JP2009506501A

JP2009506501A - 二機能性分光器光源付直下型バックライト

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Publication number: JP2009506501A
Application number: JP2008527988A
Authority: JP
Inventors: トンプソン，ディー．スコット; アール．シャート，クレイグ; アール．カールソン，トレン; ジー．ジャガー，グレゴリー; エー．ホイートリー，ジョン
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-08-27
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2009-02-12
Also published as: KR20080044311A; TW200720759A; EP1929360A1; WO2007027434A1; US20070047219A1

Abstract

直下型のバックライト及び関連する方法及び構成要素が開示される。バックライトは背後に複数個の光源が配置されている前側拡散器のような出力領域を有する。第一及び第二反射表面を有する分光器は少なくとも二つの光源及び前方拡散器の間に配置されている。第一の反射表面は光源から出される少なくともいくつかの光の方向を前方拡散器から離して前方拡散器に向って変えるために斜めに配置される。第二の反射表面は前方拡散器に対して横方向に伝播する光の少なくとも一部を前方拡散器の方向に向きを変えるために斜めに配置される。

Description

本発明はバックライト、特に直下型のバックライトに関するものであり、加えて、バックライトで使用される構成要素、バックライトを使用するシステム、バックライトを作り使用する方法に関するものである。発明は、とりわけ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置で使用されるバックライト及び類似ディスプレイ、並びに、光源としてＬＥＤを使うバックライトに適している。

近年、大衆が利用できるディスプレイ装置の数と多様性は、すさまじく増加してきた。コンピュータ（デスクトップ、ラップトップ、又はノートブックのいずれも）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、移動電話、及び薄型液晶ディスプレイテレビ（ＬＣＤテレビ）は、ほんの少数の例である。これらの装置のいくつかはディスプレイを見るために通常のアンビエント光を使うことが出来るが、ほとんどはディスプレイが見えるようにバックライトと言われる光パネルを含んでいる。

このようなバックライトの多くは「エッジライト型」または「直下型」のカテゴリに入る。これらのカテゴリは、出力領域がディスプレイ装置の可視領域を確定するバックライトの出力領域に関する光源の配置によって異なる。エッジライト型バックライトでは、光源はバックライト構造の外縁部に沿って、出力領域に当たる領域の外側に配置される。光源は通常、出力領域の順序の長さと幅寸法及びそこから出力領域を照明する光を取り出す光ガイドの中に向けて照射する。直下型のバックライトでは、光源の配列は出力領域の直接の後ろに配置され、拡散器はより均一な発光のために光源の前に配置される。また、ある直下型のバックライトは、エッジ実装ライトをも組み込むので、直下型及びエッジライト型の両方の操作が可能である。

直下型のバックライトは光源として冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）の配列を使うことが知られている。ＣＣＦＬ配列の後ろに背面反射器として拡散白色反射器を置くことも知られている。白色度を高めるためと出力面に対する均一性を高めるためである。

最近、ＣＣＦＬではなく赤／緑／青ＬＥＤの配列によって電力を供給される液晶ディスプレイのテレビ（ＬＣＤテレビ）が発表されている。一例としてソニー（商標）のクオリア（Sony Qualia）００５ＬＥＤ薄型テレビが挙げられる。１０１．６ｃｍ（４０インチ）モデルは直下型のバックライトを使っており、５つのサイド発光Ｌｕｘｅｏｎ（商標）ＬＥＤ水平列を持ち、各列はＧＲＢＲＧの繰り返しパターンに設定された６５のこのようなＬＥＤを持ち、この列は８．２６ｃｍ（３．２５インチ）の間隔に離れて配置されている。このバックライトは拡散白色背面反射器の前側から前側拡散器の背面（厚さ約２ｍｍ）で測ると、およそ４２ｍｍの深さである。間には、３２５の拡散白色反射スポットの配列を有する平らな透明プレートが配置されている。これらのスポットの各々はある光を透過させ、ＬＥＤにより発光する軸線上の光の大部分が前側拡散器に直接当たらないようにＬＥＤの一つにそろえて並べられる。角度をつけられた側壁で背面反射器は平らである。

本出願はとりわけ、互いに離れて配置され、バックライトの出力領域へ向けて前方に第一の光の成分を発している直下型のバックライトは少なくとも第一及び第二の光源を含んでいることを開示する。更に、バックライトは光源と出力領域の間に配置された第一の分光器を含んでおり、分光器は第一及び第二の反射表面を有する。第一の反射表面は少なくとも第一の光の成分のいくつかの方向を変えるために光源が出力領域から離れるように斜めに配置され、第二の反射表面は少なくとも第二の光の成分のいくつかの方向を変えるために出力領域に関して出力領域に向って横に広がりながら光源が出力領域から離れるように斜めに配置される。

バックライトは背面反射器及び反射側壁を含むことが出来、出力表面と共に分光器が配置される範囲でのバックライト空洞を確定することが出来る。第一及び第二の光源はＬＥＤのような分離性の光源でもよく、他の分離性の光源と共に分離性光源列を形成でき、ある実施形態では異なる光源が異なる発光色を持ち出力領域で白色光を生み出すようブレンドできる。

