(57)【要約】【課題】安価に製造することができ、最小の厚さを有し、かつ優れた均一性、高い明度及び高水準の効率を有する色混合を提供するＬＥＤバックライトの解決法を提供する。【解決手段】本発明は、ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリであって、前記アセンブリに構造的かつ機能的支持を提供するための基体と、前記基体上に設けられる下部反射体と、点光源を提供するための、前記下部反射体の開口部内に設けられる複数の固体光源とを含むバックライト照明アセンブリを提供する。さらに、本発明は、１０ミクロン〜３ｍｍの厚さを有し、前記点光源を向け直しかつ光の均一平面に広げるための、前記複数の固体光源間に設けられる光方向転換領域を有する複数の光膜と、前記光の均一平面を拡散するための上部拡散体板とを提供し、ここで、前記複数の光膜は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さと、５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリであって、
前記アセンブリに構造的かつ機能的支持を提供するための基体と、
前記基体上に設けられる下部反射体と、
点光源を提供するための、前記下部反射体の開口部内に設けられる複数の固体光源と、
前記点光源を向け直しかつ光の均一平面に広げるための、前記複数の固体光源間に設けられる光方向転換領域を有する複数の光膜と、
前記光の均一平面を拡散するための上部拡散体とを含み、
前記複数の光膜が、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さと、５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有するバックライト照明アセンブリ。
【請求項２】
前記複数の光膜の厚さが、１００ミクロン〜１ｍｍである請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項３】
前記ＬＣＤディスプレイの観察側からの前記光源の可視性を低減するために、前記複数の固体光源の上に反射体ストリップが設けられている請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項４】
前記複数の固体光源が、並列配置で配列されている請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項５】
前記複数の固体光源が、縦列配置で配列されている請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項６】
前記光膜が、前記光方向転換領域内に設けられる光方向転換特徴をさらに含む請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項７】
前記光方向転換領域の端部が、前記点光源の前記広がりを助けるために、面取りをした縁を有する請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項８】
前記光方向転換領域間の光漏れを低減するために、前記光方向転換領域間に設けられる溝をさらに含む請求項１記載のバックライト照明アセンブリ。
【請求項９】
ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリであって、
前記アセンブリに構造的かつ機能的支持を提供するための基体と、
前記基体上に設けられる下部反射体と、
点光源を提供するための、前記下部反射体の開口部内に設けられる複数色固体光源と、
前記点光源を向け直しかつ光の均一平面に広げるための、前記複数の固体光源間に設けられる光方向転換領域を有する複数の光膜と、
前記複数色固体光源からの改善された色均一性を提供するための、前記光方向転換領域内に設けられる複数の色混合部分と、
前記光の均一平面を拡散するための上部拡散体とを含み、
前記複数の光膜が、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さと、５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有するバックライト照明アセンブリ。
【請求項１０】
前記光方向転換領域間の光漏れを低減するために、前記光方向転換領域間に設けられる溝をさらに含む請求項９記載のバックライト照明アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイのためのバックライト装置及び斯かる装置を用いる液晶ディスプレイの技術に関する。特に本発明は、固体光源を備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）モニタに代わる小型で軽量なものを提供するが、特にこれらのデバイスの相対的サイズが増大した場合に、ＬＣＤディスプレイの画質がまだ満足できない多くの用途がある。大型のＬＣＤパネル、例えばラップトップコンピュータ又はより大きなディスプレイに使用されるものは、透過型であり、従ってバックライトを必要とする。ＬＣＤパネルの背後に配置されるこの種の光供給面は、光をＬＣＤの方へ外側に向ける。
【０００３】
背面照明の従来の手法は、導光板と、１つ又は複数のタイプの増強膜と、偏光膜と、反射面と、その他の光調整要素とを備える冷陰極蛍光（ＣＣＦＬ）光源の様々な配置を使用する。側面取付式ＣＣＦＬを用いた従来のフラットパネルバックライトの解決法は、ディスプレイのサイズが増大するに従って次第に望ましくないものとなり、特にディスプレイの面積が大きくなると製造時に又は熱によって反りやすくなる。小型のデバイスのために従来から用いられている導光バックライト技術は、低い明度又は輝度レベルと、例えばデジタルテレビに必要とされるようにディスプレイサイズが増大したときに均一性が劣ることに関する問題とがますますネックになっている。並列に並んだＣＣＦＬ群を使用することが多いＬＣＤディスプレイ及び他のディスプレイ並びに照明用途のための既存のバックライト装置は、比較的非効率的であり得る。また、これらのディスプレイの解決法は、ＬＣパネルの裏側にＣＣＦＬ並びにその支持膜及び支持面を収容する必要性のために、比較的厚くなり得る。ＣＣＦＬ光源自体が、これらのデバイスが若干の水銀を含有しているので、廃棄に対して環境問題を示す。従来のＣＣＦＬをベースにしたバックライトに関連する均一性及び明度の問題を補償するために、いくつかの支持膜がバックライトとディスプレイの間に通常に置かれるか、あるいは、例えば比較的高コストの反射偏光膜などがディスプレイに続いて配置される。周知のように、ＣＣＦＬのスペクトル特性は、他のタイプの光源と比べると比較的劣る。
【０００４】
背面照明用途に使用されるＣＣＦＬの本質的な難点及び限界に直面して、研究者が別の背面照明手法を追求する動機となっている。発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用したいくつかの解決法が提案されている。コストの継続的削減とともに、ＬＥＤの明るさ、色出力及び全体的な性能の近年の進歩が、ＬＥＤ、レーザ及び固体光源を一般に特に魅力的なものにする。しかしながら、ＬＥＤ及びレーザは点光源として機能するので、この光を向け直しかつ広げて、背面照明に必要とされる光の均一平面をもたらすとともに、必要な色均一性をもたらすための適切な解決法が必要である。
【０００５】
