ＬＥＤアレイシステム
発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイは、基体に取り付けられたＬＥＤのアレイを含む。これらのＬＥＤは、基体（３０８）に対して略垂直方向に光を発する。ＬＥＤ（３２０）上には光学シートが配置される。ＬＥＤから光学シートの一方の面に入る光の少なくとも一部は、基体に対して略平行方向で光学シート内に案内される。光抽出機構（３２４）は、光学シートからの光を略前方方向に向かわせる。このようなアレイは、空間照明、直接的な情報表示、および液晶ディスプレイのバックライトなどのいくつかの用途において有用である。光学シートの光拡散作用によって、ＬＥＤピクセル間の黒色空間量が減少する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明または表示アセンブリに関し、より詳細には、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを使用する照明または表示アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤアレイは、典型的には、ＬＥＤダイと関連の反射体カップとの上に形成されたポリマー封入剤を有するＬＥＤを使用して形成される。ＬＥＤダイ自体は、準ランベルト（ｑｕａｓｉ−Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）放射パターンを有し、ＬＥＤダイ内で発生する光の大部分は、ダイ表面における全反射のために捕捉されるか、縁端部から発せられるかである。ポリマー封入剤は、より多くの光を抽出し、抽出した光を好ましい放射プロファイルに集束させるように成形される。反射体カップは、縁端部で発せられた光を捕捉し、それを前方に曲げる。一般にタイルとして形成されるアレイは、側面反射体も有することができる。反射体および封入剤の総合的な作用によって、アレイ中のＬＥＤピクセルの光学プロファイルが制御される。
【０００３】
したがって従来、ＬＥＤアレイの製造は、封入されるパッケージ内にＬＥＤダイを封入するステップと、続いて、封入したパッケージをアレイ内に配置し取り付けるステップとを含む。アレイの光学素子は、パッケージ、およびアレイタイル上に形成される追加の特徴から得られる。このように構成された表示または照明システムは、長い観察距離からは視覚的に互いに密着している複数の点光源からなる。しかし、これらの点光源は、より短い距離では視覚的に別々に見える。別々の実装ステップおよびアレイ取り付けステップのため、本来、製造は非効率的であり、拡大されたアレイ内での点源の性質のために光学的な問題が生じる。さらに、結果として得られるアレイタイルは、比較的厚く嵩高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書に記載される本発明は、照明目的または情報表示に使用されるＬＥＤアレイの製造および使用に特に有用である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によると、光を発するための光学アセンブリは、基体に取り付けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを含む。これらのＬＥＤは、基体に対して略垂直方向に光を発する。ＬＥＤの上には光学シートが配置される。ＬＥＤから光学シートの一方の側に入る光の少なくとも一部は、基体に対して略平行方向で光学シート内に案内される。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、個別に照明する複数の発光素子を有する発光システムに関する。このシステムは、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを含み、異なるＬＥＤが発光システムのそれぞれの発光素子に対応している。ＬＥＤの上にはライトスプレッダーシート（ｌｉｇｈｔ ｓｐｒｅａｄｅｒ ｓｈｅｅｔ）が配置される。ＬＥＤからライトスプレッダーシートに入った光は、発光システムのそれぞれの発光素子に対応する領域上で、スプレッダーシート内で横方向に拡散する。ライトスプレッダーシートは、拡散した光をスプレッダーシートの外に配向させる光配向構造を含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、個別に照明する複数の発光素子を有する発光システムに関する。このシステムは、略１つの発光方向に光を発するＬＥＤアレイと、ＬＥＤアレイを横断する方向で側方に光を拡散させるための光拡散手段と、光拡散手段からの光を所望の照明方向に配向させるための光配向手段とを含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、光を発するためのアセンブリに関する。このアセンブリは、略１つの発光方向に光を発するために基体上に配列されたＬＥＤアレイを含む。これらのＬＥＤとともに反射体アレイが配置される。これらの反射体は、反射シートの個別の部分を画定している。反射体は、それぞれのアパーチャーを有し、ＬＥＤアレイのそれぞれのＬＥＤはそれぞれのアパーチャーを通過して突出している。基体は、反射シートの第１の面に向けて配置され、ＬＥＤの発光面は、反射シートの反射性の第２の面に向けて配置される。反射シートの第２の面上にはスクリーン層が配置され、ＬＥＤからの光の少なくとも一部は、反射体を離れるように反射した後、スクリーン層によって配向される。
【０００９】
上記の本発明の概要は、説明されるすべての実施形態、および本発明のすべての実施を説明することを意図するものではない。以下の図面および詳細な説明は、これらの実施形態をより詳細に例示している。
【００１０】
添付の図面と関連して、本発明の種々の実施形態の以下の詳細な説明を考慮することでより十分に本発明を理解できるであろう。
【００１１】
本発明は、種々の変更および代替形態が可能であり、それらの詳細を図面において例として示しており、以下に詳細に説明する。しかし、記載される特定の実施形態に本発明が限定されることは意図していないことを理解されたい。それどころか、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の意図および範囲の中にあるすべての変更、等価物、および代替物を含むことを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、照明ユニットに適用可能であり、より詳細には、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して照明を提供する照明ユニットに適用可能である。この照明ユニットは、特定の領域を照明する光を提供することができるし、あるいは情報表示装置のように、照明ユニットの異なる領域を選択的に照明することによって観察者に情報を提供することもできる。
【００１３】
ＬＥＤを使用するアドレス指定可能な照明ユニット１００の一例を、概略的に図１に示している。電源１０２は、表示パネル１０４に電力を供給する。表示パネル１０４は、個別にアドレス指定可能な発光素子のアレイを含む。表示パネル１０４上に所望のパターンを照明するように、電源１０２、またはパネル１０４内の制御回路は、個別の発光素子に選択的に電流を供給する。
【００１４】
表示パネル１０４の一部を図２に示している。観察者が表示パネル１０４に近づくと、発光素子１０６の個別性がより明らかとなる。観察者がパネル１０４に十分近づくと、観察者は表示パネルの個別の発光素子をより容易に認識できるようになり、パネル上に表示されるメッセージの認識はより困難になる。たとえば、個別の要素１０６が「Ｔ」字型を形成しているが、この「Ｔ」は、さらに離れて「Ｔ」を観察するときほどには容易に識別できない。
【００１５】
この問題の理由の一部は、ディスプレイ上の個別の発光素子１０６は、顕著な黒色の境界によって互いに分離されており、そのため近距離においては、観察者はこれらの発光素子を、パターンの一部としてよりも、分離した要素として見やすくなることにある。比較として、パネル２００内の文字「Ｔ」の表示は、隣接する発光素子２０６を分離する暗い空隙が減少する場合に、情報が読みやすくなることを示している。
【００１６】
別の実施形態においては、照明ユニット１００は、できるだけ多量の光を提供できるように、すべての発光素子を単純に照明することができる。このような照明ユニットは、情報表示ではなく照明目的で使用することができる。
【００１７】
図３Ａ〜３Ｂを参照しながら、照明ユニット３００の構造の一実施形態をさらに説明する。照明ユニット３００の表示パネル３０２は、多数のタイル３０４を含み、各タイル３０４は多数の発光素子３０６を含む。タイル３０６の層は、基体３０８と、ガイド層３１０と、場合によりコントラスト／投影フィルター３１２とを含む。
【００１８】
コントラスト／投影フィルター３１２は、ｉ）反射周辺光の量を減少させるため、および／またはｉｉ）映写スクリーンとして機能できるように視野角を得るために使用される。周辺光の減少および視野角の選択は、照明ユニットの個別の用途、排除する必要がある多量の周辺光が存在するかどうか、または広い角度にわたって照明ユニットからの光を拡散させることが望ましいかどうかに依存する。たとえば、照明ユニットが屋外での情報表示用途に使用される場合、直射日光下でのコントラストを改善するために周辺光を減少させ、同時に、観察者が情報を見ることができる領域を増加させるために広い視野角も提供することが望ましいことがある。別の例において、照明ユニットが屋内で使用される場合、周辺光の排除は不要となることがある。
【００１９】
コントラスト／投影フィルター３１２が、周辺光の反射を減少させる場合、コントラスト／投影フィルターは、周辺光の反射量を減少させるために、反射防止特性を有することができ、たとえば反射防止層を含むことができる。フィルター３１２は、これに加えて、またはこれとは別に、周辺光の鏡面反射を軽減する防眩性を有することができ、たとえばつや消し面を有することができる。反射周辺光量を減少させる別の方法は、周辺光を吸収することである。フィルター３１２が視野角を提供する場合、このフィルターは、映写スクリーン、たとえばレンチキュラー映写スクリーン、またはビーズスクリーンとして機能する１つ以上の層を含むことができる。一部のレンチキュラースクリーンおよびビーズスクリーンでは、周辺光の減少と視野角との両方が提供される。図３Ｂおよび３Ｃに示されるこのようなスクリーンの一例は、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より入手可能なビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ＸＲＶＳ型スクリーンである。このＸＲＶＳスクリーンでは、吸収材料層中に埋め込まれた透明な球体を介して光が屈折することによって視野角が得られ、この透明な球体は、スクリーンを通過する光に低損失経路を提供し、吸収材料は入射周辺光を吸収する。別の種類のフィルターは、コントラスト／投影フィルター中に、たとえば、所望の偏光状態で光を伝達する反射偏光子または吸収型偏光子などの偏光層を含むことができる。組み込むことができる他の種類のフィルターとしては、ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）サーキュラー・ポーラライザー（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）（ＣＰ）層、またはビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ライト・コントロール・フィルム（Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｉｌｍ）層が挙げられ、これらは、軸外観察からのプライバシーを提供する、および／またはディスプレイから反射される周辺光の量を減少させる。両方のビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）層が３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）より入手可能である。
【００２０】
個別の発光素子３０６の高さにおいて、基体３０８上に１つ以上のＬＥＤ３２０が配置される。発光素子３０６から単一色のみが発せられる必要がある場合、１つのみのＬＥＤを使用することができるし、発光素子３０６によって発生される光学出力を増加させるために同じ種類の２つ以上のＬＥＤを使用することもできる。発光素子から発せられる光の色を選択可能である場合は、異なるＬＥＤを使用して異なる色を発生させることができる。異なるＬＥＤを個別に制御することによって、発せられる光の色を制御することが可能となる。さらに、発光素子３０６が白色光を発することが望ましい場合、異なる色の光を発する多数のＬＥＤを発光素子３０６に提供することができ、それらの複合作用によって、発せられた光を観察者が白色と認識する。白色光を発生させる別の方法は、比較的短波長の光を発する１つ以上のＬＥＤ３２０を使用し、発せられた光を、燐光体波長変換器の使用により白色光に変換することである。白色光とは、人間の肉眼の赤、緑、および青の感覚器官を刺激して、通常の観察鎖が「白色」であると見なす外観が得られる光である。このような白色光は、赤色側（一般に温白色光と呼ばれる）または青色側に偏っている場合もある（一般に冷白色光と呼ばれる）。この光は、最大１００の演色評価数を有することができる。
【００２１】
ＬＥＤという用語は、たとえば、１種類以上のＩＩＩ族元素と１種類以上のＶ族元素との組み合わせ（ＩＩＩ−Ｖ半導体）から形成される種々の形態の無機半導体発光ダイオードを意味するために使用される。ＬＥＤにおいて使用できるＩＩＩ−Ｖ半導体材料の例としては、窒化ガリウムまたは窒化インジウムガリウムなどの窒化物、ならびにリン化インジウムガリウムなどのリン化物が挙げられる。他の種類のＩＩＩ−Ｖ材料を使用することもできるし、周期表の他の族の無機材料を使用することもできる。
【００２２】
ＬＥＤは、パッケージ型ＬＥＤであってもよいし、または非パッケージ型ＬＥＤ、たとえば、ＬＥＤダイ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、およびその他の構成のＬＥＤであってもよい。ＬＥＤという用語は、燐光体とともに実装されたＬＥＤまたは燐光体と関連するＬＥＤも含み、この燐光体は、ＬＥＤから発せられた光を異なる波長の光に変換するために使用される。チップオンボード（ＣＯＢ）は、従来ワイヤボンディングなどを使用して基体に相互接続されたフェイスアップ接合（ｆａｃｅ−ｕｐ−ｂｏｎｄｅｄ）チップデバイスを使用する複合技術である。接続は、ワイヤボンディング、テープ自動ボンディング（ｔａｐｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）（ＴＡＢ）、またはフリップチップボンディングによって行うことができる。本明細書において示される大部分の例ではＬＥＤダイが示されているが、これは限定を意図するものではなく、この段落に記載した他の種類のパッケージ型ＬＥＤを使用することもできる。
【００２３】
ＬＥＤ３２０から発せられた光を観察者の方向に向けるために、基体３０８上に反射層３２２を提供することができる。また、フィルムからの光を抽出し、場合によるスクリーン層３１２を通して観察者に光を向けるためにガイド層３１０は多数の光抽出機構３２４を含むことができる。光抽出機構３２４は、ＬＥＤ３２０またはその付近に集中する放射パターンをガイド層３１０上に配列させることができる。ＬＥＤ３２０から発せられた光がたどる光路は、観察者に向かう前に、ガイド層３１０内での反射を伴う場合がある。製造プロセスが、十分に大きな基体、レンズフィルム、およびスクリーン層を製造できるのであれば、タイル構造を省くことができる。
【００２４】
照明ユニット４００の部分分解図を、図４Ａに概略的に示している。照明ユニット４００は、多数のＬＥＤ４２０が上に配列された基体４０８を含む。基体４０８は、あらゆる好適な種類の材料から形成することができる。たとえば、基体４０８は、金属、セラミック、またはポリマーから形成することができる。ポリマー基体の特定の例の１つは、デラウェア州ウィルミントンのデュポン（Ｄｕ Ｐｏｎｔ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）製造のカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）ブランドのポリイミドなどのポリイミドである。基体４０８は可撓性の場合もあるし、剛性の場合もある。基体４０８は、たとえば、マサチューセッツ州ピッツフィールドのＧＥプラスチックス（ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，ＭＡ）製造のポリカーボネートなどの透明材料から形成することもできる。
【００２５】
基体４０８とガイド層４１０との間に中間層４２２を導入することができる。ガイド層４１０は典型的には、ＬＥＤ４２０によって発せられる光に対して透明であり、たとえば、ポリカーボネート、ポリエステル、ウレタン、アクリレートなどの透明ポリマーから形成することができる。このポリマー材料の一覧は、好適なポリマー材料の網羅的な一覧を意図したものではない。
【００２６】
ガイド層４１０は、各ＬＥＤ４２０と関連する光抽出要素４２４のアレイを含むことができる。中間層４２２は、基体４０８上に配置されたＬＥＤ４２０に対して位置合わせされるアパーチャー４２３を含み、これらはビアとも呼ばれる。中間層４２２は、波長ＬＥＤ４２０によって発せられる波長の光に対して反射性であってもよい。中間層４２２は、たとえば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より入手可能なビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ＥＳＲフィルムなどの多層ポリマー反射フィルムを含むことができる。中間層４２２は、拡散反射粒子、たとえば二酸化チタン粒子を含有するマトリックスなどの白色拡散反射体であってもよい。中間層４２２は、金属化層または多層誘電体コーティングなどの一部の他の種類の反射体を含むこともできることを理解されたい。中間層４２２は、たとえば感圧接着剤を使用して、基体４０８に接合することができる。アパーチャーは、たとえばレーザーフライス加工を使用して、中間層４２２中に形成することができる。
【００２７】
別の実施形態においては、中間層４２２が非反射であってもよい。このことは、強い周辺光を伴う用途に照明ユニットが使用される場合に特に有用である。非反射性中間層４２２は、ポリマーマトリックス中に分散した炭素粒子などの吸収性化学種を含むポリマー層から形成することができる。非反射性中間層は、照明ユニットによって反射する周辺光量を減少させることによって、ＬＥＤ４２０から発せられる光の視認性を増加させるのに役立つ。
【００２８】
ＬＥＤ４２０の上にガイド層４１０を形成するためには、いくつかの異なる方法を使用することができる。一例は、ＬＥＤ４２０および／または中間層４２２の上に、あらかじめ提供された光抽出要素を有するシートとしてガイド層４１０を積層することである。別の例においては、ＬＥＤ４２０および／または中間層４２２の上にポリマー層をコーティングし、その場で光抽出要素を形成することによって、ガイド層４１０を形成することができる。これら２つの例の提示は、ＬＥＤ４２０の上にガイド層４１０を形成する方法の網羅的な一覧を提示することを意図したものではない。
【００２９】
ＬＥＤ４２０に入る電流およびＬＥＤ４２０から出る電流を運ぶために、種々の層の上に導体を提供することができる。ＬＥＤ４２０に入る電流およびＬＥＤ４２０から出る電流を運ぶために、たとえば、基体４０８、中間層４２２、および／またはガイド層４１０のいずれかの上に導体を提供することができる。導体は、たとえば銅から形成された金属トレースの形態をとることができる。図４Ａに示される例においては、ＬＥＤ４２０に入る電流および／またはＬＥＤ４２０から出る電流を運ぶために、基体４０８上に導体４２１が配置される。ワイヤボンド４２６を介して、基体４０８上の導体４２５にＬＥＤ４２０がワイヤボンディングされる。ＬＥＤ４２０は、その下面上に形成される両方の電極を有するフリップチップの種類であってもよい。はんだリフロー、またはノースカロライナ州ケアリーのロード・コーポレーション（Ｌｏｒｄ Ｃｏｒｐ．，Ｃａｒｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）より入手可能なメテック・タイプ６１４４（Ｍｅｔｅｃｈ ｔｙｐｅ ６１４４）などの導電性エポキシを使用した接続などのあらゆる好適な技術を使用して、導電体に対して電気接続を行うことができる。
【００３０】
図４Ｂ〜４Ｅに関してこれより説明するように、ＬＥＤ４２０は、他の層の上に提供された導体と電気接続することができる。図４Ｂは、導体４２１が基体４０８上に提供され、別の導体４３１が中間層４２２の下面上に配置されている例を概略的に示している。図４Ｃは、導体４２１が基体４０８上に提供され、別の導体４４１が中間層４２２の上面上に配置されている例を概略的に示している。図４Ｄは、導体４２１が基体４０８上に提供され、別の導体４５１がガイド層４１０の下面上に配置されている例を概略的に示している。
【００３１】
図４Ｅに概略的に示されている別の方法においては、層４６０に導体４６１および４６２の両方を提供することができ、これらは、層４６０の異なる面上に提供することもできるし、層４６０の同じ面上に適用することもできる。層４６０はアパーチャーまたは凹部４２３を含む。層４６０は、たとえば基体が反射材料で形成される場合に基体層であってもよいし、基体層（図示せず）を層４６０の下に提供できる場合には中間層であってもよい。アパーチャー４２３をブラインドホールにするために、導体４６１がアパーチャー４２３の開口部を覆うことができ、それによってアパーチャー４２３内の所定の位置にＬＥＤが保持される。
【００３２】
ＬＥＤ４２０によって発生した熱を除去するために、基体４０８の下面（図示せず）上に金属層を提供することができる。さらに、ＬＥＤ４２０によって発生した熱の拡散を促進するために、導体４２１に広面積パッド４２１ａを提供することができる。一般に、ＬＥＤ４２０と観察空間との間の光路中に導体４２０がない場合、ＬＥＤ４２０からの熱の拡散を促進するために導体４２０の寸法がより大きくなってもよい。しかし、たとえばガイド層４１０の下面上または反射中間層４２２の上面上など、導体が光路内に配置される場合は、観察空間を通過する光に対する悪影響を軽減するために、導体の大きさを縮小することが一般に望ましい。
