JP5990226B2 - 勾配抽出を備える半鏡面の中空のバックライト - Google Patents

Description

バックライトは、バックライトの出力エリアに対して光源がどこに位置決めされるかによって２つのカテゴリーのいずれかに分類されると考えられる。ここでバックライトの「出力エリア」とは、ディスプレイ装置の可視領域すなわち可視区域に相当する。本明細書では、このバックライトの「出力エリア」を、出力領域又は表面そのものと、出力領域又は表面の面積（平方メートル、平方ミリメートル、平方インチなどの単位を有する数量）と、を区別するために、時に「出力領域」又は「出力面」と呼ぶ。

第１のカテゴリーは「エッジライト（edge-lit）型」である。エッジライト型バックライトでは、平面透視図によると、１つ以上の光源は、通常、出力エリアに対応するエリア又は区域の外側である外縁又は周辺部に沿って配置される。光源はしばしば、バックライトの出力エリアの外縁となるフレームすなわちベゼルによって隠される。光源は一般的に、「ライトガイド」と呼ばれる構成要素に光を放射し、特にノート型コンピュータディスプレイなど、非常に薄い外形のバックライトが望ましい場合に用いられる。このライトガイドは透明、中実であり、長さ及び幅の寸法がバックライト出力エリアの大きさとほぼ同じ、比較的薄いプレートである。ライトガイドは、ライトガイドの全長又は幅をはさんだ縁部に取り付けられたランプからの光をバックライトの反対側の縁部へと移動させる又はガイドするために全内部反射（ＴＩＲ）を用い、局所的抽出構造体の非均一パターンがライトガイドの表面に提供されて、ライトガイドから出たこの導かれた光の一部を、バックライトの出力エリアに向け直す。こうしたバックライトは、ライトガイドの後ろ又は下に配置される反射材料などの光制御フィルム、並びに、ライトガイドの前方又は上に配置される反射偏光フィルム及びプリズム状ＢＥＦフィルムを通常、更に有することによって、法線方向の輝度が高くなっている。

出願者の見地では、既存のエッジライト型バックライトの欠点又は限界としては、特にバックライトのサイズがより大きい場合にライトガイドと関連した質量又は重量が比較的大きいこと、特定のバックライトサイズと特定の光源構成用にライトガイドを射出成形、ないしは別の方法で製造しなければならないので、バックライト間で互換性のない構成要素を使用する必要があること、既存の抽出構造パターンと同様にバックライト内の相互の位置における実質的な空間不均一を必要とする構成要素を使用する必要があること、並びにバックライトのサイズが大きくなるほど、長方形の面積に対する周囲の長さの比率が、特徴的な面内寸法Ｌ（例えば、所定の縦横比の長方形では、バックライトの出力区域の長さ、幅、又は対角線寸法）と共に線形（１／Ｌ）に低下するので、ディスプレイの縁部に沿った空間の制限又は「表面積縮小」のため十分な照明を提供することがより困難になること、が挙げられる。

バックライトの第２のカテゴリーは「直下型（direct-lit）」方式である。直下型方式のバックライトでは、平面図の視点で見て、１つ以上の光源が出力エリアに相当する領域又は範囲のほぼ内側に、通常は範囲内の規則的なアレイ又はパターンとして配置される。あるいは、直下型バックライトの光源は、バックライトの出力エリアのすぐ裏側に配置されているとも言える。高拡散性プレートは、通常、光源の上側に取り付けられて、光を出力エリア一面に広げる。この場合もやはり、拡散プレートの上に反射偏光フィルム及びプリズム状ＢＥＦフィルムなどの光制御フィルムを更に配置して、法線方向の輝度及び効率を高めることができる。

出願人の見地では、既存の直下型バックライトの欠点又は限界としては、高拡散性プレートに関連した非効率性と、ＬＥＤ光源の場合、適切な均一性及び輝度のためにそのような光源が多数必要となり、それに付随する構成要素に関連する高コスト及び発熱と、各光源上の出力エリアに明るいスポットが生じる不均一で好ましくない「パンチスルー」を光源が生じさせるために、バックライトの達成可能な薄さにはそれ以上は薄くできない限界があること、が挙げられる。

場合によっては、直下型バックライトではバックライトの周囲に１つ又は複数の光源を含むことができるか、又はエッジライト型バックライトでは出力エリアの裏側に直接１つ又は複数の光源を含むことができる。そのような場合、光の大半がバックライトの出力エリアの裏側から直接発せられる場合は、このバックライトは「直下型」と見なされ、光の大半がバックライトの出力エリアの周囲から発せられる場合は、このバックライトは「エッジライト型」と見なされる。

通常、あらゆる種類のバックライトが液晶（ＬＣ）ベースのディスプレイと共に使用される。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルは、その操作の方法が理由で光の１つの偏光状態のみを利用する。したがって、ＬＣＤ用途に関しては、単純に偏光されていない場合がある光の輝度及び不均一性だけでなく、正しい又は使用可能な偏光状態の光に対するバックライトの輝度及び不均一性を知ることが重要である場合がある。その点に関しては、他の全ての要素を同一にした場合、使用可能な偏光状態が主体の光又は使用可能な偏光状態でのみ光を放射するバックライトは、非偏光の光を放射するバックライトよりも、ＬＣＤアプリケーションにおいてより効率的である。

しかしながら、使用可能な偏光状態だけではない光を放射するバックライトは、ランダムに偏光された光を放射するという点でも、液晶ディスプレイパネルとバックライトとの間に設けられた吸収偏光子によって、使用できない偏光状態を除去できるので、液晶ディスプレイ用途ではまだ十分使用可能である。

一態様において、本開示は、出力面を有する中空の光リサイクリングキャビティを形成する部分的透過性の前面反射体及び背面反射体を含むバックライトを提供する。バックライトはまた、中空の光リサイクリングキャビティ内に配置された半鏡面素子と、光抽出素子と、を含む。光抽出素子は勾配鏡面性を有する。バックライトは、中空の光リサイクリングキャビティ内に光を注入するように配置された少なくとも１つの光源を更に含む。少なくとも１つの光源は、限定された角度範囲にわたって光を注入するように構成される。

別の態様では、本開示は、ディスプレイパネル、及びディスプレイパネルに光を提供するように配置されたバックライトを含むディスプレイシステムを提供する。バックライトは、出力面を有する中空の光リサイクリングキャビティを形成する部分的透過性の前面反射体及び背面反射体を含む。バックライトはまた、中空の光リサイクリングキャビティ内に配置された半鏡面素子と、光抽出素子と、を含む。光抽出素子は勾配鏡面性を有する。バックライトは、中空の光リサイクリングキャビティ内に光を注入するように配置された少なくとも１つの光源を更に含む。少なくとも１つの光源は、限定された角度範囲にわたって光を注入するように構成される。

本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、上記の要約は、請求される発明の主題に対して限定するものとして決して解釈されるべきではなく、本発明の主題は、特許請求の範囲によってのみ定義されるものであり、その範囲は手続の際に補正される場合もある。

本明細書を通して、添付の図面を参照し、ここで、同じ参照番号は同じ要素を示す。
エッジライト型中空バックライトの一実施形態の概略断面図。 エッジライト型中空バックライトの別の実施形態の概略断面図。 直下型中空バックライトの一実施形態の概略断面図。 前面反射体の様々な実施形態の概略断面図。 前面反射体の様々な実施形態の概略断面図。 前面反射体の様々な実施形態の概略断面図。 エッジライト型中空バックライトの様々な実施形態の概略断面図。 エッジライト型中空バックライトの様々な実施形態の概略断面図。 エッジライト型中空バックライトの様々な実施形態の概略断面図。 エッジライト型中空バックライトの様々な実施形態の概略断面図。 エッジライト型中空バックライトの様々な実施形態の概略断面図。 エッジライト型中空バックライトの様々な実施形態の概略断面図。 ディスプレイシステムの一実施形態の概略断面図。 モデル化された出力光束対位置のグラフ。

図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。図面で用いられる同様の番号は同様の又は類似の構成要素を指す。しかし、所与の図中の構成要素を意味する数字の使用は、同一数字でラベルした別の図中の構成要素を制約するものではないことは理解されよう。

一般的に、本開示は、選択的な出力光束分布を提供するように構成され得る薄型の中空バックライトのいくつかの実施形態を説明する。例えば、いくつかの実施形態では、本開示のバックライトは、均一な光束分布をバックライトの出力面に提供するように構成され得る。「均一」という用語は、視聴者には不快となるであろう観察可能な輝度特性又は不連続性を有さない光束分布を意味する。出力光束分布の許容可能な均一性は、その用途によって決定されることが多く、例えば、一般の照明用途での均一な出力光束分布は、ディスプレイ用途では均一であるとは考えられない。

更に、例えば、本開示のバックライトの少なくとも１つ以上の実施形態は、バックライトの端部領域付近の光束と比較して、出力面の中央領域付近の光束が増大している出力光束分布を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、出力面の端部領域付近の輝度に対する出力面の中央領域付近の輝度の比率は、少なくとも約１．１０である。そのような出力光束分布は、不均一と考慮され得るが、一部の用途に関しては、この種の分布が望ましい場合もある。任意の好適な出力光束分布を提供することが可能である。

これらの実施形態の少なくとも１つでは、バックライトは、出力面を有する中空の光リサイクリングキャビティを形成する部分的透過性の前面反射体及び背面反射体を含む。バックライトは、光リサイクリングキャビティ内に配置された光抽出素子を更に含み、光抽出素子は勾配鏡面性を有する。この代表的なバックライトはまた、キャビティ内に配置された少なくとも１つの半鏡面素子と、限定された角度範囲にわたって光をキャビティ内に光を放射するように配置された１つ以上の光源と、を含む。

本明細書で使用する「出力光束分布」という用語は、バックライトの出力面にわたる輝度の変動を意味する。「輝度」という用語は、単位立体角内への、単位面積当たりの光出力（ｃｄ／ｍ^２）を意味する。

いかなる特定の理論に拘束されるものではないが、本明細書で説明するバックライトの出力光束分布は、以下のパラメータの１つ以上を制御することにより調整可能である。

１．背面反射体に対する前面反射体の位置決め、
２．前面及び背面反射体のうちの一方又は両方の形状、
３．前面及び背面反射体の反射特性及び透過特性、
４．光抽出素子の反射特性、透過特性、及び拡散特性、
５．少なくとも１つの半鏡面素子の反射特性、並びに
６．１つ以上の光源によりキャビティ内へ放射される光の平均光束偏差角。

これらの要因を制御することは、光リサイクリングキャビティを光で充填することと、少なくともその一部分が出力面の所望の位置で前面反射体を透過するように、キャビティ内の光の方向転換又は進路変更させることとの間のバランス調節を伴う。

一般的に、キャビティ内を伝搬する光は、２つの角度分布又は帯域、すなわち移送帯域及び透過帯域に分類されるものと考えられる。移送帯域は、光が前面反射体を簡単には透過しないような方向でキャビティ内を伝搬する光を含む。移送帯域内の光の角度範囲は、少なくともある程度は前面と背面の反射鏡における、光抽出素子の反射特性、伝送特性、拡散特性、キャビティ内の半鏡面要素の反射特性、及びキャビティの幾何学といった、反射特性と伝送特性とに依存する。例えば、本明細書で説明するバックライトのいくつかの実施形態では、例えば前面反射体の主表面に対して３０度以下の角度をなして入射する光に関して反射率の増大を示す様々な前面反射体が含まれている。それらの前面反射体の場合、移送帯域は、前面反射体の表面と３０度以内の方向でキャビティ内を伝搬する光を含むものとして定義できる。他の実施形態では、前面反射体が、オフ角の光に関してこのような反射率の増大を示さない場合もある。それらの実施形態では、移送帯域は、前面反射体の主表面と実質的に平行な方向でキャビティ内を伝搬する光を含むものとして定義できる。

透過帯域は、少なくともその一部分が前面反射体を透過することが可能となる方向でキャビティ内を伝搬する光を含む。換言すれば、透過帯域は、移送帯域内にない伝搬する光を含む。

実質的に平行な前面反射体及び背面反射体を有するバックライトの場合、バックライトの出力面での光束分布は、少なくともある程度は、移送帯域から透過帯域へ光が変換する比率により決定され得る。この比率は、いくつかの要因、例えば、バックライトの前面、背面、及び端面の反射体の反射率及び鏡面性、バックライトの照光端部の数、１つ以上の光源の光注入角、及びバックライトの厚さＨに対する長さＬの比率などによって決まる。厚さＨを調節することにより、移送帯域から透過帯域へ光が変換する比率を少なくともある程度制御できる。

厚さＨは、背面反射体の少なくとも一部分が前面反射体に対して非平行となるように、前面及び背面反射体を位置決めすることにより、調節可能である。例えば、本明細書で更に説明するように、前面反射体と共にくさび形中空光リサイクリングキャビティを形成するように背面反射体を位置決めすることもできる。このくさび形は、厚さＨを提供し、この厚さは、中空の光リサイクリングキャビティ内の少なくとも１つの方向において変化する。

光リサイクリングキャビティの厚さＨはまた、前面及び背面反射体の一方又は両方を非平面状に形成することによっても調整できる。本明細書で使用するとき、「非平面状」という用語は、前面であれ背面であれ、１つの平面内に実質的に含まれ得ない反射体を意味する。実質的に平面状の基材上に形成されたミリメートル以下の構造体を有する反射体は、本出願の趣旨としては非平面状とは見なされないであろう。いくつかの実施形態では、バックライトは、前面反射体に向かって傾斜する１つ以上の部分を含む非平面状の背面反射体を含み得る。これらの傾斜部分は、キャビティ内の所望の位置で移送帯域から透過帯域へ光が変換する比率を増大させるように位置決めされ得る。非平面状の背面反射体を有するバックライトは、例えば、米国特許出願第６１／０３０，７６７号、表題「ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ ＨＡＶＩＮＧ ＳＥＬＥＣＴＥＤ ＯＵＴＰＵＴ ＬＩＧＨＴ ＦＬＵＸ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＵＳＩＮＧ ＳＡＭＥ」に更に記載されている。

