JP2013152925A - 実質的に同じマイクロレンズを含む二次元パターンを有する導光板 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に製造されることができかつホットスポット問題を抑制することができる導光板を提供する。
【解決手段】バックライトユニットの導光板１０であって、出力面および出力面に対して反対側の底面の少なくとも一方がマイクロパターン５０を有し、マイクロパターン５０が複数の実質的に同じマイクロレンズからなり、各マイクロレンズが幅、長さおよび配向角を有する。マイクロレンズの面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が長さ方向に平行な第１方向ｙ軸において、および幅方向に平行な第２方向ｘ軸において、開始線ｙ０と終了線との間でｙに応じて変動し、開始線ｙ０での面密度Ｄ（ｘ，ｙ＝ｙ０）が、Ｄｍｉｎ≧１％および１００≧Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ≧２であるような最小値Ｄｍｉｎと最大値Ｄｍａｘとの間で変動し、かつ面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が、Ｄ（ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ＋Ｐ，ｙ）となるようにｘ軸においてピッチＰで繰り返す。
【選択図】図３

Description

本発明は概して導光板に関し、より具体的には離散した光源によって引き起こされる望ましくないホットスポット欠陥を低減させるための実質的に同じマイクロレンズからなる二次元マイクロパターンを有する導光板に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、多くのコンピュータ、器具およびエンターテイメント用途に好ましいディスプレイタイプになってきており、コストおよび性能面での改良が続けられている。典型的なＬＣＤ携帯電話、ノートブックおよびモニターは光源からの光を受け取り、その光を導光板にわたってほぼ均一に再分配するための導光板を含む。従来長い線状の冷陰極蛍光ランプであった光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような複数の離散した光源に進化してきた。所定のサイズのＬＣＤにおいては、コストを低減させるために、ＬＥＤの数が着実に少なくさせられてきた。その結果、複数のＬＥＤのピッチはより長くなり、このことは、より顕著なホットスポット問題（すなわち、ＬＣＤの表示画面の最初の数ミリメートルにおいて、ＬＥＤ間よりもＬＥＤの近くで明るい）を生じさせることとなる。離散したＬＥＤからの光が不均一に導光板に入り、つまり、ＬＥＤ間よりもＬＥＤの近くにより多くの光が分布させられるので、このホットスポット問題が起こる。このホットスポット問題を抑制するために多くの導光板（ＬＧＰ）が提案されてきた。いくつかのＬＧＰは、米国特許第７，０９７，３４１号（ツァイ（Ｔｓａｉ））に開示されるもののような、その端付近に複数の連続した溝を有する。いくつかのＬＧＰはその光出力面上に異なるピッチの２組の線状溝を有する。いくつかのＬＧＰは異なるサイズの２以上の組のドットを有する。他のＬＧＰは異なるサイズの溝およびドットを組み合わせることができる。

米国特許第７，０９７，３４１号明細書

先行技術の導光板はある程度はホットスポット問題を抑制することができるが、それらＬＧＰの大量生産における複雑さのせいでそれらは依然として満足できるものではない。よって、容易に製造されることができかつホットスポット問題を抑制することができる導光板についての必要性が存在している。

本発明は、複数の離散した光源からの光を受け取るための入力面、光を放射するための出力面、および前記出力面に対して反対側の底面を含む導光板であって、前記出力面および底面の少なくとも一方がマイクロパターンを有し、前記マイクロパターンが複数の実質的に同じマイクロレンズからなり、各マイクロレンズが幅、長さおよび配向角を有し、前記マイクロレンズの面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が長さ方向に平行な第１方向ｙ軸において、および幅方向に平行な第２方向ｘ軸において、開始線ｙ０と終了線との間でｙに応じて変動し、開始線ｙ０での前記面密度Ｄ（ｘ，ｙ＝ｙ０）が、Ｄｍｉｎ≧１％および１００≧Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ≧２であるような最小値Ｄｍｉｎと最大値Ｄｍａｘとの間で変動し、かつ面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が、Ｄ（ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ＋Ｐ，ｙ）となるようにｘ軸においてピッチＰで繰り返す、導光板を提供する。

