(57)【要約】  第１の表面と第２の表面とを有する本体を含み、第２の表面が第１および第２のファセットを有するプリズム状構造を含む構造化表面である半透過反射板が開示されている。半透過反射板本体は反射モードでは、第１の表面に反射入射角で入射する光が、第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の第２のファセットで反射され、さらに第１の表面により最大強度でほぼ反射出射角で屈折するように構成されている。また半透過反射板本体は透過モードでは、第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により第１の表面に指向されるとともに、第１の表面により最大強度でほぼ透過出射角で屈折するように構成されている。また半透過反射板の作製方法およびそのような半透過反射板を組み込んだ表面装置も開示されている。
2007534027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面と第２の表面とを有する半透過反射板本体を備え、前記第２の表面が第１のファセットと第２のファセットとを有する複数のプリズム状構造を備える構造化表面であり、前記第１のファセットが前記第２のファセットに対して約７０度以下の角度をなし、
反射モードでは、前記第１の表面に反射入射角で入射する光が、前記第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の前記第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の前記第２のファセットで反射され、さらに前記第１の表面により最大強度でほぼ反射出射角で屈折し、そして
透過モードでは、前記第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により前記第１の表面に指向されるとともに、前記第１の表面により最大強度でほぼ透過出射角で屈折する、半透過反射板。
【請求項２】
前記反射出射角が前記透過出射角とほぼ同じである、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項３】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面が実質的に平坦である、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項４】
前記第１の表面に対する垂線に対して各第１のファセットが第１の角度をなし、各第２のファセットが第２の角度をなし、さらに前記第１および第２の角度の絶対値が約２２°〜約４２°である、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項５】
前記反射および透過出射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約０度〜約２０度である、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項６】
前記透過入射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約１００〜約１２０度である、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項７】
前記反射入射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約２０〜約４０度である、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項８】
前記第２の表面が、湾曲ファセットを有するプリズム状構造を備える、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項９】
前記半透過反射板本体が体積拡散板を備える、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項１０】
前記第１の表面上に配置された拡散材料層をさらに備える、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項１１】
前記半透過反射板本体の前記表面のうちの少なくとも一方が粗面化されている、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項１２】
前記第２の表面が構造的変化のパターンを備える、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項１３】
前記第２の表面が異なる平均高さのプリズム状構造を備える、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項１４】
前記第１の表面に取り付けられた基板をさらに備える、請求項１に記載の半透過反射板。
【請求項１５】
前記基板が、反射型偏光子、吸収型偏光子、および拡散板のうちの少なくとも１つを備える、請求項１４に記載の半透過反射板。
【請求項１６】
第１の表面と第２の表面とを有する半透過反射板本体を備え、前記第２の表面が第１のファセットと第２のファセットとを有する複数のプリズム状構造を備える構造化表面であり、前記第１の表面への垂線に対して各第１のファセットが第１の角度をなすとともに各第２のファセットが第２の角度をなし、さらに前記第１の角度の絶対値が前記第２の角度の絶対値とは異なり、
反射モードでは、前記第１の表面に反射入射角で入射する光が、前記第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の前記第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の前記第２のファセットで反射され、さらに前記第１の表面により最大強度でほぼ反射出射角で屈折し、そして
透過モードでは、前記第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により前記第１の表面に指向されるとともに、前記第１の表面により最大強度でほぼ透過出射角で屈折する、半透過反射板。
【請求項１７】
前記反射出射角が前記透過出射角とほぼ同じである、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項１８】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面が実質的に平坦である、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項１９】
前記第１および第２のファセット角の絶対値が約２２°〜約４２°である、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２０】
前記反射および透過出射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約０度〜約２０度である、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２１】
前記透過入射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約１００〜約１２０度である、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２２】
前記反射入射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約２０〜約４０度である、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２３】
前記第２の表面が、湾曲ファセットを有するプリズム状構造を備える、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２４】
前記半透過反射板本体が体積拡散板を備える、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２５】
前記第１の表面上に配置された拡散材料層をさらに備える、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２６】
前記半透過反射板本体の前記表面のうちの少なくとも一方が粗面化されている、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２７】
前記第２の表面が構造的変化のパターンを備える、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２８】
前記第２の表面が異なる平均高さのプリズム状構造を備える、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項２９】
前記第１の表面に取り付けられた基板をさらに備える、請求項１６に記載の半透過反射板。
【請求項３０】
前記基板が、反射型偏光子、吸収型偏光子、および拡散板のうちの少なくとも１つを備える、請求項２９に記載の半透過反射板。
【請求項３１】
屈折率と、第１の表面と第２の表面とを有する半透過反射板本体を備え、前記第２の表面が第１のファセットと第２のファセットとを有する複数のプリズム状構造を備える構造化表面であり、前記第１の表面への垂線に対して各第１のファセットが第１の角度をなすとともに各第２のファセットが第２の角度をなし、
