(57)【要約】      （修正有）【課題】均一な光強度のバックライトを提供すること。【解決手段】光源及びそれを使用した表示装置を開示する。光源はレーザー、ライトパイプ５２、及び光ファイバーを含む。ライトパイプは、上面、底面及び第１の端面を有する透明材料の層からなる。第１の光ファイバーはレーザーからの光を第１の位置において第１の端面に結合する。光は上面から反射されるようにライトパイプに投入され、ライトパイプは上面を通してその光を散乱させる複数の散乱中心を有する。レーザーは、放熱が可能な位置に配置されたヒートシンクに熱的に接触させることができる。カラーディスプレイにいて光源は複数のレーザーを有することができる。種々のレーザーからの光は、ライトパイプに達する前に、混合させることができる。【選択図】図７
2007042640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を放射する第１の光源(31,103,71-73)と、
上面(21)、底面(41)、及び、第１の端面(36)を有する透明材料の層からなるライトパイプ(32,52,60,92,106)と、
前記第１の端面(36)に近接する第１の端部と、前記第１のレーザー(31,103,71-73)から光を受信する第２の端部とを有する第１の光ファイバー(35,104)と
を含み、前記第１の端部からの前記光が、第１の位置において前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入される、光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項２】
前記光は、前記光が前記上面(21)から反射されるように前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入され、前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)は、前記上面(21)を通って前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)から散乱光が出てゆくような角度で、散乱光の一部を前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の前記上面(21)に衝突させるように、前記光を散乱させる複数の散乱中心(40)を有する、請求項１に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項３】
前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の前記底面(41)は反射性である、請求項２に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項４】
前記第１のレーザー(31,103,71-73)は、ヒートシンク(34,75,119,105)に熱的に接触している、請求項１に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項５】
第１の端部及び第２の端部を有する第２の光ファイバー(43)と、カップラー(33)とを更に含み、前記第１のレーザー(31,103,71-73)からの前記第１の波長の前記光は、前記カップラー(33)によって前記第１の光ファイバー(35)及び前記第２の光ファイバー(43)に結合され、前記第２の光ファイバー(43)の前記第１の端部は、前記第２の光ファイバー(43)の前記第１の端部からの光が前記第１の位置とは異なる第２の位置において前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入される位置に、前記第１の端面(33)に近接して配置される、請求項１に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項６】
前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)は、第２の端面(37)、第３の端面(38)、及び、第４の端面(39)を有し、前記第２の端面、前記第３の端面、及び、前記第４の端面は、該端面に衝突した光を反射して前記ライトパイプ(32,52,62,92,106)の中に戻し、前記第２の端面(37)は前記第１の端面(36)に対向している、請求項１に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項７】
前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)は、最大の物理的寸法を特徴として有し、前記反射器の光伝送長は、前記最大の物理的寸法の２倍以上である、請求項１に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項８】
