JP5819723B2 - 傾斜した光源を備える中空のバックライト - Google Patents

Description

本開示は、一般にバックライトと呼ばれる、ディスプレイ又は図形を照明するのに適した広域面積型（extended area）光源に関する。

バックライトは、ＬＣＤコンピュータのモニター、携帯電話ディスプレイ、携帯情報端末、及び他の手持ち式のデバイスなどのディスプレイを照明するのに使用される。重量を低減するために、中空のバックライトが開発されている。いくつかの中空のバックライトは、対称的な集光器又は光注入器（対称的な放物線状の集光器を含む）を光源と組み合わせて使用し、光を中空の光キャビティ内に向ける。しかしながら、このような光注入器は、対称的な光注入器の体積のために、ディスプレイの全体的な寸法を増加させる。ディスプレイの寸法における増加は、対称的な光注入器の寸法を適合させるために必要とされる、ベゼルの増加幅によるものである。

図８は、対称的な光注入器を使用する先行技術のバックライト８００を示す。バックライト８００は、光キャビティ８０８を画定する前方反射体８０２、後方反射体８０４、及び側面反射体８０６を有する。光源８１０と光キャビティ８０８との間で、複合の放物線状集光器８１２は、光源からの光を光キャビティ内に向ける。ベゼル幅は「Ｗ」として特定される。

一実施形態では、本発明は、中空の光キャビティを形成するために配置された前方反射体及び後方反射体と、前方反射体の１つの端部に近接する第１の光源であって、前方反射体の平面に対する接線に平行な線と、第１の光源の開口面に垂直かつ開口面を二分する線との交点によって規定される４５°〜９０°の傾斜角を有する第１の光源と、第１の光源からの光を中空の光キャビティ内に向けるための、第１の非対称な光コリメータであって、第１の光源の開口面から、第１の光コリメータに対する接線が水平である後方反射体上の点まで延びる湾曲を有する第１の光コリメータとを含み、後方反射体が、１５°未満の分散角度を有する半鏡面材料を含む、バックライトを提供する。

別の実施形態では、本発明は、前方反射体のもう一方の端部に近接する第２の光源であって、前方反射体の平面に対する接線に平行な線と、第２の光源の開口面に垂直かつ開口面を二分する線との交点によって規定される４５°〜９０°の傾斜角を有する第２の光源と、第２の光源からの光を中空の光キャビティに向けるための第２の非対称な光コリメータであって、第２の光源の開口面から、第２の光コリメータに対する接線が水平である後方反射体上の点まで延びる湾曲を有する第２の光コリメータとを更に含む、上記のバックライトを提供する。

他の実施形態において、非対称な光コリメータは湾曲しており、非対称なコリメータは放物線状であり、光源と前方及び後方反射体との間に配置された２つ以上の非対称なコリメータが存在してもよく、光源はＣＣＦＬランプ又はＬＥＤダイを含む。

バックライトの一実施形態の概略断面図。 バックライトの一実施形態の概略断面図。 バックライトの一実施形態の概略断面図。 光学式ディスプレイの一実施形態の概略断面図。 光学式ディスプレイの一実施形態の概略断面図。 輝度対垂直位置のプロット。 バックライトの一実施形態の概略断面図。 先行技術のバックライトの概略断面図。

いくつかの利点の中で、本発明のバックライトは、中実の光導体を含むバックライトよりも重量において、より軽く、中空のエッジライト式バックライトシステムのベゼルの幅を減少させる方法を提供しながら、意図される用途に適切な輝度及び空間均一性を提供する。本発明のバックライトは、蛍光管及びＬＥＤ光源の両方に有用性がある。このようなバックライトは、ＬＣＤ、看板ボックス及び照明器具での使用に有用性がある。

本発明のバックライトの一実施形態は図１に示されている。バックライト１００は、中空の光キャビティ１０６を形成する方法で配置されている前方反射体１０２及び後方反射体１０４を含む。この実施形態では、前方反射体１０２は平面的である。他の実施形態では、前方反射体は湾曲していてもよく、あるいは湾曲を有してもよい。光源１０８は、前方反射体１０２に近接し、その前方反射体１０２の接線に対する位置は、傾斜角１１０によって画定される。傾斜角１１０は、ｉ）前方反射体の平面に対する接線と平行である線１２２、及びｉｉ）光源の開口面１２６に垂直であり、これを二分する線１２４の交点１２８によって画定される。

傾斜角は一般的に５°〜９０°の範囲であってもよく、５°〜９０°のいずれかの数又はこれらの範囲であってもよい。他の実施形態では、傾斜角は１５°、３０°、４５°、６０°、又は９０°、あるいは１５°〜９０°のいずれかの数若しくはこれらの範囲であり得る。

