JP5779096B2 - 照明系、照明器具、コリメータ、及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源及びコリメータを有する照明系に関する。

本発明は、また、本発明による照明系における使用のためのコリメータ及び／又は本発明による照明器具にも関する。本発明は、また、背面照明系としての、照明器具を有する表示装置にも関する。

そのような照明系自体は知られている。それらは、とりわけ、例えば、オフィス又は例えば、店のウィンドウ・ライトのような店の照明などに対する汎用照明が目的の照明器具において使用される。代替として、これらの照明系は、例えば宝石などのアイテムが展示されるガラス又は（透明な）合成樹脂の照明（透明又は半透明な）プレートに対して使用される。その照明系は、また、例えば、部分的に透明な画像の裏側からその画像を照射する広告板などの、照明広告板に対しても使用される。

従来の照明系は、また、例えば、TVセット及びモニターなどの（画像）表示装置における背景照明系における光源としても使用される。そのような照明系は、（携帯用）コンピュータ又は（携帯）電話において使用される、LCDパネルとしても示される液晶表示装置などの非放射性の表示部に対する背景照明系としての使用に特に適している。

最近、例えば発光ダイオード（さらにLEDとしても呼ばれる）などの実質的にランバート放射プロファイルを有する光源を含む照明系が、照明器具などの汎用照明応用において、より頻繁に使用されている。照明器具におけるLEDの使用は、それらのLEDが比較的高い効率を有する点において利点を有する。さらに、汎用照明応用における使用に対して利用可能なLEDの非常に広い範囲が存在し、それは、放射される色及びその照明器具の美観設計に関して優れた設計自由度を提供する。しかし、LEDの使用は、その発光面が通常、比較的小さく、この比較的小さい表面から放射される光は高い光度を持つという欠点を有する。グレア（glare）を防止するために、その照明器具のユーザーを、この発光表面から遮蔽することが重要である。グレアは、視野における明るい領域と暗い領域との間の過度なコントラストから生じる。グレアは、例えば、遮蔽されていない又は不適切に遮蔽された光源のフィラメントを直接見ることから生じる。特に、LEDが使用されるとき、照明器具の近くのユーザーがLEDを直接見ることは、グレアを低減し、ユーザーの視覚的快適性を改善するように防止されるべきである。光源としてLEDを有する照明器具は、例えば、特許文献1から知られている。この照明器具において、LEDによって放射される光は、グレアを低減し、その照明器具から放射される光の均一性を改善するように、バック・リフレクタ（back reflector）を通して放射される。従来の照明器具は、比較的大きな高さを有するという欠点を有する。

国際特許出願公開2007／054889号パンフレット

本発明の目的は、低減された高さを有する照明系を提供することである。

本発明の第1態様によると、当該目的は、請求項1において定義されるような照明系で達成される。本発明の第2態様によると、当該目的は、請求項7において定義されるような照明器具で達成される。本発明の第3態様によると、当該目的は、請求項14において定義されるようなコリメータで達成される。本発明の第4態様によると、当該目的は、請求項15において定義されるような表示装置で達成される。

本発明の第1態様による照明系は、対称軸の周りの基本的な放射分布を有する光を放射するための光源、及び、照射面の少なくとも一部分を実質的に均一的に照射するようにその光源からの光を再び方向付けるコリメータを有し、その均一的に照射された照射面の少なくとも一部分は、その対称軸に実質的に平行に延び、そのコリメータは、その光源から光を受けるための、少なくとも部分的に凹型の入口窓及び照射面に向けて光を方向付けるための、少なくとも部分的に凹型の出口窓をさらに含み、その出口窓の凹型部分は、光源によって放射される光を、照射面から離れる方向に屈折させ、その照射面に戻すように、及び、その照射面の少なくとも一部分を実質的に均一的に照射するように、基本的な放射分布の対称軸に関して非対称的な変化する放射分布を生成するように、形作られている。

本発明による照明系は、光源及びコリメータの組み合わせが、その照明系が、対称軸に実質的に平行に配置された照射面の少なくとも一部分を、実質的に均一的に照射することを可能にするという効果を有する。一般的に、LEDは、実質的にランバート(Lambert)光の放射プロファイルを有する。光源のそのようなプロファイルは、ランバート放射プロファイルの対称軸に少なくとも部分的に平行に配置された照射面を横切る光の実質的に均一な分布はもたらさない。従来の照明系において、ミラーが光源からの光を照射面に向けて反射するために使用される。そのようなミラーは、例えば、LEDの実質的にランバート光の分布が、その照射面を横断する均一の分布に少なくとも部分的に変換されるように形作られてもよい。しかし、そのようなミラーの使用は、通常、照明系の寸法を増やす。本発明による照明系において、コリメータの使用は、照射面を実質的に均一に照射する非対称放射プロファイルを生成することから、ミラーの必要性を除外する。その結果として、照明系の高さが低減されてもよい。