前記第２の端面(62)は、前記第１の端面(36)に対して或る角度を成す向きに配置され、その角度がゼロとは異なる、請求項６に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項９】
前記第２の端面(57)は平坦なファセットを有し、該ファセットの１つは光を反射して前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に戻すための平坦な反射性表面を有し、該反射性表面は、前記第１の位置において前記ライトパイプ(32,52,62,92,106)の中に投入された光を反射し、その反射光が、前記第１の位置からゼロより大きい所定の距離だけ隔てられた位置において前記第１の端面(36)に衝突するように、前記光を反射して前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に戻す、請求項６に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項１０】
前記第１の光ファイバー(35,104)は第１の直径の円形断面を有し、前記所定の距離は前記第１の直径よりも大きい、請求項６に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項１１】
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を放射する第２のレーザー(72,73)を更に含み、前記第２のレーザーからの光が、前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入される、請求項１に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項１２】
前記第１のレーザーからの光と前記第２のレーザーからの光を混合し、混合光信号を生成する光結合器(74)と、前記混合光信号を前記第１の光ファイバー(35,104)の中に投入するカップラー(33)とを更に含む、請求項１１に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項１３】
前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)は第２の端面(98)を有し、前記光源(30,50,70,90,100,110)は、前記第２の端面に近接する第１の端部と、前記第２のレーザー(103)から光を受信する第２の端部とを有する第２の光ファイバー(43)を含み、前記第１の端部からの前記光が、前記第２の端面上の第２の位置において前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入される、請求項１１に記載の光源(30,50,70,90,100,110)。
【請求項１４】
第１の側面及び第２の側面を有するケース(101)と、
上面(21)、底面(41)、及び、第１の端面(36)を有するシート状の透明材料からなるライトパイプ(32,52,60,92,106)と、
前記上面(21)から出る光によって照明される表示装置(101)であって、前記ケースの前記第１の側面に近接して配置された表示装置(101)と、
第１の波長の光を放射する第１のレーザー(103)と、
前記第１の端面(36)に近接する第１の端部と、前記第１のレーザー(103)からの光を受信する第２の端部とを有する第１の光ファイバー(104)であって、前記第１の端部からの光が、第１の位置において前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)に投入される、第１の光ファイバー(104)と、
前記第１のレーザー(103)及び前記ケースの前記第２の側面に熱的に接触するヒートシンク(105)であって、前記第１のレーザー(103)からの熱を前記ケースの前記第２の側面に移動させるヒートシンク(105)と
からなる装置(100,110)。
【請求項１５】
前記表示装置はＬＣＤディスプレイパネルからなる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記光は、前記光が前記上面(21)から反射されるように前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入され、前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)は、前記上面(21)を通って前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)から散乱光が出てゆくような角度で、散乱光の一部を前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の前記上面(21)に衝突させるように、前記光を散乱させる複数の散乱中心(40)を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
