JP2010510545A - 照度の均一性を高めたバックライトディスプレイ - Google Patents

Abstract

直接照射型ディスプレイユニットは、ディスプレイパネルと、該ディスプレイパネルの後方に配置される１つ以上の光源とを有する。ディフューザーは、該１つ以上の光源と該ディスプレイパネルとの間に配置され、光変向層は、該１つ以上の光源と該ディフューザーとの間に配置される。該光変向層は、該１つ以上の光源に面する第１の光変向面と、該ディスプレイパネルに面する第２の光変向面とを有する。該光変向層は、該１つ以上の光源から該ディフューザーに通過する光を変向させるので、該ディスプレイユニットにおける光の均一性が改善される。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００６年１１月１５日出願の米国特許出願第１１／５６０２３４号「照度の均一性を高めたバックライトディスプレイ（Back-Lit Displays with High Illumination Uniformity）」、米国特許出願第１１／５６０２７１号「照度の均一性を高めたバックライトディスプレイ（Back-Lit Displays with High Illumination Uniformity）」、米国特許出願第６０／８６５９４４号「照度の均一性を高めたバックライトディスプレイ（Back-Lit Displays with High Illumination Uniformity）」、及び米国特許出願第１１／５６０２５０号「照度の均一性を高めたバックライトディスプレイ（Back-Lit Displays with High Illumination Uniformity）」に関連し、これらは参照により組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は、光学ディスプレイに関し、より具体的には、ＬＣＤモニター及びＬＣＤテレビに利用することができるような、後方から光源によって直接的に照射される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。

一部のディスプレイシステム、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は後方から照射される。かかるディスプレイは、ラップトップコンピュータ、手持ち式の計算機、デジタル時計、テレビ等、多数のデバイスにおいて広範な用途がある。一部のバックライトディスプレイは、ディスプレイの側面に位置する光源に加えて、光源からの光をディスプレイパネルの背面に導くように配置された光ガイドを備える。例えば、一部のＬＣＤモニター及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）等、その他のバックライトディスプレイは、ディスプレイパネルの後方に配置されたいくつかの光源を使用して、後方から直接照射される。この後者（背後からの直接照明）の構成が、より大型のディスプレイに伴ってますます一般的となっているのは、一定のレベルのディスプレイの輝度を達成するのに必要な光パワー要件は、ディスプレイサイズの面の大きさに伴って増加するが、ディスプレイの一辺の側部に沿って光源を配置するための利用可能な空間は、ディスプレイのサイズに伴って線状にのみ増加するためである。更に、ＬＣＤ−ＴＶ等の一部のディスプレイ用途では、ディスプレイは、その他の用途よりも遠い距離から見るのに十分な輝度を必要とする。更に、ＬＣＤ−ＴＶの視野角要件は、一般的に、ＬＣＤモニターや手持ち式のデバイスの要件とは異なる。

多くのＬＣＤモニター及びＬＣＤ−ＴＶは、多数の冷陰極蛍光灯（cold cathode fluorescent lamps:ＣＣＦＬ）によって後方から照射される。これら光源は線状であり、ディスプレイの幅一杯にわたって伸延しており、結果としてディスプレイの後ろが、黒い部分で分けられた一連の明るい細長いストライプで照射される。かかる照射プロファイルは望ましいものではないので、典型的には、ディフューザープレートが使用されてＬＣＤデバイスの後ろで照射プロファイルを平坦にする。

ディフューザー反射体は、ビューア（視聴者）に光を向けるようにランプの後方で使用され、ランプは反射体とディフューザーとの間に配置される。ディフューザー反射体とディフューザーとの間の分離は、ディフューザーから発せられる光の望ましい輝度の均一性によって制限される。分離が小さすぎると、照射の均一性が低下するので、視聴者が見る画像の品質を損なう。これは、光がランプの間で均一に広がるための空間が不十分なために発生する。

本発明の一実施形態は、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルの後方に配置された１つ以上の光源と、を有する直接照射型ディスプレイユニットに関する。１つ以上の光源が、照射光を生成することができる。ディフューザーが、１つ以上の光源とディスプレイパネルとの間に配置される。光変向層が、１つ以上の光源とディフューザーとの間に配置される。光変向層は、１つ以上の光源に面する第１の光変向面を備える。第１の光変向面は、光変向層と直交する第１の変向平面で最初に光変向層上に垂直に入射する光を変向する。光変向層は、ディフューザーに面する第２の光変向面を更に備える。第２の光変向層は、光変向層に対して垂直な方向に光変向層内を伝搬する光を、第１の光変向平面と平行ではない第２の変向平面に好適に変向するように構成されている。

本発明の別の実施形態は、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルの後方に配置された１つ以上の光源と、を有し、１つ以上の光源が照射光を生成することができる直接照射型ディスプレイユニットに関する。ディフューザーは、１つ以上の光源とディスプレイパネルとの間に配置される。光変向層は、１つ以上の光源とディフューザーとの間に配置される。光変向層は、１つ以上の光源に面する第１の光変向面と、ディスプレイパネルに面する第２の光変向面と、を備え、光変向層に対して実質的に垂直な方向に光変向層内を伝搬する１つ以上の光源からの光の少なくとも第１の部分は、第２の光変向面の平坦部分を介して実質的に伝達され、光変向層に対して実質的に垂直な方向に光変向層内を伝搬する１つ以上の光源からの光の少なくとも第２の部分は、第２の光変向面の傾斜部分で内部全反射される。

本発明の上記の概要は、本発明の図示される各実施形態又はすべての実施を説明しようとするものではない。図面及び以下の詳細な説明によって、より具体的にこれらの実施形態を例証する。

添付図面と併せて以下の本発明の様々な実施形態の「発明を実施するための形態」を検討することにより、本発明をより完全に理解することができる。
本発明の原理による、輝度均一化層を使用するバックライト液晶ディスプレイ装置の概略図。 本発明の原理による、均一性強化フィルム（ＥＵＦ）の実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦの更なる実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦを含む光管理ユニットの実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦを含む光管理ユニットの実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦを含む光管理ユニットの実施形態の概略図。 本発明の原理による、光源及び光管理フィルムを含む照射ユニットの実施形態の概略図。 本発明の原理による、ＥＵＦのモデル化において使用されるパラメーター。 本発明の原理による、ＥＵＦのモデル化において使用されるパラメーター。 様々なモデル例のルミナンスに対してプロットされた、計算で求められた輝度の均一性の散乱図。 様々なモデル例の照射ユニットにわたる位置に応じる輝度。 様々なモデル例の、異なる角度で照射ユニットから発せられる光に対して計算で求められた輝度の均一性。 ＥＵＦの動作を説明するために使用される極性コノスコープグラフ。 ＥＵＦの動作を説明するために使用される極性コノスコープグラフ。 ＥＵＦの動作を説明するために使用される極性コノスコープグラフ。 ＥＵＦの動作を説明するために使用される極性コノスコープグラフ。 例示的モデルＥＵＦの概略図。 ＥＵＦの動作を説明するために使用される極性コノスコープグラフ。 様々なモデル例の、ディフューザーと反射体との間の分離に応じる輝度の均一性。 光管理層の様々な組み合わせを使用した、サンプルライトボックスにわたる位置に応じる、照射の実験的に取得された測定値。

本発明は様々な変更例及び代替形状が可能であるが、それらの細目は図面で例として示されており、詳細に記述されるであろう。しかしながら、その意図は、記述した特定の実施形態に本発明を限定することではないことを理解するべきである。逆に、添付の特許請求の範囲により規定されるように本発明の趣旨及び範囲内にあるすべての変更例、等価物及び代替物を網羅することを意図する。

