(57)【要約】  本発明は、平面底部16に配置される少なくとも１つの発光ダイオード12,14によって放射される光を視準する視準装置1,2,3,4に関する。視準装置1,2,3,4は、コリメータ20,22,24及び一群の反射表面50,52を含む。当該コリメータは、前記少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光を前記コリメータ20,22,24へ入射させる光進入窓28,30と、前記コリメータ20,22,24からの前記光を放射する光排出窓32,34とを含み、また第１縁表面、第２縁表面、第３縁表面及び第４縁表面を含む。当該視準装置1,2,3,4は、前記少なくとも１つの発光ダイオード12,14によって放射される光を、第３及び第４縁表面40,42,44,46,48の方向において内部全反射により前記光排出窓32へ向かって導くように形成され、また前記少なくとも１つの発光ダイオード12,14によって放射される光を、第１及び第２縁表面36,38の方向へにおいて反射表面50,52を介して導くように形成される。このことにより、幅が容易に低減され得る視準装置になる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面底部に配置される少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光を視準する視準装置であって、当該視準装置がコリメータを含み、当該コリメータが、
前記平面底部にほぼ直角な対称平面と、
前記少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光を前記コリメータへ入射させる光進入窓と、
前記コリメータからの前記光を放射する光排出窓と、
第１縁表面及び第１縁表面に面する第２縁表面であって、前記第１及び第２縁表面が、前記対称平面の対向する側面にほぼ並行に配置される平面表面であるとともに、前記光進入窓及び前記光排出窓の間に延在する、第１縁表面及び第２縁表面と、
第３縁表面及び第３縁表面に面する第４縁表面であって、前記第３及び第４縁表面が、前記光進入窓及び前記光排出窓、並びに前記第１及び第２縁表面の間に規定される非平面表面であるとともに、内部全反射により前記対称平面に並行な光を前記光排出窓へ導くように形成される、第３縁表面及び第４縁表面と、
を有し、
当該視準装置が、更に、前記平面底部と前記第１及び第２縁表面との間に構成される一群の反射表面であって、前記少なくとも１つの発光ダイオードによって前記反射表面へ向かって放射される光を前記コリメータへ反射させる一群の反射表面、を含む、
視準装置。
【請求項２】
請求項１に記載の視準装置であって、前記反射表面が、前記反射表面から反射される光を内部全反射により第１縁表面及び第２縁表面の間に制限するために、前記反射表面からの前記放射光の角度配分を前記コリメータ内に得るように形成される、視準装置。
【請求項３】
請求項１に記載の視準装置であって、前記第３及び第４縁表面が、前記対称平面に並行に放射される光を内部全反射により視準するように形成される、視準装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の視準装置であって、前記反射表面が、前記平面底部に構成される、視準装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の視準装置であって、前記反射表面が、前記平面底部の一部である、視準装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の視準装置であって、前記視準装置が、前記対称平面に対して対照的に構成される発光ダイオードの配列を含む、視準装置。
【請求項７】
請求項６に記載の視準装置であって、前記発光ダイオードの配列が、異なる原色を放射する発光ダイオードを含む、視準装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の視準装置であって、前記コリメータの幅が、5ミリメータより小さく、好ましくは2.5ミリメータより小さい、視準装置。
【請求項９】
請求項１に記載の視準装置を有する照明システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の視準装置を有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光を視準する視準装置に関する。
【０００２】
本発明は、更に照明システム及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオードによって放射される光の視準を合わせるコリメータ(collimator)は、それ自体知られている。コリメータは、とりわけ、発光ダイオード（更にはLEDとも称される）によって放射される光の角度配分を低減させ、また、例えば、表示装置のバックライトシステムなどへ放射光を導くために、使用される。コリメータは、放射光の均一性を強化するのにも使用され、様々な色を放射する複数の発光ダイオードが使用される場合、コリメータは、個々の発光ダイオードによって放射される光の色混合を強化する。好ましくは、光を視準するためのコリメータの壁からの光の反射は、光の損失を最小化するために、内部全反射に基づく。
【０００４】
