JP2005332828A - 輝度プロフィール及び色均一性を改善した多色ｌｅｄアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 多色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる照明装置、特にＬＣＤ用バックライトのような照明装置の発光域に亘って望ましい輝度プロフィール及びより良好な色の均一性を得るための技術を提供する。
【解決手段】 バックライトは、混合チャンバ内の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤのアレイを使用する。混合チャンバは、ＬＣＤ層を照射するための反射面と上部開口部を有する。望ましい輝度プロフィール及びより良好な色均一性は、ＬＥＤをいくつかのシーケンス及びパターンに配列する段階と、各ＬＥＤの基部に鏡面リングを設ける段階と、ＬＥＤの輝度を縁部で減衰させる段階と、混合チャンバ内の広く分離した拡散器を使用する段階とを含む技術を使用することによって得られる。多色ＬＥＤの配列、選択、及び制御は、ディスプレイ製造業者によって指定される任意の望ましい白色点を達成するように調整することができる。
【選択図】 図３

Description

関連出願
本出願は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている２００４年３月２５日申請の「照明システム及び表示装置」という名称の米国特許出願出願番号第１０／８１０，１６９号の一部継続出願である。
本発明は、多色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる照明装置に関し、特に、ＬＣＤ用バックライトのような照明装置の発光域に亘る望ましい輝度プロフィール及びより良好な色の均一性を得るための技術に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、携帯電話、携帯情報端末、ラップトップコンピュータ、デスクトップモニタ、及びテレビジョンの用途に広く使用されている。本発明の一実施形態は、赤色、緑色、及び青色成分を含むことができるバックライトを要するカラー透過型ＬＣＤに関連するものである。
図１は、従来技術のカラー透過型ＬＣＤの小部分の断面図である。他の型のカラー透過型ＬＣＤ構造も存在する。ＬＣＤ１０は、上部ＬＣＤ層のためのバックライトを提供する白色光源１２を含む。白色光のための通常の光源は蛍光灯である。別の白色光源は、赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の組合せであり、それらの結合光は白色光を形成する。他の白色光源も公知である。白色光源は、ディスプレイの背面に均一な光を提供すべきである。そのような均一な白色光を提供するための一般的な技術は、図２に示されている。白色光源１は、透明プラスチックのシート２の１つ又はそれ以上の縁部に光源１を光学的に結合するなどにより導光体に光学的に結合される。このシートは、光が上面から放射されるように光をシートの上面にほぼ垂直に曲げる変形部３を通常有する。そのような変形部の例には、底面の突起、プラスチックシートに埋め込まれた反射性粒子、又はシート底面の粗面化が含まれる。この変形部は、導光体の前面から放射される光の擬似均一平面を生じるものである。輝度及び均一性を向上させるために、導光体の背面後方に反射体を置くこともできる。

輝度増強フィルム１３を光源１２の上に配置することもできる。偏光フィルタ１４は、白色光を直線偏光する。図１に示す実施形態では、偏光フィルタ１４は、透明導電体を有するガラス基板に形成される。偏光フィルタ１４の上方には、液晶層１６があり、液晶層１６の上方には、透明導電体を有するガラス基板１８がある。ガラス基板内の選択された導電体は、電極１９及び２０に結合した表示制御信号によって活性化される。液晶層１６のピクセル域に亘る電界がないことにより、そのピクセル域を通過する光は、その偏光を入射偏光に対して直角に回転させることになる。液晶層１６のピクセル域に亘る電界は、液晶を整列させて光の極性に影響を及ぼさないようにする。導電体の選択的活性化は、液晶層１６に亘る局所的電界を制御するものである。通常開（白）及び通常閉（黒）シャッターの両方が、様々なディスプレイに使用されている。能動導電体アレイの代わりに、各ピクセルに対して１つのトランジスタを有する透明薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを使用することができる。ＴＦＴアレイは、極めて良く知られたものである。

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によって濾波される。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で構成することができる。それらの層は、薄膜として堆積させることができる。一例として、赤色フィルタは、ディスプレイの赤色ピクセル域に一致する赤色光フィルタ域のアレイを包含するものである。赤色フィルタの残りの部分は、透明であって他の光を通過させることになる。従って、ＲＧＢピクセルフィルタ２２は、ディスプレイ内の各Ｒ、Ｇ、及びＢピクセルのためのフィルタを提供する。

