(57)【要約】【課題】白斑問題を低減し、高出力ＬＥＤを利用する際の視角を広げるための、改善された光混合を提供する光方向転換性フィルムを提供すること。【解決手段】バックライト装置は、（ａ）光源と、（ｂ）導光板と、（ｃ）様々な角度に向けて光を方向転換する光方向転換性物品であり、選択された頂角と、選択された第１の底角と、選択された第２の底角を有する複数のプリズム構造を含み、選択された屈折率値を有する材料を含み、各選択が、６０°の極角において改善された輝度を提供するのに十分であり、各プリズム構造が、基本的に導光板の長手方向に平行である光方向転換性物品とが含まれる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライト装置であって：
（ａ）照明を放つ光源と；
（ｂ）前記照明を導光板に結合するための入力面と、出力照明を提供する出力面と、入光面と垂直をなす長手方向Ｌと、入光面に平行な横手方向Ｗとを有する導光板と；
（ｃ）様々な角度に向けて光を方向転換するための光方向転換性物品であり、光方向転換性物品が、各プリズム構造が選択された頂角と選択された第１の底角と選択された第２の底角とを有する、複数のプリズム構造を含み、かつ選択された屈折率値を有する材料を含み、これらの選択が、（１）前記長手方向に平行な、光源から遠い方向及び（２）前記長手方向に平行な、光源に近い方向の両方の方向、並びに（３）前記横手方向に平行な方向への、６０°の極角に沿った光輝度が、ＬＷ面と垂直をなすその軸上方向に沿った輝度の３５％以上になるのに十分な選択であり、プリズム構造が、本質的に導光板の前記長手方向に平行である、光方向転換性物品と；
を含む、バックライト装置。
【請求項２】
拡散フィルムをさらに含む、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項３】
前記プリズム構造が、４０°から６０°までの範囲内の頂角を有する請求項１記載のバックライト装置。
【請求項４】
前記プリズム構造が、丸みを帯びた頂角を有する、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項５】
光方向転換性物品が、導光板と光方向転換性物品のプリズム構造との間に位置する平面を有する、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項６】
光方向転換性物品が平面を有し、かつ光方向転換性物品のプリズム構造が導光板と前記平面との間に位置する、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項７】
前記光源が発光ダイオード光源を含む、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項８】
頂角が、４０°から６５°までの間、あるいは２０°から３５°までの間である請求項１記載のバックライト装置。
【請求項９】
約１．７８未満のフィルム屈折率と、約４０°から６０°まで、または約２０°から３０°までの頂角を有する請求項１記載のバックライト装置。
【請求項１０】
約１．７８より大きいフィルム屈折率と、約５６°から６５°まで、または約２８°から３３°までの頂角を有する請求項１記載のバックライト装置。
【請求項１１】
バックライト装置であって：
（ａ）照明を放つ光源と；
（ｂ）前記照明を導光板に結合するための入力面と、出力照明を提供する出力面と、長手方向Ｌと、横手方向Ｗとを有する導光板と；
（ｃ）光を方向転換するための光方向転換性物品であり、各プリズム構造が、４０°から６０°までの範囲内の選択された頂角と第１の底角と第２の底角とを有する複数のプリズム構造を含み、選択された屈折率を有する材料を含み、プリズム構造が、光混合を高めるために、本質的に導光板の長手方向に平行である、光方向転換性物品と；
を含む、バックライト装置。
【請求項１２】
選択された屈折率が、約１．７８未満である請求項１１記載のバックライト装置。
【請求項１３】
前記複数の選択が、（１）長手方向に平行な、光源から遠い方向及び（２）長手方向に平行な、光源に近い方向の両方の方向、並びに（３）横手方向に平行な方向への、６０°の極角に沿った光輝度が、ＬＷ面と垂直をなす軸上方向に沿った輝度の３５％以上になるのに十分な選択である、請求項１１記載のバックライト装置。
【請求項１４】
バックライト装置であって：
（ａ）照明を放つ光源と；
（ｂ）前記照明を導光板に結合するための入力面と、出力照明を提供する出力面と、長手方向Ｌと、横手方向Ｗとを有する導光板と；
（ｃ）光を方向転換する光方向転換性物品であり、各プリズム構造が、選択された頂角と選択された第１の底角と選択された第２の底角とを有する複数のプリズム構造を有する単一シートを含み、１．５９から１．８５までの範囲内の選択された屈折率を有する材料を含み、プリズム構造が、光混合を高めるために、本質的に導光板の長手方向に平行である前記光方向転換性物品と；
を含む、バックライト装置。
【請求項１５】
光方向転換性物品は、前記Ｌ方向とＷ方向への６０°の極角に沿った光輝度が、軸上方向に沿った輝度の３５％以上になるように光を方向転換する、請求項１４記載のバックライト装置。
