(57)【要約】  バックライトディプレイに使用されるフィルムは、片面にプリズム構造を有する。これらのプリズム構造は、蛇行した形状を有し、この蛇行した形状は、平均振幅および平均周期を有し、この平均振幅および平均周期は、目に見えるモアレ干渉を低減させるように選択されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素アレイを有する光ゲートデバイス用のバックライトに使用されるプリズムフィルムであって、前記プリズムは蛇行した形状を有する、プリズムフィルム。
【請求項２】
前記蛇行した形状は、平均振幅および平均周期を有し、前記平均振幅および前記平均周期は、目に見えるモアレ干渉を低減させるように選択されている、請求項１に記載のプリズムフィルム。
【請求項３】
前記平均振幅および前記平均周期は、目に見えるモアレを十分に除去するように選択される、請求項２に記載のプリズムフィルム。
【請求項４】
前記蛇行した形状は、規則的でかつ周期的である、請求項１に記載のプリズムフィルム。
【請求項５】
前記蛇行した形状は、平均振幅および平均周期を有し、前記平均振幅および前記平均周期は、目に見えるモアレ干渉を低減させるように選択される、請求項４に記載のプリズムフィルム。
【請求項６】
前記平均振幅および前記平均周期は、目に見えるモアレを十分に除去するように選択される、請求項４に記載のプリズムフィルム。
【請求項７】
前記画素は、副画素で構成され、前記画素および前記副画素は、それぞれ幅を有し、前記平均振幅は、副画素の幅の約２５％以上であり、前記平均周期は、およそ画素の幅以上である、請求項２に記載のプリズムフィルム。
【請求項８】
前記平均周期対前記平均振幅の比は、約１２：１以下である、請求項７に記載のプリズムフィルム。
【請求項９】
バックライトと、
画素アレイを有する光ゲートデバイスと、
前記バックライトと前記光ゲートデバイスとの間に設けられ、蛇行した形状を有するプリズム構造を片側に有するフィルムと、
を含むバックライトディスプレイ。
【請求項１０】
前記蛇行した形状は、平均振幅および平均周期を有し、前記平均振幅および前記平均周期は、目に見えるモアレ干渉を低減させるように選択される、請求項９に記載のプリズムフィルム。
【請求項１１】
前記平均振幅および前記平均周期は、目に見えるモアレを十分に除去するように選択される、請求項１０に記載のプリズムフィルム。
【請求項１２】
前記蛇行した形状は、規則的でかつ周期的である、請求項９に記載のプリズムフィルム。
【請求項１３】
前記蛇行した形状は、平均振幅および平均周期を有し、前記平均振幅および前記平均周期は、目に見えるモアレ干渉を低減させるように選択される、請求項１２に記載のプリズムフィルム。
【請求項１４】
前記平均振幅および前記平均周期は、目に見えるモアレを十分に除去するように選択される、請求項１２に記載のプリズムフィルム。
【請求項１５】
前記画素は、副画素で構成され、前記画素および前記副画素は、それぞれ幅を有し、前記平均振幅は、副画素の幅の約２５％以上であり、前記平均周期は、およそ画素の幅以上である、請求項１０に記載のプリズムフィルム。
【請求項１６】
前記平均周期対前記平均振幅の比は、約１２：１以下である、請求項１５に記載のプリズムフィルム。
【請求項１７】
前記プリズムは、前記フィルムの前記光ゲートデバイスと同じ側にある、請求項９に記載のバックライトディスプレイ。
【請求項１８】
前記ディスプレイは、前記バックライトと前記光ゲートデバイスとの間に第２のフィルムを備え、前記フィルムは、片側にプリズム構造を有し、前記構造は、蛇行した形状を有し、前記フィルムの前記光ゲートデバイスと同じ側にある、請求項１７に記載のバックライトディスプレイ。
【請求項１９】
