(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に光拡散構造が設けられた導光フィルムであって、
該光拡散構造が、二次元アレイを形成するよう第１の方向および第２の方向に配列された複数のマイクロ凹レンズを含み、かつ各凹レンズおよび前記凹レンズの接合部分の曲率がいずれも０ではない導光フィルムと、少なくとも１つの屈折構造を含む屈折部材とを含み、
光源からの光が、前記屈折部材を通過し屈折されて前記光拡散構造へ到達した後、前記光拡散構造を通過し、屈折されて前記導光フィルムに入り、次いで前記導光フィルム内を全反射して伝播する複合導光フィルムモジュール。
【請求項２】
前記屈折部材が、前記導光フィルムの上方に配置される請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項３】
前記屈折構造が、少なくとも１つのマイクロ凹レンズを含み、
前記光源からの光が、前記マイクロ凹レンズを通過し、屈折されて前記導光フィルムに入る請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項４】
前記屈折構造が、前記光源または前記光拡散構造に対向している請求項２記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項５】
前記屈折構造が、少なくとも１つのマイクロ凸レンズを含み、
前記光源からの光が、前記マイクロ凸レンズを通過し、屈折されて前記導光フィルムに入る請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項６】
前記屈折構造が、少なくとも１つのプリズムを含み、前記光源からの光が前記プリズムを通過し、屈折されて前記導光フィルムに入る請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項７】
前記導光フィルムが、第２の面をさらに含み、
前記光が、前記第１の面を通過して前記光拡散構造に入り、前記導光フィルム内を全反射して伝播する請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項８】
前記光源からの前記光が、前記導光フィルムの前記第１の面に対して垂直である、または、傾斜している請求項７記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項９】
前記第１の方向が、前記第２の方向にほぼ垂直である請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項１０】
各マイクロ凹レンズの幅と深度の比が、２よりも大きい請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項１１】
前記マイクロ凹レンズの深度が、前記マイクロ凹レンズの厚さよりも小さい請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項１２】
前記第１の面または前記第２の面に形成された出光構造をさらに含み、前記導光フィルム内を伝播する前記光が、前記出光構造を介して前記導光フィルムから出る請求項７記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項１３】
前記光の入射の方向が、前記光の伝播の方向にほぼ垂直である請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項１４】
前記屈折部材が、多層屈折構造を含む請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【請求項１５】
