JP3128397U - 輝度が改善された拡散集光シート - Google Patents
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Abstract
【課題】 良好な輝度および可視野角の分布を有し、さまざまな視野角における光のむらが改善された集光シートを提供する。
【解決手段】 拡散集光シートは、透明基板と、透明基板の第1面の上に配置された複数の集光ユニットと、第1面と反対側の透明基板の第2面の上に配置された光拡散層を含んでいる。集光ユニットのそれぞれは、少なくとも一つの斜面と一つの曲面を含んでいる。集光ユニットは、光を曲面で屈折させたのち斜面で反射するか、斜面で反射したのち曲面で屈折させるように構成されているので、さまざまな視野角における輝度不均一問題を改善することができ、特定角度での光漏洩(過度の光集中)の問題を改善することができる。
【選択図】 図5
【解決手段】 拡散集光シートは、透明基板と、透明基板の第1面の上に配置された複数の集光ユニットと、第1面と反対側の透明基板の第2面の上に配置された光拡散層を含んでいる。集光ユニットのそれぞれは、少なくとも一つの斜面と一つの曲面を含んでいる。集光ユニットは、光を曲面で屈折させたのち斜面で反射するか、斜面で反射したのち曲面で屈折させるように構成されているので、さまざまな視野角における輝度不均一問題を改善することができ、特定角度での光漏洩(過度の光集中)の問題を改善することができる。
【選択図】 図5
Description
本考案は集光シートに関し、より詳細には、一般的にバックライトモジュールにおいて使用される、良好な輝度および可視角の分布を有する拡散集光シートに関する。
図1に「輝度増加フィルムにおける溝先端変形の防止(Prevention of groove tip deformation in brightness enhancement film )」と題された特許文献1に開示された従来型集光シートの一つを示す。図1において、集光シート1は基板11と、基板11の表面に配置された複数のプリズム柱12を備える。各プリズム柱12は第1面12aおよび第2面12bを有する。第1面12aおよび第2面12bは両方共、曲面ではなく平面であるので、プリズム柱12は、二次元集光能力ではなく、一次元集光効果のみを有する。プリズム柱12の集光の原理は、プリズム柱12によって生じる光屈折である。しかしながら、光強度のピーク値は特定の角度で生じることが観察される。実際に光学的用途に用いる際に、無駄で大きな光の漏洩という不都合、即ち、過度の光の集中、つまりさまざまな視野角における光のむらが生じる。
図2に「輝度増加膜(Brightness enhancement film )」と題された特許文献2(対応する開示は台湾特許公報No.533987)に開示された別の従来型集光シートを示す。図2において、波形集光シート2は基板21および波形細片層22を備える。波形細片層22は波形粒状部221の列を有する。波形粒状部221は規則正しく並んだ集光ユニット222で構成されている。各集光ユニット222は第1曲面223および第2曲面224を備える。第1曲面223および第2曲面224は、波形粒状部221の上面に向かって緩やかに傾斜しており、第1曲面223および第2曲面224の下端で境界線225をなしている。各境界線225は二つの隣接する集光ユニットの間に位置し、複数の境界線225が一連の谷を形成している。第1曲面223および第2曲面224の湾曲が光の屈折を助長するので、この従来のアプローチは二次元光集光機能を有している。しかしながら、集光ユニット222の原理は、図1に示すものと同じように、集光ユニット222内で生じる光屈折である。依然として、特定の角度で光強度のピーク値が生じることが観察される。実際に光学的に応用する際に、無駄で大きな光の漏洩という不都合、即ち、過度の光の集中、つまりさまざまな視野角における光のむらが生じる。
図3に示すサイドライト型バックライトモジュールのような従来型バックライトモジュールにおいては、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)31が白色光を照射し、その光はランプシェード32によって導光板(LGP)33内へ反射される。底面上に配された反射プリントスクリーン34および白色反射シート35によって、光は反射プリントスクリーン34および白色反射シート35に直交する方向に指向される。その後、光は下部拡散シート36によって拡散されて均一な平面光となる。その後、平面光は光を収束させるための集光シート37に進入する。さらに、より鮮明になった光の部分が上部拡散シート38によって更に拡散されて輝度が大幅に増大した平面光源が得られる。この設計においては、拡散シートとそれとは別の集光シートを使うことが必要である。