第１の端部及び第２の端部を有する第２の光ファイバー(43)と、カップラー(33)とを更に含み、前記第１のレーザー(31,103,71-73)からの前記第１の波長の前記光は、前記カップラー(33)によって前記第１の光ファイバー(35)及び前記第２の光ファイバー(43)に結合され、前記第２の光ファイバー(43)の前記第１の端部は、前記第２の光ファイバー(43)の前記第１の端部からの光が前記第１の位置とは異なる第２の位置において前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入される位置に、前記第１の端面(33)に近接して配置される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)は、第２の端面(37)、第３の端面(38)、及び、第４の端面(39)を有し、前記第２の端面、前記第３の端面、及び、前記第４の端面は、該端面に衝突した光を反射して前記ライトパイプ(32,52,62,92,106)の中に戻し、前記第２の端面(37)は前記第１の端面(36)に対向している、請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の端面は、前記第１の端面(36)に対して或る角度を成す向きに配置され、その角度がゼロとは異なる、請求項８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２の端面は平坦なファセットを有し、該ファセットの１つは光を反射して前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に戻すための平坦な反射性表面を有し、該反射性表面は、前記第１の位置において前記ライトパイプ(32,52,62,92,106)の中に投入された光を反射し、その反射光が、前記第１の位置からゼロより大きい所定の距離だけ隔てられた位置において前記第１の端面(36)に衝突するように、前記光を反射して前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に戻す、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の光ファイバー(35,104)は第１の直径の円形断面を有し、前記所定の距離は前記第１の直径よりも大きい、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を放射する第２のレーザー(72,73)を更に含み、前記第２のレーザーからの光が、前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入される、請求項１４に記載の装置。
【請求項２３】
前記第１のレーザーからの光と前記第２のレーザーからの光を混合し、混合光信号を生成する光結合器(74)と、前記混合光信号を前記第１の光ファイバー(35,104)の中に投入するカップラー(33)とを更に含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)は第２の端面(98)を有し、前記装置は、前記第２の端面に近接する第１の端部と、前記第２のレーザー(103)から光を受信する第２の端部とを有する第２の光ファイバー(43)を含み、前記第１の端部からの前記光が、前記第２の端面上の第２の位置において前記ライトパイプ(32,52,60,92,106)の中に投入される、請求項２２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＣＤバックライトディスプレイ用のレーザー光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、種々のコンピュータおよびＴＶのような家庭用機器に使用されている。バックライトＬＣＤは画素のアレイであり、各画素はその画素の裏側に配置された光源からの光の透過又は遮断するシャッターとして機能する。カラーディスプレイは、各画素にカラーフィルタを取り付け、各画素に特定の色の光を透過又は遮断させることによって実施される。各画素からの光の強度は、画素が透過状態にある時間によって決まる。
【０００３】
