JP2022516336A - 互いに反対側にあるコールドミラー及びホットミラーによって形成される光学的キャビティを備える画像形成装置用バックライト - Google Patents

Abstract

画像形成装置（７０）用のバックライト（１００）が、間に光学的キャビティ（１８）を画定する、間隔を空けた前方光学反射体（２０）及び後方光学反射体（１０）と、光学的キャビティ内に光を放出する少なくとも１つの光源（１５）と、を含む。前方光学反射体（２０）は、画像形成装置と後方光学反射体（１０）との間に配置されている。実質的に垂直入射する光について、並びに重なり合わない第１の（例えば、可視光）と第２の（例えば、赤外）波長範囲について、前方光学反射体（２０）は、第１の波長範囲内の各波長に対して光（８０ａ）の少なくとも７０％を透過（８０ｃ）してもよく、第２の波長範囲内の各波長に対して光（９０ａ）の少なくとも７０％を反射（９０ｂ）してもよい。後方光学反射体（１０）は、第１の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を反射（８０ｂ）してもよく、第２の波長範囲内の各波長に対して光（９０ｂ）の少なくとも７０％を透過（９０ｃ）してもよい。少なくとも１つの光源（１５）によって放出される光（８０ａ、９０ａ）は、第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長と、第２の波長範囲内の少なくとも１つの波長とを有する。

Description

本明細書のいくつかの態様では、画像形成装置に照明を提供するバックライトが提供される。いくつかの実施形態では、バックライトは、間に光学的キャビティを画定する、間隔を空けた前方光学反射体及び後方光学反射体と、光学的キャビティ内に光を放出する少なくとも１つの光源とを含む。

前方光学反射体は、画像形成装置と後方光学反射体との間に配置されるように構成されてもよい。実質的に垂直に入射する光について、並びに直交する第１及び第２の偏光状態のそれぞれについて、並びに重なり合わない第１の波長範囲と第２の波長範囲について、前方光学反射体は、第１の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を透過してもよく、第２の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を反射してもよい。後方光学反射体は、第１の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を反射してもよく、第２の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を透過してもよい。放出された光は、第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長と、第２の波長範囲内の少なくとも１つの波長とを含んでもよい。

本明細書のいくつかの態様では、バックライト上に配置された画像形成装置を含むディスプレイシステムが提供される。バックライトは、光源と、画像形成装置と後方光学反射体との間に配置された前方光学反射体と、前方光学反射体から遠い側の後方光学反射体上に配置された熱管理層と、を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、前方光学反射体は、光源によって放出された可視光を画像形成装置に向かって実質的に透過してもよく、光源によって生成された熱を後方光学反射体に向かって実質的に反射してもよい。いくつかの実施形態では、後方光学反射体は、光源によって放出された可視光を前方光学反射体に向かって実質的に反射してもよく、前方光学反射体によって反射された熱を実質的に透過し、その結果、熱管理層が、後方光学反射体が透過した熱を実質的に吸収してもよい。

本明細書に記載される一実施形態による熱管理システムの断面図である。 本明細書に記載される一実施形態による、熱管理システムの代替的実施形態の断面図である。 本明細書に記載される一実施形態による、鏡面反射体についての例示的な透過率及び反射率の値をプロットしたチャートである。 先行技術の典型的な白色反射体についての透過率曲線を、本明細書に記載される一実施形態による鏡面反射体の透過率曲線と比較したチャートである。

以下の説明では、本明細書の一部を構成し、様々な実施形態が実例として示される、添付図面が参照される。図面は、必ずしも正確な比率の縮尺ではない。本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想到され、実施可能である点を理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味では解釈されないものとする。

超高解像度（Ultra High Definition、ＵＨＤ）、高ダイナミックレンジ（High Dynamic Range、ＨＤＲ）ディスプレイは、画像品質の標準、ディスプレイパネルの非効率性、ほぼ瞬間的なピクチャ及びデータの処理、並びにこれらディスプレイのその大きさと光源の数に起因して、前例のない大きさの輝度及び電力消費を必要とする。多層光学フィルム技術は、ディスプレイ内での電磁スペクトルの特定の部分を管理することを可能にし、最適な画質及びシステムへの熱負荷の低減をもたらし得る。これらのＵＨＤ、ＨＤＲシステムは、高輝度、実質的に観察者に向けられる可視光、及び熱が適切に管理され得る場所に近赤外線エネルギー（すなわち、熱）が導かれること（例えば、ヒートシンクを通して放散させること）を要求する。ＵＨＤ、ＨＤＲシステムで使用される典型的な光源は、約４００ｎｍ～約７５０ｎｍの範囲内の人間に見える光を放出する。より高い色域を有するいくつかのシステムは、青色、又は約４５０ｎｍを中心とする波長の光を放出する。いずれのタイプの光源も、赤外線帯域においてエネルギーを放出し、これがシステムに望ましくない熱を加える場合がある。

本明細書のいくつかの態様によれば、画像形成装置に照明を提供するバックライトが提供される。いくつかの実施形態では、バックライトは、間に光学的キャビティを画定する、間隔を空けた前方光学反射体及び後方光学反射体と、光学的キャビティ内に光を放出する少なくとも１つの光源とを含む。前方光学反射体は、画像形成装置と後方光学反射体との間に配置されるように構成されてもよい。

