(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムであって、
光源と、
前記光源からの光の一部を反射し、前記光源からの他の光を透過するように配された多層光学フィルムであって、前記多層光学フィルムは第１面内軸と関連する第１内部ブリュースター角及び前記第１面内軸と垂直な第２面内軸と関連する第２内部ブリュースター角を有し、前記第２内部ブリュースター角は前記第１内部ブリュースター角と異なる多層光学フィルムと、を含む、照明システム。
【請求項２】
前記第１面内軸が強軸であり、前記第２面内軸が弱軸であり、前記多層光学フィルムは、前記強軸と平行に偏光された、拡張された波長帯域の垂直入射光の少なくとも７５、８０、８５又は９０％を反射し、前記多層光学フィルムは、前記弱軸と平行に偏光された、前記拡張された波長帯域の垂直入射光の少なくとも５０、６０、７０又は８０％を反射する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
照明システムであって、
光源と、
前記光源からの光の一部を反射し、前記光源からの他の光を透過するように配された多層光学フィルムであって、前記多層光学フィルムは２つの垂直な面内軸それぞれと関連する内部ブリュースター角を有し、前記内部ブリュースター角の少なくとも１つが９０°未満の空中の入射角に対応する、多層光学フィルムと、を含む、照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その反射特性が、大部分において、フィルム内のマイクロ層間の境界面からの強め合う干渉及び破壊的干渉によって決定される多層光学フィルム、並びにまたこのようなフィルムが使用され得る照明システム加えて関連する方法、システム及び物品に関連する。照明システムとしては、直接照明又はエッジ照明の種類のいずれかのバックライトを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置及び同様のディスプレイで使用されるものなどのバックライトが挙げられるが、これに限定されない。また特に、照明器具、作業用照明などを含む、いずれの画像要素も必要としない照明を意図される照明システムなど、ディスプレイに使用されるバックライト以外の照明システムも含まれる。
【背景技術】
【０００２】
近年、大衆が利用できるディスプレイ装置の数と多様性は、劇的に増加してきた。コンピュータ（デスクトップ、ラップトップ、又はノートブック）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、薄型ＬＣＤテレビは、ほんの一部の例である。これらの装置の中には、ディスプレイ表示に普通の環境照明を用いることができるものもあるが、多くの場合はディスプレイを可視化するためにバックライトを含む。
【０００３】
多くのこのようなバックライトは「エッジ照明」又は「直接照明」の範疇に入る。これらの範疇は、バックライトの出力面に対する光源の定置において異なり、その出力面はディスプレイ装置の可視領域を画定する。エッジ照明バックライトでは、光源はバックライト構造の外縁に沿って、出力面に対応する領域又はゾーンの外側に配される。光源は典型的には、ライトガイド内に光を放射するが、このライトガイドは出力面とほぼ同じ寸法の長さ及び幅を有し、ここから光が抽出されて出力面を照らす。直接照明バックライトでは、光源の配列が出力面のすぐ後ろに配され、より均一な光出力を提供するために光源の前にディフューザーが設置される。一部の直接照明バックライトでは、エッジ取り付けの光源も組み込まれており、これにより直接照明とエッジ照明の両方が可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態では、光学的アセンブリは、内部ブリュースター角を有する反射体、及び直交する反射軸と透過軸とを有する反射性偏光子を含む。
【０００５】
他の実施形態では、直接照明バックライトアセンブリは、１つ以上のランプ、内部ブリュースター角を有する反射体であって、反射体の主表面が、１つ以上のランプのうち少なくとも１つに面する反射体、及び光路変更層を含む。
【０００６】
また他の実施形態では、光学的アセンブリは、１つ以上のランプ、ディスプレイパネル、及び内部ブリュースター角を有する反射体を含む。この反射体は少なくとも３つの層の多層干渉フィルムであり、その層のうち少なくとも１つは複屈折性であり、ｘ軸方向の屈折率（ｎｘ）がｚ軸方向の屈折率（ｎｚ）よりも小さく、ｘ軸方向は面内方向である。この反射体は、ランプとディスプレイパネルとの間に位置している。
【０００７】
他の実施形態では、光学的アセンブリは、滑らかな面を有するバックライト反射体を含み、この反射体は空気中で９０°未満の内部ブリュースター角を有し、ある偏光についてフィルム内の内部反射率は特定の角度においてゼロである。この反射体は、垂直入射角で５０％以上の反射率を有する。
【０００８】
全ての偏光に関し、垂直入射において高い反射率を呈するが、１つ又は２つの垂直な入射面における高い角度の光線を優先的に透過する、多層光学フィルムが開示される。対称及び非対称の構成両方が開示される。フィルムは直接照明バックライト並びに直接照明バックライト以外の照明システム、例えばエッジ照明式バックライト及び非バックライト照明システム例えば、照明器具及び作業用照明などのいずれの画像要素も必要としない一般的な照明を意図されるシステムなどにおいて使用され得る。
【０００９】
本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、決して、上記要約は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができるような「特許請求の範囲」によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本明細書の全体を通じて付属の図面を参照されたい。図中、同様の参照符合は同様の要素を示すものである。
【図１】直接照明バックライトを液晶ディスプレイと組み合わせた透視分解図。
【図２】直接照明バックライトアセンブリの最初の実施形態の概略断面図。
【図３】直接照明バックライトの１つの実施形態の平面図。
【図４】ＬＥＤなどの小型光源を利用した直接照明バックライトの実施形態の平面図。
【図５】バックライトの出力面の少なくとも一部における輝度と位置との関係を示した理想のグラフ。
【図６】２層のフィルム積層体が１つの境界面を形成している様子を示すが、表記には、様々な屈折率がどのようにラベル付けされているかが示されている図。
【図７】多層構造の様々な屈折率条件、及びそれらがどのように構造の内部ブリュースター角を増加するか、又は除去するかを示す概略図。
【図８】多層構造の様々な屈折率条件、及びそれらが構造のどのように内部ブリュースター角を減少又は除去するかを示す別の概略図。
【図９】入射光について空気中からアクセス可能である内部ブリュースター角を有するいくつかの多層複屈折反射体について、角度に対する反射率を示したグラフ。
【図１０】光学的アセンブリの１つの実施形態に使用される円盤形部分を有する反射体の上面図及び側面図。
【図１１】光学的アセンブリの１つの実施形態に使用される円盤形部分を有する反射体の上面図及び側面図。
【図１２】別の実施形態の直接照明バックライトアセンブリの断面図。
【図１３】別の実施形態の直接照明バックライトアセンブリの断面図。
【図１４】更に別の実施形態の直接照明バックライトアセンブリの断面図。
【図１５】ｓ偏光及びｐ偏光のｓＰＳ／ＰＭＭＡ反射体の一境界面について、角度に対する反射率を示すグラフ。
【図１６】別の実施形態のｓＰＳ／ＰＭＭＡ反射体の空気界面について、角度に対する反射率を示すグラフ。
【図１７】別の実施形態の直接照明バックライトアセンブリの断面図。
【図１８】ある実施形態の反射体の概略図。
【図１９】図１８に示す実施形態のｓＰＳ／シリコーン製反射体の空気界面について、角度に対する反射率を示すグラフ。
【図２０】図１８に示すｓＰＳ／シリコーンポリアミド製反射体について角度に応じた反射率を示すグラフ。
【図２１】ある実施形態の反射体の概略図。
【図２２】図２１に示す反射体の強軸の概略図。
【図２３】図２１に示す反射体の強軸について角度に応じた反射率を示すグラフ。
【図２４】図２１に示す反射体の弱軸の概略図。
【図２５】図２１に示す反射体の弱軸について角度に応じた反射率を示すグラフ。
【図２６】別の実施形態の反射体の強軸の概略図。
【図２７】図２６に示す反射体の強軸について角度に応じた反射率を示すグラフ。
【図２８】図２６に強軸が示されている実施形態における、弱軸の概略図。
【図２９】図２８の反射体の弱軸について角度に応じた反射率を示すグラフ。
【図３０】３種類の異なるバックライト構成について、光源に対して横方向位置にプロットした相対的強度測定値のグラフ。
【図３１】ある反射体の好ましい反射率及び透過性スペクトルのグラフ。
【図３２】拡散的に反射する前面反射体と拡散的に反射する後方反射体を含むバックライトの一実施形態の一部分の概略断面図。
【図３３】鏡面反射性前方反射体及び半鏡面性後方反射体を含むバックライトの一実施形態の一部の概略断面図。
【図３４】垂直面にて異なる出力の拡散又はコリメーションを有する照明器具の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、より大きな入射角での光透過に比べ、垂直入射角の光について低い透過率を示す直接照明バックライトと共に使用するための光学的アセンブリに適用される。これは実際には、光源近くの領域（光強度が最も高い）で光学的アセンブリを透過する光の割合が、光源から離れた領域（光強度は低いが透過率が高い）で透過する光の割合よりも低いことを意味する。その最終的な効果は、直接照明バックライトの面全体にわたる透過光強度のレベリングである。その結果、直接照明バックライトにおいて、光源のすぐ上の明るい領域を知覚しにくい。この種の光学的アセンブリは、大型画面液晶テレビやデスクトップモニターを含むＬＣＤディスプレイ装置などの、直接照明ディスプレイ装置において特に有用である。
【００１２】
反射体は、内部ブリュースター角がある場合、光出力を均一にするために、望ましい透過特性を提供することができる。その結果、その反射体のｐ偏光の反射率は、入射角が増大するに従い減少する。これについては本明細書で詳しく説明する。反射体の材料及び構造は、垂直近くの入射角で反射率が適切に高い値となるよう慎重に選択することができるが、入射角が大きくなると光線がより透過しやすくなる傾向がある。その結果、光源のすぐ上の部分では、直接照明バックライトの光源から発せられた光のうちごく一部だけが、ディスプレイを通り抜ける。光源のすぐ上以外のディスプレイ領域では、光が高い割合で通り抜ける。
【００１３】
直接照明バックライトの一般的な構造を次に説明する。図１は光学的アセンブリ２０の透視分解図であり、直接照明バックライト１０にディスプレイパネル１２（液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルなど）を組み合わせたものが含まれている。バックライト１０とディスプレイパネル１２の両方とも単純な箱状の形で示されているが、読者には、それぞれが更なる詳細を含むことが理解されるであろう。バックライト１０は、フレーム１４及び拡張した出力面１６を含む。動作中、出力面１６全体が出力面の後ろのフレーム１４内に配される光源によって照明される。照明されると、バックライト１０によって、様々な観察者１８ａ、１８ｂがディスプレイパネル１２の提供する画像又は図形を見ることができる。画像又は図形は、典型的には数千又は数百万の個別の画像要素（ピクセル）の配列によって生成され、この配列は、ディスプレイパネル１２の横方向の範囲（長さ及び幅）を実質的に満たす。殆どの実施形態において、バックライト１４は白色光を放出し、ピクセル配列は多色ピクセル（例えば、赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）ピクセル、赤色／緑色／青色／白色（ＲＧＢＷ）ピクセルなど）の群に組織され、その結果表示される画像は多色である。ただし、場合によっては、単色表示を供給するのが望ましいことがある。そのような場合、バックライト１０は、フィルタ又は主に１つの可視波長又は色で放射する特定の光源を含むことができる。
【００１４】
あるいは、光源は、赤、緑及び青のＬＥＤなど、複数の単色光放射装置の、順に続けて作動する光源であることができる。
【００１５】
図１のバックライト１０は、光源ゾーン２０ａ、２０ｂ、２０ｃで示す、出力面１６の裏側に配される３本の細長い光源を含む。光源ゾーンの間又はその外側にある出力面１６領域を、ここでは空隙ゾーンと呼ぶ。したがって、出力面１６は、光源ゾーンと空隙ゾーンが相補的に構成されているものと見なすことができる。光源ゾーン及び空隙ゾーンの存在は、個々及び集合としての光源（たとえ長く延びているとしても）の投影領域（平面図）が両方ともバックライトの出力面よりも遥かに小さいことによる結果である。多くの実施形態において、ディスプレイから最適な画像品質をもたらすためには、出力面１６の輝度が極力均一になるようにバックライト１０を構成することが望ましい。この場合、光源ゾーンの輝度は、空隙ゾーンの輝度とほぼ同じでなければならない。
【００１６】
図２は、そのような均一性を達成することができる直接照明バックライト３０の概略断面図である。バックライト３０は前方反射性偏光子３２、後方反射体３４及びランプ３６を含む。反射性偏光子３２及び後方反射体３４は光リサイクリングキャビティ２２を形成し、その内部において光は良好な反射を経験し得る。反射性偏光子は第１偏光状態の光を透過し、第１偏光状態に直交する第２偏光状態の光を反射する。これら２つの状態は、直交（９０度）の面内方向に沿って実質的に面偏光されている。ワイヤグリッド反射性偏光子、及３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＤＲＰＦ（拡散的反射偏光フィルム）製品などの拡散反射性偏光子といった、コレステリックの反射性偏光子は、四分の一波長遅延板と組み合わせることによりこの機能を実現することができ、本発明に有用である。
【００１７】
一般に、ある軸に平行な偏光面を有する光を反射し、直交する軸に平行な偏光面を有する光を透過する任意の反射性偏光子が、本発明での使用に適している。ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を実質的に透過する従来の平面状の多層フィルムは、この偏光子としては選ばれない。その代わり、そのようなフィルムは、下記に述べる反射体４０として有用である。これら２つを適切に組み合わせることにより、蛍光灯などの線状部分を有する光源を有するバックライトに均一な空間的強度を提供するのに役立つ。
【００１８】
図２は、等方性層状構造などの、内部ブリュースター角を有する反射体４０も含む。内部ブリュースター角という語は、反射体の内側の境界面でのブリュースター角を意味し、空気の境界面、又はシステム内の他の要素との境界面での角ではない。反射性偏光子３２の目的の１つは、線状光源に対して垂直の入射光面において、主にｐ偏光を反射体４０に供給することである。反射体４０の有する、ｐ偏光に対する反射率は、入射角が増加するにつれて減少する。この反射性偏光子は、吸収性偏光子を利用したディスプレイで光を事前偏光するのにも有用である。例えば、３Ｍ  ＣｏｍｐａｎｙからＶｉｋｕｉｔｉのブランド名で入手可能なデュアル輝度上昇フィルム（ＤＢＥＦ）製品などの多層複屈折偏光子は、光源軸に対しての垂直面にある反射体に対し、ｐ偏光を供給することができる。配置の順序は、反射体４０及び反射性偏光子３２の両方の要素における損失が小さければ、機能の損失なしで位置を入れ替えるよう変更することができる。
【００１９】
