JP2013062245A - 楕円形ベースセグメントを有する非対称鋸歯状エッジ導光フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、少なくとも１つの点光源を有するバックライトユニットのための平面導光フィルムを提供する。
【解決手段】当該導光フィルム１２が、前記点光源１４からの光を受け取るための光入力面、前記光入力面から受け取った光を方向変換するための光方向変換面、および少なくとも前記光方向変換面からの方向変換された光を出力するための光出力面を含む。前記光入力面が複合レンズ構造１６をさらに含み、前記複合レンズ構造１６が円形先端セグメント並びに第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントを有し、前記複合レンズ構造１６のそれぞれが光入力面に沿ってランダムに配置されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）バックライトユニットの導光フィルムに関し、より具体的には、導光フィルムを通って伝えられうる光の入射角を大きくするために、導光フィルムの入射面に彫り込まれた複数の溝を有するＬＥＤバックライトユニットの導光フィルムに関する。

典型的には、携帯型およびノートブック装置のための液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、一般的に、少なくとも１つの側面発光ダイオード（ＬＥＤ）をバックライトユニットの光源として使用する。このような側面ＬＥＤは、一般的には、ヤン（Ｙａｎｇ）への米国特許第７，３５０，９５８号の図１に示されるようなバックライトユニットに対して提供される。

図１を参照すると、バックライトユニット１０は基体１２上に配置された平面導光フィルム２０と、導光フィルム２０の側面における配列で配置された複数の側面ＬＥＤ３０（図１においては、側面ＬＥＤは１つだけ示されている）とを含む。ＬＥＤ３０から導光フィルム２０に入る光Ｌは、導光フィルム２０の底に位置する微小反射パターン２２および反射シート（示されていない）によって上方に反射され、そして導光フィルム２０から出て、導光フィルム２０上方のＬＣＤパネル４０へのバックライトを提供する。このようなバックライトユニット２０は、光がＬＥＤ３０から導光フィルム２０上に入射する場合に、図２に示されるような問題に悩まされている。

図２に示されるように、各ＬＥＤ３０から放射された光Ｌは、光Ｌが導光フィルム２０に入る場合にスネルの法則に従った媒質間での屈折率差のせいであらかじめ決定されている角度θで導光フィルム２０に向けて屈折させられる。言い換えると、光ＬがＬＥＤ３０からα１の光線角度で放射されるとしても、それはα１より小さいα２の入射角で導光フィルム２０に入射する。図３においては、光Ｌのこのような入射プロファイルが示される。よって、それぞれのＬＥＤ３０から導光フィルム２０に入る光Ｌの光線が一緒にされる一緒になった領域の長さ（ｌ）を増大させるという問題が存在する。さらに、導光フィルム２０の入射面上の長さ（ｌ）に対応する領域には「ホットスポット」とも称される明るいスポットＨと、暗いスポットＤとが交互に形成される。それぞれの明るいスポットＨはＬＥＤ３０に対面する位置に形成され、そして暗いスポットＤのそれぞれは明るいスポットＨの間に形成される。

交互に形成される明るいスポットおよび暗いスポットは導光フィルムには望ましくないので、それらは最小限にされるべきであり、かつ長さ（ｌ）はできるだけ短くされるべきである。この目的のために、導光フィルムに入る光の角度、すなわち光の入射角を大きくすることが必要である。

この目的のために、図４に示されるように導光フィルムの入力面上に突出を形成することが示唆されている。具体的には、複数の微小プリズム形状構造２４または円弧形状（ａｒｃ−ｓｈａｐｅｄ）構造（示されていない）が、導光フィルム２０Ａの光入力面上に形成され、そして光Ｌが、光源の焦点Ｆから放射された光の配向角α１に実質的に等しい入射角α３で導光フィルムに入る。よって、光源の焦点Ｆから放射された光線の配向角α１が同じである場合には、図２および３の場合よりも広い入射角α３で光Ｌが導光フィルムに入る。しかし、この解決策では、図４に示されるような隣り合ったプリズムまたは円弧形状構造物の壁によって光線が屈折させられる二次光コリメーション（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｇｈｔ ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）が存在する。隣り合ったプリズム構造の壁からの二次光コリメーションは光線を軸上に戻るように曲げ、図４に示されるような光源からの光のより少ない拡散を提供する。よって、入力面上の連続プリズムまたは円弧形状構造は光拡散能力を制限してきた。

