(57)【要約】例えば液晶ディスプレイと共に使用される半反射性のプレートであって、平坦な上面および半反射性被覆（１１６）を支える段付きの下面を有する光透過性素材の第１の本体（１１０）と、光透過性素材の第２の本体（１２０）とを備える。半反射性被覆の下側で、光透過性素材の第２の本体（１２０）は、第１の本体（１１０）の被覆された段付きの表面と密着し、これにより段付けされる。第２の本体（１２０）は、第１の本体の平坦な上面と平行で平坦な下面を有する。好ましい構成では、第２の本体の屈折率は、第１の本体のそれに等しいか近いものである。この結果、このプレートを直進する光は、屈折性偏向をさほどあるいは全く受けない。これに対し、半反射性被覆で反射した光は、所定の角度偏位を受ける。変形体では、本体（１１０，１２０）は、異なる屈折率を有し、そして／または半反射性被覆は、省略される。
2004516492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部光反射性で一部光透過性のプレートまたはシートであって、外面と、半反射性被膜を支えまたはそれに順応しおよび／またはそれに接着された段付きまたは傾斜した内面とを有する光透過性素材の第１の本体と、前記光透過性素材の第１の本体に対し半反射性被膜の反対側に置かれた光透過性素材の第２の本体とを備え、前記被膜の他面は、段付きまたは傾斜に対応しており、前記光透過性素材の第２の本体は、前記被膜から離れた外面と、前記半反射性被膜の反対側に順応しおよび／またはそれに接着された内面とを有しており、前記光透過性素材の第２の本体の反射率は、前記光透過性素材の第１の本体の反射率と等しいかそれに近く、これにより光は、前記光透過性素材の第１の本体から第２の本体へ通過するときに、あまりまたは全く屈折されないものであることを特徴とするプレートまたはシート。
【請求項２】
前記プレートの前記外面の少なくとも一方は、前記表面における光の反射を消去または低減する表面レリーフまたはテクスチャーを有する請求項１のプレートまたはシート。
【請求項３】
光透過性のプレートまたはシートであって、外面と、光透過性素材の第２の本体を支えまたはそれに順応しおよび／またはそれに接着された段付きまたは傾斜した内面とを有する光透過性素材の第１の本体を備え、前記光透過性素材の第２の本体は、前記光透過性素材の第１の本体の前記段付きまたは傾斜した内面に順応しおよび／またはそれに接着された内面を有しており、前記光透過性素材の第２の本体の反射率は、前記光透過性素材の第１の本体の反射率とは異なり、これにより光は、前記光透過性素材の第１の本体から第２の本体へ通過するときに、屈折されるものであることを特徴とするプレートまたはシート。
【請求項４】
前記光透過性素材の第１の本体の前記段付きまたは傾斜した面は、半反射性被膜を有し、また前記光透過性素材の第２の本体は、前記半反射性被膜に順応しおよび／またはそれに接着された内面を有している請求項３の光透過性のプレートまたはシート。
【請求項５】
前記段付きまたは傾斜した面は、無反射性または半反射性の被膜を有するが、前記光透過性素材の第１の本体と第２の本体との間の、前記面に対応する段付きまたは傾斜した界面は、前記２つの素材間の屈折率差の結果、少なくとも一部光反射性にされている請求項３の光透過性のプレートまたはシート。
【請求項６】
前記段付きまたは傾斜した面の個々の部分またはファセットは、表面レリーフまたはテクスチャーを有する請求項１〜５のいずれかによるプレートまたはシート。
【請求項７】
前記段付きまたは傾斜した面の個々の部分またはファセットは、凸状または凹状に湾曲されている請求項１〜６のいずれかによるプレートまたはシート。
【請求項８】
前記光透過性素材の少なくとも一方は、前記素材にバルク光拡散特性を与える光偏向形態を形成する屈折率変化によって特徴付けられる請求項１〜７のいずれかによるプレートまたはシート。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかによるプレートまたはシートを組み入れたことを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１０】
反射を消去または低減するための表面レリーフまたはテクスチャーを有する表面を有した光透過性要素を組み入れたことを特徴とするＬＣＤディスプレイ。
【請求項１１】
前記要素の前記表面は、前記ディスプレイの、観察者に最も近い表面を形成する請求項１０のディスプレイ。
【請求項１２】
前記要素は、フレネル屈折構成を形成するために段付けされた１つの表面を有している請求項１０または１１のディスプレイ。
【請求項１３】
前記要素は、フレネル屈折構成を形成するために段付けされ、かつ少なくとも一部が光反射性にされた１つの表面を有している請求項１０または１１のディスプレイ。
【請求項１４】
前記段付きまたは傾斜した面の個々の部分またはファセットは、凸状または凹状に湾曲されている請求項１０〜１３のいずれかによるディスプレイ。
【請求項１５】
