JP2008536283A

JP2008536283A - ２ｄｌｅｄスタックを有する照明システム

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Publication number: JP2008536283A
Application number: JP2008506027A
Authority: JP
Inventors: エフベルトレンデリンク; ペーテルアーダイネ; ヘースウィークヨハネスアーアーエムファン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2008-09-04
Also published as: EP1875300A2; CN101160544A; WO2006120586A2; US20080205077A1; WO2006120586A3; TW200734747A

Abstract

本発明は、複数個の光エンジン（ＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1）及びシステム出口窓（ＯＳ）を有する照明システム（ＬＳ１）に関する。各光エンジンは、第１の所定数の発光ダイオード、第２の所定数のダイクロイックビームスプリッタ及びエンジン出力窓を有する。光エンジンは、発光ダイオードによって放出された光をダイクロイックビームスプリッタ経由でエンジン出力窓上に重ね合わせる。照明システムは、光エンジンによって放出された光をシステム出口窓の方へ案内する複数個の光ガイド（ＬＧａ_1,1，ＬＧａ_2,1，ＬＧａ_3,1）を更に有する。光ガイドは、光ガイド出力窓（ＯＧａ_1,1，ＯＧａ_2,1，ＯＧａ_3,1）を有する。複数個の光ガイド出力窓は、システム出口窓を構成するアレイをなして配列されている。光ガイドにより、光エンジンをシステム出口窓から見て遠くに配置することができる。これにより、光エンジンの発光ダイオードを効果的に冷却できると共に光ガイド出力窓をシステム出口窓内に互いに隣接して積み重ねることができる。

Description

本発明は、複数個の光エンジン及びシステム出口窓を有し、各光エンジンが、第１の所定数の発光ダイオード、第２の所定数のダイクロイックビームスプリッタ及びエンジン出力窓を有する照明システムに関する。

本発明は更に、ランプ及びディスプレイ装置に関する。

高強度照明システムは、これら高強度照明システムで必要な高強度出力をもたらす高圧放電光源を有するのが通例である。しかしながら、高圧放電光源には、幾つかの欠点がある。例えば、高圧放電光源の光強度又は色に影響を及ぼすのは比較的困難である。別の欠点として、高圧放電光源を有する照明システムは、光源の故障の影響を受けやすい場合が多く、これにより、特に照明システムは、例えば交通信号機用途で用いられると、安全性が損なわれる場合がある。高輝度半導体光エミッタは、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」とも言う）と同様、入手できるようになっており、高強度照明システムに一段と利用されている。技術動向は、一緒になって高強度光源を形成するＬＥＤのアレイの利用に向かっているようである。多くの場合、ＬＥＤの互いに異なる色の出力は、照明システムから、ほぼ白色の光を提供することができるよう混ぜ合わされる。ＬＥＤを有する照明システムでは、ＬＥＤの出力は、典型的には、ＬＥＤの周囲温度の影響を受け、この結果、ＬＥＤの周囲温度は、ＬＥＤを有する照明システムにおける重要なパラメータである場合が多い。

複数個の発光ダイオードを有する照明システムの一例が、米国特許出願公開第２００４／００８０９３８号明細書で知られている。この米国特許出願公開明細書では、劇場又はスタジオ用照明システムが、光源キューブの二次元アレイを利用している。各光源キューブは、好ましくは光源キューブの３つの互いに異なる入力表面に直接つけられる３つの光源を有している。３つの光源は、好ましくは、１つの赤色光源、１つの緑色光源及び１つの青色光源を有するＬＥＤトライアッドを呈する。光源キューブは、２つのダイクロイック膜を有するダイクロイックプリズムキューブ（これは、フィリップスプリズム構造とも呼ばれている）である。各ダイクロイック膜は、例えば光の波長に応じて光を選択的に反射し又は透過させる。公知の光源キューブ内の適当なダイクロイック膜を選択することにより、３つの光源の各々の光は、光源キューブの単一の光出力表面上に重ね合わせられる。

光源キューブの二次元アレイを有する照明システムでは、光源キューブの互いに異なる入力表面に取り付けられたＬＥＤを効果的に冷却することは、かなり困難である。

本発明の目的は、光源出力の二次元アレイを提供し、各光源が複数個の発光ダイオードの出力を組み合わせ、発光ダイオードを比較的容易に冷却することができる照明システムを提供することにある。

