(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッジ点灯式バックライトであって、
空洞深さＨ及び面積Ａｏｕｔの出力領域を有する中空の光再利用空洞を形成する前側及び後側反射板と、
前記光再利用空洞内に光を放射するように前記バックライトの周囲に近接して配置される１つ以上の光源と、
を含み、
前記１つ以上の光源は、平均的平面光源分離度ＳＥＰを有し、かつ合計すると活性発光面積Ａｅｍｉｔを有し、ここで、該ＳＥＰは、該出力領域に対して、該１つ以上の光源が該空洞内の均一な空間的分布で配置される度合を表わす値であって、該ＳＥＰの値が小さい場合は、該１つ以上の光源が、その間隔が該出力領域に対して均一になるように配置されている状態を示し、
第１パラメータが、Ａｅｍｉｔ／Ａｏｕｔに等しく、
第２パラメータが、ＳＥＰ／Ｈに等しく、
前記バックライトが、０．０００１〜０．１の範囲内にある前記第１パラメータ及び３〜１０の範囲内にある前記第２パラメータによって特徴付けられる、エッジ点灯式バックライト。
【請求項２】
空洞深さＨ及び面積Ａｏｕｔの出力領域を有する中空の光再利用空洞を形成する前側及び後側反射板と、
前記光再利用空洞内に光を放射するように前記光再利用空洞の周囲に近接して配置される１つ以上のＮ個の光源と、
を含む、エッジ点灯式バックライトであって、
前記出力領域が、一般に矩形の形状であり、少なくとも７６２ｍｍ（３０インチ）の対角寸法を有し、
前記１つ以上のＮ個の光源は、平均的平面光源分離度ＳＥＰを有し、かつ合計すると活性発光面積Ａｅｍｉｔを有し、ここで、該ＳＥＰは、該出力領域に対して、該１つ以上のＮ個の光源が該空洞内の均一な空間的分布で配置される度合を表わす値であって、該ＳＥＰの値が小さい場合は、該１つ以上のＮ個の光源が、その間隔が該出力領域に対して均一になるように配置されている状態を示し、
第１パラメータが、Ａｅｍｉｔ／Ａｏｕｔに等しく、
第２パラメータが、ＳＥＰ／Ｈに等しく、
前記バックライトが、０．０００１〜０．１の範囲内にある前記第１パラメータ及び３〜１０の範囲内にある前記第２パラメータによって特徴付けられる、エッジ点灯式バックライト。
【請求項３】
出力領域を有する中空の光再利用空洞を形成する前側及び後側反射板と、
前記光再利用空洞内に光を放射するように配置されるＮ個の光源と、
を含むバックライトであって、
前記Ｎ個の光源が、互いに隣接するＭ個の光源の部分集合体を含み、Ｍ個が、少なくともＮ個の１０％、又は少なくとも２つ、又はその両方であり、
前記バックライトは、前記Ｎ個の光源すべてを活性化させ及び前記Ｍ個の光源すべてに関しては選択的にオフにさせたときの両条件下で、その出力領域において少なくとも５０％のＶＥＳＡの輝度均一値を呈し、
前記光再利用空洞が、深さＨを有し、
前記出力領域が、面積Ａｏｕｔを有し、
前記Ｎ個の光源は、平均的平面光源分離度ＳＥＰを有し、かつ合計すると活性発光面積Ａｅｍｉｔを有し、ここで、該ＳＥＰは、該出力領域に対して、該Ｎ個の光源が該空洞内の均一な空間的分布で配置される度合を表わす値であって、該ＳＥＰの値が小さい場合は、該Ｎ個の光源が、その間隔が該出力領域に対して均一になるように配置されている状態を示し、
第１パラメータが、Ａｅｍｉｔ／Ａｏｕｔに等しく、
第２パラメータが、ＳＥＰ／Ｈに等しく、
前記バックライトが、０．０００１〜０．１の範囲内にある前記第１パラメータ及び３〜１０の範囲内にある前記第２パラメータによって特徴づけられる、バックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
次の共同出願及び同時係属ＰＣＴ特許出願が、参照によって本明細書に組み込まれる。ＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号、タイトル「バックライト及びそれを用いたディスプレイシステム（BACKLIGHT AND DISPLAY SYSTEM USING SAME）」（代理人整理番号第６３２７４ＷＯ００４号）、ＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号、タイトル「準鏡面コンポーネントを伴う再利用バックライト（RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS）」（代理人整理番号第６３０３２ＷＯ００３号）、同第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号、タイトル「白色光バックライトと、カラーＬＥＤ光源の効果的使用による白色用バックライト（WHITE LIGHT BACKLIGHTS AND THE LIKE WITH EFFICIENT UTILIZATION OF COLORED LED SOURCES）」（代理人整理番号第６３０３３ＷＯ００４号）、ＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号、タイトル「エッジ点灯式バックライト用の平行化光インジェクター（COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LIT BACKLIGHTS）」（代理人整理番号第６３０３４ＷＯ００４号）である。
【０００２】
（発明の分野）
本願は、一般にバックライトと呼ばれる、ディスプレイ又はその他のグラフィックを裏側から照明するのに適した広いエリアの光源に関するものである。本願は特に、偏光状態が、実質的に１つだけの可視光を放射するバックライトに適しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００３】
歴史的に、単純なバックライト装置には、光源すなわちランプ、後側反射板、及び前側ディフューザーの３つの主要コンポーネントのみが含まれる。このようなシステムは、一般的な目的の広告表示及び室内照明の用途に依然として使用されている。
【０００４】
近年において、このバックライト設計の基本的改良が行われ、輝度の向上又は電力消費の節減、均一性の向上及び／又は厚さの低減のための他のコンポーネントが追加されている。この改良は、コンピュータモニター、テレビモニター、携帯電話、デジタルカメラ、ポケットサイズのＭＰ３用音楽プレーヤー、個人用携帯情報端末（ＰＤＡ）及びその他の携帯型装置など、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を組み入れた製品の、急成長する消費者向けエレクトロニクスにおける需要によって促進されてきた。例えば固体ライトガイドの使用により非常に薄いバックライト設計が可能になり、線状プリズムフィルム及び反射偏光フィルムなどの光管理（management）フィルムを用いることによって軸上の輝度を向上させるなど、これらの改良のいくつかについては、ＬＣＤ装置における詳しい背景技術の情報に関連して、本明細書中で言及される。
【０００５】
上記の製品の中には、ディスプレイを見るのに普通の環境照明を用いることができるものもあるが、多くの場合は、ディスプレイを可視化するためのバックライトを含む。これは、ＬＣＤ装置の場合において、ＬＣＤパネル自体は発光せず、故に通常は照明アセンブリ又はバックライトを用いて見えるようにしているためである。バックライトは、観察者から見てＬＣＤパネルの裏側に配置されており、これによりバックライトから放射された光がＬＣＤを通って観察者に達する。バックライトには、冷陰極管（ＣＣＦＬ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの１つ以上の光源が組み込まれ、この光源からの光を、ＬＣＤパネルの可視エリアに一致する出力エリア全体に分布させる。ＬＣＤパネルによって作られた画像を満足して見る体験を、ユーザーに提供できるようにするため、バックライトから放射された光は、望ましくは、バックライトの出力エリア全体において十分な輝度及び十分な空間的均一性を有する。
【０００６】
ＬＣＤパネルは、その動作方法のため、偏光状態が１つである光のみ利用する。よってＬＣＤのアプリケーションについては、偏光されていない光の輝度や均一性よりも、適正又は使用可能な偏光状態にあるバックライトの輝度及び光の均一性を知ることが重要である。その点において、他のすべての要素を同一にした場合、大部分の光を使用可能な偏光状態で、すなわち使用可能な偏光状態の光のみを放射するバックライトは、非偏光を放射するバックライトよりも、ＬＣＤアプリケーションにおいては一層効率的である。それでも、使用可能な偏光状態のみではない光を放射するバックライトは、ランダムな偏光を放射することがあっても、まだＬＣＤアプリケーションに充分に使用可能である。それは、使用できない偏光状態の光を、ＬＣＤパネルの裏側に配置する吸収性偏光板によって容易に除去できるからである。
【０００７】
ＬＣＤ装置は一般に３つのカテゴリーの１つに分類され、これらのカテゴリーの内２つでバックライトが使用される。第１のカテゴリーは、「透過型」として知られ、このＬＣＤパネルは、照明バックライトを用いてのみ表示を見ることができる。すなわち、このＬＣＤパネルは、バックライトからの光がＬＣＤを通って透過し、観察者まで届く「透過」によってのみ見えるよう構成されている。第２のカテゴリーは、「反射型」として知られ、バックライトは取り除かれ、反射材料によって置き換えられ、ＬＣＤパネルは、ＬＣＤの観察者側にある光源だけで表示が見えるよう構成される。外部の光源からの光（例えば、周囲の部屋の光）がＬＣＤパネルの前側から後側へ通過し、この光が、反射材料で反射され、再びＬＣＤを通って観察者側へ戻る。第３のカテゴリーは、「半透過型」として知られ、バックライト及び部分的反射材料の両方がＬＣＤパネルの裏側に配置され、バックライトがオンになっているときは透過によって見え、バックライトがオフになっていて十分な周囲光があるときは反射によって見えるように構成される。
【０００８】
後述の「発明を実施するための形態」の項で記述されているバックライトは、一般に透過型ＬＣＤディスプレイ及び半透過型ＬＣディスプレイの両方において使用することができる。
【０００９】
上記のＬＣＤディスプレイの３つのカテゴリーに加え、バックライトは、バックライトの出力エリアに対する内部光源の配置場所によって２つのカテゴリーに更に分けられる。ここでバックライトの「出力エリア」とは、ディスプレイ装置の可視エリア又は領域に対応する。本明細書で、このバックライトの「出力エリア（output area）」は、時には「出力領域」又は「出力表面」とも呼び、出力の領域又は表面そのものと、出力の領域又は表面の面積（the area）（平方メートル、平方ミリメートル、平方インチなどの単位を有する数量）と、を区別する。
【００１０】
「エッジ点灯式」バックライトでは、１つ以上の光源が、平面透視図においてバックライト構造の外縁又は周辺に沿って配置され、一般には出力エリアに対応する面積又はゾーンの外側に配置される。光源はしばしば、バックライトの出力エリアの外縁となるフレームすなわちベゼルによって隠される。光源は一般的に、「ライトガイド」と呼ばれるコンポーネントに光を放射し、この方法は、特にノート型コンピュータディスプレイなど、非常に薄い外形のバックライトが望ましい場合に用いられる。このライトガイドは透明な固体であり、長さと幅の寸法がバックライト出力エリアの大きさとほぼ同じの、比較的薄いプレートである。このライトガイドは、全内部反射（ＴＩＲ：Total Internal Reflection）を用いて、ライトガイドの長さ又は幅全体にわたるエッジ取り付けランプからの光を、バックライトの対向する側まで輸送又はガイドする。局部的抽出構造における不均一パターンの光が、ライトガイドの表面に供給され、ガイドされた光の一部がライトガイドを出る際に、バックライトの出力エリアに向けて方向変換される（他の漸進的な抽出方法では、テーパ形状の固体ガイドを用い、テーパの傾斜した上面により光の漸進的抽出が起こり、このとき、光が光源から伝達されるときの光線数が多くなることによって、ＴＩＲ角度が平均で達成される）。このようなバックライトは、一般に軸上の輝度を向上させるため、ライトガイドの裏側又は下側に配置される反射材料のような光管理フィルムを含み、さらにライトガイドの前側又は上側に配置される反射偏光フィルム及びプリズムの輝度上昇フィルム（ＢＥＦ：Brightness Enhancement Films）を含むことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本出願者の見地では、既存のエッジ点灯式バックライトの欠点又は限界には次のことが含まれる。特に大きなバックライトサイズの場合、ライトガイドに関連する質量又は重量が比較的大きくなる。ライトガイドは、特定のバックライトサイズ及び特定の光源の構造に合わせて射出成形される又は別の方法で製造されるため、バックライトの特定位置から別の位置に交換できないコンポーネントを使用している。既存の抽出構造パターンのため、バックライト内の場所によって、かなりの空間的不均一性を必要とするコンポーネントを使用する必要がある。バックライトのサイズが大きくなるにつれて、限定されるスペースすなわちディスプレイのエッジに沿った「面積的条件」のため、適切な照明を供給することが難しくなり、矩形の外周対面積の比は、面内の長さ寸法Ｌとともに一次関数的に減少（１／Ｌ）する（例えば所定の縦横比の矩形において、バックライトの出力領域の長さ、幅、又は対角寸法などが該当）。
【００１２】
