(57)【要約】光出射側面(20)の逆側に位置された光再方向変換側面(22)を有する導光板本体を含む導光板(14)。前記導光板本体の光出射側面の近傍には複数の長く延びるプリズムが配置される。前記プリズムは、それらの長さに沿い相互に並置されて延在する。前記プリズムは該プリズムの高さを画成する上縁部を含む。前記上縁部は、前記プリズムの長さに沿い延在する。各上縁部は、異なる大きさの傾斜を有する複数の縁部セグメントを含む。導光板(14)はまた、光出射側面(20)に向けて光を反射すべく前記導光板本体の光再方向変換側面(22)の近傍に配置された複数の光導出構造も含む。前記光導出構造は、高所面部(54)および第1および第2斜面(56、58)を各々が有する長く延びる突出部(50)を含む。長く延びる突出部(50)は、高所面部(54)に対して凹状形成された低所面部(52)により分離される。第1および第2斜面(56、58)は、高所面部(54)から低所面部(52)に向けて延在する。
2005500651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射側面の逆側に位置された光再方向変換側面を含む導光板本体と、
前記導光板本体の前記光出射側面の近傍に配置された複数の長く延びるプリズムであって、各プリズムはそれらの長さに沿い相互に対して並置されて延在し、各プリズムは該プリズムの高さを画成する上縁部を含み、該上縁部は当該プリズムの長さに沿い延在し、且つ、前記上縁部は異なる大きさの傾斜を有する複数の縁部セグメントを含む、複数の長く延びるプリズムと、
前記導光板本体の前記光出射側面に向けて光を反射すべく前記光再方向変換側面の近傍に配置された複数の光導出構造であって、該光導出構造は高所面部および第1および第2斜面を各々が有する長く延びる突出部を含み、前記各長く延びる突出部は前記高所面部に対して凹状形成された低所面部により分離され、前記第1および第2斜面は前記高所面部から前記低所面部に向けて延在する、複数の光導出構造と、
を備えて成る、導光板。
【請求項２】
前記高所面部の総面積は前記低所面部の総面積を超える、請求項１記載の導光板。
【請求項３】
前記高所面部の内の少なくとも数個は、近傍の低所面部により画成される面積を超える面積を画成する、請求項１記載の導光板。
【請求項４】
前記高所面部から外方へと突出する突起部を更に含む、請求項１記載の導光板。
【請求項５】
前記導光板本体は略楔形状である、請求項１記載の導光板。
【請求項６】
前記高所面部、前記斜面セグメントおよび前記低所面部は略平坦である、請求項１記載の導光板。
【請求項７】
前記高所面部の面積は前記低所面部の面積の少なくとも８倍である、請求項２記載の導光板。
【請求項８】
前記上縁部セグメントの傾斜の大きさはランダムに変更される、請求項１記載の導光板。
【請求項９】
前記各縁部セグメントは頂点を画成し、且つ、各プリズムの頂点の少なくとも数個は異なる高さを有する、請求項１記載の導光板。
【請求項１０】
前記各頂点の高さはランダムに変更される、請求項９記載の導光板。
【請求項１１】
前記縁部セグメントは谷部を画成し、且つ、各プリズムの前記谷部の少なくとも数個は異なる深度を有する、請求項１記載の導光板。
【請求項１２】
前記各谷部の深度はランダムに変化せしめられ、請求項１１記載の導光板。
【請求項１３】
前記各プリズムは前記導光板本体の前記光出射側面と一体的である、請求項１記載の導光板。
【請求項１４】
前記光導出構造は前記導光板本体の前記光再方向変換側面と一体的である、請求項１記載の導光板。
【請求項１５】
前記光導出構造および前記プリズムは前記導光板本体と一体的である、請求項１記載の導光板。
【請求項１６】
前記光導出構造は前記プリズムの長さを略横切る方向に長く延びる、請求項１記載の導光板。
【請求項１７】
前記光導出構造は蛇行パターンで湾曲する、請求項１記載の導光板。
【請求項１８】
前記導光板本体は、前記光出射側面と前記光再方向変換側面との間に延在する光入射側面を含み、且つ、
前記光導出構造は前記光入射側面に対して傾斜角度を形成する方向に延長される、請求項１記載の導光板。
【請求項１９】
第1端部から第2端部にかけて厚みが狭幅化される楔形状の導光板本体であって、該導光板本体は光出射側面の逆側に位置された光再方向変換側面を含み、前記光再方向変換側面および前記光出射側面は前記第1および第2端部間に延在し、該導光板本体は前記第1端部に配置された光入力表面を更に含み、前記光入力表面は前記光再方向変換側面と前記光出射側面との間で延在する、導光板本体と、
前記導光板本体の前記光出射側面と一体的な複数の長く延びるプリズムであって、各プリズムはそれらの長さに沿い相互に対して並置されて延在し、各プリズムは該プリズムの高さを画成する上縁部を含み、該上縁部は当該プリズムの長さに沿い延在し、各上縁部は異なる大きさの傾斜を有する複数の縁部セグメントを含み、前記傾斜の大きさは縁部セグメント毎にランダムに変化する、複数の長く延びるプリズムと、
前記光出射側面に向けて光を反射すべく前記導光板本体の前記光再方向変換側面と一体的である複数の光導出構造であって、該光導出構造は高所面部および第1および第2斜面を各々が有する長く延びる突出部を含み、前記各長く延びる突出部は前記高所面部に対して凹状形成された低所面部により分離され、前記第1および第2斜面は前記高所面部から前記低所面部に向けて延在する、複数の光導出構造と、