米国特許第７，３５０，９５８号明細書

よって、バックライトシステムの効率を犠牲にすることなく、より均一な表面照明の導光フィルムを提供する改良された入力エッジ設計が必要とされる。

本発明は、少なくとも１つの点光源を有するバックライトユニットのための平面導光フィルムであって、前記導光フィルムが、前記点光源からの光を受け取るための光入力面、前記光入力面から受け取った光を方向変換するための光方向変換（ｌｉｇｈｔ ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ）面、少なくとも前記光方向変換面からの方向変換された光を出力するための光出力面を含み；前記光入力面が複合レンズ構造をさらに含み、前記複合レンズ構造が第１のおよび第２の円形先端セグメント並びに第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントを有し、各円形先端セグメントが第１の接触角を有し、各楕円形ベースセグメントが頂部および底部接触角を有し、前記楕円形ベースセグメントのこれら接触角が前記円形先端セグメントの接触角よりも大きく；
前記第１のおよび第２の円形先端セグメントが下記式：

をそれぞれ満たし、
前記第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントが下記式：

をそれぞれ満たし、並びに
前記複合レンズ構造のそれぞれが光入力面に沿ってランダムに配置されている、平面導光フィルムを提供する。

さらに、本発明は、少なくとも１つの点光源を有するバックライトユニットのための平面導光フィルムであって、前記導光フィルムが、前記点光源からの光を受け取るための光入力面、前記光入力面から受け取った光を方向変換するための光方向変換面、少なくとも前記光方向変換面からの方向変換された光を出力するための光出力面を含み；前記光入力面が複合レンズ構造をさらに含み、前記複合レンズ構造がその間にギャップを有し、前記レンズ構造が第１のおよび第２の円形先端セグメント並びに第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントを有し、各円形先端セグメントが第１の接触角を有し、各楕円形ベースセグメントが頂部および底部接触角を有し、前記楕円形ベースセグメントのこれら接触角が前記円形先端セグメントの接触角よりも大きく；
前記第１のおよび第２の円形先端セグメントが下記式：

をそれぞれ満たし、
前記第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントが下記式：

をそれぞれ満たし、並びに
前記複合レンズ構造のそれぞれが光入力面に沿ってランダムに配置されている、平面導光フィルムをさらに提供する。

さらに、本発明は、少なくとも１つの点光源を有するバックライトユニットのための平面導光フィルムであって、前記導光フィルムが、前記点光源からの光を受け取るための光入力面、前記光入力面から受け取った光を方向変換するための光方向変換面、少なくとも前記光方向変換面からの方向変換された光を出力するための光出力面を含み；前記光入力面が鋸歯状レンズ構造をさらに含み、前記鋸歯状レンズ構造が前記点光源が前記光入力面に入射する場所のみで提供され、前記レンズ構造が第１のおよび第２の円形先端セグメント並びに第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントを有し、各円形先端セグメントが第１の接触角を有し、前記第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントが頂部および底部接触角を有し、前記楕円形ベースセグメントの接触角が前記円形先端セグメントの接触角よりも大きく；
前記第１のおよび第２の円形先端セグメントが下記式：

をそれぞれ満たし、
前記第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントが下記式：

をそれぞれ満たし、並びに
前記点光源が前記光入力面に入射する場所のみで前記複合レンズ構造のそれぞれがランダムに配置されている、平面導光フィルムを提供する。

図１は従来のバックライトモジュールを説明する概略図を示す。 図２は従来の導光板の明／暗バンドの分布を説明する概略図を示す。 図３は従来の光拡散構造の一実施形態を説明する概略図を示す。 図４は従来の光拡散構造の別の実施形態を説明する概略図を示す。 図５ａおよび５ｂは、本発明の実施形態に従った導光フィルムを説明する概略図を示す。 図６ａ〜６ｃは、本発明の実施形態に従った複合レンズフィーチャの様々なセグメントを説明する概略図を示す。 図６ａ〜６ｃは、本発明の実施形態に従った複合レンズフィーチャの様々なセグメントを説明する概略図を示す。 図６ａ〜６ｃは、本発明の実施形態に従った複合レンズフィーチャの様々なセグメントを説明する概略図を示す。 図７ａおよび７ｂは、互いに隣り合うフィーチャ間にギャップを有する複合レンズフィーチャの光拡散能力を説明する概略図を示す。 図７ａおよび７ｂは、互いに隣り合うフィーチャ間にギャップを有する複合レンズフィーチャの光拡散能力を説明する概略図を示す。 図８は本発明の別の実施形態を示す。 図９は本発明の別の実施形態を示す。 図１０ａおよび１０ｂは、円形または円弧形状の入力フィーチャについての光入力面からの様々の距離での輝度強度を示す。 図１０ａおよび１０ｂは、円形または円弧形状の入力フィーチャについての光入力面からの様々な距離での輝度強度を示す。 図１１ａおよび１１ｂは、台形フィーチャまたは傾斜した側面を有するフィーチャについての、光入力面からの様々な距離での輝度強度を示す。 図１１ａおよび１１ｂは、台形フィーチャまたは傾斜した側面を有するフィーチャについての、光入力面からの様々な距離での輝度強度を示す。 図１２ａおよび１２ｂは、本発明のある実施形態に従った光入力面からの様々な距離での輝度強度を示す。 図１２ａおよび１２ｂは、本発明のある実施形態に従った光入力面からの様々な距離での輝度強度を示す。