コリメータの使用は、照射面の部分の実質的に均一な照明が得られる点において、設計自由度を実質的に改善する。そのコリメータは、例えば、従来の成形技術を使用することによって、比較的高い精度で製造されてもよい。特に、光を照射面へ向けて屈折させて戻すために部分的に使用される出口窓の形状は、比較的容易な方法で生成されてもよく、実質的に如何なる形状であってもよく、それは、従来の照明系に比較して、設計自由度をかなり改善する。従来の照明系において、ミラーの形状は、しばしば作成が比較的困難であり、必要とされる光分布を生成するためにその照明系の過度な高さが必要になる。それは、従来の照明系の設計自由度を制限する。

本発明による、LEDを光源として有する照明系の使用は、そのLEDのベース（base）が照射面に実質的に垂直に配置されているというさらなる利点を有する。そのようなLEDの配置は、その照射面の実質的に完全な照射を許容する。従来の照明系において、そのLEDのベースは、照射面に実質的に平行である。そのような従来の配置において、LEDのベースは、通常、照射面（LEDの下）で影（shadow）を生成し、それは、そのLEDによって照射できない。本発明による照明系が使用されるとき、LEDの配置は、その照射面の全体がLEDの光によって照射されることを可能にする。コリメータが屈折型コリメータである場合、光は、その屈折型コリメータから、出口窓とは異なる表面で漏れてもよく、それは迷光を生成する。この迷光は、その照射面の残りを照射するのに有利に使用されてもよい。

本発明による照射システムにおける屈折型コリメータの使用は、その照明系の効率を改善するというさらなる利点さえも有する。従来の照明系では、ミラーが実質的に均一の光分布を生成するのに使用される。しかし、そのミラーの使用は、一般的に、従来の照明系の効率を減少させる反射損を導入する。本発明による照明系における屈折型コリメータは、ミラーを除外することから、反射損を防止し、従って、従来の照明系に比較して、本発明による照明系の効率を改善する。

コリメータは、例えば、ランバート放射分布を実質的に平行な光線に変換するためにしばしば使用される。しかし、特に、そのランバート分布の対称軸に部分的に平行に配置された照射面が照射されるとき、従来のコリメータからの放射分布は、通常、均一ではない。本発明によるコリメータは、照射面に向けて光を屈折させるための少なくとも部分的に凹型の出口窓を有する。その少なくとも部分的に凹型の出口窓の形状は、実質的に均一である放射分布が、その照射面で生成されるように、選択される。これは、本発明による屈折型コリメータの出口窓からの非対称的な放射分布によって成し遂げられ、それは、そのコリメータの少なくとも部分的に凹型の出口窓のおかげで得られる。

その少なくとも部分的に凹型の出口窓の形状は、例えば、ASAP^(R)、lighttools^(R)などの光線追跡プログラムとしても知られる光学モデリング・ソフトウェアなどによって決定される。

そのコリメータは、動作において、照射面の一部分が、実質的に均一に照射されるように配置される。その照射面の少なくとも一部分は、光源の放射プロファイルの対称軸に実質的に平行に配置される。「その照射面の少なくとも一部分は、光源の放射プロファイルの対称軸に実質的に平行に配置される」という分は、以下、その光源の放射プロファイルの対称軸とその照射面の一部分との間において±10度の範囲内の角度であってよいことを意味する。その照射面は、望ましくは、その光源の放射プロファイルの対称軸に平行である。そのような配置において、光が照射面を横断して広がる範囲は、最大であってよい。そのような構成において、例えばLEDなどの光源のベースは、その照射面の少なくとも一部分に実質的に垂直に配置される。照射面の遠い端部で、コリメータから比較的離れて、その照射面は、均一な光分布もまた、そのコリメータから比較的大きい距離にあることを許容するように、対称軸にわずかに向かって湾曲していてもよい。代わりに、その光源（コリメータと共に）は、例えば照射面に向けて10度などの、比較的小さい角度で傾斜していてもよい。そのような光源及びコリメータの傾斜は、一般的に、照射面の照射される部分を横断して均一な光分布を保証するように、そのコリメータの少なくとも部分的に凹型の出口窓の適合を必要とする。

当該照明系の実施形態において、コリメータは、入口窓と出口窓との間に配置された縁壁を有し、その縁壁は、入口窓と境界の縁との間に、さらなる対称軸の周りに実質的に対称的に配置され、そのさらなる対称軸を通る断面において実質的に放物線形状を有する。この実施形態は、屈折型コリメータの場合において、その屈折型コリメータの縁壁の実質的に放物線状の形状が、全反射を通して、その屈折型コリメータを通る光の誘導を可能にする。その全反射を通した屈折型コリメータの内部の反射は、実質的に無損失の反射であり、その屈折型の縁壁の実質的に放物線状の形状の使用は、従って、実質的に無損失である、入口窓から出口窓への光の誘導を可能にする。

