(57)【要約】光学基板（１１０）の表面の構造形状は、視軸近傍で測定されるピーク輝度のわずかな低下を犠牲にしながら、軸から外れた特定の角度で光学基板（１１０）の表面から出る拡散光の輝度を低下させるようなものである。最終の結果は、有用な照明が総合的に増加することである。構造形状としてのプリズムの断面は、湾曲した側壁又はファセットを有している。比較的高い屈折率を有する材料と、修正されたプリズム形状を有するプリズム構造とを組合せることで輝度が向上する。
2006509259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の式で表される湾曲ファセットを有する断面で特徴付けられるプリズム構造（１１６）を含む表面（１１２）を含んでなる光学基板（１１０）。
【数１】
2006509259.tif 000005
式中、ｚは第一の基準点を始点とし第二の基準点を終点とする直線に対するプリズム（１１６）のファセットの表面（１１２）の垂直偏差であり、上記多項式の係数は次の概略範囲：−２０＜ｃ＜２０、−１０＜ｄ＜１０、−１０＜ｅ＜１０、−１０＜ｆ＜１０及び−１＜ｋ≦０の範囲内にあり、ｒは光軸からの半径座標又は距離である。
【請求項２】
プリズム構造（１１６）が、規定のピーク角α、高さｈ、長さｌ及びピッチｐを有する複数のプリズムを含む、請求項１記載の光学基板。
【請求項３】
複数のプリズム（１１６）が、少なくとも擬似ランダムなピーク角α、高さｈ、長さｌ及びピッチｐを含む、請求項２記載の光学基板。
【請求項４】
プリズム（１１６）のピーク角が９０度を超え、基板の屈折率が約１．６５〜１．８である、請求項１記載の光学基板。
【請求項５】
ピーク角が１００度である、請求項４記載の光学基板。
【請求項６】
９０度を超えるピーク角及び約１．６５〜１．８の屈折率で特徴付けられるプリズム構造（１１６）を含む表面を含んでなる光学基板（１１０）。
【請求項７】
ピーク角が１００度である、請求項６記載の光学基板（１１０）。
【請求項８】
光（１０４）を発生するための光源（１０２）と、
光（１０４）を導くための導光板（１０６）であって、光（１０４）を導光板（１０６）の外部に反射させるため導光板（１０６）に沿って配置された反射装置（１０８）を備える導光板（１０６）と、
反射装置（１０８）からの光（１０４）を受光する光学基板（１１０）であって、湾曲ファセットを有する断面で特徴付けられるプリズム構造（１１６）を含む表面を含む光学基板（１１０）と
を備えるバックライトディスプレイ装置（１００）。
【請求項９】
湾曲ファセットが多項関数のセグメントで表される、請求項８記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項１０】
多項関数のセグメントが以下の式で表される、請求項８記載のバックライトディスプレイ装置。
【数２】
2006509259.tif 000006
式中、ｚは第一の基準点を始点とし第二の基準点を終点とする直線に対するプリズムのファセットの表面の垂直偏差であり、上記多項式の係数は次の概略範囲：−２０＜ｃ＜２０、−１０＜ｄ＜１０、−１０＜ｅ＜１０、−１０＜ｆ＜１０及び−１＜ｋ≦０の範囲内にあり、ｒは光軸からの半径座標又は距離である。
【請求項１１】
プリズムのピーク角が９０度を超え、基板の屈折率が約１．６５〜１．８である、請求項８記載のバックライトディスプレイ装置（１００）。
【請求項１２】
ピーク角が１００度である、請求項１１記載のバックライトディスプレイ装置。
【請求項１３】
光学基板（１１０）が、約１．６５〜１．８の屈折率を有する光学的に透明な材料で形成される、請求項８記載のバックライトディスプレイ装置（１００）。
【請求項１４】
光学基板（１１０）が、約１．７５の屈折率を有する光学的に透明な材料で形成される、請求項１０記載のバックライトディスプレイ装置（１００）。
【請求項１５】
プリズムの表面に対して第一の角度で配置された第一のファセット（１２６）と、プリズムの表面に対して第二の角度で配置された第二のファセット（１２４）とを含む複数のファセットを有する断面で特徴付けられるプリズム構造（１１６）を含む表面（１１２）を含んでなる光学基板（１１０）であって、