本発明の第１の特徴によれば、この目的は、複数個の光エンジン及びシステム出口窓を有する照明システムであって、各光エンジンが、第１の所定数の発光ダイオードを有し、発光ダイオードが、同一の光エンジン中の他の発光ダイオードの任意のものの原色とは異なる原色の光を放出し、各発光ダイオードが、長手方向軸線を備えたコリメータを備え、各光エンジンが、第２の所定数のダイクロイックビームスプリッタ及びエンジン出力窓を更に有し、発光ダイオードの各々によって放出された光が、ダイクロイックビームスプリッタの少なくとも１つを介してエンジン出力窓上に重ね合わされ、照明システムが、光エンジンによって放出された光をシステム出口窓の方へ案内する複数個の光ガイドを更に有し、各光ガイドが、光ガイド出力窓を有し、システム出口窓が、光ガイド出力窓のアレイによって構成されていることを特徴とする照明システムによって達成される。

本発明による解決手段の作用効果は、複数個の光ガイドにより、光エンジンをシステム出口窓から遠くに配置できるということにある。光ガイドの光ガイド出力窓のアレイは、光エンジンの冷却に影響を及ぼすことなく、システム出口窓内に密に積み重ねることができる。光エンジンは、遠くに配置されると共にＬＥＤを効果的に冷却することができるように構成できる。

光エンジンは、ダイクロイックビームスプリッタを有する。一般的に言って、ダイクロイックビームスプリッタは、光ビームの光を互いに異なる原色から成る互いに異なるビームの状態に分割する。本発明の光エンジンでは、ビームスプリッタは、互いに異なる原色の光を組み合わせ、互いに異なる原色の光をエンジン出力窓上に重ね合わせるよう用いられる。

システムの一実施形態では、各光エンジン内の発光ダイオードは、長手方向軸線に略垂直な直線に沿って配置される。この実施形態の利点は、この実施形態が、ＬＥＤの冷却を一段と容易にすることにあり、その理由は、例えば、直線に沿う空気の流れを光エンジン内の全てのＬＥＤの冷却に利用できるからである。

システムの一実施形態では、各光エンジン内の発光ダイオードは、単一の基板上に配置される。この実施形態の利点は、この実施形態により、単一のヒートシンクを基板に利用することができ、かくして、光エンジン内のＬＥＤの冷却が一段と単純化されることにある。

システムの一実施形態では、各光エンジンの基板は、互いに平行に配置される。この実施形態の利点は、各光エンジン内のＬＥＤの冷却を照明システム内の１箇所、例えば、照明システムのカバーの一方の側に集中させることができるということにある。光エンジンのこの構成により、例えば、向上した冷却特性が照明システムのカバーのその部分に割り当てられるようカバーを設計できる。

システムの一実施形態では、光ガイド出力窓は、システム出口窓を実質的に覆う表面を形成するようアレイ内に配置される。この構成の利点は、光ガイド出力窓を互いに隣接して配置でき、かくして、かかる光ガイド出力窓が、システム出口窓を実質的に完全に満たすということにある。公知の照明システムでは、３つのＬＥＤを有する光源キューブが用いられている。３つのＬＥＤは、各光源キューブの３つの入力表面に配置されている。光源キューブの二次元アレイが形成される場合、ＬＥＤの幾つかは、２つの光源キューブ相互間に配置され、それにより、これら光源キューブは、二次元アレイ内で互いに隣接して配置されるのが阻止される。光源キューブの光出力表面のアレイにより形成された先行技術の照明システムの出力窓は、光源キューブの光出力表面で完全に満たすことができない。

本発明の照明システムは、光エンジンの各々からの光を光ガイド出力窓に案内する光ガイドを有する。光ガイド出力窓を備えた光ガイドを用いることにより、ＬＥＤは、遠くに配置され、アレイ内の光ガイド出力窓の構成に対する影響は生じない。光ガイド出力窓は、アレイ内に互いに隣接して配置され、かくして、システム出口窓を実質的に完全に満たすことができる。

システムの一実施形態では、各コリメータは、発光ダイオードによって放出された光の角度分布をコリメータの長手方向軸線に対して２０°以内に減少させる。この実施形態の利点は、コリメータにより、ダイクロイックビームスプリッタによる比較的広い角度分布状態を備えた発光特性を有するＬＥＤを効果的に使用できるということにある。ダイクロイックビームスプリッタは、例えば光の波長及び更に例えば光とダイクロイック層との間の入射角に応じて、光を選択的に反射し又は透過させる。代表的には、ダイクロイックビームスプリッタは、ダイクロイックビームスプリッタが比較的高い効率で光を選択的に反射し又は透過させる最適入射角に合わせて設計される。ダイクロイックビームスプリッタの効率は、代表的には、最適入射角から離れる入射角については低下する。特許請求の範囲に記載されたコリメータを用いた場合、放出された光の角度分布は、最適入射角から２０°以内、好ましくは１５°以内に減少し、その結果、光エンジンで用いられるダイクロイックビームスプリッタの相互的効率が比較的高くなる。

