(57)【要約】【課題】  液晶ディスプレイ用バックライト及び照明などの用途における所定の輝度プロフィールを生成する。【解決手段】  混合室は、第１面と、第１面と対向する第２面とを含む。少なくとも２つの発光ダイオードが第１面に沿って配置される。第１面の少なくとも一部は反射性であり、第２面は、反射域及び該反射域に形成された複数の開口部を含む。ある実施形態において、第１面と第２面とは、少なくとも１つの側面によって離間される。発光ダイオードから放出される光は、それが第２面の開口部から放出されるまで、混合室の第１面、第２面の反射域、及び側面において反射される。別の実施形態において、構造体は、発光ダイオード、発光ダイオードに重なるレンズ、及びレンズに重なる方向変換光学系を含む。方向変換光学系は、例えば、鏡面又は拡散反射体、バルク状又はフィルム状拡散体、及び透明材料を含むことができる。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が反射性である第１面と、反射域及び該反射域内の複数の開口部を含む前記第１面とは反対側の第２面とを含む混合室と、
前記第１面に沿って配置された複数の発光ダイオードと、
からなることを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記第１面と前記第２面とを離間させる１つ又はそれ以上の側面をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
少なくとも１つ又はそれ以上の前記側面のうちの１つの少なくとも一部が反射性であることを特徴とする請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記第１面の前記反射性部分が、前記複数の発光ダイオードから放出される光の少なくとも９０％を反射することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項５】
前記第１面の前記反射性部分が、前記複数の発光ダイオードから放出される光の少なくとも９８％を反射することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項６】
前記第２面の前記反射域が、前記複数の発光ダイオードから放出される光の少なくとも９０％を反射することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記第２面の前記反射域が、前記複数の発光ダイオードから放出される光の少なくとも９８％を反射することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項８】
前記複数の発光ダイオードが一列に配置され、前記開口部が前記発光ダイオード列と平行なスリットを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項９】
前記複数の発光ダイオードの真上にある前記第２面の領域が、前記反射域の一部であることを特徴とする請求項８に記載の構造体。
【請求項１０】
前記混合室が空気で充填されていることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１１】
前記第２面に重なる第１拡散体をさらに含む請求項１に記載の構造体。
【請求項１２】
前記第１拡散体に重なる第２混合室、及び
該第２混合室に重なる第２拡散体、
をさらに含む請求項１１に記載の構造体。
【請求項１３】
前記第１拡散体に重なる液晶層をさらに含む請求項１１に記載の構造体。
【請求項１４】
前記複数の発光ダイオードが、赤色、青色、及び緑色の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１１に記載の構造体。
【請求項１５】
前記第１面の前記反射性部分に形成された開口部の複数をさらに含む請求項１に記載の構造体。
【請求項１６】
前記複数の発光ダイオードが、異なる波長で各々が光を放出する少なくとも４つの発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１７】
前記複数の発光ダイオードが、少なくとも１つの蛍光変換型の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１８】
前記複数の発光ダイオードの少なくとも１つの上部に配置されるレンズをさらに含み、前記レンズが、