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ又はＬＣディスプレイ）等のディスプレイパネルに適用可能であり、特に、例えば、ＬＣＤモニター及びＬＣＤテレビ（ＬＣＤ−ＴＶ）に使用されるような、後方から直接照射されるＬＣＤに適用可能である。更に特定すると、本発明は、ＬＣディスプレイを照射するための直接照明型バックライトによって生成される光の管理に関する。光管理フィルムの配列は、典型的に、バックライトとディスプレイパネル自体との間に配置される。光管理フィルムの配列は、合わせて積層化又は自立型にすることができるが、典型的に、ディフューザー層と、プリズム構造の表面を有する少なくとも１つの輝度強化フィルムと、を含む。

図１は、直接照明式ディスプレイ装置１００の代表的実施形態の概略分解図である。かかるディスプレイ装置１００は、例えばＬＣＤモニター又はＬＣＤ−ＴＶで使用することができる。ディスプレイ装置１００は、ＬＣパネル１０２の使用に基づくことができるが、パネル板１０６の間に配置されたＬＣ１０４の層を典型的に備える。板１０６はガラスから形成されることが多く、ＬＣ層１０４内の液晶の配向を制御するために、板１０６の内部表面に電極構造体及びアラインメント層を含み得る。電極構造体は、ＬＣパネル画素、液晶の配向が隣接した領域から独立して制御されるＬＣ層の領域を規定するために、一般に配置される。また、表示された画像に色を付与するために、カラーフィルターが１つ以上プレート１０６と共に含まれてもよい。

上方吸収偏光子１０８はＬＣ層１０４の上に配置され、下方吸収偏光子１１０はＬＣ層１０４の下に配置される。例示された実施形態では、上方及び下方吸収偏光子がＬＣパネル１０２の外側に位置している。吸収偏光子１０８、１１０、及びＬＣパネル１０２は合わせてバックライト１１２からディスプレイ１００を通って視聴者までの光の伝達を制御する。例えば、吸収偏光子１０８、１１０は、伝達軸に垂直に配置することができる。非駆動状態では、ＬＣ層１０４の画素は、そこを通過する光の偏光を変更しなくてもよい。したがって、下方吸収偏光子１１０を通過する光は、上方吸収偏光子１０８によって吸収される。一方、画素が駆動される際、通過する光の偏光は回転し、それにより、下方吸収偏光子１１０を伝達した少なくともいくらかの光も上方吸収偏光子１０８を伝達する。例えば、コントローラ１１４による、ＬＣ層１０４の異なる画素の選択的駆動により、結果的に光が特定の望ましい場所においてディスプレイから通過し、このため、視聴者により見られる画像を形成する。このコントローラは、例えば、テレビ画像を受信し表示する、コンピュータ又はテレビコントローラを備えてもよい。ディスプレイの表面に、例えば機械的な及び／又は環境的な保護を提供するために、１つ以上の任意の層１０９を上部吸収偏光子１０８の上方に設けてもよい。ある代表的な実施形態では、層１０９は吸収偏光子１０８上にハードコートを含んでもよい。

あるタイプのＬＣディスプレイが、上述のものとは異なる方法で動作することもあり得ることが理解されるであろう。例えば、吸収偏光子を平行に整列してもよく、液晶パネルは駆動していない状態のときに光の偏光を回転してもよい。そのような場合であっても、かかる表示装置の基本的構造は上記のものと類似している。

バックライト１１２は、ＬＣパネル１０２を照らす光を生み出す多くの光源１１６を含む。ＬＣＤ−ＴＶ、又はＬＣＤモニターに使用される光源１１６は、ディスプレイ装置１００の高さに沿って延びる直線的な冷陰極蛍光管であることが多い。しかしながら、フィラメント又はアークランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、薄型蛍光パネル、又は外部蛍光灯のような、他の種類の光源を使用してもよい。ここに挙げた光源は、限定的又は完全なものを意図するのではなく、単に代表的なものである。

バックライト１１２は、ＬＣパネル１０２から離れた方向に、光源１１６から下向きに伝搬する光を反射するベース反射体１１８を含んでもよい。反射体１１８は、また下に説明するように、ディスプレイ機器１００内の再循環する光にも有用である場合がある。反射体１１８は、鏡面反射体又は拡散反射体であってもよい。反射体１１８として使用されてもよい鏡面反射体の１つの例は、ミネソタ州セントポール（St. Paul, Minnesota）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能であるビキュイティ（Vikuiti）（商標）鏡面反射強化（ＥＳＲ）フィルムである。好適な拡散性反射器の例としては、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの拡散して反射する粒子が充填されたＰＥＴ、ＰＣ、ＰＰ、ＰＳなどのポリマーが挙げられる。微小多孔性材料及び微細繊維含有材料を含む、拡散反射体のその他の例は、共有の米国特許公開出願第２００３／０１１８８０５ Ａ１号に述べられている。

光管理フィルムの配列１２０は、光管理ユニットとも呼ぶこともでき、バックライト１１２とＬＣパネル１０２との間に配置される。光管理フィルムは、ディスプレイ装置１００の操作が向上するように、バックライト１１２から伝搬する光に影響を与える。例えば、光管理フィルムの配列１２０は、ディフューザープレート１２２を含むことができる。ディフューザープレート１２２は、光源から受けた光を拡散するために使用され、この結果、ＬＣパネル１０２に入射する照射光の均一性が高まる。したがって、これは、視聴者によって知覚される、より均一に明るい画像をもたらす。一部の実施形態では、ディフューザープレート１２２は、バルク拡散粒子を含有する層として形成されてもよい。一部の実施形態では、ディフューザープレートは、光管理フィルム１２０の配列内の別の層に取り付けられても、又は省略されてもよい。

光管理ユニット１２０はまた、反射偏光子１２４も含むことができる。光源１１６は、通常、非偏光子を作り出すが、下方吸収偏光子１１０は、単一の偏光状態のみ伝達し、それにより光源１１６により生み出された約半分の光は、ＬＣ層１０４まで伝達されない。しかしながら、反射偏光子１２４は、そうでなければ下方吸収偏光子に吸収される光を反射するために使用されてもよく、それにより、この光は、反射偏光子１２４と反射体１１８との間の反射によって再循環されてもよい。偏光子１２４により反射された少なくともいくらかの光は、減極することもあり、その後、反射偏光子１２４及び下方吸収偏光子１１０を介してＬＣ層１０４に伝達される偏光状態の反射偏光子１２４に戻される。このように、反射偏光子１２４は、光源１１６から放たれＬＣ層１０４に達する光の一部を増大させるために使用でき、それによりディスプレイ機器１００によって作られる画像はより明るくなる。

例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子；連続／分散相偏光子、ワイヤグリッド反射偏光子又はコレステリック反射偏光子などの拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）といった任意の好適なタイプの反射偏光子が使用されてよい。

ＭＯＦ及び連続／分散相反射偏光子の両方は、通常は高分子材料である少なくとも２つの材料間の屈折率の相違に依存し、これにより一方の偏光状態の光を選択的に反射しつつ、直交する偏光状態で光を伝搬することができる。ＭＯＦ反射偏光子の一部の例は、共有の米国特許第５，８８２，７７４号に記載されている。ＭＯＦ反射偏光子の市販例としては、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社（3M Company）から入手可能な拡散表面を備えるビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＤＢＥＦ−Ｄ２００及びＤＢＥＦ−Ｄ４４０多層反射偏光子が挙げられる。

本発明に関連して有用なＤＲＰＦの例には、共有米国特許第５，８２５，５４３号に記載されている連続／分散相反射偏光子、及び共有米国特許第５，８６７，３１６号に記載されている拡散反射多層偏光子が挙げられる。他の適切な型のＤＲＰＦは、米国特許第５，７５１，３８８号に記載されている。