前記光透過性素材は、前記素材にバルク光拡散特性を与える光偏向形態を形成する屈折率変化によって特徴付けられる請求項１０〜１４のいずれかによるディスプレイ。
【請求項１６】
光透過性のプレートまたはシートであって、前記シートは、フレネル屈折体または反射体として作用するように段付けまたは傾斜された一方の表面と、他方の表面からの反射を消去または低減するための表面レリーフまたはテクスチャーを有する反対の表面とを有することを特徴とするプレートまたはシート。
【請求項１７】
前記段付きまたは傾斜した面は、前記段付きまたは傾斜した面を完全にまたは部分的に光反射性にするための反射性または半反射性の被膜を有する請求項１６のプレートまたはシート。
【請求項１８】
前記段付きまたは傾斜した面の個々の部分またはファセットは、凸状または凹状に湾曲されている請求項１６または１７のプレートまたはシート。
【請求項１９】
前記光透過性素材は、前記素材にバルク光拡散特性を与える光偏向形態を形成する屈折率変化によって特徴付けられる請求項１６〜１８のいずれかのプレートまたはシート。
【請求項２０】
請求項１６〜１８のいずれかのプレートまたはシートを組み入れたことを特徴とするＬＣＤディスプレイ。
【請求項２１】
段付きのフレネル型光屈折性の要素を形成するように構成された表面を有する光透過性素材の要素を備えた光学デバイスであって、前記要素は、光分散性または拡散性の特性を前記光透過性素材に加えるために適用されるグレイディッド屈折率構造のアレイを組み入れているか、あるいは前記要素は、前記段付き表面と、前記のようなグレイディッド屈折率形態のアレイを組み入れた追加の層を形成するように構成された層を有していることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２２】
前記グレイディッド屈折率形態は、前記要素の段付きフレネル型表面の隣接する段差間の空間に関して小さいサイズである請求項２１の光学デバイス。
【請求項２３】
前記要素は、延長された概ね平坦なシートまたは層の一般的形態を有し、また前記グレイディッド屈折率構造は、それぞれが前記シートまたは層の面と平行な面内でグレイディッド屈折率分布を有し、この分布は、前記概ね平坦なシートまたは層の一方から他方へ延びる軸に沿って連続するそれぞれの位置では、異なる平行平面内でも、実質的に同じである請求項２１または２２の光学デバイス。
【請求項２４】
前記グレイディッド屈折率構造は、それぞれがグレイディッド屈折率分布を面内で有し、この分布は、前記シートまたは層の面に直交する軸に沿った全ての点で実質的に同じである請求項２３の光学デバイス。
【請求項２５】
前記グレイディッド屈折率構造は、前記シートまたは層の面に直交する軸を有したレンズであり、前記構造内のグレイディッド屈折率は、前記軸と平行な線に沿って実質的に一定であるが、前記軸からの距離に従って変化する請求項２０の光学デバイス。
【請求項２６】
前記素材の一方の面は、光反射性素材で被覆されている請求項２１〜２５のいずれかの光学デバイス。
【請求項２７】
前記段付き表面は、光反射性素材で被覆されている請求項２６の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、ＬＣＤ表示のような映像表示を強調する利用等の、種々の分野で利用できる光拡散性シート素材に関する。
【０００２】
液晶ディスプレイにおいて、観察者によって見られる明るい画像は、アセンブリ内で生成されたバックライトによる光により、あるいはセルを通過し、セルの背面で反射し、更にセルを通して再出現して明るい画像を形成する周囲光を使用することにより、液体セルを通して作成される。この後者の構成では、観察者の位置に起因して、光の大部分は、軸から外れて受け入れられなければならず、好ましくは、更に拡散されてディスプレイに入るべきではなく、また受け入れ可能な観察円錐を提供するためには、ある程度の追加の拡散を伴って軸上に再出現すべきことが好ましくい。フレネル様の構造は、レンズを形成する円形のファセット構成や、軸外れ効果を生じさせる線形のファセット構成のように、光を再指向させる能力を有するものとして知られている。これらのタイプの構造に、光拡散特性を有する素材を組み入れることが提案されてきた。例えば、米国特許第４９１１５２９号の記載によれば、第１屈折率の素材の小さな粒子を第２屈折率のマトリクス素材中に分散させることにより構成された、所謂バルク拡散体によって、拡散効果が提供される。このような素材は、例えば米国特許第４９８３０１６号、ＥＰ−Ａ−０４６４４９９号またはＥＰ−Ａ−０８４３２０３号に記載されている。このようなバルク拡散体の重要な特性は、所定組成中に起こる拡散の量が、光が透過する素材の厚さに依存するということである。この結果、そのような素材を含有するアセンブリに軸外れして入射する光は、一層拡散され、軸上を入射する光に比べて強度が低下される。
【０００３】