【請求項１６】
光源が発光ダイオード光源を含む、請求項１５記載のバックライト装置。
【請求項１７】
拡散フィルムをさらに含む、請求項１５記載のバックライト装置。
【請求項１８】
液晶変調器とバックライト装置とを含む電子ディスプレイであって、
バックライト装置が：
（ａ）照明を放つ光源と；
（ｂ）前記照明を導光板に結合する入力面と、出力照明を提供する出力面と、長手方向Ｌと、横手方向Ｗとを有する導光板と；
（ｃ）様々な角度に向けて光を方向転換するための光方向転換性物品であり、各プリズム構造が選択された頂角と選択された第１の底角と選択された第２の底角とを有する複数のプリズム構造を含み、選択された屈折率値を有する材料を含み、これらの選択が、（１）前記長手方向に平行な、光源から遠い方向及び（２）前記長手方向に平行な、光源に近い方向の両方の方向、並びに（３）前記横手方向に平行な方向への、６０°の極角に沿った光輝度が、ＬＷ面と垂直をなすその軸上方向に沿った輝度の３５％以上になるのに十分な選択であり、プリズム構造が、導光板の長手方向に本質的に平行である、光方向転換性物品と；
を含む、電子ディスプレイ。
【請求項１９】
拡散フィルムをさらに含む、請求項１８記載の電子ディスプレイ。
【請求項２０】
発光ダイオード光源をさらに含む、請求項１８記載の電子ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、大きな視認角度で輝度を提供し、かつ発光ダイオード（ＬＥＤ）光源の光混合を高めるバックライト装置に関し、より詳細には、そのプリズム構造が導光板の長手方向に平行である、単一の光方向転換性プリズムフィルムを含むバックライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、コストと性能の向上が進み、多くのコンピュータ、計測および娯楽の用途で好まれる種類のディスプレイになっている。従来型のラップトップコンピュータディスプレイで使用される透過型ＬＣＤは、光を、外側、すなわちＬＣＤに導くために、ＬＣＤの背面に位置する発光面を有する種類のバックライトディスプレイである。コンパクトで、低コストを維持したままで、十分に均一な輝度を有する、好適なバックライト装置を提供するという課題は、２つの基本的な手法の１つに従って対処されている。第１の手法では、発光面を使って、広範囲の角度にわたって本質的に一定の輝度を有する、高度に散乱された、本質的に均等拡散の光分布が提供される。この第１の手法に従い、軸上と軸付近の輝度を増大させる目的で、より平行な照明を提供するために、拡散分布を有するこの光の一部分を方向転換する、いくつかの輝度上昇フィルムが提案されている。提案されている輝度上昇フィルムの解決策の中には、例えば、米国特許第５９１７６６４号明細書（Ｏ  Ｎｅｉｌｌら）、米国特許第５９１９５５１号明細書（Ｃｏｂｂら）に記載されているものがある。
【０００３】
バックライト照明を提供する第２の手法は、側面に配置されたランプまたは別の光源からの入射光を受け入れ、且つ、全反射（ＴＩＲ）を使って、光が狭い範囲の角度にわたって導光板（ＬＧＰ）から放出せられるようにこの光を内部で誘導する、導光板（ＬＧＰ）を用いる。ＬＧＰからの出力光は、典型的に、例えば、７０°以上など、垂線に対してかなり急角度である。この第２の手法では、次いで、ある種の光方向転換性物品である転向フィルムを使って、ＬＧＰから出力される放射光が垂直方向に方向転換される。方向転向フィルムは、例えばニューヨーク州ボールドウィンのＣｌａｒｅｘ社から入手可能なＨＳＯＴ（高度散乱光透過）導光パネルで提供されるものなど、光方向転換性物品または光方向転換性フィルムと広く一般に呼ばれ、拡散フィルムや、製造時のドット印刷を必要とせずに、この種の均一なバックライトを提供する改善された解決策を提供する。ＨＳＯＴ導光パネルおよびその他の種類の方向転向フィルムは、様々な組み合わせにおいて、プリズム構造の配列を使って、導光板から垂直方向に、または、典型的に、２次元面に対してほぼ垂直をなす、または他のある好適な目標角度に向けて光を方向転換する。一例として、米国特許第６７４６１３０号明細書（オオカワ）には、ＬＧＰ照明用の転向フィルムとして働く光制御シートが記載されている。
【特許文献１】米国特許第５９１７６６４号明細書
【特許文献２】米国特許第５９１９５５１号明細書
【特許文献３】米国特許第６７４６１３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＬＥＤが光源として使用されるときには、ＬＥＤが個別光源であり、かつ強い光を放つことによる、光源付近の白斑の問題がある。この問題については、以下で、図４Ａと４Ｃを参照して説明する。従来型コリメーションフィルム（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ  ｆｉｌｍ）に伴う別の問題が、狭い視角である。いくつかの用途では、３Ｍ社（ミネソタ州セントポール）製の輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）などのコリメーションフィルムを備えることは有利であるが、特に、正面輝度が必要なレベルを十分に上回るように高出力ＬＥＤが使用されるときに、広い視角がより重要である場合もある。
