JP5336475B2 - 光リサイクリング中空キャビティー型ディスプレイ・バックライト - Google Patents

光リサイクリング中空キャビティー型ディスプレイ・バックライト Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
以下の共有及び同時係属のＰＣＴ特許出願、即ち、「有益な設計特徴を有する薄型中空バックライト（THIN HOLLOW BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGN CHARACTERISTICS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３１ＷＯ００３）、「半鏡面構成要素を有するリサイクリングバックライト（RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３２ＷＯ００３）、「有色ＬＥＤ光源を効率的に利用する白色光バックライト等（WHITE LIGHT BACKLIGHTS AND THE LIKE WITH EFFICIENT UTILIZATION OF COLORED LED SOURCES）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３３ＷＯ００４）、及び「エッジリットバックライト用の平行光注入器（COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LIT BACKLIGHTS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３４ＷＯ００４）を、引用により本明細書に組み込む。
（発明の分野）
本開示は、一般にバックライトと呼ばれる表示又は他の図形を後方から照明するのに適した広範な面積の光源に関する。この開示は、特に、実質的に１つの偏光状態の可視光だけを放射するバックライトに関するが必ずしもこれに限定されない。
従来、単純なバックライト装置は、光源又はランプ、背面反射体及び前面拡散体の３つの主要構成要素だけを含んでいた。このようなシステムは、相変わらず汎用広告看板及び屋内照明用途に使用されている。
ここ数年、この基本的なバックライト設計に対して、他の構成要素を追加して輝度を高めるか又は消費電力を節減し、均一性を高め、及び／又は厚さを薄くすることにより改良が行われてきた。この改良は、高成長する家電業界において、コンピュータ・モニタ、テレビ・モニタ、携帯電話、デジタル・カメラ、ポケットサイズＭＰ３音楽プレーヤ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、及び他の携帯端末装置などの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を実装する製品の需要によって促進されてきた。本明細書では、極めて薄いバックライトの設計を可能にする固体光導体の使用や、軸上の輝度（on-axis brightness）を高める直線的プリズムフィルムや反射偏光フィルムなどの光処理フィルムの使用などの改良の幾つかを、液晶表示装置に関する更に詳しい背景情報と関連して言及する。
上記製品の幾つかは、通常の周囲光を使用して表示を見ることができるが、ほとんどの製品は、表示を目に見えるようにするバックライトを備える。これは、液晶表示装置の場合、液晶表示パネル自体では発光せず、したがって照明アセンブリ又はバックライトを使用して通常表示されるからである。バックライトは、観察者から見て液晶表示パネルの反対側にあり、したがって、バックライトによって生成された光は、液晶表示パネルを透過して観察者に達する。バックライトは、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの１つ以上の光源を内蔵し、光源からの光を液晶表示パネルの可視領域と一致する出力領域全体に分散させる。バックライトによって放射される光は、液晶表示パネルによって生成された画像を満足な状態でユーザに表示できるようにバックライトの出力領域全体にわたって十分な輝度と十分な空間均一性を有することが望ましい。
液晶表示パネルは、その動作方法のために、１つの偏光状態の光だけを利用しており、したがって、液晶表示用途では、偏光されていない可能性のある光の輝度と均一性を知るよりも、適正又は使用可能な偏光状態の光に関するバックライトの輝度と均一性を知ることが重要である。その点で、他の全ての要素が等しい場合、使用可能な偏光状態の光を主にすなわち独占的に放射するバックライトは、液晶表示用途において非偏光を放射するバックライトより効率的である。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、液晶表示パネルの後方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容易に除去できるので、液晶表示用途でまだ十分使用可能である。
液晶表示装置は、一般に、３つの分類のいずれかに入り、バックライトは、これらの分類のうちの２つの分類で使用される。「透過型」として知られる第１の分類では、照射されたバックライトの支援によってしか液晶表示パネルを見ることができない。即ち、液晶表示パネルは、バックライトからの光が途中で液晶表示パネルを介して観察者まで透過されている状態の「透過状態」でのみ見えるように構成される。「反射型」として知られる第２の分類では、バックライトは除去され反射材料に置き換えられ、液晶表示パネルは、光源が液晶表示パネルの観察者側にある場合にだけ見えるように構成される。外部光源（例えば、周囲の室内灯）からの光は、液晶表示パネルの前方から後方に通過し、反射材料で反射し、再び途中過程で液晶表示を通過して、観察者まで進む。「半透過型（transflective-type）」として知られる第３の分類では、バックライトと部分的に反射する材料の両方が液晶表示パネルの後方に配置され、液晶表示パネルは、バックライトが点灯された場合には透過状態で見え、バックライトが消えて十分な周囲光がある場合には反射状態で見えるように構成される。
後に詳細な説明で示されるバックライトは、一般に、透過型液晶表示ディスプレイと半透過型（transflective-type）液晶表示ディスプレイの両方で使用することができる。
上記の３つの分類の液晶表示ディスプレイの他に、バックライトは、また、内部光源がバックライトの出力領域に対してどこに位置するかにより２つの分類のうちのいずれかに入ることができ、ここで、バックライトの「出力領域」は、表示装置の可視地域すなわち可視領域に対応する。バックライトの「出力領域（output area）」は、本明細書では、領域又は表面自体とその領域又は表面の面積（area）（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）を区別するために、「出力領域」又は「出力面」と呼ぶことがある。
「エッジリット（edge-lit）」バックライトにおいて、１つ以上の光源が、平面的な視点から見れば一般に出力領域に対応する領域又はゾーンの外側に、バックライト構造の外側境界又は周囲に沿って配置される。多くの場合、光源は、バックライトの出力領域と接するフレームすなわちベゼルによって視線から隠される。光源は、典型的には、特にラップトップ・コンピュータ・ディスプレイのように極めて薄いバックライトが必要とされる場合、「光導体」と呼ばれる構成要素内に光を放射する。光導体は、透明な固体の比較的薄い板であり、その長さ及び幅寸法は、ほぼバックライトの出力領域と同じである。光導体は、内部全反射（ＴＩＲ）を使用して、バックライトの縁に取り付けられたランプから光導体の全長又は全幅を横切ってバックライトの反対側の縁まで光を伝播又は誘導し、この誘導された光の一部分を光導体からバックライトの出力領域に向きを変えるために、光導体の表面に局所的な抽出構造の不均一なパターンが設けられる。（他の段階的な抽出方法には、テーパ付き固体導光体を使用する方法があり、その場合、上面の傾斜により、光が光源から離れて伝わるときに、より多くの光線が平均的に全反射角度に達するようになるので、光が段階的に抽出される。）そのようなバックライトは、通常、光導体の後方又は下方に配置された反射材料、軸上の輝度を高めるために光導体の前方又は上方に配置された反射偏光フィルム及びプリズム輝度強化フィルム（ＢＥＦ）フィルム等の光処理フィルムを含む。
出願人の見地では、既存のエッジリット・バックライトの欠点すなわち制限として、特にバックライトのサイズが大きい場合に光導体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造用に光導体を射出成形や他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しなければならないこと、既存の抽出構造パターンと同様にバックライト内の位置に応じて実質的に空間上の不均一を必要とする構成要素を使用しなければならないこと、並びにバックライト・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領域の長さ、幅、又は対角線寸法）と共に線形（１／Ｌ）に低下するので、表示装置の縁に沿った空間すなわち「占有体積」が制限されるため十分な照明を提供するのが困難になることがある。
「ダイレクトリット（direct-lit）」バックライトでは、１つ以上の光源が、平面的な視点から見れば実質的に出力領域に対応する領域又はゾーンの内側に、通常はゾーン内で規則的な配列又はパターンで配置される。あるいは、ダイレクトリット・バックライトの光源が、バックライトの出力領域の後方に直接配置されてもよい。光源が出力領域を介して直接見える可能性があるので、出力領域の上で光を拡散させて光源を直接見えなくするために、通常、光源の上に強力な拡散板が取り付けられる。この場合も、拡散板の上に反射偏光子フィルムやプリズムＢＥＦフィルム等の光処理フィルムを配置して、軸上の輝度と効率を改善することができる。広域面積の液晶表示用途では、エッジリット・バックライトの１／Ｌ制限を受けないように、また固体光導体と関連した重量のために、ダイレクトリット・バックライトを使用する傾向がある。
既存のダイレクトリット・バックライトの欠点又は制限には、強力な拡散板と関連した効率の低さ、ＬＥＤ光源の場合、十分な均一性と輝度を得るためのそのような光源が多数必要なこと及びそれと関連した高い部品コストと発熱、並びに光源が不均一で望ましくない「突き抜け現象」（各光源の上の外側領域に明るい点が現れる）を発生させないバックライトの達成可能な薄さへの制限が挙げられる。
場合によって、ダイレクトリット・バックライトは、バックライトの周囲に１つ又は幾つかの光源を備えることもあり、エッジリット・バックライトは、出力領域の真後方に１つ又は幾つかの光源を備えることもある。そのような場合、バックライトは、ほとんどの光がバックライトの出力領域の後方から直接発生する場合は「ダイレクトリット」と見なされ、ほとんどの光がバックライトの出力領域の周囲から発生する場合は「エッジリット」と見なされる。
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・キャビティーを形成する前面反射体と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、光リサイクリング・キャビティー内に光を放射するように配置された１つ以上の光源を含む。前面反射体は、第１の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも９０％の軸上の平均反射率と、第１の平面と垂直な第２の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも２５％かつ９０％未満の軸上の平均反射率と、を有する。
別の態様では、本開示は、第１の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも９０％の軸上の平均反射率と、第１の平面と垂直な第２の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも２５％かつ９０％未満の軸上の平均反射率と、を提供するように調整された構成及び屈折率を有する高分子の交互層を含む非対称の反射フィルムを提供する。
別の態様では、本開示は、表示パネルと、表示パネルに光を提供するように配置されたバックライトとを有する表示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・キャビティーを形成する前面反射体と背面反射体を含む。バックライトは、更に、光を光リサイクリング・キャビティー内に放射するように配置された１つ以上の光源を含む。前面反射体は、第１の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも９０％の軸上の平均反射率と、第１の平面と垂直な第２の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも２５％かつ９０％未満の軸上の平均反射率と、を有する。
別の態様では、本開示は、出力面を有する中空の光リサイクリング・キャビティーを形成する前面反射体と背面反射体を含むバックライトを提供する。前面反射体は、キャビティー内の第１の角度分布を有する全ての光を実質的に反射し、かつキャビティー内の第１の角度分布と異なる第２の角度分布を有する光を部分的に反射しかつ部分的に透過するように構成される。バックライトは、更に、キャビティー内に光を放射するように配置された１つ以上の光源と、キャビティー内の第１の角度分布を有する光の少なくとも一部分を第２の角度分布を有する光に変換し、キャビティー内の第２の角度分布を有する光の少なくとも一部分を第１の角度分布を有する光に変換するために、キャビティー内に配置された変換構造と、を有する。
本出願のこれら及び他の態様は、以下の「発明を実施するための形態」から明らかとなるであろう。しかし、上記要約は、請求された主題に関する限定として決して解釈されるべきでなく、請求の主題は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定され、出願手続きの間に補正されてもよい。
本明細書全体にわたって、類似の参照数字が類似の要素を指す添付図面が参照される。
ダイレクトリット表示システムの一実施形態の概略断面図。 図エッジリット・バックライトの一実施形態の概略断面図。 多層光学フィルムの一実施形態の概略斜視図。 反射偏光フィルムの概略斜視図。 非対称の反射フィルムの一実施形態の反射率と空気中の入射角の関係を示すグラフ。 中空の光リサイクリング・キャビティーの一部分の一実施形態の概略断面図。 非対称の反射フィルムの別の実施形態の反射率と空気中の入射角の関係を示すグラフ。 非対称の反射フィルムの別の実施形態の反射率と空気中の入射角の関係を示すグラフ。 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。 非対称の反射フィルムの同時押出成形に有効な方法の概略図。 図９Ａに示した方法に使用できる供給ブロックの一実施形態の概略斜視図。 図９Ａに示した方法を使用して形成された非対称の反射フィルムの透過率と波長の関係を示すグラフ。 拡散的に反射する前面反射体と拡散的に反射する背面反射体を有するバックライトの一実施形態の一部分の概略断面図。 鏡面反射する前面反射体と半鏡面反射する背面反射体とを有するバックライトの一実施形態の一部分の概略断面図。 前面反射体の通過軸と平行に偏光された光に関する、種々の軸上の平均反射率を有する前面反射体に関して、キャビティーの断片的出力と、１からキャビティー損失値を引いたもの（１−キャビティー損失値）との関係を示すグラフ。 種々のバックライト損失比率値の前面反射体の軸上の偏光出力利得と反射率との関係を示すグラフ。 ダイレクトリット・バックライトの一実施形態の概略断面図。 ダイレクトリット・バックライトの別の実施形態の概略断面図。 ゾーン・バックライトの一実施形態の概略平面図。 前面反射体の１つ以上の実施形態における入射方向に対する全反射率の依存性近似をする概略図。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 エッジリット・バックライト内の前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と位置の関係を示すグラフ。 プリズム輝度強化フィルムの一実施形態の概略断面図。 利得立方体を使用して測定される前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と視角の関係を示すグラフ。 利得立方体を使用して測定される前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と視角の関係を示すグラフ。 利得立方体を使用して測定される前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と視角の関係を示すグラフ。 利得立方体を使用して測定される前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と視角の関係を示すグラフ。 利得立方体を使用して測定される前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と視角の関係を示すグラフ。 利得立方体を使用して測定される前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と視角の関係を示すグラフ。 利得立方体を使用して測定される前面反射体の幾つかの実施形態における輝度と視角の関係を示すグラフ。
一般に、本開示は、対象用途に適切な輝度及び空間の均一性を提供するバックライトについて述べる。そのようなバックライトは、いずれの適切な照明用途（例えば、表示装置、看板、全般照明など）に使用することができる。ある実施形態では、記載されるバックライトは、前面反射体と背面反射体によって構成された中空の光導体を有する。前面反射体は、部分的に透過性でよく、それにより、所望の光学特性又は光学特性の組み合わせを有する光の放射が可能になる。ある実施形態では、所望の光学特性には、特定の偏光状態を挙げることができ、他の実施形態では、所望の光学特性には、選定された視野角を有する放射光を挙げることができる。
例示的な実施形態では、開示されたバックライトは、１）所望の偏光状態のリサイクリング量、２）キャビティー内の光の散乱度、及び３）キャビティー内に導かれる光の角度及び空間分布、の特性を平衡化する。この平衡／調整により、リサイクリングと必要に応じ制御された量の拡散とを使用して、光で実質的にキャビティーを（空間的かつ角度的に）満たすことができる。リサイクリングの量は、バックライトの効率と輝度との低下が最小の状態で所望のバックライト均一性を達成するのに十分である。また、この平衡により、高性能表示用途と適合した輝度と均一性を有するバックライトを提供することができるが、このバックライトは、また、これまで達成できなかった物理的プロポーション（例えば、薄型設計）又は光学特性（例えば、所定の光源放射面積のための大きな出力領域）を有する。
ある実施形態では、この平衡化は、通過状態で中間の軸上の平均反射率を有する前面反射体を使用することにより得られる。例示的な実施形態では、前面反射体は、第１の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも９０％の軸上の平均反射率と、第１の平面と垂直な第２の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも２５％かつ９０％未満の軸上の平均反射率と、を有する。
従来のバックライトでは、電球と拡散体の間隔、電球と電球の間隔、及び拡散体透過率は、輝度と照明不均一性が一定値の場合にバックライトを設計する際に考慮すべき重要な要素である。一般に、強力な拡散体（即ち、入射光線の大部分を拡散する拡散体）は、均一性を改善するが、拡散レベルが高いと逆拡散（即ち、反射）が強くなるので輝度が低下することになる。また、そのような強力な拡散体は、バックライトの全体的な厚さプロファイルを増大させる可能性がある。
本開示の幾つかの実施形態によれば、部分的に透過性の前面反射体が、強力な拡散体を必要としないで、より高い照度均一性及び／又は色混合を実現することができ、それによりバックライトの全体的な厚さプロファイルを減少させる。
バックライトが、異なるピーク波長又は色を有する光を生成できる光源（例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの配列）を含む実施形態では、高リサイクリング・キャビティーが、装置の外に向けられた光の色と強度がより均一になるように光を分散させる働きをする。例えば、白色照明光が望ましい場合に、開示されたキャビティーは、液晶パネルの外観がより均一な白色光のものになるように個別の色付き光源からの光を混合することができる。そのようなリサイクリング・キャビティーは、例えば液晶ディスプレイで使用される標準的なバックライトよりかなり薄くなる。
本開示のバックライトは、表示システム（例えば、液晶ディスプレイ）用のバックライトとして利用することができるが、本明細書に記載したバックライトは、液晶表示パネルの照明に使用することに限定されない。開示されたバックライトは、個別の光源を利用して光を生成し、１つ以上の個別の光源を含むパネルから均一照明を得たい場合にも使用することができる。したがって、記載されたバックライトは、ソリッドステートの空間照明用途、看板、照明パネルなどに有効な場合がある。
一般に、次世代バックライトにとって、対象用途に適正な輝度と空間均一性を提供すると同時に、プロファイルが薄いこと、最小数のフィルム構成要素や最小数の光源などの設計が単純で光源配置が好都合であること、重量が軽いこと、バックライト内の位置による実質上の空間的不均一性を有するフィルム構成要素の不使用又は不必要、ＬＥＤ光源との適合、全て名目的に同じ色であるＬＥＤ光源間の色のばらつきと関連した問題の影響を受けないこと、ＬＥＤ光源の一部分の焼損や他の故障の影響をできる限り受けないこと、及び「背景技術」の箇所で述べた制限と欠点のうちの少なくとも幾つかが解消又は低減されること、の上記特徴のうちの幾つか又は全てを組み合わせることが有益になる。
これらの特徴をバックライトに首尾良く組み込むことができるかどうかは、ある程度バックライトを照明するために使われる光源のタイプによる。例えば、ＣＣＦＬは、その細長い放射領域全体にわたって白色光を放射し、そのような放射領域は、また、リサイクリング・キャビティー内で起こるのと同じように、ＣＣＦＬに当たる一部の光を散乱させる働きをすることもできる。しかしながら、ＣＣＦＬからの通常の放射は、実質的にランバーシアン（Lambertian）の角度分布を有し、これは、所定のバックライト設計では効率的でなく又は他の点で望ましくない場合がある。また、ＣＣＦＬの放射面は、ある程度拡散的に反射するが、高性能リサイクリング・キャビティーが要求される場合に顕著になる吸収損失も通常有する。
ＬＥＤダイは、光をランバーシアンに近い方法で放射するが、サイズがＣＣＦＬよりかなり小さいので、例えば得られたパッケージＬＥＤを前方発光源、側方放射源、又は他の非ランバーシアン・プロファイルにするために、ＬＥＤ光分布を一体封止レンズ、反射体又は抽出器を用いて容易に修正することができる。そのようなプロファイルは、開示されたバックライトに大きな利点を提供することができる。しかしながら、ＬＥＤ光源はＣＣＦＬよりもサイズが小さく強度が高いので、ＬＥＤを使用して空間的に均一なバックライト出力を生成することはより難しくなる可能性がある。これは、特に、赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）のＬＥＤアレイなどの個々の色付きＬＥＤを使用して白色光を生成する場合に当てはまり、その理由は、そのような光の横方向の伝搬又は混合を十分に実現できないと、望ましくない色付き帯又は領域が生じる可能性があるからである。そのような色の不均一性を減少させるために、白色発光ＬＥＤを使用することができ、白色発光ＬＥＤでは、蛍光体が青色又は紫外線発光ＬＥＤダイによって励起されてＬＥＤダイと同等の小さい面積又は体積から強い白色光が出力される。しかし、白色ＬＥＤは、現在、個々の色付きＬＥＤアレイで実現できるほど広い液晶表示色域を提供することができず、したがって必ずしも全ての最終用途に望ましいわけではない。
本出願人は、ＬＥＤ光源照明と適合し、少なくとも幾つかの点において現況技術の市販の液晶表示装置に見られるバックライトよりも優れたバックライト設計を生成することができるバックライト設計における特性の組み合わせを発見した。これらのバックライト設計特性は、以下のうちの幾つか又は全てを含む。
Ａ．光の大部分が、部分的に透過性で部分的に反射性の前面反射体から出る前に実質的に同一の広がりをもつ前面反射体と背面反射体の間で複数の反射を行うリサイクリング光学キャビティー。
Ｂ．リサイクリング・キャビティー内で伝搬する光の総合損失は、例えば、低損失の前面反射体、背面反射体及び側面反射体を含む低吸収損失の実質的に閉じたキャビティーを提供し、かつ光源と関連した損失を極めて低く維持することによって（例えば、全ての光源の累積放射領域が、バックライト出力領域の小さな部分であるようにすることによって）、極めて低く維持される。
Ｃ．中空であるリサイクリング光学キャビティーであって、即ち、キャビティー内の光の横方向の伝播が、主に、アクリル樹脂やガラスなどの光学的に密な媒体ではない空気中や真空中などで行われるリサイクリング光学キャビティー。
Ｄ．特定の（使用可能な）偏光状態の光だけを放射するように設計されたバックライトの場合、前面反射体は、そのような使用可能な光が横方向に伝播又は拡散し易くするのに十分でかつバックライト出力の適切な空間均一性を達成するための光線の角度ランダム化に十分な高い反射率を有するが、バックライトの利用輝度が十分に高くなるようにするために用途に適切な使用角度に十分高い透過率を有する。
Ｅ．リサイクリング光学キャビティーは、キャビティーに鏡面特性と拡散特性の平衡化を提供する構成要素を収容し、この構成要素は、伝搬角度の狭い範囲でだけキャビティーに光を注入するときでも、キャビティー内の顕著な横方向の光伝播又は混合を支援するのに十分な鏡面性を有するが、キャビティー内の安定した状態の光の角度分布を実質的に均質化するのに十分な拡散性も有する。更に、キャビティー内のリサイクリングによって、反射光の偏光状態が入射光の偏光状態に対してある程度ランダム化する可能性がある。これにより、リサイクリングによって使用できない偏光を使用できる偏光に変換することができる機構が可能になる。
Ｆ．リサイクリング・キャビティーの前面反射体は、一般に入射角と共に増大する反射率と、一般に入射角と共に減少する透過率とを有し、ここで、反射率と透過率は、非偏光の可視光に、及びいかなる入射面に関するものであり、及び／又は使用可能な偏光状態の傾斜光がｐ偏光された平面に入射する使用可能な偏光状態の光のためのものである。更に、前面反射体は、高い半球反射率値を有し、同時に使用可能な光の十分に高い光透過値を有する。
Ｇ．リサイクリング・キャビティーに最初に注入された光を、例えば０〜９０度、又は０〜６０度又は０〜３０度の範囲で半値出力（ＦＷＨＭ）で最大角度幅（横断面に関する）を有する注入ビームを横断面（バックライトの出力領域と平行な横断面）に近い伝搬方向に部分的に平行化又は制限する光を注入する光学素子。ある例では、注入光の最大出力が、横断面と４０度以下の角度で横断面より下の下方投射を有することが望ましい場合があり、他の例では、注入光の最大出力が、横断面と４０度以下の角度で前面反射体の方への横断面より上の上方投射を有することが望ましい場合がある。
液晶表示パネル用のバックライトは、その最も単純な形態で、ＬＥＤダイの能動放射面やＣＣＦＬ電球の外側蛍光体層などの発光面と、バックライト出力領域と呼ばれる拡張又は広域面積照明面又は領域を生成するようにこの光を分布又は分散させる幾何学的及び光学的機構とからなり、バックライト出力領域は、少なくとも幾つかの実施形態では、放射される光度において空間的に均一である。一般に、極めて高輝度の局所的光源を広域面積の均一出力面に変換するこのプロセスは、バックライト・キャビティー表面との相互作用による、及び発光面との相互作用による、光の損失の原因になる。特定のＬＥＤレンズを有するダイレクトリット光源のアーキテクチャを使用して前面反射体に入射する第１の反射フラックスを均一にするような他の手法により、バックライト出力面からの輝度を効率的で均一にすることができるが、この手法は、全てのバックライト構成要素の厳密な幾何学形状の影響を受けやすい。第一近似として、このプロセスによって、前面反射体と関連付けられた出力領域又は表面を介して、要求の用途での観察者のコーン（存在する場合）内に、特定のフィルタリング状態（例えば、液晶表示パネルで使用可能な偏光又はカラー）で伝播されない光は、「損失」の光である。リサイクリング・キャビティーを含むいずれのバックライトを２つの本質的パラメータによって特徴付ける技術は、「有益な設計特性を有する薄型中空バックライト（THIN HOLLOW BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGN CHARACTERISTICS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３１ＷＯ００３号）に記載されている。
この特性化は、特に、平面バックライト・キャビティーにおいて直進することであり、平面バックライト・キャビティー内で、バックライトの背面反射体（本明細書ではバックプレーンと呼ぶことがある）とバックライトの出力領域の両方が、平面的で、互いに平行で、ほぼ等しい面積で、ほぼ同一の広がりを有する。しかしながら、この２つのパラメータの特性化は、平行な平面のバックライト形状に全く限定されるべきでなく、前面反射体、前面反射体と光リサイクリング・キャビティーを形成する背面反射体、及びキャビティー内に配置されるかキャビティーに光学的に接続された１つ以上の光源群と関連付けられた出力面の基本要素を有するいずれのバックライト形状に一般化されてもよい。
本明細書で使用されるとき、用語「許容可能な空間均一性」とは、全体的な強度とカラーの両方の許容可能な均一性を指す。何が許容可能な輝度と空間均一性と見なされるかは、バックライトが使用される特定の用途に依存する。例えば、液晶表示の均一性に関する共通参照基準は、６６％を超える許容限界輝度比を指定するＴＣＯ ０５（スウェーデン事務労働者連絡会（The Swedish Confederation of Professional Employees）バージョン２．０、２００５−０９−２１、Ｐ．９）である。特定技術の初期の商業化では、均一性基準はこれより低い場合があり、例えば、ノートブック・コンピュータが最初に導入されたとき、許容可能な均一性は５０〜６０％であった。更に、例えば、輝度均一性が重要な性能判定基準の別の用途は、内部照明されたチャネル文字である。この場合、人的要因の研究から、ほとんどの人々が、輝度比が５０％を超える場合にチャネル文字の均一性が許容可能であると判断することが分かった。例えば、フレイシニア（Freyssinier）他による「標識用の発光ダイオードの評価（Evaluation of light emitting diodes for signage applications）」Ｔｈｉｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ ５１８７：３０９〜３１７（２００４）を参照されたい。発光パネルの更に別のよく見られる用途は、緊急標識である。均一性の仕様例は、出口標識用のエネルギー・スター・プログラムである。「出口標識ドラフト１用のエネルギー・スター・プログラム要件、適格基準バージョン３．０（Energy Star Program Requirements for Exit Signs Draft 1, Eligibility Criteria Version 3.0）」を参照されたい。エネルギー・スター 指定 (Energy Star designation)にふさわしい出口標識用には、標識は ２０：１未満(すなわち５％よりも大きい)の輝度不均一性を有するべきである。
本明細書で参照される空間均一性の１つの測定値は、ＶＥＳＡ（Video Electronics Standards Association）の平面パネル・ディスプレイ測定基準（Flat Panel Display Measurements Standard）ｖ．２．０（２００１年６月１日発行）規格３０６−１「サンプル均一性と白色（Sampled Uniformity and Color of White）」（本明細書ではＶＥＳＡ ９ポイント（９ｐｔ）均一性規格と呼ばれる）に従って決定された輝度と色の不均一性である。ここで報告されたＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は、次のようなバックライトの外側面上の規格によって定義されたような位置を有する「サンプル点」と呼ばれる９つの指定された円形領域から決定される。
Figure 0005336475
