(57)【要約】      （修正有）【課題】固有の空間強度分布や空間分光分布を有する光源ユニットのための光制御装置の提供。【解決手段】光制御装置１００の光放射面１１４上では、マイクロメートル（例、１〜１０３μｍ）や、サブマイクロメートル（例１〜１０−２μｍ）範囲内での多数の微細構造１３２を含むコリメート構造１３０が、拡散構造からの散乱光を最適な視角（望ましくは６０°〜１２０°）を有する集光された光線にコリメートするように構成されている。それにより、コリメートされた光線の輝度を高めることができる。その微細構造１３２は、異なる形の幾何学的特徴、または、さまざまな形状に関連したパラメータを有する。【選択図】図５ａ
2007149623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）光入射面及び光出射面を有する透明基板、または、
（ｂ）拡散構造により構成される光源ユニットの光路上に設置される光制御装置、そこでは、前記光源ユニットからの光が、前記光入射面を通過し、前記透明基板に入射し、前記拡散構造によりさまざまな方向へと散乱させられ、前記光出射面を通過し、前記透明基板を出射する、また、前記拡散構造が、前記光源ユニットからの光の空間強度分布に応じたヘイズ値により特徴付けられた空間分布を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光入射面上で構成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光出射面上で構成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光入射面と前記光出射面との間の前記透明基板に、複数個の回折素子を埋め込まれることにより構成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路に沿い、少なくとも１層の偏光層を追加構成することを特徴とする光制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路に沿い、少なくとも１層の反射防止層を追加構成することを特徴とする光制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、ヘイズ値に特徴付けられる前記空間分布が、前記光入射面の表面積の１〜９９％に及ぶことを特徴とする光制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、ヘイズ値により特徴付けられる前記空間分布が、３〜９５％間のヘイズ値変動を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項９】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項１０】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記拡散構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項１１】
請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給する複数個の添加剤により分散されることを特徴とする光制御装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の添加剤が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されることを特徴とする光制御装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造での前記添加剤の空間分布が、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に一致することを特徴とする光制御装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記拡散構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項１６】
（ａ）光入射面及び光出射面を有する透明基板、または、
（ｂ）複数個の微細構造から成るコリメート構造により構成される光源ユニットの光路上に設置される光制御装置、そこでは、前記光源ユニットからの光が、前記光入射面を通過し、前記透明基板に入射し、前記複数個の微細構造により適切な視角内での十分にコリメートされた光線になり、前記光出射面を通過し、前記透明基板を出射する、また、前記複数個の微細構造が、前記光源ユニットからの光の空間強度分布に応じた空間分布を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造が、前記光出射面上で構成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路に沿いに、少なくとも１層の偏光層を追加構成することを特徴とする光制御装置。
【請求項１９】
請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路に沿い、少なくとも１層の反射防止層を構成することを特徴とする光制御装置。
【請求項２０】
請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項２１】
請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記複数個の微細構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項２２】
請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給する複数個の添加剤により分散されることを特徴とする光制御装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の添加剤が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されることを特徴とする光制御装置。
【請求項２４】
請求項２２記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造上での前記添加剤の空間分布が、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に一致することを特徴とする光制御装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項２６】
請求項２４記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記コリメート構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項２７】
請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造の前記空間分布が、前記複数個の微細構造の幾何学的特徴により特徴付けられることを特徴とする光制御装置。
【請求項２８】
請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造の前記空間分布が、前記複数個の微細構造の屈折率により特徴付けられることを特徴とする光制御装置。
【請求項２９】
（ａ）光入射面及び光出射面を有する透明基板、または、
（ｂ）複数個の混色成分から成る混色構造により構成される光源ユニットの光路上に設置される光制御装置、そこでは、前記光源ユニットからの光が、前記光入射面を通過し、前記透明基板に入射し、前記混色成分により、所望の空間分光分布に一致させるための処理をして、前記光出射面を通過し、前記透明基板を出射する、また、前記複数個の混色成分は、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に応じた空間分布を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項３０】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給することを特徴とする光制御装置。
【請求項３１】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されていることを特徴とする光制御装置。
【請求項３２】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、前記光入射面上で、適切な透明材料の層内に埋め込まれていることを特徴とする光制御装置。
【請求項３３】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、前記光出射面上で、適切な透明材料の層内に埋め込まれていることを特徴とする光制御装置。
【請求項３４】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、前記光入射板と前記光出射面の間の前記透明基板内に埋め込まれていることを特徴とする光制御装置。
【請求項３５】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項３６】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記混色構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項３７】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路沿いに、少なくとも１層の偏光層を追加形成することを特徴とする光制御装置。
【請求項３８】
請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路沿いに、少なくとも１層の反射防止層を追加形成することを特徴とする光制御装置。
【請求項３９】
（ａ）光入射面及び光出射面を有する透明基板、または、
（ｂ）拡散構造、または、
（ｃ）複数個の微細構造から成るコリメート構造により構成される、光源ユニットの光路上に位置する光制御装置、そこでは、前記光源ユニットからの光が、前記光入射面を通過し、前記透明基板に入射し、前記拡散構造により、さまざまな方向へと散乱され、複数個の微細構造により、適切な視角内での十分にコリメートされた光線へとなり、前記光出射面を通過し、前記透明基板を出射する、また、前記拡散構造が、前記光源ユニットからの光の第一空間強度分布に応じたヘイズ値により特徴付けられる空間分布を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項４０】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光入射面上で構成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項４１】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光出射面上で構成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項４２】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光入射面と前記光出射面の間の前期透明基板内に埋め込まれている複数個の回折素子により構成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項４３】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造が、前記光出射面上で構成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項４４】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路沿いに、少なくとも１層の偏光層を追加形成することを特徴とする光制御装置。
