(57)【要約】【課題】広範囲の視野角にわたって高い輝度を提供する光方向転換フィルムを提供する。【解決手段】本発明は、光源及び光方向転換ポリマーフィルムを備えるディスプレーであって、前記光方向転換ポリマーフィルムが、該フィルムの少なくとも一面に構造化表面を含み、かつ前記構造化表面に接合された粘着性ビーズの不連続集団を有する、ディスプレーに関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源及び光方向転換ポリマーフィルムを備えるディスプレーであって、前記光方向転換ポリマーフィルムが、該フィルムの少なくとも一面に構造化表面を含み、かつ前記構造化表面に接合された粘着性ビーズの不連続集団を有する、ディスプレー。
【請求項２】
前記粘着性ビーズが、０．７０から５．０マイクロメートルの高さを有する、請求項１記載のディスプレー。
【請求項３】
前記粘着性ビーズの不連続集団が、前記構造化表面の表面にわたって可変厚さを示す、請求項１記載のディスプレー。
【請求項４】
前記構造化表面がポリカーボネートから成り、前記粘着性ビーズがポリウレタンから成る、請求項１記載のディスプレー。
【請求項５】
前記粘着性ビーズの不連続集団が、パターンの形で前記構造化表面上に存在する、請求項１記載のディスプレー。
【請求項６】
前記ポリマーフィルムが、前記フィルムの反対側に構造化表面を有する、請求項１記載のディスプレー。
【請求項７】
前記粘着性ビーズは、形が不規則である、請求項１記載のディスプレー。
【請求項８】
前記粘着性ビーズが、少なくとも部分的に埋没した、異なる屈折率のポリマービーズをさらに含む、請求項１記載のディスプレー。
【請求項９】
前記粘着性ビーズが、前記構造化表面と前記粘着性ビーズとの間に０．０２から０．５の屈折率差を有する、請求項１記載のディスプレー。
【請求項１０】
光源と、少なくとも一面に構造化表面を有する光方向転換ポリマーフィルムとを備えるディスプレーであって、前記ポリマーフィルムが、水平方向に０．０２から０．０５の最大一次導関数を有し、垂直方向に０．０３から０．０７の最大一次導関数を有する、ディスプレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーコーティングを含む複数の表面構造を備える光方向転換ポリマーフィルムの形成に関する。具体的には、光方向転換フィルムは、ＬＣＤ表示装置において、光エネルギーを方向付けるのに適した幅広い均一な光出力を有する。
【背景技術】
【０００２】
光方向転換フィルムは、フィルムから抜け出る光の分布がフィルムの表面により垂直に向けられるように、フィルムを通過する光を再分配する、典型的に薄い透明な光学フィルム又は基板である。典型的に光方向転換フィルムには、フィルムの光出射面上に正しく並べられたプリズム溝、レンズ溝又はピラミッドが備わっており、フィルムの光出射面は、フィルムから抜け出る光線のフィルム／空気界面の角度を変えて、溝の屈折面に垂直な面を進む入射光分布の成分を、フィルムの表面により垂直な方向へ再分配させる。このような光方向転換フィルムは、例えば、表示をより明るくするために、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）、ラップトップコンピュータ、ワードプロセッサ、航空電子工学ディスプレー、携帯電話、ＰＤＡなどの輝度を改善するために使用される。
【０００３】
従来の光方向転換フィルムは、光方向転換フィルムが液晶又は他のディスプレーで使用されるとき、目に見えるモアレパターンに悩まされる。光方向転換フィルムの表面要素は、バックライトアセンブリで利用される他の光学フィルム、印刷されたドットのパターン若しくは光ガイドプレートの背面の三次元要素、又はディスプレーの液晶部内のピクセルパターンと相互に作用して、好ましくない効果であるモアレを作り出す。モアレを低減するための当技術分野で周知の方法では、レンズ配列がシートのどちら側にも垂直でないように、光方向転換フィルムを打ち抜いていた。これは、レンズ配列を、別の光方向転換フィルム又は表示電子回路に対して斜めにする。使用される方法は、また、線形配列に沿って高さを周期的に変化させるために、フィルム上の線形配列の反対側に拡散層を加えるために、又は線形配列の頂上部を丸くするために、線形配列要素の幅によって線形配列をランダム化することを含む。モアレを低減するための上記の技術は、また、軸上輝度の減少を引き起こすか、又はモアレ問題を適切に解決するように働かない。モアレと軸上輝度は、相関する傾向があり、高い軸上利得を有するフィルムは、システムにおいて、高いモアレを持つことを意味する。十分な軸上利得を維持しながらモアレを低減し得ることは有益である。
【０００４】
加えて、多数の液晶ディスプレー構造と比較して、比較的少数の光方向転換フィルムが存在する。各ディスプレー構造は、所望の出力を満たすように選択された。軸上利得の量、視野角、モアレ低減及び全光出力は、異なる構造で異なるフィルムを組み合わせることによって、すべて調整された。システムにおいて使用される光方向転換フィルムは、利用可能なほんの僅かの異なる光方向転換表面組織があるという理由で、限定される。表示装置の所望の出力のために、カスタマイズ可能である光方向転換フィルムを持つことは望ましい。
【０００５】
典型的な光方向付けフィルムは、垂線から４０度から９０度の角度における照明を犠牲にして高い軸上照度を提供する。これらの高い軸上光方向付けフィルムは、ラップトップコンピュータ及びゲームなどの携帯型表示装置に有用であり、高い軸上輝度は、バッテリーの消費電力を減少させ、ある程度の視聴プライバシーを提供する。パブリックビューイングを目的としたテレビ及び監視用途のために、広範囲の視野角にわたる高い輝度は、画像及び映像の安定した視聴を可能にする。広範囲の視野角にわたって高い輝度を提供し得る光方向付けフィルムを持つことは望ましい。
【０００６】
米国特許第５，９１９，５５１号（Ｃｏｂｂ，Ｊｒ等）は、モアレ干渉パターンの可視性を低減するための可変ピッチの山及び／又は溝を有する線形配列フィルムを主張している。ピッチ変化は、隣接する山及び／又は谷の群にわたって、又は隣接するペアの山及び／又は谷の間に存在し得る。線形配列要素のピッチのこの変化がモアレを低減させるが、フィルムの線形要素が依然としてバックライト光ガイド上のドットパターン及びディスプレーの液晶部内の電子機器と相互に作用する。
【０００７】
米国特許第６，３５４，７０９号は、その稜線に沿って高さが異なり、稜線も左右に移動する線形配列を有するフィルムを開示している。フィルムが光の方向を変え、稜線に沿った高さの変化がモアレを僅かに減らすが、比較的高い軸上利得を維持しながらシステム内で使用されるときにフィルムのモアレを大幅に低減するフィルムを持つことは望ましい。
【０００８】
米国特許出願第２００１／００５３０７５号（Ｐａｒｋｅｒ等）は、ＬＣＤ装置において高い軸上利得を作り出すために、光の方向を変えるための個別の表面構造の使用を開示している。
【０００９】
米国特許第６，７２１，１０２号（Ｂｏｕｒｄｅｌａｉｓ等）は、複合ポリマーレンズで形成された可視光ディフューザを開示している。米国特許第６，７２１，１０２号に開示された複合ポリマーレンズは、低アスペクト比のポリマー系レンズの表面上にマイクロメーターサイズのポリマーレンズを加えることによって作られる。より小さいレンズ対より大きいレンズの比率は、２：１から３０：１である。米国特許第６，７２１，１０２号に開示されたディフューザは、光源、特にＬＣＤバックライト光源を拡散するのに有用である。
【００１０】
米国特許第６，５８３，９３６号（Ｋａｍｉｎｓｋｙ等）は、光ポリマー拡散レンズのマイクロ複製のためのパターン形成ローラを開示している。パターン形成ローラは、最初に多数のサイズの粒子でローラをビーズブラストし、その後、マイクロノジュールを生成するクロム処理を行うことによって作られる。ローラの製造方法は、入射光エネルギーを拡散させることを目的とする光拡散レンズによく適している。
【００１１】
米国特許出願第２００５／０２４７５５４号（Ｅｐｓｔｅｉｎ等）は、ランダムな散乱を作り出すために、望ましくは２から５マイクロメートルの直径を有するポリマービーズを含むマトリクスポリマーで被覆された表面構造を開示している。
【００１２】
米国特許出願第２００５／００４７１１２号（Ｃｈｅｎ等）は、光ガイドプレートの表面上に形成されたプリズムを有する光ガイドプレートを開示している。プリズムの表面は、透過光を散乱させるために、二酸化チタン、二酸化ケイ素又は酸化アルミニウムから成る被覆された無機ナノ粒子層を含む。
【００１３】
米国特許出願第２００５／０１４０８６０号（Ｏｌｃｚａｋ）は、第１の表面がフィルムに入射する光を拡散させるように作用し、第２の表面も入射光を拡散させるように機能するように、第２の表面構造によって変調される第１の表面構造機能により画定される光学フィルムを開示している。
【００１４】
米国特許出願第２００５／０１７４６４６号（Ｃｏｗａｎ等）は、特定の範囲の角度に入射光を透過又は反射させる反射ディフューザを開示している。
