JP2013258147A - 導光板及び当該導光板を用いたバックライトモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、導光板及び当該導光板を用いたバックライトモジュールに関する。
【解決手段】 底面、入射面、及び、前記底面上に分配されて前記入射面に沿って延びる複数の導光構造を有する導光板が供される。前記導光構造は、底部、上部、互いに対向して設けられる第1傾斜面と第2傾斜面を含む台形形状を有する。前記第1傾斜面と第2傾斜面のいずれも前記底部と上部に接続する。前記導光構造の底部は、当該導光板の底面から突出している。あるいはその代わりに、パターンを有する構造が、隣接する導光構造間に形成され、かつ、当該導光板の底面に対して凹んでいる。バックライトモジュールは、上述の導光板及び該導光板の横に設けられる少なくとも1つの光源を含む。
【選択図】 図3A

Description

本発明は概して、導光板及び当該導光板を用いたバックライトモジュールに関する。より詳細には本発明は、放出方向の制御と光取り出し効率の向上が可能なエッジライト型導光板、及び、当該導光板を用いたバックライトモジュールの設計に関する。

成熟した技術を有する液晶表示装置は、市場でも最も広く散見される。液晶表示装置の主要部品である液晶パネルは、低消費電力、軽量、及びスリムという利点を有する。液晶パネル自体は、自発光ではないので、像を表示する均一な面光源を備えるバックライトモジュールによって補助されなければならない。バックライトモジュールは、光源の入射位置に従って、直下型とエッジライト型に分類されうる。直下型バックライトモジュールでは、光源は液晶パネルの下に設けられる。エッジライト型バックライトモジュールでは、光源は導光板の横に設けられる。

図1Aは、エッジライト型バックライトモジュールを備える液晶表示装置の概略図を表している。図1Aでは、液晶表示装置1は主として、液晶パネル11及び該液晶パネル11の下に設けられるバックライトモジュール13を有する。液晶パネル11（上部も底部のいずれも偏光器を有する）は、上部基板112、底部基板114、及び上部基板112と底部基板114との間に設けられた液晶層113を有する。バックライトモジュール13は、導光板(LGP)131、該導光板131の横に設けられた光源（たとえば複数の点光源LEDを有する光バー又はCCFL）132、前記導光板131の上に設けられる複数の層からなる光学膜135、及び、前記導光板131の下に設けられる反射シート137を有する。導光板131は主として、導光板131へ横方向から入射する光を、液晶パネル11から放出されるように導光する。光学膜135は主として、光が液晶パネルに到達する前に、点光源又は線光源を面光源にすることで、全体として均一な発光を実現し得る。フラットディスプレイのバックライトモジュールにおいて用いられる輝度向上フィルム（たとえば光学膜135のような）は通常、拡散シート135a、プリズムシート135b、及び、反射型二重輝度向上フィルム(DBEF)135cを有する。特許文献1は、従来のLCDが液晶ディスプレイパネル及び該液晶ディスプレイパネルの下に位置するバックライトユニットを有することについて記載している。バックライトユニットは、光源、該光源と液晶ディスプレイパネルとの間に設けられる光学膜、及び、前記光源の下に位置する反射シートを有する。前記光学膜は、拡散シート、プリズムシート、及び、拡散板を有する。従って液晶ディスプレイパネルは、強度が均一の光を受け取ることができる。光の収集及び均一な分配を可能にする他の輝度向上膜−たとえばマイクロレンズ輝度向上膜又はレンチキュラーレンズ膜−は、特定の光学上の考慮事項を満足するため、様々な変化型と数量の組み合わせて用いられて良い。

図1Bを参照すると、一般的に知られた光を導光する導光板の概略図が示されている。導光板131は、印刷されたドットパターン1312へ衝突する光を散乱させて、光の伝播方向を変化させる。特許文献2は、拡散機能を有するように乳白色インク又は塗装を印刷することによって生成されるパターン6を有する光透過部材（つまり導光板）の例を開示している。しかしそのような実装の光の伝播方向への制御は制限される。

米国特許第6970226号明細書 米国特許第5134549号明細書

既存のエッジライト型バックライトモジュールの設計は大抵、光の反復的散乱すなわち再循環によって放出角を調節することで、その光を所望の角度及び方向に導光し得る。光の屈折及び反射の再循環過程中、光はLCDの前方視野角に導光されるが、同時に光の出力は連続的に消費される。広く用いられているBEFでは、法線方向に放出される光の40%未満及び所望の放出角（つまり導光板から飛び出すことのできる角度）と一致しない光の50%超が、戻されるように反射されて再循環される。たとえばBEFによる光の50%超の再循環、印刷されたドットパターンによる光の散乱、及び、拡散シートによる光の放出角の増大といった方法はすべて、光出力の損失を引き起こす。従って光の取り出し効率は、これらの因子の発生を減少させることによって増大させることができる。

本発明は、導光板及び当該導光板を用いたバックライトモジュールに関する。導光構造を備えるエッジライト型導光板の設計によって、放出方向が制御され、かつ、前記バックライトモジュールの光取り出し効率は向上する。本発明の導光板を用いることによって、輝度向上膜の数を減らすことができるし、又は省略することさえ可能となりうる。