本発明の１つの形態によると、段付きのフレネル型光屈折性の要素を形成するように構成された表面を有する光透過性素材の要素を備え光学デバイスが提供される。前記要素は、光分散性または拡散性の特性を前記光透過性素材に加えるために適用される一体的なグレイディッド屈折率構造のアレイを組み入れているか、あるいは前記要素は、前記段付き表面と、前記のようなグレイディッド屈折率形態のアレイを組み入れた追加の層を形成するように構成された層を有している。
【０００４】
本出願人は、この特徴を有するデバイスによって、このデバイスに軸外れして入射する光は、あまり拡散されず、また軸上に入射する光と比べて、あまり強度が低減されない。
【０００５】
ある例では、堆積またはスパッタリングによって適用される金属のような、必要な光学特性を有した素材による被覆によって、前記要素の一方の面が、反射性または一部反射性にされることが望ましい。
【０００６】
シート素材は、例えば、フォトポリマーであり、グレイディッド屈折率形態は、（モノマーのような）素材の前駆体を、所定のパターンで、適切な放射へ被爆させ、素材内に光強度の局在化された変化を、従って重合の度合いに、そして屈折率に、局在化された変化を生成するようにして形成される。他の例では、素材は、重クロム酸化ゼラチン（ＤＣＧ）であり、所望のグレイディッド屈折率形態は、素材自体をそのような放射パターンに被爆させて、等価な効果を生じさせることによって形成される。このような素材は、正しく処理された場合、前述した望ましい光学特性を保有する。使用される処理技術には、例えば、ＥＰ−０２９４１２２号またはＥＰ−０８０１７６７号または米国特許第５６９５８９５号またはＧＢ−Ａ−１４９９１３５号に開示されたものが含まれる。これらのタイプの拡散素材は、ＥＰ−０７６８５６５号に記載されているように、それら自身が、フレネル構造によって生成される軸外れ効果を更に強化できる、軸外れしたまたは非対称な特性を有している。光拡散特性が素材内での屈折率変化に起因する光拡散性素材を製造する方法は、既知であるので、ここではその詳細は説明されない。これらの既知の方法は、しかしながら、平坦な光拡散性シートか、複数の凸状ドームの形態の、例えば素材の拡散性特性を強化することに適用される表面構成を有した光拡散性シートのいずれかの製造を指向している。
【０００７】
本発明の他の形態によると、反射を消去または低減するための表面レリーフまたはテクスチャーを有する表面を有した光透過性要素を組み入れたＬＣＤディスプレイが提供される。
【０００８】
本発明の他の形態によると、光透過性のシートが提供される。前記シートは、フレネル屈折体または反射体として作用するように段付けまたは傾斜された一方の表面と、他方の表面からの反射を消去または低減するための表面レリーフまたはテクスチャーを有する反対の表面とを有する。
【０００９】
本発明の異なる形態によると、光学的プレートまたはシートが提供される。このプレートまたはシートは、外面と、光透過性素材の第２の本体を支えまたはそれに順応しおよび／またはそれに接着された段付きまたは傾斜した内面とを有する光透過性素材の第１の本体を備える。前記光透過性素材の第２の本体は、前記被覆から離れた外面と、前記第１の本体の前記段付きまたは傾斜した面に順応しおよび／またはそれに接着された内面とを有している。このようなプレートまたはシートは、概ね平坦で平行な表面をその対向する側面に提供する。これは、そのような光学プレートまたはシートを利用する製品の製造時に、他の平坦なプレートまたはシート、例えば液晶セル、偏向シート等と共に、製品を組込、積層することを容易にする。
【００１０】
かくして、更に異なる形態によると、光透過性のプレートまたはシートが提供される。このプレートまたはシートは、外面と、光透過性素材の第２の本体を支えまたはそれに順応しおよび／またはそれに接着された段付きまたは傾斜した内面とを有する光透過性素材の第１の本体を備え、前記光透過性素材の第２の本体は、前記被覆から離れた外面と、前記光透過性素材の第１の本体の前記段付きまたは傾斜した内面に順応しおよび／またはそれに接着された内面を有しており、前記光透過性素材の第２の本体の反射率は、前記光透過性素材の第１の本体の反射率とは異なり、これにより光は、前記光透過性素材の第１の本体から第２の本体へ通過するときに、屈折される。
【００１１】
もう１つの更に異なる形態によると、一部光反射性で一部光透過性のプレートまたはシートが提供される。このプレートまたはシートは、外面と、半反射性被膜を支えまたはそれに順応しおよび／またはそれに接着された段付きまたは傾斜した内面とを有する光透過性素材の第１の本体と、前記光透過性素材の第１の本体に対し半反射性被膜の反対側に置かれた光透過性素材の第２の本体とを備え、前記被膜の他面は、段付きまたは傾斜に対応しており、前記光透過性素材の第２の本体は、前記被膜から離れた外面と、前記半反射性被膜の反対側に順応しおよび／またはそれに接着された内面とを有しており、前記光透過性素材の第２の本体の反射率は、前記光透過性素材の第１の本体の反射率と等しいかそれに近く、これにより光は、前記光透過性素材の第１の本体から第２の本体へ通過するときに、あまりまたは全く屈折されない。