前記半透過反射板本体の前記屈折率と、前記第１の角度と前記第２の角度とが透過出射角と反射出射角とにより特徴付けられる半透過反射動作用に構成されており、
反射モードでは、前記第１の表面に反射入射角で入射する光が、前記第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の前記第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の前記第２のファセットで反射され、さらに前記第１の表面により最大強度でほぼ前記反射出射角で屈折し、そして
透過モードでは、前記第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により前記第１の表面に指向されるとともに、前記第１の表面により最大強度でほぼ前記透過出射角で屈折するようになっている、半透過反射板。
【請求項３２】
前記反射出射角が前記透過出射角とほぼ同じである、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項３３】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面が実質的に平坦である、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項３４】
前記第１および第２のファセット角の絶対値が約２２°〜約４２°である、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項３５】
前記反射および透過出射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約０度〜約２０度である、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項３６】
前記透過入射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約１００〜約１２０度である、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項３７】
前記反射入射角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約２０〜約４０度である、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項３８】
前記第２の表面が、湾曲ファセットを有するプリズム状構造を備える、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項３９】
前記半透過反射板本体が体積拡散板を備える、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項４０】
前記第１の表面上に配置された拡散材料層をさらに備える、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項４１】
前記半透過反射板本体の前記表面のうちの少なくとも一方が粗面化されている、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項４２】
前記第２の表面が構造的変化のパターンを備える、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項４３】
前記第２の表面が異なる平均高さのプリズム状構造を備える、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項４４】
前記第１の表面に取り付けられた基板をさらに備える、請求項３１に記載の半透過反射板。
【請求項４５】
前記基板が、反射型偏光子、吸収型偏光子、および拡散板のうちの少なくとも１つを備える、請求項４４に記載の半透過反射板。
【請求項４６】
透過型画像形成装置と、
バックライトと、
本体を有する半透過反射板とを備え、前記本体が第１の表面と第２の表面とを有し、前記第２の表面が第１のファセットと第２のファセットとを有する複数のプリズム状構造を備える構造化表面であり、前記第１のファセットが前記第２のファセットに対して約７０度以下の角度をなし、前記半透過反射板が前記画像形成装置と前記バックライトとの間に、前記第１の表面が前記画像形成装置に面するとともに前記第２の表面が前記バックライトに面するように配置され、
反射モードでは、前記画像形成装置を透過して前記第１の表面に反射入射角で入射する光が、前記第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の前記第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の前記第２のファセットで反射され、前記第１の表面により屈折し、さらに前記画像形成装置を最大強度でほぼ反射出射角で透過し、そして
透過モードでは、前記バックライトから発して前記第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により前記第１の表面に指向され、前記第１の表面により屈折し、さらに前記画像形成装置を最大強度でほぼ透過出射角で透過する、ディスプレイモジュール。
【請求項４７】
前記反射出射角が前記透過出射角とほぼ同じである、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項４８】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面が実質的に平坦である、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項４９】
前記第１の表面に対する垂線に対して各第１のファセットが第１の角度をなし、各第２のファセットが第２の角度をなし、さらに前記第１および第２の角度の絶対値が約２２°〜約４２°である、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５０】
前記反射および透過視野角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約０度〜約２０度である、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５１】
前記透過入射角の絶対値が約１００〜約１２０度である、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５２】
前記反射入射角の絶対値が約２０〜約４０度である、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５３】
前記半透過反射板の前記第２の表面が、湾曲ファセットを有するプリズム状構造を備える、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５４】
前記半透過反射板本体が体積拡散板を備える、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５５】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面上に配置された拡散材料層をさらに備える、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５６】
前記半透過反射板本体の前記表面のうちの少なくとも一方が粗面化されている、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５７】
前記第２の表面が構造的変化のパターンを備える、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５８】
前記第２の表面が異なる平均高さのプリズム状構造を備える、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項５９】
前記第１の表面に取り付けられた基板をさらに備える、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６０】
前記基板が、反射型偏光子、吸収型偏光子、および拡散板のうちの少なくとも１つを備える、請求項５９に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６１】
前記半透過反射板が前記透過型画像形成装置に取り付けられている、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６２】
前記透過型画像形成装置が２つの偏光子間に配置された液晶パネルを備えるとともに、前記半透過反射板が隣接する偏光子に取り付けられている、請求項６１に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６３】
前記半透過反射板が拡散接着剤を用いて前記隣接する偏光子に取り付けられている、請求項６２に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６４】
