JP2013545247A - 照明アセンブリ及びその形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
共有及び同時係属中の米国特許仮出願第61/419,833号、表題「ILLUMINATION ASSEMBLY AND METHOD OF FORMING SAME」は、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般にバックライトと呼ばれる、ディスプレイ又はその他の図形を裏側から照明するのに好適な照明アセンブリに関する。本開示は、中実光ガイドを含むエッジライト型照明アセンブリに特に好適であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
参照用照明アセンブリは、標準的なモデリング技法を用いてモデル化した。このアセンブリは、入光面を有する光ガイドと、光が光ガイドに入るように位置付けられた光源と、を含んだ(例えば、図1A〜Bの照明アセンブリ100)。光ガイドは、1.51の屈折率を有した。このモデル化例及び他のモデル化例では、結合効率は、入光面から最遠の光ガイドの縁部に達した、光源が発した光線の割合として定めた。光ガイドの平面で結合した光線の角拡散の特性を評価するために、モデル内の、入光面から1.5mm離れた距離に検出器を配置した。検出器は、光ガイドの幅(10mm)を占めた。この検出器は、入光面と平行な平面において、光ガイド全体の光度プロファイルを測定した。均一性は、LMin/LMax×100%として定義し、式中、Lは輝度である。図6は、y軸に沿った入光面と平行な平面(図1Bを参照)における光ガイドの位置(mm)に対する、輝度(cd/m2)のグラフである。
光ガイドの入光面に位置付けられた構造化面層を使用して、比較実施例1の参照用照明アセンブリを再度モデル化した。この構造化面層は、プリズム方向が光ガイドの平面に直交するように配向された線形プリズムを含む複数の構造体を含んだ。プリズムは、90度の頂角を有した。プリズムは、光ガイドの反対側を向いており、LED光源に対向するプリズム先端部を備えていた。また、プリズムの表面は、ARコーティングを含んでいた。図7は、y軸に沿った入光面と平行な平面における光ガイドの、位置(mm)に対する輝度(cd/m2)のグラフである。
標準的なモデリング技法を用いて、屈折率1.49の標準的なPMMA光ガイドを含む参照用照明アセンブリの光度均一性シミュレーションを実行した。LEDは、光ガイドの入光面から1mmに位置付けた。LED放射面の寸法は1mm×2mmであり、LED間隔は10mmに等しく、光ガイドの厚さは4mmであった。図8は、入光面と平行な平面において測定した入光面と平行な方向(例えば、図1Bのy軸)における光ガイドの、位置に対する輝度(cd/m2)のグラフである。
標準的なモデリング技法を用いて、LED光源と光ガイドの入光面との間に位置付けられた構造化面層を備える、比較実施例2の照明アセンブリのシミュレーションを実行した。構造化面層の屈折率は、光ガイドの屈折率(n=1.49)に一致していた。構造化面層の平面側は、光ガイドに光学的に結合された。光ガイド内部の入光面と平行な平面において測定された光度プロファイルを図9に示す。
微細複製ツールを用いて、図20A〜Bを参照して記載したように、線状プリズム構造体を有する構造化面層を作製した。層の作製に用いたツールは、図11に示すダイヤモンドを含む精密ダイヤモンド旋盤を用いてツールの銅表面に切削した、改質ダイヤモンド旋削の金属製円筒形ツールパターンであった。ダイヤモンドは、ラフカットダイヤモンドを取得し、ダイヤモンドの形状が図20Aに示す構造プロファイル(図11の点線で示す)に一致するように集束イオンビームミリングを用いて成形することによって作製した。得られた精密切削機構を備える銅円筒にニッケルめっきを施し、米国特許第5,183,597号(Lu)に記載のプロセスを用いて取り外し処理を行った。
次の実施例は、Breault Research Organization,Inc.(Tucson,AR)から市販されている光線追跡プログラムであるASAPを用いて実行した。これらの実施例では、光ガイドの屈折率を1.51に設定し、図20A〜Bの線状非球面プリズム形状を用い、構造化面層の構造体の屈折率を1.62に設定し、LED放射面は2mm×3.5mmであり、光ガイドの厚さは3mmであり、均一性を測定するために光ガイドの入光面から5mmの位置に検出器を配置した、という仮定を用いた。