このようなコリメータは、米国特許出願書類第2003/0076034号から知られている。この特許出願において、単一の長細い底部における線形な配列に配置された複数色ＬＥＤチップを含むコリメータが開示されている。この既知のコリメータは、底部におけるＬＥＤチップにおいて一体化されて装着される。色ＬＥＤチップの配列は、例えば、混合される場合に白色を生成する、従来の緑、赤及び青色ＬＥＤチップを含み得る。既知のコリメータは、長細い底部に並行して延在する平面上部壁を有する長方形の角状部材として構成される。既知のコリメータは、通常、ＬＥＤチップ用の空洞を有する単一の固体部材としてプラスチックから製造される。空洞は、ＬＥＤチップを取り囲み、通常、透明シリコン材料を用いて満たされる。ＬＥＤチップによって放射される光は、放射光を視準及び混合する既知のコリメータの側壁から内部全反射によって反射される。引用される特許出願書類において開示される既知のコリメータの実施例において、既知のコリメータは、6ミリメータの厚さのバックライト導波路に関して最適化されている。このような応用例において、ＬＥＤチップを取り囲む空洞の壁は、ＬＥＤチップからの高度に視準される光を得るために形成されなければならない。
【０００５】
バックライトシステムなどのような光学システムにおける傾向は、更なるシステムの小型化である。これらの光学システムは、多くの場合コリメータを含む。既知のコリメータ欠点は、コリメータの寸法が大きすぎることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、低減された寸法を有する視準装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従うと、前記目的は、平面底部に配置される少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光を視準する視準装置であって、当該視準装置がコリメータを含み、当該コリメータが、前記平面底部にほぼ直角な対称平面と、前記少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光を前記コリメータへ入射させる光進入窓と、前記コリメータからの前記光を放射する光排出窓と、第１縁表面及び第１縁表面に面する第２縁表面であって、前記第１及び第２縁表面が、前記対称平面の対向する側面にほぼ並行に配置される平面表面であるとともに、前記光進入窓及び前記光排出窓の間に延在する、第１縁表面及び第２縁表面と、第３縁表面及び第３縁表面に面する第４縁表面であって、前記第３及び第４縁表面が、前記光進入窓及び前記光排出窓、並びに前記第１及び第２縁表面の間に規定される非平面表面であるとともに、内部全反射により前記対称平面に並行な光を前記光排出窓へ導くように形成される、第３縁表面及び第４縁表面と、を有し、当該視準装置が、更に、前記平面底部と前記第１及び第２縁表面との間に構成される一群の反射表面であって、前記少なくとも１つの発光ダイオードによって前記反射表面へ向かって放射される光を前記コリメータへ反射させる一群の反射表面を含む、視準装置を用いて達成される。
【０００８】
本発明に従う対策の効果は、視準装置が、少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光を、第３及び第４縁表面の方向において、内部全反射により、光排出窓へ導き、また少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光を、第１及び第２縁表面の方向において、内部表面を介して、導く。第１及び第２縁表面は、平面表面である。第１及び第２縁表面の間における距離は、通常、コリメータの幅を決定する。既知のコリメータにおいて、発光ダイオードは、平面底部及び光進入窓によって規定される空隙において配置される。既知のコリメータの空隙は、通常、コリメータの一部である空隙壁を含み、コリメータの光進入窓及び縁表面の間において形成される。空隙の寸法を変更することなく、既知のコリメータの寸法を低減すること、例えば、２つの対向する縁表面間の距離を低減することは、２つの対向する縁表面の方向におけるより薄い空隙壁になることになる。２つの対向する縁表面間の特定の距離において、空隙壁は、非常に脆弱になり、空隙壁は、発光ダイオードによって放射される光の視準を可能にするためにもはや適切に形成され得ない。本文書において記載される視準装置において、視準装置は、コリメータ及び反射表面を有する。少なくとも１つの発光ダイオードは、コリメータの空隙において配置される。空隙は、第３及び第４縁表面の方向における空隙壁によって規定され、また第１及び第２縁表面の方向における反射表面によって規定される。コリメータの一部ではない反射表面によって第１及び第２縁表面の方向において空隙壁を置き換えることによって、第１及び第２縁表面間の距離は、低減され得、これにより、脆弱な空隙壁を有することなく、又は視準を可能にするために適切に形成され得ない空隙壁を有することなく、視準装置の幅を低減し得る。このことは、寸法が容易に低減され得る視準装置になる。
【０００９】
内部全反射を用いた反射と反射表面からの反射との差は、内部全反射が損失の無い反射である一方で、反射表面からの反射が通常ある程度の光の損失であることである。内部全反射は、通常、光学的に密度のある媒体から光学的に少ない密度の媒体への境界において発生する。入射光が境界において作用する角度である入射角が臨界角より大きい場合、境界において作用する全ての光は、光学的に密度のある媒体へ反射して戻される（光ビームの入射の角度は、通常、境界における法線と作用する光ビームとの間において規定される）。対照的に、例えば、金属被膜などの反射表面からの反射は、通常、反射表面による入射光の特定の吸収により、光の損失を含む。
