高出力のコーナーＬＥＤを使用するバックライト
【課題】効率的かつ均一な光の分布を提供する、コーナー結合型バックライトを提供すること。
【解決手段】１つ又はそれ以上のＬＥＤが矩形の固体光導波路バックライトの切頭コーナー部に光学的に結合された、コーナー結合型バックライトの様々な実施形態が説明される。一実施形態において、高出力の白色ＬＥＤが小型の反射キャビティ内に装着され、次いでこれが、光導波路の平坦化されたコーナー部に結合される。反射キャビティは、切頭コーナー面に対して様々な角度でより均一な光の分布を提供し、光導波路の全容積にわたってより良好に光を分布させる。これは液晶層内により均一な光導波路の照明を作り出す。
他の実施形態においては、ＬＥＤは光導波路のコーナー部近くの小型キャビティ内に装着され、リフレクタが光導波路のコーナー部にマウントされる。付加的な領域を加える必要なしにＬＥＤから熱を取り除くための様々な技術も開示される。
【解決手段】１つ又はそれ以上のＬＥＤが矩形の固体光導波路バックライトの切頭コーナー部に光学的に結合された、コーナー結合型バックライトの様々な実施形態が説明される。一実施形態において、高出力の白色ＬＥＤが小型の反射キャビティ内に装着され、次いでこれが、光導波路の平坦化されたコーナー部に結合される。反射キャビティは、切頭コーナー面に対して様々な角度でより均一な光の分布を提供し、光導波路の全容積にわたってより良好に光を分布させる。これは液晶層内により均一な光導波路の照明を作り出す。
他の実施形態においては、ＬＥＤは光導波路のコーナー部近くの小型キャビティ内に装着され、リフレクタが光導波路のコーナー部にマウントされる。付加的な領域を加える必要なしにＬＥＤから熱を取り除くための様々な技術も開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ用のバックライトに関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてバックライトを照明することに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に使用されるバックライトには多くのタイプがある。一般に、フルカラー・バックライト用には、バックライトを照明するために使用される光は赤色、緑色及び青色の成分を含む。蛍光ランプは光源として最も一般的に使用される。高出力ＬＥＤの発達に伴い、こうしたＬＥＤがいくつかの用途の蛍光ランプを置き換えてきている。赤色、緑色及び青色のＬＥＤの組合せを使用するか、或いは「白色光」のＬＥＤを使用することができる。白色光ＬＥＤは、結果として得られる光が白色を現すように波長変換型蛍光体で被覆された青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤを使用する。
【０００３】
小型又は中型のＬＣＤ用の典型的なバックライトは、ポリマーから形成された透明な固体光導波路を使用する。蛍光管又はＬＥＤのいずれかの光源が、矩形の光導波路の一方の側縁部に光学的に結合される。光導波路は、光導波路の面から液晶ディスプレイ上に光を均一に漏出するくさび状の形状であってもよく、或いはファセット又は他のタイプのリフレクタを有していてもよい。液晶層の赤色、緑色及び青色ピクセルの位置は、ＲＧＢピクセルのための光シャッタとして効率的に機能するように電気信号によって制御されて、ＬＣＤスクリーン上にカラー画像を作り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，００１，０５８号明細書
【特許文献２】米国特許第６，９５３，９５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
単一又は少数のＬＥＤが使用されるバックライトにおいては、４５度の角度のコーナー部のような平坦なコーナー縁部を有するように光導波路を形成し、この切頭コーナー部の表面に接するようにＬＥＤパッケージを装着することが周知である。これは、米国特許第７，００１，０５８号に記載されている。コーナー部に装着するための適切なＬＥＤパッケージは、３ｍｍ2未満の面積を有する窓を持ったＬＥＤパッケージを示す米国特許第６，９５３，９５２号に記載されたものとすることができる。両特許は、引用により本明細書に組み入れられる。ＬＥＤを光導波路の比較的長い側部ではなく平坦なコーナー部に結合することによって、光は光導波路の容積全体を通じてより十分に広がり、液晶層のより均一な照明を提供する。しかしながら、こうしたコーナー結合型ＬＥＤには、まだかなりの光学的結合の非効率性及び不均一性があり、こうしたバックライトは、結合面積領域が小さいために小さいバックライトにだけ適している。不均一性は、部分的には、蛍光管などの広い均質の光源が光導波路の表面に適用されるのではなく、点光源が光導波路の表面に適用される結果である。さらに、ＬＥＤによって放出される光には、蛍光体の不均一な堆積によるＬＥＤ全体にわたる色のばらつき、又はＬＥＤダイ自体の放出プロファイルの変動、又はＬＥＤパッケージの様々な特性に起因するような変動がある。さらに、高出力ＬＥＤを使用する場合には、付加的な領域を必要とせずにＬＥＤから熱を取り除くことは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つ又はそれ以上のＬＥＤが矩形の光導波路型バックライトのコーナー部に光学的に結合又は近接する、コーナー結合型バックライトの様々な実施形態が説明される。
【０００７】
一実施形態においては、高出力の白色ＬＥＤが小型反射キャビティ内に装着され、次いで、その開口端が光導波路の切頭（例えば平坦化された）コーナー部の面に光学的に結合される。反射キャビティは、切頭コーナー部の面に対して様々な角度でより均一な光の分布を提供し、光導波路の全容積にわたってより良好に光を分布させる。
【０００８】
ＬＥＤは、反射キャビティ内に格納され、そのため光導波路の表面から分離されることから、光導波路の結合表面とＬＥＤとの間の角度が小さくなる。そのため、反射キャビティによって反射されることなく光導波路の表面に直接当たるＬＥＤからの光の最大角度は相対的に小さくなる（例えば、ＬＥＤ表面の法線に関して３０度から６０度）。より広い角度でＬＥＤによって放出された光は、光導波路の表面上に入射する前に、最初に反射キャビティによって反射される。そのため、反射キャビティは光導波路の表面上に当たる前のＬＥＤ光を広げるように機能するので、光は光導波路の全容積を満たす。さらに、ＬＥＤ自体によって放出された光における変動は、反射キャビティ、及び光導波路表面からのＬＥＤの分離によって平滑化される。これは、液晶層内に、より均一な光導波路照射を生成する。
【０００９】
様々なタイプの反射キャビティが、光導波路の切頭コーナー部分の様々な形状と共に説明される。
【００１０】
１つ又はそれ以上のＬＥＤを同一のキャビティ内に装着することができる。一実施形態においては、白色光を生成するために、波長変換型蛍光体が青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤの上に配置される。別の実施形態においては、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤが同一の反射キャビティ内に配置される。ＬＥＤタイプの他の組み合せが説明される。
【００１１】
ＬＥＤは、付加的な輝度又は均一性のために光導波路の４つのコーナーのうちの任意の数に結合することができる。
【００１２】
他の実施形態においては、側方放出型ＬＥＤが光導波路のコーナー部付近の小型キャビティ（例えば、孔）内に装着され、リフレクタが光導波路のコーナー部の上に装着される。
他の実施形態も説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】バックライトを有するＬＣＤの平面図であり、バックライトは光導波路のコーナーに光学的に結合した反射キャビティ内に格納された１つ又はそれ以上のＬＥＤを有する実質的に矩形の光導波路を含む。
【図２】くさび状の矩形光導波路を示す、図１のＬＣＤの側面図である。
【図３】図２の光導波路のような光導波路のコーナー部に光学的に結合した反射キャビティ内に格納された、レンズによって封入されたＬＥＤの側断面図である。
【図４】光導波路のコーナー部に光学的に結合した反射キャビティ内に格納された、レンズ無しのＬＥＤの断面図である。
【図５】ＬＥＤ、反射キャビティ、及びＬＥＤによって放出された光線を示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図６】ＬＥＤ及び反射キャビティを示す、バックライトの凹面状コーナー部分の平面断面図である。
【図７】ＬＥＤ及び反射キャビティを示す、バックライトの波形のコーナー部分の平面断面図である。
【図８】ＬＥＤ、テーパ型側壁反射キャビティ、及びＬＥＤによって放出された光線を示す、バックライトの凹面状コーナー部分の平面断面図である。
【図９】ＬＥＤ、テーパ型側壁拡散反射キャビティ、及びＬＥＤによって放出された光線を示す、バックライトの凹面状コーナー部分の平面断面図である。
【図１０】ＬＥＤ、反射キャビティ、及びＬＥＤによって放出された光線を角度付きで示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１１】図１０の構造体についての入射光線角度及び結果として得られる屈折光線角度を様々な屈折率を持つ材料に関して示すグラフである。
【図１２】単一の白色ＬＥＤ、反射キャビティ、及びキャビティ出口のディフューザを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１３】少なくとも２つの白色ＬＥＤ、反射キャビティ、及びキャビティ出口のディフューザを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１４】バックライトのための許容標準色度点に実質的に適合できる色を達成するために、白色ＬＥＤのＹＡＧ蛍光体の色成分がＬＥＤの青色光とどのように組み合わせられるかを示す、ＣＩＥ色度図である。
【図１５】反射キャビティ内の白色光ＬＥＤ又は蛍光体変換型緑色ＬＥＤを赤色ＬＥＤと共に示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１６】反射キャビティ内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１７】薄いバックライトを達成するために光導波路の上面又は底面に対して平行な表面上にＬＥＤが装着された反射キャビティ内のＬＥＤを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の側面断面図である。
【図１８】薄いバックライトを達成するために光導波路の上面又は底面に対して平行な表面上にＬＥＤが装着された反射キャビティ内のＬＥＤを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の側面断面図である。
【図１９】薄いバックライトを達成するために光導波路の上面又は底面に対して平行な表面上にＬＥＤが装着された反射キャビティ内のＬＥＤを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の側面断面図である。
【図２０】蛍光体プレートが反射キャビティの出口近くに配置され、ＬＥＤが青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤである、バックライトの平坦化されたコーナー部の平面断面図である。
【図２１】蛍光体プレートが反射キャビティの出口近くに配置され、ＬＥＤが青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤである、バックライトの平坦化されたコーナー部の平面断面図である。
【図２２】蛍光体プレートが反射キャビティの出口近くに配置され、ＬＥＤが青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤである、バックライトの平坦化されたコーナー部の平面断面図である。
【図２３】光導波路のコーナー部の近くに形成されたキャビティ内に装着された側方放出型ＬＥＤを用いたバックライトの側断面図である。
【図２４】光導波路のコーナー部の近くのキャビティ内に装着された側方放出型ＬＥＤ、及び光導波路のコーナー部の周囲に装着されたリフレクタを有する、光導波路の平面図である。
【図２５】光導波路のコーナー部の近くのキャビティ内に装着された側面放出型ＬＥＤ、及び光導波路のコーナー部の周囲に装着されたリフレクタを有する、光導波路の平面図である。
【図２６】光導波路のコーナー部の近くのキャビティ内に装着された側面放出型ＬＥＤ、及び光導波路のコーナー部の周囲に装着されたリフレクタを有する、光導波路の平面図である。
【図２７】光導波路のコーナー部の近くのキャビティ内に装着された側方放出型ＬＥＤを有する光導波路の平面図であり、コーナー部は、良好な均一性を達成するために、光導波路の中に光を良好に反射させて戻し、光導波路内の所望の強度プロファイルを達成する、成形された端部を有する。
【図２８】異なる構成で装着された反射キャビティ内のＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタと反射キャビティを一体化するための様々な方法及びＬＥＤから放熱させるための技術を示す、バックライトの側断面図である。
【図２９】異なる構成でマウントされた反射キャビティ内のＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタと反射キャビティを一体化するための様々な方法及びＬＥＤから放熱させるための技術を示す、バックライトの側断面図である。
【図３０】異なる構成でマウントされた反射キャビティ内のＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタと反射キャビティを一体化するための様々な方法及びＬＥＤから放熱させるための技術を示す、バックライトの側断面図である。
