのがこのましい。導光素子２の数、従ってチャネル２０及び光源２１の数は導光板１の光照射表面１１における所望の光度に基づいて選択する。
【００３９】第１の実施例について上述した説明と同一の説明が、第２反射層１２１及びその導光板からの距離、追加の層１２１ａ、第１反射層２０４、第１及び第２部分２０４ａ，２０４ｂ、第３部分２０５、チャネルの形状、及び光源の性質について等しく有効である。
【００４０】この第２の実施例の機能は第１の実施例の機能と基本的に同一である。光源２１により放射された光はチャネル２０からその側壁２０１、２０２のみを経て出ることができ、最初に導光素子２に結合する。この光は導光素子２から導光板の残部内にも、高反射性第２層１２１でのほぼ無損失の全反射により分布され、導光板全体に亘って均一に分布される。この光は導光板１の光放射表面１１から光抽出素子３により既知のように結合出力される。
【００４１】実験の結果、光源からのルーメン出力の約７０－８０％が導光板に結合され、光放射表面１１で利用し得ることが確かめられた。
【００４２】この実施例の他の利点は、第１の実施例と比較して重量及びスペース要件の更なる節約が達成される点にある。例えば、導光素子２は数センチメートルの幅及び光源の直径の約２－３倍の高さを有するが、導光板の残部は約５mmの厚さにすることができる。
【００４３】本発明の原理は直線光源のみならず、例えばＬＥＤのような点光源にも適用することができる。この目的のために、図１－３に示すような導光板１又は導光素子２に、チャネル２０の代わりにほぼ円筒形又は方形の凹部を設け、これらの凹部内に点光源を収納する。或は又、一列に配列した複数のＬＥＤの形態の直線光源を実現することもできる。この場合にはＬＥＤは導光板の下面のチャネル２０内に収納する。
【００４４】上述した本発明の照明装置の特性は、異なる色の光源からの光を導光板内で混合して光放射表面で混色として出力させる必要がある場合にも特に有利に利用することができる。均一でむらのない色の混合光を発生させるためには、互いに隣接する光源が常に異なる色の光を発生するように光源を配置するのが好ましい。
【００４５】最後に、第２反射層１２１と導光板の側面又は下面との間の間隔は光源の性質、数及び位置と無関係である点に注意されたい。この間隔は、例えば光源を導光板内に配置しないでその１つ又は数個の側面に配置する場合にも設けることができる。この場合にも、上述した全反射に対する要件に従って関連する側面から出る光のほぼ無損失の反射に関する利点が、残りの側面におけるこのような離間反射層によって得られる。

【出願人】	【識別番号】５９００００２４８【氏名又は名称】コーニンクレッカフィリップスエレクトロニクスエヌヴィ【氏名又は名称原語表記】ＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅＰｈｉｌｉｐｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＮ．Ｖ．【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ１，５６２１ＢＡＥｉｎｄｈｏｖｅｎ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【出願日】	平成１４年１月１８日（２００２．１．１８）
【代理人】	【識別番号】１０００７２０５１【弁理士】【氏名又は名称】杉村興作（外１名）
【公開番号】	特開２００２－２４５８３４（Ｐ２００２－２４５８３４Ａ）
【公開日】	平成１４年８月３０日（２００２．８．３０）
【出願番号】	特願２００２－９６６２（Ｐ２００２－９６６２）