(57)【要約】  光学組立品は発光ダイオード（ＬＥＤ）および構造化表面を備える。構造化表面は参照点に対して放射状に配置された複数のプリズム構造物を有し、参照点がＬＥＤの発光軸と略一直線に並ぶように、ＬＥＤに対して配置される。光学組立品のアレイ、およびそれを備えるバックライトやディスプレイも開示される。
2009521782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光軸を持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
参照点に対して放射状に配置された複数個のプリズム構造物を含む構造化表面とを備え、前記構造化表面が前記ＬＥＤに対して、前記参照点が前記発光軸と略一直線になるように配置される
光学組立品。
【請求項２】
前記プリズム構造物の各々が略線状のプリズム頂部を有する、請求項１に記載の光学組立品。
【請求項３】
各々のプリズム頂部が参照面に平行であり、前記参照面が前記発光軸に垂直である、請求項２に記載の光学組立品。
【請求項４】
前記プリズム頂部が前記発光軸に対して円錐形の配置で傾斜している、請求項２に記載の光学組立品。
【請求項５】
前記プリズム構造の各々が湾曲プリズム頂部を有する、請求項１に記載の光学組立品。
【請求項６】
前記プリズム頂部が前記発光軸に対して漏斗形の配置で傾斜している、請求項５に記載の光学組立品。
【請求項７】
前記プリズム構造の各々がプリズム頂部を有し、前記プリズム頂部が前記参照点で実質的に交わる、請求項１に記載の光学組立品。
【請求項８】
前記プリズム構造の各々が、前記参照点の近くに第１の末端部を持つプリズム頂部を有し、前記プリズム頂部の前記第１末端部が前記参照点から間隔を設けられている、請求項１に記載の光学組立品。
【請求項９】
偏向要素が前記参照点において漏斗形状の窪みも備え、前記プリズム頂部の前記第１末端部が前記窪みの周囲に配置される、請求項８に記載の光学組立品。
【請求項１０】
構造化表面により反射された少なくともいくらかのＬＥＤ光を受けるように位置する反射層をさらに備える、
請求項１に記載の光学組立品。
【請求項１１】
前記ＬＥＤがカプセルの中に配置されたＬＥＤダイを備え、前記構造化表面が前記カプセル上に配置されている、請求項１に記載の光学組立品。
【請求項１２】
前記構造化表面が前記カプセルの外部表面に形成されている、請求項１１に記載の光学組立品。
【請求項１３】
前記構造化表面が偏向要素の中に形成され、かつ前記カプセルの上に配置されている、請求項１１に記載の光学組立品。
【請求項１４】
前記プリズム構造が、前記ＬＥＤから出る少なくともいくらかの光を全反射により偏向する、請求項１に記載の光学組立品。
【請求項１５】
特定のプリズム構造が、隣接する第１および第２のプリズム面の各々からの連続する第１および第２の反射により前記ＬＥＤから出る少なくともいくらかの光を偏向する、請求項１に記載の光学組立品。
【請求項１６】
前記構造化表面が発光軸の回りに回転対称形状を有する漏斗型の窪みを備える、請求項１に記載の光学組立品。
【請求項１７】
請求項１に記載された光学組立品のアレイ。
【請求項１８】
前記ＬＥＤに隣接して配置された反射層を更に備える
請求項１７に記載のアレイ。
【請求項１９】
前記偏向要素が、少なくともいくつかの前記ＬＥＤを覆って広がる光学フィルム上に形成されている、請求項１７に記載のアレイ。
【請求項２０】
請求項１に記載の光学組立品を備えるバックライト。
【請求項２１】
請求項１７に記載のアレイを備えるバックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願の開示はＬＥＤ光源に関し、特に、最初は発光軸に沿って伝達する光を他の方向に変えるように形成された、あるいは構成された、カプセル、レンズ、フィルム、およびそれらの類似物を備える光源に関する。結果としてできる光学組立品は、単一かアレイかに依らず、平坦照明光源（例えば、室内照明）において、またテレビ、コンピューターモニター、個人情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話などのような液晶ディスプレイ（ＬＥＤ）デバイスやその類似物に用いるバックライトにおいて、特に有用である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本出願は、とりわけ、ＬＥＤおよび構造化表面を備える光学組立品を開示する。構造化表面は参照点に対して放射状に配置された複数のプリズム構造物を備える。好ましくは、その参照点はＬＥＤの発光軸と略一直線になる。その発光軸は、例えば、ＬＥＤの最大光束すなわち明るさの方向、あるいは、ＬＥＤまたはＬＥＤダイや（もしあれば）ＬＥＤカプセルのような構成要素の一つの対称軸、あるいはＬＥＤの光分布の対称軸、あるいはＬＥＤ関連する他の選択された方向に相当する。
