(57)【要約】  第１表面と、軸線と、複数個の角錘構造体を含む構造化表面とを有する光学フィルムを開示する。各角錘構造体は、丸い先端と、互いに対向して配置される少なくとも２つの第１側面及び互いに対向して配置される少なくとも２つの第２側面を含む基部とを有する。又、前記光学フィルムを含む光学装置を開示する。
2008542796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面と、軸線と、複数個の角錘構造体を含む構造化表面とを有し、各角錘構造体が丸い先端と、互いに対向して配置される少なくとも２つの第１側面及び互いに対向して配置される少なくとも２つの第２側面を含む基部とを有する本体と、
前記構造化表面の光学特性と異なる追加の光学特性を有する基体部分とを備える光学フィルム。
【請求項２】
前記基体部分が偏光子、拡散体、輝度増強フィルム及びターンフィルムのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項３】
前記偏光子が反射形直線偏光子である、請求項２に記載の光学フィルム。
【請求項４】
前記構造化表面と前記基体部分の間に配置された接着剤を更に備える、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項５】
前記基体部分が前記構造化表面と同じ材料を備える、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項６】
前記本体部分及び前記基体部分は各々、屈折率を有し、前記本体部分の屈折率が前記基体部分の屈折率と異なる、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項７】
前記２つの第１側面が第１の一般方向に沿って互いに対向して配置され、前記２つの第２側面が第２の一般方向に沿って互いに対向して配置され、
前記光学フィルムは、入射角が前記第１表面にある角度で配置された軸線に対して第１角度内のとき、前記第１の一般方向に沿って前記第１表面に入射する光のかなりの部分を透過し、及び前記入射角が前記第１角度の外側のとき、光線のかなりの部分を反射し、
前記光学フィルムは、入射角が前記軸線に対して第２角度内のとき、前記第２の一般方向に沿って前記第１表面に入射する光のかなりの部分を透過し、及び前記入射角が前記第２角度の外側のとき、光線のかなりの部分を反射し、並びに
前記第１角度が前記第２角度と異なる、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項８】
前記軸線が一般に前記第１表面に直交する、請求項７に記載の光学フィルム。
【請求項９】
前記基部が一般に方形又は一般に正方形形状を有する、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１０】
前記複数個の角錘構造体の各々が約３０度〜約１２０度の範囲内にあるピーク角度を更に特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１１】
前記丸い先端が対応する基部幅の約２０％以下である曲率半径を特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１２】
前記複数個の角錘構造体の各々が少なくとも１つの他の角錘構造体と接触して配置される、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１３】
光源と、前記構造化表面が前記光源から離れて向き合うように配置される請求項１の前記光学フィルムとを備える光学装置。
【請求項１４】
前記光学フィルムを通って透過された光線を受容するよう配置された光ゲート装置を更に備える、請求項１３に記載の光学フィルム。
【請求項１５】
前記複数個の角錘構造体の前記基部は、前記基部の各々の前記２つのより長い側面が実質的に互いに並列にそろえられる、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１６】
第１表面と、軸線と、複数個の角錘構造体を含む構造化表面とを有し、各角錘構造体が丸い先端と、互いに対向して配置された少なくとも２つのより長い側面及び互いに対向して配置された少なくとも２つのより短い側面を含む基部とを有する本体を備える光学フィルム。
【請求項１７】
前記基部が一般に方形形状を有する、請求項１６に記載の光学フィルム。
【請求項１８】
前記複数個の角錘構造体の各々の前記のより長い側面が実質的に互いに並列して配置され、前記のより短い側面が実質的に互いに並列して配置される、請求項１６に記載の光学フィルム。
【請求項１９】
光源と、前記構造化表面が前記光源から離れて向き合うように配置された請求項１６に記載の前記光学フィルムとを備える光学装置。
【請求項２０】
