(57)【要約】  本発明は、複数の光源２を収容する導光板３に亘って分布させられた、それら複数の光源２を含む照明モジュール１に関するものである。導光板３は、その導光板３の少なくとも一部を介して光源の光を導光することができる。導光板は、第１の光源２Ａにより発せられた光の少なくとも一部と、隣接する第２の光源２Ｂにより発せられた光の少なくとも一部とが、導光板の内部で混成された後、単一の実質的に平行光化された混成光ビームとして当該照明モジュールから出ていくように、１つ以上の出射カップリング構造４を含んでいる。出射カップリング構造４は、好ましくは各光源の周囲に配されている。本発明はさらに、そのような照明モジュールを含む、ランプおよびディスプレイ装置にも関するものである。
2009506492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源を収容する導光板に亘って分布させられた該複数の光源を含む照明モジュールであって、
前記導光板は、該導光板の少なくとも一部を介して前記光源の光を導光することができ、
第１の光源により発せられた光の少なくとも一部と、隣接する第２の光源により発せられた光の少なくとも一部とが、前記導光板の内部で混成された後、単一の実質的に平行光化された混成光ビームとして当該照明モジュールから出ていくように、前記導光板が１つ以上の出射カップリング構造を含むことを特徴とする照明モジュール。
【請求項２】
各光源が、実質的に、少なくとも１つの同心の出射カップリング構造の中心内に付与されていることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項３】
各光源が、少なくとも１つの連続的な出射カップリング構造により取り囲まれていることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項４】
前記出射カップリング構造が、前記導光板に設けられた１つ以上の溝を含み、前記溝は、オプションとして追加の光学手段を収容していることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項５】
前記出射カップリング構造が、前記光源を取り囲む連続的でない出射カップリング構造を含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項６】
前記出射カップリング構造がピラミッド構造を含み、該ピラミッド構造に、オプションとしてレンズが付与されていることを特徴とする請求項５記載の照明モジュール。
【請求項７】
好ましくは複屈折層である、偏光選択層を含むことを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項８】
前記光源が、１つ以上の発光ダイオードを含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項９】
前記光源が、少なくとも２色の発光ダイオード、または異なる色の複数の発光ダイオードの集合を含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項１０】
前記導光板は、平行光化された混成光ビームが当該照明モジュールを出ていく側と反対の側に、前記光源を収容するための穴を含んでおり、
前記出射カップリング構造は、前記導光板の、前記光源と同じ側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項１１】
前記導光板の厚さが、前記光源同士の間の方向で変化することを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項１２】
前記導光板が、前記光源の光を前記導光板内にカップリングするための入射カップリング構造をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項１３】
前記複数の光源を個別にアドレス指定できるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の照明モジュール。
【請求項１４】
請求項１記載の照明モジュールを含む、面を照明することのできるランプであって、
前記複数の光源がマトリックス状に配置されており、
前記出射カップリング構造は、前記面上において重なり合う単一の平行光化された混成光ビームが得られるように、構成されていることを特徴とするランプ。
【請求項１５】
ビデオ信号を受信することによって画像を表示することのできる液晶ディスプレイパネルと、個別にアドレス指定可能な光源を有する請求項１記載の照明モジュールを含むバックライトとを備えたディスプレイ装置であって、
