多層一体型バックライト照明アセンブリ
【課題】本発明は、ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリを提供する。
【解決手段】多層一体型バックライト照明アセンブリは、アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と、基体上に設けられた下部反射体と、点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源とを含む。本発明はさらに、点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと、点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと、１次ライトフィルムおよび２次ライトフィルムを一緒に結合するための結合手段とを提供する。さらに、本発明は、均一な光の面を拡散させるための上部拡散体を提供し、複数のライトフィルムは、０．１〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。
【解決手段】多層一体型バックライト照明アセンブリは、アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と、基体上に設けられた下部反射体と、点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源とを含む。本発明はさらに、点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと、点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと、１次ライトフィルムおよび２次ライトフィルムを一緒に結合するための結合手段とを提供する。さらに、本発明は、均一な光の面を拡散させるための上部拡散体を提供し、複数のライトフィルムは、０．１〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ用バックライト装置の技術分野、およびかかる装置を用いた液晶ディスプレイに関する。詳細には、本発明は、固体光源を備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）モニタに代わる小型で軽量なものを提供するが、多くの用途では、ＬＣＤディスプレイの画質は、特にこれらのデバイスの相対的サイズが増大した場合にまだ満足のいくものではない。ラップトップコンピュータまたはより大きなディスプレイに使用されるような、より大きなＬＣＤパネルは透過型であり、したがってバックライトを必要とする。ＬＣＤパネルの背後に配置されるこの種の光供給面は、光を外方にかつＬＣＤの方へ向ける。
【０００３】
背面照明の従来の手法は、導光板と、１以上のタイプの輝度向上フィルム（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｆｉｌｍｓ）と、偏光フィルムと、反射面と、その他の光調整要素とを備える冷陰極蛍光（ＣＣＦＬ）光源の様々な配置を使用する。従来のフラットパネルバックライトの、側面取付け式ＣＣＦＬを使用する解決法は、ディスプレイサイズが増大するにつれ、次第に望ましくないものとなり、特にディスプレイ面積が増大するにつれ、製造時にまたは熱のためにそりやすくなりうる。より小型のデバイスのために従来から用いられている導光バックライト技術は、例えばデジタルＴＶに必要とされるようにディスプレイサイズが増大すると、低い明度レベルまたは輝度レベルによって、および不十分な均一性に関連する問題によって、ますます妨げられる。既存のＬＣＤディスプレイおよびその他のディスプレイ用並びに照明用途のバックライト装置は、並列に並べられたＣＣＦＬの配置を使用していることが多く、比較的非効率となりうる。これらのディスプレイの解決法はまた、ＣＣＦＬおよびそれの支持フィルムとＬＣパネルの背面とを収容する必要性のために、比較的厚くなりうる。ＣＣＦＬ光源自体には、これらのデバイスが若干の水銀を含有しているので、廃棄に関する環境問題がある。従来のＣＣＦＬベースのバックライトに付随する均一性および明度の問題を補償するために、いくつかの支持フィルムが、通常はバックライトとディスプレイの間に置かれるか、あるいは、ディスプレイに続いて、比較的高コストの反射性偏光フィルムなどが配置される。周知のように、ＣＣＦＬのスペクトル特性は、他のタイプの光源と比べた場合に相対的に劣る。
【０００４】
背面照明用途に使用されるＣＣＦＬに対する本質的な難点および限界に直面しているので、研究者には、別の背面照明手法を追及する動機となっている。発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用したいくつかの解決法が提案されている。ＬＥＤの明るさ、色出力、および全体的な性能の近年の進歩は、コストの継続的な節減を伴って、ＬＥＤ、レーザ、および固体光源を概して特に魅力的なものにする。しかし、ＬＥＤおよびレーザは点光源として機能するため、この光を方向変換しかつ広げて、背面照明に必要とされる均一な光の面をもたらすとともに、必要な色均一性をもたらすための適切な解決法が必要である。
【０００５】
ＬＥＤを用いたバックライト照明を提供するための１つの手法が、Ｍ．Ｚｅｉｌｅｒ、Ｊ．Ｈｕｔｔｎｅｒ、Ｌ．Ｐｌｏｔｚ、およびＨ．Ｏｔｔの「Ｌａｔｅ−Ｎｅｗｓ Ｐａｐｅｒ： ＬＥＤ背面照明の問題解決のための最適化パラメータ（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ＬＥＤ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）」という名称の論文、ＳＩＤ ２００６ Ｄｉｇｅｓｔ １５２４〜１５２７頁に記載されているようなアレイ配列を用いることである。この種の解決法を用いて、赤色（Ｒ）ＬＥＤ、緑色（Ｇ）ＬＥＤ、および青色（Ｂ）ＬＥＤを用いたＬＥＤクラスタのアレイが、ＬＣＤディスプレイ用バックライトとして配置される。２タイプのクラスタ、すなわちＲＧＧＢおよびＲＧＢが記載されている。しかし、いくつかのタイプの計器盤や超高性能モニタおよびＴＶなどの特殊な用途を除いて、アレイ配置は、色および明度の均一性が劣る、パーツ点数が多い、高熱、および寸法要件の問題により、有望とは思われない。
【０００６】
光のラインを形成するために、点光源からの光を広げるための導光体が使用されている。例えば、カワイらの「導光体、導光体を備える照明デバイス、並びに照明デバイスを備える画像読取デバイスおよび情報処理装置（Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ， Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ， ａｎｄ Ｉｍａｇｅ Ｒｅａｄｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｈａｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）」という名称の米国特許第５，４９９，１１２号は、その長さに沿って分布した取出し構造を有する単一の導光体を用いて、１以上のＬＥＤからの光を方向変換して走査装置内でラインにすることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，４９９，１１２号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｚｅｉｌｅｒ、Ｊ．Ｈｕｔｔｎｅｒ、Ｌ．Ｐｌｏｔｚ、およびＨ．Ｏｔｔの「Ｌａｔｅ−Ｎｅｗｓ Ｐａｐｅｒ： ＬＥＤ背面照明の問題解決のための最適化パラメータ（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ＬＥＤ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）」という名称の論文、ＳＩＤ ２００６ Ｄｉｇｅｓｔ １５２４〜１５２７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＬＥＤ背面照明を提供するという目標に向かう多くの研究がある。しかし、いくつかの解決法が提案されているものの、特に標準的なラップトップ寸法またはそれより大きなディスプレイパネルの背面照明に関する問題に直面した場合、それぞれのタイプの解決法に固有の重要な欠点がある。
これらの欠点に加えて、従来の解決法では概して、ＬＣディスプレイが広範に商用化されかつ受け入れられるのに必要な高品質のカラー画像に関する重要な課題に対処できない。色域が、ディスプレイの設計者にとって特に関心のある１つの重要な検討事項である。従来型のＣＣＦＬは、ＮＴＳＣ色域の最大で約７０％を与えるので、多くの用途に受け入れられるある程度の色品質を提供する。これは、ラップトップおよびコンピュータモニタの用途には受け入れられうるが、フルカラーＴＶディスプレイに必要とされるものには及ばない。
ＣＣＦＬ光源とは対照的に、ＬＥＤおよびその他の固体光源は、それらの比較的高いスペクトル純度のおかげで、本質的にＮＴＳＣ色域の１００％以上を提供することができる。この拡大した色域を提供するためには、３つ以上の異なる色のＬＥＤまたはその他の固体光源が必要である。ＬＥＤおよびその他の固体光源を用いたときに、そのような拡大された色域に対応するためには、背面照明装置からの高水準の色混合が求められる。画像ディスプレイ技術分野の当業者には周知であるように、固体光源、例えば赤色（Ｒ）ＬＥＤ、緑色（Ｇ）ＬＥＤ、および青色（Ｂ）ＬＥＤを用いた場合、良好な水準の色均一性を達成することは特に困難である。上述したような、大きな面積の導光体を用いる従来の背面照明の解決法は、それに対応して、劣った色混合をもたらすことになる。より大スケールのディスプレイの背面照明に関する他の課題としては、低コストアセンブリ、光効率、均一性およびコンパクトなサイズの必要性が挙げられる。従来のＬＥＤ背面照明の解決法は、これらの追加要件を満たすために必要とされるものには及ばない。さらに、厚いかさばる導光板または厚いライトバーの必要性をなくすことが特に有用となり、これは、均一性および明度が十分改善された場合に可能となりうる。
【００１０】
したがって、安価に製造することができ、最小の厚みを有し、かつ優れた均一性、高い明度および高水準の効率を有する色混合を提供するＬＥＤバックライトの解決法が必要であることが理解されうる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施形態では、本発明は、ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリを提供するものであり、当該多層一体型バックライト照明アセンブリは、アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；基体上に設けられた下部反射体と；点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源と；点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；１次ライトフィルムおよび２次ライトフィルムを一緒に結合するための結合手段と；均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；を含み、複数のライトフィルムは、０．１〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。
【００１２】
別の実施形態では、本発明は、ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリを提供するものであり、当該多層一体型バックライト照明アセンブリは、アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；基体上に設けられた下部反射体と；点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源と；点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；フィルムを一緒に接着するために１次ライトフィルムと２次ライトフィルムの間に設けられた、ビーズを有するポリマー層と；均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；を含み、複数のライトフィルムは、０．１〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。
【００１３】
別の実施形態では、本発明は、ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリを提供するものであり、当該多層一体型バックライト照明アセンブリは、アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；基体上に設けられた下部反射体と；赤色、緑色または青色の点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の多色固体光源と；赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の３次ライトフィルムと；フィルムを一緒に接着するために１次ライトフィルムと２次ライトフィルムと３次ライトフィルムとの間に設けられた接着パッドと；多色固体光源から、改善された色均一性をもたらすための、光方向変換領域内に設けられた複数の色混合区域と；均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；を含み、複数のライトフィルムは、０．１〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリを示す。
【図２】図２は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図３】図３は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図５】図５は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図６Ａ】図６Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図７】図７は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図８】図８は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図９】図９は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１１】図１１は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１２】図１２は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１３】図１３は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１７】図１７は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１８】図１８は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、いくつかの実施形態では固体光源の利点を利用するのに必要な高水準の色混合および光均一性をもたらし、他の実施形態では白色光照明のために設計される、一体型バックライト照明アセンブリを提供する。さらに、本発明は、光をディスプレイの画面全体に広げるために使用される導光板の厚みを大幅に低減する。本発明の特徴は、均一な照明をもたらすように広がり領域を有する多層ライトフィルムを利用するバックライトを提供することである。本明細書で使用されているように、「多層ライトフィルム」および「多層一体化バックライト照明アセンブリ」という用語は同義的に使用される。本発明の利点は、ディスプレイに背面照明する領域を与えるために、固体光源を使用していることである。本発明の装置は、拡張性があり、特により大きなサイズのＬＣパネルに適合することができる。例えば、本発明は、ディスプレイ用途、特に、例えばＬＣＤ ＴＶ、医学的診断ディスプレイ、画像ディスプレイ、軍用ディスプレイなどに使用されるようなＬＣディスプレイパネルに特に適したバックライト装置を提供する。さらに、本発明のバックライト装置は、固体照明が有利となる他の照明用途に使用されうる。
【００１６】
（固体照明）
固体照明（ＳＳＬ）は、電気フィラメントやガスではなく、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、またはポリマー発光ダイオードを照明光源として利用する照明のタイプを意味する。「固体」という用語は、ＬＥＤにおける光が、従来の白熱電球および蛍光ランプの場合のように真空管もしくはガス管からではなく固体物体（例えば半導体のブロック）から放出されることを意味する。しかし、ＳＳＬは、従来の照明とは異なり、実質的に熱または寄生エネルギー（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙ）散逸のない可視光を作り出す。さらに、その固体の性質は、衝撃、振動および摩耗に対するより大きな耐性を提供し、それによってその寿命を著しく延ばす。
