(57)【要約】【課題】転向フィルム、ディスプレイ装置およびプロセスを提供する。【解決手段】ターゲット角に向かって光を方向転換するための光方向転換物品は、特定の要件を満たす特徴を有する光出射面を備える。特徴の第１および第２の面は、３５°〜５５°の範囲内の角度αで互いに向かい合い、光方向転換物品は、１．６０未満の屈折率を有する材料で形成され、ターゲット角は、５°〜２５°である。【選択図】図３
2009063997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット角に向かって光を方向転換するための光方向転換物品であって、
前記光方向転換物品が、
（ａ）入射角の範囲にわたって入射照明を受け入れるための入力面と、
（ｂ）複数の光方向転換構造を備える出力面とを備え、
各光方向転換構造が、
（ｉ）前記入力面に対して第１の底角β１で定義されるように、一方向に垂線から離れて傾斜する出射面と、
（ｉｉ）前記入力面に対して第２の底角β２で定義されるように、前記出射面に対して反対方向に垂線から離れて傾斜する第２の面とを有し、
前記第１および第２の面が、３５°〜５５°の範囲内の角度αで互いに向かい合い、
前記光方向転換物品が、１．６０未満の屈折率を有する材料で形成され、
かつ前記ターゲット角θｏｕｔが、５°〜２５°の範囲内である、光方向転換物品。
【請求項２】
前記第１および第２の底角が、実質的に等しい、請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項３】
１．４５〜１．５５の範囲内の屈折率を有する材料から成る、請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項４】
前記光方向転換物品が、異なる屈折率を有する少なくとも２つの材料で製作される、請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項５】
前記出射面および前記第２の出射面の少なくとも一方に、複数の斜面がある、請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項６】
前記出射面および前記第２の出射面の少なくとも一方の少なくとも一部にわたる湾曲がある、請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項７】
少なくとも１つの光方向転換構造が、先端が切り取られたような形である、請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項８】
前記光方向転換物品が、入射照明の２つの異なる主角を有する２つの異なる導光板とともに利用され得る、請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項９】
前記ターゲット角が、垂線から１０°〜２０°の範囲内である、請求項１記載の光方向転換物品。
【請求項１０】
前記複数の光方向転換構造が、実質的に平行であり、前記出力面の一端から他端まで延在している、請求項１記載の光方向転換物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、表面からの輝度を増強するためのディスプレイ照明物品に関し、より詳細には、導光板からの光を方向転換して偏光出力を提供する転向フィルムおよびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、コストおよび性能において改善し続けており、多くのコンピュータ、機器および娯楽用途向けの好ましいディスプレイタイプになりつつある。従来のラップトップコンピュータディスプレイに用いられる透過型ＬＣＤは、光をＬＣＤに向かって外側に方向付けるために、ＬＣＤの背後に配置される光供給面を有するバックライト付きディスプレイの一種である。依然としてコンパクトかつ低コストでありながら十分に均一な明るさを有する適切なバックライト装置を提供するという課題が２つの基本的な手法のうちの１つに従って取り組まれてきた。第１の手法では、光供給面が、広範囲の角度にわたって本質的に一定の輝度を有する、高度に散乱した本質的にランベルト光分布を提供するために用いられる。軸上および軸付近の輝度を高めることを目的として、この第１の手法に従って、さらに平行化された照明を提供するために、ランベルト分布を有するこの光の一部を方向転換するためのいくつかの輝度増強フィルムが提案されている。輝度増強フィルムに関して提案された解決策の中には、たとえば、米国特許第５，５９２，３３２号（Ｎｉｓｈｉｏら）、米国特許第６，１１１，６９６号（Ａｌｌｅｎら）および米国特許第６，２８０，０６３号（Ｆｏｎｇら）に記載されたものがある。上記特許に記載された輝度増強フィルム（ＢＥＦ）などの解決策は、広視野角にわたって増大した明るさをある程度提供する。しかしながら、ＢＥＦによっても、全体的なコントラストは、依然として比較的不十分のままである。
【０００３】
