面の形でエネルギーの効率の良い照明用光源
【課題】光を面の形の照明光源に結合する装置と方法を提供する。
【解決手段】装置は光の拡散作用を含む線形光源１０２から構成される。また装置はシート１０４の第１の端に沿って線形光源１０２が置かれている。線形光源１０２は光を拡散し、シート１０４の第１の端に沿った光は特定のパターンで発光する。
【解決手段】装置は光の拡散作用を含む線形光源１０２から構成される。また装置はシート１０４の第１の端に沿って線形光源１０２が置かれている。線形光源１０２は光を拡散し、シート１０４の第１の端に沿った光は特定のパターンで発光する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は照明システムに関するものである。特に、この発明は面の形でエネルギーの効率の良い照明用光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明は物体に光を当てて見るように用いられ、また写真、顕微鏡、科学目的、娯楽産業（劇場、テレビや映画を含む）、イメージの投影やディスプレーなどのライティングなどに使われている。照明目的には、一点または単面の光源が使われている。これらのシステムは多くの不都合がある：光の強度が部屋や環境の他の場所に比べ光源のほうが強く、よって、そのような光源は目に悪い。また、そのような光源は見た目の好ましくない濃い影を作り、写真撮影や娯楽産業に好まれない場合がある。またこのような光源はテーブル、テレビやモニタなどの表面のグレア状態を起こす原因となる。
【０００３】
光源が面の形をしたシステムも存在する。家庭用の蛍光灯などは拡散板などでカバーされてグレアを抑えている。このようなシステムは大きくかさばる。また透明ではない。反射傘のような拡散器や拡散反射板などは写真や映画撮影用の光源に使われているが、これらも均一な照明に近いだけである。
【０００４】
LCD画面のようなフラットパネル画面のバックライトは均一、もしくは均一に近い光を供給する。LCD画面のバックライトをつける以前の方法は点やプリズムが印刷されているシート形状をした光のガイドを設け、それにより光を抽出、もしくは光を拡散させる粒子を大量に分散することだった。光のガイドは一つの高屈折材料を二つの低屈折材料の間に挟み作られている。光はこのガイドの一つ、もしくは一つ以上の端からガイドされている。
【０００５】
これらの面の形をした光源は実際には他の主要な光源から、所定の放射パターンで光を転射しているに過ぎない。この主要な光源は面の形をした光源と効率良く結合しなくてはならない。この出願書で使われている光源はCCFLチューブやLEDの配列などである。
【０００６】
シートの両端にある二つのCCFLチューブが使われる。各CCFLチューブは断面が四角形の反射溝に置かれる。CCFLからの光はシートに連結されている。この方法の短所は、光がシートに入射する前に幾度も反射を繰り返さなければいけない可能性があることだ。ここで起こる各反射は光の無駄になり、低効率に繋がる。その上、光がシートに入射する方向も決められていない。光の一部は反射してCCFLに戻ってしまい、更なる光の無駄に繋がる。バックライトシートにはいった一部の光は反対の端から出て行く。その中の一部は反対側に設置されているCCFLに入って無くなり、更なる低効率へと繋がる。
【０００７】
フラットスクリーンカラーディスプレーは通常白色の光の照明を用いる。白色の光がディスプレーにあるLCDを照らし、それが色のフィルタを通して色を表現している。色のフィルタは多量の光を吸収するため効率を低下させる。もう一つの不都合はフィルタを通すのでディスプレーの光伝達率がとても低い。色フィルタを使うのを避けるためには、着色光を使わなければならない。正しい色を表示するにはこの着色光が適切に結合されていないといけない。
【発明の概要】
【０００８】
装置と面の形の照明用光源に光を結合する方法を公開する。一実施様態では、装置は光の拡散作用を含む線形光源から構成されている。また装置はシートの第１の端に沿って線形光源が置かれている。線形光源は光を拡散し、シートの第１の端に沿った光は特定のパターンで発光する。
【０００９】
実装と要素の組み合わせの様々な内容を含む上記や他に示している主張などの特徴は、添付図面により詳細に記述されている。ここで説明するのはイラストによる説明であり、特定の方法とシステムの制限ではない。また当業者であれば、発明の範囲から逸脱すること無い様々な原理や機能が採用されている多くの実施例があることを理解する。
【００１０】
現在の仕様の一部として含まれている添付図面は、現在の好ましい実施様態を表し、上記に挙げた一般的な説明と下記に記す詳細な好ましい実施様態の両方を合わせて本発明の原則を教え、説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1Aは一実施様態において模範的光源システムを正面から見たブロック図。
【００１２】
図1Bは一実施様態において模範的光源システムを横から見たブロック図。
【００１３】
【図２】図2Aは一実施様態において模範的光源システムを正面から見たブロック図。
【００１４】
図2Bは一実施様態において模範的光源システムを横から見たブロック図。
【００１５】
【図３】図3は一実施様態において光源システムを正面から見たブロック図。
【００１６】
【図４】図4は一実施様態において模範的要素を持つ線形光源柱の図。
【００１７】
【図５】図5は一実施様態において様々な濃度の拡散粒子を持つ線形光源の図。
【００１８】
【図６】図6は一実施様態において二つの光源を持つ模範的な線形光源の図。
【００１９】
【図７】図７は一実施様態において模範的な鏡構造を持つ線形光源の図。
【００２０】
【図８】図8は一実施様態において模範的なバックライトの光源のブロック図。
【００２１】
【図９】図9は違う実施様態において模範的なバックライトの光源のブロック図。
【００２２】
【図１０】図10は一実施様態において光結合システムのブロック図。
【００２３】
【図１１】図11は一実施様態において光結合システムのブロック図。
【００２４】
【図１２】図12は一実施様態において光結合システムのブロック図。
【００２５】
【図１３】図13は一実施様態において光結合システムのブロック図。
【００２６】
【図１４】図14は一実施様態において模範的なバックライトの光源のブロック図。
【００２７】
【図１５】図15は一実施様態において模範的な多色バックライトディスプレーのブロック図。
【００２８】
【図１６】図16Aは一実施様態において模範的なバックライトディスプレーシステムの模範的な柱を上部から見たブロック図。
【００２９】
図16Bは一実施様態においてバックライトディスプレーシステムの模範的な柱を横から見たブロック図。
【００３０】
図16Cは一実施様態においてバックライトディスプレーシステムの模範的な柱を正面から見たブロック図。
【００３１】
【図１７】図17Aは一実施様態において模範的光源が多色照明を照らしているブロック図。
【００３２】
図17Bは一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているものを正面から見たブロック図。
【００３３】
図17Cは一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているものを上部から見たブロック図。
【００３４】
【図１８】図18Aは違う実施様態において模範的光源が多色照明を照らしているブロック図。
【００３５】
図18Bは違う実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているものを正面から見たブロック図。
【００３６】
図18Cは違う実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているものを上部から見たブロック図。
【００３７】
【図１９】図19は一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているブロック図。
【００３８】
【図２０】図20Aは一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているブロック図。
【００３９】
図20Bは一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているブロック図。
【００４０】
【図２１】図2１は一実施様態において模範的光源が線形光源を照らしているブロック図。
【００４１】
【図２２】図22は一実施様態において模範的光源が線形光源を照らしているブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
装置と面の形の光源に光を結合する方法を公開する。一実施様態では、システムは線形光源で構成されている。線形光源には散布されている拡散素材も含む。拡散素材は線形光源内の光を拡散し面の形の照明用光源と結合させる。