底面、入射面、及び、前記底面上に分配されて前記入射面に沿って延びる複数の導光構造を有する導光板が供される。前記導光構造は、底部、上部、互いに対向して設けられる第1傾斜面と第2傾斜面を含む台形形状を有する。前記第1傾斜面と第2傾斜面の各々は、前記底部と上部に接続する。前記導光構造の底部は、当該導光板の底面から突出している。あるいはその代わりに、パターンを有する構造が、隣接する導光構造間に形成され、かつ、当該導光板の底面に対して凹んでいる。

本発明の他の実施例によると、上述の導光板及び該導光板の横に設けられる少なくとも1つの光源を含むバックライトモジュールが供される。

本発明の上記及び他の態様は、好適だが限定ではない（複数の）実施例についての以降の詳細な説明を参照することで、より良好に理解される。以降の説明は、添付図面を参照しながら行われる。

エッジライト型バックライトモジュールを備える液晶表示装置の概略図を表している。 光を同行する一般的に既知の導光板の概略図を表している。 本発明の実施例に係るバックライトモジュールの導光板と光源の概略図を表している。 本発明の実施例に係るバックライトモジュールの他の導光板と光源の概略図を表している。 本発明の実施例に係る導光板の第1導光構造の概略図を表している。 本発明の実施例に係る導光板の第2導光構造の概略図を表している。 本発明の実施例に係る導光板の第3導光構造の概略図を表している。 本発明の実施例に係る導光板の第4導光構造の概略図を表している。 本発明の実施例に係る導光板の第5導光構造の概略図を表している。 本発明の実施例に係る導光板の第6導光構造の概略図を表している。 本発明の実施例に係る導光板の第7導光構造の概略図を表している。 本発明の実施例に係る導光板の部分概略図を表している。 本発明の実施例に係る他の導光板の部分概略図を表している。 本発明の実施例に係る他の導光板の部分概略図を表している。 本発明の実施例に係る他の導光板の部分概略図を表している。 導光構造の底部と傾斜面に衝突する光の2回反射から生成される-27°〜27°の範囲の放出角の概略図を表している。 導光構造のH/L比が0.05に等しい光の主要な分布範囲を示している。ここで第2構造φは、-45°と45°の放出角に従って決定される。 導光構造のH/L比が0.05に等しい光の主要な分布範囲を示している。ここで第2構造φは、0°と-20°の放出角に従って決定される。 導光構造の構造角φとφ’がそれぞれ57°と45°に等しい再循環された光の実際の分布を示している。

放出方向の制御と光の利用率の向上を可能にするエッジライト型導光板及び当該導光板を用いるバックライトモジュールが、本発明の実施例において開示されている。本発明の実施例において開示される導光構造によると、導光板へ入射する光路が調節及び制御される。それにより導光板の前面から光を放出することを可能にする輝度向上膜の数を減少させる、又は省略することさえ可能になる。既存の設計は、光を出力するのに3〜4枚の輝度向上膜を必要とする。

以降の詳細な説明及び添付図面によって本発明の多数の実施例が開示される。本発明の実施例において開示されている構造の詳細は、詳細な説明を目的とするに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではないことに留意して欲しい。しかも添付図面は、本発明の技術的特徴を強調するために簡略化されている。図中で用いられているサイズ及び比は、実際の製品の寸法に基づいておらず、本発明の保護範囲を限定するものではない。

図2Aを参照すると、本発明の実施例の導光板と光源の概略図が示されている。図2Aに図示されているように、導光板23が、光源21（たとえば複数の点光源LEDを有する光バー又はCCFL）の横に設けられている。導光板23は、放出面23a、底面23b、及び入射面23cを有する。導光板23は、底面23b上で分配されて入射面23c（つまりX軸）に沿って延びる複数の導光構造23gを有する。一の実施例では、導光構造23gは台形形状を有する。光源21から放出される光が、入射面23を介して導光板23へ入射した後、その光は、導光構造23gの台形形状を介して2回散乱を受ける。2回散乱が起こることで、光路の調節及び制御、並びに、光の取り出し効率の向上が容易になる。

図2Bは、本発明の実施例に係るバックライトモジュールの他の導光板と光源の概略図を表している。図2Aと比較すると、複数のレンチキュラー構造−たとえばレンチキュラーレンズ25−が、図2Bの（放出面23a上の）導光板23の上方に形成され、かつ、導光構造23gが延びる方向に対して垂直な方向（つまりy方向）に延びる。レンチキュラーレンズ25は、光を方向L2ではなくL1に伝播させるように、その光の伝播方向を制限するように構成される。導光板23内での光の伝播はレンチキュラーレンズ25に対して平行のままである。それにより光の方向は構造設計の理想値に近づき、かつ、光の効率は向上する。レンチキュラーレンズ25を除いて、導光板23上方の構造は、如何なる特定の制約にも服さず、かつ、V字形状の溝を備える面又は構造の表面によって実現されて良い。

以下の実施例は、台形形状を有する導光構造によって例示される。詳細な説明は添付図面と共に与えられる。導光構造は、底部、上部、及び、第1傾斜面と第2傾斜面を有する。前記第1傾斜面と第2傾斜面は、互いに対向して、それぞれ前記底部及び上部に接続される。導光構造の底部は様々な種類の実装形態を有する。たとえば導光構造の底部は、導光構造の底面から突出して良いし（図3A〜図3C）、又は、導光板の底面によって形成されても良い（図4A〜図4C）。つまり台形又は三角形の形状を有する凹んだパターンを有する構造が、隣接する導光構造の間に形成される（図4A〜図4C）。