本発明に従った導光フィルムは光出力面、光方向変換面、並びにこの光出力面と光方向変換面とを繋ぐ少なくとも１つの光入力面を含む。光入力面は複合レンズアレイからなる複数の凹状フィーチャを含む。光出力面に対して垂直な平坦面であるギャップによって、それぞれの複合レンズは隔てられている。複合レンズおよびギャップは光入力面に沿って配置されており、かつ出力面から光方向変換面に向かって伸びている。複合レンズのそれぞれは、第１の接触角をそれぞれが有する第１のおよび第２の円形先端セグメントを含む先端部分と、頂部および底部接触角をそれぞれが有する２つの傾斜した楕円形ベースセグメントを含むベース部分とからなる非対称な断面を有し、この楕円形ベースセグメント接触角は円形先端セグメント接触角よりも大きく、かつこの２つの円形先端セグメントのそれぞれについての接触角と、この２つの傾斜した楕円形ベースセグメントのそれぞれについての頂部および底部接触角とは等しくない。

上記実施形態に従って、複合レンズのこの幾何学的形状は比較的大きな光偏向距離を可能にし；すなわち、複合レンズ構造がより良好な光拡散能力を有する。よって、点光源とディスプレイのアクティブエリアとの間の距離が短くされることができ、そして輝度均一性を依然として許容可能にしつつ、点光源間の暗いスポットが最小限にされうる。円形先端セグメントは離散した光源、典型的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）の前の光を分配する。２つの傾斜した楕円形ベースセグメントはＬＥＤ間に光を分配する。この複合レンズ構造は２つの円形先端セグメントおよび２つの楕円形ベースセグメントから構成されるので、この構造がより少ないセグメントから構成される場合に達成可能であろうよりも、輝度プロファイルを微細に調節することの自由度の程度をより大きくする。この複合レンズ構造の非対称性はＬＥＤから入力された光を補正するのを助ける。さらに、入射光の伝播経路においてより大きな程度の偏向が達成されことができ、それにより光拡散効果を増大させうるように、それぞれの２つの隣り合う複合レンズ構造はその間にギャップまたは平らな部分を有することも必要である。米国特許第７，５２２，８０９号（ヤマシタら）に記載される、プリズムが入力面に対して垂直もしくは平行であるのではなく１５度の角度で切断されているバックライトシステムにおけるプリズム膜から生じる光指向性を克服するために、非対称フィーチャが全て同じ向きに整列させられている非対称構造とは違って、本発明においては、導光板への光の均一な分布を達成するために、光入力面にわたる非対称構造のランダムな分布が存在する。非対称構造のこのランダム配置は、液晶ディスプレイのパターンと整合している規則的なパターンによって作り出される表面的な欠陥を低減させるのも助ける。

図５ａおよび５ｂを参照すると、本発明の一実施形態に従った導光フィルムが示され、そこでは、少なくとも１つの点光源（例えば、図５ａに示されるＬＥＤ１４）から光を受け取りそして導くために平面導光フィルム１２が使用される。ＬＥＤ１４の隣の導光フィルム１２の側面は光入力面１２ａを形成する。光入力面１２ａと角をつくっている導光フィルム１２の上面は発光面１２ｂを形成し、発光面１２ｂの反対側の底面は光反射面１２ｃを形成する。光反射面１２ｃは複数の光反射構造を含んでなる。ＬＥＤ１４から放射された光は光入力面１２ａを介して導光フィルム１２に入り、そして導光フィルム１２内部を伝播する。次いで、それは光反射面１２ｃによって発光面１２ｂに向けて導かれ、そして最終的に発光面１２ｂを通って導光フィルム１２を出る。

さらに、複数の凹状複合レンズ構造１６は、光入力面１２ａのエッジにおいて鋸歯状（ｓｅｒｒａｔｅｄ）にされ、その長手方向が互いに平行であり、かつそれぞれの隣り合う複合レンズ構造１６間のギャップ（Ｇ）を有する。ここで、図６ａ、６ｂおよび６ｃを参照すると、ＬＥＤ１４に対面している複合レンズ構造１６の光入力面１２ａは、第１の円形先端セグメント１６ａおよび第２の円形先端セグメント１６ｄ、並びに２つの傾斜した楕円形ベースセグメント１６ｂおよび１６ｃをそれぞれ有する。凹状複合レンズ構造１６の円形先端セグメント１６ａおよび１６ｄは光入力面１２ａから最も遠いセグメントである。本発明の好ましい実施形態のための複合レンズフィーチャは、光入力面上に凹方向で配置されるが、この複合レンズは光入力面上に凸方向であっても良い。