偏光子、拡散体、輝度増強フィルム及びターンフィルムのうちの少なくとも１つを備える基体部分を更に含む、請求項１６に記載の光学フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、構造化光学フィルムを目的とし、より具体的には、先丸角錘構造体を含む光学フィルム、及びかかる光学フィルムを組み込んだ光学装置を目的とする。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示（「ＬＣＤ」）装置等の表示装置は、例えば、テレビジョン、手持ち式の装置、ディジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、及びコンピュータモニターを含む多様なアプリケーションに使用される。ＬＣＤは、伝統的なブラウン管（「ＣＲＴ」）表示に勝る、低重量、低ユニット寸法及び低消費電力等の幾つかの利点を提供する。しかしながら、ＬＣＤパネルは、自己照明ではなく、従って、しばしば、バックライトアセンブリ又は「バックライト」を必要とする。典型的に、バックライトは、１以上の光源（例えば、コールドカソード蛍光管（「ＣＣＦＴ」）又は発光ダイオード（「ＬＥＤ」））からの光を実質的な平面出力に結合する。実質的な平面出力は、次にＬＣＤパネルに結合される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＬＣＤの性能は、多くの場合その輝度により判断される。ＬＣＤの輝度は、多数の光源又はより明るい光源を使用することにより増強されてよい。大面積表示装置の場合、輝度を保持するため直接照明型ＬＣＤバックライトを使用する必要があることが多く、というのは光源に利用できる空間は、周辺に対し直線的に大きくなり、一方照光面積は、周辺の自乗だけ大きくなるからである。従って、典型的に、より大きいテレビジョンは、導光端部照明型ＬＣＤバックライトの代りに直接照明バックライトを使用する。追加の光源及び／又はより明るい光源は、より多くのエネルギーを消費するおそれがあり、そのことが表示装置への電力割当てを減少する能力と相容れない。可搬式機器の場合、このことが電池耐用期間の短縮に相関するおそれがある。又、表示装置に光源を付加すると製品コスト及び重量が増加し、往々にして表示装置の信頼性低下につながる場合がある。
【０００４】
又、ＬＣＤ装置の輝度は、ＬＣＤ装置内で利用できる光をより効率的に利用することにより増強されてよい（例えば、表示装置内の利用可能な光の一層多くの量を好ましい可視軸線に沿って向ける）。例えば、３Ｍ社（3M Company）から入手できるビキュイティ（Vikuiti）（商標）輝度増強フィルム（「ＢＥＦ」）は、角錘表面構造を有し、可視範囲の外側のバックライトを出る光の一部を実質的に可視軸線に沿うように変更する。少なくとも一部の残った光は、ＢＥＦとそのバック反射板等のバックライトの反射構成要素の間の一部の光の多重反射により再利用される。このことが、実質的に可視軸線に沿った光学利得を生じ、ＬＣＤ照明の改善された空間均一性をももたらす。従って、ＢＥＦは、有利である、というのは、例えば、ＢＥＦは、輝度を向上させ、空間均一性を改善する。電池で動かす可搬式機器の場合、このことが、より長い運転時間又はより小さい電池寸法及びよりよい可視経験を提供する表示装置につながってよい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの局面において、本開示は、第１表面と、軸線と、複数個の角錘構造体を含む構造化表面とを有する本体を含む光学フィルムを目的とする。各角錘構造体は、丸い先端と、互いに対向して配置される少なくとも２つの第１側面及び互いに対向して配置される少なくとも２つの第２側面を含む基部とを有する。光学フィルムは、構造化表面の光学特性と異なる追加の光学特性を有する基体部分を更に含んでよい。幾つかの代表的な実施形態において、基体部分は、偏光子、拡散体、輝度増強フィルム及びターンフィルムのうちの少なくとも１つを備える。又、本開示は、前記光学フィルムを含む光学装置を目的とする。
【０００６】
別の局面において、本開示は、第１表面と、軸線と、複数個の角錘構造体を含む構造化表面とを有する本体を含む光学フィルムを目的とする。各角錘構造体は、丸い先端と、互いに対向して配置される少なくとも２つのより長い側面及び互いに対向して配置される少なくとも２つのより短い側面を含む基部とを有する。幾つかの代表的な実施形態において、かかる光学フィルムは、偏光子、拡散体、輝度増強フィルム及びターンフィルムの少なくとも１つを備える基体部分を含む。又、本開示は、かかる光学フィルムを含む光学装置を目的とする。
【０００７】
本発明の光学フィルム及び光学装置のこれら及びその他の局面は、図面と合わせて以下の詳細な説明から当業者にはよりたやすく明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本開示は、光の角度分布を制御できる光学フィルム及びかかる光学フィルムを組み込んだ光学装置を目的とする。特に、本開示による光学フィルムは、光の角度出力分布をＬＣＤバックライト等のバックライトから制御できる。
【０００９】
図１Ａ〜１Ｄは、ＬＣＤパネルが使用されてよいバックライト等の光学装置の幾つかの実施例を示す。図１Ａは、バックライト２ａを示す。バックライト２ａは、実質的に平面なライトガイドとして示されるライトガイド３ａと、ＣＣＦＴ又はＬＥＤの配列等のライトガイド３ａの１つ、２つ又はそれ以上の側面に配置された光源４ａと、光源４ａの周りに配置されたランプ反射板４ａ’と、バック反射板３ａ’と、いかなる好適な光学フィルムであってよい１つ以上の光学フィルム３ａ’’とを含む。図１Ｂは、ウェッジ形状ライトガイドとして示されるライトガイド３ｂと、１つ以上のＣＣＦＴ又はＬＥＤの配列等のライトガイド３ｂの１つの側面に配置された光源４ｂと、光源４ｂの周りに配置されたランプ反射板４ｂ’と、バック反射板３ｂ’と、いかなる好適な光学フィルムであってよい１つ以上の光学フィルム３ｂ’’とを含むバックライト２ｂを示す。図１Ｃは、表面放出型光源であってよい拡張された光源４ｃを含むバックライト２ｃ、及び拡張された光源４ｃを覆って配置された１つ以上の光学フィルム４ｃ’’を示す。図１Ｄは、ＣＣＦＴ又はＬＥＤの配列等の３つ又はそれ以上の光源４ｄと、バック反射板５ａと、拡散体４ｄ’と、いかなる好適な光学フィルムであってよい１つ以上の光学フィルム４ｄ’’とを含む直接照明バックライト２ｄを示す概略的な部分図である。