光源１０８は、光要素１１２、光要素反射体１１４、及び中空の光キャビティ内に光を向けるための非対称な光コリメータ１１６を含む。コリメータに関して「非対称」とは、各コリメータが、例えば異なる長さ（長さゼロを含む）、異なる形状、又はこの両方を有して、光源に対して異なった形であるということを意味する。第１の光コリメータ１１６は、光源１０８と後方反射体１０４との間へ、かつ光キャビティ内に延びる。この実施形態において、第２の光コリメータは、光源１０８と前方反射体１０２との間に長さを有さない。この実施形態において、光コリメータ１１６及び後方反射体１０４は一体型である。他の実施形態において、光コリメータ及び後方反射体若しくはそれらの部分は、別個の構成要素とすることができ、又は異なる材料から作製することができる。

光コリメータ１１６と後方反射体との間の境界線は、光コリメータへの接線が水平１０５である場所である。

図１に示されるように、光コリメータ１１６は湾曲しているか、又は湾曲を有する。前方反射体１０２に当たる光は、比較的大きな入射角を有することが望ましい。したがって、光線は、望ましくは接線１２２から比較的小さな角度で光源から提供される。しかしながら、光の一部は、接線１２２から比較的大きな角度で供給されてもよい。この場合では、湾曲した光コリメータはそのような光を反射して、それによって、そのような光が比較的大きな入射角で、前方反射体１２２に当たる。他の実施形態において、光コリメータ１１６の湾曲は、開口面１２６の交点に位置するその頂点、及び開口面１２６と前方反射体１０２の交点でその焦点を備える放物線状であるものとして説明することができる。ゆえに、放物線の軸線は望ましくは、開口面１２６に平行である。この実施形態において、光要素は冷陰極管（ＣＣＦＬ）であり、光要素反射体は、一対のインボリュート１１８、１２０として説明することができる。

他の実施形態において、光要素反射体は光要素を包囲する任意の一般的な形状によって説明することができる。このような形状には、卵形、矩形、又は台形の部分が挙げられるが、これらに限られない。

いくつかの実施形態において、例えば傾斜角が９０°であるとき、光要素は前方反射体に対する直接的な視線方向を有さないことが望ましい。そのような場合において、光要素及び現存する光要素反射体はともに、光構成要素反射体が前方反射体と交差する点を中心として更に回転してもよい。光要素反射体は次いで、前方反射体から後方反射体までのその遠位端間に反射性延長体を有してもよい。その拡張部は平面的又は湾曲していてもよい。一実施形態において、拡張部は円弧である。

他の実施形態において、光要素は光要素反射体を備える、又は備えないＬＥＤであっても、若しくはＬＥＤの列であってもよい。更に、ＬＥＤは、それぞれに近接して、かつそれぞれと中空のキャビティとの間に、光抽出及び／又は光の平行化を促進する屈折レンズ要素を有してもよい。ＬＥＤ間、又は存在する場合は、屈折レンズ要素とコリメータとの間のいずれかに延びる光要素反射体が更にあってもよい。これらの光要素反射体は平面的であってもよく、あるいは湾曲した横断面を有してもよい。望ましくは、ヒートシンク、例えば光源の周辺を覆い、かつコリメータの一部分の上に延びるヒートシンクが、ＬＥＤ光要素とともに使用されて、ＬＥＤからの熱を取り込むことができる。

所望により、他の可視光線エミッタ、例えば熱陰極管（ＨＣＦＬ）、外部電極蛍光ランプ（ＥＥＦＬ）、又は光パイプ（例えば、米国特許第６，２６７，４９２号に記載されるような）は、開示されるバックライト用の光源で使用することができる。更に、例えば冷白色と温白色を含み（ＣＣＦＬ／ＬＥＤ）、異なるスペクトルを放射するＣＣＦＬ／ＨＣＦＬ／ＥＥＦＬなどの複合システムを使用することができる。発光体の組み合わせは、幅広く異なってもよく、ＬＥＤとＣＣＦＬ、及び例えば複数のＣＣＦＬ、異なる色の複数のＣＣＦＬ、並びにＬＥＤとＣＣＦＬなど多数を含んでもよい。

蛍光ランプとともに使用される光要素反射体は、望ましくは、図１に示されるように、蛍光管の円形横断面の一対のインボリュートの形態に成形される。

本発明のバックライト２００の別の実施形態は図２に示されている。バックライト２００は、中空の光キャビティ２０６を形成する方法で配置されている前方反射体２０２及び後方反射体２０４を含む。光源２０８は、前方反射体２０２に近接し、上記で定義されているように、その前方反射体２０２に対する位置は、傾斜角２１０によって画定される。光源２０８は、光要素２１２、光要素反射体２１４、及び中空の光キャビティ２０６内に光を向けるための第１及び第２の非対称な光コリメータ２１６、２１７を含む。光コリメータ２１６と後方反射体との間の境界線は、光コリメータへの接線が水平２０５である場所である。光コリメータ２１７は、一般的に光コリメータ２１６未満の長さを有し、光源２０８と前方反射体２０２との間に延びる。

