(57)【要約】  その内部に光を供給するための光導波路のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源（１６５）を備える光導波路（１３０）と、その内部に光を供給するための反射性キャビティに光学的に接続される少なくとも１つの光源（１８５）を備える反射性キャビティ（１４０）と、を備えるバックライティングシステムが開示される。反射性キャビティは第１の反射体（１４５）および第２の反射体（１４７）を備えてもよく、少なくとも１つの光源は反射性キャビティのエッジに配置されてもよい。あるいは、反射性キャビティは後部反射体部分を備えてもよく、光源は後部反射体部分に配置されてもよい。
2007516584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を有する光導波路と、
前記光導波路の内部に光を供給するための前記光導波路のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、
内部を有する反射性キャビティと、
前記反射性キャビティの内部に光を供給するための前記反射性キャビティに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、を備えるバックライティングシステム。
【請求項２】
前記反射性キャビティに光学的に接続される少なくとも１つの光源は、前記反射性キャビティのエッジに配置される、請求項１に記載のバックライティングシステム。
【請求項３】
前記反射性キャビティに光学的に接続される少なくとも１つの光源は、前記反射性キャビティの内部に配置される、請求項１に記載のバックライティングシステム。
【請求項４】
前記反射性キャビティに光学的に接続される少なくとも１つの光源は、前記反射性キャビティのエッジに配置され、前記反射性キャビティに光学的に接続される少なくとも１つの光源は、前記反射性キャビティの内部の中に配置される、請求項１に記載のバックライティングシステム。
【請求項５】
内部を有する光導波路と、
前記光導波路の内部に光を供給するための前記光導波路の第１のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、
内部を有する反射性キャビティと、
前記反射性キャビティの内部に光を供給するための前記反射性キャビティの第１のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、を備えるバックライティングシステム。
【請求項６】
前記第１の光導波路の前記第１のエッジは、前記反射性キャビティの前記第１のエッジと実質的に整列される、請求項５に記載のバックライティングシステム。
【請求項７】
前記第１の光導波路の前記第１のエッジは、前記反射性キャビティの前記第１のエッジと実質的に整列されていない、請求項５に記載のバックライティングシステム。
【請求項８】
前記反射性キャビティに光学的に接続される光源の上に配置される平行光線化構造をさらに備える、請求項５に記載のバックライティングシステム。
【請求項９】
前記反射性キャビティから光を抽出するための拡散抽出器をさらに備える、請求項５に記載のバックライティングシステム。
【請求項１０】
前記反射性キャビティは、第１の反射体と、前記光導波路と前記第１の反射体との間に配置される第２の半透明の反射体と、を備え、前記第１の反射体および前記第２の半透明の反射体は、前記反射性キャビティの内部を画定する、請求項５に記載のバックライティングシステム。
【請求項１１】
前記第１の反射体は、半透明である、請求項１０に記載のバックライティングシステム。
【請求項１２】
前記反射性キャビティは、その内部に光を供給するための前記反射性キャビティの第２のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源をさらに備える、請求項１０に記載のバックライティングシステム。
【請求項１３】
前記反射性キャビティの前記第１のエッジに光学的に接続される前記少なくとも１つの光源の上に配置される第１の平行光線化構造と、前記反射性キャビティの前記第２のエッジに光学的に接続される前記少なくとも１つの光源の上に配置される第２の平行光線化構造と、をさらに備える、請求項１２に記載のバックライティングシステム。
【請求項１４】
前記第１の平行光線化構造および前記第２の平行光線化構造は、前記第１の反射体および前記第２の反射体に略平行な溝を有し、前記反射性キャビティの内部に、ほぼ面するプリズムの頂点を有するプリズム状の構造を備える、請求項１３に記載のバックライティングシステム。
【請求項１５】
前記第１の平行光線化構造および前記第２の平行光線化構造はそれぞれ、焦線を有する２次元のフレネルレンズを備える、請求項１３に記載のバックライティングシステム。
【請求項１６】
前記光源は、前記２次元のフレネルレンズの前記焦線の付近に配置される、請求項１５に記載のバックライティングシステム。
【請求項１７】
前記光源は、ＬＥＤの直線アレイを備える、請求項１６に記載のバックライティングシステム。
【請求項１８】
前記第２の半透明の反射体は、前記反射性キャビティとは略反対の方に面するプリズムの頂点を有するプリズム状の構造を備え、前記第１の平行光線化構造および前記第２の平行光線化構造は、実質的に前記プリズム状の構造の開口数の中で光を透過するように構成される、請求項１３に記載のバックライティングシステム。
【請求項１９】
前記第１の平行光線化構造および前記第２の平行光線化構造はそれぞれ、通過軸を有する反射偏光子を備え、前記第２の半透明の反射体は、前記平行光線化構造の中に含まれる前記反射偏光子の前記通過軸に略直交する通過軸を有する反射偏光子を備える、請求項１３に記載のバックライティングシステム。
【請求項２０】
内部を有する光導波路と、
前記光導波路の内部に光を供給するための前記光導波路の第１のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、
内部を有する反射性キャビティと、
前記反射性キャビティの内部に配置される少なくとも１つの光源と、を備えるバックライティングシステム。
【請求項２１】
前記反射性キャビティは後部反射体部分を備え、少なくとも１つの光源が前記後部反射体部分に配置される、請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項２２】