【００１０】
かかるバックライトは、ＬＣＤ（例えば、テレビジョン、モニター等）を使用した表示装置等の種々の他の光学装置内に使用されてよい。当業者であれば理解するとおり、表示装置は、ウィンドウと、少なくとも１つの光源を含むバックライトと、ライトガイド等の光分散要素と、本開示による光学フィルムと、その他の好適な光学フィルムと、光学フィルムと光学ウィンドウの間に位置し、光学フィルムを通して透過された光を受容するよう配置されたＬＣＤパネル等の光ゲート装置とを有する場合を含んでよい。本開示による光学フィルムは、当業者に既知の任意の好適な光源と組合せて使用されてよく、表示装置は、任意の他の好適な要素を含んでよい。
【００１１】
図２は、バックライト２ｅ、及び光学フィルム１０の表面１６（例えば、第１表面）がバックライトからの光を受容するようバックライト２ｅを覆って配置される本開示による光学フィルム１０の断面図を示す。バックライト２ｅは、光源４ｅと、ライトガイド等の光分散要素３ｃと、バック反射板５ｃとを含んでよい。本開示による光学フィルム１０は、密に詰め込まれた先丸角錘構造体を保持する構造化表面１４（例えば、第２表面）を有する。本開示の典型的な実施形態において、構造化表面１４は、バックライト２ｅから離れて向き合う。光学フィルム１０は、基体部分１２を更に含んでよい。光学フィルム１０は、軸線ｚを特徴とし、幾つかの代表的な実施形態において、基体部分１２及び／又は表面１６と実質的に直交する。他の代表的な実施形態において、軸線ｚは、基体部分１２及び／又は表面１６に対して異なる角度を作る。本開示の典型的な実施形態において、軸線ｚは、本開示の光学フィルムが使用されてよい表示装置の可視方向と実質的に共線である。
【００１２】
当業者が理解するとおり、密に詰め込まれた先丸角錘構造体１８及び基体部分１２は、単一部分として形成され、場合によっては同じ材料から形成され、光学フィルム１０を製造してよく、又はそれらは、別々に形成され、それから、一緒に接合され、例えば、好適な接着剤を使用して単一部分を製造してよい。幾つかの代表的な実施形態において、密に詰め込まれた先丸角錘構造体１８の配列は、基体部分１２上に形成されてよい。
【００１３】
光学フィルム１０の密に詰め込まれた先丸角錘構造体１８は、光学フィルム１０を通って透過された光の方向、及び特に出力光の角度の広がりを制御するため使用されてよい。密に詰め込まれた先丸角錘構造体１８は、並列且つ互いに隣接して、幾つかの代表的な実施形態において、実質的に接触又は互いに隣接して表面１４上に配列されてよい。他の実施形態において、先丸角錘構造体１８は、光学フィルム１０の利得１０が少なくとも約１．１という前提で互いに間隔を置かれてよい。例えば、先丸角錘構造体１８は、構造体が構造体表面１４の所定の有用な領域の少なくとも約５０％を占有する程度離れて間隔が置かれ、又は他の代表的な実施形態において、先丸角錘構造体１８は、構造体が構造体表面１４の所定の有用な領域の約２０％以上を占有する程度更に離れて間隔が置かれてよい。角錘構造体１８は、互いが二次元にそろえられ、互いに対して（角度的に、横方向にまたはその両方に）オフセットされ、又はランダムな分布に配置されてよい。角錘構造体１８の好適なオフセット配置が、同一所有者の米国特許出願第１１／０２６，９３８号（コ（Ko）ら、２００４年１２月３０日出願）に記載されており、参照により、その開示が、本開示と矛盾しない程度に本明細書に組み込まれる。
【００１４】
本開示により構成される典型的に代表的な光学フィルムは、通常、少なくとも約１．１〜少なくとも約１．５６の光学利得を提供することができる。本開示の目的のため、「利得」は、本開示により構成された光学フィルムを有する光学システムの軸線出力輝度とかかる光学フィルムを有さない同じ光学システムの軸線出力輝度との比率として定義される。本開示の典型的な実施形態において、少なくとも約１．１の光学利得を提供するよう、先丸角錘構造体１８（又は、先丸角錘構造体１８でカバーされた所定の有用な面積）の寸法、形状及び間隔が選択される。一般に、先丸角錘構造体１８は、回折効果が生じるほど小さくすべきではなく、光学フィルムを包含する表示装置のビューアにとってたやすく識別できるほど大きくすべきではない。直接照明バックライトに使用されて特に好適な幾つかの代表的な実施形態において、先丸角錘構造体１８の間隔、寸法及び形状は、本開示の光学フィルムが、バックライトに使用された光源がビューアから見えないようにするのを助けるように選択されてよい。
【００１５】
先丸角錘構造体１８、及び幾つかの実施形態において、表面１４を含む基体部分１２の少なくとも隣接した部分は、低屈折率又は高屈折率高分子材料等の透明な硬化性材料から作製されてよい。高屈折率材料の場合、より高い光学利得は、より狭い可視角度を犠牲にして達成でき、一方、低屈折率材料の場合、より広い可視角度は、低光学利得を犠牲にして達成できる。代表的な好適な高屈折率樹脂としては、米国特許第５，２５４，３９０号及び同第４，５７６、８５０号に開示されたもの等の電離放射線硬化性樹脂が挙げられ、それらの開示は、参照により本開示と矛盾しない程度に本明細書に組込まれる。
【００１６】
