拡散フィーチャを備えた光方向変換バー
【課題】比較的薄い寸法形状で、かつ光学的均一性を向上させるバックライト照明アセンブリを提供する。
【解決手段】点光源を提供するための複数の固体光源、点光源を光の均一な面に方向変換し広げるための、複数の固体光源間に提供される、光方向変換領域を有する複数の導光膜、並びに、対向する導光膜間に配置される光方向変換バー３０であって、前記光方向変換バーがトップキャッピング部分３２およびボトム部分３４を含み、前記ボトム部分が前記トップキャッピング部分に対して垂直に配置され、前記ボトム部分が少なくとも１つの光方向変換フィーチャを有する、光方向変換バーを含む構成とした。
【解決手段】点光源を提供するための複数の固体光源、点光源を光の均一な面に方向変換し広げるための、複数の固体光源間に提供される、光方向変換領域を有する複数の導光膜、並びに、対向する導光膜間に配置される光方向変換バー３０であって、前記光方向変換バーがトップキャッピング部分３２およびボトム部分３４を含み、前記ボトム部分が前記トップキャッピング部分に対して垂直に配置され、前記ボトム部分が少なくとも１つの光方向変換フィーチャを有する、光方向変換バーを含む構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスプレイ照明に関し、より具体的には、点光源をポリマー導光薄膜に光結合させるのに使用される光学光方向変換バーに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルは他の種類のディスプレイに代わる、コンパクトで軽量の代替物を提供するが、変調のための光を提供するある種のバックライト照明を必要とする。ＬＣＤおよび類似のディスプレイのためのバックライト照明は典型的には光供給面によって提供され、この光供給面は見る者に対してＬＣＤパネルの背面に位置し、１以上の光源からの光をＬＣＤパネルを通る様に方向変換する。光供給面の典型的な種類の１つは導光板（Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｉｎｇ Ｐｌａｔｅ；ＬＧＰ）である。ＬＧＰは、入射光を方向変換するために全内部反射（ＴＩＲ）を使用する導波路として機能し、導波路はその側端に沿って位置する１以上の光源から入射光を受ける。内部反射された光を取り出し、ディスプレイパネルの方にこの光を方向変換するために、ある種の表面フィーチャリング（ｓｕｒｆａｃｅ ｆｅａｔｕｒｉｎｇ）がＬＧＰ上に提供される。ＬＧＰを使用する照明装置の一例はゴトウ（Ｇｏｔｏ）らへの米国特許第５，９９９，６８５号、タイトル「導光板および導光板を使用する表面光源（ＬＩＧＨＴ ＧＵＩＤＥ ＰＬＡＴＥ ＡＮＤ ＳＵＲＦＡＣＥ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＬＩＧＨＴ ＧＵＩＤＥ ＰＬＡＴＥ）」に示されている。
【０００３】
ゴトウ（Ｇｏｔｏ）らの開示に提案された様な解決策が有する欠点の中には、従来の導光板の相対的な厚さおよび全体的な体積がある。従来のＬＧＰは、多くの場合ＬＣＤパネル自体の厚みを越える。ＬＣＤ ＴＶの様な大きなディスプレイの出現に伴って、およびよりコンパクトな固体光源、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発に伴って、既存の設計よりも、より薄い形状を提供し、より軽量であり、かつより可とう性であるＬＧＰ解決策についての必要性が存在している。ディスプレイがより大きな規模になり続けるにつれて、そしてより可とう性の基体の使用が増大するにつれて、厚みが１ｍｍ近づき、より可とう性のＬＧＰについての要求が増大している。
【０００４】
より小さくてより可とう性のディスプレイにさらによく適したＬＧＰ装置のために、多数の解決策が提案されてきた。しかし、今まで提案された解決策は、それらの利便性を限定する、あるいはそれらを製造困難にする本来的な欠点を有する。例えば、ＬＧＰ面に形成される種々のタイプの光取り出しフィーチャ（ｌｉｇｈｔ−ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）が提案されてきた。しかし、提案された多くの光取り出しフィーチャの幾何学的形状は、射出成形または高温圧縮成形といった製造方法を必要とする。これらの製造方法は、より厚い材料に対してはうまく行く場合があるが、ＬＧＰの厚さが薄くなるにつれてますます困難で非実用的になることが分かっている。例えば、多数の提案された解決策は、９０度の垂直壁を有する表面光取り出しフィーチャを必要とする。このスケールにおける鋭角は、必要なサイズで既知のプラスチック材料では如何なる方法を使用しても製造が極めて困難である可能性がある。さらに他のものは比較的高い、高さ：幅アスペクト比を有するフィーチャであって、同様の理由から製造が困難なフィーチャを必要とする。このような構造体は理論的にはうまく行く可能性があり、またこれらの製造も可能であり得るが、これらが示す製造上の問題は提案された設計の多くを量産に関して非現実的にしている。鋭角の側壁を有する光取り出しフィーチャを有するＬＧＰが、どのように経済的に量産され得るかについてほとんど注意が払われてこなかったように思われる。
【０００５】
さらに、ＬＥＤを光源として使用するＬＣＤ ＴＶは一般的に、ＬＧＰの周囲を囲むように配置された上面発光（ｔｏｐ ｅｍｉｔｔｉｎｇ）ＬＥＤを伴う厚いＬＧＰを使用する。ＬＧＰの周囲を囲むように配置される上面発光ＬＥＤは典型的にはベゼルの下に位置する。ベゼルは、ＬＥＤから発生したがＬＧＰ／ＬＥＤ界面に結合していない望まれない光を覆い、吸収する役目を果たす。よって、ＬＥＤから発生した結合していない光はＬＣＤを照明するのに使用されず、無駄である。
【０００６】
先行技術のＬＥＤバックライトアセンブリは多くの場合、導光板のための光源として末端に向けられた側面発光ＬＥＤまたは上面発光ＬＥＤを使用する。これら先行技術のバックライトユニットアセンブリの光結合効率を向上させるために、ＬＥＤ出射は導光板の入射面の１５０マイクロメートル以内にあることを必要とする。ＬＥＤ出射面と導光板の入射面との間の相対的に短い距離は２つの大きな問題を生じさせる。一つ目は、ＬＥＤからの熱エネルギーが多くの場合時間の経過とともに入射面の歪みを引き起こし、光結合効率の低減を起こしうる。二つ目はＬＥＤ出射と導光板入射との間の距離の変動が、導光板への光入射量の望まれない変動を引き起こし、これにより導光板からの出射変動を増大させる。
【０００７】
ＬＣパネルのための光源としてのＬＥＤの使用は、ＬＣＤ ＴＶの全電力消費を低減させるために、イメージ内容を伴ったレジストレーション（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）において、ＬＥＤが全体的に減光される（ｄｉｍｍｅｄ）のを可能にする一方で、これらエッジライトＬＥＤ ＴＶは、典型的には、そのＬＥＤの外周配置のせいで局所的に動的に減光されることができない。ＬＥＤの小さなグループがイメージ内容を伴うレジストレーションにおいて減光されうるので、ＬＥＤの局所的減光は、全体的な減光と比較して、ＬＥＤで照明されるＬＣＤ ＴＶの全体的な電力消費をさらに低減させることが示されてきた。さらに局所的減光が、全体的減光と比較して表示されたイメージのコントラスト比を有意に向上させることも示されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，９９９，６８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
よって、可とう性材料の使用を可能にし、比較的薄い寸法形状で製造されることができ、高体積製造のために設計され、および局所的に減光されうる導光面（ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）解決策についての必要性が存在することが認識される。さらに、導光板の光学的均一性を向上させるために、代替的なＬＥＤ結合メカニズムが必要とされることも認識される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、点光源を提供するための複数の固体光源；点光源を光の均一な面に方向変換し広げるための、複数の固体光源間に提供される、光方向変換領域を有する複数の導光膜；並びに、対向する導光膜間に配置される光方向変換バーであって、前記光方向変換バーがトップキャッピング部分およびボトム部分を含み、前記ボトム部分が前記トップキャッピング部分に対して垂直に配置され、前記ボトム部分が少なくとも１つの光方向変換フィーチャを有する、光方向変換バー；を含む、ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の導光膜を使用するディスプレイ装置を示す。