ディスプレイは通常、ディスプレイの背面全体にわたって均一な光の強度を提供する白色光源によって照明される。蛍光灯を利用した光源が特に魅力的である理由は、消費電力１ワット時あたりの光の出力が大きいからである。ただし、これらの光源は高い駆動電圧が必要であるために、バッテリ駆動型装置にとってはあまり魅力的でない。
【０００４】
そのため、ＬＥＤを利用した光源をそうした用途に利用することに大きな関心が寄せられている。ＬＥＤはそれらと同様の電気効率及び寿命を有する。また、必要とされる駆動電圧も、多くの携帯機器で使用されるバッテリパワーに適合する。
【０００５】
照明システムは一般に、ＬＣＤアレイの裏側に配置された何らかの形のライトボックス又はライトパネルを使用している。ＬＣＤの背面を均一に照明するために、ライトボックスのＬＣＤアレイに隣接する表面とは反対側の表面は、何らかの形の散乱性被膜を備えている。
【０００６】
光源の厚みは、ライトボックスの厚みによって制限される。ラップトップコンピュータ、及び、ＰＤＡや携帯電話のような携帯機器に使用されるディスプレイの場合、装置全体の厚みがディスプレイの厚みによって制約されるため、ディスプレイの厚みは特に重要となる。こうした携帯機器の中には、１０ｍｍ厚未満の厚さのライトボックスを必要とするものもある。ライトボックスの厚み減らすほど、均一な照明が得られるようにライトボックスの側面から光を効率的に投入することは難しくなる。
【０００７】
また、大型のディスプレイには、電力損失の問題もある。光源に印加される電力の大半は、光ではなく熱に変換される。ＬＥＤを利用した光源は、ライトボックスの周辺部に限定されるため、その熱はライトボックスの周辺部に集中する。熱をディスプレイの外へ移動させるのに適した表面に、ライトパイプの縁部から熱を移動させることは、幾つかの大きな問題を引き起こす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光源、及び、それを利用したディスプレイを含む。光源は、第１のレーザー、ライトパイプ、及び、第１の光ファイバーを含む。レーザーは第１の波長の光を放射する。ライトパイプは、上面、底面、及び、第１の端面を有する透明な材料の層を含む。第１の光ファイバーは、第１の端面に近接する第１の端部と、第２のレーザーからの光を受信する第２の端部とを有する。第１の端面からの光は、第１の位置においてライトパイプの中に投入される。ライトパイプは、光を散乱させる散乱中心を有し、散乱中心は、散乱光がライトパイプの上面を通過してライトパイプから出ていくような角度で、散乱光の一部がライトパイプの上面に衝突するように、光を散乱させる。表示要素に隣接してライトパイプを配置し、表示要素がライトパイプからの光によって照明されるようにすることによってディスプレイを構成するために、光源を使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明により利点が得られる態様は、図１及び図２を参照すると分かりやすいであろう。図１及び図２は、従来技術によるＬＣＤディスプレイ１６を照明するためのライトボックス構成を示している。図１は光源１０の平面図であり、図２は光源１０をライン２−２に沿って切断して見たときの断面図である。光源１０は、ＬＥＤ１１のアレイを使用してライトパイプ１２を照明する。ＬＥＤは基板１３上に取り付けられ、基板１３は、ＬＥＤに電力を供給する第２の基板１５上に取り付けられている。これらのＬＥＤは、各ＬＥＤの上面から発せられる光が、ライトパイプ１２の端面を照明するような位置に配置される。表面２１に対して臨界角よりも大きな角度でライトパイプ１２に入射した光は、表面１７上にある粒子２２によって光が吸収又は散乱されるまで、ライトパイプ１２の中を行ったり来たりしながら反射され続ける。臨界角よりも大きな角度で表面２１に衝突した散乱光は、ライトパイプから抜け出て、ＬＣＤディスプレイ１６の背面を照明する。
【００１０】
図１及び図２に示す構成には多数の問題がある。第１に、これらのＬＥＤによって得られる光源は発散ビームを有し、そのビームは、散乱中心が無い場合であっても、消失するまでにライトパイプの中を僅かな回数しか通過しない。ライトパイプの端面１９が優れた反射器であるものと仮定する。端面１９に達した光は、ＬＥＤアレイへ向けて反射される。基板１３が反射性であったとしても、ＬＥＤに近接する端面に衝突した光のかなりの部分は失われる。なぜなら、その光はＬＥＤによって散乱又は吸収されるからである。したがって、表面２１を効率的に照明するためには、ライトパイプの中を進行する全ての光を表面２１に向けて効率的に移動させるだけの十分な散乱中心が存在しなければならない。したがって、光がＬＥＤから端面１９まで進行する際に、その光の強度は実質的に低下する。散乱中心が表面１７に沿って不均一に分散されていない場合でも、この強度の低下は、強度に勾配が出来る原因となる。適切なパターンは、表面１５における光が投入される位置の敏感な関数となるため、この方法は、光源の位置決め許容誤差に大きな制限が生じ、したがって、光源のコストが増加する。