偏光フィルタ２４は、偏光フィルタ１４から出力された光に直角の偏光のみを通過させる。従って、偏光フィルタ２４は、液晶層１６内の非活性化ピクセル域によって偏光された光のみを通過させ、液晶層１６の活性化部分を通過する全ての光を吸収する。液晶層１６に亘る電界のマグニチュードは、個々のＲ、Ｇ、及びＢ成分の輝度を制御し、任意の色を作り出すものである。このようにして、様々な導電体の選択的活性化により、任意のカラー画像を視聴者に呈示することができる。

米国特許出願出願番号第１０／８１０，１６９号 米国特許第６，５９８，９９８号 米国特許第６，６７９，６２１号 米国特許第６，６０７，２８６号

ＬＣＤにおける望ましい輝度プロフィールは、プラスチック導光体２によって達成される。図２の導光体２のようなプラスチック導光体は、ＬＣＤ１０に大きな重量を加えることになる。それに加えて、白色光源が赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを使用する場合、混合光が均一に白く見えるためには、導光体２は、個々のＬＥＤからの光を十分に混合するのに足りるだけ厚くなければならない。そのような厚い導光体は、ＬＣＤ１０に嵩を加えることになる。更に、プラスチック導光体を用いる装置は、プラスチック内及びプラスチックと周囲材料の界面での損失のためにかなり低効率である。

ＬＣＤのバックライト照明に対する改良されたバックライトを作り出すための様々な技術が本明細書に説明されている。バックライトは、混合チャンバ内の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤのアレイを使用する。混合チャンバは、反射壁と、反射底面と、上にあるＬＣＤを照明するための発光上部区域とを有する。望ましい輝度プロフィール及びより良好な色均一性を得るための技術が本明細書に説明される。これらの技術は、ＬＥＤをいくつかのシーケンス及びパターンで配列する段階と、各ＬＥＤの基部の周りに鏡面リングを設ける段階と、縁部でＬＥＤの輝度を減衰させる段階と、混合チャンバ内に広く分離した拡散器を使用する段階とを含むものである。
多色ＬＥＤの配列、選択、及び制御は、ディスプレイ製造業者によって指定される任意の望ましい白色点を達成するように調整することができる。

本発明の実施形態は、エッジフィード式プラスチック導光体を使用せずに、大きい面積に亘って良好な色均一性を有する望ましい輝度プロフィールを提供するものである。本発明の実施形態の用途には、一般的な照明及びバックライトが含まれる。
図３は、ＬＣＤ層３０（図１に示されている）及びバックライト３２を備えるディスプレイの断面図である。この断面は、ＬＥＤ３４の列を通過するものである。ＬＥＤ３４のシーケンスは、後に説明するように、ＧＲＢＧ又は別のシーケンスの反復パターンとすることができる。ＬＥＤの平行列の数及び各列内のＬＥＤの数は、照明されるＬＣＤの大きさに依存する。列の数は、１から６の範囲とすることができ、大型テレビジョンディスプレイの場合は、更に多い可能性がある。簡単にするために、８個のみのＬＥＤ３４が図８に示されている。３２インチのワイドディスプレイ画面の場合、４つの等しく分けられたＬＥＤの列が存在する場合があり、各列は、２つのＬＥＤのストリップから成り、ストリップ当り２５個のＬＥＤが連続して取付けられ、合計で２００個のＬＥＤとなる。４６インチのディスプレイの場合、６つの列が存在場合があり、各列は、ＬＥＤの３つのストリップから成る。一般的に、所定の輝度に対して、より大きい面積はより多くのＬＥＤを必要とする。一実施形態では、ＬＥＤピッチは、９−１７ｍｍである。

ＬＥＤの上方の混合チャンバ３５は中空であって空気で満たされている。例えば、他の気体である他の材料が、空気の代わりに混合チャンバ３５を満たすことができる。混合チャンバを満たす材料は、軽量であり、光非吸収性であり、かつ１に近い屈折率を有するように選択される。
拡散反射性材料は、混合チャンバ３５の側部３８及び底部３９を覆っている。各種の反射性材料が市販されており、かつ公知である。別の実施形態では、側壁３８は、鏡面フィルムで覆われる。バックライトの本体は、シート状アルミニウムとすることができる。