【０００３】
場合によっては、プリズム構造物の各々は略線状のプリズム頂部を有する。線状プリズム頂部の全ては参照面、例えばＬＥＤの発光軸に垂直な参照面に平行に向く、あるいは線状のプリズム頂部は発光軸に対して円錐状の配置で傾斜している。場合によっては、プリズム構造物の各々は湾曲したプリズム頂部を有する。必要ならば、湾曲プリズム頂部は発光軸に対して漏斗形の配置で傾斜している。場合によっては、プリズム構造物は各々プリズム頂部を有し、そのプリズム頂部は参照点で実質的に交わる。場合によっては、プリズム構造物の各々は参照点の近くに第１の末端部を備えるプリズム頂部を有するが、そのプリズム頂部の第１末端部は参照点から間隔を設けられている。場合によっては、ＬＥＤはカプセル内部に配置されたＬＥＤダイを備え、構造化表面はカプセルの上に配置され、例えば、カプセルの外部表面上に形成されるか、あるいはフィルムまたは蓋のような分離した層としてカプセルに取り付けられる。場合によっては、光学組立品は、構造化表面により反射された少なくともいくらかのＬＥＤ光を受光するように位置された反射層を備える。
【０００４】
光学組立品のアレイも開示され、ＬＥＤのアレイは構造化表面のアレイと組み合わされ、各々の構造化表面は参照点に対して放射状に配置された複数のプリズム構造物を有する。好ましくは、各々の構造化表面に対する参照点は、対応するＬＥＤの発光軸と略一直線になる。ＬＥＤは反射層に隣接して配置される。もしＬＥＤの各々がカプセル内に配置されたＬＥＤダイを備えるならば、構造化表面はカプセルの各々の上に個々に形成されることができる。或いは、構造化表面はアレイ中のＬＥＤのいくつかあるいは全てにわたって拡がる連続的な光学フィルムに形成されることができる。
【０００５】
前述の光学組立品およびそのアレイを組み込んだバックライトおよびディスプレイも開示される。
【０００６】
本出願のこれらおよび他の態様は、以下の「発明を実施するための最良の形態」から明らかになるであろう。しかし、上記要約は、決して、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができるように添付の特許請求によってのみ規定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本出願の開示はＬＥＤと構造化表面を備える光学組立品に関する。構造化表面は参照点に対して放射状に配置された複数のプリズム構造物を備える。
【０００８】
次に定義する用語については、別の定義が特許請求中、あるいは本明細書中のいずれかの場所で与えられない限り、これらの定義が適用されるものとする。
【０００９】
端点による数の範囲の列挙には、その範囲内に包括される全ての数が含まれる（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）。
【００１０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を含む。従って、例えば、「１つの層」から成る組成物に言及する時は２つまたはそれ以上の層を含む。本明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるとき、用語「または」は、その内容について別段のはっきりした指示がない限り、一般的に「および／または」を含む意味で用いられる。
【００１１】