実質的に垂直に入射する光について、並びに直交する第１及び第２の偏光状態のそれぞれについて、並びに重なり合わない第１の波長範囲と第２の波長範囲について、前方光学反射体は、第１の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を透過してもよく、第２の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を反射してもよい。後方光学反射体は、第１の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を反射してもよく、第２の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を透過してもよい。放出された光は、第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長と、第２の波長範囲内の少なくとも１つの波長とを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、前方光学反射体及び後方光学反射体は、第１の波長範囲を第２の波長範囲から分離する帯域端を含み、帯域端は互いに５０ｎｍ以内に存在する。他の実施形態では、帯域端は、互いに４０ｎｍ以内、又は互いに３０ｎｍ以内にある。更に他の実施形態では、第１の波長範囲と第２の波長範囲とは、約１０ｎｍ未満だけ離れている。

いくつかの実施形態では、第１の波長範囲は、約４００ｎｍ～約６００ｎｍ、又は約４００ｎｍ～約７００ｎｍ、又は約４００ｎｍ～約７５０ｎｍ、又は約４００ｎｍ～約８００ｎｍにわたる。いくつかの実施形態では、第２の波長範囲は、約７００ｎｍ～約８００ｎｍ、又は約７００ｎｍ～約８５０ｎｍにわたる。いくつかの実施形態では、第２の波長範囲は、約７００ｎｍ～約１．７マイクロメートルにわたる。

いくつかの実施形態では、前方光学反射体及び後方光学反射体の一方又は両方は、５０～１０００層に及ぶ第１のポリマー層と第２のポリマー層との複数の交互層で構成され、第１のポリマー層及び第２のポリマー層のそれぞれが約５００ｎｍ未満の平均厚さを有する、多層光学フィルムであってもよい。各反射体に対して、適切な屈折率、層厚さ、及び／又は層ペア数を有する適切な層ペアを選択することにより、所望の波長の光を透過又は反射するように多層光学フィルムを設計することができる。特定の屈折率を有するポリマーを選択することにより、並びに交互になったポリマー層のペア数を制御することにより、第１の波長セットにおける波長の光（例えば、第１の波長範囲に対応する）を透過し、第２の波長セットにおける波長の光（例えば、第２の波長範囲に対応する）を反射する光学反射体を構築することが可能である。

例えば、第１の光学反射体の一実施形態では、第１のポリマー層及び第２のポリマー層はそれぞれ、第１の偏光状態に沿った屈折率ｎｘ１及びｎｘ２、第２の偏光状態に沿った屈折率ｎｙ１及びｎｙ２、並びに第１の偏光状態と第２の偏光状態とに直交するｚ軸に沿った屈折率ｎｚ１及びｎｚ２を有してもよく、第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長に対して、
第１のポリマー層では、
ｎｘ１は、約１．６０～約１．７０（例えば、約１．６５５）
ｎｙ１は、約１．６０～約１．７０（例えば、約１．６５５）
ｎｚ１は、約１．４５～約１．５５（例えば、約１．４９８）であり、
第２のポリマー層では、
ｎｘ２は、約１．４５～約１．５５（例えば、約１．４９１）
ｎｙ２は、約１．４５～約１．５５（例えば、約１．４９１）
ｎｚ２は、約１．４５～約１．５５（例えば、約１．４９１）である。

別の例では、後方光学反射体の一実施形態では、第１のポリマー層及び第２のポリマー層はそれぞれ、第１の偏光状態に沿った屈折率ｎｘ１及びｎｘ２、第２の偏光状態に沿った屈折率ｎｙ１及びｎｙ２、並びに第１の偏光状態と第２の偏光状態とに直交するｚ軸に沿った屈折率ｎｚ１及びｎｚ２を有してもよく、第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長に対して、
第１のポリマー層では、
ｎｘ１は、約１．６２～約１．８０（例えば、約１．７５）
ｎｙ１は、約１．６２～約１．８０（例えば、約１．７５）
ｎｚ１は、約１．４１～約１．５５（例えば、約１．４９８）であり、
第２のポリマー層では、
ｎｘ２は、約１．４１～約１．５５（例えば、約１．４９１）
ｎｙ２は、約１．４１～約１．５５（例えば、約１．４９１）
ｎｚ２は、約１．４１～約１．５５（例えば、約１．４９１）である。

上述した屈折率は単なる例であり、特定の用途に最適な光学反射体の予想される機能性を実現するために、屈折率の任意の適切な値が使用されてもよい。提供される実施例は、決して限定的ではない。

第１のポリマー層の例示的な材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、結晶性ポリエチレンテレフタレート（ｃｏＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、又は結晶性ポリエチレンナフタレート（ｃｏＰＥＮ）、を含むがこれらに限定されない結晶性材料であってもよい。第２のポリマー層の例示的な材料は、非結晶性ポリエチレンテレフタレート（ｃｏＰＥＴ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、及びポリ（メチルメタクリレート）（ｃｏＰＭＭＡ）、並びに、フッ素とのブレンド、例えば、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、又はＴＨＶ（テトラフルオロエチレンのターポリマー、ヘキサフルオロプロピレン、及びフッ化ビニリデン）、を含むがこれらに限定されない実質的に非結晶性の材料であってもよい。