【０００５】
よって、白斑問題を低減し、高出力ＬＥＤを利用する際の視角を広げるための、改善された光混合を提供する光方向転換性フィルムの解決策が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
（ａ）照明を放つ光源と、
（ｂ）上記照明を導光板に結合するための入力面と、出力照明を提供する出力面と、長手方向と、横手方向とを有する導光板と、
（ｃ）様々な角度に向けて光を方向転換する光方向転換性物品であり、各プリズム構造が選択された頂角と選択された第１の底角と選択された第２の底角を有する複数のプリズム構造を含み、選択された屈折率値を有する材料を含み、これらの選択が、（１）前記長手方向に平行な、光源から遠い方向及び（２）前記長手方向に平行な、光源に近い方向の両方の方向、並びに（３）前記横手方向に平行な方向への、６０°の極角に沿った光輝度が、ＬＷ面と垂直をなすその軸上方向に沿った輝度の３５％以上になるのに十分な選択であり、前記プリズム構造が、前記導光板の長手方向に本質的に平行である、光方向転換性物品と、
を含むバックライト装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の有利な点は、プリズム構造を有する光方向転換性フィルムを介して、特に発光ダイオード光源での高められた光混合を提供することである。本発明の別の有利な点は、６０°の視角での増大された光輝度を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書は、本発明の対象を詳細に指摘し且つ明確に特許請求する、特許請求の範囲と共に完成するが、本発明は、以下の説明を添付の図面と併せて読めばよりよく理解されると考える。
【０００９】
本説明は、特に、本発明に従う装置の一部を形成し、または本発明に従う装置とより直接的に協働する要素を対象とするものである。具体的に図示せず、または説明しない要素が、当業者によく知られている様々な形を取り得ることが理解される。
【００１０】
上記背景技術の項で示したように、偏光機能を、照明経路の他の構成要素内に組み込むことによって、照明装置の全体的な複雑さを低減しようとする試みがなされている。同時係属の米国特許出願第１１／３０２０１１号明細書、米国特許出願第１１／３００６５９号明細書、および米国特許出願第１１／３０２１０３号明細書に開示されている手法は、偏光機能を、転向フィルム内に、またはより一般的には、ディスプレイの光方向転換性要素内に組み込むものである。これらの方法では、光方向転換性物品の形状および構成の設計にブルースター角（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ’ｓ  ａｎｇｌｅ）を用い、それによって、単一の構成要素において光方向転換性と偏光の両方を行う。
【００１１】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄは、それぞれ、米国特許出願第１１／３０２０１１号明細書の図６、７Ａ、７Ｂ、および７Ｃに対応する。図１Ａは、平面２２と、光源１２に対して近い面２４と、遠い面２６を有する偏光転向フィルム２０を用いたディスプレイ装置６０を示す概略的断面図である。光源１２は、導光板１０の側面に配置されており、導光板１０は、入力面１８と、端面１４と、出力面１６とを有する。反射フィルム５２は、導光板１０の下に配置されている。この位置決めと導光板１０の設計が、転向フィルムに必要な角挙動と設計レイアウトを決定づける。ＬＣ空間光変調器７０は、導光板１０と転向フィルム２０から受け取られる偏光を変調する。半波長板８０は任意選択である。背面偏光子７２と前面偏光子７３は、ＬＣ空間光変調器７０自体に設けられている。しかしながら、これらの組み込み式偏光子は、吸収性のものであり、吸収光で動作しない偏光転向フィルム２０とは異なり、ＬＣ変調器の動作のために必要である。
【００１２】
図１Ｂは、図１Ｂでは垂直方向に延びる転向フィルム２０のプリズム構造７５と溝に対して４５°に配向されている１対の偏光子７２、７３を使ったＬＣ空間光変調器７０の偏光子７２、７３の偏光透過軸１７２、１７３を示す概略的上面図である。この場合、偏光の偏光方向を、横断面に平行から背面偏光子７２に平行へと変更するために、半波長板８０が、任意選択で、転向フィルム２０とＬＣ空間光変調器７０の間に設けられる。半波長板８０の光軸は、背面偏光子７２に対して２２．５°に配向されている。
【００１３】
図１Ｃは、転向フィルム２０の溝とプリズム構造７５に対して平行または直角に配向された１対の偏光子を使った、ＬＣ空間光変調器７０の偏光子７２、７３の偏光透過軸１７２、１７３を示す概略的上面図である。この場合、ＬＣ空間光変調器７０は、垂直配向（ＶＡ）ＬＣＤまたはＩＰＳ  ＬＣ素子を使用することができる。背面偏光子透過軸１７２は、横断面に平行であり、よって、半波長板８０は不要である。
