JP6148258B2 - アナモルフィックライトガイド - Google Patents

Description

本発明は、全般には照明システム、特にディスプレイ用の効率的な照明システムを提供するアナモルフィックライトガイドを有するバックライトシステムに関する。

ライトガイドは、広範かつ多様な照明用途に発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源と一緒に使用される。１つの特定の用途では、ライトガイドは、ＬＣＤディスプレイ用に照明を提供するのに普通使用される。この光源は、典型的には、特にノート型コンピュータディスプレイなど、非常に薄い外形のバックライトが望まれる場合、ライトガイドの中に光を出射する。ライトガイドは、透明、中実、かつ比較的薄いプレートであり、その長さ及び幅の寸法はバックライトの出力領域と類似する。ライトガイドは、縁部に取り付けられたランプからの光をライトガイドの全長又は全幅にわたってバックライトの対向する縁部まで送るため又は導光するために全内部反射（ＴＩＲ）を用い、局所化された光抽出構造体の非均一パターンをライトガイドの表面上に付与して、ライトガイドからのこの導光された光の一部をバックライトの出力領域に向かって再方向付けする。このようなバックライトは、通常、軸上の輝度を高めるためにライトガイドの後方又は下方に配置された反射性材料、及びライトガイドの前方又は上方に配置された反射偏光フィルム及びプリズム輝度増強フィルム（ＢＥＦ）などの光管理フィルムを備える。

ＬＥＤなどの最も普通に使用される光源は、比較的大きな高さ及び出射角度の範囲を有するので、ライトガイドの厚さは、通常は、光を効率的に結合するのに応じて厚い。液晶ディスプレイ用の従来の照明用素子は米国特許公開第２００９／０３１６４３１号に記述されている。従来の照明素子は光源からの光を平面ライトガイドに結合する。ライトガイドの高さを低減させることは光源からライトガイドまでの結合効率を低下させるので、ライトガイドは典型的には光源とほぼ同一の高さである。

しかしながら、典型的なフィルム又はプレートのライトガイドの顕著な難点は、ＬＥＤの小さいアスペクト比とライトガイドの極めて高いアスペクト比との間のミスマッチである。ＬＥＤは約１：１〜約４：１の典型的なアスペクト比を有し、それに対してエッジライトガイドは約２０：１〜約１００：１以上ものアスペクト比を有することができる。このミスマッチは、通常、ライトガイド中の光がＬＥＤから出射される光よりも高いエタンデュ（スループットとも呼ばれる）を有することを生じせしめる。翻って、この高いエタンデュの結果として、厚さの増加がライトガイドに必要とされ、並びにライトガイドが１つ又は２つ以上の面上で空気界面を必要とする。結果として、このライトガイドが液晶ディスプレイモジュールよりも厚くなったり、及び空気界面がタッチパネル及び触覚技術用途などの特定の用途を制限することもある。

本発明の１つの代表的な態様では、アナモルフィックライトガイドは、受光部、光転向部、及び光出力部を備える。受光部は第１のアスペクト比を照明する面積を有する光を受光し、及び光出力部は第２のアスペクト比を照明する面積を有する光を出力し、第２のアスペクト比は第１のアスペクト比よりも少なくとも４倍大きい。光入力面は光出力面に対して実質的に垂直である。

一態様では、光のエタンデュは実質的に保存されている。

本発明の別な態様では、アナモルフィックライトガイドは、光入力面、光出力部、及び光入力面と光出力部との間に配設された光転向部を有する本体を備える。光転向部は、空間的に分離された転向要素の配列を備える。複数の転向構造は、少なくとも１つの主表面上で転向構造とライトガイドの本体との間に配設された低屈折率層で結合されている。

本発明の別な態様では、アナモルフィックライトガイドは、受光部、光出力部、及び受光部と光出力部との間に配設された光転向部を有する本体を備える。光転向部は、受光部からの光を光出力部に向けて導く、複数の曲がった平面チャンネルを備え、各曲がった平面チャンネルは、少なくとも１つの主表面上で転向構造とライトガイドの本体との間に配設された低屈折率層で結合されている。

本発明の別な態様では、光学システムは、光を出射する光源、光を実質的にコリメートするコリメート構造体、実質的にコリメートした光を受光する上述のアナモルフィックライトガイド、及びバックライトライトガイドを備える。

本発明の別な態様では、バックライトライトガイドは、間隔をあけた光抽出体の配列、裏面の反射性層、ライトガイド層の対向する主表面上に配設された低屈折率結合層、及び不使用光を再循環させるための反射型偏光子を包含する表面を有するライトガイド層を有する概ね平面の構造体を備える。

本発明の別な態様では、照明システムの形成方法は、少なくとも第１の光学要素の第１の配列及び第１の配列とは異なる形状を有する第２の光学要素の第２の配列を有する空洞を準備することを含む。空洞は硬化性樹脂により充填される。二次的な光学要素は、第１の光学配列と位置合わせして硬化性樹脂に適用される。樹脂は硬化されて、硬化した組み立て体を形成する。次いで、硬化した組み立て体は、空洞から取り出される。

本発明の別な態様では、光抽出形状体を有する光抽出体光学要素の形成方法は、その上に形成された溝の配列を有する表面を有する基板材料を準備することを含む。溝はポリマーにより充填される。このポリマーは、パターン化された放射線及びエッチング法を用いて輪郭を付与される。基板材料は、電鋳されて、溝の側面がライトガイドの面に対して少なくとも４５度の角度を有することができる、溝の選択された部分を有する表面の複製を形成する。次いで、基板は電鋳型から取り出される。

別な態様では、少なくとも２つのライトガイドを結合するための光学的なライトガイド結合器は、入力面及び出力面を備え、光学ライトガイド結合器は、段差付きの出力外形を有する第１のライトガイドからの光を受光し、その光を非段差付きの外形を有する第２のライトガイドに伝送するように設定され、ライトガイド結合器の入力面は第１のライトガイドの段差付きの出力外形に位置合わせされ、及びライトガイド結合器の出力面は直線形又は曲がっている。更なる態様では、ライトガイド結合器は、入力面から出力面までテーパーの付いた構造体を備える。

本発明の上記の概要は、本発明の図示された各実施形態又は全ての実施を説明しようとするものではない。下記の図及び発明を実施するための形態によって、これらの実施形態を更に詳細に例示する。

本発明の実施形態は、以下の図面を参照することによってよりよく理解される。図面の要素は、互いに対して必ずしも同じ縮尺比ではない。
本発明の態様による代表的なバックライトシステムの等角図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの変換器ユニットの等角部分図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの変換器ユニットの光転向区分の等角部分図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの変換器ユニットの光転向区分の別な等角図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの変換器ユニットのアナモルフィックライトガイド区分の等角図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの変換器ユニットのアナモルフィックライトガイド区分の別な等角図（底面側）である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの変換器ユニットのアナモルフィックライトガイド区分の側面図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの結合要素部分の等角図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの結合要素部分の別な等角図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの変換器ユニットの別な等角図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの代替の変換器ユニットの等角図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステムの別な代替の変換器ユニットの入力面の正面図である。 図２Ｋの代替の変換器ユニットの出力面の正面図である。 約１：１〜約２：１のアスペクト比（Ｘ：Ｙ）を有する本発明の態様による変換器ユニットに入る代表的な光束の断面の図示である。 約５０：１のアスペクト比（Ｘ：Ｙ）を有する本発明の態様による変換器ユニットを出る代表的な光束の断面の図示である。 本発明の別の態様による代表的な光源ユニットの等角図である。 本発明の別の態様による代表的なバックライトライトガイドの等角部分図である。 本発明の別の態様による代表的なバックライトライトガイドユニットの概略図である。 本発明の別の態様による、代表的な光抽出要素の等角図である。 本発明の別の態様によるバックライトライトガイドユニットの代表的な光抽出体層の上面図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステム及び／又はこれらの構成要素を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステム及び／又はこれらの構成要素を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステム及び／又はこれらの構成要素を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステム及び／又はこれらの構成要素を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステム及び／又はこれらの構成要素を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様によるバックライトシステム及び／又はこれらの構成要素を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様による光抽出形状体付きのバックライトライトガイドの形成に使用される金型の等角図である。 本発明の別の態様による光抽出形状体を有する金型を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様による光抽出形状体を有する金型を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様による光抽出形状体を有する金型を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様による光抽出形状体を有する金型を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様による光抽出形状体を有する金型を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。 本発明の別の態様による光抽出形状体を有する金型を形成するための代表的な方法を図示するいくつかの図である。