【００４３】
実施様態では効率の良く線形光源と面の形の照明用光源を結合する装置が説明されている。
【００４４】
他の実施様態では効率の良く着色光源と多色バックライトシートを結合する装置が説明されている。
【００４５】
他の実施様態では効率の良くLEDなどの主な光源と線形光源を結合する装置が説明されている。
【００４６】
図1は一実施様態において模範的光源システム199を正面から見たブロック図である。主光源100は線形光源102と結合されている。主光源はLED、LASERやOLEDなど、どの様な点的光源であっても良い。線形光源102は透明素材の導波管を有す。面の形をした光源104（コア）は透明素材のシートである。一実施様態において線形光源の屈折係数はコアの係数よりも大きい。コア104の屈折係数は被覆シート108の係数より大きい。線形光源102は光拡散体が希薄である。拡散体は金属粉、金属色素、有機粉または有機色素の一つもしくはそれ以上である。光拡散体は投射された光を反射する。他の実施様態において、光拡散体は透明な粒子または透明な泡の一つもしくはそれ以上である。光拡散体は光を屈折させて散らす。線形光源の中の光は拡散体に当たって散らされて線形光源の外へと逃げる。このいくらかはコア104に入射する。線形光源102は金属表面、分散型ブラッグリフレクター、ハイブリッドリフレクター、全反射リフレクターや単一指向リフレクターなどの反射面106の焦点に設置されている。一実施様態では反射面は放物線の形状をしている。線形光源から出た光は反射面106に向かいコア104に反射される。コア104はあらゆる面の形をした光源を指す。コア104はその中の光を大量の拡散体で拡散、もしくは一つ又はそれ以上の面をエッチングするなどして光を拡散させて光源の働きをする。鏡109はコア104の線形光源102が設置されている端を除く全ての端に設置されている。
【００４７】
図1Bは一実施様態において模範的光源システム199を横から見たブロック図である。主光源100は線形光源102に結合されている。面の形をした光源104（コア）は透明素材のシートである。線形光源102は光を反射するあらゆるタイプの反射面106の焦点に設置されている。線形光源から出た光は反射面106に向かい、反射されてコア104に入射する。コア104は被覆面108よりも大きい屈折係数を有する。他の実施様態では反射面106は楕円形、円形もしくは四角形である。
【００４８】
図2Aは一実施様態において模範的光源システム299を正面から見たブロック図である。主光源210は第２の線形光源212に結合されており、それはコア104に設置されている一つ目の線形光源102の反対側に設置されている。コア104は面の形をしたあらゆる形式の光源である。コア104はその中の光を大量の拡散体で拡散、もしくは一つ又はそれ以上の面をエッチングするなどして光を拡散させて光源の働きをする。鏡209はコア104の線形光源102と212が設置されている端を除く全ての端に設置されている。線形光源102は金属表面、分散型ブラッグリフレクター、ハイブリッドリフレクター、全反射リフレクターや単一指向リフレクターなどの反射面106の焦点に設置されている。第２の線形光源212は金属表面、分散型ブラッグリフレクター、ハイブリッドリフレクター、全反射リフレクターや単一指向リフレクターなどの反射面216の焦点に設置されている。
【００４９】
図2Bは一実施様態において模範的光源システム299を横から見たブロック図である。面の形をした光源104（コア）はは透明素材のシートである。線形光源102は光を反射するあらゆるタイプの反射面106の焦点に設置されている。線形光源から出た光は反射面106に向かい、反射されてコア104に入射する。コア104は被覆面108よりも大きい屈折係数を有する。主光源210は第２の線形光源212に結合されており、それはコア104に設置されている一つ目の線形光源102の反対側に設置されている。第２の線形光源212は金属表面、分散型ブラッグリフレクター、ハイブリッドリフレクター、全反射リフレクターや単一指向リフレクターなどの反射面216の焦点に設置されている。
【００５０】
図3は一実施様態において光源システム399を正面から見たブロック図である。線形光源柱304の端の近くに光源308が設置されている。光源308はLEDやそれに似た光源である。光源308からの光は光源柱304に入射する。実施様態では、光源308の光は光源柱304集束リフレクターなどの光学装置などを使って入射する。線形光源柱304は透明な粒子または泡のような拡散体を持ち、光314を屈折、境界での反射、粒子もしくは泡内での拡散、散乱または完全反射させて拡散させる。光源308からの光は線形光源柱304の全長に拡散され、全方向に出て行く。コアに向かって出て行った光はコアに結合させられる。他の方向に出て行った光は図1Aでも説明されたようなリフレクターを使って再利用できる。
【００５１】
図4は一実施様態において模範的要素499を持つ線形光源柱404の図。要素499は非常に低い高さである。光400が要素499に入射する。光の一部は拡散され照明402として光ガイドを出て行き、残りの光は次の線形光源要素へと行く。要素499に行く光400の強度は光402と次の要素へ向かう光の強度と等しい。要素499に入射する光400と分散される光402の割合関係は要素499の光の分散度である。要素499の光の分散度は要素499の高さと正比例している。要素499の光の分散度と要素499の高さの比率は要素499の分散密度である。要素499の高さが減ると、分散密度が一定に近づく。この分散密度は要素499の分散体濃度と一定の関係がある。この関係は近似しておりある程度正比例している。要素の分散体密度を知っていれば、要素499の分散密度を求めることが出来、反対も同じことが言える。
【００５２】
要素499の高さが減らされると、それから放射される光402の強さも比例して弱まる。光402の発射される強さと要素499の高さの比率は要素の高さが減ると一定に近づき、それが要素499での発射密度である。要素499の発射密度は光の分散度と入って来る光の強度（すなわち要素の中にある光の強度）の積である。要素499の中を通る光の強さの変化度は発射密度のマイナスである。この二つの関係から微分方程式を導き出せる。この方程式は「dP/dh=-qP=-K」と表すことが出来、それぞれ：
hは線形光源要素と光源の距離；
Pは要素内に送られている光の強さ；
qは要素の光の分散度；そして
Kは要素における発射密度。
【００５３】
各要素においての光の分散度があれば、この方程式を使って発射密度を求められる。また各要素の発射密度があれば、この方程式を使い光の分散密度を求められる。特定の線形光源で特定の発射密度を設計する際に、上記の微分方程式を用いて線形光源102のような光源の各要素の光の分散密度を求める。このような線形光源は光ガイドとして使われ、線形光源柱に必要な発射密度を与える。
【００５４】
もし均一の密度の分散体が線形光源に使用されていると、発射密度は高さと共に急激に減る。光源の端から反対側の端まで強さの減りが小さい分散体の密度を使用することにより均一の発射密度に近づけることが出来る。強さのロスを無くし、均一な発射力を得るために、反対側の端は光を線形光源柱499に反射して返す。他の実施様態では、他の光源が反対の端に備えられている。
【００５５】
均一な照明を得るため、光の分散密度、よって分散体の密度は線形光源の全長で変化させないといけない。これは上記の方法を使って行える。必要な光の分散密度はq=K/(A-hK)でAは線形光源304に供給される強さでKは各要素の発射密度で、均一な照明のため一定の数字とする。もしHを線形光源の全長とすると、HとKの積はAより小さいはずで、すなわち、もし上記の解が実行可能であれば、発射した全ての力の強さは光ガイドに供給されるよりも小さくなる。もし光ガイドに供給される全ての強さが照明のために使われているのなら、HとKの積はAとなる。実施様態では少しの力だけが無駄になり、かつ光の拡散密度を有限にするためにHとKの積はAより少し小さく設定されている。
【００５６】
図5は一実施様態において様々な濃度の拡散粒子を持つ線形光源柱599の図である。拡散体502の密度は線形光源柱504の光源端（光源508付近）から反対側にかけて希薄から濃密に変化している。
【００５７】
図6は一実施様態において二つの光源608と609を持つ模範的な線形光源699の図である。二つの光源608と609を使用することにより線形光源柱604において拡散体602の大きい変動が必要ではなくなる。上記にある微分方程式で光源608と609それぞれの発射密度を導き出す。二つの発射密度の和が特定のコア要素での合計発射密度となる。
【００５８】
光源699の均一な照明は光の分散密度q=1/sqrt((h-H/2)^2+C/K^2)で導き出すことが出来、sqrtは平方根、^はべき乗、Kは各光源の平均発射密度（数字的には各要素においての全発射密度の半分）とC=A(A-HK)となる。