図3Aは、本発明の実施例に係る導光板の第1導光構造の概略図を表している。図の方向はYZ軸によって生成される。光源31の横に設けられる導光板32は、該導光板32の底面32b上に分配される複数の導光構造32gを有する。導光構造32gは台形形状を有する。導光構造32gは、底部321、上部323、及び互いに対向して設けられる第1傾斜面325と第2傾斜面326を有する。第1傾斜面325と第2傾斜面326の各々は、底部321と上部323と接続する。第2傾斜面326は、第1傾斜面325よりも光源31から離れている。本実施例では、導光構造は、導光板32の底面32bから突出している。よって上部323は、導光板32の底面32bに接続される。

導光構造32gの深さHは、底部321から上部323までの垂直方向の距離として定義される。上部323は、光の伝播方向（y方向）に沿った長さLを有する。第1構造角φ’と第2構造角φはそれぞれ、第1傾斜面325の外角及び第2傾斜面326の外角として定義される。本実施例では、主なパラメータは、H,L,φを含み、参照パラメータは、光源31の入射角θ、導光板32の構造反射角θ_r、構造入射角θ_i、及び放出角θ_oを含む。台形形状と傾斜面構造（つまり第2傾斜面326）を有する底部321を介して、入射光は2回の反射を受けうる。たとえば光が、導光構造32gに入射して、底部321と第2傾斜面326で2回の反射を受けた後、その光は2回反射されて、液晶パネルへ向かって出力される。主要設計パラメータの最適化によって、放出角θ_oは、所望の角度に近くなる（たとえば垂直に近くなる）。放出角θ_oは、主要パラメータの最適化によって、第2導光板32の放出面32aに対して略直交することが好ましいが、それに限定される訳ではない。

本発明の実施例では、導光板32の導光面上での第2構造角φは同一であっても異なっていても良く、かつ、導光板32の導光面上での第1構造角φ’は同一であっても異なっていても良い。

傾斜面構造によって2回反射を受けない光は、次の導光構造に衝突して、2回反射を受けて、導光板32の放出面32aに対して略垂直な放出角を実現するまで、入射角に対して平行な方向に沿って導光板32内を伝播する。

同一の設計パラメータを有して導光板32上で分配される導光構造を設計する必要はない。たとえば様々な導光構造は、同一のH/Lを有しても良いし、又はそれぞれ異なるH/Lを有しても良い。図3Bは、本発明の実施例に係る導光板の第2導光構造の概略図を表している。H/L比又は第2構造角φは、光の均一性又は取り出し角度を調節するため、導光構造から光源31までの距離、又は、導光板32のサイズに従って調節されて良い。図3Bに図示されているように、入射面は、光を取り出すため、より大きな角度を有する。本実施例では、入射面に近い導光構造32g-1は、光の取り出し効率を制御する第2構造角φと共に、より大きなH/L比を採用して良い。入射面から離れた導光構造32g-2は、より小さなH/Lを採用して良い（パラメータLは同一で、H’<Hである）。あるいはその代わりに、光源が小さな入射角θを有するとき、光の取り出し効率を向上させるため、様々なH/L比が用いられて良い。

しかも導光構造の変形型が採用されても良い。たとえば導光構造の傾斜面が少なくとも1つのステップ又は他のステップ状の変化型を有するように複数の台形を有する構造が導光構造に導入されても良い。導光構造は、小さな入射角での光出力の取り出し、及び、導光構造のサイズと密度の簡便な製造又は調節を容易にするため、上から見て円筒形又は多数の円筒形となるように実現されて良い。

図3Cは、本発明の実施例に係る導光板の第3導光構造の概略図を表している。導光構造35は、第1傾斜面355、第2傾斜面356、第2底部357、及び第3傾斜面358を有する。図3Cの係る設計によると、導光構造は、2回反射を発生させる2つのユニットを有する。第1ユニットは、第1深さh1を有し、かつ、第1傾斜面355と第2傾斜面356で構成される。第2ユニットは、第2深さh2を有し、かつ、第2底部357と第3傾斜面358で構成される。光は、第1底部351と第2傾斜面356を介して又は第2底部357と第3傾斜面358を介して2回反射を受ける。ここでH=h1+h2である（h1は第1深さを表し、h2は第2深さを表す）。

上述の実施例で開示されているように導光構造が、導光板の底面から突出している実装とは別に、他の実装を実現する修正型及び変化型が考えられて良い。他の実装によると、台形形状を有する導光構造は、前面から2回の反射を介して出力されるように光を導光する導光板の底面上に設けられる複数の凹んだパターン（台形又は三角形の形状）によって生成される。2つの実装は、同様の原理に基づき、かつ、光の伝播方向の制御及び光の取り出し効率の向上において同様の効果を実現する。