側部反射体部分をさらに備える、請求項２１に記載のバックライティングシステム。
【請求項２３】
前記反射性キャビティと前記光導波路との間に配置される拡散体をさらに備える、請求項２１に記載のバックライティングシステム。
【請求項２４】
前記拡散体は、光学的に透明で堅固な板と、該板に取り付けられる拡散体シートと、を備える、請求項２３に記載のバックライティングシステム。
【請求項２５】
前記反射性キャビティの内部に配置される少なくとも１つの光源は、光源のアレイである、請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項２６】
前記反射性キャビティの内部に配置される少なくとも１つの光源は、拡張光源である、請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項２７】
前記反射性キャビティの内部に配置される少なくとも１つの光源は、互いに実質的に平行な線状光源のアレイである、請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項２８】
前記光導波路の前記第１のエッジは、前記線状光源に対して実質的に直交する、請求項２７に記載のバックライティングシステム。
【請求項２９】
前記光導波路の前記第１のエッジは、前記線状光源に実質的に平行である、請求項２７に記載のバックライティングシステム。
【請求項３０】
前記光導波路は、前記反射性キャビティに面する前記光導波路の表面に配置される表面構造を備える、請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３１】
前記表面構造は、水平軸を中心にして実質的に対称の複数のプリズム状の構造を備える、請求項３０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３２】
前記光導波路の表面に配置される第１の再利用性能強化構造をさらに備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３３】
前記光導波路の表面に配置される第１の再利用性能強化構造をさらに備え、前記第１の再利用性能強化構造は反射偏光子を備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３４】
前記光導波路の表面に配置される第１の再利用性能強化構造をさらに備え、前記第１の再利用性能強化構造は反射偏光子および拡散体を備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３５】
前記光導波路の表面に配置される第１の再利用性能強化構造をさらに備え、前記第１の再利用性能強化構造は反射偏光子およびプリズム状の構造を備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３６】
前記光導波路の表面に取り付けられる第１の再利用性能強化構造をさらに備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３７】
前記光導波路と前記反射性キャビティとの間に配置される第２の再利用性能強化構造をさらに備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３８】
前記光導波路と前記反射性キャビティとの間に配置される第２の再利用性能強化構造をさらに備え、前記第２の再利用性能強化構造はプリズム状の構造を備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項３９】
前記光導波路と前記反射性キャビティとの間に配置される第２の再利用性能強化構造をさらに備え、前記第２の再利用性能強化構造は第１のプリズム状の構造および第２のプリズム状の構造を備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【請求項４０】
前記光導波路の表面に取り付けられる第２の再利用性能強化構造をさらに備える、請求項１、請求項５または請求項２０に記載のバックライティングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、大型で高性能の液晶ディスプレイと共に有利に用いられうるバックライティングシステムに関する。さらに詳細に言えば、本開示は、異なる構造の光導波路、たとえばエッジ照明式光導波路および直接照明式光導波路を備えるバックライティングシステムに関する。任意に、本開示のバックライティングシステムは、種々の再利用性能強化構造を備える。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、コンピュータモニタ、手持ち式装置およびテレビなどの電子ディスプレイ装置において広く用いられている。陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイとは異なり、ＬＣＤは光を発さないことから、かかるディスプレイに形成される画像を見るための個別の光源が必要である。周辺光照明は一部の用途では十分であるが、大部分の大面積で高性能のＬＣＤの場合には、周辺光はグレアの原因となり、読みやすさに悪影響を及ぼす。したがって、読みやすさを改善するために、大部分の大面積で高性能のＬＣＤは、通常、「バックライト」と呼ばれるディスプレイの背後に位置する光源を備える。
【０００３】
現在、バックライティングＬＣＤ用の最も多く出回っているシステムとしては、複数のランプまたは１つの曲がりくねった形状のランプが利用者の視野においてディスプレイの背後に配置される直接照明式バックライト、あるいは、ランプがディスプレイの背後に位置する光導波路の１つ以上のエッジに沿って配置されるため、ランプが利用者の視野の範囲外にあるエッジ照明式のバックライトが挙げられる。ＣＲＴディスプレイと競合するために、大型ＬＣＤディスプレイ（たとえば、対角線が約２０インチすなわち５０ｃｍを超える）は、たとえば、約５００ｎｔ以上の高輝度ターゲットを備えていなければならない。かかる高輝度ターゲットは今では、ＬＣＤ用の単一キャビティ型直接照明式バックライトによって達成されている。
【０００４】
