(57)【要約】  光学的基板は三次元表面を有する。光学的基板は第１表面構造関数を第２表面構造関数で変調した関数で規定される。第１表面構造関数は第１入力光ビームから少なくとも１つの鏡面成分を生成する。第２表面構造関数は、光学的基板の表面が第１入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように、第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する。光学的基板は、輝度向上装置、プロジェクション装置など様々な用途に用いるのに適当である。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相関関数値が約１ｃｍ以下の相関長さで初期値の約３７％未満であることを特徴とする表面を備える光学的基板であって、光学的基板の表面が第１表面構造関数を第２表面構造関数で変調した関数で規定され、光学的基板の表面が第１入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成する、
光学的基板。
【請求項２】
第１表面構造関数が基板の第１端から第２端までの長さに延在する、請求項１記載の光学的基板。
【請求項３】
第１表面構造関数が鋸歯又は三角形断面を有する、請求項２記載の光学的基板。
【請求項４】
光学的基板の表面が、光を方向転換かつ拡散して、それぞれパワー半角が約０．１〜約６０°である複数の拡散楕円を形成する形状を有する、請求項１記載の光学的基板。
【請求項５】
パワー半角が約１〜約５°である、請求項４記載の光学的基板。
【請求項６】
第１入力光ビームが第１入射角を有し、光学的基板の表面は、第１入力光ビームを光学的基板に透過し、光学的基板の表面により第１入射角とは異なる出力角に方向転換するような形状となっている、請求項４記載の光学的基板。
【請求項７】
鏡面成分の出力角が第１表面構造関数により決められる、請求項６記載の光学的基板。
【請求項８】
光学的基板に直角な第２入力光ビームが、光学的基板の表面により実質的に反射され、パワー半角約０．１〜約６０°の出力鏡面成分を形成する、請求項７記載の光学的基板。
【請求項９】
相関長さが約２００μｍ以下である、請求項８記載の光学的基板。
【請求項１０】
相関長さ約１ｃｍ以下であることを特徴とする表面を備える輝度向上フィルムであって、前記表面が入射光を方向転換及び拡散して観察者に対して少なくとも３０％の軸上輝度の上昇を生成する形状を有し、前記表面がパワー半角が約０．１〜約６０°である光の拡散成分を生成する、
輝度向上フィルム。
【請求項１１】
前記表面が約２０μｍ以下の相関長さにより特徴付けられる、請求項１０記載のフィルム。
【請求項１２】
軸上輝度の上昇が約３０％〜約３００％である、請求項１０記載のフィルム。
【請求項１３】
軸上輝度の上昇が約５０％〜約２００％である、請求項１０記載のフィルム。
【請求項１４】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記三次元表面は約１ｃｍ以下の相関長さで初期相関関数値の約３７％未満である相関関数値を有する、
光学的基板。
【請求項１５】
前記表面が約２００μｍ以下の相関長さにより特徴付けられる、請求項１４記載の光学的基板。
【請求項１６】
前記第１表面構造関数が一連の第１表面構造関数により特徴付けられ、各第１表面構造関数が長さ、幅及びピーク角を有する、請求項１４記載の光学的基板。
【請求項１７】
前記表面が入力光ビームを拡散及び方向転換して、それぞれパワー半角が約０．１〜約６０°の範囲にある複数の拡散楕円を形成する、請求項１４記載の光学的基板。
【請求項１８】
パワー半角が約１〜約５°の範囲にある、請求項１７記載の光学的基板。
【請求項１９】
前記入力光ビームが入射角を有し、前記表面は、入力光ビームを光学的基板に透過し、前記表面により方向転換して、入射角とは異なる出力角の鏡面成分を形成するような構造となっている、請求項１７記載の光学的基板。
【請求項２０】
前記鏡面成分の出力角が第１表面構造関数により決められる、請求項１９記載の光学的基板。
【請求項２１】
相関関数値が約１ｃｍ以下の相関長さで初期値の約３７％未満であることを特徴とする表面を備える光学的基板であって、光学的基板の表面が基板の第１端から第２端までの長さに延在する鋸歯又は三角形断面を有する第１表面構造関数を第２関数で変調した関数で規定され、光学的基板の表面が第１入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成する、
光学的基板。
【請求項２２】
相関長さ約１ｃｍ以下であることを特徴とする表面を備える輝度向上フィルムであって、前記表面が入射光を方向転換及び拡散して観察者に対して５０％〜２００％の軸上輝度の上昇を生成する形状を有し、前記表面がパワー半角が約０．１〜約６０°である光の拡散成分を生成する、
輝度向上フィルム。
【請求項２３】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する長さ、幅及びピーク角を有し、
前記第２表面構造関数は、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数、相及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記三次元表面は約１ｃｍ以下の相関長さで初期相関関数値の約３７％未満である相関関数値を有する、
光学的基板。
【請求項２４】
光を発生する光源と、
光を案内する導光体であって、光を導光体の外へ反射する反射面を含む導光体と、
反射面からの光を受光する少なくとも１つの光学的基板と
を備えるバックライトディスプレイ装置であって、
前記光学的基板は、第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有し、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する長さ、幅及びピーク角を有し、
前記第２表面構造関数は、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数、相及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、但し相は幅に沿った水平ピーク位置であり、
前記三次元表面は約１ｃｍ以下の相関長さで初期相関関数値の約３７％未満である相関関数値を有する、
バックライトディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの光学的基板が複数の光学的基板を含む、請求項２４記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記複数の光学的基板が、互いに０〜９０°の相対配向にて第１及び第２表面構造関数を含む、請求項２５記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項２７】
第１及び第２表面構造関数の相対配向が互いに平行又は直角である、請求項２６記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項２８】
光を発生する光源と、
光を案内する導光体であって、光を導光体の外へ反射する反射面を含む導光体と、
反射面からの光を受光する光学的基板と
を備えるバックライトディスプレイ装置であって、
前記光学的基板は、第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される第１の三次元表面を有し、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する長さ、幅及びピーク角を有し、
前記第２表面構造関数は、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数、相及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、但し相は第１表面構造関数の幅に沿った水平ピーク位置であり、
前記光学的基板は、第１の三次元表面に向かい合う第２の三次元表面を有し、第２の三次元表面は第３表面構造関数及び第４表面構造関数により規定され、
前記第３表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する長さ、幅及びピーク角を有し、
前記第４表面構造関数は、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数、相及びピーク角の１つ以上において第３表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、但し相は第３表面構造関数の幅に沿った水平ピーク位置であり、
前記第１及び第２の三次元表面は約１ｃｍ以下の相関長さで初期相関関数値の約３７％未満である相関関数値を有する、
バックライトディスプレイ装置。
【請求項２９】
前記第１及び第２表面構造関数が互いに０〜９０°の相対配向にある、請求項２８記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項３０】
第１及び第２表面構造関数の相対配向が互いに平行又は直角である、請求項２９記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項３１】
第１表面関数が幅約４０μｍ、高さ１μｍ〜２００μｍの三角形である、請求項１記載の光学的基板。
【請求項３２】
第１表面関数が幅約４０μｍ、高さ約１８μｍの三角形である、請求項１記載の光学的基板。
【請求項３３】
第１表面関数が底辺対高さ比が４０：１〜１：１０である三角形である、請求項１記載の光学的基板。
【請求項３４】
第１表面関数が底辺対高さ比が約４０：１８である三角形である、請求項１記載の光学的基板。
【請求項３５】
光学的基板の表面が屈折率１．１〜３．０の光学的に透明な材料から形成された、請求項１記載の光学的基板。
【請求項３６】
光学的基板の表面が屈折率約１．７５の光学的に透明な材料から形成された、請求項１記載の光学的基板。
【請求項３７】
光学的基板の表面が屈折率約１．７５の光学的に透明な材料から形成された、請求項３２記載の光学的基板。
【請求項３８】
第２表面が光学的に平滑又は平面である、請求項２８記載の光学的基板。
【請求項３９】