図4Aは、本発明の実施例に係る導光板の第4導光構造の概略図を表している。図3A〜図3Cに図示された光を導光する台形形状を有する突出構造を用いる実装と比較して、図4Aの導光構造42gは、導光板42の底面上に凹んだパターン45を作成することにより生成される台形形状を有する。図4Aに図示されているように、凹んだパターン45は台形形状を有し、かつ、複数の導光構造42gは、光源41の横の導光板42の底面上に形成される。導光構造42gは、台形形状を有し、かつ、底部421、上部423、及び互いに対向して設けられる第1傾斜面425と第2傾斜面426を有する。第1傾斜面425と第2傾斜面426の各々は、底部421と上部423に接続する。第2傾斜面426は、第1傾斜面425よりも光源41から離れている。導光構造42gの深さHは、底部421から上部432までの垂直方向の距離として定義される。上部423は、光の伝播方向（y方向）に沿った長さLを有する。第1構造角φ’と第2構造角φはそれぞれ、第1傾斜面425の外角及び第2傾斜面426の外角として定義される。加えて参照パラメータは、光源41の放出角θ、導光板42の構造反射角θ_r、構造入射角θ_i、及び放出角θ_oを含む。入射光が、導光構造42gに入射して、底部421と傾斜面構造（第2傾斜面426）で反射を受けた後、その光は導光構造42g で2回反射されて、その後液晶パネルへ向かって出力される。主要設計パラメータの最適化によって、放出角θ_oは、所望の角度に近くなる（たとえば垂直に近くなる）。

図4Bは本発明の実施例に係る導光板の第5導光構造の概略図を表している。図4Cは本発明の実施例に係る導光板の第6導光構造の概略図を表している。図4Aの導光構造と同様に、図4Bの導光構造43gと図4Cの導光構造44gは、導光板42の底面上に凹んだパターン46と46’を作成することによって形成される。図4Aの凹んだパターン45は、台形形状を有する。図4Bの凹んだパターン46と図4Cの凹んだパターン46’は三角形の形状をそれぞれ有する。

図4Bに図示されているように、凹んだパターン46の断面は、第1傾斜面435の傾斜を減少させるように非対称な三角形の形状を採用する。光が導光構造43gへ入射した後、光は、導光板42から飛び出して液晶パネルへ向かって放出される前に、第1傾斜面435、底部431、及び第2傾斜面436で反射を起こす。それにより導光構造43gは、光の導光においてより効率的となる。しかし図4Bの導光構造の設計はより複雑である。第2構造角φの因子に加えて、設計パラメータ−たとえば第1構造角φ’と第2構造角φ−間での関係を考慮することも要求される。

実際の応用では、図4Bの第1構造角φ’は、より大きな角度に調節されて良い。図4Cに図示されているように、導光構造44gの第1傾斜面445と第2傾斜面446は互いに対称であって良い。つまり凹んだパターン46’は、第2傾斜面446を通過する光を引き戻す対称な三角形構造である。それにより光は、導光板42の下に設けられた散乱型反射シート（図示されていない）と接し、その結果散乱され、光源の効率を低下させて、光の伝播方向に影響を及ぼすという事態を起こしにくくなる。

図4Dを参照すると、本発明の実施例に係る導光板の第7導光構造の概略図が表されている。導光構造の第1傾斜面455の角度は、より多くの光を導光板42へ引き戻す（さもなければ導光板42の下に設けられる散乱型反射シート（図示されていない）と接する）ように90°付近に調節されて良い。図4Dに図示されているように、三角形構造の角度（点線で示されている）が、（黒の破線で示されているように）90°付近に調節される場合、調節されなければ反射シートへ向かうように放出される光（点線の矢印で示される）は、（実線で示されているように）導光板42へ引き戻される。本設計によると、光は、引き戻されて、（実線の矢印で示されているように）図4Cよりも平坦な角度で伝播し、より長い距離を伝送される。従って図4Cの設計は、大きなサイズのバックライトモジュールにおいて用いられるのに適している。

上述した実施例（図3A〜図3C及び図4A〜図4D）において開示された構造では、導光板32上の導光構造は左右対称である必要はなく、光の取り出し効率を簡便に調節する非対称の傾斜面を採用して良い。第1構造角φ’と第2構造角φは如何なる特定の制約にも服しない。2つの角度は同一であっても良いし、又は互いに異なっても良い。2つの角度は、光に対して平行な断面構造と実際の応用における所望の大きさの放出角に従って決定される。一の実施例では、導光構造の第1構造角φ’は30°〜45°で、かつ、導光構造の第2構造角φは45°〜60°である。