前記バックライトは、ライトガイドを備え、前記構造は、前記フィルムの前記バックライトと同じ側にある、請求項９に記載のバックライトディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電子ディスプレイは、バックライトの前面に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の光ゲートデバイスを使用することが多い。バックライトは、蛍光灯等の照明素子を光ゲートデバイスの背面に配置する単純な構成であってもよいし、あるいはより複雑な構成であってもよい。よくある構成は、光ゲートデバイスの背面に設けたエッジ型のライトガイドに近接させて、冷陰極管（ＣＣＦＴ）または１つもしくは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を使用するものである。ライトガイドは、光ゲートデバイス全体に光を伝え、分散させる。
【０００２】
光源またはライトガイドと、光ゲートデバイスとの間には、様々なタイプの光学フィルムが配置可能である。例として、光源と反対を向いたプリズムを有するプリズムフィルム、光源の方を向いたプリズムを有するプリズムフィルム、拡散フィルム、および反射偏光子等が挙げられる。光ゲートデバイス側のフィルムの面にプリズムを有するプリズムフィルムは、バックライトからの光を、プリズムフィルムがない場合と比べて狭い範囲の角度に制限することによって、ディスプレイの軸方向の明るさを向上させる。バックライトの方を向いたプリズムを有するプリズムフィルムは、法線に対して一般に７０゜を超える大角度で光を放射する特殊な種類のライトガイドと併用される。これらのプリズムフィルムは、光を法線寄りに曲げるために使用される。拡散体および反射偏光子は、その名称の意味するとおりの働きをする。
【０００３】
プリズムフィルムを長方形の画素アレイを有する光ゲートと併用する場合に生じる既知の問題の１つは、直線状のプリズムの規則的なパターンと、光ゲートデバイスの画素の行および列との間の相互作用が原因で生じるモアレ干渉である。この問題を回避するため、プリズムが画素の行および列に対してゼロまたは９０゜以外の角度を成すようにプリズムフィルムを配置するか、またはモアレ干渉の空間周波数がディスプレイのそれと十分に異なるようにプリズムの大きさを選択するなど、様々な試みが成されてきた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
以下では、液晶ディスプレイとの関連で本発明の説明がなされるが、当業者であれば、本発明は、光を選択的に遮ったり、または透過させたりすることができる任意のディスプレイにおいて機能することがわかるであろう。このようなディスプレイは、光ゲートデバイスとして知られる。図１は、ディスプレイの軸方向の明るさを増大させることを意図したフィルム１８を示している。フィルム１８は、第１の表面２０と第２の表面２２とを有する。第２の表面２２は、複数の構造体を備える。一般に、これらの構造体は、プリズム２４などの三角プリズムであるが、その他の形状も使用可能である。プリズム２４は、山２６を有する。実験の結果、ゲイン（すなわち、フィルムがない場合のバックライトの軸方向の明るさ対フィルムがある場合の同バックライトの軸方向の明るさの比）は、山２６が鋭角で、９０゜の角度を形成する場合に最大となることが示されている。ただし、ユーザは、その他の検討事項によって、丸い角またはその他の角度を選択可能である。プリズム２４と、隣接するプリズム２８との間には、谷３０が存在する。山２６と同様に、谷３０も、鋭くて９０゜の角度を形成する場合にフィルム１８のゲインが最大となるが、谷３０は丸くてもよいし、その他の角度も形成可能である。
【０００５】
プリズムは、フィルム１８のピッチＰとして知られる山と山の間の距離を有する。一般に、ピッチは、フィルム１８を含むディスプレイを見るユーザにプリズムが見えないように、十分に小さくするべきであるが、回折効果によって性能が低減されないように、小さすぎないことが望ましい。市販の製品は、一般に、約２４〜５０μｍのピッチを備えていた。
【０００６】
