(57)【要約】  光方向転換物品は、ターゲット角に向かって光を方向転換する。光方向転換物品は、１．６より大きい屈折率を有する材料から作られる。光方向転換物品は、入射角の範囲にわたって入射照明を受け入れるための入射面と、複数の光方向転換構造を備える出射面と備え、各方向転換構造が、近い面と、発光角で出射光を発するための出射面とを有し、前記出射面が、前記入射面の平面に対して斜角であり、少なくとも２つの異なる主角のいずれか一方での入射照明の場合に、各主角が垂線から６０°より大きく、前記主角が互いから５°以上の差を有し、前記発光角が前記ターゲット角の５°以内である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット角に向かって光を方向転換するための光方向転換物品であって、
前記光方向転換物品が、１．６より大きい屈折率を有する材料を含み、
前記光方向転換物品が、
（ａ）入射角の範囲にわたって入射照明を受け入れるための入射面と、
（ｂ）複数の光方向転換構造を備える出射面と備え、
各方向転換構造が、近い面と、発光角で出射光を発するための出射面とを有し、前記出射面が、前記入射面の平面に対して斜角であり、
少なくとも２つの異なる主角のいずれか一方での入射照明の場合に、各主角が垂線から６０°より大きく、前記主角が互いから５°以上の差を有し、前記発光角が前記ターゲット角の５°以内である光方向転換物品。
【請求項２】
両方の主角に対する出射光が、８５％を超える１つの偏光の透過率をさらに有する請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項３】
両方の主角に対する出射光が、９０％を超える１つの偏光の透過率をさらに有する請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項４】
両方の主角に対する出射光が、直交偏光に関して５５％未満の透過率を有する請求項２記載の光方向転換物品。
【請求項５】
両方の主角に対する出射光が、直交偏光に関して５０％未満の透過率を有する請求項２記載の光方向転換物品。
【請求項６】
少なくとも３つの異なる主角のそれぞれでの入射照明の場合に、各主角が垂線から６０°より大きく、前記主角が互いから５°以上の差を有し、前記発光角が前記ターゲット角の５°以内である請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項７】
前記ターゲット角が、前記光方向転換物品の平面に対して垂直である請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項８】
複数の前記光方向転換構造が、実質的に平行であり、前記出射面の一方の縁から他方の縁まで延在している請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項９】
少なくとも２つの材料を含み、前記材料が異なる屈折率を有する請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１０】
前記主角が７０°以下である入射照明の場合に、前記照明が前記入射面でブルースター角の±１１°以内の入射角で導かれ、前記光が前記出射面でブルースター角の±１１°以内である角度で前記出射面に入射する請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１１】
前記主角が７０°以上である入射照明の場合に、前記照明が前記入射面でブルースター角の±１６°以内の入射角で導かれ、前記光が前記出射面でブルースター角の±１６°以内である入射角で前記出射面に入射する請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１２】
前記出射面が、湾曲している請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１３】
前記出射面が、２つ以上の斜面を含む請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１４】
前記光方向転換構造が、先端が切り取られたような形である請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１５】
前記近い面が、湾曲している請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１６】
前記光方向転換構造が、弓状パターンで延在している請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１７】
（ａ）ある角度範囲にわたって照明を発するための照明光源と、
（ｂ）ターゲット角に向かって光を方向転換するための光方向転換物品であって、
前記光方向転換物品が、１．６より大きい屈折率を有する材料を含み、
前記光方向転換物品が、
（ｉ）入射角の範囲にわたって入射照明を受け入れるための入射面と、
（ｉｉ）複数の光方向転換構造を備える出射面とを備え、
各光方向転換構造が、近い面と、発光角で出射光を発するための出射面とを有し、
前記出射面が、前記入射面の平面に対して斜角であり、
少なくとも２つの異なる主角のいずれか一方での入射照明の場合に、各主角が垂線から６０°より大きく、前記主角が互いから５°以上の差を有し、前記発光角が前記ターゲット角の５°以内である光方向転換物品と、
（ｃ）前記光方向転換物品からの出射光を調整することによって、画像を形成するための光ゲートデバイスとを備えるディスプレイ装置。
【請求項１８】
一対の交差偏光子をさらに備え、前記光方向転換構造が延長方向に細長く、各交差偏光子が前記光方向転換物品の延長方向に対して実質的に平行または垂直のいずれかに配向される請求項１７記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
２分の１波長板および一対の交差偏光子をさらに備え、前記光方向転換構造が延長方向に細長く、前記偏光子が前記光方向転換物品の延長方向に対して±４５°で実質的に配向される請求項１７記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、表面からの輝度を増強するためのディスプレイ照明物品に関し、より詳細には、導光板からの光を方向転換して偏光出力を提供する転向フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、コストおよび性能において改善し続けており、多くのコンピュータ、機器および娯楽用途向けの好ましいディスプレイタイプになりつつある。従来のラップトップコンピュータディスプレイに用いられる透過型ＬＣＤは、光をＬＣＤに向かって外側に方向付けるために、ＬＣＤの背後に配置される光供給面を有するバックライト付きディスプレイの一種である。依然としてコンパクトかつ低コストでありながら十分に均一な明るさを有する適切なバックライト装置を提供するという課題が２つの基本的な手法のうちの１つに従って取り組まれてきた。第１の手法では、光供給面が、広範囲の角度にわたって本質的に一定の輝度を有する、高度に散乱した本質的にランベルト光分布を提供するために用いられる。軸上および軸付近の輝度を高めることを目的として、この第１の手法に従って、さらに平行化された照明を提供するために、ランベルト分布を有するこの光の一部を方向転換するためのいくつかの輝度増強フィルムが提案されている。輝度増強フィルムに関して提案された解決策の中には、たとえば、米国特許第５，５９２，３３２号（Ｎｉｓｈｉｏら）、米国特許第６，１１１，６９６号（Ａｌｌｅｎら）および米国特許第６，２８０，０６３号（Ｆｏｎｇら）に記載されたものがある。上記特許に記載された輝度増強フィルム（ＢＥＦ）などの解決策は、広視野角にわたって増大した明るさをある程度提供する。しかしながら、ＢＥＦによっても、全体的なコントラストは、依然として比較的不十分のままである。
【０００３】
バックライト照明を提供するための第２の手法は、側面に配置されたランプまたは他の光源からの入射光を受け入れ、この光を全内部反射（ＴＩＲ）を用いて内部に導く導光板（ＬＧＰ）を採用し、光がＬＧＰから狭い範囲の角度にわたって発せられるようにした。ＬＧＰからの出射光は、典型的に、垂線に対して、例えば７０°以上など、かなり急な角度である。この第２の手法では、その結果、光方向転換物品の一種である転向フィルムを用いて、ＬＧＰから発せられた光出力を垂線の方へ方向転換する。たとえば、ニューヨーク州ボールドウィンのＣｌａｒｅｘ社から入手可能なＨＳＯＴ（高度散乱光透過）導光パネルによって提供されるものなど、光方向転換物品または光方向転換フィルムと広く呼ばれる方向転向フィルムは、製造に際して拡散フィルムまたはドット印刷の必要性なしに、この種の均一なバックライトを提供するための改善された解決策を提供する。ＨＳＯＴ導光パネルおよびその他の種類の方向転向フィルムは、導光板からの光を垂線方向にまたは典型的に二次元の面に対して略垂直ないくつかの他の適切なターゲット角に向かって方向転換するために、様々な組み合わせで、プリズム構造の配列を用いる。一例として、米国特許第６，７４６，１３０号（Ｏｈｋａｗａ）は、ＬＧＰ照明のための転向フィルムとしての役割を果たす光制御シートを記載している。
【０００４】
図１を参照すると、ディスプレイ装置１００における導光板１０の全体的な機能が示されている。光源１２からの光は、入射面１８で入射し、図示したように、典型的にくさび形で導光板１０の中に入る。この光は、全内部反射（ＴＩＲ）条件がフラストレートし、次に、反射面１４２から反射されるまで導光板１０の中で伝播し、出射面１６で導光板から出る。次に、この光は、転向フィルム１２２に進み、ＬＣＤまたは他のタイプの空間光変調器もしくは光を変調する他の二次元バックライト構成要素などの光ゲートデバイス１２０を照らすように導かれる。ほとんどの条件下で最適化された観察のために、発光は、垂線Ｎを中心とした比較的狭い角度範囲にわたって提供されるべきである。偏光子１２４は、変調のための適切な偏光を有する光ゲートデバイス１２０を提供するために、照明経路に必ず配置される。しかしながら、転向フィルム１２２を通過後の光は、本質的に偏光されないか、または非常に小さい偏光度を有するため、偏光子１２４は、光の約半分を吸収しなければならない。この問題を克服するために、吸収偏光子１２４と転向フィルム１２２の間に反射偏光子１２５が設けられることが多い。
【０００５】
反射偏光子の一種が、Ｋｏｉｋｅらの「Ｓｕｒｆａｃｅ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ」と題する米国特許第５，９８２，５４０号および米国特許第６，１７２，８０９号に開示されている。Ｋｏｉｋｅらの米国特許第５，９８２，５４０号および米国特許第６，１７２，８０９号の開示は、導光板、１つまたは複数の偏光分離板、光方向調整器（本質的に転向フィルム）および偏光変換器を有する面光源デバイスを示している。偏光分離板は、一種の反射偏光子１２５である。Ｋｏｉｋｅらの米国特許第５，９８２，５４０号の開示に記載された偏光分離板は、照明のＳ偏光成分とＰ偏光成分を分離するために、ブルースター角を用いる。しかしながら、この手法は、光の一部の偏光を提供するが、より多くの従来の反射偏光フィルムの代替品の一種を提供しているに過ぎない。この解決策は、依然として、１つまたは複数の別個の偏光子フィルムの付加的使用を必要とする。さらに、Ｋｏｉｋｅらの米国特許第５，９８２，５４０号および米国特許第６，１７２，８０９号の開示の手法は、偏光分離板に用いられる材料の屈折率ｎが、導光板からの光の入射角に基づいた狭い範囲内にあることを必要とする。
【０００６】