システムの一実施形態では、各光ガイドは、コリメータからの光の光分布を実質的に維持する剛性光ガイドから成る。可撓性光ガイドを用いた場合、案内される光の角度分布は、代表的には、広げられ、他方、光エンジンからの光は、システム出口窓の方へ案内される。大抵の光用途、例えばスポットライトに関し、狭い角度分布が好ましい。コリメータの使用により、放出された光の角度分布は、例えば、１５°以内まで狭くなる。剛性光ガイドを用いると、角度分布が実質的に保存され、コリメータの１つ１つにより提供される実質的に同一の全体的角度分布を有する照明システムが提供される。

システムの一実施形態では、このシステムは、少なくとも２つのダイクロイックビームスプリッタを有し、２つのダイクロイックビームスプリッタは、単一のビームスプリッタキューブの状態に組み合わされる。この実施形態の利点は、この実施形態により、ダイクロイックビームスプリッタのコンパクトな構成が可能になり、かくして、照明システムのコンパクトな設計が可能になるということにある。

システムの一実施形態では、各光エンジンは、３つの発光ダイオードを有する。３つのＬＥＤを用いた場合の利点は、このことにより、白色を含む実質的に全ての色の創出が可能になるということにある。

本発明の上述の特徴及び他の特徴は、以下に説明する実施形態から明らかであり、かかる実施形態を参照して説明する。

図は、全くの略図であり、縮尺通りには作成されていない。特に、分かりやすくするため、寸法形状の中には、非常に誇張されているものがある。図中の互いに同一のコンポーネントは、できるだけ多くのものについて、同一の参照符号で示されている。

図中、アレイ内に配置可能な要素には、添え字ｉ及びｊが付けられている。添え字ｉは、アレイ内の行を表し、添え字ｊは、アレイ内の列を表している。添え字ｉ又はｊを有する参照符号は、これらが付けられている要素の一般的説明のために用いられ、添え字ｉ又はｊに代えて数字が用いられている参照符号は、アレイ内の特定の要素に言及するために用いられている。

図１は、本発明の２つの実施形態としての照明システムＬＳ１（図１ｃ参照），ＬＳ２（図１ｄ参照）を示しており、第１の光ガイドＬＧａ_i,jが、第１の光エンジンＬＥａ_i,jの出力を照明システムＬＳ１，ＬＳ２のシステム出口窓ＯＳ（図１ｃ、図１ｄ及び図１ｅ参照）まで案内する。図１ａは、光源として３つの発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを有する第１の光エンジンＬＥａ_i,jの側面図である。動作にあたり、第１の光エンジンＬＥａ_i,j内のＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂは、各々、他のＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂの任意のものの原色とは異なる原色の光をもたらす。この実施形態では、１つのＬＥＤ−Ｒは、赤色光を放出し（これは、赤色ＬＥＤ−Ｒとしても示されている）、１つのＬＥＤ−Ｇは、緑色光を放出し（これは又、緑色ＬＥＤ−Ｇとして示される）、１つのＬＥＤ−Ｂは、青色光を放出する（これは又、青色ＬＥＤ−Ｂとして示される）。当然のことながら、原色の他の組み合わせも使用できる。各ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂは、長手方向軸線Ｃａを有するコリメータＣｏを備えている。コリメータＣｏは、ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂにより放出された光の角度分布をコリメータＣｏの長手方向軸線Ｃａに対し例えば２０°以内、好ましくは１５°以内に減少させる。第１の光エンジンＬＥａ_i,jは、２つのダイクロイックビームスプリッタＤ１，Ｄ２、第１の鏡Ｍ１及びエンジン出力窓ＯＥａを更に有している。第１のダイクロイックビームスプリッタＤ１は、赤色ＬＥＤ−Ｒにより放出された光を反射し、緑色ＬＥＤ−Ｇにより放出された光を透過させる。第２のダイクロイックビームスプリッタＤ２は、青色ＬＥＤ−Ｂにより放出された光を反射し、緑色ＬＥＤ−Ｇと赤色ＬＥＤ−Ｒの両方から放出された光を透過させる。図１ａは、光ガイド出力窓ＯＧａ_i,jを備えた第１の光ガイドＬＥａ_i,jを更に示している。第１の光ガイドＬＧａ_i,jは、第１の光エンジンＬＥａ_i,jの光出力を光ガイド出力窓ＯＧａ_i,jまで案内する。