前記バックライトは、個別にアドレス指定可能な前記光源を、前記ビデオ信号に従って制御することによって、前記液晶ディスプレイパネルの領域に光を当てることができることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項１６】
ビデオ信号を受信することによって、ディスプレイパネル上に画像を表示することのできるディスプレイ装置であって、
個別にアドレス指定可能な光源を有する請求項１記載の照明モジュールを含み、
前記照明モジュールは、個別にアドレス指定可能な前記光源を、前記ビデオ信号に従って制御することによって、前記ディスプレイパネルの外側への前記画像の拡張を思わせるように構成されていることを特徴とするディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明モジュール、およびかかる照明モジュールを含むランプもしくはディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体光源の輝度、ルーメン効力およびコスト性は、めざましい進歩を遂げた。この進歩は、もはやニッチなマーケットに限定されない新規な照明アプリケーションを可能とした。手の届くところまで来ている１つのアプリケーションは、面のマトリックス照明である。マトリックス照明では、平行光化された光を発する多数の光源を含む、実質的に平面状の照明モジュールが、遠隔場においてもなおそれらの光源が認識可能な態様で適用される。１つの例は、平坦かつ薄い照明モジュールを、テーブルからいくらかの距離をおいて吊るして、そのテーブルを照明する例である。そのようなモジュールは、雰囲気を伝えたり、英数字に留まらない情報を面上に表示したりするのに使用することができる。マトリックス照明はまた、それを周辺照明として用いてテレビ画面の境界外まで画像を拡張させることにより、テレビ視聴時における視聴体験を向上させるために用いることもできる。
【０００３】
これまで知られている照明モジュールは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）で使用されているようなバックライトか、なんらかの面上に並べて配置または分布させられたＬＥＤの集合かの、いずれかに基づいていた。しかしながら、ＬＣＤで使用されているバックライトは、１つのピクセルしか構成せず、基本的に非指向性の光を提供する（すなわち、マトリックス照明に用いることができるほどには、十分に平行光化されていない）。複数の別個のＬＥＤの集合は、コリメータを備えていれば平行光化された光を提供することはできるが、見た目上、均等な発光面は提供しない。
【０００４】
特開平１０−０８２９１５号は、光源を挿入するための凹部が導光板の後面に設けられた、面光源装置を開示している。ＬＥＤのような光源が、この凹部に押し込まれて固定される。光源を挿入するための凹部は、少なくともその凹部の前端部において、深部の方が幅が狭くなるように形成されている。その結果、光源から前方へと発せられた光は、光源挿入のための凹部側面によって横方向に屈折させられつつ、導光板の内部に入射する。したがって、光源の前方にある導光板の内部に入射させられる光の量は、減らされてしまうかもしれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来技術の照明モジュールに付随する１つの問題は、このモジュールが、遠隔場においても面状の均等な光分布を確保しながら、当該照明モジュールの光源を遠隔場においてもなお認識可能とするような態様では、平行光化された光を発せられない点である。換言すると、この従来技術の照明モジュールは、マトリックス照明モジュールとしての使用には適していない。
【０００６】
本発明の１つの目的は、マトリックス照明モジュールとしての使用に適した照明モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的のため、複数の光源を収容する導光板に亘って分布させられたそれら複数の光源を含む照明モジュールであって、
上記の導光板は、その導光板の少なくとも一部を介して上記の光源の光を導光することができ、
第１の光源により発せられた光の少なくとも一部と、隣接する第２の光源により発せられた光の少なくとも一部とが、上記の導光板の内部で混成された後、単一の実質的に平行光化された混成光ビームとして当該照明モジュールから出ていくように、上記の導光板が１つ以上の出射カップリング構造を含むことを特徴とする照明モジュールが提供される。
【０００８】