ここで、Ｌ最小は、９ポイントの輝度の最小値であり、Ｌ最大は、９ポイントの輝度の最大値である。ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性の値が大きいほど、より均一性なシステムであることを示す。
ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は、いずれの２対の９つのサンプル点間の色差の最大値として決定される。色差ｕ’ｖ’は、次の通りである。
Figure 0005336475
ここで、下付き文字１及び２は、比較される２つの領域を示す。ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性の値が小さいほど、より均一なシステムであることを示す。
本明細書で言及されるとき、本開示のバックライトを表示システムのバックライトとして利用することができる。図１に、ダイレクトリット表示システム１００の一実施形態の概略断面図を示す。このような表示システム１００は、例えば、液晶モニタ又は液晶テレビで使用されてもよい。表示システム１００は、表示パネル１５０と、パネル１５０に光を提供するように位置決めされた照明アセンブリ１０１とを含む。示した実施形態では、表示パネル１５０は、液晶パネルを含む（以後、液晶パネル１５０と呼ぶ）。液晶パネル１５０は、一般に、パネル板１５４間に配置された液晶層１５２を含む。パネル板１５４は、ガラスで形成されることが多く、その内側面に液晶層１５２の液晶の配向を制御するための電極構造とアラインメント層を有することがある。これらの電極構造は、一般に、液晶パネル画素、即ち液晶の配向を隣接領域と関係なく制御することができる液晶層の領域を画定するように構成される。また、１つ以上の板１５２と共に、液晶パネル１５０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。
液晶パネル１５０は、上側吸収偏光子１５６と下側吸収偏光子１５８との間に位置する。示した実施形態では、上側吸収偏光子１５６と下側吸収偏光子１５８は、液晶パネル１５０の外側にある。吸収偏光子１５６，１５８と液晶パネル１５０は組み合わせで、バックライト１１０から表示システム１００を介して観察者までの光の透過を制御する。例えば、吸収偏光子１５６、１５８は、その透過軸が互いに垂直な状態で配列されてもよい。液晶層１５２の画素は、非活動状態で、通過する光の偏光を変化させないことがある。したがって、下側吸収偏光子１５８を通過する光は、上側吸収偏光子１５６に吸収される。画素が活動化されたとき、通過する光の偏光は、下側吸収偏光子１５８を透過する光の少なくとも一部分が上側吸収偏光子１５６も透過すように回転される。例えば制御装置１０４が液晶層１５２の異なる画素を選択的に活動化すると、光が表示システム１００の特定の所望の位置から出て、それにより観察者が見ることができる画像が形成される。制御装置１０４は、例えば、コンピュータ、又はテレビ画像を受信して表示するテレビ制御装置を含み得る。
表示面の機械的保護及び／又は環境的保護を提供するために、例えば、上側吸収偏光子１５６の近くに１つ以上の選択的な層１５７が提供されてもよい。一つの例示的な実施形態では、層１５７は、上側吸収偏光子１５６の上のハードコートを含むことがある。
幾つかの液晶ディスプレイは上述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１５６、１５８は、平行に位置合わせされてもよく、液晶パネルは、非活動状態のときに、光の偏光を回転させてもよい。これと関係なく、そのような表示装置の基本構造は、本明細書での基本構造と類似したまま残存する。
照明アセンブリ１０１は、バックライト１１０を含み、必要に応じて、バックライト１１０と液晶パネル１５０との間に位置する１つ以上の光処理フィルム１４０を含む。バックライト１１０は、本明細書で述べるいずれかのバックライト、例えば図２のバックライト２００を含むことができる。
光処理ユニットと呼ばれることもある光処理フィルムの配列１４０は、バックライト１１０と液晶パネル１５０との間に位置する。光処理フィルム１４０は、バックライト１１０から伝搬する照明光に作用する。例えば、光処理フィルムの配列１４０は、拡散体１４８を含むことがある。拡散体１４８は、バックライト１１０から受け取った光を拡散するために使用される。
拡散層１４８は、いずれの好適な拡散被膜又はプレートであってもよい。例えば、拡散層１４８は、いずれの好適な拡散材を含んでいてもよい。ある実施形態では、拡散層１４８は、ガラス、ポリスチレンビーズ、及びＣａＣＯ３粒子を含むさまざま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。例示的な拡散体には、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社から入手可能な３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｃａｌ（登録商標）拡散フィルム、タイプ３６３５−３０、３６３５−７０及び３６３５−１００がある。
いずれの光処理ユニット１４０は、反射偏光子１４２を含んでもよい。反射偏光子１４２には、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子、連続／分散相偏光子などの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などのいずれの適切なタイプの反射偏光子を使用することができる。
ＭＯＦ及び連続／分散相反射偏光子の双方は、直交に偏光した状態で光を透過しながら、選択的に１つの偏光状態の光を反射するために、少なくとも２つの材料、通常、高分子材料間の屈折率の差に依存する。ＭＯＦの反射偏光子の幾つかの例は、共有米国特許第５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）他）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（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、例えば共有米国特許第５，８２５，５４３号（オーダカーク（Ouderkirk）他）に記載された連続／分散相反射偏光子と、例えば共有米国特許第５，８６７，３１６号（カールソン（Carlson）他）に記載された拡散反射多層偏光子がある。他の適切なタイプのＤＲＰＦが、米国特許第５，７５１，３８８号（ラーソン（Larson））に記載されている。
本開示と関連して使用できるワイヤ・グリッド偏光子の幾つかの例には、例えば米国特許第６，１２２，１０３号（パーキンス（Perkins）他）に記載されたものがある。ワイヤ・グリッド偏光子は、とりわけユタ州オレムのＭｏｘｔｅｋ Ｉｎｃ．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（ブロエ（Broer）他）と米国特許公開第２００２／０１５９０１９号（ポコルニー（Pokorny）他）に記載されたものがある。コレステリック偏光子は、コレステリック偏光子を透過した光が直線偏光に変換されるように、出力側に４分の１波長の遅延層と共に提供されることが多い。
ある実施形態では、拡散体板１４８と反射偏光子１４２との間に偏光制御層１４４が提供されることがある。偏光制御層１４４の例には、４分の１波長の遅延層と、液晶偏光回転層などの偏光回転層がある。偏光制御層１４４は、反射偏光子１４２を透過するリサイクリング光の一部が増えるように反射偏光子１４２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。
光処理フィルムの選択的な配列１４０は、１つ以上の輝度強化層を含んでもよい。輝度強化層は、軸から外れた光の向きをディスプレイの軸に近い方向に変化させることができる。これは、液晶層１５２を通って軸上を伝播する光の量を増やし、それにより観察者が見る画像の輝度が高まる。輝度強化層の一例は、照明光を屈折と反射で変化させる幾つかのプリズム***部を有するプリズム輝度強化層である。表示システム１００で使用されることがあるプリズム輝度強化層の例には、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入手可能である。輝度強化は、本明細書で更に詳しく説明される前面反射体の実施形態の幾つかによって提供しすることが可能である。
図１に示した例示的な実施形態は、反射偏光子１４２と液晶パネル１５０との間に配置された第１の輝度強化層１４６ａを示す。プリズム輝度強化層は、一般に、一次元の光学利得を提供する。また、光処理層の配列１４０には、第１の輝度強化層１４６ａ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の輝度強化層１４６ｂが含まれてもよい。そのような構成は、表示システム１００の光学利得を二次元で増大させる。他の例示的な実施形態では、輝度強化層１４６ａ、１４６ｂは、バックライト１１０と反射偏光子１４２との間に配置されてもよい。
いずれの光処理ユニット１４０内の様々な層は独立していてもよい。他の実施形態では、例えば共有米国特許出願第１０／９６６，６１０号（コー（Ko）他）で言及されているように、光処理ユニット１４０内の２つ以上の層が積層されてもよい。他の例示的な実施形態では、例えば共有米国特許出願第１０／９６５，９３７号（ゲルセン（Gehlsen）他）に記載されているように、選択的な光処理ユニット１４０が、ギャップで分離された２つの半組立体を含んでもよい。
図１に示された実施形態の表示システム１００は、本明細書に記載された適切ないずれのバックライトを含むことができる。例えば、図２は、エッジリット・バックライト２００の一実施形態の概略断面図である。特に指示しない限り、「バックライト」に関する言及は、その対象用途において名目的に均一な照明を提供する他の広範な面積照明装置にも当てはまる。また、バックライト２００は、中空の光リサイクリング・キャビティー２０２を形成する前面反射体２１０と背面反射体２２０を含む。キャビティー２０２は、出力面２０４を有する。また、バックライト２００は、キャビティー２０２内に光を放射するように配置された１つ以上の光源２３０を含む。バックライト２００は、必要に応じて、光源を含まない側に、光リサイクリング・キャビティー２００の周囲を取り囲む側面又は反射体２５０を含んでもよい。
図示したように、バックライト２００は、１つ以上の光源２３０からの光を光リサイクリング・キャビティー２０２に導くのに役立つ注入器２４０を含む。バックライト２００と共に、いずれかの適切な注入器、例えば、「エッジリットバックライト用の平行光注入器（COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LIT BACKLIGHTS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３４ＷＯ００４）に記載された注入器を使用することができる。
バックライト２００の１つの辺に沿って１つ以上の光源２３０が配置されているように説明したが、バックライト２００の２つの辺、３つの辺、４つの辺、又はそれ以上の辺に沿って光源が配置されてもよい。例えば、矩形のバックライトの場合、１つ以上の光源がバックライトの四辺それぞれに沿って配置され得る。
幾つかの実施形態では、光源が、１つ以上の縁に沿って配置されかつ背面反射体を横切って配置された複合構成が可能である。そのような例では、ＲＧＢ光源を縁に沿って配置し白色光源を背面反射体に沿って配置することが有益であり得る。白色光源は、効率が高く、白色光を提供するために色混合が不要である。ＲＧＢ光源は、より高い色域を有し、白色光源より効率が低いことがあり得る。これは、高効率の白色光源を使用して必要な電力消費量を減らし、同時にＲＧＢ光源を追加して色域を高めるという利点を有する。縁に沿ってＲＧＢ光を注入することによって、色混合が横方向に行われ、これによりバックライトを一層薄くすることができる。
前面反射体２１０は、少なくとも可視光を部分的に透過しかつ部分的に反射する。前面反射体２１０の部分透過により、キャビティー２０２内の光の少なくとも一部分をキャビティー２０２の出力面２０４から放射させることができる。前面反射体２１０は、キャビティー２０２内から前面反射体２１０に入射する光の部分透過と部分反射を実現するいかなる適切なフィルム及び／又は層を含んでもよい。ある実施形態では、前面反射体２１０は、少なくとも６５％の軸上の平均反射率を有する。他の実施形態では、前面反射体２１０は、少なくとも７５％の全半球反射率を有する。更に、他の実施形態では、前面反射体２１０は、少なくとも６５％の軸上の平均反射率と少なくとも７５％の全半球反射率を有する。本明細書で使用されるとき、用語「軸上の平均反射率」は、反射体の表面に実質的に垂直な方向に入射する光の平均反射率を指す。更に、用語「全半球反射率」（即ち、Ｒhemi）は、反射体の法線を中心とする半球内の全ての方向からの反射体に入射する光（対象とする波長範囲の光）に関する反射体の全反射率を指す。
前面反射体２１０は、偏光を放射する働きをする。そのような実施形態では、前面反射体２１０は、第１の平面内で偏光された可視光に関しても少なくとも９０％の軸上の平均反射率と、第１の平面と平行な第２の平面内で偏光された可視光に関しても少なくとも２５％かつ９０％未満の軸上の平均反射率とを有する。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、即ち、そのような偏光は、液晶パネルの下側吸収偏光子（例えば、図１の下側吸収偏光子１５８）を通って、液晶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（block axis）と平行であり、第２の平面が、偏光前面反射体２１０の通過軸（pass axis）と平行であると見なす。偏光を提供する本開示のバックライトは、有効な光が放射光の空間均一性を許容可能なレベルにするのに十分な横方向の伝播又は拡散を実現できるだけの高い反射率を示すが、有効な光がキャビティー内の有効な偏光状態の総合損失を扱い易いレベルに維持できるだけの低い反射率を示し、それにより放射光の許容可能な高い輝度が実現される。
更に、ある実施形態では、キャビティー２０２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度が、無効な偏光状態の透過度の数倍大きいことが望ましいことがある。これは、また、キャビティーからの有効な光の全損失を減少させるのに役立つ。ある実施形態では、前面反射体は、第１の平面内で偏光された可視光の第１の軸上の平均透過率と、第２の平面内で偏光された可視光の第２の軸上の平均透過率を含み、ここで、第１の軸上の透過率に対する第２の軸上の透過率の比率は、少なくとも７である。他の実施形態では、この比率は、少なくとも１０、２０、又はいずれの適切な比率である。
前面反射体２１０は、前面反射体が、所望の光学特性を有する放射光を提供するようにいずれの適切なフィルム及び／又は層を有することができる。一つの例示的な実施形態では、前面反射体２１０は、１つ以上の複屈折多層光学フィルムを含むことができる。例えば、「光学フィルム（OPTICAL FILM）」と題する米国特許第５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）他）、「多層光学フィルム反射体を有するバックライトシステム（BACKLIGHT SYSTEM WITH MULTILAYER OPTICAL FILM REFLECTOR）」と題する米国特許第６，９０５，２２０号（ウォルトマン（Wortman）他）、「高効率光学素子（HIGHT EFFICIENCY OPTICAL DEVICES）」と題する米国特許第６，２１０，７８５号（ウェーバー（Weber）他）、及び「多層光学フィルムの製造装置（APPARATUS FOR MAKING MULTILAYER OPTICAL FILMS）」と題する米国特許第６，７８３，３４９号（ネービン（Neavin）他）を参照されたい。
多層光学フィルム、即ち、屈折率の異なるミクロ層を配列することによって望ましい透過特性及び／又は反射特性を少なくとも部分的にもたらすフィルムが知られている。一連の無機材料を真空槽内で基材上の光学的に薄い層（「ミクロ層」）に堆積させることによって、そのような多層光学フィルムを製作することが知られている。無機多層光学フィルムは、例えば、Ｈ．Ａ．マクロード（H. A. Macleod）「薄膜光学フィルタ（Thin-Film Optical Filters）」２ｎｄ Ｅｄ．，Ｍａｃｍｉｌｌａｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．（１９８６）と、Ａ．テラン（A. Thelan）「光干渉フィルタの設計（Design of Optical Interference Filters）」ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．（１９８９）に記載されている。
最近、多層光学フィルムの作製が、高分子の交互層の同時押出成形によって実証された。例えば、米国特許第３，６１０，７２４号（ロジャー（Rogers））、同第４，４４６，３０５号（ロジャー（Rogers）他）、同第４，５４０，６２３号（イム（Im）他）、同第５，４４８，４０４号（シュレンク（Schrenk）他）、及び同第５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）他）を参照されたい。これらの高分子多層光学フィルムでは、個別の層を作製する際に高分子材料が主に又は排他的に使用される。そのようなフィルムは、大量生産工程と適合し、大きなシート及びロール状の織物で作製することができる。
光学フィルタで使用される高分子多層光学フィルムは、例えば、ＰＣＴ公開ＷＯ９５／１７３０３号、同ＷＯ９５／１７６９１号、同ＷＯ９５／１７６９２号、同ＷＯ９５／１７６９９号、同ＷＯ９６／１９３４７号、及び同ＷＯ９９／３６２６２号に記載されている。多層反射偏光子の、１つの市販されている形態は、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社から入手可能な、輝度上昇フィルム（ＤＢＥＦ）である。高分子多層光学フィルムは一般に、異なる屈折率を有する高分子材料の交互層を使用して形成される。通常、いかなる高分子であっても、その高分子が透過の波長領域にわたって比較的透明である限り使用することができる。偏光用途のために、第１の光学層、第２の光学層、又はこれらの両方が、複屈折高分子又は複屈折に製造された高分子を使用して形成され、この高分子の屈折率は、高分子の直角デカルト軸に沿って異なる値を有する。一般に、複屈折高分子ミクロ層は、Ｘ軸とＹ軸が層平面内にある状態で、層平面の法線（Ｚ軸）によって定義された直角デカルト軸を有する。又、複屈折性の高分子は、偏光でない用途においても使用することができる。
多層光学フィルムは、通常、異なる屈折率特性を有する個別のミクロ層を含み、その結果一部の光が隣接ミクロ層間の境界面で反射される。ミクロ層は、複数の境界面で反射された光が、発展的又は破壊的干渉を受けて多層光学フィルムに所望の反射又は透過特性を提供できるほど薄い。紫外線波長、可視光波長、又は近赤外線波長の光を反射するように設計された多層光学フィルムの場合、各ミクロ層は、一般に、約１μｍ未満の光学厚さ（物理的厚さ×屈折率）を有する。しかしながら、多層光学フィルムの外側表面の表皮層、又は多層光学フィルム間に配置され干渉性なミクロ層群を分離する保護境界層（ＰＢＬ）などのもっと厚い層を含むこともできる。そのような多層光学フィルム本体は、積層体内の２つ以上の多層光学フィルムを接合するために１つ以上の厚い接着層を含むこともできる。
単純な実施形態では、ミクロ層は、１／４波のスタック（即ち、等しい光学厚さの２つの隣接したミクロ層（焦点比＝５０％）をそれぞれ含む光学繰り返し単位又は単位セルで配列されたスタック）に対応する厚さと屈折率値を有することができ、そのような光学繰り返し単位は、光学繰り返し単位の全光学厚さの２倍の波長λを有する発展的干渉によって反射するのに有効である。フィルムの厚さ方向の軸（例えばｚ軸）に沿った厚さ勾配を使用すると、反射帯域を拡大することができる。米国特許第６，１５７，４９０号（ホリートリー（Wheatley）他）で言及されているように、（高反射と高透過の間の波長遷移において）そのような帯域端を鋭角にするように調整された厚さ勾配を使用することもできる。高分子多層光学フィルムの場合、鋭角な帯域端と「上が平坦な」反射帯域を有するように反射帯域を設計することができ、反射特性は、応用波長範囲全体にわたって本質的に一定である。５０％ではない焦点比を有する２つのミクロ層光学繰り返し単位を有する多層光学フィルムや、光学繰り返し単位が３つ以上のミクロ層を含むフィルムなどの他の層配列も意図される。これらの代替の光学繰り返し単位の設計は、特定のもっと高次の反射を減少又は励起するように構成されてもよい。例えば、米国特許第５，３６０，６５９号（アーレンズ（Arends）他）及び同第５，１０３，３３７号（シュレンク（Schrenk）他）を参照されたい。
多層光学フィルムは、少なくとも１つの帯域幅にわたって光の一方又は両方の偏光を反射するように設計されてもよい。種々のフィルム軸に沿ったこれらの層厚さと屈折率を慎重に操作することにより、多層光学フィルムを、１つの偏光軸では高反射ミラーとして、また直交する偏光軸ではもっと弱い低反射ミラーとして挙動するように作製することができる。これにより、例えば、多層光学フィルムは、スペクトルの可視領域内で光の１つの偏光を強く反射し、同時に直交する偏光軸では弱く反射する（実質的に透明）ように調整されてもよい。高分子ミクロ層の複屈折を適切に選択し、ミクロ層の厚さを適切に選択することにより、多層光学フィルムを、その２つの直交面内軸のいずれかに沿った偏光の反射強さをいずれに変化させるように設計することができる。
ポリマー多層光学フィルムの作製の際に用いることができる代表的な材料は、ＰＣＴ公開ＷＯ９９／３６２４８号（ネービン（Neavin）他）で見ることができる。十分な屈折率の差と十分な層間粘着性の両方を提供する例示的な２つの高分子の組み合わせは、（１）主に単軸延伸を含む工程を使用して作製された偏光多層光学フィルムのために、ＰＥＮ／ｃｏＰＥＮ、ＰＥＴ／ｃｏＰＥＴ、ＰＥＮ／ｓＰＳ、ＰＥＴ／ｓＰＳ、ＰＥＮ／Ｅａｓｔａｒ（登録商標）ＰＥＴ／Ｅａｓｔａｒ（登録商標）ＰＥＮ／ＦＮ００７）を含み、ここで、「ＰＥＮ」は、ポリエチレンナフタレートを指し、「ｃｏＰＥＮ」は、ナフタリン・ジカルボン酸系のコポリマー又は混合物を指し、「ＰＥＴ」は、ポリエチレン・テレフタレートを指し、「ｃｏＰＥＴ」は、テレフタル酸系のコポリマー又は混合物を指し、「ｓＰＳ」は、シンジオタクチック・ポリスチレン及びその誘導体を指し、Ｅａｓｔａｒ（登録商標）は、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から市販されているポリエステル又はコポリエステル（シクロヘキサンジメチレン・ジオール単位とテレフタル酸塩単位を含むと考えられる）であり、「ＦＮ００７」（Ｎｅｏｓｔａｒ）は、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から市販されているコポリエステル・エーテルであり、（２）２軸延伸工程の加工条件を操作することによって作製された偏光多層光学フィルムのために、ＰＥＮ／ｃｏＰＥＮ、ＰＥＮ／ＰＥＴ、ＰＥＮ／ＰＢＴ、ＰＥＮ／ＰＥＴＧ、及びＰＥＮ／ＰＥＴｃｏＰＢＴを含み、ここで、「ＰＢＴ」は、ポリブチレン・テレフタレートを指し、「ＰＥＴＧ」は、第２のエチレングリコール（通常シクロヘキサンジメタノール）使用するＰＥＴのコポリマーを指し、「ＰＥＴｃｏＰＢＴ」は、エチレングリコールと１，４ブタンジオールの混合物を有するテレフタル酸又はそのエステルのコポリエステルを指し、（３）ミラー・フィルム（有色ミラー・フィルムを含む）のために、ＰＥＮ／ＰＭＭＡ、ｃｏＰＥＮ／ＰＭＭＡ、ＰＥＴ／ＰＭＭＡ、ＰＥＮ／Ｅｃｄｅｌ（登録商標）ＰＥＴ／Ｅｃｄｅｌ（登録商標）ＰＥＮ／ｓＰＳ、ＰＥＴ／ｓＰＳ、ＰＥＮ／ｃｏＰＥＴ、ＰＥＮ／ＰＥＴＧ及びＰＥＮ／ＴＨＶ（登録商標）を含み、ここで、「ＰＭＭＡ」は、ポリエステル・メタクリレートを指し、Ｅｃｄｅｌ（登録商標）は、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から市販されている熱可塑性ポリエステル又はコポリエステル（シクロヘキサンジカルボキシレート単位、ポリテトラメチレン・エーテル・エチレングリコール単位、及びシクロヘキサンジメタノールユ単位を含むと考えられる）であり、ＴＨＶ（登録商標）は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているフッ素高分子である。
適切な多層光学フィルム及び関連設計及び構造の更なる詳細は、米国特許第５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）他）、同第６，５３１，２３０号（ウェーバー（Weber）他）、ＰＣＴ公開ＷＯ９５／１７３０３号（オーダカーク（Ouderkirk）他）、同ＷＯ９９／３９２２４号（オーダカーク（Ouderkirk）他）、及び「多層高分子ミラーにおける巨大複屈折光学素子（Giant Birefringent Optics in Multilayer Polymer Mirrors）」サイエンス（Science）、Ｖｏｌ．２８７、Ｍａｒｃｈ ２０００（ウェーバー（Weber）他）に見ることができる。
多層光学フィルム及びフィルム体は、光学的、機械的又は化学的特性が選択された付加的な層及び被覆を含むことができる。例えば、光学要素の入射側に紫外線吸収層を追加して、紫外線によって引き起こされる劣化から構成要素を守ることができる。付加的な層及び被覆は、耐擦傷層、耐裂性層、及び硬化剤を含んでもよい。例えば、米国特許第６，３６８，６９９号（ギルバート（Gilbert）他）を参照されたい。
図３は、従来の多層光学フィルム３００を示す。フィルム３００は、個別のミクロ層３０２，３０４を含む。ミクロ層は、隣接するミクロ層間の境界面で一部の光が反射されるように異なる屈折率特性を有する。ミクロ層は、複数の境界面で反射された光が、発展的又は破壊的干渉を受けて膜に所望の反射又は透過特性を提供できるような薄さである。光を紫外線波長、可視光波長、又は近赤外線波長で反射するように設計された光学フィルムの場合、各ミクロ層は、一般に、約１μｍ未満の光学厚さ（即ち、物理的厚さ×屈折率）を有する。しかしながら、フィルムの外側表面における表皮層、又はミクロ層のパケットを分離する、フィルム内に配置された保護境界層などのより厚い層も含むことができる。
多層光学フィルム３００の反射特性と透過特性は、それぞれのミクロ層の屈折率の関数である各ミクロ層は、少なくともフィルムの局所的位置で、面内の屈折率ｎｘ、ｎｙと、フィルムの厚さ方向の軸に付随する屈折率ｎｚとによって特徴付けることができる。これらの屈折率は、それぞれ互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に沿って偏光された光の対象材料の屈折率を表わす（図３参照）。
実際には、屈折率は、賢明な材料選択及び加工条件によって制御される。フィルム３００は、典型的には数十又は数百の２つの高分子の交互層Ａ、Ｂを同時押出形成し、その後で、必要に応じて多層押出物を１つ以上の倍増ダイに通し、次に押出物を伸張又は他の方法で延伸させて最終フィルムを形成することによって作製することができる。得られたフィルムは、典型的には数十又は数百の個々のミクロ層で構成されており、その厚み及び屈折率は、可視又は近赤外などの所望のスペクトル領域において１つ以上の反射バンドをもたらすように調整されている。妥当な数の層で高い反射率を達成するために、隣接ミクロ層のＸ軸の方向に偏光された光の屈折率の差（Δｎｘ）は少なくとも０．０５でよい。２つの直交する偏光に高い反射率が必要な場合、隣接ミクロ層のＹ軸の方向に偏光された光の屈折率の差（Δｎｙ）は少なくとも０．０５でよい。
必要に応じて、Ｚ軸方向に偏光された光の隣接ミクロ層間の屈折率差（Δｎｚ）を調整して、斜めに入射した光のｐ偏光成分に望ましい反射率特性を達成することができる。説明を容易にするために、Ｘ軸は、多層光学フィルム上のいずれの対象ポイントで、Δｎｘの大きさが最大になるようにフィルムの平面内で向けられると考えられる。したがって、Δｎｙの大きさは、Δｎｘの大きさと等しいか又はそれより小さくてもよい（Δｎｘの大きさを超えない）。更に、差Δｎｘ、Δｎｙ、Δｎｚの計算を始める材料層の選択は、Δｎｘが負にならないように決定される。換言すると、境界をなす２つの層の屈折率の差は、Δｎｊ＝ｎ１ｊ−ｎ２ｊであり、ここで、ｊ＝ｘ、ｙ又はｚであり、層の名称１、２は、ｎ１ｘ≧ｎ２ｘ（即ち、Δｎｘ≧０）になるように選択される。
斜めの入射角でのｐ偏光の高い反射率を維持するために、Δｎｚ≦０．５＊Δｎｘとなるように、ミクロ層間のｚ屈折率の不整合Δｎｚを制御して、最大面内屈折率の差Δｎｘより実質的に小さくすることができる。より好ましくは、Δｎ≦０．２５＊Δｎｘである。ゼロ又はほぼゼロの大きさのｚ屈折率の不一致が、ｐ偏光に対する反射率が入射角の関数として一定又はほぼ一定である界面をミクロ層の間にもたらす。更に、ｚ屈折率の不整合Δｎｚを、面内屈折率の差Δｎｘと反対の極性を有するように、即ちΔｎｚ＜０となるように制御することができる。この条件により、ｓ偏光の場合と同じのように、入射角が大きくなるほどｐ偏光の反射率が高くなる境界面が得られる。
あるいは、多層光学フィルムは、ポリマーミクロ層の全てが本来等方性である、即ち各々の層についてｎｘ＝ｎｙ＝ｎｚであるような、より簡単な構造を有することもできる。更に、コレステリック反射偏光子及びある種のブロックコポリマーなどの既知の自己組立周期構造を、本出願の目的のための多層光学フィルムと考えることができる。左手及び右手キラル・ピッチ素子の組み合わせを使用してコレステリック・ミラーを作製することができる。
従来の偏光フィルムに関しても、光は直交する２つの平面内で偏光されると考えることができ、この場合、光の伝搬方向と交差する光の電気ベクトルが、特定の偏光平面内にある。次に、所定の光の偏光状態を２つの異なる偏光状態（ｐ偏光とｓ偏光）に分解することができる。ｐ偏光は、光線の入射平面と所定の表面で偏光された光であり、この場合、入射平面は、局所表面法線ベクトルと光線伝搬方向すなわち伝搬ベクトルの両方を含む平面である。
例えば、図４は、偏光子４０２に入射角θで入射し、それにより入射面４１２が形成される光線４１０を示す。偏光子４０２は、Ｙ軸と平行な通過軸４０４と、Ｘ軸と平行な遮断軸４０６とを有する。光線４１０の入射面４１２は、遮断軸４０６と平行である。光線４１０は、入射面４１２内にあるｐ偏光成分と、入射面４１２と直交するｓ偏光成分とを有する。光線４１０のｐ偏光は、偏光子４０２の遮断軸４０６と平行であり、したがって、偏光子によって実質的に反射され、光線４１０のｓ偏光は、偏光子４０２の通過軸４０４と平行であり、少なくとも一部分が透過される。
更に、図４は、偏光子４０２の通過軸４０４と平行な入射面４２２内の偏光子４０２に入射する光線４２０を示す。したがって、光線４２０のｐ偏光は、偏光子４０２の通過軸４０４と平行であり、光線４２０のｓ偏光は、偏光子４０２の遮断軸４０６と平行である。その結果、偏光子４０２が、遮断軸で偏光された光に関しても全ての入射角で１００％の反射率を有し、また通過軸で偏光された光に関しても全ての入射角で０％の反射率を有する完全な偏光子であると仮定すると、偏光子は、光線４１０のｓ偏光と光線４２０のｐ偏光を透過し、更に光線４１０のｐ偏光と光線４２０のｓ偏光を反射する。即ち、偏光子４０２は、ｐ偏光とｓ偏光の組み合わせを透過する。本明細書で更に詳しく説明されるように、ｐ偏光とｓ偏光の透過量と反射量は、偏光子の特性に依存する。
一般に、前面反射体（例えば、図２の前面反射体２１０）として使用する種々の非対称の反射フィルムは、低屈折率材料の面内屈折率の整合の相対的な程度を、隣接した複屈折の高屈折率材料のｚ軸の屈折率によって変化させることによって、提供することができる。ある実施形態では、非対称の反射フィルムの両方の面内光学軸に沿って比較的大きい面内屈折率の不整合が必要とされるが、この不整合は、互いに大きく異なり、したがって垂直入射の透過特性と反射特性が非対称になる。これは、面内屈折率が通過軸に沿って実質的に整合された従来の反射偏光フィルムと対照的である。そのようなフィルムの例は、光が垂直入射で面内軸に沿って偏光された光に関して低い反射率を有するＤＢＥＦ（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）である。
例えば、本開示の前面反射体に使用することができる例示的な非対称の反射フィルムは、ｎｘ１＝１．８２とｎｙ１＝１．６２の面内屈折率値と、ｎｚ１＝１．５０のＺ軸屈折率を有する高屈折率層（即ち、最も高い屈折率を含む層）と、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５６の面内屈折率を有する等方性の低屈折率層とを有することができる。これらの屈折率を有するフィルムは、標準フィルム・テンターのような限定一軸延伸を使用してｃｏＰＥＮ／ＰＥＴＧ共押出多層フィルムを使用して形成することができる。約３００個の層を使用して、ｙ−ｚ平面と平行な偏光ベクトル（「通過」軸）を有する４００〜８７０ｎｍの光に関して図５に示した反射率を達成することができる。Ｘ軸に沿った屈折率の差が大きくブルースター角がないため、ｘ−ｚ平面と平行な偏光ベクトルを有する光の約９８％が反射される。図５は、ｐ偏光（曲線５０２）とｓ偏光（曲線５０４）の空気中の異なる入射角における通過軸に関する光の反射率を示す。図示したように、そのようなフィルムは、ある偏光では可視光の約２９％の軸上の平均反射率を有することができ、遮断軸ではそれよりはるかに高い約９８％の反射率を有することができる。