ＬＥＤを使用してバックライト照明を提供するための１つの手法は、Ｍ．Ｚｅｉｌｅｒ、Ｊ．Ｈｕｔｔｎｅｒ、Ｌ．Ｐｌｏｔｚ及びＨ．Ｏｔｔの「Ｌａｔｅ−Ｎｅｗｓ  Ｐａｐｅｒ：ＬＥＤ背面照明の問題解決法のための最適パラメータ」と題する論文（ＳＩＤ  ２００６  Ｄｉｇｅｓｔ  １５２４〜１５２７頁）に記載されているようなアレイ配列を使用する。このタイプの解決法を用いて、赤色（Ｒ）ＬＥＤ、緑色（Ｇ）ＬＥＤ及び青色（Ｂ）ＬＥＤを使用するＬＥＤクラスタのアレイが、ＬＣＤディスプレイのためのバックライトとして配置される。２つのタイプのクラスタ、すなわちＲＧＧＢ及びＲＧＢが記載されている。しかしながら、いくつかのタイプの計器パネル並びに超高性能のモニタ及びテレビパネルなどの特殊な用途を除いて、アレイ配置は、劣悪な色及び明度の均一性、多いパーツ点数、高熱及び寸法要件の問題の理由から有望とは思われない。
【０００６】
導光体は、点光源からの光を広げて一連の光を形成するために使用されている。例えば、Ｋａｗａｉらの「導光体、該導光体を有する照明装置及び該照明装置を有する画像読み取り装置並びに情報処理装置」という名称の米国特許第５，４９９，１１２号は、長さに沿って分散された取り出し特徴を有する単一の導光体を用いて、１つ又は複数のＬＥＤからの光を向け直して走査装置内で一連にすることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，４９９，１１２号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｚｅｉｌｅｒ、Ｊ．Ｈｕｔｔｎｅｒ、Ｌ．Ｐｌｏｔｚ及びＨ．Ｏｔｔによる論文「Ｌａｔｅ−Ｎｅｗｓ  Ｐａｐｅｒ：ＬＥＤ背面照明の問題解決法のための最適パラメータ」、ＳＩＤ  ２００６  Ｄｉｇｅｓｔ  １５２４〜１５２７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＬＥＤ背面照明を提供するという目的を対象とする多くの研究がある。しかしながら、いくつかの解決法が提案されているものの、特に標準的なラップトップサイズ又はそれを超える大きさのディスプレイパネルの背面照明に関する問題に直面した場合、それぞれのタイプの解決法には固有の重要な欠点がある。
【００１０】
これらの欠点に加えて、従来の解決法では、一般に、ＬＣディスプレイが広範に商用化されかつ受け入れられるのに必要な高品質のカラー画像に関する重要な課題に対処できない。色域は、ディスプレイの設計者にとって特に関心のある１つの重要な検討事項である。従来のＣＣＦＬは、最大でＮＴＳＣ色域の約７０％を与えて、多くの用途に受け入れられるある程度の色品質を提供する。これは、ラップトップ及びコンピュータモニタの用途には受け入れられるかもしれないが、フルカラーテレビディスプレイに必要とされるものには及ばない。
【００１１】
ＣＣＦＬ光源とは対照的に、ＬＥＤ及び他の固体光源は、それらの比較的高いスペクトル純度のおかげで、本質的にＮＴＳＣ色域の１００％以上を提供することができる。この拡大された色域を提供するためには、３つ以上の異なる色のＬＥＤ又は他の固体光源が必要である。ＬＥＤ及び他の固体光源を用いたときに、そのような拡大された色域に対応するためには、バックライト装置による高水準の色混合が必要である。画像ディスプレイ業界の技術者によく知られているように、固体光源、例えば赤色（Ｒ）ＬＥＤ、緑色（Ｇ）ＬＥＤ及び青色（Ｂ）ＬＥＤなどを用いた場合、高水準の色均一性を達成することは特に困難である。上述したような大きな面積の導光体を用いる従来の背面照明の解決法は、それに対応して質の劣る色混合をもたらすことになる。大規模ディスプレイの背面照明に関する他の課題としては、低コストアセンブリ、光効率、均一性及び小型の必要性が挙げられる。従来のＬＥＤ背面照明の解決法は、これらの追加要件を満たすために必要とされるものには及ばない。さらに、厚く嵩張る導光板又は厚いライトバーの必要性を取り除くことが特に有用であり、これは、均一性及び明るさが十分改善された場合に可能となる。
【００１２】
したがって、安価に製造することができ、最小の厚さを有し、かつ優れた均一性、高い明度及び高水準の効率を有する色混合を提供するＬＥＤバックライトの解決法が必要であることが分かる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態では、本発明は、ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリであって、前記アセンブリに構造的かつ機能的支持を提供するための基体と、前記基体上に設けられる下部反射体と、点光源を提供するための、前記下部反射体の開口部内に設けられる複数の固体光源と、前記点光源を向け直しかつ光の均一平面に広げるための、前記複数の固体光源間に設けられる光方向転換領域を有する複数の光膜と、前記光の均一平面を拡散するための上部拡散体とを含み、前記複数の光膜が、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さと、５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有するバックライト照明アセンブリを提供する。
【００１４】
もう１つの実施形態では、本発明は、ＬＣＤディスプレイのための一体型バックライト照明アセンブリであって、前記アセンブリに構造的かつ機能的支持を提供するための基体と、前記基体上に設けられる下部反射体と、点光源を提供するための、前記下部反射体の開口部内に設けられる複数の複数色固体光源と、前記点光源を向け直しかつ光の均一平面に広げるための、前記複数の固体光源間に設けられる光方向転換領域を有する複数の光膜と、前記複数色固体光源からの改善された色均一性を提供するための、前記光方向転換領域内に設けられる複数の色混合部分と、前記光の均一平面を拡散するための上部拡散体とを含み、前記複数の光膜が、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さと、５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性とを有するバックライト照明アセンブリを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一体型バックライト照明アセンブリを示す図である。
【図２】図２は、光方向転換領域を有する光膜を備えるバックライト照明領域のトピック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、光を向け直しかつ入力光を導くための複数領域を有する複数領域光方向転換膜を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、光を向け直しかつ入力光を導くための複数領域を有する複数領域光方向転換膜を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、光を向け直しかつ入力光を導くための複数領域を有する光膜を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、光を向け直しかつ入力光を導くための複数領域を有する光膜を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、ＲＧＢ  ＬＥＤ又は他の複数色固体光源のための色混合部分を有する光膜を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ＲＧＢ  ＬＥＤ又は他の複数色固体光源のための色混合部分を有する光膜を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、色混合部分を有する光を向け直すための複数領域を備える光膜を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、色混合部分を有する光を向け直すための複数領域を備える光膜を示す図である。
【図７】図７は、前の図に示されているような薄い反射体ストリップのないバックライトの実施形態の断面図である。