マトリックス照明に適した照明モジュールは、導光板内部で光の混成が可能となるような条件が満たされ、かつ照明モジュールから発せられる光が実質的に平行光化された光となるように、出射カップリング構造を配置することによって得られる。出射カップリング構造は、導光板の一体化された一部であることが好ましい。光の混成は、２つ以上の光源が１つの出射カップリング構造を使用すなわち共用して、照明モジュールから平行光化された光が得られるように、出射カップリング構造を構成することによって可能とされる。マトリックス照明以外にも、本発明に係る照明モジュールは他の目的に使用されてもよく、それには液晶ディスプレイに光を当てるためのバックライトも含まれる。
【０００９】
本発明の１つの好ましい実施形態では、各光源が、実質的に、少なくとも１つの同心の出射カップリング構造の中心内に付与される。このように出射カップリング構造に対して光源を中心に配置することは、隣接する光源の光ビームの混成、およびそうして得られた混成光ビームのその後の平行光化を可能とする。したがって、個々の平行光化された光ビームは依然として認識可能とされる一方、面上において平行光化された光ビームの均等な光分布を提供することができるような、照明モジュールが得られる。平行光化された光ビームは、少なくとも第１の光源および第２の光源の光を含んでいる。
【００１０】
請求項３で規定された本発明の実施形態は、製造が容易であるという利点を有する。
【００１１】
請求項４で規定された本発明の実施形態は、導光板上または導光板内部に比較的単純な方法で製造することのできる、効果的な出射カップリング構造という利点を提供する。たとえば両凸レンズといったような追加の光学手段を、溝の内部に追加することによって、出射カップリングの向上または制御を図ることができる。
【００１２】
請求項５で規定された本発明の実施形態は、平行光化された光の出射方向の予測可能性が高まるという利点を有する。好ましくは、出射カップリング構造は、導光板内部を伝播する光が、当該構造に垂直に当たるような構造とされる。出射カップリング構造に対して平行に伝播する光の出射方向は、予測可能性が低い。連続的でない構造とすることによって、この後者の成分の寄与を減らすことができる。本発明の特に有利な実施形態は、請求項６に規定されている。
【００１３】
請求項７で規定された本発明の実施形態は、特定の偏光状態の光のみを発する照明モジュールを提供し、直交する偏光状態を有する光はモジュールから発せられないようにするという利点を提供する。こうすることにより、平行光化された偏光を発するバックライトが得られ、かかるバックライトは、たとえば液晶ディスプレイモニタに使用され得る。
【００１４】
請求項８で規定された本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）は小さな形状という因子を有しており、したがって薄い平面状の照明モジュールを可能にするという利点を有する。さらに、ＬＥＤは、長い寿命、低い駆動電圧、ほぼ純粋なスペクトルの色、ルーメン出力の高速変調、およびオン・オフ状態の高速切換えという特徴も有する。
【００１５】
請求項９で規定された本発明の実施形態は、遠隔場にある面上において、各色について均等な光分布を得ることができるという利点を有する。
【００１６】
請求項１０で規定された本発明の実施形態は、平行光化された光ビームが照明モジュールから出ていく側の傷つきやすい照明モジュール面に、追加の層を設ける必要性が回避できるという利点を有する。
【００１７】
請求項１１で規定された本発明の実施形態は、光が照明モジュールから出ていく位置の制御が向上させられるという利点を提供する。特に、ほとんどの光が光源の近傍において照明モジュールから出て行ってしまう可能性が防止される。
【００１８】
請求項１２で規定された本発明の実施形態は、側方発光型でないＬＥＤを用いて、ＬＥＤからの光を導光板内部にカップリングすることができるという利点を有する。
【００１９】
請求項１３で規定された本発明の実施形態は、照明モジュールからの平行光化された光ビームの光出力の制御という利点を提供する。とりわけ、照明モジュールに入力される制御信号に従って、面上にパターンまたは画像（動画）を投影することが可能となる。あるいは、この制御可能なＬＥＤを伴う照明モジュールを、表示されるべき画像の暗い領域におけるコントラストの動的な改善、またはハイライト照明に用いてもよい。
【００２０】
上記で述べた実施形態およびそれら実施形態の特徴は、組み合わせて用いることもできる点に留意されたい。
【００２１】
本発明は、上記で述べたような照明モジュールを含む、面を照明することのできるランプであって、複数の光源がマトリックス状に配置されており、出射カップリング構造が、上記の面上において重なり合う単一の平行光化された混成光ビームが得られるように、構成されているランプにも関するものである。この面は、たとえばテーブルまたは壁面であってもよいし、ＬＣＤディスプレイパネルであってもよい。後者の場合、ランプは、光を当てるためのバックライト用に使用され得る。
【００２２】