本発明に関連して有用なワイヤグリッド偏光子の例には、米国特許第６，１２２，１０３号に記載のものが挙げられる。ワイヤグリッド偏光子は、特にユタ州オレム（Orem）のモクステク社（Moxtek Inc.）から市販されている。

本発明に関連して有用なコレステリック偏光子のいくつかの例には、例えば米国特許第５，７９３，４５６号、及び米国特許公開第２００２／０１５９０１９号に記載のものが挙げられる。コレステリック偏光子は、しばしば、コレステリック偏光子で伝達される光が直線偏光に変換されるように、出力側の四分の一波長遅延層（quarter wave retarding layer）と共に提供される。

一部の実施形態では、反射偏光子１２６は、例えば、バックライト１１２に面する拡散面によって、拡散を提供することができる。その他の実施形態では、反射偏光子１２６は、反射偏光子１２６を通過する光の増幅率を高める輝度強化面を備えることができる。例えば、反射偏光子１２６の上方面は、プリズム型輝度強化面、又は増幅拡散面を備えることができる。輝度強化面は、以下で詳細に説明する。その他の実施形態では、反射偏光子は、バックライト１１２に面する側に拡散面又は容積のような拡散機能、及び、ＬＣパネル１０２に面する側にプリズム面又は増幅拡散面のような輝度強化機能を備えてもよい。

一部の代表的実施形態において、偏光制御層１２６は、例えば、ディフューザープレート１２２と反射偏光子１２４との間に、提供されることができる。偏光制御層１２６の例は、四分の一波長遅延層及び液晶偏光回転層等の偏光回転層を含む。偏光制御層１２６は、再利用される光の増加分が反射偏光子１２４を介して伝達されるように、反射偏光子１２４から反射される偏光を変更させるために使用することができる。

光管理層の配列１２０はまた、１つ以上の輝度強化層も含むことができる。輝度強化層は、ディスプレイの軸１３２により近い方向に軸外の光の方向を変える表面構造を含む層である。これは、ＬＣ層１０４を介して軸上で伝搬する光の量を増加させ、それゆえに、視聴者によって見られる画像の輝度を増大させる。一例は、屈折及び反射を通して、照明光の方向を変える多くのプリズム突起部を有するプリズム型輝度強化層である。ディスプレイ機器に使用されてもよいプリズム型輝度強化層の例としては、ミネソタ州セントポール（St. Paul, Minnesota）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能な、ＢＥＦＩＩ ９０／２４、ＢＥＦＩＩ ９０／５０、ＢＥＦＩＩＩＭ ９０／５０、及びＢＥＦＩＩＩＴを含むプリズム型フィルムのビキュイティ（商標）ＢＥＦＩＩ及びビキュイティＢＥＦＩＩＩの種類が挙げられる。

プリズム型輝度強化層は、典型的に１次元の光学増幅率をもたらす。第２の輝度強化層１２８ｂも、光管理層の配列１２０に含まれ得、プリズム型輝度強化層は、第１の輝度強化層１２８ａのプリズム構造と直交するように配向されたプリズム構造で配列される。そのような構成は、２次元の表示ユニットの光学増幅率の増加をもたらす。例示された実施形態では、輝度強化層１２８ａ、１２８ｂは、バックライト１１２と反射偏光子１２４との間に配置される。その他の実施形態では、輝度強化層１２８ａ及び１２８ｂは、反射偏光子１２４とＬＣパネル１０２との間に配置されてもよい。

ディスプレイを通過する光の軸上の輝度を増大させるために使用することができる、輝度強化層１２８ａの別のタイプは、増幅拡散層である。増幅ディフューザー層の一例は、上方面上でレンズとして機能する要素の配列を備える層である。増幅ディフューザー層１２８ａの外側へ通過する光の少なくとも一部は、そうでなければディスプレイの軸１３２に対して比較的大きな角度で伝搬してしまうが、層の表面上の要素によって方向を変えられて、軸１３２により平行な方向に伝搬する。２つ以上の増幅拡散輝度強化層１２８ａを使用することができる。例えば、２つ又は３つの増幅拡散層１２８ａ、１２８ｂを使用することができる。更に、１つ以上の増幅拡散層１２８ａは、１つ以上のプリズム型輝度強化フィルム１２８ｂと共に使用することができる。このような場合、増幅拡散フィルム１２８ａ及びプリズム型輝度強化層１２８ｂは、光管理フィルム１２０の配列内の任意の望ましい順序で設置することができる。ディスプレイで使用することができる増幅ディフューザー層の一例は、日本、大阪の恵和株式会社（Keiwa Inc.）から入手可能なＢＳ−４２型フィルムである。

光管理ユニットの異なる層は自立型であることができる。その他の実施形態では、光管理ユニットの２つ以上の層は、例えば、共有の米国特許出願公開第２００６／００８２６９８号で説明されているように、合わせて積層化することができる。その他の代表的実施形態では、光管理ユニットは、例えば、共有の米国特許出願公開第２００６／００８２７００号で記載されているように、隙間によって分離された２つの部分組立品を含むことができる。

従来、光源１１６とディフューザー層１１２との間の間隔、隣接する光源１１６の間の間隔、及びディフューザーの伝達は、照射の輝度及び均一性のある値に対して、ディスプレイを設計する場合に考慮される有意な因子である。一般的に、強力なディフューザー、つまり、入射光のより高い割合を拡散するディフューザーは、均一性を向上させるが、同時に、高い拡散レベルは、強力な後方への拡散及びそれに付随する損失の増大を伴うために輝度を減少させてしまう。

正常な拡散条件の下では、画面全体で見られる輝度の変化は、光源の上部の位置で最高の輝度、及び光源の間の位置で最低の輝度によって特徴付けられる。均一性強化フィルム（ＥＵＦ）１３０は、ディスプレイパネル１２０の照射の非均一性を低減するために、光源１３０とディフューザー層１２２との間に配置することができる。ＥＵＦ １３０のそれぞれの面、すなわち、光源１１６に向かって面する側面及びディスプレイパネル１０２に向かって面する側面は、光変向面であることができる。光変向面は、照射の非均一性を低減する方式で、ＥＵＦ １３０の片側からもう片側へ通過する光を反射的に変向する、多数の光変向要素によって形成される。光変向要素は、ＥＵＦ １３０の平面に平行ではないＥＵＦ表面の一部を備える。

ＥＵＦ ２００の具体的な１つの代表的実施形態は、図２に概略的に示される。ＥＵＦ ２００は、第１の光変向要素２０４を含む第１の光変向面２０２を備える。この特定の実施形態では、光変向要素２０４は、ＥＵＦ ２００の表面に広がる肋材として形成され、三角形状の断面を有する。第２の光変向面２０６も、三角形状の断面を有する肋材型光変向要素２０８を含む。ＥＵＦ ２００のこの構成では、下からｚ軸に平行な方向にＥＵＦ ２００に入射する光２１０が、第２の光変向面２０６によってｘ−ｚ平面で変向されるように、光変向要素２０４及び２０８が相対的に配向される。ＥＵＦ ２００を出ると、ｚ軸に平行なＥＵＦ ２００内を伝搬する光は、第１の光変向面２０２によってｙ−ｚ平面で変向される。このように、フィルム２００に垂直に入射する光は、ｘ−ｚ平面に平行な平面で変向されるので、要素２０４は、ｘ−ｚ方向に平行な光変向平面を形成すると言うことができる。同様に、ｚ軸に平行なフィルム内を伝搬する光は、ｙ−ｚ平面で変向されるので、要素２０８は、ｙ−ｚ方向に平行な光変向平面を形成すると言うことができる。この構成においては、光変向要素２０４及び２０８から突出している光変向平面は、互いに垂直である。その他の構成では、光変向平面は、垂直に交わらずに平行でなくてもよい。

一部の構成では、上方又は下方の側面の光変向要素は、２つ以上の方向で光を変向することができる。このような場合、光変向平面は、変向が最大になる方向を構成する平面と言うことになる。