低い入射角において、反射体４０の反射率はｐ偏光に関して高く、その結果低い入射角の光の僅かな部分のみが反射体４０を通じて完全に伝播する。例えば、図２の光線５２は反射体４０の表面に垂直であり、したがって０°の入射角を有する。結果として、入射光５２の僅かな部分のみが光線５４として反射体から出る。より高い入射角において、反射体４０の反射率はｐ偏光に関して低く、その結果光の大部分が反射体４０を通じて完全に伝播する。例えば、光線５６は、より高い入射角で反射体に入射し、したがって大部分が光線５８として反射体から出る。
【００２０】
本発明の殆どの実施形態では、反射性偏光子３２は内部ブリュースター角を有していないが、その他の実施形態では、反射性偏光子が内部ブリュースター角を有している。反射性偏光子３２が多層複屈折の反射性偏光子である場合、通過軸に沿って内部ブリュースター角を有する場合があり、これはたとえ垂直の入射角でも実質的に透過性である。あらゆる入射角においてｓ偏光とｐ偏光の両方の軸に対して平行な光を実質的に反射するのであれば、ブロック（反射）軸に沿って内部ブリュースター角を有することもできる。一部の実施形態において、反射性偏光子は、その反射性偏光子のブロック軸に平行な入射面には内部ブリュースター角を有していない。
【００２１】
また、本発明の光学的アセンブリを、反射性偏光子なしで構成することも可能である。例えば、ＬＥＤのような全方向性点光源で構成されるバックライトは、光放射に対する方向性が存在しないため、反射体４０に対するｐ偏光の指向性の光源を必要としない可能性がある。図１７は、そのような光学的アセンブリの例を示している。図１７は光キャビティ３３０２、内部ブリュースター角を有する反射体３３０４、ディフューザー３３０６及び光学的光路変更フィルム３３０７を含む、バックライト３３００を例示する。光キャビティ３３０２は、ディフューザーミラー３３０８及び多数の点光源、蛇行光源又は線形光源３３１０を含む。反射性偏光子を使用せずに均一なバックライトを構成することができるが、吸収性偏光子を利用するディスプレイにおいて、事前偏光し、偏光をリサイクルするために、反射性偏光子が依然として望ましい場合がある。バックライト信号などのように、偏光を必要としないディスプレイもある。
【００２２】
直接照明バックライトの例及び特徴
上記で検討したように、図２のバックライト構成は、バックライトの出力を表面全体にわたってより均一にすることにより、直接照明バックライトにおけるランプを隠すのに役立つ。ランプを隠すのに役立つその他のバックライト構成も、本明細書で詳しく説明される。しかし最初に、線状光源、蛇行光源、及び点光源を用いたバックライトを含む、直接照明バックライトのより一般的なタイプについて検討する。図１の直接照明バックライト１０には、３つの光源２０ａ〜ｃが示されている。これら光源は、１つの実施形態における３つの別々の線状ランプであり、一般的に線状光源として知られるものである。ここで図３を見ると、別の代表的なバックライト２１の平面図が示されており、ここで光源２３ａ〜ｃは、大きな蛇行ランプ２４の一部分である。
【００２３】
図４は、小型又は小面積光源２８の配列を含む、別のバックライト２６の平面図を図示する。これら光源は、例えば、ＬＥＤ光源であってもよい。ＬＥＤを用いた光源の例は、次の共通の譲受人による特許出願に記載されている：米国特許出願公開第２００４／０１５０９９７（Ａ１）号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）、同第２００５／０００１５３７（Ａ１）号（Ｗｅｓｔら）、及び米国特許出願第１０／９７７５８２号、「Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ＬＥＤ」（２００４年１０月２９日出願）。
【００２４】
直接照明バックライトの一般的なタイプは、線状光源、蛇行光源、又は点光源である。直接照明バックライトのランプは、バックライト構造体の外縁に沿ってではなく、バックライトの出力面のすぐ裏側にある。直接照明バックライトは、光子が生成又は発生される場所（ランプなど）が、実質的にディスプレイ領域の投影領域内にあるものである。例えば、直接照明バックライト１０はディスプレイ領域、例えば、図２のディスプレイ領域１６を含む。ランプ３６は、ディスプレイ領域１６の投影領域内にある。同様に、ランプ３６は、反射体４０の主表面の投影領域内にある。直接照明バックライトを説明する別の方法は、ディスプレイ領域の投影領域が、ランプ又は光源の投影領域よりも著しく大きいものである。直接照明バックライトに対し、側面照射バックライトは、典型的に、ディスプレイ領域の投影領域内にないランプで構成されている。その代わりに、側面照射バックライトでは、ランプがディスプレイ領域の縁部に沿って、またその外側に配置されている。
【００２５】
直接照明バックライトの均一化された照明出力と改変されていない照明出力との対比
図５は、バックライトの出力面の全体又は一部分にわたって延びる経路に沿った、バックライトの輝度の理想的プロットである。この経路は、光源の真上の出力面ゾーン（すなわち、光源ゾーン６４）、並びにいずれかの光源の真上にない出力面ゾーン（すなわち、空隙ゾーン６６）を含むよう選択される。曲線６０については、光を選択的に反射するための反射体４０は装置内に存在しない。よって、光源ゾーン６４は、比較的暗い空隙ゾーン６６の間にある比較的明るいスポットとなる。
【００２６】
曲線６２は、本発明に従ってバックライト表面全体にわたる光の強度を均一化するために、例えば装置内にブリュースター角を有する反射体４０を含むなどの手段を講じた場合の、バックライトの理想的な出力を示す。その場合、低入射角で反射性偏光子３２を透過した光は、反射体４０で大半が反射され、僅かな割合だけが透過する。その特殊な場合において、ディスプレイの正面に向かって反射性偏光子を透過した光は、光源ゾーン６４が空隙ゾーン６６の輝度と実質的に一致する輝度を有するようにするような量で、反射体４０から反射され、これを透過する。このようにして、高輝度の直接照明バックライトにおける高度に均一な照明が達成され得る。実際のシステムでは、完全な均一性はめったに達成可能なものではないが、装置の特性を調整することにより、バックライトの出力面全体又は一部分の輝度変動を最小限に抑えることができる。
【００２７】
内部ブリュースター角を有する反射体の例
用語反射体は、少なくとも約３０％の反射率を有する構造体を指す。様々な実施形態において、反射体は少なくとも約５０％、８０％又は９０％の反射率を有する。特に指示されない限り、全ての反射率値は、垂直入射における反射率を指す。
【００２８】
異なる屈折率を有する２つの領域間の境界面における光入射に関して、ブリュースター角とは、伝搬方向と、表面に対する垂直線とによって画定される面にてその電場ベクトルを有する光に対し、反射率がゼロとなるような入射角のことである。言い換えれば、異なる屈折率を有する２つの領域間の境界面における光入射角に関して、ブリュースター角とは、ｐ偏光に対する反射率がゼロとなるような入射角のことである。屈折率ｎ１を有する第１の等方性媒体から、屈折率ｎ２を有する第２の等方性媒体へと光が伝搬されるとき、ブリュースター角はａｒｃ  ｔａｎ（ｎ２／ｎ１）として求められる。内部ブリュースター角は、２つの異なる屈折率を有する隣接部分の間の境界面が光学的構造内にある場合に、構造内に存在し得る。低屈折率材料と光屈折率材料とが交互になった材料を含む干渉フィルムは、内部ブリュースター角を有し得る。しかしながら、多層の光学的アセンブリだからといって、必ずしもブリュースター角を有するわけではない。例えば、多層ミラー内の交互の層のうち１つ、あるいは両方が複屈折で、その層のｚ軸屈折率が面内屈折率に対して特定の微分値を有する場合は、ブリュースター角は存在しない。あるいは、別の相対的ｎｚ差分値を有する場合、ブリュースター角値は大幅に減少し得る。この現象の説明補助のため、図６に、境界面を形成する２つの複屈折材料層が図示されるが、表記法により第１の材料６８及び第２の材料６９の屈折率の標識も図示されている。図６に図示されるように、材料層はそれぞれ一般的に、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に異なる屈折率を有し得る。
【００２９】
ｙ−ｚ面における偏光について、２つの誘電性材層の境界面におけるブリュースター角θＢは、次の式で表わされる。
【００３０】
【数１】
0005426687.tif 000002
【００３１】
ｘ−ｚ面の光入射について、この式のｎｙの値は、ｎｘの値で置き換えられる。ｎｘ、ｎｙ、及びｎｚの相対的値は、内部ブリュースター角の値及び存在の有無に劇的な影響を与え得る。連続的な可能性が存在し得るが、一般的な効果は２つの主な範疇に分かれ、これは図７及び図８のダイアグラムに要約され得る。図７は、等方性材料で得られるものを超えて、内部ブリュースター角の値を増加させるか又は内部ブリュースター角を排除する光学材料の組み合わせを例示する。この一連の条件は、ｎｚにおける第１の材料６８と第２の材料６９との差が、所定の入射面における面内屈折率の差よりも小さい場合のものである。線８３及び８４はそれぞれ、第１の材料及び第２の材料のｎｘ又はｎｙ値を表わし、ここでｎ１ｘとｎ２ｘとの間の差は一定のままであり、ｎ１ｙとｎ２ｙの間の差も一定のままであることが示されている。線８５及び８６は、ｎ１ｚ及びｎ２ｚの値を示し、ｎ１ｚとｎ２ｚとの差が減少するにつれて、内部ブリュースター角が増加することがわかる。線８５と８６とが交差する線８８において、ｎｚの差は消失し、ブリュースター角も消失する。この点を超えてΔｎｚが増加すると、Δｎｘｙに対して符合が逆になり、ｐ偏光の反射率はここで、ｓ偏光の反射率と同様、入射角の増大と共に増加する。これら材料のうち一方又は両方とも、複屈折であることができるが、どちらの材料が複屈折であるかに拘わらず、同じ関係が保持される。
【００３２】
図８は、本発明における好ましい光学的材料の組み合わせを示す。これにより、空気中から面の表面への入射角においてｐ偏光のかなりの部分を透過することができる反射体の構成が可能になる。適切な屈折率の組により、これら反射体は、空気中から面の境界面への光入射角でブリュースター角にアクセスできるよう、ブリュースター効果を強化することができる。これは、等方性材料からなる多層反射体では、通常、不可能である。しかしながら、複屈折材料を適切に選択すると、第１の材料層６８と第２の材料層６９（図６）との間のｎｚの差を、同じ層の面内屈折率の差よりも大きくすることができる。
【００３３】
Δｎｚ＝（ｎｌｚ−ｎ２ｚ）＞（ｎｌｘ−ｎ２ｘ）又は（ｎｌｚ−Δｎｚ）＞（ｎｌｙ−ｎ２ｙ）
図７と同様、図８では、線８３及び８４はそれぞれ、第１の材料及び第２の材料のｎｘ値又はｎｙ値を表わすが、ここでｎ１ｘとｎ２ｘとの間の差は一定のままであり、またｎ１ｙとｎ２ｙとの間の差も一定のままであることが示されている。線８７及び８８は、ｎ１ｚ及びｎ２ｚの値を示し、ｎ１ｚとｎ２ｚとの間の差が増加してｎｘｙ値間の差を超えると、内部ブリュースター角が減少することが示されている。
【００３４】
図９に例示されるように、Δｎｘに対するΔｎｚの値が大きくなるにつれて、この境界面のｘｚ面に入射するｐ偏光のブリュースター角の値は小さくなり、これについては本明細書において更に説明される。図９は一定値ｎｘ及びｎｙに関して作製された（Δｎｚの値は増加する）。
【００３５】
これら構造のいずれについても、多層積層体内の層のかなりの部分について存在する場合のみ、ブリュースター角の存在が有用である。第３の材料又は第４の材料の機能性コーティング又は層をこの多層積層体に追加すると、これらの材料は、接触している材料の種類が何であれ、異なるブリュースター角の値を生じ得る。第１の材料と第２の材料との境界面の数に比べ、これらの材料の境界面が比較的少ない場合は、それら境界面は本発明の性能に大きな影響を及ぼさない。この多層積層体に含まれる殆どの層が第１の材料及び第２の材料であるが、一部の層において、第１の材料及び第２の材料の組成に僅かな変動がある場合、積層体全体に対する影響は、ブリュースター角の最小値が広がることであり得るが、全体的な影響としては、２材料だけのものと同様である。
【００３６】
内部ブリュースター角を有する多層反射体の望ましい性能とは、垂直入射角において比較的高い反射率を有し、入射角が斜めのときに反射率が低くなる（透過率が高くなる）ことである。
【００３７】
一般に、隣接した交互の層の間のΔｎｚが、Δｎｘ又はΔｎｙと同じ符号であるいずれかの多層反射体は、内部ブリュースター角を呈し、本発明に有用である。一般に、ｘ軸及びｙ軸に沿った面内屈折率は、等しい必要はない。ｘ軸方向とｙ軸方向が同一の屈折率を有するような単軸性の場合と、ｎｘ≠ｎｙ≠ｎｚとなる２軸性の場合と、ｎｘ≠ｎｙ＝ｎｚとなる単軸性の場合との間には、連続したつながりがある。
【００３８】
複数の内部ブリュースター角を有する材料境界面
複屈折多層反射体は、配向性（延伸）複屈折ポリマー材料で作製することができる。ｘ軸方向及びｙ軸方向に異なる延伸比率を用いることにより、それぞれの方向によって内部ブリュースター角の値が非常に異なる、非対称性反射体を作製できる。概略的な屈折率のセットが図２１に例示される。図８に示される情報により、図２１のフィルムの組み合わせのｘ−ｚ面又はｙ−ｚ面のいずれかに入射する光に関してブリュースター角が存在する。ｚ軸の屈折率は当然ｘ−ｚ面又はｙ−ｚ面のいずれかに入射する光において同じであるが、Δｎｚ／Δｎｙの比率は、Δｎｚ／Δｎｘの比率より大きいため、内部ブリュースター条件は、ｙ−ｚ面においてｘ−ｚ面におけるよりも小さい角度で生じる。ｘ−ｚ面とｙ−ｚ面の間の方位角については、一連の内部ブリュースター角値が存在する。よって、２材料だけからなる多層反射体は、異なる面内方向に沿って異なるブリュースター角を示し得る。光源を効果的に隠すためには、あらゆる面内方向において垂直入射角での反射率が相対的に高いことが望ましい場合がある。一部の実施形態において、反射率はどの軸においても約５０％を超える。具体的な材料の例を以下に記載する。
【００３９】
そのような非対称性反射体の反射率が、他方の軸よりも一方の軸においてずっと高い場合は、その反射体はバックライトからの光を偏光すること、並びに空間的により均一な光出力をバックライトから供給することにおいて、反射性偏光子の機能を果たすことができる。一般に、偏光リサイクル（又は「ゲイン」）を提供するためには、「通過」軸の透過率は、「ブロック軸」の透過率の少なくとも２倍程度又はそれ以上でなければならない。
【００４０】
図２に戻って、線状光源、又はほぼ直線に配列された点光源で照らされているシステムについて、この非対称性反射体の「ブロック」軸は、この線状方向に整列しているのが望ましい。
【００４１】
本発明の反射体は、主に斜めの光線を透過し、一部の実施形態においては光路変更層（ディフューザー、プリズムフィルム、ビーズ状の「ゲインディフューザー」フィルムなど）が用いられて、ディスプレイ及び観測者に対して垂直な入射角の光が提供される。これについては本明細書で更に詳しく検討する。反射体が、事前偏光子又は偏光リサイクルフィルムとしての機能も果たす場合、この光路変更層は、反射体によって透過される光を実質的に偏光解消すべきではない。ディフューザー又は光路変更フィルムが光の偏光を実質的に解消する場合、別の反射性偏光子を反射体とディスプレイパネルとの間に追加してもよい。
【００４２】
反射体４０の構造については数多くの可能性があり、本明細書に更に詳しく記述される。例えば、ある実施形態では、反射体４０は等方性材料の多層積層体である。反射体４０の更なる代表的構造を、次に説明する。
【００４３】
反射体が複屈折層状構造である場合
例えば、米国特許第５，８８２，７７４号に、複屈折の層状構造が説明される。一般的に、好ましい多層反射体４０は、ｚ軸の屈折率差がｘ軸及びｙ軸の屈折率差の一方又は両方よりも大きいものである。
【００４４】
２軸複屈折層状構造を反射体として用いた特定の実施形態において、少なくとも１つの面内軸に沿った反射率は、少なくとも約５０％、又は少なくとも約６０％である。
【００４５】