特に指示が無い限り、明細書および特許請求に使用されている量、特性の測定値等を表す全ての数は、全ての例において、用語「約」により変更されることを理解されたい。従って、特に指示が無い限り、明細書および特許請求の範囲に記載の数値的パラメータは、本発明の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の特性に応じて変化する近似値である。最低限でも、特許請求の範囲への同等物の原則の適用を限定する試みとしてではなく、少なくとも各数値的パラメータは、報告された有効数字の数を考慮して、通常の四捨五入の適用によって解釈されなければならない。本発明の広範囲で示す数値的範囲およびパラメータは、近似値であるが、具体例に記載の数値は可能な限り正確に報告する。しかしながら、いずれの数値もそれらの各試験測定値において見られる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本来含有する。
【００１２】
本明細書で用いられる用語「ＬＥＤ」は可視、紫外、または赤外にかかわらず発光するダイオードを指す。それは、従来型または超放射型の種類にかかわらず、「ＬＥＤ」として販売されている非干渉性封入あるいはカプセル化された半導体デバイスを含む。ＬＥＤが紫外線のような非可視光線を発光し、場合によっては可視光線を発光すれば、短波長光を長波長の可視光線に転換するため、場合によっては白色光を出すデバイスを作るために、蛍光体を内包する（または遠隔に配置された蛍光体を照射する）ようにパッケージ化され得る。「ＬＥＤダイ」は最も基本的な形の、即ち半導体プロセスで作られた個々の部品またはダイの形の、ＬＥＤである。例えば、ＬＥＤダイは通常、１以上のＩＩＩ族元素および１以上のＶ族元素の混合から作られる（ＩＩＩ−Ｖ半導体）。適切なＩＩＩ−Ｖ半導体材料の例には、窒化ガリウムのような窒化物、およびインジウム・ガリウム・リンのようなリン化合物が含まれる。他のタイプのＩＩＩ−Ｖ族材料も使用可能であり、また同様に、周期表の他の族の無機物質も使用可能である。部品またはチップは、デバイスを駆動する電力を加えるのに適した電気接点を有することができる。例としてはワイヤボンディング、テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）、フリップチップボンディングが挙げられる。部品またはチップの個々の層およびその他の機能的要素は通常ウエファーの大きさで作られ、次に完成されたウエファーは多数のＬＥＤダイを作り出すために個々の諸小片に切り分けられる。ＬＥＤダイは表面実装、チップオンボード、あるいは他の知られた実装構成として配置される。いくつかのパッケージ化されたＬＥＤはＬＥＤダイと付随する反射容器の上に構成されるポリマーカプセルを形成することで作製される。ＬＥＤダイは疑似均等拡散発光パターンを有し、ＬＥＤダイ内で作られる光の多くはダイ表面の全反射により閉じ込められるか、あるいはＬＥＤダイの真っ直ぐ上方のポリマーカプセルの外へ発光される。
【００１３】
図１、３、５はＬＥＤを図式的に描いてあり、読者は前述の型のＬＥＤのいずれの意図したことも理解されるであろう。これらの図中の要素は必ずしも縮尺に従って示されていなく、これらの図に示されたよりも互いに近くあるいは離れている場合がある。示された各々の図は個々の構造化表面要素であるが、１つ以上の構造化表面要素が、構造化表面要素のアレイを構成するようにウェブあるいはフィルムの上に置かれ、それはより小さな部分に分割されるか、あるいは後述するようにアレイとして用いられることが理解される。加えて、１以上の材料の層（空気を含む）がＬＥＤと構造化表面要素の間に置かれてもよい。実施形態によっては、構造化表面要素はパッケージ化されたＬＥＤを構成するカプセルの中に配置される。他の実施形態では、ＬＥＤは構造化表面要素の中に埋め込まれる。更に他の実施形態では、構造化表面要素は別個の層としてＬＥＤの上に拡がるフィルムの中に形成される。
【００１４】
バックライトの設計では、複数の小さな光源から光を受光し、その光を表面領域いっぱいに拡げることが望ましい（例えば、ＣＣＦＬ管あるいはＬＥＤで直接に照射されたＬＣＤバックライト）。基本的な照明器具は、光が伝達し反射し次に観察者の方に出て行くような空洞を備える。十分に拡散して均一にするために、空洞内の長い光路が望まれることが多い。
【００１５】
光路を延長する１つの方法はポリマー導光器に光を閉じ込めることであり、もしポリマーが吸光性ならば損失をこうむるであろう。あるいは、部分的に透過するシートと完全に反射するシートで囲まれた中空の空洞の中で直接に発光することができる。後者では、光源は通常では空洞平面に近い角度に多くの光を発光するように選択され、光はほとんど反射しないで自由に拡がることができる。