【請求項４５】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路沿いに、少なくとも１層の反射防止層を追加形成することを特徴とする光制御装置。
【請求項４６】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、ヘイズ値により特徴付けられる前記空間分布が、前記光入射面の表面積の１〜９９％に及ぶことを特徴とする光制御装置。
【請求項４７】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、ヘイズ値により特徴付けられる前記空間分布が、３〜９５％間のヘイズ値変動を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項４８】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第一空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項４９】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第一空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記拡散構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項５０】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造の幾何学的特徴が、前記光源ユニットからの光の第二空間強度分布に応じた空間分布を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項５１】
請求項５０記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第二空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項５２】
請求項５０記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第二空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記複数個の微細構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項５３】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造の屈折率が、前記光源ユニットからの光の第二空間強度分布に応じた空間分布を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項５４】
請求項５３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第二空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項５５】
請求項５３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第二空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記複数個の微細構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項５６】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給する複数個の添加剤により分散されることを特徴とする光制御装置。
【請求項５７】
請求項５６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の添加剤が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されていることを特徴とする光制御装置。
【請求項５８】
請求項５６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造上の前記複数個の添加剤の分布が、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に一致することを特徴とする光制御装置。
【請求項５９】
請求項５８記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項６０】
請求項５８記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記拡散構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項６１】
請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給する複数個の添加剤により分散されることを特徴とする光制御装置。
【請求項６２】
請求項６１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の添加剤が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されていることを特徴とする光制御装置。
【請求項６３】
請求項６１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記コリメート構造上の前記複数個の添加剤の分布が、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に一致することを特徴とする光制御装置。
【請求項６４】
請求項６３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【請求項６５】
請求項６３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記コリメート構造上で形成されることを特徴とする光制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御装置に関し、特に、光拡散機能、光コリメート機能、光混色機能を有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や液晶テレビのバックライトユニットは、通常、冷陰極蛍光灯ランプ（ＣＣＦＬ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いる。図１ａは、従来のサイドエッジ型バックライトユニット１０の概略側面図である。図１ａに示すように、バックライトユニット１０のＣＣＦＬやＬＥＤ１１からの放射光は、リフレクター１２により導光板１３に向き、ＬＣＤの表示パネル４０に方向を変える。導光板１３と表示パネル４０の間には、通常、導光板１３からの光を散乱させるための拡散シート１５が組み込まれているのと同様に、拡散シート１５からの散乱光を十分な平行な光線へとコリメートするためのプリズム構造が直角に並んだ２枚のプリズムシート１６と１７、または、光学偏光や反射防止膜／層１８、または、よりいっそうの光強度の均一性を達成するための拡散シート１９が組み込まれている。
【０００３】
拡散シートは、埋め込まれた粒子や荒い表面を通過させることにより起きる散乱や屈折により、光の進路を一方向から多方向へと変化する。プリズムシートは、３Ｍ製ＶｉｋｕｉｔｉTM （登録商標）ＢＥＦ膜や三菱レーヨン社製ＤｉａａｒｔTM （登録商標）プリズムシートなどの輝度増進のための光学膜である。偏光層／膜は、低い偏光度から高い偏光度へ変換する役目がある。偏光の種類には、直線偏光、円偏光、楕円偏光がある。例えば、３Ｍ社製のＶｉｋｕｉｔｉTM （登録商標）ＤＢＥＦ膜は、直線偏光を用いるものである。反射防止層／膜は、異なる屈折率を有する接触面における光の反射による光透過率の損失を防ぐ役目がある。 
【０００４】
前記サイドエッジ型技術には幾つかの短所がある。特に、大型ＬＣＤの場合、サイドエッジ型バックライトユニットは、適度の光強度を供給することができなく、それが大型導光板の場合、実際のコストや収益を考えると加工が困難である。したがって、大半の大型ＬＣＤは直下型を採用している。図１ｂは、従来の直下型バックライトユニットを示す概略側面図である。図に示すように、リフレクター１２の前方にすべての光を方向付けする目的で、バックライトユニット２０の多数あるＣＣＦＬ２１がリフレクター１２の正面に併設されている。同様に、ＣＣＦＬ２１と表示パネル４０の間には、通常、拡散板１４、拡散シート１５、プリズムシート１６、１７、偏光や反射防止の膜／層１８、または、別の拡散シート１９が組み込まれている。
【０００５】
ＣＣＦＬを光源に用いる以外に、図１ｃに示すように、ＬＥＤを直下型バックライトユニットに適用することも可能である。これらのＬＥＤ２２は、すべてに白色ＬＥＤを用いるか、赤色、緑色、青色ＬＥＤを組み合わせて用いることも可能である。前者の場合、バックライトユニット３０は、図１ｂに示した構造にとても類似する。後者の場合、ＬＥＤからの赤色、緑色、青色の光を混合して白色光を作り出すという目的により、通常、多重内面反射を生じる光混合板２３が拡散板１４の前に設置される。しかしながら、光混合板２３は、通常、限られた光混合度しか供給できず、そのため、残余の赤色、緑色、青色の光が拡散板１４に向けて伝播されるに至り、互いにいっそうの混合を生じさせる目的により、光混合板２３と拡散板１４との間には付加的な距離が確保される。しかし一方で、それは、バックライトユニットの薄さを達成するための障害になる。
【０００６】
上記説明の通り、抽象的な立場からは、リフレクター、拡散板／シート、プリズムシート、導光板、光混合板、偏光及び反射防止膜／層は、入射光を所望の光学的状態に操作、転換、変換させる光制御装置と言える。表示パネルの視点からは、強度や輝度が高い均一性を有する平面光源が要求され、また、カラー表示のために、色温度や最良な領域での写像など、必要な色の特性を実現する適切な混色が要求される。（Ｂｉｌｌｍｅｙｅｒ ａｎｄ Ｓａｌｔｚｍａｉｎ’ｓ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｌｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, ３rd Ｅｄ., Ｒｏｙ’ｓ Ｂｅｒｎｓ, Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ）しかし、光源の配列をどのように変えても、ＣＣＦＬなどの線光源や、ＬＥＤなどの点光源は、表示パネルに必要な平面光の供給には限界があるのであり、したがって、前述の光制御装置は、その不一致を説明するために導入される。
【０００７】
ＬＣＤが、ディスプレイ技術の主流になるのに伴い、いろいろな光制御装置に関する極めて多数の技術が開示されており、数例を挙げるならば、特許文献１, 特許文献２, 特許文献３, 特許文献４などの、拡散シート及びプリズムシートに関連するものである。これらの光制御装置の目的は、一般的に２種類に分類され、
（１）光をさまざまな方向へ拡散または散乱させ、優れた強度の均一性を達成すること。
（２）光線を最適な視角（画像の最小のコントラストが判別できる最大角）へと、集光またはコリメートさせ、輝度増進を達成すること。
これらの光制御装置は、一般にとても効果的ではあるが、ある程度の限界がある。それは、その光制御装置が、入射光の光強度分布に関係なく入射光を処理することが原因であり、現に、その入射光は、各制御装置の光入射面を通過する度に、極めて不均一な光強度分布を持っている。空間における平面及び表面上（例、光入射面）の光強度の分布や変化は、以下“空間強度分布”と称する。
【０００８】