バックライト照明を提供するための第２の手法は、側面に配置されたランプまたは他の光源からの入射光を受け入れ、この光を全内部反射（ＴＩＲ）を用いて内部に導く導光板（ＬＧＰ）を採用し、光がＬＧＰから狭い範囲の角度にわたって発せられるようにした。ＬＧＰからの出射光は、典型的に、垂線に対して、例えば７０°以上など、かなり急な角度である。この第２の手法では、その結果、光方向転換物品の一種である転向フィルムを用いて、ＬＧＰから発せられた光出力を垂線の方へ方向転換する。たとえば、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）導光パネルによって提供されるものなど、光方向転換物品または光方向転換フィルムと広く呼ばれる方向転向フィルムは、製造に際して拡散フィルムまたはドット印刷の必要性なしに、この種の均一なバックライトを提供するための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、導光板からの光を垂線方向にまたは典型的に二次元の面に対して略垂直ないくつかの他の適切なターゲット角に向かって方向転換するために、様々な組み合わせで、プリズム構造の配列を用いる。一例として、米国特許第６，７４６，１３０号（Ｏｈｋａｗａ）は、ＬＧＰ照明のための転向フィルムとしての役割を果たす光制御シートを記載している。
【０００４】
図１を参照すると、ディスプレイ装置１００における導光板１０の全体的な機能が示されている。光源１２からの光は、入力面１８で入射し、図示したように、典型的にくさび形で導光板１０の中に入る。この光は、全内部反射（ＴＩＲ）条件がフラストレートし、次に、反射面１４２から反射されるまで導光板１０の中で伝播し、出力面１６で導光板から出る。次に、この光は、転向フィルム１２２に進み、ＬＣＤまたは他のタイプの空間光変調器もしくは光を変調する他の二次元バックライト構成要素などの光ゲートデバイス１２０を照らすように導かれる。ほとんどの条件下で最適化された観察のために、発光は、垂線Ｖを中心とした比較的狭い角度範囲にわたって提供されるべきである。偏光子１２４は、変調のための適切な偏光を有する光ゲートデバイス１２０を提供するために、照明経路に典型的に配置される。しかしながら、転向フィルム１２２を通過後の光は、本質的に偏光されないか、または非常に小さい偏光度を有するため、偏光子１２４は、光の約半分を吸収する必要がある。この問題を克服するために、吸収偏光子１２４と転向フィルム１２２の間に反射偏光子１２５が設けられることが多い。反射偏光子の一種が、Ｋｏｉｋｅらの「Ｓｕｒｆａｃｅ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ」と題する米国特許第５，９８２，５４０号および米国特許第６，１７２，８０９号に開示されている。
【０００５】
画質および性能を妥協することなしに偏光照明を提供するのに必要な全体的な構成要素の数を削減することは、明らかに有利であろう。この目的を考慮して、偏光子１２５の構造を簡素化し、または機能を結合することによって、別個のユニットとしてのこの構成要素をなくすことを提案するいくつかの解決策が存在する。機能を結合しようとする試みでは、Ａｒａｉの「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｏｕｔｐｕｔｔｉｎｇ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｆｒｏｎｔａｌ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｌｉｇｈｔ」と題する米国特許第６，０２７，２２０号が、少なくとも部分的に偏光された照明を生成することができる面光源デバイスを開示している。Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示が示しているように、導光板１０（図１）から出てくる光の本質的に一部の偏光がある。加えて、転向フィルムによって本質的に行われるこの光のさらなる偏光がある。一対の転向フィルムを用いる構造では、偏光にさらにもっと僅かな利得がある可能性がある。Ａｒａｉの米国特許第６，０２７，２２０号の開示の手法に従って、面光源は、各転向フィルムに適切な材料を使用し、かつ導光板からの光の傾斜角に対するそれらの屈折率ｎに基づいてこれらの材料を合わせるだけで、ある程度の偏光を提供するように設計することができる。しかしながら、この手法は、ある程度の偏光を提供する利点を有するが、単に屈折率ｎを特定することに基づいてどれほどの改善が得られるのかについて、実際的な限界がある。さらに、複数の転向フィルムを用いる実施形態は、照明システム設計に、コスト、厚さおよび複雑さを加える。
【０００６】
さらに別の手法では、Ｓｕｚｕｋｉの「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  ａ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，  Ｌｉｇｈｔ  Ｇｕｉｄｅ  Ｕｎｉｔ，  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａ１  Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題する米国特許第６，０７９，８４１号が、偏光を供給するようにそれ自体が設計される導光板を提供する。Ｓｕｚｕｋｉの米国特許第６，０７９，８４１号の導光板は、好ましい偏光状態を達成するために、共に積層され、光のブルースター角の調整を提供するように配向された導光体のスタックを用いる。この方法は、導光体自体の中に偏光構成要素を組み込むという利点を有するが、この種の手法には欠点がある。導光板の複雑さと、２分の１または４分の１波長板および反射体に関する追加要件とが、照明経路における別個の構成要素としての偏光子をなくすことによって得られる利点を打ち消す。