長さＴ_１は楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部での接線の延長の交点と、第１の円形先端セグメント１６ａおよび第２の円形先端セグメント１６ｄの交点（ここで、Ｔ_１は光入力面１２ａに対して平行である）との間の距離である。長さＴ_２は楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部での接線の延長の交点と、第１の円形先端セグメント１６ａおよび第２の円形先端セグメント１６ｄの交点（ここで、Ｔ_２は光入力面１２ａに対して平行である）との間の距離である。第１の円形先端セグメント１６ａの幅Ｔ_３はｒ_１×ｓｉｎ（接触角Ａ_１）に等しく、ここでＴ_３は光入力面１２ａに対して平行である。第２の円形先端セグメント１６ｄの幅Ｔ_４はｒ_２×ｓｉｎ（接触角Ａ_２）に等しく、ここでＴ_４は光入力面１２ａに対して平行である。接触角Ａ_１は第１の円形先端セグメント１６ａの接触角であり、この角度は、第１の円形先端セグメント１６ａと第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部との交点での接線および光入力面１２ａによって形成される。接触角Ａ_１は好ましくは０．１度より大きくかつ８５度以下である。接触角Ａ_２は第２の円形先端セグメント１６ｄの接触角であり、この角度は、第２の円形先端セグメント１６ｄと第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部との交点での接線および光入力面１２ａによって形成される。接触角Ａ_２は好ましくは０．１度より大きくかつ８５度以下である。接触角Ａ_１は接触角Ａ_２と等しくない。ここで、図６ｂを参照すると、ギャップＧは互いに隣り合う複合レンズ間の距離である。好ましくは、ギャップＧはピッチＰの０．９倍以下である。線状複合レンズアレイ１６のピッチＰは、光入力エッジに沿った、ギャップＧ距離および複合レンズの幅、すなわち、幅Ｂ_３＋幅Ｂ_４を含む距離である。好ましくは、ピッチＰは５マイクロメートル以上でかつ１ミリメートル（ｍｍ）以下である。フィーチャの全高Ｈは光入力エッジから第１のおよび第２の円形先端セグメント１６ａおよび１６ｄの交点までで測定される。複合レンズの全高Ｈは３マイクロメートル以上でかつ１ミリメートル以下である。光入力面１２ａは１０ナノメートル〜２マイクロメートルの表面仕上げを有するであろう。凹状複合レンズ構造１６の表面仕上げはフィーチャ間のギャップＧ部分と同じであって良く、または異なっていてよい。

有利なことに、複合レンズ構造の円形先端は第１の円形先端セグメントおよび第２の円形先端セグメントを含む。第１の円形先端セグメント１６ａのＸＹ断面の形状は下記式（１）：

を満たし、この場合第１の円形先端セグメント１６ａは第１の半径ｒ_１を有する。第１の半径ｒ_１は、距離Ｔ_１をｔａｎ（接触角Ａ_１／２）で割った商として定義される。値ａ_１は（全高Ｈ）−（第１の円形先端セグメント１６ａの半径ｒ_１）として定義される。値ｘは光入力面の方向での値であって、好ましくは−ｒ_１×ｓｉｎ（Ａ_１）≦ｘ≦０の範囲内に設定される。値ｙ_１は光伝播方向での値である。

第２の円形先端セグメント１６ｄのＸＹ断面の形状は下記式（２）：

を満たし、この場合第２の円形先端セグメント１６ｄは第２の半径ｒ_２を有する。第２の半径ｒ_２は、距離Ｔ_２をｔａｎ（接触角Ａ_２／２）で割った商として定義される。値ａ_２は（全高Ｈ）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの半径ｒ_２）として定義される。値ｘは光入力面の方向での値であって、好ましくは０≦ｘ≦ｒ_２×ｓｉｎ（Ａ_２）の範囲内に設定される。値ｙ_２は光伝播方向での値である。

ここで、図６ｃを参照すると、複合レンズ構造は２つの傾斜した楕円形セグメント、すなわち、第１の楕円形ベースセグメント１６ｂおよび第２の楕円形ベースセグメント１６ｃも含む。それぞれの楕円形ベースセグメントは２つの接触角、頂部接触角および底部接触角を含む。第１の楕円形ベースセグメント１６ｂは頂部接触角Ａ_３１および底部接触角Ａ_３２を有する。第２の楕円形ベースセグメント１６ｃは頂部接触角Ａ_４１および底部接触角Ａ_４２を有する。頂部接触角Ａ_３１は、第１の円形先端セグメント１６ａと第１の楕円形ベースセグメント１６ｂとが交差する点での第１の楕円形ベースセグメント１６ｂに対する接線によって作られる。底部接触角Ａ_３２は第１の楕円形ベースセグメント１６ｂが光入力面１２ａに交差する点での第１の楕円形ベースセグメント１６ｂに対する接線によって作られる。頂部接触角Ａ_４１は、第２の円形先端セグメント１６ｄと第２の楕円形ベースセグメント１６ｃとが交差する点での第２の楕円形ベースセグメント１６ｃに対する接線によって作られる。底部接触角Ａ_４２は第２の楕円形ベースセグメント１６ｃが光入力面１２ａに交差する点での第２の楕円形ベースセグメント１６ｃに対する接線によって作られる。第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部接触角Ａ_３１と第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部接触角Ａ_４１とは等しくはない。第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部接触角Ａ_３２と第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部接触角Ａ_４２とは等しくはない。楕円形ベースセグメントのそれぞれの底部接触角はその対応する頂部接触角より大きい。２つの楕円形ベースセグメント１６ｂおよび１６ｃのそれぞれについての接触角のそれぞれは、円形先端セグメント１６ａおよび１６ｄの接触角よりも大きい。好ましくは、それぞれの楕円形ベースセグメントについての接触角（Ａ_３１、Ａ_３２、Ａ_４１、Ａ_４２）は０．１度以上であってかつ８５度以下である。