不均一な空間強度分布が生じる結果を説明するため、直下型バックライトユニットのための複数の光源の配列方法が概略正面図１ｄに示される。図１ｄ（ａ）は、代表的な白色ＬＥＤのアレイ配置方法、また、図１ｄの（ｂ）は、代表的な赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）ＬＥＤの配置方法、また、図（ｃ）、（ｄ）は、２種類のＣＣＦＬの代表的な配置方法を示す。図１ｄから明らかであるように、ＬＥＤなどの点光源や、ＣＣＦＬなどの線光源の平面における配置には限界があるため、これらの光源の正面に配置される光制御装置の光入射面での、極めて不均一な空間強度分布が存在することは避けられない。
【０００９】
この不均一な空間強度分布を説明するため、リフレクターに正面の５０ｍｍ×５０ｍｍ平面上に等間隔に並べられた４個の白色ＬＥＤを用いてシミュレーションが行われた。これは、図１ｄ（ａ）に示す通常の直下型バックライトユニットの模型に相当する。各ＬＥＤの半径は４ｍｍ、また、光束は８ルーメンであり、リフレクターの反射効率は９８％である。図２（ａ）は、３次元で示す５０ｍｍ×５０ｍｍ平面上での模型光源による予測照度を表す。図２（ａ）に示すように、４個のＬＥＤ周辺に４個の突起部が形成されている。しかし、その光源の空間強度分布を問わず、従来の光制御の技術は、その光強度に関係なく入射光を処理するのである。その結果、図２ｂに示すように、その突起部は、確かに限られた範囲内で滑らかにされ、したがって、図１ａ〜ｃに示すような、追加の光制御装置が採用されるのだ。しかし、この場合は、光が伝播しその光制御装置を通過する度に、相当の電力損失を引き起こすことは避けられない。その結果、過度な電力損失から生じた熱を放熱するための高性能なデザインが要求される。その他にも、その電力損失を補うために、追加の輝度増進のための光制御装置が導入される。しかしそれは代わりに、生産コストを増すことになる。それに加えて、ＬＥＤの照明効率が次々と進歩することにより、少ない数のＬＥＤの使用で済むので、それによる不均一な空間強度分布の発生、または、従来の光制御装置の能力不足は明らかである。
【００１０】
その上、赤色、緑色、青色ＬＥＤの組み合わせによる直下型バックライトユニットの場合、生産過程による色の偏差により、各ＬＥＤが固有の分光特性を示すのは避けられない。（すなわち、ある波長領域内における、各波長の光強度プロファイル）その結果、ＬＥＤの配列方法に依存し、光制御装置への入射光は、ＬＥＤのさまざまな混色のために、その装置の光入射面上で、分光特性の固有の分布を有するのである。空間における表面や平面上の分光特性の分布や変化は、以下“空間分光分布”称する。従来の一切の光制御装置が、入射光の空間分光分布を、ＬＣＤの所望の空間分光分布への形成や変換に関しての処置を施していない。通常、これは、光混合板及び複雑な色覚センサー検出部や色覚回路を厚くする問題を引き起こし、その結果、ＬＣＤの厚さを減らすことを困難にさせる。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，２８０，０６３  Ｂ１号
【特許文献２】米国特許第６，３２２，２３６  Ｂ１号
【特許文献３】米国特許第６，５７０，７１０  Ｂ１号
【特許文献４】米国特許第６，８４５，２１２  Ｂ２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明は  前述の従来の課題を解決する光源ユニットに用いる光制御装置を提供することにある。本発明の目的は、過剰且つ多数の拡散やコリメートの手段を用いずに、適切な視角の範囲内で極めて高い均一性を有する光強度を提供することにある。これにより、複雑な製造工程、高い生産コスト、過度の電力損失、放熱などに関連した問題の解決が見込めることに加え、本発明の多機能一体化により、材料消費量を減少させることができる。また、本発明のもう１つの目的は、光源ユニットの赤色、緑色、青色から、対象となる用途に応じた所望の空間分光分布を形成することにある。これにより、光混合の手段を単純化することが可能になるのに加え、ＬＣＤの消費電力を減少させること、また、バックライトユニットの厚さを著しく薄くすることができるようになる。
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明による光制御装置は、光源ユニットからの光路上に設置される。また、本発明による光制御装置は、少なくとも光制御機能の拡散、コリメート、混色のいずれかを供給する。しかし、入射光の強度分布に関係なく入射光を処理するという従来の方法とは違い、本発明による光制御装置に供給される拡散、コリメート、混色の光制御機能は、入射光の空間強度分布または空間分光分布に応じた処理能力に関する空間分布を有する。
【００１４】
本発明による光制御装置は、従来のように光制御装置の平積みをすることなく、２つ以上から成る光制御機能を単独の装置へと一体化させることができる。また、本発明による少なくとも光制御機能のいずれかが、何よりもまず入射光の空間強度分布、または、空間分光分布に応じた処理能力に関した空間分布を有する。本発明による１実施形態における光制御装置は、拡散構造、コリメート構造、混色構造を有する透明基板を併設する。その拡散構造は、入射光を全方向に散乱して高い均一性を達成するために、光入射面全体に設置される。また、その拡散構造は、入射光の空間強度分布に応じたヘイズ値での空間分布を、その光入射面上で有する。すなわち、光入射面上の任意の位置において、その位置で高い光強度を有するならば（または、低い）、そこでの拡散構造のヘイズ値も高くなる（または、低くなる）。
【００１５】
この実施形態では、コリメート構造は、装置からの放射光の輝度増進のための適切な視角範囲内で、拡散構造からの散乱光を十分なコリメート光へと変換する光放射面上（光が装置から放射される部分）に設置される。コリメート構造は、多数の微細構造から構成されており、また、その微細構造は（１）光入射面の入射光（光制御装置への入射光）、または、（２）光放射面の入射光（コリメート構造への入射光、または、前にあった拡散構造からの放射光）の空間強度分布に応じた幾何学的特性及び屈折率における空間分布を有する。すなわち、光入射面への（光制御装置への）入射光が、光放射面上の任意の位置に応じた同位置での光入射面で固有の光強度を有するならば、その光放射面での任意の位置における微細構造は、固有の幾何学的特性及び屈折率を有する。また、光放射面への（微細構造への）入射光が、特定の位置において固有の光強度を有するならば、光放射面での同位置において微細構造は固有の幾何学的特性及び屈折率を有する。
【００１６】
この実施例では、混色構造は、拡散構造やコリメート構造、または、その両方の構造内に分散された添加剤を含む。その添加剤は、色強度の吸収や再発光のための適切な染料／顔料、及び、光散乱のためのナノ／マイクロ粒子、及び、光吸収や再発光のための燐光／蛍光材料を含む。また、別の実施形態としては、これらの染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料は、適切な樹脂と調合され、別の層としての光放射面にコーティングを行うことが可能である。その添加剤の分布は、（１）光入射面上での入射光（光制御装置への光）、または、（２）光放射面での入射光（混色構造への光）の適切な波長領域における空間分光分布に左右される。混色構造の染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料は、特定の波長領域内で所望の空間分光分布へと一致させるために、着色入射光の空間分光分布のシフト、変換、転換を行い、その結果、光制御装置の異なる用途のための優れた混色を達成する。
【００１７】
本発明による光制御装置は、種々の用途での適用が可能であることに加え、液晶ディスプレイのバックライトユニット部としての一体化が可能である。また、この光制御装置は、光源ユニットが不均一な空間強度分布を有する、或いは、優れた混色、均一性、コリメート光を達成しなければならないテーブルランプやフロアーランプなど、種々の照明装置との一体化も可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、（ａ）光入射面及び光出射面を有する透明基板、または、
（ｂ）拡散構造により構成される光源ユニットの光路上に設置される光制御装置、そこでは、前記光源ユニットからの光が、前記光入射面を通過し、前記透明基板に入射し、前記拡散構造によりさまざまな方向へと散乱させられ、前記光出射面を通過し、前記透明基板を出射する、また、前記拡散構造が、前記光源ユニットからの光の空間強度分布に応じたヘイズ値により特徴付けられた空間分布を有することを特徴とする光制御装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光入射面上で構成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光出射面上で構成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光入射面と前記光出射面との間の前記透明基板に、複数個の回折素子を埋め込まれることにより構成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路に沿い、少なくとも１層の偏光層を追加構成することを特徴とする光制御装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路に沿い、少なくとも１層の反射防止層を追加構成することを特徴とする光制御装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、ヘイズ値に特徴付けられる前記空間分布が、前記光入射面の表面積の１〜９９％に及ぶことを特徴とする光制御装置としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、ヘイズ値により特徴付けられる前記空間分布が、３〜９５％間のヘイズ値変動を有することを特徴とする光制御装置としている。
請求項９の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記拡散構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項１１の発明は、請求項１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給する複数個の添加剤により分散されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項１２の発明は、請求項１１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の添加剤が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項１３の発明は、請求項１１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造での前記添加剤の空間分布が、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に一致することを特徴とする光制御装置としている。
請求項１４の発明は、請求項１３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項１５の発明は、請求項１３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記拡散構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項１６の発明は、（ａ）光入射面及び光出射面を有する透明基板、または、
（ｂ）複数個の微細構造から成るコリメート構造により構成される光源ユニットの光路上に設置される光制御装置、そこでは、前記光源ユニットからの光が、前記光入射面を通過し、前記透明基板に入射し、前記複数個の微細構造により適切な視角内での十分にコリメートされた光線になり、前記光出射面を通過し、前記透明基板を出射する、また、前記複数個の微細構造が、前記光源ユニットからの光の空間強度分布に応じた空間分布を有することを特徴とする光制御装置としている。