【００１７】
（固体照明の利点）
エネルギー効率：ＬＥＤは、光源として、従来の光源の５０％未満（一般的な家庭用電球は約９％の効率である）と比べて９０％を超える変換効率を達成する可能性がある。ＬＥＤは、電気を光に直接変換することができるので、供給されたエネルギーから熱よりも多くの光を生成することを約束する。このことは、将来の世界的な規模でのエネルギー節約のために大きな意味合いをもつ。既に、白色ＬＥＤは、白熱光源よりも高効率（ルーメンス／ワット−ｌｍ／Ｗで測定される）である。今日、カラーが必要とされる用途、例えば交通信号や企業の看板では、ＳＳＬは、生成された光がすべて使用され無駄にされないので、エネルギー消費の大幅な削減を示している。
【００１８】
長寿命：照明産業に革命をもたらしているＬＥＤの第２の利点は、極めて長い寿命が達成されうることである。この説明には２つの部分がある。第１の部分は、「耐用寿命」と呼ばれ、用途固有のものである。共通の理解では、ランプは一定の時間持ち、その後機能しなくなるということである。ランプの寿命に渡り、光出力が低下し、最終的にランプはその寿命の「終わり」となる。ＬＥＤも同様に光出力が経時的にゆっくりと低下するが、ＬＥＤは実のところ、実用の期間においてその寿命に対する「終わり」に達することはない。ある用途では、耐用寿命は、光レベルが重要でない場合に１００，０００時間を超えることができる。他の用途では、耐用寿命は、５０，０００時間であることができ、一般的な蛍光灯より約４倍優れており、家庭用白熱ランプより２０倍優れている。また、ＬＥＤの寿命に実際的な終わりはない。これは、装飾的な建築用途および企業イメージプログラムに重要な意味をもつ。切れた電球は、美学的に不利な影響を有する可能性があるが、ＬＥＤベースのシステムの耐用寿命を過ぎて起こるであろう除々に暗くなることが、劇的な悪影響を有することはなく、即座にメンテナンスを行う必要はないであろう。
【００１９】
堅牢性：壊れるガラスおよびフィラメントが存在しない。ＬＥＤ照明システムは、本質的に振動問題に耐性があり、ほとんどの極限環境に従来の照明よりも容易に耐えるように設計することができる。
【００２０】
低温性能：低温に耐性のある入手可能なランプ（メタルハライド、ＨＰＳ）があるが、他のランプ、特に蛍光灯は寒冷気候でうまく機能しない。ＬＥＤは実際に、室温よりも寒い環境でより効率的に動作する。
【００２１】
デジタル制御：世界がデジタル化するにつれて、照明がその世界に統合されることがますます重要となる。ＳＳＬは既に、他のシステムとのインタフェースとされうるかまたは最大性能を達成するように正確に制御されうるデジタルシステムである。
【００２２】
色の彩度およびスペクトル：ほとんどの色を生成するためにＲＧＢアレイをプログラムすることが可能であり、光はフィルタがかけられていないかまたは吸収されていないため、その結果として色の彩度がさらに濃くなる。このことは、光源内に存在する青色と緑色のすべてにフィルタをかけて除くことによらず、直接的に生成される赤色などの個々のＬＥＤ色にも適用される。さらに、ＲＧＢ光源は白色光ＬＥＤ光源と共に使用されてもよい。
【００２３】
光学制御：ＬＥＤのサイズは非常に小さく、ＬＥＤが生成する光線は、非常に細いビームで放射される。これは、光学系が光を極めて高い効率で制御するように設計されうることを意味し、それによって特定の機能を果たすのに必要な光を少なくし、そのことは、言い換えると光学系のエネルギー効率を増大させる。
【００２４】
低電圧動作：現在のＳＳＬシステムは、一般に低電圧の直流電源で動作するので、それを設置し、動作させるのを非常に安全なものにする。
【００２５】
（光方向変換構造 ｌｉｇｈｔ ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ）
ライトフィルムは、フィルムから出射する光の配光がフィルムのビュー側の法線により近い方向になるように入射光配光を屈折させるための、分離した個々の明確な形状の光方向変換構造のパターンを有する。これらの個々の光方向変換構造は、好ましくはＴＩＲ面間（ビュー側と下側または非ビュー側との間）に形成することができ、かつ入射光を出射面の法線方向へ屈折させるための１以上の傾斜面を含むことができる。これらの傾斜面は、例えば、光を所望の視野角以内に方向変換する、平面と曲面の組合せを含むことができる。また、表面の曲率、すなわち個々の光学素子の曲面面積と平面面積の比、並びに曲面および平面の周辺形状は、フィルムと共に使用されるディスプレイデバイスの視野角をカスタマイズするために、フィルムの光出力分布を調整するように変化することができる。さらに、表面の曲率、すなわち個々の光学素子の曲面面積と平面面積の比は、バックライトまたはディスプレイのビュー側の上方に向けられる光の均一性を最適化するように変化することができる。また、個々の光方向変換構造のサイズおよび数、並びに個々の光方向変換構造の表面の曲率は、出力分布をフィルムの法線方向周りの特定の角度範囲内に維持しながら、より滑らかでより拡散した光出力分布を生成するために、多少の拡散出力を生成するかまたは光源からの入力光分布をランダム化するように選択することができる。
【００２６】
ライトフィルムの光方向変換領域内に方向変換構造を形成する個々の光学素子は、液晶ディスプレイの画素間隔との干渉をなくするようにランダム化されうる。このランダム化は、光学素子のサイズ、形状、位置、深さ、方向、角度または密度を含むことができる。これにより、モアレおよび類似の効果を無くすための拡散体層が必要でなくなる。また、個々の方向変換構造のうちの少なくともいくつかは、フィルムにわたって集団で；いずれかの単一の方向変換構造についての機械加工公差（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｏｌｅｒａｎｃｅｓ）を超える平均特性値を得て、そして液晶ディスプレイの画素間隔とのモアレおよび干渉効果をなくするようにフィルムにわたって変化する、各集団についての平均のサイズまたは形状特性を集合的に生じさせるが、各集団における光学素子のうちの少なくともいくつかは異なるサイズまたは形状特性を有する；ように配置することができる。さらに、個々の方向変換構造うちの少なくともいくつかは、２つの異なる軸に沿って光を再配光する／方向変換するようにフィルムの能力をカスタマイズするために、互いに異なる角度に向けられうる。
【００２７】
さらに、方向変換構造の密度は、光源からのそれらの距離の関数として変化することもできる。一般に、構造は光源に近いほど少なくなり、構造は光源から遠いほど多くなる。構造の相対的サイズもまた、光源からの距離の関数として変化することができる。典型的には、構造は光源に近づくほど小さくなり、構造は光源から離れるほど大きくなる。これは、バックライトまたはディスプレイのより均一な照明を提供するのを助けるためになされる。
【００２８】
個々の光学素子の光方向変換面がフィルムの光出射面と作る角度もまた、液晶ディスプレイの表示領域にわたって変化することができ、フィルムの光方向変換機能を、光源の表面にわたって不均一である光入力分布に仕立てることができる。光方向変換領域の個々の光学素子は、サイズ、形状、位置および／または方向が異なることができる。光方向変換フィルムの個々の光学素子は、光源によって放射された光の分布の変動の原因となるように異なることができる。光方向変換構造の光学素子の特性およびパターンもまた、様々な配光を放射する様々な種類の光源用の光方向変換フィルムを最適化するためにカスタマイズすることができ、例えば、シングルバルブラップトップ用のあるパターン、ダブルバルブフラットパネルディスプレイ用の別のパターンなどがある。
【００２９】
さらに、光方向変換フィルムシステムが提供され、このシステムでは、バックライトからの入射光のより多くを所望の視野角内に向きを変えるかまたは方向変換するように、光方向変換フィルムの個々の方向変換構造の方向、サイズ、位置および／または形状が、バックライトまたはその他の光源の光出力分布に合わせられる。また、バックライトは、１つの軸に沿って光を平行にする個々の方向変換構造の変形を含むことができ、光方向変換フィルムは、その軸に対して垂直な別の軸に沿って光を平行にする個々の光学素子を含むことができる。
【００３０】
さらに、内側構造の壁は、光方向変換を助けるような粗さパラメータを有することができる。典型的には、方向変換された光の、より均一な照明を提供するために方向変換構造の光学的平滑面に対してマイクロ粗さが望ましい。本発明の一実施形態では、平均粗さは、０．２〜１０ミクロンであり、好ましくは０．５〜５ミクロンである。別の実施形態では、光学的構造は円錐形であり、テーパの寸法が小さくなるほど、光学フィルムまたは光学板のビュー側または光出射側に近接する。円錐のテーパ状方向変換構造の側壁は、光学フィルムのＴＩＲ裏面側から少なくとも１つの角度を構成することができる。方向変換構造は、鋭角の頂角を形成することができ、望ましくは光学的構造上に鈍角のもしくは平坦な頂部を有することができる。最も有用な夾角（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）は、２０〜１２０度とすることができる。好ましい一実施形態では、夾角は７５〜１０５度である。構造が平らな上部を有する場合、各側壁との夾角は、上述の範囲の約２分の１とすることができる。角度の範囲は、集合体におけるバルクまたは主たる光学的構造についてである。言い換えれば、光学的構造の平坦な頂部および／または側面が、プリズム、レンズまたはそれに関連する粗さなどの２次的な光学的構造を有する場合、上記に挙げた範囲外の夾角範囲を挙げることも可能でありうる。
【００３１】
（光取出し構造）
光方向変換構造には多くの実施形態がある。光方向変換構造の基本的な機能は、さもなければＴＩＲによって導かれている光を方向変換し、それによって光が線形光チャネルまたは導光板（ＬＧＰ）から放射されるようにすることである。これは、下記をはじめとする多くの方法で行うことができる。
（ｉ）穴または成形凹部が、フィルムの非ビュー側表面に形成、成形、プレス成形および／またはドリル穴あけされうる。方向変換構造は、深さを１０〜５００ミクロンとすることができ、フィルムの厚みに幾分依存する。かかる構造の使用は、方向変換フィルムの上面上の別の取出し補助と共に使用されうるが、光方向変換構造は、ビュー側表面構造または光学フィルムと組み合わせて機能するように設計されうることに留意されるべきである。光がビュー側表面の方へ方向変換されていると、拡散体（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）などの他の光学フィルム（体積および／または表面、非対称の、ホログラフィック、散乱粒子、空気ボイドなど）が使用されうる。この特許内の実施形態は、拡散、光コリメーション、輝度上昇、光の広がり、光の曲がり、前方散乱、後方散乱、側方散乱偏光、偏光の再利用、光変調、光フィルタリング、補剛（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ）、寸法安定性、および層分離からなる群から選択された機能を提供する少なくとも１つのフィルムと組み合わせて使用することもできる。
（ｉｉ）ライトフィルムの発光部分の処理は、ライトフィルムからの光の取出しを助けるために行われうる。表面処理の種類としては、線形光チャネルの縁部またはＬＧＰのビュー面に沿って、すなわちディスプレイに面する表面に沿って光取出し構造を形成することなどがある。例えば、１つの手法が、長さ方向に沿ってプリズム構造のアレイを形成することである。使用される微細構造は、プリズム、ピラミッド、半球、またはＴＩＲを妨げるための他の明確な幾何形状のアレイとすることができる。これらは、反転されるか、個々の要素として形成されるか、または列に整列された上部もしくは下部放出構造を含むことができる。微細構造は、光源からの距離に応じて、様々な形状およびサイズで成形されうるかまたはその他の方法で形成されうる。
（ｉｉｉ）光取出しフィルム構成要素の適用。ライトフィルムの発光部上で使用されうる１つの考えられる光取出し構造が、参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｅｅらの「光集中器の線形配置を用いた輝度上昇フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ Ｕｓｉｎｇ Ａ Ｌｉｎｅａｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ Ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｓ）」という名称の米国特許出願公開第２００５０２７０７９８号に記載されている。任意選択で、ライトフィルムの一部の光放射面は、その上に光取出し構造を形成するように構造化されうる。ライトフィルムの一部は、光方向変換微細構造を形成するように、ローラなどを使用して成形されうるかまたはその他の方法で処理されうる。
（ｉｖ）印刷ドット。ライトフィルムのベース部に沿ってその光放射面の反対側に印刷された反射ドットのパターンが、光をビュー側の方へ向けて上方に方向変換するように使用されうる。印刷ドットは、より均一な光出力を提供するのに役立つように、異なる密度およびサイズにすることができる。
【００３２】
こうした上記（ｉ）〜（ｉｖ）に挙げた種類の処理の組合せも使用されうる。光取出し構造は、個別の要素とすることができる。ライトフィルムの長さに沿って均一な光放射を提供するために、光取出し領域のサイズおよび密度は、固体光源からの距離の関数として変化することができる。例えば、ライトフィルムの構造付き部分の各端部にＬＥＤ光源がある場合、光方向変換構造は、端部の方よりも中心付近で、より高密度で分布されうる。あるいは、光取出し要素の分布密度は、一方向に実質的に連続的であることもできる。光方向変換構造は、表示面またはその他の光出力面に面しているライトフィルムの面に成形されうるか、あるいはその面にエンボス加工、加圧、接着または積層されうる。
【００３３】
本発明に有用ないくつかの実施形態では、光取出し構造は、局所領域に使用することができ、およびホットスポットを拡散させるように使用することもできる。光源が側面放射光源であろうと上面放射光源であろうと、出力面は、幾分半球形であり、光を様々な角度で出射することができる。その目的は、照明のホットスポットまたは全体的に明るい領域を除去するかまたは最小限に抑えることである。光取出し構造または光広がり構造（ｌｉｇｈｔ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）は、若干の光を観察者の方へ出射できるようにするとともに、光の他の部分を受け取り、その光を明るいスポットを少なくするような角度で出射する。これを実現する手段は、光の向きを変えるのに役立つ光学的構造を含むことができる。この構造は、実質的に光源を覆うことができ、光拡散の第２の手段と組み合わせることもできる。どちらの手段もパターン状とすることができ、ホットスポットのパターンと相対拡散量とがホットスポットの光強度に基づいて階調を形成することができる。
【００３４】
（フィルムの材料）
一般に、欠陥がなく、かつ経年劣化および／または環境暴露に基づいて実質的に変色しない透明性の高い材料を有することが望ましい。広範な条件にわたって、フィルムの物理的、化学的、または光学的変化を最小限に抑えるために、添加物が含まれうる。フィルムは、８５％を上回る、好ましくは９０％を上回るフィルムのパーセント透過率を有するべきである。フィルムの別の望ましい特質は、様々なディスプレイ用途に対する指定の温度および湿度範囲わたって優れた寸法安定性を提供することである。有用な材料には、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、衝撃変性ＰＭＭＡ、光硬化型もしくは化学硬化型アクリレート、ポリエステル、環状オレフィン、ポリエステルカーボネート、ポリスルフォン、およびそれらのコポリマー誘導体が挙げられうるが、これらに限定されるものではない。これらまたはその他の材料のうちのいくつかから製作されるフィルムは、配向なしにキャストされてもよく、あるいは寸法安定性を改善するために少なくとも一方向に配向されてもよい。キャストポリマーはまた、所望の特性を有するかまたはキャストフィルム上での特性を高めるのに役立つことができる別個のフィルム上に被覆（押出し）されうるか、またはその他の方法で配置されうる。
【００３５】
（色ずれの監視）
ＬＥＤおよびその他のタイプの固体光源に関する１つの周知の問題は、若干の色ずれ（ｃｏｌｏｒ ｓｈｉｆｔｓ）をもたらしうるスペクトルの安定性および精度に関する。オプションの色センサが、ライトフィルム取出し領域のうちの１つまたは複数の構成要素として設けられてもよい。色センサは、経年劣化、熱、またはＬＥＤ間もしくはその他のタイプの光源間の製造差異に起因しうるような色ずれを補償する制御ループに使用されうる。任意選択で、特定のライトパイプに最も近い画素についての画像データが、検出された色ずれを補償するように調整されうる。
【００３６】
（システムの検討）
