(57)【要約】  本発明は光ガイド及びその製造方法に関する。この光ガイドは様々な用途に用いることができ、例えば液晶ディスプレイのようなディスプレイのバックライト用に好適である。
2012519931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有する基板であって、第１の表面に一つ又は複数の光源がマウントされた基板と、
前記第１の屈折率より小さいか又は等しい第２の屈折率を有し且つ光出射面を備えた第１のガイド層であって、この第１のガイド層が前記第１の表面上の前記一つ又は複数の光源をカプセル封入するように配置された前記第１のガイド層と、を有し、
前記基板と前記ガイド層は、前記第１の表面上の前記一つ又は複数の光源により生成された光をガイドするための複合構造を形成し、前記一つ又は複数の光源は前記光出射面のすぐ後ろに配置され且つ光を前記基板の前記表面に対して平行に向ける光ガイド装置。
【請求項２】
前記光ガイド装置は、ガイドされた光の全反射を崩し光を前記基板の前記第１の表面から離して前記光出射面へ向ける一つ又は複数の構造部を有する請求項１記載の光ガイド装置。
【請求項３】
前記ガイドされた光の全反射を崩す構造部は、反射、及び／又は、散乱、及び／又は、屈折のための構造体を有する請求項２記載の光ガイド装置。
【請求項４】
前記光ガイド装置は、光を前記基板の前記第１の表面から離れる方へ向けるように配置された一つ又は複数の反射光散乱構造体を有する請求項１記載の光ガイド装置。
【請求項５】
前記基板及び第１のガイド層は、複数の光透過性ポリマーから形成される請求項１乃至４の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項６】
前記基板及び／又は第１のガイド層は、可撓性光透過性ポリマー又は複数の可撓性光透過性ポリマーから形成される請求項５記載の光ガイド装置。
【請求項７】
前記基板は、約０．１ｍｍの厚みである請求項１乃至６の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項８】
前記光源は、一つ又は複数のＬＥＤから選択される請求項１乃至７の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項９】
前記一つ又は複数のＬＥＤは、側面発光ＬＥＤを有し、ほぼ側面発光ＬＥＤからなり、又は、側面発光ＬＥＤのみからなる請求項８記載の光ガイド装置。
【請求項１０】
前記一つ又は複数のＬＥＤは、直下型方式で前記基板中に配置される側面発光ＬＥＤの列を形成する請求項９記載の光ガイド装置。
【請求項１１】
前記ＬＥＤの列は、更に、上面発光ＬＥＤを有する請求項１０記載の光ガイド装置。
【請求項１２】
ヒートシンク板が、前記基板の前記下面に取り付けられている請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項１３】
前記ヒートシンク板は、前記基板の前記下面に熱接着材料の離散部分を介して取り付けられ、前記ヒートシンク板と前記基板との間に一つ又は複数のエアギャップが存在する請求項１２記載の光ガイド装置。
【請求項１４】
前記一つ又は複数の光源は、直下型方式の配置で一連の光源の行及び／又は列をなす二次元配列を形成し、与えられた行及び／又は列について二つの隣接した光源において、前記第１の光源により前記基板の前記平面にほぼ平行な第１の方向へと生成される光の方向と、前記第２の光源によりまた前記基板の前記平面にほぼ平行な第２の方向へと生成される光の方向とがなす角度が、約１８０°である請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項１５】
前記一つ又は複数の光源は、前記光出射面のすぐ後ろに位置決めされて直下型方式で配置され、光源からなる一連の行及び／又は列を形成し、直接隣接した光源を比較したときに、与えられた行及び／又は列において光源がほぼ逆の方向を向いている請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項１６】
前記一つ又は複数の光源は、前記光出射面のすぐ後ろに位置決めされて直下型方式で配置され、光源からなる一連の行及び／又は列を形成し、前記一つ又は複数の光源（例えばＬＥＤ）は全て又はほぼ全て光ガイド内へ、同じ方向又はほぼ同じ方向であって前記基板の前記平面にほぼ平行な方向に光を放射するように配置されている請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項１７】
前記一つ又は複数の光源は、ダイヤモンド状の繰り返しパターンに配置されている請求項１乃至１６の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項１８】
前記一つ又は複数の光源は、行において等間隔にそして列において等間隔に配置されている請求項１乃至１７の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項１９】
前記光ガイド装置は、更に、前記光出射面の上に位置する散光器を有している請求項１乃至１８の何れか１項に記載の光ガイド装置。
【請求項２０】
(i) 第１の屈折率を有する基板の第１の表面上に一つ又は複数の光源をマウントし、
(ii) 前記第１の屈折率より小さいか又は同じの第２の屈折率を有する第１のガイド層を、前記第１の表面上の前記一つ又は複数の光源をカプセル封入するように、前記第１の表面に加え、
(iii) 前記基板と前記第１のガイド層が結合される前に、前記第１のガイド層及び／又は前記基板の上に、一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射構造、及び／又は、屈折構造を、適用して、前記一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射構造、及び／又は、屈折構造が前記基板と前記第１のガイド層の前記境界部に位置するようにし、
