(57)【要約】  直接照明されるディスプレイユニットは、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルの背後に配置された１つ以上の光源とを含む。光源は照明光を生成することができる。拡散性光変向層が、１つ以上の光源とディスプレイパネルとの間に配置される。光変向層は、ディスプレイパネルの方に向く光変向層の第１側面の１つの上に配置された第１光変向要素と、ディスプレイパネルから離れる方に向く光変向層の第２側面上に配置された第２光変向要素とを含む。拡散性光変向層は、ポリマーマトリックス内に配置された拡散粒子を更に含む。
2010510546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接照明されるディスプレイユニットであって、
ディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネルの背後に配置され、照明光を生成することができる１つ以上の光源と、
前記１つ以上の光源と前記ディスプレイパネルとの間に配置された拡散性光変向層と、を含み、前記光変向層が、前記ディスプレイパネルの方に向く前記光変向層の第１側面上に配置された第１光変向部材と、前記ディスプレイパネルから離れる方に向く前記光変向層の第２側面上に配置された第２光変向部材とを含み、前記拡散性光変向層が、ポリマーマトリックス内に配置された拡散粒子を更に含む、直接照明されるディスプレイユニット。
【請求項２】
前記第１光変向部材の少なくとも１つが、前記光変向層に垂直な軸に対して非対称である、請求項１に記載のユニット。
【請求項３】
前記光変向層の少なくとも１つの側面が、２つの隣接する光変向部材間に少なくとも１つの平面部分を含む、請求項１に記載のユニット。
【請求項４】
前記第１光変向部材の少なくとも１つが、前記光変向層を横切って延びる細長い部材として形成される、請求項１に記載のユニット。
【請求項５】
前記細長い部材が、前記細長い部材の長さに沿って一定である高さを有する、請求項４に記載のユニット。
【請求項６】
前記細長い部材が、前記細長い部材の長さに沿って変わる高さを有する、請求項４に記載のユニット。
【請求項７】
前記細長い部材が、前記細長い部材の長さに沿って変わる幅を有する、請求項４に記載のユニット。
【請求項８】
前記拡散性光変向層の前記第１及び第２側面の少なくとも１つが、それらの高さが異なる２つの隣接する光変向部材を含む、請求項１に記載のユニット。
【請求項９】
前記拡散性光変向層と前記ディスプレイパネルとの間に配置された１つ以上の光管理フィルムを更に含む、請求項１に記載のユニット。
【請求項１０】
前記１つ以上の光管理フィルムが、少なくとも第１輝度強化フィルムと反射偏光子フィルムとを含む、請求項９に記載のユニット。
【請求項１１】
前記第１輝度強化フィルムのプリズム状構造体に実質的に直交して配向されたプリズム状構造体を有する第２輝度強化フィルムを更に含む、請求項１０に記載のユニット。
【請求項１２】
前記１つ以上の光管理フィルムが、ディフューザ層を含む、請求項９に記載のユニット。
【請求項１３】
前記ディスプレイパネルが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルを含む、請求項１に記載のユニット。
【請求項１４】
前記１つ以上の光源が、発光ダイオード及び蛍光ランプの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のユニット。
【請求項１５】
前記ディスプレイパネルに連結された制御ユニットを更に含んで、前記ユニットによって、表示される画像を制御する、請求項１に記載のユニット。
【請求項１６】
前記光変向層の前記第２側面に入射する光が、第１光変向平面において実質的に変向され、前記第２側面から前記光変向層の前記第１側面に入射する光が、前記第１光変向平面に非平行の第２光変向平面において実質的に変向される、請求項１に記載のユニット。
【請求項１７】
前記第１及び第２光変向平面が、実質的に垂直である、請求項１７に記載のユニット。
【請求項１８】
前記拡散性光変向層に実質的に垂直な方向において前記拡散性光変向層内で伝播する前記１つ以上の光源からの光の第１部分が、前記第１光変向要素の平坦部分を通って実質的に透過され、前記拡散性光変向層に実質的に垂直な方向において前記拡散性光変向層内で伝播する前記１つ以上の光源からの光の第２部分が、前記第１光変向要素の傾斜部分において全反射される、請求項１に記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００６年１１月１５日に出願された米国特許仮出願第６０／８６５９４４号の利益を主張するものであり、その開示は、すべてが参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、以下の米国特許出願に関連し、それらは参照により組み込まれる：米国特許出願第１１／５６０２３４号（２００６年１１月１５日出願）、米国特許出願第１１／５６０２７１号（２００６年１１月１５日出願）、米国特許出願第１１／５６０２６０号、及び米国特許出願第１１／５６０２５０号（２００６年１１月１５日出願）。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、光学ディスプレイに関し、より具体的には、ＬＣＤモニター及びＬＣＤテレビに使用されることができるような、背後からの光源により直接照明される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。
【背景技術】
【０００４】
幾つかのディスプレイシステム、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、背後から照明される。こうしたディスプレイは、ラップトップコンピュータ、手持ち式計算機、デジタル時計、テレビなどの多くの装置において、広範な用途を見出す。幾つかのバックライトディスプレイは、ディスプレイの側面に位置する光源を、光源からの光をディスプレイパネルの後ろに導くように位置付けられたライトガイドと共に含む。他のバックライトディスプレイ、例えば幾つかのＬＣＤモニター及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）は、ディスプレイパネルの背後に位置付けられた複数の光源を使用して、背後から直接照明される。ディスプレイの側面に沿って光源を置くために利用可能な場所がディスプレイのサイズと共に直線的にしか増加しないのに対して、ある一定水準のディスプレイ輝度を実現するために必要な所要光出力は、ディスプレイのサイズの二乗で増加するために、ディスプレイの大型化に伴い、この後者の配列がますます一般化しつつある。更に、ＬＣＤ−ＴＶ等の一部のディスプレイ用途では、ディスプレイは、その他の用途よりも遠い距離から見るのに十分な輝度を必要とする。加えて、ＬＣＤ−ＴＶの視野角要件は、ＬＣＤモニター及び手持ち式装置の視野角要件とは一般に異なる。
【０００５】