当該照明系のもう１つの実施形態において、コリメータのさらなる対称軸及び放射分布の対称軸は、実質的に、凹型入口窓の焦点において交差し、そのさらなる対称軸は、放射分布の対称軸に関して傾斜角をなして傾いている。そのさらなる対称軸は、望ましくは、照射面に向かって傾き、従って、屈折型コリメータの放物線状縁壁を傾ける。この実施形態は、全反射を通した誘導が、既にその照射面に向けて前進するという利点を有する。その凹型出口窓の照射面に向けて光を屈折させるように形作られた部分は、従って、減らされてもよい。その放物線状縁壁の傾斜は、コリメータによって照射面から遠くへと放射された光を減らすというさらなる利点を有する。その照明系は、例えば、照射面がコリメータからの光を、照明器具の光放射窓に向けて反射する拡散的反射型表面である照射器具において配置されてもよい。そのような光放射窓は、通常、照射面に対向して配置される。そのような構成において、光源からの光は、望ましくは、その照明器具の光放射窓を直接的に照射しない。それは、この光放射窓の直接的照射が、グレアをもたらすからである。その光は、一般的に、照射面に向けてさらなる対称軸を傾けることによってその照射面に向けて誘導され、従って、その照射面から遠くへ離れ、光放射窓へ向かう光の放射を低減し、グレアを低減する。

当該照明系のさらなる実施形態において、さらなる対称軸は、対称軸に関して、照射面に向けて傾斜する。そのさらなる対称軸と対称軸との間の角度は、光を照射面へ向けて再度方向付けることと、光が複数回反射した後に屈折型コリメータの縁壁を通して漏出することとの間のトレードオフ（trade off）である。この光は、照射面を、その照射面の端部まで照射するのに使用されてもよい。いまだに、この光の漏出の光度は、照射面の実質的に均一的な照射を維持するように制限されるべきである。そのように、そのさらなる対称軸と対称軸との間の所定の角度は、望ましい実施形態において、1度と5度の間であってよい。追加の望ましい実施形態において、そのさらなる対称軸の間の角度は、2.5度と3.5度の間であってよい。発明者らは、約3度の角度が、屈折型コリメータを使用するときに照射面の端部で十分な照射を供給する一方、グレアの実質的な減少をもたらすことから、望ましいことを認めている。

当該照明系のさらにもう１つの実施形態において、出口窓の第1部分は、その出口窓の実質的に平面部分を有し、その第1部分は、第1平面とその照射面との間に実質的に配置され、その第1平面は、さらなる対称軸を通って延び、対称軸及びさらなる対称軸を通って延びる第2平面に実質的に垂直に配置されている。さらに、その照射面に対向して第1平面の一つの側に配置された出口窓の第2部分は、照射面に向けて光を屈折させるための出口窓の凹型部分を有する。光線追跡プログラムに基づいて、その第1平面と照射面との間の出口窓の部分は、出口窓のその部分から放射される光で、実質的に均一的な分布をなおかつ生成するように比較的平面であるように設計されてもよい。その出口窓の残り部分は、光を再び方向付けるように使用され、そうでなければ、その光は、照射面から離れる方向に放射され、その照射面へと戻る。そのような屈折作用を達成するために、その出口窓の残り部分は、縁壁に交差する前に、（図１Bに示されるように）、実質的に凸型で湾曲している。

当該照明系のさらなる実施形態において、その出口窓は、対称軸及びさらなる対称軸を通って延びる第2平面に関して実質的に対称的である。

本発明の第2態様に従って、当該目的は、照明系及び照射面を有する照明器具で達成される。

当該照明器具の１つの実施形態は、複数の照明系を有し、各照明系は、その照射面の一部分を照射するための光源及びコリメータを含む。その複数の照明系は、照射面を実質的に均一に照射するように、一緒に配置されている。

当該照明器具のもう１つの実施形態において、その複数の光源は、光源の列において配置され、その個別の光源によって照射される個別の部分は、部分的に重複し、個別の照明系の分布は、照射面の全域で実質的に均一の光分布を生成するように配置されている。その個別の照明系の個別の光分布の重複する部分での光度は、照射面の全域で、全体的に実質的に均一な光分布を得るように、低減される。これは、よく知られた光学モデリング・ソフトウェアによって設計されてもよい。そのような配置を使用して、実質的に均一的に照射された照射面を有する、非常に大きな照明器具が得られる。

当該照明器具のさらなる実施形態において、その照射面の一部分は、コリメータに関して凹型形状をしている曲面である。その照射面のコリメータに関する凹型形状は、ズ2A及び2Bに示されている。この実施形態は、照射面の、コリメータによって放射される光によって照射される部分を増やす一方で、照射面のその部分の全域で実質的に均一な照射を有する機能を維持することを可能にするという利点を有する。そのコリメータから比較的離れた距離において、そのコリメータによって放射された光が照射面に衝突する角度は、比較的大きく（その照射面の正常軸に関して）、それは、均一な光分布を得ることを非常に困難にする。その照射面のエンタンを対称軸に向けて湾曲されることによって、屈折型コリメータによって放射される光が、その照射面の部分に衝突する角度は、低減され（照射面の正常軸に関して測定されることから、その照射面の正常軸により近い）、その照射面のこの遠端で比較的均一な光分布を得ることをより簡単にする。さらに、その湾曲は、照射面の遠端での照明器具のコリメータに関する高さの減少を可能にする。