又は、一つ又は複数の、散乱及び／又は反射構造、及び／又は、屈折構造を、前記基板の前記下面に適用し、
又は、一つ又は複数の、散乱及び／又は反射構造、及び／又は、屈折構造を、前記第１のガイド層の前記上面に適用する、光ガイド装置の製造方法。
【請求項２１】
前記製造方法は、更に、ヒートシンク板を前記基板の前記第１の表面と反対側にある前記基板の前記下面に加え、前記ヒートシンク板は熱接着材料の離散部分を介して前記基板と接する請求項２０記載の製造方法。
【請求項２２】
請求項１乃至１９の何れか１項に記載の光ガイド装置を有するディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記ディスプレイ装置は、液晶ディスプレイ装置である請求項２２記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ガイド装置及びその製造方法に関する。この光ガイド装置は、様々な応用に適しており、特に、例えば液晶ディスプレイのようなディスプレイの背面照明に関する用途に適している。
【背景技術】
【０００２】
数多くの光ガイド装置が知られている。これらの装置は、イルミネーションや背面照明、看板やディスプレイを含む様々な目的に用いられる。一般的には、光ガイドは射出成形や機械加工された透明のプラスチック部材で形成されており、蛍光灯や複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）といった光源がこのプラスチック部材の端部に機械的に装着され組み合わせられる。
【０００３】
これら全ての装置に共通するのは、光源からの光が一般にプラスチック製である透明なガイドを通って全反射によりガイドされるということである。背面照明用途のためには、光は透明なガイド内の光の伝播方向に対して実質的に垂直な方向へと放射される。これは光が透明なガイドの内部や表面に設けられた散乱構造やフィルムと相互作用するような方向に向けられていることで達成される。
【０００４】
透明な光ガイドの端部に蛍光灯やＬＥＤを組み込むのは簡単な工程ではなく、このため、これらの装置の製造工程の複雑さが著しく増す。光源と光ガイドの良好な結合を得ることが、装置の光学的性能のためにきわめて重要となる。さらに、光源の端部への結合によって、これらの部材が製造過程において、そして通常の使用の際のいずれにおいても、機械的なダメージを受けやすくなる。
【０００５】
薄型の直下型方式バックライトを提供しようとする際、光ガイドの平面内に光を放射させるのが好ましい。光ガイド中のガイド長を最小限にするために、パネル中に光源を分布させると、更なる利点も得られる。これによって薄く効率のよいバックライトを作り出せるという利点があるが、光の均一性を弱めるという不利な点もある。これは例えば光源の上や光源の近辺の黒ずみ、及び／または、輝部の発生によって現れ得る。好ましくは、これらの黒ずみや輝部は視認されないように、または少なくとも許容範囲内まで目立たないよう、より好ましくは光の均一性を改善するべきである。この問題への現存する対応策はバックライトを大幅に厚くしてしまう傾向がある。
【０００６】
多くのバックライトは「エッジライト方式」（ｅｄｇｅ−ｌｉｔ）又は「直下型方式」（ｄｉｒｅｃｔ−ｌｉｔ）の二つのカテゴリーに分けられる。これらのカテゴリーはバックライト出力に対する光源の場所が異なっており、この出力領域がディスプレイ装置の表示領域を定義する。エッジライト方式のバックライトでは、一つ又は複数の光源が、バックライトの出力領域に対応するゾーンの外側で、バックライト構造の外縁又は端部に沿って配置される。光源は一般的には光を光ガイドの中へと放射する。光ガイドは出力領域のオーダーの長さと幅の寸法を有しており、この光ガイドから光が出て出力領域を照らす。直下型方式のバックライトでは、光源の列が出力領域のすぐ後ろに配置されており、この光源の前に散光器が配置されてより均一な光出力を得る。直下型方式のバックライトに端部にマウントされたライトを組み合わせ、直下型方式とエッジライト方式の照射の組み合わせによる照射がなされるものもある。
【０００７】
光源は光を生成する他に、熱もまた生成する。熱が例えば液晶パネルの中へと散失していった場合、表示品質に悪影響が及ぶ可能性がある。液晶パネルへの熱伝達が均一であるとは考えられないため、液晶パネル内の液晶層が異なる度合いで温められてしまうおそれがある。このような熱の不均一な分配が液晶ディスプレイ内の薄膜トランジスタのスイッチングにも影響を及ぼし、液晶パネルの全般的な表示品質が悪化するおそれもある。表示装置と組み合わせて使用するためにバックライト・ユニットを熱的に管理しようとするには数多くの乗り越えるべき課題がある。熱的管理を取り巻く問題について言及することで、重さや厚さの受容不能な増加につながったり、バックライト・ユニットの機械的強度を弱めたりするべきではない。さらに、バックライト・ユニットの光学的性能も著しく弱められるべきではない。
【０００８】
大型ＬＥＤバックライト・ユニット（Ｂａｃｋ  Ｌｉｇｈｔ  Ｕｎｉｔ、ＢＬＵ）を組み込んだようなディスプレイを製造する者が直面する他の課題として、高表示性能と低消費電力をサポートし、２−ｄ又は３−ｄ空間輝度制御を可能とする、薄型かつ効率的装置を製造するということがある。これはエッジライト方式、直下型方式のいずれの装置にとっても解決が困難であることが示されており、通常はより厚いバックライト装置となってしまう。２−ｄ輝度制御は、ディスプレイの画像内容が所望の画像に一致又は対応するバックライトの選択領域のスイッチングだけで得られ、結果として大きく消費電力が減少するときに関係する。３−ｄ輝度制御はさらに色を使用する。
【０００９】