第一及び第二のファセット（１２４、１２６）がプリズムの中心線の一方の側で交わると共に、第一及び第二の角が互いに異なる、光学基板（１１０）。
【請求項１６】
プリズム構造のピーク角が９０度を超え、基板の屈折率が約１．６５〜１．８である、請求項１５記載の光学基板（１１０）。
【請求項１７】
ピーク角が１００度である、請求項１６記載の光学基板（１１０）。
【請求項１８】
プリズム構造（１１６）が紫外線硬化性の有機又は無機材料である、請求項１記載の光学基板（１１０）。
【請求項１９】
プリズム構造（１１６）が紫外線硬化性の有機又は無機材料である、請求項６記載の光学基板（１１０）。
【請求項２０】
プリズム構造が紫外線硬化性の有機又は無機材料である、請求項８記載のバックライトディスプレイ装置（１００）。
【請求項２１】
プリズム構造（１１６）が紫外線硬化性の有機又は無機材料である、請求項１５記載の光学基板（１１０）。
【請求項２２】
プリズム構造（１１６）が約９４度を超えるピーク角を含み、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ及びｋが略ゼロに等しい、請求項１記載の光学基板（１１０）。
【請求項２３】
ｚに関する式が、以下の総和で定義されるｒの高次項を含む、請求項１記載の光学基板（１１０）。
【数３】
2006509259.tif 000007
式中、ａｉは係数であり、Ｎは整数である。
【請求項２４】
プリズム構造（１１６）が約９４度を超えるピーク角を含み、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ及びｋが略ゼロに等しい、請求項１０記載の光学基板（１１０）。
【請求項２５】
ｚに関する式が、以下の総和で定義されるｒの高次項を含む、請求項１０記載の光学基板（１１０）。
【数４】
2006509259.tif 000008
式中、ａｉは係数であり、Ｎは整数である。
【請求項２６】
以下の式で表されるファセットを有する断面で特徴付けられるプリズム構造（１１６）を含む表面を含んでなる光学基板（１１０）。
【数５】
2006509259.tif 000009
式中、ｚは第一の基準点を始点とし第二の基準点を終点とする直線に対するプリズムのファセットの表面の垂直偏差である。
【請求項２７】
式が次式で表される高次項の和をさらに含む、請求項２６記載の光学基板（１１０）。
【数６】
2006509259.tif 000010
式中、その係数は次の概略範囲：−２０＜ｃ＜２０、−１０＜ｄ＜１０、−１０＜ｅ＜１０、−１０＜ｆ＜１０及び−１＜ｋ≦０の範囲内にあり、ｒは光軸からの半径座標又は距離である。
【請求項２８】
ピーク角αをなすようにしてピークで交わる複数のファセットを有する断面で特徴付けられるプリズム構造（１１６）を含む表面を含んでなる光学基板（１１０）。
【請求項２９】
複数のファセットが、プリズムの底面に対してそれぞれ角β又はθをなす１以上の複合ファセットを形成する、請求項２８記載の光学基板（１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は輝度向上フィルムに関し、さらに具体的には、湾曲ファセットプリズム構造及び増大したプリズムピーク角及び屈折率をもったかかるフィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バックライトコンピューターディスプレイ又は他の装置では、光を導くために光学フィルムが常用される。例えば、バックライトディスプレイでは、輝度向上フィルムは視軸（即ち、ディスプレイに対して垂直な軸線又は「軸上」）に沿って光を導くためにプリズム構造が用いられる。これは、ディスプレイのユーザーが観察する光の輝度を高めると共に、所望の軸上照明レベルを生じるのに装置で消費される電力の低減を可能にする。光の方向を変えるためのフィルムは、投写型ディスプレイ、交通標識及び照明看板のような、広範囲の他の光学的デザインでも使用できる。
【０００３】
バックライトディスプレイ及び他の装置では、プリズム表面が互いに垂直になると共に、ディフューザーとして知られる他の光学フィルムの間にサンドイッチされるようにして積層され配列されたフィルム層が使用される。ディフューザーは高度に不規則な表面を有している。