いくつかの実施形態では、バックライトはまた、光学的キャビティの外側の前方光学反射体上に配置された反射型偏光子を含んでもよく、それにより、実質的に垂直入射光に対して、及び第１の波長範囲内の各波長に対して、反射型偏光子は、第１の偏光状態を有する光の少なくとも７０％を反射し、第２の偏光状態を有する光の少なくとも７０％を透過する。いくつかの実施形態では、反射型偏光子は、５０～１０００層に及ぶ複数の交互になった第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含んでもよく、第１のポリマー層及び第２のポリマー層のそれぞれは約５００ｎｍ未満の平均厚さを有する。例えば、反射型偏光子の一実施形態では、第１のポリマー層及び第２のポリマー層はそれぞれ、第１の偏光状態に沿った屈折率ｎｘ１及びｎｘ２、第２の偏光状態に沿った屈折率ｎｙ１及びｎｙ２、並びに第１の偏光状態と第２の偏光状態とに直交するｚ軸に沿った屈折率ｎｚ１及びｎｚ２を有してもよく、第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長に対して、
第１のポリマー層では、
ｎｘ１は、約１．７５～約１．８５（例えば、約１．８１０）
ｎｙ１は、約１．５０～約１．６４（例えば、約１．５７４）
ｎｚ１は、約１．５０～約１．６４（例えば、約１．５７０）であり、
第２のポリマー層では、
ｎｘ２は、約１．５０～約１．６４（例えば、約１．５７４）
ｎｙ２は、約１．５０～約１．６４（例えば、約１．５６５）
ｎｚ２は、約１．５０～約１．６４（例えば、約１．５６５）である。

例えば、これらの値は、約６３２ｎｍの波長で見ることができ、ここで、ｘは、反射型偏光子のフィルム延伸方向である（すなわち、実質的に一軸のフィルム延伸）。ミラーフィルムでは、延伸方向は、ｘ及びｙ方向の両方（面内）である（すなわち、実質的に二軸のフィルム延伸）。

いくつかの実施形態では、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、又はこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない、任意の適切な光源を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光源は、光学的キャビティ内の前方光学反射体と後方光学反射体との間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光源は、後方光学反射体により近く、前方光学反射体からより遠くに配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光源は、光学的キャビティの外側に側縁部に沿って配置されてもよい。

いくつかの実施形態では、光学的キャビティは、実質的に中空の空気充填キャビティである。他の実施形態では、光学的キャビティは、互いに反対側にある上部主表面及び底部主表面を含む実質的に中実容積（例えば、充填されたキャビティ、又は固体材料）であり、前方光学反射体は上部主表面上に配置され、後方光学反射体は底部主表面上に配置される。例えば、いくつかの実施形態では、光学的キャビティは固体光ガイドであって、光学的キャビティの外側に配置された光源から受光した光を、内部全反射を介して分配してもよい。

いくつかの実施形態では、バックライトはまた、光学的キャビティの外側の前方光学反射体上に配置された光学拡散体を含んでもよく、光学拡散体は、前方光学反射体を通って光学的キャビティから出た光を拡散させる。いくつかの実施形態では、バックライトはまた、バックライトからの光出力の輝度を高めるように設計された１つ以上の多層光学フィルムを含んでもよい。このようなフィルムの例としては、出力光を１つ以上の次元にてコリメートするように設計された輝度向上フィルム、及び光が液晶パネルなどのディスプレイを透過できるように光を偏光できる反射型偏光子が挙げられる。

いくつかの実施形態では、バックライトは、光学的キャビティの外側の後方光学反射体上に配置された熱管理層を含んでもよい。この熱管理層は、赤外線吸収層、熱伝導層、又はこれらの組み合わせ（例えば、熱伝導性と赤外線吸収性の両方を有する単一層）のうちの１つ以上を含んでもよい。いくつかの実施形態では、熱管理層は第２の波長範囲内の波長を有し、後方光学反射体によって透過された光（例えば、放射される熱エネルギーに対応する波長）の少なくとも５０％を吸収してもよい。いくつかの実施形態では、熱管理層は、少なくとも１００Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有してもよい。いくつかの実施形態では、熱管理層は、熱拡散多層フィルムであってもよい、又はそれを含んでもよい。熱管理層用の例示的な熱伝導性材料は、黒鉛、黒鉛箔、銅、及び銀ナノワイヤを含んでもよいが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、バックライトはまた、熱管理層（例えば、熱を放散するためのアルミニウムフィン）上に配置されたヒートシンクを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、熱管理層は、第２の波長範囲よりも大きい、少なくとも１つの波長を有する光／エネルギーの少なくとも一部分（例えば、少なくとも５％）を吸収してもよい。例えば、一般に使用される細分化スキームの１つでは、赤外線エネルギーは、近赤外線（約７５０ｎｍ～約１４００ｎｍ）、短波長赤外線（約１４００ｎｍ～３マイクロメートル）、中間波長赤外線（約３マイクロメートル～約８マイクロメートル）、長波長赤外線（約８マイクロメートル～約１５マイクロメートル）、及び遠赤外線（約１５マイクロメートル～約１０００マイクロメートル）に細分化され得る。いくつかの実施形態では、第２の波長範囲は、近赤外スペクトルの一部分にわたって延びてもよく、一方で、熱管理層は、第３の波長範囲内の光／エネルギーの追加の波長を吸収してもよく、第３の波長範囲は、第２の波長範囲内の波長よりも大きい波長を含む（すなわち、第２の波長範囲よりも大きい、少なくとも１つの波長）。例えば、一実施形態では、第３の波長範囲は、本明細書で定義されるような、短波長範囲、中間波長範囲、及び長波長範囲の波長を含んでもよい（例えば、約１．５マイクロメートルから少なくとも約１５マイクロメートルまで）。