【００１５】
米国特許出願第２００２／００４４３５１号（Ｎｉｌｓｅｎ）は、光を偏光するための光透過抑制表面で部分的に覆われたサブ波長微細構造を備える偏光子を開示している。抑制表面も金属化コーティングなどの反射面を備え得る。
【００１６】
米国特許第６，０７７，５６０号（Ｍｏｓｈｒｅｆｚａｄｅｈ等）は、マスクを使用しないで、構造化された基板を選択的に印刷する方法を開示している。この方法は、構造化表面が覆われるように、充填材で構造化表面を被覆することを含む。
【００１７】
米国特許出願第２００４／００１２５７０号（Ｃｒｏｓｓ等）は、導電層で均一に被覆された微細構造化表面を備える抵抗性タッチスクリーンを開示している。
【００１８】
国際公開第ＷＯ９８／５０８０６号は、入射光の光学利得を増大させるために、丸められたプリズム構造と、光を散乱させる突起とを備える輝度増強物品を開示している。国際公開第ＷＯ９８／５０８０６号に記載された散乱突起は、隣り合った表面の望ましくない磨耗をもたらす傾向があり、丸められたプリズムは、傷を付ける傾向があり、望ましくない表面上の欠陥をもたらすことが分かった。
【特許文献１】米国特許第５，９１９，５５１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３５４，７０９号明細書
【特許文献３】米国特許出願第２００１／００５３０７５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７２１，１０２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，５８３，９３６号明細書
【特許文献６】米国特許出願第２００５／０２４７５５４号明細書
【特許文献７】米国特許出願第２００５／００４７１１２号明細書
【特許文献８】米国特許出願第２００５／０１４０８６０号明細書
【特許文献９】米国特許出願第２００５／０１７４６４６号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第２００２／００４４３５１号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，０７７，５６０号明細書
【特許文献１２】米国特許出願第２００４／００１２５７０号明細書
【特許文献１３】国際公開第ＷＯ９８／５０８０６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
広範囲の視野角にわたって高い輝度を提供する光方向転換フィルムを提供する必要性がある。さらに、光方向転換フィルムの表面上に位置する精密な光方向転換要素に保護を提供する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、光源及び光方向転換ポリマーフィルムを備えるディスプレーであって、前記フィルムが、該フィルムの少なくとも一面に構造化表面を含み、かつ前記構造化表面に接合された粘着性ビーズの不連続集団を有するディスプレーを提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、精密な光方向転換要素を保護しながら広範囲の視野角にわたって高い輝度を有する光方向転換フィルムを備える光学装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、添付の図面とともに読まれるとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。様々な特徴が原寸に比例して描かれていないことが強調される。
【００２３】
本発明は、現在の光方向転換フィルムと比較して多くの利点を有する。本発明は、広範囲の視野角にわたって高いレベルの輝度を提供する。高い輝度と広視野角の組み合わせは、ＬＣＤテレビ及びモニタ市場によく適している。高い輝度はＬＣＤバックライトエネルギーの効率的利用を可能にし、広視野角はモニタ及びテレビ用途に特有の広範囲の視野角にわたってＬＣＤ画像のむらのない均一な明るさを保証する。さらに、そのフィルムは、従来技術の光方向付けフィルムと比較して、よりソフトな角度遮断を提供する。従来技術の光方向付けフィルムは、数度の範囲で劇的に照度を変化させるハードな角度遮断を有する。このハードな角度遮断は、ラップトップコンピュータなどの個人向けの視聴装置には許容可能であり又は好ましくさえあるが、ハードな角度遮断は、テレビ及びパブリックビューモニタなどの大きい角度にわたって見られるＬＣＤ装置の画像品質の低下を引き起こす可能性がある。
【００２４】
表面構造の表面に塗布される粘着性ビーズは、従来技術の光方向転換フィルムと比較して、より多くの入射光が光方向転換フィルムを通過することを可能にする。表面構造の表面に塗布される粘着性ビーズは、光方向転換フィルムにおける全内部反射を「妨げる」又は全内部反射の量を低減することが見出された。光方向転換フィルムの全内部反射の妨げは、ポリマーコーティングを持たない同じ光方向転換フィルムと比較して、５から１４％高い光出力をもたらす。
【００２５】
フィルムの個別の表面構造及びフィルム上の配列は、モアレを著しく低減しながら、モアレ低減と、比較的高い軸上利得を生じさせる軸上利得との間のトレードオフを釣り合わせる。モアレパターンは、２以上の規則的な線又は点の集まりが重なり合うときに生じる。それは、繰り返しの線又は形状のパターンをもたらし、線のサイズと頻度が相互に作用する２つのパターンに依存する。ＬＣＤディスプレーなどの表示装置において、ＬＣＤ装置の視聴者によって観察され得るモアレパターンは、それが、表示される情報又は画像の品質を阻害するので好ましくない。本発明の光方向転換フィルムは、軸上利得の量を維持しながら、従来技術の光方向転換フィルムと比較して、モアレを低減する。個別要素のサイズ及び形状分布とポリマーコーティングは、各ディスプレー又は視聴用途のためにカスタマイズすることができる。
【００２６】
さらに、本発明の光方向転換フィルムは、光をより効率的に方向転換するために、光源、及びディフューザプレート又は光ガイドプレートの光出力に合わせてカスタマイズすることができる。個別の表面構造は、フィルムに入射する光を最も効率的に処理するために、異なるサイズ、形状又は配向の異なる個別の表面構造がフィルム表面全体に使用されることを可能にするので、フィルムを設計パラメータにおいて非常に柔軟にする。例えば、角度関数としての光出力が光ガイドプレート上のすべての点に関して知られていた場合、異なる形状、サイズ又は配向を有する個別の表面構造を使用する光方向転換フィルムは、光ガイドプレートから抜け出る光を効率的に処理するように設計され得る。
【００２７】
ニュートン環は、２つの反射面（例えば、液晶ディスプレーにおける光方向転換フィルム又は他の光学フィルム）が、その距離が光の波長に近づき始めるほど互いに十分に近いとき、発生する。光子は、その２つの表面間で反射し、さらにそれらを通過して干渉効果を作り出す。ニュートン環は、液晶ディスプレーの視聴者にとって望ましくない。本発明のフィルムは、光方向転換フィルム上の他の要素の上方に広がる一定の割合の個別要素を有することによって、ニュートン環を低減する。
【００２８】
本発明のフィルムは、単一の大きさの要素のみを有する光方向転換フィルムよりも複数の大きさの要素を有するより大きい有効ピッチを有する。より大きい有効ピッチを有することは、フィルムが、同じ大きさのランドを有するより多く重なり合ったフィルムより高い軸上利得を有すること、又はランドが、より多く重なり合ったフィルムと同じ軸上性能を持つためにより大きくなり得るように、製造上の許容誤差が小さくなり得ることを意味する。製造上の許容誤差を減らすことは、フィルム製造の生産性を増大させ得る。
【００２９】
本発明は、引っかき傷及び摩耗に耐え、かつ紫外線硬化されたポリアクリレートから構成された他の従来技術の傷つきやすい光方向転換フィルムと比較して機械的に丈夫であることが証明されている粘着性ビーズにポリマーを利用する。本発明は、方向転換表面構造の光出力を修正し、かつ高価で問題のある感圧性カバーシートの必要性を回避する基礎的表面構造に保護を提供するためにポリマーコーティングを使用する。
【００３０】
本発明は、強い光出力信号を提供するためにコーティング技術とポリマー製剤との組み合わせを利用する。コーティングプロセスもポリマー材料も自然の統計的に正常なばらつきを経験するように、本発明の出力光信号のばらつきは比較的小さい。これは、本発明の材料が、精密なポリマー光方向転換レンズに関連する多くのプロセス変数を制御する困難なプロセスと比較して、より容易に製造されることを可能にする。さらに、より低い光出力信号のばらつきは、高い鮮明度のテレビ信号、ブルーレイ入力又はゲームグラフィックスと調和する高品質で精密な表示装置をもたらす。
【００３１】