【０００４】
現行の市販輝度向上フィルムの使用は、軸から約４０〜５０度離れた位置に輝度の鋭いカットオフをもたらす。このカットオフを超えた角度では、輝度の角度分布中に副ローブが存在する。これらの副ローブは、多くの液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)装置の所望視角規格値の範囲外にあるので、エネルギーの無駄を生じることがある。副ローブは、想定しない観察者に光を到達させるので、セキュリティ用途の点でも望ましくない。
【０００５】
このように、従来技術では、輝度の角度分布中の副ローブを抑制する輝度向上フィルムに対する明確なニーズが今なお存在している。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００１／００５３０７５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１４１０６０号明細書
【特許文献３】米国特許第５８３８４０３号明細書
【特許文献４】米国特許第５９７１５５９号明細書
【特許文献５】特開２００１−１３３６１４号公報
【特許文献６】特開平０９−１０１５２０号公報
【特許文献７】欧州特許出願公開第０５９２２４１号明細書
【発明の開示】
【０００６】
第一の実施形態では、本発明は光学基板の表面の構造形状を特徴とする。かかる構造形状は、視軸近傍で測定されるピーク輝度のわずかな低下を犠牲にしながら、軸から外れた特定の角度で光学基板の表面から出る拡散光の輝度を低下させるようなものである。最終の結果は、有用な照明が総合的に増加することである。かかる光学基板は、湾曲した側壁（ファセットともいう。）を有する１以上のプリズムの断面で特徴付けられる。
【０００７】
第二の実施形態では、本発明は高屈折率のプリズム構造と修正されたプリズム形状との組合せを特徴とする。ピーク角を９０度を超えて増大させると共に、プリズム構造の屈折率を輝度向上フィルムで通常使用される材料の屈折率を超える値に増加させた場合には、例えばＬＣＤバックライトディスプレイ装置での輝度性能を満足させ、又はそれを超える。
【０００８】
図面の簡単な説明
図１はバックライトディスプレイ装置の断面図である。
【０００９】
図２は、湾曲側壁又はファセットを有するプリズムの断面で特徴付けられる表面を含む光学基板の斜視図である。
【００１０】
図３は、湾曲側壁又はファセットを有するプリズムの断面で特徴付けられる表面を含む光学基板の第一の断面図である。
【００１１】
図４は、湾曲側壁又はファセットを有するプリズムの断面で特徴付けられる表面を含む光学基板の第二の断面図である。
【００１２】
図５は、第一に直角プリズムの断面、第二に図３の湾曲側壁又はファセット、第三に図４の湾曲側壁又はファセットで特徴付けられる表面を含む光学基板に関し、輝度を水平視角の関数として示したグラフである。
【００１３】
図６は複合角プリズムの断面図であって、多項関数のセグメントで表される図３及び４の湾曲側壁又はファセットの幾何学的パラメーターを示している。
【００１４】
図７は、プリズム構造が互いに一定の角（例えば、９０度）をなして配置された交差状態で配置した２枚の光学基板の斜視図である。
【００１５】
図８は、交差した光学基板の中心輝度をプリズムピーク角及び基板の屈折率の関数として示すマップである。
【００１６】
図９は、交差した光学基板の遠視野水平輝度を水平視角の関数として示すグラフである。
【００１７】
図１０は、交差した光学基板の遠視野垂直輝度を垂直視角の関数として示すグラフである。
【００１８】
図１１は、交差した光学基板の遠視野水平輝度を水平視角の関数として示すグラフである。
【００１９】
図１２は、交差した光学基板の遠視野垂直輝度を垂直視角の関数として示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１には、バックライトディスプレイ装置１００の断面図を示す。バックライトディスプレイ装置１００は、光１０４を発生するための光源１０２を含んでいる。導光板１０６が、全反射（ＴＩＲ）により、それに沿って光１０４を導く。導光板１０６は、光１０４を導光板１０６から脱出させるディスラプティブ構造を含んでいる。導光板１０６の下面に沿って配置された反射性基板１０８が、導光板１０６の下面から脱出する光１０４を反射して戻し、導光板１０６を通して光学基板１１０に導く。１以上の光学基板１１０が導光板１０６からの光１０４を受光する。光学基板１１０は、プリズム構造１１６（図２、３及び４）で定義される三次元表面１１２を含んでいる。