「直接点灯式」バックライトにおいては、１つ以上の光源が、平面透視図において出力エリアに対応する面積又はゾーンのほぼ内側に配置され、実質的にはゾーン内に規則的な配列又はパターンで配置される。あるいは、直接点灯式バックライトの光源は、バックライト出力のすぐ裏側に配置されているとも言える。光源は出力エリアを通って直接見える可能性があるため、通常、拡散性の強いプレートを光源の上に取り付け、出力エリアにおいて光を拡げて、光源が直接見えないように覆い隠す。さらに、反射偏光フィルム及びプリズムのＢＥＦフィルムなどの光管理フィルムをディフューザーの上に配置することによって軸上の輝度と効率を改善することもできる。大規模エリアのＬＣＤアプリケーションでは、直接点灯式バックライトが用いられることが多い。これは、大規模なアプリケーションでは、エッジ点灯式バックライトによる１／Ｌ制限に拘束されないこと及び固体ライトガイドの重量にも拘束されないためである。
【００１３】
本出願者の見地において、既存の直接点灯式バックライトの欠点又は限界には次のことが含まれる。まず、拡散性の強いプレートのために非効率性である。ＬＥＤ光源の場合、適切な均一性と輝度のために多数の光源が必要になり、故に、高価なコンポーネントと発熱とが、関連して問題となる。バックライトで達成可能な薄さには限界があり、光源が不均一と好ましくない「貫通（punchthrough）」とを生成するために、各光源の真上の出力エリアに明るいスポットが生じる。
【００１４】
いくつかの実施例において、直接点灯式バックライトではバックライトの周囲に１つ又は複数の光源を含むことができ、又はエッジ点灯式バックライトでは出力エリアの裏側に直接１つ又は複数の光源を含むことができる。そのような場合、このバックライトは、光の大半をバックライトの出力エリアの裏側から直接発生するとき、「直接点灯式」と見なされ、光の大半をバックライト出力エリアの周囲から発生するとき、「エッジ点灯式」と見なされる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本出願は、とりわけ、中空の光再利用空洞を形成する前側反射板及び後側反射板を含むエッジ点灯式バックライトを開示する。この再利用空洞は、出力エリアＡｏｕｔ及び空洞出力エリアと空洞後側面との間の固有の空洞の深さＨを有する。１つ以上の光源は、光再利用空洞内に光を放射するように、バックライトの周辺に近接して配置される。これら光源は、相互間の距離及び集約する方法を含め、相互に対する幾何学的配置によって記述することができる。例えば、光源の平面的配列は、平均の平面光源集約度「ＳＥＰ」を有し、光源は、合計すると活性発光面積Ａｅｍｉｔを有する。このバックライトは、０．０００１〜０．１の範囲内にある第１パラメータ及び３〜５０の範囲内にある第２パラメータによって特徴づけられ、第１パラメータは、Ａｅｍｉｔ／Ａｏｕｔに等しく、第２パラメータは、ＳＥＰ／Ｈに等しい。光源は、エッジ点灯式バックライトを提供するように主に出力エリアの周囲に配置され得るか、又は直接点灯式バックライトを提供するように主に出力エリアの空間内に配置され得る。上記の第１及び第２パラメータ範囲内にあるバックライトは、大型でも小型でも、任意の適切な物理的サイズを有することができる。例えば、そのようなバックライトは、水平方向寸法（例えば、矩形の出力エリアの対角寸法）内で２５４ｍｍ（１インチ）とほぼ同じにすることができ、この場合、バックライトは、一層大きなゾーンのバックライト内において区切られた多くの分割されたゾーンの１つにすることができる。
【００１６】
本出願は、中空の再利用空洞を形成する、前側反射板及び後側反射板を有するエッジ点灯式バックライトについても開示し、これは、それらの第１及び第２パラメータの値にかかわらず、比較的大きい値をとることができる。前側反射板は部分的に透過性であり、全般に矩形の形状をとり得るバックライトの出力エリアを提供する。矩形の対角寸法は、適切な任意の値をとることができる。いくつかの実施形態において、この対角線は少なくとも３００ｍｍ（１２インチ）となり得る。この中空空洞は、固体ライトガイドを用いるエッジ点灯式バックライトに比べ、バックライトの重量を有利に低減することができる。
【００１７】
本出願はまた、横方向すなわち水平方向において光を非常に効率的かつ効果的に分配することにより、光源の故障及び／又は光源間の色の変動による目に見える影響に対して非常に耐久性が高くなっているバックライトを開示する。このようなバックライトの出力エリアにおいて、輝度の均一性は、バックライト内の個々の光源が劣化、故障又は消灯した場合、やや減少するだけである。例えば、Ｎ個の光源が、前側及び後側反射板の間に形成された再利用空洞内に光を放射し、放射された光の一部が前側反射板を通って、バックライトの出力エリアを形成するような、バックライトを開示する。Ｎ個は少なくとも８であり、Ｎの光源は、互いに隣接するＭの光源の部分集合体を含み、Ｍは、少なくともＮの１０％、又は２つの光源、又はその両方である。上記バックライトは、Ｎの光源すべてを活性化させ及びＭの電源のすべてに関しては選択的にオフにさせたときの両条件下で、出力エリアにおいて適切な輝度均一値を維持する。再利用空洞における横方向すなわち水平方向への優れた光分布（「光混合」）のおかげで、上記バックライトは一般に、公称上すべて同一色であるＬＥＤ光源における色の変動に関係した問題の影響を受けにくい。この色の変動が起きた場合は通常、当該ＬＥＤを廃棄することが要求される。
【００１８】
多くの場合、非常に高い再利用率の空洞を提供することが望ましく、前側反射板は、非偏光の可視光に対して半球反射率Ｒｆｈｅｍｉを有し、後側反射板は、非偏光の可視光に対して半球反射率Ｒｂｈｅｍｉを有し、更にこれらの積Ｒｆｈｅｍｉ＊Ｒｂｈｅｍｉは、少なくとも０．７０である必要がある。例えば、後側反射板が、９８％のＲｂｈｅｍｉの場合、前側反射板は、少なくとも７１．４％のＲｆｈｅｍｉである必要がある。前側反射板が、所望により異なる偏光状態を異なって反射及び透過するように製造される場合、この反射板は、第１偏光状態の可視光に対する半球反射率を９８％にし、第１偏光状態に直交する、第２偏光状態（例えば使用可能な偏光状態）の可視光に対する半球反射率を７８％にすることができる。このような場合、第２又は使用可能な偏光状態は、第１偏光状態に比べて優先的に透過されていても、前側反射板によってほとんど反射される。
【００１９】
また、前側反射板を通る光の量が、後側反射板によって透過ないしは損失（例えば、吸収による損失）する量よりもほぼ大きいことを確実にすることが、多くの場合望ましい。よって、例えば（１−Ｒｆｈｅｍｉ）／（１−Ｒｂｈｅｍｉ）の比は少なくとも１０以上であることが望ましい。
【００２０】
前側反射板及び後側反射板の他に、好ましくは、高反射率かつ低損失の側面反射板が、ほぼ閉じられたすなわち密閉された反射空洞を作り出すために提供され、かつ、光源に付随する損失は、例えばバックライト出力エリアに対する光源の合計エリアの比率を非常に小さい値を保持することによって、最小限レベルに維持される。いくつかの実施例において、高反射率かつ低損失の側面反射板は、高再利用空洞内における光の水平すなわち横方向の輸送及び光の混合を支援することができる。
【００２１】
本出願の上記態様及び他の態様は、以下の「発明を実施するための形態」から明らかとなるであろう。しかし、上記要約は、請求する発明の範囲に関する限定として決して解釈されるべきでなく、発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ確定され、出願手続中において補正され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本明細書全体において、添付図面を参照しており、添付図面において、同じ参照番号は同じ要素を示す。
【図１】一般化した再利用バックライト又は拡大された同様なエリアの光源の概略的側面図。
【図２ａ】再利用空洞内の異なる光源配置の上面図。
【図２ｂ】再利用空洞内の異なる光源配置の上面図。
【図２ｃ】再利用空洞内の異なる光源配置の上面図。
【図３】無次元の２つのパラメータ、パラメータＡ及びパラメータＢによって規定される、バックライトパラメータ設計空間のグラフ。
【図４】市販のさまざまなＬＣＤディスプレイ装置に対応する点がプロットされている、バックライトパラメータ設計空間のグラフ。
【図５】種々の入射面及び種々の偏光状態を示す表面の透視図。
【図６】バックライト出力エリアの正面図。
【図７】ＬＣＤパネルと組み合わせたバックライトを含むディスプレイシステムの概略断面図。
【図８】ＬＥＤクラスター配置の平面図。
【図９】後側反射板の種々の反射板及び種々の「有効反射率」に対する平均輝度を示すグラフ。
【図１０】パラメータＡ／パラメータＢの設計空間におけるさまざまなバックライトの例をプロットしたグラフで、エッジ点灯式バックライトのプロット図。
【図１１】パラメータＡ／パラメータＢの設計空間におけるさまざまなバックライトの例をプロットしたグラフで、直接点灯式バックライトのプロット図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次世代のバックライトは、目的のアプリケーションに適切な輝度及び空間的均一性を提供する一方で、下記のような特性の一部又はすべてを組み合わせることは、利点があるであろう。断面の薄型化；光学的コンポーネント数の最小化、光源数の最小化、及び便利な光源レイアウトによる設計の単純化；軽量化；バックライト内の位置による実質的な空間的不均一性を有するフィルムコンポーネントの不使用又は不要化（例えば顕著なグラデーションの解消）；半導体レーザーなどの高輝度光源に対する他の小エリアにおけるＬＥＤ光源の互換性；公称上すべて同一色とされるＬＥＤ光源間での色変動に関する問題に対する非感受性；ＬＥＤ光源の部分集合体の球切れや他の故障に対する、可能な範囲内での非感受性；前述の背景技術の項で述べた、限界及び欠点の少なくともいくつかの排除又は軽減。
【００２４】
上記特性をバックライト内にうまく組み込むことができるかどうかは、ある程度バックライトを照明するのに用いられる光源のタイプに依存する。例えばＣＣＦＬは、ＣＣＦＬの細長い活性発光エリア全体において白色光の放射をもたらし、この細長い放射エリアは、例えば再利用空洞内で起こり得る状態のように、ＣＣＦＬ上で衝突する相当量の光を分散させるように動作可能である。しかしながら、ＣＣＦＬからの典型的な放射は、実質的にランバート（Lambertian）の角度分布を有しており、これは、非効率的なので、所与のバックライト設計において不都合となる可能性がある。また、ＣＣＦＬの放射面は、ある程度拡散的な反射性を有しているが、大体は吸収損失を有している。この損失が、再利用性の高い空洞が要求される場合に顕著になることを、出願者は見出した。
【００２５】
ＬＥＤダイは、ランバート反射に近い方法で光を放射するが、ＣＣＦＬに比べてサイズがはるかに小さいため、ＬＥＤの光分布は容易に改善することができる。これは例えば、全体封止レンズ、反射板又は抽出材を用いて、正面発光体、側面発光体又は他の非ランバートプロファイルのパッケージ化したＬＥＤを製作することができる。このような非ランバートプロファイルは、本願のバックライトに対して重要な利点をもたらし得る。しかしながら、ＬＥＤ光源はＣＣＦＬに比べてサイズが小さく高輝度であるため、ＬＥＤを用いて空間的に均一なバックライト出力エリアを作製するのが一層難しくなる。これは、赤／緑／青（ＲＧＢ）ＬＥＤの配列など、個々に色が違うＬＥＤを用いて白色光を供給する場合には特に当てはまり、三色の光を適切に水平輸送又は混合することができないと、好ましくない色の帯域や色エリアが容易に生じる可能性があるからである。白色発光ＬＥＤは、青又はＵＶ発光のＬＥＤダイによって蛍光体が励起され、ＬＥＤダイとほぼ同じ小面積又は体積から強い白色光を作り出す。これは、色の不均一を低減するのに使用することができるが、現在の白色ＬＥＤでは、個々に色が違うＬＥＤの配列により達成できるような広範囲の色を供給することはできず、よって、あらゆる最終用途のアプリケーションには必ずしも望ましくない。
【００２６】
出願者は、ＬＥＤ光源照明に適合するバックライト設計の特徴の組み合わせを発見し、この組み合わせは、少なくともいくつかの点において、市販の現況技術のＬＣＤ装置に使用されているバックライトよりも優れた性能を発揮するバックライト設計を実現することができる。このバックライト設計の特徴は、次の一部又はすべてを含む。
・光の大部分が、光学的再利用空洞の中で、ほぼ同一の広がりを持つ前側反射板と後側反射板との間で複数回の反射を行ってから、部分透過性と部分反射性とを有する前側反射板から放射される。そのような光学的再利用空洞を含む。
・上記再利用空洞内で伝搬する光の全体損失はきわめて低く抑えられる。これは例えば、低損失の前側及び後側反射板、並びに低損失の側面反射板を含む、ほぼ密閉された低い吸収損失の空洞を提供することと、全光源の発光面積総和が、バックライト出力エリアに比べごく小さな部分になるようにして光源に付随する損失を非常に低く抑えることの両方によって可能となる。
・光学的再利用空洞は中空であり、換言すれば、空洞内の光の水平輸送は、アクリルやガラスなどの光学的に稠密な媒体内ではなく、主に空中、真空又は同種の中で起こる。
・特定の（使用可能な）偏光状態の光だけを放射するよう設計されたバックライトの場合において、前側反射板は、上記使用可能な光が水平輸送又は拡散するのを支援するために十分高い反射率を有し、並びにバックライト出力の受容可能な空間的均一性を達成するように光線角度をランダム化するための十分高い反射率を有している。しかし同時に、前側反射板は、バックライトのアプリケーションでの満足な輝度を確保するために、アプリケーションで使用可能な適切な角度内において十分に高い透過率も有する。
・この光学的再利用空洞は、鏡面特性と拡散特性のバランスがとれた空洞を供給するコンポーネントを含み、そのコンポーネントは空洞内の顕著な水平輸送又は混合を支援するのに十分な鏡面性を有するが、たとえ空洞内の狭い角度範囲内だけに光を注入する場合であっても、安定した状態の光の角度分布を空洞内で実質的に均一化させるのに十分な拡散性を有する（更には、特定の（使用可能な）偏光状態の光だけを放射するよう設計されたバックライトの場合、空洞内の再利用には、好ましいことに、偏光状態の入射光に対して、反射された光の偏光状態をある程度ランダム化することが含まれ、これにより、使用不可能な偏光が、使用可能な偏光に変換される）。