本発明の実施形態は、また、摩擦面の低い係数、低減された誘電率、耐摩耗性、増大した剛性、より低い散乱、改善されたモアレ、より高い光出力、改善された機械的堅牢性及び改善された着色を提供し得る。これらの及び他の利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。
【００３２】
「透明な」は、本明細書では、著しい偏向又は吸収なしに放射線を通過させる能力を意味する。本発明に関して「透明な」材料は、９０％より大きい分光透過率を有する材料として定義される。用語「光」は、目に見える光を意味する。用語「ポリマーフィルム」は、ポリマーからなるフィルムを意味する。用語「ポリマー」は、ホモポリマー、ブロックコポリマー、コポリマー及びポリマーブレンドを意味する。用語「マイクロビーズ」は、本明細書では、０．１から３０マイクロメートルの直径又は長径を有する断面が円形又は楕円形のビーズを意味する。
【００３３】
光学フィルムとの関連で個別の表面構造は、光学フィルムにおける突起又は窪みであり得る明確に画定された形状の要素を意味する。個別の表面構造は、光学フィルムの長さ及び幅と比べて小さい。用語「曲面」は、少なくとも１つの面に屈曲を有するフィルム上の三次元要素を示すために使用される。「くさび形要素」は、１以上の傾斜面を含む要素を示すために使用され、これらの表面は平面と曲面の組み合わせでもよい。用語「表面構造」は、ポリマーフィルムの表面に存在する明確に画定された意図的な構造を示すために使用される。「表面構造」は、測定可能なサイズを有し、ポリマーフィルムの表面に入射する及び／又はその表面から出射する光エネルギーを修正するために使用される。用語「光入射面」は、光エネルギーが入射する光学フィルムの表面を示すために使用される。液晶表示装置において、光入射面は、照明光源に面した面である。用語「光出射面」は、光が出射する光学フィルムの表面を示すために使用される。液晶表示装置において、光出射面は、液晶セルに面した面である。「軸上光学利得損失」は、所定の基準材料と比較して観測される光学利得の減少を意味する。比として表されるとき、それは、興味のあるサンプルの光学利得を基準材料の光学利得で除算したものである。パーセンテージとして表されるとき、それは、基準材料と比較した光学利得のパーセンテージ損失である。「方向転換」は、入射光エネルギーの方向を変えるための光学フィルムの光学的特性として定義される。
【００３４】
用語「光学フィルム」は、透過した入射光の性質を変える薄いポリマーフィルムを示すために使用される。例えば、方向転換光学フィルムは、１．０より大きい光学利得（出力／入力）を提供する。光管理材料の光学利得（ＯＧ）は、光管理材料の輝度を基準入力輝度で除算したものとして定義される。光分布がおおよそ等方性でないとすれば、この比率は、典型的に、特定の角座標（シータ及びファイ）に関して計算される。シータが−８０度から＋８０度まで連続的に変化する間に、一方がファイ＝０、他方がファイ＝９０の２つの断面グラフをプロットすることによってこれらの比率の一部を表すことは当技術分野において通例である。「軸上利得」は、フィルム平面に垂直な出力光強度を入力光強度で除算したものとして定義される。「方向転換」は、入射光エネルギーの方向を変化させるための光学フィルムの光学的特性として定義される。
【００３５】
用語「粗さ平均」又は「Ｒａ」は、ポリマーコーティングにおけるビーズ間の平均ピーク対谷高さを意味し、表面形状測定装置によって測定され、結果はマイクロメートル単位で表される。用語「Ｒａ」は、光学要素の所定の領域又は表面領域の平均粗さを特徴付けるために使用される。
【００３６】
用語「光学フィルム」は、明確な外形を有する基板の表面上の表面構造を意味する。表面構造は、入射光の方向転換、拡散又は回転などの指定された光学機能を実行する要素である。用語「光方向転換フィルム」は、入射光を所望の出力に方向転換する機能を実行する薄いフィルムを意味する。方向転換は、正反射又は乱反射のどちらでもあり得る。方向転換フィルムの例は、回転フィルム、拡散フィルム及び逆反射フィルムを含むが、これらに限定されない。用語「粘着性ビーズ」は、表面構造の表面領域に粘着されるポリマービーズを意味する。粘着性ビーズは、形が不規則である。用語「不連続集団」は、表面構造の平面において、空間が粘着性ビーズ間に存在することを意味する。粘着性ビーズ間の空間は、形が不規則であり、サイズ及び位置が異なる。粘着性ビーズのグループは、粘着性ビーズの集団を形成するために凝集し、その集団は実質的に粘着性ビーズのない領域によって他の集団から分離される。
【００３７】
ＬＣＤテレビ又はＬＣＤモニタなどの高い輝度と広角視野を有するディスプレーを提供するために、ディスプレーが光源及び光方向転換ポリマーフィルムを備え、光方向転換ポリマーフィルムが該フィルムの少なくとも一面に構造化表面を含み、かつ該構造化表面に接合された粘着性ビーズの不連続集団を有することが好ましい。ディスプレーを、構造化表面に接合された粘着性ビーズの不連続集団を有する構造化表面を含む光方向転換フィルムと組み合わせることによって、光学フィルムは、広視野角を提供しながらバックライト光源の軸上輝度を増大させる。従来技術の光方向転換フィルムは、高い軸上輝度を提供するが、航空便出発時刻、販売時点情報又はスポーツイベントでの情報などの公共情報を表示するために使用されるＬＣＤテレビ又はＬＣＤモニタなどのパブリックビューディスプレーには適さない非常に制限された視野角しか持たない。本発明の構造化表面は、粘着性ビーズの不連続集団がコリメート光を広視野角に拡散するための手段を提供しながら、光を平行にするための手段を提供する。これらの２つの前述の機能を組み合わせることによって、本発明の光学フィルムは、高い軸上輝度と広視野角を表示システムに提供する。さらに、ポリマーコーティングは、基礎的表面構造に重要なレベルの保護を提供し、ポリマーコーティングを持たない光学構造と比較して、より堅牢な、引っかき・磨耗表面を提供することが見出された。
【００３８】
軸上輝度及び輝度角度は、現在のＬＣＤテレビ様式のコントラスト比及びＬＣＤテレビの視聴品質において、重要な決定要因である。軸上輝度の増加はコントラスト比を改善することを示しているが、角度に関する輝度の遮断はハードである。本発明は、ソフトな角度遮断と、ＬＣＤモニタ及びテレビなどの公衆表示装置に優れた画像品質を提供する非常に改善された光の角度分布を提供しながら、高い軸上輝度の独特の組み合わせを提供する。
【００３９】
メディアディスプレー、特にテレビなどのグループ視聴を意図したもののために、最適な軸上輝度だけでなく軸外視聴位置での十分な輝度も持つことが重要である。現代のＬＣＤテレビは、典型的に、４００から６００ニット（キャンデラ／ｍ２）の軸上ピーク輝度を有するが、現在のＴＣ０６規格では、それらは、３００ニット（最も明るい設定の５０％）でよい。この情報を考慮すると、本発明は、２０％以下の軸上利得減少を有するか、又はおおよそ基準材料（コーティングされていないプリズム又は光方向転換フィルム）の少なくとも８０％である軸上利得値を有することが好ましい。
【００４０】
コントラスト比などの多くの評価指標が９０度軸外にまで引用されるが、最近の研究は、画像品質に関する限り水平走査方向における６０度軸外がディスプレーを見るためのより適切な限界であることを示している。垂直視野角の範囲は、ディスプレーを見る習慣の結果として水平視野角の範囲よりも重要でない。２０％以下の軸上利得減少を考慮すると、少なくとも３０％の対応する軸外利得改善（又はおおよそ基準材料値の１３０％）が水平走査方向の６０度において望ましい。４０度の垂直走査方向における改善は同様に望ましい。
【００４１】
さらに、視聴経験は、見る位置、すなわち特に水平走査方向の僅かな変化によって大幅に変化しないので、輝度の急激な変化は回避されることが好ましい。したがって、好ましい利得曲線の一次導関数は、水平走査方向において、６０度の最大角度まで、０．０６ｃｄ／ｍ２／度を超えるべきでない。好ましくは、利得曲線の一次導関数は、垂直走査方向において、４０度の最大角度まで、０．０８ｃｄ／ｍ２／度を超えるべきでない。
【００４２】
図５の曲線５０１は、ＬＣＤ業界において現在使用されているコリメーティングフィルム（プリズム構造）に関する光学利得対視野角の関係を示す。曲線５０２は、本発明の典型例である。この種の光学フィルムの水平走査方向（−８０＜シータ＜８０、ファイ＝０）及び垂直走査方向（−８０＜シータ＜８０、ファイ＝９０）に関する曲線は、典型的に、中心点（シータ＝０、ファイ＝０，９０）に関して対称である。重複する情報の量を制限するために、図５の曲線などの光学利得曲線に使用される表現法は、ｘ軸上の−８０から０度が水平走査情報を表し、ｘ軸上の０から８０度が垂直走査情報を表している。
【００４３】
曲線５０１は、軸上視聴が主要な観察者モードであるが、水平及び垂直走査方向の両方において非常に急な（高い一次導関数値）輝度利得低下に悩まされる用途のために、好ましい特徴的な高い軸上利得を有する。それは、水平走査方向において＋／−６０度及び垂直走査方向において＋／−４０度の好ましくない低い軸外利得値を有する。本発明の一例である曲線５０２は、低い軸上利得位置を有するが、軸外に移動しながら遥かにゆっくり減少し（低い一次導関数値）、かつ水平走査方向において＋／−６０度及び垂直走査方向において＋／−４０度の改善された軸外利得値を有する。そのような特性は、テレビなどのグループ視聴を意図したメディアディスプレーにとって有利である。