【００３３】
図示されるように、ＬＥＤ４２０は、長方形パターン、または正方形パターンで基体４０８上に配列することができる。これによって、情報表示用途において縦および横の線の表示が容易になる。しかし、長方形または正方形のパターンが必要なのではなく、ＬＥＤ４２０は、たとえば六角形パターンなどの他のパターンで基体４０８上に配置することができる。発光素子の実際の形状は、正方形、長方形、円形、またはその他の形状であってよい。発光素子間の間隙、言い換えると、光がほとんどまたは全く発せられない発光素子間の領域は、輝度強化フィルムまたは投影フィルターを固定するためなどの接合面として使用することができる。
【００３４】
図４Ａ〜４Ｄにおいては、ただ１つのＬＥＤ４２０が各発光素子と関連しているが、各発光素子と関連する２つ以上のＬＥＤ４２０が存在してもよい。たとえば、図４Ｆに概略的に示されるように、ＬＥＤ４２０は、互いに密接して取り付けられ異なる色を発するＬＥＤダイ４７０などの複数のＬＥＤを含むことができる。このような配列によって、白色光などの混合色の光を生成できるだけででなく、各ＬＥＤから発せられる光の相対量を変化させることによって、発せられる光の色合いを使用者が制御することができる。
【００３５】
以下に示す例においては、基体に直接取り付けられたチップ（ダイ）の形態でＬＥＤが示されている。これは本発明の限定を意図するものではなく、他の形態のＬＥＤも使用することができる。
【００３６】
発光素子５００の特定の一実施形態の断面を、図５Ａにおいて概略的に示している。この実施形態においては、ＬＥＤ５２０は基体５０８に接合されている。中間層５２２はＬＥＤ５２０と略同じ高さを有し、ガイド層５１０はＬＥＤ５２０および中間層５２２の両方に接合することができる。ＬＥＤ５２０と基体５０８との間にワイヤボンドが存在する場合、そのワイヤボンド５２９は、中間層５２２を通過する別個のビア５２８内を通ってＬＥＤ５２０と基体との間を通過することができる。ワイヤボンド５２９は、ＬＥＤ５２０と同じビア５２３の中を通ることもできる。
【００３７】
ＬＥＤからの光が広範囲の角度にわたって発せられる場合、基体５０８から離れる方向で略上方に光が向かうようにＬＥＤ５２０が配置される。ＬＥＤ軸５２０ａは、基体５０８に対して垂直に位置するように示されているが、多くのＬＥＤは、ＬＥＤ軸５２０ａに対して対称に光を発する。ＬＥＤ軸５２０ａに対して対称には光を発さない場合、ＬＥＤ５２０から光が発せられる方向の平均にＬＥＤ軸が対応する。軸５２０ａは、ＬＥＤ５２０によって発せられる最大強度の光の方向を表す必要はない。
【００３８】
別の実施形態の断面を、図５Ｂに概略的に示している。この実施形態においては、ＬＥＤ５２０が中間層５２２よりも高く、中間層５２２の上にガイド層５１０を維持するためにスタンドオフ５３０を使用することができる。スタンドオフ５３０は、ＬＥＤ５２０が接触する高さにガイド層５１０を維持することができるし、ＬＥＤ５２０と接触するよりも高い高さにガイド層５１０を維持することもできる。
【００３９】
別の実施形態の断面を、図５Ｃに概略的に示している。この実施形態においては、中間層５２２の高さが、ＬＥＤ５２０の高さよりも低い。中間層５２２と基体５０８との間にスタンドオフ５３２が提供されている。中間層５２２をガイド層５１０の下面５１１と接合することができる。
【００４０】
ＬＥＤは、断面が正方形や長方形である必要はない。たとえば、図５Ｄに概略的に示されるように、ＬＥＤ５２０が異なる形状を有することができる。さらに、照明ユニットを組み立てるときのＬＥＤ５２０と中間層５２２との間の位置合わせにおける制約を軽減するために、中間層５２２中のアパーチャーが、ＬＥＤ５２０よりも大きい寸法であってよい。
【００４１】
別の実施形態の断面を、図５Ｅに概略的に示しており、この図ではＬＥＤ５２０の一部が、ガイド層５１０中の凹部５５０内にある。この実施形態においては、ＬＥＤ５２０の側面から発せられる一部の光５５２は、ガイド層５１０内に向かい、ガイド層５１０に沿って案内される。ＬＥＤ５２０の上部から発せられる光５５４も、ガイド層５１０に沿って案内される場合がある。
【００４２】
ＬＥＤ５２０とガイド層５１０との間の光結合は、ＬＥＤ５２０とガイド層５１０との間に配置された光結合材料５４０を使用することによって促進することができる。光結合材料５４０は、構造的完全性を増加させる接着特性を提供することもできる。
【００４３】
光結合材料５４０は、組立工程中に種々の方法で適用することができる。ある方法では、ガイド層５１０を適用する前にＬＥＤ５２０の上部に結合材料５４０を配置する。次にＬＥＤ５２０の組立体の上にガイド層５１０を適用する。このような適用によって、典型的には、ＬＥＤ５２０を収容するビア５２３の中、および中間層５２２とガイド層５１０との間に広がるように、結合材料５２０が移動する。別の方法においては、ＬＥＤ５２０の上にガイド層５１０を適用し、次に、ガイド層５１０と中間層５２２およびＬＥＤ５２０との間に、毛管作用によって結合材料５４０を移動させる。この方法においては、結合材料が、ＬＥＤ５２０を収容するビア５２３を充填、または部分的に充填することもできる。光結合材料５４０の一例は、ニュージャージー州クランベリーのノーランド・プロダクツ（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｃｒａｎｂｕｒｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）より供給されるノーランド・タイプＮＯＡ８１（Ｎｏｒｌａｎｄ ｔｙｐｅ ＮＯＡ ８１）光学接着剤である。
【００４４】
これより、ＬＥＤからの光を分散させる別の方法について、図６〜１８を参照しながら説明する。これらの方法の多くでは、ＬＥＤからの光の一部は、ガイド層５１０内の下面または上面のいずれか、あるいはそれらの両方で反射し、そのためガイド層５１０は、ＬＥＤからの光を案内すると言うことができる。観察者に光が向かう前に、ＬＥＤから離れる光を側方に案内することは、光の拡散とも呼ばれ、このことは、照明ユニットの隣接する発光素子の間の暗い空隙の量を減少させるのに役立つ。ＬＥＤ５２０によって発せられた光のすべてがガイド層５１０内に案内される必要はないことを理解されたい。
【００４５】
図６において、ＬＥＤ６２０は、基体６０８上に配置され、反射フィルムであってもよい中間層６２２によって囲まれている。ＬＥＤ６２０の上にはガイド層６１０がある。ＬＥＤ６２０からの光は、ガイド層６１０内に入る。ＬＥＤから離れているガイド層６１０の面には、光抽出機構６２４が提供されている。この特定の実施形態においては、光抽出機構６２４は、ＬＥＤ６２０の周囲に配置されるプリズム構造６２６を含む。プリズム構造６２６は、その中心にＬＥＤ６２０を有するフレネルレンズとして形成することができる。ＬＥＤ６２０からの光６３０はガイド層６１０内に入る。一部の光６３２は、プリズム構造６２６を介して直接発せられる場合がある。他の部分の光６３４は、たとえばガイド層６１０の上面６１１で反射することによって、ガイド層６１０内に反射する場合がある。光６３４は、ガイド層６１０の下面６１２または中間層６２２で反射する場合もある。プリズム構造６２６によって、観察者に近づく方向で光６３４が向かう。
【００４６】
この実施形態および以下の実施形態においては、光は、中間層６２２によって反射してガイド層６１０内に戻る場合もあるし、あるいは内部反射および／またはガイド層６１０の下面６１２で反射することもできる。光が下面６１２で内部反射する場合、下面６１２上にも光抽出機構を提供することができる。光が中間層６２２によって反射する場合、中間層６２２上および／または下面６１２上にも光抽出機構を提供することができる。
【００４７】
図７に概略的に示す実施形態においては、光抽出機構６２４は、ガイド層６１０の上面６１１上に提供された回折構造または拡散反射材料６３６を含む領域を含むことができる。光６３０はガイド層６１０内に案内される。しかし、回折構造または拡散反射材料６３６において回折または拡散反射が起こった後、光６３０は中間層６２２に向かい、中間層６２２によって光が反射して戻りガイド層６１０を通過して観察者に向かう。光が中間層６２２に向かい、さらに上面６１２を通過して観察者に向かうように、ガイド層６１０の表面６１１上の回折構造または拡散反射材料６３６の密度を選択することができる。
【００４８】
図８に概略的に示す実施形態においては、光抽出機構６２４は、ガイド層６１０の上面６１１に貫入する抽出溝６４６を含む。抽出溝６４６は、上面６１１からの光を中間層６２２に向かわせ、中間層６２２で光が反射して戻り、ガイド層６１０を通過して観察者に向かわせるのに役立つ。
【００４９】
図９に概略的に示す実施形態においては、光抽出機構は、ガイド層の上面６１１に貫入するくぼみ６４８を含む。くぼみ６４８は、中間層６２２から反射した光がガイド層の上面６１１を透過できるような角度で、上面からの光を中間層６２２に向かわせることができる。くぼみ６４８は、その表面に入射した光を、ガイド層６１０から直接出させることもできる。図８に示されるくぼみ６４８および溝６４６は、ガイド層から光を抽出して所望の照明プロファイルを得るためのあらゆるパターンでガイド層６１０上に組み込むことができる。
【００５０】
図１０Ａに概略的に示す実施形態においては、光抽出機構６２４は、光結合材料６５０の層と、光結合材料６５０に頂点が貫入している複数のプリズム型構造６５２とを含む。プリズム型構造６５２はベース層６５４に取り付けることができる。たとえば、プリズム型構造６５２は、ベース層６５４とともに成形することができるし、ベース層６５４に接合することもできる。光結合材料６５０は、たとえば、１〜２０μｍの範囲の厚さの薄い接着剤層であってよい。この特定の実施形態においては、光６３０は、ガイド層６１０を出て、結合材料６５０の上面６５１で全反射することができる。光６３０は中間層６２２に向かい、中間層６２２で光は上方に反射して戻る。ガイド層６１２の上面６１２に入射する光の一部は、プリズム型構造６５２と結合し、このプリズム型構造６５２によって、通常の観察者の方向の上方に光が反射する。ベース層６５４から発せられる光６５６を拡散させるために、ベース層６５４に、表面拡散体または体積拡散体を提供することができる。プリズム型構造６５２は、ＬＥＤ６２０を中心とするパターンに成形することができるし、他のパターンで提供することもできる。たとえば、プリズム型構造は線状であってもよい。
【００５１】
図１０Ａに示す実施形態の一変形においては、たとえば図１０Ｂに示されるように、ベース層の出力側の近くにコントラスト／投影フィルター６５８を提供することができる。
【００５２】
光の配向または再配向のために、ガイド層の上に１つ以上の調光フィルムを使用することができる。たとえば、基体６０８に対して垂直方向により近い方向に光を向けるために、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より商品名ＢＥＦ（登録商標）で入手可能な１つ以上の輝度強化フィルムを使用することができる。輝度強化フィルムは、典型的には、複数のプリズム屈折要素を含み、プリズム要素の底面から照明すると、透過光は軸に対してより平行に近い方向に屈折する。図１１に示される例においては、回折性光抽出要素６３６を使用する発光素子は、軸６６０に対して第１の方向で、ガイド層６１０から光を発する。第１の輝度強化層６６２を出るときに、光６６７は、第１の方向よりも軸６６６に近い第２の方向に屈折する。ある実施形態においては、１層のみの輝度強化フィルム６６２が使用される。典型的には、第１の輝度強化フィルムのプリズムにはリブが取り付けられ、それによって１層の輝度強化フィルムは、光を一方向にのみ再配向する。場合により、輝度強化フィルムの第２の追加層６６４を使用することができ、この場合、輝度強化フィルムの第２の層６６４のリブ付きプリズムは、第１の層６６２のリブ付きプリズムに対して垂直に向けられ、輝度強化フィルムの２つの層６６２および６６４を組み合わせることで、２つの寸法で軸６６６に向かうように光を再配向させる。
【００５３】
たとえば図１２に概略的に示すように、調光フィルム６６２および６６４からの出力側にコントラスト／投影フィルター６６８を提供することができる。一部の用途においては、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より供給されるビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ＤＢＥＦフィルムなどの多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子などの反射偏光層を、発光素子の上に提供することができる。反射偏光子は、ある偏光状態の光を透過し、それと直交する偏光状態の光を反射し、ＬＣＤディスプレイの背面照明など、偏光を提供するために発光素子が使用される場合に、このような偏光子を使用することができる。反射偏光子によって反射される偏光状態の光は、反射して基体６０８に戻る。反射偏光子によって反射された光を、ある程度偏光解消して反射させるために、層の１つ、たとえば中間層６２２を処理することができ、それによって、反射偏光子によって反射された光を再利用して、最終的に反射偏光子を通過させることができる。
【００５４】
ガイド層６１０は、平行な表面を有する必要はない。言い換えると、表面６１１および６１２は互いに対して非平行であってもよい。このような一実施形態を、図１３に概略的に示しており、この場合、光抽出機構は、下面６１２に対しても基体６０８に対しても非平行である上面６１１である。光６３０は、上面６１１において内部反射して、下面６１２に向かい、下面または中間層６２２によって光６７０として反射する。しかし、上面６１１は下面６１２と平行でないため、反射光６７０は、ＬＥＤからの光６３０として入射する角度と同じ角度では上面６１１には入射しない。臨界角未満の入射角で反射光６７０が上面６１１に入射する場合、反射光６７０は光６７２として上面６１１を透過する。ＢＥＦ（登録商標）などの別の層（図示せず）を使用することで、基体６０８に対してより垂直となる方向に光６７２を向けることができる。
【００５５】
ＬＥＤ６２０からの光をフィルム６１０に沿う方向に向かわせ、それによってガイド層６１０によって案内される光の量を増加させるために、ガイド層６１０に成分６７４を提供することができる。図示される実施形態においては、成分６７４は、ＬＥＤ６２０の上方に位置する凹部を含む。ＬＥＤ６２０からの光６７６は、凹部表面で内部反射して、フィルム６１０に沿った方向に向かう。凹部表面に対する入射角が十分大きい場合、その光は全反射する。光６７６は、傾斜した上面６１１から反射した後で、フィルム６１０から離れる方向に向かうことができる。基体６０８に対して平行の複数の表面をガイド層６１０が有する、本明細書において説明される発光素子の別の実施形態においても、成分６７４を使用することができる。
【００５６】
ガイド層の表面が平行ではない別の実施形態を、図１４Ａに概略的に示している。この実施形態においては、上面６１１は基体６０８に対して平行であるが、下面６１２は基体６０８に対して平行ではない。この場合、光抽出機構は下面６１２を含む。光６３０はガイド層６１０の上面６１１によって内部反射して、下面６１２に向かう。この光は、下面６１２から上面６１１の方に戻る。下面６１２からの光が、臨界角未満の入射角で上面６１１に入射する場合に、光６８０は上面６１１を透過する。
【００５７】
様々な種類の反射体を下面６１２上に使用することができる。たとえば、下面６１２に反射膜をコーティングすることができる。他の方法としては、下面６１２上に構造を提供することが挙げられる。たとえば、図１４Ｂに概略的に示すように、１つ以上のステップ６８２を下面６１２に提供することができる。ステップ６８２は、一部の入射光６８６を全内部反射させるのに望ましい角度に設定される。別の方法においては、屈折および全反射の組み合わせによって入射光６８６を再配向させる一連の要素６８４、たとえばプリズム要素を下面６１２に提供することができる。ガイド層６１０の下面６１２を透過した光は、中間層６２２によって反射し、ガイド層６１０を透過して戻ることができる。
【００５８】
抽出機構は、ガイド層６１０の上面上に配置する必要はなく、ガイド層６１０下面上および／または中間層６２２上に提供することができる。このような配置の一例を図１５Ａに概略的に示しており、この図では、反射中間層６２２に非平面上表面構造６９０が提供されている。一部の光６９２は、ガイド層６１０によって案内されて、表面構造６９０上に入射する。表面構造６９０から反射した光の一部は、ガイド層６１０の上面６１１に向かい、さらに観察者に向かう。多数の様々な技術を使用して、表面構造６９４を中間層６２２に導入することができる。中間層６２２中に使用できるようなポリマー反射体上に構造を形成するいくつかの方法が、米国特許第６，０４５，８９４号明細書および第６，０９６，２４７号明細書に記載されている。
【００５９】
別の例を図１５Ｂに概略的に示しており、この図では、反射性中間層６２２の上面、および／またはガイド層６１０の下面に、白色に着色した材料などの拡散反射性光抽出材料のパッチ６９５が提供されている。パッチ６９５上に入射する少なくとも一部の光は、鏡面反射せずに拡散反射し、一部の光６９７はガイド層６１０の外に向かうことができる。他の種類の光抽出機構を、中間層６２２の上面上、またはガイド層６１０の下面上に提供することができ、ガイド層６１０の上面上の光抽出機構とともに提供することもできる。
【００６０】
１種類のみの抽出機構を有する例で、本明細書に記載される光抽出機構を説明してきた。本明細書に記載される種々の光抽出機構は、単独で使用することもできるし、異なる種類の光抽出機構と組み合わせることもできることを理解されたい。
【００６１】
ＬＥＤ６２０によって発生した光の大部分は、ガイド層６１０を直接通過できる方向に伝播し、これは、発光素子の中央の明るい箇所として観察者が認識することができる。ガイド層の使用に加えて、横方向に光を拡散させるために他の方法を使用することができる。このような方法の１つは、図１３に示される成分６７４に関して既に説明しており、この場合、光は、凹部表面で内部反射し、それによってガイド層６１０の面に略沿った方向に向かう。横方向に拡散した後、光はガイド層から抽出される。
【００６２】
ＬＥＤ６２０からの光をガイド層６１０内に拡散させる別の方法を、これより図１９Ａを参照しながら説明する。ＬＥＤ６２０から遠い側のガイド層６１０の上に、体積拡散体などの拡散体１９０２が配置される。拡散体１９０２が体積拡散体である場合、その体積拡散体をガイド層６１０内に配置することができる。拡散体１９０２は、ＬＥＤからガイド層６１０を直接通過する光の量を減少させ、それによって発光素子からの出力を均一化するために使用される。拡散体１９０２は一部の光１９０４を側方に拡散させ、抽出機構６２４を介して、別の位置でガイド層から抽出することができる。
【００６３】
拡散体１９０２の拡散力は、発光素子から発せられる光の所望のプロファイルを向上させるように、空間的に調整することができる。たとえば、ＬＥＤ６２０の上に発生される光の量を減少させ、発光素子の周囲に光を拡散させることが望ましい場合、拡散体１９０２の拡散力はＬＥＤ６２０の上で最大にする。図示される実施形態においては、拡散体１９０２はＬＥＤ６２０の上で最も厚く、拡散体厚さ１９０２は、発光素子１９００の端部に向かうにつれて薄くなる。拡散体１９０２の拡散力は、体積拡散体中の拡散粒子の密度を空間的に変化させることによって調整することもできる。図示される実施形態においては、拡散体１９０２の厚さが、発光素子１９００の中心から直線的に変化している。
【００６４】
図１９Ｂに概略的に示す別の実施形態においては、拡散体１９１２の厚さは、発光素子１９１０全体にわたって、位置に関して非線形的に変動している。さらに、拡散体１９１２は、発光素子１９１０全体の領域に延在することもできるし、しないこともできる。図示される実施形態においては、拡散体１９１２は発光素子１９１０全体には延在していない。
【００６５】
ＬＥＤ付近で光束が大きくなる傾向にあり、その結果、ＬＥＤ付近で発せられる光の量は、ＬＥＤから離れた場所よりもはるかに多くなりうる。このように発せられる強度プロファイルの一例を、図１６Ａの曲線（ａ）で概略的に示している。
【００６６】
発光素子から発せられる光の強度プロファイルをより均一にするために、ＬＥＤ自体に近い位置での光の抽出を減少させ、ＬＥＤから離れた光抽出要素の位置での光抽出量を増加させるために、光抽出機構を配置または適合させることができる。このことを、図１６Ａを参照しながらさらに説明するが、この図は、発光素子１６００を概略的に示しており、発光素子１６００の中央におけるＬＥＤ１６２０の位置と、ＬＥＤ１６２０の周囲で半径方向に配列された光抽出機構１６２４とが示されている。図示される実施形態においては、光抽出機構の密度は、ＬＥＤ１６２０から半径方向に離れるにしたがって増加している。光抽出密度を適切に選択することで、たとえば曲線（ｂ）（破線）に示されるように、発光領域上でより均一な発光強度プロファイルを得ることができる。さらに、発光素子１６００上の光抽出の不均一性が減少するように、抽出機構の抽出強度を、ＬＥＤ１６２０からの距離が増加するにつれて変動させることができる。たとえば、抽出機構の大きさを変動させることによって、抽出強度を調整することができる。
【００６７】
発光素子から発せられる光の強度プロファイルを制御するように、上面および下面の抽出機構、たとえば、上面上に形成されるプリズム構造、拡散構造、抽出溝、上面中に貫入するプリズム構造、およびガイドフィルム上の非平行表面などのあらゆる種類の抽出機構を配置することができる。さらに、ガイドフィルム上の表面構造を伴う非平行表面など、異なる種類の抽出機構の組み合わせを使用することができる。抽出機構は、比較的均一なプロファイルの照明プロファイル、または他の望ましいプロファイルが得られるように配列することができる。用語「均一」とは、ＬＥＤの上の領域がその周辺領域よりもあまり明るくならない比較的平坦な照明プロファイルを意味する。
【００６８】
光抽出機構は、ＬＥＤ周囲で放射対称に配列される必要はなく、他の形状で配列することもできる。そのような形状の一例を図１６Ｂに概略的に示しており、この図は、ＬＥＤ１６２０の周囲に略正方形のパターンで配列された光抽出機構１６２４を示している。
【００６９】
