(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光拡散構造を有する本体と、反射素子とからなる導光フィルムであって、
前記本体が、第１表面と、該第１表面に対面する第２表面を有し、光源からの光線が前記第１表面を通過してその内部に入射し、前記第２表面から光線が放射するよう配置されており、
前記反射素子が、前記本体の前記第２表面に隣接して設けられ、
前記光拡散構造が、前記第２表面に形成され、第１方向と第２方向に配列され、二次元アレイを形成する複数のマイクロ凹レンズを含み、前記各凹レンズの曲率と凹レンズの接点の曲率が０ではなく、前記光線が第１表面を通過して前記本体内に入射し、前記光拡散構造を通過して前記反射素子に向かい、前記反射素子により反射して戻った光が前記光拡散構造で前記本体内に屈折し、該本体内で全反射を繰り返して前記本体内を伝播するよう配置されてなる導光フィルム。
【請求項２】
前記光源からの光線が、前記本体に対して垂直または斜めである請求項１記載の導光フィルム。
【請求項３】
前記第１方向が、前記第２方向に対して垂直である請求項１記載の導光フィルム。
【請求項４】
各マイクロ凹レンズの幅と深さの比率が、２より大きい請求項１記載の導光フィルム。
【請求項５】
前記マイクロ凹レンズの深さが、前記マイクロ凹レンズの厚さより小さい請求項１記載の導光フィルム。
【請求項６】
前記本体が、前記第２表面上に形成された光出射構造をさらに含み、前記本体内を伝播した前記光線が前記光出射構造を通って前記本体を出射する請求項１記載の導光フィルム。
【請求項７】
前記光線の入射方向が、前記光線の伝播方向に対して垂直である請求項１記載の導光フィルム。
【請求項８】
前記本体の材料が透明であり、ポリカーボネート、ＰＥＴ、ＣＯＰ、ＣＯＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＭＭＡまたはＰＳからなる請求項１記載の導光フィルム。
【請求項９】
前記光拡散構造が、射出成形法によって前記本体上に形成される請求項１記載の導光フィルム。
【請求項１０】
前記光拡散構造が、ＵＶ成形法によって前記本体上に形成される請求項１記載の導光フィルム。
【請求項１１】
前記ＵＶ成形法において、前記本体と同じ屈折率を有するＵＶ硬化剤を用いる請求項１０記載の導光フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光フィルムに関し、さらに詳しくは、光線をその中に導入して伝播する導光フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡまたはデジタルカメラなどの携帯機器は、サイドライト型のバックライトモジュールを有する。それらの携帯機器は、より小型のものが好まれることから、バックライトモジュールは超薄型の導光フィルムであることが望まれている。しかし、導光フィルムの厚さが５００μｍ未満のとき、光をフィルムのエッジ（edges）からフィルム内に導くことが難しい。また、光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）の場合、ＬＥＤからの光線が集光するため、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）よりも、より薄いフィルム内に前記光線は導かれるが、フィルムが薄過ぎる場合、ＬＥＤからの光線でさえも、フィルムのエッジからフィルム内に光線を導くことができない。光線をフィルムに結合するためには、複雑な方法とシステムを用いなければならない。
【０００３】
特許文献１には、光線が厚い導光フィルムのエッジから導かれ、連続的な全反射によって導光フィルムの中に伝播する従来の導光フィルムが開示されている。光線は、プリントドット（printed dot）または微小光学構造の表面から導光フィルムを出射する。しかし、この導光フィルムでは、フィルムの断面からフィルム内に入射した光の損失量が大きい。また、フィルムを薄くすると、光源の入射角度がフィルムの厚さを超え、光がエッジから散乱してしまう。さらに、入射側の輝度が均一でない。
【０００４】
また、非特許文献１には、光線が、背面から導光フィルムに導かれ、反射される導光フィルムが開示されている。しかし、上述の構造は複雑であるため、光線のエネルギーを減少してしまう。
【０００５】
また、特許文献２には、ＬＥＤからの光線が導光フィルム内で屈折してその中に伝播し、光線は反射してフィルムから出射される冠状の光学キャップが開示されている。このような構造は、薄い構造にすることができず、コストを増大してしまう。
【０００６】
また、特許文献３には、光線がフィルム内で反射する反射層を有するサイドライト型のバックライトモジュールが開示されているが、光線は屈折および反射時に大量のエネルギーを損失してしまう。
【０００７】
