(57)【要約】  バックライトは、光ガイドと、独立動作に適合され、第１及び第２光ビームをそれぞれ、光入射面の異なる部分を通して光ガイドに入射するように配設された第１及び第２光源とを備える。それぞれの光源は、ランプと、ランプからの光を部分的にコリメートする凹状反射体とを備える。光ガイドの一方の主面は、第１軸に対して平行なプリズム状構造体を備える。光ガイドのもう一方の主面は、互いに平行だが、プリズム状構造体に対して垂直なレンズ状構造体を備える。レンズ状構造体は、光ガイド内に留まる光の空間的広がりを制限する。それぞれの光源は、光ガイドが、そのような閉じ込めを達成するスラットを画定する隙間を含まないにも関わらず、光ガイドの横帯に実質的に横方向に閉じ込められる光を提供するように、光ガイドと協働する。
2013541801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライトであって、
対向する第１及び第２主面と、少なくとも第１光入射面とを有する光ガイドと、
第１及び第２光ビームをそれぞれ、前記第１光入射面の異なる部分を通して前記光ガイドに入射するように、前記第１光入射面に沿って配設された第１及び第２光源であって、前記第１及び第２光ビームが、部分的にコリメートされ、前記第１及び第２光源が、独立動作に適合される、第１及び第２光源と、を備え、
前記第１主面が、複数個の第１構造体を備え、前記第１構造体が、互いに及び第１軸に対して平行であり、
前記第２主面が、複数個の第２構造体を備え、前記第２構造体が、互いに及び前記第１軸とは異なる第２軸に対して平行であり、前記第２構造体が、前記光ガイドから出射して前記第２主面を通過する光の前記第１軸に沿った角度的広がりを増し、前記第２主面からの反射によって前記光ガイド内に留まる光の前記第１軸に沿った空間的広がりを制限するように適合される、バックライト。
【請求項２】
前記第１及び第２光源が、前記第１光源からの光が前記光ガイドの第１横帯に実質的に横方向に閉じ込められ、前記第２光源からの光が前記光ガイドの、前記第１横帯とは異なる第２横帯に実質的に横方向に閉じ込められるように、前記光ガイドと協働する、請求項１に記載のバックライト。
【請求項３】
前記第１及び第２横帯がそれぞれ、前記第２軸に沿って延在するが、前記第１軸に沿って互いに対してシフトされる、請求項２に記載のバックライト。
【請求項４】
前記第１光入射面が、前記光ガイドの側面である、請求項１に記載のバックライト。
【請求項５】
前記第１及び第２光源が、前記第１光入射面に沿って配設された第１の複数個の光源の構成部分であり、それぞれのそのような光源が、少なくとも１つのランプと、前記ランプからの光を前記光ガイドの平面内で部分的にコリメートする凹状反射体とを備える、請求項１に記載のバックライト。
【請求項６】
前記第１の複数個の光源のそれぞれの光源では、前記凹状反射体が、実質的に略放物線状であり、前記少なくとも１つのランプが、前記略放物線状反射体の焦点に隣接して配置される、請求項５に記載のバックライト。
【請求項７】
前記第１の複数個の光源のそれぞれの光源では、前記凹状反射体が、頂点と、出力開口とを画定し、前記少なくとも１つのランプが、前記出力開口に面して配向された光放射面を有する、請求項５に記載のバックライト。
【請求項８】
前記第１の複数個の光源のそれぞれの光源では、前記凹状反射体が、頂点と、出力開口とを画定し、前記少なくとも１つのランプが、前記頂点に面して配向された光放射面を有する、請求項５に記載のバックライト。
【請求項９】
それぞれの光源が、上部及び下部反射体を更に備え、前記上部及び下部反射体が、互いに実質的に平行である、請求項５に記載のバックライト。
【請求項１０】
それぞれの光源が、上部及び下部反射体を更に備え、前記上部及び下部反射体が、互いに対して傾斜している、請求項５に記載のバックライト。
【請求項１１】
前記光ガイドが、前記第１光入射面と反対側の第２光入射面を更に備え、前記バックライトが、
前記第２光入射面に沿って配設された第２の複数個の光源を更に備え、それぞれのそのような光源が、少なくとも１つのランプと、前記ランプからの光を前記光ガイドの平面内で部分的にコリメートする凹状反射体とを備える、請求項５に記載のバックライト。
【請求項１２】
前記複数個の第１構造体が、プリズムのアレイを備え、それぞれのプリズムが、少なくとも１６０度のプリズム内角を有する、請求項１に記載のバックライト。
【請求項１３】
前記第２軸が、前記第１軸に対して実質的に垂直である、請求項１に記載のバックライト。
【請求項１４】
前記第２構造体が、前記第１横帯の幅より短い構造体間間隔を伴う規則的アレイで配設される、請求項２に記載のバックライト。
【請求項１５】
前記第２構造体が、曲線形状の断面を有する、請求項１に記載のバックライト。
【請求項１６】
前記曲線形状が、半円を構成する、請求項１５に記載のバックライト。
【請求項１７】
前記曲線形状が、９０〜１８０度の範囲の角度によって特徴付けられる円弧を構成する、請求項１５に記載のバックライト。
【請求項１８】
前記光源に連結されたコントローラを更に備え、前記コントローラが、前記第１及び第２光源を独立して作動させるように適合される、請求項１に記載のバックライト。
【請求項１９】
バックライトであって、
対向する第１及び第２主面と、少なくとも第１光入射面とを有する光ガイドと、
第１及び第２光ビームをそれぞれ、前記第１光入射面の異なる部分を通して前記光ガイドに入射するように、前記第１光入射面に沿って配設された第１及び第２光源であって、前記第１及び第２光ビームが、部分的にコリメートされ、前記第１及び第２光源が、独立動作に適合される、第１及び第２光源と、を備え、
前記第１主面が、複数個の第１構造体を備え、前記第１構造体が、互いに及び第１軸に対して平行であり、
前記第２主面が、複数個の第２構造体を備え、前記第２構造体が、互いに及び前記第１軸とは異なる第２軸に対して平行であり、
前記第１及び第２光源、並びに前記第１及び第２構造体が、前記第１光源からの光が前記光ガイドの第１横帯に実質的に横方向に閉じ込められ、前記第２光源からの光が前記光ガイドの、前記第１横帯とは異なる第２横帯に実質的に横方向に閉じ込められるように適合される、バックライト。
【請求項２０】
前記第１及び第２光源が、前記第１光入射面に沿って配設された複数個の光源の構成部分であり、それぞれのそのような光源が、少なくとも１つのランプと、前記ランプからの光を前記光ガイドの平面内で部分的にコリメートする凹状反射体とを備える、請求項１９に記載のバックライト。
【請求項２１】
それぞれの光源が、上部及び下部反射体を更に備え、前記上部及び下部反射体が、互いに実質的に平行である、請求項２０に記載のバックライト。
【請求項２２】
それぞれの光源が、上部及び下部反射体を更に備え、前記上部及び下部反射体が、互いに対して傾斜している、請求項２０に記載のバックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、特定用途が、個別の左眼用画像及び右眼用画像を提示して立体視を可能にするディスプレイである、バックライト付きディスプレイ、並びにそのバックライトに関する。本発明はまた、関連物品、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体ディスプレイは、通常、右眼用と左眼用の個々の視点からの視差を有する画像を観察者に示す。観察者の両眼に視差画像を提供し、立体視体験をもたらす技術はいくつかある。第１の技術では、観察者は、左眼用／右眼用の画像ディスプレイと交互に同期して、視聴者の目に光を伝達する又はブロックする一対のシャッター、つまり３次元（「３Ｄ」）用眼鏡を利用する。第２の技術では、右眼用画像及び左眼用画像が観察者のそれぞれの眼に対して別の方法として表示され、向けられるが、３Ｄ眼鏡の利用を伴わない。この第２の技術は自動立体と呼ばれ、観察者があらゆるタイプの特殊眼鏡をかける必要がないため、３Ｄ観察において有利である。いくつかの立体技術では、視聴者は、波長選択眼鏡又は偏光眼鏡をかけなければならない。
【０００３】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、ディスプレイの任意の点又はピクセルの画像が、典型的に１／６０秒以下である次の画像リフレッシュ時間にそのピクセルが更新されるまで安定であるようなサンプルホールド式のディスプレイデバイスである。このようなサンプルホールド式のシステムでは、異なる画像を表示するために、具体的には自動立体ディスプレイ用の交互の左及び右の画像を表示するためには、例えば、右眼用データが表示されている間に左眼用画像光源がオンではなく、また逆も同様であるように、光源のタイミング順序付けを注意深く行う必要がある。高品質の自動立体画像を得るためには、右及び左の光源が画像ディスプレイと同期してオン／オフになることを確保することが重要である。