本発明はまた、ビデオ信号を受信することによって画像を表示することのできる液晶ディスプレイパネルと、個別にアドレス指定可能な光源を有する上記で述べたような照明モジュールを含むバックライトとを備えたディスプレイ装置であって、上記のバックライトは、個別にアドレス指定可能な光源を、上記のビデオ信号に従って制御することによって、液晶ディスプレイパネルの領域に光を当てることができるものであるディスプレイ装置にも関するものである。
【００２３】
本発明はさらに、ビデオ信号を受信することによって、ディスプレイパネル上に画像を表示することのできるディスプレイ装置であって、個別にアドレス指定可能な光源を有する上記で述べたような照明モジュールを含み、その照明モジュールは、個別にアドレス指定可能な光源を、上記のビデオ信号に従って制御することによって、ディスプレイパネルの外側への画像の拡張を思わせるように構成されているディスプレイ装置にも関するものである。
【００２４】
上記のランプおよびディスプレイ装置は、本発明に係る照明モジュールの特に有利なアプリケーションである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に従う好ましい実施形態を概略的に示した添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。ここで、本発明は、これら特定の好ましい実施形態には、いかようにも限定されない点を理解されたい。
【００２６】
図１から６は、本発明の種々の実施形態に係る照明モジュール１の一部を、上面図および断面図で概略的に示している（縮尺は精確ではない）。
【００２７】
照明モジュール１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）といったような、複数の光源２を含んでいる。ＬＥＤ２は、それらＬＥＤ２を収容する導光板３上に亘って分布させられている。この導光板３は、光源２からの光を、その導光板３の少なくとも一部を介して導光することができる。導光板３は、一体化された出射カップリング構造４を有している。これらの出射カップリング構造４は、第１のＬＥＤ２Ａにより発せられた光の少なくとも一部と、隣接する第２のＬＥＤ２Ｂにより発せられた光の少なくとも一部とが、その導光板３内で混成された後に、単一の実質的に平行光化された混成光ビームＬとして、モジュール１の前面Ｆから当該照明モジュール１を出て行くこととなるような、配置および形状とされている。
【００２８】
図２Ｃ、３Ｂおよび４に示すように、照明モジュール１は、当該モジュール１を出て行く光Ｌが、マトリックス照明に有用となるよう高いコリメート度で平行光化された光とされるようなモジュールである。ここで、図２Ｃには、出射カップリング構造４は図示されていない点に留意されたい。照明モジュール１を出て行く光Ｌは、照明されるべき面上に均等に分布させられるような光とされる。導光板３の内部では実質的に光の損失がなく、したがって高効率の照明モジュール１が提供される。出射カップリング構造４は、ＬＥＤ２により発せられた光が、導光板３内で、隣接ＬＥＤ２の光と混ざり合うのに十分な距離を伝播する一方、照明対象上において分解可能なピクセルが識別できる程度に光路が限定されるような構造とされる。ＬＥＤ２は、個別にアドレス指定可能であること、すなわちＬＥＤ２の発光状態が個別に制御可能であることが好ましい。
【００２９】
図１Ａ−１Ｃ、２Ａ、２Ｃ、３Ａおよび３Ｂ内のＬＥＤ２は、導光板３内に光をカップリングする光学手段５を有する、側方発光ダイオードである。ＬＥＤ２は、たとえば図２Ａに示す赤色ＬＥＤ２Ｒ、緑色ＬＥＤ２Ｇおよび青色ＬＥＤ２Ｂのように、種々の異なる色の光を発することのできるものであってもよい。
【００３０】
導光板３は、単一の一体型プレートであってもよいし、１つ以上の層を含むものであってもよい。導光板３は薄いプレートであり、その最小限の厚さは、光学的な考察により決定される。厚さの上限は、照明モジュール１の重さと、製造コストとの考察に依存する。一例として、導光板の厚さＴは、１−２０ｍｍの範囲内、好ましくは２−１０ｍｍの範囲内（たとえば４．５ｍｍ）の厚さとされる。導光板３は、たとえばプラスチック製であってもよく、ポリカーボネートやＰｅｒｓｐｅｘ製であってもよい。
【００３１】
図２Ｂおよび５では、導光板３の厚さＴは、ＬＥＤ２同士の間の方向で変化している。これは、ほとんどの光がＬＥＤ２の近傍において導光板３から出ていってしまうのを、防ぐためである。導光板３の厚さを変化させるという特徴は、他の実施形態にも適用されてもよい。
【００３２】
出射カップリング構造４は、図１Ｃに示すような偏光選択層Ｐを含んでいてもよい。光は、正しい偏光状態を有するときのみ、照明モジュール１から発せられ、一方、直交する偏光状態を有する光は、導光板３の外へとカップリングされない。直接に出射カップリングされなかった光は、層Ｐを通過できるような正しい偏光状態となるまで、導光板３内部においてさらに反射されながら、偏光状態を徐々に変化させる。その結果、偏光を出射することのできる照明モジュール１が得られる。