【０００７】
Ｍｉの「Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｔｕｒｎｉｇ  Ｆｉｌｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ」と題する同一出願人による米国特許第７，１３９，１２５号は、対応する導光板または他の方向デバイスからの光の角度範囲に応じて、垂線に近い角度で出力される適切な偏光を提供し、かつ２方向のどちらでも使用し得る偏光転向フィルムについて記述している。この目的を達成するために、Ｍｉの米国特許第７，１３９，１２５号の開示のフィルムは、比較的高い屈折率ｎを有する材料、例えばｎが１．６０を超える材料を採用する。
【０００８】
偏光転向フィルムは、ＬＣＤパネルに必要な偏光の少なくとも一部を提供するのに役立つことができるが、適切な材料のコスト要因および入手可能性が懸念され得る。さらに、すべてのタイプのＬＣＤは、提供される光が高度に偏光される必要がない。広く使用されているＬＣデバイスの１つのタイプであるねじれネマチック（ＴＮ）ＬＣデバイスは、偏光に対して感応性が低い。この種の光変調器を用いた装置では、偏光をもたらす転向フィルムの必要性が低く、より低い屈折率を有する低コスト材料で転向フィルムを提供することへの関心が増大している。また、多くのタイプのディスプレイ用途では、出射光が必ずしも垂線角度である必要はないが、出射光が垂線から離れて多少の傾斜角で方向付けられたときに、実際により良い可視性を提供し得ることも認識されている。例えば、アビオニクスおよび自動車用ディスプレイ、並びに、店頭用ディスプレイ、ゲーム用ディスプレイ、およびデータ入力と閲覧のための一部のデスクトップディスプレイを含む他のタイプのディスプレイは、垂線以外の角度で見られることが多い。
【特許文献１】米国特許第５，５９２，３３２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１１１，６９６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２８０，０６３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７４６，１３０号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９８２，５４０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１７２，８０９号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０２７，２２０号明細書
【特許文献８】米国特許第６，０７９，８４１号明細書
【特許文献９】米国特許第７，１３９，１２５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、ある種のディスプレイ装置および用途に適した転向フィルムの解決策が提案されているが、依然として、屈折率の有用な値を有する低コストの光学材料で製作することができる、垂線から傾斜した角度の範囲にわたって光を方向付けるための転向フィルムの必要性があることが分かる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ターゲット角に向かって光を方向転換するための光方向転換物品であって、
前記光方向転換物品が、
（ａ）入射角の範囲にわたって入射照明を受け入れるための入力面と、
（ｂ）複数の光方向転換構造を備える出力面とを備え、
各光方向転換構造が、
（ｉ）前記入力面に対して第１の底角β１で定義されるように、一方向に垂線から離れて傾斜する出射面と、
（ｉｉ）前記入力面に対して第２の底角β２で定義されるように、前記出射面に対して反対方向に垂線から離れて傾斜する第２の面とを有し、
前記第１および第２の面が、３５°〜５５°の範囲内の角度αで互いに向かい合い、
前記光方向転換物品が、１．６０未満の屈折率を有する材料で形成され、
かつ前記ターゲット角θｏｕｔが、５°〜２５°の範囲内である、光方向転換物品を提供する。
【００１１】
また、本発明は、ディスプレイ装置および光を方向転換するためのプロセスも提供する。
【００１２】
本発明の利点は、本発明が、垂線から傾斜した角度範囲にわたって光を方向付けるための転向フィルムを提供することである。本発明の転向フィルムは、屈折率の標準値を有する低コストの光学材料で製作することができる。
【００１３】
本明細書は、特に本発明の要旨を指摘しかつ明確に主張する請求項で完結するが、本発明は、添付図面に関連して以下の説明がなされたときに、より良く理解されると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本説明は、特に本発明による装置の一部を形成する要素または本発明による装置とより直接的に協働する要素を対象にする。具体的に示されたり、記載されていない要素は、当業者に周知である様々な形態をとってもよいことが理解されるべきである。