【０００４】
典型的に、液晶ディスプレイパネルが１つの画像から次に、例えば、右眼用画像から左眼用画像に切り替わる際、パネルの異なる部分（つまり、パネルの異なるピクセル）は、わずかに異なる時間に切り替わる。例えば、パネルの上部分が最初に切り替わり、パネルの中間又は中央部分が続き、パネルの下部分が続いてもよい。バックライトが、バックライトの出力面積全体にわたって均一に、左眼用放射ビームと右眼用放射ビームとの間で変調される場合、画像の特定の部分にわたってクロストークが発生する場合がある。例えば、バックライトの右眼用ビームがオンにされる際に、ディスプレイパネルの一部分上（例えば、その下部分上）に、左眼用画像の残部が依然として存在する場合がある。同様に、バックライトの左眼用ビームがオフにされる前に、右眼用画像の一部分が、ディスプレイパネルの一部分上（例えば、その上部分上）に現れる場合がある。このディスプレイパネルの、１つの別個の画像から次への切り替わりを特徴付ける空間依存性時間遅延は、バックライトの望ましい状況を生じさせ、その出力照射をその動作面積の異なる部分において独立して制御することができ、それにより、その出力明度の状態（例えば、右眼用ビームがオン又はオフ、及び左眼用ビームがオン又はオフ）を、時間、及びディスプレイ又はバックライトの動作面積上の位置の両方の関数として、ディスプレイパネルの状態と同期させることができる。走査バックライトと称される、そのような空間的にアドレス可能なバックライトは、バックライトの動作面積の全ての部分が、同一の時間に「オフ」状態から「オン」状態に、又はその逆に変化するよう抑制される、従来のバックライトとは異なる。
【０００５】
自動立体ディスプレイ用の走査バックライトは、米国特許出願公開第２００８／００８４５１２号（Ｂｒｏｔｔら）に記載されている。そのようなバックライトは、光ガイドの第１側面上に配置された複数個の第１光源と、光ガイドの対向する第２側面上に配置された複数個の第２光源とを利用する。非走査バックライトでは、ディスプレイパネル内に右眼用画像を表示している間、全ての第１光源が照灯され（全ての第２光源を「オフ」に保つ）、そのため、バックライトの活動又は動作面積全体が、観察者の右眼に対応する第１方向に伝播する光で照射される。同様に、非走査バックライトでは、左眼用画像を表示している間、全ての第２光源が照灯され（全ての第１光源を「オフ」に保つ）、そのため、バックライトの活動又は動作面積全体が、この場合も同様に、但し観察者の左眼に対応する第２方向に伝播する光で照射される。これとは対照的に、走査バックライトは、所与の時間に第１光源のうちの１つ又はいくつかにのみ電圧を印加し、異なる時間に第２光源のうちの１つ又はいくつかにのみ電圧を印加してもよく、そのため、任意の所与の瞬間に、バックライトの限られた部分（セグメントと称される）のみ、及びしたがってディスプレイの限られた部分のみが、右眼用光又は左眼用光を放射する。高速シーケンスで（ディスプレイと同期して）、異なる第１光源、及び異なる第２光源に選択的に電圧を印加することで、結果として、走査バックライトを提供するように、バックライトの全ての異なるセグメントを、特定のシーケンス又はパターンで照射することが可能になる。
【０００６】
Ｂｒｏｔｔらの公開第‘５１２号は、例えば、図１及び図２に描写されるような「スラット付き」の光ガイド構成を使用することによる、このタイプの走査動作の達成を記載する。簡潔に、図１は、交互の右画像及び左画像を表示するための走査バックライト３０の概略的正面図を示す。このバックライトは、個別のセグメント又はスラット３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８を画定するように、モノリシック光ガイド内に隙間３７を切断ないしは別の方法で作製することによって形成される。空隙であってもよい隙間３７も、それぞれのセグメント又はスラット厚さの少なくとも一部分を、隣接するセグメント又はスラットから分離する。それぞれのスラットは、複数個の第１光源３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８、若しくは右眼用画像固体光源に隣接する、第１側面又は光入力面３１と、複数個の第２光源３４１、３４２、３４３、３４４、３４５、３４６、３４７、３４８、若しくは左眼用画像固体光源に隣接する、対向する第２側面又は光入力面３３とを含む。
【０００７】
図２の概略的側面図は、３つのセグメント又はスラットのみを描写するが、その他の点では、図１の実施形態と概ね一致する。第１表面３６（隙間３７によって、第１表面３６１、３６２、３６３などに細分化される）は、第１側面３１と第２側面３３との間に延在し、また、第１表面３６の反対側の第２表面３５（隙間３７によって、第２表面３５１、３５２、３５３などに細分化される）も、第１側面３１と第２側面３３との間に延在する。第１表面３６は、光を実質的に方向変換し（例えば、反射する、抽出するなど）、第２表面３５は、光を両面プリズムフィルム及びＬＣＤパネル（図示せず）に実質的に伝達する。
【０００８】
スラット付き構成の隙間３７は、光ガイドの異なるスラット内への光の横方向閉じ込めを提供する。例えば、第１光源３２１からの光は、第１光入力面３１と第２光入力面３３との間で、スラット３０１内を横方向に伝播することができ、スラット３０１の第２表面３５１からプリズム状フィルム及びＬＣＤパネル、最終的に観察者の右眼に向かって放射されてもよい。しかし、隙間３７は、スラット３０２などのいかなる近隣のスラットにも、この源３２１からの光をわずかしか横方向に伝播させない、又は全く横方向に伝播させない。
【０００９】
したがって、それぞれのスラット又はセグメントは、セグメントの第１側面に光を伝達する第１光源と、セグメントの第２側面に光を伝達する第２光源と、それぞれセグメントの第１側面とセグメントの第２側面との間に延在する、光透過面及び対向する光方向変換面とを含む。複数個のセグメントは、実質的に平行に配設され、立体３Ｄ液晶ディスプレイにバックライトを提供するように、第１表面は、光を実質的に同一の方向に透過する。これらのセグメントは、それぞれのセグメントの片側から選択的に点灯され、それぞれのセグメントを連続的にディスプレイの下方を照射する。ビデオ又はデータ信号は、セグメントの、ディスプレイの下方への連続的点灯と同期して、ＬＣＤパネルを駆動してもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
他の（非自動立体）ディスプレイ、例えば、複数視聴者用ディスプレイ及び／又は照明用途でも使用することができるが、自動立体ディスプレイでの使用に好適な走査バックライトの種類を開発した。これらのバックライトは、ディスプレイパネルの全ての部分、例えば、全てのそのピクセルを背後から照らすことができるように、ＬＣＤディスプレイパネルなどのディスプレイパネルの横方向寸法と実質的に合致し得る、拡張出力面を提供する。そのようなバックライトは、対向する第１及び第２入力縁部と、光ガイドの第１縁部に沿って配置された複数個の第１光源と、光ガイドの第２縁部に沿って配置された複数個の第２光源とを有する固体光ガイドを含んでもよい。第１光源からの光は、右眼用ビューに優先的に対応する第１角度分布でバックライトから放射されてもよく、例えば、これは、観察者の右眼に優先的に向けられてもよい（１つ以上のプリズム状若しくは他の光管理フィルムの支援を用いて、又は用いずに）。同様に、第２光源からの光は、左眼用ビューに優先的に対応する異なる第２角度分布でバックライトから放射されてもよく、例えば、これは、観察者の左眼に優先的に向けられてもよい（同一の１つ以上のプリズム状若しくは他の光管理フィルムの支援を用いて、又は用いずに）。第１光源及び第２光源は、例えば、所与の時間に、第１光源のうちの１つのみが電圧を印加され得、別の時間に、第１光源のうちの異なる１つのみが電圧を印加され得るように、独立動作に適合される。光源及び光ガイドは、選択された第１光源（単数又は複数）、又は選択された第２光源（単数又は複数）に電圧を印加することによって、任意の所与の時間に、バックライトの出力面の選択された域又は帯のみが光を放射することができるように設計される。有利に、スラット付き光ガイドを必要とせずに、バックライトの出力面からの光放射の実質的な横方向閉じ込めを達成することができる、つまり、スラットレス光ガイドを用いて達成することができる。バックライトの異なる域又は帯を連続的に照射して、所望の走査機能性を提供するために、例えば、第１光源の連続制御を使用することができる。この連続制御は、ディスプレイパネルによる右画像及び左画像の表示と同期して、第１光源と第２光源を交互にしてもよい。