【００１４】
図１Ｂと１Ｃに示すように、プリズム構造７５は、直線方向に伸長され、かつ実質的に平行に延在していてもよい。また、プリズム構造７５は、図１Ｅに示すように、波状に伸長され、なおかつ、実質的に平行に延在していてもよい。図１Ｄは、別の実施形態における、弓形に伸長されたプリズム構造７５を有する偏光転向フィルム２０を示す概略的上面図である。この配列は、よりコンパクトな設計を有するように、導光板１０の１つまたは複数の角に発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点光源を用いる際に有利である。背面偏光子透過軸１７２は、多かれ少なかれ、横断面に平行であり、よって、半波長板８０は不要である。
【００１５】
図１Ｆは、偏光子透過軸１７２、１７３を示さずに、いくつかのＬＥＤなどの個別光源である光源１２を示す概略的上面図である。また、ＬＥＤは、図１Ａ〜１Ｅに示すような光源とすることもできる。
【００１６】
図２Ａは、拡散フィルム３１と、３Ｍ社（ミネソタ州セントポール）製の輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）などの従来型コリメーションフィルム４０を使ったディスプレイ装置６１を示す概略的斜視図である。コリメーションフィルムは、典型的に、平面４２と、平面４２の反対側のプリズム構造とを有する。プリズム構造は、８５°から９５°までの間、好ましくは９０°の頂角αを有する。プリズム構造の屈折率ｎは、約１．５８である。導光板１０’は、図１Ａに示す導光板１０と同様に、入力面１８と端面１４と出力面１６を有する。ただし、導光板１０’は、底面上に拡散素子１１を備えるが、導光板１０はこれを備えず、偏光転向フィルム２０の頂角は、約３０°から６５°である。拡散素子１１は、印刷された白いドットまたはエッチングパターンとすることができる。光源１２は、少数の個別光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などである。光の均斉度を向上させるために、ＬＣＤ７０とコリメーションフィルム４０の間に別の拡散板が配置されてもよい。図１Ａでも、図２Ａでも、プリズム構造を有するただ１枚の光学フィルムが使用されており、光学フィルム（２６または４０）の溝は、適切に機能するように、導光板の横手方向（Ｗ）に平行であり、または導光板（１０または１０’）の長手方向（Ｌ）と直角をなす。
【００１７】
図２Ｂは、３Ｍ社（ミネソタ州セントポール）製の輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）など、第２の従来型コリメーションフィルム６０を含むことを除いて、ディスプレイ６１と同じであるディスプレイ６２を示す概略的斜視図である。第２のコリメーションフィルム６０は、プリズム構造の先端が幾分丸みを帯びたものでよく、これらの厚さが異なり得ることを除いて、基本的に第１のコリメーションフィルム４０と同じである。第１のコリメーションフィルム４０の機能は、入光面と垂直をなす長手方向（Ｌ）を含む面の光を平行にすることであり、第２のコリメーションフィルム６０の機能は、入光面に平行な横手方向（Ｗ）を含む面の光を平行にすることである。図２Ｂに示す構成を有するディスプレイは、携帯電話機のディスプレイ、およびその他の小型から中型のディスプレイで幅広く使用される。ディスプレイ６２は、２枚のコリメーションフィルム４０と６０からのコリメーション効果により、高い正面輝度を有する。しかしながら、視角が約４５°より大きいときには、ごくわずかな量の光だけしか利用できない。この態様は、電力消費を最小限に抑える必要があり、見る者ただ１人だけがディスプレイを読めばよい用途では有利であるが、正面輝度が、２枚のコリメーションフィルムが使用されるときに必要とされるより大きくなるように高性能ＬＥＤが使用され、その一方で、ディスプレイ上の画像を数人でシェアすることができるように大きい視角特性が不可欠であり、より低コストにするためにより少ない枚数の光学フィルムが必要とされる他の用途では不利である。
【実施例】
【００１８】
実験１：光混合
図３Ｂと３Ｄは、本発明による、上向きのプリズム構造を有する単一の光学フィルム９０を備えるディスプレイ６３ｂ、６３ｄを示す概略的斜視図である。単一の光学フィルム９０は、約９０°の頂角を有するＢＥＦフィルムではなく、その代わりに同時係属の米国特許出願第１１／３０２０１１号明細書、米国特許出願第１１／３００６５９号明細書、および米国特許出願第１１／３０２１０３号明細書で論じられている光方向転換性フィルムまたは偏光転向フィルムの１つであった。より具体的には、プリズム構造７５は、図３Ｅに示すように、プリズムピッチＰ、プリズム高さＨ、頂角α、第１の底角β１および第２の底角β２を特徴とするものであった。頂角αは、約４８°であり、第１の底角β１と第２の底角β２は、それぞれ、約６４°と６７°であった。プリズム構造７５の溝は、本質的にに、導光板１０’の長手方向（Ｌ）に平行に配列された。すなわち、プリズム構造の溝が、導光板１０’の長手方向（Ｌ）の１０°以内、好ましくは５°以内、より好ましくは２°以内の方向に配置された。また、プリズム構造７５の溝も、本質的に、導光板１０’の横手（Ｗ）方向と直角をなすものであった。ディスプレイ６３ｄは拡散フィルム３２を含むが、ディスプレイ６３ｂは拡散フィルムを含まなかった。拡散フィルム３２の機能は、光学フィルム９０の表面上のキズがある場合にはそれを隠し、それが深刻な問題である場合には、干渉模様を隠すことである。また、拡散フィルム３２は、光均斉度を幾分向上させた。