バックライトから出て来る光のビーム角とこのビーム角の均一性は、照らされているディスプレイの効率や視野角の決定に重要である。バックライトによって光出射角の範囲をある程度調整できることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的の一つは上述したうちの一つ又は複数の問題を解決するような光ガイド装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様において、第１の屈折率を有する基板であって、第１の表面に一つ又は複数の光源がマウントされた基板と、前記第１の屈折率より小さいか又は等しい第２の屈折率を有し且つ光出射面を備えた第１のガイド層であって、この第１のガイド層が前記第１の表面上の前記一つ又は複数の光源をカプセル封入するように配置された前記第１のガイド層と、を有し、前記基板と前記ガイド層は、前記第１の表面上の前記一つ又は複数の光源により生成された光をガイドするための複合構造を形成し、前記一つ又は複数の光源は前記光出射面のすぐ後ろに配置され且つ光を前記基板の前記表面に対して平行に向ける光ガイド装置が提供される。
【００１２】
この光ガイド装置は、ガイドされた光の全反射を崩し又は途絶えさせるような一つ又は複数の構造体又は構造を有してもよい。例えば、光ガイドは光を第１の表面から離して光出射面に向けるようにするため、一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射、及び／又は、屈折のための構造体を備えてもよい。例えば、一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射構造、及び／又は、屈折構造を基板と第１の光ガイド層の間の境界部及び／又は第１の表面と反対側にある基板の下面に配置してもよい。また、一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射、及び／又は、屈折構造を代わりに第１のガイド層の上面に配置してもよい。この実施形態では、方向を向け直した光は透明基板の下面を介して装置から出て行くことになり、このため第１のガイド層としてよりも光出射面の役割を果たし得る。
【００１３】
光ガイド装置は光出射面の上に位置する散光器を有してもよい。
【００１４】
任意で第１のガイド層に接して更に光ガイド層を設けなくてもよい。また、この装置は任意で第１及び第２の光ガイド層の間で一つ又は複数の光源の上に、一つ又は複数の、光散乱、及び／又は、反射構造、及び／又は、屈折構造、を設けなくてもよい。一つ又は複数の光源の隠蔽、及び／又は、所望の光の均一性はこれらの特徴が無くても得られる。一つ又は複数の光源、及び／又は、所望の光の均一性は、散光器と単一の光ガイドと組み合わせられた基板の平面に対して垂直又は実質的に垂直な方向に向けられた光によってのみ、又は実質的にこの光によってのみ得られる。
【００１５】
一つ又は複数の光源の隠蔽、及び／又は、所望の光の均一性は、一つ又は複数の光源（例えば側面発光ＬＥＤ）の上に配され、第１の光ガイド層に接してもよい不透明な又は実質的に不透明な層やシートが無い状態で得られる。より詳しくは、任意に、第１のガイド層が基板と不透明層の間に配置されるような、不透明層が無くてもよい。このような任意で除外される不透明な層やシートは典型的には光源の露出をブロックしたり実質的にブロックする役割を果たす。任意で除外される不透明な層やシートは、透明領域を含む印刷されたグラフィック層であってもよい。この透明領域は一つ又は複数の光源の直上以外に配されるため、本質的にエッジライト方式を採用することになる。
【００１６】
光ガイド装置は更に、基板の下表面と接する熱接着材料を有しても良く、ここで下表面は第１の表面と反対側にあって第１の表面と平行もしくは実質的に平行であり、この熱接着材料はヒートシンク板と接して、基板の下表面とヒートシンク板との間にエアギャップを形成する。熱接着材料は離散部分（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ）として設けられ、一つ又は複数の光源に沿って、若しくは実質的に沿って、位置決めされてもよい。熱接着材料の不連続性は、エアギャップもしくは複数のエアギャップが基板とヒートシンク板との間に形成され、これによってヒートシンク板が効率的熱発散を促進することを意味する。また都合よくヒートシンク板と基板とは光学的に結合されていない。基板の下表面をここで基板の第２の表面と称する。よって、第２の（又は下の）表面は基板の第１の表面の反対側にある。
【００１７】
一つ又は複数の光源は少なくともいくらかの光が基板の平面に平行となるように向けられる。一つ又は複数の光源は都合よく、側面発光ＬＥＤを含み、又は側面発光ＬＥＤからなり、又は本質的に側面発光ＬＥＤからなる。一つまたは複数の光源は基板にわたって直下型方式で、側面発光ＬＥＤの列を形成するのが好ましい。また、一つまたは複数の光源により放射された光の一部は光ガイドの中へと結合されずに、光出射面の方向へと、基板に対して垂直又は実質的に垂直に向けられるのが好ましい。典型的には、これは一つ又は複数の光源から放射される光の２０％よりも少なく、例えば一つ又は複数の光源から放射される光の１０％よりも少なく、例えば一つ又は複数の光源から放射される光の２％又はそれよりも少ない。一つ又は複数の光源はまた、多くの上面発光ＬＥＤを含んでもよい。上面発光ＬＥＤは側面発光ＬＥＤの主な光出力方向に対して実質的に垂直に、そして光出射面の方向へ光を放射する。側面発光ＬＥＤは直下型方式で二次元配列を形成する。この配列は、少なくともいくらかの光が基板の平面に平行となる方へ向くように方向が変化する多くのＬＥＤの行及び／又は列を含み、又はこのような行及び／又は列からなり、又は本質的にこのような行及び／又は列からなっている。例えば、特定の行又は列のＬＥＤについて、そのＬＥＤがその行又は列と直接隣接した二つのＬＥＤのいずれかと比較したときに、実質的に反対の方向に向くようにＬＥＤは配置される。例えば、二つの隣接したＬＥＤについて、基板の平面と実質的に平行な第１の方向である、第１のＬＥＤによって生成される光の方向と、基板の平面と実質的に平行な第２の方向である、第２のＬＥＤによって生成される光の方向とがなす角は約１８０度である。与えられた行又は列において、ＬＥＤは実質的に直線をなすように位置決めされる。ＬＥＤはまた、与えられた行又は列において、一つおきのＬＥＤで直線をなし、実質的に平行な二本の線をなすように位置決めされてもよい。また代わりの配置では、ＬＥＤは繰り返すダイヤモンド状の配置や基板にわたる配列を形成するように位置決めされてもよい。ＬＥＤは  全ての又は実質的に全てのＬＥＤが同じ又は実質的に同じ方向に光を放射するように配置されてもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様によると、光ガイド装置を製造する方法であって、
