JP5809629B2 - 光導波路 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路装置およびその製造方法に関する。当該光導波路装置は、特にたとえば液晶ディスプレイのバックライトと関連して、様々な応用での使用に適している。

いくつかの光導波路装置が知られている。これらの装置は、照明、バックライト、標識およびディスプレイ目的を含む、様々な機能のために実装される。典型的に、これらの装置は、鋳造または機械加工された透明なプラスチック部品から形成される。ここで、蛍光灯または複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源は、透明なプラスチック部品の端部に機械的に取り付けられることによって組み込まれている。

これらの装置の全てに共通なことは、光源からの光は、典型的にはプラスチックから形成された透明な導波路を介して、全内部反射により導波されるという事実である。バックライトについての応用では、光は、透明な導波路内における光伝搬方向に実質的に垂直な方向に発せられる。これは、透明な導波路の内部または表面上に位置する散乱構造またはフィルムと相互作用するように導波された光により達成される。

蛍光灯またはＬＥＤの透明な導波路の端部への組み込みは、単純な工程ではなく、よってこれらの装置の製造工程の複雑さを顕著に増加する。光源と光導波路との良好な結合を達成することは、装置の光学的性能に重要である。加えて、光源の端部結合は、製造工程中と装置の通常使用中とにおいて、これらの要素が機械的ダメージの影響を受け易くさせる要因となっている。

薄いダイレクト式バックライトを提供する試行に際して、光導波路の平面に向けて発せられる光を有することは望ましい。さらに、光源がパネルにわたって分布される、すなわち光導波路内の導波長が最短化される場合、さらなる利点が得られる。これは、薄くて効率的なバックライトを形成するという利点があるが、光均一性についての妥協という短所がある。たとえば、光源の付近またはその上において、暗い点および／または光のより強い領域の生成により、光均一性は妥協される。好ましくは、これらの暗点および／または光の強い領域は、少なくとも許容できる、さらにより好ましくは改善された光均一性を提供するために、目につくことがないか、または少なくとも見かけ上減少されるべきである。この問題への現存の解決策は、バックライトに相当の厚みを加える傾向がある。

多くのバックライトは、「エッジライト」または「ダイレクトライト」のカテゴリーに入る。これらのカテゴリーは、バックライトの出力に対する光源の配置に違いがある。ここで、出力領域は、光導波路装置の可視な領域を定義する。エッジライト式バックライトでは、出力領域に対応する領域外のバックライト機構の外側境界または端部に沿って、１つ以上の光源が配置される。光源は、典型的に、光導波路に向けて光を発する。当該光導波路は、ほぼ出力領域の長さおよび幅寸法を有し、光は出力領域を照射するために光導波路から抽出される。ダイレクトライト式バックライトでは、光源の配列は、出力領域の直ぐ背後に配置されており、より均一な光出力を提供するために、拡散器が光源の前方に配置される。いくつかのダイレクトライト式バックライトはまた、端部に設けられたライトを有し、したがってダイレクトライトおよびエッジライト式照明の組合せにより照射される。

広域ＬＥＤバックライトユニット（ＢＬＵ）を組み込むもの等、ディスプレイ製造業者が直面しているその他の問題は、高いディスプレイ性能と低減された電力消費とに資する２−ｄまたは３−ｄディミングを可能とする、薄くて効率的な装置を作成することを含む。これは、エッジライトおよびダイレクトライト装置の両方について問題があることが分かっており、典型的により厚みのあるバックライト装置が使われてきた。２−ｄディミングは、ディスプレイの画像内容がバックライトの選択された領域で切り替えることによってのみ達成される時に関連する。当該選択された領域は、所望の画像に一致または対応するので、顕著な電力低減となる。ｄ−３ディミングは、さらに、カラーの使用を含む。

バックライトから発光される光のビーム角および当該ビーム角の均一性は、照射されているディスプレイの効率性および視野角を決定付ける際に重要である。バックライトによって提供される光出力角の範囲にわたるある程度の制御は、好ましい。

本発明の目的は、１つ以上の上記問題に対処する光導波路装置を提供することである。

本発明の第１の側面によれば、１つ以上の光源および第１光導波路層が第１表面上に設けられ、当該第１導波路層は、当該第１表面上で１つ以上の光源を包み込むように配置されるベース基板と、ベース基板および第１光導波路層間の接触面におけるクラッド層と、光抽出部と、を含む光導波路装置が提供される。