【図２】図２は一実施形態における導光膜の透視図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは導光膜表面におけるフィーチャでの入射光についての光の挙動を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは導光膜表面におけるフィーチャでの入射光についての光の挙動を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは導光膜表面におけるフィーチャでの入射光についての光の挙動を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは導光膜表面におけるフィーチャでの入射光についての光の挙動を示す。
【図４】図４は導光膜の一部分、光源および光方向変換フィーチャを備えた光方向変換バーを示す透視図を示す本発明の別の実施形態である。
【図５】図５は導光膜の一部分、光源および光方向変換フィーチャを備えた光方向変換バーを示す３次元透視図を示す本発明の別の実施形態である。
【図６Ａ】図６Ａは光方向変換バーおよび光源の断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図６Ｂ】図６Ｂは点光源に関連している光拡散レンズを備えたＶ字溝型光方向変換バーの断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図７Ａ】図７Ａは点光源に関連している複数表面光方向変換領域を有する光方向変換バーの断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図７Ｂ】図７Ｂは点光源に関連している頂点を形成する湾曲した光方向変換領域を有する光方向変換バーの断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図７Ｃ】図７Ｃは点光源に関連している湾曲した光方向変換領域を有する光方向変換バーの断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図８Ｂ】図８Ｂは光拡散レンズの透視図を示す本発明の別の実施形態である。
【図８Ｃ】図８Ｃは光拡散レンズの透視図を示す本発明の別の実施形態である。
【図９】図９は導光膜および点光源に関連しているｖ字溝型光方向変換領域を有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１０Ａ】図１０Ａは点光源に関連している上面および底面の双方にｖ字溝を有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは点光源に関連している光拡散レンズを装着した上面および底面の双方にｖ字溝を有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１１Ａ】図１１Ａは点光源に関連している上部湾曲光方向変換セクションおよび下部ｖ字溝型光方向変換セクションを有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは点光源に関連している上部ｖ字溝型光方向変換セクションおよび下部ｖ字溝型光方向変換セクションを有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは点光源に関連している上部多面方向変換セクションおよび下部ｖ字溝型光方向変換セクションを有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは点光源に関連している頂点を形成する上部湾曲光方向変換セクションおよび下部ｖ字溝型光方向変換セクションを有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、本発明に従って、少なくとも２つの導光物品である導光膜（ＬＧＦ）２０を使用するバックライト照明アセンブリ１８を有するディスプレイ装置１０の実施形態が断面で示される。光源１２は照明をＬＧＦ２０の入射端２２を通る様に向かわせる。ＬＧＦ２０はこの照明を外側に、１以上の上部拡散膜１４を通り、この照明を変調する空間光変調器ここではＬＣＤディスプレイ１６の方に方向変換する。光方向変換バー３０は点光源１２の上方に位置して、点光源１２から導光膜２０への光エネルギーを方向変換すると共に、導光膜２０に結合されていないそのエネルギーを拡散させる。好ましくは、光方向変換バー３０と出射面２４との間の輝度差は±１０％、より好ましくは±５％である。光方向変換バーと隣の導光膜との間の輝度差を低減することは、バックライトアセンブリユニットからの望ましい均一な光出射を生じさせる。１５％より大きな輝度差は目視で観察されることができ、劣ったイメージ品質をもたらす。輝度差を低減することは出射面２４からの光出射と光方向変換バー３０からの光出射とのバランスをとることにより達成される。出射面１２からの輝度は、入射端２２でのまたは入射端２２の付近での、光取り出しフィーチャ２６のサイズ、形状およびピッチによって制御される。光方向変換バー３０の輝度は光方向変換バー材料の拡散特性、結合クリップの形状、光方向変換バーの厚み、および光源１２から入射端２２へ結合されていない光の量によって制御される。
【００１３】
光源１２は多くの種類の発光素子を使用することができる。ラップトップコンピュータおよびより大きなディスプレイに使用される従来のＬＧＰはＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）を使用してきた。本発明のＬＧＦ２０は、この厚い種類の光源を使用することができるが、薄い形状の光源、例えば、ＬＥＤの線状配列、ＯＬＥＤの線状配列、または他の線状固体光源と共に使用するのに有利である。
【００１４】
図２の透視図は照明装置１８におけるＬＧＦ２０およびその光出射面２４の形態を示す。図２に示されるように、光源１２は照明を入射端２２に向け、この入射端は出射面２４に対して実質的に垂直である。離散した光取り出しフィーチャ２６は出射面２４上、あるいは底面２８上に形成されており、その結果、出射面２４および底面２８のいずれかもしくは双方がパターン形成された面である。後の図面においてより詳細に認められるように、光取り出しフィーチャ２６はＬＧＦ２０の長さ方向Ｌに沿って寸法的に伸ばされていることができ、長さ方向Ｌに対して垂直の幅方向Ｗで、より狭い場合がある。光源１２は一般的に長さ方向Ｌに沿って配置される。光取り出しフィーチャ２６は表面２４または２８にわたって等しい間隔で空間的に分布しうるが；光取り出しフィーチャ２６の空間分布、またはサイズまたはピッチは、図２に示されそして後に記載されるように、幅方向Ｗでの入射端２２からの距離に応じて変化する実施形態で有利である場合がある。
【００１５】
図２Ａを参照して、本発明の一実施形態においては、導光膜２０はＬ−Ｗ面において、光取り出しフィーチャを含まない比較的小さな領域を伴って提供される。Ｌ−Ｗ面における導光膜２０の全領域の約１〜１０％であるこの比較的小さな領域は光源１２についてのミキシング領域として機能する。このミキシング領域は特に多モード光源、例えば、ＲＧＢまたはＲＧＢＷまたはＲＧＧＢについて重要である。このミキシング領域は、青色染料および黄色蛍光体を含む先行技術の白色ＬＥＤよりも高い色域の白色光を作成するための多モード光源のミキシングのための効果的な方法であることが示された。
【００１６】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄは、出射面２４または底面２８のいずれかであるパターン形成された面上の光取り出しフィーチャ２６の様々な配置を断面図において示す。これらの図中の点線は、光取り出しフィーチャ２６の挙動を示す様々な典型的な光路を示す。光は、導光技術分野の当業者にはよく知られている原理である全内部反射（ＴＩＲ）によってＬＧＦ２０内に向けられる。光取り出しフィーチャ２６の一般的な機能は、それらが面２４または２８から突出しているかまたは面の方に窪んで形成されるかに係わらず、ＴＩＲを妨げ、この光をＬＧＦ２０から外に出すことである。図３Ａおよび３Ｂは、それぞれ表面から突出しているかまたは表面に陥没している、出射面２４上に形成される２種類の光取り出しフィーチャ２６についての光の挙動を示す。いずれのケースにおいても、内部反射光は、それが光取り出しフィーチャ２６の面に衝突すると出射面２４から外に向けられる。
【００１７】
図３Ｃおよび３Ｄは、光取り出しフィーチャ２６が底面２８上に形成される別の実施形態を示す。光取り出しフィーチャ２６を使用して取り出された光を方向変換するために、これらの実施形態については、反射面６６が照明装置１８（図１および２）の部品として提供される。反射面６６は、この光を戻してＬＧＦ２０を通し、そして出射面２４から出すように方向変換する。
【００１８】
図４は導光膜２０および点光源１２の透視図を示す。光源１２は導光膜２０入射端より下に配置される。導光膜の下方には反射体６６があり、反射体６６上に入射した光を膜２０の方に反射させる。導光膜２０は逐次的にもしくはパターンで配置されて、均一で明るいバックライト照明アセンブリを作り出す。点光源１２はバックライト照明アセンブリの照明領域内にある。ＬＣＤ ＴＶ用途のためには、導光膜２０の長さＬは好ましくは幅Ｗより大きい。より好ましくは、長さＬは導光膜の幅Ｗよりも１０倍以上大きい。