請求項１７の発明は、請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造が、前記光出射面上で構成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項１８の発明は、請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路に沿いに、少なくとも１層の偏光層を追加構成することを特徴とする光制御装置としている。
請求項１９の発明は、請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路に沿い、少なくとも１層の反射防止層を構成することを特徴とする光制御装置としている。
請求項２０の発明は、請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項２１の発明は、請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記複数個の微細構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項２２の発明は、請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給する複数個の添加剤により分散されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項２３の発明は、請求項２２記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の添加剤が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項２４の発明は、請求項２２記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造上での前記添加剤の空間分布が、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に一致することを特徴とする光制御装置としている。
請求項２５の発明は、請求項２４記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項２６の発明は、請求項２４記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記コリメート構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項２７の発明は、請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造の前記空間分布が、前記複数個の微細構造の幾何学的特徴により特徴付けられることを特徴とする光制御装置としている。
請求項２８の発明は、請求項１６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造の前記空間分布が、前記複数個の微細構造の屈折率により特徴付けられることを特徴とする光制御装置としている。
請求項２９の発明は、（ａ）光入射面及び光出射面を有する透明基板、または、
（ｂ）複数個の混色成分から成る混色構造により構成される光源ユニットの光路上に設置される光制御装置、そこでは、前記光源ユニットからの光が、前記光入射面を通過し、前記透明基板に入射し、前記混色成分により、所望の空間分光分布に一致させるための処理をして、前記光出射面を通過し、前記透明基板を出射する、また、前記複数個の混色成分は、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に応じた空間分布を有することを特徴とする光制御装置としている。
請求項３０の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給することを特徴とする光制御装置としている。
請求項３１の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されていることを特徴とする光制御装置としている。
請求項３２の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、前記光入射面上で、適切な透明材料の層内に埋め込まれていることを特徴とする光制御装置としている。
請求項３３の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、前記光出射面上で、適切な透明材料の層内に埋め込まれていることを特徴とする光制御装置としている。
請求項３４の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の混色成分が、前記光入射板と前記光出射面の間の前記透明基板内に埋め込まれていることを特徴とする光制御装置としている。
請求項３５の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項３６の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記混色構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項３７の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路沿いに、少なくとも１層の偏光層を追加形成することを特徴とする光制御装置としている。
請求項３８の発明は、請求項２９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路沿いに、少なくとも１層の反射防止層を追加形成することを特徴とする光制御装置としている。
請求項３９の発明は、（ａ）光入射面及び光出射面を有する透明基板、または、
（ｂ）拡散構造、または、
（ｃ）複数個の微細構造から成るコリメート構造により構成される、光源ユニットの光路上に位置する光制御装置、そこでは、前記光源ユニットからの光が、前記光入射面を通過し、前記透明基板に入射し、前記拡散構造により、さまざまな方向へと散乱され、複数個の微細構造により、適切な視角内での十分にコリメートされた光線へとなり、前記光出射面を通過し、前記透明基板を出射する、また、前記拡散構造が、前記光源ユニットからの光の第一空間強度分布に応じたヘイズ値により特徴付けられる空間分布を有することを特徴とする光制御装置としている。
請求項４０の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光入射面上で構成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項４１の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光出射面上で構成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項４２の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、前記光入射面と前記光出射面の間の前期透明基板内に埋め込まれている複数個の回折素子により構成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項４３の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造が、前記光出射面上で構成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項４４の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路沿いに、少なくとも１層の偏光層を追加形成することを特徴とする光制御装置としている。
請求項４５の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光源ユニットからの光路沿いに、少なくとも１層の反射防止層を追加形成することを特徴とする光制御装置としている。
請求項４６の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、ヘイズ値により特徴付けられる前記空間分布が、前記光入射面の表面積の１〜９９％に及ぶことを特徴とする光制御装置としている。
請求項４７の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、ヘイズ値により特徴付けられる前記空間分布が、３〜９５％間のヘイズ値変動を有することを特徴とする光制御装置としている。
請求項４８の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第一空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項４９の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第一空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記拡散構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項５０の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造の幾何学的特徴が、前記光源ユニットからの光の第二空間強度分布に応じた空間分布を有することを特徴とする光制御装置としている。
請求項５１の発明は、請求項５０記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第二空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項５２の発明は、請求項５０記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第二空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記複数個の微細構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項５３の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造の屈折率が、前記光源ユニットからの光の第二空間強度分布に応じた空間分布を有することを特徴とする光制御装置としている。
請求項５４の発明は、請求項５３記載の拡散、請求項５３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第二空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項５５の発明は、請求項５３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記第二空間強度分布が、前記光源ユニットからの光により、前記複数個の微細構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項５６の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給する複数個の添加剤により分散されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項５７の発明は、請求項５６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の添加剤が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されていることを特徴とする光制御装置としている。
請求項５８の発明は、請求項５６記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記拡散構造上の前記複数個の添加剤の分布が、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に一致することを特徴とする光制御装置としている。
