(57)【要約】  データ像を保持する光を投影する方法及び装置が提供される。該装置は、データ像を形成し得るようにされた電気的に変更可能な可変光透過性領域を有する第一の層２６と、第一の層２６に連結され且つその一部が射出面に対して直角以外の主方向に向けられた１つ又はより多くの光放射装置からの光を光射出面３７、４７、５７、６７、７７、８７、９７を通して第一の層に提供し得るようにされた光射出面３７、４７、５７、６７、７７、８７、９７を有する中空キャビティのバックライト２２とを備えている。１つの好ましい実施形態において、ＬＥＤ３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２が光放射装置として使用されると共に、光射出面３７、４７、５７、６７、７７、８７、９７に対して０°以外の角度で傾斜した１つ又はより多くのプリント回路板３４、４４、５４、６４、７４又はその他の支持体に取り付けられることが望ましい。【選択図】図３Ｂ
2008507095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の面を備える中空キャビティバックライト（２２）であって、前記複数の面は、
開放した光射出面（３７、４７、５７、６７、７７、８７、９７）と、
前記開放した光射出面（３７、４７、５７、６７、７７、８７、９７）に隣接して配設された複数の光放射面（３３Ａ、３３Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、５３Ａ、５３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄ、７３Ａ、７３Ｂ）とを備え、前記複数の光放射面（３３Ａ、３３Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、５３Ａ、５３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄ、７３Ａ、７３Ｂ）は、第一の光放射面（３３Ａ、３３Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、５３Ａ、５３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄ、７３Ａ、７３Ｂ）と、該第一の光放射面（３３Ａ、３３Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、５３Ａ、５３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄ、７３Ａ、７３Ｂ）に対して傾斜した第二の光放射面（３３Ａ、３３Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、５３Ａ、５３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄ、７３Ａ、７３Ｂ）とを備える、中空キャビティバックライト（２２）。
【請求項２】
請求項１に記載の中空キャビティバックライト（２２）であって、前記複数の光放射面（３３Ａ、３３Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、５３Ａ、５３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄ、７３Ａ、７３Ｂ）の合計面積は、光射出面（３７、４７、５７、６７、７７、８７、９７）の面積よりも大きい、中空キャビティバックライト（２２）。
【請求項３】
請求項１に記載の中空キャビティバックライト（２２）であって、前記第一及び第二の光放射面の各々は、前記光射出面（３７、４７、５７、６７、７７、８７、９７）に面するか又は前記光射出面（３７、４７、５７、６７、７７、８７、９７）の方を向いている面に面する、中空キャビティバックライト（２２）。
【請求項４】
請求項１に記載の中空キャビティバックライト（２２）であって、前記第二の光放射面（８３Ｂ）は仮想光放射面である、中空キャビティバックライト（２２）。
【請求項５】
請求項１に記載の中空キャビティバックライト（２２）であって、前記第一の光放射面（３３Ａ、４３Ａ、５３Ａ、６３Ａ、７３Ａ、）に隣接する排熱装置（３６、４６、５６、６６、７６）を更に備える、中空キャビティバックライト（２２）。
【請求項６】
請求項５に記載の中空キャビティバックライト（２２）であって、前記第一の光放射面（１０３）を実質的に垂直の向きに維持する取り付け手段を更に備える、中空キャビティバックライト（２２）。
【請求項７】
請求項１に記載の中空キャビティのバックライト（２２）であって、前記開放した光射出面に隣接するプリズム状指向性要素（１１１）を更に備える、中空キャビティバックライト（２２）。
【請求項８】
データディスプレイであって、
印加された信号に応答して光を実質的に通過させ得るように構成された第一の領域と、光を実質的に遮断し得るように構成された第二の領域とを有する可変透過層（２６）と、
前記可変透過層に連結され且つ光を第一の方向に向けて前記可変透過層まで伝達し得るように構成された中空キャビティバックライト（２２）とを備え、前記バックライト（２２）は、放射される主光線（３９、４９、５９、６９、７９）が前記第一の方向以外の方向に向けられるように取り付けられた１つ又はそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）（３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２）を備える、データディスプレイ。