１．一つ又は複数の光源を、第１の屈折率を有する基板の第１の表面上にマウントし、
２．前記第１の屈折率と同じかそれ以下の第２の屈折率を有する第１のガイド層を、前記第１の表面上の前記一つ又は複数の光源をカプセル封入するように前記第１の表面に加え、
３．前記基板と前記第１のガイド層が結合される前に、前記第１のガイド層、及び／又は、前記基板の上に一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射構造、及び／又は、屈折構造を適用し、前記一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射構造、及び／又は、屈折構造が前記基板と前記第１のガイド層の前記境界部に位置するようにし、
又は、一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射構造、及び／又は、屈折構造を前記基板の前記下面に適用し、
又は、一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射構造、及び／又は、屈折構造を前記第１のガイド層の前記上面に適用し、
４．任意に、ヒートシンク板を前記基板の前記第１の表面と反対側にある前記基板の前記下面に加え、前記ヒートシンク板は熱接着材料の離散部分を介して前記基板と接する、
方法が提供される。
【００１９】
本発明の第２の態様によるこの方法は、第１の表面上の一つ又は複数の光源により生成された光をガイドする手段を提供する。この光は全反射により複合構造内をガイドされる。
【００２０】
好ましくは、第１のガイド層を基板の第１の表面に加える方法は、
１．ポリマー溶液を前記基板の第１の表面、及び／又は、第１のガイド層に適用し、
２．前記基板の第１の表面、及び／又は、第１のガイド層上のポリマー溶液を硬化し、
ている。
【００２１】
ポリマー溶液を基板の第１の表面、及び／又は、第１のガイド層に適用する方法は、印刷し、ステンシルで印刷し、ポリマー溶液を適用する工程を含む。
【００２２】
光を第１の表面や第１のガイド層から離す方へ向けなおすように、一つ又は複数の、散乱、及び／又は、反射、及び／又は、屈折構造を、適用するステップは、パターン化された反射インク層を印刷する工程を含む。
【００２３】
光源に関するガイド層の配置によって、光源に対する機械的防護が向上した光ガイド装置が得られる。さらに、製造が簡単で、装置中の光の光結合が向上した装置が得られる。生成された光は全反射効果のため、基板とガイド層の両方の中をガイドされる。
【００２４】
基板と第１の光ガイド層は光透過性であり、好ましくは一つ又は複数の光源により生じる光について透明である。「透明」、「不透明」、「透過性」の用語は装置の特定の部材の光学的性質に関しており、組み込まれた光源により生じる光の波長についてのものである。
【００２５】
本発明の第３の態様によると、本発明の第１の態様を含む様々な態様による光ガイド装置を有するディスプレイ装置が提供される。このディスプレイ装置は液晶ディスプレイ装置でもよく、この装置は液晶セルを有しており、液晶パネルとも称される。
【００２６】
本発明は使用時に見られた際の黒ずみを抑制／消去し、より均一となる光ガイド装置（均一、又は実質的に均一な輝度も含む）、低電力水準をもたらす効率的な光分配、より薄く明るい構造、少ないシステム部品数からなる装置、といった一つ又は複数の利点を提供しようとするものである。本発明による装置は２−ｄ及び３−ｄ空間輝度制御にも都合がよい。
【００２７】
本発明はまた、光源から光ガイドへの改善された光結合、光ガイド中の光学的損失を最低限にする短い平均光路長、最低限の表面散乱、そして有益な抽出光のビームプロファイルを提供する。例えば、本発明によると、所望の分布角、例えば平均から±３０度の半値幅を有する分布の抽出光の良好な均一性が得られる。さらに、これらの特徴は８０インチ（対角線）を超えて対応できるような、光学的に非常に効率が良い（例えば９０％以上）バックライトの提供に役に立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の光ガイド装置を示す図である。
【図２】ヒートシンク板を組み合わせた本発明の光ガイド装置を示す図である。
【図３】本発明によるバックライトのイメージを示す図である。
【図４】本発明の光源の個別の配置を示す図である。
【図５】本発明の光源の個別の配置を示す図である。
【図６】本発明の光源の個別の配置を示す図である。
【図７】本発明の光源の個別の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ここで、添付図面及び下記の実施例を参照して、制限なく単なる例証として本発明の実施形態を説明する。
【００３０】
基板
基板は光透過性であって、透明でもよい。基板はポリエステルやポリカーボネートのような透明なポリマーシートで形成される。透明な基板の厚さは典型的には約０．１ｍｍのオーダーであり、例えば約０．１ｍｍから約０．２ｍｍの範囲にある。この基板の屈折率は典型的には１．５以上である。例えば、基板の屈折率は１．５０から１．５８でよい。
【００３１】