【図８】図８は、光膜内に配置された側面発光ＬＥＤ光源を有する光膜の一部の断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、光入力面の正面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、光入力面の上面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、テーパ状の光混合部分と、レンチキュラレンズ及び関連する固体光源を有する光入力面とを備える光方向転換アレイの要素の上面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、ＬＥＤ光源及びそれに関連する光方向転換領域、並びに光膜の厚み面内に挿入された光学特徴を有する光入力面のいくつかの構成の上面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、固体光源及びレンチキュラ高性能小型レンズを有する光膜の光源及び光入射面の正面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、固体光源及びレンチキュラ高性能小型レンズを有する光膜の光源及び光入射面の上面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、レンズの発光面が成形光学構造を有するＬＥＤ光源の正面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、レンズの発光面が成形光学構造を有するＬＥＤ光源の側面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、レンズの発光面が成形光学構造を有するＬＥＤ光源の上面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、レンズの発光面が成形光学構造を有するＬＥＤ光源の正面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、レンズの発光面が成形光学構造を有するＬＥＤ光源の側面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、レンズの発光面が成形光学構造を有するＬＥＤ光源の上面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、固体光源を有する光方向転換領域の断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、一般に、光方向転換領域が光源の厚さに関係して厚くなるほど、結合効率が向上することを示す斜視図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、光源の表面を光方向転換領域の光入射面に近接して配置する必要があることの重要性を示すグラフである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、上端が、光の広がりを助けて固体光源を覆う又は隠すのを助けるように勾配付き又は面取りをした縁である、光膜内の光方向転換領域を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ＬＥＤが光方向転換領域の陥凹領域の下に配置されている光膜の断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、ポケット又は陥凹部が、光源に橋渡しする膜の一部を残して、光膜内に底部から形成されている別の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、いくつかの実施形態では固体光源の利点を利用するために必要な高水準の色混合及び光一様性をもたらし、他の実施形態では白色光照明として設計される、一体型バックライト照明アセンブリを提供する。さらに、本発明は、光をディスプレイの画面全体に広げるために使用される導光板の厚さを大幅に低減する。本発明の特徴は、均一な照明をもたらすように広がり領域を有する光膜を利用することである。本発明の利点は、ディスプレイに背面照明する領域を与えるために、固体光源を使用していることである。本発明の装置は、拡張性があり、特に大きなサイズのＬＣパネルに適用することができる。例えば、本発明は、ディスプレイ用途、特に、例えばＬＣＤテレビ、医学的診断ディスプレイ、画像ディスプレイ、軍用ディスプレイなどに使用されるようなＬＣディスプレイパネルに適したバックライト装置を提供する。さらに、本発明のバックライト装置は、固体照明が有利となる他の照明用途にも使用することができる。
【００１７】
固体照明
固体照明（ＳＳＬ）は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）又はポリマー発光ダイオードを、電気フィラメントやガスではなく照明光源として利用する一種の照明を意味する。「固体」という用語は、ＬＥＤ内の光が、従来の白熱電球及び蛍光ランプの場合のように真空やガス管からではなく、固体物体（例えば半導体ブロック）から放射されることを意味する。しかしながら、ＳＳＬは、従来の照明とは異なり、実質的に熱又は寄生エネルギー散逸のない可視光を作り出す。さらに、その固体の性質は、衝撃、振動及び摩耗に対するより大きな耐性を提供し、それによってその寿命を著しく延ばす。
【００１８】
固体照明の利点
エネルギー効率：ＬＥＤは、光源として、従来の光源の５０％未満（一般的な家庭用電球の効率は約９％）と比べると９０％を超える変換効率を達成する潜在性を有する。ＬＥＤは、電気を光に直接変換することができるので、供給されたエネルギーから熱よりも多くの光を生成することを約束する。このことは、将来の世界的な規模でのエネルギー節約のために大きな意味合いをもつ。既に、白色ＬＥＤは、白熱光源よりも高効率（ルーメンス／ワット−ｌｍ／Ｗで測定される）である。今日、カラーが必要とされる用途、例えば交通信号や企業の看板では、ＳＳＬは、生成された光のすべてが使用され無駄にされないので、エネルギー消費の大幅な削減を示している。
【００１９】
長寿命：照明産業に革命をもたらしているＬＥＤの第２の利点は、極めて長い寿命が達成され得ることである。この説明には２つの部分がある。第１の部分は、「耐用寿命」と呼ばれ、用途特有のものである。共通の理解では、ランプが一定の時間持ち、その後機能しなくなるということである。ランプの寿命に関しては、光出力が低下し、最終的にランプはその寿命の「終わり」となる。ＬＥＤも同様に光出力が経時的にゆっくりと低下するが、ＬＥＤは実のところ、実際面でその寿命に対する「終わり」に達することはない。考慮すべき重要なことは、ＬＥＤが、その責務を果たすためにどのくらいの時間十分な光を提供するかであり、言い換えれば、その耐用寿命がどれ程であるか、ということである。ある用途では、耐用寿命は、光のレベルが重要でない場合に１００，０００時間を超えることができる。他の用途では、耐用寿命は、５０，０００時間とすることができ、一般的な蛍光灯より約４倍優れており、家庭用白熱ランプより２０倍優れている。この説明の第２の部分は、ＬＥＤの寿命に実際的な終わりがないということである。これは、装飾的な建築用途及び企業イメージプログラムに重要な意味をもつ。切れた電球は、美学的に不利な影響を与える可能性があるが、ＬＥＤベースのシステムの耐用寿命を過ぎて起こる段階的に暗くなることが、劇的な悪影響を与えることはなく、即座にメンテナンスを行う必要はない。
【００２０】
堅牢性：割れるガラスがなく、断線するフィラメントもない。ＬＥＤ照明システムは、本質的に振動問題に耐性があり、ほとんどの極限環境に従来の照明よりも容易に耐えるように設計することができる。
【００２１】
