(57)【要約】  照明光ユニット（１１２）は、様々な波長で発光する少なくとも２つの光源（１１６ａ、１１６ｂ）を含む。照明光ユニットは、１又はそれ以上の反射体（２０２）を有する反射キャビティ（１１８）と、該反射キャビティの出力部で半透過に配置されたミラー（２００）とを更に含む。被制御透過ミラーが、入力結合要素（２０６）と、出力結合要素（２０８）と、該入力結合要素と該出力結合要素との間に配置される第１の多層反射体（２０４）とを含む。少なくともいくつかの光源からの光が、１又はそれ以上の反射体により反射キャビティ内にて反射され、混合される。光が半透過ミラーを通って反射キャビティから発される。照明光ユニットは、照明目的のために、又は表示装置を照らすためのバックライトの一部として使用され得る。
2008547173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射側を有する画像形成パネルと、
前記画像形成パネルの前記照射側に配置されるバックライト・ユニットとを備える光学システムであって、
該バックライト・ユニットは、
少なくとも第１の光源及び第２の光源であって、該第１の光源は第１の波長で発光し、該第２の光源は前記第１の波長と異なる第２の波長で発光する第１の光源及び第２の光源と、
少なくとも１つの反射面及び被制御透過ミラーを有する反射キャビティとを備え、前記第１の光源及び前記第２の光源からの光が前記反射キャビティ内で反射され、前記被制御透過ミラーが、入力結合要素と、出力結合要素と、該入力結合要素と該出力結合要素との間に配置された第１の多層反射体を備え、前記第１の多層反射体が、前記第１の光源及び前記第２の光源からの法線入射光に対して反射性であり、前記入力結合要素が、前記第１の光源及び前記第２の光源から伝播する、前記第１の多層反射体に略垂直な方向の、少なくともいくつかの光を、前記第１の多層反射体を透過する方向に再指向させる、光学システム。
【請求項２】
前記出力結合要素が、嵩ディフューザ、表面ディフューザ、構造化された表面及び全内部反射出力結合要素のうちの少なくとも１つを含む請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記入力結合要素が、嵩ディフューザ、表面ディフューザ、構造化された表面及び全内部反射入力結合要素のうちの少なくとも１つを含む請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記被制御透過ミラーが、前記入力結合要素と出力結合要素との間に配置される透明層を更に含む請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記透明層が、前記第１の多層反射体と前記出力結合要素との間に配置される請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の多層反射体が、前記透明層と前記出力結合要素との間に配置される請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記入力結合要素と出力結合要素との間に配置される第２の多層反射体を更に含み、前記透明層が前記第１の多層反射体と第２の多層反射体との間に配置される請求項４記載のシステム。
【請求項８】
前記透明層の少なくとも１つの縁部に隣接して配置された側部反射体を更に含む、請求項４記載のシステム。
【請求項９】
実質的に１つの偏光状態においてのみ、前記出力結合要素が前記バックライト・ユニットからの光と結合する請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記出力結合要素が連続高分子マトリックス中の分散高分子相を含み、前記分散高分子相及び前記連続高分子マトリックスのうちの少なくとも１つが複屈折高分子材料を含む請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記出力結合要素が高分子マトリックス内に配置された繊維を含み、前記繊維及び前記高分子マトリックスのうちの少なくとも１つが複屈折高分子材料を含む請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記画像形成パネルが、液晶表示（ＬＣＤ）パネルを含み、更に、前記ＬＣＤパネルの観察側に配置される第１の偏光子と前記ＬＣＤパネルの照明側に配置される第２の偏光子を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
前記画像形成パネルによって表示される画像を制御するために結合された制御装置を更に含む請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の光源及び前記第２の光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の光源がＬＥＤを含み、前記第２の光源が前記ＬＥＤによって照らされた蛍光体を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の多層反射体が高分子多層フィルムを含む請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
前記バックライト・ユニットと前記画像形成パネルとの間に配置される１又はそれ以上の光管理フィルムを更に含む請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
前記光管理フィルムが、反射偏光子及びプリズム輝度向上フィルムのうちの少なくとも１つを含む請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の光源が赤色の光を生成可能であり、前記第２の光源が緑色の光を生成可能であり、前記バックライト・ユニットが、青色の光を生成可能である第３の光源を更に含む請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも、第１の波長で照明光を生成可能な第１の光源及び前記第１の波長と異なる第２の波長で照明光を生成可能な第２の光源と、
１又はそれ以上の反射体を有する反射キャビティと、
前記反射キャビティの出力部に配置され、入力結合要素と、出力結合要素と、該入力結合要素と該出力結合要素との間に配置される第１の多層反射体を含む被制御透過ミラーとを備える照明光ユニットであって、前記第１の光源及び前記第２の光源からの少なくともいくつかの前記照明光が、１又はそれ以上の前記反射体によって前記反射キャビティ内にて反射され、前記反射キャビティから前記被制御透過ミラーを透過する、照明光ユニット。
【請求項２１】
前記被制御透過ミラーが、前記入力結合要素と前記出力結合要素との間に配置される透明層を更に含む請求項２０記載のユニット。
【請求項２２】
前記第１の光源及び前記第２の光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項２０記載のユニット。
【請求項２３】
前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる第３の波長で光を生成可能な第３の光源を更に含む請求項２０記載のユニット。
【請求項２４】
前記第１の波長、第２の波長及び第３の波長がそれぞれ赤色の波長、緑色の波長及び青色の波長である請求項２３記載のユニット。
【請求項２５】
前記被制御透過ミラーを通って出力された照明光の波長を変えるために配置される光波長変換器を更に含む請求項２０記載のユニット。
【請求項２６】
前記反射キャビティは、縦軸に沿って延在し、第１の端部を有し、前記被制御透過ミラーは、前記縦軸と実質的に平行な前記反射キャビティの第１の側に配置される請求項２０記載のユニット。
【請求項２７】
少なくとも第１の光源が、前記反射キャビティの前記第１の端部に配置される請求項２６記載のユニット。
【請求項２８】
少なくとも第１の光源が、前記反射キャビティの第２の側に配置される請求項２６記載のユニット。
【請求項２９】
前記反射キャビティが、１又はそれ以上の前記光源と前記被制御透過ミラーとの間の光学路上に、少なくとも１つの湾曲した反射体を含む請求項２０記載のユニット。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの湾曲した反射体が一次元にのみ湾曲している請求項２９記載のユニット。
【請求項３１】
少なくとも１つの前記湾曲した反射体が、少なくとも２つの湾曲した反射体を含み、前記湾曲した反射体の各々が二次元に湾曲される請求項２９記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、以下の出願に関する。同日付で出願の米国特許出願第１１／１６６，７２３号、発明の名称「バックリット方式の表示装置内に広がる横方向の光のための光学素子及び該光学素子を使用したシステム」（代理人整理番号：６０４９９ＵＳ００２）、同日付で出願の米国特許出願第１１／１６７，００３号、発明の名称「エッジリット方式の表示装置内に広がる横方向の光のための光学素子及び該光学素子を使用したシステム」（代理人整理番号：６０７０９ＵＳ００２）、同日付で出願の米国特許出願第１１／１６７，００１号、発明の名称「照明素子及び該照明素子を使用したシステム」（代理人整理番号：６０９７５ＵＳ００２）、及び同日付で出願の米国特許出願第１１／１６７，０１９号、発明の名称「偏光子感受性照明素子及び該照明素子を使用したシステム」（代理人整理番号：６０９７６ＵＳ００２）。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、光学照明及び表示装置、特にバックライトによって照らされる標識及び表示システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置（ＬＣＤ）は、装置、例えばラップトップコンピュータ、ハンドヘルド計算機、デジタル時計及びテレビに使用される光学表示装置である。いくつかのＬＣＤ、例えば、ラップトップコンピュータ、携帯電話及び一部のＬＣＤモニター及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）は、表示パネルの側部に配置される多くの光源を有するバックライトを使用して背後から照らされる。光は表示装置の背後に配置される光ガイドを使用して光源から誘導される。光ガイドは、一般に光を光ガイドから抽出し、表示パネルに該光を導くように構成される。この装置は、エッジリット方式の表示装置と一般に呼ばれ、表示装置があまり大きくない及び／又は表示された画像があまり明るくない場合の用途にしばしば使用される。例えば、大部分のコンピュータ・モニタは近い距離から見るため、一般に離れた距離から見るテレビの表示装置と同程度に明るい必要はない。
【０００４】