【００２１】
光学基板１１０は、図７に示すようにプリズム構造１１６同士が一定の角（例えば、９０度）をなして配置されるような交差状態で重ねて配置することができる。プリズム１１６は規定のピーク角α、高さｈ、長さｌ及びピッチｐを有しており、プリズム表面１１２の一方又は両方をピーク角α、高さｈ、長さｌ及びピッチｐについてランダム化することができる。さらに、基板１１０の片面又は両面がプリズム１１６を有することができる。図２、３及び４では、本発明の第一の実施形態に従い、表面１１２をなすプリズム１１６の側壁又はファセット１３２は湾曲している。かかる湾曲は放物線のセグメントとして表すことができ、さらに一般的には以下のたるみ式で与えられる多項式表面として表すことができる。
【００２２】
【数１】
2006509259.tif 000003
【００２３】
式中、ｚはプリズム基部の第一の基準点（ｂ）を始点としプリズムのピーク付近の第二の基準点（ａ）を終点とする基準直線１２８（図６参照）に対するプリズム１１６の側壁又はファセット１３２の垂直偏差（又は「たるみ」）（単位ミクロン）であり、ｃ−１はファセットの曲率半径である。上記多項式の係数は次の概略範囲：−２０＜ｃ＜２０、−１０＜ｄ＜１０、−１０＜ｅ＜１０、−１０＜ｆ＜１０及び−１＜ｋ≦０の範囲内にある。式中、ｒは光軸からの半径座標又は距離（単位ミクロン）である。ｃ２ｒ２はゼロ以上であると共に１以下であることに注意されたい。適当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）をＥｑ．１として使用することもできる。偶数次項及び奇数次項に関する高次項は、適当に選択された係数を有する。最初のｒ２項以外の項は、次式のように書くことができる。
【００２４】
【数２】
2006509259.tif 000004
【００２５】
図６に示すように、直線セグメント１２４、１２６又はＥｑ．１で表される多項式に対する他の近似形を使用することもできる。直線セグメント１２４、１２６は、角θをなす第一のファセット１２６及び角βをなす第二のファセット１２４を有する複合角プリズムを与える。図６から最もよく理解される通り、プリズム１１６の湾曲した側壁又はファセット１３２の湾曲は、凸形であっても凹形であってもよい。図６では、プリズムの側壁又はファセットは、プリズムの底面に対してそれぞれ角β又はθをなす１以上の複合ファセット１２４、１２６を形成するように配置されている。
【００２６】
幅ｗにわたるプリズム１１６のサンプル断面を図２、３及び４に示す。図５は、第一に直線状側壁の直角プリズムの断面（１１８）、第二に図３の湾曲した側壁又はファセット（１２２）、第三に図４の湾曲した側壁又はファセット（１２０）で特徴付けられる表面を含む光学基板に関し、輝度を水平視角の関数として示したグラフである。図５からわかる通り、直線状側壁の直角プリズム１１８に関しては、輝度は約±５０度の水平視角の位置に顕著な副ローブ１２８、１３０を示す。これらの副ローブは、図３及び４の湾曲ファセットプリズムのいずれにも見られない。しかし、湾曲プリズムに関しては、総合輝度のわずかな低下が存在する。図５中のグラフ１２２をグラフ１２０と比較すればわかるように、光学基板の屈折率が約１．６である場合、側壁の湾曲が急勾配になるほど総合輝度の低下は大きくなる。やはり図５からわかるように、ファセットの湾曲が増加して９０度プリズムの直線状側壁から離れるのに伴い、中央ローブの幅が広くなり、中心輝度及び副ローブは低くなる。
【００２７】
第二の実施形態では、光学基板１１０の比較的高い屈折率と修正されたプリズム形状とを組合せることで増強した輝度が得られる。詳しくは、図８は交差した光学基板の中心輝度（単位％）をプリズムピーク角及び基板の屈折率の関数として示すマップである。ここでは、１．６の屈折率及び９０度のピーク角を１００％と見なしている。ピーク角を１００度に増大させると共に、光学基板の屈折率を一般に約１．６５を超えて増加させ、特に約１．７〜１．８に増加させれば、輝度は１０２％以上になる。