【００５９】
図７は一実施様態において模範的な鏡構造を持つ線形光源柱799の図である。鏡構造の線形光源704を使うことによりコア704において拡散体702の大きい変動が必要ではなくなる。中央の線形光源柱704の上端710は鏡面処理され、光を線形光源柱704に反射して返す。均一な照明を得るために必要な光源799の光の拡散密度は：
q=1/sqrt((h-H2)^2+D/K^2)
但し、D=4A(A-HK)である。
【００６０】
どの様な照明システムでも（例えば面の形をした光源599、699と799）光源の強さが変わっても同じパターンの発射を維持できる。例として、もし直線光源柱799の光源708が半分の定格の強さを供給すれば、コア704の各要素は半分の定格の強さで発射する。特に光ガイドコア704は均一な線形光源としてデザインされており、全ての強さにおいて光源708や源の強さを変えて均一な線形光源となろうとする。もし二つの光源があれば、両方の強さが変えられてこの結果を得る。
【００６１】
図8は一実施様態において模範的なバックライトの光源899のブロック図である。線形光源802は放物線状の反射面806の焦点に設置されている。光線810が線形源802から発射されリフレクター806で反射されコア804に入射する。
【００６２】
図9は一実施様態において模範的なバックライトの光源999のブロック図である。被覆シート914は透明なコア904よりも低い反射係数である。コア904において線形光源902の反対側は鏡面処理されている。鏡908は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含むリフレクターである。光線910が線形源902から発射されリフレクター906で反射されコア904に入射する。光線912が鏡面908に達すると鏡908がコア904にその光線を反射する。この光線912は反対側に戻り、実質上透明な線形光源902を通過する。そしてリフレクター906によって反射され、コア904に入射する。
【００６３】
図10は一実施様態において光結合システム1099のブロック図である。線形光源1002は放物線状の反射面1010の焦点に設置されている。線形光源1002は希薄な濃度で特恵的に配置された粒子1006を含む。粒子1006は放物線状の反射面1010に大部分の光を拡散するように配置されている。光線1012が線形源1002から発射されリフレクター1010で反射される。反射された光線1014はコア1004の横と平行になるように反射される。したがって光線1014は効率的にコアに結合され、コアにおいて光の損失を防いでいる。
【００６４】
図11は一実施様態において光結合システム1199のブロック図。線形光源1102は放物線状の反射面1110の焦点に設置されている。線形光源1102の上部は反射面1108で覆われている。反射面1108は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含む反射面である。線形源1102の中にある光線1112はリフレクター1108で反射される。反射された光線1114はコア1104の横と平行になるように放物線状の反射面1110から反射される。したがって光線1114は効率的にコア1104に結合され、コア1104において光の損失を防いでいる。
【００６５】
図12は一実施様態において光結合システム1299のブロック図である。線形光源1202は希薄な濃度の光拡散粒子1206を含む。線形光源1202の底面の一部は反射面1208に覆われている。反射面1208は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含む反射面である。光線1214は線形源1202の中に有る内に反射面1208によって反射する。反射された光線はコア1204に入射する。似たように、上方向に行く光線1212もコア1204に入射する。コア1204の底面1220は適切に形成されている。実施様態において底面1220は楕円の形をしている。光線1212と1214はコア1204の中でまっすぐになり、効率良くコア1204と結合され光の損失を防いでいる。
【００６６】
図13は一実施様態において光結合システム1399のブロック図である。線形光源1302は希薄な濃度の光拡散粒子を含む。線形光源1302は四角い反射面を持つ1314の中に設置されている。反射面1314は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含む反射面である。線形光源1302の中にある光線1303は反射面1314によって反射される。光線1303は数回の反射を繰り返しコア1304に入射する。似たように上方向に行く光線1305もコア1304に入射する。
光の発射角度の制御
【００６７】
図14は一実施様態において模範的なバックライトの光源1499のブロック図である。線形光源1402と1403は同心の透明なチューブで放物線状の反射面1410の焦点に設置されている。一実施様態において線形光源1402は線形光源1403よりも大きい屈折係数を持っている。他の実施様態において線形光源1402と1403は同じ屈折係数を持っており、低い屈折係数を持つ被覆で分けられている。線形光源1402から発する光線1412は線形光源1403から発する光線1414よりも焦点に近い。光線1412と1414は放物線状の反射面1410によって反射され、反射された光線はそれぞれ1416と1418となる。コア1404に入射する光線1416は光線1418よりも並行に近い形で入射する。光線1418に比べ光線1416のほうがより急な発射角度を提供する。コア1404から発射する角度は線形源1402と1403によって制御される。
光と着色照明の結合
【００６８】
図15は一実施様態において模範的な多色バックライトディスプレー1599のブロック図である。フラットパネル画面1506において図が表示されている。実施様態においてフラットパネル画面1506はLCD画面である。シート1504には多くの円柱照明がある。各照明は一つのピクセル柱を照明する。違う照明は違う色の光を発射する。他の実施様態では照明柱は垂直ではない。面1502は反射面でシート1504から画面1506と反対方向に出て行く光を反射する。線形光源1508は幾つもの線形光源で、それぞれ特定された色の光を持つ。これらの線形光源1508は反射面1510の凹面に設置されている。図15が全体のディスプレーシステムを示す。これから先は多色画面システムの一つの柱を説明する。
【００６９】
図16Aは一実施様態において模範的なバックライトディスプレーシステムの模範的な柱1699を上部から見たブロック図である。偏光子1608、液晶1610と偏光子1612を合わせて光弁1622を構成しこれを通る光の彩度を調整する。照明柱1604、被覆シート1606と鏡1602、1614と1616を合わせて光ガイド1620を構成する。照明柱1604は被覆シート1606よりも高い屈折係数である。光は光ガイド1620の中へ完全反射で導かれる。照明柱1604は希薄な濃度の光拡散粒子を含んでいる。拡散体は金属粉、金属色素、有機粉または有機色素の一つもしくはそれ以上で光拡散体は投射された光を反射する。他の実施様態において、光拡散体は透明な粒子または透明な泡の一つもしくはそれ以上である。光拡散体は光を屈折させて散らす。後方の鏡1602は柱1604の後面の光を反射する。横鏡1614は柱1604の横面の光を反射する。1602、1614と1616の鏡は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含む反射面である。
【００７０】
図16Bは一実施様態においてバックライトディスプレーシステムの模範的な柱1699を横から見たブロック図である。光線1618は光ガイド1620の中にに反射又は完全反射で導かれる。偏光子1608、液晶1610と偏光子1612を合わせて光弁1622を構成しこれを通る光の彩度を調整する。照明柱1604、被覆シート1606と鏡1602、1614と1616を合わせて光ガイド1620を構成する。照明柱1604は被覆シート1606よりも高い屈折係数である。光は光ガイド1620の中へ完全反射で導かれる。照明柱1604は希薄な濃度の光拡散粒子を含んでいる。拡散体は金属粉、金属色素、有機粉または有機色素の一つもしくはそれ以上で光拡散体は投射された光を反射する。他の実施様態において、光拡散体は透明な粒子または透明な泡の一つもしくはそれ以上である。光拡散体は光を屈折させて散らす。後方の鏡1602は柱1604の後面の光を反射する。
【００７１】
図16Cは一実施様態においてバックライトディスプレーシステムの模範的な柱1699を正面から見たブロック図である。横鏡1614は柱1604の横面の光を反射する。横鏡1614は光が隣の柱に漏れるのを阻止している。
【００７２】
