JP5707548B2 - 光ガイド - Google Patents
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Description
しかしながら、こうした技術と関連した多数の問題、特に、好適な金型の形成と関連した費用の問題がある。一般的には、金型は、機械加工されるか又はレーザー切断される。金型が形成されると、事実上、光学パラメータが決定される。
光ガイド層を形成するための他の技術は、ポリマーシートのマイクロスタンプ又は高温エンボス加工を含む。しかしながら、こうしたポリマーシートと関連した光学的品質は、スタンプ品質及び関連した製造プロセスにより制限される。
本発明は、商業的に入手可能な微細構造化光学フィルムをインクにより適切に改質して、それらを導光板及び背面照明用途に用いるのに適したものにすることができるという発見に、部分的に基づいている。
(i)前述の導光板の内部の光がそこから逃れるのを可能にする一連の微細構造体(microstructure)と、
(ii)前述の微細構造体において導光板から逃れる光の量を減少させ、該微細構造体の1つ又はそれ以上と接触した状態のインクと、
が形成される。
光源は、フィルム層の上に取り付けることができる。光透過性の光ガイド材料の第1の層内に光源をカプセル封入し、複合導光装置を形成することができる。代替的には、光源をカプセル封入することはできず、従来の方法で導光板に結合することができる。光源が光透過性の光ガイド材料の第1の層内にカプセル封入されない実施形態においては、この光源は、外部に結合されると言うことができる。
フィルム層は、フィルム層及びガイド基板を結合するのに先立って又はその前に改質することができる。
(i)1つ又はそれ以上の光源をフィルム層の第1の表面の上に取り付けるステップであって、前述のフィルム層には、第2の表面上に、フィルム層の内部の光がそこから逃れることを可能にする一連の微細構造体と、微細構造体においてフィルムから逃れる光の両を減少させ、微細構造体の1つ又はそれ以上と接触した状態のインクとが形成され、フィルム層及びインクは第1の屈折率を有している、ステップと、
(ii)第1の屈折率より小さいか又はこれに等しい第2の屈折率を有する光ガイド材料の第1の層をフィルム層の第1の表面に付加し、第1の表面の上に1つ又はそれ以上の光源をカプセル封入し、1つ又はそれ以上の光源によって生成された光を第1の表面の上に誘導するための手段を提供するステップと、
を含む。
光透過性のフィルム層が、典型的には、例えば、約0.05mmから約0.25mmまでの範囲といった、0.1mmのオーダーの厚さをもつ基板素子を含むことができる。基板素子と接触している微細構造体の厚さは、例えば約10ミクロンから約40ミクロンまでといった、約1ミクロンから約1000ミクロンまでのオーダーである。フィルム層の屈折率は、典型的には、1.5より大きい。
バックライト・ユニットに用いるのに適した光ガイド層は、典型的には、厚さが約1mmの透明な可撓性プラスチックポリマー層を含む。光ガイド材料は、微細構造表面を含まないフィルム層の側と接触している。
光学フィルムと関連して使用されるときの「微細構造体」という用語は、当業者に周知であり、様々な微細構造フィルムが市販されている。微細構造表面は、表面から突出し、かつ、幅、深さ及びピッチが独立して約1ミクロンから約1000ミクロンまで、好ましくは約5ミクロンから50ミクロンまで、より好ましくは約20ミクロンから約50ミクロンまでの規模で配置された、繰り返される複数の三次元構造部又は凹凸を含むものである。本発明に用いるのに適した特定のタイプの微細構造体又は構造部は、プリズム、ピラミッド、例えば円筒又は円形状のレンズ等の(マイクロ)レンズ、及びランダム拡散構造体を含む。これらの構造体は、光が導光装置又は他の照明装置から出てきたときに、光の方向を変える又は制御する能力を有する。