多くのＬＣＤモニター及びＬＣＤ−ＴＶは、多数の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）により背後から照明される。これらの光源は線状であり、ディスプレイの幅一杯に横切って伸延しており、結果として、ディスプレイの後ろは、より暗い領域によって分離された一連の明るいストライプによって照明される。こうした照明プロファイルは望ましくなく、そのためＬＣＤ装置の後ろの照明プロファイルを平滑化するために、ディフューザプレートが典型的には使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光を視聴者の方に向けるために、拡散リフレクタがランプの背後に使用され、ランプは、リフレクタとディフューザとの間に位置付けられる。拡散リフレクタとディフューザとの間の距離間隔は、ディフューザから放射される光の所望の輝度の均一性により限定される。距離間隔が小さ過ぎると、照度はより均一ではなくなり、したがって視聴者が見る画像を悪くする。これは、ランプ間で光が均一に広がる空間が十分にないために起こる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの実施形態は、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルの背後に配置された１つ以上の光源とを含む直接照明されるディスプレイユニットを目的とする。光源は照明光を生成することができる。拡散性光変向層が、１つ以上の光源とディスプレイパネルとの間に配置される。光変向層は、ディスプレイパネルの方に向く光変向層の第１側面の１つの上に配置された第１光変向要素と、ディスプレイパネルから離れる方に向く光変向層の第２側面上に配置された第２光変向要素とを含む。拡散性光変向層は、ポリマーマトリックス内に配置された拡散粒子を更に含む。
【０００８】
上記の「課題を解決するための手段」は、本発明の各例示された実施形態又はすべての実施を説明しようとするものではない。図及び以下の「発明を実施するための形態」によって、これらの実施形態を更に具体的に例証する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付図面と併せて以下の本発明の様々な実施形態の「発明を実施するための形態」を検討することにより、本発明をより完全に理解することができる。
【図１】本発明の原理による、輝度均一化層を使用するバックライト液晶ディスプレイ装置の概略図。
【図２】本発明の原理による、均一性強化フィルム（ＥＵＦ）の実施形態の概略図。
【図３Ａ】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図３Ｂ】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図４Ａ】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図４Ｂ】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図４Ｃ】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図４Ｄ】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図５】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図６Ａ】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図６Ｂ】本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。
【図７Ａ】本発明の原理による、ＥＵＦを含む光管理ユニットの異なる実施形態の概略図。
【図７Ｂ】本発明の原理による、ＥＵＦを含む光管理ユニットの異なる実施形態の概略図。
【図７Ｃ】本発明の原理による、ＥＵＦを含む光管理ユニットの異なる実施形態の概略図。
【図８】本発明の原理による、光源及び光管理フィルムを含む照明ユニットの実施形態の概略図。
【図９Ａ】本発明の原理による、ＥＵＦをモデル化する際に使用される様々なパラメータ。
【図９Ｂ】本発明の原理による、ＥＵＦをモデル化する際に使用される様々なパラメータ。
【図１０】様々なモデル例についてのルミナンス（luminance）に対してプロットされた、計算された輝度均一性（brightness uniformity）の散布図。
【図１１Ａ】ＥＵＦの動作を記載するために使用される、極性コノスコーププロット。
【図１１Ｂ】ＥＵＦの動作を記載するために使用される、極性コノスコーププロット。
【図１１Ｃ】ＥＵＦの動作を記載するために使用される、極性コノスコーププロット。
【図１１Ｄ】ＥＵＦの動作を記載するために使用される、極性コノスコーププロット。
【図１１Ｅ】代表的なモデルＥＵＦの概略図。
【図１１Ｆ】ＥＵＦの動作を記載するために使用される、極性コノスコーププロット。
【図１２】様々なモデル例について、ディフューザとリフレクタとの間の距離間隔に応じる輝度均一性。
【００１０】
本発明は様々な変更例及び代替形態に柔軟に従うことができるが、それらの細目は図面で例を用いて示されており、詳細に記載されるであろう。しかしながら、その意図は、記載された特定の実施形態に本発明を限定することではないことが理解される必要がある。逆にその意図は、添付の特許請求の範囲により規定されるように本発明の趣旨及び範囲内にあるすべての変更例、等価物及び代替物を網羅しようとするものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ又はＬＣディスプレイ）のようなディスプレイパネルに適用でき、特に、例えばＬＣＤモニター及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）に使用されるような、背後から直接照明されるＬＣＤに特に適用できる。より具体的には、本発明は、ＬＣディスプレイを照明するための直接照明式バックライトにより生成される光の管理を目的とする。光管理フィルムの配列は、典型的には、バックライトとディスプレイパネル自体との間に位置付けられる。光管理フィルムの配列は、共にラミネートされていてもよいし又は自立していてもよいが、典型的には、ディフューザ層と、プリズムにより構造化された表面を有する少なくとも１つの輝度強化フィルムと、を含む。
【００１２】
直接照明式ディスプレイ装置１００の代表的な実施形態の概略分解図が、図１に示されている。こうしたディスプレイ装置１００は、例えばＬＣＤモニター又はＬＣＤ−ＴＶにおいて使用されることができる。このディスプレイ装置１００は、ＬＣパネル１０２の使用に基づくことができ、ＬＣパネル１０２は典型的にはパネルプレート１０６間に配置されたＬＣの層１０４を含む。プレート１０６は多くの場合ガラスから形成され、ＬＣ層１０４中の液晶の配向を制御するために、プレート１０６の内面上に電極構造体及びアラインメント層を含んでもよい。電極構造体は、ＬＣパネル画素、液晶の配向が隣接した区域と関係なく制御され得るＬＣ層の区域を規定するために、一般に配置される。カラーフィルターもまた、表示された画像に色を課すために、プレート１０６の１つ以上と共に含まれてよい。