第２表面が艶消し又は拡散仕上げを有する、請求項２８記載の光学的基板。
【請求項４０】
第２表面の拡散特性がアナモフィック又は異方性である、請求項３９記載の光学的基板。
【請求項４１】
第２表面が光学的に平滑又は平面であり、基板に形成されるか接着剤で取り付けられた突起のパターンを含む、請求項２８記載の光学的基板。
【請求項４２】
第２表面構造関数が、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、請求項１記載の光学的基板。
【請求項４３】
第２表面構造関数が、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、請求項１０記載の輝度向上フィルム。
【請求項４４】
第２表面構造関数が、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、請求項１４記載の光学的基板。
【請求項４５】
第２表面構造関数が、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、請求項２１記載の光学的基板。
【請求項４６】
第２表面構造関数が、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、請求項２２記載の輝度向上フィルム。
【請求項４７】
第２表面構造関数が、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、請求項２３記載の光学的基板。
【請求項４８】
第２表面構造関数が、第１表面構造関数の長さに沿って、周波数及びピーク角の１つ以上において第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、第４表面構造関数が、第３表面構造関数の長さに沿って、周波数及びピーク角の１つ以上において第３表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、請求項２８記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項４９】
光学的基板が輝度向上フィルムを含む、請求項１６記載の光学的基板。
【請求項５０】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は２つの直交方向において第１表面構造関数を変調する、
光学的基板。
【請求項５１】
光を発生する光束パラライザーと、光束パラライザーとは反対側の光出射面及び光束パラライザーに面する光入射面を有し、光束パラライザーから光を受けとる出射光方向モディファイアとを備える光ディスプレイであって、
前記光入射面が第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定され、
前記第１表面構造関数は受光した光から少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、第１表面構造関数は複数のプリズム表面を規定し、
前記第２表面構造関数は、光入射面が受光した光から鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、
光ディスプレイ。
【請求項５２】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は、第１プリズム形状を有する複数の第１プリズムと、第１プリズム形状とは異なる第２プリズム形状を有する複数の第２プリズムとからなる表面として規定される、
光学的基板。
【請求項５３】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は、第１平均ピーク高さを有する多数のピークを有する第１領域と、第１平均ピーク高さとは異なる第２平均ピーク高さを有する多数のピークを有する第２領域とを含む表面として規定される、
光学的基板。
【請求項５４】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する輝度向上フィルムであって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、輝度向上フィルムの表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は複数対の横並びプリズムを有する表面として規定され、各対が第１及び第２プリズムを有し、各プリズムがプリズム角及び谷角を有し、各対のプリズム角及び谷角の両方ではなく、いずれかが等しい、
輝度向上フィルム。
【請求項５５】
湿潤防止表面と、この湿潤防止表面とは反対側の三次元表面とを有する光学的基板であって、
前記三次元表面は第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定され、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は多数のプリズムを有する表面として規定される、
光学的基板。
【請求項５６】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数はそれぞれ勾配を有する複数のプリズムを規定し、第２表面構造関数が勾配を変調する、
光学的基板。
【請求項５７】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数はレンズレット配列の表面として規定される、
光学的基板。
【請求項５８】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は、それぞれ第１プリズム角度配向を有する複数の第１プリズムと、それぞれ第１プリズム角度配向とは異なる第２プリズム角度配向を有する複数の第２プリズムからなる表面として規定される、
光学的基板。
【請求項５９】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は、ほぼ第１方向に延在し、第１方向に直交する第２方向において隣接するプリズム構造間に間隔を有し、第１方向に変動する高さを有する、複数のプリズム構造からなる表面として規定される、
光学的基板。
【請求項６０】
光を発生するバックライトと、バックライトからの光を受けとる光学的フィルムとを含むディスプレイ装置であって、
前記光学的フィルムは、第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有し、
前記第１表面構造関数はバックライトから受光した光から少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面がバックライトから受光した光から鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記光学的フィルムは内部にビーズを含んでバックライトから受光した光から拡散光を生成する、
ディスプレイ装置。
【請求項６１】
三次元表面を有する光学的フィルムと光学的フィルム上の金属層とを含む光学的基板であって、
前記三次元表面は第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定され、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する、
光学的基板。
【請求項６２】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数はプリズムの非規則的配置の表面により規定される、
光学的基板。
【請求項６３】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は、複数の屈折プリズムと複数の反射プリズムからなる表面により規定される、
光学的基板。
【請求項６４】
複数のランダムに配向されたバンプを有する第１の表面と、第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される第２の三次元表面とを含む光学的フィルムを含む光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数はレンズ配列の表面により規定される、
光学的基板。
【請求項６５】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面と、この三次元表面とは反対側の表面とを有する導光板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、導光板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記三次元表面とは反対側の表面が複数の円形又は多角形ドットを有する、
導光板。
【請求項６６】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する導光板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、導光板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は、２つの直交方向に湾曲表面を有する複数のプリズムからなる表面により規定される、
導光板。
【請求項６７】
第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定される三次元表面を有する光学的基板であって、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は、それぞれ湾曲断面のファセットを有する複数のプリズムからなる表面により規定される、
光学的基板。
【請求項６８】
光を発生する光源と、
光を案内する導光体であって、光を導光体の外へ出す出射面を含む導光体と、
出射面と向かい合い、出射面からの光を受けとる三次元表面を有する方向転換フィルムと
を含むバックライトディスプレイ装置であって、
前記三次元表面が第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定され、
前記第１表面構造関数は入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有し、
前記第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有し、
前記第１表面構造関数は複数のプリズムからなる表面により規定される、