を備えて成る、導光板。
【請求項２０】
光源と、
光ゲート・デバイスと、
前記光源からの光を前記光ゲート・デバイスへと導向する導光板であって、
前記光ゲート・デバイスの方を向く光出射側面と該光出射側面の逆側に位置された光再方向変換側面とを含む導光板本体であって、該導光板本体は前記光再方向変換側面と前記光出射側面との間に延在する光入射側面も含み、前記光入射側面は前記光源の近傍に位置される、導光板本体と、
前記導光板本体の前記光出射側面の近傍に配置された複数の長く延びるプリズムであって、各プリズムはそれらの長さに沿い相互に対して並置されて延在し、各プリズムは該プリズムの高さを画成する上縁部を含み、該上縁部は当該プリズムの長さに沿い延在し、且つ、前記上縁部は異なる大きさの傾斜を有する複数の縁部セグメントを含む、複数の長く延びるプリズムと、
前記導光板本体の前記光出射側面に向けて光を反射すべく前記光再方向変換側面の近傍に配置された複数の光導出構造であって、該光導出構造は高所面部および第1および第2斜面を各々が有する長く延びる突出部を含み、前記各長く延びる突出部は前記高所面部に対して凹状形成された低所面部により分離され、前記第1および第2斜面は前記高所面部から前記低所面部に向けて延在する、複数の光導出構造と、
を含む導光板と、
を備えて成る、ディスプレイ。
【請求項２１】
前記導光板本体は楔形状である、請求項２０記載のディスプレイ。
【請求項２２】
前記導光板の前記光再方向変換側面の下方に位置された反射要素を更に備えて成る、請求項２０記載のディスプレイ。
【請求項２３】
前記光ゲート・デバイスと前記導光板本体の前記光出射側面との間に位置された反射型偏光フィルムを更に備えて成る、請求項２０記載のディスプレイ。
【請求項２４】
前記光ゲート・デバイスと前記導光板本体の前記光出射側面との間に位置された輝度増大用プリズムフィルムを更に備えて成る、請求項２０記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導光板などの光学デバイスに関する。より詳細には、本発明はバックライト式ディスプレイと共に使用される導光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ディスプレイを照射すべく種々のデバイスが提案されてきた。これらのデバイスとしては、バックライトパネル、前面照明パネル、集光器、反射器、構造化表面フィルム、および、光を再再方向変換、平行化、分配または別様に操作する他の光学デバイスが挙げられる。
【０００３】
また、携帯電話、個人用デジタル補助装置(personal digital assistant)およびラップトップ・コンピュータなどで用いられるバッテリ駆動式の電子ディスプレイにおいては、光の効率的な使用が特に重要である。照明効率を改善することで、バッテリ寿命が増大可能であり且つ／又はバッテリ・サイズが減少可能である。一般的に、バックライト式液晶ディスプレイの照明効率を改善すると共に見かけの輝度(brightness)を増進すべくプリズムフィルムが用いられる。
【０００４】
また電子ディスプレイにおいては、表示品質も重要である。バックライト式ディスプレイに対する表示品質のひとつの尺度は、輝度の均一性である。ディスプレイは典型的に接近して視認されまたは長期に亙り使用されることから、比較的に小さな輝度の違いでも容易に認識することができる。輝度におけるこの種の変動は、ユーザを注意力散漫としまたは不快とし得るものである。非均一性を緩和しまたはそれを隠すために、一定の場合には(たとえば拡散板などの)光散乱要素を使用することができる。しかしこのような散乱要素は逆に、ディスプレイの全体的輝度に影響し得る。
【発明の開示】
【０００５】
バックライトの多数の設計態様が提案されてきたが、依然として、更に効率的な設計態様および少ない電力消費に対する要望が在る。本発明は略、光を効率的に使用すると同時に高度の輝度均一性を提供し得るバックライト式ディスプレイに関する。
【０００６】
本発明の一つの態様は、光出射側面の逆側に位置された光再方向変換再再方向変換側面を有する導光板本体を含む導光板に関する。前記導光板本体の光出射側面の近傍には複数の長く延びるプリズムが配置される。前記プリズムは、それらの長さに沿い相互に並置されて延在する。前記プリズムは該プリズムの高さを画成する上縁部を含む。前記上縁部は、前記プリズムの長さに沿い延在する。各上縁部は、異なる大きさの傾斜を有する複数の縁部セグメントを含む。前記導光板はまた、前記光出射側面に向けて光を反射すべく前記導光板本体の光再方向変換再再方向変換側面の近傍に配置された複数の斜面も含む。各斜面の間には、全内反射により前記導光板の長さに沿い光を反射する略平坦な表面が配置される。一定の実施例において前記導光板の前記光再方向変換側面は、各高所面部間に位置されて凹状形成された低所面部を含み得る。このような実施例においては、前記高所面部から前記低所面部まで第1および第2斜面が延在する。
【０００７】