底面と、
反射面と、
その中心軸に対して斜めの角度をもたせた屈折面と、
を含み、
前記底面を通り前記レンズに入り、前記反射面上に直接入射する光が、前記反射面から前記屈折面へと反射され、前記屈折面で屈折され、実質的に前記レンズの中心軸に垂直な方向に向かい前記レンズから出て行くことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１９】
前記第２面が透明材料からなり、前記反射域が該透明材料上に形成された反射材料からなることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項２０】
前記第２面が拡散体からなり、前記反射域が該拡散体上に形成された反射材料からなることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項２１】
発光ダイオードと、
該発光ダイオードに重なるレンズと、
該レンズに重なる方向変換光学系と、
からなる構造体。
【請求項２２】
前記方向変換光学系が、前記レンズに接していることを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項２３】
前記レンズが、
底面と、
反射面と、
前記レンズの中心軸に対して斜めの角度をもたせた屈折面と、
からなり、
前記底面を通り前記レンズに入り、前記反射面上に直接入射する光が、前記反射面から前記屈折面へと反射され、前記屈折面で屈折され、実質的に前記レンズの中心軸に垂直な方向に向かい前記レンズから出て行くことを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項２４】
前記方向変換光学系が拡散反射体を含むことを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項２５】
前記方向変換光学系が鏡面反射体を含むことを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項２６】
前記方向変換光学系が反射性円盤を含むことを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項２７】
前記方向変換光学系が反射性ストリップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項２８】
前記方向変換光学系が透明材料を含むことを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項２９】
前記方向変換光学系がバルク拡散体を含むことを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項３０】
前記方向変換光学系がフィルム状拡散体を含むことを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【請求項３１】
前記方向変換光学系の形状が、円盤又はストリップであることを特徴とする請求項２１に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ用バックライト及び照明などの用途における所定の輝度プロフィールを生成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、一般的に、携帯電話、携帯情報端末、及びラップトップコンピュータなどのバッテリ駆動の装置に用いられ、嵩張るブラウン管に代るデスクトップ及びテレビ受信機の用途として普及しつつある。本発明の１つの実施形態は、赤色、緑色、及び青色成分を含むことがあるバックライトを必要とする透過型カラーＬＣＤに対応する。
【０００３】
図１は、先行技術の透過型カラーＬＣＤの微小部分の断面図である。透過型カラーＬＣＤの他のタイプの構造体が存在する。ＬＣＤ１０は、ＬＣＤ上部層にバックライトを提供する白色光源を含む。通常の白色光源は蛍光灯である。別の白色光源は、赤色、緑色、及び青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）の組み合わせであり、その合成光が白色光を形成する。他の白色光源が公知である。白色光源は、ディスプレイの背面に均質な光を提供する必要がある。こうした均質な白色光を提供するためのよく知られた技術が図２に示される。透明プラスチックシート２の１つ又はそれ以上の端部に光源１を光学的に結合するというように、白色光源１が光ガイドに光学的に結合される。シートは、典型的には、光がシートの上面から放出されるようにシートの上面のほぼ法線方向に光を曲げる変形部３を有する。こうした変形部の例は、底面におけるリッジ、プラスチックシートに埋め込まれた反射粒子、又はシートの底面の粗面を含む。変形部によって、準一様な光平面が光ガイドの前面から放出されることになる。輝度及び一様性を改善するために、光ガイドの背面の後ろに反射体を配置してもよい。