基板は一つ又は複数の微細構造体（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）と接しているインクを有する微細構造フィルムであってもそうでなくても良く、このインクは微細構造体から逃れる光の量を減らす。この代わりに、微細構造フィルムを基板に適用してもよい。輝度上昇フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ、ＢＥＦ）は本発明で使用する微細構造フィルムとして適している。微細構造フィルムに適した例として、ＢＥＦ  ＩＩＩ輝度上昇フィルムがあり、これは３Ｍ社から商業的に入手可能である。この範囲に入るフィルムで、厚み１２７ミクロンのポリエステル基板製で、アクリルポリマーのプリズム構造（一方向に変化するもの）を有するものが特に製造されている。プリズム構造の高さは２８ミクロンであり、５０ミクロンのピッチを有し、プリズム角は９０度である。光はプリズム方向に対して平行な端部の一つから入射される場合、本発明においては、このようなフィルムをインクで適宜改質して用い、非対称の散乱光のビーム角を有するバックライトを製造することができる。この微細構造体に適用されるインクは光透過性でよい。光透過性のインクは、微細構造体を平坦化し、平らにする効果を有しており、フィルム層の全反射による光ガイドを促進する。光透過性又は透明なインクは、そのインクが載っているフィルムの微細構造体から光が逃げるのを抑制する。理論にとらわれることを望むものではないが、光ガイド板を通じて全反射でガイドされている光は、平坦化されたフィルム層と空気との間の界面で実質的に平坦な面にぶつかると考えられる。実質的に平らで平坦化された表面は全反射を維持するであろうし、光は光ガイド装置の中をガイドされ続けるであろう。インクにより改質されていない構造化された表面は、全反射を崩すことで光ガイドからの光を外へ散乱させる。反射性インクも光ガイド装置からの光の抽出を促進し、抽出された光の方向を制御するための代替手段として用いられる。本発明に用いるのに適した反射性インクには金属配合ポリマーが含まれる。インクと微細構造体の屈折率は可能な限り緊密に合致することが望ましい。例えば、屈折率の差は２％以下、より好ましくは１％以下にするべきである。
【００３２】
インクは典型的にはポリマー材料であり、フィルムの微細構造表面に適用して、薄い構造部（ｆｅａｔｕｒｅｓ）のパターンを数多くの方法のうちいずれかによって形成することができ、これを一般的な用語で加法印刷プロセスと称する。例えば、従来のスクリーン印刷は、印刷に必要なパターンに対応する開口部を有したメッシュスクリーンの使用を組み込む。このパターンにより、平坦化される微細構造体の必要とされる区域への正確なインクの送給が容易になる。好適なＵＶ硬化インクは、アクリルベースの透明ＵＶ硬化ポリマーのスクリーン印刷可能インクであり、マクダーミッド・オートタイプ（ＭａｃＤｅｒｍｉｄ  Ａｕｔｏｔｙｐｅ）社から商業的に入手可能なウィンドウテックス・グロス（Ｗｉｎｄｏｗｔｅｘ  Ｇｌｏｓｓ）である。本発明に用いるのに適したインクは、ＵＶ硬化又は溶剤硬化できるものを含む。加法印刷法の他の好適な例は、ステンシル印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、及び他の既知のリソグラフ技術を含む。
【００３３】
インクは、様々な量及び形状で適用することができる。これは、堆積されるインクがどれだけ光源に近いかによって決まり得る。光源からの距離が増加するにつれて、光の強度は弱くなる。これを考慮するために、より緊密な間隔で配置されたより大きいサイズの光透過性インクのドットを光源の位置のより近くに堆積させ、狭い面積の平坦化されていない微細構造体をもたらすことができ、一方、光源からの距離が増加するにつれて、より広い間隔で配置されていたより小さいサイズの光透過性インクのドットを堆積させ、広い面積の平坦化されていない微細構造体をもたらすことができる。
【００３４】
光源
光源は、背面照明に用いるのに適したものを含む、当業者に周知のもののいずれであってもよい。こうした光源は一つ又は複数のＬＥＤを含む。光は無指向性とすることができる。ＬＥＤは、端面発光型、側面発光型、上面発光型、ベアダイ型など、当業者に周知のもののいずれであってもよい。ＬＥＤは一つ又はそれ以上の色の範囲から選択されてもよい。例えば、ＬＥＤは白色であってもよい。白色光はまた、赤色、緑色、青色のＬＥＤを組み合わせることによって生成してもよい。典型的には、各寸法が約１ｍｍオーダーのＬＥＤが本発明の使用に適している。
【００３５】
光源は実質的に全ての光又はほとんどの光が光ガイドに入る向きに配置される。これらの光源は、基板の平面に対して平行又は実質的に平行な向きに光が向くように側面発光ＬＥＤから都合よく選択される。さらに都合のよいことに、光のうちある割合は光ガイドに結合していないものの、出力表面の方向へと伝播が許されている。例えば、一つ又は複数の光源から放射された光の約２０％未満、例えば一つ又は複数の光源から放射された光の約１０％未満、例えば、光の約２％以下がそのような形で伝播を許される。出力表面に向けてこの光が伝播するのを許す効果は、通常の使用で視認しても光源が隠蔽されることと、光がより均一に配分されることにある。特に、この光によって散光器が従来の他のバックライトよりもこの光ガイド層の近くに位置決めできるようになる。
【００３６】
一つ又は複数の光源は、直下型方式のバックライト・ユニットを含む直下型方式の光ガイド装置を提供するように都合よく配置されている。一つ又は複数の光源は直下型方式の配置で基板にわたって光源の列を形成してもよい。この配置は従来の配置に比べてよりよい熱対策を提供するのに役立つ。この直下型方式の配置は、基板の全体、若しくは実質的に全体にわたって一連の行や列を形成する光源の列からなるようにしてもよい。例えばこの列は、直下型方式の配置による側面発光ＬＥＤの列を含むように、またはこの列からなるように、または本質的にこの列からなるようにしてもよい。一つ又は複数の光源は基板にわたって規則的な繰り返しパターンで配置されてもよい。