光コリメータ２１７は、平面的であっても、又は湾曲を有してもよい。前方反射体２０２に当たる光は比較的大きな入射角を有することが望ましい。傾斜角２１０が小さく、よって所望よりも大きな角度で前方反射体２０２に当たる前方に伝播する一部の光が存在する場合、光コリメータ２１７は、それが光を下方に、かつ後方反射体２０４又は光コリメータ２１６からの反射による角度で反射により向け直すように配置されてもよく、光線は所望の角度で前方反射体２０２に当たる。このように、光コリメータ２１６及び２１７によってもたらされる光の平行化は、光源からの光線を、望ましく小さな角度で、前方反射体２０２に提供する。他の実施形態において、光コリメータ２１７の湾曲は、放物線状部分として説明することができる。この実施形態では、光要素は冷陰極管（ＣＣＦＬ）であり、光要素反射体２１４は、一対のインボリュートとして説明することができる。

本発明のバックライト３００の別の実施形態は図３に示されている。バックライト３００は、中空の光キャビティ３０６を形成する方法で配置されている前方反射体３０２及び後方反射体３０４を含む。第１の光源２０８及び第２の光源２１０はそれぞれ、前方反射体３０２に近接し、前方反射体に相対的なそれらの位置は、傾斜角３１２によって画定される。各光源は、２つの光要素３１４、光要素反射体３１６、及び中空の光キャビティ３０６内に光を向けるための各光源のための光コリメータ３１８、３２０を含む。光コリメータ３１８と後方反射体との間の境界は、光コリメータへの接線が水平３０５である場所である。

本発明のバックライト７００の別の実施形態は図７に示されている。バックライト７００は、中空の光キャビティ７０６を形成する方法で配置されている前方反射体７０２及び後方反射体７０４を含む。光源７０８は、前方反射体７０２に近接し、上記で定義されているように、その前方反射体７０２に対する位置は、傾斜角７１０によって画定される。光源２０８は、ＬＥＤダイ７１２、及び中空の光キャビティ７０６内に光を向けるための第１の非対称な光コリメータ７１６を含む。光コリメータ７１６と後方反射体との間の境界線は、光コリメータへの接線が水平７０５である場所である。

後方反射体及び光コリメータは両方とも、中空の光キャビティ内を向く、高度に反射性の表面を提供するシート材料を含み、反射表面１６０、１６２は、入射光線ビームの広がった反射ビームへの拡散を限定され、制御されたものにすることができる。このタイプの材料は、「散乱反射材料」という一般的な説明のもとで既知であり、反射ビームの角度の広がりによって、「広（wide）」又は「狭（narrow）」散乱反射材料として更に分類されることができる（Ｊａｍｅｓ ａｎｄ Ｊａｍｅｓにより発行された「Ｄａｙｌｉｇｈｔｉｎｇ ｉｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ−Ａ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｂｏｏｋ」Ｌｏｎｄｏｎ，１９９３．ＩＳＢＮ １−８７３９３６−２１−４、４．３〜４．５ページを参照）。一般的に反射表面１６０、１６２は、狭散乱反射体を含むが（それは１５°未満の、又はより典型的には本用途では約５°〜１５°の分散角度を有するということを意味する）、その反射率は、表面に垂直以外の方向に入射する光に関しては実質的には低減されないべきで、少なくとも８５％（好ましくは少なくとも９０％、最も望ましくは少なくとも９８％）である。

用語「分散角度」は、反射光の最大強度角度（Ｉ_ｍａｘ）の方向と、値Ｉ_ｍａｘ／２を備える強度の方向との間の角度を意味し、Ｉ_ｍａｘの方向を中心として対称である反射光強度の分布曲線を仮定する。反射光の強度分布曲線が（Ｉ_ｍａｘ）の方向を中心として対称的でない場合、用語「分散角度」は、本明細書で使用されるとき、Ｉ_ｍａｘの方向とＩ_ｍａｘ／２の方向との間の角度を意味する。広がった反射ビームは、最大強度の方向において顕著なピークを呈してもよく、又は呈さなくてもよい。

好適な高反射性材料の例には、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＩＫＵＩＴＩ（商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＥＳＲ）多層高分子フィルム、０．４ミル厚のイソオクチルアクリレートアクリル酸感圧接着剤を使用して、硫酸バリウムが加えられたポリエチレンテレフタレートフィルム（２ミル厚）をＶＩＫＵＩＴＩ（商標）ＥＳＲフィルムに積層することによって作製されるフィルム（得られる積層フィルムは本明細書において「ＥＤＲ ＩＩ」フィルムと呼ばれる）、Ｔｏｒａｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＥ−６０シリーズＬＵＭＩＲＲＯＲ（商標）ポリエステルフィルム、Ａｌａｎｏｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｖｅｒｅｄｌｕｎｇ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．から入手可能なＭＩＲＯ（商標）陽極処理アルミニウムフィルム（ＭＩＲＯ（商標）２フィルムを含む）、及び３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＳＩＬＶＥＲＬＵＸ及び／又はＥＣＰ ３０５＋Ｓｏｌａｒ Ｆｉｌｍが挙げられる。