一般に、図５に示したような高屈折率の二軸複屈折材料を使用することにより、第１の（遮断）軸と平行に偏光されたほとんどの可視光成分を遮りかつ直交（通過）軸と合わされた制御量のｓ偏光成分とｐ偏光成分両方を通す非対称の反射体の設計が可能になる。この通過軸に沿ったｓ偏光とｐ偏光の相対反射率は、第２の材料の等方性屈折率ｎ２をｎｙ１〜ｎｚ１の何からの値に変化させることによって調整することができる。
前面反射体に利用される非対称の反射フィルムは、ｎｘ１＞＞ｎｙ１＞＞ｎｚ１の屈折率を有する極めて２軸複屈折性の高屈折率材料を含むことができる。これは、幾つかの材料の制約された単軸の伸張によって達成することもでき、同一材料若しくは他の材料の非対称の配向によって達成することもできる。この関係により、以下の基準を同時に満たすフィルムを設計することができる。
・Δｎｙの値は、有効数の層で通過軸の実質的反射率（例えば、２５％〜９０％）を達成できるほど大きい。この制限は、本明細書で更に詳述するような低カラーフィルムに必要なスペクトル制御に関連する。ある実施形態では、これは、Δｎｙ≧約０．０５であることが好ましいことがある。
・Δｎｘの値は、遮断軸が通過軸よりかなり少ない光しか透過しないことを保証するように、Δｎｙよりかなり大きくてもよい。一般に、Δｎｘ≧２Δｎｙであることが好ましいことがある。
・Δｎｚは、Δｎｘよりかなり小さくてもよく、ある実施形態では、反対符号である。これは、特に斜め入射角で、遮断軸に沿って偏光された光が漏れるのを防ぐのに役立つ。
偏光出力を提供し通過状態の少なくとも一部の光を反射する前面反射体は、光リサイクリング・キャビティー内の光のリサイクリングを増やすことによって、１つ以上の光源を含むバックライトからの放射光の空間均一性を許容可能なレベルにすることができる。このタイプのバックライトの一部分の概略表現は、図６に示され、バックライト６００は、中空の光リサイクリング・キャビティー６０２を形成する前面反射体６１０と背面反射体６２０を含む。キャビティー６０２内の光６６０は、前面反射体６１０に入射する光を表し、第１の偏光状態（ａ）及びそれと直交する第２の偏光状態（ｂ）の光を含む。前面反射体６１０は、偏光状態（ａ）を有する光６６２の一部分を透過し、状態（ａ）を有する光の第２の部分６６４を反射し、偏光状態（ｂ）を有する全ての光６６６を実質的に反射する。反射光６６４，６６６は、背面反射体６２０によって反射され、前面反射体６１０に向けられ、この場合も、状態（ａ）の一部分６６８が透過され、状態（ａ）の第２の部分と状態（ｂ）の実質的に全てが反射される。偏光状態（ａ）及び（ｂ）の両方の光のこの反射の結果として、キャビティー６０２内で光を方向６７０に横方向に伝えることができる。典型的なバックライトでは、偏光状態（ａ）の光は、第１の通過でバックライトを実質的に透過し、それによりキャビティー内で横方向に伝達される光の量が減少することがある。二次元で示されているが、本開示のバックライトは、キャビティー内の直交する両方の方向の光の横方向の伝達を提供することができ、その結果、光が実質的にキャビティーを満たし、キャビティーから放射される光の空間均一性が許容可能なものになる。
本開示の前面反射体は、許容可能な空間均一性を提供するのに役立つだけでなく、前面反射体の実施形態によっては、有効な光を例えば表示装置に角度選択的に透過させることができる。
一般に、前面反射体の少なくとも幾つかの実施形態は、一般に光の入射角と共に増大する反射率と、一般に入射角と共に減少する透過率を示し、ここで、反射率と透過率は、偏光された可視光といずれの入射平面に関するものでありかつ／又は有効な偏光状態の斜めの光がｐ偏光される平面に入射する有効な偏光状態の光に関するものである。例えば、図５と図７Ａ、Ｂは、本開示の前面反射体の種々の実施形態の通過軸での入射角と反射率との関係を示す。
図５は、標準モデリング法を用いてモデル化された前面反射体の一実施形態に関する通過軸反射率と空気中の可視光の入射角との関係を示す。図５に示した反射率を有する前面反射体は、標準フィルム・テンダーのような制約された一軸の配向を使用してｃｏＰＥＮ／ＰＥＴＧ共押出多層フィルムを用いて形成することができる。約３００個の層を使用して、図５に示した反射率は、ｙ−ｚ平面と平行な偏光ベクトル（即ち、通過軸）を有する４００〜８７０ｎｍの可視光に関して達成することができる。
曲線５０２は、通過軸でのｐ偏光の反射率を表わし、曲線５０４は、通過軸でのｓ偏光の反射率を表わす。反射率値は、多層フィルムからの反射と空気／フィルム境界での表面反射を含む。図５で分かるように、ｓ偏光とｐ偏光の両方の反射率は、入射角が増大するほど増えることになる。Ｘ軸に沿った屈折率差が大きくブルースター角がないため、ｘ−ｚ平面と平行な偏光ベクトル（即ち、遮断軸）を有する光の約９８％が反射される。したがって、この単一フィルムは、通過軸と平行に偏光された制御量の光を透過する前面反射体を形成する複数フィルムの役割を果たすことができる。通過軸に関して計算された６０度でのｓ偏光とｐ偏光の平均反射率は、約５０％である。更に、遮断軸と平行な平面内で偏光された全ての光の反射率は、約９９％より大きくてもよい。
一般に、図５に関して述べた非対称の反射フィルムのような高屈折率の二軸複屈折材料を使用することにより、１つの軸に平行に偏光された光成分ほとんどを遮断し、かつ直交（通過）軸と整合された、制御量のｓ偏光成分とｐ偏光成分の両方を通す非対称の反射体を設計することができる。この通過軸に沿ったｓ偏光とｐ偏光の相対反射率は、第２の材料の等方性屈折率ｎ２をｎｙ１〜ｎｚ１の間の何らかの値に変化させることによって調整することができる。
屈折率の関係、それらの数値、及び多層スタック設計は全て、ある実施形態では、一つの軸（即ち、通過軸）に沿った中間透過値と、その約１０倍以下で垂直入射において他方の（遮断）軸に沿った透過値とを有する前面反射体を作製すると考えられるべきである。更に、遮断軸が、どの入射角でもあまり光を漏らさないことが好ましく、したがって、そのような実施形態は、遮断軸に関して大きなブルースター角を必要とするか又はブルースター角を必要としない。通過軸は、使用されるシステムが、直角からずらされた光の角度分布を受け入れることができる場合にブルースター角を有することができる。
最高の面内屈折率を有する材料として規定される「高」屈折率材料は、ｎｘ１＞＞ｎｙ１＞＞ｎｚ１の順番で２軸の高い複屈折性にすることができる。これは、幾つかの材料の制約された単軸の伸張又は同一若しくは他の材料の非対称の配向によって達成することができる。この関係により、以下の３つの基準を同時に満たすフィルムを設計することができる。
１）通過軸で偏光された可視光の反射率が少なくとも２５％かつ９０％未満の場合、Δｎｙの値は、有効数の層で通過軸に関して実質的反射率を達成できるほど大きくなければならない。実際の材料と処理システムにおいて、Δｎｙ≧約０．０５が要求される。
２）遮断軸での光の透過が少なくなるように、Δｎｘの値は、Δｎｙより著しく大きくなければならない。一般に、Δｎｘ≧２＊Δｎｙであることが好ましいことがある。更に、Δｎｚが、Δｎｘより小さく逆符号のものであることが好ましいことがある。
本明細書に示したように、前面反射体は、ｓ偏光とｐ偏光両方の反射率を入射角の関数として高めることができる。この効果は、プリズムＢＥＦフィルム、又は一般に当業界で使用される利得拡散フィルムの効果と類似の、バックライト表示装置における角度「利得」を生成する。前面反射体により、斜角での高い反射率は、バックライト内でより高い透過可能性を有する低角度の光線に変換される斜光線をリサイクルする。この方法で、多くの光が、高角度でのときよりほぼ垂直入射で光リサイクリング・キャビティーから放射される。
典型的な液晶表示パネルでは、下側吸収偏光子（即ち、図１の下側吸収偏光子１５６）の通過軸は、液晶表示パネル上で水平方向に向けられることが多い。この構成の場合、ｐ偏光は水平面に入射し、ｓ偏光は垂直面に入射する。そのようなパネルの横方向の視角は、一般に、垂直視角より大幅に広いことが望ましいが、それらの相対値を制御することが望ましいことがある。したがって、ｓ偏光とｐ偏光の反射率及びその後の角度利得の相対量は、制御されることが望ましいパラメータである。一般に、下側吸収偏光子の通過軸は、観察者に対するいずれの適切な配向、例えば、水平や垂直などに対するいかなる角度にも向けることができる。
図７Ａは、標準モデリング法を使用してモデル化された前面反射体の別の実施形態に関する通過軸反射率と空気中の光の入射角との関係を示す。図７Ａに示した反射率を有する前面反射体は、標準フィルム・テンターと同じような制約された一軸の配向を使用して、ｃｏＰＥＮ／ＰＭＭＡ共押出多層フィルムを用いて形成することができる。約３００の層を使用して、図７Ａに示した反射率は、ｙ−ｚ平面に平行な偏光ベクトル（即ち、通過軸）を有する４００〜８７０ｎｍの光に関して達成することができる。ｃｏＰＥＮのミクロ層の屈折率は、ｎｘ１＝１．８２、ｎｙ１＝１．６１、及びｎｚ１＝１．５２である。また、ＰＭＭＡのミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９である。曲線７０６は、通過軸でのｐ偏光の反射率を表わし、曲線７０８は、通過軸でのｓ偏光の反射率を表わす。曲線７１０は、遮断軸でのｐ偏光とｓ偏光両方の反射率を表わす。反射率値は、多層フィルムからの反射と空気／フィルム境界での表面反射を含む。ｓ偏光では、この実施形態の材料及び屈折率を多層スタック設計で使用して、角度利得又はコリメーションを作製することができるが、この前面反射体の通過軸によって透過されるｐ偏光では使用できない。
図７Ａに示したように、屈折率ｎ２は、ｎｚ１より僅かに小さく、ｐ偏光の通過軸の反射率は、入射角が増大するほど減少する。水平通過軸を有する液晶表示パネルでのこのようなフィルムの場合、キャビティーから垂直入射以外のどちらかの側により多くの光が出ることになり、即ち、パネルは、垂直入射以外の側から見たときに、明るくなる。利得拡散フィルム又は垂直方向の溝を有するＢＥＦフィルムを追加して、法線（垂直）観察方向により多くの光を導くことができる。あるいは、低屈折率材料をｎｚ１より高い屈折率を有するように変更することができる。垂直面内のキャビティーから出る光は、主に、ｓ偏光である。図７Ａに示したように、ｓ偏光の反射率は、入射角の関数として実質的に増大することになる。したがって、この前面反射体は、垂直面に入射する高角度光の多くをリサイクルし、それにより、垂直方向の実質的な角度利得が生成されることになる。
要約すると、図５と図７Ａを参照すると、低屈折率材料の屈折率値を、高屈折率材料のｎｙ１〜ｎｚ１の値で選択することによって、ｓ偏光とｐ偏光の反射率の相対的強度を角度の関数として制御することができる。このようにして、各方向のバックライト・キャビティーからの偏光の角度利得又はコリメーションを制御することができる。屈折率ｎｙ２をｎｚ１より低くすることができるが、ｎｙ２をそのように低くすることは、通過軸に沿ってブルースター角が生成され高い入射角度でｐ偏光入射が漏れることになるので望ましくないことがある。そのような設計は、負の角度利得を作り出す。ｎｙ２をｎｙ１より大きくすると同じ結果となり得る。更に、ｎｙ２をｎｙ１より大きくすると、反射体の遮断軸での反射率が低下し、それにより、望ましくない偏光状態を有する光の漏れを防ぐためにフィルムに付加的な層が必要になる可能性がある。
また、高屈折率材料と低屈折率材料の両方からなる複屈折の場合、ｓ偏光とｐ偏光の角度利得の相対量を調整することができる。低屈折率層用のそのような材料を、高屈折率層と同じか又は逆の複屈折を有するように選択することができ、ｎｙ２とｎｚ２の相対値を、ｓ偏光とｐ偏光の反射率の相対的な大きさを決定するように選択することができる。
例えば、図７Ｂは、標準モデリング法を使用してモデル化された前面反射体の別の実施形態の通過軸反射率と空気中の光の入射角の関係を示す。図７Ｂに示した反射率を有する前面反射体は、高屈折率材料のｃｏＰＥＮ及び低屈折率材料のシンジオタクチック・ポリスチレン（ｓＰＳ）又はポリビニル・ナフタリン（ＰＶＮ）又は他の適切な材料を使用して形成することができる。これらの材料は、標準フィルム・テンターのような制約された一軸の配向を使用して共押出多層フィルムを形成することが可能である。約２７５の層を使用して、図７Ｂに示した反射率は、ｙ−ｚ平面と平行な偏光ベクトル（即ち、通過軸）を有する４００〜８７０ｎｍの光に関して達成することができる。ｃｏＰＥＮのミクロ層の屈折率は、ｎｘ１＝１．８２、ｎｙ１＝１．６１、及びｎｚ１＝１．５０である。また、ｓＰＳ（又は他の適切な材料）のミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝１．５２、ｎｙ２＝１．５７、及びｎｚ２＝１．６５である。曲線７１２は、通過軸でのｐ偏光の反射率を表わし、曲線７１４は、通過軸でのｓ偏光の反射率を表わす。反射率値は、多層フィルムからの反射と、空気／フィルム境界での表面反射を含む。
一般に、両方の材料が複屈折性のとき、低屈折率材料が高屈折率材料と反対の複屈折性を有する場合は、Δｎｙの値を減少（又は維持）させながらΔｎｚを増大させることができる。低屈折率材料が、高屈折率材料と同じ符号の複屈折性を有する場合は、Δｎｙの値を維持又は減少させながらΔｎｚを減少させることができる。図７Ｂに示したように、ｐ偏光（曲線７１２）は、ｓ偏光（曲線７１４）よりも大きな割合で入射角の関数として増加する。その結果、ｐ偏光は、ｓ偏光よりはるかに大きな角度利得又はコリメーションを示す。
一般に、プリズム輝度強化フィルムは、軸上の光を反射し軸を外れた光を屈折させることにより光の部分的なコリメータの役割をする。例えば、図２８は、プリズム輝度強化フィルム２８００の一部分の概略断面図である。フィルム２８００に、平滑面２８０２と構造化面２８０４を有する。構造化面２８０４は、複数の三角柱２８０６を有する。光線２８１０は、グレージング角（即ち、法線に対して９０度に近い角度）で平滑面２８０２に入射し、屈折される。光線２８１０は、構造化面２８０４に達すると再び屈折される。光線２８１２は、光線２８１０よりも平滑面２８０２の法線に近い角度で平滑面２８０２に近づく。また、光線２８１２は、平滑面２８０２と構造化面２８０４の両方を通るときに、屈折される。更に、光線２８１４は、光線２８３８より平滑面２８０２の法線に更に近い角度で平滑面２８０２に入射し、構造化面２８０４によって２回内部全反射される。
図示したように、比較的大きい角度で輝度強化フィルム２８００上に入射する光線（即ち、光線２８１０）は、プリズム面によって法線の方に屈折される傾向があり、一方、比較的小さい角度で入射する光線（即ち、光線２８１４）は、（プリズム面でＴＩＲによって）入射方向の方に後方反射される傾向がある。このプロセスによって、リサイクリング・キャビティーなどの角度混合光源（angle-mixed source）からの光線は、構造化面２８０４を介して直角の方に収束される。プリズム面でＴＩＲプロセスからキャビティー内に後方反射された光は、典型的な光リサイクリング・キャビティー内の背面反射体によって反射され得る。背面反射体が、少なくとも部分的に拡散する反射性である場合は、その反射光は、再び角度混合され、リサイクリング・プロセスにより、直角観察者円錐のまわりの輝度は、輝度強化フィルム２８００なしの観察者円錐内への輝度よりも高くなることがある。
利得立方体を使用して種々の前面反射体の角度性能を測定することができる。例えば、「複合拡散板及びそれを使用したダイレクトリット液晶ディスプレイ（COMPOSITE DIFFUSER PLATES AND DIRECT-LIT LIQUID CRYSTAL DISPLAYS USING SAME）」と題する米国特許公開第２００６／００８２７００号（ゲルセン（Gehlsen）他）を参照されたい。以下の前面反射体の実施形態を測定するために使用される利得立方体は、側面の厚さ１．５９ｃｍ（５／８インチ）で上部の厚さ０．６３５ｃｍ（１／４インチ）のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）（ＰＴＦＥ）の壁で作製された１２．７ｃｍ（５インチ）Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）立方体を含んでいた。この立方体は、アルミニウム底板を備えたＴｅｆｌｏｎ（登録商標）を有していた。この板に、サーマル・テープを使用して回路基板上のＬＥＤを取り付けた。２ｘＴＩＰＳ（説明の例を参照）を使用して、ＬＥＤ用に穴が空けられた底をライニングした。このリサイクリング・キャビティーの構成によって、（バックプレーン全体にわたって）空間的に均一に拡散する照明と、適度に反射性で高い拡散性を持つリサイクリング・キャビティーが得られ、それにより、種々の前面反射体の実施形態のリサイクリングバックライト・キャビティーの輝度変化を測定するために使用できる単純なリサイクリング・キャビティー・デバイスが提供される。
以下の実施形態では、利得立方体の上にＳａｎｒｉｔｚ、モデルＨＬＣ２−５６１８Ｓ吸収偏光子が配置され、ドイツ国カールスルーエ（Karlsruhe）のａｕｔｒｏｎｉｃ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ社から入手可能なＣｏｎｏｓｃｏｐｅ（登録商標）光学測定システムを使用してコノスコープ輝度を測定した。利得立方体の上に吸収偏光子を配置することによって基準線測定を実行した。次に、利得立方体の上に種々の前面反射体を配置し、前面反射体の上に吸収偏光子を配置した。そして、この構成で行われたコノスコープ輝度の測定により、単純なリサイクリングバックライト輝度の変化が、観察者の（測定）観測角の関数になることが実証された。種々の前面反射体実施形態に関する測定輝度値が示され、アジマス角が０°と９０°の場合に法線からグレージング角までの角度範囲で輝度をプロットした。アジマス角が０°の場合、吸収偏光子通過軸と整合された光はｓ偏光され、アジマス角が９０°の場合、吸収偏光子通過軸と整合された光はｐ偏光される。
図２９は、単一のＢＥＦシートの輝度と極角の関係を示すグラフである。曲線２９０２及び２９０４はそれぞれ、０°と９０°でのＢＥＦを表わし、曲線２９０６及び２９０８はそれぞれ、ＢＥＦなしの０°と９０°での吸収偏光子を表わす。直角円錐への輝度は、１．６０５倍になり、輝度強化は、９０°アジマス面に沿った（溝の方向の）広い角度範囲と、０°アジマス面に沿った（溝に垂直方向の）狭い角度範囲に広がった。更に、高角度での輝度は、出力面に吸収偏光子だけを有する利得立方体の出力より大幅に低下した。
図３０は、交差した２枚のＢＥＦの輝度と極角の関係を示すグラフである。曲線３００２及び３００４はそれぞれ、０°と９０°で交差ＢＥＦを表わし、曲線３００６及び３００８はそれぞれ、交差ＢＥＦなしの０°と９０°における吸収偏光子を表わす。直角円錐への輝度は、２．６倍になり、輝度強化は、９０°アジマス面と０°アジマス面の両方に沿ってかなり狭くなる。
図３１は、上に重なった吸収偏光子の通過軸と整合された通過軸を有するＡＰＦ（実施例の記載で更に説明）の輝度と極角の関係を示すグラフである。曲線３１０２及び３１０４はそれぞれ、０°と９０°におけるＡＰＦを表わし、曲線３１０６及び３１０８はそれぞれ、ＡＰＦなしの０°と９０°における吸収偏光子を表す。ＡＰＦ前面反射体は、直角円錐への輝度を１．７２倍にし、輝度強化は、９０°アジマス面では高角度まで極めて広いままであり、０°アジマスに沿って狭くなる。
図３２は、上に重なった吸収偏光子の通過軸と整合された通過軸を有するＤＢＥＦの輝度と極角の関係を示すグラフである。曲線３２０２及び３２０４はそれぞれ、０°と９０°におけるＤＢＥＦを表わし、曲線３２０６及び３２０８はそれぞれ、ＤＢＥＦなしの０°と９０°における吸収偏光子を表わす。ＤＢＥＦ前面反射体は、直角円錐への輝度を１．６６倍にし、ＡＰＦ前面反射体と同様に、輝度強化、９０°アジマス面の場合は大きな角度まで極めて広いままであり、０°アジマスに沿って狭くなった。
図３３は、上に重なった吸収偏光子の通過軸と整合された通過軸を有する３ｘＡＲＦ（説明の実施例を参照）の輝度と極角の関係を表すグラフである。曲線３３０２及び３３０４はそれぞれ、０°と９０°における３ｘＡＲＦを表わし、曲線３３０６及び３３０８はそれぞれ、３ｘＡＲＦなしの０°と９０°における吸収偏光子を表わす。３ｘＡＲＦ前面反射体は、直角円錐への輝度を１．８４倍に増大させ、輝度強化は、９０°アジマス面と０°アジマス面の両方で角度が高くなるほど狭くなる。この直角円錐輝度の増大は、標準の反射偏光子フィルムＡＰＦ及びＤＢＥＦより十分に上回り、これは、ＡＰＦとＤＢＥＦのもの（表１参照）と比べて３ｘＡＲＦ前面反射体の増大した半球反射率によって引き起こされた可能性がある。この直角観察者円錐輝度の増大は、３ｘＡＲＦフィルムからの追加リサイクリングにより、リサイクリング及び角度混合キャビティー光線が前面反射体を透過する可能性が高まるので、軸上の透過が増加した場合でも起こる。更に、出力面を介した高角度輝度の低下は、液晶表示パネル・コントラスト比を要求レベルに維持するために追加のプリズム又は屈折構成要素が不要な場合があるので、有利になり得る。
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図３４は、上に重なった吸収偏光子の通過軸と整合された通過軸を有するＡＲＦ−８６（ビーズコートＡＲＦ−８４と同一構造。詳細は実施例を参照）の輝度と極角の関係を示すグラフである。曲線３４０２及び３４０４はそれぞれ、０°と９０°におけるＡＲＦ−８６を表わし、曲線３４０６及び３４０８はそれぞれ、ＡＲＦ−８６なしの０°と９０°における吸収偏光子を表わす。図３４では、前面反射体が、ＡＲＦ−８６と吸収偏光子両方の通過軸に沿って偏光された光に関して極めて反射性が高いので、直角円錐内の輝度増加は本質的にゼロである。半球反射率が９２．１％でも、直角観察者円錐の輝度は、吸収偏光子だけに対して変化しない。
図３５は、ビーズコート上面を有し、上に重なった吸収偏光子の通過軸と整合された通過軸を有するＡＲＦ−８６（説明の実施例参照）の輝度と極角の関係を示すグラフである。曲線３５０２及び３５０４はそれぞれ、０°と９０°におけるＡＲＦ−８６を表わし、曲線３５０６及び３５０８はＡＲＦ−８６なしのそれぞれ、０°と９０°における吸収偏光子を表わす。したがって、屈折効果によって下から表面構造に遭遇する角度混合光をコリメートにする傾向がある。同時に、ビーズコート面は、ＡＲＦ−８６フィルムから出て、出力面を介してキャビティーから出るときに、ビーズコート面を通る偏光線の偏光をある程度ランダム化する傾向がある。この効果により、ｐ偏光輝度は、ビーズコートのないＡＲＦ−８６と比較して、角度が大きくなるほど低下する。
図２に戻ると、前面反射体２１０は、所望の反射特性と透過特性を提供する１つ以上のフィルム又は層を含むことができる。ある実施形態では、前面反射体は、２つ以上のフィルムを含むことができる。例えば、図８Ａは、前面反射体８００の一部分の概略断面図である。反射体８００は、第２のフィルム８０４の近くに位置する第１のフィルム８０２を有する。フィルム８０２、８０４は、離間されてもよいし、互いに接触してもよい。あるいは、フィルム８０２、８０４は、いずれの適切な技術を使用して貼り付けられてもよい。例えば、フィルム８０２、８０４は、いずれの接着層８０６を使用して積層されてもよい。層８０６には、いずれの適切な接着剤（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。ある実施形態では、接着層８０６は、屈折率整合流体に置き換えられてもよく、フィルム８０２、８０４は、当該技術分野で既知のいずれ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８０２、８０４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８０２、８０４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８０２、８０４は、異なる光学特性を提供する異なる構造でもよい。一つの例示的な実施形態では、フィルム８０２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でき、フィルム８０４は、第１のフィルム８０２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でいかなる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８００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８０２は、非対称の反射フィルムを含んでもよく、フィルム８０４は、ＢＥＦなどのプリズム輝度強化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の平面内でＢＥＦが透過光をコリメート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コリメートにするように向けられてもよい。
他の実施形態では、フィルム８０２は、本明細書に記載されたいずれの適切なフィルム（例えば、非対称の反射フィルム）も含むことができ、フィルム８０４は、いずれの適切な基板層であり得る。基板には、例えば、ポリカーボネート、アクリル、ＰＥＴ、例えば「繊維強化光学フィルム（FIBER REINFORCED OPTICAL FILMS）」と題する米国特許公開第２００６／０２５７６７８号（ベンソン（Benson）他）、「強化反射偏光子フィルム（REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS）」と題する米国特許出願第１１／３２３，７２６号（ライト（Wright）他）及び「強化反射偏光子フィルム（REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS）」と題する米国特許出願第１１／３２２，３２４号（オーダカーク（Ouderkirk）他）に記載された繊維強化光学フィルムなどのいずれの適切な材料が挙げられる。
前面反射体８００は、２つのフィルム８０２、８０４を含むように示されているが、前面反射体８００は、３つ以上のフィルムを含んでもよい。例えば、３つの反射偏光子層（ＤＢＥＦやＡＰＦなど）を使用して３層前面反射体を作製することが可能でもよい。３つの層が、第２層の偏光軸が第１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。２つの反射偏光子の通過軸は、整合されてもよく、斜めにされてもよいし、直交されてもよい。反射偏光子の間の層は、複屈折板、プリズムフィルム、拡散体、又は第１の反射偏光子を通過する偏光を回転又はスクランブル（scrambling）させる特性を有する他の光学フィルムであってもよい。また、反射偏光子の間の層は、支持板や拡散体などの２つ以上のフィルムの組み合わせでもよい。層は、互いに離されてもよいし、積層や他の貼り合わせ方法によって貼り付けられてもよい。
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する光学素子を含んでもよい。例えば、図８Ｂは、前面反射体８１０の別の実施形態の一部分の概略断面図である。反射体８１０は、第１の主面８１４と第２の主面８１６を有するフィルム８１２を含む。フィルム８１２は、本明細書で前面反射体に関して説明されたいずれの適切なフィルム又は層を含むこともできる。複数の光学素子８１８は、第１の主面８１４上又は第１の主面８１４内に位置決めされる。光学素子は、第１の主面８１４上でのみ配置されているように示されているが、第２の主面８１６上に配置されてもよいし、第１及び第２の主面８１４，８１６の両方の上に配置されてもよい。フィルム８１２上又はフィルム８１２内に、いずれの適切な光学素子（例えば、ミクロスフェア、プリズム、コーナーキューブ、レンズ等）を配置することができる。光学素子は、屈折素子、回折素子、拡散素子などでよい。他の実施形態では、光学素子８１８は、光学素子８１２の配置により、フィルム８１２に入射する光又はフィルム８１２から出る光を拡散させることができる。
光学素子８１８は、フィルム８１２の主面上に配置されてもよく、フィルム８１２の主面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８１０は、いずれの適切な技術（例えば、ビーズコートＥＳＲを製造するための本明細書に記載された技術）を使用して製造することができる。
光学素子８１８は、また、フィルム８１０の近くに位置するカバー層又は基板上に配置され得る。例えば、図８Ｃは、前面反射体８２０の別の実施形態の一部分の概略断面図である。反射体８２０は、フィルム８２２と、フィルム８２２の近くに配置された利得拡散体８２４を含む。フィルム８２０は、本明細書で前面反射体に関して説明されたいずれのフィルム及び／又は層も含むことができる。利得拡散体８２４は、第１の主面８２８と第２の主面８３０を有する基板８２６と、基板８２６の第２の主面８３０上又は第２の主面８３０内に配置された複数の光学素子８３２を含む。例えば図８Ｂの光学素子８１８などのいずれの適切な光学素子８３２を使用することができる。基板８２６は、いずれの適切な光透過基板を含むことができる。
図８Ｃに示した実施形態では、利得拡散体８２４の第１の主面８２８が、フィルム８２２の近くに配置される。拡散体８２４は、フィルム８２２から離間されるか、フィルム８２２と接触するか、フィルム８２２に貼り付けるように、フィルム８２２の近くに配置することができる。いずれの適切な技術を使用（例えば、光学接着剤の使用）して、拡散体８２４をフィルム８２２に貼り付けることができる。拡散体８２４にはいずれの適切な利得の拡散体を使用することができる。ある実施形態では、光学素子８３２は、基板８２６の第１の主面８２８上に、素子８３２が基板８２６と偏光フィルム８２２の間になるように配置されてもよい。
図２に戻ると、前面反射体２１０は支持層に貼り付けられてもよい。支持層は、いずれの適切な材料（例えば、ポリカーボネート、アクリル、ＰＥＴなど）を含むことができる。ある実施形態では、前面反射体２１０は、例えば「繊維強化光学フィルム（FIBER REINFORCED OPTICAL FILMS）」と題する米国特許公開第２００６／０２５７６７８号（ベンソン（Benson）他）、「強化反射偏光子フィルム（REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS）」と題する米国特許出願第１１／３２３，７２６号（ライト（Wright）他）、及び「強化反射偏光子フィルム（REINFORCED REFLECTIVE POLARIZER FILMS）」と題する米国特許出願第１１／３２２，３２４号（オーダカーク（Ouderkirk）他）に記載されたような繊維強化光学フィルムによって支持されてもよい。更に、前面反射体２１０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２１０は、光学接着剤を使用して支持層に接着されてもよい。前面反射体２１０と支持体層は、いずれの適切な技術、例えば、「光透過複合フィルムフレーム（OPTICALLY TRANSMISSIVE COMPOSITE FILM FRAME）」と題する米国特許出願第６０／９４７，７７６号（サンホルスト（Thunhorst）他）に記載された技術を使用してバックライトに取り付けられ得る。
ある実施形態では、前面反射体２１０は、液晶パネルに取り付けられ得る。例えば、前面反射体は、パネル板１５４に取り付けられた図１の下側吸収偏光子１５８に取り付けられ得る。
本明細書で述べるように、前面反射体２１０は、部分的に反射性及び部分的に透過性の前面反射体を提供するいずれの適切なフィルム及び／又は層を含むことができる。ある実施形態では、前面反射体２１０は、例えば「高分子ファイバを含む反射偏光子（REFLECTIVE POLARIZERS CONTAINING POLYMER FIBERS）」と題する米国特許公開第２００６／０１９３５７７号（オーダカーク（Ouderkirk）他）、「多層偏光ファイバ及びそれを使用した偏光子（MULTILAYER POLARIZING FIBERS AND POLARIZERS USING SAME）」と題する米国特許出願第１１／４６８，７４６号（オーダカーク（Ouderkirk）他）、及び「高分子ファイバ偏光子（POLYMER FIBER POLARIZERS）」と題する米国特許出願第１１／４６８，７４０号（ブルーム（Bluem）他）に記載された１つ以上のファイバ偏光フィルムを含むことができる。