【００３７】
電気的トラックは透明でよい基板上に、一つ又は複数の光源のための電気結合パッドと外部の電気駆動設備のための電気接続を形成するためにパターン形成されてもよい。この電気的トラックは例えば銅や金を使用したエッチング法や、例えば銀配合接着剤を使用した加法スクリーン印刷法によってパターン形成されてもよい。ＬＥＤ光源は、はんだ付けや導電接着剤法により、電気的にかつ機械的にこの電気結合パッドに取り付けられてもよい。
【００３８】
ガイド層
典型的にはバックライト・ユニットの中で用いるのに適したガイド層（光ガイド層とも称する）は透明でよい。ガイド層は透明な可撓性プラスチックポリマー層を有してよく、典型的には厚さ約１．０ｍｍでよい。ガイド層の屈折率は約１．４６から１．５６でよい。
【００３９】
ガイド層はアクリル系、ウレタン系またはポリカーボネート系を含む入手可能な様々なポリマーから作ってもよい。
【００４０】
ガイド層と基板は標準的な積層技術を用いて組み合わせてもよい。このような技術はガイド層と基板よりも大きな屈折率を有する透明な接着剤を使用する必要があろう。ガイド層と基板とは製造中に光学的に接合されてもよい。ガイド層と基板を組み合わせる方法は液体ポリマー層を適用し、硬化することを含むことができる。硬化の方法はＵＶや熱、二液型硬化などを含む一つ又は複数の技法を利用することができる。本方法は、液体ポリマーを印刷し、ステンシル印刷し、又は分配するステップを含むことができる。光学的に接合されるとは、それらの層が、光学的に、事実上区別できないように結合されることを示す。
【００４１】
光散乱、及び／又は、反射、及び／又は、屈折構造
光ガイド装置は更にガイド光の全反射を崩す一つ又は複数の構造部を有してもよい。例えば、光ガイド装置は更にガイド光の全反射を妨げる、光散乱、及び／又は、反射、及び／又は、屈折構造を有してもよい。この構造の適用は、標準的な印刷技術や、超小型成型技術、超小型スタンピング技術、超小型エンボス加工技術などにより達成される。好適な散乱構造はパターン化された反射インク層の形でもよい。好適な散乱構造部は高い反射性を有する白いインクドット印刷を含む。このような配置によって各ドットがガイド光の全反射を妨げ、光をランダムに散乱させて光ガイドから逃すようにする。ドットの大きさ、及び／又は、ピッチは均一な光散乱を確保するために変えてもよい。
【００４２】
多数の方法のいずれかにより、ポリマー材料でもよいインクを基板やガイド層に適用して薄い構造部のパターンを形成することができ、大まかに言えば、加法印刷プロセスと呼ぶことができる。例えば、従来のスクリーン印刷は、開口部が印刷されることが必要とされるパターンに対応する、メッシュスクリーンの使用を組み込む。このパターンにより、平坦化される微細構造体の必要とされる区域への正確なインク量の送給が容易になる。本発明に用いるのに適したインクは、ＵＶ硬化又は溶剤硬化できるものを含む。加法印刷法の他の好適な例は、ステンシル印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、及び他の既知のリソグラフ技術を含む。インクは量や形を変えて適用されてもよい。
【００４３】
他の好適な構造は、表面から突出し、かつ、幅、深さ及びピッチがそれぞれ独立して約１ミクロンから約１０００ミクロンまで、好ましくは約５ミクロンから約５０ミクロンまで、より好ましくは約２０ミクロンから約５０ミクロンまでの規模で配置された複数の三次元の構造体又は凹凸を有する微細構造表面を含む。本発明での使用に適した特定のタイプの微細構造体又は構造部は、プリズム、ピラミッド、例えば円筒状や円形状のレンズ等の（マイクロ）レンズ及びランダム拡散構造体を含む。
【００４４】
プリズム・ベースの微細構造体は、約５０ミクロンのピッチで表面の全体にわたって、一方向に変化する鋸歯形状の構造体を有することができ、ここで、ピッチは、隣接する微細構造体の中心間の距離である。（マイクロ）レンズは、約１０ミクロンから２０ミクロンまでの規模で表面にわたって分布された、短い焦点距離のものとすることができる、規則的又はランダムな分布のレンズを有する。拡散構造体は、同じく約１０ミクロンから１００ミクロンまでの規模（深さ及びピッチ）であるランダムな表面テキスチャを有することができる。
【００４５】
この光散乱、及び／又は、反射、及び／又は、屈折構造体は、光抽出構造体とも称する。
【００４６】
ヒートシンク板
ヒートシンク板は基板の背後に基板と実質的に平行となるように配置でき、透明でもよく、基板に対して熱接着材料の離散部分を介して接続されてもよい。熱接着材料は都合よく一つ又は複数の光源に沿って列状に又は実質的に列状に配置してもよい。この熱接着材料の離散部分の位置決めは、基板とヒートシンク板との間、そして熱接着材料の離散部分同士の間にエアギャップが存在することを意味する。このエアギャップはヒートシンク板が光ガイド機構に干渉せず、ガイド光の全反射を崩す構造体、例えば散乱構造からの均一な光の散乱を確保することを意味する。基板とヒートシンク板とは都合よく、光学的に結合されない。バックライト反射器要素、例えばフィルムは、光学的効率を改善するため、このエアギャップの近辺に配置してもよい。例えば、バックライト反射フィルムは基板の下表面、及び／又は、ヒートシンク板の上面に配置してもよい。
【００４７】
ヒートシンク板は熱発散を促進するような材質で作られてもよい。好適な例はアルミニウムのような金属を含む。ヒートシンク板は典型的には約０．２ｍｍから１０ｍｍの厚さであり、例えば厚さ２ｍｍ又はそれ以下である。熱接着材料はエポキシやシリコーンのような接着剤でよく、又は高い熱伝導性を有する粘着テープやスクリーン／ステンシル印刷可能なポリマーでもよい。接着剤は針又はスクリーン印刷を用いて適用される。粘着テープは標準的なテーピング装置を用いて適用される。
【００４８】
本発明によると、ヒートシンク板の使用によって、広い温度領域において高電流で動作するための手段を提供する。高電流が流れることにより光出力も増加でき、光源、例えばＬＥＤの数を減らすことができる。