光抽出機構は、ＬＥＤの周囲に連続的に配列される必要はなく、不連続であってもよい。不連続な光抽出機構１６３４の一例を図１６Ｃに概略的に示しており、この図では、回折領域または拡散反射パッチなどの不連続光抽出機構１６２４が、図１６Ｂに示されるパターンと部分的に対応するパターンで配列されている。不連続な光抽出機構１６４２のパターンの別の例を図１６Ｄに概略的に示している。所望の光抽出プロファイルに従って、多くの異なる種類のパターンを使用できることが理解できるであろう。
【００７０】
光抽出要素の印刷パターンを使用する一実施形態の発光素子２０００を、図２０Ａに概略的に示している。シート２００２は、少なくとも１つの表面上に拡散反射領域２００４が配列されている。シート２００２をガイド層６１０に十分接近させると、ガイド層６１０内の光２００６がシート２００２と結合して、拡散反射領域２００４と相互作用する。したがって、拡散反射領域２００４を光抽出機構として使用することができる。別の実施形態においては、ガイド層６１０の上面６１１の上に拡散反射領域を直接提供することができる。
【００７１】
拡散反射領域２００４は、たとえば、シート２００２上にドットの配列として印刷された白色顔料を含むことができる。ＬＥＤ６２０から直接透過する光２００８の量を減少させ、ＬＥＤ６２０から離れた距離でガイド層から抽出するために光２００６の横方向への拡散を増加させるように、拡散反射領域２００４にパターンを形成することができる。このパターン形成は、たとえば、拡散反射材料の厚さを変動させることによって、表面６１１上に提供される拡散反射領域の表面密度を変動させることによって、拡散反射する材料の密度を変動させることによって、またはこれらの異なる方法の組み合わせによって行うことができる。図示される例においては、ＬＥＤ６２０の上の拡散反射領域２００４ａの程度（表面密度）は、発光素子２０００の端部に近い拡散反射領域２００４ｂの程度よりも大きく、そのため、ＬＥＤ６２０による直接照明がより明るい領域でのガイド層上側における拡散反射量が、ＬＥＤの直接照明があまり明るくないガイド層上側の他の領域における拡散反射量よりも多くなる。拡散反射領域は、拡散反射ではなく一部の光が通過するという点において、ある程度半透明であってよい。ＬＥＤ６２０からの光２００８が、拡散反射領域２００４ａを通過するように示している。
【００７２】
種々の調光フィルム層２０１０は、ガイド層６１０から離れた後の光に影響を与えるために使用することができる。たとえば、層２０１０は、輝度強化フィルム層、交差した輝度強化フィルム層、反射偏光フィルム、またはそれらの組み合わせを含むことができる。層２０１０は他のフィルターおよびスクリーン層を含むこともできる。
【００７３】
図２０Ｂは、別の例の発光素子２０５０を示しており、ガイド層６１０の上面に拡散反射領域２００４が直接適用されている。また、この発光素子は、ガイド層６１０の下面６１２と中間層６２２との間に間隙２０５２を含む。この場合、中間層６２２は反射性であり、そのため、下面６１２を通過して拡散反射した光２００６は、逆向きに反射してガイド層を通過する。反射した光２００６は、ガイド層を出て、さらに、拡散反射領域２００４を通過したり、拡散反射領域２００４の間を通ったりすることができる。
【００７４】
中間層６２２は、たとえば図２０Ａに示されるように平坦かつ平行であってもよいし、たとえば図２０Ｂに示されるように湾曲していてもよい。湾曲した反射中間層は、成形品の上にＥＳＲフィルムを配置することによって形成することができる。間隙および湾曲した中間層は、上記または下記の異なる実施形態の発光素子中に存在できることを理解されたい。
【００７５】
明るいところでＬＥＤ６２０の位置を観察者が見づらくなるように、シート２００２を拡散体として使用することもできる。このような使用の一例を、図２０Ｃに概略的に示している。間隙２０１２がシート２００２をガイド層６２０から分離しており、光抽出機構６２４を使用することによって、光がガイド層から出ていく。この光抽出機構は、前述のいずれかの種類の光抽出機構であってよい。拡散反射領域２００４に入射する少なくとも一部の光２０１４は拡散反射してガイド層６１０を通過し、中間層６２２に到達する。この光２０１４は中間層６２２によって反射し、ガイド層６１０およびシート２００２を通過する。たとえば図２０Ｄに概略的に示されるように、光２０１４をさらに拡散させるために、バルク拡散体などの拡散体２０１６を使用することもできる。
【００７６】
シート２００２が、ガイド層６１０と光学的に接触しているか、ガイド層と分離しているかとは無関係に、拡散反射領域２００４の位置および密度は、所望の出力照明プロファイルを実現するために調整することができる。
【００７７】
１つの発光素子からの光は、隣接する発光素子を通過してもよい。しかし、情報表示などの一部の用途においては、隣接する発光素子間を光が通過するのを防止することが望ましい場合がある。このような隣接する発光素子間のクロストークを軽減する方法の１つは、光が発光素子の端部に到達する前に、ＬＥＤからのすべての光をガイドフィルムから離れるようにすることである。
【００７８】
これより、図１７Ａ〜１７Ｄを参照しながら、隣接する発光素子間のクロストークを軽減するための別の方法を説明する。これらの図面においては、隣接する発光素子が破線１７０２で分離されている。各発光素子は、中間層１７２２と中間層の上のガイド層１７１０とを有する基体１７０８上に配置された少なくとも１つのＬＥＤ１７２０を含む。ＬＥＤ１７２０からの光はガイド層１７１０に入る。それぞれの場合で回折性光抽出要素１７２４が示されているが、他の種類の光抽出要素を使用することもできる。
【００７９】
図１７Ａに概略的に示す方法においては、隣接する発光素子の間に反射壁１７３０が配置されている。反射壁１７３０は、ガイド層１７１０中の溝の中に配置される反射材料を使用して形成することができる。この反射材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）、または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの高屈折率粒子を、ポリエステル（たとえばＰＥＮまたはＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリウレタン、環状ポリオレフィンなどのポリマーマトリックス中に含むことができる。上記の溝は、ガイド層が製造されるときに、たとえば圧縮成形、注型および硬化、射出成形などによって、ガイド層中に形成することができる。
【００８０】
図１７Ｂに概略的に示す方法において、反射中間層１７２２には、上方に延在するリブ１７４０が提供されている。前段落に挙げた成形方法の１つなどによって、中間層１７２２の上にガイド層１７１０が形成される。リブ１７４０は、隣接する発光素子の間の反射壁として機能する。
【００８１】
これより図１７Ｃに関して説明するように、ＬＥＤ１７２０が発光素子の中央に位置する必要はない。たとえば、左の発光素子１７５０中のＬＥＤ１７２０は、発光素子１７５０の側面に配置されており、発光素子の端部またはコーナーに接近して配置することもできる。光抽出機構１７２４は、ＬＥＤ１７２０が中央から外れて配置されることで生じる光のパターンで受け取った光を配向させるように配置され配列される。
【００８２】
さらに、図面の右側の発光素子１７５２で示されるように、発光素子内にＬＥＤ１７２０を２つ以上の位置で配置することができる。図示される実施形態においては、発光素子１７５２のいずれかの側面に１つずつで、２つのＬＥＤが存在する。発光素子１７５２は、他の数のＬＥＤ１７２０を含むこともできる。たとえば、発光素子１７５２が４つの側面を有する場合、ＬＥＤ１７２０は、発光素子１７５２の４つの端部に沿って配置したり、発光素子１７５２の４つのコーナーに配置したりすることができる。光抽出機構１７２４は、ＬＥＤ１７２０の特定の配置によって得られる光のパターンで受け取った光を配向させるように発光素子１７５２内に配置され配列される。
【００８３】
図１７Ｄに概略的に示す別の方法においては、２つの発光素子１７６２と１７６４との間の位置１７６０で、ガイド層１７１０の厚さが減少している。このようにガイド層の厚さを減少させることによって、ガイド層１７１０内で、１つの発光素子から隣接する発光素子に通過する光が、排除されないとしても、減少する。ガイド層の厚さの減少は、たとえば、隣接する発光素子の間に溝がある溝パターンのガイド層へのエンボス加工によって実現することができる。
【００８４】
別の実施形態の発光素子１８００を図１８Ａに概略的に示しており、この図は並列する２つの発光素子を示している。この実施形態においては、ＬＥＤ１８２０は基体１８０８上に配置されている。光学シート１８２２は、ＬＥＤ１８２０に収容するためのアパーチャーを有し、このため、ＬＥＤ１８２０はアパーチャーを貫通している。したがって、基体１８０８は、シート１８２２の一方の側にあり、ＬＥＤ１８２０の発光部分は、アパーチャーを通過して光を発するための透明な経路を少なくとも有するか、あるいは、図示されるようにそれ自体がアパーチャーを貫通してもよい。
【００８５】
シート１８２２には、ダイオード１８２０によって発せられる光を反射する反射面１８２４が提供されている。反射面１８２４は、所望の方向に光を向けるように湾曲している。たとえば、反射面は放物面、楕円であってよいし、他の形状を有することもできる。反射面１８２４は、成形フィルム上に形成された金属化面であってもよいし、多層反射体、たとえば真空めっきされた誘電性反射体または多層ポリマー反射体であってもよい。反射面１８２４は、シート１８２２上に堆積させることができる。別の方法においては、シート１８２２自体が、反射材料で形成されてもよく、たとえばミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より入手可能なＥＳＲ（登録商標）フィルムを打ち抜くことができる。
【００８６】
ＬＥＤ１８２０は、基体１８０８に取り付けられる下面上に両方の電気接点を有するフリップチップ型ＬＥＤであってよく、その場合、基体１８０８は、ＬＥＤ１８２０の正と負の両方の接点のための導体を有することができる。
【００８７】
ＬＥＤ１８２０および反射面１８２４の上の空間１８２６は、空気中であってもよいし、透明な材料を充填してもよい。たとえば、ＬＥＤ１８２０および反射面１８２４の上の所定の位置に透明材料を成形することができる。さらに、反射面１８２４によって反射した後の光を拡散させるために、シート１８２２の上に拡散体またはスクリーンフィルム１８３０を配置することができる。
【００８８】
別の実施形態の発光素子１８５０を図１８Ｂに概略的に示している。この実施形態においては、反射面１８２４と拡散体またはスクリーン層１８３０との間にレンズを含んでいる。図示される実施形態においては、これらのレンズは、プリズムレンズ、たとえばフレネルレンズとして、レンズシート１８５２上に形成されている。しかし、他の種類のレンズを使用できることは理解できるであろう。たとえば、空間１８２６に透明材料が充填される場合、その透明材料の表面上にレンズを形成することができる。
【００８９】
本明細書において説明される様々な種類の発光素子のそれぞれを、たとえば情報表示または空間照明に使用される照明ユニットに組み込むことができる。ＬＥＤダイは典型的にはわずか約３００μｍの厚さであり、ガイド層はＬＥＤダイの表面上にあるため、これらの構造体を非常に小型化することができる。したがって、このような構造体の厚さは、わずか約１または２ミリメートルにすることができる。このため、照明ユニットを可撓性にしたり、非平面状形状にしたりする可能性が得られる。たとえば、照明ユニットは、円筒形などの形態に巻き付けることができる。照明ユニットは剛性であってもよい。
【００９０】
一部の実施形態の照明ユニットについて、コントラスト／投影フィルターを含むとして前述しているが、希望するなら、あらゆる異なる種類の照明ユニットに、コントラスト／投影フィルターを提供できることを理解されたい。
【００９１】
所定の照明用途においては、必要なＬＥＤ数を決定する場合に、必要な輝度、照明装置の画素数、および照明装置の全面積のすべてが考慮される。２つの異なる照明用途の例を以下に説明する。
【実施例】
【００９２】
実施例１：天井照明
この実施例は、対角線が７０インチ（１７８ｃｍ）であり、アスペクト比が５：１である照明器具について検討する。この実施例で、１００Ｗの入力を使用して７０Ｌ／Ｗ、すなわち７０００ルーメンの２つの蛍光灯、光が得られる器具の設計を考慮している。
【００９３】
想定されるＬＥＤ特性を表Ｉに示す。これらの特性は、カリフォルニア州サンノゼのルミレッズ・ライティングＬＬＣ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ＬＬＣ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）より入手可能な１ｍｍ平方のルクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）白色ＬＥＤの特性と類似のものである。
【００９４】
ＬＥＤは最大電力の２／３で動作すると仮定し、したがって実電流は最大電流未満となる。計算した照明ユニット設計を表ＩＩにまとめている。
【００９５】
【表１】
【００９６】
【表２】
【００９７】
したがって、この実施例において、各発光素子が１７．４ｃｍ2以下の面積を有し、全面積が０．６ｍ2である発光素子のシートによって、蛍光灯および同じ面積の１組の蛍光灯および関連する照明光学系と同じ程度の光が得られる。スクリーンには、適切な調光フィルムおよび／または投影フィルターを通して６０°の円錐で光が向けられると仮定している。発せられる光の立体角および記載の吸光によって、完全ランベルト放射体（ｐｅｒｆｅｃｔ Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｅｍｉｔｔｅｒ）に対して１．０７の軸上利得（ａｘｉａｌ ｇａｉｎ）が得られる。
【００９８】
実施例２ 液晶ディスプレイ用のＲＧＢバックライト
この実施例においては、対角２３インチの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のバックライトとして照明ユニットを使用する。各発光素子は、１つの赤、２つの緑、および１つの青の４つのＬＥＤダイを含む。異なるＬＥＤダイを能動的に制御することによって、バックライトの色を制御することができる。この実施例の設計においては、バックライトは６５００Ｋの色温度を有する。
【００９９】
【表３】
【０１００】
この照明ユニットは、１枚のシートの輝度強化フィルムを使用して、５６°（最大半減、半角）の水平視野角および３７°（最大半減、半角）の垂直視野角が得られると仮定している。このバックライトから発せられる全光束は約１５６０ルーメンであり、軸上輝度は約５１９１カンデラ／ｍ2である。この実施例のバックライトユニットの計算した特性を表ＩＶに示す。
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
したがって、本発明は、ＬＣＤディスプレイのバックライトとして効果的に使用することができる。このようなバックライトは、ＬＣＤディスプレイを、フィールドシーケンシャルカラーで動作させることができ、すなわち、ＬＣＤを異なる色の光で順次照明することができる。このようなＬＣＤの照明方法では、カラーＬＣＤディスプレイ中のカラーフィルターが不要となるので、全体の効率が増加し、コストが削減される。光学補償ベンド（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｂｅｎｄ）（ＯＣＢ）モードＬＣＤは、応答時間が短いので、フィールドシーケンシャルカラー照明モードで動作すると特に有用である。
【０１０３】
さらに、上記のようなバックライトは、ディスプレイの異なる領域が異なる強度で照明されるように制御することができる。これは、たとえば、画像の一部が非常に明るく、その画像の別の部分が非常に低くなる高いコントラストを有する画像を表示する場合などに好都合となりうる。画像の暗い部分を照明するＬＥＤの輝度を下げたり、さらには照明を停止したりすることもでき、それによって画像の暗い領域がさらに暗く見えるようになる。
【０１０４】
本発明は、上記の特定の実施例に限定されるものと見なすべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲において適切に提示される本発明のすべての態様を含むものと理解すべきである。種々の変更、等価の方法、および本発明を適用できる多数の構造は、本明細書を検討することによって、本発明に関する当業者には容易に明らかとなるであろう。特許請求の範囲は、このような変更および機構を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施形態による照明ユニットを概略的に示している。
【図２】図１の照明ユニットの照明パネルを概略的に示している。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による照明パネルの細部を示している。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による照明パネルの細部をより詳細に示している。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による照明パネルの細部をより詳細に示している。
【図４Ａ】本発明の原理による照明パネルの一実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｂ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｃ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｄ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｅ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｆ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図５Ａ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図５Ｂ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図５Ｃ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図５Ｄ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図５Ｅ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図６】光抽出要素の一実施形態がガイド層上にプリズム要素を含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図７】光抽出要素の別の実施形態がガイド層上にプリズム要素を含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図８】光抽出要素の別の実施形態がガイド層上にプリズム要素を含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図９】光抽出要素の別の実施形態がガイド層上にくぼみを含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図１０Ａ】光抽出要素の別の実施形態がガイド層上にプリズム要素を含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図１０Ｂ】本発明の原理による、図１０Ａに示すような発光素子の一実施形態をスクリーン層とともに概略的に示している。
【図１１】本発明の原理による、調光フィルムが組み込まれた発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１２】本発明の原理による、調光フィルムが組み込まれた発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１３】本発明の原理による、基体に対して非平行な上面を有するガイド層を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１４Ａ】本発明の原理による、基体に対して非平行な下面を有するガイド層を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１４Ｂ】本発明の原理による、図１４Ａの発光素子のガイド層の下面に使用できる構造を概略的に示している。
【図１４Ｃ】本発明の原理による、図１４Ａの発光素子のガイド層の下面に使用できる構造を概略的に示している。
【図１５Ａ】本発明の原理による、光抽出要素の別の実施形態が、光ガイド層の下の層上に構造を有する照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図１５Ｂ】本発明の原理による、光抽出要素の別の実施形態が、光ガイド層の下の層上に構造を有する照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図１６Ａ】本発明の原理による、発光素子中の光抽出要素に使用できるパターンの一実施形態を概略的に示している。
【図１６Ｂ】本発明の原理による、発光素子中の光抽出要素に使用できるパターンの一実施形態を概略的に示している。
【図１６Ｃ】本発明の原理による、発光素子中の光抽出要素に使用できるパターンの一実施形態を概略的に示している。
【図１６Ｄ】本発明の原理による、発光素子中の光抽出要素に使用できるパターンの一実施形態を概略的に示している。
【図１７Ａ】本発明の原理による、隣接する発光素子間に光学障壁を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１７Ｂ】本発明の原理による、隣接する発光素子間に光学障壁を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１７Ｃ】本発明の原理による、隣接する発光素子間に光学障壁を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１７Ｄ】本発明の原理による、隣接する発光素子間に光学障壁を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１８Ａ】本発明の原理による反射発光素子の断面を概略的に示している。