ブリュースター角を考慮する際、もう１つの重要な問題は、光学的構造の内部ブリュースター角が空気中でアクセス可能かどうかということである。図９は、１．５７及び１．４１の面内複屈折率を有する複屈折層及び等方性層の多層積層体の、空気中のモデル化された反射率を例示する。ｎ１ｚの値は、プロットａの１．４１からプロットｆの１．７の範囲に及ぶ。その結果、Δｎｚの値は、プロットａの０からプロットｆの０．２９の範囲に及ぶ。これらの面内屈折率を有する２つの材料が交互になった約４００の層にして、垂直入射角で４００〜８００ｎｍの反射率９０％を達成することが可能である。図９に示す反射率値は、表面の反射を含まない。すなわち、空気−ポリマーの境界面による寄与は、この計算には含まれない。ΔｎｚがΔｎｘよりも大きくなるほど、ブリュースター角度は小さくなる。プロットｄは、内部ブリュースター角が約７８度でｎ１ｚ＝１．６２の構成の場合を示すが、これは、高屈折率材料としてのｓＰＳ、及びシリコーンポリオックス−アミドを用いることによって容易に達成可能である。シリコーンポリオックス−アミドの使用が、２００５年１２月２３日に出願された、同時係属及び共同所有の米国特許出願番号第６０／７５３，８５７号に記載される。当然ブリュースター角は、ｎ２ｚの値をｎ２ｘに対して低くすることにより、すなわち、低屈折率層に適切な符合の、適切な符合の複屈折材料を使用することにより、また低減させることができる。
【００４６】
反射体が円盤形の空隙を有する場合
図１０及び図１１に例示される代表的な１実施形態において、反射体７０は、例えば等方性媒体７４の中に等方性小板又は円盤７２の形態の空隙を含む、不連続相の材料である。この空隙を有する材料の利点は、ブリュースター角を空中で約５０°の低さにまですることができる点である。空隙は、当該技術分野において周知のプロセスである押出成形又は鋳型成型において、発泡剤を使用することにより、ポリマーフィルム内に創ることができる。
【００４７】
好ましくは、この材料は等方性であり、この空隙は約３：１又はそれ以上の直径（Ｄ）対厚さ（ｔ）のアスペクト比を有する。このアスペクト比は、より好ましくは約１０：１又はそれ以上である。他の実施形態において、この空隙領域は楕円形の形状を有してもよい。不連続相又は分散相を有する連続的媒体において、ブリュースター角の効果を達成するためには、分散相粒子又は空隙サイズは、光の波長よりもずっと大きく、平らな円盤の形に近い偏球などのほぼ面状の表面を有するのが好ましい。
【００４８】
ある実施形態において、等方性の空隙材料は、例えば、発泡ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）で作製される。例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｍａｒｃｈ  ２００４，ｖｏｌ．４０，ｎｏ．２，ｐｐ．１１１〜１３０（２０））のＲ．Ｇｅｎｄｒｏｎ及びＰ．Ｍｏｕｌｉｎｉｅによる「Ｆｏａｍｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ  ｗｉｔｈ  ａｎ  Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  Ｍｉｘｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｉｏｘｉｄｅ  ａｎｄ  Ｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ」を参照のこと。環状オレフィンも、空気／ポリマーの等方性鏡を作製するための空隙を有する等方性ポリマーの一部類である。更に、環状オレフィンは、典型的に、ＰＭＭＡよりも高い比率で延伸可能であり、より高いアスペクト比の空隙を得ることができる。
【００４９】
ある代表的な実施形態において、円盤形部分は、周囲の材料よりも低い屈折率を有する。別の実施形態において、この円盤形部分は、周囲の材料よりも高い屈折率を有する。
【００５０】
内部ブリュースター角を有する反射体については、様々構成が数多く検討されており、更なる構造についてここに記述される。加えて、様々な光抽出層を有するバックライト構成など、別のバックライト構成と共に、異なる反射体構造を使用することも可能であることに注意することが重要である。これについては本明細書で更に詳しく説明する。一部の実施形態においては、反射体は等方性フィルム層で作製され、また別の実施形態においては、特別仕様の複屈折層で作製される。更なる反射体構造について、次に記載する。
【００５１】
反射体がＰＥＮ及びＭＰＭＭＡ層である場合
ある代表的な実施形態において、反射体９２は多層構造であり、５３０のＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）及びＰＭＭＡの等方性層を含む。個々の層は、厚さが５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲である。
【００５２】
反射体がＰＥＮ／ＴＨＶ層である場合
ある実施形態において、反射体は、配向ＰＥＮとＴＨＶ（テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンのポリマーであり、３ＭのＤｙｎｅｏｎ（商標）ＴＨＶフルオロ熱可塑性材料として販売されている）とが交互になった層構造となっている。一実施形態において、配置されたＰＥＮ層は、ｎｘ＝ｎｙ＝１．７５及びｎｚ＝１．４９を有し、一方でＴＨＶ層はｎ＝１．３５を有する。他の実施形態において、反射体は、配置されたＰＥＴ／ＴＨＶミラーである。一実施例において、配置されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート（polyethylene teraphalate））層はｎｘ＝ｎｙ＝１．６５及びｎｚ＝１．４９を有する。これらの種類の反射体は、アクリル樹脂（ｎ＝１．４９）に浸漬したときに、それぞれ５４°及び５１°の内部ブリュースター角（入射媒体内で測定）を有する。ＰＥＮ／ＴＨＶの反射体は、垂直入射角において約９９％の反射率で作製することができる。しかしながら、空気中でのｐ偏光反射は、ＰＥＮ／ＴＨＶについては垂直入射角での９９％から９０°での９０％まで減少し、またＰＥＴ／ＴＨＶについては９９％から８０％まで減少する。好ましくは、ＰＥＮ／ＴＨＶタイプの構成が、光放射及び／又は光抽出要素と組み合わせて使用される。
【００５３】
反射体がｓＰＳ及びＰＭＭＡ層である場合
他の代表的な実施形態において、多層反射体は、シンジオタクチックポリスチレン（ｓＰＳ）及びＰＭＭＡの交互の層で作製することができる。ｓＰＳ材料は、約１．５７（波長による）の面内（ｘ−ｙ）屈折率を達成するために２軸配向とすることができ、一方で厚さ屈折率、すなわちｚ軸の屈折率は、およそ１．６２である。特に指定されない限り、屈折率は全て、６３３ｎｍの波長における値を指す。ＰＭＭＡは、多層反射フィルムが配向される際に、屈折率約１．４９で実質的に等方性のままである。空中の多層反射フィルムに対する入射角に対してプロットされた、ｓ偏光及びｐ偏光の、このｓＰＳ及びＰＭＭＡの単一境界面における反射率に関する角度依存性が、図１５に図示される。曲線１３０はｐ偏光の反射率を図示し、曲線１３２はｓ偏光の反射率を図示する。多層ｓＰＳ／ＰＭＭＡ反射体は、垂直入射角において約１０％から９０％までの反射率の任意の望ましい値を有するように設計することができる。ｐ偏光の反射率は、入射角が増加するのに比例して低下する。ｓＰＳ／ＰＭＭＡ反射体の別の代表的な実施形態は、垂直入射角で約８０％の反射率を有する。
【００５４】
これら材料の多層フィルムが、線状光源に平行な電場方向を有するｓ偏光をブロックする反射性偏光子と共に用いられる場合、ｐ偏光のみが、線状光源に垂直な面にあるフィルムに到達する。このようにして、この面で透過する合計の光は、曲線１３０が反射率ゼロに近づいていることからわかるように、入射角の増大と共に増加して、内部ブリュースター角において最大に達する（この例では空気中で約７４°）。
【００５５】
図１６は、図１５に関して上記に記載のものと同じ屈折率を有する、ｓ偏光及びｐ偏光の、ｓＰＳ／ＰＭＭＡの多層四分の一波長積層体の反射率の角度依存のモデルをグラフにする。曲線１６０は、２つの空気の境界面を含むフィルム積層体の、ｐ偏光の反射率を示し、曲線１６２はｓ偏光の反射率を示し、曲線１６４は、空気の境界面のみが除かれた積層体のｐ偏光の反射率をグラフにする。曲線１６０と曲線１６４との違いは、表面反射の影響を表わしているが、これらは概して、フィルム積層の内部境界面よりも、ブリュースター角及び反射の度合いについて異なる値を有する。光が空気から入射する際の、約７４°のブリュースター角が図１６の曲線１６４の最小値として例示される。曲線１６０の最小値は、内部及び空気の境界面の組み合わせのブリュースター角を例示する。
【００５６】
ｓＰＳ／ＰＭＭＡ多層反射体の屈折率を僅かに変える実施形態では、可視スペクトルで高反射率を達成するために、多数の層を用いる必要がある。図１６で、垂直入射角において８７％のモデル反射率を達成するには、約１５００層が必要となる。
【００５７】
反射体がｓＰＳ及びシリコーンポリアミド層である場合
低屈折率材料としてシリコーンポリアミドを使用すると、少ない層数でより高い反射率を達成することができる。ｓＰＳ及びシリコーンポリアミド層を有し、許容可能な反射率を達成し得る反射体の構造の一例が図１８に例示され、等方性層が１．４１の屈折率を有し、交互の層が１．６２のｚ軸の屈折率及び１．５７の面内屈折率を有する。約１０００の層を使用し、反射体は、垂直入射で、約４００〜８５０ｎｍのスペクトルにおいて、約９９．５％の反射率を有するように作製され得る。このようなミラーの反射率対角度の曲線が図１９に図示される。曲線１８０は、空中の、フィルム積層体のｐ偏光の反射率を示し、曲線１８４は空気の境界面を有さない積層体のｐ偏光の反射率をグラフにする。容認できる鏡は、数百層だけを用いて作製することもできる。
【００５８】
空気側からアクセスできるブリュースター角を有する反射体を使用すると、全て等方性層で作製した反射体に比べ、バルブを隠す度合いを改善することができ、同時にバックライトの高効率も維持される。これは、そのような反射体が、垂直入射角で最高９９％、又は９９％を超える反射率を有し、更に、空気中で９０°未満の角度において基本的にゼロの反射率を有するように作製できるからである。これらの反射体を組み込んだバックライトの数多くの実施形態には、そのような反射体からの光を放射又は抽出するための微細構造を含まない。多くの実施形態では、光を望ましい角度でディスプレイに分配するために、依然としてディフューザー又は光路変更フィルムが存在する。例えば、ランダム化ディフューザーを反射体の上に置くか、又はＢＥＦシートを最適な拡散レベルを有する任意のディフューザーシートと共に反射体の上に置く。
【００５９】
本発明の他の実施形態においては、等方性多層反射体が用いられるが、その反射率は、反射体が浸漬されない限り、角度が変わっても急速には減少しない。浸漬は、反射体に構造化表面に適用することによって達成することができる。「ゲインディフューザー」又は他のビーズ状構造若しくはプリズム構造を表面に積層することにより、この効果を達成することができる。
【００６０】
２つのブリュースター角を有する非対称反射体
適切な多層積層体の非対称延伸により、反射体の面内軸の一方のブリュースター角を、それに直交する面内軸よりも、遥かに小さくすることができる。この方法により、少なくとも反射体の一方の軸に関する内部ブリュースター角を、空気中で６０度近くにすることができる。この値は、空気／ポリマーのブリュースター角に近い。高角度では、フィルムを通り抜ける光透過よりも表面反射の方が勝るため、この点は重要である。このような非対称反射体は、バルブを隠す度合いが同じか又は改善された状態を維持しながら、バックライトの効率を高めることができる。
【００６１】
ここに記載されているバックライト構成で用いることができる内部ブリュースター角を有する反射体の一例は、負の複屈折ポリマー層と、低屈折率等方性ポリマー又は低屈折率の正の複屈折ポリマー層とが交互になった積層で作製される。負の複屈折ポリマーとは、延伸方向に対して直交する方向の屈折率の１つ又は両方が増加すると同時に、延伸方向での屈折率が減少するものとして定義される。正の複屈折ポリマーは、延伸方向に対して直交する方向の屈折率の１つ又は両方が減少すると同時に、延伸方向での屈折率が増加するものとして定義される。
【００６２】
ポリマー積層体は、一方向だけに方向付けられているか、又は一般に任意の非対称延伸により、非対称の反射体を造っている。バックライトに使用すると、この反射体はディフューザーと、また任意に標準反射性偏光子と組み合わせることにより、明るい点光源を隠すのに役立つ。
【００６３】
非対称の配向を用いることによって、また屈折率差分の大きな材料を用い、一方の軸は高反射率を有することができ、もう一方の軸は６０度にまで下がった空気中の内部ブリュースター角を有することができる。標準多層反射性偏光子及びディフューザーと組み合わせて用いると、明るい光源を効果的に隠すことができる。
【００６４】
反射体が対称２軸配向ｓＰＳ／シリコーンポリアミド層である場合
内部ブリュースター角を有する反射体の１つの実施形態は、対称２軸配向のｓＰＳ／シリコーンポリアミド反射体である。シリコーンポリアミドは屈折率が１．４１であり、これはＰＭＭＡの屈折率よりもかなり低く、取扱い可能な層数を用いながら高反射率の反射体を提供することができる。この実施形態の２つの材料の屈折率は、図１８に例示されるものと同じである。等方性層が１．４１の屈折率を有し、交互の複屈折層が１．６２のｚ軸の屈折率及び１．５７の面内屈折率を有する。屈折率は、この場合における両方の伸張方向に関して同じである。モデルとして、４００〜８５０ｎｍの光を反射するこの反射体積層（４００層の積層）について、角度に対する反射率が図２０に示されている。曲線２０００は多層積層体及びその空気の境界面のｐ偏光の反射率を示し、曲線２００４は表面−空気の境界面反射だけを除去した積層のｐ偏光の反射率を示している。ｐ偏光のピーク反射率は、ゼロ度において約９０％である。ブリュースター角は約８５度にあり、表面反射によってｐ偏光の全反射率の最小値が、約１５％の最小反射率で約７０度に移行する。
【００６５】
単軸配向のｓＰＳ／シリコーンポリアミド層
２つのブリュースター角を有する非対称反射体の１つの実施形態は、単軸配向のｓＰＳ／シリコーンポリアミド層の積層である。１つの例において、この実施形態の積層は、約２１０組の層組み合わせを有し、非延伸軸又は強軸に沿って偏光された光について、ゼロ度で９９％の反射率を有する。ｓＰＳ及びＳＰＡの積層が標準テンターにおけるように単軸配向されている場合、図２１に示すような積層屈折率の組を得ることができる。
【００６６】
この反射体設計の反射率は、弱軸と強軸とを有する。図２２に示す強軸は、屈折率差分が０．２１である。図２４に示す弱軸は、屈折率差分が僅か０．１０である。図２３では、強軸について空中の角度に対して反射率がプロットされている。曲線２３００は、２つの空気の境界面を有する積層体の、ｐ偏光の反射率を示す。曲線２３０４は、空気の境界面がないフィルム積層について、ｐ偏光の反射率を示す。
【００６７】
図２５では、弱軸の空中の角度に対する反射率がプロットされている。曲線２５００は、２つの空気の境界面を有するフィルム積層体の、ｐ偏光の反射率を示す。曲線２５０２はｓ偏光の反射率を示し、曲線２５０４は空気の境界面がない積層体のｐ偏光の反射率を示す。
【００６８】
両軸とも内部ブリュースター角を有しているが、図２３及び図２５に示すように、２つのブリュースター角度は非常に異なる。このフィルム積層体について、強軸は、９０度を超える内部ブリュースター角を有し、弱軸で約６０度の内部ブリュースター角を有する。内部層境界面のブリュースター角は、空気の境界面の値とほぼ同じことに注意されたい。本発明のある実施形態でのように、ＤＢＥＦ又はＡＰＦ（ＡＰＦ−ＮＤなどの高度偏光フィルム、３Ｍ  ＣｏｍｐａｎｙからＶｉｋｕｉｔｉ（商標）のブランド名で販売されているものなど）のような反射性偏光子及び光路変更層と組み合わせ適切に整列させて用いた場合、顕著なバルブ隠しが可能となる。