画質および性能を妥協することなしに偏光照明を提供するのに必要な全体的な構成要素の数を削減することは、明らかに有利であろう。この目的を考慮して、偏光子１２５の構造を簡素化し、または機能を結合することによって、別個のユニットとしてのこの構成要素をなくすことを提案するいくつかの解決策が存在する。機能を結合しようとする試みでは、Ａｒａｉの「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｏｕｔｐｕｔｔｉｎｇ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｆｒｏｎｔａｌ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｌｉｇｈｔ」と題する米国特許第６，０２７，２２０号が、少なくとも部分的に偏光された照明を生成することができる面光源デバイスを開示している。Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示が示しているように、導光板１０（図１）から出てくる光の本質的に一部の偏光がある。加えて、転向フィルムによって本質的に行われるこの光のさらなる偏光がある。一対の転向フィルムを用いる構造では、偏光にさらにもっと僅かな利得がある可能性がある。Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示の手法に従って、面光源は、各転向フィルムに適切な材料を使用し、かつ導光板からの光の傾斜角に対するそれらの屈折率ｎに基づいてこれらの材料を合わせるだけで、ある程度の偏光を提供するように設計することができる。しかしながら、この手法は、ある程度の偏光を提供する利点を有するが、単に屈折率ｎを特定することに基づいてどれほどの改善が得られるのかについて、実際的な限界がある。さらに、複数の転向フィルムを用いる実施形態は、照明システム設計に、コスト、厚さおよび複雑さを加える。
【０００７】
さらに別の手法では、Ｓｕｚｕｋｉの「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  ａ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，  Ｌｉｇｈｔ  Ｇｕｉｄｅ  Ｕｎｉｔ，  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａ１  Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題する米国特許第６，０７９，８４１号が、偏光を供給するようにそれ自体が設計される導光板を提供する。Ｓｕｚｕｋｉの米国特許第６，０７９，８４１号の導光板は、好ましい偏光状態を達成するために、共に積層され、光のブルースター角の調整を提供するように配向された導光体のスタックを用いる。この方法は、導光体自体の中に偏光構成要素を組み込むという利点を有するが、この種の手法には欠点がある。導光板の複雑さと、２分の１または４分の１波長板および反射体に関する追加要件とが、照明経路における別個の構成要素としての偏光子をなくすことによって得られる利点を打ち消す。
【特許文献１】米国特許第５，５９２，３３２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１１１，６９６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２８０，０６３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７４６，１３０号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９８２，５４０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１７２，８０９号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０２７，２２０号明細書
【特許文献８】米国特許第６，０７９，８４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、偏光機能と他の構成要素を組み合わせることによって偏光照明を提供しようとする試みがあるが、これらの試みは、柔軟性のある、より低コストで、かつより効果的な解決策を提供していないことが分かる。その結果、構成要素の数が減少した偏光照明を提供する低コストの転向フィルム解決策の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ターゲット角に向かって光を方向転換するための光方向転換物品であって、
前記光方向転換物品が、１．６より大きい屈折率を有する材料を含み、
前記光方向転換物品が、
（ａ）入射角の範囲にわたって入射照明を受け入れるための入射面と、
（ｂ）複数の光方向転換構造を備える出射面と備え、
各方向転換構造が、近い面と、発光角で出射光を発するための出射面とを有し、前記出射面が、前記入射面の平面に対して斜角であり、
少なくとも２つの異なる主角のいずれか一方での入射照明の場合に、各主角が垂線から６０°より大きく、前記主角が互いから５°以上の差を有し、前記発光角が前記ターゲット角の５°以内である光方向転換物品を提供する。
【００１０】
本発明は、
（ａ）ある角度範囲にわたって照明を発するための照明光源と、
（ｂ）ターゲット角に向かって光を方向転換するための光方向転換物品であって、
前記光方向転換物品が、１．６より大きい屈折率を有する材料を含み、
前記光方向転換物品が、
（ｉ）入射角の範囲にわたって入射照明を受け入れるための入射面と、
（ｉｉ）複数の光方向転換構造を備える出射面とを備え、
各光方向転換構造が、近い面と、発光角で出射光を発するための出射面とを有し、
前記出射面が、前記入射面の平面に対して斜角であり、
少なくとも２つの異なる主角のいずれか一方での入射照明の場合に、各主角が垂線から６０°より大きく、前記主角が互いから５°以上の差を有し、前記発光角が前記ターゲット角の５°以内である光方向転換物品と、
（ｃ）前記光方向転換物品からの出射光を調整することによって、画像を形成するための光ゲートデバイスとを備えるディスプレイ装置をさらに提供する。
【００１１】
本発明の利点は、主角の範囲にわたって入射する照明のために、転向フィルム機能と偏光子機能を兼ね備える１つの構成要素を提供することである。
【００１２】
本明細書は、特に本発明の要旨を指摘しかつ明確に主張する請求項で完結するが、本発明は、添付図面に関連して以下の説明がなされたときに、より良く理解されると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本説明は、特に本発明による装置の一部を形成する要素または本発明による装置と直接的に協働する要素を対象にする。具体的に示されたり、記載されていない要素は、当業者に周知である様々な形態をとってもよいことが理解されるべきである。
【００１４】
上記の背景技術の欄に記載したように、照明経路における他の構成要素の中に偏光機能を組み込むことによって、照明装置の全体的な複雑さを緩和しようとする試みがある。本発明の手法は、転向フィルムの中に偏光機能を組み込むことであり、さらに広義には、ディスプレイの光方向転換要素の中に偏光機能を組み込むことである。本明細書において上述した従来の手法とは異なり、本発明の方法は、光方向転換物品の形状および構成の設計においてブルースター角を採用し、それによって、１つの構成要素において光方向転換と偏光の両方を行う。
【００１５】
本発明の装置は、一般にプリズムとして成形される光方向転換構造を用いる。本物のプリズムは、少なくとも２つの平面を有する。しかしながら、光方向転換構造の１つまたは複数の面は、すべての実施形態において平面である必要がなく、湾曲していても、または多数の断面を有していてもよいため、より一般的な用語である「光方向転換構造」が本明細書で使用される。
【００１６】
前掲の背景技術に記載したように、従来の転向フィルムは、導光板または類似の光供給構成要素から斜めの入射角で、通常は垂線から６０°以上で受けた光を方向転換する。転向フィルムは、典型的にプリズム形状で、かつ様々な寸法の屈折構造の配列を一般に用いて、導光板からの光を垂線に向かって方向転換する。これらはフィルムとして設けられるため、垂線は、フィルムの二次元平面に対するものと考えられる。
【００１７】
図１を参照して示されたように、光源１２は、導光板１０の側面に設置される。導光板１０のこの配置および設計は、転向フィルムの必要な角度挙動および配置設計を決定づける。導光板１０の性能条件の範囲に関して、本発明の光方向転換物品は、図１の配置において、従来の転向フィルム１２２と置き換えるように用いることも、偏光子１２４と反射偏光子１２５のいずれか一方または両方の性能要件を排除するまたは少なくとも最小限に抑えるように十分な偏光を提供することもできる。
【００１８】
図２Ａを参照すると、導光板１０とともに用いられる従来の転向フィルム１２２の概略断面図を示しており、主要な角度および幾何的関係を示している。転向フィルム１２２は、導光板１０に向かって下向きに面する複数のプリズム構造を有し、各構造は、近い面２４（図１の実施形態に図示されているように光源１２に対して近い）および遠い面２６を有し、両側面は、水平方向Ｈに対する頂角αと底角β１およびβ２によって決定されるように、フィルムの垂線方向Ｖから傾斜している。導光板１０からの光は、中心入射角θｉｎを中心とした小さい角度範囲にわたって入射する。転向フィルム１２２の平面２２におけるＬＣディスプレイ要素に供給される光の出射角θｏｕｔは、中心入射角θｉｎ、転向フィルム１２２の屈折率ｎおよび遠い面２６が傾斜する底角β１を含む複数の因子によって決定される。しかしながら、放射光のための出射角θｏｕｔは、転向フィルム１２２に対して好ましくは垂直であるが、出射角θｏｕｔは、ターゲット角と見なすことができ、一部の用途の場合には、垂線に対してある程度傾斜していてもよい。一般に、ターゲット角は、垂線から＋２０°または−２０°である。
【００１９】
図２Ｂは、プリズム構造がＬＣデバイスまたは他の光変調器に向かって上向きに面する転向フィルム２０の異なる配置を示している。平面２２は、ここでは入射面であり、構造化された面が出射面である。この構成では、本発明に用いられる基本的なパターン、この場合もやはり出射面上の各光方向転換構造が、近い面２４（図１の実施形態に図示されているように、光源１２に対して近い）および遠い面２６を有し、両側面が、入射面の平面に平行であり、かつ図２Ａ、図２Ｂおよび以下の図において水平配向を有するＨと表示された基準線に対する頂角αと底角β１およびβ２によって決定されるように、フィルムの垂線方向Ｖから斜めに傾斜している。導光板１０からの光は、中心入射主角θｉｎを中心とした小さい角度範囲にわたって入射する。転向フィルム２０の構造化された出射面からＬＣディスプレイ要素に供給される光の出射角θｏｕｔは、中心入射主角θｉｎ、転向フィルム２０の屈折率ｎおよび遠い面２６が平面２２に対して斜めの角度で傾斜する底角β１を含む複数の因子によって決定される。
【００２０】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本発明の改善された転向フィルム２０の主要な特徴が示されている。光方向転換構造は、この場合もやはり上向きに面している（より一般的には、観察者およびＬＣデバイスまたは他の光変調器に向かって外向きに面している）。各光方向転換構造は、光源１２の位置（図１）に関連して近い面２４および遠い面２６を有する。遠い面２６は、図２Ｂに図示されたように、発光面または光出射面である。遠い面２６に対して与えられた（平面２２に対する）適切な斜めの傾斜によって、平面２２上の中心照明光線Ｒ１（主光線とも呼ばれる）を中心とした入射光は、ターゲット角であるフィルムの垂線方向Ｖに向かって適切に方向転換される。