【図１８Ｂ】本発明の原理による反射発光素子の断面を概略的に示している。
【図１９Ａ】本発明の原理による、ガイド層と関連する拡散体を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図１９Ｂ】本発明の原理による、ガイド層と関連する拡散体を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図２０Ａ】本発明の原理による、ガイド層の観察面上に拡散反射材料層を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図２０Ｂ】本発明の原理による、ガイド層の観察面上に拡散反射材料層を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図２０Ｃ】本発明の原理による、ガイド層の観察面上に拡散反射材料層を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図２０Ｄ】本発明の原理による、ガイド層の観察面上に拡散反射材料層を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明または表示アセンブリに関し、より詳細には、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを使用する照明または表示アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤアレイは、典型的には、ＬＥＤダイと関連の反射体カップとの上に形成されたポリマー封入剤を有するＬＥＤを使用して形成される。ＬＥＤダイ自体は、準ランベルト（ｑｕａｓｉ−Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）放射パターンを有し、ＬＥＤダイ内で発生する光の大部分は、ダイ表面における全反射のために捕捉されるか、縁端部から発せられるかである。ポリマー封入剤は、より多くの光を抽出し、抽出した光を好ましい放射プロファイルに集束させるように成形される。反射体カップは、縁端部で発せられた光を捕捉し、それを前方に曲げる。一般にタイルとして形成されるアレイは、側面反射体も有することができる。反射体および封入剤の総合的な作用によって、アレイ中のＬＥＤピクセルの光学プロファイルが制御される。
【０００３】
したがって従来、ＬＥＤアレイの製造は、封入されるパッケージ内にＬＥＤダイを封入するステップと、続いて、封入したパッケージをアレイ内に配置し取り付けるステップとを含む。アレイの光学素子は、パッケージ、およびアレイタイル上に形成される追加の特徴から得られる。このように構成された表示または照明システムは、長い観察距離からは視覚的に互いに密着している複数の点光源からなる。しかし、これらの点光源は、より短い距離では視覚的に別々に見える。別々の実装ステップおよびアレイ取り付けステップのため、本来、製造は非効率的であり、拡大されたアレイ内での点源の性質のために光学的な問題が生じる。さらに、結果として得られるアレイタイルは、比較的厚く嵩高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書に記載される本発明は、照明目的または情報表示に使用されるＬＥＤアレイの製造および使用に特に有用である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によると、光を発するための光学アセンブリは、基体に取り付けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを含む。これらのＬＥＤは、基体に対して略垂直方向に光を発する。ＬＥＤの上には光学シートが配置される。ＬＥＤから光学シートの一方の側に入る光の少なくとも一部は、基体に対して略平行方向で光学シート内に案内される。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、個別に照明する複数の発光素子を有する発光システムに関する。このシステムは、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを含み、異なるＬＥＤが発光システムのそれぞれの発光素子に対応している。ＬＥＤの上にはライトスプレッダーシート（ｌｉｇｈｔ ｓｐｒｅａｄｅｒ ｓｈｅｅｔ）が配置される。ＬＥＤからライトスプレッダーシートに入った光は、発光システムのそれぞれの発光素子に対応する領域上で、スプレッダーシート内で横方向に拡散する。ライトスプレッダーシートは、拡散した光をスプレッダーシートの外に配向させる光配向構造を含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、個別に照明する複数の発光素子を有する発光システムに関する。このシステムは、略１つの発光方向に光を発するＬＥＤアレイと、ＬＥＤアレイを横断する方向で側方に光を拡散させるための光拡散手段と、光拡散手段からの光を所望の照明方向に配向させるための光配向手段とを含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、光を発するためのアセンブリに関する。このアセンブリは、略１つの発光方向に光を発するために基体上に配列されたＬＥＤアレイを含む。これらのＬＥＤとともに反射体アレイが配置される。これらの反射体は、反射シートの個別の部分を画定している。反射体は、それぞれのアパーチャーを有し、ＬＥＤアレイのそれぞれのＬＥＤはそれぞれのアパーチャーを通過して突出している。基体は、反射シートの第１の面に向けて配置され、ＬＥＤの発光面は、反射シートの反射性の第２の面に向けて配置される。反射シートの第２の面上にはスクリーン層が配置され、ＬＥＤからの光の少なくとも一部は、反射体を離れるように反射した後、スクリーン層によって配向される。
【０００９】
上記の本発明の概要は、説明されるすべての実施形態、および本発明のすべての実施を説明することを意図するものではない。以下の図面および詳細な説明は、これらの実施形態をより詳細に例示している。
【００１０】
添付の図面と関連して、本発明の種々の実施形態の以下の詳細な説明を考慮することでより十分に本発明を理解できるであろう。
【００１１】
本発明は、種々の変更および代替形態が可能であり、それらの詳細を図面において例として示しており、以下に詳細に説明する。しかし、記載される特定の実施形態に本発明が限定されることは意図していないことを理解されたい。それどころか、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の意図および範囲の中にあるすべての変更、等価物、および代替物を含むことを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、照明ユニットに適用可能であり、より詳細には、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して照明を提供する照明ユニットに適用可能である。この照明ユニットは、特定の領域を照明する光を提供することができるし、あるいは情報表示装置のように、照明ユニットの異なる領域を選択的に照明することによって観察者に情報を提供することもできる。
【００１３】
ＬＥＤを使用するアドレス指定可能な照明ユニット１００の一例を、概略的に図１に示している。電源１０２は、表示パネル１０４に電力を供給する。表示パネル１０４は、個別にアドレス指定可能な発光素子のアレイを含む。表示パネル１０４上に所望のパターンを照明するように、電源１０２、またはパネル１０４内の制御回路は、個別の発光素子に選択的に電流を供給する。
【００１４】
表示パネル１０４の一部を図２に示している。観察者が表示パネル１０４に近づくと、発光素子１０６の個別性がより明らかとなる。観察者がパネル１０４に十分近づくと、観察者は表示パネルの個別の発光素子をより容易に認識できるようになり、パネル上に表示されるメッセージの認識はより困難になる。たとえば、個別の要素１０６が「Ｔ」字型を形成しているが、この「Ｔ」は、さらに離れて「Ｔ」を観察するときほどには容易に識別できない。
【００１５】
この問題の理由の一部は、ディスプレイ上の個別の発光素子１０６は、顕著な黒色の境界によって互いに分離されており、そのため近距離においては、観察者はこれらの発光素子を、パターンの一部としてよりも、分離した要素として見やすくなることにある。比較として、パネル２００内の文字「Ｔ」の表示は、隣接する発光素子２０６を分離する暗い空隙が減少する場合に、情報が読みやすくなることを示している。
【００１６】
別の実施形態においては、照明ユニット１００は、できるだけ多量の光を提供できるように、すべての発光素子を単純に照明することができる。このような照明ユニットは、情報表示ではなく照明目的で使用することができる。
【００１７】
図３Ａ〜３Ｂを参照しながら、照明ユニット３００の構造の一実施形態をさらに説明する。照明ユニット３００の表示パネル３０２は、多数のタイル３０４を含み、各タイル３０４は多数の発光素子３０６を含む。タイル３０６の層は、基体３０８と、ガイド層３１０と、場合によりコントラスト／投影フィルター３１２とを含む。
【００１８】
コントラスト／投影フィルター３１２は、ｉ）反射周辺光の量を減少させるため、および／またはｉｉ）映写スクリーンとして機能できるように視野角を得るために使用される。周辺光の減少および視野角の選択は、照明ユニットの個別の用途、排除する必要がある多量の周辺光が存在するかどうか、または広い角度にわたって照明ユニットからの光を拡散させることが望ましいかどうかに依存する。たとえば、照明ユニットが屋外での情報表示用途に使用される場合、直射日光下でのコントラストを改善するために周辺光を減少させ、同時に、観察者が情報を見ることができる領域を増加させるために広い視野角も提供することが望ましいことがある。別の例において、照明ユニットが屋内で使用される場合、周辺光の排除は不要となることがある。
【００１９】
コントラスト／投影フィルター３１２が、周辺光の反射を減少させる場合、コントラスト／投影フィルターは、周辺光の反射量を減少させるために、反射防止特性を有することができ、たとえば反射防止層を含むことができる。フィルター３１２は、これに加えて、またはこれとは別に、周辺光の鏡面反射を軽減する防眩性を有することができ、たとえばつや消し面を有することができる。反射周辺光量を減少させる別の方法は、周辺光を吸収することである。フィルター３１２が視野角を提供する場合、このフィルターは、映写スクリーン、たとえばレンチキュラー映写スクリーン、またはビーズスクリーンとして機能する１つ以上の層を含むことができる。一部のレンチキュラースクリーンおよびビーズスクリーンでは、周辺光の減少と視野角との両方が提供される。図３Ｂおよび３Ｃに示されるこのようなスクリーンの一例は、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より入手可能なビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ＸＲＶＳ型スクリーンである。このＸＲＶＳスクリーンでは、吸収材料層中に埋め込まれた透明な球体を介して光が屈折することによって視野角が得られ、この透明な球体は、スクリーンを通過する光に低損失経路を提供し、吸収材料は入射周辺光を吸収する。別の種類のフィルターは、コントラスト／投影フィルター中に、たとえば、所望の偏光状態で光を伝達する反射偏光子または吸収型偏光子などの偏光層を含むことができる。組み込むことができる他の種類のフィルターとしては、ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）サーキュラー・ポーラライザー（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）（ＣＰ）層、またはビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ライト・コントロール・フィルム（Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｉｌｍ）層が挙げられ、これらは、軸外観察からのプライバシーを提供する、および／またはディスプレイから反射される周辺光の量を減少させる。両方のビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）層が３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）より入手可能である。
【００２０】
個別の発光素子３０６の高さにおいて、基体３０８上に１つ以上のＬＥＤ３２０が配置される。発光素子３０６から単一色のみが発せられる必要がある場合、１つのみのＬＥＤを使用することができるし、発光素子３０６によって発生される光学出力を増加させるために同じ種類の２つ以上のＬＥＤを使用することもできる。発光素子から発せられる光の色を選択可能である場合は、異なるＬＥＤを使用して異なる色を発生させることができる。異なるＬＥＤを個別に制御することによって、発せられる光の色を制御することが可能となる。さらに、発光素子３０６が白色光を発することが望ましい場合、異なる色の光を発する多数のＬＥＤを発光素子３０６に提供することができ、それらの複合作用によって、発せられた光を観察者が白色と認識する。白色光を発生させる別の方法は、比較的短波長の光を発する１つ以上のＬＥＤ３２０を使用し、発せられた光を、燐光体波長変換器の使用により白色光に変換することである。白色光とは、人間の肉眼の赤、緑、および青の感覚器官を刺激して、通常の観察鎖が「白色」であると見なす外観が得られる光である。このような白色光は、赤色側（一般に温白色光と呼ばれる）または青色側に偏っている場合もある（一般に冷白色光と呼ばれる）。この光は、最大１００の演色評価数を有することができる。
【００２１】
ＬＥＤという用語は、たとえば、１種類以上のＩＩＩ族元素と１種類以上のＶ族元素との組み合わせ（ＩＩＩ−Ｖ半導体）から形成される種々の形態の無機半導体発光ダイオードを意味するために使用される。ＬＥＤにおいて使用できるＩＩＩ−Ｖ半導体材料の例としては、窒化ガリウムまたは窒化インジウムガリウムなどの窒化物、ならびにリン化インジウムガリウムなどのリン化物が挙げられる。他の種類のＩＩＩ−Ｖ材料を使用することもできるし、周期表の他の族の無機材料を使用することもできる。
【００２２】
ＬＥＤは、パッケージ型ＬＥＤであってもよいし、または非パッケージ型ＬＥＤ、たとえば、ＬＥＤダイ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、およびその他の構成のＬＥＤであってもよい。ＬＥＤという用語は、燐光体とともに実装されたＬＥＤまたは燐光体と関連するＬＥＤも含み、この燐光体は、ＬＥＤから発せられた光を異なる波長の光に変換するために使用される。チップオンボード（ＣＯＢ）は、従来ワイヤボンディングなどを使用して基体に相互接続されたフェイスアップ接合（ｆａｃｅ−ｕｐ−ｂｏｎｄｅｄ）チップデバイスを使用する複合技術である。接続は、ワイヤボンディング、テープ自動ボンディング（ｔａｐｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）（ＴＡＢ）、またはフリップチップボンディングによって行うことができる。本明細書において示される大部分の例ではＬＥＤダイが示されているが、これは限定を意図するものではなく、この段落に記載した他の種類のパッケージ型ＬＥＤを使用することもできる。
【００２３】
ＬＥＤ３２０から発せられた光を観察者の方向に向けるために、基体３０８上に反射層３２２を提供することができる。また、フィルムからの光を抽出し、場合によるスクリーン層３１２を通して観察者に光を向けるためにガイド層３１０は多数の光抽出機構３２４を含むことができる。光抽出機構３２４は、ＬＥＤ３２０またはその付近に集中する放射パターンをガイド層３１０上に配列させることができる。ＬＥＤ３２０から発せられた光がたどる光路は、観察者に向かう前に、ガイド層３１０内での反射を伴う場合がある。製造プロセスが、十分に大きな基体、レンズフィルム、およびスクリーン層を製造できるのであれば、タイル構造を省くことができる。
【００２４】
照明ユニット４００の部分分解図を、図４Ａに概略的に示している。照明ユニット４００は、多数のＬＥＤ４２０が上に配列された基体４０８を含む。基体４０８は、あらゆる好適な種類の材料から形成することができる。たとえば、基体４０８は、金属、セラミック、またはポリマーから形成することができる。ポリマー基体の特定の例の１つは、デラウェア州ウィルミントンのデュポン（Ｄｕ Ｐｏｎｔ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）製造のカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）ブランドのポリイミドなどのポリイミドである。基体４０８は可撓性の場合もあるし、剛性の場合もある。基体４０８は、たとえば、マサチューセッツ州ピッツフィールドのＧＥプラスチックス（ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，ＭＡ）製造のポリカーボネートなどの透明材料から形成することもできる。
【００２５】
基体４０８とガイド層４１０との間に中間層４２２を導入することができる。ガイド層４１０は典型的には、ＬＥＤ４２０によって発せられる光に対して透明であり、たとえば、ポリカーボネート、ポリエステル、ウレタン、アクリレートなどの透明ポリマーから形成することができる。このポリマー材料の一覧は、好適なポリマー材料の網羅的な一覧を意図したものではない。
【００２６】
ガイド層４１０は、各ＬＥＤ４２０と関連する光抽出要素４２４のアレイを含むことができる。中間層４２２は、基体４０８上に配置されたＬＥＤ４２０に対して位置合わせされるアパーチャー４２３を含み、これらはビアとも呼ばれる。中間層４２２は、波長ＬＥＤ４２０によって発せられる波長の光に対して反射性であってもよい。中間層４２２は、たとえば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より入手可能なビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ＥＳＲフィルムなどの多層ポリマー反射フィルムを含むことができる。中間層４２２は、拡散反射粒子、たとえば二酸化チタン粒子を含有するマトリックスなどの白色拡散反射体であってもよい。中間層４２２は、金属化層または多層誘電体コーティングなどの一部の他の種類の反射体を含むこともできることを理解されたい。中間層４２２は、たとえば感圧接着剤を使用して、基体４０８に接合することができる。アパーチャーは、たとえばレーザーフライス加工を使用して、中間層４２２中に形成することができる。
【００２７】
別の実施形態においては、中間層４２２が非反射であってもよい。このことは、強い周辺光を伴う用途に照明ユニットが使用される場合に特に有用である。非反射性中間層４２２は、ポリマーマトリックス中に分散した炭素粒子などの吸収性化学種を含むポリマー層から形成することができる。非反射性中間層は、照明ユニットによって反射する周辺光量を減少させることによって、ＬＥＤ４２０から発せられる光の視認性を増加させるのに役立つ。
【００２８】
ＬＥＤ４２０の上にガイド層４１０を形成するためには、いくつかの異なる方法を使用することができる。一例は、ＬＥＤ４２０および／または中間層４２２の上に、あらかじめ提供された光抽出要素を有するシートとしてガイド層４１０を積層することである。別の例においては、ＬＥＤ４２０および／または中間層４２２の上にポリマー層をコーティングし、その場で光抽出要素を形成することによって、ガイド層４１０を形成することができる。これら２つの例の提示は、ＬＥＤ４２０の上にガイド層４１０を形成する方法の網羅的な一覧を提示することを意図したものではない。
【００２９】
ＬＥＤ４２０に入る電流およびＬＥＤ４２０から出る電流を運ぶために、種々の層の上に導体を提供することができる。ＬＥＤ４２０に入る電流およびＬＥＤ４２０から出る電流を運ぶために、たとえば、基体４０８、中間層４２２、および／またはガイド層４１０のいずれかの上に導体を提供することができる。導体は、たとえば銅から形成された金属トレースの形態をとることができる。図４Ａに示される例においては、ＬＥＤ４２０に入る電流および／またはＬＥＤ４２０から出る電流を運ぶために、基体４０８上に導体４２１が配置される。ワイヤボンド４２６を介して、基体４０８上の導体４２５にＬＥＤ４２０がワイヤボンディングされる。ＬＥＤ４２０は、その下面上に形成される両方の電極を有するフリップチップの種類であってもよい。はんだリフロー、またはノースカロライナ州ケアリーのロード・コーポレーション（Ｌｏｒｄ Ｃｏｒｐ．，Ｃａｒｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）より入手可能なメテック・タイプ６１４４（Ｍｅｔｅｃｈ ｔｙｐｅ ６１４４）などの導電性エポキシを使用した接続などのあらゆる好適な技術を使用して、導電体に対して電気接続を行うことができる。
【００３０】
図４Ｂ〜４Ｅに関してこれより説明するように、ＬＥＤ４２０は、他の層の上に提供された導体と電気接続することができる。図４Ｂは、導体４２１が基体４０８上に提供され、別の導体４３１が中間層４２２の下面上に配置されている例を概略的に示している。図４Ｃは、導体４２１が基体４０８上に提供され、別の導体４４１が中間層４２２の上面上に配置されている例を概略的に示している。図４Ｄは、導体４２１が基体４０８上に提供され、別の導体４５１がガイド層４１０の下面上に配置されている例を概略的に示している。
【００３１】
図４Ｅに概略的に示されている別の方法においては、層４６０に導体４６１および４６２の両方を提供することができ、これらは、層４６０の異なる面上に提供することもできるし、層４６０の同じ面上に適用することもできる。層４６０はアパーチャーまたは凹部４２３を含む。層４６０は、たとえば基体が反射材料で形成される場合に基体層であってもよいし、基体層（図示せず）を層４６０の下に提供できる場合には中間層であってもよい。アパーチャー４２３をブラインドホールにするために、導体４６１がアパーチャー４２３の開口部を覆うことができ、それによってアパーチャー４２３内の所定の位置にＬＥＤが保持される。
【００３２】
