JP2008532227A - 光再循環および光源偏光板を有する直下式バックライト - Google Patents

Abstract

典型的には一連の光源が背面反射板と前面反射偏光板との間に配置された直下式バックライトおよび関連する方法が開示されている。光源偏光板が光源を覆うように設けられている。前面反射偏光板に向けて光源偏光板を透過する光は、前面反射偏光板により部分的に透過されるとともに部分的に反射される。部分的透過および反射のバランスを取ることによりバックライトの外面にわたって照明均一性を向上することができる。光源がＬＥＤ光源を用いているバックライト、および偏光光源が互いに実質的に位置合わせされているバックライトを始めとする、一連の偏光光源を有する直下式バックライトも開示されている。

Description

本発明は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイスおよび同様なディスプレイで用いられるようなバックライト、ならびにバックライトの作製方法に関する。

近年一般に利用可能な表示装置の数および種類に驚異的な成長が見られる。コンピュータ（デスクトップ、ラップトップ、またはノートブック）、個人情報携帯端末（ＰＤＡ）、携帯電話、および薄型ＬＣＤＴＶはそのほんの数例である。これらの装置のいくつかは通常の外光を用いて表示を見ることができるが、大多数は表示を視認可能にするバックライトを含む。

多くのこのようなバックライトは「エッジライト式」または「直下式」の分類に分けられる。これらの分類はバックライトの外面に対する光源の配置が異なり、その外面は表示装置の視認可能領域を規定する。エッジライト式バックライトにおいて、光源はバックライト構成の外部境界に沿って、外面に対応する領域または区域の外部に配置されている。光源は典型的には光導波路に光を放射し、光導波路はほぼ外面の長さおよび幅寸法を有するとともに、そこから光が抽出されて外面を照明する。直下式バックライトにおいて一連の光源が外面の真後ろに配置されているとともに、拡散板が光源の前に配置されて、より均一な光出力を提供する。いくつかの直下式バックライトはエッジ装着ライトを組み込んでおり、そのため直下式およびエッジライト式動作の両方が可能である。

本出願はとりわけ、少なくとも１つの光源および典型的には複数のまたは一連の光源が、背面反射板と前面反射偏光板との間に配置された直下式バックライトおよび関連方法を開示する。前面反射偏光板はバックライトの外面に対応するサイズ、例えば長さおよび幅を有する。いくつかの場合、前面反射偏光板自体がバックライトの外面であり、他の場合、拡散フィルムなどの１つまたは複数の他の光学フィルムが前面反射偏光板の前に装着されるとともにバックライトの外面を形成し得る。

外面より小さいが光源を少なくとも部分的に覆うのに十分に大きい光源偏光板が設けられる。前面反射偏光板および光源偏光板は、前面反射偏光板に向かって光源偏光板を透過する光源からの光が前面反射偏光板により完全に透過されず完全に反射されもしないように配置あるいは構成されている。その代わりに光は前面反射偏光板により部分的に透過されるとともの部分的に反射される。高品質、高消光比（低リーク）直線偏光板の場合、これは偏光板が部分的に交差していること、それぞれの偏光板の透過軸が互いに厳密に平行でも厳密に直交もしていないということを意味する。というよりそれらは傾斜している。部分的透過および反射は、バックライトの外面にわたる輝度の変動を最小限に抑えるまたは少なくとも低減するようにバランスを取るあるいは選択することができる。直線偏光板の場合このようなバランスまたは選択を、偏光板の透過軸間の相対角度の調節により達成することができる。

バックライトは前面反射偏光板と背面反射板との間の光再循環を支持することができる。背面反射板は高反射性および偏光変換性の両方であることが好ましい。その点で背面反射板は１つの偏光状態の入射光を少なくとも部分的に直交偏光状態の反射光に変換することが好ましい。

一連の偏光光源が前面反射偏光板と背面反射板との間に配置された直下式バックライトを開示する。偏光光源は光源を少なくとも部分的に覆うようなサイズに形成された光源偏光板と組み合わされた従来の光源を備え得る。偏光光源は偏光フィルムまたはデバイスを組み込んだ小型ＬＥＤによる光源も備え得る。偏光光源からの光は前面反射偏光板により部分的に反射されるとともに部分的に透過される。背面反射板は高反射性および偏光変換性の両方であることが好ましい。