低温性能：低温に耐性のある入手可能なランプ（メタルハライド、ＨＰＳ）があるが、他のランプ、特に蛍光灯は寒冷気候でうまく機能しない。ＬＥＤは実際に、室温よりも寒い環境でより効率的に動作する。
【００２２】
デジタル制御：世界がデジタル化するにつれて、照明がその世界に統合されることがますます重要となる。ＳＳＬは、既に他のシステムとのインタフェースとされ得るか又は最大性能を達成するように正確に制御され得るデジタルシステムである。
【００２３】
色の彩度及びスペクトル：ＲＧＢアレイにプログラムを書き込んでほとんどの色を生成することが可能であり、光はフィルタがかけられていないか又は吸収されていないため、その結果として、色の彩度がさらに深くなる。これは、直接的に、かつ光源内に存在する青色、緑色及び黄色のすべてにフィルタをかけて除去することによらずに生成され得る赤色などの個々のＬＥＤ色にも適用される。さらに、ＲＧＢ光源が、白色光ＬＥＤ光源と共に使用されてもよい。
【００２４】
光学制御：ＬＥＤのサイズは非常に小さく、ＬＥＤが生成する光線は、非常に細いビームで放射される。これは、光学系が光を極めて高い効率で制御するように設計され得ることを意味し、それによって特定の機能を果たすのに必要な光を少なくし、そのことは、光学系のエネルギー効率を増大させる。
【００２５】
低電圧動作：現在のＳＳＬシステムは、一般に、低電圧の直流電力で動作するので、設置し運転するのを非常に安全なものにする。
【００２６】
光方向転換特徴
光膜は、膜から出射する光の配光が膜の観察面の法線により近い方向になるように入射光配光を屈折させるための、分離した個々のはっきりした形状の光学的方向転換特徴のパターンを有する。これらの個々の光学的方向転換特徴は、好ましくはＴＩＲ面間（観察側と底部側又は非観察側との間）に形成することができ、かつ入射光を出射面の法線方向に向け直すための１つ又は複数の傾斜面を含むことができる。これらの傾斜面は、例えば、光を所望の視野角範囲内に向け直す、平面と曲面の組み合わせを含むことができる。また、表面の曲率、すなわち個々の光学要素の曲面面積と平面面積の比、並びに曲面と平面の境界形状は、膜と共に使用されるディスプレイ装置の視野角をカスタマイズするために、膜の光出力分布を調整するように変化することができる。さらに、表面の曲率、すなわち個々の光学要素の曲面面積と平面面積の比は、バックライト又はディスプレイの観察側の方へ上方に向けられる光の一様性を最適化するように変化することができる。また、個々の光方向転換特徴のサイズ及び数、並びに個々の光学的方向転換特徴の表面の曲率は、出力分布を膜の法線方向前後の特定の角度範囲内に維持しながら、より滑らかでより拡散した光出力分布を生成するために、多少の拡散出力を生成するようにあるいは光源からの入力光分布をランダム化するように選択することができる。
【００２７】
光膜の光方向転換領域内に方向転換特徴を形成する個々の光学要素は、液晶ディスプレイの画素間隔との干渉をなくすようにランダム化され得る。このランダム化は、光学要素のサイズ、形状、位置、深さ、方向、角度又は密度を含むことができる。これにより、モアレ及び類似の効果を無効にするための拡散層が必要でなくなる。また、個々の方向転換特徴のうちの少なくともいくつかは、膜を横切るグループの形で配置することができ、各グループ内の光学要素のうちの少なくともいくつかは、膜ごとに異なる各グループの平均的なサイズ又は形状特徴を集合的に作り出す異なるサイズ又は形状の特徴を有していて、どの単一光学要素に対しても機械加工公差を超える平均特性値が得られ、モアレ、及び液晶ディスプレイの画素間隔との干渉効果を無効にする。さらに、個々の方向転換特徴うちの少なくともいくつかは、２つの異なる軸に沿って光の向きを変える／光を向け直すように膜の能力をカスタマイズするために、互いに異なる角度に向けられ得る。
【００２８】
さらに、方向転換特徴の密度は、それらの光源からの距離に応じて異なることもできる。一般に、特徴は光源に近いと少なくなり、特徴は光源から遠いと多くなる。特徴の相対的サイズは、光源からの距離に応じて異なることもできる。典型的には、特徴は光源に近づくほど小さくなり、特徴は光源から遠いほど大きくなる。これは、バックライト又はディスプレイのより均一な照明を提供するのに役立つようになされる。
【００２９】
個々の光学要素の光方向転換面が膜の光出射面と共に作る角度もまた、膜の光方向転換機能を調整して光源の表面にわたって不均一な光入力分布にするために、液晶ディスプレイの表示領域にわたって異なることができる。光方向転換領域の個々の光学要素は、サイズ、形状、位置及び／又は方向が異なることができる。光方向転換領域の個々の光学要素は、光源によって放射された光の配光の変動の原因となるように異なることができる。光方向転換特徴の光学要素の特性及びパターンもまた、様々な配光を放射する様々な種類の光源用の光方向転換膜を最適化するためにカスタマイズすることができ、例えば、シングル球ラップトップ用の一パターン、ダブル球フラットパネルディスプレイ用の別パターンなどがある。
【００３０】
さらに、光方向転換膜システムが提供され、このシステムでは、光方向転換膜の個々の方向転換特徴の方向、サイズ、位置及び／又は形状が、バックライトからの入射光うちのより多くを、所望の視野角内に向きを変えるか又は向け直すように、バックライト又は他の光源の光出力分布に調整される。また、バックライトは、光を１つの軸に沿って平行にする個々の方向転換特徴の変形を含むことができ、光方向転換膜は、光をその１つの軸に対して垂直な別の軸に沿って平行にする個々の光学要素を含むことができる。
【００３１】
光取り出し特徴
光方向転換特徴にはいくつかの実施形態がある。光方向転換特徴の基本機能は、さもなければＴＩＲによって導かれている光を向け直し、それによって光が線形光チャネル又は導光板（ＬＧＰ）から放射されるようにすることである。これは、下記を含むいくつかの方法でなされ得る。
（ｉ）穴又は成形凹部が、膜の非観察側に形成、成形、プレス成形又はドリル穴あけされ得る。方向転換特徴は、深さを１０〜５００ミクロンにすることができ、膜の厚さに幾分依存する。かかる特徴は、方向転換膜の上面上の別の取り出し支援と共に使用され得るが、光方向転換特徴は、観察側表面特徴又は光学膜と組み合わせて機能するように設計され得ることに留意されたい。光が観察側表面の方へ向け直されていると、拡散体などの他の光学膜（容積及び／又は表面、非対称の、ホログラフィック、散乱粒子、空気ボイドなど）が使用され得る。この特許の範囲内の実施形態は、拡散、光コリメーション、輝度増強、光の広がり、光の曲がり、前方散乱、後方散乱、側方散乱偏光、偏光の再利用、光変調、光フィルタリング、補剛、寸法安定性及び層分離からなる群から選択される機能を提供する少なくとも１つの膜と組み合わせて使用することもできる。
（ｉｉ）光膜の発光部分の処理は、光膜からの光の取り出しを助けるためになされ得る。表面処理の種類としては、線形光チャネルの縁部又はＬＧＰの観察面に沿って、すなわちディスプレイに面する表面に沿って光取り出し構造を形成することなどがある。例えば、１つの手法は、長さ方向に沿ってプリズム構造アレイを形成することである。使用される微細構造は、プリズム、ピラミッド、半球、又はＴＩＲを妨げるための他の明確な幾何形状のアレイとすることができる。これらは、反転されるか、個々の要素として形成されるか、又は列に整列された上部もしくは下部放射構造を含むことができる。微細構造は、光源からの距離に応じて、様々な形状及びサイズで成形されるか又はその他の方法で形成され得る。