図17Aは一実施様態において模範的光源1799が多色照明1740を照らしているブロック図である。光源1799は幾つかの線形光源1704を持っている。一実施様態において線形光源は透明なチューブで、図1Aでも説明されたような小さくて濃度の高い微細の拡散粒子を含んでいる。実施様態において拡散粒子は特別な形状を持ち、光の方向性抽出をする。線形光源1704は1706の反射溝の焦点に設置される。実施様態において1706の溝は放物線状である。各光溝1706は部分的に鏡1708に覆われている。鏡1708と1714は線形光源1704の光をそれぞれに対応する照明柱1740に反射させるように設置されている。一実施様態において光溝1706の三分の一が鏡1708によって覆われている。鏡1708と1714は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。
【００７３】
図17Bは一実施様態において模範的光源1799が多色照明柱1700を照らしているものを正面から見たブロック図である。線形光源1704は1706の反射溝の焦点に設置される。実施様態において1706の溝は放物線状である。各光溝1706は部分的に鏡1708に覆われている。鏡1708は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。
【００７４】
図17Cは一実施様態において模範的光源1799が多色照明柱1700を照らしているものを上部から見たブロック図である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。各光溝1706は部分的に鏡1708に覆われている。
【００７５】
図18Aは違う実施様態において模範的光源1899が多色照明1840を照らしているブロック図。鏡1810が光を光溝1706に反射する。鏡1810は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面である。これは光の抽出が起こるはずの無いところで抽出された光を無駄にするのを阻止している。
【００７６】
図18Bは違う実施様態において模範的光源1899が多色照明柱を照らしているものを正面から見たブロック図である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。光源1704を含む各光溝1706は部分的に鏡1810に覆われている。
【００７７】
図18Cは違う実施様態において模範的光源1899が多色照明柱を照らしているものを上部から見たブロック図である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。光源1704を含む各光溝1706は部分的に鏡1810に覆われている。
【００７８】
図19は一実施様態において模範的光源1999が多色照明柱を照らしているブロック図。所々に希薄な濃度の拡散粒子エリア1902を含む透明なチューブ1900がある。光源1999が一端から照明されると1902のそのようなエリアから光が抽出される。実施様態においてそのような光源1999が光源1704と光源1799の代わりに使われ、エリア1902が鏡1708に並ぶようにされている。各エリアで同じ密度の望む光の発射があるようにするには図3でも説明された微分方程式を修正して解き、各エリアの拡散体濃度を求めなければならない。
【００７９】
図20Aは一実施様態において模範的光源2099が多色照明柱2000を照らしているブロック図である。線形光源2004、2006と2008は一つの溝2010の中に設置されている。実施様態において溝は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面で放物線状の形をしている物である。線形光源から抽出された光は多色照明柱2000に入射する。
【００８０】
図20Bは一実施様態において模範的光源2099が多色照明柱2000を照らしているブロック図。線形光源2004、2006と2008は希薄な濃度の拡散粒子エリア2016を含む透明なチューブである。溝2002で線形光源2004、2006と2008から抽出された光は多色照明柱2000、2020と2040に入射する。それぞれの照明柱に対応する隣のエリアで拡散粒子が加えられる。反射面2050が特定の線形光源から抽出された光2004の多くを照明柱2020に入射させる。
主光源と線形光源の結合
【００８１】
一つの実施態様において、線形光源は微細の拡散粒子を含む透明なチューブである。なので他の光源もこのチューブに結合されている。
【００８２】
図2１は一実施様態において模範的光源2199が線形光源を照らしているブロック図である。光源2102は主光源である。実施様態において光源2102はLEDである。光源2102のある部分は線形光源2104に挿入されている。光線2100が光源2104に入射する。実施様態において光2100は完全反射によって線形光源2104内を進む。他の実施様態では光2100は反射面による反射によって線形光源2104内を進む。反射面は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面である。
【００８３】
図22は一実施様態において模範的光源2299が線形光源を照らしているブロック図である。光源2202は主光源である。実施様態において光源2202はLEDである。光源2202から発射された光線2206はレンズ2200を通過する。実施様態においてレンズ2200は透明で、ガラスもしくはアクリル製である。光線2206はレンズ2200を通過したあと方向を変える可能性もある。それは線形源2204に入射する。
【００８４】
装置と面の形の照明用光源に光を結合する方法を公開する。これら先の実施様態は説明するためのものであり、この特許の主題を制限するものでは無い。様々な改造、使用、置き換え、再配合、改善、や生産方法など本発明の範囲もしくは精神から逸脱しないことは当業者には明らかである。
【技術分野】
【０００１】
この発明は照明システムに関するものである。特に、この発明は面の形でエネルギーの効率の良い照明用光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明は物体に光を当てて見るように用いられ、また写真、顕微鏡、科学目的、娯楽産業（劇場、テレビや映画を含む）、イメージの投影やディスプレーなどのライティングなどに使われている。照明目的には、一点または単面の光源が使われている。これらのシステムは多くの不都合がある：光の強度が部屋や環境の他の場所に比べ光源のほうが強く、よって、そのような光源は目に悪い。また、そのような光源は見た目の好ましくない濃い影を作り、写真撮影や娯楽産業に好まれない場合がある。またこのような光源はテーブル、テレビやモニタなどの表面のグレア状態を起こす原因となる。
【０００３】
光源が面の形をしたシステムも存在する。家庭用の蛍光灯などは拡散板などでカバーされてグレアを抑えている。このようなシステムは大きくかさばる。また透明ではない。反射傘のような拡散器や拡散反射板などは写真や映画撮影用の光源に使われているが、これらも均一な照明に近いだけである。
【０００４】
LCD画面のようなフラットパネル画面のバックライトは均一、もしくは均一に近い光を供給する。LCD画面のバックライトをつける以前の方法は点やプリズムが印刷されているシート形状をした光のガイドを設け、それにより光を抽出、もしくは光を拡散させる粒子を大量に分散することだった。光のガイドは一つの高屈折材料を二つの低屈折材料の間に挟み作られている。光はこのガイドの一つ、もしくは一つ以上の端からガイドされている。
【０００５】
これらの面の形をした光源は実際には他の主要な光源から、所定の放射パターンで光を転射しているに過ぎない。この主要な光源は面の形をした光源と効率良く結合しなくてはならない。この出願書で使われている光源はCCFLチューブやLEDの配列などである。
【０００６】
シートの両端にある二つのCCFLチューブが使われる。各CCFLチューブは断面が四角形の反射溝に置かれる。CCFLからの光はシートに連結されている。この方法の短所は、光がシートに入射する前に幾度も反射を繰り返さなければいけない可能性があることだ。ここで起こる各反射は光の無駄になり、低効率に繋がる。その上、光がシートに入射する方向も決められていない。光の一部は反射してCCFLに戻ってしまい、更なる光の無駄に繋がる。バックライトシートにはいった一部の光は反対の端から出て行く。その中の一部は反対側に設置されているCCFLに入って無くなり、更なる低効率へと繋がる。
【０００７】
フラットスクリーンカラーディスプレーは通常白色の光の照明を用いる。白色の光がディスプレーにあるLCDを照らし、それが色のフィルタを通して色を表現している。色のフィルタは多量の光を吸収するため効率を低下させる。もう一つの不都合はフィルタを通すのでディスプレーの光伝達率がとても低い。色フィルタを使うのを避けるためには、着色光を使わなければならない。正しい色を表示するにはこの着色光が適切に結合されていないといけない。