【請求項９】
請求項８に記載のデータディスプレイであって、前記ＬＥＤ（３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２）と前記可変透過層（２６）との間に光分散層（２４）を更に備える、データディスプレイ。
【請求項１０】
請求項８に記載のデータディスプレイであって、前記可変透過層（２６）に連結され且つデータ像を少なくとも部分的に有色にて投影し得るように構成されたカラーフィルタ層（２８）を更に備える、データディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね電子ディスプレイ、より具体的には、バックライトを採用する平板透過型ディスプレイ及びバックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時のディスプレイ装置は、観察者に対して多岐に亙る文字数字及び（又は）図形情報を提供するため、例えば、透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）層と組み合わせてバックライトをしばしば使用する。説明の便宜上、かかる文字数字及び（又は）図形情報は、以下に、総称として「データ」と称する。「データ」という語は、あらゆる型式の視覚的に認識可能な情報を含むことを意図する。最も一般的な型式のバックライトは、蛍光灯バックライトである。これらのバックライトは、効果的ではあるが、多数の不利益な点がある。不利益な点として、比較的高い駆動電圧の必要性、調光（可変のルミネセンス）及びユーザが変更可能な色（可変クロミナンス）を提供することの複雑さ又は困難性があげられる。また、機械的な堅牢さが望まれる航空電子工学システムのような用途においては、蛍光バックライトが比較的弱体であることも１つの短所である。
【０００３】
バックライトに発光ダイオード（ＬＥＤｓ）を使用することは既知である。図１Ａには、先行技術によるＬＥＤバックライト１０の平面図が示され、図１Ｂには、その部分切断側面図が示されている。バックライト１０は、プリント回路板（ＰＣＢ）１４又は等価物上に取り付けられた多数のＬＥＤ１２を有し、ＰＣＢは、全体として、バックライトの伝搬方向１３に対し垂直に向き決めされている。ＬＥＤ１２は、該ＬＥＤから放射された主光線１９がバックライト１０の開放面１７から放射された光１３と一致し又は該光に対して平行に向き決めされる。光１３は、個別のＬＥＤ１２により放射された光線１９の合計である。排熱装置１６が全体として、ＰＣＢ１４の後方に設けられており、ＬＥＤ１２から発生した熱の除去を促進する。ＬＥＤ１２及びＰＣＢ１４は、ボックス又はフレーム１８内に全体として収容されており、ボックス又はフレーム１８の内面１１、１５は好ましくは反射性であり且つ面１７は開放している。しばしば、ディフューザのような追加的な光学要素が開放した面１７に隣接する位置に配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂに示したような先行技術のバックライトは、有用ではあるが、これらのバックライトは、望まれるような高輝度（ルミナンス）をしばしば提供しない。このことは、可能な限り最高のルミナンスがしばしば必要とされるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）と関連して特に障害となる。ＨＵＤにおいて、ディスプレイによって発生されたデータは、角度付きの透明なスクリーン上に投影され、背景がこの透明なスクリーンを通して同時に視認される。背景は同一のスクリーンを通して観察者に透過される一方、データは、角度を付けたスクリーンから観察者に向けて反射される。背景のが明るいときは、データディスプレイも極めて明るくない限り、観察者はデータを視認することができない。ＬＣＤのような透過型ディスプレイの場合、ディスプレイのルミナンスは、バックライトのルミナンスに依存する。従って、高ルミナンスのバックライトを有する高ルミナンスディスプレイが不断の課題とされている。
【０００５】
従って、改良されたバックライト、バックライト照明式ディスプレイ及び方法、特に、高ルミナンスを有する装置及び方法を提供することが望ましい。更に、バックライト及びバックライト照明式ディスプレイは、単純であり、堅牢で且つ高信頼性を備えることが望ましい。更に、本発明のその他の望ましい特徴及び性質は、添付図面及び先の技術分野及び背景技術を共に参照しつつ、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
データ像を伝達する光を投影する装置が提供される。該装置は、データ像を形成し得るように電気的に変更可能な可変光透過性領域を有する第一の層と、光射出面を有するバックライトとを備える。光射出面は、第一の層と結合されており、１つ以上の光放射器から光射出面を通して光を第一の層に提供し得るように構成される。該１つ以上の光放射器の一部は、光射出面に対して直角以外の主要方向を向く。好ましい実施形態において、ＬＥＤは、光放射器として使用され且つ光射出面及び第一の層に対して０°以外の様々な角度にて傾けられた１つ以上のプリント回路板（ＰＣＢ）又はその他の支持体に取り付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、同様の参照番号は同様の要素を示す添付図面を参照して以下に説明する。