【００１１】
第２に、複数のＬＥＤからの光の混合が、特に、ＬＥＤに近い領域１８において不十分になることである。個別にパッケージングされたＬＥＤを使用した場合、この問題はさらに悪化する。なぜなら、個々のＬＥＤチップのパッケージを配置出来るくらいに、光源間に長い距離を確保しなければならないからである。したがって、ＬＣＤディスプレイ１６のどちらかの端部の照明が不十分になったり、ライトパイプを延長することによって、不均一な照明領域がＬＣＤの下に来ないようにする必要が生じる。後者の解決方法は、ディスプレイを使用する装置のサイズが大きくなるため、望ましくない。
【００１２】
第３に、ＬＥＤによって発生する熱を、プリント回路基板１３の背面１４に放散させるか、又は、プリント回路基板１５に導かなければならないことである。表面１４において放熱に利用可能な面積は、プリント回路基板１３の高さによる制限を受ける。ディスプレイの厚みを減らすほど、この高さも低くせざるを得ない。あるいは、この熱は、プリント回路基板１３を通じて、もっと広い面積を放熱に利用可能なプリント回路基板１５に導いてもよい。しかしながら、その熱の流れは、プリント回路基板１３の厚さによる制限を受ける。また、この解決方法は、プリント回路基板１５の配置にも制約がある。なぜなら、外部環境に熱を放散させることが可能な表面の近くにプリント回路基板１５を配置しなければならないからである。最後に、プリント回路基板１５が大幅に加熱された場合、熱を持った内部コアの熱膨張が原因で、プリント回路基板１５は湾曲することがある。このような湾曲は、ライトパイプに対するＬＥＤのアライメントを狂わせることがあり、その結果、ライトパイプに投入される光の位置に変動が生じることがある。
【００１３】
第４に、ＬＥＤによって生成される光のかなりの部分は、空気とライトパイプとの間の境界部におけるライトパイプの屈折率と空気の屈折率の違いによって発生する反射により、失われる。ＬＥＤレンズ２４とライトパイプ端面２３との間の空間に、或る屈折率の物質を充填した場合、レンズの投射特性は失われ、その結果、ＬＥＤによって生成された光のかなりの部分が、細いライトパイプの中に投射されなくなる。
【００１４】
本発明は、レーザーからの光はＬＥＤからの光とは違ってコリメート（平行化）されているため、ＬＥＤからの光に比べて効率的に光をライトパイプに結合させることができるという観点に基づくものである。光の結合は光ファイバーのようなライトガイドの助けを借りて行われるため、レーザーをライトパイプから幾らか離して配置することができ、それによって、レーザーからの熱の放熱の点で、より最適な位置にレーザを配置することが可能になる。
【００１５】
図３及び図５を参照すると、これらの図面は、本発明による光源の一実施形態を示している。図３は光源３０の平面図であり、図４は光源３０をライン４−４に沿って切断して見たときの断面図である。説明を簡略化するために、光源３０は、単色光を使用してＬＣＤディスプレイ１６を照明しているものとする。複数の色を有する光源を構成する方法については、後で詳しく説明する。光源３０は、レーザー３１からの光によって照明されるライトパイプ３２を含む。レーザー３１からの光はカップラ３３によって、ファイバー３５のような複数の光ファイバーに結合される。光ファイバーは、ライトパイプ３２の端面３６に接合されている。
【００１６】
端面３６は、光が入射する部分以外は反射性である。また、ライトパイプ３２の残りの端面３７〜３９、及び、底面４１も反射性である。したがって、ライトパイプ３２に投入された光は、散乱中心４０によって吸収又は散乱され、ＬＣＤパネル１６に向けてライトパイプから出てゆくまで、上面、底面、及び、側面によって反射され続ける。
【００１７】
なお、非常に薄いライトパイプの場合であっても、光ファイバの直径は、ライトパイプの厚みに比べて非常に短いので、表面３６に衝突する光の大半はその表面により反射され、ライトパイプ３２の中に戻される。光ファイバの中に抜け出た僅かな量の光は、レーザー３１へ戻り、レーザー３１に結合される。レーザー３１は、各端部に１枚、合計２枚のミラーを備えたキャビティを有する。レーザー３１へ戻る光の大半は、第１のミラーによって反射され、再び光ファイバーの中へ戻される。残りの光はレーザーキャビティの中に入り、そこで増幅され、光ファイバーへと戻される。したがって、ライトパイプ３２から光ファイバを通って抜け出た光の大半は、ライトパイプ３２へ戻されることになる。
【００１８】