請求項５９の発明は、請求項５８記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項６０の発明は、請求項５８記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記拡散構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項６１の発明は、請求項３９記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の微細構造が、少なくとも吸収、散乱、吸収／再発光のいずれかの混色機能を供給する複数個の添加剤により分散されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項６２の発明は、請求項６１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記複数個の添加剤が、少なくとも染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料のいずれかの混色成分から選択されていることを特徴とする光制御装置としている。
請求項６３の発明は、請求項６１記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記コリメート構造上の前記複数個の添加剤の分布が、前記光源ユニットからの光の適切な波長領域内での空間分光分布に一致することを特徴とする光制御装置としている。
請求項６４の発明は、請求項６３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記光入射面上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
請求項６５の発明は、請求項６３記載の拡散、コリメート、混色が一体化された光制御機能を有する装置において、前記空間分光分布が、前記光源ユニットからの光により、前記コリメート構造上で形成されることを特徴とする光制御装置としている。
【発明の効果】
【００１９】
その光制御装置は、光源ユニットからの光路上に位置する。また、入射光の空間強度分布や空間分光分布に応じた処理能力の空間強度を有した少なくとも拡散機能、コリメート機能、混色機能のいずれかの光制御機能を備える。この光制御装置は、２つ以上の光制御機能を直接的、または、相互作用的に単独の装置へと一体化することができる。その一体化された光制御機能の少なくとも１つは、その装置への入射光の空間強度分布や空間分光分布に応じた処理能力の空間分布を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下の記述は模範的実施形態であり、本発明の適用性または構成範囲を限定するためではなく、本発明の模範的実施形態を遂行するための有用な説明を提供する。また、請求項にある本発明の原理の機能や処置方法を逸脱することなく、記述される実施形態には種々変更が可能である。
【００２１】
本発明は、少なくとも光拡散機能、コリメート機能、混色機能のいずれかを一体化し、少なくともその１つの機能が、入射光の空間強度分布や空間分光分布に応じて形成された処理能力の空間分布を有する新しい光制御装置を提供する。記述内に多く用いられる専門用語は、下記にその定義が示される。
一体化：２つの以上の光制御装置の統合。統合した機能が、各々独立している場合、「直接的一体化」といい、統合した機能の片方が、もう一方の出力に依存する場合は「相互作用的一体化」といえる。
拡散：単一方向での光束入射が多方向に連続的に分散されるように、物質内の通過やその表面上での反射による放射光束の角分布変化の過程。（ＡＳＴＭ  Ｅ２８４）「拡散」は「散乱」と交互に用いられる。
コリメート：できるかぎり光線を平行光化し、発散や収束を最小限に抑える過程。コリメート」は「集束」と交互に用いられる。
混色：ＣＩＥ１９３１に基づく原色（赤色、緑色、青色）の着色光の組み合わせ。
空間分布：空間内でのある特徴の概略的配置。
均一性：均一性は、求めたい特徴の最小値と平均値の割合で表される。（例、割合が１に近い場合は十分に均一性、また、割合が０に近い場合は十分に不均一性といわれる。）      
【００２２】
本発明の考案を説明するため、図１ａに示すエッジライト型バックライトユニットを例として用いる。各光制御装置は、Ｊｏｎｅｓ/Ｍｕｌｌｅｒ-ｌｉｋｅ ｍａｔｒｉｘに類似するようなオペレーター
【数１】
2007149623.tif 000003
を用いて数学的に表わし、それは装置の入射光から放射光への変換を表現するものである。（Ｓ. Ｈｕａｒｄ, Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ Ｌｉｇｈｔ, Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ, Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ, １９９７）例えば、導光板１３からの放射光を
【数２】
2007149623.tif 000004
とし、拡散シート１９による表示パネル４０への放射光を
【数３】
2007149623.tif 000005
と表す場合、
【数４】
2007149623.tif 000006
と
【数５】
2007149623.tif 000007
との関係は、
【数６】
2007149623.tif 000008
と表すことができる。光制御装置ｉｊ(ｉ＝１, ｊ＝１ ｔｏ ９)により供給される光制御機能は、オペレーター
【数７】
2007149623.tif 000009
により表す。例えば、
【数８】
2007149623.tif 000010
は、拡散シート１５の機能を表す。以下の説明を簡潔にするため、上記装置を図３ａを例として用いる。その装置はデカルト座標系Ｚ軸に平行に設置され、簡略化のために装置の厚さは無視する。
【００２３】
オペレーター
【数９】
2007149623.tif 000011
については、拡散シート１５を例に挙げて説明する。拡散シート１５などの従来の拡散シートは、例を挙げるならば、適切な物質での表面粗度やコーティングなどの手段を用いることにより拡散機能や散乱機能を提供する。また、図３ａに示す拡散シート１５の任意の位置(x，y，z)での拡散機能及び散乱機能は、その手法に関係なく、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ（ＡＳＴＭ）Ｅ２８４に定義されるヘイズ値h(x，y，z)により特徴付けられる。ここでも、h(x,y,z)はh(x,y)と低次元化しＺ軸は無視する。加えて、従来の大半の拡散シートのヘイズ値h(x,y)の分布が本質的に一定なので、h(x,y)は定数hと単純化される。それにより、オペレーター
【数１０】
2007149623.tif 000012
は、入射角θiで入射する拡散シート１５への入射光線
【数１１】
2007149623.tif 000013
を、極角θr及び方位角φrでの光線への変換をする工程と考えることができ、したがって、入射光
【数１２】
2007149623.tif 000014
及び放射光
【数１３】
2007149623.tif 000015
の関係は、
【数１４】
2007149623.tif 000016
と表すことができる。上記公式のいっそうの理解を図るため、デカルト座標Ｘ−Ｙ平面上の従来の拡散シート、及び、Ｚ軸方向に伝播する入射光線の散乱を概略斜視図３ｂに示す。図に示す入射光ビームＩinは
【数１５】
2007149623.tif 000017
の１光線を表し、散乱光ビームＩoutは、
【数１６】
2007149623.tif 000018
の１光線を表す。θrはＩoutとＺ軸との狭角、また、φrはＸ−Ｙ平面上のＩoutにおける射影とＸ軸との狭角を表す。より具体的には、ヘイズ値hのみが、オペレーター
【数１７】
2007149623.tif 000019
の散乱機能を決定する。上記の、従来の拡散シートが、その強度分布に関係なく入射光を処理するというのはこのためである。従来の拡散シートの中には、あらかじめ定められたものやランダムに変化するヘイズ値を有するものもあり、この場合、h(x,y)は定数にはならない。この場合、前記公式は、
【数１８】
2007149623.tif 000020
となる。しかし、h(x,y)が、ある形の分布を有するにもかかわらず、任意の位置(x,y)におけるh(x,y)の光強度の補正が行われないため、その入射光は、強度分布に関係なく処理されるのである。
【００２４】
また、放射光
【数１９】
2007149623.tif 000021
は、プリズムシート１６への入射光
【数２０】
2007149623.tif 000022
となり、プリズムシートからの出射時に、視角をθv範囲内にとどめる。プリズムシート１６などの従来のプリズムシートは、プリズムシート上に構成される微細構造によりコリメート及び集光機能を提供する。図３ａに示すプリズムシート１６の任意の位置(x,y,z)におけるコリメート及び集光機能は、通常、パラメーターm(x,y,z)により特徴付けられる。図２ｃを例に挙げると、パラメーターm(x,y,z)は、コリメート及び集光能力の抽象化であり、微細構造の形状、その位置(x,y,z)でのプリズム型の微細構造の高さ（例、２５μm）、頂角（例、９０°）、幅（例、５０μm）などの幾何学的特徴により決まる。また、Ｚ軸は省略され、m(x,y,z)はm(x,y)へと低次元化される。加えて、微細構造の形状や配置は、従来のプリズムシートにおいては基本的に一定であり、パラメーターm(x,y)は、装置のサイズが比較的に大きい場合には定数mへと単純化される。それにより、入射光
【数２１】
2007149623.tif 000023
と放射光
【数２２】
2007149623.tif 000024
の関係は、
【数２３】
2007149623.tif 000025
と表すことができる。ここでのφ'rとφrは同一でない。この場合も、パラメーターmのみが、オペレーター
【数２４】
2007149623.tif 000026
の集光機能を決定する。上記の、従来のプリズムシートは、その強度分布に関係なく入射光を処理するというのはこのためである。また、従来のプリズムシートの中には、ランダムに配置された異なる幾何学的な特徴を有する微細構造もあり、この場合、m(x,y)は定数にはならない。また、この場合、前記公式は、
【数２５】
2007149623.tif 000027
となる。しかし、m(x,y)が、ある形の分布を有するにもかかわらず、任意の位置(x,y)でのm(x,y)光強度の補正が行われないため、その入射光は強度分布に関係なく処理されるのである。
【００２５】
しかし、現在のすべての光源ユニットが、完璧な平面光を供給できないと述べたように、光源ユニットから光制御装置へ入射する入射光にある程度の不均一な空間分光分布を感知することは避けられないので、空間強度分布や空間分光分布に関係なく入射光を処理する従来のアプローチの代わりに、本発明により提案される光制御装置は、少なくとも拡散（または散乱）、コリメート（または集光）、混色のいずれかの光制御機能を含み、その光制御機能が、入射光の空間強度分布や空間分光分布に応じた処理能力の空間分布を有するということに焦点をおく。この場合も、本発明の光制御装置は、図３ａのようにデカルト座標Ｘ−Ｙ平面に平行でＺ軸に沿って設置され、また、Ｚ軸を無視した場合には、光制御装置への入射光は、空間強度分布
【数２６】
2007149623.tif 000028
及び空間分光分布λin-LCDを有する。図中での例を挙げると、その装置を「入射面」とする場合、頭文字の「Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｅｖｉｃｅ」を用いてＬＣＤと表す。以下、任意の位置(x,y)における光強度及び分光特性は、各々