当該照明器具のさらにもう１つの実施形態において、その照射面は、その照明器具の光放射窓の実質的に対向する側に配置された反射面である。そのような実施形態において、屈折型コリメータによって放射され、屈折される光は、その照明器具の光放射窓に直接衝突する。その光放射窓は、望ましくは、光が照明器具によって放射される前にその光を拡散させるための拡散的半透明層を有する。そのような配置は、一般的に照明器具の最小の高さの実現を可能にし、追加の反射面を除外することから、望ましい。

当該照明器具のさらなる実施形態において、その照射面及び／又は光放射窓は、光源によって放射される光の少なくとも一部分を異なる色の光に変換するための発光体を有する。この実施形態は、その発光体の使用が照明器具によって放射される如何なる色の光の生成も許容するという利点を有する。さらに、その発光体は、光がその発光体によって吸収されてしまった後に、ひき続きその発光体によって、実質的にランバート放射プロファイルで放射されることから、拡散層として使用されてもよい。そのような発光体の配置は、一般的に、遠隔蛍光体配置として知られ、その発光体は、比較的大きい範囲から選択することができ、比較的高い効率を有するという利点を有する。それらの利点は全て、遠くに配置された発光体の比較的低い作動温度及び発光体を通る比較的低エネルギーの収束のためである。

本発明による照明系の概略的前面図である。 本発明による照明系の概略的断面図である。 本発明による照明系の概略的背面図である。 本発明による照明系を含む照明器具の概略的断面図である。 本発明による照明系を含む照明器具の概略的断面図である。 本発明による照明系による照射面全域での均一な分布を示す図である。 本発明による照明系による照射面全域での均一な分布を示す図である。 発光ダイオード及びコリメータと組み合わせた発光ダイオードの光分布を示す極プロットである。 発光ダイオード及びコリメータと組み合わせた発光ダイオードの光分布を示す極プロット図である。 照明器具を背面照明系として含む、本発明による表示装置の概略的断面図である。

図1A、1B及び1Cは、本発明による照明系10の概略的前面図（図1A）、概略的断面図（図1B）及び概略的背面図（図1C）である。その照明系10は、光源20（図1B参照）及びコリメータ30を有し、望ましくは、屈折型コリメータ30を有する。その光源20は、対称軸22の周りに配置された実質的にランバートの放射分布で、光を放射する。そのような光源20は、例えば、発光ダイオード20（LEDとしてもさらに呼ばれる）であってもよい。その発光ダイオード20によって放射された光は、屈折型コリメータ30に凹型入口窓34を通して入り、その屈折型コリメータ34から、少なくとも部分的に光出口窓40を通して放射される。その凹型入口窓34は、望ましくは、焦点21が、光源20の中心に実質的に位置する実質的に球形の入口窓34である。そのような配置は、光源20によって放射される光の屈折型コリメータ30への効率的な結合を可能にする。出口窓40は、少なくとも部分的に凸型47であり、その出口窓から照射面50、52（図2A、2B参照）へ向けて放射される光の一部分を屈折させるように形作られている。作動中にその照明系1０は、照射面50、52の少なくとも一部分51（図2A及び2B参照）を照射する。この照射面50、52の均一的に照射される部分51は、少なくとも、対称軸22に実質的に平行に配置される。光源20によって放射され、照射面50、52に屈折型コリメータを通して衝突する光は、その照射面50、52の少なくとも一部分51を実質的に均一に照射する。出口窓40の形状は、照射面50、52の一部分51が、実質的に均一に照射されるように選択される。その照射面50、52の一部分51の所定の均一的な照射を得るための特定の形状は、よく知られた、ASAP^(R)、lighttools^(R)などの光線追跡プログラムとしても知られる光学モデリング・ソフトウェアによって決定されてもよい。