【００１９】
図４における光源は光方向変換バー３０の隣でかつ導光膜２０の面の下方に配置される。光方向変換バー３０は好ましくは、光源１２からの光エネルギーを光方向変換バー３０の右側および左側の導光膜２０に方向変換する。好ましくは、光方向変換バー３０は光源１２から放射される全光エネルギーの８０を超えて導光膜２０に方向変換する。導光膜２０に光結合されていない光エネルギーは光方向変換バー２０によって、トップキャッピング（ｔｏｐ ｃａｐｐｉｎｇ）部分３４からの光出射が導光膜２０の上面からの光出射と実質的に同じであるように拡散される。
【００２０】
図４における光源１２は好ましくは、バックライト照明アセンブリがディスプレイ装置のイメージ内容を伴うレジストレーションにおいて局所的に減光されうるように配置される。点光源の局所的減光はＬＣＤの電力消費を低減させると共にＬＣＤのコントラスト比を有意に向上させることを示した。光源１２のサブグループを減光することによって、導光膜２０の小さな画定された領域が、光源１２に供給される電流を変化させることにより劇的に減光されうる。減光される領域のサイズは、減光される点光源の数と導光膜２０の幅Ｗとの関数である。光源１２は光を単一の導光膜２０に入射させるように配置されうるか、または２つの隣り合う導光膜に光を入射させるように配置されうる。光源は好ましくは、均一な光が導光膜２０に入射するのを可能にするようなサイドバイサイドの形態で配置される。
【００２１】
光源１２は導光膜２０の間に分布され配置される。導光膜２０の間の光源１２の分布は、集中した熱発生点を有するエッジライト型バックライトユニットよりも低い温度勾配をバックライト照明アセンブリにわたって有するバックライトアセンブリを生じさせる。先行技術のエッジ照明型バックライトアセンブリで見いだされるもののような高い温度勾配は、温度勾配からもたらされる熱膨張の違いのせいで光学部品の望ましくない波打ちまたはしわを生じさせる。さらに、エッジ照明型バックライトアセンブリに存在する高い温度勾配は、多くの場合、熱による波打ちおよび座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）に耐えるように使用される高価で重い金属フレームを必要とする。
【００２２】
導光膜２０と光方向変換バー３０との間の充分に小さな隙間は熱による望ましくない座屈および波打ちを低減させることが示された。導光膜の座屈および波打ちは導光膜２０からの光出射の均一性を低減させる。導光膜２０と光方向変換バー３０との間の充分に小さな隙間は熱膨張したポリマー導光膜のための物理的空間を作り出すことが認められた。この導光膜の隙間は、概念的に、道路と橋において一般的に利用される熱膨張用の隙間に類似する。熱膨張用隙間のサイズはバックライトアセンブリの操作条件および導光膜の熱膨張係数に関連する。
【００２３】
Ｌ方向に沿った光源１２のピッチは導光膜２０の望まれる光出射特性の関数である。光取り出しフィーチャ２６の密度、ピッチおよびサイズも、導光膜２０の望まれる光出射特性の関数である。光取り出しフィーチャのサイズ、位置およびピッチも光源１２の光出射特性に関連する。光源１２の重要な光学的特徴には、色度、光分布、および照度が挙げられる。一般的に、光取り出しフィーチャ２６の密度は、光エネルギーの均一な取り出しを可能にするように、光入射面の反対側よりも光入射面２２において低い。
【００２４】
図５は導光膜２０の一部分、光源１２および光方向変換バー３０の位置を示す３次元図である。光方向変換バー３０はボトム部分３４およびトップキャッピング部分３２を含む。本発明の一実施形態においては、トップキャッピング部分３２は導光膜２０と接触する。この接触は点光源の一貫した拡散および方向変換の双方を可能にする。
【００２５】
図６Ａは点光源１２に関連している光方向変換バー３０の断面図である。光方向変換バー３０はトップキャッピング部分３２およびボトム部分３４を含む。ボトム部分３４は光方向変換フィーチャ３６を含む。図６Ａにおいては、光方向変換フィーチャはｖ字溝において終了する対向する傾斜面である。光源１２から光方向変換フィーチャ３６に入射する光エネルギーは光拡散バー光出射面４０に向かうように方向変換される。光方向変換バー３０は、ＬＣＤ ＴＶバックライトアセンブリに一般的に利用されている上面発光ＬＥＤの使用を可能にする。先行技術のバックライトアセンブリは、概して、上面発光ＬＥＤを使用し、上面発光ＬＥＤの出射レンズが先行技術の導光板に向けられるされるように、９０度回転させられる。典型的な効率的な放熱技術が容易に使用できないので、先行技術のシステムにおける上面発光ＬＥＤのこの回転は熱伝達問題を引き起こす。さらに、電子制御板も回転させられなければならず、光学系を妨げる傾向がある。光拡散バー３０は上面発光ＬＥＤが光方向変換フィーチャ３０に向けられた出射レンズを有することを可能にする。この好ましいＬＥＤの向きは、ＬＥＤを効率的に放熱させることができるバックプレートとこのＬＥＤが接触しているのを可能にする。さらに、制御板はシステムの光学系を妨げない。光方向変換バー３０はバックライト照明アセンブリの照明領域にＬＥＤが効率的に配置されるのを可能にする。
【００２６】
図６Ｂは光拡散フィーチャ３６および拡散バー光出射面４０の双方の上に光拡散レンズ３８を備えた光拡散バー３０の断面である。好ましくは、光拡散レンズは８０〜１００度の夾角を有するピラミッド型である。この表面３６上のピラミッド型レンズは、光源１２から光方向変換バー３０への光結合効率を有意に増大させる。拡散バー光出射面４０上のピラミッド型レンズは光エネルギーをコリメートさせかつ拡散させて、それにより、光方向変換バーと導光膜との間の光結合効率を増大させる。
【００２７】
図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは点光源１２に関連している光方向変換バー３０の断面図である。図７Ａに示されるように、光方向変換フィーチャ３６は好ましくは単一の曲面である。本発明の別の実施形態においては、光方向変換フィーチャは図７Ｂに示されるような複数ファセット平面もしくは面の組み合わせである。本発明のさらなる実施形態においては、光方向変換フィーチャは好ましくは図７Ｃに示されるような複数ファセット面の組み合わせである。光源１２と光方向変換フィーチャ３６との間の光結合を向上させるために、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃにおける光方向変換フィーチャ３６は小さなレンズを含むこともできる。
【００２８】
図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは方向変換フィーチャおよび／または出射面上に存在することができる好ましい光拡散レンズを示す。図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃにおけるレンズは光源と光方向変換バーとの間、並びに本発明の光方向変換バーと導光膜との間の光結合を効率的に増大させることが示された。光方向変換バーの出射面において、レンズは光出射分布を狭くし、導光膜厚みの低減および向上した結合効率を可能にすることが示された。
【００２９】
図９は、点光源１２および導光膜２０と関連している光方向変換バー３０の断面図である。光方向変換バー３０は好ましくは光出射面４０の隣に光コリメートスロープ４２を有し、光コリメートスロープ４２がない光方向変換バーと比較して光方向変換バー３０および導光膜２０の高さを低減する。光方向変換バー３０および導光膜２０双方の厚みを低減することは、バックライトアセンブリのコストを低減し、バックライトユニットアセンブリの重量を低減し、および所望の薄いバックライトユニットアセンブリを生じさせる。
【００３０】
図１０Ａおよび１０Ｂは点光源１２に関連している光方向変換バー３０の断面図である。光方向変換面３６は光源１２からの光エネルギーを出射面４０の方に方向変換する。トップキャッピング部分３２は導光入射面の入射端上での光のフレネル反射に起因する高輝度のスポットを低減させる。好ましくは図１０Ｂに示されるように、レンズは光方向変換フィーチャ３６および出射面４０の双方上にある。光方向変換バーの入射面および出射面上のレンズ構造は図８Ａにおいて示されるような線状プリズム型レンズ、または図８Ｂにおける円柱形レンズ、または図８Ｃに示されるような個々の要素であることができる。
【００３１】