前面反射体２１０に使用することができる他の例示的なフィルムには、コレステリック偏光フィルム、複屈折パイル・オブ・プレーツ・フィルム、及び複屈折ポリマ・ブレンド（例えば、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＤＲＰＦ）がある。本開示の非対称の反射フィルムは、いずれの適切な技術を使用して製造することができる。例えば、「多層光学フィルムを製造するための装置（APPARATUS FOR MAKING MULTILAYER OPTICAL FILMS）」と題する米国特許第６，７８３，３４９号（ネービン（Neavin）他）を参照されたい。例えば、図９Ａ〜図９Ｂは、本開示の非対称の反射フィルムの製造方法の一実施形態を示す。適切な異なる光学的性質を有するように選択された材料９００及び９０２が、選択材料の溶融温度及び／又はガラスの遷移温度を超えるまで加熱され、多層供給ブロック９０４に供給される。一般的に、溶融と上記供給は、各材料ごとに押出成形機を使用して達成される。例えば、材料９００を押出成形機９０１に供給する一方で、材料９０２を押出成形機９０３に供給することができる。供給ブロック９０４から出力するのは、多層のフローストリーム９０５である。層倍増機構（layer multiplier）９０６は、多層流ストリームを分割し、次に１つのストリームを第２のストリームの上に向け直して「積み重ね」て、押出成形された層の数を増加させる。非対称の倍増機構は、スタック全体にわたる層厚さの偏りを導入する押出成形機器と共に使用するとき、多層フィルムが、光の可視スペクトルの所望部分に対応する層対を有し、かつ所望の層厚さ勾配を提供することを目的として、層厚さの分布を拡大させることができる。必要に応じて、表皮層９１１が、樹脂９０８（表皮層用樹脂）を表皮層供給ブロック９１０に供給することによって、フィルムに導入されてもよい。
多層供給ブロックは、フィルム押出形成ダイ９１２に供給する。適切な供給ブロックは、例えば米国特許第３，７７３，８８２号（シュレンク（Schrenk））と同第３，８８４，６０６号（シュレンク（Schrenk））に記載されている。例えば、押出成形温度は、約２９５Ｃ°でよく、供給速度は、各材料ごとに約１０〜１５０ｋｇ／時である。ある実施形態では、フィルムが供給ブロックとダイを通るときに、フィルムの上側及び下側面に表皮層９１１を流すようにすることが好ましいことがある。これらの層は、壁の近くに見られる大きな応力勾配を分散させる働きをし、光学層の押出形成がより滑らかになる。各表皮層の典型的な押出成形速度は、２〜５０ｋｇ／時（総処理量の１〜４０％）になる。表皮材料は、光学層と同一の１つの材料、又は異なる材料であることが可能である。ダイから放出される押出物は、一般に、溶融形態である。
押出物は、ピン止めワイヤ９１４の後で回転する鋳造ホイール９１６上で冷却される。ピン止めワイヤは、押出物を鋳造ホイールにピン止めする。広い角度範囲にわたる透明フィルムを達成するために、鋳造ホイールを低速で動作させることによってフィルムを厚くし、反射帯域をより長波長の方に移すことができる。フィルムは、所望の光学特性と機械特性により決められた比率で伸張により延伸される。縦方向の伸張は、引張ローラ９１８によって行うことができる。横方向の伸張は、テンターオーブン９２０内で行うことができる。望むならば、フィルムは同時に２軸で延伸され得る。約３〜４対１の伸張比率が好ましいことがあるが、所定のフィルムには１対１ほどの小さい比率と６対１ほどの大きい比率が適切な場合もある。伸張温度は、使用される複屈折高分子のタイプに依存するが、一般には、そのガラス転移温度を超える２°〜３３℃（５°〜６０°Ｆ）が適切な範囲になる。フィルムは、一般に、フィルムの結晶度を最大にしその収縮を小さくするために、テンターオーブンの最後の２つのゾーン９２２内で熱設定される。テンター内でフィルムを破損させずにできるだけ高い熱設定温度を使用することにより、加熱エンボス工程での収縮が減少する。また、テンター・レールの幅を約１〜４％小さくすることで、フィルム収縮が減少する。フィルムがヒートセットされない場合は、熱収縮特性が最大になり、これは、幾つかの安全なパッケージング用途で望ましい場合がある。フィルムは、巻取ロール９２４に収集することができる。
幾つかの用途では、多層フィルムの光学層に３つ以上の異なる高分子を使用することが望ましいことがある。そのような場合、樹脂ストリーム９００及び９０２と類似の手段を使用して追加の樹脂ストリームを供給することができる。３つ以上の層タイプを分散させるために供給ブロック９０４と類似の適切な供給ブロックを使用することができる。
図９Ｂは、ハウジング９２８に取り囲まれた供給ブロック９０４の一実施形態の概略斜視図を示す。ハウジング９２８内には、傾斜板９３０が存在する。傾斜板９３０には、第１の流路９３２と第２の流路９３４の少なくとも２つの流路がある。流路は、傾斜板９３０と供給管板９４０の組み合わせによって範囲が決められる。
傾斜板９３０内で、各流路は、その断面が、例えば、円、正方形、正三角形等の対称の中心軸を有するように機械加工される。機械加工を容易にするために、正方形断面の流路が使用されることが好ましい。各流路に沿って、断面積は一定のままでもよく変化してもよい。この変化は、面積の増加でも減少でもよく、断面が減少する場合は、一般に、「テーパ」と呼ばれる。流路の断面積の変化は、多層光学フィルムの層厚さ分布に影響を及ぼす適切な気圧勾配を提供するように設計されてもよい。したがって、傾斜板は、様々なタイプの多層フィルム構造のために変更することができる。
流路の断面積が、一定のままのとき、層の厚さと層数の関係を示すプロットは非線形的に減少する。所定の高分子流では、層数に依存して層の厚さが線形的に減少する少なくとも１つの断面テーパ状プロファイルが存在し、このプロファイルが好ましいことがある。テーパ状プロファイルは、当該の高分子に関する信頼性の高い流動学データと当該技術分野で既知の高分子流シミューレーション・ソフトウェアを使用する当業者によって求めることができ、場合に応じて計算されなければならない。
図９Ｂを再び参照すると、供給ブロック９０４は、更に、流路９３２及び９３４とそれぞれ流体が連通する第１組の導管９４２と第２組の導管９４４とを有する供給管板９４０を収容する。本明細書で使用されるとき、「導管」は、「サイトチャネル管」とも呼ばれる。導管９４２と９４４は軸方向棒状ヒータ９４６に隣接し、導管内の樹脂の流れに熱を供給する。必要に応じて、軸方向棒状ヒータの長さに沿ったゾーン内で温度を変化させることができる。各導管は、それ自体のそれぞれのスロット・ダイ９５６に供給し、スロット・ダイ９５６は拡張部分とスロット部分を有する。拡張部分は、一般に、供給管板９４０内に存在する。必要に応じて、スロット部分は、スロット板９５０内にあってもよい。本明細書で使用されるとき、用語「スロット・ダイ」は、「層スロット」と同意語である。第１組の導管９４２は、第２組の導管９４４と交互に配置されて、交互層が形成される。
使用時、例えば、樹脂Ａと樹脂Ｂが、流路９３２及び９３４に直接送られる。溶融流（melt stream）Ａと溶融流Ｂが、傾斜板９３０内の流路を下り、各溶融流は導管によって抜き取られる。導管９４２及び９４４は、交互に配置されるので、例えばＡＢＡＢＡＢのように交互層を形成し始める。各導管は、実際の層を形成し始めるためにそれ自体のスロット・ダイを有する。スロット・ダイから出る溶融流は、複数の交互層を含む。溶融流は、圧縮部分（図示せず）に送り込まれ、そこで層が圧縮され、また横方向に均一に広げられる。保護境界層（ＰＢＬ）として知られる特殊な厚い層が、光学多層スタックに使用される溶融流のいずれかから供給ブロック壁の最も近くに供給されてもよい。ＰＢＬは、また、供給ブロック後の別個の注入流によって供給され得る。ＰＢＬは、より薄い光学層を、壁応力の影響とその結果生じる可能性のある流れの不安定性から保護する働きをする。
ある実施形態では、本開示の非対称の反射フィルムを、倍増機構（例えば、倍増機構９０６）を使用せずに製造することができる。倍増機構は、多数の光学層の生成を大幅に単純化するが、各パケットごとに同一でない各合成層パケットに歪みを与えることがある。この理由のため、供給ブロック内で生成された層の層厚さプロファイルの調整は、各パケットごとに同じではなく、即ち、スペクトル分断のない均一で滑らかなスペクトルを生成するために全てのパケットを同時に最適化できるとは限らない。したがって、最適なプロファイルと低透過率のカラー色反射体は、倍増機構を使用して製造された複数パケットのフィルムを使用して作製するのは難しいことがある。供給ブロック内で直接生成された単一パケット内の層の数が、十分な反射率を提供しない場合は、２つ以上のそのようなフィルムが貼り付けられ、反射率を高めることができる。
図９Ａの方法から倍増機構が除去されたときは、軸方向の棒状ヒータ９４６を使用して、例えば米国特許第６，７８３，３４９号に更に詳しく記載されたように共押出高分子層の層厚さ値を制御することができる。そのような軸方向の棒状ヒータは、供給ブロック内で一定温度を維持するためと、約４０℃までの温度勾配を作り出すための両方に利用することができる。ある実施形態では、軸方向の棒状ヒータは、供給ブロックの口径内に置かれ層平面と垂直な方向に向けられ、好ましくは各サイドチャネル管がスロット・ダイに供給する箇所を通る想像線の極めて近くに置かれる。より好ましくは、第１の高分子と第２の高分子とを同時押出成形する場合、軸方向の棒状ヒータ用の口径は、各サイドチャネル管がスロット・ダイを供給する箇所を通り、かつ第１の高分子を支持するサイドチャネル管と第２の高分子を支持するサイドチャネル管から等距離の想像線の近くに配置される。更に、軸方向の棒状ヒータは、その長さに沿った電気抵抗の変化によって、又はマルチゾーン制御によって、又は当該技術分野で既知の他の手段によってその長さに沿った温度勾配又は多様な離散的な温度を提供できるタイプのものであることが好ましい。このような軸方向の棒状ヒータは、「鋭角帯域端を有する光学フィルム（OPTICAL FILM WITH SHARPENED BANDEDGE）」と題する米国特許第６，１５７，４９０号（ホイートリー（Wheatley）他）と「カラーシフトフィルム（COLOR SHIFTING FILM）」と題する米国特許出願第６，５３１，２３０号（ウェーバー（Weber）他）に記載されているように、反射バンドの位置とプロファイルを制御する際に特に重要な層の厚さと勾配層の厚さ分布を制御することができる。
供給ブロック９０４は、フィルム・スタック内の全ての層が軸方向の棒状ヒータ９４６によって直接制御されるように構成される。層の厚さプロファイルは、工程中に、いかなる適切な厚さ測定技術（例えば、原子間力顕微鏡法、透過型電子顕微鏡法、走査型電子顕微鏡法）を使用することによって監視することができる。層の厚さプロファイルは、いずれの適切な技術を使用して光学的にモデル化することができ、次に軸方向の棒状ヒータを、測定された層のプロファイルと所望の層のプロファイルの差に基づいて調整することができる。
一般にＡＦＭほど正確でないが、光学スペクトルを積分（波長スペクトルに対する−Ｌｏｇ（１−Ｒ）の積分）することによって簡単に層プロファイルを評価することができる。これは、層の厚さプロファイルが、層数に対して単調増加又は減少する場合に、層の厚さプロファイルの微分から反射体のスペクトル形状を求めることができるという一般原理から可能である。
層の厚さプロファイルを制御する基本プロセスは、ターゲット層の厚さのプロファイルと測定した層のプロファイルの差に基づく軸方向の棒状ゾーン出力設定の調整を含む。最初に、所定の供給ブロック・ゾーン内の層の厚さ値を調整するために必要とされる軸方向の棒状ヒータ出力の増加を、そのヒータ・ゾーン内で生じた層の厚さ変化の１ナノメートル当たりに入力された熱のワット数に対して較正することができる。スペクトルの細かい制御は、２７５層に対して２４個の軸方向の棒状ゾーンを使用して可能である。一旦較正されると、所定のターゲット・プロファイルと測定プロファイルの必要な電力調整を一度に計算することができる。この手順は、２つのプロファイルが収束するまで繰り返される。
例えば、２７５層のフィルムは、前述の技術により、ｎｘ１＝１．８２、ｎｙ１＝１．６１、ｎｚ＝１．５０の屈折率を有するｃｏＰＥＮと、全ての方向に屈折率ｎ２＝１．５７を有するポリカーボネートとＰＣＴＧの混合物とを使用して作製された。通過軸上の入射角６０°のｐ偏光の測定透過スペクトルを、図１０に曲線１００２として示す。また、遮断軸の透過を曲線１００４として示す。遮断軸スペクトルと通過軸スペクトルとは共に極めて広い帯域で比較的一定の透過率を有することに注意されたい。
図２に戻ると、バックライト２００は、また、前面反射体２１０と共に中空の光リサイクリング・キャビティー２０２を形成する背面反射体２２０を有する。背面反射体２２０は、極めて反射性であることが好ましい。例えば、背面反射体２２０は、光源によって放射された可視光に関して、いずれの偏光の可視光の少なくとも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・キャビティー内の損失量を減少させることができる。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を含み、即ち、そのような値は、鏡面反射と拡散反射の両方を含む。
背面反射体２２０は、空間的に均一又はパターン化されているのにかかわらず、大部分は鏡面反射体、拡散反射体、又は鏡面反射体／拡散反射体の組み合わせであり得る。ある実施形態では、背面反射体２２０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。また、「有益な設計特徴を有するリサイクリングバックライト（RECYCLING BACKLIGHTS WITH BENEFICIAL DESIGN CHARACTERISTICS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ明細書（代理人整理番号６３０３２ＷＯ００３）と「表示装置に適したバックライト（BACKLIGHT SUITABLE FOR DISPLAY DEVICES）」と題する米国特許出願第１１／４６７，３２６号（マー（Ma）他）を参照されたい。ある実施形態では、背面反射体２２０は堅い高反射率コーティングを有する金属基材、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、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）強化鏡面反射体（ＥＳＲ）多層高分子フィルム、厚さ１０．１６μｍ（０．４ミル）のイソオクチルアクリレート・アクリル感圧接着剤を使用して硫酸バリウム混合ポリエチレンテレフタレート・フィルム（５０．８μｍ（厚さ２ｍｉｌ））をＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）ＥＳＲフィルムに貼り付けることによって作製され、本明細書で「ＥＤＲ ＩＩ」フィルムと呼ばれる合成ラミネート・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から入手可能なものなどの多孔性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム、Ａｌａｎｏｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｖｅｒｅｄｌｕｎｇ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．から入手可能なＭｉｒｏ（登録商標）アルマイト・フィルム（Ｍｉｒｏ（登録商標）２フィルムを含む）、Ｆｕｒｕｋａｗａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手可能なＭＣＰＥＴ高反射発泡シート材、Ｍｉｔｓｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能なＷｈｉｔｅ Ｒｅｆｓｔａｒ（登録商標）フィルムとＭＴフィルム、及び２ｘＴＩＰＳ（説明の実施例を参照）が挙げられる。
背面反射体２２０は、実質的に平らで滑らかでもよいし、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備えてもよい。そのような構造化面は、（ａ）背面反射体２２０の表面上に与えられてもよいし、（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、高反射フィルムが、構造化面が予め形成された基板に貼り付けられてもよいし、高反射フィルムが、平坦基板（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）（ＤＥＳＲＭ：Durable Enhanced Specular Reflector-Metal）反射体と同様の薄い金属板など）に貼り付けられ、その後で打ち抜き操作などにより構造化面が形成されてもよい。後者の場合、構造化面を有する透明フィルムを平らな反射面に貼り付けてもよいし、透明フィルムを反射体に貼り付け、その後で透明フィルムの上に構造化面を設けてもよい。
ダイレクトリット構造を含む実施形態（例えば、図１６のバックライト１６００）では、背面反射体は、光源が取り付けられた、連続する単一（かつ切れ目の無い）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、反射材料ストリップが、光源列が取り付けられた基板に貼り付けられ、各ストリップが、ある光源列から別の光源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領域の両方の境界の間にわたるのに十分な寸法を有してもよい。
また、バックライト２００は、バックライト２００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２５０を有することができ、上記外側境界の部分は、光損失を減少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立ち並ぶか別の方法で提供されてもよい。これらの反射体を形成するために、背面反射体２２０に使用されているものと同じ反射材料を使用してもよく、異なる反射材料を使用してもよい。ある実施形態では、側面反射体２５０と背面反射体２２０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２５０は垂直でもよく、あるいは１つ以上の反射体が傾けられてもよい。また、側面反射体２５０の反射材料は、背面反射体２２０に使用される材料と同じでも異なってもよい。側面反射体２５０には、鏡面材料、半鏡面材料、拡散材料を使用することができる。所望の反射プロファイルを達成するために、側面反射体２５０の上又は側面反射体の隣りに屈折構造体を使用することができる。隔壁材料と傾斜とは、輝度プロファイルを調整するように選択することができる。
光源２３０を概略的に示す。ほとんどの場合、これらの光源２３０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（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、即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、完成し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領域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全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・キャビティー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つ以上のライン、配列、又はその他のパターンに配置してもよい。
ＬＥＤ効率は、温度に依存し、一般に温度の上昇と共に低下する。この効率の低下は、ＬＥＤのタイプにより異なることがある。例えば、赤色ＬＥＤは、青色ＬＥＤ又は緑色ＬＥＤよりかなり大きい効率低下を示す。熱の影響を受けやすいＬＥＤが熱的に分離して、それらのＬＥＤが、ヒートシンク上でより低いワット密度を有するように及び／又は他のＬＥＤからの熱伝達を受けないようにする場合に、本開示の種々の実施形態を使用してこの影響を軽減することができる。従来のバックライトでは、１色のＬＥＤの集合体を配置すると、色の均一性が低下した。本開示では、例えば赤色ＬＥＤの集合体の色を緑色及び青色ＬＥＤとよく混合して白を作ることができる。光センサとフィードバック・システムを使用して、ＬＥＤからの光の輝度及び／又は光のカラーを検出し制御することができる。例えば、個別のＬＥＤ又はＬＥＤの集合体の近くにセンサを配置して、出力を監視し、白色点又は色温度を制御し、維持し、又は調整するためにフィードバックを提供することができる。混合光をサンプリングするための中空キャビティー内の縁に沿って１つ以上のセンサを配置することが有益なことがある。幾つかの例では、観察環境（例えば、表示装置が配置された部屋）で表示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。そのような場合、制御論理を使用して、周囲の観察条件に基づいて表示光源出力を適切に調整することができる。多くのタイプのセンサは、テキサス州プラノ（Plano）のＴｅｘａｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓから入手可能な光−周波数又は光−電圧センサなどの多くのタイプ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、ＬＥＤの出力を監視し制御することができる。これらの技術は全て、動作状態に基づいてまた時間の経過と共に劣化する構成要素の補償に基づいて調整するために使用することができる。制御システムにフィードバック信号を供給するために動的コントラスト又はフィールド・シーケンシャル・システムにセンサを使用することができる。
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、例えば冷白色と温白色を含み（ＣＣＦＬ／ＬＥＤ）、異なるスペクトルを放射するＣＣＦＬ／ＨＣＦＬ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、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等）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（ランディン（Lundin）他）及び同６，３６７，９４１号（リー（Lea）他）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・キャビティー内の場所又は他の状況ではバックライトの出力領域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、例えば、Ｌｕｘｅｏｎ（登録商標）ＬＥＤ（カルフォルニア州サンノゼのＬｕｍｉｌｅｄｓ社から入手可能）、又は「くさび形光学素子を有するＬＥＤパッケージ（LED PACKAGE WITH WEDGE-SHAPED OPTICAL ELEMENT）」と題する米国特許出願第１１／３８１，３２４号（レーザデイル（Leatherdale）他）と「集束光学素子を有するＬＥＤパッケージ（LED PACKAGE WITH CONVERGING OPTICAL ELEMENT）」と題する米国特許出願第１１／３８１，２９３号（ルー（Lu）他）に記載されたＬＥＤなどのいずれの適切な側面発光ＬＥＤを使用することができる。本明細書に記載した様々な実施形態に他の放射パターンが望ましいことがある。例えば、「くさび形光学素子を有するＬＥＤパッケージ（LED PACKAGE WITH WEDGE-SHAPED OPTICAL ELEMENT）」と題する米国特許公開第２００７／０２５７２７０号（ルー（Lu）他）を参照されたい。
バックライトが表示パネル（例えば、図１のパネル１５０）と組み合わせで使用されるある実施形態では、バックライト２００は、白色光を連続的に放射し、液晶パネルは、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）の画素、赤／緑／青（ＲＧＢ）の画素、赤／緑／青／白（ＲＧＢＷ）の画素、赤／黄／緑／青（ＲＹＧＢ）の画素、赤／黄／緑／シアン／青（ＲＹＧＣＢ）の画素等）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、液晶パネルを白色光で連続的に後ろから照明し、液晶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２００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つの画素配列しかないディスプレイ・モジュールと組み合わされ、この画素配列は、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、画素配列全体にわたってあらゆる達成可能な色（バックライトに光源が使用される場合）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（ステワート（Stewart）他）と同第６，７６２，７４３号（ヨシハラ（Yoshihara）他）に記載されている。場合によっては、単色のみのディスプレイを提供することが望ましいこともある。そのような場合、バックライト２００は、１つの可視波長又は色で主に放射するフィルタ又は特定の光源を含むことができる。
ある実施形態では、光源は、１つ以上の偏光源を含むことができる。そのような実施形態では、偏光源の偏光軸が、前面反射体の通過軸と実質的に平行になるように向けられることが好ましい場合があり、あるいは、光源偏光軸が前面反射体の通過軸と実質的に垂直であることが好ましい場合がある。他の実施形態では、偏光軸は、前面反射体の通過軸に対していずれの適切な角度をなすことができる。
ある実施形態（例えば、図１６に示された実施形態のようなダイレクトリット・バックライト）では、光源は、背面反射体上に配置されてもよく、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、共有及び同時係属の米国特許出願第１１／０１８，６０８号（代理人整理番号６０１１６ＵＳ００２）、同第１１／０１８，６０５号（代理人整理番号６０１５９ＵＳ００２）、同第１１／０１８，９６１号（代理人整理番号６０３９０ＵＳ００２）、及び同第１０／８５８，５３９号（代理人整理番号５９３３４ＵＳ００２）に記載されたような背面反射体上に配置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２３０は、いずれの適切な配列で配置されてもよい。更に、光源２３０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いし、異なってもよい。光源２３０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、「有色ＬＥＤ光源を効率的に利用した白色バックライトなど（WHITE LIGHT BACKLIGHTS AND THE LIKE WITH EFFICIENT UTILIZATION OF COLORED LED SOURCES）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３３ＷＯ００４）を参照されたい。ある実施形態では、種々の光源２３０は、混合されたときに、表示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２３０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コリメート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・キャビティー内に所望の出力を提供するためのレンズ、抽出器、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。更に、本開示のバックライトは、リサイクリング・キャビティー内に横断面（バックライトの出力領域と平行な横断面）に近い伝搬方向に最初に注入された光、例えば半値全幅（ＦＷＨＭ）で０〜９０度、０〜６０度、０〜３０度、０〜１５度、又は０〜１０度以下の最大角度幅（横断面に関する）を有する注入ビームを部分的に平行化又は制限する注入光学素子を含むことができる。適切な注入器形状には、くさび、放物線、複合放物線などがある。
一般に、１つ以上の光源２３０によってキャビティー２０２内に放射された光のＦＷＨＭ値を制御して所望のコリメーションを提供することができる。ＦＷＨＭのいかなる適切な値を提供するいかなる適切な技術を使用することができる。更に、注入光の方向を制御して所望の透過特性を提供することができる。例えば、１つ以上の光源からの光を、横断面に対していずれの適切な角度でキャビティーに導くことができる。ある実施形態では、注入光を背面反射体２２０の方向に導くことができる。
本開示のある実施形態では、中空の光リサイクリング・キャビティー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、キャビティー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、キャビティー内で光を拡散し出力面を介してキャビティー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ーは、キャビティー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、キャビティー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ーに注入されないときでも、キャビティー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、キャビティー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する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、キャビティー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、即ち、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。換言すると、半鏡面反射体と拡散体は、光を順方向に実質的に導き、したがって光線を全ての方向に等しく向け直すランバーシアン構成要素とはかなり異なる。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、「半鏡面構成要素を有するリサイクリングバックライト（RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３２ＷＯ００３）を参照されたい。
半鏡面反射体は、偏光方向と光線方向を適切に混合しつつキャビティー全体にわたる光の横方向の広がりを支援する。例えば、図１１は、拡散的に反射する前面反射体１１２０と拡散的に反射する背面反射体１１３０とを含むバックライト１１００の一部分の概略断面図である。前面反射体と背面反射体は両方とも、ランバーシアン反射体であり、即ち、両方の反射体は、光をあらゆる方向に実質的に等しく反射する。また、前面反射体１１２０は、部分的に透過性である。したがって、前面反射体１１２０と背面反射体１１３０は、各反射ごとに等しい量の光を順方向と逆方向に導き、これにより、数回の反射後に順方向に導かれた光線の成分が大幅に減少する。
図１１で分かるように、光線１１６０は、前面反射体１１２０上に入射し、拡散的に反射される。入射光線１１６０の少なくとも一部分は、前面反射体１１２０に透過される。光１１６２は、拡散的に反射された光の一部分であり、実質的に背面反射体１１３０上に入射し、そこで拡散的に反射される。拡散的に反射する前面反射体１１２０及び背面反射体１１３０の組み合わせによって、かなりの量の光１１６０が、光１１６０の伝搬方向と逆方向に導かれるので、バックライト１１００内の光の十分な広がりが妨げられることがある。前面反射体１１２０は部分的に透過性なので、場合によっては不釣り合いな量の光が、バックライト１１００の一端の前面反射体によって取り出されることがある。
図１１に示した実施形態と対照的に、図１２は、鏡面的に反射する前面反射体１２２０と半鏡面的に反射する背面反射体１２３０とを含むバックライト１２００の別の実施形態の一部分の概略断面図である。光線１２６０は、反射体１２２０に入射し、そこで光の少なくとも一部分１２６２が、背面反射体１２３０の方に鏡面的に反射され、光の一部分１２６４が透過される。次に、光１２６２は、背面反射体１２３０によって半鏡面的に反射され、その結果、光のかなりの部分は、順方向に伝搬し続ける。
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。例えば、「半鏡面構成要素を有するリサイクリングバックライト（RECYCLING BACKLIGHTS WITH SEMI-SPECULAR COMPONENTS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３２ＷＯ００３）を参照されたい。