【０００４】
輝度増強フィルム１３を、光源１２の上部に配置することができる。偏光フィルタ１４は白色光を直線偏光にする。図１に示される実施形態において、偏光フィルタ１４は、透明導体を有するガラス基板に形成される。偏光フィルタ１４の上は液晶層１６であり、液晶層１６の上は透明導体を有するガラス基板１８である。ガラス基板の選択された導体は、電極１９及び２０に接続されたディスプレイ制御信号によって、励起される。液晶層１６のピクセル領域を横切る電界が存在しないときには、そのピクセル領域を通過する光は、入ってくる偏光に対して直角に回転された偏光軸を有するものとなる。液晶層１６のピクセル領域を横切る電界は、液晶を整列させ、光の方向性に影響を及ぼさない。導体を選択的に励起することによって、液晶層１６を横切る局所的な電界が制御される。常時開（白色）シャッターと常時閉（黒色）シャッターとの両方が、異なるディスプレイにおいて用いられる。受動導体アレイの代わりに、ピクセルの各々に１つのトランジスタを有する透過型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを用いることができる。ＴＦＴアレイは、極めてよく知られている。
【０００５】
ガラス基板１８からの光出力は、次に、ＲＧＢピクセルフィルタ２２によってフィルタ処理される。ＲＧＢピクセルフィルタ２２は、赤色フィルタ層、緑色フィルタ層、及び青色フィルタ層から構成することができる。層は、薄膜として蒸着することができる。例として、赤色フィルタは、ディスプレイの赤色ピクセル領域と一致する赤色光フィルタ領域のアレイを含む。赤色フィルタの残りの部分は、他の光を通すように透明にされる。したがって、ＲＧＢピクセルフィルタ２２は、ディスプレイのＲ、Ｇ及びＢピクセルの各々のためのフィルタを提供する。
【０００６】
偏光フィルタ２４は、偏光フィルタ１４からの光出力に対して直角に偏光された光のみを通す。したがって、偏光フィルタ２４は、液晶層１６において励起されていないピクセル領域によって偏光された光のみを通し、液晶層１６の励起された部分を通過する全ての光を吸収する。液晶層１６を横切る電界の大きさによって、個々のＲ、Ｇ、Ｂ成分の輝度が制御されて色のいずれかが作り出される。この手法においては、種々の導体を選択的に励起することによって、いずれかの色の像が見る人に提示される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＣＤにおける所望の輝度プロフィールは、プラスチック光ガイド２によって達成される。図２の光ガイド２のようなプラスチック光ガイドは、ＬＣＤ１０に相当の重量を加える。さらに、光源１が赤色、緑色、青色ＬＥＤである場合に、光ガイド２は、混合された光が白色になるように、個々のＬＥＤからの光を十分に混合するだけの十分な厚みがなければならない。こうした厚みのある光ガイドはＬＣＤ１０を嵩張らせる。さらに、プラスチック光ガイドを用いる装置は、プラスチック内部における及びプラスチックと周囲の材料との境界面における損失のために、多くのＬＥＤを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、混合室は、第１面と、第１面と対向する第２面を含む。少なくとも２つの発光ダイオードが第１面に沿って配置される。第１面の少なくとも一部は反射性であり、第２面は、反射域及び複数の開口部を含む。ある実施形態においては、少なくとも１つの側面によって、第１面と第２面とが離間される。発光ダイオードから放出される光は、第２面の開口部からそれが放出されるまで、混合室の第１面、第２面の反射域、及び側面に反射される。第２面の反射域及び開口部が配置され、所定の輝度プロフィールを達成することができる。
【０００９】