【００１１】
したがって、本願は、とりわけ、自動立体ディスプレイ又は複数視聴者用ディスプレイでの使用に好適なバックライトを開示する。バックライトは、光ガイドと、第１及び第２光源とを含む。光ガイドは、対向する第１及び第２主面と、少なくとも第１光入射面とを有する。第１光入射面は、例えば、光ガイドの２つの対向する側面のうちの１つであってもよい、又はそれを構成してもよい。独立動作に適合される第１及び第２光源は、第１及び第２光ビームを、それぞれ、第１光入射面の異なる部分を通して光ガイドに入射するように、第１光入射面に沿って配設されてもよい。好ましくは、第１及び第２光ビームは、部分的にコリメートされる。
【００１２】
光ガイドの第１主面は、互いに及び第１軸に対して平行な複数個の第１構造体を備えてもよい。例えば、複数個の第１構造体は、それぞれのプリズムが、少なくとも１６０、又は１６５、又は１７０、又は１７５度の夾角（所与のプリズムのファセット間の全二面角）を有する、プリズムのアレイを備えてもよい。
【００１３】
光ガイドの第２主面は、同様に互いに平行だが、第１軸とは異なる第２軸にも平行な複数個の第２構造体を備えてもよい。第２軸は、例えば、第１軸に対して実質的に垂直であってもよい。第２構造体は、光ガイドから出射して第２主面を通過する光の第１軸に沿った角度的広がりを増すように、また、第２主面からの反射によって光ガイド内に留まる光の第１軸に沿った空間的広がりを制限するようにも適合されてもよい。代表的な第２構造体は、規則的アレイで配設される、かつ／又は第１光源と関連付けられる横帯より短い構造体間間隔を呈する。第２構造体は、曲線形状、又は他の非平坦形状の断面を有してもよく、非平坦形状は、例えば、４５〜１８０度、又は９０〜１８０度の範囲の角度によって特徴付けられる円弧であってもよい、又はそのような円弧を備えてもよい。
【００１４】
第１光源は、光ガイドが、そのような閉じ込めを達成するスラットを画定する隙間を含まないにも関わらず、第１光源からの光が、光ガイドの第１横帯に実質的に横方向に閉じ込められるように、光ガイドと協働してもよい。同様に、第２光源は、第２光源からの光が、光ガイドの、第１横帯とは異なる第２横帯に実質的に横方向に閉じ込められるように、光ガイドと協働してもよい。横帯は、それぞれ、第２軸に沿って延在してもよく、第１軸に沿って互いに対してシフトされてもよい。光は、横帯内に横方向に閉じ込められるが、これらの帯内の光は、ディスプレイパネル若しくは他の物体又は関心面積を照射するために、主面の少なくとも１つ（上記では第２主面と称される）から比較的自由に脱出する。
【００１５】
第１及び第２光源は、第１光入射面に沿って配設された第１の複数個の光源の構成部分であってもよく、それぞれのそのような光源は、少なくとも１つのランプと、ランプからの光を光ガイドの平面内で部分的にコリメートするように配置された凹状反射体とを備える。第１の複数個の光源のそれぞれの光源では、凹状反射体は、実質的に略放物線状であってもよく、少なくとも１つのランプは、略放物線状反射体の焦点に隣接して配置されてもよい。バックライトはまた、光ガイドの、第１光入射面と反対側の第２光入射面に沿って配設された第２の複数個の光源も含んでもよい。ここで、この場合も同様に、第２の複数個の光源のそれぞれの光源は、少なくとも１つのランプと、ランプからの光を光ガイドの平面内で部分的にコリメートする凹状反射体とを備えてもよい。第１の複数個の光源の光源であるか、及び／又は第２の複数個の光源の光源であるかに関わらず、それぞれの光源は、少なくとも１つのランプと、ランプからの光を光ガイドの平面内で部分的にコリメートする凹状反射体とを含んでもよい。凹状反射体は、例えば、実質的に略放物線状であってもよく、少なくとも１つのランプは、略放物線状反射体の焦点に隣接して配置されてもよい。それぞれの光源では、凹状反射体は、頂点と、出力開口とを画定してもよい。一配向では、少なくとも１つのランプは、出力開口に面して配向された光放射面を有する。別の配向では、少なくとも１つのランプは、凹状反射体の頂点に面して配向された光放射面を有する。
【００１６】
本願は、光ガイドと、第１及び第２光源とを含むバックライトも開示する。光ガイドは、対向する第１及び第２主面と、少なくとも第１光入射面とを有してもよい。独立動作に適合される第１及び第２光源は、第１及び第２光ビームをそれぞれ、第１光入射面の異なる部分を通して光ガイドに入射するように、第１光入射面に沿って配設されてもよい。第１及び第２光ビームは、部分的にコリメートされてもよい。光ガイドの第１主面は、互いに及び第１軸に対して平行な複数個の第１構造体を備えてもよい。例えば、複数個の第１構造体は、それぞれのプリズムが、少なくとも１６０、又は１６５、又は１７０、又は１７５度の夾角を有する、プリズムのアレイを備えてもよい。光ガイドの第２主面は、同様に互いに平行だが、第１軸とは異なる第２軸に対しても平行な複数個の第２構造体も備えてもよい。第２軸は、例えば、第１軸に対して実質的に垂直であってもよい。第１及び第２光源、並びに第１及び第２構造体は、第１光源からの光が光ガイドの第１横帯に実質的に横方向に閉じ込められ、第２光源からの光が光ガイドの、第１横帯とは異なる第２横帯に実質的に横方向に閉じ込められるように適合されてもよい。
【００１７】
関連する方法、システム、及び物品も記載される。
【００１８】
本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、決して、上記概要は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができる添付の「特許請求の範囲」によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】交互の右画像及び左画像を表示するための先行技術の走査バックライトの概略的正面図。
【図２】交互の右画像及び左画像を表示するための先行技術の走査バックライトの概略的側面図。
【図３ａ】その１つの光入射面に沿って配置された光源の群を伴うスラットレス光ガイドを利用する、走査バックライトの概略的斜視図。
【図３ｂ】反対側の光入射面に沿って光源の第２群が追加された、図３ａのバックライトの概略的斜視図。
【図４ａ】代表的な部分的にコリメートされた光源の上面概略図。
【図４ｂ】代表的な部分的にコリメートされた光源の側面概略図。
【図５】別の代表的な部分的にコリメートされた光源の上面概略図。
【図６】部分的にコリメートされた光源の群を含む、代表的な光源アセンブリの上面概略図。
【図７ａ】光源アセンブリの一実施形態の図６の線分７−７に沿った概略的断面図。
【図７ｂ】光源アセンブリの別の実施形態の図６の線分７−７に沿った概略的断面図。
【図８】光ガイドの２つの主面上の代表的な表面構造を誇張して示す、代表的なスラットレス光ガイドの概略的斜視図。
【図９ａ】図８の光ガイドの様々な実施形態の様々な概略的側面図を示す。
【図９ｂ】図８の光ガイドの様々な実施形態の様々な概略的側面図を示す。
【図９ｃ】図８の光ガイドの様々な実施形態の様々な概略的側面図を示す。
【図１０】構築され、試験された走査バックライトの正面図又は上面図のグレースケール画像であり、画像は、スラットレス光ガイドを使用して、バックライトの制限された域又は帯を照射することができることを示す。
【図１１】構築され、試験された図１０のものと同様の走査バックライトの輝度対位置のグラフ。
【図１２】構築され、試験された図１０のものと同様の走査バックライトの輝度対位置のグラフ。
【００２０】
図中、同様の参照番号は、同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上記に概説されるように、本明細書には、特に、スラットレス光ガイドの光入射面に沿って配置された複数個の部分的にコリメートされた光源の選択された光源（単数又は複数）に電圧を印加することによって、バックライトの出力面の部分（例えば、横帯）を選択的に点灯又は照射することができる、バックライト設計が記載される。時限シーケンスで光源に選択的に電圧を印加することによって、光を放射するバックライトの出力面の異なる個別の部分又は帯の時限シーケンスがもたらされ、したがって、走査バックライトが提供される。本願では、「バックライト」という用語は、ディスプレイパネル、グラフィックフィルム、看板などの部分的に透明な物体を、そのような物体の背後から照射することを意図される、又は照射するように適合される拡張された源を指すために使用されるが、反することが示されない限り、「バックライト」はまた、別の物体を背後から照射しなくてもよい他のタイプの照明デバイス、例えば、照明器具及びチャネルレタリングを包含することも意図される。