以下の詳細な説明は、性質上、単に一例であり、本発明又は本発明の用途又は使用例を限定することを意図するものではない。更に、上記の技術分野、背景技術、簡単な概要又は以下の詳細な説明に記載した何らの表明した又は暗示した理論によって束縛されることを意図するものではない。説明の便宜上、本発明にて使用されるＬＥＤは、プリント回路板に取り付けられるものとして説明するが、これは、限定的ではなく、任意の便宜な基板を使用することができる。従って、「プリント回路板」という語及び「ＰＣＢ」という略語は、かかる代替的な支持手段を含むことを意図するものである。
【０００８】
図２は、本発明の例示の実施形態によるバックライト照明型ディスプレイ２０の簡略化した分解図である。ディスプレイ２０は、電気リード２１により給電されるバックライト２２と、バックライト２２から放射された光２３を均質化するのを助ける随意のディフューザ２４とを備えている。ディフューザ２４から射出される光２５は、ＬＣＤ層又はその他の電気的に変更可能な透過層２６に入り、この透過層にて、光はリード２７を介して層２６に提供された電気信号に従ってパターン化される。薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）が従来通り層２６内に組み込まれており、該層２６は、能動的な液晶スイッチングを採用する。本発明の目的上、層２６は、所望のデータの光像を形成し得るよう層内の異なる領域内で電気的に変更することのできる光透過の性質を有する任意の型式の層とすることができる。ディスプレイ２０により放射された光信号２９（例えば、データ）を色変化させる場合、像形成層２６から出力２９´を受け取りる随意の色フィルタ層２８が設けられることが好ましい。ディスプレイ２０は、特定の用途の必要性に応じてモノクロ又は有色とすることができる。
【０００９】
好ましい実施形態において、バックライト２２から放射された光２３は、変更可能な透過層２６の表面に対してほぼ直角に向けられ、また、法線方向の回りに拡散した光出力を有している。バックライト２２を具体化する色々な配置２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｊが図３Ａ及び図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂ、図１０、図１１にそれぞれ示されており、これらについて以下に説明する。図１Ａ及び図１Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂにおいて、各図面に示されたＬＥＤの数は、単に例示の目的のためであり、これらの図面に示した異なる幾何学的配置にて実現できるＬＥＤの充填密度を定量的に比較することを意図するものではない。
【００１０】
図３Ａは、本発明の例示の第一の実施形態によるＬＥＤバックライト２２Ａの平面図であり、また、図３Ｂは、その部分切断側面図である。バックライト２２Ａは多数の面によって画定された中空キャビティバックライトである。中空キャビティバックライトとして取り囲まれた容積には、空気のような約１．０の屈折率を有する媒質が充填されている。バックライト２２ＡはＰＣＢ３４Ａ、３４Ｂ（又はその等価物）の傾斜面３３Ａ、３３Ｂにそれぞれ取り付けられたＬＥＤ３２を備えている。ＬＥＤ３２が取り付けられるＰＣＢ面３３Ａ、３３Ｂは、バックライト２２Ａの開口部３７の平面（光射出面）に対して傾斜（平行でも直角でもない）角度α（Ａ）を形成する光放射面及び面開口部３７であると考えることができる。ＰＣＢ面３３Ａ、３３Ｂは、同様にバックライトの前方方向２３Ａに対して角度β（Ａ）＝（９０−α（Ａ））°を形成する。ＰＣＢ面３３Ａ、３３Ｂは互いに対して傾斜しており、このことは、これらの面が平行ではないことを意味する。全体として、ＬＥＤ３２の主要な光放射方向３９は、ＬＥＤ３２が取り付けられるＰＣＢ面３３Ａ、３３Ｂに対する垂線３３Ｎに対し平行である。ＰＣＢ面３３Ａ、３３Ｂの何れかに対する表面法線３３Ｎは、それぞれの面の各々が面する方向を画定し、また、バックライトの前方方向２３Ａに対して大きさα（Ａ）の角度を形成する。別言すれば、ＰＣＢ面３３Ａ、３３Ｂに対してほぼ直角なＬＥＤ３２の主光線３９は、バックライトの伝搬方向２３Ａに対して角度α（Ａ）を形成する。角度α（Ａ）は１５°ないし６５°の範囲であることが有用であり、約２５°ないし５０°の範囲であることが便宜であり、約３５°ないし４５°の範囲であることがより便宜であり、また、約４０°であることが好ましい。従って、β（Ａ）は２５°ないし７５°の範囲であることが有用であり、約４０°ないし６５°の範囲であることが便宜であり、約４５°ないし５５°の範囲であることがより便宜であり、約５０°であることが好ましい。α（Ａ）は４０°であることが好ましいが、必ずしも４０°でなくてもよい。
【００１１】