バックライトディスプレイ装置。
【請求項６９】
プリズムの名目ピッチが５０μｍ〜５００μｍである、請求項６８記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項７０】
方向転換フィルムが液晶基板に積層された、請求項６８記載のバックライトディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的基板、特に少なくとも２つの光学的機能を果たす表面を有する光学的基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
バックライトコンピュータディスプレイその他のシステムでは、光を差し向けるのに普通フィルムを使用する。例えば、バックライトディスプレイでは、輝度向上フィルムがプリズム構造を使用して光を観察軸（即ちディスプレイに直角な）に沿って差し向け、これによりディスプレイの使用者が見る光の輝度を高め、また所望レベルの軸上照度を生成するのにシステムが使用するパワーを少なくする。光方向転換用フィルムも広い範囲の他の光学的設計、例えばプロジェクションディスプレイ、交通信号、照明サインなどに使用することができる。
【０００３】
バックライトディスプレイその他のシステムは、フィルムの層を積み重ね、そのプリズム面が互いに直角になり、ディフューザと呼ばれる他の光学的フィルム間に挟まれるように配列した層構造を使用する。ディフューザは非常に不規則な表面を有する。
【特許文献１】米国特許第４，５４２，４４９号
【特許文献２】米国特許第４，５７６，８５０号
【特許文献３】米国特許第５，７７１，３２８号
【特許文献４】米国特許第５，８６１，９９０号
【特許文献５】米国特許第５，９１７，６６４号
【特許文献６】米国特許第５，９１９，５５１号
【特許文献７】米国特許第６，０９１，５４７号
【特許文献８】米国特許第６，３２２，２３６号
【特許文献９】米国特許第６，３５４，７０９号
【特許文献１０】米国特許出願公開２００３／００５８５５３Ａ１
【特許文献１１】米国特許第５，００５，１０８号
【特許文献１２】米国特許第５，３０３，３２２号
【特許文献１３】米国特許第５，５５７，８３６号
【特許文献１４】米国特許第５，５６４，８７０号
【特許文献１５】米国特許第５，７６９，５２２号
【特許文献１６】米国特許第５，７７１，３２８号
【特許文献１７】米国特許第５，８０８，７８４号
【特許文献１８】米国特許第５，８５１，０６２号
【特許文献１９】米国特許第５，８７６，１０７号
【特許文献２０】米国特許第５，８８７，９６４号
【特許文献２１】米国特許第５，９８２，５４０号
【特許文献２２】米国特許第６，３５４，７０９号
【特許文献２３】米国特許第６，３５６，３９１号
【特許文献２４】米国特許第６，４５６，４３７号
【特許文献２５】米国特許出願公開２００３／００３５２３１号
【特許文献２６】米国特許出願公開２００３／００５８５５３
【特許文献２７】米国特許第６，７０７，６１１号
【特許文献２８】米国特許出願公開２００４／０１０９６６３
【特許文献２９】米国特許第６，７５９，１１３号
【特許文献３０】ＷＯ  ９９／４２８６１
【特許文献３１】ＷＯ  ０１／２７５２７
【特許文献３２】ＷＯ  ０１／２７６６３
【特許文献３３】ＷＯ  ９９／６３３９４
【特許文献３４】特開昭５５−０８９８０６
【特許文献３５】特開昭５５−１２０００２
【特許文献３６】特開昭５５−１２０００１
【特許文献３７】特開平２−０７２３８８
【特許文献３８】特開平４−３０３８０２
【特許文献３９】特開平５−０６０９０８
【特許文献４０】特開平５−１４２４２２
【特許文献４１】特開平５−１７３１３４
【特許文献４２】特開平２−２７７００２
【特許文献４３】特開平５−３１３００４
【特許文献４４】特開平６−０１８７０７
【特許文献４５】特開平６−０２７３２５
【特許文献４６】特開平６−０４３３１０
【特許文献４７】特開平６−０８２６３４
【特許文献４８】特開平６−０８２６３５
【特許文献４９】特開平６−１３８３０８
【特許文献５０】特開平６−１４８４０８
【特許文献５１】特開平６−１８６５６２
【特許文献５２】特開平６−２０２１０７
【特許文献５３】特開平２−２２１９２６
【特許文献５４】特開平７−１０４１０９
【特許文献５５】特開平７−２３０００１
【特許文献５６】特開平８−１４６４１８
【特許文献５７】特開平８−１６０２０３
【特許文献５８】特開平８−２２０３４４
【特許文献５９】特開平８−２８６６２９
【特許文献６０】特開平８−３１３７１０
【特許文献６１】特開平９−１４５９３２
【特許文献６２】特開平９−３０４６０７
【特許文献６３】特開２００１−１８３６４２
【特許文献６４】特開２００１−１６６１１３
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【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、多重機能の光学的基板及びその製造方法を提供する。本発明の１観点によれば、光学的基板は、関数、例えば相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）が約１ｃｍ以下の相関長さＬｃでＲの初期値の約３７％（１／ｅ）未満である値を有することを特徴とする三次元表面を備える。三次元表面は、第１表面構造関数を第２のランダムなもしくは少なくとも擬似ランダムな関数で変調した関数で規定される。第１表面構造関数の特性は、第１入力光ビームから鏡面成分を生成し、この光方向転換挙動が三次元表面内で保持される。一般に、擬似ランダムな関数は、第１表面構造関数の周波数、高さ、ピーク角又は相の任意の組合せを変調する信号である。ウィンドウを規定し、ポイントをウィンドウ内でランダムに選択し、これによりランダムに選択されたポイントをつなぐ変調路を創造する。マスター関数を規定し、表面関数を変調路に沿って発生し、マスター関数内の次々の位置でマスター関数と繰り返し組み合わせる。こうして得られる基板の三次元表面は、第１表面構造関数の光方向転換特性を保持しているだけでなく、光を拡散させて、例えばモアレ模様を削減する。
【０００５】
本発明の別の観点では、光学的基板が、バックライトパネル導光体内で輝度向上のために用いられるフィルムの片側又は複数側面に適用される。光学的基板は、輝度向上用途では、３０％以上の軸上輝度の増加をもたらす。そのうえ、三次元表面は、パワー半角が約０．１〜約６０°である拡散された鏡面光成分を生成する。
【０００６】
本発明の他の観点では、光学的基板が提供される。光学的基板は三次元表面を備える。光学的基板は、第１表面構造関数を第２表面構造関数で変調した関数で規定され、この第１表面構造関数は、第１入力光ビームから少なくとも１つの鏡面成分を生成する。第２表面構造関数は、光学的基板の表面が第１入力光ビームから鏡面（ｓｐｅｃｕｌａｒ）光及び拡散（ｄｉｆｆｕｓｅ）光を生成するように、第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特徴を有する幾何形状を有する。光学的基板は、輝度向上及びプロジェクション装置など様々な用途に用いるのに適当である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施形態は、その表面を利用して光を方向転換及び拡散する光学的基板を提供する。基板は、光を方向転換する（ｔｕｒｎ）第１表面構造関数及び光を拡散する（ｄｉｆｆｕｓｅ）第２表面構造関数によって規定された表面を含む。これら２つの表面関数の組合せの結果として、光の方向転換及び拡散両方を行う単一の三次元表面が得られる。
【０００８】
以下に、基板の実施形態を、バックライトディスプレイなどに用いる輝度向上フィルムに関して説明する。しかし、光学的基板は種々多様な他の用途にも使用できる。
【０００９】
図１は、一連のプリズム構造１０を用いて光を方向転換する従来のフィルムを断面図にて示す。バックライトディスプレイでは、光が表面２０に入射し、表面３０から出射する。図１のフィルムにおいて、光入射面２０に対して入射角０度の光ビームＡがプリズム構造１０の外から差し向けられ、本質的に入力側に反射され戻される。入射角θの第２の光ビームＢはプリズム構造１０により方向転換され、この光ビームは出射面３０を透過し、入射面２０にほぼ直角に出て行く。他のビーム（図示せず）は他の角度で方向転換するか反射する。このようなフィルムのバルク統計特性は、光学的ゲインや観察角などのパラメータで特徴付けられる。
【００１０】
この従来のフィルムにおいて、表面３０は関数として記述することができる。表面２０に対する表面３０の高さが座標ｚであり、紙面を横切る座標及び紙面に垂直な座標がそれぞれｘ及びｙであるとすると、表面３０は関数ｚ＝ｆ（ｘ，ｙ）で規定することができる。この場合、ｆ（ｘ）は表面２０に対して一定のオフセットを有する繰り返し三角形波形又は鋸歯である。この場合、表面３０を規定する関数は、上に概略を述べたように光の方向転換及び反射両方を行う特殊な幾何形状を有する。
【００１１】
図２は、本発明の第一実施形態による光学的基板４０の平面図である。図２の実施形態は、長さＬが約２，０００μｍ、幅Ｗが約２，０００μｍである基板４０の一部を示す。図３は、寸法が約５００μｍｘ５００μｍである基板４２の一部を示す平面図である。図４は、図３の基板４２の部分の斜視図である。図３及び図４の実施形態の三次元表面は図２の三次元表面より不規則である（凹凸が激しい）。一般に、図２〜４に示す基板はその光出射面に不規則な三次元表面構造を有する。その幾何形状故に、不規則な三次元表面構造は光を方向転換して出力鏡面成分を生成し、一方同時に光を拡散し、低い相関長さＬｃを有する。これらの実施形態の基板は単一表面上で光を方向転換及び拡散できるので、用途によっては別々の拡散表面をなくすことができる。
【００１２】