しかし、従来の直接照明式バックライトシステムの使用は、ＬＣＤテレビなどの大型ＬＣＤのメーカーの中ではある種の懸念の原因となっている。１つの懸念は、大部分の購入者については１０〜２０年であるＬＣＤテレビの所期の寿命と、約１０，０００〜２０，０００時間であり、通常はこの範囲の下端であるテレビのバックライトにおける個別のランプの寿命との差異である。特に、バックライティングでは頻繁に用いられる冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）は、寿命が変動し、経年変化特性を有する。従来の直接照明式バックライトでは１つのＣＣＦＬがバーンアウトすると、その結果、ディスプレイにわたって暗線が直接生じる。さらに、各ＣＣＦＬが異なる経年変化を経た場合には、従来の直接照明式ディスプレイの空間的な色均一性が損なわれる。現在、主要なＬＣＤメーカーおよびテレビ受像機メーカーには、これらの２つのモードのいずれかに該当しないＬＣＤテレビバックライトを提供するモデルはない。
【０００５】
さらに、エッジ照明式のバックライトの光と同様に、従来の直接照明式バックライトでは複数の光源から目視者に達する光は通常、混合されていない。しかし、この欠点および他の欠点のほか、従来の直接照明式バックライトの均一性および経年変化の短所があるにもかかわらず、直接照明式バックライトは、ＣＲＴテレビに匹敵する輝度ターゲットに達することが可能であることから、たとえば、ＬＣＤテレビのバックライティングでは現在人気のある選択である。他方、エッジ照明式のバックライトは多くの点でより多くの長所があるように見えるが、従来のエッジ照明式のバックライトによって輝度の所望のレベルに達することは依然として困難である。１つの難点は、ターゲット輝度を達成するための十分な光学パワーを提供するために、１つの光導波路のエッジに十分な数の光源を配置することにある。他の難点としては、たとえば高い熱勾配および取り扱いの問題のために、従来のバックライトにおいて巻きつけている性能強化フィルムが挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、大型で高性能のＬＣＤ用のバックライトの分野において、高輝度ターゲットを達成することができ、より効率的であるバックライティングシステムに対する需要が依然としてある。さらに、上述した現在市販されているバックライティングシステムの他の欠点を克服する大型で高性能のＬＣＤ用のバックライティングシステムに対する需要が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
大型で高性能のＬＣＤ用の現在周知のバックライティングシステムのこれらの欠点および他の欠点は、本開示の発明者らによって本願明細書に開示され、権利請求の対象とされているようなハイブリッドバックライティングシステムを提供することによって対処される。かかるシステムは、ＬＣＤテレビ、ＬＣＤモニタ、店舗販売時点情報管理装置および他の適切な装置をはじめとする種々の装置と共に有利に用いられてもよい。本開示は、寿命が変化する光源を用いることのリスクを緩和して、個別の光源のバーンアウトまたは経年変化がディスプレイの表示品質に対する大きな不具合とならないようにする。したがって、本開示の実施形態によるハイブリッドシステムにおいて、個別の光源が経年変化またはバーンアウトする場合には、空間的な輝度および色均一性に対する影響は、増大した光の混合のために比較的軽微なものになる。
【０００８】
本開示は、個別の光源を目視者から隠すために、単一キャビティ型直接照明式バックライトにおいて従来用いられる厚い拡散板の必要性を排除し、その結果、輝度にさらなるゲインを提供する。さらに、上部光導波路から直接抽出される光は、広範囲の角度で出射しやすく、ディスプレイの軸外の視認性を向上することになる。さらに、本開示は、本開示の例示的な実施形態において用いられてもよい種々の機能強化構造に対する反りおよび物理的な損傷を防止するための別の特徴部を備えることが可能である。
【０００９】
したがって、本開示はバックライティングシステムに関し、一部の例示的な実施形態において、バックライティングシステムは光導波路と、その内部に光を供給するための光導波路のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、反射性キャビティと、その内部に光を供給するための反射性キャビティに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、を備える。反射性キャビティに光学的に接続される少なくとも１つの光源は、反射性キャビティのエッジまたは反射性キャビティの内部に配置されてもよい。あるいは、少なくとも１つの光源が反射性キャビティのエッジに配置されていると共に、少なくとも１つの光源が反射性キャビティの内部に配置されてもよい。
【００１０】
他の例示的な実施形態において、バックライティングシステムは、光導波路と、その内部に光を供給するための光導波路の第１のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、反射性キャビティと、その内部に光を供給するための反射性キャビティの第１のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、を備える。第１の光導波路の第１のエッジは、反射性キャビティの第１のエッジと実質的に整列されていてもよく、整列されていなくてもよい。本開示のかかる例示的な実施形態によるバックライティングシステムは、反射性キャビティに光学的に接続される光源の上に配置される平行光線化構造をさらに備えてもよく、または反射性キャビティから光を抽出するための拡散抽出器を備えていてもよい。
【００１１】
反射性キャビティは、第１の反射体と、光導波路と第１の反射体との間に配置される第２の半透明の反射体と、を備えてもよい。任意に、第１の反射体もまた、半透明であってもよい。少なくとも１つの光源は、反射性キャビティの第２のエッジに光学的に接続されてもよい。反射性キャビティの第１のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源の上に第１の平行光線化構造を配置してもよく、反射性キャビティの第２のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源の上に第２の平行光線化構造を配置してもよい。第１の平行光線化構造および第２の平行光線化構造は、プリズム状の構造を備えてもよく、プリズム状の構造は第１の反射体および第２の反射体に略平行な溝を有し、略反射性キャビティの内部に面するプリズムの頂点または２次元のフレネルレンズを有する。フレネルレンズが平行光線化構造として用いられる場合には、光源はフレネルレンズの焦線の付近に配置されることが好ましく、ＬＥＤの直線アレイを備えてもよい。
