(57)【要約】【課題】低減された構成要素の数及び低減された色分解を有する偏光された照明を提供する転向フィルム又はバックライトユニットを提供する。【解決手段】バックライトユニットは、光源と、導光板と、光入射面及び光出射面を有し、出射面上に第１のプリズム構造を備える転向フィルムとを含み、  （ａ）転向フィルム上の第１のプリズム構造が、遠い底角（β１）及び近い底角（β２）を特徴とし、  （ｂ）光源が異なる色の個別の光源の配列を備え、  （ｃ）導光板が、異なる主角を有する一つ一つの個別の光源からの光を、各色ごとに転向フィルムに提供するように位置しており、  導光板が、光源と転向フィルムと転向フィルムの第１のプリズム構造と底角とに対して、単一の光源を使用する同じ装置と比べて、転向フィルムの出射面における色分解量を低減するように配置されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、導光板と、光入射面及び光出射面を有し、前記出射面上に第１のプリズム構造を備える転向フィルムとを含むバックライトユニットであって、
（ａ）前記転向フィルム上の第１のプリズム構造が、遠い底角（β１）及び近い底角（β２）を特徴とし、
（ｂ）前記光源が異なる色の個別の光源の配列を備え、
（ｃ）前記導光板が、異なる主角を有する一つ一つの個別の光源からの光を、各色ごとに前記転向フィルムに提供するように位置しており、
前記導光板が、前記光源と前記転向フィルムと前記転向フィルムの前記第１のプリズム構造と前記底角とに対して、単一の光源を使用する同じ装置と比べて、前記転向フィルムの前記出射面における色分解量を低減するように配置されているバックライトユニット。
【請求項２】
赤色光の光出力の主角が青色光の光出力の主角より小さい請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項３】
緑色光と赤色光の光出力の主角間の差が、青色光と緑色光の光出力の主角間の差より小さい請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項４】
色分解度が１．４°より小さい請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項５】
色分解度が１．０°より小さい請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項６】
前記遠い底角β１が５０°から７０°までの範囲であることをさらに特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項７】
前記光源が発光ダイオードである請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項８】
ディスプレイにバックライトを提供するための方法であって、前記ディスプレイに請求項１記載のバックライトを含めることを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、輝度を増強するための導光板及び転向フィルム物品を含むバックライトユニットに関し、より詳細には、異なる波長に異なる主角の光を放射し、偏光出力を提供し、異なる色の個別の光源を備える光源を用いることによって色分解を低減する導光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、コスト及び性能において改善され続けており、多くのコンピュータ、計測装置及び娯楽応用のための好ましい表示方式になってきている。従来のラップトップ型コンピュータディスプレイで使用される透過型ＬＣＤは、バックライト付きディスプレイの一種であり、光を外側へ、すなわちＬＣＤの方へ向けるために、ＬＣＤの背後に配置された光供給面を有する。小型かつ低コストでありながら十分に均一な明るさを有する適切なバックライト装置を提供するという課題は、２つの基礎的アプローチの１つに従って対処されている。第１のアプローチでは、光供給面が、広範囲の角度にわたって実質的に一定の輝度を有する高度に散乱した実質的に均等拡散の光分布を提供するために使用されている。この第１のアプローチに従って、軸上及び軸近くの輝度を増強することを目的として、より平行になった照明を提供するために、いくつかの輝度増強フィルムが、均等拡散分布を有するこの光の一部を向け直すのに提案されている。輝度増強フィルムに関して提案された解決手段の中には、例えば、米国特許第５，５９２，３３２号（Ｎｉｓｈｉｏら）、米国特許第６，１１１，６９６号（Ａｌｌｅｎら）及び米国特許第６，２８０，０６３号（Ｆｏｎｇら）に記載されたものが含まれる。前掲の特許に記載された輝度増強フィルム（ＢＥＦ）などの解決手段は、広視野角にわたってある程度増強された輝度を提供する。
【０００３】