【００１６】
図１は光学組立品を説明する斜視図である。
【００１７】
光学組立品１００は、ｚ軸方向に延びる発光軸ＣＬを持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）１１０、ＬＥＤ１１０に隣接して配置された光学反射層１２０を備え、構造化表面要素１３０はＬＥＤ１１０及び随意の光学反射層１２０の上に配置される。構造化表面要素１３０は、発光軸ＣＬに沿って、あるいは略一直線に配置された付随する参照点１３１を持つことが好ましい。構造化表面要素１３０は、参照点１３１に対して放射状に配置された（あるいは拡がる）少なくとも２つ、３つ、あるいは少なくとも４つの線状のプリズム構造物１３３を持つ。多くの実施形態では、プリズム構造１３３は参照点１３１から延びるか、あるいは始まる。
【００１８】
図１は参照点１３１に対して放射状に配置された１２個の線状プリズム構造物１３３を持つ構造化表面要素１３０を示す。各々のプリズム構造１３３は、拡がる頂部１３２を構成するように交わる２つのプリズム面すなわち側面を持つので、構造化表面要素１３０は２４個のプリズム面すなわち側面を持つ。多くの実施形態では、各々のプリズム構造は９０度の頂角を持つ。構造化表面要素１３０は、参照点１３１に対して放射状に配置された、任意の有用な数の線状プリズム構造物を持ち得る。多くの実施形態では、構造化表面要素１３０は、参照点１３１に、あるいは参照点１３１を含む線または平面に対して対称に配置された、任意の有用な数の線状プリズム構造物１３３を持つ。図１では、各々の線状プリズム構造物１３３はプリズム頂部１３２を有し、これらの頂部は参照点１３１で実質的に交わる。頂部は、１０度と１７０度の間、あるいは７０度と１１０度の間、あるいはおよそ９０度のどれでも有用な頂角を持つ。
【００１９】
プリズム構造物１３３は参照面１３４と略線状のプリズム頂部１３２を備える。参照面１３４は発光軸ＣＬに垂直である。図１に示されたように、参照面１３４は線状頂部１３２に平行あるいは略平行である。実施形態によっては、参照面１３４は線状頂部１３２および随意の光学反射層１２０に平行あるいは略平行である。参照面１３４が線状頂部１３２に平行あるいは略平行の場合、この構造化表面１３０は「平坦脊柱」偏向要素と呼ぶことができる。この平坦脊柱偏向要素は、（ｚ軸に沿って）任意の有用な厚さを持つことができ、反射層１２０あるいは基材層１１５の上に配置される。ＬＥＤ１１０は、この平坦脊柱偏向要素から分離されることも、あるいはその中に組み込まれることもできる。
【００２０】
図２は、図１に示された光学組立品の計算された光束漏れをプロットした図である。このプロット図は線状プリズム構造の数が如何に平坦脊柱偏向要素の光束漏れに影響するかを示す。この平坦脊柱偏向要素は約１．５〜１．８の屈折率を持つアクリルで作られ、光は偏向要素の構造を持つ表面の上部から０．９８ｍｍで平面反射底面から０．０２ｍｍにアクリル中に埋め込まれた厚さゼロの円形均等拡散光源から発光される。プリズム面を通って発光する計算された光束は、６、８、１２、および２４面（参照点から放射状に伸びる各々３、４、６、１２個の線状プリズム構造）を持つ平坦脊柱偏向要素、並びにフレネル盤（すなわち如何なるプリズム構造も持たない単純な平坦面）について、光源の大きさに対してプロットされる。この平坦脊柱偏向要素によって、光は、平坦脊柱偏向要素の隣接する第１プリズム面と第２のプリズム面から継続する第１反射と第２の反射による全反射を経て、発光軸ＣＬにあるＬＥＤ光源から出て行く。このように、光は平坦脊柱偏向要素の周辺にある偏向要素から出て行くので、明るい中心点は消失するか、あるいは弱くなる。
【００２１】
任意の反射層１２０は基材１１５の上に設けることができる。反射層１２０は、少なくともＬＥＤ１１０から出る光を構造化表面要素１３０へ向ける。反射層１２０は鏡面あるいは拡散面であり、任意の有用な材料で形成される。基材１１５は、任意の有用な材料で形成される。実施形態によっては、基材１１５は金属、セラミック、あるいはポリマーで作られる。伝導体がＬＥＤ１１０の方へ、および、そこから電流を流すために異なる層の上に設けられる。例えば、伝導体は基材１１５の上に設けられてもよい。その伝導体は、例えば銅からできた、金属線描の形をとる。