【００１３】
上方吸収偏光子１０８は、ＬＣ層１０４の上方に位置付けられ、下方吸収偏光子１１０は、ＬＣ層１０４の下方に位置付けられる。例示された実施形態では、上方及び下方吸収偏光子は、ＬＣパネル１０２の外側に位置している。吸収偏光子１０８、１１０、及びＬＣパネル１０２は組み合わされて、バックライト１１２からディスプレイ１００を通って視聴者までの光の透過を制御する。例えば、吸収偏光子１０８、１１０は、それらの透過軸に関して垂直に配置されることができる。非駆動状態では、ＬＣ層１０４の画素は、そこを通過する偏光を変化させなくてもよい。それ故に、下方吸収偏光子１１０を通過する光は、上方吸収偏光子１０８によって吸収される。一方、画素が駆動されるとき、そこを通過する偏光は回転され、その結果、下方吸収偏光子１１０を透過した少なくとも幾らかの光は上方吸収偏光子１０８も透過する。例えば、コントローラ１１４による、ＬＣ層１０４の異なる画素の選択的駆動により、結果的に光が特定の望ましい場所においてディスプレイの外へ通過し、このため視聴者により見られる画像を形成する。コントローラは、例えば、テレビ画像を受信し表示するコンピュータ又はテレビコントローラを含んでもよい。１つ以上の任意層１０９が、例えば、機械的な及び／又は環境的な保護をディスプレイ表面に提供するために、上方吸収偏光子１０８を覆って提供されてもよい。１つの代表的実施形態では、層１０９は吸収偏光子１０８を覆うハードコートを含んでもよい。
【００１４】
ある種類のＬＣディスプレイが、上記のものとは異なる方式で動作してもよいことが、よく理解されるであろう。例えば、吸収偏光子は平行に整列されてもよいし、ＬＣパネルは非駆動状態のときに偏光を回転してもよい。そのような場合であっても、こうしたディスプレイの基本構造は上記のものと類似したままである。
【００１５】
バックライト１１２は、ＬＣパネル１０２を照明する光を発生させる多数の光源１１６を含む。ＬＣＤ−ＴＶ又はＬＣＤモニターに使用される光源１１６は、多くの場合、ディスプレイ装置１００の高さに沿って延びる線状冷陰極蛍光管である。しかしながら、フィラメント若しくはアークランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、薄型蛍光パネル、又は外部蛍光ランプのような、他の種類の光源が使用されてもよい。光源のこのリストは、限定的又は包括的あることを意図せず、単に代表的であることを意図する。
【００１６】
バックライト１１２はまた、ＬＣパネル１０２から離れる方向に、光源１１６から下向きに伝播する光を反射するためにリフレクタ１１８を含んでもよい。リフレクタ１１８はまた、以下に説明されるように、ディスプレイ装置１００内で光を再循環するために有用であり得る。リフレクタ１１８は、鏡面リフレクタであってもよいし、又は拡散リフレクタであってもよい。リフレクタ１１８として使用されてもよい鏡面リフレクタの１つの例は、ミネソタ州セントポール（St. Paul）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能であるビキュイティ（Vikuiti）（商標）鏡面反射強化（ＥＳＲ）フィルムである。好適な拡散リフレクタの例には、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム又は同様なもののような拡散反射粒子が装填されたＰＥＴ、ＰＣ、ＰＰ、ＰＳのようなポリマーが挙げられる。微小多孔性材料及び微細繊維含有材料を含む拡散リフレクタの他の例は、共有の米国特許出願公開第２００３／０１１８８０５  Ａ１号に論じられている。
【００１７】
光管理フィルムの配列１２０は、光管理ユニットと呼ばれる場合もあるが、バックライト１１２とＬＣパネル１０２との間に位置付けられる。光管理フィルムは、ディスプレイ装置１００の動作を改善するように、バックライト１１２から伝播する光に影響を及ぼす。例えば、光管理フィルムの配列１２０は、任意のディフューザプレート１２２を含んでもよい。ディフューザプレート１２２は、光源から受けた光を拡散するために使用されてもよく、この結果ＬＣパネル１０２に入射する照明光の均一性が高まる。その結果、これは、視聴者が知覚する、より均一に明るい画像をもたらす。幾つかの実施形態では、ディフューザプレート１２２は、バルク拡散粒子を含有する層として形成されてもよい。幾つかの実施形態では、ディフューザプレートは、光管理フィルムの配列１２０の中で別の層に取り付けられてもよいし、又は省略されてもよい。
【００１８】
光管理ユニット１２０はまた、反射偏光子１２４を含んでもよい。光源１１６は、通常、非偏光を生成するが、下方吸収偏光子１１０は、単一偏光状態のみ透過し、そのため光源１１６により生成された光の約半分は、ＬＣ層１０４まで透過されない。しかしながら、反射偏光子１２４は、そうでなければ下方吸収偏光子に吸収されることになる光を反射するために使用されてもよく、そのため、この光は、反射偏光子１２４とリフレクタ１１８との間の反射によって再循環されてもよい。反射偏光子１２４により反射された光の少なくとも幾らかは、減極され、その後反射偏光子１２４に偏光状態で戻される場合もあり、それは反射偏光子１２４及び下方吸収偏光子１１０を通ってＬＣ層１０４まで透過される。このようにして、反射偏光子１２４は、光源１１６により放射されＬＣ層１０４に達する光の割合を高めるために使用されてもよく、そのためディスプレイ装置１００によって生成される画像は、より明るくなる。
【００１９】
いずれかの好適な種類の反射偏光子、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子；拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）、例えば連続／分散相偏光子、ワイヤグリッド反射偏光子、又はコレステリック反射偏光子が使用されてもよい。
【００２０】
ＭＯＦ及び連続／分散相反射偏光子の両方は、通常はポリマー材料である少なくとも２つの材料間の屈折率の相違に依存して、１つの偏光状態の光を選択的に反射しつつ、直交する偏光状態で光を透過することができる。ＭＯＦ反射偏光子の幾つかの例は、共有の米国特許第５，８８２，７７４号に記載されている。ＭＯＦ反射偏光子の市販例には、ミネソタ州セントポール（St. Paul）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能な拡散性表面を含むビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＤＢＥＦ−Ｄ２００及びＤＢＥＦ−Ｄ４４０多層反射偏光子が挙げられる。
【００２１】
本発明に関連して有用なＤＲＰＦの例には、共有の米国特許第５，８２５，５４３号に記載されているような連続／分散相反射偏光子、及び例えば共有の米国特許第５，８６７，３１６号に記載されているような拡散反射多層偏光子が挙げられる。他の好適な種類のＤＲＰＦは、米国特許第５，７５１，３８８号に記載されている。
【００２２】
