(57)【要約】  耐スクラッチ性光指向性フィルムは第１及び第２のプリズム要素を含む構造化表面を有する。第１のプリズム要素は第２のプリズム要素より高く、かつ鈍い先端を有する。第２のプリズム要素はより短く、かつ鋭い先端を有する。得られるフィルムにはオンアクシス光の利得を実質的に犠牲にすることなく、耐スクラッチ性がある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光指向性フィルムであって、
第１の表面と、
前記第１の表面と反対側の構造化表面であって、プリズム要素のアレイを有している構造化表面とを備えており、
該プリズム要素のアレイは、
前記第１の表面と前記構造化表面との間に配置された基準面から第１の距離に配置された鈍い先端を有する第１のプリズム要素と、
前記基準面から前記第１の距離よりも小さい第２の距離に配置された鋭い先端を有する第２のプリズム要素と、
をさらに有する、光指向性フィルム。
【請求項２】
前記鈍い先端は実質的に平坦である請求項１に記載の光指向性フィルム。
【請求項３】
前記鈍い先端は曲線を有している請求項１に記載の光指向性フィルム。
【請求項４】
前記第１のプリズム要素は、前記アレイの約５０％以下を含む請求項１に記載の光指向性フィルム。
【請求項５】
少なくとも１つの前記第２のプリズム要素は、一対の第１のプリズム要素間に挟み込まれる請求項１に記載の光指向性フィルム。
【請求項６】
前記鈍い先端の幅は、前記第１のプリズム要素のベースの幅の０％超〜約４０％未満である請求項１に記載の光指向性フィルム。
【請求項７】
前記鈍い先端の幅は、約１μｍ〜約２０μｍである請求項１に記載の光指向性フィルム。
【請求項８】
前記第２の距離は、第１の距離よりも約２μｍ〜約５μｍ小さい請求項１に記載の光指向性フィルム。
【請求項９】
光指向性フィルムであって、
第１の表面と、
前記第１の表面と反対側の構造化表面であって、前記構造化表面は、交互に配置された第１及び第２のプリズム要素のアレイを有し、前記第１のプリズム要素は外面を画定する鈍い先端を有し、前記第２のプリズム要素は前記外面に対して凹状になっている鋭い先端を有する、構造化表面と、
を備えた光指向性フィルム。
【請求項１０】
前記鋭い先端は、前記外面から約２μｍ〜約５μｍ凹状になっている請求項９に記載の光指向性フィルム。
【請求項１１】
前記鈍い先端は比較的平坦である請求項９に記載の光指向性フィルム。
【請求項１２】
前記鈍い先端は曲線を有している請求項９に記載の光指向性フィルム。
【請求項１３】
前記第１のプリズム要素は、前記アレイの約５０％までを含む請求項９に記載の光指向性フィルム。
【請求項１４】
少なくとも１つの前記第２のプリズム要素は、一対の第１のプリズム要素の間に挟み込まれる請求項９に記載の光指向性フィルム。
【請求項１５】
前記鈍い先端の幅は、前記第１のプリズム要素のベースの幅の０％超〜約４０％未満である請求項９に記載の光指向性フィルム。
【請求項１６】
光指向性フィルムであって、
第１の表面と、
前記第１の表面と反対側の構造化表面であって、前記構造化表面は交互に配置された第１及び第２のプリズム要素のアレイを有し、前記第１のプリズム要素は少なくとも１つの外面を画定する鈍い先端を有し、前記第２のプリズム要素は少なくとも１つの内面を画定する鋭い先端を有する、構造化表面と、
を備えた光指向性フィルム。
【請求項１７】
光指向性フィルムであって、
第１の表面と、
前記第１の表面と反対側の構造化表面であって、前記構造化表面は交互に配置された第１及び第２のプリズム要素のアレイを有し、前記第１のプリズム要素は複数の外面を画定する鈍い先端を有し、前記第２のプリズム要素は複数の内面を画定する鋭い先端を有し、前記内面は前記外面に対して凹状になっている、構造化表面と、
を備えた光指向性フィルム。
【請求項１８】
光指向性物品であって、
第１の表面、前記第１の表面と反対側の第１の構造化表面、及び前記第１の表面と前記第１の構造化表面との間にある基準面を有する第１の光指向性フィルムであって、前記第１の構造化表面は、第１の主軸に沿って配向された、第１のプリズム要素及び第２のプリズム要素の線形のアレイを有し、前記第１及び第２のプリズム要素は、少なくとも１つの第２のプリズム要素が少なくとも一対の第１のプリズム要素の間に挟み込まれる繰り返しパターンで配置されており、前記第１のプリズム要素は前記基準面から第１の距離に配置された鈍い先端を有し、且つ、前記第２のプリズム要素は前記第１の距離よりも小さい、前記基準面から第２の距離に配置された鋭い先端を有している、第１の光指向性フィルムと、