前記バックライトが、光源と、前記光源に光学的に接続された光導波路と、後方反射板とを備える、請求項４６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６５】
前記光導波路が、前記光源から離れる方向に徐々に先細になる厚さを有するほぼ楔形状である、請求項６４に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６６】
透過型画像形成装置と、
バックライトと、
本体を有する半透過反射板とを備え、前記本体が第１の表面と第２の表面とを有し、前記第２の表面が第１のファセットと第２のファセットとを有する複数のプリズム状構造を備える構造化表面であり、前記第１の表面への垂線に対して各第１のファセットが第１の角度をなすとともに各第２のファセットが第２のファセットをなし、前記第１の角度の絶対値が前記第１の角度の絶対値とは異なり、前記半透過反射板が前記画像形成装置と前記バックライトとの間に、前記第１の表面が前記画像形成装置に面するとともに前記第２の表面が前記バックライトに面するように配置され、
反射モードでは、前記画像形成装置を透過して前記第１の表面に反射入射角で入射する光が、前記第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の前記第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の前記第２のファセットで反射され、前記第１の表面により屈折し、さらに前記画像形成装置を最大強度でほぼ反射出射角で透過し、そして
透過モードでは、前記バックライトから発して前記第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により前記第１の表面に指向され、前記第１の表面により屈折し、さらに前記画像形成装置を最大強度でほぼ透過出射角で透過する、ディスプレイモジュール。
【請求項６７】
前記反射出射角が前記透過出射角とほぼ同じである、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６８】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面が実質的に平坦である、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項６９】
前記第１および第２の角度の絶対値が約２２°〜約４２°である、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７０】
前記反射および透過視野角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約０度〜約２０度である、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７１】
前記透過入射角の絶対値が約１００〜約１２０度である、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７２】
前記反射入射角の絶対値が約２０〜約４０度である、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７３】
前記半透過反射板の前記第２の表面が、湾曲ファセットを有するプリズム状構造を備える、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７４】
前記半透過反射板本体が体積拡散板を備える、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７５】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面上に配置された拡散材料層をさらに備える、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７６】
前記半透過反射板本体の前記表面のうちの少なくとも一方が粗面化されている、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７７】
前記第２の表面が構造的変化のパターンを備える、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７８】
前記第２の表面が異なる平均高さのプリズム状構造を備える、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項７９】
前記第１の表面に取り付けられた基板をさらに備える、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８０】
前記基板が、反射型偏光子、吸収型偏光子、および拡散板のうちの少なくとも１つを備える、請求項７９に記載の半透過反射板。
【請求項８１】
前記半透過反射板が前記透過型画像形成装置に取り付けられている、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８２】
前記透過型画像形成装置が２つの偏光子間に配置された液晶パネルを備えるとともに、前記半透過反射板が隣接する偏光子に取り付けられている、請求項８１に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８３】
前記半透過反射板が拡散接着剤を用いて前記隣接する偏光子に取り付けられている、請求項８２に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８４】
前記バックライトが、光源と、前記光源に光学的に接続された光導波路と、後方反射板とを備える、請求項６６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８５】
前記光導波路が、前記光源から離れる方向に徐々に先細になる厚さを有するほぼ楔形状である、請求項８４に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８６】
透過型画像形成装置と、
バックライトと、
本体を有する半透過反射板とを備え、前記本体が屈折率と、第１の表面と第２の表面とを有し、前記第２の表面が第１のファセットと第２のファセットとを有する複数のプリズム状構造を備える構造化表面であり、前記第１の表面への垂線に対して各第１のファセットが第１の角度をなすとともに各第２のファセットが第２のファセットをなし、前記半透過反射板が前記画像形成装置と前記バックライトとの間に、前記第１の表面が前記画像形成装置に面するとともに前記第２の表面が前記バックライトに面するように配置され、
前記半透過反射板本体の前記屈折率と、前記第１の角度と前記第２の角度とが透過出射角と反射出射角とにより特徴付けられる半透過反射動作用に構成されており、
反射モードでは、前記画像形成装置を透過して前記第１の表面に反射入射角で入射する光が、前記第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の前記第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の前記第２のファセットで反射され、前記第１の表面により屈折し、さらに前記画像形成装置を最大強度でほぼ前記反射出射角で透過し、そして
透過モードでは、前記バックライトから発して前記第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により前記第１の表面に指向され、前記第１の表面により屈折し、さらに前記画像形成装置を最大強度でほぼ前記透過出射角で透過するようになっているディスプレイモジュール。
【請求項８７】
前記反射出射角が前記透過出射角とほぼ同じである、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８８】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面が実質的に平坦である、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項８９】
前記第１および第２の角度の絶対値が約２２°〜約４２°である、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９０】
前記反射および透過視野角の絶対値が前記第１の表面への垂直軸に対して約０度〜約２０度である、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９１】
前記透過入射角の絶対値が約１００〜約１２０度である、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９２】
前記反射入射角の絶対値が約２０〜約４０度である、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９３】
前記半透過反射板の前記第２の表面が、湾曲ファセットを有するプリズム状構造を備える、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９４】
前記半透過反射板本体が体積拡散板を備える、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９５】
前記半透過反射板本体の前記第１の表面上に配置された拡散材料層をさらに備える、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９６】