図２〜４に示す基板は不規則な三次元表面を有する。しかし、この不規則な表面は、図１の光出射面３０の場合のように簡単には、周知の数学的関数により規定されない。その代わりに、この表面関数は、第１表面構造関数を第２表面構造関数で変調する結果としてうまく規定され、また場合によっては、このような変調関数を使い、これら関数を同様に形成した他の関数と重畳することにより規定される。例えば、第１関数は図１の光出射面３０により規定される関数と同様とすることができる。第１関数は単一プリズムの関数とすることもできる。第２関数は、高さ、相、周波数またはピーク角の擬似ランダムな関数とすることができる。さらに、この組合せは、得られる基板４０の関数ｚ＝ｆ（ｘ，ｙ）が基板４０のＬ方向に沿って擬似ランダムに変動する高さ、相、周波数またはピーク角を有するように、第１関数を第２関数で変調することにより達成することができる。第１関数は光を方向転換または反射する幾何学的特性を与え、第２関数は方向転換された光または反射された光を拡散する幾何学的特性を与える。以下に説明するように、他の関数を置き換えることができ、また他のパラメータが適切なこともある（例えばある実体の相）。プリズム表面関数を第１関数として用いる場合、第１表面関数の高さＨ、幅Ｓ及びピーク角αは基板の目的用途に応じて変わりうる。さらに、第１表面関数は図１に示すような対称な構造である必要はない。
【００１３】
一実施形態では、第１表面構造関数を相、周波数、ピーク角又は高さにおいて第２表面構造関数により変調する。第２表面構造関数は、基板４０の光出射面４１（図２）上にフィルムの三次元表面を生成する変調のタイプを規定する。従って、基板４０の光出射面４１の表面高さはこれら２つの表面構造関数の組合せにより規定される。例えば、第１表面構造関数（例えばプリズム）の１つ以上のピークの高さは基板４０の長さＬに沿って変調することができる。高さは、基板４０の長さＬに沿ってある限度間でランダムなもしくは一定な間隔で、ランダムもしくは擬似ランダムに変調することができる。周知の通り、用語「ランダム」は、真のランダム度又は人工手段により発生させる場合に可能な範囲までのランダム度、例えば擬似ランダム度を意味する。別の実施例では、第１表面構造関数の１つ以上の相、即ち基板４０の幅Ｗに沿った水平位置は、基板４０の長さＬに沿ってある限度間で、少なくとも擬似ランダムに変調することができる。さらに他の実施例では、第１表面構造関数のピーク角を基板４０の長さＬに沿って変調することができる。従って、変調技術の組合せを用いて、単一の三次元表面が光を方向転換及び拡散するように、基板４０の三次元表面を創造することができる。図２に示す基板４０を製造するのに用いる特定の変調技術は以下に詳述する。
【００１４】
図５は、図２の長さＬに沿った異なる位置での基板４０の３つの断面を示すグラフである。例えば図２のＬ方向に沿った４００μｍの位置で切断した第１断面５０は、基板４０の幅Ｗのある部分（具体的にはＷ方向の約２００〜５００μｍの間）に延在しうる。第２断面５２は、例えば図２のＬ方向に沿った８００μｍの位置で切断することができ、また第３断面５４は、例えば図２のＬ方向に沿った約１４００μｍの位置で切断することができる。図５の縦軸は、基板４０の実際の高さではなく、基板４０の表面の高さにおける変動（ばらつき）の量を示すにすぎない。図５の横軸は、図２のＷ方向に沿った水平位置を示す。図５の断面で見られるように、変調された鋸歯関数は基板４０の特定の断面５０、５２及び５４で存在し続ける。しかし、これらの構造の相が変調されているので、各断面５０、５２及び５４のピーク５６は他の断面５０、５２及び５４と合致しない。これは、図２の平面図からも明らかで、この場合基板４０の長さＬだけ延在する変調表面関数４６は、揺動、屈曲、結合又は分岐し、また個別のエレメントがないような仕方で交差する傾向がある。図５では、鋸歯関数のピーク角５８は約９０°である。図５は鋸歯関数の変調したピーク角を示さないが、これらのピーク角は、所定の光学的要素４６について図２のほぼ長さ方向Ｌに沿ってあるピークから次のピークまででも変動し得る。ピークはＷ方向における得られる表面断面上の局部的な高さ極大値である。
【００１５】
第１表面構造関数を変調して基板４０の三次元表面を生成した後でも、入力光ビームから出力鏡面成分を生成する第１表面構造関数の特徴は得られる三次元表面にほとんど保持される。鏡面挙動又は光方向転換挙動の量は、第１表面構造関数に適用される振幅及び／又は空間周波数変調を変えることにより調節できる。例えば、第１表面構造関数に適用される変調の量を少なくすると、鏡面挙動が増加する。対照的に、第１表面構造関数に適用される変調の量を増加すると、鏡面挙動が減少するが、拡散が増加する。同様に、第１表面構造関数に適用される変調の量を少なくすると、基板の拡散挙動も減少し、また第１表面構造関数に適用される変調の量を増加すると、基板の拡散挙動が増加する。
【００１６】
図６は、輝度向上用途に使用できる光学的基板１００の実施形態の方向転換及び拡散特性を示す。図６では分かりやすいように、図２の不規則な三次元表面４１を表示していないが、表示する場合には、約１００ｍｍ〜約１ｎｍの特徴的な表面寸法を有する光出射面１０２として存在する。基板１００に対して入射角θ＝０°である第１光ビーム１３８は、光出射面１０２により入力側に戻される。光は後方に戻されるだけでなく、拡散もされるので、単一の出力ビームが形成されるのではなく、光線１３６及び１３４により第１拡散楕円が形成される。拡散光は、例えば光線１３６及び１３４により形成された第１拡散楕円内に存在し得、従って楕円体が形成される。入力入射角θを有する第２の入力光ビーム１２４は、光ビームが基板を透過し、光出射面１０２に出射ビーム１２８として透過するように基板１００により方向付けられ、また光ビームが基板１００にほぼ直角に出射するように方向転換される。ビーム１２８も光出射面１０２により拡散され、第２の拡散楕円が形成される。第２の拡散楕円はビーム１２８と光線１３０又は１３２との間のパワー半角Φにより形成される。パワー半角Φは、基板１００の拡散特性の１つの尺度として使用できるが、約０．１〜６０°の範囲で変動しうる。他の実施形態では、変調のタイプ及び／又は量を変えることにより、パワー半角Φを約１〜５°の範囲とすることができる。図６は、少なくとも１つの出力光ビーム１３０、１３２が基板１００により方向転換され、その入力入射角θから外れることを示している。
【００１７】
図６の基板１００の拡散特性は広い範囲で変動しうる。例えば、形成される拡散楕円は一実施形態では対称な円錐体とすることができる。他の実施形態では、拡散は全く対称性をもたないか、ごく僅かな対称性をもつことができる。ランダムな変調を制御してＷ及びＬ方向の拡散を別々に行う、即ち変調パラメータを適用する振幅、帯域幅を、Ｗ又はＬ方向いずれかに沿って一次元的にするか、Ｗ及びＬ方向に沿って異なるパラメータで二次元的にすることができる。他の座標を用いて、第１表面関数に関する変調関数の配向を変えることができ、そのような座標には、他の回転又は移動カルテシアン幾何形状、例えば円筒、球又はほぼ湾曲した座標系などがある。非対称な光パターンが望ましい場合に、これらの座標を用いることができる。
【００１８】
基板の光差し向け特性も広い範囲で変動しうる。図７を参照すると、ランプ１０８及び下側反射面１０９を有するバックライトユニットの導光体１０６と共に用いる場合、基板１１２及び１１４は、光を拡散させるとともに、輝度を大幅に増加することができる。輝度向上実施形態では、基板１１２及び１１４は、軸上で見た輝度を約３０％〜約３００％増加することができる。従来の直線的プリズム配列並びにランダム化されたプリズム配列の輝度向上フィルムを使用できず、或いはこのような配列を並列に用いるのは、モアレ効果のため、望ましくない。本発明では、モアレ効果がないので、２つの基板を、交差（直交）と平行の間で、互いに任意の角度で使用できる。このため、光出力パターンのフレキシビリティが大きくなる。他の実施形態では、基板が軸上輝度を５０％以上、そしておそらくは約２００％のように大幅に増加する。輝度向上実施形態では、異なる方向からの入力光ビームを方向転換及び拡散するために、２つの基板１１２及び１１４を互いに直交するように配置できる。基板１１２及び１１４に拡散挙動が組み込まれているので、基板１１２及び１１４に起因するモアレ模様をなくすために別個の拡散基板を用いる必要はないが、本発明の範囲内でほかの理由から拡散基板を用いることができる。
【００１９】
従来構造の図７はディフューザ１１６及び１１８を示す。ディフューザ１１８は、基板１１２及び１１４の固有規則性に起因する干渉からもたらされるモアレ模様を拡散する。ディフューザ１１６は、導光体１０６の下側１２０のエクストラクタパターンの規則性及びＬＣＤパネル１２２の規則性によるモアレ模様を拡散する。従来の輝度向上フィルム１１２及び１１４を本発明と置き換えることができ、それによりおそらくはディフューザ１１６及び１１８をなくすことができる。
【００２０】
基板１１２及び１１４の拡散特性は、図１に示すもののような多くの普通の光差し向けフィルムに起因するモアレ模様をなくすか少なくする。このような基板を組み込んだ例示フィルムは、モアレ模様をなくすか少なくするように、１表面上で光を方向転換及び拡散できる。
【００２１】
自己相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）は、表面度量衡学（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）に用いる表面のランダム度の尺度である。しかし、ある相関長さＬｃにわたって、自己相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）の値は初期値の数分の一に降下する。例えば１．０の自己相関値は、高度にもしくは完全に相関した表面とみなされる。相関長さＬｃは自己相関関数の値がその初期値の何分の一かになる長さである。代表的には、相関長さは、自己相関関数の初期値の１／ｅ、即ち約３７％の値に基づく。大きい相関長さは、小さい相関長さの表面より表面がランダムでないことを意味する。自己相関関数については、下記文献に詳しい説明がある。David J. Whitehouse, Handbook of Surface Metrology, IOP Publishing Ltd. (1994), p.49-58
本発明の実施形態では、光学的基板１００の三次元表面についての自己相関関数の値が、約１ｃｍ以下の相関長さで初期値の１／ｅ以下に降下する。他の実施形態では、自己相関関数の値が、約０．５ｃｍ以下の相関長さで初期値の１／ｅに降下する。図２及び図６に示す基板４０及び１００の実施形態について、長さＬに沿った自己相関関数の値は、約２００μｍ以下で初期値の１／ｅ以下に降下する。図２及び図６の同じ実施形態について、幅Ｗに沿った自己相関関数の値は、約１１μｍ以下で初期値の１／ｅ以下に降下する。
【００２２】