【００４４】
曲線５０１及び５０２の一次導関数は、図５に関して説明したのと同じｘ軸規約を使用して図６に示したそれぞれ曲線６０１及び６０２である。図６は、本発明が、典型的なプリズム形コリメーティングフィルムより、水平（＋／−６０度）及び垂直（＋／−４０度）の両方向に、視野角によって遥かにゆっくり変化する輝度利得変化を有することを明示している。
【００４５】
光学利得対視野角曲線の好ましい特性は、以下に概説されるパラメータによって表すことができる：
１）軸上画像品質の損失を最小にするために、コーティングされていない基準フィルムに対する光学利得は、少なくとも８０％であることが好ましい（図５の点５０４）。
２）軸外輝度を大幅に改善するために、水平走査方向の６０度及び垂直走査方向の４０度における軸外利得改善は、基準フィルムの少なくとも１３０％であることが好ましい（それぞれ点５０３及び点５０５）。
３）角度位置の僅かな変化の結果として認識される輝度損失を最小にするために、角度の関数としての輝度利得の変化（一次導関数の絶対値）は、水平走査方向の軸外＋／−６０度及び垂直走査方向の＋／−４０度の角度まで、水平及び垂直走査方向において、それぞれ０．０６ｃｄ／ｍ２／度及び０．０８ｃｄ／ｍ２／度以下であることが好ましい。
【００４６】
それは、粘着性ビーズが、ＬＣＤテレビに適した広視野角フィルムの好ましい光学特性を提供することを示している。本発明の好ましい実施形態において、粘着性ビーズは、０．７０から５．０マイクロメートルの高さを有する。０．５０マイクロメートル未満のビーズ高さは、ＬＣＤテレビの視野角を増加させる際に僅かな効果しか持たないことが見出された。６．０より大きいビーズ高さは、コリメート光を過度に拡散し、ＩＰＳ（面内切替）及びＶＡ（垂直整列）などの今日のＬＣＤモードのコントラスト比を低下させることが見出された。
【００４７】
本発明のもう１つの好ましい実施形態において、粘着性ビーズの不連続集団は、構造化表面の表面にわたって可変厚さを示す。より好ましくは、粘着性ビーズの不連続集団は、粘着性ビーズの厚さが構造化表面の頂上領域と比べて構造化表面の傾斜面上でより大きい構造化表面にわたって可変厚さを示す。可変厚さは、表面構造からの光エネルギーを効率的に拡散させるための手段を提供する。より均一なコーティングは、可変厚さと比較して、視野角に対してより小さい影響しか持たないであろう。表面構造の傾斜面に粘着性ビーズの不連続集団をより多く配置することによって、粘着性ビーズは、出荷時及び消費者使用時のディスプレーの取り扱い損傷及び振動損傷から保護される。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態において、構造化表面はポリカーボネートからなり、粘着性ビーズはポリウレタンからなる。構造化表面の表面上にコーティングされたポリウレタンは、不連続コーティングに共通している高価なポリマーマイクロビーズを必要とせずに、粘着性ビーズの不連続コーティングを驚くほど形成する。ポリカーボネートの表面構造の表面に塗布されたポリウレタンは、マトリックスに覆われたポリマーマイクロビーズに類似の外形を提供するポリカーボネートの表面上に「凝集し」又は「ビーズのような構造を形成する」。ポリウレタンポリマーは、ポリカーボネートの表面構造の表面によく粘着し、ＬＣＤテレビなどの表示システムにおける使用に適している。
【００４９】
粘着性ビーズのための他の好ましいポリマーは、表面構造上にコーティングすることができ、かつビーズのような構造を形成することができるポリマーである。さらに、好ましいポリマーは、８０％より大きい％透過率を有し、比較的低い誘電率を有し、かつ表面構造によく粘着するものである。他の好ましいポリマーは、ＰＶＰ、ポリエステル及びアクリルを含む。
【００５０】
本発明のさらなる実施形態において、粘着性ビーズの不連続集団は、あるパターンの形をしている。粘着性ビーズのパターン式不連続集団は、ポリマーの領域を互いに光学的に区別するための手段を提供する。望ましいパターンの例は、フィルムの対角線、幅又は長さにわたってフィルムの光出力を変化させるための勾配、ＬＣＤピクセルに位置合わせされたスポットパターン、又はモアレパターンを妨げるための若しくはフィルムの吸湿を減らすための十分に小さいパターンを含む。パターン式コーティングは、好ましくは、直接グラビア印刷、間接グラビア印刷又はインクジェットコーティング技術を使用して光学フィルムの表面に適用することができる。
【００５１】
もう１つの好ましい実施形態において、ポリマーコーティングは、パターンの形で表面構造上に存在する。表面構造の表面上に可変のポリマーコーティングをパターン化することによって、一つ一つの個別の表面構造の出力が、光学的修正の非常に小さい又は微細な調整を可能にさせる。望ましいパターンの例は、ストライプ、ドット及び波線を含む。
【００５２】
本発明のもう１つの好ましい実施形態において、粘着性ビーズは、形が不規則である。不規則な形の粘着性ビーズは、ディスプレーの水平及び垂直視野角の両方を増加させる際に効率的であることが見出された。ディスプレー及びディスプレー測定とともに使用されるとき、水平及び垂直という形容詞は、意図されたディスプレー観察者のペアリングに関連している。さらに不規則な形の粘着性ビーズは、ポリマーフィルムにおける小さい表面的な欠陥を隠す光エネルギーを十分に拡散し、それにより、ポリマーフィルムの品質を高める。不規則な形は、長さ、幅又は高さ寸法においてあり得る。不規則な形は、１以上の寸法で変化し得る。粘着性ビーズの形状は、表面構造上でビーズごとに、又はポリマーフィルム上の異なる地点に配置されたビーズの集団間で異なり得る。
【００５３】
本発明の好ましい実施形態において、ポリマーフィルムは、好ましくは、ポリマーフィルムの両面に表面構造を有する。両面に存在する表面構造は、表示装置の効率を改善する目的のために、入力光エネルギーを修正するための追加の機会を提供する。さらに、ポリマーフィルムの両面に表面構造を有するポリマーフィルムは、摩耗及びニュートン環を低減する望ましくないフィルム間の吸湿の減少を提供することを示す。表面構造ペアの例は、光方向転換機構のため反対された一面上の拡散構造又は光拡散構造のため反対された光回転機構を含む。
【００５４】
図２は、基礎をなす構造化表面に接合された粘着性ビーズの不連続集団を有する好ましい微細構造の拡大上面概略図を示す。粘着性ビーズは、基礎をなす構造化表面の面に沿って存在し、不連続であり、かつ好ましい光出力を提供するために望ましい表面外形を有する。
【００５５】
図３は、基礎となる構造化表面に接合された粘着性ビーズの不連続集団を有する好ましい微細構造の拡大上面概略図を示す。粘着性ビーズは、基礎となる表面構造の面に沿って存在し、不連続であり、かつ好ましい光出力を提供するために望ましい表面外形を有する。図３における粘着性ビーズは、図２におけるビーズと比較して、より丸められており、図３における粘着性ビーズは、図２におけるビーズの分布と比較して、谷領域により集中している。
【００５６】
図４は、基礎となる構造化表面に接合された粘着性ビーズの不連続集団を有する好ましい微細構造の拡大上面概略図を示す。粘着性ビーズは、基礎となる表面構造の面に沿った谷領域に存在し、不連続であり、かつ好ましい光出力を提供するために望ましい表面外形を有する。粘着性ビーズは、基礎となる構造間の谷領域だけでなく基礎となる構造の両面にも十分な量で存在する。
【００５７】
図７は、コーティングを施した基礎となる微細構造の拡大上面概略図を示す。図７における粘着性ビーズは、望ましい光学特性を提供するために十分な量で存在しない。図７におけるコーティングされた構造の軸上利得は十分に高いが、最大一次導関数値は満足できない。
【００５８】
図８は、コーティングを施した基礎となる微細構造の拡大上面概略図を示す。図８におけるコーティングは十分な粗さを持たず、そのコーティングは望ましい光学性能を提供するために十分に不連続でない。
【００５９】
好ましい実施形態において、可変厚さは、最大厚さの少なくとも５０％の範囲を有する。例えば、最大厚さが４．０マイクロメートルの場合、好ましい可変厚さは少なくとも２．０マイクロメートルの範囲を持つであろう。可変厚さの層で光方向転換表面構造を覆うことによって、入射光エネルギーは、可変ポリマーコーティングを持たない同じ方向転換マクロ構造と比較して、より広い角度にわたって方向転換される。さらに、角度に関する輝度の遮断は、可変ポリマーコーティングを持たない同じ方向転換マクロ構造と比較して、よりソフトであって、急激でない。加えて、可変ポリマーコーティングは、光学フィルムの小さい表面的な欠陥を隠し、可変ポリマーコーティングを持たない光方向転換表面構造と比較してモアレの低減を提供することを示し、ここで、可変ポリマーコーティングは、可変ポリマーコーティングを持たない光方向転換表面構造と比較して、視聴者の目からバックライトパターンをより目立たなくする。