上述の実施例では、導光板の底面から突出する導光構造（図3A〜図3C）であるか、又は、導光板の底面に凹んだパターンを作成することによって生成される導光構造（図4A〜図4D）であるかに関わらず、実際の必要性に従って導光板の底面上での全体的な分配の変化型及び修正型が考えられうる。図5を参照すると、本発明の実施例に係る導光板の部分概略図が表されている。導光板52の底面52b上に凹んだパターン56を作成することによって生成される導光構造52gは、長い柱として延びる。導光構造52gの長さLは、光の取り出し効率における変化に従って調節されて良い。たとえば導光構造が光源に近づけば近づくほど、導光構造の長さLは長くなり、かつ、導光構造が光源から離れれば離れるほど、導光構造は短くなる。図6を参照すると、本発明の実施例に係る他の導光板の部分概略図が表されている。導光板62の底面62b上に分配される導光構造62gは、切頭形の設計を有し、かつ、マトリックスのアレイの形式で底面62b上に分配されて良い。図7を参照すると、本発明の実施例に係る他の導光板の部分概略図が表されている。導光板72の底面72bから突出した導光構造72gの分配密度は、導光構造から入射面又は光源までの距離に対して変化する。導光構造72gが入射面又は光源から遠ざかれば遠ざかるほど、導光構造72gの密度は高くなる（密な分布となる）。図8を参照すると、本発明の実施例に係る他の導光板の部分概略図が表されている。導光板82の底面82bから突出する導光構造82gもまた、導光構造から入射面又は光源までの距離に対して変化する。導光構造82gが入射面又は光源から離れれば離れるほど、導光構造82gのH/Lは小さくなる（パラメータLが一定である場合には、パラメータHが小さくなる）。

従って導光板の底面上での全体的な分布に関しては、導光構造は、導光板の端部から垂直に延びる柱状体によって実現されて良い。導光構造は、切頭形の設計を有し、かつ、無作為、交互、又は規則的に配列されて良い。また導光構造の間隔、深さ、又は構造角は、光の取り出し効率の変化（たとえば導光構造から放出面と入射面までの距離の変化）に従って調節されて良い。光の取り出し効率は主として、光の均一性の調節に従って、構造設計、分布密度、及び分配方法によって最適化される。

上述の実施例は一面発光の設計（光源が導光板の一の面に設けられている）によって例示されているが、本発明はそれに限定されず、光源は、二面発光の設計（光源が導光板の両面に設けられている）によって実現されても良い。そのような状況下では、個々の設計と導光構造の全体の配置は、二面発光の設計の因子と応用する際の条件に基づかなければならない。しかも導光構造は、印刷、インク噴霧、引き出し、回転、機械的処理、又はレーザー処理によって形成されて良い。しかも入射光の2回反射に影響を及ぼすことなく、台形の角は、鋭角、輪郭、又は45°に面取した面であって良い。一の実施例では、導光構造の角は鋭角である。

従って当業者は、導光構造が、実際の応用における必要性及び条件に従って設計パラメータを最適化するように修正すなわち調節されて良いが、上述の実施例において開示された実装形態に限定されないことを理解する。

＜導光構造の設計パラメータ＞
再度図4Aを参照すると、主要パラメータはH,L,φ,及びφ’を含む。ここで、深さHは底部421から上部423への垂直距離を表し、長さLは光の伝播方向に沿った上部423の長さを表し、第2構造角φは第2傾斜面426の外角を表し、かつ、第1構造角φ’は第1傾斜面425の外角を表す。参照パラメータは、光源41の入射角θ、導光板42の構造反射角θ_r、構造入射角θ_i、及び放出角θ_oを含む。放出角θ_oは以下の計算によって得られる。理想的には、放出角θ_oは垂直に近い角度（0°に近ければ近いほど良い）である。

φ=θ+θ_rつまりθ_r =φ-θ、θ_i=90-φ-θ_rつまりθ_i=90+θ-2φ、sinθ_i×n_i= sinθ_o×n_oとすると、入射角θ_iが0°に近づけば近づくほど、放出角θ_oは0°に近づく。光源の入射角θが、θ<tan^-1(H/(L-H×cotφ))の条件を満たすとき、光出力は構造を介して放出できない。光源の入射角θが、θ≧tan^-1(H/(L-H×cotφ))の条件を満たすとき、光は導光板から放出される。

光源がランバート発光ダイオードにより実現されると仮定する。屈折の法則によると、導光板へ入射する光の入射角θは0°〜42.1°である。導光板がPMMAで作られる場合、その屈折率は1.49で、かつ、臨界放出角（全反射角）は42.2°である。以降のθ_i又はθ_oの計算は、0°≦θ≦42°の範囲内で実行される。上述のデータに基づき、導光構造によって反射される光の考えられ得る伝播経路に関する3つの条件が存在する。

＜条件1：光は、構造の底部に衝突した後2回の反射を受ける＞
図4Aを参照すると、光が導光構造へ入射して、底部421と傾斜面構造（第2傾斜面426）に衝突した後、光は、2回の反射を受け、その後出力される。しかし光源の入射角が、θ<tan^-1(H/(L-H×cotφ))の条件を満たすとき、光出力は、構造から飛び出すことができず、条件1は起こらない。

条件1の放出角θ_oは、sinθ_o=sin(90+θ-2×φ)×1.49の式と光源の入射角θによって得ることができる。多数の計算例が表1に示されている。

表1は、光の取り出しにおける多数の主要な実装例を表している。ここで放出角θ_oの範囲は重要な因子である。表1の第4列の値を例にとる。シミュレーションソフトウエアによる考えられ得る光の計算から得られた放出角θ_oは-27°〜27°の範囲内である。好適放出角が-45°〜45°の範囲内である場合、パラメータが考慮されて良い。図9Aは、導光構造の底部と傾斜面に衝突する光の2回反射から生成される-27°〜27°の範囲の放出角の概略図を表している。