有利なことに、図６ｃに示されるような楕円形ベースセグメント１６ｂおよび１６ｃのＸＹ断面の形状は、それぞれ、下記式（３および４）：

を満たす。
ここで、

である。

よって、第１の楕円形ベースセグメント１６ｂは頂部接触角Ａ_３１および底部接触角Ａ_３２を有し、かつ第２の楕円形ベースセグメント１６ｃは頂部接触角Ａ_４１および底部接触角Ａ_４２を有する。図６ａ、６ｂおよび６ｃ、並びに式３を参照すると、第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３は、（複合レンズフィーチャ１６の全高Ｈ）−｛（円形先端セグメント１６ａの半径ｒ_１）×［１−（円形先端セグメント１６ａの接触角Ａ_１のコサイン）］｝である。複合レンズフィーチャ１６の全幅Ｂは（複合レンズアレイのピッチＰ）−（ギャップＧ距離）に等しい。好ましくは、ギャップＧは０より大きくかつピッチＰの０．９倍以下である。ピッチＰは、好ましくは、５マイクロメートル以上かつ１ミリメートル以下である。第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さはＨ_４は、（複合レンズフィーチャ１６の全高Ｈ）−｛（第２の円形先端セグメント１６ｄの半径ｒ_２）×［１−（第２の円形先端セグメント１６ｄの接触角Ａ_２のコサイン）］｝である。パラメータａ_３はパラメータａｂ_３×｛｛｛［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］×［２×（楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）＋［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）＋（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］］｝÷｛［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）＋（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］｝｝の平方根｝に等しい。

パラメータｂ_３は、パラメータａｂ_３×｛｛｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）×｛｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）×［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）＋（楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］｝＋２×（接触角Ａ_３１のタンジェント）×（接触角Ａ_３２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］｝｝÷［（接触角Ａ_３１のタンジェント）＋（接触角Ａ_３２のタンジェント）］｝の平方根｝に等しい。

パラメータａｂ_３は｛［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）＋（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］×｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）＋［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］］｝×｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）＋［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］］｝｝÷｛｛２×（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）＋［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）＋（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］｝×｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）×｛｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）×［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）＋（楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］｝＋２×（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）×（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］｝｝に等しい。

パラメータｃ_３は｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）×｛［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）×（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）］＋［（接触角Ａ_３２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）の二乗−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）の二乗］］｝＋［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）×（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）×（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］｝÷｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）×［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）＋２×（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］］＋［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）×（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］｝に等しい。パラメータｄ_３は｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）×｛（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）＋（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの全幅Ｔ_３）］｝｝÷｛２×（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの高さＨ_３）＋［（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの頂部の接触角Ａ_３１のタンジェント）＋（第１の楕円形ベースセグメント１６ｂの底部の接触角Ａ_３２のタンジェント）］×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（円形先端セグメント１６ａの幅Ｔ_３）］｝に等しい。

座標ｘは入力エッジの方向の値、またはより具体的には複合レンズフィーチャ１６の全幅の方向の値であり、および好ましくは、第１の楕円形ベースセグメント１６ｂについては−Ｂ_３≦ｘ≦−Ｔ_３の範囲内に設定される。座標ｙ_３は光伝播方向の値である。

ここで、図６ａおよび６ｃ、並びに式４を参照すると、第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４は（複合レンズフィーチャ１６の全高Ｈ）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの半径ｒ_２）×［１−（第２の円形先端セグメント１６ｄの接触角Ａ_２のコサイン）］に等しい。複合レンズフィーチャ１６の全幅Ｂは（複合レンズアレイのピッチＰ）−（ギャップＧ距離）に等しい。好ましくは、ギャップＧは０より大きくかつピッチＰの０．９倍以下である。

パラメータａ_４はパラメータａｂ_４×｛｛｛［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］×［２×（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）＋［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）＋（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］］｝÷｛［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）＋（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］｝｝の平方根｝に等しい。