現在利用可能な多くのデバイスのうちのいずれかを使用すると、本発明のライトフィルムは、２０００〜６０００ｎｉｔｓまたはそれを上回る高水準の照明を提供することができる。高いエネルギーレベルでは、熱の蓄積が、一部の用途においてＬＥＤで問題となりうる。バックライト装置は、１以上のヒートシンク、冷却ファン、または動作中に過剰な熱を消散させるのに役立つ他の機構を設けることができる。本発明の装置および方法を用いる場合、有利には、熱消散構成部品が、ＬＣＤパネルから離れた、ディスプレイデバイスの周縁部に沿って配置されうる。
【００３７】
次に図面を参照すると、図１は、「１次」フィルム層１３並びに「２次」フィルム層１４を照明する固体光源１１を備える多層ライトフィルム１０を示す。光源は、下部フィルム層１３を貫通し、かつ上部フィルム層１４の中に部分的に入っている。別の実施形態では、光源は両方のフィルムを貫通することができる。接着パッド１８は、フィルム間に空気層１６を作り出すことによってスタンドオフ効果を与えるのに役立つように使用されうる。ＬＥＤは熱を発生しやすいので、望ましくは各光源に結合するヒートシンク１９を有することができる。光取出し構造１５は、一方のフィルムと他方のフィルムとでずらされうる。一実施形態における光方向変換構造は、フィルム１３および１４の上部ＴＩＲ面と下部ＴＩＲ面の間にある構造を形成することによって空気ポケット１７をもたらす。多層ライトフィルム１０は、多層ライトフィルム１０の底部に位置する反射体１２も備える。フィルムは、２つのフィルム間に空気層１６を設けるかまたは捕捉するように、互いに重ねて置くことができる。接着剤の層１８は、積み重ねられたフィルムの全厚みである十分に大きな光入力面を用いて光結合効率を高めることにより、および各導光フィルムの厚みを薄くして光取出し効率を高めることにより、光学効率を改善し、したがって、より多くの光が導光フィルム上の光方向変換構造に到達することができる。さらに、光の空間的均一性の向上は、各フィルムにおける光方向変換領域を低減させることによって達成される。また、製造実現可能性の向上は、製造プロセスにおいてフィルムの可撓性を維持するために各フィルムの厚みを薄くすることによって達成される。
【００３８】
本開示内でのこのおよびその他の実施形態では、少なくとも２つの導光フィルムが一緒に積層され、各フィルムは、各導光フィルム上に光方向変換構造を有する。導光フィルム間の空隙が導光フィルムの表面での全内部反射（ＴＩＲ）を高め、したがって、光が導光フィルムの表面上の光方向変換構造に到達する前に、光が導光フィルムの表面間で反射し、導光フィルムに沿って進むことができる。導光フィルム間の間隔は、特に光入力面上で、空隙に捕捉される光を最小限に抑えるために、最小限にされる。さらに、スタック内の異なる導光フィルム上の光方向変換構造は、空間的に均一な光出力をもたらすように、表示領域上の様々な領域に位置することができる。言い換えれば、積層された導光フィルム上の光方向変換構造同士で重ならない。また、空間的に均一な光出力をもたらすように、積層された導光フィルム上の光方向変換構造同士で重なることができる。
【００３９】
この実施形態では導光フィルムを一緒に結合するために接着剤が利用されるが、本発明はそれに限定されないことに留意されたい。例えば、フィルムを結合するための他の結合手段としては、超音波タッキング（ｔａｃｋｉｎｇ）もしくは溶接、レーザーアシスト（ｌａｓｅｒ ａｓｓｉｓｔｅｄ）スポット溶接もしくはタッキング（ＩＲ（赤外線）吸収ダイでさらに増強されうる）、縁部の火炎処理、溶剤溶接（縁部へのスポットタック（ｓｐｏｔ ｔａｃｋ）または適用による）、縁部上でホットグルー（ｈｏｔ ｇｌｕｅ）を用いるスポットタッキング（「製本」）、エッジもしくはスポット圧着または圧縮、ピン、柱と穴、２つの引張り部材間のねじ、などがある。光入力面に近接する領域は接着に好都合である、というのは、これにより、光入力面上のフィルム間の空隙に伝わる光を最小限に抑えるために、入力面においてフィルム間に最小の空隙を確実なものにできるからである。ＬＥＤは、導光フィルム上の穴を通過することができる。スタックの最上部のフィルムの場合、穴は、スルーホール、ケーブ（ｃａｖｅ）または最上部の上にカバーを有するポケットとすることができる。ヒートシンクは、熱をＬＥＤから引き離すのを助けかつ長寿命をもたらすのに有用である。
【００４０】
好ましくは、フィルム１３、１４は、５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性を有する。１５０〜４００ミリニュートンがより好ましい。５０ミリニュートン未満の剛性では、取り扱いおよびディスプレイ内に取り付けるのは困難である。１２００ミリニュートンを超える剛性では、ロールツーロール製造プロセスに必要とされるローラの周囲に曲げるのは困難である。フィルムまたはバーの曲げ剛性は、Ｌｏｒｅｎｔｚｅｎ ａｎｄ Ｗｅｔｔｒｅの剛性試験機、モデル１６Ｄを使用して測定される。この機器からの出力は、長さ２０ｍｍおよび幅３８．１ｍｍの試料の片持ち自由端を無負荷位置から１５度の角度に曲げるのに必要な力（ミリニュートン単位）である。
【００４１】
好ましくは、各フィルム１３、１４について、厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。厚みは、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍであることがより好ましい。したがって、フィルム１３、１４を備える多層ライトフィルム１０の厚みは、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みを有する。より好ましくは、フィルム１３、１４を備える多層ライトフィルム１０の厚みは、０．２ｍｍ〜１．６ｍｍの厚みを有する。フィルムの厚みは、所望の光源の放射面に関係する。フィルムの厚みを少なくとも光源の放射面の厚みに合わせることが望ましく、好ましくは、フィルムの厚みは光源の放射面の約２倍の厚みである。さらに、本発明の導光フィルムは、幅対高さの比が１０／１〜１０００／１である。
【００４２】
図２は、フィルム１３、１４の全長にわたってより均一な空隙１６にするために設けられた複数の接着パッド１８を有する、本発明の多層一体型フィルム１０の別の実施形態を示す。かかる実施形態は、光均一性を改善するための最適なデザインを提供する。接着剤はパターン形成されうることに留意されたい。他の実施形態では、接着パッド１８は、接着性がほとんどないかまたは全くないポリマー層であり、スタンドオフとして働くことができる。
【００４３】
図３は、多層ライトフィルム１０の少なくとも１つのフィルムに適用されたビーズ２０を有するポリマー層１６を備える、本発明の多層一体型フィルム１０の別の実施形態を示す。かかる層は、フィルム間の空隙にわたる制御をもたらし、ビーズまたは粒子２０のサイズに基づいて調整されうる。最良の光学性能を提供するためには、フィルム１３および１４の屈折率と実質的に類似する屈折率を有するビーズ２０およびポリマー層１６を設けることが望ましい。ビーズの濃度もまた、散乱を最小限に抑えるように調整されうる。本発明の別の実施形態では、ビーズは、散乱および拡散をもたらすことができる。
【００４４】
図４Ａおよび４Ｂは、フィルム１３、１４の光方向変換領域の各端部に固体光源１１、２１を備える多層ライトフィルムの断面を示す。図４Ａは、一方の端部に両方のフィルム１３および１４を通るＬＥＤ１１（白色光）を有し、白色光がフィルムの一方の端部から入るのを阻止するように、光学的遮光手段２２を有することができる。別の実施形態では、ＬＥＤは、下部フィルム１３を通過し、かつフィルム１４の厚み面内でＬＥＤの発光面を有するだけであることができる。かかる実施形態では、光学的遮光２２は必要ない。多層ライトフィルムの他の端部には、ＲＧＢ光源２１が存在し、光をフィルムの一つに供給することができる。３つ以上のフィルムを有する実施形態では、ＲＧＢ光源２１は、白色光が照明されるフィルムの上部もしくは下部またはその間とすることができる。多層ライトフィルムは、光源の輝度と色の両方を修正または調節するために、３色センサ（ｔｒｉｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ）をさらに含むことができることに留意されたい。示されていないが、ＲＧＢの２つの層が白色ＬＥＤ照明フィルムの各面上にある３層フィルムもまた設けることができる。かかる実施形態では、光源によってさらに高められる動的カラー（ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｌｏｒ）および動的調光（ｄｙｎａｍｉｃ ｄｉｍｍｉｎｇ）を有するディスプレイを提供することが可能となりうる。
【００４５】
例えば、白色ＬＥＤおよび固体ＲＧＢ光源の独立制御が可能である。下部フィルムの光方向変換領域は、所望であれば白色を実現する色混合区域を有する。白色ＬＥＤは、動的調光を有し、光強度を変調するために点灯／消灯されうる。カラーＬＥＤは、１つまたは複数の色に対して制御されうる。この実施形態は、上部の白色光源と下部のカラー光源とを示しているが、この構成は逆にされてもよく、あるいは、各端部に、１つまたは複数のフィルム層の中に放射することができる少なくとも２つのＲＢＧ光源があってもよいことに留意されたい。別の実施形態では、ライトＬＥＤは、少なくとも２つの層の一方の端部から発射することができ、ＲＧＢ ＬＥＤは、少なくとも１つまたは複数の層の中へ発射することができる。利点は、すべての色について、改善されたコントラストを有する拡大された色域を提供することである。動的調光と組み合わせたこれらの能力は、ディスプレイの様々な領域に対して光制御を行うのに役立つ。そのようなディスプレイは、独特の照明効果をもたらすようにアクティブマトリックスまたはパッシブマトリックスとすることができ、あるいは一般的な照明用途も有しうる。動的カラー制御および動的調光は、それぞれの個々の光源に適用することができるか、または一緒にグループ化されかつ単一のドライバによって制御される１つまたは複数の光源が存在することができる。
【００４６】
図４Ｂは、光方向変換領域の各端部に設けられた白色ＬＥＤ光源１１を備える多層ライトフィルムである。多層ライトフィルムは、一方の端部または両端部から照明されうる。この実施形態は、複数の光方向変換領域を有するディスプレイに、それらが縁部に対して位置する場所に応じて有用である。一方の端部から照明される場合、光源は、フレームまたはエッジベゼルの下に隠すことができる。
【００４７】
図５は、上部光方向変換領域または下部光方向変換領域が互いにずらされている光方向変換領域を有する多層ライトフィルムの実施形態である。かかる実施形態は、より均一な発光面を提供するのに有用である。クロストークを防止するために、下部層内の光方向変換領域間にチャネルまたは空間がある場合、光方向変換領域を有する上部フィルムは、下部フィルムの光方向変換領域間の空隙を覆うまたは隠すようにずらすことができ、下部フィルムは、光を上部フィルムの光方向変換領域間の隙間またはボイドを通って出射することになる照明プロファイルを有する。破線領域で示されているような下部フィルム１３と、光方向変換領域を、その領域とチャネル２４を有する上部フィルム１４との間の光漏れを最小限に抑えるために分離するチャネル２３（スルーホールまたは部分溝）とが、多層ライトフィルムを形成する。チャネル２３は、チャネル２４からずらされる。このように、光均一性を改善するために、下部フィルムのチャネル２３の上に少なくとも１つの光方向変換フィルムの層がある。全体としては、ライトフィルムの上方に配置される拡散体層に光が入射する前に均一性が改善される。その場合、より高輝度の拡散体が、他のフィルムまたはディスプレイのＬＣＤの中へのより多くの光を許容するように使用されうる。
【００４８】
図６Ａはずれたまたは互い違いの配置の多層ライトフィルムの端面図であり、図６Ｂは斜視図である。図６Ａでは、ライトフィルム１３および１４は、それらの当該層内にのみ光源１１を有する。チャネル２３または部分溝２４が、それぞれフィルム１３、１４内に設けられる。この実施形態では、上部フィルムの光源１１およびフィルムが、チャネル２３を隠し、かつ、より均一な照明を提供するのに役立つようにずらされる。図６Ｂは斜視図であるが、上部フィルム１４と下部フィルム１３の両方の中にＬＥＤ１１を有する。この場合もやはり、上部および下部フィルム１３、１４がずらされている。この実施形態では、上部チャネルは貫通したチャネルで示されているが、別の実施形態は、フィルムを部分的にしか通らない溝またはチャネルを有する。
【００４９】
図７は、ワイドスクリーンディスプレイ用途のための、より幅広い領域全体に光を広げるのに役立つ２層フィルムを設けた複数のモジュール式多層光方向変換フィルム２５で製作されたタイル状ディスプレイ２６の上面図である。モジュール式の手法は、小さいモジュールを製造し、次いでそれらを一緒にタイル状に並べて、より大型のディスプレイを形成する効率的な手段を提供する。このように、モジュール式フィルム２５は一緒にタイル状に並べることができ、一緒にタイル状に並べられるモジュールの数に応じて様々なサイズのディスプレイを形成することができる。
【００５０】
図８は、個々の層１３、３０および１４をそれぞれ赤色、緑色および青色で照明する固体ＲＧＢ光源２１を備える多層ライトフィルム１０の側面図である。ＲＧＢ色のスタック順序は、上部、中間または下部の組み合わせであることができる。各フィルムは、光の特定の波長に対して最適化されうる光方向変換構造１５の列を有する。サイズ、幾何形状、深さおよび密度は、光の均一性を最適化するために、所望されるように変化することができる。また、固定光源は、一緒にまたは別々に駆動されうる。この実施形態では、色混合が垂直面内で達成されること留意されたい。ヒートシンク１９は、熱の蓄積を最小限に抑えかつより良い性能を保証するのに役立つように使用されうる。下部反射体１２は、光をフィルムの中へかつ観察者の方へ方向変換するのに役立つ。光学フィルム３２上の光学的構造３１は、ＬＥＤ２１からもたらされるブライトスポットを低減するために使用されうる。光学フィルムは、光をさらに散乱させるのに役立ちかつ全体的照度および全体的均一性を改善するように、ビュー側面上に第２の光学的構造も有することができる。光学的構造が固体光源を覆うように実質的に整列されているフィルム並びに光源が挿入される空洞を設けることが望ましい。光学パターンは、フィルム内の空洞または穴を超えて延びることができる。空洞は、穴を形成するようにフィルムを貫通して延びうることにも留意されたい。かかる実施形態では、一つの利点は、光源の性能に影響を及ぼしうる熱の蓄積を最小にする排熱手段を提供することである。フィルムは、好ましくは透明であり、他のライトフィルムと実質的に屈折率整合される。別の実施形態では、フィルム３２は、拡散手段を含むことができる。拡散は、表面および／または体積であることができる。拡散は、粒子、ビーズまたはボイドで実現されうる。表面は、光の光学的操作をさらに助けるように、顔料またはビーズの層でコーティングされうる。また、示されていないが、フィルム３２は２以上の層を含むことができる。例えば、フィルムは、共押出しまたはコインジェクション成形（ｃｏ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｅｄ）されて２以上の層にすることができる。各層は、異なる機能性（光学的および／または機械的）を有することができる。当技術分野で知られる他の手段もまた、この効果を達成するために使用されうる。
【００５１】
図９は、所与のチャネル内でのＲＧＢ入力光またはＬＥＤ２１の混合を助けるように、少なくとも１つのフィルム内に色混合区域４３およびクロストークチャネル１４を備える多層ライトフィルム１０の上面図である。光源はライトフィルムの２つの端部から入力されうること、および色混合区域４３はずらされるかまたはその他の方法で互い違いにされうることにも留意されたい。かかる実施形態は、より良好な光の分布および光の均一性を可能にすることができる。図９はさらに、ＬＥＤ２１が挿入される穴４１を示し、１つの穴または空洞につき２以上のＬＥＤ２１を収容するような様式に設計されうる。ＬＥＤ２１は、背中合わせまたは横並び構成で配置されうる。
【００５２】
図１０Ａは、固体光源を収容するために使用されうる様々なポケット、溝またはスルーホール３３の構造を有する多層ライトフィルム１０の断面図である。所与の多層ライトフィルム内には、少なくとも１つのポケット形状または溝形状が存在することができる。所与の多層ライトフィルム内に２つ以上の構造が存在しうるが、この図は、これらの形状がすべて１つのフィルム内に使用されるであろうことを示唆するものではない。この図は単に、様々な形状が使用されうることを示すために描かれている。異なる形状は、光の均一性を制御するのに有用であるわずかに異なるフットプリントを有する。
【００５３】
図１０Ｂは、２つの異なる光空洞を有する多層ライトフィルム１０である。一方は連続溝３４であり、他方は空洞またはポケット３３である。連続溝３４は、バックライト３５の製造および組立てにおいて有利さをもたらし、一方で、個々のポケットは別の光均一性プロファイルを提供するのに有利さを有する。
【００５４】
図１１は、下部フィルム１３および上部フィルム１４並びにＬＥＤ１１とそれに付随するヒートシンク１９を備える多層ライトフィルム１０である。ライトフィルムの縁部３５は、光線３６を上面またはビュー側面の方へ方向変換するのを助けるように、先細りにされるかまたはその他の方法で勾配が付けられている。勾配付き縁部を有する実施形態は、特にバックライトまたはディスプレイの縁部上に、より均一な照明を提供する。
