JP3128397U - 輝度が改善された拡散集光シート - Google Patents

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

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

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、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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来型集光シートを示す図。 別の従来型集光シートを示す図。 従来のサイドライト型バックライトモジュールの断面図。 別の従来の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断面図。 本考案の第１実施態様に従う集光シートの概略斜視図および詳細部の部分拡大断面図。 本考案の第２実施態様に従う集光シートの概略斜視図。 本考案の第３実施態様に従う集光シートの概略斜視図。 本考案の第４実施態様に従う集光シートの概略斜視図。 本考案の第５実施態様に従う集光シートの概略斜視図。 本考案の第６実施態様に従う集光シートの概略部分断面図。 本考案の第７実施態様に従う集光シートの概略部分断面図。 本考案の一つの好ましい実施態様に従う拡散集光シートの概略斜視図。 従来技術および本考案の開示技術によって形成された二つの製品における輝度曲線（対垂直視野角）の比較を示す図。

Claims (11)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。