(57)【要約】【課題】  本発明は、ファセットが形成された光学基板、ファセット光学基板を作製する方法、及び該ファセット光学基板を備えるバックライトディスプレイに関する。【解決手段】  光学基板が提供される。該光学基板は、１以上のプリズム構造を含む。該１以上のプリズム構造の各々は、第２の表面構造関数によって変調される第１の表面構造関数によって特徴付けられる第１の表面を有し、該第１の表面構造関数は、１以上のプリズム構造の各々が基板に入射する光にデフォーカス拡散をもたらすような１以上の湾曲側部のある断面を有する特性を有する。該第２の表面構造関数は、基板に入射する光に付加的拡散をもたらす特性を有する。【選択図】      図１
2005196188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のプリズム構造を備えた光学基板であって、前記１以上のプリズム構造の各々は第２の表面構造関数によって変調される第１の表面構造関数により特徴付けられる第１の表面を有し、前記第１の表面構造関数は、前記１以上のプリズム構造の各々が前記基板に入射する光にデフォーカス拡散をもたらすような１以上の湾曲側部のある断面を有する特性を有し、前記第２の表面構造関数が前記基板に入射する光に付加的拡散をもたらす特性を有することを特徴とする光学基板。
【請求項２】
前記１以上の湾曲側部が、式
【数１】
2005196188.tif 000007
によって定義され、ここでｚは第１の基準ポイントから始まり第２の基準ポイントで終わる直線からの前記湾曲側部の表面の垂直偏差であり、前記式の各係数は次の概略の範囲内：−２０＜ｃ＜２０；−１０＜ｄ＜１０；−１０＜ｅ＜１０；−１０＜ｆ＜１０、及び−１＜ｋ又は０以下であり、更にｒは前記直線に沿った前記第１の基準ポイントからの距離であることを特徴とする請求項１に記載の光学基板。
【請求項３】
前記１以上の湾曲側部が、式
【数２】
2005196188.tif 000008
によって定義され、ここでａｉは定数、Ｎは１より大きい正の整数、ｚは第１の基準ポイントから始まり第２の基準ポイントで終わる直線からの前記湾曲側部の表面の垂直偏差、及びｒは前記直線に沿った前記第１の基準ポイントからの距離であることを特徴とする請求項１に記載の光学基板。
【請求項４】
請求項１に記載の光学基板を作製する方法であって、
ワークピースの表面に切削ツールを接触させる段階と、
１以上の切削パスにおいて、前記切削ツールと前記ワークピースの表面との間の相対移動を前記ワークピースの表面の経路に沿って生じさせる段階と、
前記ワークピースの表面上でポジ型又はネガ型の電鋳物を形成して請求項１に記載の光学基板をもたらす段階と、
を含む方法。
【請求項５】
前記１以上の湾曲側部が、式
【数３】
2005196188.tif 000009
によって定義され、ここでｚは第１の基準ポイントから始まり第２の基準ポイントで終わる直線からの前記湾曲側部の表面の垂直偏差であり、前記式の各係数は次の概略の範囲内：−２０＜ｃ＜２０；−１０＜ｄ＜１０；−１０＜ｅ＜１０；−１０＜ｆ＜１０、及び−１＜ｋ又は０以下であり、更にｒは前記直線に沿った前記第１の基準ポイントからの距離であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記１以上の湾曲側部が、式
【数４】
2005196188.tif 000010
によって定義され、ここでｚは第１の基準ポイントから始まり第２の基準ポイントで終わる直線からの前記湾曲側部の表面の垂直偏差であり、前記式の各係数は次の概略の範囲内：−２０＜ｃ＜２０；−１０＜ｄ＜１０；−１０＜ｅ＜１０；−１０＜ｆ＜１０、及び−１＜ｋ又は０以下であり、更にｒは前記直線に沿った前記第１の基準ポイントからの距離であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
１以上のプリズム構造を備えた光学基板を製作するためのワークピースであって、前記１以上のプリズム構造の各々は第２の表面構造関数によって変調される第１の表面構造関数により特徴付けられる第１の表面を有し、前記第１の表面関数は、前記１以上のプリズム構造の各々が前記基板に入射する光にデフォーカス拡散をもたらすような１以上の湾曲側部のある断面を有する特性を有し、前記第２の表面構造関数が前記基板に入射する光に付加的拡散をもたらす特性を有することを特徴とするワークピース。
【請求項８】
前記１以上の湾曲側部が、式
【数５】
2005196188.tif 000011
によって定義され、ここでｚは第１の基準ポイントから始まり第２の基準ポイントで終わる直線からの前記湾曲側部の表面の垂直偏差であり、前記式の各係数は次の概略の範囲内：−２０＜ｃ＜２０；−１０＜ｄ＜１０；−１０＜ｅ＜１０；−１０＜ｆ＜１０、及び−１＜ｋ又は０以下であり、更にｒは前記直線に沿った前記第１の基準ポイントからの距離であることを特徴とする請求項７に記載のワークピース。
【請求項９】
バックライトディスプレイデバイスであって、
光を発生させる光源と、
前記光を誘導する光導波路であって、該光導波路から出る前記光を反射させるために前記光導波路に沿って位置付けられる反射性デバイスを含む前記光導波路と、
請求項１に記載の光学基板と、