また、特許文献４には、光線がエッジからフィルムに入射する湾曲した導光フィルムが開示されている。しかし、この導光フィルムでは、薄型のフィルムにした場合、構造上の問題から、光源からの入射が十分になされない。また、特許文献５には、光線がフィルムに平行するが、フィルム内を伝播しない薄型導光フィルムが開示されている。しかし、この導光フィルムでは、光源からの光がフィルム内部に直接進入しないため、フィルム内に光線を導くことができない。また、光線が不均一である。
【０００８】
また、特許文献６には、テーパ法によって薄膜内に導かれる光線が開示されているが、このような方法は、光強度を減少し、より長い結合距離を必要とする。
【０００９】
また、特許文献７には、光線がエッジからフィルム内に導かれる、光源に対応するノッチを有する導光フィルムが開示されている。しかし、この導光フィルムでは、光源の大きさによっては導光フィルムとしての機能を果たすことができない。
【００１０】
また、非特許文献２および非特許文献３には、光線を回折してフィルムに平行して伝播し、光線をフィルムに結合する回折格子が開示されている。しかし、これらの回析格子では、半導体製造プロセスを用いて格子を製造する必要があり、また、光源はフィルムと一定の光学距離を保持する必要があり、さらに、ＬＥＤの照準を格子構造の中心点にあわせる必要がある。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，２５９，８５４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開２００６／６２５６４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８８３，６８４号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開２００５／０２５９９３９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開２００４／０６１４４０号明細書
【特許文献６】特開２０００−２４９８３７号公報
【特許文献７】米国特許出願公開２００４／２０２４４１号明細書
【非特許文献１】Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｌｉｍ  ＬＥＤ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｇｕｉｄｅ，ＤＩＧＥＳＴ２００３，ｐ１２５９−１２６１
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ａｐｒｉｌ  ２００６＿Ｖｏｌ．４５  Ｎｏ．１２，Ｗｈｉｔｅ  ＬＥＤ  ｌｉｇｈｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｉｎｔｏ  ｌｉｇｈｔ  ｇｕｉｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ
【非特許文献３】Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２００８  Ｍａｒｃｈ  ２００７／Ｖｏｌ．１５  Ｎｏ．５，Ａ  ｄｏｕｂｌｅ−ｓｉｄｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｃｏｕｐｌｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｉｎ  ｌｉｇｈｔ  ｇｕｉｄｅｓ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、従来の導光フィルムと比較して、導光フィルム内に入射する光線のエネルギーおよび光強度が減少せず、導光フィルムを薄くすることができることから、低コストで、光線を導光フィルムの中に導入して伝播する導光フィルムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の導光フィルムは、光拡散構造を有する本体と、反射素子とからなる導光フィルムであって、前記本体が、第１表面と、該第１表面に対面する第２表面を有し、光源からの光線が前記第１表面を通過してその内部に入射し、前記第２表面から光線が放射するよう配置されており、前記反射素子が、前記本体の前記第２表面に隣接して設けられ、前記光拡散構造が、前記第１表面または第２表面に形成され、第１方向と第２方向に配列され、二次元アレイを形成する複数のマイクロ凹レンズを含み、前記各凹レンズの曲率と凹レンズの接点の曲率が０ではなく、前記光線が第１表面を通過して前記本体内に入射し、前記光拡散構造を通過して前記反射素子に向かい、前記反射素子により反射して戻った光が前記光拡散構造で前記本体内に屈折し、該本体内で全反射を繰り返して前記本体内を伝播するよう配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、前記光源からの光線が、前記導光フィルムに対して垂直または斜めであることが好ましい。