【００１２】
本開示の適切な実施形態において、第２の半透明の反射体は、反射性キャビティとは略反対の方向に面するプリズムの頂点を有するプリズム状の構造を備え、第１の平行光線化構造および第２の平行光線化構造は、実質的にプリズム状の構造の開口数の中で光を透過するように構成される。第１の平行光線化構造および第２の平行光線化構造はそれぞれ、第２の半透明の反射体のなかに含まれうる反射偏光子の通過軸に略直交する通過軸を有する反射偏光子を備えてもよい。
【００１３】
本開示はまた、バックライティングシステムに関し、バックライティングシステムは、光導波路と、その内部に光を供給するための光導波路の第１のエッジに光学的に接続される少なくとも１つの光源と、反射性キャビティと、反射性キャビティの内部に配置される少なくとも１つの光源と、を備える。反射性キャビティは、後部反射体部分と、後部反射体部分に配置される少なくとも１つの光源と、を備えてもよく、側部反射体部分をさらに備えてもよい。一部の実施形態において、バックライティングシステムは、反射性キャビティと光導波路との間に配置される拡散体をさらに備えてもよく、光学的に透明で堅固な板およびその上に取り付けられる拡散体シートを備えてもよい。反射性キャビティの中に配置される光源は、光源のアレイ、拡張光源または互いに実質的に平行な線状光源のアレイであってもよい。線状光源のアレイの場合には、光導波路の第１のエッジは、線状光源に実質的に直交してもよく、または線状光源に実質的に平行であってもよい。光導波路は、水平軸を中心にして実質的に対称の複数のプリズム状の構造などの反射性キャビティに面する表面に配置される表面構造を備えていてもよい。
【００１４】
本開示の適切な実施形態において、バックライティングシステムは、光導波路の表面に配置される第１の再利用性能強化構造を備える。第１の機能強化構造は、反射偏光子、反射偏光子と拡散体または反射偏光子とプリズム状の構造を備えてもよい。ある実施形態において、第１の再利用性能強化構造は、光導波路の表面に取り付けられる。あるいはまたはさらに、バックライティングシステムは、光導波路と反射性キャビティとの間に配置される第２の再利用性能強化構造をさらに備える。第２の再利用性能強化構造は、１つ以上のプリズム状の構造を備えてもよい。ある実施形態において、第２の再利用性能強化構造は、光導波路の表面に取り付けられる。
【００１５】
本発明のバックライティングシステムのこれらの態様および他の態様は、図面と共に以下の詳細な説明から当業者にはさらに容易に明白となるであろう。
【００１６】
本発明が関連する当業者が、本発明の製作方法および使用方法をさらに容易に理解するように、本発明の例示的な実施形態が図面を参照して以下に詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、ＬＣＤテレビにおいて現在用いられるものなどの従来の単一キャビティ型直接照明式バックライト１０の構造および構成部材を示す。従来のバックライト１０は、一般にＣＣＦＬの電球のアレイ１５と、目視者に向かってより多くの光を向けるために電球のアレイ１５の背後に位置決めされる整形反射体１７と、を備える。目視者から電球を隠すために、通常、個別の電球、たとえば、ＣＣＦＬからの光を拡散するための厚い拡散板１８が、電球のアレイ１５の上に配置される。一般的な拡散板１８は、関連する大量の吸収のほか、大量の後方散乱を有し、光再利用性能強化フィルム（以下に記載される）がバックライトに取り付けられる場合には、その効果は指数関数的になる。さらに目視者から個別の電球を隠すのを助けるために、拡散板はパターン形成され、その結果、光のさらなる損失を生じる。
【００１８】
従来のバックライト１０は、薄い拡散体シート１６およびプリズム状の表面構造を有する性能強化フィルム１４、たとえばスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されている「ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）」輝度性能強化フィルム（ＢＥＦ）の層をさらに備える。性能強化フィルム１４は、目視者に向かって一定の角度の中で光を屈折する。その角度以外の光は「再利用される」、すなわちバックライト１０に戻るように反射されて、光がシステムを出射する適正な角度に達するまでシステムの中を進む。さらに、従来のバックライト１０は、性能強化フィルム１４の上に配置される反射偏光子１２の層を備える。反射偏光子１２は通常、「ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）」二重輝度性能強化フィルム（ＤＢＥＦ）（これもスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されている）などの多層反射偏光子である。反射偏光子１２は、所定の偏光を有する光を透過し、異なる偏光を有する光をバックライト１０に反射し、ここで、偏光状態が変化し、光が反射偏光子１２に戻るように供給される。この過程もまた、「再利用」と呼ばれる。
【００１９】
図２は、本開示の例示的な実施形態によって構成されるバックライティングシステム１００の概略断面図を示す。バックライティングシステム１００は、光導波路１３０および反射性キャビティ１４０を備える。光導波路１３０は、アクリルまたは他の適切な材料から構成されてもよい。図２に示される例示的な実施形態において、光源１６５ａおよび１６５ｂが光導波路１３０のエッジ１３２ａおよび１３２ｂに配置されることから、光源１６５ａ、１６５ｂから来る光の少なくとも一部は光導波路１３０の内部に結合され、表面１３０ａおよび１３０ｂからの反射によって、その長さに沿って伝搬する。図２に示されているように、光源１６５ａおよび１６５ｂから光導波路１３０の内部への結合効率を増大させるために、ランプキャビティ反射体１５６ａ、１５６ｂが設けられてもよい。当業者によって理解されるように、反射体１５６ａ、１５６ｂの形状および構造は変化してもよい。たとえば、反射体１５６ａおよび１５６ｂは、多層誘電反射体であってもよい。
【００２０】