【００１５】
本発明の装置は、一般にプリズムとして成形される光方向転換構造を用いる。本物のプリズムは、少なくとも２つの平面を有する。しかしながら、光方向転換構造の１つまたは複数の面は、すべての実施形態において平面である必要がなく、湾曲していても、または多数の断面を有していてもよいため、より一般的な用語である「光方向転換構造」が本明細書で使用される。
【００１６】
前掲の背景技術に記載したように、従来の転向フィルムは、導光板または類似の光供給構成要素から斜めの入射角で、通常は垂線から６０°以上で受けた光を方向転換する。転向フィルムは、典型的にプリズム形状で、かつ様々な寸法の屈折構造の配列を一般に用いて、導光板からの光を垂線に向かって方向転換する。これらはフィルムとして設けられるため、垂線（Ｖ）は、フィルム表面の二次元平面に対するものと考えられる。
【００１７】
図１を参照して示されたように、光源１２は、導光板１０の側面に設置される。導光板１０のこの配置および設計は、転向フィルムの必要な角度挙動および配置設計を決定づける。導光板１０の性能条件の範囲に関して、本発明の光方向転換物品は、図１の配置において、従来の転向フィルム１２２と置き換えるように用いることができる。
【００１８】
図２Ａを参照すると、比較例として、導光板１０とともに用いられる従来の転向フィルム１２２の概略断面図を示しており、主要な角度および幾何的関係を示している。転向フィルム１２２は、導光板１０に向かって下向きに面する複数のプリズム構造を有し、各構造は、近い面２４（図１の実施形態に図示されているように光源１２に対して近い）および遠い面２６を有し、両側面は、水平方向Ｈに対する頂角αと底角β１およびβ２によって決定されるように、フィルムの垂線方向Ｖから傾斜している。導光板１０からの光は、中心主光線入射角θｉｎを中心とした小さい角度範囲にわたって入射する。転向フィルム１２２の平面２２におけるＬＣディスプレイ要素に供給される光の主光線出射角θｏｕｔは、中心入射角θｉｎ、転向フィルム１２２の屈折率ｎおよび遠い面２６が傾斜する底角β１を含む複数の因子によって決定される。放射光のための出射角θｏｕｔは、転向フィルム１２２に対して好ましくは垂直であるが、出射角θｏｕｔは、ターゲット角と見なすことができ、一部の用途の場合には、垂線に対してある程度傾斜していてもよい。ほとんどの従来の転向フィルムでは、ターゲット角が垂線である。
【００１９】
図２Ｂは、プリズム構造がＬＣデバイスまたは他の光変調器に向かって上向きに面する転向フィルム２０ａの異なる配置を示している。平面２２は、ここでは入力面であり、構造化された面が出力面である。この構成では、本発明に用いられる基本的なパターン、この場合もやはり出力面上の各光方向転換構造が、近い面２４（図１の実施形態に図示されているように、光源１２に対して近い）および遠い面２６を有し、両側面が、入力面の平面に平行であり、かつ図２Ａ、図２Ｂおよび以下の図において水平配向を有するＨと表示された基準線に対する頂角αと底角β１およびβ２によって決定されるように、フィルムの垂線方向Ｖから斜めに傾斜している。導光板１０からの光は、中心入射主角θｉｎを中心とした小さい角度範囲にわたって入射する。転向フィルム２０の構造化された出力面からＬＣディスプレイ要素に供給される主光線の出射角θｏｕｔは、中心入射主角θｉｎ、転向フィルム２０の屈折率ｎおよび遠い面２６が平面２２に対して斜めの角度で傾斜する底角β１を含む複数の因子によって決定される。図２Ｂは、β１＝５２．３°、β２＝７５°およびｎ＝１．５８の場合の米国特許第６，０２７，２２０号の図８、またはβ１＝５５．７°、β２＝７１．１°およびｎ＝１．５８の場合の米国特許第６，０２７，２２０号の図９に対応する。
【００２０】
図２Ｃは、屈折率ｎ＞１．６を有する米国特許第７，１３９，１２５号の図２Ｂに対応する、プリズム構造が上の方を向いている偏光転向フィルム２０ｂを示す。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｃでは、転向フィルムの出射角は、垂線方向に最適化される。図２Ｂおよび２Ｃでは、転向フィルムから出て来る光の偏光コントラストが内部で強調される。
【００２２】
図３を参照すると、本発明の改善された転向フィルム２０の主要な特徴が示されている。光方向転換構造は、この場合もやはり上向きに面している（より一般的には、観察者およびＬＣデバイスまたは他の光変調器に向かって外向きに面している）。各光方向転換構造は、光源１２の位置（図１）に関連して近い面２４および遠い面２６を有する。遠い面２６は、図２Ｂに図示されたように、発光面または光出射面である。遠い面２６に対して与えられた（平面２２に対する）適切な斜めの傾斜によって、平面２２上の中心照明光線Ｒ１（主光線とも呼ばれる）を中心とした入射光は、ターゲット角であるフィルムの垂線方向Ｖに向かって適切に方向転換される。一実施形態では、光方向転換構造は、転向フィルム２０の面に沿って延長方向に直線的に細長く、その結果、各光方向転換構造は、出力面の一方の縁から他方の縁まで一般に一列に延び、隣接する光方向転換構造は、典型的に平行に延在する。図３の断面図に関して、直線状の延長方向は、紙面に対して垂直である。この配置が、転向フィルム２０の製作に関して利点を有することは十分認識され得る。しかしながら、光方向転換構造は、そのような延長した線形の態様に厳格に配置される必要はない。１つの重要な特徴は、図３の断面側面図に図示されているように、導光板１０からの入射光の角度、転向フィルムの屈折率ｎおよび出射光の角度に対する光方向転換構造の様々な面の角度関係である。