【００１８】
また、前記第１方向が、前記第２方向に対して垂直であることが好ましい。
【００１９】
また、各マイクロ凹レンズの幅と深さの比率が、２より大きいことが好ましい。
【００２１】
また、前記マイクロ凹レンズの深さが、前記マイクロ凹レンズの厚さより小さいことが好ましい。
【００２２】
また、前記本体が、前記第２表面上に形成された光出射構造をさらに含み、前記本体内を伝播した前記光線が前記光出射構造を通って前記本体を出射することが好ましい。
【００２３】
また、前記光線の入射方向が、前記光線の伝播方向に対して垂直であることが好ましい。
【００２４】
また、前記導光フィルムの材料が透明であり、ポリカーボネート、ＰＥＴ、ＣＯＰ、ＣＯＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＭＭＡまたはＰＳからなることが好ましい。
【００２６】
また、前記光拡散構造が、射出成形法によって前記本体上に形成されることが好ましい。
【００２７】
また、前記光拡散構造が、ＵＶ成形法によって前記本体上に形成されることが好ましい。
【００２８】
また、前記ＵＶ成形法において、前記本体と同じ屈折率を有するＵＶ硬化剤を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の導光フィルムは、光拡散構造が第１表面上に形成されることにより、光源からの光線が光拡散構造に届いたとき、光線が拡散され、第２表面によって反射され、その光線がフィルムと空気とのインターフェースに届いて、前記インターフェースによって反射される。インターフェースに届く光線が全反射の臨界角より大きい入射角を有するとき、全反射がインターフェース上に生じるため、光線は、連続的な全反射によって本体内を伝播する。すなわち、光線が導光フィルムの１つの表面から導光フィルムの中に導かれる。これにより、従来の導光フィルムと比較して、導光フィルム内に入射する光線のエネルギーおよび光強度が減少せず、導光フィルムを薄くすることができ、その結果、低コストの導光フィルムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の目的、特徴および長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施の形態を例示し、添付図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の導光フィルムの第１の実施の形態にかかわる概略図であり、図２は、本発明の導光フィルムの光拡散構造の概略図であり、図３は、本発明の導光フィルムの第２の実施の形態にかかわる概略図であり、図４は、本発明の導光フィルムの第３の実施の形態にかかわる概略図であり、図５は、本発明の導光フィルムの第４の実施の形態にかかわる概略図であり、図６は、本発明の導光フィルムの球面レンズの実施の形態における光拡散と全反射の説明図であり、図７は、本発明の導光フィルムの非球面レンズの実施の形態における光拡散と全反射の説明図である。また、図８は、本発明のマイクロ凹レンズアレイのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）図であり、図９は、光拡散構造を通過する光の第１のＥＬＤＩＭパターン（ＥＺｃｏｎｔｒａｓｔ，ＥＬＤＩＭ社製）を表し、図１０は、光拡散構造を通過する光の第２のＥＬＤＩＭパターンを表し、図１１は、熱圧法によってＰＣフィルム上に形成された光拡散構造を表し、図１２は、光入射領域に設置されたレーザー源を表し、図１３は、図１１の暗状態の図であり、図１４は、図１１の光拡散構造の光源としての白色ＬＥＤ発光を表し、図１５は、光出射構造と光出射構造の光源としての赤色レーザーを表し、図１６は、図１５の光出射構造の光源としての白色ＬＥＤを表し、図１７は、本発明の湾曲した導光フィルムを表し、そして、図１８は、導光フィルム上に湾曲した跡（symbol）を有する導光フィルムを表している。
【実施例】
【００３２】
図１を参照すると、導光フィルム１００は、第１表面１２と第２表面１４を有する本体１０とからなる。光拡散構造３０は、第１表面１２上に形成される。光源５からの光線Ａが光拡散構造３０に届いたとき、光線Ａは拡散される。拡散された光線Ｂは、第２表面１４によって反射される。反射された光線Ｃは、フィルムと空気とのインターフェースに届き、前記インターフェースによって反射される。インターフェースに届く光線が全反射の臨界角θｃより大きい入射角を有するとき、全反射がインターフェース上で生じ、光線Ｃは連続的な全反射によって本体１０内を伝播する。すなわち、光線は、導光フィルム１００の１つの表面から導光フィルム１００の中に導かれる。これにより、光線Ａは、光拡散構造３０における一回の屈折のみでフィルム内に入射して全反射することができ、その結果、フィルムのエッジは発光する。また、光源５は光拡散構造３０の上側にあり、光学位置合わせをおこなう必要がない。光線の伝播方向は、光線の入射方向に対して実質的に垂直である。