図２をさらに参照すると、反射性キャビティ１４０は、反射体１４５および１４７を備える。図２に示される例示的な実施形態において、少なくとも反射体１４５は半透明の反射体であるが、本開示の他の例示的な実施形態において、両方の反射体１４５および１４７が半透明であってもよい。半透明の反射体として用いるのに適した構造の例としては、反射偏光子、火炎による型押し加工の施された多層誘電反射体（たとえば米国特許第６，０９６，２４７号明細書参照、その開示内容は本開示と矛盾しない限り、本願明細書に参照によって援用されるものとする）、散乱型波長無依存反射体、拡散コーティングを備えた多層誘電反射体、プリズム状の構造付きフィルム、半鍍銀鏡、穿孔ミラーフィルム、当業者には周知の任意の他の適切な半透明の反射構造およびそれらの適切な組み合わせをはじめとする多層誘電反射体が挙げられる。特定の用途および構造のタイプに応じて、一部の例示的な実施形態において、かかる構造は自立していてもよく、そのような場合には適切な支持材またはフレームに固着されてもよく、他の例示的な実施形態において、光学的に透明で堅固な板などの支持材に積層されてもよい。
【００２１】
反射体１４７として用いるのに適した構造の例としては半透明の反射体が挙げられるが、通過軸が角度Θで向けられる２つの反射偏光子の組み合わせ（その場合には透過率は入射強度の約０．５ｃｏｓ2Θとなる）、両側に体積拡散体が塗布された多層誘電反射体または別のタイプの拡散体などの比較的低い透過率を有する構造、または構造付き表面（たとえば、米国特許第６，２０８，４６６号明細書参照、その開示内容は本開示と矛盾しない限り、本願明細書に参照によって援用されるものとする）、金属被覆鏡、当業者には周知の任意の他の適切な半透明の反射構造およびそれらの任意の適切な組み合わせを有する構造が含まれる。図２に示される本開示の例示的な実施形態において、ＢＥＦなどのプリズム状の構造付きフィルムが半透明の反射体１４５として用いられる場合には、フィルムは、プリズムの頂点が反射性キャビティ１４０とは略反対の方を指すように配置されることが好ましい。プリズム状の構造付きフィルムは長手溝を含む場合には、かかる溝は反射性キャビティ１４０の光入力エッジ１４２ａおよび１４２ｂに対して略垂直に向けられることが好ましい。
【００２２】
光源１８５ａおよび１８５ｂが反射性キャビティ１４０のエッジ１４２ａおよび１４２ｂに配置されることから、光源１８５ａ、１８５ｂから来る光の少なくとも一部は反射性キャビティ１４０の内部に結合され、反射体１４５および１４７からの反射によって、その長さに沿って伝搬する。図２に示されているように、光源１８５ａ、１８５ｂから反射性キャビティ１４０の内部への結合効率を増大させるために、ランプキャビティ反射体１７６ａ、１７６ｂが設けられてもよい。当業者によって理解されるように、反射体１７６ａ、１７６ｂの形状および構造は変化してもよい。たとえば、反射体１７６ａおよび１７６ｂは、多層誘電反射体であってもよい。
【００２３】
さらに図２を参照すると、反射性キャビティ１４０の内部に入射する光の角度方向の広がりを低減させ、ひいてはバックライティングシステム１００から抽出される光の空間的な均一性を向上させるために、平行光線化構造１４４ａおよび１４４ｂは光源１８５ａおよび１８５ｂの上に配置されてもよい。例示的な平行光線化構造１４４ａおよび１４４ｂは、一定の入射角で反射性キャビティ１４０の内部に光を屈折し、その角度以外の光を光源１８５ａおよび１８５に戻るように反射することによって、光源１８５ａおよび１８５ｂから来る光を少なくとも部分的に平行光線化するように構成され、位置決めされるプリズム状の構造を備えていてもよい。平行光線化構造１４４ａおよび１４４ｂにおいて用いるのに適した、かかるプリズム状の構造付きフィルムの一例は、プリズムの頂点が略反射性キャビティ１４０の内部を指すように配置されるＢＥＦフィルムであり、プリズム状の構造付きフィルムのその特定のタイプが長手溝を備える場合には、溝は反射体１４５および１４７の平面に対して略平行である。かかる例示的な実施形態において、ＢＥＦなどのプリズム状の構造付きフィルムが半透明の反射体１４５として用いられる場合には、平行光線化構造１４４ａおよび１４４ｂは、透過光が反射のためにプリズム状のフィルムの開口数の中で平行光線化されるように構成されることが好ましい。
【００２４】
あるいは、平行光線化構造１４４ａおよび１４４ｂは、図２Ａに示される２次元のフレネルレンズを備えていてもよい。図２Ａは、中空のキャビティ４４０の概略部分断面図を示し、反射体４４７および半透明の反射体４４５を備える。光源４８５の直線アレイは、この例示的な実施形態では２次元のフレネルレンズである平行光線化構造４４４の焦線付近に配置される。他の例示的な実施形態は、レンズアレイとの組み合わせた光源の２次元アレイを用いてもよく、各光源はレンズアレイにおいて対応するレンズの焦点付近に配置される。当業者は、光源の種々の他の構造および平行光線化構造が本開示の範囲内にあると考えられることを容易に認識されよう。
【００２５】
さらに図２を参照すると、任意に、平行光線化構造１４４ａおよび１４４ｂは、ＤＢＥＦなどの反射偏光子を備えていてもよい。これは、反射偏光子がまた半透明の反射体１４５、たとえば、「ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）」拡散反射偏光子フィルム（ＤＲＰＦ）（スリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されている）の中に含まれる場合に特に有用である。かかる例示的な実施形態において、半透明の反射体１４５中の反射偏光子の通過軸は、平行光線化構造１４４ａおよび１４４ｂ中の反射偏光子の通過軸に略直交していることが好ましい。
【００２６】
図２に示される例示的なバックライティングシステム１００は、光導波路１３０のエッジ１３２ａ、１３２ｂに配置される光源１６５ａ、１６５ｂの対および反射性キャビティ１４０のエッジ１４２ａ、１４２ｂに配置される８個の光源１８５ａ、１８５ｂを示しているが、本開示はまた、光導波路１３０のエッジに１つのみの光源または反射性キャビティ１４０のエッジに１つのみの光源を用いることも企図する。さらに、図解しやすくするために光源１６５ａおよび１６５ｂは光源１８５ａおよび１８５ｂと整列するように示されているが、本開示は各光導波路の任意の１つ以上のエッジに光源を配置することを企図する。たとえば、図３Ａおよび図３Ｂは、略矩形の光導波路および反射性キャビティ１３０ａ、１３０ｂ、および１４０ａ、１４０ｂのエッジに光源１３５ａ’、１３５ａ”、１４５ａ’、１４５ａ”および１３５ｂ’、１３５ｂ”、１４５ｂ’、１４５ｂ”をそれぞれ配置するための２つの別の方法を示す。