一実施形態では、光方向転換構造は、転向フィルム２０の面に沿って延長方向に直線的に細長く、その結果、各光方向転換構造は、多くの場合平行に、出射面の一方の縁から他方の縁まで整列して延在する。図３Ａおよび図３Ｂの断面図などの断面図に関して、直線状の延長方向は、紙面に対して垂直である。この配置が、転向フィルム２０の製作に関して利点を有することは十分認識され得る。しかしながら、光方向転換構造は、そのような延長した線形の態様に配置される必要はない。重要なことは、図３Ａおよび図３Ｂの断面側面図に図示されているように、導光板１０からの入射光の角度に対する光方向転換構造の様々な面の角度関係である。
【００２１】
本発明の実施形態では、出射角θｏｕｔは、式（１）に記載したように、入射角θｉｎ、光方向転換構造の屈折率ｎおよび遠い底角β１によって決定される。
【数１】
2009519501.tif 000003
導光板からの入射光は、主角を中心とした一群の角度にわたって入射し、その結果、入射光の大部分は、主角の±１０°以内である。式（１）および後の式は、主角として入射角θｉｎを用いる。
【００２２】
式（１）が、偏光のいかなる考慮事項にも依存しないで、図３Ａ〜図３Ｃに示された上向きに配向された光方向転換構造または外向きに面する光方向転換構造のタイプを用いる転向フィルムに関して一般に適用されるθｉｎに対するθｏｕｔの関係を示していることに留意することは有益である。単なる一例として、上記の背景技術の欄に記載されたＡｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示の図８からの値を用いると、θｉｎ＝７５°、ｎ＝１．５８、β１＝７５．５°であるとき、式（１）による出射角は、θｏｕｔ＝−０．１２°である。同様に、Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示の図９によれば、θｉｎ＝６３°、ｎ＝１．５８、β１＝７１．１°であるとき、式（１）による出射角は、θｏｕｔ＝０．０４°である。しかしながら、式（１）は、光方向転換を示すだけであり、この種の構造を有する転向フィルムは、所与の入射角θｉｎから出射角θｏｕｔに光を転向することを強調しなければならない。しかしながら、一旦、光が式（１）に従って方向転換されると、その偏光特性は、依然として通常は不十分のままである。一例として、Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示に開示された転向フィルムの配置は、不十分な偏光を生じて、Ｐ偏光の不十分な透過率Ｔｐをもたらす。さらなる対策を講じることなく、偏光を改善するためには、追加の偏光構成要素または第２の転向フィルムが必要である。
【００２３】
本発明は、ブルースター角によって得られる偏光分離の原理を利用することによって、転向フィルムによって達成されるわずかな偏光を改善する。光が屈折率ｎ１を有する材料から屈折率ｎ２を有する材料に進むときに、異なる屈折率ｎ１およびｎ２を有する２つの材料の境界で生じる現象である偏光分離は、これらのそれぞれの屈折率および入射角によって決まる。一般に、屈折率ｎ１を有する材料におけるブルースター角は、以下のように与えられる。
【数２】
2009519501.tif 000004
また、屈折率ｎ２を有する材料におけるブルースター角は、以下のように与えられる。
【数３】
2009519501.tif 000005
ブルースター角偏光デバイスは、これらの偏光状態を分離するために、ブルースター角またはその付近でＳ偏光およびＰ偏光の異なる透過比および反射比を活用する。
【００２４】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、本発明による転向フィルム２０の一実施形態の場合の変形および主要な幾何的関係を示している。本発明によれば、入射平面２２におけるすべての入射角θｉｎおよび屈折角θ２ならびに遠い面２６における屈折角θ３およびθ４は、それぞれのブルースター角に近い。以下の説明において比較を簡単にするために、それぞれの面で空気中のブルースター角のみが計算される。実際には、空気中のブルースター角（ｎａｉｒ＝１）は、入射平面２２（θｂ１）および遠い面２６（θｂ２）で同一であり、ｎ＝１．５８のとき、
【数４】
2009519501.tif 000006
である。
【００２５】
スネルの法則に従うと、
【数５】
2009519501.tif 000007
ｎ＝１．５８およびθｉｎ＝７５°のとき、
【数６】
2009519501.tif 000008
ｎ＝１．５８およびθｉｎ＝６３°のとき、
【数７】
2009519501.tif 000009
【数８】
2009519501.tif 000010
である。
【００２６】
式（８）が示すように、角度θ４は、屈折率ｎ、遠い底角β１および屈折角θ２によって決まり、順に、屈折角θ２は、屈折率ｎおよび入射角θｉｎによって決まる。したがって、全体的には、角度θ４は、屈折率ｎ、遠い底角β１および入射角θｉｎによって決まる。
【００２７】
理想的な場合において、以下の条件は、ブルースター角効果を用いて、最大の出射Ｐ偏光および比較的小さい出射Ｓ偏光を達成するために満たされるものとする。
【数９】
2009519501.tif 000011
しかしながら、本発明者は、式（９）に記載された条件が、すべての妥当な屈折率ｎ（値１〜２．５）、すべての遠い底角β１（０°〜９０°）および所与の入射主角θｉｎ、すなわち４０°〜９０°の光源に関して、正確に満たされることができないことを認識している。いくつかの妥協がなされなければならない。
【００２８】
この困難さを踏まえて、本発明の目的は、所与の入射角θｉｎの場合に｜θｏｕｔ｜、｜θｉｎ−θｂ｜および｜θ４−θｂ｜の最小値を有するフィルムを設計することである。｜θｏｕｔ｜、｜θｉｎ−θｂ｜および｜θ４−θｂ｜の最小値に応じて、重み付けメリット関数を選択するための多くの方法がある。より理想的な目的として、適切な屈折率ｎを有する材料を選択し、所与の入射角θｉｎの光源に関して適切な遠い底角β１を与えることによって、以下の条件の多くを可能な限り満たそうと試みることが望ましいであろう。
【数１０】
2009519501.tif 000012
【００２９】
式（１０．１）を満たすことは、出射光が略垂線方向に方向転換されることを意味する。式（１０．２）および式（１０．３）は、面２２で入射し、面２６から出る光が、所望の偏光の高い透過率および望ましくない偏光の低い透過率に関するブルースター角条件をほぼ満たすことを保証する。後に与えられるモデル化の結果が示すように、任意の１つの設計において式１０．１〜１０．３で与えられた関係のすべてを満たすことは困難である場合がある。転向フィルムとして作用する主な機能に関して、式（１０．１）を満たすことが一般に必要である。しかしながら、実際の設計では、値｜θｉｎ−θｂ｜および｜θ４−θｂ｜のそれぞれを１０°以内に制限しても、実行可能でない場合がある。このレベルの性能を達成することは、本発明の方法を用いて、転向フィルムの能力およびバックライト照明の改善された偏光の両方を可能にする。しかしながら、式（１０．２）および式（１０．３）の要件を完全に満たすことができない場合であっても、それらは、本発明の設計技術を用いるときに、最適化のために有用な目的を提供する。
【００３０】
主要な条件として、光を最初に、近い面２４に当てるのではなく、遠い面２６に当てるために、以下の条件が満たされなければならない。
【数１１】
2009519501.tif 000013
全内部反射を受けることなく、光を遠い面２６から出射させるために、以下の関係が満たされなければならない。
【数１２】
2009519501.tif 000014
式中、
【数１３】
2009519501.tif 000015
である。
【００３１】
実施例１
図８Ａ〜図８Ｄの輪郭プロットを参照すると、入射角θｉｎ＝６３°である。これらのプロットでは、横軸（ｘ軸）は遠い底角を示し、縦軸（ｙ軸）は屈折率ｎを示す。図８Ａ〜図８Ｄは、図３Ａに関して表現された順序で整理されている。図８Ａは、導光板１０からの光が平面２２に入射する第１の境界における応答を示す。図８Ｂは、転向フィルム２０内の光が遠い面２６に入射する第２の境界における応答を示す。図８Ｃは、出射角の応答であるθｏｕｔを示す。図８Ｄは、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃに表された複合条件による結果の重なりを示す合成輪郭プロットである。その結果、図８Ｄの合成輪郭プロットは、最適な偏光分離を提供する転向フィルム２０の設計に利用可能な「作動空間」を示す。
【００３２】
図８Ａは、｜θｉｎ−θｂ｜＜５°（領域１）および｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°（領域２）を満たす遠い底角β１および屈折率のパラメータ空間を示す領域１および領域２に関する輪郭プロットである。図８Ｂは、｜θ４−θｂ｜＜５°（領域１）および｜θ４−θｂ｜＜１０°（領域２）を満たすための遠い底角β１および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。図８Ｃは、｜θｏｕｔ｜＜５°（領域１）および｜θｏｕｔ｜＜１０°（領域２）を満たすための遠い底角β１および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。図８Ｄは、以下の条件、すなわち、｜θｉｎ−θｂ｜＜５°、｜θ４−θｂ｜＜５°および｜θｏｕｔ｜＜５°（領域１）ならびに｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°、｜θ４−θｂ｜＜１０°、｜θｏｕｔ｜＜１０°（領域２）を満たすための遠い底角β１および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【００３３】
図８Ｄは、パラメータ集合（ｎ，β１）の二次元空間における領域１において、上記式（１０．１）〜（１０．３）で与えられた条件が、すべて満たされる、すなわち、｜θｏｕｔ｜＜５°、｜θｉｎ−θｂ｜＜５°および｜θ４−θｂ｜＜５°であることを示している。領域２では、｜θｏｕｔ｜＜１０°、｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°および｜θ４−θｂ｜＜１０°である。領域１および領域２以外の領域では、｜θｏｕｔ｜＞１０°、｜θｉｎ−θｂ｜＞１０°または｜θ４−θｂ｜＞１０°である。領域１に関して、屈折率ｎは、およそ１．６４〜１．９０であり、遠い底角β１は、およそ５５°〜６６°であることが分かる。
【００３４】
これらの結果の意味をより良く理解するために、｜θｏｕｔ｜、｜θｉｎ−θｂ｜および｜θ４−θｂ｜のそれぞれが、図８Ａ〜図８Ｃにそれぞれ示されている。図８Ａは、領域１（０°＜β１＜９０°および１．６２＜ｎ）において、条件｜θｉｎ−θｂ｜＜５°が常に満たされている場合を示す。図８Ｂを参照すると、領域１では、｜θ４−θｂ｜＜５°であり、領域２では、｜θ４−θｂ｜＜１０°である。図８Ｃを参照すると、領域１では、｜θｏｕｔ｜＜５°である。領域２では、｜θｏｕｔ｜＜１０°である。
【００３５】