【数２７】
2007149623.tif 000029
及びλin-LCD(x,y)と表す。空間分光分布及び分光特性の詳細は、後に説明する。
【００２６】
例を挙げると、一体化された拡散機能とコリメート機能を有する本発明による光制御装置は、図１ａに示す拡散シート１５、プリズムシート１６、１７を置き換える機能がある。この場合、図１ａに示す
【数２８】
2007149623.tif 000030
と
【数２９】
2007149623.tif 000031
の関係は、
【数３０】
2007149623.tif 000032
と表される。
【数３１】
2007149623.tif 000033
は、本発明の光制御装置により供給される光制御機能を表すオペレーターである。ここでの注意点は、
【数３２】
2007149623.tif 000034
ということであり、それが単なる従来の拡散シート１５、プリズムシート１６、１７の重ね合わせではないということである。本発明の場合の
【数３３】
2007149623.tif 000035
は、
【数３４】
2007149623.tif 000036
と表すことができる。一体化された拡散機能はオペレーター
【数３５】
2007149623.tif 000037
、また、一体化したコリメート機能はオペレーター
【数３６】
2007149623.tif 000038
と表される。より具体的には、任意の位置(x,y)でのヘイズ値h(x,y)及びコリメート能力m(x,y)は、両者ともにその位置(x,y)での光強度の関数
【数３７】
2007149623.tif 000039
であり、
【数３８】
2007149623.tif 000040
【数３９】
2007149623.tif 000041
となる。つまり、そのヘイズ値及びコリメート能力は、光制御装置の光入射面上の入射光の空間強度分布に応じた空間分布を有する。
【００２７】
前記モデルに基づくが別タイプの本発明による光制御装置を以下に示す。例えば、
【数４０】
2007149623.tif 000042
であり、これは、入射光の空間強度分布に合わせて調整された拡散機能が、プリズムシート１６、１７により供給される従来のコリメート機能と一体化する場合を表す。また別の例を挙げると、
【数４１】
2007149623.tif 000043
であり、入射光の空間強度分布に合わせて調節されたコリメート機能が、拡散シート１５により供給される従来の拡散機能と一体化する場合を表す。ここでの注意点は、その光制御装置が、拡散機能やコリメート機能だけを含むことであり、
【数４２】
2007149623.tif 000044
【数４３】
2007149623.tif 000045
と表される。上記の例は、混色機能にはふれられていないが、その混色機能に関する数学的モデルを示すことは難しくなく、例えば、入射光の空間分光分布に応じた混色機能だけを含む光制御装置は、
【数４４】
2007149623.tif 000046
【数４５】
2007149623.tif 000047
と表すことができ、a(x,y)は位置(x,y)での適切な染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料による混色能力の抽象化であり、また、a(x,y)は位置(x,y)での分光特性λin-LCD(x,y)の関数である。混色機能の詳細は、後に説明する。
【００２８】
前記モデルは、光制御機能の他のパラメーターを含むこともできる。例えば、
【数４６】
2007149623.tif 000048
【数４７】
2007149623.tif 000049
と表され、ＲＩは、微細構造の構成のために用いる材料の屈折率を表す。従来の技術で周知のように、より高いＲＩが、より狭い視角へと光線をコリメートし制限することが可能である。もう２例挙げると、
【数４８】
2007149623.tif 000050
であり、混色機能は、拡散工程と一体化し、また、
【数４９】
2007149623.tif 000051
と表され、混色機能は、コリメート工程と一体化される。上記２式が提案することは、拡散工程、コリメート工程、またその両方が、任意の位置(x,y)における分光特性λin-LCD(x,y)を変換するための混色機能との連携が可能であり、その結果、光の用途により必要な所望の空間分光分布を供給できることである。そのような連携に関する模範的実施形態は、後に説明する。
【００２９】
上記例の場合、各々の拡散機能、コリメート機能、混色機能が、（例えば光入射面上の）入射光の同一の空間強度分布や空間分光分布に対応し、この場合、その光制御機能は、直接的な一体化といえる。本発明の光制御装置は、２つ以上の光制御機能を相互作用的に一体化することもできる。光制御機能の相互作用的な一体化は、光路内手前に位置する光制御機能の出力に応じて空間的に分布する処理能力を有する。これにより、上記２つの公式を例に挙げると、相互作用的な一体化オペレーター×が下記のように導入され、
【数５０】
2007149623.tif 000052
また、
【数５１】
2007149623.tif 000053
と表す。記号×は、光路内の光制御機能（例、コリメート機能）の手前に位置するもう一方の光制御機能（例、拡散機能）のためのものであり、後者の光制御機能が、前者の出力光により生じた空間強度分布に応じて空間的に分布する光制御能力を有することができる。より具体的に言えば、拡散機能
【数５２】
2007149623.tif 000054
は、光制御装置への入射光の空間強度分布
【数５３】
2007149623.tif 000055
に応じて構成され、また、コリメート機能
【数５４】
2007149623.tif 000056
は、
【数５５】
2007149623.tif 000057
（例、直接的な一体化）または拡散機能による光出力の空間強度分布
【数５６】
2007149623.tif 000058
（例、相互作用的な一体化）の一方に対応した構成が可能である。
【００３０】
また、前記のモデルは、偏光子及び反射防止コーティングなどのその他の従来の光制御機能に直接的な一体化を行うことも可能である。例えば、本発明による光制御装置は、図１ａに示す拡散シート１５、１９、プリズムシート１６、１７、そして偏光膜または反射防止膜／層１８の一体化を行うことができる。この場合、
【数５７】
2007149623.tif 000059
と
【数５８】
2007149623.tif 000060
の関係は、
【数５９】
2007149623.tif 000061
と表される。
【００３１】
以下、上記のモデルは、本発明のさまざまな実施形態に適用される。今までの流れを要約すると、本発明は、
（１）入射光の空間強度分布や空間分光分布に合わせて調節される拡散機能、コリメート機能、混色機能の３つの主要な光制御機能の１つから成る光制御装置、
（２）２つ以上の光制御機能を一体化させ、その１つの制御機能が、光制御装置への入射光の空間強度分布や空間分光分布に合わせて調節される（直接的な一体化）、または、自らの入射光の空間強度分布や空間分光分布に合わせて調整される（相互作用的な一体化）光制御装置に及ぶ。
その一体化のパターンは大量に存在するため、すべてをここに挙げることはできないが、以下に模範的実施形態を幾つか挙げ説明する。また、その実施形態の詳細な適用に関する説明は、ここでふれられない実施形態にも適用が可能である。図４ａ、４ｂは、エッジライト型及び直下型バックライトユニットを用いてＬＥＤに採用された本発明の光制御装置１００を示す概略側面図である。図１ａ、１ｂ、１ｃと比較した場合、光制御装置１００は、表示パネル４背後のＣＣＦＬ１１、２１やＬＥＤ２２からの光路内に位置しており、従来の光制御装置を完全に置き換える構造となっている。また、他の適用方法を示す図４ｃ、４ｄなどは、本発明の光制御装置１００は、１枚以上の拡散シート１５や拡散面、１枚以上のプリズムシート１６やその他の輝度増進のための膜、或いは、その両方の一体化を行うことができる。また、図４ｅは、また別の適用方法を示し、２つ以上の光制御装置１００が、直下型バックライトユニット内に設置されている。図４ａ〜ｅに示すように、本発明による光制御装置は、ＬＣＤのバックライトユニットの一部として統合されることに加え、照明装置の不均一な光源ユニットからの光を、高い均一性または所望の空間分光分布を有するコリメートされた光線に変換するその他の照明装置との統合が可能である。
【００３２】
図５ａ〜５ｅは、本発明による光制御装置の実施形態１における異なる適用法を示す概略側面図である。図に示されるこれらの実施形態は、主にポリマー、コポリマー、複合材料、ガラス材料により作られた透明基板１１０を含み、波長領域４２０〜６８０ナノメートル内において全体の透過性が７０パーセントを超える。しかしながら、本発明は、基板１１０の透過性に特定な必要条件を課すことが目的ではない。ＣＣＦＬ２１及びレフレクター１２により作られる光源ユニットからの光路内に位置する基板１１０は、基板１１０に入射する光源ユニットからの光が通過する光入射面１１２を有し、また、基板１１０を出射する光が通過する光入射面１１２の反対側の光放射面１１４を有する。光入射面１１２上には、拡散構造１２０が構成されており、入射光をさまざまな方向へと散乱させる。この拡散構造１２０は、ヘイズ値（通常３〜９５％）に関する空間パターンを有し、その空間パターンは、光入射面１１２上での入射光の空間強度分布に応じて配置され、また、それは光入射面１１２の１％〜９９％の表面積に及ぶ。すなわち、光強度が強い位置では、その拡散構造１２０は、その位置で高いヘイズ値（より激しい光の散乱）を有する。そのため、その光制御装置が別の拡散シートや面と用いられた場合、その空間的パターンは狭くなる（例、１％〜２０％）。一方、別の拡散シートや拡散面と用いない場合、その空間パターンは、極めて広い面積（７０％〜９９％）を覆うことができる。ここに使用される「構成」という語は、所望の機能を達成するための適切な手段を指す。例えば、拡散構造は、光入射面の表面粗度での実装や光入射面上に粒子を埋めるコーティングレイヤーでの実装が可能である。
【００３３】
図２ａの光源ユニットを例に挙げると、光入射面１１２（図５ａ〜５ｅに示す）上の拡散構造１２０（図５ａ〜５ｅに示す）の模範的パターンが図６ａ〜６ｅに示され、黒っぽく表示されている部分は高いヘイズ値であることを表す。図６ａ〜６ｅから明らかなように、デカルト座標系Ｘ−Ｙ面に射影された光入射面１１２（図５ａ〜５ｅに示す）上での任意の位置(x,y)における拡散構造１２０（図５ａ〜５ｅ）のヘイズ値は、その位置(x,yにおける入射光の強度との関数的関係fhを有する。例えば、関数fは以下のように表す。
【数６０】
2007149623.tif 000062
c1はすべての位置(x,y)において定数
【数６１】
2007149623.tif 000063
c2はすべての位置(x,y)において定数
逆に、従来の拡散シートの場合、ヘイズ値の分布は、以下のように表す。
h(x,y)=c3      c3は原則的にはすべての位置(x,y)で定数。
【００３４】
図５ａ〜５ｅに示すように、光制御装置１００の光放射面１１４上では、マイクロメートル（例、１〜１０3μm）や、サブマイクロメートル（例１〜１０-2μm）範囲内での多数の微細構造１３２を含むコリメート構造１３０が、拡散構造からの散乱光を最適な視角（望ましくは６０°〜１２０°）を有する集光された光線にコリメートするように構成されている。それにより、コリメートされた光線の輝度を高めることができる。その微細構造１３２は、異なる形の幾何学的特徴、または、さまざまな形状に関連したパラメーターを有する。例えば、微細構造１３２は、プリズム、ピラミッド型、長方形、球型レンズ、非球面レンズ、レンズ状、フレスネルレンズ、ホログラフィック素子などの形状を備えることが可能である。また、プリズム型を例に挙げると、プリズム型に関連した幾何学的なパラメーターは、各プリズムの高さ、頂点角、底面幅などがある。しかし、本発明の対象は、微細構造１３２の幾何学的特徴に関するものではなく、それらの技術は、すでに従来の技術で公示されている。本発明における特徴とは、微細構造１３２の幾何学的特徴により決まるコリメート能力が、図５ａに示すように、光放射板１１４にわたり十分に均一化なことであり、また、その微細構造１３２が、図５ｂ〜５ｅに示すように、光入射面１１２上の入射光の空間強度分布に応じた幾何学的な特徴に関しての空間分布を有することである。すなわち、微細構造１３２の光強度が強い位置での幾何学的特徴と、光強度が弱い位置での幾何学的特徴は異なる。また、相互作用的な一体化を用いる他の実施形態の場合、その微細構造１３２は、光入射面１１２上ではなく、光放射面１１４上の微細構造１３２への光の空間強度分布に応じた幾何学的な特徴に関する空間分布を有することができる。