本明細書で説明するバックライトの１つ以上によって作り出される光束分布はまた、前面及び背面反射体の一方又は両方の反射及び／又は透過特性を選択することによっても、ある程度制御可能である。例えば、特定の（使用可能な）偏光状態の光のみを放射するよう設計されたバックライトの場合には、前面反射体は、その使用可能な光の横方向の移送又は伝播を支援するため、並びに光線角度をランダム化してバックライト出力の許容可能な空間的均一性を達成するために高い反射率をなしながらも、バックライトの適用輝度が確実に許容可能となるよう用途に使用可能な角度への十分に高い透過率なすことができる。更に、いくつかの実施形態では、リサイクリングキャビティの前面反射体は、一般に入射角と共に増加する反射率、及び一般に入射角と共に減少する透過率をなし、これら反射率及び透過率は、偏光されていない可視光線及び任意の入射平面に関するものであり、及び／又は、使用可能な偏光状態の斜めの光がｐ偏光であるような平面における、使用可能な偏光状態の光に関するものである（更に、前面反射体は高い値の半球反射率をなし、その一方で、用途に使用可能な光について十分に高い透過率をもなす）。

本明細書で説明するバックライトの１つ以上によって作り出される光束分布はまた、光抽出素子の反射特性、透過特性、及び拡散特性を選択することによっても、ある程度制御することができる。光抽出素子は勾配鏡面性を有し、すなわち、光抽出素子との相互作用の後に光線がとる経路は、どこで光線が光抽出素子と交差するかによって決まる。光抽出素子は、屈折、反射、拡散、又は類似のプロセスによって光を正確に抽出するように位置決めされる光抽出パターンを含むことができる。一実施形態では、光抽出素子は、例えば、屈折又は拡散性ビーズ、拡散微粒子、例えば蛍光体などのダウンコンバート材料、ミクロ構造、テクスチャー等を含むことができる。光抽出素子の例は、米国特許第６，８４５，２１２号（Ｇａｒｄｉｎｅｒら）及び同第７，２２３，００５号（Ｌａｍｂら）、並びに米国特許出願第１１／４２１，２４１号にも見出すことができる。蛍光体の例には、他の箇所で記載されているＬＥＤコンバート材料に適したものが挙げられる。抽出機構は、バックライトから光を抽出するように設計された溝、小型レンズ、又は他のミクロ構造化若しくは印刷された機構であってもよい。抽出機構は、鋳造、エンボス加工、微小複製（microreplicating）、印刷、削磨、エッチング、及び当該技術分野において既知の他の方法を含み、しかしこれらに限られないいくつかの複数の方法を使用して、ライトガイドに付与することができる。

バックライトの代表的な実施形態の１つはまた、少なくとも１つの半鏡面素子を含み、その反射特性を選択することによっても出力光束分布をある程度決定できる。例えば、この半鏡面素子は、鏡面特性と拡散特性とのバランスがとれた中空の光リサイクリングキャビティを提供することができ、それら素子は、キャビティ内での有意な横方向の光の移送又は混合を支援するに十分な鏡面性を有するが、キャビティ内に狭い角度範囲にわたってのみ光を注入する場合であっても、キャビティ内で定常状態の光の角度分布をほぼ均質化するに十分な拡散性を有している（更に、特定の（使用可能な）偏光状態の光のみを放射するように設計されたバックライトの場合には、キャビティ内でのリサイクリングには、好ましくは、入射光偏光状態に対する反射光偏光のある程度のランダム化が含まれ、これにより、使用不可能な偏光が、使用可能な偏光に変換される機構がもたらされる）。一部の実施形態では、光抽出素子及び半鏡面素子は、キャビティ内に配置された１つの光学素子に組み合わせることができるが、しかしながら、それらはキャビティ内に配置された別個の素子であってもよい。

最終的に、１つ以上の光源によりキャビティ内に放射された光の平均光束偏差角を制御して、キャビティ内に注入される光の所望の平行化をもたらす手助けとすることができる。例えば、本明細書で説明するバックライトは、最初にリサイクリングキャビティ内に注入される光を横断面（横断面はバックライトの出力エリア又は出力面に平行）に近い伝搬方向に部分的に平行化又は拘束する光注入光学素子を含むことが可能であり、例えば、注入ビームの、横断面からの平均光束偏差角は、０〜４０度、又は０〜３０度、又は０〜１５度の範囲である。光束偏差角に加えて、光源によりキャビティ内に放射される光の形状もまた制御可能である。例えば、放射される光は、放射軸線を中心として半径方向に対称とすることができる。

ＬＣＤパネルのバックライトは、最も単純な形態では、ＬＥＤダイの活性発光面又はＣＣＦＬ電球の蛍光体の外側層などの光発生面と、この光を分配又は拡散することにより、拡張された又は広い面積の照明表面又は区域（バックライト出力面と呼ばれる）を作り出す幾何学的及び光学的配列と、からなる。一般に、極めて高輝度の局所的な光源を広い面積の出力面に変換するこの方法は、バックライトのキャビティ表面全てとの相互作用及び、光発生面との相互作用により、光の損失が結果的に生じる。第１の近似として、このプロセスによって前面反射体に関連して出力エリア又は表面を通って届けられないいずれかの光は、（ある場合は）オプションとして望ましいアプリケーションでの視聴者の錐体視細胞内に、並びに（ある場合は）特定の（例えばＬＣＤに使用可能な）偏光状態で、「損失」した光となる。同一出願人による関連出願には、リサイクリングキャビティを包含する任意のバックライトを、２つの主要なパラメータによって独自に特徴付ける方法論が記載されている。米国特許出願第６０／９３９，０８４号、表題「ＴＨＩＮ ＨＯＬＬＯＷ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ ＷＩＴＨ ＢＥＮＥＦＩＣＩＡＬ ＤＥＳＩＧＮ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳ」を参照されたい。

線光源、又は点光源を均一で延長された領域の光源に変換するバックライトキャビティ、又はより一般的には任意の光キャビティは、反射性光学構成要素と透過性光学構成要素の組み合わせを用いて作製することができる。多くの場合、所望のキャビティは、その横方向寸法と比較して非常に薄い。

従来より、最も薄いバックライトには、一般に中実のライトガイドが使用されており、携帯端末に使用されるような非常に小型のディスプレイを除けば、最も薄いバックライトは、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）などの直線的に連続する光源によって照射されてきた。中実のライトガイドは、ライトガイドの上面及び底面において、光の全内部反射（ＴＩＲ）現象を介して、損失の少ない光の移動及び鏡面反射を提供する。光の鏡面反射は、ライトガイド内の最も効率的な光の横方向の移送をもたらす。中実のライトガイドの上面又は底面に設置される抽出器は、本質的に部分的反射体を作り出し、光をライトガイドの外に向かわせるために光の進路を変更させる。

しかしながら、中実のライトガイドは、大型ディスプレイに関して、コスト、重量及び光の均一性のようないくつかの問題点を提示する。大面積ディスプレイに関する均一性の問題は、バックライトの大きな出力領域の面積と比較すると効率的な点光源である個別の赤／緑／青（ＲＧＢ）着色ＬＥＤの出現と共に大きくなってきている。高輝度点光源は、中実のライトガイドを利用する従来の直下型バックライト並びにエッジライト型に関連する不均一性の問題の原因となり得る。不均一性の問題は、中実のライトガイドと同様に顕著な光の水平移動を更に提供する中空のライトガイドを作製することができれば、大幅に減少し得る。偏光及び光線角度リサイクリングシステムに関する一部の例では、中空のキャビティは中実のキャビティよりも、光をディスプレイの面にわたって横方向に広げる能力がより優れている可能性がある。一般に、中空のライトガイドでこれを効果的に達成するために使用可能な構成要素のいくつかは、バックライト業界でこれまで入手可能ではなく、又は構成要素がすでに存在している場合であっても、中空のライトガイドは今日に至るまで、均一で薄くかつ効率的な中空の光混合キャビティを作り出すための正しい方法で構成されていない。

中実のライトガイドは、全内部反射（ＴＩＲ）現象によって効率的な上部及び下部反射体を提供するにもかかわらず、効率的な中空の反射キャビティは、薄く均一なバックライトを製造するための中実のライトガイドに勝るいくつかの利点を有している。中実のライトガイドは、主として、光が反射偏光子及びその他の輝度向上フィルムなどの他の構成要素と相互作用する前に、光の横方向分散を提供するために使用される。

しかしながら、中実のガイドのＴＩＲ表面は、近年のバックライトの全てのニーズを満たすには不十分であり、通常、中実のライトガイドの上側及び下側の両方に追加の光制御フィルムが付け加えられる。中実のライトガイドを現在使用しているほとんどのシステムは、ＢＥＦ及びＤＢＥＦ（どちらも３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）のような輝度向上フィルムを利用するために、別個の背面反射体も使用している。これらのフィルムは、ライトガイドから抽出されたものの偏光又は伝搬角度が不適切であるためディスプレイに使用することができない光をリサイクルする。後方の反射体は通常白色反射体であり、その反射特性は実質的にランベルトである。しかしながら、横方向の移送の大半は、最初に中実のガイドのＴＩＲ表面で達成され、リサイクルされた光はランベルト背面反射体によってディスプレイに転移されて戻される。別個の上部及び下部光制御フィルムがどうしても必要な場合は、中空のライトガイドを作り、かつ更には反射偏光子及びその他の輝度向上フィルムの機能を同時に提供するために、それらを単独で使用するのがより効率的であり得る。この方法で、中実ガイド、並びにその他の輝度向上フィルムを省略することができる。

中実のライトガイドを空気で置き換え、中実のライトガイドのＴＩＲ表面を、高効率で低損失の反射体で置き換えることを提案する。この種の反射体は、バックライトキャビティ内の、最適な横方向の光の移送を促進するために重要であり得る。光の横方向の移送は、光源の光学的構成によって開始することができ、又は低損失反射体を利用してキャビティ内の光線を高度にリサイクリングすることにより誘発することができる。

中実のライトガイドのＴＩＲ表面を、２つの一般的カテゴリーに分類される空間的に分離された低損失反射体で置き換えることができる。一方は前面用の部分的透過性又は部分的反射体であり、他方は背面及び側面用の完全反射体である。上記のように、いずれにせよ後者はしばしば、中実のライトガイドシステムに加えられる。キャビティ内で光を最適に移動させかつ光を混合するために、前方及び後方の反射体の両方がランベルト面ではなく鏡面反射鏡又は半鏡面反射鏡であってもよい。ある種の半鏡面構成要素は、キャビティ内のある場所で光の均一な混合を促進するために有用である。大きなライトガイドにおいて、光の水平移動の主要媒体として空気を用いることにより、より軽量で低価格な、かつより均一なディスプレイのバックライトの設計が可能となる。

光の横方向の広がりを顕著に促進するための中空のライトガイドにとって、キャビティに光を注入する手段は、中実のライトガイドにおけるのと同様に重要である。中空のライトガイドの形式は、直下型バックライト、特に、複数であるが任意に隔たった区域を有するバックライト内の様々なポイントにおける光の注入に対する選択肢を増やすことができる。中空のライトガイドシステムでは、ＴＩＲ及びランベルト反射体の機能は、鏡面反射鏡と半鏡面反射前方散乱拡散素子の組み合わせによって達成することができる。

本明細書で説明する例示の部分的反射体（前面反射体）、例えば同一出願人に所有された米国特許出願第６０／９３９，０７９号に記載されている非対称反射性フィルム（ＡＲＦ）は、低損失反射をもたらし、中実のライトガイドでのＴＩＲのみによって可能なものよりも良好な、偏光の透過率及び反射率の制御をも供給する。よって、ディスプレイ面全体の平面方向の光分布を向上させることに加え、中空のライトガイドによって、大型システム用の改善された偏光制御も提供することができる。上記のＡＲＦを用いれば、入射角によって透過率を大幅に制御することも可能である。このように、混合キャビティからの光をかなりの程度コリメートすることができ、加えて、単一フィルム構成で偏光出力を提供する。

いくつかの実施形態では、好ましい前面反射体は、キャビティ内での比較的高いリサイクリングを支援するために、比較的高い全体反射率を有する。これを我々は、その上に光があらゆる可能な方向から入射するときの、構成要素（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。よって、この構成要素は、垂直方向を中心とした半球内の全ての方向からの入射光（及び、別に特定されない限りは全ての偏光）で照らされ、同じ半球内に反射された全ての光が収集される。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。反射体を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、すなわち前面反射体、背面反射体又は側面反射体であろうとあらゆる角度で入射するからである。更に、垂直入射角の反射率とは違って、Ｒ_ｈｅｍｉは入射角による反射率の変動に過敏ではなく、すでに考慮に入れられているため、一部の構成要素（例えばプリズムフィルムなど）については非常に重要となり得る。

更に、いくつかの実施形態において、好ましい前面反射体は、少なくとも１つの平面に入射する光に関して、入射角が垂直から離れるにつれて増加する、（方向に特有の）反射率（及び一般に入射角と共に減少する透過率）を示す。このような反射率特性により、垂直に近い（すなわち、バックライトの観測軸に近い）入射角で、前面反射体から光が優先的に透過されるようになる。これは、ディスプレイ業界において重要な、視角でのディスプレイの知覚輝度を高めるのに役立つ（知覚輝度が低くなるという犠牲を払うことで視角が大きくなるが、これは普通あまり重要ではない）。ここで、我々は、角度によって高まる反射率は、「少なくとも１平面における入射光に関する反射率」のことを述べている。その理由は、場合によって、１つだけの観測面での狭い視角が望ましいことがあり、また直交平面においてより広い視角が望ましいことがあるからである。一例として、いくつかの液晶テレビ用途では、水平面では観測のために広い視角が望ましいが、垂直面ではより狭い視角が指定される。他の場合では、法線方向の輝度を最大化するため、直交する平面の両方において狭い視角が望ましいことがある。