曲線フィッティングが上述の計算例に適用される場合、放出角の範囲は図9Bで詳細にされる。バックライトモジュールは一面発光の設計を採用すると仮定する。図9Bは、導光構造のH/L比が0.05に等しい光の主要な分布範囲を示している。ここで第2構造φは、-45°と45°の放出角に従って決定される。放出角の最大の範囲は、2つの曲線−具体的には曲線(1)と(2)−をフィッティングするのに用いられる。曲線(1)は、臨界角に近い角度で入射面に入射する入射光の光出力を表す。曲線(2)は、入射面に対して略平行な入射光の光出力を表す。つまり主要な光出力は、曲線(1)と(2)の間の領域の範囲内である。放出角θ_oが-45°〜45°の範囲内である場合、2つの角度と2つの曲線(1)と(2)は、設計要件に従う領域を構成する。直線D1と曲線(1)は、放出角が45°に等しいときに交差する。直線D2と曲線(2)は、放出角が-45°に等しいときに交差する。図9Bは、導光構造のH/L比が0.05に等しく、かつ、一面発光の設計が採用されるときに、第2構造角φは50°〜62°の範囲内であることが好ましく、バランスを考慮すると第2構造角φは56°に等しいことが好ましいことを示している。様々なH/L比が様々な結果を生じさせるが（光の主要な分布の範囲の複数の曲線はそれぞれ異なる）、実際に必要性に近い設計パラメータは、上述の計算から得られて良い。

バックライトモジュールが二面発光の設計を採用する場合、つまり、入射光が2つの反対方向から入射する場合、相補的な発光（導光構造の2つの対向する傾斜面はそれぞれ、2つの側面から入射する入射光を反射させる）が考慮されなければならない。上述のバランス問題が考慮されない一方で、その範囲の一の面での放出角θ_oは-20°〜0°に設定され、かつ、その範囲の他の面での放出角は如何なる特定の制約も受けない。図9Cを参照すると、導光構造のH/L比が0.05に等しい光の主要な分布範囲が示されている。ここで第2構造φは、0°と-20°の放出角に従って決定される。図9Cの曲線(1)と(2)は、図9Bの曲線(1)と(2)と同一である。2つの角度と2つの曲線(1)と(2)は、設計要件に従う領域（たとえば図中の打点された領域）を構成して良い。直線D3と曲線(1)は、放出角が0.05°に等しいときに交差する。直線D4と曲線(2)は、放出角が-20°に等しいときに交差する。図9Cは、導光構造のH/L比が0.05に等しく、かつ、二面発光の設計が採用されるときに、第2構造角が好適には46.5°〜53.5°の範囲内であることを示している。

光取り出しの利点と応用の可能性が考慮されると仮定する。上で開示された計算結果と決定例に基づき、本発明の実施例では、台形形状の導光構造の第2構造角φは、45°〜65°の範囲である。

＜条件2：光が、第2構造角φで第2傾斜面から出力される＞
図4Cを参照すると、光が、導光構造へ入射して、その後第2傾斜面446から出力される。そのような条件は2つの可能性を有する。それは、(a)出力された光が、導光板の下に設けられる反射シートによって戻されること、(b)光が凹んだ台形又は三角形の構造に十分近づく場合に、その光が屈折されて、その後再循環されること、である。

可能性(a)では、光は、反射シートによって散乱されることで元に戻るように反射される。光の散乱が物理の公式を用いて推定できないので、計算はここでは示さない。しかし凹んだ構造が十分小さい（三角形の形状に近い）場合、シミュレーション結果から、可能性(a)の合計光出力は、条件2の合計光出力の30%未満という結果を得ることができる。

可能性(b)の結果は、θ’=90-φ’-sin-1(sin(180-sin-1(sin(90-φ-θ)×1.49)-φ-φ’)/1.49)の式から得ることができる。従って循環する入射角も計算することができる。多数の計算例が表2に列挙されている。

条件1において利用できない光は再循環される。再循環された光は、条件1の出力光となることが可能である。その範囲を条件1に適用することによって、出力光の実際の分布領域を推定することができる。

放出角は-45°〜45°の範囲内であると仮定する。たとえば構造角φとφ’がそれぞれ57°と45°等しい表2の最後の列を考慮する。図10は、循環された再入射角が2.8°〜29.4°の範囲内であることを示している。最大光出力の予想される収束角は約14.2°である（曲線と対角線D5との交点）。その結果を条件1に適用することによって、光出力が-32°〜8°の範囲内にあると推定できる。

光の取り出しの利点と応用の可能性を考慮する。上で開示された計算結果と決定例に基づくと、本発明の実施例では、台形形状の導光構造の第1構造角φ’は30°〜45°の範囲である。

＜条件3：第1傾斜面によって第1構造角φ’で反射された後に光はさらに進行する＞
条件3では、光路は以下に示すように多くの可能性を有する。可能性(a)：第1構造角φ’で第1傾斜面に衝突する光が底面によって反射され、再入射角θ’で再度入射する循環入射光となる。可能性(b)：第1構造角φ’で第1傾斜面に衝突する光が、第2傾斜面によって第2構造角φで反射されて出力される。可能性(c)：第1傾斜面に衝突する光が第1構造角φ’で反射され、再入射角θ’で再度入射する再入射光となる。