分光器はバックライトのエンクロージャにぴったり入る細長いボディでも、それを含むものでもよい。所望により出力領域全体の次元（長さ又は幅）にわたり、ＬＥＤ又は、他の分離性光源の列の上に掛るように配置される。いくつかのケースでは、蛍光ランプ（例えばＣＣＦＬ）のような狭い線形の光源は列又は複数個の分離性光源に置き換えてもよい。

関連する構成要素、システム及び方法も開示される。

本申請のこれら及び他の態様は、以下の「発明を実施するための最良の形態」から明らかになるであろう。しかし、決して、上記要約は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができるような特許請求の範囲によってのみ規定される。

一つの一般的なバックライトの用途は概略的に図１の透視分解図に示される。そこでは、ディスプレイシステム１０は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなディスプレイパネル１２を含み、ディスプレイパネルで簡単に見られる情報に十分な大きさの照明範囲を提供できる直下型のバックライト１４が含まれる。ディスプレイパネル１２及びバックライト１４両方は単純化された箱のような形で示されるが、読者はそれぞれが追加の詳細を含んでいることを理解するであろう。バックライト１４は出力領域１６の末端部にかかり発光し、フレーム１５も含むことが出来る。出力領域１６通常は方形だが、望ましければ、他の拡張部での形でもよいか、バックライトで使用されるフィルムの外部表面に合っていればよい、又は、単純にフレーム１５での開口に合っていればよい。運用上、全出力領域１６はフレーム１５内に配置されるが出力領域１６の直後に配置された光源により照明される。照明されると、バックライト１４は色々なオブザーバー１８ａ、１８ｂにディスプレイパネル１２により提供されるイメージ又は画像を見えるようにする。ＬＣＤパネルの場合は典型的には何千又は何百万個別画像素子（ピクセル）の配列により作られるイメージ又は図形は動的であり、その配列は側面寸法、即ち、ディスプレイパネル１２の長さと幅をほぼ満たす。他の実施形態ではディスプレイパネルはその上に印刷された静画像を有するフィルムか又はそれを含んでいればよい。参照のため、図１は又デカルト座標系ＸＹＺを含んでいる。

あるＬＣＤの実施形態では、バックライト１４は連続的に白色光を出し、ピクセル配列は、ディスプレイのイメージが多色になるように多色のピクセル群（例えば、黄色／青（ＹＢ）ピクセル、赤／緑／青（ＲＧＢ）ピクセル、赤／緑／青／白（ＲＧＢＷ）ピクセル、赤／黄色／緑／青（ＲＹＧＢ）ピクセル、赤／黄色／緑／青緑／青（ＲＹＧＣＢ）ピクセルなど）のカラーフィルターマトリックスと組み合わされている。を形成するためである。或いは、多色イメージはカラーシーケンシャル方式を使用して表示することができる。色を作るために、白色光で連続してディスプレイパネル背部を照明して、ディスプレイパネル内の多色ピクセルを調整する代わりに、バックライト自体において個別の異なる色の光源（例えば、赤、オレンジ、琥珀、黄色、緑、青緑、青（ローヤルブルーを含む）、から選択して、上記と白色とを組み合わせたもの）が、バックライトが高速で繰り返し連続して空間に均一のカラー光（例えば、赤、次に緑、次に青のような）を点滅するように調整されるこの色調節バックライトは（カラーフィルターマトリックスを持たず）ピクセル配列を一つだけ有するディスプレイモジュールと組み合わされる。ピクセル配列はバックライトと同期して調整され、（バックライトに使われる光源が与えられて）、オブザーバーの視覚システムで一時的な色のミックスを行うのに十分な速さで調整されるならば、全体のピクセル配列上に全ての達成可能な色を作り出す。カラーシーケンシャルディスプレイの例はフィールドシーケンシャルディスプレイとしても知られるが、米国特許番号５，３３７，０６８（スチュアート（Stewart）ら）及び米国特許番号６，７６２，７４３（ヨシハラ（Yoshihara）ら）に記載されている。場合によって、白黒ディスプレイだけを必要とする場合がある。この場合、バックライト１４は主に一つの可視波長又は色を発するフィルター又は特定の光源を含むことが出来る。

ディスプレイシステム１０は再び図１ａに示され、図１ａでは直下型バックライト１４内に個別光源の最初の列２０及び個別光源の２番目の列２２が破線で追加して示される。光源２０、２２は白色光を発してもよく、又はぞれぞれがＲＹＧＣＢの色の一つだけを発して次いで白色光を出力するようにミックスするか、又は単色を出力するようにマッチしてもよい。光源２０及び２２は出力領域１６の直接の後ろに配置される。

バックライトデザイナーとりわけ直下型のバックライトデザイナーの直面する課題は、バックライトに十分な白色度と均一性を保ちながらパッケージを可能な限り薄くすることである。バックライトがますます薄くなるにつれて、光源はしばしばフロント拡散プレート又は光制御フィルムスタックである出力領域にますます近く配置され、出力領域に高輝度のスポット又は線（及びディスプレイパネル上に見える同様のスポット又は線）を光源の直上の局所的領域で発生させる。