本発明の別の実施形態によれば、構造体は、発光ダイオードと、該発光ダイオードに重なるレンズと、そのレンズに重なる方向変換光学系を含む。方向変換光学系は、例えば、鏡面又は拡散反射体、バルク状又はフィルム状拡散体、及び透明材料を含むことができる。方向変換光学系は、円盤、ストリップ、又は他のいずれの形状にしてもよい。方向変換光学系の材質、形状、及び配置が選択され、所定の輝度プロフィールを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態は、大きなプラスチック光ガイドを用いることなく、広領域に所定の輝度パターンを提供することができる。本発明の実施形態の用途は、照明及びバックライトを含む。
【００１１】
図３は、所定の輝度プロフィールを提供するための装置の第１実施形態を示す。本発明の第１実施形態によれば、図３は、バックライトの中空混合室の断面図を示す。図４は、図３に示された混合室の一部分の平面図を示す。図４に示されるように、２列のＬＥＤが、中空混合室に配置される。ＬＥＤ３６は、ＬＥＤ３６のレンズが混合室３７の底面３７Ｂから突き出るように、回路基板３５上に取り付けることができる。ＬＥＤ３６は、ＬＥＤ３６から放出された光が混合されたときに白色光になるように選択された、例えば、赤色、緑色、及び青色のＬＥＤとすることができる。ＬＥＤ数は、混合室３７の面積によって決まることになる。一般に、所与の輝度のためには、面積が大きければ大きいほど、より多くのＬＥＤを必要とする。混合室３７は中空で、空気で充填されたものとすることができる。空気の代わりに他の材料、例えば他の気体が混合室３７を充填してもよい。混合室３７を充填する材料は、軽量であり、光非吸収性であり、かつ１．０に近い屈折率を有するものが選択される。
【００１２】
高反射率材料が、混合室３７の側面３７Ｓ、底面３７Ｂ、及び上面の一部を覆う。ある実施形態において、混合室３７の上面及び底面は、混合室３７の側面を覆う材料に比べ、反射率のより高い材料で覆われる。ある実施形態において、混合室３７の側面は、高反射率材料では覆われない。高反射率材料３４の反射率は、混合室３７の設計によって決まることになる。ある実施形態において、高反射率材料３４は、少なくとも９０％の反射率を有し、より好ましくは、９８％以上の反射率を有する。適当な高反射率材料の例は、３Ｍ社から入手可能な増強鏡面反射体（ＥＳＲ）フィルム、Ｃｈｉｐｐｅｎｈａｍ  Ｄｒｉｖｅ、Ｋｉｎｇｓｔｏｎ、Ｍｉｌｔｏｎ  Ｋｅｙｎｅｓ  ＭＫ１００ＡＮ、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ所在のＡＬＡＮＯＤ社から入手可能なＭＩＲＯフィルム、ＰＯ  Ｂｏｘ７０、Ｓｈａｋｅｒ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｎｏｒｔｈ  Ｓｕｔｔｏｎ、ＮＨ０３２６０所在のＬａｂｓｐｈｅｒｅ社から入手可能なスペクトルフレクトの反射率コーティング、Ｐｈｉｌｉｐｓ社から入手可能な、含ハロゲン燐酸塩、ピロ燐酸塩カルシウム、ピロ燐酸塩ストロンチウム、及び二酸化チタンのような高反射粒子を含有するＮＢＣコーティングを含む。
【００１３】
混合室３７の上面は、例えば高反射率材料３４の開口部の透過域と、例えば高反射率材料３４の反射域を有する。高反射率材料３４の開口部の位置、大きさ及び形状は、所望の輝度プロフィール、ＬＥＤ３６の種類及び配置、並びに混合室３７の形状に基づいて、選択される。
【００１４】
所定の輝度プロフィールを提供するために、一般には、反射面に対する透過域の比率が大きければ大きいほど、より明るい分布域を与え、反射面の透過域の比率が小さければ小さいほど、より暗い分布域を与える。例えば、テレビ受像器用バックライトに適する輝度プロフィールは、バックライトの中央部で最大輝度を有し、その側部で最小輝度を有する放物線でよい。最小輝度は、最大輝度の５０％とすることができる。こうした装置においては、中央部で光をより多く放出するように、バックライトの縁部付近よりもバックライトの中央部付近に、透過域（すなわち、混合室の上面における高反射率材料によって占有されない区域）がより多く存在することになる。別の例において、ＬＣＤコンピュータモニタに適する輝度プロフィールは、バックライトの中央部での最大輝度の７５−８５％をバックライトの縁部での最小輝度とすることで、テレビ受像器の輝度プロフィールに比べより平坦なものとすることができる。こうした装置は、上述のテレビ受像器の例のように、縁部に比べ中央部で透過域をより多く有するが、より平坦な輝度プロフィールを有するために、テレビ受像器の例に比べ縁部での透過域をより多く有する。
【００１５】