図18は、TIR円錐角外で光ガイドに入る光の割合に対する光ガイドの屈折率の関係を示す。これらすべての場合について、線状非球面プリズム構造化面層は1.62の屈折率を有した。グラフに示すように、光ガイドの屈折率が増加すると、TIR円錐角は減少し、TIR円錐角外で光ガイドに入る光の割合は増加する。これは、図19にもグラフ表示されており、ガイド内の40〜50%の光がガイドの平面内でTIR円錐角外である。直交縁部上に側面反射体が存在すると、相当量の光がシステムに戻される。
3次ベジエ関数を用いて構造化面層の構造体の様々な形状をモデル化し、4つの異なる屈折率(n=1.49、n=1.545、n=1.62、及びn=1.65)に対して最適化した。3次ベジエ曲線の式は、次のように求める。つまり、2個の端点(x0,y0)及び(x3,y3)並びに2個の制御点(x1,y1)及び(x2,y2)を所与とすると、2個の端点を結ぶベジエ曲線は、次のように求める:
x(t)=axt3+bxt2+cxt+x0、y(t)=ayt3+byt2+cyt+y0(t∈[0 1]の場合)
式中、
cx=3(x1−x0)
bx=3(x2−x1)−cx
ax=x3−x0−cx−bx
cy=3(y1−y0)
by=3(y2−y1)−cy
ay=y3−y0−cy−by。
Claims (33)
- 照明アセンブリであって、
出光面及び実質的に前記出光面に直交する光ガイドの少なくとも1つの縁部に沿った入光面を含む光ガイドと、
光が前記入光面を通過して前記光ガイドに入るように位置付けられた複数の光源と、
前記複数の光源と前記光ガイドの入光面との間に位置付けられ、基材及び前記複数の光源に対向する前記基材の第1の表面上の複数の構造体を含む、構造化面層と、
を含み、前記複数の構造体が前記光ガイドの屈折率n2とは異なる屈折率n1を有する、照明アセンブリ。 - │n1−n2│が0.01よりも大きい、請求項1に記載のアセンブリ。
- n1がn2よりも大きい、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記構造化面層が接着剤層で前記光ガイドの入光面に取り付けられている、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記接着剤層が感圧接着剤を含む、請求項4に記載のアセンブリ。
- 前記接着剤層がn1よりも小さい屈折率n3を有する、請求項4に記載のアセンブリ。
- 前記構造化面層の複数の構造体の1つ以上の構造体が、実質的に前記光ガイドの出光面に垂直である軸に沿って延在する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記複数の構造体がプリズム構造体を含む、請求項7に記載のアセンブリ。
- 前記複数の構造体が非球面構造体を含む、請求項7に記載のアセンブリ。
- 前記複数の構造体がレンズ状構造体を含む、請求項7に記載のアセンブリ。
- 前記複数の構造体が第1の構造体セットと、前記第1の構造体セットとは異なる第2の構造体セットと、を含む、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記光ガイドが、前記光ガイドからの光が前記光ガイドの出光面を通過するように機能する複数の抽出機構を更に含む、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記複数の抽出機構が、実質的に前記出光面に平行である前記光ガイドの背面に近接して配置されている、請求項12に記載のアセンブリ。
- 前記光ガイドが、実質的に前記出光面に平行である前記光ガイドの背面に近接して配置された背面反射体を更に含む、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記光ガイドの1つ以上の縁部に近接して配置された1つ以上の側面反射体を更に含み、前記1つ以上の縁部が実質的に前記出光面に直交する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記1つ以上の側面反射体が鏡面反射性である、請求項15に記載のアセンブリ。
- 前記1つ以上の側面反射体が半鏡面反射性である、請求項15に記載のアセンブリ。
- 前記複数の光源が実質的に前記入光面及び前記出光面に平行であるy軸に沿って配置され、前記複数の光源の少なくとも1つの光源の主要放射面からの距離が、前記複数の光源の隣接する光源の主要放射面から少なくとも15mmである、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記複数の光源の少なくとも1つの光源の主要放射面から前記光ガイドの入光面までの距離が5mm未満である、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記光ガイドが、前記光ガイドからの光が前記出光面を通過するように機能する複数の抽出機構を更に含み、1つ以上の前記抽出機構が前記光ガイドの入光面から10mm未満の距離に位置付けられている、請求項19に記載のアセンブリ。