【００５５】
図１２は、下部フィルム１３および上部フィルム１４並びにＬＥＤ１１とそれに付随するヒートシンク１９を備える多層ライトフィルム１０である。ライトフィルムの縁部３５は、光線３６を上面またはビュー側面の方へ方向変換するのを助けるように、先細りにされるかまたはその他の方法で勾配が付けられている。この場合、複数の縁部３５が勾配付けされている。勾配付き縁部を有する実施形態は、特にバックライトまたはディスプレイの縁部上に、より均一な照明を提供する。
【００５６】
図１３は、下部フィルム１３および上部フィルム１４並びにＬＥＤ１１とそれに付随するヒートシンク１９を備える多層ライトフィルム１０である。ライトフィルムの縁部３５は、光線３６を上面またはビュー側面の方へ方向変換するのを助けるように、先細りにされるかまたはその他の方法で勾配が付けられている。光の方向変換をさらに助けるように、少なくとも１つのフィルム内に追加の小さい粒子または空洞９９が存在することに留意されたい。粒子または空洞は、フィルム層１３および１４のどちらかまたは両方に存在することができる。別の実施形態では、粒子または空洞は、光を広げかつ明るいスポットを最小化するために光を散乱させるかまたはその他の方法で方向変換するのを助けるような様式で、光源の上方にパターン形成されうる。好ましい実施形態では、粒子９９は、有機物であり、実質的に前方散乱である。本発明は、以下の機能、すなわち拡散、光コリメーション、輝度上昇、光の広がり、光の曲がり、前方散乱、後方散乱、側方散乱偏光、偏光の再利用、光変調、光フィルタリング、補剛、寸法安定性、層分離などの機能を提供する少なくとも１つのフィルムと組み合わせて使用されうることに留意されたい。
【００５７】
図１４Ａは、下部フィルム１３および上部フィルム１４（他の実施形態は３つ以上の層を含むことができる）並びにＬＥＤ１１とそれに付随するヒートシンク１９を備える多層ライトフィルム１０である。ライトフィルムの縁部は、光線３６を上面またはビュー側面の方へ方向変換するのを助けるように、先細りにされるかまたはその他の方法で勾配が付けられている。第２のパターン付き拡散領域５１を有する拡散フィルム５０は、ライトフィルム層１４の出射面上に配置されうる。光源の上方に第２の拡散領域を有することの利点は、その領域が、光源の実質的に上方の明るい領域を最小限に抑えるように、その拡散特性に関して調整されうることである。拡散フィルム５０は、体積拡散体または表面拡散体とすることができ、非対称な特性も有しうることにも留意されたい。拡散は、粒子、ビーズ、空気ボイド、または当技術分野で知られるその他の手段、あるいはそれらの組合せによって得ることができる。拡散領域５１は、ＬＥＤとそれに関連する穴または空洞よりもわずかに幅広いフットプリントを有することができる。
【００５８】
図１４Ｂは、図１４Ａと類似しているが、光の穴または空洞の上方に配置されているビーズ、粒子または粗さパターンを有する別の実施形態である。そのようにして、追加された空気の層は、光の上方での光の拡散をさらに助けて均一な光プロファイルを発現するのを助けるために設けられる。
【００５９】
図１５Ａは、ライトフィルムの上部に置かれた拡散体５０を備える多層ライトフィルム１０の別の実施形態である。拡散体５０は、その発光面全体にわたってより均一な光を提供するのを助けるのに有用である。
【００６０】
図１５Ｂは、少なくとも一方の面上で、かつ光源の上方に形成された光学構造５３を有する別の実施形態である。光学構造５３は、より幅広いフットプリントにわたって光を方向付けることによって光源からの明るいスポットを最小限に抑えるように、光を減少させるのに有用である。そのような光学構造は、光を実質的にすべて前方向に、または主に他よりも一方向に多く広げることができる。光学構造５３は、バックライトにわたって実質的に均一な光を提供するために、任意の形状または形状の組合せを含むことができる。構造の高さプロファイルは、均一でもよく、あるいは変化してもよく、密度は、明るいスポットに適合するように変化してもよい。小型レンズ、三角形、曲線、変化する傾斜などを含む様々な多次元形状が使用されうる。表面の粗化もまた使用されうる。光学的構造は、フィルム１４の表面から突出することができ、あるいは内側へ突出することもできる。どちらの場合でも、ポリマー、有機材料、無機材料、空気などの材料の領域が存在する。
【００６１】
図１６Ａは、ワイドスクリーンディスプレイ適用のための、より幅広い領域にわたって光を広げるのに役立つ層状フィルムを設けた複数のモジュール式多層光方向変換フィルム２５で製作されたタイル状ディスプレイ２６の上面図である。水平面と垂直面のどちらにも、ＬＥＤの上方、並びに光方向変換領域の上の領域とは異なる光強度プロファイルを有することができるモジュール間に領域６１が存在することができる。図１６Ｂは、より均一な照明を有する領域を提供する。方向変換領域は、光を制御された軸外送出（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）で出射面に供給するために、実質的に垂直な構造６３または角度付きもしくはその他の勾配付き構造６２とすることができる。このように、モジュール間の領域はより均一に照明されて、明るいスポットを低減することができる。モジュール式の手法は、小さいモジュールを製造し、次いでそれらを一緒にタイルのように並べて、より大型のディスプレイを形成する効率的な手段を提供する。このように、モジュール式フィルムは一緒にタイル状に並べることができ、一緒にタイル状に並べられるモジュールの数に応じて様々なサイズのディスプレイを形成することができる。モジュール間の領域に軸外光を供給する光方向変換構造を設計することにより、より好ましいバックライトが提供されうる。
【００６２】
図１７は、層６６の中へ発光する白色光源６５と、それぞれ層１３、３０および１４の中へ発光するＲＧＢ光源２１との実質的に別々の層を備える多層ライトフィルム１０である。白色光源およびＲＧＢ光源は、任意の組合せで積み重ねることができる。この図は、同じ穴または空洞３３を占める光源を示しているが、他の実施形態では、これらの光源を別々の穴または空洞３３の中に設けることもできる。さらに、光源は、光を２以上の方向に放射するように構成されうることに留意されたい。一実施形態では、光源の発光面は、個々のライト層の厚みより薄くするべきである。光源高さの入力面高さに対する比を０．７５／１〜０．１／１とすることができる。レンズまたはその他の光学構造が光入力面６７上に設けられる場合、上記の比は、ずっと高い光入力効率を得るために変更することができる。光源は、すべてオン、すべてオフ、オンもしくはオフの多くの何らかの組合せを含むとともに、光源のいずれか１つまたはすべてに対して光源の強度を変化させるように変調されうる信号をもたらす様々な組合せで駆動されうる。ヒートシンク１９は、光源から熱を逃がすのを助けるために光源に取り付けることができる。さらに、光源またはヒートシンクの中または周囲の気体または液体を循環させる手段が、バックライト内の熱を制御するために利用されうる。この実施形態は、導光もしくは導波フィルムまたは層として描かれているが、追加の実施形態は、１つまたは複数の導光板を有する１つまたは複数の導光層を使用できることに留意されたい。
【００６３】
図１８は、光入力面１０２を有する配光フィルム（層）１０１を備える、多層ライトフィルム内に単独でまたは組み合わせて利用されうる単一フィルム層の断面図である。光入力面は、より多くの光をフィルムの中で結合させてより高い光学効率を得るために、ＬＥＤ発光面１０３と同等以上の大きさにするべきである。ポケット１０６には、発光領域１０４を有する側面放射光源（ＬＥＤ）１０３がある。光源を駆動する電気接続を助けるために、また光源から熱を逃がすのを助け、ポケット１０６内部での蓄積を最小限に抑えるためにも、光源はＰＣＢ板１０５に取り付けられる。ポケットは、ＰＣＢおよびＬＥＤの熱膨張を受け入れるのに十分な大きさである。さらに、ＬＥＤ１０３並びにポケット１０６の全部または一部の上方の配光フィルム１０１のビュー側に別のポケットまたは陥凹部１０７がある。フィルムの上部に陥凹部を設けることにより、遮光物または光反射体１０８は、配光フィルムに対して実質的に平坦な、平らまたは平面プロファイルを有する。したがって、配光フィルムのビュー側に配置されたあらゆるフィルムは、より均一な光学的光入射プロファイルを有し、液晶パネルにより均一な照明を提供する。反射体の材料は、個々の反射体または反射フィルムとすることができる。反射体１０８は、両面でまたは片面だけで反射することができる。これは、光源からの放射の明るいスポットを管理するのを助けることになる。反射体１０８は、どちらか一方または両方の面上あるいはそれらを組み合わせた面上で正反射性または拡散性とすることができる。別の実施形態では、反射体１０８はまた、より均一な照明を提供するために、反射体１０８の上方での光の配光に役立つように制御された光ポロシティー（ｌｉｇｈｔ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）または光漏れを有することもできる。これを実現する１つの手段が、反射体内にピンホール状の非連続部を設けることである。これは、反射体をパターン形成し、非連続性パターンを印刷し、反射コーティングおよび／または支持体に穴を開ける種々の手段で行うことができる。層１０８は、反射体と呼ばれるが、拡散体フィルム（体積、ホログラフィック、表面、またはそれらの組合せ、並びに非対称）とすることもできる。層１０８は、光の広がりまたはコリメーションに役立つように、少なくとも一方の面上にレンズ状構造を有することもできる。追加の実施形態では、層１０８に使用される材料は、明るいスポットを抑制するが観察者側の方へ向けられた光の量および均一性を最大にするために、偏光手段（反射偏光子など）を含むことができる。
【００６４】
図１８はさらに、ＬＥＤポケット１０６の観察者面上に光方向変換構造１０９を有する。光方向変換構造１０９は、ＬＥＤ１０３の光放射面１０４と再配光フィルムの光入力面１０２との間の空間を覆う。光方向変換構造１０９は、例えば、プリズム構造アレイ、ピラミッド構造アレイ、負マイクロレンズアレイ、超高出力正マイクロレンズアレイ、または散乱面とすることができる。それらは、列または個別の構造であってよく、それらの密度、サイズまたは形状は、光方向変換構造に沿った所望のＴＩＲ角度でフィルムの中へ出射されない、光源の発光プロファイルに応じて変化することができる。光源が配置されるポケットまたは空洞は、光入射面１０２の向かい側のＬＥＤポケット１０６の表面上に傾斜または角度１１０を有することもできる。これは、ポケット内部でのより良い熱管理を可能にするわずかに大きいポケットを提供するのに有用である。下部反射体１１１は、下部反射体１１１と液晶セルの間の他のすべての光学素子から反射した光を再利用するために、再配光フィルム全体を覆う。下部反射体１１１の穴１１２は、ＬＥＤ１０３を通すために設けられる。この穴は、ＰＣＢおよびＬＥＤの熱膨張を受け入れるのに十分な大きさである。追加の反射性材料１１３は、下部反射体の穴１１２の領域で十分な光を再利用できるようにするために、ＬＥＤ１０３に隣接するＰＣＢ１０５上に積層または付着されうる。ＬＥＤポケット１０６の縁部１１４は、再配光フィルム１０１の鋭いエッジに対して応力緩和をもたらすように、勾配または丸みをつけることができる。傾斜角度は、光が依然として再配光フィルム１０１の表面上での内部全反射条件を満たすように、十分小さくすることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 多層ライトフィルム
１１ 固体光源
１２ 反射体
１３ １次フィルム層、下部フィルム
１４ ２次フィルム層、上部フィルム
１５ 光取出し構造
１６ 空気層、空隙
１７ 空気ポケット
１８ 接着パッド
１９ ヒートシンク
２０ ビーズ、粒子
２１ 固体光源
２２ 光学的遮光手段
２３ チャネル
２４ チャネル、部分溝
２５ モジュール式多層光方向変換フィルム
２６ タイル状ディスプレイ
３０ 層
３１ 光学的構造
３２ 光学フィルム
３３ スルーホール、空洞、ポケット
３４ 連続溝
３５ 縁部
３６ 光線
４１ 穴
４３ 色混合区域
５０ 拡散フィルム、拡散体
５１ 拡散領域
５３ 光学構造
６１ 領域
６２ 角度付き構造
６３ 実質的に垂直な構造
６５ 白色光源
６６ 層
６７ 光入力面
９９ 粒子、空洞
１０１ 配光フィルム、再配光フィルム
１０２ 光入力面
１０３ ＬＥＤ
１０４ 光放射面
１０５ ＰＣＢ板
１０６ ポケット
１０７ ポケット、陥凹部
１０８ 反射体
１０９ 光方向変換構造
１１０ 勾配、角度
１１１ 下部反射体
１１２ 穴
１１３ 反射性材料
１１４ 縁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ用バックライト装置の技術分野、およびかかる装置を用いた液晶ディスプレイに関する。詳細には、本発明は、固体光源を備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）モニタに代わる小型で軽量なものを提供するが、多くの用途では、ＬＣＤディスプレイの画質は、特にこれらのデバイスの相対的サイズが増大した場合にまだ満足のいくものではない。ラップトップコンピュータまたはより大きなディスプレイに使用されるような、より大きなＬＣＤパネルは透過型であり、したがってバックライトを必要とする。ＬＣＤパネルの背後に配置されるこの種の光供給面は、光を外方にかつＬＣＤの方へ向ける。
【０００３】
背面照明の従来の手法は、導光板と、１以上のタイプの輝度向上フィルム（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｆｉｌｍｓ）と、偏光フィルムと、反射面と、その他の光調整要素とを備える冷陰極蛍光（ＣＣＦＬ）光源の様々な配置を使用する。従来のフラットパネルバックライトの、側面取付け式ＣＣＦＬを使用する解決法は、ディスプレイサイズが増大するにつれ、次第に望ましくないものとなり、特にディスプレイ面積が増大するにつれ、製造時にまたは熱のためにそりやすくなりうる。より小型のデバイスのために従来から用いられている導光バックライト技術は、例えばデジタルＴＶに必要とされるようにディスプレイサイズが増大すると、低い明度レベルまたは輝度レベルによって、および不十分な均一性に関連する問題によって、ますます妨げられる。既存のＬＣＤディスプレイおよびその他のディスプレイ用並びに照明用途のバックライト装置は、並列に並べられたＣＣＦＬの配置を使用していることが多く、比較的非効率となりうる。これらのディスプレイの解決法はまた、ＣＣＦＬおよびそれの支持フィルムとＬＣパネルの背面とを収容する必要性のために、比較的厚くなりうる。ＣＣＦＬ光源自体には、これらのデバイスが若干の水銀を含有しているので、廃棄に関する環境問題がある。従来のＣＣＦＬベースのバックライトに付随する均一性および明度の問題を補償するために、いくつかの支持フィルムが、通常はバックライトとディスプレイの間に置かれるか、あるいは、ディスプレイに続いて、比較的高コストの反射性偏光フィルムなどが配置される。周知のように、ＣＣＦＬのスペクトル特性は、他のタイプの光源と比べた場合に相対的に劣る。
【０００４】
背面照明用途に使用されるＣＣＦＬに対する本質的な難点および限界に直面しているので、研究者には、別の背面照明手法を追及する動機となっている。発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用したいくつかの解決法が提案されている。ＬＥＤの明るさ、色出力、および全体的な性能の近年の進歩は、コストの継続的な節減を伴って、ＬＥＤ、レーザ、および固体光源を概して特に魅力的なものにする。しかし、ＬＥＤおよびレーザは点光源として機能するため、この光を方向変換しかつ広げて、背面照明に必要とされる均一な光の面をもたらすとともに、必要な色均一性をもたらすための適切な解決法が必要である。
【０００５】
ＬＥＤを用いたバックライト照明を提供するための１つの手法が、Ｍ．Ｚｅｉｌｅｒ、Ｊ．Ｈｕｔｔｎｅｒ、Ｌ．Ｐｌｏｔｚ、およびＨ．Ｏｔｔの「Ｌａｔｅ−Ｎｅｗｓ Ｐａｐｅｒ： ＬＥＤ背面照明の問題解決のための最適化パラメータ（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ＬＥＤ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）」という名称の論文、ＳＩＤ ２００６ Ｄｉｇｅｓｔ １５２４〜１５２７頁に記載されているようなアレイ配列を用いることである。この種の解決法を用いて、赤色（Ｒ）ＬＥＤ、緑色（Ｇ）ＬＥＤ、および青色（Ｂ）ＬＥＤを用いたＬＥＤクラスタのアレイが、ＬＣＤディスプレイ用バックライトとして配置される。２タイプのクラスタ、すなわちＲＧＧＢおよびＲＧＢが記載されている。しかし、いくつかのタイプの計器盤や超高性能モニタおよびＴＶなどの特殊な用途を除いて、アレイ配置は、色および明度の均一性が劣る、パーツ点数が多い、高熱、および寸法要件の問題により、有望とは思われない。
【０００６】