【００６９】
反射体がｓＰＳ／ＴＨＶ層である場合
２つのブリュースター角を有する反射体の１つの実施形態は、図２１の実施形態に似ているが、屈折率１．４１のシリコーンポリアミドが、屈折率１．３５のＴＨＶと交換される。同じ効果を達成するために、遥かに少ない層、約１２０の層の対が必要とされる。これらの例のフィルム積層は、この効果を最大にするために、ほぼ均一な２軸から真に単軸の延伸まで、任意の非対称の方法で方向付けることができる。
【００７０】
図２１の実施形態と同様に、この反射体設計の反射率は、弱軸と強軸とを有する。図２６に示す強軸は、屈折率差分が０．２７である。図２８に示す弱軸は、面内屈折率差分が０．１６である。図２７では、強軸の空中の角度に対する反射率がプロットされている。曲線２７００は、２つの空気の境界面を有する積層体のｐ偏光の反射率を示し、曲線２７０４は積層体単独のｐ偏光の反射率をグラフにする。
【００７１】
図２９では、弱軸の空中の角度に対する反射率がプロットされている。曲線２９００は、積層体と空気の境界面の、ｐ偏光の反射率を示し、曲線２９０２はｓ偏光に関する反射率を示し、曲線２９０４は、空気の境界面のない積層体のｐ偏光の反射率をグラフにする。この場合、空気の境界面のある２９００及び空気の境界面のない２９０４の最小値が似ていることに注意されたい。
【００７２】
両軸とも内部ブリュースター角を有するが、図２７及び図２９に示すように、この２つのブリュースター角は非常に異なっている。強軸は、フィルム積層について９０度を超える内部ブリュースター角を有するが、弱軸は、約６５度の内部ブリュースター角を有する。本発明の１つの実施形態でのように、ＤＢＥＦ又はＡＰＦなどの反射性偏光子及びディフューザーと組み合わせ適切に整列させて使用すると、顕著なバルブ隠しが可能となる。
【００７３】
本発明に有用な多層反射体について他の好ましい材料の組み合わせは、高屈折率層にｃｏＰＥＮ、ＰＥＴのコポリマー、及びＰＥＮｇ（高屈折率の非晶質ＰＥＮ）の１つを用いる。ｃｏＰＥＮという語には、ＰＥＴの任意のコポリエステル又はポリエチレンナフタレートが含まれる。低屈折率材料として有用な材料の例としては、ＰＭＭＡ、シリコーンポリオキサミド、ＴＨＶが挙げられる。
【００７４】
光放射層及び／又は光抽出層のあるバックライト実施形態
固体境界面を有する反射体は多くの場合、面と平行な境界面について、空気中から通常はアクセスできないブリュースター角を有する。その結果、反射体は、反射体に当たる光のかなりの部分がブリュースター角において透過していた状況に比べ、全体的な透過率が低い。構造化表面又はディフューザーを追加することによって、非常に大きな角度で反射体を横切る光の放射及び抽出を許可することで、アクセスできなかったブリュースター角がアクセス可能になることができる。バックライト９０の一実施形態が図１２に例示される。図２のバックライト３０と同様の多くの方法で、バックライト９０は反射性偏光子３２、ランプ３６及び後方反射体３４を有する光キャビティ２２を含む。バックライト９０はまた、反射体９２及び光路変更層９４を含む。光路変更層９４は、入射光の透過の際の光の分布を修正することができる。層９４は、ここで放射層とも呼ばれる。
【００７５】
更に、図２に示すように、放射層なしで空気の境界面を有して動作するシステムでは、抽出層が不要であったとしても、一部の実施形態では光路変更層からも利点が得られる。図２の既存の要素−光源、反射体４０、及び偏光子３２−は、ＬＣＤパネルに均一な強度の光を供給できる可能性があるが、一部の実施形態においては、光は観測者に向かうのではなく、側面へと導かれる。一部の実施形態における光路変更層は、ディフューザーである。ディフューザーは、反射体４０から出る光の方向をランダム化することができる。あるいは、図１４のプリズム状フィルムが使用され得る。いずれも積層する必要はない。すなわち、空気の隙間があっても同様に、又はそれ以上に動作し得る。
【００７６】
光路変更層として動作することができる構造の例としては、ディフューザー、体積ディフューザー（volume diffuser）、及びプリズムアセンブリなどの表面構造（例えば、輝度上昇フィルム）が挙げられる。光路変更層９４が、図１２に例示されるようなプリズム状構造であるとき、プリズムの溝９６は、ランプ３６の軸と平行になるように位置合わせされる。使用され得るプリズム状構造の一例は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙにより販売されるＯｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍである。
【００７７】
ディフューザーは更なる重要な機能を有することができる。ディフューザーは光の方向をランダム化するが、入射光のかなりの量を透過させるべきでもある。光の方向をランダム化することができるディフューザーは通常、更に光のかなりの部分をバックライトに反射して戻す。そのようなディフューザーの反射率は、入射角と共に増大する。すなわち、垂直入射では最小となる。この効果は、入射角と共に反射体４０の透過率が増大するという反対の効果と組み合わされると、バックライトの面全体の強度にレベリング効果をもたらす。
【００７８】
ここで検討されている内部ブリュースター角を有する反射体９２は、垂直入射光に比べ、大きな角度の光線を優先的に透過するためのものである。しかしながら、殆どのディスプレイ装置では、ディスプレイの輝度がディスプレイの真正面の観測者にとって最大となるように、光が最終的にはディスプレイ表面に垂直に向けられることを必要とする。ブリュースター角近くで透過する光を抽出するために、図１２に例示される実施形態において、反射体９２の出口側に第２光路変更層９８が含まれる。層９８は、抽出層又は抽出材とも称される。１つの実施形態において、バックライト９０は、光放出層として機能する光路変更層９４と、光抽出層として機能する光路変更層９８との両方を含む。他の実施形態において、バックライト９０は、２つの光路変更層９４、９８のうち１つだけを含む。
【００７９】
光路変更層９４の例として先に記載される構造は、光路変更層９８としても機能し得る。１つの好ましい実施形態において、光路変更層９８は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙによって販売されるＣＧ  ３５３６  Ｓｃｏｔｃｈ  Ｃａｌディフューザーフィルムである。「ゲインディフューザー」又は他のビーズ状若しくはプリズム構造を表面に積層し、それを光路変更層９４及び／又は光路変更層９８として用いることもできる。
【００８０】
図１２の構造に使用される偏光子３２の一例は、単軸配向９０／１０  ｃｏＰＥＮ（ポリエチレンナフタレートのコポリマー）をＰＥＴＧ（グリコール化ポリエステル）と共押出しした、２７５層のフィルムである。他の実施形態では、拡散反射性偏光子が偏光子として用いられる。
【００８１】
構造化された層又は拡散放射層なしに、空気中でアクセス可能な内部ブリュースター角を示す反射体は、必要な構成要素数が少ないという利点を有し、よってより安価なコストとなる可能性がある。これらの反射体は、多層構造において負の応力光学係数を有するポリマーを用いて作製することができる。
【００８２】
光路変更層としてのプリズムフィルム
バックライトを出る光を、垂線に近く向けることができる別のバックライト実施形態が図１３に図示される。バックライト１００は、光キャビティ２２から、反射体１０２の反対側に位置付けられるマイクロ構造プリズム状フィルム１０１を含み、プリズム構造１０３は、反射体と反対方向を向いている。任意の接着剤層１０４はプリズム状フィルム１０１を反射体１０２に結合する。記載された他のバックライトの実施形態と同様に、光キャビティ２２は反射性偏光子３２、ランプ３６及び後方反射体３４を含む。一実施形態において、プリズム状フィルム１０１は、独立した反射体構造１０２に積層された面側部１０５を有する。あるいは、反射体が多層コーティングタイプのフィルムである場合、反射体１０２はプリズムフィルム１０１の面側部１０５にコーティングされる。
【００８３】
図１４に図示される別の実施形態において、バックライト１１０は、反射体１１２に向けてプリズム構造体１１３と共に位置付けられたマイクロ構造プリズム状フィルム１１１を含む。任意の接着剤層１１４は、マイクロ構造プリズム状フィルム１１１を反射体１１２に結合する。記載された他のバックライトの実施形態と同様に、バックライト１１０はまた、反射性偏光子３２、ランプ３６及び後方反射体３４を有する光キャビティ２２を含む。
【００８４】
実験結果
例１及び例２の実験結果をここに記述する。例１として、図１２に示すバックライト９０が構築され、テストが行われた。この例１は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＣＧ  ３５３６  Ｓｃｏｔｃｈ  Ｃａｌディフューザーフィルムなどの光抽出層９８として、ディフューザーを有する。実施例１は、光注入層９４としてプリズム状層を組み込む。試験のための実施例１を構成するため、反射性偏光子３２がアクリルプレートに積層された。バックライト２２内の蛍光灯の上にアクリルプレートが位置付けられ、反射性偏光子の透過軸が、ランプ３６の軸と垂直に位置付けられた。その下部プリズム状注入層９４及び上部抽出層９８を有する等方性反射体９２が、このプレートの上に定置され、プリズム表面に空隙を残した。プリズム層９４及び抽出層９８は、等方性反射体９２をはさんで反対側に、透明な接着剤を用いて積層された。例１の等方性反射体９２は、５３０層を有する多層ＰＥＮ／ＰＭＭＡ積層体であった。個々の層の厚さは、約５００ｎｍ〜約２０００ｎｍの範囲であった。この反射体の屈折率は、６３０ｎｍ測定して１．６４及び１．４９であった。
【００８５】
実施例２は実施例１と同一であるが、ただし、実施例２の光抽出層９４は厚さ１０ミル（２５４マイクロメートル）のディフューザーであり、直径約３マイクロメートルの粒子を有する。このディフューザーは、ＢＹＫ  Ｇａｒｄｎｅｒ  Ｈａｚｅｇａｒｄ  Ｐｌｕｓ（商標）装置を用いて、ヘイズ、透明度、透過率が測定され、ヘイズ値９８％、透明度５％、及び透過率９２％を有していた。
【００８６】
相対的光強度が、ライトボックスの表面全体の位置に応じて測定された。ライトボックスは１０ｃｍ×２６．５ｃｍと測定され、ＥＳＲ鏡面フィルムで内張りされた。このフィルムは、３Ｍ  ＣｏｍｐａｎｙからＶｉｋｕｉｔｉ（商標）のブランド名で入手可能な多層ポリマー輝度向上鏡面反射体（ＥＳＲ）フィルムである。ランプは、ボックスの長さに配置された蛍光灯であり、側壁それぞれから５ｃｍで中心に置かれた。バルブはボックスの底から約８ｍｍの高さに保持された。偏光子及びその他のフィルムは、ボックスの底から約１６ｍｍに置かれた。例１の偏光子３２は、単軸配向９０／１０  ｃｏＰＥＮをＰＥＴＧと共押出しした、２７５層のフィルムであった。
【００８７】
明所視フィルタを装備したシリコーン光検出器の短絡電流を測定することによって、位置相対的な強度測定が行われた。実施例１におけるこれらの強度測定値は、図３０において曲線１８１としてプロットされ、実施例２は曲線１８２としてプロットされる。図３０はまた、比較例Ａの空間的透過強度もプロットし、この比較例Ａは、両面にディフューザー、具体的には３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＣＧ  ３５３６  Ｓｃｏｔｃｈ  Ｃａｌディフューザーフィルムを積層した厚さ３ｍｍのアクリル板である。比較例Ａの単純ディフューザーフィルムで見られる中央の大きな強度ピークが、例１及び例２の構造を使用することによって、事実上除去された。
【００８８】
例１と例２の両方のボックス表面にわたって合計強度が、対照例Ａよりも僅かに低いことに注意されたい。反射性偏光子は入射光線の約５０％のみを透過するが、反射キャビティにより、反射した光部分がかなりリサイクル及び変換され、最終的に透過される。例２では、抽出材は偏光保存ディフューザーであり、バックライトの出力は部分的に偏光され、バルブ軸に対して直交する偏光の強度が最高であり、これは、アクリル板上の反射性偏光子の透過軸の方向でもある。この効果は、ＬＣＤパネルの下部の吸収偏光子の通過軸にこの軸を揃えることにより、ディスプレイの輝度を向上させる利益を得るのに用いることができる。
【００８９】
図３１は、図１２のＰＥＮ／ＰＭＭＡ反射体９２に関する反射率スペクトル１９０及び透過率スペクトル１９２を例示する。反射体に関する望ましい反射率スペクトル１９４及び透過率スペクトル１９６の一例は、様々な色にわたって非常に平坦になる。反射率の最適レベルは、バックライトの反射効率に依存し、実験によって決定することができる。特定の実施形態において、この反射体は好ましくは光の吸収が殆どない、又は実質的にないのが好ましく、この場合、透過スペクトルはＴ＝１−Ｒによって求められる。ある例において、透過スペクトル１９４は約７０％の反射率でごく平坦であり、透過スペクトル１９６は約３０％の透過率でごく平坦である。
【００９０】
光路変更層としてディフューザーを使用すると、波長に応じた不均一な反射率によって生じる色の問題を隠すことができる。しかしながら、波長に応じた均一な透過を示す反射体を使用することが好ましい。そのような反射体は、以下のように作製することができる。
【００９１】
スペクトル制御
カラーディスプレイで使用されるため、これら広帯域の部分的反射体において色を制御するのは重要なことである。色は、反射スペクトルの形状によって制御される。米国特許第５，１２６，８８０号及び同第５，５６８，３１６号は、薄い層と非常に厚い層とを組み合わせて利用することにより、多層干渉反射体のイリデッセンスが低減することを教示している。一定の角度（例えば垂直入射において）において高い反射率が所望される場合、この手法において多数の層が必要とされ、これは非常に厚いフィルムを生じさせる。
【００９２】
別の手法は、全て又は殆どにおいて四分の一波長フィルムの積み重ね体を使用することである。この場合、スペクトルの制御には、フィルム積層の層の厚さ特性を制御する必要がある。空中の広範囲の角度にわたって可視光を反射する必要があるものなど、広帯域スペクトルでは、層がポリマーである場合、多数の層が必要になるがこれは、無機フィルムに比べてポリマーフィルムで達成できる屈折率の差が比較的小さいためである。多数の層（約２５０層を超える）のポリマー多層光学フィルムは、従来、レイヤーマルチプライヤーを用いて作製されてきた。すなわち、フィードブロック内でスロット生成された層の単一セットから作製した層パケットを、複数使って構成される。この方法は、米国特許第６，７３８，３４９号明細書に概要が記載されている。
【００９３】
マルチプライヤーを使用すると、多数の光学的層を作製するのが大幅に簡略化されるが、結果として生じる層パケットそれぞれに伝わるひずみは、パケットごとに同一ではない。この理由から、フィードブロック内で生成された層の厚さ特性のいかなる調整も、各パケットで同じにはならない。すなわち、スペクトル漏れのない均一で滑らかなスペクトルを生成するために、全てのパケットを同時に最適化することはできないということを意味する。フィードブロック内で直接生成される層の数では十分な反射率が得られない場合は、そのようなフィルムを２枚以上積層して、反射率を高めることができる。よって、低色度、すなわち制御された色スペクトルを生成する方法は、次のようになる。
【００９４】
１）米国特許第６，７８３，３４９号で教示されるような、共押出ポリマー層の層厚さの値の軸ロッドヒーター制御を使用する。
【００９５】
２）積層の全ての層が、層形成中に軸ロッドヒーターゾーンによって直接制御されるよう、フィードバック設計を行う（すなわち、レイヤーマルチプライヤーは使用しない）。
【００９６】
３）作製中に、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡といった層厚さ測定ツールから、層厚さ特性フィードバックをタイムリーに得る。