ＬＥＤ３２を保持する中空キャビティは、開口部３７を除いて完全に取り囲まれたものであることが好ましい。ケース又はフレーム３８の内面３３Ａ、３３Ｂ、３５は、反射性であり、ＬＥＤ３２から放射されてフレーム３８の内面３３Ａ、３３Ｂ、３５に衝突する光をバックライト３０の開口部３７に向けた方向２３Ａに全体として再度向け得るようにすることが望ましい。面３３Ａ、３３Ｂ、３５は、鏡面反射性、拡散反射性又は衝突光を散乱させ且つ反射させ得るような表面構造を備えることができる。開口部又は面３７を通して放射された光２３Ａの一部分は少なくとも１回反射されるので、かかる内面は低光吸収率を有することが好ましい。この実施形態において、放射面、この場合ＬＥＤ３２が取り付けられるＰＣＢ面３３Ａ又は３３Ｂが、光射出面又は開口部３７に面するようにすることにより、効率は更に向上する。すなわち、放射面の名目中心に対する表面法線が全体として光射出面の方向を向き、主要な光妨害構造物が存在しないことを意味する。このことは、光放射面の光射出面３７との結合状態を向上させることになる。
【００１２】
一般に、バックライト中に組み込むことができるＬＥＤの数は、利用可能なＰＣＢ面積及び関係した排熱装置３６の排熱能力によって制限される。その他の事項が等しいならば、より大きい利用可能なＰＣＢ面積を提供することは、発生する
光を増加させ、これにより改良された熱管理を許容することができる。このことは多数の点にて有利である。増大した面積は、例えば放射面の後側に、排熱装置を冷却するためのより優れたアクセス部を提供する。更に、ＬＥＤを含む多数の光源は、温度に依存する効率を示す。例えば、ＬＥＤの場合、半導体接合温度が上昇するに伴い効率が劣化する可能性がある。利用可能なＰＣＢ面積が大きければ大きい程、受容可能なＬＥＤは多くなり、必要な電力をより多くの装置に亙って分配することを許容する。大きい表面積及びＬＥＤの増大した数は、キャビティの光効率を僅かに低下させる可能性があるが、これは図３Ａ及び図３Ｂの形態を使用するとき、改良されたＬＥＤ接合部の熱的環境により相殺され、その結果、バックライトからのルミナンス能力が増大することになる。バックライトの基部面積（ＷｘＬ）が同一の場合、本発明のバックライト構造体はより大きいＰＣＢ面積を提供し、このため、より多数のＬＥＤを受容できることが理解されよう。例えば、α（Ａ）＝４５°であり、総基部面積（ＷｘＬ）が等しい場合、図３Ａ及び図３Ｂのバックライト構造体２２Ａは図１Ａ及び図１Ｂの先行技術の装置１０のＰＣＢ面積の約２１／２倍のＰＣＢ面積を提供する。バックライトの総基部面積を増加させずに、ＬＥＤを取り付けるために利用可能なＰＣＢ面積を増大させるということが、本発明の特別な特徴である。これにより、この好ましい実施形態は、光射出面３７よりも大きい放射面３３Ａ、３３Ｂを使用することを許容し、放射面３３Ａ、３３Ｂの各々が妨害構造物が無い状態で光射出面に面している。
【００１３】
図４Ａは、本発明の別の実施形態によるＬＥＤバックライト２２Ｂの平面図であり、また、図４Ｂは、その部分断面側面図である。バックライト２２Ｂは、図３Ａ及び図３ＢのＬＥＤ３２及び排熱装置３６と同様のＬＥＤ４２及び排熱装置４６を有している。図４Ａ及び図４Ｂのバックライト２２Ｂは、傾斜面の数が図３Ａ及び図３Ｂのバックライト２２Ａと相違する。図３Ａ及び図３Ｂのバックライト２２Ａは、Ｖ字形の構造体を形成する２つの傾斜面３３Ａ、３３Ｂを有しており、「Ｖ」の開放部分が開口部３７及びバックライトの伝搬方向２３Ａに向き決めされている。図４Ａ及び図４Ｂのバックライト２２Ｂは、角錐状構造体を形成する４つの傾斜面４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄを有し、角錐状構造体の開放基部は開口部又は面４７の方向を向いており、また、方向２３Ａと同様のバックライトの伝搬方向２３Ｂに向いている。ＬＥＤ４２は面４３Ａないし４３Ｄに取り付けられる。バックライト２２Ｂの面４３Ａないし４３Ｄは、開口部４７及びバックライト２２Ｂの主光線４９に対する角度α（Ａ）、β（Ａ）と同様に、開口部４７及び主光線４９に対する角度α（Ｂ）、β（Ｂ）を便宜に形成する。バックライトの総基部面積（ＷｘＬ）及び光射出面積が等しい場合、バックライト２２Ｂの角錐状構造体は、図１Ａ及び図１Ｂの配置と比較して大きいＰＣＢ面積を提供し、また、その他の事項が等しいならば、より多数のＬＥＤを受容し且つこれに対応して等しい総基部面積においてより大きいルミナンスを提供する。上述した場合と同様に、このことは、上述したようにＬＥＤ接合部の熱的制約が緩和されるためであり、等価のパワーレベルにて高効率を実現し、あるいは等価なＬＥＤ効率レベルにてより高い全パワーを実現する。（図１ないし図９に示したＬＥＤの数は、単に説明の便宜上のためであり、色々なバックライト構造体に対する実現可能なＬＥＤ充填密度を定量的に比較することを目的とするものではない。）角度α（Ｂ）は１５°ないし６５°の範囲であることが有用であり、約２５°ないし５０°の範囲であることがより便宜であり、また、約４０°であることが好ましい。従って、β（Ｂ）は２５°ないし７５°の範囲であることが有用であり、約４０°ないし６５°の範囲であることがより便宜であり、約５０°であることが好ましい。α（Ｂ）は４０°であることが好ましいが、必ずしも４０°でなくともよい。図４Ａ及び図４Ｂのように、光放射面４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄは、互いに対し且つ光射出面４７に対して傾斜しており、また、光放射面の各々は、光射出面４７に面しており、出力との結合効率を向上させる。その代わり、例えば、放射面の各々が別の放射面に直接面するならば、放射面は主方向４９（又は表面法線４３Ｎ）に沿って放射された光は前方及び後方に更に散乱されて、最終的に光射出面に到達しすることで結合効率が低下することになろう。