【００３５】
また別の実施形態としては、コリメート構造の微細構造は、十分に規則的、または、ランダムに分布した幾何学的特徴を有することが可能である。（したがって、むしろコリメート能力の均一な分布）その代わりに、微細構造の屈折率（ＲＩ）（例、１．５５〜１．７５）は、光制御装置への入射光（直接的な一体化）、または、コリメート構造への入射光（相互作用的な一体化）の空間強度分布に応じた空間分布を有する。これは、微細構造を形成するための特定の位置において特定の屈折率の材料を選択的に適用することにより達成することができる。微細構造の幾何学的特徴や屈折率や空間強度分布を一致させるために用いることは、連帯または単独での実装を行うことにより可能である。
【００３６】
複数の光制御機能を一体化させる前記の原理に基づいて図５ａを再び例として挙げると、本発明の光制御装置１００は、図７ａ、７ｂに示すように、本発明のパフォーマンスをより向上させる１層以上の反射防止層や偏光層をさらに含むことができる。図７ｂにおいては、１層以上の反射防止層や偏光層１４０が、拡散構造１２０と基板１１０の光入射面１１２との間に挿入され、また、図７ａでは、反射防止層や偏光層１４０が、コリメート構造１３０と基板１１０の光放射面１１４との間に挿入されている。通常、反射防止層や偏光層１４０は、コリメート構造１３０前の光路内ではどこにでも設置可能であり、図７ａ、７ｂに示すように、その２箇所の位置には制限がない。
【００３７】
図８ａ、８ｂは、本発明による光制御装置の実施形態１の他の適用法を示す概略側面図である。図８ａに示すように、光入射面１１２上に構成される代わりに、拡散構造１２０は、コリメート構造１３０の真下の光放射面１１４上に構成される。図８ｂでは、拡散構造１２０は、基板１１０内に埋め込んだ回折素子により実装される。
【００３８】
拡散機能、コリメート機能、偏光機能、反射防止機能などの従来の光制御機能に加え、本実施形態は、光源ユニットが所望の空間分光分布を提供するための、赤色、緑色、青色のＬＥＤの組み合わせにより構成される場合には、混色機能にも範囲を広げられることができる。図９は、赤色、緑色、青色により形成された、入射光の異なる色の範囲を示す概略図である。実際、光混合板は、光をある程度まで白色光へと混合するが、残余の着色光は、図９に示すのに類似したパターンを生じる。図に示すように、領域Ｒは、赤色の光の強い範囲であり、ＧとＢも同様に、緑色と青色の光の強い範囲である。一方で、領域Ｗは、白色光を有し、また、ＲＧ、ＲＢ、ＢＧは、各青色、緑色、赤色の光が不足する領域を表す。すなわち、光制御装置の光入射面１１２上の任意の位置(x,y)において、光源ユニットに用いる着色ＬＥＤから生じるその位置に関連した特定の分光特性がある。例えば、領域Ｒ内の任意の位置(x,y)では、赤色が他の領域より極めて強い分光特性の範囲である、（例、Ｂと比較する場合）。
【００３９】
混色の促進のため、適切な添加剤、染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料が、拡散構造、コリメート構造、或いは、その両者内において分散されること可能である。加えて、これらの染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光?蛍光材料は、適切な樹脂と混ぜて、光制御装置上に別のコーティング層としてのコーティングすることが可能であり、それは図７ａ、７ｂに示すような偏光層や反射防止層に類似する。その添加剤が、拡散構造やコリメート構造の空間分布内に埋め込まれているにもかかわらず、添加剤の分布は、光制御装置または添加剤を含む拡散構造やコリメート構造への入射光の適切な波長領域内（具体的には可視光線の範囲）での空間分光分布に応じた空間分布を形成する。染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料は、所望の波長領域内での空間分光分布に一致させる変化を行うことが可能であり、それにより、良質の混色が光制御装置により達成できる。
【００４０】
図１２ａ〜１２ｃは、さまざまな分光特性の染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料の効果を示す概略図である。図１２ａに示すように、任意の位置(x,y)での分光特性は、その位置(x,y)周辺の適切な染料や顔料により供給される光吸収機能後の所望の分光特性へと変換される。また、その波長内で特徴付けられる曲線を破線で示す。図に示すように、過度の緑色の光（Ｇ）が抑制されている。一方、図１２ｂでは、不十分な緑色の光が、位置(x,y)周辺での適切な燐光や蛍光材料により供給された光吸収や再発光により増進されている。同様に、図１２ｃでの過度の緑色の光が、位置(x,y)周辺から他の位置へナノ／マイクロ粒子により散乱され、結果その位置(x,y)で抑制されている。
【００４１】
図９を例に挙げると、適切な染料や顔料は、拡散構造やコリメート構造、または、過度の赤色や緑色の光を吸収するためにＲとＧの領域を覆うことができる別のコーティング層樹脂に混ぜることが可能である。一方で、（１）トリス（ジベンゾイルメタン）モノ（フェナントロリン）ユウロピウム錯体、または、アセチルアセトネート・イラヂウム錯体などの燐光体が、過度のＵＶ（紫外線）及び青色の光を吸収、または、領域Ｂ内の赤色の光を再発光のために添加されることが可能である。同様に、（１）クマリン分子や（２）トリス（８−ヒドロキシキノリン）金属系が、過度のＵＶ及び青色の光を吸収する、また、領域Ｂ内の緑色の光を再発光するために添加されることが可能である。そのような染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料は、従来の技術ですでに公示されており、詳細に関してはここでふれない。
【００４２】
図１０ａ〜１０ｃは、本発明における光制御装置の別の実施形態を示す概略側面図である。光の均一性だけが必要とされる用途の場合、実施形態２として光制御装置１０１が、図１０ａに示され、この場合コリメート構造を持たない。実施例１での適用法に示したものは、この実施形態での適用も可能である。例えば、図７ａ、７ｂに示すような、偏光構造や反射防止構造の一体化、または、図８ａ、図８ｂに示すような、拡散構造の異なる実装法は、すべて図１０ａに示す実施形態での適用が可能である。それに加え、適切な染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料は、拡散構造に添加される、または、別のコーティング層としてコーティングされることが可能である。
【００４３】
単独での実装が行われる代わりに、実施形態３として光制御装置１０２が図１０ｂに示され、この場合、別々の光制御メンバーを一緒に設置することにより達成される。ここでのメンバーという語は、機能的構造を構成する独立の構成要素をいう。この実施形態においては、拡散メンバー１５０及びコリメートメンバー１６０が一体化される。また、別の実施形態としては、別の２つ以上の光制御メンバーの一体化が可能である。コリメートメンバー１６０は、微細構造１６２の十分に規則的またはランダムな分布を有する従来の市販のプリズムシートであり、また、コリメートメンバー１６０は、入射光の空間強度分布に応じた微細構造の幾何学的な特徴や屈折率により供給されるコリメート能力の空間分布を有する本発明の微細構造１６２に合わせての調節が可能である。拡散メンバー１５０は、図１０ａに示すのと同じものであり、また、入射光の空間強度分布に応じた膜や板上で形成される拡散構造を有することによる実装が可能である。前記実施形態１の適用法は、この実施形態での適用も可能である。例えば、図７ａ、７ｂに示す偏光構造や反射防止構造の一体化、または、図８ａ、８ｂに示す拡散構造の異なる実装法は、すべて図１０ｂに示す実施形態に適用ができる。それに加えて、適切な染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料は、拡散メンバー１５０やコリメートメンバー１６０に添加すること、または、別の膜や層としてのコーティングを行うことが可能である。
【００４４】
さらに、図１０ｃに示すように、実施形態４としての光制御装置１０３は、個別の光制御メンバー側に光制御構造をコーティングすることによる実装が可能である。この実施形態での拡散構造１７０は、図５ａ〜５ｅに示す実施形態１のものに類似し、コリメートメンバーの片一方側にコーティングされ、それは市販のものや本発明でのものを用いることが可能である。また、前記のコリメート構造の適用法は、ここでも適用可能である。例えば、図７ａ、７ｂに示す偏光構造や反射防止構造の一体化は、図１０ｃに示す実施形態に適用が可能である。それに加え、適切な染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料が、拡散構造１７０やコリメートメンバー１６０に添加されることができるか、別のコーティングレイヤーとしてのコーティングを行うことができる。
【００４５】
図５ａに示す光制御装置１００を例に挙げると、混色構造（図５ａには示さない）が、光入射面１１２上で、別のコーティング層として実装され、その光制御機能が直接的一体化をされる場合、光制御機能１００の模範的な製造過程は以下のように行うことができる。初めに、カメラかＣＣＤ装置が光源ユニット（ＣＣＦＬ２１やレフレクター１２を含む）の画像を取り込むために用いられる。光源ユニットからの光は、直接光入射面１１２上に照射され、その画像は、光源ユニットからの光の空間強度分布を導入するために用いられる。その画像は、入射光線面１１２上の光源ユニットからの光の空間強度分布を導出ために用いられる。光源ユニットが、赤色、緑色、青色ＬＥＤの組み合わせで構成される場合、光源ユニットとからの光の空間強度分布を入射光線面１１２上で導出する同じアプローチが用いられる。通常、空間分光分布は、各原色において取得され、拡散構造、コリメート構造、混色構造のために、取り込み画像、導出された空間強度分布や空間分光分布、種々のマスクが現像される。例えば、感光乳剤コーティング、または、露光での画像表示を用いる。基板１００は、透明ポリマー膜／面であり、通常、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＭＭＡ、ＴＡＣ、ポロカーボネートなどで作られる。最適なコーティング材が、図６ａ〜６ｃに示すのに類似するパターンを有するヘイズ値を有する拡散構造１２０を得るための適切なマスクでの平面印刷や輪転印刷を用いる基板１１０の光入射面１１２上にコーティングされている。そのコーティング材は、光を散乱させる粒子や添加剤を含むＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂光を含むが、それらに限定されることは決してない。そして、適切な染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料は、適当な樹脂に混ぜて、適切なマスクでの平面印刷や輪転印刷を用いてのコーティングも行われる。次に、拡散構造１２０及び混色コーティング層は、加熱硬化や紫外線硬化（ＵＶ）により硬化される。コリメート構造１３０の微細構造１３２のための鋳型は、機械式、石版式、ＭＥＭＳ式により準備される。そして、望ましくは１．５５〜１．７５の高い屈折率を有する樹脂が、フレキソ印刷やマイクロ・グラビア印刷を用いて基板１１０の光放射面１１４上にコーティングされる。そして、コリメート構造１３０の微細構造１３２は、ＵＶ／加熱硬化を用いてエンボス加工により形成される。