ライトパイプ３２は、ライトパイプ３２の最大寸法よりも大きな光伝送長を有する材料から構成される。説明のために、この光伝送長は、光が散乱や吸収により半分まで減少するまでにライトパイプの中を進行しなければならない距離であるものと定義する。一実施形態において、光伝送長は、ライトパイプの最大寸法の少なくとも２倍である。したがって、ライトパイプ３２に入射する光は、吸収されるか、散乱によってライトパイプの外に出されるまでに、ライトパイプの中を行ったり来たり何度も往復する。散乱中心４０の密度は、ライトパイプの中を通る任意の一回の移動において、ライトパイプ３２の長手方向に進行する光ビームの光強度の変動がごく僅かになるような値に設定される。したがって、散乱中心の密度が均一であっても、ライトパイプ３２の上面にわたって光強度は実質的に均一になる。
【００１９】
図３及び図４に示す実施形態では、散乱中心が、ライトパイプ全体にわたって分散されている。ただし、散乱中心をライトパイプの上面又は底面上に配置する実施形態も可能である。
【００２０】
なお、レーザー３１は、ライトパイプ３２からかなり離れた距離に配置することができる。そのため、ＬＣＤパネル１６が取り付けられる装置の表面に熱結合されたヒートシンク３４に、レーザー３１を取り付けることが可能になる。例えば、ヒートシンク３４は、装置のケースの外側表面の一部であってもよい。
【００２１】
なお、光ファイバーは可撓性であるため、ヒートシンク３１とライトパイプ３２との間の相対位置の小さな変化によって、ライトパイプ３２に入射する光ビームの位置に大きな変化が生じることはない。したがって、本発明においては、光源によってプリント回路基板が加熱されることによる基板や該基板上の他の部品の湾曲に関する上記の問題が、大幅に低減される。
【００２２】
光は、各パスにおいてＬＣＤパネル１６へ向かう光を少量づつ失いながら、ライトパイプの中を何度も往復するので、図１及び図２を参照して上で説明した混合領域１８は必要ない。そのため、本発明に使用されるライトパイプは、従来の光源に必要とされるものに比べて、大幅に小さくすることができる。
【００２３】
端面３７を端面３６に対して実質的に平行にした場合、得られる発光パターンは、多数の光の帯のうちの１つになる傾向がある。光ファイバーの両端から出る光の発散角度４４は比較的小さい。光ファイバー４３から出ていく光について考える。光は、ポイント４５において表面３７に衝突するまで、ライン４−４に沿って進行する。次に、光はポイント４６に向けて反射され、さらに、ポイント４６においてポイント４５へ向けて反射される。以下同様である。各パスごと光ビームは少しづつ拡がっていく。ただし、この拡がっていくビームの中心は常に、ライン４−４上にある。これが、ライン４−４に沿って最大の強度を有し、ライン４−４に対して垂直な方向の距離が増すにつれて強度が低下する光の帯が出来る原因である。
【００２４】
原理上は、光ファイバーの数を増やし、隣り合う帯の重なりを広くすることにより、このバンディング問題は低減することができる。ただし、この解決法では、光源のコストが増大する。
【００２５】
次に図５を参照する。図５は、本発明の他の実施形態による光源５０の平面図である。説明を簡単にするために、上で説明した光源３０の要素と同様の働きをする光源５０の要素については、同じ参照符号を付し、詳しい説明はしないものとする。光源５０は、ライトパイプ５２の端面５７に小面（ファセット）が形成されている点が、光源３０とは異なる。これらの小面は平坦なミラーであり、ミラーに衝突した光ファイバーからの光ビームを、側面３６、３８及び３９に対して斜めの角度で反射させるミラーである。通常、これらのファセットの面は、ライトパイプ５２の上面及び底面に対して垂直であるため、ファセットにより反射された光が、臨界角よりも大きな角度でライトパイプ５２の上面や底面に衝突することはない。したがって、光はライトパイプから失われることなく、ライトパイプ内で方向転換される。この構成によれば、種々の光ファイバからの光を混合させることができ、したがって、上記のような帯を減らすことができる。
【００２６】
図５に描かれているファセットの角度５６は比較的大きいが、もっと小さな角度を使用することも可能である。ファセットの角度は、ある光ファイバーからの光ビームを反射して端面３６に戻すときに、光のバンディングを防止できるくらいの距離だけ、その光ファイバーに対してずらした位置に戻すことが出来るものであれば十分である。例えば、ファセットの角度は、ビームの幅だけ、または、光ファイバーの直径だけ、ビームを動かすものであれば十分である。
【００２７】
なお、光の混合を更に良好にするために、このようなファセットは、端面３６のような他の端面に形成してもよい。なお、これに関し、ファセットが形成される端面は、光ファイバーライトパイプの端面にを接合するための平坦な領域をファセット間に有する場合がある。
【００２８】