この課題に対処する一つの方法はバックライトにサイド発光源を使うことである。（通常は光源の対象軸線に沿って）出力領域にほぼ垂直の前方向にピーク発光を有するランバート光源とは対照的に、サイド発光器は出力領域に対して斜め横方向、ときには出力領域に対してほぼ平行（光源の対象軸線に垂直）、ときには、ほぼ後ろ方向（前方向の逆）にピーク発光を有する。代表的なサイド発光器はＬＥＤダイからの光の方向をパッケージ化されたＬＥＤの対称軸に関して横方向へ向きを変える集積型レンズ構成要素でパッケージ化されたＬＥＤである。サイド発光源は横方向へピーク発光するが、いくつかのケースでは、出力領域に対して垂直に前方向へ相当程度発光することもあることに気をつけなればならけない。

この課題を取り扱うもう一つの方法は光源と組み合わせて分光器を使うことである。図２はバックライト１４が分光器をどのように組入れることが出来るかの一例を示している。バックライトは後部に背面反射器３０を持ち、通常、拡散器プレート又はフィルム３４、並びに反射偏光子３６およびプリズム輝度強化フィルム３８のような従来の光管理フィルムなどのような光管理フィルムを含むトップフィルムスタックなどの光管理フィルムもしくはその他の構成要素を前部に有する。出力領域１６はこのケースでは最も外側の光管理フィルム３８に対応して示されているが、他の実施形態では拡散器プレートに対応している。背部反射器と出力領域の間に出来る空洞には分離性光源２０、２２が配置される。出力領域１６の直後に光源２０、２２を置くと、多様な直下型の１種であるバックライト１４との一貫性が保たれる。効率性を高めるために対向する側壁３５−３５のような反射側壁がまた、出力領域１６の境界の周囲の空洞に与えられている。背部反射器に使われる同じ反射材料はこれらの壁を作るのに使用できるが、他の異なる材料を使用してもよい。例示実施形態では側壁は乱反射している。

光源を隠す目的で、バックライトは更にそれぞれ光源２０、２２の近くに分光器３７、３９を含んでいる。それぞれの分光器は反射スポット列にあり、それぞれのスポットは光源の一つの前に配置されている。分光器は平らな透明な支持プレート３３により所定の場所に保持される。反射光線で図に示されているように、分光器３７、３９は光源２０、２２からの前方への照射光が出力領域に直接当たるのを防ぐために有効である。しかしながら、拡散器プレートと任意の光管理フィルムとの接近度によっては、分光器３７、３９は光をブロックし過ぎて光源の近く（及び分光器の近く）の出力領域で暗いスポット又は線を生じる可能性がある。

図３はそれぞれ光源２０、２２の近くに配置された代替の分光器４０、４２と一緒に配置されたバックライト１４を示す。分光器４０、４２は二機能性であり内部で光源により発光された光の方向を出力領域に向って前方方向に（即ち、ｚ軸線と平行又はほぼ平行）に変える、即ち出力領域から離れたパスに沿うように方向付けるだけでなく、これらはまた空洞内で横に伝播する光（即ち、ｘ−ｙ平面と平行又はほぼ平行）をも、即ち出力領域に向うパスに沿うように方向付ける。前者の機能は光源に近い局所内の出力領域で強い直接照明を防いだり又は、減少させる。一方、後者の機能は、同じ局所内の出力領域で間接照明を促進し、このようにしてロープロファイル（薄い）バックライトデザインでの均一性を高める。図３で、分光器４０、４２の下部反射表面は斜めに配置され、光源により発光された光の全て又は少なくとも大部分を出力領域に向って前方方向に、即ち出力領域から離れるように（横方向内も含む）、方向付ける。分光器４０、４２の上部反射表面は斜めに配置され、出力領域の方に横に広がる光の少なくとも大部分を方向付ける。勿論、ここでの「上部」と「下部」とは図面透視図との関連で便宜上使われている言葉であり、重力場に係る空間でのバックライトの方向を限定することを意図していない。

各二機能性分光器４０、４２は図３ａの平面図に示されるように、光源のすぐ上で光源列を形成する２つ又はそれ以上の光源、に並行して配置される細長い方形であることが好ましく光源列と分光器はすべてｘ軸線に平行に延びる。いくつかの実施形態では、方形はプラスチックの棒又は細棒でもよく、光源の上のバックライトの空洞内に従来の機械的な固定技術によってはめ込んでもよい。

分光器の上部と下部の反射表面は空間的に均一かパターン化されているかどうかで、主に鏡面、拡散又は鏡面と拡散の組み合わせの反射器でよい。分光器の上部と下部の反射表面は同じタイプの反射率を有することが出来る。例えば、両方とも鏡面反射器又は両方とも拡散反射器、または異なるタイプの反射率、例えば、一つが鏡面反射器で一つが拡散反射器でもよい。非連続的か連続的か、又は、単一の反射フィルム若しくは層の対向する主表面に対応するかどうか、このようなフィルム又は層は自立するか又は両方の主表面に光学的にアクセスできるように透明な基材の上に配置されているかによって、上部と下部の反射表面は異なる反射フィルム又は層と組み合わせてよい。反射表面の一つ又は両方は平面、曲線、又は複合形状でよい。いくつかのケースでは一つ又は両方とも部分的に透過性でもよい。しかしながら、両方とも高反射タイプ、例えば、少なくとも７０％、８０％、９０％、または９５％かそれ以上であることが好ましい。背面反射器（例示の背面反射器材料に関する下記の記述を参照）及びバックライト空洞側壁として同じ反射材料を使用してもよいし、又は、異なる反射材料を使ってもよい。