ＬＥＤ３４は、ＬＥＤ３４のレンズ４２が混合チャンバ３５の底部３９を通って突き出るように回路基板４０に取付けることができる。ＬＥＤ３４は、ＬＥＤ３４によって放射された光が混合した時にそれが白色に見えるように選択された、例えば赤色、緑色、及び青色ＬＥＤとすることができる。
いくつかの実施形態では、ＬＥＤ３４用のレンズ４２は、このＬＥＤによって放射された光の大部分が混合チャンバ３５の上部及び底部に平行に方向付けられ、そのために混合チャンバ３５から放射される前に光が混合されるように選択される。図４及び図５には、適切なＬＥＤ３４の一例が示されている。ＬＥＤチップ４４の上のレンズ４２は、レンズ４２の上部区域内に放射された光が表面４６によって完全に内部反射され、表面４７によって装置から屈折して出るように設計される。区域４８内に放射された光もまた装置の外に屈折される。レンズ４２は、図５に示されているパターン５０で光を放射するように設計される。レンズ４２は、フレーム５２に取付けられる。リード５４がＬＥＤチップ４４に電気的に接続され、これは、ＬＥＤ３４を例えば図３に示されている回路基板４０に電気的及び物理的に接続するために使用される。

適切な側面発光ＬＥＤの他の例は、「側面放射発光装置」という名称の米国特許第６，５９８，９９８号、「側面発光ＬＥＤ及びレンズ」という名称の米国特許第６，６７９，６２１号、及び「発光ダイオード用の鋸歯状部分を有するレンズ及びレンズキャップ」という名称の米国特許第６，６０７，２８６号により詳細に説明されており、これら全ては、Ｒｏｂｅｒｔ Ｓ．Ｗｅｓｔ他によるものであり、その各々は、本明細書において引用により組み込まれている。側面発光ＬＥＤは、光が混合チャンバを出る前に必要とする反射の数を低減するのに使用することができる。所定の効率に対して、反射の数の低減は、混合チャンバ３５内の様々な材料がより低い反射性であることを可能にするものである。他の実施形態では、放射光を混合チャンバ内に反射して戻して混合させるための反射性材料がこのＬＥＤの上に直接設けられることを条件として、光の大部分を側部からではなく上部から放射するＬＥＤを使用することができる。

実験用バックライトの輝度及び色均一性プロフィールの試験の時に見出された１つの問題は、望ましくない色リング及びＬＥＤの位置に一致する周期的輝度のピークであった。図３、図６、及び図７には、望ましくない色リング及び周期的輝度ピークを除去するために用いられるいくつかの技術が示されている。図３においては、例えば、６ｍｍの直径を有する円形の反射板であるスポット反射体６６（図７に拡大されている）が、各ＬＥＤ３４の上方に配置され、側面発光レンズ４２を通過して垂直に上方へ放射される光を反射させる。スポット反射体６６は、この光を、ＬＥＤレンズ４２を通して反射して戻すか又はバックライトの反射性底面３９から反射させる。スポット反射体６６は、例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリスチレン、又はガラスから成るような薄い透明シート上に支持することができる。スポット反射体６６は、更に、以下に説明するような第１の拡散器７６の上部又は底部上に形成することもできる。スポット反射体６６は、ＬＥＤ３４に亘る輝度ピークを低減し、赤色光、緑色光、及び青色光の更に混合をひき起こすことによって色均一性を向上させるものである。

いくつかの実施形態では、スポット反射体は、少なくとも９０％の反射率、好ましくは、９８％よりも大きい反射率を有する。適切な高反射率材料の例には、３Ｍから市販されている強化鏡面反射体（ＥＳＲ）フィルム、英国ミルトンケインズ、ＭＫ１００ＡＮ、キングストン、チッペンハムドライブ所在の「ＡＬＡＮＯＤ Ｌｔｄ．」から市販されている「ＭＩＲＯ」フィルム、及び東レから市販されている「Ｅ６０Ｌ」及び「Ｅ６ＳＬ」が含まれる。

スポット反射体６６は、鏡面反射体又は拡散反射体とすることができる。拡散表面は、反射光の方向性を取除き、光をランダムに配向させる。従って、拡散表面は、光が混合チャンバ３５の周辺に拡がる時に光により多くの反射を受けさせるが、同時に混合チャンバ３５から放射される光の色均一性を改善することができるものである。
スポット反射体６６は、粘着テープ、スパッタリング、スクリーン印刷、熱蒸着、又は積層によって形成することができる。スポット反射体６６は、その支持透明シートの上面又は底面の何れかに取付けすることができる。