より大きい、又は明るい表示装置では、バックライトは表示パネルの背後に直接配置される光源を使用する傾向がある。この１つの理由は、表示装置の輝度が一定のレベルを達成するために必要な光パワーが、表示装置のサイズの２乗で増加するためである。表示装置の側部に沿って光源の位置を決めるための入手可能な不動産（real estate）は、表示装置のサイズに対して直線的にのみ増加するため、輝度の所望のレベルを達成するために、光源がパネルの側部よりもむしろパネルの背後に配置される必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バックライトの１つの重要な態様は、表示パネルを照らしている光が一様の輝度でなければならないということである。使用される光源が点光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であるときに、照明の均一性は特に問題である。そのような場合、バックライトは、表示された画像に暗い領域が無いように、表示パネル全体に光を広げる必要がある。更に、いくつかの用途で、様々な色の光を発する多くの様々なＬＥＤからの光で表示パネルは照らされる。それは、輝度のみならず色が、表示された画像全体で均一であるために、様々なＬＥＤからの光が混合されるこれらの状態で重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、照射側を有する画像形成パネルと、該画像形成パネルの照射側に配置されるバックライト・ユニットとを備える光学システムに関する。バックライト・ユニットは少なくとも第１の光源及び第２の光源を備え、第１の光源は第１の波長で発光し、第２の光源は第１の波長と異なる第２の波長で発光する。バックライト・ユニットは少なくとも１つの反射面及び被制御透過ミラーを有する反射キャビティを更に備える。第１の光源及び第２の光源からの光が反射キャビティ内で反射される。被制御透過ミラーが、入力結合要素と、出力結合要素と、該入力結合要素及び該出力結合要素との間に配置された第１の多層反射体を備える。第１の多層反射体は、第１の光源及び第２の光源からの法線入射光に対して反射性である。入力結合要素は、第１の光源及び第２の光源から伝播する、第１の多層反射体に対して略垂直な方向の少なくともいくつかの光を、第１の多層反射体を透過する方向に再指向させる。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、少なくとも第１の波長で照明光を生成可能な第１の光源及び該第１の波長と異なる第２の波長で照明光を生成可能な第２の光源とを備える照明光ユニットに関する。照明光ユニットは更に、１又はそれ以上の反射体を有する反射キャビティと、該反射キャビティの出力部に配置される、被制御透過ミラーとを備える。被制御透過ミラーは、入力結合要素と、出力結合要素と、該入力結合要素と該出力結合要素との間に配置される第１の多層反射体を含む。第１の光源及び第２の光源からの少なくともいくつかの照明光が、１又はそれ以上の反射体によって反射キャビティ内にて反射され、反射キャビティから被制御透過ミラーを透過する。
【０００８】
本発明の上記の概要は本発明の各説明された実施形態又はすべての実施を記載しようとするものではない。以下の図面及び詳細な説明は、特にこれらの実施形態を例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、照射された標識及び表示装置、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ又はＬＣ表示装置）に適用でき、更に、表示パネルの背後に直接配置される光源を使用して照らされる、ダイレクトリット方式の表示装置として公知の表示装置に適用でき、表示パネルの側部に配置される光源を使用して照らされる、エッジリット方式の表示装置として公知の表示装置にも適用できる。本発明は、様々な色の光源によって照らされる表示装置にとって特に有用であると考えられている本発明は、また、空間照明を提供するシステムに適用できると考えられている。
【００１０】
ダイレクトリット方式の表示システム１００の典型的な実施形態の概略分解図は、図１Ａに示される。このような表示システム１００は、例えばＬＣＤモニター、又はＬＣＤテレビに使用され得る。この典型的な実施形態では、装置１００は、一般にパネル板１０６の間に配置されるＬＣ１０４の層を含む液晶（ＬＣ）表示パネル１０２を使用する。板１０６はしばしばガラスから成り、ＬＣ層１０４内の液晶の配向を制御するために、板１０６の内部表面上に電極構造体及びアラインメント層を含み得る。電極構造体は、ＬＣパネル画素、液晶の配向が隣接した画素の中で独立して制御されるＬＣ層の領域を定義するために、一般に配置される。カラーフィルタが、表示された画像に色を付与するための１又はそれ以上の板１０６に含まれてもよい。
【００１１】
上方吸収偏光子１０８はＬＣ層１０４の上に配置され、下方吸収偏光子１１０はＬＣ層１０４の下に配置される。図示の実施形態では、上下の吸収偏光子１０８、１１０は、表示パネル１０２の外側に位置する。吸収偏光子１０８、１１０及び表示パネル１０２は、共に、バックライト１１２から表示パネル１０２を通って観察者へ透過する光を制御する。いくつかの典型的な実施形態では、ＬＣ層１０４の画素が駆動しない場合は、そこを通過する光の偏光は変わらない。したがって、下方吸収偏光子１１０を通過する光は、吸収偏光子１０８、１１０が垂直に整列する際は、上方吸収偏光子１０８によって吸収される。一方、画素が駆動する際、通過する光の偏光は回転し、それにより、下方吸収偏光子１１０を透過した少なくともいくつかの光も上方吸収偏光子１０８を透過する。例えば制御装置１１３を使用したＬＣ層１０４の異なる画素の選択的な駆動は、ある所望の位置で表示装置１００からの発光をもたらし、それにより、観察者が見る画像が形成される。制御装置１１３は、例えば、コンピュータ、又はテレビ画像を受信して表示するテレビ制御装置を含み得る。１又はそれ以上の任意の層１０９は、例えば表示装置の表面に機械的及び／又は環境的保護を提供するため、上方吸収偏光子１０８の上に設けられてもよい。１つの典型的な実施形態では、層１０９は吸収偏光子１０８上の硬質皮膜を含み得る。
【００１２】
いくつかのタイプのＬＣ表示装置は、上記のものとは異なる方法で作動でき、したがって、上記のシステムとは細部が異なり得る。例えば、偏光子が平行に整列されてもよく、ＬＣパネルは非駆動状態で、光の偏光を回転し得る。それにもかかわらず、このような表示装置の基礎構造は、上記の構造と同様のままである。
【００１３】
バックライト１１２は、照明光を生成させ、ＬＣパネル１０２の背後に光を導く。バックライト１１２は、光を生成するための多数の光源１１６を含む、又は、光源１１６から光を受ける反射キャビティ１１４を含む。光源１１６は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）であってよく、又は、他のタイプの光源であってもよい。
【００１４】
反射キャビティ１１４は、表示パネル１０２から離れた方向の光源１１６から、下向きに伝播する光を反射するベース反射体１１８を含むことができる。ベース反射体１１８は、以下に説明するように、表示装置１００内で光を再利用するのに有用であり得る。ベース反射体１１８は、鏡面反射体又は拡散反射体であってもよい。ベース反射体１１８として使用可能な鏡面反射体の１つの例としては、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（3M Company）から入手可能であるビキュイティ（Vikuiti）（登録商標）鏡面反射性向上（ＥＳＲ）フィルムがある。適切な拡散反射体の例としては、拡散的に反射する粒子、例えば二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等が詰め込まれている重合体、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン、ポリスチレン等を含む。微小孔性材料及び小線維含有材料を含む拡散反射体の他の例は、共同所有された米国特許第６，７８０，３５５号に記載されている。
【００１５】
反射キャビティ１１４も、光源１１６と表示パネル１０２との間に配置される被制御透過ミラー１２０を含む。用語「キャビティ」は、少なくともいくつかの光が、被制御透過ミラーと反射面との間の後方及び前方を反射可能である、被制御透過ミラーと少なくとも１つの反射面との装置のために使用される。
【００１６】
被制御透過ミラー１２０は、反射キャビティ１１４内のいくつかの光を反射し、更にキャビティ１１４内で光が横方向に広がることを促進する。横方向に広がる光は、観察者がより一様に照らされた画像を見られるように、被制御透過ミラー１２０を出る光の強度プロファイルを形成するのを助ける。更に、異なる光源１１６が様々な色の光を生成する場合、横方向に広がる光は、様々な色のより完全な混合をもたらし、それにより、観察者はより均一な色の画像を見る。被制御透過ミラー１２０の動作は、更に以下に詳細に記載される。
【００１７】
キャビティ１１４は更に反射壁１２２を備えてもよい。反射壁１２２は、例えば、ベース反射体１１８に使用されているものと同じ鏡面反射材料又は拡散反射材料、又は別のタイプの反射材料から形成され得る。
【００１８】
光管理層１２４の装置も、キャビティ１１４と表示パネル１０２との間に配置され得る。光管理層１２４は、表示装置１００の動作を改良するよう、キャビティ１１４から伝播する光に影響を及ぼす。例えば、光管理層１２４は反射偏光子１２６を含み得る。このことは、光源１１６は一般に偏光されていない光を生成するが、下方吸収偏光子１１０は、単一の偏光状態を透過するだけであるため、有利であり得る。したがって、光源１１６によって生成される光の約半分が、ＬＣ層１０４への透過に適していない。しかし、反射偏光子１２６は、ともすると下方の吸収偏光子１１０に吸収されてしまう光を反射するために使用されることができ、それにより、この光は、反射偏光子１２６とキャビティ１１４との間を反射することによって再利用可能である。反射偏光子１２６によって反射される光は、その後、被制御透過ミラー１２０によって反射され得る、又は、該光は、キャビティ１１４に再び入り、ベース反射体１１８によって反射されてもよい。偏光子１２６により反射された少なくともいくつかの光は減極され得て、その後、反射偏光子１２６及び下方吸収偏光子１１０を介して表示パネル１０２に透過される偏光状態で反射偏光子１２６に戻される。このように、反射偏光子１２６は、表示パネル１０２に到達する光源１１６によって生成される光のフラクションを増やすために使用されてもよく、それゆえ表示装置１００によって生成される画像は、より明るい。
【００１９】
あらゆる適切なタイプの反射偏光子として、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子、拡散的に反射する偏光膜（ＤＲＰＦ）、例えば連続／分散相偏光子、ワイヤーグリッド反射偏光子又はコレステリック反射偏光子が使用され得る。