【００２７】
しかし、図３Ａおよび図３Ｂの概略図は、本開示の実施形態と共に用いられてもよい光源の形状および構造を限定するものではない。本開示の実施形態と共に用いるのに適した光源としては、蛍光灯（たとえば、ＣＣＦＬ）、熱陰極蛍光灯（ＨＣＦＬ）、白熱灯、エレクトロルミネッセント光源、燐光光源、外部電極蛍光灯、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、ＬＥＤのアレイをはじめとする発光ダイオード（ＬＥＤ）、任意の他の適切な光源またはそれらの任意の適切な数または組み合わせなどの光を発する任意の光源が挙げられる。
【００２８】
光導波路の数およびタイプもまた、変化してもよい。たとえば、本開示によれば、３つ以上の光導波路を用いてもよく、任意の１つ以上の構成する光導波路が中空、たとえば、反射性キャビティであってもよい。本開示の例示的な実施形態によれば、バックライティングシステムにおける光導波路の数の増大は、ディスプレイの重量および厚さを対応して増大することにつながる。しかし、大型パネルＬＣＤの大部分のメーカーは一般に、ディスプレイの厚さおよび重量についてはあまり重要でない問題であると考えている。寿命、輝度、空間的な均一性、組み立てやすさおよび性能強化フィルムの反りの低減の方がより重要であると通常は考えている。
【００２９】
したがって、光導波路のエッジまたは反射性キャビティ、たとえば、１３０または１４０に配置される光源の数およびタイプのほか、光導波路または反射性キャビティの数、寸法およびタイプは、特定の用途および輝度ターゲットのほか、光導波路の寸法と比較した場合の特定の光源のサイズをはじめとする実際的な考慮事項に左右される。バックライティングシステムの重量を実質的に増加させることなく、反射性キャビティの１つ以上のエッジに多数の光源を配置しうることは注目に値する。
【００３０】
さらに図２を参照すると、バックライティングシステム１００は、光導波路１３０の表面に配置される第１の再利用性能強化構造１１２を備えてもよい。本開示に関連して、「再利用性能強化構造」は、図１を参照して記載する性能強化フィルム１２および１４と類似の態様または等価な態様において光を「再利用する」ことができる任意の構造であってもよい。第１の再利用性能強化構造１１２は、表面１３０ａに配置され、反射偏光子、たとえばスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されている多層反射偏光子「ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）」二重輝度性能強化フィルム（ＤＢＥＦ）を備えてもよい。
【００３１】
第１の再利用性能強化構造１１２は、拡散体も備えてもよく、拡散体は反射偏光子の中に組み込まれてもよく、または艶消し表面または感圧接着剤（ＰＳＡ）の層などの個別の構成部材として備えられてもよい。拡散体の１つの役割は、偏光のランダム化およびバックライティングシステム１００に戻るように反射される光の方向のランダム化にある。「ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）」拡散反射偏光子フィルム（ＤＲＰＦ）および「ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）」二重輝度性能強化フィルム艶消し加工（ＤＢＥＦ−Ｍ）はいずれもスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されており、機能強化構造１１２において有利に用いられうる構成部材の例である。拡散体の代わりにまたは拡散体に加えて、プリズム状の構造、たとえば、ＢＥＦの層を第１の再利用性能強化構造１１２に含んでもよく、任意に、光の拡散を増大するための構造的な変型のパターンをさらに備えてもよい（たとえば、米国特許第６，３５４，７０９号明細書参照、その開示内容は本開示と矛盾しない限り、本願明細書に参照によって援用されるものとする）。用途に応じて、プリズムの頂点は第１の光導波路１３０に対して面していてもよく、または面していなくてもよい。
【００３２】
第１の再利用性能強化構造１１２は、第１の光導波路１３０の表面、たとえば、表面１３０ａに取り付けられてもよい。積層、機能強化構造１１２またはそれを構成する任意の構成部材を光導波路の上へ成形することによって、または任意の適切な接合技術によって、第１の再利用性能強化構造１１２を光導波路１３０の表面に取り付けてもよい。第１の再利用性能強化構造１１２がたとえばＤＢＥＦ−Ｍなどの艶消し表面を備える場合には、拡散表面が表面１３０ａに面するように、第１の再利用性能強化構造１１２を光導波路１３０に取り付けることが好ましい。第１の再利用性能強化構造１１２が光導波路１３０に取り付けられた、本開示の例示的な実施形態においては、第１の再利用性能強化構造１１２との相互作用によって、光導波路１３０の内部から光を抽出してもよい。たとえば、ＤＲＰＦまたはＤＢＥＦ−Ｍが第１の再利用性能強化構造１１２に含まれる場合には、これらのフィルムのいずれかが光を拡散し、いずれかが適正な偏光状態で光をＬＣＤに透過するか、または上記で説明したように光を再利用することができる場合には、バックライト１００に戻るように光を散乱するかのいずれかである。あるいは、ＤＢＥＦは、ＰＳＡの層によって第１の光導波路１３０の表面に取り付けられてもよい。ＰＳＡはまた、第１の光導波路１３０の内部からの光の抽出を促進することになる。
【００３３】
本開示の適切な例示的な実施形態において、第１の再利用性能強化構造１１２は、ＤＢＥＦおよびＤＲＰＦの両方を含んでもよい。ＤＢＥＦおよびＤＲＰＦは、光導波路１３０の表面１３０ａに取り付け、たとえば積層されることが好ましい。その場合には、両方の反射偏光子、すなわち、ＤＢＥＦおよびＤＲＰＦの通過軸（偏光軸）は、整列されていなければならない。その結果、ＤＲＰＦは光導波路１３０からの光の抽出を促進し、ＤＢＥＦはコントラストを向上する。あるいは、第１の再利用性能強化構造１１２の一部として、反射偏光子、たとえば、ＤＢＥＦと組み合わせて、ＢＥＦを用いてもよい。ＢＥＦは光の抽出を促進し、ＤＢＥＦは適切な偏光で光をバックライト１００から確実に出射する。
【００３４】