【図３１】コーナー部の近くの光導波路内のキャビティ内に装着された異なるタイプのＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタにヒート・シンクを一体化するバックライトの側断面図である。
【図３２】コーナー部の近くの光導波路内のキャビティ内に装着された異なるタイプのＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタにヒート・シンクを一体化するバックライトの側断面図である。
【図３３】コーナー部の近くの光導波路内のキャビティ内に装着された異なるタイプのＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタにヒート・シンクを一体化するバックライトの側断面図である。
【図３４】図３２に類似しているが、光導波路内により均一な光を提供するためのＬＥＤの上方の様々な形状の上部リフレクタを示す。
【図３５】図３２に類似しているが、光導波路内により均一な光を提供するためのＬＥＤの上方の様々な形状の上部リフレクタを示す。
【図３６】図３２に類似しているが、光導波路内により均一な光を提供するためのＬＥＤの上方の様々な形状の上部リフレクタを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
様々な図において同じ番号で表記された要素は、同一又は等価である。
図１は、図２により詳細に示されるカラーＬＣＤ１０の平面図である。１つ又はそれ以上のＬＥＤが、反射キャビティ１２内に格納される。キャビティ１２は、矩形の光導波路１６の平坦化された（又は切頭された）コーナー部１４に固定される。
【００１５】
図２は、説明を簡単にするために分離された様々な層を備えた図１のＬＣＤ１０の側面図である。反射キャビティ１２から放出された光は、光導波路１６のコーナー部に入射する。光導波路１６は、典型的には透明ポリマー（例えばＰＭＭＡ）であり、又はガラスなどの別の透明材料であっても良い。薄いアルミニウム膜又はシートなどの反射膜１８は、光導波路による全反射と組み合わされて、上方に向けて光導波路１６の上面から外部へと全ての光を反射する。外へ出た光は、ディフューザ２０によって拡散される。狭い視野角内で光を明るくするために、増強膜２２を使用することができる。次に、得られた光は液晶層２４の背面に入射するが、これは極めて周知であり、詳細に説明する必要はない。液晶層の１つのタイプは、基本的に底部偏光子、透明接地層、液晶層、透明薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ、ＲＧＢピクセル位置に対応したＲＧＢフィルタ、及び第２の偏光子から構成される。選択されたピクセル位置においてＴＦＴアレイに印加された信号が光の偏光を変化させ、そのピクセル位置において光を赤色、緑色又は青色ピクセルとしてＬＣＤから出力させるようにする。適切なＴＦＴ信号の選択によって、カラー画像がＬＣＤによって作られる。バックライトと共に使用するための液晶層の他のタイプも公知であり、本発明はバックライトを用いる任意のディスプレイで用いることができる。
【００１６】
図３は、ＬＥＤ及び反射キャビティ１２の一実施形態の断面図である。ＬＥＤダイ２６は、青色光を放出し、典型的にはＡｌＩｎＧａＮベースの材料から形成される。ＵＶ ＬＥＤも使用することができる。ＬＥＤ２６の上に蛍光体層２８が形成される。ＬＥＤの上に形成された蛍光体層の代わりに蛍光体プレートを使用することができる。蛍光体は、典型的には、青色光によって励起されたときに黄緑色光を放出するＹＡＧ蛍光体である。青色光の一部が蛍光体層２８を通して漏出し、青色光とＹＡＧ放射との組み合せが白色光を生成する。別の実施形態においては、緑色蛍光体（ＳＳＯＮ）を赤色（ｅＣａｓ）又は赤橙色（ＢＳＳＮ）蛍光体と組合せて、より高い色域を達成するために使用することができる。
【００１７】
ＬＥＤダイ２６は、サブマウント３０の上に装着される。ＬＥＤダイ２６上の金属パッドが、サブマウント３０上の対応するパッドに接合される。ＬＥＤダイ２６はフリップ・チップ型であってもよく、ワイヤによって接合されてもよい。サブマウント３０は、電源に電気的に接続する端子を有する。サブマウント３０は、ダイレクト・ボンディング又はワイヤ・ボンディングによってプリント基板回路（ＰＣＢ）に接合されることができ、ＰＣＢは、電源との接続のための電気的コネクタを有する。電源とＬＥＤダイとの間の電気的インターフェースとして機能するサブマウント３０の他に、サブマウント３０はＬＥＤダイ２６から熱を取り除くヒート・シンクとしても機能する。サブマウント３０の上面は、ＬＥＤ光を光導波路１６に向かって反射させるように反射性であっても良い。
【００１８】
ＬＥＤダイの典型的な大きさは、０．３ｍｍから１ｍｍまでである。ＬＥＤダイ２６は、バックライトに対して１つのＬＥＤだけが必要であるように高出力ＬＥＤであることが好ましい。一実施形態においては、ＬＥＤは１０ルーメンから２００ルーメンまでの範囲で放出し、１００ｍＡから１．５Ａまでの範囲内の駆動電流を扱うことができる。ほとんどの実施形態に使用される典型的なＬＥＤは、少なくとも０．５Ｗの最大電力定格を有することが予想される。将来的には、単一のＬＥＤが、ラップトップ・コンピュータ及び他の中型ＬＣＤにおけるバックライトに典型的に使用される単一の蛍光管を置き換える可能性がある。現在は、バックライトの大きさに応じて、単一の蛍光ランプを置き換えるために２個から４個のＬＥＤが必要とされている。
【００１９】
ＬＥＤダイ２６は、レンズ３２によって封入される。レンズ３２は、２ｍｍから６ｍｍまでの直径を有することができる。非常に薄い光導波路のためには、２ｍｍのレンズでさえ大きすぎて除かれることがある。図４は、レンズを使用しない非常に薄い（例えば２ｍｍ）光導波路１６の実施形態を示す。レンズを使用しないことによって、ＬＥＤダイ２６から出る光は低効率となるが、光導波路１６内への入射結合効率（ｉｎ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が高くなる。全ての実施形態において、レンズ付きのＬＥＤ又はレンズ無しのＬＥＤのいずれかを使用することができる。
【００２０】
反射キャビティ１２の内壁は、キャビティ１２に入った実質的に全ての光が光導波路１６内へと出るように、高度に反射性を高めたアルミニウム若しくは銀被覆ミラー又は他の反射性材料とすることができる。適切なアルミニウム・ミラーは、Ａｌａｎｏｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であり、９２％から９７％までの反射率に達する。キャビティ１２は、光導波路１６上にクランプされても良く、又は接着によって光導波路１６上に固定されても良い。サブマウント３０は、キャビティ１２の所定位置にスナップ嵌めされるか、接着又は他の手段によって固定されても良い。
【００２１】
光導波路による光出力の最適な均一性のために、反射キャビティ１２の開口部は、コーナー部の平坦化された部分（又は他の形状のコーナー部）の面にほぼ適合すべきであり、それにより光導波路内のコーナー縁部における光のボイドがなくなる。また、キャビティ１２に大きな開口部を設けることによっても、光がキャビティ１２による反射がほとんどない状態で光導波路表面上に入射するようになる。本開示の目的のためには、キャビティの開口部の切頭コーナー部の面に対するおよそのマッチングは、７５％から１００％までの範囲内のマッチングであり、これは、コーナー面の少なくとも７５％がキャビティ１２によって覆われることを意味している。反射キャビティの光出力開口部は、典型的には少なくとも４ｍｍ2であり、比較的小さいコーナー部結合面積に対応している。
【００２２】
図５は、ＬＥＤダイ２６からの２つの光線を示し、一方の光線はキャビティ１２の壁で反射し、他方の光線はキャビティの遠位縁部をちょうど通過する。キャビティ１２によって反射されない光線は、ＬＥＤダイの表面法線に対して最大角度αを有している。光導波路で反射するいずれの光も、キャビティ１２によって再循環される。
【００２３】
光導波路１６からさらに離してＬＥＤダイ２６を配置することによって、角度αはより小さくなる。この角度αは、式ｔａｎ α＝ｗ／２ｄに従い、ここでｗは平坦化されたコーナー部の全幅であり、ｄはＬＥＤダイ２６から平坦化されたコーナー部の中心までの距離である。均一性、キャビティの大きさ、及び入射結合効率の間の有効なトレードオフにより、角度αは約３０度から約６０度まで範囲とされる。この結果、距離ｄは約ｗ／３．５からｗ／２までの範囲となるが、ｗ／５（α＝６８度に相当する）又はそれ以上の距離ｄが適切であることもある。コーナー面が大きいほど、反射キャビティ１２は大きくなることになる。典型的には、ＬＥＤダイは、光導波路の入射結合表面から１ｍｍから１５ｍｍの距離の範囲内にある。１ｍｍの距離は６０度のビーム照射に対して３．５ｍｍのコーナー縁部幅に相当し、１５ｍｍは３０度のビーム照射に対して１７．５ｍｍのコーナー縁部幅に対応する。
【００２４】
従って、最初に反射されることなく光導波路表面上に直接当たるＬＥＤからの光の最大角度αは、ＬＥＤが本質的にコーナー面に隣接する従来技術に比較して、より小さい。αより広い角度でＬＥＤによって放出された光は、光導波路１６の表面上に入射する前に、反射キャビティ１２によって最初に反射される。そのため、反射キャビティ１２は、蛍光管の効果と同様に、キャビティ１２の開口部全体にわたってＬＥＤ光を広げるように機能する。これは、光導波路に結合される点光源とは対照的に、光導波路の容積内により均一な光の分布をもたらす。
【００２５】
光導波路１６の任意の数のコーナー部（１つから４つ）を平坦化することができ、図５に示されるように、その上に装着された反射キャビティ内に格納されたＬＥＤを有することができる。これは輝度と均一性を高める。平坦なコーナー面は、典型的には、矩形の光導波路の隣接側部の両方に対して４５度の角度を成す。
【００２６】
図６は、切頭コーナーが凹面である実施形態を示す。これは、入射光が光導波路の表面法線に対してより小さい角度を成すため、入射結合効率を向上させる。したがって、コーナー表面は、光導波路の最も近い隣接側部に関して４５度より小さくなる。
【００２７】
図７は、切頭コーナーが、入射結合効率をさらに向上させるように波形（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ）である実施形態を示す。
【００２８】
図８は、反射キャビティ１２の壁がテーパ状である実施形態を示す。本実施形態の利点は、反射キャビティ１２が矩形キャビティより小さいことであり、光導波路１６表面上での入射光の角度がより小さいため、より高い入射結合効率が得られることである。
【００２９】
図９は、反射キャビティ１２の壁がテーパ状であり、光線３４の散乱によって示されるように、この壁が拡散反射性である実施形態を示す。Ａｌａｎｏｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが適切な異なる散乱特性を有するアルミニウム・ミラーを製造している。キャビティ壁は、適切な白色塗料でコートされても良い。本実施形態の利点は、拡散された光が、コーナー面の表面全体にわたって均一な照明を作り出して、光導波路によって液晶層内に放出される光の均一性を高めることである。
【００３０】
図１０は図５と同じであるが、反射キャビティ媒体（例えば空気又はエポキシ）及び光導波路材料（例えばガラス又はプラスチック）の屈折率（ｎ１及びｎ２）並びにキャビティ／光導波路界面の点Ａにおける光線の入射角α１及び出射角α２を特定している。
【００３１】
図１１は、キャビティ媒体及び光導波路材料の異なる屈折率に対する角度α１及びα２のグラフである。光導波路によって放出されて液晶層内に入る光の最適な均一性のために、α２＝＋／−４５度を通じて光導波路の平坦化されたコーナー面にわたって均等な光分布であるべきである。４５度の目標ラインが図１１に示されている。封入されていないキャビティ１２（キャビティは空気で充填されており、ｎ＝１）の場合においては、４５度の目標に近づけるためには、光導波路の縁部は大きな角度で照射されなければならない。
これらの場合においては、特に反射キャビティ１２内での損失が大きいためにこれらの大きな角度内の光が少ないことを考慮に入れる場合には、光が光導波路の全てのコーナー部に確実に到達するようにするために、図６に示されるように、光導波路の縁部において僅かな湾曲を用いることが有益である。
【００３２】
光導波路外で良好な均一性を達成することの複雑さは、入射結合縁部の上で良好な均一性が達成されるならば、大いに低減させることができる。図１２においては、ＬＥＤダイ２６と結合縁部との間にディフューザ３６を使用することによって、かなり良好な均一性を達成することができる。反射キャビティ１２と組み合わされたＬＥＤダイ２６がディフューザ３６をより均一に照明できることになるので、ディフューザ３６を入射結合縁部に近接して配置することは特に有益である。ディフューザ３６は、粗面化された半透明プレート又は他のタイプのディフューザとすることができる。
【００３３】
図１３は図１２に類似しているが、付加的な輝度のために１つ又はそれ以上の白色ＬＥＤダイ２６がある。複数のＬＥＤを使用することでもまた、個々のＬＥＤの出力における標的輝度及び色度点からの変動を軽減する、平均した光が生成される。これは、適切なＬＥＤダイ２６の収率を効果的に向上させる。ＬＥＤダイ２６は、同一のサブマウント３０又は異なるサブマウント上に装着することができる。
【００３４】