【００９７】
４）望ましい層厚さ特性を生成するための光学的モデリングを行う。
【００９８】
５）測定した層特性と望ましい層特性との間の差に基づいて、軸ロッド調整を繰り返し行う。
【００９９】
一般にＡＦＭほど正確でないが、光学スペクトルを積分する（波長スペクトルに対して−Ｌｏｇ（１−Ｒ）を積分する）ことによって簡単に層プロファイルを評価することができる。これは、層厚さ特性が層の数に対して単純に増加又は減少するという条件で、反射材のスペクトル形状を、層厚さ特性の導関数から得ることができるという一般原理によるものである。
【０１００】
後方キャビティでのリサイクル
光の横方向の（空間的な）分配も、通常は均一となることが望ましい。これは、リサイクルした光をランダム化する拡散要素を少なくとも１つ含む反射バックライトキャビティによって達成できる。複数光源の使用とバックライト内でのそれらの間隔も、バックライトから発する光の均一性を改善するのに利用できる。図１７は光キャビティ３３０２、内部ブリュースター角を有する反射体３３０４、ディフューザー３３０６、及び光学的光路変更フィルム３３０７を含む、バックライト３３００のこれらの概念を例示する。光キャビティ３３０２は、ディフューザーミラー３３０８及び多数の点光源、蛇行光源又は線形光源３３１０を含む。
【０１０１】
反射性偏光子のオプション
本明細書において検討したように、本発明の光学的アセンブリのいくつかの実施形態には、反射性偏光子は含まれない。反射性偏光子を含む実施形態については、その構成要素に関して数多くのオプションがある。反射性偏光子には、内部ブリュースター角を示すものもあれば、示さないものもあるが、これについては本明細書で更に詳しく検討される。使用される反射性偏光子は、直交する反射軸と透過軸とを有することができる。
【０１０２】
反射性偏光子は、例えば、デュアル輝度上昇フィルム（ＤＢＥＦ）製品のいずれか、又は拡散反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）製品のいずれか、又は３Ｍ  ＣｏｍｐａｎｙからＶｉｋｕｉｔｉ（商標）のブランド名で入手可能なＡＰＦ製品のいずれか、又は１つ以上のコレステリック偏光フィルムであるか、あるいはこれらを含んでいる。米国特許第６，２４３，１９９号（Ｈａｎｓｅｎら）及び米国特許出願公開第２００３／０２２７６７８号（Ｌｉｎｅｓら）に記載されているもののようなワイヤグリッド偏光子も、反射性偏光子に適している。単軸配向鏡面反射多層光学的偏光フィルムは、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）、同第５，６１２，８２０号（Ｓｃｈｒｅｎｋら）、及び国際特許公開ＷＯ  ０２／０９６６２１  Ａ２号（Ｍｅｒｒｉｌｌら）に記載されている。連続相／分散相構造を有する拡散反射性偏光子は、例えば第５，８２５，５４３号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に記載されている。場合によっては、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な３Ｍ（商標）Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）デュアル輝度上昇フィルム−拡散（ＤＢＥＦ−Ｄ）などでのような拡散反射性偏光子も、光を拡散的に透過する。既知のコレステリック反射性偏光子は、開示されているバックライト実施形態の使用に適した別のタイプの反射性偏光子である。バックライト３０と共に使用されるディスプレイパネル１２が、殆どのＬＣＤディスプレイでのように、バックライトに隣接して配置される独自の後方偏光子を含む場合は、最大限の効率及び照明を実現するために、前方反射性偏光子３２をディスプレイパネル後方偏光子に揃えて、又はその逆に揃えて、構成するのが望ましい。ＬＣＤディスプレイパネルの後方偏光子は、通常は吸収性偏光子であり、通常はピクセル化した液晶装置の一方側に配置され、その反対側にはディスプレイパネル前方偏光子がある。
【０１０３】
後方反射体のオプション
照明及び効率を向上させるためには、後方反射体が全体的な高反射率と低吸収率とを有するだけではなく、反射の際に入射光の偏光を少なくとも一部変換するタイプのものであることも有利である。すなわち、ある偏光状態の光が後方反射体に入射した場合、反射光の少なくとも一部分が、最初の偏光状態に直交する別の偏光状態に偏光される。
【０１０４】
多くの拡散反射体が、この偏光変換機能を有している。適切な拡散反射体の部類の１つは、例えば様々な光測定テスト装置のための白色標準として用いられているものであり、圧縮塊又はセラミックタイルの形態の硫酸バリウム又は酸化マグネシウムなどの白色無機化合物から作製される。ただし、これらは高価で固く、脆い傾向がある。他の適切な偏光変換拡散反射体としては、（１）微小空隙粒子充填物品（その粒子の屈折率の差、周囲の基質、及び延伸により造られ空気充填された任意の空隙に依存する）、（２）焼結ポリテトラフルオロエチレン懸濁液又は類似の物質から作られた微小多孔性材料、並びに（３）銀などの反射性材料でコーティングされた表面ディフューザーなどの構造化表面がある。微小多孔性偏光変換拡散反射フィルムを作製するための別の有用な技術には、熱誘起相分離法（ＴＩＰＳ）がある。この技術は、例えば米国特許第４，２４７，４９８号（Ｃａｓｔｒｏ）及び同第４，８６７，８８１号（Ｋｉｎｚｅｒ）に記載されるように、微小多孔性材料物質の調製に用いられてきており、ここで熱可塑性ポリマーと希釈剤とは、液体−液体相分離によって分離される。適切な固体−液体相分離プロセスについては、米国特許第４，５３９，２５６号（Ｓｈｉｐｍａｎ）に説明されている。微小多孔性材料に組み込まれる核形成剤の使用についても、米国特許第４，７２６，９８９号（Ｍｒｏｚｉｎｓｋｉ）に、固体−液体相分離法の改善として説明されている。更に適切な拡散反射偏光変換物品及びフィルムについては、米国特許第５，９７６，６８６号（Ｋａｙｔｏｒら）に開示されている。
【０１０５】
一部の実施形態において、後方反射体３４は、任意に、四分の一波長フィルム又はその他の光学的遅延フィルムと組み合わせて、３Ｍ  ＣｏｍｐａｎｙからＶｉｋｕｉｔｉのブランド名で入手可能な多層ポリマー輝度向上鏡面反射体（ＥＳＲ）フィルムなどの、非常に高い反射率の鏡面反射体を含むことができる。非常に高い反射性の鏡面材料の例としては他に、Ａｌａｎｏｄ（商標）ブランドの陽極酸化処理アルミニウムシートなどがある。上記で検討した構成の代替として、偏光変換は、高反射性鏡面反射体と体積拡散材料とを組み合わせて、後方反射体と前方反射性偏光子との間に配することによっても達成することができる。この組み合わせは、この適用目的のために、偏光変換後方反射体であると考えられている。あるいは、拡散材料又は微細構造機構を、鏡面反射体の表面に適用することができる。
【０１０６】
後方反射体３４が偏光変換タイプのものである場合、反射性偏光子３２により最初に反射された光は、偏光状態が偏光子によって透過されないため、後方反射体３４によって反射された後、偏光状態が今度は反射性偏光子を透過する光に少なくとも部分的に変換されることができ、よって全体的なバックライトの輝度及び効率に寄与することになる。
【０１０７】
反射性偏光子３２と後方反射体３４との間、キャビティ内に光源３６が配される。観察者の視点から、かつ平面図において、これらは反射性偏光子３２の後ろに配される。光源の外側放出表面は、従来の蛍光管又は蛍光灯のように、実質的に円形の断面を有するものとして図示されるが、他の断面形状もまた使用され得る。光源の数、それらの間の間隔、及びバックライトの他の構成要素に対する配置は、電力予算、全体の輝度、熱的考慮、サイズの制約といった設計基準に基づいて望むように選択することができる。
【０１０８】
追加的説明
このように、光学的反復単位で配置された複数のマイクロ層を有する様々な反射性多層光学フィルムを記載してきた。マイクロ層の屈折率は、フィルムが、垂直入射と比較した大きな入射角において、大幅に低減した反射率及びそれに対応して大幅に増加した透過率を提供する内部ブリュースター角を有するように選択され得る。換言すると、内部ブリュースター角は、フィルムが、垂直入射光線と比較して高い角度の光線を優先的に透過させることを可能にする。この優先的な斜角の透過は、垂線、すなわちフィルムのｚ軸を中心に回転対称であってもよく又はこれは非対称であってもよい。対称の場合、マイクロ層の間の境界面は第１入射面（例えば、ｘ−ｚ面）にて第１内部ブリュースター角を、第２入射面（例えば、ｙ−ｚ面）にて第２内部ブリュースター角を有してもよく、第１内部ブリュースター角と第２内部ブリュースター角は実質的に同一である。非対称の場合、マイクロ層間の境界面は、ｙ−ｚ面における第２内部ブリュースター角とは実質的に異なる第１面にて第１内部ブリュースター角を有し得る。
【０１０９】
フィルムのこれらの反射特性及び透過特性は、広帯域であり得、例えば、少なくともいくつかの偏光に関し、かつ垂直入射から高度な斜角（例えば、５０°、６０°、７０°又は８０°）の広範な入射角において、可視スペクトルにわたって延び、この領域にわたって比較的平坦である。
【０１１０】
多層光学フィルムは、対称であっても非対称であっても、垂直入射の非偏光の少なくとも７５％、８０％、８５％若しくは９０％又はそれ以上を反射し得る。斜角の入射において、ｐ偏光の反射率は、垂直入射と比較して著しく低減する。フィルムが非対称である場合、この反射率の低下は、面内の強軸におけるよりも、面内の弱軸に沿って強い。例えば、弱軸を含む弱面における入射光に関し、反射率は、垂直入射に対する特定の斜角θのにおいて、５０％、６０％、７０％又は８０％低減し得る。強軸を含む強面における入射光に関し、反射率は、垂直入射に対する特定の斜角θにおいて、４０％又は５０％減少し得る。
【０１１１】
フィルムは、反射率＋透過率が約１００％である、すなわちＲ＋Ｔ≒１００％（例えば、少なくとも９９％）であるように、低損失ポリマー材料から作製され得る。上記のポリマー材料に加え、ｓＰＳを有するアタクチックポリスチレン（ａＰＳ）のブレンドが、ｓＰＳの複屈折を修正するために有用であることが見出された。大量のａＰＳが、ｓＰＳの複屈折を破壊することなく追加され得る。複屈折の低減は追加したａＰＳの割合におよそ比例する。この方法により、ｓＰＳ−ａＰＳと選択された低屈折率ポリマーの多層のブリュースター角及び軸上反射率は双方とも、ｓＰＳ単独で達成されるものから修正され得る。
【０１１２】
多層光学フィルムの基本的特性に精通する読者は、多層光学フィルム内の所与のマイクロ層の対が、光の入射角の関数として異なる波長の光を反射し、これはまた、本明細書において記載される多層光学フィルムについても妥当するということを認識するであろう。いくつかの場合において、この特性は、入射角の関数として異なる波長を意図的に透過するか、又は反射する「色シフト」フィルムを構成するために利用される。しかしながら、本明細書において記載される多層光学フィルムは、例えば、４００〜７００ｎｍの人間の可視領域の、拡張された波長帯域にわたって、実質的に均一に光を反射及び透過するように設計され、広範囲の入射角にわたってそうするように設計される。十分な数のマイクロ層及び好適な層厚さ勾配を有するフィルムを提供して、広く実質的に平坦な反射帯域を提供することによって達成され得る。反射帯域は、これが入射角及び偏光と共にシフトする際に、拡張された波長帯域にわたって、比較的平坦又は均一なスペクトル透過率及び反射率が維持されるように、望ましくは十分に広くかつ十分に平坦である。平坦なスペクトル特性は、反射又は透過した光の知覚される色が光源の色からずれ過ぎないように、白色光が均一に反射又は透過することを確実にする。関心の拡張された波長帯域が可視スペクトルである場合、フィルムが平坦な主表面を空気に露出していることを想定し、あらゆる使用可能な角度にわたって４００〜７００ｎｍの均一な反射率を確実にするために、垂直入射において、４００〜９００ｎｍの、平坦な反射帯域を多層光学フィルムに提供することが多くの場合適切である。
【０１１３】
開示される多層光学フィルムを組み込む照明システムはまた、多層光学フィルムと共に光リサイクリングキャビティを形成するように配された後方反射体を含み得るが、読者は後方反射体及びリサイクリングキャビティを含まない照明システムにおいても使用され得ることを理解する。しかしながら、後方反射体は、含まれる場合、意図される用途によって様々な形態をとることができる。比較的安価な照明器具設計の場合、後方反射体は、シート材料の断片などの構造部材に適用される白い塗料による単純なコーティングであるか、又はこれを含んでもよい。ＬＣＤ  ＴＶ又は同様のディスプレイのためのバックライトなどの、より要求の大きい用途においては、後方反射体は、いずれかの偏光の可視光に対し、少なくとも９０％、９５％、９８％、９９％又はそれ以上の軸上平均反射率を有し得る。そのような反射率の値は、半球内に反射される全ての可視光を含み、すなわち、かかる値は、鏡面反射と拡散反射の両方を含む。この点において後方反射体は、空間的に均一又はパターン付きに拘わらず、主として鏡面性反射体、拡散反射体又は鏡面／拡散反射体の組み合わせ体であってもよい。後方反射体はまた、２００８年５月１９日に出願された、ＰＣＴ国際公開特許ＷＯ  ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号、「Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｓ  Ｗｉｔｈ  Ｓｅｍｉ−Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」（代理人整理番号第６３０３２ＷＯ００３号）（本明細書において参照として組み込まれる）に記載の半鏡面性反射体であるか、又はこれを含み得る。
【０１１４】
いくつかの場合では、後方反射体は、高反射率コーティングを有する硬質金属基材又は支持基材に積層された高反射率フィルムから作製され得る。好適な高反射性材料としては、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＥＳＲ）多層ポリマーフィルム、０．４ミル（１０．２マイクロメートル）厚のイソオクチルアクリレートアクリル酸感圧接着剤を使用して、硫酸バリウムが加えられたポリエチレンテレフタレートフィルム（２ミル（５．１マイクロメートル厚）をＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＥＳＲフィルムに積層することによって作製されるフィルム（得られる積層フィルムは本明細書において「ＥＤＲ  ＩＩ」フィルムと称される）、Ｔｏｒａｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＥ−６０シリーズＬｕｍｉｒｒｏｒ（商標）ポリエステルフィルム、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ＆  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃから入手可能なものなどの、多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム、Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ，Ｉｎｃから入手可能なＳｐｅｃｔｒａｌｏｎ（商標）反射材料、Ａｌａｎｏｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｖｅｒｅｄｌｕｎｇ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．から入手可能なＭｉｒｏ（商標）陽極処理アルミニウムフィルム（Ｍｉｒｏ（商標）２フィルムを含む）、Ｆｕｒｕｋａｗａ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏ．，ＬｔｄからのＭＣＰＥＴ高反射性発泡シート、Ｍｉｔｓｕｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃから入手可能なＷｈｉｔｅ  Ｒｅｆｓｔａｒ（商標）フィルム及びＭＴフィルム及び米国特許番号第５，９７６，６８６号（Ｋａｙｔｏｒら）に記載の、熱相分離（「ＴＩＰＳ」）を使用して作製される１つ以上の多孔質ポリプロピレンフィルムが挙げられる。