バックライト照明を提供する第２のアプローチは、導光板（ＬＧＰ）を用いる。導光板（ＬＧＰ）は、側方に配置されたランプ又は他の光源から入射光を受け入れ、光が狭い範囲の角度にわたってＬＧＰから放射されるように、この光を、全内部反射（ＴＩＲ）を使用して内部に誘導する。ＬＧＰからの出力光は、通常、垂線に対して、例えば７０度以上など、かなり急角度である。この第２のアプローチでは、光方向転換物品の一種である転向フィルムが、ＬＧＰから放射された光出力を垂線の方へ向け直すために、その後使用される。光方向転換物品又は光方向転換フィルムと広く称される方向転換フィルム、例えば、ニューヨーク州ボールドウィンのＣｌａｒｅｘ，Ｉｎｃ．から入手できるＨＳＯＴ（高散乱光透過）導光パネルが備わっているものなどは、製造に際して拡散フィルム又はドット印刷の必要性なしに、この種の均一なバックライトを提供するための改善された解決手段を提供する。ＨＳＯＴ導光パネル及び他の種類の方向転換フィルムは、導光板からの光を垂線の方へ又は典型的には二次元の面に対する垂線近くである他の何らかの適切なターゲット角の方へ向け直すために、プリズム構造の配列を様々な組み合わせで使用する。一例として、米国特許第６，７４６，１３０号（Ｏｈｋａｗａ）は、ＬＧＰ照明のための転向フィルムとしての役割を果たす光制御シートを記載する。
【０００４】
図１を参照すると、表示装置１００における導光板１０の総括的機能が示されている。光源１２からの光は、入力面１８で入射し、図のように典型的にくさび形である導光板１０内に進む。光は、全内部反射（ＴＩＲ）状態が妨げられるまで導光板１０内を伝播し、その後、反射面１４２から反射される可能性があり、出力面１６で導光板から抜け出る。この光は、その後、転向フィルム１２２に進み、例えば、ＬＣＤ、他の種類の空間光変調器又は光を変調する他の二次元のバックライト付きコンポーネントなどの光ゲートデバイス１２０を照らすように向けられる。ほとんどの条件下で最適に表示するために、放射光は、垂線Ｖの周囲の比較的狭い角度の範囲にわたって提供される必要がある。偏光子１２４は、変調のための適切な偏光を有する光ゲートデバイス１２０を提供するために、照明経路に必ず配置される。しかしながら、転向フィルム１２２通過後の光は、実質的に偏光しないか、又はせいぜい僅かな偏光しか有しないため、偏光子１２４は、光の約半分を吸収しなければならない。この問題を克服するために、反射偏光子１２５が吸収偏光子１２４と転向フィルム１２２との間によく設けられる。
【０００５】
反射偏光子の一種は、Ｋｏｉｋｅらの「Ｓｕｒｆａｃｅ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ」と題する米国特許第５，９８２，５４０号及び米国特許第６，１７２，８０９号に開示されている。Ｋｏｉｋｅらの米国特許第５，９８２，５４０号及び米国特許第６，１７２，８０９号の開示は、導光板、１以上の偏光分離板、光方向修正要素（実質的に転向フィルム）及び偏光変換手段を有する面光源装置を示している。偏光分離板は、反射偏光子１２５の一種である。Ｋｏｉｋｅらの米国特許第５，９８２，５４０号の開示に記載された偏光分離板は、照明のＳ偏光成分とＰ偏光成分を分離するためにブリュースター角を利用する。このアプローチは、若干の光の偏光を提供するが、多くの従来の反射偏光フィルムの代替品の一種を提供するにすぎない。この解決手段は、依然として、（１つまたは複数の）別個の偏光フィルムの追加使用を必要とする。その上、Ｋｏｉｋｅらの米国特許第５，９８２，５４０号及び米国特許第６，１７２，８０９号の開示のアプローチは、偏光分離板に使用される材料の屈折率ｎが、導光板からの光の入射角に基づく狭い範囲内であることを必要とする。
【０００６】
明らかに、画像品質及び性能を落とすことなしに偏光された照明を提供するのに必要な全体的な構成要素の数が少ない方が有利なはずである。この目的を考慮して、偏光子１２５の構造を簡略化し、又は機能を組み合わせることによって別個のユニットとしてこの構成要素を除去するために提案されたいくつかの解決手段がある。機能を組み合わせようとする試みにおいて、Ａｒａｉの「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｏｕｔｐｕｔｔｉｎｇ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｆｒｏｎｔａｌ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｌｉｇｈｔ」と題する米国特許第６，０２７，２２０号は、少なくとも一部が偏光された照明を生成可能な面光源装置を開示する。Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号が示すように、導光板１０（図１）から出現する光の本質的に若干の偏光がある。加えて、転向フィルムによって本質的に行われるこの光の更なる偏光がある。一対の転向フィルムを用いる構成では、偏光をさらにほんのわずか得ることができる。Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示に従って、各転向フィルムのための適切な材料を使用し、これらの材料を、それらの屈折率ｎに従って、導光板からの光の傾斜角に適合させるだけで、ある程度の偏光を提供する面光源が設計され得る。このアプローチは、ある程度の偏光を提供するという利点を有するが、屈折率ｎを単に特定することに基づいてどの程度の改善を得ることができるかには実際上限界がある。さらに、複数の転向フィルムを利用する実施形態は、照明システム設計にコスト、厚さ及び複雑さを加える。