【００１９】
図３Ａに示す比較ディスプレイ６３ａは、光学フィルム９０のプリズム構造７５の溝が、本質的に、導光板１０’の長手方向（Ｌ）と直角をなすものであったことを除いて、図３Ｂに示すディスプレイ６３ｂと同じであった。
【００２０】
図３Ｃに示す比較ディスプレイ６３ｃは、光学フィルム９０のプリズム構造７５の溝が、導光板１０’の長手方向（Ｌ）と直角をなすものであったことを除いて、図３Ｄに示すディスプレイ６３ｄと同じである。
【００２１】
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄは、それぞれ、ディスプレイ６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、および６３ｄから取られた上面輝度分布図である。本図で使用したディスプレイバックライトユニットは、アップル社（カリフォルニア州クパチーノ）から入手可能な、ｉＰｏｄ  Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｌｏｒ  ＬＣＤディスプレイの一部であり、デジタル写真は、イーストマンコダック社（ニューヨーク州ロチェスタ−）から入手可能な、コダックデジタルスチルカメラ（ＤＸ４９００ズーム）を使って撮影された。
【００２２】
図４Ａは、上向きのプリズム構造と、導光板の長手方向と直角をなす溝とを有する単一の光学フィルムを備える、比較例による図３Ａに示すディスプレイ装置６３ａの上面輝度分布である。空間輝度分布は均一でなく、個別光源による輝点が、個別ＬＥＤ光源が位置する端部に沿って見られたことが分かる。
【００２３】
図４Ｂは、上向きのプリズム構造と、導光板の長手方向に平行な溝とを有する単一の光学フィルムを備える、本発明による図３Ｂに示すディスプレイ装置６３ｂの上面輝度分布である。図４Ｂには、輝度空間均斉度において図４Ａに優る大きな改善が示されている。
【００２４】
図４Ｃは、上向きのプリズム構造と、導光板の長手方向と直角をなす溝とを有する単一の光学フィルムを備える別の比較例による図３Ｃに示すディスプレイ装置６３ｃの上面輝度分布である。拡散シートフィルムが、光方向転換性フィルムの上に配置された。拡散シートフィルムの追加により、輝度空間均斉度が大幅に改善された。しかしながら、依然として、個別ＬＥＤ光源が位置する端部に沿って輝点が見られた。
【００２５】
図４Ｄは、上向きのプリズム構造と、導光板の長手方向に平行な溝とを有する単一の光方向転換性フィルムを備える本発明によるディスプレイ装置６３ｄの上面輝度分布である。拡散シートフィルムが、光方向転換性フィルムに上に位置した。この構成では、空間輝度分布は、ほぼ一定であった。ＬＥＤ光源による輝点は、最小限に抑えられた。
【００２６】
光学フィルム９０がなかったことを除いて図３Ｃと同じであった別の比較例は、拡散フィルム３２だけでは、白斑問題を抑制するのに十分でないことを示した。
【００２７】
また、光学フィルム９０が約９０°の頂角を有する単一の輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）であったことを除いて図３Ａと同じであった別の比較例にも、図４Ａに示すのと同様の白斑問題があった。
【００２８】
より十分な理解のために、まず、以下の実験を説明した後で、さらに詳細な説明を行う。
【００２９】
実験
要約すると、実験１は、各プリズム構造が、選択された頂角と、選択された第１の底角と、選択された第２の底角とを有する複数のプリズム構造を含み、かつ選択された屈折率を有する材料を含む光方向転換性フィルムが、これらのプリズム構造が、導光板の長手方向に対して直角ではなく、本質的に平行であるときに、白斑問題を抑制し、光混合を高めることができることを示す。
【００３０】
実験２：視角の拡大
図５Ａ〜５Ｄに、表１を参照して論じるディスプレイバックライトユニットの光角度分布（ａｎｇｕｌａｒ  ｌｉｇｈｔ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を特徴付ける際に使用される測定形状構成を示す。ディスプレイバックライトユニット６４（ｉＰｏｄ  ｐｈｏｔｏ  ｃｏｌｏｒ  ｄｉｓｐｌａｙ  ＬＣＤ  ＬＱ０２０Ｂ７ＵＡ０１の一部）の光角度分布が、フォトリサーチ社（カリフォルニア州チャッツワース）から入手可能な、ＰＲ６５０分光放射計４４を使って測定された。場合により、１枚または複数の光学ディスプレイフィルム３２が、ディスプレイバックライトユニット６４の上で使用された。図５Ａでは、測定は、ディスプレイバックライトユニットの前面に対して垂直すなわち軸上の方向で行われた。