混合のための他の構成は、端面が平坦であり、対向する端面が互いに僅かな角度をなすライトパイプを使用して実施することができる。図６を参照すると、この図は、ライトパイプの端面６１〜６４が互いに非平行なライトパイプ６０を示す平面図である。図を分かり易くするために、図面には、１本の光ファイバー６６から投入された光ビームがとる経路６５だけしか描かれていない。対向する端面を互いに非常に大きな角度をなすように形成すると、ライトパイプ内部の光の不均一性が増大する可能性がある。したがって、傾斜角６７は、できる限り小さな値であることが好ましい。一方、この傾斜角は、端面６１からライトパイプ６０へ光が入射する位置と、端面６１において光が最初に反射される位置との間の距離が、光強度の帯、又は、他の明るいスポットの発生を確実に防止できるくらい大きいものでなければならない。
【００２９】
少なくとも一対の端面は、互いに非平行でなければならない。ライトパイプが平行四辺形である場合を考えてみる。つまり、端面が互いに平行であるものと仮定する。この場合、光ファイバーからの光は、３回の反射の後に、投入地点に戻ることになる。したがって、パターンは違っても、上記のバンディング問題は以前として生じる。
【００３０】
なお、図５に示すファセットの平均は、「非平行な端面」の利点を提供すると共に、上記の不均一性を防止する。ファセット端部の平均が、ライトパイプの反対側の端面に対して平行なラインになっていれば、不均一性を回避しつつ、所与の光ファイバーを通じた光の投入により発生するビーム間の実質的分離が提供される。
【００３１】
図５に示す実施形態は、ファセットの形成された端面を１つしか持たない。しかしながら、他の端面のうちの１以上にファセットが形成される実施形態も構成することが可能である。その場合、ファセットは、対向する２つの端面のそれぞれにおけるファセットの平均によって規定されるラインが、実質的に互いに平行になるように選択される。
【００３２】
上で説明した種々の実施形態は、光ファイバーを出る光ビームの自然拡散と、多数回の反射によって、ライトパイプの上面の照明の均一性を得るものである。ただし、光源の不均一性をさらに改善するために、各光ファイバーを安価なレンズアセンブリ５４で終端することにより、光ファイバーから出る光ビームの拡散を改善したり、光ビームをより大きなコリメートされた光ビームに拡大したりすることも可能である。
【００３３】
本発明の上記の実施形態は、単一のカラー光源を使用している。上記のように、バックライトディスプレイ用の光源は、赤、青、緑の少なくとも３つの帯を必要とする。図７を参照すると、この図は、本発明の他の実施形態による光源を示す平面図である。説明を簡略化するために、光源５０を参照して上で説明したものと同様の働きをする光源７０の要素には、同じ符号を付し、ここでは詳しい説明をしないものとする。光源７０は、ヒートシンク７５に接続された３つのレーザー７１〜７３を使用する。これらのレーザーは、赤、青、及び緑のスペクトル範囲の光をそれぞれ出力する。各レーザーからの光は、８１〜８３に示すように光ファイバーに結合される。光ファイバー８１〜８３からの光は、カップラ７４によって１本の光ファイバーに結合される。光ファイバー７６の光は、カップラ７４に入力される。したがって、ライトパイプ５２に対する入力を形成するこれらの光ファイバーは、混合された光をライトパイプ５２に直接送り届ける。通常、レーザー７１〜７３からの光の相対強度は、観察者にとって、その光が、指定された色温度の白熱灯光源として知覚されるように調節される。
【００３４】
次に図８を参照すると、この図は、本発明の他の実施形態による光源の平面図である。光源９０は、１０１〜１０３で示す赤、青、緑のレーザーからの光によってそれぞれ照明されるライトパイプ９２を含む。各レーザーからの光は、ライトパイプ９２の対応する端面に導かれる。例えば、レーザー１０１からの光は、上記と同様の仕方でカップラ９３によって端面９６に接続された光ファイバー１１１に結合される。同様に、レーザー１０２からの光はカップラ９４によって端面９７に結合され、レーザー１０３からの光はカップラ９５によって端面９８に結合される。この実施形態では、端面９９は、ライトパイプ９２への光の結合には使用していない。ただし、色の表現を向上させるために、４色を使用し、第４のレーザーからの光を結合するために端面９９を使用する実施形態を構成することも可能である。図７に示す実施形態において、レーザーは、外部の周囲の空気に対する放熱が可能な位置に配置されたヒートシンク１１９上に取り付けられている。
【００３５】