【００２２】
ＬＥＤ光はＬＥＤ１１０から広範囲の角度で発光される。本明細書で述べられた構造化表面１３０は、偏向要素の周辺部でこのＬＥＤ光の方向を変えて放出する。光はその周辺部から空気中または他の光学体に取り出され、あるいは、光はプリズム構造の第１と第２の隣接する面に全反射を起こさない角度で照射することでプリズム構造物１３３から取り出される。光学組立品は、拡散反射板１２０、プリズム媒質内の散乱粒子、あるいはプリズム面の表面粗さのような光を散乱する特性を有してもよい。このＬＥＤ組立品は光閉じ込めＬＥＤ組立品と言うことができる。
【００２３】
もし頂部が、周辺部に向かって参照点１３１から離れるように、参照面に対して上向きの傾斜を持つならば、光の伝達角度は参照面１３４に平行度を増し、一般に発光軸ＣＬに（ｚ−軸に沿って）垂直である。そのようなＬＥＤ組立品は側面発光ＬＥＤ組立品と言うことができる。
【００２４】
構造化表面要素１３０は任意の有用な材料で作られる。多くの実施形態では、構造化表面要素１３０はポリマー材料で、ＬＥＤ１１０から発光した光を透過する。実施形態によっては、構造化表面１３０はポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリレート、およびそのような物から作られる。
【００２５】
図３は他の光学組立品を説明する斜視図である。光学組立品２００は、ｚ軸方向に延びる発光軸ＣＬを持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）２１０、ＬＥＤ２１０に隣接して配置された任意の光学反射層２２０、およびＬＥＤ２１０と任意の光学反射層２２０の上に配置された構造化表面要素２３０を備える。多くの実施形態では、構造化表面要素２３０は、発光軸ＣＬに沿って、あるいは略一直線に配置された参照点２３１を持つ。構造化表面要素２３０は、参照点２３１に対して放射状に配置された（あるいは拡がる）少なくとも２つ、３つ、あるいは少なくとも４つの線状プリズム構造物２３３を持つ。多くの実施形態では、プリズム構造２３３は参照点２３１をから延びるか、あるいは始まる。
【００２６】
図３は参照点２３１に対して放射状に配置された１２個の線状プリズム構造物２３３を持つ構造化表面要素２３０を示す。各々のプリズム構造２３３は、拡がる頂部２３２を形成するように交わる２つのプリズム面すなわち側面を持つので、要素２３０の構造化表面は２４個のプリズム面すなわち側面を持つ。構造化表面要素２３０は、参照点２３１に対して放射状に配置された、任意の有用な数の線状プリズム構造物２３３を持つ。多くの実施形態では、構造化表面要素２３０は、参照点２３１、あるいは参照点２３１を含む線または平面に対して対称に配置された、任意の有用な数の線状プリズム構造物２３３を持つ。多くの実施形態では、各々の線状プリズム構造物２３３はプリズム頂部２３２を有し、これらの頂部は参照点２３１で実質的に交わる。
【００２７】
プリズム構造物２３３は参照面２３４と略線状の頂部２３２を備える。図３に示されたように、参照面２３４は線状頂部２３２に非平行あるいは実質的に非平行である。実施形態によっては、参照面２３４は光学反射層２２０に平行あるいは略平行である。図示された実施形態では、線状頂部２３２は参照面２３４に対して線状に傾斜する勾配を成し、発光軸ＣＬに対して円錐状に配置されている。この構造化表面要素２３０は「勾配脊柱」偏向要素と呼ぶことができる。この勾配脊柱偏向要素は（ｚ−軸に沿って）任意の有用な厚さを持つことができ、反射層２２０あるいは基材層２１５の上に配置される。ＬＥＤ２１０はこの勾配脊柱偏向要素から分離される、あるいはその中に埋め込まれることができる。参照面２３４に対する頂部２３２の勾配は光学組立品からの必要な発光パターンに応じて選択されることができる。多くの場合、その勾配は側面発光を、すなわちｘ−ｙ平面に略平行あるいはＬＥＤの発光軸にほぼ垂直な方向の発光を、増大あるいは極大化するように調整され、そして同様に、その勾配は発光軸に略平行な方向の発光を減少あるいは極小化するように調整される。また、湾曲プリズム構造物に関連して後述するように、その勾配は各々のプリズム構造の長さにわたって連続的に変化し得る。好ましくは、その勾配は２〜８０度、または５〜３０度の範囲、あるいはおよそ１５度である。