を備え、前記光学基板が前記反射性デバイスからの光を受光することを特徴とするバックライトディスプレイデバイス。
【請求項１０】
前記１以上の湾曲側部が、式
【数６】
2005196188.tif 000012
によって定義され、ここでｚは第１の基準ポイントから始まり第２の基準ポイントで終わる直線からの前記湾曲側部の表面の垂直偏差であり、前記式の各係数は次の概略の範囲内：−２０＜ｃ＜２０；−１０＜ｄ＜１０；−１０＜ｅ＜１０；−１０＜ｆ＜１０、及び−１＜ｋ又は０以下であり、更にｒは前記直線に沿った前記第１の基準ポイントからの距離であることを特徴とする請求項９に記載のバックライトディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファセットが形成された光学基板、ファセット光学基板を作製する方法、及び該ファセット光学基板を備えるバックライトディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
バックライトコンピュータディスプレイ及び他の光学システムは、積重ねられて互いに直交して配置されるプリズム状構造体の層を用いる場合が多い。該構造体は、通常、ディフューザとして知られる他の光学基板の間に挟まれる。例えば、バックライトディスプレイにおいて、高輝度化基板は、光を視軸（すなわち、ディスプレイに垂直な軸、又は「オンアクシス」）に沿って配向するためにプリズム状構造体を使用する。このことは、ディスプレイの使用者の見る光の輝度を高め、オンアクシス照射の所望のレベルを生成するために使用されるシステムの電力をより低減する。光の向きを変えるための基板はまた、投写型ディスプレイ、交通信号、及び照明サインなどの広範な他の光学設計にも使用することができる。
【０００３】
現在の市販の高輝度化基板は、約４０〜５０度のオフアクシス間での輝度の鋭いカットオフによって特徴付けられる。このカットオフを越える角度では、角度輝度分布におけるサイドローブが存在する。これらのサイドローブはエネルギの浪費を生じる可能性がある。該サイドローブはまた、意図しない観察者にまで光を到達させるので、セキュリティ応用においても望ましいものではない。
【０００４】
全体が引用により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１０／０６５９８１号は、視軸近傍で測定されるピーク輝度を僅かに低下させて、あるオフアクシス角度での光学基板表面から出る拡散光の輝度が低下するような光学基板の表面についての構造的形状を開示している。最終的には、全体として有用な照明が増大する結果が得られる。このような光学基板は、湾曲側壁又はファセットを有する１以上のプリズムの断面によって特徴付けられる表面を備える。
【特許文献１】米国特許出願番号第１０／０６５９８１号
【特許文献２】米国特許出願番号第１０／２４８０９９号
【特許文献３】米国特許出願番号第１０／１５０９５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの基板は製造欠陥を有する場合がある。また、該ディスプレイは、光結合の結果として輝度が不十分となる場合がある。製造欠陥を目立たないようにし、こうした光学デバイスの基板における光結合を低減する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施形態によれば、光学基板が提供される。該光学基板は、１以上のプリズム構造を備え、該１以上のプリズム構造の各々は、第２の表面構造関数によって変調される第１の表面構造関数により特徴付けられる第１の表面を有し、該第１の表面構造関数は、１以上のプリズム構造の各々が基板に入射する光にデフォーカス拡散をもたらすような１以上の湾曲側部のある断面を有する特性を有し、該第２の表面構造関数が基板に入射する光に付加的拡散をもたらす特性を有する。
【０００７】
この実施形態の１つの態様によれば、該１以上の湾曲側部が、次式
【０００８】
【数１】
2005196188.tif 000003
【０００９】
により定義され、ここでｚは第１の基準ポイントから始まり第２の基準ポイントで終わる直線からの該湾曲側部の表面の垂直偏差であり、上記式の各係数は次の概略の範囲内：−２０＜ｃ＜２０；−１０＜ｄ＜１０；−１０＜ｅ＜１０；−１０＜ｆ＜１０、及び−１＜ｋ又は０以下であり、更にｒは直線に沿った第１の基準ポイントからの距離である。
【００１０】
この実施形態の別の態様によれば、該１以上の湾曲側部が次式、
【００１１】
【数２】
2005196188.tif 000004
【００１２】