ある実施形態では、反射器材料は適当な角度で背面反射器及び／又は光源に向けられたときに、高反射するように加工された表面構造を持つフィルムでよい。例えば、反射材料は、構造化された表面の反対側に滑らか又は平らな主表面を有するフィルムであるかまたはこれを含み、構造化された表面はプリズムを形成するように並べられた多数の切子面を有する。プリズムは共通の面内の方向に平行に全て延びる線状のものでよく、又は、構造化された表面にわたる２次元配列を構成するように、２つの平面内直交方向に沿って広がりを制限してもよい。３Ｍ社より入手できる、任意のヴィクイティー（Vikuiti（商標））ブランドの白色度強化フィルム（ＢＥＦ）製品を使用してもよい。例えば、ＢＥＦ線プリズムフィルムは近くの光源体からバックライト出力領域に垂直に前方向に出される全内部反射光により、効果的に反射するように、及び前方向又はバックライトの視軸に対する角度を増加して反射効率を低下させる（より多く透過させる）ように方向付けることが出来る。これはフィルムを構造化されたプリズム表面が形式上フィルムの直接下に配置された光源に面するように方向付けながら、各プリズムの面が前方向に向ってほぼ垂直になるよう（例えば、約４５度）傾けるか、又は光源からプリズム面に向かって延びる軸線に対してほぼ垂直又は、背面反射器にほぼ平行にすることによって可能である。前方への伝播光はこのようなプリズム面に入りフィルムの対向する平らで滑らかな主表面からの内部全反射により反射し、各プリズムの別面より出る。前進方向に対して相当な角度で伝播する光は最初のプリズム面で、そして、再び対向する平ら又は滑らかな主表面で屈折し、このようにしてフィルムによって少なくとも一部が透過される。使用される反射材料のタイプに関係なく、分光器はフレームのどちらか一方の側（例えば、図２のフレーム１５）、又は背面反射器（例えば、図２の背面反射器３０）に付けられる。

分光器の反射材料は少なくとも可視波長上では損失が少なく、可視領域上での平均は、例えば単一通過吸収は５％、３％又は１％より低いことが好ましい。部分透過性の反射材料を使用する分光器では、部分透過性はいくつかのタイプのものでもよい。いくつかのケースでは、反射器はある垂直の入射光線だけを反射し光の残りの大部分を透過させるように作ってもよい。例は、メタル層が光を透過させるのに十分に薄い、金属蒸着された表面、又は、個層の数もしくは光学的反復単位が垂直入射光線に高反射率を提供するには小さすぎる多層の干渉スタックのような弱い反射器を含む。追加例は一つの垂直入射光線の偏光状態（線状か又は円状）を透過し直交偏光状態を反射する反射偏光子を含んでいる。更に、他の例では、隔離された場所に高反射材料でコーティングされて精細なパターンを形成した透明なフィルム、又は、透過性を高めるために多数の微細な穴若しくは開口部が形成される高反射多層ポリマーフィルムのような穿孔された反射器のようなパターン化された反射器を含む。他のケースでは、反射器は極めて高い反射率をある入射方向の光には与え他の入射方向の光には与えないものがある。一例としては上述のプリズムＢＥＦフィルム、又は、類似のプリズム又は構造化された表面フィルムが挙げられる。分光器として部分透過反射器が使われる場合、低損失（例えば、透過プラス反射パーセントが少なくとも９５％、又は９７％、又は９９％）で透過パーセントが２０％から８０％の範囲を示すものが好ましい。この２０〜８０％の透過範囲は次に関係している。（ａ）反射器への垂直入射光、又は（ｂ）反射器への拡散入射光、即ち、入射角度半球上の入射、及び反射器の反対側の半球上を透過した光が検知されるもの（条件（ａ）と同様）、又は（ｃ）与えられた任意のバックライトデザインの場合、反射器に実際に当たる分光器に最も近い光源からの光である。これらのテスト条件は垂直入射、拡散入射及び実入射としてそれぞれ参照できる。

分光器の下部反射表面は背面反射器平面に対してある斜角度で方向付けることが出来る。０度を背面反射器平面に対して垂直であると定義して、背部平面に対して縦に配置された分光器が０度に配置されている場合、分光器はどちらの側壁に対しても、分光器と垂直線の角度が１５度〜７５度又は−１５度〜−７５度の間で傾けることが出来る。いくつかの実施形態では分光器と垂直線の間の角度は３５度〜７５度又は、−３５度〜−７０度の間が可能である。分光器の上部の反射表面の角度配向は下部の反射表面のものと同じでよいか、又は、異なる傾斜角度でもよい。分光器の下部と上部の反射表面が曲線であるときは下の図４の実施形態のいくつかで示されるように、反射表面配向は均一の光を出すように選ぶことが出来る。

光源はバックライト空洞の内側に置くことが出来る。又は、背面反射器３０に、光源からの光が空洞にまだ直接入射できるように、対応する穴、スロット、窓、又は他の光透過領域のような適当な開口部が与えられれば、マイナスｚ方向に沿ってずらすことにより背面反射器３０の後ろに配置出来る。