あるいはまたはさらに、図２に示されるバックライティングシステム１００は、第２の再利用性能強化構造１１４を備えていてもよく、第２の再利用性能強化構造１１４は光導波路１３０と反射性キャビティ１４０との間に配置されてもよい。第２の再利用性能強化構造１１４は、プリズム状の構造、たとえば、プリズム状の構造付きフィルムを備えることが好ましく、プリズム状の構造は一定の角度の中で光を目視者に向かって屈折し、その角度以外の光を戻るように反射することによって、バックライト１００の軸上の輝度を増大するために、光を再指向し、再利用するのに役立つ。第２の再利用性能強化構造１１４において用いるのに適したプリズム状の構造付きフィルムの一例は、ＢＥＦである。あるいはまたはさらに、第２の再利用性能強化構造１１４はまた、プリズムの頂点が光導波路１３０とは略反対の方に面するように向けられたプリズム状の構造などの回転フィルムを備えてもよい。
【００３５】
本開示の適切な例示的な実施形態において、第２の再利用性能強化構造１１４の一部として２つのＢＥＦまたは類似のプリズム状のフィルムまたは長手溝を有する構造を用いてもよい。かかる例示的な実施形態において、プリズム状のフィルムの溝の方向は交差することが好ましく、プリズム状の構造の小さな部分のみが接着剤の中に漬けられ、入射光の少なくとも一部がプリズム状の構造によって依然として最適に再指向されるように、接着剤の薄層がフィルムを接合する。第２の再利用性能強化構造１１４は、光導波路１３０の表面１３０ｂに取り付け、たとえば積層、成形または任意の他の適切な技術を用いて接合されることが好ましい。この特徴部により、第１の光導波路１３０からの光のさらなる抽出を行い、温度の変動、取り扱いおよび他の原因のために起こりうる第２の再利用性能強化構造１１４の反りを低減することになる。
【００３６】
さらに図２を参照すると、反射性キャビティ１４０の表面に抽出器１４３、好ましくは拡散抽出器を配置することにより、反射性キャビティ１４０からの光の抽出を促進してもよい。図２はかかる抽出器１４３の使用を示し、この例示的な実施形態では、抽出器１４３は、反射体１４７に配置されるドットのアレイを備える。ドットのパターンは、バックライティングシステム１００からの光の抽出の潜在的な空間的な不均一性を補償するように最適化されることが好ましい。たとえば、反射体１４７の中心に向かってドットのサイズを段階的に増大することによって、より多くの光が反射性キャビティ１４０の中心に向かって抽出されるように、ドットパターンを調整してもよい。バックライティングシステム１００は、拡散体シート１１６をさらに備えてもよい。拡散体シート１１６は、反射性キャビティ１４０から出射する光の空間的な均一性を増大するように機能するほか、バックライティングシステム１００に戻るように反射される光の偏光をランダム化するのに役立つ。
【００３７】
図４は、本開示の別の例示的な実施形態によって構成されるバックライティングシステム２００の概略断面図である。バックライティングシステム２００は、光導波路２３０および反射性キャビティ２４０を備える。光導波路２３０は、アクリルまたは他の適切な材料から構成されてもよく、または中空であってもよい。光源２６５ａおよび２６５ｂ（２６５ｂは、２６５ａに対向して配置される）が光導波路２３０のエッジに配置されることから、光源２６５ａ、２６５ｂから来る光の少なくとも一部は光導波路２３０の内部に結合され、表面２３０ａおよび２３０ｂからの反射によって、その長さに沿って伝搬する。図２に示される例示的な実施形態に関して説明したように、反射体を光源２６５ａおよび２６５ｂと共に用いてもよい。
【００３８】
図４をさらに参照すると、例示的なバックライティングシステム２００は、反射体２４５を備える反射性キャビティ２４０を備え、反射体２４５は側部反射部分２４５ａ、２４５ｂおよび後部反射部分２４５ｃを備えてもよい。側部反射部分２４５ａおよび２４５ｂは、光源２７０からバックライティングシステム２００により多くの光を向けるのに役立つ。反射体２４５は、種々の適切な構造、たとえば、図１に示される構造または矩形の箱形状の構造を備えていてもよい。反射体２４５は、多層誘電反射体、金属塗装反射体および任意の他の拡散反射体または鏡面反射体をはじめとして、当業者には周知の任意の適切な材料から構成されてもよい。
【００３９】
例示的なバックライティングシステム２００において、光源２７０は、反射性キャビティ２４０の内部に配置され、図４に示されているように後部反射部分２４５ｃに配置されることが好ましい。あるいは、光源２７０の一部またはすべてを側部反射部分２４５ａおよび２４５ｂに配置してもよい。本開示の実施形態と共に用いるのに適した光源は、蛍光灯（たとえば、ＣＣＦＬ）、熱陰極蛍光灯（ＨＣＦＬ）、白熱灯、エレクトロルミネッセント光源、燐光光源、外部電極蛍光灯、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）をはじめとする発光ダイオード（ＬＥＤ）、任意の他の適切な光源またはそれらの任意の適切な数または組み合わせ、たとえば光源のアレイなどの光を発する任意の光源が挙げられる。光源２７０はまた、曲がりくねった形状のＣＣＦＬランプまたは蛍光パネルなどの拡張光源を備えてもよい。線状光源、たとえば、互いに実質的に平行に配置されるＣＣＦＬまたはＬＥＤの直線アレイが光源２７０として用いられ、線状光源は光源２６５ａおよび２６５ｂとして用いられる場合には、光源２６５ａおよび２６５ｂのそれぞれは、光源２７０に対して略平行であるか、略直交するか、または異なる角度で配置されてもよい。図２に示される例示的な実施形態に関して説明したように、バックライティングシステム２００の所望の性能特性に応じて、光源２６５ａ、２６５ｂおよび２７０、光導波路２３０および反射性キャビティ２４０の数、タイプ、向きおよび構造は変化してもよい。
【００４０】
図４をさらに参照すると、バックライティングシステム２００は、第１の光導波路２３０の表面に配置され、第１の光導波路２３０の表面、たとえば表面２３０ｂに取り付けられることが好ましい第１の再利用性能強化構造２１２を備えていてもよい。機能強化構造２１２は、積層、成形または任意の他の適切な接合技術によって、光導波路２３０の表面に取り付けられてもよい。第１の再利用性能強化構造２１２は、ＤＢＥＦなどの反射偏光子と、反射偏光子の中に組み込まれてもよく、たとえば、艶消し表面またはＰＳＡ構造などの個別の構成部材として含まれてもよい拡散体と、を備えてもよい。ＰＳＡ構造はまた、第１の光導波路２３０の表面に反射偏光子を積層するために用いてもよい。
【００４１】