本発明は様々な変更例及び代替形状が可能であるが、その具体例を一例として図面に示すと共に詳細に説明する。しかしながら、その目的とするところは、本発明を記載された特定の実施形態に限定することにはない点は理解されるべきである。逆に、添付の請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱すること無く、あらゆる変更、均等物、及び代替物を含むことを意図する。

以下の発明を実施するための形態においては、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例として示す。この点に関して、「上」、「下」、「前」、「後」、「先」、「前方」、「垂下」といった方向用語は、説明する図の向きに関して用いられる。本発明の実施形態の構成要素は多くの異なる方向に配置することができるので、方向に関する用語は、説明を目的として使われるものであって、決して限定するものではない。他の実施形態を利用することもでき、また構造的又は論理的な変更を、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができることを理解すべきである。以下の詳細な説明は、したがって、限定的な意味で解釈されるべきではなく、また、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本発明は、照明システム、特にディスプレイ用の効率的な照明システムを提供するアナモルフィックライトガイドを有するバックライトシステムに関する。バックライトシステム及びその構成要素は、一緒又は別個であっても、低エタンデュの高効率照明システムを提供するように設計される。このように、全構成要素数を低減することができ、及び空気の空間の必要性を無くすることができて、感圧型タッチディスプレイ及び触覚技術への機会が提供される。このバックライトシステムは、薄いこと、光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）による積層が可能であること、及び角度増強フィルムの必要性を無くするか又は低減することができることを含めて、いくつかの利点を有する。

図１は、ＬＣＤなどのディスプレイ（図示せず）の照明に使用可能な代表的なバックライトシステム１０の等角図を示す。バックライトシステム１０は、光源ユニット１００、変換器ユニット２００、及びバックライトライトガイドユニット３００を包含する。光源ユニット１００は、図４でより詳細に示されるが、バックライトシステム１０の光源を提供する。変換器ユニット２００は、図２Ａ〜２Ｉでより詳細に示されるが、光源ユニット１００からの光をバックライトライトガイドユニット３００の中に導くアナモルフィックライトガイドを包含する。バックライトライトガイドユニット３００は、図５Ａ〜５Ｂで更に詳細に示されるが、光出力をＬＣＤディスプレイなどのディスプレイに提供するための複数の光抽出形状体を有するバックライトライトガイドを包含する。この出力光は良好な均一性を有する。加えて、このシステムは、光源からの光をディスプレイに効率的に結合し、及び少なくとも１つの軸で部分的にコリメート可能な出力光を提供する。そのようなものとして、代表的なバックライトシステム１０は、透過型、透過反射型、及び反射型ＬＣＤ（ラップトップ、タブレット、携帯電話、電子リーダーなど）、コレステリック素子、ＭＥＭＳ、及びリキッドペーパー素子、標識及びコンフォーマブルグラフィックス、及び車両用ディスプレイなどの指示器などの、多数の素子及び用途の一部として使用可能である。

次に、これらの構成要素の各々をより詳細に記載する。これらの構成要素１００、２００、及び３００の各々は、図１の代表的なバックライトシステムの他の構成要素又は従来のバックライトシステムの構成要素と共に使用することができるということを特記する。

変換器ユニット２００に関しては、図２Ａ〜２Ｉで示されるように、変換器ユニット２００は、入力面２１２、光転向区分２５０、及び変換器ユニット２００を出る光の出口面に対応する直交する光閉じ込め面２１４を有するアナモルフィックライトガイド２１０を包含する。変換器ユニット２００は、約１０：１未満、例えば約１：１〜約１：２のアスペクト比を有する、光源１００から出射した光を、１０：１超のアスペクト比、例えば約少なくとも２０：１、好ましくは約少なくとも５０：１、又は好ましくは約少なくとも１００：１のアスペクト比を有する線形状の出力光束に変換する。図３Ａは、約１：１のアスペクト比（Ｘ：Ｙ）を有する変換器ユニット２００に入る代表的な光束２６２の断面の図示を示す。図３Ｂは、約５０：１のアスペクト比（Ｘ：Ｙ）を有する変換器ユニット２００を出る代表的な光束２６４の断面の図示を示す。１つの好ましい態様では、この変換器ユニットは、光源から出射した光を光源アスペクト比よりも少なくとも４倍大きいアスペクト比を有する線形状の出力光束に変換する。

入力面２１２は、下記で更に詳細に述べるように、光源ユニット１００からの光を受光する。光は、下記で更に詳細に述べるように、変換器ユニット２００から結合器２８０（変換器ユニット２００と別又はその一部であることができる）の中に通されるか、又はあるいは直接にバックライトライトガイドユニット３００の中に通される。一態様では、図２Ｄ、２Ｅ、及び２Ｆで示されるように、ライトガイド２１０は、入力表面２１２、最上表面２１３、直交表面２１４、対向する直交表面２１６、底表面２１５、及び末端表面２１７を有する概ね直線形の構造体である。表面２１５は、段差付きの表面を備え、ライトガイド２１０の高さは、長さＬに沿って表面２１２（高さ＝ｈ１を有する）から対向する末端表面２１７（高さ＝ｈ２を有し、ここでｈ２＜＜ｈ１である）まで減少する。携帯ユニットバックライト用途の１つの例では、ｈ１は約１ｍｍであることができ、幅は約２ｍｍであることができ、Ｌは約５０ｍｍ〜約１５０ｍｍであることができる。テレビジョン及び大型ディスプレイ用途の別な例では、ｈ１は約５ｍｍであることができ、幅は約１０ｍｍであることができ、及びＬは約５００ｍｍ〜約１０００ｍｍであることができる。

一態様では、最上表面２１３は、入力表面２１２に対してほぼ直交し、及び底表面２１５は複数の傾斜した段差を包含し、各傾斜した段差は最上表面２１３に平行である。したがって、ライトガイド２１０は、概ね直線形の、段差付きのかつ傾斜した構造体であることができ、及びポリマー（例えば、ポリカーボネート）又はガラスなどの光学的に透明な材料から形成することができる。

加えて、ライトガイド２１０は、複数の転向要素（本明細書では光転向体とも呼ばれる）２５１ａ、２５１ｂなど（図２Ｂ及び２Ｃを参照）を包含することができる光転向区分２５０を包含し、そこで各光転向部が光の方向をほぼ９０度変える。バックライトライトガイドユニット３００の大きさによって、光転向体要素の数は、数（３又は４）個から２０個以上の範囲であることができる。転向要素２５１ａ、２５１ｂなどは、ライトガイド２１０の一部として一体成型することができるか、又は別々に形成され、次いで適切な接着剤又は光学的に透明な接着剤などの結合材料を用いて、ライトガイド２１０の底表面２１５（例えば、図２Ｅを参照）に取り付けることができる。

一態様では、各光転向体は、結合又は減結合された入力面２５２、光の方向をほぼ９０度変える反射面２５６（例えば、図２Ｂ中で示される面２５６ａ、２５６ｂなど）、及び結合要素２８０に結合又は減結合した出力面２５４又はバックライトライトガイドユニット３００を備える。各光転向部は（入力面２１２の大きさと比較して）薄いので、各光転向体の入力面は入射光のセグメントのみを捕捉し、その光セグメントを結合器２８０／バックライトライトガイドユニット３００に向けて反射する。例えば、各光転向体要素は、約３０μｍ〜２００μｍ、好ましくは約５０μｍの厚さを有することができる。したがって、一態様では、各転向要素は、概ね平面の直角プリズムとして作られる。したがって、一態様では、入力表面２１２の高さは、転向構造の全部の高さの和にほぼ等しい。