光のラインを形成するために、点光源からの光を広げるための導光体が使用されている。例えば、カワイらの「導光体、導光体を備える照明デバイス、並びに照明デバイスを備える画像読取デバイスおよび情報処理装置（Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ， Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ， ａｎｄ Ｉｍａｇｅ Ｒｅａｄｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｈａｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）」という名称の米国特許第５，４９９，１１２号は、その長さに沿って分布した取出し構造を有する単一の導光体を用いて、１以上のＬＥＤからの光を方向変換して走査装置内でラインにすることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，４９９，１１２号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｚｅｉｌｅｒ、Ｊ．Ｈｕｔｔｎｅｒ、Ｌ．Ｐｌｏｔｚ、およびＨ．Ｏｔｔの「Ｌａｔｅ−Ｎｅｗｓ Ｐａｐｅｒ： ＬＥＤ背面照明の問題解決のための最適化パラメータ（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ＬＥＤ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）」という名称の論文、ＳＩＤ ２００６ Ｄｉｇｅｓｔ １５２４〜１５２７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＬＥＤ背面照明を提供するという目標に向かう多くの研究がある。しかし、いくつかの解決法が提案されているものの、特に標準的なラップトップ寸法またはそれより大きなディスプレイパネルの背面照明に関する問題に直面した場合、それぞれのタイプの解決法に固有の重要な欠点がある。
これらの欠点に加えて、従来の解決法では概して、ＬＣディスプレイが広範に商用化されかつ受け入れられるのに必要な高品質のカラー画像に関する重要な課題に対処できない。色域が、ディスプレイの設計者にとって特に関心のある１つの重要な検討事項である。従来型のＣＣＦＬは、ＮＴＳＣ色域の最大で約７０％を与えるので、多くの用途に受け入れられるある程度の色品質を提供する。これは、ラップトップおよびコンピュータモニタの用途には受け入れられうるが、フルカラーＴＶディスプレイに必要とされるものには及ばない。
ＣＣＦＬ光源とは対照的に、ＬＥＤおよびその他の固体光源は、それらの比較的高いスペクトル純度のおかげで、本質的にＮＴＳＣ色域の１００％以上を提供することができる。この拡大した色域を提供するためには、３つ以上の異なる色のＬＥＤまたはその他の固体光源が必要である。ＬＥＤおよびその他の固体光源を用いたときに、そのような拡大された色域に対応するためには、背面照明装置からの高水準の色混合が求められる。画像ディスプレイ技術分野の当業者には周知であるように、固体光源、例えば赤色（Ｒ）ＬＥＤ、緑色（Ｇ）ＬＥＤ、および青色（Ｂ）ＬＥＤを用いた場合、良好な水準の色均一性を達成することは特に困難である。上述したような、大きな面積の導光体を用いる従来の背面照明の解決法は、それに対応して、劣った色混合をもたらすことになる。より大スケールのディスプレイの背面照明に関する他の課題としては、低コストアセンブリ、光効率、均一性およびコンパクトなサイズの必要性が挙げられる。従来のＬＥＤ背面照明の解決法は、これらの追加要件を満たすために必要とされるものには及ばない。さらに、厚いかさばる導光板または厚いライトバーの必要性をなくすことが特に有用となり、これは、均一性および明度が十分改善された場合に可能となりうる。
【００１０】
したがって、安価に製造することができ、最小の厚みを有し、かつ優れた均一性、高い明度および高水準の効率を有する色混合を提供するＬＥＤバックライトの解決法が必要であることが理解されうる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施形態では、本発明は、ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリを提供するものであり、当該多層一体型バックライト照明アセンブリは、アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；基体上に設けられた下部反射体と；点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源と；点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；１次ライトフィルムおよび２次ライトフィルムを一緒に結合するための結合手段と；均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；を含み、複数のライトフィルムは、０．１〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。
【００１２】
別の実施形態では、本発明は、ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリを提供するものであり、当該多層一体型バックライト照明アセンブリは、アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；基体上に設けられた下部反射体と；点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源と；点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；フィルムを一緒に接着するために１次ライトフィルムと２次ライトフィルムの間に設けられた、ビーズを有するポリマー層と；均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；を含み、複数のライトフィルムは、０．１〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。
【００１３】
別の実施形態では、本発明は、ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリを提供するものであり、当該多層一体型バックライト照明アセンブリは、アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；基体上に設けられた下部反射体と；赤色、緑色または青色の点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の多色固体光源と；赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の３次ライトフィルムと；フィルムを一緒に接着するために１次ライトフィルムと２次ライトフィルムと３次ライトフィルムとの間に設けられた接着パッドと；多色固体光源から、改善された色均一性をもたらすための、光方向変換領域内に設けられた複数の色混合区域と；均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；を含み、複数のライトフィルムは、０．１〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリを示す。
【図２】図２は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図３】図３は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図５】図５は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図６Ａ】図６Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図７】図７は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図８】図８は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図９】図９は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１１】図１１は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１２】図１２は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１３】図１３は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１７】図１７は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【図１８】図１８は本発明の多層一体型バックライト照明アセンブリの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、いくつかの実施形態では固体光源の利点を利用するのに必要な高水準の色混合および光均一性をもたらし、他の実施形態では白色光照明のために設計される、一体型バックライト照明アセンブリを提供する。さらに、本発明は、光をディスプレイの画面全体に広げるために使用される導光板の厚みを大幅に低減する。本発明の特徴は、均一な照明をもたらすように広がり領域を有する多層ライトフィルムを利用するバックライトを提供することである。本明細書で使用されているように、「多層ライトフィルム」および「多層一体化バックライト照明アセンブリ」という用語は同義的に使用される。本発明の利点は、ディスプレイに背面照明する領域を与えるために、固体光源を使用していることである。本発明の装置は、拡張性があり、特により大きなサイズのＬＣパネルに適合することができる。例えば、本発明は、ディスプレイ用途、特に、例えばＬＣＤ ＴＶ、医学的診断ディスプレイ、画像ディスプレイ、軍用ディスプレイなどに使用されるようなＬＣディスプレイパネルに特に適したバックライト装置を提供する。さらに、本発明のバックライト装置は、固体照明が有利となる他の照明用途に使用されうる。
【００１６】
（固体照明）
固体照明（ＳＳＬ）は、電気フィラメントやガスではなく、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、またはポリマー発光ダイオードを照明光源として利用する照明のタイプを意味する。「固体」という用語は、ＬＥＤにおける光が、従来の白熱電球および蛍光ランプの場合のように真空管もしくはガス管からではなく固体物体（例えば半導体のブロック）から放出されることを意味する。しかし、ＳＳＬは、従来の照明とは異なり、実質的に熱または寄生エネルギー（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙ）散逸のない可視光を作り出す。さらに、その固体の性質は、衝撃、振動および摩耗に対するより大きな耐性を提供し、それによってその寿命を著しく延ばす。
【００１７】
（固体照明の利点）
エネルギー効率：ＬＥＤは、光源として、従来の光源の５０％未満（一般的な家庭用電球は約９％の効率である）と比べて９０％を超える変換効率を達成する可能性がある。ＬＥＤは、電気を光に直接変換することができるので、供給されたエネルギーから熱よりも多くの光を生成することを約束する。このことは、将来の世界的な規模でのエネルギー節約のために大きな意味合いをもつ。既に、白色ＬＥＤは、白熱光源よりも高効率（ルーメンス／ワット−ｌｍ／Ｗで測定される）である。今日、カラーが必要とされる用途、例えば交通信号や企業の看板では、ＳＳＬは、生成された光がすべて使用され無駄にされないので、エネルギー消費の大幅な削減を示している。
【００１８】
長寿命：照明産業に革命をもたらしているＬＥＤの第２の利点は、極めて長い寿命が達成されうることである。この説明には２つの部分がある。第１の部分は、「耐用寿命」と呼ばれ、用途固有のものである。共通の理解では、ランプは一定の時間持ち、その後機能しなくなるということである。ランプの寿命に渡り、光出力が低下し、最終的にランプはその寿命の「終わり」となる。ＬＥＤも同様に光出力が経時的にゆっくりと低下するが、ＬＥＤは実のところ、実用の期間においてその寿命に対する「終わり」に達することはない。ある用途では、耐用寿命は、光レベルが重要でない場合に１００，０００時間を超えることができる。他の用途では、耐用寿命は、５０，０００時間であることができ、一般的な蛍光灯より約４倍優れており、家庭用白熱ランプより２０倍優れている。また、ＬＥＤの寿命に実際的な終わりはない。これは、装飾的な建築用途および企業イメージプログラムに重要な意味をもつ。切れた電球は、美学的に不利な影響を有する可能性があるが、ＬＥＤベースのシステムの耐用寿命を過ぎて起こるであろう除々に暗くなることが、劇的な悪影響を有することはなく、即座にメンテナンスを行う必要はないであろう。
【００１９】
堅牢性：壊れるガラスおよびフィラメントが存在しない。ＬＥＤ照明システムは、本質的に振動問題に耐性があり、ほとんどの極限環境に従来の照明よりも容易に耐えるように設計することができる。
【００２０】
低温性能：低温に耐性のある入手可能なランプ（メタルハライド、ＨＰＳ）があるが、他のランプ、特に蛍光灯は寒冷気候でうまく機能しない。ＬＥＤは実際に、室温よりも寒い環境でより効率的に動作する。
【００２１】
デジタル制御：世界がデジタル化するにつれて、照明がその世界に統合されることがますます重要となる。ＳＳＬは既に、他のシステムとのインタフェースとされうるかまたは最大性能を達成するように正確に制御されうるデジタルシステムである。
【００２２】
色の彩度およびスペクトル：ほとんどの色を生成するためにＲＧＢアレイをプログラムすることが可能であり、光はフィルタがかけられていないかまたは吸収されていないため、その結果として色の彩度がさらに濃くなる。このことは、光源内に存在する青色と緑色のすべてにフィルタをかけて除くことによらず、直接的に生成される赤色などの個々のＬＥＤ色にも適用される。さらに、ＲＧＢ光源は白色光ＬＥＤ光源と共に使用されてもよい。
【００２３】
光学制御：ＬＥＤのサイズは非常に小さく、ＬＥＤが生成する光線は、非常に細いビームで放射される。これは、光学系が光を極めて高い効率で制御するように設計されうることを意味し、それによって特定の機能を果たすのに必要な光を少なくし、そのことは、言い換えると光学系のエネルギー効率を増大させる。
【００２４】
低電圧動作：現在のＳＳＬシステムは、一般に低電圧の直流電源で動作するので、それを設置し、動作させるのを非常に安全なものにする。
【００２５】
（光方向変換構造 ｌｉｇｈｔ ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ）
ライトフィルムは、フィルムから出射する光の配光がフィルムのビュー側の法線により近い方向になるように入射光配光を屈折させるための、分離した個々の明確な形状の光方向変換構造のパターンを有する。これらの個々の光方向変換構造は、好ましくはＴＩＲ面間（ビュー側と下側または非ビュー側との間）に形成することができ、かつ入射光を出射面の法線方向へ屈折させるための１以上の傾斜面を含むことができる。これらの傾斜面は、例えば、光を所望の視野角以内に方向変換する、平面と曲面の組合せを含むことができる。また、表面の曲率、すなわち個々の光学素子の曲面面積と平面面積の比、並びに曲面および平面の周辺形状は、フィルムと共に使用されるディスプレイデバイスの視野角をカスタマイズするために、フィルムの光出力分布を調整するように変化することができる。さらに、表面の曲率、すなわち個々の光学素子の曲面面積と平面面積の比は、バックライトまたはディスプレイのビュー側の上方に向けられる光の均一性を最適化するように変化することができる。また、個々の光方向変換構造のサイズおよび数、並びに個々の光方向変換構造の表面の曲率は、出力分布をフィルムの法線方向周りの特定の角度範囲内に維持しながら、より滑らかでより拡散した光出力分布を生成するために、多少の拡散出力を生成するかまたは光源からの入力光分布をランダム化するように選択することができる。
【００２６】
ライトフィルムの光方向変換領域内に方向変換構造を形成する個々の光学素子は、液晶ディスプレイの画素間隔との干渉をなくするようにランダム化されうる。このランダム化は、光学素子のサイズ、形状、位置、深さ、方向、角度または密度を含むことができる。これにより、モアレおよび類似の効果を無くすための拡散体層が必要でなくなる。また、個々の方向変換構造のうちの少なくともいくつかは、フィルムにわたって集団で；いずれかの単一の方向変換構造についての機械加工公差（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｏｌｅｒａｎｃｅｓ）を超える平均特性値を得て、そして液晶ディスプレイの画素間隔とのモアレおよび干渉効果をなくするようにフィルムにわたって変化する、各集団についての平均のサイズまたは形状特性を集合的に生じさせるが、各集団における光学素子のうちの少なくともいくつかは異なるサイズまたは形状特性を有する；ように配置することができる。さらに、個々の方向変換構造うちの少なくともいくつかは、２つの異なる軸に沿って光を再配光する／方向変換するようにフィルムの能力をカスタマイズするために、互いに異なる角度に向けられうる。
【００２７】