【００３３】
光拡散構造３０は、図２に示されるように、第１方向Ｌ１と第２方向Ｌ２に沿って配列され、二次元アレイを形成する複数のマイクロ凹レンズ３２からなる。前記構造は、熱圧法の加圧ヘッド、射出成形法、ＵＶ成形法またはレーザードラッギング（laser dragging）法によって、導光フィルムの本体上に形成される。各凹レンズ３２の曲率と凹レンズ３２の接点の曲率は０ではない。前記レーザードラッギング法では、エキシマレーザー加工機（ＬＰＸ２１０，ラムダフィジック（株）製）を用いることにより本発明の光拡散構造が得られる。また、熱圧法では、熱圧成形機（ＥＶＧ５２０ＨＥ，ＥＶＧ社製）を１７０〜１９０℃の温度条件で操作することにより本発明の光拡散構造が得られ、射出成形法では、射出成形機（ＩＳ８０ＦＰＢ，（株）東芝製）を材料温度２３０〜２８０℃の条件下で操作することにより本発明の光拡散構造が得られ、ＵＶ成形法では、ＵＶ成形機（ＥＶＧ６２０，ＥＶＧ社製）を室温から３０℃の温度条件で操作することにより本発明の光拡散構造が得られる。また、ＵＶ成形法では、複製率が高く、成型が容易で、加熱の必要がないという理由から、導光フィルムの本体と同じ屈折率を有するＵＶ硬化剤が用いられる。
【００３４】
臨界角θｃは、導光フィルム１００の材料によって決定される。通常、導光フィルム１００の材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、メタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）またはポリスチレン（ＰＳ）であるが、透過率、強靭性および耐衝撃性に優れるという理由からポリカーボネートが好ましい。ポリカーボネートの屈折率は、ｎ１＝１．５９であり、空気の屈折率は、ｎ２＝１である。θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）のとき、ポリカーボネートのθｃは、３８．９７°となる。
【００３５】
図３は、本発明の導光フィルムの第２の実施の形態を表している。この実施の形態では、反射素子２０は、第２表面１４上に設置される。反射素子２０は、第２表面１４に届く光線を反射する。反射された光線Ａは、第１表面１２によって全反射され、連続的な全反射によって本体１０内を伝播する。これにより、透過した光線Ｂを回収することが可能となり、光線がフィルム内に進入する効率を上げることができる。
【００３６】
図４は、本発明の導光フィルムの第３の実施の形態を表している。反射素子２０は、第１表面１２上の光拡散構造３０に面する。この実施の形態では、光源５からの光線Ａは、光拡散構造３０を通って本体１０に入射し、反射素子２０によって反射される。反射された光線Ｂは、再拡散されるように光拡散構造３０を通過する。拡散された光線Ｃが導光フィルム１００と空気とのインターフェースに届いたとき、連続的な全反射が生じる。光線は連続的な全反射によって本体１０内を伝播する。これにより、光拡散構造３０は光源５のランプにより破損されることはない。
【００３７】
図５は、本発明の導光フィルムと光源の第４の実施の形態を表している。光源５は、第１表面１２に対して傾斜して配置される。このような配置では、光強度は、均一に分配されない。
【００３８】
導光フィルム内における光拡散と全反射は下記のとおり説明される。ポリカーボネートと空気に対する全反射の臨界角は、３８．９７°である。
【００３９】
図６は、半球面レンズのマイクロ凹レンズを表している。θ１とθ２は、光線１と２の入射角である。θｒ１とθｒ２は、光線１と２の屈折角である。α１とα２は、光線１と２の中心角である。θｖ１とθｖ２は、屈折された光線１と２の視野角である。マイクロ凹レンズが半球面レンズのとき、法線（normal line）は、球（焦点）の中心を通過する。スネルの法則に基づくと、ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθｒ１、α１＝θ１、θｖ１＝α１−θｒ１である。θ１が３６．８°、θｒ１が２２．１°で、θｖ１＝４５°−２６．４°＝１４．７°＜３８．９７°（全反射の臨界角）のとき、光は、全く反射されない。θ２が５２．９°、θｒ２が３０．１°で、θｖ２＝２２．８°＜３８．９７°のとき、光は完全に反射されることができない。理論的には、全反射は入射角が７７°を超えたときにのみ生じる。しかしながら、最低限の光線は前記角度を超える。球面レンズは光線を導く効率が低い。
【００４０】