幾つかの代表的な実施形態において、先丸角錘構造体１８の屈折率は、少なくとも基体部分の層の屈折率よりも高い。先丸角錘構造体１８を形成するのに好適な幾つかの既知の材料は、約１．６、１．６５、１．７又はそれよりも高い屈折率を有する。他の代表的な実施形態において、先丸角錘構造体１８は、１．５８の屈折率を有するアクリル又は１．４９の屈折率を有するポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の低屈折率を有する材料から形成されてよい。幾つかのかかる代表的な実施形態において、約１．６６の屈折率を有するポリエチレンテレフタレート基材の場合、構造体１８（及びおそらくフィルムの隣接部分）の屈折率の好ましい範囲は、約１．５５〜１．６５である。更に他の代表的な実施形態において、先丸角錘構造体１８は、少なくとも基体部分１２の層と実質的に同じ屈折率を有する材料から形成されてよい。
【００１７】
基体部分１２は、構造化表面１４の光学特性と異なる追加の光学特性を有してよく、すなわち、基体部分１２は、光が構造化表面１４により処理される方法と異なる方法で光を処理する。かかる処理としては、本開示の光学フィルムを通って透過された光の偏光選択性、拡散又は追加の入出力先変更が挙げられてよい。例えば、このことは、かかる追加の光学特性を付与するため、かかる追加の光学特性を有する光学フィルムを基体部分内に含め又は基体部分自体を構成することにより達成されてよい。かかる追加の光学特性を有する代表的な好適なフィルムとしては、偏光子フィルム、拡散体フィルム、ＢＥＦ等の輝度増強フィルム、ターンフィルム、及びこれらの任意の組合せが挙げられるが、それらに限定されない。
【００１８】
ターンフィルムは、例えば、逆角柱フィルム（例えば、反転したＢＥＦ）又は一般に、逆角柱フィルムのものと類似の態様で光を出力先変更する他の構造体であってよい。幾つかの代表的な実施形態において、基体部分１２としては、多層反射偏光子、例えば、ビキュイティ（Vikuiti）（商標）二重輝度増強フィルム（「ＤＢＥＦ」）等の反射形直線偏光子、又はビキュイティ（Vikuiti）（商標）拡散反射偏光子フィルム（「ＤＲＰＦ」）等の連続相と分散相とを有する拡散反射偏光子が挙げられてよく、両方とも３Ｍ社（3M Company）から入手できる。更に又は別の方法としては、基体部分として、ポリカーボネート層（「ＰＣ」）、ポリメチルメタクリレート層（「ＰＭＭＡ」）、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）、任意のその他の好適なフィルム、又は当業者に既知の材料が挙げられる。代表的な好適な基体部分の厚さとしては、ＰＥＴについては約１２５μｍ及びＰＣについては約１３０μｍが挙げられる。
【００１９】
図３Ａは、先丸角錘構造体２８と基体部分２２とを含む構造化表面２４を有する本開示による代表的な光学フィルム２０の部分斜視図である基体部分。図３Ｂ及び３Ｃは、図３Ａにおいて各々３Ｂ−３Ｂ及び３Ｃ−３Ｃとして示された方向に沿った代表的な光学フィルム２０の断面図を示す。図３Ｂを参照すると、各先丸角錘構造体２８は、一対の一般的に対向する小面２８ａ及び２８ｂを有し、小面は、ピーク夾角θp1を画定し、基部幅ｗ1という特徴を示す。図３Ｃを参照すると、各先丸角錘構造体２８は、別の一対の一般的に対向する小面２８ｄ及び２８ｆを有し、小面は、ピーク夾角θp2を画定し、基部幅ｗ2という特徴を示す。
【００２０】
幾つかの代表的な実施形態では、ピーク夾角θp1、θp2及び基部幅ｗ1、ｗ2が異なるが、他の代表的な実施形態では、それらは、同じであってよい。角錘構造体２８の小面２８ａ、２８ｂ、２８ｄ及び２８ｅは、合わさってピーク先端２８ｃを形成する。図３Ｂ及び３Ｃに示した代表的なピーク先端２８ｃは、丸い輪郭を有する。小面２８ａ及び２８ｂにより画定された丸い輪郭は、曲率半径がｒC1という特徴を示し、小面２８ｄ及び２８ｅにより画定された丸い輪郭は、曲率半径がｒC2という特徴を示す。幾つかの代表的な実施形態では、半径ｒC1、ｒC2が異なるが、他の代表的な実施形態では、それらは、同じであってよい。別の方法としては又は更に、角錘構造体の基部間に配置された谷は丸くされてよい。夾角θp1及びθp2は、好ましくは約７０°〜約１１０°の範囲内であるが、他の代表的な実施形態では、夾角θp1及びθp2は、約３０°〜約１２０°の範囲内であってよい。基部幅ｗ１及びｗ２は、好ましくは約２０〜約１００μの範囲内であるが、他の代表的な実施形態では、基部幅ｗ１及びｗ２は、約５〜約３００μの範囲内であってよい。半径ｒC1、ｒC2は、好ましくは相当する基部幅の約２０％以下であるが、他の代表的な実施形態では、半径ｒC1、ｒC2は、相当する基部幅の約４０％まで又はそれ以上で、光学利得の許容値によって決まる。
【００２１】
代表的な光学フィルム２０は、エンボス加工、鋳込み成形、圧縮成形、及びバッチ処理を含むがこれらに限定されない当業者にとって既知の任意の方法で製造されてよい。代表的な製造方法において、ミクロ構造化形成ツール及び所望により中間体形成ツールが、光学フィルム（例えば、光学フィルム２０）を形成するため使用されてよい。例えば、ミクロ構造化形成ツールは、好適な基材上で溝を２つの方向に切削することにより作製されてよい。当業者が理解するとおり、得られたミクロ構造化形成ツールは、所望の光学フィルムに類似した複数個の角錘構造体を含むことになる。
【００２２】