さらに、方向変換構造の密度は、光源からのそれらの距離の関数として変化することもできる。一般に、構造は光源に近いほど少なくなり、構造は光源から遠いほど多くなる。構造の相対的サイズもまた、光源からの距離の関数として変化することができる。典型的には、構造は光源に近づくほど小さくなり、構造は光源から離れるほど大きくなる。これは、バックライトまたはディスプレイのより均一な照明を提供するのを助けるためになされる。
【００２８】
個々の光学素子の光方向変換面がフィルムの光出射面と作る角度もまた、液晶ディスプレイの表示領域にわたって変化することができ、フィルムの光方向変換機能を、光源の表面にわたって不均一である光入力分布に仕立てることができる。光方向変換領域の個々の光学素子は、サイズ、形状、位置および／または方向が異なることができる。光方向変換フィルムの個々の光学素子は、光源によって放射された光の分布の変動の原因となるように異なることができる。光方向変換構造の光学素子の特性およびパターンもまた、様々な配光を放射する様々な種類の光源用の光方向変換フィルムを最適化するためにカスタマイズすることができ、例えば、シングルバルブラップトップ用のあるパターン、ダブルバルブフラットパネルディスプレイ用の別のパターンなどがある。
【００２９】
さらに、光方向変換フィルムシステムが提供され、このシステムでは、バックライトからの入射光のより多くを所望の視野角内に向きを変えるかまたは方向変換するように、光方向変換フィルムの個々の方向変換構造の方向、サイズ、位置および／または形状が、バックライトまたはその他の光源の光出力分布に合わせられる。また、バックライトは、１つの軸に沿って光を平行にする個々の方向変換構造の変形を含むことができ、光方向変換フィルムは、その軸に対して垂直な別の軸に沿って光を平行にする個々の光学素子を含むことができる。
【００３０】
さらに、内側構造の壁は、光方向変換を助けるような粗さパラメータを有することができる。典型的には、方向変換された光の、より均一な照明を提供するために方向変換構造の光学的平滑面に対してマイクロ粗さが望ましい。本発明の一実施形態では、平均粗さは、０．２〜１０ミクロンであり、好ましくは０．５〜５ミクロンである。別の実施形態では、光学的構造は円錐形であり、テーパの寸法が小さくなるほど、光学フィルムまたは光学板のビュー側または光出射側に近接する。円錐のテーパ状方向変換構造の側壁は、光学フィルムのＴＩＲ裏面側から少なくとも１つの角度を構成することができる。方向変換構造は、鋭角の頂角を形成することができ、望ましくは光学的構造上に鈍角のもしくは平坦な頂部を有することができる。最も有用な夾角（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）は、２０〜１２０度とすることができる。好ましい一実施形態では、夾角は７５〜１０５度である。構造が平らな上部を有する場合、各側壁との夾角は、上述の範囲の約２分の１とすることができる。角度の範囲は、集合体におけるバルクまたは主たる光学的構造についてである。言い換えれば、光学的構造の平坦な頂部および／または側面が、プリズム、レンズまたはそれに関連する粗さなどの２次的な光学的構造を有する場合、上記に挙げた範囲外の夾角範囲を挙げることも可能でありうる。
【００３１】
（光取出し構造）
光方向変換構造には多くの実施形態がある。光方向変換構造の基本的な機能は、さもなければＴＩＲによって導かれている光を方向変換し、それによって光が線形光チャネルまたは導光板（ＬＧＰ）から放射されるようにすることである。これは、下記をはじめとする多くの方法で行うことができる。
（ｉ）穴または成形凹部が、フィルムの非ビュー側表面に形成、成形、プレス成形および／またはドリル穴あけされうる。方向変換構造は、深さを１０〜５００ミクロンとすることができ、フィルムの厚みに幾分依存する。かかる構造の使用は、方向変換フィルムの上面上の別の取出し補助と共に使用されうるが、光方向変換構造は、ビュー側表面構造または光学フィルムと組み合わせて機能するように設計されうることに留意されるべきである。光がビュー側表面の方へ方向変換されていると、拡散体（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）などの他の光学フィルム（体積および／または表面、非対称の、ホログラフィック、散乱粒子、空気ボイドなど）が使用されうる。この特許内の実施形態は、拡散、光コリメーション、輝度上昇、光の広がり、光の曲がり、前方散乱、後方散乱、側方散乱偏光、偏光の再利用、光変調、光フィルタリング、補剛（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ）、寸法安定性、および層分離からなる群から選択された機能を提供する少なくとも１つのフィルムと組み合わせて使用することもできる。
（ｉｉ）ライトフィルムの発光部分の処理は、ライトフィルムからの光の取出しを助けるために行われうる。表面処理の種類としては、線形光チャネルの縁部またはＬＧＰのビュー面に沿って、すなわちディスプレイに面する表面に沿って光取出し構造を形成することなどがある。例えば、１つの手法が、長さ方向に沿ってプリズム構造のアレイを形成することである。使用される微細構造は、プリズム、ピラミッド、半球、またはＴＩＲを妨げるための他の明確な幾何形状のアレイとすることができる。これらは、反転されるか、個々の要素として形成されるか、または列に整列された上部もしくは下部放出構造を含むことができる。微細構造は、光源からの距離に応じて、様々な形状およびサイズで成形されうるかまたはその他の方法で形成されうる。
（ｉｉｉ）光取出しフィルム構成要素の適用。ライトフィルムの発光部上で使用されうる１つの考えられる光取出し構造が、参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｅｅらの「光集中器の線形配置を用いた輝度上昇フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ Ｕｓｉｎｇ Ａ Ｌｉｎｅａｒ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ Ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｓ）」という名称の米国特許出願公開第２００５０２７０７９８号に記載されている。任意選択で、ライトフィルムの一部の光放射面は、その上に光取出し構造を形成するように構造化されうる。ライトフィルムの一部は、光方向変換微細構造を形成するように、ローラなどを使用して成形されうるかまたはその他の方法で処理されうる。
（ｉｖ）印刷ドット。ライトフィルムのベース部に沿ってその光放射面の反対側に印刷された反射ドットのパターンが、光をビュー側の方へ向けて上方に方向変換するように使用されうる。印刷ドットは、より均一な光出力を提供するのに役立つように、異なる密度およびサイズにすることができる。
【００３２】
こうした上記（ｉ）〜（ｉｖ）に挙げた種類の処理の組合せも使用されうる。光取出し構造は、個別の要素とすることができる。ライトフィルムの長さに沿って均一な光放射を提供するために、光取出し領域のサイズおよび密度は、固体光源からの距離の関数として変化することができる。例えば、ライトフィルムの構造付き部分の各端部にＬＥＤ光源がある場合、光方向変換構造は、端部の方よりも中心付近で、より高密度で分布されうる。あるいは、光取出し要素の分布密度は、一方向に実質的に連続的であることもできる。光方向変換構造は、表示面またはその他の光出力面に面しているライトフィルムの面に成形されうるか、あるいはその面にエンボス加工、加圧、接着または積層されうる。
【００３３】
本発明に有用ないくつかの実施形態では、光取出し構造は、局所領域に使用することができ、およびホットスポットを拡散させるように使用することもできる。光源が側面放射光源であろうと上面放射光源であろうと、出力面は、幾分半球形であり、光を様々な角度で出射することができる。その目的は、照明のホットスポットまたは全体的に明るい領域を除去するかまたは最小限に抑えることである。光取出し構造または光広がり構造（ｌｉｇｈｔ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）は、若干の光を観察者の方へ出射できるようにするとともに、光の他の部分を受け取り、その光を明るいスポットを少なくするような角度で出射する。これを実現する手段は、光の向きを変えるのに役立つ光学的構造を含むことができる。この構造は、実質的に光源を覆うことができ、光拡散の第２の手段と組み合わせることもできる。どちらの手段もパターン状とすることができ、ホットスポットのパターンと相対拡散量とがホットスポットの光強度に基づいて階調を形成することができる。
【００３４】
（フィルムの材料）
一般に、欠陥がなく、かつ経年劣化および／または環境暴露に基づいて実質的に変色しない透明性の高い材料を有することが望ましい。広範な条件にわたって、フィルムの物理的、化学的、または光学的変化を最小限に抑えるために、添加物が含まれうる。フィルムは、８５％を上回る、好ましくは９０％を上回るフィルムのパーセント透過率を有するべきである。フィルムの別の望ましい特質は、様々なディスプレイ用途に対する指定の温度および湿度範囲わたって優れた寸法安定性を提供することである。有用な材料には、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、衝撃変性ＰＭＭＡ、光硬化型もしくは化学硬化型アクリレート、ポリエステル、環状オレフィン、ポリエステルカーボネート、ポリスルフォン、およびそれらのコポリマー誘導体が挙げられうるが、これらに限定されるものではない。これらまたはその他の材料のうちのいくつかから製作されるフィルムは、配向なしにキャストされてもよく、あるいは寸法安定性を改善するために少なくとも一方向に配向されてもよい。キャストポリマーはまた、所望の特性を有するかまたはキャストフィルム上での特性を高めるのに役立つことができる別個のフィルム上に被覆（押出し）されうるか、またはその他の方法で配置されうる。
【００３５】
（色ずれの監視）
ＬＥＤおよびその他のタイプの固体光源に関する１つの周知の問題は、若干の色ずれ（ｃｏｌｏｒ ｓｈｉｆｔｓ）をもたらしうるスペクトルの安定性および精度に関する。オプションの色センサが、ライトフィルム取出し領域のうちの１つまたは複数の構成要素として設けられてもよい。色センサは、経年劣化、熱、またはＬＥＤ間もしくはその他のタイプの光源間の製造差異に起因しうるような色ずれを補償する制御ループに使用されうる。任意選択で、特定のライトパイプに最も近い画素についての画像データが、検出された色ずれを補償するように調整されうる。
【００３６】
（システムの検討）
現在利用可能な多くのデバイスのうちのいずれかを使用すると、本発明のライトフィルムは、２０００〜６０００ｎｉｔｓまたはそれを上回る高水準の照明を提供することができる。高いエネルギーレベルでは、熱の蓄積が、一部の用途においてＬＥＤで問題となりうる。バックライト装置は、１以上のヒートシンク、冷却ファン、または動作中に過剰な熱を消散させるのに役立つ他の機構を設けることができる。本発明の装置および方法を用いる場合、有利には、熱消散構成部品が、ＬＣＤパネルから離れた、ディスプレイデバイスの周縁部に沿って配置されうる。
【００３７】
次に図面を参照すると、図１は、「１次」フィルム層１３並びに「２次」フィルム層１４を照明する固体光源１１を備える多層ライトフィルム１０を示す。光源は、下部フィルム層１３を貫通し、かつ上部フィルム層１４の中に部分的に入っている。別の実施形態では、光源は両方のフィルムを貫通することができる。接着パッド１８は、フィルム間に空気層１６を作り出すことによってスタンドオフ効果を与えるのに役立つように使用されうる。ＬＥＤは熱を発生しやすいので、望ましくは各光源に結合するヒートシンク１９を有することができる。光取出し構造１５は、一方のフィルムと他方のフィルムとでずらされうる。一実施形態における光方向変換構造は、フィルム１３および１４の上部ＴＩＲ面と下部ＴＩＲ面の間にある構造を形成することによって空気ポケット１７をもたらす。多層ライトフィルム１０は、多層ライトフィルム１０の底部に位置する反射体１２も備える。フィルムは、２つのフィルム間に空気層１６を設けるかまたは捕捉するように、互いに重ねて置くことができる。接着剤の層１８は、積み重ねられたフィルムの全厚みである十分に大きな光入力面を用いて光結合効率を高めることにより、および各導光フィルムの厚みを薄くして光取出し効率を高めることにより、光学効率を改善し、したがって、より多くの光が導光フィルム上の光方向変換構造に到達することができる。さらに、光の空間的均一性の向上は、各フィルムにおける光方向変換領域を低減させることによって達成される。また、製造実現可能性の向上は、製造プロセスにおいてフィルムの可撓性を維持するために各フィルムの厚みを薄くすることによって達成される。
【００３８】
本開示内でのこのおよびその他の実施形態では、少なくとも２つの導光フィルムが一緒に積層され、各フィルムは、各導光フィルム上に光方向変換構造を有する。導光フィルム間の空隙が導光フィルムの表面での全内部反射（ＴＩＲ）を高め、したがって、光が導光フィルムの表面上の光方向変換構造に到達する前に、光が導光フィルムの表面間で反射し、導光フィルムに沿って進むことができる。導光フィルム間の間隔は、特に光入力面上で、空隙に捕捉される光を最小限に抑えるために、最小限にされる。さらに、スタック内の異なる導光フィルム上の光方向変換構造は、空間的に均一な光出力をもたらすように、表示領域上の様々な領域に位置することができる。言い換えれば、積層された導光フィルム上の光方向変換構造同士で重ならない。また、空間的に均一な光出力をもたらすように、積層された導光フィルム上の光方向変換構造同士で重なることができる。
【００３９】
この実施形態では導光フィルムを一緒に結合するために接着剤が利用されるが、本発明はそれに限定されないことに留意されたい。例えば、フィルムを結合するための他の結合手段としては、超音波タッキング（ｔａｃｋｉｎｇ）もしくは溶接、レーザーアシスト（ｌａｓｅｒ ａｓｓｉｓｔｅｄ）スポット溶接もしくはタッキング（ＩＲ（赤外線）吸収ダイでさらに増強されうる）、縁部の火炎処理、溶剤溶接（縁部へのスポットタック（ｓｐｏｔ ｔａｃｋ）または適用による）、縁部上でホットグルー（ｈｏｔ ｇｌｕｅ）を用いるスポットタッキング（「製本」）、エッジもしくはスポット圧着または圧縮、ピン、柱と穴、２つの引張り部材間のねじ、などがある。光入力面に近接する領域は接着に好都合である、というのは、これにより、光入力面上のフィルム間の空隙に伝わる光を最小限に抑えるために、入力面においてフィルム間に最小の空隙を確実なものにできるからである。ＬＥＤは、導光フィルム上の穴を通過することができる。スタックの最上部のフィルムの場合、穴は、スルーホール、ケーブ（ｃａｖｅ）または最上部の上にカバーを有するポケットとすることができる。ヒートシンクは、熱をＬＥＤから引き離すのを助けかつ長寿命をもたらすのに有用である。
【００４０】
好ましくは、フィルム１３、１４は、５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性を有する。１５０〜４００ミリニュートンがより好ましい。５０ミリニュートン未満の剛性では、取り扱いおよびディスプレイ内に取り付けるのは困難である。１２００ミリニュートンを超える剛性では、ロールツーロール製造プロセスに必要とされるローラの周囲に曲げるのは困難である。フィルムまたはバーの曲げ剛性は、Ｌｏｒｅｎｔｚｅｎ ａｎｄ Ｗｅｔｔｒｅの剛性試験機、モデル１６Ｄを使用して測定される。この機器からの出力は、長さ２０ｍｍおよび幅３８．１ｍｍの試料の片持ち自由端を無負荷位置から１５度の角度に曲げるのに必要な力（ミリニュートン単位）である。
【００４１】
好ましくは、各フィルム１３、１４について、厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。厚みは、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍであることがより好ましい。したがって、フィルム１３、１４を備える多層ライトフィルム１０の厚みは、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みを有する。より好ましくは、フィルム１３、１４を備える多層ライトフィルム１０の厚みは、０．２ｍｍ〜１．６ｍｍの厚みを有する。フィルムの厚みは、所望の光源の放射面に関係する。フィルムの厚みを少なくとも光源の放射面の厚みに合わせることが望ましく、好ましくは、フィルムの厚みは光源の放射面の約２倍の厚みである。さらに、本発明の導光フィルムは、幅対高さの比が１０／１〜１０００／１である。
【００４２】
図２は、フィルム１３、１４の全長にわたってより均一な空隙１６にするために設けられた複数の接着パッド１８を有する、本発明の多層一体型フィルム１０の別の実施形態を示す。かかる実施形態は、光均一性を改善するための最適なデザインを提供する。接着剤はパターン形成されうることに留意されたい。他の実施形態では、接着パッド１８は、接着性がほとんどないかまたは全くないポリマー層であり、スタンドオフとして働くことができる。
【００４３】
図３は、多層ライトフィルム１０の少なくとも１つのフィルムに適用されたビーズ２０を有するポリマー層１６を備える、本発明の多層一体型フィルム１０の別の実施形態を示す。かかる層は、フィルム間の空隙にわたる制御をもたらし、ビーズまたは粒子２０のサイズに基づいて調整されうる。最良の光学性能を提供するためには、フィルム１３および１４の屈折率と実質的に類似する屈折率を有するビーズ２０およびポリマー層１６を設けることが望ましい。ビーズの濃度もまた、散乱を最小限に抑えるように調整されうる。本発明の別の実施形態では、ビーズは、散乱および拡散をもたらすことができる。