前記第１の光指向性フィルムの前記第１の構造化表面に隣接して配置された実質的に平坦な表面を有する第２の光指向性フィルムであって、前記第２の光指向性フィルムは、前記実質的に平坦な表面と反対側の第２の構造化表面を有し、前記第２の構造化表面は第２の主軸に沿って配向されたプリズム要素の線形のアレイを有している、第２の光指向性フィルムとを含み、
前記第１の主軸は前記第２の主軸と光学結合を最小にする角度で交差する、光指向性物品。
【請求項１９】
光学ディスプレイであって、
光源と、
可視スクリーンと、
前記光源から前記視野スクリーンまで光を導く光搬送手段であって、該光搬送手段は少なくとも第１の光指向性フィルムを有し、前記光指向性フィルムは第１の表面、前記第１の表面と反対側の構造化表面、及び前記第１の表面と前記構造化表面との間にある基準面を有しており、前記構造化表面は、第１のプリズム要素及び第２のプリズム要素のアレイを有し、前記第１のプリズム要素は鈍い先端を有し、前記第２のプリズム要素は鋭い先端を有し、前記鈍い先端は前記基準面から第１の距離に配置され、前記鋭い先端は前記基準面から第２の距離に配置され、前記第２の距離は前記第１の距離よりも小さい、光搬送手段と、
を備えた光学ディスプレイ。
【請求項２０】
少なくとも１つの第２のプリズム要素は、一対の第１のプリズム要素間に挟み込まれている請求項１９に記載の光学ディスプレイ。
【請求項２１】
前記鈍い先端は実質的に平坦である請求項１９に記載の光学ディスプレイ。
【請求項２２】
前記鈍い先端は曲線を有している請求項１９に記載の光学ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光指向性フィルムに関する。本発明は特に、高さが可変の構造化表面（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有する光指向性フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ディスプレイを出る光の輝度をディスプレイの表面に対して法線方向、すなわち「オンアクシス（ｏｎ−ａｘｉｓ）」方向に増大させるために、光指向性フィルムが用いられる。光指向性フィルムの１つのタイプは実質的に平坦な表面及び対向する構造化表面を有し、該表面は線形のプリズム要素のアレイを有する。オンアクシス光量を増大させれば、所望量のオンアクシス輝度を生成するのに必要なエネルギーの量が低減される。このことは、ラップトップコンピュータ、計算機、デジタル式腕時計、携帯電話、及び携帯情報端末で使用される光源などの電池式光源を使用する光学ディスプレイにとって特に重要である。
【０００３】
オンアクシス光量をさらに増大させるために、プリズム要素を相互に対して約９０℃に交差させた状態で、２枚の光指向性フィルムを相互に近接して設けることが当該技術においては公知である。しかし、この構造を用いた光学ディスプレイは可視的にはっきり分かる明るい点、縞、又は線を呈し得る。この「ウェットアウト（ｗｅｔ−ｏｕｔ）」状態は、接触しているか、又は非常に近接して接している隣接するフィルムの表面間の光学的結合によって引き起こされる。この状態を克服するために、プリズム要素がより高く且つより短いプリズム要素のゾーン内に配置されてフィルム間の接触を制限し得る。抗ウェットアウト構造体の代表的な実施形態が、スリーエム社（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）に譲受された米国特許第５，７７１，３２８号明細書に記載されている。
【０００４】