【００２２】
好ましくは、バックライトは、自動立体ディスプレイでの使用に適合され、この場合、光ガイドの第１光入射面に沿って配置された光源の１つの群は、観察者の第１眼による観察に対応する第１角度分布でバックライトから放射される光をもたらす。そのようなバックライトは、観察者の第２眼による観察に対応する第２角度分布でバックライトから放射される光をもたらす、光ガイドの第２光入射面に沿って配置された、光源の第２群も含む。光源の第１及び第２群における１つ以上の光源の慎重な作動は、所与の時間にバックライトの出力面積のどの部分（単数又は複数）（例えば、横帯（単数又は複数））が光を放射するか、また放射された光が観察者の右眼に向けられるか又は左眼に向けられるかの制御を可能にする。
【００２３】
スラットレス光ガイドを利用する、代表的な走査バックライト３１０が、図３ａに概略的斜視図で示されている。バックライトは、固体光ガイド３１２と、総称的に光源３１４と称される場合がある、部分的にコリメートされた光源３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃの群とを含む。光ガイド３１２は、第１主面３１２ａ及び対向する第２主面３１２ｂと、第１側面３１２ｃ及び対向する第２側面とを有する。第１主面３１２ａは、光ガイドの出力面であり、また、バックライトの出力面又は動作面としても実質的に機能してもよい。側面３１２ｃは、光入射面として機能するように適合され、例えば、平坦及び／若しくは滑らかであり、わずかな光の散乱を伴う、又は光の散乱を伴わなくてもよく、光ガイド３１２への光入射を促進するように反射防止コーティング又は他の反射防止機構を含んでもよい。光源３１４は、部分的にコリメートされた光ビームが表面３１２ｃの異なる部分を通過して光ガイド３１２に入射するように、側面又は光入射面３１２ｃに沿って配置される。これらの光源のいずれかからの光は、光ガイドを通過して伝播する際に幅がいくらか拡大し得るが、光源自体の部分的コリメーション、及び光ガイドの主面上に提供された構造化表面機構（以下に更に記載される）のため、拡大を比較的緩やかにすることができ、そのため、光は、それぞれの源からの伝播する光の境界又は縁部を表す点線で示されるように、出力面の細長い帯様面積に極めて閉じ込められて留まる。所望により、示されるように、個々の光源３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃによってもたらされる、照射された帯の横方向幅を、それぞれ、幅３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃと見なしてもよい。
【００２４】
参照のために、図中に、デカルトｘ−ｙ−ｚ座標系が提供される。代表的な光ガイドは、ポリマー又はガラスなどの好適な光透過性材料からなる。光ガイドは、比較的剛性又は可撓性であってもよく、比較的薄く（例えば、フィルムの形状）又は厚くてもよい。図に示されるように、光ガイドは、平面図内で実質的に長方形の形状を有してもよいが、非長方形の形状も用いてもよい。光ガイドの後部又は背面主面（図３ａ及び図３ｂの表面３１２ｂ参照）は、複数個の抽出要素を含むように形状化されてもよく、線状レンズ状機構又は線状プリズム機構などの機構は、有用である。それぞれの線状プリズムは、側面３１２ｃ、３１２ｄに平行、すなわち、図中に示されるｘ軸に対して平行方向に延在してもよい。線状プリズム機構は、後部主面（表面３１２ｂ参照）に光を実質的に方向変換（例えば、反射、抽出など）させ、一方、前部主面（表面３１２ａ参照）に光を実質的に透過させる。一部の場合では、後部主面上の、又は後部主面に隣接する高反射表面が、バックライトから出射して前部主面を通過する光の方向変換を助ける。前部主面は、実質的に平坦であってもよいが、好ましくは、レンズ状機構、プリズム状機構、又は光ガイドの前部表面を垂直方向、つまり、図３ａのｘ−ｚ平面に出る光を拡散する同様の機構などの光拡散要素を用いて構造化される。自動立体バックライトで使用するのに好適な光ガイドに関する更なる設計詳細は、米国特許第７，２１０，８３６号（Ｓａｓａｇａｗａら）、及び米国特許出願公開第２００９／０３１６０５８号（Ｈｕｉｚｉｎｇａら）に見出すことができる。米国特許出願公開第２００８／００８４５１９号（Ｂｒｉｇｈａｍら）も参照される。
【００２５】
光ガイド３１２、及びバックライト３１０は、概して、光ガイド又はバックライトの平面を画定する２つの直交方向（ｘ，ｙ）、並びに典型的に（必須ではないが）光ガイド及びバックライトの光学軸又は視聴軸に対応する垂直（normal）又は垂直（perpendicular）方向（ｚ）に沿って延在する。所与の光源３１４からの光が、概してｙ軸に沿って、光ガイド３１２を通過して伝播する際、上述のように、ｘ軸に沿って、制限された量の拡大が生じる。これが起こっている一方、光の大部分は、背面主面３１２ｂによって、前部主面３１２ａに向かって上向きに反射され（例えば、全内部反射（ＴＩＲ））、その表面から空気中に出射して屈折され、最終的に、例えば、観察者又は視聴者に届く。平衡量のそのような反射及び屈折は、確実に、照射された帯が、その長さに沿って、つまり、ｙ軸に沿って、許容可能な均一度を有するようにするのを助ける。
【００２６】
光源は、好ましくは、独立動作に適合される。例えば、光源は、好適な制御回路によって制御される異なる駆動回路に別々に電気的に接続されてもよく、そのため、任意の光源を、いかなる他の光源からも独立してオン又はオフにすることができる。一部の場合では、制御回路は、光源に個々に順序シーケンスで、例えば循環式に電圧を印加するように、駆動回路を動作させてもよい。例えば、コントローラは、それ自体によって光源３１４ａに、続いてそれ自体によって光源３１４ｂに、続いてそれ自体によって光源３１４ｃに、次いで循環して戻り、再びそれ自体によって光源３１４ａに、というように、電圧を印加してもよい。光源のそのような循環制御は、ディスプレイパネルの対応する域又は帯の、１つの画像から別の画像への切り替わりと同期されてもよい。もちろん、図は、３つの部分的にコリメートされた光源３１４のみを示すが、１を超える任意の数の光源が使用されてもよい。
【００２７】
バックライト３１０、及び本明細書に記載される他のバックライトは、図中に示されるものに加えて、他の構成要素を含んでもよい。例えば、光ガイド３１２の背面主面３１２ｂは、部分的に透過性であってもよく、光を、光ガイドに向かって後方に、最終的に、ディスプレイパネル及び／又は観察者に反射するように、アルミニウム若しくは他の反射金属のプレート又はフィルム、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（商標）強化鏡面反射フィルム（ＥＳＲ）などの多層反射フィルムなどの高反射率後方反射体が、表面３１２ｂの背後に定置されてもよい。特に、光ガイド３１２が、表面３１２ａから抽出された光が、例えば、輝度のピークが垂直方向から約７０度である、又は５０〜８０度超若しくは６０〜８０度超の典型的な範囲のピーク輝度を有する、大きく傾いた角度で空気中に放射されるように設計される場合、１つ以上のプリズム状光方向変換フィルムが、前部主面３１２ａの前方に定置されてもよい。この大きく傾いた光は、システムの光学軸により近く、例えば、ｚ軸により近く向けられるように、光ガイド３１２を出る大きく傾いた光を方向変換するように微細構造化される方向変換フィルムによって遮断されてもよい。１つ以上の偏光子（吸収型偏光子であるか、及び／又は反射型偏光子であるかに関わらず、また線状偏光子であるか、及び／又は円形偏光子であるかに関わらず）、ディフューザ、明度向上フィルム、窓用フィルム又はプレートなどの他の光管理フィルムも使用されてもよい。
【００２８】