本発明に関連して有用なワイヤグリッド偏光子の幾つかの例には、米国特許第６，１２２，１０３号に記載されるものが挙げられる。ワイヤグリッド偏光子は、特にユタ州オレム（Orem）のモクステク社（Moxtek Inc.）から市販されている。
【００２３】
本発明に関連して有用なコレステリック偏光子の幾つかの例には、例えば米国特許第５，７９３，４５６号、及び米国特許公開（U.S. Patent Publication）第２００２／０１５９０１９号に記載されるものが挙げられる。コレステリック偏光子は、多くの場合、出射側の４分の１波長遅延層（quarter wave retarding layer）と共に提供され、その結果コレステリック偏光子を通って透過される光は直線偏光に変えられる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、反射偏光子１２６は、例えば、バックライト１１２の方に向く拡散表面により拡散を提供することができる。他の実施形態では、反射偏光子１２６は、反射偏光子１２６を通過する光の利得を高める輝度強化表面を備えていてもよい。例えば、反射偏光子１２６の上面は、プリズム状輝度強化表面を備えていてもよいし、又は利得拡散表面（gain diffusing surface）を備えていてもよい。輝度強化表面は、以下において、より詳細に論じられる。他の実施形態では、反射偏光子は、バックライト１１２の方に向く側に拡散表面又は容積のような拡散機構を備えていてもよく、ＬＣパネル１０２の方に向く側にプリズム状表面又は利得拡散表面（gain diffusing surface）のような輝度強化機構を備えていてもよい。
【００２５】
幾つかの代表的な実施形態において、偏光制御層１２６が、例えば、ディフューザプレート１２２と反射偏光子１２４との間に提供されてもよい。偏光制御層１２６の例には、４分の１波長遅延層及び液晶偏光回転層のような偏光回転層が挙げられる。偏光制御層１２６は、再利用される光の増加分が反射偏光子１２４を通って透過されるように、反射偏光子１２４から反射される偏光を変えるために使用されてもよい。
【００２６】
光管理層の配列１２０はまた、１つ以上の輝度強化層を含んでもよい。輝度強化層は、軸外光をディスプレイの軸１３２に、より近い方向へと向け直す表面構造体を含む層である。これは、ＬＣ層１０４を通って軸上を伝播する光の量を高め、したがって、視聴者が見る画像の輝度を高める。１つの例はプリズム状輝度強化層であり、これは、屈折及び反射を通じて照明光を向け直す複数のプリズム状隆起部を有する。ディスプレイ装置に使用されてもよいプリズム状輝度増強層の例には、ＢＥＦＩＩ  ９０／２４、ＢＥＦＩＩ  ９０／５０、ＢＥＦＩＩＩＭ  ９０／５０、及びＢＥＦＩＩＩＴなどの、ミネソタ州セントポール（St. Paul）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能なプリズム状フィルムのビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＢＥＦＩＩ及びＢＥＦＩＩＩの種類が挙げられる。
【００２７】
プリズム状輝度強化層は、典型的には、１次元の光学利得を提供する。第２輝度強化層１２８ｂも、光管理層の配列１２０に含まれてよく、プリズム状輝度強化層は、そのプリズム状構造体が第１輝度強化層１２８ａのプリズム状構造体に直交して配向されるように配置される。このような構成は、２次元のディスプレイユニットの光学利得の増加をもたらす。例示された実施形態では、輝度強化層１２８ａ、１２８ｂは、バックライト１１２と反射偏光子１２４との間に位置付けられる。他の実施形態では、輝度強化層１２８ａ及び１２８ｂは、反射偏光子１２４とＬＣパネル１０２との間に配置されてもよい。
【００２８】
ディスプレイを通過する光の軸上輝度を高めるために使用することができる輝度強化層１２８ａの別の種類は、利得拡散層（gain diffusing layer）である。利得ディフューザ層の１つの例は、その上面の上でレンズとして作用する要素の配列を備える層である。利得ディフューザ層１２８ａから外へ通過する光の少なくとも幾らかは、そうでなければ、ディスプレイの軸１３２に対して相対的に大きい角度で伝播してしまうが、層表面上の要素によって軸１３２に対して、より平行な方向に伝搬するよう向け直される。１を超える利得拡散輝度強化層１２８ａが使用されてもよい。例えば、２つ又は３つの利得拡散層（gain diffusing layers）１２８ａ、１２８ｂが使用されてもよい。加えて、１つ以上の利得拡散層（gain diffusing layers）１２８ａが、１つ以上のプリズム状輝度強化フィルム１２８ｂと共に使用されてもよい。こうした場合、利得拡散フィルム１２８ａ及びプリズム状輝度強化層１２８ｂは、光管理フィルム１２０の配列内で任意の所望の順序で設置することができる。ディスプレイで使用することができる利得ディフューザ層の１つの例は、日本、大阪（Osaka）の恵和株式会社（Keiwa Inc.）から入手可能なＢＳ−４２型フィルムである。
【００２９】
光管理ユニット中の異なる層は自立していてもよい。他の実施形態では、例えば、共有の米国特許出願第１０／９６６，６１０号に論じられるように、光管理ユニット中の２つ以上の層が共にラミネートされていてもよい。他の代表的な実施形態では、光管理ユニットは、例えば、共有の米国特許出願第１０／９６５，９３７号に記載されるように、隙間により分離された２つのサブアセンブリを含んでもよい。
【００３０】
従来、光源１１６とディフューザ層１２２との間の間隔、隣接した光源１１６間の間隔、及びディフューザ透過率は、輝度の所与の値及び照明の均一性についてディスプレイを設計する際に考慮される有意な要因である。一般に、強いディフューザ、即ち、入射光のより高い割合を拡散するディフューザは、均一性を高めることになるが、高い拡散レベルは、強い逆拡散及びそれに付随する損失の増大を伴うため、輝度を減少させてしまう。
【００３１】
通常の拡散条件下では、スクリーン全体で見られる輝度の変動は、光源の上方に位置する最高輝度、及び光源の間に位置する最低輝度を特徴とする。均一性強化フィルム（ＥＵＦ）１３０は、ディスプレイパネル１０２の照明の非均一性を低減するために、光源１１６とディフューザ層１２２との間に位置付けることができる。ＥＵＦ  １３０の各面、即ち、光源１１６の方に向く側、及びディスプレイパネル１０２の方に向く側は、光変向表面であってよい。光変向表面は、ＥＵＦ  １３０の１つの側からもう１つへと通過する光を、照明の非均一性を低減する方式で屈折により変向する、多数の光変向要素により形成される。光変向要素は、ＥＵＦ  １３０の平面に非平行のＥＵＦ表面の一部分を含む。ＥＵＦ  １３０自体は、例えばＥＵＦ  １３０内に拡散粒子を含むことにより拡散性であってよい。拡散粒子は、ＥＵＦ  １３０のポリマーマトリックスの屈折率とは異なる屈折率を有する材料の粒子であってよい。例えば、拡散粒子は、ＥＵＦのマトリックスと異なるポリマーから形成されてもよいし、又はガラス若しくは同様なものなどの無機材料から形成されてもよい。拡散粒子のサイズ及びポリマーマトリックス中の装填は、所望の拡散特性をもたらすように選択されることができる。