ミクロ構造化形成ツールと逆の又は対向する構造体を有する中間形成ツール（例えば、反転した角錘構造体）は、例えば、電気メッキ法又はポリマー複製を使用したミクロ構造化形成ツールから製造されてよい。中間形成ツールは、例えば、ポリウレタン、ポリプロピレン、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ＵＶ硬化樹脂等を含むポリマーから構成されてよい。又、最終光学フィルムの剥離を容易にするため、中間体ツールは、剥離層がコーティングされてよい。
【００２３】
当業者が理解するとおり、中間形成ツールを使用し、直接複製又はバッチ処理により光学フィルム（例えば、光学フィルム２０）を製造してよい。例えば、中間形成ツールを使用して、射出成形、紫外線硬化、又は圧縮成形等の熱可塑性成形等の方法により光学フィルムをバッチ処理してよい。本開示による光学フィルムは、例えば、シリカ系ポリマー等の無機材料、並びにモノマー、コポリマー、グラフトポリマー及びこれらの混合物又はブレンドを含む高分子材料等の有機材料を含む、当業者にとって既知の任意の好適な材料で形成されてもよいし、又はこれらを含んでもよい。
【００２４】
代表的な個々の先丸角錘構造体３８を、図４Ａ〜４Ｃに示す。図４Ａは、構造体３８の平面図を示す。角錘構造体３８の基部は、図４Ｂに示した第１基部幅ｗ1及び図４Ｃに示した第２基部幅ｗ2を有する４つの側面を持った形状であってよい。基部は、４Ｃとして示した方向に沿って総じて互いに対向して配置される２つの第１側面Ａ1と、４Ｂとして示した方向に沿って総じて互いに対向して配置される２つの第２側面Ｂ1とを含む。図４Ａ〜４Ｃに示した代表的な実施形態において、ｗ1の長さは、ｗ2の長さより短く、２つの第１側面Ａ1は、実質的に互いに平行であり、２つの第２側面Ｂ1は、実質的に互いに平行である。更に、この代表的な実施形態において、第１側面Ａ1は、第２側面Ｂ1と実質的に直交する。従って、角錘構造体３８の基部は、実質的に方形又は正方形であってよい。
【００２５】
図４Ｂは、図４Ａに示したように４Ｂ−４Ｂ平面における角錘構造体３８の断面図を示す。角錘構造体３８は、２つの小面３８ａ及び３８ｂを含む。小面３８ａ及び３８ｂは、ピーク夾角θp1を画定する。又、小面３８ａ及び３８ｂのうちの１方又は両方が、小面３８ａ及び３８ｂのうちの１つと基体部分３２に平行な平面の間で測定される角度α1を画定する。図４Ｃは、図４Ａに示したように４Ｃ−４Ｃ平面における角錘構造体３８の断面図を示す。角錘構造体３８は、２つの小面３８ｄ及び３８ｅを含む。小面３８ｄ及び３８ｅは、ピーク夾角θp2を画定する。又、小面３８ｄ及び３８ｅのうちの１方又は両方が、小面３８ｄ及び３８ｅのうちの１方と基体部分３２に平行な平面の間で測定される角度β1を画定する。角度α1は、角度β1と同じでも、小さくても、又大きくてもよい。
【００２６】
図４Ｂ及び４Ｃは、角錘構造体３８内を進む光線１１８を示す。表面３８ａ及び３８ｄは、表面３８ａ若しくは３８ｄの法線に対する光線１１８の入射角δ1又はδ2に応じて光線１１８を反射、又は屈折する。当業者であれば本開示から理解するとおり、異なる角度α1及びβ1を選択することで光学フィルム（例えば、光学フィルム２０）の角錘構造体３８を透過した光の角度の広がりを制御できる。幾つかの代表的な実施形態において、対向する対の表面と基体部分に平行な平面の間の角度は、互いに等しくなく、そのことは、基体部分の法線に対して傾いている可視軸線が望ましい場合に有利であり得る。
【００２７】
図５Ａは、本開示による光学フィルムの個々の代表的な角錘構造体４８の断面図を示す。バックライト２ｆから放出された光線１２０ａ、１２２ａ及び１２４ａは、角錘構造体４８内に伝搬する。図５Ｂは、角錘構造体４８の代表的な実施形態の他の断面図を示す。図５Ａに示した光線１２０ａ、１２２ａ及び１２４ａ各々と同じ方向を有する光線１２０ｂ、１２２ｂ及び１２４ｂは、バックライト２ｆから発生し、角錘構造体４８内に伝搬する。
【００２８】
以下に、バックライト２ｆから発生し、本開示により構成された光学フィルムの角錘構造体４８を通る光線１２０〜１２４各々の動程を記載する。図５Ａ及び５Ｂは、先ず光線が表面４８ａに衝突するか又は表面４８ｄに衝突するかにより光線がどのように異なって作用するか、及び表面４８ａの角度α2及び／又は表面４８ｄの角度β2を選択することにより光の角度の広がりが２つの異なる方向にどのように制御され得るかを示す。尚、光線１２０〜１２４は、光線１２０〜１２４の反射及び屈折の角度を厳密に示すために作図されたものではない。光線１２０〜１２４は、角錘構造体４８を通った光線の動程の一般的な方向を概略的に説明するために示されているにすぎない。
【００２９】
図５Ａにおいて、バックライト２ｆから発生した光線１２０ａは、表面４８ａと直角をなす方向の角錘構造体４８内を進む。従って、光線１２０ａは、表面４８ａの法線を基準として光線１２０ａの入射角がゼロ度に等しくなるように表面４８ａに向かう。表面４８ａ及び４８ｄ上の媒質は、例えば、実質的に空気を含んでよい。しかしながら、表面４８ａ及び４８ｄ上の媒質は、当業者にとって既知のいかなる媒質、材料又はフィルムを含んでよい。
【００３０】
当業者が理解するとおり、空気は、ほとんどの既知の材料より低い屈折率を有する。スネルの法則（Snell’s Law）の原理に基づくと、光がより小さい屈折率を有する媒質に出会う又は入射すると、光線は、入射角δを超える法線を基準として出口角度θで法線から隔たって曲げられる。しかしながら、図５Ａで示したように、表面に対して垂直になるよう表面で材料−空気境界に出会う光線（例えば、光線１２０ａ）は、曲げられず、直線で進み続ける。スネルの法則（Snell’s Law）は、次の式によって表わされる。