・再利用空洞の前側反射板は、入射角の増大ともに一般に増加する反射率を有し、入射角の増大とともに一般に減少する透過率を有する。ここで、上記反射率及び透過率は、偏光されていない可視光及び任意面の入射光に対してであり、及び／又は使用可能な偏光状態の斜めからの光がｐ偏光になるように平面に入射する使用可能な偏光状態の光に対してである（更に、前側反射板は、高い値の半球反射率を有し、その一方で、アプリケーションで使用可能な光について十分に高い透過率を有する）。
・横断面（バックライトの出力エリアに平行となる横断面）に近い伝搬方向に、再利用空洞内へ最初に注入された光を部分的に平行又は制限する光注入光学系を含む。注入光線は、例えば、０〜９０度、０〜６０度又は０〜３０度の角度範囲内の最大出力の半分（ＦＷＨＭ）において、全角度幅（横断面の周囲で）を有することになる。場合によっては、注入光の最大出力は、横断面の下で、横断面に対して４０度以下の角度で下向きの投影を有することが望ましいことがあり、更に他の場合には、注入光の最大出力は、前側反射板に対する横断面の上で、横断面に対して４０度以下の角度で上向きの投影を有することが望ましいことがある。
【００２７】
ＬＣＤパネルのバックライトは、最も簡単な形態では、ＬＥＤダイの活性発光面又はＣＣＦＬバルブの蛍光体の外側層などの光生成面と、生成された光を分配又は拡散することにより広い又は大きな面積の照明表面又は領域を生成する幾何学的及び光学的配置と、からなり、上記照明表面又は領域は、バックライト出力エリアと呼ばれ、そこでの発光輝度を空間的に均一にする。一般に、非常に高い輝度の局部的光源を広いエリアの均一な表面出力に変換するこのプロセスは、バックライト空洞の全表面との相互作用及び、光発生の表面との相互作用により、損失が生じる。他のアプローチ、例えば前側反射板上で最初に跳ね返る入射を均一にするため、特定のＬＥＤレンズを用いた直接点灯式光源アーキテクチャを使用するアプローチは、バックライト出力表面を介して効率的で均一な輝度を得ることができるが、バックライトコンポーネントの正確な幾何学的構成すべてに対して非常に影響される可能性がある。第１の近似方法として、このプロセスによって前側反射板に付随する出力エリアすなわち表面を介して伝播されなかったどの光も、可能であれば、要求されたアプリケーションの観察者の円錐内に、かつ特定の偏光状態（例えばＬＣＤに使用可能な偏光）に選択可能であるが、そのままでは「損失」した光となる。
【００２８】
再利用空洞を含むどのバックライトも、２つの主要なパラメータによって個々に特徴づけできることを、我々は提案する。この点に関して、図１に示す一般化したバックライト１０を参照とするが、図１では、前側反射板１２及び後側反射板１４が再利用空洞１６を形成する。バックライト１０は、広い出力エリアすなわち表面１８において光を放射し、この場合において、この出力エリアすなわち表面１８は、前側反射板１２の外側の主表面に相当する。前側反射板１２及び後側反射板１４は平面であり、互いに平行に示されており、横方向の寸法１３と同じ広がりである。この横方向の寸法はまた、出力エリア１８の長さすなわち幅における横方向の寸法に相当する。
【００２９】
他の実施形態において、前側反射板１２及び後側反射板１４は非平行であり得、例えば非平行の例は、同一出願者の米国特許出願第６１／０３０，７６７号、タイトル「選択された出力光束分布を有するバックライト及びそれを用いたディスプレイシステム（BACKLIGHTS HAVING SELECTED OUTPUT LIGHT FLUX DISTRIBUTION AND DISPLAY SYSTEMS USING SAME）」に詳しく記載されている。この非平行関係は、任意の適した技術を用いて提供することができる。例えば、上側及び下側の反射板の一方又は両方を非平面の形状に形成され得、前側及び後側反射板を非平行な位置に配置することができ、また前側反射板と後側反射板の一方又は両方に、１つ以上の構造を配置することができ、又はこれら技法の任意の組み合わせを利用して非平行関係を提供することができる。
【００３０】
前側反射板は、空洞内からのかなりの量の入射光を反射し、図に示すように、最初の光線２０が反射して比較的強い反射光線２０ａとなり、比較的弱い透過光線２０ｂとなる。さまざまな光線を表わす矢印は、その性質として図示するためのものであることに注意されたい。例えば、示されたさまざまな光線の伝搬方向及び角度分布は、完全な正確さを期したものではない。図１に戻って説明すると、反射した光線２０ａは、後側反射板１４によって強力に反射され、光線２０ｃとなる。光線２０ｃは、前側反射板１２によって一部透過し、透過光線２０ｄを生じ、一部が反射して別の光線（図示なし）を生じる。前側反射板と後側反射板との間で複数回の反射が行われることにより、空洞内の横方向の光伝搬（矢印２２）を支援するのに役立つ。２０ｂ、２０ｄ及びそれ以降の透過光線すべてを手当たり次第合わせた合計が、このバックライト出力をもたらす。
【００３１】
説明のため、小面積の光源２４ａ、２４ｂ、２４ｃが、図中のさまざまな場所に示されており、ここで光源２４ａはエッジ点灯位置に示されており、反射性構造２６とともに供給されている。この反射性構造２６は、光源２４ａからの光を（少なくとも部分的に）平行化するのに役立てることができる。光源２４ｂ及び２４ｃは、直接の点灯位置に示されており、光源２４ｃは一般的に、後側反射板１４内の穴すなわち開口部（図示なし）と連携して、空洞１６内に光を注入できるようにしている。反射性の側面表面（図示なし、反射性構造２６とは異なるもの）は通常、寸法１３の終点の位置に一般的に供給され、好ましくは損失を最小限に抑える密閉方法で前側反射板１２及び後側反射板１４を接続する。
【００３２】
前側反射板と後側反射板を合わせて密閉するには、任意の好適な技法を用いることができる。例えば、いくつかの実施形態において、反射性のコーキング剤を使用して、前側反射板１２と後側反射板１４とを合わせて密閉することができる。反射性コーキング剤は、バックライト空洞からの光漏れを防ぐための反射性バリヤーを提供することができ、また前側反射板１２と後側反射板１４とを合わせて固定する機械的結合をもたらすことができる。任意の好適な反射性コーキング剤を利用することができる。例えば、このコーキング剤は、反射性粒子を充填した透明な結合剤を含むことができ、及び／又は異なる屈折率の領域を含んでもよい。好適な粒子には、ＴｉＯ２、又は反射材料のリボンすなわちフレーク、例えば金属性のチップ、金属被覆したポリマーフィルム、真珠光沢顔料又は多層光学フィルムが挙げられる。透明な結合剤は、塗布表面に対して十分な結合強度を提供するとともに、反射性要素を封入し送達するのに好適な任意の材料にすることができる。異なる屈折率の領域は、結合材に対し、不混和性の物質混合、ガラス若しくはポリマー製ビーズの充填又は空気若しくは異質の材料の注入を介して形成することができる。コーキング剤は、ビーズ状又はその他の形状を形成するノズルを介して塗布することができる。凸状又は凹状の断面形状は、バックライト空洞内の光管理のための追加の設計オプションとなり得る。このコーキング剤は、熱又は光により硬化させることができる。いくつかの実施形態において、このコーキング剤は、調剤と形状保持のために適度な粘性を有するエポキシ系を含んでもよい。
【００３３】
いくつかの直接点灯式の実施形態において、一般的に垂直の反射性側面表面は、実際には、特定のバックライトを類似又は同一の隣接するバックライトと分けるための薄いパーティションにすることができ、そのような各バックライトは、実際にはゾーンで区切られた大きなバックライトの一部分となる。その個々のサブバックライト内の光源は、大きなバックライトのための照明及び暗部ゾーンで区切られたパターンを提供するために、任意の望ましい組み合わせで点灯又は消灯することができる。そのようなゾーンで区切られたバックライトは、いくつかのＬＣＤアプリケーションにおいて、コントラストを向上させ、エネルギーを節約するために動的に用いることができる。ゾーン間の反射性パーティションは、上側反射板まで完全に伸びていなくてもよいが、ゾーン境界の視認性を最小限に抑え（観察者から見た視認性）、また同時にゾーン対ゾーンのブリードスルー（bleedthrough）を最適化するため、サイズ調整された隙間によってそこから区分することができる。
【００３４】
２つのパラメータに関する説明に戻ると、第１のパラメータ、本明細書でパラメータＡと呼ぶものは、バックライト出力面積に対する発光光源面積合計に関するものである。よってパラメータＡは、バックライトの出力表面の面積（本明細書では「Ａｏｕｔ」と呼ぶ）に対するすべての発光光源面の合計面積（本明細書ではＡｅｍｉｔと呼ぶ）の比である。通常の矩形型の出力領域の場合において、面積Ａｏｕｔは単に、（矩形の長さ）×（矩形の幅）となる。所定のバックライトに対して、光源表面の合計面積は、光源の活性面積の総和によって決定できる。例えば、ルミレッズ（登録商標）（LumiledsTM）ＬＸＨＬ−ＰＭ０９緑色ＬＥＤは、「大型ダイ」ＬＥＤと見なされ、ダイ表面積（大きな１つの上面及び小さな４つの側面）は約１ｍｍ２である。日亜化学工業のリゲルＮＦＳＧ０３６Ｂの緑色ＬＥＤは、「小型ダイ」ＬＥＤと見なされ、ダイ表面積は、約０．０９ｍｍ２である。「大型ダイ」ＬＥＤクラスター（赤１つ、青１つ、緑１つで出力バランスをとり、その組み合わせにより白色光を生成する）の６５個からなる配列を有するバックライトは、その光源表面積の合計を次の式で求めることができる。
【００３５】
Ａｅｍｉｔ＝６５クラスター×３ダイ／クラスター×１ｍｍ２／ダイ＝１９５ｍｍ２
ＣＣＦＬを用いたバックライトの場合、光発生表面積の合計は、単に、バルブ当たりの発光蛍光層の表面積合計に、空洞を照らすバルブの数を掛けた値となる。例えば、ＣＣＦＬバルブ１６本を含むバックライトで、各バルブが長さ８２０ｍｍ、直径４ｍｍの場合、その光発生表面積の合計は次の式で求められる。
【００３６】
Ａｅｍｉｔ＝１６（バルブ数）×（π×４ｍｍ）×８２０ｍｍ＝１６４，８７１ｍｍ２
出力表面積に対する光源表面積総和の比、すなわちパラメータＡは、正規化され、単位を持たない数値であり、バックライトに関するある基本的な課題を表わしている。すなわち、高輝度の小さな表面（通常はランバート発光パターンを有する）を大きな出力表面に変換させて、好ましくは、その大きな出力表面は空間的に比較的均一な輝度となり、さらに好ましくはその大きな出力表面からの光束合計が光源からの光束合計の大部分を占めることである（理想的の損失のないシステムに相当する比率１．０すなわち１００％にする）。
【００３７】
我々の第２のパラメータは、空洞深さ（「Ｈ」）に対する、平均化への計画案すなわち側面での光源集約度（「ＳＥＰ」）に関するものである。空洞深さＨ（図１）は、出力面積に対して垂直な軸に沿った、後側反射板から前側反射板（出力エリアＡｏｕｔ）までの物理的距離であり、すなわち、前側及び後側反射板の軸上の距離間隔である。空洞深さＨは、非平面の出力面積と非平面の後側反射板との間の平均距離間隔として解釈することもできる。平均化への計画案の光源集約度ＳＥＰは、出力表面Ａｏｕｔに対する光源の側面での空間特性を表わす値である。パラメータＳＥＰは、出力表面に対して、光源が空洞内の均一な空間的分布で配置される度合を表わす値である。集約特性ＳＥＰの値が大きい場合は、光源が「集約している」、すなわち空洞の比較的小さな面積（体積）内に閉じ込められている状態であり、ＳＥＰの値が小さい場合は、光源の間隔が、出力表面に対して均一に配置されている状態である。一般に、中空の空洞内の光源は、できる限り、出力表面上で光束の分布を空間的に均一にするよう配置され、これにより所定の空洞内配置形状に関してＳＥＰの値を最小限にすることができる。ＳＥＰの計算は、実施例を用いて説明するのが最良である。
【００３８】
図２ａは、直接点灯式バックライト３０ａの光源配列の概略平面図である。バックライトは、光源３２ａを１８個有し、光源は、左右面の寸法Ｌ（長さ）及びＷ（幅）の後側反射板３４の上又は近接して配置されている。関連する前側反射板及び出力面積（図示なし）は、同じ左右面を有し、後側反射板３４と同一の広がりを持つ。光源３２ａは規則的な繰り返しパターンで配置され、幅方向（ｙ方向）に沿って均等間隔で隔てられた３行及び長さ方向（ｙ方向に垂直なｘ方向）に沿って均等間隔で隔てられた６列を形成している。よって、ｘ方向に沿った光源の平均間隔はＬ／６であり、ｙ方向に沿って光源の平均間隔はＷ／３である。ここでＳＥＰは、２つの直交する光源間隔の平均として次のように計算される。
【００３９】
ＳＥＰ＝（（Ｌ／６）＋（Ｗ／３））／２
出力面積が１５３ｍｍ×１５３ｍｍ（６インチ×６インチ）（Ｌ＝Ｗ＝６インチ、すなわち１５３ｍｍ）の場合、この例ではＳＥＰ＝３８ｍｍとなる。行の間隔が均一でない場合又は列の間隔が均一でない場合にも、光源が３行３列に配置されている限り、この結果は同じままであることに注意されたい。ＳＥＰは、行及び列の配列によって、行及び列に沿ったわずかな間隔不規則性に対しても、概算で計算できる。
【００４０】
各光源３２ａは、単一の白色発光ＬＥＤなどの単一発光エレメントとすることも、また望ましいバックライト色（通常は白色光）を生成するために、個別のカラーＬＥＤ（例えば赤／緑／青又は赤／緑／青／緑等）の最小単位セル又はクラスターとすることもできる。１色だけ（例えば緑だけ）を発光するよう設計されたバックライトの場合、各光源３２ａは単一の緑色発光ＬＥＤである。
【００４１】
図２ｂは、バックライト３０ａに似たバックライト３０ｂの光源配列の概略平面図である。ただし、１８個の光源３２ａは、ｙ方向と平行に、一直線すなわち１列で、後側反射板３４の一方の外縁に沿って配置されている。この場合、長さ方向すなわちｘ方向に沿って光源３２ｂが１列だけになっており、幅方向すなわちｙ方向に沿って配置された（単一）光源は１８行である。よって、ｘ方向に沿った光源の平均間隔はＬ／１であり、ｙ方向に沿った光源の平均間隔はＷ／１８である。再びＳＥＰは、２つの直交する光源間隔の平均として次のように計算される。