いくつかの実施形態では、この第３の波長範囲のエネルギーは、少なくとも１つの光源によって放出されてもよい、バックライトに隣接して若しくはバックライト内に配置された電子回路によって放出されてもよい、又は光学的キャビティ内の他のソースから放出されてもよい。いくつかの実施形態では、第３の波長範囲は、少なくとも約２００ｎｍの幅を有する。いくつかの実施形態では、後方光学反射体は、第３の波長範囲内の少なくとも１つの波長の少なくとも１０％を透過し得る。

本明細書のいくつかの態様によれば、ディスプレイシステムは、バックライト上に配置された画像形成装置（例えば、液晶ディスプレイパネル）を含んでもよい。バックライトは、光源（例えば、１つ以上のＬＥＤ）、画像形成装置と後方光学反射体との間に配置された前方光学反射体、及び前方光学反射体から遠い側の後方光学反射体上に配置された熱管理層、を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、前方光学反射体は、光源によって放出された可視光（すなわち、人間の目に可視の範囲内の波長を有する光）を画像形成装置に向かって実質的に透過してもよく、光源によって生成された熱（すなわち、赤外線範囲内の光）を後方光学反射体に向かって実質的に反射してもよい。いくつかの実施形態では、後方光学反射体は、光源によって放出された可視光を前方光学反射体に向かって実質的に反射してもよく、前方光学反射体によって反射された熱を実質的に透過し、その結果、熱管理層が、後方光学反射体が透過した熱を実質的に吸収してもよい。いくつかの実施形態では、ヒートシンクが熱管理層上に、又はその付近に配置されて、光源によって放出された熱の放散を手助けしてもよい。

ここで図面を参照すると、図１は、本明細書に記載される実施形態によるバックライト１００のための熱管理システムの断面図である。バックライト１００は、間に光学的キャビティ１８を画定する、間隔を空けた前方光学反射体２０及び後方光学反射体１０と、光学的キャビティ１８内に光を放出する少なくとも１つの光源１５と、を含む。いくつかの実施形態では、前方光学反射体２０は、画像形成装置７０と後方光学反射体１０との間に配置されるように構成されている。画像形成装置７０は、例えば液晶パネルであってもよい。

いくつかの実施形態では、前方光学反射体２０の、光学的キャビティ１８とは反対側の外側に、光学拡散体４０が配置されてもよい。光学拡散体４０は、前方光学反射体２０を通って光学的キャビティ１８から出るあらゆる光を拡散させてもよい。いくつかの実施形態では、前方光学反射体２０と画像形成装置７０との間に、光学向上層の１つ以上の層が存在してもよい。図１に示す実施形態では、第１の輝度向上フィルム５０ａが拡散体４０の上方に配置されており、第２の輝度向上フィルム５０ｂが輝度向上フィルム５０ａの上方に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、輝度向上フィルム５０ａ／５０ｂを使用して、「軸方向」観察者に向かう出力光を圧縮してもよい。２つのそのような輝度向上フィルム（５０ａ及び５０ｂなど）の層を互いに９０度回転させて一緒に配置することにより、前方光学反射体２０によって透過された光を、２つの別々の直交する次元で圧縮して、光が画像形成装置７０に到達する前に、光を実質的にコリメートすることが可能になり得る。いくつかの実施形態では、反射偏光向上フィルム６０（例えば、３Ｍ Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）を使用して、出力光を更に向上させてもよい（例えば、透過光の偏光を変化させて画像形成装置７０をより効率的に通過させる）。

動作中、光源１５は、人間に見える光８０の波長、並びに赤外線エネルギー９０を含む光を放出し、赤外線エネルギー９０は、人間に見える光に寄与しないが、装置の前面から放射される熱に寄与し得る熱を表す。図１では、光源１５が、人間に見える光８０ａ及び赤外線エネルギー９０ａを放出する。人間に見える光８０ａ及び赤外線エネルギー９０ａは、光学的キャビティ１８内で様々な方向に放出され得る。図１及び本明細書の他の図面に示す矢印は例示的なものであり、バックライトキャビティ全体にわたる光の一般的な動きを示すことを意図していることに留意すべきである。人間に見える光８０ａ及び赤外線エネルギー９０ａは、最終的に前方光学反射体２０に入射する。いくつかの実施形態では、前方光学反射体２０は、人間に見える光８０ａの相当な部分を透過し（通過させ）（これが透過した人間に見える光８０ｃになる）、赤外線エネルギー９０ａの相当な部分を反射する（これが反射された赤外線エネルギー９０ｂになる）。

反射された赤外線エネルギー９０ｂは、光学的キャビティ１８内に閉じ込められ、バックライト１００の望ましくない加熱を引き起こし得る。したがって、いくつかの実施形態では、後方光学反射体１０は、反射された赤外線エネルギーの相当な部分を透過し（通過させ）（これが透過した赤外線エネルギー９０ｃになる）、人間に見える光の相当な部分（放出された人間に見える光８０ａ、及び最初に前方光学反射体２０を透過しなかった人間に見える光８０のあらゆる部分を含む）を反射するように設計されてもよい。反射された人間に見える光８０ｂは、前方光学反射体２０に再び入射するまで、光学的キャビティ１８全体で反射されてもよく（すなわち、光は再利用される）、透過した人間に見える光８０ｃとして実質的に通過させることができる。