ＬＥＤ４２０によって発生した熱を除去するために、基体４０８の下面（図示せず）上に金属層を提供することができる。さらに、ＬＥＤ４２０によって発生した熱の拡散を促進するために、導体４２１に広面積パッド４２１ａを提供することができる。一般に、ＬＥＤ４２０と観察空間との間の光路中に導体４２０がない場合、ＬＥＤ４２０からの熱の拡散を促進するために導体４２０の寸法がより大きくなってもよい。しかし、たとえばガイド層４１０の下面上または反射中間層４２２の上面上など、導体が光路内に配置される場合は、観察空間を通過する光に対する悪影響を軽減するために、導体の大きさを縮小することが一般に望ましい。
【００３３】
図示されるように、ＬＥＤ４２０は、長方形パターン、または正方形パターンで基体４０８上に配列することができる。これによって、情報表示用途において縦および横の線の表示が容易になる。しかし、長方形または正方形のパターンが必要なのではなく、ＬＥＤ４２０は、たとえば六角形パターンなどの他のパターンで基体４０８上に配置することができる。発光素子の実際の形状は、正方形、長方形、円形、またはその他の形状であってよい。発光素子間の間隙、言い換えると、光がほとんどまたは全く発せられない発光素子間の領域は、輝度強化フィルムまたは投影フィルターを固定するためなどの接合面として使用することができる。
【００３４】
図４Ａ〜４Ｄにおいては、ただ１つのＬＥＤ４２０が各発光素子と関連しているが、各発光素子と関連する２つ以上のＬＥＤ４２０が存在してもよい。たとえば、図４Ｆに概略的に示されるように、ＬＥＤ４２０は、互いに密接して取り付けられ異なる色を発するＬＥＤダイ４７０などの複数のＬＥＤを含むことができる。このような配列によって、白色光などの混合色の光を生成できるだけででなく、各ＬＥＤから発せられる光の相対量を変化させることによって、発せられる光の色合いを使用者が制御することができる。
【００３５】
以下に示す例においては、基体に直接取り付けられたチップ（ダイ）の形態でＬＥＤが示されている。これは本発明の限定を意図するものではなく、他の形態のＬＥＤも使用することができる。
【００３６】
発光素子５００の特定の一実施形態の断面を、図５Ａにおいて概略的に示している。この実施形態においては、ＬＥＤ５２０は基体５０８に接合されている。中間層５２２はＬＥＤ５２０と略同じ高さを有し、ガイド層５１０はＬＥＤ５２０および中間層５２２の両方に接合することができる。ＬＥＤ５２０と基体５０８との間にワイヤボンドが存在する場合、そのワイヤボンド５２９は、中間層５２２を通過する別個のビア５２８内を通ってＬＥＤ５２０と基体との間を通過することができる。ワイヤボンド５２９は、ＬＥＤ５２０と同じビア５２３の中を通ることもできる。
【００３７】
ＬＥＤからの光が広範囲の角度にわたって発せられる場合、基体５０８から離れる方向で略上方に光が向かうようにＬＥＤ５２０が配置される。ＬＥＤ軸５２０ａは、基体５０８に対して垂直に位置するように示されているが、多くのＬＥＤは、ＬＥＤ軸５２０ａに対して対称に光を発する。ＬＥＤ軸５２０ａに対して対称には光を発さない場合、ＬＥＤ５２０から光が発せられる方向の平均にＬＥＤ軸が対応する。軸５２０ａは、ＬＥＤ５２０によって発せられる最大強度の光の方向を表す必要はない。
【００３８】
別の実施形態の断面を、図５Ｂに概略的に示している。この実施形態においては、ＬＥＤ５２０が中間層５２２よりも高く、中間層５２２の上にガイド層５１０を維持するためにスタンドオフ５３０を使用することができる。スタンドオフ５３０は、ＬＥＤ５２０が接触する高さにガイド層５１０を維持することができるし、ＬＥＤ５２０と接触するよりも高い高さにガイド層５１０を維持することもできる。
【００３９】
別の実施形態の断面を、図５Ｃに概略的に示している。この実施形態においては、中間層５２２の高さが、ＬＥＤ５２０の高さよりも低い。中間層５２２と基体５０８との間にスタンドオフ５３２が提供されている。中間層５２２をガイド層５１０の下面５１１と接合することができる。
【００４０】
ＬＥＤは、断面が正方形や長方形である必要はない。たとえば、図５Ｄに概略的に示されるように、ＬＥＤ５２０が異なる形状を有することができる。さらに、照明ユニットを組み立てるときのＬＥＤ５２０と中間層５２２との間の位置合わせにおける制約を軽減するために、中間層５２２中のアパーチャーが、ＬＥＤ５２０よりも大きい寸法であってよい。
【００４１】
別の実施形態の断面を、図５Ｅに概略的に示しており、この図ではＬＥＤ５２０の一部が、ガイド層５１０中の凹部５５０内にある。この実施形態においては、ＬＥＤ５２０の側面から発せられる一部の光５５２は、ガイド層５１０内に向かい、ガイド層５１０に沿って案内される。ＬＥＤ５２０の上部から発せられる光５５４も、ガイド層５１０に沿って案内される場合がある。
【００４２】
ＬＥＤ５２０とガイド層５１０との間の光結合は、ＬＥＤ５２０とガイド層５１０との間に配置された光結合材料５４０を使用することによって促進することができる。光結合材料５４０は、構造的完全性を増加させる接着特性を提供することもできる。
【００４３】
光結合材料５４０は、組立工程中に種々の方法で適用することができる。ある方法では、ガイド層５１０を適用する前にＬＥＤ５２０の上部に結合材料５４０を配置する。次にＬＥＤ５２０の組立体の上にガイド層５１０を適用する。このような適用によって、典型的には、ＬＥＤ５２０を収容するビア５２３の中、および中間層５２２とガイド層５１０との間に広がるように、結合材料５２０が移動する。別の方法においては、ＬＥＤ５２０の上にガイド層５１０を適用し、次に、ガイド層５１０と中間層５２２およびＬＥＤ５２０との間に、毛管作用によって結合材料５４０を移動させる。この方法においては、結合材料が、ＬＥＤ５２０を収容するビア５２３を充填、または部分的に充填することもできる。光結合材料５４０の一例は、ニュージャージー州クランベリーのノーランド・プロダクツ（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｃｒａｎｂｕｒｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）より供給されるノーランド・タイプＮＯＡ８１（Ｎｏｒｌａｎｄ ｔｙｐｅ ＮＯＡ ８１）光学接着剤である。
【００４４】
これより、ＬＥＤからの光を分散させる別の方法について、図６〜１８を参照しながら説明する。これらの方法の多くでは、ＬＥＤからの光の一部は、ガイド層５１０内の下面または上面のいずれか、あるいはそれらの両方で反射し、そのためガイド層５１０は、ＬＥＤからの光を案内すると言うことができる。観察者に光が向かう前に、ＬＥＤから離れる光を側方に案内することは、光の拡散とも呼ばれ、このことは、照明ユニットの隣接する発光素子の間の暗い空隙の量を減少させるのに役立つ。ＬＥＤ５２０によって発せられた光のすべてがガイド層５１０内に案内される必要はないことを理解されたい。
【００４５】
図６において、ＬＥＤ６２０は、基体６０８上に配置され、反射フィルムであってもよい中間層６２２によって囲まれている。ＬＥＤ６２０の上にはガイド層６１０がある。ＬＥＤ６２０からの光は、ガイド層６１０内に入る。ＬＥＤから離れているガイド層６１０の面には、光抽出機構６２４が提供されている。この特定の実施形態においては、光抽出機構６２４は、ＬＥＤ６２０の周囲に配置されるプリズム構造６２６を含む。プリズム構造６２６は、その中心にＬＥＤ６２０を有するフレネルレンズとして形成することができる。ＬＥＤ６２０からの光６３０はガイド層６１０内に入る。一部の光６３２は、プリズム構造６２６を介して直接発せられる場合がある。他の部分の光６３４は、たとえばガイド層６１０の上面６１１で反射することによって、ガイド層６１０内に反射する場合がある。光６３４は、ガイド層６１０の下面６１２または中間層６２２で反射する場合もある。プリズム構造６２６によって、観察者に近づく方向で光６３４が向かう。
【００４６】
この実施形態および以下の実施形態においては、光は、中間層６２２によって反射してガイド層６１０内に戻る場合もあるし、あるいは内部反射および／またはガイド層６１０の下面６１２で反射することもできる。光が下面６１２で内部反射する場合、下面６１２上にも光抽出機構を提供することができる。光が中間層６２２によって反射する場合、中間層６２２上および／または下面６１２上にも光抽出機構を提供することができる。
【００４７】
図７に概略的に示す実施形態においては、光抽出機構６２４は、ガイド層６１０の上面６１１上に提供された回折構造または拡散反射材料６３６を含む領域を含むことができる。光６３０はガイド層６１０内に案内される。しかし、回折構造または拡散反射材料６３６において回折または拡散反射が起こった後、光６３０は中間層６２２に向かい、中間層６２２によって光が反射して戻りガイド層６１０を通過して観察者に向かう。光が中間層６２２に向かい、さらに上面６１２を通過して観察者に向かうように、ガイド層６１０の表面６１１上の回折構造または拡散反射材料６３６の密度を選択することができる。
【００４８】
図８に概略的に示す実施形態においては、光抽出機構６２４は、ガイド層６１０の上面６１１に貫入する抽出溝６４６を含む。抽出溝６４６は、上面６１１からの光を中間層６２２に向かわせ、中間層６２２で光が反射して戻り、ガイド層６１０を通過して観察者に向かわせるのに役立つ。
【００４９】
図９に概略的に示す実施形態においては、光抽出機構は、ガイド層の上面６１１に貫入するくぼみ６４８を含む。くぼみ６４８は、中間層６２２から反射した光がガイド層の上面６１１を透過できるような角度で、上面からの光を中間層６２２に向かわせることができる。くぼみ６４８は、その表面に入射した光を、ガイド層６１０から直接出させることもできる。図８に示されるくぼみ６４８および溝６４６は、ガイド層から光を抽出して所望の照明プロファイルを得るためのあらゆるパターンでガイド層６１０上に組み込むことができる。
【００５０】
図１０Ａに概略的に示す実施形態においては、光抽出機構６２４は、光結合材料６５０の層と、光結合材料６５０に頂点が貫入している複数のプリズム型構造６５２とを含む。プリズム型構造６５２はベース層６５４に取り付けることができる。たとえば、プリズム型構造６５２は、ベース層６５４とともに成形することができるし、ベース層６５４に接合することもできる。光結合材料６５０は、たとえば、１〜２０μｍの範囲の厚さの薄い接着剤層であってよい。この特定の実施形態においては、光６３０は、ガイド層６１０を出て、結合材料６５０の上面６５１で全反射することができる。光６３０は中間層６２２に向かい、中間層６２２で光は上方に反射して戻る。ガイド層６１２の上面６１２に入射する光の一部は、プリズム型構造６５２と結合し、このプリズム型構造６５２によって、通常の観察者の方向の上方に光が反射する。ベース層６５４から発せられる光６５６を拡散させるために、ベース層６５４に、表面拡散体または体積拡散体を提供することができる。プリズム型構造６５２は、ＬＥＤ６２０を中心とするパターンに成形することができるし、他のパターンで提供することもできる。たとえば、プリズム型構造は線状であってもよい。
【００５１】
図１０Ａに示す実施形態の一変形においては、たとえば図１０Ｂに示されるように、ベース層の出力側の近くにコントラスト／投影フィルター６５８を提供することができる。
【００５２】
光の配向または再配向のために、ガイド層の上に１つ以上の調光フィルムを使用することができる。たとえば、基体６０８に対して垂直方向により近い方向に光を向けるために、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より商品名ＢＥＦ（登録商標）で入手可能な１つ以上の輝度強化フィルムを使用することができる。輝度強化フィルムは、典型的には、複数のプリズム屈折要素を含み、プリズム要素の底面から照明すると、透過光は軸に対してより平行に近い方向に屈折する。図１１に示される例においては、回折性光抽出要素６３６を使用する発光素子は、軸６６０に対して第１の方向で、ガイド層６１０から光を発する。第１の輝度強化層６６２を出るときに、光６６７は、第１の方向よりも軸６６６に近い第２の方向に屈折する。ある実施形態においては、１層のみの輝度強化フィルム６６２が使用される。典型的には、第１の輝度強化フィルムのプリズムにはリブが取り付けられ、それによって１層の輝度強化フィルムは、光を一方向にのみ再配向する。場合により、輝度強化フィルムの第２の追加層６６４を使用することができ、この場合、輝度強化フィルムの第２の層６６４のリブ付きプリズムは、第１の層６６２のリブ付きプリズムに対して垂直に向けられ、輝度強化フィルムの２つの層６６２および６６４を組み合わせることで、２つの寸法で軸６６６に向かうように光を再配向させる。
【００５３】
たとえば図１２に概略的に示すように、調光フィルム６６２および６６４からの出力側にコントラスト／投影フィルター６６８を提供することができる。一部の用途においては、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より供給されるビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ＤＢＥＦフィルムなどの多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子などの反射偏光層を、発光素子の上に提供することができる。反射偏光子は、ある偏光状態の光を透過し、それと直交する偏光状態の光を反射し、ＬＣＤディスプレイの背面照明など、偏光を提供するために発光素子が使用される場合に、このような偏光子を使用することができる。反射偏光子によって反射される偏光状態の光は、反射して基体６０８に戻る。反射偏光子によって反射された光を、ある程度偏光解消して反射させるために、層の１つ、たとえば中間層６２２を処理することができ、それによって、反射偏光子によって反射された光を再利用して、最終的に反射偏光子を通過させることができる。
【００５４】
ガイド層６１０は、平行な表面を有する必要はない。言い換えると、表面６１１および６１２は互いに対して非平行であってもよい。このような一実施形態を、図１３に概略的に示しており、この場合、光抽出機構は、下面６１２に対しても基体６０８に対しても非平行である上面６１１である。光６３０は、上面６１１において内部反射して、下面６１２に向かい、下面または中間層６２２によって光６７０として反射する。しかし、上面６１１は下面６１２と平行でないため、反射光６７０は、ＬＥＤからの光６３０として入射する角度と同じ角度では上面６１１には入射しない。臨界角未満の入射角で反射光６７０が上面６１１に入射する場合、反射光６７０は光６７２として上面６１１を透過する。ＢＥＦ（登録商標）などの別の層（図示せず）を使用することで、基体６０８に対してより垂直となる方向に光６７２を向けることができる。
【００５５】
ＬＥＤ６２０からの光をフィルム６１０に沿う方向に向かわせ、それによってガイド層６１０によって案内される光の量を増加させるために、ガイド層６１０に成分６７４を提供することができる。図示される実施形態においては、成分６７４は、ＬＥＤ６２０の上方に位置する凹部を含む。ＬＥＤ６２０からの光６７６は、凹部表面で内部反射して、フィルム６１０に沿った方向に向かう。凹部表面に対する入射角が十分大きい場合、その光は全反射する。光６７６は、傾斜した上面６１１から反射した後で、フィルム６１０から離れる方向に向かうことができる。基体６０８に対して平行の複数の表面をガイド層６１０が有する、本明細書において説明される発光素子の別の実施形態においても、成分６７４を使用することができる。
【００５６】
ガイド層の表面が平行ではない別の実施形態を、図１４Ａに概略的に示している。この実施形態においては、上面６１１は基体６０８に対して平行であるが、下面６１２は基体６０８に対して平行ではない。この場合、光抽出機構は下面６１２を含む。光６３０はガイド層６１０の上面６１１によって内部反射して、下面６１２に向かう。この光は、下面６１２から上面６１１の方に戻る。下面６１２からの光が、臨界角未満の入射角で上面６１１に入射する場合に、光６８０は上面６１１を透過する。
【００５７】
様々な種類の反射体を下面６１２上に使用することができる。たとえば、下面６１２に反射膜をコーティングすることができる。他の方法としては、下面６１２上に構造を提供することが挙げられる。たとえば、図１４Ｂに概略的に示すように、１つ以上のステップ６８２を下面６１２に提供することができる。ステップ６８２は、一部の入射光６８６を全内部反射させるのに望ましい角度に設定される。別の方法においては、屈折および全反射の組み合わせによって入射光６８６を再配向させる一連の要素６８４、たとえばプリズム要素を下面６１２に提供することができる。ガイド層６１０の下面６１２を透過した光は、中間層６２２によって反射し、ガイド層６１０を透過して戻ることができる。
【００５８】
抽出機構は、ガイド層６１０の上面上に配置する必要はなく、ガイド層６１０下面上および／または中間層６２２上に提供することができる。このような配置の一例を図１５Ａに概略的に示しており、この図では、反射中間層６２２に非平面上表面構造６９０が提供されている。一部の光６９２は、ガイド層６１０によって案内されて、表面構造６９０上に入射する。表面構造６９０から反射した光の一部は、ガイド層６１０の上面６１１に向かい、さらに観察者に向かう。多数の様々な技術を使用して、表面構造６９４を中間層６２２に導入することができる。中間層６２２中に使用できるようなポリマー反射体上に構造を形成するいくつかの方法が、米国特許第６，０４５，８９４号明細書および第６，０９６，２４７号明細書に記載されている。
【００５９】
別の例を図１５Ｂに概略的に示しており、この図では、反射性中間層６２２の上面、および／またはガイド層６１０の下面に、白色に着色した材料などの拡散反射性光抽出材料のパッチ６９５が提供されている。パッチ６９５上に入射する少なくとも一部の光は、鏡面反射せずに拡散反射し、一部の光６９７はガイド層６１０の外に向かうことができる。他の種類の光抽出機構を、中間層６２２の上面上、またはガイド層６１０の下面上に提供することができ、ガイド層６１０の上面上の光抽出機構とともに提供することもできる。
【００６０】
１種類のみの抽出機構を有する例で、本明細書に記載される光抽出機構を説明してきた。本明細書に記載される種々の光抽出機構は、単独で使用することもできるし、異なる種類の光抽出機構と組み合わせることもできることを理解されたい。
【００６１】
ＬＥＤ６２０によって発生した光の大部分は、ガイド層６１０を直接通過できる方向に伝播し、これは、発光素子の中央の明るい箇所として観察者が認識することができる。ガイド層の使用に加えて、横方向に光を拡散させるために他の方法を使用することができる。このような方法の１つは、図１３に示される成分６７４に関して既に説明しており、この場合、光は、凹部表面で内部反射し、それによってガイド層６１０の面に略沿った方向に向かう。横方向に拡散した後、光はガイド層から抽出される。
【００６２】
ＬＥＤ６２０からの光をガイド層６１０内に拡散させる別の方法を、これより図１９Ａを参照しながら説明する。ＬＥＤ６２０から遠い側のガイド層６１０の上に、体積拡散体などの拡散体１９０２が配置される。拡散体１９０２が体積拡散体である場合、その体積拡散体をガイド層６１０内に配置することができる。拡散体１９０２は、ＬＥＤからガイド層６１０を直接通過する光の量を減少させ、それによって発光素子からの出力を均一化するために使用される。拡散体１９０２は一部の光１９０４を側方に拡散させ、抽出機構６２４を介して、別の位置でガイド層から抽出することができる。
【００６３】
拡散体１９０２の拡散力は、発光素子から発せられる光の所望のプロファイルを向上させるように、空間的に調整することができる。たとえば、ＬＥＤ６２０の上に発生される光の量を減少させ、発光素子の周囲に光を拡散させることが望ましい場合、拡散体１９０２の拡散力はＬＥＤ６２０の上で最大にする。図示される実施形態においては、拡散体１９０２はＬＥＤ６２０の上で最も厚く、拡散体厚さ１９０２は、発光素子１９００の端部に向かうにつれて薄くなる。拡散体１９０２の拡散力は、体積拡散体中の拡散粒子の密度を空間的に変化させることによって調整することもできる。図示される実施形態においては、拡散体１９０２の厚さが、発光素子１９００の中心から直線的に変化している。
【００６４】
図１９Ｂに概略的に示す別の実施形態においては、拡散体１９１２の厚さは、発光素子１９１０全体にわたって、位置に関して非線形的に変動している。さらに、拡散体１９１２は、発光素子１９１０全体の領域に延在することもできるし、しないこともできる。図示される実施形態においては、拡散体１９１２は発光素子１９１０全体には延在していない。
【００６５】
ＬＥＤ付近で光束が大きくなる傾向にあり、その結果、ＬＥＤ付近で発せられる光の量は、ＬＥＤから離れた場所よりもはるかに多くなりうる。このように発せられる強度プロファイルの一例を、図１６Ａの曲線（ａ）で概略的に示している。
【００６６】
発光素子から発せられる光の強度プロファイルをより均一にするために、ＬＥＤ自体に近い位置での光の抽出を減少させ、ＬＥＤから離れた光抽出要素の位置での光抽出量を増加させるために、光抽出機構を配置または適合させることができる。このことを、図１６Ａを参照しながらさらに説明するが、この図は、発光素子１６００を概略的に示しており、発光素子１６００の中央におけるＬＥＤ１６２０の位置と、ＬＥＤ１６２０の周囲で半径方向に配列された光抽出機構１６２４とが示されている。図示される実施形態においては、光抽出機構の密度は、ＬＥＤ１６２０から半径方向に離れるにしたがって増加している。光抽出密度を適切に選択することで、たとえば曲線（ｂ）（破線）に示されるように、発光領域上でより均一な発光強度プロファイルを得ることができる。さらに、発光素子１６００上の光抽出の不均一性が減少するように、抽出機構の抽出強度を、ＬＥＤ１６２０からの距離が増加するにつれて変動させることができる。たとえば、抽出機構の大きさを変動させることによって、抽出強度を調整することができる。
【００６７】
発光素子から発せられる光の強度プロファイルを制御するように、上面および下面の抽出機構、たとえば、上面上に形成されるプリズム構造、拡散構造、抽出溝、上面中に貫入するプリズム構造、およびガイドフィルム上の非平行表面などのあらゆる種類の抽出機構を配置することができる。さらに、ガイドフィルム上の表面構造を伴う非平行表面など、異なる種類の抽出機構の組み合わせを使用することができる。抽出機構は、比較的均一なプロファイルの照明プロファイル、または他の望ましいプロファイルが得られるように配列することができる。用語「均一」とは、ＬＥＤの上の領域がその周辺領域よりもあまり明るくならない比較的平坦な照明プロファイルを意味する。
【００６８】