実験用バックライトによって出力された望ましくない色リングは、レンズ４２から下方に放射された光がバックライトの底面３９から均等拡散パターンで直接反射されたためであったことが見出された。リング状反射の一部分は、垂直方向に放射され、バックライトから出射される前に顕著には混合又は拡散されず、従って、色リングをもたらすものである。図６及び図７に示すこれに対するソリューションは、各ＬＥＤ３４を取り囲むバックライトの反射底面３９上に鏡面リング７２を設置することであった。一実施形態では、リング７２の直径は６−１４ｍｍである。鏡面リング７２は、鏡として作用し、均等拡散パターンを形成させないように入射角と同じ角度で光を反射するものである。その結果、遙かに少ない光が直接上方に反射され、バックライトによって出力される色リングが回避される。この結果、側面発光レンズ４２と、スポット反射体６６と、鏡面リング７２の組合せにより、下部混合チャンバ内の様々なＬＥＤからの光のより良好な混合がもたらされた。
リング７２を形成する鏡面材料は、３Ｍから市販されている。そのような鏡面材料は、９８％の反射率を有し、約２００層の異なる屈折率の材料によって形成されている。

ＬＥＤ３４からの光の混合を更に向上させるために、２つの拡散器が、２つの混合チャンバ３５及び７５が形成されるようにバックライト３２内に比較的広く分離して設けられる。第１の拡散器７６は、バックライト３２内のほぼ中央の位置に示されている。３５ｍｍのバックライトボックス奥行きの場合には、１０ｍｍ、１５ｍｍ、及び２０ｍｍのＬＥＤ３４上方の高さに位置した第１の拡散器７６を用いて実験が行われた。最良の結果は、下部混合チャンバ３５と上部混合チャンバ７５の容積を最大にするような１５ｍｍの位置を用いて得られたものである。バックライトボックスの上部を実質的に形成する第２の拡散器８０は、上部混合チャンバ７５の屋根部分を形成する。その結果、下部混合チャンバ３５は、光の良好な混合をもたらし、これは、次に拡散器７６によってより均一にされる。このかなり均一な光の分布は、次に、３５ｍｍ厚のボックスに対して１５から２０ｍｍ程度の深みを有することができる混合チャンバ７５内で更に混合される。次に、この混合光は、第２の拡散器８０によって再び拡散され、非常に均一な光プロフィールが作り出されることになる。

第１の拡散器７６の高さのいくつかの例が３５ｍｍ厚バックライトボックスについて与えられ、従って、第１の拡散器７６の高さは、より厚い又はより薄いボックスに調節することができる。一実施形態では、第１の拡散器７６は、上部拡散器８０とＬＥＤの上部との間の距離の２５−７５％の間に配置され、２つの比較的大きい混合チャンバが形成される。
拡散器７６及び８０を形成する拡散フィルムは市販されており、それらは、「Ｌｕｃｉｔｅ ４」又は「Ｃｌａｒｅｘ ＤＲ−８５ｃ」を含むことができる。拡散フィルムは、薄いアクリル板（例えば、２ｍｍ厚）上に堆積させることができる。

輝度増強フィルム（ＢＥＦ）８２がバックライトの上面に設けられ、軸線上の観察者の方向に増加した輝度を提供する。ＢＥＦ８２は、拡散フィルム（拡散器８０）をその底側に支持するアクリル板の上側に積層することができる。ＢＥＦ８２は、入射光をフィルムに対してほぼ垂直な角度に向け直す不規則なプリズム状構造を含むことができる。そのようなＢＥＦは、「３Ｍ」から入手可能である。ＢＥＦの代わりに又はＢＥＦと共に、二重ＢＥＦ（２つの拡散表面）を使用することもできる。

多色ＬＥＤの列を有するバックライトに伴って見出された別の問題は、バックライトの側縁部（図３の左縁及び右縁）で減少する色均一性である。これは、列の端部での不連続性が端部ＬＥＤに対する環境を作り出し、これが中間域のＬＥＤが受ける環境とは異なるからである。ＬＥＤの配列及びそれらの個々の輝度レベルは、バックライトの中間域の近くで最良の色均一性を提供するように最適化されているので、バックライトの縁部の近くでの色の不均一性は、以前から容認されてきたものである。

本出願人は、列の端部の近くのＬＥＤの輝度を残りのＬＥＤに対して低減することにより、色均一性が向上することを見出した。一例において、バックライトの縁部での色均一性は、各列の端部での最後の３個のＬＥＤの光出力を減衰させることによって向上される。バックライトの特定の形態（例えば、ＬＥＤのピッチ及び配列）に依存して、列の端部での１−５個の任意のＬＥＤは、その輝度を減衰させることができる。