【０１１５】
後方反射体は、実質的に平らで滑らかでもよいし、あるいは、それは光の分散又は混合を強化するように関連付けられた構造化面を備えてもよい。そのような構造化表面は、（ａ）後方反射体の表面上に与えられてもよく、又は（ｂ）表面に付与された透明コーティング上に付与されてもよい。前者の場合では、高反射フィルムは、構造化面が予め形成された基板に積層されてもよく又は高反射フィルムは、平坦な基板（例えば３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（商標）（ＤＥＳＲ−Ｍ：Ｄｕｒａｂｌｅ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌなど）に積層され、その後で刻印操作などにより構造化表面が形成されてもよい。後者の場合、構造化面を有する透明フィルムを平らな反射面に貼り付けてもよいし、透明フィルムを反射体に貼り付け、その後で透明フィルムの上に構造化面を設けてもよい。
【０１１６】
直接照明構成、すなわち１つ以上の光源が照明システムの出力又は放出領域のすぐ後ろに配される構成を含むこれらの実施形態に関し、後方反射体は、光源がその上に取り付けられる、連続的な一体型の切れ目のない層であり得、又はこれは、別個の断片で非連続的に、若しくはそれを通じて光源が他の連続的な層に突出することができる別個の開口部を含む限りにおいて非連続的に構成される場合がある。例えば、反射材料ストリップが、光源列が取り付けられた基板に貼り付けられ、ストリップがそれぞれ、ある光源列から別の光源列まで延在するのに十分な幅を有し、かつバックライトの出力領域の両方の境界の間にわたるのに十分な寸法を有してもよい。
【０１１７】
照明システムはまた、リサイクリングキャビティに光を放出するように配された１つ以上の光源を含み得る。光源は、関心の拡張された波長帯域、典型的には可視スペクトルにわたって光を放出してもよく、又は例えばＬＥＤ若しくはレーザーからの紫外線、可視光若しくは赤外線の狭帯域を放出してもよい。例えば、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）は、それらの細長い発光領域にわたって白色発光を提供し、それら発光領域はまた、リサイクリングキャビティで発生するように、ＣＣＦＬに衝突する光の一部を散乱させように動作することもできる。しかしながら、ＣＣＦＬからの典型的な放射は、実質的にランベルトの角度分布を有し、これは、一部の超低損失バックライト設計では非効率であり、又は他の点で望ましくない場合がある。また、ＣＣＦＬの発光表面はまた、いくらか拡散的に反射性であるが、このような用途においては過剰であり得る吸収損失を典型的に有する。他方で、蛍光光源は、頭上照明器具又は作業用照明などのより高い損失のシステムにおいて完全に適切である。
【０１１８】
発光ダイオード（ＬＥＤ）もまた、光源として使用するために好適である。ＬＥＤダイは、ランベルト反射に近い方法で光を放射するが、ＣＣＦＬに比べて大きさが遥かに小さいため、ＬＥＤ配光は容易に改善することができ、例えば、全体封止レンズ、反射体又は抽出材を用いて、生じるパッケージ化したＬＥＤを、前方発光体、側方発光体又は他の非ランベルト反射的特性にすることができ、これは他のいくつかの用途において有益であり得る。しかしながら、ＬＥＤ光源はＣＣＦＬよりもサイズが小さく強度が高いので、ＬＥＤを使用して空間的に均一なバックライト出力を生成することはより難しくなる可能性がある。これは、特に、赤／緑／青（ＲＧＢ）色ＬＥＤの配置などの個々の色付きＬＥＤを使用して白色光を生成する場合に当てはまり、その理由は、そのような光の横方向の移動又は混合を十分に実現できないと、望ましくない色付き帯又は領域が生じる可能性があるからである。そのような色不均一性を減少させるために、白色発光ＬＥＤを使用することができ、白色発光ＬＥＤでは、蛍光体が青色又は紫外線発光ＬＥＤダイによって励起されてＬＥＤダイと同等の小さい面積又は体積から強い白色光が出力される。しかし、白色ＬＥＤは、現在、個々の色付きＬＥＤ配置で実現できるほど広い液晶表示色域を提供することができず、したがって必ずしも全ての最終用途に望ましいわけではない。
【０１１９】
あるいは、白色光は、指向性光制御又は光混合のために本発明のフィルムを利用する、光リサイクリングキャビティの中、又は上の、ＬＥＤから離間した位置に蛍光体を加えることにより、青色若しくは紫外線ＬＥＤ、又は一般的に、より短い波長源からの任意のより長い波長の光から生成することができる。この配置は場合により、「遠隔蛍光体」と称される。
【０１２０】
いずれの光源が使用されても、これらはシステムの拡張された出力表面のすぐ後ろ、例えば多層光学フィルムのすぐ後ろに位置付けられてよく、又は出力表面の縁部に沿って位置付けられてよい。前者の場合は「直接照明」システムと称され、後者は「エッジ照明」システムと称される。いくつかの場合において、直接照明システムはまた、装置の周辺部に１つ又はいくつかの光源を含んでもよく、又は縁部照明システムは、出力領域のすぐ後ろに１つ又はいくつかの光源を含んでもよい。そのような場合、光の大半が出力領域のすぐ後ろから生じる場合は、このシステムは「直接照明」と見なされ、光の大半が出力領域の周辺部から生じる場合は、このシステムは「エッジ照明」と見なされる。直接照明システムは「パンチスルー」現象の影響を受けやすく、光源それぞれの上の出力領域に明るい点が現出する。エッジ照明システムは典型的には、縁部に取り付けられた光源から出力領域の全ての点に光を伝播又は案内する中実の光導体を含み、光導体はまた、光導体から観察者に光を向ける光抽出機構を有する。システムが液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置のバックライトである場合、１つ以上の偏光子（吸収偏光子及び反射偏光子を含む）、ディフューザー、プリズム状フィルム（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能ないずれかの輝度向上フィルム（ＢＥＦ））を含み、かつ利用可能な転向フィルムを含む）及び液晶パネルなどの追加的な構成要素が、典型的にはフィルムと観察者との間に含まれる。頭上照明器具又は作業用照明など、システムがより単純である場合、追加的構成要素としては、ディフューザーフィルム若しくはパネル及び／又は、開示される多層光学フィルムがそこに積層され得るか若しくは開示される多層光学フィルムがそれに対して定置され得る他の剛性の光透過性パネルが挙げられる。
【０１２１】
既に記載したように、上記のブリュースター角多層光学フィルムは、様々な照明システムに使用することができ、直接照明ＬＣＤバックライトに限定されない。室内照明及び空間照明のための照明器具、街灯、バックライト式看板及び他の照明目的が想到される。本明細書において記載される照明システムは、ここで掲載され、以下でより詳細に記載されるいくつかの重要な要素：
１）１つ以上の光源及びこれらの定置（上記の多くの実施例）と、
２）
（２ａ）高効率後方反射体及び
（２ｂ）前方部分透過性反射体（例えば、本明細書において記載される又は参照として組み込まれるフィルムの１つ）によって主に画定される光リサイクリングキャビティと、
３）前方反射体と後方反射体との間に位置する１つ以上の拡散素子（これは要素２の一部であるか又は別個であり得る）と、
４）前方反射体の出口側に位置する光路変更層と、を含み得る。
【０１２２】
キャビティの縁部は、縁部からの所望の光出力により、前方又は後方反射体のいずれかの部分であるように設計され得る。
【０１２３】
リサイクリングキャビティ及びディフューザー素子の重要な機能は、均一の又は他の設計された光の光束を光路変更層の入力表面に提供することである。光路変更層は次に、システムによって放出される光に望ましい指向性を提供する。非常に多様な属性を備える上記の４つの要素が利用可能であり、これは、薄く、大面積の照明システムからの均一性及び指向性に関する照明産業における非常に多様な現在の必要性を解決するために、適切な組み合わせで選択され得る。構成要素それぞれの関連する態様が以下でより詳細に記載される。
【０１２４】
１．光源
上記のように、光源はエッジ照明システムにおいて縁部に定置され又は直接照明方式で定置され得る。光源の定置、並びに光源からの光の放射の指向性及びこれがシステム内の反射体及びディフューザーの角性能にどのように関連するかは、照明システムの効率性及び均一性に大きな影響を有し得る。
【０１２５】
これらの特性をバックライト内にうまく組み込むことができるかどうかは、ある程度バックライトを照明するのに用いられる光源のタイプに依存する。例えば、ＣＣＦＬは、その細長い放射領域全体にわたって白色光を放射し、そのような放射領域はまた、リサイクリングキャビティ内で起こるのと同じように、ＣＣＦＬに当たる光の一部を散乱させる働きをすることもできる。しかしながら、ＣＣＦＬの典型的な発光は、実質的にランベルトな角度分布を有し、これは所与のバックライト設計において非効率的であり、ないしは別の態様で望ましくない場合がある。また、ＣＣＦＬの発光表面は、若干拡散的な反射性があるがまた、典型的には吸収損失を有しており、これは、高度なリサイクリングキャビティが所望される場合は顕著になり得る。ＬＥＤダイはまたランベルト方式でも光を放射するが、ＣＣＦＬと比較して寸法が非常に小さいので、例えば、一体型封止レンズ、反射体又は抽出器でＬＥＤ配光を容易に変更して、得られたパッケージ化ＬＥＤを前方発光、側方発光又はその他の非ランベルト特性とすることができる。このような非ランベルトプロファイルは、本開示のバックライトに対して重要な利点をもたらし得る。しかしながら、ＬＥＤ光源はＣＣＦＬに比べてサイズが小さく高輝度であるため、ＬＥＤを用いて空間的に均一なバックライト出力エリアを作製するのはより難しくなる。これは、赤／緑／青（ＲＧＢ）ＬＥＤの配置など、個々に色が違うＬＥＤを用いて白色光を供給する場合には特に当てはまり、そのような光を適切に水平移動させる又は混合することができないと、好ましくない着色帯又は領域を容易に生じてしまうことがあるからである。白色発光ＬＥＤでは、青又はＵＶ発光のＬＥＤダイによって蛍光体が励起され、ＬＥＤダイとほぼ同じ小面積又は体積から強い白色光を作り出す。これは、色の不均一さを低減するのに使用することができるが、現在の白色ＬＥＤでは、個々に色が違うＬＥＤの配置により達成できるような広範囲の色を供給することはできず、よって、あらゆる最終用途のアプリケーションには必ずしも望ましくない。蛍光体ベースのＬＥＤは概して、ランベルト指向性出力を生じる。ランベルト、バットウィング又は側方発光特性を有する、蛍光体を有さないＬＥＤが利用可能であり、これはシステムの性能を最適化するために使用され得る。
【０１２６】
蛍光体ＬＥＤの代替として、蛍光体層は、キャビティ内又は前方反射体の出口側の他の構成要素にコーティングされるか、ないしは別の方法で取り付けられる場合がある。
【０１２７】
２．光リサイクリングキャビティ及びディフューザー
効率的な光リサイクリングキャビティは、キャビティ内に注入されるか、又はキャビティ内でリサイクルされる光の指向性及び偏光方向の両方を効率的に混合することを意図される。これは、低損失反射体及び２つの反射体の間に位置する光路変更要素の両方を必要とする。リサイクリング光学キャビティ内において、光の大部分が、部分的に透過性で部分的に反射性の前面反射体から出る前に実質的に同一の広がりをもつ前面反射体と後方反射体の間で複数の反射を経験する。
【０１２８】
前方反射体は、そのような使用可能な光が所望により横方向に移動又は拡散するのを支援するために、並びにバックライト出力の許容可能な空間的均一性を達成するのに光線角度をランダム化するために、十分高い反射率を有するが、同時に照明システムの適用輝度が許容可能であることを確実にするため、適切な、用途において使用可能な角度内への十分に高い透過率を有する。例えば、低損失の前方反射体及び後方反射体、これに加えて側方反射体を含む低吸収損失の実質的に閉じたキャビティを提供し、かつ光源と関連した損失を極めて低く維持することの両方によって（例えば、全ての光源の累積放射領域が、バックライト出力領域の小さな部分であることを確実にすることによって）、リサイクリングキャビティ内で伝搬する光の総合損失が極めて低く維持される。
【０１２９】
製造コスト又は効率の理由から、直接照明バックライトではランベルト発光ＬＥＤが好まれる場合がある。同様の理由で、個別の光偏光装置は好まれない場合がある。良好な均一性及び「パンチスルー」の低減が、本明細書において記載されるフィルムの使用により依然として達成され得る。前方反射体が高度に反射性である場合（例えば、垂直入射において約１０％未満又は５％未満の透過率を有する）、ＬＥＤは、システムを垂直入射において見たときに、より見にくくなる。本明細書において記載されるフィルムは斜角においてより高い透過率を有し得るが、例えばＬＥＤなどの所与の点光源からの光の強度は１／Ｒ＾２の値で減少する（式中ＲはＬＥＤから前方反射体上の点までの距離である）。したがって、斜角で見たとき、この距離の因数によりパンチスルーの強度が減少する。斜角においても、フィルムの部分的な反射性と組み合わされる際に、パンチスルーは更により低減される。加えて、垂直角において遮断される光は、下記の適切な拡散素子によって散乱する場合、システムの均一性を更に増加させるように配光される。
【０１３０】
３．拡散素子
リサイクリング光学キャビティは、キャビティに鏡面特性と拡散特性のバランスを提供する構成要素を含み、構成要素は所望の度合いの横方向の光移動を支援するための十分な鏡面性を有するがまた、キャビティ内における定常光の所望の角度及び空間的分布を実質的に提供するために十分な拡散性を有する。偏光照明システムに関し、キャビティ内のリサイクリングは好ましくは、入射光の偏光状態に対する、反射した偏光の一定の度合いのランダム化を含み、これは使用不可能な偏光を使用可能な偏光に変換するメカニズムを可能にする。前方反射体及び後方反射体の組み合わせ体並びに拡散素子は個別の光源から前方反射体の表面までの光の移動を制御する光導体を作る。このプロセスを制御するメカニズムがここで記載される。
【０１３１】
ミラーと呼ばれることもある、純粋鏡面性反射体は、「入射角は反射角に等しい」という光学的規則に従って機能する。両方とも純粋に鏡面性である前方反射体及び後方反射体を有する中空のキャビティ設計は、キャビティを横断する光の最大の横方向の移動を提供するがこれは、リサイクルされる光線が、キャビティにおけるその横方向の通過において阻害されないためである。しかしながら、所与の入射角での光伝播を、他の入射角に変換する機構が存在しないため、キャビティ内において角混合は生じない。一方で、純粋のランベルト面の反射体は、光線を全方向に等しく向け直す。これは図１３の中空のキャビティ設計に見られ、前方反射体及び後方反射体は共に純粋にランベルト面である。同じ最初に発射された斜光線は前方反射体によって全ての方向で直ちに散乱され、散乱する光の殆どはキャビティ内に反射して戻るが、いくらかは前方反射体を透過する。反射光のいくらかは「前方に」（図に見られるように一般的に右に）伝播するが、同等の量が「後方に」（一般的に左に）伝播する。前方散乱とは、反射光の横方向又は面内（当該散乱表面に平行な面）伝搬成分を意味する。このプロセスが繰り返されると、数回の反射の後、光線の前方に向けられた成分は大きく減少する。光線は迅速に分散し、鏡面システムと比較して大幅に減少した横方向の移動を生じる。
【０１３２】