（ｉｉｉ）光取り出し膜構成要素の適用。光膜の発光部上で使用され得る１つの考えられる光取り出し特徴が、参照によって本明細書に組み込まれている、Ｌｅｅらの「Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｌｉｎｅａｒ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  Ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｓ」という名称の米国特許出願公開第２００５０２７０７９８号に開示されている。任意選択で、光膜の一部の光放射面は、その上に光取り出し構造を形成するように特徴付けられ得る。光膜の一部は、光方向転換微細構造を形成するために、ローラなどを使用して成形され又はその他の方法で処理され得る。
（ｉｖ）印刷ドット。光膜のベース部に沿ってその光放射面の反対側に印刷された反射ドットのパターンが、光を観察側の方へ上方に向け直すために使用され得る。印刷ドットは、より均一な光出力を提供するのに役立つように、異なる密度及びサイズにすることができる。
【００３２】
上記の（ｉ）〜（ｉｖ）に挙げたこれらの種類の処理の組み合わせも使用され得る。光取り出し特徴は、個別の要素とすることができる。光膜の長さに沿って均一な光放射を提供するために、光取り出し領域のサイズ及び密度は、固体光源からの距離に応じて異なることができる。例えば、光膜の特徴付き部分の各端部にＬＥＤ光源がある場合、光方向転換特徴は、端部の方よりも中心付近により高密度で分散され得る。あるいは、光取り出し要素の分布密度は、一方向に実質的に連続することもできる。光方向転換特徴は、表示面又は他の光出力面に面している光膜の面に、成形、エンボス加工、加圧、接着又は積層され得る。
【００３３】
膜の材料
一般に、欠陥がなく、かつ経年劣化及び／又は環境暴露に基づいて実質的に変色しない透明性の高い材料を有することが望ましい。広範な条件での膜の物理的、化学的又は光学的変化を最小限に抑えるために、添加物が含まれ得る。膜のパーセント透過率は、８５％、好ましくは９０％を上回るべきである。膜の別の望ましい特質は、様々なディスプレイ用途に対する特定の温度範囲及び湿度範囲わたって優れた寸法安定性を提供することである。有用な材料としては、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、衝撃変性ＰＭＭＡ、光硬化型又は化学硬化型アクリレート、ポリエステル、環状オレフィン、ポリエステルカーボネート、ポリスルフォン及びそれらのコポリマー誘導体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これら又はその他の材料のうちのいくつかから製作される膜は、配向なしにキャストされてもよく、あるいは寸法安定性を改善するために少なくとも一方向に配向されてもよい。また、キャストポリマーは、所望の特性を有するか又はキャスト膜上での特性を高めるのに役立つことができる別個の膜上にコーティング（押出し）され得るか又はその他の方法で付着され得る。
【００３４】
色ずれの監視
ＬＥＤ及び他のタイプの固体光源に関する１つの周知の問題は、若干の色ずれをもたらし得るスペクトルの安定性及び精度に関する。任意の色センサが、光膜の取り出し領域のうちの１つ又は複数の構成要素として設けられてもよい。色センサは、経年劣化、熱、あるいはＬＥＤ又は他のタイプの光源間の製造差異に起因し得るような色ずれを補償する制御ループで使用され得る。任意選択で、特定のライトパイプに最も近い画素の画像データが、検出された色ずれを補償するように調整され得る。
【００３５】
システムの検討
現在利用可能ないくつかのデバイスのうちのいずれかを使用して、本発明の光膜は、２０００〜６０００ｎｉｔ又はそれを上回る高水準の照明を提供することができる。高エネルギーレベルでは、発熱が、一部の用途においてＬＥＤで問題となり得る。バックライト装置は、１つ又は複数のヒートシンク、冷却ファン、又は動作中に過剰な熱を放散させるのに役立つ他の機構を設けることができる。有利には、熱放散構成要素は、本発明の装置及び方法を用いる場合、ＬＣＤパネルから離れた、ディスプレイデバイスの外周縁部に沿って配置され得る。
【００３６】
次に図面を参照すると、図１は、複数の光方向転換領域１２を有する光膜６０を含む一体型バックライト照明アセンブリ１０を示す。固体光源１１は、２次元光照明アレイ１３を形成するように光挿入面１４上に設けられる。光照明アレイ１３は、光挿入面１４上の光源１１とともに光方向転換領域１２である。ＬＥＤ又は他の光源は、光を光膜の厚さ内に挿入する。光方向転換領域は、点光源の固体（例えばＬＥＤ）光源を面光源に変換する。従って、より大きな面積の面光源は、バックライトから十分な明るさを与えるように、十分な数の固体光源を備えるこの２次元の光方向転換領域アレイから作り出される。光膜内の穴６１は、光源を膜の厚さの範囲内の高さにするための手段を提供する。この穴は、光源からの光が光方向転換領域に入れるようにする光入力面又は光挿入面１４も有する。２つのＬＥＤの並列６３又は縦列６４を設ける任意の手段が、２つの異なる光方向転換領域を照明するために、その穴の中に配置され得る。光方向転換領域は、両端から照らされるように示されているが、実施形態では、一端又は一端と両端の混合にのみ光源を設けることができる。そのような構成は、ディスプレイをより一様に照らす手段を提供する。
【００３７】
膜は、５０〜１２００ミリニュートンの曲げ剛性を有することが好ましい。１５０〜４００ミリニュートンがより好ましい。５０ミリニュートン未満の剛性では、取り扱うこと、及びディスプレイ内に取り付けることが困難である。１２００ミリニュートンを超える剛性では、ロール製造工程で筒状にするのに必要とされるローラの周囲に曲げることが困難である。膜又はバーの曲げ剛性は、Ｌｏｒｅｎｔｚｅｎ  ａｎｄ  Ｗｅｔｔｒｅ社の剛性試験機、モデル１６Ｄを使用して測定される。この機器からの出力は、長さ２０ｍｍ及び幅３８．１ｍｍの試料の片持ち自由端を無負荷位置から１５度の角度に曲げるのに必要とされる数ミリニュートンの力である。
【００３８】
導光膜の場合、厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであることが好ましい。厚さは、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍであることがより好ましい。膜の厚さは、所望の光源の放射面に関係する。膜の厚さを少なくとも光源の放射面の厚さに合わせることが望ましく、好ましくは、膜の厚さは光源の放射面の約２倍の厚さである。さらに、本発明の導光膜は、幅と高さの比が１０／１〜１０００／１である。
【００３９】
図２は、インタレースされた光方向転換領域１２を有する光膜６０（点線で形成されている）を備えるバックライト照明領域１０のトピック図である。このようなインタレースや重なりは、ある頻度の交互パターンとすることができ、あるいは、縦列内の縦線部分６９（２つの方向転換領域と関連するＬＥＤとそれらの間の空所の領域で形成される）の数を最小限にするようにランダムにすることもできる。想像上の縦列が点線７５で示されている。この図では、この想像上の列の中に３つの縦線部分がある。枠６６は、縁部の光源のうちのいくつかを覆うことができる。枠の厚さは、横破線６７で示されている。ディスプレイ内では、枠は、枠部分６８で示されているように不透明である。内壁６５は、バックライトの照らされる観察面と縁部との間に境界を形成する。
【００４０】
図３Ａ（平面図）及び図３Ｂ（断面図）は、光を向け直しかつ入力光を導くための複数領域を有する複数領域光方向転換膜６０を示す。この図は、膜の光方向転換／放射部並びに固体光源の放射部と同じ面内に膜の光入力部１４を有する。図３Ｂは、バックライト２０を形成する光膜と関連するいくつかの部品の断面図である。光膜６０は、下部反射体１５の上にパターン付き光方向転換領域１２を有する薄い可撓性透明ウェブである。光膜６０は、パターン付き領域１２の平面観察領域を形成しており、光膜６０内の穴６１と下部反射体内の穴１６は、固体光源１１が光を光膜６０の側面内に放射できるようにする。ヒートシンクの下部反射体内に穴を設けることにより、駆動部及び他の非発光面は見えなくされる。薄い反射体ストリップ１７は、光源（ＬＥＤ）及び穴を覆うために使用され、従って、その穴は、バックライト又はディスプレイの観察側では見えない。薄い反射体は、白拡散体又は鏡状面とすることができる。拡散体１８は、光膜の上に配置される。いくつかの実施形態では、相対的拡散量を促進するために小さな空隙があってもよいが、この小さな空隙は、すべての場合に必要ではない。拡散体は、拡散媒体が拡散体の厚さ全体にわたってバルク拡散体とすることができる。拡散体は、スラブ又は膜でもよい。拡散体は、拡散特性が非対称でもよい。