本発明は、複数のＬＥＤおよび導光板を含み、前記導光板が、複数の離散した光源からの光を受け取るための入力面、光を放射するための出力面、および前記出力面に対して反対側の底面を含み、前記出力面および底面の少なくとも一方がマイクロパターンを有し、前記マイクロパターンが複数の実質的に同じマイクロレンズからなり、各マイクロレンズが幅、長さおよび配向角を有し、前記マイクロレンズの面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が長さ方向に平行な第１方向ｙ軸において、および幅方向に平行な第２方向ｘ軸において、開始線ｙ０と終了線との間でｙに応じて変動し、開始線ｙ０での前記面密度Ｄ（ｘ，ｙ＝ｙ０）が、Ｄｍｉｎ≧１％および１００≧Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ≧２であるような最小値Ｄｍｉｎと最大値Ｄｍａｘとの間で変動し、かつ面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が、Ｄ（ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ＋Ｐ，ｙ）となるようにｘ軸においてピッチＰで繰り返す、バックライトユニットをさらに提供する。

図１は本発明の導光板を含む複数の光学部品を含む典型的なＬＣＤの側面図を示す。 図２Ａは複数のマイクロレンズを示し、そのいくつかは実質的に同じであってかつ本発明に有用である。 図２Ｂは複数のマイクロレンズを示し、面密度を説明する。 図３は本発明の導光板の上面図を概略的に示す。 図４は比較例の導光板の上面図を概略的に示す。

図１は、ＬＣＤパネル２５およびバックライトユニット２８を含むＬＣＤディスプレイ装置３０の側面図を概略的に示す。バックライトユニット２８は、１もしくは２枚のプリズム膜２０、２０ａ、１もしくは２枚の拡散膜２４、２４ａ、下部反射膜２２、上部反射膜２６および導光板（ＬＧＰ）１０をはじめとする複数の光学部品を含む。導光板１０は、それが１以上の光源１２から放射された光をその入力面１８を通して受け取り、その底面１７、終端面１４、出力面１６、側面１５ａ、１５ｂ（示されていない）および反射膜２２によって光を方向変換し、そして最終的に光を比較的均一に他の光学部品に提供するという点で、他の光学部品とは異なっている。目標にされる輝度均一性は、底面１７および／または出力面１６上のマイクロレンズ１００の密度、サイズおよび／または配向（場合によっては、離散した要素または光取り出し体（ｌｉｇｈｔ ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）とも称される）を制御することにより達成される。上部反射膜２６は典型的にはＬＧＰ１０を約２〜５ミリメートル覆って、光の向上したミキシングを可能にする。それは高度に反射性の内面２６ａを有する。上部反射膜２６は場合によっては、黒色外面２６ｂを有していてよく、よって黒色テープと称される。典型的には、ホットスポットは、上部反射膜２６の端であるポイントＡから評価される。ポイントＡから右側が表示画面である。

本発明の導光板１０は二次元マイクロパターンを有し、この二次元マイクロパターンは複数の実質的に同じマイクロレンズからなり、かつこのマイクロレンズの密度は２つの次元において変化する。以下に、「実質的に同じマイクロレンズ」およびこのマイクロレンズの密度が説明される。

２つのマイクロレンズは完全に同じではないが、複数のマイクロレンズが同じ形状および同じ配向を有する場合には、それらは「実質的に同じ」であると見なされる。より具体的には、それらの長さ、幅および深さの変動が好ましくは±３μｍ（すなわち、５６μｍサイズのマイクロレンズについては５．４％）以内、より好ましくは±１μｍ（すなわち、５６μｍサイズのマイクロレンズについては１．８％）以内であり、かつそれらの配向角の変動は好ましくは±５度以内、より好ましくは±２度以内である。