図７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）を表している。β１とβ２は、光線１と２の入射角である。楕円面レンズの深さはｂであり、楕円面レンズの半径はａ／２である。偏心率は、ｅ＝（１−（ａ／２）2／ｂ2）１／２である。ａ：ｂ＝１：１のとき、ｅ＝０．８６である。楕円面レンズでは、β１＞θ１である。すなわち、楕円面レンズのβ１＝５６．３°であるとき、β２＝７２．４°である。スネルの法則に基づくと、ｓｉｎβ１＝１．５９ｓｉｎθｒ１、θｖ１＝β１−θｒ１＝２４．７°、θｖ２＝β２−θｒ２＝３５．５°であり、臨界角３８．９７に非常に近い。仮にθｖ３が３８．９７°の場合、βは、約７７°である。光は、高偏心率を有する楕円面レンズによって全反射される。
【００４１】
レンズに入射した光線がある角度によって偏光されたとき、例えばω＝１２°の場合、β２は、７２．４°から６０．４°になる。計算では、θｒ１＝３３．１°、θｖ１＝β１−θｒ１＝３９．３°であり、臨界角を超える。比率ａ／ｂが２を超えたときにのみ高効率の導光が得られる。
【００４２】
図８は、５００μｍのＰＣ薄膜上に形成された光拡散構造のＳＥＭ図である。図９は、ＥＬＤＩＭパターン（ＥＺｃｏｎｔｒａｓｔ，ＥＬＤＩＭ社製）を表している。視野角４５°を超えたとき、高い光強度が観察される。光線がフィルムに入射したとき、ＰＣ材料の臨界角３８．９７°を超える４５°以上の屈折角を有し、光線は、連続的な全反射によってフィルム内を伝播する。
【００４３】
図１０は、光線がフィルムの他の表面に入射し、光線が集光されるＥＬＤＩＭパターン（ＥＺｃｏｎｔｒａｓｔ，ＥＬＤＩＭ社製）を表している。図１１は、熱圧法によってフィルム上に形成された光拡散構造を表している。加圧ヘッドは、フィルムをプレスするのに用いられる。反射シートは光拡散構造の反対側に設置される。図１２は、使用されるレーザー源を表しており、レーザーがフィルムのエッジから出ている。図１３は、フィルムのエッジから出ている光線を表しており、フィルム内で全反射を有する光線を表している。図１４は、図１３の構造で用いられる白色ＬＥＤを表している。図１５は、光出射構造（スクラッチ）を有するＰＣフィルムを表しており、光がフィルムのスクラッチから出ている。図１６は、図１５の構造で用いられる白色ＬＥＤを表している。図１７は、湾曲した導光フィルムを表している（光が湾曲したフィルム内で伝播することができる）。図１８は、光線がフィルムから出る傷跡（scarred symbols）を有する導光フィルムを表している。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施の形態を例示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の精神および範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することができる。したがって、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の導光フィルムの第１の実施の形態にかかわる概略図である。
【図２】本発明の導光フィルムの光拡散構造の概略図である。
【図３】本発明の導光フィルムの第２の実施の形態にかかわる概略図である。
【図４】本発明の導光フィルムの第３の実施の形態にかかわる概略図である。
【図５】本発明の導光フィルムの第４の実施の形態にかかわる概略図である。
【図６】本発明の導光フィルムの球面レンズの実施の形態における光拡散と全反射の説明図である。
【図７】本発明の導光フィルムの非球面レンズの実施の形態における光拡散と全反射の説明図である。
【図８】本発明のマイクロ凹レンズアレイのＳＥＭ図である。
【図９】光拡散構造を通過する光の第１のＥＬＤＩＭパターン（ＥＺｃｏｎｔｒａｓｔ，ＥＬＤＩＭ社製）を表している。
【図１０】光拡散構造を通過する光の第２のＥＬＤＩＭパターンを表している。
【図１１】熱圧法によってＰＣフィルム上に形成された光拡散構造を表している。
【図１２】光入射領域に設置されたレーザー源を表している。
【図１３】図１１の暗状態の図である。
【図１４】図１１の光拡散構造の光源としての白色ＬＥＤ発光を表している。
【図１５】光出射構造と光出射構造の光源としての赤色レーザーを表している。
【図１６】図１５の光出射構造の光源としての白色ＬＥＤを表している。
【図１７】本発明の湾曲した導光フィルムを表している。
【図１８】導光フィルム上に湾曲した跡（symbol）を有する導光フィルムを表している。
【符号の説明】
【００４６】
５  光源
１０  本体
１２  第１表面
１４  第２表面
２０  反射素子
３０  光拡散構造
３２  マイクロ凹レンズ
１００  導光フィルム
Ｌ１  第１方向
Ｌ２  第２方向
θ１、θ２  光線１、２の入射角
θｒ１、θｒ２  光線１、２の屈折角
α１、α２  光線１、２の中心角
θｖ１、θｖ２  屈折された光線１、２の視野角
β１、β２  光線１、２の入射角
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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