図4に示すサイドライト型逆プリズム柱バックライトモジュールのような別の従来型バックライトモジュールにおいては、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)31が白色光を照射し、その光はランプシェード32によって導光板(LGP)41内に反射される。逆プリズム柱構造42と鏡面反射シート43によって、光は該シートに直交する方向に指向される。その後、逆プリズム柱構造42の軸線方向に直交する逆プリズム柱シート44を用いて、光拡散および集光を行う。上部拡散シート38は拡散効果をより増大するように機能す
る。明らかなように、拡散シートと、それとは別の集光シートとを用いることが必要である。
米国特許No.5,626,800
米国特許No.6,277,471
る。明らかなように、拡散シートと、それとは別の集光シートとを用いることが必要である。
上記従来型集光シートは光拡散機能を有さないということを結論づけることができる。そのため、従来のバックライトモジュール設計においては、光が集光シートに進入する前に光を予め拡散させるために、集光シートの下に下部拡散シートが必要とされる。また、従来の逆プリズム柱バックライトモジュールにおいては、逆プリズム柱シートが光を拡散することができるが、それでもなお平面光を更に改善するるために拡散シートを必要とする。このように、バックライトモジュールの正面輝度の増加のためには、拡散シートまたは集光シート(逆プリズム柱シート)を単独で使用するのは十分ではない。
本考案の一つの目的は、良好な輝度および可視野角の分布を有し、さまざまな視野角における光のむらが改善された集光シートを提供することにある。
本考案の別の目的は、特定の角度における過度の光集中が改善され、従って集光効率が改善された集光シートを提供することにある。
本考案の別の目的は、特定の角度における過度の光集中が改善され、従って集光効率が改善された集光シートを提供することにある。
本考案の更に別の目的は、モアレ現象を排除し光学的品質が改善された集光シートを提供することにある。
本考案の更に別の目的は、二次元集光効果を有する集光シートを提供することにある。
本考案の更に別の目的は、二次元集光効果を有する集光シートを提供することにある。
本考案の更に別の目的は、単一の拡散シートの機能と単一の集光シートの機能とを統合することにより、総コストが低減された拡散集光シートを提供することにある。
本考案の更に別の目的は、入射光の方向を変更することが可能であり、かつ単一の逆プリズム柱シートの機能と単一の拡散シートの機能とを統合した拡散集光シートを提供することにある。
本考案の更に別の目的は、入射光の方向を変更することが可能であり、かつ単一の逆プリズム柱シートの機能と単一の拡散シートの機能とを統合した拡散集光シートを提供することにある。
本考案の一態様によれば、集光シートは、第1面と該第1面の反対側の第2面とを有する透明基板と、前記透明基板の第1面上に配置された複数の集光ユニットとを備える。各集光ユニットは第3面と第4面とを備え、前記第3面は第1斜面と、隣接境界において前記第1斜面に接する第1曲面を備える。前記第1斜面と前記第1曲面とは前記隣接境界において第1交線を形成し、前記第1斜面は前記第4面に隣接して稜線を形成する。前記第1曲面は前記透明基板の第1面に隣接して第1境界線を形成し、前記第4面は前記透明基板の第1面に隣接して第2境界線を形成する。前記集光ユニットは、選択的に、光を前記第1曲面で屈折させたのち前記第1斜面で反射させるか、光を前記第1斜面で反射させたのち前記第1曲面で屈折させるように構成される。
前記集光ユニットの第4面は前記透明基板の第1面に直交していてもよい。
本考案の別の態様によれば、前記集光シートにおいて、前記第4面は、第2斜面と、第2隣接境界において前記第2斜面に接する第2曲面とを備える。前記第2斜面と前記第2曲面とは前記第2隣接境界において第2交線を形成し、前記第2斜面は前記第3面に隣接して前記稜線を形成する。前記第2曲面は前記透明基板の第1面に隣接して前記第2境界線を形成する。前記集光ユニットは、選択的に、光を前記第2曲面で屈折させたのち前記第2斜面で反射させるか、または光を前記第2斜面で反射させたのち前記第2曲面で屈折させるように構成される。
本考案の別の態様によれば、前記集光シートにおいて、前記第4面は、第2斜面と、第2隣接境界において前記第2斜面に接する第2曲面とを備える。前記第2斜面と前記第2曲面とは前記第2隣接境界において第2交線を形成し、前記第2斜面は前記第3面に隣接して前記稜線を形成する。前記第2曲面は前記透明基板の第1面に隣接して前記第2境界線を形成する。前記集光ユニットは、選択的に、光を前記第2曲面で屈折させたのち前記第2斜面で反射させるか、または光を前記第2斜面で反射させたのち前記第2曲面で屈折させるように構成される。