図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄは、点光源１２と関連している光方向変換バー３０の断面図である。図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄにおいては、光方向変換バー３０は好ましくは、下部光方向変換フィーチャ３６と上部光方向変換フィーチャ４４との双方を有する。図１１Ａは平坦な下部フィーチャ３６および単一湾曲上部フィーチャ４４を有する光方向変換バーを示す。図１１Ｂは平坦な下部フィーチャ３６および平坦な上部フィーチャ４４を示す。図１１Ｃは平坦な下部光方向変換面および上部複数ファセット光方向変換面を有する光方向変換バーを示す。図１２Ｃは平坦な下部光方向変換面および放物線型上部光方向変換面を有する光方向変換バーを示す。図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄに示される光方向変換バーは表面が滑らかであってよく、または光方向変換バーの入射面および／または出射面上にレンズ構造を備えていてもよい。レンズは図８Ａに示されるような線状プリズム型レンズ、または図８Ｂにおける円柱型レンズ、または図８Ｃに示されるような個々の要素であってよい。
【００３２】
有利には、光方向変換バーは材料内容が異なる２つの別個のセクションを含む。２以上の別個のセクションを使用することにより、材料組成および追加物が変えられて、光方向変換バーの効率を向上させることができる。例えば、光方向変換バーのトップキャッピング部分は拡散を助ける材料組成を有することができ、光方向変換バーのボトム部分は、ボトム部分の光方向変換効率を向上させるために実質的に透明にされることができる。
【００３３】
使用される材料
ＬＧＦ２０は、ポリカルボナート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）、またはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）をはじめとするが、これに限定されない様々な種類の透明材料から形成されうる。
【００３４】
光方向変換バーは様々な種類のポリマー材料、好ましくは熱可塑性物質から形成されうる。好ましい材料の例としては、これらに限定されないが、ポリカルボナート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）、またはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）が挙げられる。
【００３５】
有利なことには、本発明の光方向変換バーは前方散乱追加物を含む。前方散乱は、偏向されたエネルギーが入射波の伝播の方向の９０°以内の方向に伝播するように、入射電磁波の一部の問題となっている波長に関して大きいがビーム直径に関して小さい寸法の粒子状物質による非鏡面反射、不均一屈折、または回折による偏向である。散乱プロセスは偏光感受性である場合があり、すなわち、その偏光以外はあらゆる点で同じである入射波は異なるように散乱されうる。好ましい前方散乱追加物の例は、少なくとも０．０２の屈折率差を有するコアシェル粒子である。前方散乱は反射散乱と比較して吸着損失を低減させ、より均一なバックライトアセンブリを生じさせるので、前方散乱は散乱の好ましい形態である。
【００３６】
導光膜のパターン形成される面上に形成されるフィーチャはＬＣＤおよび他の種類のバックライトディスプレイのために、特に小さなディスプレイおよび持ち運び可能な装置のために照明を提供するのを助ける。本発明の実施形態は１ｍｍ以下の厚みで製造されうる導光膜を提供する。これは特にＬＥＤ、ＯＬＥＤまたはレーザーアレイおよび他の線状固体光アレイと共に使用するのに特に有利である本発明のＬＧＦを製造する。
【００３７】
本発明の拡散バーは好ましくは異形押出として知られるプロセスを用いて製造される。このプロセスは連続断面を有するプラスチック製品、例えば、飲み物を飲むためのストロー、ポリマーガスケット、装飾成形、ウィンドウトリミング、およびポリマー溶融物が高圧下で中空成形キャビティーに入れられる様々な他の製品を製造するのに使用される。
【００３８】
望まれるポリマーは機械ホッパー（この機械は押出機として知られている）にペレット形態で供給され、この材料は回転するスクリューによって、加熱されたバレルの内側で連続的に前方に運ばれ、摩擦および熱の双方によって柔らかくされる。次いで、柔らかくされたポリマーはダイを通って出て、冷水に直接入れられ、そこで製品が固化する。ここから、それは前方のテイクオフローラーに運ばれ、このテイクオフローラーは実際には、柔らかくされたプラスチックをダイから引っ張るように働く。
【００３９】
このダイは押出機の末端に配置された金属プレートであり、その内部の切り抜き部分を有し、この切り抜きおよびテイクオフローラーの速度が、製造される製品の断面を決定する。管の末端における開口のせいで製品は固体棒状で現れ、その開口が製造される製品とは異なる断面を有していた場合には、その新たな断面を持つこととなるであろう。基本的に、押出は材料をダイオリフィスに通過させることとして定義されうる。このダイオリフィスは最終製品の最終的な形状をもたらす。
【００４０】
有利には、光方向変換バーは材料組成が異なる２以上のセクションを有する。好ましくは、複数の材料の光方向変換バーを製造するために共押出が使用される。共押出は複数の層の材料を同時に押し出すことである。この種の押出は２以上の押出機を使用して、溶融し、一定体積スループット（ｓｔｅａｄｙ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）の異なる粘性のプラスチックを、その材料を所望の形状に押し出すであろう単一押出ヘッド（ダイ）に送達する。材料を送達する個々の押出機の相対速度およびサイズによって層の厚さは制御される。
【符号の説明】
【００４１】
１０ ディスプレイ装置
１２ 光源
１４ 上部拡散膜
１６ 空間光変調器
１８ バックライト照明アセンブリ
２０ 導光膜（ＬＧＦ）
２２ 入射端
２４ 出射面
２６ 光取り出しフィーチャ
２８ 底面
３０ 光方向変換バー
３２ トップキャッピング部分
３４ ボトム部分
３６ 下部光方向変換フィーチャ、光方向変換フィーチャ
３８ 光拡散レンズ
４０ 光出射面
４４ 上部光方向変換フィーチャ
６６ 反射面
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスプレイ照明に関し、より具体的には、点光源をポリマー導光薄膜に光結合させるのに使用される光学光方向変換バーに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルは他の種類のディスプレイに代わる、コンパクトで軽量の代替物を提供するが、変調のための光を提供するある種のバックライト照明を必要とする。ＬＣＤおよび類似のディスプレイのためのバックライト照明は典型的には光供給面によって提供され、この光供給面は見る者に対してＬＣＤパネルの背面に位置し、１以上の光源からの光をＬＣＤパネルを通る様に方向変換する。光供給面の典型的な種類の１つは導光板（Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｉｎｇ Ｐｌａｔｅ；ＬＧＰ）である。ＬＧＰは、入射光を方向変換するために全内部反射（ＴＩＲ）を使用する導波路として機能し、導波路はその側端に沿って位置する１以上の光源から入射光を受ける。内部反射された光を取り出し、ディスプレイパネルの方にこの光を方向変換するために、ある種の表面フィーチャリング（ｓｕｒｆａｃｅ ｆｅａｔｕｒｉｎｇ）がＬＧＰ上に提供される。ＬＧＰを使用する照明装置の一例はゴトウ（Ｇｏｔｏ）らへの米国特許第５，９９９，６８５号、タイトル「導光板および導光板を使用する表面光源（ＬＩＧＨＴ ＧＵＩＤＥ ＰＬＡＴＥ ＡＮＤ ＳＵＲＦＡＣＥ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＬＩＧＨＴ ＧＵＩＤＥ ＰＬＡＴＥ）」に示されている。
【０００３】
ゴトウ（Ｇｏｔｏ）らの開示に提案された様な解決策が有する欠点の中には、従来の導光板の相対的な厚さおよび全体的な体積がある。従来のＬＧＰは、多くの場合ＬＣＤパネル自体の厚みを越える。ＬＣＤ ＴＶの様な大きなディスプレイの出現に伴って、およびよりコンパクトな固体光源、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発に伴って、既存の設計よりも、より薄い形状を提供し、より軽量であり、かつより可とう性であるＬＧＰ解決策についての必要性が存在している。ディスプレイがより大きな規模になり続けるにつれて、そしてより可とう性の基体の使用が増大するにつれて、厚みが１ｍｍ近づき、より可とう性のＬＧＰについての要求が増大している。
【０００４】
より小さくてより可とう性のディスプレイにさらによく適したＬＧＰ装置のために、多数の解決策が提案されてきた。しかし、今まで提案された解決策は、それらの利便性を限定する、あるいはそれらを製造困難にする本来的な欠点を有する。例えば、ＬＧＰ面に形成される種々のタイプの光取り出しフィーチャ（ｌｉｇｈｔ−ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）が提案されてきた。しかし、提案された多くの光取り出しフィーチャの幾何学的形状は、射出成形または高温圧縮成形といった製造方法を必要とする。これらの製造方法は、より厚い材料に対してはうまく行く場合があるが、ＬＧＰの厚さが薄くなるにつれてますます困難で非実用的になることが分かっている。例えば、多数の提案された解決策は、９０度の垂直壁を有する表面光取り出しフィーチャを必要とする。このスケールにおける鋭角は、必要なサイズで既知のプラスチック材料では如何なる方法を使用しても製造が極めて困難である可能性がある。さらに他のものは比較的高い、高さ：幅アスペクト比を有するフィーチャであって、同様の理由から製造が困難なフィーチャを必要とする。このような構造体は理論的にはうまく行く可能性があり、またこれらの製造も可能であり得るが、これらが示す製造上の問題は提案された設計の多くを量産に関して非現実的にしている。鋭角の側壁を有する光取り出しフィーチャを有するＬＧＰが、どのように経済的に量産され得るかについてほとんど注意が払われてこなかったように思われる。