相関長さはモアレ模様の減少に関係する。前述したように、小さい相関長さは大きい相関長さよりランダムな表面を示唆し、またこの小さい相関長さはより大きな拡散とモアレ模様の減少に関係する。基板４０，１００の三次元表面は、小さい相関長さで示されるように、高度に不規則であるので、基板４０，１００はモアレ模様を減少させるのに有効である。
【００２３】
以下の議論は、本発明のモアレ防止特性の具体的な説明を行うことを意図している。以下の例で、（１）本発明は直線状プリズム及びランダム化プリズム構造両方よりはるかに低い自己相関をもつこと、（２）自己相関長さは構造がシステムにモアレ模様を生成する可能性に関するよき指標であることを証明する。
【００２４】
図１８の高さ２０μｍ、ピッチ４０μｍの直線状プリズム配列４００をベースラインと考える。Ｗ方向に沿ってプリズム構造４００を切断した水平プロファイルの自己相関関数４０２を図１９に示す。自己相関関数４０２の減衰は構造のランダム度の指標である。図１８の構造は完全に規則的であり、従って唯一の減衰はサンプルの有限範囲による。他の例と比較して、正弦波自己相関関数の包絡線のロールオフを考えなければならない。
【００２５】
図２０はモアレマップ４０４を示す。図１８のプリズム構造４００について、図２０のモアレマップは、図１８の構造の高さ（但し、変調された高さである必要はない）マップに、同様のピッチの基準プリズム構造の高さマップを掛けることにより得られる像である。これは、２つの構造を光学システム（又はあるものを別のものに写した）内にごく近接させて配置した場合に起こる現象に類似している。基準プリズム構造は図１８のプリズム構造４００の配列に平行に配向された５０μｍピッチのプリズム配列である。これはモアレを導入する最悪のシナリオである。
【００２６】
図２１では、モアレプロットを４０６に示す。これは、Ｗ方向に沿った図２０のモアレマップ４０４のプロファイルである。なお、図１８の４０μｍピッチのプリズムについて、図２０のモアレマップと図２１のモアレプロットは両方とも強いビートパターンを低周波数包絡線として示している。
【００２７】
次に、図１８の４０μｍピッチのプリズム配列を考える。ここでは±２０％のランダム度がプリズム中心の水平位置（Ｗ方向）に導入され、その結果として図２２に４０８で示すような鉛直、即ちＬ方向で各プリズムに沿ったランダムなばらつきを生んでいる。
【００２８】
ここで図２３において、自己相関の減衰が幾分か迅速である。これは、４０μｍピッチプリズム配列にランダム度が導入されたためである。図２４のモアレマップ４１２及び図２５のそのプロファイル４１４において、ビートパターンは幾分かスクランブルされているが、まだ目に見える。図１９の場合のように、図２３の自己相関の減衰はサンプルの有限範囲のためである。
【００２９】
次に、図２６に４１６で示す本発明の一実施形態を考える。この構造は、２０μｍ〜１０μｍの高さと４０〜５０°の勾配を有する重畳相変調「プリズム波形」とともに、フルサイクル（例えば、「ピッチ」の１００％超え）のランダム化を有する。この場合、ランダム度と重畳との結果として、分岐し（又は割れ）そして合併する構造又は要素となっている。
【００３０】
なお、図２７に示すように、図２６のプロファイル４１８の自己相関関数は、図１９及び図２３のものと比べて非常に迅速に降下している（例えば１００μｍで０．２ｉｎ以下に）。したがって、図２６のモアレ防止性能が図１８及び図２２の場合より良好であると予想される。これは、図２８及び図２９に４２０及び４２２で示される。ビート（うなり）周波数は全く存在せず、残っているすべては非均一区域である。図２９から分かるように、これらの小さな非均一は本発明の局部的構造と関連しており、ビートパターンの結果ではない。この結果を図３０、図３１及び図３２に示す。ここでは、４４μｍピッチの基準プリズム配列を用いて、モアレマップを生成する。なお、図１８の直線状プリズム及び図２２の２０％ランダム化プリズムの場合、ビートパターンはそれより低い空間周波数（マップでの少ないサイクル数）でのものである。
【００３１】
これに対して、図２６のマップの場合の非均一は図２４の非均一に似ている。非均一はいつも構造と同じスケールであるので、非均一はディスプレイでは可視でなく、（設計ピッチが十分微細であれば）問題とならない。前者の実施例でのモアレはより一層問題である。なぜなら、ビートパターンがプリズムピッチの大きな倍数である周期をもち得、目に見えやすい模様となるおそれがあるからである。
【００３２】
図３３に、図２６の垂直（Ｌ方向）自己相関４３０を示す。ここで、垂直方向での変調の周期が長いため、ロールオフが図２７の場合よりはるかに少ないことが分かる。この実施例では、振動の周期が３００μｍ〜５００μｍとなるように垂直変調をセットする。図２２のプリズム配列の場合、振動（ランレングス）の周期が１０μｍ〜１００μｍとなるように垂直変調をセットする。この場合、減衰は図３１の場合より速い（図３４の４３２参照）。
【００３３】
次に、例示基板の表面についてのモデルの発生について詳述する。なお、表面モデルの発生には多数の方法を使用でき、以下の説明はこれらの方法のうちの１つに過ぎない。
【００３４】
例えば、ランダムにもしくは擬似ランダムに変調された波形を重畳する反復方法を用いて、図２に示した表面を発生することができる。図２では、一連の重畳波形がほぼフィルムの三次元表面を形成する。しかし、図２の結果的に得られる構造におけるこれらの「波形」は、必ずしも別個の波形として存在するわけではない。その代わりに、図２の結果として得られる三次元表面は、ある位置で互いにクロスオーバーしたり、ある位置で単一の波形に合一したりする重畳波形を含む。
【００３５】
基板４０、例えば図２に示す基板を発生する反復方法を開始するために、一連の波形を規定する。規定波形のそれぞれは、基準面より上の高さ約２０μｍの鋸歯の概略断面形状を有する。この一連の波形は、前述した第１表面構造関数である。各波形は光を方向転換する幾何学的特性を有する。各波形を前述したように、周波数、相、ピーク角（又は高さ）の１つ以上において変調する。例えば、図８は、図２のＬ方向に沿って一端から他端まで延在する単一波形１４０を示す。この波形１４０は相変調されているので、図８で見るように、波形のピークの水平位置がＷ方向において中心位置１４２から−２０μｍ〜＋２０μｍの範囲で変化する。図９は波形１４０の相の変化を図８の方向Ｌに沿った位置の関数として示す。図８及び図９の実施形態では、変調を波形に、波形の長さＬに沿って約３００μｍ〜５００μｍのランダムな間隔で、適用し、こうしてＬの変動につれてピークの相が３００〜５００μｍ毎に変化するようになる。
【００３６】
ピーク角は波形のピークに形成される角度であり、図５に数字５８で示されている。図８の波形の場合、ピーク角もＬに沿って３００〜５００μｍ毎に９０°〜９２．８°の間で変調されている。図１０は長さＬに沿った図８の波形のピーク角の変化を示す。各波形の高さも長さＬに沿って１５〜２０μｍの間でランダムに変調することができる。
【００３７】
図８に示す波形では相及びピーク角だけをランダムに変調したが、他の実施形態では周波数及び高さを変調することもできる。例えば、一実施形態では、単一波形の高さを長さＬに沿ってランダムに変調することができる。別の実施形態では、単一波形の周波数を長さＬに沿ってランダムに変調することができる。従って、波形はある位置では薄く、他の位置では厚くなる。さらに他の実施形態では、異なる波形の高さを色々に変調することができる。従って、基板４０，１００の三次元表面構造を形成するのに、本発明の範囲内で種々の相、周波数、ピーク角及び高さ変調技術を使用することができる。変調の量も種々の技術において広い範囲で変動しうる。
【００３８】
図２に示す構造を形成するために、波形の重畳の最初の反復を行う。図示の実施形態では、（前述したように変調した）個別の波形それぞれを基板４０，１００の表面上で、基板４０，１００の幅Ｗに沿って約４０μｍの間隔で段付け又は配置する。図２に示す幅２，０００μｍの表面の場合、５０の波形約４０μｍの間隔で重畳する。この最初の反復後に得られる表面構造モデルは図１１に示すようになる。
【００３９】
次に変調波形の重畳の第２の反復を行う。この第２の反復は最初の反復と同様に行うことができる。例えば、別の一連の波形を前述したように創造し、基板の幅Ｗに沿って約４０μｍの間隔で重畳することができる。こうして得られる表面構造モデルを図１２に示す。
【００４０】
必要ではないが、図１２に示す表面構造モデルから図２に示す表面構造モデルを形成するために、鋸歯関数を重畳する第３の反復を行うことができる。鋸歯関数は、高さ８μｍをもち、フィルムの幅Ｗに沿って２０μｍの間隔で重畳することができる。この第３の反復は、得られる表面高さマップの小さな部分を補充するものであるが、主として表面上の平坦なスポットを埋めるのに使用できる。得られる三次元表面は、個別の波形が重畳されて表面を形成しているランダム又は擬似ランダム構造を有する。重畳方法を反復する方法であり、ランダム相変調関数の高さが大きいため、表面は個別の光学的要素を含有しない。その代わりに、得られる表面は、多数の変調と重畳をブールユニオンにより集束することにより形成された集積光学的基板である。
【００４１】
次に、図１４、図１５及び図１６を参照して、基板をランダム化する方法を説明する。第１ウィンドウ２１６を座標系に規定する。制御点２０２，２０４の位置をランダム化して第２ウィンドウ２００に変調パス２０６を形成する。第２ウィンドウ２００は表面関数２０８の断面より幅広く、例えば表面関数２０８の幅の３倍である。表面関数は、例えば、鋸歯関数でも三角形関数でもよい。第２ウィンドウ２００の頂部の第１制御点２０２で出発して、各制御点の位置で、以下の要素：±２０μｍのような所定範囲内の制御点の位置ｘ、３００μｍ〜５００μｍのような所定範囲内の次の制御点への距離ｙ、例えば０μｍ又は２０μｍである表面関数の高さをランダム化する。
【００４２】
回折効果を抑制するために、ランダム化された制御点位置２０２，２０４を２０μｍのような所定間隔に量子化する。新しい制御点を変調パス２０６に沿って第２ウィンドウ２００にランダムに付加し、Ｙ（又はＬ）方向における第２ウィンドウ２００の長さを超えるまで、付加する。しかし、第２ウィンドウ２００の外に来る第１制御点２０２，２０４を保持する。
【００４３】
変調パス２０６は、例えば、最隣接近傍又は線形もしくは立体補間の組合せを用いて、制御点２０２，２０４から求める。高さゼロの制御点２０４がゼロでない高さを有する２つの連続する制御点２０２間に位置する場合、変調パス２０６に沿った不連続を、ゼロでない高さを有する任意の２つの連続する制御点２０２間に導入する。