これを念頭に置き、前面反射体が「入射角と共に一般的に増加する反射率を示す」ように（所望の場合）指定する意味を考える。ここでこの前面反射体は、例えば米国特許出願第６０／９３９，０７９号に記載されているようなＡＲＦである。ＡＲＦは、遮断偏光状態の法線入射光線に対して非常に高い反射率を有し、通過偏光状態の法線入射光線に対して低いがなお十分な反射率（例えば、２５〜９０％）を有する多層構造（例えば、所望の屈折率関係及び所望の反射率特性を生成するように、適切な条件下で配向された共押出ポリマーミクロ層）を含む。遮断状態の光の極めて高い反射率は、全ての入射角に関しても、一般に非常に高いままである。より興味深い現象は、通過状態の光の場合であり、それは垂直入射において中間の反射率を示すためである。入射面の斜め通過状態の光は、ｓ偏光反射率の特性により、入射角の増加と共に増加する反射率を示す（しかしながら、増加の相対量は、垂直入射の通過状態の反射率の初期値に依存する）。よって、観測面内でＡＲＦフィルムから放射される光は、部分的に平行化又は角度を拘束されるであろう。しかしながら、出願第６０／９３９，０７９号で記述されているように、別の入射面における斜めの通過状態の光は、面内の屈折率の差に比べた、マイクロ層間のｚ軸の屈折率の差の度合と偏光に応じて、３つの現象のうちのいずれかを示し得る。

第１の場合は、ブリュースター角が存在する場合、この光の反射率は入射角の増大と共に減少する。これは、出力面に平行な観測面内に軸外の明るいローブを生成し、これは通常、ＬＣＤ表示用途において好ましくない（しかし、この現象は、他の用途では許容可能の場合もあり、ＬＣＤ表示用途の場合であっても、このローブ出力は、プリズム状転向フィルムを使用して再度視軸に向け直すことができる）。

別の場合は、ブリュースター角は、存在しないか非常に大きく、入射角が増大してもｐ偏光の反射率が比較的一定である。これは参照される観測面において比較的幅広い視角を生じさせる。

第３の場合は、ブリュースター角が存在せず、ｐ偏光の屈折率が入射角と共に著しく増加する。これは、参照される観測面において比較的狭い視角を生じさせることができる。このときコリメートの度合は、ＡＲＦのミクロ層間のｚ軸屈折率の差の度合を制御することによって少なくとも部分的に調整される。

当然、反射性表面は、ＡＲＦの有する非対称の軸上偏光特性を有している必要はない。例えば、対称性多層反射体は、ミクロ層の数、層の厚さ特性、屈折率等を適切に選択することによって高反射率を有し、しかし同時に著しい透過率を有するよう設計することができる。このような場合、これらｓ偏光構成要素は、互いに同じように、入射角と共に増加する。これも、ｓ偏光反射率の性質によるものであるが、相対的な増加量は垂直入射角反射率の初期値に依存する。ｐ偏光構成要素は、角度に対して双方同じ現象を有するが、この現象は前述の３つの場合のいずれかであるように制御可能であり、これは、面内の屈折率の差に比べた、マイクロ層間のｚ軸の屈折率の差の度合と偏光を制御することによって行われる。

よって、前方反射体における入射角（あれば）に伴う反射率の増加は、使用可能な偏光状態の斜めの光がｐ偏光であるような平面内で、使用可能な偏光状態の入射光で表わすことができる。あるいは、このような反射率の増加は、任意の入射面における、非偏光の平均反射率ということができる。

いくつかの実施形態では、背面反射体もまた、可視光線に対する高い半球反射率を有し、これは通常、前面反射体よりもはるかに高いが、これは、必要とされるバックライトの光出力を供給するために、前面反射体は意図的に部分的透過性となるよう設計されていることによる。この背面反射体の半球反射率はＲ^ｂ _ｈｅｍｉであり、前面反射体の半球反射率はＲ^ｆ _ｈｅｍｉで表わされる。好ましくは、積Ｒ^ｆ _ｈｅｍｉ ^＊Ｒ^ｂ _ｈｅｍｉは、少なくとも４５％である。

図１は、バックライト１００の一実施形態の概略断面図である。バックライト１００は、中空の光リサイクリングキャビティ１３０を形成する、部分的透過性の前面反射体１１０及び背面反射体１２０を含む。キャビティ１３０は、出力面１３５を含む。本明細書に更に記載されているように、キャビティ１３０は、勾配鏡面性を有する光抽出素子１４０を更に含む。バックライト１００はまた、本明細書で更に説明するように、中空の光リサイクリングキャビティ１３０内に配置された半鏡面素子１５０も含む。図１において、背面反射体１２０の主表面１２２に隣接して配置された光抽出素子１４０が示されており、半鏡面素子１５０は、部分的に透過性の前面反射体１１０の主表面１１２に隣接して配置されているように示されている。光抽出素子１４０及び半鏡面素子１５０の両方は、キャビティ１３０内のどこかに配置されてもよく、例えば両方の素子は、前面反射体１１０に隣接して、背面反射体１２０に隣接して、又は２つの反射体の間の途中の位置に配置されてもよいと理解され得る。場合によっては、光抽出素子１４０及び半鏡面素子１５０は、共通の光学素子（図示せず）に組み合わされてもよい。

図１に示すように、バックライト１００はまた、光リサイクリングキャビティ１３０内へ光を放射するために配置された１つ以上の光源１６０を含む。この１つ以上の光源１６０は、光リサイクリングキャビティ１３０内に、限定された角度範囲にわたって光を放射するように構成されている。図１に例示した実施形態では、光源１６０は、キャビティ１３０の端部１３２に近接して配置されている。

バックライト１００は、任意の好適な寸法及び形状であってよい。いくつかの実施形態では、バックライト１００は、１ミリメートル以上〜数メートルの長さＬ及び幅Ｗを有してよい。更に、いくつかの実施形態では、２つ以上のバックライトをタイル状に並べ合わせて個別に制御することにより、広範囲のバックライトを提供することが可能である。

図示のように、バックライト１００は、１つ以上の光源１６０からの光を光リサイクリングキャビティ１３０内に向けるのに役立つ注入器又は反射体１６５を含む。例えば、くさび状、略放物線状の反射体、レンズなどの、任意の好適な注入器又は反射体が、バックライト１００と共に使用できる。例えば、米国特許出願第６０／９３９，０８２号、表題「ＣＯＬＬＩＭＡＴＩＮＧ ＬＩＧＨＴ ＩＮＪＥＣＴＯＲＳ ＦＯＲ ＥＤＧＥ−ＬＩＴ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ」に記載の注入器を参照されたい。

１つ以上の光源１６０は、バックライト１００の一方の側部又は端部に沿って位置決めされているように図示されているが、光源は、バックライト１６０の２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の側部に沿って位置決めされてもよい。例えば、矩形形状のバックライトであれば、１つ以上の光源は、バックライトの４つの側部のそれぞれに沿って位置決めされてもよい。

前面反射体１１０は、任意の部分的透過性の反射体を含み、例えば、本願出願人の米国特許出願第６０／９３９，０７９号、表題「ＢＡＣＫＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭ ＵＳＩＮＧ ＳＡＭＥ」及び同第６０／９３９，０８４号、表題「ＴＨＩＮ ＨＯＬＬＯＷ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ ＷＩＴＨ ＢＥＮＥＦＩＣＩＡＬ ＤＥＳＩＧＮ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳ」に記載の部分的透過性の反射体を含み得る。一部の実施形態では、前面反射体１１０は、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）、表題「ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭ」、同第６，９０５，２２０号（Ｗｏｒｔｍａｎら）、表題「ＢＡＣＫＬＩＧＨＴ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭ ＲＥＦＬＥＣＴＯＲ」、同第６，２１０，７８５号（Ｗｅｂｅｒら）、表題「ＨＩＧＨＴ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＯＰＴＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」、同第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）、表題「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭＳ」、米国特許出願公開第２００８／０００２２５６号（Ｓａｓａｇａｗａら）、表題「ＯＰＴＩＣＡＬ ＡＲＴＩＣＬＥ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ Ａ ＢＥＡＤＥＤ ＬＡＹＥＲ」、米国特許第６，６７３，４２５号（Ｈｅｂｒｉｎｋら）、表題「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＦＯＲ ＰＲＥＶＥＮＴＩＮＧ ＷＡＲＰＩＮＧ ＩＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭＳ」、米国特許出願公開第２００４／０２１９３３８号（Ｈｅｂｒｉｎｋら）、表題「ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮＳ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＲＥＤＵＣＩＮＧ ＷＡＲＰＡＧＥ ＩＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭＳ」、及び米国特許出願第１１／７３５，６８４号（Ｈｅｂｒｉｎｋら）、表題「ＯＰＴＩＣＡＬ ＡＲＴＩＣＬＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＭＡＫＩＮＧ」に記載されているような、１つ以上の高分子多層反射偏光フィルムを含むことができる。

いくつかの実施形態では、部分的透過性の前面反射体１１０は、出力面において偏光を提供することができる。好適な偏光前面反射体として、例えば、ＤＢＥＦ、ＡＰＦ、ＤＲＰＦ（全て３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より入手可能）、ＡＲＦ、ＴＯＰ、（どちらも出願第６０／９３９，０７９号に記載）、などが挙げられる。他の実施形態では、部分的透過性の前面反射体は、非偏光を提供し得る。好適な非偏光前面反射体は、例えば、穿孔ミラー、ミクロ構造化フィルムなどを含む。非偏光フィルムの更なる例は、例えば、米国特許出願第６０／９３９，０８４号に記載されている。

前面反射体１１０は、少なくとも可視光線を部分的に透過しかつ部分的に反射する。前面反射体１１０の部分的透過性により、キャビティ１３０内の光の少なくとも一部分が、キャビティ１３０の出力面１３５を経て放射されることが可能となる。前面反射体１１０は、キャビティ１３０の内側から前面反射体１１０上に入射する光に部分的な透過及び反射を提供する任意の好適なフィルム及び／又は層を含み得る。

いくつかの実施形態では、前面反射体１１０は、偏光を透過させるように動作可能である。そのような実施形態では、前面反射体１１０は、第１の平面内で偏光された可視光線に関する少なくとも約９０％の法線方向の平均反射率、及び第１の平面と平行な第２の平面内で偏光された可視光線に関する少なくとも約５％かつ９０％未満の法線方向の平均反射率をなす。本明細書で使用する「法線方向の平均反射率」という用語は、反射体の表面に対して実質的に垂直な方向に反射体上に入射する光の平均反射率を指す。更に、「全半球反射率」という用語は、反射体の法線を中心とする半球内の全ての方向から反射体に入射する光に関する、反射体の全体としての反射率を指す。当業者は、第２の平面内で偏光された光を有効な偏光状態であると見なし、すなわち、そのような偏光は、ＬＣパネルの下側吸収偏光子（例えば、図６の下側吸収偏光子６５８）を通って、ＬＣパネルに入射することになる。更に、当業者は、第１の平面が遮断軸と平行であり、第２の平面が偏光前面反射体１１０の通過軸と平行であると見なすであろう。

更に、ある実施形態では、キャビティ１３０からの出力が、実質的に所望の偏光状態であるようにするために、有効な偏光状態の軸上の平均透過率が、無効な偏光状態の透過率の数倍大きいことが望ましいことがある。これは、また、キャビティからの有効な光の全損失を減少させるのに役立つ。いくつかの実施形態では、使用不可能な光に対する使用可能な光の軸上の透過性は、少なくとも１０である。他の実施形態では、使用不可能な光に対する使用可能な光の透過性の比率は、少なくとも２０である。

いくつかの実施形態では、前面反射体１１０は、２つ以上のフィルムを含むことができる。例えば、図４Ａは、前面反射体４００の一部分の概略断面図である。反射体４００は、第２のフィルム４０４に近接して位置決めされる第１のフィルム４０２を含む。フィルム４０２、４０４は、互いに離間させるか、又は接触させてもよい。あるいは、フィルム４０２、４０４は、任意の適切な技術を使用して取り付けられてもよい。例えば、フィルム４０２、４０４は、追加の接着層４０６を使用して、共に積層されてもよい。層４０６には、任意の適切な接着剤、例えば、感圧接着剤（３Ｍ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓなど）、及び紫外線硬化接着剤（ＵＶＸ−４８５６など）を使用することができる。いくつかの実施形態では、接着層４０６は、屈折率整合流体に置き換えられてもよく、フィルム４０２、４０４は、当該技術分野で既知の任意の適切な技術を使用して接触状態で保持されてもよい。

フィルム４０２、４０４は、前面反射体に関して本明細書で述べたいずれの適切なフィルムも含むことができる。フィルム４０２、４０４は、類似の光学特性を有することができ、あるいは、フィルム４０２、４０４は、異なる光学特性を提供する異なる構造でもよい。例示的な一実施形態では、フィルム４０２は、ある平面内に通過軸を有する本明細書に記載したような非対称の反射フィルムを含むことが可能であり、フィルム４０４は、第１のフィルム４０２の通過軸と平行でない第２の平面内に通過軸を有する第２の非対称の反射フィルムを含むことが可能である。この非平行関係は、２つの通過軸平面の間に任意の適切な角度を形成することができる。ある実施形態では、通過軸平面はほぼ直角であることが可能である。そのような関係は、前面反射体４００の通過軸に高い反射率を提供することになる。

