(57)【要約】      （修正有）【課題】表示内容の可読性を改善し得る光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。【解決手段】光学素子１００は、第１媒体１１０、第２媒体１２０および光偏向構造体１４０を含む。第２媒体は、第１媒体上に形成される。光偏向構造体は、第１媒体と第２媒体との間の界面に形成される。光学素子と、光源により発せられる光との関係は、式、０＜｜ＷB−ＷA｜／Ｗref＜１０を満たし、ＷAは、光が、第１媒体を光入射側として光学素子を通過するという状況下において得られる画像拡大幅であり、ＷBは、光が、第２媒体を光入射側として光学素子を通過するという状況下において得られる画像拡大幅であり、Ｗrefは、光が、光学素子を通過しないという状況下において得られる幅である。【選択図】図１Ａ
2020173434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発するように構成される光源上に配置される光学素子であって、
前記光学素子は、
第１媒体と、
前記第１媒体上に形成される第２媒体と、
前記第１媒体と前記第２媒体との間の界面に形成される光偏向構造体と
を備え、
前記光学素子と前記光との関係は、以下の式、
０＜｜ＷB−ＷA｜／Ｗref＜１０…（１）
を満たし、
ＷAは、前記光が、前記第１媒体を光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、ＷBは、前記光が、前記第２媒体を前記光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、Ｗrefは、前記光が、前記光学素子を通過しないときに得られる幅である、光学素子。
【請求項２】
前記第２媒体上に形成される保護層をさらに備える、請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１媒体は、第１屈折率を有し、前記第２媒体は、第２屈折率を有し、前記第１屈折率は、前記第２屈折率よりも小さい、請求項１記載の光学素子。
【請求項４】
光源上に配置される光学素子であって、
前記光学素子は、
第１屈折率を有する第１媒体と、
前記第１媒体上に形成され、第２屈折率を有する第２媒体と、
前記第１媒体と前記第２媒体との間の界面に形成される光偏向構造体と
を備え、
前記光源により発せられる光は、前記第１媒体および前記第２媒体を順次通過し、前記第１屈折率は、前記第２屈折率よりも小さい、光学素子。
【請求項５】
前記光学素子と前記光との関係は、以下の式、
０＜｜ＷB−ＷA｜／Ｗref＜１０…（１）
を満たし、
ＷAは、前記光が、前記第１媒体を光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、ＷBは、前記光が、前記第２媒体を前記光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、Ｗrefは、前記光が、前記光学素子を通過しないときに得られる幅である、請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
前記光偏向構造体は、少なくとも、０．３μｍ〜５０μｍの範囲の間隔を有する、請求項１または４記載の光学素子。
【請求項７】
１≦ＷA／Ｗref≦１０である、請求項１または５記載の光学素子。
【請求項８】
１≦ＷB／Ｗref≦１０である、請求項１または５記載の光学素子。
【請求項９】
１＜ＷB／ＷA＜１０である、請求項１または５記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第１屈折率は、１．２〜１．８の範囲である、請求項３または４記載の光学素子。
【請求項１１】
前記第２屈折率は、１．４〜２の範囲である、請求項３または４記載の光学素子。
【請求項１２】
画像を表示するように構成されるディスプレイと、前記ディスプレイ上に配置される光学素子とを備える表示装置であって、
前記光学素子は、
第１媒体と、
前記第１媒体上に形成される第２媒体と、
を備え、
前記第１媒体と前記第２媒体との間の界面は、光偏向構造体を含み、
前記光学素子と前記画像との関係は、以下の式、
０＜｜ＷB−ＷA｜／Ｗref＜１０…（１）
を満たし、
ＷAは、光が、前記第１媒体を光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、ＷBは、前記光が、前記第２媒体を前記光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、Ｗrefは、前記光が、前記光学素子を通過しないときに得られる幅である、表示装置。