光導波路装置は、光導波路装置の可視領域を定義する光出力領域または表面を有する。光導波路装置は、ここでは光抽出機構とも称される、導波された光の全内部反射を破るまたは阻害する１つ以上の機能または構造を有する。たとえば、光導波路装置は、ベース基板の第１表面から離れる方向に光を向けるように配置された、１つ以上の光散性および／または反射性および／または屈折性の構造を有する。１つ以上の散乱および／または反射構造および／または屈折構造は、ベース基板および第１光導波路層間および／または第１表面の反対にある基板の下側表面上の接触面に配置される。光は、ベース基板面に対して実質的に垂直方向に離れるように向けられる。光は、光出力表面方向に向けられる。光は、代替的な光出力表面の可能性を提供する反射要素等を使用して、光導波路装置に戻り通るように反射される。光導波路装置は、光出力表面上に位置する拡散器を有する。１つ以上の拡散器および／または反射構造および／または屈折構造は、ベース基板と接触面を形成する光導波路層の表面の反対にある第１光導波路層の表面上に配置される。

したがって、本発明は、１つ以上の光源および第１光導波路層が第１表面上に設けられ、当該第１導波路層は当該第１表面上で１つ以上の光源を包み込むように配置されるベース基板と、ベース基板および第１光導波路層間の接触面におけるクラッド層と、ベース基板および第１光導波路層間の接触面、または第１表面の反対にある当該ベース基板の第２表面上、または当該ベース基板と接触面を形成する当該第１光導波路層の表面の反対にある当該第１光導波路層の表面上に配置される光抽出部と、を含む光導波路装置を提供する。

ベース基板は、便宜的に第２屈折率を有すると言える第１光導波路層の屈折率以上の第１屈折率を有する。

クラッド層は、ギャップまたはホールとも称されうるいくつかの開口を有する。クラッド層がいくつかの開口を有する本発明のこれらの実施形態について、光抽出機構は、有利なように、開口内またはベース基板の第１表面と実質的に平行および反対である、ベース基板の第２表面上に配置される。クラッド層は、全内部反射により、第１光導波路層に光を閉じ込める役割を果たす。これは、クラッド層が第１導波路層よりも低い屈折率を有することで達成される。クラッド層は、透明である。

したがって、本発明は、１つ以上の光源および第１光導波路層が第１表面上に設けられ、当該第１導波路層は当該第１表面上で１つ以上の光源を包み込むように配置されるベース基板と；ベース基板および第１光導波路層間の接触面における透明層と、ここで、当該透明層は、第１導波路層よりも低い屈折率を有し；光抽出部と；を有する光導波路装置を提供する。

本発明はまた、（ｉ）１つ以上の光源および第光導波路層が第１表面上に設けられるベース基板と、当該第１光導波路層は、第１表面上の１つ以上の光源を包むように配置され、（ｉｉ）ベース基板および第１光導波路層間の接触面の透明層と、当該透明層は、第１導波路層よりも低い屈折率を有して全内部反射によって第１導波路層に光を閉じ込め、（ｉｉｉ）光抽出部と、を有する光導波路装置を提供する。

第１光導波路層上には、第１光導波路層の屈折率以上の第３屈折率を有する第２光導波路層が設けられる。そして、第１および第２光導波路層間の接触面、ならびに１つ以上の光源上に、１つ以上の光拡散性および／または反射性および／または屈折性構造が配置される。これらの構造の存在は、光源の位置を隠す役割を果たし、より均一な光出力を提供する。適切な屈折率を有する第２光導波路層の存在は、光が第１および第２光導波路層内で完全に内部反射される装置を提供する。

本発明の第２の側面によれば、（ｉ）ベース基板の第１表面上にクラッド層を適用し、（ｉｉ）ベース基板の第１表面上に１つ以上の光源を設け、（ｉｉｉ）ベース基板の第１表面上の１つ以上の光源を包むように、当該第１表面に第１光導波路層を追加し、（ｉｖ）第１表面上、または当該第１表面の反対にあるベース基板の第２表面上、または当該ベース基板と接触面を形成する当該第１光導波路層の表面の反対にある当該第１光導波路層の表面上に、たとえば１つ以上の散乱性および／または反射性構造および／または屈折構造の光抽出部を適用する、工程を有する光導波路装置を製造する方法が提供される。

本発明の第２の側面による方法では、（ｉｖ）において１つ以上の光抽出部を適用する代わりに、ベース基板は微細加工されたフィルムである。微細構造は、第１表面の反対にあるベース基板の第２表面上に配置される。本方法は、特定された配置の組合せで１つ以上の抽出機構を適用することを含む。

１つ以上の光抽出機構がクラッド層を有するベース基板の第１表面に適用される実施形態について、これは、第１光導波路層の追加の前に実行される。

１つ以上の光抽出機構は、微細加工されたフィルムの形態である。微細加工されたフィルムは、第１表面の反対にあるベース基板の第２表面上に配置される。ベース基板は、微細加工されたフィルムである。

選択的に、ヒートシンク板が、ベース基板の第１表面の反対にあるベース基板の第２表面に追加される。ヒートシンク板は、熱結合部材の不連続部分を介して、基板に接触される。