【００３３】
図１Ａ−１Ｃおよび２Ａ−２Ｃでは、出射カップリング構造４の位置は、ＬＥＤ２に対して相関付けられていない。すなわち、第１のＬＥＤから「見た」出射カップリング構造４は、必ずしも隣接するＬＥＤから見た出射カップリング構造４と類似でなくてもよい。このことは、たとえば図１Ｂに明りょうに図解されている。これに対し、図３Ａ−５の実施形態におけるＬＥＤ２の各々は、連続的な出射カップリング構造４の中心に付与されており、このことは図３Ａに最も明りょうに図解されている。これらの実施形態では、出射カップリング構造４の位置は、ＬＥＤ２の位置と関連付けられている。
【００３４】
図３Ａの出射カップリング構造４は一部重なり合っているが、出射カップリング構造は、かかる重なり合いがないように配置されてもよい。その場合、導光板３の内部における光の混成は、ＬＥＤ２Ａにより発せられた光の一部が、隣接するＬＥＤ２Ｂの出射カップリング構造４Ｂに向かう方向に、当該ＬＥＤ２Ａと関連付けられた出射カップリング構造４Ａを通過するという事実によって得られる。
【００３５】
図３Ａおよび３ＢにおけるＬＥＤ２のピッチＰは、８０ｍｍであり、ＬＥＤ２の直径Ｄは、６ｍｍである。このピッチＰおよび直径Ｄは、可変である点を理解されたい。たとえば、ピッチＰは、１−５００ｍｍの範囲内、より好ましくは５−１５０ｍｍの範囲内で変化し得る。ピッチＰは、たとえばＬＥＤのサイズおよびアプリケーションに依存する。小さな発光面を有するＬＥＤが、十分な単位面積あたりの光量を得るためには、小さなピッチＰが使用され得る。面を照明するためには、ピッチＰはたとえば５０−１００ｍｍの範囲内から選択されてもよいが、光を当てるバックライトに使用される照明モジュール１には、１０−３０ｍｍのピッチＰがより適当であるかもしれない。
【００３６】
図４は、本発明の１つの実施形態に係る照明モジュール１の一部を示した、概略断面図である。通常の有色ＬＥＤ２が、側方発光ダイオード２に代えて採用されている。ＬＥＤ２の光が、入射カップリング構造６、たとえばＬＥＤ２に対して適切に配置された溝によって、導光板３内にカップリングされる。導光板の背面ＢにおけるＬＥＤ２の位置に小さな窪み（図示せず）を設けることにより、ダイオード２からの光の入射カップリングを改善することができる。別の入射カップリング構造６は、図７Ａ−７Ｉを参照して説明される。
【００３７】
出射カップリング構造４は、各ＬＥＤ２の周囲に設けられた一連の溝によって形成される。入射カップリング溝６および出射カップリング溝４は、たとえばエンボス形成等の単純な方法で作製され得る。実質的に平行光化された光ビームＬを得るため、溝４および６を伴う層よりも高い屈折率を有する追加の層７が、光出射側に設けられる。その結果、溝６の表面には鏡面が設けられ、導光板３内部への効率的な光の入射カップリングが得られる。屈折率の違いが大きいほど、溝４の位置における導光板３からの光の抽出が容易となる。
【００３８】
図５は、本発明の１つの実施形態に従う照明モジュール１の一部を示した概略断面図である。この実施形態では、出射カップリング構造４は、導光板３の背面Ｂ、すなわちＬＥＤ２と同じ側に設けられた、一連の溝を含む。この実施形態は、照明モジュール１の傷つきやすい前面Ｆに追加の層７が施されない点、および光を導光板３内に入射カップリングするための鏡面を溝６が必要としない点で、図２の実施形態よりも有利である。さらに、ほとんどの光がＬＥＤ２の近傍において導光板から出射するのを防ぐため、導光板３の厚さＴは、ＬＥＤ２同士の間の方向で変化する。導光板３の厚さの変化は、図４に示した実施形態にも適用されてもよい。導光板３の厚さＴの変化は、前面Ｆまたは背面Ｂのいずれにおいて適用されてもよいし、両面において適用されてもよい。
【００３９】
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の１つの実施形態に従う照明モジュール１の一部を示した、概略上面図および概略断面図である。図３Ａ−５の実施形態と異なり、この実施形態の出射カップリング構造４は、照明モジュール１の隣接ＬＥＤ２間に付与された、連続的でない構造とされている。構造４は、たとえばピラミッドの形状を有していてもよい。導光板３内の光は、ピラミッド構造４により出射カップリングされるまでこの導光板３の内部を伝播するので、光は導光板３の内部において混成される。ピラミッド構造４の適切な配置を選択することにより、導光板３内部の光の一部は、隣接ＬＥＤ２間の距離の半分よりも長い距離を伝播する。両凸レンズのような光学手段８が、ピラミッド構造４と整列させられて付与されている。それぞれのピラミッド構造４は、点光源であると捉えることができ、この構造４をレンズ８の焦点に配置することにより、高品質の平行光ビームが得られる。