更に、例えば、フィルム４０２は、非対称の反射フィルムを含んでもよく、フィルム４０４は、ＢＥＦなどのプリズム状輝度向上フィルムを含んでもよい。ある実施形態では、ＢＥＦは、非対称のフィルムの平行面と直角な平面内でＢＥＦが透過光を平行にするように非対称の反射フィルムに対して向けられてもよい。あるいは、他の実施形態では、ＢＥＦは、ＢＥＦが非対称の反射フィルムの平行化面内で透過光を平行にするように向けられてもよい。

前面反射体４００は、２つのフィルム４０２、４０４を含むように図４Ａに示されているが、前面反射体４００は、３つ以上のフィルムを含んでもよい。例えば、３層の反射偏光子（ＤＢＥＦ又はＡＰＦなどで、どちらも３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より入手可能）を使用して、３層の前面反射体を製作することができる。３つの層が、第２の層の偏光軸が第１の層の偏光軸に対して４５°になり、かつ第３層の偏光軸が第１の層の偏光軸に対して９０°になるように配列された場合、得られる前面反射体は、垂直入射光の約７５％を反射する。層間の他の回転角を使用して、異なるレベルの反射を達成することができる。また、ほぼ直交する通過軸を有する２つの反射偏光子の間の複屈折（偏光回転）層又は散乱層が、前面反射体として使用される制御された程度の反射率を有する反射フィルムを作製することができる。

本開示の前面反射体は、また、反射体の１つ以上の面内又は面上に位置決めされる光学素子を含んでもよい。例えば、図４Ｂは、別の実施形態である前面反射体４１０の一部分の概略断面図である。反射体４１０は、第１の主表面４１４及び第２の主表面４１６を有するフィルム４１２を含む。フィルム４１２は、前面反射体に関して本明細書に記載されるいずれの適切なフィルム又は層を含んでもよい。複数個の光学素子４１８が、第１の主表面４１４上、又は第１の主表面４１４内に位置決めされている。光学素子は、第１の主表面４１４上にのみ位置決めされるように図示されているが、第２の主表面４１６上、又は第１の主表面４１４及び第２の主表面４１６の両方の上に位置決めされてもよい。任意の好適な光学素子、例えば、微小球、プリズム、キューブコーナー、レンズ、レンズ状素子などが、フィルム４１２上又はフィルム４１２内に位置決めされてもよい。これらの光学素子は、屈折素子、回折素子、拡散素子等であり得る。この実施形態では、光学素子４１８は、フィルム４１２によって透過される光を平行化することができる。他の実施形態では、光学素子４１８は、光学素子４１２の位置に応じて、フィルム４１２上に入射するか、又はフィルム４１２から出て行くかのいずれかの光を拡散することができる。

光学素子４１８は、フィルム４１２の主表面上に位置決めされるか、又はフィルム４１２の主表面内に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。更に、フィルム４１０は、任意の好適な技法、例えば、米国特許出願第６０／９３９，０７９号、表題「ＢＡＣＫＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭ ＵＳＩＮＧ ＳＡＭＥ」に記載のビーズコーティングされたＥＳＲを作製するための方法、及び同第６０／９３９，０８５号、表題「ＲＥＣＹＣＬＩＮＧ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ ＷＩＴＨ ＳＥＭＩ−ＳＰＥＣＵＬＡＲ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ」の技法を使用して作製することができる。

光学素子４１８はまた、フィルム４１０に近接して位置決めされる基材上に位置決めされてもよい。例えば、図４Ｃは、別の実施形態である前面反射体４２０の一部分の概略断面図である。前面反射体４２０は、フィルム４２２、及びフィルム４２２に近接して位置決めされる利得拡散体４２４を含む。フィルム４２２は、前面反射体に関して本明細書に記載されるいずれのフィルム及び／又は層も含み得る。利得拡散体４２４は、第１の主表面４２８及び第２の主表面４３０を有する基材４２６、並びに基材４２６の第２の主表面４３０上又は第２の主表面４３０内に位置決めされた複数個の光学素子４３２を含む。任意の適切な光学素子４３２、例えば図４Ｂの光学素子４１８を使用することができる。基板４２６は、任意の適切な光透過基板を含むことができる。

図４Ｃに例示した実施形態では、利得拡散体４２４の第１の主表面４２８は、偏光フィルム４２２に近接して位置決めされている。拡散体４２４は、フィルム４２２と離間するか、フィルム４２２と接触するか、又はフィルム４２２に取り付けられるかのように、フィルム４２２に近接して位置決めされてもよい。例えば光学接着剤の使用などの任意の適切な技術を使用して、拡散体４２４をフィルム４２２に取り付けることができる。拡散体４２４には、いずれの適切な利得拡散体が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、光学素子４３２は、基材４２６の第１の主表面４２８上に、素子４３２が基材４２６と偏光フィルム４２２との間にあるように位置決めされてもよい。

図１に戻ると、前面反射体１１０は支持層に取り付けられてもよい。支持層は、例えばポリカーボネート、アクリル、ＰＥＴなどの、任意の好適な材料を含み得る。一部の実施形態では、前面反射体１１０は、米国特許出願公開第２００６／０２５７６７８号、表題「ＦＩＢＥＲ ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭＳ」（Ｂｅｎｓｏｎら）、米国特許出願第１１／３２３，７２６号、表題「ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＲＥＦＬＥＣＴＩＶＥ ＰＯＬＡＲＩＺＥＲ ＦＩＬＭＳ」（Ｗｒｉｇｈｔら）、及び同第１１／３２２，３２４号、表題「ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＲＥＦＬＥＣＴＩＶＥ ＰＯＬＡＲＩＺＥＲ ＦＩＬＭＳ」（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に記載のように、繊維強化光学フィルムによって支持され得る。

更に、前面反射体１１０は、いずれの適切な技術を使用して支持層に取り付けられ得る。ある実施形態では、前面反射体１１０は、光学接着剤を使用して支持層に接着されてもよい。他の実施形態では、前面反射体１１０は、ディスプレイシステムのＬＣパネル（例、図６のディスプレイシステム６００のＬＣパネル６５０）に取り付けられてもよい。そのような実施形態では、前面反射体１１０は、吸収偏光子に取り付けられ、次にＬＣパネルに取り付けられてもよいが、又は別の方法として、吸収偏光子が始めにＬＣパネルに取り付けられ、次に前面反射体１１０が吸収偏光子に取り付けられてもよい。更に、非ＬＣＤシステムでは、前面反射体１１０は、着色された前面プレートに取り付けられてもよい。

本明細書で述べるように、前面反射体１１０は、部分的反射性及び部分的透過性の前面反射体を提供する任意の適切なフィルム及び／又は層を含むことができる。一部の実施形態では、前面反射体１１０は、米国特許出願公開第２００６／０１９３５７７号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）、表題「ＲＥＦＬＥＣＴＩＶＥ ＰＯＬＡＲＩＺＥＲＳ ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＰＯＬＹＭＥＲ ＦＩＢＥＲＳ」、米国特許出願第１１／４６８，７４６号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）、表題「ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲ ＰＯＬＡＲＩＺＩＮＧ ＦＩＢＥＲＳ ＡＮＤ ＰＯＬＡＲＩＺＥＲＳ ＵＳＩＮＧ ＳＡＭＥ」、同第１１／４６８，７４０号（Ｂｌｕｅｍら）、表題「ＰＯＬＹＭＥＲ ＦＩＢＥＲ ＰＯＬＡＲＩＺＥＲＳ」に記載されているように、１つ以上の繊維偏光フィルムを含むことができる。前面反射体１１０に使用することができる他の代表的なフィルムには、コレステリック偏光フィルム、複屈折プレート積みフィルム、複屈折ポリマーブレンド（例えば、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＤＲＰＦ）、及びワイヤグリッド偏光子がある。

本明細書に記載の前面及び背面反射体に使用されるフィルムは、任意の適切な技術により製造可能である。例えば、米国特許第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）、表題「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭＳ」を参照されたい。

前面反射体１１０及び背面反射体１２０は、任意の適切な値Ｒ_ｈｅｍｉを示し得る。一般に、中空バックライトに関するＲ_ｈｅｍｉの選択は、所定のシステムのための特定の設計基準による影響を受ける。主要な設計基準としては、ディスプレイの寸法（長さ及び幅）、厚さ、所定の視角に対する輝度目標を達成するために必要な光源のルーメン、輝度及び／又は色の均一性、並びに光源、バックライトの光学的材料、又はキャビティ寸法の変化に対するシステム堅牢性が、しばしば挙げられる。加えて、光源を遠く離間させて配置できることは、必要となる光源の最低数、及びそれによるシステムに関する光源の総コストにも影響を及ぼすため、重要なシステム属性である。最後に、バックライトからの所望の放射角度は、Ｒ_ｈｅｍｉの選択に影響を与え得るが、これはポリマー多層光学フィルムにより達成可能な放射角度の特性がそれによって決まり、Ｒ_ｈｅｍｉの増大と共により広範囲の角度特性が可能となるためである。

より低いＲ_ｈｅｍｉの利点の１つは、システム効率が高まることである。一般に、発生するリサイクリングが少なくなるにつれ、キャビティ内での多重反射による吸収損失も減少する。前面及び背面反射体、側壁、支持構造体（例、支柱）、並びに光源それ自体を含むバックライトキャビティのいずれの材料も光を吸収し得る。光は、キャビティ内の物理的隙間を通って漏れ出すか、又は端部反射体若しくは背面反射体を通って低レベルで透過し得る。反射の回数を減少させることが、これらの損失を低減し、システム効率を向上させて、必要な光源ルーメンを低減する。

いくつかの実施形態では、キャビティの厚さに対する長さの比率（例、Ｌ／Ｈ）が増大するにつれ、一般にキャビティ内での光の移送に必要なＲ_ｈｅｍｉは増大する。したがって、バックライトがより大きく、及び／又はより薄くなるにつれて、均一性を達成するために必要なＲ_ｈｅｍｉの値は一般的に増大する。

光源の所望の間隔がより離れるにつれて、光源間の不均一性（いわゆる「ヘッドライト効果」）を最小限に抑えるために必要とされるＲ_ｈｅｍｉは、一般に増大する。多重反射は、光源間のより暗い領域を充填し、ＲＧＢシステムの場合には、色を混合することにより色のスポークが低減され、白い外観を生じさせる手助けとなる。

光抽出素子の鏡面性を変化させることによって、本発明者は、所与のＬ／Ｈに対して、均一性の達成に必要となるＲ_ｈｅｍｉを大幅に低減できるということを示した。これは、システム効率の向上、及び必要な光源ルーメンの低減に有利である。しかしながら、Ｒ_ｈｅｍｉの低減は、リサイクリングを減少させ、結果として製造又は構成要素の変化による影響を受けやすくなる。リサイクリングの減少と共に、以下の変化に対するシステムの感度が増大するが、それらの変化とは、厚さＨの変化を含む寸法変化、前面及び背面反射体の反射率又は鏡面性における光学的変化、光抽出素子の反射率若しくは鏡面性における光学的変化、側面反射体の不連続性、支持構造体（例、支柱）の視認性、並びに光源の色及び輝度の変化である。光源の出力に対する感度の増大に加えて、使用中の移動、経時変化、又は光源の故障に対するシステム許容量も、Ｒ_ｈｅｍｉの低下につれて減少する。

２つのＲ_ｈｅｍｉ及び同じ均一性を有する２つのシステム（例えば、一方はＲ_ｈｅｍｉの低い形成された背面又は勾配光抽出素子を有し、他方はＲ_ｈｅｍｉの高い真っ直ぐな背面を有する）であるが、低いＲ_ｈｅｍｉのシステム感度が、いくつかの実施形態において高いＲ_ｈｅｍｉのシステムよりも大きいように設計することができる。ここで、製造性の考察は、Ｒ_ｈｅｍｉを低下させることにより得られるシステム効率の向上よりも重要であろう。Ｒ_ｈｅｍｉの選択は、そのシステムに関する特定の設計基準により決めることができる。

図１に示した実施形態では、前面反射体１１０は、背面反射体１２０に面して、キャビティ１３０を形成する。背面反射体１２０は、高反射性であることが好ましい。例えば、背面反射体１２０は、光源によって放射された可視光線に関して、いずれの偏光の可視光線の少なくとも９０％、９５％、９８％、９９％又はそれ以上の軸上の平均反射率を有することができる。そのような反射率値は、また、高リサイクリングキャビティ内の損失量を減少させることができる。更に、そのような反射率値は、半球内に反射される全ての可視光線を包含するものであり、すなわち、そのような値は、鏡面反射及び拡散反射の両方を含む。