【００２０】
ＭＯＦ及び連続／分散相反射偏光子の双方は、直交に偏光した状態で光を透過しながら、選択的に１つの偏光状態の光を反射するために、少なくとも２つの材料、通常、高分子材料間の屈折率の差に依存する。ＭＯＦ反射偏光子のいくつかの例は、共同所有された米国特許第５，８８２，７７４号に記載されている。市販されているＭＯＦ反射偏光子としては、例えば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニーから入手可能な、拡散性表面を含む多層反射偏光子であるビキュイティ（登録商標）ＤＢＥＦ−Ｄ２００及びＤＢＥＦ−Ｄ４００が挙げられる。
【００２１】
本発明と関連して有用なＤＲＰＦとしては、例えば、共同に所有されている米国特許第５，８２５，５４３号に記載の連続／分散相反射偏光子、及び、例えば、米国特許第５，８６７，３１６号に記載の拡散的に反射する多層偏光子を含む。他の適切なタイプのＤＲＰＦは、米国特許第５，７５１，３８８号に記載されている。
【００２２】
本発明と関連して有用なワイヤーグリッド偏光子としては、例えば、米国特許第６，１２２，１０３号に記載のワイヤーグリッド偏光子を含む。なかでも、ワイヤーグリッド偏光子は、ユタ州オレムのモクステック社（Moxtek Inc.）から市販されている。
【００２３】
本発明と関連して有用なコレステリック偏光子としては、例えば、米国特許第５，７９３，４５６号及び米国特許第６，９１７，３９９号に記載のコレステリック偏光子を含む。コレステリック偏光子は、しばしば、コレステリック偏光子で伝達される光が直線偏光に変えられるよう、出力側の四分の一波長遅延層（quarter wave retarding layer）とともに提供される。
【００２４】
偏光混合層１２８は、反射偏光子１２６によって反射された光の偏光の混合を補助するために、キャビティ１１４と反射偏光子１２６との間に配置され得る。例えば、偏光混合層１２８は複屈折層、例えば四分の一波長遅延層であってもよい。
【００２５】
光管理層１２４は、又、１又はそれ以上のプリズム輝度向上層１３０ａ、１３０ｂを含んでもよい。プリズム輝度向上層は、表示装置の軸により近い伝播方向に、軸外光を再指向させる表面構造を含むものである。このことは、ＬＣパネル１０２を通過し、通常、該ＬＣパネル１０２を通って軸上に伝播する光の量を増やす照明光の視野角を制御する。したがって、観察者が見る画像の軸上の輝度は増加する。
【００２６】
プリズム輝度向上層の１つの例は、屈折と反射との組み合わせにより、照明光を再指向させる多くのプリズム頂部を有する。表示装置に使用され得るプリズム輝度向上層としては、例えば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニーから入手可能な、ＢＥＦＩＩ  ９０／２４、ＢＥＦＩＩ  ９０／５０、ＢＥＦＩＩＩＭ  ９０／５０及びＢＥＦＩＩＩＴを含むプリズム・フィルムのビキュイティ（登録商標）ＢＥＦＩＩ及びビキュイティＢＥＦＩＩＩファミリーが挙げられる。互いに９０°に配向するプリズム構造を有する２つの輝度向上層１３０ａ、１３０ｂを使用することも可能であるが、１つの輝度向上層のみでも使用され得る。この交差した外形は、二次元、水平及び垂直の視野角の照明光の視野角の制御を提供する。
【００２７】
エッジリット方式の表示装置を含む表示装置１５０の典型的な実施形態は、図１Ｂに概略的に図示される。この実施形態では、バックライト１１２は、照明光を生成し、光ガイド１５２に照明光を導く光ガイド１５２及び１又はそれ以上の照明光ユニット１５４を含む。照明光ユニット１５４は、照明光を生成するために多くの光源１１６を含む。光源１１６は、延在した長さ全体に発光する、延在した光源であってもよい。延在した光源の１つの例は、冷陰極、蛍光灯である。光源１１６は、また、効果的な点光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。他のタイプの光源も使用可能である。ここに挙げた光源は、限定的又は完全なものを意図するのではなく、単に典型的なものであることが意図される。
【００２８】
光照射ユニット１５４は、光源１１６から光ガイド１５２に光を集めて該光を導くために使用される反射キャビティ含むことができる。光ガイド１５２は、表示パネル１０２の背後の領域へ光源１１６からの照明光を誘導し、該照明光を表示パネル１０２に導く。光ガイド１５２は、単一の縁部を介して、又は、多数の縁部を介して照明光を受信し得る。図示されていない他の実施形態では、光は光ガイド１５２の端部以外の光結合機構で、光ガイド１５２に結合されてもよい。ベース反射体１５６は、表示パネル１０２から光ガイド１５２の他の側に配置されてもよい。光ガイド１５２は、光を、表示パネル１０２を照らすための光ガイド１５２から抽出するために使用される光抽出機構１５３を含むことができる。例えば、光抽出機構１５３は、光を表示パネル１０２に直接導く、又は、光をベース反射体１５６に導く光ガイド１５２の表面に、拡散部分を含むことができる。他のアプローチは、光を光ガイド１５２から抽出するために使用され得る。
【００２９】
照明光ユニット１９９の１つの典型的な実施形態は、現在、図２Ａを参照して記載されている。この図は、いくつかの光源１１６ａ、１１６ｂを含む光ユニット１９９の一部を示す。反射キャビティ１１８は、少なくとも１つの反射面２０２と被制御透過ミラー２００との間で形成され得て、該被制御透過ミラー２００は、光源１１６ａ、１１６ｂによって生成された少なくともいくつかの照明光が、被制御透過ミラー２００及び反射面２０２の双方によって反射されるよう配置される。図示の実施形態では、反射面２０２は光源１１６ａ、１１６ｂの背後に配置される。
【００３０】
通常、多層反射体２０４上に入射される際に、光源１１６ａ、１１６ｂによって生成された少なくともいくつかの光が反射されるよう、被制御透過ミラー２００は、反射スペクトルを有する多層反射体２０４を含む。
【００３１】
入力結合要素２０６は多層反射体２０４の下方に配置され、出力結合要素２０８は多層反射体２０４の上方に配置される。入力結合要素２０６及び出力結合要素２０８は、被制御透過ミラー２００を通して光を結合するために、結合要素２０６、２０８に入る少なくともいくつかの光の方向を変えるために使用される。入力結合要素２０６及び出力結合要素２０８の典型的な実施形態は、表面ディフューザ及び嵩ディフューザの双方のディフューザと、微細複製表面とを備える。入力結合要素２０６及び出力結合要素２０８の実施例は、後で更に詳細に記載される。出力結合要素２０８は、入力結合要素２０６と同じタイプの結合要素であってもよく、例えば入力結合要素２０６及び出力結合要素２０８は、両方とも嵩ディフューザであってもよく、又は、出力結合要素２０８は、入力結合要素２０６と異なってもよい。入力結合要素２０６及び出力結合要素２０８は積層され得る、又は別の方法で、多層反射体２０４と一体的に形成され得る。
【００３２】
多層反射体２０４は、一般に誘電スタックの基本構成ブロックを形成する光学中継ユニットから構成される。光学中継ユニットは、一般に少なくとも高屈折率材料及び低屈折率材料の２つ以上の層を含む。多層反射体は、赤外線波長、可視波長又は紫外線波長、及び一方又は両方の光の偏光の所定の直交性の対を反射するために、これらの建築用ブロックを使用して、設計され得る。一般に、スタックは特定の波長の光λを反射するために、以下の関係式による層の光学的厚さを制御することにより構築可能である。
【００３３】
λ＝（２／Ｍ）＊Ｄr            （１）
ここでは、Ｍは、反射された光の順序を表している整数であり、Ｄrは光学中継ユニットの光学的厚さである。第１の順序の反射（Ｍ＝１）にとって、光学中継ユニットは、λ／２の光学的厚さを有する。単一の四分の一波長スタックは、波長の四分の一、λ／４の光学的厚さを各々に有する多くの層を含む。広帯域反射体は、様々な波長、スタック全体に亘った層厚さの連続的階調を有するスタック、又はその組み合わせに調整される多数の四分の一波長スタックを含むことができる。多層反射体は、非光学層を更に含むことができる。例えば、共押出された高分子誘電反射体は、反射体フィルムの形成を促進し、反射体を保護するために使用される保護境界層及び／又は表皮層を含むことができる。特に本発明に適した高分子光学スタックは、国際特許公開第９５／１７３０３号、発明の名称「多層光学フィルム」及び米国特許第６，５３１，２３０号に記載されている。他の実施形態では、誘電スタックは、多くの無機材料であってもよい。低屈折率材料のために使用される適切ないくつかの材料は、ＳｉＯ2，ＭｇＦ2，ＣａＦ2等を含む。高屈折率材料のために使用される適切ないくつかの材料は、ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｎＳｅ等を含む。しかし、本発明は四分の一波長スタックに限定されず、更に一般的に、例えば、コンピュータ最適化スタック及びランダム層厚さスタックを含むあらゆる誘電スタックにも適用できる。
【００３４】
特定の波長の光の誘電スタックによる反射は、該スタックを通した伝播角度に部分的に依存している。多層反射体２０４は、特定の角度でスタックにおいて伝播している光のための反射バンド外形（例えば、バンドの中心部及びバンド端）を有すると、考えられることができる。スタックの伝播角度が変わるにつれて、このバンド外形は変わる。スタックの伝播角度は、一般に投射角度の機能並びにスタック及び周囲の媒体の材料の屈折率である。スタックの伝播角度が変わるにつれて、反射バンド外形のバンド端の波長は変わる。一般に、考慮中の高分子材料のために、空気のかすり入射で見られるときに、通常の入射の光に対する反射体のバンド端は、その標準的な入射値の約８０％までシフトする。この効果は、米国特許第６，２０８，４６６号に、より詳細に記載されている。光が空気より高い屈折率を有する媒体を使用している反射体に結合されるときに、バンド端シフトは大幅にシフトし得る。また、バンド端のシフトは、一般に、ｓ偏光光よりもｐ偏光光の方が大きい。
【００３５】
反射バンド外形、例えば、角度によってシフトするバンド端の角度の依存は、効果的な層厚さの変化から生じる。角度が法線入射から増加するにつれて、反射バンドはより短い波長へシフトする。所定の層を通った全体的な路程が角度と共に増加する一方、角度が、反射体２０４の層に垂直な軸２３０に関して測定される場合、角度によるバンド位置の変化は、角度θを有する層を通じた全体的な路程の変化に依存しない。むしろ、バンド位置は、所定の層の頂面及び底面から反射される光線の間の路程の差に依存する。この路程差は、所定の層がλ／４厚さの層に調整される波長である、周知の公式、ｎ．ｄ．ｃｏｓθ＝λが示すように、入射角度と共に減少する。この式では、ｎは層材料の屈折率であり、ｄは層の厚さである。
【００３６】