【００４９】
基板とヒートシンクとは積層技術によって組み合わせてもよい。
【００５０】
散光器
散光器は従来の光ガイド装置と比べて、より光ガイド層に近いところに位置決めされる。例えば、光ガイド層の上部から散光器の底部までの距離は約１２ｍｍ未満である。例えば、この距離は約９ｍｍ又は約２ｍｍ程度に低くてもよい。典型的には、光ガイド層と散光器との間の距離は約２ｍｍよりも大きい。
【００５１】
散光器は従来のような離間配置の手段によって光ガイド層から離れた状態を保つようにしてよい。例えば、離間要素が光ガイド層の周縁部に配置される。散光器はバックライトに使用されていた従来の散光器から選択してよい。
【００５２】
光ガイド装置の使用
本発明による光ガイド装置は、照明、背面照明、ビジュアルサイン伝達、及び表示目的を含む、様々な機能のために採用され得る。
【００５３】
当技術分野において、液晶デバイスは周知である。透過モードで動作する液晶ディスプレイ装置は、一般的には、液晶パネルと呼ぶこともできる液晶セルと、光ガイド装置を組み込んでもよいバックライト・ユニットと、一つ又はそれ以上の偏光子を含む。液晶セルもまた周知のデバイスである。一般に液晶セルは、典型的には間に液晶材料の層が配置された二つの透明な基板を含む。液晶ディスプレイ・セルは、それぞれ内面が透明な導電性電極で被覆され得る二つの透明板を含むことができる。液晶材料を構成する分子が望ましい方向に並ぶように、セルの内面の上に配向層を導入することができる。透明板は、スペーサによって、例えば約２ミクロン等の好適な距離だけ離間される。液晶材料が、流入充填によって間の空間を埋めることにより、透明板の間に導入される。偏光子は、セルの正面及び後ろに配置することができる。従来の手段を用いて、バックライト・ユニットを液晶セルの後ろに配置することができる。動作において、透過モードで動作する液晶セルは、光ガイド装置を含むことができる、バックライト・ユニット等の光源からの光を変調する。
【００５４】
図１に側面図が示されている光ガイド装置１は、ポリエステルやポリカーボネートのような透明なポリマーシートから作られ、屈折率ｎ２を有する透明な基板２を有している。透明な基板２の上には多くの光源３がＬＥＤの形で接着されている。電気的結合は３ａで示されている。ＬＥＤ間の距離は典型的には約１０ｍｍから約２００ｍｍである。図示されているＬＥＤは側面発光ＬＥＤであり、ＬＥＤから放射された光の方向は５で示され、基板の平面と平行に向いている。他の実施形態では多くの上面発光ＬＥＤも存在する。ＬＥＤや基板２の上表面の残りのエリアをカバーするのは第１の透明なガイド層４であり、これもまたプラスチックポリマー製で、屈折率ｎ４を有している。散乱構造６がパターン化された反射インク層の形をとって透明な基板の下表面に配置される。
【００５５】
ＬＥＤ３を埋め込むことができる好適なキャビティを形成するために、透明な基板２と第１の透明なガイド層４との間の境界面に、キャビティ層構造（図示せず）を組み込んでもよい。
【００５６】
透明な基板と第１の透明なガイド層の屈折率は不等式ｎ２≧ｎ４の関係を満たすようにしてよい。
【００５７】
ＬＥＤ光源によって生成された光は、透明な基板２で定められる平面に対して実質的に平行な方向に伝播するように、最初に透明なガイド層へと結合する。生成された光は透明な基板と透明なガイド層の両方の中を全反射の効果によりガイドされる。したがって、透明な基板と透明なガイド層又は複数の透明なガイド層は、カプセル封入されたＬＥＤ光源３により生成される光のためのガイド媒体として働く複合構造を形成する。
【００５８】
光が散乱構造体６まで伝播すると、光はこの構造と相互作用して、方向を変えられ、透明なガイド層の上面を介して装置の外へと出ていき、背面照明機能をもたらす。この散乱、及び／又は、反射、及び／又は、屈折構造体６は高反射性の白いインクドットでもよい。ドットの大きさ、及び／又は、ピッチの両方を散乱効果を微調整するために変えてよい。
【００５９】
図２において、ヒートシンク板８は基板２の下面に熱接着材料の離散部分９を介して接している。エアギャップ１０が熱接着材料の離散部分を利用して形成されている。更なる光反射構造体１１を基板２の下面又はヒートシンク板８の上面のいずれかに任意で導入してもよい。
【００６０】
光源の出力と光ガイド媒体との間にエアギャップが無いという事実の結果、透明なガイド層は装置の内部で光学的に光を結合する、より単純で強化された手段を提供する。
【００６１】
図３はバックライト・ユニット２５のイメージ図である。多数の側面発光ＬＥＤ２６（その全てには符号を付していない）が複数の行に配列されて示されている。ＬＥＤはまた列として提供されてもいる（９０度回転すればよい）。側面発光ＬＥＤは光２７をバックライトの平面中へ、かつ基板に対して実質的に平行に放射する。特にこの実施形態では、ＬＥＤは与えられた行において直接隣接したＬＥＤとは実質的に反対方向へと光を放射する。バックライトはそのような光源の配列を有し、又はそのような光源の配列からなり、又は本質的にそのような光源の配列からなる。与えられた行又は列において、ＬＥＤは実質的に直線上に並ぶように位置決めされてもよい。例えば、図３に示すように、一つ置きにＬＥＤが一本の直線上に並ぶように位置決めされてよく、これにより与えられた行又は列において実質的に平行な二本のＬＥＤの線を形成する。
【００６２】