各転向要素２５１ａ、２５１ｂなどは、入射光を約９０度の角度で反射するミラー付き又はＴＩＲ ４５度の小平面を有してもよい。光転向体、最上面２５８及び底面２５９の主面は、低屈折率材料により各々結合されているので、光は各光転向体内で捕捉される。例えば、最上面２５８は、ライトガイド２１０の屈折率よりも低い屈折率（例えば、１．４９）を有する光学的に透明な接着剤により結合することができるが、底面２５９は空気に結合される。あるいは、表面２１５若しくは表面２５８、又その両方、及び相互に結合された表面に低屈折率コーティングが適用されてもよい。同じように、表面２１３及び２５９は、材料とディスプレイ中の他の要素との結合させる、低屈折率材料により被覆されてもよい。好適な低屈折率コーティングとしてはシリカ及びフッ化マグネシウムが挙げられる。別な代替の態様では、アナモルフィックライトガイド２１０は、光転向体２５０の形成に使用される材料よりも低い屈折率の材料から形成されてもよい。更に別な代替の態様では、アナモルフィックライトガイドの屈折率は、この２つの間に配設された低屈折率材料無しで転向要素の屈折率に類似してもよく、及びライトガイドは、アナモルフィックライトガイドの入力面の高さｈ１よりも小さいが、光転向区分２５０の厚さよりも大きい厚さを有してもよい。

図２Ｂに示されるように、第１の入力光セグメント２６２ａは、転向要素２５１ａにより捕捉される。入力光セグメントは、転向要素２５１ａ内で全部内部反射され、及び角度の付いた反射表面２５６ａから出力面２５４に向かって導かれる。入力光セグメント２６２ａは、転向要素を出力光セグメント２６４ａとして表に出る。同じように、第２の光セグメント２６２ｂは、下流で転向要素２５１ａの高さより上に若干持ち上げられた高さで転向要素２５１ａから軸方向に間隔を置いた転向要素２５１ｂにより捕捉される。入力光セグメントは、転向要素２５１ｂ内で全部内部反射され、及び角度の付いた反射表面２５６ｂから出力面２５４に向かって導かれる。入力光セグメント２６２ｂは、出力光セグメント２６４ｂとして転向要素を表に出る。類似の方法で、各以降の転向要素は入力光のセグメントを捕捉し、その光セグメントを結合器２８０／バックライトライトガイドユニット３００に向けて再方向付けする。したがって、出力光セグメント２６４ａ、２６４ｂなどは、少なくとも２０：１以上の高アスペクト比を有する線形状の光束を形成する。

反射表面２５６ａ、２５６ｂ等は平坦な又は曲がった表面を有することができる。加えて、一部の態様では、反射表面２５６ａ、２５６ｂなどは反射性コーティングにより被覆することができる。例えば、反射表面２５６ａ、２５６ｂなどは金属又は誘電体多層コーティングにより被覆することができる。あるいは、反射表面２５６ａ、２５６ｂなどは光を全内部反射（ＴＩＲ）するように簡単に研磨することができる。

構造においては、別々に形成されたライトガイド及び光転向区分を備えた変換器ユニットには、光学的に透明な接着剤又は低屈折率の結合材料を用いて、光転向区分２５０を底表面２１５上でライトガイド２１０に結合することができる。この態様では、転向要素入力表面２５２ａ（図２Ｂを参照）を底面段差表面２１５ａ（図２Ｅを参照）と結合することができ、次に転向要素入力表面２５２ｂを次の底面段差表面２１５ｂと結合することができ、以下同様に行う。代替の態様によれば、光転向体２５０の入力面は、ライトガイド２１０と光学的に結合されてもよく又はそれから減結合されてもよい。光転向体の光学的な結合は、フレスネル反射の低減により、より効率的とすることができるが、光束に対する誤光路のために４５度小平面付きの光転向体による損失を引き起こすこともある。それゆえ、あるいは、４５度小平面を有する転向要素を使用する場合には、入力面はライトガイド２１０から減結合されてもよい。同じように、光転向体要素の出力面、例えば、面２５４（図２Ｂに示す）は、結合器２８０／バックライトライトガイドユニット３００の入力面に結合又はそれから減結合されてもよい。

本発明の代替の態様では、変換器ユニット２００は代替の構造体を有することができる。例えば、図２Ｊに示されるように、変換器ユニット２００’はフィルム２０５ａ〜２０５ｇの積層体を備えることができる。フィルムは、光学的に透明な接着剤又は低屈折率のコーティング（図示せず）の介在層と共に他のフィルムの最上部に積み重ねることができる。各フィルムは、変換器ユニット２００’に入力面２１２’経由で入る入射光（例えば、光線２６２ａ〜２６２ｇ）を約９０度の角度反射して、光線２６４ａ〜２６４ｇとして光転向及び出力する、ミラー付き又はＴＩＲ ４５度小平面を備える表面２６４ｇなどの反射体表面を有することができる。図２Ｊに示されるように、反射表面は順次軸方向にお互いに間隔をあけられている。あるいは、フィルムの各層は、フィルムの各層内で転向チャンネルを作り出して、入射光を結合器２８０／バックライトライトガイドユニット３００に向けて導く、丸みを付けた湾曲などのその中に形成された一連のエッチングされた線を備えることができる。加えて、曲がったライトガイドの効率は、光転向区分２５０の出力面を結合器２８０／バックライトライトガイドユニット３００の入力面に光学的に結合することにより、増加させることができる。

この代替の構造体は、光源の均一性を少なくとも１つの方向に維持する−光源はライトガイドを照明するとき光の不均一な強度を有してもよく、フィルムの積層体は分布を１つの軸で維持する。また、フィルムによって、光が他の軸に分配されて、バックライトライトガイドユニット３００を照明する光の均一性の向上が可能となる。前述したように、低屈折率コーティングをフィルム層の間に介在させて、１つのフィルム層から別なフィルム層への光の分離を維持してもよい。ディスプレイシステム全体の要請によって、この構造体は、全体の厚さを増して、結合効率を低下させることができる。

別な代替の実施形態では、図２Ｋ及び２Ｌに示されるように、代替の変換器ユニットは、光ファイバの配列を備えることができる。この例では、Ｎ×Ｍファイバの配列を設ける入力面２１２’’が図２Ｋに示される。約１：１のアスペクト比を有する、この入力面２１２’’は、光源ユニットからの光を受光するように構成される。出力面２５４’’はＮ×Ｍファイバの単一の列を設け、したがって出力光を少なくとも約２０：１のアスペクト比で提供する。

このように、変換器ユニット２００は、光源のアスペクト比を１桁以上変換することができるテーパー付き又は非テーパー付きの形状の剛直な物体又は可撓性な物体を備えることができる。

上述の変換器ユニットは、ラインに入射する光源のフォーマット、又はアスペクト比を線に変換するように構成される。この構造体は光源のエタンデュも実質的に保存する。

光源の光は任意の数の光源のタイプにより提供可能であるが、より好ましい光源はＬＥＤ光源である。

図４は代表的な光源ユニット１００を示す。光源ユニット１００は、照明を受けるディスプレイのタイプによって、ＬＥＤ １１０などの単一のＬＥＤ、２つのＬＥＤ、又はより多くのＬＥＤを包含することができる。ＬＥＤ １１０の出力は、１つ又は２つ以上の複合放物面集光器１０５、レンズ（図示せず）又はこれらの組合せを用いて、変換器ユニット２００に結合されてもよい。勿論、代替の実施形態では、レンズ又は複数のレンズシステムを使用して、ＬＥＤの出力を捕集し、及びコリメートすることができる。

図４に示されるように、ＬＥＤ １１０は１つ又は２つ以上の入口開口１０２ａ〜１０２ｄ上に搭載することができる。図４は、４つのＬＥＤからの光を捕集及び集光するように構成された複合放物面集光器（ＣＰＣ）１０５を示すが、本発明の他の態様では、ＣＰＣ １０５は、光をより少数の又は多数のＬＥＤから捕集及び集光することができる。ＣＰＣ １０５の内部の部分は中空であることができ、従来のＣＰＣのそれと同じ方法で構成される。ＬＥＤ光は出口開口１０４から出力される。