所望の輝度プロフィールに加えて、ＬＥＤ３６の種類及び配置は、高反射率材料３４における開口部の位置、大きさ、及び形状に影響を及ぼすことになる。一般に、ＬＥＤ３６の真上の領域は、ＬＣＤ３６の上面から放出される光の全てを反射して混合用の混合室内に戻すために、反射性である。ある実施形態において、ＬＥＤ３６は、ＬＥＤによって放出される光のほとんどが混合室３７の上面及び底面と平行に向けられるように選択され、そのことにより、光は、混合室３７から放出される前に混合される。図５及び図６は適切なＬＥＤ３６の例を示す。ＬＥＤチップ４４の上部のレンズは、上部区域に放出される光が表面４０上で内部全反射され、そのことにより、光が底面４５に入射し、屈折して装置から出て行くように、設計される。区域４１に放出された光もまた、屈折して装置から出て行く。レンズは、図６に示す区域４６に光を放出するように設計される。レンズは、フレーム４３に取り付けられる。リード線４２は、ＬＥＤチップ４４に電気的に接続されており、例えば図３に示される回路基板３５にＬＥＤ３６を電気的かつ物理的に接続させるのに用いられる。適切な側面放出型ＬＥＤの他の例は、２００１年５月４日に出願された米国特許出願番号０９／８４９，０４２の「側面放出型ＬＥＤ」と、２００１年５月４日に出願された米国特許出願番号０９／８４９，０８４の「屈折及び反射性面を備えたレンズ」と、２００２年６月２４日に出願された米国特許出願番号１０／１７９，６００の「側面放出型ＬＥＤ及びレンズ」に、より詳細に記述されており、これらの出願の各々は、引用によりここに組み入れられる。側面放出型ＬＥＤは、光が混合室３７を脱出する前に必要な反射回数を減らすのに用いることができる。所与の効率のためには、必要とされる反射回数が少なければ少ないほど、必要な高反射率の反射材料３４が少なくなる。他の実施形態において、放出された光が反射され、混合室内に戻され混合されるように、ＬＥＤの真上に反射材料が設けられる場合であれば、側面よりも上面からの光の大部分を放出するＬＥＤを用いることができる。
【００１６】
混合室３７の形状もまた、混合室３７の上面にある反射材料３４の開口部の位置、大きさ、及び形状に影響を及ぼすことがある。混合室３７の上面にある反射面に対する透過域の比率は、必要とされる光の拡散量と必要とされる色の混合量との関数である。必要とされる拡散量及び色の混合量が増加するのにともない、比率は、通常、減少することになる。例えば、所与の輝度プロフィールについていえば、混合室の面積が大きければ大きいほど、拡がりを大きくする必要があるので、ＬＥＤ光源３６の数に対して大きな面積をもつ混合室３７は、ＬＥＤ光源３６の数に対してより小さな面積をもつ混合室に比べ、反射面の透過域の比率をより小さくする必要がある。さらに、所与の輝度プロフィールについていえば、薄い混合室３７は、より厚さのある混合室に比べ、より小さな比率を必要とすることになる。ある実施形態において、所望の輝度プロフィールを達成するか又は輝度プロフィールをさらに最適化するために、混合室３７の形状を選択することができる。例えば、所望の輝度プロフィールに比べより暗い領域を備える装置において、暗い領域における混合室３７の底面３７Ｂと上面との間の距離を短くすることは、混合室３７の上面にある開口部の大きさ、形状、及び位置を変更することなく、その暗い領域に、より高い輝度を提供することを可能にする。
【００１７】
混合室３７の高反射率材料の上面にある開口部のパターンの例が、図４に示される。高反射率材料３４のストリップが、２列のＬＥＤ３６と平行に整列されてスリットを形成する。ある実施形態において、ＬＥＤ３６は、リング状、モジュール状、ランダム状、又は図４で示される列状以外の構造に、配置することができる。ある実施形態においては、より多い又はより少ない列のＬＥＤ３６が用いられる。ある実施形態において、高反射率材料３４の開口部は、穴又は図４に示されるスリット以外の形状である。図４に示される実施形態において、ＬＥＤ３６と同幅のストリップがＬＥＤ３６の真上に位置する。反射材料内に形成されたスリットは、全てが同じ大きさである必要はない。
【００１８】
高反射率材料３４は、鏡面反射体又は拡散反射体とすることができる。拡散面は、反射光の指向性を除去し、光をランダム指向させる。このようにして、拡散面は、光が混合室３７の周辺部に広がるように、光をより多く反射させることになるが、また混合室３７から放出される光の色の一様性を改善することもできる。
【００１９】