いくつかの実施形態では、熱管理層３０は、後方光学反射体１０の側面に配置されてもよい。この熱管理層３０は、透過した赤外線エネルギー９０ｃを吸収及び／又は放散させ、それによりバックライトシステム１００から不要な熱を除去するように設計されてもよい。いくつかの実施形態では、熱管理層は赤外線吸収層であってもよく、赤外線吸収層は、第２の波長範囲（例えば、過剰な熱を生じ得る赤外線エネルギー）内にあって後方光学反射体１０によって透過される波長を有する光／エネルギーの少なくとも一部分（例えば、少なくとも５０％）を吸収する。いくつかの実施形態では、熱管理層３０は、赤外線吸収層に加えて、かつ赤外線吸収層に隣接して配置された熱伝導層を含んでもよく、熱伝導層は、赤外線エネルギーが赤外線吸収層によって吸収された結果として発生する熱を伝導するためのものである。いくつかの実施形態では、熱が、光源１５によって生成される、バックライト１００の近くの若しくはバックライト１００内の電子回路によって放出される、又はバックライト１００内の他のソースから放出される場合がある。いくつかの実施形態では、熱管理層３０は、熱伝導層のみを含んでもよく、熱伝導層は、熱をバックライト１００から離すように引き込んで、熱を放散、吸収、又は他の方法で緩和させることができる。いくつかの実施形態では、ヒートシンク（図示せず）が熱管理層３０上に又はその付近に配置されて、バックライト１００からの熱の除去を手助けしてもよい。いくつかの実施形態では、ヒートシンクは、バックライト１００からの熱を除去するために、赤外線吸収層で直接被覆されてもよい。

図２は、本明細書に記載される代替的実施形態による、図１の熱管理システムの一実施形態の断面図である。図２に示す構成要素の多くは、図１に示す構成要素と共通である。これらの構成要素は、図１に記載される同様の番号が付けられた構成要素と同じように、同様の参照表記及び機能を共有する。簡略化のために、画像形成装置７０、並びに向上層５０ａ、５０ｂ、及び６０は図２から除去されているが、いくつかの実施形態では存在してもよいことにも留意すべきである。

図２に戻ると、１つ以上の光源１５が、光学的キャビティ１８の１つ以上の側面上に配置されてもよい。光は、人間に見える光８０ａ及び赤外線エネルギー９０ａとして放出される。人間に見える光８０ａ及び赤外線エネルギー９０ａが、様々な角度で光学的キャビティ１８に入り、前方光学反射体２０及び後方光学反射体１０によって適切に反射及び／又は透過される。例えば、放出された人間に見える光８０ａが後方光学反射体１０に入射すると、実質的に反射されて、反射された人間に見える光８０ｂになる。次いで、反射された人間に見える光８０ｂは前方光学反射体２０に入射し、実質的に透過（通過）されて、透過した人間に見える光８０ｃになり得る。逆に、放出された赤外線エネルギー９０ａが前方光学反射体２０に入射すると、実質的に反射されて、反射された赤外線エネルギー９０ｂになる。次いで、反射された赤外線エネルギー９０ｂは後方光学反射体１０に入射し、実質的に透過（通過）されて、透過した赤外線エネルギー９０ｃになり得る。

換言すれば、前方光学反射体２０は、人間に見える光８０を実質的に（例えば、少なくとも７０％を）透過し、赤外線エネルギー９０を実質的に（例えば、少なくとも７０％を）反射するように構成されている。逆に、後方光学反射体１０は、赤外線エネルギー９０を実質的に（例えば、少なくとも７０％を）透過し、人間に見える光８０を実質的に（例えば、少なくとも７０％を）反射するように構成されている。このようにして、人間に見える光８０は、実質的に画像形成装置（図２には図示せず）に向かって透過され、赤外線エネルギー９０は、実質的に画像形成装置から離れる方向に透過されて光学的キャビティ１８の外側に出る。

いくつかの実施形態では、反射型偏光子２５は、光学的キャビティ１８の外側の前方光学反射体２０上に配置されてもよい。実質的に垂直に入射する光に対して、及び第１の波長範囲内の各波長に対して、反射型偏光子は、第１の偏光状態を有する光を実質的に（例えば、少なくとも７０％を）反射し、第２の偏光状態を有する光を実質的に（例えば、少なくとも７０％を）透過する。いくつかの実施形態では、反射型偏光子２５は、光の偏光タイプを変化させて画像形成装置によって実質的に透過されるタイプに対応させることにより、画像形成装置を透過する光の効率を高めることに役立ち得る。

図３は、赤外線鏡面反射体の実施形態、例えば図１及び図２の前方光学反射体２０の実施形態、に関する例示的な透過率及び反射率の値をプロットしたチャートである。線３００Ｔは、約４００～約８７０ｎｍの波長の光を実質的に透過し、約９７０ｎｍ～約１１５０ｎｍの赤外線エネルギーに対応する波長の光を実質的に反射する、前方光学反射体の１つの予想される実施形態の透過率プロファイルを示す。線３００Ｒは、約８５０ｎｍ～約１２００ｎｍの波長の光を実質的に反射する、前方光学反射体の１つの予想される実施形態に対する反射率プロファイルを示す。図３のチャートは、例示を目的とする、前方光学反射体の１つの予想される実施形態の例示的な透過率及び反射率のプロファイルを示し、限定するものではない。透過率プロファイル３００Ｔは、人間に見える光に対する例示的な帯域通過領域、又はそのサブセットを示し、透過率の平均値は、少なくとも約６０％、又は少なくとも約７０％、又は少なくとも約８０％である。同様に、反射率プロファイル３００Ｒは、赤外線エネルギーに対する反射領域の例、又はそのサブセットを示し、反射率の平均値は、少なくとも約６０％、又は少なくとも約７０％、又は少なくとも約８０％である。