式（１０．２）の｜θｉｎ−θｂ｜＜５°が、きわめて容易に満たされることが容易に分かる。約５４°より大きく、約７４°より小さい任意の遠い底角β１に関して｜θ４−θｂ｜＜５°である場合には、屈折率１．５＜ｎ＜２．０に関する解決策がある。約４３°より大きく、約７８°より小さい任意の遠い底角β１に関して｜θｏｕｔ｜＜５°である場合には、屈折率１．５＜ｎ＜２．０に関する解決策がある。さらに、｜θｏｕｔ｜＜５°および｜θ４−θｂ｜＜５°に関するパターンが異なる。第一に、これらのパターンは、異なる空間を占める。第二に、領域１の｜θ４−θｂ｜＜５°が低い屈折率の場合に広いのに対して、領域１の｜θｏｕｔ｜＜５°は低い屈折率の場合に狭い。狭いパターンは、屈折率ｎおよび遠い底角β１の許容差の変動が小さいことを意味する。
【００３６】
式（１０．１）、（１０．２）および（１０．３）の３つの条件すべてが満たされなければならないときには、図８Ｄの領域１に示されているように、最適な作動空間がある。
【００３７】
詳細な検討は、｜θｏｕｔ｜＜１°、｜θｉｎ−θｂ｜＜１°および｜θ４−θｂ｜＜１°に関して重なりがないことを示している。これは、「完全」な性能を実際には達成することができないことを意味し、最良の効果を達成するためには、いくつかの妥協がなされなければならない。
【００３８】
実施例２
図９Ａ〜図９Ｄは、図８Ａ〜図８Ｄの順序と類似の順序を示しており、同じ光方向転換構造および材料を用いるが、入射主角θｉｎ＝７０°である。図８Ａと比較すると、留意すべきは、図９Ａにおける領域１の｜θｉｎ−θｂ｜＜５°が、１．５＜ｎ＜２．０に存在しないことである。領域２の｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°および領域３の｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°が、この輪郭プロットに現れる。図９Ｂおよび図９Ｃの輪郭プロットに示される他の挙動は、実施例１の挙動と類似である。図９Ｄにおいて、｜θｏｕｔ｜＜５°、｜θｉｎ−θｂ｜＜５°および｜θ４−θｂ｜＜５°の重なる領域１は存在しない。図９Ｄは、｜θｏｕｔ｜＜５°、｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°および｜θ４−θｂ｜＜５°の場合の重なる領域３および｜θｏｕｔ｜＜１０°、｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°および｜θ４−θｂ｜＜１０°を満たす重なる領域４を示している。
【００３９】
実施例３
図１０Ａ〜図１０Ｄは、図９Ａ〜図９Ｄの順序と類似の順序を示しており、同じ光方向転換構造および材料を用いるが、入射主角θｉｎ＝７５°である。領域１の｜θｉｎ−θｂ｜＜５°も領域２の｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°も、図１０Ａの１．５＜ｎ＜２．０では存在しない。図１０Ａにおける領域３は、｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°を満たす。図１０Ｂおよび図１０Ｃにおける他の特徴は、実施例２における図９Ｂおよび図９Ｃの特徴に類似している。図１０Ｄにおいて、領域３は、｜θｏｕｔ｜＜５°、｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°および｜θ４−θｂ｜＜５°を満たし、重なる領域４は、｜θｏｕｔ｜＜１０°、｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°および｜θ４−θｂ｜＜１０°を満たす。
【００４０】
本発明の１つの利点として、偏光転向フィルム２０は、２つ以上の主角または主角の範囲にわたって光を受け入れるのに適した光方向転換物品として形成することができる。図３Ａを再度参照すると、主角の第１の範囲は、転向フィルム２０が１つの位置に配置されるときに遠い面２６の相対的な傾斜を決定するために用いられることになる。あるいは、転向フィルム２０は、その元の位置から１８０°同一平面内で回転される配向に用いることができる。図２０Ａおよび図２０Ｂに示されているように、入射光が主角θｉｎ１であるときには、転向フィルム２０は、１つの位置に配置され、入射光が主角θｉｎ２であるときには、同一の入射平面内で１８０°回転する。この回転が行われるとき、近い面２４（図３Ａ）は、ブルースター角または略ブルースター角での入射が望ましい面となる。すなわち、底角β２によって決定されるその傾斜を有する近い面２４は、今度は、遠い面２６の機能を実行する。これは、その元の位置において転向フィルム２０とともに用いられる場合とは異なる入射主角θｉｎに関する転向フィルム２０の最適化を可能にする。このように、転向フィルム２０は、転向フィルム２０の同一部品が、導光板１０の出射特性に応じて、２つの位置のいずれかに配向され得るように、適応可能に構成されることが可能である。図３Ｃは、このような態様で回転された図３Ａの、同一の転向フィルム２０を示している。ここで、この反転された配向を示すために、有効な遠い面は２４’と称され、有効な近い面は２６’と称される。挙動に関して、図３Ｃの面２４’は、図３Ａの面２６に関連して記載される同一の態様で光と相互に作用する。この実施例に関して、面２２における入射光の入射主角は、入射角θ’ｉｎと称される。
【００４１】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃに関して記載された方法を用いて、以下のステップは、転向フィルム２０を通して高度に偏光された照明を得るために用いることができる。
（ｉ）転向フィルム２０の基体に対して、導光板１０からの入射光をブルースター角に近い主角θｉｎに向け、
（ｉｉ）転向フィルム２０の中からの入射光がブルースター角に近い主角θ３であるように、転向フィルム２０の光方向転換構造の遠い面２６を正しい位置に置く。
【００４２】
図８Ａ〜図８Ｄ、図９Ａ〜図９Ｄおよび図１０Ａ〜図１０Ｄの輪郭チャートから明らかなように、所望の偏光挙動を提供するために、転向フィルム２０の基体の屈折率ｎは、比較的大きく、通常は、少なくとも約１．６以上でなければならない。偏光分離を２回行うことによって、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃの方法は、高いＰ偏光を有する照明をもたらす。
【００４３】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃにおいて与えられた配置は、どのように２つの一連のブルースター角境界の使用が転向フィルム２０内で十分な偏光を得るかを示している。類似の上向きに向けられた（すなわち、観察者に対して外向きに向けられた）プリズム構造を有する従来の転向フィルムは、その第１の境界で導光板からの入射光を、ブルースター角または略ブルースター角で転向フィルム内の屈折を可能にする角度で、意図せずに受け入れる可能性がある。しかしながら、従来の転向フィルム内で光に対する第２の境界は、従来、ブルースター角を用いたさらなる偏光分離を利用することなく、何らかの任意の角度で屈折によって光を方向転換する。本発明の装置および方法は、二度目にブルースター角で光を屈折するための追加の機会を利用するために、この第２の境界を用いる。その最終結果は、θｏｕｔで垂線に向かって方向転換されるだけでなく、高度の偏光も示す出射光をもたらす。
【００４４】
３境界転向フィルム
次に図４を参照すると、転向フィルム２０内で光に対する第３の境界を提供するための直線的に細長い光方向転換構造を用いる本発明の別の実施形態が示されている。ここで、遠い面２６に入射する光は、全内部反射（ＴＩＲ）を用いて反射され、次に、屈折角θ７がブルースター角に近い場合には、近い面２４に角度θ６で入射する。図４の配置で、転向フィルム２０内で光路は３つの境界を含む。第２の境界は、ブルースター角を用いない。代わりに、ＴＩＲが第２の境界で生じる。
【００４５】
図４の光路に従って、角度θｉｎで導光板１０から入射する光は、ブルースター角θ２で屈折される。遠い面２６において、入射角θ３は、角度θ５で全内部反射をもたらす。その反射光は、近い面２４で入射し、ブルースター角θ７で屈折される。
【００４６】
主要な条件として、最初に遠い面２６に光を入射させるためには、以下の条件が満たされなければならない。
【数１４】
2009519501.tif 000016
全内部反射を受けることなく、光が近い面２４を通過するためには、以下の条件が満たされなければならない。
【数１５】
2009519501.tif 000017
式中、
【数１６】
2009519501.tif 000018
である。
【００４７】
図４の実施形態に関して、光方向転換構造要素自体は、これらの要素が形成されるフィルムまたはシートの面に対してかなり外向きに延長され得る。これらは、たとえば、基体に組み込まれまたは取り付けられる、別個に製作された構成要素であってもよい。他の可能な改良としては、いくつかの態様において光の挙動を調整するために、遠い面２６にコーティングを施すことが挙げられる。たとえば、ＴＩＲ反射を用いる代わりに、反射コーティングを用いることが有利である場合がある。あるいは、遠い面２６が、望ましくない偏光状態を有する光などの光をリサイクルするように構成されることも可能である。
【００４８】
基体に追加される構造
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図４は、１つの基体から形成される転向フィルム２０を示している。しかしながら、用いられる材料の屈折率が同一であるか、または異なる場合を含めて、２つ以上の材料を用いて転向フィルム２０を製作することがより実用的である場合がある。図５Ａは、図３Ｂの偏光転向フィルム２０を示す断面図であり、基体２８および光方向転換構造３４が異なる屈折率ｎおよびｎ１を有する。ここで、基体２８は、その上に光方向転換構造３４が取り付けられる面を提供する。光方向転換構造３４は、その後基体２８に取り付けられる透明媒体の別個のシートの上に形成されることが可能である。あるいは、光方向転換構造３４は、別個に製作され、基体２８に取り付けられることも可能である。図５Ｂは、図４の転向フィルム２０の場合の類似の配置を示す。
【００４９】
図５Ａまたは図５Ｂの実施形態は、コストにも製作にも利点を有し得る。たとえば、低屈折率（１．４５〜１．５５）の材料は、容易に入手可能であり、基体２８に最適である場合がある。高屈折率（１．６を超える）の材料は、一般により高価であるが、光方向転換構造３４を提供する際の使用により適している場合がある。前掲の説明および式（４）が示しているように、θ４（図３Ａ）でブルースター角の屈折を提供するために、より高い屈折率が必要とされる場合がある。複合材料設計を用いることによって、コスト削減および高い最適性能の両方を達成することができる。光学設計技術の当業者に容易に理解され得るように、異なる屈折率を有する２つ以上の材料が用いられる場合には、平面２２および近い面２４または遠い面２６における２つのブルースター角がわずかに異なる。最適な光学性能を達成するために小規模の改良が容易にされ得ることは容易に考えられる。
【００５０】
光方向転換構造の基本形状に対する改良は、光路の製作を簡単にし、または光路の特性を変更するのに役立つ場合がある。たとえば、図５Ｃは、光方向転換構造３４の先端または頂点が、（切頂面２９を表す水平の点線の方向に向かって）切り取られるか、および／またはこれらの構造間の開先角度γが丸められている場合の図５Ａの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。同様に、図５Ｄは、プリズムの先端が切り取られるか、および／または開先角度γが丸められている場合の図５Ｂの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。これは、プリズムの先端が、図５Ｃにおける主光線３１、３２および３３に用いられず、図５Ｄにおける主光線４１、４２および４３にも用いられないため、可能である。