選択的に、第１光導波路層上には、第１導波路層の屈折率以上の第３屈折率を有する第２光導波路層が設けられる。そして、第１および第２光導波路層間の接触面、ならびに１つ以上の光源上に、１つ以上の光拡散性および／または反射性および／または屈折性構造が配置される。第１光導波路層をベース基板の第１表面に追加する方法と、選択的に第１光導波路層に第２光導波路層を追加する方法は、ｉ．ベース基板および／または第１光導波路層の第１表面上に液体ポリマーを適用し、ｉｉ．ベース基板および／または第１光導波路層の第１表面上の液体ポリマーを硬化することを含む。ベース基板および／または第１光導波路層の第１表面上の液体ポリマーを適用する方法は、液体ポリマーを印刷、刷り込みまたは分注することを含む。ベース基板の第１表面から離れるように光を導くのに適した、１つ以上の散乱性および／または反射性および／または屈折性構造等の光抽出機構を適用する方法は、パターニングされた、反射性インク層を印刷することを含む。

選択的に、反射性シートは、ベース基板の第２表面に、またはベース基板と接触面を形成する第１光導波路層の表面の反対にある第１光導波路の表面に、適用される。

ベース基板および光導波路層は、有利なように光透過性であり、好ましくは１つ以上の光源によって生成された光には透明である。しかしながら、ベース基板は、不透明でもある。たとえば、ベース基板は不透明であり吸収性であるか、または、ベース基板は不透明で反射性である。「透明」、「不透明」および「透過性」という用語は、組み込まれた光源によって生成された光の波長に対する、本装置の特定要素の光学的特徴に関連する。

本発明の第３の側面によれば、本発明の第１の側面を含む様々な側面による、光導波路装置を有するディスプレイ装置が提供される。ディスプレイ装置は、液晶ディスプレイ装置であり、したがって液晶パネルとも称される液晶セルを有する。

１つ以上の光源は、ベース基板面に平行または実質的に平行な、少なくともいくらかの光を導く。有利なように、１つ以上の光源は、側面発光ＬＥＤを有するか、側面発光ＬＥＤからなるか、または基本的に側面発光ＬＥＤからなる。好ましくは、１つ以上の光源は、ダイレクトライト式配置でベース基板にわたって、側面発光ＬＥＤの配列を形成する。好ましくは、１つ以上の光源によって発光された光は、光導波路に結合されず、ベース基板に垂直または実質的に垂直で、かつ光出力表面の方向に向けられる。典型的に、これは、１つ以上の光源から発光される光のたとえば約２０％以下、１つ以上の光源から発光された光のたとえば約１０％、１つ以上の光源から発光された光のたとえば約２％以下である。１つ以上の光源はまた、いくつかの上面発光ＬＥＤを含む。上面発光ＬＥＤは、側面発光ＬＥＤの主な光出力に実質的に垂直な光を、光出力表面の方向に発光する。側面発光ＬＥＤの配列は、ダイレクトライト型配置で、側面発光ＬＥＤの２次元配列を形成する。当該配列は、いくつかのＬＥＤの行および／または列を含むか、これらからなるか、基本的にこれらからなる。当該ＬＥＤは、これらがベース基板面に実質的に平行な少なくともいくらかの光をどの方向に向けるかについて、変化される。たとえば、ＬＥＤは、特定の列または行のＬＥＤについて、当該列または行内で隣接する２つのＬＥＤのいずれかと比べて、実質的に反対方向に光を向けうる。たとえば、２つの隣接したＬＥＤについて、ベース基板面に実質的に平行である第１方向で、第１ＬＥＤによって生成された光の方向と、ベース基板面に実質的に平行である第２方向で、第２ＬＥＤによって生成された光の方向との間の角度は、約１８０°である。ある行または列において、ＬＥＤは、実質的に直線状となるように位置決めされる。ＬＥＤが直線状したがってある行または列において実質的に平行な２列を形成するように、ＬＥＤは位置付けられる。

光導波路層の配列または光源と関連する層は、光源のために向上した保護機能を示す光導波路装置を提供する。さらに、製造するのに簡易で、装置内で向上した光学的結合を示す装置を提供する。生成された光は、全内部反射効果により、ベース基板および／または光導波路層または層の両方内で導波される。本発明に係る装置および方法は、複合構造内で、かつ全内部反射によりベース基板の第１表面上で、１つ以上の光源により生成された光を導波するための方法を提供する。

本発明は、１つ以上の以下の事項を提供することを目的とする：使用中に見られる時、低減された／全くない暗い点を有する、より均一な光導波路装置（均一または実質的に均一な輝度を含む）；より低い電力必要量にできる効率的な光分布；より薄く、軽い構造；低減された数のシステム要素を含む装置。本発明に係る装置は、有利なように、２−ｄおよび３−ｄディミングに使用される。クラッド層の存在はまた、ベース基板上または中の電気的配線等の要素の上昇した密度を可能とする。本発明の様々な側面に関連するその他の利点は、光出力の所望のビーム角度と、当該ビーム角度の良好な均一性を提供することを含む。本発明はまた、出力角度が制御されることを可能とし、したがって、視野角が適宜設定されうる。