ＬＥＤ３６から放出される光は、混合室３７の上面にある高反射率材料の開口部の１つを通過して直接放出されるか、又は光が高反射率材料３４の開口部の１つから放出されるまで、混合室３７の１つ又はそれ以上の反射面で反射する。高反射率材料３４の開口部の各々は、したがって光源となる。その光が混合室３７内において反射されるとき、異なる色のＬＥＤ３６から放出される光は、混合室３７内において混合及び拡散し、その結果、上面３４にある開口部から放出される光は、色混合され、所定の輝度になる。光は開口部から放出され、例えばＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリスチレン又はガラスシート製の拡散体３３内部へ放出される。拡散体３３は、光をＬＤＣ層３０へ拡散する。
【００２０】
ある実施形態において、拡散体３３は、高反射率材料３４を支持する。例えば、高反射率材料３４は、拡散体３３上に取り付けられるか、拡散体３３上にスパッタ形成されるか、拡散体３３上にスクリーン印刷されるか、拡散体３３上に熱蒸着されるか又は拡散体３３上に積層されるテープとすることができる。高反射率材料３４は、拡散体３３の上面か又は底面のいずれかに取り付けることができる。ある実施形態において、高反射率材料３４は、拡散体３３に隣接する透明材料によって支持される。例えば、高反射率材料３４及び拡散体３３は、透明アクリルシートの両面に取り付けることができる。あるいは、高反射率材料３４は透明シート上に配置され、次に拡散体３３を高反射率材料３４上に積層することができ、そのことにより、混合室３７から出て行く光は、高反射率材料３４よりも前に透明シート上に入射する。ある実施形態において、高反射率材料３４が別の材料によっては、支持されない。例えば、高反射率材料３４は、それに形成された開口部を備えた反射性金属シートにすることができる。
【００２１】
ある実施形態において、高反射率材料３４は、両面において高反射性である。拡散体３３は、ホログラフィック、バルク状又はフィルム状拡散体でよく、選択されるのは、薄厚であり、高性能の透過型であり、ＬＣＤ層３０の前方向へ光を拡散するものである。高反射率材料３４として拡散反射材料を用いる実施形態においては、拡散体３３を省くことができる。拡散体３３から放出された光は、混合室３２においてさらに混合され、次に、第２拡散体３１に入射する。混合室３２は、輝度プロフィールから高反射率材料３４の個々の開口部の外観を除去し、拡散体３１に一様な光を提供する。拡散体３１の上に、例えば図１の層１４、１６、１８、２２及び２４の残余のＬＣＤ層の前に、３Ｍ社から入手可能なＢＥＦ及びＤＢＥＦなどの１つ又はそれ以上の輝度増強フィルムを組み込むことができる。
【００２２】
ある実施形態において、高反射率層３４の開口部の大きさは、光の色及び輝度の一様性にとって十分な混合を提供するために、ＬＣＤ層３０と拡散体３３との間の間隙に比べ何倍も小さくしなければならない。かくして、ディスプレイのための許容し得る最大厚みが知られているならば、混合のために求められるＬＣＤ層３０と拡散体３３との間の許容距離すなわち最大開口部幅は、それ故にモデル化又は計算化できる。ある実施形態において、混合室３７及びＬＣＤ３０に隣接する拡散体の上層間の間隙は、高反射率材料３４の開口部間のピッチの２倍よりも大きい。図３及び図４に示される実施形態の１つの例において、（図３に示されるような）材料３４の開口部のストリップは５ｍｍ幅であり、混合室３７及び拡散体３１の底面間の距離は２５ｍｍであり、拡散体３１及び拡散体３３の距離は２０ｍｍである。
【００２３】
図３及び図４は、液晶ディスプレイ用のバックライトとして用いられる中空混合室を示す。こうした実施例は、通常、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを用いることになる。ある実施形態において、中空混合室は、例えば部屋における天井灯のような照明に用いられる。図３及び図４の装置が照明に用いられるときは、ＬＣＤ層３０は含まれない。照明用光源は、可視スペクトルにおける波長をできるだけ多く含むことによって、混合された光が擬似太陽光に近づくように選択される。一般には、ＲＧＢディスプレイに用いられる赤色、青色及び緑色の波長に比べより多くの波長が用いられることになる。ある実施形態において、照明に用いられる装置は、以下の波長のＬＥＤ、すなわち、約４２０から約４４５ｎｍまでの間の光を放出する装置、約４４５から約４７０ｎｍまでの間の光を放出する装置、約４７０から約４９０ｎｍまでの間の光を放出する装置、約４９０から約５６０ｎｍまでの間の光を放出する装置、約５６０から約６３０ｎｍまでの間の光を放出する装置、約６３０から約６４５ｎｍまでの間の光を放出する装置、及び、蛍光変換型発光ダイオードの１つ又はそれ以上を含むことができる。蛍光変換型ＬＥＤは、一般にピーク幅の狭い光を放出する非変換型ＬＥＤとは異なり、多くの場合、ピーク幅の広い光を放出し、それ故に、非変換型ＬＥＤに比べより多くの波長の光を供給するので、蛍光変換型ＬＥＤが用いられてもよい。