LED20によって放射される光を、少なくとも一部分が対称軸22に実質的に平行い配置されている照射面50、52の少なくとも一部分51へ向けて再び方向付けるために屈折型コリメータ30を使用することは、そのような照明系10の設計者に対してさらなる自由度を与える。従来の照明系において、LEDの光は、特定の形状を有するミラーを使用する表面の全域に広がる。そのミラーの使用は、屈折ミラーの3次元モデリングが比較的難しいという欠点を有する。さらに、屈折ミラーの3次元モデリングは、その屈折ミラーがその表面を実質的に均一な方法で照射することを保証するように、従来の照明系の余分な高さを必要としてもよい。本発明による照明系10は、照射面50、52の一部分51を実質的に均一に照射するように、LED20によって放射される光を再び方向付けるための屈折ミラー30を有する。出口窓40の形状は、LED20によって放射される光の少なくとも一部分を照射面50、52へ向けて屈折させるように、光学モデリング・ソフトウェアによって設計されてもよい。そのような屈折型コリメータ30は、その屈折型コリメータ30が比較的容易に多数で生成されてもよい、よく知られた成形技術によって生成されてもよい。その屈折型コリメータ30の照射面50、52に関する位置づけは、照射面50、52の全域において良い均一性を得るのに比較的決定的であるが、それでも、屈折型コリメータ30の出口窓40の形状を制御することのみによって、照射面50、52の一部分51の全域で、実質的に如何なる光分布も可能にする。そのような屈折型コリメータ30がその照明系10において使用される場合、対称軸22に実質的に垂直な方向におけるその照明系10の寸法である高さh（図2A及び2B参照）は、通常、屈折型コリメータ30の、その高さhに平行な方向における寸法に依存する。これは、通常、従来の照明系においても示されるように、光の均一な分布が屈折ミラーによって生成される場合、必要とされる高さに比べて小さい。その結果として、本発明による照明系10は、光学設計者が、照明系10の高さhを制限する一方、照射面50、52の一部分41の全体の光の実質的に均一な分布を達成するより多くの自由度を与える。

縁壁36は、入口窓34と出口窓40との間に配置される。その入口窓34と境界縁48との間において、コリメータの縁壁36が、さらなる対称軸32の周りにおいて実質的に対称である。その屈折型コリメータのさらなる対称軸を通る断面において、縁壁36は、実質的に放物線状の形状を有する。そのような放物線状の形状は、その屈折型コリメータ30の入口窓34から出口窓40へと光を、全反射を通して誘導するために使用される。全反射は実質的に無損であることから、その全反射を使用した誘導は、屈折型コリメータ30を通した光の誘導の非常に効率的な方法を提供する。そのさらなる対称軸32及び対称軸22は、実質的にLED20の中心にある凹型入口窓34の焦点21で、実質的に交差する。そのさらなる対称軸32は、対称軸22に関して、その交差する点の周りで所定の角度αをなして傾いている。そのさらなる対称軸32の傾斜によって、屈折型コリメータ30によって誘導される光は、照射面50、52にさらに向けてすでに誘導されており、従って、屈折型コリメータ30から照射面50、52から離れて放射される光を低減する。その所定の角度αは、0.5度と10度の間の範囲にある。その所定の角度αは、望ましくは、1度と5度の間であり、さらに望ましくは2.5度と3.5度の間である。所定の角度αの選択は、光を照射面50、52へ向けて再び方向付けることと、例えば、屈折型コリメータ30の内部で複数回反射した後（図3A参照）など、屈折型コリメータ30の縁壁36を通した光の漏出との間のトレードオフに依存する。その漏れた光の一部分は、屈折型コリメータ30（図2Bのアイテム56を参照）の近くに配置された照射面50、52の部分を照射するために使用されてもよい。それでも、この光漏出の光度は、照射面の実質的に均一な照射を維持するように、制限されるべきである。発明者らは、約3度の所定の角度αが、照射面50、52の端部52での十分な照射を提供することから、望ましいと認めている。

屈折型コリメータ30の出口窓40は、第1部分44及び第2部分46（図1B参照）を有する。その第1部分44は、第1平面43と照射面50、52との間に実質的に配置され、屈折型コリメータ30の出口窓40の実質的に平面の部分45を含む。その第1平面43は、さらなる対称軸32を通って延び、対象軸22及びさらなる対称軸32を通って伸びる第2平面42に実質的に垂直に配置されている。その第2平面46は、第1部分44に対向する第1平面43の１つの側に配置され、光を照射面50、52へ向けて屈折させるために、出口窓40の凸型に湾曲した部分47を有する。その出口窓40は、対称軸22及びさらなる対称軸32を通って延びる第2平面42（図1A参照）に関して対称的にさらに配置されている。

図2A及び2Bは、本発明に従って照明系10を含む照明器具102、104の概略的断面図である。その署名器具102、103は、照明系10及び照射面50、52を含む。図2A及び2Bに示される照明器具102、104の概略的断面図から見られるように、照射面50、52の一部分は、対称軸22に実質的に平行に配置されている。その「対称軸に実質的に平行」という表現は、その照射面50、52の一部分が対称軸22に対して±10度以内の角度をなしてもよいことを示すために選択される。照射面50、52は、望ましくは、対称軸22に平行である。なぜならば、光がその照射面50、52において広がる範囲は、そのような配置において最大であるからである。そのような構成において、LED20のベース24（図1B参照）は、照射面50、52の少なくとも一部分に実質的に垂直に配置される。照射面50、52の遠端において、屈折型コリメータ30から比較的遠くでは、照射面50、52は、屈折型コリメータ30から比較的大きな距離においても均一な光の分布を可能にするように、その屈折型コリメータ10に関して凹型に湾曲していてもよい（図2A及び2Bにおいて参照番号54で示される）。その代わりに、光源20（屈折型コリメータ30と共に）は、例えば、照射面50、52に対して10度などの比較的小さい角度をなして傾斜してもよい。照明系10のそのような傾斜は、一般的に、照射面50の照射される部分の全域で均一な光の分布を保証するように、少なくとも部分的に凸型である出口窓40の形状の適合を必要とする。例えば、その実質的に平面の第1部分44（図1B参照）も、また、照射面50、52を横断する光が実質的に均一な分布を有するように、光を屈折させるために、湾曲（非表示）していてもよい。