本発明の別の態様は、光源と(たとえば液晶ディスプレイ(LCD)などの)光ゲート・デバイスとを有するバックライト式ディスプレイに関する。前記光源から前記光ゲート・デバイスへと光を導向すべく、前記光ゲート・デバイスの背後には上述された如き導光板が位置される。代替実施例においては、前記導光板と前記光ゲート・デバイスとの間に一個以上の光学素子(たとえば透過性拡散器、偏光フィルム、反射型偏光フィルム、輝度増進用プリズムフィルムなど)を配置することができる。他の実施例においては、前記導光板の背後に反射要素(たとえば反射型拡散器、偏光反転ミラーなど)を配置することができる。
【０００８】
本発明の種々の態様は、再循環型バックライト式ディスプレイに対して特に適用可能性を有する。典型的な再循環型バックライト式ディスプレイは、導光板と、該導光板の背後に位置された反射器と、前記導光板の前方に位置された一個以上の光再循環構造とを含む。前記光再循環構造は、選択された形式の光(たとえば、選択された偏光を有さない光または所定視野角以外の光)を前記導光板内へと戻し反射することで、該反射光が再使用されるのを許容する。本発明の種々の見地は、ワンパス型バックライト式ディスプレイにも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は大きくは、バックライト式ディスプレイと共に用いられる導光板もしくは導出器に関する。本発明の導光板は特に、小型バッテリにより駆動される発光ダイオード(LED)により照射される超小型もしくは小型のディスプレイ・デバイスに対する点・面間(point to area)または線・面間(line to area)の背面式導光板として有用である。適切なディスプレイ・デバイスとしては、携帯電話、ポケットベル、個人用デジタル補助装置、時計、腕時計、計算器、ラップトップ・コンピュータ、車両用ディスプレイなどに対するカラーまたはモノクロのLCDデバイスが挙げられる。他のディスプレイ・デバイスとしては、ラップトップ・コンピュータ用のディスプレイまたはデスクトップのフラットパネル・ディスプレイなどのフラットパネル・ディスプレイが挙げられる。LEDに加え、他の適切な照射源としては、(たとえば冷陰極蛍光灯などの)蛍光灯、白熱灯、電界発光灯などが挙げられる。
【００１０】
Ｉ．概略的なバックライト式ディスプレイ
図１は、本発明の原理に従い構成されたバックライト式ディスプレイ10を概略的に示している。該ディスプレイは、(たとえば蛍光灯または複数個のLEDの如き、線形光源などの)光源12、導光板14、および、(たとえばLCDなどの)光ゲート・デバイス16を含む。導光板14は光ゲート・デバイス16の背後に位置されると共に、線状光源12を面状光源へと変換すべく機能する。導光板14は、光源12の近傍に位置された光入射側面18と、光ゲート・デバイス16の方を向く光出射側面20と、光出射側面20の逆側に位置された光再方向変換側面22とを含む。この詳細な説明のII節およびIII節に記述される如く、光再方向変換側面22は好適には導光板14から光を導出する(微小構造などの)導出構造を含み、且つ、光出射側面20は導光板14を出射する光の少なくとも幾分かの光の出射角度を変更する構造を含む。
【００１１】
ディスプレイ10の使用に際し、光源12からの光線24は光入射側面18を介して導光板14に進入し、全内反射(TIR)により該導光板を通り伝搬する。光線24は、光再方向変換側面22により提供される(突出部50として図４に示された)導出構造により該光線が反射されるまで、導光板14内で内部的に反射され続ける。前記導出構造はTIRを妨げる角度にて光線24を上方に反射することから、光線24は屈折により光出射側面20を通り導光板14を出射する。光出射側面20を介して屈折した後、(ゲート・デバイス16が光を透過すべく適切に変調されると仮定すると)光線24は視認者19に向けて光ゲート・デバイス16を通過する。
【００１２】
図２を参照すると、導光板14は好適には楔形状を有する。“楔形状”という表現は、導光板14の第1端部44(すなわち、基端、または、光源に最も近い端部)が、導光板14の第2端部46(すなわち、末端、または、光源から最も遠い端部)よりも厚寸であることを意味することは理解されるであろう。図２に示される如く導光板14の厚みは、第1端部44における拡大厚みt1から第2端部46における減少厚みt2まで漸進的に傾斜せしめられている。非限定的な例としてラップトップ・コンピュータなどの用途に対して導光板14は、1〜3ミリメートルの範囲の名目厚みt3、および、0.25°〜1.5°の範囲のテーパ角度θを有し得る。前記厚みは意図された前記ディスプレイの視認面積に比例して変化し得る(すなわち、通常は、大寸のディスプレイは小寸のディスプレイよりも厚寸の導光板を有する)ことが理解されるであろう。楔形状が好適であるが、(比較的に一定厚みの厚板などの)他の形状を有する導光板も使用することができる。
【００１３】
導光板14は好適には中実構造を有すると共に、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリレート、ポリスチレン、ガラス、または、その他の比較的大きな屈折率を有する色々なプラスチック材料などの光学的に適切な材料で作成される(屈折率は1.45〜1.7)。
【００１４】