【００４０】
ここで、図１Ａ−６Ｂに開示された本発明の実施形態においては、照明モジュール１の性能を改善または最適化するために、追加の手段が使用されてもよい点を理解されたい。一例として、導光板３に光が入射されない可能性を回避または低減するため、追加の手段が設けられてもよい。図３Ｂの実施形態では、たとえば側方発光ＬＥＤ２の上に、受光した光を吸収または一部反射することのできるカバー９が設けられてもよい。
【００４１】
さらに、ＬＥＤ２から導光板３内への入射カップリングは、様々なやり方で実現され得る点を理解されたい。いくつかのやり方が、図７Ａ−７Ｉに概略的に図示されている。図７Ａは、側方発光ＬＥＤ２を、導光板３の穴に挿入して用いる例を示している。図７Ｂは、図示のＬＥＤ２の入射カップリング構造を介して別のＬＥＤ２の光が出射カップリングされるのを防ぐための、ダイクロイックミラーＭと組み合わされた図７Ａの例を示している。図７Ｃおよび７Ｄに示された実施形態は、発光された光を、反射円錐Ｃを介して導光板３内にカップリングする、前方発光ＬＥＤ２を示している。図７Ｅ−７Ｇは、発光された光を、レンズおよび／またはダイクロイックミラーＭと組み合わされた逆円錐Ｃからの屈折によって導光板３内にカップリングする、前方発光ＬＥＤ２を示している。図７Ｈの実施形態は、発光された光を、格子Ｇまたはホログラフィック構造からの回折によって導光板３内にカップリングする、前方発光ＬＥＤ２を示している。最後に、図７Ｉには、赤色、緑色および青色の光を発するＬＥＤ２の実施形態が示されている。図７Ａ−７Ｈのいずれにおいても、かかるＬＥＤ２が、単色ＬＥＤ２に代えて用いられてもよい。
【００４２】
ここで、出射カップリング構造４としては、Ｖ字形の溝以外の構造も考えられる点を理解されたい。図８Ａ−８Ｉは、非対称の溝を含むいくつかの溝のバリエーションを示しており、導光板３の前面Ｆおよび背面Ｂの両方に関して、光学レンズを伴う例と伴わない例とが示されている。これらの溝は、たとえば導光板３の熱エンボス形成によって作られてもよい。分かりやすくするため、図８Ａ−８Ｉでは、ＬＥＤ２を省略してある。図８Ｆおよび８Ｇに示すように、背面Ｂに付与される出射カップリング構造４に対し、１つまたは複数の追加の層が用いられてもよい。
【００４３】
本発明に従う照明モジュール１の挙動に関し、図３Ａおよび３Ｂに図示した実施形態を近似的に再現した図９Ａ−９Ｃに図示のモデルにつき、レイ・トレーシング・シミュレーションが行われた。図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ数ユニットのセルの上面図および底面図を示しており、図９Ｃは、シミュレーション用のパラメータを定義した構造を示している。導光板３の背面Ｂにミラーが配されているものとして、シミュレーションが行われた。
【００４４】
ＬＥＤのピッチＰは８０ｎｍであり、ＬＥＤの直径は６ｍｍであると仮定した。導光板３には、導光板３の屈折率よりも大きな屈折率を有する透明材料で充填された、三角形状の溝が設けられている。導光板３（たとえばＰＭＭＡ）は、ｎ１＝１．４９の屈折率を有するものと仮定し、一方の透明材料は、ｎ２＝１．７５の屈折率を有するものと仮定する。図９Ｃのその他の寸法は、ｄ１＝３ｍｍ、ｄ２＝０．０１ｍｍであり、溝４のピッチｐは０．４ｍｍである。溝４の幅ｗおよび高さｈは、それぞれｗ＝０．２ｍｍおよびｈ＝０．１５ｍｍであると仮定する。
【００４５】
図１０Ａおよび１０Ｂは、それぞれ、１つのみのＬＥＤ２があると仮定した、導光板３を出射する光Ｌの角度分布および空間分布のシミュレーション結果を示した図である。
【００４６】
図１０Ａに示した出射光の角度分布は、前方方向においてピークを示しており、このことはコリメート度が高いことを示す。発光された光の多くは、２０度の円錐内に指向させられている。たとえば屈折率ｎ１とｎ２との差を増大させることにより、光の角度分布の円錐を、さらに小さくすることもできる。
【００４７】
図１０Ｂに示した空間分布は、中心穴の部分を除いては、実質的に均等な分布である。カバー９、または図４ならびに５に示したような照明モジュール１の変更により、この状態は改善され得る。
【００４８】