図５Ｂでは、測定は、ディスプレイバックライトユニットの前面の垂線に対して６０°の方向で、ＬＥＤ光源１２から遠い方向で行われた。図５Ｃでは、測定は、ディスプレイバックライトユニットの前面の垂線に対して６０°の方向で、ＬＥＤ光源１２に近い方向で行われた。図５Ｄでは、測定は、ディスプレイバックライトユニットの前面の垂線に対して６０°の方向で、かつＷに平行な面すなわち導光板１０’のＬＥＤ端部１８に平行な面で行われた。表１には、図５Ａ〜Ｄに示す測定形状による５つのディスプレイバックライトユニット構成で測定された輝度レベル（ｃｄ／ｍ２単位）が示されている。実施例１では、光学フィルム４５が使用されなかった。実施例２〜４では、プリズムフィルムの溝は、ＬＥＤ端部、導光板１０’の入力面１８、または（図３に示す）導光板の横手方向Ｗとすべて直角をなした。実施例５では、２枚のＢＥＦが使用され、その構成は、図２Ｂに示されている。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
実施例１（比較例）
実施例１では、ディスプレイバックライトユニットは、いかなる光学ディスプレイフィルムを含まなかった。軸上輝度レベル（５Ａ形状）は、光学ディスプレイフィルムが使用された構成（実施例２〜５）と比べて低かった。この構成は、光学フィルムを含まなかったため、許容できないほどの白斑問題を示した。
【００３３】
実施例２（本発明の例）
実施例２では、ディスプレイバックライトユニットは、本発明による、約４８°の頂角αを有するプリズム構造を備え、約１．６３の屈折率の材料（ポリスルホン）でできた光学フィルム４５を含んでいた。プリズムフィルムの溝は、導光板１０’の長手方向（Ｌ）に平行すなわちＬＥＤ端部に対して垂直であった。軸上輝度レベルは、実施例１と比べて向上した。また、５Ｂ、５Ｃまたは５Ｄの測定形状でも妥当な輝度レベルを維持した。
【００３４】
実施例３（本発明の例）
実施例３は、光学フィルム４５が、本発明による、約４８°の頂角αを有するプリズム構造を備え、約１．５９の屈折率の材料（ポリカーボネート）でできていることを除いて、実施例２と同じであった。プリズムフィルムの溝は、導光板１０’の長手方向（Ｌ）に平行であった。軸上輝度レベルは、実施例１と比べて向上した。また、５Ｂ、５Ｃまたは５Ｄの測定形状でも妥当な輝度レベルを維持した。
【００３５】
実施例４（比較例）
実施例４は、光学フィルム４５が、約９０°の頂角を有し、約１．５８の屈折率の材料でできた従来型輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）であることを除いて実施例２と同じであった。プリズムフィルムの溝は、導光板１０’の長手方向（Ｌ）に平行であった。軸上輝度レベルは、実施例２および３より良好であった。しかしながら、軸外性能は、列５Ｂ〜Ｄに示すように、実施例２〜３に比べてずっと低く、この構成での視角が狭いことを示した。
【００３６】
実施例５（比較例）
実施例５は、光学フィルム４５が、それぞれが約９０°の頂角を有し、約１．５８の屈折率の材料でできた２枚の従来型輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）を含むことを除いて、実施例２と同じであった。プリズムフィルムの溝は、導光板１０’の長手方向（Ｌ）に対して平行または直角であり、相互に直角であった。軸上輝度レベルは、全実施例中最善であった。しかしながら、軸外性能は、列５Ｂ〜Ｄに示すように、全実施例中最低であり、この構成での視角が非常に狭いことを示した。
【００３７】
実施例２から５は、上向きのプリズム構造を有し、かつ導光板の長手方向に平行なそれらの溝を有するあらゆる光学フィルムが、視角を広げることができるとは限らないことを示した。本発明の２つの実施例２および３では、光学フィルム４５は、選択された頂角αと選択された屈折率とを有し、これらにより、垂線から約６０°の３つの方向（それぞれ、図５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに示す、光源から遠い、光源に近い、光源に平行）における輝度レベルを、垂直方向での輝度レベルの約４２％（実施例２）と４６％（実施例３）より大きくすることができた。これと対照的に、表１の最後の列は、（垂線から６０°の）５Ｂと５Ｃと５Ｄの形状間で最低の量と５Ａの形状（垂直方向）との輝度レベルの比は、比較例４では約２０％、比較例５では約１６％であったことを示している。実施例１では光学フィルムがなく、その結果として白斑問題が生じ、この比は高かったが、望ましくないものとなった。
【００３８】
さらに詳細な説明
実験１と実験２では、特定のプリズム構造と材料のごく少数の光方向転換性フィルムが使用されたが、光方向転換性フィルムは、光方向転換性フィルムが、各プリズム構造が選択された頂角と選択された第１の底角と選択された第２の底角とを有する複数のプリズム構造を含み、かつ選択された屈折率を有する材料を含むときには、６０°の極角に沿った光輝度が、軸上方向に沿った輝度の３５％以上に、より好ましくは、４０％以上になるように、光混合を促進し、光を様々な角度に向けて方向転換することができると期待される。