【００３２】
ＥＵＦ  ２００の１つの特定の代表的な実施形態が、図２に概略的に示されている。ＥＵＦ  ２００は、第１光変向要素２０４を含むる第１光変向表面２０２を含む。この特定の実施形態では、光変向要素２０４は、ＥＵＦ  ２００の表面を横切る肋材として形成され、三角形の断面を有する。第２光変向表面２０６もまた、三角形の断面を有する肋材型光変向要素２０８を含む。ＥＵＦ  ２００のこの構成では、光変向要素２０４及び２０８は、下方からｚ軸に平行な方向にＥＵＦ  ２００に入射する光２１０が、第２光変向表面２０６によりｘ−ｚ平面において変向されるように、相対的に配向される。ＥＵＦ  ２００を出る際に、ｚ軸に平行なＥＵＦ  ２００内を伝播する光は、第１光変向表面２０２により、ｙ−ｚ平面において変向される。したがって、フィルム２００に垂直に入射する光は、ｘ−ｚ平面に平行な平面において変向されるため、要素２０４は、ｘ−ｚ方向に平行な光変向平面を形成すると言うことができる。同様に、ｚ軸に平行なフィルム内を伝播する光は、ｙ−ｚ平面において変向されるため、要素２０８は、ｙ−ｚ方向に平行な光変向平面を形成すると言うことができる。この構成において、光変向要素２０４及び２０８から生じる光変向平面は、互いに垂直である。他の構成において、光変向平面は、垂直に交わらずに非平行であってよい。
【００３３】
幾つかの構成では、上方又は下方側面の光変向要素は、１を超える方向に光を変向してもよい。こうした場合、光変向平面は、変向が最大である方向を構成する平面を意味すると解釈される。
【００３４】
幾つかの実施形態では、ＥＵＦ自体が、拡散性材料、例えばバルク拡散粒子を含有するポリマーマトリックスから形成されてもよい。拡散粒子は、ＥＵＦ全体に広がっていてもよいし、又はＥＵＦの複数部分、例えば光変向要素には存在しなくてもよい。ＥＵＦが拡散性であるとき、光管理フィルムの配列は、追加のディフューザ層をＥＵＦとディスプレイパネルとの間に含む必要がないが、追加のディフューザ層は存在してもよい。
【００３５】
光変向表面は、異なる形状の光変向要素を含んでもよく、またＥＵＦに平行に位置する様々な部分を含んでもよい。ＥＵＦの幾つかの更なる代表的な実施形態が、図３Ａ及び３Ｂに概略的に示されている。図３Ａでは、ＥＵＦ  ３００は、三角形の断面形状を有する光変向要素３０４を含む第１光変向表面３０２を有する。この図はまた、光変向要素３０４の頂角であるαを示す。この特定の実施形態では、隣接した光変向要素３０４の間に平坦領域３０６が存在し、そこではフィルム表面はＥＵＦ  ３００の平面に平行である。平坦領域３０６の幅は「ｗ」として示されている。下方光変向表面３０８は、第１光変向表面３０２と同じ形状を有してもよいし、又は異なる形状を有してもよい。
【００３６】
図３Ｂでは、ＥＵＦ  ３２０は、上部平坦部分３２６を有する切頭三角形の断面形状を有する光変向要素３２４を含む光変向表面３２２を有する。この特定の実施形態では、隣接した光変向要素３２４の間に平坦領域３２８も存在する。下方光変向表面３３０は、第１光変向表面３２２と同じ形状を有してもよいし、又は異なる形状を有してもよい。
【００３７】
ＥＵＦの幾つかの他の代表的な実施形態が、図４Ａ〜４Ｃに概略的に示されている。図４Ａでは、ＥＵＦ  ４００は、曲線状の面４０６を有する光変向要素４０４を含む第１光変向表面４０２を有する。第２光変向表面４０８は、曲線状の面を有する光変向要素を有してもよいが、ただしこれは必要ではない。同様に、第２光変向表面が曲線状表面を有すると同時に、第１光変向表面が曲線状の表面を有する必要はない。図４Ｂでは、代表的なＥＵＦ  ４２０は、曲線状の面４２６及び平坦部分４２８を有する光変向要素４２４のある光変向表面４２２を有する。例示された実施形態では、平坦部分４２８は、ＥＵＦフィルム４２０の平面に平行である。幾つかの実施形態では、光変向表面４２２は、光変向要素４２４の間に平坦部分４３０を含んでもよい。例示された実施形態では、平坦部分４３０は、ＥＵＦ  ４２０の平面に平行である。
【００３８】
図４Ａ及び４Ｂに示される代表的な実施形態では、光変向要素４０４、４２４の曲線状の表面は、表面勾配における相対的に急激な変化を含み、これは数学的不連続性に類似すると考えることができる。例えば、図４Ａの地点４０８、光変向部材４０４の頂点、及び図４Ｂの光変向部材４２４の地点４３２において、勾配の急激な変化が起こる。勾配におけるこれらの相対的に急激な変化は、単一の光変向部材がレンズとして働くのを妨げるが、それは、レンズがその表面全体の勾配において滑らかな変化を必要とするためである。したがって、光変向部材４０４、４２４は、実焦点又は虚焦点に関わらず、それを通過する平行な光に対して単一の焦点を作らない。本明細書で論じられる光変向表面のいずれも、片面ＥＵＦ、つまり光変向表面をフィルムの片面のみに有するもの、又は両面ＥＵＦ、つまり光変向表面を両面に有するものの上に含まれてよいことが、理解されるであろう。
【００３９】
図４Ａ及び４Ｂに示される代表的な実施形態では、光変向要素４０２、４２２は、ＥＵＦ  ４００、４２０の表面から突き出ているとして見ることができる。他の実施形態では、光変向要素は、ＥＵＦの表面のくぼみとして形成されてもよい。こうしたＥＵＦ  ４４０の１つの代表的な実施形態が、図４Ｃに概略的に示されている。この場合、光変向表面４４２は、表面４４６を有する光変向要素４４４で形成される。幾つかの実施形態では、平坦区域４４８は、くぼみの中に提供されてもよく、平坦区域４５０は、光変向要素４４４の間に提供されてもよい。本発明にとって、光変向表面が、ＥＵＦから外へ突き出る光変向要素を含むか、又はＥＵＦの中に突き出る光変向要素を含むかは重要でなく、事実、２つの構成は、一部の状況では、等しいと理解することができ、２つのくぼんだ光変向要素の間の部分４５２は、ＥＵＦから外側に突出する光変向要素と考えられる。
【００４０】
光変向要素は、すべてが同じ高さである必要はない。例えば、図４Ｄに概略的に示されるように、光変向要素４６４は、異なる高さであってよい。また、単一の光変向要素は、その長さに沿って変化する高さを有してもよい。例えば、第２光変向表面４６８上の光変向要素４７０は、フィルム４６０に沿った位置に応じて変化する高さｈを有する。
【００４１】
その光変向要素の高さが変化するＥＵＦの別の実施形態が、図５に概略的に示されている。ＥＵＦ  ５００は、その光変向要素５０４が、起伏隆起部５０８を有するプリズム５０６として形成される第１光変向表面５０２を有する。隆起部５０８の高さは、プリズム５０６に沿って変化し、幅ｗもまたプリズム５０６に沿って変化する。この種類の表面は、米国特許出願第１１／４６７２３０号に、より詳細に記載されている。第２光変向表面５１０は、任意の所望の形状の光変向要素を含んでよい。例えば、第２光変向表面５１０は、起伏隆起部を有するプリズムとして形成される光変向要素を有してもよい。
【００４２】