【０００７】
さらにもう１つのアプローチにおいて、Ｓｕｚｕｋｉの「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  ａ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，  Ｌｉｇｈｔ  ｇｕｉｄｉｎｇ  Ｕｎｉｔ，  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題する米国特許第６，０７９，８４１号は、それ自体が偏光を供給するように設計された導光板を提供する。Ｓｕｚｕｋｉの米国特許第６，０７９，８４１号の導光板は、一緒に積層され、好ましい偏光状態を得るために光のブリュースター角条件を提供するように配向された光ガイドの積み重ねを利用する。この方法は、光ガイド自体の内部に偏光要素を組み込んでいるという利点を有するが、この種のアプローチには欠点がある。導光板の複雑さと、半波長又は四分の一波長の板及び反射体の追加された必要性は、照明経路における別個の要素としての偏光子を除去することによって得られる利点を打ち消す。
【０００８】
同時係属の米国特許出願第１１／３０２，０１１号、米国特許出願第１１／３００，６５９号及びＭｉの「Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｔｕｒｎｉｎｇ  ｆｉｌｍ  ｕｓｉｎｇ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ」と題する米国特許第７，１３９，１２５号に開示されているアプローチは、転向フィルム内又はより広くはディスプレイの光方向転換素子内に偏光機能を組み込むものである。これらの方法は、光方向転換物品の配列及び構成の設計においてブリュースター角を用いることによって、単一の構成要素で光方向転換と偏光の両方を行う。
【０００９】
上向きのプリズム構造を有する転向フィルムの１つの問題は、フィルム材料の屈折率の波長依存性による色分解である。
【特許文献１】米国特許第５，５９２，３３２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１１１，６９６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２８０，０６３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７４６，１３０号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９８２，５４０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１７２，８０９号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０２７，２２０号明細書
【特許文献８】米国特許第６，０７９，８４１号明細書
【特許文献９】米国特許出願第１１／３０２，０１１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第１１／３００，６５９号明細書
【特許文献１１】米国特許第７，１３９，１２５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、偏光機能を他の構成要素と組み合わせることによって偏光された照明を提供しようとする試みがなされているが、これらの試みは満足のいく解決手段を提供していないことが分かる。その結果、低減された構成要素の数及び低減された色分解を有する偏光された照明を提供する転向フィルム解決手段又はバックライトユニット解決手段の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、光源と、導光板と、光入射面及び光出射面を有し、前記出射面上に第１のプリズム構造を備える転向フィルムとを含むバックライトユニットであって、
（ａ）前記転向フィルム上の第１のプリズム構造が、遠い底角（β１）及び近い底角（β２）を特徴とし、
（ｂ）前記光源が異なる色の個別の光源の配列を備え、
（ｃ）前記導光板が、異なる主角を有する一つ一つの個別の光源からの光を、各色ごとに前記転向フィルムに提供するように位置しており、
前記導光板が、前記光源と前記転向フィルムと前記転向フィルムの前記第１のプリズム構造と前記底角とに対して、単一の光源を使用する同じ装置と比べて、前記転向フィルムの前記出射面における色分解量を低減するように配置されているバックライトユニットを提供する。
【００１２】
本発明は、また、ディスプレイにバックライトを提供する方法も含む。
【００１３】
本発明の利点は、本発明が、偏光出力及び低減された色分解を生じさせるように、異なる波長に異なる主角の光を放射する導光板を提供することである。
【００１４】
本明細書は、本発明の主題を特に指摘し、明確に請求する特許請求の範囲で締め括るが、本発明は、添付図面とともに解釈したとき、以下の説明からよりよく理解されるであろうと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本説明は、特に、本発明による装置の一部を形成し、又は本発明による装置とより直接的に協働する要素を対象とする。具体的に図示し、または説明しない要素も、当業者に周知の様々な形を取り得ることを理解すべきである。