【００１４】
図５Ａは、本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライト２２Ｃの平面図であり、また、図５Ｂは、その部分断面側面図である。排熱装置３６、４６と同様の排熱装置５６が設けられることが望ましい。バックライト２２Ｃは、ＰＣＢ５４Ａ、５４Ｂ（又はその等価物）の傾斜面５３Ａ、５３Ｂに取り付けられたＬＥＤ５２を備えている。ＰＣＢ５４Ａ、５４Ｂの面５３Ａ、５３Ｂは、バックライト２２Ｃの開口部５７の平面に対して角度α（Ｃ）又はバックライトの伝搬方向２３（Ｃ）に対して角度β（Ｃ）＝（９０−α（Ｃ））°を形成する。面５３Ａ、５３Ｂが等しい勾配を有すると仮定して、ＰＣＢ面５３Ａ、５３Ｂの何れかに対する表面法線５３Ｎは、バックライトの伝搬方向２３（Ｃ）に対して角度α（Ｃ）を形成する。別言すれば、ＬＥＤ５２の主光線方向５９は、バックライトの伝搬方向２３Ｃに対して角度α（Ｃ）を形成する。角度α（Ｃ）は、２５°ないし６５°の範囲であることが有用であり、約３５°ないし５５°の範囲であることがより便宜であり、また、約４５°であることが好ましい。従って、β（Ｃ）は、２５°ないし６５°の範囲であることが有用であり、約３５°ないし５５°の範囲であることがより便宜であり、約４５°であることが好ましい。α（Ｃ）は４５°であることが好ましいが、必ずしも４０°でなくてもよい。図５Ａ及び図５Ｂの配置は図１Ａ及び図１Ｂの配置と比較して２１／２倍のＰＣＢ面積を提供し、これに対応して同一の基部面積に対してより大きいルミネセンスを提供することができる。面５３Ａ、５３Ｂ及びＬＥＤ５２により画定された放射面は、この場合、極めて高効率的な拡散散乱面であることが好ましく背面５５に面する一方、該背面は、光射出面の開口部５７に面している。このバックライトの形態の効率は、必要とされる角度が−β（Ｃ）ないし＋β（Ｃ）の範囲内にあるならば、開口部５７の上方に配置されるであろう任意の後続のディフューザ（例えば、図２にて参照番号２４）を減少させ又は廃止することにより、更に向上させることができる。図５Ａ及び図５Ｂから、この実施形態は、光射出面５７の面積がバックライトの基部面積（ＷｘＬ）よりも小さい場合、特に有益であることが明らかである。この場合、光射出面との優れた結合状態を維持しつつ、放射面の面積は光射出面５７の面積及びバックライトの基部面積（ＷｘＬ）の双方を上回る。バックライトケース５８のその他の面５５´も高反射性であることが望ましい。
【００１５】
図６Ａは、本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライト２２Ｄの平面図であり、また、図６Ｂは、その部分断面側面図である。バックライト２２Ｄは、ＬＥＤ６２と、排熱装置５６と、ケース６８とを備えており、これらは、図５Ａ及び図５ＢのＬＥＤ５２、排熱装置５６及びケース５８と同様である。図５Ａ及び図５Ｂのバックライト２２Ｃは、截頭Ｖ字形構造体を形成する２つの傾斜面５３Ａ、５３Ｂを有し、截頭Ｖ字形構造体の「Ｖ」の開放截頭部分は、開口部５７及びバックライトの伝搬方向２３Ｃに向いている。一方、図６Ａ及び図６Ｂのバックライト２２Ｄは、截頭角錐構造体を形成する４つの傾斜面６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄを有し、截頭角錐構造体の開放截頭部分６７は、方向２３Ｃと同様にバックライトの伝搬方向２３Ｄに向いている。ＬＥＤ６２は、面６３Ａないし６３Ｄに取り付けられている。バックライト２２Ｄの面６３Ａないし６３Ｄは、開口部６７の平面及び主光線６９（及び表面法線６３Ｎ）に対して、角度α（Ｄ）、β（Ｄ）を形成することが便宜であり、これらの角度は、開口部５７の平面及びバックライト２２Ｃの主光線５９（及び表面法線５３Ｎ）に対する角度α（Ｃ）、β（Ｃ）と同様である。バックライトの総基部面積（ＷｘＬ）が等しい場合、バックライト２２Ｄの角錐状構造体は、図１Ａ及び図１Ｂの配置におけるＰＣＢ面積の２倍の面積を提供することができ、その他の事項が等しいならば、２倍の数のＬＥＤを受容し、また、これに対応して等しい総基部面積にてより大きいルミナンスを提供することができる。角度α（Ｄ）は２５°ないし６５°の範囲であることが有用であり、また、約３５°ないし５５°の範囲であることがより便宜であり、約４５°であることが好ましい。従って、β（Ｄ）は、２５°ないし６５°の範囲であることが有用であり、また、約３５°ないし５５°の範囲であることがより便宜であり、約４５°であることが好ましい。α（Ｄ）は４５°であることが好ましいが、必ずしも４５°でなくてもよい。この実施形態もまた、増大した放射表面積を提供し、放射面の各々は高反射性の後側面６５に面する一方、該後側面は光射出面の開口部６７に面している。
【００１６】