【００１０】
本発明に従う構成要素の追加的な有益な点は、平面底部と第１及び第２縁表面との間に配置される反射表面の使用が、既知のコリメータと比較されて、視準装置の製造利便性を増加させることである。既知のコリメータにおいて、少なくとも１つの発光ダイオードは、少なくとも１つの発光ダイオードを取り囲む空隙において配置される。既知のコリメータの幅を低減することによって、空隙の壁は非常に薄くなるので、これにより、製造及び組み立ての両方において、容易に破損され得るコリメータになる。本発明者は、第１及び第２縁表面の方向における空隙の壁を、平面底部と第１及び第２縁表面の間において配置される反射表面によって置換することによって、薄く且つ脆弱な空隙壁が第１及び第２縁表面において省略され得ることを実現した。本発明に従う視準装置における反射表面の使用により、寸法が低減される一方で優れた製造利便性を維持した視準装置が作製される。
【００１１】
発光ダイオードによって放射される光を視準するための反射表面の使用は、例えば、例えば、欧州特許出願書類第1103759号において開示されている。この文書は、視準目的に関する発光ダイオードを取り囲む反射カップの使用を開示する。対照的に、本発明の視準装置は、反射表面を介した視準と内部全反射を介した導光すなわち視準との独自の組合せを示す。反射表面からの反射と内部全反射からの反射とのこの組合せにより、本発明に従う視準装置の寸法は低減され得る一方で、反射による光の損失は制限される。
【００１２】
前記視準装置の１つの実施例において、前記反射表面は、前記反射表面から反射される光の角度配分を前記コリメータ内において得るように形成され、これにより、前記反射表面から反射される光を内部全反射により第１縁表面及び第２縁表面の間に制限することを可能にさせる。本発明の有益な点は、反射表面からの反射の後で、光は、実質的に損失の無いように第１及び第２縁表面の間において制限される。反射表面の所要の形状は、既知の光線追跡プログラムを用いて決定され得る。
【００１３】
視準装置のある実施例において、反射表面は平面底部に配置される。この有益な点は、反射表面が少なくとも１つの発光ダイオードの隣の平面底部に機械的に装着され得、このことが、本発明に従う視準装置の組み立てを簡素化することである。
【００１４】
視準装置の好ましい実施例において、反射表面は、平面底部の一部である。例えば、反射表面及び平面底部の両方は、単一の形態で、射出成形される。この実施例の有益な点は、平面底部に対する反射表面の位置が、常に十分に規定されることであり、このことは、更に当該視準装置の組み立てを簡素化する。この実施例の更なる有益な点は、反射表面と一緒の平面底部の生産の費用が低減され得ることである。
【００１５】
本発明のこれら及び他の点は、後述の実施例から明らかであり、これらの実施例を参照して説明される。
【００１６】
図面は、単に概略的であり、縮尺どおりに描画されていない。明瞭性に関して具体的には、いくつかの寸法は、強く誇張されている。図面における同様な要素は、可能な限り同じ参照符号により記される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃは、本発明に従う視準装置１及び２の断面図を示す。図１Ａの断面図は、図１Ｂ及び１Ｃにおいて示される対称平面２６と一致する。図１Ａにおいて、光を視準装置１及び２へ放射する少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４を有する平面底部１６が示される。視準装置１及び２は、コリメータ２０と反射表面５０及び５２とを有する。コリメータ２０は、通常、透明プラスチック、ガラス又は水晶などの透明材料から構成される。コリメータ２０は、少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４によって放射される光がコリメータへ入射される光進入窓２８を有する。コリメータ２０は、更に、視準された光がコリメータ２０によって放射される光排出窓３２を有する。コリメータ２０は、第１縁表面３６（図１Ｂ及び１Ｃを参照）、第２縁表面３８（図１Ｂ及び１Ｃを参照）、第３縁表面４０及び第４縁表面４６を含む。第１縁表面３６及び第２縁表面３８は、対称平面２６の対向する側面に配置され、光進入窓２８及び光排出窓３２の間において延在する。第３縁表面４０は、非平面の第４縁表面４６に面する非平面縁表面である。第３縁表面４０及び第４縁表面４６の形状は、対称平面２６に並行に放射される光が内部全反射により光排出窓３２へ導かれるように、選択される。第３縁表面４０及び第４縁表面４６の所要な形状は、よく知られる光線追跡プログラムにより決定され得る。視準装置は、更に、対称平面２６の対向する側面における、平面底部１６及び第１縁表面３６の間に、且つ平面底部１６及び第２縁表面３８の間に配置される反射表面５０及び５２を含む。図１Ｂにおいて、反射表面５０は、少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４によって反射表面５０へ向かって放射される光をコリメータ２０へ反射する単純な平面表面である。図１Ｃにおいて、反射表面５２は、少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４によって反射表面５２へ向かって放射される光がコリメータ２０へ反射されるように形成され、これにより、光が、内部全反射により第１縁表面３６及び第２縁表面３８の間におけるコリメータ２０内に制限されるようにされる。同様に、所要な形状は、よく知られる光線追跡プログラムにより決定され得る。