【発明の概要】
【０００８】
装置と面の形の照明用光源に光を結合する方法を公開する。一実施様態では、装置は光の拡散作用を含む線形光源から構成されている。また装置はシートの第１の端に沿って線形光源が置かれている。線形光源は光を拡散し、シートの第１の端に沿った光は特定のパターンで発光する。
【０００９】
実装と要素の組み合わせの様々な内容を含む上記や他に示している主張などの特徴は、添付図面により詳細に記述されている。ここで説明するのはイラストによる説明であり、特定の方法とシステムの制限ではない。また当業者であれば、発明の範囲から逸脱すること無い様々な原理や機能が採用されている多くの実施例があることを理解する。
【００１０】
現在の仕様の一部として含まれている添付図面は、現在の好ましい実施様態を表し、上記に挙げた一般的な説明と下記に記す詳細な好ましい実施様態の両方を合わせて本発明の原則を教え、説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1Aは一実施様態において模範的光源システムを正面から見たブロック図。
【００１２】
図1Bは一実施様態において模範的光源システムを横から見たブロック図。
【００１３】
【図２】図2Aは一実施様態において模範的光源システムを正面から見たブロック図。
【００１４】
図2Bは一実施様態において模範的光源システムを横から見たブロック図。
【００１５】
【図３】図3は一実施様態において光源システムを正面から見たブロック図。
【００１６】
【図４】図4は一実施様態において模範的要素を持つ線形光源柱の図。
【００１７】
【図５】図5は一実施様態において様々な濃度の拡散粒子を持つ線形光源の図。
【００１８】
【図６】図6は一実施様態において二つの光源を持つ模範的な線形光源の図。
【００１９】
【図７】図７は一実施様態において模範的な鏡構造を持つ線形光源の図。
【００２０】
【図８】図8は一実施様態において模範的なバックライトの光源のブロック図。
【００２１】
【図９】図9は違う実施様態において模範的なバックライトの光源のブロック図。
【００２２】
【図１０】図10は一実施様態において光結合システムのブロック図。
【００２３】
【図１１】図11は一実施様態において光結合システムのブロック図。
【００２４】
【図１２】図12は一実施様態において光結合システムのブロック図。
【００２５】
【図１３】図13は一実施様態において光結合システムのブロック図。
【００２６】
【図１４】図14は一実施様態において模範的なバックライトの光源のブロック図。
【００２７】
【図１５】図15は一実施様態において模範的な多色バックライトディスプレーのブロック図。
【００２８】
【図１６】図16Aは一実施様態において模範的なバックライトディスプレーシステムの模範的な柱を上部から見たブロック図。
【００２９】
図16Bは一実施様態においてバックライトディスプレーシステムの模範的な柱を横から見たブロック図。
【００３０】
図16Cは一実施様態においてバックライトディスプレーシステムの模範的な柱を正面から見たブロック図。
【００３１】
【図１７】図17Aは一実施様態において模範的光源が多色照明を照らしているブロック図。
【００３２】
図17Bは一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているものを正面から見たブロック図。
【００３３】
図17Cは一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているものを上部から見たブロック図。
【００３４】
【図１８】図18Aは違う実施様態において模範的光源が多色照明を照らしているブロック図。
【００３５】
図18Bは違う実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているものを正面から見たブロック図。
【００３６】
図18Cは違う実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているものを上部から見たブロック図。
【００３７】
【図１９】図19は一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているブロック図。
【００３８】
【図２０】図20Aは一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているブロック図。
【００３９】
図20Bは一実施様態において模範的光源が多色照明柱を照らしているブロック図。
【００４０】
【図２１】図2１は一実施様態において模範的光源が線形光源を照らしているブロック図。
【００４１】
【図２２】図22は一実施様態において模範的光源が線形光源を照らしているブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
装置と面の形の光源に光を結合する方法を公開する。一実施様態では、システムは線形光源で構成されている。線形光源には散布されている拡散素材も含む。拡散素材は線形光源内の光を拡散し面の形の照明用光源と結合させる。
【００４３】
実施様態では効率の良く線形光源と面の形の照明用光源を結合する装置が説明されている。
【００４４】
他の実施様態では効率の良く着色光源と多色バックライトシートを結合する装置が説明されている。
【００４５】
他の実施様態では効率の良くLEDなどの主な光源と線形光源を結合する装置が説明されている。
【００４６】
図1は一実施様態において模範的光源システム199を正面から見たブロック図である。主光源100は線形光源102と結合されている。主光源はLED、LASERやOLEDなど、どの様な点的光源であっても良い。線形光源102は透明素材の導波管を有す。面の形をした光源104（コア）は透明素材のシートである。一実施様態において線形光源の屈折係数はコアの係数よりも大きい。コア104の屈折係数は被覆シート108の係数より大きい。線形光源102は光拡散体が希薄である。拡散体は金属粉、金属色素、有機粉または有機色素の一つもしくはそれ以上である。光拡散体は投射された光を反射する。他の実施様態において、光拡散体は透明な粒子または透明な泡の一つもしくはそれ以上である。光拡散体は光を屈折させて散らす。線形光源の中の光は拡散体に当たって散らされて線形光源の外へと逃げる。このいくらかはコア104に入射する。線形光源102は金属表面、分散型ブラッグリフレクター、ハイブリッドリフレクター、全反射リフレクターや単一指向リフレクターなどの反射面106の焦点に設置されている。一実施様態では反射面は放物線の形状をしている。線形光源から出た光は反射面106に向かいコア104に反射される。コア104はあらゆる面の形をした光源を指す。コア104はその中の光を大量の拡散体で拡散、もしくは一つ又はそれ以上の面をエッチングするなどして光を拡散させて光源の働きをする。鏡109はコア104の線形光源102が設置されている端を除く全ての端に設置されている。
【００４７】
図1Bは一実施様態において模範的光源システム199を横から見たブロック図である。主光源100は線形光源102に結合されている。面の形をした光源104（コア）は透明素材のシートである。線形光源102は光を反射するあらゆるタイプの反射面106の焦点に設置されている。線形光源から出た光は反射面106に向かい、反射されてコア104に入射する。コア104は被覆面108よりも大きい屈折係数を有する。他の実施様態では反射面106は楕円形、円形もしくは四角形である。
【００４８】
図2Aは一実施様態において模範的光源システム299を正面から見たブロック図である。主光源210は第２の線形光源212に結合されており、それはコア104に設置されている一つ目の線形光源102の反対側に設置されている。コア104は面の形をしたあらゆる形式の光源である。コア104はその中の光を大量の拡散体で拡散、もしくは一つ又はそれ以上の面をエッチングするなどして光を拡散させて光源の働きをする。鏡209はコア104の線形光源102と212が設置されている端を除く全ての端に設置されている。線形光源102は金属表面、分散型ブラッグリフレクター、ハイブリッドリフレクター、全反射リフレクターや単一指向リフレクターなどの反射面106の焦点に設置されている。第２の線形光源212は金属表面、分散型ブラッグリフレクター、ハイブリッドリフレクター、全反射リフレクターや単一指向リフレクターなどの反射面216の焦点に設置されている。
【００４９】
図2Bは一実施様態において模範的光源システム299を横から見たブロック図である。面の形をした光源104（コア）はは透明素材のシートである。線形光源102は光を反射するあらゆるタイプの反射面106の焦点に設置されている。線形光源から出た光は反射面106に向かい、反射されてコア104に入射する。コア104は被覆面108よりも大きい屈折係数を有する。主光源210は第２の線形光源212に結合されており、それはコア104に設置されている一つ目の線形光源102の反対側に設置されている。第２の線形光源212は金属表面、分散型ブラッグリフレクター、ハイブリッドリフレクター、全反射リフレクターや単一指向リフレクターなどの反射面216の焦点に設置されている。