一部の実施形態では、ＥＵＦは、それ自体、例えば、バルク拡散粒子を含有するポリマーマトリックス等、拡散材料で形成され得る。拡散粒子は、ＥＵＦ全体に延びることができるか、又は、光変向要素のように、ＥＵＦの複数部分に存在しなくてもよい。ＥＵＦが拡散性である場合、光管理フィルムの配列は、ＥＵＦとディスプレイパネルとの間に追加のディフューザー層を含む必要がないが、追加のディフューザー層が存在してもよい。

光変向面は、異なる形状の光変向要素を含むことができ、ＥＵＦに平行に横たわる様々な部分を含むこともできる。ＥＵＦの追加の代表的実施形態の一部が、図３Ａ及び３Ｂに概略的に示される。図３Ａでは、ＥＵＦ ３００は、三角形の断面形状を有する光変向要素３０４を含む第１の光変向面３０２を有する。この図はまた、光変向要素３０４の頂角である、αも示す。この特定の実施形態では、フィルム面がＥＵＦ ３００の平面に平行な、隣接する光変向要素３０４の間の平坦な領域３０６が存在する。平坦な領域３０６の幅は「ｗ」として示される。下方の光変向面３０８は、第１の光変向面３０２と同じ形状を有してもよいし、異なる形状を有してもよい。

図３Ｂでは、ＥＵＦ ３２０は、上部に平坦な部分３２６を備えた、切頂三角形の断面形状を有する光変向要素３２４を含む光変向面３２２を有する。この特定の実施形態では、隣接する光変向要素３２４の間に平坦な領域３２８も存在する。下方の光変向面３３０は、第１の光変向面３２２と同じ形状を有してもよいし、異なる形状を有してもよい。

ＥＵＦのその他一部の代表的実施形態が、図４Ａ〜４Ｃに概略的に示される。図４Ａでは、ＥＵＦ ４００は、曲面４０６を有する光変向要素４０４を含む第１の光変向面４０２を有する。第２の光変向面４０８は、必要ではないが、曲面を有する光変向要素を有することができる。同様に、第２の光変向面が曲面を有すると同時に第１の光変向面が曲面を有する必要はない。図４Ｂでは、代表的なＥＵＦ ４２０は、曲面４２６及び平坦部分４２８を有する光変向要素４２４を備えた光変向面４２２を有する。示された実施形態では、平坦部分４２８は、ＥＵＦフィルム４２０の平面に平行である。一部の実施形態では、光変向面４２２は、光変向要素４２４の間に平坦部分４３０を含むことができる。示された実施形態では、平坦部分４３０は、ＥＵＦ ４２０の平面に平行である。

図４Ａ及び４Ｂに示される代表的な実施形態では、光変向要素４０４、４２４の曲面は、表面勾配に比較的急な変化を含むが、これは、数学的不連続性に類似すると考えることができる。例えば、勾配の急変化は、図４Ａの点４０８、図４Ｂの光変向部材４０４の頂点、及び光変向部材４２４の点４３２で発生する。レンズは表面全体の勾配において円滑な変化を必要とするため、勾配におけるこれらの比較的急な変化は、単一の光変向部材がレンズとして働くのを妨げる。このように、光変向部材４０４、４２４は、実焦点又は仮焦点のいずれでも、そこを通過する平行な光に対して、単一の焦点を作らない。本明細書に述べられる任意の光変向面を、片面ＥＵＦ、つまり、フィルムの片面だけに光変向面を有するＥＵＦ上、又は両面ＥＵＦ、つまり、両面に光変向面を有するＥＵＦ上に含めてもよいことが理解されるであろう。

図４Ａ及び４Ｂに示される代表的な実施形態では、光変向要素４０２、４２２は、ＥＵＦ ４００、４２０の表面から突出しているとして見ることができる。その他の実施形態では、光変向要素は、ＥＵＦの表面のくぼみとして形成され得る。かかるＥＵＦ ４４０の代表的一実施形態は、図４Ｃに概略的に示される。この場合、光変向面４４２は、表面４４６を有する光変向要素４４４で形成される。一部の実施形態では、平坦領域４４８は、くぼみに提供され得、平坦領域４５０は、光変向要素４４４の間に提供され得る。本発明では、光変向面がＥＵＦの外側に突出する光変向要素を含むか、又はＥＵＦの内部にくぼんだ光変向要素を含むかは、重要ではなく、事実、２つの構成は、一部の状況では、等しいと理解することができ、２つのくぼんだ光変向要素の間の部分４５２は、ＥＵＦから外側に突出する光変向要素と考えられる。

光変向要素は、全てが同じ高さである必要はない。例えば、図４Ｄに概略的に示されているように、光変向要素４６４は、異なる高さのものであることができる。また、単一の光変向要素は、その長さに沿って変化する高さを有することができる。例えば、第２の光変向面４６８上の光変向要素４７０は、フィルム４６０に沿った位置に応じて変化する高さ、ｈを有する。

高さが変化する光変向要素を有するＥＵＦの別の実施形態が、図５に概略的に示される。ＥＵＦ ５００は、光変向要素５０４が起伏突起部５０８を有するプリズム５０６として形成された光変向面５０２を有する。突起部５０８の高さは、プリズム５０６に沿って変化し、幅ｗもプリズム５０６に沿って変化する。このタイプの表面は、米国特許出願公開第２００７／００４７２５４号に詳細に記載される。第２の光変向面５１０は、任意の望ましい形状の光変向要素を含むことができる。例えば、第２の光変向面５１０は、起伏突起部を有するプリズムとして形成された光変向要素を含むことができる。

光変向要素は、ＥＵＦに対する法線に対して対称である必要はない。非対称的な光変向要素６０２を有するＥＵＦ ６００の一例が、図６Ａに概略的に示される。この特定の実施形態では、光変向要素６０２は、直線的な辺を有するプリズムとして形成される。少なくとも一部の光変向要素、例えば、光変向要素６０２ａ及び６０２ｂは、ＥＵＦ ６００に垂直に描かれた軸６０４に対して非対称である。下方の光変向面６０６は、非対称な光変向要素を含んでもよいし、含まなくてもよい。

非対称な光変向要素６２２を有するＥＵＦ ６２０の別の実施形態が、図６Ｂに概略的に示される。少なくとも一部の光変向要素６２２は曲面を有し、例えば、要素６２２ａ及び６２２ｂ等、ＥＵＦ ６２０に垂直な軸６２４に対して非対称である。

図７Ａは、その他の光管理層７０４を備えるＥＵＦの使用を概略的に示す。示された実施形態では、光管理層７０４は、プリズム型輝度強化層を備える。その他の実施形態では、異なるタイプの層、又は反射偏光層等の追加の光管理層を、ディフューザー層７０２の上に配置することができる。ＥＵＦ ７１０は、ディフューザー層７０２の入力側に配置される。ＥＵＦ ７１０は、ディフューザー層７０２に面する第１の光変向面７１２、及びディフューザー層７０２と反対方向に面する第２の光変向面７１４を有する。１つ以上の光源（図示せず）からの光７０８は、ＥＵＦ ７１０を通過してディフューザー層７０２まで、及びその他の光管理層７０４上に到達する。

一部の実施形態では、第１の光変向面７１２は、例えば、接着材の使用によって、ディフューザー層７０２に取り付けることができる。かかる配列の１つの代表的実施形態は、図７Ｂに概略的に示されており、第１の光変向面７１２の部分は、ディフューザー層７０２の下方面７０３上の接着層７２２に貫入する。一部の実施形態では、接着層７２２と表面７１２の一部との間に隙間７２４が残る。接着材を使用して構造化されたフィルム面をその他の層に取り付けることは、米国特許第６，８４６，０８９号に詳細に記載されている。