最後に、図４は、先行技術の典型的な白色反射体についての透過率曲線を、可視光鏡面反射体、例えば図１及び図２の後方光学反射体１０のものと比較したチャートである。線４００Ｗは、先行技術で見られる典型的な白色光反射体に対する、約７００ｎｍ～約１２００ｎｍの波長の光の透過率パーセントを示す。典型的な白色光反射体４００Ｗでは、この範囲内の全波長の約５％未満が透過され（すなわち、反射体を通過することが可能であり）、したがって、実質的に反射されてバックライトの光学的キャビティ内に戻る。赤外線反射性の前方光学反射体と組み合わせた場合、白色光学反射体は赤外線エネルギーを光学的キャビティ内にトラップし、システムの望ましくない加熱を生じさせることになる。線４００Ｓは、可視光反射体の実施形態、例えば図１及び図２の後方光学反射体１０の実施形態に関する同じ範囲（約７００ｎｍ～約１２００ｎｍ）の波長の光の透過率パーセントを示す。プロファイル４００Ｓでは約７００ｎｍ～約１０００ｎｍの波長の光が実質的に反射され（すなわち、反射体を透過せず）、約１０００ｎｍ～約１２００ｎｍの波長が実質的に透過される。図４のチャートは、本明細書に記載される一実施形態による後方光学反射体の一実施形態の透過率プロファイルを示し、限定するものではない。本明細書に示される透過率プロファイルは、例示のみを目的とする実施例である。

本明細書の他の箇所に記載されるように、より高い色域を有するディスプレイ用の光源として、青色光源（例えば、青色ＬＥＤ）が使用される場合がある。この場合、拡散体に先だち、青色光を通過させ赤外線を反射することが可能なスペクトル反射体フィルム、及び量子ドット又は蛍光体シートを含むフィルム層などの色変換フィルム、を使用することができる。記載された実施形態から逸脱することなく、前方光学反射体及び後方光学反射体の他の変形形態及び実施形態が可能である。

「約、ほぼ（about）」などの用語は、それらが本明細書の記載に使用され記載されている文脈において、当業者によって理解されよう。特徴部のサイズ、量、及び物理的性質を表す量に適用される「約」の使用が、本発明の記載に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「約」は、特定の値の１０パーセント以内を意味すると理解されるであろう。特定の値の約として与えられる量は、正確に特定の値であり得る。例えば、本発明の記載に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、約１の値を有する量は、０．９～１．１の値を有する量であり、かつその値が１であり得ることを意味する。

「実質的に（substantially）」などの用語は、それらが本発明の記載に使用され記載されている文脈において、当業者によって理解されるだろう。「実質的に等しい（substantially equal）」の使用が、本発明の記載に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「実質的に等しい」は、ほぼ（about）が上記のとおりであるときには、ほぼ等しいことを意味する。「実質的に平行な（substantially parallel）」の使用が、本明細書に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「実質的に平行な」は、平行の３０度以内を意味することになる。互いに実質的に平行であるとして記載される方向又は表面は、いくつかの実施形態では、２０度以内、又は１０度以内の平行であり得るか、又は平行若しくは名目上平行であり得る。「実質的に位置合わせされる（substantially aligned）」の使用が、本発明の記載に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「実質的に位置合わせされる」は、位置合わせされる対象の幅の２０％以内で位置合わせされることを意味する。実質的に位置合わせされると記載される対象は、いくつかの実施形態では、位置合わせされる対象の幅の１０％以内又は５％以内で位置合わせされてもよい。

前述の参照文献、特許、又は特許出願はいずれも一貫した方法でそれらの全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先するものとする。

図中の要素の説明は、別段の指示がない限り、他の図中の対応する要素に等しく適用されるものと理解されたい。具体的な実施形態を本明細書において例示し記述したが、様々な代替及び／又は同等の実施により、図示及び記載した具体的な実施形態を、本開示の範囲を逸脱することなく置き換え可能であることが、当業者には理解されるであろう。本出願は、本明細書において説明した具体的な実施形態のあらゆる適合例又は変形例を包含することを意図する。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ限定されるものとする。

Claims (50)