【００５０】
図3は一実施様態において光源システム399を正面から見たブロック図である。線形光源柱304の端の近くに光源308が設置されている。光源308はLEDやそれに似た光源である。光源308からの光は光源柱304に入射する。実施様態では、光源308の光は光源柱304集束リフレクターなどの光学装置などを使って入射する。線形光源柱304は透明な粒子または泡のような拡散体を持ち、光314を屈折、境界での反射、粒子もしくは泡内での拡散、散乱または完全反射させて拡散させる。光源308からの光は線形光源柱304の全長に拡散され、全方向に出て行く。コアに向かって出て行った光はコアに結合させられる。他の方向に出て行った光は図1Aでも説明されたようなリフレクターを使って再利用できる。
【００５１】
図4は一実施様態において模範的要素499を持つ線形光源柱404の図。要素499は非常に低い高さである。光400が要素499に入射する。光の一部は拡散され照明402として光ガイドを出て行き、残りの光は次の線形光源要素へと行く。要素499に行く光400の強度は光402と次の要素へ向かう光の強度と等しい。要素499に入射する光400と分散される光402の割合関係は要素499の光の分散度である。要素499の光の分散度は要素499の高さと正比例している。要素499の光の分散度と要素499の高さの比率は要素499の分散密度である。要素499の高さが減ると、分散密度が一定に近づく。この分散密度は要素499の分散体濃度と一定の関係がある。この関係は近似しておりある程度正比例している。要素の分散体密度を知っていれば、要素499の分散密度を求めることが出来、反対も同じことが言える。
【００５２】
要素499の高さが減らされると、それから放射される光402の強さも比例して弱まる。光402の発射される強さと要素499の高さの比率は要素の高さが減ると一定に近づき、それが要素499での発射密度である。要素499の発射密度は光の分散度と入って来る光の強度（すなわち要素の中にある光の強度）の積である。要素499の中を通る光の強さの変化度は発射密度のマイナスである。この二つの関係から微分方程式を導き出せる。この方程式は「dP/dh=-qP=-K」と表すことが出来、それぞれ：
hは線形光源要素と光源の距離；
Pは要素内に送られている光の強さ；
qは要素の光の分散度；そして
Kは要素における発射密度。
【００５３】
各要素においての光の分散度があれば、この方程式を使って発射密度を求められる。また各要素の発射密度があれば、この方程式を使い光の分散密度を求められる。特定の線形光源で特定の発射密度を設計する際に、上記の微分方程式を用いて線形光源102のような光源の各要素の光の分散密度を求める。このような線形光源は光ガイドとして使われ、線形光源柱に必要な発射密度を与える。
【００５４】
もし均一の密度の分散体が線形光源に使用されていると、発射密度は高さと共に急激に減る。光源の端から反対側の端まで強さの減りが小さい分散体の密度を使用することにより均一の発射密度に近づけることが出来る。強さのロスを無くし、均一な発射力を得るために、反対側の端は光を線形光源柱499に反射して返す。他の実施様態では、他の光源が反対の端に備えられている。
【００５５】
均一な照明を得るため、光の分散密度、よって分散体の密度は線形光源の全長で変化させないといけない。これは上記の方法を使って行える。必要な光の分散密度はq=K/(A-hK)でAは線形光源304に供給される強さでKは各要素の発射密度で、均一な照明のため一定の数字とする。もしHを線形光源の全長とすると、HとKの積はAより小さいはずで、すなわち、もし上記の解が実行可能であれば、発射した全ての力の強さは光ガイドに供給されるよりも小さくなる。もし光ガイドに供給される全ての強さが照明のために使われているのなら、HとKの積はAとなる。実施様態では少しの力だけが無駄になり、かつ光の拡散密度を有限にするためにHとKの積はAより少し小さく設定されている。
【００５６】
図5は一実施様態において様々な濃度の拡散粒子を持つ線形光源柱599の図である。拡散体502の密度は線形光源柱504の光源端（光源508付近）から反対側にかけて希薄から濃密に変化している。
【００５７】
図6は一実施様態において二つの光源608と609を持つ模範的な線形光源699の図である。二つの光源608と609を使用することにより線形光源柱604において拡散体602の大きい変動が必要ではなくなる。上記にある微分方程式で光源608と609それぞれの発射密度を導き出す。二つの発射密度の和が特定のコア要素での合計発射密度となる。
【００５８】
光源699の均一な照明は光の分散密度q=1/sqrt((h-H/2)^2+C/K^2)で導き出すことが出来、sqrtは平方根、^はべき乗、Kは各光源の平均発射密度（数字的には各要素においての全発射密度の半分）とC=A(A-HK)となる。
【００５９】
図７は一実施様態において模範的な鏡構造を持つ線形光源柱799の図である。鏡構造の線形光源704を使うことによりコア704において拡散体702の大きい変動が必要ではなくなる。中央の線形光源柱704の上端710は鏡面処理され、光を線形光源柱704に反射して返す。均一な照明を得るために必要な光源799の光の拡散密度は：
q=1/sqrt((h-H2)^2+D/K^2)
但し、D=4A(A-HK)である。
【００６０】
どの様な照明システムでも（例えば面の形をした光源599、699と799）光源の強さが変わっても同じパターンの発射を維持できる。例として、もし直線光源柱799の光源708が半分の定格の強さを供給すれば、コア704の各要素は半分の定格の強さで発射する。特に光ガイドコア704は均一な線形光源としてデザインされており、全ての強さにおいて光源708や源の強さを変えて均一な線形光源となろうとする。もし二つの光源があれば、両方の強さが変えられてこの結果を得る。
【００６１】
図8は一実施様態において模範的なバックライトの光源899のブロック図である。線形光源802は放物線状の反射面806の焦点に設置されている。光線810が線形源802から発射されリフレクター806で反射されコア804に入射する。
【００６２】
図9は一実施様態において模範的なバックライトの光源999のブロック図である。被覆シート914は透明なコア904よりも低い反射係数である。コア904において線形光源902の反対側は鏡面処理されている。鏡908は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含むリフレクターである。光線910が線形源902から発射されリフレクター906で反射されコア904に入射する。光線912が鏡面908に達すると鏡908がコア904にその光線を反射する。この光線912は反対側に戻り、実質上透明な線形光源902を通過する。そしてリフレクター906によって反射され、コア904に入射する。
【００６３】
図10は一実施様態において光結合システム1099のブロック図である。線形光源1002は放物線状の反射面1010の焦点に設置されている。線形光源1002は希薄な濃度で特恵的に配置された粒子1006を含む。粒子1006は放物線状の反射面1010に大部分の光を拡散するように配置されている。光線1012が線形源1002から発射されリフレクター1010で反射される。反射された光線1014はコア1004の横と平行になるように反射される。したがって光線1014は効率的にコアに結合され、コアにおいて光の損失を防いでいる。
【００６４】
図11は一実施様態において光結合システム1199のブロック図。線形光源1102は放物線状の反射面1110の焦点に設置されている。線形光源1102の上部は反射面1108で覆われている。反射面1108は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含む反射面である。線形源1102の中にある光線1112はリフレクター1108で反射される。反射された光線1114はコア1104の横と平行になるように放物線状の反射面1110から反射される。したがって光線1114は効率的にコア1104に結合され、コア1104において光の損失を防いでいる。
【００６５】
図12は一実施様態において光結合システム1299のブロック図である。線形光源1202は希薄な濃度の光拡散粒子1206を含む。線形光源1202の底面の一部は反射面1208に覆われている。反射面1208は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含む反射面である。光線1214は線形源1202の中に有る内に反射面1208によって反射する。反射された光線はコア1204に入射する。似たように、上方向に行く光線1212もコア1204に入射する。コア1204の底面1220は適切に形成されている。実施様態において底面1220は楕円の形をしている。光線1212と1214はコア1204の中でまっすぐになり、効率良くコア1204と結合され光の損失を防いでいる。