図2Aは、照射面50が光放射窓60の実質的に反対側に配置された反射面50である照明器具102の第1実施形態を示す。その反射面50は、例えば、照明系10からの衝突光を、光放射窓60へ向かう拡散反射された光へと反射する。そのようにして、その反射型照射面50と光放射窓60との間の距離は、照明器具102によって放射される光のさらなる混合を可能にする。

図2Bは、照射面52が照明器具104の光放射窓60に一致する照明器具104の第2実施形態を示す。この構成は、照明器具104の高さhがさらに低減されることを、通常、可能にするという利点を有する。さらに、この実施形態には、照射面52を実質的に均一に照射するために反射面は必要とされないことから、選りすぐれた効率を有する。いくらかの光は、一般的に、各反射において失われる。屈折型コリメータ30を、その屈折型コリメータ30によって放射された光が、照射面52（すなわち、光放射窓60）を実質的に均一に照射するように配置することによって、照明器具104からの光の結合に対する反射が防止され、従って、その効率を改善する。

光放射窓60は、望ましくは、照明器具104によって放射される光を拡散させるために、拡散層又は拡散物質を含む。

図2A及び2Bにおいて示されるような照明系102、104の実施形態において、照射層50、52及び／又は光放射窓60は、発光体70又は複数の異なる発光体70の混合物を含む層70を有する。その発光層70は、さらに、遠隔蛍光体層70としても示される。図2Aに示される実施形態において、遠隔蛍光体層70は、光放出窓60に塗布される。この実施形態は、その遠隔蛍光体層70が、例えば光放射窓60を組み立てる前にその照明系102に比較的簡単に塗布されてもよい。しかし、光放射窓60における輝度の均一性は、その遠隔蛍光体層70におけう発光体70の均一性に、比較的大幅に依存する。その代わりに、発光体70は、照明器具102（非表示）の照射面50上の層として配置されてもよい。そのような実施形態において、その遠隔蛍光体層70と光法主多雨窓60との間の距離は、比較的大きく、その照明器具102によって放射される前に発光体70によって生成される光の混合を許容する。そのような配置において、その放射された光の均一性は、発光体70の均一性により低い程度に依存する。さらなる代替として、照射面50及び光放出窓60の両方が、異なる発光体70（の混合物）であってさえよい発光体70（非表示）を有する。その遠隔蛍光体構成は、その発光体の効率を改善し、選択する発光体の範囲を大きくするという利点を有する。その遠隔蛍光体構成の両方の有利な効果は、蛍光体の作動温度及びその蛍光体を通る光束は、一般的に、典型的な遠隔蛍光体構成において、発光体が光源20に直接塗布される（非表示）構成よりも低いという事実によって生じる。

１つの実施形態において、光源20は、実質的に青い光を放射する。その青い光の一部分は、例えば、Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺（さらにYAG:Ceとしても呼ばれる）を使用することによって変換され、それは、青い衝突光の一部分を黄色い光に変換する。発光体70の特定の密度を選択することによって、その青い衝突光の所定の部分が黄色に変換され、照明器具102、104によって放射される光の色が決定される。発光体70によって変換される青い光の比は、例えば、遠隔蛍光体層70の層の厚さによって、又は例えば、その遠隔蛍光体層70において分布するYAG:Ce粒子の濃度によって決定される。その代わりに、例えば、CaS:Eu²⁺（さらにCaS:Euとしても呼ばれる）も使用され、それは、青い衝突光の一部分を赤い光に変換する。いくらかのCaS:EuをYAG:Ceに添加することによって、増加した色温度を有する白色光が生じる。

その代わりに、光源20は、例えば、発光体70によって実質的に白色の光に変換される紫外線光を放射する。例えば、異なった蛍光体比を持つBaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺（紫外線光を青い光に変換する）、Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺,Mn²⁺（紫外線光を緑の光に変換する）及びY₂O₃:Eu³⁺,Mi³⁺（紫外線光を赤い光に変換する）の混合物が、照明器具102、104から放射される光の色を、例えば6500Kと2700Kの間の、比較的冷たい白から暖かい白までの範囲において選択するのに使用されてもよい。