光変向要素は、ＥＵＦの垂線に対して対称である必要はない。非対称の光変向要素６０２を有するＥＵＦ  ６００の１つの例が、図６Ａに概略的に示されている。この特定の実施形態では、光変向要素６０２は、直線状の側面を有するプリズムとして形成されている。光変向要素の少なくとも幾つか、例えば光変向要素６０２ａ及び６０２ｂは、ＥＵＦ  ６００に垂直に引かれた軸６０４に対して非対称である。下方光変向表面６０６は、非対称の光変向要素を含んでもよいし、含まなくてもよい。
【００４３】
非対称の光変向要素６２２を有するＥＵＦ  ６２０の別の実施形態が、図６Ｂに概略的に示されている。光変向要素６２２の少なくとも幾つかは、曲面状の側面を有し、例えば要素６２２ａ及び６２２ｂなどは、ＥＵＦ  ６２０に垂直である軸６２４に対して非対称である。
【００４４】
図７Ａは、他の光管理層７０４を有する拡散性ＥＵＦ  ７１０の使用を概略的に示している。示された実施形態では、光管理層７０４は、プリズム状輝度強化層を含む。他の実施形態では、異なる種類の層、又は追加の光管理層、例えば反射偏光子層が、ディフューザ層７０２の上方に位置付けられてもよい。ＥＵＦ  ７１０は、ディフューザ層７０２の入射側に位置付けられている。ＥＵＦ  ７１０は、ディフューザ層７０２の方に向く第１光変向表面７１２、及びディフューザ層７０２から離れる方に向く第２光変向表面７１４を有する。１つ以上の光源（図示されず）からの光７０８は、ＥＵＦ  ７１０をディフューザ層７０２まで、及び他の光管理層（単数又は複数）７０４上まで通過する。
【００４５】
幾つかの実施形態では、第１光変向表面７１２はディフューザ層７０２に、例えば接着剤を使用して取り付けられてもよい。こうした配列の１つの代表的な実施形態が、図７Ｂに概略的に示されており、その中で第１光変向表面７１２の一部は、ディフューザ層７０２の下面７０３上の接着層７２２の中に入り込んでいる。幾つかの実施形態では、隙間７２４は、接着層７２２と表面７１２の部分との間に残る。接着剤を使用して構造化フィルム表面を他の層に取り付けることについては、米国特許第６，８４６，０８９号に、より詳細に記載されている。
【００４６】
別の代表的な実施形態が、図７Ｃに概略的に示されており、その中で光変向表面７１２は、ディフューザ層７０２の下面７０２ａに平行である部分７３０を有する光変向要素を含む。光変向表面７１２は、ディフューザ層７０２の下面７０２ａに対して押し付けられてもよいし、又は下面７０２ａに、例えば接着剤を使用して接着されてもよい。
【００４７】
モデル実施例
バックライト及び光管理ユニットを有する、ディスプレイの照明ユニットの光学的光線追跡モデルを構築して、ＥＵＦの様々なパラメータに応じる照明ユニットの光学性能を調査した。図８に概略的に示されるモデル照明ユニット８００は、光源配列の空洞８０４の境界を画定する反射フレーム８０２、ランプ８０８の配列下方のバックリフレクタ８０６、及びＥＵＦ  ８１２を含んでいた。特に指定されない限り、モデルは、リフレクタ８０６が鏡面リフレクタであると想定した。モデルは、ランプ８０８各々が、冷陰極蛍光ランプに類似した、３８，０００ニトの細長い光源を含むと想定した。ランプ８０８は、中心間距離Ｓにより規則的に相隔たり、リフレクタ８０６とＥＵＦ  ８１２との間の距離間隔はＤにより表され、ランプ８０８とリフレクタ８０６との間の距離間隔はＨであった。ランプ８０８間の間隔Ｓは３０ｍｍであると想定され、ランプの直径２Ｒは３ｍｍであると想定され、Ｄの値は７ｍｍであると想定された。拡散性ＥＵＦ層８１２は、２ｍｍの厚さであった。３つのバルブ８０８が空洞に存在した。輝度強化層８１４及び反射偏光子層８１５は、拡散性ＥＵＦ層８１２の上方に位置付けられた。輝度強化層８１４は、バルブ８０８の延長方向に平行に配向されたプリズム状の肋材から形成された。
【００４８】
ＥＵＦに使用された材料の屈折率は、１．５８６であると想定され、これはＥＵＦに使用され得るエポキシアクリレート材料の屈折率の値に対応している。ＥＵＦに適切な他の種類の材料が使用されてもよい。ポリマー材料の例には、ポリ（カーボネート）（ＰＣ）；シンジオタクチック及びアイソタクチックポリ（スチレン）（ＰＳ）；Ｃ１〜Ｃ８アルキルスチレン；ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）及びＰＭＭＡコポリマーを含む、アルキル、芳香族、及び脂肪族環含有（メタ）アクリレート；エトキシル化及びプロポキシル化（メタ）アクリレート；多官能性（メタ）アクリレート；アクリレート化エポキシ；エポキシ；並びに他のエチレン性不飽和物質；環状オレフィン及び環状オレフィン性コポリマー；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）；スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）；エポキシ；ポリ（ビニルシクロヘキサン）；ＰＭＭＡ／ポリ（ビニルフロライド）ブレンド；ポリ（フェニレンオキシド）合金；スチレン系ブロックコポリマー；ポリイミド；ポリスルホン；ポリ（ビニルクロライド）；ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）；ポリウレタン；不飽和ポリエステル；低複屈折性ポリエチレンを含むポリ（エチレン）；ポリ（プロピレン）（ＰＰ）；ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）のようなポリ（アルカンテレフタレート）；ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）のようなポリ（アルカンナフタレート（alkane napthalates））；ポリアミド；アイオノマー；ビニルアセテート／ポリエチレンコポリマー；セルロースアセテート；セルロースアセテートブチレート；フルオロポリマー；ポリ（スチレン）−ポリ（エチレン）コポリマー；ポリオレフィン性ＰＥＴ及びＰＥＮを含むＰＥＴ及びＰＥＮコポリマー；並びにポリ（カーボネート）／脂肪族ＰＥＴブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。（メタ）アクリレートという用語は、対応するメタクリレート又はアクリレート化合物のいずれかであるとして定義される。
【００４９】
照明ユニット８００から放射された光の均一性が、ＥＵＦ上の光変向表面の様々な形状についてモデル化された。ＥＵＦ  ９００の表面は、図９Ａ及び９Ｂに示されるようにモデル化された。輝度強化層の方に向く、上方光変向表面９０２は、曲率半径Ｒを有する曲線状の面９０６を有する光変向要素９０４を有した。光変向要素９０４は、ピッチＰで配列されると想定された。Ｒは、ピッチＰに対して標準化された無次元数であった。したがって、曲率半径がピッチの５０倍である場合、Ｒは５０の値を有する。光変向要素の頂角θは、光変向要素９０４の頂点を、光変向要素９０４の底辺隅部に接続する仮想三角形により画定された。一部では、光変向要素は平坦な先端を有してモデル化された。平坦部分９０８の範囲Ｆは、ゼロから０．２Ｐまでの間で変化した。平坦部分を有する光変向要素９０４の頂角は、要素９０４の先端を切り取った平坦部分がない場合の頂角として解釈された。下方光変向表面９１２が、ＥＵＦ  ９００から外へ突き出る光変向要素９１４を有して図９Ｂに示される。