計算基準はφ’<θである。可能性(a)の条件下では、再入射角θ’は、θ’=2φ’-θと表される。可能性(b)の条件下では、放出角θ_oは、sin^-1(sin(90+2φ’-2φ-θ)×1.49)で表される。可能性(c)の条件下では、条件2φ’<θが満たされ、再入射角θ’は、θ’=θ-2φと表される。可能性(c)は、第1構造角がφ’<20°のときにのみ考慮される。

条件3の利点が条件2と一緒にされる場合、主要角は30°〜40°の範囲内である。その角度が30°〜40°の範囲よりも小さい場合。条件2の再循環効果を犠牲にしなければならない。光はさらに狭められて、伝送距離はさらに延びる。

本発明の実施例において、係る構造では、第1構造角φ’は依然として30°〜45°の範囲である。

条件1では、θ<tan^-1(H/(L-H×cotφ))の条件を満たす光は、取り出されないが、条件2で開示されているように再循環されうる。条件3では、光はその角度を変化させようとする。最善の設計は、3つの条件を含まなければならない。

まとめると、本発明の実施例において、台形形状の導光構造の第2構造角φは45°〜65°の範囲であり、かつ、第1構造角φ’は30°〜45°の範囲である。パラメータ設計に関しては、構造長さLと構造高さHの構造関数は主として光出力の比を調節し、第2構造角φの構造関数は主として放出角を調節し、かつ、第1構造角φ’の構造関数は主として、循環光を増大させて、入射角を微調整する。一面発光の設計では、導光構造の第1構造角φ’は、第2構造角φと等しくない（つまり導光構造の設計は左右非対称である）。二面発光の設計に係る実施例では、導光構造の第1構造角φ’は、第2構造角φと等しくて（つまりつまり導光構造の設計は左右対称である）良いし、又は、第2構造角φと等しくなくて（つまり導光構造の設計は左右非対称である）も良い。導光構造の設計が左右対称であるとき、設計パラメータの計算は条件1に基づいて良い（つまり主として第2構造角についてであり、第1構造角φ’はφと等しくなるように設定される）。しかし本発明は他の制約を課さない。

さらに構造長さLと構造深さHとの関係について検討する。入射角θがθ<tan^-1(H/(L-H×cotφ))の条件を満たすとき、光出力は構造を通り抜けて出力され得ず、かつ、H/L比が小さくなればなるほど、光出力の損失は小さくなる。しかしH/L比が小さすぎるときには、導光構造から取り出し得る光出力も小さくなる。H/L比の変化を変数として用いるとする。光が出力された後に、導光構造によって2回反射を受ける入射光が良好な放出角を有することを可能にする第2構造角φの結果が表3に表されている。

表3で表された結果は、光源が2つの側面に設けられ、かつ、導光板の前方での光出力を最大にするのに必要な角度が0°に等しいという条件に基づく。実際の応用では、最適なH/L比がバックライトモジュールの設計と組み合わせられるときにのみ、最適パラメータ（たとえば導光板の長さと幅及び導光構造の分布）が得られる。適切なH/L比は、実際の応用における必要性及び導光構造の分布に従って調節されて良い。本発明の実施例では、H/L比は、光取り出し角における大きな損失を回避するため、たとえば0.2未満である。本発明の実施例では、H/L比は約0.05〜0.2である。他の実施例では、H/L比は約0.1〜0.15で、構造長さLは約100μmで、かつ、構造深さHは約10〜15μmである。本発明は、H/L比に如何なる特定の制約をも課さない。

実際の応用では、構造長さLと構造深さHは、輝度の均一性を調節するのに用いられて良い。たとえば構造長さLは、導光構造が光源に近いときには長くなり、かつ、導光構造が光源から離れるときには短くなる。構造深さHは通常一定である。しかし構造長さLの変化が、光の均一性を所定のレベルに調節するのに不十分なとき、構造深さHが、構造長さの不十分な調節を補償するように調節されて良い。たとえば導光構造が光源に近いときには、構造深さHは短くなる。導光構造が光源から離れているときには、構造深さHは長くなる。

本発明において開示されている基本概念に基づくと、上で開示されてきた多くの実施例において、光の伝播方向が、導光板の放出面に対して略垂直となるように導かれ、導光構造の設計パラメータは正確に推定することが可能で、かつ、構造設計を決定することができる。一例について後述する。構造のH/L比が0.15で、かつ、第2構造角φが49.9°に等しいと仮定する。光源から放出される光が、9.8°の入射角θで導光構造に入射して2回反射を受けた後、その光は、導光板の放出面に対して垂直な方向に導光され、かつ、導光構造を介して2回反射を受ける他の入射光は、均一に分配され、0°〜52°の放出角で導光板の放出面から出力される。