光抽出機構は、ＬＥＤ周囲で放射対称に配列される必要はなく、他の形状で配列することもできる。そのような形状の一例を図１６Ｂに概略的に示しており、この図は、ＬＥＤ１６２０の周囲に略正方形のパターンで配列された光抽出機構１６２４を示している。
【００６９】
光抽出機構は、ＬＥＤの周囲に連続的に配列される必要はなく、不連続であってもよい。不連続な光抽出機構１６３４の一例を図１６Ｃに概略的に示しており、この図では、回折領域または拡散反射パッチなどの不連続光抽出機構１６２４が、図１６Ｂに示されるパターンと部分的に対応するパターンで配列されている。不連続な光抽出機構１６４２のパターンの別の例を図１６Ｄに概略的に示している。所望の光抽出プロファイルに従って、多くの異なる種類のパターンを使用できることが理解できるであろう。
【００７０】
光抽出要素の印刷パターンを使用する一実施形態の発光素子２０００を、図２０Ａに概略的に示している。シート２００２は、少なくとも１つの表面上に拡散反射領域２００４が配列されている。シート２００２をガイド層６１０に十分接近させると、ガイド層６１０内の光２００６がシート２００２と結合して、拡散反射領域２００４と相互作用する。したがって、拡散反射領域２００４を光抽出機構として使用することができる。別の実施形態においては、ガイド層６１０の上面６１１の上に拡散反射領域を直接提供することができる。
【００７１】
拡散反射領域２００４は、たとえば、シート２００２上にドットの配列として印刷された白色顔料を含むことができる。ＬＥＤ６２０から直接透過する光２００８の量を減少させ、ＬＥＤ６２０から離れた距離でガイド層から抽出するために光２００６の横方向への拡散を増加させるように、拡散反射領域２００４にパターンを形成することができる。このパターン形成は、たとえば、拡散反射材料の厚さを変動させることによって、表面６１１上に提供される拡散反射領域の表面密度を変動させることによって、拡散反射する材料の密度を変動させることによって、またはこれらの異なる方法の組み合わせによって行うことができる。図示される例においては、ＬＥＤ６２０の上の拡散反射領域２００４ａの程度（表面密度）は、発光素子２０００の端部に近い拡散反射領域２００４ｂの程度よりも大きく、そのため、ＬＥＤ６２０による直接照明がより明るい領域でのガイド層上側における拡散反射量が、ＬＥＤの直接照明があまり明るくないガイド層上側の他の領域における拡散反射量よりも多くなる。拡散反射領域は、拡散反射ではなく一部の光が通過するという点において、ある程度半透明であってよい。ＬＥＤ６２０からの光２００８が、拡散反射領域２００４ａを通過するように示している。
【００７２】
種々の調光フィルム層２０１０は、ガイド層６１０から離れた後の光に影響を与えるために使用することができる。たとえば、層２０１０は、輝度強化フィルム層、交差した輝度強化フィルム層、反射偏光フィルム、またはそれらの組み合わせを含むことができる。層２０１０は他のフィルターおよびスクリーン層を含むこともできる。
【００７３】
図２０Ｂは、別の例の発光素子２０５０を示しており、ガイド層６１０の上面に拡散反射領域２００４が直接適用されている。また、この発光素子は、ガイド層６１０の下面６１２と中間層６２２との間に間隙２０５２を含む。この場合、中間層６２２は反射性であり、そのため、下面６１２を通過して拡散反射した光２００６は、逆向きに反射してガイド層を通過する。反射した光２００６は、ガイド層を出て、さらに、拡散反射領域２００４を通過したり、拡散反射領域２００４の間を通ったりすることができる。
【００７４】
中間層６２２は、たとえば図２０Ａに示されるように平坦かつ平行であってもよいし、たとえば図２０Ｂに示されるように湾曲していてもよい。湾曲した反射中間層は、成形品の上にＥＳＲフィルムを配置することによって形成することができる。間隙および湾曲した中間層は、上記または下記の異なる実施形態の発光素子中に存在できることを理解されたい。
【００７５】
明るいところでＬＥＤ６２０の位置を観察者が見づらくなるように、シート２００２を拡散体として使用することもできる。このような使用の一例を、図２０Ｃに概略的に示している。間隙２０１２がシート２００２をガイド層６２０から分離しており、光抽出機構６２４を使用することによって、光がガイド層から出ていく。この光抽出機構は、前述のいずれかの種類の光抽出機構であってよい。拡散反射領域２００４に入射する少なくとも一部の光２０１４は拡散反射してガイド層６１０を通過し、中間層６２２に到達する。この光２０１４は中間層６２２によって反射し、ガイド層６１０およびシート２００２を通過する。たとえば図２０Ｄに概略的に示されるように、光２０１４をさらに拡散させるために、バルク拡散体などの拡散体２０１６を使用することもできる。
【００７６】
シート２００２が、ガイド層６１０と光学的に接触しているか、ガイド層と分離しているかとは無関係に、拡散反射領域２００４の位置および密度は、所望の出力照明プロファイルを実現するために調整することができる。
【００７７】
１つの発光素子からの光は、隣接する発光素子を通過してもよい。しかし、情報表示などの一部の用途においては、隣接する発光素子間を光が通過するのを防止することが望ましい場合がある。このような隣接する発光素子間のクロストークを軽減する方法の１つは、光が発光素子の端部に到達する前に、ＬＥＤからのすべての光をガイドフィルムから離れるようにすることである。
【００７８】
これより、図１７Ａ〜１７Ｄを参照しながら、隣接する発光素子間のクロストークを軽減するための別の方法を説明する。これらの図面においては、隣接する発光素子が破線１７０２で分離されている。各発光素子は、中間層１７２２と中間層の上のガイド層１７１０とを有する基体１７０８上に配置された少なくとも１つのＬＥＤ１７２０を含む。ＬＥＤ１７２０からの光はガイド層１７１０に入る。それぞれの場合で回折性光抽出要素１７２４が示されているが、他の種類の光抽出要素を使用することもできる。
【００７９】
図１７Ａに概略的に示す方法においては、隣接する発光素子の間に反射壁１７３０が配置されている。反射壁１７３０は、ガイド層１７１０中の溝の中に配置される反射材料を使用して形成することができる。この反射材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）、または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの高屈折率粒子を、ポリエステル（たとえばＰＥＮまたはＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリウレタン、環状ポリオレフィンなどのポリマーマトリックス中に含むことができる。上記の溝は、ガイド層が製造されるときに、たとえば圧縮成形、注型および硬化、射出成形などによって、ガイド層中に形成することができる。
【００８０】
図１７Ｂに概略的に示す方法において、反射中間層１７２２には、上方に延在するリブ１７４０が提供されている。前段落に挙げた成形方法の１つなどによって、中間層１７２２の上にガイド層１７１０が形成される。リブ１７４０は、隣接する発光素子の間の反射壁として機能する。
【００８１】
これより図１７Ｃに関して説明するように、ＬＥＤ１７２０が発光素子の中央に位置する必要はない。たとえば、左の発光素子１７５０中のＬＥＤ１７２０は、発光素子１７５０の側面に配置されており、発光素子の端部またはコーナーに接近して配置することもできる。光抽出機構１７２４は、ＬＥＤ１７２０が中央から外れて配置されることで生じる光のパターンで受け取った光を配向させるように配置され配列される。
【００８２】
さらに、図面の右側の発光素子１７５２で示されるように、発光素子内にＬＥＤ１７２０を２つ以上の位置で配置することができる。図示される実施形態においては、発光素子１７５２のいずれかの側面に１つずつで、２つのＬＥＤが存在する。発光素子１７５２は、他の数のＬＥＤ１７２０を含むこともできる。たとえば、発光素子１７５２が４つの側面を有する場合、ＬＥＤ１７２０は、発光素子１７５２の４つの端部に沿って配置したり、発光素子１７５２の４つのコーナーに配置したりすることができる。光抽出機構１７２４は、ＬＥＤ１７２０の特定の配置によって得られる光のパターンで受け取った光を配向させるように発光素子１７５２内に配置され配列される。
【００８３】
図１７Ｄに概略的に示す別の方法においては、２つの発光素子１７６２と１７６４との間の位置１７６０で、ガイド層１７１０の厚さが減少している。このようにガイド層の厚さを減少させることによって、ガイド層１７１０内で、１つの発光素子から隣接する発光素子に通過する光が、排除されないとしても、減少する。ガイド層の厚さの減少は、たとえば、隣接する発光素子の間に溝がある溝パターンのガイド層へのエンボス加工によって実現することができる。
【００８４】
別の実施形態の発光素子１８００を図１８Ａに概略的に示しており、この図は並列する２つの発光素子を示している。この実施形態においては、ＬＥＤ１８２０は基体１８０８上に配置されている。光学シート１８２２は、ＬＥＤ１８２０に収容するためのアパーチャーを有し、このため、ＬＥＤ１８２０はアパーチャーを貫通している。したがって、基体１８０８は、シート１８２２の一方の側にあり、ＬＥＤ１８２０の発光部分は、アパーチャーを通過して光を発するための透明な経路を少なくとも有するか、あるいは、図示されるようにそれ自体がアパーチャーを貫通してもよい。
【００８５】
シート１８２２には、ダイオード１８２０によって発せられる光を反射する反射面１８２４が提供されている。反射面１８２４は、所望の方向に光を向けるように湾曲している。たとえば、反射面は放物面、楕円であってよいし、他の形状を有することもできる。反射面１８２４は、成形フィルム上に形成された金属化面であってもよいし、多層反射体、たとえば真空めっきされた誘電性反射体または多層ポリマー反射体であってもよい。反射面１８２４は、シート１８２２上に堆積させることができる。別の方法においては、シート１８２２自体が、反射材料で形成されてもよく、たとえばミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より入手可能なＥＳＲ（登録商標）フィルムを打ち抜くことができる。
【００８６】
ＬＥＤ１８２０は、基体１８０８に取り付けられる下面上に両方の電気接点を有するフリップチップ型ＬＥＤであってよく、その場合、基体１８０８は、ＬＥＤ１８２０の正と負の両方の接点のための導体を有することができる。
【００８７】
ＬＥＤ１８２０および反射面１８２４の上の空間１８２６は、空気中であってもよいし、透明な材料を充填してもよい。たとえば、ＬＥＤ１８２０および反射面１８２４の上の所定の位置に透明材料を成形することができる。さらに、反射面１８２４によって反射した後の光を拡散させるために、シート１８２２の上に拡散体またはスクリーンフィルム１８３０を配置することができる。
【００８８】
別の実施形態の発光素子１８５０を図１８Ｂに概略的に示している。この実施形態においては、反射面１８２４と拡散体またはスクリーン層１８３０との間にレンズを含んでいる。図示される実施形態においては、これらのレンズは、プリズムレンズ、たとえばフレネルレンズとして、レンズシート１８５２上に形成されている。しかし、他の種類のレンズを使用できることは理解できるであろう。たとえば、空間１８２６に透明材料が充填される場合、その透明材料の表面上にレンズを形成することができる。
【００８９】
本明細書において説明される様々な種類の発光素子のそれぞれを、たとえば情報表示または空間照明に使用される照明ユニットに組み込むことができる。ＬＥＤダイは典型的にはわずか約３００μｍの厚さであり、ガイド層はＬＥＤダイの表面上にあるため、これらの構造体を非常に小型化することができる。したがって、このような構造体の厚さは、わずか約１または２ミリメートルにすることができる。このため、照明ユニットを可撓性にしたり、非平面状形状にしたりする可能性が得られる。たとえば、照明ユニットは、円筒形などの形態に巻き付けることができる。照明ユニットは剛性であってもよい。
【００９０】
一部の実施形態の照明ユニットについて、コントラスト／投影フィルターを含むとして前述しているが、希望するなら、あらゆる異なる種類の照明ユニットに、コントラスト／投影フィルターを提供できることを理解されたい。
【００９１】
所定の照明用途においては、必要なＬＥＤ数を決定する場合に、必要な輝度、照明装置の画素数、および照明装置の全面積のすべてが考慮される。２つの異なる照明用途の例を以下に説明する。
【実施例】
【００９２】
実施例１：天井照明
この実施例は、対角線が７０インチ（１７８ｃｍ）であり、アスペクト比が５：１である照明器具について検討する。この実施例で、１００Ｗの入力を使用して７０Ｌ／Ｗ、すなわち７０００ルーメンの２つの蛍光灯、光が得られる器具の設計を考慮している。
【００９３】
想定されるＬＥＤ特性を表Ｉに示す。これらの特性は、カリフォルニア州サンノゼのルミレッズ・ライティングＬＬＣ（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ＬＬＣ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）より入手可能な１ｍｍ平方のルクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）白色ＬＥＤの特性と類似のものである。
【００９４】
ＬＥＤは最大電力の２／３で動作すると仮定し、したがって実電流は最大電流未満となる。計算した照明ユニット設計を表ＩＩにまとめている。
【００９５】
【表１】
【００９６】
【表２】
【００９７】
したがって、この実施例において、各発光素子が１７．４ｃｍ2以下の面積を有し、全面積が０．６ｍ2である発光素子のシートによって、蛍光灯および同じ面積の１組の蛍光灯および関連する照明光学系と同じ程度の光が得られる。スクリーンには、適切な調光フィルムおよび／または投影フィルターを通して６０°の円錐で光が向けられると仮定している。発せられる光の立体角および記載の吸光によって、完全ランベルト放射体（ｐｅｒｆｅｃｔ Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｅｍｉｔｔｅｒ）に対して１．０７の軸上利得（ａｘｉａｌ ｇａｉｎ）が得られる。
【００９８】
実施例２ 液晶ディスプレイ用のＲＧＢバックライト
この実施例においては、対角２３インチの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のバックライトとして照明ユニットを使用する。各発光素子は、１つの赤、２つの緑、および１つの青の４つのＬＥＤダイを含む。異なるＬＥＤダイを能動的に制御することによって、バックライトの色を制御することができる。この実施例の設計においては、バックライトは６５００Ｋの色温度を有する。
【００９９】
【表３】
【０１００】
この照明ユニットは、１枚のシートの輝度強化フィルムを使用して、５６°（最大半減、半角）の水平視野角および３７°（最大半減、半角）の垂直視野角が得られると仮定している。このバックライトから発せられる全光束は約１５６０ルーメンであり、軸上輝度は約５１９１カンデラ／ｍ2である。この実施例のバックライトユニットの計算した特性を表ＩＶに示す。
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
したがって、本発明は、ＬＣＤディスプレイのバックライトとして効果的に使用することができる。このようなバックライトは、ＬＣＤディスプレイを、フィールドシーケンシャルカラーで動作させることができ、すなわち、ＬＣＤを異なる色の光で順次照明することができる。このようなＬＣＤの照明方法では、カラーＬＣＤディスプレイ中のカラーフィルターが不要となるので、全体の効率が増加し、コストが削減される。光学補償ベンド（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｂｅｎｄ）（ＯＣＢ）モードＬＣＤは、応答時間が短いので、フィールドシーケンシャルカラー照明モードで動作すると特に有用である。
【０１０３】
さらに、上記のようなバックライトは、ディスプレイの異なる領域が異なる強度で照明されるように制御することができる。これは、たとえば、画像の一部が非常に明るく、その画像の別の部分が非常に低くなる高いコントラストを有する画像を表示する場合などに好都合となりうる。画像の暗い部分を照明するＬＥＤの輝度を下げたり、さらには照明を停止したりすることもでき、それによって画像の暗い領域がさらに暗く見えるようになる。
【０１０４】
本発明は、上記の特定の実施例に限定されるものと見なすべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲において適切に提示される本発明のすべての態様を含むものと理解すべきである。種々の変更、等価の方法、および本発明を適用できる多数の構造は、本明細書を検討することによって、本発明に関する当業者には容易に明らかとなるであろう。特許請求の範囲は、このような変更および機構を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施形態による照明ユニットを概略的に示している。
【図２】図１の照明ユニットの照明パネルを概略的に示している。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による照明パネルの細部を示している。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による照明パネルの細部をより詳細に示している。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による照明パネルの細部をより詳細に示している。
【図４Ａ】本発明の原理による照明パネルの一実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｂ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｃ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｄ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｅ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図４Ｆ】本発明の原理による照明パネルの別の実施形態の分解図を概略的に示している。
【図５Ａ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図５Ｂ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図５Ｃ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図５Ｄ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図５Ｅ】本発明の原理による照明ユニットの発光素子の一実施形態の概略断面図を示している。
【図６】光抽出要素の一実施形態がガイド層上にプリズム要素を含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図７】光抽出要素の別の実施形態がガイド層上にプリズム要素を含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図８】光抽出要素の別の実施形態がガイド層上にプリズム要素を含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図９】光抽出要素の別の実施形態がガイド層上にくぼみを含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図１０Ａ】光抽出要素の別の実施形態がガイド層上にプリズム要素を含む、本発明の原理による照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図１０Ｂ】本発明の原理による、図１０Ａに示すような発光素子の一実施形態をスクリーン層とともに概略的に示している。
【図１１】本発明の原理による、調光フィルムが組み込まれた発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１２】本発明の原理による、調光フィルムが組み込まれた発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１３】本発明の原理による、基体に対して非平行な上面を有するガイド層を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１４Ａ】本発明の原理による、基体に対して非平行な下面を有するガイド層を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１４Ｂ】本発明の原理による、図１４Ａの発光素子のガイド層の下面に使用できる構造を概略的に示している。
【図１４Ｃ】本発明の原理による、図１４Ａの発光素子のガイド層の下面に使用できる構造を概略的に示している。
【図１５Ａ】本発明の原理による、光抽出要素の別の実施形態が、光ガイド層の下の層上に構造を有する照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図１５Ｂ】本発明の原理による、光抽出要素の別の実施形態が、光ガイド層の下の層上に構造を有する照明ユニットの発光素子の断面を概略的に示している。
【図１６Ａ】本発明の原理による、発光素子中の光抽出要素に使用できるパターンの一実施形態を概略的に示している。
【図１６Ｂ】本発明の原理による、発光素子中の光抽出要素に使用できるパターンの一実施形態を概略的に示している。
【図１６Ｃ】本発明の原理による、発光素子中の光抽出要素に使用できるパターンの一実施形態を概略的に示している。
【図１６Ｄ】本発明の原理による、発光素子中の光抽出要素に使用できるパターンの一実施形態を概略的に示している。
【図１７Ａ】本発明の原理による、隣接する発光素子間に光学障壁を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１７Ｂ】本発明の原理による、隣接する発光素子間に光学障壁を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１７Ｃ】本発明の原理による、隣接する発光素子間に光学障壁を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１７Ｄ】本発明の原理による、隣接する発光素子間に光学障壁を有する発光素子の一実施形態を概略的に示している。