【００２８】
図４は、図３に示された光学組立品の計算された光束漏れをプロットした図である。このプロット図は線状プリズム構造の数が如何に勾配脊柱偏向要素の光束漏れに影響するかを示す。この勾配脊柱偏向要素はアクリルで作られ（前述）、光は勾配脊柱偏向要素の表面の上部から０．９８ｍｍで平面反射底面から０．０２ｍｍにアクリル中に埋め込まれた円形均等拡散光源から発光される。図４の目的には、頂部２３２の勾配は約１５度に設定される。プリズム面を通って出てくる計算された光束は、６、８、１２、および２４面、すなわち、３、４、６、および１２個のプリズム構造物２３３を持つ勾配脊柱偏向要素について、光源の大きさに対してプロットされる。この勾配脊柱偏向要素によって、光は、勾配脊柱偏向要素の隣接する第１プリズム面と第２のプリズム面から継続する第１と第２の反射による全反射を経て、発光軸ＣＬにあるＬＥＤ光源から出て行く。このように、光は偏向要素の周辺にある偏向要素から出ていくので、明るい中心点は消失するかあるいは弱くなる。
【００２９】
図５は他の光学組立品を説明する斜視図である。光学組立品３００は、ｚ軸に沿って延びる発光軸ＣＬを持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）３１０、ＬＥＤ３１０に隣接して配置された任意の光学反射層３２０、およびＬＥＤ３１０と任意の光学反射層３２０の上に配置された構造化表面要素３３０を備える。多くの実施形態では、構造化表面要素３３０は、発光軸ＣＬに沿って、あるいは略一直線に並んで配置された参照点３３１を持つ。構造化表面要素３３０は、参照点３３１に対して放射状に配置された（あるいは拡がる）少なくとも２つ、３つ、あるいは少なくとも４つのプリズム構造物３３３を持つ。多くの実施形態では、プリズム構造物３３３は参照点３３１から延びるか、あるいは始まる。
【００３０】
図５は参照点３３１に対して放射状に配置された１２個のプリズム構造物３３３を持つ構造化表面要素３３０を示す。各々のプリズム構造物３３３は、拡がる湾曲した頂部３３２を形成するように交わる２つのプリズム面すなわち側面を持つので、要素３３０の構造を持つ表面は２４個のプリズム面すなわち側面を持つ。構造化表面要素３３０は、参照点３３１に対して放射状に配置された、任意の有用な数のプリズム構造物３３３を持つ。多くの実施形態では、要素３３０は、参照点３３１、あるいは参照点３３１を含む線または平面に対して対称に配置された、任意の有用な数のプリズム構造物３３３を持つ。多くの実施形態では、各々のプリズム構造物３３３はプリズム頂部３３２を有し、これらの頂部は参照点３３１で実質的に交わる。
【００３１】
プリズム構造物３３３は参照面３３４と湾曲頂部３３２を備える。図５に示されたように、参照面３３４は頂部３３２に非平行あるいは実質的に非平行である。実施形態によっては、参照面３３４は任意の光学反射層３２０に平行あるいは略平行である。図示された実施形態では、頂部３３２は参照面３３４に対して湾曲した勾配を形成し、発光軸ＣＬに対して漏斗形の配置で傾斜している。この図示された構造化表面要素３３０は「湾曲脊柱」偏向要素と呼ぶことができる。この湾曲脊柱偏向要素は、（ｚ軸に沿って）任意の有用な厚さを持つことができ、反射層３２０あるいは基材層３１５の上に配置されてもよい。ＬＥＤ３１０は、この湾曲脊柱偏向要素から分離されるか、あるいはその中に組み込まれる。
【００３２】
図６は、図５に示された光学組立品の計算された光束漏れをプロットした図である。このプロット図は湾曲プリズム構造物の数が如何に構造化表面の光束漏れに影響するかを示す。この構造化表面要素は（前述の）アクリルで作られ、光は光学要素の表面の上部から０．９８ｍｍで平面反射底面から０．０２ｍｍにアクリル中に埋め込まれた円形均等拡散光源から発光される。図６の目的には、プリズム頂部３３２の曲線は、半長径と半短径がそれぞれ１ｍｍと０．７ｍｍで回転軸が原点から約０．１ｍｍの、近似的な回転楕円体である。プリズム面を通って出てくる計算された光束は、６、８、１２、および２４面、すなわち、３、４、６、および１２個のプリズム構造物３３３を持つ湾曲脊柱偏向要素について、光源の大きさに対してプロットされる。この湾曲脊柱偏向要素によって、光は、湾曲脊柱偏向要素の隣接する第１プリズム面と第２のプリズム面から継続する第１と第２の反射による全内面反射を経て、発光軸ＣＬにあるＬＥＤ光源から出て行く。このように、光は偏向要素の周辺にある偏向要素から出ていくので、明るい中心点は消失するかあるいは弱くなる。
