(57)【要約】      （修正有）【課題】ディスプレー用バックライト装置を提供する。【解決手段】側面発光源１２と、導光板１０と、溶融押出成形可能で熱成形可能なポリマー材料から成る転向フィルムとを含み、該転向フィルムが、該フィルムの光入射面上のプリズム構造２４と、該フィルムの光出射面上のレンチキュラ要素２６とを含む、ディスプレー用バックライト装置であって、前記プリズム構造２４が、平均頂角及び平均ピッチを特徴とし、前記レンチキュラ要素２６が、平均ピッチ及び平均曲率半径を特徴とし、前記プリズム構造２４及びレンチキュラ要素２６が、平均値だけ見当から外れ、前記フィルムが、平均厚さを有し、前記平均値が、前記導光板１０の光出射面１６の垂線から±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように選択されることを条件とする。【選択図】図６
2009037205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）側面発光源と、（２）導光板と、（３）溶融押出成形可能で熱成形可能なポリマー材料から成る転向フィルムとを含み、該転向フィルムが、該フィルムの光入射面上のプリズム構造と、該フィルムの光出射面上のレンチキュラ要素とを含む、ディスプレー用バックライト装置であって、
（ａ）前記プリズム構造が、平均頂角（α＋β）及び平均ピッチ（Ｑ）を特徴とし、
（ｂ）前記レンチキュラ要素が、平均ピッチ（Ｐ）及び平均曲率半径（Ｒ）を特徴とし、
（ｃ）前記プリズム構造及びレンチキュラ要素が、平均値（Ｘ）だけ見当から外れ、
（ｄ）前記フィルムが、平均厚さ（Ｔ）を有し、
前記平均値が、前記導光板の光出射面の垂線から±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように選択されることを条件とするバックライト装置。
【請求項２】
前記転向フィルムが、炭酸塩、エステル、スルフォン及びシクロオレフィンからなる群から選択されるポリマーから成る請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記プリズム構造の少なくとも片面が曲面である請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記レンチキュラ要素の断面でのレンズ形状が非円形である請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記プリズム構造の高さが異なる請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記転向フィルムが、等しい平均ピッチ値Ｐ及びＱを有する請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記転向フィルムの頂角が丸くなっており、先端が約０．２６Ｐ未満の半径を有する請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記転向フィルムのプリズム構造が、前記光入射面上の蛇行経路に沿って延びる請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記転向フィルムのレンチキュラ要素が、前記光出射面上の蛇行経路に沿って延びる請求項１記載の装置。
【請求項１０】
下記式から算出された前記転向フィルムの値が、０から約５．５の範囲にある請求項１記載の装置。
【数１】
2009037205.tif 000023
【請求項１１】
前記転向フィルムを形成する材料の屈折率が、１．２から１．９の範囲にある請求項１記載の装置。
【請求項１２】
平均比Ｘ／Ｐが、約０．０５から０．３０の範囲にある請求項１記載の装置。
【請求項１３】
各面にパターンを有するウェブを製造するキャリアレス方法であって、
（ａ）前記ウェブを形成するために材料を加熱するステップと、
（ｂ）該材料を第１の空洞に制御した速度で注入するステップと、
（ｃ）該材料を第１の空洞内に溝の長さにわたって分散させるステップと、
（ｄ）前記材料を第１の外部ランド面、第２の外部ランド面及び第１のローラの表面によって形成された第２の空洞の中に押し込んで、前記材料を高圧力下で部分的に凝固させることによって、前記ウェブの第１の面上に第１のパターンを形成するステップと、
（ｅ）前記第１のローラと第２のローラとの間に形成されたニップに前記部分的に凝固した材料を通して、前記第１のローラと前記第２のローラとの間の圧力を使用して前記ウェブの第２の面上に第２のパターンを形成するステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２のパターンの一方が、平均頂角（α＋β）及び平均ピッチ（Ｑ）を特徴とするプリズム構造を含み、
他方のパターンが、平均ピッチ（Ｐ）及び平均曲率半径（Ｒ）を特徴とするレンチキュラ要素を含み、
前記プリズム構造及びレンチキュラ要素が、平均値（Ｘ）だけ見当から外れ、
前記フィルムの平均厚さが（Ｔ）であり、
前記平均値が、垂線の±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように選択されることを条件とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
（ｉ）完成したウェブをサンプリングして、前記ウェブの幅を横切る様々な点での光学要素の第１及び第２のパターンの特性を決定するステップと、
（ｉｉ）前記サンプリングの結果として、前記ウェブ上の前記光学要素パターンの位置合わせを調整するステップと
をさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記形成されたパターンが、平均頂角（α＋β）及び平均ピッチ（Ｑ）を特徴とするプリズム構造と、平均ピッチ（Ｐ）及び平均曲率半径（Ｒ）を特徴とするレンチキュラ要素とを含み、
前記２つの面上の前記プリズム構造及びレンチキュラ要素が、平均値（Ｘ）だけ見当から外れ、
前記フィルムの平均厚さが（Ｔ）であり、
前記平均値が、垂線の±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように選択される請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
ウェブの両面に位置合わせされた光学要素パターンを有するウェブ又はシートを製造する方法であって、
（ａ）キャリアウェブを使用する又は使用しないにかかわらず、ウェブの各面に、互いに位置合わせされ、かつ流れ方向に向けられた光学要素パターンを形成するステップと、
（ｂ）完成したウェブをサンプリングして、ウェブの幅を横切る様々な点での前記光学要素パターンの特性を決定するステップと、
（ｃ）前記ウェブ上の前記光学要素パターンの位置合わせを前記サンプリングの結果として調整するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記形成されたパターンが、頂角（α＋β）及び平均ピッチ（Ｑ）を特徴とするプリズム構造と、平均ピッチ（Ｐ）及び平均曲率半径（Ｒ）を特徴とするレンチキュラ要素とを含み、
前記２つの面上の前記プリズム構造及びレンチキュラ要素が、平均値Ｘだけ見当から外れ、
前記フィルムの平均厚さがＴであり、
前記平均値が、垂線の±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように選択される請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
各面にパターンを有するウェブを製造する方法であって、
（ａ）硬化プロセスを用いて、一方の面上に、流れ方向と平行である第１のパターンを有するウェブを形成し、
（ｂ）第２のパターン付き面を形成するために、ポリマー材料を溶解し、
（ｃ）該材料を押出ダイに注入して、制御した速度で溶融カーテンを形成し、
（ｄ）前記材料を第１のローラと前記ウェブと第２のローラとによって形成されたニップの中に誘導し、前記材料を高圧力下で部分的に凝固させて、前記ウェブの反対の面上に、流れ方向と平行である第２のパターンを形成し、
（ｅ）前記ウェブを一方のローラの表面に沿って誘導し、前記ポリマー材料のガラス転移温度にほぼ達したときに、前記ウェブを冷却して剥離する
ことを含む方法。
【請求項２０】
前記形成されたパターンが、平均頂角（α＋β）及び平均ピッチ（Ｑ）を特徴とするプリズム構造と、平均ピッチ（Ｐ）及び平均曲率半径（Ｒ）を特徴とする反対の面上のレンチキュラ要素とを含み、
前記２つのパターン付き面上の前記プリズム構造及びレンチキュラ要素が、平均値Ｘだけ見当から外れ、
前記フィルムの平均厚さがＴであり、
前記平均値が、垂線の±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように選択される請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、転向フィルムからの、より詳細には、両面に微細構造を有する転向フィルムからの光度を高めるためのディスプレー照明に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラップトップ型コンピュータ並びにその他の個人用のコンピュータ装置及び通信装置に使用される携帯型液晶ディスプレー（ＬＣＤ）は、小型で比較的効率的なバックライトユニットを必要とする。ＬＣＤディスプレーの一人の観察者の用途の多くは、狭い視野角しか必要とされない。主として観察者に向けられる照明、すなわち垂線方向の照明を提供することによって、効率的な背面照明ユニットは、この必要性を満たすとともにエネルギーをあまり必要とせず、したがってバッテリー電力を節約する。さらに、狭視野角のＬＣＤはプライバシーを保護し、そしてそれはＬＣＤが人前で使用されるときに必須となり得る。
【０００３】
所要のタイプの照明を提供するための１つの解決法では、典型的には光を向け直しかつ調整するための１以上のタイプのフィルムと組み合わせた導光板（ＬＧＰ）の中に向けられたランプからの光を使用する。様々なタイプのＬＧＰが、この目的で開発されている。いくつかのタイプのＬＧＰは、印刷ドット又は他の表面散乱機構を使用して、広範な角度にわたって散乱し拡散した光を提供する。他のタイプのＬＧＰは、テーパ形状又はくさび形状であり、全内部反射（ＴＩＲ）を使用して、垂線に対して比較的大きな角度の基本光線又は主光線で、全体的に平行化された出力光を提供する。両方の手法をうまく利用して、ニューヨーク州ボールドウィンのアストラ・プロダクツから入手可能なＣＬＡＲＥＸ（登録商標）ＨＳＯＴ（高輝度光拡散）導光パネルは、いくらかの前方散乱を使用して、全体的に均一な背面照明を提供し、かつ同時に先細になっていて、垂線から離れる角度にバイアスがかけられた照明を提供するある種のＬＧＰを使用している。この光を観察者の方へ向け直すために、ＨＳＯＴ導光パネルは、指向性転向フィルムを使用している。
【０００４】
従来の転向フィルムを使用する照明装置では、管状の冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）光源と平行な方向に既にいくらか平行化されている光を取り出すために、表面散乱又は体積散乱が、くさび角度と組み合わせて一般に使用される。フラストレートした全内部反射（ＴＩＲ）の機構を使用するくさび形の導光体は、光を導光体の表面に対して視射角で転向フィルムに供給する。ＨＳＯＴ導光パネル及び類似タイプの指向性転向フィルムは、導光板から出射する光を２次元表面に対して垂線の方へ、すなわち０度の方向へ向け直すために、様々な組合せで配置されたプリズム構造の配列を使用している。