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鏡面反射体を含むことができる。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。
別の実施形態では、半鏡面背面反射体は、高反射鏡面反射体上に部分的な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、部分的な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。例えば、前面反射体は、キャビティーに面した反射体（図８Ｂと図８Ｃの前面反射体８１０又は８２０）の主面上又は主面内に配置された屈折構造体を有する非対称の反射フィルムを含むことができる。
ある実施形態では、リサイクリング・キャビティー内の前面反射体と背面反射体の間に追加の光学部品を挿入することができ、そのような追加の構成要素は、キャビティーに望ましい程度の半鏡面性を提供するように調整されてもよい。例えば、キャビティー内の前面反射体と背面反射体の間に半鏡面の拡散フィルムが懸架されてもよく、前面反射体と背面反射体は両方とも鏡面でも又は半鏡面でもあり得る。多くの場合、キャビティー内の構成要素の数を最小にすることが望ましいが、第３の構成要素を使用することにより、前面反射体又は背面反射体の最小損失設計を可能にすることによって、キャビティーの効率を高めることができる。
順方向散乱要素によるキャビティー内の光線の混合は、幾つかの方法で達成することができる。これは、前面反射体又は背面反射体の一体部分である拡散素子によって、又は前面反射体若しくは背面反射体に積層された拡散素子によって、又は２つの反射体の間のどこかに配置された個別の拡散シートを使用することによって、行うことができる。これらの選択肢のうちのいずれかの選択肢の組み合わせが可能である。その選択は、光損失、構成要素コスト、製造の都合などの問題の相対的重要度に依存する。拡散素子は、前面反射体又は背面反射体のどちらかに貼り付けられてもよいし、どちらかの一体部分でもよいｓ、又は拡散体と反射体との間にエアギャップが提供されてもよい。
拡散体が、どちらかの反射体の一体部品か、どちらかの反射体に貼り付けられるか、キャビティー内に独立構成要素として配置されるかに関係なく、全体的な望ましい光学性能は、背面反射体から前面反射体と再び背面反射体までの１つの往復経路を完成させる光線のランバーシアン分布より実質的に狭い角度分散機能を備えたものである。半鏡面反射体は、鏡面反射体とランバーシアン反射体の両方の特性を備えてもよいし、鏡面方向のまわりの適切に画定されたガウス円錐でもよい。その性能は、どのように構成されているかに大きく依存する。例えば、ＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３２ＷＯ００３）を参照されたい。
本明細書で言及されるように、本開示のバックライトは、中空であり、即ち、キャビティー内の光の横方向の伝播は、主に、アクリル樹脂やガラスなどの光学的に密な媒体中ではなく空気や真空などの中で行われる。従来、一般に、固体光導体は、最も薄いバックライトに使用されてきており、携帯型装置などの極めて小さい表示装置を除き、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）などの直線連続光源で照明されてきた。固体光導体は、光の全反射（ＴＩＲ）現象によって、光導体の上面と下面で光の低損失伝播と鏡面反射を実現することができる。本出願に別記されているように、光の鏡面反射は、光導体内の光の最も効率的な横方向の伝播を提供する。光導体の上面又は下面に配置された抽出器（extractor）は、光を光導体から外に導くために光の方向を変化させ、実質的に部分的な反射体を作り出す。
しかしながら、固体光導体には、大型表示装置では、コスト、重量、光均一性などの幾つかの問題がある。広域面積表示装置の均一性に関する問題は、バックライトの出力面の領域に対して実質的に点光源である個別のＲＧＢ色ＬＥＤの出現により大きくなった。高輝度の点光源は、固体光導体を利用するエッジリット・システムだけでなく従来のダイレクトリット・バックライトに関する均一性問題をもたらす。均一性問題は、固体光導体のような光の著しい横方向伝播を提供する中空の光導体を作製できれば大幅に軽減することができる。偏光及び光線角度リサイクリング・システムの幾つかの場合、中空キャビティーの方が、固体キャビティーよりも表示面を横切る拡散光の点で有効なことがある。
本明細書で前に説明したように、高反射性の前面及び背面反射体を使用するには、そのような反射体によるリサイクリング・キャビティー内の光損失を最小にすることが必要である。複数光源からは、前面部分反射体、背面反射体、端面及びコーナー部、光源、及びその支持構造物及び／又はその注入口による光吸収などのキャビティー内の損失が生じ、また、キャビティー内に配置される場合もあるか部分反射体の一部であるかの拡散体シートや他の光制御フィルムなどの他の構成要素内の損失が生じる。キャビティーの各構成要素ごとの全ての光線のそれぞれの反射と透過によって、ある程度の光強度の損失が生じる。したがって、リサイクリング・キャビティー内で伝搬する光の総損失は、例えば、低損失の前面反射体、背面反射体、及び側面反射体を含む吸収損失の少ない実質的に密閉されたキャビティーを提供し、かつ光源と関連した損失を極めて少なく維持することによって（例えば、全ての光源の累積放射領域が、バックライト出力領域のごくわずかな部分になるようにすることによって）、極めて低く維持することができる。
例えば光が一度だけ横切る前面反射体の上面の構成要素内で一度だけ生じる損失は、全体的な輝度を、単純にその吸収率と等しい割合だけ低下させる。本明細書に示したように、光線の繰り返し反射によって生じる繰り返し損失は、光強度の大きな損失を引き起こすことがある。キャビティーの側面とコーナー部は、必要に応じてミラー・フィルムで封止されてもよい。そのために、テープとして貼り付けることができる極めて薄い多層高分子反射体を使用することができる。スペースがそれほど問題でない場合は、もっと厚い拡散反射体を利用してキャビティーの側面とコーナー部を封止してもよい。
偏光液晶表示バックライトの潜在的損失は、前面反射体を透過し次に液晶パネルの下側偏光子によって吸収される不適切な偏光の光である。主偏光を透過させる前面反射体を利用し、前面反射体の遮断軸の反射率を最大にすることによって、この損失を最小にすることができる。
前面反射体の部分反射率がいずれの一定レベルの場合、システムの出力は、キャビティーを１回通過するときの損失値に大きく依存する。この損失値は、最も容易には、キャビティー内の全ての構成要素による全ての光線の平均損失として特徴付けられる。幾つかの理由のために、全ての構成要素の個別の損失測定を行うことによって固有損失値を評価するのは難しい。損失は、一般に、光線の入射角と、キャビティー内の側面反射体や光源などのキャビティー内の各構成要素を通過又は反射する光線の相対数と、に依存する。
集合体システムの固有損失値を推定する最も直接的な方法は、全ての光源が放射する光に対して、キャビティーが放射する光の量を測定することである。この比率は、一般に、キャビティー効率と呼ばれる。これらのキャビティーの光学的モデリングは、キャビティーの個々の構成要素と集合体の損失値の相対的重要度の理解に役立つ。キャビティー内の全損失は、複数反射の発生とそれによる所定の光線の複数損失による前面反射体の反射率に依存する。前面反射体の反射率が増えると、平均的な光線の平均反射数は、システム内において増加する。
２つの反射体間で反射する光の単純なマルチバウンス・モデルが、この関数を示す。例えば、図１３は、前面反射体の通過軸に対して平行に偏光された光に関して、様々な軸上の平均反射率を有する前面反射体のキャビティーの部分出力と、１からキャビティー損失を減じたもの（１−キャビティー損失）との関係を示すグラフである。背面反射体は、１００％の反射を有することが仮定された。前面反射体から背面反射体への光線の各通過ごとのキャビティー損失値が割り当てられる。このモデルは、一定の光線角度を想定しており、即ち一次元モデルである。損失値は、前面反射体と背面反射体の両方で、その間の他の構成要素でも生じる可能性がある損失値を表わす。曲線１３０２は、８５％の軸上の反射率を有する前面反射体を表わし、曲線１３０４は、７５％の軸上の反射率を有する前面反射体を表わし、曲線１３０６は、５０％の軸上の反射率を有する前面反射体を表わし、曲線１３０８は、３０％の軸上の反射率を有する前面反射体を表わす。
部分反射体の反射率値を高めるために、キャビティーの効率においてキャビティー損失値がますます重要になる。前面反射体の値がＲ＝５０％を超える場合、キャビティー出力は、固有キャビティー損失値に対して実質的に非線形になり、キャビティー損失値は、１０％未満であることが好ましい（即ち、１からキャビティー損失を減じたものは、０．９０を超えなければならない）。ある実施形態では、背面反射体は、９５％より高い軸上の平均反射率を有することができるので、反射体、光源、縁部、コーナー部等における全損失は、１０％より小さいはずである。
偏光バックライトのより複雑なキャビティーモデルは、類似の傾向を示す。図１４は、様々な値の場合の前面反射体の軸上の偏光出力と反射率の関係を示す。このモデルは、キャビティー内の全ての光線角度と偏光状態のマルチバウンス損失を計算する。前面反射体の反射率が、入射角と偏光の関数としてモデル化されるので、キャビティーの軸上の輝度を評価することができる。前面反射体が、一方の軸に対して平行に偏光された光は極めて高い反射率（遮断軸Ｒｂｌｏｃｋ＝９９．９％）を有し、他方の軸の反射率（Ｒｐａｓｓ）が設計によって変化する場合、バックライトの輝度は、その面に対する垂直入射で見たとき、キャビティー内の１通過当たりの損失とＲｐａｓｓの値に大きく依存する。通過１回当たりの平均損失は、図１４の様々な曲線を得るために０〜２０％で変更され、これらの曲線は、キャビティー損失の各想定値ごとのキャビティーの軸上の輝度を示す。
軸上の輝度は、キャビティーの前面全体にわたる空間平均であり、完全均一性の制限では、前面全体にわたるいずれかの点における輝度である。前面反射体は、延伸ＰＥＮ／ＰＭＭＡ多層スタックと類似の屈折率を有する非対称の反射フィルムであると仮定された。高屈折率ＰＥＮの材料は、ｎｘ１＝１．８２、ｎｙ１＝可変、ｎｚ１＝１．４９の屈折率を有する。ＰＭＭＡ材料の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９である。このモデルでは、Ｒｐａｓｓの値は、ＰＥＮ層のｙ屈折率（通過軸方向）を変化させ、同時に多層繰り返し単位の両方の層内の他の全ての屈折率を一定に維持することによって変更された。部分反射体が高い反射率値（Ｒｐａｓｓ）を有するときに、システムの出力が損失関数の影響を受け易いことに注意されたい。）モデルは、ＰＥＮ／ＰＭＭＡの遮断軸に関して０．３３の屈折率差（即ち、Δｘ＝０．３３）と、ＰＭＭＡと関連したＰＥＮ又は様々なｃｏＰＥＮで容易に達成可能な値を想定した。これにより、遮断軸の漏れによる損失が少なくなる。遮断軸で実質的な漏れがある場合は、この偏光の光が液晶パネルの下側吸収偏光子によって吸収されるので、この漏れは、バックライト損失関数に寄与する。
全面的に反射するフィルムと部分的に反射するフィルムは両方とも、低吸収損失の共通要件を共有する。どちらのフィルムの吸収率（Ａ）も式Ａ＝１−Ｔ−Ｒによって特徴付けることができ、ここで、Ｔは透過率、Ｒは反射率であり、これらは１回の通過測定で決定される。前面反射体の吸収損失は、光線の反射（ＡＲ）時の吸収損失と、透過（ＡＴ）時に生じる可能性のある追加の吸収損失の２つの成分に分けることができる。後者の損失は、実際の反射プロセスに関与しないが、例えば構造支持又は製造を容易にするために必要な追加の材料を含む多くのフィルムで生じる。これらの追加材料が、可能なときはキャビティーの内側向きでなく外側向きであることが重要である。リサイクリング・キャビティー内では、反射時の吸収損失は、透過時の吸収損失より重要である。後者は一度だけ生じるが、前者は、バウンスごと、即ち光線の反射ごとに生じる。その結果、反射での５％の吸収損失は、前面反射体のＴの値により、５０％以上の損失まで大きくなる可能性がある。これと対照的に、透過時の５％の吸収損失は、５％の全損失にしかならない。各光学構成要素の２つの吸収損失値ＡＲ及びＡＴは、フィルムの各側面からの反射率とフィルムの透過率を測定することによって決定することができる。これにより、１−Ｔ−Ｒ１＝ＡＲと１−Ｔ−Ｒ２＝ＡＴの２つの式と２つの未知数が得られる。
光混合キャビティー内で使用する構成要素をできるだけ少なくすることによって損失を最小にすることができる。光の均一な横方向の広がりを促進するように設計された低損失中空バックライトの場合、バックライト・キャビティーの構成要素の特質は、以下の特質の少なくとも幾つかを含むことができる。
１）高反射率（例えば、背面反射体では、縁部、コーナー部など、光源及び光源を取り囲む領域の低い吸収率。上側反射体とバックライト・エッジ間の適切な封止）。
２）半鏡面反射又は拡散による光線混合。
３）前面反射体では部分的な反射／透過。
４）効率的な偏光出力選択。
５）効率的な角度出力選択。
６）各構成要素の機械的支持（例えば、基板と支柱）。
個別の構成要素を使用して、これらの６つの特質のうちの１つ又は複数を作り出すことができるが、システムの損失を最小にするためにできるだけ多くの特質をできるだけ少ない構成要素に集約することが好ましい場合がある。例えば、可能なときは、複数の構成要素が１つの共通基材を共有してもよい。更に、光の複数回の透過を最小にするために、可能なときは、基材をキャビティーから外側に向けることができる。
また、光源又はその支持基材内で、又は光源をその基材及び電気接続に接続するために作製されたポートを介して、追加の損失が生じる可能性がある。光源の発光面だけがキャビティー内で露出され、他の全ての面と構成要素が高反射性材料で覆われるのが理想的である。同じことが、縁部とコーナー部の損失にも言える。キャビティー内の残りの損失は、主に、上記の６つの特質を提供する光反射構成要素内及び方向変更構成要素内で生じる。
以上のように、損失は、多機能構成要素を使用することにより減少させることができる。用語「多機能」は、バックライト内に必要な複数の個別の構成要素の機能を実行する構成要素を指す。このようにして、固体光導体、拡散体板、反射偏光子、プリズムフィルム、他の輝度強化フィルムなどの構成要素を、より少数の構成要素と置き換えることができる。一般に、バックライト内で使用される構成要素の数を減らすことにより、バックライトの効率を高め、バックライト・キャビティーの奥行きを小さくすることができる。また、構成要素用に選択された材料の厚さと種類が、その損失値に影響を及ぼす可能性がある。
上記述の６つの特質のうちの１つ又は複数を達成するために使用することができる幾つかのタイプの材料及び構成要素設計がある。例えば、背面反射体及び／又は前面反射体の遮断軸を高反射性にすることができる。高反射率は、拡散反射体やパイル・オブ・プレーツ・フィル（pile-of-plates film）などのランダム反射システムで実現するのが難しいことがある。そのようなシステムで１つの偏光だけを高反射率にするのは難しいことがある。更に、半鏡面散乱分布を有する高反射率を拡散反射体で実現するのは難しいことがある。１／４波長の厚さ層を使用する建設的干渉システムを極めて高反射で薄く作製することができ、これは薄いバックライトを作製するのに役立つ。
業界での高反射フィルムの例は、東レ・フィルム社から入手可能なマイクロボイド（micro-voided）配向ポリエステル（ＰＥＴ）フィルムのような拡散フィルムと、３Ｍ Ｃｏから入手可能なＥＳＲのような鏡面反射体とがある。マイクロボイド・フィルムは、約９５％の反射率（透過率は約４％）で、約０．２ｍｍの厚さである。ＥＳＲは、反射率が約９９％で、厚さがわずか約０．０７ｍｍである。マイクロボイドＰＥＴ反射率は、空気と配向ポリエステルの屈折率差によって生じ、屈折率差は約０．６５である。ＥＳＲは、垂直入射で約０．２６の屈折率差を有する配向ＰＥＮ及びＰＭＭＡの多層フィルムである。ＥＳＲのが更に小さい屈折率差を有する場合でも、もっと薄い構造で少なくとも９９％の反射率にすることができる。
高反射率の遮断軸を有する偏光フィルムが必要な場合は、屈折率を１つの軸に沿って整合させなければならないので、材料間の屈折率差は、材料の複屈折によって制限される。ＰＥＮの場合、複屈折は約０．２５であり、したがって、約０．２５の屈折率を有する高分子で拡散反射偏光子を作製することができる。したがって、そのような構造は、反射率を９５％にするために、ボイドＰＥＴ反射体より厚くなければならなくなる。高複屈折材料は、アクリル材料のような等方性低屈折率材料より高い吸収率を有する場合が多いので、反射率は、そのような厚いフィルムの吸収損失によって制限されることがある。多層構造は、鏡面であるという追加の利点を有し、これにより、中空キャビティーを横切る光伝播を強化することができる。また、コレステリック反射体は、ブラッグ反射体（Bragg reflector）に分類され、極めて高い反射性に作製することができ、また本質的に偏光性である。円偏光を線形偏向に変換するために、４分の１波長の遅延板（quarterwave retarder plate）が必要とされる。損失を最小にするために、光が１回だけ通過するように遅延板をキャビティーの外側面に配置することができる。
銀金属の背面反射体は、耐食性を得るために被覆された場合に９５％の反射率を有することができる。アルミニウムを始めとする銀や他の金属が絶縁性薄膜で被覆された場合、それらの金属でより高い反射率を達成することができる。
ワイヤ・グリッド偏光子は、適切に構成された場合に、遮断軸に関して比較的高い反射率を有することができる。例えば、米国特許第６，１２２，１０３号を参照されたい。通過軸にはある程度の部分反射性があり、この部分反射性は、多層反射体フィルム・スタックの追加により高めることができる。
本開示のバックライトは、リサイクリング・キャビティーと出力面に対する他のタイプの光源の構成を含むことができる。例えば、図１５は、ダイレクトリット・バックライト１５００の概略断面図である。バックライト１５００は、中空照明キャビティー１５０２を形成する前面反射体１５１０と背面反射体１５２０を含む。キャビティー１５０２は、出力面１５０４を有する。バックライト１５００は、また、光をキャビティー１５０２内に放射するように配置された１つ以上の光源１５３０を含む。図１５に示した前面反射体１５１０、背面反射体１５２０、１つ以上の光源１５３０、及びバックライト１５００の側面反射体１５５０には、図２の前面反射体２１０、背面反射体２２０、１つ以上の光源２３０、及びバックライト２００の側面反射体２５０に関する本明細書に記載した設計配慮及び可能性が全て等しく当てはまる。
本明細書で前述したように、前面反射体と背面反射体との間に１つ以上のフィルム又は層を配置して均一性及び／又は効率性を更に高めることができる。例えば、図１６は、前面反射体１６１０、背面反射体１６２０及び１つ以上の光源１６２０を含むダイレクトリット・バックライト１６００の一実施形態の概略断面図である。バックライト１６００は、また、１つ以上の側面反射体１６５０を含む。図１６に示した実施形態の前面反射体１６１０、背面反射体１６２０、光源１６３０、及び側面反射体１６５０には、図２に示した実施形態の前面反射体２１０、背面反射体２２０、光源２３０、及び側面反射体２５０に関する設計配慮及び可能性が全て等しく当てはまる。側面反射体１６５０は、背面反射体１６２０と第１の拡散体１６６０の間に延在するように示されているが、側面反射体１６５０は、また、第１の拡散体１６６０より上の層のいずれかまで延在してもよい。ある実施形態では、側面反射体１６５０は、前面反射体１６１０まで延在する。
バックライト１６００は、第１の拡散体１６６０と選択的な第２の拡散体１６７０を含み、これらは両方とも、前面反射体１６１０と背面反射体１６２０の間に位置する。第１の拡散体１６６０、第２の拡散体１６７０は、いずれかの適切な拡散体（例えば、拡散体板、利得拡散体、バルク拡散体など）を含むことができる。第１の拡散体１６６０、第２の拡散体１６７０は、同じ拡散体でもよいし、異なる拡散体でもよい。
バックライト１６００は、また、前面反射体１６１０と背面反射体１６２０との間に位置する輝度強化層１６８０を含む。輝度強化層１６８０は、いずれの適切な輝度強化層又はフィルム（例えば、ＢＥＦ）（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）も含むことができる。
一般に、光源１６３０からの光は、第１の拡散体１６６０と選択的な第２の拡散体１６７０によって拡散される。第２の拡散体１６７０として利得拡散体を含む実施形態では、第１の拡散体１６６０からの拡散光は、更に、第２の拡散体１６７０によって拡散され、同様に平行化される。輝度強化層１６８０は、更に、拡散光を平行化する働きをする。単一の輝度強化層１６８０を含むように図示したが、バックライト１６００は、例えば、直交平面内で光を更にコリメート化するために、第１の層１６８０と前面反射体１６１０との間に位置する第２の輝度強化層を含むことができる。
輝度強化層１６８０を透過した光は、前面反射体１６１０によって部分的に反射されて部分的に透過される。反射光は、背面反射体１６２０に導かれ、キャビティー１６０２内でリサイクルすることができる。バックライト１６００内の前面反射体１６１０と他のフィルム又は層との間で多少のリサイクルが行われる場合があるが、キャビティー１６０２内でリサイクルされる光の大部分は、前面反射体１６１０と背面反射体１６２０によってリサイクルされる。
本開示のバックライトは、また、複数のゾーンを含むことができ、各ゾーンは、輝度、カラーなどの異なる出力特性を提供することができる。そのようなゾーン・バックライトは、中空の光リサイクリング・キャビティーを個別のゾーン又はサブキャビティーに部分的に又は完全に細分するために、前面反射体と背面反射体との間に配置された垂直隔壁を有することができる。例えば、図１７は、ゾーン・バックライト１７００の一実施形態の概略平面図である。バックライト１７００は、個別のゾーン又はキャビティー１７０２ａ〜ｄを画定するために、前面反射体と背面反射体との間に破線によって示されたように配列された垂直隔壁によって構成された４つのゾーン１７０２ａ〜ｄを含む。隔壁は、背面反射体に適切なような前述の材料などの高反射材料で作製（又は、被覆）されてもよく、あるいは、１つ以上の隔壁は、部分的に透過性であってもよい。隔壁は、背面反射体から前面反射体まで延在してもよいし、又は背面反射体から前面反射体まで又は前面反射体から背面反射体までの一部分だけに延在し、それにより隔壁の上縁と下縁の一方と前面反射体との間に小さな隙間が提供されてもよい。そのような隙間の存在は、特に本明細書に記載した前面反射体と関連して使用されたときに、隔壁の存在によって生じる可能性のある局所的な輝度不均一性を減少させることにより隔壁を隠すのに役立つ。例えば、ある実施形態では、隙間は、約０．５〜５ｍｍでよい。ある実施形態では、隔壁の上縁部（前面反射体に最も近い縁部）が、隔壁の可視性を更に減少させるように細いことが好ましい場合がある。バックライト１７００内にいずれかの適切なゾーンを提供することができる。
隔壁は、バックライト内に適切に配置された個別の素子でもよい。あるいは、隔壁は、前面反射体と背面反射体の一方又は両方に形成されてもよい。例えば、背面反射体は、例えば、「ＬＥＤアレイシステム（LED ARRAY SYSTEMS）」と題する米国特許公開第２００５／０２６５０２９号（エプスタイン（Epstein）他）に記載されたような、隔壁を提供するように成形又は形成されてもよい。前面反射体と背面反射体の一方又は両方に隔壁を形成するために、例えば、曲げ、熱成形、打ち抜き、圧力成形などのいずれの適切な技術を使用することができる。光源は、各ゾーン内にダイレクトリット構成で配置されてもよく、各ゾーンの周囲に沿ってエッジリット構成で配置されてもよく、エッジリット・バックライトとダイレクトリット・バックライトの組み合わせを提供するように配置されてもよい。
更に、ゾーンは、いずれかの適切な平面形状（例えば、長方形、六角形、又は他の多角形）でよく、円形、楕円形、及び他の所望の形状が意図される。バックライトの高い効率及び輝度や色の均一性を達成するように、形状を調整してもよい。
開示するリサイクリング・キャビティーを複数使用するバックライト、とりわけ隣接するキャビティーの光源に対して別々に制御又は指定可能な独自の光源によって照明する個別のキャビティーの領域又は配列を有するバックライトは、好適な運転用の電子機器に使用され、バックライトの出力領域にわたって輝度及び／又はカラーの分布を意図的に均一にしない動的コントラスト表示技術及びカラーの連続表示技術をサポートしてもよい。その結果、出力領域の異なる領域を、その他の領域より明るく又は暗くなるように制御できたり、あるいは異なるリサイクリング・キャビティー内の異なる光源を適切に制御することによって簡単に領域を異なる色で発光させることができる。
ゾーン内に光源冗長性を有するが望ましい場合がある。例えば、バックライト設計者の１つの大きな心配は、個別の光源が故障した場合に消費者に好ましくない不均一性が見える可能性があることである。このリスクを軽減するために、１つ以上のゾーンは、１つの光源が故障した場合にゾーン内に最低レベルの輝度が残るように、複数の光源を含むことができる。この制御方式は、機能していない光源を更に補償するようにゾーン内の残りの光源の輝度を増加させてもよい。
本明細書に記載したバックライトの様々な実施形態は、光源からの光の輝度及び色の一方又は両方を検出し制御する光センサ及びフィードバック・システムを含むことができる。例えば、個別の光源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。縁に沿って又はキャビティー内に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。観察環境（例えば、表示装置がある部屋）で、表示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場合がある。周囲の観察条件に基づいて、制御論理を使用して光源の出力を適切に調整することができる。いずれの適切なセンサ（例えば、光−周波数センサ又は電圧−光センサ（テキサス州プラノのＴｅｘａｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓから入手可能）を使用することができる。更に、熱センサを使用して光源の出力を監視し制御することができる。これらの技術のいずれかを使用して、時間と共に劣化する構成要素の動作条件及び補償に基づいて光出力を調整することができる。更に、動的コントラスト、ゾーンの垂直スキャン若しくは水平スキャン、又はフィールド・シーケンシャル・システムのために、センサを使用して制御システムにフィードバック信号を供給することができる。
特定の理論によって拘束されることを望まないが、エッジリット・バックライトには、適切な効率、均一性及び視角を同時に達成するために相互認識によって選択することができる４つの特質がある。それらの特質は、１）キャビティーの形状、２）放射面の反射及び透過特性、３）背面反射体の反射特性、及び４）各照射エッジにおいてキャビティーに注入される光の角度分布である。
前面反射体の反射特性及び透過特性と、背面反射体の反射特性は、前者の双方向反射率及び透過率分布関数（それぞれＢＲＤＦとＢＴＤＦ）、及び後者のＢＲＤＦによって説明することができる。ＢＲＤＦは、いずれの外側方向に入射した単位ラジアンスに関するあらゆる内側方向に反射されたラジアンスを示す。同じように、ＢＴＤＦは、いずれの外側方向に入射した単位ラジアンスに対する、あらゆる外側方向に透過されたラジアンスを示す。全反射率／透過率は、いずれの外側方向に入射する単位面積当たりの単位出力に対する、全ての内側／外側方向に反射／透過した単位面積当たりの全出力である。半球反射率／透過率は、全ての入射方向で平均された全反射率／透過率である。半球反射率／透過率は、バックライトと共に使用される入射光線の波長に関して測定することができる。
本明細書に記載された前面反射体の実施形態の１つ以上は、少なくとも６０％の半球反射率を示し、照射エッジに対して実質的に垂直な入射方向の全反射率は、前面反射体の約３０度以内のグレージング入射線では半球反射率より大きく、照射エッジと実質的に平行か又は３０度を超えるグレージング入射線の入射方向では半球反射率より小さい。
説明のために、エッジリット・バックライト内の光が、２種類の角度分布に分けられると考えることができる。第１の角度分布は、リサイクリング・キャビティー内で、照射エッジに対して実質的に直角でかつ前面反射体法線から測って前面反射体と少なくとも６０°の入射角で伝搬する光を含む。第２の角度分布は、第１の角度分布の範囲に入らないキャビティー内の全ての伝播光を含む。
例えば、図１８は、本明細書に記載された前面反射体の１つ以上の実施形態の入射方向に対する全反射率の依存性を近似する概略図である。単位円（unit-radius）領域は、前面反射体の平面内への全ての外方入射方向の投射を示す。図１８に示した実施形態の場合、バックライトの放射は両方とも、実質的に線形偏光され、ほぼ垂直でかつ照射エッジに対して平行な法線からずれた方向で最も強く、照射エッジに対して垂直な方向の法線から６０度を超えてずれた方向で最も弱い。
照射エッジで出された光は、照射エッジに対して実質的に垂直でかつ３０度以内のグレージング角で放射面に当たる場合（即ち、第１の角度分布の光）は、実質的にキャビティー内に完全に保持される。他の状況では、光は、キャビティー内に部分的に保持され、相補部分が放射される。それぞれの角度分布でのラジアンスは、キャビティー内の前面反射対と背面反射体との相互作用数が増えるほど、したがって一般に照射エッジからの距離が大きくなるほど減少する。第２の角度分布でのラジアンスは、前面反射体の全反射率の値が比較的小さいので、第１の角度分布でのラジアンスより早く低下する。この第２の角度分布が放射を直接供給するので、バックライト放射の全体的均一性は主にその減衰の早さによって決まる。
前面反射体と背面反射体両方のＢＲＤＦが、純粋に鏡面である場合は、キャビティの奥行きが均一でエッジが鏡面であると仮定すると、保持光は、その後で前面反射体と遭遇するときに、常に、最終的に照射エッジで注入光学素子と相互作用するまで、同じ（又は、対称的で同等の）入射方向で前面反射体に当たる。この状況では、どちらかの分布の光が他方の分布に移ることを可能にする有効な機構は存在しない。第１の角度分布の光は、最終的に吸収されるまで実質的にキャビティー内に閉じ込められ続け、それによりバックライトの効率が低下する。第２の角度分布の光は、前面反射体を透過するので比較的素早く減衰し、それにより不均一な放射が生成される。
前面反射体又は背面反射体のＢＲＤＦが、極めて非鏡面性の構成要素を有する場合、保持光は、後で遭遇するたびに潜在的に異なる入射方向で前面反射体に当たり、それにより光をある分布から他の分布に移すための機構が提供される。平均バウンド射数を制御することができ、即ち等価には、一方又は両方のＢＲＤＦの非鏡面性を制御することによってこの移行を実現するのに必要な伝搬距離を制御することができる。適度な変換がある状態で、第１の角度分布の光は、照射エッジから伝搬して遠ざかるときに、後者に徐々に移行されてもよく、それにより、その吸収の可能性が回避され、同時に、照射エッジに対して垂直なバックライトの広がりに沿って分散された漸進的な流入を提供することによって第２の角度分布の減衰が遅くなる。その結果、効率が向上し均一性が改善される。
注入光学素子は、キャビティーの照射エッジにおける光の角度分布を決定し、したがって２つの角度分布のそれぞれの範囲内の光の初期占有率を決定する。初期占有率は、次に、一方又は両方のＢＲＤＦが非鏡面構成要素を有する環境における分布間の光の移行の方向と大きさを決定する。したがって、例えば、光が第２の角度分布だけに注入された場合、この分布の減衰率は、照射エッジからの距離が大きくなるにつれて、第２の分布から第１の分布への純移行により比較的高い基準値より高くなる。全体の放射効率が高くなるが、これは、一般に減衰が速くなりすぎる原因となり、照射エッジから外された位置で暗くなる。反対の端で、光が第１の分布だけに注入される場合は、純移行が第１の分布から第２の分布になり、第２の分布は、基準値より速く減衰しない。概して、均一性は改善されるが、効率が犠牲になり、第２の分布での光の局所的不足により照射エッジの近くが暗くなる可能性がある。
光源の結像により、別のタイプの潜在的不均一性が生じる。そのような結像は、照射エッジの近くに１つ以上の高輝度バンディング又はスポットを作り出す可能性があり、スポットの場合は、色付きＬＥＤが使用されるときに、色不均一性が生じることもある。多くの状況では、このような不均一性を抑制することにより、照射エッジ間の距離全体にわたって生じる輝度の段階的変化に関する懸念が解決される。
結像は、１）注入光の角度分布に鋭い特徴形状（空間的に孤立した光源によって生じた）が残っているときと、２）注入光がバックライト放射に直接寄与するときに、生じることがある。これは、１）注入ラジアンスにおける鋭い特徴形状をなくすか、２）光を最初の角度分布だけに注入することによって、ほとんどなくすことができる。前者の代替は、通常、注入光学素子内で複数回の反射を、場合によってはある程度の拡散と共に強制的に行わせることによって達成される。後者の代替は、本明細書に記載されたように、部分的なコリメート・デザインによって達成される。