上記の説明は、反射バンド断面のバンド端が角度の関数として、どのように変わるかについて記載している。本明細書で使用する時、用語「バンド端」は、一般に多層反射体が実質的な反射から実質的な透過に変わる領域を指す。この領域は、かなりくっきりとしており、単一の波長と記述され得る。他の場合には、反射から透過への転移は、より徐々に成され得て、中心波長及びバンド幅という言葉で記載され得る。しかし、いずれにせよ、反射と透過との間の実質的な差が、バンド端のどちらか一方の側に存在する。
【００３７】
特定の波長の光が、（軸２３０、中継ユニットの界面の法線から測定した）伝播角度が増加したスタックに伝播するにつれて、光はバンド端に接近する。一つの実施例では、高い十分な伝播角度で、スタックは特定の波長の光に対して実質的に透明になり、光はスタックを透過する。したがって、光の所定の波長に対して、このスタックは、該スタックが実質的に光を反射するよりも小さい、付随した伝播角度、及び、該スタックが実質的に光を伝達するよりも大きい別の伝播角度を有する。したがって、ある多層スタックで、光の各波長は、実質的な反射が起こるよりも小さい同位角を有し、実質的な透過が起こるよりも大きな同位角を有すると考えられる。バンド端がくっきりすればする程、これらの二つの角度は、関連する波長に近くなる。本発明を説明する目的で、これらの２つの角度が同じであり、θminの値を有する近似値が作られる。
【００３８】
上記の説明は、所定のスタックにおけるモノクロの光が、伝播角度の増加と共に、反射から透過にシフトする方法を記載する。スタックが異なる波長の成分の混合物を有する光で照らされる場合、反射するスタックが反射から透過に変化する角度（θmin）は、様々な波長成分により異なると思われる。バンド端が角度の増加と共により短い波長に動くので、θminの値は長い波長の光に対してはより低く、したがって、短い波長においてよりも、長い波長において、より多くの光が多層反射体を透過することが潜在的に可能になる。いくつかの実施形態では、被制御透過ミラーから生成される光の色が比較的均一であることが望ましい場合もある。色の釣り合いのための一つのアプローチは、長い波長の光よりも多くの短い波長の光を被制御透過ミラーに結合する、入力結合要素及び出力結合要素を使用することにある。
【００３９】
このような結合要素の１つの例は、図３Ａ及び図４Ａで後述されているように、高分子マトリック内で分散された散乱粒子を含む嵩ディフューザである。散乱粒子は、周囲のマトリックスとは異なる屈折率を有する。拡散性散乱の性質は、全て同等であり、短い波長の光は長い波長の光よりも散乱する。
【００４０】
更に、散乱の程度は、粒子の屈折率と周囲のマトリックスとの間の差に依存している。屈折率の差が短い波長でより大きな場合、短い波長光は更に散乱する。拡散性結合要素の１つの特定の実施形態では、マトリックスが二軸的に延伸されたＰＥＮにより形成され、赤色の光の場合には約１．７５の面内屈折率を有し、青色の光の場合には約１．８５の面内屈折率を有し、ここでは、光はｓ偏光されている、すなわち、高分散を有する。面内屈折率は、電気ベクトルがフィルムの平面に平行に偏光されている光のための屈折率である。フィルムの厚さ方向と平行して偏光する光に対して、面外屈折率は約１．５である。ｐ偏光光は面内屈折率と面外屈折率との組合わせである効果的な屈折率を経験するので、ｐ偏光光の屈折率は、ｓ偏光光の屈折率より低い。
【００４１】
マトリックスの粒子は高屈折率を有し得る、例えば、二酸化チタン粒子は、約２．５の屈折率を有する。ＴｉＯ2の屈折率は、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲で、約０．２５ずつ異なり、約０．１ずつ変化する同様の波長範囲のＰＥＮよりも高い。したがって、粒子とマトリックスとの間の屈折率の差は、可視スペクトル全体で約０．１５ずつ変わり、それが、青色の光において散乱が増加する結果をもたらす。したがって、粒子とマトリックスとの間の屈折率の差は、可視スペクトル全体で有意に変化可能である。
【００４２】
したがって、拡散性散乱機構が波長に依存しており、可視スペクトル全体で屈折率差の差が大きいために、青色の光が多層反射体に散乱する程度は比較的高く、短い波長で、少なくとも部分的にθminより大きい値を補償する。
【００４３】
入力結合要素及び出力結合要素の他の実施形態、例えば、以下に説明する図３Ｂ〜図３Ｄ及び図４Ｂ〜図４Ｄに記載の入力結合要素及び出力結合要素は、光を変向する屈折効果に主に依存する。例えば結合要素が、表面構造、又は、多層反射体内の光又は多層反射体からの光を結合するためのホログラフィック機構を備えてもよい。通常の材料分散は、短い波長に大きな屈折効果をもたらす。したがって、屈折効果に依存する入力結合要素及び出力結合要素も、短い波長で少なくとも部分的にθminのより大きな値を補償することができる。
【００４４】
したがって、被制御透過ミラーに入る光は、θminの値における広い変化があり得ることが分かり、説明を簡単にするため、以下の説明は、θminの単一の値にのみ言及する。
【００４５】
システム設計者が多層反射体を通過する光の量を制御するために使用可能な別の効果は、ブルースター角（ｐ偏光光が反射損失無く、多層反射体を通過する角度）の選択である。多層反射体における隣接する等方性層１、２は、それぞれ屈折率ｎ１及びｎ２を有し、層１から層２までを通過する光における層１のブルースター角の値θBは、式ｔａｎθB＝ｎ２／ｎ１によって求められる。したがって、多層反射体の異なる層において使用される特定の材料は、ブルースター角の目標値を提供するために選択され得る。
【００４６】
多層反射体のためのブルースター角の存在は、入力結合層及び出力結合層に依存する以外に、光に反射体を通過させ、光を大きい角度で変向するための別の機構を提供する。被制御透過ミラー内の角度がｐ偏光光において増加するにつれて、反射バンドはブルースター角で実質的に消える。ブルースター角より高い角度で、反射バンドは再び現れて、より短い波長にシフトし続ける。
【００４７】
ある実施形態では、青色の光ではθBの値がθmin未満であるが、赤色の光では、θBの値がθminより大きく設定することが可能でもよい。この構成は多層反射体を通って青色の光の透過が増加することを導き、それは少なくとも部分的に、短い波長光におけるθminのより高い値を補償する。
【００４８】
少なくともいくつかの光源１１６ａからの光は、被制御透過ミラー２００へ伝播する。光線２１０として示される一部の光は、入力結合要素２０６を通過し、θminより大きい角度の多層反射体２０４上に入射し、反射体２０４を透過する。光線２１２として示される光の別の部分は、θmin未満の角度で入力結合要素２０６に入射するが、該入力結合要素２０６により、少なくともθminの角度に向きを変え、多層反射体２０４を透過する。光線２１４として示される、光源１１６ａからの別の部分の光は、入力結合要素２０６を通過して、θmin未満の角度で多層反射体２０４に入射する。したがって、光２１４は多層反射体２０４によって反射面２０２に反射される。光２１４は、鏡面的又は拡散的に反射面２０２で反射され得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、多層反射体２０４は、空気の層、又は、多層反射体２０４と出力結合要素２０８との間の比較的低い屈折率の他のいくつかの材料を避ける方法で、出力結合要素２０８に取り付けられることが望まれ得る。多層反射体２０４と出力結合要素２０８との間のこのような近い光学的結合は、多層反射体２０４における光の全内部反射の可能性を減らす。
【００５０】
被制御透過ミラー内の光の最大の角度θｍａｘは、入力結合要素２０６の相対的な屈折率ｎi及び多層反射体２０４の特定の層の屈折率、ｎ1、ｎ2により測定され、ここでは、添え字１、２は多層反射体２０４の交互の層を指す。入力結合要素２０６が表面結合要素である場合、ｎiの値は、結合表面が形成される材料の屈折率に等しい。入力結合要素２０６から多層反射体２０４への伝播は、スネルの法則に従う。多層反射体２０４の各交互の層のθmaxの値は、次の式によって求められる。
【００５１】
θmax  ＝  ｓｉｎ-1  （ｎi／ｎ1,2）              （２）
ｎ1又はｎ2が使用される場合、ｎi＞ｎ1及びｎi＞ｎ2であり、θmaxは９０°までであり得る。
【００５２】
出力結合要素２０８は、照明光ユニット１９９からの少なくともいくつかの光を抽出するために使用される。例えば、光２２０として被制御透過ミラー１２０から発するように、いくつかの光２１２が出力結合要素２０８によって拡散され得る。
【００５３】
光、例えば光線２２２の他の部分は、出力結合要素２０８によって変向され得ない。光２２２が出力結合要素の臨界角度より大きい角度で出力結合要素２０８の上面に入射する場合、θc＝ｓｉｎ-1（１／ｎ0）であり、ここでは、ｎ0は出力結合要素２０８の屈折率であり、出力結合要素２０８は空気と相互作用し、光２２２は光２２４として出力結合要素２０８内で全内部反射される。その後、反射された光２２４は、入力結合要素２０６の下部表面で、全内部反射され得る。或いは、その後、光２２４は反射面２０２へ、被制御透過ミラー２００から通過した入力結合要素２０６によって変向されてもよい。
【００５４】
少なくともθminの角度を有する多層反射体２０４を通過する光が、θcより大きな角度を有する出力結合要素２０８に入射する場合、出力結合要素２０８から変向されないその光は、一般に出力結合要素２０８内で全内部反射される。しかし、少なくともθminの角度を有する多層反射体２０４を通る光が、θcより小さな伝播角度で出力結合要素２０８に到達する場合、光のフラクションが出力結合要素２０８を通じて外側に透過されてもよく、出力結合要素２０８によって変向されずに、出力結合要素２０８と空気との間の界面でフレネル反射損失を受ける。したがって、多重反射を被る光と、反射キャビティ１１８内で変向される、該光の方向に対して多くの可能性がある。光は、また、被制御透過ミラー２００と反射面２０２との間の空間内で横方向に伝播されてもよい。これらの多重効果は、より均一な輝度のバックライト照度を生成するために、光が横方向に広がり、抽出される可能性を高めるために、組み合わされる。
【００５５】
多層反射体２０４がブルースター角の値、すなわち、θminより低いθBを有するという可能性を除いて、光源１１６ａから発する光の禁制角度領域が存在する。この禁制角度領域はθminの半分の角度を有し、光源１１６ａより上に位置する。光は、禁制角度領域内で多層反射体２０４を通過することができない。しかし、隣接光源１１６、例えば光源１１６ｂからの光２３２は、軸２３０で、光源１１６ａより上の垂直な点で被制御透過ミラー２００から逃げることが可能でもよく、したがって、照明光ユニット１９９は異なる光源１１６ａ、１１６ｂからの光を混合するのに有効である。
【００５６】