【００４４】
非ゼロ表面関数２０８を変調パスに沿ってゼロでない高さを有する連続する制御点２０２間に発生する。表面関数２０８は、高さゼロの制御点２０４がゼロでない高さを有する２つの連続する制御点２０２間に位置する場合、ゼロでない高さを有する制御点２０２間でゼロの値をとる。表面関数２０８は、例えば鋸歯関数の断面プロファイルを有してもよい。
【００４５】
ランダム化された表面関数２０８を含むウィンドウ２００を、第１位置で、初期値ゼロであるマスター関数２１０と整合し、重ね合わす。ウィンドウ２００内の表面関数２０８とマスター関数２１０との間でブールユニオン演算を行う。この結果、表面関数２０８がマスター関数２１０に重なる。ウィンドウ２００をマスター関数２１０に沿って、例えば４０μｍの所定増加ステップだけ、左右に移動する。ここで前述した方法で新しい表面関数２０８をウィンドウ２００内にランダムに発生し、そして新しい表面関数２０８とマスター関数２１０との間でブールユニオン演算を行う。ウィンドウを再度所定増加ステップだけ移動し、前述した方法で次の新しい表面関数２０８をウィンドウ内にランダムに発生し、そして次の新しい表面関数２０８とマスター関数２１０との間でまた新しいブールユニオン演算を行う。このランダム化、ブールユニオン及びステッピングプロセスを、マスター関数２１０の全幅にわたって繰り返す。マスター関数２１０の終点で、ウィンドウが最初の位置に戻り、そしてランダム化、ブールユニオン及びステッピングプロセスをマスター関数２１０の全幅にわたって任意の回数繰り返し、その結果図１３のランダム化基板１５２を得る。
【００４６】
表面関数は、幅約４０μｍ及び高さ１μｍ〜２００μｍの、さらに特定すると幅約４０μｍ及び高さ約１８μｍの三角形である。表面関数は、底辺対高さ比が４０：１〜１：１０である、さらに特定すると底辺対高さ比が約４０：１８である三角形であってもよい。
【００４７】
形態論的演算子を用いてランダム化基板における高さゼロのホールまたは区域を見つけ出し、「スケルトンマスク」関数を創造する（図４０）。この関数を表面関数２０８と合成し、その結果をブールユニオンによりマスター関数２１０と組み合わせる。これらのサイトまたは区域を用いて、パターンの残りの部分より大きい高さを有する浸潤防止（またはニュートンリング）バンプまたは突起の粗なパターンを創造することができる。これらのバンプは表面のバルクと同じ形態または関数をもつ必要はない。マスター関数２１０から少なくとも外側１００μｍをトリミング除去することにより最終パターン２１２を得る。図２２において、最終パターン２１２の複数コピーを互いに並べて置き、即ち「タイル」模様に置き、基板表面をウェハー２１４上に、１次連続性に関して互いに鏡像関係にある二次元配列として創造する。タイル、即ちマスターの寸法は得られるパターンの相関長さより大きい。
【００４８】
図１６において、３０２でウィンドウを規定し、ウィンドウ３０４内で点をランダムに選択し、これによりランダムに選択された点をつなぐ変調パス３０６を創造する。３０８で、ウィンドウ内のランダムに選択された点に高さをランダムに割り当てる。３１４でマスター関数を規定し、３１０で変調パスに沿って表面関数を発生し、マスター関数内の連続位置でマスター関数３１２と繰り返し組み合わせる。
【００４９】
なお、基板の表面は高さ、周波数、相またはピーク角においてランダム化されているだけでなく、屈折率についてランダム化されていてもよい。図３５〜３９に示すようにこれらのパラメータの任意のものを変調することもできる。ここで、正弦波キャリヤ波形ｓｉｎ（ｘ）をランダム関数ｒ（ｘ）により振幅、相または周波数において変調し、下記方程式のいずれかによるランダム化関数Ｒ（ｘ）を生成することができる。
【００５０】
【数１】
2008525850.tif 000003
ここで、ｒ’（ｘ）は第２ランダム関数（または第３表面関数）であり、ｃ、ｋ及びｎは定数である。鋸歯関数は鋸歯波を、周期２πを有する時間ｔまたは空間Ｗ，Ｌの関数として発生する。鋸歯（ｓａｗｔｏｏｔｈ）は−１及び１のピークを有するｓｉｎ（ｔ，Ｗ，Ｌ）に似た波を発生する。鋸歯波は２πの倍数の時−１であり、その他のすべての時間で勾配１／πにて時間と共に直線的に増加すると定義される。一般に複数のランダム関数を用いて第１表面関数の複数のパラメータを変調することができる。図３９から分かるように、複数のランダム関数ｒ（ｘ）はそれぞれ空間的に一定であるか、空間的に変動するか、或いはこれらの組合せであってもよい。
【００５１】
約１００ｍｍ〜１ｎｍの特徴的寸法を有する基板の実際の表面は、多数の加工法により発生することができる。このような加工法には、ホトリソグラフィ、グレイスケール・リソグラフィ、マイクロリソグラフィ、放電加工及び硬質ツールを用いて上述した表面モデルのためのモールドなどを形成するマイクロ機械加工がある。
【００５２】
例えば、基板の製造方法は、マスター形成、電鋳及びモールド形成によることができる。ホトリソグラフィ・マスター形成を用いて、ホトレジスト、グレイスケールマスクまたはタイル状に配置された一連のハーフトーンマスクに直接レーザー描画を行うことができる。ホトレジストをレーザー光子により直接除去しても、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のような追加の加工工程への前駆体として用いてもよい。或いはまた、５軸ミル上の単石ダイヤモンドツールのような硬質ツールを用いて、幾何形状をマスター形成することができる。マスターは通常ネガとして製造される。マスターの基板は、溶融シリカなどのガラス、結晶性、金属またはプラスチック（例えばポリカーボネート）とすることができる。マスターを用いて直接プラスチック部品を成形しても、マスターを電鋳に用いてもよい。
【００５３】
電鋳は１段又は２段で行う。１段のみを用いる場合にはマスターはポジである。マスターを薄い金属皮膜で被覆する（特にマスターが最初に導電性でない場合）。マスター上にニッケルを電着して「親」電鋳膜を作成する。このレプリカを再度電鋳して「子」を作成し、これを用いてプラスチック部品を成形する。
【００５４】
装置（フィルム）を成形するのに用いる物体をモールド（型）と呼ぶ。モールドはベルト、ドラム、プレート又はキャビティの形態とすることができる。モールドは複数のマスター又は電鋳品からのタイルとすることができる。モールドを用いて基板上に構造を形成することができ、具体的には基板の熱間エンボス加工や基板の冷間カレンダー加工により構造を形成するか、ＵＶ硬化性もしくは熱硬化性材料を添加し、それに構造を形成する。モールドを用いて、射出成形又は真空成形によりフィルムを形成してもよい。基板又は被覆材料は、有機、無機又は混成の光学的に透明な材料のいずれでもよく、拡散、複屈折又は屈折率変更粒子が懸濁されていてもよい。
【００５５】
このように形成する光学的基板は、屈折率が１．１〜３．０である、さらに特定すると屈折率が約１．７５である光学的に透明な材料で形成してもよい。
【００５６】
図４１に、バックライトディスプレイ装置５００を断面図にて示す。バックライトディスプレイ装置５００は、光５０４を発生する光源５０２を備える。導光体５０６はそれに沿って光５０４を案内する。反射面５０８は光５０４を導光体５０６の外へ反射する。少なくとも１つの光学的基板５１０は反射面５１０からの光５０４を受光する。光学的基板５１０は、２つの表面構造関数により規定された三次元表面５１２を有し、そのうち第１表面構造関数は、入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する長さ、幅及びピーク角を有する。第２表面構造関数は、第１表面構造関数を第１表面構造関数の長さに沿って周波数、相及びピーク角の１つ以上において変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する。三次元表面５１２は、約１ｃｍ以下の相関長さで初期値の約３７％未満の相関関数値を有する。バックライトディスプレイ装置５００では、１つの光学的基板５１０が第１三次元表面５１２及びこの第１三次元表面５１２に向かい合う第２三次元表面５１４を含む。第２三次元表面５１４も、約１ｃｍ以下の相関長さで初期値の約３７％未満の相関関数値を有してもよい。第２三次元表面は２つの表面構造関数を有する、即ち入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する長さ、幅及びピーク角を有する第３表面構造関数と、第１表面構造関数を第１表面構造関数の長さに沿って周波数、相及びピーク角の１つ以上において変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する第４表面構造関数とを有する。
【００５７】
バックライトディスプレイ装置５００において、光学的基板５１０は、互いに０〜９０°の相対配向にある、従って互いに平行とも直角ともなり得る、第１及び第２表面関数を含む。
【００５８】
輝度向上のためにバックライトディスプレイに上記光学的基板を用いる以外に、基板は様々な他の用途にも使用できる。基板の実施形態を、フレネルレンズやホログラフィ基板に使用したり、普通のレンズ、プリズム又は鏡と組み合わせて用いることができる。このような実施形態は、一定の特性を有する同心円又は楕円を変調することにより形成できる。光学的基板は、１次又は数次反射、透過又は部分透過性の（光吸収性又は光非吸収性）プリズム、ホログラフィ光学的素子、又は回折格子に使用することもでき、また第１表面構造関数を変えることにより鏡面成分の出力角を調整することができる。基板は、他の用途、例えばプロジェクションディスプレイ、照明サイン、交通信号などにも使用できる。
【００５９】
以上、第１表面構造関数及び第２表面構造関数により規定された三次元表面を有する、光学的基板又はフィルムの多数の実施形態を説明した。ここで第１表面構造関数は、入力光ビームから少なくとも１つの出力鏡面成分を生成する光学的特性を有する幾何形状を有する。これらの実施形態では、第２表面構造関数は、光学的基板の表面が入力光ビームから鏡面光及び拡散光を生成するように第１表面構造関数を変調する少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する。第１表面構造関数は、所望の用途に応じて、様々な方式で規定することができる。
【００６０】
さらに、第２表面構造関数は第１表面構造関数を１方向で、又は複数方向、例えば２つの直交方向で変調することができる。２方向の変調は、例えば図６の説明に示した。