別の代表的実施形態が、図７Ｃに概略的に説明されており、光変向面７１２は、ディフューザー層７０２の下方面７０２ａに平行な部分７３０を有する光変向要素を含む。光変向面７１２の表面は、ディフューザー層７０２の下方面７０２ａに対して押し付ける、又は、例えば、接着材を使用して、下方面７０２ａに接着することができる。

モデル例
バックライト及び光管理ユニットを有する、ディスプレイの照射ユニットの光線追跡モデルを構築して、ＥＵＦの様々なパラメーターに応じる照射ユニットの光学性能を調べた。モデル照射ユニット８００は、図８に概略的に図説されており、光源の配列空洞８０４の境界を画定する反射フレーム８０２と、ランプ８０８の配列の下の後方反射体８０６と、ディフューザー層８１０及びＥＵＦ ８１２と、を備えた。その他の記載のない限り、モデルは、反射体８０６が鏡面反射体であると想定した。モデルは、ランプ８０８はそれぞれ、冷陰極蛍光灯に類似の、３８，０００ニトの細長い光源を備えると想定した。ランプ８０８は、中央から中央までの距離Ｓによって、規則的に間隔が置かれ、反射体８０６とディフューザー層８１０との間の分離は、Ｄによって与えられ、ランプ８０８と反射体８０６との間の分離距離はＨであった。ランプ８０８の間の間隔Ｓは、３０ｍｍと想定され、ランプの直径２Ｒは３ｍｍと想定され、Ｄの値は７ｍｍと想定された。ディフューザー層８１０は２ｍｍの厚さで、ＥＵＦ ８１２はおよそ０．４５ｍｍの厚さを有し、ディフューザー層８１０の下方面と接触していた。空洞には３つのバルブ８０８が存在した。輝度強化層８１４及び反射偏光層８１５は、ディフューザー層８１０の上に配置された。輝度強化層８１４は、バルブ８０８の細長い方向と平行に配向されたプリズム型肋材から形成された。

ＥＵＦに使用された材料の屈折率は１．５８６と想定され、これはＥＵＦに使用され得るエポキシアクリレート材料の屈折率の値に対応する。ＥＵＦに適切なその他の種類の材料を使用することができる。ポリマー材料の例としては、ポリ（カーボネート）（ＰＣ）；シンジオタクチック及びアイソタクチックポリ（スチレン）（ＰＳ）；Ｃ１〜Ｃ８アルキルスチレン；ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）及びＰＭＭＡコポリマーを含む、アルキル、芳香族、及び脂肪族環含有（メタ）アクリレート；エトキシル化及びプロポキシル化（メタ）アクリレート；多官能性（メタ）アクリレート；アクリレート化エポキシ；エポキシ；及び他のエチレン性不飽和物質；環状オレフィン及び環状オレフィン性コポリマー；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）；スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）；エポキシ；ポリ（ビニルシクロヘキサン）；ＰＭＭＡ／ポリ（ビニルフロライド）ブレンド；ポリ（フェニレンオキシド）合金；スチレン系ブロックコポリマー；ポリイミド；ポリスルホン；ポリ（ビニルクロライド）；ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）；ポリウレタン；不飽和ポリエステル；低複屈折性ポリエチレンを含むポリ（エチレン）；ポリ（プロピレン）（ＰＰ）；ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）のようなポリ（アルカンテレフタレート）；ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）のようなポリ（アルカンナフタレート（alkane napthalates））；ポリアミド；アイオノマー；ビニルアセテート／ポリエチレンコポリマー；セルロースアセテート；セルロースアセテートブチレート；フルオロポリマー；ポリ（スチレン）−ポリ（エチレン）コポリマー；ポリオレフィン性ＰＥＴ及びＰＥＮを含むＰＥＴ及びＰＥＮコポリマー；並びにポリ（カーボネート）／脂肪族ＰＥＴブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。（メタ）アクリレートという用語は、対応するメタクリレート又はアクリレート化合物のいずれかとして定義される。

ディフューザー層８１０から発せられる光の均一性は、ＥＵＦ上の様々な形状の光変向面に対してモデル化された。ＥＵＦ ９００の表面は、図９Ａ及び９Ｂで示されるようにモデル化された。ディフューザー層に面する上方の光変向面９０２は、曲率半径Ｒを有する曲面９０６を備えた光変向要素９０４を有した。光変向要素９０４は、ピッチＰで配列されると想定された。Ｒは、ピッチＰに対して標準化された無次元数であった。このように、曲率半径がピッチの５０倍の場合、Ｒは５０の値を有する。光変向要素の頂角、θは、光変向要素９０４の頂点を光変向要素９０４の底辺隅部に接続する仮想三角形によって画定された。一部では、光変向要素は平坦な先端によってモデル化された。平坦部分９０８の範囲Ｆは、ゼロから０．２Ｐの間で変化した。平坦部分を有する光変向要素９０４の頂角は、別の場合では、要素９０４を切断する平坦部分のない頂角であったと考えられた。下方の光変向面９１２が図９Ｂに示され、光変向要素９１４がＥＵＦ ９００から突出している。

以下に述べられるすべての事例において、光変向要素９０４、９１４は、それぞれの光変向面９０２、９１２で同じサイズであり、均一の高さを有した。照射ユニットの動作は、モンテカルロ法を使用して異なるパラメーターの様々な値に対してモデル化された。

（実施例１〜６）ディフューザー層の下の、ＥＵＦを有するモデル化された照射ユニット
様々なＥＵＦパラメーターのいくつかの組み合わせを有する照射ユニットの光学特徴がモデル化された。異なる範囲の様々なＥＵＦパラメーターが、表Ｉに列挙される。「頂点」という用語は、光変向部材の頂角を指し、「平坦」という用語は、平坦領域Ｆの程度を指し、「Ｒ」という用語は、光変向要素の曲率半径を指す。「底」という用語は、光源に面するＥＵＦの下方面を指し、「上」という用語は光源と反対方向に面するＥＵＦの上方面を指す。

「ディフューザー−ｇ」という用語は、Ｈｅｎｙｅｙ−Ｇｒｅｅｎｓｔｅｉｎ拡散パラメーターを指す。ｇの値が１の場合は、すべて前方散乱になり、ｇが−１の場合は、完全な後方散乱に関連する。ｇの値が０は、すべての方向で均一な散乱に相当する。モデル化で使用されるｇの値は、０．９２〜０．９５５の範囲であり、２ｍｍの厚さのディフューザー層を通る５６％〜９９％の範囲の単一の通過伝達にほぼ相当する。散乱光線の角度分布、ｆ（θ）はｆ＝（１−ｇ^２）／［２（１＋ｇ^２−２ｇｃｏｓθ）^１．５］によって表され、式中、θは、光線の入力方向に対する角度である。これらのｇの値に対して、散乱の偏りは前方方向で大きい。Ｈｅｎｙｅｙ−Ｇｒｅｅｎｓｔｅｉｎのｕ因子は、ディフューザー内の光の平均自由行程の逆数を記述し、１４ｍｍ^−１に設定された。このように、散乱係数Ｃは、Ｃ＝ｅ^−ｕｄによって表される指数因子であり、式中、ｄはディフューザー内での位置である。

ランプの高さＨは、図８で示されているように、ランプと反射体との間の分離を指す。光学的損失はモデルに含められた。反射体は、入射光の９８．５％を反射し、残りの１．５％は吸収されると想定され、光学フィルムの材料は、吸収長０．００３ｍｍ^−１を有すると想定された。反射体は、他に特に記載されない限り、鏡面反射体としてモデル化された。パラメーターＡ、Ｔ及びＲは、それぞれ、ディフューザーに吸収される入射光、ディフューザーを介して伝達される入射光、ディフューザーによって反射される入射光のパーセントに相当する。