図１ａでは、緑色ＬＥＤ−Ｇにより放出された光の主光路は、実線で示されている。放出された緑色光は、コリメータＣｏを通過し、このコリメータは、緑色光の角度分布を狭くする。次に、緑色光は、鏡Ｍ１で反射してエンジン出力窓ＯＥａの方へ進み、第１のダイクロイックビームスプリッタＤ１及び第２のダイクロイックビームスプリッタＤ２を通過する。赤色ＬＥＤ−Ｒにより放出された光の主光路は、一点鎖線で示されている。放出された赤色光は、コリメータＣｏを通過し、このコリメータは、赤色光の角度分布を狭くする。次に、赤色光は、ダイクロイックビームスプリッタＤ１で反射してエンジン出力窓ＯＥａの方へ進み、第２のダイクロイックビームスプリッタＤ２を通過する。青色ＬＥＤ−Ｂにより放出された光の主光路は、点線で示されている。放出された青色光は、コリメータＣｏを通過し、このコリメータは、青色光の角度分布を狭くする。次に、青色光は、ダイクロイックビームスプリッタＤ２で反射してエンジン出力窓ＯＥａの方へ進む。第１の鏡Ｍ１及び２つのダイクロイックビームスプリッタＤ１，Ｄ２の構成により、３つのＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂの各々により放出された光を第１の光エンジンＬＥａ_i,jの光出力表面ＯＥａ上に重ね合わせることができ、緑色光と赤色光と青色光の混色である光出力Ｓが作られる。光出力Ｓは、第１の光ガイドＬＥａ_i,jによって光ガイド出力窓ＯＧａ_i,jまで案内される。第１の光ガイドＬＥａ_i,jの寸法ｄ_aは、本発明の範囲から逸脱することなく適用可能である。

図１ｂは、コリメータ延長部Ｃｅが各コリメータＣｏの出口に追加された第１の光エンジンＬＥａ_i,jの側面図である。コリメータの延長により、ＬＥＤと鏡Ｍ１又はダイクロイックビームスプリッタＤ１，Ｄ２との間の距離の延長が可能である。

図１ｃは、第１の光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1のアレイが、光を第１の光ガイドＬＧａ_1,1，ＬＧａ_2,1，ＬＧａ_3,1のアレイに提供する本発明の照明システムＬＳ１の側面図である。光ガイドＬＧａ_1,1，ＬＧａ_2,1，ＬＧａ_3,1は、光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1の各々の出力を光ガイド出力窓ＯＧａ_1,1，ＯＧａ_2,1，ＯＧａ_3,1まで案内する。光ガイドＬＧａ_1,1，ＬＧａ_2,1，ＬＧａ_3,1の寸法ｄ_aは、ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂを効果的に冷却することができるよう第１の光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1の配置を容易にし、しかも、照明システム出口窓ＯＳでの光ガイド出力窓ＯＧａ_1,1，ＯＧａ_2,1，ＯＧａ_3,1の隣接配置を可能にする。図１ｃに示すような照明システムＬＳ１の実施形態では、各第１光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1内のＬＥＤは、基板Ｓｕ１上に配置されている。基板Ｓｕ１は、ヒートシンクＨｓ１を更に有している。光ガイド出力窓ＯＧａ_1,1，ＯＧａ_2,1，ＯＧａ_3,1のアレイは、照明システムのシステム出口窓ＯＳを形成している。照明システムＬＳ１の正面図が、例えば、図１ｅに示されている。図１ｃと図１ｅの両方から、各第１光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1が基板Ｓｕ１を有し、照明システムのシステム出口窓ＯＳが光ガイドＯＧａ_1,1…ＯＧａ_3,4の二次元アレイにより構成されていることは、明らかである。

図１ｄは、第１の光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1のアレイが、光を第１の光ガイドＬＧａ_1,1，ＬＧａ_2,1，ＬＧａ_3,1のアレイに提供する本発明の別の照明システムＬＳ２の側面図である。この場合も又、光ガイドＬＧａ_1,1，ＬＧａ_2,1，ＬＧａ_3,1の寸法ｄ_aは、ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂを効果的に冷却することができるよう第１の光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1の配置を容易にし、しかも、照明システム出口窓ＯＳでの光ガイド出力窓ＯＧａ_1,1，ＯＧａ_2,1，ＯＧａ_3,1の隣接配置を可能にする。図１ｄに示されているような照明システムＬＳ２の実施形態では、照明システムＬＳ２の単一の列に配置された第１の光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1の全てのＬＥＤは、単一の基板Ｓｕ２上に配置されている。これは、適当なコリメータＣｏにコリメータ延長部Ｃｅを用いることにより達成されている。基板Ｓｕ２は、ヒートシンクＨｓ２を更に有している。また、この照明システムＬＳ２では、光ガイド出力窓ＯＧａ_1,1，ＯＧａ_2,1，ＯＧａ_3,1のアレイは、照明システムＬＳ２のシステム出口窓ＯＳを形成している。照明システムＬＳ２の正面図が、例えば、図１ｅに示されている。図１ｄと図１ｅの両方から、各第１光エンジンＬＥａ_1,1，ＬＥａ_2,1，ＬＥａ_3,1が基板Ｓｕ２を有し、照明システムのシステム出口窓ＯＳが光ガイドＯＧａ_1,1…ＯＧａ_3,4の二次元アレイにより構成されていることは、明らかであろう。