中空の光キャビティを向く後方反射体の反射表面は、実質的に平坦、かつ平滑であることができ、あるいはそれは、光散乱又は混合を向上するためのこれに関連する構造化表面を有してもよい。そのような構造化表面は、（ａ）後方反射体の反射表面１６０若しくはコリメータ、又は両方の上、あるいは（ｂ）表面に塗布された透明なコーティング上に付与することができる。前者の場合では、高反射フィルムは、構造化面が予め形成された基板に積層されてもよく、又は高反射フィルムは、平坦な基板（例えば３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＩＫＵＩＴＩ（商標）（ＤＥＳＲ−Ｍ：Ｄｕｒａｂｌｅ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌなど）に積層され、その後で刻印操作などにより構造化表面が形成されてもよい。後者の場合では、構造化表面を有する透明なフィルムは、平坦な反射表面に積層することができ、又は透明なフィルムは反射体に適用され、次いで、その後、構造化表面は透明フィルムの上部に付与することができ、あるいは、反射金属コーティングが、蒸発コーティングによって、例えば構造化表面を有する透明フィルムの構造化側又は平面側のいずれかに塗布されてもよい。

別の実施形態では、後方反射体は半鏡面反射体であり得る。「半鏡面反射体」は、逆方向散乱光より、実質的により多くの順方向散乱光を反射する鏡面反射体を指す。本開示の後方反射体には、任意の適切な半鏡面材料を使用することができる。例えば、半鏡面後方反射体は、高反射率拡散反射体上に部分的に透過する鏡面反射体を含むことができる。好適な半鏡面反射体には、以下に記載の第１側又は主表面上に細長いレンズ形状構造体を有する線状レンズフィルムに近接するＥＳＲ（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙより入手可能）が挙げられる。線状レンズフィルムは、前方反射体と後方反射体との間に位置し、そのレンズ形状は光要素に平行に走る。

微細複製レンズ状形状は細長く、多くの実施形態では互いに平行に配置される。多くの実施形態では、レンズ形状は、垂直方向においては屈折力を、直交する水平方向においてはわずかな屈折力を有する。

いくつかの実施形態では、レンズ形状は、１〜２５０マイクロメートル、又は１０〜１００マイクロメートル、又は２５〜７５マイクロメートルの範囲の曲率半径を有する。これらのプリズム形状は、１〜２５０マイクロメートル、又は１〜７５マイクロメートル、又は５〜５０マイクロメートルの範囲の高さを有する。多くの実施形態では、上記の平行な細長いレンズ形状は、１〜１０００マイクロメートル、又は１〜５００マイクロメートル、又は１〜２５０マイクロメートル、又は１〜１００マイクロメートル、又は１０〜７５マイクロメートルの範囲の周期又はピッチを有する。

別の実施形態では、半鏡面後方反射体は、高反射鏡面反射体上に部分ランバーシアン拡散体を含むことができる。あるいは、高反射率鏡面反射体上の順方向散乱拡散体が、半鏡面後方反射体を提供することができる。別の好適な半鏡面反射体は、サンドブラストパターンでエンボス加工されたフィルム材料であり、これは商標「ＲＡＤＩＡＮＴ ＬＩＧＨＴ ＦＩＬＭ ＥＭＢＯＳＳＥＤ ＶＭ２０００」でＳｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮの３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である。

本明細書で言及されたように、本開示のバックライトは、ディスプレイシステム用のバックライトとして使用することができる。図４は、光学式ディスプレイ４００の一実施形態の概略断面図である。ディスプレイ４００は、液晶パネル４１０及び液晶パネル４１０に光を提供するように配置された照明組立品４０２を含む。この実施形態では、照明組立品４０２は、バックライト４２０を含み、更なる光管理構成要素４８０、例えば光学フィルムを含むことができる。

図４に示されるように、液晶パネル４１０は、液晶層４１２、入口プレート４１４、及び出口プレート４１６を含む。それぞれがガラス基材を含んでもよい入口プレート４１４及び出口プレート４１６は、それぞれが電極マトリックス、位置合わせ層、偏光子、補償フィルム、保護層、及び他の層を含むことができる。カラーフィルタアレイは、液晶パネル４１０によって表示される画像をカラーにするためのプレート４１４及び４１６のいずれか又は両方とともに含むことができる。液晶パネル４１０では、電極マトリックスによって印加された電界により、液晶層４１２の部分がそれらの光学的状態を変更されている。この状態次第で、液晶層４１２の所定の（ディスプレイ４００のピクセル又はサブピクセルに対応する）部分が、それを透過する光の偏光をより大きく又はより小さく回転させる。入口プレート４１４の入口偏光子、液晶層４１２、出口プレート４１６の出口偏光子を通って前進する光は、偏光子の向き及び光が直面する液晶層の部分の光学的状態によって、様々な程度に減衰される。ディスプレイ４００はこの挙動を活用して、異なる領域で異なる外観を有する電子的に制御可能なディスプレイを提供する。