第１の表面２０は、通常は、平滑な表面である。この文脈において、当然ながら平滑な表面とは、表面２０上のどの構造体も、フィルム１８の表面２２側にあるプリズム２４等のプリズムの大きさと比べて小さいことを意味する。通常、表面２０は、フィルム１８の背面にあるバックライトのあらゆる構造を隠すのに有用であるように、ツヤ消し面である。あるいは、表面２０は、表面２０からのフレネル反射を低減させるために、モスアイ構造等のその他の構造を有していてもよい。
【０００７】
図１は、４つの代表的な光線を示している。第１の光線３６は、グレージング角で、すなわち法線に対して約９０゜の角度で表面２０に近づく。光線３６は、表面２０を通過するときに、フィルム１８の法線に向けて屈折される。そして、構造化表面２２に到達すると、再び屈折される。構造化表面２２上の構造により、光線３６は、フィルム１８の法線に対する角度が再び小さくなるように屈折される。光線３８は、フィルム１８の法線に非常に近い角度で平滑な表面２０に近づく。光線３８は、さらに表面２０を通過するときに、屈折されるが、その屈折程度は小さい。光線３８は、表面２２から出ると再び屈折され、フィルム１８の法線に対して最初に表面２０に衝突したときと反対側にくる。光線４０は、フィルム１８の法線に近いか、または等しい角度で近づき、構造化表面２２によって二度全反射され、バックライトへと戻る。光線４２は、光線３８と同様の角度で表面に近づくが、構造化表面２２上のプリズムの第１の面によって全反射されるが、第２の面では全反射されない。その結果、光線４２は、フィルム１８の法線に対して大角度で出される。このような反射は、衝突するプリズムの面に対して高い入射角を形成する方向に進む光線に対してのみ生じるので、プリズムがこのような光線に対して提供する断面積は非常に小さい。また、これらの光線の多くは、次のプリズムに再入射し、ディスプレイに戻される。
【０００８】
この考察からわかるように、フィルム１８がない場合にディスプレイの軸に対して高角度でディスプレイから出るであろう光は、ディスプレイの軸により近い方向へと方向転換される。軸に対して大角度の方向に出る光は少量である。したがって、所定角度を上回る入射角で表面２０を通ってフィルム１８に入射する光は、入射したときの角度範囲よりも狭い角度範囲に方向付けされる。所定角度未満の入射角で平滑な表面２０を通ってフィルム１８に入射する光は、バックライトへと反射し返される。
【０００９】
バックライトへ反射し返された光は、拡散され、フィルム１８へ再び反射し返される。一般に、反射し返された光は、最初と異なる角度を成す。そして、より多くの光を狭い角度範囲に方向付けするべく、このプロセスが繰り返される。フィルム１８の動作の重要な側面は、フィルム１８が、第１の所定の角度範囲内で衝突する光を反射させることができるとともに、第２の所定の角度範囲内で衝突する光を屈折させたうえで通過させることができなければならない、という点にある。ここで、第２の角度範囲の角度は、第１の角度範囲の角度より大きく、第２の角度範囲の光は、入射したときよりも狭い角度範囲に屈折される。
【００１０】
図２は、図１に示された２枚のフィルムを用いた代表的なディスプレイである。１枚のフィルムを使用することも可能であるが、ほとんどのＬＣＤディスプレイは、このようなフィルムを２枚用いている。
【００１１】
ディスプレイ５０は、ディスプレイを収納するケース５２を含む。ケース５２の内部には、光源５４がある。一般に、光源５４は、冷陰極管である。光源５４を部分的に取り囲むのは、反射体５６である。反射体５６は、任意の高反射材料とすることが可能である。反射体５６として使用可能である材料の一例は、米国特許第５，８８２，７７４号公報に記載された多層光学フィルムである。光源５４には、ライトガイド５８が光結合される。ライトガイド５８は、アクリル、または光透過性の高いその他の任意の材料であることが可能である。一般に、ライトガイド５８は、光を取り出してＬＣＤを照射するのに役立つように、ドットスクリーンのパターンが液晶と反対側の面に印刷されている。ライトガイド５８から取り出された光は、フィルム１８ａ、１８ｂを通過する。フィルム１８ｂは、フィルム１８ａと同様の構造を有するが、その構造は、１８ａの構造に対して直交して走っているので、図２の視点からは見ることができない。図１のフィルム１８のタイプのフィルムを２枚使用することによる効果は、ディスプレイから水平および垂直の両次元に高角度で出るであろう光をディスプレイのアクセスにより近い角度に移動させることによって、ゲインを増大させられることにある。