前記屈折部材が、重畳された複数の屈折シートを含む請求項１記載の複合導光フィルムモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合導光フィルムモジュールに関し、より詳細には光を導光フィルムに導入し、その中を伝播させる複数の光学部材を備えた導光フィルムモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末）またはデジタルカメラなどの携帯機器にはサイドライト方式のバックライトモジュールが用いられており、また、より小さいサイズが好まれることから、超薄の導光フィルムが必要とされてきている。導光フィルムの厚さが３００μｍより小さくなると、光をフィルムの側端からフィルム内へ導くことが困難となる。光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた場合、ＬＥＤからの光線は集束するため、冷陰極管（ＣＣＦＬ）を用いた場合と比べて、光線をより薄いフィルムに導入することができる。しかしフィルムが薄すぎると、ＬＥＤが発する光線さえも、フィルムの側端からフィルム内へ導入され得なくなる。光線を結合させてフィルム内へ入れるには、複雑な方法とシステムが必要となる。本発明の出願人による出願（特許文献１）では、光を導光フィルム内へ導く光拡散構造を有した導光フィルムを開示しているが、導光フィルムの一部が光を透過させるため、光のロスが生じるという不具合がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３０４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述に鑑みて、本発明の目的は、複合導光フィルムモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態にかかる複合導光フィルムモジュールは、その第１の面に光拡散構造が設けられた導光フィルムであって、該光拡散構造が二次元アレイを形成するよう第１の方向および第２の方向に配列された複数のマイクロ凹レンズを含み、かつ各凹レンズおよび凹レンズの接合部分の曲率がいずれも０ではない、導光フィルムと、少なくとも１つの屈折構造を含む屈折部材とを含み、光源からの光は、屈折部材を通過し屈折されて光拡散構造へ到達した後、光拡散構造を通過し屈折されて導光フィルムに入り、次いで導光フィルム内を全反射して伝播する。
【０００６】
屈折構造は少なくとも１つのマイクロ凹レンズを含み、光源からの光はマイクロ凹レンズを通過し、屈折されて導光フィルムに入る。屈折構造は光源または光拡散構造に対向している。
【０００７】
また、屈折構造は少なくとも１つのマイクロ凸レンズを含み、光源からの光はマイクロ凸レンズを通過し、屈折されて導光フィルムに入る。
【０００８】
また、屈折構造は少なくとも１つのプリズムを含み、光源からの光はプリズムを通過し、屈折されて導光フィルムに入る。
【発明の効果】
【０００９】
光線の入射角が大きくなるほど導光フィルム内で全反射しながら伝播する光の量は増えるので、本発明に係る複合導光フィルムモジュールは、導光フィルムの上方に屈折部材を設けて光線を屈折させ、屈折部材で屈折された光が大きな入射角で導光フィルムに入射するように構成されている。よって導光効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、添付の図面を参照にしながら、本発明を実施形態により詳細に説明する。
【００１１】
導光フィルムに対する入射角が大きくなるほど、全反射される光線が多くなる。よって、本発明の複合導光フィルムモジュールは、導光フィルムの上方に屈折部材を備えて光線を屈折させるように構成されている。屈折部材で屈折された光は、大きな入射角で導光フィルムに入射する。
【００１２】
図１および図２は、導光フィルム上に光拡散構造として形成されたマイクロ凹レンズを通過する光を表している。図１は、マイクロ半球面凹レンズを通過する光を示している。
【００１３】
符号１、２は光線である。ａ／２はマイクロ凹レンズの半径、ｂはマイクロ凹レンズの深度である。ｎ１は空気の屈折率、ｎ２はマイクロ凹レンズの屈折率である。θ１およびθ２は光線１および光線２の入射角、θｒ１およびθｒ２は光線１および光線２の屈折角、α１およびα２は光線１および光線２の中心角、θｖ１およびθｖ２は屈折された光線１および光線２の視角である。
【００１４】
マイクロ凹レンズは半球面レンズであるので、ａ／２＝ｂであり、法線が球の中心（焦点）を通る。スネルの法則によると次のようになる。
ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθｒ１
α１＝θ１
θｖ１＝α１−θｒ１
【００１５】