【００２３】
本発明の実施形態では、ターゲット角または出射角θｏｕｔは、式（１）に記載したように、入射角θｉｎ、光方向転換構造の屈折率ｎおよび遠い底角β１によって決定される。
【数１】
2009063997.tif 000003
導光板からの入射光は、主角を中心とした一群の角度にわたって入射し、その結果、入射光の大部分は、主角の＋／−１５°以内である。式（１）および後の式は、主角として入射角θｉｎを用いる。
【００２４】
式（１）が、偏光のいかなる考慮事項にも依存しないで、図２Ｂ、図２Ｃおよび図３に示された上向きに配向された光方向転換構造または外向きに面する光方向転換構造のタイプを用いる転向フィルムに関して一般に適用されるθｉｎに対するθｏｕｔの関係を示していることに留意することは有益である。さらなる対策を講じることなく、偏光を改善するためには、追加の偏光構成要素または第２の転向フィルムが必要な場合がある。
【００２５】
図２Ｂに示されている比較例によれば、底角β１、β２、屈折率ｎおよび入射角θｉｎは、一方の偏光の光に対して高い透過率を提供し、他方の偏光の光に対して低い透過率を提供し、かつθ２が入射平面２２での屈折角である場合にβ２＝９０°−θ２となるように選択される。
【００２６】
図２Ｃに示されている比較例によれば、入射平面２２における入射角θｉｎおよび屈折角θ２と、遠い面２６におけるθ３およびθ４のすべてが、それぞれのブルースター角に近づくように選択され、その結果、何らかの偏光手段を提供する。
【００２７】
しかしながら、このブルースター角関係は、本発明の転向フィルムの重要な特徴、角度および表面のうちのいくつかを示している図３では不要である。各光方向転換構造は、上述のように遠い面２６および近い面２４を有し、各々が、それぞれ、底角β１またはβ２で水平面から上向きに傾斜している。頂角αは、面２４と面２６が交差した所に形成される。ターゲット角または出射角θｏｕｔは、垂線（Ｖ）を中心とせず、５°≦θｏｕｔ≦２５°となるように垂線から斜めにされる。転向フィルムと、この転向フィルムを組み込んだディスプレイは、５°〜２５°の角度で見られることが多いので、アビオニクスおよび自動車用ディスプレイ、並びに、店頭用ディスプレイ、ゲーム用ディスプレイおよびデータ入力と閲覧のための一部のデスクトップディスプレイを含む他のタイプのディスプレイ向けに設計される。これは、適切な底角β１、β２、頂角α、屈折率ｎおよび入射角θｉｎを選択することによって可能になる。
【００２８】
３界面転向フィルム
次に図４を参照すると、転向フィルム２０内で光に対する第３の界面を提供するための直線的に細長い光方向転換構造を用いる本発明の別の実施形態が示されている。ここで、遠い面２６に入射する光は、全内部反射（ＴＩＲ）を用いて反射され、次に、屈折角θ７がブルースター角に近い場合には、近い面２４に角度θ６で入射する。図４の配置で、転向フィルム２０内で光路は３つの界面を含む。第２の界面は、ブルースター角を用いない。代わりに、ＴＩＲが第２の界面で生じる。
【００２９】
図４の光路に従って、角度θｉｎで導光板１０から入射する光は、角度θ２で屈折される。遠い面２６において、入射角θ３は、角度θ５で全内部反射をもたらす。その反射光は、近い面２４で入射し、角度θ７で屈折される。出射光の角度θｏｕｔは、５°〜２５°である。
【００３０】
主要な条件として、最初に遠い面２６に光を入射させるためには、以下の条件が満たされなければならない。
【数２】
2009063997.tif 000004
全内部反射を受けることなく、光が近い面２４を通過するためには、以下の条件が満たされなければならない。
【数３】
2009063997.tif 000005
式中、
【数４】
2009063997.tif 000006
である。
【００３１】
図４の実施形態の場合には、光方向転換構造要素自体は、これらの要素が形成されるフィルムまたはシートの面に対してかなり外向きに延長され得る。これらは、たとえば、基体に組み込まれまたは取り付けられる、別個に製作された構成要素であってもよい。他の可能な改良としては、いくつかの態様において光の挙動を調整するために、遠い面２６にコーティングを施すことが挙げられる。たとえば、ＴＩＲ反射を用いる代わりに、反射コーティングを用いることが有利である場合がある。あるいは、遠い面２６が、望ましくない偏光状態を有する光などの光をリサイクルするように構成されることも可能である。
【００３２】
基体に追加される構造
図３および図４は、１つの基体から形成される転向フィルム２０を示している。しかしながら、用いられる材料の屈折率が同一であるか、または異なる場合を含めて、２つ以上の材料を用いて転向フィルム２０を製作することがより実用的である場合がある。図５Ａは、図３の転向フィルム２０を示す断面図であり、基体２８および光方向転換構造３４が異なる屈折率ｎおよびｎ１を有する。ここで、基体２８は、その上に光方向転換構造３４が取り付けられる面を提供する。光方向転換構造３４は、その後基体２８に取り付けられる透明媒体の別個のシートの上に形成されることが可能である。あるいは、光方向転換構造３４は、別個に製作され、基体２８に取り付けられることも可能である。