図１４は、ＣＩＥ色度図であり、非常に高温で光を放出するときの黒体の色度点を示すいわゆる黒体曲線を含んでいる。特に２つの点、６５００Ｋの色度点及び９５００Ｋの色度点が示されている。バックライティングにおいて、これらは２つの関連する色温度であり、６５００Ｋの色度点は国際ディスプレイ標準によって指定された白色点であり、９５００Ｋの色度点は非常に一般的なディスプレイの色度点である。また、この曲線中には、白色ＬＥＤに使用される典型的な蛍光体ＹＡＧ：Ｃｅの色度点が示されている。白色ＬＥＤの色度点は、このＹＡＧ：Ｃｅ色度点と使用される青色ＬＥＤの色度点との間の直線上にある。青色ＬＥＤの３つの異なる色度点（４６０ｎｍ、４６５ｎｍ及び４７０ｎｍ）について、３本の直線が示される。実際のＬＥＤの製造においては、青色波長は様々であり、高い収率に達するためには、異なる色度点の青色ＬＥＤを使用しなければならない。さらに、青色波長が様々であるだけではなく、蛍光体のＣｅ濃度、並びに蛍光体の厚さも様々なので、本グラフ中に楕円で示されるように、実際には白色ＬＥＤの白色点には大きな広がりがあり得る。あらかじめＬＥＤの白色点を決定して２つ又はそれ以上の白色ＬＥＤを使用することによって、単一の白色ＬＥＤがバックライトに使用される場合よりも、２つ又はそれ以上のＬＥＤの組み合わされた白色点の広がりがかなり少なくなりように、ＬＥＤを選択することができる。
【００３５】
図１５に示されるように、良好な色域を得るために、独立した赤色ＬＥＤ３８及び独立した白色ＬＥＤ又は蛍光体変換型緑色ＬＥＤ４０を使用することが有益である。蛍光体変換型緑色ＬＥＤは、青色ＬＥＤダイと、青色光によってエネルギーを与えられたときに緑色光を放出しする蛍光体とを使用し、且つ青色光の一部分も漏出する。全ての原色成分（赤色、緑色及び青色）がＬＣＤで使用可能であるように、十分な青色漏出を持つ蛍光体変換型緑色ＬＥＤを使用することが有益である。ＬＥＤの色バランス及び効率に応じて、２つの蛍光体変換型緑色ＬＥＤを１つの赤色ＬＥＤとともに使用しても良く、又は２つの赤色ＬＥＤ及び１つの蛍光体変換型緑色ＬＥＤを使用しても良く、又は蛍光体変換型赤色ＬＥＤ及び蛍光体変換型緑色ＬＥＤの組合せ（それぞれ１つ又はそれ以上）を使用しても良い。直接型赤色ＬＥＤ又は直接型緑色ＬＥＤの代わりに蛍光体変換型光を使用することの主な利点は、色の安定性である。直接型赤色（ＡｌＩｎＧａＰ）及び直接型緑色（ＩｎＧａＮ）の色度点は駆動電流及び温度に依存し、一方、ほとんどの蛍光体は温度に依存して制限されるだけであり、駆動電流には依存しない。
【００３６】
色度点制御のために、光学フィードバック・センサ４２を反射キャビティ１２の内部、例えば側部ミラーの底部近くに組み込むことができる。フィードバック・センサ４２は、赤色、緑色及び青色成分の相対強度を検出して、標的色度点を達成するためにそれぞれのＬＥＤへの電流を制御することができる。ＬＥＤキャビティ内に光学フィードバック・センサ４２を配置する代わりとして、センサ４２は光源と反対側の光導波路１６の縁部の１つに装着されても良い。
【００３７】
図１６においては、１つ又はそれ以上の独立した青色、緑色及び赤色のＬＥＤ４４、４５及び４６が使用される（蛍光体変換型又は直接型のいずれか）。それぞれのＬＥＤの独立した制御によって、本方法において非常に高い色域が達成でき、白色点はリアルタイムに変化させることができる。さらに、バックライトは、例えばフィールド順次色制御に必要とされるように、迅速な赤色、緑色及び青色のシーケンスで照明されることができ、この場合、ＬＣＤはいかなるカラー・フィルタもなしに使用され、カラー画像は、赤色、緑色及び青色照明モードに同調した迅速なシーケンスで、赤色、緑色及び青色の画像成分を表示することによって作られる。
【００３８】
全ての実施形態において、付加的なＬＥＤを使用することができ、付加的なコーナー部を反射キャビティに結合することができる。こうしたケースは大型ＬＣＤディスプレイ用となる。
【００３９】
ＬＣＤの全厚を低減するために、図１７−図１９に示されるように、ＬＥＤモジュールを光導波路プレートと同一平面内に配置することができる。図１７−図１９の各ＬＥＤは、青色ＬＥＤダイ２６及び蛍光体層２８を含む白色ＬＥＤである。上述されたように、赤色、緑色及び青色ＬＥＤを代わりに使用して、白色光を生成することができる。直径５ｍｍのレンズ３２の場合、レンズ３２の高さはわずか２．５ｍｍであり、光導波路１６の厚さは、前述の実施形態の光導波路に比べて２．５ｍｍ低減することができる。
【００４０】
図１７は、矩形の反射キャビティ５０の使用を示す。図１８においては、反射キャビティ５２は、光導波路１６の縁部上の入射光の角度を小さくすることによって光導波路１６に対する結合効率を向上させるように、ほぼ楕円形に作られる。楕円形の１つの焦点はＬＥＤダイの位置に配置され、他の焦点は入射結合縁部の中心に配置される。キャビティはまた放物線状であっても良い。
【００４１】
図１９は、図１８に類似した実施形態を示すが、ＬＥＤダイ２６の上にレンズを使用していない。このため、ＬＥＤモジュールはより小さく、より小さい反射キャビティ５４が使用される。図１７−図１９の反射キャビティは、光導波路内の光の最大均一性のために光導波路１６の切頭コーナー部に結合される。
【００４２】
図２０に示されるように、青色ＬＥＤ２６上に蛍光体層を置く代わりに、蛍光体は、拡散蛍光体プレート５６の形状に作られても良く、又は透明なキャリア若しくはディフューザ・プレート上にスクリーン印刷されても良く（代替的に５６として示される）、これはＬＥＤダイから離され、光導波路１６の縁部に近接して配置される。そのためプレート５６は、ディフューザおよび色変換手段の両方として機能する。これは非常に良好な均一性が得られるという利点を持つ。
【００４３】
図２１は、図２０の反射キャビティ１２内の２つの青色ＬＥＤダイ２６及び５８の使用を示す。２つ（又はそれ以上）の青色ＬＥＤダイを使用することによって、より大型のディスプレイのためのより高い輝度が達成され、２つのＬＥＤからの光が所望の色度点を達成するように平均化される。これは、短波長の青色ＬＥＤ及び長波長の青色ＬＥＤを一緒に使用して所望の色度点を達成することができるため、青色ＬＥＤの収率を増大させる。
【００４４】
全ての実施形態において、ＬＥＤは、所望の白色点を達成するために、異なる蛍光体及び異なる直接型ＬＥＤ色を使用する様々なタイプとすることができる。例えば、蛍光体はＹＡＧ、又は赤色及び緑色の蛍光体の組合せ、又はＹＡＧ及び赤色蛍光体とすることができる。２つの青色ＬＥＤを使用する代わりに、青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤを使用しても良く、ここで、キャビティの出口近くのＹＡＧ又は緑色蛍光体プレートが、青色ＬＥＤによって励起され、且つ赤色光をほとんど吸収することなく通過させる。ＵＶ ＬＥＤもまた、赤色、緑色及び青色成分を提供する適切な蛍光体とともに使用されることができる。
【００４５】
図２２は、図２０又は図２１の実施形態を示すが、レンズは使用されず、キャビティ１２は封入剤６０（例えばシリコーン）で充填されている。これは、ＬＥＤダイ及び随意のワイヤ結合が保護され、類似の屈折率を持つ界面材料を提供することによって、青色ダイからの高い抽出効率が達成されるという利点を有する。
【００４６】
図２３は、側方放出型ＬＥＤ６２が、光導波路１６のコーナー部近くに形成された（例えば丸い穴のような）キャビティ内に挿入された実施形態を示す。キャビティは、光導波路のコーナー部から１５ｍｍ以内にあることが好ましい。ＬＥＤ６２は、光がＬＥＤの周囲３６０度に低角度で放出されるように光を反射し屈折する側方放出型レンズ６４と共に、標準型白色ＬＥＤ（青色ダイ＋蛍光体層）を使用する。赤色、緑色および青色成分を供給する複数のＬＥＤを、１つの白色ＬＥＤの代わりに使用することもできる。高出力の側方放出型ＬＥＤは、Ｌｕｘｅｏｎの商品名でＰｈｉｌｉｐｓ Ｌｕｍｉｌｅｄｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ＬＬＣから入手可能である。全方向性の発光により、光導波路の全てのコーナー部にＬＥＤからの直接光が供給され、そのため光導波路は液晶層に均一な輝度を供給する。輝点を生成するレンズ６４の上部からのいかなる光も妨げるために、拡散リフレクタ６６がＬＥＤ６２上方の光導波路１６上に配置される。ＬＥＤによって放出された光は近くのコーナー縁部に対して小さな角度を成し、リフレクタ６８が使用されないならば内部反射されるよりもむしろ光導波路の側部を通って外部へと伝送されるので、鏡面リフレクタ６８がＬＥＤ近くの光導波路のコーナー部の周囲に設けられる。ＬＥＤサブマウント３０は、エポキシ又は任意の他の接着剤によって光導波路に固定されることができ、又は適切な留め具を用いて所定の場所にスナップ嵌めされることができる。
【００４７】
図２４は、図２３のバックライトの平面図である。
図２５は、図２３の構造における２つ又はそれ以上の側方放出型ＬＥＤの使用を示す。
ＬＥＤは、光を平均するために同じタイプであっても良く、又は上述のように異なるタイプであっても良い。
【００４８】
図２６は、図２５のバックライトを示すが、光導波路１６のコーナー部は、光導波路を通して光をより良好に分布させるために平坦化されている。リフレクタ６８による反射は、光を直接的に光導波路の遠位端に向けて反射する。他の形状のコーナー部もまた、光を均等に分布させるために利用することができる。
【００４９】
図２７は、コーナー部が波形である光導波路内に埋め込まれた側方放出型ＬＥＤの使用を示す。コーナー部の形状は、コーナー領域に入射したほとんど全ての光が内部反射されるように、（臨界角度より大きい）大きな角度となるように形成されることができ、これは、コーナー部の周囲の外部リフレクタを不要にする。コーナー部の形状はまた、良好な均一性及び効率を達成するために、光導波路全体にわたる光の最適な分布を得るように最適化することもでき、外部リフレクタ膜を成形された縁部の上に付与することもできる。
【００５０】
図２８−図３３は、構造を簡略化し、ＬＥＤを冷却するために、光導波路１６の底面リフレクタとして機能するように、高反射キャビティ１２の壁をどのように続けて拡げることもできるかを示す。
【００５１】
図２８は、図４に示されている構造に類似した反射キャビティ１２内の白色ＬＥＤを示す。反射壁のうちの底部の壁は、リフレクタ７０として液晶層の反対側の光導波路１６の底面全体を覆うように、外へと延長され、拡張されている。高出力ＬＥＤの冷却は小型筺体においては常に難しい問題である。サブマウント３０に接続する金属の反射キャビティ１２によって熱が取り除かれることによってＬＥＤが冷却されるだけでなく、このＬＥＤは、光導波路１６の底部の上に延びた底部金属壁によってもさらに冷却される。付加的な金属ヒート・シンク７２をサブマウント３０の背部に熱的に結合し、金属リフレクタ７０を接続して、ＬＥＤをさらに冷却することができる。ヒート・シンク７２は、熱伝導テープ又はペースト用いてリフレクタ７０に接続された金属ブラケットとすることができる。
サブマウント３０の材料の熱抵抗は、ＬＥＤ１つにつき２５Ｋ／Ｗ以下であることが好ましい。
【００５２】
図２９は、図１７に類似した実施形態を示すが、反射キャビティ１２の壁が光導波路１６の底部リフレクタ７０になるように延長され、拡張されている。図２８に示されるように、ヒート・シンク７２が付加的にサブマウント３０を大型リフレクタ７０に結合する。
【００５３】
図３０は、ＬＥＤのサブマウント３０が反射キャビティ１２の底壁上に装着され、反射キャビティ１２の底壁が延長及び拡張されて、光導波路１６の底部リフレクタ７０となっている実施形態を示す。これは、ＬＥＤダイとリフレクタ７０との間の熱伝導が極めて良好な、特的に薄いバックライトをもたらす。
図２９及び図３０の実施形態、並びに図１７−図１９の類似の実施形態においては、ＬＥＤを側方放出型ＬＥＤとすることができる。
【００５４】
図３１は、図２３に類似し、側方放出型レンズ６４と共にＬＥＤダイ６２を有する側方放出型ＬＥＤを示す。ＬＥＤのサブマウント３０は、ＬＥＤダイ６２から熱を取り除くために金属リフレクタ７０の延長部の上に直接的に装着される。図２３および図２４のように、付加的な効率のために、コーナー・リフレクタを使用することができる。
【００５５】
図３２は、図３１に類似しているが、白色ＬＥＤは側方放出型レンズを使用しない。これは、ＬＥＤによって放出されたほとんどの光が光導波路１６に進入する前に上部リフレクタ６６及びサブマウント３０によって最初に反射されなければならないため、側方放出型レンズを使用するほど効率的ではない。サブマウント３０のためのヒート・シンクは、延長及び拡張されて、光導波路１６の底部リフレクタ７０になっている。
図３３は、レンズ３２がＬＥＤダイ２６を封入し保護していることを除いて図３２と同様である。
【００５６】
図２８−図３３の実施形態においては、光導波路の底面は薄い反射膜を有していてもよく、キャビティの壁は光導波路の背面全体の上に延びている必要はない。付加的な放熱のために、キャビティのヒート・シンク壁をより薄くすることができる。
【００５７】
図３４−図３６は、ＬＥＤの上の上部リフレクタが、最小の反射回数で反射光を光導波路内に結合させ、且つＬＥＤに戻る反射を低減させるように形作られていることを除いて、図３２と同様である。これはバックライトの効率を向上させる。
【００５８】
図３４においては、上部リフレクタ７６は円錐形である。
図３５においては、上部リフレクタ７８は、反射光がキャビティの内壁に対して非常に低角度となるようにカスプ形状である。これはキャビティの内壁からの反射を大いに低減する。
図３６においては、上部リフレクタ８０は、光をＬＥＤから離れる方向に反射させるための微細構造を有している。
【００５９】
実施形態の任意の組合せが可能である。全てのバックライトは、図２のＬＣＤの実施形態において使用することができる。ＬＣＤは、カラー又は単色とすることができる。極めて大型のＬＣＤのためには、付加的なＬＥＤを光導波路の側部に沿って通常の方法で装着しても良く、コーナーＬＥＤは、本質的には光導波路の表面全体にわたる均一性を向上させるために用いられる。
【００６０】
本発明を詳細に説明したが、本発明の開示があれば、本明細書に説明された本発明の概念の精神から逸脱することなく、本発明に変更を加えることができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、図示され説明された特定の実施形態に限定されることは意図されていない。
【００６１】