インクは光透過性とすることができる。光透過性インクは、微細構造体を平坦化する又は平らにする作用を有し、かつ、フィルム層の上への光の誘導を助ける。光透過性インク又は透明インクは、これが堆積される微細構造体における、フィルムから逃れる光の量を減少させる。理論にとらわれることを望むものではないが、導光板を通って全反射により誘導される光は、平坦化されたフィルム層と空気との間の界面においてほぼ平らな面にぶつかると考えられる。ほぼ平らな平坦化された面は全反射を保持し、光は導光板内に誘導され続ける。微細構造表面は、全反射を遮断することにより、導光板から出てくる光を散乱させる。導光装置から出てくる光の抽出を容易にし、光が抽出される方向を制御するために、代替的な手段として、微細構造体上に反射インクを使用することもできる。本発明に用いるのに適した反射インクは、金属入りポリマーを含むことができる。
光源は、背面照明に用いるのに適したものを含む、当業者に周知のもののいずれであってもよい。こうした光源は、1つ又はそれ以上のLED、冷陰極蛍光灯、レーザーダイオード、有機発光ダイオード源、及び他の電気発光デバイスを含む。光は無指向性とすることができる。
導光装置は、照明、背面照明、ビジュアルサイン伝達(signage)、及び表示目的を含む、様々な機能のために採用される。典型的には、導光装置は、射出成形又は機械加工された透明なプラスチック部品から構築され、蛍光灯又は複数の発光ダイオード(LED)等の光源が、透明プラスチック部品の縁部において、機械的取り付けによって統合される。こうした装置の例は、特許文献1に説明されており、その内容の全体を引用により本明細書に組み入れる。
本発明による導光装置は、照明、背面照明、ビジュアルサイン伝達、及び表示目的を含む、様々な機能のために採用することができる。
以下のように、上述した図3を参照して、導光装置を作製した。3M BEF III(Matte)を3M社から入手し、フィルム層として使用した。導電性インクである、銀フレーク入りの溶媒ベース・ポリマーインクをBEF基板の上側(非微細構造側)にスクリーン印刷した。BEFの微細構造体を改質し、一様な光出力のための光散乱構造部を提供するために、MacDermid Autotype社から商業的に入手可能なアクリルベースの透明なUV硬化ポリマーのスクリーン印刷可能インクである、Windotex Glossを、あるパターンで基板の逆側に印刷した。本例においては、パターンは、1000ミクロンの規模で表面にわたってピッチ調整され、LED付近で500ミクロンから1000ミクロンまでの規模の大きさにされ、微細構造フィルムの中心に向けて100ミクロンから500ミクロンまでの規模の大きさにされた、一連の小ラインであり、LEDからさらに遠ざかると、微細構造体の平坦化は最小になる。この構成により、デバイスにわたって一様な光の抽出がもたらされた。導電性エポキシ(銀粒子入りエポキシ)を用いて、LED(Stanley TW1145LS−TR)を導電性インク・トラックの上にマウントした。光ガイド層を堆積し、LEDをカプセル封入するための領域を提供するために、キャビティ層が、フィルム層の上に積層された。Dymax社から商業的に入手可能な、UV硬化アクリルベースの透明ポリマー光ガイド材料であるDymax4−20688がキャビティ内に堆積され、LEDが複合導光構造体内にカプセル封入された。上述のように、LEDからの光は、材料/空気の界面のため、全反射により、付加された光ガイド層及びフィルム層の両方を通って導かれ、この界面において、光は選択的な散乱構造部と相互作用し、全反射が妨げられ、明確なビーム・プロファイルにより外部に散乱する。
実施例1において用いられた微細構造フィルムと組み合わせて鏡面反射インクの使用を試験するために、多数の実験を行った。鏡付きプリズムのパターンを微細構造体上に堆積させた。市販のクロム、空気乾燥インクを用いることにより、アクリル微細構造体/インクの界面が、アクリル側から反射性にされた。反射インクは、1インチ当たり100ドット(DPI)で印刷された。
2 基板素子
3 微細構造体
4 光透過性インク
5 光
6 光源
7 平坦化された微細構造表面
9 LED(発光ダイオード)
10 光ガイド層
11 非微細構造面
15 反射素子
20 キャビティ層
50 導電性インク・トラック
55 散乱プリント
Claims (24)
- フィルム層と接触している光ガイド材料の第1の層を含む導光板であって、前記フィルム層には、少なくとも1つの表面上に、
i.前記導光板の内部の光がそこから逃れるのを可能にする一連の微細構造体と、