本発明に係る光導波路を例示する図である。

ベース基板
ベース基板は、光透過性であり、透明である。または、ベース基板は、不透明である。ベース基板は、不透明で光吸収性であるか、または不透明で反射性である。ベース基板は、ポリエステルまたはポリカーボネート等の透明なポリマーのシートから形成される。ベース基板の厚さは、典型的に約０．１ｍｍのオーダーにあり、たとえば約０．１ｍｍから約０．２ｍｍの範囲にある。ベース基板は第１屈折率を有し、当該屈折率は、選択的に第１光導波路層の屈折率以上である。ベース基板の屈折率は、典型的に、約１．５以上である。たとえば、ベース基板の屈折率は、１．５０から１．６１である。たとえば、ベース基板の屈折率は、１．５から１．５８である。ベース基板は、微細構造のフィルムである。たとえば、ベース基板は、輝度強化フィルム（ＢＥＦ）である。

光源
光源は、バックライトの使用に適したものを含む、当業者に知られたいかなるものでもよい。そのような光源は、１つ以上のＬＥＤを含む。光は、方向性がなくても良い。ＬＥＤは、端面発光、側面発光、上面発光またはベアダイＬＥＤを含む、当業者に知られたいかなる設計で構成されてもよい。ＬＥＤは１つ以上の色域から選択されうる。たとえば、ＬＥＤは、白色である。または、白色光は、赤色、緑色および青色ＬＥＤの組合せにより生成されてもよい。典型的に、本発明の使用に適したＬＥＤは、各ディメンションに約１ｍｍの大きさである。

光源は、典型的に、実質的に全てまたはほとんどの光を光導波路に向かうように配置される。有利なように、これらは、光がベース基板に平行または実質的に平行に向けられる側面発光ＬＥＤから選択されうる。さらにより有利なように、光の一部は光導波路に結合されず、光導波路装置の出力表面の方向に伝搬させることができる。たとえば、１つ以上の光源から発光される光の約２０％以下、１つ以上の光源から発光された光のたとえば約１０％、光の約２％以下の光を、そのように伝搬させることができる。この光を出力表面に向けて伝搬させる効果は、通常使用時に見られる時に光源の見かけまたは正確な位置が明確でなく、または効果的に隠され、かつ、光がより均一に分布されることである。特に、この光は、他の従来のバックライトよりも拡散器が光導波路層により近接して配置されることを可能とする。

有利なように、ダイレクトライト式バックライトユニットを含むダイレクトライト光導波路装置を提供するために、１つ以上の光源が配置される。１つ以上の光源は、ダイレクトライト配置において、ベース基板にわたる光源の配列を形成する。たとえば、当該配列は、ダイレクトライト配置の側面発光ＬＥＤの配列を含むか、当該配列からなるか、基本的に当該配列からなる。この様な配列は、いくつかの上面発光ＬＥＤを含む。

電気的配線が、透明なベース基板にパターニングされうる。これにより、１つ以上の光源のための電気的結合パッドおよび外部電気的駆動装置へ電気的接続を形成する。電気的配線は、たとえば銅または金を使用するエッチング法、または、たとえば銀含有接着剤を使用する付加的なスクリーン印刷法によってパターニングされる。はんだ付けしたりまたは粘着法を実行したりすることにより、ＬＥＤ光源は、電気的接続パッドに電気的または機械的に取り付けられる。クラッド層の存在は、配線およびその他の要素に関連して、より大きな設計自由度が許容されうることを意味する。これは、クラッド層は、基板内または基板上の電気的配線およびその他の要素の外観を隠す役割を果たすからである。たとえば、クラッド層の使用は、赤色・緑色・青色のパッケージ化された側面発光ＬＥＤに関連して、特に有利である。

光導波路層
第１および第２光導波路層（より一般的に導波路層と称される）は、様々な適切な光透過性物質から形成される。有利なように、１または複数の導波路層は、高い光学的透過性を有し、好ましくは透明である。第１および／または第２導波路層は、透明な柔軟性プラスチックポリマー層を含んでもよい。第１および／または第２導波路層は、約１ｍｍの厚さである。第１および／または第２導波路層は、１．４６から１．５６の屈折率を有する。

導波路層は、アクリル、ウレタンまたはポリカーボネートを含む、様々な利用可能なポリマーから形成される。第１および第２導波路層の屈折率は実質的に同一であるか、または、第２導波路層の屈折率は第１導波路層より高い。第２光導波路層がより高い屈折率を有する場合、屈折率の相違は、約１０％程度である。

第１導波路層、ベース基板、そして選択的にもし在る場合、第２導波路層が、標準的な積層法を使用して組み合わせられる。この様な技術は、第１導波路層およびベース基板よりも高い屈折率を有する、透明な接着剤の使用を必要とする。第１導波路層およびベース基板および第２導波路層（もし在る場合）は、製造中、光学的に結合される。