【００４４】
図４Ａおよび４Ｂは、フィルム１３、１４の光方向変換領域の各端部に固体光源１１、２１を備える多層ライトフィルムの断面を示す。図４Ａは、一方の端部に両方のフィルム１３および１４を通るＬＥＤ１１（白色光）を有し、白色光がフィルムの一方の端部から入るのを阻止するように、光学的遮光手段２２を有することができる。別の実施形態では、ＬＥＤは、下部フィルム１３を通過し、かつフィルム１４の厚み面内でＬＥＤの発光面を有するだけであることができる。かかる実施形態では、光学的遮光２２は必要ない。多層ライトフィルムの他の端部には、ＲＧＢ光源２１が存在し、光をフィルムの一つに供給することができる。３つ以上のフィルムを有する実施形態では、ＲＧＢ光源２１は、白色光が照明されるフィルムの上部もしくは下部またはその間とすることができる。多層ライトフィルムは、光源の輝度と色の両方を修正または調節するために、３色センサ（ｔｒｉｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒ）をさらに含むことができることに留意されたい。示されていないが、ＲＧＢの２つの層が白色ＬＥＤ照明フィルムの各面上にある３層フィルムもまた設けることができる。かかる実施形態では、光源によってさらに高められる動的カラー（ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｌｏｒ）および動的調光（ｄｙｎａｍｉｃ ｄｉｍｍｉｎｇ）を有するディスプレイを提供することが可能となりうる。
【００４５】
例えば、白色ＬＥＤおよび固体ＲＧＢ光源の独立制御が可能である。下部フィルムの光方向変換領域は、所望であれば白色を実現する色混合区域を有する。白色ＬＥＤは、動的調光を有し、光強度を変調するために点灯／消灯されうる。カラーＬＥＤは、１つまたは複数の色に対して制御されうる。この実施形態は、上部の白色光源と下部のカラー光源とを示しているが、この構成は逆にされてもよく、あるいは、各端部に、１つまたは複数のフィルム層の中に放射することができる少なくとも２つのＲＢＧ光源があってもよいことに留意されたい。別の実施形態では、ライトＬＥＤは、少なくとも２つの層の一方の端部から発射することができ、ＲＧＢ ＬＥＤは、少なくとも１つまたは複数の層の中へ発射することができる。利点は、すべての色について、改善されたコントラストを有する拡大された色域を提供することである。動的調光と組み合わせたこれらの能力は、ディスプレイの様々な領域に対して光制御を行うのに役立つ。そのようなディスプレイは、独特の照明効果をもたらすようにアクティブマトリックスまたはパッシブマトリックスとすることができ、あるいは一般的な照明用途も有しうる。動的カラー制御および動的調光は、それぞれの個々の光源に適用することができるか、または一緒にグループ化されかつ単一のドライバによって制御される１つまたは複数の光源が存在することができる。
【００４６】
図４Ｂは、光方向変換領域の各端部に設けられた白色ＬＥＤ光源１１を備える多層ライトフィルムである。多層ライトフィルムは、一方の端部または両端部から照明されうる。この実施形態は、複数の光方向変換領域を有するディスプレイに、それらが縁部に対して位置する場所に応じて有用である。一方の端部から照明される場合、光源は、フレームまたはエッジベゼルの下に隠すことができる。
【００４７】
図５は、上部光方向変換領域または下部光方向変換領域が互いにずらされている光方向変換領域を有する多層ライトフィルムの実施形態である。かかる実施形態は、より均一な発光面を提供するのに有用である。クロストークを防止するために、下部層内の光方向変換領域間にチャネルまたは空間がある場合、光方向変換領域を有する上部フィルムは、下部フィルムの光方向変換領域間の空隙を覆うまたは隠すようにずらすことができ、下部フィルムは、光を上部フィルムの光方向変換領域間の隙間またはボイドを通って出射することになる照明プロファイルを有する。破線領域で示されているような下部フィルム１３と、光方向変換領域を、その領域とチャネル２４を有する上部フィルム１４との間の光漏れを最小限に抑えるために分離するチャネル２３（スルーホールまたは部分溝）とが、多層ライトフィルムを形成する。チャネル２３は、チャネル２４からずらされる。このように、光均一性を改善するために、下部フィルムのチャネル２３の上に少なくとも１つの光方向変換フィルムの層がある。全体としては、ライトフィルムの上方に配置される拡散体層に光が入射する前に均一性が改善される。その場合、より高輝度の拡散体が、他のフィルムまたはディスプレイのＬＣＤの中へのより多くの光を許容するように使用されうる。
【００４８】
図６Ａはずれたまたは互い違いの配置の多層ライトフィルムの端面図であり、図６Ｂは斜視図である。図６Ａでは、ライトフィルム１３および１４は、それらの当該層内にのみ光源１１を有する。チャネル２３または部分溝２４が、それぞれフィルム１３、１４内に設けられる。この実施形態では、上部フィルムの光源１１およびフィルムが、チャネル２３を隠し、かつ、より均一な照明を提供するのに役立つようにずらされる。図６Ｂは斜視図であるが、上部フィルム１４と下部フィルム１３の両方の中にＬＥＤ１１を有する。この場合もやはり、上部および下部フィルム１３、１４がずらされている。この実施形態では、上部チャネルは貫通したチャネルで示されているが、別の実施形態は、フィルムを部分的にしか通らない溝またはチャネルを有する。
【００４９】
図７は、ワイドスクリーンディスプレイ用途のための、より幅広い領域全体に光を広げるのに役立つ２層フィルムを設けた複数のモジュール式多層光方向変換フィルム２５で製作されたタイル状ディスプレイ２６の上面図である。モジュール式の手法は、小さいモジュールを製造し、次いでそれらを一緒にタイル状に並べて、より大型のディスプレイを形成する効率的な手段を提供する。このように、モジュール式フィルム２５は一緒にタイル状に並べることができ、一緒にタイル状に並べられるモジュールの数に応じて様々なサイズのディスプレイを形成することができる。
【００５０】
図８は、個々の層１３、３０および１４をそれぞれ赤色、緑色および青色で照明する固体ＲＧＢ光源２１を備える多層ライトフィルム１０の側面図である。ＲＧＢ色のスタック順序は、上部、中間または下部の組み合わせであることができる。各フィルムは、光の特定の波長に対して最適化されうる光方向変換構造１５の列を有する。サイズ、幾何形状、深さおよび密度は、光の均一性を最適化するために、所望されるように変化することができる。また、固定光源は、一緒にまたは別々に駆動されうる。この実施形態では、色混合が垂直面内で達成されること留意されたい。ヒートシンク１９は、熱の蓄積を最小限に抑えかつより良い性能を保証するのに役立つように使用されうる。下部反射体１２は、光をフィルムの中へかつ観察者の方へ方向変換するのに役立つ。光学フィルム３２上の光学的構造３１は、ＬＥＤ２１からもたらされるブライトスポットを低減するために使用されうる。光学フィルムは、光をさらに散乱させるのに役立ちかつ全体的照度および全体的均一性を改善するように、ビュー側面上に第２の光学的構造も有することができる。光学的構造が固体光源を覆うように実質的に整列されているフィルム並びに光源が挿入される空洞を設けることが望ましい。光学パターンは、フィルム内の空洞または穴を超えて延びることができる。空洞は、穴を形成するようにフィルムを貫通して延びうることにも留意されたい。かかる実施形態では、一つの利点は、光源の性能に影響を及ぼしうる熱の蓄積を最小にする排熱手段を提供することである。フィルムは、好ましくは透明であり、他のライトフィルムと実質的に屈折率整合される。別の実施形態では、フィルム３２は、拡散手段を含むことができる。拡散は、表面および／または体積であることができる。拡散は、粒子、ビーズまたはボイドで実現されうる。表面は、光の光学的操作をさらに助けるように、顔料またはビーズの層でコーティングされうる。また、示されていないが、フィルム３２は２以上の層を含むことができる。例えば、フィルムは、共押出しまたはコインジェクション成形（ｃｏ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｅｄ）されて２以上の層にすることができる。各層は、異なる機能性（光学的および／または機械的）を有することができる。当技術分野で知られる他の手段もまた、この効果を達成するために使用されうる。
【００５１】
図９は、所与のチャネル内でのＲＧＢ入力光またはＬＥＤ２１の混合を助けるように、少なくとも１つのフィルム内に色混合区域４３およびクロストークチャネル１４を備える多層ライトフィルム１０の上面図である。光源はライトフィルムの２つの端部から入力されうること、および色混合区域４３はずらされるかまたはその他の方法で互い違いにされうることにも留意されたい。かかる実施形態は、より良好な光の分布および光の均一性を可能にすることができる。図９はさらに、ＬＥＤ２１が挿入される穴４１を示し、１つの穴または空洞につき２以上のＬＥＤ２１を収容するような様式に設計されうる。ＬＥＤ２１は、背中合わせまたは横並び構成で配置されうる。
【００５２】
図１０Ａは、固体光源を収容するために使用されうる様々なポケット、溝またはスルーホール３３の構造を有する多層ライトフィルム１０の断面図である。所与の多層ライトフィルム内には、少なくとも１つのポケット形状または溝形状が存在することができる。所与の多層ライトフィルム内に２つ以上の構造が存在しうるが、この図は、これらの形状がすべて１つのフィルム内に使用されるであろうことを示唆するものではない。この図は単に、様々な形状が使用されうることを示すために描かれている。異なる形状は、光の均一性を制御するのに有用であるわずかに異なるフットプリントを有する。
【００５３】
図１０Ｂは、２つの異なる光空洞を有する多層ライトフィルム１０である。一方は連続溝３４であり、他方は空洞またはポケット３３である。連続溝３４は、バックライト３５の製造および組立てにおいて有利さをもたらし、一方で、個々のポケットは別の光均一性プロファイルを提供するのに有利さを有する。
【００５４】
図１１は、下部フィルム１３および上部フィルム１４並びにＬＥＤ１１とそれに付随するヒートシンク１９を備える多層ライトフィルム１０である。ライトフィルムの縁部３５は、光線３６を上面またはビュー側面の方へ方向変換するのを助けるように、先細りにされるかまたはその他の方法で勾配が付けられている。勾配付き縁部を有する実施形態は、特にバックライトまたはディスプレイの縁部上に、より均一な照明を提供する。
【００５５】
図１２は、下部フィルム１３および上部フィルム１４並びにＬＥＤ１１とそれに付随するヒートシンク１９を備える多層ライトフィルム１０である。ライトフィルムの縁部３５は、光線３６を上面またはビュー側面の方へ方向変換するのを助けるように、先細りにされるかまたはその他の方法で勾配が付けられている。この場合、複数の縁部３５が勾配付けされている。勾配付き縁部を有する実施形態は、特にバックライトまたはディスプレイの縁部上に、より均一な照明を提供する。
【００５６】
図１３は、下部フィルム１３および上部フィルム１４並びにＬＥＤ１１とそれに付随するヒートシンク１９を備える多層ライトフィルム１０である。ライトフィルムの縁部３５は、光線３６を上面またはビュー側面の方へ方向変換するのを助けるように、先細りにされるかまたはその他の方法で勾配が付けられている。光の方向変換をさらに助けるように、少なくとも１つのフィルム内に追加の小さい粒子または空洞９９が存在することに留意されたい。粒子または空洞は、フィルム層１３および１４のどちらかまたは両方に存在することができる。別の実施形態では、粒子または空洞は、光を広げかつ明るいスポットを最小化するために光を散乱させるかまたはその他の方法で方向変換するのを助けるような様式で、光源の上方にパターン形成されうる。好ましい実施形態では、粒子９９は、有機物であり、実質的に前方散乱である。本発明は、以下の機能、すなわち拡散、光コリメーション、輝度上昇、光の広がり、光の曲がり、前方散乱、後方散乱、側方散乱偏光、偏光の再利用、光変調、光フィルタリング、補剛、寸法安定性、層分離などの機能を提供する少なくとも１つのフィルムと組み合わせて使用されうることに留意されたい。
【００５７】
図１４Ａは、下部フィルム１３および上部フィルム１４（他の実施形態は３つ以上の層を含むことができる）並びにＬＥＤ１１とそれに付随するヒートシンク１９を備える多層ライトフィルム１０である。ライトフィルムの縁部は、光線３６を上面またはビュー側面の方へ方向変換するのを助けるように、先細りにされるかまたはその他の方法で勾配が付けられている。第２のパターン付き拡散領域５１を有する拡散フィルム５０は、ライトフィルム層１４の出射面上に配置されうる。光源の上方に第２の拡散領域を有することの利点は、その領域が、光源の実質的に上方の明るい領域を最小限に抑えるように、その拡散特性に関して調整されうることである。拡散フィルム５０は、体積拡散体または表面拡散体とすることができ、非対称な特性も有しうることにも留意されたい。拡散は、粒子、ビーズ、空気ボイド、または当技術分野で知られるその他の手段、あるいはそれらの組合せによって得ることができる。拡散領域５１は、ＬＥＤとそれに関連する穴または空洞よりもわずかに幅広いフットプリントを有することができる。
【００５８】
図１４Ｂは、図１４Ａと類似しているが、光の穴または空洞の上方に配置されているビーズ、粒子または粗さパターンを有する別の実施形態である。そのようにして、追加された空気の層は、光の上方での光の拡散をさらに助けて均一な光プロファイルを発現するのを助けるために設けられる。
【００５９】
図１５Ａは、ライトフィルムの上部に置かれた拡散体５０を備える多層ライトフィルム１０の別の実施形態である。拡散体５０は、その発光面全体にわたってより均一な光を提供するのを助けるのに有用である。
【００６０】
図１５Ｂは、少なくとも一方の面上で、かつ光源の上方に形成された光学構造５３を有する別の実施形態である。光学構造５３は、より幅広いフットプリントにわたって光を方向付けることによって光源からの明るいスポットを最小限に抑えるように、光を減少させるのに有用である。そのような光学構造は、光を実質的にすべて前方向に、または主に他よりも一方向に多く広げることができる。光学構造５３は、バックライトにわたって実質的に均一な光を提供するために、任意の形状または形状の組合せを含むことができる。構造の高さプロファイルは、均一でもよく、あるいは変化してもよく、密度は、明るいスポットに適合するように変化してもよい。小型レンズ、三角形、曲線、変化する傾斜などを含む様々な多次元形状が使用されうる。表面の粗化もまた使用されうる。光学的構造は、フィルム１４の表面から突出することができ、あるいは内側へ突出することもできる。どちらの場合でも、ポリマー、有機材料、無機材料、空気などの材料の領域が存在する。
【００６１】
図１６Ａは、ワイドスクリーンディスプレイ適用のための、より幅広い領域にわたって光を広げるのに役立つ層状フィルムを設けた複数のモジュール式多層光方向変換フィルム２５で製作されたタイル状ディスプレイ２６の上面図である。水平面と垂直面のどちらにも、ＬＥＤの上方、並びに光方向変換領域の上の領域とは異なる光強度プロファイルを有することができるモジュール間に領域６１が存在することができる。図１６Ｂは、より均一な照明を有する領域を提供する。方向変換領域は、光を制御された軸外送出（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）で出射面に供給するために、実質的に垂直な構造６３または角度付きもしくはその他の勾配付き構造６２とすることができる。このように、モジュール間の領域はより均一に照明されて、明るいスポットを低減することができる。モジュール式の手法は、小さいモジュールを製造し、次いでそれらを一緒にタイルのように並べて、より大型のディスプレイを形成する効率的な手段を提供する。このように、モジュール式フィルムは一緒にタイル状に並べることができ、一緒にタイル状に並べられるモジュールの数に応じて様々なサイズのディスプレイを形成することができる。モジュール間の領域に軸外光を供給する光方向変換構造を設計することにより、より好ましいバックライトが提供されうる。
【００６２】
図１７は、層６６の中へ発光する白色光源６５と、それぞれ層１３、３０および１４の中へ発光するＲＧＢ光源２１との実質的に別々の層を備える多層ライトフィルム１０である。白色光源およびＲＧＢ光源は、任意の組合せで積み重ねることができる。この図は、同じ穴または空洞３３を占める光源を示しているが、他の実施形態では、これらの光源を別々の穴または空洞３３の中に設けることもできる。さらに、光源は、光を２以上の方向に放射するように構成されうることに留意されたい。一実施形態では、光源の発光面は、個々のライト層の厚みより薄くするべきである。光源高さの入力面高さに対する比を０．７５／１〜０．１／１とすることができる。レンズまたはその他の光学構造が光入力面６７上に設けられる場合、上記の比は、ずっと高い光入力効率を得るために変更することができる。光源は、すべてオン、すべてオフ、オンもしくはオフの多くの何らかの組合せを含むとともに、光源のいずれか１つまたはすべてに対して光源の強度を変化させるように変調されうる信号をもたらす様々な組合せで駆動されうる。ヒートシンク１９は、光源から熱を逃がすのを助けるために光源に取り付けることができる。さらに、光源またはヒートシンクの中または周囲の気体または液体を循環させる手段が、バックライト内の熱を制御するために利用されうる。この実施形態は、導光もしくは導波フィルムまたは層として描かれているが、追加の実施形態は、１つまたは複数の導光板を有する１つまたは複数の導光層を使用できることに留意されたい。