ここで、図２Ａを参照すると、マイクロレンズ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは、それら全てが同じ形状および同じ配向を有するので実質的に同じであると見なされる。それらは同じ幅ｗ、長さｌおよび深さ（示されていない）を有するので、それらは同じ形状を有する。マイクロレンズ１００ｅ、１００ｆ、１００ｇはマイクロレンズ１００ａとは実質的に同じではないが、その理由はマイクロレンズ１００ｅ、１００ｆ、１００ｇはマイクロレンズ１００ａと同じ形状を有するけれども、マイクロレンズ１００ｅ、１００ｆ、１００ｇはマイクロレンズ１００ａとは異なる配向を有しているからである。マイクロレンズ１００ｈはマイクロレンズ１００ａとは実質的に同じではないが、その理由は、マイクロレンズ１００ｈは円形形状であるがマイクロレンズ１００ａは楕円形だからである。マイクロレンズ１００ｉはマイクロレンズ１００ａとは実質的に同じではないが、その理由は、それらは両方とも楕円形であるけれども、マイクロレンズ１００ｉはマイクロレンズ１００ａよりも実質的に大きいからである。

実質的に同じツールによって同じプロセスから「実質的に同じ」マイクロレンズが製造される。これらツールが同じ目標で同じプロセスによって造られるかまたはこれらツールが許容可能な通常の摩耗によってのみ互いに異なっている場合には、これらツールは実質的に同じであると見なされる。

実質的に同じマイクロレンズを使用する利点は、それらを製造するのが容易であることであるが、その理由は１つのツールまたは複数の同じツールしか必要とされないからである。異なるサイズの２以上の組のマイクロレンズが目標とされる場合には、２組以上のツールが必要とされるか、または異なるプロセスが必要とされる。

数密度ＮＤは単位面積あたりのマイクロレンズの数として定義され、および面密度Ｄは単位面積あたりのマイクロレンズの合計面積として定義され、この場合単位面積は実用のために、典型的には０．５〜１．５ｍｍ^２のオーダーで選択される。図２Ｂを参照すると、単位面積６０は幅ΔＷ_０および長さΔＬ_０によって画定され、６つのマイクロレンズ１０１ａ〜１０１ｆを含み、これらマイクロレンズはそれぞれ幅ｗ_０および長さｌ_０を有する。数密度ＮＤ＝６／（ΔＷ_０ΔＬ_０）で、面密度Ｄ＝６（ｗ_０ｌ_０）／（ΔＷ_０ΔＬ_０）である。選択される単位面積の境界を１以上のレンズが横切っている場合には、数密度は分数の数であり得る。以下において、二次元もしくは一次元密度とはマイクロレンズの面密度をいう。

図３は、ピッチＰを有する複数の離散した光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃと共に、本発明の導光板１０の上面図を概略的に示す。実際には、離散した光源の数は４０以上であり得る。ピッチＰは４ｍｍから１０ｍｍまで変動しうる。幅Ｗ_ＬＧＰおよび長さＬ_ＬＧＰを有する導光板１０は、その底面１７および出力面１６の一方もしくは双方上にマイクロパターン５０を有する。一例においては、マイクロパターン５０は底面１７上にあり、二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）を有し、かつマイクロレンズは一次元密度Ｄ１（ｙ）を有し、ここでｘ軸は幅方向と平行であり、かつｙ軸は長さ方向と平行である。

二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）はｘ軸およびｙ軸の双方において変動し、一方で一次元密度Ｄ１（ｙ）はｙ軸において変動するだけである。二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）はｙ＝ｙ０での開始線３１とｙ＝ｙ０＋Ｌ_２Ｄでの終了線３２との間に広がり、ここで長さＬ_２Ｄはｙ軸における二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）の長さを表す。ｙ＝ｙ０の開始線３１において密度Ｄ（ｘ，ｙ０）は最小値Ｄｍｉｎと最大値Ｄｍａｘとの間で変動し、ここでＤｍｉｎは光源（例えば光源１２ａ）の中央部分に対応するＸ１において生じ、一方でＤｍａｘは光源の中央からＰの半分だけ離れた部分に対応するＸ２またはＸ３において生じる。典型的な開始線については、ｙ０は０から約２．５ｍｍまで変動する。ｙ０＝０の場合には、二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）は入力面１８に沿った導光板１０の先頭において始まる。