【００１６】
上記の背景技術の欄で述べたように、照明経路における他の構成要素内に偏光機能を組み込むことによって照明装置全体の複雑さを低減しようとする試みがなされている。本発明のアプローチは、転向フィルムの、より広くはディスプレイの光方向転換素子の色分解を低減することである。前述の従来のアプローチと異なり、本発明の方法は、光方向転換物品の配列と構成の設計において、両面にマイクロ構造を用いることによって、単一の構成要素で光方向転換と偏光の両方を行う。
【００１７】
転向フィルム
当技術分野で周知であり、背景技術で述べたように、転向フィルムは、広く光方向転換物品又は光方向転換フィルムと称され、導光板から放射されるおおよそ平行な光出力を、大きくずれた角度から垂線の方へ又は見える方向へ向け直す光学フィルムである。
【００１８】
本発明の装置は、典型的にプリズムのように成形した光方向転換構造を使用する。より正規の定義では、本来のプリズムは、少なくとも２つの平坦な面を有する。しかしながら、光方向転換構造の１以上の面がすべての実施形態において平坦である必要はなく、湾曲し又は複数の切断面を有していてもよいため、本明細書ではより一般的な用語である「プリズム構造」が使用される。
【００１９】
以前に与えられた背景資料において述べられたように、従来の転向フィルムは、導光板又は類似の光供給要素から、典型的に垂線から６０度以上の斜めの入射角で受け取った光を方向転換する。転向フィルムは、通常、導光板からの光を垂線の方へ向け直すために、典型的にプリズム形状で、かつ様々な寸法の屈折構造の配列を用いる。これらはフィルムとして設けられるため、垂線は、フィルムの二次元の平面に対するものとみなされる。
【００２０】
図１を参照して示したように、光源１２は、導光板１０の側方に置かれている。その上面及び／又はその底面にマイクロ構造を有する導光板１０のこの位置決めと設計は、転向フィルムの必要とされる角度作用及び設計レイアウトを決定する。ある範囲の導光板１０の性能条件のために、同時係属の米国特許出願第１１／３０２，０１１号、米国特許出願第１１／３００，６５９号及びＭｉの「Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｔｕｒｎｉｎｇ  ｆｉｌｍ  ｕｓｉｎｇ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ」と題する米国特許第７，１３９，１２５号に開示されている光方向転換物品は、図１の配列における従来の転向フィルム１２２を置き換えるのに使用することができ、偏光子１２４と反射偏光子１２５のどちらか又は両方の性能要件をなくし、又は少なくとも最小限に抑えるのに十分な偏光を提供することができる。
【００２１】
米国特許第７，１３９，１２５号の図３Ａに対応する図２Ａを参照すると、単一波長の光を放射する導光板１０とともに使用される偏光転向フィルム２０の概略断面図が示されており、主要な角及び幾何学的関係を示している。転向フィルム２０は、上向き、すなわちＬＣ装置又はその他の光変調器の方へ向いたいくつかのプリズム構造を有し、各構造は、近い面２４（図１の実施形態に示したように、光源１２に対して近いことを意味する）及び遠い面２６を有し、両面とも、水平Ｈに対して、頂角αと、遠い底角β１及び近い底角β２とによって決定されるように、フィルムの垂線方向Ｖから見て傾斜している。導光板１０からの光は、中心的な入力主角θｉｎに係る角度の狭い範囲にわたって入射する。転向フィルム２０の構造化された出力面からＬＣディスプレイ素子に送られる光の出力角θｏｕｔは、式（１）で示されるように、中心的な入力主角θｉｎ、転向フィルム２０の屈折率ｎ及び平面２２に対して斜めの角度で遠い面２６が傾けられる遠い底角β１を含むいくつかの要因によって決定される。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
導光板からの入射光は、入射光の大部分が主角の±１０度以内になるように、主角を中心とする角の一群にわたって入射する。式（１）および後の式は、主角として入力角θｉｎを使用する。
【００２４】
導光板１０から単一波長の光線Ｒ１が放射されるとき、転向フィルム２０から出る一条の光線が存在することが注目される。しかしながら、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）と結合されたほとんどの一般に使用される導光板は、常に、複数の波長の光を放射し、又は連続した波長スペクトルの光さえも放射する。図２Ｂは、光線Ｒ１が複数の波長、例えば、赤色の６５０ｎｍ、緑色の５５０ｎｍ、青色の４５０ｎｍなどを示すことを除いて、図２Ａと同じである。図２Ｂは、転向フィルム２０に関する色分解の問題、すなわち、３つの波長の光線３０ａ、３０ｂ、３０ｃが転向フィルム２０内で分解し、さらにそれらが転向フィルム２０から出現するときに分解することを説明する。典型的な材料の屈折率は波長とともに減少するため、図２Ｂに示される光線３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、それぞれ、青色、緑色及び赤色の光を表し得る。