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例が説明される。
【００１３】
本発明の図示の実施例では、デバイスは、光拡散性の素材からなるシート１３の一般的な形態を有しており、その一方の表面には、フレネルレンズまたはプリズムの様式に因んだ段または溝付きの構成が設けられている。この結果、このデバイスは、その拡散特性に加えて、指向特性をも有することになる。つまり、光の平行ビームがこのシートにその一面から指向されると、そのデバイスから出現する拡散光の偏向分布は、フレネルプリズム面構成によるプリズム成分によって与えられる偏位を表す角度だけ、入射ビームの軸の方向とは異なった方向に沿ったピークを有する。このデバイスの段付きの表面は、断面で図に示すように、前記シートの一般平面に対して１０°から２０°傾いた大ファセットまたは傾斜と、前記平面に概ね直交して延びた小ファセットとからなる鋸歯状の横断面を有する。
【００１４】
図１に示された実施例では、下から素材に、（平坦な）下面と垂直に、入射する光ビームは、上面を形成するフレネル構造のファセットの１つを通過するように偏向されずに素材を通過して、角度５°屈折されるように示されている。図示の例では、フレネル構造は、それぞれが下面に対して１０°傾斜した一連の大ファセットを備えている。勿論、これらの形態は単なる例示であることが理解される。図１の描写は、素材の拡散効果を無視していることも理解される。この効果を考慮すると、図示の光路に沿って素材に入射する平行ビームに対する全体の効果は、素材内で、図示の光路に沿って強度ピークを持つ偏向分布中に、光の拡散または散乱を作ることである。
【００１５】
図１ｂを参照すると、図１と同様の構成が示されている。但し、段付きの上面が、例えば真空蒸着による、あるいはスパッタリングによる金属化によって、反射性にされている点が異なる。光がそこを通過してアセンブリに入射する表面から取り除かれた、反射性表面の組込は、法線に対して有意な角度（３５°〜４０°）で初めに下から素材に入射する光を、反射性ファセットで反射させ、再度素材を通過させて、実質的に軸上に出現する前に、更に拡散させる。即ち、平坦な面に対する法線に沿って最大値を有した分散性の光線の「束」として出現させる。
【００１６】
図１ａは、図１ｂと同様な構成を示している。但し、フレネルファセット型表面を有する光透過性の層（この層は図１ａでは２２で示されている）は、非拡散性の透明な素材であり、そして所望の拡散効果は、２３によって示される光拡散性素材の追加の層によって与えられる。反射性被覆が使用される上述した図１ａおよび１ｂの実施例では、一層明白な軸外れ効果を確実にするために、その被覆は、素材の波形またはファセット付けされた表面に施され、画面の背面として配置される。しかしながら、この反射性被覆は、勿論、デバイスの平坦な面に施され、再び画面の背面として配置されるようにしてもよい。
【００１７】
図２は、本発明による光拡散性で光透過性のシートを示す一部断面とした部分斜視図である。このシートは、フレネル段付きまたはファセット付き表面を有する層３２と、平坦な基板層３３とを備える。層３２は、光拡散性素材からなり、層３３は、透明な非拡散性素材、例えばポリエステルまたはポリカーボネートからなる。あるいは、図１ａと同様に、層３２は非拡散性で、層３３は拡散性であってもよい。
【００１８】
図２ａは、図２のそれに対応する構成の具体的な例を示している。この場合、フレネル構造は、５０ミクロンのピッチと、１０度のファセット角を有している。再び、初めに素材の拡散特性を無視すると、軸（即ち、素材の「平面」に対する法線）上を入射した光ビームは、この放線に対して５°で出射する。
【００１９】
図３は、図１と同様に、そして一例としてピッチが５０ミクロンで２０度のファセット角を有したフレネル構造を有する実施例を示している。図３ａは、同じピッチとファセット角を有した構造を示し、また光拡散性素材１３を通過する異なる光路を追加的に示している。図３ｂは、図２ａと同じではあるが、４３で示される基板層が、グレイディッド屈折率形態を組み入れた層である構造を示している。この層は、典型的には、そこを通過する光を拡散すると同様に、真の偏向効果を、そこを通過する光に対し、与えるように構成されている。かくして、図示の実施例では、層４３に、その露出した（図中）下側の面から垂直に入射する光は、２０°の真のまたは平均した偏向を受ける。４２で示されるフレネルファセット付けされた層は、この場合には、単純に透明で非拡散性であるか、あるいは光拡散性である。
【００２０】
図１〜３ｂの光線図は、既に説明したように、説明を簡単にするために、デバイスの光透過性層が単純に透明ではなく、そのような層が光拡散特性を有しているという事実を無視している。
【００２１】
かくして、実際には、図示された光路に沿って最大値を有する分布内で、図示された入射光線の場所に、光線の分散性の「束」が存在する。
【００２２】