この点について、「発光ダイオード」又は「ＬＥＤ」は、可視光線、紫外線、赤外線であれ、出射される光が約４３０〜７００ｎｍの範囲内のピーク波長を有する、光を出射するダイオードを指す。用語ＬＥＤは、在来品又は超高輝度品であるかに関わらず、「ＬＥＤ」として市販されているケース入り又はカプセル化半導体素子である非干渉性光源、並びに限定するものではないが垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を含めて、レーザーダイオードなどの干渉性の半導体素子をも包含する。「ＬＥＤダイ」は、最も基本的な形、すなわち、半導体加工手順によって製造される個々の構成要素又はチップの形のＬＥＤである。例えば、ＬＥＤダイは、１つ又は２つ以上のＩＩＩ族元素の組み合わせ及び１つ又は２つ以上のＶ族元素の組み合わせから形成され得る（ＩＩＩ〜Ｖ族半導体）。好適なＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料の例には、窒化ガリウムなどの窒化物、及びリン化インジウムガリウムなどのリン化物が挙げられる。他のタイプのＩＩＩ〜Ｖ族材料も使用可能であり、同様に周期表の他の族の材料も使用可能である。構成要素又はチップは、デバイスに電圧を加えるための電力の適用に好適な電気接点を含むことができる。例としては、ワイヤボンディング、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）、又はフリップチップボンディングが挙げられる。構成要素又はチップの個々の層及びその他の機能的要素は、通常、ウェハ規模で形成された後、仕上がったウェハは個々の小片部に切断されて、多数のＬＥＤダイを製造することができる。ＬＥＤダイは、表面実装、チップオンボード、又は他の既知の実装形態を構成するように構成されてもよい。いくつかのパッケージ化ＬＥＤは、ＬＥＤダイの上のポリマーカプセル材料及びそれに関連付けられる反射体カップを形成することによって製造される。ＬＥＤは、いくつかの基板の１つの上に成長されてもよい。例えば、ＧａＮ＿ＬＥＤは、エピタキシーによってサファイア、シリコン、及び窒化ガリウム上に成長されてもよい。本出願の目的の「ＬＥＤ」はまた、一般的にＯＬＥＤと呼ばれる、有機発光ダイオードを含むことを考慮される必要がある。

本発明の一態様では、ＬＥＤ １１０は、２つ若しくは３つ以上の異なる色のＬＥＤ、例えば赤色−緑色−青色（ＲＧＢ）ＬＥＤ（例えば、青色ＬＥＤと組合せた緑色ＬＥＤと組合せた赤色ＬＥＤ）の配列、又は、代替としては、赤色ＬＥＤとシアン色ＬＥＤとの組合せから作製されてもよい。別な態様では、ＬＥＤ １１０は、米国特許第７，０９１，６５３号に記述されているものなどの１つ又は２つ以上のリモート蛍光体ＬＥＤを含んでもよい。この方法で、青色及び黄色光の適切なバランスは、白色光出力をバックライトライトガイドユニット３００に作り出すことができる。

別な態様では、青色ＧａＮ ＬＥＤ、ＹＡＧ蛍光体、及びレンズ及び複合放物面集光器などの平行光学系を光源ユニット１００として使用することができる。異なる色出力を有する追加の照明装置も組合せて使用することができる。

本発明のシステムの設計によって、光源１００は、極めて高輝度及び高効率のＬＥＤを使用し、異なる離散した色を混合及びマッチングさせ、及びリモート蛍光体系ＬＥＤを使用することができる。同時に、光の効率的な変換は、エタンデュの保存によって、多数のＬＥＤを使用する必要性を無くすることができる。

光源は、蛍光体変換ＬＥＤからの色などの均質な色を生じてもよく、又は色の組合せであってもよい。例えば、ＬＥＤは、青色ＬＥＤと緑色発光蛍光体及び赤色発光ＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤとの組合せであってもよい。アナモルフィックライトガイド及び光転向体の組合せは、バックライトライトガイドユニットに入る前に色を有効に混合するのに充分な光路長をＬＥＤから出射される光に対して提供することが判明していた。

図２Ａ〜２Ｃに戻ると、本発明の１つの代表的な態様では、アナモルフィックライトガイド２１０を出る光を、変換器ユニット２００及びバックライトライトガイドユニット３００を結ぶ結合器２８０により受光することができる。結合器２８０は、変換器ユニット２００の一部であるか、又はそれと別であることができる。この例では、結合器２８０は、変換器ユニット２００の一部であるとして説明されるであろう。例えば、図２Ｂ及び２Ｃに示されるように、結合器２８０は、転向要素２５０とシングルピース構造体として一体成形することができる。

図２Ｇ及び２Ｈにより詳細に示されるように、結合器２８０は、一方の側（例えば、入力面２８２）に沿って部分段差付きの外形を有して、アナモルフィックライトガイドからの出力を受け、かつ対向する側（例えば、出力面２８４）に沿った線形状の外形を有して、光をユニット３００の概ね平面のバックライトライトガイドの中に結合する、概ね直線形の本体を備える。特に、結合器２８０の部分段差付きの入力面２８２は、転向要素２５０の出力面２５４の配置に対応し、及び位置合わせされている一連の面（例えば、面２８２ａ〜２８２ｅ、各々が各転向要素の厚さに対応する量の高さの段差が付けられている）を備えることができる。結合器２８０の対向する側では、出力面２８４は、実質的に線形状の面及び厚さ又は高さ（ｈ３）を有して、バックライトライトガイドユニット３００のバックライトライトガイド部（図５Ａ中のライトガイド３１０を参照）の厚さに実質的に釣り合う。光は結合器２８０内をＴＩＲにより導かれる。したがって、結合器２８０は、薄い、段差付きの面の外形から概ね線形状の面に至る形状の不一致を補正しながら、アナモルフィックライトガイドのエタンデュを実質的に保存するように構成される。

上述のように、本発明の一態様では、結合器２８０は、光転向体２５０と一体成形される。この態様では、光転向体２５０及び結合器２８０は連続した成形物品から作製してもよい。好適な構造材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、硬化型アクリル樹脂を含むアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、及びシリコーンが挙げられる。あるいは、結合器２８０は、ポリマーフィルムの切断細片を使用して又はキャスト及びキュア法により形成することができる。

一部の場合には、平面ライトガイドに対する入力の面積は、アナモルフィックライトガイドの出力よりも実質的に大きい（ほぼ２倍）可能性があり、したがって平面ライトガイドの厚さはエタンデュの見込みから必要とされるよりも厚い。

システムのエタンデュは、バックライトライトガイドの面積を結合器２８０の出力にマッチングさせることにより保持されてもよい。このマッチングは、バックライトライトガイドの厚さを低減して、従来のバックライトライトガイドよりも薄くすること、又は結合器２８０の外形にテーパーを付けて、出力面２８４が、部分段差を付けた入力面２８２の厚さよりも大きな厚さを有するようにすることの１つ又は組合せのいずれかにより行われてもよい。一部の代替の態様では、テーパーは線形であってもよく又はテーパーは少なくとも１つの軸で非線形であってもよい。好適な非線形外形は放物線を包含する。

低屈折率層をアナモルフィックライトガイド２１０と光転向体２５０との間に配設することができる。低屈折率層は、ポリマーコーティング又は物理的若しくは化学的蒸着により適用されるコーティングを含んでもよい。好ましい態様では、低屈折率コーティングは低散乱を有する。好適なコーティングとしてはシリカ、ＳｉＯ_２、及びＭｇＦ_２を挙げることができる。

本発明の態様では、結合器２８０を出る光は、光をディスプレイに向けて更に導光する、バックライトライトガイドユニット３００に入る。図５Ａに示されるように、バックライトライトガイドユニット３００は、１つ又は２つ以上の層を有する概ね平面の構造体を備える。一態様では、バックライトライトガイドユニット３００は、層３３０及び層３２０の間に配設された主層又は第１の（中心の）層３１０を備える。第１の（中心の）層３１０は、主バックライトライトガイドとしての役割をする高屈折率ポリマー層、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、又は硬化したフェニルアクリレートを含むことができる。光を装置の視認側（この例では、ディスプレイパネルに向かって）に導光する、光抽出体の配列３１５（例えば、図６Ａ、６Ｂを参照）は、層３１０の底表面上に配設することができる。第２の層３３０は、光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）などの低屈折率材料を含むことができる。接着剤として、一部の態様では、層３３０をＬＣＤモジュール又は輝度増強フィルムなどの中間フィルムと取り付けることができる。層３２０は、裏面ミラーとして機能する反射性表面を備えることができる。