【請求項１３】
画像を表示するように構成されるディスプレイと、前記ディスプレイ上に配置される光学素子とを備える表示装置であって、
前記光学素子は、
第１屈折率を有する第１媒体と、
前記第１媒体上に形成され、第２屈折率を有する第２媒体と、
を備え、
前記第１媒体と前記第２媒体との間の界面は、光偏向構造体を含み、
前記画像を形成するための光は、前記第１媒体および前記第２媒体を順次通過し、前記第１屈折率は、前記第２屈折率よりも小さい、表示装置。
【請求項１４】
画像を表示するように構成されるディスプレイと、前記ディスプレイ上に配置される光学素子とを備える表示装置であって、
前記光学素子は、
第１屈折率を有する第１媒体と、
前記第１媒体上に形成され、第２屈折率を有する第２媒体と、
前記第２媒体上に形成される保護層と
を備え、
前記第１屈折率は、前記第２屈折率よりも小さく、
前記第１媒体と前記第２媒体との間の界面は、光偏向構造体を含む、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、光学素子およびそれを含む表示装置に関し、より具体的には、光制御光学素子およびそれを用いる表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、デジタルカメラ、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、および液晶テレビなど、様々な電子製品に、ディスプレイが幅広く使用されている。光学フィルムは、ディスプレイの設計により生じる可能性のある問題を解決するために、ディスプレイに必須の要素である。光学フィルムは、膜または被膜材料の物理的特徴に通じて表示品質を向上させるために、膜素子として単独で形成され得る、または単層または多層の被膜の形態で他の素子に被覆され得る。光学フィルムの通常機能は、暗状態におけるＬＣＤの光漏れを低減させ、特定の視角内の、画像のコントラストおよび彩度を大きく高め、諧調反転の問題のいくつかを解決することを含む。
【０００３】
特許文献１は、光偏向フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。表示装置は、ディスプレイパネルおよび光偏向フィルムを含む。光偏向フィルムは、ディスプレイパネル上に配置され、第１層、第２層、および第１層と第２層との間の界面に形成される光偏向構造体を含む。第１層は、第１屈折率を有する。第２層は、第１層上に形成され、第２屈折率を有する。光偏向フィルムの第１層は、第２層とディスプレイパネルとの間に位置し、第１屈折率は、第２屈折率よりも大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】台湾特許出願公開第２０１７３３８０１号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態によると、光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。前述の光学フィルムは、表示内容の可読性を改善し得る。
【０００６】
本発明の別の実施形態によると、光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。前述の光学フィルムは、狭視野角、色ずれ、光漏れを含む、ディスプレイモジュールの問題を解決し得る。
【０００７】
本発明の代替の実施形態によると、光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。前述の光学フィルムは、光学フィルムを通過した後の入射光の拡散により生じるフレームのぶれを解決し得る。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、光学素子は、光を発するように構成される光源上に配置される。光学素子は、第１媒体と、第１媒体上に形成される第２媒体と、第１媒体と第２媒体との間の界面に形成される光偏向構造体とを含む。光学素子と光源により発せられる光との関係は、以下の式、
０＜｜ＷB−ＷA｜／Ｗref＜１０…（１）