【００６０】
もう１つの好ましい実施形態において、粘着性で不規則な形のポリマービーズは、ポリマーコーティングとポリマービーズとの間に、０．０２から０．５０の屈折率差を有するポリマービーズをさらに含む。表面構造の両面に小さいビーズを設けることによって、バインダーマトリックスに含まれるビーズは、望ましくない散乱なしに、角度に関する輝度の曲線の傾きを低減する。さらに、不規則な形の粘着性ビーズと楕円形又は球形のビーズの両者を設けることによって、ポリマービーズは、粘着性ビーズに或るレベルの保護を提供することができ、かつ粘着性ビーズとディスプレー内に位置する他の表面との間に生じる界面問題を回避する、ポリマーフィルムとディスプレー内に位置する他の表面との間に光学的隔離を提供することができる。好ましい実施形態において、マイクロビーズはポリマーからなる。ポリマービーズは、無機ビーズより高価でない傾向があり、典型的に高い光透過性を有し、かつポリウレタンなどのポリマーバインダーによって表面構造によく粘着することが示されている。好ましいビーズ材料は、ポリスチレン、ＰＭＭＡ、メチルメタクリレート及びエチレングリコールジメタクリレートを含むが、これらに限定されない。
【００６１】
好ましい実施形態において、マイクロビーズは、実質的に円形である。円形のマイクロビーズは、入射光の優れた拡散を提供することが見出されており、容易なコーティングが可能であり、他の隣接する光学要素の磨耗をもたらし得る鋭い角張った外形を持たない。もう１つの好ましい実施形態において、マイクロビーズは楕円形である。楕円形のマイクロビーズは、コーティングする時に配向し、いくつかの表面構造の方向に配向することが示されている。楕円形のビーズは、また、垂直及び水平輝度の独立した制御を可能にする楕円形ビーズの長軸に有利に働き得る光出力を提供することが示されている。
【００６２】
本発明のもう１つの実施形態において、粘着性ビーズは、好ましくは、構造化表面積の１０から８０％を覆う。表面構造の表面を部分的に覆うことによって、光方向転換と視野角との間の妥協位置が取得され得る。表面構造の一部のみを覆うことによって、改善された視野角を提供しながら、光方向転換配列は、ほとんど温存され得る。一例は、隣接する表面機構の傾斜面に主として存在する粘着性ビーズである。機構の頂角領域は、コーティングを施された傾斜面がより広い視野角を提供するように出射光を修正可能にしながら、光方向転換のために温存され得る。
【００６３】
本発明の一実施形態において、表面構造は、好ましくは、入射光エネルギーを平行にする少なくとも２５マイクロメートルの長さ、直径又は他の主要寸法を有する構造である。本発明の一実施形態において、マクロ構造は、好ましくは、プリズムを備える。プリズム構造は、光の効率的なコリメータであって、一般に２つの傾斜面を有することが示されている。光コリメーションは一般に、プリズムの山の角度が８８から９２度であるときに最大になる。本発明のもう１つの好ましい実施形態において、表面構造は、稜線を有する個別の表面構造を備える。個別の表面構造は、規則的なプリズム構造と比較して、モアレを低減し、輝度均一性を改善することが示されている。
【００６４】
表面構造の奥行きは、好ましくは、１０から５０マイクロメートルである。湾曲した表面構造の奥行きは、湾曲した表面構造の頂上部から湾曲した表面構造の基部まで測定される。８マイクロメートル未満の表面構造の奥行きは、低い軸上輝度を有する光方向転換フィルムをもたらす。５５マイクロメートルより大きい奥行きは、製造が困難であって、モアレパターンを作り出すために十分な大きさの機構を含む。
【００６５】
好ましい実施形態において、表面構造は、好ましくは、２０から１００マイクロメートルの幅を有する。表面構造が１３０マイクロメートルより大きい幅を有するとき、表面構造は、視聴者が液晶ディスプレーを通して表面構造を見ることができるほど十分に大きくなり、ディスプレーの品質を損なう。表面構造が１２マイクロメートル未満の幅を有するとき、機構の稜線の幅が、その機構の幅のより大きい部分を占める。この稜線は、典型的に平坦にされ、表面構造の残り部分の同じ光形成特性を持たない。表面構造の幅に対する稜線の幅のこの増加は、光学フィルムの性能を低下させる。より好ましくは、湾曲した表面構造は、１５から６０マイクロメートルの幅を有する。この範囲は、良好な光形成特性を提供し、ディスプレーを通して視聴者によって見られる可能性がないことが示されている。表示装置設計において使用される特定の幅は、液晶ディスプレーのピクセルピッチにある程度依存するであろう。要素幅は、望ましくないモアレ干渉を最小にする助けとなるように選択されるべきである。
【００６６】
突出する頂上部に沿って測定された表面構造の長さは、好ましくは、８００から３０００マイクロメートルである。長い寸法が長くなるとパターンが１次元になり、モアレパターンが発現する可能性がある。パターンが短縮されるとスクリーン利得が減少し、したがって興味がなくなる。湾曲した表面構造の長さのこの範囲は、望ましくないモアレパターンを低減し、同時に高い軸上輝度を提供することが見出されている。
【００６７】
もう１つの好ましい実施形態において、突出する頂上部に沿って測定された表面構造は、好ましくは、１００から６００マイクロメートルである。表面構造の長い寸法が減らされると、モアレパターンを形成する傾向も減少する。表面構造長さのこの範囲は、軸上輝度を提供しながら、表示装置に発生する望ましくないモアレパターンを大幅に低減することが示されている。
【００６８】
本発明の表面構造は、好ましくは、重なり合っている。湾曲した表面構造を重ね合わせることによって、モアレの有益な減少が観測された。好ましくは、本発明の湾曲した表面構造は、ランダムに、かつ互いに平行に配置される。これは、頂上部を概ね同じ方向に整列させる。液晶バックライトシステムで使用されるとき、より高い軸上利得を作り出す他の方向より一方向にフィルムがよりコリメートするように、概ね配向された稜線を持つことが好ましい。湾曲した表面構造は、好ましくは、液晶ディスプレーのピクセル間隔との如何なる干渉も除去するようなやり方でランダム化される。このランダム化は、表面構造のサイズ、形状、位置、奥行き、配向、角度又は密度を含むことができる。これは、モアレ及び同様の効果を克服するための拡散層の必要性を除去する。
【００６９】
少なくともいくつかの表面構造は、各グループの少なくともいくつかの表面構造とともに、フィルムの出射面にわたってグループ分けして配置され得る。各グループは、各グループの平均サイズ又は形状特性を集団で作り出す、異なるサイズ又は形状特性を有する。各グループは、任意の単一の光学要素に関して機械加工許容誤差を超える平均特性値を取得し、モアレと、液晶ディスプレーのピクセル間隔の干渉効果とを克服するために、フィルム全体にわたって変化する。さらに、少なくともいくつかの表面構造は、２つの異なる軸に沿って光を配向転換／方向転換するようにフィルムの能力をカスタマイズするために互いに関して異なる角度に配向され得る。機構をランダム化するとき、平面的なカットされていない表面領域を避けることは、フィルムの利得性能にとって重要である。アルゴリズムは、カットされていない又は平面的な領域を避けるこれらの機構の擬似ランダム配列のために存在する。
【００７０】
本発明の一実施形態において、表面構造は、好ましくは、機構の最も高い地点において９０度の山の角度を示す断面を有する。９０度の頂角は、光方向転換フィルムの最も高い軸上輝度を作り出すことが示されている。この９０度の角度は、ある程度の許容範囲を持っており、８８から９２度の角度が同様の結果を作り出し、軸上輝度にほとんど又は全く損失なしに使用され得ることが見出された。頂上の角度が８５度未満であるか、又は９５度より大きいと、光方向転換フィルムの軸上輝度が減少する。山の角度は、好ましくは、９０度であり、幅は、好ましくは、１５から３０マイクロメートルであるため、湾曲したくさび形の機構は、好ましくは、７から３０マイクロメートルの機構の最大頂上部高さを有する。くさび形要素の高さのこの範囲は、高い軸上利得及びモアレ低減を提供することが示されている。
【００７１】
本発明のもう１つの実施形態において、頂上の幅は、好ましくは、９０度より大きく、１３０度より小さい。９０度より大きく１３０度より小さい頂上の幅は、８８から９２度の頂角よりもソフトな遮断を提供することが見出されている。
【００７２】
表面構造は、１０から５５マイクロメートルの平均ピッチを有する。この平均ピッチは、２つの隣接する機構の最も高い地点間の距離の平均値である。平均ピッチは、モアレを低減し、かつフィルム上に非パターン化領域が存在しないことを保証するために、機構が寸法的に変化し、またそれらが重なり合い、交差して、フィルムの表面にランダムに配置されるので、機構の幅とは異なる。非パターン化領域がくさび形要素と同じ光学特性を持たず、性能の低下に通じるため、フィルム上に０．１％未満の非パターン化領域を有することは好ましい。