【００２５】
図２Ｃは、色分解に関する別の可能性を示す。図２Ｂの光路と同じ光路をたどるより長い波長の光線３０ｂ（緑色光）、３０ｃ（赤色光）は、遠い面に当たって遠い面２６から出現する。より短い波長の光線３０ａ（青色光）は、より高い屈折率であると考えられ、図２Ｃの異なる光路をたどる。光線３０ａは、遠い面２６に当たり、その後、全内部反射によって近い面に向かって反射され、最後に、近い面２４から出現する。
【００２６】
図２Ｄは、色分解に関するさらに別の可能性を示す。図２Ｂの光路と同じ光路をたどるより長い波長の光線３０ｂ（緑色光）、３０ｃ（赤色光）は、遠い面に当たって遠い面２６から出現する。より短い波長の光線３０ａ（青色光）は、より高い屈折率であると考えられ、図２Ｄの異なる光路をたどる。光線３０ａは、遠い面２６に当たり、その後、全内部反射によって近い面に向かって反射され、さらに、導光板の方へ屈折し、又は後方反射される。この場合、光線３０ａは、転向フィルムから直接出現しない。
【００２７】
図２Ｃ及び図２Ｄのどちらにおいても、より短い波長の光は、より長い波長の光とは全く異なる経路を取り、大きな色分解の問題が生じる。
【００２８】
色分解は、転向フィルムが特定の方向から見られるとき、不快な色の見えを引き起こす。この問題は、上向きのプリズム構造を有する転向フィルムに生じるが、下向きのプリズム構造を有する転向フィルムにはそれほど生じない。
【００２９】
周知のように、あらゆる光学材料の屈折率は、波長依存である（Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗａｒｒｅｎ  Ｊ．  Ｓｍｉｔｈ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，２０００）。コーシーの屈折率分散式によれば、光学材料の屈折率は、式（２）によって決定される。
【００３０】
【数２】
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【００３１】
式中、ａ、ｂ及びｃは、所定の波長で測定された屈折率から個々の材料ごとに解かれた定数である。
【００３２】
式（１）及び式（１．１）によれば、出力角θｏｕｔは、式（２）に関するように、転向フィルム材料の屈折率の波長依存のために、波長依存である。
【００３３】
図３は、２つの一般に使用される光学材料の屈折率の波長依存の例を示す。ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）の屈折率は、入射波長が３７５ｎｍから９８８ｎｍに増大するとき、１．８０３４から１．７３６７に減少する。ポリスルホンに関しては、同じスペクトルにおける屈折率の変動が０．１０３７である。ＰＥＴに関しては、屈折率ｎが、４５０ｎｍの波長λでは約１．７８７、５５０ｎｍでは１．７６６、６５０ｎｍでは１．７５４である。ポリスルホンに関しては、屈折率ｎが、４５０ｎｍ（青色光）の波長λでは約１．６７０、５５０ｎｍ（緑色光）では１．６４２、６５０ｎｍ（赤色光）では１．６２８である。
【００３４】
色分解度（ＤＣＳ）
本発明をよりよく理解するために、定量化された色分解度が有用であると考えられる。色分解を測定するための異なる方法もあるが、本発明における色分解度は、以下の式で定義されるように、出力角θｏｕｔの二乗平均平方根の観点から測定される。
【００３５】
【数３】
2008288195.tif 000005
【００３６】
＜＞という表記は、４００ｎｍから７００ｎｍの波長にわたる平均値を表す。
【００３７】
簡略化したバージョンでは、３つの波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおいてのみ、出力角θｏｕｔが考慮される。平均値は、以下の式で定義される。
【００３８】
【数４】
2008288195.tif 000006
【００３９】
以下の例では、平均値の簡略化したバージョンが使用される。それは、比較のために十分役立つ。
【００４０】
図４及び図５を参照すると、本発明の改善された転向フィルム２０の主な特徴が示されている。プリズム構造は、この場合もやはり上向きである（より一般には、見る人の方と、ＬＣ装置又はその他の光変調器の方へ外へ向いている）。各プリズム構造は、光源１２（図１）の位置に対して、近い面２４及び遠い面２６を有する。遠い面２６は、図２Ａに示したように、光の放射面又は出射面である。図４を参照すると、上向きのプリズム構造に加えて、導光板１０の方へ向いた下向きのプリズム構造があり、下向きのプリズム構造は、近い底角γ２及び遠い底角γ１（図１の実施形態に示したように、光源１２に対して近い又は遠いことを意味する）を特徴とする。転向フィルム２０の構造化された出力面からＬＣディスプレイ素子に送られる光の出力角θｏｕｔは、中心的な入力主角θｉｎ、転向フィルム２０の屈折率ｎ、水平方向Ｈに対して斜めの角度で遠い面２６が傾けられる底角β１及び水平方向Ｈに対して斜めの角度で近い面２８が傾けられる近い底角γ２を含むいくつかの要因によって決定される。