【００３１】
ｎi＊ｓｉｎδ＝ｎt＊ｓｉｎθ
式中、
ｎi＝入射光側の材料の屈折率、
δ＝入射角、
ｎt＝透過光側の材料の屈折率、及び
θ＝出口角度
当業者であれば、入射光の一定量が又反射されて角錘構造体４８に戻ることを理解するであろう。
【００３２】
図５Ｂは、光線１２０ａと実質的に同じ方向に進む光線１２０ｂを示す。光線１２０ｂは、表面４８ｄの法線を基準として入射角δ3で表面４８ｄに出会う。図５Ａ〜５Ｂに示した実施形態において、表面４８ｄの角度β2は、表面４８ａの角度α2より小さい。従って、光線１２０ｂの入射角δ3は、光線１２０ａの入射角δと等しくない。図５Ｂに示したように光線１２０ｂの入射角δ3は、ゼロと等しくなく、光線１２０ｂは、表面４８ｄに対して垂直な材料−空気の境界に出会わない。光線１２０ｂは、スネルの法則（Snell’s Law）の式に基づき表面４８ｄに衝突する入射角δ3と異なる出口角度θ3で屈折する。
【００３３】
図５Ａに示したように、光線１２２ａは、構造体４８内を進み、表面４８ａの法線を基準として入射角δ4で表面４８ａに出会う。光線１２２ａの入射角δ4は、表面４８ａでの臨界角δcより大きい。光線１２２ａは、構造体４８を出て行かず、反射されて構造体４８内に戻る。これは、「全内部反射」と呼ばれる。上記したように、光線は、より大きい屈折率を有する材料からより小さい屈折率を有する材料に進むとき、上記で詳述した屈折に関する式に従って作用する。式によると、出口角度θは、入射角が増加するにつれ９０度に近付くことになる。しかしながら、臨界角δc及び臨界角δcより大きな全ての角度では、全内部反射となる（例えば、光線は、屈折され、表面を透過するよりむしろ反射されて構造体４８内に戻ることになる）。当業者であれば理解するであろうとおり、臨界角δcは、（上記した）スネルの法則（Snell’s Law）に従い、出口角度（例えば、屈折角）を９０度に設定し、入射角δについて解くことにより決められてよい。
【００３４】
図５Ｂで示したように、光線１２２ａと実質的に同じ方向に進む光線１２２ｂは、表面４８ｄに出会う。表面４８ｄの角度β2は、表面４８ａの角度α2より小さいため、光線１２２ｂは、光線１２２ａが表面４８ａに出会った入射角δ4とは異なる入射角δ5で表面４８ｄに出会う。光線１２２ｂの入射角は、臨界角δcより小さく、従って、光線１２２ｂは、表面４８ｄで屈折し、表面４８ｄを透過する。
【００３５】
図５Ａ及び５Ｂ各々に示した光線１２４ａ及び１２４ｂは、基体部分４２に対して垂直な方向の角錘構造体４８内に進む。光線１２４ａ及び１２４ｂは、臨界角δcより小さい入射角δで表面４８ａ及び４８ｄ各々に出会う。しかしながら、表面４８ａの法線を基準とした光線１２４ａの入射角δ6は、表面４８ｄの法線を基準とした光線１２４ｂの入射角δ7より大きい。従って、スネルの法則（Snell’s Law）によると、表面４８ａの法線を基準とした光線１２４ａの出口角度θ6は、表面４８ｄの法線を基準とした光線の出口角度θ7とは異なることになる。当業者であれば理解するであろうとおり、表面４８ａの法線を基準とした光線１２４ａの出口角度θ6は、表面４８ｄの法線を基準とした光線１２４ｂの出口角度θ7より大きい。
【００３６】
当業者であれば理解するであろうとおり、より大きい角度α2を有する表面４８ｄは、一般に、より小さい角度β2を有する表面４８ａよりバックライト２ｆに対して垂直な方向に向かってより多くの光を「集束」してよい。従って、上記した先丸角錘構造体４８を有する光学フィルムは、１つの方向に沿って光のより大きい角度の広がりを、別の方向に沿って光のより小さい角度の広がりを可能にする。例えば、本開示の代表的な光学フィルムは、ＬＣＤテレビジョンに使用され、第１方向、例えば水平方向に光のより広い角度の広がりを提供し、第２方向、例えば垂直方向に光のより小さいが依然として実質的な角度の広がりを提供する。このことは、通常、垂直方向（例えば、立っているか又は座っているビューア）よりも水平方向（例えば、テレビジョンのどちらか一方の側のビューア）により広い視野を適用するのに有利であってよい。幾つかの代表的な実施形態において、可視軸線は、ビューアが床に座ってよい場合等には下方に傾けられてよい。垂直方向の光の角度の広がりを減らすことにより、所望の可視角度範囲で光学利得が経験できる。
【００３７】
一般に、角錘構造体のピークを丸くすると以下の利点のうちの１つ以上を有することができる、すなわち、可視角度の遮断が湾曲によって和らげられ表示装置のビューアに識別しにくくなる、とがったピークを有する類似フィルムより、湾曲したピークは、取り扱い時にフィルムがより損傷を受けにくくなる、場合によっては、丸いピークは、視射角（法線から７０〜９０度）で構造体から放出される光の量を減らす、そのため、場合によっては、とがったピークと比較すると丸いピークはコントラストを改善できる。又、角錘構造体の谷を丸くすると可視角度の遮断が湾曲によって和らげられ、表示装置のビューアにそれを識別しにくくする。
【００３８】
従来より、拡散体は、表示装置の視野を広げるために使用されてきた。本開示の代表的な実施形態は、２つの異なる方向に沿って別々に制御されてよい、比較的広い視野を提供する。ほとんどの従来の拡散体と異なり、本開示の光学フィルムは、そもそも拡散入射光に依存していない又は拡散体本体内の屈折率の変化によりその方向を変える。それよりむしろ、本開示は、それらの構造化表面の幾何学的形状により入射光線の角度を広げ得て、且つまた少なくとも約１．１の利得を提供する光学フィルムを提供する。