【図１８Ａ】本発明の原理による反射発光素子の断面を概略的に示している。
【図１８Ｂ】本発明の原理による反射発光素子の断面を概略的に示している。
【図１９Ａ】本発明の原理による、ガイド層と関連する拡散体を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図１９Ｂ】本発明の原理による、ガイド層と関連する拡散体を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図２０Ａ】本発明の原理による、ガイド層の観察面上に拡散反射材料層を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図２０Ｂ】本発明の原理による、ガイド層の観察面上に拡散反射材料層を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図２０Ｃ】本発明の原理による、ガイド層の観察面上に拡散反射材料層を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【図２０Ｄ】本発明の原理による、ガイド層の観察面上に拡散反射材料層を有する発光素子の一実施形態の断面を概略的に示している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に取り付けられた無機発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイであって、前記ＬＥＤが、前記基体に対して略垂直方向に光を発するアレイと；
前記ＬＥＤ上に配置された光学シートであって、前記ＬＥＤから前記光学シートの一方の面に入る光の少なくとも一部が、前記光学シート内で、前記基体に対して略平行方向に案内される光学シートとを含む、発光のための光学アセンブリ。
【請求項２】
前記光学シートが、前記基体に面する第１の面と、前記基体に面していない第２の面とを含み、前記第１および第２の面の一方を通過して前記ＬＥＤから前記光学シートに沿って案内された光を抽出するために、少なくとも１つの光抽出機構が前記光学シートに設けられた、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記光抽出機構が、前記光学シートの前記第２の面上にプリズム底面を有する１つ以上の光抽出プリズムを含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記光抽出プリズムが、前記光学シートの前記第２の面上に１つ以上のフレネルレンズとして配列された、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記第２の面上の前記光抽出プリズムが実質的に直線状である、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記第２の面上の前記光抽出プリズムが湾曲している、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記光抽出機構が、前記光学シートの前記第１および第２の面の少なくとも一方の上に１つ以上の回折構造を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記光抽出機構が、前記光学シートの前記第１および第２の面の少なくとも一方の上に拡散反射材料の１つ以上のパッチを含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記光抽出機構が、前記光学シートの前記面の一方の上に１つ以上のくぼみを含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記光抽出機構が、前記第２の面上に１つ以上の溝を含み、前記光学シート内で案内された光が、前記１つ以上の溝によって前記光学シートの前記第１の面に向けられる、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記光学シートと前記基体との間に配置された反射層をさらに含み、それによって、前記抽出機構によって前記反射層に向けられた光は、前記反射層により前記光学シートの外に反射される、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記抽出機構が光抽出プリズムのアレイを含み、それぞれのプリズムの頂点が前記光学シートの方向に向けられている、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記光学シートの前記第２の面上に結合層をさらに含み、前記案内された光が、前記結合層中に入り、前記プリズムの頂点が前記結合層中まで延在する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記光学シートから前記光抽出プリズム中に結合した光が、前記プリズムによって、前記光学シートから離れる方向に全反射する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
光拡散体をさらに含み、前記光学シートから前記光抽出プリズムを通過した光が前記光拡散体を通過する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
フィルターをさらに含み、前記光学シートから前記光抽出プリズムを通過した光が前記フィルターを通過する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記フィルターが映写スクリーンを含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記フィルターが偏光子を含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記光抽出プリズムが実質的に直線状である、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記光抽出プリズムが湾曲している、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記湾曲した光抽出プリズムが、それぞれのＬＥＤを中心とするパターンで湾曲している、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記抽出機構が、前記基体に対して非平行である、前記光学シートの前記面の少なくとも一方の一部を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記抽出機構が前記光学シートの一部を含み、前記光学シートの前記第１の面および第２の面の少なくとも一方が、前記基体に対して非平行な表面を有する、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記基体に対して非平行な前記表面において前記光が内部反射する、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記基体に対して非平行な前記表面に、前記光学シートの反対側の面に向けて光を入射させる表面構造が設けられた、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記表面構造が１つ以上の回転プリズムを含む、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記表面構造が１つ以上の表面ステップを含む、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記光学シートの前記第２の面が、それぞれのＬＥＤの上に配置された１つ以上の凹面を含み、それによって、前記光学シートに対して実質的に法線方向で前記ＬＥＤから前記光学シートを通過する前記ＬＥＤからの光が、前記１つ以上の凹面において内部反射する、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
前記抽出機構が、前記光学シートの前記第１の面上に配置された１つ以上の表面構造を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項３０】
前記光学シートの前記第１の面上の前記１つ以上の表面構造が、傾斜した反射面を含み、そのため、前記光学シート内を案内された光は、前記傾斜した反射面によって、前記光が前記第２の面を透過できる角度で、前記光学シートの前記第２の面に入射するよう配向される、請求項２９に記載のアセンブリ。
【請求項３１】
前記光学シートの前記第１の面上の前記１つ以上の表面構造が、入射する光を拡散反射する拡散要素を含む、請求項２９に記載のアセンブリ。
【請求項３２】
前記抽出機構が、それぞれのＬＥＤを取り囲む少なくとも１つの連続光抽出機構を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項３３】
前記抽出機構が、そのそれぞれのＬＥＤを連続的に取り囲んでいない少なくとも１つの光抽出機構を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項３４】
前記抽出機構が、拡散反射材料の領域を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項３５】
前記ＬＥＤからの比較的強い光によって照明される位置での拡散反射が、前記ＬＥＤからの比較的弱い光によって照明される位置での拡散反射よりも多くなるように、前記拡散反射材料が配列された、請求項３４に記載のアセンブリ。
【請求項３６】
前記光学シートから抽出された光を配向させるための調光光学系をさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３７】
前記光学シートに対して法線方向の軸に対してより平行となる方向に、前記光学シートから抽出された光を配向させるために配列されたプリズムのアレイを有する少なくとも第１の輝度強化プリズムフィルムを前記調光光学系が含む、請求項３６に記載のアセンブリ。
【請求項３８】
前記光学シートに対して法線方向の前記軸に対してより平行となる方向に、前記光学シートから抽出された光を配向させるために配列されたプリズムのアレイを有する第２の輝度強化光学フィルムを前記調光光学系がさらに含み、前記第２の輝度強化光学フィルムの前記プリズムが、前記第１の輝度強化シートの前記プリズムが延在する方向に対して垂直方向に延在する、請求項３６に記載のアセンブリ。
【請求項３９】
前記光学シート上に配置された映写スクリーンをさらに含み、それによって、前記光学シートから抽出された光が前記映写スクリーンを通過する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４０】
前記光学シートが、他の場合では前記光学シートを通過する前記ＬＥＤからの前記光の一部を、前記光学シート内で屈折させるための１つ以上の要素を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４１】
前記１つ以上の要素が、それぞれのＬＥＤ上に配置された凹面を含み、それによって、前記光学シートに対して実質的に法線方向で、前記ＬＥＤから前記光学シートを通過する、前記ＬＥＤからの前記光の一部が、前記１つ以上の凹面において前記光学シートから内部反射する、請求項４０に記載のアセンブリ。
【請求項４２】
前記１つ以上の要素が、前記ＬＥＤからの前記光の一部を前記光学シート内で拡散させるために、前記光学シートとともに配置された１つ以上の拡散体を含む、請求項４０に記載のアセンブリ。
【請求項４３】
前記光学シートが、前記基体に対して略平行である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４４】
前記ＬＥＤが前記基体上にＬＥＤダイとして配置された、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４５】
前記光学シートと前記基体との間に配置された中間層をさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４６】
前記中間層が反射性である、請求項４５に記載のアセンブリ。
【請求項４７】
前記ＬＥＤから前記光学シートに沿って案内された光を抽出するために、前記中間層に少なくとも１つの光抽出機構が設けられた、請求項４５に記載のアセンブリ。
【請求項４８】
前記光抽出機構が、前記基体に対して非平行な１つ以上の傾斜面を含む、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項４９】
前記光抽出機構が、拡散反射材料の１つ以上のパッチを含む、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５０】
前記光学シートを出た前記光の少なくとも一部を拡散反射するために配置された拡散反射材料領域の配列をさらに含む、請求項４５に記載のアセンブリ。
【請求項５１】
前記中間層が反射性であり、拡散反射材料の前記領域によって拡散反射された前記光の一部が、前記反射中間層によって反射して、拡散反射材料の前記領域の間を通過する、請求項５０に記載のアセンブリ。
【請求項５２】
拡散反射材料の前記領域の間を通過した光を拡散させるために配置された拡散体をさらに含む、請求項５１に記載のアセンブリ。
【請求項５３】
前記基体が反射性である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５４】
前記ＬＥＤから前記光学シートに沿って案内された光を抽出するために、前記基体に少なくとも１つの光抽出機構が設けられた、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５５】
前記光抽出機構が、前記基体に対して非平行な１つ以上の傾斜面を含む、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５６】
前記光抽出機構が、拡散反射材料の１つ以上のパッチを含む、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５７】
前記光学シートが、前記ＬＥＤと面する前記光学シート面上に配置された導電体を含み、前記導電体がそれぞれのＬＥＤの発光面と接続されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５８】
前記基体が、それぞれのＬＥＤの底面と接続されている導電体を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５９】
前記光学シートと前記基体との間の中間層と、それぞれのＬＥＤに接続された、前記中間層上の導電体とをさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６０】
非平面形状に成形可能なように前記アセンブリが可撓性である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６１】
複数の個別に照明する発光素子を有する発光システムであって、
無機発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイであって、異なるＬＥＤが、前記発光システムのそれぞれの発光素子に対応しているアレイと；
前記ＬＥＤ上に配置されたライトスプレッダーシートとを含み、前記ＬＥＤから前記ライトスプレッダーシートに入った光が、前記発光システムの前記それぞれの発光素子に対応する領域上の前記スプレッダーシート内部で横方向に拡散し、前記ライトスプレッダーシートが、前記拡散した光出力を前記スプレッダーシートの外に配向させる光配向構造を含む、システム。
【請求項６２】
前記ＬＥＤに電力を供給するために接続された電源をさらに含む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
前記ＬＥＤの発光を制御するために連結された制御ユニットをさらに含む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６４】
前記制御ユニットが、他のＬＥＤとは独立に発光するように個別のＬＥＤを制御し、それによって、前記発光システムが、観察者に情報を伝達する照明領域を有する、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
各発光素子が、少なくとも１つのＬＥＤと関連している、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６６】
前記少なくとも１つのＬＥＤによって発生された光から、色が変換された光を生成するために、前記少なくとも１つのＬＥＤとともに配置された色変換器をさらに含む、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
各発光素子が、ともに取り付けられた３つのＬＥＤと関連しており、前記３つのＬＥＤが、３つの異なる波長範囲の光を発するように構成されている、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６８】
所望の視野角にわたって拡散し、前記スプレッダーシートから受け取った光を投影するために配置された投影要素をさらに含む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６９】
前記投影要素が拡散スクリーンを含む、請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記投影要素が屈折スクリーンを含む、請求項６８に記載のシステム。
【請求項７１】
前記発光素子の１つで発生した光の隣接する発光素子への到達を減少させるために、隣接する発光素子の間に配置された少なくとも１つの遮光要素をさらに含む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項７２】
前記遮光要素が、前記ライトスプレッダーシート中に形成された溝を含む、請求項７１に記載のシステム。
【請求項７３】
前記溝に反射材料が充填されている、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７４】
前記ＬＥＤと面する前記ライトスプレッダーシートの表面中に前記溝が形成される、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７５】
前記ＬＥＤとは面していない前記ライトスプレッダーシートの表面中に前記溝が形成される、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７６】
複数の個別に照明する発光素子を有する発光システムであって、
略１つの発光方向に光を発する無機発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイと；
前記ＬＥＤの前記アレイを横断する方向で側方に光を拡散させるための光拡散手段と；
前記光拡散手段からの光を所望の照明方向に配向させるための光配向手段とを含む、システム。
【請求項７７】
光を発するためのアセンブリであって、
略１つの発光方向に光を発するために基体上に配列された無機発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイと；
前記ＬＥＤとともに配置される反射体アレイであって、前記反射体は、反射シートの個別の部分を画定し、前記反射体はそれぞれのアパーチャーを有し、前記ＬＥＤのアレイのそれぞれのＬＥＤは、前記それぞれのアパーチャーから突出し、前記基体は、前記反射シートの第１の面に向かって配置され、前記ＬＥＤの発光面は、前記反射シートの第２の面である反射面に向かって配置される反射体アレイと；
前記反射シートの前記第２の面上に配置されるスクリーン層であって、前記ＬＥＤからの前記光の少なくとも一部は、前記湾曲した反射体から反射した後で前記スクリーン層によって配向されるスクリーン層とを含む、アセンブリ。
【請求項７８】
前記反射シートが、湾曲領域を有する表面を有する反射シート底面と、前記反射シート底面の前記湾曲領域上に配置された反射層とを含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項７９】
前記反射層が、交番する屈折率の複数のポリマー層を含む、請求項７８に記載のアセンブリ。
【請求項８０】
前記反射体が略放物面で湾曲している、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８１】
前記基体が、前記ＬＥＤと電源との間に電流を運ぶ導体を含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８２】
前記ＬＥＤの少なくとも一部が、前記基体上にＬＥＤダイとして設けられた、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８３】
前記ＬＥＤダイの少なくとも１つがフリップチップＬＥＤダイであり、前記基体が、前記フリップチップＬＥＤダイの第１の電極と連結する第１の導体と、前記フリップチップＬＥＤダイの第２の電極と連結する第２の導体とを含む、請求項８２に記載のアセンブリ。
【請求項８４】
前記スクリーン層が拡散体シートを含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８５】
前記スクリーン層が、屈折要素を有するスクリーンを含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８６】
屈折要素を有する前記スクリーンが、レンズ表面を有するスクリーンを含む、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項８７】
屈折要素を有する前記スクリーンが、ビーズスクリーンを含む、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項８８】
前記反射シートと前記スクリーン層との間に配置された光配向シートをさらに含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８９】
前記光配向シートが、通過する光を屈折させる屈折面構造を含む、請求項８８に記載のアセンブリ。