照明器具102、104は、複数の光源20（非表示）を有し、各光源は、例えば、列（非表示）において配置された屈折型コリメータ30（非表示）を有し、照射面50、52の少なくとも一部分を、実質的に均一な方法で照射する。比較的大きな照射面50、52が、複数の照明系10を使用することによって、実質的に均一に照射されてもよい。一般的に、個別の屈折型コリメータ30の出口窓40の形状は、照射面50、52の全域での光分布が実質的に均一のままであり、照射面50、52の2つ又はそれ以上の光源20が重なる部分においても実質的に均一のままであることを保証するように適合されなければならない。

図3A及び3Bは、本発明による照明系10によって均一である、照射面50、52の全域での分布を示す。図3Aは、照明器具においては位置された照明系10を示し、いくつかの光線81、82、83、84が、光源20によって放射される。それらの参照符号81、82及び83によって示される光線は、照射面50、52の実質的に均一に照射される部分51を生成するように、その照射面50、52に衝突するような方法で、コリメートされ、屈折する。参照符号81で示される光線は、屈折型コリメータ30の出口窓40の第1部分44でのみ屈折する。参照符号82で示される光線は、屈折型コリメータ30の縁壁36から全反射によって反射し、その光線は、その後に、照射面50、52に向けて再び方向付けられる。参照符号83で示される光線は、屈折型コリメータ40の凸型形状部分47から屈折する。図3Aは、その屈折型コリメータ30の出口窓40の凸型形状部分47の形状は、参照符号83で示される光線が、光が照射面50、52から離れて進む方向から、その光が照射面へ向かって進む方向へと再び方向付けられるように選択されることを、明確に示している。そのような方法で、光源20によって放射され、照射面50、52から離れる方向に進んでいる光は、この光が照射面50、52の照射に貢献するように、出口窓40の凸型形状部分47の湾曲によって再び方向付けられてもよい。その出口窓40の凸型に形作られた部分47は、照射面50、52の少なくとも一部分61が、実質的に均一な方法で照射されるように、光学モデリング・ソフトウェアによって決定されてもよい。

参照符号84で示される光線は、屈折型コリメータ30の内部で複数回は散乱し、結局は、出口窓40とは異なる表面から出る。この光線84は、屈折型コリメータ30の近くに配置された照射面50、52の一部分を照射するために使用されてもよい迷光を表す。従来の照明系では、その光源のベースは、しばしば、照射面50、52に実質的に平行に配置され、そのベースの下に配置された照射面50、52の領域56は、従って、そのベースによって遮蔽されることから、照射されない。本発明による照明系10において、ベース24は、迷光が、照明系10の近くの部分56を照射してもよいように、照射面50、52に実質的に垂直に配置され、その照射面50、52における暗い領域を防止する。

図3Bは、本発明による照明系10によって生成される光度分布の一例を示す。照射面50、52の実質的に均一に照射されている部分51は、破線の矢印で示されている。図3Bに示されるプロットから分かるように、その照射面50、52の部分51の全域の光度分布は、実質的に均一である。さらに、その照明系10の近くの照射面50、52の領域56は、迷光によって照射される。図3Bに示される分布に関しては、照明系10の近くの領域56における光度を低減するため及びこの領域56での均一性をさらに改善するために、さらなる測定が必要である。

図4A及び4Bは、発光ダイオード20（図4A）及びコリメータ30と組み合わせられた発光ダイオード20（図4B）の光度分布の極プロットを示す。図4Aに示されるように、発光ダイオード20の放射分布は、実質的に、その発光ダイオード20の方向が、図4Aにおける例示される発光ダイオード20の配置と実質的に一致する、ランバート光分布である。また、屈折型コリメータ30の方向が図4Bに示され、図4Bの極プロットにおける光分布は、この方向に一致する。照射面50、52（その照射面50の一部分だけが、図4Bに示される）は、図4Bに示される極プロットの右上の象限において配置され、それは、ひき続き衝突光を光出口窓60（図2A参照）へ向けて反射する光反射面、又は光放出窓60（図2B参照）の少なくとも一部分の何れか一方であってよい。発光ダイオード20及び屈折型コリメータ30の組み合わせによって、実質的にランバート光の分布が、照射面50、52が実質的に均一に照射される分布へと変換される。図4Bの極プロットから分かるように、屈折型コリメータ40の凸型部分47（図1参照）は、発光ダイオード20によって放射された光を、照射面50、52から離れる方向に再び方向付け（図4Aの極プロットの右下の象限）、それは続いて照射面50、52へ向けて再び方向付けられる（図4Bの極プロットの右上の象限）。

図5は、本発明による背面照明系210及び表示装置200の概略的断面図である。表示装置200は、例えば、電気接続された（非表示）液晶セルの層212、偏光層214、及び解析層216の層を有する液晶表示装置200であってもよい。その代わりに、表示装置200は、他の如何なる非放射性表示装置200であってもよい。