【００４２】
ＳＥＰ＝（（Ｌ／１）＋（Ｗ／１８））／２
出力面積が１５３ｍｍ×１５３ｍｍ（６インチ×６インチ）（Ｌ＝Ｗ＝６インチ又は１５３ｍｍ）の場合、この例ではＳＥＰ＝８１ｍｍとなる。ｙ方向に沿った光源間隔が均一でない場合、この結果は同じままであることに注意されたい。ＳＥＰ値が８１ｍｍという値は、図２ａの実施形態の値（３８ｍｍ）と比べ、両実施形態とも同じ数の光源を仕様しているにもかかわらず、２倍を上回る。これは、図２ｂの実施形態における各光源が、図２ａの各光源よりも、出力表面に沿って、より長い平面方向寸法に対し影響を及ぼす（すなわち照明する）必要があるため、また光源が図２ａに比べてより集約しているため、このような値になる。ＳＥＰはまた、各光源が平均で出力面積に供給しなければならない、横方向又は平面方向の「影響半径」と考えることができる。
【００４３】
図２ａの実施形態において光源３２ａが１つだけである場合、又は図２ｂの実施形態において光源３２ｂが１つだけである場合は、その単一光源が出力面積のどの場所にあったとしても、ｘ方向に沿った平均の光源間隔はＬ／１であり、ｙ方向に沿った平均の光源間隔はＷ／１となるため、その結果、出力面積が１５３ｍｍ×１５３ｍｍ（６インチ×６インチ）の場合、ＳＥＰは（（Ｌ＋Ｗ）／２）又は１５３ｍｍとなる。
【００４４】
出力面積の左右面ほぼ全体にわたる、例えばＣＣＦＬのような線状形状の光源は、ＬＥＤのような局部的又は「点」光源とは違った扱いが行われる。図２ｃは直接点灯式バックライト３０ｃをバックライト３０ａに類似の光源配置にしたときの概略平面図を示す。ただしここで６本の線状光源３２ｃは、図に示すように、同じ後側反射板３４上に線状配列で配置されている。この場合、寸法Ｌに沿って６本の光源が分布しているため、ｘ方向に沿った光源の平均間隔はＬ／６となる。ｙ方向に沿った平均間隔は、光源３２ｃがその方向に沿って一続きになっているため、ゼロとなる。再びＳＥＰは、２つの直交する光源間隔の平均として次のように計算される。
【００４５】
ＳＥＰ＝（（Ｌ／６）＋０）／２＝Ｌ／１２
これはバルブとバルブの間の平均間隔の半分に相当する。出力面積が１５３ｍｍ×１５３ｍｍ（６インチ×６インチ）の場合（Ｌ＝Ｗ＝６インチ、すなわち１５３ｍｍ）、この例でのＳＥＰはＳＥＰ＝１３ｍｍとなる。
【００４６】
これを背景として、無次元の２つのパラメータによって、意図したアプリケーションに関する適切な輝度及び空間的均一さを有する再利用空洞バックライトを特徴づけることができる。
【００４７】
パラメータＡ＝Ａｅｍｉｔ／Ａｏｕｔ、及び
パラメータＢ＝ＳＥＰ／Ｈ
ここでＡｅｍｉｔ、Ａｏｕｔ、ＳＥＰ及びＨは上記に説明されているとおりである。図３はバックライトパラメータ空間又はバックライト設計空間として、これら２つのパラメータをプロットしたグラフである。
【００４８】
この特性は特に、平面的バックライト空洞に関して直接的に表わされている。ここにおいて、バックライトの後側反射板（時に、本明細書では後側平面と呼ぶ）及びバックライトの出力面積は両方とも平面であり、互いに平行で、ほぼ等しい面積とほぼ同一の広がりを有する。しかしながら、我々の２つのパラメータ特性は、平面的平行バックライト配置だけに制限されるものでは決してなく、基本的要素を有する任意のバックライト配置に一般化することができる。この基本的要素とはすなわち、前側反射板に関連する出力表面、前側反射板との間に光再利用空洞を形成する後側反射板、空洞の中に配置された又は空洞に光学的に接続された、１つ以上の光源の集合である。
【００４９】
更に、固有の光源間隔パラメータＳＥＰの決定は、ｘ及びｙ方向に沿って実質的に規則的な間隔に関して、上記で説明されている。光源が不規則なパターンで配置されている場合には、ＳＥＰは次の式で求めることができる。
【００５０】
【数１】
0005584117.tif 000002
【００５１】
ここでＡｉは、２つ以上の不規則に配置された光源を囲む円ｉの面積であり、囲む円内にある光源の数は＃ｉである。Ｎはすべての光源を囲むのに用いられた円の合計数であり、光源を囲む円すべての数及び位置（ｉ〜Ｎ）は、囲む円すべてによる集約面積の合計すなわち下記を最小化するように選択される。
【００５２】
【数２】
0005584117.tif 000003
【００５３】
例として、図２ｂにおいて、ｙ方向に沿って１列に配置されている１８個の光源が、ｙ方向の長さの下半分に制限された場合、ｙ軸方向の間隔は不均一になる。すなわち、ｙ軸の下１／２内で間隔がＷ／３６となり、ｙ軸の上１／２には光源がない。この場合、不規則間隔のＳＥＰの式を用いるとＳＥＰ＝１２５ｍｍとなる。よって、光源が空間的に、より集約した場合、固有の集約パラメータＳＥＰは１２５ｍｍに増加する。
【００５４】
１８個の光源の制限すなわち集約を更に続けて、ｙ軸に沿ってより狭い領域を占めるようにした場合、不規則間隔のＳＥＰの式で得られる値は更に大きくなり、前述した１５３ｍｍ×１５３ｍｍ（６インチ×６インチ）にある単一光源の場合の最大値１５３に近づく。
【００５５】
図３には、設計間隔の一般的な傾向の説明が若干含まれており、これは改めて説明するまでもない。また図示されている点３６は仮定的な最初のバックライト設計を示す。この設計を改変して空洞深さＨを減少させ、他の設計特性を一定に維持した場合、その改変した設計は、上の点３６ａに対応し、点３６と垂直に整列している。その最初のバックライト設計で、代わりにバックライトの各光源をより小さな発光面積の光源に置き換え（例えば、各ＬＥＤダイを小さなＬＥＤダイに置き換え、ＬＥＤダイの合計数を一定に保ち、それらの空間的分布も同一に保つ）、しかし他の設計特性を一定に保つ場合、改変した設計は左の点３６ｂに対応し、点３６と水平に整列している。また更に別の例として、最初のバックライト設計では、他の設計特性を一定に維持したままで、光源の数を追加し、そのバックライト内でより密に配置することによって改変することができる。この場合、改変された設計は点３６ｃに対応し、これは最初の点３６の右下にある。長年にわたって人が予期できるように、ＬＥＤ光源がより明るくなり得、これにより最初の設計から光源を除り除き、バックライト内で光源をよりまばらに配置し、他の設計特性を一定に維持することもできる。このような設計改変では、対応する点は開始点３６の右上になる。
【００５６】
市販されているいくつかのＬＣＤ装置を取得して、そのバックライトを、このバックライトパラメータ空間を用いて分析した。結果として得られた設計の点を、図４のバックライト設計空間グラフに示す。ここでも、パラメータＢに対するパラメータＡがプロットされている。
【００５７】
点４０ａ〜ｄはすべて、カラーＬＥＤ配列による直接点灯式バックライトを用いた市販の液晶テレビを示す。点４０ａは、サムスン電子（Samsung Electronics）製の１１６８ｍｍ（４６インチ）（対角線寸法）テレビを示す。点４０ｂは、ソニー（Sony）製の８１３ｍｍ（３２インチ）ＬＥＤテレビを示し、高輝度ＯＳＲＡＭゴールデンドラゴン（Golden Dragon）ＬＥＤが採用されている。このユニットでは、４つのＬＥＤ（ＲＧＧＢ）がクラスターにまとめられている。点４０ｃは、ＯＳＲＡＭゴールデンドラゴン（Golden Dragon）ＬＥＤを用いた別のソニー（Sony）製８１３ｍｍ（３２インチ）ＬＥＤテレビを示し、ただしクラスターにまとめられているＬＥＤは３つ、すなわちＲＧＢである。点４０ｄはソニー（Sony）製のクオリア（Qualia）１１６８ｍｍ（４６インチ）テレビを示す。点４０ａ〜ｄはすべて、パラメータＢがほぼ２に等しい値を有する。
【００５８】
点４０ｅ〜ｆは、市販のノートブックコンピュータディスプレイを示す。これらにはそれぞれ、エッジ点灯式バックライト構成、ＣＣＦＬ光源及び固体（アクリル）ライトガイドが使用されている。点４０ｅは、サムスン（Samsung）製ＬＴＮ１４０Ｗ１−１０１用のＨＰ製３５８ｍｍ（１４．１インチ）ｄｖ１０００を示す。点４０ｆは、ＡＵＯ  ３９１ｍｍ（１５．４インチ）ノートブックコンピュータ、Ｂ１５４−ＥＷ−０２型を示す。
【００５９】
点群４０ｇはさまざまな市販液晶テレビを示し、それぞれＣＣＦＬを有する直接点灯式バックライトが用いられている。
【００６０】
図４にプロットされている点を検討すると、小さな値のパラメータＡを有するバックライト、すなわちバックライト出力領域面積に対する光源放射の合計面積の割合が最小のものは、比較的低い値のパラメータＢを有することがわかる。大きな値のパラメータＢを有する光源（点４０ｅ〜ｆ）、すなわち、平均の光源間隔に対して空洞深さが薄い場合は、欠点を伴う固体ライトガイドを使用しており、パラメータＡは比較的小さな値しか達成できない（ＣＣＦＬ光源の利用が原因）。
【００６１】
薄い空洞を有し（例えばパラメータＢ＝３以上）、かつ比較光源面積が中程度から小さい種類又は非常に小さい種類（パラメータＡ＝０．１以下）で、固体ライトガイドよりも中空空洞を有する種類のバックライトを提供することが望ましい。
【００６２】
本明細書で述べたように、出願者は、ＬＥＤ光源照明に適合し、かつ既存のバックライトよりも少なくともいくつかの点で優れたバックライト設計を生み出すことができる、バックライト設計機能の組み合わせを発見した。ここでは、これらバックライト設計機能のいくつかについて更に詳しく説明し、その次に、組立て及び試験が行われているバックライトを参照し、そのようなバックライト（中空空洞設計を採用）が、図４のグラフにおいて望ましい空間を占めることができることを示す。
【００６３】
まず、代表的な前側及び後側反射板の検討から始める。この点に関しては、全般にＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号、タイトル「バックライト及びそれを用いたディスプレイシステム（BACKLIGHT AND DISPLAY SYSTEM USING SAME）」（「出願第６３２７４号」）が参照される。
【００６４】
ここに記述される代表的な部分反射板（前側反射板）、特に、例えば出願第６３２７４号に記載されている非対称反射性フィルム（ＡＲＦ）は、低損失反射及び固体ライトガイドのみでのＴＩＲで可能なものよりも良好な、偏光の透過率及び反射率の制御を供給する。よって、ディスプレイ面全体の平面方向の光分布を向上させることに加え、中空のライトガイドによって、大型システム用の改善された偏光制御も供給することができる。上記の望ましいＡＲＦを用いれば、入射角によって透過率を大幅に制御することも可能である。このようにして、混合空洞から出た光は、かなりの度合で平行にすることができ、単一フィルム構造からの偏光出力を提供することができる。
【００６５】
好ましい前側反射板は、空洞内の比較的高い再利用率を支援するため、全体的に比較的高い反射率を有する。この反射率は、「半球反射率」の観点から特徴づけられ、すなわちその上に光があらゆる可能な方向から入射するときの、コンポーネント（表面、フィルム、又はフィルムの集合体のいずれ）の合計反射率を意味する。よって、このコンポーネントは、垂直方向を中心とした半球内のすべての方向からの入射光（及び、別に特定しない限りは全偏光状態の入射光）で照らされ、同じ半球内に反射されたすべての光が収集される。対象とする波長範囲について、入射光の光束合計に対する、反射光の光束合計の比を、半球反射率Ｒｈｅｍｉとして得る。反射板をＲｈｅｍｉについて特性付けると、再利用空洞のために特に便利である。それは、光は通常、空洞の内部表面、すなわち前側反射板、後側反射板又は側面反射板に対してあらゆる角度から入射するからである。更に、垂直入射角の反射率とは違って、Ｒｈｅｍｉは、すでに考慮に入れられているため入射角による反射率の変動に過敏ではないが、この変動は、一部のコンポーネント（例えばプリズムフィルムなど）については非常に重要となり得る。
【００６６】
実際に、代表的な実施形態において、好ましい前側反射板は、少なくとも一平面の入射光に関して、入射角が垂直から離れるにつれて増加する、（方向固有の）反射率を（及び入射角とともに一般に減少する透過率を）呈する。このような反射率特性により、垂直に近い（すなわち、バックライトの観測軸に近い）入射角で、前側反射板から光が優先的に透過されるようになる。これは、視野角でのディスプレイの感知輝度を高めるのに役立ち、ディスプレイ業界において重要である（より大きな視角での感知輝度が低くなるという犠牲を払う、これは重要であるが、一般的ではない）。ここで、我々は、角度によって反射率を高めることは、「少なくとも一平面における入射光に関連する」ことを述べる。これは、場合によっては１つだけの観測面での狭い視角が望ましいことがあり、また直交平面においてより広い視角が望ましいことがあるからである。一例として、いくつかの液晶テレビアプリケーションでは、水平面では観測のために広い視角が望ましいが、垂直面ではより狭い視角が指定される。他の場合では、軸方向の輝度を最大化するため、直交する平面両方において狭い視角が望ましいことがある。
【００６７】
斜めの角度での反射率について検討する際、図５の幾何学的考慮を念頭に置くと役立つ。ここで表面５０はｘ−ｙ平面上にあり、これに対して垂直なｚ軸がある。この表面が偏光フィルム又は部分的偏光フィルム（例えば、出願第６３２７４号に記載されているＡＲＦ）である場合、本出願の目的のため我々はこのｙ軸を「通過軸」、ｘ軸を「ブロック軸」と指定する。換言すれば、このフィルムが偏光フィルムである場合、偏光軸がｙ軸に平行な垂直入射光は、偏光軸がｘ軸に平行な垂直入射光に比べ、優先的に透過される。当然、一般的に表面５０は偏光フィルムである必要はない。
【００６８】