【００５１】
図５Ｅは、光方向転換構造の先端が、二次光線３５を方向転換するための特定の地点の上により小さい傾斜角を有する場合の図５Ａの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。図５Ｆは、プリズム先端が、二次光線４５を方向転換するための特定の地点の上により小さい傾斜角を有する場合の図５Ｂの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。図５Ｅにおける主光線３１、３２と二次光線３５との間の差または図５Ｆにおける主光線４１、４２と二次光線４５との間の差は、主光線がより多くの光束を持ち、二次光線がより少ない量の光束を持つことにある。より小さい傾斜角を有する先端面２５または２７で、二次光線３１は、ブルースター角条件をほぼ満たして、垂線方向に向かって転向され、したがって、正面輝度を最大化する。これらの実施例が示しているように、光方向転換構造によって提供される出射面は、このように２つ以上の傾斜を持つことができる。この概念をさらに拡張すると、出射面は、全面にわたって、または面の一部分のみにわたって、若干の曲率を持つことができる。さらに、溝は、互いに対して完全に平行でなくてもよい。溝の高さは、長さ方向に沿って変化し得る。
【００５２】
ディスプレイ装置および偏光子の配向
本発明の装置および方法は、偏光を提供するために支持構成要素のための複数の可能な構造を可能にする。図６は、本発明による偏光転向フィルム２０を用いるディスプレイ装置６０を示す概略断面図である。ＬＣ空間光変調器７０は、導光板１０および転向フィルム２０から受け取った偏光を変調する。２分の１波長板８０は任意である。後部偏光子７２および前部偏光子７３は、ＬＣ空間光変調器７０自体のために設けられる。しかしながら、光を吸収することによって動作しない本発明の偏光転向フィルム２０とは異なり、これらの組み込まれた偏光子は、吸収力があり、ＬＣ変調器の動作に必要である。図７Ａは、図７Ａの図において垂直に延在する転向フィルム２０の光方向転換構造７５および溝に対して４５°で配向される一対の偏光子を用いたＬＣ空間光変調器７０のための偏光透過軸１７２および１７３を示す概略平面図である。この場合、２分の１波長板８０は、転向フィルム２０とＬＣ空間光変調器７０との間に設けられ、偏光の偏光方向を、平断面に対する平行から後部偏光子７２に対する平行に変化させる。２分の１波長板８０の光軸は、後部偏光子７２に対して２２．５°で配向される。
【００５３】
図７Ｂは、転向フィルム２０の溝および光方向転換構造７５に対して平行または垂直に配向される一対の偏光子を用いたＬＣ空間光変調器７０のための偏光透過軸１７２および１７３を示す概略平面図である。この場合、ＬＣ空間光変調器７０は、垂直に整列された（ＶＡ）ＬＣＤまたはＩＰＳ  ＬＣ要素を用いることができる。後部偏光子の透過軸１７２は、断面の平面に対して平行であり、したがって、２分の１波長板８０は不要である。
【００５４】
一実施形態では、ディスプレイ装置は、一対の交差偏光子を備え、光方向転換構造が延長方向に細長く、交差偏光子のそれぞれが光方向転換物品の延長方向に対して実質的に平行または垂直のいずれかに配向される。他の実施形態では、ディスプレイ装置は、２分の１波長板および一対の交差偏光子を備え、光方向転換構造が延長方向に細長く、偏光子が光方向転換物品の延長方向に対して実質的に±４５°で配向される。
【００５５】
図７Ａに示されているように、光方向転換構造７５は、直線方向に細長く、実質的に平行に延在してもよい。図７Ｃは、他の実施形態における弓形の細長い光方向転換構造７５を有する偏光転向フィルム２０を示す概略平面図である。この配置は、よりコンパクトな設計を有するために、導光板１０の１つまたは複数の隅部において発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点光源を用いるのに有利である。後部偏光子の透過軸１７２は、断面の平面に対して大体平行であり、したがって、２分の１波長板８０は不要である。
【００５６】
転向フィルム２０を形成するための材料
本発明の転向フィルム２０は、硫黄を含有するポリマー、特にポリチオウレタン、ポリスルフィドなどを含む比較的高い屈折率を有する材料を用いて製作することができる。また、高屈折率の材料としては、２００４年８月１２日に公開されたＳａｄａｙｏｒｉらの「Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ  ｈａｖｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｔｈｅｒｅｏｆ」と題する米国特許出願公開第２００４／０１５８０２１号に開示されるように、熱安定性に優れ、高い加工性と成形性を有するポリカルボジイミドコポリマーが挙げられる。これらの材料の屈折率は、５８９ｎｍで１．７３８から１．７５７まで変化した。また、Ｃｈｉｓｈｏｌｍらの「ＨＩＧＨ  ＩＮＤＥＸ  ＣＯＡＴＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＦＩＬＭＳ」と題する米国特許出願公開第２００４／０１０９３０５号に開示されるように、たとえば、チタニア、ジルコニアおよびバリアなどの高屈折率材料のドープ微小球またはビーズを有する材料も、１．７前後の高屈折率を示す。また、高屈折率の材料としては、たとえば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）およびポリブチレン−２，６−ナフタレート（ＰＢＮ）などの多くのポリエステルが挙げられる。これらの材料は、Ｈｅｂｒｉｎｋらの「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ｃｏＰＥＮ／ＰＭＭＡ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｌｍｓ」と題する米国特許第６，８３０，７１３号で論じられているように、約１．６４から約１．９にまで変化する屈折率を有する。高屈折率を有する他の周知の材料も用いることができる。
【００５７】
実施例の実施形態に関する結果
図１１の表１は、本発明の実施例および比較例を示しており、種々の材料を用いた種々の条件下で、本発明の転向フィルム２０がどのように作用するかについて示している。これらの具体的な実施形態のために、フィルム設計は、遠い底角β１、近い底角β２および屈折率ｎによって特定される。フィルム性能は、出射角θｏｕｔ、Ｐ偏光の透過率ＴｐおよびＳ偏光の透過率Ｔｓによって与えられる。入射面および出射面における２つのブルースター角条件は、それぞれ、θｉｎ−θｂおよびθ４−θｂによって与えられる。最右欄のＹの記入は、十分な結果を示している。全般的に、Ｔｐを最大にし、Ｔｓを低く維持しながら、転向フィルムのターゲットが｜θｏｕｔ｜＜５°であることを確認する。しかしながら、Ｔｐを最大にすることは、Ｔｓを低く維持することより重要である。｜θｉｎ−θｂ｜＜１６°（または｜θ４−θｂ｜＜１６°）であるとき、ブルースター角条件は、入射面（または出射面）に大してほぼ満たされると考えられる。
【００５８】
比較のために、表１における実施例１が、前掲のＡｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示の図８において与えられた値と同じ値を用いることを観察することは教育的である。実施例１に関して示された特性を有するフィルムは、θｏｕｔ＝−０．１２°、Ｔｐ＝７９．７％およびＴｓ＝３１．５％の許容可能な結果をもたらすθｉｎ＝７５°の場合に有効である。しかしながら、これは、７５°の入射主角θｉｎでのみ解決策を提供する。θｉｎ＝７０°の場合の出射角の値θｏｕｔ＝−８．４６°が、垂線またはターゲットの方向から著しく外れていないため、このフィルムは、主入射角θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝６３°の場合に機能しない。さらに、θｏｕｔ＝−０．１２°が得られる場合であっても、透過率の値Ｔｐ＝７９．７％は、比較的低い。
【００５９】
留意すべきことは、主入射角θｉｎ＝６３°の場合に、θｏｕｔの値がＮＡ（不適用）であり、それは、図２Ａに図示されているように、遠い面２６における全内部反射によって、光がフィルムを通過することができないことを意味することである。したがって、θ４−θｂの出射面の境界値もＮＡである。また、この表記は、θｉｎ＝６３°の場合に、実施例３．４、実施例３．５、実施例３．７および実施例４．６にも適用される。この挙動は、式（１２）によって指定された条件が満たされないために生じる。式（１３）から
【数１７】
2009519501.tif 000019
であり、これは、
【数１８】
2009519501.tif 000020
より大きい。
【００６０】
同様に、表１における実施例２は、上記のＡｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示の図９において与えられた値と同じ値を用いる。実施例２に関して示された特性を有するフィルムは、Ｔｐ＝９４．７％およびＴｓ＝４９．８％とともにθｏｕｔ＝０．０４°の結果を生じる主入射角θｉｎ＝６３°の場合に有効である。しかしながら、これは、６３°の主角θｉｎでのみ解決策を提供する。出射角の値θｏｕｔ＝７．２９°およびθｏｕｔ＝１０．６３°が、垂線方向から著しく変化するため、このフィルムは、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の主角の場合に機能しない。
【００６１】
実施例３．１〜３．８の場合には、各事例ごとにｎ＝１．６８を有する、より大きい屈折率ｎが用いられた。この群の実施例の場合には、遠い底角β１および近い底角β２が変更され、結果は、異なる主入射角θｉｎに対して示されている。実施例３．１では、β１＝β２＝６４．５°である。このフィルムは、θｉｎ＝６３°の場合に有効であるが、出射角θｏｕｔの性能に関してθｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合に十分ではない。このフィルムは、従来の設計（実施例１および実施例２）よりはるかに高いＴｐ＝９９．２％を有する。透過率Ｔｓが低く、Ｔｓ＝５２．５％である。３つの入射角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°のすべてに関して、２つのブルースター角条件（入射角θｉｎおよびθ４がブルースター角の±１６°以内である）がほぼ満たされるが、主角θｉｎ＝６３°が同時に満たされる３つの条件であるときだけであることに留意すべきである。
【００６２】
実施例３．２では、底角β１＝β２＝６６．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して主角θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能するが、θｉｎ＝７５°の場合には機能しない。このフィルムは、前の設計より高いＴｐ＝９６．５〜９６．６％を有する。透過率Ｔｓ＝４６．５〜４６．６％は、従来のデバイスの場合より低い。この１枚のフィルムは、同じ配向で配置されるときに、２つの異なる主入射角θｉｎおよびこれらの２つの異なる主角の間の角度の場合に許容可能に機能する。
【００６３】