【実施例】
【００３９】
本開示により構成された幾つかの代表的な光学フィルムの成形特性を示す以下の実施例を参照にして本開示を更に説明する。
【００４０】
（実施例１）
図６Ａは、本開示による代表的な成形された光学フィルム２００の概略部分斜視図を示す。代表的な光学フィルム２００は、基体部分２０２と密に詰められた先丸角錘構造体２０８を保持する構造化表面２０４とを含む。この代表的な実施形態において、角錘構造体２０８は、互いに隣接する。角錘構造体２０８各々の基部は、Ｙ方向に沿って総じて互いに対向して配置された２つの第１側面Ａ6と、Ｘ方向に沿って総じて互いに対向して配置された２つの第２側面Ｂ6とを有する４側面形状として成形された。この代表的な実施形態の各角錘構造体は、約５０μの側面を有する正方形基部と、約２４μの曲率半径及び約１．５８の屈折率の両方を有する丸い先端とを有した。ピーク角度を、両方とも約９０度に設定した。基体部分は、約１．６６の屈折率を有する実質的に平面のフィルムとして成形された。
【００４１】
図６Ｂは、光源から離れて対向する構造化表面２０４を有するバックライトを覆って配置される実質的に図６Ａに示すような構造体を有する光学フィルムを出た光について計算された極性イソカンデラ分布プロットを示す。全ての実施例の分布は下記のモデルを使用して計算された。すなわち拡張ランバート源が光学フィルムを通った光の第１通過に使用され、残りの光は約７７．４％の反射率を有するランバート反射板を使用して再利用された。当業者であれば理解するとおり、イソカンデラ分布プロットは、光学フィルムを通過し検出された入射光線の３６０度パターンを示す。図６Ｂから明らかなように、この代表的な実施形態の出力光分布は、比較的高度な円筒状対称を有し、強度は、大きい角度で二次ピークを形成することなく比較的単調に減少する。更に、図６Ｂに示したように、Ｙ方向に沿って光学フィルムを透過した光の分布は、Ｘ方向に沿った分布に類似している。
【００４２】
図６Ｃは、方形カンデラ分布プロットを示す。当業者であれば理解するとおり、方形分布プロットの各曲線は、極性プロットの異なる断面図に相当する。例えば、０度として指定された曲線は、０度と１８０度を結ぶ中心を通過し、図６ＡのＸ方向に対応する線に沿った極性点の断面図を示し、４５度として指定された曲線は、４５度と２２５度を結ぶ中心を通過する線に沿った極性点の断面図を示し、９０度として指定された曲線は、９０度と２７０度を結ぶ中心を通過し、図６ＡのＹ方向に対応する線に沿った極性点の断面図を示し、及び１３５度として指定された曲線は、１３５度と３１５度を結ぶ中心を通過する線に沿った極性点の断面図を示す。
【００４３】
又、図６Ｃは、この代表的な実施形態の出力光分布の比較的高度な円筒状対称、並びに大きい角度で二次ピークのない比較的単調に減少する強度を示す。この結論は、図６ＡのＸとＹに対応する２つの直交する方向に沿った方形強度プロット間の比較的小さい差によって示される。図６Ａにより構成された代表的な光学フィルムについて成形された光学利得は、約１．４３であることがわかった。
【００４４】
（実施例２）
図７Ａは、本開示による代表的な成形された光学フィルム３００の概略部分斜視図を示す。代表的な光学フィルム３００は、基体部分３０２と、密に詰められた先丸角錘構造体３０８を保持する構造化表面３０４とを含む。この代表的な実施形態において、角錘構造体３０８は、又互いに隣接する。角錘構造体３０８の各々の基部は、Ｙ方向に沿って総じて互いに対向して配置される２つの第１側面Ａ7と、Ｘ方向に沿って総じて互いに対向して配置される２つの第２側面Ｂ7とを有する４側面形状として成形された。この代表的な実施形態の各角錘構造体は、約５０μの面を有する正方形基部、約１２μの曲率半径及び約１．５８の屈折率の両方を有する丸い先端を有した。ピーク角度を、両方とも約９０度に設定した。基体部分は、約１．６６の屈折率を有する実質的に平面のフィルムとして成形された。
【００４５】
図７Ｂは、光源から離れて対向する構造化表面３０４を有するバックライトを覆って配置される実質的に図７Ａに示すような構造体を有する光学フィルムを出た光について計算された極性イソカンデラ分布プロットを示す。図７Ｂから明らかなように、この代表的な実施形態の出力光分布も、比較的高度な円筒状対称を有し、強度は、大きい角度で二次ピークを形成することなく比較的単調に減少する。更に、図７Ｂに示したように、Ｙ方向に沿って光学フィルムを透過した光の分布は、Ｘ方向に沿った分布に類似している。
【００４６】
図７Ｃは、方形カンデラ分布プロットを示す。これらのプロットにおいて、０度として指定された曲線は、０度と１８０度を結ぶ中心を通過し、図７ＡのＸ方向に対応する線に沿った極性点の断面図を示し、４５度として指定された曲線は、４５度と２２５度を結ぶ中心を通過する線に沿った極性点の断面図を示し、９０度として指定された曲線は、９０度と２７０度を結ぶ中心を通過し、図７ＡのＹ方向に対応する線に沿った極性点の断面図を示し、及び１３５度として指定された曲線は、１３５度と３１５度を結ぶ中心を通過する線に沿った極性点の断面図を示す。
【００４７】
又、図７Ｃは、この代表的な実施形態の出力光分布の比較的高度な円筒状対称、並びに大きい角度で二次ピークのない比較的単調に減少した強度を示す。この結論は、図７ＡのＸとＹに対応する２つの直交する方向に沿った方形強度プロット間の比較的小さい差によって示される。図７Ａにより構成された代表的な光学フィルムについて成形された光学利得は、約１．５６であることがわかった。