パラメータｂ_４は、パラメータａｂ_４×｛｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）×｛｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）×［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）＋（楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］｝＋２×（接触角Ａ_４１のタンジェント）×（接触角Ａ_４２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］｝÷｛［（接触角Ａ_４１のタンジェント）＋（接触角Ａ_４２のタンジェント）］｝｝の平方根｝に等しい。

パラメータａｂ_４は｛［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）＋（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］×｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）＋［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］］｝×｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）＋［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］］｝｝÷｛｛２×（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）＋［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）＋（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの幅Ｔ_４）］｝×｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）×｛［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）＋（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］＋２×（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）×（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_３）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］｝｝に等しい。

パラメータｃ_４は｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）×｛［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）×（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）］＋［（接触角Ａ_４２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）の二乗−（第２の円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）の二乗］］｝＋［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）×（円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）×（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］｝÷｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）×［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）＋２×（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］］＋［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）×（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］｝に等しい。パラメータｄ_４は｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）×｛（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）＋（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］｝｝÷｛２×（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの高さＨ_４）＋［（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの頂部の接触角Ａ_４１のタンジェント）＋（第２の楕円形ベースセグメント１６ｃの底部の接触角Ａ_４２のタンジェント）］×［（複合レンズフィーチャ１６の幅Ｂ_４）−（第２の円形先端セグメント１６ｄの全幅Ｔ_４）］｝に等しい。

座標ｘは入力エッジの方向の値、またはより具体的には複合レンズフィーチャ１６の全幅の方向の値であり、および好ましくは、第２の楕円形ベースセグメント１６ｃについてはＴ_４≦ｘ≦Ｂ_４の範囲内に設定される。座標ｙ_４は光伝播方向の値である。

複合レンズフィーチャについての接触角は、Ａ_１≠Ａ_２、Ａ_３１≠Ａ_４１、Ａ_３２≠Ａ_４２、およびＡ_１≦Ａ_３１、Ａ_３１≦Ａ_３２、Ａ_２≦Ａ_４１、Ａ_４１≦Ａ_４２、であると説明されうる。好ましくは、接触角Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３１、Ａ_３２、Ａ_４１、Ａ_４２≦８５度である。

図７ａは、隣り合う複合レンズ間のギャップＧが存在しないように接触する様式で、個々の複合レンズフィーチャが光入力面１２ａ上に配置される場合に光線に対して何が起こるかを説明する、本発明のシングル複合レンズフィーチャ１６のアレイについてのレイ トレーシング（ｒａｙ ｔｒａｃｉｎｇ）である。図７ｂは同様のレイ トレーシングであるが、この場合には個々の複合レンズフィーチャは隣り合うフィーチャ間でギャップＧによって隔てられている。ギャップＧは好ましくは、０．９Ｐ以下であり、ここでＰは（図６ｂにおいて示されるように）入力面１２ａ上の複合レンズフィーチャのピッチである。図７ａにおいては、複合レンズフィーチャが入力面に沿って互いに隣り合う場合に、光線のいくつかは、それが隣のフィーチャの側面に到達する際に光線が屈折させられるような二次光コリメーションを受けるであろう。この二次光コリメーションは複合レンズフィーチャ１６の拡散能力を損ねる。図７ｂにおいては、複合レンズフィーチャはギャップＧによって隔てられる。このギャップは光線が拡散様式で持続するのを可能にし、よって光が導光フィルムを伝播する角度を広くすることを可能にする。フィーチャ間のギャップが複合レンズフィーチャ設計中に組み込まれる場合には、最小限の二次光コリメーションが存在する。このようにして、より広い角度の光は導光フィルムの入力面に沿ったホットスポットを緩和するのを助ける。

ここで、図８を参照すると、図８における導光フィルム１２は、入力面１２ａ全体に沿って配置されていない複合レンズフィーチャ１６を示す。その代わりに、複合レンズフィーチャ１６は、ＬＥＤ１４光が入射する領域において、光入力面１２ａに沿って配置される。光入力面上のパターン形成されていない領域は、この領域において最小限の光線しか有さないので、このシステムの輝度均一性は最小限の影響しか受けない。

ここで、図９を参照すると、導光フィルム１２はランダムな分布の複合レンズフィーチャ１６が存在するセクションを示す。この分布は複合レンズフィーチャ１６の頂部接触角よりも大きくてよいか、またはその頂部接触角よりも小さくてよいベース接触角を含むことができる。

図１０ａは、円弧形状または円形構造３６を有する導光フィルム３０の光入力面３２の一部分を示す。図１０ｂのグラフは、光入力面３２から３．５ｍｍ、４．５ｍｍおよび５．５ｍｍの距離での導光フィルム３０の光強度を示す。図１０ｂは、光入力面からの距離が大きくなるにつれて、局在化した光強度は減少するが、５．５ｍｍで幾分かの明白なホットスポットが依然として存在することを示す。この円弧形状または円形構造解決策は、ホットスポットについて幾分かの改良を提供するが、入射角を幅広にするよりもＬＥＤに沿ってラインで光をコリメートするのにより効果的である。このことは、図１０ｂのグラフにおいて明白である。図１０ｂにおいては、ＬＥＤは垂直破線のそれぞれの位置に配置されており、そして光の分布は導光フィルムに向かって５．５ｍｍの場所で依然として安定していない。図１０ｂのグラフから、この円弧形状または円形解決策は不充分な拡散能力しか有していないことが明らかである。