図１１Ａ−１１Ｃに示すように、モジュール１に亘るＬＥＤ２の分布に関しては、様々な変更形態が利用可能である。図１１Ａは、よく知られているデルタ−ナブラ分布を示している。ＬＥＤ２は赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）または青色（Ｂ）を発するものであり、それぞれ付随の出射カップリング構造４（図示せず）を有している。図１１Ｂは、Ｒ、ＧおよびＢのＬＥＤ２と組み合わされた白色ＬＥＤ（Ｗ）も含む、代替の分布形態を示している。導光板３に亘ってＬＥＤ２を個別に分布させるのに代えて、有色ＬＥＤ２の集合の形態でＬＥＤ２を配置し、各集合が付随の出射カップリング構造４を有する光源２を形成するようになすことも有利かもしれない。かかる形態は、図１１Ｃに概略的に図示されている。たとえば、図１１Ｃに示すようなＲ、ＧおよびＢの３つからなる集合が用いられてもよいし、Ｒ、Ｇ、ＢおよびＷの４つからなる集合が用いられてもよいし、それら両方の組合せが用いられてもよい。この形態の利点は、影がもはや有色エッジを持たなくなる点である。
【００４９】
ここで、上記以外の分布も可能であり、本発明の技術的範囲に含まれる点を理解されたい。
【００５０】
照明モジュール１は、様々なアプリケーションに利用することができる。そのいくつかが、図１２Ａ−１２Ｃに概略的に図示されている。
【００５１】
図１２Ａでは、照明モジュール１は、テーブルや壁面といった面１１を照明するためのランプ１０とされている。ＬＥＤ２は、たとえば図１１Ａ−１１Ｃの分布で示されるような、マトリックス状に配置されている。重なり合う単一の平行光化された混成光ビームＬが面１１を照らすように、出射カップリング構造４が構成されている。
【００５２】
図１２Ｂに示した代替実施形態では、個別にアドレス指定可能なＬＥＤ２を有する照明モジュール１が、ＬＣＤディスプレイパネル２０に光を当てる平行光バックライトとして使用されている。ピクセル化されたバックライト照明モジュール１は、ディスプレイパネル上に表示される画像に応じて、多量または少量の光を、制御された態様で局所的に（たとえば領域Ｒ内において）発生させることができる。したがって、領域Ｒ内の輝度を減少または増加させたり、コントラストを増大させながら同時にパワー消費量を低減させたりすることができる。ここでは、ディスプレイパネル２０上の各ピクセルが、８ビットのグレーレベル（０−２５５の輝度）を有している例を考える。領域Ｒ内において必要とされる瞬間最大輝度がたとえば１２７であるとすると、照明用ＬＥＤ２が減光させられ、その後、Ｒ内のピクセルの輝度が倍増させられてもよい。その結果、局所的には５０％のパワー低減が得られ、また、領域Ｒにおいてすべての利用可能なグレーレベルを利用することができるため、コントラストが改善され得る。同じことが、ディスプレイパネル２上の他の領域Ｒについてもいえる。この方法は、各色について個別に適用され得る。図１Ｃの照明モジュール１を、平行光化された偏光を発するバックライトとして用いることができる。
【００５３】
図１２Ｃは、ビデオ信号Ｖを受信することにより、ディスプレイパネル３１上に画像を表示することのできるディスプレイ装置３０を示している。ディスプレイ装置３０は、個別にアドレス指定可能なＬＥＤ２を有する、上記で説明したような照明モジュール１を含んでいる。照明モジュール１は、ビデオ信号Ｖに従って個別にアドレス指定可能なＬＥＤ２を制御することにより、たとえば壁Ｗに掛けられたディスプレイパネル３１の外側にも、画像の拡張（一点鎖線領域で示してある）を思わせるように配されている。
【００５４】
上記の例は、単に本発明の実施形態を説明するためのものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない点を理解されたい。適応型であってもよい追加の光学手段を各ＬＥＤ２に対して実装することを含めた、代替手段および追加手段も考えられる。一例として、固定または可変の焦点距離を有するレンズが、各ＬＥＤ２およびその周囲の出射カップリング構造４の、前面に配されてもよい。また、照明モジュール１は、導光板３の下方に配されて導光板３を介して輝くことのできる、従来型のランプによって増強されてもよい。さらに、出射カップリング構造４は、照明モジュール１から出射される光Ｌが、斜め方向に平行光化された光ビームとして照明モジュール１から出ていくような構造とされてもよい。そのような実施形態は、たとえば図１２Ｃのディスプレイ装置３０にとって有利な形態となり得る。導光板３の異なる個所においては、光出力Ｌが照明モジュール１から出ていく際の角度が異なっていてもよい。出射カップリング構造４は、回折構造、たとえばホログラフィック構造であってもよい。かかるホログラムは、たとえば複製ホログラムであってもよいし、体積ホログラムであってもよい。
【００５５】