入力光は、バックライトライトガイドユニット３００の第１の（中心）層３１０に矢印３０５の方向に入る。一部の態様では、層３１０は約１．５５の屈折率を有することができる。光を光抽出体により矢印３０７の方向に偏向して、ディスプレイパネル（図示せず）に対して照明を提供することができる。変換器ユニット２００を出る光は低エタンデュ（例えば、５未満）を有するので、その光はよくコリメートされて層３１０に入る。結果として、層３３０の屈折率が、有効な導波路構造体を維持するのに層３１０の屈折率よりも実質的に低いことは必要とされない。例えば、本発明の態様では、層３３０は約１．４９の屈折率を有する。言い換えれば、本明細書で述べられるライトガイド設計によれば、層３１０のいずれかの側の上の空気境界は、有効な導波路構造体を得るのに必要とされない。加えて、層３１０の厚さは実質的に低減可能である（従来のバックライトシステムと比較して）。

一態様では、第１の（中心の）層３１０は、約５０μｍ〜約５００μｍの厚さを有する材料を備える。好ましい厚さは、光源で使用される平行光学系（例えば、ＣＰＣ）の高さを基準としてもよく、その場合には、層３１０の厚さは平行光学系の高さの約１／２であることができる。代替の態様では、層３１０はくさび形状であることができるが、層３１０は、好ましくは概ね長方形の形状を有する。層３１０の低減した厚さは、従来のバックライトシステムに対して実質的な改善を表し、及びＬＥＤ光源の大きさ（例えば、高さ）よりも約１桁小さい大きさ（厚さ）である。従来のバックライトシステムでは、一般に空気がライトガイドクラッドとして振る舞う場合に最も広範囲のＴＩＲが生じるので、主バックライトライトガイドは、典型的には、両主側面を空気表面又は界面により包囲される。しかしながら、ライトガイドがバックライトライトガイドの方主側面又は両主側面で構造要素と物理的接触しなければならない場合には、空気クラッドは許容できない。この構成に対する以前のアプローチは最適でない。これらの以前のアプローチは、劣ったＴＩＲ捕集角度範囲により、より大きな光損失を許容すること、及びコリメート光束の増加した高さを受け入れるためにバックライトライトガイドの厚さを増大させることを伴う。これらのアプローチは、改善された電力効率及びよりコンパクトなシステムの要求に合致することができない。

上述の光源ユニット１００及び変換器ユニット２００は、エタンデュを実質的に保存し、高いアスペクト比（２０：１以上の）及び良好なコリメーションを有する光を生成する。好ましい態様では、ＬＥＤにより出射される光は、ＬＥＤにより出射される光の少なくとも２５％が約１５度以下の半角の円錐内、より好ましくは約１０度以下の円錐内に含まれるように、コリメートされる。結果として、バックライトライトガイドユニット３００の厚さは実質的に低減（例えば、約２倍以上）可能である。加えて、入射する光が低散乱であることは、空気クラッドが必要とされず、全素子厚さが更に低減可能であるということを意味する。

図５Ｂに示される態様などの別な態様では、バックライトライトガイドユニット３００は、光抽出体の間隙をあけた配列を含む表面を有する光ガイド層３１０、裏面反射性層３２０、層３１０の対向する主表面上に配設された低屈折率結合層３３０、入射光の偏光を４分の１波長シフトする４分の１波長フィルム層３４０、及び非使用光を再循環する反射型偏光子３５０、の層を有する、概ね平面の構造体を包含する。

ＬＣＤは光の１つの偏光を透過する。大多数の光源は非偏光であるので、従来のＬＣＤにおける偏光透過は、光学効率の顕著な損失を招き、及びディスプレイの電力使用を増加する。それと対照的に、図５Ｂに示されるような本発明の設計によれば、反射型偏光子３５０は、光偏光を反射してバックライトの中に戻し、４分の１波長フィルム層３４０により光の一部を有用な偏光状態に変換することを可能とすることにより、ディスプレイ効率を増大させることができる。

本発明の代替の態様によれば、２つの種類のアプローチを使用して、反射偏光を所望の透過偏光に変換することができる。１つのアプローチは、光の偏光をランダム化する構成要素をバックライト中で使用することである。反射型偏光子を散乱付きで使用すると、裏面反射体としてのランバート型反射体は、光を減偏光する傾向がある。好適な偏光ランダム化反射性材料としてはポリエチレンナフタレート及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの光学的に厚くかつ複屈折性のポリマー上の金属コーティング、二色性コーティング、及びこれらの組合せが挙げられる。配向させた穴あきＰＥＴフィルムを含む半鏡面反射性反射体も好適である場合もある。この構成は、再循環空洞中でより多数の反射を作り出し、効率を低下させることもある。このタイプの反射体の利点は、４分の１波長遅延フィルムなどの光学構成要素の数を低減することである。

本発明の態様で図５Ｂに示されるような、第２のアプローチは、裏面反射性層と反射型偏光子との間に配設された４分の１波長遅延フィルムを付けた鏡面反射（偏光保存）性の裏面反射性層を使用することである。この第２のシステムアプローチは、偏光状態をランダム化する第１のアプローチよりも高効率であることができる。この第２のアプローチでは、裏面反射体層と反射型偏光子層との間に配設された光学構成要素は、出力効率を最大化するためには極めて低い光学複屈折性を有しなければならない。好適な偏光保存性反射体としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）及び他の非晶質ポリマーなどの低複屈折性材料上に配設されたメタライズされ及び無機の二色性反射体、及びこれらの組合せが挙げられる。

加えて、光源ユニット１００及び変換器ユニット２００の低エタンデュにより、４分の１波長フィルムを通る光は、典型的には、高価な、広い使用角度範囲の４分の１波長フィルムに対する必要性を無くす、ずっと狭い角度範囲を有する。

低屈折率層３３０に好適な材料としては、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、シリコーンポリマー、フルオロポリマー、アクリル、及びこれらの混合物が挙げられる。

シミュレーションを行って、ランバート型散乱裏面反射性層を使用した従来のバックライトシステム（１）と、図５Ｂに示されるようなバックライトシステム（２）とを比較した。ここで、層５２０は９０％（反射性）鏡面反射体を包含し、層３１０は、光抽出体の配列、低屈折率ＯＣＡ層３３０、４分の１波長遅延フィルム層３４０、及び反射型偏光フィルム層３５０（ＡＰＦから形成され、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）を有する透明材料から形成される。反射体は、この例に対しては、薄い低屈折率コーティングをライトガイド及び光抽出体配列（例えば、物理蒸着したＭｇＦ_２又はシリカのコーティング、それに続く銀又はアルミニウムのコーティング）の裏面に適用することができる、ライトガイドの裏面に結合される。バックライトシステム（２）は、角度利得フィルムの使用によって、バックライトシステム（１）よりも３０％〜１００％の間の高効率なシステムをもたらす。効率の最大の改善は、参照のディスプレイがＢＥＦフィルム（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）などの角度利得フィルムを使用するときに生じる。角度利得フィルムは、典型的には、この例ではライトガイドの最上表面と反射型偏光子の下方との間に配置される。Ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ（Ｓｙｎｏｐｓｉｓ Ｃｏｒｐ．から入手可能）を用いて、シミュレーションした効率の差を計算した。

図６Ａは代表的な光抽出形状又は光抽出体３１２を示す。光抽出体３１２は、光線を抽出するように設計された、角度のついた側を持った、切頂ピラミッド又は歯の形状を有し、及び光線を実質的に９０度の角度でディスプレイユニット（図示せず）に向けて偏向する。図６Ａ中で内角を４５度の角度として示すが、これらの内角は、バックライトライトガイド３００内で導かれる光の性質に依存して、より小さい又はより大きい角度であってもよい。光抽出体は、ライトガイド中に形成され、及び空気界面、及び所望によりシリカ又はフッ化マグネシウムなどの誘電性の薄いフィルムコーティングと組合せて用いて、全内部反射（ＴＩＲ）を使用して、反射を促進することができる。光抽出体は、例えば、放射線硬化樹脂が金属ツール表面上のパターンをライトガイドフィルム上に複製する微小複製によりライトガイド中に形成することができる。あるいは、ライトガイドはガラスの層を備えることができる。光抽出体は、テクスチュアによりライトガイドプレートを通る光が制御可能なように散乱される、ライトガイドプレート上のテクスチュアの領域を備える。あるいは、光抽出体はプリズムなどの幾何学的な形状体を備えてもよい。例の光抽出形状体は、ライトガイドの表面にわたって分布したプリズムの配列である。分布は、ライトガイドに対して所望の光出力均一性を提供する。プリズムは、例えば、各プリズムが高さ約１．５μｍ、長さ３μｍ、及びライトガイドの幅であり、光がライトガイドから抽出される、凹直角プリズムの一次元配列として配列されてもよい。プリズムは、各プリズムの長さが、例えば、約１０μｍである、二次元配列として配列されてもよい。