与えられる光源は次のようなものである。（１）ＬＥＤダイ又は電気を光に転換する蛍光ランプ、若しくは例えば刺激光を出力光に変えるリン光体のような能動コンポーネント、又は（２）レンズ、（ファイバーのような）導波管などの受動コンポーネント、若しくは、能動コンポーネントが発する光を運搬、成形するようなその他の光学的な要素、又は（３）一つ以上の能動及び受動コンポーネントの組み合わせ。例えば、図にある光源２０、２２はパッケージ化された側方発光ＬＥＤでよく、ＬＥＤダイは回路基板又はヒートシンクに近い背面反射器の後ろに配置される。しかしパッケージ化されたＬＥＤの成型カプセル部又はレンズ部分は背面反射器のスロット又は開口を通って延びるリサイクル空洞に配置される。

分離性光源２０、２２は概略的に図に示されている。ほとんどのケースで、これらの光源はコンパクト発光ダイオード（ＬＥＤ）である。ここで、「ＬＥＤ」は可視光、紫外線、又は赤外線のいずれかの光を発するダイオードを指す。それは、従来型又は超放射型の種類にかかわらず、「ＬＥＤ」として販売されている非干渉性封入又はカプセル化された半導体装置を含む。ＬＥＤが紫外線のような非可視光線を発し、いくつかのケースでは、可視光線を発していれば、短波長光を長波長の可視光線に転換するため、場合によっては、白色光を出す装置を作るために、蛍光体を含む（又は遠隔に配置された蛍光体を照明する）ようにパッケージ化される。「ＬＥＤダイ」は最も基本的な形ではＬＥＤである。即ち、半導体プロセスで作られた個別のコンポーネント又はチップの形式である。構成要素又はチップは、デバイスに電圧を加えるための電力の適用に好適な電気接点を含むことができる。コンポーネント又はチップの個別の層及びその他の機能的要素は通常ウエファースケールの上に形成される。完成ウェファーは多数のＬＥＤダイを産出するために個別の諸小片に切り分けることが出来る。前方出力及びサイド出力ＬＥＤを含む、パッケージ化されたＬＥＤの更なる記述は下記の通りである。

希望するのであれば、線系冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）又は温陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ）のような他の可視光線出力器を開示のバックライト用照明光源として分離性のＬＥＤ光源の代わり又は加えて使うことが出来る。例えば、いくつかの応用では、図１ａにみられる分離性光源２０の列を長円筒形ＣＣＦＬ、又はその長さに沿って発光する（ＬＥＤダイ又はハロゲンバルブのような）遠隔能動コンポーネントと結合された線形表面発光ガイドのような他の光源に置き換え、及び分離性光源２２の列についても同様にするのが好ましい場合がある。このような線形表面発光ガイドの例は米国特許番号５，８４５，０３８（ランディン（Lundin）ら）。及び６，３６７，９４１（リー（Lea）ら）で開示されている。ファイバーカップルレザーダイオード及び他の半導体発光器も知られているが、これらの場合、ファイバーオプティックウエーブガイドの出力末端部は開示するバックライト空洞内における配置に関して、又はそうでなければバックライトの出力領域の後方に配置された光源であると考えられる。同じことが又、バルブやＬＥＤダイのような能動コンポーネントから受けた光を出す、レンズ、ディフレクター、狭い光ガイドなどの小さな発光領域を有する他の受動光学コンポーネントについてもいえる。このような受動コンポーネントの例は側方発光ＬＥＤパッケージの成型カプセル部又はレンズである。

図４ａ−ｉに移ると、多様な異なる幾何学的構成の小さなサンプルがあり、それを使い適切な分光器を作ることが出来る。これらの図は全てバックライト出力領域に垂直に向けられた光源軸線５１を有する光源５０と組み合わせた二官能性分光器の断面表示である。背面反射器３０も示されている。光源５０は図面に対して垂直に延びる分離性光源列又は線光源でよい。分光器は又図面に対し垂直方向に延びている。

図４ａは二つの反射フィルム６２、６４が適用された分光器体６１を有する分光器６０を示している。フィルム６２の下面は光源５０から前方に発した光を横方向に方向を変えるために斜めに配置されており、フィルム６４の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域の方へ上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。代替の実施形態では、フィルム６２又はフィルム６４のどちらかひとつを省いてもよい。分光器体６１が透明ならば方向を変える機能のために残ったフィルムの対向する主表面を使うことが出来る。或いは、分光器本体６１が拡散性白色プラスチック材料のような高反射材料で出来ていればフィルム６２、６４両方を省いてもよい。

図４ｂは反射フィルム７２が適用された透明な分光器体７１を有する分光器７０を示している。フィルム７２の下面は光源５０から前方に発する光の方向を横方向に変えるために斜めに配置されている。フィルム７２の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域に向けて上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。

図４ｃは二つの反射フィルム８２、８４が適用された分光器体８１を有する分光器８０を示している。フィルム８２の下面は光源５０から前方に発する光の方向を横方向に変えるために斜めに配置されている。フィルム８４の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域に向けて上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。分光器体８１が拡散性白色プラスチック材料のような高反射材料で出来ていればフィルム８２、８４の一つ又は両方を省いてもよい。

図４ｄは二つの反射フィルム９２、９４が適用された分光器体９１を有する分光器９０を示している。フィルム９２の下面は光源５０から前方に発する光の方向を横方向に変えるために斜めに配置されている。フィルム９４の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域に向けて上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。分光器体９１が拡散白色プラスチック材料のような高反射材料で出来ていればフィルム９２、９４の一つ又は両方を省いてもよい。