偏光フィルムおよびデバイスは、通常拒絶される（吸収または反射される）偏光状態の相当なリーク量を有するように選択され得る限り理想的な偏光板である必要はない。

本出願のこれらのおよび他の態様は以下の詳細な説明から明らかになろう。しかしいかなる場合も上記の要約は、出願手続中に補正され得るため、添付の特許請求の範囲によってのみ規定される請求主題に対する限定として解釈されてはならない。

明細書を通して添付の図面を参照するが同様な参照符号が同様な要素を示す。

特に示さない限り明細書および特許請求の範囲で用いられる特徴サイズ、量および物理的特性を表すすべての数字は、用語「約」によって変更されるものと理解すべきである。したがってそれとは反対に示されない限り、本明細書および特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは、本明細書に開示された技術を利用して当業者により得られると思われる所望の特性に応じて変動し得る近似値である。

図１において斜視拡大図に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルなどのディスプレイパネル１２と一緒に直下式バックライト１０が見える。バックライト１０およびディスプレイパネル１２の両方が簡略化された箱状の形状で示されているが、読者には各々がさらなる細部を含むことは理解されよう。バックライト１０はフレーム１４と拡大出力面１６とを含む。動作中、全出力面１６は出力面の背後のフレーム１４内に配置された光源により照明される。照明時にバックライト１０は、様々な観察者１８ａ、１８ｂに対してディスプレイパネル１２により提供される画像または図形を視認可能にする。画像または図形は一連の通例数千または数百万の個々の画素（ピクセル）により生成され、そのアレイはディスプレイパネル１２の横方向の範囲（長さおよび幅）を実質的に満たす。ほとんどの実施形態においてバックライト１０は白色光を放出するとともに、ピクセルアレイは多色ピクセル（赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）ピクセル、赤色／緑色／青色／白色（ＲＧＢＷ）ピクセル等など）の群に組織されているため、表示画像は多色である。しかしいくつかの場合単色表示を提供することが望ましい場合がある。それらの場合バックライト１０はフィルタまたは主に１つの視認可能な波長または色で発光する特別な光源を含み得る。

図１のバックライト１０は、光源帯２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより図に示されているように、出力面１６の背後に配置された３つの細長い光源を含んで示されている。光源帯間あるいは外側の出力面１６のエリアは本明細書では間隙帯と称される。出力面１６はそのため光源帯と間隙帯との相補集合で構成されていると考えることができる。光源帯および間隙帯の存在は、光源が拡張された場合でもバックライトの出力面より投影面積（平面）が個々におよび集合的にかなり小さいという事実の結果である。ほとんどの実施形態において、ディスプレイから最適な画像品質を提供するために、バックライト１０を出力面１６における輝度が可能な限り均一であるように構成することが望ましい。それらの場合光源帯の輝度は間隙帯の輝度と実質的に同じでなければならない。