第１導波路層のベース基板との結合および第２導波路層の第１導波路層との結合方法は、液体ポリマー層を付与して硬化することを含む。硬化法には、ＵＶ硬化、熱硬化または２部分硬化を含む１つ以上の技術を使用できる。当該方法は、液体ポリマーを印刷、刷り込みまたは分注することを含む。光学的に結合されるとは、複数の層が、光学的に事実上区別できないように組み合わされることを示す。

クラッド層
クラッド層は、ベース基板と第１光導波路層との間の接触面に在る。クラッド層の屈折率は、第１光導波路層内での光の全内部反射を維持し、よってベース基板から光学的ビームを分離し、ベース基板内に実装されたりまたはベース基板上に配置されたりする電気的配線の存在を隠蔽するために、第１光導波路層の屈折率より小さい。適切には、クラッド層の屈折率は、約１．３から１．４１である。光導波路装置から光を抽出するために、クラッド層に、開口、ギャップ、ホールまたは不連続部分があってもよい。開口から入射する光は、光導波路層内でそれ以上導波されることはなく、光抽出機構と相互作用するベース基板に透過する。なお、光抽出機構は、クラッド層内のギャップおよび／またはクラッド層上に適用される。さらなる実施形態では、光抽出機構は、第１光導波路層の上面上に位置する。当該上面は、ベース基板と接触している光導波路の表面の反対に位置する。

クラッド層の開口は、サイズおよび形状について多様である。これは、開口が、光源にどれだけ近接して位置するかに依存する。光源からの距離が大きくなるに連れて、光の強度は減少する。これを考慮して、光源からの距離が大きくなるに連れて、より大きな開口および／またはより大きな開口の密度が、クラッド層に在るようにしてもよい。

クラッド層の部材は、透明なポリマー部材等、透明な物質から選択される。たとえば、クラッド部材は、エポキシ樹脂、シリコンまたはフッ化重合体から選択される。有利なように、クラッド層は、印刷技術を使用して基板に適用されうる。クラッド部材は、印刷可能なＵＶ硬化できる材料、たとえば屈折率１．４１を有するＤｙｍａｘ ｏｐ−４−２０７２５等のＵＶ硬化できるエポキシ樹脂でもよい。クラッド部材の厚さは、典型的に、約１μｍより大きい。クラッド部材の厚さは、典型的に、約１０μｍより小さい。クラッド層は、一般的に加法的プリンティング工程と称される任意の方法により、機構の薄いパターンを形成するために適用される。たとえば、従来のスクリーン印刷は、印刷される必要のあるパターンに対応する開口を有するメッシュスクリーンを使用する。このパターンは、所定量のインク等、所定量の部材の必要とされる領域への正確な移行を促す。適切なインクは、ＵＶまたは溶剤硬化されるものを含む。その他の適切な加法的プリンティング方法は、型紙捺染、インクジェット印刷、フレキソ印刷およびその他の公知のリソグラフィ技法を含む。

光抽出機構
光導波路装置は、導波される光の全内部反射を破るまたは阻害する１つ以上の機構を有する。これらの機構は、光散乱および／または反射および／または屈折機構から適切に選択される。これらの機構は、一箇所以上に配置される。たとえば、それらは、第１光導波路層との接触面を形成する表面の反対の、ベース基板の第２表面上にある。たとえば、それらは、第１光導波路層およびベース基板によって形成される接触面に在る。当該接触面に在る場合、それらはクラッド層内のギャップにあるか、または、それらはクラッド層上に設けられる。たとえば、それらは、第１光導波路層上の上面上にある。当該上面は、ベース基板と接触している光導波路層の表面の反対にある。

光抽出機構または構造の応用は、標準の印刷、微細鋳造、微細鍛造および微細型押し技術を利用して達成できる。適切な散乱構造は、パターニングされた反射インク層の形態でもよい。適切な散乱構造は、高度に反射性の白く印刷されたインクドットを含む。そのような配置では、各ドットは、導波された光の全内部反射を阻害し、光をランダムに散乱させて光導波路から抜け出させる。ドットのサイズおよび／または間隔は、均一な光散乱を確証するように変更されうる。

抽出機構は、高分子材料のインクを含むか、またはこれからなる。インクは、機構の薄いパターンを形成するために、一般的に加法的プリンティング工程と称される任意の方法によって、ベース基板、クラッド部材または第１導波路層に適用される。たとえば、従来のスクリーン印刷は、印刷される必要のあるパターに対応する開口を有するメッシュスクリーンの使用を伴う。このパターンは、所定量のインク等の必要とされる領域への正確な移行を促す。本発明の使用に適したインクは、ＵＶまたは溶剤硬化されるものを含む。その他の加法的プリンティング法の例は、型紙捺染、インクジェット印刷、フレキソ印刷およびその他の公知のリソグラフィ技法を含む。インクは、様々な量および形状で適用される。その他の適した機構または構造は、複数の３次元構造または凹凸を含む、微細加工された表面を含む。これらの３次元構造または凹凸は、表面から突き出て各々約１〜１０００μｍのスケールで配置されており、幅、深さおよび間隔は、好ましくは約５〜５０μｍ、より好ましくは約２０〜５０μｍである。本発明の使用に適した微細構造または機構の特定の種類は、プリズム、ピラミッド、たとえば円筒または円形形状のレンズおよびランダムな拡散構造の（マイクロ）レンズを含む。