によって定義され、ここでａｉは定数、Ｎは１より大きい正の整数、ｚは第１の基準ポイントから始まり第２の基準ポイントで終わる直線からの前記湾曲側部の表面の垂直偏差、及びｒは前記直線に沿った前記第１の基準ポイントからの距離である。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、光学基板を作製する方法が提供される。該方法は、ワークピースの表面に切削ツールを接触させる段階と、１以上の切削パスにおいて、切削ツールとワークピースの表面との間の相対移動をワークピースの表面の経路に沿って生じさせる段階と、ワークピースの表面上でポジ型又はネガ型の電鋳物を形成して光学基板をもたらす段階とを含む。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、該光学基板を作製する方法が提供される。該方法は、ワークピースの表面に切削ツールを接触させる段階と、１以上の切削パスにおいて、切削ツールとワークピースの表面との間の相対移動をワークピースの表面の経路に沿って生じさせる段階と、ワークピースの表面上でポジ型又はネガ型の電鋳物を形成する段階と、該電鋳物の複製を形成して光学基板をもたらす段階とを含む。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、光学基板を製作するためのワークピースが提供される。該ワークピースは、１以上のプリズム構造を備え、該１以上のプリズム構造の各々は、第２の表面構造関数によって変調される第１の表面構造関数により特徴付けられる第１の表面を有し、該第１の表面構造関数は、該１以上のプリズム構造の各々が基板に入射する光にデフォーカス拡散をもたらすような１以上の湾曲側部のある断面を有する特性を有し、該第２の表面構造関数が該基板上に入射する光に付加的拡散をもたらす特性を有する。
【００１６】
本発明の別の実施形態によれば、バックライトディスプレイデバイスが提供される。該デバイスは、光を発生させる光源と、光を誘導する光導波路であって、該光導波路から出る光を反射させるために該光導波路に沿って位置付けられる反射性デバイスを含む該光導波路と、上述の光学基板とを備え、該光学基板が反射性デバイスからの光を受光する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の特徴は、限定ではなく例証として本発明の好ましい実施形態を説明している図面並びに以下の詳細な説明により明らかになろう。
【００１８】
２００２年１２月６日に出願された同時係属の特許出願番号第１０／０６５９８１号によれば、湾曲断面ファセットを使用して、オフアクシス角度拡散光の明るさを低減することによりＬＣＤディスプレイのルミナンス分布を修正することができる。本発明は、これらのデバイスに対して付加的な拡散をもたらす。
【００１９】
本発明の１つの実施形態によれば、湾曲断面ファセットによって引き起こされるデフォーカスによる拡散、並びにファセットの経路が弓状形であるようにファセットを「曲げる」ことによるなどの、ファセット表面へ変調を行うことによる拡散の両方が、基板上の同じ構造体において有利に設けられる。ファセットの湾曲側壁は、デフォーカスマイクロレンズとして機能する。光学基板上の湾曲断面ファセットの導入によりデフォーカス拡散が得られる。ランダム又は擬似ランダム関数といった表面関数を用いて表面を変調することによるなどの、基板上のファセットの表面を変調することにより変調拡散が導入される。
【００２０】
図１９及び図２０は、「弓状」形状を有するファセット１００と、湾曲断面を有するプリズム構造のファセット１００をそれぞれ示している。図２１は、「弓状」形状と湾曲断面との両方を有するプリズム構造のファセット１００を示す。図１９から図２１の全てにおいて、該ファセットはプリズム構造１０２の一部である。
【００２１】
発明者等は、表面の変調による拡散と湾曲ファセット断面による拡散は、これらの２つのタイプの拡散が直交していることから独立して調節することができることに気がついた。従って、本発明の実施形態は、基板設計における柔軟性を可能にし、ここでは、変調による拡散及び湾曲ファセット断面による拡散の両方を組み込んだ単一の光学基板を形成することができる。この拡散は、該基板内に要望どおりに設計することができる。
【００２２】
図１は、バックライトディスプレイデバイス１０の斜視図である。バックライトディスプレイデバイス１０は、光１６を発生する光源１２を備える。光導波路１４はその本体に沿って光１６を光源１２から誘導する。光導波路１４は、光１６を光導波路１４から放射させることを可能とする遮断形状を含む。このような遮断形状は、機械加工された切削勾配を有するマスターから製造された表面を含むことができる。光導波路１４の下側表面に沿って位置付けられる反射基板１８は、光導波路１４の下側表面から放射される光１６を反射して光導波路１４を通して光学基板２４に戻す。光学基板２４はポジ型又はネガ型のマスターから作製することができ、更に表面２２を有する。
【００２３】
１以上の光学基板２４は、光導波路１４から光１６を受け入れる。光学基板２４は、一方の側部に平面２０を備え、第２の反対の側部に表面２２を備える。光学基板２４は、光１６を受け入れて方向を変え、図のように光学基板２４に実質的に垂直な方向に光１６を拡散させる。ディフューザ２８が光学基板の上に設置され、光１６の拡散を可能にする。例えば、ディフューザ２８は、光学基板から放出される光の偏光面を回転させてＬＣＤの入力偏光軸に光を整合させる位相差フィルムとすることができる。位相差フィルムは、テクスチュア加工又は非テクスチュア加工ポリマー基板を該基板２４の平面内の軸に沿って伸張することによって形成することができる。
【００２４】
図１には単一の基板２４が示されている。しかしながら、バックライトディスプレイデバイスは、それぞれのプリズム状構造体２６が互いに角度をなした交差配置で上下に位置付けられた複数の基板２４を備えることができる。また更に、基板２４の片側又は両側がプリズム状構造体２６を備えていてもよい。光学構造体２４は、本明細書で以下に説明されるように作られるワークピースマスターから電鋳プロセスによって形成することができる。