光源３１４に対して反対側に配置された、部分的にコリメートされた光源の第２群も含まれてもよく、結果としてもたらされるバックライト３２０が、図３ｂに示されている。バックライト３２０は、総称的に光源３２４と称される場合がある、部分的にコリメートされた光源３２４ａ、３２４ｂ、３２４ｃの追加を除き、図３ａのバックライト３１０と実質的に同一であってもよい。側面３１２ｃと同様に、光ガイド３１２の側面３１２ｄもまた、光入射面として機能するように適合されてもよく、例えば、平坦及び／又は滑らかであり、わずかな光の散乱を伴う、又は光の散乱を伴わなくてもよく、光ガイド３１２への光入射を促進するように、反射防止コーティング又は他の反射防止機構を含んでもよい。光源３２４は、部分的にコリメートされた光ビームが表面３１２ｄの異なる部分を通過して光ガイド３１２に入射するように、側面又は光入射面３１２ｄに沿って配置される。これらの光源のいずれかからの光は、光ガイドを通過して伝播する際に幅がいくらか拡大し得るが、光源自体の部分的コリメーション、及び光ガイドの主面上に提供される構造化表面機構（以下に更に記載される）のため、拡大を比較的緩やかにすることができ、そのため、光は、源３２４ａを起点とする、光源３２４ａから伝播する光の境界又は縁部を表す、代表的な対の点線（光源３１４ａを起点とする対応対の点線もまた示されている）で示されるように、出力面の細長い帯様面積に極めて閉じ込められて留まる。所望により、示されるように、個々の光源３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃによってもたらされる照射された帯の横方向幅を、それぞれ、幅３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃと見なしてもよい。
【００２９】
光ガイド３１２の設計のため、光源３１４を起点とする光は、図３ａ及び図３ｂの視点から左方向（＋ｙ方向により近い）に大きく傾いた角度で、光ガイドの表面３１２ａを出てもよく、例えば、代表的な光線３１５を参照されたく、一方、光源３２４を起点とする光は、同一の視点から右方向（−ｙ方向により近い）に大きく傾いた角度で、表面３１２ａを出てもよく、例えば、代表的な光線３２５を参照されたい。方向変換フィルムが光ガイドの上に定置される、ないしは別の方法で表面３１２ａの前方に配置される場合、これは、好ましくは、光源３１４を起点とする傾いた光３１５を、観察者の一方の眼（例えば、右眼）に向けられるように、それ程傾いていない方向、つまり、光学軸又はｚ軸により近く方向変換するように設計される。方向変換フィルムは、同様に、光源３２４を起点とする傾いた光３２５を、観察者の他方の眼（例えば、左眼）に向けられるように、それ程傾いていない方向に方向変換してもよい。したがって、光源３１４は、光ガイド及びバックライトの選択された域又は帯に沿った右眼用ビームを生成してもよく、光源は、光ガイド及びバックライトの選択された域又は帯に沿った左眼用ビームを生成してもよい。
【００３０】
代表的な方向変換フィルムは、フィルムの両主面上に機構が構造化、つまり刻まれている。観察者に面する前部主面は、線状レンズ状機構を備えてもよい。光ガイドに面する後部主面は、線状プリズム状機構を備えてもよい。線状プリズム状機構は、好ましくは互いに平行であり、フィルムの前面上の線状レンズ状機構に対して平行である。更に、方向変換フィルムは、好ましくは、以下に更に記載されるように、方向変換フィルムの線状レンズ状機構及びプリズム状機構が、光ガイドの後部主面上のプリズム状機構に対して平行になるように配向される。方向変換フィルムのレンズ状機構及びプリズム状機構は、光ガイドの前部主面によって放射される大きく傾いた光が、観察者が表示された画像の奥行きを認知することができるような適切な角度で放射された、より軸方向に向けられた光に変換されるように設計される。代表的な方向変換フィルムの更なる設計詳細は、以下の文献、米国特許第７，２１０，８３６号（Ｓａｓａｇａｗａら）、並びに米国特許出願公開第２００５／００５２７５０号（Ｋｉｎｇら）、同第２００８／００８４５１９号（Ｂｒｉｇｈａｍら）、及び同第２００９／０３１６０５８号（Ｈｕｉｚｉｎｇａら）の１つ以上に見出すことができる。
【００３１】
図４ａ及び図４ｂは、それぞれ、開示されるバックライトで使用するのに好適な代表的な部分的にコリメートされた光源４１０の上面概略図及び側面概略図である。光源４１０は、好ましくは、例えば、電流又は電圧の形態の電気エネルギーを可視光線に変換する、少なくとも１つのランプ４１２を備える。少なくともある程度のコリメーションを提供するために、光源はまた、好ましくは、ランプからの光を光ガイドの平面内、つまり、ｘ−ｙ平面内で部分的にコリメートするように形状化され、配置される凹状反射体４１４も備える。例えば、反射体４１４は、略放物線状又は実質的に略放物線状であってもよく（例えば、製造上の公差だけ、又は最適な円形から完全な放物線への逸脱より小さい量だけ、完全な放物線から逸脱している）、光源は、放物線の焦点又はその付近に定置されてもよい。あるいは、例えば凹状反射体は、ランプからの光を少なくとも部分的にコリメートすることができる別の形状、例えば、円形又は球形、双曲状、及びＶ字形状又は円錐形状を有してもよく、形状は、滑らかであり、連続的に変化する表面接線を伴ってもよく、又はセグメント化され（例えば、個々の平坦なファセットで構成される）、不連続な表面接線を伴ってもよい。略放物線状反射体は、等式ｙ＝ａ＊ｘ２によって定義される表面を有してもよい。反射体４１４は、頂点４１４ａと、出力開口４１４ｂとを有してもよい。頂点は、例えば、回転放物線の場合では点であってもよく、又は図４ｂの側面図に示される線分セグメントであってもよい。反射体４１４が占める空間は、例えばガラス又はプラスチックなどの光透過性材料からなる、中空又は固体であってもよい。反射体４１４は、好ましくは、実質的に可視スペクトル全体、例えば約４００〜７００ｎｍ、又は人の眼の明所視応答曲線にわたり、例えば少なくとも７０％、８０％、又は９０％の高光反射率を有する。この反射率は、反射金属表面、例えば、アルミニウム若しくは他の好適な金属の薄いフィルム又は表面によって、あるいは無機多層光学フィルム及び有機（例えば、ポリマー）多層光学フィルムを含む多層光学フィルムによって提供されてもよい。反射体が占める空間が固体である場合、反射率はまた、固体／空気界面での全反射及び／又は部分反射によって提供されてもよい。
【００３２】
図４ａ〜図４ｂの実施形態では、光ガイドの平面（ｘ−ｙ平面）内での部分的コリメーションは、その平面内の反射体４１４の凹状形状によって提供される。コリメーションは、典型的に、反射表面の、理想的な形状からの意図的ではない逸脱、ランプの有限の広がり（ランプの部分が反射体の焦点から実質的に変位されるような）、及び幾何学的事項（例えば、ランプによって広い範囲の角度にわたって放射される光線が、反射することなく出力開口４１４ｂを直接通過して伝播され得る、例えば、図４ａの光線４１５ａ参照）を含む、様々な要因の結果として、完全というよりはむしろ部分的である。描写される実施形態では、反射体４１４は、ｙ−ｚ平面、つまり、光ガイドに対して垂直な平面内で実質的にコリメーションを提供しないように、互いに実質的に平行であるように示される、実質的に平面的な上部反射体４１４ｃ及び下部反射体４１４ｄそれぞれを含む。代替の実施形態では、上部及び下部反射体は、ｙ−ｚ平面内に放射された光をデコリメートするように、若しくはその立体角を広げるように、集まるように配設されてもよく、又はそれらは、ｙ−ｚ平面内に放射された光を少なくとも部分的にコリメートするように、若しくはその立体角を狭くするように、分かれるように配設されてもよい。上部及び下部反射体は、平坦である必要はなく、上述されるように、回転放物線の場合では、連続する滑らかな表面を形成し、反射体の他の表面又は部分を伴ってもよいことに留意する。他の場合では、上部及び／又は下部反射体は、所望により省略されてもよい。図４ｂの光線４１５ｂは、上部又は下部反射体から反射することなく、出力開口４１４ｂを直接通過して伝播するランプによって放射される光線を表す。
【００３３】
集まる上部及び下部反射体を使用することで、光源の出力開口の面積を縮小することができ、これは、別々の左ビーム光源及び右ビーム光源が使用される際、結果的に、左ビーム／右ビームクロストークを低減するのを助けることができる。左ビーム／右ビームクロストークは、１つの光源（例えば、バックライトから右眼用ビームを放射する光源）からの光が、光ガイドの長さ全体を横断し、次いで光ガイドの遠端で光源又は他の構成要素に反射する際に生じる。反射された光は、光ガイドを元のビームの反対方向に横断し、光ガイドの向こう側上の光源（例えば、バックライトから左眼用ビームを放射する光源）から放射された光と同一の効果を有してもよい。反射されたビームの存在は、一方の眼（例えば、観察者の左眼）が、他方の眼（例えば、観察者の右眼）のみが意図される画像を認知することを可能にすることによってクロストークをもたらし、したがって、ディスプレイの３Ｄ体験を損なう可能性がある。２０１０年５月２４日に出願された同一出願人による米国特許出願第１２／７８６，０５６号、「Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ  Ｗｉｔｈ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ」は、このクロストーク現象をより詳細に記載し、そのようなクロストークを最小限にするための種々の技術を教示し、これらのいずれも、本願で使用することができる。本記載の目的のために、光源の出力開口のサイズ又は面積を縮小することは、左／右ビームクロストークを低減するのに有益であり得ることを簡単に指摘する。