プリズムに基づく微細構造は、約５０μｍ間隔で表面全体にわたって一方向に変化する、のこぎり歯状構造を有しても良い。ここで、間隔は、隣接する微細構造の中心間の距離である。（マイクロ）レンズは、短い焦点距離を有するレンズの規則的またはランダムな分布を有し、約１０〜２０μｍのスケールで表面にわたって分布される。拡散構造もまた、約１０〜１００μｍのスケール（深さおよび間隔）でランダムな表面質感を有しうる。

輝度強化フィルム（ＢＥＦ）は、光導波路装置から光を抽出するために、本願発明の使用に適した微細構造フィルムである。微細構造フィルムの適切な例は、３Ｍから商業的に入手可能なＢＥＦ ＩＩＩ輝度強化フィルムである。この範囲からの特定のフィルムは、厚さ１２７μｍのポリエステル基板から形成され、アクリル重合体では一方向に変化するプリズム構造を有する。プリズム構造は高さ２８μｍ、間隔５０μｍであり、プリズム角は９０°である。微細構造フィルムの使用は、選択的な分布角度、すなわち半値幅で垂直から約±３０°に入射光を向け直す。ＢＥＦ等の微細構造フィルムは、有利的にベース基板の第２表面上に配置されたり、またはベース基板を構成したりする。たとえば、微細構造フィルムは、ポリエステルフィルム等のベース基板上に積層される。たとえば輝度強化フィルム等の微細構造フィルムの屈折率は、約１．５０〜１．６１である。微細構造または輝度強化フィルムは、屈折率約１．６１のポリエチレン・テレフタレートフィルム等のポリエチレン基板を含む。たとえばポリエチレン・テレフタレートフィルム等のポリエステル基板は、アクリル層においてたとえばエンボス加工することによって形成された機構または構造を有するアクリル層を有する。たとえば、アクリル層に形成された構成および構造は、屈折率１．５８〜１．５９のプリズムでもよい。これらのプリズムは、アクリル層でエンボス加工される。その他の適切な微細構造フィルムは、フィルムの基板を形成する部材から形成または押し出しされた機構または構造を有するものを含む。たとえば、微細構造フィルムは、適切には、ポリカーボネートプリズムを有するポリカーボネート基板である。この様なポリカーボネート微細構造フィルムの屈折率は、約１．５５以上である。

たとえば反射シート等の追加的な反射要素は、バックライトとして使用される時等のように、さもなければ装置が見られるように意図された方向から大きく離れた方向に向けられる光を向け直すために、選択的にベース基板の第２表面下に位置される。または、選択的な付加的反射要素は、第１光導波路層の上面上に位置し、光導波路装置に戻し通すように、ベース基板の方向に光を向け直す。

ヒートシンク板
ヒートシンク板は、実質的にベース基板と平行に背後に位置し、熱結合部材の不連続部分を介して、基板に接続される。

熱結合部材は、有利なように、１つ以上の光源と並んでまたは実質的に並んで位置される。熱結合部材の不連続部分の位置決めは、基板とヒートシンク板との間および熱結合部材の不連続部分の間に、空気ギャップがあることを意味する。空気ギャップは、ヒートシンク板が光導波作用と干渉しないことを意味し、たとえば散乱構造等の、導波された光の全内部反射を破る機構からの均一な光の散乱を確証する。有利なように、ベース基板およびヒートシンク板は、光学的に結合されない。フィルム等のバックライト反射要素は、光学的効率を改善する空気ギャップまたはギャップの近傍に配置される。たとえば、バックライト反射フィルムは、基板の下側表面および／またはヒートシンク板の上側表面上に配置される。

ヒートシンク板は、熱の消散を補助する部材から形成される。適切な例は、アルミニウム等の金属を含む。ヒートシンク板は、典型的には、約０．２ｍｍから１０ｍｍの厚さである。熱結合部材は、エポキシまたはシリコーン等の接着剤、または圧力に敏感な粘着性テープもしくはスクリーン／刷り込みにより印刷可能な高熱伝導性のポリマーである。接着剤は、針状部材またはスクリーン印刷を使用して適用される。接着テープは、標準的なテーピング機器を使用して適用される。基板およびヒートシンクは、積層法を使用して組み合わされる。

拡散器
拡散器は、より従来の光導波路装置と比較すると、光導波路層により近接して配置される。たとえば、光導波路層の頂部から拡散器の底部までの距離は、約１２ｍｍより短い。たとえば、当該距離は、約９ｍｍである。