図８は、列の端部でのＬＥＤの光を低減する様々な方法のうちの１つを示すものである。簡単にするために、駆動装置１、２、及び３は、列に沿ったＬＥＤの異なるグループを駆動するように示されている。一実施形態では、駆動装置２は、指定された白色点に対する望ましいＲＧＢカラー均衡を得るために、中間部分に沿って赤色、緑色、及び青色ＬＥＤに異なる電流を印加する。図８において、列内の最後の３つのＬＥＤは、列内の他の場所の同じ色のＬＥＤよりも低い駆動電流を受取る。例えば、列の左端及び右端での緑色、赤色、及び青色ＬＥＤは、端部緑色ＬＥＤの輝度（光束）が中間部緑色ＬＥＤの輝度の約半分、内側の次のＬＥＤの輝度が同じ色の中間部ＬＥＤの輝度の約５０−７５パーセント、内側の次のＬＥＤの輝度が同じ色の中間部ＬＥＤの輝度の約６０−９０パーセントであるように低減した駆動電流を供給することによって暗くすることができる。輝度レベルの特定の減衰量は、色均一性の人間の知覚に基づいており、最適の減衰は実験的に判断することができる。

ストリップに沿ったＬＥＤの各々に駆動装置１、２、及び３によって印加される電流は、このバックライトに対する望ましい白色点、様々なカラーＬＥＤの相対的効率、列内の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤの比率、及びＬＥＤの配列及び個数に依存している。各ＬＥＤへの電流は、パルス幅変調、多重化、及び任意の他の技術の使用によって調整することができる。任意の電流レベルを出力するような電流供給源の制御は公知である。ＬＥＤは、望ましい電圧低下及び負荷レベルを得るために、任意の直列及び並列結合で接続することができる。

図９は、各ＬＥＤと並列に抵抗８８を設置することによる、列の端部でのＬＥＤの輝度を減衰させる別の技術を示すものである。一実施形態では、緑色ＬＥＤは、３３オームの抵抗を用いる分路によって減衰される。赤色及び青色ＬＥＤに対する分流器の値は、望ましい輝度を得るためのＬＥＤを通過する電流の望ましい低減に基づいて容易に計算することができる。
列の端部でのＬＥＤの輝度を減衰させる別の技術は、製造時にＬＥＤを試験し、このＬＥＤの輝度レベルに基づいてそれらを分ける（ビンに入れる）ことである。より低輝度のＬＥＤは列の端部に設けられ、一方、より高輝度のＬＥＤは、ストリップの中間部に設けられるであろう。ＬＥＤをそのようにビンに分けることは、同じ色のＬＥＤに関して輝度レベルで１５％を超える差異をもたらすことができる。

バックライトに亘ってより均一な色を提供する上述の様々な技術に加えて、図１０に示すように、交互の列におけるＬＥＤ色のシーケンスを逆転させることができる。事前組立のＬＥＤストリップを使用する場合には、これは、交互の列のストリップを１８０度回転させることによって簡単に達成することができる。
ストリップに沿ったＬＥＤのシーケンスは、色均一性を達成する一方で望ましい白色点が得られるように選択される。シーケンス内の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤの比率は、望ましい白色点を得るための各色に要求される全光束、ＬＥＤの様々な効率、各カラーＬＥＤに印加される電流、及び他の要因に基づいて選択される。白色光は、大部分が緑色光で構成されているので、このシーケンスは、赤色又は青色ＬＥＤよりも一般的に多くの緑色ＬＥＤを含むものである。シーケンスは、全てのＬＥＤに対して同じ電流（例えば、３５０ｍＡ）を印加することによって望ましい白色点が得られるように選択することができる。以下に与えられるシーケンス例は、ストリップに沿って繰り返され、対称か又は非対称である。何れかの１つのシーケンスは、バックライトの特定の要件に対して最適シーケンスである可能性がある。
ＧＲＢＧ（２Ｇ、１Ｒ、１Ｂ）
ＲＧＢＧＲ（２Ｇ、２Ｒ、１Ｂ）
ＧＲＢＲＧ（２Ｇ、２Ｒ、１Ｂ）
ＧＲＢＢＲＧ（２Ｇ、２Ｒ、２Ｂ）
ＲＧＢＢＧＲ（２Ｇ、２Ｒ、２Ｂ）
ＧＲＢＧＧＢＲＧ（４Ｇ、２Ｒ、２Ｂ）
ＧＲＢＢＲＧＧＲＢ（４Ｇ、４Ｒ、４Ｂ）
ＲＧＢ（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）