光は任意の方向から表面５０に入射することができるが、ｘ−ｚ平面に平行な入射第１面５２、及びｙ−ｚ平面に平行な入射第２面５４について集中的に説明する。「入射面」は当然、垂直面と光伝搬の特定方向を含む面を示す。我々は、図において、ある斜めの光線５３が平面５２に入射し、別の斜めの光線５５が平面５４に入射するのを示す。この光線が偏光されていないと仮定すると、それらはそれぞれ、対応する入射面にある偏光要素（「ｐ偏光」と呼ばれ、図中で「ｐ」と示される）、及び各入射面に対して垂直方向の直交偏光要素（「ｓ偏光」と呼ばれ、図中で「ｓ」と示される）を有する。偏光面について、「ｓ」及び「ｐ」は、光線の方向に応じて、通過軸又はブロック軸のいずれかと整列できることに注意することが重要である。この図において、光線５３のｓ偏光要素と、光線５５のｐ偏光要素は、通過軸（ｙ軸）と整列しており、よって優先的に透過される。また一方で反対の偏光要素（光線５３のｐ偏光要素と、光線５５のｓ偏光要素）はブロック軸と整列している。
【００６９】
上記を念頭に置き、前側反射板が「入射角とともに一般的に増加する反射率を示す」ことを特定することを説明する。この前側反射板は、例えば出願第６３２７４号に記載されているＡＲＦである。このＡＲＦには、ブロック偏光状態における垂直入射光に対して非常に高い反射率及び通過偏光状態における垂直入射光に対して低いが、かなりの反射率（例えば２５〜９０％）を有するような多層構造（例えば、望ましい屈折率関係と望ましい反射率特性を生成するため適した条件下で方向付けられた共押出ポリマーミクロ層）が含まれる。このブロック状態の光（光線５３のｐ偏光要素及び光線５５のｓ偏光要素）に対する非常に高い反射率は通常、すべての入射角に対して非常に高いままである。より興味深い現象は、通過状態の光（光線５３のｓ偏光要素及び光線５５のｐ偏光要素）に関して、垂直入射角で中間的な反射率を示すことである。入射面５２における斜めの通過状態の光は、入射角が増加するにつれて反射率増加を示す。これは、ｓ偏光反射率の性質によるものである（しかしながら、増加の相対的な量は、垂直入射角での通過状態反射率の初期値に依存する）。よって、面５２に平行な観測面におけるＡＲＦフィルムから放射された光は、角度によって部分的に平行化又は制限される。しかしながら、出願第６３２７４号で記載されているように、別の入射面５４における斜めの通過状態の光（すなわち、光線５５のｐ偏光要素）は、面内の屈折率の差に比べた、ミクロ層間のｚ軸の屈折率の差の度合と偏光に応じて、３つの現象の内いずれか１つを呈し得る。
【００７０】
第１の場合は、ブリュースター角が存在する場合、この光の反射率は入射角の増大とともに減少する。これにより、平面５４に対して平行な観測面において明るい軸外ローブが生じ、これは通常、ＬＣＤ表示アプリケーションにおいては望ましくない（他のアプリケーションにおいてはこの減少は容認できることがあり、ＬＣＤ表示アプリケーションの場合であってもこのローブ状出力は、プリズムフィルムなどの使用により方向を観測軸に向けることが可能である）。
【００７１】
別の場合は、ブリュースター角は、存在しないか非常に大きく、入射角が増大してもｐ偏光の反射率が比較的一定である。これは参照される観測面において比較的幅広い視角を生じさせる。
【００７２】
第３の場合は、ブリュースター角が存在せず、ｐ偏光の屈折率が入射角とともに著しく増加する。これは、参照される観測面において比較的狭い視角を生じさせることができる。このとき平行化の度合は、ＡＲＦのミクロ層間のｚ軸屈折率の差の度合を制御することによって少なくとも部分的に調整される。
【００７３】
当然、反射性表面５０は、ＡＲＦの有する非対称の軸上偏光特性を有している必要はない。例えば、対称性多層反射板は、ミクロ層の数、層の厚さ特性、屈折率等を適切に選択することによって高反射率を有し、しかし同時に著しい透過率を有するよう設計することができる。このような場合、光線５３及び５５の両方のｓ偏光要素は、互いに同じような程度で入射角とともに増加する。これも、ｓ偏光反射率の性質によるものであるが、相対的な増加量は垂直入射角反射率の初期値に依存する。光線５３及び光線５５両方のｐ偏光要素は、角度に対して双方同じ現象を有するが、この現象は前述の３つの場合のいずれかで制御可能である。これは、出願第６３２７４号で記載されているように、面内の屈折率の差に比べた、ミクロ層間のｚ軸の屈折率の差の度合と偏光を制御することによって行われる。
【００７４】
よって、前側反射板における入射角（あれば）に伴う反射率の増加は、使用可能な偏光状態の斜めの光がｐ偏光であるような平面内で、使用可能な偏光状態の入射光で表わすことができる。または、そのような反射率の増加は、あらゆる入射面において非偏光の光の平均的反射率で示すことができる。
【００７５】
具体的なＡＲＦ多層反射性フィルム以外の反射性（ただし部分的に透過性）コンポーネントも、使用が可能である。他の材料候補には次のものが含まれる。
【００７６】
【表１】
0005584117.tif 000004
【００７７】
上記の反射板は、適切な前側反射板を提供するため、単独又は組み合わせて使用することができる。
【００７８】
好ましい後側反射板は、可視光に対して高い半球反射率も有し、これは通常、前側反射板よりもはるかに高い。これは、バックライトに必要な光出力を供給するため、前側反射板は故意に部分的透過性として設計されるからである。ここで再び、出願第６３２７４号を参照する。この後側反射板の半球反射率はＲｂｈｅｍｉであり、Ｒｆｈｅｍｉで表わされる。好ましくは、積Ｒｆｈｅｍｉ＊Ｒｂｈｅｍｉは、少なくとも７０％（０．７０）、７５％又は８０％である。
【００７９】
好ましくは、前側及び／又は後側反射板は、鏡面特性と拡散特性のバランスを有することができ、これにより準鏡面反射特性が得られる。これについてのより完全な詳細は、同一出願人のＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号、タイトル「準鏡面コンポーネントを伴う再利用バックライト（RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS）」（代理人整理番号第６３０３２ＷＯ００３号）（「出願第６３０３２号」）に記載されている。このような反射板は入射角１５度で輸送率Ｔが１５％を上回り、入射角４５度で９５％未満である。ここでＴ＝（Ｆ−Ｂ）／（Ｆ＋Ｂ）であり、Ｆ及びＢは特定の入射角での前向き及び後向きの拡散光束である。このような準鏡面反射板を再利用空洞に組み込むことが、最小限の空洞厚さで最適な出力均一を実現するために、再利用空洞内での光の水平輸送と角度混合との間の望ましいバランスを提供するすることができる。準鏡面反射板の一例は、ビキュイティ（登録商標）（VikuitiTM）ＥＳＲフィルムであり、このフィルムが、ビーズ層と共にコーティングされている。
【００８０】
側面反射板も通常、損失を最小に抑え光の伝搬を高めるため、再利用空洞に含まれる。本明細書の他の場所で述べたように、側面反射板は、ゾーンで区切られた大きなバックライトの隣接する区分を分けるパーティションとすることができる。更に、好ましい再利用空洞の中空の性質は、側面反射板の設計におけるかなりの設計柔軟性に対し、容易に適合させることができる。一例において、側面反射板は、単純な矩形の内で、ケーキ焼き皿様の支持ユニットの反射性の壁にすることができる。あるいは、側面反射板は薄い反射性フィルムの細長い一片にすることができ、これは単独でも、また機械的支持のためにある程度固い基材に付着させて用いることもできる。このような場合、単に１本以上の側面反射板の細長い一片を曲げて望ましい形状にすることにより、矩形以外の形状の空洞エリアを作り出すことが比較的容易である。
【００８１】
バックライトの出力エリアは図６に示されており、参照番号６０は、従来の矩形設計によるバックライト出力エリアを表す。不規則な形の側面反射板６２は、例えば反射材料の細長い一片を曲げ、（矩形又はその他形状の）前側反射板と後側反射板の間に配置することで、不規則な形の右側エッジと共に出力エリアを生成している。出力エリアの他のエッジは、同様に形作ることができ、例えば楕円形など、矩形以外のさまざまな出力エリアの形状を提供することができる。
【００８２】
説明の目的のため、バックライトの再利用空洞を形成する前側反射板と後側反射板の光学的表面を更に規定すると便利である。図７は、バックライト７１０及び液晶パネル７３０を含む、ディスプレイシステム７００の概略断面図である。バックライト７１０は液晶（ＬＣ）パネル７３０に光を供給するよう位置決めされている。バックライト７１０は、空洞深さＨ及び出力領域７１８の面積Ａｏｕｔを有する中空の光再利用空洞７１６を形成する前側反射板７１２及び後側反射板７１４を含む。前側反射板７１２は、前側反射板フィルムスタックを形成する第１、第２及び第３前側反射板フィルム７２０、７２２，７２４を含む。本明細書に記載されているいかなる好適なフィルムを用いて、前側反射板７１２を供給することができる。
【００８３】
液晶パネル７３０は通常、パネルプレート７３８の間に配置された液晶７３６の層を含む。プレート７３８はしばしばガラスで形成され、内側表面上に、液晶層７３６内の液晶の方向を制御するための電極構造及び整列層を有する。これら電極構造は、液晶パネルのピクセルすなわち液晶の層のエリアを規定するように通常配列され、そして液晶の方向は隣接するエリアから独立して制御される。また、カラーフィルタ７４０は、液晶パネル７３０によって表示される画像をカラーにするために、１つ以上のプレート７３８と共に含むことができる。
【００８４】
液晶パネル７３０は、上側の吸収偏光材７３２と下側の吸収偏光材７３４との間に位置決めされる。図示されている実施形態において、上側及び下側の吸収偏光材７３２、７３４は、液晶パネル７３０の外側に位置する。吸収偏光材７３２、７３４及び液晶パネル７３０を組み合わせて、バックライト７１０からディスプレイシステム７００を通って観察者に届く光の透過を制御する。例えば吸収偏光材７３２、７３４は、透過軸が互いに垂直になるよう配置することができる。活性されていない状態では、液晶層７３６のピクセルは、そこを通る光の偏光を変えることはない。したがって、下側の吸収偏光材７３４を通る光は、上側の吸収偏光材７３２によって吸収される。ピクセルが活性化されると、そこを通る光の偏光が回転され、下側の吸収偏光材７３４を透過した光の少なくとも一部が上側の吸収偏光材７３２も通る。例えばコントローラ（図示なし）によって液晶層７３６の各々のピクセルを選択的に通電することにより、特定の望ましい場所で表示システム７００から光が通り抜けることにより、観察者から見える画像が生成される。コントローラには、例えばコンピュータ又はテレビ画像を受信及び表示するテレビコントローラを挙げることができる。
【００８５】
１つ以上の光学層（図示なし）は、例えば、ディスプレイ表面に機械的及び／又は環境的保護を提供するために、上側吸収偏光材７３４に近接して供給することができる。１つの代表的な実施形態において、この層は上側吸収偏光材７３４においてハードコートを含むことができる。
【００８６】
一部のタイプの液晶ディスプレイは上記とは異なった方式で動作できることは理解されよう。例えば、吸収偏光材７３２、７３４は平行に整列することができ、また液晶パネルは非活性状態のときに光の偏光方向を回転させることができる。これらの事柄があるとは言え、このようなディスプレイ装置の基本構造は、上記の構造と同様のままである。
【００８７】
前側及び後側反射板がほぼ無限大の広がりを有すると見なすモデリング化のため、可視非偏光に関する後側反射板の有効反射率「Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）」を、出力表面を規定する開口部以外の再利用空洞の内部にある反射性及び損失性要素すべてを含むものとして、規定することができる。この点において、ＬＥＤダイ、レンズ、パッケージング、回路、露出された回路基板などの損失性要素が、周囲の高反射率材料とともに面積率の中に含まれることになり、Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）を決定することができる。更に、反射性表面の間の物理的間隔も、この有効反射率の規定に含まれる。このＲｂｈｅｍｉ（有効分）表面の物理的位置は、次いで便宜上、物理的空洞内部の平均的表面と同一のものとして図に示すことができる。
【００８８】
更に、単純な構造を用いて前側反射板の光学的特性Ｒｆｈｅｍｉ、及びＴｕｓｅａｂｌｅ（０度）を規定すると便利である。ここで「使用可能」（時には、記号「ＩＩ」で表示）とは、アプリケーションのＬＣＤパネル７３０（図７のバックライトの上側に示す）の下側の吸収偏光材７３４の通過軸と整列する偏光状態を指す。
【００８９】
Ｒｆｈｅｍｉは測定可能な量であり、前側反射板の半球反射率を表わす。この前側反射板は、単一の反射性フィルム又は反射性フィルム若しくは反射性要素の無数の組み合わせからなるよう構成することができる。この組み合わせはラミネートすることも、また離して配置することもできるが、一般的には空洞の出力面と同じ広がりを有し、空洞内の光を完全に混合するために光源からの光を再利用するシステムとして共同で機能するコンポーネントとして規定される。この前側反射板のコンポーネントは、ディフューザープレートなどの拡散性要素、表面構造ディフューザー、並びにレンズ状及び／又はプリズムフィルムなどの反射性要素を含むことができる。
【００９０】
Ｔｕｓｅａｂｌｅ（０度）の値は、前側反射板及び吸収偏光板が全角度の光源（例えば角度混合の再利用空洞など）を覆った状態で、０度（前側反射板面に対して垂直）での透過光強度の、吸収偏光板が全角度で光源を覆うための、０°での強度に対する割合として規定される。ディスプレイアプリケーションが、垂直（０度）以外のいくつか他の角度群の光又は、ある偏光状態の光を受け入れるよう設計されている場合は、前側反射板の固有光学的特性はより一般的にＴｐｏｌ（Ω）で表わされ、ここでΩはバックライトの出力エリアからの光をアプリケーションが受け取る立体角を表わし、「ｐｏｌ」は、アプリケーションの利用に求められる光の偏光状態を示す。