以下に本発明の実施態様を記載する。
（態様１）発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
前記ＬＥＤダイを格納し、光を出すための開口部を有し、前記開口部が少なくとも４ｍｍ2の断面積を有する反射キャビティと、
少なくとも第１の切頭コーナー部を有し、前記切頭コーナー部が面を有し、バックライトとして光を供給するようにされている、固体材料から形成された実質的に矩形の光導波路と、を含む発光デバイスであって、
前記反射キャビティの前記開口部が、前記反射キャビティの前記開口部から出る光が前記コーナー部の前記面を介して前記光導波路内に結合するように前記切頭コーナー部の前記面に対向し、
前記ＬＥＤダイが、前記切頭コーナー部の前記面から少なくとも１ｍｍにあることを特徴とする発光デバイス。
（態様２）前記切頭コーナー部の前記面に対向する前記キャビティの遠位端部に対する前記ＬＥＤダイの表面の角度が、約３０度から約６０度までであることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様３）前記キャビティの前記開口部が、前記切頭コーナー部の前記面の少なくとも７５％を覆うことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様４）前記キャビティの前記開口部が、前記切頭コーナー部の前記面の少なくとも９０％を覆うことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様５）前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から距離ｄにあり、前記切頭コーナー部が幅ｗを有し、前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から少なくともｄ＝ｗ／５の距離にあることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様６）前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から距離ｄにあり、前記切頭コーナー部が幅ｗを有し、前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から少なくともｄ＝ｗ／３．５の距離にあることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様７）前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から距離ｄにあり、前記切頭コーナー部が幅ｗを有し、前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面からｗ／２からｗ／３．５までの距離にあることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
【００６２】
（態様８）前記反射キャビティが矩形のキャビティを含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様９）前記反射キャビティが円形のキャビティを含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１０）前記反射キャビティが楕円形のキャビティを含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１１）前記反射キャビティが放物線型のキャビティを含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１２）前記ＬＥＤダイが、前記切頭コーナー部の前記面に面する主要面を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１３）前記ＬＥＤダイが、前記切頭コーナー部の前記面に面する側面を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１４）前記ＬＥＤが、レンズによって封入されることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１５）前記切頭コーナー部の前記面が円形であることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１６）前記切頭コーナー部の前記面が波形であることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１７）前記反射キャビティが反射壁を有し、少なくとも１つの壁が前記光導波路の表面上に延びることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１８）前記反射キャビティが、前記切頭コーナー部の前記面に向かってテーパが付けられている反射壁を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
【００６３】
（態様１９）前記反射キャビティが、鏡面である壁を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２０）前記反射キャビティが、拡散面である壁を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２１）前記反射キャビティが、実質的に封入剤で充填されることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２２）前記反射キャビティが、ＬＥＤダイのためのヒート・シンクを提供する壁を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２３）前記反射キャビティの少なくとも１つの壁が、前記ＬＥＤダイから熱を伝導して取り除くために前記光導波路の一部分の上に延びることを特徴とする態様２２に記載のデバイス。
（態様２４）前記光導波路の一部分の上に延びる前記反射キャビティの前記少なくとも１つの壁が、前記光導波路内の光を前記光導波路の対向する面に向けて反射するためのリフレクタとして機能することを特徴とする態様２３に記載のデバイス。
（態様２５）前記ＬＥＤダイが装着される熱伝導性サブマウントをさらに含み、前記サブマウントが前記光導波路の背面に熱的に結合されることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
【００６４】
（態様２６）前記ＬＥＤダイが装着される熱伝導性サブマウントをさらに含み、前記サブマウントが前記光導波路の背面上のリフレクタに熱的に結合されることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２７）前記光導波路の上に重なる液晶層をさらに含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２８）前記ＬＥＤダイによって放出される光の色変換のために、前記反射キャビティ内に蛍光体をさらに含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２９）前記蛍光体が、前記光導波路内に白色光を生成するために前記ＬＥＤダイの上に少なくとも１つの層を含むことを特徴とする態様２８に記載のデバイス。
（態様３０）前記蛍光体が、前記光導波路内に白色光を生成するために前記ＬＥＤダイよりも前記切頭コーナー部の前記面の近くに配置された蛍光体プレートを含むことを特徴とする態様２８に記載のデバイス。
（態様３１）前記ＬＥＤダイと前記切頭コーナー部の前記面との間にディフューザをさらに含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様３２）前記反射キャビティ内に複数のＬＥＤダイをさらに含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様３３）前記ＬＥＤダイが、少なくとも１つの青色ＬＥＤダイ及び異なる色を放出するＬＥＤダイを含むことを特徴とする態様３２に記載のデバイス。
（態様３４）前記反射キャビティ内で生成された光の色を検出するために、前記反射キャビティ内に光学フィードバック・センサをさらに含むことを特徴とする態様３２に記載のデバイス。
【００６５】
（態様３５）発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
少なくとも第１のコーナー部を有し、固体材料から形成された実質的に矩形の光導波路と、を含む発光デバイスであって、
前記光導波路が前記第１のコーナー部に近接したキャビティを有し、前記光導波路がバックライトとして光を供給するようにされており、
前記ＬＥＤダイが、前記光導波路内に形成された前記キャビティ内に光を放出するように装着されることを特徴とする発光デバイス。
（態様３６）前記ＬＥＤダイの上に側方放出型レンズをさらに含み、前記レンズから放出された光が前記反射キャビティの壁に実質的に向かうようにされていることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様３７）前記光導波路内へと光を反射させて戻すために、前記第１のコーナー部の周囲にリフレクタをさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様３８）前記第１のコーナー部が、光の方向を変えるためにカスプ形状であることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様３９）前記キャビティ内へと光を反射させて戻すために、前記キャビティの端部の上にリフレクタをさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４０）前記リフレクタが、円錐形状であることを特徴とする態様３９に記載のデバイス。
（態様４１）前記リフレクタが、カスプ形状であることを特徴とする態様３９に記載のデバイス。
（態様４２）前記リフレクタが、パターン付けされていることを特徴とする態様３９に記載のデバイス。
【００６６】
（態様４３）前記ＬＥＤダイが、前記第１のコーナー部から１５ｍｍ以内に装着されていることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４４）前記ＬＥＤダイによって放出された光の色変換のために、前記キャビティ内に蛍光体をさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４５）前記第１のコーナー部に近接した前記光導波路内に付加的なＬＥＤダイをさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４６）前記ＬＥＤダイが装着される熱伝導性サブマウントをさらに含み、前記サブマウントが前記光導波路の背面に熱的に結合されることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４７）前記ＬＥＤダイが装着される熱伝導性サブマウントをさらに含み、前記サブマウントが前記光導波路の背面上のリフレクタに熱的に結合されることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４８）前記光導波路の上に重なる液晶層をさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
【符号の説明】
【００６７】
１０：ＬＣＤ
１２：反射キャビティ
１４：コーナー部
１６：光導波路
１８：反射膜
２０、３６：ディフューザ
２２：増強膜
２４：液晶層
２６：ＬＥＤダイ
２８：蛍光体層
３０：サブマウント
３２：レンズ
６０：封入剤
６２：側方放出型ＬＥＤ
６４：側方放出型レンズ
６６、６８、７６、７８、８０：リフレクタ
７２：ヒート・シンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ用のバックライトに関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてバックライトを照明することに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に使用されるバックライトには多くのタイプがある。一般に、フルカラー・バックライト用には、バックライトを照明するために使用される光は赤色、緑色及び青色の成分を含む。蛍光ランプは光源として最も一般的に使用される。高出力ＬＥＤの発達に伴い、こうしたＬＥＤがいくつかの用途の蛍光ランプを置き換えてきている。赤色、緑色及び青色のＬＥＤの組合せを使用するか、或いは「白色光」のＬＥＤを使用することができる。白色光ＬＥＤは、結果として得られる光が白色を現すように波長変換型蛍光体で被覆された青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤを使用する。
【０００３】
小型又は中型のＬＣＤ用の典型的なバックライトは、ポリマーから形成された透明な固体光導波路を使用する。蛍光管又はＬＥＤのいずれかの光源が、矩形の光導波路の一方の側縁部に光学的に結合される。光導波路は、光導波路の面から液晶ディスプレイ上に光を均一に漏出するくさび状の形状であってもよく、或いはファセット又は他のタイプのリフレクタを有していてもよい。液晶層の赤色、緑色及び青色ピクセルの位置は、ＲＧＢピクセルのための光シャッタとして効率的に機能するように電気信号によって制御されて、ＬＣＤスクリーン上にカラー画像を作り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，００１，０５８号明細書
【特許文献２】米国特許第６，９５３，９５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