図２は効率的な光再循環設計でそのような均一性を達成可能な直下式バックライト３０の概略断面図である。バックライト３０は前面反射偏光板３２と、背面反射板３４と、一連の光源３６ａ、３６ｂ、３６ｃ（集合的に３６）とを含む。反射偏光板３２と背面反射板３４とは光再循環キャビティを形成し、その内部で光は連続反射され得る。反射偏光板は第１の偏光状態の光を透過するとともに、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態の光を反射する。この点で「直交」とは単に他の状態に対して相補的な状態を意味するとともに９０度線形形状に限定されない。反射偏光板は例えばビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）ブランドでスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能なデュアルブライトネス・エンハンスメント・フィルム（ＤＢＥＦ）製品のいずれかまたは拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）のいずれか、もしくはコレステリック偏光フィルムの１つまたは複数であるか備え得る。米国特許第６，２４３，１９９号明細書（ハンセン（Ｈａｎｓｅｎ）ら）および米国特許第６，７８５，０５０号明細書（ラインズ（Ｌｉｎｅｓ）ら）に記載されたようなワイヤグリッド偏光板、および米国特許第５，５５９，６３４号明細書（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））に記載されたようなマクニール（ＭａｃＮｅｉｌｌｅ）偏光板も好適な反射偏光板である。一軸配向された鏡面反射多層光学偏光フィルムは、米国特許第５，８８２，７７４号明細書（ジョンザ（Ｊｏｎｚａ）ら）、同第５，６１２，８２０号明細書（シュレンク（Ｓｈｒｅｎｋ）ら）、および国際公開第０２／０９６６２１Ａ２号パンフレット（メリル（Ｍｅｒｒｉｌｌ）ら）に記載されている。連続相／分散相構成を有する拡散反射偏光板は、例えば米国特許第５，８２５，５４３号明細書（アウダーカーク（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）ら）に記載されている。いくつかの場合スリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能な、スリーエム（登録商標）ビキュイティ（登録商標）デュアルブライトネス・エンハンスメント・フィルム・デフューズ（ＢＥＦ−Ｄ）などの拡散反射偏光板は光を拡散的に透過もする。既知のコレステリック反射偏光板は、開示されたバックライト実施形態で用いるのに適した他のタイプの反射偏光板である。ほとんどのＬＣＤディスプレイと同様に、バックライト３０と共に用いられるディスプレイパネル１２がバックライトに近接配置されるそれ自体の背面偏光板を含む場合、最大効率および照度を得るために前面反射偏光板３２がディスプレイパネル背面偏光板と位置合わせしてまたはその逆に構成することが望ましい。ＬＣＤディスプレイパネルの背面偏光板は通常吸収偏光板であるとともに通常画素化結晶装置の一方側に配置され、その他方側にはディスプレイパネル前面偏光板がある。

照度および効率の向上のため、背面反射板３４は全体高反射率および低吸収性を有するのみでなく、反射時に入射光の偏光を少なくとも部分的に変換するタイプであることも有利である。すなわち一偏光状態の光が背面反射板に入射する場合には、反射光の少なくとも一部分は第１の状態に直交する他の偏光状態に偏光される。

多くの拡散反射板はこの偏光変換特徴を有する。適当な拡散反射板の１種は例えば、プレスケーキまたはセラミックタイルの形状の硫酸バリウムまたは酸化マグネシウムなどの白色無機化合物で作製された様々な光測定試験計器用のホワイトスタンダードとして用いられるものであるが、これらは高価、硬質、および脆弱である傾向がある。他の適当な偏光変換拡散反射板は、（１）粒子、周囲マトリクス、および延伸により形成された随意の空気充填ボイドの屈折率の差に応じた微小空洞化粒子充填物品、および（２）焼結ポリテトラフルオロエチレン懸濁液等で作製された微小孔物質等である。微小孔偏光変換拡散反射フィルムを作製するための他の有用な技術は、熱誘起相分離法（ＴＩＰＳ）である。この技術は微小孔物質の製造で採用され、熱可塑性ポリマーおよび希釈剤は、例えば米国特許第４，２４７，４９８号明細書（カストロ（Ｃａｓｔｒｏ））および同第４，８６７，８８１号明細書（キンザー（Ｋｉｎｚｅｒ））に記載されているように液液相分離により分離される。適当な固液相分離プロセスは米国特許第４，５３９，２５６号明細書（シップマン（Ｓｈｉｐｍａｎ））に記載されている。微小孔物質に組み込まれた造核剤の利用も、固液相分離法、米国特許第４，７２６，９８９号明細書（ムロンジンスキー（Ｍｒｏｎｚｉｎｓｋｉ））の改良として記載されている。さらに適当な拡散反射偏光変換物品およびフィルムは米国特許第５，９７６，６８６号明細書（ケイトー（Ｋａｙｔｏｒ）ら）に記載されている。

いくつかの実施形態において背面反射板３４は、場合によっては四分の一波長フィルムまたは他の光学遅相フィルムと組み合わされた、ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）ブランドでスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能な多層高分子エンハンスト・スペキュラー・リフレクタ（ＥＳＲ）フィルムなどの、非常に高い反射率鏡面反射板を備えることができる。アラノッド（登録商標）ブランド陽極酸化処理アルミニウムシーティング等は高反射鏡面物質の他の例である。上記の構成の代替例として高反射率鏡面反射板と、背面反射板と前面反射偏光板との間に配置された体積拡散物質との組み合わせによっても偏光変換を達成することが可能であり、その組み合わせはこの用途の目的のため、偏光変換背面反射板であると考えられる。