背面反射体１２０は、空間的に均一又はパターン付きにかかわらず、主として鏡面反射体、拡散反射体、又は鏡面／拡散反射体の組み合わせであってもよい。ある実施形態では、背面反射体１２０は、本明細書で更に詳しく説明されるような半鏡面反射体であり得る。米国特許出願第６０／９３９，０８５号、表題「ＲＥＣＹＣＬＩＮＧ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ ＷＩＴＨ ＳＥＭＩ−ＳＰＥＣＵＬＡＲ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ」及び同第１１／４６７，３２６号（Ｍａら）、表題「ＢＡＣＫＬＩＧＨＴ ＳＵＩＴＡＢＬＥ ＦＯＲ ＤＩＳＰＬＡＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」も参照のこと。いくつかの実施形態では、背面反射体１２０は高反射率コーティングを有する硬い金属基材、又は支持基材に積層された高反射率フィルムから作製され得る。適切な高反射率材料には、Ｖｉｋｕｉｔｉ（登録商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（強化鏡面反射体、ＥＳＲ）多層ポリマーフィルム（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）；厚さ０．４ミル（１０．１６μｍ）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配合ポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ２ミル（５０．８μｍ））をＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）ＥＳＲフィルムに積層することによって作製されたフィルムであって、本明細書で「ＥＤＲ ＩＩ」フィルムと呼ばれる、結果として得られたラミネートフィルム；Ｔｏｒａｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＥ−６０シリーズＬｕｍｉｒｒｏｒ（登録商標）ポリエステルフィルム；Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃから入手可能であるような多孔性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム；Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）反射材料；Ａｌａｎｏｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｖｅｒｅｄｌｕｎｇ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．から入手可能なＭｉｒｏ（登録商標）アルマイト処理アルミニウムフィルム（Ｍｉｒｏ（登録商標）２フィルムを含む）；Ｆｕｒｕｋａｗａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製のＭＣＰＥＴ高反射発泡シート材；Ｍｉｔｓｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．から入手可能なＷｈｉｔｅ Ｒｅｆｓｔａｒ（登録商標）フィルム及びＭＴフィルム；並びに、２ｘＴＩＰＳ（すなわち、高反射率を有する多孔質ポリプロピレンフィルムは、例えば米国特許第５，９７６，６８６号（Ｋａｙｔｏｒら）に記載されるような熱誘導相分離を使用して製作でき、２枚のＴＩＰＳシートは、光学接着剤を使用して共に積層し、１枚のラミネートに形成することができる）が挙げられる。

背面反射体１２０は、実質的に平らで滑らかでもよいし、又は光の散乱又は混合を強化するように関連付けられた構造化面を有してもよい。そのような構造化面は、（ａ）背面反射体１２０の表面上に与えられてもよく、（ｂ）表面に付着された透明被覆上に与えられてもよい。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（登録商標）（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、構造化表面を有する透明なフィルムを平坦な反射面に積層することもでき、又は、透明なフィルムを反射体に塗布した後に透明なフィルムの最上部に構造化表面を与えることもできる。

直下型構造を含む実施形態（例えば、図３のバックライト３００）では、背面反射体１２０は、光源が取り付けられた連続単一（かつ分断されていない）層でもよいし、個別部分で不連続的に構成されてもよいし、光源が通ることができる孤立した穴を有する限り、別の形の連続層で不連続的に構成されてもよい。例えば、反射材料のストリップが、ＬＥＤの列が取り付けられた基材に貼り付けられ、各ストリップが、あるＬＥＤ列から別のＬＥＤ列まで延在するのに十分な幅を有し、かつバックライトの出力エリアの対向する境界間にわたるのに十分な長さ寸法を有してもよい。

図１に示される実施形態では、背面反射体１２０は、平面状の反射体であるが、バックライト１００は、出願第６１／０３０，７６７号に記載されているように、キャビティ１３０にわたって、厚さＨが変化するような非平面状の背面反射体であってもよい。一部の実施形態では、背面反射体１２０及び部分的透過性の前面反射体１１０は、同じ方向において湾曲されてもよく（未表示）、よって厚さＨの距離はキャビティ１３０全体で本質的に一定で維持される。前面反射体と背面反射体との間の間隔は、任意の好適な技術、例えば剛性プレート、張力フレーム、及び支柱、壁材、又はバンプ若しくは突起部など、背面反射体から延びる突出部を含むキャビティ内の様々な構造体などを使用して維持することができる。

また、バックライト１００は、バックライト１００の外側境界の少なくとも一部分に沿って配置された１つ以上の側面反射体１３４を含むことができ、側面反射体１３４は、光損失を低減させ、かつリサイクリング効率を改善するために高反射率の垂直壁が好ましくは裏打ちされるか別の方法で提供されてもよい。これらの壁の形成には、背面反射体１２０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。ある実施形態では、側面反射体１３４と背面反射体１２０は、単一の材料シートから形成することができる。側面反射体及び壁の一方又は両方は、垂直であってもよく、又は別の方法として、側面反射体は、傾斜、湾曲、若しくは構造化されていてもよい。所望の反射特性を達成するために、側面反射体上に、又は側面反射体に隣接して屈折構造体を使用してもよい。出力光束分布を調節するために、壁材料及び傾斜を選択してもよい。

バックライト１００は勾配鏡面性（gradient specularity）を有する光抽出素子１４０を含み、光の勾配抽出となる。勾配抽出は、光抽出の量を局所的に増加させる、又は減少させるいずれかの素子によって達成することができる。部分的透過性の前面反射体は一般に、ある程度の角度選択性透過率を有するため、更に高い透過率の角度範囲内への、追加的な光を逸脱させる抽出素子はその領域における輝度を増加させる。抽出区域は概ね垂直に向かっているが、斜角であるように設計されてもよい。抽出素子に使用される材料は、鏡面、半鏡面若しくは拡散性、半透明、透過反射性（transflective）、屈折性、回折性、ダウンコンバーティング、例えば蛍光体等であってもよい。屈折素子は、プリズム、小型レンズ、水晶体等であってもよい。抽出素子は、印刷、鋳造、コーティング、エンボス加工、エッチング、削磨、転写（例えば接着性裏材付きの点）、積層等によって適用されてもよい。抽出素子は、エンボス加工、ピーニング、ひだつき、研磨、エッチング等など、反射表面に局所的な偏差によっても作製することができる。

勾配鏡面性はまた、拡散コーティングの、局所的に又は徐々に表面エリアにわたってのいずれかで、拡散コーティングの光の方向転換特性における変化によって達成することができる。これは、例えば、厚さ、組成物、又は表面特性によって達成することができる。穿孔もまた、例えば穿孔の勾配を有する拡散フィルムに使用できる。更に、１つの鏡面特性（例えばＥＳＲ）を有する反射フィルムが穿孔され、異なる鏡面特性を有する反射フィルム（例えばＦｕｒｕｋａｗａ，Ｊａｐａｎから入手可能なＭＣＰＥＴなどの拡散白色反射体）の上に配置されて、勾配鏡面性を提供することができる。

本明細書で使用されるとき、用語「勾配鏡面性（gradient specularity）」は、出力エリアと同等の表面上での光抽出能力（すなわち鏡面性）における変化を意味する。一実施形態では、勾配鏡面性は、連続的に可変であり、例えば、光抽出素子の表面にわたって、単調な方式でなだらかに変化する。一部の実施形態では、光抽出素子は、長さ方向、幅方向、又は長さ及び幅方向の両方において勾配を有することができる。一部の実施形態では、勾配は、輝度の中心を作るために、使用される鏡面背面反射体上の円領域など、１つ以上の段階的な変化を含んでもよい。一部の実施形態では、勾配は、抽出の別個のエリアのアレイ、例えば隣接するエリアにおける鏡面性とは異なる均一の鏡面性の領域であってもよい。一部の実施形態では、勾配鏡面性は段階的な鏡面性、鏡面性における別個の変化、鏡面性における連続的変化、鏡面性における不連続的な変化、異なる鏡面性の一連の複数の領域、又は勾配鏡面性の組み合わせであってもよい。

バックライト１００は、光リサイクリングキャビティ１３０内に光を放射するように配置された１つ以上の光源１６０も含む。この実施形態では、光源はバックライト１００の端部１３２に近接して位置決めされる。光源１６０を概略的に示す。ほとんどの場合、これらの光源１６０は小型の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。この点で、「ＬＥＤ」は、可視、紫外線、又は赤外線にかかわらず、発光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密閉型半導体デバイスを含む。ＬＥＤが紫外線などの非可視光線を発する場合、及びＬＥＤが可視光線を発するある特定の場合、ＬＥＤは蛍光体を含むようにパッケージ化され（あるいは遠隔配置された蛍光体を照射することができ）、短波長の光を長波長の可視光線に変え、特定の場合には白色光を発する装置を提供する。「ＬＥＤダイ」は、最も基本的な形態、すなわち半導体加工手順によって製造される個々の構成要素又はチップの形態のＬＥＤ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。構成要素又はチップの個々の層及びその他の機能的要素は、通常、ウェハスケールで形成された後、仕上がったウェハは個々の小片部に切られて、多数のＬＥＤダイとなることができる。パッケージ化されたＬＥＤの詳細については、前面発光及び側面発光のＬＥＤを含めて、本明細書で更に説明する。

多色光源は、白色光の生成に使用されるかどうかにかかわらず、バックライトの出力エリアで色及び輝度の均一性に異なる効果を与えるように、バックライトで多数の形態を取ることができる。ある手法では、複数のＬＥＤダイ（例えば、赤、緑、及び青色を発光するダイ）がリード線フレーム又はその他の基材にすべて互いに隣接して実装され、１つのパッケージを形成するように１つの内包材で一緒に封入される。この場合、パッケージにはレンズ構成要素が１つだけ含まれていてもよい。このような光源は、いずれか１つの個別の色、又は同時にすべての色を発光するように制御可能である。別の手法では、１パッケージにつき１つのＬＥＤダイと１色の発光色を提供する、個別にパッケージ化されたＬＥＤを、所定のリサイクリングキャビティに一緒にまとめて配置してもよく、この集合体には青／黄又は赤／緑／青などの異なる色を発光するパッケージ化ＬＥＤの組み合わせが含まれる。また別の手法では、このような個別にパッケージ化された多色ＬＥＤを１つ以上の線、アレイ、又はその他のパターン内で位置決めされてもよい。

望ましい場合には、開示するバックライトの光源として、別個のＬＥＤ光源の代わりに、又はＬＥＤ光源に追加して、線形の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）又は熱陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ）などの別の可視光線発光体を使用してもよい。更に、例えば冷白色及び温白色を含む（ＣＣＦＬ／ＬＥＤ）、ＣＣＦＬ／ＨＣＦＬ、例えば異なるスペクトルを放射するものなどの複合システムを使用することができる。他の好適な光源としては、キセノンのＣＣＦＬ、平坦蛍光ランプ、電界放出源、フォトニック格子光源、垂直キャビティ面発光レーザー、外部電極蛍光ランプ、及び有機発光ダイオードが挙げられる。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、及びＬＥＤとＣＣＦＬなどの多数を含むことが可能である。

例えば、幾つかの用途では、個別の光源の列を、長い円筒形ＣＣＦＬのような異なる光源と置き換えるか、又は長さに沿って光を放射し離れた能動素子（ＬＥＤダイやハロゲン電球など）に結合された線形面発光導光体と置き換え、また同様に他の光源列と置き換えることが望ましいことがある。このような線状表面発光導光体の例は、米国特許第５，８４５，０３８号（Ｌｕｎｄｉｎら）及び同第６，３６７，９４１号（Ｌｅａら）に開示されている。また、ファイバ結合レーザ・ダイオードや他の半導体発光体も既知であり、そのような場合、光ファイバ導波路の出力端は、開示されたリサイクリングキャビティ内の場所又は他の状況ではバックライトの出力エリアの後の場所に対する光源であると考えることができる。電球やＬＥＤダイなどの活性成分から受け取った光を発する、レンズ、屈折体、狭い導光体などの小さな発光領域を有する他の受身の光学構成要素についても、同じことが言える。このような受身の構成要素の一例は、側面発光パッケージ化ＬＥＤの成型内包体又はレンズである。

１つ以上の光源には、任意の適切な側面発光ＬＥＤ、例えば、Ｌｕｘｅｏｎ（登録商標）ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ）から入手可能）、又は米国特許出願第１１／３８１，３２４号（Ｌｅａｔｈｅｒｄａｌｅら）、表題「ＬＥＤ ＰＡＣＫＡＧＥ ＷＩＴＨ ＣＯＮＶＥＲＧＩＮＧ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴ」及び同第１１／３８１，２９３号（Ｌｕら）、表題「ＬＥＤ ＰＡＣＫＡＧＥ ＷＩＴＨ ＷＥＤＧＥ−ＳＨＡＰＥＤ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴ」に記載されるＬＥＤを使用することができる。

バックライトがディスプレイパネル（例えば、図６のパネル６５０）と組み合わせで使用される一部の実施形態では、バックライト１００は、白色光を連続的に放射し、ＬＣパネルは、カラーフィルタマトリクスと組み合わされて、多色画素のグループ（黄／青（ＹＢ）画素、赤／緑／青（ＲＧＢ）画素、赤／緑／青／白（ＲＧＢＷ）画素、赤／黄／緑／青（ＲＹＧＢ）画素、赤／黄／緑／シアン／青（ＲＹＧＣＢ）画素など）が形成され、その結果、表示画像は多色性になる。あるいは、カラーシーケンシャル技術（color sequential technique）を使用して多色画像を表示することができ、この技術は、ＬＣパネルを白色光で連続的に後ろから照明し、ＬＣパネル内のグループの多色画素を変調して色を生成する代わりに、バックライト１００内の個別に色付けされた光源（例えば、赤、オレンジ、琥珀、黄色、緑、シアン、青（紺青を含む）、及び以上の述べた色などの組み合わせの白から選択された）を変調して、バックライトが、空間的に均一な有色光出力を高速に繰り返し連続的（例えば、赤、次に緑、次に青など）に点滅させるものである。次に、この色変調バックライトは、（カラーフィルタマトリクスのない）１つの画素アレイしかないディスプレイモジュールと組み合わされ、この画素アレイは、変調が観察者の視覚システム内で時間的に色混合されるのに十分に高速であるという条件で、バックライトと同期して変調されて、画素アレイ全体にわたってあらゆる達成可能な色（バックライトで光源として使用されている色で可能な色）が生成される。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カラーシーケンシャルディスプレイの例は、米国特許第５，３３７，０６８号（Ｓｔｅｗａｒｔら）及び同第６，７６２，７４３号（Ｙｏｓｈｉｈａｒａら）に記載されている。特定の場合には、単色のみのディスプレイを提供することが望ましい場合もある。このような場合、バックライト１００は、フィルタ、又は単一の可視波長若しくは色で優勢に発する特定の光源を含んでもよい。