【００３４】
一部の場合では、「最悪の場合の光」、つまり、凹状反射体から反射することなく、ランプから光源の出力開口に伝播する光（図４ａの光線４１５ａ参照）を考慮する際、より優れた全体的なコリメーションを提供するために、ランプを反射体の焦点とは異なる場所に意図的に位置付けることが有利である。例えば、図４ａを参照すると、光源４１２が頂点４１４ａにより近く位置付けられる場合、反射体４１４から反射する光線は、出力開口４１４ｂを出る際に、いくらか小さくコリメートされるが、光線４１５ａなどの光線の最大角度は減少される、つまり、最悪の場合の光は、いくらか大きくコリメートされる。
【００３５】
図４ａ〜図４ｂの配向では、ランプ４１２は、反射体の出力開口４１４ｂに面して配向された光放射面を有する。代替の実施形態では、ランプは、凹状反射体の頂点に面して配向された光放射面を有してもよい。そのような実施形態は、図５の上面概略図に示されている。この図では、部分的にコリメートされた光源５１０は、ランプ５１２と、凹状反射体５１４とを含む。ランプ５１２は、図４ａ〜図４ｂのランプ４１２と同一又は同様であってもよいが、光を、−ｙ方向というよりはむしろ概して＋ｙ方向に、つまり、出力開口５１４ｂに向かってというよりはむしろ反射体５１４の焦点５１４ａに向かって放射するように配向される。この後ろ向き配設は、有利に、図４ａ〜図４ｂに示されるような前向き設計と比較して、ｙ軸に沿って寸法がより小さい反射体を可能にし、したがって、光源が配置されるバックライトの縁部の周囲により幅の狭いベゼルを伴う、バックライト設計を可能にする。反射体４１４と関連して上記に提供される設計詳細の記載、例えば、反射体の空間、様々な反射機構、潜在的な上部及び下部反射体などの態様は、図５の反射体に同様に適用可能である。
【００３６】
開示されるバックライト及びディスプレイの光源は、現在既知の、又は本願の出願日後に開発若しくは発表された任意の好適な光源又はランプを備えてもよい。好ましくは、光源は、例えば、少なくとも６０Ｈｚの速度で変調することができる。大部分の用途では、バックライトが白色光を放射することが望ましい。（これに関して、「白色光」とは、単に、可視波長範囲にわたり、不連続の、又はスパイク状のパワースペクトルを有し得るとしても、観察者によって通常白色として認知される光を指す。白色光は、個々には白色ではない個別の色の高速変調によっても認知され得る。）これらの場合では、光源アセンブリで使用される個々の光源又はランプは、それぞれ、白色光を放射してもよく、及び／又は色付き光源のクラスタ若しくは群、例えば、赤色放射源、緑色放射源、及び青色放射源の１つ以上のクラスタが使用されてもよい。いくつかの用途では、しかしながら、バックライトが、白色というよりはむしろ色付きとして認知される光、例えば、緑色又は赤色を放射することが望ましい場合がある。
【００３７】
固体光源は、多くの用途で特に有利である。その小さいサイズ、高輝度、ロバスト性、及び操作の容易さのために特に便利な固体光源又はランプは、発光ダイオード又は「ＬＥＤ」である。これに関して、「発光ダイオード」又は「ＬＥＤ」とは、可視であるか、紫外線であるか、又は赤外線であるかに関わらず、光を放射するダイオードを指す。これには、従来型であるか又は超放射型であるかに関わらず、また前方放射型であるか又は側方放射型であるかに関わらず、「ＬＥＤ」として市販されている非干渉性のケース入り又はカプセル入りの半導体デバイスが含まれ、後者は、ディスプレイ用途で有利である場合がある。ＬＥＤが紫外線光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一部の場合では、短波長の光をより長い波長の可視光線に変換するために、有機又は無機リン光体を含むようにパッケージ化することができ、一部の場合では、白色光を放射するデバイスを生産する。「ＬＥＤダイ」とは、最も基本的な形態、つまり、半導体加工手順によって作製された個々の構成要素又はチップの形態のＬＥＤである。例えば、ＬＥＤダイは、通常、１つ以上のＩＩＩ族元素の組み合わせ及び１つ以上のＶ族元素の組み合わせから形成される（ＩＩＩ〜Ｖ族半導体）。好適なＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料の例には、窒化ガリウムなどの窒化物、及びリン化インジウムガリウムなどのリン化物が挙げられる。周期表の他の族の無機物質と同様に、また、他の種類のＩＩＩ〜Ｖ族材料も使用することができる。構成要素又はチップは、デバイスに電圧を印加す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。例としては、はんだリフロー、ワイヤボンディング、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）、又はフリップチップボンディングが挙げられる。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、ウェハスケールで形成された後、仕上がったウェハは個々の小片部に切られて、多数のＬＥＤダイとなることができる。ＬＥＤダイは、表面実装、チップオンボード、又は他の既知の実装形態を構成するように構成されてもよい。ＬＥＤダイは、セラミックヘッダー又は基材上に実装されてもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、Ｎｉｃｈｉａ  ＮＳＳＷ０２０Ｂ（Ｎｉｃｈｉａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｌｔｄ．，Ｊａｐａｎ）などの複数個のＬＥＤが使用されてもよい。更に、開示される光源若しくは光源の群で、例えば、１つ以上の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、及び／又は１つ以上のレーザーダイオードが使用されてもよい。
【００３９】
図４ａ、図４ｂ、及び図５に示されるような光源は、線状アレイなどのアセンブリに共にまとめられてもよく、次いでアセンブリは、便利に、光ガイドの光入射面に隣接して実装されてもよい。図６は、独立動作に適合される、実質的に同一の部分的にコリメートされた光源６１０の群を含む、代表的な光源アセンブリ６０８の上面概略図である。代替の実施形態では、所与のアセンブリ内の光源は、２つ以上の異なる光源設計を、交互配設又はいくつかの他の所望の配設で含んでもよい。図６のアセンブリは、凹状表面６１４及び出力開口６１４ｂを形成するように形状化される、一体型基材６０９を含む。基材６０９は、アルミニウムなどの反射金属からなってもよく、この場合、凹状表面６１４は、反射表面であってもよい。あるいは、多層光学フィルムなどの圧縮成形反射機構が、コリメート化反射表面を形成してもよい。例えば、基材は、非反射材料からなってもよく、次いで凹状表面は、追従性反射フィルムなどの反射材料でコーティングされてもよく、この場合、凹状表面は、この場合も同様に反射表面であると見なされ得る。基材６０９は、一体型構成である必要はなく、互いに好適に取り付けられる、ないしは別の方法で接合される、同一の又は異なる材料の複数の構成要素からなってもよい。１つ以上のランプ６１２は、個々にアドレス可能な部分的にコリメートされた光源６１０の線状アレイを提供するように、凹状反射体のそれぞれの焦点に隣接して実装されてもよい。図６の実施形態では、ランプ６１２は、図４ａ〜図４ｂのものと同様の前方放射型であると見なされるが、代替の実施形態では、ランプ６１２は、図５に示されるような後方放射型であり、そして、凹状反射体がそれに従って修正されてもよい。基材は、ランプ６１２のヒートシンクとしての機能を果たすことができるように、１つ以上の金属、例えば、アルミニウム、又は高熱伝導率を有する他の材料からなってもよい。
【００４０】