【００２８】
図９は、交差した光学基板の遠視野水平輝度を水平視角の関数として示すグラフである。図９には、１．６５の屈折率及び９０度のプリズムピーク角に基づく従来技術の輝度プロフィルを１５０として示す。図９からわかる通り、従来技術は１５２に副ローブを示している。基板の屈折率を約１．７５に増加させると共に、プリズムピーク角を約１００度に増大させることで、１５４として示されるように、輝度プロフィルの中心部分（例えば、±３０度）はさらに高いピーク輝度（約１１８）を示し、副ローブ１５６は実質的に存在しない。
【００２９】
同様に、図１０は交差した光学基板の遠視野垂直輝度を垂直視角の関数として示すグラフである。図１０には、１．６５の屈折率及び９０度のプリズムピーク角に基づく従来技術の輝度プロフィルを１５８として示す。図１０からわかる通り、従来技術は１６０に副ローブを示している。基板の屈折率を約１．７５に増加させると共に、プリズムピーク角を約１００度に増大させることで、１６２として示されるように、輝度プロフィルの中心部分（例えば、±３０度）はさらに高いピーク輝度（約１１８）を示し、副ローブ１６４は抑制されている。
【００３０】
図１１は、交差した光学基板の遠視野水平輝度を水平視角の関数として示すグラフである。図１１には、１．６０の屈折率及び９０度のプリズムピーク角に基づく従来技術の輝度プロフィルを１６６として示す。図１１からわかる通り、従来技術は１６８に副ローブを示している。さらに図１１中に１７０として示されるように、基板の屈折率を１．６０に保ちながらピーク角を９０度から約１００度に増大させることで、輝度の中心部分がわずかだけ低くなると共に、副ローブ１７２がわずかに低下する。さらに、基板の屈折率を約１．７５に増加させると共に、プリズムピーク角を約１００度に増大させることで、１７４として示されるように、輝度プロフィルの中心部分（例えば、±３０度）はわずかに高いピーク輝度（約１０５）を示し、副ローブ１７６はわずかに低くなる。
【００３１】
同様に、図１２は交差した光学基板の遠視野垂直輝度を垂直視角の関数として示すグラフである。図１２には、１．６０の屈折率及び９０度のプリズムピーク角に基づく従来技術の輝度プロフィルを１７８として示す。図１２からわかる通り、従来技術は１８０に副ローブを示している。さらに図１２中に１８２として示されるように、基板の屈折率を１．６０に保ちながらピーク角を９０度から約１００度に増大させることで、輝度の中心部分がわずかだけ低くなると共に、副ローブ１８４が低下する。さらに、基板の屈折率を約１．７５に増加させると共に、プリズムピーク角を約１００度に増大させることで、１８６として示されるように、輝度プロフィルの中心部分（例えば、±３０度）はさらに高いピーク輝度（約１０５）を示し、副ローブ１８８はわずかに低くなる。
【００３２】
このように、基板１１０の屈折率を増加させ、及び／又はプリズム構造１１６のピーク角αを増大させることで、光学基板１１０の軸上輝度の増大並びに水平及び垂直輝度プロフィルのエネルギー副ローブの低下という点で改善が実現されることが図８〜１２からわかる。
【００３３】
光学基板１１０は、光学的に透明なポリマー或いは紫外線（ＵＶ）硬化性の有機又は無機材料（又はこれらの混成物）から形成できる。かかる光学基板１１０では、約１．６５を超える屈折率が好ましい。
【００３４】
上述の光学基板１１０を輝度向上のためにバックライトディスプレイで使用すること以外に、基板は広範囲の様々な他の用途でも使用できる。基板１１０の実施形態は、フレネルレンズ、混成ガラス／プラスチックレンズ、光ディスク、ディフューザーフィルム又はホログラフィー用基板で使用でき、或いは通常のレンズ、プリズム又は鏡と組合せて使用できる。かかる実施形態は、所定の特性を有する同心円又は楕円を変調することで形成できる。光学基板は、単一又はマルチオーダーの反射型、透過型又は部分透過型装置（吸光性又は非吸光性のもの）、プリズム、ホログラフィー用光学要素、或いは回折格子でも使用できる。かかる基板は、投写型ディスプレイ、照明看板及び交通標識のような他の用途でも使用できる。本発明のもう一つの特性は、湾曲ファセット（又は複合角ファセット）が導光板構造のブラーリングを増加させることである。これは、ディスプレイの外観を向上させるので有利である。