図７Ａは、本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライト２２Ｅの平面図であり、また、図７Ｂは、その部分断面側面図である。図７Ａ及び図７Ｂのバックライト２２Ｅは、後側面７５に更なるＬＥＤが追加される点を除いて、図５Ａ及び図５Ｂのバックライト２２Ｄと同様である。バックライト２２Ｅの要素７２、７３、７４、７５、７６、７７、７９はバックライト２２Ｄの対応する要素６２、６３、６４、６５、６６、６７、６９と同様である。バックライト２２Ｅにおいて、更なるＬＥＤ７２´がＰＣＢの後側面７５に取り付けられ、排熱装置７６´がＰＣＢの後側面７５の後方に設けられており、排熱装置７６´はＰＣＢの後側面７５に取り付けられたＬＥＤ７２´からの熱の除去を助ける。図１Ａ及び図１Ｂの先行技術のバックライト１０よりも著しく多数のＬＥＤを図７Ａ及び図７Ｂのバックライト２２Ｅの等しい総基部面積（Ｗ×Ｌ）内に受容することができるので、所定のパワーレベルにおいて高い効率を実現し、あるいは改良された熱的形態のため、所定の効率において高いパワー能力を実現できることが理解されよう。この関係は、ＬＥＤのような典型的な光源の本来的な温度感度及び許容温度差のため、極めて高ルミナンスレベル及び上昇した雰囲気温度において特に有益である。この形態において、後側面７５に面する面７３Ａ及び面７３Ｂ（及び各ＬＥＤ７２）に対応する放射面、光射出面７７に面する後側面７５（及び各ＬＥＤ７２´）を備えることで効率的な結合状態が維持される。
【００１７】
図３ないし図７に示したバックライト構造体の各々は、出口に面する放射面又は出口に直接面する面に面する放射面を備えることにより、相対的に光射出面に向かう経路を提供する。さらに、これらの構造体は、光がバックライト２２から射出する前に、その光の一部分を更に散乱反射させることも可能にする。これは、照明の均一さを向上させるという望ましい特徴である。このような均一な混ぜ合せの程度は、光源の出力角度分布及びディフューザの散乱特性と共に、色々な面の傾斜角度を選択することにより便宜に形成することができる。
【００１８】
図８Ａ及び図８Ｂには、本発明の更に別の実施形態が示されている。図８Ａ及び図８Ｂのバックライト２２Ｆは多くの点にて図３Ａ及び図３Ｂのバックライト２２Ａと同様である。従って、同様も幾つか詳細についての説明を省略する。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、他の中空キャビティ１８３の中央に、反射器１８０が追加されている。反射器１８０は、鏡面反射性ミラーであることが好ましいが、多少の散乱は許容可能であり、従って反射器１８０は、この実施形態では光射出面である開口部８７に対して垂直に向き決めされている。反射器１８０が存在する場合、バックライト２２Ｆは、対称の第二の半体である仮想バックライト２２ＦＶを有するものと考えられる。この場合、仮想という語は、仮想反射にのみ存在し、物理的には存在しない要素を意味する。この語は、上述した実施形態、特に図３Ａ及び図３Ｂの実施形態に関して説明を簡略化するためにのみ使用する。バックライト２２Ｆは、面８３と、関連するＬＥＤ８２とを有しており、これらは共に本発明の目的のため放射面を形成する。また、面１８１は、開放した光射出面８７を除いて中空のキャビティを閉じるように図３Ａ及び図３Ｂの実施形態に対して追加されている。面１８１及び中空のキャビティを閉塞するために必要とされる任意のその他の面（例えば、面１８５）は高反射性であることが好ましく、また、鏡面反射性又は散乱型の何れかとすることができる。図８Ｂにおいて、仮想のバックライト半体２２ＦＶは、バックライト２２Ｆの成分の鏡映である色々な仮想バックライト成分と共に、ミラー１８０の上方にあるものと考えられる。仮想面８３Ｖは、仮想ＬＥＤ８２Ｖと共に、仮想放射面であり、面８３に対して傾斜させてある（非平行である）。仮想開口部８７Ｖは、仮想バックライト半体２２ＦＶに対する仮想光射出面であり、仮想面１８１Ｖは面１８１の鏡映である。バックライト２２Ｆは、反射器１８０が追加され、図３Ａ及び図３Ｂの中心線３３Ｃの上方の部分が除去され且つ仮想となった点を除いて、図３Ａ及び図３Ｂの実施形態の対称性及び有利な効果の全て備えている。このことは、幾何学的自由度及び配置の点にて有意義な追加的な利点を提供し、また、以下に更に説明するように、熱管理の機会を提供する。面８３だけにＬＥＤが取り付けられているけれども、ミラー１８０を使用することにより、第二の光放射面８３Ｖが形成されることが理解されよう。このように、図８Ａ及び図８Ｂ（また図９Ａ及び図９Ｂ）の配置は、少なくとも２つの光放射面があるかのように振舞う。
【００１９】
図９Ａは、本発明の更なる実施形態２２ＧによるＬＥＤバックライトの平面図であり、また、図９Ｂは、その部分断面側面図である。図９Ａ及び図９Ｂの実施形態は、バックライト２２Ｇの反射器１９０が光射出面である開口部９７の表面法線に対して傾斜させてある点を除いて、図８Ａ及び図８Ｂと同様である。反射器１９０は、開口部９７の面に対して角度１９１を形成する。また、９０°以下の鋭角として示されているが、角度１９１は９０°以上とすることもできる。図８Ａ及び図８Ｂと図３Ａ及び図３Ｂとを比較することにより理解し得るように、バックライト２２Ｇは、その仮想バックライト半体２２ＧＶと共に、同様に効果的なキャビティを形成するが、この場合、開口部９７及び仮想開口部９７Ｖの組み合わされた開口部は、単一の平坦面を形成しない。しかし、仮想のバックライトの形態にて、各放射面９３（ＬＥＤ９２を有する）及び９３Ｖ（ＬＥＤ９２Ｖを有する）が組み合わされた光射出面（９７及び９７Ｖ）に面している限り、図８Ａ及び図８Ｂに関して説明した利点及び説明は依然として妥当する。前出の実施形態と同様に、この傾斜した形態は、基部面積である光射出面９７よりも大きい放射面を備える。
【００２０】