【００３９】
頂角は、望ましくは、４０°から６５°までの間、または２０°から３５°までの間である。約１．７８未満の屈折率を有する材料が使用されるとき、頂角は、典型的に、約４０°から６０°まで、または約２０°から３０°までであり、第１と第２の底角の合計が頂角の補角になり、合わせて１８０°になる。典型的に、これら底角は、６２°から７０°までの範囲である。約１．７８より大きい屈折率を有する材料が使用されるとき、プリズム構造の頂角は、典型的に、約５６°から６５°まで、または約２８°から３３°までであり、第１と第２の底角の合計が頂角の補角になり、合わせて１８０°になる。第１と第２の底角は、通常、６２°から７０°まで変動する。場合によっては、２つの底角の１つが、８５°から９５°までの範囲にあってもよい。
【００４０】
また、光方向転換性フィルムのプリズム構造の溝が、本質的に、導光板の長手方向に平行に配列されているときに、光方向転換性フィルムが、光を様々な角度に向けて方向転換することができ、６０°の３つの主な極角のいずれに沿った光輝度も、軸上方向に沿った光輝度の３５％以上、より好ましくは４０％以上であり、光混合を高めることができるという要件を満たす、例えば図３Ｆに示すような、選択された頂角と選択された第１の底角と選択された第２の底角を有する下向きのプリズム構造を備え、かつ選択された屈折率を有する材料を含む光方向転換性フィルムを用いることも、本発明の範囲内である。この場合、光方向転換性フィルムのプリズム構造は、導光板と、光方向転換性フィルムの平面の間に位置する。
【００４１】
最適な材料には、所望の屈折率の、任意の利用可能な透明ポリマーまたはコポリマーが包含され、例えば２００４年８月１２日に公開された、サダヨリらによる、「Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ  ｈａｖｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｔｈｅｒｅｏｆ（高屈折率を有するポリカルボジイミドおよびその製造方法）」という名称の米国特許出願公開第２００４／０１５８０２１号明細書に開示されている、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コポリマーなどが挙げられる。これらの材料の屈折率は、５８９ｎｍで１．７３８から１．７５７まで変動した。また、Ｃｈｉｓｈｏｌｍらによる「ＨＩＧＨ  ＩＮＤＥＸ  ＣＯＡＴＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＦＩＬＭＳ（高屈折率層被覆光制御フィルム）」という名称の米国特許出願公開第２００４／０１０９３０５号明細書に開示されているように、例えばチタニア、ジルコニア、バリアといった高屈折率材料のドープ微小球またはビードを有する材料も、おおよそ１．７前後の高屈折率を示す。また、高屈折率の材料には、多くのポリエステル、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）や、ポリブチレン−２，６−ナフタレート（ＰＢＮ）なども含まれる。これらの材料は、Ｈｅｂｒｉｎｋらによる、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ｃｏＰＥＮ／ＰＭＭＡ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｌｍｓ（ｃｏＰＥＮ／ＰＭＭＡ多層光学フィルムを製造する方法）」という名称の米国特許第６８３０７１３号明細書で論じられているように、約１．６４から約１．９程度まで変動する屈折率を有する。１．５９から１．９８までの間の屈折率を有する他の知られている材料も使用され得る。また、ＵＶ硬化法に好適なアクリレートも用いられ得る。
【００４２】
本発明の装置は、一般に、プリズムとして形成される光方向転換性構造を使用する。より正式の定義では、当てはまるプリズムは、少なくとも２つの平面を有する。しかしながら、同時係属の米国特許出願第１１／３０２０１１号明細書、米国特許出願第１１／３００６５９号明細書、および米国特許出願第１１／３０２１０３号明細書で論じられているように、あらゆる実施形態において光方向転換性構造の１つまたは複数の面は、平面でなくてもよく、湾曲していても、複数の切断面を有していても、あるいは切り取られ、または丸みを帯びた先端または頂角を有していてもよいため、本明細書では、より一般的な「プリズム構造」という用語を使用している。加えて、プリズム構造は、前述の同時係属の出願でも論じられているように、その基体と異なる屈折率を有していてもよい。
【００４３】
よって、本発明は、少数の構成要素を使って、大きな視認角度における輝度を提供し、かつ発光ダイオード光源の光混合を高める光方向転換性フィルムの解決策を提供するものである。
【００４４】