【０００５】
図１を参照すると、ディスプレー装置３０における導光板１０の総括的機能が示されている。光源１２からの光は、入力面１８に入射し、先細の導光板１０の中を通過する。光は、全内部反射（ＴＩＲ）条件がフラストレートし、次いで場合により反射面４２から反射されるまで、導光板１０の中を伝播し、導光板１０の出力面１６から出射する。垂線Ｎに対する導光板１０からの光の出射角度はかなり大きく、典型的には約４０から８８度の範囲にある。次いで、この光は、転向フィルム２２に進み、垂線の方へ向け直されて、ＬＣＤ又は他の２次元バックライト付き構成要素などの光ゲート装置２０を照明する。
【０００６】
光を２次元面に沿って分散させる場合、導光板１０とその支持構成要素は、通常、光の方向転換とビーム角の発散を低減する若干のコリメーションとを両方もたらすように設計される。例えば、「Ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ  Ａｎｇｌｅ  Ｒｏｔａｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｂｅａｍｓ」という名称のＴａｉの米国特許第５，８５４，８７２号は、細長いマイクロプリズムの配列を使用して、１つ以上の光源からの光を向け直しかつ平行にする導光板を開示している。Ｔａｉの上記‘８７２号特許に開示されている装置では、導光板は、コリメーションをもたらす、一方向に細長い光出力側の第１の一組のプリズム構造と、コリメーション及びＴＩＲ反射をもたらす、直交方向に細長い反対側の第２の一組のプリズム構造とを有する。この基本配置に適用されるいくつかのバリエーションがある。例えば、「Ｌｉｇｈｔ  Ｇｕｉｄｅ  ｆｏｒ  ｕｓｅ  ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋｌｉｔ  Ｄｉｓｐｌａｙ」という名称のＷｈｉｔｎｅｙらの米国特許第６，５７６，８８７号は、均一性のために最適化された導光体を開示しており、この導光体は、転向フィルム２２の出力面上の構造がランダムに分散されていて、より均一な出力をもたらすことが可能である。「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｍ  ｗｉｔｈ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ａｎｇｌｅ  Ｐｒｉｓｍｓ」という名称のＧａｒｄｉｎｅｒらの米国特許第６，７０７，６１１号は、感知されるリップルを低減する配置を有する光学転向フィルムの適応を開示している。
【０００７】
転向フィルムは、例えば、「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｐｒｉｓｍ  Ｓｈｅｅｔ」という名称のＨｉｇｕｃｈｉらの米国特許第６，２２２，６８９号、「Ｐｌａｎｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｕｎｉｔ」という名称のＯｅらの米国特許第５，１２６，８８２号、及び「Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｈｅｅｔ，Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ」という名称のＯｈｋａｗａの米国特許第６，７４６，１３０号に開示されている。指向性２次元転向フィルムの設計を最適化するいくつかの手法が、特許文献に記載されている。例えば、Ｇａｒｄｉｎｅｒらの上記‘６１１号特許は、転向フィルムの入射光面上のプリズム面のための最適化された幾何学的配置を開示している。「Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｆｌｅｃｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｔｈｅｒｅｆｏｒ」という名称のＹａｍａｓｈｉｔａらの米国特許第６，６６９，３５０号は、入射光面上の細長いプリズム構造のアーチ形分布を開示している。「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｍ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｆｉｌｍ」という名称のＳｕｚｕｋｉらの米国特許第５，６００，４６２号は、転向フィルムが入射光面上の細長いプリズム構造と発光面上の拡散要素とを有する従来の配置を開示している。しかしながら、光度を改善するために、同一光学フィルムに拡散要素と光指向要素の両方を使用するこのタイプの配置は、必然的にある程度の妥協となる。
【０００８】
従来の転向フィルムは、導光板１０からの入射光をわずかな角度範囲にわたって垂線の方へ向け直す。この範囲外の光は、垂線に近い角度に向け直される。向け直される光の角度の範囲を拡張するために使用されている１つの最適化手法は、転向フィルム２２の入力側のプリズム形状に関係する。図２Ａは、プリズム構造２４の断面が実質的に二等辺形状を有する転向フィルム２２のほんの一部を示す。すなわち、転向フィルム２２の入力側で、半頂角αが半頂角βに等しい。この図と後の図では、転向フィルム２２から放出された光線Ｃの角度は、図示のように垂線Ｎに対するものである。
【０００９】