ii.前記微細構造体において前記導光板から逃れる光の量を減少させ、該微細構造体の1つ又はそれ以上と接触した状態のインクと、
が形成されていることを特徴とする導光板。 - 前記微細構造体は、表面から突出し、かつ、各々が、1ミクロンから1000ミクロンまでの、互いと関係なく選択された、幅、深さ及びピッチを有する、複数の三次元の構造部を含む、請求項1に記載の導光板。
- 前記幅、深さ、及びピッチは、互いと関係なく、5ミクロンから50ミクロンまでである、請求項2に記載の導光板。
- 前記微細構造体は、プリズム、ピラミッド、レンズ、ランダム拡散構造のうちの1又はそれ以上を複数個含む、請求項1から請求項3までのいずれかに記載の導光板。
- 前記フィルム層は、輝度向上フィルムである、請求項1から請求項4のいずれかに記載の導光板。
- 前記フィルム層は、0.05mmから0.25mmまでの厚さを有する、請求項1から請求項5のいずれかに記載の導光板。
- 前記光ガイド材料の第1の層の厚さは1mmである、請求項1から請求項6のいずれかに記載の導光板。
- 前記光ガイド材料の第1の層は、前記フィルム層の屈折率と等しいか又はこれより小さい屈折率を有する、請求項1から請求項7のいずれかに記載の導光板。
- 前記インクは、前記微細構造体にわたって不均一に分布される、請求項1から請求項8のいずれかに記載の導光板。
- 請求項1から請求項9のいずれかに記載の導光板と、1又はそれ以上の光源と、を含む導光装置。
- 前記1又はそれ以上の光源が前記導光板の外部に結合される、請求項10に記載の導光装置。
- 前記1又はそれ以上の光源は、前記光ガイド材料の第1の層内にカプセル封入される、請求項10に記載の導光装置。
- 前記フィルム層及び前記光ガイド材料の第1の層は、前記1つ又はそれ以上の光源により生成される光を前記フィルム層の上に導くための複合構造体を形成する、請求項12に記載の導光装置。
- 前記1又はそれ以上の光源は、LED、冷陰極蛍光灯、レーザーダイオード、有機発光ダイオード源から選択される、請求項10から請求項13のいずれかに記載の導光装置。
- 前記1又はそれ以上の光源は、1つ又はそれ以上のLEDから選択される、請求項14に記載の導光装置。
- 前記インクの濃度が、前記光源からの距離が増加するにつれて減少する、請求項10から請求項15のいずれかに記載の導光装置。
- 請求項1から請求項9のいずれかに記載の前記導光板に用いられるよう構成された、微細構造体と、該微細構造体と接触した状態のインクとを含む、フィルム層。
- 請求項17に記載のフィルム層を形成する方法であって、前記微細構造体の選択された区域の上にインクを堆積させる段階を含むことを特徴とする方法。
- 加法印刷法を用いる、請求項18に記載の方法。
- 前記加法印刷法がスクリーン印刷法である、請求項19に記載の方法。
- 請求項1から請求項9のいずれかに記載の導光板を形成する方法であって、
前記光ガイド材料の第1の層と前記フィルム層とを結合する段階を含む、
ことを特徴とする方法。 - 導光装置を製造する方法であって、
(i)1又はそれ以上の光源をフィルム層の第1の表面の上に配置する段階であって、前記フィルム層には、第2の表面の上に、前記フィルム層の内部の光が該フィルム層から逃れることを許容する一連の微細構造体と、該微細構造体のうちの1又はそれ以上の微細構造体に接触したインクであって、前記微細構造体において前記フィルム層から逃れる光の量を減らすインクと、が形成されており、前記フィルム層及び前記インクが第1の屈折率を有するものである、段階と、
前記第1の屈折率以下の第2の屈折率を有する光ガイド材料の第1の層を前記フィルム層の前記第1の表面に付加して、前記1又はそれ以上の光源を前記第1の表面の上に封入し、該1又はそれ以上の光源により生成される光を前記第1の表面の上に導く手段を提供する、段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項10から請求項16のいずれかに記載の前記導光装置を含むディスプレイ装置。
- 前記ディスプレイ装置が液晶セルを含む、請求項23に記載のディスプレイ装置。
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