【００２５】
図１において、光学基板２４は、プリズム状構造体２６（更に、図２、図３及び図４を参照）によって形成される表面２２を備える。光学基板２４は、交差配置で上下に位置付けられた複数の基板を備えることができ、この場合、プリズム２６は、図７に見られるように互いに角度（例えば９０度）をなして位置付けられる。プリズム２６は、所定の頂角α、高さｈ、長さｌ、及びピッチｐを有することができ、該プリズム面は、これらの頂角α、高さｈ、長さｌ、及びピッチｐをランダム化することができる。また更に、基板２４の片側又は両側がプリズム２６を有していてもよい。図２、図３及び図４の本発明の第１の実施形態においては、プリズム２６の側壁又はファセット３２は湾曲している。従って、光学構造体２４は、１以上のプリズム構造２６を含み、該プリズム構造は、１以上の湾曲側部を備えた断面のプリズム構造２６を提供するような特性の第１の表面構造関数ｆｌ（ｘ，ｙ）を有する。ここで、ｆｌ（ｘ，ｙ）は、基板の平面内の直線座標ｘ及びｙで記述され、更にｆｌ（ｘ，ｙ）は該平面上方の高さである。勿論、該第１の表面構造関数は、例えば極座標などの直線座標以外の座標によって代替的に記述してもよい。
【００２６】
１以上の湾曲側部は、基板２４に入射する光にデフォーカス拡散をもたらす。１つの実施形態において、第１の表面関数ｆｌ（ｘ，ｙ）は、該プリズムが、放物線のセグメントとして、又はより一般的にはサグ式：
【００２７】
【数３】
2005196188.tif 000005
【００２８】
によって与えられる多項式面として記述することができる曲率を有するようにするものであり、ここで、ｚは、プリズムのベース位置の第１の基準ポイント（ｂ）から始まりプリズムの頂点近傍の第２の基準ポイント（ａ）で終わる直線の基準線４０からプリズム２６の側壁又はファセット３２のミクロンでの垂直偏差（すなわち「サグ」）（図６Ｂを参照）であり、ｃ−１はファセットの曲率半径である。基準線４０に沿った距離はｒで与えられる。ここで、多項式の係数は、次の概略の範囲：−２０＜ｃ＜２０、−１０＜ｄ＜１０、−１０＜ｅ＜１０、−１０＜ｆ＜１０、及び−１＜ｋ又は０以下、とすることができる。ｃ２ｒ２は、ゼロ以上且つ１以下である。適切に選択された係数を有するｒの奇数次項（例えば、ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７など）もまた式１で使用することができる。偶数次項及び奇数次項のより高次の項は、適切に選択された係数を有する。最初のｒ２項以外の項は、
【００２９】
【数４】
2005196188.tif 000006
【００３０】
として記述することができる。
【００３１】
別の実施形態において、図６Ａで分かるように、直線線分３６、３８、又は式１によって記述される多項式に対する他の近似も同様に、用いることができる。直線線分３６、３８は、角度θでの第１の部分と角度βでの第２の部分とを有する複合角プリズムをもたらす。図６Ａから最もよく理解されるように、プリズム２６の側壁又はファセット３２屈曲は凸又は凹の何れであってもよい。図６Ａにおいて、プリズムの側部ファセットは、プリズムのベースに対してそれぞれ角β又はθを定める直線線分３６、３８を有する、１つ又はそれ以上の複合ファセット３２を形成するように位置付けられる。
【００３２】
幅ｗ全体にわたるプリズム２６のサンプル断面は、図２、図３及び図４に示される。図５は、第１に直角の直線面を有するプリズムの断面４８、第２に図３の湾曲側壁又はファセット５０、及び第３に図４の湾曲側壁又はファセット５２によって特徴付けられる表面を備えた光学基板における水平視角の関数としての輝度のグラフ図である。図５で見ることができるように、直角の直線面を有するプリズムでは、輝度は、約＋／−５０度の水平視角で有意なサイドローブ５８、６０を示している。これらのサイドローブ５８、６０は、図３及び図４の湾曲ファセットプリズムの何れにも見られないものである。しかしながら、湾曲プリズムの場合、全体の輝度に僅かな低下がある。図５で、ライン５２とライン５０を比較すると分かるように、光学基板の屈折率が約１．６の場合、側壁の曲がりが急勾配であるほど全体の輝度の低下が大きくなる。また、図５で分かるように、ファセットの曲がりが９０゜プリズムの直線壁から離れて大きくなるにつれて、中央ローブが広くなり、中心ルミナンス及びサイドローブが低くなる。
【００３３】
第２の実施形態においては、修正されたプリズム幾何形状と組み合された光学基板２４の比較的高い屈折率により高輝度が得られる。詳細には図８には、プリズム頂角及び基板屈折率の関数としての交差光学基板の中心ルミナンスのマップがパーセントで表され、ここで、屈折率１．６及び頂角９０度を１００パーセントとする。頂角を１００度まで大きくして、光学基板の屈折率を一般的には約１．６５より大きく、詳細には約１．７と１．８の間まで大きくすることで、該ルミナンスは少なくとも１０２パーセントとなる。
【００３４】