【００４１】
本発明の実施形態では、出力角θｏｕｔは、式（３）によって示されるように、入力角θｉｎ、プリズム構造の屈折率ｎ、遠い底角β１及び近い底角γ２によって決定される。
【００４２】
【数５】
2008288195.tif 000007
【００４３】
以下の表１に関する考察を読むと、式（３）で求められる出力角θｏｕｔは、波長依存がより少ないことが明らかになるであろう。
【００４４】
図４を振り返って見ると、遠い面２６及び近い面２８に与えられた（平面２２に対する）適切な斜めの斜面によって、近い面２８上の主光線とも称される中心的な照明光線Ｒ１に係る入射光は、ターゲット角、すなわちフィルムの垂線方向Ｖの方へ適切に向け直される。一実施形態では、各プリズム構造が出力面の一端から他端までのラインにおいて延長するように、プリズム構造は、転向フィルム２０の表面に沿った延長方向に直線的に延長される。例えば図４のような断面図に関して、直線延長方向は、紙面に対して垂直である。この配列が転向フィルム２０の製造のための利点を有することは十分理解され得る。しかしながら、プリズム構造がそのような延長された直線的に配列される必要はない。重要なことは、図４の断面図に示したように、導光板１０からの入射光の角度に対するプリズム構造の様々な面の角度関係である。
【００４５】
図５を参照すると、上向きのプリズム構造に加えて、導光板１０の方へ向いた下向きのレンズ構造がある。転向フィルム２０の構造化された出力面からＬＣディスプレイ素子に送られる光の出力角θｏｕｔは、中心的な入力主角θｉｎ、転向フィルム２０の屈折率ｎ、水平方向Ｈに対して斜めの角度で遠い面２６が傾けられる底角β１及び導光板１０の方へ向いた下向きのレンズ構造の曲率Ｃを含むいくつかの要因によって決定される。図４と同様に、底角γ１及びγ２もレンズ構造に関して定義され得る。
【００４６】
遠い面２６に与えられた（平面２２に対する）適切な斜めの斜面によって、及びレンズ面３０に与えられた適切な曲率Ｃによって、レンズ面３０上の主光線とも称される中心的な照明光線Ｒ１に係る入射光は、ターゲット角、すなわちフィルムの垂線方向Ｖの方へ適切に向け直される。一実施形態では、各プリズム構造が出力面の一端から他端までのラインにおいて延長するように、プリズム構造は、転向フィルム２０の表面に沿った延長方向に直線的に延長される。例えば図５のような断面図に関して、直線延長方向は、紙面に対して垂直である。この配列が転向フィルム２０の製造のための利点を有することは十分理解され得る。しかしながら、プリズム構造がそのような延長された直線的に配列される必要はない。重要なことは、図５の断面図に示したように、導光板１０からの入射光の角度に対するプリズム構造の様々な面の角度関係である。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１は、比較例と実施例のＤＣＳを要約する。比較例１．１において、転向フィルムは、底角β１＝６６．０°、β２＝６６．０°を有する。転向フィルムは、ポリスルホン（その屈折率ｎは、４５０ｎｍ（青色光）の波長λでは約１．６７０、５５０ｎｍ（緑色光）では１．６４２、６５０ｎｍ（赤色光）では１．６２８である）かそれともＰＥＴ（４５０ｎｍの波長λではｎ≒１．７８７、５５０ｎｍでは１．７６６及び６５０ｎｍでは１．７５４）で作られている。３つの波長すべての主角が同じθｉｎ＝７０°である。式（１）、（３）、（５．１）及び（５．２）から、ＤＣＳは、ポリスルホンに関して２．１６°ということになる。ＰＥＴに関して、光は、図２Ｄに示したように、光線３０ａの経路を取り、従って、ＤＣＳは大きすぎるので定量化できない。重要なことは、ＤＣＳが非常に大きいことである。
【００４９】
実施例１．２は、転向フィルムが、図４に示したように、その底面に追加のプリズム構造を有し、そのプリズム構造が、底角γ２＝１０．０°及びγ１＝２０°を特徴とすることを除いて、比較例１．１と同じである。一般に、条件γ１≧９０°−θｉｎが満たされる。本実施例の転向フィルムは、ＤＣＳが低減されることを示している。すなわち、ＤＣＳは、ＰＥＴに関して１．２３°であり、ポリスルホンに関して１．３３°である。
【００５０】
実施例１．３は、底面のプリズム構造が、底角γ２＝２０．０°及びγ１＝２０°を特徴とすることを除いて、実施例１．２と同じである。ＤＣＳはさらに低減される。すなわち、ＤＣＳは、ＰＥＴに関して０．７９°であり、ポリスルホンに関して０．９５°である。
【００５１】
一般に、遠い底角β１は、好ましくは、５０°から７０°までの範囲である。
【００５２】
近い底角γ１は、好ましくは、１０°から２０°までの範囲である。この範囲外では、色分解度（ＤＣＳ）は、依然として十分に大きいか、又は出力角の範囲が好ましくない。
【００５３】
異なる波長に様々な主角を提供する導光板