単一又は少数のＬＥＤが使用されるバックライトにおいては、４５度の角度のコーナー部のような平坦なコーナー縁部を有するように光導波路を形成し、この切頭コーナー部の表面に接するようにＬＥＤパッケージを装着することが周知である。これは、米国特許第７，００１，０５８号に記載されている。コーナー部に装着するための適切なＬＥＤパッケージは、３ｍｍ2未満の面積を有する窓を持ったＬＥＤパッケージを示す米国特許第６，９５３，９５２号に記載されたものとすることができる。両特許は、引用により本明細書に組み入れられる。ＬＥＤを光導波路の比較的長い側部ではなく平坦なコーナー部に結合することによって、光は光導波路の容積全体を通じてより十分に広がり、液晶層のより均一な照明を提供する。しかしながら、こうしたコーナー結合型ＬＥＤには、まだかなりの光学的結合の非効率性及び不均一性があり、こうしたバックライトは、結合面積領域が小さいために小さいバックライトにだけ適している。不均一性は、部分的には、蛍光管などの広い均質の光源が光導波路の表面に適用されるのではなく、点光源が光導波路の表面に適用される結果である。さらに、ＬＥＤによって放出される光には、蛍光体の不均一な堆積によるＬＥＤ全体にわたる色のばらつき、又はＬＥＤダイ自体の放出プロファイルの変動、又はＬＥＤパッケージの様々な特性に起因するような変動がある。さらに、高出力ＬＥＤを使用する場合には、付加的な領域を必要とせずにＬＥＤから熱を取り除くことは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つ又はそれ以上のＬＥＤが矩形の光導波路型バックライトのコーナー部に光学的に結合又は近接する、コーナー結合型バックライトの様々な実施形態が説明される。
【０００７】
一実施形態においては、高出力の白色ＬＥＤが小型反射キャビティ内に装着され、次いで、その開口端が光導波路の切頭（例えば平坦化された）コーナー部の面に光学的に結合される。反射キャビティは、切頭コーナー部の面に対して様々な角度でより均一な光の分布を提供し、光導波路の全容積にわたってより良好に光を分布させる。
【０００８】
ＬＥＤは、反射キャビティ内に格納され、そのため光導波路の表面から分離されることから、光導波路の結合表面とＬＥＤとの間の角度が小さくなる。そのため、反射キャビティによって反射されることなく光導波路の表面に直接当たるＬＥＤからの光の最大角度は相対的に小さくなる（例えば、ＬＥＤ表面の法線に関して３０度から６０度）。より広い角度でＬＥＤによって放出された光は、光導波路の表面上に入射する前に、最初に反射キャビティによって反射される。そのため、反射キャビティは光導波路の表面上に当たる前のＬＥＤ光を広げるように機能するので、光は光導波路の全容積を満たす。さらに、ＬＥＤ自体によって放出された光における変動は、反射キャビティ、及び光導波路表面からのＬＥＤの分離によって平滑化される。これは、液晶層内に、より均一な光導波路照射を生成する。
【０００９】
様々なタイプの反射キャビティが、光導波路の切頭コーナー部分の様々な形状と共に説明される。
【００１０】
１つ又はそれ以上のＬＥＤを同一のキャビティ内に装着することができる。一実施形態においては、白色光を生成するために、波長変換型蛍光体が青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤの上に配置される。別の実施形態においては、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤが同一の反射キャビティ内に配置される。ＬＥＤタイプの他の組み合せが説明される。
【００１１】
ＬＥＤは、付加的な輝度又は均一性のために光導波路の４つのコーナーのうちの任意の数に結合することができる。
【００１２】
他の実施形態においては、側方放出型ＬＥＤが光導波路のコーナー部付近の小型キャビティ（例えば、孔）内に装着され、リフレクタが光導波路のコーナー部の上に装着される。
他の実施形態も説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】バックライトを有するＬＣＤの平面図であり、バックライトは光導波路のコーナーに光学的に結合した反射キャビティ内に格納された１つ又はそれ以上のＬＥＤを有する実質的に矩形の光導波路を含む。
【図２】くさび状の矩形光導波路を示す、図１のＬＣＤの側面図である。
【図３】図２の光導波路のような光導波路のコーナー部に光学的に結合した反射キャビティ内に格納された、レンズによって封入されたＬＥＤの側断面図である。
【図４】光導波路のコーナー部に光学的に結合した反射キャビティ内に格納された、レンズ無しのＬＥＤの断面図である。
【図５】ＬＥＤ、反射キャビティ、及びＬＥＤによって放出された光線を示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図６】ＬＥＤ及び反射キャビティを示す、バックライトの凹面状コーナー部分の平面断面図である。
【図７】ＬＥＤ及び反射キャビティを示す、バックライトの波形のコーナー部分の平面断面図である。
【図８】ＬＥＤ、テーパ型側壁反射キャビティ、及びＬＥＤによって放出された光線を示す、バックライトの凹面状コーナー部分の平面断面図である。
【図９】ＬＥＤ、テーパ型側壁拡散反射キャビティ、及びＬＥＤによって放出された光線を示す、バックライトの凹面状コーナー部分の平面断面図である。
【図１０】ＬＥＤ、反射キャビティ、及びＬＥＤによって放出された光線を角度付きで示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１１】図１０の構造体についての入射光線角度及び結果として得られる屈折光線角度を様々な屈折率を持つ材料に関して示すグラフである。
【図１２】単一の白色ＬＥＤ、反射キャビティ、及びキャビティ出口のディフューザを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１３】少なくとも２つの白色ＬＥＤ、反射キャビティ、及びキャビティ出口のディフューザを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１４】バックライトのための許容標準色度点に実質的に適合できる色を達成するために、白色ＬＥＤのＹＡＧ蛍光体の色成分がＬＥＤの青色光とどのように組み合わせられるかを示す、ＣＩＥ色度図である。
【図１５】反射キャビティ内の白色光ＬＥＤ又は蛍光体変換型緑色ＬＥＤを赤色ＬＥＤと共に示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１６】反射キャビティ内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の平面断面図である。
【図１７】薄いバックライトを達成するために光導波路の上面又は底面に対して平行な表面上にＬＥＤが装着された反射キャビティ内のＬＥＤを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の側面断面図である。
【図１８】薄いバックライトを達成するために光導波路の上面又は底面に対して平行な表面上にＬＥＤが装着された反射キャビティ内のＬＥＤを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の側面断面図である。
【図１９】薄いバックライトを達成するために光導波路の上面又は底面に対して平行な表面上にＬＥＤが装着された反射キャビティ内のＬＥＤを示す、バックライトの平坦化されたコーナー部分の側面断面図である。
【図２０】蛍光体プレートが反射キャビティの出口近くに配置され、ＬＥＤが青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤである、バックライトの平坦化されたコーナー部の平面断面図である。
【図２１】蛍光体プレートが反射キャビティの出口近くに配置され、ＬＥＤが青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤである、バックライトの平坦化されたコーナー部の平面断面図である。
【図２２】蛍光体プレートが反射キャビティの出口近くに配置され、ＬＥＤが青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤである、バックライトの平坦化されたコーナー部の平面断面図である。
【図２３】光導波路のコーナー部の近くに形成されたキャビティ内に装着された側方放出型ＬＥＤを用いたバックライトの側断面図である。
【図２４】光導波路のコーナー部の近くのキャビティ内に装着された側方放出型ＬＥＤ、及び光導波路のコーナー部の周囲に装着されたリフレクタを有する、光導波路の平面図である。
【図２５】光導波路のコーナー部の近くのキャビティ内に装着された側面放出型ＬＥＤ、及び光導波路のコーナー部の周囲に装着されたリフレクタを有する、光導波路の平面図である。
【図２６】光導波路のコーナー部の近くのキャビティ内に装着された側面放出型ＬＥＤ、及び光導波路のコーナー部の周囲に装着されたリフレクタを有する、光導波路の平面図である。
【図２７】光導波路のコーナー部の近くのキャビティ内に装着された側方放出型ＬＥＤを有する光導波路の平面図であり、コーナー部は、良好な均一性を達成するために、光導波路の中に光を良好に反射させて戻し、光導波路内の所望の強度プロファイルを達成する、成形された端部を有する。
【図２８】異なる構成で装着された反射キャビティ内のＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタと反射キャビティを一体化するための様々な方法及びＬＥＤから放熱させるための技術を示す、バックライトの側断面図である。
【図２９】異なる構成でマウントされた反射キャビティ内のＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタと反射キャビティを一体化するための様々な方法及びＬＥＤから放熱させるための技術を示す、バックライトの側断面図である。
【図３０】異なる構成でマウントされた反射キャビティ内のＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタと反射キャビティを一体化するための様々な方法及びＬＥＤから放熱させるための技術を示す、バックライトの側断面図である。
【図３１】コーナー部の近くの光導波路内のキャビティ内に装着された異なるタイプのＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタにヒート・シンクを一体化するバックライトの側断面図である。
【図３２】コーナー部の近くの光導波路内のキャビティ内に装着された異なるタイプのＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタにヒート・シンクを一体化するバックライトの側断面図である。
【図３３】コーナー部の近くの光導波路内のキャビティ内に装着された異なるタイプのＬＥＤを示し、光導波路の背面上のリフレクタにヒート・シンクを一体化するバックライトの側断面図である。
【図３４】図３２に類似しているが、光導波路内により均一な光を提供するためのＬＥＤの上方の様々な形状の上部リフレクタを示す。
【図３５】図３２に類似しているが、光導波路内により均一な光を提供するためのＬＥＤの上方の様々な形状の上部リフレクタを示す。
【図３６】図３２に類似しているが、光導波路内により均一な光を提供するためのＬＥＤの上方の様々な形状の上部リフレクタを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
様々な図において同じ番号で表記された要素は、同一又は等価である。
図１は、図２により詳細に示されるカラーＬＣＤ１０の平面図である。１つ又はそれ以上のＬＥＤが、反射キャビティ１２内に格納される。キャビティ１２は、矩形の光導波路１６の平坦化された（又は切頭された）コーナー部１４に固定される。
【００１５】
図２は、説明を簡単にするために分離された様々な層を備えた図１のＬＣＤ１０の側面図である。反射キャビティ１２から放出された光は、光導波路１６のコーナー部に入射する。光導波路１６は、典型的には透明ポリマー（例えばＰＭＭＡ）であり、又はガラスなどの別の透明材料であっても良い。薄いアルミニウム膜又はシートなどの反射膜１８は、光導波路による全反射と組み合わされて、上方に向けて光導波路１６の上面から外部へと全ての光を反射する。外へ出た光は、ディフューザ２０によって拡散される。狭い視野角内で光を明るくするために、増強膜２２を使用することができる。次に、得られた光は液晶層２４の背面に入射するが、これは極めて周知であり、詳細に説明する必要はない。液晶層の１つのタイプは、基本的に底部偏光子、透明接地層、液晶層、透明薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ、ＲＧＢピクセル位置に対応したＲＧＢフィルタ、及び第２の偏光子から構成される。選択されたピクセル位置においてＴＦＴアレイに印加された信号が光の偏光を変化させ、そのピクセル位置において光を赤色、緑色又は青色ピクセルとしてＬＣＤから出力させるようにする。適切なＴＦＴ信号の選択によって、カラー画像がＬＣＤによって作られる。バックライトと共に使用するための液晶層の他のタイプも公知であり、本発明はバックライトを用いる任意のディスプレイで用いることができる。
【００１６】
図３は、ＬＥＤ及び反射キャビティ１２の一実施形態の断面図である。ＬＥＤダイ２６は、青色光を放出し、典型的にはＡｌＩｎＧａＮベースの材料から形成される。ＵＶ ＬＥＤも使用することができる。ＬＥＤ２６の上に蛍光体層２８が形成される。ＬＥＤの上に形成された蛍光体層の代わりに蛍光体プレートを使用することができる。蛍光体は、典型的には、青色光によって励起されたときに黄緑色光を放出するＹＡＧ蛍光体である。青色光の一部が蛍光体層２８を通して漏出し、青色光とＹＡＧ放射との組み合せが白色光を生成する。別の実施形態においては、緑色蛍光体（ＳＳＯＮ）を赤色（ｅＣａｓ）又は赤橙色（ＢＳＳＮ）蛍光体と組合せて、より高い色域を達成するために使用することができる。
【００１７】