【００１８】
コリメータ２０は、更に、光進入窓２８、平面底部１６、並びに反射表面５０及び５２によって規定される空隙１８を有する。既知のコリメータにおいて、空隙は、光進入窓及び平面底部によって規定される。空隙の壁は、コリメータによって構成される。空隙壁の厚さは、既知のコリメータにおいては、既知のコリメータの光進入窓及び縁表面の間における距離によって決定される。既知のコリメータの幅が、例えば、２つの対向する縁表面間の距離を低減することによって、低減される場合、２つの対向する縁表面の方向における空隙の壁は、通常、非常に薄く、且つ脆弱になり、既知のコリメータの製造において、又は既知のコリメータと発光ダイオードとを組み立てる際に容易に損傷を受け得る。本発明に従う視準装置１及び２において、空隙１８は、第３縁表面４０及び第４縁表面４６の方向においてコリメータによって構成される空隙壁４１及び４７によって規定され、また第１縁表面３６及び第２縁表面３８の方向において反射表面５０及び５２によって規定される。第１縁表面３６と第２縁表面３８との間における距離を低減させることにより視準装置１及び２の幅ｗを低減する一方で、同一の空隙１８の寸法を維持するために、単純に反射表面５０及び５２の移動が必要とされる。何の薄く脆弱な空隙１８の壁も、視準装置１及び２におけるコリメータ２０の製造利便性における低減も必要とされない。
【００１９】
図１Ｂは、視準装置１のある実施例を示し、ここで、反射表面５０は、少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４によってコリメータ２０へ放射される光を反射する単純な平面表面である。単純な平面表面が光をコリメータ２０へ反射するために使用されるので、反射表面５０から反射される光の全てが第１縁表面３６及び第２縁表面３８の間において内部全反射により制限されることはない。したがって、図１Ｂに示される実施例において、光は、第１縁表面３６及び第２縁表面３８から「漏れ」得、光の損失を生じさせる。
【００２０】
図１Ｃは、視準装置２のある実施例を示し、ここで、反射表面５２は、光が内部全反射により第１縁表面３６及び第２縁表面３８の間におけるコリメータ２０内において制限されるように、少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４によってコリメータ２０へ放射される光を反射する成形された表面である。図１Ｃに示される反射表面５２の形状により、反射表面５２から反射される実質的に全ての光が内部全反射により第１縁表面３６及び第２縁表面３８の間において制限され、したがって、実質的に、何の光も、第１縁表面３６又は第２縁表面３８から「漏れ」ない。反射表面５２の所要な形状は、よく知られる光線追跡プログラムにより決定され得る。
【００２１】
対称平面２６の対向する側面における反射表面５０及び５２を少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４の隣に有するために、平面底部１６は、表面形成要素４９及び５１を有する。これらの表面形成要素４９及び５１は、視準装置１及び２の組み立てにおいて平面底部１６において配置される個別の要素であり得る、又は平面底部１６の一体化された一部であり得る。
【００２２】
少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４が複数の異なる原色を放射する発光ダイオードの配列であるような視準装置１及び２の実施例において、視準装置１及び２は、有益に、光混合チャンバとして使用される。発光ダイオード１２及び１４の配列は、例えば、少なくとも一部は視準装置１及び２内で混合される、原色の赤、緑、及び青を放射し得る。
【００２３】
図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに示される視準装置１及び２は、コリメータ２０の幅ｗの大きな低減を可能にする。本発明に従う視準装置１及び２の実施例において、幅ｗは、5ミリメータ、好ましくは2.5ミリメータより小さい。第１縁表面３６及び第２縁表面３８の方向における視準は、反射表面５０及び５２を用いて達成される。
【００２４】
図２Ａ及び２Ｂは、本発明に従う更なる視準装置３の断面図を示す。図２Ａに示される視準装置３は、図１Ａに示される視準装置１及び２と比較されて、異なる第３縁表面４２を有するコリメータ２２を有する。この適合された第３縁表面４２により、コリメータ２２は、平面表面１６にほぼ直角な光を放射しない（図１Ａの視準装置１及び２の実施例に示されるように）が、光排出窓３４にほぼ直角な方向に光を放出する。適合された第３縁表面４２の形状は、なお、少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４によって対称平面２６に並行に放射される光が、内部全反射により視準され、また最終的に光排出窓３４にほぼ直角な方向に向けられるように、選択される。
【００２５】