背面反射板３４が偏光変換タイプである場合、偏光状態が偏光板により透過されないため反射偏光板３２により最初に反射された光は、背面反射板３４による反射後、その偏光状態が今度は反射偏光板を通過する光に少なくとも部分的に変換できるため、全体のバックライト輝度および効率に寄与する。

反射偏光板３２と背面反射板３４との間のキャビティ内に配置されているのは光源３６である。視認者の観点からおよび平面において、それらは反射偏光板３２の背後に配置されている。光源の外側発光面は従来の蛍光管または蛍光灯の場合と同様に実質的に円形断面を有するように示されているが、他の断面形状も用いることができる。光源数、それらの間の間隔、およびバックライトの他の構成要素に対するそれらの配置を、電力予算、全体輝度、熱問題、サイズ制限等などの設計基準に応じて要望通り選択することができる。

バックライト３０がそれぞれ光源３６ａ〜ｃを覆う光源偏光板３８ａ〜ｃも含むことも重要である。管状光源の場合、光源偏光板は３８ｂに示されるように連続スリーブの形状であり光源を完全に取り囲む、または光源偏光板は３８ａまたは３８ｃに示されるように光源を部分的にのみ取り囲むことができる。より一般的には光源が前面反射偏光板３２および背面反射板３４の両方に向けて光を放射するものである場合、光源偏光板を前者および随意には後者の発光を少なくとも遮断するように構成することができる。例えば各光源偏光板がそのそれぞれの光源を完全に取り囲む連続スリーブの形状である場合、または各光源偏光板がそのそれぞれの光源の一部のみを覆う場合、所与のバックライト内の多数の光源偏光板は実質的に同等であり得る。代替的にはバックライト内の光源偏光板は異なるように構成することが可能であり、例えば図２に示すように光源偏光板３８ａ〜ｃは異なる量でそれぞれの光源３６ａ〜ｃを覆う。

図示を容易にするため、図２は光源とそれらのそれぞれの光源偏光板との間に小さい間隙を示す。光源偏光板は代替的には、例えば粘着剤（ＰＳＡ）またはＵＶ硬化性接着剤などの接着剤により、あるいはコレステリック偏光板の場合のように偏光板を光源に被覆することにより、光源の表面に直接積層あるいは貼付して介在する空隙および付随する損失を低減または排除することができる。その点で吸収偏光フィルムではなく反射偏光フィルムを用いて光源偏光板を作製するにより損失も低減し得るとともに効率を向上し得る。この１つの理由は光再循環がバックライト内で発生する範囲で、反射偏光フィルムが吸収偏光フィルムと比べてキャビティ内の吸収損失を低減するということである。他の理由は光源自体が反射要素または少なくとも部分的に偏光変換している構造を含む場合には、反射偏光板を光源偏光板として使用することで、光源内で光再循環を生じることができるため、（光源）−（光源偏光板）組み合わせの偏光輝度を増加することができる。蛍光灯内の蛍光体層は例えば偏光変換反射要素として機能することができる。しかしいくつかの実施形態において吸収偏光フィルムは光源偏光板として用いるのに完全に満足できる。

図２は数本の代表的光線も示す。光線４０および４２はそれぞれの光源偏光板３８ａ、３８ｃを通過するそれぞれ光源３６ａ、３６ｃにより放射される光線の一部分である。それらの光線はそれぞれの光源に近接する前面反射偏光板３２の一部分に向けられ、すなわちバックライトの外側面の光源帯に向けられているように示されている。光線４０および４２はそれぞれの光源偏光板３８ａ、３８ｃの構成により決定される偏光状態を有する。前面反射偏光板３２に当たると、これらの光線の一部は光線４０ａ、４２ａとして透過するとともに、一部は光線４０ｂ、４２ｂとして反射される。透過光線４０ａ、４２ａは前面反射偏光板３２の構成により決定される偏光状態を有する。反射光線４０ｂ、４２ｂも前面反射偏光板３２の構成により決定される偏光状態を有するが、反射光線４０ｂ、４２ｂの偏光状態は透過光線４０ａ、４２ａの偏光状態に直交する。光線４２ｂはさらに背面反射板３４に進行し、そこから光線４２ｃとして反射するように示されている。光線４２ｂの偏光状態を前面反射板を通過できる状態に部分的に変換することにより、反射光線４２ｃのその部分は光線４２ｄとして透過される一方で、残りの部分は光線４２ｅとして反射される。図は光源３６ａにより背面反射板３４に向かって最初の方向に放射された光線４４も示す。光線４４は所与の偏光状態に偏光され得るか、または非偏光状態であり得る。光線４４は背面反射板３４により反射されて光線４４ａになり、その後光線４４ｂ、４４ｃで示されるように前面反射偏光板３２により部分的に反射されるとともの部分的に透過される。なお前面反射偏光板３２および背面反射板３４が拡散反射型である場合には、規定された方向を有する単一の光線として示されている少なくとも反射光線４０ｂ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｅ、４４ａ、４４ｃは、それぞれの構成要素がどのように拡散反射型であるかに応じた方向の範囲または分布にわたり伝播する光である。