を満たし、ＷAは、光が、第１媒体を光入射側として光学素子を通過するという状況下において測定される画像拡大幅であり、ＷBは、光が、第２媒体を光入射側として光学素子を通過する状況下において測定される画像拡大幅であり、Ｗrefは、光が、光学素子を通過しない状況下において測定される幅である。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、光学素子は、光源上に配置され、光学素子は、第１屈折率を有する第１媒体と、第１媒体上に形成され、第２屈折率を有する第２媒体と、第１媒体と第２媒体との間の界面に形成される光偏向構造体とを含み、光源により発せられる光は、第１媒体および第２媒体を順次通過し、第１屈折率は、第２屈折率よりも小さい。
【００１０】
本発明の実施形態によれば、表示装置は、画像を表示するように構成されるディスプレイと、ディスプレイ上に配置される光学素子とを含む。光学素子は、第１媒体と、第１媒体上に形成される第２媒体とを含み、第１媒体と第２媒体との間の界面は、光偏向構造体を備え、光学素子と画像との関係は、以下の式
０＜｜ＷB−ＷA｜／Ｗref＜１０…（１）
を満たし、ＷAは、光が、第１媒体を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、ＷBは、光が、第２媒体を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、Ｗrefは、光が、光学素子を通過しないときに得られる幅である。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、表示装置は、画像を表示するように構成されるディスプレイと、ディスプレイ上に配置される光学素子とを含む。光学素子は、第１屈折率を有する第１媒体と、第１媒体上に形成され、第２屈折率を有する第２媒体とを含み、第１媒体と第２媒体との間の界面は、光偏向構造体を備え、画像を形成するための光は、第１媒体および第２媒体を順次通過し、第１屈折率は、第２屈折率よりも小さい。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、表示装置は、画像を表示するように構成されるディスプレイと、ディスプレイ上に配置される光学素子とを含み、光学素子は、第１屈折率を有する第１媒体と、第１媒体上に形成され、第２屈折率を有する第２媒体と、第２媒体上に形成される保護層とを含み、第１媒体と第２媒体との間の界面は、光偏向構造体を備える。第１屈折率は、第２屈折率よりも小さい。
【００１３】
本発明の上記態様および他の態様は、以下の、非限定的だが好ましい（１つまたは複数の）実施形態の詳細な説明に関して、よりよく理解される。添付の図面を参照して、以下の説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
【図２】光強度と光源の位置との関係を表す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学素子およびディスプレイの模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学素子の模式図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、画像のエネルギー分布から得られる光強度と位置との関係を表す模式図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、画像のエネルギー分布から得られる光強度と位置との関係を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の技術的特徴および利点が、当業者により容易に理解されるという目的のため、多数の例示的な実施形態を、詳細な説明および添付の図面とともに、以下に開示する。本発明の実施形態は、様々な背景において幅広く使用され得る、多くの発明概念を提供する。本明細書に開示する例示的な実施形態は、本発明の製造方法および使用を説明するためのものであり、本発明の保護範囲を限定するためのものではない。
【００１６】
なお、本明細書は、本発明の異なる特徴を実現するための様々な実施形態または実施例を提供する。本明細書の以下の説明は、本発明の説明を簡易化するための各構成要素の例示的な実施形態および構成要素の配置の特定の例に関する。しかし、これらの特定の例は、本発明を限定するためのものではない。たとえば、本明細書において、第１の特徴部が第２の特徴部の上または上方に形成されるという開示は、第１の特徴部および第２の特徴部が、互いに直接接触するという実施形態も含む。そのような開示は、また、追加の特徴部が、第１の特徴部と第２の特徴部との間に形成され、第１の特徴部と第２の特徴部が互いに接触しないようにするという実施形態を含む。