上記実施例の段付き表面は、この拡散性形態を無視して、素材が薄いプリズムとして作用できるように、実質的に、シート素材を横切って延びる複数の正確に平行な同一のＶ断面の溝を規定している。この代わりに、段付き表面によって規定される前記溝と峰は、円または弧に延びてフレネルレンズの段付き表面のそれに対応する形態になり、これにより、段付き表面での屈折または反射が、それによって与えられる拡散性の光を「収束」するようにすることができる。加えて、拡散性素材の存在は、フレネル構造中の不連続性を観察者に対してマスクする。
【００２３】
説明された好ましい実施例では、光拡散層の光拡散特性は、グレイディッド屈折率形態、例えばグレイディッド屈折率マイクロレンズまたは他の形態を組み入れた結果として生ずる。グレイディッド屈折率マイクロレンズは、好ましくは、それぞれが波形の表面のピッチ、即ち例えば波形の表面の隣接する峰のピーク間の距離に関して小さい横断直径、即ちシートの主平面と平行に測定された直径を有している。このグレイディッド屈折率形態は、互いに同様に近くに位置している。このため、例えば、隣接する形態間の平均距離は、表面上の波形のピッチよりも数桁小さい大きさである。説明された例では、グレイディッド屈折率形態は、典型的に、（中心から中心へ）８ミクロンの距離だけ離れて配置された５ミクロンの平均直径を有している。好ましくは、グレイディッド屈折率形態のそれぞれにおいて、屈折率は、シートの平面に直交する線に沿って実質的に一定であるが、シート素材内の横断位置に応じて変化しても良い。かくして、グレイディッド屈折率レンズの場合、屈折率は、ＥＰ−Ａ−０２９４１２２号に説明されているように、レンズの光学軸からの半径距離に応じて変化する。
【００２４】
光拡散性素材中の屈折率勾配は、写真手段によって、例えばＥＰ−Ａ−０２９４１２２号に説明されているように、適切なマスクを通して密着印画によって作ることができる。しかしながら、例えば、ＥＰ−Ａ−０２９４１２２号で利用された光学マスクは、平坦であることが好ましいのに対して、本発明の目的のためには、光学マスクは、例えば、一方の表面に所望の段付け構成を有するガラス板によって構成される。このガラス板はまた、その一方の表面が薄い層、例えばガラス板の波形特徴を変更しないように薄い金属クロムによって被覆される。このクロム層には、光学印刷マスクを形成するように、フォトエッチング技術によってそこにエッチング形成された透明な窓または開口のアレイが設けられている。ガラス板の段付きのクロムメッキされた表面は、エンボス技術が有効であるものによって、所望の波形を形成するように、例えば透明基板上の光重合性モノマー層の未露光表面に押し付けられる（例えば、図２の層３３を形成するために）。この代わりに、光重合性素材は、段付きのクロムメッキされた表面上に型押しすることができる。光重合性モノマーの層は、ガラス板またはマスクに接触したまま、そのマスクを通して重合用の光に曝すことができる。その後、そして引き続きブランケットを重合用の光に曝した後に、例えば透明基板を通して指向された後に、ガラス板は完成した製品から分離される。この代わりに、拡散体とフレネルレンズまたはプリズムとの組み合わせは、２工程のプロセスで製造することができる。即ち、前述したように平坦な拡散体を形成し、次いで熱と圧力の組み合わせを使用して、フレネル構造を一方の表面にエンボス加工する。この例では、エンボス加工は、銅製のダイを使用して行われる。このダイは、ダイヤモンドツールを使用して、胴板の表面にフレネル構造を機械加工することによって形成されたものである。上記説明およびＥＰ−Ａ−０２９４１２２号は、適切な光または他の放射に対する被爆によってグレイディッド屈折率形態が導入される素材としてのフォトポリマーの使用を参照しているが、そのような被爆で同様に屈折率変化が導入できる他の素材も、同じ被爆技術を利用して、使用できる。かくして、デバイスに対して光拡散特性を与えるために、例えば、グレイディッド屈折率レンズまたは他のグレイディッド屈折率形態が導入される素材として、重クロム酸化ゼラチン（ＤＣＧ）が使用できる。
【００２５】
好ましくは、特にデバイスがＬＣＤディスプレイと共に使用される場合、本発明によるデバイスまたはそのいくつかの層は、非複屈折性、即ち偏向維持性であるべきである。
【００２６】
本発明による素材の特別な用途は、例えば携帯電話、携帯コンピュータ等のフロントライト型ＬＣＤディスプレイ用のオーバーレイである。これは、ユーザが、入射光を遮ることなく、また外来の表面反射によって妨害されることなく、最適角度からディスプレイを見ることを可能にするものである。このような応用では、勿論、無反射被覆が利用され、そのまたは各拡散性スクリーンは、光透過性であるべきである。図２に示されるような構成では、基板は、例えば、ＬＣＤディスプレイのガラス製カバー板によって構成される。
【００２７】
本発明によるデバイスは、等しく有意であり、図１ａおよび１ｂのように、一方の表面、通常はフレネル構造が存在する表面は、反射性または一部反射性の被覆素材、典型的にはアルミニウムのような金属によって被覆される。このタイプのデバイスは、周囲光を使用して照明されるデバイス内の液晶セルの背後に組み込まれる。