前記半透過反射板本体の前記表面のうちの少なくとも一方が粗面化されている、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９７】
前記第２の表面が構造的変化のパターンを備える、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９８】
前記第２の表面が異なる平均高さのプリズム状構造を備える、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項９９】
前記第１の表面に取り付けられた基板をさらに備える、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１００】
前記基板が、反射型偏光子、吸収型偏光子、および拡散板のうちの少なくとも１つを備える、請求項９９に記載の半透過反射板。
【請求項１０１】
前記半透過反射板が前記透過型画像形成装置に取り付けられている、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１０２】
前記透過型画像形成装置が２つの偏光子間に配置された液晶パネルを備えるとともに、前記半透過反射板が隣接する偏光子に取り付けられている、請求項１０１に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１０３】
前記半透過反射板が拡散接着剤を用いて前記隣接する偏光子に取り付けられている、請求項１０２に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１０４】
前記バックライトが、光源と、前記光源に光学的に接続された光導波路と、後方反射板とを備える、請求項８６に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１０５】
前記光導波路が、前記光源から離れる方向に徐々に先細になる厚さを有するほぼ楔形状である、請求項１０４に記載のディスプレイモジュール。
【請求項１０６】
下記の工程：
反射入射角を選択することと、
透過入射角を選択することと、
反射出射角を選択することと、
透過出射角を選択することと、
第１の表面と第２の表面とを有する半透過反射板本体を構成することと
を含み、前記第２の表面が複数のプリズム状構造を備える構造化表面であり、
反射モードでは、前記第１の表面に前記反射入射角で入射する光が、前記第１の表面により第１のプリズム状構造へ屈折し、前記第１のプリズム状構造により第２のプリズム状構造へ指向され、前記第２のプリズム状構造により前記第１の表面へ指向され、さらに前記第１の表面により最大強度でほぼ前記反射出射角で屈折し、そして
透過モードでは、前記第２の表面に前記透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により前記第１の表面に指向されるとともに、前記第１の表面により最大強度でほぼ前記透過出射角で屈折するようになっている、半透過反射板の作製方法。
【請求項１０７】
前記透過出射角が前記反射出射角とほぼ同じであるように選択される、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記第１の表面が実質的に平坦であるように選択される、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０９】
下記の工程：
反射入射角を選択することと、
透過入射角を選択することと、
反射出射角を選択することと、
透過出射角を選択することと、
屈折率と、実質的に平坦な表面と、第１のファセットと第２のファセットとを有する複数のプリズム状構造を備える構造化表面とを有する半透過反射板本体を構成することと
を含み、前記実質的に平坦な表面への垂線に対して各第１のファセットが第１の角度をなすとともに、各第２のファセットが第２の角度をなし、
反射モードでは、前記実質的に平坦な表面に前記反射入射角で入射する光が、前記実質的に平坦な表面により屈折し、第１のプリズム状構造の前記第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の前記第２のファセットで反射され、さらに前記実質的に平坦な表面により最大強度でほぼ前記反射出射角で屈折し、そして
透過モードでは、前記構造化表面に前記透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により前記実質的に平坦な表面に指向されるとともに、前記実質的に平坦な表面により最大強度でほぼ前記透過出射角で屈折するようになっている、半透過反射板の作製方法。
【請求項１１０】
前記透過出射角が前記反射出射角と実質的に同じであるように選択される、請求項１０９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半透過反射板（トランスフレクタ）に関し、特にその表面のうちの１つにある入射角の範囲で入射する光を反射するとともに他の表面に異なる入射角の範囲で入射する光を透過する光学構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報を視認者に伝達する電子ディスプレイを含むマイクロプロセッサによる装置がほぼ定着してきた。携帯電話、ハンドヘルドコンピュータ、携帯端末、コンピュータゲーム、カーステレオおよびインジケータ、公共ディスプレイ、現金自動預け払い機、店内キオスク、家庭用用途、コンピュータモニタ等はすべて、毎日視認される情報ディスプレイを含む装置の例である。そのような装置に設けられたディスプレイの多くは液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）である。
【０００３】
陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイとは異なり、ＬＣＤディスプレイは発光しないため、そのようなディスプレイで形成される画像を視認するための別体の光源を必要とする。外光照明はある用途には十分であるが、ほとんどの大面積かつ高性能ＬＣＤなどの多くのＬＣＤでは外光がぎらつきを発生させて読み取り性に悪影響をもたらす。一方ある用途は外光照明がないまたはその強度が不十分である条件でのディスプレイ視認を必要とする。そのため読み取り性を向上させるために、いくつかのＬＣＤは一般に「バックライト」として既知であるディスプレイの背後に配置された光源を含む。
【０００４】
外光照明およびバックライト照明で視認し得るＬＣＤは一般に「半透過型」ディスプレイとして既知である。現在入手可能な半透過反射板の例には部分ミラー半透過反射板および反射型偏光子を利用する半透過反射板がある。反射型偏光子を利用する半透過反射板は通例比較的高輝度を有するが、その出力は１８０度の画像の回転（画像反転）によって通常特徴付けられる。部分ミラー半透過反射板は画像反転を示さないが、その出力輝度は低い。また典型的な現在利用可能な半透過反射板は透過モードの出力輝度対反射モードの出力輝度間のトレードオフも必要である。
【０００５】
半透過反射型ＬＣＤは通常２つの偏光子間に液晶材料層を含む。第１の偏光子は光が適当な偏光状態で液晶層に提供されるようにし、液晶材料が光の偏光状態を選択的に変え、さらに第２の偏光子が光を測定する。具体的には第２の偏光子は透過軸に配向された偏光状態を有する光を透過することにより輝点を生じる。前偏光子の透過軸に配向されていない偏光状態で前偏光子へ透過する光は、その前偏光子によって少なくとも部分的に遮断されることにより暗点を生じる。そのような各点は通常画素と称される。これらを基に画素は情報を視認者に伝達できる画像を形成する。
【０００６】
典型的なＬＣＤの低透過性のため、電力節約および電力消費の削減はＬＣＤおよびバックライトを設計する際の重要な問題である。光の効率的利用は、携帯電話、携帯端末、およびラップトップコンピュータで用いられるような電池式の電子ディスプレイにおいて特に重要である。これらのおよび同様な用途において電池の寿命は通常電池サイズおよび装置の全体サイズに対して慎重にバランスが取られている。照明効率を向上させることにより、電池の寿命を延ばすことが可能および／または電池のサイズを低減させることができる。このため消費電力を削減し得るようなＬＣＤ内で用い得るより効率的な光学構成要素への継続的な要求がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は第１の表面と第２の表面とを有する半透過反射板に関する。第２の表面は第１および第２のファセットを有するプリズム状構造を含む構造化表面である。半透過反射板は反射モードでは、第１の表面に反射入射角で入射する光が、第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の第２のファセットで反射され、さらに第１の表面により最大強度でほぼ反射出射角で屈折するように構成されている。透過モードでは、第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により第１の表面に指向されるとともに、第１の表面により最大強度でほぼ透過出射角で屈折する。
【０００８】