【００３３】
光方向転換構造の基本形状に対する改良は、光路の製作を簡単にし、または光路の特性を変更するのに役立つ場合がある。たとえば、図５Ｂは、光方向転換構造３４の先端または頂点が、（切頂面２９を表す水平の点線の方向に向かって）切り取られるか、および／またはこれらの構造間の開先角度γが丸められている場合の図５Ａの転向フィルムを示す概略断面図である。これは、頂上付近のプリズムの先端が、図５Ｂにおける主光線３１、３２および３３に用いられないため、可能である。
【００３４】
同様に、図５Ｃは、遠い面２６が曲面または追加のセグメント面２７を有する場合の図５Ａの転向フィルムを示す概略断面図であり、曲面または追加のセグメント面２７は、一次光線４１および４２が遠い面２６を通って好ましい方向に進む間に、二次光線４３を好ましい方向に方向転換する。
【００３５】
図５Ｄは、基体が異なる屈折率ｎ１を有し、かつ近い面２４に曲面または追加のセグメント面２５がある図４の転向フィルムを示す概略断面図である。図５Ｄにおけるプリズムの先端も同様に切り取ることができる。
【００３６】
図５Ａおよび図５Ｄの実施形態は、コストにも製作にも利点を有し得る。たとえば、一部の材料は、容易に入手可能であり、基体２８に最適であり得る。１．６０未満、望ましくは１．４５〜１．５５もしくは１．４７〜１．５２の範囲内の屈折率を有する材料が、光方向転換構造３４を提供する際の使用により適している。複合材料設計を用いることによって、コスト削減および高い最適性能の両方を達成することができる。
【００３７】
ディスプレイ装置および偏光子の配向
本発明の装置および方法は、ＬＣＤのための光を提供するために支持構成要素のための複数の可能な構造を可能にする。図６は、本発明による転向フィルム２０を用いるディスプレイ装置６０を示す概略断面図である。ＬＣ空間光変調器７０は、導光板１０および転向フィルム２０から受け取った光を変調する。後部偏光子７２および前部偏光子７３は、ＬＣ空間光変調器７０のために設けられる。図７Ａは、図７Ａの図において垂直に延在する転向フィルム２０の光方向転換構造７５および溝に対して４５°で配向される一対の偏光子を用いたＬＣ空間光変調器７０のための偏光透過軸１７２および１７３を示す概略平面図である。この場合、ＬＣ空間光変調器７０は、ノートブックおよびモニターディスプレイで使用される基本モードであるねじれネマチック（ＴＮ）ＬＣＤとすることができる。有利なことに、光出力は、非偏光、すなわちＰ偏光とＳ偏光の平均に対して最適化されるので、米国特許第７，１３９，１２５号の図６に示されているような２分の１波長板は必要ない。
【００３８】
図７Ｂは、転向フィルム２０の溝および光方向転換構造７５に対して平行または垂直に配向される一対の偏光子を用いたＬＣ空間光変調器７０のための偏光透過軸１７２および１７３を示す概略平面図である。この場合、ＬＣ空間光変調器７０は、垂直配向（ＶＡ）ＬＣＤまたはＩＰＳ  ＬＣ要素を用いることができる。後部偏光子の透過軸１７２は、断面の平面と平行である。
【００３９】
一実施形態では、ディスプレイ装置は、一対の交差偏光子を備え、光方向転換構造は、延長方向に細長く、交差偏光子のそれぞれは、光方向転換物品の延長方向に対して実質的に平行または垂直に配向される。別の実施形態では、ディスプレイ装置は、一対の交差偏光子を備え、光方向転換構造は、延長方向に細長く、偏光子は、光方向転換物品の延長方向に対して実質的に＋／−４５°で配向される。
【００４０】
図７Ａに示されているように、光方向転換構造７５は、直線方向に細長く、実質的に平行に延在してもよい。図７Ｃは、他の実施形態における弓状に細長い光方向転換構造７５を有する転向フィルム２０を示す概略平面図である。この配置は、よりコンパクトな設計を行うために、導光板１０の１つまたは複数の隅部において発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点光源を用いる場合に有利である。後部偏光子の透過軸１７２は、断面の平面とほぼ平行である。
【００４１】
転向フィルム２０を形成するための材料
本発明の転向フィルム２０は、典型的には約１．４２〜約１．６４、より好ましくは約１．４７〜約１．５５の屈折率を有するポリマー材料を用いて製作することができる。可能なポリマーとしては、限定されるものではないが、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（シクロオレフィン）、ポリカーボネート、ポリスルフォンおよび様々なコポリマーが挙げられ、コポリマーには、アクリル酸塩、脂環式アクリル酸塩、炭酸塩、スチレン、スルホン、および望ましい光学特性、具体的には可視域での高い透過性と低レベルのヘイズとを与えることが知られているその他の部分の様々な組み合わせが含まれる。また、前述のポリマーの様々な混和性ブレンドも、本発明に使用することができる可能な材料の組み合わせである。ポリマー組成物は、熱可塑性でも熱硬化性でもよい。前者は、優れた溶解プロセス可能性を必要とする適切な溶解プロセスによって製造可能であり、一方後者は、適切なＵＶキャストおよび硬化プロセスまたは熱硬化プロセスによって製作することができる。
【００４２】
（転向フィルムの正規化ピーク強度（または光学利得）およびピーク角度）