光管理ユニットと呼ばれることもある光管理構成要素４８０が、バックライト４２０とＬＣパネル４１０との間に配置されてもよい。光管理構成要素４８０は、バックライト４２０から伝播する照射光に影響を及ぼす。例えば、光管理構成要素４８０の配置は、ディフューザ層、すなわち単にディフューザを含んでもよい。ディフューザはバックライト４２０から受け取った光を拡散するのに使用される。

ディフューザは、いずれか好適なディフューザフィルム又はプレートであってもよい。例えば、拡散層は、任意の好適な拡散材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、拡散層は、ガラス、ポリスチレンビーズ、及びＣａＣＯ_３粒子を含む様々な分散相を有するポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の高分子マトリックスを含んでもよい。代表的な拡散体には、Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａの３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な３Ｍ（商標）Ｓｃｏｔｃｈｃａｌ（商標）Ｄｉｆｆｕｓｅｒ Ｆｉｌｍ、タイプ３６３５−３０、３６３５−７０及び３６３５−１００を挙げることができる。

任意的な光管理構成要素４８０は、反射偏光子も含んでもよい。任意の好適なタイプの反射偏光子、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子、拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）、例えば連続／分散相偏光子、ワイヤグリッド反射偏光子、又はコレステリック反射偏光子が使用されてもよい。

ＭＯＦと連続／分散相反射偏光子の両方が、少なくとも２種類の材料、通常は高分子材料の間における屈折率の差異を利用して、１つの偏光状態の光を選択的に反射し、一方で直交する偏光状態にある光を透過させる。ＭＯＦの反射偏光子のいくつかの例は、同一出願人に所有された米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａ ｅｔ ａｌ．）に示されている。ＭＯＦ反射偏光子の市販の例には、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な拡散面を含むＶＩＫＵＩＴＩ（商標）ＤＢＥＦ−Ｄ２８０及びＤＢＥＦ−Ｄ４００多層反射偏光子が挙げられる。

本開示と関連した有用なＤＲＰＦの例には、例えば同一出願人に所有された米国特許第５，８２５，５４３号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ ｅｔ ａｌ．）に記載された連続／分散相反射偏光子と、例えば同一出願人に所有された米国特許第５，８６７，３１６号（Ｃａｒｌｓｏｎ ｅｔ ａｌ．）に記載された拡散反射多層偏光子がある。他の好適なタイプのＤＲＰＦが、米国特許第５，７５１，３８８号（Ｌａｒｓｏｎ）に記載される。

本開示と関連して使用できるワイヤグリッド偏光子のいくつかの例には、例えば米国特許第６，１２２，１０３号（Ｐｅｒｋｉｎｓ ｅｔ ａｌ．）に記載されたものがある。ワイヤグリッド偏光子は、特にＯｒｅｍ，ＵｔａｈのＭｏｘｔｅｋ Ｉｎｃ．から入手可能である。

本開示に関して有用なコレステリック偏光子のいくつかの例は、米国特許第５，７９３，４５６号（Ｂｒｏｅｒ ｅｔ ａｌ．）及び同第６，９１７，３９９号（Ｐｏｋｏｒｎｙ ｅｔ ａｌ．）が挙げられる。コレステリックの偏光子は多くの場合に、コレステリックの偏光子を透過する光が直線偏光に変換されるように、出力側に４分の１波長遅延層を伴って提供される。

いくつかの実施形態では、偏光制御層は、バックライト４２０と反射偏光子との間に提供されてもよい。偏光制御層の例には、４分の１波長遅延層、及び液晶偏光回転層のような偏光回転層が挙げられる。偏光制御層は、リサイクルされる光が反射偏光子を透過する割合が増加するように、反射偏光子から反射された光の偏光を変化させるために使用してもよい。

光管理構成要素４８０の任意的な配置はまた、指向性リサイクル層又はフィルムとも呼ばれる、１つ以上の輝度向上層又はフィルムも含んでもよい。輝度向上層は、軸外光をディスプレイの垂直軸に、より近い方向へと向け直す表面構造体を含む層である。これは液晶パネル４１０を通って軸上を伝播する光の量を増加させるので、観察者が見る画像の輝度及びコントラストを増大させる。輝度向上層の一例は、照明光を屈折と反射で変化させるいくつかのプリズム隆起部を有するプリズム輝度向上層である。ディスプレイシステム１００で使用されることがあるプリズム輝度向上層の例には、ＢＥＦ ＩＩ ９０／２４、ＢＥＦ ＩＩ ９０／５０、ＢＥＦ ＩＩＩＭ ９０／５０及びＢＥＦ ＩＩＩＴを含む、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＩＫＵＩＴＩ（商標）ＢＥＦ ＩＩ及びＢＥＦ ＩＩＩ系のプリズムフィルムが入手可能である。輝度向上は、本明細書で更に詳しく説明される前方反射体の実施形態のいくつかによって提供され得る。

光管理構成要素４８０の光学配置はまた、他の指向性リサイクリング・フィルム、例えば、ゲインディフューザも含んでもよく、フィルム又は層の主表面の一方又は両方上に、規則的若しくは不規則なマトリックスアレイに配置されたビーズ、丸い半球体、ピラミッド、又は他の突出した構造体などの構造体を含んでもよい。