図１０は、本発明の更なる追加的な実施形態によるＬＥＤバックライト２２Ｈの図である。バックライト組立体２２Ｈは、図９Ａ及び図９Ｂによるバックライト２２Ｇと、排熱装置１０６と、放射面１０３及び排熱装置１０６を垂直軸線１０２と整合させて対流冷却効果を最大にする取り付け手段（図示せず）とを備えている。上述したように、システムは、光射出面１０７と放射面１０３との間の角度１０４の値に関して任意の範囲を効果的に満足するよう便宜に設計することができる。
【００２１】
図１１は、本発明の別の更なる実施形態による指向性バックライト２２Ｊの図である。バックライト２２Ｊの配置は、バックライト２２Ａ−Ｈの任意のものをプリズム状指向性要素１１１と組み合わせる。指向性要素１１１の一例は、ミネソタ州、セントポールの３Ｍコーポレーション（３Ｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から幾つかの形態で入手可能な輝度増進フィルム（ＢＥＦ）である。指向性要素１１１は、バックライト２２Ａ−Ｈの下流に配置されたとき、伝搬角度の範囲を拡散範囲（例えば、角度範囲１１２）から狭小範囲（例えば、角度範囲１１３）に狭小にする。しかし、実際には、角度範囲１１３の光線１１４の大部分は、角度範囲１１５、１１６で要素１１１に入射する。上記の実施形態の各々を観察することにより理解し得るように、範囲１１５及び１１６は、全体として上述した実施形態の幾つかにて光射出ポート又は光射出面に面する面の表面法線に対応する。入力角度に向かう面を備えることにより、指向性要素１１１の範囲１１５、１１６は、本発明の効率的な結合形態を更に向上させる。随意のディフューザ１１７（使用されるならば）は、指向性要素１１１とバックライトキャビティ２２Ａ−Ｈの間に配置されることが便宜であり、また、例えばテクスチャ表面ディフューザのような高利得ディフューザであることが好ましいが、その他のディフューザを使用することもできる。バックライト２２Ａ−Ｈに代えて、本発明による上述したバックライトの実施形態の任意のものを使用することができる。
【００２２】
上記の詳細な説明において、少なくとも１つの例示の実施形態について説明したが、極めて多数の変更例が存在することを理解すべきである。例えば、特定の形状排熱装置３３、４６、５６、６６、７６、７６´、１０６を示したが、これらの形状は限定的であることを意図するものではなく、対応するバックライトに取り付けられたＬＥＤにより発生された熱を排出させることができる任意の形状の排熱装置を使用することができる。本発明の傾斜したＰＣＢの配置は、ＬＥＤを取り付けるのに利用可能なＰＣＢ面積を増大させ、このため、傾斜した配置は、より大きい熱排出面積を提供することもできる。このように、より多くのＬＥＤを受容し、また、単位ＰＣＢ面積当たり発生される熱は等しいあるいはより少なくなる。更に、本発明は光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）について説明したが、本技術分野における当業者は、任意の指向性又は半指向性光源を使用することができ、本発明はＬＥＤを採用する構造体及び方法のみに限定されないことが理解されよう。更に、層２６はＬＣＤ層として示したが、電気的に変更可能な透過特性を備える任意の層又は領域を使用することもでき、本発明はＬＣＤ層又は領域を採用する構造体及び方法のみに限定されるものではない。
【００２３】
本発明のディスプレイを備えるバックライトはＬＥＤを取り付ける傾斜し且つ好ましくは（ただし、限定的ではなく）平面状ＰＣＢ面を少数使用するものとして示したが、その他の多数の形態が可能であり、本発明の範囲に含むことを意図するものであることも理解されよう。その他の有用なＬＥＤ取り付け配置の非限定的な例として以下のものが挙げられる。（ｉ）図３Ａ及び図３Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂ等のＶ字形のＰＣＢ配置を半シリンダ又は半放物線状又はセグメント化した半体の構造物で置換し、ＬＥＤをその内面に取り付け、それらの開放した平面又は面、又は截頭部分を光射出面又は面４７、６７に対応させる。（ｉｉ）図４Ａ及び図４Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ等の角錐状のＰＣＢの配置を半球体又は半楕円体で置換し、又は開放した平面截頭部分を有するその他の三次元的に湾曲した又はセグメント化した構造物で置換し、ＬＥＤをその内面に取り付け、開放した平面又は截頭部分を光射出面又は面４７、６７に対応させる。（ｉｉｉ）図７Ａ及び図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂのバックライト２２ＥのＰＣＢ面の一部又は全部と組み合わせて、及び／又は該ＰＣＢ面と置換して、上記の（ｉ）及び（ｉｉ）で説明したような類似の湾曲又はセグメント化した面を採用する。本技術分野における当業者は、本明細書の説明に基づいて、多数のその他の変更例及び組み合わせが可能であることを理解するであろう。
【００２４】
１つ又は複数の例示の実施形態は、単に一例であり、本発明の範囲、適用可能性又は形態を何らかの意味にて限定することを意図するものではないことを理解すべきである。上記の詳細な説明は、本技術分野における当業者に１つ又は複数の例示の実施形態を具体化する便宜な指針を提供するものに過ぎない。特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及びその法的均等物から逸脱せずに、要素の機能及び配置に色々な変更を加えることが可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】先行技術によるＬＥＤバックライトの平面図である。