拡散体の代わりにまたは拡散体に加えて、プリズム状の構造、たとえば、ＢＥＦフィルムを第１の再利用性能強化構造２１２の中に含んでもよく、任意に、光の拡散を増大するための構造的な変型のパターンをさらに備えてもよい（たとえば、米国特許第６，３５４，７０９号明細書参照、その開示内容は本開示と矛盾しない限り、本願明細書に参照によって援用されるものとする）。光導波路２３０はまた、表面２３０ａに配置される表面構造２３３、たとえば、プリズム状の表面構造を備えてもよく、この表面構造は、光源２７０の画像を分割し、光導波路２３０からの光を所望の方向に導くのに役立つ。表面構造２３３は、水平軸を中心にして実質的に対称のプリズム状の構造を備えてもよい。例示的な実施形態において、光源２７０が線状であり、同一の水平軸を中心にして実質的に対称に配置される場合には、かかる表面構造２３３は特に有用である。
【００４２】
バックライティングシステム２００はまた、光導波路２３０と反射性キャビティ２４０との間に配置される第２の再利用性能強化構造２１４を備えてもよい。第２の再利用性能強化構造２１４は、ＢＥＦなどのプリズム状の構造付きフィルムを備えることが好ましく、プリズム状の構造付きフィルムは一定の角度の中で光を目視者に向かって屈折し、その角度以外の光を戻るように反射することによって、バックライティングシステム２００の軸上の出力輝度を増大するために、光を再指向し、再利用する。あるいはまたはさらに、第２の再利用性能強化構造はまた、プリズムの頂点が光導波路２３０とは略反対の方に面するように向けられたプリズム状の構造などの回転フィルムを備えてもよい。
【００４３】
本開示の適切な例示的な実施形態において、第２の再利用性能強化構造２１４において２つのＢＥＦまたは類似のプリズム状のフィルムまたは長手溝を有する構造を用いてもよい。かかる例示的な実施形態において、プリズム状の構造付きフィルムは、プリズム状の構造の小さな部分のみが接着剤の中に漬けられて、接着剤の薄層によって接合されることが好ましい。任意に、第２の再利用性能強化構造２１４は、光導波路２３０の表面２３０ｂに取り付け、たとえば積層、成形または任意の他の適切な技術を用いて接合される。この特徴部により、光導波路２３０からのさらなる抽出を行い、温度の変動、取り扱いおよび他の原因のために第２の再利用性能強化構造２１４が反らないようにすることになる。バックライティングシステム２００は、拡散体２１６をさらに備え、反射性キャビティ２４０から出射する光の空間的な均一性を増大するように機能するほか、バックライティングシステム２００に戻るように反射される光の偏光をランダム化するのに役立つ。拡散体２１６の構造は、特定の用途に応じて変化し、たとえば、自立しているか、または光学的に透明で堅固な板などの堅固な支持材に取り付けられる薄い拡散体シートであってもよい。
【００４４】
したがって、本開示によって構成されるバックライティングシステムは、高輝度ターゲットを達成することが可能であり、大型で高性能のＬＣＤ用の現在周知のバックライティングシステムが遭遇する種々の問題に対応する。たとえば、本開示は、寿命が変化する光源を用いることのリスクを緩和して、個別の光源のバーンアウトまたは経年変化がディスプレイの表示品質に対する大きな不具合とならないようにする。したがって、本開示の実施形態によるハイブリッド光導波路システムにおいて、個別の光源が経年変化またはバーンアウトする場合には、空間的な輝度および色均一性に対する影響は、増大した光の混合のために比較的軽微なものになる。
【００４５】
本開示は、個別の光源を目視者から隠すために、直接照明式バックライトにおいて従来用いられる厚い拡散板の必要性を排除し、その結果、輝度にさらなるゲインを提供する。さらに、上部光導波路から直接抽出される光は、広範囲の角度で出射しやすく、ディスプレイの軸外の視認性を向上することになる。さらに、本開示は、本開示の例示的な実施形態において用いられてもよい種々の再利用性能強化構造に対する反りおよび物理的な損傷を防止するための別の特徴部を備えることが可能である。
【００４６】
本開示のバックライティングシステムを特定の例示的な実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、実施形態に対して変更および改変を行ってもよいことを容易に認識されよう。たとえば、本開示の例示的な実施形態において用いられる光源、光導波路および再利用性能強化構造の数、タイプおよび構造は、変化してもよい。たとえば、本願と共に同時に出願された代理人整理番号第５８９０８ＵＳ００２号の「複数の光導波路からなるバックライト（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ」という名称の米国特許出願を参照のこと。この開示は本開示と矛盾しない限り、本願明細書に参照によって援用されるものとする。さらに、「プリズム状の構造」、「プリズム状のフィルム」、「プリズム状の構造付きフィルム」および「プリズム」なる語は、米国特許第６，３５４，７０９号明細書に記載されるような構造および他の変型を有するもののほか、丸みを帯びたピークを有するプリズム状の構造を包含することは、当業者によって理解されよう。さらに、本開示は、ＬＣＤテレビに一般に関連する大面積で高輝度の用途において用いるのに特に好都合であるが、ＬＣＤモニタおよび店舗販売時点情報管理装置もまた包含することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ＬＣＤテレビ用の従来の直接照明式バックライトの概略断面図である。
【図２】本開示によるバックライティングシステムの例示的な実施形態の概略断面図である。
【図２Ａ】本開示の実施形態の反射性キャビティの概略断面部分図であり、別の例示的な平行光線化構造を示す。
【図３Ａ】光導波路および反射性キャビティのエッジに光源を配置する別の方法を示すための概略図である。
【図３Ｂ】光導波路および反射性キャビティのエッジに光源を配置する別の方法を示すための概略図である。
【図４】本開示によるバックライティングシステムの別の実施形態の概略側面図である。
【図１】
2007516584.tif 000003
【図２】
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【図２Ａ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
2007516584.tif 000009
2007516584.tif 000010
2007516584.tif 000011