上記集光シートにおいて、前記稜線は直線および曲線のいずれかであり得る。
上記集光シートにおいて、前記第1交線は直線および曲線のいずれかであり得る。
上記集光シートにおいて、前記第1境界線は直線および曲線のいずれかであり得る。
上記集光シートにおいて、前記第1交線は直線および曲線のいずれかであり得る。
上記集光シートにおいて、前記第1境界線は直線および曲線のいずれかであり得る。
上記集光シートにおいて、前記第2境界線は直線および曲線のいずれかであり得る。
上記集光シートにおいて、前記第2交線は直線および曲線のいずれかであり得る。
上記集光シートにおいて、前記稜線は一定値および可変値のいずれかである高さだけ前記透明基板の第1面から離間され得る。
上記集光シートにおいて、前記第2交線は直線および曲線のいずれかであり得る。
上記集光シートにおいて、前記稜線は一定値および可変値のいずれかである高さだけ前記透明基板の第1面から離間され得る。
上記集光シートにおいて、二つの隣接する集光ユニットに対応する高さの値が異なっており、光の一部分は小さい高さを有する集光ユニット内で最初に屈折または反射された後、大きい高さを有する集光ユニット内で屈折または反射される。
本考案の更に別の態様によれば、拡散集光シートは前記集光シートを備え、更に前記透明基板の第2面の上に配置された光拡散層を備える。
本考案のこれらおよび他の目的と利点は、さまざま図面の中に示された好ましい実施態様の以下の詳細な記述を読んだ後に当業者にとって明らかとなるであろう。
本考案のこれらおよび他の目的と利点は、さまざま図面の中に示された好ましい実施態様の以下の詳細な記述を読んだ後に当業者にとって明らかとなるであろう。
図5に示すように、本考案の第1実施態様による集光シート5は、基板51および複数の集光ユニット52を備える。基板51は、上面51aおよび下面51bを有し、光を通過させる。集光ユニット52は、微細構造の配列の形態を有し、各集光ユニットは上面51aの上に配置され、少なくとも一つの別の集光ユニットに隣接している。各集光ユニット52は、斜面52aおよび斜面52bと、斜面52aおよび斜面52bにそれぞれ隣接した曲面52cおよび曲面52dとを有している。斜面52aと曲面52cとで一つの側面を形成しており、斜面52bと曲面52dとで別の側面を形成している。斜面52aと斜面52bとは上方へ延びて交わり、稜線53を形成している。斜面52aは下方へ延びて交線54において曲面52cに隣接している。斜面52bは下方へ延びて交線55において曲面52dに隣接している。曲面52cと曲面52dとはそれぞれ下方へ延びて境界線56,57において上面51aに接触している。
この実施態様において、各集光ユニット52は同一の高さHを有している。即ち、稜線53から上面51aまでの垂直距離はすべて同一である。また、各集光ユニット52は同一の幅Wを有している。即ち、いずれの集光ユニット52に対しても境界線56から境界線57までの水平距離はすべて同一である。稜線53、交線54,55、および境界線56,57はすべて直線である。斜面52aおよび斜面52bの傾斜角、並びに曲面52cおよび曲面52dの曲率Rは、光が基板51の適当な場所を通って集光ユニット52に進入したとき、最初に曲面52cおよび曲面52dの位置で屈折したのち、斜面52aおよび斜面52bの位置で反射するように設定されている。このように、光の輝度は、従来のアプローチよりもより広い視野角に対してより均一となる。
図6は本考案の第2実施態様を示し、この実施態様は、稜線53が垂直方向(基板51に直交する方向)において谷および山を有する曲線である点において図5の実施態様と異なる。各集光ユニット52に対する軸線方向に沿った各断面における高さHは、他の集光ユニット52に相応して変化する。例えば、断面Aにおける高さは、高さH1であり、断面Bにおける高さは、高さH1とは差Dだけ異なる高さH2である。この変化は、各集光ユニット52の軸線方向に沿った斜面52aと斜面52bの傾斜角の変化を意味している。この傾斜角の変化は、入射光に関して二次元屈折効果をもたらす。それゆえ、図5に伴う利点に加えて、図6の実施態様は望ましい集光効率を著しく増加する。
図7は本考案の第3実施態様を示し、この実施態様は、交線54,55が水平方向の谷および山を有する曲線である点において図5の実施態様と異なる。その結果、各集光ユニット52に対して交線54,55の各対の間の幅Wpが変化する。例えば、断面Aにおける幅は、幅Wp1であり、断面Bにおける幅は、幅Wp2である。この変化は、各集光ユニット52の軸線方向に沿った曲面52cおよび曲面52dの曲率の変化を意味している。この曲率の変化は、入射光に関して二次元屈折効果をもたらす。よって、図5に伴う利点に加えて、図7の実施態様は望ましい集光効率を著しく増大する。