実施例１Ａ〜６Ａで使用された様々なパラメーターの実際の値が、表ＩＩに表される。実施例１Ａ〜６Ａは、考慮された多数の異なる組み合わせから選択され、全体的な輝度及び均一性の観点から、良好な性能の例示である。

実施例１〜６の照射ユニットは、光源、ＥＵＦ、ディフューザーシート、プリズム型輝度強化層及び反射偏光層の順序で含んだ。

比較例７〜１２：ＥＵＦのない照射ユニット
ＥＵＦを有する照射ユニットの性能を従来の照射ユニットの性能に対して比較するために、ＥＵＦ８１２がないことを除き、図８に示されるもののような照射ユニットのいくつかの比較データセットが取得された。これらの比較例で使用されたディフューザー−ｇ及びランプ高さの値は、表ＩＩＩに示される。

例７〜１２は、ｉ）反射体８０６が拡散反射体、及びｉｉ）反射体８０６が鏡面反射体、という、２つの異なる条件下で分析された。拡散反射体は、反射が９７％の均等拡散面として扱われた。これら２つの異なる条件は、例の番号に続く文字によって例の名前に象徴され、文字「Ｄ」は拡散反射体を使用した例を示し、文字「Ｓ」は鏡面反射体を使用した例を示す。したがって、例えば、例７には２つのセットのデータが存在する。「７Ｄ」と示された１つのセットは、拡散反射体が使用された例７を表し、「７Ｓ」は鏡面反射体が使用された例７を表す。その他すべてのパラメーター値は、「Ｓ」と「Ｄ」の両方の例で同じである。

モデル化結果
モデルは、照射ユニットの上の光の輝度、及び照射ユニットのフィルムに対して垂直方向に伝搬する光の輝度の均一性を含め、照射ユニットの様々な操作パラメーターを計算するために使用された。図１０は、輝度（ニト）に対してプロットされた相対的輝度の均一性（％）を示す散乱図を表す。例えば、輝度の均一性は、この例では輝度のパーセントとして表される。比較例の７Ｓ〜１２Ｓは、より高い伝達の例がより高い輝度を有し、ＥＵＦ例（１〜６）よりもわずかに高い平均輝度を示す。輝度が最も高いＥＵＦの例である実施例１は、輝度が最も高い比較例である例１２Ｓの輝度のおよそ９９．５％の輝度を有し、輝度が最も低いＥＵＦの例である実施例６でも、例１２の輝度のおよそ９６％の輝度を有する。このように、ＥＵＦの実施例１〜６の輝度は、鏡面反射比較例７Ｓ〜１２Ｓと比較して、輝度の低下が見られたとしても、有意に低下していない。拡散比較例７Ｄ〜１２Ｄは、輝度のレベルがＥＵＦの実施例１〜６よりも低いことを実証する。

輝度の均一性は、照射ユニット全体の均一性の標準偏差を照射ユニットによって作られた光の平均輝度で除した比として計算された。したがって、得られる値は、相対均一値である。ＥＵＦの実施例１〜６の均一性は、比較例のいずれのセットよりも有意に優れており、約０．２％〜１％の範囲内である。鏡面反射比較例７Ｓ〜１２Ｓの均一性は、約３．６％〜４％の範囲内であるが、拡散反射例７Ｄ〜１２Ｄの均一性は、約６．６％〜７．１％の範囲である。このように、モデル化は、ＥＵＦ層の存在によって、照射ユニットによって発せられる光の均一性を有意に向上できる一方で、輝度は同じレベルを実質的に維持することを示す。

照射ユニットから垂直に伝搬する光に関して、位置に応じる輝度を示すグラフを、図１１に示す。グラフは、すべてのＥＵＦ例である実施例１〜６及び比較例９Ｓ及び９Ｄの輝度を示す。例９Ｄ及び９Ｓの輝度のレベルは、実施例１〜６の輝度に比べてかなり変化する。

多数の異なるＥＵＦパラメーターは、ＥＵＦ性能の増大を達成するために変化することができることが、理解されるであろう。ＥＵＦ性能は、光源の上の光の強度ピークを抑制するＥＵＦの能力により測定することができる。変化することが可能なパラメーターは、頂角、上方と下方の両方の変向面の曲率半径及び平坦空間量、並びに更にＥＵＦ材料の屈折率を含む。

図１２は、実施例１〜６及び例７Ｓ〜９Ｓに関して様々な角度で照射ユニットから外側に伝搬する光の均一性を示す棒グラフである。それぞれの例では、輝度の均一性は、０°、１５°及び３０°の３つの角度で伝搬する光に対して提供される。０°での結果は、図１０にも提供された。１５°及び３０°での結果は、角度が増大しても均一性はわずかに減少しただけであることを示すが、ほとんどのＥＵＦ例では、３０°で１％未満の均一性をまだ示しており、３０°で１％をやや上回る均一性を有する例は２つだけである。例７Ｓ〜９Ｓの輝度の均一性は、０°、１５°及び３０°で３．５％を超えたままである。

両面ＥＵＦは次のように機能すると考えられる。まず、（図の平面に向かって）光源８１６の軸に平行な方向に細長い光変向部材８１２ａを有するＥＵＦ８１２を示す、図８を参照するのが有用である。一部の代表的実施形態では、これは、光変向部材８１２ａが、蛍光灯の縦方向の軸と同じ方向に細長い肋材部材であることを意味する。Ｓ＝３０ｍｍ、Ｄ＝７ｍｍ及びＨ＝０．５ｍｍであるので、ＥＵＦ８１２の下方光変向面上の入射角は、光源８１６のすぐ上で０°、及びバルブの中間点Ｐで７２°である。

上方の光変向部材８１２ｂは、伝達が入射光の傾斜角度に依存する、段階的伝達フィルターであると考えることができる。下方の光変向部材８１２ａは、入射角 ｉ＝ａｔａｎ（（Ｄ−ｄ）／ｘ）に基づいて伝達角度を選択するが、式中、ｄは反射体８０６上部の光源８１６の中心の高さであり、ｘはＥＵＦの下方面上の入射点とＥＵＦ上の光源のすぐ上の点との間の分離を表す。このように、下方光変向部材８１２ａを介する伝達角度は、光源８１６バルブからの距離ｘに応じ、それが上方光変向部材８１２ｂを介する伝達レベルを決定することになる。ＥＵＦ８１２は、光源８１２からの距離に応じて、光の伝達を制御するための有用なツールを提供するので、輝度の均一性に影響を与える。

両面ＥＵＦの組み合わされた影響を理解するためには、各側面の特性を別々に考えることが有用である。まず、光源と反対方向に面する上方光変向面の影響を考える。このようなフィルムは、輝度強化フィルムに類似しており、輝度強化フィルムのプリズム内の全内反射によって、垂直に入射する光における光の伝達は低く、全部内反射を可能にするものよりも高い角度で入射する光においては、有意に高い。図１３Ａは、プリズム型輝度強化フィルムのような平面／プリズム型フィルムの平面上に入射する伝達光の極性／方位マップを示す。プリズムは、頂角９０°（Ｆ＝０、Ｒ無限）を有すると想定された。このマップでは、影が濃くなると、伝達される光が多くなることを表し、白い部分は、伝達される光がゼロであることを表す。プリズム軸に沿った、及びその周辺の白い砂時計状の領域は、内部全反射（ＴＩＲ）域に一致する。