次に図６を参照すると、異なる波長に様々な主角を提供するために導光板１０’を使用する本発明に従って色分解を低減する別の解決手段が示されている。導光板は、その底面及び上面にマイクロ構造を有し得る。発光ダイオード（ＬＥＤ）などの２つ以上の個別の光源は、異なる波長の光を生成する。３つの典型的な個別の光源２０１、２０２、２０３は、異なる波長を生成するように、導光板の側方に垂直に配置されている。個別の光源は、垂直方向及び水平方向の両方に移されることも可能である。個別の光源は、異なるサイズ又はその他の特性を有し得る。光源及び導光板の配列がオプティクスモデリング又は実験などの任意の知られた方法で適切に設計されるとき、導光板１０’は、異なる波長に好ましい主角を提供することができる。相対的に、単一の従来のＣＣＦＬ光源は、異なる波長のための出力光分布を単独で変更することができず、従って、この用途には適さない。しかしながら、異なる運転条件下の２つ以上のＣＣＦＬは、導光板と適切に結合されるとき、異なる波長に異なる主角を生成し得る。加えて、弱い拡散体１２６が転向フィルム２０と光ゲートデバイス１２０の間に任意に設置され得る。弱い拡散体も色分解を若干低減するが、転向フィルムを通過する光にあまり多くの散乱を生じさせることができないため、色分解を完全に除去することはできない。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
表２は、様々な条件下で、異なる波長の光の主角を決定する個別の光源と結合された様々な導光板を使用して、転向フィルム２０のＤＣＳがどのように低減されるのかを説明する実施例と比較例を示す。
【００５６】
比較例２．１では、底角β１＝６６．０°、β２＝６６．０°である。転向フィルムは、ポリスルホンで作られている。３つの波長すべての主角が、同じθｉｎ＝７０°である。出力角θｏｕｔは、５°を上回って変化し、λ＝４５０ｎｍでは４．５°、λ＝５５０ｎｍでは８．０°、λ＝６５０ｎｍでは９．７°であり、それらは式（１）から算出することができる。ＤＣＳは、式（３）、（５．１）及び（５．２）から算出された２．１６°である。
【００５７】
実施例２．２は、主角が波長とともに変化することを除いて、比較例２．１と同じである。主角θｉｎは、λ＝４５０ｎｍでは７０°、５５０ｎｍでは６３°、λ＝６５０ｎｍでは６１°である。結果として、出力角θｏｕｔは、１°より小さく変化し、λ＝４５０ｎｍでは４．５°、５５０ｎｍでは４．１°、λ＝６５０ｎｍでは４．０°である。異なる波長に対する出力角のより小さい変化は、より少ない色分解を示しており、それは、０．２２°というより小さいＤＣＳにも反映されている。本実施例は、主角が波長とともに変化する光を放射する導光板を導入することによって、色分解度を低減することが可能であることを示唆している。青色光（λ＝４５０ｎｍ）の主角は、赤色光（λ＝６５０ｎｍ）の主角より大きい緑色光（λ＝５５０ｎｍ）の主角より大きいことが好ましい。また、青色光と緑色光の主角間の差は、緑色光と赤色光の主角間の差より大きいことが好ましい。
【００５８】
実施例２．３は、主角θｉｎが、λ＝４５０ｎｍでは７８°、５５０ｎｍでは７２°、λ＝６５０ｎｍでは７０°であることを除いて、実施例２．２と同じである。したがって、出力角θｏｕｔは、実施例２．２の約４．０°と比べて、ほぼ９．０°になるように調整される。同様に、出力角θｏｕｔは、１°より小さく変化し、ＤＣＳは、０．２９°という小さい値を有する。
【００５９】
実施例２．２と比較して、実施例２．４は、異なる底角及び主角を有する。底角は、β１＝６８．０°、β２＝６８．０°であり、主角θｉｎは、λ＝４５０ｎｍでは７８°、５５０ｎｍでは７２°、λ＝６５０ｎｍでは７０°である。これらは、ほぼ０．０°になる、又は垂線方向に近い出力角θｏｕｔを作り出すように選択される。出力角θｏｕｔは、１°より小さく変化し、ＤＣＳは、０．４０°という小さい値を有する。
【００６０】
実施例２．５は、主角θｉｎが、λ＝４５０ｎｍでは７１°、５５０ｎｍでは６６°、λ＝６５０ｎｍでは６３°であることを除いて、実施例２．４と同じである。これらもまた、ほぼ０．０°になる、又は垂線方向に近い出力角θｏｕｔを作り出すように選択される。出力角θｏｕｔは、λ＝４５０ｎｍでは０．８°、５５０ｎｍでは０．７°、λ＝６５０ｎｍでは−０．４°である。ＤＣＳは、０．５４°という小さい値を有する。本実施例では、青色光（λ＝４５０ｎｍ）の出力角は、赤色光（λ＝６５０ｎｍ）の出力角より大きい緑色光（λ＝５５０ｎｍ）の出力角より大きいが、実施例２．２から実施例２．４では、青色光（λ＝４５０ｎｍ）の出力角は、赤色光（λ＝６５０ｎｍ）の出力角より小さい緑色光（λ＝５５０ｎｍ）の出力角より小さい。
【００６１】
上記の実施例２．２から実施例２．５は、単なる例示である。その他の変形も全く可能である。
【００６２】
図７は、図６の分解図であり、導光板１０’から出て、転向フィルム２０から光線３０ａ、３０ｂ、３０ｃとして出現する異なる波長又は色の光線３１ａ、３１ｂ、３１ｃを示している。これらの光線は、非常に小さい角度分離を有する。
【００６３】
転向フィルム２０を形成するための材料