【００２４】
図３及び図４に示されるような混合室を用いることは、幾つかの利点を提供する。混合室が中空であるので、図２で示されるように、プラスチックシートで形成される光ガイドに比べ大幅に軽い。ＬＥＤから放出される光の多くは、混合室から放出される前すなわち混合室の上面にある反射材料の開口部から放出される前に、混合室の底面、側面、及び／又は上面で反射される。光は、他の光と混合することなく、混合室３７から脱出することができない。さらに、混合室内における改良型混合は、混合のための付加的構造の必要性を除去することができ、中空混合室を組み込んだディスプレイの厚みを減らすことができる。さらに、図２のプラスチック光ガイドを除去することは、プラスチックと隣接する面との境界面に関連する損失を除去し、プラスチック内への吸収を除去することである。
【００２５】
ＬＣＤ用バックライトの例を用いて混合室３７が説明されているが、他の適用が可能であり、それは、本発明の特許請求の範囲に含まれる。例えば、ある実施形態において、混合室３７の上面以外の他の面、例えば混合室３７の底面は、高反射率材料３４の開口部をもつことができ、その結果、混合室３７の１つの面以上の面から光が取り出されることになる。さらに、混合室３７が浅い矩形である必要はない。
【００２６】
本発明の別の実施形態において、図５及び図６に示される光源などの光源によって放出される輝度プロフィールは、光源の上部に置かれた方向変換光学系によって変えることができる。こうした光源は、ＬＣＤ用のバックライトとして用いることができる。例えば、方向変換型光源は、中空混合室３７の上面に配置された高反射率材料３４なしで、図３で示される装置において用いることができる。
【００２７】
図７、図８、及び図９は、方向変換体光学系の３つの例を示す。図７において、反射材料５２がＬＥＤ３６に隣接して置かれる。反射材料５２は、上述のＡｌａｎｏｄ社から入手可能なＭＩＲＯ２のような少なくとも９５％の反射性のものでよい。反射材料は、反射材料５２の上部に設けられる、例えばＰＭＭＡ又は他の機械的に安定した透明材料のいずれかの透明材料５１によって、ＬＥＤに接着するか又は取り付けることができる。透明材料５１は、一部、反射方向変換体として機能する。任意の拡散体材料５０を、透明材料５１の上部に設けることができる。拡散体５０は、１つの面で拡散するフィルム状拡散体か又はバルク状拡散体を通して拡散するバルク状拡散体でもよい。反射材料５２は、拡散体５０上に影を作る。その影は、少なくとも部分的に拡散体５０によって除去することができる。図８において、Ｔｏｒａｙ社から入手可能なＥ６０Ｌのような鏡面又は拡散反射体ホイールが、ＬＥＤ３６の上部に設けられる。図９において、Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ４７９  Ｂａｌｄｗｉｎ、ＮＹ１１５１０所在のＡｓｔｒａ  Ｐｒｕｄｕｃｔｓ社から入手可能なＣｌａｒｅｘ  ＤＲ７５Ｃのようなバルク状又はフィルム状拡散体５６が、ＬＥＤ３６の上部に提供される。
【００２８】
上述の反射体材料、透明材料、及び拡散体材料は、円盤又はストリップの材料でもよい。ある実施形態において、ＬＥＤは１列に並べられ、方向変換光学系は、例えば方向変換光学系を拡散体に取り付けるか又は方向変換光学系をＬＥＤ列に直接取り付けることによって、そのＬＥＤ列の上部に配置されるストリップの材料である。列以外の他のＬＥＤ配列が可能である。ある実施形態において、個々の方向変換光学系は、個々のＬＥＤの上部に配置されるか又は個々のＬＥＤに取り付けられる。例えば、方向変換光学系の円盤材料を、個々のＬＥＤに取り付けることができる。円盤及びストリップ以外の他の形状を、所望の輝度プロフィールを得るために用いることができる。
【００２９】
図１０、図１１Ａ及び図１１Ｂ、図１２Ａから図１２Ｃ、並びに図１３は、図６、図７、図８、及び図９に示される装置の輝度プロフィールである。
【００３０】