【００７３】
もう１つの好ましい実施形態において、ポリマーコーティングは、０．７から４．０マイクロメートルの表面粗さ（Ｒａ）を有する。ポリマーコーティングの表面粗さは、透過光に拡散成分を加えることが見出されている。表面粗さは、ＬＣＤ装置のユーザにとって好ましくない可能性のある小さい表面的な欠陥を隠すことが見出されている。０．５０マイクロメートル未満の粗さ平均は、望ましい結果を達成するために十分な粗さを加えない。４．０より大きな粗さ平均は、高いレベルの拡散を提供し、光方向転換表面構造の軸上利得の損失をもたらす。表面Ｒａ、覆われた％表面領域、及び軸上輝度と視野角に対する効果の間には、ある関係が存在することがよく理解されている。
【００７４】
本発明の好ましい実施形態において、粘着性ビーズは、好ましくは、粘着性ビーズとポリマー構造化表面との間に少なくとも０．０５という屈折率差を有する。少なくとも０．０５という屈折率差を与えることによって、粘着性ビーズは、本発明の材料を製造する際に重要であるコーティングの均一性を視覚的に決定する目的のために視覚的に観察され得る。
【００７５】
表面構造の形成に好ましいポリマーは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルフォンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリビニリデンフルオライド、ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルフォネート、ポリエステルイオノマー、及びポリオレフィンイオノマーを含む。機械的又は光学的特性を改善するためのこれらのポリマーのコポリマー及び／又は混合物が使用可能である。透明な複合レンズのために好ましいポリアミドは、ナイロン６、ナイロン６６及びこれらの混合物を含む。ポリアミドのコポリマーも適切な連続相ポリマーである。有用なポリカーボネートの一例は、ビスフェノール−Ａポリカーボネートである。複合レンズの連続相ポリマーとしての使用に適したセルロースエステルは、硝酸セルロース、三酢酸セルロース、二酢酸セルロース、酢酸セルロースプロピオナート、酢酸セルロースブチラート、及びこれらの混合物又はコポリマーを含む。好ましくは、ポリビニル樹脂は、ポリ塩化ビニル、ポリ（ビニルアセタール）、及びこれらの混合物を含む。ビニル樹脂のコポリマーも利用可能である。本発明の好ましいポリエステルは、４−２０個の炭素原子の芳香族、脂肪族又は脂環式脂肪族ジカルボン酸から製造されるもの、及び２−２４個の炭素原子を有する脂肪族又は脂環式グリコールから製造されるものを含む。適切なジカルボン酸の例は、テレフタール酸、イソフタール酸、フタール酸、ナフタレンジカルボン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、ソディオスルフォイソフタール酸及びこれらの混合物を含む。適切なグリコールの例は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、他のポリエチレングリコール及びこれらの混合物を含む。
【００７６】
本発明の好ましい実施形態において、表面構造は、好ましくは、ポリスルフォンからなる。ポリスルフォンは、透明なポリマーであって、比較的高い屈折率を持ち、比較的高いＴｇを有し、これらのすべては、ポリスルフォンを、バックライト光源からいつも熱エネルギーを発生させるＬＣＤテレビ又はＬＣＤモニタのようなＬＣＤ装置における使用ための理想的なポリマーにしている。
【００７７】
もう１つの好ましい実施形態において、表面構造は、好ましくは、ＡＳＴＭ  Ｄ１３３によって測定された３２から５５ダイン／ｃｍの表面張力を有する。３２から５５ダイン／ｃｍの表面張力は、ポリマーコーティングと表面構造との間に良好な、あるいは優れた粘着性を提供することが示されている。３０ダイン／ｃｍ２未満では、粘着は達成困難である。好ましくは、表面構造と粘着性ビーズとの間の表面エネルギー差は、少なくとも５ダイン／ｃｍ２である。この差は、ポリマーが乾燥する前に構造体の表面にビーズ様構造体を形成することを可能にする際の重要な因子である。表面構造の表面エネルギーが粘着性ビーズポリマーとほぼ同じである場合、ビーズポリマーが望ましいビーズのような構成の代わりにフィルムを形成する傾向が存在するであろう。
【００７８】
表面構造のサイズ、形状及び分布は、表面構造を出射する光の分布を決定する際に重要である。０．５から６．０のアスペクト比を有する表面構造が好ましい。０．２未満のアスペクト比を有する表面構造は、軸上利得を増加させることに小さな影響しか持たない傾向がある。６．０より大きなアスペクト比を有する表面構造は、ポリマーが高いアスペクト比の機構の表面に粘着する傾向があるので、パターン化された金属ローラに対して成型される溶融ポリマーを利用して形成することが困難である。さらに、高いアスペクト比の機構を完全に形成するために高い圧力が必要とされ、工具寿命を著しく短縮する。
【００７９】
本発明の一実施形態において、表面構造は、繰り返しパターンを有する。繰り返しパターンは、一般に、ランダム表面構造と比較して、比較的高い実装密度を有するので、少量の望ましくない非パターン化領域を提供する。本発明のもう１つの実施形態において、表面構造は、ランダムパターンを有する。ランダムパターンは、一般に、繰り返しパターンと比較して、低い実装密度のために或る非パターン化光学フィルムをもたらすが、ランダムパターンは、一般に、繰り返しパターンと比較して、低いレベルのモアレをもたらす。ランダムパターンは、また、視聴者の目から小さなフィルム欠陥を隠す又は不明瞭にすることが示されている。
【００８０】
本発明のもう１つの実施形態において、表面構造は、少なくとも１００マイクロメートルの長さ、直径又は他の寸法を有する。１００マイクロメートルより大きい寸法を有する微細構造は、１．０より大きい軸上利得を提供するために必要とされる入射光のために望ましいコリメーションを提供する。さらに、１００マイクロメートルより大きい寸法を持たない微細構造は、より製造困難であり、またそのサイズのために光学フィルム上に望ましくない非パターン化領域をもたらす可能性がある。
【００８１】
約９０度の頂角を有する光方向転換表面構造は、一般に、軸外角度の入射光を拒絶し、軸上又は軸上付近の入射光を透過可能にする。典型的にはコリメーションマクロ構造に関する角度対輝度のプロットは、０度又は０度付近でピーク輝度を示し、その後、角度が９０度に近づくにつれて輝度の低下を示す。輝度低下の傾斜は、マクロ構造配列の関数である。表面構造の表面の粗さを与えることによって、傾斜の変化は、広い範囲の角度にわたって増加した輝度を提供するように劇的に変えられ得ることが見出された。
【００８２】
図１は、図２から図５及び図７から図８に関連して説明されたような光学フィルムを製造するための装置の単純化された概略図である。この装置は、材料１０３を押し出す押出し成形機１０１を含む。本装置は、また、光学層１１３の光学的機構を形成する表面構造を含むパターン化ローラ１０５を含む。さらに、本装置は、パターン化ローラ１０５に材料１０３を押し付けるための圧力を与える圧力ローラ１０７と、パターン化ローラ１０５からの材料１０３の取外しを助ける剥離ローラ１１１とを含む。
【００８３】
動作時において、ベース層１０９は、押出された材料１０３とともに圧力ローラ１０７とパターン化ローラ１０５との間に押し込まれる。一実施形態において、ベース層１０９は、ポリマーの配向シートである。さらに材料１０３は、パターン化ローラ１０５と圧力ローラ１０７との間を通った後に光学的機構を含む光学層１１３を形成する。代替として、粘着層は、押出し成形機１０１において材料１０３とともに共押出しされ得る。共押出しは、２以上の層という利益を与える。共押出し粘着層は、単一層より高い粘着を作り出すベース層１０９と光学層１１３との最適な粘着を提供するように選択され得る。したがって共押出し粘着層と光学層は、圧力ローラ１０７とパターン化ローラ１０５との間でベース層とともに押し付けられる。圧力ローラ１０７とパターン化ローラ１０５との間を通った後に層１１３は、ローラ１１１に沿って進められる。
【００８４】
もう１つの好ましい実施形態において、材料１０３は、共押出しされた構造における残りの層より５０％大きいメルトインデックスを有するパターン化ローラ１０５に接触するスキン層を有するポリマーの共押出し層を備える。高いフロースキン層は、ポリマーの複製忠実度を助けることが見出されている。スキン層以外の層は、遥かに低いメルトインデックスを有しており、表示装置の厳しさに耐えるためによく適した機械的に剛性の光学フィルムをもたらす。
【００８５】
好ましい実施形態において、光方向転換ポリマーフィルムは、カーテンコーティング、ｘ−ホッパーコーティング又はスプレーコーティングを使用するポリマーコーティングによってコーティングされる。グラビアコーティング又はロールコーティングなどの表面接触コーティング技術は、主として光方向転換機構の頂上領域にコーティングを施すことが見出されている。好ましくは、構造ポリマーフィルムの形成とそれに続く表面構造のコーティングは、オンラインで、あるいは逐次的に、製造コストを削減し、ウェブ材料の巻き戻しと巻き取りに関連する製造欠陥を減らすように遂行される。