【００４１】
ＬＥＤ駆動部、電源及びヒートシンクは、下部反射体１６内の穴を介して下部反射体１５の下方に位置付けられることに留意されたい。さらに、複数領域光膜６０内に穴又は溝６１があってもよい。そのような穴又は溝は、少なくとも光源の放射面を実質的に取り囲むように、膜内に形成され得るか、又はその他の方法で穴あけされ得る。穴又は溝は、穴の面積を最適化するとともに、できるだけ多くの光を捕捉しかつ光方向転換領域の中へ向けるのに役立つ、長方形、正方形、曲面形状又はその他の幾何形状とすることができる。膜上の穴は、膜上の空洞になる、膜の貫通孔又は膜の途中までの穴とすることができる。ＬＥＤ１１は、複数の光方向転換領域が照らされる膜の領域内に、縦列配置６４又は並列配置６３で置かれ得る。一般に、並列配置は、縦列（背中合わせ）配置よりも少ない側方空間を占めることになる。単一の穴又は溝には、光を光方向転換領域に対してその左側に供給する光源と、光を方向転換領域に対して右側に供給する別のＬＥＤとを設けることができる。図示されていないが、反対側の光方向転換領域は、ＬＥＤが中心になるように、それらの垂直位置に配置され得る。光方向転換特徴１２は、それらの水平面（又はそのように配置された場合は垂直面）を光学的に切り離すようにパターン化され得る。薄い反射体ストリップ１７は、ＬＥＤの上にそれを見えなくするように配置され得る。想像上の縦線部分６９は、光方向転換領域間にある距離を有していて、光源とそれらに関連する光入力面とを収容することができる。この距離は、１ｍｍから１０ｍｍまで幅があり得る。示されている構成は、白色光源に最も適している。ＲＧＢ  ＬＥＤの色混合は、膜の光結合面に依存し、色混合部分（この図には示されていない）で最良に最適化される。
【００４２】
図４Ａ（平面図）及び図４Ｂ（断面図）は、光を向け直しかつ光入力を導くための複数の領域を有する光膜６０を示す。光方向転換特徴１２の各領域は、膜又は溝（チャネル）を通り抜ける（膜を最初から最後まで通り抜けるのではない）穴７１で分離される。材料のない部分（空気）は、低い屈折率を有し、光方向転換領域間の光漏れを最小限に抑えるのに役立つ。この図は、膜の光方向転換／放射部と同じ面内に膜の光入力部を有する。ＬＥＤ駆動部、電源及びヒートシンクは、下部反射体１６内の穴を介して下部反射体の下方に位置付けられることに留意されたい。さらに、複数チャネル光膜６０内に穴６１があってもよい。そのような穴は、光源を実質的に取り囲むように、膜内に形成され得るか、又はその他の方法で穴あけされ得る。穴は、穴の面積を最適化するとともに、できるだけ多くの光を捕捉しかつ光チャネルの中へ向けるのに役立つ、長方形、正方形、曲面形状又はその他の幾何形状とすることができる。ＬＥＤ１１は、複数の光チャネルが照らされる膜の領域内に、縦列配置６４又は並列配置６３で置かれ得る。一般に、並列配置は、縦列配置よりも少ない側方空間を占めることになる。この図には示されていないが、反対側の光チャネルは、ＬＥＤが中心になるように、それらの垂直位置に配置され得る。光方向転換特徴は、それらの水平面（又はそのように配置された場合は垂直面）を光学的に切り離すようにパターン化され得る。薄い反射体ストリップは、ＬＥＤの上にそれを見えなくするように配置される。他の膜もまた、光拡散、コリメーション、光増強及び／又は偏光を助けるように、この実施形態に使用され得る。
【００４３】
穴又は空洞６１を有する光膜は、固体光源の光放射面が光方向転換領域間の溝（チャネル）又はストリップ形状の開口と共に膜の厚み面内にあるように、穴又は空洞６１内にＬＥＤが配置されており、それぞれの並列の隣接する光方向転換ストリップ間にクロストークのない膜を提供する。かかる膜の利点は、この膜が、局所動的輝度制御（ｌｏｃａｌ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｄｉｍｍｉｎｇ）（適応型輝度制御、能動形動的、高ダイナミックレンジ）バックライトと適合性があり、色順次ＬＣＤと適合性があり、かつ製造が容易であることである。欠点は、ＬＥＤ故障及び製造時の追加のストリップ開口に対する許容範囲が狭いことである。この実施形態は、白色ＬＥＤ又は白色固体光源の場合に好ましい。色付きＬＥＤが望ましい場合、色混合部分（この図に示されていない）が必要とされ得る。
【００４４】
図５Ａ（トポグラフィ図）及び図５Ｂ（断面図）は、ＲＧＢ  ＬＥＤ又は他の複数色固体光源のための色混合部分１８１を有する光膜６０を示す。色混合部分は、各光方向転換領域１２及び／又は各光源１１に関連している。色混合部分は、長さ又は幅をほんの数ミリメートルとすることができる。実際の寸法は、最良の色混合を達成するように調整することができる。色混合領域は、光方向転換特徴がなく、入射光と平行な両面で溝１８２と共に最も効率的に機能する。色混合の量は、色混合領域１８１の光学面上のＴＩＲに依存する。溝１８２は、光方向転換領域１２から色混合領域１８１を切り離す。溝１８２は膜６０の厚さを通り抜ける穴でよいことに留意されたい。溝は１８２、光がＴＩＲ（内部全反射）するのを助けるとともに、光漏れを最小限に抑える。さらに、示されている実施形態は、両端から照らされる光方向転換領域を備えることに留意されたい。色混合部分を所与の光方向転換領域内で水平にずらすことにより、上方又は下方の領域（中心から離れた所）がより一様に照らされる。穴及び光源を含む水平に配置された光方向転換領域間の継ぎ目を覆う薄い反射体ストリップは、ヘッドライト又は明るい点を最小限に抑えるのにも役立つ。
【００４５】
図６Ａ（平面図）及び図６Ｂ（断面図）は、色混合部分を有する、光を向け直すための複数の領域を備える光膜６０を示す。光方向転換特徴１２の各領域は、穴又は溝７１で分離される。材料のない部分（空気）は、低い屈折率を有し、光方向転換領域間の光漏れを最小限に抑えるのに役立つ。この図は、膜の光方向転換／放射部と同じ面内に膜の光入力部を有する。ＬＥＤ駆動部、電源及びヒートシンクは、下部反射体１６内の穴を介して下部反射体の下方に位置付けられることに留意されたい。さらに、複数チャネル光膜６０内に穴６１があってもよい。そのような穴は、光源を実質的に取り囲むように、膜内に形成され得るか、又はその他の方法で穴あけされ得る。穴は、穴の面積を最適化するとともに、できるだけ多くの光を捕捉しかつ光チャネルの中へ向けるのに役立つ、長方形、正方形、曲面形状又はその他の幾何形状とすることができる。ＬＥＤ１１は、複数の光チャネルが照らされる膜の領域内に、縦列配置６４又は並列配置６３で置かれ得る。一般に、並列配置は、縦列配置よりも少ない側方空間を占めることになる。この図には示されていないが、反対側の光チャネルは、ＬＥＤが中心になるように、それらの垂直位置に配置され得る。光方向転換特徴は、それらの水平面（又はそのように配置された場合は垂直面）を光学的に切り離すようにパターン化され得る。薄い反射体ストリップは、ＬＥＤの上にそれを見えなくするように配置される。また、他の膜も光拡散、コリメーション、光増強及び／又は偏光を助けるように、この実施形態に使用され得る。
【００４６】