各プリズム要素の側面は交差して頂点又は頂部を形成する。このプリズム要素の頂点は一般に鋭く、このことはバックライトを出るオンアクシス光量を増大させる際に最も効果的である。しかし、各プリズム要素の上に形成された鋭い頂点は比較的壊れ易く、フィルムに引っかき傷を付け易くする。これは光指向性フィルムが上記のようなデバイスの製造中に取り扱われる際に特に問題であり、フィルムの製造後にプレマスクをフィルムに適用することが必要となる。該プレマスクはフィルムを引っかき傷から保護するが、この後に、光学ディスプレイに設置する前に除去しなければならない。従って、実質的にフィルムの性能を犠牲にすることがない、耐スクラッチ性の光指向性フィルムが必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はより高い第１のプリズム要素、及びより低い第２のプリズム要素を有する構造化表面を備えた光指向性フィルムである。より高い方の第１のプリズム要素は鈍い先端を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は先行技術による光指向性フィルム１０の代表的な例である。フィルム１０は滑らかな表面１２、構造化表面１４、及び頂点１８を有するプリズム要素１６を含む。滑らかな表面１２及び構造化表面１４はフィルム１０の反対側である。プリズム要素１６は直線的に配置されて構造化表面１４を形成している。頂点１８は各プリズム要素１６の最上部に形成されている。図１に示すように、頂点１８は鋭い先端である。
【０００７】
使用中、比較的高い入射角で滑らかな表面１２に入射する光は、滑らかな表面１２及び構造化表面１４で反射され、光が実質的にオンアクシスで、すなわち滑らかな表面１２に対して実質的に直角になるように再方向付けされる。臨界角よりも大きな角度で構造化表面１４に入射する光は、プリズム要素１６の両側から全反射を受け、光が滑らかな表面１２の下の反射性表面によって再利用される滑らかな表面１２を介して再方向付けされる。この屈折及び全反射の組合せによって、オンアクシス光量は増大し、オフアクシス光量は低減する。
【０００８】
図２、図４、図５、図６及び図７は本発明の代表的な実施形態である。これらの図面は、原寸大ではない。特に、構造化表面の大きさは、説明のためにかなり誇張されている。
【０００９】
図２は本発明の代表的な実施形態の断面図の一部である。図２は滑らかな表面２２を有する光指向性フィルム２０、構造化表面２４、及び基準面２６を含んでいる。構造化表面２４は、鈍い先端３０を有する第１のプリズム要素２８と鋭い先端部３４を有する第２のプリズム要素３２とをさらに含む。図２は高さの変化Δも含む。
【００１０】
また、滑らかな表面２２及び構造化表面２４はフィルム２０の反対側にある。基準面２６は表面２２と２４との間にある。基準面２６の場所は任意であり、ここで選択された場所に大きな意味はない。第１及び第２のプリズム要素２８及び３２は構造化表面２４に沿って交互になっており、鈍い先端３０及び鋭い先端部３４は、第１及び第２のプリズム要素２８及び３２のそれぞれ最上部にある。高さの変化Δは、基準面２６から鈍い先端３０及び鋭い先端３４までそれぞれ測定した場合の第１のプリズム要素２８と第２のプリズム要素３２との高さの差を表している。
【００１１】
鈍い先端３０は鋭い先端部ではないが、代わりに比較的平坦になっている。鈍い先端は損傷を受け難いが、鈍い先端プリズム要素を用いて生成されるオンアクシス光の利得は、鋭い先端プリズム要素を用いた場合に比べ低下する。オンアクシス光における利得は、光指向性フィルムがある場合の輝度と、フィルムがない場合の輝度との比率である。鋭い先端３４は損傷を受け易いが、オンアクシス光における利得を最大にする。第１のプリズム要素２８は第２のプリズム要素３２よりも高い。従って、鋭い先端３４が鈍い先端３０の面より下に位置するように且つ損傷を受け難いように、フィルム２０は配置される。得られたフィルムは耐スクラッチ性であり、全ての鈍い先端の場合に起こり得るオンアクシス光の利得の低下を最小にする。
【００１２】
第１及び第２のプリズム要素の実際の寸法はフィルムの用途に応じて変わる。ピッチ（先端部間の距離）又はプリズム要素のベースの幅は、第１のプリズム要素と第２のプリズム要素との間で変動する。また、これらの寸法は同じフィルム内における第１のプリズム要素及び／又は第２のプリズム要素内で変動し得る。プリズム要素の溝の深さすなわち高さも、同じフィルムの第１のプリズム要素内及び／又は第２のプリズム要素内で変動し得る。例えば、あるフィルムは、ベースが５０μｍで高さが２５μｍであるいくつかの第１のプリズム要素を有し得、同じフィルム上でベースが４０μｍで高さが２０μｍである第１のプリズム要素を有し得る。これら第１のプリズム要素の両方が鈍い先端を有し、同フィルム上の先端が鋭いプリズム要素よりも高くなっている。これらの寸法は９０°の開先角度を取るが、開先角度は変動してよく、単一のフィルムにおいて複数の異なる開先角度であってよい。
【００１３】