【００４８】
（実施例３）
図８Ａは、本開示による代表的な成形された光学フィルム４００の概略部分斜視図を示す。代表的な光学フィルム４００は、基体部分４０２と、密に詰められた先丸角錘構造体４０８を保持する構造化表面４０４とを含む。この代表的な実施形態において、角錘構造体４０８も、互いに隣接する。角錘構造体４０８の各々の基部は、Ｙ方向に沿って総じて互いに対向して配置される２つの第１側面Ａ7と、Ｘ方向に沿って総じて互いに対向して配置される２つの第２側面Ｂ7とを有する４側面形状として成形された。この代表的な実施形態の各角錘構造体は、約５５μのより長い面を有する方形基部、約６μの曲率半径及び約１．５８の屈折率の両方を有する丸い先端を有した。より大きいピーク角度を約９０度に設定した。基体部分は、約１．６６の屈折率を有する実質的に平面のフィルムとして成形された。
【００４９】
図８Ｂは、光源から離れて対向する構造化表面４０４を有するバックライトを覆って配置されるほぼ図８Ａに示したような構造体を有する光学フィルムを出た光線について計算された極性イソカンデラ分布プロットを示す。図８Ｂから明らかなように、強度は、大きい角度で二次ピークを形成することなく比較的単調に減少する。図８Ｃは、方形カンデラ分布プロットを示す。これらのプロットにおいて、０度として指定された曲線は、０度と１８０度を結ぶ中心を通過し、図８ＡのＸ方向に対応する線に沿った極性点の断面図を示し、４５度として指定された曲線は、４５度と２２５度を結ぶ中心を通過する線に沿った極性点の断面図を示し、９０度として指定された曲線は、９０度と２７０度を結ぶ中心を通過し、図８ＡのＹ方向に対応する線に沿った極性点の断面図を示し、及び１３５度として指定された曲線は、１３５度と３１５度を結ぶ中心を通過する線に沿った極性点の断面図を示す。
【００５０】
又、図８Ｃは、大きい角度で二次ピークのない比較的単調に減少した強度を示す。実施例１及び２と異なり、実施例３の代表的な実施形態は、Ｘ方向よりＹ方向に沿ったより広い光分布を特徴とし、０度曲線と比較すると一般により広い９０度曲線で示される。図８Ａにより構成された代表的な光学フィルムについて成形された光学利得は、約１．５６であることがわかった。
【００５１】
従って、本開示は、透過損失のない可視面に具体的に制御可能な光の角度広がりを発現するよう構成される光学フィルムを提供する。更に、本開示の光学フィルムは、光学利得を発現することができる。利得及び角度広がりの量は、表面構造体の具体的な構成に依存し、特定のアプリケーションに望ましい性能を実現するため変更されてよい。更に、表面形状が丸くされているため、本開示の実施形態は、堅牢性を増すことができる。
【００５２】
本開示の光学フィルム及び装置は、具体的な代表的実施形態を参照しながら記載されているが、本開示の精神と範囲を逸脱することなくそれらに変更及び修正が可能であることは当業者に容易に了解されるであろう。
【００５３】
本発明が属する技術分野において通常の技術を有する者が本発明を如何に作製し使用するかをよりたやすく理解するよう、それらの代表的な実施形態を図面を参照しながら以下に詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】平面ライトガイド端部照明バックライトを概略的に示す。
【図１Ｂ】ウェッジライトガイド端部照明バックライトを概略的に示す。
【図１Ｃ】拡張した光源を利用したバックライトを概略的に示す。
【図１Ｄ】直接照明バックライトを概略的に示す。
【図２】バックライトを覆って配置される本開示による光学フィルムの代表的な実施形態を概略的に示す。
【図３Ａ】本開示により構成される代表的な光学フィルムの概略部分斜視図。
【図３Ｂ】図３Ａに示した代表的な光学フィルムの部分断面図。
【図３Ｃ】図３Ａに示した代表的な光学フィルムの他の部分断面図。
【図４Ａ】本開示による代表的な光学フィルムの個々の角錘構造体の平面図を概略的に示す。
【図４Ｂ】図４Ａに示した角錘構造体の断面図を概略的に示す。
【図４Ｃ】図４Ａに示した角錘構造体の他の断面図を概略的に示す。
【図５Ａ】バックライト上部に位置決めされた本開示による代表的な光学フィルムの角錘構造体の断面図を概略的に示す。
【図５Ｂ】図５Ａに示した角錘構造体の他の断面図を概略的に示す。
【図６Ａ】本開示により構成される代表的な光学フィルムの概略部分斜視図。
【図６Ｂ】図６Ａに示した代表的な光学フィルムに関するイソカンデラ極性プロット。
【図６Ｃ】０、４５、９０及び１３５度の角度で採取された図６Ｂに示したデータの断面図を表わす方形分布プロットを包含する。
【図７Ａ】本開示により構成される他の代表的な光学フィルムの概略部分斜視図。
【図７Ｂ】図７Ａに示した代表的な光学フィルムに関するイソカンデラ極性プロット。
【図７Ｃ】０、４５、９０及び１３５度の角度で採取された図７Ｂに示したデータの断面図を表わす方形分布プロットを包含する。
【図８Ａ】本開示により構成される更に他の代表的な光学フィルムの概略部分斜視図。
【図８Ｂ】図８Ａに示した代表的な光学フィルムに関するイソカンデラ極性プロット。
【図８Ｃ】０、４５、９０及び１３５度の角度で採取された図８Ｂに示したデータの断面図を表わす方形分布プロットを包含する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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