本明細書で参照されている特許その他の刊行物の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものである。本発明を、本発明のいくつかの好ましい実施形態を特に参照して詳細に説明しているが、本発明の精神と範囲を逸脱せずに、変形および変更が実施され得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】偏光転向フィルムを使ったディスプレイ装置を示す概略的断面図である。
【図１Ｂ】偏光転向フィルムのプリズム構造と溝に対して４５°に配向されている１対の偏光子を示す図１Ａの概略的上面図である。
【図１Ｃ】偏光転向フィルムのプリズム構造と溝に対して０°または９０°に配向されている１対の偏光子を示す図１Ａの概略的上面図。
【図１Ｄ】弓形に伸長されたプリズム構造を有する偏光転向フィルムを示す概略的上面図である。
【図１Ｅ】波状のプリズム構造を有する偏光転向フィルムを示す概略的上面図である。
【図１Ｆ】光源が、ＬＥＤなどの、いくつかの個別光源である場合を示す概略的上面図である。
【図２Ａ】拡散フィルムと従来型コリメーションフィルムを使ったディスプレイ装置を示す概略的斜視図である。
【図２Ｂ】拡散フィルムと、２枚の交差させた従来型コリメーションフィルムを使ったディスプレイ装置を示す概略的斜視図である。
【図３Ａ】上向きのプリズム構造と、導光板の長手方向と直角をなす溝を有する単一の光学フィルムを備える比較ディスプレイを示す概略的斜視図である。
【図３Ｂ】上向きのプリズム構造と、導光板の長手方向に平行な溝を有する単一の光学フィルムを備える本発明のディスプレイを示す概略的斜視図である。
【図３Ｃ】拡散フィルムと、上向きのプリズム構造および導光板の長手方向と直角をなす溝を有する単一の光学フィルムとを備える比較ディスプレイを示す概略的斜視図である。
【図３Ｄ】拡散フィルムと、上向きのプリズム構造および導光板の長手方向に平行な溝を有する単一の光学フィルムとを備える本発明のディスプレイを示す概略的斜視図である。
【図３Ｅ】本発明による図３Ｂと３Ｄで使用される光学フィルムを示す概略的断面図である。
【図３Ｆ】本発明による図３Ｂと３Ｄで使用され得る光学フィルムを示す概略的断面図である。
【図４Ａ】比較例による図３Ａのディスプレイ装置の上面輝度マップを示す図である。
【図４Ｂ】本発明による図３Ｂのディスプレイ装置の上面輝度マップを示す図である。
【図４Ｃ】比較例による図３Ｃのディスプレイ装置の上面輝度マップを示す図である。
【図４Ｄ】本発明による図３Ｄのディスプレイ装置の上面輝度マップを示す図である。
【図５Ａ】ディスプレイバックライトユニットの光角度分布を特徴付けるのに使用される測定形状構成を示す図である。
【図５Ｂ】ディスプレイバックライトユニットの光角度分布を特徴付けるのに使用される測定形状構成を示す図である。
【図５Ｃ】ディスプレイバックライトユニットの光角度分布を特徴付けるのに使用される測定形状構成を示す図である。
【図５Ｄ】ディスプレイバックライトユニットの光角度分布を特徴付けるのに使用される測定形状構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０、１０’導光板
１１  拡散素子
１２  光源
１４  端面
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
３１、３２  拡散フィルム
４０  コリメーションフィルム
４２  平面
４４  分光放射計
４５  光学フィルム
５２  反射フィルム
６０、６１、６２、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ  ディスプレイ装置
６４  ディスプレイバックライトユニット
７０  ＬＣ空間光変調器
７２  背面偏光子
７３  前面偏光子
７５  プリズム構造
８０  半波長板
９０  プリズム構造を備える光学フィルム
１７２、１７３  透過軸
α  頂角
β１  底角
β２  底角
ｎ  屈折率
Ｗ  導光板の横手方向
Ｌ  導光板の長手方向
【図１Ａ】
2008112717.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2008112717.tif 000014
【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
2008112717.tif 000016
【図４Ａ】
2008112717.tif 000017
【図４Ｂ】
2008112717.tif 000018
【図４Ｃ】
2008112717.tif 000019
【図４Ｄ】
2008112717.tif 000020
【図５Ａ】
2008112717.tif 000021
【図５Ｂ】
2008112717.tif 000022
【図５Ｃ】
2008112717.tif 000023
【図５Ｄ】
2008112717.tif 000024
【外国語明細書】
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2008112717000002.pdf
2008112717000003.pdf
2008112717000004.pdf