【００１２】
フィルム１８ｂから出た光は、拡散体６０を通過する。拡散体６０は、プリズムと、ライトガイド５８に印刷されたドットとの両方をユーザから隠すのに役立つ。拡散体６０を通過した光は、次いで、液晶ディスプレイ６２および保護被覆シート６４を通過する。
【００１３】
従来技術では、フィルム１８のプリズムは、直線状プリズムであるのが通常であった。直線状プリズムの問題点は、ＬＣＤディスプレイにおける画素の直線状の行および列との間でモアレ干渉を発生させる傾向があることである。図３は、これを例示している。図３では、水平ライン７０等の水平ラインと垂直ライン７２等の垂直ラインとからなるアレイが、代表的なＬＣＤディスプレイにおける画素アレイを表している。各画素は四角形であり、水平方向に並んだそれぞれ赤用、緑用、青用の３つの副画素からなる。したがって、画素アレイは、水平ラインの３倍の数の垂直ラインを有する。この画素アレイの上には、ライン７４等の一連の垂直ラインが重ねられ、これは、直線状を呈するフィルム１８等のフィルムを表す。ライン７４等のラインは、プリズムの山を表す。約６メートルの距離から見ると、図１は、直線状のプリズムを持つフィルム１８等のフィルムを有する代表的なＬＣＤディスプレイを、ユーザがＬＣＤディスプレイ付きのコンピュータを見る代表的な距離である約４５センチの距離から見る視角効果を有する。図３をこの距離から見ると、モアレ干渉による明帯および暗帯がはっきり見える。
【００１４】
図４は、フィルム１８の他の変形例を例示している。図４のフィルム１８は、湾曲した、すなわち蛇行したプリズム８０等のプリズムを備える。蛇行したパターンは、不規則であってもよいし、あるいは図のように規則的でかつ周期的であってもよい。規則的でかつ周期的な曲面は、一般に、フィルム１８のゲインを低減させる影響が少なくすむ。
【００１５】
図５Ａ〜図５Ｆは、プリズムの山を表す線が直線ではなく蛇行している点を除き、図３と同様の図である。６メートルの距離から見ると、これらのほとんどは、視認可能なモアレパターンを示さない。たとえモアレパターンが見える場合でも、直線状プリズムによって生じるモアレパターンと比べて低減されている。
【００１６】
図６は、図５のフィルム１８の単一プリズムの上面図である。蛇行したパターンは、不規則であるか、または規則的でかつ周期的であるかにかかわらず、平均振幅Ａおよび平均周期Ｌを有する。パターンが規則的でかつ周期的である場合は、平均振幅および平均周期は、実際の振幅および周期と全く等しくなる。平均振幅および平均周期は、目に見えるモアレ干渉を最小限に抑えるように、適切に選択されることが望ましい。一般に、振幅は、副画素の大きさの約４分の１を上回ることが望ましく、振幅は、少なくとも画素の大きさにほぼ等しいことが望ましく、振幅対周期の比は、あまり大きくないことが望ましい。実験によると、目に見えるモアレ干渉を制限するには、振幅対周期の比が１２：１以下であると効果的であるとされるが、より大きな比であっても、目に見えるモアレを除去する機能を果たすことが可能である。たとえ、目に見えるモアレが完全に除去されなくても、蛇行したプリズムがモアレを低減させる傾向にある。したがって、蛇行したパターンを有するが上記の振幅および周期の制約を満たさないプリズムでも、依然として有用である。
【００１７】
図７は、９０として概略的に示される他のディスプレイの概略図である。ディスプレイ９０は、ＣＣＦＴ９４からの光を受けるライトガイド９２を備えている。反射体９６は、ＣＣＦＴ９４からの光を集めてライトガイド９２へと方向付ける。
【００１８】