上記で提供される被制御透過ミラー２００の記載を考慮すると、入力結合要素２０６の機能は、少なくともθminの角度で多層反射体２０４に入射するよう、ともするとθmin未満の角度の多層反射体２０４に入射してしまう少なくともいくつかの光を変向することであることが分かる。また、出力結合要素２０８の機能は、ともすると被制御透過ミラー２００内で全内部反射されてしまう少なくともいくつかの光を、該光が被制御透過ミラー２００から発するよう変向することである。
【００５７】
被制御透過ミラー２００の別の典型的な実施形態は図２Ｂで概略的に図示され、この図では、透明層２５０は、多層反射体２０４と出力結合要素２０８との間に配置される。透明層２５０は、あらゆる適切な透明材料、有機材料又は無機材料、例えば高分子材料又はガラス材料から形成されてもよい。適切な高分子材料は、非結晶又は半結晶であってもよく、単独重合体、共重合体又はそれらの混合物を含んでもよい。高分子材料は、非晶質重合体類、例えば、ポリ（カーボネート）（ＰＣ）、ポリ（スチレン）（ＰＳ）、アクリレート類、例えばニュージャージー州ロッカウェーのシロ・インダストリーズ（Cyro Industries）によるブランド「アクリライト（登録商標）」として供給されているアクリル・シート、アクリル共重合体類、例えばイソオクチルアクリレート／アクリル酸、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、ＰＭＭＡ共重合体類、シクロオレフィン類、シクロオレフィン共重合体類、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、スチレン・アクリロニトリル共重合体類（ＳＡＮ）、エポキシ類、ポリ（ビニルシクロヘキサン）、ＰＭＭＡ／ポリ（フッ化ビニル）ブレンド、アタクチックポリ（プロピレン）、ポリ（酸化フェニレン）合金類、スチレンブロック・共重合体類、ポリイミド、ポリスルホン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリウレタン、及び半結晶性重合体類、例えばポリ（エチレン）、ポリ（プロピレン）、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（カーボネート）／脂肪族ＰＥＴブレンド、ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）、ポリアミド類、イオノマー類、酢酸ビニル／ポリエチレン共重合体類、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、フルオロ重合体、ポリ（スチレン）−ポリ（エチレン）共重合体類、ＰＥＴ及びＰＥＮ共重合体類、並びに透明なガラス繊維パネル、を含むが、これに限定されるものではない。いくつかのこれらの材料、例えばＰＥＴ、ＰＥＮ及びそれらの共重合体類は、等方性材料の材料屈折率から材料屈折率を変えるために配向され得る。透明層２５０は、出力結合要素２０８を使用して光を被制御透過ミラー２００から抽出する前に、光源１１６ａ、１１６ｂから光がより横方向に広がることを可能にするために使用され得る。
【００５８】
透明層２５０の１又はそれ以上の端部は、反射体２５２によって覆われてもよい。したがって、或いは透明層２５０から逃げるかもしれない光２５４は、透明層２５０へ後方に反射され、有用な照明光として照明光ユニット１９９から抽出されてもよい。反射体２５６は、多層誘電反射体、透明層２５０の縁部上の金属被覆、多層高分子反射体、拡散高分子反射体等を含むあらゆる適切なタイプの反射体であってもよい。図示の実施形態では、透明層２５０の側の反射体２５２はまた、反射キャビティ１１４の側部反射体として使用され得るが、このことは本発明を限定することを目的としない。
【００５９】
別の典型的な実施形態では、図２Ｃで概略的に図示されて、透明層２５０は、入力結合要素２０６と多層反射体２０４との間で配置される。
【００６０】
他のいくつかの実施形態では、被制御透過ミラー２００は図２Ｄに概略的に図示されるように、透明層２５０のどちらか一方の側に配置される２つの多層反射体２０４、２０５が設けられてもよい。多層反射体２０４、２０５はθminと同じ値を有してもよいが、これは必須ではない。
【００６１】
透明層の使用は、同日付で出願の米国特許出願第１１／１６６，７２３号、発明の名称「バックリット方式の表示装置に広がる横方向の光のための光学素子及び該光学素子を使用したシステム」（代理人整理番号：６０４９９ＵＳ００２）に更に記載されている。
【００６２】
様々なタイプの入力結合要素の典型的な実施形態は、図３Ａ〜図３Ｄを参照して記載される。他の典型的な実施形態（図示せず）では、透明層が多層反射体と入力結合要素又は出力結合要素との間で設けられてもよい。
【００６３】
図３Ａでは、被制御透過ミラー３２０の典型的な実施形態は、入力結合要素３２６、多層反射体３０４及び出力結合要素３０８を含む。この特定の実施形態において、入力結合要素３２６は、透明マトリックス３２６ｂ内に分散された拡散粒子３２６ａを含む嵩拡散層である。θｍｉｎ未満の角度で入力結合要素３２６に入る少なくともいくつかの光、例えば光線３２８が、θminよりも大きな角度で入力結合要素３２６内に散乱し、その結果多層反射体３０４を透過する。いくつかの光、例えば光線３３０は、多層反射体３０４を通過するのに充分な角度で入力結合要素３２６内に散乱しなくてもよく、多層反射体３０４によって反射される。透明マトリックス３２６ｂのための適切な材料は、上方の透明層に使用するために適切であるとして挙げられた重合体類を含むが、これに限定されない。
【００６４】
拡散粒子３２６ａは、光、例えば透明粒子を拡散するために有用な、周囲の高分子マトリックス、拡散的に反射する粒子、又はマトリックス３２６ｂ内の空隙又は気泡と異なる屈折率を有するあらゆるタイプの粒子でもよい。適切な透明粒子の例には、固体又は中空の無機粒子、例えばガラスビーズ又はガラス殻、固体又は中空の高分子粒子、例えば固体高分子球又は高分子中空殻を含む。適切な拡散的に反射する粒子の例には、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）などの粒子が含まれる。更に、マトリックス４２６ｂの空隙は、光を拡散するために使用され得る。このような空隙は、ガス、例えば空気又は二酸化炭素で充填され得る。
【００６５】
被制御透過ミラー３４０の別の典型的な実施形態は図３Ｂに概略的に図示されており、入力結合要素３４６は表面ディフューザ３４６ａを含む。表面ディフューザ３４６ａは、多層反射体３０４の最下層、又は多層反射体３０４に取り付けられる別個の層に設けられてもよい。表面ディフューザ３４６ａは、成形、押印、鋳造、或いは別の方法で作製され得る。
【００６６】
少なくともいくつかの光は入力結合要素３４６、例えば光線３４８に入射し、表面ディフューザ３４６ａによって散乱され、θminより大きい角度で伝播され、その結果多層反射体３０４を透過する。いくつかの光、例えば光線３５０は、多層反射体３０４を通過する充分な角度を通って表面ディフューザ３４６ａによって散乱されなくてもよく、反射される。
【００６７】
被制御透過ミラー・ユニット３６０の別の典型的な実施形態は図３Ｃに概略的に図示されており、入力結合要素３６６は切り子面３６７ａ及び３６７ｂを有する微小複製構造３６７を含む。この構造３６７は、多層反射体３０４の最下層、又は多層反射体３０４に取り付けられる別個の層に設けられてもよい。構造３６７は、表面ディフューザ３４６ａは大部分がランダムな表面構造を含み、一方、構造３６７は定義された切り子面３６７ａ、３６７ｂを有するより規則的な構造を含むという点で図３Ｂの表面ディフューザ３４６ａと異なる。
【００６８】
少なくともいくつかの光が入力結合要素３６６で入射し、例えば光線３６８は切り子面３６７ａに入射し、該切り子面３６７ａでの屈折を除くと、θminの角度で多層反射体３０４に到達しない。したがって、光線３６８は多層反射体３０４を通して透過される。いくつかの光、例えば光線３７０は、θmin未満の角度に対する切り子面３６７ｂによって屈折され得る、したがって、多層反射体３０４によって反射される。
【００６９】
被制御透過ミラー３８０の別の典型的な実施形態は図３Ｄにおいて概略的に図示され、この図では、入力結合要素３８６は、多層反射体３０４と光学接触する表面部分３８２と、入力結合要素３８６と多層反射体３０４との間に形成される空隙３８８により多層反射体３０４と光学接触しない他の表面部分３８４とを有する。空隙３８８の存在は、いくつかの入射光の全内部反射（ＴＩＲ）をもたらす。このタイプの結合要素は、ＴＩＲ入力結合要素と称される場合がある。
【００７０】
少なくともいくつかの光は入力結合要素３８６に入射し、例えば、光線３９０が非接触表面部分３８４に入射し、表面３８４での内面反射を除けば、θminの角度度で多層反射体３０４に到達しない。したがって、光線３９０は多層反射体３０４を透過され得る。いくつかの光、例えば光線３９２は、接触表面部分３８２を通って多層反射体３０４に透過され、θmin未満の角度で多層反射体３０２に入射する。光３９２は、多層反射体３０４によって反射される。
【００７１】
他のタイプのＴＩＲ結合要素は、より詳細に米国特許第５，９９５，６９０号に記載されている。
【００７２】
ここで詳述する入力結合要素に加えて、他のタイプの入力結合要素、例えば表面ホログラム又は体積ホログラムを含む入力結合要素も使用され得る。また、入力結合要素は光を変向するための様々なアプローチを結合することができる。例えば、入力結合要素は、表面処理、例えば表面構造又は表面散乱パターン又は表面ホログラムと嵩拡散粒子とを結合してもよい。
【００７３】
それは、入力結合要素及び出力結合要素の屈折率のためのいくつかの実施形態において、例えば、多層反射体３０４の有効屈折率（高屈折率層及び低屈折率層の屈折率の平均）に相当するかそれ以上の比較的高い屈折率を有することが望ましい場合がある。入力結合要素及び出力結合要素の高い屈折率は、光が多層反射体３０４を通して伝播する角度を増すのを補助し、より大きなバンド端のシフトを導く。これは、次に、被制御透過ミラーを通過する短い波長光の量を増やす場合があり、したがって、より均一なバックライト照明の色を作る。入力結合要素及び出力結合要素のために使用され得る適切な高屈折率高分子材料の例として、二軸的に延伸された、延伸量に依存するＰＥＮ及びＰＥＴを含み、それぞれが６３３ナノメートルの波長で１．７５及び１．６５の面内屈折率値を有し得る。
【００７４】
入力結合要素及び出力結合要素の材料の選択に相応して、基板は、大きい角度で入る又は出ていく光の禁止量を遮断するＴＩＲが生じない指標を有するように選択されなければならない。逆にいえば、基板のための低い指標は、基板より高い指標を有する入力カプラーからの噴射の後に、基板における高い伝播角度を結果としてもたらすであろう。これらの２つの効果は、カラーバランスに関するシステム及び横方向に広がる光の性能を最適化するために選択可能である。
【００７５】