図４に記載されている実施形態のディスプレイシステム４００は、バックライト４２０を含む。バックライト４２０は、中空の光リサイクリング・キャビティ４６２を形成する前方反射体４３０及び後方反射体４６０を含む。キャビティ４６２は、出力面４６４を含む。出力面４６４は、任意の好適な形状、例えば矩形であってもよく、例えば対角線で測定して約３０ｍｍの携帯電話用のサブディスプレイから、対角線で測定して約３０ｃｍのラップトップコンピュータのスクリーン、対角線で測定して約５０ｃｍ、８０ｃｍ、１００ｃｍ、１５０ｃｍ又はそれ以上のモニター若しくはテレビまでの範囲のいずれか所望のディスプレイ用途に使用可能な寸法であってもよい。この実施形態では、バックライト４２０は、キャビティ４６２内に光を放射するために配置された単一の光源４６６を含む。光源４６６は、前方反射体４３０に近接し、その前方反射体４３０に対する位置は、傾斜角４１２によって画定される。光源４６６は、光要素４１４、光要素反射体４１６、及び中空の光キャビティ４６２内に光を向けるための非対称な光コリメータ４１８を含む。この実施形態では、バックライト４２０は、光源を含まない側部上で中空の光キャビティ４６２の周囲を包囲する側部反射体又は表面４６８を含む。これらの壁の形成には、後方反射体４６０に使用するのと同じ反射材を使用しても、あるいは異なる反射材を使用してもよい。

図４のディスプレイ４００のバックライト４２０は、複数の指向性リサイクリング・フィルム又は層４３２を含む前方反射体４３０を含む。他の実施形態では、単一の指向性リサイクリング・フィルム又は層が使用される。指向性リサイクリング・フィルムは、ディスプレイの軸により近い方向で軸外の光を向け直す表面構造体を一般的に含む光学フィルムである。これは液晶パネル４１０を通って軸上を伝播する光の量を増加させるので、観察者が見る画像の輝度及びコントラストを増大させる。指向性リサイクリング・フィルムは典型的に、中空の光キャビティ４６２から中空の光キャビティに入射する光の有意な割合をリサイクリング・キャビティ内に戻すか、又はリサイクルする。指向性リサイクリング・フィルムはまた、輝度向上フィルム又は輝度向上層と呼ばれることもある。いくつかの指向性リサイクリング・フィルムは、光を向け直す、細長いプリズムのアレイを含むことができる。他の指向性リサイクリング・フィルムは、ゲインディフューザと呼ばれることがあり、フィルム又は層の主表面の一方又は両方の上に、規則的若しくは不規則なマトリックスアレイに配置されている、ビーズ、丸い半球体、ピラミッド、又は他の突出した構造体を含んでもよい。

前方反射体は、キャビティ内の比較的高いリサイクリングを支援するため、比較的高い全体的反射率を有する。これは、その上にあらゆる可能な方向から光が入射するときの、構成要素又は構成要素の積み重ね体（表面、フィルム、又はフィルムの集合体のいずれでも）の合計反射率を意味する、「半球反射率」の観点から特徴付けることができる。したがって、構成要素は、垂直方向の付近で中心とした半球内で全方向（及び特に指定がない場合は、全ての偏光状態）から入射する（意図された用途に適切なスペクトル分布を有する）光で照射され、その同一の半球内に反射された全光は収集される。入射光の光束合計に対する、反射した光束合計の比は、半球反射率、Ｒ_ｈｅｍｉとなる。反射板をＲ_ｈｅｍｉについて特性付けると、リサイクリング・キャビティのために特に便利である。光は通常、キャビティの内部表面、すなわち前側反射板、後側反射板又は側面反射板であろうとあらゆる角度で入射するからである。更に、垂直入射の反射率とは異なり、Ｒ_ｈｅｍｉは入射角による反射率の変動を考慮に入れているため、これは一部の構成要素（例えばプリズム状フィルムなど）にとっては非常に有意であり得る。

好ましい後方反射体は、半球反射率が高く、通常は前方反射体よりもはるかに高い。これは、前方反射体はバックライトに必要な光を提供するために部分的に透過性となるよう意図的に設計されているからである。リサイクリング・バックライトの構成は、前方反射体及び後方反射体の両方の半球反射率の積に関して、それぞれＲ^ｆ _ｈｅｍｉ及びＲ^ｂ _ｈｅｍｉと特徴付けることができる。好ましくは、積Ｒ^ｆ _ｈｅｍｉ ^＊Ｒ^ｂ _ｈｅｍｉは、少なくとも７０％（０．７０）、又は７５％、又は８０％である。

本開示のバックライトに使用される前方反射体は、２、３、４、５、６、又はそれ以上の指向性リサイクリング・フィルムを様々な組み合わせで含んでもよい。例えばＢＥＦフィルム、並びに他の指向性リサイクリング・フィルムなど、プリズム状フィルムを有する実施形態では、他の指向性リサイクリング・フィルムがプリズム状フィルムよりもキャビティから遠くに配置されている状態で、プリズム状フィルムがリサイクリング・キャビティに最も接近して配置されもよい。このような指向性フィルムは、プリズムが軸、例えば発光軸に平行又は垂直に位置合わせされるように配置されてもよい。