膜全体が、ＬＥＤをさらにその上のストリップの中に通すか又ははめ込むための穴又は空洞と共に、光取り出し領域間に開口を形成する。並列に隣接する光取り出しストリップのそれぞれの間にクロストークはない。利点は、局所動的輝度制御（適応型輝度制御、能動形動的、高ダイナミックレンジ）バックライトと適合性があり、色順次ＬＣＤと適合性があり、かつ製造が容易であることである。欠点は、ＬＥＤ故障及び製造時の追加のストリップ開口に対する許容範囲が狭いことである。これらの実施形態は、ＲＧＢ  ＬＥＤ又はＲＧＢ固体光源の場合に好ましい。ＲＧＢ  ＬＥＤの場合の色混合は、色混合領域ｘ１の光学面上のＴＩＲに依存する。溝ｘ２（穴も同じように使用され得る）は、光方向転換領域１２から色混合領域ｘ１を切り離す。
【００４７】
図７は、前の図に示されているような薄い反射体ストリップ１７のないバックライトの実施形態の断面図である。拡散性光方向転換特徴１８３及び／又は１８４は、光挿入が１００％未満の結合効率であるために膜の中に透過されない分離した光をＬＥＤの上部へ向け直すために、ＬＥＤ発光面１８５と膜６０の光入力面１４との間の有限空間の上の、膜上かつＬＥＤの上部の領域内に配置することができ、従って、ＬＥＤの上部と、ＬＥＤ発光面と膜の光入力面の間の有限空間の上部では、明るさが光方向転換領域１２の上部に近い。この図は、拡散光方向転換領域１８３及び１８４を、光膜６０内に形成されるように示しているが、代替実施形態では、光膜６０の上を覆うように分離パターン付き膜を置く。これは、図示の実施形態と同様の効果を有する。また、他の膜も光拡散、コリメーション、光増強及び／又は偏光を助けるように、この実施形態に使用され得る。
【００４８】
図８は、光膜内の穴６３に配置された側面発光ＬＥＤ光源１１を有する光膜６０の一部の斜視断面図である。光膜６０は、光方向転換特徴８０を含む光方向転換領域１２を有する。この図は原寸どおりに描かれてはおらず、結論がこの図面に基づいて想定されるべきでないことに留意されたい。例えば、光方向転換領域は、厚いバーとして示されているが、実際には、それがこの図のように示されていなくても、方向転換特徴を有する薄膜領域であり、幅は、その厚さよりも広い。これは、光方向転換特徴への何らかの新たな洞察をもたらすようになされているにすぎない。光方向転換特徴は、ディスプレイ又はバックライトの観察側の方へ向けられる均一な照明を提供するために、その形状、設計、充填密度、深さ及び平滑性が異なることができる。本発明のいくつかの実施形態は、光方向転換領域間に位置する浅い穴又は溝７１とすることができる。この穴又は溝は、光方向転換領域間に光学的分離を提供するためのものである。穴又は溝は、膜領域を分離するように、穴６３と光方向転換領域１２の間に延在され得ることにも留意されたい。かかる特徴を、穴と特徴の間の膜領域の周囲に配置することにより、その領域は色混合部分として機能することができ、従ってＲＧＢ光源が使用され得る。溝又は穴７１がこの領域の中に延在されていない場合、白色光又は色混合を必要としない他の光源を使用することが望ましいであろう。これらの穴／溝は、光方向転換領域間に位置し、非常に薄い。これらの穴／溝は、数ミクロンから数ミリメートルまでの様々な幅とすることができる。穴は、低い屈折率の領域を提供し、光を方向転換領域内に保持するのを助ける。さらに、光方向転換領域は、光方向転換特徴の有無にかかわらず使用され得る観察者側表面上にレンズ特徴を有することができる。
【００４９】
図８は、光膜内の穴６３に配置された側面発光ＬＥＤ光源１１を有する光膜６０の一部の斜視断面図である。光膜６０は、光方向転換特徴８０を含む光方向転換領域１２を有する。この図は原寸どおりに描かれてはおらず、結論がこの図面に基づいて想定されるべきでないことに留意されたい。例えば、光方向転換領域は、厚いバーとして示されているが、実際には、それがこの図のように示されていなくても、方向転換特徴を有する薄膜領域であり、幅は、その厚さよりも広い。これは、光方向転換特徴への何らかの新たな洞察をもたらすようになされているにすぎない。光方向転換特徴は、ディスプレイ又はバックライトの観察側の方へ向けられる均一な照明を提供するために、その形状、設計、充填密度、深さ及び平滑性が異なることができる。本発明のいくつかの実施形態は、光方向転換領域間に位置する浅い穴又は溝７１とすることができる。この穴又は溝は、光方向転換領域間に光学的分離を提供するためのものである。穴又は溝は、膜領域を分離するように、穴６３と光方向転換領域１２の間に延在され得ることにも留意されたい。かかる特徴を、穴と特徴の間の膜領域の周囲に配置することにより、その領域は色混合部分として機能することができ、従ってＲＧＢ光源が使用され得る。溝又は穴７１がこの領域の中に延在されていない場合、白色光又は色混合を必要としない他の光源を使用することが望ましいであろう。これらの穴／溝は、光方向転換領域間に位置し、非常に薄い。これらの穴／溝は、数ミクロンから数ミリメートルまでの様々な幅とすることができる。穴は、低い屈折率の領域を提供し、光を方向転換領域内に保持するのを助ける。さらに、光方向転換領域は、光方向転換特徴の有無にかかわらず使用され得る観察者側表面上にレンズ特徴を有することができる。
【００５０】
図９Ａは光入力面の正面図であり、図９Ｂは光入力面の上面図である。この面は、光膜の光入射面１４への光結合を改善するための手段を提供し、光結合は、その物理的設計、形状及び構成によってさらに高めることができる。これは、ヘッドライティング（ｈｅａｄ  ｌｉｇｈｔｉｎｇ）を低減するためにレンチキュラ構造１０２を含むことができるが、それに限定されるものではない。レンズ様構造は、光を拡散させるか又は広げるための手段を提供する。レンズ様構造は、カバー領域を増大させかつＲＧＢ  ＬＥＤ又はＲＧＢ固体光源の色混合を高めるために、光が膜に入った後でその光を広げるように使用され得る。
【００５１】
図９Ｃは、テーパ状の光混合部分１８１とレンチキュラ及び関連する固体光源を有する光入力面１４とを備える光方向転換アレイ１３の要素の上面図である。テーパ状の色混合部分は、ＬＥＤからの光をより広いフッテージプリント（ｆｏｏｔａｇｅ  ｐｒｉｎｔ）に広げる手段を提供するとともに、着色ＬＥＤを混合することによって白色照明を形成する手段も提供する。構造化された光入力面（レンチキュラ、プリズム、チャネル、個別要素又は粗面）と組み合わせて使用されたときに、光源からより多くの光が捕捉されかつ光方向転換領域の中へ向けられ得る。光学構造のチャネル又はアレイの場合、特徴は、水平方向、垂直方向又は両方を組み合わせた方向に、あるいは所望のパターン（図示されていない）でパターン化されて走らせることができる。
【００５２】
図９Ｄは、ＬＥＤ光源１１のいくつかの構成とそれに関連する光方向転換領域１２、並びに光膜の厚み面内の穴６１に挿入された光学特徴１４を有する光入力面の上面図である。レンズ構造の利点は、放物線状の光が光源１１から放射された場合に、その光をより多く捕捉することである。また、レンズ構造は、膜に入るときに光のコリメーションを助ける。これは、光膜に入るより多くの光に、より有利なＴＩＲ角度を与える。さらに、光膜の光入力領域は、フレネル損失を低減するように反射防止にすることができる。
【００５３】
図１０Ａは、固体光源１１及びレンチキュラ高出力小型レンズ１０２を備える光膜の光源及び光入射面１０１の正面図を示す。拡大部分は、レンズのうちの１つの側面図である。レンズの形状は、拡大部分に１０２で示されているように、高出力レンズとすることができる。利点は、ヘッドライティングを低減した膜を提供するとともに、色混合を助けることである。上面図に示されているような高出力レンズは、膜の上部及び下部からの光漏れを低減するレンズ設計を提供する。高出力レンズは、ＴＩＲ角度を改善する光のさらなるコリメーションを提供し、従って、より多くの光が、光方向転換特徴を有する膜部分の中に向けられる。垂直方向の高出力レンズは、膜の上部及び下部からの光漏れを低減する。この実施形態は、ＲＧＢ光源又は白色光源と共に使用され得る。ＲＧＢ光源が使用される場合、追加の光混合部分を有することが好ましいであろう。この図は、実質的に同じ幅のレンズを有する実施形態を示しているが、別の実施形態では、レンズの寸法がＬＥＤからの距離に応じて異なる。縁部の方へ幾分大きいレンズを有するか、あるいは、より多くの光を捕捉しかつ有利なＴＩＲ角度で膜の中へ向けるのを助けるために、小型レンズと組み合わせたプリズム状構造を有することが望ましいであろう。これらの実施形態に有用なレンズは、光膜の全厚さにわたるか、又は膜の厚さの一部だけを覆うことができる。別の実施形態では、垂直寸法である部分的なレンズ形状、並びに水平寸法で走る、上部及び下部上の別のより大きなレンズのセット１０４とすることができる。