【０００５】
さらに、ＬＥＤを光源として使用するＬＣＤ ＴＶは一般的に、ＬＧＰの周囲を囲むように配置された上面発光（ｔｏｐ ｅｍｉｔｔｉｎｇ）ＬＥＤを伴う厚いＬＧＰを使用する。ＬＧＰの周囲を囲むように配置される上面発光ＬＥＤは典型的にはベゼルの下に位置する。ベゼルは、ＬＥＤから発生したがＬＧＰ／ＬＥＤ界面に結合していない望まれない光を覆い、吸収する役目を果たす。よって、ＬＥＤから発生した結合していない光はＬＣＤを照明するのに使用されず、無駄である。
【０００６】
先行技術のＬＥＤバックライトアセンブリは多くの場合、導光板のための光源として末端に向けられた側面発光ＬＥＤまたは上面発光ＬＥＤを使用する。これら先行技術のバックライトユニットアセンブリの光結合効率を向上させるために、ＬＥＤ出射は導光板の入射面の１５０マイクロメートル以内にあることを必要とする。ＬＥＤ出射面と導光板の入射面との間の相対的に短い距離は２つの大きな問題を生じさせる。一つ目は、ＬＥＤからの熱エネルギーが多くの場合時間の経過とともに入射面の歪みを引き起こし、光結合効率の低減を起こしうる。二つ目はＬＥＤ出射と導光板入射との間の距離の変動が、導光板への光入射量の望まれない変動を引き起こし、これにより導光板からの出射変動を増大させる。
【０００７】
ＬＣパネルのための光源としてのＬＥＤの使用は、ＬＣＤ ＴＶの全電力消費を低減させるために、イメージ内容を伴ったレジストレーション（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）において、ＬＥＤが全体的に減光される（ｄｉｍｍｅｄ）のを可能にする一方で、これらエッジライトＬＥＤ ＴＶは、典型的には、そのＬＥＤの外周配置のせいで局所的に動的に減光されることができない。ＬＥＤの小さなグループがイメージ内容を伴うレジストレーションにおいて減光されうるので、ＬＥＤの局所的減光は、全体的な減光と比較して、ＬＥＤで照明されるＬＣＤ ＴＶの全体的な電力消費をさらに低減させることが示されてきた。さらに局所的減光が、全体的減光と比較して表示されたイメージのコントラスト比を有意に向上させることも示されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，９９９，６８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
よって、可とう性材料の使用を可能にし、比較的薄い寸法形状で製造されることができ、高体積製造のために設計され、および局所的に減光されうる導光面（ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）解決策についての必要性が存在することが認識される。さらに、導光板の光学的均一性を向上させるために、代替的なＬＥＤ結合メカニズムが必要とされることも認識される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、点光源を提供するための複数の固体光源；点光源を光の均一な面に方向変換し広げるための、複数の固体光源間に提供される、光方向変換領域を有する複数の導光膜；並びに、対向する導光膜間に配置される光方向変換バーであって、前記光方向変換バーがトップキャッピング部分およびボトム部分を含み、前記ボトム部分が前記トップキャッピング部分に対して垂直に配置され、前記ボトム部分が少なくとも１つの光方向変換フィーチャを有する、光方向変換バー；を含む、ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の導光膜を使用するディスプレイ装置を示す。
【図２】図２は一実施形態における導光膜の透視図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは導光膜表面におけるフィーチャでの入射光についての光の挙動を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは導光膜表面におけるフィーチャでの入射光についての光の挙動を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは導光膜表面におけるフィーチャでの入射光についての光の挙動を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは導光膜表面におけるフィーチャでの入射光についての光の挙動を示す。
【図４】図４は導光膜の一部分、光源および光方向変換フィーチャを備えた光方向変換バーを示す透視図を示す本発明の別の実施形態である。
【図５】図５は導光膜の一部分、光源および光方向変換フィーチャを備えた光方向変換バーを示す３次元透視図を示す本発明の別の実施形態である。
【図６Ａ】図６Ａは光方向変換バーおよび光源の断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図６Ｂ】図６Ｂは点光源に関連している光拡散レンズを備えたＶ字溝型光方向変換バーの断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図７Ａ】図７Ａは点光源に関連している複数表面光方向変換領域を有する光方向変換バーの断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図７Ｂ】図７Ｂは点光源に関連している頂点を形成する湾曲した光方向変換領域を有する光方向変換バーの断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図７Ｃ】図７Ｃは点光源に関連している湾曲した光方向変換領域を有する光方向変換バーの断面を示す本発明の別の実施形態である。
【図８Ｂ】図８Ｂは光拡散レンズの透視図を示す本発明の別の実施形態である。
【図８Ｃ】図８Ｃは光拡散レンズの透視図を示す本発明の別の実施形態である。
【図９】図９は導光膜および点光源に関連しているｖ字溝型光方向変換領域を有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１０Ａ】図１０Ａは点光源に関連している上面および底面の双方にｖ字溝を有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは点光源に関連している光拡散レンズを装着した上面および底面の双方にｖ字溝を有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１１Ａ】図１１Ａは点光源に関連している上部湾曲光方向変換セクションおよび下部ｖ字溝型光方向変換セクションを有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは点光源に関連している上部ｖ字溝型光方向変換セクションおよび下部ｖ字溝型光方向変換セクションを有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは点光源に関連している上部多面方向変換セクションおよび下部ｖ字溝型光方向変換セクションを有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは点光源に関連している頂点を形成する上部湾曲光方向変換セクションおよび下部ｖ字溝型光方向変換セクションを有する光方向変換バーを示す本発明の別の実施形態の断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、本発明に従って、少なくとも２つの導光物品である導光膜（ＬＧＦ）２０を使用するバックライト照明アセンブリ１８を有するディスプレイ装置１０の実施形態が断面で示される。光源１２は照明をＬＧＦ２０の入射端２２を通る様に向かわせる。ＬＧＦ２０はこの照明を外側に、１以上の上部拡散膜１４を通り、この照明を変調する空間光変調器ここではＬＣＤディスプレイ１６の方に方向変換する。光方向変換バー３０は点光源１２の上方に位置して、点光源１２から導光膜２０への光エネルギーを方向変換すると共に、導光膜２０に結合されていないそのエネルギーを拡散させる。好ましくは、光方向変換バー３０と出射面２４との間の輝度差は±１０％、より好ましくは±５％である。光方向変換バーと隣の導光膜との間の輝度差を低減することは、バックライトアセンブリユニットからの望ましい均一な光出射を生じさせる。１５％より大きな輝度差は目視で観察されることができ、劣ったイメージ品質をもたらす。輝度差を低減することは出射面２４からの光出射と光方向変換バー３０からの光出射とのバランスをとることにより達成される。出射面１２からの輝度は、入射端２２でのまたは入射端２２の付近での、光取り出しフィーチャ２６のサイズ、形状およびピッチによって制御される。光方向変換バー３０の輝度は光方向変換バー材料の拡散特性、結合クリップの形状、光方向変換バーの厚み、および光源１２から入射端２２へ結合されていない光の量によって制御される。