【００９１】
図７を参照し、前側反射板７１２を、前側反射板フィルムの最も内側の表面７２６又は前側反射板コンポーネントのスタックで最も内側の反射性コンポーネントでの特性Ｒｆｈｅｍｉを有し、かつ前側反射板フィルムの最も外側の表面７２８，又は前側反射板コンポーネントのスタックで最も外側の反射性コンポーネントでの特性Ｔｐｏｌ（Ω）を有する表面として規定すると更に便利である。バックライト空洞深さＨは、次いでＲｂｈｅｍｉ（有効分）表面からの垂直距離及び特性Ｒｆｈｅｍｉを有する前側反射板の最も内側の表面７２６によって規定することができる。他の任意のバックライト空洞形態に関して、後側反射板Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）表面７１６及び前側反射板Ｒｆｈｅｍｉ表面７２６は、同一平面上ではなく、有効空洞深さＨｅｆｆは適切な幾何学的構造を用いて規定することができる。
【００９２】
多くの場合、積Ｒｆｈｅｍｉ＊Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）が０．７０以上、好ましくは０．８０以上、最も好ましくは０．９０以上を有するバックライト空洞の高い再利用特性を、十分に高い値のＴｐｏｌ（Ω）と組み合わせるのが望ましい。これにより、空洞内での角度混合と空間的混合が提供され、出力エリア全体にわたる脱出メカニズムとなり、アプリケーションに空間的に均一な明るさをもたらすことができる。
【００９３】
ＬＣＤパネルのような特定の偏光の光を必要とするアプリケーションの場合において、十分に高い値のＴｕｓｅａｂｌｅ（０度）が、垂直方向の周辺に分布する観察者の円錐に対してＬＣＤ使用可能な高い輝度を達成するために、必要になる場合がある。実際、新しい半導体、すなわち高輝度ＬＥＤ光源の登場と共に、高輝度ＬＥＤ光生成面を、ＬＥＤ発光の大部分を損失することなく、要求される輝度を大きなエリアかつ空間的に均一な出力表面に変換する二重の挑戦は、難しい問題となっている。よって本明細書に、目的のアプリケーションに対して適切な輝度と空間的均一性を有する、固有の幾何学的特性ＳＥＰ／Ｈ及びＡｅｍｉｔ／Ａｏｕｔを備える中空バックライトについて説明する。これは、驚くべきアプローチによって達成される。すなわち、そのアプローチとは、非常に高反射性の表面を前側及び後側に備え、これら反射性表面の鏡面及び拡散特性のバランスを組み合わせ、横断面（バックライトの出力エリアに平行な横断面）に近い伝搬方向でさらに最初に再利用空洞内に注入される光を部分的に平行化又は制限する光注入光学系を備えたバックライト空洞を採用することである。更に、固有の前側反射板Ｔｐｏｌ（Ω）特性の使用によって、アプリケーションで使用可能な偏光の高輝度適用が達成できることを見出した。
【００９４】
良好な近似を得るため、内部光源によって放射された光の大部分が、ほぼ同一の広がりを持つ前側反射板と後側反射板の間で複数回の反射を行う、適切に設計された光学的空洞は、その空洞内で方向と空間的位置の両方を実質的にランダム化することができる空洞内に光線を有する。この光線の空間的及び角度的ランダム化を達成するのに必要な複数回の反射の回数は、かなりの部分、反射要素の鏡面及び拡散特性に依存する（例えば出願第６３０３２号を参照）。
【００９５】
空洞内で光線の角度的及び空間的ランダム化を高程度行うバックライトの再利用空洞について、出力表面を通って特定の出力角Ωへの輝度は、出力表面に沿ってさまざまな点においてほぼ等しい。そのような再利用空洞において、特定の出力角Ωへの輝度は、次の式によって近似することができる。
【００９６】
Ｌ（Ω）＝（（光源ルーメン量）／（２π×Ａｏｕｔ））＊（Ｔｐｏｌ（Ω）／（１−Ｒｆｈｅｍｉ×Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）））
「光源ルーメン量」とは、空洞内に配置された又は空洞に光学的に接続された光源によって空洞内に放射されるものである。式Ｔｐｏｌ（Ω）／（１−Ｒｆｈｅｍｉ×Ｒｂｈｅｍｉ（有効分））は、前側反射板と後側反射板を備えた再利用空洞について、光源だけの前方への半球（出力表面に向いた面）内での角度混合光束と比較したときの、偏光「ｐｏｌ」の立体角Ωに対する強度の部分的増加を表わす。
【００９７】
我々は、ＬＥＤ光源の特性及び光注入の幾何学が、新しい高反射性材料と組み合わせ、適切な前側反射板透過率特性とともに、バックライトパラメータ空間の新しい領域において実質空洞のバックライトを実現できるように設定され得ることを見出した。
【００９８】
コンポーネントの特性
我々は、後側反射板コンポーネントとして現在使用されている又は使用される可能性があるいくつかの材料についてＲｂｈｅｍｉを測定した。使用した測定装置は出願者が特別に作製したものだが、設計及び操作は単純である。ラブスフェア（Labsphere）によって製造された市販のスペクトラロン（Spectralon）製造の１５３ｍｍ（６インチ）積分球で、相互に直交する３つのポート付きのものを用い、前側反射板及び後側反射板サンプルについて、サンプルを照射し、半球反射率Ｒｈｅｍｉ及び垂直透過率Ｔｕｓｅａｂｌｅ（０度）を決定する。安定化した光源で、ポートの１つを通って球内を照らす。フォトリサーチ（PhotoResearch）ＰＲ６５０分光光度計を用いて、第２ポートを通って球内部の壁放射輝度を測定する。サンプルは、第３ポートに置かれる。既知の放射輝度標準を第３のポートに置き、較正基準の有り無しで球の壁放射輝度を測定することによって積分球壁放射輝度の較正を行う。Ｒｈｅｍｉは、第３のポートにサンプルを置いて測定する。サンプルの半球反射率Ｒｈｅｍｉは、そのサンプルの有り無しの球壁放射輝度の比を得ることによって及び単純な積分球輝度ゲインアルゴリズムを使用することによって求められる。このＲｈｅｍｉの測定は、全角度の入力、全角度の出力反射を、実際の再利用空洞内で起こるのとほとんど同様の方法で測定するため、バックライトの再利用空洞のパフォーマンスと密接な関係がある。更に、選択した立体角Ｔ（Ω）の透過率（ここでΩは、サンプル表面に対して垂直であるものに対する集光開口及びその場所によって規定される）は、第３ポートでフォトリサーチ（PhotoResearch）ＰＲ６５０分光光度計を使用して集められる。ＬＣＤ使用可能な垂直角での透過率Ｔｕｓｅａｂｌｅ（０度）は、サンプルに対して垂直角で分光光度計を用い、吸収偏光材のみの場合に比較した、サンプルとその上の吸収偏光材（サンリッツ（San Ritz）社のＬＣＤディスプレイ偏光材ＳＲ５５１８）の測定を参照することによって得られる。
【００９９】
上記の技法を用いて、Ｒｂｈｅｍｉが次の材料について決定された。
【０１００】
【表２】
0005584117.tif 000005
【０１０１】
ＥＳＲは、スリーエム（３Ｍ）社から入手可能なビキュイティ（登録商標）（VikuitiTM）輝度向上鏡面反射板多層ポリマーフィルムである。ＥＳＲの半球反射率は９９．４％である。
【０１０２】
ＭＣ−ＰＥＴは、フルカワ・アメリカ（Furukawa America）社（ジョージア州ピーチツリーシティ（Peachtree City））から入手可能なマイクロセルＰＥＴ反射性シートである。ＭＣＰＥＴは拡散的反射性である。
【０１０３】
２ｘＴＩＰＳは、高反射率を有する多孔性ポリプロピレンフィルムで、例えば米国特許第５，９７６，６８６号（ケイター（Kaytor）他）に記載されている熱誘導相分離を用いて製造することができる。ＴＩＰＳシート２枚を、光学的接着剤を用いてラミネート接着し、１枚のラミネートを形成した。ランバート拡散反射板は、半球反射率平均が９７．５％であった。
【０１０４】
スリーエム（3M）社のＢＤＧ  ＥＳＲは、複数の光学的要素をＥＳＲフィルムにコーティングした光学フィルムである。コーティングプロセスは、幾何学的平均直径約１８μｍの小さいＰＭＭＡビーズ（ＭＢＸ−２０、積水（Sekisui）から入手可能）を、イルガキュア（Iragacure）１４２４３７−７３−０１、ＩＰＡ及びコグニス（Cognis）のフォトマー（Photomer）６０１０の溶液中に分散させることを含む。この溶液をコーティング機に計り入れ、ＵＶ硬化を行った後、厚さ約４０μｍの乾燥コーティングを生成した。この厚さで、ＰＭＭＡビーズの分散により部分的な半球形表面構造を空間的にランダムに分布させた状態を作ることができた。平均表面の上にあるＰＭＭＡビーズの突出部の平均半径は、平均のビーズ半径の約６０％と見積もられた。この乾燥した基材は、コーティング内のバルク分散を最小限に抑えながら、ＰＭＭＡビーズとほぼ同じ屈折率を有するよう配合された。ＢＥＳＲは半球反射率が９８．０％であった。
【０１０５】
単一反射性フィルム又は反射性要素と拡散性要素の組み合わせのいずれであっても、前側反射板としての使用に適している可能性がある材料について、上記の技法を用いて、更なる特性測定が実施された。この特性測定の結果を次の表に示す。
【０１０６】
【表３】
0005584117.tif 000006
【０１０７】
８９％Ｒ非対称反射性フィルム（ＡＲＦ−８９）には、複屈折９０／１０  ｃｏＰＥＮ及び非複屈折ＰＭＭＡの交互積層ミクロ層２６４層が含まれていた。２６４層の交互積層ミクロ層は、１／４波長層の２枚組を順に並べて配列された。この層の厚さ勾配は、波長約４００ｎｍ〜９００ｎｍの周波数帯域にわたって、１つの偏光軸に関して強い反射共鳴を幅広く均一に提供し、またそれに直交する軸に関して弱い反射共鳴を提供するよう設計された。厚さ５マイクロメートルの９０／１０  ｃｏＰＥＮ被膜層が、ばらつきのある交互のミクロ層スタックの外側表面に配置された。交互積層ミクロ層、ＰＢＬ、被膜層を含んだフィルムの全体的な厚さは、約４０マイクロメートルであった。このフィルムは、本明細書に記載されている手法を用いて製造した。
【０１０８】
９０／１０  ｃｏＰＥＮ層の複屈折の屈折率値（６３３ｎｍで測定）は、ｎｘ１＝１．７８５、ｎｙ１＝１．６８５、ｎｚ１＝１．５１８及びＰＭＭＡ層の屈折率はｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９４であった。
【０１０９】
ＡＲＦ−８９は、通過軸において軸上平均反射率が８９％、ブロック軸において軸上平均反射率が９８％及び半球反射率が９２．５％であった。
【０１１０】
８４％Ｒ非対称反射性フィルム（ＡＲＦ−８４）には、複屈折９０／１０  ｃｏＰＥＮ材料及び非複屈折ＰＭＭＡ材料の交互積層ミクロ層２６４層が含まれていた。２６４層の交互積層ミクロ層は、１／４波長層の２枚組を順に並べて配列された。この層の厚さ勾配は、波長約４００ｎｍ〜９００ｎｍの周波数帯域にわたって、１つの偏光軸に関して強い反射共鳴を幅広く均一に提供し、またそれに直交する軸に関して弱い反射共鳴を提供するよう設計された。厚さ５マイクロメートルの９０／１０  ｃｏＰＥＮ被膜層が、ばらつきのある交互のミクロ層スタックの外側表面に配置された。交互積層ミクロ層、ＰＢＬ、被膜層を含むＡＲＦ−８４の全体的な厚さは、約４０μｍであった。このフィルムは、本明細書に記載されている手法を用いて製造した。
【０１１１】
９０／１０のｃｏＰＥＮ交互積層ミクロ層の複屈折の屈折率値（６３３ｎｍで測定）は、ｎｘ１＝１．７８５、ｎｙ１＝１．６８５及びｎｚ１＝１．５１８であり、並びにＰＭＭＡミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９４であった。
【０１１２】
ＡＲＦ−８４は、通過軸において軸上の平均反射率が８３．７％で、ブロック軸において軸上の平均反射率が９７．１％、及び半球反射率が８８．５％であった。
【０１１３】
６８％Ｒ非対称反射性フィルム（ＡＲＦ−６８）には、複屈折９０／１０のｃｏＰＥＮ材料及び非複屈折ＰＭＭＡ材料の交互積層ミクロ層２７４層が含まれていた。２７４層の交互ミクロ層は、１／４波長層の２枚組を順に並べて配列された。この層の厚さ勾配は、波長約４００ｎｍ〜９７０ｎｍの周波数帯域にわたって、１つの偏光軸に関して強い反射共鳴を幅広く均一に提供し、またそれに直交する軸に関して弱い反射共鳴を提供するよう設計された。ＳＡ１１５が７５％、ＤＰ２５５４が２５％の混合物の厚さ５マイクロメートルの被膜層が、ばらつきのある交互のミクロ層スタックの外側表面に配置された。交互ミクロ層、ＰＢＬ及び被膜層を含むこの非対称反射性フィルムの全体的な厚さは、約５０μｍであった。このフィルムは、本明細書に記載されている手法を用いて製造した。
【０１１４】
９０／１０のｃｏＰＥＮの交互積層ミクロ層及びＰＭＭＡ材料の複屈折の屈折率値は波長６３３ｎｍで測定された。ｃｏＰＥＮミクロ層の屈折率は、ｎｘ１＝１．８２０、ｎｙ１＝１．６１５、及びｎｚ１＝１．５０５であった。ＰＭＭＡミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９４であった。
【０１１５】
ＡＲＦ−６８は、通過軸において軸上の平均反射率が６８．４％で、ブロック軸において軸上の平均反射率が９９．５％並びに半球反射率が８３．２％であった。
【０１１６】
３７％Ｒ非対称反射性フィルム（ＡＲＦ−３７）には、複屈折９０／１０のｃｏＰＥＮ材料並びに非複屈折のＣｏＰＥＴ−Ｆ及びＤＰ２９３４１混合の交互積層ミクロ層２７４層が含まれていた。２７４層の交互積層ミクロ層は、１／４波長層の２枚組を順に並べて配列された。この層の厚さ勾配は、波長約４２０ｎｍ〜８５０ｎｍの周波数帯域にわたって、１つの偏光軸に関して強い反射共鳴を幅広く均一に提供し、またそれに直交する軸に関して弱い反射共鳴を提供するよう設計された。厚さ５マイクロメートルのｃｏＰＥＮの５５／４５／ＨＤ被膜層が、ばらつきのある交互のミクロ層の外側表面に配置された。交互積層ミクロ層、ＰＢＬ、被膜層を含んだＡＲＦ−３７の全体的な厚さは、約５０μｍである。このフィルムは、本明細書に記載している手法を用いて製造した。