一部の実施形態（例えば、図３に示された実施形態のような直下型バックライト）では、光源は、背面反射体上に位置決めされてもよく、あるいは、光源は背面反射体から離間されてもよい。他の実施形態では、光源は、例えば、本願出願人の、同時係属中の米国特許出願第１１／０１８，６０８号、同第１１／０１８，６０５号、同第１１／０１８，９６１号、及び同第１０／８５８，５３９号に記載されたように、背面反射体上に位置決めされるか、又はその背面反射体に取り付けられる光源を含んでもよい。

光源１６０は、任意の適切な配列で位置決めされてもよい。更に、光源１６０は、様々な波長又は色の光を放射する光源を含むことができる。例えば、光源は、第１の波長の照明光を放射する第１の光源と、第２の波長の照明光を放射する第２の光源を含むことがある。第１の波長は、第２の波長と同じでもよく、又は異なってもよい。光源１６０は、また、第３の波長の光を放射する第３の光源を含んでもよい。例えば、米国特許出願第６０／９３９，０８３号、表題「ＷＨＩＴＥ ＬＩＧＨＴ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ ＡＮＤ ＴＨＥ ＬＩＫＥ ＷＩＴＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＣＯＬＯＲＥＤ ＬＥＤ ＳＯＵＲＣＥＳ」を参照されたい。ある実施形態では、種々の光源１６０は、混合されたときに、ディスプレイパネルや他のデバイスに白色照明光を提供する光を生成することが可能である。他の実施形態では、光源１６０はそれぞれ白色光を出力することが可能である。

更に、ある実施形態では、放射光を少なくとも部分的に平行にする光源が好ましいことがある。そのような光源は、開示されたバックライトの中空の光リサイクリングキャビティ内に所望の出力を提供するためのレンズ、エキストラクタ、成形封入材、又光学素子の組み合わせを含むことができる。代表的な抽出器は、例えば、米国特許出願公開第２００７／０２５７２６６号、同第２００７／０２５７２７０号、同第２００７／０２５８２４１号、同第２００７／０２５８２４６号、及び米国特許第７，３２９，９８２号に記載されている。

更に、本開示のバックライトは、リサイクリングキャビティ内に最初に注入された光を、横断面（バックライトの出力エリアと平行な横断面）に近い伝搬方向に、例えば横断面からの平均偏差角が０〜４５度、又は０〜３０度、又は０〜１５度の範囲の注入ビームであるように、部分的に平行化又は拘束する注入光学素子を含むことができる。

本開示のある実施形態では、中空の光リサイクリングキャビティ内である程度の拡散が行われることが好ましいことがある。そのような拡散は、キャビティ内でより大きい角度の光の混合を実現することができ、それにより、キャビティ内で光を拡散し出力面を介してキャビティから外に導かれる光の均一性を高めるのに役立つ。換言すると、リサイクリング光学キャビティは、キャビティに鏡面特性と拡散特性を平衡させる構成要素を含み、この構成要素は、キャビティ内の十分な横方向の光の伝達又は混合を提供するのに十分な鏡面性を有するが、狭い範囲の伝搬角度の光しかキャビティに注入されないときでも、キャビティ内の定常状態の光伝搬の角度分布を実質的に均一化するのに十分な拡散率も有する。更に、キャビティ内のリサイクリングの結果、入射光線の偏光状態に対する反射光偏光がある程度ランダムにならなければならない。これにより、有効でない偏光をリサイクリングによって有効な偏光に変換することができる機構が可能になる。拡散は、前面反射体及び背面反射体の一方又は両方、側面反射体、又は本明細書において更に詳しく説明されるような前面反射体と背面反射体の間に位置決めされる１つ以上の層によって提供することができる。

ある実施形態では、キャビティ内に提供された拡散は、半鏡面拡散を含むことができる。本明細書で使用されるとき、用語「半鏡面反射体」は、逆方向散乱光より多くの順方向散乱光を実質的に反射する鏡面反射体を指す。同様に、用語「半鏡面拡散体」は、実質的に大部分の入射光線に関して入射光線の法線成分を逆方向に向けず、すなわち、光が実質的に順（ｚ）方向に透過され、ｘ及びｙ方向にある程度散乱される拡散体を指す。換言すれば、半鏡面反射体及び拡散体（総じて半鏡面素子と呼ばれる）は、光を実質的に順方向に方向付けることから、全ての方向に均等に光線の向きを変えるランベルト構成要素とは非常に異なっている。半鏡面反射体と拡散体は、比較的広い散乱角を示すことができ、あるいは、そのような反射体と拡散体は、鏡面方向からの僅かな量の光偏向を示す。例えば、米国特許出願第６０／９３９，０８５号、表題「ＲＥＣＹＣＬＩＮＧ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ ＷＩＴＨ ＳＥＭＩ−ＳＰＥＣＵＬＡＲ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ」を参照されたい。本開示の前面反射体及び背面反射体には、いずれの適切な半鏡面材料を使用することができる。

更に、例えば、半鏡面背面反射体は、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み得る。適切な部分的に透過する鏡面反射体は、本明細書に示した部分的に透過し反射するフィルム、例えば対称の又は非対称の反射フィルムを含む。適切な高反射率拡散反射体には、ＥＤＲ ＩＩフィルム（３Ｍから入手可能）、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な多孔性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム、Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ，Ｉｎｃ．から入手可能なＳｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）反射材料、Ｆｕｒｕｋａｗａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手可能なＭＣＰＥＴ高反射率発泡シート、及びＭｉｔｓｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＷｈｉｔｅ Ｒｅｆｓｔａｒ（登録商標）が挙げられる。

他の実施形態では、半鏡面背面反射体は、高反射率鏡面反射体上に部分的ランバート拡散体を含み得る。あるいは、高反射率鏡面反射体上の順方向散乱拡散体が、半鏡面背面反射体を提供することができる。

前面反射体は、背面反射体と類似の構造を有する半鏡面性であり得る。例えば、部分反射ランバーシアン拡散体が、部分鏡面反射体と組み合わされ得る。あるいは、順方向散乱拡散体が、部分鏡面反射体と組み合わされ得る。更に、前面反射体は、順方向散乱部分反射体を含むことができる。他の実施形態では、上記の前面反射体のいずれかを組み合わせて、半鏡面前面反射体を提供することができる。

拡散体がキャビティの中のいずれかの場所に配置される場合、前方及び後方の反射体の一方又は両方は鏡面反射であり得る。反射体の１つはまたランベルト面でもあり得るが、一般にこれは、特にエッジライト型バックライトにとっては、最適な構造ではない。この場合、他の反射体は半鏡面反射又は鏡面反射でなければならない。順方向分散拡散体は、いずれの適切な拡散体であってよく、両方向又は偏光状態に関して対称性又は非対称性であり得る。

定量的には、半鏡面性の程度（所与の反射体又はその他構成要素の鏡面反射対ランベルト特性）は、それぞれＦ及びＢと呼ばれる前方及び後方散乱光成分の光束を比較することによって効果的に特徴付けることができる。前方及び後方散乱光する光束は、立体角全てに対する積分反射強度（又は光学透過性構成要素の場合は積分透過強度）から得ることができる。半鏡面性の程度は、次に「移送比率」Ｔによって特徴付けることができ、Ｔ＝（Ｆ−Ｂ）／（Ｆ＋Ｂ）で与えられる。

Ｔは、純粋ランベルトから純粋鏡面まで移動するため、０〜１の範囲となる。純粋鏡面反射体では、逆方向分散が存在しない（Ｂ＝０）ため、Ｔ＝Ｆ／Ｆ＝１である。純粋ランベルト反射体では、順方向及び逆方向分散光束が等しいため（Ｆ＝Ｂ）、Ｔ＝０である。実施例を実験的な測定値と共に以下に示す。任意の実際の反射性又は透過性構成要素の移送比率は、入射角の関数である。前方散乱光の量は、例えば、ほぼ垂直な入射光とグレージング入射光によって異なることが予想されるため、これは論理にかなう。

リサイクリングキャビティに関連して、「有効キャビティ移送比率」、すなわち、リサイクリングキャビティの循環又はサイクルの完了後の、所与の入射光腺が経験した移送比率を確定することができる。この量は、特に、少なくとも１つの半鏡面反射成分と少なくとも１つの散乱構成要素と（半鏡面反射面又はランベルト面にかかわらず）を包含するキャビティにおいて興味深い。移送比率は、一般に入射角の関数であるため、キャビティ内に注入される光の特徴的又は平均の入射角、例えば光源の平均電力束偏差角の観点から、有効キャビティ移送比率の検証又は特定が可能であろう。移送比率の更なる説明は、例えば米国特許出願第６０／９３９，０８５号を参照されたい。

図１には示されていないが、バックライト１００（又は図６のディスプレイシステム６００）は、光源１６０からの光の輝度及び色の一方又は両方を検出及び制御するための、光センサ及びフィードバックシステムを含んでもよい。例えば、個別の光源１６０又は光源の集合体の近くに、白色点又は色温度を制御し、維持し、又は調整するために出力を監視し、フィードバックを提供するセンサが配置されてもよい。キャビティ１３０の端部に沿って又はキャビティ１３０内に、１つ以上のセンサを配置して混合光をサンプリングすることが有益な場合がある。いくつかの例では、観察環境（例えば、ディスプレイ装置がある部屋）でディスプレイ装置の外部の周囲光を検出するセンサを提供することが有益なことがある。周囲の観察条件に基づいて、光源１６０の出力を適切に調整するために、制御ロジックを使用することができる。例えば、光−周波数変換センサ又は光−電圧変換センサなど（Ｔｅｘａｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ（Ｐｌａｎｏ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能）、適切な１つ以上の任意のセンサを使用することができる。更に、熱センサを使用して光源１６０の出力を監視及び制御することができる。これらの技法のいずれも、動作条件及び構成要素の経時的変化に対する補償に基づく、光出力の調節に使用することができる。更に、ダイナミックコントラスト、垂直スキャン若しくは水平区域又はフィールドシーケンシャルシステムに関して、制御システムにフィードバック信号を供給するために、センサを使用することができる。

バックライト１００の出力面１３５は、キャビティ１３０の面積に関連した任意の適切な面積を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、出力面１３５は、キャビティ１３０の面積（Ｌ×Ｗ）よりも小さい面積であってもよい。これは、例えば、高反射率の部分を有する前面反射体１１０を使用し、それにより出力面１３５の有効面積を低減することによって達成し得る。出力面の面積の低減は、光源１６０からの所与の入力光束に関しての、バックライトにより提供される輝度を増大させることができる。

本明細書で述べるように、本開示のいくつかのバックライトは、バックライトの１つ以上の端部に位置決めされた１つ以上の光源を含み、エッジライト型バックライトを形成することができる。例えば、図２は、エッジライト型バックライト２００の別の実施形態の概略断面図である。バックライト２００は、出力面２３５を含む中空の光リサイクリングキャビティ２３０を形成する、部分的透過性の前面反射体２１０及び背面反射体２２０を含む。本明細書に更に記載されているように、キャビティ２３０は、勾配鏡面性を有する少なくとも１つの光抽出素子（図２において、素子２４２、２４４、及び２４６）を更に含む。バックライト２００は、中空の光リサイクリングキャビティ２３０内に配置された半鏡面素子２５０、及び光リサイクリングキャビティ２３０内に光を放射するように配置された少なくとも２つの光源２６０、２７０も含む。光源２６０、２７０は、光リサイクリングキャビティ２３０内に限定された角度範囲にわたって光を放射するように構成される。図１のバックライト１００の前面反射体１１０、背面反射体１２０、半鏡面素子２５０、及び１つ以上の光源１６０に関して本明細書で説明された全ての設計上の考察及び可能性は、図２のバックライト２００の前面反射体２１０、背面反射体２２０、光抽出素子２４２、２４４、２４６、半鏡面素子２５０、及び光源２６０、２７０にも等しく適用される。

図２に示した実施形態では、１つ以上の光源２６０、２７０は、バックライト２００の第１の端部２３２及び第２の端部２３４にそれぞれ近接して配置されている。他の実施形態では、光源は、バックライトの任意の数の端部に近接して配置されてもよい。図示のように、バックライト２００は、１つ以上の光源２６０、２７０からの光を光リサイクリングキャビティ２３０内に直接向けるのに役立つ１対の注入器又は反射体２６５、２７５を含む。例えば、くさび状、略放物線状の反射体などの、任意の好適な注入器又は反射体が、バックライト２００と共に使用できる。例えば、米国特許出願第６０／９３９，０８２号、表題「ＣＯＬＬＩＭＡＴＩＮＧ ＬＩＧＨＴ ＩＮＪＥＣＴＯＲＳ ＦＯＲ ＥＤＧＥ−ＬＩＴ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ」に記載の注入器を参照されたい。

図示された実施形態において、光抽出素子は、３つの区分（２４２、２４４、２４６）に、それらの間の背面反射体２２０の２つの部分２４８、２４９と共に分離される。一部の実施形態では、図１に示されるように、光抽出素子１４０は、バックライト１００の長さＬにわたって連続的である。図２で示されるように、一部の実施形態では、光抽出素子（２４２、２４４、２４６）はバックライト２００の長さＬにわたって不連続性である。一部の実施形態では、示されていないが、光抽出素子は、バックライトの長さ及び幅にわたって区分に更に分離され、出力面から望ましい光束出力を提供することができる。