均一性は、表示装置の照射エッジに対して垂直と平行の両方で必要とされる。キャビティーの光学特性は、これらのエッジと平行な位置と関係ないので、注入光学素子は、これらのエッジに沿った平面の位置に関係ない、照射エッジに対して垂直ないずれの平面内に断面を有することができる。即ち、ある実施形態では、好ましい注入光学素子は、照射エッジに沿って並進不変（translationally invariant）である。並進不変光学素子によって与えられるコリメーションは、並進軸と垂直な平面内の光学素子の放射の限界視角（angular subtense）によって完全に規定される。例えば、面内放射が、放射面と平行ないずれの平面のΨ度内に制限される場合、注入光が占める放射面上の入射方向は、次のようになる。
Figure 0005336475
したがって、光の第１の角度分布の排他的占有率は、実質的に、並進不変光学素子によって注入された注入光分布のコリメーションによって達成することができることになる。必要とされるコリメーションの程度は、前面反射体の高反射率領域の広さによって決定することができ、その表面のＢＲＤＦが分かった後で求められる。本明細書に記載された前面反射体の１つ以上の実施形態の場合、高反射率領域は、（表面法線に対して）約６０〜９０度の入射の間で広がり、必要な面内コリメーションは、放射面に対して平行ないずれの平面の３０度以内である。
放射強度の第１の角度分布を排他的に占有することによって光源の結像をなくす注入は、照射エッジと、出力面内から更に外れた点との間の放射の段階的減衰も最小にするので好都合である。
ある実施形態では、バックライトは、キャビティー内の第１の角度分布を有する光の少なくとも一部分を第２の角度分布を有する光に変換し、かつ第２の角度分布を有する光の少なくとも一部分を第１の角度分布を有する光に変換するために、キャビティー内に位置する変換構造を含むことができる。変換構造は、前面反射体か背面反射体の近く、又は前面反射体と背面反射体との間に配置されてもよい。いずれの適切な材料を使用しても変換構造を形成することができる。ある実施形態では、変換構造は、半鏡面反射材料又は構造（例えば、本明細書に記載された半鏡面材料）を含むことができる。例えば、変換構造は、ビーズコートＥＳＲを含む背面反射体であり得る。キャビティー内で伝搬している第１の角度分布内の光の少なくとも一部分は、半鏡面背面反射体と相互作用した後で第２の角度分布に変換される。
以下の実施例は、種々のサイズのエッジリット及びダイレクトリット・バックライト構成を含む。以下の表２に示したように、試験されるバックライトは、前面反射体と背面反射体の両方に異なるフィルムを有していた。
前面反射体フィルムと背面反射体フィルム
以下は、実施例で使用される前面反射体フィルムと背面反射体フィルムの説明である。
８９％Ｒ非対称の反射フィルム（ＡＲＦ−８９）；この非対称の反射フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮと非複屈折ＰＭＭＡの２６４の交互ミクロ層を含んでいた。２６４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４００ｎｍ〜９００ｎｍ波長の帯域幅にわたる広く一様な強い反射共振と、その直交軸に関してより弱い反射共振と、を提供するように設計された。凝集***互ミクロ層スタックの外側面に９０／１０ｃｏＰＥＮの厚さ５マイクロメートルの表面薄層が配置された。交互ミクロ層、ＰＢＬ及び表面薄層を含むフィルムの全体的な厚さは、約４０μｍであった。このフィルムは、本明細書に記載された技術を使用して製造された。
９０／１０ｃｏＰＥＮ層の複屈折率値（６３３ｎｍで測定された）は、ｎｘ１＝１．７８５、ｎｙ１＝１．６８５、ｎｚ１＝１．５１８であり、ＰＭＭＡ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９４であった。
ＡＲＦ−８９は、通過軸で８９％の軸上の平均反射率と、遮断軸で９８％の軸上の平均反射率と、９２．５％の半球の反射率を有した。
８６％Ｒ非対称の反射フィルム（ＡＲＦ−８６）；この非対称の反射フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮと非複屈折ＰＭＭＡの２６４の交互ミクロ層を含んでいた。２６４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４１０ｎｍ〜８９０ｎｍ波長の帯域幅にわたる広く一様の強い反射共振と、その直交軸に関してより弱い反射共振を提供するように設計された。干渉***互ミクロ層スタックの外側面に、ＳＡ１１５の２５マイクロメートルの厚さ表面薄層が配置された。交互ミクロ層、ＰＢＬ及び表面薄層を含むフィルムの全体的な厚さは、約７５μｍであった。このフィルムは、本明細書に記載された技術を使用して製造された。
９０／１０ｃｏＰＥＮ層の複屈折率値（６３３ｎｍで測定された）は、ｎｘ１＝１．８０５、ｎｙ１＝１．６６５、ｎｚ１＝１．５０５であり、ＰＭＭＡ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９４であった。
ＡＲＦ−８６は、通過軸で８６％の軸上の平均反射率、遮断軸で９８％の軸上の平均反射率、及び９２．１％の半球の反射率を有した。
８４％Ｒ非対称の反射フィルム（ＡＲＦ−８４）；この非対称の反射フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮ材料と非複屈折ＰＭＭＡ材料の２６４の交互ミクロ層を含んでいた。２６４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４００ｎｍ〜９００ｎｍの帯域幅にわたる広く一様な強い反射共振と、その直交軸に関してより弱い反射共振と、を提供するように設計された。凝集***互ミクロ層スタックの外側面に、９０／１０ｃｏＰＥＮの厚さ５マイクロメートルの表面薄層が配置された。交互ミクロ層、ＰＢＬ及び表面薄層を含むＡＲＦ−８４の全体的な厚さは、約４０μｍであった。このフィルムは、本明細書に記載された技術を使用して製造された。
９０／１０ｃｏＰＥＮの交互ミクロ層の複屈折率値（６３３ｎｍで測定された）は、ｎｘ１＝１．７８５、ｎｙ１＝１．６８５、及びｎｚ１＝１．５１８でり、ＰＭＭＡのミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９４であった。
ＡＲＦ−８４は、通過軸で８３．７％の軸上の平均反射率と、遮断軸で９７．１％の軸上の平均反射率と、８８．５％の半球の反射率を有した。
６８％Ｒ非対称の反射フィルム（ＡＲＦ−６８）；この非対称の反射フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮ材料と非複屈折ＰＭＭＡ材料の２７４個の交互ミクロ層を含んでいた。２７４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４００ｎｍ〜９７０ｎｍの帯域幅にわたる広く一様な強い反射共振と、その直交軸に関してより弱い反射共振と、を提供するように設計された。凝集***互ミクロ層スタックの外側面に、７５％ＳＡ１１５（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）と２５％ＤＰ２５５４の混合物の厚さ５マイクロメートルの表面薄層が配置された。交互ミクロ層、ＰＢＬ、及び表面薄層を含む非対称の反射フィルムの全体的な厚さは、約５０μｍであった。このフィルムは、本明細書に記載された技術を使用して製造された。
９０／１０ｃｏＰＥＮとＰＭＭＡ材料の交互ミクロ層の複屈折率値を６３３ｎｍで測定した。ｃｏＰＥＮミクロ層の屈折率は、ｎｘ１＝１．８２０、ｎｙ１＝１．６１５及びｎｚ１＝１．５０５であった。ＰＭＭＡのミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．４９４であった。
ＡＲＦ−６８は、通過軸で６８．４％の軸上の平均反射率と、遮断軸で９９．５％の軸上の平均反射率と、８３．２％の半球反射率に有した。
３７％Ｒ非対称の反射フィルム（ＡＲＦ−３７）；この非対称の反射フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮと、ＣｏＰＥＴＦとＤＰ２９３４１の非複屈折混合物の２７４の交互ミクロ層と、を含んでいた。２７４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４２０ｎｍ〜８５０ｎｍの帯域幅にわたる広く一様な強い反射共振と、その直交軸に関してより弱い反射共振と、を提供するように設計された。凝集***互ミクロ層スタックの外側面に、ｃｏＰＥＮ ５５／４５／ＨＤの厚さ５マイクロメートルの表面薄層が配置された。交互ミクロ層、ＰＢＬ、及び表面薄層を含むＡＲＦ−３７の全体的な厚さは、約５０μｍである。このフィルムは、本明細書に記載された技術を使用して製造された。
９０／１０ｃｏＰＥＮの交互ミクロ層の測定された複屈折率値（６３３ｎｍで測定された）は、ｎｘ１＝１．８２０、ｎｙ１＝１．６１５、及びｎｚ１＝１．５０５であり、ｃｏＰＥＴ−Ｆ＋ＤＰ２９３４１の層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５４２であった。
ＡＲＦ−３７は、通過軸で３８．１％の軸上の平均反射率と、遮断軸で９９．０％の軸上の平均反射率と、６７．６％の半球の反射率を有した。
非対称の反射フィルムの２層積層物（２ｘＡＲＦ）；この非対称の反射フィルムは、積層物を形成するために１つの厚い光学接着層を使用して接合された２つの非対称の反射フィルムを含んでいた。各フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮと非複屈折ＰＥＴＧの２７４の交互ミクロ層を含んでいた。２７４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４１０ｎｍ〜９４０ｎｍの帯域幅にわたる広く一様な強い反射共振と、その直交軸に関してより弱い反射共振とを提供するように設計された。個別の多層光学フィルム上に表面薄層はなかった。各フィルムは、本明細書に記載された技術を使用して製造された。交互ミクロ層、ＰＢＬ及び接着層を含む２ｘＡＲＦの全厚さは、約１００μｍであった。９０／１０ｃｏＰＥＮの交互ミクロ層の複屈折率値（６３３ｎｍで測定された）は、ｎｘ１＝１．８３０、ｎｙ１＝１．６２０、及びｎｚ１＝１．５００であり、ＰＥＴＧのミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５６３であった。
２ｘＡＲＦは、通過軸で３６％の軸上の平均反射率と、７５．４％の半球の反射率を有した。
非対称の反射フィルムの３層積層物（３ｘＡＲＦ）；この非対称の反射フィルムは、積層物を形成するために２つの厚い光学接着層を使って接合された３つの非対称の反射フィルムを含んでいた。各フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮと非複屈折ＰＥＴ−Ｇの２７４の交互ミクロ層を含んでいた。２７４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４１０ｎｍ〜９４０ｎｍの帯域幅にわたる広く一様の強い反射共振と、その直交軸に関してより弱い反射共振を提供するように設計された。個々の多層光学フィルム上に表面薄層はなかった。各フィルムは、本明細書に記載された技術を使用して製造された。交互ミクロ層、ＰＢＬ、及び接着層を含む３ｘＡＲＦの全体的な厚さは、約１５０μｍであった。９０／１０ｃｏＰＥＮの交互ミクロ層の複屈折率値（６３３ｎｍで測定された）は、ｎｘ１＝１．８３０、ｎｙ１＝１．６２０、及びｎｚ１＝１．５００であり、ＰＥＴ−Ｇのミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５６３であった。
３ｘＡＲＦは、通過軸の４８％の軸上の平均反射率と、７５．４％の半球の反射率を有した。
非対称の反射フィルムの４層積層物（４ｘＡＲＦ）；この非対称の反射フィルムは、積層物を形成するために３つの厚い光学接着層を使用して接合された４つの非対称の反射フィルムを含んでいた。各フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮとＰＥＴ−Ｇに非複屈折の２７４の交互ミクロ層を含んでいた。２７４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４１０ｎｍ〜９４０ｎｍの帯域幅にわたる広く一様の強い反射共振と、その直交軸に関して弱い反射共振とを提供するように設計された。個々の多層光学フィルム上に表面薄層はなかった。各フィルムは、本明細書に記載された技術を使用して製造された。交互ミクロ層、ＰＢＬ、及び接着層を含む４ｘＡＲＦの全体的な厚さは、約２００μｍであった。
９０／１０ｃｏＰＥＮの交互ミクロ層の測定複屈折率値（６３３ｎｍで測定された）は、ｎｘ１＝１．８３０、ｎｙ１＝１．６２０及びｎｚ１＝１．５００であり、ＰＥＴ−Ｇのミクロ層の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５６３であった。
４ｘＡＲＦは、通過軸で５５．６％の軸上の平均反射率と、７９．２％の半球の反射率を有した。
非対称の反射フィルムの５層積層物（５ｘＡＲＦ）；この多層光学フィルムは、５つの非対称の反射フィルムを積層体に接合するために使用される４つ厚い光学接着層を含んでいた。各フィルムは、複屈折９０／１０ｃｏＰＥＮと非複屈折ＰＥＴ−Ｇの２７４の交互ミクロ層を含んでいた。２７４の交互ミクロ層は、連続した１／４波層対で配列され、層の厚さ勾配は、一方の偏光軸に関して約４１０ｎｍ〜９４０ｎｍ波長の帯域幅にわたる広く一様な強い反射共振と、その直交軸に関してより弱い反射共振とを提供するように設計された。個々の多層光学フィルム上に表面薄層はなかった。交互ミクロ層、ＰＢＬ、及び接着層を含む５ｘＡＲＦの全体的な厚さは、約２６０μｍであった。９０／１０ｃｏＰＥＮ材料の交互ミクロ層の測定（６３３ｎｍで）複屈折率値は、ｎｘ１＝１．８３０、ｎｙ１＝１．６２０、及びｎｚ１＝１．５００であり、ＰＥＴ−Ｇ材料の屈折率は、ｎｘ２＝ｎｙ２＝ｎｚ２＝１．５６３であった。
以下の実施例では、５ｘＡＲＦが、Ｏｐａｌｕｓ ＢＳ−７０２ビーズ利得拡散体（日本のＫｅｉｗａ Ｃｏｒｐ．から入手可能）と共に使用され、このビーズ利得拡散体は、利得拡散体のビーズ（即ち、ミクロスフェア）が背面反射体の方に向くように５ｘＡＲＦの表面の背面反射体を向いた側に積層された。
ビーズ利得拡散体に積層された５ｘＡＲＦは、通過軸で６１．７％の軸上の平均反射率と、８１．１％の半球の反射率を有した。
ビーズコートＥＳＲ（ＢＥＳＲ）；この光学フィルムは、ＥＳＲフィルム上に被覆された複数の光学要素を含んでいた。被覆プロセスは、１８μｍ以下の幾何学平均直径のサイズ分布の小さなＰＭＭＡビーズ（日本のＳｅｋｉｓｕｉから入手可能なＭＢＸ−２０）をＩｒａｇａｃｕｒｅ １４２４３７−７３−０１、ＩＰＡ、及びＣｏｇｎｉｓ Ｐｈｏｔｏｍｅｒ ６０１０の溶液に分散させるステップを含んでいた。その溶液は、塗布装置に計量供給され、次に紫外線硬化され、厚さ約４０μｍの乾燥被覆が作製された。この厚さで、ＰＭＭＡビーズの分散により、ランダムに空間分散された部分半球表面構造が作製された。平均表面より上のＰＭＭＡビーズの突出部の平均半径は、平均ビーズ半径の約６０％であると推測された。乾燥マトリクスが、ほぼＰＭＭＡビーズと同じ屈折率を有するように配合され、被覆内のバルク散乱が最小にされた。ＢＥＳＲは、９８．０％の半球反射率を有した。
ＥＳＲ； ３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）強化鏡面反射体多層高分子フィルム。ＥＳＲは、９９．４％の半球反射率を有していた。
ＢＧＤ； 特に断らない限り、以下の実施例のうちの幾つかは、Ｏｐａｌｕｓ ＢＳ−７０２ビーズ利得拡散体（Ｋｅｉｗａ Ｃｏｒｐ．から入手可能）を含んでいた。
２ｘＴＩＰＳ； 高反射率を有する多孔性ポリプロピレン・フィルムで、例えば、米国特許第５，９７６，６８６号（ケイター（Kaytor）他）に記載されたような熱誘導相分離を使用して製造することができる。２枚のＴＩＰＳを光学接着剤を使用して貼り合わせて積層物を形成した。ランバーシアン拡散反射体は、９７．５％の平均半球反射率を有した。
ＤＢＥＦ； ３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な多層反射偏光フィルム。ＤＢＥＦは、５０．８％の半球反射率を有した。
ＡＰＦ； ３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な多層反射偏光フィルム。ＡＰＦは、５１．０％の半球反射率を有した。
ＬＥＦ； ３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な光増強フィルム３６３５−１００。このフィルムは、拡散反射性である。ＬＥＦは、９４％の半球反射率を有した。
ＭＣＰＥＴ； Ｆｕｒｕｋａｗａ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．（ジョージア州ピーチツリーシティ）から入手可能な微孔質ＰＥＴ反射シートＭＣＰＥＴは、拡散反射性である。
以下の表は、それぞれの実施例に使用した前面反射体フィルムと背面反射体フィルムを示す。
Figure 0005336475
Figure 0005336475
測定システム
実施例の輝度と均一性は、比色分析用カメラの２つのモデルのうちの１つ（モデルＰＭ １６１３Ｆ−１又はモデルＰＭ−９９１３Ｅのどちらか。これらは両方ともＲａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｉｎｃ．から入手可能）を使用して測定された。これらの２つのモデルの比色分析用カメラは、適切に較正されたときに、ほぼ同一のデータを生成する。特に断らない限り、カメラには１０５ｍｍレンズが取り付けられ、内部ＮＤ２ニュートラルデンシティーフィルタが選択された。Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇによって供給されたソフトウェアを使用してカメラを較正し測定を行った。色と輝度の較正は、スポット放射計（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．から入手可能なモデルＰＲ６５０）を使用して行われた。テストベッドは、カメラの５ｍ前に垂直向きに配置された。テストベッドは、カメラレンズの軸が出力領域に対して垂直でかつ試験システムのほぼ中心に向けられるように、カメラに対して位置合わせされた。カメラ・ソフトウェアは、クリッピング機能を用いて画像の表示部分だけを記録するように設定された。露光時間は、画像の過剰露出を防ぐようにソフトウェアによって自動的に設定された。
測定は、フィルムが試験される状態でテストベッドを構成し、次に比色分析用カメラを使用して試験システムの写真を撮影することによって行われた。特注のデータ解析プログラムを使用して、測定画像から平均輝度、平均色、輝度均一性、及び色均一性を求めた。
特に記載しない限り、データは、アクリル板に貼り合わされた吸収偏光子（Ｓａｎｒｉｔｚから入手可能なＨＬＣ２−５６１８Ｓ）によって測定された。吸収偏光子の通過軸は、前面反射体フィルムの通過軸と平行に向けられた。
比色分析用カメラを使用して収集したデータは、平均輝度、平均色、輝度均一性、及び色均一性を決定するために解析された。以下の実施例では、平均輝度値は、画像内の全ての画素の輝度値を加算し、記録画像内の画素数の総数で除算することにより計算された。画像データが、比色分析用カメラを使用して記録されたので、これは軸上の輝度値である。同様に、平均色（ＣＩＥ １９７６ ＵＳＣ色度図に色座標で表され、本明細書ではｕ’及びｖ’と呼ばれる）は、画像内の全ての画素のｕ’又はｖ’を加算し、記録画像内の画素数の総数で除算することにより得られた。
輝度と色均一性が、ＶＥＳＡ（Video Electronics Standards Association）のフラット・パネル・ディスプレイ測定規格（Flat Panel Display Measurements Standard）ｖ．２．０（２００１年６月１日公表）規格３０６−１「サンプル均一性と白色（Sampled Uniformity and Color of White）」に従って決定された。規格で規定されているように９つのサンプリング点が使用された。各サンプル点における輝度又は色は、記録画像から、サンプル点位置のまわりのほぼ円形領域内にある画素の輝度又はｕ’及びｖ’値を平均することによって決定された。ほぼ円形領域の直径は、画像の対角線長の３％であった。
ここで報告されたＶＥＳＡ９ポイント輝度均一性は、次のような９つのサンプル点から決定される。
Figure 0005336475
ここで、Ｌ最小は、９つのポイントの輝度の最小値であり、Ｌ最大は、９つのポイントの輝度の最大値である。ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性の値が高いほど、より均一なシステムを示す。
ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は、９つのサンプル点のうちのいずれかの２対のサンプル点間の色差の最大値として決定された。色差Δｕ’ｖ’は、次の通りである。
Figure 0005336475
ここで、下付き文字１及び２は、比較される２つのポイントを示す。ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性の値が小さいほど、より均一なシステムを示す。
以下の技術を使用して、幾つかの前面反射体及び背面反射体の半球反射率（Ｒｈｅｍｉ）を測定した。Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社によって製造されＳｐｅｃｔｒａｌｏｎからなる市販の３つの互いに直交するポートを有する１５．２４ｃｍ（６インチ）積分球を使用して、試料を照明し半球反射率を決定した。安定化光源により、１つのポートを介して球体が照明された。スポット・スペクトロラジオメータ（カリフォルニア州チャッツワースのＰｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．から入手可能なモデルＰＲ６５０）を使用して、第２のポートから球体内壁のラジアンスを測定した。試料は、第３のポート上に配置された。第３のポート上に配置された既知の反射率標準を使用して積分球壁ラジアンスの較正を行い、較正基準がある場合とない場合で球体壁ラジアンスを測定した。第３のポート上に試料を配置することによってＲｈｅｍｉを測定した。次に、試料のある場合とない場合の球体壁ラジアンスの比率を求め、単純な積分球輝度利得アルゴリズムを使用することによって、Ｒｈｅｍｉを計算した。Ｒｈｅｍｉのこの測定は、実際のリサイクリング・キャビティー内で測定されたかのように測定された全角度入力、全角度出力反射であるという点で、リサイクリング・バックライト・キャビティー性能と密接な関係があり得る。
８８５ｍｍ×４９８ｍｍエッジリット・バックライト（１０１６ｍｍ（４０インチ）・バックライト・キャビティー）
以下の実施例は、特注ＬＥＤバックライト・テストベッドで試験された。テストベッドは、対角線長１０１６ｍｍ（４０インチ）でアスペクト比１６：９の液晶表示パネル用のＬＥＤ式領域バックライトをシミュレートするように設計された。中空テストベッド・バックライト・キャビティーは、フレームの長軸が水平方向に配置された状態で、側壁と後壁を形成する湾曲シートメタル・シェルを有した。フレームの上側と下側は両方とも、ＬＥＤ光エンジンの挿入を可能にするように開かれていた。内部キャビティーの奥行きは３０ｍｍであり、後壁での側壁境界面への曲げ半径は約５ｍｍであった。使用したシートメタルは、厚さ０．７５ｍｍを有する市販のつや消しアルミニウムであった。
後で詳しく述べるように、種々の前面反射体フィルムが、静電気貼り付け又は３Ｍ ＯＰＴ１（登録商標）光透過接着剤（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）による貼り合わせにより、厚さ２．５ｍｍの透明ＰＭＭＡ板（ニュージャージー州ロックウェイのＣｙｒｏ Ｃｏｒｐ．から入手可能なＣｙｒｏ Ａｃｒｙｌｉｔｅ ＦＦ）にそれぞれ貼り付けられた。ＰＭＭＡ板は、前面反射体がキャビティー内に向きかつＰＭＭＡ板がテストベッドの最も外側の放射面を形成するように、中空バックライト・キャビティーに貼り付けられた。ＰＭＭＡ板の外側表面は、テストベッドの出力面（即ち、バックライトの出力面）として働く。
バックライト・フレームの下縁に５本のＬＥＤバー（「エンジン」）を取り付けた。下縁に沿ったバーは、バックプレーンの幅全体に１列で配列された。各バーには、標準フレキシブル・プリント回路上に１列に繰り返し緑−赤−青−緑色パターンで配列された５個の赤色、５個の青色、及び１０個の緑色のランバーシアンＬｕｘｅｏｎ（商標）３ＬＥＤ（カリフォルニア州サンノゼのＬｕｍｉｌｅｄｓから入手可能）があった。単一バー上のＬＥＤ間の中心間距離は、約８．５ｍｍであった。エンジン間の境界面でのＬＥＤ間の中心間距離は、約１６ｍｍであった。単一光エンジンの全長は、１７４ｍｍであった。光エンジン間の中心間ピッチは、約１８０ｍｍであった。各フレキシブル・プリント回路は、熱伝導性接着剤を使用してヒートシンクに熱的に取り付けられた。エンジンは、ヒートシンクの下面で約５５℃で動作した。各ヒートシンクはファンを備えていた。
ＬＥＤには、ＬＵＸＥＯＮ ＩＩＩ ＥＭＩＴＴＥＲ ＲＥＤ ＬＡＭＢ（ＬＸＨＬ−ＰＤ０９ ＬＭＬ）、ＬＵＸＥＯＮ ＩＩＩ ＥＭＩＴＴＥＲ ＧＲＥＥＮ ＬＡＭＢ（ＬＸＨＬ−ＰＭ０９ ＬＭＬ）、及びＬＵＸＥＯＮ ＩＩＩ ＥＭＩＴＴＥＲ Ｒ−ＢＬＵＥ ＬＡＭＢ（ＬＸＨＬ−ＰＲ０９ ＬＭＬ）（カリフォルニア州サンノゼのＬｕｍｉｌｅｄｓから入手可能）が挙げられる。
単一バー上で、緑色、赤色及び青色ＬＥＤが、各色の出力を独立に変化させてテストベッドの色平衡を調整できるように、色により順番に電気接続された。特注の４チャネル電力ドライバ基板を使用してＬＥＤを駆動した。１つの電源チャネルが赤色ＬＥＤに駆動電流を提供し、１つのチャネルが青色ＬＥＤに電流を提供し、２つのチャネルは、各チャネルが５つの緑色ＬＥＤを駆動するように緑色ＬＥＤに電流を提供した。安定した後で、混合光用のＤ６５白色点ができるように、各エンジン内のＬＥＤ電流を調整した。
また、５本の異なるＬＥＤバーを中空テストベッドの上縁に取り付けた。上縁に沿ったバーは、バックプレーンの幅全体にわたって一列で配列された。これらのバーはそれぞれ、標準フレキシブル・プリント基板上に緑−緑−赤−青−緑−緑パターンで配列された３個の赤色、３個の青色、及び１２個の緑色のランバーシアンＬｕｘｅｏｎ（登録商標）ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓから入手可能）を有した。単一バー上のＬＥＤ間の中心間距離は、約８．５ｍｍであった。エンジン間の境界面におけるＬＥＤの間隔は、約３１ｍｍであった。単一光エンジンの全長は、１５７ｍｍであった。光エンジン間の中心間ピッチは、約１８０ｍｍであった。
単一バー上で、緑色、赤色及び青色ＬＥＤが、各色の出力を独立に変化させてテストベッドの色平衡を調整できるように、色により順番に電気接続された。特注の４チャネル電力ドライバ基板を使用してＬＥＤを駆動した。１つの電源チャネルが、赤色ＬＥＤに駆動電流を提供し、１つのチャネルが青色ＬＥＤに電流を提供し、２つのチャネルが、各チャネルが６つの緑色ＬＥＤを駆動するように緑色ＬＥＤに電流を提供した。各エンジンのＬＥＤ電流を調節して、キャビティーを封止するために１１％の軸上の平均透過を有する非対称の反射フィルムを使用し、背面反射体としてビーズコートＥＳＲを有する液晶表示パネルの後で混合光のＤ６５白色点が得られるようにした。エンジンは、ヒートシンクの基部で温度約５５℃で動作された。各光エンジンが動作された電流は、赤色が約１．１Ａ、青色が約１．１Ａ、及び各緑色が約０．４４Ａであった。
アルミニウムくさび型反射体を使用して、各ＬＥＤ光エンジンからの光を中空リサイクリング・キャビティー内に導いた。くさびは、バックライト・キャビティーの基部の７．８ｍｍから入口の１５．６ｍｍまで先細りのテーパを有していた。くさびの長さは４７．３ｍｍであった。くさびの中心軸は、背面反射体の方に僅かに傾けられていた。
くさび板の近位縁は、ＬＥＤレンズが板を通ることを可能にする穴を備えていた。取り付けられたときに、板の上面は、ＬＥＤレンズの底面と位置合わせされた。ＥＳＲは、くさびの内側に積層された。このように取り付けられたとき、フィルム層は、くさびの各面で実質的に平坦であり、ＬＥＤ光をキャビティー内に導く集束反射体として働いた。
比色分析用カメラ（ワシントン州ドゥバールドのＲａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｉｎｃ．から入手可能なモデルＰＭ １６１３Ｆ−１）を使用してテストベッドの性能を測定した。カメラには、１０５ｍｍレンズ（Ｓｉｇｍａ ＥＸ １０５ｍｍ １：２．８Ｄ ＤＧ Ｍａｃｒｏ）とＮＤ２ニュートラルフィルタを取り付けた。特に指定しない限り、カメラレンズの前に、吸収偏光子（Ｓａｎｒｉｔｚ ５５１６）を、偏光子の通過軸が前面フィルムの通過軸と合致するように整合された状態で使用した。Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇにより供給されたソフトウェアを使用してカメラを較正し測定を行った。スポット・スペクトロラジオメータ（カリフォルニア州チャッツワースのＰｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．から入手可能なモデルＰＲ６５０と、ニュージャージー州のＫｏｎｉｃａ Ｍｉｎｏｌｔａ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ａｍｅｒｉｃａｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＭｉｎｏｌｔａ ＣＳ−１００）を使用して色と輝度の較正を行った。テストベッドは、カメラの５メートル前に垂直向きに配置された。テストベッドは、カメラレンズの軸が前面板と垂直で、ほぼテストベッドの中心に向くようにカメラと位置合わせされた。
測定データを、ＶＥＳＡフラット・パネル・ディスプレイ測定規格バージョン２．０に従って分析した。液晶表示バックライトを有する事例に関して、節３０６−１「サンプル均一性と白色（Sampled Uniformity and Color of White）」を使用した。バックライト上に液晶表示がないときは、液晶表示パネルが省略された節３０６−１規格の測定調整と手順の変形が使用された。
テストベッド内に適切なフィルム（背面反射体と前面反射体）を取り付け、点灯させるＬＥＤバンクを選択することによってバックライト構造物を測定した。
ＬＥＤを点灯させ、測定を記録する前に少なくとも３０分間暖めた。測定は、フィルムを試験する状態でテストベッドを構成し、次に比色分析用カメラを使用して試験システムの写真を撮影することによって行われた。結果を、視覚的に検査し、前面板の表面全体にわたる総合輝度、輝度均一性及び色均一性等の特性を分析した。
比較実施例１：ＢＧＤ前面反射体
１０１６ｍｍ（４０インチ）・バックライト・キャビティーは、前面反射体としてＯｐａｌｕｓ ＢＳ−７０２利得拡散体（日本、東京のＫｅｉｗａ Ｃｏｒｐ．から入手可能）を、背面反射体としてＥＳＲを備えて、構成した。ビーズ利得拡散体は、構造化面が中空キャビティーの外側になるように向けられた。表示装置は、ＬＥＤの下側バンクだけで照明された。
出力面の見掛け（即ち、拡散体シートの上面）は、極めて不均一であった。注入エッジから約７．６ｃｍ〜２０．３ｃｍ（３〜８インチ）に、注入くさびの出力に対応する水平方向の明るいバンドと暗いバンドが観察された。表示装置全体にわたる輝度は、注入エッジから遠くなるほど実質的に低下した。上記のようなＰＭ１６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用して、バックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は７０４ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は３７％であった。この表示装置構成は、バンディング・アーティファクトと急速な輝度低下により実用性が制限されたものである。
実施例１：ＡＲＦ−８９前面反射体とつや消しアルミニウム背面反射体
この実施例では、１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、ＡＲＦ−８９を含む前面反射体から形成された。キャビティーの奥行きは３０ｍｍであった。側壁もつや消しアルミニウムであった。ＬＥＤの下側バンクだけが点灯された。