【００６６】
図13は一実施様態において光結合システム1399のブロック図である。線形光源1302は希薄な濃度の光拡散粒子を含む。線形光源1302は四角い反射面を持つ1314の中に設置されている。反射面1314は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含む反射面である。線形光源1302の中にある光線1303は反射面1314によって反射される。光線1303は数回の反射を繰り返しコア1304に入射する。似たように上方向に行く光線1305もコア1304に入射する。
光の発射角度の制御
【００６７】
図14は一実施様態において模範的なバックライトの光源1499のブロック図である。線形光源1402と1403は同心の透明なチューブで放物線状の反射面1410の焦点に設置されている。一実施様態において線形光源1402は線形光源1403よりも大きい屈折係数を持っている。他の実施様態において線形光源1402と1403は同じ屈折係数を持っており、低い屈折係数を持つ被覆で分けられている。線形光源1402から発する光線1412は線形光源1403から発する光線1414よりも焦点に近い。光線1412と1414は放物線状の反射面1410によって反射され、反射された光線はそれぞれ1416と1418となる。コア1404に入射する光線1416は光線1418よりも並行に近い形で入射する。光線1418に比べ光線1416のほうがより急な発射角度を提供する。コア1404から発射する角度は線形源1402と1403によって制御される。
光と着色照明の結合
【００６８】
図15は一実施様態において模範的な多色バックライトディスプレー1599のブロック図である。フラットパネル画面1506において図が表示されている。実施様態においてフラットパネル画面1506はLCD画面である。シート1504には多くの円柱照明がある。各照明は一つのピクセル柱を照明する。違う照明は違う色の光を発射する。他の実施様態では照明柱は垂直ではない。面1502は反射面でシート1504から画面1506と反対方向に出て行く光を反射する。線形光源1508は幾つもの線形光源で、それぞれ特定された色の光を持つ。これらの線形光源1508は反射面1510の凹面に設置されている。図15が全体のディスプレーシステムを示す。これから先は多色画面システムの一つの柱を説明する。
【００６９】
図16Aは一実施様態において模範的なバックライトディスプレーシステムの模範的な柱1699を上部から見たブロック図である。偏光子1608、液晶1610と偏光子1612を合わせて光弁1622を構成しこれを通る光の彩度を調整する。照明柱1604、被覆シート1606と鏡1602、1614と1616を合わせて光ガイド1620を構成する。照明柱1604は被覆シート1606よりも高い屈折係数である。光は光ガイド1620の中へ完全反射で導かれる。照明柱1604は希薄な濃度の光拡散粒子を含んでいる。拡散体は金属粉、金属色素、有機粉または有機色素の一つもしくはそれ以上で光拡散体は投射された光を反射する。他の実施様態において、光拡散体は透明な粒子または透明な泡の一つもしくはそれ以上である。光拡散体は光を屈折させて散らす。後方の鏡1602は柱1604の後面の光を反射する。横鏡1614は柱1604の横面の光を反射する。1602、1614と1616の鏡は図1Aでも説明されたようなリフレクターを含む反射面である。
【００７０】
図16Bは一実施様態においてバックライトディスプレーシステムの模範的な柱1699を横から見たブロック図である。光線1618は光ガイド1620の中にに反射又は完全反射で導かれる。偏光子1608、液晶1610と偏光子1612を合わせて光弁1622を構成しこれを通る光の彩度を調整する。照明柱1604、被覆シート1606と鏡1602、1614と1616を合わせて光ガイド1620を構成する。照明柱1604は被覆シート1606よりも高い屈折係数である。光は光ガイド1620の中へ完全反射で導かれる。照明柱1604は希薄な濃度の光拡散粒子を含んでいる。拡散体は金属粉、金属色素、有機粉または有機色素の一つもしくはそれ以上で光拡散体は投射された光を反射する。他の実施様態において、光拡散体は透明な粒子または透明な泡の一つもしくはそれ以上である。光拡散体は光を屈折させて散らす。後方の鏡1602は柱1604の後面の光を反射する。
【００７１】
図16Cは一実施様態においてバックライトディスプレーシステムの模範的な柱1699を正面から見たブロック図である。横鏡1614は柱1604の横面の光を反射する。横鏡1614は光が隣の柱に漏れるのを阻止している。
【００７２】
図17Aは一実施様態において模範的光源1799が多色照明1740を照らしているブロック図である。光源1799は幾つかの線形光源1704を持っている。一実施様態において線形光源は透明なチューブで、図1Aでも説明されたような小さくて濃度の高い微細の拡散粒子を含んでいる。実施様態において拡散粒子は特別な形状を持ち、光の方向性抽出をする。線形光源1704は1706の反射溝の焦点に設置される。実施様態において1706の溝は放物線状である。各光溝1706は部分的に鏡1708に覆われている。鏡1708と1714は線形光源1704の光をそれぞれに対応する照明柱1740に反射させるように設置されている。一実施様態において光溝1706の三分の一が鏡1708によって覆われている。鏡1708と1714は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。
【００７３】
図17Bは一実施様態において模範的光源1799が多色照明柱1700を照らしているものを正面から見たブロック図である。線形光源1704は1706の反射溝の焦点に設置される。実施様態において1706の溝は放物線状である。各光溝1706は部分的に鏡1708に覆われている。鏡1708は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。
【００７４】
図17Cは一実施様態において模範的光源1799が多色照明柱1700を照らしているものを上部から見たブロック図である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。各光溝1706は部分的に鏡1708に覆われている。
【００７５】
図18Aは違う実施様態において模範的光源1899が多色照明1840を照らしているブロック図。鏡1810が光を光溝1706に反射する。鏡1810は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面である。これは光の抽出が起こるはずの無いところで抽出された光を無駄にするのを阻止している。
【００７６】
図18Bは違う実施様態において模範的光源1899が多色照明柱を照らしているものを正面から見たブロック図である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。光源1704を含む各光溝1706は部分的に鏡1810に覆われている。
【００７７】
図18Cは違う実施様態において模範的光源1899が多色照明柱を照らしているものを上部から見たブロック図である。最初の色の光1702は鏡1708によって反射され、そして鏡1710で最終的に対応する照明柱1700へ入射する。光源1704を含む各光溝1706は部分的に鏡1810に覆われている。
【００７８】
図19は一実施様態において模範的光源1999が多色照明柱を照らしているブロック図。所々に希薄な濃度の拡散粒子エリア1902を含む透明なチューブ1900がある。光源1999が一端から照明されると1902のそのようなエリアから光が抽出される。実施様態においてそのような光源1999が光源1704と光源1799の代わりに使われ、エリア1902が鏡1708に並ぶようにされている。各エリアで同じ密度の望む光の発射があるようにするには図3でも説明された微分方程式を修正して解き、各エリアの拡散体濃度を求めなければならない。
【００７９】
図20Aは一実施様態において模範的光源2099が多色照明柱2000を照らしているブロック図である。線形光源2004、2006と2008は一つの溝2010の中に設置されている。実施様態において溝は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面で放物線状の形をしている物である。線形光源から抽出された光は多色照明柱2000に入射する。
【００８０】