【００１３】
光源１２は多くの種類の発光素子を使用することができる。ラップトップコンピュータおよびより大きなディスプレイに使用される従来のＬＧＰはＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）を使用してきた。本発明のＬＧＦ２０は、この厚い種類の光源を使用することができるが、薄い形状の光源、例えば、ＬＥＤの線状配列、ＯＬＥＤの線状配列、または他の線状固体光源と共に使用するのに有利である。
【００１４】
図２の透視図は照明装置１８におけるＬＧＦ２０およびその光出射面２４の形態を示す。図２に示されるように、光源１２は照明を入射端２２に向け、この入射端は出射面２４に対して実質的に垂直である。離散した光取り出しフィーチャ２６は出射面２４上、あるいは底面２８上に形成されており、その結果、出射面２４および底面２８のいずれかもしくは双方がパターン形成された面である。後の図面においてより詳細に認められるように、光取り出しフィーチャ２６はＬＧＦ２０の長さ方向Ｌに沿って寸法的に伸ばされていることができ、長さ方向Ｌに対して垂直の幅方向Ｗで、より狭い場合がある。光源１２は一般的に長さ方向Ｌに沿って配置される。光取り出しフィーチャ２６は表面２４または２８にわたって等しい間隔で空間的に分布しうるが；光取り出しフィーチャ２６の空間分布、またはサイズまたはピッチは、図２に示されそして後に記載されるように、幅方向Ｗでの入射端２２からの距離に応じて変化する実施形態で有利である場合がある。
【００１５】
図２Ａを参照して、本発明の一実施形態においては、導光膜２０はＬ−Ｗ面において、光取り出しフィーチャを含まない比較的小さな領域を伴って提供される。Ｌ−Ｗ面における導光膜２０の全領域の約１〜１０％であるこの比較的小さな領域は光源１２についてのミキシング領域として機能する。このミキシング領域は特に多モード光源、例えば、ＲＧＢまたはＲＧＢＷまたはＲＧＧＢについて重要である。このミキシング領域は、青色染料および黄色蛍光体を含む先行技術の白色ＬＥＤよりも高い色域の白色光を作成するための多モード光源のミキシングのための効果的な方法であることが示された。
【００１６】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄは、出射面２４または底面２８のいずれかであるパターン形成された面上の光取り出しフィーチャ２６の様々な配置を断面図において示す。これらの図中の点線は、光取り出しフィーチャ２６の挙動を示す様々な典型的な光路を示す。光は、導光技術分野の当業者にはよく知られている原理である全内部反射（ＴＩＲ）によってＬＧＦ２０内に向けられる。光取り出しフィーチャ２６の一般的な機能は、それらが面２４または２８から突出しているかまたは面の方に窪んで形成されるかに係わらず、ＴＩＲを妨げ、この光をＬＧＦ２０から外に出すことである。図３Ａおよび３Ｂは、それぞれ表面から突出しているかまたは表面に陥没している、出射面２４上に形成される２種類の光取り出しフィーチャ２６についての光の挙動を示す。いずれのケースにおいても、内部反射光は、それが光取り出しフィーチャ２６の面に衝突すると出射面２４から外に向けられる。
【００１７】
図３Ｃおよび３Ｄは、光取り出しフィーチャ２６が底面２８上に形成される別の実施形態を示す。光取り出しフィーチャ２６を使用して取り出された光を方向変換するために、これらの実施形態については、反射面６６が照明装置１８（図１および２）の部品として提供される。反射面６６は、この光を戻してＬＧＦ２０を通し、そして出射面２４から出すように方向変換する。
【００１８】
図４は導光膜２０および点光源１２の透視図を示す。光源１２は導光膜２０入射端より下に配置される。導光膜の下方には反射体６６があり、反射体６６上に入射した光を膜２０の方に反射させる。導光膜２０は逐次的にもしくはパターンで配置されて、均一で明るいバックライト照明アセンブリを作り出す。点光源１２はバックライト照明アセンブリの照明領域内にある。ＬＣＤ ＴＶ用途のためには、導光膜２０の長さＬは好ましくは幅Ｗより大きい。より好ましくは、長さＬは導光膜の幅Ｗよりも１０倍以上大きい。
【００１９】
図４における光源は光方向変換バー３０の隣でかつ導光膜２０の面の下方に配置される。光方向変換バー３０は好ましくは、光源１２からの光エネルギーを光方向変換バー３０の右側および左側の導光膜２０に方向変換する。好ましくは、光方向変換バー３０は光源１２から放射される全光エネルギーの８０を超えて導光膜２０に方向変換する。導光膜２０に光結合されていない光エネルギーは光方向変換バー２０によって、トップキャッピング（ｔｏｐ ｃａｐｐｉｎｇ）部分３４からの光出射が導光膜２０の上面からの光出射と実質的に同じであるように拡散される。
【００２０】
図４における光源１２は好ましくは、バックライト照明アセンブリがディスプレイ装置のイメージ内容を伴うレジストレーションにおいて局所的に減光されうるように配置される。点光源の局所的減光はＬＣＤの電力消費を低減させると共にＬＣＤのコントラスト比を有意に向上させることを示した。光源１２のサブグループを減光することによって、導光膜２０の小さな画定された領域が、光源１２に供給される電流を変化させることにより劇的に減光されうる。減光される領域のサイズは、減光される点光源の数と導光膜２０の幅Ｗとの関数である。光源１２は光を単一の導光膜２０に入射させるように配置されうるか、または２つの隣り合う導光膜に光を入射させるように配置されうる。光源は好ましくは、均一な光が導光膜２０に入射するのを可能にするようなサイドバイサイドの形態で配置される。
【００２１】
光源１２は導光膜２０の間に分布され配置される。導光膜２０の間の光源１２の分布は、集中した熱発生点を有するエッジライト型バックライトユニットよりも低い温度勾配をバックライト照明アセンブリにわたって有するバックライトアセンブリを生じさせる。先行技術のエッジ照明型バックライトアセンブリで見いだされるもののような高い温度勾配は、温度勾配からもたらされる熱膨張の違いのせいで光学部品の望ましくない波打ちまたはしわを生じさせる。さらに、エッジ照明型バックライトアセンブリに存在する高い温度勾配は、多くの場合、熱による波打ちおよび座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）に耐えるように使用される高価で重い金属フレームを必要とする。
【００２２】
導光膜２０と光方向変換バー３０との間の充分に小さな隙間は熱による望ましくない座屈および波打ちを低減させることが示された。導光膜の座屈および波打ちは導光膜２０からの光出射の均一性を低減させる。導光膜２０と光方向変換バー３０との間の充分に小さな隙間は熱膨張したポリマー導光膜のための物理的空間を作り出すことが認められた。この導光膜の隙間は、概念的に、道路と橋において一般的に利用される熱膨張用の隙間に類似する。熱膨張用隙間のサイズはバックライトアセンブリの操作条件および導光膜の熱膨張係数に関連する。
【００２３】
Ｌ方向に沿った光源１２のピッチは導光膜２０の望まれる光出射特性の関数である。光取り出しフィーチャ２６の密度、ピッチおよびサイズも、導光膜２０の望まれる光出射特性の関数である。光取り出しフィーチャのサイズ、位置およびピッチも光源１２の光出射特性に関連する。光源１２の重要な光学的特徴には、色度、光分布、および照度が挙げられる。一般的に、光取り出しフィーチャ２６の密度は、光エネルギーの均一な取り出しを可能にするように、光入射面の反対側よりも光入射面２２において低い。
【００２４】
図５は導光膜２０の一部分、光源１２および光方向変換バー３０の位置を示す３次元図である。光方向変換バー３０はボトム部分３４およびトップキャッピング部分３２を含む。本発明の一実施形態においては、トップキャッピング部分３２は導光膜２０と接触する。この接触は点光源の一貫した拡散および方向変換の双方を可能にする。
【００２５】