【００２８】
図１ａおよび１ｂの構成では、光は、下面の法線（即ち、素材の一般的な「平面」の法線）に対し３５〜４０度で到来したときに、最も少ない程度に拡散されるが、反射性被覆で反射された後は、拡散性素材を通過する戻り経路の間に、より強く拡散される。拡散と強度におけるこれらの違いは、図４に明瞭に示されている。ここでは、強度と、角度即ち異なる光入射角の結果生ずる視野とが、比較されている。このように、図４は、グレイディッド屈折率型光拡散性素材の平坦なシートの特性を示している。グラフＡは、光ビームを、そのビーム軸に直交して配置された、そのような素材のシートを通して指向させ、そしてそのシートの反対側の面から出現する光の強度（Ｙ軸に沿ってプロットされている）を、ビーム軸からの種々の角度（Ｘ軸に沿ってプロットされている）における方向に沿って、測定することによって得られたものである。グラフＢは、同様の手法で作成されたものであるが、グレイディッド屈折率型光拡散性素材は、ビーム軸に関して３５°傾斜したその面の法線に配置されている。
【００２９】
２〜３の応用では、実際には、垂直（法線）光路を反転することが望ましい。これは、それに沿って出射すると光が最も強くなる軸に対し垂直にまたは反対側に傾斜して、ディスプレイに入射する入射光の場合に、当該ディスプレイからの光を、ディスプレイの平面（従って、オーバーレイシートの平面）の法線に対して有意に傾斜させられた軸に沿って、最大強度で出射させることが望ましいからである。このようなディスプレイの使用を、ここでは便宜上、「反転モード」での使用と呼ぶ。
【００３０】
しかるに、上述した実施例のいくつかでは、光を拡散させるグレイディッド屈折率形態は、段付きまたはファセット付きの表面を与える素材と一体的に形成される。本発明の範囲に含まれる他の実施例のデバイスは、複数の（例えば、２，３またはそれ以上）の別個の重なった層として形成される。１つのそのような層、好ましくは外層は、均一な屈折率の透明素材からなるが、傾斜したまたはファセット付きの屈折性表面と、もう１つのそのような層が、例えば、ファセット付きの表面を有する層と並置され、グレイディッド屈折率形態を組み入れて、設けられる。
【００３１】
実際、光の拡散が必要とされないか最も少ないいくつかの実施例では、拡散性の層または表面は、省略される。そして、そのような場合、単純なフレネルプリズム板または反射体または半反射体を備えるオーバーレイまたはアンダーレイは、例えば、ＬＣＤディスプレイで利用されるものである。例えば、いくつかの応用では、ユーザが、入射光を遮ることなく、最適角度からディスプレイを見ることを可能にする。しかしながら、有意な光学的拡散が望ましくない場合でも、好ましくは、そのようなプレートまたはシートの「平坦な」表面、即ち段付き横断面が設けられた表面とは反対の表面は、それによって光の反射を最小化するために、十分にテクスチャー付けされ、または不規則にされるべきである（以下、参照）。
【００３２】
いくつかの応用では、特にＬＣＤディスプレイに関連すれば、それを通して画像が観察されることを意図した透明または光透過性のカバープレートの、例えば概ね観察者を向いた平坦な表面からの、表面反射が問題であることが判明している。（このことは、ここで規定された反転モードで使用されるディスプレイについて特にそうである）。本出願人は、このように問題な反射が、そのようなカバー板の機能性を有意に害することなく、消去または著しく低減できることを確立している。これは、観察者に対して提示されるプレート表面を、比較的小さくテクスチャー付けし、または表面レリーフでパターニングすることによって行われる。例えばそのような表面を、必ずしも必要ではないが、低倍率レンズまたはマイクロレンズの形態の、例えば５〜１０μオーダーの直径と、＜２０μの表面曲率半径とを有する、無数の微小な丸いバンプまたは孔で形成することによってパターニングする。好ましくは、回折効果を回避するために、そのようなマイクロレンズがそのようなカバー板の表面に実質的にランダムに配置される。好ましい実施例では、しかしながら、上記微小なバンプまたは孔は、関連した表面に直交して見ると、好ましくは、鋭いエッジや角度のない、あるオーダーの平均横断直径（例えば、１０μ）の、実質的にランダムな形状または輪郭である。このような表面テクスチャーは、例えば、フォトレジストによって得られたプレートを使用するエンボス加工と、ＷＯ９４／２９７６８号に記載されているように作られたスペックルパターンを付けた光学マスクからのエッチング技術によって、作ることができる。
【００３３】
実際に、ディスプレイアセンブリ中の、そうでなければ問題のある反射を生ずるどのような表面に対しても、そのような小規模のテクスチャーや表面レリーフを設けることは、有利なことである。
【００３４】