図６Ｂは、各光抽出ユニットの比較的広く散らばった間隔を示す光抽出体層３１５の上面図を示す。このようにして、光抽出体パターンの各光抽出体は、バックライトユニットの極めて小さい領域をカバーし、したがってディスプレイパネルに向かう反射光光線の均一性を促進する。本発明の一態様では、光抽出体の密度は、ライトガイドの面積の約２０％未満である。別な態様では、光抽出体の密度は、ライトガイドの面積の約１０％未満である。結果として、バックライトシステムより出射される光の光線は、バックライトシステムの低エタンデュ設計及び本明細書で記述された光抽出体の使用の結果、比較的小さい範囲の角度中にある。光抽出体のこの低い密度によって、より少ない光抽出体が光偏光のより少ないランダム化を生じるために、図５Ｂの実施形態の再循環偏光子配置がより効率的な動作が可能となる。光抽出体層３１５を形成するための代表的な方法が下記に更に記述される。

本発明者らが行ったシミュレーションによれば、反射型偏光子の従来のバックライトへの付加は、典型的には、輝度を５０％〜７０％増大させる。ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓバージョン７．２（Ｓｙｎｏｐｙｓ Ｉｎｃ．，（Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖｉｅｗ，ＣＡ，ＵＳＡ）から入手可能）の例モデルシステムを使用して、従来のバックライトシステム３ＬＥＤバックライトは、シミュレーションされたＡＰＦフィルムを付加することにより、７２％の輝度の増加を示す。層３２０が９０％鏡面反射性反射体を包含する、図５Ｂに示されるような、実施形態に類似して構成されたシステムに対しては、１．５８の屈折率を有し、及び光抽出体の配列、低屈折率ＯＣＡ層３３０、及び４分の１波長遅延フィルム層３４０を有するポリマー材料から形成される、層３１０は反射型偏光子層３５０（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＡＰＦから形成）の付加は９３％の効率の増加を生じる。

したがって、従来のＬＣＤバックライトは反射型偏光子を用いて比較的低い６０〜７０％の利得を有する一方で、本発明の代表的な態様によれば、本明細書で記述されたバックライトシステムは、８０〜９０％利得を提供することができる。他の態様によれば、バックライトライトガイドは、低密度の光抽出形状体、高反射性裏表面、及び反射型偏光子を有することができる。バックライトライトガイドは、プリズム型光抽出形状体を使用してもよく、及び４分の１波長遅延フィルムを包含してもよい。バックライトは非減偏光拡散材を含んでもよい。

本発明の別な態様によれば、変換器ユニット２００及びバックライトライトガイドユニット３００の要素を含む、本明細書で記述されているバックライトユニットのいくつかの構成要素は次の方法を用いて形成することができる。方法の図示を助けるのに図７Ａ〜７Ｆが使用される。

全体的に、代表的な方法は、第１の光学要素の第１の配列、及び第１の配列と異なる形状を有する第２の光学要素第２の配列を少なくとも有する空洞を準備することを含む。例えば、一態様では、光学要素の第１の配列は光転向体を備えることができ、光学要素の第２の配列は光抽出体付きのバックライトライトガイドユニットを備えることができる。別な態様では、光学要素の第２の配列は結合要素を備えることができる。この方法は空洞を硬化性樹脂で充填することを更に包含する。別な光学要素、又はアナモルフィックライトガイドなどの二次的な光学要素を、硬化性樹脂に第１の光学配列と位置合わせして適用することができる。次いで、樹脂を硬化することができる。次いで、硬化した組み立て体を空洞から取り出すことができる。代替の態様では、結合要素の表面などの成形ツールを、アナモルフィックライトガイドと第１の配列の同一の側に適用することができる。代表的な方法は、ベルト又は円筒上にある金型を用いた連続、半連続、又はバッチであってもよい。

より詳細には、図７Ａに所望の光学要素形状の負像の凹んだ領域（例えば、空洞）を有する、成形表面又は金型４００が示される（部分図で）。所望の光学要素形状の負像は、任意の押し込まれた形状又は隆起した形状、又はこの２つの組合せであってもよい。光学要素は、配列又はランダムな形状であってもよく、及び例えば、非球、球状の形状、プリズム、トーラス形状、及びチャンネルを包含してもよい。金型４００は、マスターフォームをダイヤモンド旋盤加工又はフライカットし、及び金型を電鋳することにより作製することができる。金型４００は、バックライトガイド（例えば、光転向体、アナモルフィックライトガイド）の変換器ユニットを含むように構成された区分４２０を含む。例えば、区分４２０は三角形の形状のくぼみを包含することができる。区分４５０は、バックライトライトガイドを包含するように構成される。例えば、区分４５０は、図８（誇張した尺度で示した）に示されるような上述の光抽出体層３１５に類似した、金型の底表面４１１上に形成された光抽出体の配列又は光抽出体層４１５付きの構造体を有することができる。光抽出体４１５の配列付きの金型の形成に使用することができる方法は、下記に更に詳述される。

一態様では、金型４００は、可動型又はハンドヘルド装置のためのバックライトガイドを形成するように構成することができる。他の態様では、本明細書で記述されている方法を使用して、タブレット、コンピュータ、又はテレビジョンディスプレイなどの大型ディスプレイ用のバックライトシステムを形成することができる。

所望により、成形表面を離型剤、又は硬化性樹脂よりも低い屈折率などの所望の光学特性を有する材料により被覆することができる。このコーティングは、硬化したならば金型と共に残存するか又は硬化性樹脂に接着してもよい。このような好適なコーティングの例としては、ダイヤモンド様コーティング、シリコーン、アクリレート、フルオロポリマー、及び物理蒸着した材料が挙げられる。

図７Ｂでは金型４００は硬化性樹脂４５５により充填される。硬化性樹脂は、ディップコーティング、ワイヤバーコーティング、ドクターブレードコーティング、インクジェットコーティング、ロールコーティング、シルクスクリーンコーティング、又は任意の他のコーティング法により塗布されてもよい。硬化性樹脂は単一の組成物であってもよく、又は成形表面上の領域により変わってもよい。好適な樹脂としてはアクリレート、シリコーン、エポキシ、エステル、ビニル化合物が挙げられ、例えばアクリル酸、メチルメタクリレート、他の単官能性アクリレート、多官能性アクリレート、ジメチルシリコーン、メチル−フェニルシリコーン、フルオロアクリレート、及びこれらの混合物が挙げられてもよい。

図７Ｃではアナモルフィックライトガイド２１０などの二次的な光学要素を、硬化性樹脂上に区分４２０で光学要素（例えば、光転向体）の配列と位置を合わせて配置することができる。二次的な光学要素を大気環境、又は窒素、ヘリウム、アルゴン、又は二酸化炭素などの不活性ガス環境中で樹脂の表面に適用してもよい。光学要素又は樹脂又はこの両方を加熱して、樹脂粘度を低減し、及びガスの同伴傾向を低減してもよい。ガス同伴を低減するために大気圧以下の圧力を使用してもよい。二次的な光学要素を基準、又は金型上の形状体と位置合わせしてもよく、又は金型上の形状体と又は２つ若しくは３つ以上の方法の組合せにより受動的に位置合わせしてもよい。高さを調整して、光学要素と樹脂との間のメニスカスを低減してもよい。二次的な光学要素を二次的な成形構造体として同時に適用してもよく、又は別々に適用してもよい。

図７Ｄでは１つ又は２つ以上の取り外し可能な二次的な金型を金型４００の表面に適用する。この例では、二次的な金型４２２を金型４００の区分４２０に適用する。二次的な金型４２２は、好ましくは電子線などの硬化性放射線に透明である。任意の取り外し可能な二次的な金型を樹脂表面の一部又は全部に適用してもよい。二次的な成形表面を基準、又は金型上の形状体と位置合わせしてもよく、又は金型上の形状体と又は２つ若しくは３つ以上の方法の組合せにより受動的に位置合わせしてもよい。高さを調整して、成形表面と樹脂との間のメニスカスを低減してもよい。この例では、結合要素（結合要素２８０などの）を硬化後に形成するように、金型４２２を賦型することができる。加えて、所望により、硬化後の二次的な金型の取り外しを助けるために、フィルムを金型４００の表面に適用することができる。