本発明で使用される転向フィルム２０は、硫黄含有ポリマー、特に、ポリチオウレタン、ポリスルフィドなどを含む、比較的高い屈折率を有する材料を使用して製造することができる。また、高屈折率の材料には、２００４年８月１２日に公開されたＳａｄａｙｏｒｉらによる「Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ  ｈａｖｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｔｈｅｒｅｏｆ」と題する米国特許出願公開第２００４／０１５８０２１号に開示されている、熱安定性に優れ、高い加工性と成形性を有する、ポリカルボジイミド共重合体も含まれる。これらの材料の屈折率は、５８９ｎｍで１．７３８から１．７５７まで変化した。また、Ｃｈｉｓｈｏｌｍらによる「ＨＩＧＨ  ＩＮＤＥＸ  ＣＯＡＴＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＦＩＬＭＳ」と題する米国特許出願公開第２００４／０１０９３０５号に開示されているように、ドープしたミクロスフェアを有する材料又はチタニア、ジルコニア及びバリアなどの高屈折率材料のビードも、１．７より小さい又は大きい高屈折率を示す。また、高屈折率の材料には、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）及びポリブチレン２，６−ナフタレート（ＰＢＮ）などの多くのポリエステルも含まれる。これらの材料は、Ｈｅｂｒｉｎｋらの「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ｃｏＰＥＮ／ＰＭＭＡ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｌｍｓ」と題する米国特許第６，８３０，７１３号において論じられているように、約１．６４から約１．９の高さまで変化する屈折率を有する。高い屈折率を有するその他の周知の材料も使用することができる。
【００６４】
本明細書で参照した特許及びその他の文献は、参照により本明細書に組み込まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来の表示装置の構成要素を示す断面図であり、米国特許第７，１３９，１２５号の図１に対応する。
【図２Ａ】単一波長入射バックライトとともに使用される上向きのプリズム構造を有する転向フィルムを示す概略断面図であり、米国特許第７，１３９，１２５号の図３Ａに対応する。
【図２Ｂ】多波長入射バックライトとともに使用される上向きのプリズム構造を有する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図２Ｃ】多波長入射バックライトとともに使用される上向きのプリズム構造を有する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図２Ｄ】多波長入射バックライトとともに使用される上向きのプリズム構造を有する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図３】２つの一般に使用される光学材料の屈折率の波長依存を示す図である。
【図４】プリズム構造が導光板に面する転向フィルムの底面に構成されている、色分解を低減する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５】レンズ構造又はマイクロレンズ構造が導光板に面する転向フィルムの底面に構成されている、色分解を低減する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図６】導光板が異なる波長に異なる主角の光を放射する、低減された色分解を有する表示装置の構成要素を示す概略断面図である。
【図７】図６の導光板及び転向フィルムを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０，１０’  導光板
１２  光源
１６  出力面
１８  入力面
２０  転向フィルム
２２  平面
２４  近い面
２６  遠い面
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  光線
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  光線
３４  プリズム構造
８２  点光源
１００，１１０  表示装置
１２０  光ゲートデバイス
１２２  転向フィルム
１２４  偏光子
１２５  反射偏光子
１２６  弱い拡散体
１４２  反射面
２０１  青色光の光源
２０２  緑色光の光源
２０３  赤色光の光源
α  頂角
β１  底角
β２  底角
γ１  底角
γ２  底角
ｎ  屈折率
θｉｎ  入射角
θｏｕｔ  出力角
Ｖ  フィルムの垂線方向
Ｖ１  遠い面上の垂線方向
Ｈ  水平方向
Ｒ１  中心的な照明光線
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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【外国語明細書】
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2008288195000002.pdf
2008288195000003.pdf
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