同様のアプローチは、出力結合要素のために使用され得る。例えば、被制御透過ミラー・ユニット４２０は、図４Ａで概略的に図示され、入力結合要素４０６、多層反射体４０４及び出力結合要素４２８を有する。この特定の実施形態では、出力結合要素４２８は嵩拡散層であり、透明マトリックス４２８ｂ内で散乱された拡散粒子４２８ａを含む。拡散粒子４２８ａ及びマトリックス４２８ｂに使用するための適切な材料は、図３Ａの入力結合要素３２６に関して上記に記載される。
【００７６】
多層反射体４０４から出力結合要素４２８に入る少なくともいくつかの光、例えば光線４３０は、出力結合要素４０８内に拡散粒子４２８ａによって散乱されてもよく、したがって、光出力結合要素４２８から透過される。いくつかの光、例えば光線４３２は、出力結合要素４２８内で散乱しなくてもよく、θの入射角度で出力結合要素４２８の頂面４２９に入射する。θの値がマトリックス４２８ｂの材料のための臨界角度（θc）以上の場合、光４３２は表面４２９で全内部反射される。
【００７７】
制御透過反射体４４０の別の典型的な実施形態は図４Ｂに概略的に図示され、出力結合要素４４８は表面ディフューザ４４８ａを含む。表面ディフューザ４４８ａは、多層反射体４０４の上面に又は多層反射体４０４に取り付けられる別個の層に提供され得る。
【００７８】
多層反射体４０４内に伝播するいくつかの光、例えば光４５０は、表面ディフューザ４４８ａに入射し、光混合層４４０から散乱する。他のいくつかの光、例えば光４５２は、表面ディフューザ４４８ａによって散乱され得ない。表面ディフューザ４４８ａの入射角度に依存して、図示のように、光４５２は全内部反射され得る、又は、いくつかの光は、多層反射体４０４内で反射する間、被制御透過ミラー４４０から透過され得る。
【００７９】
被制御透過ミラー４６０の別の典型的な実施形態は図４Ｃに概略的に図示されており、出力結合要素４６６は切り子面４６７ａ及び４６７ｂを有する微小複製された構造４６７を含む。構造４６７は、図示のように、多層反射体４０４に取り付けられる別個の層４６８上に設けられる、又は、多層反射体４０４自体の頂部表面と一体化し得る。構造４６７は、表面ディフューザの大部分がランダムな表面構造を含み、一方、構造４６７は定義された切り子面４６７ａ、４６７ｂを有するより規則的な構造を含むという点で、表面ディフューザ４４８ａと異なる。
【００８０】
多層反射体４０４内に伝播するいくつかの光、例えば光４７０は、表面ディフューザ構造４６７に入射し、被制御透過ミラー４６０から屈折する。他のいくつかの光、例えば光４７２は、構造４６７によって被制御透過ミラー４６０から屈折せず、多層反射体４０４に戻され得る。被制御透過ミラー４６０から逃げる光の伝播角度の特定の範囲は、構造４６７の形状のみならず、被制御透過ミラー４６０及び層４６８を作る少なくとも様々な層の屈折率を含む多くの要因に依存する。
【００８１】
被制御透過ミラー４８０の別の典型的な実施形態は、図４Ｄに概略的に図示され、出力結合要素４８６は、多層反射体４０４と光学接触する表面部分４８２と、要素４８６と多層反射体４０４との間で空隙４８８を形成する多層反射体４０４と光学接触しない他の表面部分４８４を有する光結合テープを含む。
【００８２】
出力結合要素４８６、例えば光線４９０で入射する少なくともいくつかの光は出力結合要素４８６に接触せず、空隙４８８と隣接した一部の多層反射体の表面で入射し、それにより、光４９０が全内部反射される。いくつかの光、例えば光線４９２は、接触表面部分４８２を介して透過され、非接触表面部分４８４で全内部反射されてもよく、かつ、被制御透過ミラー４８０から出て結合される。
【００８３】
他のタイプの出力結合要素も、ここで詳述するものに加えて使用され得る。また、出力結合要素は被制御透過ミラーから光を変向するための様々なアプローチと結合され得る。例えば、出力結合要素は、表面処理、例えば表面構造又は表面散乱パターンを、嵩拡散粒子で結合してもよい。
【００８４】
いくつかの実施形態では、光が抽出される程度が出力結合要素全体で均一であるよう、出力結合要素が構成されてもよい。他の実施形態では、光が被制御透過ミラーから抽出される程度が出力結合要素全体で均一でないよう、出力結合要素が構成されてもよい。例えば、図４Ａに図示された出力結合要素４２８の実施形態では、拡散粒子４２８ａの密度は、光のより高いフラクションが、他の部分よりも出力結合要素４２８のいくつかの部分から抽出されることができるよう、出力結合要素４２８全体で多様であり得る。図示の実施形態では、拡散粒子４２８ａの密度は、出力結合要素４２８の左側でより高い。同様に、図４Ｂ〜図４Ｄに図示された被制御透過ミラー４４０、４６０、４８０の実施形態では、光のより高いフラクションが他の部分よりも出力結合要素４４８、４６８、４８８のいくつかの部分から抽出されることができるよう、出力結合要素４４８、４６８、４８８は成形又は設計され得る。被制御透過ミラーからの光の抽出の不均一性の供給、例えばより多くの光を含む被制御透過ミラーの部分から光のより小さいフラクションの抽出、及び、より少ない光を含む被制御透過ミラーの部分から光のより高いフラクションの抽出は、表示パネルへ伝播する照明光のより均一な輝度プロファイルをもたらす場合がある。
【００８５】
被制御透過ミラー内で光によって作られる跳ね返りの数、それによって、抽出された光の均一性は、入力結合要素及び出力結合要素の反射率によって影響され得る。均一性のための交換条件は、入力結合要素、多層反射体及び出力結合要素の吸収によって生じる輝度損失である。この吸収損は、材料及び材料加工状態の適当な選択によって削減され得る。
【００８６】
いくつかの典型的な実施形態では、１つの偏光状態の光が優先して抽出されるよう、被制御透過ミラーは偏光感受性であってもよい。偏光感受性被制御透過ミラー５２０の１つの典型的な実施形態の断面図は、図５Ａで概略的に図示される。被制御透過ミラー５２０は、任意の透明層５０２、多層反射体５０４、入力結合要素５０６及び偏光感受性出力結合要素５２８を含む。三次元座標系は、ここでは以下の記載を明らかにするために使用される。座標系の軸は、被制御透過ミラー５２０の平面が、該被制御透過ミラー５２０の厚さを通った方向を有するｚ軸に沿って、ｘ−ｙ平面に平行であるよう任意に割り当てられた。図５Ａに示される横方向寸法はｘ軸に対して平行であり、ｙ−方向は図面に対して垂直な方向に延びる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、被制御透過ミラー５２０内で伝播する光の１つの偏光のみの抽出は、２つの材料、例えば、少なくとも１つが複屈折である様々な高分子相を含む出力結合要素５２８によって遂行される。図示の典型的な実施形態では、出力結合要素５２８は、第２の材料より形成される連続マトリックス５２８ｂ内に埋設される第１の材料より形成される散乱要素５２８ａを有する。２つの材料の屈折率は、１つの偏光状態の光に対して実質的に適合し、直交性偏光状態の光とは適合しないままである。散乱要素５２８ａ及びマトリックス５２８ｂの一方又は双方が複屈折でもよい。
【００８８】
例えば、屈折率がｘ−ｚ平面で偏光する光に実質的に適合し、第１及び第２の材料の屈折率がそれぞれｎ1及びｎ2である場合、その状態はｎ1x≒ｎ1z≒ｎ2x≒ｎ2zを保持する（ここでは、添え字ｘ及びｚは、ｘ軸及びｚ軸にそれぞれ平行に偏光させた光の屈折率を示す）。ｎ1yｎ≠2yである場合、ｙ軸に平行に偏光する光、例えば光５３０は、出力結合要素５２８内に散乱し、被制御透過ミラー５２０を通過してもよい。直交偏光光、例えばｘ−ｚ平面において偏光した光線５３２は、この偏光状態における屈折率が適合するため、出力結合要素５２８内を通過する際に実質的に散乱しないままである。したがって、光５３２が、連続相５２８ｂの臨界角度θｃと等しい又は臨界角度θｃより大きい角度で、出力結合要素５２８の頂部表面５２９上に入射する場合、図示のように、光５３２は表面５２９で全内部反射される。
【００８９】
出力結合要素５２８から抽出される光が良好に偏光することを確実にするために、適合する屈折率は、好ましくは少なくとも±０．０５の範囲内で、より好ましくは±０．０１の範囲内で適合し得る。これは、１つの偏光状態のための散乱の量を減らす。ｙ−偏光の光が散乱する量は、屈折率の不整合の大きさ、１つの材料相のその他の材料相に対する比率、及び、分散相のドメインサイズを含む多くの要因に依存している。ｙ−偏光光が、出力結合要素５２８内で前方に散乱することによる増量の好適な範囲は、約０．５μｍ〜約２０μｍの範囲の粒子サイズ、及び、約１０％以上までの粒子の荷重における、少なくとも約０．０５の屈折率差を含む。
【００９０】
偏光感受性出力結合要素の異なる装置は入手可能である。例えば図５Ｂで概略的に図示される出力結合要素５４８の実施形態では、散乱要素５４８ａは連続マトリックス５４８ｂ内で高分子粒子の分散相を構成する。この図がｘ−ｙ平面の出力結合要素５４８の断面図を示す点に留意されたい。散乱要素５４８ａ及び／又はマトリックス５４８ｂの複屈折の高分子材料は、例えば１又はそれ以上の方向に延伸することにより、配向され得る。分散相／連続相偏光要素は、共同所有されている米国特許第５，８２５，５４３号及び米国特許第６，５９０，７０５号に、より詳細に記載されている。
【００９１】
偏光感受性出力結合要素５５８の別の実施形態は、図５Ｃの断面図に概略的に図示される。この実施形態では、マトリックス５５８ｂ内で、散乱要素５５８ａは、繊維、例えば高分子繊維又はガラス繊維の形態で提供される。マトリックス５５８ｂが複屈折である一方、繊維５５８ａは等方性でもよい、又は、マトリックス５５８ｂが等方性である一方、繊維５５８ａは複屈折でもよい、又は、繊維５５８ａ及びマトリックス５５８ｂは両方とも複屈折でもよい。繊維ベースの偏光感受性出力結合要素５５８における光の散乱は、繊維５５８ａのサイズ及び形状、繊維５５８ａのフラクションの体積、出力結合要素５５８の厚さ、及び、複屈折の量に影響する配向度の少なくとも一部に依存する。様々なタイプの繊維は、散乱要素５５８ａとして提供され得る。適切なタイプの繊維５５８ａの１つは、等方性又は複屈折であり得る１つのタイプの高分子材料で形成される単一の高分子繊維である。マトリックス５５８ｂに配置されるこのタイプの繊維５５８ａの例は、米国特許出願第１１／０６８，１５９号に、より詳細に記載されている。出力結合要素５５８における使用に適する場合のあるポリマー繊維の別の例は、１つの高分子材料により形成される多くの散乱繊維が、別の高分子材料の充填材に配置される、いわゆる「海島型（Island in the sea）」構造を形成する複合ポリマー繊維である。散乱繊維及び充填材の一方又は双方が複屈折でもよい。散乱繊維は、単一の高分子材料により形成されてもよく、又は２つ以上の高分子材料、例えば連続相における分散相で形成されてもよい。複合繊維は、米国特許出願第１１／０６８，１５７号及び米国特許出願第１１／０６８，１５８号に、より詳細に記載されている。
【００９２】