取り外し可能な二次的な金型を配置した後、樹脂４５５を硬化する。樹脂は、熱的な開始剤又は触媒を用いて、熱縮合、光開始剤、又は電子線を含む他の活性放射線、又はこれらの方法の１つ又は２つ以上の組合せにより硬化されてもよい。一態様では、樹脂４５５は、電子線などの放射線により、従来の硬化方法を用いて硬化される。ＵＶ及び／又は他の光硬化法を使用することができるが、電子線を使用することは、ＵＶ硬化法と反対に潜在的な光吸収の問題を低減することができる。

図７Ｅでは、金型４００は硬化後二次的な金型４２２を取り外して示される。

図７Ｆで、ライナーの付いた光学的に透明な接着剤フィルムを、硬化済の構造体の最上表面に適用することができる。次いで、バックライトライトガイド、結合要素、光転向体、及びアナモルフィックライトガイドを包含する組み立て体を、金型４００から取り出すことができる。

加えて、硬化樹脂構造体及び二次的な光学要素の１つ又は２つ以上の表面を後加工してもよい。好適な後工程は、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、若しくはＡｌ_２Ｏ_３などの誘電体材料、又はアルミニウム若しくは銀、若しくは誘電体及び金属の組合せを含む金属による物理的気相コーティングであることを含む。一態様では、好適な組合せとしてはＭｇＦ_２又はＳｉＯ_２などの低屈折率誘電体材料のコーティングとそれに続くアルミニウム又は銀のコーティングが挙げられる。低屈折率誘電体コーティングは高角度での反射率を増加させ、及びより高角度で透明であって、金属の光の有効な反射を可能とする。

取り出し及び／又は後加工後、次いで、組み立て体を上又は下のディスプレイ表面（図示せず）に結合することができる。

したがって、上記の方法を使用して、図１に示すバックライトライトガイドシステム１０の１つ又は２つ以上の要素を作製することができる。

上述のように、バックライトライトガイドは、ディスプレイに向かって光を均一な形で再方向付けする、光抽出体の配列又は光抽出体層を備える。下記の図９Ａ〜９Ｆは使用することができる代表的な方法を図示する。この代表的な方法では、表面が準備され、そこで溝の配列が表面上に形成される。溝は、平坦化することができるポリマーにより充填される。ポリマーは、パターン化放射線及びエッチングの組合せにより更に画定され得る。電鋳を使用して、溝の側面がライトガイドの面に対して少なくとも４５度の角度を有することができる、溝の選択された部分の付いた表面の複製を形成することができる。得られるライトガイドは、光抽出形状体が主表面の面積の１０％未満を占める、光（低密度）抽出形状体（すなわち、光抽出体）付きの主表面を有することができる。

図９Ａは、これらの上表面４０２中に形成された一連の溝４０３を有する基板４０１の等角図を示す。基板４０１は、銅若しくはニッケル、又はこれらの合金などの金属から形成することができる。溝４０３は、ダイヤモンド切削法などの従来の切削法を用いて、形成することができる。

図９Ｂは、上表面４０２中に形成された溝を充填するポリマー層４０４により被覆された基板４０１を示す。ポリマー層４０４は、任意の材料の１つ又は混合物を含んでもよい。一態様では、ポリマー層４０４はホトレジストを含む。あるいは、ポリマー層４０４は、従来の電子線、反応性イオン、又は類似のエッチング法によるなどエッチング可能なポリマーを含んでもよい。

所望により、次いでポリマー被覆基板を図９Ｃに図示させるように平坦化できる。この段差により、残存するポリマー／レジストが上表面４０２から除去される一方で、ポリマー／レジストは前に形成された溝中に残存することができる。平坦化に好適な従来の方法としては、例えば、砥粒研磨及び化学機械研磨（ＣＭＰ）が挙げられる。平坦化は、完成ライトガイドの平坦さを増大することができる。平坦化は、一部の用途では必要とされないこともある。

次いで、ポリマー／レジスト（平坦化された又はされていない）層４０４をパターン化された放射線に露光することができる。あるいは、ポリマー層４０４をパターン化されたエッチングバリアにより被覆してもよく、及びポリマー層を反応性イオンエッチングによりパターン化してもよい。図９Ｄは、エッチング工程を完結した後の基板４０１を示す。

一部の態様では、ライトガイドの主表面を横断する光抽出体形状体のエッチングされた面は、高角度を有すこともあり、及び主表面にほぼ垂直であってもよい。一部の態様では、法線からの角度の小さな偏りを利用して、電鋳後の成形表面の離型を容易化することができる。また、エッチング表面４０７は好ましくは平滑でもあり、光を実質的に散乱しない。一部の用途では、垂直、又は更にアンダーカットのエッチングされた面を有することが好ましいこともある。一部の態様では、エッチングされた面は、主表面から９０〜６０度の間の角度を有し、より好ましくは、角度は８５〜６０度の間であり、及び最も好ましくは角度は主表面から８０〜７０度の間である。

次いで、エッチングされた基板は、金属層により被覆し、及びニッケル、銅、又はニッケル若しくは銅を含有する合金、又はこの両方などの別な金属により電鋳することができる。図９Ｅは、基板４０１にかぶせて形成した完成電鋳型４０８を示す。

図９Ｆは、基板から分離した後の電鋳型４０８を示す。基板４０１又は第１の電鋳型４０８のいずれかを以降の電鋳工程に使用して、キャスト及び硬化又は射出成形操作のための追加のツールを形成してもよい。

したがって、上述のバックライトシステム及びこれらの構成要素は、ディスプレイに対する効率的な照明システムを提供する。バックライトシステム及びその構成要素は、一緒であれ又は別々であれ、低エタンデュ及び低減された全構成要素数の高効率照明システムを提供する。本明細書で述べられたバックライトシステムによれば、空気の空間の必要性が無くなり、感圧型タッチディスプレイ及び触覚技術への機会を提供する。このバックライトシステムは、従来のバックライトよりも薄いことが可能であって、光学的に透明な接着剤による積層を可能とする。加えて、角度増強フィルムの必要性が無くなる。