注目すべきは、上記の実施形態は、本発明を限定するよりも、むしろ説明しており、当業者は、添付の請求項の範囲から離れずに、多数の代替の実施形態を設計できるであろう。

請求項において、括弧の間にある参照符号はいずれも、該請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「有する」及びその活用形の使用は、請求項において記述される要素又はステップとは異なる要素又はステップを除外しない。要素の前にある単数形を表す用語は、複数のそのような要素の存在を除外しない。本発明は、いくつかのはっきりと異なる要素を含むハードウェアによって実装されてもよい。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、そのいくつかの手段は、1つ又は同じハードウェアのアイテムによって実施されてよい。ある一定の測定が、相互的に異なる従属項において記載されているという単なる事実は、これらの測定の組み合わせを、有利に使用することができないことは示さない。

Claims (13)

1. 照明系であり：
   対称軸の周りにおいてランバート放射分布を有する光を放射するための光源と、
   照射面の少なくとも一部分を実質的に均一に照射するように、前記光源からの光を全反射によって導光するためのコリメータとを含み、
   前記の均一に照射される照射面の少なくとも一部分は、前記対称軸に対して実質的に平行に延び、
   前記コリメータは、前記光源からの光を受け取るための凹型入口窓を有し、前記照射面へ向けて光を導光するための少なくとも部分的に凸型の出口窓をさらに有し、
   該少なくとも部分的に凸型の出口窓の凸型の部分は、光源によって照射面から離れるように放射される光を該照射面へ向けて戻る方向に屈折させ、前記照射面の少なくとも一部分を実質的に均一に照射するように、前記ランバート放射分布の対称軸に対して非対称的である他の放射分布を生成するために形作られ、
   前記コリメータは、前記入口窓と前記少なくとも部分的に凸型の出口窓との間に配置された縁部壁を有し、該縁部壁は、該入口窓と境界縁との間において、さらなる対称軸の周りに実質的に対称的に配置され、該さらなる対称軸を通る断面において実質的に放物線状の形状を有し、かつ、
   前記コリメータのさらなる対称軸及び前記ランバート放射分布の対称軸は、前記凹型入口窓の焦点で実質的に交差し、前記さらなる対称軸は、該ランバート放射分布の対称軸に関して傾斜角をなして傾いている、
   照明系。
2. 請求項１に記載の照明系であり、前記さらなる対称軸は、前記ランバート放射分布の対称軸に関して前記照射面へ向けて傾き、該さらなる対称軸と該対称軸との間の傾斜角は、0.5度と10度の間の範囲にある、照明系。
3. 請求項１又は２に記載の照明系であり、前記少なくとも部分的に凸型の出口窓は、実質的に平面の部分を有する第1部分と、凸型部分を有する第２部分を有し、
   前記第1部分と第２部分は、前記さらなる対称軸と交差して延びて、前記照射面に対向する第１面によって分離され、
   前記照射面に対向する第1平面の一の面上に配置された該出口窓の第2部分は、該照射面へ向けて光を屈折させるために、該少なくとも部分的に凸型の出口窓の凸型部分を有する、
   照明系。
4. 請求項３に記載の照明系であり、前記少なくとも部分的に凸型の出口窓は、前記ランバート放射分布の対称軸及び前記さらなる対称軸と交差してさらに延びる第2平面に対して実質的に対称的で、かつ、前記第１面に対して垂直に配置される、照明系。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか1項に記載の照明系を有する照明器具であり、前記照射面を有する、照明器具。
6. 請求項１乃至４のうちいずれか1項に記載の複数の照明系を有する照明器具であり、前記複数の照明系は、該照射面を実質的に均一に照射するように一緒に配置されている、照明器具。
7. 前記複数の照明系の複数の光源が、光源の列において配置され、
   個々の前記照明系によって照射される個別の部分が部分的に重なり、
   該個々の照明系の光の分布は、前記照射面の全域で実質的に均一の光分布を生成するように配置されている、
   請求項６に記載の照明器具。
8. 前記照射面の一部分が、前記コリメータに対して凹型に形作られた曲面である、請求項５乃至７のうちいずれか1項に記載の照明器具。
9. 前記照射面は、前記照明器具の光放射窓の実質的に反対側に配置された反射面である、請求項５乃至８のうちいずれか1項に記載の照明器具。
10. 前記照射面を有する光放射窓を有する、請求項５乃至８のうちいずれか1項に記載の照明器具。
11. 前記照射面及び／又は光放射窓は、前記光源によって放射される光の少なくとも一部分を異なる色の光に変換するための発光体を有する、請求項５乃至１０のうちいずれか1項に記載の照明器具。
12. 請求項１乃至４のうちいずれか1項に記載の照明系において使用するための、及び／又は請求項５乃至１１のうちいずれか1項に記載の照明器具において使用するための、コリメータ。
13. 請求項５乃至１１のうちいずれか1項に記載の照明器具を背面照明系として有する、表示装置。

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