【００１７】
慣習に従い、各特徴部の図は、実寸に基づいていない。逆に、図を簡略化するために、各特徴部の寸法は、任意に拡大または縮小されることがある。さらに、本明細書は、各実施形態および／または構造上の外観の関係を限定するためではなく、単純かつ簡潔にするために、同じ参照番号および／または符号を異なる例に用いることがある。
【００１８】
表示内容の可読性は、ディスプレイの重要な品質基準と見なされている。光学フィルムを利用することで表示装置の画質を向上させることは、業界における慣習である。たとえば、回折構造を有する光学フィルムは、狭視野角、色ずれ、光漏れなどのディスプレイモジュールの問題を解決するために使用され得る。しかし、それらの光学フィルムは、状況によっては、フレームのブレの原因となり得る。
【００１９】
研究により、本発明の発明者たちは、光学フィルムを通過する光により引き起こされる拡張レベル（expansion level）が、画像の表示品質に影響を及ぼす要因の１つであり、フレームのブレの問題は、ディスプレイ上に表示される光学フィルムの拡張レベルを制御することにより解決され得ることを見出した。より具体的には、光学フィルムの両側（前側および後側）から得られる画像拡大率（image expansion level）の制御が、フレームのブレの問題を解決する手助けとなる。以下、本願において、回析構造体を有する光学素子、およびそれを用いる表示装置を提供し、光学素子が前面でディスプレイに取り付けられる場合に得られる光拡張レベルと、光学素子が背面でディスプレイに取り付けられる場合に得られる光拡張レベルとの関係を開示する。通常の研究では、光が単一の方向に沿って光学素子を通過した時に生じる拡張レベルと、画質制御との関係を研究する。本例では、２つの反対方向に沿って光学素子を通過する光によって生じる拡張レベル、および、それらの対応関係が、ディスプレイの知覚される解像度を適切に保つために、さらに研究される。
【００２０】
図１Ａ〜１Ｄは、本発明のいくつかの実施形態に係る光学素子１００の断面図である。これらの実施形態によれば、光学素子１００は、光源１５０上に配置され、第１媒体１１０、第２媒体１２０、および保護層１３０を含み、第１媒体１１０と第２媒体１２０との間の界面は、光偏向構造体１４０を含む。光偏向構造体１４０は、入射光の位相または振幅を変調するために設けられる。光源１５０により放射される光１５１が光学素子１００を通過すると、光１５１は、光偏向構造体１４０によって拡張された後に、観察者１６０によって見られる。
【００２１】
光学素子１００は、光学フィルムまたは光学シートであり得る。光学素子１００の光偏向構造体１４０により、光源１５０により放射される光１５１は、光の分布を調整するために、異なる方向に進む複数の光線に分割および／または偏向され得る。いくつかの実施形態では、光学素子１００は、３つ以上の膜層で形成される積層構造体であり得る。いくつかの実施形態では、光偏向構造体１４０は、回折原理および補償効果に応じて設計される回折構造体となり得る。たとえば、光偏向構造体１４０は、表面上に稜線（ridges）または刻線（rulings）などの微細構造体を有する回折格子となり得る。他の例では、光偏向構造体１４０は、千鳥状の分布の明帯および暗帯であってもよい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、光偏向構造体１４０は、第１媒体１１０と第２媒体１２０との間の界面に形成される。たとえば、光偏向構造体１４０が第１媒体１１０と第２媒体１２０との間の界面に形成され得るように、第１媒体１１０および第２媒体１２０上の三次元構造体は、互いに対応している。いくつかの実施形態では、光偏向構造体１４０が第１媒体１１０と第２媒体１２０との間の界面に形成されるように、第１媒体１１０の界面上の形態と、第２媒体１２０の界面上の形態は、互いに相補的である。
【００２３】
いくつかの実施形態では、光偏向構造体１４０は、一定の間隔を有する格子構造体であってもよく、その間隔は、好ましくは０．２μｍ〜１０μｍの範囲である。他のいくつかの実施形態では、光偏向構造体１４０は、一定でない間隔を有する格子構造体であってもよく、たとえば、格子間の空間が多様であるか（多様間隔）、または勾配する空間（gradient spacing）を有する格子構造体であり、格子構造体の間隔は、０．３μｍ〜５０μｍの範囲である。格子構造体の間隔が一定でない実施形態では、格子間隔の変動は、０．４μｍ〜１０μｍの範囲であり、他の実施形態では、格子間隔の変動は、もっとも大きな格子間隔の少なくとも１％、またはもっとも大きな格子間隔の９０％未満である。