好ましい実施形態の説明の目的のために、特定の実施形態を本明細書で例示し記述したが、様々な代替又は同等な実施が、本発明の範囲に逸脱することなく、図示及び説明された特定の実施形態と置き換わり得ることを、当業者は理解するであろう。当業者は、本発明が様々な実施形態において実施されてもよいことを容易に理解するであろう。本出願は、本明細書で説明された実施形態のいかなる翻案又は変形をも包含すべく意図されている。本発明の実施態様の一部を以下の項目［１］−［４７］に記載する。
[１]
アナモルフィックライトガイドであって：
受光部；
光転向部；及び
光出力部を備え、前記受光部が、第１のアスペクト比を照明する面積を有する光を受光し、前記光出力部が第２のアスペクト比を照明する面積を有する光を出力し、前記第２のアスペクト比が前記第１のアスペクト比よりも少なくとも４倍大きく、かつ前記光入力面が光出力面に対して実質的に垂直である、アナモルフィックライトガイド。
[２]
前記入力面に入る光が、約１：１〜約１：４のアスペクト比を有し、前記出力面を出る前記光が、少なくとも１：５０のアスペクト比を有する、項目１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３]
前記光転向部が、空間的に分離された転向要素の配列を備える、項目１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４]
各転向要素が、前記受光部からの光を前記光出力部に向けて実質的に反射する、実質的に反射性の小平面を備える、項目３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[５]
各転向要素が、前記入射光を約９０度の角度反射する、鏡面又はＴＩＲ ４５度の小平面を備える、項目３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[６]
各転向要素が概ね平面の直角プリズムを備える、項目３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[７]
各転向要素が約４０μｍ〜約６０μｍの厚さを有する、項目６に記載のアナモルフィックライトガイド。
[８]
空間的に分離された転向要素が、低屈折率材料により結合された上部主表面及び下部主表面を各々有する、項目３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[９]
前記光転向部が、前記受光部からの光を前記光出力部に向けて導く、複数の曲がった平面チャンネルを備える、項目１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１０]
前記転向構造が、担持体上に微小複製されている、項目９に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１１]
前記アナモルフィックライトガイドが、第１の主表面及び第２の主表面を有し、前記主表面の少なくとも１つが段差付きの表面である、概ね直線形の構造体から形成されている、項目１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１２]
前記段差付きの表面が、各々が約２０μｍ〜約８０μｍ、好ましくは約５０μｍの段差高さを有する、複数の段差構造を備える、項目１１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１３]
前記第１の主表面が前記受光部に対して傾斜し、前記第２の表面が、複数の傾斜した段差を備え、各傾斜した段差が前記第１の主表面に平行である、項目１１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１４]
前記光転向部が、前記段差付きの表面と結合した空間的に分離された転向要素の配列を備える、項目１１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１５]
光学的に透明な接着剤が前記段差付きの表面と前記光転向部との間に配設されている、項目１４に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１６]
前記概ね直線形の構造体が成形されたプラスチック又はガラスを含む、項目１１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１７]
前記ライトガイドが、フィルムの積層体を備え、前記フィルム積層体の各フィルムが前記入力面に対して約４５度の角度をなす小平面を備え、前記小平面が前記積層体中で空間的に分離されている、項目１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１８]
各フィルムが約３０μｍ〜約１００μｍの厚さを有する、項目１７に記載のアナモルフィックライトガイド。
[１９]
前記積層体の隣接するフィルムの間に配設されているコーティング層を更に含み、前記コーティング層が前記フィルムの屈折率と異なる屈折率を有する、項目１７に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２０]
前記コーティング層が、光学的に透明な接着剤を含む、項目１９に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２１]
前記フィルムが、ポリカーボネート材料を含む、項目１７に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２２]
前記ライトガイドが、フィルムの積層体を備え、前記フィルム積層体の各フィルムが、その中にエッチングされた複数の転向チャンネルを有して、光を前記出力面に向かって導く、項目１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２３]
前記ライトガイドが、光ファイバの配列を備える、項目１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２４]
前記受光部が、ｍファイバの高さ及びｎファイバの幅を有する、ファイバのｍ×ｎの配列を備え、ｍ及びｎが１よりも大きく、前記出力面が単一ファイバに相当する高さ及びｍ×ｎのファイバに相当する幅を有する、項目２３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２５]
前記光出力部が、第１の側に沿って部分段差を付けた外形を有して前記転向要素からの光出力を受光し、かつ前記第１の側に対向する第２の側に沿った線形状の外形を有して光をバックライトライトガイドの中に結合する、概ね直線形の形状の結合器を備える、項目１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２６]
前記結合器が、前記転向要素とシングルピース構造体として一体成形されている、項目２５に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２７]
前記結合器の部分段差を付けた入力側が、前記転向要素の出力面に対応しかつ位置合わせされた一連の面を備える、項目２５に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２８]
前記結合器が、前記結合器へ入力される光及び前記結合器を出る線形状の光の形状の不一致を補正する一方で、前記アナモルフィックライトガイドのエタンデュを実質的に保存する、項目２５に記載のアナモルフィックライトガイド。
[２９]
前記シングルピース構造体が連続した成形物品を備える、項目２６に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３０]
前記シングルピース構造体が、アクリル樹脂、硬化型アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、及びシリコーンの１つを含む、項目２６に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３１]
前記第２の側が前記第１の側の部分段差を付けた入力面の厚さよりも大きい厚さを有するように、前記結合器がテーパーを付けられている、項目２６に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３２]
前記光のエタンデュが実質的に保存されている、項目１〜３１のいずれかに記載のアナモルフィックライトガイド。
[３３]
アナモルフィックライトガイドであって：
光入力面を有する本体；
光出力部；及び
前記光入力面と前記光出力部との間に配設された光転向部を備え、前記光転向部が、空間的に分離された転向構造の配列を備え、複数の転向構造が、少なくとも１つの主表面上で前記転向構造と前記ライトガイドの前記本体との間に配設された低屈折率層により結合されている、アナモルフィックライトガイド。
[３４]
前記転向構造が、前記光入力面からの光を前記光出力部に向かって実質的に反射する、実質的に反射性の小平面を各々備える、項目３３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３５]
各反射小平面が前記入力面に対して約３０度〜約６０度の角度が付いている、項目３４に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３６]
各反射小平面が前記入力面に対して約４５度の角度が付いている、項目３５に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３７]
各転向構造が平面の直角プリズムを備える、項目３３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３８]
前記転向構造が、担持体上に微小複製されている、項目３３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[３９]
各転向構造が前記光入力面の高さよりも実質的に小さい高さを有する、項目３３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４０]
前記本体が成形されたプラスチック又はガラス材料を含む、項目３３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４１]
前記本体が実質的に直線形の構造体を備える、項目３３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４２]
前記直線形の構造体が第１の主表面及び第２の主表面を備え、前記主表面の少なくとも１つが段差付きの構造体を有する、項目４１に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４３]
前記段差構造が、約２０μｍ〜約８０μｍの段差高さを有する、項目４２に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４４]
前記段差構造が、約４０μｍ〜約６０μｍの段差高さを有する、項目４３に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４５]
前記第１及び前記第２の主表面が実質的に平行である、項目４２に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４６]
前記光入力面の高さが、前記転向構造の高さの和にほぼ等しい、項目４２に記載のアナモルフィックライトガイド。
[４７]
アナモルフィックライトガイドであって：
受光部を有する本体；
光出力部；及び
前記受光部と前記光出力部との間に配設された光転向部を備え、前記光転向部が、光を前記受光部から前記光出力部に向かって導く、複数の曲がった平面チャンネルを備え、各曲がった平面チャンネルが、少なくとも１つの主表面上で前記光転向部と前記ライトガイドの前記本体との間に配設された低屈折率層により結合されている、アナモルフィックライトガイド。

Claims (4)

1. アナモルフィックライトガイドであって：
   受光部；
   光転向部；及び
   光出力部を備え、
   前記受光部が、第１のアスペクト比を照明する面積を有する光を受光し、前記光出力部が第２のアスペクト比を照明する面積を有する光を出力し、前記第２のアスペクト比が前記第１のアスペクト比よりも少なくとも４倍大きく、
   前記光入力面が光出力面に対して実質的に垂直であり、かつ、
   前記光出力部が、第１の側に沿って部分段差を付けた外形を有して前記転向要素からの光出力を受光し、かつ前記第１の側に対向する第２の側に沿った線形状の外形を有して光をバックライトライトガイドの中に結合する、概ね直線形の形状の結合器を備える、アナモルフィックライトガイド。
2. 前記入力面に入る光が、約１：１〜約１：４のアスペクト比を有し、前記出力面を出る前記光が、少なくとも１：５０のアスペクト比を有する、請求項１に記載のアナモルフィックライトガイド。
3. アナモルフィックライトガイドであって：
   光入力面を有する本体；
   光出力部；及び
   前記光入力面と前記光出力部との間に配設された光転向部を備え、
   前記光転向部が、空間的に分離された転向構造の配列を備え、
   複数の転向構造が、少なくとも１つの主表面上で前記転向構造と前記ライトガイドの前記本体との間に配設された低屈折率層により結合されており、かつ、
   前記光出力部が、第１の側に沿って部分段差を付けた外形を有して前記転向要素からの光出力を受光し、かつ前記第１の側に対向する第２の側に沿った線形状の外形を有して光をバックライトライトガイドの中に結合する、概ね直線形の形状の結合器を備える、アナモルフィックライトガイド。
4. アナモルフィックライトガイドであって：
   受光部を有する本体；
   光出力部；及び
   前記受光部と前記光出力部との間に配設された光転向部を備え、
   前記光転向部が、光を前記受光部から前記光出力部に向かって導く、複数の曲がった平面チャンネルを備え、
   各曲がった平面チャンネルが、少なくとも１つの主表面上で前記光転向部と前記ライトガイドの前記本体との間に配設された低屈折率層により結合されており、かつ、
   前記光出力部が、第１の側に沿って部分段差を付けた外形を有して前記転向要素からの光出力を受光し、かつ前記第１の側に対向する第２の側に沿った線形状の外形を有して光をバックライトライトガイドの中に結合する、概ね直線形の形状の結合器を備える、アナモルフィックライトガイド。

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