図２は、本発明の照明システムＬＳ３の実施形態を示しており、この実施形態では、第２の光ガイドＬＧｂ_i,jが、第２の光エンジンＬＥｂ_i,jの出力を照明システムＬＳ３のシステム出口窓ＯＳの方へ案内する。図２ａは、３つの発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを有する第２の光エンジンＬＥｂ_i,jの側面図であり、各発光ダイオードは、他のＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂの任意のものの原色とは異なる原色の光をもたらす。各ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂは、図１ａに示された構成と同様に、ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂにより放出された光の角度分布を減少させる。第２の光エンジンＬＥｂ_i,jは、ダイクロイックプリズムキューブの状態に配置された２つのダイクロイックビームスプリッタＤ２，Ｄ３、第１の鏡Ｍ１、第２の鏡Ｍ２及びシステム出力窓ＯＥｂを更に有している。ダイクロイックビームスプリッタＤ２は、青色ＬＥＤ−Ｂにより放出された光を反射し、緑色ＬＥＤ−Ｇ及び赤色ＬＥＤ−Ｒから放出された光を透過させる。第２のダイクロイックビームスプリッタＤ３は、緑色ＬＥＤ−Ｇにより放出された光を反射し、青色ＬＥＤ−Ｂと赤色ＬＥＤ−Ｒの両方から放出された光を透過させる。図２ａは、光ガイド出力窓ＯＧｂ_i,jを有する第２の光ガイドＬＧｂ_i,jを更に示している。第２の光ガイドＬＧｂ_i,jは、第２の光エンジンＬＥｂ_i,jの出力を光ガイド出力窓ＯＧｂ_i,jまで案内する。

図２ａでは、緑色ＬＥＤ−Ｇにより放出された光の主光路は、実線で示されている。放出された緑色光は、コリメータＣｏを通過して第２の鏡Ｍ２の方へ進み、この第２の鏡は、緑色光をダイクロイックビームスプリッタＤ３の方へ反射する。ダイクロイックビームスプリッタＤ３は、緑色光をエンジン出力窓ＯＥｂの方へ反射し、この緑色光は、ダイクロイックビームスプリッタＤ２を通過する。赤色ＬＥＤ−Ｒにより放出された光の主光路は、一点鎖線で示されている。放出された赤色光は、コリメータＣｏを通過し、この赤色光は、ダイクロイックビームスプリッタＤ２及びダイクロイックビームスプリッタＤ３によりエンジン出力窓ＯＥｂの方へ透過される。青色ＬＥＤ−Ｂにより放出された光の主光路は、点線で示されている。放出された青色光は、コリメータＣｏを通過して第１の鏡Ｍ１の方へ進み、この第１の鏡は、青色光をダイクロイックビームスプリッタＤ２の方へ反射する。ダイクロイックビームスプリッタＤ２は、青色光をエンジン出力窓ＯＥｂの方へ反射し、この青色光は、ダイクロイックビームスプリッタＤ３を通過する。第１の鏡Ｍ１、第２の鏡Ｍ２及び２つのダイクロイックビームスプリッタＤ２，Ｄ３の構成により、３つのＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂの各々により放出された光を第２の光エンジンＬＥｂ_i,jの光出力表面ＯＥｂ上に重ね合わせることができ、緑色光と赤色光と青色光の混色である光出力Ｓが作られる。光出力Ｓは、第１の光ガイドＬＥｂ_i,jによって光ガイド出力窓ＯＧｂ_i,jまで案内される。第２の光ガイドＬＥｂ_i,jの寸法ｄ_b1，寸法ｄ_b2は、本発明の範囲から逸脱することなく適用可能である。

図２ｂは、第２の光エンジンＬＥｂ_1,1，ＬＥｂ_2,1，ＬＥｂ_3,1のアレイが、光を第２の光ガイドＬＧｂ_1,1，ＬＧｂ_2,1，ＬＧｂ_3,1のアレイに提供する本発明の照明システムＬＳ３の側面図である。光ガイドＬＧｂ_1,1，ＬＧｂ_2,1，ＬＧｂ_3,1は、第２の光エンジンＬＥｂ_1,1，ＬＥｂ_2,1，ＬＥｂ_3,1の各々の出力を光ガイド出力窓ＯＧｂ_1,1，ＯＧｂ_2,1，ＯＧｂ_3,1まで案内する。光ガイドＬＧｂ_1,1，ＬＧｂ_2,1，ＬＧｂ_3,1の寸法ｄ_b1，ｄ_b2は、ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂを効果的に冷却することができるよう第２の光エンジンＬＥｂ_1,1，ＬＥｂ_2,1，ＬＥｂ_3,1の配置を可能にし、しかも、照明システム出口窓ＯＳでの光ガイド出力窓ＯＧｂ_1,1，ＯＧｂ_2,1，ＯＧｂ_3,1の隣接配置を可能にする。図２Ｂに示す実施形態では、第２の光エンジンＬＥｂ_1,1，ＬＥｂ_2,1，ＬＥｂ_3,1の全てのＬＥＤは、単一の基板Ｓｕ３上に配置されている。基板Ｓｕ３は、ヒートシンクＨｓ３を更に有している。光ガイド出力窓ＯＧｂ_1,1，ＯＧｂ_2,1，ＯＧｂ_3,1のアレイは、照明システムのシステム出口窓ＯＳを形成している。照明システムＬＳ３の正面図が、例えば、図２ｃに示されている。図２ｂと図２ｃの両方から、図２に示す実施形態では、各第２光エンジンＬＥｂ_1,1，ＬＥｂ_2,1，ＬＥｂ_3,1が基板Ｓｕ３を有し、照明システムＬＳ３のシステム出口窓ＯＳが光ガイドＯＧｂ_1,1…ＯＧｂ_3,4の二次元アレイにより構成されていることは、明らかであろう。