入力結合要素がまた、偏光感受性であってもよいことは言うまでも無い。例えば、非偏光光が被制御透過ミラー上に入射する場合、偏光感受性散乱入力結合要素は、直交性偏光状態の光が多層反射体によってベース反射体の後ろに反射されることを許容する被制御透過ミラーに、１つの偏光状態の光を散乱させるために使用され得る。その後、反射された光の偏光は、被制御透過ミラーに戻る前に混合されてもよい。したがって、入力結合要素は、実質的に１つの偏光状態のみの光が被制御透過ミラーに入ることを許容し得る。被制御透過ミラーの様々な層が光の偏光を維持する場合、非偏光感受性出力結合要素が使用される場合であっても、実質的に１つの光の偏光のみが被制御透過ミラーから抽出され得る。入力結合要素及び出力結合要素の双方は偏光感受性でもよい。出力結合要素として使用されるあらゆる偏光感受性層も、入力結合要素として使用され得る。
【００９３】
特にＬＥＤのような準点光源に適した照明光ユニットの他の実施形態では、光源は被制御透過ミラーそれ自体内に配置され得る。このようなアプローチの１つの典型的な実施形態は、図６Ａの断面図で概略的に図示される。被制御透過ミラー６２０は、透明層６２２、多層反射体６２４及び出力結合要素６２８を有する。透明層６２２の下面は、変向層６２６を備えている。側部反射体６３２は、被制御透過ミラー６２０の縁部周辺に設けられ得る。側部反射体は、透明層６２２の周囲縁部から伝播するあらゆる光も反射するために使用され得る。
【００９４】
変向層６２６は、例えば、嵩ディフューザ若しくは表面ディフューザ又は構造化された表面を含む、入力結合要素として使用される上記のあらゆる層を再指向させる透過再指向層６２６ａを含み得る。透過再指向層６２６ａは該透過再指向層６２６ａを透過された光を反射するベース反射体６１８と共に使用され得る。ベース反射体６１８は、あらゆる適切なタイプの反射体であり得る。ベース反射体６１８は、鏡面反射体又は拡散反射体であってもよく、例えば金属化反射体又はＭＯＦ反射体から形成され得る。ベース反射体６１８は、図示のように、透過再指向層６２６ａに取り付けられてもよく、又は、透過再指向層６２６ａから分離されていてもよい。しかし、変向層６２６は、被制御透過ミラー６２０に光を結合するために使用されないため、この実施形態では入力結合要素と称しない。変向層６２６は様々な外形を有し得る。いくつかの典型的な実施形態では、例えば図６Ｂで概略的に図示されているように、変向層６２６が単に拡散反射体を含み得る。
【００９５】
光源６１６、例えばＬＥＤ、又は他のタイプの光源も使用され得て、発光面６１６ａが少なくとも直接的に透明層６２２に面する、又は、透明層６２２内をへこませる場合すらあるよう配置される。したがって、発光面６１６ａは、変向層６２６と多層反射体６２４との間に配置される。この実施形態では、光源６１６からの光６３４は、透明層６２２の下方表面に位置する変向層６２６に透過されずに、透明層６２２に入る。屈折率整合材、例えばゲルは、反射損失を減らして、光源６１６から透明層６２２に結合した光量を増やすために、発光面６１６ａと透明層６２２との間に設けられ得る。
【００９６】
光源６１６は、キャリア６１７上に整列され得る。キャリア６１７は、任意に光源６１６に対する電気的接続を提供してもよく、光源６１６を冷却するために任意に熱的な経路を設けてもよい。
【００９７】
光源６１６が入力結合要素を通過せずに直接的に透明層６２２に光を射出する際にさえ、多層反射体６２４は、透明層６２２内を伝播する光が被制御透過ミラー６２０から出る場合のある最小角度θｍｉｎも制御する。光線６３６及び６３８として示されるいくつかの光は、θｍｉｎ未満の角度で光源６１６から透明層６２２に発され、それにより多層反射体６２４によって反射される。いくつかの反射された光、例えば光線６３６は、ベース反射体６１８に入射する前か後に層６２６を変向することによって変向され得て、光線６３６ａとしてθｍｉｎより大きい角度で透明層６２２に後方反射する。したがって、多層反射体６２４からの１つの反射のみの後、その後に多層反射体６２４を透過できる角度の範囲に、いくつかの光、例えば光線６３６ａが変向される。反射された光、例えば光線６３８の別の部分は、変向層６２６で変向されない場合もあり、そのために多層反射体６２４で別の反射をもたらす角度でベース反射体６１８から反射される。
【００９８】
光源６１６から発される、光線６４０及び６４２として図示されるいくつかの光は、光源６１６ａからθｍｉｎ以上の角度で透明層６２２に発され、それにより多層反射体６２４を透過する。いくつかの伝達された光、例えば光線６４０は、出力結合要素６２８によって変向され得て、光６４０ａとして被制御透過ミラー６２０から透過され得る。透過された光の別の部分、例えば光線６４２は、変向されずに出力結合要素６２８を通過してもよく、かつ、臨界角度（θｃ）より大きい角度で出力結合要素６２８の上面６２８ａに入射する場合、透明層６２２へ後方に、全内部反射される。
【００９９】
透明層６２２内で伝播しているいくつかの光６４４は、端部反射体６３２で反射され得る。縁部反射体６３２は、透明層６２２の縁部から逃げる光量を削減するために使用され得て、したがって損失を減らす。
【０１００】
被制御透過ミラー６５０の別の実施形態は図６Ｃで概略的に図示され、そこでは、透明層６５２も変向層として作用する。この実施形態では、透明層６５２はいくつかの拡散粒子を含み、それにより、そこを通過するいくつかの光は変向される。一つの実施例では、θmin未満の角度で光源６１６から伝播する光線６５４が、θminよりも大きな角度で多層反射体６２４上に入射するよう、透明層６５２内で変向され得る。別の実施例では、多層反射体６２４によって反射される光線６５６は、θminより大きな角度でベース反射体６１８により反射されるよう、透明層６５２内で変向され得る。
【０１０１】
ダイレクトリット方式の表示装置では、光照射ユニットは、表示パネルの背後に配置される単一パネルとして構成され得る。図７で概略的に図示された別の典型的な実施形態では、バックライト７００は多くの照明光ユニット７０２を含み得る。図示の実施形態では、光ユニット７０２は棒として構成され、各々が、ジグザグ状に配置された多くの光源７１６ａ、７１６ｂ、７１６ｃを含む。照明光ユニット７０２は、様々な形状を有し得る。更に、光源７１６ａ、７１６ｂ、７１６ｃは、様々な色の光を生成し得る。例えば、いくつかの光源７１６ａは、他の光源７１６ｂが緑色の光を発し、さらに他の光源７１６ｃが青色の光を生成するのと同時に、赤色の光を生成し得る。様々な色の光源７１６ａ、７１６ｂ、７１６ｃは、所望の色均一性を有する混合された光を生成するために、様々な色の光が混合される度合いが増すよう配置され得る。
【０１０２】
照明光ユニット８００の別の実施形態は図８Ａに示され、そこでは、多くの光源８０６は反射キャビティ８０２の端部８１０に配置される。この典型的な実施形態では、１つ以上の光源８０６が存在し、反射キャビティ８０２の断面形状は長方形である。光源８０６は、各々同じ色、又は異なる色の光を発し得る。様々な光源８０６が様々な色の光を生成する場合、被制御透過ミラー８０４から発する光が混合された色であり得るよう、各光源８０６からの光は、反射キャビティ８０２において、他の光源８０６からの光と混合される。例えば、それぞれ赤色、緑色及び青色の光を発する３つの光源８０６が存在する場合、被制御透過ミラー（controlled emission mirror）８０４が発する光は白い色であり得る。混合された色の出力光の色合いは、なかでも、様々な光源の相対的な出力電力及び被制御透過ミラー８０４のスペクトル特性に依存する。
【０１０３】
照明光ユニット８００から抽出される光の輝度がその長さに沿って比較的均一であるよう、被制御透過ミラー８０４を通った光の抽出は、被制御透過ミラー８０４の長さに沿って等級分けされ得る。
【０１０４】
照明ユニット８００を使用するバックライト８２０の典型的な実施形態は、図８Ｂで概略的に図示される。被制御透過ミラー８０４から発される光８２４が光ガイド８２６へ向くよう、照明ユニット８００は反射体８２２によって少なくとも部分的に包囲され、配置される。任意の輝度向上層８２８、例えば、プリズム輝度向上層は照明ユニット８００と光ガイド８２６との間に配置され得る。輝度向上層８２８は、光ガイド８２６に入る光の角度拡散を削減し、光ガイド８２６における横方向の広がりを促進し得る。いくつかの光、例えば光線８３０は、輝度向上層８２８によって反射され得る。反射された光８３０は、被制御透過ミラー８０４又は照明ユニット８００の他のいくつかの反射体によって、又は光照射ユニット８００を包囲する反射体８２２によって、光ガイド８２６へ後方に再指向され得る。
【０１０５】
照明光ユニット９００の別の実施形態は図９Ａに図示され、そこでは、光源９０６は被制御透過ミラー９０４に対向する反射キャビティ９０２の表面９０８に配置される。この典型的な実施形態では、１つ以上の光源９０６が存在し、反射キャビティ９０２の断面形は長方形である。光源９０６は、各々、同じ色又は様々な色の光を生成し得る。被制御透過ミラー９０４からの光出力の強度プロファイルが比較的均一であるよう、反射キャビティ９０２は様々な光源９０６から光を混合するために使用され得る。更に、光源９０６が様々な色の光を発する場合、被制御透過ミラー９０４から発する光が混色であるよう、様々な色の光が混合される。例えば、それぞれ赤色、緑色及び青色の光を発する３つの光源９０６が存在する場合、被制御放出ミラー９０４が発する光は白い色であり得る。照明光ユニットから抽出される光の輝度が比較的均一であり得るよう、光源９０６からの光は反射キャビティ９０２内で混合され得る。
【０１０６】
照明ユニット９２０の別の実施形態は図９Ｂで概略的に図示され、そこでは、被制御透過ミラー９５４は反射キャビティ９０２上に配置される。更なる光源９０６は、反射キャビティ９０２の縁部周辺に配置され得る。
【０１０７】
照明光ユニット１０００の別の実施形態は、図１０Ａ及び図１０Ｂに概略的に図示される。ユニット１０００は、反射体１００８及び被制御透過ミラー１００４を含む反射キャビティ１００２を有する。１又はそれ以上の光源１００６は、基部１００７に設けられる。基部１００７は反射し得る。基部１００７も、光源１００６を駆動するために電気的接続を提供してもよく、光源１００６からの熱を除去するためにヒートシンクを設ける。
【０１０８】
光源１００６からの光１０２０は、反射体１００８によって被制御透過ミラー１００４へ反射される。反射体１００８は、あらゆる適切な形状も有してもよく、（図示のように）湾曲してもよく、又は平らでもよい。反射体１００８が湾曲している場合、その湾曲部はあらゆる適切なタイプの湾曲、例えば楕円状又は放物線状であり得る。図示の実施形態では、反射体１００８は一次元で湾曲している。反射体１００８はあらゆる適切なタイプの反射体、例えば金属化反射体又は多層高分子フィルム（ＭＯＦ）反射体を含む多層誘電反射体であり得る。被制御透過ミラー１００４を通して透過される光は、表示装置の背後を照らすための光ガイド１０１２に結合され得る。反射キャビティ１００２内の空間１０１４は、充填されるか、又は空でもよい。空間１０１４が例えば透明光学体で充填される場合の実施形態では、反射体１００８は光学体の外面に取り付けられ得る。他の実施形態では、光源１００６と反射体１００８との間の空の空間が存在する。反射キャビティの様々な構成は、更に米国特許公開第２００５／００９４４０１号に記載されている。