本発明に従う視準装置３の代替的な実施例において、第３縁表面４２及び第４縁表面４６における内部全反射は、図２Ａ及び２Ｂにおいて確認され得るように、光進入窓３０の形状を第３縁表面４２及び第４縁表面４６の形状と組み合わせることによって達成され得る。空隙１９における充填材と透明コリメータ２２との光学的密度の差、並びに光進入窓３０、第３縁表面４２及び第４縁表面４６による、光進入窓３０における反射は、少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４による対称平面２６に並行な方向へ放射される光が内部全反射により視準されることを保証する。光進入窓３０並びに第３縁表面４２及び第４縁表面４６の所要な形状は、よく知られる光線追跡プログラムを用いて決定され得る。
【００２６】
図３は、本発明に従うより更なる視準装置４の断面図を示す。（示されない）反射表面は、なお、対称平面２６の対向する側面において少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４の隣に配置されて存在し、そして少なくとも１つの発光ダイオードによって放射される光をコリメータ２４へ視準する。しかし、第３縁表面４４及び第４縁表面４８方向へ対称平面２６に並行に放射される光は、コリメータ２４によって視準されないが、光排出窓３２へ向かって導かれる一方で、少なくとも１つの発光ダイオード１２及び１４によって放射される光の広い角度配分はほぼ維持させている。第３縁表面４４及び第４縁表面４８の形状は、なお、第３縁表面４４及び第４縁表面４８において作用する光が内部全反射により光排出窓３２へ向かって導かれるように、選択される。視準装置３のこの実施例は、発光ダイオードが異なる原色の光を放射する発光ダイオード１２及び１４の配列に関する光混合チャンバとして特に有益である。視準装置４は、少なくとも部分的に、発光ダイオード１２及び１４の配列によって放射される光を混合する。
【００２７】
図４は、本発明に従う照明システム５を示す。照明システム５は、光ガイド５４に接続される、図１Ａ及び１Ｃにおいて示される視準装置２を有する。視準装置２は、光を、光排出窓３２を介して光ガイド５４の入口窓（５６）へ放射する。光ガイド５４は、通常、所要な方向へ光を合わせて出す（図示されない）光結合要素を有する。
【００２８】
図５は、本発明に従う表示装置６を示す。表示装置６は、例えば、例えば、バックライトシステムとディスプレイを構成する液晶セルの配列を有する透過型表示装置６である。例えば、バックライトシステムは、図４において示されるように照明システム５を有する。個別の液晶セルの透過性を選択することによって、画像は、バックライトシステムによって照られる表示装置６において形成される。
【００２９】
上述の実施例は、本発明を制限するものよりもむしろ例証するものであり、当業者が、添付の請求の範囲から逸脱することなく、多数の代わりの実施例を設計することが可能であることを注意しなければならない。請求項における如何なる参照符号も請求項の範囲を制限するように解釈されてはならない。「有する・備える」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される以外の要素又はステップの存在を排除しない。単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの個別の構成要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされた計算機を用いて実施され得る。いくつかの手段を列挙している装置請求項において、これらの手段のいくつかは１つの同じハードウェアの項目によって、実施化することが可能である。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されていることができないと示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に従う視準装置の断面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明に従う視準装置の更なる断面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明に従う視準装置の更なる断面図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に従う更なる視準装置の断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明に従う更なる視準装置の更なる断面図を示す。
【図３】図３は、本発明に従うより更なる視準装置の断面図を示す。
【図４】図４は、本発明に従う照明システムを示す。
【図５】図５は、本発明に従う表示装置を示す。
【図１Ａ】
2009519601.tif 000003
【図１Ｂ】
2009519601.tif 000004
【図１Ｃ】
2009519601.tif 000005
【図２Ａ】
2009519601.tif 000006
【図２Ｂ】
2009519601.tif 000007
【図３】
2009519601.tif 000008
【図４】
2009519601.tif 000009
【図５】
2009519601.tif 000010
【国際調査報告】
2009519601.tif 000011
2009519601.tif 000012
2009519601.tif 000013