図１１は、色均一性を更に向上させるＬＥＤの配列を示すものである。垂直補正ストリップ９０が、水平ストリップ９２の端部に付加され、水平ストリップ９２の不連続性の影響が低減される。簡単にするために、ＬＥＤは、左側ストリップ９０及び水平ストリップの一端に関してのみ示されている。一実施形態では、各垂直補正ストリップ９０は、ＧＲＢ又はＧＲＢＧの配列による３個又は４個のＬＥＤを有する。一実施形態では、ストリップ９０でのＬＥＤのピッチは、約９−２４ｍｍである。垂直補正ストリップ９０内のＬＥＤの輝度レベルは、バックライトに亘る色均一性を向上させるための上述の技術の何れかによって減衰させることができる。
ＬＥＤの線形ストリップの代わりに、ＬＥＤの非線形幾何パターン又はクラスターをバックライトの底面上に反復させることができ、最適な色均一性が得られるように配列することができる。ほぼ円形クラスターの例が図１２−図１４に示されている。

図１２のクラスターにおいては、同じ色のＬＥＤが互いに広がり、このクラスターは、４Ｇ、３Ｂ、２Ｒの比率をもたらすものである。ＬＥＤのピッチは、約９−１７ｍｍとすることができる。クラスター内のＲＧＢのＬＥＤの比率は、望ましい白色点を得るために各色に要求される全光束、ＬＥＤの様々な効率、各色のＬＥＤに印加される電流、及び他の要因に基づいている。一例として、バックライトの一実施形態では、各色の割合が図１２で指定されたものである２００個のＬＥＤが必要である。図１２のクラスターには９個のＬＥＤがあるので、このバックライトには、ＬＥＤの２２個の円が使用されると考えられる。ＬＥＤの円形クラスターは、最良の色均一性を作り出すために列で又は他の配列で混合チャンバの底面上に配分することができる。
各パターンの色プロフィールは、ある点の周りで色が最も対称的であるプロフィールに関する重心を基本質的に有するものである。色プロフィールの重心は、最良の色均一性を得るためにバックライト内に一様に間隔を置くべきである。

図１３は、４Ｇ、３Ｂ、及び１Ｒによる別のクラスターを示すものである。そのようなクラスターの場合、４Ｇ及び３Ｂの各グループ当りに１個の赤色ＬＥＤしかないので、図１２の２つの赤色ＬＥＤに印加される電流と比較すれば、望ましい白色点を得るために、より多くの電流が図１３の赤色ＬＥＤに印加されるであろう。
図１４は、４Ｇ、２Ｂ、及び１Ｒによる別のクラスターを示すものである。
図１２−図１４のシーケンス及びクラスターを用いるバックライトの縁部での終端は、線形ストリップを用いる時のように急激ではないので、このバックライトの端部では、ストリップを用いる場合に比べて向上した色均一性が達成される。

上述の技術は、バックライト又は任意の他の照明の色均一性を向上させて望ましい輝度プロフィールを得るために使用することができる。バックライトに亘って滑らかであるが、バックライトの縁部に向かって輝度が低下する輝度プロフィールは、人の眼が光源を取り囲む環境に相対的な輝度を知覚するので容認することができるものである。バックライトの縁部では、バックライト全体に亘って知覚される輝度が一定であるように知覚することができるように、ＬＣＤモニタは一般的な暗くなっている。

いくつかの実施形態では、バックライト３２（図３）の一部は、ディスプレイのためのバックライトとしてではなく室内の天井の照明のような一般的な照明に用いられる。図３の装置が照明に用いられる時は、ＬＣＤ層３０と恐らくＢＥＦ８２とは含まれない。ＬＥＤ光源は、可視スペクトル内のできるだけ多くの波長を含むことによって混合光が日光をよく真似るように選択することができる。一般的に、ＲＧＢディスプレイに使用される赤色、青色、及び緑色の波長よりも多くの波長が使用されることになる。いくつかの実施形態では、照明に使用される装置は、約４２０から約４４５ｎｍの光を放射する装置、約４７０から約４９０ｎｍの光を放射する装置、約４９０から約５６０ｎｍの光を放射する装置、約５６０から約６３０ｎｍの光を放射する装置、約６３０から約６４５ｎｍの光を放射する装置、及び燐光体変換ＬＥＤといった波長のＬＥＤの１つ又はそれ以上を含むことができる。燐光体変換ＬＥＤを使用することができるのは、一般的に狭いピークで光を放射する非変換ＬＥＤとは違って、燐光体変換ＬＥＤが多くの場合に広いピークで光を放射し、従って、非変換ＬＥＤよりも多くの波長の光を供給するからである。