【００２４】
いくつかの実施形態では、光偏向構造体１４０は、連続的に配置されてもよい。具体的には、光偏向構造体１４０は、光学素子１００の全体に亘って、連続的に配置されてもよい。つまり、光偏向構造体１４０は、光学素子１０の面積の１００％に亘ってもよい。いくつかの実施形態では、光偏向構造体１４０を有する光偏向領域は、不連続に配置されてもよい。具体的には、光偏向構造体１４０を有する光偏向領域は、通常領域（光非偏向領域とも呼称され得る光偏向構造体のない領域）間に配置され得る。つまり、複数の光偏向領域が、通常領域（光非偏向領域）によって分離される。これらの実施形態では、光偏向領域は、光学素子１００の面積の３０〜９５％に亘ってもよい。
【００２５】
光学素子１００は、適切な製造工程によって形成され得る。たとえば、まず、第１媒体１１０が基板（図示せず）上に形成され、次に、第２媒体１２０が第１媒体１１０上に形成され、そして、保護層１３０が第２媒体１２０上に形成され、最後に、基板が除去されて、光学素子１００の製造が完了する。他のいくつかの実施形態では、保護層１３０が基板として使用され、第２媒体１２０が保護層１３０上に形成され、第１媒体１１０が第２媒体１２０上に形成されて、光学素子１００の製造が完了する。光偏向構造体１４０は、第１媒体１１０または第２媒体１２０と同時に形成されてもよい。他の実施形態では、光偏向構造体１４０は、フォトリソグラフィ、彫刻、エンボス、転写または印刷などの製造工程によって形成されてもよい。
【００２６】
第１媒体１１０および／または第２媒体１２０は、単一の膜層であり得ることが理解されるべきである。たとえば、図１Ａに示されるように、第１媒体１１０および第２媒体１２０は、基板または保護層の表面上に拡がる材料である。本実施形態では、第１媒体１１０から形成される膜層１１１の形態は、第２媒体１２０から形成される膜層１２１の形態と相補的である。他の実施形態では、第１媒体１１０および／または第２媒体１２０は、互いに分離した複数の構造体であってもよい。たとえば、図１Ｃに示されるように、第１媒体１１０および第２媒体１２０は、複数の不連続構造体１１０ａ／１２０ａを単独で含む。本実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０の構造体は、交互パターンで配置される。
【００２７】
第１媒体１１０および第２媒体１２０は、１つの材料または複合材料で形成されてもよい。一実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０は、単独で、感圧接着剤（ＰＳＡ）、ゴム系接着剤およびポリシロキシサン系接着剤などの粘弾性または弾性接着剤であってもよい。粘弾性または弾性接着剤の例として、弾性ポリウレタン系接着剤またはポリシロキサン系接着剤、スチレンブロック共重合体系接着剤、（メタ）アクリル系ブロック共重合体系接着剤、ポリビニルエーテル系接着剤、ポリオレフィン系接着剤、およびポリメタクリレート系接着剤が含まれる。
【００２８】
別の実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０は、単独で、架橋樹脂層または可溶性樹脂層であってもよい。架橋樹脂層の材料の例として、（メチル）アクリル、ウレタン、（メタ）アクリルウレタン、エポキシ、またはポリオキシンなどで形成される熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂が含まれてもよい。特定の実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０の両方が、架橋樹脂層である。
【００２９】
一実施形態では、第１媒体１１０は、光学素子１００をディスプレイに接合するための接着剤であってもよい。第１媒体１１０が接着剤でない一実施形態では、光学素子１００は、光学素子１００をディスプレイの発光面に接合するための接着層（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、第１媒体１１０の第１屈折率は、第２媒体１２０の第２屈折率と異なる。いくつかの実施形態では、第１媒体１１０の第１屈折率は、第２媒体１２０の第２屈折率よりも小さい。たとえば、第１屈折率は、１．２〜１．８の範囲であり、第２屈折率は、１．４〜２の範囲である。
【００３１】