【００８６】
本発明は、任意の液晶表示装置とともに使用でき、これらの典型的構成は以下に説明される。液晶（ＬＣ）は、電子ディスプレーに広く使用される。これらの表示システムにおいて、ＬＣ層は、偏光子層と検光子層との間に位置し、正常軸に関してこの層を通して方位角捩れを示すディレクターを有する。検光子は、その吸収軸が偏光子の軸に垂直になるように方位付けされる。偏光子によって偏光された入射光は、液晶セルを通り抜け、セルに亘る電圧の印加によって変えられ得る液晶内の分子配向によって影響される。この原理を用いることによって、周囲光を含む外部光源からの光の透過は制御され得る。この制御を達成するために必要とされるエネルギーは、一般に、陰極線管といった他のディスプレータイプで使用される発光材料に必要とされるエネルギーより遥かに少ない。したがって、ＬＣ技術は、軽量、低い電力消費及び長い動作寿命が重要な特徴となるディジタル時計、計算器、携帯型コンピュータ、カメラ、電子ゲームを含むがこれらに限定されない多数の用途に使用される。さらに、ＬＣＤディスプレーは、テレビ、コンピュータモニター、ゲームディスプレー、自動車用ディスプレー、映像フレーム、電気製品ディスプレー、購入時点表示装置などのために有用である。
【００８７】
好ましい実施形態において、表示装置は、典型的には、狭い視野角を有する表示装置と比較して、改善された視野角から利益を得るＬＣＤを含む。典型的に広い視野角から利益を得るＬＣＤ装置の好ましい例は、テレビ、コンピュータモニター、映像フレーム、公共情報表示装置、購入時点表示装置及びゲームディスプレーを含む。より広い視野角は、従来技術のコリメートディスプレーと比較して、より広い視野角全体にわたって均一な照明を可能にする。これらのディスプレーにおいて、本発明のフィルムは、液晶セルとバックライト光源との間に配置される。このフィルムは、光を広い円錐に広げて均一な照明を可能にする。視野角が、液晶セル開口配列、補正フィルム技術及びバックライト光源のタイプによって制約される可能性があることは認められる。
【００８８】
アクティブマトリックス液晶ディスプレー（ＬＣＤ）は、各液晶ピクセルを駆動するためのスイッチング装置として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用する。これらのＬＣＤは、個別の液晶ピクセルが選択的に駆動され得るので、クロストークなしに高精細画像を表示できる。光学モード干渉（ＯＭＩ）ディスプレーは、「通常、ホワイト」である、すなわちオフ状態で光が表示層を透過する液晶ディスプレーである。ツイステッドネマティック液晶を使用するＬＣＤの動作モードは、おおざっぱに複屈折モードと光学回転モードとに分けられる。「フィルム補正スーパーツイステッドネマティック」（ＦＳＴＮ）ＬＣＤは、通常、ブラックである、すなわち電圧が印加されないオフ状態で光の透過は抑制される。ＯＭＩディスプレーは、伝えられるところでは、より高速の応答時間及びより広い動作温度範囲を有する。
【００８９】
本発明の光学フィルムは、フィルムがバックライトシステムにおいて光散乱フィルムとして使用されるとき、輝度を均等にできる。携帯型コンピュータで利用されるようなバックライト付きＬＣＤ表示スクリーンは、光源に対応する個別の「ホットスポット」が検出可能であるように、ＬＣＤスクリーンに比較的近く配置された比較的局所化された光源（例えば蛍光灯）又は比較的局所化された光源の配列を有する。ディフューザーフィルムは、表示全体にわたって照明を均等にするために役立つ。液晶表示装置は、例えば、アクティブマトリックス駆動及び単純マトリックス駆動から選択された駆動方法と、例えば、ツイストネマティック、スーパーツイストネマティック、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶モードから選択された液晶モードとの組合せを有する表示装置を含むが、本発明は上記の組み合わせに限定されない。液晶表示装置において、本発明の配向フィルムは、バックライトの前面に配置されることが必要である。本発明の光学フィルムは、このフィルムが優れた光散乱特性を持っていて、すべての方向に優れた可視性を与えるように光を広げるので、表示全体にわたって液晶表示装置の明るさを均等にできる。上記の効果はこのようなフィルムの単一の使用によっても達成できるが、複数のフィルムを組み合わせて使用可能である。光を分散して、この光を遥かに均質にするために、均質化フィルムは、透過モードでＬＣＤ材料の前に配置され得る。
【００９０】
本発明は、光源構造解体装置としての重要な用途を有する。多くの用途において、サンプル上に分散される光が変化し、これは望ましくないので、ある一定の用途では問題になり得るフィラメントの構造自体を光源の出力から除去することが望ましい。また光源が交換された後の光源フィラメント又はアークの方位の変動は、誤った紛らわしい示度を生じる可能性がある。光源と検出器との間に配置される本発明の均質化フィルムは、光源の出力からフィラメント構造の如何なるトレースも除去でき、したがって光源間で等しい均質化された出力を引き出す。
【００９１】
光学フィルムは、所望の場所に向けられる快い均質化された光を提供することによって、ステージ用の照明を制御するために使用され得る。ステージとテレビの製造において固有の照明に必要なすべての異なる効果を達成するために、幅広い種々のステージ光が使用されなくてはならない。これは、不便で高価な多くの異なるランプが使用されることを必要とする。ランプの上に配置される本発明のフィルムは、必要とされるところに光を分散させるほとんど無制限の柔軟性を提供することができる。その結果、動く、又は動かない、任意の形状のほとんど任意の物体が正確に照明され得る。
【００９２】
反射フィルムは、本発明の光学フィルムの光出射面に金属フィルムなどから構成された反射層を加えることによって形成されることが可能であり、例えば、交通信号用の逆反射性部材として使用可能である。これは自動車、自転車、人などに適用される状態で使用され得る。
【００９３】
本発明の光学フィルムは、また、赤外線（ＩＲ）検出器に、より高いコントラストを提供するために、保護領域全体にわたってレーザーダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）からの出力を均等化することになっている可能性がある。本発明のフィルムは、また、紙幣読取装置又は皮膚治療装置などの装置でＬＥＤ又はＬＤ光源を使用して装置から構造を除去するために使用され得る。これは、より高い精度に通じる。
【００９４】
外科医のヘルメットに装着される光ファイバ光アセンブリは、光ファイバ要素の１つが手術中に破損した場合に手術時に気を散らす強度変化を投げかける可能性がある。ファイバ束の端部に置かれた本発明の光学フィルムは、残りのファイバから来る光を均質化し、患者に投射される光から破損したファイバの如何なる痕跡も除去する。標準的な研削されたガラスディフューザーは、スループットの損失を引き起こす著しい後方散乱のためにこの用途では効果的でないであろう。
【００９５】
本発明の光学フィルムは、また、光源のフィラメント又はアークを構造解体することによって顕微鏡下でサンプルを均一に照明して、均等に照明された視界を提供するためにも、使用可能である。これらのフィルムは、また、例えば、螺旋モードファイバから出力された光をファイバを通して伝播させる種々のモードを均質化するためにも、使用可能である。
【００９６】
本発明の光学フィルムは、また、作業空間及び生活空間のために適当な光を提供するなどの重要な建築的用途も有する。典型的な商業的用途において、部屋中に光を分散させるのを助けるために安価な透明ポリマーディフューザーフィルムが使用される。これらの従来のディフューザーの１つに代わる本発明の均質化手段は、光がホットスポットなしに部屋中に均一にすべての角度に拡散するように、より均一な光出力を提供する。
【００９７】
本発明の光学フィルムは、また、美術工芸品を照明する光を拡散させるためにも使用され得る。透明なポリマーフィルムディフューザーは、最も望ましいやり方で美術工芸品を描写するために適当な適切にサイズ決めされ方向付けられた開口を提供する。
【００９８】
さらに、本発明の光学フィルムは、表示装置などの光学装置の一部として広く使用され得る。例えば、それは、液晶表示装置のバックライトシステムの前述の光散乱プレートに加えて、装置の背面側（観察者の反対側）に金属フィルムを配置する場合に前面側（観察者側）にフィルムを向けて、反射性液晶表示装置又は前方散乱フィルムにおける金属フィルムなどの反射フィルムでラミネートされた光反射プレートとして使用され得る。本発明の光学フィルムは、ＩＴＯフィルムによって代表される酸化インジウムからなる透明な導電層をラミネートすることによって電極として使用され得る。もし材料が反射性スクリーン例えば前面投影スクリーンを形成するために使用されることになっていれば、透明なポリマーフィルムディフューザーに光反射層が加えられる。