【０１０９】
光源１００６、例えばＬＥＤは全て同じ色の光を生成してもよく、又は、様々なＬＥＤは様々な色、例えば、赤色、緑色及び青色の光を生成してもよい。いくつかの典型的な実施形態では、任意の波長変換器１０２２が少なくともいくつかの光１０２０の色を変えるために使用され得る。例えば光１０２０が青色又は紫外線である場合、波長変換器１０２２はいくつかの光を緑及び／又は赤い光１０２４（破線）に変えるために使用され得る。低域反射体１０２６は、被制御透過ミラー１００４と波長変換器１０２２との間に配置され得る。低域反射体１０２４は、光源１００６からの比較的短い波長光１０２０を透過し、波長変換器１０２２から光ガイド１０１２へ、光１０２４ａを反射する。
【０１１０】
別の実施形態では、被制御透過ミラー１００４は出力結合要素として蛍光体粒子が充填されたマトリックスを有するディフューザを使用してもよい。このような構成において、多層反射体で透過されるいくつかの光は、蛍光体によって様々な波長の光に変えられる。粒子によって拡散されない又は変えられない光は、多層反射体の背後を通過するよう、マトリックス層によって全内部反射され得る。
【０１１１】
表示装置のためのバックライトとして使用され得る照明ユニット１１００の別の実施形態は、図１１Ａで概略的に図示される。この実施形態では、１又はそれ以上の光源１１０６は、第１反射体１１０２と第２の反射体１１０４との間に配置される。いくつかの実施形態では、ＬＥＤであり得る光源１１０６は、第２の反射体１１０２から実質的に離れて発光可能であり、そこでは、任意の湾曲した反射体１１０８が、第１の反射体１１０２と第２の反射体１１０４との間の空間に沿って光１１１０を向けるために設けられ得る。図示されない他の実施形態では、第１の反射体１１０２と第２の反射体１１０４との間の空間に沿った方向で、光源１１０６は実質的に横方向に発光し得る。
【０１１２】
第１の反射体１１０２及び第２の反射体１１０４は、鏡面反射体、例えば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニーから入手可能なＥＳＲフィルムであり得る。折りたたみ式の反射体１１１２は、光１１１０を第２の反射体１１０４と被制御透過ミラー１１１４との間で形成される反射キャビティ内に屈折するために各端部に配置される。光１１１０は、最終的に、被制御透過ミラー１１１４を通ってユニット１１００の外に向けられる。第１の反射体１１０２は、光源１１０６に電力に供給する基部１１１６に取り付けられ、また、光源１１０６から熱を除去するためのサーマルシンクとして機能し得る。
【０１１３】
光源１１０６は、第１の反射体１１０２上の様々なパターンに配置され得る。第１の反射体１１０２と第２の反射体１１０４との間のユニット１１００を介した一片を示す図１１Ｂに示される装置では、端部１１２０ａ、１１２０ｂに向けられた光と共に、光源１１０６は直線のパターンに配置される。図１２Ｃに概略的に図示した装置では、光源１１０６及び反射体１１０８は放射状のパターンで配置され、その結果、光は放射状に外向きに第１の反射体１１０２の周囲に位置する折りたたみ式の反射体１１１２へ向けられる。
【０１１４】
本願明細書に記載の照明光ユニットは、液晶表示パネルを照らすための用途に限定されない。光を発生させるために離れた光源が使用される場合はいつでも照明光ユニットを使用してもよく、該照明光ユニットは、１又はそれ以上の離れた光源を含むパネルからの均一な照明を有することが望ましい。したがって、照明光ユニットは、固体空間照明の用途、標識、照らされたパネル等における使用を見出し得る。
【０１１５】
本発明は、上記の特定の実施例に限定されると考えるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲の中できちんと述べるものが本発明の全態様を包含すると理解されるべきである。本明細書を検討すれば本発明を適用可能な様々な変更例、等価方法並びに多数の構造は本発明が対象とする技術の当業者には容易に明らかになろう。特許請求の範囲はこのような変更例及び装置を網羅しようとするものである。
【０１１６】
添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することを考慮して本発明をより完全に理解されよう。
【０１１７】
本発明は様々な変更例及び代替形状が可能であるが、その具体例を一例として図面に示すとともに詳細に説明する。しかし本発明を説明する特定の実施形態に限定しようとするものではないことは理解されよう。反対に添付の特許請求の範囲により規定されるように本発明の精神及び範囲内にあるすべての変更例、等価物及び代替物を網羅しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットを備えたバックリット方式の液晶表示（ＬＣＤ）装置を概略的に示す。
【図１Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットを備えたエッジリット方式のＬＣＤ装置を概略的に示す。
【図２Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図２Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図２Ｃ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図２Ｄ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図３Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための入力結合要素の別の実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図３Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための入力結合要素の別の実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図３Ｃ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための入力結合要素の別の実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図３Ｄ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための入力結合要素の別の実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図４Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための出力結合要素の別の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図４Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための出力結合要素の別の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図４Ｃ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための出力結合要素の別の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図４Ｄ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための出力結合要素の別の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ａ】本発明の原則による偏光感受性を有する被制御透過ミラーの実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための偏光感受性を有する出力結合要素の別の実施形態を概略的に示す。
【図５Ｃ】本発明の原則による被制御透過ミラーのための偏光感受性を有する出力結合要素の別の実施形態を概略的に示す。
【図６Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーを使用する照明光ユニットの実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図６Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーを使用する照明光ユニットの実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図６Ｃ】本発明の原則による被制御透過ミラーを使用する照明光ユニットの実施形態の部分断面図を概略的に示す。
【図７】本発明の原則によるダイレクトリット方式の表示装置のためのバックライトに使用可能な多数の照明ユニットの配置の実施形態を概略的に示す。
【図８Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーを使用する照明光ユニットの典型的な実施形態を概略的に示す。
【図８Ｂ】本発明の原則による光ガイドに光を導く照明光ユニットを有するバックライト・ユニットを概略的に示す。
【図９Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーを使用する照明光ユニットの実施形態を概略的に示す。
【図９Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーを使用する照明光ユニットの実施形態を概略的に示す。
【図１０Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの別の典型的な実施形態を概略的に示す。
【図１０Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの別の典型的な実施形態を概略的に示す。
【図１１Ａ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの更なる典型的な実施形態を概略的に示す。
【図１１Ｂ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの更なる典型的な実施形態を概略的に示す。
【図１１Ｃ】本発明の原則による被制御透過ミラーを有する照明光ユニットの更なる典型的な実施形態を概略的に示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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