【請求項１】
基体に取り付けられた無機発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイであって、前記ＬＥＤが、前記基体に対して略垂直方向に光を発するアレイと；
前記ＬＥＤ上に配置された光学シートであって、前記ＬＥＤから前記光学シートの一方の面に入る光の少なくとも一部が、前記光学シート内で、前記基体に対して略平行方向に案内される光学シートとを含む、発光のための光学アセンブリ。
【請求項２】
前記光学シートが、前記基体に面する第１の面と、前記基体に面していない第２の面とを含み、前記第１および第２の面の一方を通過して前記ＬＥＤから前記光学シートに沿って案内された光を抽出するために、少なくとも１つの光抽出機構が前記光学シートに設けられた、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記光抽出機構が、前記光学シートの前記第２の面上にプリズム底面を有する１つ以上の光抽出プリズムを含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記光抽出プリズムが、前記光学シートの前記第２の面上に１つ以上のフレネルレンズとして配列された、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記第２の面上の前記光抽出プリズムが実質的に直線状である、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記第２の面上の前記光抽出プリズムが湾曲している、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記光抽出機構が、前記光学シートの前記第１および第２の面の少なくとも一方の上に１つ以上の回折構造を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記光抽出機構が、前記光学シートの前記第１および第２の面の少なくとも一方の上に拡散反射材料の１つ以上のパッチを含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記光抽出機構が、前記光学シートの前記面の一方の上に１つ以上のくぼみを含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記光抽出機構が、前記第２の面上に１つ以上の溝を含み、前記光学シート内で案内された光が、前記１つ以上の溝によって前記光学シートの前記第１の面に向けられる、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記光学シートと前記基体との間に配置された反射層をさらに含み、それによって、前記抽出機構によって前記反射層に向けられた光は、前記反射層により前記光学シートの外に反射される、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記抽出機構が光抽出プリズムのアレイを含み、それぞれのプリズムの頂点が前記光学シートの方向に向けられている、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記光学シートの前記第２の面上に結合層をさらに含み、前記案内された光が、前記結合層中に入り、前記プリズムの頂点が前記結合層中まで延在する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記光学シートから前記光抽出プリズム中に結合した光が、前記プリズムによって、前記光学シートから離れる方向に全反射する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
光拡散体をさらに含み、前記光学シートから前記光抽出プリズムを通過した光が前記光拡散体を通過する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
フィルターをさらに含み、前記光学シートから前記光抽出プリズムを通過した光が前記フィルターを通過する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記フィルターが映写スクリーンを含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記フィルターが偏光子を含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記光抽出プリズムが実質的に直線状である、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記光抽出プリズムが湾曲している、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記湾曲した光抽出プリズムが、それぞれのＬＥＤを中心とするパターンで湾曲している、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記抽出機構が、前記基体に対して非平行である、前記光学シートの前記面の少なくとも一方の一部を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記抽出機構が前記光学シートの一部を含み、前記光学シートの前記第１の面および第２の面の少なくとも一方が、前記基体に対して非平行な表面を有する、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記基体に対して非平行な前記表面において前記光が内部反射する、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記基体に対して非平行な前記表面に、前記光学シートの反対側の面に向けて光を入射させる表面構造が設けられた、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記表面構造が１つ以上の回転プリズムを含む、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記表面構造が１つ以上の表面ステップを含む、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記光学シートの前記第２の面が、それぞれのＬＥＤの上に配置された１つ以上の凹面を含み、それによって、前記光学シートに対して実質的に法線方向で前記ＬＥＤから前記光学シートを通過する前記ＬＥＤからの光が、前記１つ以上の凹面において内部反射する、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
前記抽出機構が、前記光学シートの前記第１の面上に配置された１つ以上の表面構造を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項３０】
前記光学シートの前記第１の面上の前記１つ以上の表面構造が、傾斜した反射面を含み、そのため、前記光学シート内を案内された光は、前記傾斜した反射面によって、前記光が前記第２の面を透過できる角度で、前記光学シートの前記第２の面に入射するよう配向される、請求項２９に記載のアセンブリ。
【請求項３１】
前記光学シートの前記第１の面上の前記１つ以上の表面構造が、入射する光を拡散反射する拡散要素を含む、請求項２９に記載のアセンブリ。
【請求項３２】
前記抽出機構が、それぞれのＬＥＤを取り囲む少なくとも１つの連続光抽出機構を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項３３】
前記抽出機構が、そのそれぞれのＬＥＤを連続的に取り囲んでいない少なくとも１つの光抽出機構を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項３４】
前記抽出機構が、拡散反射材料の領域を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項３５】
前記ＬＥＤからの比較的強い光によって照明される位置での拡散反射が、前記ＬＥＤからの比較的弱い光によって照明される位置での拡散反射よりも多くなるように、前記拡散反射材料が配列された、請求項３４に記載のアセンブリ。
【請求項３６】
前記光学シートから抽出された光を配向させるための調光光学系をさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３７】
前記光学シートに対して法線方向の軸に対してより平行となる方向に、前記光学シートから抽出された光を配向させるために配列されたプリズムのアレイを有する少なくとも第１の輝度強化プリズムフィルムを前記調光光学系が含む、請求項３６に記載のアセンブリ。
【請求項３８】
前記光学シートに対して法線方向の前記軸に対してより平行となる方向に、前記光学シートから抽出された光を配向させるために配列されたプリズムのアレイを有する第２の輝度強化光学フィルムを前記調光光学系がさらに含み、前記第２の輝度強化光学フィルムの前記プリズムが、前記第１の輝度強化シートの前記プリズムが延在する方向に対して垂直方向に延在する、請求項３６に記載のアセンブリ。
【請求項３９】
前記光学シート上に配置された映写スクリーンをさらに含み、それによって、前記光学シートから抽出された光が前記映写スクリーンを通過する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４０】
前記光学シートが、他の場合では前記光学シートを通過する前記ＬＥＤからの前記光の一部を、前記光学シート内で屈折させるための１つ以上の要素を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４１】
前記１つ以上の要素が、それぞれのＬＥＤ上に配置された凹面を含み、それによって、前記光学シートに対して実質的に法線方向で、前記ＬＥＤから前記光学シートを通過する、前記ＬＥＤからの前記光の一部が、前記１つ以上の凹面において前記光学シートから内部反射する、請求項４０に記載のアセンブリ。
【請求項４２】
前記１つ以上の要素が、前記ＬＥＤからの前記光の一部を前記光学シート内で拡散させるために、前記光学シートとともに配置された１つ以上の拡散体を含む、請求項４０に記載のアセンブリ。
【請求項４３】
前記光学シートが、前記基体に対して略平行である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４４】
前記ＬＥＤが前記基体上にＬＥＤダイとして配置された、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４５】
前記光学シートと前記基体との間に配置された中間層をさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４６】
前記中間層が反射性である、請求項４５に記載のアセンブリ。
【請求項４７】
前記ＬＥＤから前記光学シートに沿って案内された光を抽出するために、前記中間層に少なくとも１つの光抽出機構が設けられた、請求項４５に記載のアセンブリ。
【請求項４８】
前記光抽出機構が、前記基体に対して非平行な１つ以上の傾斜面を含む、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項４９】
前記光抽出機構が、拡散反射材料の１つ以上のパッチを含む、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５０】
前記光学シートを出た前記光の少なくとも一部を拡散反射するために配置された拡散反射材料領域の配列をさらに含む、請求項４５に記載のアセンブリ。
【請求項５１】
前記中間層が反射性であり、拡散反射材料の前記領域によって拡散反射された前記光の一部が、前記反射中間層によって反射して、拡散反射材料の前記領域の間を通過する、請求項５０に記載のアセンブリ。
【請求項５２】
拡散反射材料の前記領域の間を通過した光を拡散させるために配置された拡散体をさらに含む、請求項５１に記載のアセンブリ。
【請求項５３】
前記基体が反射性である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５４】
前記ＬＥＤから前記光学シートに沿って案内された光を抽出するために、前記基体に少なくとも１つの光抽出機構が設けられた、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５５】
前記光抽出機構が、前記基体に対して非平行な１つ以上の傾斜面を含む、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５６】
前記光抽出機構が、拡散反射材料の１つ以上のパッチを含む、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５７】
前記光学シートが、前記ＬＥＤと面する前記光学シート面上に配置された導電体を含み、前記導電体がそれぞれのＬＥＤの発光面と接続されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５８】
前記基体が、それぞれのＬＥＤの底面と接続されている導電体を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５９】
前記光学シートと前記基体との間の中間層と、それぞれのＬＥＤに接続された、前記中間層上の導電体とをさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６０】
非平面形状に成形可能なように前記アセンブリが可撓性である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６１】
複数の個別に照明する発光素子を有する発光システムであって、
無機発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイであって、異なるＬＥＤが、前記発光システムのそれぞれの発光素子に対応しているアレイと；
前記ＬＥＤ上に配置されたライトスプレッダーシートとを含み、前記ＬＥＤから前記ライトスプレッダーシートに入った光が、前記発光システムの前記それぞれの発光素子に対応する領域上の前記スプレッダーシート内部で横方向に拡散し、前記ライトスプレッダーシートが、前記拡散した光出力を前記スプレッダーシートの外に配向させる光配向構造を含む、システム。
【請求項６２】
前記ＬＥＤに電力を供給するために接続された電源をさらに含む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
前記ＬＥＤの発光を制御するために連結された制御ユニットをさらに含む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６４】
前記制御ユニットが、他のＬＥＤとは独立に発光するように個別のＬＥＤを制御し、それによって、前記発光システムが、観察者に情報を伝達する照明領域を有する、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
各発光素子が、少なくとも１つのＬＥＤと関連している、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６６】
前記少なくとも１つのＬＥＤによって発生された光から、色が変換された光を生成するために、前記少なくとも１つのＬＥＤとともに配置された色変換器をさらに含む、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
各発光素子が、ともに取り付けられた３つのＬＥＤと関連しており、前記３つのＬＥＤが、３つの異なる波長範囲の光を発するように構成されている、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６８】
所望の視野角にわたって拡散し、前記スプレッダーシートから受け取った光を投影するために配置された投影要素をさらに含む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６９】
前記投影要素が拡散スクリーンを含む、請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記投影要素が屈折スクリーンを含む、請求項６８に記載のシステム。
【請求項７１】
前記発光素子の１つで発生した光の隣接する発光素子への到達を減少させるために、隣接する発光素子の間に配置された少なくとも１つの遮光要素をさらに含む、請求項６１に記載のシステム。
【請求項７２】
前記遮光要素が、前記ライトスプレッダーシート中に形成された溝を含む、請求項７１に記載のシステム。
【請求項７３】
前記溝に反射材料が充填されている、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７４】
前記ＬＥＤと面する前記ライトスプレッダーシートの表面中に前記溝が形成される、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７５】
前記ＬＥＤとは面していない前記ライトスプレッダーシートの表面中に前記溝が形成される、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７６】
複数の個別に照明する発光素子を有する発光システムであって、
略１つの発光方向に光を発する無機発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイと；
前記ＬＥＤの前記アレイを横断する方向で側方に光を拡散させるための光拡散手段と；
前記光拡散手段からの光を所望の照明方向に配向させるための光配向手段とを含む、システム。
【請求項７７】
光を発するためのアセンブリであって、
略１つの発光方向に光を発するために基体上に配列された無機発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイと；
前記ＬＥＤとともに配置される反射体アレイであって、前記反射体は、反射シートの個別の部分を画定し、前記反射体はそれぞれのアパーチャーを有し、前記ＬＥＤのアレイのそれぞれのＬＥＤは、前記それぞれのアパーチャーから突出し、前記基体は、前記反射シートの第１の面に向かって配置され、前記ＬＥＤの発光面は、前記反射シートの第２の面である反射面に向かって配置される反射体アレイと；
前記反射シートの前記第２の面上に配置されるスクリーン層であって、前記ＬＥＤからの前記光の少なくとも一部は、前記湾曲した反射体から反射した後で前記スクリーン層によって配向されるスクリーン層とを含む、アセンブリ。
【請求項７８】
前記反射シートが、湾曲領域を有する表面を有する反射シート底面と、前記反射シート底面の前記湾曲領域上に配置された反射層とを含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項７９】
前記反射層が、交番する屈折率の複数のポリマー層を含む、請求項７８に記載のアセンブリ。
【請求項８０】
前記反射体が略放物面で湾曲している、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８１】
前記基体が、前記ＬＥＤと電源との間に電流を運ぶ導体を含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８２】
前記ＬＥＤの少なくとも一部が、前記基体上にＬＥＤダイとして設けられた、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８３】
前記ＬＥＤダイの少なくとも１つがフリップチップＬＥＤダイであり、前記基体が、前記フリップチップＬＥＤダイの第１の電極と連結する第１の導体と、前記フリップチップＬＥＤダイの第２の電極と連結する第２の導体とを含む、請求項８２に記載のアセンブリ。
【請求項８４】
前記スクリーン層が拡散体シートを含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８５】
前記スクリーン層が、屈折要素を有するスクリーンを含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８６】
屈折要素を有する前記スクリーンが、レンズ表面を有するスクリーンを含む、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項８７】
屈折要素を有する前記スクリーンが、ビーズスクリーンを含む、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項８８】
前記反射シートと前記スクリーン層との間に配置された光配向シートをさらに含む、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８９】
前記光配向シートが、通過する光を屈折させる屈折面構造を含む、請求項８８に記載のアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１６Ｄ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２０Ｄ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１６Ｄ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２０Ｄ】
【公表番号】特表２００８−５０３０３４（Ｐ２００８−５０３０３４Ａ）
【公表日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１５２０９（Ｐ２００７−５１５２０９）
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１７８５１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１９３１４
【国際公開日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１７８５１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１９３１４
【国際公開日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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