図９は、水平視角の関数としての交差光学基板の遠視野水平ルミナンスのグラフ図である。図９において、屈折率１．６５及びプリズム頂角９０度に基づく従来技術のルミナンスプロフィールが７０で示されている。図９で分かるように、従来技術は７２でのサイドローブを示している。基板の屈折率を約１．７５まで大きくし、且つプリズム頂角を約１００度まで大きくすることによって、７４で見られるように、ルミナンスプロフィールの中央部分（例えば＋／−３０度）は、本質的サイドローブ７６が無く、より高いピークルミナンス（約１１８）を示す。
【００３５】
同様に、図１０は、垂直視角の関数としての交差光学基板の遠視野垂直ルミナンスのグラフ図である。図１０において、屈折率１．６５及びプリズム頂角９０度に基づく従来技術のルミナンスプロフィールが７８で示されている。図１０で理解できるように、従来技術は８０でのサイドローブを示している。基板の屈折率を約１．７５まで大きくし、且つプリズム頂角を約１００度まで大きくすることによって、８２で見られるように、ルミナンスプロフィールの中央部分（例えば＋／−３０度）は、より高いピークルミナンス（約１１８）を示し、サイドローブ８４は抑制されている。
【００３６】
図８〜図１０は、基板の屈折率を高めることにより、及び／又はプリズム構造２６の頂角αを大きくすることによって、光学構造体２４のオンアクシスルミナンスの増大並びに水平及び垂直ルミナンスプロフィールのエネルギサイドローブの低下として改良が実現される。
【００３７】
２００２年１２月１８日に出願され、引用によりその開示内容が本明細書に組み込まれる特許出願第１０／２４８０９９号には、ワークピースを作製し、該ワークピースの表面上にポジ型又はネガ型電鋳物を形成し、該電鋳物の複製を形成して光学基板の表面に該電鋳物の複製を移送する方法が開示されている。下記は、本発明の実施形態によるファセット光学基板２４の型により形成される表面の作製に適用される特許出願第１０／２４８０９９号の方法を説明するものである。
【００３８】
図１１には、全体が１００で示される、ワークピースの表面を機械加工する特許出願第１０／２４８０９９号の方法が示されている。該ワークピースは、本発明による非ランダム化、ランダム化、又は擬似ランダム化された変調を導入することにより光学基板２４を型によって作るためのマスターとすることができる。図１１において、ノイズ信号１０２は帯域通過フィルタ１０４で処理され、関数発生器１０６へ入力として供給される。正弦波形式などの変調数学関数が、サーボ機構１０８への入力として関数発生器１０６によって供給される。ノイズ信号１０２、帯域通過フィルタ１０４、及び関数発生器１０６は、サーボ機構１０８への入力信号を生成させるための、適切な信号処理ソフトウェアとデジタル／アナログ変換ボードとを備えるコンピュータシステムと置き換えることができる。
【００３９】
サーボ機構１０８は、切削ツール１１０と、円柱座標系（ｒ，θ，ｚ）での角速度ωで回転するドラム１１２の表面間の相対移動を指示する。ドラム１１２が角速度ωで回転すると、切削ツール１１０はドラム軸ｚに沿ってドラム１１２に対して相対移動し、且つドラム１１２のｚ軸に平行に（該ツールのｙ軸に沿って）最大約１００００Ｈｚの周波数でランダムに往復駆動することができる。切削ツール１１０は、回転ドラム１１２の表面と連続的に接触し、公称ピッチＰのランダム化された螺旋状又はネジ状パターン１１６（図１３）を切削又は機械加工する。２軸切削ツール１１０は、ドラム軸１１２に平行に、且つドラム表面に対して垂直方向にも往復移動することができる。
【００４０】
あるいは、切削ツール１１０は、図１２に見られるように平坦なプレート１１４の表面と接触して、直線座標系（ｘ、ｙ、ｚ）内で速度ｖで移動することができる。プレート１１４が速度ｖで移動すると、切削ツール１１０は、該プレートを横切って前後にランダムに移動し、ランダム化された三角形パターン１２２（図１５）をプレート１１４の表面に切削又は機械加工する。
【００４１】
本発明の別の実施形態において、図１４で分かるようにドラム１１２は、該ドラム１１２が回転するにつれてｚ軸に沿って移動する必要はない。従って、切削ツールは、ドラム１１２の表面の連続する同軸リング１１８に沿ってランダム化又は擬似ランダム化パターンを機械加工し、これにより切削ツールは各切削パス毎に開始ポイント１２２に戻る。良好な切削品質を得るために、制御システムは、所望の最終切削深さ及び送り込み速度に応じた回転の回数の間に、任意のｉ番目の切削パスを切削ツール１１０に繰り返し行わせることができる。切削ツール１１０が、この回数の回転を終えてｉ番目の切削パスの前の開始ポイント１２２にまで戻ると、切削ツール１１０はｉ番目の切削パスの位置Ｓｉにシフト又は進む。
【００４２】
切削ツール１１０は、１つ又はそれ以上の移動軸を有することができる。例えば、切削ツールは、円筒座標におけるｒ、θ、ｚ及び直線座標におけるｘ、ｙ、ｚである３つの移動軸を有することができる。このような追加の軸は、例えば、ラジアス式切削ツール１１０使用時にトロイダルレンズ形構造の切削を可能とし、又は、例えば切削長さに沿った切削勾配を可能にする。また、並進軸ｒ、θ、ｚ及びｘ、ｙ、ｚにより、後続の切削パスのためにワークピース１１２、１１４表面への機械加工パターンに切削勾配を導入することは可能になる。このような切削勾配は、図２４を参照すると最もよく理解される。図２４において、ｉ番目の切削パスはｗｉの厚み又は幅を有し、ｉ＋１番目の切削パスはｗｉ＋１の厚みを有し、この場合ｗｉはｗｉ＋１よりも大きいか又は小さい。更に、ｎ番目の切削パスはｗｎの幅を有し、この場合ｗｎはｗｉ＋１よりも大きいか又は小さい。後続の切削パスの切削パターンにおける厚みの変化は、非ランダム、ランダム、又は擬似ランダムとすることができることは理解されるであろう。追加的な回転自由度（例えば、図１１、図１２、図１５及び図１６のピッチ１５２、ヨー１５０、ロール１５４）を用いて、ワークピース１１２、１１４の表面に対する切削ツール１１０の角度方向を変化させることができ、このようにして、マスター表面に機械加工されるファセットの幾何学的形状を変更する。