一実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０は、層の屈折率を調節するために、無機ナノ粒子または光拡散粒子などの充填剤を単独で含んでもよい。そのような状況下では、第１媒体１１０および第２媒体１２０の屈折率は、複合材料の平均屈折率として定義される。適切なナノ物質の例として、金属酸化物ナノ粒子、ジルコニア、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化スズ、二酸化ケイ素およびポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）ナノ粒子などの無機ナノ粒子または有機ナノ粒子が含まれてもよい。
【００３２】
一実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０の光透過率は、単独で、８０％よりも大きい。例示的な実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０の光透過率は、単独で、９０％よりも大きい。別の実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０の光透過率は、単独で、７０％よりも小さい。例示的な実施形態では、第１媒体１１０および第２媒体１２０の光透過率は、不要な光の一部を遮断するために、単独で、５０％よりも小さい。実用用途においては、光透過率が９０％よりも大きい材料が、光透過率が５０％よりも小さい材料と共に使用されてもよい。
【００３３】
光偏向構造体１４０の設計、第１媒体１１０および第２媒体１２０の材料、および／または、光偏向構造体１４０が占める面積率などの要因に基づき、光学素子１００は、入射光に対して所定の偏向効果を有してもよい。一実施形態では、光学素子１００を通過する光（光学素子１００に入射後に光学素子１００を出射する光）の状況下において、透過光では、ゼロ次の偏向光（透過光の方向は入射光の方向と同じである）の光強度の、非ゼロ次の偏向光（透過光の方向は入射光の方向と異なる）の光強度に対する割合は、１００よりも小さい。一実施形態では、入射光が光学素子１００に垂直に入射するという状況下において、透過光では、ゼロ次の偏向光の光強度の、偏向角が１５°よりも大きい（透過光の方向と入射光の方向との角度が１５°よりも大きい）偏向光の光強度に対する割合は、１００よりも小さい。通常領域（または光非偏向領域）が、光をほとんど通過させない不透光の領域である場合、同じ効果が達成され得る。
【００３４】
光源１５０は、点光源または面光源である可能性があってもよく、好ましくは光源の特性寸法は、明確に定義されてもよい。特性寸法は、限定されないが、１次元の特徴寸法または２次元の特徴寸法を含んでもよい。たとえば、１次元の特徴寸法は、長さ、幅、直径、または対角線であってもよい。２次元の特徴寸法は、限定されないが、面積を含んでもよい。たとえば、光源１５０は、ディスプレイ、ディスプレイの画素（またはサブピクセル）、バックライトモジュールまたはライトボックスであってもよい。ディスプレイの種類は、限定されないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤディスプレイ）、微細ピッチディスプレイ（ミニＬＥＤディスプレイ）、マイクロＬＥＤディスプレイ、電子ペーパディスプレイ、または、画像を表示するための他の種類のディスプレイを含む。さらに、上記のディスプレイは、他の要素と組み合されてもよい。たとえば、ディスプレイは、タッチパネルを形成するために感触素子と組み合わされてもよい。光学素子１００は、ディスプレイに統合されてもよいか、または、ディスプレイの発光面に配置されてもよい。光学素子１００は、（反射防止フィルムまたはタッチパネルなどの）他の要素に統合されてもよいか、または、ディスプレイの発光面に配置されてもよい。
【００３５】
本明細書において使用されるように、光の「拡大」または「拡張」という用語は、光源から発せられた光が、光学素子１００を通過した後に回析、偏向、散乱のメカニズムに従って広がるか、または拡散する現象を指す。一実施形態によれば、光の「拡大レベル」または「拡張レベル」は、光源から発せられた光の本来の分布を基準として、光が光学素子１００を通過した後に得られる分布範囲の変化に関する。別の実施形態では、光の「拡大レベル」または「拡張レベル」は、光が第１方向に沿って光学素子１００を通過するときに得られる分布範囲と、光が第２方向に沿って光学素子１００を通過するときに得られる分布範囲との関係に関する。特定の実施形態において、第１方向および第２方向は、２つの反対方向である。