図６Ａは点光源１２に関連している光方向変換バー３０の断面図である。光方向変換バー３０はトップキャッピング部分３２およびボトム部分３４を含む。ボトム部分３４は光方向変換フィーチャ３６を含む。図６Ａにおいては、光方向変換フィーチャはｖ字溝において終了する対向する傾斜面である。光源１２から光方向変換フィーチャ３６に入射する光エネルギーは光拡散バー光出射面４０に向かうように方向変換される。光方向変換バー３０は、ＬＣＤ ＴＶバックライトアセンブリに一般的に利用されている上面発光ＬＥＤの使用を可能にする。先行技術のバックライトアセンブリは、概して、上面発光ＬＥＤを使用し、上面発光ＬＥＤの出射レンズが先行技術の導光板に向けられるされるように、９０度回転させられる。典型的な効率的な放熱技術が容易に使用できないので、先行技術のシステムにおける上面発光ＬＥＤのこの回転は熱伝達問題を引き起こす。さらに、電子制御板も回転させられなければならず、光学系を妨げる傾向がある。光拡散バー３０は上面発光ＬＥＤが光方向変換フィーチャ３０に向けられた出射レンズを有することを可能にする。この好ましいＬＥＤの向きは、ＬＥＤを効率的に放熱させることができるバックプレートとこのＬＥＤが接触しているのを可能にする。さらに、制御板はシステムの光学系を妨げない。光方向変換バー３０はバックライト照明アセンブリの照明領域にＬＥＤが効率的に配置されるのを可能にする。
【００２６】
図６Ｂは光拡散フィーチャ３６および拡散バー光出射面４０の双方の上に光拡散レンズ３８を備えた光拡散バー３０の断面である。好ましくは、光拡散レンズは８０〜１００度の夾角を有するピラミッド型である。この表面３６上のピラミッド型レンズは、光源１２から光方向変換バー３０への光結合効率を有意に増大させる。拡散バー光出射面４０上のピラミッド型レンズは光エネルギーをコリメートさせかつ拡散させて、それにより、光方向変換バーと導光膜との間の光結合効率を増大させる。
【００２７】
図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは点光源１２に関連している光方向変換バー３０の断面図である。図７Ａに示されるように、光方向変換フィーチャ３６は好ましくは単一の曲面である。本発明の別の実施形態においては、光方向変換フィーチャは図７Ｂに示されるような複数ファセット平面もしくは面の組み合わせである。本発明のさらなる実施形態においては、光方向変換フィーチャは好ましくは図７Ｃに示されるような複数ファセット面の組み合わせである。光源１２と光方向変換フィーチャ３６との間の光結合を向上させるために、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃにおける光方向変換フィーチャ３６は小さなレンズを含むこともできる。
【００２８】
図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは方向変換フィーチャおよび／または出射面上に存在することができる好ましい光拡散レンズを示す。図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃにおけるレンズは光源と光方向変換バーとの間、並びに本発明の光方向変換バーと導光膜との間の光結合を効率的に増大させることが示された。光方向変換バーの出射面において、レンズは光出射分布を狭くし、導光膜厚みの低減および向上した結合効率を可能にすることが示された。
【００２９】
図９は、点光源１２および導光膜２０と関連している光方向変換バー３０の断面図である。光方向変換バー３０は好ましくは光出射面４０の隣に光コリメートスロープ４２を有し、光コリメートスロープ４２がない光方向変換バーと比較して光方向変換バー３０および導光膜２０の高さを低減する。光方向変換バー３０および導光膜２０双方の厚みを低減することは、バックライトアセンブリのコストを低減し、バックライトユニットアセンブリの重量を低減し、および所望の薄いバックライトユニットアセンブリを生じさせる。
【００３０】
図１０Ａおよび１０Ｂは点光源１２に関連している光方向変換バー３０の断面図である。光方向変換面３６は光源１２からの光エネルギーを出射面４０の方に方向変換する。トップキャッピング部分３２は導光入射面の入射端上での光のフレネル反射に起因する高輝度のスポットを低減させる。好ましくは図１０Ｂに示されるように、レンズは光方向変換フィーチャ３６および出射面４０の双方上にある。光方向変換バーの入射面および出射面上のレンズ構造は図８Ａにおいて示されるような線状プリズム型レンズ、または図８Ｂにおける円柱形レンズ、または図８Ｃに示されるような個々の要素であることができる。
【００３１】
図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄは、点光源１２と関連している光方向変換バー３０の断面図である。図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄにおいては、光方向変換バー３０は好ましくは、下部光方向変換フィーチャ３６と上部光方向変換フィーチャ４４との双方を有する。図１１Ａは平坦な下部フィーチャ３６および単一湾曲上部フィーチャ４４を有する光方向変換バーを示す。図１１Ｂは平坦な下部フィーチャ３６および平坦な上部フィーチャ４４を示す。図１１Ｃは平坦な下部光方向変換面および上部複数ファセット光方向変換面を有する光方向変換バーを示す。図１２Ｃは平坦な下部光方向変換面および放物線型上部光方向変換面を有する光方向変換バーを示す。図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄに示される光方向変換バーは表面が滑らかであってよく、または光方向変換バーの入射面および／または出射面上にレンズ構造を備えていてもよい。レンズは図８Ａに示されるような線状プリズム型レンズ、または図８Ｂにおける円柱型レンズ、または図８Ｃに示されるような個々の要素であってよい。
【００３２】
有利には、光方向変換バーは材料内容が異なる２つの別個のセクションを含む。２以上の別個のセクションを使用することにより、材料組成および追加物が変えられて、光方向変換バーの効率を向上させることができる。例えば、光方向変換バーのトップキャッピング部分は拡散を助ける材料組成を有することができ、光方向変換バーのボトム部分は、ボトム部分の光方向変換効率を向上させるために実質的に透明にされることができる。
【００３３】
使用される材料
ＬＧＦ２０は、ポリカルボナート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）、またはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）をはじめとするが、これに限定されない様々な種類の透明材料から形成されうる。
【００３４】
光方向変換バーは様々な種類のポリマー材料、好ましくは熱可塑性物質から形成されうる。好ましい材料の例としては、これらに限定されないが、ポリカルボナート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）、またはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）が挙げられる。
【００３５】
有利なことには、本発明の光方向変換バーは前方散乱追加物を含む。前方散乱は、偏向されたエネルギーが入射波の伝播の方向の９０°以内の方向に伝播するように、入射電磁波の一部の問題となっている波長に関して大きいがビーム直径に関して小さい寸法の粒子状物質による非鏡面反射、不均一屈折、または回折による偏向である。散乱プロセスは偏光感受性である場合があり、すなわち、その偏光以外はあらゆる点で同じである入射波は異なるように散乱されうる。好ましい前方散乱追加物の例は、少なくとも０．０２の屈折率差を有するコアシェル粒子である。前方散乱は反射散乱と比較して吸着損失を低減させ、より均一なバックライトアセンブリを生じさせるので、前方散乱は散乱の好ましい形態である。
【００３６】
導光膜のパターン形成される面上に形成されるフィーチャはＬＣＤおよび他の種類のバックライトディスプレイのために、特に小さなディスプレイおよび持ち運び可能な装置のために照明を提供するのを助ける。本発明の実施形態は１ｍｍ以下の厚みで製造されうる導光膜を提供する。これは特にＬＥＤ、ＯＬＥＤまたはレーザーアレイおよび他の線状固体光アレイと共に使用するのに特に有利である本発明のＬＧＦを製造する。
【００３７】
本発明の拡散バーは好ましくは異形押出として知られるプロセスを用いて製造される。このプロセスは連続断面を有するプラスチック製品、例えば、飲み物を飲むためのストロー、ポリマーガスケット、装飾成形、ウィンドウトリミング、およびポリマー溶融物が高圧下で中空成形キャビティーに入れられる様々な他の製品を製造するのに使用される。
【００３８】
望まれるポリマーは機械ホッパー（この機械は押出機として知られている）にペレット形態で供給され、この材料は回転するスクリューによって、加熱されたバレルの内側で連続的に前方に運ばれ、摩擦および熱の双方によって柔らかくされる。次いで、柔らかくされたポリマーはダイを通って出て、冷水に直接入れられ、そこで製品が固化する。ここから、それは前方のテイクオフローラーに運ばれ、このテイクオフローラーは実際には、柔らかくされたプラスチックをダイから引っ張るように働く。
【００３９】
このダイは押出機の末端に配置された金属プレートであり、その内部の切り抜き部分を有し、この切り抜きおよびテイクオフローラーの速度が、製造される製品の断面を決定する。管の末端における開口のせいで製品は固体棒状で現れ、その開口が製造される製品とは異なる断面を有していた場合には、その新たな断面を持つこととなるであろう。基本的に、押出は材料をダイオリフィスに通過させることとして定義されうる。このダイオリフィスは最終製品の最終的な形状をもたらす。