また本開示は透過型画像形成装置と、バックライトと、第１の表面と第２の表面とを有する半透過反射板とを含むディスプレイモジュールに関する。第２の表面は第１および第２のファセットを有するプリズム状構造を含む構造化表面である。半透過反射板は画像形成装置とバックライトとの間に、第１の表面が画像形成装置に面するとともに第２の表面がバックライトに面するように配置されている。半透過反射板は反射モードでは、画像形成装置を透過して第１の表面に反射入射角で入射する光が、第１の表面により屈折し、第１のプリズム状構造の第１のファセットで反射され、第２のプリズム状構造の第２のファセットで反射され、第１の表面により屈折し、さらに画像形成装置を最大強度でほぼ反射出射角で透過するように構成されている。透過モードでは、バックライトから発して第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により第１の表面に指向され、第１の表面により屈折し、さらに画像形成装置を最大強度でほぼ透過出射角で透過する。
【０００９】
また本開示は反射入射角を選択するステップと、透過入射角を選択するステップと、反射出射角を選択するステップと、透過出射角を選択するステップと、第１の表面と第２の表面とを有する半透過反射板本体を構成するステップとを含み、第２の表面がプリズム状構造を含む構造化表面である、半透過反射板の作製方法に関する。半透過反射板本体は反射モードでは、第１の表面に反射入射角で入射する光が、第１の表面により第１のプリズム状構造へ屈折し、第１のプリズム状構造により第２のプリズム状構造へ指向され、第２のプリズム状構造により第１の表面へ指向され、さらに第１の表面により最大強度でほぼ反射出射角で屈折するように構成されている。透過モードでは、第２の表面に透過入射角で入射する光が、プリズム状構造により第１の表面に指向されるとともに、第１の表面により最大強度でほぼ透過出射角で屈折する。
【００１０】
本発明により構成された半透過反射板およびディスプレイモジュールのこれらおよび他の態様は、図面と共に以下の詳細な説明により当業者には容易に明らかになろう。
【００１１】
本発明が関連する当業者が本発明の作製および使用方法をより容易に理解できるようにするために、その例示的実施形態を図面を参照して以下により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここで、同様な参照番号が同様な要素を示す図面を参照すると、図１および図２は本開示の例示的実施形態により構成された半透過反射板１００の部分断面図を示している。半透過反射板１００は、実質的に平面であることが好ましい表面１０１と、構造化表面１０２とを有する本体１２０を含む。本発明開示の文脈において用語「半透過反射板」は光学要素を指すのに用いられ、その光学要素は図１に示すその表面のうちの１つ、例えば表面１０１に入射する光を特定の反射出射角で最大強度で反射すると同時に、図２に示す他の表面、例えば構造化表面１０２に入射する光線を特定の透過出射角で最大強度で透過する。
【００１３】
いくつかの実施形態において表面１０１を構造化またはテキスチャ加工し得る。例えば表面１０１は艶消し表面でもよい。構造化表面１０２はプリズム状構造１１０などの光指向突起を含む。プリズム状構造１１０が同様な形状のプリズムを含み、これらのプリズムが本開示のいくつかの実施形態において水平軸に関して実質的に対称である頂点を有することが好ましい。状況に応じて構造化表面１０２はプリズム状構造１１０への追加構造を含み得る。このような追加構造にはプリズム状構造１１０が好適に組み入れられていてもよく、さらに他の頂角または高さを有するプリズム状構造、溝、個々の隆起または窪み、拡散誘発構造等を含んでいてもよい。
【００１４】
本開示により構成された半透過反射板のいくつかの実施形態は、隣接のプリズム状構造が互いに対して傾斜している構造化表面、異なる頂角を有するプリズムを含むプリズム状構造、丸みのあるまたは曲線ファセットを有するプリズム状構造、または個々のプリズム状構造に沿って変化する幅または角度を有するプリズム状構造などのパターンの構造変化を含むプリズム状構造を含み得る。このような例示的構造は、例えば「光学フィルム（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｍ）」と題された、キャンベル（Ｃａｍｐｂｅｌｌ）らに与えられた米国特許第６，３５４，７０９号明細書、および「プログラム化光学構造を有する光学要素（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」と題された、本発明の譲受人に譲渡された、ガーディナー（Ｇａｒｄｉｎｅｒ）らの米国特許出願第０９／４１５，４７１号明細書、「ソフトカットオフによる輝度向上フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ  Ｗｉｔｈ  Ｓｏｆｔ  Ｃｕｔｏｆｆ）」と題された、オニール（Ｏ’Ｎｅｉｌｌ）らに与えられた米国特許第５，９１７，６６４号明細書、「変動高さ構造化表面を有する光指向フィルムおよびそれにより構成された光指向物品（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｈｅｉｇｈｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ）」と題された、ワートマン（Ｗｏｒｔｍａｎ）らに与えられた米国特許第５，７７１，３２８号明細書、および「輝度向上物品（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ａｒｔｉｃｌｅ）」と題された、フォン（Ｆｏｎｇ）らに与えられた米国特許第６，２８０，０６３号明細書に記載されており、その開示を本開示と矛盾しない限り本明細書に参照により援用する。
【００１５】
プリズム状構造１１０は各々２組のファセット、第１のファセット１１１と第２のファセット１１２とを有する。ファセット１１１および１１２は、表面１０１に対して仮想線Ｎにより示される垂線に対してそれぞれ角度ｆ０およびｆ１で配置されている。本開示により構成された半透過反射板は例えば鋳型と硬化性材料、例えば鋳型とエポキシアクリレート類、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネートまたは任意の他の適当な透過材料などの圧縮成形用熱プラスチック類で作製することができる。プリズム状構造１１０のピッチまたは頂点間の距離は通例約５〜約５００ミクロンであるが、他の寸法も特定の用途および他の要因に応じて本開示の範囲内にある。
【００１６】
いくつかの例示的実施形態において、スリーエム（３Ｍ）から入手可能なビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ブライトネス・エンハンスメント・フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ）（ＢＥＦ）または画素アレイなどの、他の表示構成要素の周期的構造に十分近接している場合に発生し得るモアレ効果を低減するように、半透過反射板のピッチを選択することができる。典型的な例示的半透過反射板本体の厚さは約２５ミクロン〜約３００ミクロンに及ぶが、適切な場合他の厚さを用い得る。本開示により構成された半透過反射板の他の例示的寸法は、約４７ミクロンのピッチおよび約６０度のプリズムファセット間角度に対して約４１ミクロンの高さを有するプリズム状構造を含み得る。本開示の典型的な実施形態において、プリズム状構造１１０のファセット間のより小さい角度は約７０度未満になる。
【００１７】
図１は反射モードにおける半透過反射板１００の動作を図示する。通例このような反射モードは隣接する光指向突起、例えば図１に示したプリズム状構造２１１と２１０との間の光学的相互作用により容易になる。特に反射モードにおいて、外部光源から発し得る光線２０１は垂線Ｎに対して反射入射角αiで表面１０１に当たり、その後半透過反射板１００の本体１２０内へ屈折される。屈折された光線２０２はその後、第１のプリズム状構造２１０のファセット１１１で全反射（ＴＩＲ）により反射される。その結果光線２０２は光線２０３により図示されるようにプリズム状構造２１０のファセット１１２に向けて再指向される。
【００１８】
さらに図１を参照すると光線２０３は、光線２０４により図示されるように、第１のプリズム状構造２１０のファセット１１２で屈折される。光線２０４は第２のプリズム状構造２１１に到達するまで空気中を伝播する。光線２０４はその後、光線２０５により示されるように第２のプリズム状構造２１１のファセット１１１により屈折する。次に光線２０５は第２のプリズム状構造２１１のファセット１１２からＴＩＲにより反射される。反射されると光線２０５は、光線２０６により示されるように方向変換する。光線２０６は半透過反射板１００の本体１２０中を伝播するとともに、光線２０７により示されるように表面１０１で屈折する。光線２０７は垂線Ｎに対して反射出射角αeで半透過反射板１００の本体１２０から出る。
【００１９】
図２は透過モードのプリズム状半透過反射板１００の動作を図示する。透過モードでは図３を参照してより詳細に説明するバックライトなどのバックライトから発し得る光線４０１は、垂線Ｎに対して透過入射角βiで半透過反射板１００の構造化表面１０２に入射する。光線４０１はプリズム状構造２１１の面１１２に入射するとともに、光線４０２により示されるようにファッセット１１２で半透過反射板１００の本体１２０内に屈折される。屈折された光線４０２はプリズム状構造２１１を通過してファセット１１１からＴＩＲにより反射され、光線４０３に示されるように方向変換する。光線４０３はその後半透過反射板１００の本体１２０内を伝播し、光線４０４により示されるように表面１０１で屈折する。光線４０４は垂線Ｎに対して透過出射角βeで半透過反射板１００の本体１２０から出る。