変調拡散
１以上のプリズム構造は、該１以上のプリズム構造の弓状形により、基板２４への入射光にデフォーカス拡散をもたらす。加えて、１以上のプリズム構造は、該１以上のプリズム構造の表面が第１の表面構造関数を第２の表面構造関数で変調することによって定義されるので、変調拡散をもたらす。
【００４３】
第２の表面構造関数ｆ２（ｘ，ｙ）は、光学基板２４の表面を定義する全体表面関数ｆ（ｘ，ｙ）を生成するように第１の表面構造関数ｆ１（ｘ，ｙ）を変調する。第１の表面構造関数ｆ１（ｘ，ｙ）に関しては、第２の表面構造関数ｆ２（ｘ，ｙ）を直線座標で表す必要はなく、例えば、極座標などの別の座標系で表してもよい。第２の表面構造関数は、例えば、プリズム構造の高さ、位相、又は周波数の擬似ランダムもしくはランダム関数とすることができる。更に、第１及び第２の表面構造関数の組合せは、第１の関数を第２の関数で変調することによって達成することができ、その結果得られる関数ｆ（ｘ，ｙ）は、光学基板２４の方向に沿った擬似ランダム的に変化する高さ、位相、又は周波数を有するようになる。特定の表面構造関数の実施例は、例えば、Ｏｌｃｚａｋに付与された米国特許出願番号第１０／１５０９５８号で提供されている。
【００４４】
第２の表面構造関数の１つの実施例として、プリズム構造の高さは、光学基板２４の、プリズム構造の長軸に直交する方向、又は該軸に平行な方向に沿ったランダムな間隔もしくは固定間隔でのある境界間でランダム又は擬似ランダムに変調することができる。よく理解されるように、ランダムという語句は、真のランダム性、又は人的手段で生成されるときの可能な範囲のランダム性、すなわち擬似ランダム性を意味する。別の実施例においては、長軸に直交する方向に沿ったプリズム頂部の位置に対応する位相を、或る境界間で少なくとも擬似ランダムに変調することができる。更に、変調技法の組合せを用いて、光学基板２４の表面を定義することができ、その結果、第１の表面が、湾曲側部を有するプリズム構造によりデフォーカス方式で光を再配向すると同時に付加的拡散光が得られる。
【００４５】
光学構造体２４の表面を生成させるために第１の表面構造関数が変調されても、光の再配向をもたらす第１の表面構造関数の特性は、結果として得られる表面内に大部分は保持させる。付加的な拡散の量は、第２の表面構造関数によって第１の表面構造関数に加えられる変調を変更することで調整可能である。例えば、第１の表面構造関数に加えられる変調の量が増えると付加的な拡散が増大する。
【００４６】
変調の量は付加的拡散を加えるだけでなく、フィルムの表面の外観の調整にも用いることができる。また、変調によって得られる拡散の量は、第２の表面構造関数の空間波長成分に依存する。一般的に、変調の波長が短くなるにつれて、テクスチュアはより微細になり拡散は増大する。
【００４７】
有利には、第１の表面関数の任意の周期的性質によるモアレ効果は、第２の表面関数の擬似ランダム又はランダム特性により低減することができる。モアレ効果は、光学構造体の異なる層の規則性により生じる干渉に起因する。光学構造体に組み込まれたときの光学基板２４はまた、拡散光をもたらすことができ、該拡散光は、光学構造体の他の構造（フィルム自体以外）における干渉モアレ効果を低減させる傾向となる。
【００４８】
自己相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）は、表面計測で用いられる表面のランダム性の尺度である。しかしながら、ある相関長ｌｃにわたる自己相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）の値は、その初期値の何分の１にまで低下する。例えば、自己相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）が１．０であれば、高度に又は完全に相関した表面であると見なされることになる。例えば、第１の表面関数ｆ１（ｘ，ｙ）は、繰り返しプリズム構造を定義する場合には、自己相関値が１となる。相関長ｌｃは、相関関数の値がその初期値のある割合の長さである。典型的には、相関長は、自己相関関数の初期値の１／ｅ、すなわち約３７パーセントの値に基づいている。より大きい相関長は、より小さい相関長を有する表面に比べて表面がよりランダムでないことを意味している。自己相関関数のより詳細な検討は、Ｄａｖｉｄ  Ｊ．  Ｗｈｉｔｅｈｏｕｓｅ、Ｈｎａｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ、ＩＯＰ  ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｌｔｄ．（１９９４年）、ｐ４９−５８で提供されている。