1. 画像形成装置に照明を提供するためのバックライトであって、
   間隔を空けた前方光学反射体及び後方光学反射体であって、それらの間に光学的キャビティを画定し、前記前方光学反射体は、前記画像形成装置と前記後方光学反射体との間に配置されるように構成され、
   その結果、実質的に垂直入射する光について、及び直交する第１の偏光状態及び第２の偏光状態のそれぞれについて、及び重なり合わない第１の波長範囲と第２の波長範囲について、
   前記前方光学反射体は、前記第１の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも６０％を透過し、前記第２の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を反射し、
   前記後方光学反射体は、前記第１の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を反射し、前記第２の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を透過する、前方光学反射体及び後方光学反射体と、
   前記光学的キャビティ内に光を放出する少なくとも１つの光源であって、前記放出された光は、前記第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長、及び前記第２の波長範囲内の少なくとも１つの波長を有する、少なくとも１つの光源と、を備える、バックライト。
2. 前記前方光学反射体は、前記第１の波長範囲内の各波長に対して光の少なくとも７０％を透過する、請求項１に記載のバックライト。
3. 前記前方光学反射体及び前記後方光学反射体のそれぞれが、複数のポリマー層を含む、請求項１に記載のバックライト。
4. 前記前方光学反射体及び前記後方光学反射体のそれぞれが、前記第１の波長範囲を前記第２の波長範囲から分離する帯域端を含み、前記帯域端は互いに５０ｎｍ以内に存在する、請求項１に記載のバックライト。
5. 前記帯域端は互いに４０ｎｍ以内にある、請求項４に記載のバックライト。
6. 前記帯域端は互いに３０ｎｍ以内にある、請求項４に記載のバックライト。
7. 前記第１の波長範囲及び前記第２の波長範囲は、１０ｎｍ未満だけ離れている、請求項１に記載のバックライト。
8. 前記第１の波長範囲は、約４００ｎｍ～約６００ｎｍにわたる、請求項１に記載のバックライト。
9. 前記第１の波長範囲は、約４００ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる、請求項１に記載のバックライト。
10. 前記第１の波長範囲は、約４００ｎｍ～約７００ｎｍにわたる、請求項１に記載のバックライト。
11. 前記第１の波長範囲は、約４００ｎｍ～約７５０ｎｍにわたる、請求項１に記載のバックライト。
12. 前記第１の波長範囲は、約４００ｎｍ～約８００ｎｍにわたる、請求項１に記載のバックライト。
13. 前記第２の波長範囲は、約７００ｎｍ～約８００ｎｍにわたる、請求項１に記載のバックライト。
14. 前記第２の波長範囲は、約７００ｎｍ～約８５０ｎｍにわたる、請求項１に記載のバックライト。
15. 前記第２の波長範囲は、約７００ｎｍから少なくとも約１．７マイクロメートルまでにわたる、請求項１に記載のバックライト。
16. 前記前方光学反射体は、５０～１０００層に及ぶ複数の交互になった第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含み、各第１のポリマー層及び第２のポリマー層は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、第１のポリマー層及び第２のポリマー層の隣接する各ペアに対して、
    前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層の平面において、前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層はそれぞれ、前記第１の偏光状態に沿った屈折率ｎｘ１及びｎｘ２、前記第２の偏光状態に沿った屈折率ｎｙ１及びｎｙ２、並びに前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とに直交するｚ軸に沿った屈折率ｎｚ１及びｎｚ２を有し、前記第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長に対して、
    ｎｘ１は約１．６０～約１．７０、
    ｎｙ１は約１．６０～約１．７０、
    ｎｚ１は約１．４５～約１．５５、
    ｎｘ２は約１．４５～約１．５５、
    ｎｙ２は約１．４５～約１．５５、及び、
    ｎｚ２は約１．４５～約１．５５である、請求項１に記載のバックライト。
17. ｎｘ１は約１．６５５、
    ｎｙ１は約１．６５５、
    ｎｚ１は約１．４９８、
    ｎｘ２は約１．４９１、
    ｎｙ２は約１．４９１、及び、
    ｎｚ２は約１．４９１である、請求項１６に記載のバックライト。
18. 前記後方光学反射体は、５０～１０００層に及ぶ複数の交互になった第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含み、各第１のポリマー層及び第２のポリマー層は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、第１のポリマー層及び第２のポリマー層の隣接する各ペアに対して、
    前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層の平面において、前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層はそれぞれ、前記第１の偏光状態に沿った屈折率ｎｘ１及びｎｘ２、前記第２の偏光状態に沿った屈折率ｎｙ１及びｎｙ２、並びに前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とに直交するｚ軸に沿った屈折率ｎｚ１及びｎｚ２を有し、前記第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長に対して、
    ｎｘ１は約１．６２～約１．８０、
    ｎｙ１は約１．６２～約１．８０、
    ｎｚ１は約１．４１～約１．５５、
    ｎｘ２は約１．４１～約１．５５、
    ｎｙ２は約１．４１～約１．５５、及び、
    ｎｚ２は約１．４１～約１．５５である、請求項１に記載のバックライト。
19. ｎｘ１は約１．７５、
    ｎｙ１は約１．７５、
    ｎｚ１は約１．４９８、
    ｎｘ２は約１．４９１、
    ｎｙ２は約１．４９１、及び
    ｎｚ２は約１．４９１である、
    請求項１８に記載のバックライト。
20. 前記光学的キャビティの外側の前記前方光学反射体上に配置された反射型偏光子を更に備え、それにより、実質的に垂直入射光に対して、及び前記第１の波長範囲内の各波長に対して、前記反射型偏光子は、前記第１の偏光状態を有する光の少なくとも７０％を反射し、前記第２の偏光状態を有する光の少なくとも７０％を透過する、請求項１に記載のバックライト。