まとめると、上述の実施例において開示されたエッジライト型導光板の設計によって、導光構造は、その導光板に入射する光の伝播方向を制限及び調節し、さらにその光の放出方向を制御してその光の取り出し効率を向上させるのに用いられ得る。上述の実施例において開示されたエッジ型導光板の設計は、導光板の前方から出力される光が、3〜4の輝度向上膜の使用を必要とする既存のバックライトモジュールの設計と同一の光出力を実現するのに、わずか1〜2の輝度向上膜の使用しか必要とせず、さらには輝度向上膜を使用する必要すらない。そのような範囲の放出角は、実際の必要性に応じて導光構造−たとえば傾斜面の角度−を調節することによって実現されて良い。たとえば、可能な限り光を導光板の法線方向に対して垂直に導光すること、光を特定の範囲の傾斜角に導光すること、光を即座に取り出すこと、及び、光の取り出しを遅らせることなどの条件は全て、上の実施例において開示されたシミュレーション及び計算、又は、導光構造の一部若しくは全ての設計パラメータの調節によって実現される。設計パラメータの例には、導光構造の構造角（φ及びφ’）が含まれる。

さらに上の実施例において開示されたエッジライト型導光板の設計は、様々な種類の2D又は3D表示装置において用いられて良い。様々な種類の2D又は3D表示装置とはたとえば、導光板の放出角から出力される光を特定の方向又は範囲に制御する必要のあるものである。2D又は3D表示装置は、上の実施例において開示された導光構造の個別の設計及び全体の分布により実現されて良い。たとえばエッジライト型導光板の設計は、指向性バックライト型裸眼3D表示装置において用いられて良い。2つの光源は、各異なるフレームを左目と右目に迅速かつ交互に投影する。右手側でのバックライト光源は、左目用のフレームを左目に向けて投影する。左手側でのバックライト光源は、右目用のフレームを右目に向けて投影する。指向性バックライト型3D表示装置と一緒になった導光構造は、上の実施例において開示された導光板の設計原理を用いて製造されて良い。導光板は指向性3D膜を必要としない。指向性バックライト型3D表示装置と一緒になった導光構造を用い、かつ、導光板を用いることによって、見ている人の2つの目は、2つの面での光源を迅速かつ交互に投影する条件下で、動的なフレームを受け取り、視差を生じさせる。この結果、観察者に立体映像効果が与えられる。

本発明は、（複数の）好適実施例による例示で説明されてきたが、本発明はそのような（複数の）好適実施例に限定されない。対照的に、様々な修正型や同様の配置及び手順を網羅すると解されるべきである。従って請求項に係る発明の技術的範囲は、そのような様々な修正型や同様の配置及び手順をすべて含むように最も広く解釈されるべきである。

11 液晶パネル
13 バックライトモジュール
112 上側基板
113 液晶層
114 下側基板
131 導光板
132 光源
135 光学膜
135a 拡散シート
135b プリズムシート
135c 二重輝度向上膜
137 反射シート
1312 ドットパターン
21 光源
23 導光板
23a 放出面
23b 底面
23c 入射面
23g 導光構造
25 レンチキュラーレンズ
32 導光板
32a 放出面
32b 底面
32g 導光構造
31 光源
321 底部
323 上部
325 第1傾斜面
326 第2傾斜面

Claims (10)

1. 導光板及び該導光板の横に設けられる光源を含むバックライトモジュールであって、
   前記導光板は、該導光板の底面上に分配されて前記入射面に沿って延びる複数の導光構造を有し、
   前記導光構造は、底部、上部、互いに対向して設けられる第1傾斜面と第2傾斜面を含む台形形状を有し、
   前記第1傾斜面と第2傾斜面は、前記底部と上部に接続し、
   前記導光構造の底部は、前記導光板の底面から突出し、あるいはその代わりに、
   パターンを有する構造が、前記導光構造のうちの隣接する導光構造の間に形成され、かつ、前記導光板の底面に対して凹んでいる、
   バックライトモジュール。
2. 前記パターンを有する構造が、台形又は三角形の形状の断面を有する、請求項1に記載のバックライトモジュール。
3. 前記底面の領域上に分配される導光構造が、長い柱状体として構成される、請求項1に記載のバックライトモジュール。
4. 前記導光構造の深さHは、前記底部から前記上部までの垂直方向の距離として定義され、
   前記上部は、光の伝播方向に沿った長さLを有し、
   第1構造角φ’と第2構造角φはそれぞれ、前記第1傾斜面の外角及び前記第2傾斜面326の外角として定義され、
   入射角がθで表されるとして、前記入射角が、θ≧tan^-1(H/(L-H×cotφ))の条件を満たすとき、前記光は前記導光板から放出される、
   請求項1に記載のバックライトモジュール。
5. 前記導光構造の各々において、前記第1構造角φ’が前記第2構造角φとは異なる、請求項1に記載のバックライトモジュール。
6. 前記第1構造角φ’が30°乃至45°の範囲で、かつ、前記第2構造角φが45°乃至60°の範囲である、請求項1に記載のバックライトモジュール。
7. 前記導光構造の複数の第1構造角φ’が同一でなく、かつ、前記導光構造の複数の第2構造角φが同一でない、請求項1に記載のバックライトモジュール。
8. 前記導光板の2つの側面に設けられる2つの光源を有する請求項1に記載のバックライトモジュールであって、
   前記第1構造角φ’と前記第2構造角φが、同一であるか、又は、互いに異なる、バックライトモジュール。
9. 前記H/L比の値が0.05乃至0.2である、請求項1に記載のバックライトモジュール。
10. 前記導光板上に設けられ、かつ、前記導光構造が延びる方向に対して垂直に延びる複数のレンチキュラーレンズをさらに有する、請求項1に記載のバックライトモジュール。

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