- 前記光ガイドの厚さ方向zに沿って前記入光面に平行であり、前記入光面から前記光ガイド内部に約5mmである平面上の配光が、50%を超える均一性((Lmin/Lmax)×100%)を有する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記複数の光源からの光の少なくとも80%が前記入光面を通過して前記光ガイドに入る、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記構造化面層の基材が、n1よりも小さい屈折率n4を有する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記複数の光源及び前記構造化面層が、前記光ガイドの平面において前記入光面の法線に対して少なくとも45度の角度で、光の少なくとも一部が前記入光面を通過して前記光ガイドに入るように機能する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記構造化面層が前記基材の第1の表面の非構造化部分を更に含む、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記構造化面層が前記光ガイドの入光面に取り付けられた複数のセグメント化部分を含む、請求項1に記載のアセンブリ。
- 実質的に前記出光面に直交する前記光ガイドの第2の入光面に沿って、光が前記第2の入光面を通過して前記光ガイドに入るように位置付けられた複数の光源と、
前記複数の光源と前記光ガイドの第2の入光面との間に位置付けられ、基材及び前記複数の光源に対向する前記基材の第1の表面上の複数の構造体を含む、構造化面層と、
を更に含み、前記複数の構造体が前記光ガイドの屈折率n2よりも大きい屈折率n1を有する、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記アセンブリの周囲に配置されたベゼルを更に含み、前記複数の光源の少なくとも1つの光源の主要放射面が、前記入光面の法線に沿って前記光ガイドの出光面に最も近い前記ベゼルの縁部の15mm以内に位置付けられている、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記ベゼルから前記出光面まで約1mmの位置において測定される前記アセンブリの出力光束分布の均一性が40%を超える、請求項28に記載のアセンブリ。
- 表示システムであって、
表示パネル、及び
前記表示パネルに光を供給するように配置された照明アセンブリであって、
出光面及び実質的に前記出光面に直交する光ガイドの縁部に沿った入光面を含む光ガイドと、
光が前記入光面を通過して前記光ガイドに入るように位置付けられた複数の光源と、
前記複数の光源と前記光ガイドの入光面との間に位置付けられ、基材及び前記複数の光源に対向する前記基材の第1の表面上の複数の構造体を備える、構造化面層と、を備える、照明アセンブリを含み、
前記複数の構造体が前記光ガイドの屈折率n2よりも大きい屈折率n1を有する、表示システム。 - 前記光ガイドが、前記光ガイドからの光が前記光ガイドの出光面を通過するように機能する複数の抽出機構を更に含む、請求項30に記載のシステム。
- 照明アセンブリを形成する方法であって、
出光面及び実質的に前記出光面に直交する光ガイドの少なくとも1つの縁部に沿った入光面を含む光ガイドを形成する工程と、
光が前記入光面を通過して前記光ガイドに入るように光源が機能するように、前記入光面に近接して複数の光源を位置付ける工程と、
構造化面層が前記複数の光源と前記入光面との間に存在するように、前記光ガイドの入光面に構造化面層を取り付ける工程であって、前記構造化面層が基材及び前記複数の光源に対向する前記基材の第1の表面上の複数の構造体を含む、工程と、を含み、前記複数の構造体が前記光ガイドの屈折率n2よりも大きい屈折率n1を有する、方法。 - 所望の出力光束分布を選択する工程と、
実質的に前記出光面に平行である前記光ガイドの背面に複数の光抽出機構を形成する工程であって、前記光抽出機構が、前記光ガイドからの光が前記出光面を通過して前記所望の出力光束分布をもたらすように設計される、工程と、を更に含む、請求項32に記載の方法。
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