半鏡面反射鏡は、鏡面反射特性と拡散特性のバランスを提供する。図１４の中空のキャビティ設計では、前方の反射体は純粋に鏡面性であるが、後方反射体は半鏡面性である。同じ最初に発射した斜光線の反射された部分は後方反射体に当たり、調節された量で実質的に前方散乱する。次に、反射した光錐は部分的に透過されるが、殆どは後方に反射して（鏡面反射）反射体に戻り、一方でこれらは全て更にかなりの程度「前方」方向に伝搬する。
【０１３３】
このように、半鏡面反射鏡は、光線の方向及び偏光の適切な混合を更に提供しながら、リサイクリングキャビティの全域に光が横方向に広がるのを促進することがわかる。部分拡散であるが、実質的に前方に向けられた成分を有する反射体は、より少ない光線の全反射で、より多くの光をかなりの距離にわたって移動させる。定性的には、半鏡面反射鏡は、実質的に逆散乱よりも前方散乱をより多く提供する反射鏡であると説明することができる。半鏡面反射ディフューザーは、入射光の実質的過半数に関して光線方向の垂直成分を逆転させないものであると定義することができる、すなわち、光は実質的に前方（ｚ）方向に透過され、かつある程度ｘ及びｙ方向に散乱される。半鏡面性のより定量的な記載が、２００８年５月１９日に出願された、共通の譲受人によるＰＣＴ国際公開特許ＷＯ  ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸ号「Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｓ  Ｗｉｔｈ  Ｓｅｍｉ−Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」（代理人整理番号第６３０３２ＷＯ００３）に提供される。
【０１３４】
図１４の２つの構成要素システムの代替物として、前方反射体と後方反射体との間のリサイクリングキャビティの中に追加の光学的構成要素を挿入することができ、このような追加的構成要素は、所望の程度の半鏡面性をキャビティに提供するように調整されてもよい。多くの場合、キャビティ内の構成要素の数を最小にすることが望ましいが、第３の構成要素を使用することにより、前面反射体又は後方反射体の最小損失設計を可能にすることによって、キャビティの効率を高めることができる。
【０１３５】
散乱要素によるキャビティ内の光線の混合は、いくつかの方法で達成することができる。これは、前面反射体又は後方反射体の一体部分である拡散素子によって又は前面反射体若しくは後方反射体に積層された拡散素子によって又は２つの反射体の間のどこかに配置された個別の拡散シートを使用することによって、行うことができる。これらの選択肢のうちのいずれかの選択肢の組み合わせが可能である。その選択は、光損失、構成要素コスト、製造の都合などの問題の相対的重要度に依存する。拡散素子は、前面反射体又は後方反射体のどちらかに貼り付けられてもよいし、どちらかの一体部分でもよいし又はディフューザーと反射体との間にエアギャップが提供されてもよい。
【０１３６】
ディフューザーが、どちらかの反射体の一体部分か、どちらかの反射体に積層されるか又はキャビティ内に別個の構成要素として配置されるかに関係なく、全体的な望ましい光学性能は、後方反射体から前面反射体、再び後方反射体までの１つの往復経路を完成させる光線の角度分散機能の制御の１つである。半鏡面反射鏡は、反射鏡及びランベルト反射体の両方の特性を有することができ又は鏡面方向の周りの明確なガウスコーンであることができる。あるいは、ディフューザーは例えば、再帰反射フィルム又はコーティングのための重要な後方散乱特性を有し得る。ディフューザー構成要素はまた、反射体とは別個である場合があり、制御された度合いのディフューザーを有する後方反射体を作るために、いくつかの可能な構成が存在することに留意する。
【０１３７】
（１）高反射率拡散後方反射体上の部分透過鏡面性反射体、
（２）高反射率鏡面性後方反射体を覆う部分ランベルトディフューザー、
（３）高反射率鏡面性後方反射体上の前方散乱ディフューザー、
（４）鏡面性後方反射体上の部分再帰反射コーティング、
（５）波形化高反射率鏡面性反射体、
（６）拡散反射体。
【０１３８】
それぞれの構成では、掲載された第１の要素はキャビティの内部に面するように配置される。構成（１）〜（４）の第１の要素は、後方反射体の領域上で連続的又は不連続的であり得る。更に、第１要素はディフューザー特性の勾配を有することができ又はディフューザーの勾配がつけられている追加パターンを印刷又はコーティングすることも可能である。勾配がつけられているディフューザーは任意的であるが、様々なバックライトシステムの効率を最適化するために望ましい場合がある。用語「部分ランベルト」は、入射光線の一部のみを散乱する要素を指す。このような要素で散乱される光の一部はほぼ均一に全方向に向けられる。構造（１）において、部分鏡面反射鏡は前方反射体で利用したものとは異なる構成要素である。この場合の部分反射体は、中程度の反射率の空間的に均一なフィルム又は有孔の多層又は金属製反射体のような、空間的に均一な反射体であってもよい。鏡面性の程度は、孔の寸法及び数を変えることにより、若しくはフィルムの基本反射率を変えることにより、又はその両方により調整することができる。
【０１３９】
構造（５）は、多層ポリマー鏡面フィルムを熱でエンボス加工することにより、又はこのようなフィルムを物理的に波形化することにより作製することができる。更に、これらの形状を有する任意の表面を、金属製又は過剰金属反射フィルムでコーティングすることができる。更に、（１）〜（４）の半鏡面性構造は、その光移動特性を最適化するために波形化する又はエンボス加工することができる。
【０１４０】
本発明の前方反射体のいずれかを有する（２）、（３）、（４）及び（５）の拡散要素又はこれらの任意の組み合わせなど、これらの組み合わせのいくつかはまた、前方（部分）反射体においても可能である。同様に、上に挙げた第１の素子は、リサイクリングキャビティの内部に配置される。３つの構造全ての第１の素子は、部分反射体の領域上で連続的又は不連続的であり得、第１の素子は、ディフューザー特性の勾配を有することができ又は勾配がつけられている追加ディフューザーパターンを素子に印刷又はコーティングすることができる。
【０１４１】
定量的には、半鏡面性の程度（所与の反射体又は他の構成要素の鏡面性対ランベルト特性対再帰反射特性）は、それぞれＦ及びＢと呼ばれる前方及び後方散乱光成分の光束を比較することによって効果的に特徴付けることができる。順方向及び逆方向分散される光束は、立体角全てに対する積分反射強度（又は光学透過性構成要素の場合は積分透過強度）から得ることができる。半鏡面性の程度は、次に：
Ｔ＝（Ｆ−Ｂ）／（Ｆ＋Ｂ）で得られる「移動比率」Ｔによって特徴付けることができる。
【０１４２】
Ｔは、純粋な再帰反射から純粋な鏡面反射に移るにつれて−１から１までの範囲に及ぶ。完全な再帰反射体では、全ての光が後方散乱し、Ｆ＝０かつＢ＝１である。純粋ランベルト反射体では、順方向及び逆方向分散光束が等しい（Ｆ＝Ｂ）ため、Ｔ＝０である。純粋鏡面性反射体では、逆方向分散が存在しない（Ｂ＝０）ため、Ｔ＝Ｆ／Ｆ＝１である。実験により測定された値の例が、２００８年５月１９日に出願された、共通の譲受人によるＰＣＴ国際公開特許ＷＯ  ＸＸＸＸ／ＸＸＸＸＸ号「Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｓ  Ｗｉｔｈ  Ｓｅｍｉ−Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」（代理人整理番号第６３０３２ＷＯ００３）に提供される。任意の実際の反射性又は透過性構成要素の移動比率は、入射角の関数である。順方向分散光の量は、例えば、ほぼ垂直な入射光とグレージング入射光によって異なることが予想されるため、これは論理にかなう。
【０１４３】
拡散反射体の特徴付けは、ａｕｔｒｏｎｉｃ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ  ＧｍｂＨ（Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能なＡｕｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅにより、反射モードで行うことができる。試料をコノスコープレンズの焦点から約２ｍｍの場所に定置する。試料を、選択した入射角で白色コリメート光を用いて、機器で照射する。試料から反射した光をコノスコープレンズで収集し、二次元検出器アレイ（ＣＣＤカメラ）の上に画像化する。キャリブレーションファイルを使用してこの画像を角度分布関数に変換する。機器は、半鏡面性反射体及び拡散反射体の角度反射特性における非常に有用な比較を提供する。反射体の有意な反射成分は鏡面反射角近傍の検出器の飽和を引き起こすことができるが、この値は、低感受性の機械設定で別個に測定することができる。
【０１４４】
移動比率は、ある角度の光線と反射体又はディフューザーとの単一相互作用に関して明確に定義される。良好なリサイクリングキャビティは、全角度の光線と、少なくとも２つの反射又は散乱構成要素及び恐らく３つ以上の反射又は散乱構成要素、との複数の相互作用を生じさせる。単一相互作用の移動比率は入射角の関数であるので、総キャビティ移動比率の説明は単一構成要素と比べてより複雑である。「有効キャビティ移動比率」又はより記述的には「キャビティ移動値」は、キャビティが、どれだけ良好に注入された光を注入点からキャビティ内の遠点まで広げることができるか、更にどれだけ十分にそれをランダム化して光をユーザーに向かって均一に方向付けることができるかの尺度であるべきである。相対キャビティ移動値の簡単な評価方法は、鏡面反射、半鏡面反射及びランベルト構成要素の様々な組み合わせの優劣を判定するのに有用である。この目的のため、次のように表わされるそれぞれの構成要素の前方移動数ｆＴを定義する。
【０１４５】
ｆＴ＝Ｆ／（Ｆ＋Ｂ）
式中、Ｆ及びＢは本明細書に記載のように決定又は測定されるが、ここでは単一相互作用の全角度にわたって平均化する。約１０°の間隔で１０°から８０°までの測定が、適切な平均を提供するために十分である。Ｆ及びＢは前方及び後方散乱光の相対比率であり、定義によりＦ＋Ｂ＝１であるので、簡単に前方散乱光の一部であるｆＴ＝Ｆが得られる。次に、キャビティ移動ＣＴは、キャビティの前方反射体及び後方反射体のＦ値の積である：
ＣＴ＝Ｆ前方＊Ｆ後方。
【０１４６】
例えば、前方反射体が鏡面性であり、Ｆ前方＝１を有し、半鏡面性後方反射体がＦ後方＝０．７５を有する（移動比Ｔ＝０．５）場合、総キャビティ移動値は、ＣＴ＝１＊０．７５＝０．７５として提供される。
【０１４７】
最も一般的なディフューザーではＴは上記のように０から１までの範囲に及び、ｆＴは０．５から１．０までの範囲に及ぶ。いくらかの再帰反射特性を有する材料がディフューザーとして利用される場合、そのような材料に関してＴは負であり得、０から−１までの範囲に及ぶ場合があり、Ｆは０から０．５までの範囲に及ぶ。９０°又はほぼ９０°の角度の小平面を有するプリズム構造のように、再帰反射ガラスビードが一例である。
【０１４８】
別の例では、前方反射体がＦ前方＝０．５（Ｔ＝０）であるランベルト面であり、後方反射体がＦ後方＝０．７５（Ｔ＝０．５）である半鏡面性の場合、総キャビティ移動値はＣＴ＝０．５＊０．７５＝０．３７５である。後者のキャビティは、第１の例のキャビティよりもかなり少ない光を注入点から所与の距離まで移動させることが予測される。この予測は、本明細書に記載の実験によって確認される。
【０１４９】
いくつかの用途において、前方反射体は、いくつかの構成要素の積み重ね、例えば、鏡面反射又は半鏡面反射鏡と、それに続く光方向転換層又は１つ以上のディフューザーとから構成することができ、転換層とディフューザーは互いに積層されてもされなくてもよい。前方及び後方反射体はそれぞれ、特定の順番で組み立てられる構成要素の一群であると定義することができる。前方反射体又は後方反射体を構成する全構成要素の総体的な移動特性は、１回の測定で決定され得る。個々の構成要素（例えば、フィルム）の、構成要素の積み重ねの移動特性に及ぼす影響は、積み重ねの中の構成要素の順番及び配向、並びに積み重ねの中の他の構成要素の特性に依存する。少なくともこれらの理由により、積み重ねは全体として測定され得る。前方反射体の構成要素は、Ａｕｔｒｏｎｉｃｓ及びＲａｄｉａｎｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ（Ｄｕｖａｌｌ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＵＳＡ）により製造されるもののような測定装置の中に、内部キャビティ表面を測定する光ビームに対向させて設置され得る。
【０１５０】
半鏡面反射鏡に関して上述したＦ及びＢの測定は反射モードで行われ、これは、入射ビームの一部が散乱層を２回通過する又は散乱層から１回反射することを意味する。ディフューザーが、キャビティの中の前方及び後方反射体の間のどこかに位置付けられる中間構成要素だとすると、光線は移動プロセス中に、前方から後方へのサイクルを１回として、２回通過する。このため、中間構成要素のＦ及びＢ値を、鏡にコーティングされたディフューザーと同じ方法で測定した値であると定義する。中間構成要素は、前方又は後方反射体のいずれかと同じグループにすることができ、中間構成要素と選択された反射体の移動特性の組み合わせを共に測定することができる。光の大部分が中間構成要素の上側で（又はキャビティの中の孔を介して下側から）キャビティの中に注入される場合、中間構成要素は下部反射体と同じグループになり得る。光の大部分が中間構成要素の下方で注入される場合、中間構成要素は移動測定のために前方反射体と同じグループになり得る。
【０１５１】
４．光路変更層
開示されるフィルムが前方反射体として光キャビティ内で利用されるとき、光路変更層はキャビティからの光束を受容する。光路変更層に入射する光束は、θ０及びφ０（フィルムの最大光透過の極角及び方位角）の規定値周辺を中央に合わせた角度分布を有する。Δθｅ及びΔφｅによってもたらされる角度範囲Δθ及びΔφは、光の殆どを所望の角度範囲に効率的に向け直すことができる、マイクロ構造の設計を可能にする。光路変更層は、特定の角制御のための、ランベルト出力又はプリズム若しくはホログラム構造のための、バルクディフューザーであり得る。Δθｅ及びΔφｅによるパラメータは、同日付けで出願された、共通の譲受人による米国特許出願番号第ＸＸ／ＸＸＸＸＸＸ号「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ  Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ  Ｗｉｔｈ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｂｏｔｈ  Ｐｏｌａｒ  ａｎｄ  Ａｚｉｍｕｔｈａｌ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ」（本明細書に参照として組み込まれる）により完全に記載される。
【０１５２】
表面構造が、多層光学フィルムの、光が入射する側と反対側の側に定置され得る。これらの多層フィルムは特に、垂直入射で比較的高い平均反射率を有するように設計され（約９０％以上）、したがって、「ミラー」とみなされ得るが、これらはまた、方位角若しくは極角のいずれか又は両方かにおける一定の角度範囲において、実質的な量の光を透過するように設計される。
【０１５３】