【００４９】
本発明においてワークピース１１２、１１４の表面を機械加工するのに必要とされる例示的な設備が図２２に示される。ワークピース１１２、１１４の機械加工は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）のミリングマシン又は切削マシン２０２によって行うことができる。マシン２０２は、切削ツール１１０を含み、コンピュータ２０４に組み込まれているソフトウェアプログラム２０８により制御される。ソフトウェアプログラム２０８は、切削ツール１１０の移動を制御する。コンピュータ２０４は、適切なケーブルシステム２０６によってＣＮＣミリングマシン２０６に相互接続される。コンピュータ２０４は、ソフトウェアプログラム２０８を格納するための記憶媒体２１２、プログラム２０８を実行するためのプロセッサ、該プロセッサに手動による入力を与えるキーボード２１０、ディスプレイ２１８、及び遠隔のコンピュータ２１６とインターネット２１４又はローカルネットワークを介して通信するためのモデム又はネットワークカードを含む。
【００５０】
図２３には、横方向の変動を有してワークピース溝を切削するための高速ツールサーボ機構を備えたマスター機械加工システム４００が示される。入出力データプロセッサ４０２は、切削コマンドをデジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット４０４に供給し、ユニット４０４はデジタル／アナログ（ＤＡ）変換デバイス４０６に信号を供給する。電圧増幅器４０８はＤＡ変換器４０６から信号を受け取り、高速ツールサーボ機構４１０を駆動して切削ツール１１０の運動を導く。切削ツール位置プローブ４１２が、切削ツール１１０の位置を感知し、該位置を示す信号をセンサ増幅器４１８に供給する。増幅器４１８は信号を増幅する。増幅された信号は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２０に向けられる。レースエンコーダ４１４が、ワークピース（例えばドラム１１２）の位置を測定し、Ａ／Ｄ変換器４２０にフィードバック信号を供給する。このようにして、Ａ／Ｄ変換器は、切削ツール１１０の位置及びワークピース１１２、１１４の位置を示すフィードバック信号を出力としてデジタル信号処理ユニット４０４に供給する。ＤＳＰユニット４０４は、処理された信号を入出力プロセッサ４０２に供給する。
【００５１】
システム４００は、ランダム又は擬似ランダムに機械加工されたワークピース表面を形成する。作動中、組み込まれたプログラム２０８を有するコンピュータ２０４は、ＣＮＣミリングマシンと通信する。１つ又は複数の制御用数学関数をコンピュータのメモリ内に格納することができ、又は遠隔のコンピュータ２１６上に格納し、インターネット２１４又はローカルネットワークを介してアクセスすることができる。
【００５２】
ＣＮＣマシン２０２の切削素子１１０は、切削ツール１１０の移動を導く座標を提供するソフトウェアプログラム２０８によって与えられるコマンドに従ってワークピース１１２、１１４のミリングを開始する。加えて、プログラム２０８は、ミル加工の深さを制御する。該加工は、光学基板を製作するための「ポジ型」マスター又は「ネガ型」マスターとして使用することができる、非ランダム化、ランダム化、又は擬似ランダム化ワークピースを与える。例えば、図１の光学基板２４は、ワークピース１１２、１１４の表面上のネガ型又はポジ型電鋳物を形成することによって生成することができる。あるいは、例えば、紫外線（ＵＶ）硬化又は熱硬化性エポキシ材料又はシリコン材料などの型材料を用いて、原型のポジ型又はネガ型のマスターの複製を形成することができる。これらの複製の何れもプラスチック部品の母型として用いることができる。エンボス加工、射出成形、又は他の方法を用いて該部品を形成することができる。
【００５３】
自己相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）は、電気的計測における表面のランダム性の尺度である。しかしながら、ある相関長ｌｃにわたる、自己相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）の値は、その初期値の何分の１にまで低下する。例えば、自己相関関数Ｒ（ｘ，ｙ）が１．０であれば、高度に又は完全に相関した表面であると見なされることになる。相関長ｌｃは、相関関数の値がその初期値のある割合の値の長さである。典型的には、相関長は、自己相関関数の初期値の１／ｅ、すなわち約３７パーセントの値に基づいている。より大きい相関長は、より小さい相関長を有する表面に比べて表面がよりランダムでないことを意味している。
【００５４】
本発明の幾つかの実施形態において、光学基板２４の３次元表面の自己相関関数値は、約１ｃｍ以下の相関長においてその初期値の１／ｅ以下にまで低下する。更に他の実施形態では、該自己相関関数の値は、約０．５ｃｍ以下の初期値の１／ｅにまで低下する。基板の他の実施形態では、長さｌに沿った自己相関関数の値は、約２００ミクロン以下の初期値の１／ｅ以下にまで低下する。更に他の実施形態では、幅ｗに沿った自己相関関数の値は、約１１ミクロン以下の初期値の１／ｅ以下にまで低下する。
【００５５】