光源に面する光変向面の影響は、図１３Ｂ〜１３Ｄを参照して記載される。これらの図面は、プリズム／平面フィルムの構造面を介して伝達される光の極性／方位マップを表し、プリズムは頂角７０°を有する。これらの図面は、プリズム１３０２が光源（図示せず）に面するフィルム１３００を示す図１３Ｅを参照するとよく理解される。プリズム１３０２は、光変向部材を備える。プリズムは、ｙ方向に平行な方向に沿って細長く、ｚ軸はフィルム１３００に垂直である。図１３Ｂでは、光の入射平面は０°、つまり、光線は、プリズム構造に対して垂直な平面にとどめられ、プリズム軸と同一平面上、つまり、図１３Ｅのｙ−ｚ平面にとどめられる。図１３Ｃでは、入射平面は７０°であるので、光線はフィルムの法線に対して７０°傾斜した平面にとどめられ、プリズム軸、平面１３０４と同一平面上にある。図１３Ｄでは、光線は、法線に対して８０°傾斜した平面にとどめられ、プリズム軸と同一平面上にある。

上方プリズム伝達、及び０°、７０°及び８０°の３つの下方プリズム入射平面事例の複合極性／方位マップが、図１３Ｆに示される。パターンは、互いに垂直に配向されているＥＵＦの両面上の光変向構造に対応する。０°の場合は、光は、ＴＩＲが上方プリズムとの相互作用を独占する中央経線から遠くに変向されるので、バルブから上向きに直接発せられる光は、ほとんど、ＥＵＦによって反射される。７０°及び８０°の入射事例では、光は、上方プリズムＴＩＲ域が狭い（反射が弱い）中央経線に向かって変向されるので、深い角度でランプから発せられて、バルブ間の中点近くの下方プリズム構造化された表面上に入射する光は、強く伝達される。ランプ上部の光の低い伝達と、ランプの間の点でＥＵＦに入射する光の高い伝達との組み合わせによって、全体的な照射プロファイルの平坦化が発生するので、イルミナンスはより均一になることができる。図１３Ｆでは、０°と７０°との間の角度で入射する光線の伝達の段階的スケールが存在し、バルブ間の中点近くでの光伝達を強く選択する。段階的な伝達スケールは、例えば、頂角、ファセット曲率（半径）、平坦又は先端半径又はプリズム先端のウェットアウト、プリズム軸の配向、屈折率、傾斜又は変化頂角プリズム、並びにプリズム面のテクスチャ等、下方及び上方の光変向部材のパラメーターを調整することによって、微調整することが可能である。上方及び下方のプリズム軸の配向、つまりプリズムの突起部の向きは、互いに相対的に及び／又はバルブに相対的に変化してもよい。

図１４は、値Ｄに応じる計算された輝度の均一性を示すが、これは、照射ユニットの厚さに影響を与える。それぞれの事例で、Ｄの値は５ｍｍ〜１１ｍｍの範囲にわたって変化した。曲線１４０１、１４０２、１４０３及び１４０５は、それぞれ、実施例１、２、３及び５のもののような設計の結果を示す。曲線１４０７Ｓは、例７Ｓのもののような設計の結果を示し、曲線１４０７Ｄは、例７Ｄの結果を示す。Ｄ＝７ｍｍの均一性の値は、図１０に提供された値と同じである。

照射ユニットの性能を最適化するために重要なパラメーターは、ランプ間の間隔の厚さに対する比、Ｓ／Ｄ比である。ディスプレイの厚さを低減するためには、Ｓ／Ｄの値が高くなることが望まれるが、輝度の均一性が低下してはならない。典型的に、拡散後方反射体８０６を備える蛍光灯を使用する従来のディスプレイは、２未満のＳ／Ｄ値を使用する。これは、図１４の曲線１４０７Ｄの傾向によって確認される。輝度の均一性は、１１ｍｍより有意に高いＤの値に関して１％に近づく。鏡面後方反射体８０６を使用する最近の開発では、約１％の輝度の均一性を保ちながら、約３までのＳ／Ｄ値が可能であることが実証され、したがって、照射ユニットの厚さを低減することができる。これは、係属中の米国特許出願公開第２００６／０２６２５５５号において詳細に記載される。

図１４によって示される傾向は、ＥＵＦの導入によって、有意に薄型の照射ユニットで許容可能な輝度が実現されることを示す。図１４に示される結果に対して使用されたすべての設計では、ランプ間の間隔Ｓは、３０ｍｍであった。このように、１％以上の均一性は、約２．７以上のＳ／Ｄ値に対して、すべてのＥＵＦ設計（曲線１４０１、１４０２、１４０３、１４０５）で実現された。特に、曲線１４０１、１４０２、１４０３、１４０５は、７ｍｍ未満までのＤ値に関して１％未満の輝度均一性、すなわち４．３を超えるＳ／Ｄ比を示す。異なるＥＵＦ設計の試みによって、Ｄの値が６ｍｍ未満である、１％未満の均一性を有するシステムをもたらすことができる。

実験結果
ＥＵＦを有する、及び有さないライトボックスによって生成された光の実験測定が、図１５に示される。ライトボックスは、幅が約３３ｃｍで、中央から中央までの間隔が３５ｍｍの８つの蛍光灯を含んだ。ライトボックスの深さは８ｍｍであったので、Ｓ／Ｄ比の値は約４．４であった。すべての事例で、ランプの上にディフューザー層が存在した。曲線１５０２は、ディフューザー層にわたる位置に応じて、測定されたルミナンス（Ｃｄｍ^−２）を示す。この曲線は、強度の有意な空間的変動を示す。曲線１５０４は、ディフューザー層の下にＥＵＦの存在下で行われたのと同様の測定を表すが、ＥＵＦが出力強度を更に均一にすることにおいて有意な影響を及ぼすことを示す。これらの実験結果を生み出すために使用されるＥＵＦは、両面ＥＵＦであり、それぞれの面は、肋材の間に平坦領域がなく肋材自体にも平坦領域がない、一連のプリズム型肋材を含んだ。下方の光変向面上には、ランプに面して、プリズム頂角が６６°であって、上方の光変向面上には、ディフューザー層に面して、プリズム頂角が１００°であった。

測定は繰り返されたが、ディフューザーの上に３つの光管理層が配置された。フィルムは、ディフューザー層から上向きに、増幅ディフューザー、輝度強化フィルム及び反射偏光フィルムの順序であった。増幅ディフューザーは、日本、大阪の恵和株式会社から入手可能なＢＳ−４２型増幅ディフューザーシートであった。輝度強化フィルムは、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社（3M Company）から入手可能なプリズム型輝度強化フィルムであるＢＥＦＩＩＩ−１０Ｔであり、反射偏光層は、３Ｍ社（3M Company）から入手可能な多層反射偏光フィルムであるＤＢＥＦ−Ｄ４００であった。光管理フィルムを追加することによって、ライトボックスから上向きに通過する量（mount）が有意に増加した。グラフは、ＥＵＦなし（曲線１５０６）及びＥＵＦあり（曲線１５０８）両方のライトボックス全体にわたる位置に応じるルミナンスを示す。中央のルミナンスは、境界条件のために、一般的に端より高い。しかしながら、ＥＵＦが適所にあって測定されたプロファイルは、ＥＵＦがない場合よりも有意に平坦である。

光変向面は、位置、形状及び／又はサイズにおいて無作為な光変向要素を備える面を含めて、本明細書では詳細に述べられていない様々な異なる種類の形状を取ることができることを理解されたい。更に、上記で述べられた代表的な実施形態は、照射光を反射的に変向する光変向面に関するが、その他の実施形態は、照射光を回折すること、又は、反射と回折の組み合わせによって、照射光を変向することができる。本明細書に記載された演算結果は、異なる種類及び形状の光変向層が、ルミナンスを増大させる可能性を提供すると共に、単純なディフューザーだけに比べて、ルミナンスの変化を低減することを示す。

本発明は、上に記載した特定の実施例に限られるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲で明確に提示されているように、本発明のあらゆる態様を網羅していると理解されるべきである。本明細書を検討すれば、様々な修正、同等のプロセス、並びに本発明が適用可能な多数の構造が、本発明に関連する当業者には容易に明らかになるであろう。特許請求の範囲は、このような修正及び装置を網羅することを意図する。