図１１ａは平坦な傾斜した側面４６を有する複合レンズ構造を有する導光フィルム４０の光入力面４２の一部分を示す。この結果は台形形状の光入力構造にも当てはまるであろう。図１１ｂにおけるグラフは、光入力面４２から３．５ｍｍ、４．５ｍｍおよび５．５ｍｍの距離での導光フィルム４０の光強度を示す。図１１ｂは、ＬＥＤのすぐ前の領域において、局在化した光強度は実際に反転し、結果としてＬＥＤのすぐ前に暗スポットを生じさせることを示す。ＬＥＤのすぐ前の全体的な光強度の損失は、直線的な傾斜した壁は、光を先端よりも容易に側面を通して拡散させるという事実のせいである。入力面４２からのよりが遠くなるとしても、導光フィルムを横切る光強度プロファイルの形状は有意に変化しないことにも留意されたい。

図１２ａは、本発明の複合レンズフィーチャ５６を有する導光フィルム５０の光入力面５２の一部分を示す。この複合レンズフィーチャは円形先端セグメントおよび２つの傾斜した楕円形ベースセグメントを利用する。この２つの傾斜した楕円形ベースセグメントのそれぞれについての頂部および底部接触角は等しい。この２つの傾斜した楕円形ベースセグメントのそれぞれについての頂部および底部接触角は、円形先端セグメントの接触角よりも大きい。円形先端セグメントはＬＥＤのすぐ前の領域において光を分配する。この２つの傾斜した楕円形ベースセグメントはＬＥＤ間に光を分配する。複合体レンズ構造の非対称性はＬＥＤから入力された光を補正するのを助ける。図１２ｂのグラフは、本発明の複合レンズ５６は、入力面５２から３．５ｍｍ、４．５ｍｍおよび５．５ｍｍの距離で導光フィルムを横切って均一な光出力を生じさせることを示す。

よって、非対称な光方向変換フィーチャを用いて改良された導光フィルムが提供され、光入力効率を犠牲にすることなく、光出力均一性を向上させる。すなわち、複合レンズ構造１６を有する向上した導光フィルム１２は、光取り出し面および光反射面（上面および底面）に対して平行な面において増大した光拡散を提供し、離散した光源間でのより大きな光再分配（鋸歯状でない入力エッジの限界角（ｃｒｉｔｉｃａｌ ａｎｇｌｅ）の外側に光を向かわせること）を可能にし、その結果光出力均一性が向上される。さらに、光取りだし面および光反射面（上面および底面）に対して垂直な面における光分布が最小限にされ、その結果、入力された移動する光について全内部反射の条件が最小限にされる。

１０ バックライトユニット
１２ 平面導光フィルム
１６ 複合レンズ構造
１６ａ 円形先端セグメント
１６ｂ、１６ｃ 楕円形ベースセグメント
２１ａ 光入力面
１２ｂ 発光面
１２ｃ 光反射面
１４ ＬＥＤ
２１ 基体
２０、２０Ａ 導光フィルム
２２ 微小反射パターン
２４ 微小プリズム形状構造物
３０ 側面ＬＥＤ
３０、４０、５０ 導光フィルム
３２、４２、５２ 光入力面
３６ 円弧形状または円形構造
４６ 平坦な傾斜した側面
４０ ＬＣＤパネル
５６ 複合レンズ

Claims (14)

1. 少なくとも１つの点光源を有するバックライトユニットのための平面導光フィルムであって、
   前記導光フィルムが、前記点光源からの光を受け取るための光入力面、前記光入力面から受け取った光を方向変換するための光方向変換面、少なくとも前記光方向変換面からの方向変換された光を出力するための光出力面を含み；
   前記光入力面が複合レンズ構造をさらに含み、前記複合レンズ構造が第１のおよび第２の円形先端セグメント並びに第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントを有し、各前記円形先端セグメントが第１の接触角を有し、各前記楕円形ベースセグメントが頂部および底部接触角を有し、前記楕円形ベースセグメントの前記接触角が前記円形先端セグメントの前記接触角よりも大きく、前記円形先端セグメントと楕円形ベースセグメントとの前記接触角が互いに等しくはなく；
   前記第１のおよび第２の円形先端セグメントが下記式：
   

   

   

   をそれぞれ満たし、
   前記第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントが下記式：
   

   

   