ＬＥＤダイ２６は、サブマウント３０の上に装着される。ＬＥＤダイ２６上の金属パッドが、サブマウント３０上の対応するパッドに接合される。ＬＥＤダイ２６はフリップ・チップ型であってもよく、ワイヤによって接合されてもよい。サブマウント３０は、電源に電気的に接続する端子を有する。サブマウント３０は、ダイレクト・ボンディング又はワイヤ・ボンディングによってプリント基板回路（ＰＣＢ）に接合されることができ、ＰＣＢは、電源との接続のための電気的コネクタを有する。電源とＬＥＤダイとの間の電気的インターフェースとして機能するサブマウント３０の他に、サブマウント３０はＬＥＤダイ２６から熱を取り除くヒート・シンクとしても機能する。サブマウント３０の上面は、ＬＥＤ光を光導波路１６に向かって反射させるように反射性であっても良い。
【００１８】
ＬＥＤダイの典型的な大きさは、０．３ｍｍから１ｍｍまでである。ＬＥＤダイ２６は、バックライトに対して１つのＬＥＤだけが必要であるように高出力ＬＥＤであることが好ましい。一実施形態においては、ＬＥＤは１０ルーメンから２００ルーメンまでの範囲で放出し、１００ｍＡから１．５Ａまでの範囲内の駆動電流を扱うことができる。ほとんどの実施形態に使用される典型的なＬＥＤは、少なくとも０．５Ｗの最大電力定格を有することが予想される。将来的には、単一のＬＥＤが、ラップトップ・コンピュータ及び他の中型ＬＣＤにおけるバックライトに典型的に使用される単一の蛍光管を置き換える可能性がある。現在は、バックライトの大きさに応じて、単一の蛍光ランプを置き換えるために２個から４個のＬＥＤが必要とされている。
【００１９】
ＬＥＤダイ２６は、レンズ３２によって封入される。レンズ３２は、２ｍｍから６ｍｍまでの直径を有することができる。非常に薄い光導波路のためには、２ｍｍのレンズでさえ大きすぎて除かれることがある。図４は、レンズを使用しない非常に薄い（例えば２ｍｍ）光導波路１６の実施形態を示す。レンズを使用しないことによって、ＬＥＤダイ２６から出る光は低効率となるが、光導波路１６内への入射結合効率（ｉｎ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が高くなる。全ての実施形態において、レンズ付きのＬＥＤ又はレンズ無しのＬＥＤのいずれかを使用することができる。
【００２０】
反射キャビティ１２の内壁は、キャビティ１２に入った実質的に全ての光が光導波路１６内へと出るように、高度に反射性を高めたアルミニウム若しくは銀被覆ミラー又は他の反射性材料とすることができる。適切なアルミニウム・ミラーは、Ａｌａｎｏｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であり、９２％から９７％までの反射率に達する。キャビティ１２は、光導波路１６上にクランプされても良く、又は接着によって光導波路１６上に固定されても良い。サブマウント３０は、キャビティ１２の所定位置にスナップ嵌めされるか、接着又は他の手段によって固定されても良い。
【００２１】
光導波路による光出力の最適な均一性のために、反射キャビティ１２の開口部は、コーナー部の平坦化された部分（又は他の形状のコーナー部）の面にほぼ適合すべきであり、それにより光導波路内のコーナー縁部における光のボイドがなくなる。また、キャビティ１２に大きな開口部を設けることによっても、光がキャビティ１２による反射がほとんどない状態で光導波路表面上に入射するようになる。本開示の目的のためには、キャビティの開口部の切頭コーナー部の面に対するおよそのマッチングは、７５％から１００％までの範囲内のマッチングであり、これは、コーナー面の少なくとも７５％がキャビティ１２によって覆われることを意味している。反射キャビティの光出力開口部は、典型的には少なくとも４ｍｍ2であり、比較的小さいコーナー部結合面積に対応している。
【００２２】
図５は、ＬＥＤダイ２６からの２つの光線を示し、一方の光線はキャビティ１２の壁で反射し、他方の光線はキャビティの遠位縁部をちょうど通過する。キャビティ１２によって反射されない光線は、ＬＥＤダイの表面法線に対して最大角度αを有している。光導波路で反射するいずれの光も、キャビティ１２によって再循環される。
【００２３】
光導波路１６からさらに離してＬＥＤダイ２６を配置することによって、角度αはより小さくなる。この角度αは、式ｔａｎ α＝ｗ／２ｄに従い、ここでｗは平坦化されたコーナー部の全幅であり、ｄはＬＥＤダイ２６から平坦化されたコーナー部の中心までの距離である。均一性、キャビティの大きさ、及び入射結合効率の間の有効なトレードオフにより、角度αは約３０度から約６０度まで範囲とされる。この結果、距離ｄは約ｗ／３．５からｗ／２までの範囲となるが、ｗ／５（α＝６８度に相当する）又はそれ以上の距離ｄが適切であることもある。コーナー面が大きいほど、反射キャビティ１２は大きくなることになる。典型的には、ＬＥＤダイは、光導波路の入射結合表面から１ｍｍから１５ｍｍの距離の範囲内にある。１ｍｍの距離は６０度のビーム照射に対して３．５ｍｍのコーナー縁部幅に相当し、１５ｍｍは３０度のビーム照射に対して１７．５ｍｍのコーナー縁部幅に対応する。
【００２４】
従って、最初に反射されることなく光導波路表面上に直接当たるＬＥＤからの光の最大角度αは、ＬＥＤが本質的にコーナー面に隣接する従来技術に比較して、より小さい。αより広い角度でＬＥＤによって放出された光は、光導波路１６の表面上に入射する前に、反射キャビティ１２によって最初に反射される。そのため、反射キャビティ１２は、蛍光管の効果と同様に、キャビティ１２の開口部全体にわたってＬＥＤ光を広げるように機能する。これは、光導波路に結合される点光源とは対照的に、光導波路の容積内により均一な光の分布をもたらす。
【００２５】
光導波路１６の任意の数のコーナー部（１つから４つ）を平坦化することができ、図５に示されるように、その上に装着された反射キャビティ内に格納されたＬＥＤを有することができる。これは輝度と均一性を高める。平坦なコーナー面は、典型的には、矩形の光導波路の隣接側部の両方に対して４５度の角度を成す。
【００２６】
図６は、切頭コーナーが凹面である実施形態を示す。これは、入射光が光導波路の表面法線に対してより小さい角度を成すため、入射結合効率を向上させる。したがって、コーナー表面は、光導波路の最も近い隣接側部に関して４５度より小さくなる。
【００２７】
図７は、切頭コーナーが、入射結合効率をさらに向上させるように波形（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ）である実施形態を示す。
【００２８】
図８は、反射キャビティ１２の壁がテーパ状である実施形態を示す。本実施形態の利点は、反射キャビティ１２が矩形キャビティより小さいことであり、光導波路１６表面上での入射光の角度がより小さいため、より高い入射結合効率が得られることである。
【００２９】
図９は、反射キャビティ１２の壁がテーパ状であり、光線３４の散乱によって示されるように、この壁が拡散反射性である実施形態を示す。Ａｌａｎｏｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが適切な異なる散乱特性を有するアルミニウム・ミラーを製造している。キャビティ壁は、適切な白色塗料でコートされても良い。本実施形態の利点は、拡散された光が、コーナー面の表面全体にわたって均一な照明を作り出して、光導波路によって液晶層内に放出される光の均一性を高めることである。
【００３０】
図１０は図５と同じであるが、反射キャビティ媒体（例えば空気又はエポキシ）及び光導波路材料（例えばガラス又はプラスチック）の屈折率（ｎ１及びｎ２）並びにキャビティ／光導波路界面の点Ａにおける光線の入射角α１及び出射角α２を特定している。
【００３１】
図１１は、キャビティ媒体及び光導波路材料の異なる屈折率に対する角度α１及びα２のグラフである。光導波路によって放出されて液晶層内に入る光の最適な均一性のために、α２＝＋／−４５度を通じて光導波路の平坦化されたコーナー面にわたって均等な光分布であるべきである。４５度の目標ラインが図１１に示されている。封入されていないキャビティ１２（キャビティは空気で充填されており、ｎ＝１）の場合においては、４５度の目標に近づけるためには、光導波路の縁部は大きな角度で照射されなければならない。
これらの場合においては、特に反射キャビティ１２内での損失が大きいためにこれらの大きな角度内の光が少ないことを考慮に入れる場合には、光が光導波路の全てのコーナー部に確実に到達するようにするために、図６に示されるように、光導波路の縁部において僅かな湾曲を用いることが有益である。
【００３２】
光導波路外で良好な均一性を達成することの複雑さは、入射結合縁部の上で良好な均一性が達成されるならば、大いに低減させることができる。図１２においては、ＬＥＤダイ２６と結合縁部との間にディフューザ３６を使用することによって、かなり良好な均一性を達成することができる。反射キャビティ１２と組み合わされたＬＥＤダイ２６がディフューザ３６をより均一に照明できることになるので、ディフューザ３６を入射結合縁部に近接して配置することは特に有益である。ディフューザ３６は、粗面化された半透明プレート又は他のタイプのディフューザとすることができる。
【００３３】
図１３は図１２に類似しているが、付加的な輝度のために１つ又はそれ以上の白色ＬＥＤダイ２６がある。複数のＬＥＤを使用することでもまた、個々のＬＥＤの出力における標的輝度及び色度点からの変動を軽減する、平均した光が生成される。これは、適切なＬＥＤダイ２６の収率を効果的に向上させる。ＬＥＤダイ２６は、同一のサブマウント３０又は異なるサブマウント上に装着することができる。
【００３４】
図１４は、ＣＩＥ色度図であり、非常に高温で光を放出するときの黒体の色度点を示すいわゆる黒体曲線を含んでいる。特に２つの点、６５００Ｋの色度点及び９５００Ｋの色度点が示されている。バックライティングにおいて、これらは２つの関連する色温度であり、６５００Ｋの色度点は国際ディスプレイ標準によって指定された白色点であり、９５００Ｋの色度点は非常に一般的なディスプレイの色度点である。また、この曲線中には、白色ＬＥＤに使用される典型的な蛍光体ＹＡＧ：Ｃｅの色度点が示されている。白色ＬＥＤの色度点は、このＹＡＧ：Ｃｅ色度点と使用される青色ＬＥＤの色度点との間の直線上にある。青色ＬＥＤの３つの異なる色度点（４６０ｎｍ、４６５ｎｍ及び４７０ｎｍ）について、３本の直線が示される。実際のＬＥＤの製造においては、青色波長は様々であり、高い収率に達するためには、異なる色度点の青色ＬＥＤを使用しなければならない。さらに、青色波長が様々であるだけではなく、蛍光体のＣｅ濃度、並びに蛍光体の厚さも様々なので、本グラフ中に楕円で示されるように、実際には白色ＬＥＤの白色点には大きな広がりがあり得る。あらかじめＬＥＤの白色点を決定して２つ又はそれ以上の白色ＬＥＤを使用することによって、単一の白色ＬＥＤがバックライトに使用される場合よりも、２つ又はそれ以上のＬＥＤの組み合わされた白色点の広がりがかなり少なくなりように、ＬＥＤを選択することができる。
【００３５】
図１５に示されるように、良好な色域を得るために、独立した赤色ＬＥＤ３８及び独立した白色ＬＥＤ又は蛍光体変換型緑色ＬＥＤ４０を使用することが有益である。蛍光体変換型緑色ＬＥＤは、青色ＬＥＤダイと、青色光によってエネルギーを与えられたときに緑色光を放出しする蛍光体とを使用し、且つ青色光の一部分も漏出する。全ての原色成分（赤色、緑色及び青色）がＬＣＤで使用可能であるように、十分な青色漏出を持つ蛍光体変換型緑色ＬＥＤを使用することが有益である。ＬＥＤの色バランス及び効率に応じて、２つの蛍光体変換型緑色ＬＥＤを１つの赤色ＬＥＤとともに使用しても良く、又は２つの赤色ＬＥＤ及び１つの蛍光体変換型緑色ＬＥＤを使用しても良く、又は蛍光体変換型赤色ＬＥＤ及び蛍光体変換型緑色ＬＥＤの組合せ（それぞれ１つ又はそれ以上）を使用しても良い。直接型赤色ＬＥＤ又は直接型緑色ＬＥＤの代わりに蛍光体変換型光を使用することの主な利点は、色の安定性である。直接型赤色（ＡｌＩｎＧａＰ）及び直接型緑色（ＩｎＧａＮ）の色度点は駆動電流及び温度に依存し、一方、ほとんどの蛍光体は温度に依存して制限されるだけであり、駆動電流には依存しない。
【００３６】
色度点制御のために、光学フィードバック・センサ４２を反射キャビティ１２の内部、例えば側部ミラーの底部近くに組み込むことができる。フィードバック・センサ４２は、赤色、緑色及び青色成分の相対強度を検出して、標的色度点を達成するためにそれぞれのＬＥＤへの電流を制御することができる。ＬＥＤキャビティ内に光学フィードバック・センサ４２を配置する代わりとして、センサ４２は光源と反対側の光導波路１６の縁部の１つに装着されても良い。
【００３７】
図１６においては、１つ又はそれ以上の独立した青色、緑色及び赤色のＬＥＤ４４、４５及び４６が使用される（蛍光体変換型又は直接型のいずれか）。それぞれのＬＥＤの独立した制御によって、本方法において非常に高い色域が達成でき、白色点はリアルタイムに変化させることができる。さらに、バックライトは、例えばフィールド順次色制御に必要とされるように、迅速な赤色、緑色及び青色のシーケンスで照明されることができ、この場合、ＬＣＤはいかなるカラー・フィルタもなしに使用され、カラー画像は、赤色、緑色及び青色照明モードに同調した迅速なシーケンスで、赤色、緑色及び青色の画像成分を表示することによって作られる。
【００３８】
全ての実施形態において、付加的なＬＥＤを使用することができ、付加的なコーナー部を反射キャビティに結合することができる。こうしたケースは大型ＬＣＤディスプレイ用となる。
【００３９】
ＬＣＤの全厚を低減するために、図１７−図１９に示されるように、ＬＥＤモジュールを光導波路プレートと同一平面内に配置することができる。図１７−図１９の各ＬＥＤは、青色ＬＥＤダイ２６及び蛍光体層２８を含む白色ＬＥＤである。上述されたように、赤色、緑色及び青色ＬＥＤを代わりに使用して、白色光を生成することができる。直径５ｍｍのレンズ３２の場合、レンズ３２の高さはわずか２．５ｍｍであり、光導波路１６の厚さは、前述の実施形態の光導波路に比べて２．５ｍｍ低減することができる。