【００３３】
図７は構造化表面要素４３０を説明する斜視図である。構造化表面要素４３０は、発光軸ＣＬに沿って、あるいは略一直線に並んで配置された参照点４３１を持つ。構造化表面要素４３０は、参照点４３１に、そして発光軸ＣＬに沿って（ｚ軸に沿って）配置された漏斗形窪み４３５を備える。漏斗形窪み４３５は本明細書で述べられ実施形態のいずれにも用いることができる。多くの実施形態では、漏斗形窪み４３５は発光軸ＣＬのまわりの回転対称形をしている。
【００３４】
構造化表面は少なくとも２または３、あるいは少なくとも４つの線状プリズム構造物、すなわち各々がプリズム頂部４３２と参照点４３１に近い第１末端部を持つ側面を有する。図示された実施形態では、プリズム頂部の第１末端部は参照点４３１から空間を隔てている。構造化表面要素４３０のプリズム構造物４３３は、参照点４３１、あるいは参照点４３１を含む線または平面に対して、対称に配置されている。多くの実施形態では、プリズム構造物４３３は、漏斗形窪み４３５の方に延ばせば、参照点４３１から延びるか、あるいは始まる。図７は漏斗形窪み４３５から延びる１２個の線状プリズム構造物４３３を持つ光学要素４３０を示す。
【００３５】
窪みあるいは漏斗形窪み４３５は、発光軸ＣＬおよび／あるいは参照点４３１のまわりに回転対称形を持ち、（前述したように）ＬＥＤの上方に配置される。ＬＥＤ発光は漏斗形窪み４３５で全て内面で反射され、発光軸ＣＬから離れる方向に向けられる。窪みあるいは漏斗形窪み４３５は参照点４３１に先端を備える。多くの実施形態では、窪みあるいは漏斗形窪み４３５は構造化表面要素４３０の上部表面の中に形成される。全てのＬＥＤ発光を構造化表面要素４３０に実質的に閉じ込める漏斗形を形成するように、窪みあるいは漏斗形窪み４３５の曲線は計算され、発光軸ＣＬの回りに回転される。多くの実施形態では、漏斗形窪み４３５は発光軸ＣＬのまわりの回転対称形をしている。
【００３６】
図８は構造化表面要素５３０を説明する斜視図である。構造化表面要素５３０は複数の線状プリズム構造、すなわち参照点５３１から拡がる側面５３３を備える。参照点５３１は、ｚ−軸に沿って延びる発光軸ＣＬを通って配置される。構造化表面要素５３０は、参照点５３１に対して放射状に配置された（あるいは拡がる）少なくとも２つ、３つ、あるいは少なくとも４つの線状プリズム構造物５３３を持つ。構造化表面要素５３０のプリズム構造物５３３は、参照点５３１、あるいは参照点５３１を含む線または平面に対して、対称に配置されている。多くの実施形態では、プリズム構造物５３３は参照点５３１から延びるか、あるいは始まる。図８は参照点５３１に対して放射状に配置された８個の線状プリズム構造物５３３を有する構造化表面要素５３０を示す。多くの実施形態では、各々の線状プリズム構造物５３３はプリズム頂部５３２を有し、これらの頂部は参照点５３１で実質的に交わる。
【００３７】
図９は他の構造化表面要素６３０の概略的な断面図である。構造化表面要素６３０は、発光軸ＣＬを通って、あるいは略一直線に並んで配置された参照点６３１を持つ。構造化表面要素６３０は外周部６３３の近くに配置された漏斗形窪み６３５を備える。図９には平坦脊柱偏向要素が示されるが、この外側の漏斗形窪み６３５は本出願で述べられた如何なる実施形態にも用いられることができる。多くの実施形態では、漏斗形窪み６３５は発光軸ＣＬのまわりの回転対称形をしている。
【００３８】
構造化表面要素６３０は、少なくとも２、３、あるいは少なくとも４つの線状プリズム構造物、すなわち各々がプリズム頂部６３２と参照点６３１に近い第１末端部を持つ側面を有する。構造化表面要素６３０のプリズム構造物は参照点６３１に対して放射状に配置されている（あるいは拡がる）。構造化表面要素６３０は、前述されたように、参照点６３１に対して放射状に配置された、任意の有用な数の線状プリズム構造物を持つ。
【００３９】