典型的なプリズム要素の高さは約２４μｍ〜約１００μｍである。この高さの範囲では、高さの変化Δは約２μｍ〜約１０μｍであることが好ましいが、最大２０μｍであってもよい。いくつかの用途では、プリズム要素の高さはさらに高くてもよく、従って、高さの変化Δは増大する。最適な高さの変化Δ値はプリズム要素の高さ各々について実験的に決定され、これは溝及び／又はピッチの深さを変えることによって変えられる。
【００１４】
鈍い先端３０の表面の幅はフィルムの用途に応じて変動し得る。ここでもまた、単一のフィルム内で、鈍い先端３０の幅は種々の組み合わせがあり得る。図３ａ及び図３ｂは、５０μｍのピッチを有するプリズム要素に関する鈍い先端３０の表面の幅とオンアクシス光の利得との関係を示している。図３ａは単一の光指向性フィルムに関して、全てのプリズム要素が０μｍ（鋭い先端）〜５０μｍ（実質的にプリズム要素がない）の鈍い先端幅を有する場合のオンアクシス光の利得を示している。オンアクシス光の利得の実際の値は、使用される異なる利得テスターとバックライトキャビティとの間でわずかに変動するが、線形関係は同じになる。図３ｂは０μ〜１０μｍの線形関係の分解能をよりよく示すために図３ａを拡大したものである。図３ａ及び図３ｂから明白であるように、オンアクシス光の利得は鈍い先端３０の幅が大きくなるにつれて減少する。頂角が約９０°〜約１００°でベースの幅が約５０μｍであるプリズム要素に関しては、鈍い先端３０の幅は約１μｍ〜約２０μｍ、又は最大でベースの幅の約４０％であることが好ましい。また、種々の寸法のプリズム要素のための最適な値は、オンアクシス光の利得の犠牲と耐スクラッチ性のレベルのバランスを取ることによって実験的に決定され得る。
【００１５】
複数のより短くて先端の鋭いプリズム要素が、より高い先端が鈍いプリズム要素の間に挟み込まれている場合、オンアクシス光の利得の低下も抑えられる。図４に代表的な実施形態を光指向性フィルム３８として示している。フィルム３８は、鈍い先端３０を有する第１のプリズム要素２８と鋭い先端３４を有する第２のプリズム要素３２とを含んだ構造化表面４０を備えている。ここで、３個の第２のプリズム要素３２は第１のプリズム要素２８の間に挟み込まれている。得られたフィルムは依然として耐スクラッチ性があるが、オンアクシス光の利得の減少は図２に示した実施形態よりも小さい。
【００１６】
オンアクシス光の利得の減少は、より高い先端が鈍いプリズム要素の各対の間に挟み込まれたより短く先端の鋭いプリズム要素の数に比例する。例えば、図３ｂを参照すると、全てのプリズム要素が鋭い先端を有している場合、オンアクシス光の利得は１．６０であり、全てのプリズム要素の幅が５μｍの鈍い先端を有している場合、その利得は１．５４である。先端が鈍いプリズム要素を用いた場合、オンアクシス光の利得は０．０６だけ減少する。プリズム要素の半分が図２に示したフィルム２０のように鋭い先端を有した状態で形成されると、オンアクシス光の利得の減少は５０％まで抑えられ、１．５７の利得が得られる（先端がすべて鈍いプリズム要素の場合の利得１．５４に対して）。相応して、プリズム要素の３／４が図４のフィルム３８のように鋭い先端を有する場合、減少は７５％だけ抑えられ、約１．５９の利得が得られる。先端の鋭いプリズム要素と先端が鈍いプリズム要素の数の比率は外観、光学性能（オンアクシス光の利得）、鈍い先端間に支持される梁の機械的剛性及び耐スクラッチ性を維持する能力に左右される。これらはより高い先端が鈍いプリズム要素の各対の間に挟み込まれた、より短い先端が鋭いプリズム要素の数を制限する唯一の因子である。複数のより高い先端が鈍いプリズム要素の次に複数のより小さい先端が鋭いプリズム要素等から構成されたゾーンを含む、プリズム要素を反復するどのようなパターンも使用され得る。
【００１７】
この目的のために、図５は本発明を耐ウェットアウト構造体に適用する光指向性物品３９を示している。図５は光指向性フィルム３８（図４）の上に設けられた光指向性フィルム１０（図１）を示している。各フィルムのプリズム要素の線形のアレイは９０°の角度で配向されている。光学結合を最小化するより高いプリズム要素は鈍い先端を有して形成される。或いは、両フィルムが耐スクラッチ性の場合、図６のフィルム３８又はフィルム４２のような別のフィルムが光指向性物品上に積層されてもよい。
【００１８】