図３を参照するとディスプレイ10のゲート・デバイス16は、周囲光を視認のために良好に照明された状態で反射する半透過反射型ミラー電極であって光源12からの光を視認のために調光状態で透過する半透過反射型ミラー電極を有するLCDを含み得る。代替的に前記LCDは、視認のために常に光源が必要とされる如く厳密に透過的とされ得る。更なる別実施例においては、(たとえばTDFの商品名でミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング社から販売されている製品などの)拡散半透過反射型フィルムの形態の光学素子40がゲート・デバイス16の背後に取付けられ得る(図３参照)。これらの形式のフィルムによれば、ゲート・デバイス16における部分透過電極を必要とせずに周囲光を光源として使用して良好に照明された状態で視認が許容される。
【００１５】
本発明の原理に係る導光板は、特に再循環型ディスプレイ・デバイスにおいて適用可能性を有する。代表的な再循環型ディスプレイ・デバイスは、図１５に示される。本発明の原理に係る導光板は、ワンパス・ディスプレイ・デバイスにおいても使用することができる。代表的なワンパス・ディスプレイ・デバイスは図１６に示される。
【００１６】
II.導光板の光再方向変換側面
図４を参照すると導光板14の光再方向変換側面22は、相互に対して平行に且つ並置して位置された複数の長く延びる突出部50を含む。各突出部50は、低所面部52により分離される。各突出部50は、高所面部54と、前側斜面56(すなわち光源に最も近い斜面)と、後側斜面58(すなわち光源から最も遠い斜面)とを含む。低所面部52は好適には、高所面部54に対して凹形とされる(すなわち差し込まれる)。斜面56および58は高所面部54から低所面部52まで延在すると共に、突出部50の長さに沿っても延在する。“高所面部”という語句は、比較的に急峻なオフセット要素(たとえば斜面56および58)により近傍の低所面部(すなわち該高所面部の各側部における略平坦なセグメント)からオフセットされた略平坦なセグメントを意味することは理解される。また“略平坦なセグメント”という語句は、僅かな曲率(たとえば平坦セグメントの傾斜を10％未満だけ変化させる曲率)を有するセグメントを包含する。好適には低所面部52の略平坦なセグメントは、光が全内反射により導光板14を通して伝搬するのを促進すべく、実質的に導出構造が無く且つ十分に平坦である。“比較的に急峻”という語句は、斜面56および58が高所面部54および低所面部52の傾斜と比較して比較的に急峻な傾斜を有することを意味すると理解することができるであろう。
【００１７】
図４に示された如く高所面部54は、低所面部52から下方にオフセットされる。一定の実施例において高所面部54の面積は、近傍の低所面部52の面積よりも大きい。故に光再方向変換側面22にて、高所面部54の総面積は低所面部52の総面積より大きい。一定の実施例において高所面部54の総面積は低所面部52の面積の少なくとも８倍とすることができる。もちろん他の実施例において、低所面部52の面積は高所面部54の面積よりも大きくすることができる。
【００１８】
図５は、前側斜面56と高所面部54との交点にて形成された頂点61を通るべく線描された仮想線60と共に導光板14を示している。仮想線60は、導光板14の光出射側面20により形成された名目基準平面(たとえば導光板14の垂直視認角に対して直交する平面)を通り線描された直線37と角度θを形成する。図５に示された如く、高所面部54、低所面部52および斜面56、58は全て好適に平坦である。斜面56、58は、低所面部52および高所面部54に対して傾斜角度を画成する。低所面部52および高所面部54は好適には、仮想直線37に対して実質的に平行である。後側斜面58は、夫々の前側斜面56より高位に上方に延在する主要反射器部分70を含む。図５の実施例において主要反射器部分70は、後側斜面58を前側斜面56よりも長く(すなわちより高く)構成することで提供される。図５に示された如く後側斜面58は、低所面部52および基準平面37に対して角度αを画成する。再循環型ディスプレイに対して角度αは、好適には20〜40°の範囲であり、更に好適には25〜35°の範囲であり且つ最も好適には25〜30°の範囲である。ワンパス・ディスプレイに対して角度αは好適には20°未満であり、更に好適には15°未満であり且つ最も好適には10°未満である。
【００１９】
図５はまた、導光板14を通り進行する２つの光線91aおよび93aにより踏破される光路も示している。光線91aは低所面部52に衝当すると共に、導光板14の末端(図５において不図示)に向けて光線91bとして反射される。光線93aは後側斜面58の主要反射器部分70に衝当すると共に、出射表面20を通り光線93bとして(図１に示された)ゲート・デバイス16に向けて上方に反射される。もしゲート・デバイス16が適切に変調されれば、光波93bはゲート・デバイス16を通り視認者に向けて通過する。
【００２０】
図５に示された如く、前記前側斜面と高所面部との間の頂点は直線に沿うように位置することができる。各頂点が直線に沿い位置すると共に名目的な光出射表面が基準平面と称されるならば、該基準平面と前記直線との間の角度θは好適には約0.1〜約6°であり、または更に好適には約0.25〜1.5°である。ひとつのこのような実施例において後側斜面の高さは、導光板の長さに沿い一定である。別のこのような実施例において後側斜面の高さは導光板の入射端部から末端もしくは狭幅端部に向けて減少する。更なる実施例においては、後側斜面の高さは導光板の入射端部から末端もしくは狭幅端部に向けて減少し、高所面部の長さは導光板の長さに沿い一定であり、且つ、前側斜面の高さは、前側斜面−高所面部の各頂点が直線上に位置するに十分な量だけ導光板の末端から入射端部に向けて減少する。