【００４０】
有利には、光方向変換バーは材料組成が異なる２以上のセクションを有する。好ましくは、複数の材料の光方向変換バーを製造するために共押出が使用される。共押出は複数の層の材料を同時に押し出すことである。この種の押出は２以上の押出機を使用して、溶融し、一定体積スループット（ｓｔｅａｄｙ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）の異なる粘性のプラスチックを、その材料を所望の形状に押し出すであろう単一押出ヘッド（ダイ）に送達する。材料を送達する個々の押出機の相対速度およびサイズによって層の厚さは制御される。
【符号の説明】
【００４１】
１０ ディスプレイ装置
１２ 光源
１４ 上部拡散膜
１６ 空間光変調器
１８ バックライト照明アセンブリ
２０ 導光膜（ＬＧＦ）
２２ 入射端
２４ 出射面
２６ 光取り出しフィーチャ
２８ 底面
３０ 光方向変換バー
３２ トップキャッピング部分
３４ ボトム部分
３６ 下部光方向変換フィーチャ、光方向変換フィーチャ
３８ 光拡散レンズ
４０ 光出射面
４４ 上部光方向変換フィーチャ
６６ 反射面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源を提供するための複数の固体光源；
点光源を光の均一な面に方向変換し広げるための、複数の固体光源間に提供される、光方向変換領域を有する複数の導光膜；並びに、
対向する導光膜間に配置される光方向変換バーであって、前記光方向変換バーがトップキャッピング部分およびボトム部分を含み、前記ボトム部分が前記トップキャッピング部分に対して垂直に配置され、前記ボトム部分が少なくとも１つの光方向変換フィーチャを有する、光方向変換バー；
を含む、ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリ。
【請求項２】
光方向変換バーがポリカルボナート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ウレタン、ポリプロピレン、ポリスルホンおよびナイロンから選択される材料を含む、請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項３】
光方向変換バーが前方散乱追加物を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項４】
光方向変換バーが発光蛍光体を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項５】
光方向変換バーが光方向変換バーの０．１〜９０重量パーセントの量でポリマーコアシェル粒子を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項６】
光方向変換フィーチャが０．１〜２０００マイクロメートルの平均粗さを有する請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項７】
光方向変換フィーチャがｖ字溝を形成する平坦な面を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項８】
光方向変換フィーチャが少なくとも１つの曲面を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項９】
光方向変換フィーチャが複数の面を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１０】
光方向変換フィーチャが光方向変換フィーチャの表面上に光拡散レンズをさらに含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１１】
光方向変換フィーチャが点光源と垂直に並べられている請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１２】
トップキャッピング部分およびボトム部分の双方が光方向変換フィーチャを含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１３】
光方向変換バーが材料組成が異なる２つの別個のセクションを含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１４】
光方向変換バーが拡散トップキャッピング部分および実質的に透明なボトム部分を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１】
点光源を提供するための複数の固体光源；
点光源を光の均一な面に方向変換し広げるための、複数の固体光源間に提供される、光方向変換領域を有する複数の導光膜；並びに、
対向する導光膜間に配置される光方向変換バーであって、前記光方向変換バーがトップキャッピング部分およびボトム部分を含み、前記ボトム部分が前記トップキャッピング部分に対して垂直に配置され、前記ボトム部分が少なくとも１つの光方向変換フィーチャを有する、光方向変換バー；
を含む、ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリ。
【請求項２】
光方向変換バーがポリカルボナート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ウレタン、ポリプロピレン、ポリスルホンおよびナイロンから選択される材料を含む、請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項３】
光方向変換バーが前方散乱追加物を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項４】
光方向変換バーが発光蛍光体を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項５】
光方向変換バーが光方向変換バーの０．１〜９０重量パーセントの量でポリマーコアシェル粒子を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項６】
光方向変換フィーチャが０．１〜２０００マイクロメートルの平均粗さを有する請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項７】
光方向変換フィーチャがｖ字溝を形成する平坦な面を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項８】
光方向変換フィーチャが少なくとも１つの曲面を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項９】
光方向変換フィーチャが複数の面を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１０】
光方向変換フィーチャが光方向変換フィーチャの表面上に光拡散レンズをさらに含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１１】
光方向変換フィーチャが点光源と垂直に並べられている請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１２】
トップキャッピング部分およびボトム部分の双方が光方向変換フィーチャを含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１３】
光方向変換バーが材料組成が異なる２つの別個のセクションを含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項１４】
光方向変換バーが拡散トップキャッピング部分および実質的に透明なボトム部分を含む請求項１に記載のバックライト照明アセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【公開番号】特開２０１１−２１０７２８（Ｐ２０１１−２１０７２８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−７３６５４（Ｐ２０１１−７３６５４）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（５０８３３０８７０）エスケーシー・ハース・ディスプレイ・フィルムズ・カンパニー，リミテッド (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７３６５４（Ｐ２０１１−７３６５４）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（５０８３３０８７０）エスケーシー・ハース・ディスプレイ・フィルムズ・カンパニー，リミテッド (31)
【Ｆターム（参考）】
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