指向性リサイクリング・フィルムとして使用されるプリズム状光学フィルムは、概ね均一な形状のプリズムを含んでもよく、あるいはそれらは、これらの形状、高さ、横方向の位置及び／又は他の寸法的な特徴が、実質的にフィルム上の場所から場所へ変化することがあり得るプリズムを含んでもよい。様々な形状を備えるプリズム状の光学フィルムの例は、米国特許第５，７７１，３２８号（Ｗｏｒｔｍａｎ，ｅｔ ａｌ）及び同第６，３５４，７０９号（Ｃａｍｐｂｅｌｌ，ｅｔ ａｌ．）、並びに米国特許出願公開第２００７／００４７，２５４（Ａ１）号（Ｓｃｈａｒｄｔ，ｅｔ ａｌ．）に記載されている。

いくつかの実施形態では、ゲインディフューザは、前方反射体４３０で指向性リサイクリング・フィルム４３２として使用されてもよい。ゲインディフューザの１つの例は、Ｋｅｉｗａ Ｃｏｒｐ．から入手可能なＯＰＡＬＵＳ ＢＳ−７０２である。他のゲインディフューザは、米国特許出願公開第２００６／０１０３７７７（Ａ１）号（Ｋｏ ｅｔ ａｌ．）、同第２００６／０１４６５６６（Ａ１）号（Ｋｏ ｅｔ ａｌ．）、同第２００６／０１５２９４３（Ａ１）（Ｋｏ ｅｔ ａｌ．）、同第２００６／０１４６５６２（Ａ１）（Ｋｏ ｅｔ ａｌ．）号、同第２００６／０２５０７０７（Ａ１）号（Ｗｈｉｔｎｅｙ ｅｔ ａｌ．）、及び同第２００７／００２４９９４（Ａ１）号（Ｗｈｉｔｎｅｙ ｅｔ ａｌ．）に開示されている。前述の米国特許出願に記載のいくつかのゲインディフューザは、事実上プリズム状である光学素子を含み、また軸上に細長いプリズムのアレイを含んでいるとして記載され得るということは、当業者によって理解されるであろう。かかる光学フィルムは、プリズム状の指向性リサイクリング・フィルムとして記載されてもよく、並びに、ゲインディフューザフィルムとして記載されていてもよい。いくつかの実施形態では、前方反射体はゲインディフューザを含み、プリズム状の指向性リサイクリング・フィルムは必ずしも含まない。他の実施形態では、同一若しくは異なる構造体の１つ、２つ、３つ、又はそれ以上のゲインディフューザが、２つ、３つ、又はそれ以上のプリズム状フィルムと組み合わされる。

本開示のバックライト４２０の前方反射体４３０は、指向性リサイクリング・フィルムとして特徴付けられたもの以外の光学フィルムを含んでもよい。例えば、前方反射体４３０は、例えばＤＢＥＦ、ＤＲＰＦ、又はＡＰＦなど、本明細書に記載されているような反射偏光子を含むことができる。かかる反射偏光子の包含は、バックライトをより効率的にすることを含め、様々な方法でバックライトの性能を改善することができ、あるいは光源への所与のエネルギー入力に対して、より使用可能な光を生成することができる。

他の実施形態では、前方反射体は、（中空の光キャビティに最も近いところから）ディフューザプレート、ＢＥＦフィルム（光源に垂直なプリズム）、ゲインディフューザ、及びＢＥＦフィルム（光源に平行なフィルム）；ディフューザプレート、ディフューザコーティング又は米国特許出願第６１／０１３，７８２号（２００７年１２月１４日出願）に記載され、光学物品のその記載に関して参照により組み込まれるプリズム（光源に垂直なプリズム）と一体化した一体型ディフューザを有するＢＥＦフィルム、並びにＢＥＦフィルム（光源に平行なプリズム）を含むことができる。他の実施形態において、ディフューザプレートは透明なプレートであり得る。

バックライトの前方反射体の指向性リサイクリング・フィルム及び他の光学フィルムは自立していてもよく、あるいは、いくつか又は全てが、例えば、ディスプレイの光管理ユニット内の他のフィルムの記述と併せて本明細書に開示されているような技法を含む、いずれか好適な技法によって、物理的に互いに取り付けられてもよい。更に、「前方反射体」又は「光管理ユニット」のいずれかに含まれているようなフィルムの記載は、任意及び包括的であると見なすことができる。

本開示の例示的実施形態を検討するとともに本開示の範囲内の可能な変形例を参照してきた。本開示のこれらの及び他の変形例及び変更例は開示の範囲から逸脱することなく当業者には明らかであろうとともに、本開示は本明細書に記載された例示的実施形態に限定されないことは理解されよう。したがって、本開示は、冒頭に提示した書類名特許請求の範囲によってのみ限定される。