【００２１】
所望であれば、前側斜面と高所面部との間の各頂点は湾曲経路に沿い位置し得る。ひとつのこのような実施例において、後側斜面の高さは導光板の入射端部から末端もしくは狭幅端部に向けて減少し、且つ、低所面部の長さは導光板の長さに沿い一定のままである。別のこのような実施例において、後側斜面の高さは一定であり且つ低所面部の長さは導光板の入射端部から末端もしくは狭幅端部に向けて減少する。いずれにしても、前側斜面と高所面部との頂点が湾曲経路に沿い位置する導光板に対する角度θは、以下の式に示される如く(導光板の入射端部および末端の夫々の厚みの差を導光板の長さで除算した商)の逆正接を計算することで近似されねばならない：
【００２２】
θ＝arc tan((入射端部の厚み−末端の厚み)／導光板の長さ)
個々の突出部は全てが同一である必要はなく、全てが同一の角度配向、形状もしくは寸法を有する必要もない。但し製造の容易さのために、高所面部および斜面セグメントが突出部毎に同一の角度配向を有するという突出部を形成することが一般的に好適である。所望であれば、低所面部もまた角度配向およびセグメント長が類似し得る。一定の実施例において前記各突出部は、導光板の光入射端部の近傍では相対的に疎なピッチで、最も狭幅な部分に向けて相対的に微細なピッチで離間され得る。間隔におけるこの変化は、導光板の入射端部から末端(すなわち最も狭幅な部分)にかけて低所面部の長さを漸進的に減少することで好適に達成することができる。
【００２３】
各前側斜面は好適には平坦であるが、所望に応じ凸形状もしくは凹形状などの他の形状を使用することもできる。前記前側斜面は通常は導光板の内側からの光線を反射もしくは透過しないことから、光学的に円滑でない表面を有し得る。但し、過剰な表面粗度を回避すべく注意が必要である。その様にすれば、導光板内における光の後方散乱により生じ得るゴーストおよび他の視覚的なアーチファクト、ならびに、前側斜面を通る後方散乱光の結果的に脆弱な透過の回避が助力される。また前側斜面の高さは好適には、約0.001〜約0.5mmであり、更に好適には約0.002〜約0.02mmである。基準平面37と前側斜面との間の角度は好適には約90°〜約45°であり、更に好適には約85〜約65°である。
【００２４】
好適には前記高所面部は、光導出を誘起しない様に略平坦で光学的に円滑な表面である。高所面部の長さは好適には、約0.001〜約1.5mmであり、更に好適には約0.004〜約0.12mmである。基準平面37と高所面部との間の角度θは約0〜約10°であり、更に好適には約0〜約2°であり、高所面部は最も好適には基準平面37に対して平行である(換言すると、θは最も好適にはゼロである)。
【００２５】
前記後側斜面セグメントは、光をゲート・デバイス16に向けて導向する。好適には該後側斜面は平坦であるが、所望であれば、それらは凸形状または凹形状などの他の形状を有し得る。好適には後側斜面は、反射光の散乱を誘起しない様に略平坦で光学的に円滑な表面を有する。
【００２６】
前記光再方向変換側面の低所面部は光をTIRにより、導光板の狭幅部分もしくは末端に向けて反射する。好適には前記低所面部は、反射光の散乱を誘起しない様に略平坦で光学的に円滑な表面を有する。上述の如く低所面部の長さは好適には、導光板の長さに沿い減少し得る。好適なピッチは、光入射端部にては約0.06〜12個の突出部／mmであり且つ導光板の末端もしくは最狭幅部分にては約1〜250個の突出部／mmである。好適な低所面部の長さは約0.003〜約15mmであり、更に好適には約0.003mm〜約1.2mmである。基準平面37と低所面部との間の角度は約0〜約5°、代替的には約0.5〜約2°とすることができる。一定の実施例において低所面部は、前記楔から逆方向に傾斜せしめられる。
【００２７】
前記突出部は、前記光再方向変換側面の全幅に亙り延在することができ、または、全幅ではなく、相互に対して行列形態で整列することができ、もしくは行毎に交互配置され得る更に短寸のセグメントの形態とすることもできる。突出部の各行は、光入力表面に対して平行にまたはその表面に関して所定角度にて配置することもできる。好適には前記突出部は光再方向変換側面の全幅に亙り延在すると共に光入力表面に対して略平行である。但し図６は、光入力表面に対して傾斜した角度で延在する突出部50aおよび低所面部52aを備えた導光板14aを示す平面図である。突出部のこの傾斜した角度付けによれば、各突出部はゲート・デバイス内におけるピクセル構造に対して傾斜されることから、波紋パターンが引き起こされる可能性が低くなる。図７は、帯縞発生を回避して照射を更に良好にランダム化すべく蛇行パターンで湾曲する突出部50bおよび低所面部52bを有する導光板14bを示している。突出部50aおよび50bは、図５の突出部50と同一の輪郭を有することができる。
【００２８】