ライトガイド９２は、テーパ状、すなわちくさび状である。ライトガイド９２がテーパ状であることにより、光がライトガイド９２を伝わるとき、反射ごとに、ライトガイド９２の表面との間に成す角度を変化させる。光は、最終的に、全反射の臨界角未満の角度でライトガイド９２の表面の１つに当たり、放射される。ライトガイド９２の裏側から放射される光を反射させるために、反射体９７が提供される。ライトガイド９２から放射される光は、ライトガイド９２の表面の法線に対して非常に大きい角度で放射される。プリズムフィルム９８は、その光を捕らえ、プリズムのファセットからの全反射によって方向転換させ、その光をディスプレイの軸に沿って進ませる。拡散体１００および液晶パネル１０２も設けられている。
【００１９】
図２のディスプレイと同様に、フィルム９８のプリズムは、液晶パネル１０２の画素アレイと相まってモアレ干渉を生じる可能性がある。モアレ干渉は、蛇行したパターンをこれらのプリズムに設けることによって、低減させられるか、または除去されうる。図２のディスプレイの場合と同様の検討事項が、蛇行したパターンの振幅およびピッチの選択にも当てはまる。
【００２０】
本発明によるフィルムは、ポリカーボネートまたはアクリル等の任意の透明高分子材料で作製可能である。図２に示されたようなディスプレイに使用されるフィルムは、一般に、高い屈折率を有することが望ましい。一般に、１．７２の屈折率が最適だと見なされているが、市販製品は、１．５８５程度の屈折率を有するのが通常である。図７に示されたタイプのディスプレイに使用されるフィルムは、一般に、より低い屈折率を有する。本発明によるフィルムは、押出し成形、または鋳造成形と紫外線硬化樹脂の硬化等の任意の既知の方法によって製造可能である。
【００２１】
押出しプロセスによるものであれ、または鋳造と硬化のプロセスによるものであれ、本発明によるフィルムを製造するために使用される工具の原型は、既知のダイアモンド旋削技術によって作製可能である。通常、これらの工具は、ロールとして知られる円筒ブランク上におけるダイアモンド旋削によって作製される。ロールの表面は、硬質の銅からなるのが通常であるが、その他の材料を使用してもよい。プリズム構造は、ロールの円周に沿った連続したパターンとして形成される。好ましい一実施形態において、溝は、ネジ切りとして知られる技術によって作製される。ネジ切りでは、回転するロールの横断方向にダイアモンド工具が移動する間に、連続した１本の溝がロールに切り込まれる。製造すべき構造が一定のピッチを有する場合は、工具は一定の速度で動かす。代表的なダイアモンド旋盤は、工具がロールを貫く深さ、工具がロールに対してなす水平角および垂直角、ならびに工具の横方向速度を独立に制御することができる。
【００２２】
本発明では、ダイアモンド工具の一定の横断運動に往復運動を重ね合わせるために、高速工具サーボ（ＦＴＳ）が使用される。また、米国特許第６，３５４，７０９号公報に教示されるように、様々な深さにダイアモンドツールを移動させて様々な深さのプリズムを提供するために、ＦＴＳを使用することも可能である。当該文献による教示内容は、引用によって本明細書に組み込まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ディスプレイの見かけの明るさを向上させるためのフィルムである。
【図２】図１のフィルムを用いたディスプレイである。
【図３】従来技術のモアレ現象の概略図である。
【図４】本発明によるフィルムの図である。
【図５Ａ】本発明によるフィルムのモアレ現象の概略図である。
【図５Ｂ】本発明によるフィルムのモアレ現象の概略図である。
【図５Ｃ】本発明によるフィルムのモアレ現象の概略図である。
【図５Ｄ】本発明によるフィルムのモアレ現象の概略図である。
【図５Ｅ】本発明によるフィルムのモアレ現象の概略図である。
【図５Ｆ】本発明によるフィルムのモアレ現象の概略図である。
【図６】本発明によるフィルムの単一プリズムの図である。
【図７】本発明による他のディスプレイの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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