窪みあるいは漏斗形窪み６３５は、発光軸ＣＬおよび／あるいは参照点６３１のまわりに回転対称形である。ＬＥＤ発光は漏斗形窪み６３５の表面で全反射され、発光軸ＣＬから離れる方向に向けられる。多くの実施形態では、窪みあるいは漏斗形窪み６３５は構造化表面要素６３０の上部表面の中に形成され、上方に伸び、（図示のように）外周部６３３から離れる。実質的に全てのＬＥＤ発光を構造化表面要素６３０に閉じ込める漏斗形を形成するように、窪みあるいは漏斗形窪み６３５の曲線は計算され、発光軸ＣＬの回りで回転する。多くの実施形態では、漏斗形窪み６３５は発光軸ＣＬのまわりの回転対称形をしている。
【００４０】
図１０は本出願で述べられた実施形態の何れにも有用なＬＥＤ光源の概略的な斜視図である。この光源はＬＥＤダイである。このＬＥＤダイは、例えば（図示していない）ＬＥＤダイの中心に、１以上の電気接触パッドを備える。発光軸ＣＬはＬＥＤダイの中心を通るように示されている。
【００４１】
図１１は本出願で開示された実施形態の何れにも有用な他のＬＥＤ光源の概略的な断面図である。このＬＥＤ光源はＬＥＤダイ、反射容器、およびワイヤボンドを囲むカプセルを備える。そのようなＬＥＤ光源は多くの製造会社から市場で手に入る。発光軸ＣＬはＬＥＤダイとカプセルの中心を通るように示されている。
【００４２】
実施形態によっては、複数の構造化表面要素が組み合わされて構造化表面要素のアレイを構成する。ＬＥＤのアレイは構造化表面要素のアレイと組み合わされることができ、各々の構造化表面要素は参照点に対して放射状に配置された複数のプリズム構造物を有する。好ましくは、各々の構造化表面要素に対する参照点は、対応するＬＥＤの発光軸と略一直線に並ぶ。実施形態によっては、ＬＥＤは反射層に隣接して配置される。もしＬＥＤの各々がカプセル内に配置されたＬＥＤダイを備えるならば、構造化表面要素は各々のカプセルの上に個々に形成され得る。あるいは、構造化表面要素はアレイ中のＬＥＤの多くあるいは全てにわたって拡がる連続的な光学フィルムに形成され得る。
【００４３】
本明細書で述べられた光学組立品とアレイは多種多様な平面照射機器、ディスプレイ、バックライトへの応用に用いられることができ、その光学ディスプレイ要素は構造化表面要素の上に配置されて、発光する。
【００４４】
本明細書で述べられた光学組立品とアレイは任意の有用な方法で作られることができる。実施形態によっては、これらの光学組立品およびアレイは成形される。実施形態によっては、これらの光学組立品およびアレイは任意の長さのウェブあるいはフィルムの上に形成される。
【００４５】
本発明は、本明細書に記載の特定の実施例に限定されると考えるべきではなく、さらに適切に言えば添付の特許請求に明白に述べられた本発明の全態様を包含すると理解されるべきである。本明細書を検討すると、様々な修正形態、等価の方法、並びに本発明を適用できる非常に多くの構造が、本発明が対象とする当業界の技術者には容易に明らかであろう。
【００４６】
添付図面と共に様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本出願の開示をより完全に理解することができるであろう。
【００４７】
本発明は様々な変更および代替形状が可能であるが、その具体例を一例として図面に示すとともに詳細に説明した。本発明の意図は、しかしながら、説明した特定の実施形態に限定しようとするものではないことは理解されよう。逆に本発明は、本発明の精神および範囲内にあるすべての修正形態、等価形態、および代替形態を包含するはずである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】光学組立品を説明する斜視図。
【図２】図１に示された光学組立品の光束漏れをプロットした図。
【図３】他の光学組立品を説明する斜視図。
【図４】図３に示された光学組立品の光束漏れをプロットした図。
【図５】他の光学組立品を説明する斜視図。
【図６】図５に示された光学組立品の光束漏れをプロットした図。
【図７】更に他の光学組立品を説明する斜視図。
【図８】更に他の光学組立品を説明する斜視図。
【図９】更に他の光学組立品を説明する概略的な断面図。
【図１０】ＬＥＤ光源の概略的な斜視図。
【図１１】他のＬＥＤ光源の概略的な断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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