光を垂線の方に向け直すために（これは例えば液晶ディスプレイバックライトにとって望ましい）、一定の構造の形状が、そこから光が出るミラー表面の上部又は上方に定置され得る。これらの構造は、プリズム状又は球状若しくは部分的な球状、あるいは他の規則的又は不規則的な形状であり得る。構造はまた、光を屈折させるか若しくは光を回折させるか又は両方を組み合わせて行うために大きさを調節され得る。異なる面に入射する光の透過率に関する、ミラーの指向性の対称性の度合いは、透過光の向きを変えるために一次元又は二次元構造がミラーに追加されるかどうかを決定し得る。いくつかのミラーは実質的にフィルムの一方の軸に沿ってのみ透過し、すなわちこれらは指向性光の実質的に細い円柱を生じる。これらの「１Ｄ」ミラーはより効率的に１Ｄを例えば、線形の表面構造を使用することができ、線形の構造は、典型的にはこの透過軸と垂直な、主要透過面との角度で定置される。いくつかの実施例が以下に提供される。一般的に、ミラーの入射側面上に表面構造は必要とされないが、フィルム反射率のいくつかの指向性の挙動を向上させるために構造が追加される場合がある。他のミラーは拡張された角度範囲にわたって透過することができ、光の向きを変えるために、二次元構造をよりよく利用することができる。
【０１５４】
従来は、反射した入射光を拡散するか又は向け直すために、表面構造がミラーに追加された。ここでは、透過した光の部分を向け直すために構造が追加され得ることを開示する。上記のフィルム及びマイクロ構造が、バックライト内で使用されて、実質的にランダムな指向性光の様々な度合いのコリメーションを提供する。バックライトを出る光の角度範囲を縮小することは、光源光が非常にランダムであるか又はランベルトであるときに困難であり、多くの場合均一化のための条件が必要とされる。本明細書において開示されるブリュースターミラーフィルム及び他の構成要素は、高度に指向性の光源を作ることを補助し得る。加えて、これらのミラーは明るい点光源又は線光源を隠すことを補助し得る。ディスプレイの均一性の要件は多くの場合、光源の出力のランダム化を必要とする。非常に明るい点光源、例えばＬＥＤが直接照明ディスプレイバックライトで使用される場合、問題は更に大きい。これらの物品で使用されるミラーの際立った特徴は、これらの指向性の効果を生じるために、ミラーの入射側面上に殆ど又はまったく構造を必要としないことであり、これは、指向性の効果が平面的な複屈折境界面の光学的性質から生じるためである。
【０１５５】
二次元構造はランダム又は規則的な配列の両方であり得る。ビード、球体、角錐などの配列などの二次元的構造は、対称的反射体及び非対称的反射体の両方で使用され得る。これらは、結合材と共にコーティングされる予備形成された構造であり得るか、又はエンボス加工され得、すなわち中実表面層の熱エンボス加工により若しくはキャスト及び硬化プロセスにより又は押出成形メルトコーティング及びエンボス加工により複製され得るかのいずれかである。構造は稠密であるか、又は離間している場合がある。あるいは、このような表面構造を含むフィルムが積層される場合がある。
【０１５６】
２Ｄ構造は丸い若しくは柱状である、又は両方の組み合わせであり得る。特に有用な構造は、航空機の「ノーズコーン」と同様の丸い円錐形構造である。この構造は球状構造の頂部に生じる平坦な面積を低減する。個別の要素は回転立体であり得るか又は多面体であり得る。
【０１５７】
部分ミラーの出口表面からの光線角度の出力分布は、様々な表面構造の追加によってより狭い角度範囲に圧縮することができる。コリメーションの度合いは、構造体の形状に依存し、形状は一般的に表面に対する面法線ベクトルの分布によって特徴付けられる。
【０１５８】
バットウィング配光を生じるために使用される米国特許第３，８２９，６８０号（Ｊｏｎｅｓ）に開示される構造が、開示されるブリュースター角ミラーと共に使用されて、これらのバットウィング配光を修正し得る。この構造は、ほぼ垂直入射で出口面に接する範囲の光線を再帰反射することによってバットウィング配光を生じる。これらの構造は開示されるブリュースター角ミラーで良好に機能し得るがこれは、これらの構造がこれらのほぼ垂直な光線の殆どを既に遮蔽し、より高い角度の光線をより多く供給し、これらの光線が次に構造化表面によって垂線近くに曲げられるためである。これらの方法において、ブリュースターミラーの最大出力角度（ほぼ６０°から７０°まで）が、より小さい角度に向け直され得る。更に、ミラー自体がほぼ垂直な光線を遮蔽し得るため、マイクロ構造はもはや再帰反射される必要がなく、Ｊｏｎｅｓのものから修正されて、より斜めの光線の屈折角を向上し得る。
【０１５９】
一般的に、半球状の角度の制限された範囲にわたって選択的に光を透過する、本明細書において記載される多層フィルムなどの光学素子は、マイクロ構造の光路変更層の性能を向上するために有用である。マイクロ構造は、ランベルト光源からの光の指向性の制御において、制限された用途を有する。しかしながら、本明細書におけるフィルムは、ランベルト配光の選択された部分のみを透過し、より効果的にこの光の向きを変え得る特殊な表面構造の設計を可能にする。
【０１６０】
代表的なマイクロ構造は、多層フィルムを透過する高角度の光線を、垂直に近い角度に屈折させる、面法線の配光を有するものである。１つのみの面法線角度ではなく、プリズム小平面は、連続的な範囲の面法線によって表される。この構造は、湾曲した小平面を有するプリズムの線形配列であり得るか又は「ノーズコーン」構造などの回転対称の構造であり得るか又は細長い３Ｄ構造であり得るかのいずれかであり得る。
【０１６１】
照明システム
代表的な照明システムの概略図が図３４に図示される。上記で概説された原理を使用して、指定のコリメートされた光出力角度分布２α及び２βを有する、薄い大面積の効率的な照明システムが構成され得る。角度α及びβはそれぞれ、基本フィルム特性出力角度Δθｅ及びΔφｅに起因する場合があり、光路変更層は、標準的な光学設計及び光線追跡ツールの使用によって設計され得る。配光２α及び２βが、光の強度が中央値の１／ｅとなる角度範囲として画定される。２αがθｅ及びマイクロ構造によって決定される角度範囲である場合、これは１８０°の大きさ又は２０°の狭さであり得る。中間値の３０°、４５°、６０°、９０°及び１２０°もまた容易に達成される。２βが方位範囲Δφｅ及びマイクロ構造によって決定される角度範囲である場合、これは１８０°の大きさ又は４５°の小ささであり得る。中間値の６０°、９０°及び１２０°もまた容易に達成される。多層フィルム及びプリズムの主軸は、照明器具又は他の照明装置の縁部に対して任意の角度で方向付けられ得る。図３４において軸は単に例示的な目的で位置合わせされている。矩形の形状に加えて照明システムは任意の形状であり得る。輪郭は非常に薄い場合があるが、厚い（深い）キャビティも同様に容易に構成される。
【０１６２】
照明システムは、エッジ照明、直接照明又はこれら両方の組み合わせであり得る。
【０１６３】
前方反射体が光路変更層に取り付けられてもよく、あるいは両方がガラス若しくは剛性ポリマープレートなどのプレートに取り付けられてもよい。ガラス又はプレートは、別のシステム、典型的には照明システムによって照明されるシステムの構成要素であり得る。一例はＬＣＤパネルである。
【０１６４】
電球隠蔽（bulb hiding）及びゾーン制御を有する直接照明中空照明システム
エッジ照明型の中空キャビティ照明システムにて向上した光移動において、均一性を促進するために、キャビティ内の大きな距離に効率的に光を拡散させるため、前方反射体及び後方反射体のキャビティ移動比ＣＴ及びしたがって前方移動比率ｆＴは、光移動値が高くなるように選択される。ＬＣＤのための直接照明のゾーン分割されたバックライトの場合、所定の小面積の光源、例えば、極部化された照明ゾーンの１つ又は僅かなＬＥＤからの光の拡散の範囲を制限する必要性が存在する。しかしながら、ゾーン内の均一性が依然として何らかの手段により作られなくてはならず、製造の費用及び容易さの両方が主な検討事項である。これらの後者の理由のために、システム内の様々なゾーンの間の壁又は他の反射性障壁を使用せずに、所定の局所的な光源からの光を閉じ込めることが望ましい。
【０１６５】
開放システム内の均一性及び制限された光の拡散の両方を達成するために、いくつかの構成要素が同時に使用されるべきである。これらの構成要素は、
（１）前方プレート上の、角度を選択できる部分的に透過性の反射体と、
（２）拡散構成要素と、
（３）低い又は負のキャビティ移動比率を提供するように組み合わされる前方反射体及び後方反射体と、
（４）前方反射体の角度選択を補完するように選択される放出パターンを有する局所的な光源と、
（５）光路変更層とである。
【０１６６】
加えて、前方反射体及び後方反射体の両方が高度なリサイクリングキャビティ内の低損失を提供するように高効率性を有するべきである。
【０１６７】
これらの構成要素は、上記である程度詳細に記載されている。第１構成要素は、本明細書における、角度を選択的できる反射体であり得る。二次元（２Ｄ）の配列の小面積の光源では、両方の垂直な面内軸に沿った、空中において９０°未満のブリュースター角を有する反射体が、光の透過がシステムの両方の面内方向において所望される場合に選択され得る。１Ｄの配列の光源（例えば、蛍光灯又は例えば線形配列のＬＥＤ）では、方位を選択できる反射体が選択されてもよく、やはり少なくとも１つの軸が空中において９０°未満のブリュースター角を有する。電球隠蔽は、直接照明システムにおいて主要な関心事である。明るい小面積の光源の可視性（パンチスルー）を低減するか、又は排除するために、前方反射体は垂直入射において高い反射性を有するように選択される場合があり、入射角が増加するに伴って透過率が漸増する。Ｒｎｏｒｍａｌは８０％超、９０％超又は９５％超であり得る。小面積の光源が、垂直に放出された光の量を大幅に低減する、修正された出力分布を有する場合、上部反射体は、平坦であるか又は入射角の増加に伴って増加する反射率対角度を有するがただし、これは、光の実質的なリサイクリングを提供するために十分に低い全ＴＨｅｍｉを有する。３０％、２０％、１０％及び更に５％のＴＨｅｍｉがこの目的のために有用である。ブリュースター角が空中で９０°を超える場合であっても、反射率における著しいブリュースター最小値を有する前方反射体が有用である。しかしながら、ブリュースター最小値における反射率は約５０％であるか、又は垂直入射における反射率よりも小さい。第１構成要素は、ＬＣＤパネルなどの別のシステムの一部であり得る剛性プレートに積層される場合がある。
【０１６８】
構成要素（２）及び（３）が、キャビティ移動に関して上記で説明された。キャビティ移動比率がより低いと、光が点光源から離れて拡散するためにより多くの反射が必要となる。このようなシステムは、有意な拡散機構を提供されるときに、光の多数の反射によって混合を提供するが、光が緩慢に上部プレートを出る際に光の実質的な部分が局所的な形状の内部で前後に反射する。しかしながら、前方反射体上に定置されてその鏡面特性を修正するいずれのコーティングも、その角度を選択できる反射特性と大きく干渉するべきではない。あるいは、選択される移動比率を有する光散乱層が、空隙を有するようにして前方反射体に対して定置され得る。後方反射体が、全ての光を光源に直接送り返す点まで高度に再帰反射性である場合、光の殆どが、これが吸収され得る光源に戻らないように、光を拡散するために、いくつかの拡散が望ましくは追加されてもよい。光をあるゾーンに閉じ込めるための、上部の鏡面性又は半鏡面性反射体との組み合わせにおける再帰反射体の作用は、キャビティ内の局所的な光源のいずれかから遠ざけ、かつその後それに向かって戻すように光を反復し送ることである。高屈折率ガラスビードなどの一般的な再帰反射体により、実質的な量の拡散が生じ、繰り返される反射の結果として、光源付近の領域により均一な光の分布を提供する。
【０１６９】
０．２５以下の移動比率を有する拡散反射体又は別個のディフューザーが本出願において有用である。０．１未満又は０未満のＴを有する拡散構成要素が望ましい。ＣＴが０．５より小さいキャビティ移動値が望ましい。増加した光の閉じ込めにおいては、ＣＴが０．３より小さい、又は更に０．２より小さいＣＴが使用され得る。
【０１７０】
第４の構成要素、小面積の光源は、上記の前方プレート上の角度を選択できる反射体の角度透過率特性を補完するために任意により選択される調整された放出パターンを有するべきである。小面積の光源は、実質的な量の光を前方反射体又は後方反射体と平行に向ける、横方向の放出パターンを有するべきではない。このような放出された光は大きな距離を移動し、局所的ゾーンを逃れる。光源は任意により非対称の方位出力を有し、例えば一方の側にのみ放出することができる。
【０１７１】
均一性の向上のために、１つ以上の光源が個別のＬＥＤの影響するゾーン内にあることが可能である。システム設計基準により、隣接するＬＥＤの影響するゾーンの間の、僅かな又は大きな度合いの重複を有することが望ましい場合がある。例えば、低い重複を有することにより、ディスプレイの一部を著しくうす暗くする能力を提供する。これはゾーン分割されたシステム内でコントラストを最大化し、電力を節約する利益を提供するがまた、システムを個別のＬＥＤの故障に対して弱いものにする。より好ましいシステムの堅牢性と、依然として有用な水準の電力の節約及びコントラストとのより好ましいバランスを達成するために、いくつかのシステムにとって意図的に影響するゾーンの重複を有することが実際に望ましい場合がある。
【０１７２】
影響するゾーンは、局所的な光源（すなわち、単一のＬＥＤ又は局所的なＬＥＤ群）の光の強度がゾーンの中心における強度の１／ｅとなる領域と見なすことができる（群＝同じチップ又はヒートシンクに取り付けられ、互いに数ｍｍの間隔にある多数のＬＥＤ）。局所的な光源の影響するゾーンは、均一性の度合い及び必要とされるゾーンの大きさに応じて、最も近い隣接するゾーン又は２番目に近い隣接するゾーン又は更に３番目に近い隣接するゾーンと重複することがある。局所的な光源は線形、正方形、矩形、六角形又はランダムな配列を含む他のパターンで配置され得る。
【０１７３】
１つ以上の光学センサーを有してバックライトにおける特定の点で出力を検出し、制御手順に応じフィードバック回路によって個別のＬＥＤの出力を調節することが望ましい。
【０１７４】
空間的な不変解が好ましいが、空間的な可変解を有し、例えば、「パンチスルー」を低減するのを助けるために、それぞれの光源のすぐ上に印刷された拡散又は反射性ドット又はパッチを有することが可能である。
【０１７５】
特に指定されない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用する、数量、特性の測定値などを表す全ての数値は、「約」という語で修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、そうでない旨が指定されない限り、上記の明細書及び特許請求の範囲において記載された数値パラメータは、本出願の教示を利用する当業者が得ようと求める望ましい特性に応じて変化しうる概算値である。均等論を特許請求の範囲の範疇に適用することを制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメータは少なくとも、記録された有効数字の桁数を考慮して、又通常の四捨五入を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広範な範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似であるにも拘わらず、いかなる数値も本明細書で述べられる具体的な例で示される程度に、これらは妥当に可能な限り精確に報告される。しかしながら、いかなる数値も試験及び測定の限界に関連する誤差を含み得る。
【０１７６】
本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく本発明の様々な改変及び変形が当業者には明らかであり、本発明が本明細書に記載された例示的な実施形態に限定されるものではないことは理解されるはずである。本明細書で触れた全ての米国特許、米国特許出願公開、並びに他の特許及び非特許文献を、これらが上記の開示と矛盾しない限りにおいて本明細書に援用するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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