用途に応じていくつかの実施形態において、前面反射偏光板と背面反射板との間の直下式バックライト内に、それぞれの光源偏光板で覆われた１つまたは複数の光源に加えて、覆われていない１つまたは複数の他の光源を含むことが望ましい場合がある。このような覆われていない光源を例えばバックライトの外面の周囲に近接して配置して周辺効果を補償し得る。

バックライト３０は一般的フィルム４６により表わされる他の光学フィルムも含むことができる。フィルム４６は被覆、エンボス加工、粒子含有、および／または上記したような微小孔フィルムなどの拡散透過フィルムを備え得る。ケイワ（Ｋｅｉｗａ）ブランド拡散フィルム、タイプＰＣ０２Ｗは一例である。拡散透過フィルムは遅延が低く、ＬＣＤディスプレイパネル内の望ましくない色および輝度効果を排除することが好ましい。フィルム４６はさらにまたは代替的に、スリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）により販売されている輝度向上フィルムのビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）ブランド系列などのプリズム状輝度向上フィルムを備え得る。フィルム４６はバックライト３０の全体サイズを低減するように前面反射偏光板３２上にまたは近接して配置されている。

ここで図３を参照するとバックライト３０の平面図が見える。この図では前面反射偏光板３２および光源偏光板３８ａ〜ｃがそれぞれ透過軸３３および３９ａ〜ｃを有する直線偏光板として示されている。光源偏光板に用いられる偏光フィルムは、軸３９ａ〜ｃの各々が部分的に交差する、すなわち前面反射偏光板３２の透過軸３３に対して傾斜角で配置されるように配向がシフトされている。そのため光源偏光板３８ａ〜ｃにより透過された光は、前面反射偏光板により部分的に透過されるとともに部分的に反射される。軸３９ａ〜ｃが互いに平行あるいは同じ配向であるように示されているが、こうである必要はない。各光源偏光板の透過軸または配向は必要に応じて、他の光源偏光板に関係なく個々に調整することができる。配向の調整は光源偏光板を単独であろうとその関連する光源と組み合わせてであろうと枢動または回転することにより達成することができる。このような調整をいくつかの場合に用いて、偏光配向の制御変動量あるいは相互な位置ずれのランダムまたは繰り返しパターンを一連の光源偏光板に導入することにより、バックライトの外面の輝度分布を調節し得る。光源がほとんどの冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）と同様な細長い形状を有する場合、それぞれの光源偏光板の透過軸を光源の長軸または短軸と位置合わせすることができるか、または図に示したようにそれらの軸と位置ずれさせることができる。光源は個々の個別ユニットまたは図３に示すようなより大きい蛇行ユニットの部分でもよい。

図４は細長い光源を一連の小型または小面積光源５２と置換した以外は図１〜３に関連して示すとともに説明したものと同様な代替的バックライト５０の平面図を示す。これらの光源は例えばＬＥＤ源であり得る。光源偏光板５４はアレイ内の各光源を覆っている。図４において光源偏光板５４および前面反射偏光板３２は、それぞれ透過軸５５および３３を有する直線偏光板として示されている。透過軸５５は透過軸３３に対して部分的に交差して示されているが、それらは偏光板リークおよびバックライトの所望の輝度プロファイルに応じて完全に交差させることもできる。光源偏光板のすべての透過軸５５は上記したように個々に調整できるため、必須ではないが平行あるいは位置合わせすることができる。光源偏光板５４は吸収偏光板または好適には反射偏光板であるとともに直線偏光板である必要はない。