【００５４】
図１０Ｂは、固体光源１１及びレンチキュラ過出力小型レンズ１０３を備える光膜の光源及び光入射面１０１の上面図である。図１０Ｂと共に示されている拡大部分は、過出力レンズの断面図である。過出力レンズは、細長い本体を有しており、ヘッドライティングを低減するのに役立つとともに、いくらかの色混合も提供する。さらに、過出力レンズは、いくらかの水平方向の拡散を提供する。
【００５５】
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、それぞれ、レンズの発光面が成形光学構造を有するＬＥＤ光源の正面図、側面図及び上面図である。ＬＥＤ光出力部の形状は、レンズも含むことができる。図１１Ａは、固体光源１１及びレンチキュラ高出力小型レンズ１０２からなる光源の正面図を示す。拡大部分は、レンズのうちの１つの側面図である。レンズの形状は、拡大部分に１０２で示されているように、高出力レンズとすることができる。利点は、ヘッドライティングを低減したＬＥＤを提供するとともに、色混合を助けることである。上面図に示されているような高出力レンズは、膜の上部及び下部からの光漏れを低減するレンズ設計を提供する。高出力レンズは、ＴＩＲ角度を改善する光のさらなるコリメーションを提供し、従って、より多くの光が、光方向転換特徴を有する膜部分に向けられる。垂直方向の高出力レンズは、膜の上部及び下部からの光漏れを低減する。図１１Ｂは、ＬＥＤ及び光放射面レンズの側面図を示す。この実施形態は、ＲＧＢ光源又は白色光源と共に使用され得る。ＲＧＢ光源が使用される場合、追加の光混合部分を有することが好ましい。図１１Ｃは、光源１１及びレンチキュラ過出力小型レンズ１０３の上面図を示す。図示されている拡大部分は、過出力レンズの断面図である。過出力レンズは、細長い本体を有しており、ヘッドライティングを低減するのに役立つとともに、いくらかの色混合も提供する。さらに、過出力レンズは、いくらかの水平方向の拡散を提供する。
【００５６】
別のレンズ構成が図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示されている。図１２Ａは、レンチキュラ低出力小型レンズ１０４を備える光膜の光入射面１０１の正面図を示す。この実施形態は、固体光源、好ましくは白色ＬＥＤと共に使用され得る。このレンズの形状は、膜の上部及び下部からの光漏れを低減するように、図１２Ｂに断面で示されているような垂直寸法での様々な高出力設計を有する。水平寸法では、レンズの設計は、ヘッドライティングを低減するように低出力であり、垂直寸法でのコリメーションも低減する。
【００５７】
図１３Ａは、固体光源１１を有する光方向転換領域１２の断面図である。点線は、光源の発光面と光方向転換領域の光入力面との間の距離１３１を示す。光方向転換領域は本発明の薄膜である。方向転換領域に入る光の全体的効率を最大にするために、できるだけ近い間隔にすることが望ましい。光方向転換領域の厚さも重要である。図１３Ｂは、一般に、光方向転換領域１３２が光源１３３の厚さに関係して厚くなるほど、結合効率が向上することを示す斜視図である。光方向転換領域が厚くなると、同じ光入力効率を達成するためには、薄い光方向転換領域よりも間隔１３１がわずかに長くなる。薄い光膜の場合、０．０１〜１ｍｍの間隔を有することが望ましい。図１３Ｃは、光源の表面を光方向転換領域の光入射面に近接して配置する必要があることの重要性を示すグラフである。
【００５８】
図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１４Ｃは、本発明の他の実施形態の断面図を示す。図１４Ａは、上端１４１が、光の広がりを助けて固体光源１１を覆う又は隠すのを助けるように勾配付き又は面取りした縁である、光膜内の光方向転換領域１２である。２つの実施形態が示されており、一方は、両端から照らされる光方向転換領域の各端部に先端面取り部を有する。一端だけから照らされる光方向転換領域の場合、光を広げるのを助ける１つの先端面取り部は、隣接する固体光源の上に置くことができる。枠６６は、縁部ＬＥＤとそれに関連するヒートシンク及び駆動部とを隠すことになる。これらの図に示されている相対的寸法は正確ではなく、従って結論が図面の相対的な大きさに基づいて描かれるべきでないことに留意されたい。
【００５９】
図１４Ｂは、ＬＥＤが光方向転換領域１２の陥凹領域１４２の下に配置されている光膜の断面図である。この領域は、光強度がＬＥＤの上で部分的に方向付けられるので、ＬＥＤを隠すのに役立つ。さらに、縁部は、光の一様性を改善するために勾配付きにされてもよい（図示しない）。光方向転換領域は必ずしも原寸に比例して描かれていないことに留意されたい。相対的厚さはずっと小さく、長さはより長い。ディスプレイを横切る光方向転換領域の数もまたずっと多くなり得ることにも留意されたい。図１４Ｃは、ポケット又は陥凹部が、光源に橋渡しする膜の一部を残して、光膜内に底部から形成されている別の実施形態の断面図である。陥凹領域は、実質的に直角の角を有することができ、あるいは、その角は、丸くされてもよく、面取りされてもよい。陥凹部内のＬＥＤ１１の上部には、光学特徴８０を有することもできる。光学特徴は、様々な形状を有することができ、穴、成形特徴、又はプリズムやレンズなどの構造、あるいはその他の複合形状とすることができる。特徴は、個々の構造とすることができ、あるいはチャネルを形成することもできる。さらに、特徴の密度（個数）は、光源からの距離に応じて異なることもできる。一般に、特徴の密度は、光源からの距離が増大するにつれて高くなる。望ましいのは、ディスプレイ又はバックライトの表面の上に均一照射することである。
【符号の説明】
【００６０】
１０  一体型バックライト照明アセンブリ、バックライト照明領域
１１  固体光源、ＬＥＤ
１２  光方向転換領域、光方向転換特徴
１３  光照明アレイ
１４  光入力面、光入力部、光挿入面
１５  下部反射体
１６  穴
１７  反射体ストリップ
１８  拡散体
２０  バックライト
６０  光膜、複数領域光方向転換膜、複数チャネル光膜
６１  穴、溝
６３  並列配置
６４  縦列配置
６５  内壁
６６  枠
６７  横破線
６８  枠部分
６９  縦線部分
７１  穴、溝
７５  点線
８０  光学特徴
１０１  光入射面
１０２  レンチキュラ構造、レンチキュラ高出力小型レンズ
１０３  レンチキュラ過出力小型レンズ
１０４  レンチキュラ低出力小型レンズ
１３１  距離
１３２  光方向転換領域
１３３  光源
１４１  勾配付き又は面取りした縁
１４２  陥凹領域
１８１  色混合領域、色混合部分、光混合部分
１８２  溝
１８３  拡散性光方向転換特徴
１８４  拡散性光方向転換特徴
１８５  ＬＥＤ発光面
ｘ１  色混合領域
ｘ２  溝
【図１】
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【図２】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【外国語明細書】
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