図２のバックライト２００は、バックライトの端部付近に位置決めされた１つ以上の光源を有するエッジライト型バックライトであるが、他の実施形態は、光リサイクリングキャビティ内に光を向けるために、背面反射体上への出力面の突起により画定されるキャビティのエリア内で位置決めされた光源を含み、それにより直下型バックライトを形成することができる。例えば、図３は、直下型バックライト３００の一実施形態の概略断面図である。バックライト３００は、出力面３３５を有する中空の光リサイクリングキャビティ３３０を形成する、部分的透過性の前面反射体３１０及び背面反射体３２０を含む。バックライト３００はまた、中空の光リサイクリングキャビティ３３０内に配置された少なくとも１つの半鏡面素子（図示せず）、勾配鏡面性を有する光抽出素子３４０、及び光リサイクリングキャビティ３３０内に光を放射するように配置された１つ以上の光源３６０、３７０も含む。図３に図示されている実施形態では、光抽出素子３４０は、部分的透過性の前面反射体３１０に隣接して示されているが、しかしながら、光抽出素子３４０は、他の箇所で記載されているように、キャビティ３３０内の他の位置に配置されてもよい。図１のバックライト１００の前面反射体１１０、背面反射体１２０、勾配鏡面性を有する光抽出素子１４０、少なくとも１つの半鏡面素子１５０、及び１つ以上の光源１６０に関して説明された全ての設計上の考察及び可能性は、図３のバックライト３００の前面反射体３１０、背面反射体３２０、勾配鏡面性を有する光抽出素子３４０、少なくとも１つの半鏡面素子、及び１つ以上の光源３６０及び３７０にも等しく適用される。

図３に例示した実施形態では、１つ以上の光源３６０、３７０は、光リサイクリングキャビティ３３０内に位置決めされる。いくつかの実施形態では、光源３６０、３７０は、実質的に横方向に光を放射し、出力面３３５により画定される横断面に対して０〜４０度の範囲の平均光束偏差角を放射光が有するように構成されている。換言すれば、光源３６０、３７０は、光の大部分をキャビティ３３０の移送帯域内に放射するように構成され得る。１つ以上の光源３６０、３７０は、キャビティ３３０内の任意の好適な場所に位置決めされてもよい。

いくつかの直下型の実施形態では、一般的に垂直の反射性側面表面３３２、３３４は、実際には、特定のバックライトを類似又は同一の隣接するバックライトと分けるための薄いパーティションにすることができ、その各バックライトは実際には、区域で区切られた大きなバックライトの一部分である。その個々のサブバックライト内の光源は、大きなバックライトのための照明及び暗部区域で区切られたパターンを提供するために、任意の望ましい組み合わせで点灯又は消灯することができる。そのような区域で区切られたバックライトは、いくつかのＬＣＤアプリケーションにおいて、コントラストを向上させ、エネルギーを節約するために動的に用いることができる。区域間の反射性パーティションは、前面反射体まで完全に延在していなくてもよいが、区域境界の視認性（視聴者の側から見て）を最小限に抑え、また同時に区域間のブリードスルーを最小限に抑えるように寸法決めされた隙間によって前面反射体から離隔されてもよい。

図５ａ〜５ｆは、本開示の一態様による、エッジライト型中空バックライトの様々な実施形態の概略断面図である。図５ａ〜５ｆにおいて、バックライト５００は、中空の光リサイクリングキャビティ５３０を形成する、部分的透過性の前面反射体５１０及び背面反射体５２０を含む。部分的透過性の前面反射体５１０は、背面反射体５２０に面する主表面５１２を含む。背面反射体５２０は、部分的透過性の前面反射体５１０に面する主表面５２２を含む。バックライト５３０は、他の箇所で記載されたものと同様な１つ以上の光源（図示せず）を更に含む。

図５ａにおいて、バックライト５００は、部分的透過性の前面反射体５１０の主表面５１２に隣接して配置される光学素子５４０を含む。光学素子５４０は、勾配鏡面性を有する光抽出素子と組み合わされる半鏡面素子である。

図５ｂにおいて、バックライト５００は、部分的透過性の前面反射体５１０の主表面５１２に隣接して配置された第１の光学素子５４０、及び背面反射体５２０の主表面５２２に隣接して配置された第２の光学素子５４１を含む。第１の光学素子５４０及び第２の光学素子５４１は、勾配鏡面性を有する光抽出素子と組み合わされる半鏡面素子である。図５ｂに示されるように、光学素子のそれぞれの内部の勾配鏡面性は、異なっていてもよく、又は同じであってもよい。

図５ｃにおいて、バックライト５００は、背面反射体５２０の主表面５２２に隣接して配置される光学素子５４１を含む。光学素子５４１は、勾配鏡面性を有する光抽出素子と組み合わされる半鏡面素子である。

図５ｄにおいて、バックライト５００は、背面反射体５２０の主表面５２２から、隙間５４３によって分離される光学素子５４１を含む。光学素子５４１は、勾配鏡面性を有する光抽出素子と組み合わされる半鏡面素子である。

図５ｅにおいて、バックライト５００は、部分的透過性の前面反射体５１０の主表面５１２に隣接して配置された半鏡面素子５４４、及び背面反射体５２０の主表面５２２上の勾配内に配置された光抽出素子５４５を含む勾配光抽出器を含む。

図５ｆにおいて、バックライト５００は、部分的透過性の前面反射体５１０の主表面５１２に隣接して配置される半鏡面素子５４４を含む。半鏡面素子５４４は、背面反射体５２０に面する主表面５４６、及び半鏡面素子５４４の主表面５４６上の勾配内に配置された光抽出素子５４５を含む勾配光抽出器を含む。

図１のバックライト１００の前面反射体１１０、背面反射体１２０、勾配鏡面性を有する光抽出素子１４０、少なくとも１つの半鏡面素子１５０、及び１つ以上の光源１６０に関して説明された全ての設計上の考察及び可能性は、図５ａ〜５ｆのバックライト５００の前面反射体５１０、背面反射体５２０、勾配鏡面性を有する光抽出素子、少なくとも１つの半鏡面素子、及び１つ以上の光源にも等しく適用される。

本開示のバックライトは、任意の好適な構成又は用途において実施されてもよい。例えば、本明細書に記載のバックライトは、ディスプレイパネルと共に使用して、ディスプレイシステム、例えばＬＣディスプレイ又はモニタを形成することができる。図６は、ディスプレイシステム６００の一実施形態の概略断面図である。ディスプレイシステム６００は、ＬＣパネル６５０、及びＬＣパネル６５０に光を提供するために配置された照明アセンブリ６０２を含む。ＬＣパネル６５０は、典型的には、パネルプレート６５４の間に配置されたＬＣ層６５２を含む。プレート６５４の多くはガラスで形成され、ＬＣ層６５２の液晶の配向を制御するための電極構造体及び配向層を内側表面に含んでよい。これら電極構造体は、ＬＣパネル画素、すなわち隣接する領域とは独立して液晶の配向を制御できるＬＣ層の領域を画定するように一般的に配置される。また、１つ以上のプレート６５２と共に、ＬＣパネル６５０によって表示された画像に色付けするためのカラーフィルタが含まれてもよい。

ＬＣパネル６５０は、上方吸収偏光子６５６と下方吸収偏光子６５８との間に位置決めされている。図示した実施形態では、上方吸収偏光子６５６及び下方吸収偏光子６５８は、ＬＣパネル６５０の外部に位置している。吸収偏光子６５６、６５８及びＬＣパネル６５０は共に、バックライト６１０からディスプレイパネル６００を介して視聴者に至る光の透過を制御する。例えば吸収偏光子６５６、６５８は、透過軸が互いに垂直になるよう配置することができる。非駆動状態では、ＬＣ層６５２の画素は、そこを通過する光の偏光を変えることはない。したがって、下方吸収偏光子６５８を通過する光は、上方吸収偏光子６５６によって吸収される。一方、画素がアクティブ化されるとき、通過する光の偏光は回転されて、下方吸収偏光子６５８を透過した少なくとも一部の光は上方吸収偏光子６５６も透過する。例えば、制御器６０４によるＬＣ層６５２の異なる画素の選択起動は、ディスプレイシステム６００からの光を特定の所望の位置で通過させ、それにより視聴者により見られる画像を形成する結果となる。制御器６０４には、例えば、テレビ画像を受信し表示する、コンピュータ又はテレビ用制御器を挙げることができる。

ディスプレイ表面への機械的保護及び／又は環境的保護を提供するために、例えば、上方吸収偏光子６５６の近くに１つ以上の選択的な層６５７が提供されてもよい。一つの例示的な実施形態では、層６５７は、上方吸収偏光子６５６の上のハードコートを含むことがある。

いくつかのＬＣディスプレイは上記の方式とは異なった方式で作動できることは理解されよう。例えば、吸収偏光子は平行に整列されてもよく、ＬＣパネルは非活性化状態にあるときに光の偏光を回転させてもよい。それにもかかわらず、そのようなディスプレイの基本的な構造は、上述の構造と依然として同様である。

照明アセンブリ６０２は、バックライト６１０、及び所望により、バックライト６１０とＬＣパネル６５０との間に位置決めされた１つ以上の光制御フィルム６４０を含む。バックライト６１０は、本明細書に記載のいずれのバックライト、例えば図１のバックライト１００を含んでもよい。

光制御ユニットとも呼ばれる場合がある光制御フィルム６４０の配列は、バックライト６１０とＬＣパネル６５０との間に位置決めされる。光制御フィルム６４０は、バックライト６１０から伝搬する照明光に影響を及ぼす。例えば、光制御フィルム６４０の配列は、所望により拡散体６４８を含んでもよい。拡散体６４８は、バックライト６１０から受ける光を拡散するために使用される。

拡散層６４８は、任意の好適な拡散フィルム又はプレートであってもよい。例えば、拡散層６４８は、任意の好適な拡散材料を含んでいてもよい。ある実施形態では、拡散層６４８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、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から入手可能な３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｃａｌ（登録商標）Ｄｉｆｆｕｓｅｒ Ｆｉｌｍ、タイプ３６３５−３０、３６３５−７０、及び３６３５−１００を挙げることができる。

選択的な光制御フィルム６４０はまた、反射偏光子６４２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、反射偏光子６４２の透過軸は、ＬＣパネル６５０の通過軸と揃えることができる。任意の好適な種類の反射偏光子、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子、連続／分散相偏光子のような拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）、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、反射偏光子６４２に使用されてもよい。

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反射偏光子のいくつかの例が、同一出願人に所有された米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）に記載される。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（登録商標）ＤＢＥＦ−Ｄ２００及びＤＢＥＦ−Ｄ４４０多層反射偏光子がある。

本開示と関連した有用なＤＲＰＦの例には、例えば本願出願人の米国特許第５，８２５，５４３号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に記載された連続／分散相反射偏光子と、例えば本願出願人の米国特許第５，８６７，３１６号（Ｃａｒｌｓｏｎら）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ら）に記載されたものがある。ワイヤグリッド偏光子は、とりわけＭｏｘｔｅｋ Ｉｎｃ．（Ｏｒｅｍ，Ｕｔａｈ）から市販されている。

本開示と関連して役立つコレステリック偏光子の幾つかの例には、例えば米国特許第５，７９３，４５６号（Ｂｒｏｅｒら）と米国特許出願公開第２００２／０１５９０１９号（Ｐｏｋｏｒｎｙら）に記載されたものがある。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６４４を拡散プレート６４８と反射偏光子６４２との間に設けてもよい。偏光制御層６４４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６４４は、リサイクリング光の増加した一部が反射偏光子６４２を透過するように反射偏光子６４２から反射される光の偏光を変化させるために使用されてもよい。

光処理フィルム６４０の選択的な配列は、１つ以上の輝度向上層を含んでもよい。輝度向上層とは、軸外光をディスプレイの軸線により接近した方向に向け直す表面構造を含んだものである。これは、ＬＣ層６５２を通じて軸線上を伝搬する光の量を増加させ、したがって、視聴者が見る画像の輝度を向上させる。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６００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（登録商標）ＢＥＦ ＩＩ及びＢＥＦ ＩＩＩ系のプリズムフィルムが挙げられる。いくつかの実施形態では、偏光維持屈折構造体を利用することができる。屈折輝度向上フィルムの多くの種類は、高複屈折率であり、反射偏光子から放射された光の偏光状態を解消し得る。偏光を解消させないために、ポリカーボネートのような基材を十分な等方性に作製することができる。

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。

図６に示す代表的な実施形態は、反射偏光子６４２とＬＣパネル６５０との間に配置された第１の輝度向上層６４６ａを示す。プリズム状輝度向上層は、典型的に１次元の光学利得をもたらす。また、光制御フィルム６４０の配列には、第１の輝度向上層６４６ａのプリズム構造に直角に向けられたプリズム構造を有する選択的な第２の輝度向上層６４６ｂが含まれてもよい。そのような構成は、ディスプレイシステム６００の光学利得を二次元で増大させる。他の例示の実施形態では、輝度向上層６４６ａ、６４６ｂは、バックライト６１０と反射偏光子６４２との間に位置決めされてよい。

任意の光制御フィルム６４０内の様々な層は独立していてもよい。他の実施形態では、例えば本願出願人の米国特許出願第１０／９６６，６１０（Ｋｏら）で言及されているように、光制御フィルム６４０内の２つ以上の層が一緒に積層されてもよい。他の例示的な実施形態では、例えば本願出願人の米国特許出願第１０／９６５，９３７号（Ｇｅｈｌｓｅｎら）に記載されているように、任意的な光制御フィルム６４０は、隙間で分離された２つの半組立体を含んでもよい。