【００３６】
一実施形態によると、「拡大レベル」または「拡張レベル」の定量化は、光の特性寸法、および光学素子１００を通過した後の光の特性寸法に基づく。一実施形態では、「拡大レベル」または「拡張レベル」は、光が光学素子１００を通過しないときに得られる特性寸法と、光源の光が光学素子１００を通過するときに得られる特性寸法との関係に関する。別の実施形態では、「拡大レベル」または「拡張レベル」は、光が第１方向に沿って光学素子１００を通過するときに得られる特性寸法と、光が第２方向に沿って光学素子１００を通過するときに得られる特性寸法との関係に関する。特定の実施形態では、第１方向および第２方向は、光学素子１００の膜表面に対し、反対の方向で垂直をなす。
【００３７】
たとえば、一実施形態では、「拡大レベル」または「拡張レベル」は、幅の変化の割合によって評価され、その割合は、光が光学素子１００を通過しないときに得られる本来の幅の、光が光学素子１００を通過するときに得られる拡大幅に対する割合である。別の実施形態では、「拡大レベル」または「拡張レベル」は、幅の変化の割合によって評価され、その割合は、光が膜表面に垂直な方向に沿って光学素子１００を通過するときに得られる拡大幅の、光が反対方向に沿って光学素子１００を通過するとき得られる拡大幅に対する割合である。
【００３８】
「拡大レベル」または「拡張レベル」の定量化を、添付の図面を用いて例示する。図２を参照すると、模式図は、光強度と光源位置との関係を示す。「拡大レベル」または「拡張レベル」を評価するための基準として、特性幅Ｗcを使用することができ、特性幅Ｗcは、所定の光強度範囲に対応する位置間隔（距離）である。一実施形態では、所定の光強度範囲は、光強度の特定の割合の範囲とすることができ、光強度の割合は、光学素子を通過しない状況下において得られる最大強度（１００％の光強度とみなされる）に基づき計算される。一般に、人間の眼の知覚的限界が、所定の強度範囲の下限として用いられる。たとえば、所定の強度範囲は、光強度の５％〜１００％または１０％〜１００％となり得る。
【００３９】
図３は、本発明の実施形態の光学素子およびディスプレイの模式図である。球面座標系の原理に基づいて、ディスプレイ３００のディスプレイ表面に平行な平面上において２つの直角をなす線が、座標軸として定義される。一般的に、右方向を向く水平線がＸ軸として定義され、上方向を向く垂直線がＹ軸として定義され、ディスプレイ３００の表示表面に垂直をなす軸がＺ軸として定義される。したがって、ディスプレイ３００を見る観察角を天頂角θおよび球面座標系の方位角ψで表すことができる。方位角ψは、Ｘ軸からＸＹ平面上への観察方向の投影ベクトルまで反時計回りに回転することによって得られる、ＸＹ平面上での回転角であり、方位角ψは、０°〜３６０°の範囲である。天頂角θは、観察方向とＺ軸との間の角度であり、０°〜９０°の範囲である。一実施形態では、水平線に平行な軸線をＸ軸として定義することができ、垂直線に平行な軸線をＹ軸として定義することができ、ＸＹ平面に対し垂直な第３次元の軸線をＺ軸として定義することができる。
【００４０】
本実施形態では、光学素子３１０は、表示装置３００に適用される。図３に示されように、表示装置３００は、光学素子３１０およびディスプレイ３２０を含み、光学素子３１０は、ディスプレイ３２０の発光面に配置される。つまり、光学素子３１０は、ＸＹ平面に平行なディスプレイ３２０の発光側に取り付けられる。本実施形態では、ディスプレイ３２０内の発光ユニット３２１が光源として使用され、（ｉ）〜（iii）の条件下で、発光ユニット３２１に起因するディスプレイ３２０上に表示される画像は、それぞれカメラ３３０により撮像され、条件（ｉ）：光学素子がディスプレイ３２０に取り付けられない、条件（ii）：光学素子が前面を通してディスプレイ３２０に取り付けられる、条件（iii）：光学素子が背面を通してディスプレイ３２０に取り付けられる。その後、撮像された画像のエネルギー分布が分析され、光強度と位置との関係が示され、対応する位置間隔（距離）が、１０％〜１００％の光強度範囲に基づいて得られ、この距離は、発光ユニットの幅、または人間の眼に知覚される拡張幅を表す特性幅として用いられる。
【００４１】