図１０は、図５に示されるような、方向変換体なしのランプの輝度プロフィールを示す。図１１Ａは、図７に示された直径６ｍｍの反射性円盤５２、アクリルストリップ５１、及びランプの上部に形成されたストリップの拡散体を備えた装置の輝度プロフィールを示す。方向変換体５２、５１及び５０の存在は、輝度プロフィールを相当に広げ、光の多くを図１０に示されたボックス縁部に向って拡大する。図１１Ｂは、直径６ｍｍの反射性円盤５２が直径１０ｍｍの反射性円盤で置換されたこと以外は図１１Ａと同じ装置の輝度プロフィールを示す。円盤の直径を６ｍｍから１０ｍｍに増大することは、図１１Ａに示されたピーク幅を広げる。
【００３１】
図１２Ａは、幅１０ｍｍの拡散反射体ホイールのストリップを備えた図８に示される装置の輝度プロフィールを示す。図１２Ａと図１１Ａとの比較から明らかなように、図８の装置は、図７の装置に比べより平坦な輝度プロフィールを提供する。幅１０ｍｍのストリップホイールが幅１４ｍｍのストリップホイールに置換された場合には、図１２Ｂに示されるように、輝度プロフィールのピークは減少し、さらに平坦になり、より広がるようになる。幅２５ｍｍのストリップホイールを備えた図８の装置は、図１２Ｃに示されるように、輝度プロフィールがさらに減ぜられ、平坦化され、かつ拡がったピークを有する。
【００３２】
図１３は、幅１０ｍｍのバルク状拡散体を備えた図９に示す装置の輝度プロフィールを示す。図１０から図１３までに示されるように、側面放出型ＬＥＤの輝度プロフィールは、光源が置かれる装置に手を加えることなく、方向変換光学系の適切な選択によって、調整することができる。
【００３３】
方向変換光学系の使用は、いくつかの利点を提供する。方向変換光学系を備えた光源は、中空混合室内において用いることができるので、重量があり且つ嵩張るプラスチック光ガイドが除去される。方向変換光学系は、光の効率的な混合を提供し、かくして、方向変換光学系を備える装置は、薄型のディスプレイにおいて、一様な色と輝度を提供することが可能になる。方向変換光学系が効率的混合を提供するため、赤色、緑色、及び青色光源が、直視型バックライトとして用いることが可能になる。
【００３４】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本発明の開示に基づき、ここで説明された本発明の特許請求の範囲の精神から逸脱することなく、本発明に修正をなし得ることが理解されよう。したがって、本発明の特許請求の範囲は、図示され説明された特定の実施形態に限定されることは、意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】先行技術の白色光源を用いる透過型カラーＬＣＤの断面図である。
【図２】先行技術の白色光源に光学的に結合された光ガイドである。
【図３】本発明の１つの実施形態による中空混合室を含むＬＣＤの一部の断面図である。
【図４】図３に示された混合室の一部の平面図である。
【図５】図３のＬＣＤで用いられる光源の例を示す。
【図６】図５の光源から放出される光の分布を示す。
【図７】方向変換型光源の実施形態を示す。
【図８】方向変換型光源の実施形態を示す。
【図９】方向変換型光源の実施形態を示す。
【図１０】非方向変換型光源によって表された輝度プロフィールを示す。
【図１１Ａ】図７に示された方向変換型光源によって表された輝度プロフィールを示す。
【図１１Ｂ】図７に示された方向変換型光源によって表された輝度プロフィールを示す。
【図１２Ａ】図８に示された方向変換型光源によって表された輝度プロフィールを示す。
【図１２Ｂ】図８に示された方向変換型光源によって表された輝度プロフィールを示す。
【図１２Ｃ】図８に示された方向変換型光源によって表された輝度プロフィールを示す。
【図１３】図９に示された方向変換型光源によって表された輝度プロフィールを示す。
【符号の説明】
【００３６】
３０：ＬＣＤ層
３１：拡散体
３２：混合室
３３：拡散体
３４：高反射率材料
３５：回路基板
３６：ＬＥＤ
３７：混合室
３７Ｂ：底面
３７Ｓ：側面
４２：リード線
４３：フレーム
４４：ＬＥＤチップ
５０：拡散体
５１：透明材料
５２：反射材料
５４：鏡面又は拡散反射体ホイール
５６：バルク状又はフィルム状拡散体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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