【００５０】
以下に論じられるすべての場合において、光変向要素９０４、９１４は、各光変向表面９０２、９１２について同じサイズであり、均一の高さを有した。照明ユニットの挙動は、モンテカルロ法（Monte Carlo method）を使用して、異なるパラメータの様々な値についてモデル化された。
【実施例】
【００５１】
（実施例１〜６）拡散ＥＵＦを有するモデル化照明ユニット
様々なＥＵＦパラメータの幾つかの組み合わせを有する照明ユニットの光学特性がモデル化された。様々なＥＵＦパラメータの異なる範囲が表Ｉに一覧にされている。用語「頂点」は、光変向部材の頂角を指し、用語「平坦」は、平坦領域Ｆの程度を指し、用語「Ｒ」は、光変向要素の曲率半径を指す。用語「下部」は、光源の方を向くＥＵＦの下面を指し、用語「上部」は、光源から離れる方を向くＥＵＦの上面を指す。
【００５２】
用語「ディフューザ−ｇ」は、ヘニエイ・グリーンスタイン（Henyey-Greenstein）の拡散パラメータを指す。ｇの値＝１の場合は、すべて前方散乱になり、ｇ＝−１は、完全な後方散乱に関連している。ｇの値＝０は、全方向への均一散乱に相当する。モデル化の際に使用されるｇの値は０．９２〜０．９５５の範囲であったが、これは２ｍｍ厚さの拡散性ＥＵＦを通る６１％〜７９％の範囲の単一通過の透過率にほぼ相当する。散乱光線の角度分布、ｆ（θ）は、ｆ＝（１−ｇ2）／［２（１＋ｇ2−２ｇｃｏｓθ）1.5］によって表され、ここでθは、光線の入射方向に対する角度である。ｇのこれらの値に対して、散乱の偏りは前方方向で高い。ディフューザ内の光についての平均自由行程の逆数を表現する、ヘニエイ・グリーンスタイン（Henyey-Greenstein）のｕ−因子は、１４ｍｍ-1に設定された。したがって、散乱係数Ｃは、Ｃ＝ｅ-udにより表される指数因子であり、ここでｄは、拡散性ＥＵＦ内の位置である。
【００５３】
ランプの高さＨは、図８に示されるように、ランプとリフレクタとの間の距離間隔を指す。光学的損失は、モデルに含められた。リフレクタは、入射光の９８．５％を反射し、残りの１．５％は吸収されると想定され、光学フィルムの材料は、６×１０-5ｍｍ-1の吸収長を有すると想定された。リフレクタは、特に指定されない限り、鏡面リフレクタとしてモデル化された。パラメータＡ、Ｔ、及びＲは、それぞれ、拡散性ＥＵＦに吸収される入射光、拡散性ＥＵＦを通って拡散透過される入射光、及び拡散性ＥＵＦにより拡散反射される入射光のパーセンテージに相当する。
【００５４】
【表１】
2010510546.tif 000003
【００５５】
実施例１Ａ〜６Ａについて使用された様々なパラメータの実効値が、表ＩＩに提示されている。実施例１Ａ〜６Ａは、考えられる多くの異なる組み合わせから選択され、全体的な輝度及び均一性の点から見て、良好な性能を代表するものである。
【００５６】
【表２】
2010510546.tif 000004
【００５７】
実施例１〜６の照明ユニットは、光源、拡散性ＥＵＦ、プリズム状輝度強化層、及び反射偏光子層の順序で含んだ。
【００５８】
比較実施例７〜１２：ＥＵＦのない照明ユニット
ＥＵＦを有する照明ユニットの性能を、従来の照明ユニットの性能に対して比較するために、ＥＵＦ  ８１２が拡散層に取り替えられたことを除き、図８に示されるもののような照明ユニットの幾つかの比較データセットが取得された。これらの比較実施例において使用されたディフューザ−ｇ及びランプの高さの値が、表ＩＩＩに提示されている。
【００５９】
【表３】
2010510546.tif 000005
【００６０】
実施例７〜１２は、２つの異なる条件下、即ち、ｉ）リフレクタ８０６が拡散リフレクタである、及びｉｉ）リフレクタ８０６が鏡面リフレクタである、という条件下で分析された。これらの２つの異なる条件は、実施例番号に続く文字によって実施例名に象徴され、文字「Ｄ」は、拡散リフレクタを使用した実施例を表し、文字「Ｓ」は、鏡面リフレクタを使用した実施例を表わしている。したがって、例えば、実施例７には２セットのデータが存在する。「７Ｄ」と示された１つのセットは、拡散リフレクタが使用された実施例７を表し、「７Ｓ」は、鏡面リフレクタが使用された実施例７を表している。すべての他のパラメータ値は、「Ｓ」及び「Ｄ」の両方の例で同じである。
【００６１】
モデル化結果
モデルは、照明ユニット上方の光の輝度、及び照明ユニットのフィルムに垂直な方向に伝播する光の輝度の均一性を含め、照明ユニットの様々な動作パラメータを計算するために使用された。図１０は、輝度（ニト）に対してプロットされた相対的な輝度均一性（％）を示す散布図を表す。実施例についての輝度均一性は、その実施例についての平均輝度のパーセンテージとして表される。比較実施例７Ｓ〜１２Ｓは、ＥＵＦの実施例（１〜６）より僅かに高い平均輝度を示し、より高い透過率の実施例は、より高い輝度を有する。したがって、ＥＵＦの実施例１〜６の輝度は、鏡面反射する比較実施例７Ｓ〜１２Ｓと比較して有意に低下していない。拡散性の比較実施例７Ｄ〜１２Ｄは、ＥＵＦの実施例１〜６より低い輝度レベルを実証する。
【００６２】
輝度均一性が、照明ユニット全体の均一性の標準偏差を照射ユニットによって作られた光の平均輝度で除した比として計算された。そのため、結果として得られる値は、相対的な均一値である。ＥＵＦの実施例１〜６の均一性は、比較実施例のいずれのセットよりも有意に優れており、およそ１．８％〜２．６％の範囲に入る。鏡面反射比較実施例７Ｓ〜１２Ｓの均一性は、およそ３．６％〜４％の範囲内であるが、拡散反射実施例７Ｄ〜１２Ｄの均一性は、およそ６．６％〜７．１％の範囲内である。したがって、モデル化は、拡散性ＥＵＦ層の存在により、同じレベルの輝度を実質的に維持しながら、照明ユニットにより放射される光の均一性を有意に改善できることを示している。
【００６３】
多くの異なるＥＵＦパラメータは、高められたＥＵＦ性能を実現するために変えられてもよいことが、理解されるであろう。ＥＵＦ性能は、光源上方の光の強度ピークを抑えるＥＵＦの能力により測定されることができる。変化してもよいパラメータには、頂角、上方及び下方の両方の変向表面の曲率半径及び平坦空間量、並びにまたＥＵＦ材料の屈折率が挙げられる。
【００６４】
両面ＥＵＦは次のように機能すると考えられている。まず、図８を参照するのが有用であるが、これは光源８１６の軸に平行な方向に（図の平面に向かって）伸長する光変向部材８１２ａを有するＥＵＦ  ８１２を示している。幾つかの代表的な実施形態では、これは、光変向部材８１２ａが、蛍光ランプの長手方向軸と同じ方向に伸長する肋材部材であることを意味する。Ｓ＝３０ｍｍ、Ｄ＝７ｍｍ、及びＨ＝０．５ｍｍであると、ＥＵＦ  ８１２の下方光変向表面上の入射角は、光源８１６の真上において０°であり、バルブ間の中間点Ｐにおいて７２°である。
【００６５】