高輝度化のためのバックライトディスプレイにおいて上述された光学基板２４の使用とは別に、該基板は広範な他の用途に同様に使用することができる。基板２４の実施形態は、フレネルレンズ、ガラス／プラスチック混成レンズ、光学ディスク、拡散フィルム、又はホログラフ基板で使用することができ、あるいは従来型のレンズ、プリズム又はミラーと組合せて使用することができる。このような実施形態は、固定された特性を有する同心円又は楕円を変調することによって形成することができる。該光学基板はまた、１次もしくは多次の光吸収性又は光非吸収性の反射性、透過性、半透過性デバイス（すなわちプリズム、ホログラフ光学素子、又は回折格子）においても用いることができる。該基板は、投写型ディスプレイ、照明サイン及び交通信号などの他の用途に使用してもよい。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、本発明は変形及び修正を行うことが可能であり、従って実施例の厳密な詳細に限定されるべきではない。本発明は、添付の請求項の範囲内に包含される交換及び改変を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】バックライトディスプレイデバイスの立体図。
【図２】湾曲側壁又はファセットを有するプリズム構造の断面によって特徴付けられる表面を備える光学基板の斜視図。
【図３】湾曲側壁又はファセットを有するプリズム構造の断面によって特徴付けられる表面を備える光学基板の第１の断面図。
【図４】湾曲側壁又はファセットを有するプリズム構造の断面によって特徴付けられる表面を備える光学基板の第２の断面図。
【図５】第１に直角プリズムの断面、第２に図３の湾曲側壁又はファセット、及び第３に図４の湾曲側壁又はファセットによって特徴付けられる表面を備えた光学基板における水平視角の関数としての輝度のグラフ図。
【図６Ａ】複合プリズム構造の断面図と、多項関数のセグメントによって記述される図３及び図４の湾曲側壁又はファセットの幾何学的パラメータとを示す図。
【図６Ｂ】湾曲側壁を有するプリズム構造の断面図。
【図７】プリズム状構造体が互に対してある角度（例えば９０度）で位置付けられてれている、交差配置で位置付けられた２つの光学基板の斜視図。
【図８】プリズム頂角と基板の屈折率の関数としての交差光学基板の中心ルミナンスのマップ。
【図９】水平視角の関数としての交差光学基板の遠視野水平ルミナンスのグラフ図。
【図１０】垂直視角の関数としての交差光学基板の遠視野垂直ルミナンスのグラフ図。
【図１１】マスタードラムであるワークピースの表面を機械加工する方法を示すフローチャート。
【図１２】マスタープレート上にあるワークピースの表面を機械加工する方法を示すフローチャート。
【図１３】ほぼ螺旋状又はネジ状経路に従うランダム又は擬似ランダムパターンを有するマスタードラムの図。
【図１４】ほぼ同軸経路にわたるランダム又は擬似ランダムパターンを有するマスタードラムの図。
【図１５】ほぼのこぎり状又は三角状経路に従うランダム又は擬似ランダムパターンを有するマスタープレートの図。
【図１６】一連の経路に沿ったランダム又は擬似ランダムパターンを有するマスタープレートの図。
【図１７】プリズム状構造体の特性を有する切削ツールの断面図。
【図１８】複合角度ファセットを有する図６Ａのプリズム状切削ツールの図。
【図１９】「弓状の」経路を有するファセットを備えたプリズム構造を示す図。
【図２０】湾曲断面を有するファセットを備えたプリズム構造を示す図。
【図２１】「弓状の」経路と湾曲断面とを有するファッセトを備えたプリズム構造を示す図。
【図２２】遠隔位置との通信又はデータネットワークにわたって通信してワークピースの表面を機械加工するシステム及び装置の概略図。
【図２３】ワークピースの表面の横方向変動を有する溝を切削する高速ツールサーボ機構を備えたマスター機械加工システムの概略図。
【図２４】ワークピースの機械加工面の表面に導入された切削勾配を示す図。
【符号の説明】
【００５８】
２６  プリズム構造
３２  側壁又はファセット
３６、３８  直線線分
４０  基準線
【図１】
2005196188.tif 000013
【図２】
2005196188.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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】
2005196188.tif 000029
【図１７】
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【図１８】
2005196188.tif 000031
【図１９】
2005196188.tif 000032
【図２０】
2005196188.tif 000033
【図２１】
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【図２２】
2005196188.tif 000035
【図２３】
2005196188.tif 000036
【図２４】
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【外国語明細書】
2005196188000001.pdf