拡散器は、従来の空間配置の方法により、光導波路層から離隔して保持される。たとえば、スペーサ要素は、第１および第２（もし在る場合）光導波路層の端部周辺に配置される。拡散器は、バックライトに使用される従来の拡散器から選択されうる。

光導波路装置の使用
本発明に係る光導波路装置は、照明、バックライト、標識およびディスプレイ目的を含む、様々な機能のために実装されうる。

液晶装置は、当分野によく知られている。透過モードで動作している液晶表示装置は、典型的に、液晶パネルとも称される液晶セル、光導波路装置を組み込むバックライトユニット、および１つ以上の偏光板を備える。液晶セルもまた、よく知られている装置である。一般的には、液晶セルは、典型的に、間に液晶部材が配置される２つの透明な基板を備える。液晶表示セルは、透明な導電性電極をそれぞれ内表面上にコーティングされた、２枚の透明板を備える。液晶部材を構成する分子が所望の方向に整列するように、アライメント層がセルの内表面上に導入されうる。透明板は、スペーサによりたとえば約２μｍで、適切な距離に離隔される。液晶部材は、流入充填法で透明板間の空間に充填することにより導入される。偏向板は、セルの前後に配置される。バックライトユニットは、従来の方法を使用して、液晶セルの背後に配置される。動作中、透過モードで動作している液晶セルは、光導波路装置を備えるバックライトユニット等の光源からの光を変調する。

本発明の実施形態が、添付の図面および下記実施例を参照して、例示の方法でのみ限定なく以下説明される。

図１において、側面図の光導波路装置（１）は、ポリエステルまたはポリカーボネート等の透明なポリマーシートから形成され、屈折率ｎ２を有するベース基板（２）を備える。ベース基板（２）上およびその第１表面上に、いくつかのＬＥＤ形態の光源（３）が接合される。電気的結合は、概略的に（３ａ）に示されている。便宜のため、電気的結合は、ベース基板内に示されている。しかしながら、これらは、ベース基板の第１表面上およびクラッド層下に配置されてもよい。ＬＥＤ間の距離は、典型的に、約１０ｍｍから２００ｍｍである。図示されたＬＥＤは側面発光ＬＥＤであり、ＬＥＤから発光される光の方向は（４ａおよび４ｂ）で示されており、基板面に実質的に平行に向けられる。その他の実施形態では、ベース基板面と実質的に垂直で、実質的に光出力表面方向に光を透過する、いくつかの上面発光ＬＥＤがあってもよい。第１透明光導波路層（５）もまたプラスチックポリマーから形成され、ＬＥＤおよび透明ベース基板（２）の上面の残りの領域を覆い、屈折率ｎ４を有する。パターニングされた反射インク層形態の散乱構造（６）等の光抽出機構は、ベース基板（２）の下側表面上に配置される。または、ベース基板の下側表面と接触する輝度強化フィルム等の微細構造フィルムがあってもよい。ベース基板は、輝度強化フィルム等の微細構造フィルムでもよい。

透明ベース基板（２）および第１透明導波路層（５）の間の周辺接触面には、ＬＥＤ（３）が実装される適切な空洞を形成するために、空洞層構造（不図示）が組み込まれてもよい。透明ベース基板（２）および第１透明光導波路層（５）の屈折率は、不等式ｎ２≧ｎ４を満たすように設定される。ベース基板（２）および導波路層（５）の間の接触面には、フッ化重合体等の透明なポリマーであるクラッド層（８）が配置される。図示されるクラッド層は、いくつかの開口を有する。しかし、クラッド層は連続的であり、開口を有さなくてもよい。

ＬＥＤ光源（３）によって生成された光は、透明ベース基板（２）によって定義される平面と実質的に平行な方向に伝搬するように、初め透明導波路層（５）と結合される。生成された光は、光導波路層（５）内で導波される。光がクラッド層内の開口（７）まで伝搬した時、光は導波路層（５）によってそれ以上導波されず、透明導波路層（５）の上面（１１）を介して装置を出て（９）バックライト機能を提供するために、向け直されるようにベース基板の下側表面上の散乱構造（６）と相互に作用する。散乱および／または反射構造および／または屈折構造である光抽出機構（６）は、高反射性の白色インクドットを有する。ドットサイズおよび／または間隔の両方が、散乱効果を微調整するために変えられる。

光抽出機構（６）によって散乱される光の一部は、（９）で示される方向と実施的に反対に向けられ、（９ａ）で示される。これを考慮するために、反射要素（１０）の選択的な構成が示されている。反射要素（１０）は、光（９ａ）がこのような場合出力表面ともされうる上面（１１）を通って出射するように、光（９ａ）が光導波路装置に戻って通るべく向け直すために必要とされる。または、望まれる場合、反射要素（１０）は、上面（１）上に位置付けされ、（９）で示される光は、光導波路に戻って通るべく向け直され、よって出力表面を（１１ａ）として定義する。後者の配置は、光抽出機構が光導波路層（５）の上面上に配置される場合に好まれる。光導波路層（５）は、図１に示された実施形態では、出力表面が（１１ａ）であるが、（１）に相当する。