測定過程中に、各試験サンプルの光源と光偏向構造体との間の距離は、実質的に同じであることが必要である。図４を参照して、本発明の実施形態の光学素子４１０の模式図を示す。測定の利便さのために、光学素子４１０は、複数の膜層の積層構造として形成される。底部から上部まで、積層構造は、第１外層４１１、第１媒体で形成される第１層４１２、第２媒体で形成される第２層４１３、第２外層４１４を含み、第１層４１２と第２層４１３との間の界面は、光偏向構造体４１５を含む。一実施形態では、第１層４１２の厚さおよび第２層４１３の厚さは非常に小さいため、省略することでき、第１外層４１１の厚さおよび第２外層４１４の厚さは、同じであることが必要である。光学素子４１０をディスプレイ４２０に取り付けるために、接着層（図示せず）が、第１外層４１１および第２外層４１４の外側にさらに含まれてもよい。
【００４２】
図５Ａに示されるように、ディスプレイ５２０内の単一のサブピクセルが、発光ユニット５２１として使用され、画像は、発光ユニット５２１から発せられる光５２２により形成される。画像のエネルギー分布に応じて、光強度と位置との関係を得ることができ、画像の幅は、光５２１が光学素子（図示せず）を通過しない状況下において得られる画像幅Ｗrefである。
【００４３】
上記の同じ概念に基づき、図５Ｂを参照する。光源により発せられる光が光学素子５１０を通過すると、光は光偏向構造体によって拡張されて、拡張された画像を生成する。拡張された画像のエネルギー分布に応じて、光強度と位置との関係を得ることが出来る。第１層５１２が発光ユニット５２１に向くように、光学素子５１０の前面がディスプレイ５２０に取り付けられると、光５２２は、第１層５１２を光入射側として利用することで、光学素子５１０を通過し、そのような状況下において得られる拡張された画像の画像拡大幅は、ＷAである。第２層５１３が発光ユニット５２１に向くように、光学素子５１０の背面がディスプレイ５２０に取り付けられると、光５２２は、第２層５１３を光入射側として利用することで、光学素子５１０を通過し、そのような状況化において得られる拡張された画像の画像拡大幅は、ＷBである。光学素子５１０と光５２２との関係は、以下の関係を満たす。
０＜｜ＷB−ＷA｜／Ｗref＜１０…（１）
【００４４】
本発明の効果を検証するために、式（１）の条件下で６回の実験が行われ、表１に結果を示している。実験１、実験３、実験５および実験７は、カメラが０°の天頂角にあるときに撮像された画像から得られた結果である。実験２、実験４、実験６および実験８は、カメラが４５°の天頂角かつ０°の方位角にあるときに撮像された画像から得られた結果である。Ｔは、光偏向構造体の間隔である。Ｗrefは、光が光学素子を通過しないときに得られる画像幅であり、ＷAは、光が第１層を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、ＷBは、光が第２層を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅である。
【００４５】
【表１】
2020173434.tif 000003
【００４６】
表１に示されるように、式（１）の条件下では、ＷA（光が第１層を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅）は、ＷB（光が第２層を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅）よりも小さく、画像が過剰に拡張される問題を効果的に制御することができる。
【００４７】
本発明を例として、そして（１つまたは複数の）好ましい実施形態の点から説明しているが、本発明はこれに限定されないことが理解されるべきである。むしろ、様々な修正例および類似の構成およびプロセスを包括するよう意図され、したがって添付の請求項の範囲は、そのような修正例および類似の構成およびプロセスのすべてを包含するように、最も広い解釈が与えられるべきである。
【図１Ａ】
2020173434.tif 000004
【図１Ｂ】
2020173434.tif 000005
【図１Ｃ】
2020173434.tif 000006
【図１Ｄ】
2020173434.tif 000007
【図２】
2020173434.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2020173434.tif 000011
【図５Ｂ】
2020173434.tif 000012
【外国語明細書】
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2020173434000002.pdf
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