【００２０】
本開示により構成された例示的半透過反射板を、回転フィルムと同様に入射光を再指向することを始めとする所望の透過特性を維持しつつ、ある角度での最大反射強度などの特定の反射モード要件を満たすように構成することができる。さらに本開示により構成された例示的半透過反射板を、透過モードの最大出力光強度が反射モードの最大出力強度と実質的に同じ方向に提供されるように構成することができる。本開示の原理によると、これらおよび関連する目的は、上述した反射（図１、光線２０１〜２０７）および透過（図２、光線４０１〜４０４）モードの両方に対して代表的光線経路に沿った各屈折および各反射の光線方向を算出することにより達成し得る。
【００２１】
当業者には、例示的半透過反射板の界面、例えば表面１０１ならびにファセット１１１および１１２における屈折がスネルの法則により支配されることは容易に理解できよう。特にスネルの法則は図１に示される光線２０１と２０２、２０３と２０４、２０４と２０５、２０６と２０７の方向間、ならびに図２に示される光線４０１と４０２、４０３と４０４の方向間の関係を規定する。また当業者には、例えばファセット１１１および１１２におけるＴＩＲの各例の場合、入射角と反射角は同等になることも容易に理解できよう。これらの原理によれば反射および透過の動作モード両方における出射角（すなわち図１および図２に示されるαeおよびβe）は以下のパラメータ：ファセット角ｆ０およびｆ１、入射角αiまたはβi、および半透過反射板本体１２０の屈折率ｎに基づいて求め得る。
【００２２】
これらのパラメータおよびそれらの関係を、マイクロソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）（登録商標）エクセル（Ｅｘｃｅｌ）スプレッドシートなどのスプレッドシート、または他の適当なアプリケーションまたはプログラムに入力することができるとともに、初期システムパラメータ、入力照明の特性、および出力照明の所望の特性に基づいてそれらの値を適当に最適化することができる。加えて当業者にはそのような最適化中に、各代表光線の入射角を例示的半透過反射板の特定の材料の既知の臨界角と比較することにより確認し得るＴＩＲ条件が、プリズムファセットにおいて満足されなければならないことが容易に理解できよう。加えて光線２０５はファセット１１２を横切らなければならない。
【００２３】
図３は画像形成装置３０（ＬＣＤなどの）と、本開示により構成された例示的半透過反射板１０と、バックライト５０とを含むディスプレイモジュール７０の概略断面図である。ディスプレイモジュール７０は、当業者には既知であるように図示の構成要素に加えてまたは代えて他の光学構成要素を含み得るが、ただしそのような追加または代替構成要素が特定の用途に対して必要または望ましい場合である。バックライト５０は光源５２（例えば蛍光管、複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）または他の適当な光源などの線状光源）と、光導波路５４（例えば誘電光導波路）と、後方反射板４０とを含む。光導波路５４は光源５２に光学的に接続されるとともに光源５２に隣接配置され得る光入力側面５８を有する。また光導波路５４は画像形成装置３０に面する光出力側面５６も有する。画像形成装置３０は第１の偏光子３４と、第２の偏光子３８と、第１の偏光子３４と第２の偏光子３８との間に配置された液晶材料層３６とを含み得る。
【００２４】
バックライト５０は当業者には既知であるように図示の構成要素に加えてまたは代わりに他の構成要素を含み得る。例えばバックライト５０は光源の周囲に反射板をさらに含み得る。いくつかの実施形態において光源は光導波路５４の２つ以上の縁部に配置し得るとともに、光導波路は多様な適当な構成を有し得る。直下型バックライト、中空光導波路バックライト等などのバックライトの他の構成を本開示の適当な実施形態と共に用い得る。画像形成装置３０は当業者には既知であるように図示の構成要素に加えてまたは代わりに他の構成要素を含み得る。
【００２５】
半透過反射板１０は光導波路５４と表示装置３０との間に配置可能である、図示の例示的実施形態において光導波路５４は楔形状であり、光導波路の厚さは光源５２から離れる方向に先細になっている。このような例示的ディスプレイモジュール７０において、光源５２から発する光の少なくとも一部分は光入力側面５８を通って光導波路５４に入り、その側面からＴＩＲにより光導波路５４内を伝播し、出力側面５６を通って光導波路５４を出ることになる。誘電楔形状光導波路において、内部からの光の抽出は、主に空気との光導波路の界面におけるＴＩＲの失敗により生じる。付加構造を追加して光導波路５４からの光の抽出を容易にしてもよい。
【００２６】
光線が楔の厚さの減少方向に伝播するため、光線角度は傾斜側面からの反射毎に楔角度の半分だけ減少する。光線角度がちょうど臨界角未満に減少すると、光線は出力側面５６に対して視射角で出力側面５６を通って光導波路５４から逃げる。典型的楔形状光導波路の場合、逃げ角の範囲は楔角度および楔形光導波路の屈折率に応じて、出力側面への垂線に対して約９０度（視射）〜約５０度である。高屈折率を有するより急峻な楔はより低い逃げ角になる。残留成形表面粗度または光導波路へ導入される他の構造も光線を約３０度などの低角度で逃がし得る。当業者には多様な他の機構を用いて光導波路５４から光を抽出できることは容易に理解できよう。
【００２７】
さらに図３を参照すると、ディスプレイモジュール７０内の半透過反射板１０は自立構造であり得るか、または例えば適当な形状面構造を基板１２にラミネート加工、鋳造、共押出し、成形により、または任意の他の適当な接着技術により、基板１２に取り付け可能である。例えば半透過反射板１０を拡散粘着剤などの接着剤を用いて基板１２に取り付けることができる。基板１２は拡散板、例えば体積拡散板、反射型偏光子などのエンハンス膜、例えば共にスリーエム（３Ｍ）から入手可能なビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）デュアル・ブライトネス・エンハンスメント・フィルム（Ｄｕａｌ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ）（ＤＢＥＦ）およびビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ディフューズ・リフレクティブ・ポラライザ・フィルム（Ｄｉｆｆｕｓｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  Ｆｉｌｍ）（ＤＲＰＦ）または液晶反射型偏光子、吸収型偏光子、支持構造、もしくは任意の他の適当な構成要素などの任意の透過型光学構成要素であるかまたはそれを含み得る。
【００２８】
平行光を有する照明はある角度の反射で見られる画像の最適輝度になるため、外部照明源は実質的に平行であることが好ましく、これは太陽光または典型的な事務所の照明に当てはまる。しかし非平行光による照明も本開示の範囲内である。例えば少量の拡散は視野角の若干の広がりが望ましい場合、および照明源の画像を散らすことが望ましい場合に有益であることが多い。しかし拡散量は輝度の損失に対して慎重にバランスを取らなければならず、これは低透過性のためＬＣＤにおいて特に重要である。例えば湾曲を本開示の典型的半透過反射板の構造化面のファセットに付加することにより拡散を導入し得る。他の選択肢には半透過反射板本体自体内での、または典型的半透過反射板を他の構造に固定するために用いる接着剤内での体積拡散材料の使用がある。他の技術には例えば溝、リッジまたは表面粗さの他のパターンを作製すること、または構造化面上に実質的にランダムなまたは周期的な構造的変化のパターンを作製することにより、半透過反射板の１つ以上の表面を粗面化することがある。
【００２９】
本開示により構成された例示的半透過反射板を多様なハンドヘルド表示装置内に組み込み得る。一般的な表示装置において外光照明の入射角は、表示装置の垂直軸に対して通例約３０度であり、時には約＋１０〜約−１０度の変動がある。約３０度で入射する照明の場合、正反射の方向は約−３０度になり、これは通常ぎらつきが生じる。ハンドヘルド型の場合の好適な視野角は一般に約−１０度であり、つまり入射方向から約４０度であり通常のぎらつき方向から約２０度離れている。他の好適な視野角も本開示の範囲内にあり、例えばノートブック型またはデスクトップ型コンピュータ用ディスプレイモジュールは表示装置への垂直な軸に対して通例約０度で視認される。
【００３０】
図３に示すディスプレイモジュール７０などのディスプレイモジュールでは、典型的な楔形光導波路が出射面から出射する光のピーク角度が出射面に対して約８０度未満になるように構成されており、これは垂線Ｎに対して約１００度以上の透過入射角に相当する。他の一般的な透過入射角は垂線Ｎに対して約９０度〜約１４０度の範囲であるが、特定の用途および他の要因によって他の値も本開示の範囲内にある。外光がそのままでは使用するのに不十分な輝度である場合、通常出力光の最大強度に対する透過および反射出射角がほぼ同じである本開示の例示的実施形態を用いることが望ましい。他の例示的実施形態において出力光の最大強度に対する透過および反射出射角は互いに異なる値を有し得る。