図20Bは一実施様態において模範的光源2099が多色照明柱2000を照らしているブロック図。線形光源2004、2006と2008は希薄な濃度の拡散粒子エリア2016を含む透明なチューブである。溝2002で線形光源2004、2006と2008から抽出された光は多色照明柱2000、2020と2040に入射する。それぞれの照明柱に対応する隣のエリアで拡散粒子が加えられる。反射面2050が特定の線形光源から抽出された光2004の多くを照明柱2020に入射させる。
主光源と線形光源の結合
【００８１】
一つの実施態様において、線形光源は微細の拡散粒子を含む透明なチューブである。なので他の光源もこのチューブに結合されている。
【００８２】
図2１は一実施様態において模範的光源2199が線形光源を照らしているブロック図である。光源2102は主光源である。実施様態において光源2102はLEDである。光源2102のある部分は線形光源2104に挿入されている。光線2100が光源2104に入射する。実施様態において光2100は完全反射によって線形光源2104内を進む。他の実施様態では光2100は反射面による反射によって線形光源2104内を進む。反射面は図1Aでも説明されたような反射面を含む様々な反射面である。
【００８３】
図22は一実施様態において模範的光源2299が線形光源を照らしているブロック図である。光源2202は主光源である。実施様態において光源2202はLEDである。光源2202から発射された光線2206はレンズ2200を通過する。実施様態においてレンズ2200は透明で、ガラスもしくはアクリル製である。光線2206はレンズ2200を通過したあと方向を変える可能性もある。それは線形源2204に入射する。
【００８４】
装置と面の形の照明用光源に光を結合する方法を公開する。これら先の実施様態は説明するためのものであり、この特許の主題を制限するものでは無い。様々な改造、使用、置き換え、再配合、改善、や生産方法など本発明の範囲もしくは精神から逸脱しないことは当業者には明らかである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光拡散体を含む線形光源と；第１の端を含み線形光源がその第１の端に沿って設置されているシートと；を含み、
線形光源が光を拡散し光があらかじめ決められたパターンでシートの第１の端から発射される、装置。
【請求項２】
線形光源からの光をシートの該端に収束させる反射器をさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
線形光源が部分的に反射面を有する請求項１記載の装置。
【請求項４】
光拡散体が光拡散粒子の配分を含む請求項１記載の装置。
【請求項５】
光拡散粒子の配分が線形光源において均一である請求項４記載の装置。
【請求項６】
光拡散粒子の配分が線形光源において変化する請求項４記載の装置。
【請求項７】
線形光源が均一な光をその面から発する請求項４記載の装置。
【請求項８】
拡散体は金属粉、金属色素、有機粉または有機色素の一つもしくはそれ以上であり、拡散体が入射した光を反射する請求項４記載の装置。
【請求項９】
光拡散体は透明な粒子または透明な泡の一つもしくはそれ以上であり、光拡散体は光を屈折させて散らす請求項４記載の装置。
【請求項１０】
さらに追加の線形光源がシートの第２の端に設置されている請求項１記載の装置。
【請求項１１】
さらに第２の光拡散体を含む第２の線形光源を有し、第２の線形光源は特定の色の光を発射し、そこでシートには多数の照明円柱が第１の端に積み重ねられている請求項１記載の装置。
【請求項１２】
さらに反射器を含み、第２の線形光源からの光をシートの第１の端に収束させる請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
さらに色付の線形光源がシートの第２の端に沿って設置されている請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
色付き線形光源が反射器の第１の反射器の焦点に設置されている請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
各色付き線形光源が第２の反射器の焦点付近に設置されている請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
色付き線形光源の光を多数の照明円柱に反射させる鏡を含む請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
さらに色付き線形光源の光を第１の反射器に反射させる鏡を含む請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
色付き線形光源が光拡散粒子の配分を鏡の付近のエリアで含む請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
光拡散粒子が光の方位指向性の発射に適した形をしている請求項１８記載の装置。
【請求項１】
光拡散体を含む線形光源と；第１の端を含み線形光源がその第１の端に沿って設置されているシートと；を含み、
線形光源が光を拡散し光があらかじめ決められたパターンでシートの第１の端から発射される、装置。
【請求項２】
線形光源からの光をシートの該端に収束させる反射器をさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
線形光源が部分的に反射面を有する請求項１記載の装置。
【請求項４】
光拡散体が光拡散粒子の配分を含む請求項１記載の装置。
【請求項５】
光拡散粒子の配分が線形光源において均一である請求項４記載の装置。
【請求項６】
光拡散粒子の配分が線形光源において変化する請求項４記載の装置。
【請求項７】
線形光源が均一な光をその面から発する請求項４記載の装置。
【請求項８】
拡散体は金属粉、金属色素、有機粉または有機色素の一つもしくはそれ以上であり、拡散体が入射した光を反射する請求項４記載の装置。
【請求項９】
光拡散体は透明な粒子または透明な泡の一つもしくはそれ以上であり、光拡散体は光を屈折させて散らす請求項４記載の装置。
【請求項１０】
さらに追加の線形光源がシートの第２の端に設置されている請求項１記載の装置。
【請求項１１】
さらに第２の光拡散体を含む第２の線形光源を有し、第２の線形光源は特定の色の光を発射し、そこでシートには多数の照明円柱が第１の端に積み重ねられている請求項１記載の装置。
【請求項１２】
さらに反射器を含み、第２の線形光源からの光をシートの第１の端に収束させる請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
さらに色付の線形光源がシートの第２の端に沿って設置されている請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
色付き線形光源が反射器の第１の反射器の焦点に設置されている請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
各色付き線形光源が第２の反射器の焦点付近に設置されている請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
色付き線形光源の光を多数の照明円柱に反射させる鏡を含む請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
さらに色付き線形光源の光を第１の反射器に反射させる鏡を含む請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
色付き線形光源が光拡散粒子の配分を鏡の付近のエリアで含む請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
光拡散粒子が光の方位指向性の発射に適した形をしている請求項１８記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−５８４９１（Ｐ２０１３−５８４９１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２４７６０３（Ｐ２０１２−２４７６０３）
【出願日】平成２４年１１月９日（２０１２．１１．９）
【分割の表示】特願２００９−５１２３３１（Ｐ２００９−５１２３３１）の分割
【原出願日】平成１９年５月２５日（２００７．５．２５）
【出願人】（５０８１１６２３０）アイ２アイシー コーポレイション (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４７６０３（Ｐ２０１２−２４７６０３）
【出願日】平成２４年１１月９日（２０１２．１１．９）
【分割の表示】特願２００９−５１２３３１（Ｐ２００９−５１２３３１）の分割
【原出願日】平成１９年５月２５日（２００７．５．２５）
【出願人】（５０８１１６２３０）アイ２アイシー コーポレイション (13)
【Ｆターム（参考）】
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