上方光変向部材８１２ｂは、その透過率が入射光の傾斜角に依存する段階的透過フィルタであると見なすことができる。下部光変向部材８１２ａは、入射角θｉ＝ａｔａｎ（（Ｄ−ｄ）／ｘ）に基づいて透過角を選択し、ここでｄは、リフレクタ８０６の上方の光源８１６の中心の高さであり、ｘは、ＥＵＦの下面上の入射点とＥＵＦ上の光源の真上の点との間の距離間隔を表している。したがって、下部光変向部材８１２ａを通る透過角は、光源８１６のバルブからの距離ｘに応じ、これが次には上方光変向部材８１２ｂを通る透過レベルを決定する。ＥＵＦ  ８１２は、光源８１２からの距離に応じて、光透過率を制御するための有用なツールを提供し、それにより輝度均一性に影響を与える。
【００６６】
両面ＥＵＦの組み合わされた効果を理解するためには、各側面の性質を別々に考えることが有用である。光源から離れる方に向く上方光変向表面の効果をまず考える。こうしたフィルムは、輝度強化フィルムに似ており、光透過率は、垂直入射光については、輝度強化フィルムのプリズム内の全内反射のために低く、全内反射を可能にする角度を超える角度で入射する光については有意により高い。図１１Ａは、プリズム状輝度強化フィルムのような平面／プリズムフィルムの平面側に入射した透過光の極性／方位図を示している。プリズムは、頂角９０°（Ｆ＝０、Ｒ無限大）を有すると想定された。この図では、より暗い影の部分は、より多くの光が透過されていることに対応し、白色は透過された光がゼロであることに対応している。プリズムの軸に沿った、及び周囲の白色の砂時計形状の領域は、全内反射（ＴＩＲ）域に一致している。
【００６７】
光源の方を向く光変向表面の効果は、図１１Ｂ〜１１Ｄを参照して記載される。これらの図は、プリズム／平面フィルムの構造化された面を通って透過される光の極性／方位図を表し、そこではプリズムは、頂角７０°を有する。これらの図は、図１１Ｅを参照して、よりよく理解され、これは、光源（図示されず）の方に向くプリズム１１０２を有するフィルム１１００を示している。プリズム１１０２は、光変向部材を含む。プリズムは、ｙ方向に平行な方向に沿って伸長され、ｚ軸はフィルム１１００に垂直である。図１１Ｂでは、光の入射面は０°であり、光線がプリズム構造に垂直な及びプリズムの軸と同一平面上にある平面に留められる、即ち図１１Ｅのｙ−ｚ平面に留められることを意味する。図１１Ｃでは、入射面は７０°であり、そのため光線はフィルムの垂線に対して７０°で傾斜しプリズムの軸と同一平面上にある平面、平面１３０４に留められる。図１１Ｄでは、光線は垂線に対して８０°傾斜しプリズムの軸と同一平面上にある平面に留められる。
【００６８】
上部プリズム透過、並びに３つの下部プリズム入射面、即ち０°、７０°、及び８０°の場合の複合極性／方位図が図１１Ｆに示されている。パターンは、互いに垂直に配向されているＥＵＦの両面上の光変向構造体に対応する。０°の場合には、光は、ＴＩＲが上部プリズムとの相互作用を独占する中心経線から離れる方に変向され、そのためバルブから直接上方に放射された光は大部分がＥＵＦによって反射される。７０°及び８０°の入射の場合には、光は、上部プリズムＴＩＲ領域が狭い（反射が弱い）中心経線の方に変向され、そのため、ランプから急角度で放射されバルブ間の中間点近くの下部プリズム構造化表面に入射した光は、強く透過される。ランプ上方の光についての低い透過率とランプ間の点でのＥＵＦにおける入射光についての高い透過率との組み合わせによって、結果として、全体的な照度プロファイルを平滑化することになり、そのため照度をより均一にすることができる。図１１Ｆでは、０°〜７０°の角度で入射する光線の透過率の段階的スケールがあり、これは、バルブ間の中間点近くの光透過率について強く選択する。段階的な透過率のスケールは、下方及び上方光変向部材のパラメータ、例えば頂角、ファセット曲率（半径）、平坦若しくは先端半径又はプリズム先端のウェットアウト、プリズム軸の配向、屈折率、斜めに切った又は可変頂角プリズム、及びプリズム表面の質感を調整することにより調節できる。上部及び下部プリズム軸の配向、即ちプリズム隆起部の方向は、互いに対して及び／又はバルブに対して変化してもよい。
【００６９】
図１２は、値Ｄに応じる計算された輝度均一性を示すが、これは、照射ユニットの厚さに影響を与える。各場合において、Ｄの値は、５ｍｍ〜１１ｍｍの範囲にわたって変化した。正方形及び円は、実施例１及び２のもののような設計についての結果を示している。「Ｘ」は、実施例７Ｓのもののような設計についての結果を示しており、一方、星は実施例７Ｄについての結果を示している。Ｄ＝７ｍｍについての均一性の値は、図１０に提供されるものと同じである。
【００７０】
照明ユニットの性能を最適化するために重要なパラメータは、ランプ間の間隔と厚さとの比、Ｓ／Ｄ比である。ディスプレイの厚さを低減するために、Ｓ／Ｄの値はより高くなることが望まれるが、輝度均一性が低下してはならない。典型的には、拡散バックリフレクタ８０６と共に蛍光ランプを使用する従来のディスプレイは、２未満のＳ／Ｄ値を使用する。これは、図１２の曲線１４０７Ｄの傾向により確認される。輝度均一性は、１１ｍｍより有意に高いＤの値に関して、１％に近づく。鏡面バックリフレクタ８０６を使用する最近の開発は、およそ１％の輝度均一性を維持しながら、約３までのＳ／Ｄ値が可能であり、したがって照明ユニットの厚さを低減できることを実証した。これは、係属中の米国特許出願第１１／１３３，５０４号に、より詳細に記載されている。
【００７１】
図１２に示される傾向は、拡散性ＥＵＦの導入によって、有意に薄型の照明ユニットで低減された輝度が実現されることを示す。図１２に示される結果に対して使用されたすべての設計において、ランプ間の間隔Ｓは３０ｍｍであった。このように、１％を少し超える均一性が、実施例２で、約３．７５のＳ／Ｄ値に関して実現された。異なる拡散性ＥＵＦ設計についての探究は、Ｄの値が６ｍｍ未満である場合に示される均一性より低い均一性を有するシステムをもたらすことができる。
【００７２】
光変向表面は、位置、形状、及び／又はサイズがランダムである光変向要素を有する表面を含めて、本明細書で詳細に論じられていない多くの異なる種類の形状を取ってもよいことを理解すべきである。加えて、上に論じられた代表的な実施形態は、照明光を屈折により変向する光変向表面を目的としているが、他の実施形態は照明光を回折してもよいし、又は照明光を屈折と回折との組み合わせを通じて変向してもよい。ここに記載される計算結果は、単一ディフューザ単独と比較して、異なる種類及び形状の光変向層が、照度を高める、並びに照度の変動を低減する可能性を提供することを示している。
【００７３】
本発明は、上に記載した特定の実施例に限られると見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲に明確に提示されているように、本発明のあらゆる態様を網羅すると理解されるべきである。本明細書を検討すれば、本発明を適用することができる様々な修正、同等のプロセス、並びに多数の構造体が、本発明に関連する当業者には容易に明らかになろう。特許請求の範囲はこのような修正及び装置を網羅しようとするものである。
【図１】
2010510546.tif 000006
【図２】
2010510546.tif 000007
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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