基材６０９の突出部分６０９ａの上面の形状によって、互いに平行な、又は傾斜したそれぞれの光源６１０に、上部及び下部反射体を提供することができる。１つの可能な実施形態が図７ａに示されており、別の可能な実施形態が図７ｂに示されている。両方の実施形態は、前方放射型ランプの実施例である。これらの図のそれぞれは、アセンブリ６０８の特定の実施形態の図６の線分７−７に沿った概略的断面図を表す。図７ａでは、下部反射体は、基材６０９の研磨された、ないしは別の方法で反射性の表面６０９ｂによって提供されてもよく、突出部６０９ａの上面は、平坦であり、表面６０９ｂに対して実質的に平行になるように形状化される。この設計では、源６１０に上部反射体を提供するために、基材６０９の、突出部６０９ａの上に、別々の平坦な反射体６１６を置くことができる。描写された光源６１０の８つ全てに上部反射体を提供するように、単一の細長い反射体が、アセンブリ６０８の長さ全体にわたって定置されてもよいことに留意する。結果としてもたらされる実施形態では、光源６１０は、ｙ−ｚ平面内で実質的にコリメーションを提供しなくてもよいが、ｘ−ｚ平面内で部分的コリメーションを提供する。
【００４１】
図７ｂは、互いに対して傾斜している上部及び下部反射体が提供される、図６の実施形態を表す図７ａと同様の図である。図７ｂでは、下部反射体は、この場合も同様に、基材６０９の研磨された、ないしは別の方法で反射性の表面６０９ｂによって提供されてもよく、突出部６０９ａの上面は、平坦形状化され、この場合、表面６０９ｂに対して傾斜している。この設計では、この場合も同様に、源６１０に上部反射体を提供するために、基材６０９の、突出部６０９ａの上に別々の平坦な反射体６１６を置くことができ、この場合も同様に、描写された光源６１０の８つ全てに上部反射体を提供するように、単一の細長い反射体が、アセンブリ６０８の長さ全体にわたって定置されてもよい。しかしながら、図７ｂの実施形態では、上部反射体は、下部反射体に対して大幅に傾斜している。描写された傾斜は、図７ａの実施形態に対して出力開口６１４ｂの面積を縮小し、ｙ−ｚ平面で、ランプ６１２からの光をある程度デコリメートする。図７ａ及び図７ｂとは異なる更に別の実施形態では、出力開口６１４ｂの面積を拡大し、ランプ６１２からの光を部分的にコリメートするように、上部反射体が下部反射体に対してある意味で反対に傾斜するように、突出部６０９ａの上面を、ある意味で図７ｂとは反対に傾斜させることができる。
【００４２】
ここで、図８を参照すると、光ガイドの２つの主面上の代表的な表面構造を拡大して示す、開示されるバックライトで使用するのに好適な、代表的なスラットレス光ガイド８１２の概略的斜視図を見ることができる。光ガイドの様々な実施形態の概略的側面図が、図９ａ、９ｂ、及び図９ｃに示されている。光ガイド８１２は、ディスプレイパネル及び／又は観察者の方へ光が抽出される第１主面８１２ａと、第１主面と反対側の第２主面８１２ｂと、本明細書の他の部分で記載されるような、部分的にコリメートされた左ビーム放射光源及び右ビーム放射光源の光入射面としての役割を果たし得る側面８１２ｃ、８１２ｄとを含む。例えば、図６の光源アセンブリ６０８は、光ガイド８１２から放射される左眼用ビームを提供するように、側面８１２ｃに沿って位置付けられてもよく、光ガイド８１２から放射される右眼用ビームを提供するように、同様のアセンブリを、側面８１２ｄに沿って位置付けることができる。
【００４３】
光ガイドの背面主面８１２ｂは、好ましくは、図９ａに最もよく示されるプリズム構造体９１０の線状アレイを提供するように、機械加工される、成形される、ないしは別の方法で形成される。これらのプリズム構造体は、反射された光が、前部主面８１２ａから空気中に屈折し、ディスプレイパネル及び／又は観察者に進むことができるように（所望により、プリズム状光方向変換フィルムなどの１つ以上の介在光管理フィルムを用いて）、及びそのような反射された光が、光ガイドの長さに沿って比較的均一に前部主面から抽出されるように、光ガイドの長さに沿って伝播する光の適切な部分を反射するように設計される。表面８１２ｂをアルミニウムなどの反射フィルムでコーティングしてもよく、又はこのような反射コーティングを有さなくてもよい。このような反射コーティングがない場合、光が反射されて光ガイド内に戻る、及び光ガイドを通過するように、別の背面反射体を表面８１２ｂに隣接して設置し、光ガイドを通過する任意の下向き伝搬光を反射してもよい。好ましくは、プリズム構造体は、光ガイドの全厚と比較して浅い奥行き９１１、及び光ガイドの長さと比較して短い幅９１３を有する。光ガイドは、任意の透明な光学材料、好ましくはアクリルポリマー、例えばＳｐａｒｔｅｃｈ  Ｐｏｌｙｃａｓｔ材などの散乱性が低い材料で作製され得る。１つの代表的な実施形態では、光ガイドは、セルキャストアクリルなどのアクリル材料で作製されてもよく、１．４ｍｍの全厚及びｙ軸に沿って１４０ｍｍの長さを有してもよく、プリズムは、約１７２度のプリズム頂角に相当する、２．９マイクロメートルの奥行き９１１及び８１．６マイクロメートルの幅９１３を有してもよい。
【００４４】
光ガイドの前部主面８１２ａは、好ましくは、互いに、及びプリズム構造体９１０が沿って延在する、第１軸（例えば、ｘ軸）とは異なる第２軸（例えば、ｙ軸）に対して平行なレンズ状構造体９２０の線状アレイを提供するように、機械加工される、成形される、ないしは別の方法で形成される。レンズ状構造体は、好ましくは、（１）光ガイドから出射して前部主面を通過する光のｘ軸に沿った角度的広がりを増すように、及び（２）前部主面からの反射によって光ガイド内に留まる光のｘ軸に沿った空間的広がりを制限するように形状化され、配向される。例えば、構造体９２０（図８の実施形態のいくらか異なる形状のレンズ状構造体を描写する図９ｂ及び図９ｃに最もよく見られる）は、最適な閲覧のために、表面８１２ａを通過して光ガイドから屈折する光が、ｘ−ｚ平面内で制御された範囲の角度にわたって拡散するように、ｘ−ｚ平面内に湾曲を有する。構造体９２０の、ｘ−ｚ平面内の湾曲量はまた、光ガイド内をｙ軸に沿って横方向に伝播する光のビームが体験する拡散量（ｘ軸に沿った）における重要な役割を果たすことができることも発見された。好ましくは、レンズ状構造体９２０は、光ガイドの全厚と比較して浅い奥行き９２１、並びに光ガイドの幅と比較して短い、及び／又は部分的にコリメートされた光源のうちの１つによってもたらされる光の横帯幅と比較して短い、及び／又はそのような光源の凹状反射体の出口開口の幅と比較して短い幅９２３を有する。低減された横方向拡散及び部分的にコリメートされた光源によってもたらされる光の横帯の改善された横方向閉じ込めのために、レンズ状構造体は、好ましくは、図９ｂに示されるようにより弱く曲線状にされるというよりはむしろ、図９ｃに示されるように比較的強く曲線状にされる。例えば、レンズ状構造体は、半円である、又はほぼ半円である曲線形状を有してもよい。あるいは、レンズ状構造体は、例えば、４５〜１８０度、又は９０〜１８０度の範囲の角度によって特徴付けられる円弧を構成する曲線形状を有してもよい。代表的な実施形態では、光ガイドは、例えば、セルキャストアクリルで作製されてもよく、０．７６ｍｍの全厚、ｙ軸に沿って１４１ｍｍの長さ、及びｘ軸に沿って６６ｍｍの幅を有してもよく、レンズ状構造体９２０は、３５．６マイクロメートルの半径、３２．８マイクロメートルの奥行き９２１、及び７２．６ｍｍの幅９２３を有してもよい。本実施形態では、プリズム構造体９１０は、２．９マイクロメートルの奥行き９１１、８１．６マイクロメートルの幅９１３、及び約１７２度のプリズム頂角を有してもよい。
【実施例】
【００４５】
図３ｂのものと同様の走査バックライトが構築された。光ガイドは、スラットレスであり、セルキャストアクリルからなり、約２６０ｍｍの長さ、１２３ｍｍの幅、及び３．２ｍｍの厚さであった。光ガイドの２つの対向する短手側面（寸法が１２３ｍｍの側面）上に、図６及び図７ａに描写され、それに関連して記載される実施形態と同様の８つの部分的にコリメートされた光源を有する光源アセンブリが定置された。一方の光源アセンブリが右眼用ビームを生成し、他方の光源アセンブリが左眼用ビームを生成した。いずれの１つの光源又は光源のいずれの組み合わせにも所望通りに電圧を印加することができるように、全ての１６の光源が、個々にアドレス可能であった。光源アセンブリ（図６のアイテム６０９参照）の基材は、それぞれの光源のための公称上略放物線状の表面を伴う（図６のアイテム６１４参照）、機械加工されたアルミニウム資源の単一の部品であった。略放物線状表面は、概して、等式ｙ＝（０．２５）＊ｘ２に従い、式中、ｘ及びｙは、ミリメートル単位で表現される。シートアルミニウムの平坦な部品が、光源アセンブリの上部を被覆した。それぞれの光源空洞の略放物線状側面、底面、及び上面（底面に対して平行であった）、つまり、それぞれの光源空洞の境界となる全ての内側表面は、Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）強化鏡面反射（ＥＳＲ）フィルムで被覆された。（他の実施形態では、所与の用途において、アルミニウムでコーティングされたＰＥＴフィルムなどの他の反射フィルムが許容可能であり得る。）それぞれの光源の出力開口の幅（例えば、図６の開口６１４ｂのｘ軸に沿った幅参照）は、約１５．０ｍｍであり、開口の高さは、約３ｍｍであった。それぞれの光源について、ランプ（図６のアイテム６１２参照）にＮｉｃｈｉａタイプ１１９  ＬＥＤが使用され、ＬＥＤは、ＬＥＤの中心が略放物線状反射体の焦点になるように実装された。光源は、全て前方放射型設計であった。