本発明に従う二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）の一つの独特の特徴はＤｍｉｎ≧１％かつ、比率Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎとして定義される密度コントラストが２〜１００（すなわち、１００≧Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ≧２）であることである。

本発明に従う二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）のもう一つの独特の特徴は比率Ｌ_２Ｄ／Ｐが好ましくは１未満であり、最も好ましくは０．７５以下であることである。これら２つの独特の特徴は、実質的に同じマイクロレンズの使用が他の悪影響を引き起こすことなくホットスポット問題を効果的に抑制するの可能にする。

一実施形態に従って、二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）はそれ自体をｘ軸においても繰り返し、すなわち、ｙ０〜ｙ０＋Ｌ_２Ｄのｙについて、Ｄ（ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ＋Ｐ，ｙ）である。

図４は比較例の導光板１０ａの上面図を概略的に示し、ここでは、本発明の導光板１０におけるＤｍｉｎ≧１％と比較してＤｍｉｎ＝０％である。この例においては、ＬＥＤの前に大きな空の空間が存在し、上部反射膜２６の端近くの領域３５付近に美的（ｃｏｓｍｅｔｉｃ）欠陥が観察される。この美的欠陥はこの０％領域の周りの密度の突然の変化により生じると考えられる。

表１にまとめられる以下の実施例においては、様々なＬＧＰがポリカルボナートから製造され、それぞれが、約７８μｍ×７８μｍのサイズの実質的に同じマイクロレンズを有する。面密度Ｄ（ｘ，ｙ）はｘ軸においてピッチＰで繰り返しており、すなわち、Ｄ（ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ＋Ｐ，ｙ）であったが、ここでＰはこの密度パターンのピッチであって、かつバックライトユニットにおけるＬＥＤのピッチでもあった。具体的には、ピッチＰ＝６．３ｍｍであった。ＬＧＰの厚さは約６００μｍであった。開始線ｙ０は導光板の先頭から約１．２ｍｍであった。

本発明の実施例１および本発明の実施例２の双方は、他の悪影響を有することなく、ホットスポット問題を有意に低減させることができた。両方の実施例において、Ｄｍｉｎ≧１％、１００≧Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ≧３、およびＬ_２Ｄ／Ｐ≦０．７５。

比較例１においては、密度コントラスト比Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ＝１．８はホットスポット問題を抑制するのに充分高くはなかった。比較例２においては、比率Ｌ_２Ｄ／Ｐは必要とされるよりも大きかったが、このことは二次元密度Ｄ（ｘ，ｙ）が、ホットスポット問題が存在していなかったか、または高いコントラスト密度によって幾分か抑制されていた導光板にまで遠く延びすぎるべきではないことを示す。

比較例３においては、Ｄｍｉｎは故意に０％で（すなわち、ＬＥＤの前にマイクロレンズ無しで）実施された。この例においては、密度コントラストＤｍａｘ／Ｄｍｉｎは無限に大きくかつ１００を超えていた。この密度はホットスポットを低減させるのに最も強い潜在力を有していたかもしれないと考えられた。それどころか、ホットスポット問題は依然として非常に特に顕著であったが、この理由は密度コントラストが大きすぎたからである。結果的に、０％と有限の隣接する密度領域との間の境界は、上部反射膜２６の後で伝播する光によって表示画面に投影され、望ましくない目に見える欠陥を生じさせた。