実施例３．３では、底角β１＝β２＝６７．５°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して主入射角θｉｎ＝７５°およびθｉｎ＝７０°の場合に機能するが、θｉｎ＝６３°の場合には機能しない。θｉｎ＝７５°の場合には、このフィルムは、前の手法によって提供された透過率よりはるかに高い透過率Ｔｐ＝９０．２％を有するが、Ｔｓ＝３８．３％の値は、従来のＴｓ＝３１．５％よりわずかに高い程度である。この場合も、この１枚のフィルムは、同じ配向で配置されるときに、２つの異なる入射角θｉｎおよびこれらの２つの異なる入射角の間の角度の場合に許容可能に機能する。
【００６４】
実施例３．４では、底角β１＝β２＝６９．５°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して主角θｉｎ＝７５°の場合に機能するが、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝６３°の場合には機能しない。主角θｉｎ＝７５°の場合には、このフィルムは、Ｔｐ＝７９．７％を生じる前の手法によって提供される透過率よりはるかに高い透過率Ｔｐ＝８６．３２％を有する。低い透過率の値Ｔｓ＝３２．２％は、Ｔｓ＝３１．５％を生じる前の手法によって提供される透過率よりわずかに高い。
【００６５】
実施例３．５では、底角β１＝β２＝７０．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して主角θｉｎ＝７５°の場合に機能するが、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝６３°の場合には機能しない。主角θｉｎ＝７５°の場合には、このフィルムは、Ｔｐ＝７９．７％を生じる前の手法によって提供される透過率より高い透過率Ｔｐ＝８３．６％を有し、Ｔｓ＝３１．５％を生じる前の手法によって提供される透過率より低い透過率Ｔｓ＝２９．６％を有する。
【００６６】
実施例３．６では、底角β１＝６４．５°であり、β２＝６７．５°である。このフィルムは、１つの配向において主角θｉｎ＝６３°の場合に機能し、フィルムの垂線を中心にして１８０°回転したとき（第２の回転配向において、底角は、β１＝６７．５°およびβ２＝６４．５°となるように、逆転する）には、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合に機能する。このように、１枚のフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して３つの入射主角のすべてに機能し、実施例３．１および実施例３．３に関する上記の利点のすべてを有する。
【００６７】
実施例３．７および実施例３．８は、可能であるが十分な結果を生じない他の組み合わせを示す。実施例３．７では、底角β１＝β２＝７０．５°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、試された入射主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°のいずれの場合もうまく機能しない。実施例３．８では、底角β１＝β２＝６１．５°である。このフィルムは、２つのブルースター角条件が満たされるという事実にもかかわらず、出射角θｏｕｔの性能に関して主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°のいずれの場合もうまく機能しない。
【００６８】
上述の実施例３．１〜３．８では、底角の範囲は、６１．５°≦β１，β２≦７０．５°を満たす。β２および角度θ２の以下の関係、
【数１９】
2009519501.tif 000021
は、θｉｎ＝６３°の場合には、９０°−θ２＝５８．０°であり、θｉｎ＝７０°の場合には、９０°−θ２＝５６．０°であり、およびθｉｎ＝７５°の場合には、９０°−θ２＝５４．９°であるため、常に満たされる。
【００６９】
図１２における表２を参照すると、屈折率ｎ＝１．７８の場合の事例を用いた追加の実施例が示される。これらの実施例の場合には、以下が満たされる。
θｉｎ＝６３°の場合には、β２≧９０°−θ２＝５９．９６°、
θｉｎ＝７０°の場合には、β２≧９０°−θ２＝５８．１°、
θｉｎ＝７５°の場合には、β２≧９０°−θ２＝５７．１°。
【００７０】
実施例４．１では、底角β１＝５９．０°、β２＝６０．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合にはうまく機能するが、θｉｎ＝７５°の場合には機能しない。２つのブルースター角条件は、３つの入射角のすべてに関して満たされている。
【００７１】
実施例４．２では、底角β１＝β２＝６０．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合にはうまく機能するが、θｉｎ＝７５°の場合には機能しない。
【００７２】
実施例４．３では、底角β１＝β２＝６０．５°である。このフィルムは、同じ配向における出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能する。透過率の値Ｔｐは、前の解決策の場合よりはるかに高く、Ｔｓの値は対応して低い。
【００７３】
実施例４．４では、底角β１＝β２＝６２．０°である。このフィルムは、同じ配向における出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にはうまく機能するが、θｉｎ＝６３°の場合には機能しない。
【００７４】
実施例４．５では、底角β１＝６０．０°、β２＝６２．０°である。このフィルムは、実施例４．２および４．４の特徴を兼ね備える。フィルムは、１つの配向において、主角θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合にうまく機能する。第２の配向まで１８０°回転したとき、この転向フィルムは、主角θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の両方の場合にうまく機能する。留意すべきことは、いずれの配向もθｉｎ＝７０°の場合に機能することである。しかしながら、出射にわずかな差がある。β１＝６０．０°、β２＝６２．０°であるときには、Ｔｐ＝９７．１％、Ｔｓ＝４６．０％、θｏｕｔ＝２．９３°である。β１＝６２．０°、β２＝６０．０°であるときには、Ｔｐ＝９７．１％、Ｔｓ＝４２．１％、θｏｕｔ＝−１．３３°である。このタイプのフィルムは、他の因子が考慮されるときに、柔軟性を提供する。
【００７５】
実施例４．６では、底角β１＝β２＝６５．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。
【００７６】
実施例４．７では、底角β１＝５５．５°、β２＝６０．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。
【００７７】
図１３における表３を参照すると、屈折率ｎ＝１．８８の場合の事例を用いた追加の実施例が示される。これらの実施例の場合には、以下が満たされる。
θｉｎ＝６３°の場合には、β２≧９０°−θ２＝６１．７°、
θｉｎ＝７０°の場合には、β２≧９０°−θ２＝６０．０１°、
θｉｎ＝７５°の場合には、β２≧９０°−θ２＝５９．０８°。
【００７８】
実施例５．１では、底角β１＝５５．０°、β２＝６１．７°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能する。２つのブルースター角条件は、３つの入射角θｉｎのすべてに関して満たされる。
【００７９】
実施例５．２では、底角β１＝５５．５°、β２＝６１．７°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能する。２つのブルースター角条件は、３つの入射角のすべてに関して満たされる。
【００８０】
実施例５．３では、底角β１＝５６．０°、β２＝６１．７°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能する。２つのブルースター角条件は、３つの入射角のすべてに関して満たされる。
【００８１】
実施例５．４では、底角β１＝６０．０°、β２＝６１．７°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。
【００８２】
実施例５．５では、底角β１＝５０．５°、β２＝６１．７°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。
【００８３】
要約すれば、図１３の表３に示されたパラメータを用いると、３つの主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°のうちの１つに関して機能するためには、以下の条件が満たされなければならない。
５１．０°≦β１≦５９．５°
ただし、θｉｎ＝６３°の場合に、底角β２が６１．７°未満であってはならない。これらの関係を考えると、許容可能な性能のためにフィルムを回転することは有利ではない。
【００８４】
図１４における表４を参照すると、屈折率ｎ＝１．９８の場合の事例を用いた追加の実施例が示される。これらの実施例の場合には、以下が満たされる。
θｉｎ＝６３°の場合には、β２≧９０°−θ２＝６３．３°、
θｉｎ＝７０°の場合には、β２≧９０°−θ２＝６１．７°、
θｉｎ＝７５°の場合には、β２≧９０°−θ２＝６０．８°。
【００８５】
実施例６．１では、底角β１＝５０．５°、β２＝６３．２°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能する。
【００８６】
実施例６．２では、底角β１＝５１．５°、β２＝６３．２°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能する。
【００８７】
実施例６．３では、底角β１＝５５．５°、β２＝６３．２°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。
【００８８】
実施例６．４では、底角β１＝４６．０°、β２＝６３．２°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。
【００８９】
要約すれば、図１４の表４に示されたパラメータを用いると、３つの角度θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°のうちの１つに関して機能するためには、以下の条件が満たされなければならない。
４６．５°≦β１≦５５．０°
ただし、θｉｎ＝６３°の場合に、底角β２が６３．３°未満でなければならない。これらの関係を考えると、許容可能な性能のためにフィルムを回転することは有利ではない。
【００９０】
図１５における表５を参照すると、屈折率ｎ＝２．３８の場合の事例を用いた追加の実施例が示される。これらの実施例の場合には、以下が満たされる。
θｉｎ＝６３°の場合には、β２≧９０°−θ２＝６８．０°、
θｉｎ＝７０°の場合には、β２≧９０°−θ２＝６６．７°、
θｉｎ＝７５°の場合には、β２≧９０°−θ２＝６６．０°。
【００９１】
実施例７．１では、底角β１＝３７．０°、β２＝６８．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能する。しかし、２つのブルースター角条件が満たされないため、Ｔｐは９０％未満である。
【００９２】