光源の出力および光導波媒体の間に空気ギャップがないという事実の結果として、透明導波路層は、装置内で光を光学的に結合する、より簡易で改善された方法を提供する。

実施例
実施例１
本発明に係る装置は、以下のように構築された。３Ｍ（ＢＥＦ ＩＩＩ）から商業的に入手可能な微細構造フィルムが、ベース基板として使用された。ＢＥＦ ＩＩＩは、高さ５０μｍ、間隔５０μｍおよびプリズム角９０°の構成を備えていた。ＢＥＦの上側（第１表面）上には、導電配線（銀粒子含有の導電性エポキシ）と、基板上にいくつかのＬＥＤ（Ｓｔａｎｌｅｙ Ｔｗ１１４５ｌｓ−ｔｒ）を設け、導電配線に適切な電気的接続を提供するための導電性接着材とが印刷された。低屈折率（１．４１）クラッド部材（Ｄｙｍａｘ ｏｐ−４−２０７２５）が、基板の上（第１）面上および配線上にスクリーン印刷された。クラッド内の開口のパターンは、１０００μｍ間隔に設けられ、ＬＥＤの配置位置から近接して配置される場合には幅約１００μｍを有し、ＬＥＤ間に配置される場合には約８００μｍに増やした。深さ約０．７ｍｍの空洞が、空洞層構造を使用して、ベース基板の周辺に形成された。空洞は、それからＵＶ硬化可能な透明なポリマー（Ｄｙｍａｘ４−２０６８８）によって満たされ、第１光導波路層を形成した。スペーサ要素は、第１導波路層上に配置されて固定され、拡散器（Ｓｈｉｎ Ｗｈａ ９７％ヘイズフィルム）が、スペーサ要素上に配置された。光導波路層までの拡散器の距離は、９ｍｍであった。半値幅で、垂線から約±３０°分布角度を有する抽出光から、光の良好な均一性が観測された。さらに、ＬＥＤの位置は、光導波路層および拡散器に結合されていない光の組合せによる上からの観察では隠された。

１ 光導波路装置、
２ ベース基板、
３ 光源、
３ａ 電気的結合、
５ 第１透明光導波路層、
６ 散乱構造、
７ 開口、
１０ 反射要素、
１１ 上面、
１１ａ 出力表面。

Claims (12)

1. １つ以上の光源および第１光導波路層が第１表面上に設けられ、当該第１導波路層は当該第１表面上で１つ以上の光源を包むように配置されるベース基板と、
   前記ベース基板および第１光導波路層間の接触面に配置され、全内部反射により前記第１光導波路層に光を閉じ込める役割を果たすクラッド層と、
   光抽出部と、
   を含み、
   前記光抽出部は、前記ベース基板の前記第１表面の反対にある当該ベース基板の第２表面上に配置され、微細構造フィルムを含み、
   前記クラッド層は、いくつかの開口を含む光導波路装置。
2. 前記微細構造フィルムは、前記ベース基板である請求項１に記載の光導波路装置。
3. 前記微細構造フィルムは、輝度強化フィルムである請求項１または２に記載の光導波路装置。
4. １つ以上の前記光源は、ＬＥＤを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路装置。
5. １つ以上の前記ＬＥＤは、側面発光ＬＥＤを含むか、当該側面発光ＬＥＤからなるか、基本的に当該側面発光ＬＥＤからなり、ダイレクトライト式のベース基板にわたる配列に配置される、請求項４に記載の光導波路装置。
6. 前記ベース基板は、透明である請求項１〜５のいずれか一項に記載の光導波路装置。
7. 前記クラッド層は、前記第１光導波路層よりも低い屈折率を有する透明なポリマー部材である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光導波路装置。
8. 前記第１光導波路層は、透明な柔軟性ポリマー部材である請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路装置。
9. 前記クラッド層は、約１μｍよりも厚く、約１０μｍより薄い請求項１〜８のいずれか一項に記載の光導波路装置。
10. ヒートシンク板をさらに含む請求項１〜９のいずれか一項に記載の光導波路装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光導波路装置を含むディスプレイ装置。
12. （ｉ）ベース基板の第１表面上にクラッド層を適用し、当該ベース基板は微細構造フィルムであり、当該微細構造は、前記第１表面の反対にある前記ベース基板の第２表面上に配置され、前記クラッド層は、いくつかの開口を含み、
    （ｉｉ）前記ベース基板の第１表面上に１つ以上の光源を設け、
    （ｉｉｉ）前記ベース基板の第１表面上の１つ以上の光源を包むように、当該第１表面に第１光導波路層を追加する、工程を含み、
    前記クラッド層は、全内部反射により前記第１光導波路層に光を閉じ込める役割を果たす、光導波路装置の製造方法。