見掛けでは、この実施例は、暗く、画像には実質的に垂直の縞があり、それぞれの縞が個別のＬＥＤを結像していた。個別の赤色、緑色及び青色ＬＥＤを識別することができた。前述のように、ＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用して、バックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は１２７ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は６５％であった。この表示装置構成は、色の縞及び輝度の不均一性のため、バックライト用途には適切でないようである。
実施例２：ＡＲＦ−８９前面反射体とＥＳＲ背面反射体
この実施例では、１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、ＡＲＦ−８９から形成された前面反射体とＥＳＲから形成された背面反射体で形成された。キャビティー内又は放射面の外側には、拡散体又は拡散体フィルムは含まれていなかった。キャビティーの奥行きは３０ｍｍであった。側壁もＥＳＲであった。ＬＥＤの下側バンクだけが点灯された。
前述のように、ＰＭ１６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は３８２ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は１７％であった。見掛けでは、この実施例は、実質的に、ＬＥＤと表示装置の縁が繰り返し結像される「鏡の間」効果を示した。この表示装置構成は、多数のアーティファクトのためにバックライト用途には適切でないようであった。
実施例３：ＡＲＦ−８９前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、ＡＲＦ−８９を含む前面反射体とＢＥＳＲを含む背面反射体から形成された。キャビティーの奥行きは３０ｍｍであった。側壁もＢＥＳＲで覆われた。ＬＥＤの下側バンクだけが点灯された。
見掛けでは、この実施例は、比較例より優れた実質的な均一性改善を示した。比較例１で見られる高輝度バンディング（bright banding）が大幅に減少し、実施例１で見られた色の縞も見られなかった。表示装置の全体的な輝度は、注入くさびからの距離が遠くなると約２分の１に低下し、この低下の見掛けは徐々で滑らかであった。上記のようなＰＭ１６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用して、バックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は１４９２ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は５５％であった。このバックライト構成は、輝度の低下が滑らかなので幾つかの、より低性能のバックライト用途には適切であり得る。
実施例４：ＡＲＦ−８９前面反射体とＬＥＦ背面反射体
この実施例では、１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、ＡＲＦ−８９を含む前面反射体とＬＥＦを含む背面反射体から形成された。キャビティーの奥行きは３０ｍｍであった。ＬＥＤの下側バンクだけが点灯された。
見掛けでは、この実施例は、比較例を超える実質的な均一性改善を示した。高輝度バンディングが大幅に減少した。表示全体にわたる全体的な輝度は、注入くさびからの距離が遠くなると約２分の１に滑らかに低下した。前述のように、ＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は１２９９ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は４６％であった。このバックライト構成は、輝度の低下が滑らかなので幾つかの、より低性能のバックライト用途には適切であり得る。
実施例５：ＡＲＦ−８９／ＢＧＤ前面反射体とＥＳＲ背面反射体
１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、ＡＲＦ−８９を含む前面反射体とＥＳＲを含む背面反射体から形成された。キャビティーには、ビーズ利得拡散フィルム（Ｏｐａｌｕｓ ＢＳ−７０２）が、ビーズ面がキャビティー内に面しかつフィルムの裏側が前面反射体と接している状態で含まれた。キャビティーの奥行きは３０ｍｍであった。この側壁もＥＳＲであった。ＬＥＤの下側バンクだけが点灯された。
見掛けでは、この実施例は、比較例を超える実質的な均一性改善を示した。高輝度バンディングは大幅に減少した。表示装置の全体的な輝度は、注入くさびからの距離が遠くなるほど低下した。前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は１５６２ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は７５％であった。このバックライト構成は、輝度の低下が滑らかなので幾つかの中性能から高性能のバックライト照明用途に適切な可能性があり得る。
実施例６ａ〜６ｆ：種々の前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
この実施例では、１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、ＢＥＳＲを含む背面反射体と、以下の表３に示した非対称の反射フィルムを含む幾つかの異なる前面反射体とで形成された。側壁もＢＥＳＲで覆われた。ＬＥＤの下側バンクだけが点灯された。
Figure 0005336475
見掛けでは、実施例６ａ〜６ｅは、比較例を超える実質的な均一性改善を示した。以下は、これらの各実施例の目視観測である。
６ａ．高輝度バンディングは無視できるが、極めて薄暗く、色は、表示装置の下部のマゼンタから上部の青まで極めて不均一であった。
６ｂ．僅かな水平方向高輝度バンディングが観察された。輝度は、実施例６ａより実質的に高かった。表示装置の下部と上部との間に僅かな色ずれが観察された。したがって、輝度変化が緩やかなので、このバックライトはより低性能の用途には使用できる可能性があった。
６ｃ．多少目立つ量のバンディングが観察された。したがって、輝度変化が滑らかなので、このバックライトはより低性能の用途に使用できる可能性があった。
６ｄ．目立つバンディングが観察された。したがって、輝度変化が滑らかなので、このバックライトは極めて低性能の用途に使用できる可能性があった。
６ｅ．極めて目立つ量のバンディングが観察された。輝度は実施例６ａより実質的に高い。したがって、このバックライトは、最も要求の低いどんな用途にも適しない可能性が高かった。
６ｆ．極めて目立つ量のバンディングが観察された。輝度は実施例６ａより実質的に高い。したがって、輝度変化が滑らかなので、このバックライトはより低性能の用途に使用できる可能性があった。
実施例７：ＡＲＦ−８９前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、実施例３と類似の方法で準備された。しかしながら、この事例では、ＬＥＤの下側バンクと上側バンクの両方が点灯された。
見掛けでは、この実施例は、比較例を超える実質的な均一性改善を示した。高輝度バンディングが大幅に減少した。均一性も実施例３より改善された。前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は、２７６４ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は８４％であった。このバックライトは、高性能の用途に適切であると思われた。
実施例８：ＡＲＦ−８９前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
この実施例では、１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、実施例７と類似の方法で準備された。しかしながら、この事例では、画像パスからＳａｎｒｉｔｚ ５５１６吸収偏光子を除去した。
見掛けでは、この実施例は、比較例を超える実質的な均一性改善を示した。高輝度バンディングは大幅に減少した。均一性は、実施例７の均一性と類似していた。前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は３４６２ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は８４％であった。平均輝度は、実施例７よりわずか２５％だけ高かった。しかしながら、実施例８のバックライトの輝度は、実施例８のバックライトが偏光されていない場合には、実施例７より１００％明るくなると予想された。実施例８がわずか２５％高い輝度を示すことは、バックライトが選択的に光を偏光することを示す。
実施例９：ＡＲＦ−８９前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、実施例７と同じように準備された。しかしながら、この事例では、中央下部から１組２０個のＬＥＤ（１つのエンジン）が消灯された。
見掛けでは、この実施例は、比較例を超える実質的な均一性改善を示した。視覚的には、消灯されたエンジンのまわりの領域は、多少薄暗いが、不適切なほどではなかった。前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。この平均輝度は２６７７ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は６９％であった。このバックライトは、従来の多くの用途に適切であると思われた。
実施例１０ａ〜ｂ：ＡＲＦ−８９／ＢＧＤ前面反射体とＥＳＲ背面反射体
実施例１０ａでは、１０１６ｍｍ（４０インチ）・リサイクリング・キャビティーは、ＡＲＦ−８９を含む前面反射体とＥＳＲを含む背面反射体から構成された。キャビティーに、ビーズ利得拡散フィルム（Ｏｐａｌｕｓ ＢＳ−７０２）が、ビーズ面がキャビティー内に向きかつフィルムの裏面が前面反射体と接した状態で含まれた。キャビティーの奥行きは３０ｍｍであった。側壁もＥＳＲであった。ＬＥＤの上側バンクと下側バンクの両方が点灯された。
前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は４６０５ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は８６％であった。このバックライトは、高性能の用途に適切であると思われた。目に見えるアーティファクトは観察されなかった。
実施例１０ｂでは、対角線長１０１６ｍｍ（４０インチ）の液晶表示パネルが、実施例１０ａのバックライトの放射面の前に配置された。液晶表示パネルは、ＳａｍｓｕｎｇモデルＬＮＲ−４０８Ｄテレビ（ニュージャージー州リッジフィールドのＳａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．から入手可能）であり、この液晶表示パネルは、Ｓａｍｓｕｎｇの資料によれば、Ｓａｍｓｕｎｇのパターン化垂直アライメント（Patterned Vertical Alignment）（ＰＶＡ）技術を使用する。実施例１０ａのＬＥＤバックライトの上に個々に使用するために、元の液晶表示テレビを分解し、液晶表示パネルと必要な駆動電子回路を取り出した。
液晶表示パネルを通電し、安全白色状態で駆動した。前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用して表示装置の比色分析画像を記録した。平均輝度は５６７ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は８４％であった。このバックライトは、高性能の用途に適切であると思われた。この場合も、明らかな視覚的アーティファクトは検出されなかった。
実施例１１ａ〜１１ｂ：ＣＣＦＬ光源を備えたＡＲＦ−６８／ＢＧＤ前面反射体とＥＳＲ背面反射体
実施例１１ａの場合、対角線長４８２．６ｍｍ（１９インチ）のリサイクリング・キャビティーは、ＡＲＦ−６８を含む前面反射体とＥＳＲを含む背面反射体から構成された。キャビティー内に、ビーズ利得拡散フィルム（Ｏｐａｌｕｓ ＢＳ−７０２）を、ビーズ面がキャビティー内を向きフィルムの裏面が前面反射体と接した状態で収容された。キャビティーの奥行きは１０ｍｍ（０．４インチ）であった。側壁もＥＳＲであった。ＣＣＦＬ電球の上側ペアと下側ペアが点灯された。
前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は１３９４ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は３９％であった。この場合、フィルム不均一性による視覚的アーティファクトが見られた。そのような視角的アーティファクトは、表示装置を対角線方向に横切る光条と、表示装置の半分にある緑がかった色調から成っていた。これらの不良と輝度不均一性の結果として、この表示装置は、高性能の用途には適切でないと思われた。しかしながら、このことは、このフィルムをＣＣＦＬバックライトと共に使用できることを示す。
実施例１１ｂでは、対角線長４８２．６ｍｍ（１９インチ）の液晶表示パネルを、実施例１１ａのバックライトの放射面の前に配置した。液晶表示パネルは、Ｓａｍｓｕｎｇモデル９４０ＢＷ（Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．から入手可能）のものであり、この液晶表示パネルは、その文献によれば、ＴＦＴ−液晶表示である。実施例１１ａのＬＥＤバックライトの上で別個に使用するために、元の液晶表示ディスプレイを分解し、液晶表示パネルと必要な駆動電子回路を取り出した。
液晶表示パネルを通電し、完全白色状態で駆動した。前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用して表示装置の比色分析画像を記録した。平均輝度は２１７ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は３８％であった。バックライトは、見掛けは実施例１１ａのバックライトとかなり類似している。しかしながら、このバックライトは、実施例１１ａのバックライトより薄暗く見えた。
実施例１２ａ〜１２ｆ：実施例６ａ〜６ｆで両面照明を有する例
実施例６ａ〜６ｆを、ＬＥＤの上側バンクと下側バンクの両方を点灯した状態で試験した。表４は、得られたデータをまとめたものである。
Figure 0005336475
見掛けでは、実施例１２ａ〜１２ｅは、比較例を超える実質的な均一性改善を示した。これらの実施例のそれぞれの目視観測は、以下の通りである。
１２ａ．高輝度バンディングは無視できるが、極めて薄暗く、色は、表示装置の下部のマゼンタから上部の青まで極めて不均一であった。
１２ｂ．水平高輝度バンディングは観察されなかった。この実施例は、実施例１２ａより実施的に高い輝度を示した。表示装置の下部と上部の間に僅かな色ずれが観察された。これにより、滑らかな輝度変化とその全体的な輝度均一性により、このバックライトは、より高性能の用途に使用できる可能性がある。
１２ｃ．水平方向の高輝度バンディングは観察されなかった。色は均一に見える。これにより、滑らかな輝度変化とその全体的な輝度均一性により、このバックライトは、より高性能の用途に使用できる可能性がある。
１２ｄ．僅かに目立つ水平高輝度バンディングが観察された。これにより、滑らかな輝度変化とその全体的な輝度均一性により、このバックライトは、中間性能の用途に使用できる可能性がある。
１２ｅ．多少の水平高輝度バンディングが観察された。これにより、輝度変化が滑らかなので、このバックライトは、極めて低性能の用途に使用できる可能性がある。
１２ｆ．目立つ量の水平高輝度バンディングが観察された。したがって、輝度変化が滑らかなので、このバックライトを極めて低性能の用途に使用できる可能性がある。
比較例２：ＡＰＦ／ＢＧＤ前面反射体とＥＳＲ背面反射体
この例では、１０１６ｍｍ（４０インチ）・バックライトが、実施例５のバックライトと同じように構成された。バックライトは、ＡＰＦを含む前面反射体とＥＳＲを含む背面反射体を含んでいた。キャビティー内には、ビーズ利得拡散体（Ｏｐａｌｕｓ ＢＳ−７０２）が、構造化面がキャビティー内に向きフィルムの裏面がＡＰＦと接した状態で含まれていた。キャビティーの奥行きは３０ｍｍであった。側壁もＥＳＲであった。ＬＥＤの上側バンクと下側バンクの両方が点灯された。
見掛けでは、この例は、比較例１を超える実質的な均一性改善を示した。中程度の高輝度バンディングがまだ相変わらず観察された。前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は３８４４ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は７８％であった。色均一性は、極めて良好のように見えた。このバックライトは、中程度の性能のバックライト照明用途には適切であると思われた。高輝度バンディングにより、高性能用途には適さない可能性が高い。
実施例１３：７０８ｍｍ×３９８ｍｍエッジリット・バックライト
以下の実施例は、特注のＬＥＤバックライト・テストベッドで試験された。テストベッドは、対角線長８１３ｍｍ（３２インチ）でアスペクト比１６：９の液晶表示テレビ用のＬＥＤ式領域バックライトとして設計された。中空テストベッド・バックライト・キャビティーは、側壁と後壁を形成する湾曲シートメタル・シェルを有し、そのフレームの長軸は水平方向に配置された。背面反射体に、ＬＥＤ光エンジンの挿入を可能にするためのスロットを開けた。内部キャビティーの奥行きは１９ｍｍであり、後壁での側壁境界面への曲げ半径は約５ｍｍであった。使用したシートメタルは、厚さ１ｍｍの市販のつや消しアルミニウムであった。
前面反射体は、３Ｍ ＯＰＴ１（登録商標）光透過接着剤（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）を使用して厚さ０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）１２％へーズＰＣシートに貼り付けられた５ｘＡＲＦを含んでいた。積層スタック上の最終層は、Ｏｐａｌｕｓ（商標）ＢＳ−７０２ビーズ利得拡散体であった。
使用した低複屈折低へーズ・ポリカーボネート・フィルムは、１２％ヘーズ・レベル（Ｉｕｐｉｌｏｎ（登録商標）フィルム、グレードＦＥ−２０００ Ｍ０５、日本、東京のＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ−Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｃｏｒｐ．）の厚さ０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）であった。全ての事例で、ポリカーボネート・フィルムは、テクスチャ面が接着剤の方に向いた状態で前面反射体に貼り付けられた。
板は、ビーズ利得拡散体が中空キャビティー内に向き、かつポリカーボネート表面がテストベッドの最も外側の放射面を形成するように、中空バックライト・キャビティーに貼り付けられた。板の外側面は、テストベッドの出力面（即ち、バックライトの出力領域）として働いた。
シートメタル・シェルの裏面と下縁に４つのＬＥＤバー（「エンジン」）を取り付けた。下縁に沿ったバーは、バックプレーンの幅全体にわたって単列で配列された。各バーには、標準フレキシブル・プリント回路上に一列でＧＲＧＢＧＲ−ＷＷＷＷＷＷ−ＲＧＢＧＲＧパターンで配列された４個の赤色、２個の青色、６個の緑色、及び６個の白色のランバーシアンＣｒｅｅ ＸＲ−Ｅ ＬＥＤ（ノースカロライナ州ダーラムのＣｒｅｅ Ｉｎｃ．）があった。ＬＥＤのモデル番号は、赤（ＸＲ７０９０ＲＤ−Ｌ１−０００１）、緑（ＸＲ７０９０ＧＲ−Ｌ１−０００１）、青（紺青、ＸＲ７０９０ＲＹ−Ｌ１−０００１）、及び白（ＸＲＥＷＨＴ−Ｌ１−０８０２）であった。
単一バー上のＬＥＤ間の中心間距離は、約９．５ｍｍであった。単一光エンジン（バー）の全長は、１７０ｍｍであった。光エンジン間の中心間ピッチは、約１７５ｍｍであった。
単一バー上で、赤色、緑色、青色及び白色ＬＥＤが一列に電気接続された。各バーは、電流調整電源を使用して電流７００ｍＡで駆動された。各フレキシブル・プリント回路は、熱伝導接着剤を使用してヒートシンクに熱的に取り付けられた。ファンを使用して、ヒートシンクをヒートシンクの基部で動作温度約５０℃まで冷却した。
アルミニウム「逆」くさび型反射体を使用して、各ＬＥＤ光エンジンからの光を中空リサイクリング・キャビティーに導いた（この逆くさびの説明は、「エンジリットバックライト用平行光注入器（COLLIMATING LIGHT INJECTORS FOR EDGE-LIT BACKLIGHTS）」と題するＰＣＴ特許出願第ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号（代理人整理番号６３０３４ＷＯ００４）を参照）。
ＬＥＤエンジンは、キャビティーの裏側に、ＬＥＤがドリル穴を介してキャビティー内にある程度突出する状態で取り付けられた。背面反射体板は、ＬＥＤレンズを板に通すことを可能にする穴を備えていた。取り付けられたときに、背面反射体板の上面は、ＬＥＤレンズの下面と位置合わせされた。
ＥＳＲは、くさびの内側とリダイレクター・ミラーを含む中空キャビティーの全ての内側面に貼り付けられた。
このように取り付けられた後で、フィルム層は、くさびの各面で実質的に平坦になり、ＬＥＤ光をキャビティーに導く収束反射体として働いた。
キャビティーは、Ｓａｍｓｕｎｇの対角線長８１．２ｃｍ（３２インチ）テレビの液晶表示パネルの後方に挿入された。
液晶表示パネルを通電し、完全白色状態で駆動した。前述ようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用して表示装置の比色分析画像を記録した。平均輝度は４３２ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は７０％であった。色均一性は極めて優れており、高輝度バンディングは観察されなかった。
実施例１４：７０８ｍｍ×３９８ｍｍエッジリット・バックライト
実施例１３と類似の方法で更に別の表示装置を構成した。この実施例では、対角線長５８．４ｃｍ（２３インチ）モニタに、中空エッジリットＬＥＤ光導体を後付けした。幅寸法と高さ寸法は、対角線長５８．４ｃｍ（２３インチ）のモニタに適合するように調整されたが、厚さは１９ｍｍのままであった。モニタは、カリフォルニア州クパチーノのＡｐｐｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒによって作製されたＡｐｐｌｅ Ｃｉｎｅｍａ Ｄｉｓｐｌａｙであり、元々はＣＣＦＬランプによってバックライト照明された。液晶表示の後方に全ての光学フィルムがあるので、ＣＣＦＬバックライトは除去された。
この場合、使用されたＬＥＤは、ＯＳＲＡＭ Ｇ６−ＳＰシリーズＲＧＢ ＬＥＤであった。構成は、１エンジン当たり６繰り返し単位のＧＲＧＢＧＲＧであった。
実施例１３の逆くさび構造を使用した。逆くさびは、実施例１３と同じ同じ寸法を有した。
液晶表示パネルを通電し、完全白色状態で駆動した。画像をＰｒｏｍｅｔｒｉｃカメラで収集した。前述のようにＰＭ １６１３Ｆ−１の比色分析用カメラを使用して、バックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は、１５０ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は８４％であった。色均一性は極めて優れており、高輝度バンディングは観察されなかった。
実施例１５：ＡＲＦ−６８前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体を備えた１７．７ｃｍ（７インチ）ＤＶＤプレーヤ
対角線長１７．７ｃｍ（７インチ）ワイド・フォーマットＺｅｎｉｔｈ ＤＶＤプレーヤに中空エッジリット光導体を後付けした。ＺｅｎｉｔｈモデルＤＶＰ６１５携帯型ＤＶＤプレーヤ（ニュージャージー州イングルウッドクリフのＬＧ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＵＳＡによって販売されている）を分解し、固体光導体を取り外した。取り外した光導体金属ハウジングの内側をＢＥＳＲでライニング（コーナー部だけ接着剤で接着）することによって、奥行き４ｍｍの中空キャビティーを作製した。残りの全ての内側面がＥＳＲで覆われ、側壁反射体が作製された。注入くさびは使用されなかった。
元の２７個のランバーシアン白色ＥＤが、３Ｍ光硬化シリコーンＰＳＥ−００２を使用して、ドーム型に形成された。両面テープを使用して、２７個のランバーシアン白色ＬＥＤを含むＬＥＤ回路基板ストリップを金属フレームの下縁に接着した。別の組の２７個のＬＥＤを、同一モデルＤＶＤプレーヤから取り外した部品を使用して、金属フレームの上縁に沿って取り付けた。２つのＬＥＤストリップを並列に配線した。
液晶表示パネル８．５ｍｍ（１／３インチ）の上と下のに黒色テープを使用してＬＥＤ突き抜け現象をマスクした。ＯＰＴ１（登録商標）接着剤を使用して液晶表示パネルの裏面にＡＲＦ−６８を貼り付け、フィルムは、フィルムの通過軸が液晶表示後側偏光子の通過軸と合うように整合した。携帯型ＤＶＤプレーヤを再度組み立てた。
液晶表示パネルを通電して、完全白色状態で駆動した。色均一性が極めて優れ、高輝度バンディングは観察されなかった。
２７３ｍｍ×１５１ｍｍエッジリット・バックライト
以下の実施例は、内部厚さ約２５．４ｍｍの約２７３ｍｍ×１５１ｍｍ長方形ボックスのエッジリット・バックライトを使用して測定された。
バックライトは、４個の赤色ＬＥＤ（Ｌｕｘｅｏｎ ＩＩＩ ＬＸＨＬ−ＰＤ０９）、８個の緑色ＬＥＤ（Ｌｕｘｅｏｎ ＩＩＩ ＬＸＨＬ−ＰＭ０９）及び４個の青色ＬＥＤ（Ｌｕｘｅｏｎ ＩＩＩ ＬＸＨＬ−ＰＲ０９）の合計１６のＬＥＤで照明された。ＬＥＤは、回路基板上に、ＬＥＤ間の中心間距離が８．５ｍｍの赤−緑−青−緑集合体で直線的に配列された。ＬＥＤは、特注の定電流駆動回路によって通電された。所定の色の全てのＬＥＤが、ほぼ同じ電流で駆動された。バックライトの白色点は、約ｕ’＝０．２１とｖ’＝０．４５である。使用された電流は、赤色では１．４Ａ、緑色では７００ｍＡ、及び青色では７００ｍＡであった。
ＬＥＤ光源は、ボックスの短い側面の一方に貼り付けられた。ＬＥＤは、中心軸がキャビティー内を指す向き（バックライトの出力面と平行に）で配置された。ＬＥＤからバックライト・キャビティー内への光の注入は、バックライト・キャビティーの基部の１８．６ｍｍから入口の２５．３ｍｍまで先細になるくさびによって促進された。くさびの長さは、２５．４ｍｍであった。
バックライトの遠位端側面反射体（光源と反対の側壁）の内部は、ＢＥＳＲで覆われた。くさびの内側を含むバックライトの他の全ての側壁の内側が、ＥＳＲで覆われた。背面反射体は、２ｘＴＩＰＳ、ＥＳＲ、又はＢＥＳＲのいずれかを含んでいた。これらの材料は、キャビティーの背面反射体として働き、側壁と接触して光漏れを最小にするように拡張された。
ＰＭ−９９１３Ｅの比色分析用カメラを使用して均一性測定を行なった。バックライトは、カメラから５ｍの距離に垂直方向に取り付けられた。画像を収集するために、ｆ／４のＮｉｋｏｎ３００ｍｍレンズが、内部ＮＤ２フィルタと共に使用された。
比較例３：ＡＰＦ前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
前面反射体は、両面テープによってバックライトのリムに対して適所に保持されたＡＰＦを含んでいた。バックライトの背面をビーズコートＥＳＲで覆って背面反射体を構成した。
全てのＬＥＤを通電し輝度を測定した。照明は均一でなく、ＬＥＤに最も近い端で明るく見えた。また、ＬＥＤの近くでは、色が、バックライトを横切る方向に異なるように見え、一方の側が中心より青っぽく見え他方の側が赤っぽく見えた。前述のようにＰＭ ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は、３３９５ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約５４％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０２８７であった。図１９に、バックライトの長さ方向に沿った横線における輝度断面を曲線１９０２として示した。このグラフでは、直径２ｍｍの平均化フィルタを適用することによってデータが平滑化された。このグラフ上で、光源は０ｍｍにある。
実施例１６：ＡＲＦ−８９前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
バックライトの出力面は、前面反射体としてＡＲＦ−８９フィルムで覆われ、前面反射体は、両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持された。背面反射体の場合、バックライトの裏面は、ＢＥＳＲで覆われた。
全てのＬＥＤが通電され、輝度が測定された。照明は、バックライトの幅と長さ全体に極めて均一に見えた。色もバックライト全体に均一に見えた。前述のようにＰＭの９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は、３００７ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８３％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０１６１であった。図１９に、バックライトの長さ方向に沿った横線における輝度断面を曲線１９０４として示した。このグラフでは、直径２ｍｍの平均フィルタを適用することによってデータが平滑化された。このグラフ上で、光源は０ｍｍにある。
実施例１７：ＡＲＦ−６８前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
バックライトの出力面をＡＲＦ−６８フィルムで覆い、ＡＲＦ−６８フィルムを両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持して、前面反射体を構成した。背面反射体は、ＢＥＳＲを含んでいた。
全てのＬＥＤを通電し、輝度を測定した。照明は、色と同じように、バックライトの幅と長さ全体にわたって均一に見えた。前述のようにＰＭ ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は４２２５ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８０％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０１８０であった。図１９に、バックライトの長さ方向に沿った横線における輝度断面を曲線１９０６として示した。グラフでは、直径２ｍｍの平均化フィルタを適用することによってデータが平滑化された。このグラフ上で、光源は０ｍｍにある。
実施例１８：４ｘＡＲＦ前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
前面反射体は、両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持された４ｘＡＲＦを含んでいた。背面反射体はＢＥＳＲを含んでいた。
全てのＬＥＤを通電し、輝度を測定した。照明は、色と同じように、バックライトの幅と長さ全体にわたって均一に見えた。前述のようにＰＭ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は４９２１ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約７９％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０１４３であった。図１９に、バックライトの長さ方向に沿った横線に沿った輝度断面を曲線１９０８として示した。このグラフでは、直径２ｍｍの平均化フィルタを適用することによってデータが平滑化された。このグラフ上で、光源は０ｍｍにある。
実施例１９：４ｘＡＲＦ前面反射体と２ｘＴＩＰＳ背面反射体
バックライトの出力面を４ｘＡＲＦで覆い、４ｘＡＲＦを両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持して、前面反射体を構成した。バックライトの背面を２ｘＴＩＰＳで覆って背面反射体を構成した。
全てのＬＥＤを通電し輝度を測定した。照明は、均一でなく、ＬＥＤに最も近い端の方が明るく見えた。色は、バックライトのＬＥＤ近い側に沿って幾つかの細い色の縞が見られた他は、バックライトのほとんどにわたって均一に見えた。前述のようにＰＭ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は５３９８ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約６３％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０１６３であった。
実施例２０：ＡＲＦ−８９前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