Claims (45)

1. 直接照射型ディスプレイユニットであって、
   ディスプレイパネルと、
   該ディスプレイパネルの後方に配置され、照射光を生成することが可能な１つ以上の光源と、
   該１つ以上の光源と該ディスプレイパネルとの間に配置されたディフューザーと、
   該１つ以上の光源と該ディフューザーとの間に配置された光変向層と、
   を備え、該光変向層は、該１つ以上の光源に面する第１の光変向面を備え、該第１の光変向面は、該光変向層と直交する第１の光変向平面で最初に該光変向層上に垂直に入射する光を変向し、該光変向層は、該ディフューザーに面する第２の光変向面を更に備え、該第２の光変向層は、該光変向層に対して垂直な方向に該光変向層内を伝搬する光を、該第１の変向平面に平行ではない第２の変向平面に好適に変向するように構成されている、ディスプレイユニット。
2. 前記第１の変向平面が、前記第２の変向平面に対して実質的に垂直である、請求項１に記載のユニット。
3. 前記第１の光変向面が、表面の不連続性によって分割された少なくとも２つの隣接する表面部分を有する光変向要素を備える、請求項１に記載のユニット。
4. 前記ディフューザーが、前記光変向層に取り付けられている、請求項１に記載のユニット。
5. 前記光変向層に面する前記ディフューザーの側面上に接着層を更に備え、前記第２の光変向面の部分が該接着層に貫入している、請求項４に記載のユニット。
6. 前記第２の光変向面の少なくとも一部が、前記ディフューザーに平行であり、かつ該ディフューザーに取り付けられている、請求項４に記載のユニット。
7. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、前記光変向層に垂直な軸に対し非対称である光変向部材を備える、請求項１に記載のユニット。
8. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、前記光変向層に平行である表面部分を有する光変向部材を備える、請求項１に記載のユニット。
9. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、２つの隣接する光変向部材の間に少なくとも１つの平坦な表面部分を備える、請求項１に記載のユニット。
10. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、前記光変向層にわたって延在する細長い光変向部材を備える、請求項１に記載のユニット。
11. 前記細長い光変向部材が、該細長い光変向部材の長さに実質的に沿って一定の高さを有する、請求項１０に記載のユニット。
12. 前記細長い光変向部材が、該細長い光変向部材の長さに沿って変化する高さを有する、請求項１１に記載のユニット。
13. 前記細長い光変向部材が、該細長い光変向部材の長さに沿って変化する幅を有する、請求項１０に記載のユニット。
14. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、高さが同じではない、２つの隣接する光変向部材を備える、請求項１に記載のユニット。
15. 前記ディフューザーと前記ディスプレイパネルとの間に配置された１つ以上の光管理フィルムを更に備える、請求項１に記載のユニット。
16. 前記１つ以上の光管理フィルムが、少なくとも第１の輝度強化フィルムと、反射型偏光フィルムとを備える、請求項１５に記載のユニット。
17. 前記第１の輝度強化フィルムのプリズム構造に対して実質的に直交して配向されたプリズム構造を有する第２の輝度強化フィルムを更に備える、請求項１６に記載のユニット。
18. 前記ディスプレイパネルが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルを備える、請求項１に記載のユニット。
19. 前記１つ以上の光源が少なくとも１つの発光ダイオードを備える、請求項１に記載のユニット。
20. 前記１つ以上の光源が少なくとも１つの蛍光灯を備える、請求項１に記載のユニット。
21. 前記ユニットによって表示される画像を制御するように、前記ディスプレイパネルに接続された制御ユニットを更に備える、請求項１に記載のユニット。
22. 前記ディフューザーが拡散面である、請求項１に記載のユニット。
23. 前記ディフューザーが拡散層である、請求項１に記載のユニット。
24. 直接照射型ディスプレイユニットであって、
    ディスプレイパネルと、
    該ディスプレイパネルの後方に配置され、照明光を生成することが可能な１つ以上の光源と、
    該ディスプレイパネルと該１つ以上の光源との間に配置されたディフューザーと、
    該１つ以上の光源と該ディフューザーとの間に配置された光変向層と、
    を備え、該光変向層は、該１つ以上の光源に面する第１の光変向面と該ディフューザーに面する第２の光変向面とを備え、該光変向層に対して実質的に垂直な方向に該光変向層内を伝搬する、該１つ以上の光源からの光の少なくとも第１の部分は、該第２の光変向面の平坦部分を介して実質的に伝達され、該光変向層に対して実質的に垂直な方向に該光変向層内を伝搬する、該１つ以上の光源からの光の少なくとも第２の部分は、該第２の光変向面の傾斜部分で内部全反射される、ディスプレイユニット。
25. 前記１つ以上の光源から前記第１の光変向面上に入射する光が、第１の光変向平面へ実質的に変向され、該第１の光変向面から前記第２の光変向面上に入射する光が、該第１の光変向平面と平行ではない第２の光変向平面へ実質的に変向される、請求項２４に記載のユニット。
26. 前記第１の光変向平面が、前記第２の光変向平面に対して実質的に垂直である、請求項２４に記載のユニット。
27. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、表面の不連続性によって分割された少なくとも２つの隣接する表面部分を有する光変向要素を備える、請求項２４に記載のユニット。
28. 前記ディフューザーが、前記光変向層に取り付けられる、請求項２４に記載のユニット。
29. 前記光変向層に面する前記ディフューザーの側面上に接着層を更に備え、前記第２の光変向面の部分が該接着層に貫入している、請求項２８に記載のユニット。
30. 前記第２の光変向面の少なくとも一部が、前記ディフューザーに平行であり、かつ該ディフューザーに取り付けられている、請求項２８に記載のユニット。
31. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、前記光変向層に垂直な軸に対して非対称な光変向要素を備える、請求項２４に記載のユニット。
32. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、前記光変向層に平行である表面部分を有する光変向要素を備える、請求項２４に記載のユニット。
33. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、２つの隣接する光変向要素の間に少なくとも１つの平坦な表面部分を備える、請求項２４に記載のユニット。
34. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、前記光変向層にわたって延在する細長い部材を備える、請求項２４に記載のユニット。
35. 前記細長い部材が、該細長い部材の長さに実質的に沿って一定の高さを有する、請求項３４に記載のユニット。
36. 前記細長い部材が、該細長い部材の長さに沿って変化する高さを有する、請求項３４に記載のユニット。
37. 前記細長い光変向部材が、該細長い部材の長さに沿って変化する幅を有する、請求項３４に記載のユニット。
38. 前記第１及び第２の光変向面のうちの少なくとも１つが、高さが同じではない２つの隣接する光変向要素を備える、請求項２４に記載のユニット。
39. 前記ディフューザーと前記ディスプレイパネルとの間に配置された１つ以上の光管理フィルムを更に備える、請求項２４に記載のユニット。
40. 前記１つ以上の光管理フィルムが、少なくとも第１の輝度強化フィルムと反射型偏光フィルムとを備える、請求項３９に記載のユニット。
41. 前記第１の輝度強化フィルムのプリズム構造に対して実質的に直交して配向されたプリズム構造を有する第２の輝度強化フィルムを更に備える、請求項４０に記載のユニット。
42. 前記ディスプレイパネルが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルを備える、請求項２４に記載のユニット。
43. 前記１つ以上の光源が少なくとも１つの発光ダイオードを備える、請求項２４に記載のユニット。
44. 前記１つ以上の光源が少なくとも１つの蛍光灯を備える、請求項２４に記載のユニット。
45. 前記ユニットによって表示される画像を制御するように、前記ディスプレイパネルに接続された制御ユニットを更に備える、請求項２４に記載のユニット。

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