実施例７．２では、底角β１＝３８．５°、β２＝６８．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能する。しかし、２つのブルースター角条件が満たされないため、Ｔｐは９１％未満である。
【００９３】
実施例７．３では、底角β１＝４２．０°、β２＝６８．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。
【００９４】
実施例７．４では、底角β１＝３３．５°、β２＝６８．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。
【００９５】
要約すれば、図１５の表５に示されたパラメータを用いると、３つの主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°のうちの１つに関して、フィルムの垂線に対して５°で光を方向転換するためには、以下の条件が満たされなければならない。
３４．０°≦β１≦４１．５°
ただし、θｉｎ＝６３°の場合に、底角β２が６８．０°未満でなければならない。これらの関係を考えると、許容可能な性能のためにフィルムを回転することは有利ではない。
【００９６】
留意すべきことは、実施例７．１および７．２において、θ４−θｂの比較的大きい絶対値（２４°を超える）のために、透過率Ｔｐは、実施例３．１〜３．６、４．１〜４．５、５．１〜５．３および６．１〜６．２の値より一般に低い最大で９０．９％しかないことである。実施例７．１および７．２のフィルムは、許容可能であるが、それらは、実施例３．１〜３．６、４．１〜４．５、５．１〜５．３および６．１〜６．２のフィルムと比べた場合、好ましくない。
【００９７】
３境界転向フィルムの実施形態
図１６の表６は、本発明の実施例および比較例を示しており、本発明の転向フィルム２０が種々の材料を用いた種々の条件下で、どのように作用するかについて示している。
【００９８】
実施例３．２Ｂでは、底角β１＝９０．０°、β２＝６６．０°である。このフィルムは、β１＝６６．０°ではなくβ１＝９０．０°である点を除いて、実施例３．２に類似である。また、性能も、θｏｕｔの符号が変更されている点を除いて、類似であり、このことは、フィルムの垂線に対する光の方向が変化しているが、絶対値は同一のままであることを示す。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能するが、θｉｎ＝７５°の場合には機能しない。
【００９９】
底角β１＝９０．０°であることを除いて、実施例３．７Ｂは実施例３．７に類似であり、実施例３．８Ｂは実施例３．８に類似であり、実施例４．３Ｂは実施例７に類似である。近い底角β２は、依然として、それらの対応物と同一である。性能は、θｏｕｔの符号が変更されている点を除いて、同一である。
【０１００】
留意すべきことは、主角θｉｎ＝６３°の場合に、θｏｕｔの値がＮＡ（不適用）であり、それは、図４に図示されているように、近い面２４における全内部反射によって、光がフィルムを通過することができないことを意味することである。したがって、θ７−θｂの値もＮＡである。それぞれ図１８における表８および図１９における表９から、これはまた、主角θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合の実施例９．３にも適用され、主角θｉｎ＝６３°の場合の実施例１０．３にも適用される。
【０１０１】
実施例３．７Ｂに関して、θｉｎ＝６３°の場合には、
【数２０】
2009519501.tif 000022
であり、
【数２１】
2009519501.tif 000023
より大きい。したがって、式（１５）によって指定される条件は、満たされない。その結果、全内部反射は、近い面２４で生じる。
【０１０２】
これらの実施例は、屈折率が比較的小さい（ｎ＝１．６８、１．７８）ときに、３境界転向フィルム２０が２境界転向フィルム２０にどのように関連付けられるかを示し、その結果、２境界転向フィルムでは、β１≧β２である。
【０１０３】
図１７の表７は、表６の実施例とは異なり、β１＜９０°である場合の、ｎ＝１．６８またはｎ＝１．７８に関する実施例８．１〜８．３を示している。
【０１０４】
実施例８．１は、β１が異なる値を有する点を除いて、実施例３．７Ｂと同一である。実施例８．１では、β１＝８９°であるのに対し、実施例３．７Ｂでは、β１＝９０°である。実施例８．１のフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、θｉｎ＝７５°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能するが、実施例３．７Ｂのフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合に許容可能に機能しない。
【０１０５】
実施例８．２は、β２が異なる値を有する点を除いて、実施例８．１と同一である。実施例８．１では、β２＝７０．５°であるのに対し、実施例８．２では、β２＝６８．５°である。実施例８．２のフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能する。また、それは、高いＴｐおよび低いＴｓも提供する。
【０１０６】
実施例８．３では、ｎ＝１．７８、β１＝８９°およびβ２＝６３．５°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°およびθｉｎ＝７５°の場合に許容可能に機能する。また、それは、高いＴｐおよび低いＴｓも提供する。
【０１０７】
光方向転換構造の屈折率が比較的大きい（たとえば、ｎ＝１．８８、１．９８）場合、２境界転向フィルムにおけるβ１＜β２（図１３の表３および図１４の表４参照）において、対応する３境界転向フィルムは、β１＝９０°を有することができない。
【０１０８】
図１８の表８は、ｎ＝１．８８に関する実施例９．１〜９．５を示している。実施例９．１では、β１＝８５°およびβ２＝６８．５°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能する。また、それは、高いＴｐおよび低いＴｓも提供する。
【０１０９】
実施例９．２では、β１＝８５°およびβ２＝７０．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝７５°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能する。また、それは、高いＴｐおよび低いＴｓも提供する。
【０１１０】
実施例９．３および実施例９．４は、実施例９．３がより大きいβ２（β２＝７２．５°）を有し、実施例９．４がより小さいβ２（β２＝６６．０°）を有する点を除いて、実施例９．１と同一である。これらの実施形態は、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合に許容可能に機能しない。実施例９．５では、β１＝８８．５°およびβ２＝６２．０°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝７５°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能する。また、それは、高いＴｐ（約９２．４％）および低いＴｓ（約３２．６％）も提供する。コントラストＴｐ／Ｔｓは、おおよそ３：１である。これは、θｉｎ−θｂが屈折率ｎとともに減少し、θ７−θｂがゼロをわずかに超えるように転向されることができるため、可能である。
【０１１１】
図１９の表９は、すべての実施例において、ｎ＝１．９８、β２＝６３．２°である場合の実施例１０．１〜１０．４を示している。実施例１０．１では、β１＝８５．５°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能する。また、それは、高いＴｐおよび低いＴｓも提供する。実施例１０．２では、β１＝８６°である。このフィルムは、出射角θｏｕｔの性能に関して、θｉｎ＝７５°およびθｉｎ＝７０°の場合に許容可能に機能する。また、それは、高いＴｐおよび低いＴｓも提供する。実施例１０．３では、β１＝８７°であり、実施例１０．４では、β１＝８４°である。これらの最後の２つの実施例は、出射角θｏｕｔの性能に関して、主角θｉｎ＝６３°、θｉｎ＝７０°またはθｉｎ＝７５°の場合にうまく機能しない。ｎが大きすぎると、たとえば、ｎ＝２．３８であると、許容可能な出射角θｏｕｔの性能を提供し、かつ高いＴｐおよび低いＴｓを提供するような適切なフィルム設計は、見つからない。
【０１１２】
図１１〜図１９における表１〜表９の実施例が示しているように、適切な底角β１およびβ２を与えた場合、入射主角θｉｎおよび屈折率ｎの範囲にわたってθｏｕｔ、Ｔｐ、Ｔｓの適切な値を得ることが可能である。しかしながら、転向フィルム２０に関する複数の設計パラメータおよび材料パラメータは、適切な転向フィルム性能および照明の改善された偏光の両方を提供するために、適正な範囲内になければならない。
【０１１３】
示されているように（図１１における表１）、いくつかの以前の解決策は、Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示に記載された効果を用いて、偏光におけるいくつかの小規模な偶発的改善を意図せずに提供してきた可能性がある。しかしながら、従来の手法によるそのような利益は、最小であり、少なくともある程度まで、どんなタイプの転向フィルムに固有である。他方、本発明の装置および方法は、入射境界および出射境界の両方でブルースター角効果を利用するために、転向フィルム２０の設計形状および材料構成を最適化する。このように、略垂直（または、大体の場合はターゲット付近）の角度の方向転換および改善された偏光状態の両方は、バックライト照明システムにおける１つの光方向転換物品から得ることができる。１つの特定の主角で入射光に関する偏光改善の何らかの対策を意図せずに提供してきた可能性がある以前の転向フィルム設計とは異なり、本発明の装置は、広範囲の主角にわたって光の方向転換および偏光の改善の両方を実現することができる。具体的な実施形態が示しているように、本発明の転向フィルム設計は、偏光を改善し、５°以上程度異なる主角で、光の偏光を改善し、適切な光方向転換を提供するように最適化されることができる。少なくとも２つの異なる主角のいずれか一方での入射照明の場合に、各主角が垂線から６０°より大きく、前記主角が５°以上の差を有することは特に有用である。また、少なくとも３つの異なる主角のそれぞれでの入射照明の場合に、各主角が垂線から６０°より大きく、前記主角が互いから５°以上の差を有することは特に有用である。一実施形態では、主角は、６３°、７０°および７５°である。
【０１１４】
本発明の一実施形態では、両方の主角に対する出射光が、８５％を超える１つの偏光の透過率を有し、好ましくは、９０％を超える１つの偏光の透過率を有する。別の実施形態では、両方の主角に対する出射光が、直交偏光に関して５５％未満の透過率を有し、好ましくは、両方の主角に対する出射光が、直交偏光に関して５０％未満の透過率を有する。好ましくは、両方の主角に対する出射光は、８５％を超える１つの偏光の透過率を有し、両方の主角に対する出射光は、直交（または対向）する偏光に関して５５％未満の透過率を有する。さらに好ましくは、両方の主角に対する出射光は、９０％を超える１つの偏光の透過率を有し、両方の主角に対する出射光は、直交（または対向）する偏光に関して５０％未満の透過率を有する。
【０１１５】