【００６１】
さらに、一般に、ランダム変調は第１表面構造のパラメータの任意の１つ以上を変調することができる。特定の第１表面構造関数に応じて、パラメータはピッチ、ピーク高さ、相、ピーク角その他のパラメータを含む。
【００６２】
種々の用途にふさわしい第１表面関数の多数の他の例を以下に示す。この場合、得られる表面が第１表面構造関数による鏡面光のほかに拡散光も生成するように、第１表面関数を少なくとも擬似ランダムな特性を有する幾何形状を有する第２表面構造関数で変調するのが望ましい。一般に、擬似ランダムな変調は、光ビームが入射したとき拡散光を生じる表面を与えるのに十分である。本明細書において、鏡面（又は正反射ｓｐｅｃｕｌａｒ）は、反射もしくは透過光の、巨視的スケールでは拡散されていない成分を意味すると定義する。巨視的スケールは、基板の表面を直径約５００μｍ以上のコーヒーレントな光のビームで調べることにより観察されるバルク挙動である。古典的な数次格子は多数の鏡面成分をもつと考えられる。
【００６３】
擬似ランダムな変調は、例えば、光ディスプレイにおける出射光方向モディファイアの光出射表面に適用することができる。図４２は、平行光を与えるよう機能する光束パラライザ１０１０と光束パラライザ１０１０からの光を受けとる出射光方向モディファイア１０２０とを有する光ディスプレイ１０００の線図である。このような光ディスプレイは、例えば米国特許第５，９８２，５４０号に示されている。出射光方向モディファイア１０２０は光束パラライザ１０１０に面する光入射表面１０２２を含む。光入射表面１０２２は光束パラライザ１０１０からの光を受けとる。出射光方向モディファイア１０２０は、光入射表面１０２２とは反対側に光出射表面１０２４を含む。光入射表面１０２２は、第１表面構造関数により規定され、複数のプリズム１０２３表面を画定する。本発明の１観点によれば、図４２に光入射表面１０２２として示したような第１表面構造関数は、擬似ランダムな変調を行う第２表面構造関数で変調されている。
【００６４】
擬似ランダムな変調は、図４３に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図４３は、図示の通りの表面１０５５を有する基板１０５０を示す。このような基板は、例えばＷＯ０１／２７５２７Ａ１に示されている。この例の表面１０５５は、第１プリズム形状を有する複数の第１プリズム１０６０と、第１プリズム形状とは異なる第２プリズム形状を有する複数の第２プリズム１０７０とからなる表面である。例えば、第１プリズム形状は第１プリズム１０６０の辺角Ａ及びＢのサイズとすることができ、第２プリズム形状は第２プリズム１０７０の辺角Ｄ及びＥのサイズとすることができる。或いは、第１プリズム形状は第１プリズム１０６０の角度の配向とすることができ、第２プリズム形状は第２プリズム１０７０の角度の配向とすることができる。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００６５】
擬似ランダムな変調は、図４４に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図４４は、図示の通りの表面１１０５を有する基板１１００を示す。このような基板は、例えば米国特許第５，７７１，３２８号に示されている。この例の表面１１０５は、第１平均ピーク高さを有する多数のピーク１１１２を有する第１領域１１１０と、第２平均ピーク高さを有する多数のピーク１１２２を有する第２領域１１２０とを有する。第２平均ピーク高さは第１平均ピーク高さとは異なる。図４４に示す例では、第２平均ピーク高さは第１平均ピーク高さより小さい。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００６６】
擬似ランダムな変調は、図４５に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図４５は、図示の通りの表面１１５５を有する輝度向上フィルム１１５０を示す。このような基板は、例えば米国特許第５，９１７，６６４号に示されている。表面１１５５は、複数対の横に並んだプリズム１１６０を有する表面である。各対は第１プリズムと第２プリズムを有し、各プリズムはプリズム角１１６２と谷角１１６４を有する。各対のプリズム角又は谷角のいずれかが等しいが、両方が等しくはない。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００６７】
擬似ランダムな変調は、図４６に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図４６は、浸潤防止表面１２０５と浸潤防止表面１２０５とは反対側の多数のプリズム１２１５を有する表面１２１０とを有する基板１２００を示す。このような基板は、例えば米国特許第６，３２２，２３６号に示されている。浸潤防止表面１２０５は、両表面間の浸潤現象を抑制するランダムな変調をもつことができる。第１表面構造関数は、浸潤防止表面１２０５とは反対側の多数のプリズム１２１５を有する表面１２１０により規定される。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００６８】
擬似ランダムな変調は、図４７に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図４７は、図示の通りの表面１２５５を有する光学的基板１２５０を示す。表面１２５５は複数のプリズム１２６０からなる表面であり、各プリズム１２６０は傾斜角１２６５により規定される勾配を有する。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されており、この場合第２表面構造関数は勾配を変調する。
【００６９】
擬似ランダムな変調は、図４８に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図４８は、図示の通りの表面１３５５を有する光学的基板１３５０を示す。表面１３５５は、レンズレット１３６０の配列からなるレンズレット配列の表面である。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００７０】
擬似ランダムな変調は、図４９に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図４９は、図示の通りの表面１４０５を有する基板１４００を示す。このような基板は、例えば米国特許出願公開第２００３／００３５２３１号に示されている。この例の表面１４０５は、ほぼ第１方向（ｘ方向）に延在する複数のプリズム構造１４１０を有し、第１方向に直交する第２方向（ｙ方向）で隣同士のプリズム構造１４１０の間隔が空いている。プリズム構造１４１０は高さが第１方向で変化する。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００７１】
擬似ランダムな変調は、図５０に示すディスプレイ装置の光学的フィルムの表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図５０は、バックライト１４４５と、図示の通りの表面１４５５を有するフィルム１４５０とを有するディスプレイ装置１４４０を示す。このようなフィルムは、例えば米国特許出願公開第２００３／００３５２３１号に示されている。バックライト１４４５は光をフィルム１４５０に照射する。フィルムは内部に、バックライト１４４５からの光を拡散するのに役立つ複数のビーズ１４６５を有する。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００７２】
上述した光学的フィルム及び基板は通常絶縁材料から形成されている。本発明は、その上に金属層を設けたこのようなフィルムや基板も想定している。
【００７３】
さらに、構造の規則的配置、例えばプリズムの規則的配置を規定する第１表面構造関数を有する光学的フィルム及び基板を説明した。別の例として、構造の配列は規則的である必要はなく、非規則的であってもよい。
【００７４】
擬似ランダムな変調は、図５１に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図５１は、図示の通りの表面１５０５を有する基板１５００を示す。このような基板は、例えば米国特許第６，４５６，４３７号に示されている。この例の表面１５０５は、複数の屈折プリズム１５１５と複数の反射プリズム１５２５を有する。屈折プリズム１５１５は小さな曲げ角度の場合効率よく光を透過するのみであり、一方反射プリズム１５２５は２０°より大きい出射角を達成するのに特に適当である。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００７５】
第２表面構造関数によりランダムに又は擬似ランダムに変調される表面とは反対側の基板の表面は、平滑な表面に限定されない。擬似ランダムな変調は、図５２の基板１５５０に示される１表面により規定されるような第１表面構造関数に適用することができ、この場合反対側表面はその上に多数のバンプを有する。図５２は、１表面１５５５と、その上に多数のランダム配向のバンプ１５６５を有する反対側表面１５６０とを有する基板１５５０を示す。このような基板は、例えば米国特許第５，８０８，、７８４号に示されている。この例の表面１５５５はその上に多数のプリズム構造１５７０を有するレンズ配列の表面とすることができる。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００７６】
第２表面構造関数でランダムにもしくは擬似ランダムに変調された表面とは反対側の基板の表面が平滑な表面に限定されない別の例を以下に示す。擬似ランダムな変調は、図５３に示す片側表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができ、この場合反対側表面はその上に多数の円形もしくは多角形ドットを有する。図５３は、片側表面１６０５と、その上に多数の円形もしくは多角形ドット１６１５を有する反対側表面１６１０を有する基板１６００を示す。このような基板は、例えばＷＯ９９／６３３９４に示されている。第１表面構造関数は片側表面１６０５により規定される。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００７７】