図８では、図を分かり易くするために、上で説明したファセットは描かれていない。しかしながら、ライトパイプ９２の端面にファセットを形成した実施形態を構成することも可能である。光のカバー範囲を最大にするために、そのようなファセットをライトパイプ９２の４つの端面すべてに形成することができる。あるいは、上記のように、ライトパイプ９２の形として、対向する端面が互いにあまり平行にならないような形を選択してもよい。対向する端面が反射性であり、互いに小さな角度をなしている場合、任意の所与の光ファイバーからの光ビームは、対向する端面で反射され、その光ファイバーからずれた位置においてその光ファイバーに対応する端面に戻ってくることになる。
【００３６】
図８に示す実施形態は、異なる色の光を有する光ファイバーをライトパイプの異なる端面に結合させる構成を使用している。しかしながら、異なる色の光をライトパイプの同じ端面に結合させる実施形態を構成することも可能である。そのような実施形態では、種々のカップラーからの個々の光ファイバーの配線がより複雑になる。
【００３７】
上記の実施形態は、光ファイバーが位置する端面に対して実質的に垂直な角度で、光をライトパイプに投入する光ファイバー構成を使用している。しかしながら、別の角度で光を投入する実施形態を構成することも可能である。
【００３８】
上記のように、本発明による光源は、レーザーからライトパイプの中に効率的な光の投入が可能であると同時に、レーザーからの熱を周囲環境に移動させることが容易な位置にレーザーを配置することが可能である。次に、図９を参照すると、図９は、本発明の一実施形態による光源を使用する装置１００を示す断面図である。装置１００は、例えば、小型携帯機器、又は、ＬＣＤテレビ画面のような大型表示システムである場合がある。図を簡略化するために、装置１００の非表示要素は描かれていない。装置１００はケース１０１を含み、ケースの１つの面にＬＣＤ表示パネル１０２を有している。ＬＣＤディスプレイパネル１０２は、ライトパイプ１０６からの光によって照明される。光は光ファイバー１０４によってレーザー１０３からライトパイプ１０６の中に投入される。レーザー１０３は、ケース１０１の壁の１つに熱的に接触しているヒートシンク１０５上に取り付けられる。装置１００は、レーザーを１つしか備えていないように描かれているが、複数のレーザーを有する実施形態も、同様にして構成することが可能である。そのような実施形態の１つでは、全てのレーザーが同じヒートシンク上に取り付けられる場合がある。
【００３９】
なお、図９に示すヒートシンクは、能動冷却（アクティブクーリング）手段を有する場合がある。次に、図１０を参照すると、この図は、本発明による光源の他の実施形態を使用する装置１１０の断面図である。説明を簡略化するために、上で説明した装置１００と同じ働きをする装置１１０の要素には、同じ符号を付し、ここで詳しい説明はしないものとする。装置１１０は、ケース１０１の壁の隣りに空気通路を画定するためのバッフル１１２を有し、その壁に沿ってヒートシンク１０５が配置されている。ファン１１１はバッフルを通して空気を動かし、ヒートシンク１０５に対する能動冷却を行う。このような構成は、比較的電力消費の大きい照明システムを利用する大型ＴＶディスプレイにおいて特に有用である。
【００４０】
上で説明した本発明の実施形態は、ＬＣＤディスプレイのバックライトに関して説明されている。しかしながら、本発明による光源は、固定透明度を使用するディスプレイのような、バックライトが必要とされる任意の表示装置に使用することが可能である。
【００４１】
本発明に対する種々の変更は、上記の説明と添付の図面から当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来技術による光源１０を示す平面図である。
【図２】光源１０をライン２−２に沿って切断して見たときの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による光源３０の平面図である。
【図４】光源３０をライン４−４に沿って切断して見たときの断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態による光源５０の平面図である。
【図６】ライトパイプの端面が互いに平行になっていないライトパイプ６０を示す平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による光源を示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による光源を示す平面図である。
【図９】本発明の一実施形態による光源を使用する装置１００の断面図である。
【図１０】本発明による光源の他の実施形態を使用する装置１１０の断面図である。
【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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