【００９９】
光学フィルムのもう１つの用途は、一般に光源から大面積のスクリーンに画像を投影することが望まれる後方投影スクリーンである。テレビの視野角は、典型的に水平方向よりも垂直方向に小さい。この光学フィルムは、視野角を増加させるために光を広げるように作用する。
【０１００】
本発明の実施形態は、改善された光拡散及びコリメーションを提供できるだけでなく、光吸収性を減らし、ソフトな角度遮断を示し、又はＬＣＤ表示システムにおいて低減されたモアレ若しくはニュートン環を示す薄くされた厚さの光学フィルムも提供できる。本発明は、また、引っかき耐性のある表面と、小さい表面的な欠陥を隠す拡散性表面と、望ましいカラーポイントを与えるように修正可能であるポリマー層とを提供する。
【０１０１】
本発明は、本発明の幾つかの好ましい実施形態を特に参照しながら詳細に説明されてきたが、本発明の精神と範囲内で変形と修正が実施可能であることは理解されるであろう。
【０１０２】
以下の例は、本発明の実施を示す。それらは、本発明のすべての可能な変形を網羅するようには意図されていない。他に指示されなければ部分とパーセンテージは、重量による。
【実施例】
【０１０３】
本実施例では、約９０度の頂角を有し、長さ１２００マイクロメートル、幅３５マイクロメートル、高さ２７マイクロメートルである個別の統合光学要素を含むポリカーボネート系シートが数層の不連続光学修正層でコーティングされた。ニューヨーク州ロチェスターのイーストマン・コダック・カンパニーによって製造された１３インチ幅のマイクロ複製ポリカーボネート支持体が、光学修正層を持たない同じ光学要素と比較してソフトな角度遮断を有する改善された広角の外観を作り出すようにコーティングされた。本実施例は、光学修正層の有利な光学特性を示すであろう。
【０１０４】
マイクロ複製ポリカーボネート支持体上にコーティングされた実施例１−４のために利用される１キログラム分散を行うために、蒸留水８８５．４グラムと、コネチカット州ミドルベリーのチェムツラ・コーポレーションから入手された１１４．６グラムのＷｉｔｃｏＢｏｎｄ（登録商標）Ｗ−３２０Ｌａｔｅｘとがともに加えられた。ＷｉｔｃｏＢｏｎｄ（登録商標）Ｗ−３２０Ｌａｔｅｘは、−１５℃のガラス転移温度と７２０％の破断点伸びを有する水性ポリウレタン分散である。この全分散は室温に保持され、コーティングに先立って約１時間、かき混ぜられた。
【０１０５】
マイクロ複製ポリカーボネート支持体上にコーティングされた実施例５−６のために利用される１キログラム分散を行うために、蒸留水９３５．４グラムと、コネチカット州ミドルベリーのチェムツラ・コーポレーションから入手された６４．６グラムのＷｉｔｃｏＢｏｎｄ（登録商標）Ｗ−５０７Ｌａｔｅｘとがともに加えられた。ＷｉｔｃｏＢｏｎｄ（登録商標）Ｗ−５０７Ｌａｔｅｘは、−２５℃のガラス転移温度と８００％の破断点伸びを有する水性ポリウレタン分散である。この全分散は室温に保持され、コーティングに先立って約１時間、かき混ぜられた。
【０１０６】
マイクロ複製ポリカーボネート支持体上にコーティングされた実施例７−８のために利用される１キログラム分散を行うために、蒸留水８６６．３グラムと、コネチカット州ミドルベリーのチェムツラ・コーポレーションから入手された１３３．７グラムのＷｉｔｃｏＢｏｎｄ（登録商標）Ｗ−２３２Ｌａｔｅｘとがともに加えられた。ＷｉｔｃｏＢｏｎｄ（登録商標）Ｗ−２３２Ｌａｔｅｘは、−１５℃のガラス転移温度と１７５％の破断点伸びを有する水性ポリウレタン分散である。この全分散は室温に保持され、コーティングに先立って約１時間、かき混ぜられた。
【０１０７】
上記のラテックス分散は、スロットコーターと１００℃に加熱された２０メートル水平乾燥部とを利用して、個別の光学要素を有するポリカーボネート複製支持体上にコーティングされた。実施例１−８は、１０メートル／分でコーティングされた。コーティングされ、乾燥されたこれらの実施例は、それから、ＥＺ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  １６０  ＥＬＤＩＭを使用してそれらの光学特性に関して特徴付けられた。軸上光学利得損失、Ｈ／Ｖ（水平／垂直）軸外利得改善及び最大一次導関数値は、ＥＬＤＩＭによって生成された湾曲した水平・垂直走査から計算された。下記の表１は、バインダータイプ、バインダーカバレッジ、光学的結果及び外観を含む。
【０１０８】
【表１】
2008287221.tif 000002
【０１０９】
表１の測定値に関して軸上の相対的利得変化は、＋／−５度シータ（ファイ＝０）に亘る変化の平均値（ｎ＝５）である。軸外の相対的利得変化は、＋／−シータ（例えば、＠＋６０／−６０Ｈ、＋４０／−４０Ｖ）において＋／−１度シータに亘る結果の平均値（ｎ＝５）である。最大一次導関数（絶対値で表される）は、＋／−シータにおける導関数の平均値（ｎ＝５）である。
【０１１０】
表１に示された外観は、コーティング層が機械乾燥機を出て行くときのコーティング層の目視による決定であった。許容可能な等級は、幾つかの筋または他の一般的コーティング欠陥は存在する可能性があるが、全体的外観は軸上光学利得損失及び軸外光学利得改善を測定するために十分に均質であることを示した。許容不能の等級は、全体的外観が筋、まだら外観又は他のコーティング欠陥のために許容可能でないことを示す。もし外観等級が許容不能であれば、データが不均一外観のために歪められるので、輝度利得値は測定されなかった。さらに許容不能な外観は、ＬＣＤテレビの望ましくない不均一性という結果を生じ、光学フィルムの商業的価値を著しく低下させるであろう。この基準に基づいてＷｉｔｃｏＢｏｎｄ  Ｗ−２３０部品は、軸上光学利得損失及び軸外光学利得改善に関してテストされなかった。
【０１１１】
実施例１は、水平６０度における軸外利得改善が好適な最小値１．３と比較して１．２６であったので、望ましい光学性能特性を満たさなかった。実施例２−５はすべて、軸上光学利得損失とＨ／Ｖ軸外利得改善と最大一次導関数値とに関する好適な目標を満たしており、光方向転換フィルムに固有の角度遮断点を十分にソフトにしている。実施例５は、水平６０度における軸外利得改善が好適な最小値１．３０と比較して１．２０であり、０から６０Ｈ走査方向における最大一次導関数が好適な最大値０．０６と比較して０．１０であり、０から４０Ｖ走査方向における最大一次導関数が好適な最大値０．０８と比較して０．１３であったので、望ましい光学性能特性を満たさなかった。実施例６は、水平６０度における軸外利得改善が好適な最小値１．３０と比較して１．２６であり、０から４０Ｖ走査方向における最大一次導関数が好適な最大値０．０８と比較して０．０９であったので、望ましい光学性能特性を満たさなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】実施形態に従って光学フィルムを製造するための装置の単純化された概略図である。
【図２】実施形態に基づく微細構造の拡大上面概略図である。
【図３】実施形態に基づく微細構造の拡大上面概略図である。
【図４】実施形態に基づく微細構造の拡大上面概略図である。
【図５】実施例及び比較例の材料に関する光学利得対視野角のグラフである。
【図６】図５に含まれる曲線に関する一次導関数対視野角のグラフである。
【図７】コーティングを施した微細構造の拡大上面概略図である。
【図８】コーティングを施した微細構造の拡大上面概略図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０１  押出し成形機
１０３  材料
１０５  パターン化ローラ
１０７  圧力ローラ
１０９  ベース層
１１１  剥離ローラ
１１３  光学層
５０１  従来のプリズム形フィルムに関する利得曲線
５０２  本発明の材料に関する利得曲線
５０３  水平基準点（−６０゜）
５０４  ０゜における従来の利得
５０５  垂直基準点（＋４０゜）
６０１  曲線５０１（従来）の一次導関数
６０２  曲線５０２（本発明）の一次導関数
【図１】
2008287221.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008287221.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008287221.tif 000007
【図６】
2008287221.tif 000008
【図７】
2008287221.tif 000009
【図８】
2008287221.tif 000010
【外国語明細書】
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2008287221000002.pdf
2008287221000003.pdf
2008287221000004.pdf