   をそれぞれ満たし、並びに
   前記複合レンズ構造のそれぞれが前記光入力面に沿ってランダムに配置されている、平面導光フィルム。
2. 前記複合レンズ構造が、５マイクロメートル以上かつ１ミリメートル以下のピッチＰを有する、請求項１に記載の平面導光フィルム。
3. 前記複合レンズ構造が、前記ピッチＰの０．９倍以下のギャップＧを有する、請求項２に記載の平面導光フィルム。
4. 前記複合レンズ構造が、３マイクロメートルより大きくかつ１ミリメートル以下の全高Ｈを有する、請求項１に記載の平面導光フィルム。
5. 前記複合レンズ構造の前記円形先端セグメントが０．１度より大きくかつ８５度以下の接触角Ａ_１を有する、請求項１に記載の平面導光フィルム。
6. 前記複合レンズ構造の前記第２の円形先端セグメントが０．１度より大きくかつ８５度以下の接触角Ａ_２を有する、請求項１に記載の平面導光フィルム。
7. 前記複合レンズ構造の接触角Ａ_１およびＡ_２が同じでない、請求項１に記載の平面導光フィルム。
8. 前記複合レンズ構造がさらに接触角Ａ_３１、Ａ_４１、Ａ_３２およびＡ_４２をさらに有し、Ａ_３１≠Ａ_４１、Ａ_３２≠Ａ_４２、およびＡ_１≦Ａ_３１、Ａ_３１≦Ａ_３２、Ａ_２≦Ａ_４１、Ａ_４１≦Ａ_４２である、請求項５〜７のいずれか１項に記載の平面導光フィルム。
9. 少なくとも１つの点光源を有するバックライトユニットのための平面導光フィルムであって、
   前記導光フィルムが、前記点光源からの光を受け取るための光入力面、前記光入力面から受け取った光を方向変換するための光方向変換面、少なくとも前記光方向変換面からの方向変換された光を出力するための光出力面を含み；
   前記光入力面が複合レンズ構造をさらに含み、前記複合レンズ構造がその間にギャップを有し、前記レンズ構造が第１のおよび第２の円形先端セグメント並びに第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントを有し、各前記円形先端セグメントが第１の接触角を有し、各前記楕円形ベースセグメントが頂部および底部接触角を有し、前記楕円形ベースセグメントの前記接触角が前記円形先端セグメントの前記接触角よりも大きく、前記円形先端セグメントと楕円形ベースセグメントとの前記接触角が互いに等しくはなく；
   前記第１のおよび第２の円形先端セグメントが下記式：
   

   

   

   をそれぞれ満たし、
   前記第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントが下記式：
   

   

   

   をそれぞれ満たし、並びに
   前記複合レンズ構造のそれぞれが光入力面に沿ってランダムに配置されている、平面導光フィルム。
10. 前記複合レンズ構造の前記円形先端セグメントが０．１度より大きくかつ８５度以下の接触角Ａ_１を有する、請求項９に記載の平面導光フィルム。
11. 前記複合レンズ構造の前記第２の円形先端セグメントが０．１度より大きくかつ８５度以下の接触角Ａ_２を有する、請求項９に記載の平面導光フィルム。
12. 前記複合レンズ構造の接触角Ａ_１およびＡ_２が同じでない、請求項９に記載の平面導光フィルム。
13. 前記複合レンズ構造が接触角Ａ_３１、Ａ_４１、Ａ_３２、およびＡ_４２をさらに有し、Ａ_３１≠Ａ_４１、Ａ_３２≠Ａ_４２、およびＡ_１≦Ａ_３１、Ａ_３１≦Ａ_３２、Ａ_２≦Ａ_４１、Ａ_４１≦Ａ_４２、である、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の平面導光フィルム。
14. 少なくとも１つの点光源を有するバックライトユニットのための平面導光フィルムであって、
    前記導光フィルムが、前記点光源からの光を受け取るための光入力面、前記光入力面から受け取った光を方向変換するための光方向変換面、少なくとも前記光方向変換面からの方向変換された光を出力するための光出力面を含み；
    前記光入力面が鋸歯状レンズ構造をさらに含み、前記鋸歯状レンズ構造が前記点光源が前記光入力面に入射する場所のみで提供され、前記レンズ構造が第１のおよび第２の円形先端セグメント並びに第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントを有し、各前記円形先端セグメントが第１の接触角を有し、各前記楕円形ベースセグメントが頂部および底部接触角を有し、前記楕円形ベースセグメントの前記接触角が前記円形先端セグメントの前記接触角よりも大きく、前記円形先端セグメントと楕円形ベースセグメントとの前記接触角が互いに等しくはなく；
    前記第１のおよび第２の円形先端セグメントが下記式：
    

    

    

    をそれぞれ満たし、
    前記第１のおよび第２の楕円形ベースセグメントが下記式：
    

    

    

    をそれぞれ満たし、並びに
    前記点光源が前記光入力面に入射する場所のみで前記複合レンズ構造のそれぞれがランダムに配置されている、平面導光フィルム。

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