特許請求の範囲においては、括弧内のいずれの参照符号も、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。「含む」または「備える」との語は、請求項中に列挙されたもの以外の要素または工程の存在を排除するものではない。ある要素の前に置かれた「１つの」との語は、そのような要素が複数存在することを排除するものではない。単に特定の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているという事実は、それらの施策の組合せを有利に使うことができないということを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】本発明の第１および第２の実施形態に係る照明モジュールの一部を示した概略上面図
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る照明モジュールの一部を示した概略断面図
【図１Ｃ】本発明の第２の実施形態に係る照明モジュールの一部を示した概略断面図
【図２Ａ】本発明のさらなる実施形態に係る照明モジュールの一部を示した、当該モジュールからの光線の図示を含む概略断面図
【図２Ｂ】本発明のさらなる実施形態に係る照明モジュールの一部を示した、当該モジュールからの光線の図示を含む概略断面図
【図２Ｃ】本発明のさらなる実施形態に係る照明モジュールの一部を示した、当該モジュールからの光線の図示を含む概略断面図
【図３Ａ】本発明のある好ましい実施形態に係る照明モジュールの一部を示した概略上面図
【図３Ｂ】図３Ａの実施形態に係る照明モジュールの一部を示した概略断面図
【図４】本発明の別の好ましい実施形態に係る照明モジュールの例を示した概略図
【図５】本発明の別の好ましい実施形態に係る照明モジュールの例を示した概略図
【図６Ａ】本発明のさらに別の実施形態に係る照明モジュールの上面図
【図６Ｂ】図６Ａの実施形態に係る照明モジュールの断面図
【図７Ａ】入射カップリング構造の１つの実施形態を示した図
【図７Ｂ】入射カップリング構造の別の実施形態を示した図
【図７Ｃ】入射カップリング構造の別の実施形態を示した図
【図７Ｄ】入射カップリング構造の別の実施形態を示した図
【図７Ｅ】入射カップリング構造の別の実施形態を示した図
【図７Ｆ】入射カップリング構造の別の実施形態を示した図
【図７Ｇ】入射カップリング構造の別の実施形態を示した図
【図７Ｈ】入射カップリング構造の別の実施形態を示した図
【図７Ｉ】入射カップリング構造の別の実施形態を示した図
【図８Ａ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の１つの例を示した図
【図８Ｂ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の別の例を示した図
【図８Ｃ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の別の例を示した図
【図８Ｄ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の別の例を示した図
【図８Ｅ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の別の例を示した図
【図８Ｆ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の別の例を示した図
【図８Ｇ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の別の例を示した図
【図８Ｈ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の別の例を示した図
【図８Ｉ】本発明の実施形態に係る照明モジュールについて、出射カップリング構造の別の例を示した図
【図９Ａ】本発明の１つの実施形態に係る照明モジュールのシミュレーションモデルを示した図
【図９Ｂ】本発明の１つの実施形態に係る照明モジュールのシミュレーションモデルを示した図
【図９Ｃ】本発明の１つの実施形態に係る照明モジュールのシミュレーションモデルを示した図
【図１０Ａ】図９Ａ−９Ｃに図示したモデルについて行ったシミュレーション結果を示した図
【図１０Ｂ】図９Ａ−９Ｃに図示したモデルについて行ったシミュレーション結果を示した図
【図１１Ａ】本発明の実施形態に係る照明モジュールに関する、光源分布の一例を示した図
【図１１Ｂ】本発明の実施形態に係る照明モジュールに関する、光源分布の一例を示した図
【図１１Ｃ】本発明の実施形態に係る照明モジュールに関する、光源分布の一例を示した図
【図１２Ａ】本発明の実施形態に係る照明モジュールを含む、テーブル照明用のランプを示した図
【図１２Ｂ】本発明の実施形態に係る照明モジュールを含むＬＣＤパネルを示した図
【図１２Ｃ】本発明の実施形態に係る照明モジュールを含むディスプレイ装置を示した図
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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