【００４６】
スラットレス光ガイドに使用された構造化表面設計に関して、背面主面のプリズムは、２．９マイクロメートルの奥行き、及び８１．６マイクロメートルの幅、並びに約１７２度のプリズム頂角を有し、図８に示されるように、ｘ軸に沿って配向された。前部主面のレンズ状構造体は、３５．６マイクロメートルの半径、３２．８マイクロメートルの奥行き、及び７２．６ｍｍの幅を有し、図８に示されるように、ｙ軸に沿って配向された。
【００４７】
光ガイドの前部主面の上には、フィルムの両方の主面上に、構造化機構又はファセット機構を有する方向変換フィルムが定置された。観察者に面する前部主面は、線状レンズ状機構を含んだ。それぞれのレンズ状機構は、断面において、約２２．６マイクロメートルの曲率半径（円弧の特徴）、及び約５．２７マイクロメートルの高さを有した。（一部の場合では、非円形状、例えば、球形状も使用されてもよいことに留意する。）光ガイドに面する後部主面は、互いに平行であり、かつ方向変換フィルムの前部表面上の線状レンズ状機構に対して平行な線状プリズム状機構を含んだ。それぞれの線状プリズム状機構は、６０度のプリズム内角（所与のプリズムのファセット間の全二面角）、及び２０．５５マイクロメートルの高さを有した。更に、方向変換フィルムは、方向変換フィルムの線状レンズ状機構及びプリズム状機構が、光ガイドの背面主面上のプリズムに対して平行になるように配向された。方向変換フィルムのレンズ状機構及びプリズム状機構は、レンズ状機構及びプリズム状機構の対の間に、ディスプレイの幅にわたって、ディスプレイ幅の１／２に対して最大で機構の幅の１／２変化したオフセットが提供されたとしても、それぞれのレンズ状機構がプリズム状機構に公称上合致されるように、ディスプレイの幅にわたって実質的に対にされた。
【００４８】
光源のうちの１つが電圧を印加され、Ｆｕｊｉ  ＦｉｎｅＰｉｘ  ＲＥＡＬ  ３Ｄ  Ｗ１カメラシステムを用いて、２Ｄモードで、法線入射での、つまり、システムの光学軸又はｚ軸に沿った見晴らしのよい点からバックライトを見た、バックライトの写真が撮影された。結果を図１０に示す。８つの光源が、バックライトの側面のそれぞれに沿って配設されていたこと（縁部照明バックライト構成）に留意し、図１０の目的のために電圧を印加された光源は、バックライトの右手側の上から４番目の光源であった。図は、光源からの光が、光ガイドの第１横帯に実質的に横方向に閉じ込められることを裏付ける。光源の他のものが電圧を印加された際に、同様の結果が得られ、光ガイドの縁部に沿った電圧を印加された光源の位置に従って、横帯が垂直にシフトする（図１０の視点から）ことが観測された。
【００４９】
図１１及び図１２は、構築され、試験された図１０のものと同様の走査バックライトの輝度対位置のグラフである。図１１では、同一の時間に２つの光源、バックライトの左側の上から４番目の光源、及びバックライトの右側の上から４番目の光源が電圧を印加されたことを除き、図１０と実質的に同一のバックライトが使用された。光源アセンブリは、これらの２つの電圧を印加された光源が、実質的に同一の垂直位置に配置されるように整合された。輝度は、図１０と同一の方法で測定され、バックライトの中央（図１０の視点から）の垂直線分に沿った輝度の走査が行われた。結果を図１１にプロットし、位置座標は、バックライトの上縁部からの走査の位置である。
【００５０】
図１２は、図１１とものと同様の走査バックライトの輝度対位置のグラフであるが、光源アセンブリは、上部及び下部反射体が、平行というよりはむしろ集まるように修正された（例えば、図７ｂ参照）。これは、３ｍｍ〜１ｍｍのそれぞれの光源の出力開口の高さの減少をもたらし、一方、開口の幅は、約１５．０ｍｍで同じ状態のままであった。バックライトの他の関連設計特徴は、同じ状態のままであった。図１２では、同一の時間に２つの光源、バックライトの左側の上から５番目の光源、及びバックライトの右側の上から５番目の光源が電圧を印加された。この場合も同様に、これらの２つの光源は、バックライトの実質的に同一の垂直位置に配置された。輝度は、図１１と同一の方法で測定され、結果を図１２にプロットする。
【００５１】
上述のように、例えば、照射された帯の境界又は縁部のうちの１つと帯の中心軸（例えば、図３ａ及び図３ｂのｙ軸）との間の角度で測定される際の、上方又は正面から見た際の所与の、光源によって生成される光の照射された帯が光ガイドの出力面にわたって分化する度合いは、光源自体がどの程度コリメートされるか、及び光ガイドの前部上のレンズ状機構（例えば、図８の機構９２０）の設計詳細の関数である。前向きＬＥＤ設計を使用する光源（例えば、図４ａ及び図４ｂを参照）では、反射体で反射することなく光源を出る光錐（図４ａの光線４１５ａ参照）を減少させるように、凹状反射体をより深く設計する（これに関して、奥行きは、図４ａ、図４ｂのｙ軸に沿って測定される）ことによって、源のコリメーションを向上させることができる。上記の実施例に記載される光源アセンブリでは、その光錐の境界線又は包絡線は、帯の中心軸に対して２０度の角度によって特徴付けられ、２０度という値は、光のポリマー光ガイドへの屈折を考慮する。しかしながら、光ガイドの平面内で実質的に完全にコリメートされる光源を用いたとしても、光ガイドの前部のレンズ状機構は、光の照射された帯をある程度分化させる場合がある。例えば、図９ｃに示される半球形レンズ状機構の場合では、光ガイドの平面内でコリメートされたレーザービームは、レーザー光が、光ガイドの前部主面と背面主面との間で前後に跳ね返り、１１度の角度の分化（結果としてもたらされる照射された帯の１つの境界又は縁部と帯の中心軸との間で測定して）が観測されるように、光入射面を通過して光ガイドに入射された。実質的により短い円弧（例えば、図９ｂ参照）を有するレンズ状要素は、より大きい量の分化をもたらした。
【００５２】
特記しない限り、本明細書及び「特許請求の範囲」で使用されている量、性質の測定などを表現する全ての数は、用語「約」により改変されていると理解されるべきである。したがって、反することが示されない限り、本明細書及び添付「特許請求の範囲」に記載の数値的パラメータは、本願の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化する近似値である。均等論を特許請求の範囲の範疇に適用することを制限しようとする試みとしてではなく、それぞれの数値パラメータは少なくとも、記録された有効数字の桁数を考慮して、又通常の四捨五入を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広範な範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似であるにも拘わらず、いかなる数値も本明細書で記載される具体的な例で示される程度に、これらは妥当に可能な限り正確に報告される。しかしながら、いかなる数値も試験及び測定の限界に関連する誤差を含み得る。
【００５３】
本発明の様々な修正及び変更は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱せずに当該技術分野の当業者に明らかであり、本発明は、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。例えば、１つの開示実施形態の特徴は、別に記載のない限り、他の開示実施形態全てにも適用され得ることを、読者は推定すべきである。また、本明細書において参照された全ての米国特許、公開特許出願、並びに他の特許及び非特許文書は、それらが上述の開示に矛盾しない範囲において、参照によって全てが組み込まれることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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