【０１１７】
９０／１０のｃｏＰＥＮの交互積層ミクロ層で測定された複屈折の屈折率値（６３３ｎｍで測定）は、ｎｘ１＝１．８２０、ｎｙ１＝１．６１５及びｎｚ１＝１．５０５であり、並びにｃｏＰＥＴ−Ｆ＋ＤＰ２９３４１層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５４２であった。
【０１１８】
ＡＲＦ−３７は、通過軸において軸上の平均反射率が３８．１％で、ブロック軸において軸上の平均反射率が９９．０％及び半球反射率が６７．６％であった。
【０１１９】
非対称反射性フィルム３層ラミネート（３ｘＡＲＦ）には、２枚の厚い光学的接着層を用いて接着されラミネートに形成された３枚の非対称反射性フィルムが含まれていた。各フィルムには、複屈折９０／１０  ｃｏＰＥＮ及び非複屈折ＰＥＴ−Ｇの交互積層ミクロ層２７４層が含まれていた。２７４層の交互積層ミクロ層は、１／４波長層の２枚組を順に並べて配列された。この層の厚さ勾配は、波長約４１０ｎｍ〜９４０ｎｍの周波数帯域にわたって、１つの偏光軸に関して強い反射共鳴を幅広く均一に提供し、またそれに直交する軸に関して弱い反射共鳴を提供するよう設計された。個々の多層光学フィルム上に被膜層はなかった。各フィルムは、本明細書に記載している手法を用いて製造した。交互積層ミクロ層、ＰＢＬ及び接着層を含んだ２ｘＡＲＦの全体的な厚さは、約１００μｍであった。９０／１０のｃｏＰＥＮ交互積層ミクロ層の複屈折の屈折率値（６３３ｎｍで測定）は、ｎｘ１＝１．８３０、ｎｙ１＝１．６２０、及びｎｚ１＝１．５００であって、並びにＰＥＴ−Ｇミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５６３であった。
【０１２０】
３ｘＡＲＦは、通過軸において軸上の平均反射率が４８％、半球反射率が７５．４％であった。
【０１２１】
非対称反射性フィルム４層ラミネート（４ｘＡＲＦ）には、３枚の厚い光学的接着層を用いて接着されラミネートに形成された４枚の非対称反射性フィルムが含まれていた。各フィルムには、複屈折９０／１０  ｃｏＰＥＮ及び非複屈折ＰＥＴ−Ｇの交互積層ミクロ層２７４層が含まれていた。２７４層の交互積層ミクロ層は、四分の一波長層の２枚組を順に並べて配列された。この層の厚さ勾配は、波長約４１０ｎｍ〜９４０ｎｍの周波数帯域にわたって、１つの偏光軸に関して強い反射共鳴を幅広く均一に提供し、またそれに直交する軸に関して弱い反射共鳴を提供するよう設計された。個々の多層光学フィルム上に被膜層はなかった。各フィルムは、本明細書に記載している手法を用いて製造した。交互積層ミクロ層、ＰＢＬ、接着層を含んだ４ｘＡＲＦの全体的な厚さは、約２００μｍであった。
【０１２２】
測定された９０／１０ｃｏＰＥＮ交互積層ミクロ層の複屈折の屈折率値（６３３ｎｍで測定）は、ｎｘ１＝１．８３０、ｎｙ１＝１．６２０、及びｎｚ１＝１．５００であり、並びにＰＥＴ−Ｇの屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５６３であった。
【０１２３】
４ｘＡＲＦは、通過軸において軸上の平均反射率が５５．６％、半球反射率が７９．２％であった。
【０１２４】
非対称反射性フィルム５層ラミネート（５ｘＡＲＦ）には、ラミネート体内に非対称反射性フィルムのシート５枚を接着するのに用いられる４枚の厚い光学的接着層が含まれている。各フィルムには、複屈折９０／１０のｃｏＰＥＮ及び非複屈折ＰＥＴ−Ｇの交互積層ミクロ層２７４層が含まれていた。２７４層の交互積層ミクロ層は、１／４波長層のペアが順に並べて配列されている。この層の厚さ勾配は、波長約４１０ｎｍ〜９４０ｎｍの周波数帯域にわたって、１つの偏光軸に関して強い反射共鳴を幅広く均一に提供し、またそれに直交する軸に関して弱い反射共鳴を提供するよう設計されていた。個々の多層光学フィルム上には被膜層はなかった。交互積層ミクロ層、ＰＢＬ、接着層を含む５ｘＡＲＦの全体的な厚さは、約２６０μｍであった。測定（６３３ｎｍ）された９０／１０のｃｏＰＥＮ材料の交互積層ミクロ層の複屈折の屈折率値は、ｎｘ１＝１．８３０、ｎｙ１＝１．６２０及びｎｚ１＝１．５００であって、並びにＰＥＴ−Ｇ材料の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５６３であった。
【０１２５】
以下の実施例において、５ｘＡＲＦは、５ｘＡＲＦの一方の表面（後側反射板に面する側）にラミネートさせたオパルス（Opalus）ＢＳ−７０２ビーズ（恵和株式会社（Keiwa Corp.）から入手可能）と共に用いて、これによりゲインディフューザーのビーズ（すなわち微小球）を後側反射板に面するようにした。
【０１２６】
ビーズ付着ゲインディフューザーにラミネートされた５ｘＡＲＦは、通過軸において軸上の平均反射率が６１．７％、及び半球反射率が８１．１％を有していた。
【０１２７】
ＢＧＤは、特に指定がない限り、下記実施例のいくつかにはオパルス（Opalus）ＢＳ−７０２ビーズ付着ゲインディフューザー（恵和（Keiwa Corp）から入手可能）が含まれた。
【０１２８】
ＤＢＥＦは、スリーエム社（3M Company）から入手可能な多層反射偏光フィルムであり、ＤＢＥＦは半球反射率５０．８％を有していた。
【０１２９】
ＡＰＦは、スリーエム社（3M Company）から入手可能な多層反射偏光フィルムであり、ＡＰＦは半球反射率５１．０％を有していた。
【０１３０】
ＬＥＤなど、非常に小面積の光源の最近の登場は、バックライトの再利用のための後側反射板の反射性レベルが実質的に向上する機会をもたらしている。実際、ＬＥＤ発光表面積は、ＣＣＦＬなどの従来の光源に比べて非常に小さいため、再利用空洞の後側反射板表面のほとんどすべては、前述の表Ｉに記述されているように、非常に高いＲｂｈｅｍｉを有する材料からなることができる。もちろん、光線角度をランダム化して、空間的に均一な出力表面輝度を作り出すのに、その空洞がどれくらい有効であるかを実用上判定するのは、再利用空洞のＲｂｈｅｍｉ（有効分）値である。前述したように、Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）値は、光源及びエレクトロニクスに関連した再利用空洞内の低反射率要素を含む。我々は、小さなパッケージ化されたダイのＲＧＧＢのＬＥＤ、露出した回路、及び露出した局所回路板からなるクリー（Cree）社のＸ−ランプ・アレイの有効反射率の特性を測定した。可視光反射率は、ＲＧＧＢの小型ダイクラスターを含み、かつ周辺の露出された部分に関して特徴づけられ、その反射率は可視光帯域で平均約５０％と見積もられた。よって我々はＲＬＥＤ−ａｒｅａｈｅｍｉ＝〜５０％という妥当な仮定を行うことができる。
【０１３１】
出願第６３２７４号において、ＲＧＢ小型パッケージダイのクラスター６６個が、再利用空洞の矩形の後側表面上に配列され、後側反射板表面の大半は３Ｍ社の２ｘＴＩＰＳで覆われ、３Ｍ社の反射鏡ＥＳＲが矩形の箱形の側面を覆っている。図８は個々のクラスターの平面図であり、寸法はミリメートル単位で表わされている。６６個のＲＧＢダイのクラスターの幾何学的配置及び隣接する高反射率の２ｘＴＩＰＳ材料を注意深く調べると、ＬＥＤパッケージ及び回路に関連する材料の露出された面積は、後側反射板面積の約１１．２％であり、残る８８．８％の面積は２ｘＴＩＰＳで覆われていた。コンポーネントのそれぞれのためのＲｈｅｍｉの単純な面積割合平均値はＲｂｈｅｍｉ（有効分）＝９２．２％となる。出願第６３２７４号の実施例Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、２７及び２８に記載（各例の詳細記述は出願を参照）されている前側反射板について、再利用バックライトのＲｂｈｅｍｉ（有効分）の値は、表ＩＩに示す測定値を用い、並びに、Ｔｕｓｅａｂｌｅ（０度）及びＲｆｈｅｍｉの測定値を前述のＬ（Ω）の式に適用して検証することができる。この場合、ＬＥＤＲＧＢのクラスターでの光束出力は３．５５ルーメン／クラスターと仮定された。
【０１３２】
図９は、実施例Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、２７及び２８の各前側反射板タイプについて測定された平均輝度（０度）が、Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）の他の値と比較して、Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）＝９２．２％の仮定に十分匹敵する。これは、後側反射板のＲｂｈｅｍｉコンポーネントの面積比率の加重によってＲｂｈｅｍｉ（有効分）を計算するのが有効であることを示している。図９は、空洞効率の小さな変化（Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）値によって表わされる）がバックライトの輝度に対して及ぼし得る大きなかつ驚くべきインパクトも示している。
【０１３３】
後側反射板における低反射率材料の面積比率が更に減少することを利用した他の再利用バックライト設計は、光線の角度及び空間的混合において大きな改善をもたらし、アプリケーションで前側出力表面を通る光の損失が少なくなるという、非常に有利となる可能性がある。これは特に、大型パッケージのＬＥＤダイで、ダイの大きさが１平方ミリメートル程度の場合の再利用バックライトアーキテクチャの事例において該当する。このような場合、再利用空洞内又は周辺に沿ったＬＥＤ光源配置に関連した低反射率材料の面積比率は、著しく減少する。後側反射板コンポーネントの選択に応じて、Ｒｂｈｅｍｉ（有効分）は９６％を超え、好ましくは９７％を超え、更に好ましくは９８％を超えることが可能である。
【０１３４】
実施例への前書き−均一性について
後述するように、さまざまな組み合わせのバックライトについて作製及び試験が行われた。多くの場合、各バックライトについて平均輝度及び均一性指標の両方がもたらされている。これらの結果により、少なくともある程度、所与のバックライトが、特定の目的のアプリケーション、かつ液晶テレビ及び類似の最終用途機器に必ずしも限定されないアプリケーションに適し得るか否かを評価できる。
【０１３５】
よって本明細書で使用される「許容できる」空間的均一性」とは、全体的な強度と色の両方について許容できる均一性のことを意味する。輝度及び空間的均一性として何が許容できるかと見なされるのは、そのバックライトが使用される個々のアプリケーションによって異なる。例えば、ＬＣＤ均一性の共通の参照標準であるＴＣＯ  ０５（スウェーデン専門家職員連盟（The Swedish Confederation of Professional Employees）、バージョン２．０、２００５年９月２１日、９頁）では、許容できる閾値輝度比を６６％と定めている。具体的な技術の商品化初期においては、均一性標準は低くなることがある。例えばノートブックコンピュータが最初に導入されたとき、許容できる均一性は５０〜６０％の範囲内であった。更に、例えば内側が点灯するチャンネルレターも、輝度均一性が重要な性能指標となるアプリケーションの１つである。ここで、ヒューマンファクターに関する研究では、チャンネルレターの輝度比が５０％を超えると、多くの人がその均一性が許容できると判断することが示されている。例えばフレイシニア（Freyssinier）他著の「看板アプリケーション用の発光ダイオードの評価（Evaluation of light emitting diodes for signage applications）」（第３回半導体照明国際会議（Third International Conference of Solid State Lighting）、ＳＰＩＥ会報５１８７、２００４年、３０９〜３１７）を参照されたい。緊急表示も、発光パネルの一般的なアプリケーションである。均一性の仕様の一例が、出口表示に関するエネルギー・スター（Energy Star）プログラムである。「出口表示に関するエネルギー・スタープログラムの要件（Energy Star Program Requirements for Exit Signs）」（草稿１、適合基準バージョン３．０）を参照されたい。エネルギー・スターの指定に適合する出口表示については、輝度均一性は２０：１（すなわち５％）を上回ることとされている。
【０１３６】
ビデオエレクトロニクス標準協会（The Video Electronics Standards Association、VESA）では輝度と色の均一性に関するガイドラインを定め、同協会の出版物「フラットパネルディスプレイ測定基準（Flat Panel Display Measurements Standard）」（バージョン２．０、２００１年６月１日発行）の標準３０６−１、「サンプル均一性と白色（Sampled Uniformity and Color of White）」に記述されている（本明細書では「ＶＥＳＡ  ９ｐｔ色不均一性標準（VESA 9pt Color Nonuniformity Standard）」と呼ぶ）。本明細書で報告されているＶＥＳＡ９ｐｔ輝度均一性（VESA 9pt Luminance Uniformity）は、バックライトの出力表面上の、指定された円形領域９ヶ所（「サンプル点」と呼ぶ）から次のように決定される。
【０１３７】
【数３】
0005584117.tif 000007
【０１３８】
ここでＬｍｉｎは９つの点の輝度の最小値であり、Ｌｍａｘは９つの点の輝度の最大値である。ＶＥＳＡ  ９ｐｔ輝度均一性の値が大きいほど、そのシステムの均一性が高いことを示す。
【０１３９】
ＶＥＳＡ  ９ｐｔ色不均一性は、９つの点の内任意の２組の間で、色の差が最も大きい値として決定される。色の差Δｕ’ｖ’は次の式で表わされる。
【０１４０】
【数４】
0005584117.tif 000008
【０１４１】