図8は本考案の第4実施態様を示し、この実施態様は、二つの隣接する集光ユニット52が差Dだけ異なる高さを有する点において図6の実施態様と異なる。例えば、断面Aにおいて、二つの隣接する集光ユニットは、それぞれ、差Dだけ異なる高さH1および高さH2を有する。この変化により、低い集光ユニット52からの高角度漏洩光が、隣の高い集光ユニット52へと導かれ、更なる屈折作用を受ける。漏洩光の再利用により全体的な集光効率が従来のアプローチよりも高くなる。
図9は本考案の第5実施態様を示し、この実施態様は、二つの隣接する集光ユニット52が差Dだけ高さが異なる点において図8の実施態様と異なり、この高さの違いはどの二つの隣接する集光ユニットの間においても変動する。例えば、断面Aにおいて、最も左側に位置する二つの隣接する集光ユニットに対するそれぞれの高さの差は差Dであり、最も左側に位置する集光ユニットに対する断面Aおよび断面Bにおける高さの差もまた差Dである。図7と同様に、図9における交線54,55は水平方向の谷および山を有する曲線である。この変化は、各集光ユニット52の軸線方向に沿った曲面52cおよび曲面52dの曲率の変化を意味している。この曲率の変化は、入射光に関して二次元屈折効果をもたらす。更に、モアレ現象が防止されて集光シートの全集光効率を増大させる。
上記の各反復集光ユニットは基板51に直交する垂直軸線に関して対称であるが、非対称デザインも実現可能である。例えば、図10に示す第6実施態様による集光ユニットの非対称デザインは、斜面1002、曲面1003、基板1001、および垂直面1004を備える。図11に示す非対称デザインを有する本考案の第7実施態様に対する集光ユニットは、斜面1101、曲面1102、および斜面1103を備える。加えて、任意で、直線の境界線56,57を曲線とすることもできる。
上で開示された集光ユニットは、例えば以下のプロセスによって製造することができる。
1.最初に、CNC(コンピュータ数値制御)旋盤、化学エッチング、またはレーザー彫刻を用いて、型を製造する。この型は集光ユニットの光学微細構造を刻印するための微細構造を有する。
1.最初に、CNC(コンピュータ数値制御)旋盤、化学エッチング、またはレーザー彫刻を用いて、型を製造する。この型は集光ユニットの光学微細構造を刻印するための微細構造を有する。
2.PET(ポリエチレンテレフタレート)またはPMMA(ポリメチルメタクリレート)薄膜の上にUV硬化可能な透明ポリマーをローラー技術によって塗布する。その後、PETまたはPMMA薄膜と共に透明ポリマーを手順1において得られた鋳型によってプレスして未硬化の微細構造を形成する。
3.透明ポリマーの上にUV光を照射して重合/硬化反応を生じさせ、本考案の集光シートを得る。
これに代わって、一体形成方法を用いて上記集光シートを製造することができる。
これに代わって、一体形成方法を用いて上記集光シートを製造することができる。
図12において、本考案の拡散集光シート120は、透明基板1201、複数の集光ユニット1202、および光拡散層1203を備える。透明基板1201および複数の集光ユニット1202は、図5〜図11に述べた透明基板および集光ユニットによって実施す
ることができる。光拡散層1203は既知のコーティング方法を用いて透明基板1201上に形成することができる。光拡散層1203は入射光を拡散するように機能する。光が光拡散層1203に当たると、光拡散層1203によって与えられる拡散効果によって、均一に散乱した平面光源が形成され、集光を目的とした集光ユニット1202に進入する。あるいは、光が集光ユニット1202に進入すると、集光ユニット1202の集光作用と光拡散層1203の拡散作用によって、均一に散乱した平面光源が得られる。その結果、平面光源の正面輝度が改善される。
ることができる。光拡散層1203は既知のコーティング方法を用いて透明基板1201上に形成することができる。光拡散層1203は入射光を拡散するように機能する。光が光拡散層1203に当たると、光拡散層1203によって与えられる拡散効果によって、均一に散乱した平面光源が形成され、集光を目的とした集光ユニット1202に進入する。あるいは、光が集光ユニット1202に進入すると、集光ユニット1202の集光作用と光拡散層1203の拡散作用によって、均一に散乱した平面光源が得られる。その結果、平面光源の正面輝度が改善される。