図５ａ〜ｃは図４に示されたものなどのバックライト実施形態と共に使用可能な様々なＬＥＤによる小型光源偏光板／光源の組み合わせを示す。これらの組み合わせのいくつかにおいて、光源偏光板を一体のＬＥＤパッケージに組み込むことができる。この点でこれらのＬＥＤ実施形態および他のタイプの光源を用いる実施形態の両方に対して、光源と光源偏光板との組み合わせを本明細書で単に偏光光源と称することがある。

図５ａにおいて蛍光体によるＬＥＤ構成６０が概略図に示されている。構成６０は励起光波長、典型的にはスペクトルの青色またはＵＶ領域の励起光を放射するＬＥＤダイなどのＬＥＤ６２光源を含む。ＬＥＤは光学的に透明物質６４に隣接して示されているが、透明物質６４は必要に応じて下方に延びてＬＥＤ６２を含むとともに埋め込むことができる。構成は光学的透明物質６４内に配置されて示されているとともに、ＬＥＤ６２により放射された光を受光するように配置された蛍光材料層６６も含む。蛍光物質は蛍光体とＬＥＤ６２との間に配置されて示されているショートパス反射板６８上に塗布することができる。ショートパス反射板６８は励起時にＬＥＤからの短波長励起光を透過するとともに、蛍光体により放射された比較的長い波長光を反射する。蛍光物質層６６の他方側にあるのはロングパス反射板７０であり、蛍光体により放射された長波長光を透過するが蛍光体層を横断するＬＥＤからの短波長励起光は反射する。またサンドイッチ構成で含まれているのは反射偏光板７２である。反射偏光板７２は光学的透明物質６４内に配置されるとともに蛍光物質層６６に隣接して配置され、ロングパス反射板７０が図示のようにそれらの間に配置された状態である。反射偏光板７２は平坦形状を有して示されているが非平坦形状を有することもできる。いずれの場合も反射偏光板７２はＬＥＤ６２を覆うことができる。組み合わせ６０に関しておよび追加偏光ＬＥＤパッケージに関してさらに詳述するために、読者には米国特許出願公開第２００４／０１５０９９７Ａ１号明細書（アウダーカーク（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）ら）が参照される。

図５ｂは他の適当な光源８０を示す。光源はＬＥＤ８２と、ＬＥＤの上部に装着された特別設計放射レンズ８４とを含む。側部放射レンズ８４は反射および屈折の組み合わせにより、レンズ８４の円筒対称性によって光源の周囲全体（３６０度）にわたりＬＥＤにより放射された光を図示のように横方向に向けることを助ける。レンズ８４／ＬＥＤ８２の組み合わせに関する詳細に関して、読者には米国特許出願公開第２００５／０００１５３７Ａ１号明細書（ウェスト（Ｗｅｓｔ）ら）が参照される。光源８０は鏡面リング反射板８６も含むことができる。反射板８６は上述したように任意の高反射性物質またはフィルムを含むことができる。最後に光源８０はレンズ８４の上部に装着できるディスク形状の光源偏光板８８を含む。偏光板８８はそのため少なくとも部分的にＬＥＤ８２を被覆する効果を有する。レンズ８４の上部を介して透過されたＬＥＤからの光は偏光板８８により偏光される。

図５ｃはさらに他の小型ＬＥＤによる偏光光源９０を示す。光源９０はヘッダまたはマウント９４に取り付けられたＬＥＤダイ９２を含む。ＬＥＤダイ９２は前面発光面９２ａと、底面９２ｂと、側面９２ｃとを含む。側面９２ｃは傾斜して示されているがこれは必須ではないとともに他の側面構成も考えられる。光源９０は反射偏光板９６も含み、第１の偏光状態の光を外部環境に透過するとともに直交する第２の偏光状態の光を優先的にＬＥＤダイ９２に戻すように反射する。図５ｃの実施形態において四分の一波長板９８の形態の偏光変換層が反射偏光板とＬＥＤ発光面９２ａとの間に設けられている。また成型樹脂などの透明光学要素９９がマウント９４の上にＬＥＤダイおよび他の層を取り囲むとともに封入している。光源９０および追加偏光ＬＥＤパッケージに関するさらなる詳細について、読者には「偏光ＬＥＤ（Ｐｏｐｌａｒｉｚｅｄ ＬＥＤ）」と題された同一出願人による米国特許出願第１０／９７７５８２号明細書（代理人整理番号第６０２０２ＵＳ００２号）、２００４年１０月２９日出願が参照される。