主角が７０°以下である入射照明に関する光方向転換物品の好ましい一実施形態では、前記照明は入射面でブルースター角の±１１°以内の入射角で導かれ、前記光が出射面でブルースター角の±１１°以内である角度で出射面に入射する。主角が７０°以上である入射照明に関する光方向転換物品の別の実施形態では、前記照明は入射面でブルースター角の±１６°以内の入射角で導かれ、前記光が出射面でブルースター角の±１６°以内である角度で出射面に入射する。
【０１１６】
したがって、本発明は、減少した数の構成要素を用いて偏光照明を提供する低コストの転向フィルム解決策を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】従来のディスプレイ装置の構成要素を示す断面図である。
【図２Ａ】導光板に向かって下向きに面するプリズム構造を有する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図２Ｂ】上向きに面するプリズム構造を有する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図３Ａ】主光線の経路にブルースター角に近い角度がある場合の偏光転向フィルムの実用的原則を示す概略断面図である。
【図３Ｂ】転向フィルムの入射面および遠い面にブルースター角に近い角度がある場合の第１の導光板に対してフィルムの垂線付近に出射光を生成する偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図３Ｃ】転向フィルムの入射面および遠い面にブルースター角に近い角度がある場合の第２の導光板に対してフィルムの垂線付近に出射光を生成するフィルムの垂線を中心として１８０°回転した図３Ｂの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図４】転向フィルムの平面および近い面にブルースター角に近い角度がある場合の第１の導光板に対してフィルムの垂線付近に出射光を生成する偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ａ】基体およびプリズムが異なる屈折率を有する場合の図３Ｂの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ｂ】基体およびプリズムが異なる屈折率を有する場合の図４の偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ｃ】プリズムの先端が切り取られているか、および／または開先角度が丸められている場合の図５Ａの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ｄ】プリズムの先端が切り取られているか、および／または開先角度が丸められている場合の図５Ｂの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ｅ】プリズムの先端がより小さい傾斜角を有する場合の図５Ａの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ｆ】プリズムの先端がより小さい傾斜角を有する場合の図５Ｂの偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図６】ＬＣＤディスプレイシステムにおける偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図７Ａ】転向フィルムの光方向転換構造の溝に対して４５°で配向される一対の偏光子を有するＬＣＤを示す概略平面図である。
【図７Ｂ】転向フィルムの光方向転換構造の溝に対して平行または垂直に配向される一対の偏光子を有するＬＣＤを示す概略平面図である。
【図７Ｃ】弓形溝を有する偏光転向フィルムを示す概略平面図である。
【図８Ａ】入射角θｉｎ＝６３°の場合に｜θｉｎ−θｂ｜＜５°および｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図８Ｂ】入射角θｉｎ＝６３°の場合に｜θ４−θｂ｜＜５°および｜θ４−θｂ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図８Ｃ】入射角θｉｎ＝６３°の場合に｜θｏｕｔ｜＜５°および｜θｏｕｔ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図８Ｄ】入射角θｉｎ＝６３°の場合に｜θｉｎ−θｂ｜＜５°、｜θ４−θｂ｜＜５°および｜θｏｕｔ｜＜５°ならびに｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°、｜θ４−θｂ｜＜１０°、｜θｏｕｔ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図９Ａ】入射角θｉｎ＝７０°の場合に｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°および｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図９Ｂ】入射角θｉｎ＝７０°の場合に｜θ４−θｂ｜＜５°および｜θ４−θｂ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図９Ｃ】入射角θｉｎ＝７０°の場合に｜θｏｕｔ｜＜５°および｜θｏｕｔ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図９Ｄ】入射角θｉｎ＝７０°の場合に｜θｉｎ−θｂ｜＜１０°、｜θ４−θｂ｜＜５°および｜θｏｕｔ｜＜５°ならびに｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°、｜θ４−θｂ｜＜１０°、｜θｏｕｔ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図１０Ａ】入射角θｉｎ＝７５°の場合に｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°を満たす遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図１０Ｂ】入射角θｉｎ＝７５°の場合に｜θ４−θｂ｜＜５°および｜θ４−θｂ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図１０Ｃ】入射角θｉｎ＝７５°の場合に｜θｏｕｔ｜＜５°および｜θｏｕｔ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図１０Ｄ】入射角θｉｎ＝７５°の場合に｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°、｜θ４−θｂ｜＜５°および｜θｏｕｔ｜＜５°ならびに｜θｉｎ−θｂ｜＜１５°、｜θ４−θｂ｜＜１０°、｜θｏｕｔ｜＜１０°を満たす場合の遠い底角および屈折率のパラメータ空間を示す輪郭プロットである。
【図１１】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図１２】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図１３】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図１４】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図１５】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図１６】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図１７】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図１８】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図１９】様々な屈折率および形状を有する実施形態に関する実施例のデータを与える表である。
【図２０Ａ】一実施形態による２つの位置のいずれかにおいて使用可能な転向フィルムを示す斜視図である。
【図２０Ｂ】一実施形態による２つの位置のいずれかにおいて使用可能な転向フィルムを示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１、２、３、４  領域
１０  導光板
１２  光源
１４  端面
１６  出射面
１８  入射面
２０  転向フィルム
２２  平面
２４、２４’  近い面
２６、２６’  遠い面
２８  基体
２９  切頂面
３１、３２、３３、３５  光線
３４  光方向転換構造
４１、４２、４３、４５  光線
５２  反射面
６０  ディスプレイ装置
７０  ＬＣ空間光変調器
７２  後部偏光子
７３  前部偏光子
７５  光方向転換構造
８０  ２分の１波長板
８２  点光源
１００  ディスプレイ装置
１２０  光ゲートデバイス
１２２  転向フィルム
１２４  偏光子
１２５  反射偏光子
１４２  反射面
１７２、１７３  透過軸
α  頂角
β１  底角
β２  底角
γ  開先角度
ｎ  屈折率
θｉｎ１  第１の導光板に対する入射角
θｉｎ１’  第２の導光板に対する入射角
θｏｕｔ  出射角
θ２  平面における屈折角
θ３  遠い面における入射角
θ４  遠い面における屈折角
θ５  遠い面における反射角
θ６  近い面における入射角
θ７  近い面における屈折角
Ｖ  フィルムの垂線方向
Ｖ１  遠い面の垂線方向
Ｖ２  近い面の垂線方向
Ｈ  水平方向
Ｒ１  中心照明光線
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2009519501.tif 000026
【図３Ａ】
2009519501.tif 000027
【図３Ｂ】
2009519501.tif 000028
【図３Ｃ】
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【図４】
2009519501.tif 000030
【図５Ａ】
2009519501.tif 000031
【図５Ｂ】
2009519501.tif 000032
【図５Ｃ】
2009519501.tif 000033
【図５Ｄ】
2009519501.tif 000034
【図５Ｅ】
2009519501.tif 000035
【図５Ｆ】
2009519501.tif 000036
【図６】
2009519501.tif 000037
【図７Ａ】
2009519501.tif 000038
【図７Ｂ】
2009519501.tif 000039
【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
2009519501.tif 000047
【図９Ｄ】
2009519501.tif 000048
【図１０Ａ】
2009519501.tif 000049
【図１０Ｂ】
2009519501.tif 000050
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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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２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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