一般に、配光は、空間分布および角度分布に関して規定される。光の空間分布は、導光板の上面および／または下面上にマイクロ特徴を慎重に配置することによって、極めて均一に作られ、実現されうる。光の角度分布は、光度Ｉに関して極角θと方位角の関数として規定される。光の角度分布は、ＥＺ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  １６０（フランスのＥｌｄｉｍ社から入手可能）で測定される。極角θは、光の方向と導光板の垂線Ｖとの間の角度である。方位角は、垂線方向Ｖに対して垂直な面上への光の投射と導光板の長さ方向に平行な方向との間の角度である。導光板の長さ方向は、光源１２および垂線方向Ｖに対して垂直である。また、光の角度分布は、輝度Ｌに関して、極角θと方位角の関数として規定することもできる。輝度Ｌと光度Ｉは、Ｌ＝Ｉ／ｃｏｓ（θ）の関係がある。
【００４３】
導光板からの配光のピーク光度は、最大光度と定義される。配光のピーク角度は、ピーク光度が生じる極角と定義される。次に、各光度分布は、ピーク光度およびピーク角度を定義する。
【００４４】
正規化ピーク強度は、転向フィルムの光学利得とも呼ばれ、導光板から放出された光のピーク光度に対する転向フィルムを透過した光のピーク光度の比と定義される。その結果、転向フィルムの正規化ピーク強度は、光源の絶対レベルには依存せず、主として転向フィルムの設計自体に依存する。
【００４５】
したがって、様々な転向フィルムの設計は、２つの重要な量、すなわち正規化ピーク光度（または光学利得）と転向フィルムを透過した光のピーク角度に関して比較され得る。
【００４６】
実施例の実施形態の結果
図８Ａ〜８Ｈは、一定の底角β１およびβ２の場合の、正規化ピーク強度の値およびピーク角度の値を屈折率ｎの関数として示し、頂角αは、それぞれ６８°、６０°、５０°、４０°、３６°、３０°、２０°、１０°である。これらのグラフのそれぞれにおいて、横軸は、１．３〜１．７の範囲内の屈折率ｎを示す。左の縦軸は、入射光のピーク強度に対するピーク強度の尺度（白ダイヤで表示）である。右の縦軸は、ディスプレイの垂線Ｖに対するピーク角度の尺度（黒四角で表示）である。導光板からの主光線の入射角は、約７０度である。
【００４７】
図１０Ａは、図８Ａ〜８Ｈで与えられた本発明の転向フィルムの実施形態に対して計算された頂角α、屈折率およびピーク角度の値を一覧表示した表を示す。ピーク角度の値の許容範囲は、図１０Ａにおいてボールド体で記載され、Ａと表示されている。領域Ａ内の値は、図８Ａ〜８Ｈに同様に記載されている。
【００４８】
図１０Ｂは、図８Ａ〜８Ｈの実施形態の頂角α、屈折率および正規化ピーク強度の値を一覧表示した表を示す。所望の範囲のピーク強度の値は、図１０Ｂにおいてボールド体で記載され、Ｃと表示されている。領域Ｃ内の値は、図８Ａ〜８Ｈに同様に記載されている。
【００４９】
一定範囲内にある構造および屈折率ｎを有する転向フィルムの実行可能な解決策があることが、図８Ａ〜８Ｈと、図１０Ａおよび１０Ｂの対応する表から分かる。実行可能な解決策は、Ａ、ＢおよびＣが交差する領域に与えられる。これらの結果は、比較的高い強度の出力が、約１．４５〜１．５５の屈折率を有する材料で達成され得るので、約５〜２５°の出射角範囲を有する許容し得る転向フィルムが、６０〜２０°、好ましくは５０〜３５°の範囲内にある頂角αを有して提供され得ることを示している。約１．４５〜１．５５の屈折率は、多くのより一般的な光学プラスチックの使用を可能にする。屈折率の好ましい範囲は、約１．４７〜１．５２の範囲内である。
【００５０】
いくつかの実施形態では、底角β１と底角β２が等しい。これらの角度が等しくない場合には、転向フィルム２０は、同一面内で方向をその元の位置から交互に１８０度回転され得る。図９Ａおよび図９Ｂに示されているように、転向フィルム２０は、入射光が主角θｉｎ１にあるときに一方の位置に配置され、入射光が主角θｉｎ２にあるときに同一面内で１８０度回転される。この回転が行われたとき、近い面２４および遠い面２６の機能は、適切に変化する。
【００５１】
したがって、本発明は、低い屈折率の光学ポリマーを用いた低コストの転向フィルムの解決策を提供する。
【００５２】
本発明について、特にその特定の好ましい実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明の精神および範囲内で変更形態および変形形態がもたらされ得ることが理解されよう。本明細書に記載されている特許および他の出版物は、参照により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来のディスプレイ装置の構成要素を示す断面図である。
【図２Ａ】米国特許第６，０２７，２２０号の図２に概ね対応する、導光板に向かって下の方を向くプリズム構造を有する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図２Ｂ】米国特許第６，０２７，２２０号の、β２＝５２．３°、β１＝７５°およびｎ＝１．５８の場合の図８、またはβ２＝５５．７°、β１＝７１．１°およびｎ＝１．５８の場合の図９に対応する、上の方を向くプリズム構造を有する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図２Ｃ】屈折率ｎ＞１．６を有する米国特許第７，１３９，１２５号の図２Ｂに対応する、上の方を向くプリズム構造を有する偏光転向フィルムを示す概略断面図である。