【図１Ｂ】先行技術によるＬＥＤバックライトの部分切断側面である。
【図２】本発明による典型的なバックライト式ディスプレイの簡略化した分解図である。
【図３Ａ】本発明の第一の実施形態によるＬＥＤバックライトの平面図である。
【図３Ｂ】本発明の第一の実施形態によるＬＥＤバックライトの部分切断側面図である。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態によるＬＥＤバックライトの平面図である。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態によるＬＥＤバックライトの部分断面平面図である。
【図５Ａ】本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライトの平面図である。
【図５Ｂ】本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライトの部分断面側面図である。
【図６Ａ】本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライトの平面図である。
【図６Ｂ】本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライトの部分断面側面図である
【図７Ａ】本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライトの平面図である。
【図７Ｂ】本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライトの部分断面側面図である。
【図８Ａ】本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライトの平面図である。
【図８Ｂ】本発明の更に別の実施形態によるＬＥＤバックライトの部分断面側面図である。
【図９Ａ】本発明の更なる実施形態によるＬＥＤバックライトの平面図である。
【図９Ｂ】本発明の更なる実施形態によるＬＥＤバックライトの部分断面側面図である。
【図１０】本発明の更なる実施形態によるＬＥＤバックライトの斜視図である。
【図１１】本発明の更なる実施形態による指向性ＬＥＤバックライトの簡略化した側面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月16日(2007.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の面を備える中空キャビティバックライトであって、前記複数の面は、
開放した光射出面と、
前記開放した光射出面から隔てられ且つ前記開放した光射出面に面する反射面と、
前記開放した光射出面及び前記反射面の間に配設された複数の光放射面とを備え、前記複数の光放射面は、第一の光放射面と、該第一の光放射面に対して傾斜した第二の光放射面とを備え、前記第一及び第二の光放射面の各々は、光を前記反射面に向けて且つ前記開放した光射出面から離れる方向に向けて放射するように構成され、前記反射面は、前記第一及び第二の光放射面から放射された光を前記開放した光射出面に向けて再び向き決めするように構成された、中空キャビティのバックライト。
【請求項２】
データディスプレイであって、
印加された信号に応答して、光を実質的に通過させ得るように構成された第一の領域と、光を実質的に妨害させ得るように構成された第二の領域とを有する可変透過層と、
前記可変透過層に連結され且つ光を第一の方向に向けて前記可変透過層まで伝達し得るように構成された中空キャビティバックライトとを備え、前記バックライトは複数の面を備え、前記複数の面は、
開放した光射出面と、
前記開放した光射出面から隔てられ且つ前記開放した光射出面に面する反射面と、
前記開放した光射出面及び前記反射面の間に配設された複数の光放射面とを備え、前記複数の光放射面は、第一の光放射面と、該第一の光放射面に対して傾斜した第二の光放射面とを備え、前記第一及び第二の光放射面の各々は、光を前記反射面に向けて且つ前記開放した光射出面から離れる方向に向けて放射するように構成され、前記反射面は、前記第一及び第二の光放射面から放射された光を前記開放した光射出面に向けて再び向き決めするように構成された、中空キャビティのバックライト。
【請求項３】
複数の面を備える中空キャビティバックライトであって、前記複数の面は、
開放した光射出面と、
前記開放した光射出面に対して第一の角度αをなして配設された反射面と、
前記反射面に対して鋭角である第二の角度βをなして配設された第一の光放射面と備え、
光が前記第一の光放射面から放射されたとき、放射された光の少なくとも一部分は前記反射面によって反射されることで前記第一の光放射面に対して傾斜した仮想の第二の光放射面の外観を形成し、前記仮想の第二の光放射面は、前記第一の光放射面の鏡像である、キャビティのバックライト。
【国際調査報告】
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2008507095.tif 000025
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