マイクロ凹レンズがポリカーボネート（ＰＣ）からなる場合、光は空気からマイクロ凹レンズに入る。ｎ１＝１、ｎ２＝１．５９であることが分かっている。θ１が３６．８°のとき、θｒ１は２２．１°となり、θｖ１＝３６．８°−２２．１°＝１４．７°＜３８．９７°（３８．９７°は公式θｃ＝ａｒｃｓｉｎ(ｎ２／ｎ１)（θｃは臨界角）より算出した全反射の臨界角）となる。よって光は全反射しない。また、θ２が５２．９°であるとき、θｒ２＝３０．１°となり、θｖ２＝２２．８°＜３８．９７°となるので、光は全反射し得ない。理論上は、入射角が７７°よりも大きくなったときのみに全反射が起こる。しかしながら、この角度をこえる入射角で入射する光は非常に少ないため、球面レンズの導光効率は悪い。
【００１６】
図２は非球面レンズ（楕円面レンズ、放物面レンズまたは双曲面レンズ）を通過する光を示している。β１およびβ２は光線１および光線２の入射角である。楕円面レンズの深度はｂ、楕円面レンズの半径はａ／２である。偏心率ｅ＝（１−（ａ／２）2／ｂ2）１／２である。ａ：ｂ＝１：１であるとき、ｅ＝０．８６である。また楕円面レンズであるので、β１＞θ１である。α１およびα２は光線１および光線２の中心角である。マイクロ凹レンズがポリカーボネートからなる場合、ｎ１＝１、ｎ２＝１．５９である。β１＝５６．３°、β２＝７２．４°のとき、スネルの法則によれば次のとおりとなる。
１×ｓｉｎβ１＝１．５９×ｓｉｎθｒ１
θｖ１＝β１−θｒ１＝２４．７°
θｖ２＝β２−θｒ２＝３５．５°
【００１７】
この値は臨界角θｃ＝３８．９７°に非常に近い。θｖ３が３８．９７°であるとすると、βｃは約７７°となる。光は偏心率の高い楕円面レンズにより全反射されることとなる。
【００１８】
レンズに入る光が所定の角度で偏向されるとき、例えば光線４が偏向角ω＝１２°で偏向されるとき、β２は７２．４°から６０．４°に減る。計算すると、θｒ４＝３３．１°、θｖ４＝β４−θｒ４＝３９．３°（θｖ４は屈折された光線４の視角、β４は光線４の入射角、θｒ４は光線４の屈折角）となり、臨界角θｃよりも大きくなる。ａ／ｂの比率が２よりも大きいときにのみ高効率が得られる。
【００１９】
上述のように、導光フィルムに入る光線の入射角が大きくなるほど、全反射される光線が多くなる。本発明の屈折部材は、光線をより大きな入射角で導光フィルムに導入することができるものである。
【００２０】
図３に示されるように、複合導光フィルムモジュール１００は、導光フィルム１０および屈折部材４０を含んでいる。導光フィルム１０は第１の面１２および第２の面１４を含む。第１の面１２には光拡散構造３０が設置されている。光源５からの光線Ａは屈折部材４０で屈折されてから光拡散構造３０を通過する。そして拡散された光線Ｂは第２の面１４で反射される。反射された光線Ｃは、全反射の臨界角θｃよりも大きい入射角で第１の面１２へ到達し、よって第１の面１２で反射される。その光線は全反射を繰り返し、導光フィルム１０内を伝播する。このようにして光線は導光フィルム１０の面から導光フィルム１０内へ導入され、その中を伝播する。伝播の方向は入射の方向にほぼ垂直である。
【００２１】
本発明の一実施形態において、屈折部材４０は、複数のマイクロ凸レンズ４２を含む屈折構造４１を備えた屈折フィルムである。光線Ａはマイクロ凸レンズ４２を通過することにより屈折され、これにより第１の面１２に対し所定の角度を成して光拡散構造３０に入る。そして光線Ａは全反射を繰り返して導光フィルム１０内を伝播する。
【００２２】
光拡散構造３０は、図４に示されるように、第１の方向Ｌ１および第２の方向Ｌ２に二次元アレイ状に配列された複数のマイクロ凹レンズ３２を含む。このような構造はレーザドラッギング法によって作製することができる。各マイクロ凹レンズ３２および隣り合うマイクロ凹レンズの接合部分の曲率はいずれも０ではない。第１の方向Ｌ１は第２の方向Ｌ２にほぼ垂直である。各マイクロ凹レンズの幅と深度の比は２よりも大きい。また、マイクロ凹レンズの深度は導光フィルムの厚さよりも小さい。
【００２３】
図５は、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態において、屈折部材４０’は、複数のプリズム４２’を備える屈折構造４１’を少なくとも１つ含んでいる。同様に、光線Ａはプリズム４２’を通過することによりプリズム４２’で屈折される。
【００２４】
上述した実施形態以外にも、屈折構造は、複数のマイクロ凹レンズ、または屈折部材中に分布された複数の粒子を含んでいてもよく、これらも同様に光線を偏向させることができる。
【００２５】