図３は、本発明の照明システムＬＳ４の実施形態を示しており、この実施形態では、第３の光ガイドＬＧｃ_i,jが、第３の光エンジンＬＥｃ_i,jの出力を照明システムＬＳ４のシステム出口窓ＯＳの方へ案内する。図３ａは、３つの発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを有する第３の光エンジンＬＥｃ_i,jの側面図であり、各発光ダイオードは、他のＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂの任意のものの原色とは異なる原色の光をもたらす。各ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂは、図１ａ及び図２ａに示された構成と同じく、ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂにより放出された光の角度分布を減少させる。第３の光エンジンＬＥｃ_i,jは、２つのダイクロイックビームスプリッタＤ１，Ｄ４、第１の鏡Ｍ１及びシステム出力窓ＯＥｃを更に有している。ダイクロイックビームスプリッタＤ１は、赤色ＬＥＤ−Ｒにより放出された光を反射し、緑色ＬＥＤ−Ｇから放出された光を透過させる。第２のダイクロイックビームスプリッタＤ４は、緑色ＬＥＤ−Ｇと赤色ＬＥＤ−Ｒの両方により放出された光を反射し、青色ＬＥＤ−Ｂから放出された光を透過させる。図３ａは、光ガイド出力窓ＯＧｃ_i,jを有する第３の光ガイドＬＧｃ_i,jを更に示している。第３の光ガイドＬＧｃ_i,jは、一次元に配置された光エンジンＬＥｃ_i,j（図３ｃ参照）の出力を光ガイド出力窓ＯＧｃ_i,jまで案内する。

図３ａでは、緑色ＬＥＤ−Ｇにより放出された光の主光路は、実線で示されている。放出された緑色光は、コリメータＣｏを通過し、第１の鏡Ｍ１の方へ進み、この第１の鏡は、緑色光をダイクロイックビームスプリッタＤ４の方へ反射し、この緑色光は、ダイクロイックビームスプリッタＤ１を通過する。ダイクロイックビームスプリッタＤ４は、緑色光を第３の光エンジンＬＥｃ_i,jのエンジン出力窓ＯＥｃの方へ反射する。赤色ＬＥＤ−Ｒにより放出された光の主光路は、一点鎖線で示されている。放出された赤色光は、コリメータＣｏを通過してダイクロイックビームスプリッタＤ１の方へ進み、このダイクロイックビームスプリッタは、赤色光をダイクロイックビームスプリッタＤ４の方へ反射する。ダイクロイックビームスプリッタＤ４は、赤色光をエンジン出力窓ＯＥｃの方へ反射する。青色ＬＥＤ−Ｂにより放出された光の主光路は、点線で示されている。放出された青色光は、コリメータＣｏを通過し、ダイクロイックビームスプリッタＤ４によりエンジン出力窓ＯＥｃの方へ透過される。第１の鏡Ｍ１及び２つのダイクロイックビームスプリッタＤ１，Ｄ４の構成により、３つのＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂの各々により放出された光を第３の光エンジンＬＥｃ_i,jの光出力表面ＯＥｃ上に重ね合わせることができ、緑色光と赤色光と青色光の混色である光出力Ｓが作られる。光出力Ｓは、第３の光ガイドＬＥｃ_i,jによって光ガイド出力窓ＯＧｃ_i,jまで案内される。