【００４０】
図１７は、矩形の反射キャビティ５０の使用を示す。図１８においては、反射キャビティ５２は、光導波路１６の縁部上の入射光の角度を小さくすることによって光導波路１６に対する結合効率を向上させるように、ほぼ楕円形に作られる。楕円形の１つの焦点はＬＥＤダイの位置に配置され、他の焦点は入射結合縁部の中心に配置される。キャビティはまた放物線状であっても良い。
【００４１】
図１９は、図１８に類似した実施形態を示すが、ＬＥＤダイ２６の上にレンズを使用していない。このため、ＬＥＤモジュールはより小さく、より小さい反射キャビティ５４が使用される。図１７−図１９の反射キャビティは、光導波路内の光の最大均一性のために光導波路１６の切頭コーナー部に結合される。
【００４２】
図２０に示されるように、青色ＬＥＤ２６上に蛍光体層を置く代わりに、蛍光体は、拡散蛍光体プレート５６の形状に作られても良く、又は透明なキャリア若しくはディフューザ・プレート上にスクリーン印刷されても良く（代替的に５６として示される）、これはＬＥＤダイから離され、光導波路１６の縁部に近接して配置される。そのためプレート５６は、ディフューザおよび色変換手段の両方として機能する。これは非常に良好な均一性が得られるという利点を持つ。
【００４３】
図２１は、図２０の反射キャビティ１２内の２つの青色ＬＥＤダイ２６及び５８の使用を示す。２つ（又はそれ以上）の青色ＬＥＤダイを使用することによって、より大型のディスプレイのためのより高い輝度が達成され、２つのＬＥＤからの光が所望の色度点を達成するように平均化される。これは、短波長の青色ＬＥＤ及び長波長の青色ＬＥＤを一緒に使用して所望の色度点を達成することができるため、青色ＬＥＤの収率を増大させる。
【００４４】
全ての実施形態において、ＬＥＤは、所望の白色点を達成するために、異なる蛍光体及び異なる直接型ＬＥＤ色を使用する様々なタイプとすることができる。例えば、蛍光体はＹＡＧ、又は赤色及び緑色の蛍光体の組合せ、又はＹＡＧ及び赤色蛍光体とすることができる。２つの青色ＬＥＤを使用する代わりに、青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤを使用しても良く、ここで、キャビティの出口近くのＹＡＧ又は緑色蛍光体プレートが、青色ＬＥＤによって励起され、且つ赤色光をほとんど吸収することなく通過させる。ＵＶ ＬＥＤもまた、赤色、緑色及び青色成分を提供する適切な蛍光体とともに使用されることができる。
【００４５】
図２２は、図２０又は図２１の実施形態を示すが、レンズは使用されず、キャビティ１２は封入剤６０（例えばシリコーン）で充填されている。これは、ＬＥＤダイ及び随意のワイヤ結合が保護され、類似の屈折率を持つ界面材料を提供することによって、青色ダイからの高い抽出効率が達成されるという利点を有する。
【００４６】
図２３は、側方放出型ＬＥＤ６２が、光導波路１６のコーナー部近くに形成された（例えば丸い穴のような）キャビティ内に挿入された実施形態を示す。キャビティは、光導波路のコーナー部から１５ｍｍ以内にあることが好ましい。ＬＥＤ６２は、光がＬＥＤの周囲３６０度に低角度で放出されるように光を反射し屈折する側方放出型レンズ６４と共に、標準型白色ＬＥＤ（青色ダイ＋蛍光体層）を使用する。赤色、緑色および青色成分を供給する複数のＬＥＤを、１つの白色ＬＥＤの代わりに使用することもできる。高出力の側方放出型ＬＥＤは、Ｌｕｘｅｏｎの商品名でＰｈｉｌｉｐｓ Ｌｕｍｉｌｅｄｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ＬＬＣから入手可能である。全方向性の発光により、光導波路の全てのコーナー部にＬＥＤからの直接光が供給され、そのため光導波路は液晶層に均一な輝度を供給する。輝点を生成するレンズ６４の上部からのいかなる光も妨げるために、拡散リフレクタ６６がＬＥＤ６２上方の光導波路１６上に配置される。ＬＥＤによって放出された光は近くのコーナー縁部に対して小さな角度を成し、リフレクタ６８が使用されないならば内部反射されるよりもむしろ光導波路の側部を通って外部へと伝送されるので、鏡面リフレクタ６８がＬＥＤ近くの光導波路のコーナー部の周囲に設けられる。ＬＥＤサブマウント３０は、エポキシ又は任意の他の接着剤によって光導波路に固定されることができ、又は適切な留め具を用いて所定の場所にスナップ嵌めされることができる。
【００４７】
図２４は、図２３のバックライトの平面図である。
図２５は、図２３の構造における２つ又はそれ以上の側方放出型ＬＥＤの使用を示す。
ＬＥＤは、光を平均するために同じタイプであっても良く、又は上述のように異なるタイプであっても良い。
【００４８】
図２６は、図２５のバックライトを示すが、光導波路１６のコーナー部は、光導波路を通して光をより良好に分布させるために平坦化されている。リフレクタ６８による反射は、光を直接的に光導波路の遠位端に向けて反射する。他の形状のコーナー部もまた、光を均等に分布させるために利用することができる。
【００４９】
図２７は、コーナー部が波形である光導波路内に埋め込まれた側方放出型ＬＥＤの使用を示す。コーナー部の形状は、コーナー領域に入射したほとんど全ての光が内部反射されるように、（臨界角度より大きい）大きな角度となるように形成されることができ、これは、コーナー部の周囲の外部リフレクタを不要にする。コーナー部の形状はまた、良好な均一性及び効率を達成するために、光導波路全体にわたる光の最適な分布を得るように最適化することもでき、外部リフレクタ膜を成形された縁部の上に付与することもできる。
【００５０】
図２８−図３３は、構造を簡略化し、ＬＥＤを冷却するために、光導波路１６の底面リフレクタとして機能するように、高反射キャビティ１２の壁をどのように続けて拡げることもできるかを示す。
【００５１】
図２８は、図４に示されている構造に類似した反射キャビティ１２内の白色ＬＥＤを示す。反射壁のうちの底部の壁は、リフレクタ７０として液晶層の反対側の光導波路１６の底面全体を覆うように、外へと延長され、拡張されている。高出力ＬＥＤの冷却は小型筺体においては常に難しい問題である。サブマウント３０に接続する金属の反射キャビティ１２によって熱が取り除かれることによってＬＥＤが冷却されるだけでなく、このＬＥＤは、光導波路１６の底部の上に延びた底部金属壁によってもさらに冷却される。付加的な金属ヒート・シンク７２をサブマウント３０の背部に熱的に結合し、金属リフレクタ７０を接続して、ＬＥＤをさらに冷却することができる。ヒート・シンク７２は、熱伝導テープ又はペースト用いてリフレクタ７０に接続された金属ブラケットとすることができる。
サブマウント３０の材料の熱抵抗は、ＬＥＤ１つにつき２５Ｋ／Ｗ以下であることが好ましい。
【００５２】
図２９は、図１７に類似した実施形態を示すが、反射キャビティ１２の壁が光導波路１６の底部リフレクタ７０になるように延長され、拡張されている。図２８に示されるように、ヒート・シンク７２が付加的にサブマウント３０を大型リフレクタ７０に結合する。
【００５３】
図３０は、ＬＥＤのサブマウント３０が反射キャビティ１２の底壁上に装着され、反射キャビティ１２の底壁が延長及び拡張されて、光導波路１６の底部リフレクタ７０となっている実施形態を示す。これは、ＬＥＤダイとリフレクタ７０との間の熱伝導が極めて良好な、特的に薄いバックライトをもたらす。
図２９及び図３０の実施形態、並びに図１７−図１９の類似の実施形態においては、ＬＥＤを側方放出型ＬＥＤとすることができる。
【００５４】
図３１は、図２３に類似し、側方放出型レンズ６４と共にＬＥＤダイ６２を有する側方放出型ＬＥＤを示す。ＬＥＤのサブマウント３０は、ＬＥＤダイ６２から熱を取り除くために金属リフレクタ７０の延長部の上に直接的に装着される。図２３および図２４のように、付加的な効率のために、コーナー・リフレクタを使用することができる。
【００５５】
図３２は、図３１に類似しているが、白色ＬＥＤは側方放出型レンズを使用しない。これは、ＬＥＤによって放出されたほとんどの光が光導波路１６に進入する前に上部リフレクタ６６及びサブマウント３０によって最初に反射されなければならないため、側方放出型レンズを使用するほど効率的ではない。サブマウント３０のためのヒート・シンクは、延長及び拡張されて、光導波路１６の底部リフレクタ７０になっている。
図３３は、レンズ３２がＬＥＤダイ２６を封入し保護していることを除いて図３２と同様である。
【００５６】
図２８−図３３の実施形態においては、光導波路の底面は薄い反射膜を有していてもよく、キャビティの壁は光導波路の背面全体の上に延びている必要はない。付加的な放熱のために、キャビティのヒート・シンク壁をより薄くすることができる。
【００５７】
図３４−図３６は、ＬＥＤの上の上部リフレクタが、最小の反射回数で反射光を光導波路内に結合させ、且つＬＥＤに戻る反射を低減させるように形作られていることを除いて、図３２と同様である。これはバックライトの効率を向上させる。
【００５８】
図３４においては、上部リフレクタ７６は円錐形である。
図３５においては、上部リフレクタ７８は、反射光がキャビティの内壁に対して非常に低角度となるようにカスプ形状である。これはキャビティの内壁からの反射を大いに低減する。
図３６においては、上部リフレクタ８０は、光をＬＥＤから離れる方向に反射させるための微細構造を有している。
【００５９】
実施形態の任意の組合せが可能である。全てのバックライトは、図２のＬＣＤの実施形態において使用することができる。ＬＣＤは、カラー又は単色とすることができる。極めて大型のＬＣＤのためには、付加的なＬＥＤを光導波路の側部に沿って通常の方法で装着しても良く、コーナーＬＥＤは、本質的には光導波路の表面全体にわたる均一性を向上させるために用いられる。
【００６０】
本発明を詳細に説明したが、本発明の開示があれば、本明細書に説明された本発明の概念の精神から逸脱することなく、本発明に変更を加えることができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、図示され説明された特定の実施形態に限定されることは意図されていない。
【００６１】
以下に本発明の実施態様を記載する。
（態様１）発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
前記ＬＥＤダイを格納し、光を出すための開口部を有し、前記開口部が少なくとも４ｍｍ2の断面積を有する反射キャビティと、
少なくとも第１の切頭コーナー部を有し、前記切頭コーナー部が面を有し、バックライトとして光を供給するようにされている、固体材料から形成された実質的に矩形の光導波路と、を含む発光デバイスであって、
前記反射キャビティの前記開口部が、前記反射キャビティの前記開口部から出る光が前記コーナー部の前記面を介して前記光導波路内に結合するように前記切頭コーナー部の前記面に対向し、
前記ＬＥＤダイが、前記切頭コーナー部の前記面から少なくとも１ｍｍにあることを特徴とする発光デバイス。
（態様２）前記切頭コーナー部の前記面に対向する前記キャビティの遠位端部に対する前記ＬＥＤダイの表面の角度が、約３０度から約６０度までであることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様３）前記キャビティの前記開口部が、前記切頭コーナー部の前記面の少なくとも７５％を覆うことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様４）前記キャビティの前記開口部が、前記切頭コーナー部の前記面の少なくとも９０％を覆うことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様５）前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から距離ｄにあり、前記切頭コーナー部が幅ｗを有し、前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から少なくともｄ＝ｗ／５の距離にあることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様６）前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から距離ｄにあり、前記切頭コーナー部が幅ｗを有し、前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から少なくともｄ＝ｗ／３．５の距離にあることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様７）前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面から距離ｄにあり、前記切頭コーナー部が幅ｗを有し、前記ＬＥＤダイが前記切頭コーナー部の前記面からｗ／２からｗ／３．５までの距離にあることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
【００６２】
（態様８）前記反射キャビティが矩形のキャビティを含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様９）前記反射キャビティが円形のキャビティを含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１０）前記反射キャビティが楕円形のキャビティを含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１１）前記反射キャビティが放物線型のキャビティを含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１２）前記ＬＥＤダイが、前記切頭コーナー部の前記面に面する主要面を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１３）前記ＬＥＤダイが、前記切頭コーナー部の前記面に面する側面を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１４）前記ＬＥＤが、レンズによって封入されることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１５）前記切頭コーナー部の前記面が円形であることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１６）前記切頭コーナー部の前記面が波形であることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１７）前記反射キャビティが反射壁を有し、少なくとも１つの壁が前記光導波路の表面上に延びることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様１８）前記反射キャビティが、前記切頭コーナー部の前記面に向かってテーパが付けられている反射壁を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