上述の実施形態では、屈折部材は１つの屈折構造のみを含んでなるが、多層屈折構造あるいは重畳された複数の屈折シートを用いることもできる。
【００２６】
本実施形態では、屈折部材は導光フィルムの上方に配置される。屈折部材の屈折構造は、光源、または導光フィルムに形成された光拡散構造に対向するよう設けられる。図６は、光源に対向する屈折構造としてのマイクロ凸レンズの光路を示している。図７は、光源に対向する屈折構造としてのマイクロ凹レンズの光路を示している。図８は、光拡散構造に対向する屈折構造としてのマイクロ凹レンズの光路を示している。図９は、光拡散構造に対向する屈折構造としてのプリズムの光路を示している。
【００２７】
本発明の１実施形態において、光源からの光は、導光フィルムの第１の面に対して垂直である、または傾斜している。図１０に示されるように、傾斜した光源からの光線は、導光フィルムに照準を合わせた図３に示される光源からの光線と比べ、より大きい傾斜角で導光フィルムに入る。光線は屈折部材で屈折されてから、光拡散構造を通過し、全反射を繰り返して導光フィルム内を伝播する。
【００２８】
表１に示されるように、後ろから２列目の欄に示されているように、光拡散構造を備えないフィルムの光強度が１（標準）に設定されている。光源は波長６５０ｎｍの赤色レーザー源である。光拡散構造を備えた導光フィルムの光強度は、光拡散構造を備えないものの６．６倍となっている。最後列の欄は、屈折部材を備えた導光フィルムの光強度を示している。屈折部材を備えない導光フィルムの光強度は１に設定されている。屈折部材を備える導光フィルムは、光強度が最高で１．８倍まで上がっており、導光効率により優れていることがわかる。
【００２９】
【表１】
0004684322.tif 000002
【００３０】
また、第１の面または第２の面に、出光構造を形成してもよい。導光フィルム内を伝播する光線は、この出光構造を介して導光フィルムから外へ出る。出光構造はマイクロレンズ、逆プリズム、ドット、ホールまたは粗面構造とすることができる。
【００３１】
以上、好適な実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定はされないと解されるべきであり、つまり本発明は、(当業者であれば明らかであるように)添付の特許請求の範囲は、かかる各種変更および均等なアレンジがすべて包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のマイクロ凹レンズを通過する光を表している。
【図２】本発明のマイクロ凹レンズを通過する光を表している。
【図３】本発明の一実施形態における複合導光フィルムモジュールの概略図である。
【図４】本発明の光拡散構造の概略図である。
【図５】本発明の他の実施形態における複合導光フィルムモジュールである。
【図６】光源に対向する屈折構造としてのマイクロ凸レンズの光路を表している。
【図７】光源に対向する屈折構造としてのマイクロ凹レンズの光路を表している。
【図８】光拡散構造に対向する屈折構造としてのマイクロ凹レンズの光路を表している。
【図９】光源に対向する屈折構造としてのプリズムの光路を表している。
【図１０】複合導光フィルムモジュールに対して所定の角度を有する光源からの光を表している。
【符号の説明】
【００３３】
１、２、４、Ａ、Ｂ、Ｃ  光線
５  光源
１０  導光フィルム
１２  第１の面
１４  第２の面
３０  光拡散構造
３２  マイクロ凹レンズ
４０、４０’  屈折部材
４１、４１’  屈折構造
４２  マイクロ凸レンズ
４２’  プリズム
１００  複合導光フィルムモジュール
θ１、β１  光線１の入射角
θ２、β２  光線２の入射角
θｒ１  光線１の屈折角
θｒ２  光線２の屈折角
α１  光線１の中心角
α２  光線２の中心角
θｖ１  屈折された光線１の視角
θｖ２  屈折された光線２の視角
ａ／２  マイクロ凹レンズの半径
ｂ  マイクロ凹レンズの深度
ω  偏向角
【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】
0004684322.tif 000009
【図８】
0004684322.tif 000010
【図９】
0004684322.tif 000011
【図１０】
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