【００３１】
図４は数個のファセット角ｆ０（２７、３０、３３、３５、３８、４０および４２度）の各々の場合のファセット角ｆ１に対してプロットした反射出射角αeの計算値を表わし、ここで入射反射角αiは約３０度に設定されるとともに、半透過反射板本体の屈折率ｎは約１．６に設定されている。図４のプロットから、点（ｆ０、ｆ１）の軌跡が約−１０度の出射角を通ることが分かる。２つの追加留意点が反射モードの本開示の例示的半透過反射板を横断する光線に与えられている。第１の留意点は一組のパラメータが、光線２０２、２０３および光線２０５、２０６（透過では４０２、４０３）のＴＩＲ条件が満たされるようになっていることである。第２の留意点は一組のパラメータが、図１の光線２０４が隣接のプリズム状構造のファセット（例えばプリズム状構造２１１のファセット１１１）と交差するとともに、光線２０５がそのプリズム状構造の他のファセット（例えばプリズム状構造２１１のファセット１１２）と交差するようになっていることである。
【００３２】
例えば光線角度を半透過反射板本体の材料に対する臨界角と比較することによりＴＩＲ条件をチェックすることができる。表Ｉは数個の例示的屈折率ｎおよび反射入射角αiに対するファセット１１１の角度ｆ１の計算例示的境界値を示す。これらの屈折率および反射入射角の場合、図１に示す光線２０２および２０３（または光線が左から入射する場合には透過での光線４０２および４０３）は、ファセット角ｆ１がほぼ表Ｉの適当な値以下である場合には、ファセット１１１におけるＴＩＲ条件を満たす。
【００３３】
【表１】
2007534027.tif 000003
【００３４】
図５Ａ〜図５Ｄは約３０度の反射入射角αiに対するおよび半透過反射板本体屈折率ｎの数個の異なる値に対する計算ＴＩＲ条件を図示する（図５Ａではｎは約１．４に設定され、図５Ｂではｎは約１．５に設定され、図５Ｃではｎは約１．６に設定され、図５Ｄではｎは約１．７に設定されている）。これらの屈折率および反射入射角の場合、図１に示した光線２０５および２０６は、図５Ａ〜図５Ｄの斜線部分により表わされるファセット角対（ｆ０；ｆ１）の場合のファセット１１２におけるＴＩＲ条件を満たす。
【００３５】
任意の適当な市販の光線追跡ソフトウェアなど光線追跡コンピュータコードを用いて第２の留意点を満たすかを判断することができる。図６Ａおよび図６Ｂにおいて斜線部分は、光線２０５が入射し得る表面積の約４０％以上に関して、光線２０５がファセット１１２と交差するという条件を満たす、光線追跡により求められるファセット角対（ｆ０、ｆ１）を表わす。図６Ａは透過入射角が約３０度および半透過反射板本体屈折率が約１．５の場合のデータを表わす一方、図６Ｂは反射入射角が約３０度および半透過反射板本体屈折率が約１．６の場合のデータを表わす。斜線部分により表わされるファッセット対（ｆ０、ｆ１）は主要な反射方向の強度が入射強度の約４０％より大きいという条件も満たす。
【００３６】
図７は数個のファセット角ｆ０（２７、３０、３３、３５、３８、４０および４２度）の各々の場合のファセット角ｆ１に対してプロットした計算透過出射角βeを表わし、ここで入射透過角βiは約−１００度に設定されるとともに、屈折率ｎは約１．６に設定されている。図７のプロットから、点（ｆ０、ｆ１）の軌跡が約＋１０度の透過出射角を通ることが分かる。ここで透過モードにより、例えば光源の場所および／または光導波路の構成を変えることによって光を（＋）または（−）入射方向から構造化表面へ指向させる柔軟性が可能になるため、＋１０度か−１０度を選択し得る。この概念は図８に図示されており、ファセット角ｆ０およびｆ１を有するプリズム状構造２１０と（−）または（＋）方向からプリズム状構造２１０へ入射する光線４０１とを概略的に示している。（＋）方向からプリズム状構造２１０へ入射する光線４０１は表面１０１への垂線Ｎに対して正の角度＋γをなす。ファセット１１１でＴＩＲを受けた後、光線は垂線Ｎに対して正の角度＋θで半透過反射板本体を出射する。しかし光線４０１が（−）方向からプリズム状構造へ入射する場合には、垂線Ｎに対して負の角度−γをなし、ファセット１１１でＴＩＲを受け、負の角度−θで半透過反射板本体を出射する。反射光の場合との調和を維持するには、ファセットのラベルを図８に示すように交換すればよい。
【００３７】
当業者には上記の計算を任意の組のパラメータ、例えば多様な入射角βiおよびαi、ポリマー屈折率ｎ、および出射角βeおよびαeに対して繰り返し得ることは容易に理解できよう。例えば図９〜１１は反射モードおよび透過モードの両方の場合の計算ファセット角対（ｆ０、ｆ１）のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．６に設定するとともに反射入射角αiを約３０度に設定した。透過データプロットは透過入射角βiの正のおよび負の値に対して示されており、βiの負の値のプロットには「*」のマークが付されている。図９においてβiを約＋または−１００度に設定し、図１０においてβiを約＋または−１１０度に設定し、図１１においてβiを約＋または−１２０度に設定した。図９〜図１１の異なる曲線はグラフ上にラベル表示したように約０、−１０および−２０度の出射角βeおよびαeに対して得られたデータを表わす。図から明らかなように、出射角βeおよびαeをほぼ同じ値に設定した透過および反射プロットは数個の交点を有する。交点は屈折率およびファセット角ｆ０およびｆ１などの半透過反射板パラメータに相当し、反射出射角は透過出射角とほぼ同じである。
【００３８】
同様に図１２〜図１４は反射モードおよび透過モードの両方の場合の計算ファセット角対（ｆ０、ｆ１）のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．５５に設定するとともに反射入射角αiを約３０度に設定した。透過データプロットは透過入射角βiの正のおよび負の値に対して示されており、βiの負の値のプロットには「*」のマークが付されている。図１２においてβiを約＋または−１００度に設定し、図１３においてβiを約＋または−１１０度に設定し、図１４においてβiを約＋または−１２０度に設定した。図１２〜１４の異なる曲線はグラフ上にラベル表示したように約０、−１０および−２０度の出射角βeおよびαeに対して得られたデータを表わす。図から明らかなように、出射角βeおよびαeをほぼ同じ値に設定した透過および反射プロットは数個の交点を有する。交点は屈折率およびファセット角ｆ０およびｆ１などの半透過反射板パラメータに相当し、反射出射角は透過出射角とほぼ同じである。
【００３９】
図１５〜図１７は反射モードおよび透過モードの両方の場合の計算ファセット角対（ｆ０、ｆ１）のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．５に設定するとともに反射入射角αiを約３０度に設定した。透過データプロットは透過入射角βiの正のおよび負の値に対して示されており、βiの負の値のプロットには「*」のマークが付されている。図１５においてβiを約＋または−１００度に設定し、図１６においてβiを約＋または−１１０度に設定し、図１７においてβiを約＋または−１２０度に設定した。図１５〜１７の異なる曲線はグラフ上にラベル表示したように約０、−１０および−２０度の出射角βeおよびαeに対して得られたデータを表わす。図から明らかなように、出射角βeおよびαeをほぼ同じ値に設定した透過および反射プロットは数個の交点を有する。交点は屈折率およびファセット角ｆ０およびｆ１などの半透過反射板パラメータに相当し、反射出射角は透過出射角とほぼ同じである。
【００４０】
図１８〜図２０は一致出射各βeおよびαeの数個の値に対する半透過反射板本体の屈折率ｎに対して同じグラフ上にプロットされた計算ファセット角ｆ０およびｆ１を表わす。データプロットは透過入射角βiの正および負の値に対して示され、βiの負の値に対するデータプロットには「*」のマークが付されている。図１８においてαiを約３０度に設定し、βiを約−または＋１００度に設定し、βeおよびαeをグラフ上にラベル表示したように約０、−１０および−２０度に設定した。図１８にプロットされたデータ点に対応する値は表ＩＩに記載されている。
【００４１】
【表２】
2007534027.tif 000004
【００４２】
図１９においてαiを約３０度に設定し、βiを約−または＋−１１０度に設定し、βeおよびαeをグラフ上にラベル表示したように約０、−１０および−２０度に設定した。図１９にプロットされたデータ点に対応する値は表ＩＩＩに記載されている。
【００４３】
【表３】
2007534027.tif 000005
【００４４】
図２０においてαiを約３０度に設定し、βiを約−または＋１２０度に設定し、βeおよびαeをグラフ上にラベル表示したように約０、−１０および−２０度に設定した。図２０にプロットされたデータ点に対応する値は表ＩＶに記載されている。
【００４５】
【表４】
2007534027.tif 000006
【００４６】