図４ｅは二つの反射フィルム１０２、１０４が適用された分光器体１０１を有する分光器１００を示している。フィルム１０２の下面は光源５０から前方に発する光の方向を横方向に変えるために斜めに配置されている。フィルム１０４の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域に向けて上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。分光器体１０１が拡散性白色プラスチック材料のような高反射材料で出来ていればフィルム１０２、１０４の一つ又は両方を省いてもよい。

図４ｆは二つの反射フィルム１１２、１１４が適用された分光器体１１１を有する分光器１１０を示している。フィルム１１２、１１４は分光器体の外側表面に適用された連続反射フィルムの異なる部分である。フィルム１１２の下面は光源５０から前方に発する光の方向を横方向に変えるために斜めに配置されている。フィルム１１４の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域に向けて上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。分光器体１１１が拡散性白色プラスチック材料のような高反射材料で出来ていればフィルム１１２、１１４の一つ又は両方を省いてもよい。

図４ｇは二つの反射フィルム１２２、１２４が適用された分光器体１２１を有する分光器１２０を示している。フィルム１２２の下面は光源５０から前方に発する光の方向を横方向に変えるために斜めに配置されている。フィルム１２４の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域に向けて上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。分光器体１２１が拡散白色プラスチック材料のような高反射材料で出来ていればフィルム１２２、１２４の一つ又は両方を省いてもよい。

図４ｈは二つの反射フィルム１３２、１３４が適用された分光器体１３１を有する分光器１３０を示している。フィルム１３２の下面は光源５０から前方に発する光の方向を横方向に変えるために斜めに配置されている。フィルム１３４の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域に向けて上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。分光器体１３１が拡散性白色プラスチック材料のような高反射材料で出来ていればフィルム１３２、１３４の一つ又は両方を省いてもよい。

図４ｉは二つの反射フィルム１４２、１４４が適用された分光器体１４１を有する分光器１４０を示している。フィルム１４２の下面は光源５０から前方に発する光の方向を横方向に変えるために斜めに配置されている。フィルム１４４の上面は横方向に伝播する光をバックライトの出力領域に向けて上向きに方向を変えるために斜めに配置されている。分光器体１４１が拡散性白色プラスチック材料のような高反射材料で出来ていればフィルム１４２、１４４の一つ又は両方を省いてもよい。

背面反射器３０は強化パネルの効率性を高めるために高反射が好ましい。例えば、背面反射器の光源から出る可視光線の平均反射率は少なくとも９０％、９５％、９８％、９９％かそれ以上がよい。背面反射器は空間的に均一かパターン化されているかどうかで、主に鏡面、拡散、又は鏡面／拡散の組み合わせの反射器であり得る。いくつかのケースでは、背面反射器は高反射率コーティングの硬い金属基材又は高反射の支持基材にラミネートしたフィルムから作ってもよい。適切な高反射率材料には、これに限定されないが次が含まれる。３Ｍより入手できるヴィクイティ（Vikuiti（商標））強化鏡面反射器（ＥＳＲ）多層ポリマーフィルム；０．０１ｍｍ（０．４ミル）厚のアクリル酸イソオクチルアクリル酸感圧性接着剤を使って硫酸バリウム入りポリエチレンテレフタレートフィルム（０．０５ｍｍ（２ミル）厚）をヴィクイティ（Vikuiti（商標））ＥＳＲフィルムにラミネートして作ったフィルムで、結果のラミネートフィルムはここでは「ＥＤＲＩＩ」フィルムとして参照する；東レ工業（Toray Industries, Inc）から入手可能なＥ−６０シリーズルミラー（Lumirror（商標））ポリエステルフィルム、Ｗ．Ｌ．ゴア＆アソシエート社（W. L. Gore & Associates,Inc.）から入手可能な多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム；ラブスフェアー社（Labsphere,Inc.）から入手可能なスペクトラロン（Spectralon（商標））反射材料；アラノドアルミニウム−ベレドラング社（Alanod Aluminum-Veredlung GmbH & Co.）から入手可能なミロ（Miro（商標））陽極酸化処理アルミニウムフィルム（Miro（商標））２フィルムを含む）；古川電工（Furukawa Electric Co. Ltd.）よりのＭＣＰＥＴ高反射率発泡シート；及び三井化学社（Mitsui Chemicals, Inc.）から入手可能なホワイトレフスター（White Refstar（商標））フィルムとＭＴフィルムがある。背面反射器はほぼ平坦で滑らかでよい。或いは光散乱又は混合を高めるために構造化された表面と組み合わせてもよい。このような構造化された表面は（ａ）背面反射器の反射表面、又は（ｂ）反射表面に適用した透明なコーティング、に付与してもよい。前者の場合、高反射フィルムは、構造化された表面が事前に形成された基材にラミネートでき、又は、高反射フィルムは平坦な基材（３Ｍ社より入手できるヴィクイティ（Vikuiti（商標））耐久強化鏡面反射メタル（Durable Enhanced -Reflector-Metal（ＤＥＳＲ−Ｍ））反射器のような薄いメタルシート）にラミネートできて、続いて構造化された表面を刻印操作を施して形成する。後者の場合は、構造化された表面をもつ透明なフィルムを平坦な反射表面に適用でき、又は、透明なフィルムは反射器に適用した後に構造化された表面を透明なフィルムの表に付与する。