【００６３】
（態様１９）前記反射キャビティが、鏡面である壁を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２０）前記反射キャビティが、拡散面である壁を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２１）前記反射キャビティが、実質的に封入剤で充填されることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２２）前記反射キャビティが、ＬＥＤダイのためのヒート・シンクを提供する壁を有することを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２３）前記反射キャビティの少なくとも１つの壁が、前記ＬＥＤダイから熱を伝導して取り除くために前記光導波路の一部分の上に延びることを特徴とする態様２２に記載のデバイス。
（態様２４）前記光導波路の一部分の上に延びる前記反射キャビティの前記少なくとも１つの壁が、前記光導波路内の光を前記光導波路の対向する面に向けて反射するためのリフレクタとして機能することを特徴とする態様２３に記載のデバイス。
（態様２５）前記ＬＥＤダイが装着される熱伝導性サブマウントをさらに含み、前記サブマウントが前記光導波路の背面に熱的に結合されることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
【００６４】
（態様２６）前記ＬＥＤダイが装着される熱伝導性サブマウントをさらに含み、前記サブマウントが前記光導波路の背面上のリフレクタに熱的に結合されることを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２７）前記光導波路の上に重なる液晶層をさらに含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２８）前記ＬＥＤダイによって放出される光の色変換のために、前記反射キャビティ内に蛍光体をさらに含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様２９）前記蛍光体が、前記光導波路内に白色光を生成するために前記ＬＥＤダイの上に少なくとも１つの層を含むことを特徴とする態様２８に記載のデバイス。
（態様３０）前記蛍光体が、前記光導波路内に白色光を生成するために前記ＬＥＤダイよりも前記切頭コーナー部の前記面の近くに配置された蛍光体プレートを含むことを特徴とする態様２８に記載のデバイス。
（態様３１）前記ＬＥＤダイと前記切頭コーナー部の前記面との間にディフューザをさらに含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様３２）前記反射キャビティ内に複数のＬＥＤダイをさらに含むことを特徴とする態様１に記載のデバイス。
（態様３３）前記ＬＥＤダイが、少なくとも１つの青色ＬＥＤダイ及び異なる色を放出するＬＥＤダイを含むことを特徴とする態様３２に記載のデバイス。
（態様３４）前記反射キャビティ内で生成された光の色を検出するために、前記反射キャビティ内に光学フィードバック・センサをさらに含むことを特徴とする態様３２に記載のデバイス。
【００６５】
（態様３５）発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
少なくとも第１のコーナー部を有し、固体材料から形成された実質的に矩形の光導波路と、を含む発光デバイスであって、
前記光導波路が前記第１のコーナー部に近接したキャビティを有し、前記光導波路がバックライトとして光を供給するようにされており、
前記ＬＥＤダイが、前記光導波路内に形成された前記キャビティ内に光を放出するように装着されることを特徴とする発光デバイス。
（態様３６）前記ＬＥＤダイの上に側方放出型レンズをさらに含み、前記レンズから放出された光が前記反射キャビティの壁に実質的に向かうようにされていることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様３７）前記光導波路内へと光を反射させて戻すために、前記第１のコーナー部の周囲にリフレクタをさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様３８）前記第１のコーナー部が、光の方向を変えるためにカスプ形状であることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様３９）前記キャビティ内へと光を反射させて戻すために、前記キャビティの端部の上にリフレクタをさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４０）前記リフレクタが、円錐形状であることを特徴とする態様３９に記載のデバイス。
（態様４１）前記リフレクタが、カスプ形状であることを特徴とする態様３９に記載のデバイス。
（態様４２）前記リフレクタが、パターン付けされていることを特徴とする態様３９に記載のデバイス。
【００６６】
（態様４３）前記ＬＥＤダイが、前記第１のコーナー部から１５ｍｍ以内に装着されていることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４４）前記ＬＥＤダイによって放出された光の色変換のために、前記キャビティ内に蛍光体をさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４５）前記第１のコーナー部に近接した前記光導波路内に付加的なＬＥＤダイをさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４６）前記ＬＥＤダイが装着される熱伝導性サブマウントをさらに含み、前記サブマウントが前記光導波路の背面に熱的に結合されることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４７）前記ＬＥＤダイが装着される熱伝導性サブマウントをさらに含み、前記サブマウントが前記光導波路の背面上のリフレクタに熱的に結合されることを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
（態様４８）前記光導波路の上に重なる液晶層をさらに含むことを特徴とする態様３５に記載のデバイス。
【符号の説明】
【００６７】
１０：ＬＣＤ
１２：反射キャビティ
１４：コーナー部
１６：光導波路
１８：反射膜
２０、３６：ディフューザ
２２：増強膜
２４：液晶層
２６：ＬＥＤダイ
２８：蛍光体層
３０：サブマウント
３２：レンズ
６０：封入剤
６２：側方放出型ＬＥＤ
６４：側方放出型レンズ
６６、６８、７６、７８、８０：リフレクタ
７２：ヒート・シンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
前記ＬＥＤダイが装着された上面、及び、この上面と反対側の底面を有する、熱伝導性のサブマウントと、
前記ＬＥＤダイを少なくとも部分的に覆い、複数の壁及び光を出すための開口部を有する反射キャビティと、
上面，底面、及び側面である残りの面を有する、固体材料から形成された実質的に矩形の光導波路であって、バックライトとして光を供給するように構成されており、前記光導波路の上面を通して光を放出し、前記上面を通して光を反射するために前記底面に反射フィルムを有する、前記光導波路と、
を備えた発光デバイスであって、
前記反射キャビティの開口部は、前記光導波路の第１の側面に面しており、
前記反射キャビティは、前記複数の壁の１つの壁のみが延長部を有し、前記複数の壁の前記１つの壁及び前記延長部が金属からなり、前記延長部が前記光導波路の底面の大部分にわたって延びるが、前記光導波路の側面の大部分にわたっては延びておらず、
前記サブマウントの底面は、前記反射キャビティの複数の壁のうちの前記延長部を有する前記１つの壁に装着されており、前記サブマウントは、前記延長部が前記ＬＥＤダイのためのヒートシンクとして機能するように前記延長部に熱的に結合している、発光デバイス。
【請求項２】
前記反射キャビティが矩形のキャビティを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記反射キャビティが円形のキャビティを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ＬＥＤダイは、前記光導波路の第１の側面に面する側面を有し、前記ＬＥＤは、主発光面を有し、前記ＬＥＤダイは、前記ＬＥＤダイの主発光面が前記光導波路の上面に実質的に平行であるように前記反射キャビティ内にあり、前記ＬＥＤダイの主発光面によって放出された光が、前記光導波路の第１の側面に向けて前記反射キャビティ内で反射される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記反射キャビティは、前記光導波路の第１の側面から遠ざかる方向にテーパが付けられている反射壁を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ＬＥＤダイによって放出される光の色変換のために、前記反射キャビティ内に蛍光体をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光導波路は、切頭コーナー部を有し、前記光導波路の第１の側面は、前記切頭コーナー部の面である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
前記ＬＥＤダイが装着された上面、及び、この上面と反対側の底面を有する、熱伝導性のサブマウントと、
前記ＬＥＤダイを少なくとも部分的に覆い、複数の壁及び光を出すための開口部を有する反射キャビティと、
上面，底面、及び側面である残りの面を有する、固体材料から形成された実質的に矩形の光導波路であって、バックライトとして光を供給するように構成されており、前記光導波路の上面を通して光を放出し、前記上面を通して光を反射するために前記底面に反射フィルムを有する、前記光導波路と、
を備えた発光デバイスであって、
前記反射キャビティの開口部は、前記光導波路の第１の側面に面しており、
前記反射キャビティは、前記複数の壁の１つの壁のみが延長部を有し、前記複数の壁の前記１つの壁及び前記延長部が金属からなり、前記延長部が前記光導波路の底面の大部分にわたって延びるが、前記光導波路の側面の大部分にわたっては延びておらず、
前記サブマウントの底面は、前記反射キャビティの複数の壁のうちの前記延長部を有する前記１つの壁に装着されており、前記サブマウントは、前記延長部が前記ＬＥＤダイのためのヒートシンクとして機能するように前記延長部に熱的に結合している、発光デバイス。
【請求項２】
前記反射キャビティが矩形のキャビティを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記反射キャビティが円形のキャビティを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ＬＥＤダイは、前記光導波路の第１の側面に面する側面を有し、前記ＬＥＤは、主発光面を有し、前記ＬＥＤダイは、前記ＬＥＤダイの主発光面が前記光導波路の上面に実質的に平行であるように前記反射キャビティ内にあり、前記ＬＥＤダイの主発光面によって放出された光が、前記光導波路の第１の側面に向けて前記反射キャビティ内で反射される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記反射キャビティは、前記光導波路の第１の側面から遠ざかる方向にテーパが付けられている反射壁を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ＬＥＤダイによって放出される光の色変換のために、前記反射キャビティ内に蛍光体をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光導波路は、切頭コーナー部を有し、前記光導波路の第１の側面は、前記切頭コーナー部の面である、請求項１に記載のデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１２−２３８６１９（Ｐ２０１２−２３８６１９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８７４１９（Ｐ２０１２−１８７４１９）
【出願日】平成２４年８月２８日（２０１２．８．２８）
【分割の表示】特願２００７−２４８０５１（Ｐ２００７−２４８０５１）の分割
【原出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２８日（２０１２．８．２８）
【分割の表示】特願２００７−２４８０５１（Ｐ２００７−２４８０５１）の分割
【原出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【Ｆターム（参考）】
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