以下の表1は、本考案の教示および従来のアプローチに従って形成した製品の比較を示す。例Aは一体拡散層を有する図12の拡散集光シートに対応した製品であり、例Bは別体の拡散層と協働する図5の集光シートに対応した製品である。BEF−IIは、従来型集光シートと従来型拡散シートとを組み合わせることによって得られた製品である。各製品はPET/PMMAの材料で構成されている。
表1から、上記例Aおよび例Bは、より高い輝度ゲインを示しており、50%輝度に対
するより大きい垂直可視視野角または水平可視視野角を有している。
図13は、例A,Bと従来型BEF−II製品に対する実際の輝度曲線対視野角を示す。図13から以下のことがわかる。
するより大きい垂直可視視野角または水平可視視野角を有している。
図13は、例A,Bと従来型BEF−II製品に対する実際の輝度曲線対視野角を示す。図13から以下のことがわかる。
1.製品BEF−IIの輝度は視野角30度から著しく減少し始め、約40度において高光漏洩現象が生じる。それゆえ、輝度曲線はその角度で高く上昇する。
2.例Aは一体拡散層を有しており、各角度における輝度は、少なくとも10%は従来型集光シートよりも大きい。
2.例Aは一体拡散層を有しており、各角度における輝度は、少なくとも10%は従来型集光シートよりも大きい。
3.ゼロ度の正面における例Bの輝度は、従来型BEF−IIの輝度とは著しい違いはない。しかしながら、30度〜40度の間の輝度の低下率は従来型BEF−IIよりも滑らかとなる。
本考案を現在の好ましい実施態様の観点から述べたが、そのような開示は限定的に解釈されるべきでないことは明らかである。さまざまな代替および変更は、上記開示を読んだ後に当業者にとって明らかとなるであろう。従って、実用新案登録請求の範囲は本考案の真の精神および範囲内に属するようにすべての代替および変更を含むと解釈されることが意図されている。
Claims (11)
- 第1面と該第1面の反対側の第2面とを備える透明基板と、
前記透明基板の第1面上に配置された複数の集光ユニットとを備える集光シートであって、各集光ユニットは第3面および第4面を有し、前記第3面は第1斜面と、隣接境界において前記第1斜面に接する第1曲面とを有し、前記第1斜面と前記第1曲面とは前記隣接境界において第1交線を形成し、前記第1斜面は前記第4面に隣接して稜線を形成し、前記第1曲面は前記透明基板の第1面に隣接して第1境界線を形成し、前記第4面は前記透明基板の第1面に隣接して第2境界線を形成し、
前記集光ユニットは、選択的に、光を前記第1曲面で屈折させたのち前記第1斜面で反射するか、または光を前記第1斜面で反射したのち前記第1曲面で屈折させるように構成されていることを特徴とする集光シート。 - 請求項1に記載の集光シートであって、前記集光ユニットの第4面は前記透明基板の第1面に直交することを特徴とする集光シート。
- 請求項1に記載の集光シートであって、前記第4面は第2斜面と、第2隣接境界において前記第2斜面に接する第2曲面とを有し、前記第2斜面と前記第2曲面とは前記第2隣接境界において第2交線を形成し、前記第2斜面は前記第3面に隣接して前記稜線を形成し、前記第2曲面は前記透明基板の第1面に隣接して前記第2境界線を形成し、前記集光ユニットは、選択的に、光を前記第2曲面で屈折させたのち前記第2斜面で反射するか、または光を前記第2斜面で反射したのち前記第2曲面で屈折させるように構成されていることを特徴とする集光シート。
- 請求項1に記載の集光シートであって、前記稜線は直線および曲線のいずれかであることを特徴とする集光シート。
- 請求項1に記載の集光シートであって、前記第1交線は直線および曲線のいずれかであることを特徴とする集光シート。
- 請求項1に記載の集光シートであって、前記第1境界線は直線および曲線のいずれかであることを特徴とする集光シート。
- 請求項1に記載の集光シートであって、前記第2境界線は直線および曲線のいずれかであることを特徴とする集光シート。
- 請求項3に記載の集光シートであって、前記第2交線は直線および曲線のいずれかであることを特徴とする集光シート。
- 請求項1に記載の集光シートであって、前記稜線は、一定値および可変値のいずれかである高さだけ前記透明基板の第1面から離間されていることを特徴とする集光シート。
- 請求項9に記載の集光シートであって、二つの隣接する集光ユニットに対応する高さの値が異なっており、光の一部分は小さい高さを有する集光ユニット内で最初に屈折または反射された後、大きい高さを有する集光ユニット内で屈折または反射されることを特徴とする集光シート。
- 請求項1から10のいずれか1項に記載の集光シートを備え、更に、前記透明基板の第2面の上に配置された光拡散層を備えることを特徴とする拡散集光シート。
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