本発明を詳細に説明したが、当業者は、本発明の開示が与えられた時に本明細書に説明した精神及び発明的概念を逸脱することなく本発明に対して修正を為し得ることを認めるであろう。例えば、本発明に従って赤色、緑色、及び青色以外のＬＥＤの色をバックライトに使用することができる。従って、本発明の範囲は、図示して説明した特定的な実施形態に限定されないものとする。

白色光源を用いる従来技術のカラー透過型ＬＣＤの断面図である。 白色光源に光学的に結合された従来技術の導光体を示す図である。 ＬＣＤ層を照明するディスプレイのバックライト部分の断面図である。 図３のバックライトの一実施形態に使用されるＬＥＤパッケージの断面図である。 図４のＬＥＤによって放射された光のプロフィールを示す図である。 各ＬＥＤ周囲の鏡面リングの上から見た図である。 スポット反射体及び鏡面リングを示す図３のＬＥＤの断面図である。 色均一性を向上させるためにバックライト内のＬＥＤの列の端部にあるいくつかのＬＥＤの輝度を減衰させるための技術を示す図である。 色均一性を向上させるためにバックライト内のＬＥＤの列の端部にあるいくつかのＬＥＤの輝度を減衰させるための技術を示す図である。 バックライト内のＬＥＤの隣接列におけるＬＥＤのシーケンスの逆転を示す図である。 色均一性を向上させるためにバックライト内のＬＥＤの列の端部での垂直補正ストリップの使用を示す図である。 パターンのアレイを形成するように繰り返されてバックライトの色均一性を向上させるためのＬＥＤの可能なパターンの１つを示す図である。 パターンのアレイを形成するように繰り返されてバックライトの色均一性を向上させるためのＬＥＤの可能なパターンの１つを示す図である。 パターンのアレイを形成するように繰り返されてバックライトの色均一性を向上させるためのＬＥＤの可能なパターンの１つを示す図である。

符号の説明

３０ ＬＣＤ層
３２ バックライト
３４ ＬＥＤ
４０ 回路基板
８０ 拡散器
８２ 輝度増強フィルム

Claims (32)