図３ｂは、第３の光エンジンＬＥｃ_1,1，ＬＥｃ_2,1，ＬＥｃ_3,1のアレイが光を第３の光ガイドＬＧｃ_1,1，ＬＧｃ_2,1，ＬＧｃ_3,1のアレイに提供する本発明の照明システムＬＳ４の実施形態の側面図である。図示の実施形態では、各光ガイドＬＧｃ_1,1，ＬＧｃ_2,1，ＬＧｃ_3,1は、第３の光エンジンＬＥｃ_1,j，ＬＥｃ_2,j，ＬＧｃ_3,j（ＬＥｃ_1,jだけが図３ｃに示されている）の一次元構成の出力を光ガイド出力窓ＯＧｃ_1,1，ＯＧｃ_2,1，ＯＧｃ_3,1まで案内する。光ガイドＬＧｃ_1,1，ＬＧｃ_2,1，ＬＧｃ_3,1の寸法ｄ_c,1，ｄ_c,2は、ＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂを効果的に冷却することができるよう第３の光エンジンＬＥｃ_1,1，ＬＥｃ_2,1，ＬＥｃ_3,1の配置を可能にし、しかも、照明システムＬＳ４のシステム出口窓ＯＳでの光ガイド出力窓ＯＧｃ_1,1，ＯＧｃ_2,1，ＯＧｃ_3,1の隣接配置を可能にする。図３ｂに示す実施形態では、第３の光エンジンＬＥｃ_1,j，ＬＥｃ_2,j，ＬＥｃ_3,jの一次元構成のＬＥＤは、単一の基板Ｓｕ４上に配置されている。基板Ｓｕ４は、ヒートシンクＨｓ４を更に有している。光ガイド出力窓ＯＧｃ_1,1，ＯＧｃ_2,1，ＯＧｃ_3,1のアレイは、照明システムＬＳ４のシステム出口窓ＯＳを形成している。例えば、照明システムＬＳ４の正面図が、図３ｃに示されている。

図３ｃは、図３ｂに示す照明システムＬＳ４の実施形態の正面図である。

図４は、本発明のランプＬ及びディスプレイ装置ＤＤを示している。図４ａは、カバーＬｃ、冷却区分Ｃ、ヒンジＨ及び出口窓ＯＬを有するランプＬを示している。ランプＬの出口窓ＯＬは、本発明の照明システムのＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４のシステム出口窓ＯＳを有している。先の図に示されている照明システムのヒートシンクＨｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３，Ｈｓ４は、カバーＬｃの冷却区分Ｃに集中して配置されている。代表的には、冷却区分Ｃは、向上した冷却特性がカバーＬｃのその部分に割り当てるよう設計されている。

図４ｂは、ディスプレイＤｉ及びディスプレイＤｉを照明するための本発明の照明システムＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４を有するディスプレイ装置ＤＤを示している。ディスプレイ装置ＤＤのディスプレイＤｉは、例えば、液晶パネルであっても良く、或いは、例えば、ビルボードで用いられる部分的に透明なピクチャであっても良い。

第１の光ガイドＬＧａ_i,j、第２の光ガイドＬＧｂ_i,j及び第３の光ガイドＬｇｃ_i,jは、本発明の照明システムＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４で用いられた光ガイドの実施形態である。光ガイドＬＧａ_i,j，ＬＧｂ_i,j，ＬＧｃ_i,jは、光ガイドＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j内のＬＥＤ−Ｒ，Ｇ，Ｂをシステム出口窓ＯＳから見て遠くに配置できるように光ガイドＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,jを照明システムＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４内に配置でき、それにより、ＬＥＤを効果的に冷却することができると共に照明システムＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４のシステム出口窓ＯＳでの光ガイド出力窓ＯＧａ_i,j，ＯＧｂ_i,j，ＯＧｃ_i,jの隣接構成を可能にする。光ガイドＬＧａ_i,j，ＬＧｂ_i,j，ＬＧｃ_i,jは、例えば、光エンジンＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,jの光出力Ｓを全反射により閉じ込める誘電体材料から成っている。誘電体材料は、可撓性であっても良く、剛性であっても良い。

光エンジンＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,jと光ガイドＬＧａ_i,j，ＬＧｂ_i,j，ＬＧｃ_i,jの種々の組み合わせは、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって設計できる。

ＬＥＤは、互いに異なる原色の光源、例えば、周知の赤色（Ｒ）光エミッタ、緑色（Ｇ）光エミッタ又は青色（Ｂ）光エミッタであるのが良い。加うるに、光エミッタは、例えば、原色としてアンバー色、マゼンタ色又はシアン色を有しても良い。これら原色を発光ダイオードチップにより直接発生させても良く、又は、発光ダイオードチップからの光による照射時に蛍光体により生じさせても良い。

上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく多くの変形実施形態を設計できることは注目されるべきである。

特許請求の範囲において、括弧の中にある参照符号は、本発明を限定するものと解釈されてはならない。原文において、動詞“comprise”及びその活用形の使用は、特許請求の範囲に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素の前に位置する冠詞“ａ”又は“ａｎ”は、かかる要素が複数個あることを排除するものではない。幾つかの手段を列挙している装置クレームでは、これら手段の幾つかは、同一のハードウェアで具体化できる。或る特定の手段が相互に異なる従属形式の請求項に記載されているという単なる事実によっては、これら手段の組み合わせを有利に使用することはできないということを意味するものではない。