背面反射器は光源が実装されている連続の単一（かつ破断していない）層であってよい。又は、非連続的に別の小片で作ってもよい。又は、光源が貫通できる個別の開口部を含む限り、さもなければ連続的な層内に、非連続的に個別の小片によって若しくは非連続的に作ってもよい。例えば、反射材料の片は、各片がＬＥＤの一つの列から別の列に広がる十分な幅を持ち、バックライト出力領域の対向する境界を結ぶ十分な長さを持てば、ＬＥＤの列が実装されている基材に適用出来る。

図５〜８はいくつかの光源の図を示している。開示されたバックライトで使うことが出来るが、それに限定されることは意図していない。光源のイラストはパッケージ化されたＬＥＤを含む。図５、６、及び８の光源は側方発光のＬＥＤパッケージを示しており、ＬＥＤダイからの光は集積されたカプセル部又はレンズ要素によって反射及び／又は屈折されて光源の対象軸線に沿って前方向よりむしろ一般的に横方向にピーク発光させられる。図７の光源は前方発光のものである。

図５では光源１５０はフレーム１５２に載せられ、電気的にリード線１５３に接続されたＬＥＤダイ１５１を含んでいる。リード線１５３は電気的、物理的に光源１５０を回路基板又は類似物につなぐために使われる。レンズ１５４はフレーム１５２に取り付けられている。レンズ１５４はレンズの上側へ発した光が上面１５５上で内部全反射するようにデザインされている。上側の底面１５６に入射して装置外へと屈折させるためである。レンズの下側１５７へ発した光も装置外へと屈折される。米国特許出願公開ＵＳ２００４／０２３３６６５（ウエスト（West）ら）も参照のこと。

図６では、光源１６０はリードフレーム１６１に実装されたＬＥＤダイ（図示されず）を含む。透明なカプセル部１６２はＬＥＤダイ、リードフレーム１６１及び電気リード線の一部分をカプセル化している。カプセル部１６２はＬＥＤダイ表面の垂線を含む平面に関する対照反射を示す。カプセル部は曲面１６４で定義される窪み１６３を有する。窪み１６３は本質的に直線で対照面上の中心にあり反射コーティング１６５が少なくとも表面１６４の一部上に配置される。ＬＥＤダイから放射する光は反射コーティング１６５に反射して反射光線を形成し、次にカプセル部の屈折面１６６で屈折され、屈折光線１６７を形成する。米国特許６，６７４，０９６（ソマーズ（Sommers））も参照。

図７では、光源１７０はリードフレーム１７３の切り込み反射器領域１７２に配置されたＬＥＤダイ１７１を含む。電力はリードフレームからＬＥＤダイ１７１へのワイヤー結合接続によって、リードフレーム１７３及び別のリードフレーム１７４で光源に供給される。ＬＥＤダイは蛍光材料１７５の層をその上に持ち、全アセンブリはレンズ化された前側表面を有する透明な封入エポキシ樹脂１７６に組み込まれている。エネルギーが与えられると、ＬＥＤダイ１７１のトップ面は青い光を発生させる。この青い光の一部は蛍光材料層を通り抜けて蛍光材料により発する黄色の光と結合して白色光を出す。別の方法として、蛍光材料層は光源がＬＥＤダイ１７１によって作り出される青い光（又は希望により別の色）だけを出すように省いてもよい。いずれの場合も白又は着色光は光源１７０の対照軸に沿って必然的に前方に発光してピーク光を作り出す。米国特許５，９５９，３１６（ロワリー（Lowery））も参照。

図８では、光源１８０はパッケージベース１８２により支持されるＬＥＤダイ１８１を有する。レンズ１８３はベース１８２と組み合わされている。パッケージ軸線１８４はベース１８２とレンズ１８３のセンターを通り抜ける。レンズ１８３の形はＬＥＤダイ１８１とレンズ１８３の間にある１８４の容積を規定する。１８４の容積はシリコーン又は他の樹脂、空気、ガス、真空のような適切な剤で埋められシールされる。レンズ１８３は鋸歯屈折部分１８５及び全内部反射（ＴＩＲ）じょうご部分１８６を含む。鋸歯部分は光がレンズ１８３からパッケージ軸線１８４に対して９０度角に可能な限り近く出るように光を屈折させ曲げるようにデザインされている。米国特許６，５９８，９９８（ウエスト（West）ら）も参照。

多色光源は、白色光を作り出すのに使うかどうかににかかわらず、バックライトで様々な形をとることが出来て、バックライト出力領域の色と白色度均一性に異なる効果をもたらす。一つのアプローチでは、複数のＬＥＤダイ（例えば、赤、緑、青の光を発するダイ）全てを相互に近づけてリードフレーム又は他の基材上に実装し、それから、単一のカプセル部材料と単一パッケージを作るために一緒に封入することである。これは単一レンズ構成要素を含んでもよい。これらの光源は任意の個別の色の一つ、又は全ての色を同時に発するようにコントロールができる。もう一つのアプローチては、パッケージごとに一つのＬＥＤダイと単色発光を有する、個別にパッケージ化された複数のＬＥＤを一緒にクラスター化できる。クラスターは青／黄色又は赤／緑／青のような異なる色を出すパッケージ化されたＬＥＤの組み合わせを含む。更にもう一つのアプローチでは、このように個別にパッケージ化された多色のＬＥＤは一つ以上の線、配列、又はその他のパターンに配置できる。