図６はバックライトの外面のすべてまたは一部分にわたって、例えば前面反射偏光板３２のまたは存在する場合にはフィルム４６の表面にわたって延びている経路に沿ったバックライトの輝度の理想化プロットである。経路は光源の真上の外面の帯域すなわち光源帯域１１６、およびいずれの光源の真上でもない外面の帯域すなわち間隙帯域１１８を含むように選択される。光源偏光板が前面反射偏光板に対して部分的に交差される度合いを調整することにより、外面における輝度パターンを広い範囲にわたり変更することができる。

曲線１１０の場合、光源偏光板はすべて前面反射偏光板とほぼ位置合わせされているため、ディスプレイの前面に向かって光源偏光板を透過した光は主に前面反射偏光板を透過するとともにほんの僅かな度合いしか反射されない。そのため光源帯域１１６は比較的暗い間隙帯域１１８間の比較的明るいスポットになる。

曲線１１２の場合、前面反射偏光板または光源偏光板の一方または両方が、ほとんど完全に交差する点まで調整あるいは変更されている。この場合ディスプレイの前面に向かって光源偏光板を透過した光は主に前面反射偏光板で反射され、僅かな度合いのみ透過される。このため光源帯域１１６は比較的明るい間隙帯域１１８間の比較的暗いスポットになる。直線偏光板の場合、前面反射偏光板と任意の所与の光源偏光板との間の調整は、いずれかの偏光板を他に対して単に回転させることにより達成することができる。

曲線１１４の場合、前面反射偏光板または光源偏光板の一方または両方が、それらがバランスの取れた量で部分的に交差するように調整あるいは変更されている。この特殊な場合、ディスプレイの前面に向かって光源偏光板を透過した光は、光源帯域１１６が間隙帯域１１８に実質的に一致する輝度を有するようにする量、前面偏光板から反射されるとともに透過される。このようして高輝度直下式バックライト内の高均一照明を達成することができる。完全な均一性は実際のシステムに対してほとんど達成することができないため、偏光板の相対的配向を調節することによりバックライトの外面のすべてまたは一部分にわたる輝度変動を最小限に抑えることができる。なお前面反射偏光板、光源偏光板またはその両方内の通常遮断偏光状態のリーク量を制御することにより、同様な高均一性直下式バックライトを達成することができる。輝度均一性を達成するために光源偏光板および前面反射偏光板を交差または位置ずれさせる度合いは、そのため偏光板のリーク量に依存する。

開示されたバックライトは、光源偏光板と光源との間であろうと、背面反射板に貼付されていようと、四分の一波長フィルムなどの位相差板を備えて、再循環光の偏光変換を容易にするとともにバックライトの全体効率を向上させることもできる。四分の一波長フィルムを、コレステリック反射偏光板などの左回りまたは右回り反射円偏光板と組み合わせて用いることもできる。代替的には円偏光板をいかなる位相差板もなしに用いることができる。いくつかの実施形態において２つ以上の光源偏光板は、より大型の一体偏光フィルムの異なる部分であり得る。例えば一連の小型ＬＥＤ光源において、偏光フィルムの一体片を一列の高密度実装ＬＥＤ光源を覆うように配置することができる。

上述したように光源偏光板、前面反射偏光板またはその両方を、通常拒絶される（吸収または反射される）偏光状態の相当なリーク量を有するように意図的に選択することができる。このため光源偏光板により透過された光は第１の偏光状態だけでなく、よりわずかな程度第２の直交偏光状態も備え得る。同様に前面反射偏光板により透過された光は第１の偏光状態だけでなく、またより僅かな程度第２の（直交）偏光状態も備え得る。しかし本体はなお偏光板であると考えられるが、それはそれらが１つの偏光状態を大部分透過するとともに直交状態を大部分遮断する（吸収または反射する）からである。そのような漏れやすい偏光板の使用は完全に交差したおよび完全に位置ずれした偏光板間の輝度の変更を低減することを助けるとともに、光源帯域から間隙帯域への輝度の移行を和らげることを助けることができる。