バックライトの試験の試作品は、図５に示されるバックライトと同じように構築された。バックライト５００は、中空の光キャビティ５３０を形成するための方式で配置されている多層の前方反射体５１０及び後方反射体５２０を含んだ。第１の光源５４０及び第２の光源５４２は、それぞれ前方反射体５１０に近接しており、それらの前方反射体に対する位置は、６０°の傾斜角５４４によって画定された。光要素５４４はＣＣＦＬだった。前方反射体は透明プレート５１２（Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪのＣｙｒｏ ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓからのＡＣＲＹＬＩＴＥ ＦＦアクリルシート）、光源と垂直に走るプリズムを備える細長いプリズム構造体５１４（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮの３Ｍ ＣｏｍｐａｎｙからのＢＥＦＩＩ−５Ｔ）を有する輝度向上フィルムを含んだ。オーバーフィルム５１４は、ゲインディフューザフィルム５１６（ＡＣＥＲの１９インチモニター、モデル番号ＡＬ１９１６Ｗ、アスペクト比１６：１０）であり、上記のフィルム５１６は、光要素に平行に走る細長いプリズムを有する丸い先端（tips）（３Ｍ ＣｏｍｐａｎｙからのＲＢＥＦ−８Ｍ）を有するうプリズムフィルム５１８だった。

光コリメータ５５０は、ＳＯＭＯＳ感光性樹脂１１１２０（Ｅｌｇｉｎ，ＩＬのＤＳＭ Ｄｅｓｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．）から形成され、次いでＤＥＳＲ−Ｍ反射体とともに積層された。光コリメータの湾曲は、開口部５２６とコリメータ５５０の交点でその頂点を備え、開口面５２６と前方反射体５１０の交点５２８でその焦点を備える放物線状であるものとして説明することができる。ゆえに、放射物の軸線は、開口面５２６に平行である。

後方反射体５２０は、ＤＥＳＲ−Ｍから形成され、次いで、中心の柱の上で引っ張られピンと張られ、両面テープで定位置に保持し反射表面５２２を形成した。約４５マイクロメートルのピッチ及び４マイクロメートルのレンズの高さを有する線状のレンズフィルム５２４がコリメータ及び後方反射体の反射面上に配置された。

視野角は、ＡＵＴＲＯＮＩＣ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ ＣＯＮＯＳＣＯＰＥ（Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ，Ｇｅｒｍａｎｙ）を使用して測定された。視野角を、輝度が軸方向の輝度の５０％にまで落ちる角度であると定義して、水平の視野角は±４６°であり、垂直の視野角は±３６．５°だった。これらの視野角はＴＶ及びモニターの用途に非常に適切である。

空間的な均一性は、Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ（Ｄｕｖａｌｌ，ＷＡ）からのＰＲＯＭＥＴＲＩＣイメージングフォトメーター、モデル番号ＰＭ−１６１３Ｆ−１を使用して測定された。ディスプレイの中心を通る垂直プロファイルが図６に示される。測定されたプロファイルは、実線によって示され、所望のプロファイルは破線で示される。キャビティを狭くすることは、中心における光抽出を増加させるのに効果的だった。測定されたデータは、７８８０ｃｄ／ｍ²の最大値を有し、その最大値で除した最小値は８０％である。好ましいプロファイルが図６において破線によって示される。好ましいプロファイルはその曲線の下に、測定されたプロファイルと同じ積分面積を有する。この好ましいプロファイルの中心輝度は７１７０ｃｄ／ｍ²である。

Claims (3)

1. バックライトであって、
   中空の光キャビティを形成するために配置された前方反射体及び後方反射体と、
   前記前方反射体の１つの端部に近接する第１の光源であって、前記前方反射体の平面に対する接線に平行な線と、前記第１の光源の開口面に垂直かつ開口面を二分する線との交点によって規定される４５°〜９０°の傾斜角を有する第１の光源と、
   前記第１の光源からの光を前記中空の光キャビティ内に向けるための、第１の非対称な光コリメータであって、前記第１の光源の前記開口面から、前記第１の光コリメータに対する接線が水平である前記後方反射体上の点まで延びる湾曲を有する第１の光コリメータとを含み、
   前記後方反射体が、１５°未満の分散角度を有する半鏡面材料を含む、バックライト。
2. 前記前方反射体のもう一方の端部に近接する第２の光源であって、前記前方反射体の平面に対する接線に平行な線と、前記第２の光源の開口面に垂直かつ開口面を二分する線との交点によって規定される４５°〜９０°の傾斜角を有する第２の光源と、
   前記第２の光源からの光を前記中空の光キャビティ内に向けるための第２の非対称な光コリメータであって、前記第２の光源の前記開口面から、前記第２の光コリメータに対する接線が水平である前記後方反射体上の点まで延びる湾曲を有する第２の光コリメータとを更に含む、請求項１に記載のバックライト。
3. 前記非対称な光コリメータが放物線状である、請求項１に記載のバックライト。

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