ここで添字１及び２は、比較する２つのサンプル点を示す。ＶＥＳＡ  ９ｐｔ色不均一性の値が小さいほど、そのシステムの均一性が高いことを示す。
【０１４２】
バックライトの実施例
さまざまな組み合わせのバックライトについて製作及び試験が行われた。構成の詳細（バックライトの形状、反射板及びその他使用された光学的材料、使用された光源、光源の配置、その他主要なバックライトコンポーネント）、試験の方法、及び結果については、前述の特許出願第６３２７４号に記載されており、それらの情報はすべて、引用によって全体が本明細書に組み込まれる。その出願では、構成したさまざまな実施形態について次の表記が使用されており、本出願ではこの表記に従う。
【０１４３】
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８並びに
１、２、３、４、５、６ａ〜６ｆ、７、８、９、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ〜１２ｆ及び１３〜３１。
【０１４４】
下記で説明するように、これらの例では、前述の望ましい空洞設計空間を占める中空の光再利用空洞が数多く説明されており、少なくとも適切な輝度と均一性特性を提供している。更に、これらの例では前側反射板及び後側反射板の反射性フィルムのさまざまな組み合わせの効果が示される。さまざまな光源配置も含まれており、この一部はエッジ点灯式タイプ、その他は直接点灯式タイプである。大規模エリア用エッジ点灯式バックライト（対角寸法が少なくとも３０５〜１０１６ｍｍ（１２〜４０インチ）の範囲）も含まれている。いくつかの例では、選択した光源を消したときの影響が示され、一部の例では光源の故障や球切れに対する設計の強靱さが示されている。最後に、請求項において引用されている特性を示すために提出されるさまざまな組み合わせの実施例を下記に示す。
【０１４５】
追加実施例２１ａ〜２１ｈ
いくつかの追加実施例が次のように実施された。これらの追加実施例では、実施例２０及び２１として、いくつかの例で前側反射板として使用されたＡＲＦ−８９フィルムの代わりに３Ｍ社のＡＰＦ反射偏光フィルムが使用された以外は、同じ物理的レイアウトが使用され、更に光源の球切れに対する感受性を明らかにするために電源のさまざまな組み合わせでオン・オフが切り替えられた。これらの追加実施例を、実施例２１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆとして示す。
【０１４６】
実施例２０及び２１のバックライトシステムがこれらの実施例に使用されたが、唯一の違いは、緑色ＬＥＤの１つの電源がオフにされたことである。オフにされた緑色ＬＥＤは、上端に沿って配置されているＬＥＤバーのある出力側からボックスを見たときに、ＬＥＤの左側バンクの左側に位置していたものである。
【０１４７】
実施例２１ａ：エッジ点灯の中空バックライトの出力領域は、反射偏光板（アクリルプレートにＡＰＦ搭載）で覆われており、これがバックライトの出力エリアにおいて配置された。すべてのＬＥＤ（赤、緑及び青の構成で、前述の単一緑色ＬＥＤを除けば、合計で４Ｒ  ７Ｇ  ４Ｂの構成）が、白色光を生成するように通電された。バックライトはＬＥＤの近くではより明るく、端（ＬＥＤから離れた場所）では明らかにより暗かった。
【０１４８】
実施例２１ｂ：実施例２１ａと同一構成が使用され、ただし緑色ＬＥＤだけが通電された（前述の単一緑色ＬＥＤを除けば、合計で７Ｇの構成）。バックライトはＬＥＤの近くではずっと明るく、端（ＬＥＤから離れた場所）ではより暗かった。
【０１４９】
実施例２１ｃ：実施例２１ａと同一構成が使用され、ただしＬＥＤの右側バンクの緑色ＬＥＤ４つだけが通電された（合計で４Ｇ）。バックライトはＬＥＤに近い右側ではずっと明るく、端（ＬＥＤから離れた端部）ではより暗く、またＬＥＤが点灯していない左側でもより暗かった。
【０１５０】
実施例２１ｄ：実施例２１ａと同一構成が使用され、ただしＬＥＤの左側バンクの緑色ＬＥＤ３つだけが通電された（合計で３Ｇ）。バックライトはＬＥＤに近い左側ではずっと明るく、端（ＬＥＤから離れた端部）ではより暗く、またＬＥＤが点灯していない右側でもより暗かった。
【０１５１】
実施例２１ｅ：エッジ点灯の中空バックライトの出力領域は、部分反射板（アクリルプレートにＡＲＦ−８９を搭載）で覆われており、これがバックライトの出力エリアにおいて配置された。部分反射板は、可視光に関して通過軸方向の透過率が約１１％であった。バックライトの後側は、ビーズでコーティングされたＥＳＲで覆われた。すべてのＬＥＤ（赤、緑及び青の構成で、前述の単一緑色ＬＥＤを除けば、合計で４Ｒ  ７Ｇ  ４Ｂの構成）が、白色光を生成するように通電された。バックライトは均一に照らされて見えた。
【０１５２】
実施例２１ｆ：実施例２１ｅと同一構成が使用され、ただし緑色ＬＥＤだけが通電された（前述の単一緑色ＬＥＤを除き、合計で７Ｇ）。バックライトは均一に照らされて見えた。
【０１５３】
実施例２１ｇ：実施例２１ｅと同一構成が使用され、ただしＬＥＤの右側バンクの緑色ＬＥＤ４つだけが通電された（合計で４Ｇ）。バックライトは均一に照らされて見えた。
【０１５４】
実施例２１ｈ：実施例２１ｅと同一構成が使用され、ただしＬＥＤの左側バンクの緑色ＬＥＤ３つだけが通電された。バックライトは均一に照らされて見えた。
【０１５５】
これらの実施例の測定結果を下の表にまとめる。
【０１５６】
【表４】
0005584117.tif 000009
【０１５７】
上記の実施例のすべてより、我々はバックライト設計パラメータ、すなわちＡｅｍｉｔ／ＡｏｕｔであるパラメータＡ、及びＳＥＰ／ＨであるパラメータＢを計算するのに十分な情報を得た。
【０１５８】
エッジ点灯式の実施例のプロットを図１０に、及び直接点灯式の実施例のプロットを図１１に示す。いずれの図でも、図中に使用されているラベルは上記掲載の実施例番号に対応している。
【０１５９】
本明細書に記述されているさまざまなバックライト実施形態には、光源からの光の輝度及び色のいずれか一方又は両方を検知し制御する光センサーフィードバックシステムを含むことができる。例えば、出力を監視するためにセンサーを個々の光源又は光源クラスターの近くに配置し、白色点又は色温度の制御、維持又は調節を行うためのフィードバックを提供することができる。空洞の縁に沿って又は空洞内に１つ以上のセンサーを配置すると、混合光をサンプル採取することができ、有用であり得る。場合によっては、観測環境、例えばディスプレイがある部屋に、ディスプレイの外側の周囲光を検知するセンサーを置くことが有用であり得る。周囲の観測条件に基づき光源の出力を適切に調節するために、制御ロジックを用いることができる。例えば、光−周波数変換センサー又は光−電圧変換センサーなど（テキサス州プレーノー（Plano））のテキサス・アドバンスト・オプトエレクトロニック・ソリューションズ（Texas Advanced Optoelectronic Solutions）社から入手可能）、適切な１つ以上の任意のセンサーを使用することができる。更に、光源の出力の監視及び制御のために、温度センサーを使用することができる。これらの技法のいずれも、動作条件及びコンポーネントの経時的変化に対する補償に基づく、光出力の調節に使用することができる。更に、ダイナミックコントラスト、垂直スキャン若しくは水平ゾーン又はフィールドシーケンシャルシステムに関して、制御システムにフィードバック信号を供給するために、センサーを使用することができる。
【０１６０】
他に明示がない限り、「バックライト」という語は、目的とされるアプリケーションとして、公称上均一とされる照明を提供する他の広い分野の照明装置にも適用される。そのような他の装置は、偏光出力又は非偏光出力のいずれでも供給されてもよい。実施例には、ライトボックス、発光パネル、表示、チャンネルレター、自動車又はオートバイ用の視認性ライト及び室内用設計（自宅若しくはオフィス）又は屋外用設計の一般照明装置、時に「照明器具」と呼ばれるものが含まれる。また、エッジ点灯式装置は、相対する主表面の外へ、すなわち、前述の「前側反射板」と「後側反射板」両方の外へ−光を放射するよう構成できることにも注意されたい。この場合は、前側反射板と後側反射板の両方とも、部分透過性である。このような装置は、バックライトの相対する面に配置された２つの独立したＬＣＤパネル又は他の図形表示要素を照らすことができる。この場合、前側反射板及び後側反射板は同一又は類似の構成とすることができる。
【０１６１】
「ＬＥＤ」という語は、可視、紫外線又は赤外線にかかわらず、光を放射するダイオードを指す。これは、従来型か、超放射型かにかかわらず、「ＬＥＤ」として販売されているばらつきのある封入又は密閉型の半導体装置を含む。ＬＥＤが紫外線などの非可視光線を放射する場合及びＬＥＤが可視光線を放射するある特定の場合、ＬＥＤは蛍光体を含んでパッケージ化され（あるいは離れて配置された蛍光体を照射することができ）、短波長の光を長波長の可視光線に変え、特定の場合には白色光を放射する装置を提供する。「ＬＥＤダイ」は、最も基本的な形態、すなわち半導体プロセス手順によって製造される個々の構成要素又はチップの形態のＬＥＤである。構成要素又はチップは、デバイスに電圧を加えるための電力の適用に好適な電気接点を含むことができる。構成要素又はチップの個々の層及びその他の機能的要素は、通常、ウエハスケールで形成した後、仕上がったウエハを個々の小片に切り、多数のＬＥＤダイとすることができる。ＬＥＤは、カップ形状の反射板又は他の反射性基材、単純なドーム形状のレンズ、他の既知の形状若しくは構造体に成型された封入材、抽出材及びその他パッケージング要素で前方発光、側方発光、その他望ましい光出力分布を行うのに用いられるものを含むことができる。
【０１６２】
他に指示がない限り、ＬＥＤという語の参照は、カラーか、白色かを問わず、並びに偏光か非偏光かを問わず、小さな発光面積で明るい光を放射することができる他の光源にも適用される。実施例には半導体レーザーデバイス及び固体レーザーポンプを利用した光源が含まれる。
【０１６３】
いくつかの実施形態において、エッジ点灯式バックライトの輝度均一性は、注入光出力方向の狙いを定め、隣接する光源若しくは光源群との間の間隔を調節し又はこの２つの技法を組み合わせることにより向上させることができる。例えば、本明細書に記載されている狭い光分布の円錐角度を有する前方発光光源は、光源によって放射された光の方向を制御する一方法として選択することができる。通常、エッジ点灯式バックライトに関しては、放射された光線が入力エッジにほぼ垂直及び互いに平行に導かれるように、１つ以上のバックライトエッジに沿って光源を配列することができる。１つ以上の光源の光線を非垂直方向及びバックライトの選択されたエリアに向けることによって、選択されたエリアの輝度を増加させ、それに対応して他のエリアで輝度を減少させることができる。例えば、エッジに沿って均一に配置された光源を有するバックライトにおいて、すべての光線がバックライトのほぼ中央で交差するように光源の向きを配置し、これにより中央を明るくし、エッジの明るさを減らすことができる。すべてではなく、それより少ない光線を中央で交差させるように向けると、中央の輝度を減少させることができ、よって輝度を望むレベルに調整するメカニズムが提供される。類似の配置を用いて、例えば明るいエッジ部と、それより暗い中央部を生じるようにすることができる。光源の発光方向を制御するには、例えば光源の取り付け方向やレンズ、抽出材、平行化する反射板などの任意の適切な技法を用いることができる。
【０１６４】
光源は、その間隔が不均一になるように、バックライトの１つ以上のエッジに沿って配置することができる。この場合、光源が密に配置されたバックライト部分はより明るくなる傾向がある。例えば、４０個のＬＥＤを一方のエッジに沿って配置されたバックライトにおいて、中央部の２０個のＬＥＤを、両端に近い側の１０個ずつのＬＥＤよりも密に配置し、これにより中央部をより明るくすることができる。類似の調節を用いて、端側を明るくすることができる。
【０１６５】
このような光源間の不均一な間隔は、個々の光源又は光源群の出力を調節することによって、物理的な不均一間隔を模することも可能である。例えば、１つ以上の光源の電源を切る又はオフにすることにより、注入された光の分布を制御することができる。
【０１６６】
光源の向きと分布のいずれか一方又は組み合わせとともに、他の適切な技法を用いて、望ましい出力光分布を供給することができる。例えば、局所的抽出構造の均一パターン又は不均一パターンを、前側反射板及び後側反射板の一方又は両方に施すことにより、バックライトから出る光の一部の向きを変えることができる。
【０１６７】
特に明示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される形状寸法、量及び物理的性質を表す全ての数は、「約」という用語によって変更されることを理解されたい。したがって、特に記載されない限り、前述の明細書及び添付の請求の範囲に記載される数のパラメータは、本願明細書において開示される教示を利用している当業者によって得られるべき所望の性質によって変更可能である近似値である。
【０１６８】
本開示の範囲及び趣旨から逸脱しない、本開示の様々な修正及び変更は、当該技術分野においては明らかであり、本開示は、ここに記載された例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。ここに引用されている米国特許、特許出願公開、未開示の特許出願、その他の特許及び特許外の文書はすべて、前述の開示との直接的な矛盾がない限りにおいて、参照によって全体がここに組み込まれる。
【図１】
0005584117.tif 000010
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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