本発明を実践するために、多くのポリマー材料が選択されうる。選択される材料は実際の使用中の破砕および歪みを最小限にするのに充分に強靱でなければならない。しかし、最も重要なことには、選択される材料は可視範囲のスペクトルにわたって高水準の透過率および低い色を有しなければならない。本発明において有用な材料には、これに限定されないが、ポリ（メチルメタクリラート）（ＰＭＭＡ）、耐衝撃性改良ＰＭＭＡおよび他のアクリル系ポリマー、ポリカルボナート、ポリシクロオレフィン、環式ブロックコポリマー、ポリアミド、スチレン系物質、ポリスルホン、ポリエステル、ポリエステル−カルボナート、並びにこれらの様々な混和性ブレンドが挙げられる。

１０ 導光板
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 光源
１４ 終端面
１６ 出力面
１７ 底面
１８ 入力面
２０、２０ａ プリズム膜
２２ 下部反射膜
２４、２４ａ 拡散膜
２５ ＬＣＤパネル
２６ 上部反射膜
２６ａ 内面
２６ｂ 外面
２８ バックライトユニット
３０ ＬＣＤディスプレイ装置
３１ 開始線
３２ 終了線
３５ 領域
５０ マイクロパターン
６０ 単位面積
１００、１０１ａ〜１０１ｆ マイクロレンズ

Claims (7)

1. 複数の離散した光源からの光を受け取るための入力面、光を放射するための出力面、および前記出力面に対して反対側の底面を含む導光板であって、
   前記出力面および底面の少なくとも一方がマイクロパターンを有し、前記マイクロパターンが複数の実質的に同じマイクロレンズからなり、各マイクロレンズが幅、長さおよび配向角を有し、
   前記マイクロレンズの面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が長さ方向に平行な第１方向ｙ軸において、および幅方向に平行な第２方向ｘ軸において、開始線ｙ０と終了線との間でｙに応じて変動し、開始線ｙ０での前記面密度Ｄ（ｘ，ｙ＝ｙ０）が、Ｄｍｉｎ≧１％および１００≧Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ≧２であるような最小値Ｄｍｉｎと最大値Ｄｍａｘとの間で変動し、かつ前記面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が、Ｄ（ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ＋Ｐ，ｙ）となるようにｘ軸においてピッチＰで繰り返す、
   導光板。
2. 前記複数のマイクロレンズの幅、長さおよび深さの変動が１．８パーセント以内である、請求項１に記載の導光板。
3. 前記複数のマイクロレンズの配向角の変動が２度以内である、請求項１に記載の導光板。
4. 前記終了線において、前記面密度Ｄ（ｘ，ｙ）がｙ軸において変動するだけの密度関数に収束する、請求項１に記載の導光板。
5. 前記終了線と開始線との間の長さがＬ_２Ｄであり、かつ比率Ｌ_２Ｄ／Ｐが０．７５以下である、請求項１に記載の導光板。
6. 複数のＬＥＤおよび導光板を含むバックライトユニットであって、
   前記導光板が、複数の離散した光源からの光を受け取るための入力面、光を放射するための出力面、および前記出力面に対して反対側の底面を含み、
   前記出力面および底面の少なくとも一方がマイクロパターンを有し、前記マイクロパターンが複数の実質的に同じマイクロレンズからなり、各マイクロレンズが幅、長さおよび配向角を有し、
   前記マイクロレンズの面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が長さ方向に平行な第１方向ｙ軸において、および幅方向に平行な第２方向ｘ軸において、開始線ｙ０と終了線との間でｙに応じて変動し、開始線ｙ０での前記面密度Ｄ（ｘ，ｙ＝ｙ０）が、Ｄｍｉｎ≧１％および１００≧Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ≧２であるような最小値Ｄｍｉｎと最大値Ｄｍａｘとの間で変動し、かつ面密度Ｄ（ｘ，ｙ）が、Ｄ（ｘ，ｙ）＝Ｄ（ｘ＋Ｐ，ｙ）となるようにｘ軸においてピッチＰで繰り返す、
   バックライトユニット。
7. 面密度Ｄ（ｘ，ｙ）の前記開始線を覆う上部反射膜をさらに含む請求項６に記載のバックライトユニット。

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