光源の選択によって、背面反射器、分光器、及びバックライトのその他の構成要素は異なる量の紫外線に晒されることになる。ＣＣＦＬ及びＨＣＦＬの光源では一般的にＬＥＤ光源よりもより多くの紫外線が出る。この理由で、バックライトの構成要素はＵＶ吸収器又は安定器を組入れてもよい。又は、ＵＶ劣化を最小にするために選ばれた材料を使ってもよい。ＬＥＤのような低ＵＶ光源がバックライトを照明するために使われている場合はＵＶ吸収器や類似のものは必要ないかもしれないし、材料の選択の幅が広くなる。

特に指示がなければ、仕様書と請求項で使われている全ての特徴の寸法、量、物性、数字は「約（about）」という言葉に置き換えるられることを理解すべきである。それ故に、特に指示がないかぎり、本仕様及び請求項で規定された数字のパラメーターは近似値であり当該技術分野での専門家によりここで開示される方法を使い獲得できると期待される性能は異なる。

本発明の範囲及び精神から逸脱しない、本発明の様々な修正及び変更が、当業者には明らかであろうし、本発明は、ここに記載された例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。

本明細書全体を通して、同じ参照符号が同じ要素を示す添付の図面を参照する。

バックライトを含むディスプレイシステムの透視分解図。図１に似ている図だが、バックライト出力領域の後ろに配置された分離光源の位置を破線で示している。分光器を使う一つのバックライト概略の側面図。もう一つのバックライトの概略の側面図で、ひとつは二機能性分光器を使っている。線３ａ−３ａに沿った図３のバックライトの概略平面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。一つ以上の光源と組み合わせた異なる二機能性分光器の概略の断面図。開示されたバックライトの光源として使える各種のパッケージ化されたＬＥＤの図。開示されたバックライトの光源として使える各種のパッケージ化されたＬＥＤの図。開示されたバックライトの光源として使える各種のパッケージ化されたＬＥＤの図。開示されたバックライトの光源として使える各種のパッケージ化されたＬＥＤの図。

Claims

出力領域を有する直下型のバックライトであって、
第一及び第二の光源が前記出力領域の後ろに配置され、第一及び第二の光源は互いに離されており、それぞれが少なくとも第一の光成分を前記出力領域に向かって照射しており、
第一及び第二の反射面を備えた第一の分光器が前記第一及び第二の光源と前記出力領域との間に配置され、
前記第一の光成分の少なくとも一部を前記出力領域から離れるように方向を変えるために、前記第一の反射面は斜めに配置され、前記出力領域に関して横方向に伝播する第二の光成分の少なくとも一部を、前記出力領域に向かうように方向を変えるために、前記第二の反射面は斜めに配置される、バックライト。
前記出力領域は拡散プレートの表面である、請求項１に記載のバックライト。
背面反射器及び反射側壁を更に有し、前記第一及び第二の光源は前記背面反射器と前記出力領域との間に配置される、請求項１に記載のバックライト。
前記第一及び第二の光源は第一列の光源の一部であり、前記分光器は細長い形状を有するとともに前記第一列の光源に平行に延びるように方向付けられる、請求項１に記載のバックライト。
前記第一の光源は第一色の光を発し、前記第二の光源は第一色と異なる第二色の光を発する、請求項４に記載のバックライト。
前記第一列の光源は更に、前記第一色及び前記第二色とは異なる第三色の光を発する第三の光源を含む、請求項４に記載のバックライト。
前記第一色、前記第二色及び前記第三色は赤、緑、青の群から選ばれる、請求項６に記載のバックライト。
前記第一及び第二の光源はＬＥＤである、請求項１に記載のバックライト。
前記ＬＥＤが、少なくともある量の光をパッケージから横向きに発するようにパッケージ化される、請求項８に記載のバックライト。
前記第一の分光器が反射フィルムを含み、前記第一及び第二の反射面は前記反射フィルムの互いに反対側の主表面である、請求項１に記載のバックライト。
前記第一の分光器が別個の第一及び第二の反射フィルムを含み、前記第一の反射フィルムは前記第一の反射面を含み、前記第二の反射フィルムは前記第二の反射面を含む、請求項１に記載のバックライト。
前記第一及び第二の反射面が平面である、請求項１に記載のバックライト。
前記第一及び第二の反射面が光を鏡面的に反射する、請求項１に記載のバックライト。
前記第一及び第二の反射面が光を拡散的に反射する、請求項１に記載のバックライト。
前記光源が非対称な断面形状を有する、請求項１に記載のバックライト。
前記第一の反射面が光を透過しない、請求項１に記載のバックライト。
前記第一の反射面が部分的に光を透過する、請求項１に記載のバックライト。
前記第一の反射面が２０％から８０％の垂直入射光線、拡散入射光線、または実質的な入射光線を透過する、請求項１７に記載のバックライト。
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。
前記ディスプレイパネルが液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む、請求項１９に記載の組み合わせ。
請求項２０の組み合わせを含むＬＣＤテレビ。