前記低所面部のサイズに対して前記高所面部のサイズを増大することで、前記各斜面を通り流出すると共に近傍の斜面により再捕捉される光の割合が増大され得ることが発見された。図８は、この発見を利用した導光板120を示している。導光板120は、導出構造122および導出構造124などの導出構造を有する。導出構造122は、前側斜面126、後側斜面128および高所面部130を有する。導出構造122および124は、低所面部132により分離される。一般的には、導光板上の高所面部の総面積は低所面部の総面積よりも大きいことが望ましい。言い換えれば、各高所面部の殆どは近傍の低所面部のいずれの面積よりも大きな面積を有さねばならない。
【００２９】
図９は、本発明に係る導光板の効率を更に増大する別の構造を示している。図９の実施例において導光板140は、導出構造142などの導出構造を有する。導出構造142は、前側斜面144、後側斜面146および高所面部148を有する。隣接する各導出構造は、低所面部150などの低所面部により分離される。付加的に導出構造142は、前側斜面144と同一側に突起部152を有する。光線158は臨界角未満の角度にて斜面160に衝当することから、導光板140から外方に透過される。それは次に突起部152の前面に衝当し、導光板140に再進入する。光線158は次に臨界角より大きな角度にて突起部152の後面に衝当すると共に、全内反射を受けて前記導光板の底部から出射する。したがって、前側斜面144に達せずに突起部152の無い導光板140の頂部で発せられた光は所望方向へと再導向される。好適には突起部152などの突起部の前面は、関連する導出構造の前側斜面の高さの少なくとも10％の高さを有さねばならない。突起部の立ち上がり部の最大高さに制限が無いが、実用上の制限は、関連する導出構造の立ち上がり部の高さの約100％である。
【００３０】
図１０は、図９の実施例に関する僅かな変形例を示している。図１０の実施例において、導光板140'は導出構造142'を有する。導出構造142'は、前面154'と後面156'とを有する突起部152'を有する。突起部152'は更に、高所面部162を有する。
【００３１】
図１１は本発明の原理に係る導光板14'を示し、この場合には高所面部が画成されない様に前側斜面はゼロまで減少される。代わりに、この実施例は斜面58'により相互からオフセットされた略平坦な複数の表面52'を含む。表面52'は、光を全内反射により導光板に沿い導向すべく機能する。斜面58'は、全内反射が妨げられる如く光を導光板の光出射側面に向けて反射することで導光板14'から光を導出すべく機能する。
【００３２】
本発明を実施する上で用いられるに適した他の導出構造は、代理人処理番号55244U5A1Bが割当てられ且つ2000年9月26日に出願されて“導出構造を備えた導光板(GUIDE WITH EXTRACTION STRUCTURES)”と称された米国特許出願第09/669,932号に見られる。
【００３３】
III.導光板の光出射側面
図１２に概略的に示される如く、導光板14の光出射側面20は複数の長く延びるプリズム200を含む。“プリズム”という語句は、２個以上の斜面により包まれて光束を偏向もしくは分散すべく用いられる光学的透過体を意味するということが理解されよう。前記導光板の各プリズム200は長さLに沿い相互に並置されて延在する。各プリズム200は三角溝201により分離される。
【００３４】
各プリズム200は、上縁部204にて好適に合流する２つの斜面202を含む。一定の実施例において上縁部204は丸形とすることもできる。上縁部204はプリズム200の(図１３に示された)高さHを画成する。上縁部204の各々は、異なる垂直傾斜変化率を有する複数の縁部セグメント204a乃至204oを含む。垂直傾斜変化率(すなわち傾斜の大きさおよび方向)は好適には、各プリズム200の縁部セグメント204a乃至204oに対してランダムに変更される。たとえば傾斜の変化率は、傾斜値の分布(たとえば32,000個、または、一定の用途に対しては更に多数個の傾斜値)からランダムに選択することができる。傾斜値の分布は平坦とされまたは加重(たとえば釣鐘形状など)されたものとなり得ることが理解される。他の実施例において傾斜変化率は、非ランダム様式で選択され得る。たとえば一定の用途に対しては、更に急峻な傾斜変化率を有するセグメントが光源の近傍に位置される如く、傾斜の大きさをプリズムの長さに沿い漸進的に減少させることが望ましいこともある。概略的な設計自由度によれば各傾斜は所望の導出効率に対応して選択され得ることは理解される。
【００３５】
図１２を参照すると、プリズム200の上縁部204は複数の頂点206および谷部208を画成する。頂点206および谷部208は、隣接する縁部セグメントが逆方向の垂直傾斜を有する箇所にて画成される(たとえば、頂点206を画成する縁部セグメント204aおよび204b、および、谷部208を画成する縁部セグメント204bおよび204cを参照)。隣接する各縁部セグメントは、垂直傾斜に関して異なる大きさ及び同一の方向を有することができる(たとえば縁部セグメント204eおよび204fを参照)。図１３に最も良く示される如く、各上縁部204は夫々のプリズム200の長さLに沿う水平寸法において蛇行する(すなわち左右に移動することで単一垂直平面から逸脱する)ことも可能である。他の実施例においては、谷部208もまた水平方向において蛇行することもある。
【００３６】