このように本開示の例示的実施形態により構成された半透過反射板は反射モードを有し、半透過反射板の表面のうちの１つに入射する光線を視射角とは異なる角度で反射できるようになっている。加えて本開示の例示的半透過反射板は、その構造化表面に高入射角度で入射する光線をより小さい透過角度へ再指向することにより動作する透過モードを有する。さらに本開示によれば本開示の例示的実施形態を、外部光源からある角度で入射する光を反射して視認者に向かって特定の方向に再指向するように構成することができる。この特定の方向は透過および反射モードの両方に対してほぼ同じであり得る。本開示の例示的実施形態のファセット角の適当な設計により、回転フィルムの透過特性を維持しつつ反射モードで用いる、または２つのモードを協同して用いることができるようになる。
【００４７】
本開示は、ある入射角度範囲でその上面に入射する外部光線に対して反射的である一方で、異なる光線範囲で構造化表面に入射する光線に対して透過的でもある高効率半透過反射板を提供するため、表面装置における全消費電力を削減することができる。本開示により構成された典型的な例示的半透過反射板は画像反転を生じない。さらに本開示は現在透過ＬＣＤの反射モードに用いられることが多い内部部分ミラー構造の必要性を低減することにより半透過反射型ＬＣＤのコストを削減するのに役立ち得る。
【００４８】
本開示により構成された半透過反射板およびディスプレイモジュール、ならびにそのような半透過反射板の作製方法を特定の例示的実施形態を参照して説明したが、本開示の要旨と範囲とから逸脱することなく変形および変更をなし得ることは当業者には容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】反射モードにおける動作を図示する、本開示により構成された例示的プリズム状半透過反射板の部分断面図である。
【図２】透過モードにおける動作を図示する、本開示により構成された例示的プリズム状半透過反射板の部分断面図である。
【図３】本開示により構成された例示的半透過反射板を含むディスプレイモジュールの概略断面図である。
【図４】数個のファセット角ｆ０（２７、３０、３３、３５、３８、４０および４２度）の各々の場合のファセット角ｆ１に対する反射出射角αeのプロットであり、ここで入射反射角αiは約３０度に設定されるとともに、半透過反射板本体の屈折率ｎは約１．６に設定されている。
【図５Ａ】ＴＩＲ条件が満たされるファセット角対を示し、ここで反射入射角は約３０度であるとともに半透過反射板本体屈折率ｎは約１．４に設定されている。
【図５Ｂ】ＴＩＲ条件が満たされるファセット角対を示し、ここで反射入射角は約３０度であるとともに半透過反射板本体屈折率ｎは約１．５に設定されている。
【図５Ｃ】ＴＩＲ条件が満たされるファセット角対を示し、ここで反射入射角は約３０度であるとともに半透過反射板本体屈折率ｎは約１．６に設定されている。
【図５Ｄ】ＴＩＲ条件が満たされるファセット角対を示し、ここで反射入射角は約３０度であるとともに半透過反射板本体屈折率ｎは約１．７に設定されている。
【図６Ａ】第１のプリズム状構造により指向される光線が第２のプリズム状構造の第２のファセットと交差するファセット角対を示し、ここで透過入射角は約３０度であるとともに半透過反射板本体屈折率ｎは約１．５に設定されている。
【図６Ｂ】第１のプリズム状構造により指向される光線が第２のプリズム状構造の第２のファセットと交差するファセット角対を示し、ここで透過入射角は約３０度であるとともに半透過反射板本体屈折率ｎは約１．６に設定されている。
【図７】数個のファセット角ｆ０（２７、３０、３３、３５、３８、４０および４２度）の各々の場合のファセット角ｆ１に対する透過出射角βeのプロットであり、ここで入射透過角βiは約−１００度に設定されるとともに、半透過反射板本体の屈折率ｎは約１．６に設定されている。
【図８】（＋）および（−）入射方向から例示的半透過反射板の構造化表面上に指向された光を概略的に示す。
【図９】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．６に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１００度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１０】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．６に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１１０度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１１】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．６に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１２０度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１２】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．５５に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１００度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１３】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．５５に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１１０度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１４】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．５５に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１２０度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１５】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．５に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１００度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１６】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．５に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１１０度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１７】反射および透過モードの場合のファセット角対のプロットを表わし、ここで半透過反射板本体の屈折率を約１．５に設定し、反射入射角αiを約３０度に設定し、透過入射角βiを約＋または−１２０度に設定し、さらに出射角βeおよびαeを約０、−１０および−２０度に設定した。
【図１８】約−１００度に設定したβi、約３０度に設定したαi、ならびにαeとほぼ同じ且つ０、−１０および−２０度に対してプロットされたβeに対する半透過反射板本体屈折率ｎに対するファセット角のプロットを表わす。
【図１９】約−１１０度に設定したβi、約３０度に設定したαi、ならびにαeとほぼ同じ且つ０、−１０および−２０度に対してプロットされたβeに対する半透過反射板本体屈折率ｎに対するファセット角のプロットを表わす。
【図２０】約−１２０度に設定したβi、約３０度に設定したαi、ならびにαeとほぼ同じ且つ０、−１０および−２０度に対してプロットされたβeに対する半透過反射板本体屈折率ｎに対するファセット角のプロットを表わす。
【図１】
2007534027.tif 000007
【図２】
2007534027.tif 000008
【図３】
2007534027.tif 000009
【図４】
2007534027.tif 000010
【図５Ａ】
2007534027.tif 000011
【図５Ｂ】
2007534027.tif 000012
【図５Ｃ】
2007534027.tif 000013
【図５Ｄ】
2007534027.tif 000014
【図６Ａ】
2007534027.tif 000015
【図６Ｂ】
2007534027.tif 000016
【図７】
2007534027.tif 000017
【図８】
2007534027.tif 000018
【図９】
2007534027.tif 000019
【図１０】
2007534027.tif 000020
【図１１】
2007534027.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
2007534027.tif 000023
【図１４】
2007534027.tif 000024
【図１５】
2007534027.tif 000025
【図１６】
2007534027.tif 000026
【図１７】
2007534027.tif 000027
【図１８】
2007534027.tif 000028
【図１９】
2007534027.tif 000029
【図２０】
2007534027.tif 000030
【国際調査報告】
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