21. 前記反射型偏光子は複数のポリマー層を含む、請求項２０に記載のバックライト。
22. 前記反射型偏光子は、５０～１０００層に及ぶ複数の交互になった第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含み、各第１のポリマー層及び第２のポリマー層は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、第１のポリマー層及び第２のポリマー層の隣接する各ペアに対して、
    前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層の平面において、前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層はそれぞれ、前記第１の偏光状態に沿った屈折率ｎｘ１及びｎｘ２、前記第２の偏光状態に沿った屈折率ｎｙ１及びｎｙ２、並びに前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とに直交するｚ軸に沿った屈折率ｎｚ１及びｎｚ２を有し、前記第１の波長範囲内の少なくとも１つの波長に対して、
    ｎｘ１は約１．７５～約１．８５、
    ｎｙ１は約１．５０～約１．６４、
    ｎｚ２は約１．５０～約１．６４、
    ｎｘ２は約１．５０～約１．６４、
    ｎｙ２は約１．５０～約１．６４、及び、
    ｎｚ２は約１．５０～約１．６４である、請求項２０に記載のバックライト。
23. ｎｘ１は約１．８１０、
    ｎｙ１は約１．５７４、
    ｎｚ１は約１．５７０、
    ｎｘ２は約１．５７４、
    ｎｙ２は約１．５６５、及び
    ｎｚ２は約１．５６５である、
    請求項２２に記載のバックライト。
24. 前記光学的キャビティの外側の前記前方光学反射体上に配置された光学拡散体を更に備え、前記光学拡散体は、前記前方光学反射体を通って前記光学的キャビティから出た光を拡散させる、請求項１に記載のバックライト。
25. 前記少なくとも１つの光源は、前記光学的キャビティ内において前記前方光学反射体と前記後方光学反射体との間に配置されている、請求項１に記載のバックライト。
26. 前記少なくとも１つの光源は、前記後方光学反射体により近く、前記前方光学反射体からより遠くに配置されている、請求項２５に記載のバックライト。
27. 前記少なくとも１つの光源が、前記光学的キャビティの外側に側縁部に沿って配置されている、請求項１に記載のバックライト。
28. 前記光学的キャビティは、前記光学的キャビティの外側に前記側縁部に沿って配置された前記少なくとも１つの光源から受光した光を分配するための固体光ガイドを備える、請求項２７に記載のバックライト。
29. 前記光学的キャビティは、実質的に中空の空気充填キャビティである、請求項１に記載のバックライト。
30. 前記光学的キャビティは、互いに反対側にある上部主表面及び下部主表面を備える実質的に中実容積であり、前記前方光学反射体は前記上部主表面上に配置され、前記後方光学反射体は前記下部主面上に配置されている、請求項１に記載のバックライト。
31. 前記光学的キャビティの外側の前記後方光学反射体上に配置された熱管理層を更に備え、前記熱管理層は、前記第２の波長範囲内の波長を有して前記後方光学反射体によって透過された光の少なくとも５０％を吸収する、請求項１に記載のバックライト。
32. 前記後方光学反射体は、前記前方光学反射体と前記熱管理層との間に配置されている、請求項３１に記載のバックライト。
33. 前記熱管理層は、少なくとも１００Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する、請求項３１に記載のバックライト。
34. 前記熱管理層上に配置されたヒートシンクを更に備える、請求項３１に記載のバックライト。
35. 前記熱管理層は、前記第２の波長範囲内の波長よりも大きい、少なくとも１つの波長を有する光の少なくとも一部分を吸収する、請求項３１に記載のバックライト。
36. 前記光の少なくとも一部分は、光の少なくとも５％を含む、請求項３５に記載のバックライト。
37. 前記少なくとも１つの波長は、前記第２の波長範囲内の波長よりも大きい波長を含む第３の波長範囲を含む、請求項３５に記載のバックライト。
38. 前記第３の波長範囲は、少なくとも約２００ｎｍの幅を有する、請求項３７に記載のバックライト。
39. 前記第２の波長範囲よりも大きい前記少なくとも１つの波長を有する前記光は、前記少なくとも１つの光源によって放出される、請求項３５に記載のバックライト。
40. 前記第２の波長範囲よりも大きい前記少なくとも１つの波長を有する前記光は、前記バックライト内から放出される、請求項３５に記載のバックライト。
41. 前記第２の波長範囲よりも大きい前記少なくとも１つの波長を有する前記光は、前記バックライトに隣接して配置された電子回路によって放出される、請求項３５に記載のバックライト。
42. 前記後方光学反射体は、前記第３の波長範囲内の少なくとも１つの波長の少なくとも１０％を透過する、請求項３７に記載のバックライト。
43. 前記第３の波長範囲は、約１．５マイクロメートルから少なくとも約１５マイクロメートルまでにわたる、請求項３７に記載のバックライト。
44. 前記熱管理層は熱伝導層を備える、請求項３１に記載のバックライト。
45. 前記熱管理層は赤外線吸収層を備える、請求項３１に記載のバックライト。
46. 前記熱管理層は、赤外線吸収層に隣接して配置された熱伝導層を含み、前記熱伝導層は、前記赤外線吸収層によって赤外光が吸収された結果として生成された熱を伝導するためのものである、請求項３１に記載のバックライト。
47. 前記熱伝導層及び前記赤外線吸収層の少なくとも複数の部分が、互いに物理的に接触している、請求項４６に記載のバックライト。
48. 前記熱伝導層は、少なくとも１００Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する、請求項４６に記載のバックライト。
49. 請求項１に記載のバックライトと、
    前記少なくとも１つの光源によって放出された光が前記前方光学反射体を通って前記光学的キャビティを出た後に前記画像形成装置を照射するように、前記光学的キャビティの外側の前記前方光学反射体上に配置された前記画像形成装置と、
    を備える、ディスプレイシステム。
50. バックライト上に配置された画像形成装置を備えるディスプレイシステムであって、前記バックライトは、
    光源と、
    前記画像形成装置と後方光学反射体との間に配置された前方光学反射体と、
    前記前方光学反射体から遠い側の前記後方光学反射体上に配置された熱管理層と、を備え、
    前記前方光学反射体は、前記光源によって放出された可視光を前記画像形成装置に向かって実質的に透過し、前記光源によって生成された熱を前記後方光学反射体に向かって実質的に反射し、
    前記後方光学反射体は、前記光源によって放出された可視光を前記前方光学反射体に向かって実質的に反射し、前記前方光学反射体によって反射された熱を実質的に透過し、
    前記熱管理層は、前記後方光学反射体が透過した熱を実質的に吸収及び伝導する、
    ディスプレイシステム。

Images