擬似ランダムな変調は、図５４に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図５４は、図示の表面１６５５を有する基板１６５０を示す。このような基板は、例えば米国特許第６，７５９，１１３号に示されている。この例の表面１６５５は複数のプリズム１６６０を有し、そのプリズムは２つの直交方向に湾曲表面を有する。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００７８】
擬似ランダムな変調は、図５５に示す表面により規定されるような第１表面構造関数に適当することができる。図５５は、図示の表面１７０５を有する基板１７００を示す。このような基板は、例えば米国特許出願公開２００４／０１０９６６３に示されている。この例の表面１７０５は複数のプリズム１７１０を有し、各プリズム１７１０は湾曲断面のファセット１７１５を有する。本発明の１観点によれば、上述した第１表面構造関数は第２表面構造関数で変調されている。
【００７９】
図５６は、本発明の別の実施形態による光学的フィルムのサンプルの一部を示す平面図である。この実施形態では、基板はピッチ（プリズム構造の隣接ピーク間の間隔）約３７μｍであるプリズム構造の配列により規定された表面を有する。各プリズム構造は一般に他のプリズム構造に平行に水平方向に延在する。プリズムピークの位置をｙ方向（図５６の紙面においてｘ方向に直角な方向）において約１８μｍだけ変調した。
【００８０】
擬似ランダムな変調は、バックライトディスプレイ装置の方向転換フィルムの表面に適当することができる。図５７は、バックライトディスプレイ装置１８００の線図である。装置１８００は、光を発生する光源１８１０及び導光体１８１２を含み、導光体１８１２はそれに沿って案内された光を反射して出射面で導光体の外へ出す反射面１８１４を有する。装置はさらに、光入射面１８０５を有する方向転換フィルム１８２０も含む。導光体１８１２の出射面は方向転換フィルムに面している。本発明の１観点によれば、図５７に光入射面１８０５として示されるような第１表面構造関数は、擬似ランダムな変調を行う第２表面構造関数で変調されている。第１表面構造関数は、導光体１８１２に面する複数のプリズム１８２２により規定される。装置１８００はＬＣＤ基板１８２４も含み、また方向転換フィルム１８２０とＬＣＤ基板１８２４との間に偏光板１８２６，１８２８を含んでもよい。プリズムの名目ピッチは、例えば５０μｍ〜５００μｍとすることができる。方向転換フィルム１８２０はＬＣＤ基板に積層することができる。
【００８１】
上述したように、本明細書において、鏡面（又は正反射）は、反射もしくは透過光の、巨視的スケールでは拡散されていない成分を意味すると定義する。巨視的スケールは、基板の表面を直径約５００μｍ以上のコーヒーレントな光のビームで調べることにより観察されるバルク挙動である。古典的な数次格子は多数の鏡面成分をもつと考えられる。
【００８２】
前後、左右、頂部底部、上下、水平垂直の記述は、特記しない限り、記述の都合上用いたに過ぎず、本発明またはその構成要素を何らかの一つの位置又は空間的配向に限定するものではない。貼付図面の構成要素の寸法はすべて、本発明の要旨から逸脱することなく、実施形態の設計や目的用途に応じて変わり得る。
【００８３】
以上、本発明を種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、本発明の要旨から逸脱することなく、種々の変更を加えたり、その要素を均等物に置き換えたりできることが理解できるはずである。さらに、本発明の要旨から逸脱することなく、特定の状況や材料が本発明の教示に合うように種々の改変を加えることもできる。したがって、本発明は、ここに発明を実施するための最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は特許請求の範囲に入るすべての実施形態を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】光の方向転換に一連のプリズム構造を用いる従来のフィルムの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による光学的基板の平面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による第２の光学的基板の平面図である。
【図４】図３の光学的基板の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による光学的基板の３つの断面を示すグラフである。
【図６】光ビームの方向転換及び拡散を説明する、本発明の一実施形態による光学的基板の断面図である。
【図７】フラットパネルディスプレイの斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態による光学的基板のモデル作成に用いる単一波形の平面図である。
【図９】図８に示した波形の長さに沿った相の変動を示す図である。
【図１０】図８に示した波形の長さに沿ったピーク角の変動を示す図である。
【図１１】変調した波形構造をマスターイメージ上に配置する最初の反復を行った後に形成された表面構造を示す平面図である。
【図１２】変調した波形構造を図１１の構造上に配置する第２回の反復を行った後に形成された表面構造を示す平面図である。
【図１３】ランダム化された基板表面を示す平面図である。
【図１４】変調波形を発生するウィンドウ内にランダムに配置された制御点を示す線図である。
【図１５】マスター関数に適用した図１４の変調波形を示す図である。
【図１６】ランダムな基板表面を発生する方法のフローチャートである。
【図１７】ウェハー上のランダムな基板表面の傾斜を示す図である。
【図１８】４０μｍピッチのプリズム配列の高さマップを示す平面図である。
【図１９】図１８の４０μｍピッチのプリズム配列の水平断面での正規化された自己相関関数を示す図である。
【図２０】５０μｍピッチの基準プリズムを有する図１８の４０μｍピッチのプリズム配列のモアレマップを示す平面図である。
【図２１】図２０のモアレマップのプロファイルを示す図である。
【図２２】プリズム中心の水平位置をランダム化した図１８の４０μｍピッチのプリズム配列の高さマップを示す平面図である。
【図２３】図２２の高さマップの水平断面での正規化された自己相関関数を示す図である。
【図２４】図２２の高さマップのモアレマップを示す平面図である。
【図２５】図２４のモアレマップのプロファイルを示す図である。
【図２６】重畳相変調プリズム波形でプリズム中心の水平位置をフルサイクルランダム化した、図１８の４０μｍピッチのプリズム配列の高さマップを示す平面図である。
【図２７】図２６の高さマップの水平断面での正規化された自己相関関数を示す図である。
【図２８】図２６の４０μｍピッチのプリズム配列の高さマップのモアレマップを示す平面図である。
【図２９】図２８のモアレマップのプロファイルを示す図である。
【図３０】４４μｍピッチのプリズム配列を有する４０μｍピッチのプリズム配列のモアレマップを示す平面図である。
【図３１】４４μｍピッチのプリズム配列でプリズム中心の水平位置をランダム化した、４０μｍピッチのプリズム配列のモアレマップを示す平面図である。
【図３２】４４μｍピッチの基準プリズム配列に対する図２６の高さマップのモアレマップを示す平面図である。
【図３３】図２６の４０μｍピッチのプリズム配列の高さマップの垂直自己相関を示す図である。
【図３４】図２２の４０μｍピッチのプリズム配列の高さマップの垂直自己相関を示す図である。
【図３５】ランダム関数により振幅変調したキャリヤ波ｃ（ｘ）のグラフである。
【図３６】ランダム関数により相変調したキャリヤ波ｃ（ｘ）のグラフである。
【図３７】ランダム関数により周波数変調したキャリヤ波ｃ（ｘ）の第１のグラフである。
【図３８】ランダム関数により周波数変調したキャリヤ波ｃ（ｘ）の第２のグラフである。
【図３９】空間的に変動するキャリヤ及びノイズ関数での周波数及び振幅変調を示すグラフである。
【図４０】スケルトンマスク関数のイメージである。
【図４１】バックライトディスプレイ装置の断面図である。
【図４２】本発明の別の実施形態によるディスプレイ装置の側面断面図である。
【図４３】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図４４】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図４５】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図４６】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図４７】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図４８】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図４９】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図５０】本発明の別の実施形態によるディスプレイ装置の側面断面図である。
【図５１】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図５２】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図５３】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図５４】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図５５】本発明の別の実施形態による光学的基板の側面断面図である。
【図５６】本発明の別の実施形態による光学的基板の一部の側面断面図である。
【図５７】バックライトディスプレイ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０６  導光体
１０８  ランプ
１０９  反射面
１１２，１１４  基板
１１６，１１８  ディフューザ
１２２  ＬＣＤパネル
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【国際調査報告】
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