【００６３】
図１８は、光入力面１０２を有する配光フィルム（層）１０１を備える、多層ライトフィルム内に単独でまたは組み合わせて利用されうる単一フィルム層の断面図である。光入力面は、より多くの光をフィルムの中で結合させてより高い光学効率を得るために、ＬＥＤ発光面１０３と同等以上の大きさにするべきである。ポケット１０６には、発光領域１０４を有する側面放射光源（ＬＥＤ）１０３がある。光源を駆動する電気接続を助けるために、また光源から熱を逃がすのを助け、ポケット１０６内部での蓄積を最小限に抑えるためにも、光源はＰＣＢ板１０５に取り付けられる。ポケットは、ＰＣＢおよびＬＥＤの熱膨張を受け入れるのに十分な大きさである。さらに、ＬＥＤ１０３並びにポケット１０６の全部または一部の上方の配光フィルム１０１のビュー側に別のポケットまたは陥凹部１０７がある。フィルムの上部に陥凹部を設けることにより、遮光物または光反射体１０８は、配光フィルムに対して実質的に平坦な、平らまたは平面プロファイルを有する。したがって、配光フィルムのビュー側に配置されたあらゆるフィルムは、より均一な光学的光入射プロファイルを有し、液晶パネルにより均一な照明を提供する。反射体の材料は、個々の反射体または反射フィルムとすることができる。反射体１０８は、両面でまたは片面だけで反射することができる。これは、光源からの放射の明るいスポットを管理するのを助けることになる。反射体１０８は、どちらか一方または両方の面上あるいはそれらを組み合わせた面上で正反射性または拡散性とすることができる。別の実施形態では、反射体１０８はまた、より均一な照明を提供するために、反射体１０８の上方での光の配光に役立つように制御された光ポロシティー（ｌｉｇｈｔ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）または光漏れを有することもできる。これを実現する１つの手段が、反射体内にピンホール状の非連続部を設けることである。これは、反射体をパターン形成し、非連続性パターンを印刷し、反射コーティングおよび／または支持体に穴を開ける種々の手段で行うことができる。層１０８は、反射体と呼ばれるが、拡散体フィルム（体積、ホログラフィック、表面、またはそれらの組合せ、並びに非対称）とすることもできる。層１０８は、光の広がりまたはコリメーションに役立つように、少なくとも一方の面上にレンズ状構造を有することもできる。追加の実施形態では、層１０８に使用される材料は、明るいスポットを抑制するが観察者側の方へ向けられた光の量および均一性を最大にするために、偏光手段（反射偏光子など）を含むことができる。
【００６４】
図１８はさらに、ＬＥＤポケット１０６の観察者面上に光方向変換構造１０９を有する。光方向変換構造１０９は、ＬＥＤ１０３の光放射面１０４と再配光フィルムの光入力面１０２との間の空間を覆う。光方向変換構造１０９は、例えば、プリズム構造アレイ、ピラミッド構造アレイ、負マイクロレンズアレイ、超高出力正マイクロレンズアレイ、または散乱面とすることができる。それらは、列または個別の構造であってよく、それらの密度、サイズまたは形状は、光方向変換構造に沿った所望のＴＩＲ角度でフィルムの中へ出射されない、光源の発光プロファイルに応じて変化することができる。光源が配置されるポケットまたは空洞は、光入射面１０２の向かい側のＬＥＤポケット１０６の表面上に傾斜または角度１１０を有することもできる。これは、ポケット内部でのより良い熱管理を可能にするわずかに大きいポケットを提供するのに有用である。下部反射体１１１は、下部反射体１１１と液晶セルの間の他のすべての光学素子から反射した光を再利用するために、再配光フィルム全体を覆う。下部反射体１１１の穴１１２は、ＬＥＤ１０３を通すために設けられる。この穴は、ＰＣＢおよびＬＥＤの熱膨張を受け入れるのに十分な大きさである。追加の反射性材料１１３は、下部反射体の穴１１２の領域で十分な光を再利用できるようにするために、ＬＥＤ１０３に隣接するＰＣＢ１０５上に積層または付着されうる。ＬＥＤポケット１０６の縁部１１４は、再配光フィルム１０１の鋭いエッジに対して応力緩和をもたらすように、勾配または丸みをつけることができる。傾斜角度は、光が依然として再配光フィルム１０１の表面上での内部全反射条件を満たすように、十分小さくすることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 多層ライトフィルム
１１ 固体光源
１２ 反射体
１３ １次フィルム層、下部フィルム
１４ ２次フィルム層、上部フィルム
１５ 光取出し構造
１６ 空気層、空隙
１７ 空気ポケット
１８ 接着パッド
１９ ヒートシンク
２０ ビーズ、粒子
２１ 固体光源
２２ 光学的遮光手段
２３ チャネル
２４ チャネル、部分溝
２５ モジュール式多層光方向変換フィルム
２６ タイル状ディスプレイ
３０ 層
３１ 光学的構造
３２ 光学フィルム
３３ スルーホール、空洞、ポケット
３４ 連続溝
３５ 縁部
３６ 光線
４１ 穴
４３ 色混合区域
５０ 拡散フィルム、拡散体
５１ 拡散領域
５３ 光学構造
６１ 領域
６２ 角度付き構造
６３ 実質的に垂直な構造
６５ 白色光源
６６ 層
６７ 光入力面
９９ 粒子、空洞
１０１ 配光フィルム、再配光フィルム
１０２ 光入力面
１０３ ＬＥＤ
１０４ 光放射面
１０５ ＰＣＢ板
１０６ ポケット
１０７ ポケット、陥凹部
１０８ 反射体
１０９ 光方向変換構造
１１０ 勾配、角度
１１１ 下部反射体
１１２ 穴
１１３ 反射性材料
１１４ 縁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリであって、
アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；
基体上に設けられた下部反射体と；
点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源と；
点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；
点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；
１次ライトフィルムおよび２次ライトフィルムを一緒に結合するための結合手段と；
均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；
を含み、
複数のライトフィルムが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する、多層一体型バックライト照明アセンブリ。
【請求項２】
複数の固体光源のためのヒートシンクをさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項３】
第２の点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の多色固体光源をさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項４】
点光源の輝度と色の両方を修正または調整するために、３色センサをさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項５】
光方向変換領域の端部が、点光源の広がりを助けるために面取りした縁部を有する、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項６】
光方向変換領域間の光漏れを低減するために、光方向変換領域間に設けられた溝をさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項７】
１次ライトフィルムの溝が、２次ライトフィルムからずらされる、請求項６記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項８】
上部拡散体フィルム内にパターン付き拡散領域をさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項９】
ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリであって、
アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；
基体上に設けられた下部反射体と；
点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源と；
点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；
点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；
フィルムを一緒に接着するために、１次ライトフィルムと２次ライトフィルムの間に設けられた、ビーズを有するポリマー層と；
均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；
を含み、
複数のライトフィルムが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する、多層一体型バックライト照明アセンブリ。
【請求項１０】
ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリであって、
アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；
基体上に設けられた下部反射体と；
赤色、緑色または青色の点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の多色固体光源と；
赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；
赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；
赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の３次ライトフィルムと；
フィルムを一緒に接着するために、１次ライトフィルムと２次ライトフィルムと３次ライトフィルムとの間に設けられた接着パッドと；
多色固体光源から改善された色均一性をもたらすための、光方向変換領域内に設けられた複数の色混合区域と；
均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；
を含み、
複数のライトフィルムが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する、多層一体型バックライト照明アセンブリ。
【請求項１】
ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリであって、
アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；
基体上に設けられた下部反射体と；
点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源と；
点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；
点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；
１次ライトフィルムおよび２次ライトフィルムを一緒に結合するための結合手段と；
均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；
を含み、
複数のライトフィルムが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する、多層一体型バックライト照明アセンブリ。
【請求項２】
複数の固体光源のためのヒートシンクをさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項３】
第２の点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の多色固体光源をさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項４】
点光源の輝度と色の両方を修正または調整するために、３色センサをさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項５】
光方向変換領域の端部が、点光源の広がりを助けるために面取りした縁部を有する、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項６】
光方向変換領域間の光漏れを低減するために、光方向変換領域間に設けられた溝をさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項７】
１次ライトフィルムの溝が、２次ライトフィルムからずらされる、請求項６記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項８】
上部拡散体フィルム内にパターン付き拡散領域をさらに含む、請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項９】
ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリであって、
アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；
基体上に設けられた下部反射体と；
点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の固体光源と；
点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；
点光源を均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；
フィルムを一緒に接着するために、１次ライトフィルムと２次ライトフィルムの間に設けられた、ビーズを有するポリマー層と；
均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；
を含み、
複数のライトフィルムが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する、多層一体型バックライト照明アセンブリ。
【請求項１０】
ＬＣＤディスプレイのための多層一体型バックライト照明アセンブリであって、
アセンブリに構造的かつ機能的な支持を提供するための基体と；
基体上に設けられた下部反射体と；
赤色、緑色または青色の点光源を提供するための、下部反射体の開口部内に設けられた複数の多色固体光源と；
赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の１次ライトフィルムと；
赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の２次ライトフィルムと；
赤色、緑色または青色の点光源のいずれかを均一な光の面に方向変換しかつ広げるための、複数の固体光源間に設けられた光方向変換領域を有する複数の３次ライトフィルムと；
フィルムを一緒に接着するために、１次ライトフィルムと２次ライトフィルムと３次ライトフィルムとの間に設けられた接着パッドと；
多色固体光源から改善された色均一性をもたらすための、光方向変換領域内に設けられた複数の色混合区域と；
均一な光の面を拡散させるための上部拡散体と；
を含み、
複数のライトフィルムが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚みと５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する、多層一体型バックライト照明アセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−１９３９５５（Ｐ２００９−１９３９５５Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−５３４４（Ｐ２００９−５３４４）
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（３０７０１０１８８）ローム アンド ハース デンマーク ファイナンス エーエス (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３４４（Ｐ２００９−５３４４）
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（３０７０１０１８８）ローム アンド ハース デンマーク ファイナンス エーエス (51)
【Ｆターム（参考）】
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