図１２に示された如く、頂点206および谷部208の高さは各プリズム200の長さに沿い変化する。好適には、頂点206および谷部206の高さはランダムに変更される。
【００３７】
ひとつの非限定的実施例において各プリズム200は、夫々のプリズム高さは15ミクロン乃至35ミクロンで変化し乍ら約25ミクロンの名目高さを有し得る。プリズム200の(図１３に示された)ピッチpは好適には、10〜100ミクロンの範囲である。ピッチの更に好適な範囲は24〜50ミクロンである。最も好適なピッチは50ミクロンである。付加的に、各プリズム200の斜面202により画成される開先角度は好適には70〜120°の範囲であり、更に好適には80〜100°の範囲である。最も好適には、斜面202の開先角度は90°である。
【００３８】
図１２を参照すると、上縁部セグメント204a乃至204oの各々は同一の水平長さ成分y(たとえば150ミクロン)を有して示される。上縁部セグメントの各々に対する水平成分yは好適には、約10〜500ミクロンの範囲である。各縁部セグメントは一定の水平成分yを有するのが好適であるが、上縁部区画に対する水平成分yはセグメント毎に変化することも可能である。
【００３９】
図１２および図１３の概略図に示された如く上縁部204は、直線により接続された個別の頂点206および谷部208を含む。図１４に示された如く、実際の様式において縁部204は略直線状のセグメントにより相互接続された丸形の頂点206および谷部208を含む。代替実施例において、直線状のセグメントは湾曲されたセグメントにより置き換えることができる。
【００４０】
図１４においては、上縁部セグメント204pの水平成分yおよび垂直成分xが符号表示される。縁部セグメント204pの傾斜の大きさは、垂直成分xを水平成分yで除算することで決定されることは理解される。傾斜の方向(すなわち正または負)は、縁部セグメントが上昇するか下降するかにより決定される。典型的実施例において所定縁部セグメントの傾斜の大きさは好適には、10°を超えない。もちろん、更に大きな傾斜を使用することもできる。
【００４１】
依然として図１４を参照すると、ひとつの溝201の深度210も示される。深度210は、下縁部212により画成される(図１３参照)。上縁部204と同様に下縁部212は好適に、異なる傾斜変化率を有する複数の縁部セグメントを有する。
使用に際して導光板14のプリズム200は＿＿＿＿すべく機能する。プリズム200の長さに沿う傾斜の変化は＿＿＿＿を支援する。
【００４２】
IV.例示的ディスプレイ
図１５は、本発明の原理に係る例示的な再循環型バックライト式ディスプレイ10aを示している。ディスプレイ10aは、導光板14と光ゲート・デバイス16との間に位置された光学的積層物30を含む。所望のディスプレイ照明特性に依存し、光学的積層物30は任意数の異なる光学素子を含むこともできる。たとえば前記積層物は、輝度増進用フィルム(たとえばミネソタ州、セントポールのミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング社から入手可能なBEFIIIなどの輝度増進用フィルム製品)などのマイクロプリズム・フィルム32を含んで示される。輝度増進用フィルムは典型的に、導光板14から発せられた光であって所定角度範囲以外の光を再循環／反射すべく設計される(たとえばその全体が言及したことにより本明細書中に援用される米国特許第4,906,070号を参照)。フィルム32は、上方を向くプリズムであって突出部50の方向に対して平行な方向に延在するプリズムを有する。積層物30はまた、(DBEFの商品名でミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング社から販売されている鏡面反射型偏光フィルムなどの)反射型偏光フィルム34(すなわち、ひとつの偏光状態を反射し且つ直交する偏光状態は透過するフィルム)も含む。反射型偏光フィルム34は好適には、ゲート・デバイス16の対応透過軸心と整列された透過軸心を有する。前記透過軸心と整列されていない光は、導光板14に向けて反射されて再循環される。反射型偏光フィルム34およびゲート・デバイス16の両者と整列された透過軸心を有する“仕上げ”偏光フィルム36を使用することもできる。先に記述された如く、この種の用途に対して後側斜面58は好適には、20〜40°の範囲の角度αを画成する。
【００４３】
導光板14の背後には、該導光板の光再方向変換側面22を通り流出した光を再捕捉すべく位置された反射要素38が示される。反射要素38は好適には、拡散ミラーである。偏光変換を行うべく(たとえば四分の一波長板などの)フィルムも付加され得る。この形式の実施例において低所面部52および高所面部54は、積層物30により反射された光が前記導光板の光再方向変換側面22を通過して反射要素38に到達するのを許容する“窓”として機能する。そのときに低所面部52および高所面部54は、光が反射要素30により反射された後に導光板14に再進入するのを許容する。
【００４４】