【図３】本発明による、垂線から傾斜した角度で光を生成するための転向フィルムを示す概略断面図である。
【図４】本発明による、導光板からの光が２つの面に遭遇する、垂線から傾斜した角度で出射光を生成する転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ａ】基体およびプリズムが異なる屈折率を有する本発明の転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ｂ】プリズムの先端が切り取られおよび／または開先角度が丸められている図５Ａの転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ｃ】プリズムの片面が湾曲しているかまたは２つ以上のセグメントを有する図５Ａの転向フィルムを示す概略断面図である。
【図５Ｄ】基体およびプリズムが異なる屈折率を有し、導光板からの光が２つの面に遭遇し、かつプリズムの片面が湾曲しているかまたは２つ以上のセグメントを有する図４の転向フィルムを示す概略断面図である。
【図６】ＬＣＤディスプレイシステムにおける転向フィルムを示す概略断面図である。
【図７Ａ】転向フィルムの光方向転換構造の溝に対して４５°で配向された一対の偏光子を備えるＬＣＤを示す概略平面図である。
【図７Ｂ】転向フィルムの光方向転換構造の溝に対して平行または垂直に配向された一対の偏光子を備えるＬＣＤを示す概略平面図である。
【図７Ｃ】弓形の溝を有する転向フィルムを示す概略平面図である。
【図８Ａ】様々な比較実施形態と本発明の実施形態に関する、様々な屈折率での光強度と出力角の関係を示すグラフである。
【図８Ｂ】様々な比較実施形態と本発明の実施形態に関する、様々な屈折率での光強度と出力角の関係を示すグラフである。
【図８Ｃ】様々な比較実施形態と本発明の実施形態に関する、様々な屈折率での光強度と出力角の関係を示すグラフである。
【図８Ｄ】様々な比較実施形態と本発明の実施形態に関する、様々な屈折率での光強度と出力角の関係を示すグラフである。
【図８Ｅ】様々な比較実施形態と本発明の実施形態に関する、様々な屈折率での光強度と出力角の関係を示すグラフである。
【図８Ｆ】様々な比較用の本発明の実施形態に対する、様々な屈折率での光強度と出力角の関係を示すグラフである。
【図８Ｇ】様々な比較実施形態と本発明の実施形態に関する、様々な屈折率での光強度と出力角の関係を示すグラフである。
【図８Ｈ】様々な比較実施形態と本発明の実施形態に関する、様々な屈折率での光強度と出力角の関係を示すグラフである。
【図９Ａ】一実施形態による、２つの位置のどちらでも使用可能な転向フィルムを示す斜視図である。
【図９Ｂ】一実施形態による、２つの位置のどちらでも使用可能な転向フィルムを示す斜視図である。
【図１０Ａ】図８Ａ〜８Ｈのグラフに示されている様々な実施形態での値を一覧表示した表である。
【図１０Ｂ】図８Ａ〜８Ｈのグラフに示されている様々な実施形態での値を一覧表示した表である。
【符号の説明】
【００５４】
１、２、３、４  領域
１０  導光板
１２  光源
１４  端面
１６  出力面
１８  入力面
２０、２０ａ、２０ｂ  転向フィルム
２２  平面
２４  近い面
２５  セグメント面
２６  遠い面
２７  セグメント面
２８  基体
２９  切頂面
３１、３２、３３、３５  光線
３４  光方向転換構造
４１、４２、４３、４５  光線
５２  反射面
６０  ディスプレイ装置
７０  ＬＣ空間光変調器
７２  後部偏光子
７３  前部偏光子
７５  光方向転換構造
８２  点光源
１００  ディスプレイ装置
１２０  光ゲートデバイス
１２２  転向フィルム
１２４  偏光子
１２５  反射偏光子
１４２  反射面
１７２、１７３  透過軸
α  頂角
β１  底角
β２  底角
γ  開先角度
ｎ  屈折率
θｉｎ１  第１の導光板に対する入射角
θｉｎ２  第２の導光板に対する入射角
θｏｕｔ  出射角またはターゲット角
θ２  平面での屈折角
θ３  遠い面での入射角
θ４  遠い面での屈折角
θ５  遠い面での反射角
θ６  近い面での入射角
θ７  近い面での屈折角
Ｖ  フィルムの垂線方向
Ｖ１  遠い面の垂線方向
Ｖ２  近い面の垂線方向
Ｈ  水平方向
Ｒ１  中心照明光線
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2009063997.tif 000022
【図８Ｃ】
2009063997.tif 000023
【図８Ｄ】
2009063997.tif 000024
【図８Ｅ】
2009063997.tif 000025
【図８Ｆ】
2009063997.tif 000026
【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図９Ａ】
2009063997.tif 000029
【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【外国語明細書】
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