本発明による好ましい構成では、図５に示すように、ＬＣＤディスプレイ積層構造のトップと外板を形成する光透過性プレート９０は、フレネル段付け、ファセット付けされた下面９７と、上面９４とを有する。この上面は、巨視的観点からは平坦であるが、微視的規模では、表面にランダムに配置された複数の浅い凸状バンプ９６の形態をとる表面レリーフパターンまたはテクスチャーによって特徴付けされる。そのようなプレートは、ＬＣＤディスプレイのどこにでも、例えば液晶セルとバックライト構成の間に使用できることが理解される。この場合、段付きまたは傾斜した表面９２は、図１ａおよび１ｂで説明したように、例えば半反射性または半透過性被覆を有する。図５は、他の図と同様に、効果的に大きく拡大した素材の図であることが理解される。図５はまた、バンプまたはドーム９６や、段付き表面９２の段差または傾斜の相対スケールを実際に表すことを意図していないことが理解される。一例として、シート９０の厚さは、５０μ以下であり、フレネル構造の波形間のピッチは、５０μ〜２５μである。段差または傾斜の主たる表面は、シート素材全体の平面に対して、１０°〜３０°傾斜している。シートまたはプレート９０は、その素材にバルク光拡散効果を与えるために、図１〜４に関連して説明したと同様に、グレイディッド屈折率変化によって特徴付けられたものであるか、または表面レリーフ９６から与えられる非常に小さい光拡散効果のみを伴う、全体を通して均一な屈折率を有するものである。
【００３５】
傾斜したフレネル構造のファセットが光学的に平滑、好ましくは平坦であることは、本質的なことではない。実際、いくつかの例では、主要な傾斜表面のいくつかの小規模の凹凸または不規則性は、所望の拡散に貢献することに、および／または、望ましくない鏡面反射を最小化することに（例えば、その構造が原理的に回折効果を有する必要がある場合）、都合がよい。更には、特に所望の光学的効果を生じさせるために、単一の凸状または凹状の湾曲を傾斜表面に与えることができる。
【００３６】
本発明は、その他の形態において、ＬＣＤディスプレイに関連して使用するに好適な光学デバイスを提供する。この光学デバイスは、例えば、ユーザが、入射光を遮ることなく、最適な角度から、このディスプレイを見ることを可能にし、同時に、バックライト構成からの光が、反射した入射光を、一層効果的に補強することを可能にする。
【００３７】
図６の模式図を参照すると、この図は、光透過性素材のプレート１０２上に重ねたＬＣＤセル１００を有したＬＣＤディスプレイを示している。この素材は、ＬＣＤセルの上下の面に平行で平坦な上面を有し、また半反射性または半透過性の被覆１０４が設けられたフレネル段付きまたは傾斜した下面を有している。プレート１０２は、ＬＣＤセル１００とバックライトアセンブリ１０６との間に介挿され、そしてこのセルに対し、そのセルの面に直交して光を指向させるように配置されている。しかしながら、アセンブリ１０６からの光は、プレート１０２の下面の傾斜した段差または傾斜で屈折され、その結果、観察者がバックライトアセンブリから（即ち、ディスプレイの垂線から）最も明るく光を受ける視角は、ディスプレイが最良に見られる法線から僅かに変位されることが観察される。さらには、入射光がセル１００を通して垂直に（即ち、直交して）通過できるように、段付きの半反射性表面が、入射光を反射することを意図されている場合、１つの結果は、アセンブリ１０６によるバックライトが反射照明を補充することに使用されるときに、バックライトの明るさのピークに対する視角が、反射した周囲光の明るさのピークに対する視角と一致せず、バックライトによる反射光の補強は理論的に可能なものよりも低くなる、ということである。この困難さに打ち勝つために、本出願人は、一部光反射性で、一部光透過性のプレートを備えた、図７に示された構成を提案している。このプレートは、概ね平坦な上側の外側表面および、半反射性被覆１１６を伴うか並置された内側の段付きまたは傾斜した表面１１４を有する光透過性素材の第１の本体１１０と、これに加えて、素材の第１の本体１１０に対し半反射性被覆１１６の反対側に設けられた光透過性素材の第２の本体１２０とを備える。光透過性素材の第２の本体１２０の内側または上側表面は、被覆１１６の下側に順応し（そして、例えば、接着され）ている。被覆１１６（これは、自然には無視できる厚さである）が傾斜表面１１４に密接に順応すると、被覆１１６の下面は、被覆１１６に順応した本体１２０の上側表面または境界のように、同様に傾斜させられる。光透過性素材の第２の本体１２０は、被覆１１６から離れた、平坦で表面１１２と平行な、外側の下側表面を有する。各本体１１０，１２０が全体を通して均一な屈折率である実施例では、光透過性素材の第２の本体１２０の屈折率は、光透過性素材の第１の本体１１０のそれと等しいか近く、それにより、光透過性素材の第１の本体から第２の本体へと通過するときに、光は、あまりまたは全く屈折されない。
【００３８】
いくつかの実施例での場合にそうであるように、本体１１０，１２０の一方または他方（または双方）は、本体に光拡散特性を与える小規模の屈折率変化によって特徴付けされ、本体１１０の平均屈折率は、本体１２０のそれと実質的に等しいことが好ましい。
【００３９】