図１６は、本発明の原理に係る例示的なワンパス型バックライト式ディスプレイ10bを示している。ディスプレイ10bは、導光板14とゲート・デバイス16との間に位置されたプリズム型反転フィルム41を含む。＿＿＿＿の商品名でミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング社により販売されているこのような反転フィルムは、視認に対して好適な角度範囲へと光を再導向すべく用いられる(たとえば反転フィルムは、ゲート・デバイス16に対して更に直角に入射すべく光を導向し得る)。好適には前記反転フィルムは、下方を向いて突出部50に平行な方向に延在するプリズム43を有する。(鏡面反射ミラーなどの)反射要素38は、導光板の光再方向変換側面22を通り流出した光を再捕捉すべく導光板14の背後に位置して示される。先に記述された如くこの種の用途に対し、後側斜面58は好適には20°未満の角度αを画成する。
【００４５】
V.製造方法
本発明に係る導光板は好適には、所望の構造表面の逆レプリカ(negative replica)を担持する金属もしくは他の耐久性のある材料から成る、旋盤あるいはその他の工具で成形された、表面に対し、射出成形可能な樹脂を、鋳造、エンボス加工、硬化、または、その他の方法で成形することで作成される。当業者は、このような成形された表面を作成する方法および前記導光板を鋳造、エンボス加工または硬化する方法を良く知っているはずである。好適には、プリズム200は導光板14の光出射側面20と一体的に形成される(すなわち単一のモノリシック片として形成される)と共に、突出部50は導光板14の光再方向変換側面22と一体的に形成される。代替実施例においてプリズム200もしくは突出部50は、(たとえば積層プロセスなどの)慣用技術により導光板14上に取付けられたフィルム上に形成することができる。
【００４６】
導光板14の光出射側面20においてプリズム200を形成すべく用いられるツールに対するマスタは、ダイヤモンド旋削技術により作成することができる。典型的に前記マスタは、所望のプリズム構造パターンと同一の輪郭を有すると共に、所望プリズム構造の逆レプリカを有する成形ツールを作成すべく用いられる。一例として前記ツールに対するマスタは、ロール(roll)として公知の円筒状素材上にダイヤモンド旋削により作成することができる。前記ロールの表面は典型的に硬質の銅であるが、他の材料も使用することができる。(図１７に示された)ダイヤモンド製切削工具300は、三角形断面を有する溝を前記ロールに切削すべく用いられる。好適には、前記ロールには連続溝が切削される一方、ダイヤモンド製工具300は回転するロールを横切る方向(すなわちロールの回転軸心に平行な方向)に移動される。各プリズム間における(たとえば50ミクロンのピッチなどの)一定のピッチが所望であれば、工具300は一定速度で移動される。切削プロセスの間、工具300はドラムに対して径方向に突入され且つドラムから径方向外方に引出されることで、夫々に異なる傾斜変化率を有するプリズムが提供される。好適実施例において突入深度範囲は15〜35ミクロンである。前記ロールが一定速度で回転する間に工具300が突入されまたは引込められる速度を変化させることにより、異なる傾斜変化率が生成される。
【００４７】
当業者であれば、本発明の有効範囲および精神から逸脱せずに本発明の種々の改変および変更は明らかであろう。本発明は前記で示された例示的実施例に限定されないことを理解すべきである。また詳細な説明において参照された全ての図面は概略的であり且つ一定縮尺で描かれていないことも理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】光源、導光板および光ゲート・デバイスを含む本発明の原理に係るバックライト式ディスプレイの概略図である。
【図２】図１の導光板の概略図である。
【図３】導光板と光ゲート・デバイスとの間に拡散半透過反射型フィルムが位置された図１のバックライト式ディスプレイの概略図である。
【図４】本発明の原理に係る導光板の底面斜視図である。
【図５】図４の導光板の部分的側面図である。
【図６】本発明の原理に係る第2の導光板の底面図である。
【図７】本発明の原理に係る第3の導光板の底面図である。
【図８】本発明の原理に係る第4の導光板の側部輪郭図である。
【図９】本発明の原理に係る第5の導光板の側部輪郭図である。
【図１０】本発明の原理に係る第6の導光板の側部輪郭図である。
【図１１】本発明の原理に係る第7の導光板の側部輪郭図である。
【図１２】図４の導光板の上方からの正面および側面の斜視図である。
【図１３】図１２の導光板の上方からの正面斜視図である。
【図１４】図１２の導光板の側部輪郭図である。
【図１５】本発明の原理に係る再循環型ディスプレイの概略図である。
【図１６】本発明の原理に係るワンパス・ディスプレイの概略図である。
【図１７】本発明の原理に係る導光板の製造において使用されるに適したダイヤモンド製切削工具を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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2005500651.tif 000004
2005500651.tif 000005
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【国際調査報告】
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2005500651.tif 000034