一態様では、本開示のバックライトの前面及び背面反射体の一方又は両方は、所望の出力光束分布を提供するために位置決めされるか、又は形成され得る。別の態様では、１つ以上の光抽出素子は、所望の出力光束分布を提供するためにキャビティ内部に位置決めされてもよい。任意の技法を使用して、望ましい分布を提供するために、反射体又は光抽出素子がどの形状又は位置をとるべきかを決めてもよい。例えば、出力面を有する中空の光リサイクリングキャビティを形成することができる。このキャビティは、部分的透過性の前面反射体及び平面状の背面反射体を含み得る。１つ以上の光源が、光リサイクリングキャビティ内に限定された角度範囲にわたって光を放射するように位置決めされ得る。所望の出力光束分布が選択され得る。第１の出力光束分布を測定し、所望の出力光束分布と比較し得る。一態様では、前面及び背面反射体の一方又は両方は、次に所望の出力光束分布を提供するために形成、又は位置決めされ得る。別の態様では、光抽出素子は、所望の出力光束分布を提供するためにキャビティ内部に位置決めされてもよい。更に別の態様では、前面反射体及び背面反射体の１つ又は両方が次いで成形又は位置決めされて、抽出素子は所望の出力光束分布を提供するためにキャビティ内部に位置決めされてもよい。第２の出力光束分布を測定し、所望の出力光束分布と比較し得る。前面反射体及び背面反射体の１つ又は両方の更なる成形、形成、若しくは位置決め、又は光抽出素子の勾配鏡面性若しくは位置の変更が次いで実施されて、所望の出力光束分布を提供してもよい。上述の技術のいずれか又は全ては、当該技術分野において既知の、任意の適切なコンピュータモデリング技術を使用して実施され得る。

特に断らない限り、「バックライト」に関する記述は、対象とする用途で名目的に均一な照明を提供する他の広域面積照明装置にも当てはまる。他のそのような装置は、偏光出力を提供してもよく、非偏光出力を提供してもよい。例としては、ライトボックス、サイン、チャンネル文字、及び、屋内（例、家庭又はオフィス）又は屋外用の、「照明器具」と称されることもある一般的照明装置が挙げられる。またエッジライト型の装置は、対向する主表面の両方、すなわち、上記で言う「前面反射体」及び「背面反射体」の両方から光を放射するように構成することができ、その場合、前面及び背面反射体の両方が部分的透過性である点にも留意されたい。そうした装置は、２枚の独立したＬＣＤパネル又はバックライトの両側に配される他のグラフィック部材を照明することができる。その場合、前面及び背面反射体は同じ又は類似の構造を有していてもよい。そのような両面バックライトは、例えば、両面サイン、携帯電話などに使用できる。いくつかの実施形態では、両面バックライトは、キャビティ内に位置決めされた反射部材を含み、バックライトの主表面の一方又は両方から外へ光を方向付けることができる。この反射部材は、完全反射性、部分的透過性であってよく、又は反射性及び透過性の組み合わされた特性を有していてもよい。更に、反射部材の主表面の一方又は両方は、本明細書で記載されるように形成されてもよい。任意の好適な反射体がこの反射部材に使用されてもよい。

「ＬＥＤ」という語は、可視、紫外線又は赤外線にかかわらず、光を放射するダイオードを指す。これは、従来型か、超放射型かにかかわらず、「ＬＥＤ」として販売されているインコヒーレントな封入又は密閉型の半導体装置を含む。ＬＥＤが紫外線などの非可視光線を発する場合、及びＬＥＤが可視光線を発するある特定の場合、ＬＥＤは蛍光体を含むようにパッケージ化され（あるいは遠隔配置された蛍光体を照射することができ）、短波長の光を長波長の可視光線に変え、特定の場合には白色光を発する装置を提供する。

蛍光体は、結合剤中の蛍光材料の混合物であってもよい。蛍光材料は、無機粒子、有機粒子、若しくは有機分子、又はこれらの組み合わせであってもよい。好適な無機粒子としては、ドープされたガーネット（例えばＹＡＧ：Ｃｅ及び（Ｙ、Ｇｄ）ＡＧ：Ｃｅ）、アルミネート類（例えば、Ｓｒ_２Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ、及びＢＡＭ：Ｅｕ）、シリケート類（例えばＳｒＢａＳｉＯ：Ｅｕ）、硫化物類（例えば、ＺｎＳ：Ａｇ、ＣａＳ：Ｅｕ、及びＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ）、オキシ−硫化物類、オキシ−窒化物類、ホスフェート類、ボレート類、及びタングステート類（例えば、ＣａＷＯ_４）が挙げられる。これらの材料は、従来の蛍光体粉末又はナノ粒子蛍光体粉末の形態であってもよい。別の種類の好適な無機粒子は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ及びこれらの組み合わせを含む半導体ナノ粒子から製造される、いわゆる量子ドット蛍光体である。一般に、量子ドットの表面は、アグロメレーションの防止、及び結合剤との適合性を増大させるために、有機分子によって少なくとも部分的にコーティングされるであろう。一部の例では、半導体量子ドットは、コア−シェル構造にて異なる材料のいくつかの層で構成されていてもよい。好適な有機分子としては、米国特許第６，６００，１７５号に列挙されるもののような蛍光染料が挙げられる。好ましい蛍光材料は、良好な耐久性と安定な光学特性を示すものである。蛍光体層は、単一層又は一連の層にて異なる種類の蛍光体のブレンドからなっていてもよく、それぞれは１以上の種類の蛍光体を含有する。蛍光体層中の無機蛍光体粒子は寸法（直径）が異なっていてもよく、それらは、層の断面にわたって平均粒径が均一ではないように分離されていてもよい。例えば、大きい粒子がフィルムの一方の側にある傾向が見られ、小さい粒子が他方の側に位置する傾向があってもよい。この分離は、結合剤が硬化する前に粒子を沈降させることにより達成されるであろう。他の好適な蛍光体は、薄膜蛍光体、例えば、Ｌｕｍｉｌｅｄｓ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ）から入手可能なＬｕｍｉｒａｍｉｃ（登録商標）蛍光技術が挙げられる。

「ＬＥＤダイ」は、最も基本的な形態、すなわち半導体加工手順によって製造される個々の構成要素又はチップの形態のＬＥＤ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。構成要素又はチップの個々の層及びその他の機能的要素は、通常、ウェハスケールで形成された後、仕上がったウェハは個々の小片部に切られて、多数のＬＥＤダイとなることができる。ＬＥＤは、カップ形状の反射体又は他の反射性基材、単純なドーム形状のレンズ、他の既知の形状若しくは構造体に成型された封入材、抽出材及びその他パッケージング要素で前方発光、側方発光、その他の望ましい光出力分配を行うのに用いられるものを含むことができる。

他に指示がない限り、ＬＥＤという語の参照は、カラーか、白色かを問わず、並びに偏光か非偏光かを問わず、小さな発光面積で明るい光を放射することができる他の光源にも適用される。例としては、半導体レーザー装置、及び、固体レーザーポンピングを利用した光源、例えばＬｕｍｉｎｕｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ）から入手可能なＰｈｌａｔｌｉｇｈｔ（登録商標）光源のようなフォトニック結晶を組み込んだ固体光源、及び量子ドット又は量子井戸のような量子井戸ダウンコンバート素子を組み込んだ光源（例えば、米国特許出願第６０／９７８，３０４号、及び米国特許出願公開第２００６／０１２４９１８号を参照）が挙げられる。

指示がない限り、本明細書及び請求項で使用される特性となる大きさ、量、及び物理特性を示す全ての数字は、「約」と言う用語によって修飾されることを理解されたい。それ故に、別の指示がない限りは、本明細書及び添付の請求項に説明される数字のパラメータは近似値であり、本明細書に開示された教示を使用して当業者が獲得しようとする所望の特性に応じて変化し得る。

バックライトは、米国特許出願公開第２００８／０６８９５３号、表題「ＶＩＲＴＵＡＬ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴ ＦＲＡＭ（登録商標）ＥＷＯＲＫ」（代理人整理番号６２３０７ＷＯ００４）に記載されているように、ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（登録商標）６．０．０（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ（Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡ）から入手可能）及びＶｉｒｔｕａｌ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔシミュレーションツールを使用して作られた。

実施例１：エッジライト型バックライト
対角３２”（８１．３ｃｍ）、１６：９のバックライトが作られた。バックライトは以下の寸法を備えて、図１と同様に設計された。長さＬは３９８．５ｍｍであり、高さＨは１５．０ｍｍであり、略放物線状の反射体（図１における素子１６５）は、深さ２１ｍｍ及び幅１４ｍｍと計測され（深さは左への距離であり、幅は端部１３２に沿った開口部である）、光源１６０は２．６ｍｍと測定された。側面反射体（図１における素子１３４）は、垂直（素子１１０に最も近い末端部は、光源により近い）から約３．８°傾けた。ビーズ状の利得拡散体（同時係属の米国特許出願第６０／９３９，０８５号、「ＲＥＣＹＣＬＩＮＧ ＢＡＣＫＬＩＧＨＴＳ ＷＩＴＨ ＳＥＭＩ−ＳＰＥＣＵＬＡＲ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ」の実施例１に記載されている手順に従って調製された）は、半鏡面素子として使用された（図１における素子１５０）。光エンジン及びキャビティの全ての他の内面は、他に指定がない限り、３Ｍ ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＥＳＲを用いて裏打ちされた。２つの異なる部分的透過性の前面反射体（図１における素子１１０）を使用して、光抽出素子のないシミュレーションが実施された。第１の部分的透過性の前面反射体（ＡＲＦとして設計された）は、通過方向において、３２％の透過率及び８３％の半球反射率を有する非対象反射性フィルム（ＡＲＦ）だった。第２の部分的透過性の前面反射体（ＡＰＦとして設計された）は、５１％の半球反射率を有するＡｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｆｉｌｍ（高度偏光フィルム）だった。

２つの区分の光抽出素子は、図１に示されるように背面反射体に隣接して、キャビティ内に配置された。光抽出素子の２つの区分のそれぞれは、背面反射体上に適用された、様々な密度及びランベルト反射特性を備える白いドットを含んだ。このシミュレーションで使用される白いドットパターンは、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＡｓｓｏｃｉａｔｅからのＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（登録商標）６．０．０に「Ｂｅｚｉｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｏｐｔｉｏｎ」を使用して算出された。光抽出器の第１の区分は長さ５０ｍｍであり、光源の隣であった（図１における素子１３２で始まり、５０ｍｍ延びる）。光抽出器の第２の区分は、長さ２００ｍｍであり、中間点から側面反射体（図１における素子１３４）まで広がった。各白いドットは、反射率０．９８を有するランベルト反射体だった。白いドットは、表１に示されるように各区分に対してアレイ内に配置された。長さ方向Ｌに沿った配置は、アスタリスク（^＊）で示されたパラメータを使用して、Ｂｅｚｉｅｒの位置オプションによって測定された。

光抽出素子を備えるシミュレーションが、２つの異なる部分的透過性の前面反射体（図１の素子１１０）を使用して実施された。第１の部分的透過性の前面反射体（ＡＲＦ−ドットとして設計された）は、通過方向において、３２％の透過率及び８３％の半球反射率を有する非対象反射性フィルム（ＡＲＦ）だった。第２の部分的透過性の前面反射体（ＡＰＦ−ドットとして設計された）は、５１％の半球反射率を有するＡｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｆｉｌｍ（高度偏光フィルム）だった。図７は、光源からのモデル化された出力光束対位置グラフであり、ＡＲＦ、ＡＲＦ−ドット、ＡＰＦ、及びＡＰＦ−ドットのシミュレーションを含む。

シミュレーションの結果は、ランベルト反射率を備える白い印刷ドットを有する光抽出素子がディスプレイの均一性を改善することができるということを立証している。ディスプレイの均一性は、低い半球反射率及び高い反射率を有する部分的透過性の前面反射体で改善された。バックライトの効率は、低い半球反射率を有する部分的透過性の前面反射体の使用によって、部分的に、中空のキャビティ内部で、より少ないリサイクルによって（並びに、したがって、より少ない吸収損失によって）改善された。

本願で引用した全ての参照文献及び刊行物は、本開示と完全には矛盾することのない程度まで、その全てが引用によって本開示に明白に組み込まれる。本開示の例示的実施形態を検討すると共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共に、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「特許請求の範囲」によってのみ限定される。

Claims (3)

1. 出力面(135;235;335)を含む中空の光リサイクリングキャビティ(130;230;330)を形成する、部分的透過性の前面反射体(110;210;310)及び背面反射体(120;220;320)と、
   前記中空の光リサイクリングキャビティ(130;230;330)内に配置された半鏡面素子(150;250)と、
   前記中空の光リサイクリングキャビティ(130;230;330)内に配置された光抽出素子(140;242,244,246;340)であって、勾配鏡面性を有する光抽出素子(140;242,244,246;340)と、
   光を前記中空の光リサイクリングキャビティ(130;230;330)内に注入するように配置された少なくとも１つの光源(160;260,270;360,370)であって、前記出力面(135;235;335)が、前記出力面(135;235;335)に平行な平面として横断面を画定し、前記光源(160;260,270;360,370)が、前記横断面に対して０〜４０度の範囲の平均光束偏差角で、前記中空のリサイクリングキャビティ(130;230;330)内に光ビームを注入する、少なくとも１つの光源(160;260,270;360,370)と、
   を含む、バックライト(100;200;300)。
2. 前記光抽出素子が勾配拡散体を含む、請求項１に記載のバックライト。
3. 前記部分的透過性の前面反射体が、可視光線に対して半球反射率 Ｒ^f _hemiを含み、前記背面反射体が、可視光線に対して半球反射率 Ｒ^b _hemiを含み、Ｒ^f _hemi＊Ｒ^b _hemiは、少なくとも０．４５である、請求項１に記載のバックライト。

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