1. 反射側壁及び反射底面を有する光混合空洞と、
   前記底面上又はその近くに配列された複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
   前記底面に実質的に平行で、かつ前記ＬＥＤの上方の第１の距離に位置する第１の拡散器と、
   前記第１の拡散器に実質的に平行で、かつ前記ＬＥＤの上方の第２の距離に位置する第２の拡散器と、
   を含み、
   前記第１の距離は、前記第２の距離の約２５％〜７５％である、
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記複数のＬＥＤの各ＬＥＤは、側面発光レンズを有するＬＥＤ半導体チップを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記混合空洞の前記底面に向けて光を反射して戻すために各ＬＥＤの上にある実質的に円形の反射体を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記第２の拡散器の上方の輝度増強フィルムを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記第２の拡散器の上方の１つ又はそれ以上の液晶表示層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記第１の距離は、前記第２の距離の約２５％〜３３％であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記第１の距離は、前記第２の距離の約３３％〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記第１の距離は、前記第２の距離の約５０％〜７５％であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. ディスプレイをバックライト照明する方法であって、
   反射側壁及び反射底面を有する光混合空洞の該底面上又はその近くに配列された複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を活性化する段階、
   を含み、
   各ＬＥＤは、各ＬＥＤによって放射される光の大部分を前記底面と実質的に平行にするための側面発光レンズを含み、
   前記ＬＥＤによって放射された前記底面にほぼ垂直な光を反射して、そのために該ＬＥＤによって放射された該底面にほぼ垂直な光が前記混合空洞内で混合されるようにする段階と、
   前記底面と実質的に平行に位置し、かつ前記ＬＥＤの上方の第１の距離に位置する第１の拡散器によって光を拡散する段階と、
   前記第１の拡散器と実質的に平行に位置し、かつ前記ＬＥＤの上方の第２の距離に位置する第２の拡散器によって光を拡散する段階と、
   を更に含み、
   前記第１の距離は、前記第２の距離の約２５％〜７５％である、
   ことを特徴とする方法。
10. 前記第１の距離は、前記第２の距離の約２５％〜３３％であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の距離は、前記第２の距離の約３３％〜５０％であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記第１の距離は、前記第２の距離の約５０％〜７５％であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 反射壁及び反射底面を有する光混合空洞と、
    前記底面上又はその近くで各列が２つの端部を有する平行な列に配列された複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
    を含み、
    前記列の前記端部における１つ又はそれ以上のＬＥＤは、色均一性を改善するために、該列の中間部に向う同じ色のＬＥＤと比較して低減した輝度を有する、
    ことを特徴とする発光装置。
14. 前記低減した輝度を有する列の端部における１つ又はそれ以上のＬＥＤは、前記列の前記端部における最後の１〜５個のＬＥＤのいずれかを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記低減した輝度を有する列の端部における１つ又はそれ以上のＬＥＤは、列の中間部に向う同じ色のＬＥＤの輝度の７５％よりも低い輝度を有する１つ又はそれ以上のＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. 前記列の前記端部における前記１つ又はそれ以上のＬＥＤの輝度を低減するために該１つ又はそれ以上のＬＥＤに結合した分路装置を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
17. 前記列の前記端部における前記１つ又はそれ以上のＬＥＤは、それらの相対輝度レベルを判断するために試験され、低い相対輝度レベルを有すると判断されたＬＥＤであることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
18. ＬＥＤ駆動回路を更に含み、
    前記駆動回路は、前記列の前記端部における前記１つ又はそれ以上のＬＥＤを該列の中間部に向う同じ色のＬＥＤを駆動する電流よりも少ない電流で駆動する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
19. 前記ＬＥＤの上方に１つ又はそれ以上の液晶表示層を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
20. ディスプレイをバックライト照明する方法であって、
    反射壁及び反射底面を有する光混合空洞の該底面上又はその近くで各列が２つの端部を有する平行な列に配列された複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を活性化する段階と、
    前記列の前記端部における１つ又はそれ以上のＬＥＤが、色均一性を改善するために、該列の中間部に向う同じ色のＬＥＤに比較して低減した輝度を有するようにする段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
21. 反射壁及び反射底面を有する光混合空洞と、
    前記底面上又はその近くで各列が２つの端部を有する平行な列に配列された複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
    色均一性を改善するためのＬＥＤの実質的な矩形配列を形成するように２つの隣接する列の端部の近くに位置した１つ又はそれ以上のＬＥＤと、
    を含むことを特徴とする発光装置。
22. 前記１つ又はそれ以上のＬＥＤは、前記列に垂直な線に配列された複数のＬＥＤを含むことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. 前記複数のＬＥＤは、前記列に垂直な線に配列された２〜４個のＬＥＤを含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
24. 反射壁及び反射底面を有する光混合空洞と、
    前記底面上に配列された赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の実質的に円形のクラスターと、
    を含むことを特徴とする発光装置。
25. 前記円形クラスターの少なくともいくつかは、中心ＬＥＤを含むことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 各円形クラスターは、７〜９個のＬＥＤを有することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
27. 反射側壁及び反射底面を有する光混合空洞と、
    前記底面上又はその近くに配列された複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
    前記ＬＥＤの近くの前記底面からの均等拡散反射を低減させるための個々のＬＥＤを取り囲む鏡面リングと、
    を含むことを特徴とする発光装置。
28. 前記複数のＬＥＤの各ＬＥＤは、各ＬＥＤによって放射される光の大部分を前記底面と実質的に平行にする側面発光レンズを有するＬＥＤ半導体チップを含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
29. 前記混合空洞は、前記ＬＥＤの上方に少なくとも１つの拡散器を更に含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
30. 反射壁及び反射底面を有する光混合空洞と、
    前記底面上又はその近くで複数の平行な列に配列された複数の赤色、緑色、及び青色発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
    を含み、
    前記赤色、緑色、及び青色ＬＥＤは、各列にＧＲＢＧ、ＧＲＢＲＧ、ＲＧＢＧＲ、ＧＲＢＢＲＧ、ＲＧＢＢＧＲ、ＧＲＢＧＧＢＲＧ、及びＧＲＢＢＲＧＧＲＢのうちの１つの反復シーケンスを有するように配列されている、
    ことを特徴とする発光装置。
31. 前記反復シーケンスは、ＧＲＢＲＧであることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
32. 隣接する列の前記シーケンスは、逆転していることを特徴とする請求項３０に記載の装置。

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