本発明の範囲と要旨とから逸脱することなく当業者には本発明の様々な変更例と代替例とが明らかになるであろうとともに、本発明が本明細書に記載した図示の実施形態に限定されないことは理解できよう。

液晶ディスプレイと組み合わせた直下式バックライトの斜視拡大図である。 直下式バックライトの概略断面図である。 図２のバックライトの平面図である。 ＬＥＤなどの小型光源を用いた代替的バックライトの平面図である。 図４のバックライトで使用可能な小型偏光光源の概略断面図である。 図４のバックライトで使用可能な小型偏光光源の概略断面図である。 図４のバックライトで使用可能な小型偏光光源の概略断面図である。 偏光板の異なる相対的配向に対する、バックライトの外面の少なくとも一部上の輝度対位置を示す理想化グラフである。

Claims (22)

1. 前面反射偏光板と、
   背面反射板と、
   前記反射偏光板と前記背面反射板との間に配置された光源と、
   前記光源を少なくとも部分的に覆う光源偏光板とを備え、
   前記光源偏光板を透過した光が、前記前面反射偏光板により部分的に透過されるとともに部分的に反射される、外面を有する直下式バックライト。
2. 前記光源が蛍光ランプおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）の群から選択される、請求項１に記載のバックライト。
3. 前記光源偏光板が反射偏光板を備える、請求項１に記載のバックライト。
4. 前記光源が、前記前面反射偏光板と前記背面反射板との間に配置された複数の光源のうちの１つである、請求項１に記載のバックライト。
5. 前記光源偏光板が複数の光源偏光板のうちの１つであり、各光源偏光板が前記光源のうちの対応する１つを少なくとも部分的に覆う、請求項４に記載のバックライト。
6. 前記複数の光源偏光板のうちの少なくともいくつかが、前記前面反射偏光板と部分的に交差している、請求項５に記載のバックライト。
7. 前記背面反射板が偏光変換性である、請求項１に記載のバックライト。
8. 前記前面反射偏光板が、鏡面反射偏光板および拡散反射偏光板の群から選択される、請求項１に記載のバックライト。
9. 前記前面反射偏光板上に配置された拡散透過層をさらに備える、請求項１に記載のバックライト。
10. ディスプレイパネルと組み合わされた、請求項１に記載のバックライト。
11. 前記前面反射偏光板が、前記外面に応じた横方向寸法を有するとともに、前記光源偏光板が前記外面より平面面積が小さい、請求項１に記載のバックライト。
12. 前面反射偏光板と、
    背面反射板と、
    前記反射偏光板と前記背面反射板との間に配置された一連の偏光光源とを備える、直下式バックライト。
13. 前記光源が、前記光源により放射された光が前記前面反射偏光板により部分的に透過されるとともに部分的に反射されるように配置されている、請求項１２に記載のバックライト。
14. 前記背面反射板が偏光変換性である、請求項１２に記載のバックライト。
15. 前記光源がＬＥＤを備える、請求項１２に記載のバックライト。
16. 前記光源が実質的に同じ偏光配向を有する、請求項１２に記載のバックライト。
17. 前面反射偏光板と偏光変換背面反射板とを設けるステップと、
    前記前面反射偏光板と前記背面反射板との間に偏光光源を配置するステップと、
    バックライトにわたって所望の照明を達成するように、前記偏光光源を前記前面反射偏光板に対して配向するステップとを含む、直下式バックライトの作製方法。
18. 前記配向するステップが、前記偏光光源により放射された光が前記前面反射偏光板により部分的に透過されるとともに部分的に反射されるように前記偏光光源を配向することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記バックライトが外面を有するとともに、前記配向するステップが前記外面での輝度均一性を向上するように行われる、請求項１７に記載の方法。
20. 前記配向するステップが、前記前面反射偏光板および前記偏光光源のうちの少なくとも一方を回転させることを含む、請求項１７に記載の方法。
21. 前記設けるステップにおける前記偏光光源が、前記前面反射偏光板と前記偏光変換背面反射板との間に設けられた複数の偏光光源のうちの１つである、請求項１７に記載の方法。
22. 前記調整するステップが、前記偏光光源のうちの少なくともいくつかを回転させることを含む、請求項２１に記載の方法。

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