バックライトの出力領域をＡＲＦ−８９で覆った。フィルムを両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持し、前面反射体を構成した。バックライトの裏面をＢＥＳＲで覆って背面反射体を構成した。
バックライト内の緑色ＬＥＤを、別々に通電できる２つの個別のバンクに分割した。バックライトの横線の一方の側の全ての緑色ＬＥＤを１つの電源回路に接続し、バックライトの横線の反対側の全ての緑色ＬＥＤを異なる電源回路に接続した。この実施例では、緑色ＬＥＤの両方のバンクに通電し、輝度を測定した。出力領域全体は、均一に照明されているように見えた。前述のようにＰＭ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は１９８５ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約７９％であった。
実施例２１：ＡＲＦ−８９前面反射体とＢＥＳＲ背面反射体
バックライトの出力領域をＡＲＦ−８９で覆った。フィルムを両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持して前面反射体を構成した。バックライトの裏面をＢＥＳＲで覆って背面反射体を構成した。
緑色ＬＥＤの一方のバンクに通電し、他方のバンクには通電しなかった。前述のようにＰＭ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。輝度を測定した。平均輝度は９６３ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約７４％であった。光源の半分しか点灯しなかったので輝度が５０％減少し、しかし均一性はほとんど変化しなかった。このことは、バックライトが極めて優れた光の広がりを提供したことを示す。
比較例４：ＡＰＦ／ＢＧＤ前面反射体とＥＳＲ背面反射体
バックライトの出力領域を、前面反射体を形成する２つのフィルムで覆った。第１のフィルムは、バックライトの背面反射体を向いたビーズ面を有するＢＧＤであった。第２のフィルムは、両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持されたＡＰＦであった。バックライトの裏面をＥＳＲで覆って背面反射体を構成した。
全てのＬＥＤに通電し、輝度を測定した。バックライト出力は、比較例２より均一であったが、相変わらずＬＥＤに最も近い端ではより明るく見え、真ん中近くでは薄暗くなり、遠位端ではまた明るく見えた。比較例２で観察された色のばらつきが相変わらず見えた。前述のようにＰＭ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は３４１５ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約７４％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０２７１であった。輝度均一性は比較例２より改善されたが、色均一性が改善されていないことに注意されたい。
実施例２２：ＡＲＦ−６８／ＢＧＤ前面反射体とＥＳＲ背面反射体
バックライトの出力領域を、前面反射体を形成する２つのフィルムで覆った。第１のフィルムは、バックライトの背面反射体に面したビーズ面を有するＢＧＤであった。第２のフィルムはＡＲＦ−６８であった。ビーズ利得拡散体と非対称の反射フィルムを両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持した。バックライトの裏面をＥＳＲで覆って背面反射体を構成した。
全てのＬＥＤに通電し、輝度を測定した。照明は、色同じように、バックライトの長さと幅全体にわたって均一に見えた。前述のようにＰＭ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は３８８１ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８３％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０１５９であった。
実施例２３：ＡＲＦ−６８／ＢＧＤ前面反射体とＥＳＲ背面反射体
バックライトの出力面を２つのフィルムで覆った。第１のフィルムは、背面反射体と反対（第２のフィルムの方）を向いたビーズ面を有するＢＧＤであった。第２のフィルムはＡＲＦ−６８であり、ＡＲＦ−６８は、両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持されて前面反射体が構成された。バックライトの裏面をＥＳＲで覆って背面反射体を構成した。
全てのＬＥＤに通電し、輝度を測定した。照明は、色と同じように、バックライトの長さと幅全体にわたって均一に見えた。前述のようにＰＭ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は３８６８ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８３％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０１６４であった。
実施例２４：ＡＲＦ−６８前面反射体とＥＳＲ／ＢＧＤ背面反射体
バックライトの出力領域をＡＲＦ−６８で覆い、ＡＲＦ−６８は、両面テープでバックライトのリムに対して適所に保持されて前面反射体が構成された。バックライトの裏面をＥＳＲで覆い、１枚のビーズ利得拡散体（Ｏｐａｌｕｓ ＢＳ−７０２）を、ビーズ面が前面反射体に向いた状態で鏡面ミラーの上に配置した。ＥＳＲとＢＧＤは、背面反射体を構成した。
全てのＬＥＤに通電し、輝度を測定した。照明は、均一でなく、ＬＥＤに最も近い端でより明るく見えたが、色は、バックライト全体にわたって均一に見えた。前述のようにＰＭ９９１３Ｅ−１の比色分析用カメラを使用してバックライトの比色分析画像を記録した。平均輝度は３８７１ｃｄ／ｍ２であり、システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約６０．７％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．０１６３であった。
３０４ｍｍ×１５２ｍｍゾーン・ダイレクトリット・バックライト
以下のダイレクトリット・バックライトは、約４０ｍｍの内部厚さを有する約３０４ｍｍ×１５２ｍｍ長方形ボックスであった。
バックライトは、２個の赤色ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ ＬＸＨＬ−ＰＤ０９）、４個の緑色ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ ＬＸＨＬ−ＰＭ０９）及び２個の青色ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ ＬＸＨＬ−ＰＲ０９）の合計８個のＬＥＤによって照明された。ＬＥＤは、小さな回路基板上に２つの別々の集合体で配列された。各集合体は、ダイヤモンド・パターンで配列された１個の赤色ＬＥＤ、２個の緑色ＬＥＤ、及び１個の青色ＬＥＤを使用し、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤは約１０ｍｍ離され、緑色ＬＥＤは約１６ｍｍ離されていた。ＬＥＤの一方の集合体は、長辺の間の中央でかつ短辺の一方から７６ｍｍに配置された。他方の集合体は、長辺の間の中央でかつ同じ短辺から２２９ｍｍに配置された。回路基板をアルミニウム支持板に取り付け、側壁をこの同じ板に貼り付けた。
特注の定電流駆動回路によってＬＥＤに通電した。各集合体は、個別に通電できるように個別の回路によって駆動された。この回路により、各ＬＥＤへの電流を調整して所望の色の点を実現することができた。各色のＬＥＤを流れる電流は、全体の光出力を約ｕ’＝０．２１０とｖ’＝０．４７３の白色点で設定するように調整された。
ＬＥＤ回路基板は、キャビティーの側壁も貼り付けられた金属板に取り付けられた。バックライトの内部側壁をＥＳＲで覆った。キャビティーの長辺の間には、バックライトを２分割する隔壁が配置された。それぞれの半分は、ほぼ正方形であり、１５２ｍｍ×１５２ｍｍの内側寸法を有した。隔壁は、ＢＥＳＲから作製された。フィルムは、ビーズ面が外向きの状態で半分に折り畳まれた。両面テープを使って隔壁を折り畳んだ状態に保持した。隔壁は、高さ４０ｍｍと幅１５４ｍｍになるように切断された。長い壁には、適切な場所のに隔壁を保持するためのスロットが空けられていた。
背面反射体は、２ｘＴＩＰＳを薄いポリカーボネート板に貼り付けて支持体を提供することによって構成された。背面反射体の穴は、ＬＥＤのレンズ部分が突出することを可能にし、反射体のポリカーボネート側は、両面テープでアルミニウム支持板に貼り付けられた。背面反射体の高反射拡散材料は、ポリカーボネート板の縁を越えて突出し、光漏れを最小限に抑えるために側壁の方に僅かに湾曲された。
バックライト・キャビティーの上部を開けた。キャビティーの厚さは、背面反射体の内側面から側壁の上縁までの距離として決定された。
前述の方法でＰＭ−９９１３Ｅの比色分析用カメラを使用して均一性測定を行なった。バックライトは、カメラから水平方向に０．５ｍ離れて取り付けられた。ｆ／１１のＳｉｇｍａ５０ｍｍレンズを使用して画像を収集した。
比較例５：拡散体板と２ｘＴＩＰＳ背面反射体
バックライトの出力面を拡散体板（ニューヨーク州ボールドウィンのＡｓｔｒａ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手可能なＤＲ−６５Ｃ）で覆った。
バックライトの２つの半分は、前述のように隔壁で分割されたが、隔壁は、高さわずか３５ｍｍで、背面反射体に接触するように配置された。
両方の集合体に通電し、輝度を測定した。出力領域全体に輝度の大きなばらつきが観察された。システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約５３％であった。また、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性を２つの半分に関して個別に計算した（例えば、９つのポイントは全て、側壁と隔壁によって形成された正方形領域内にあった）。一方の側のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約２１％で、反対の側は約２３％であった。図２０に輝度断面を示す。そのグラフでは、２ｍｍ幅平均化フィルタを適用することによりデータが平滑化された。このグラフでは、隔壁は０ｍｍにある。
実施例２５：ビーズコートＡＲＦ−８４前面反射体と２ｘＴＩＰＳ背面反射体
比較例５で使用された拡散体板を除去し、バックライトの出力面をＡＲＦ−８４で覆った。フィルムは、また、本明細書に記載された技術を使用して形成されたフィルムの出力側にビーズ被覆を含んでいた。側壁の上部のまわりに両面テープを使用してフィルムを適所に保持し、それにより前面反射体が形成された。
バックライト内のＬＥＤの各集合体の上にＡＰＦの円が配置された。円は、集合体の直径（約２０ｍｍ）より僅かに大きく、通過軸は、前面反射体の通過軸に対して直角になるように向けられた。
両方の集合体に通電し、輝度を測定した。出力領域全体が均一に照明されているように見えた。システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８８％であった。また、２つの半分のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性を個別に計算した（例えば、９つのポイントが全て側壁と隔壁によって形成された正方形の領域内にあった）。一方の側のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８９％で、反対の側は約８８％であった。図２１に輝度断面が示される。そのグラフでは、２ｍｍ幅平均化フィルタを適用することによりデータが平滑化された。このグラフ上で、隔壁が０ｍｍで配置される。
実施例２６：ビーズコートＡＲＦ−８４前面反射体と２ｘＴＩＰＳ背面反射体
実施例２５からのシステムを使用した。ＬＥＤの一方の集合体を点灯し、他方を消灯した。バックライトの明るい側は均一に照明されているように見え、他方の側は均一に暗く見えた。明るい側は、約８６９ｃｄ／ｍ２の平均輝度を有し、暗い側は、約２２ｃｄ／ｍ２の平均輝度を有した。明るい領域（バックライトの明るい半分だけを分析する）内で、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８７％であった。暗い領域（バックライトの暗い半分だけを分析する）内で、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約６２％であった。輝度断面を図２２に示す。このグラフでは、２ｍｍ幅平均化フィルタを適用することによりデータが平滑化された。このグラフ上で、隔壁は０ｍｍにある。
２６３ｍｍ×１４７ｍｍダイレクトリット・バックライト
以下の実施例のダイレクトリット・バックライトは、約１８ｍｍの内部の厚さを有する約２６３ｍｍ×１４７ｍｍ長方形ボックスを含んでいた。
バックライトは、６６個の赤色ＬＥＤ（Ｎｉｃｈｉａ Ｒｉｇｅｌ ＮＦＳＲ０３６Ｃ）、６６個の緑色ＬＥＤ（Ｎｉｃｈｉａ Ｒｉｇｅｌ ＮＦＳＧ０３６Ｂ）、及び６６個の青色ＬＥＤ（Ｎｉｃｈｉａ Ｒｉｇｅｌ ＮＦＳＢ０３６Ｂ）の合計１９８個のＬＥＤで照明された。ＬＥＤは、集合体間で中心間距離が２５ｍｍの正方形格子の赤−緑−青の集合体で回路基板上に配列された。特注の定電流駆動回路でＬＥＤに通電した。所定の色のＬＥＤは全てほぼ同じ電流で駆動された。各色のＬＥＤを流れる電流を調整して、全体的な光出力を約ｕ’＝０．２０９及びｖ’＝０．４７６での白色点で設定した。使用された電流は（熱平衡に達した３０分後）、赤では２９．５ｍＡ、緑では２８．８ｍＡ、及び青では７．４ｍＡであった。
ＬＥＤ回路基板は、キャビティーの側壁も貼り付けられた金属板に取り付けられた。バックライトの内側壁をＥＳＲで覆った。回路基板のバックライト・キャビティーの内側に面した部分を２ｘＴＩＰＳで覆った。この材料は、キャビティー用の背面反射体として働き、側壁に接して光漏れを最小にするように拡張された。
バックライト・キャビティーの上部を、拡散体板（ニューヨーク州ボールドウィンのＡｓｔｒａ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手可能なＤＲ−５５Ｃ、厚さ２．０ｍｍ）で覆った。バックライト・キャビティーの厚さは、背面反射体の内側面から拡散体板の底面までの距離として決定された。
前述の方法でＰＭ−９９１３Ｅの比色分析用カメラを使用して均一性測定を行なった。バックライトは、カメラから５ｍの距離に垂直方向に取り付けられた。ｆ／４のＮｉｋｏｎ３００ｍｍレンズを内部ＮＤ２フィルタと共に使用して画像を収集した。
比較例６：拡散体板と２ｘＴＩＰＳ背面反射体
ダイレクトリット・バックライトの照明出力領域を、拡散体板（ＤＲ−５５Ｃ）で覆った。バックライトは均一でなく、ＬＥＤと同じパターンで輝度の周期的変化が見られた。
平均輝度（吸収偏光子によって測定された）は、９６９ｃｄ／ｍ２であった。ＶＥＳＡ９ポイント輝度均一性は、周期的不均一性を捕らえるのに有効な基準ではなかった。図２３に、ＬＥＤの列の真上の位置で得られた輝度断面を示す。グラフでは、２ｍｍ幅平均化フィルタを適用することによりデータが平滑化された。
比較例７：拡散体板を備えたＤＢＥＦ
ダイレクトリット・バックライトの出力面を拡散体板（ＤＲ−５５Ｃ）で覆った。拡散体板の上にＤＢＥＦ−Ｄ４００層（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）を配置した。バックライトは、比較例６よりも均一であったが、ＬＥＤと同じパターンで輝度に周期的変化が見られた。
平均輝度（吸収偏光子によって測定された）は、１５４３ｃｄ／ｍ２であり、これは、比較例６の拡散体板だけのバックライトを上回る１．５９の利得を表わす。ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は、周期的不均一性を捕らえるのに有効な基準ではなかった。図２４に、ＬＥＤの列のすぐ上の位置で得た輝度断面を示す。グラフでは、２ｍｍ幅平均化フィルタの適用によりデータが平滑化された。
実施例２７：拡散体板とＡＲＦ−３７前面反射体と２ｘＴＩＰＳ背面反射体
ダイレクトリット・バックライトの出力面を拡散体板（ＤＲ−５５Ｃ）で覆った。２つのポリカーボネート層（一方の側に外向きの１２％ヘーズの１２７μｍ（５ｍｉｌ）ＰＣが使用され、他方の側に外向きの２０％ヘーズの１２７μｍ（５ｍｉｌ）ＰＣが使用された）間のＡＲＦ−３７積層物を拡散体板の上に配置して前面反射体を構成した。背面反射体を２ｘＴＩＰＳから構成した。バックライトは、比較例６より均一であり、輝度の周期的変化はあまり見られなかった。
平均輝度（吸収偏光子を介して測定された）は、１５５５ｃｄ／ｍ２であり、これは、比較例６の拡散体板だけを超える１．６０の利得を表わす。ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は、周期的不均一性を捕らえるのに有効な基準ではなかった。図２５に、ＬＥＤの列の真上の位置で得た輝度断面を示す。グラフでは、２ｍｍ幅平均化フィルタの適用によりデータが平滑化された。
実施例２８：拡散体板と３ｘＡＲＦ前面反射体と２ｘＴＩＰＳ背面反射体
ダイレクトリット・バックライトの出力面を拡散体板（ＤＲ−５５Ｃ）で覆った。拡散体板の上に３ｘＡＲＦを配置して前面反射体を構成した。背面反射体は２ｘＴＩＰＳから構成された。バックライトは、実施例２５よりも均一であり、輝度の周期的変化の確認は困難であった。
平均輝度（吸収偏光子を介して測定された）は、１６２８ｃｄ／ｍ２であり、これは、比較例６だけの拡散体板上の１．６８の利得を表わす。ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は、周期的不均一性を捕らえるのに有効な基準ではなかった。図２６に、ＬＥＤの列の真上の位置で得られた輝度断面を示す。グラフでは、２ｍｍ幅平均化フィルタの適用によりデータが平滑化された。
比較例８：拡散体板、ＢＧＤ／ＢＥＦ／ＡＰＦ前面反射体、及び２ｘＴＩＰＳ背面反射体
バックライトの出力面を拡散体板（ＤＲ−５５Ｃ）で覆った。拡散体板の上に３フィルム・スタックを配置した。スタックは、（拡散体板から観察者に向かう順序で）、ＢＧＤ、プリズムフィルム（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＢＥＦ ＩＩＩ−１０Ｔ）、及びＡＰＦを含んでいた。２つのポリカーボネート層（一方の側に外向きの１２％ヘーズの１２７μｍ（５ｍｉｌ）ＰＣが使用され、他方の側に外向きの２０％ヘーズの１２７μｍ（５ｍｉｌ）ＰＣが使用された）の間にＡＰＦが積層された。
平均輝度（吸収偏光子を介して測定された）は、１９５１ｃｄ／ｍ２であり、これは、比較例６だけの拡散体板を超える２．０１の利得を表わす。ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は、周期的不均一性を捕らえるのに有効な基準ではなかった。図２７に、ＬＥＤの列の真上の位置で得られた輝度断面を示す。グラフでは、２ｍｍ幅平均化フィルタの適用によりデータが平滑化された。
実施例２９：５８４．２ｍｍ（２３インチ）液晶表示テレビ
市販のＣＣＦＬバックライト付き５８４．２ｍｍ（２３インチ）液晶表示テレビ（Ｓａｍｓｕｎｇから入手可能なモデルＬＮＳ２３４１ ＷＸ／ＸＡＡ）が、ＬＥＤバックライトを含むように改良された。
バックライトは、２６４個の赤色ＬＥＤ（Ｏｓｒａｍ ＬＲ Ｇ６ＳＰ−ＣＡＤＢ）、２６４個の緑色ＬＥＤ（Ｏｓｒａｍ ＬＴ Ｇ６ＳＰ−ＣＢＥＢ）、及び２６４個の青色ＬＥＤ（Ｏｓｒａｍ ＬＢ Ｇ６ＳＰ−Ｖ２ＢＢ）の合計７９２個のＬＥＤによって照明された。ＬＥＤは、ＬＥＤの出力領域の上に封入材ドームを形成することによって修正された。ドームは、光硬化性シリコーン（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な３Ｍ ＰＳＥ−００２）を使用して作製された。制御された量のシリコーンを注射器からＬＥＤ上に小出しして半球状の液滴を形成した。次に、液滴は、高いドーム形状を保持するように高性能ＵＶランプを使用して素早く硬化された。ドーム形状は、放射パターンを大きく変化させることなくＬＥＤの効率を高める。
ＬＥＤは、回路基板上に、集合体間の中心間距離が約２５ｍｍの正方格子上の赤−緑−青集合体で配列された。各回路基板は、６列になった１１個の集合体を有し、これらの基板のうちの４つが、バックライトの領域を覆うために使用された。ＴＶを分解し、ＣＣＦＬ電球と関連回路を取り出した。回路基板を金属バックライト・ハウジングに組み込んだ。ＬＥＤ用の穴が設けられた回路基板の上にＥＳＲを配置して背面反射体を構成した。バックライト・ハウジングの側壁を２ｘＴＩＰＳで覆った。元のＴＶからの拡散体板をバックライト上に配置した。第１の拡散体上に第２の拡散体板（ＤＲ−５５Ｃ、厚さ２．０ｍｍ）を配置した。
フィルム・スタックは、ＢＧＤ、ＢＥＦ ＩＩＩ−１０Ｔ、及びＡＲＦ−６８（両面にポリカーボネート（日本、東京のＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ−Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｃｏｒｐ．から入手可能な厚さ０．１２７ｍｍのＩｕｐｉｌｏｎ（登録商標）フィルム、グレードＦＥ−２０００ Ｍ０５００、テクスチャ面がフィルムに向いた状態）であった。ＬＥＤバックライトは、約１６ｍｍの内部の厚さ（背面反射体と第１の拡散体板の下部との間の空間）を有した。バックライトを交換しテレビを再組立てした。
１色の全てのＬＥＤを、１１個のＬＥＤが直列接続されかつ２４個のＬＥＤ列（４つの基板からそれぞれ６個）が並列接続された直並列構成で接続した。外部実験室電源（Ｔｅｎｍａ ７２−６６１５）を使用して、ＬＥＤに定電流制御で通電した。赤色ＬＥＤの回路は、（赤色ＬＥＤ１個当たりの平均電流を２５ｍＡにするために）０．６０Ａ、２０．１Ｖで駆動され、緑色ＬＥＤの回路は、１．０６Ａ、３１．６Ｖ（緑色ＬＥＤ１個当たりの平均電流を４４ｍＡにするため）で駆動され、青色ＬＥＤの回路は、０．５０Ａ、３０．３Ｖ（青色ＬＥＤ１個当たりの平均電流を２１ｍＡにするために）で駆動された。これらの電流は、完全に組み立て終えたテレビを約１．５時間通電して暖めた後で測定された。
プロトメトリック（Prometric）カメラを使用して本明細書に記載された方法で均一性測定を行なった。表示装置は、カメラから５ｍの距離に垂直方向に取り付けられた。ｆ／１１のＳｉｇｍａ １０５ｍｍレンズを使用して画像を収集した。均一性を測定するために、テレビのＰＣ入力ポートに接続したパーソナル・コンピュータを使用してテレビ上に白い画面を表示させた。
表示は、輝度と色が均一に見えた。平均輝度（パネルを介して測定された）は、４２８ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８３％であり、ＶＥＳＡ ９ポイント色不均一性は０．００９７であった。
実施例３０：３００ｍｍ×３００ｍｍゾーン・ダイレクトリット・バックライト
３００ｍｍ（１２インチ）×３００ｍｍ（１２インチ）・ゾーン・バックライトは、約２５ｍｍの内部の厚さを有する約３００ｍｍ×３００ｍｍ長方形ボックスを含んでいた。
バックライトは、４個の赤色ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ ＬＸＨＬ−ＤＤ０９）、８個の緑色ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ ＬＸＨＬ−ＤＭ０９）、及び４個の青色ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ ＬＸＨＬ−ＤＲ０９）の合計１６個のＬＥＤによって照明された。ＬＥＤは、小さい回路基板上に４つの別個の集合体で配列された。各集合体は、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤが約１０ｍｍに離れかつ緑色ＬＥＤが約１６ｍｍ離れたダイヤモンド・パターンで配列された１個の赤色ＬＥＤ、２個の緑色ＬＥＤ、及び１個の青色ＬＥＤを使用した。
ＬＥＤの集合体は、バックライトの４つの１５０ｍｍ×１５０ｍｍの象限のそれぞれの中心で配置された。回路基板がアルミニウム支持板に取り付けられ、側壁はこの同じ板に貼り付けられた。
特注の定電流駆動回路によってＬＥＤに通電した。各集合体は、個別に通電することができるように別個の回路によって駆動された。この回路により、各ＬＥＤへの電流を調整して所望の色点を実現することができた。各色のＬＥＤに流れる電流を調整して、光出力全体を約ｕ’＝０．１７９及びｖ’＝０．４３８の白色点に設定した。
ＬＥＤ回路基板は、キャビティーの側壁も貼り付けられた金属板に取り付けられた。バックライトの側壁の内側をＥＳＲで覆った。バックライトを２つの直角の隔壁で４つの象限に分離した。隔壁は、両面がＢＥＳＲで覆われたアルミニウム板（厚さ約１．５８６ｍｍ（約１／１６インチ）で作製された。隔壁は、隔壁がバックライトの真中の交差部分で連結することを可能にするために全長の中間で途中まで切り込みが入れられた。長い側壁は、隔壁を適切な場所に保持するために刻まれたスロットを有した。隔壁の上部と上側フィルム・スタックとの間には小さな隙間（約２ｍｍ）があった。
背面反射体は、支持体を提供する薄いポリカーボネート板に貼り付けられる２ｘＴＩＰＳを使用して形成された。背面反射体の穴は、ＬＥＤのレンズ部分が突出することを可能にし、反射体のポリカーボネート側は、両面テープでアルミニウム支持板に貼り付けられた。２ｘＴＩＰＳは、ポリカーボネート板の縁を越えて突出し、光漏れを最小にするために側壁上に僅かに湾曲された。
バックライト・キャビティーの上部には部分反射体層が配置された。部分反射体は、２０％ヘーズの１２７μｍ（５ｍｉｌ）ＰＣに（被覆のない側に）貼り付けられた２つのＡＲＦ−８４／ＢＧＤシートであった。両方のシートは、ビーズコートが光源と反対向きになるように向けられた。２枚のシートは、物理的に接触した状態で配置されたが、互いに偏光軸が整合された状態では積層されなかった。フィルムを適所に保持するために、透明なアクリル板（厚さ約２ｍｍ）がフィルムの上に配置された。
ＬＥＤの各集合体の上にＡＰＦの円を配置した。円は、集合体直径（約２５ｍｍ）より僅かに大きく、偏光軸は、部分反射体層の偏光軸に対して垂直になるように向けられた。
バックライト・キャビティーの厚さ（背面反射体の内側面から側壁の上縁までの距離）は、約２５ｍｍであった。
上述の方法でＰＲ−９９１３Ｅの比色分析カメラを使用して均一性測定を行なった。表示装置は、カメラから５ｍの距離に垂直方向に取り付けられた。ｆ／１１のＮｉｋｏｎ３００ｍｍレンズを使用して画像を収集した。これらの測定には吸収偏光子は使用されなかった。
４つ全ての集合体に通電し、輝度を測定した。出力領域全体は、均一に照明されているように見えた。平均輝度は、６５９ｃｄ／ｍ２であった。システム全体のＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約８６％であった。４つの各象限（例えば、各９ポイントが側壁と隔壁によって構成された正方形の領域内にある）について個別にＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性も計算した。各象限ごとのＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は、８８％、９４％、８６％及び９０％であった。
実施例３１：１５０ｍｍ×１５０ｍｍダイレクトリット・バックライト
以下の実施例は、約３０ｍｍの内部厚さを有する１５０ｍｍ×１５０ｍｍのバックライトを利用した。
バックライトは、１３個の赤色ＬＥＤ（Ｎｉｃｈｉａ ＮＳＳＲ１００Ｂ）、２６個の緑色ＬＥＤ（Ｎｉｃｈｉａ ＮＳＳＧ１００Ｂ）、及び１３個の青色ＬＥＤＳ（Ｎｉｃｈｉａ ＮＳＳＢ １００Ｂ）の合計５２個のＬＥＤによって照明された。ＬＥＤは、回路基板上に赤−緑−緑−青集合体で５列に配列された。列内では集合体は約５０ｍｍで離間され、列は約２５ｍｍ離された。第１列は３つの集合体を有し、第２列は２つの集合体を有し、第３列は３つの集合体を有し、第４列は２つの集合体を有し、第５列は３つの集合体を有した。各列内の集合体は、回路基板の中心線のまわりに均一に分散された。
ＬＥＤ回路基板は、キャビティーの側壁も付けられた金属板に取り付けられた。ＬＥＤ用の穴が設けられた回路基板上にＭＣＰＥＴを配置した。バックライトの側壁の内側は２ｘＴＩＰＳで覆われた。
特注の定電流駆動回路によってＬＥＤに通電した。各集合体は、個別に通電できるように別個の回路によって駆動された。この回路により、各ＬＥＤへの電流を調整して所望の色の点を実現することができた。各色のＬＥＤに流れる電流を調整して、光出力全体を約ｕ’＝０．１８１及びｖ’＝０．４６１の白色点に設定した。
バックライト・キャビティーの上部の上に拡散体板（ＤＲ−５５Ｃ、厚さ２．０ｍｍ）を配置した。２ｘＡＲＦ（１２７μｍ（５ｍｉｌ）ＰＣの２つの層の間に積層された）を拡散体板の上に配置して前面反射体を構成した。
前述のようにＰｒｏｍｅｔｏｒｉｃカメラを使用して均一性測定を行なった。表示装置は、カメラから５ｍの距離に垂直方向に取り付けられた。Ｎｉｋｏｎ ３００ｍｍレンズをｆ／１１で使用して画像を収集した。これらの測定には吸収偏光子を使用しなかった。
バックライトは、輝度と色が均一に見えた。平均輝度は５５９ｃｄ／ｍ２であり、ＶＥＳＡ ９ポイント輝度均一性は約９０％であり、ＶＥＳＡ９ポイント色不均一性は０．００６８であった。
特に記載無い限り、「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。その実施例には、ライトボックス、標識、チャネル文字、及び屋内（例えば、家庭や事務所）又は屋外用に設計されてしばしば「照明器具」と呼ばれる一般照明装置がある。
本明細書で引用した参考文献及び出版物は全て、その開示が直接否定される場合を除き、引用によりその全体がこの開示に明示的に組み込まれる。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以下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. 出力面を有する中空の光リサイクリング・キャビティーを形成する前面反射体及び背面反射体と、
    前記光リサイクリング・キャビティー内に光を放射するように配置された１つ以上の光源と、
    を含むバックライトであって、
    前記前面反射体は、第１の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも９０％の軸上の平均反射率と、前記第１の平面と垂直な第２の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも２５％以上で９０％未満の軸上の平均反射率と、を有し、
    前記前面反射体は、前記第１の平面内で偏光された可視光に関して第１の軸上の平均透過率と、前記第２の平面内で偏光された可視光に関して第２の軸上の平均透過率と、を有し、更に、前記第１の軸上の平均透過率に対する前記第２の軸上の平均透過率の比率が少なくとも１０である、
    バックライト。
  2. 第１の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも９０％の軸上の平均反射率と、前記第１の平面と垂直な第２の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも２５％以上で９０％未満の軸上の平均反射率と、を提供するように調整された構成と屈折率とを有する高分子の交互層を含む、非対称の反射フィルムであって、
    前記フィルムは、前記第１の平面内で偏光された可視光に関して第１の軸上の平均透過率と、前記第２の平面内で偏光された可視光に関して第２の軸上の平均透過率と、を有し、更に、前記第１の軸上の平均透過率に対する前記第２の軸上の平均透過率の比率が少なくとも１０である、フィルム。
  3. 表示パネルと、
    出力面を有する中空の光リサイクリング・キャビティーを形成する前面反射体及び背面反射体、並びに前記光リサイクリング・キャビティー内に光を放射するように配置された１つ以上の光源を含む、前記表示パネルに光を提供するように配置されたバックライトと、
    を含む表示システムであって、
    前記前面反射体は、第１の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも９０％の軸上の平均反射率と、前記第１の平面と垂直な第２の平面内で偏光された可視光に関して少なくとも２５％以上で９０％未満の軸上の平均反射率と、を有し、
    前記前面反射体は、前記第１の平面内で偏光された可視光に関して第１の軸上の平均透過率と、前記第２の平面内で偏光された可視光に関して第２の軸上の平均透過率と、を有し、更に、前記第１の軸上の平均透過率に対する前記第２の軸上の平均透過率の比率が少なくとも１０である、
    表示システム。
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