【００３５】
第一、第二など、前部及び後部、右及び左、頂部及び底部、上部及び下部、水平及び垂直、或いはある変数又は量を他のものに関係づけるその他任意の語句が述べられる場合、特記しない限り、これらは本発明の説明の便宜のためのものであり、本発明又はその構成部分を一つの位置的又は空間的配置状態に限定するものではない。添付図面中の構成部品のすべての寸法は、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、可能なデザイン及び実施形態の想定用途と共に変化し得る。
【００３６】
以上、若干の実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者には、本発明の技術的範囲から逸脱せずに様々な変更及び同等物による構成要素の置換を行い得ることが理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるため、数多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は本発明を実施するために想定される最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】バックライトディスプレイ装置の断面図である。
【図２】湾曲側壁又はファセットを有するプリズムの断面で特徴付けられる表面を含む光学基板の斜視図である。
【図３】湾曲側壁又はファセットを有するプリズムの断面で特徴付けられる表面を含む光学基板の第一の断面図である。
【図４】湾曲側壁又はファセットを有するプリズムの断面で特徴付けられる表面を含む光学基板の第二の断面図である。
【図５】第一に直角プリズムの断面、第二に図３の湾曲側壁又はファセット、第三に図４の湾曲側壁又はファセットで特徴付けられる表面を含む光学基板に関し、輝度を水平視角の関数として示したグラフである。
【図６】複合角プリズムの断面図であって、多項関数のセグメントで表される図３及び４の湾曲側壁又はファセットの幾何学的パラメーターを示している。
【図７】プリズム構造が互いに一定の角（例えば、９０度）をなして配置された交差状態で配置した２枚の光学基板の斜視図である。
【図８】交差した光学基板の中心輝度をプリズムピーク角及び基板の屈折率の関数として示すマップである。
【図９】交差した光学基板の遠視野水平輝度を水平視角の関数として示すグラフである。
【図１０】交差した光学基板の遠視野垂直輝度を垂直視角の関数として示すグラフである。
【図１１】交差した光学基板の遠視野水平輝度を水平視角の関数として示すグラフである。
【図１２】交差した光学基板の遠視野垂直輝度を垂直視角の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１００  バックライトディスプレイ装置
１０２  光源
１０４  光
１０６  導光板
１０８  反射装置
１１０  光学基板
１１２  表面
１１６  プリズム構造
１２４  第一のファセット
１２６  第二のファセット
１３２  側壁又はファセット
【図１】
2006509259.tif 000011
【図２】
2006509259.tif 000012
【図３】
2006509259.tif 000013
【図４】
2006509259.tif 000014
【図５】
2006509259.tif 000015
【図６】
2006509259.tif 000016
【図７】
2006509259.tif 000017
【図８】
2006509259.tif 000018
【図９】
2006509259.tif 000019
【図１０】
2006509259.tif 000020
【図１１】
2006509259.tif 000021
【図１２】
2006509259.tif 000022
【国際調査報告】
2006509259.tif 000023
2006509259.tif 000024
2006509259.tif 000025
2006509259.tif 000026
2006509259.tif 000027