図６には別の実施形態を示している。図６は構造化表面４４を有する光指向性フィルム４２を示している。構造化表面４４は鋭い先端３４を有する第２のプリズム要素３２と鈍い先端４８を有する第３のプリズム要素４６とを備えている。第２及び第３のプリズム要素３２及び４６は構造化表面４４に沿って交互に配置されている。
【００１９】
ここで、図２及び図４に示したように実質的に平坦な先端部を有するより高いプリズム要素の代わりに、より高いプリズム要素は曲線状、すなわち放射状の先端部を有する。鈍い先端４８の弦幅（第３のプリズム要素４６の直線状の端部が曲線状の端部と出会う地点間の距離）とオンアクシス光の利得との関係が全く線形ではない場合を除き、鈍い先端４８は鈍い先端３０と実質的に同じように機能する。これは図３ａ及び図３ｂに示した関係（データは示さず）と類似する。従って、どのような形態の鈍い先端も本発明とともに使用され得る。
【００２０】
図７は本発明の光指向性フィルムを組み込んだ光学ディスプレイ５０の代表的な実施形態の断面図である。ディスプレイ５０はケース５２、光源５４、光指向性フィルム５６、光ゲートデバイス５８、及びカバーシート６０を備える。
【００２１】
図７に示したように、光源５４はエレクトロルミネセンスパネルであるが、ラップトップコンピュータに一般に用いられる蛍光バックライトアセンブリ、又は一部の計算機に一般に用いられる受動反射ディスプレイなどの他の光源は、本発明の範囲にあることを理解されたい。さらに、光ゲートデバイス５８は液晶デバイスであることが好ましいが、他の光ゲートデバイスは本発明の範囲にある。図７には誇張しているが、光指向性フィルム５６の先端が鈍いプリズム要素は、光指向性フィルム５６の先端が鋭いプリズム要素よりも高いことが理解されよう。従って、先端が鋭いプリズム要素はさらに保護されて、光学ディスプレイに組み入れられる場合であっても損傷を受け難い。
【００２２】
本発明を利用した光指向性フィルムは、フィルムが横に引っ張られるときに起こる引っかき傷を阻止する。従って、製造工程に応じて、本発明はプレマスクをフィルムに貼る必要性を回避し得る。
【００２３】
フィルムに使用することのできる材料は種々ある。高い光透過性を保証するために材料は実質的に透明であることが不可欠である。有用な市販のポリマー材料の例には、公称屈折率がそれぞれ約１．４９３及び１．５８６であるポリアクリレート及びポリカーボネートが挙げられる。他の有用なポリマーにはポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、塩化ポリビニル、及び他の同様の材料が挙げられる。特定の材料は決定的なものではないが、より高い屈折率を有する材料が好ましい。
【００２４】
本発明によるフィルムは種々の方法によって製造され得る。従来の方法には、ダイアモンド旋盤器などの精密工作機械を用いて機械加工可能な基材において金型を切ること、及びエンボス又はＵＶ硬化法を用いてその金型を複製することが挙げられる。製造工程に応じて、これらのフィルムは典型的には約４ミル〜約２０ミルの厚さである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の光指向性フィルムの代表的な実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明による光指向性フィルムの一実施形態を示す断面図である。
【図３ａ】鈍い先端の幅とオンアクシス光利得との関係を示すグラフである。
【図３ｂ】鈍い先端の幅とオンアクシス光利得との関係を示すグラフである。
【図４】本発明による光指向性フィルムの別の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明による光指向性フィルムを含む光指向性物品を示す断面図である。
【図６】本発明による光指向性フィルムの別の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明による光指向性フィルムを含む光学ディスプレイを示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007517256.tif 000009
【図７】
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【国際調査報告】
2007517256.tif 000011
2007517256.tif 000012
2007517256.tif 000013