【００４６】
図６ｄに示すものに類似したパターンの拡散構造１２０を達成するための、たくさんのアプローチの適用が可能である。コーティング材１２１や１２２の層、各々が同一または異なるヘイズ値を有するアプローチの１つとして、それが図１１ａに示され、この場合、連続的な印刷工程や適切なマスクを用いて光入射面１１２上で連続して形成される。図１１ｂは別のアプローチを示しており、特定のヘイズ値を有するコーティング材１２３、１２４が、図６ｄのパターンを得るために光入射面１１２の特定の領域に印刷される。同様に、フレキソ印刷工程はが、図６ｅに示すように、連続的なヘイズ値の変換を得るために行なわれることが可能である。
【００４７】
相互作用的な一体化の達成に関して説明するため、前例の光制御装置１００のコリメート機能が、前方の拡散機能との相互作用的な一体化が行われると仮定する。この場合、拡散構造１２０及び混色構造（図に示さない）が、前例で言及される同一の手段を用いて形成することが可能である。そして、ほぼ完成した光制御装置１００（例、形成された拡散構造及び混色構造を用いる）が、光源ユニットの前方に設置される。カメラやＣＣＤ装置は、再び光制御装置１００の光放射面１１４上の画像を取り込むために用いられる。そして、その画像は、光源ユニットからの光の空間強度分布を導出するために、光放射面１１４上で用いられる。これが終了し、適切なマスクが現像されたのちに、前例で言及したようなコリメート構造１３０を形成するための同一の生産工程の適用が可能である。
【００４８】
コンピューター・シュミレーションは、本発明での生産工程において重要な役割を果たします。複数の光制御機能が、直接的、または、相互作用的に一体化され、光制御装置のパフォーマンスが、これら相互に関係する光制御機能により連帯して決定される場合に特に重要である。これらの光制御機能の最適形態を得るため、コンピューター・シミュレーションは、膨大な量の試行錯誤のために要する時間の節約ができる。例えば、製造会社は、光源ユニットの画像を取り込み、一体化された各々の光制御機能の空間強度分布や空間分光分布の導出だけに必要なものを絞ることができ、大量生産に入る前に研究室において完全にそれを行うことができる。
【００４９】
本発明の効果を説明するため、多くのシミュレーションが、散乱光が再利用のために閉じ込められるクローズド・システムでの図２ａの光源ユニットに基づいて行われた。その１つとして、ヘイズ値８０％であり図６ｃに類似したパターンを有する拡散構造、または、コリメート構造が図５ｂに示すのと類似したパターンを有する図２ｃに示す光制御装置を用いた。このシミュレーションでは、表面５０ｍｍ×５０ｍｍ上の位置での輝度（Ｌｕｘ）は、図２ａに示す光源ユニットからの光が、図２ｄに示されるように光制御装置の通過後に測定される。比較のため、従来の輝度増進、または、片側の膜にプリズム構造を有し、もう一片側には拡散構造を有さない規則的に分布したプリズム構造のプリズム膜を用いてシミュレーションが行われた。図２ｂに示すように、表面５０ｍｍ×５０ｍｍ上の位置の輝度は、光源ユニットからの光が従来のプリズム膜の通過後に測定される。図２ｂ、２ｄから明らかなように、本発明における放射光の均一性は、ともて優れている。
【００５０】
５０ｍｍ×５０ｍｍの空間表面は、２０×２０のグリッドに分割され、最大輝度光束、最小輝度光束、平均輝度光をが、内側１８×１８グリッドから測定される。図２ａ（光制御装置無し）、図２ｂ（従来の輝度膜使用）、図２ｄ（本発明を使用）の３つのシミュレーションが行われ、結果は下記の表１に表されている。表１には、最小値と平均値の割合として計算された均一性Ｕが表されている。（Ｇｌａｒｅ ａｎｄ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｎ Ｒｏａｄ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ, Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＣＩＥ ３１−１９７６）また、光束平均は、システム内の光パワーを表すのに用いられる。表に示すように、本発明における光制御装置を通過した光には、２４％のパワー損失だけを伴う４６％〜７５％もの均一性に改善が確認された。それに対し、従来のプリズム膜は、１３％のエネルギー損失に加え、６２％の均一性しか達成していない。従来のプリズム膜を用いて同レベルの均一性を提供するためには、さらに２０％〜３０％もの相当な量のエネルギー損失を伴うような拡散構造が必要となる。加えて、図４ｅに示す追加の光制御装置が用いられる場合は、高い均一性の光を容易に得ることができる。
【表１】
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【００５１】
また、本発明には、下記に表す長所がある。第一に、もしＬＣＤのバックライトユニットに用いる場合、導光板、拡散シート、プリズムシートを省ける分、バックライトユニットにかかるコストを著しく抑えることができる。第２に、構成材や材料使用量が減少するにあたり、ライトの利用効率が増進され、過度の吸収損失や散乱損失を阻止することができる。第３に、本光制御装置は、従来の処理工程である輪転印刷、シルクスクリーン、石版印刷、インクジェットなどの印刷過程を用いての加工ができる。
【００５２】
また、上記で説明された手段とは別に、本発明は、光源ユニットが拡散シート／板の特定のヘイズ値に応じたパターン、または、プリズムシートの屈折率または幾何学的特徴の特定の分布に応じたパターン、または、混色膜の混色添加剤の特定の分布に応じたパターンでのＣＣＦＬやＬＥＤを配置を行うことができる、という逆の構図での適用ができ、このアプローチも同様に本発明の範囲内として考慮される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１ａ】従来のサイドエッジ型バックライトユニットを示す概略側面図である。
【図１ｂ】ＣＣＦＬを用いた従来の直下型バックライトユニットを示す概略側面図である。
【図１ｃ】ＬＥＤを用いた従来の直下型バックライトユニットを示す概略側面図である。
【図１ｄ】直下型バックライトユニットにおける複数の光源の配列方法を示す概略正面図である。
【図２ａ】３次元で表す５０ｍｍ×５０ｍｍ平面上の模型光源ユニットによる予測照度を示す表示図である。
【図２ｂ】従来のプリズムシート通過後の、３次元で表す図２ａの模型光源ユニットによる予測照度を示す表示図である。
【図２ｃ】図２ｄのシミュレーションに用いられた、本発明に関する光制御装置を示す概略側面図である。
【図２ｄ】図２ｃの光制御装置を通過後の、３次元で表す図２ａの模型光源ユニットによる予想照度を示す表示図である。
【図３ａ】デカルト座標Ｚ軸に平行に配列される従来のバックライトユニットの光制御装置を示す概略構成図である。
【図３ｂ】Ｘ−Ｙ軸平面に設置される従来の拡散シート、または、Ｚ軸沿いに伝播する入射光の散乱を示す概略構成図である。
【図４ａ】ＬＣＤの本発明の種々の用途を示す概略側面図である。
【図４ｂ】ＬＣＤの本発明の種々の用途を示す概略側面図である。
【図４ｃ】ＬＣＤの本発明の種々の用途を示す概略側面図である。
【図４ｄ】ＬＣＤの本発明の種々の用途を示す概略側面図である。
【図４ｅ】ＬＣＤの本発明の種々の用途を示す概略側面図である。
【図５ａ】本発明による光制御装置の実施形態１における種々の形態を示す概略側面図である。
【図５ｂ】本発明による光制御装置の実施形態１における種々の形態を示す概略側面図である。
【図５ｃ】本発明による光制御装置の実施形態１における種々の形態を示す概略側面図である。
【図５ｄ】本発明による光制御装置の実施形態１における種々の形態を示す概略側面図である。
【図５ｅ】本発明による光制御装置の実施形態１における種々の形態を示す概略側面図である。
【図６ａ】本発明による拡散構造の種々の空間的パターンを示す概略正面図である。
【図６ｂ】本発明による拡散構造の種々の空間的パターンを示す概略正面図である。
【図６ｃ】本発明による拡散構造の種々の空間的パターンを示す概略正面図である。
【図６ｄ】本発明による拡散構造の種々の空間的パターンを示す概略正面図である。
【図６ｅ】本発明による拡散構造の種々の空間的パターンを示す概略正面図である。
【図７ａ】本発明による光制御装置の実施形態１と一体化された反射防止層、または、偏光層を示す概略側面図である。
【図７ｂ】本発明による光制御装置の実施形態１と一体化された反射防止層、または、偏光層を示す概略側面図である。
【図８ａ】本発明による光制御装置の実施形態１における他の形態を示す概略側面図である。
【図８ｂ】本発明による光制御装置の実施形態１における他の形態を示す概略側面図である。
【図９】赤色、緑色、青色ＬＥＤに形成される異なる色の光入射面の範囲を示す概略図である。
【図１０ａ】本発明による光制御装置の他の実施形態を示す概略側面図である。
【図１０ｂ】本発明による光制御装置の他の実施形態を示す概略側面図である。
【図１０ｃ】本発明による光制御装置の他の実施形態を示す概略側面図である。
【図１１ａ】種々の拡散構造の空間的配列の形態を示す概略側面図である。
【図１１ｂ】種々の拡散構造の空間的配列の形態を示す概略側面図である。
【図１２ａ】染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料の各分光特性パターンを示す概略図である。
【図１２ｂ】染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料の各分光特性パターンを示す概略図である。
【図１２ｃ】染料／顔料、ナノ／マイクロ粒子、燐光／蛍光材料の各分光特性パターンを示す概略図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１  ＣＣＦＬ
１２  リフレクター
１５、１９  拡散シート
１６、１７  プリズムシート
１８  偏光膜または反射防止膜／層
２１  ＣＣＦＬ
２２  ＬＥＤ
１００、１０１  光制御装置
１１０  透明基板
１１２  光入射面
１１４  光放射面
１２０  拡散構造
１２１、１２２、１２３、１２４  コーティング材
１３０  コリメート構造
１３２  微細構造
１５０  拡散メンバー
１６０  コリメートメンバー
１６２  微細構造
１７０  拡散構造
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【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４ｅ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
2007149623.tif 000081
【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図６ａ】
2007149623.tif 000085
【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
2007149623.tif 000092
【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
2007149623.tif 000095
【図１０ｂ】
2007149623.tif 000096
【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
2007149623.tif 000098
【図１１ｂ】
2007149623.tif 000099
【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
2007149623.tif 000101
【図１２ｃ】
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【外国語明細書】
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