図７に関して上述された種類の「サンドイッチ」構造によって、この構造を表面１１４で通過する光線に与えられる屈折偏位は、層１２０の対向面１１４で（表面１１４に極限的に接近して、または一致して）反転され、その光線は、特別な目的のために、真の偏位なしに、この構造を通過できるようになる。従って、図７の構造が図６に示されたようなＬＣＤディスプレイ構成に使用されるときに、図６に示されたプレート１２０の位置で、アセンブリ１０６からの光は、この構造を、またＬＣＤセルを、直交して通過することができる。この構造に上から入射する周囲光もまた、ＬＣＤセルに垂直な半反射性の傾斜被覆１１６によって反射されるように構成することができるので、バックライトアセンブリ１０６からの光と前記傾斜表面での反射光が、ディスプレイに対し、同じ軸に沿ってピーク強度を有し、かくして互いに最も効率的に補強するように構成することは容易である。
【００４０】
図７の構造は、多数の方法で製造することができる。例えば、光透過性本体１１０，１２０の一方は、透明な硬化性液体プラスチック樹脂またはラッカーを層として、段付きまたは傾斜したモールド表面（これ自身、例えばエンボス加工によって、前記ラッカーとは両立しないフレキシブルなプラスチックシート上に形成することができる）上に塗布することによって、形成することができる。この結果、前記ラッカー層の、段付き表面から離れた表面は、平坦になり、ラッカーを硬化させ、硬化したラッカー（今は、一方の表面が平坦で、他方の表面が段付きであるプレートの物理的構成を有している）をモールド表面から剥がし、半反射性被覆（例えば、薄い蒸着アルミニウム被覆）を段付きラッカー塗布済み表面上に堆積し、その後、第２の層の、傾斜表面から離れた表面が平坦で、第１の層の平坦な表面と平行になるように、同じ液体ラッカーの第２の層をアルミ堆積された傾斜表面上に塗布し、最後に第２の層を硬化させる。
【００４１】
図７の構成は、追加の利点を有している。即ち、結果として得られる構造は、２つの対向する平行な面を有し、それらが、対向する平行な面を有する他の要素、例えばＬＣＤセルや、偏向シート等と共に、この構造を積層状態に組込むことを容易にすること、そして素材の扱いを、そのような製品の製造時に、容易且つ少ない要求にする点である。
【００４２】
実際、最後に述べた利点の観点から、フレネル構造が、反射性よりはむしろ屈折性の効果を有することを意図されている場合に、同様な構成を採用できる。このような構成は、実際に、図７の構成に対応するが、（本体１１０および１２０が直接並置されるように）半反射性被覆１１６は省略され、また２つの本体１１０および１２０の屈折率は、有意に異なったものとなる。
【００４３】
図７に関して説明された構成は、プレートを透過した光が、偏位されずに透過されるという利点を有してはいるが、いくつかの実施例では、反射によって偏位された反射光と同様に、透過光が所定の偏位を受けることが有利な場合もあり、従って、そのような場合には、半反射性被覆のいずれかの側の２つの素材は、有意に異なる屈折率となる。
【００４４】
実際、関与する反射の角度等に依存して、いくつかの例では、所望度合いの部分反射（または当該光の入射角が、異なる屈折率の２つの素材間の段付き界面での全内部反射に対して十分に大きい場合の全反射）を形成するために、２つの素材間の屈折率差に完全に頼ることが有用である。
【００４５】
上記の説明では、液晶ディスプレイすなわちＬＣＤについて種々の参照がなされた。勿論、液晶以外の光学的に活性な素材を用いる光バルブ技術を使用したディスプレイに対しても、本発明が同様に適用できるものと理解されるべきである。
【００４６】
本明細書において、「備える」は、「含む、または、からなる」を意味し、また「備えること」は、「含むこと、または、からなること」を意味する。
【００４７】
上述した説明、または以下の請求の範囲、あるいは添付図面に開示され、それらの特異な形態で、または開示された機能を果たすための手段、あるいは開示された結果を達成するための方法またはプロセスに関して表現された特徴は、適切に、分離して、またはそのような特徴の組み合わせとして、この発明を、その多様な形態で実現するために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の素材の主延長の平面に直交する断面図である。
【図１ａおよび１ｂ】それぞれが反射性被覆を有する変形体の対応する図である。
【図２】本発明による光拡散性シートの他の形態の一部断面かつ一部斜視図である。
【図２ａおよび３，３ａおよび３ｂ】図１と同様の断面図であり、本発明による素材の具体例を示している。
【図４】種々の素材に対する拡散特性を示すグラフである。
【図５】本発明の異なる実施例を示す、図１と同様の図である。
【図６】図５の実施例で使用する効果を描いた模式的な断面図である。
【図７】図６に示された効果が回避される異なる実施例の模式的な断面図である。
【図４】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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