図４は本発明におけるＬＥＤの好ましい配列の一つを図示したものである。多くの側面発光ＬＥＤ３０（その全てには符号を付していない）が行や列に配置され、バックライトにわたってＬＥＤのダイヤモンド状の配置又は列の繰り返しを形成している。ＬＥＤは光３１が同じ又は実質的に同じ方向へと、即ち全ての又は実質的に全てのＬＥＤがバックライトの平面内に向けて、かつ基板に対して実質的に平行に、放射されるように、ＬＥＤが配置されている。図４に示された実施形態において、ｘ座標とｙ座標が示されている。与えられた行（ｘ軸）におけるＬＥＤの中心点同士の間の距離は約２４ｍｍでよい。与えられた列（ｙ軸）におけるＬＥＤの中心点同士の間の距離は約２４ｍｍでよい。隣接する列の間のｘ軸方向の変位は約１２ｍｍである（これをｘＩで表す）。隣接する行の間のＬＥＤ間の距離は約１２ｍｍである（これをｙＩで表す）。この空間的関係はバックライトの全体にわたって、もしくは実質的に全体にわたって繰り返されてもよい。この空間的関係はより一般的にはｘＩ＝ｙＩ（または実質的に等しい）と表せる。この配置は多くの理由により特に都合がよい。例えば、厚さが約１０ｍｍかそれ以下のフルバックライトにおいて得られるような特に良好な輝度の均一性という利点がある。他の利点としては、熱負荷の効率的な拡散や、バックプレートの存在が目立たないこと、光ガイドの光路長を最小化する好ましい空間分布である（即ち光学損失が最小化される）こと、電気配線を容易にすることが含まれる。
【００６３】
図５は本発明におけるＬＥＤのさらに別の配列を図示したものである。多くの側面発光ＬＥＤ４０（その全てには符号を付していない）が行や列に配置され、バックライトにわたってＬＥＤの偏ったダイヤモンド状の配置又は列の繰り返しを形成している。全ての又は実質的に全てのＬＥＤがバックライトの平面内に向けて、かつ基板に対して実質的に平行に、光４１が放射されるように、ＬＥＤが配置されている。行同士で交互に逆の方向又は実質的に逆の方向へと光は向けられている。図５に示された実施形態において、ｘ座標とｙ座標が示されている。与えられた行（ｘ軸）におけるＬＥＤの中心点同士の間の距離は約２４ｍｍでよい。与えられた列（ｙ軸）におけるＬＥＤの中心点同士の間の距離は約２４ｍｍでよい。隣接する列の間のｘ軸方向の変位は約１０．５ｍｍ（これをｘIIで表す）と、約１３．５ｍｍ（これをｘIIIで表す）である。隣接する行の間のＬＥＤ間の距離は約１２ｍｍである（これをｙIIで表す）。この空間的関係はバックライトの全体にわたって、もしくは実質的に全体にわたって繰り返されてもよい。
【００６４】
図６は本発明におけるＬＥＤのさらに別の配列を図示したものである。多くの側面発光ＬＥＤ５０、５１（その全てには符号を付していない）が行や列に配置され、バックライトにわたってＬＥＤの配置又は列の繰り返しを形成している。全ての又は実質的に全てのＬＥＤがバックライトの平面内に向けて、かつ基板に対して実質的に平行に、光５２が放射されるように、ＬＥＤが配置されている。各ペアのＬＥＤで逆の方向又は実質的に逆の方向へと光は向けられている。図６に示された実施形態において、ｘ座標とｙ座標が示されている。与えられた行（ｘ軸）におけるペアの中心同士の間の距離は約４８ｍｍでよい。与えられた列（ｙ軸）におけるＬＥＤの中心点同士の間の距離は約２４ｍｍでよい。隣接する列のＬＥＤペアの間のｘ軸方向の変位は約１２ｍｍ（これをｘIVで表す）と、約３６ｍｍ（これをｘVで表す）である。隣接する行の間のＬＥＤ間の距離は約１２ｍｍである（これをｙIIIで表す）。この空間的関係はバックライトの全体にわたって、もしくは実質的に全体にわたって繰り返されてもよい。
【００６５】
図７は本発明におけるＬＥＤのさらに別の配列を図示したものである。多くの側面発光ＬＥＤ６０、６１（その全てには符号を付していない）が行や列に配置され、バックライトにわたってＬＥＤの配置又は列の繰り返しを形成している。この配置は図６に示されたものに似ている。しかし、ＬＥＤのペアはより規則的なダイヤモンド形状の繰り返しパターンに配置されている。全ての又は実質的に全てのＬＥＤがバックライトの平面内に向けて、かつ基板に対して実質的に平行に、光６２が放射されるように、ＬＥＤが配置されている。各ペアのＬＥＤで逆の方向又は実質的に逆の方向へと光は向けられている。図７に示された実施形態において、ｘ座標とｙ座標が示されている。与えられた行（ｘ軸）におけるペア間のもっとも長い距離は約４８ｍｍでよい。与えられた列（ｙ軸）におけるＬＥＤ間の距離は約２４ｍｍでよい。隣接する列のＬＥＤペアの間のｘ軸方向の変位は約２４ｍｍ（これをｘVIで表す）である。隣接する行の間のＬＥＤ間の距離は約１２ｍｍである（これをｙIVで表す）。この空間的関係はバックライトの全体にわたって、もしくは実質的に全体にわたって繰り返されてもよい。
【００６６】
実施例
（実施例１）
以下のように、本発明による装置を構築した。０．１２５ｍｍの厚さの透明ポリエステルのシートをベース基板として用いた。インクの白色ラインを含む散乱構造体をポリエステルフィルムの裏面の上に印刷した。使用されたインクは、商業的に入手可能な白色アクリルベースのＵＶ硬化ポリマーのスクリーン印刷可能インクであった。多数のＬＥＤ（Ｓｔａｎｌｅｙ  Ｔｗ１１４５ｌｓ−ｔｒ）を基板の上に取り付け、かつ、導電性インクトラック上に好適な電気的接続を与えるために、導電性トラック（銀粒子入り導電性エポキシ）及び導電性接着剤が、ポリエステルフィルムの反対（又は上）側に印刷された。キャビティ層構造体を用いて、ベース基板の周辺に約０．７ｍｍの深さのキャビティを形成した。次いで、キャビティをＵＶ硬化透明ポリマー（Ｄｙｍａｘ  ４−２０６８８）で充填し、よって、第１の光ガイド層が形成された。離間要素を第１の光ガイド層の上に位置決めし、固定して、散光器（Ｓｈｉｎ  Ｗｈａ  ９７％曇りフィルム）をこの離間要素の上に設置した。この散光器と光ガイド層との距離は９ｍｍであった。光ガイド層にも散光器にも結合しない光を組み合わせ、上方から観察したところ、ＬＥＤは視認できなかった。２ｍｍの厚さの薄いアルミニウムのヒートシンク板を熱接着材料の離散局在化部分を介して基板に固定した。抽出光より、良好な光の均一性が観測された。
【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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【国際調査報告】
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