本発明の照明システムの２つの実施形態を示す図であり、第１の光ガイドが、第１の光エンジンの出力を照明システムのシステム出口窓まで案内している状態を示す図である。本発明の照明システムの実施形態を示す図であり、第２の光ガイドが、第２の光エンジンの出力を照明システムのシステム出口窓の方へ案内している状態を示す図である。本発明の照明システムの実施形態を示す図であり、第３の光ガイドが、第３の光エンジンの出力を照明システムのシステム出口窓まで案内している状態を示す図である。本発明のランプ及びディスプレイ装置を示す図である。

Claims

複数個の光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）及びシステム出口窓（ＯＳ）を有する照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）であって、
各光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）は、第１の所定数（Ｎ）の発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を有し、前記発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、同一の光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）中の他の発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の任意のものの原色とは異なる原色の光を放出し、各発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、長手方向軸線（Ｃａ）を備えたコリメータ（Ｃｏ）を備え、各光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）は、第２の所定数（Ｍ）のダイクロイックビームスプリッタ（Ｄ１，Ｄ２；Ｄ２，Ｄ３；Ｄ１，Ｄ４）及びエンジン出力窓（ＯＥａ，ＯＥｂ，ＯＥｃ）を更に有し、前記発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各々によって放出された光は、前記ダイクロイックビームスプリッタ（Ｄ１，Ｄ２；Ｄ２，Ｄ３；Ｄ１，Ｄ４）の少なくとも１つを介して前記エンジン出力窓（ＯＥａ，ＯＥｂ，ＯＥｃ）上に重ね合わされ、
前記照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）は、前記光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）によって放出された光を前記システム出口窓（ＯＳ）の方へ案内する複数個の光ガイド（ＬＧａ_i,j，ＬＧｂ_i,j，ＬＧｃ_i,j）を更に有し、
各光ガイド（ＬＧａ_i,j，ＬＧｂ_i,j，ＬＧｃ_i,j）は、光ガイド出力窓（ＯＧａ_i,j，ＯＧｂ_i,j，ＯＧｃ_i,j）を有し、
前記システム出口窓（ＯＳ）は、光ガイド出力窓（ＯＧａ_i,j，ＯＧｂ_i,j，ＯＧｃ_i,j）のアレイによって構成されている、
ことを特徴とする照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
各光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）内の前記発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、前記長手方向軸線（Ｃａ）に略垂直な直線に沿って配置されている、
請求項１記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
各光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）内の前記発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、単一の基板（Ｓｕ１）上に配置されている、
請求項２に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
各光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）の前記基板（Ｓｕ１，Ｓｕ２）は、互いに平行に配置されている、
請求項３に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
全ての光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）の前記発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、単一の基板（Ｓｕ３）に配置されている、
請求項２に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
前記光ガイド出力窓（ＯＧａ_i,j，ＯＧｂ_i,j，ＯＧｃ_i,j）は、前記システム出口窓（ＯＳ）を実質的に覆う表面を形成するよう前記アレイ内に配置されている、
請求項１又は２に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
光ガイド（ＬＧａ_i,j，ＬＧｂ_i,j，ＬＧｃ_i,j）が、複数個の光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）によって放出された光を前記システム出口窓（ＯＳ）の方へ案内する、
請求項１又は２に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
各コリメータ（Ｃｏ）は、前記発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）によって放出された光の角度分布を前記コリメータ（Ｃｏ）の前記長手方向軸線（Ｃａ）に対して２０°以内に減少させる、
請求項１又は２に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
各光ガイド（ＬＧａ_i,j，ＬＧｂ_i,j，ＬＧｃ_i,j）は、前記コリメータ（Ｃｏ）からの前記光の前記光分布を実質的に維持する剛性光ガイド（ＬＧａ_i,j，ＬＧｂ_i,j，ＬＧｃ_i,j）から成る、
請求項８に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
少なくとも２つのダイクロイックビームスプリッタ（Ｄ１，Ｄ２；Ｄ２，Ｄ３；Ｄ１，Ｄ４）を有し、２つのダイクロイックビームスプリッタ（Ｄ２，Ｄ３）は、単一のビームスプリッタキューブ（Ｃｕ）の状態に組み合わされている、
請求項１又は２に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
各光エンジン（ＬＥａ_i,j，ＬＥｂ_i,j，ＬＥｃ_i,j）は、３つの発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を有する、
請求項１又は２に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）。
請求項１又は２に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）を有するランプ（Ｌ）。
請求項１に記載の照明システム（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）をバックライト照明システムとして有するディスプレイ装置。