図２Ｂのグラフは、この配置を有する転向フィルム２２の垂線（０度）に対する光度応答性を示す。入射光の光度曲線４５は、ＬＧＰから出力され転向フィルム２２に入射する光の光度対角度をプロットしたものである。この曲線が示すように、転向フィルム２２に入射する光は、高度に指向性であり、垂線（０度）から約７０度にピーク強度を有する。次に、出力光の光度曲線４６は、転向フィルム２２の出力で得られた効果を示す。この場合、強度は、ＬＧＰからの出力と実質的に同じであるが、角度は、シフトし、このとき０度前後に中心がある。垂線へのこの有利な角度シフトは、バックライト照明システムの全体的効率を最大化するのに役立つ。
【００１０】
「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｐｒｉｓｍ  Ｓｈｅｅｔ」という名称のＨｉｇｕｃｈｉらの米国特許第６，２２２，６８９号は、半頂角αと半頂角βの相対的サイズが同じでない転向フィルムを開示している。このタイプのフィルムは、入射光の角度と正確に一致するときに、改善された性能を提供することができる。図３Ａは、プリズム構造２４が半頂角βよりも小さい半頂角αを有する転向フィルム２２の一部分を断面図で示す。図３Ｂは、図３Ａの変化した形状を用いた０度の垂直視野角の各面に対する光の典型的な光度曲線４８を示す。図示されるように、約１０％を超える程度の光度の増大が、この角度調整を用いて得られている。例えば「Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｆｌｅｃｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｔｈｅｒｅｆｏｒ」という名称のＹａｍａｓｈｉｔａらの米国特許第６，６６９，３５０号におけるプリズム構造の形状を変更することによって転向フィルムの性能を改善しようとする他の試みは、光度の緩やかなレベルの改善を提供している。
【００１１】
いくつかのタイプの転向フィルムと様々な輝度増強物品とを含む両面光学フィルムの製造が、いくつかの方法で取り組まれている。いくつかの手法が、必要な表面の特徴を形成するためのパターン付きローラを使用して、キャリアとして働く移動ウェブに１つ以上のコーティング材料を塗布する。例えば、「Ｌｅｎｓ  Ｓｈｅｅｔ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｔｈｅ  ｓａｍｅ」という名称のＯｏｋａｗａらの米国特許第６，６２８，４６０号は、スクリーンの両側の入射面及び出射面にレンズ構造の列が実質的に平行方向に延びる両面レンチキュラスクリーンを開示している。フィルムの各面には、硬化性樹脂が、透明な基体キャリアに塗布され、次いで成形され硬化されて、光方向転換要素を形成する。硬化性ポリマーを透明なキャリア上に塗布する他の手法が、例えば、「Ｍｉｃｒｏｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  Ａｒｔｉｃｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｄｅｆｅｃｔ−Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ」という名称のＮｅｌｓｏｎらの米国特許出願公開第２００６／０２１０７７０号、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｔｗｏ−Ｓｉｄｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｗｅｂｓ  ｉｎ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ」という名称のＨｕｉｚｉｎｇａらの国際公開ＷＯ２００５／０２５８３７号、及び「Ｍｉｃｒｏｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  Ａｒｔｉｃｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｍｏｉｒｅ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ」という名称のＤｏｂｂｓらの米国特許出願公開第２００６／０２０９４２８号に示されている。
【００１２】
両面光学フィルムの製造に使用されている他の方法は、ラミネーションを含む。フィルムの両側に必要な特徴を有する別々のシートが形成される。次いで、これらのシートは、キャリア上に積層されるか又は互いに直接積層されて、完成品を形成する。エンボス法も、両面光学フィルムを移動ウェブ上に形成するために使用され得る。
【特許文献１】米国特許第５，８５４，８７２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５７６，８８７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７０７，６１１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２２２，６８９号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１２６，８８２号明細書
【特許文献６】米国特許第６，７４６，１３０号明細書
【特許文献７】米国特許第６，６６９，３５０号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６００，４６２号明細書
【特許文献９】米国特許第６，６２８，４６０号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００６／０２１０７７０号明細書
【特許文献１１】国際公開第２００５／０２５８３７号パンフレット
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００６／０２０９４２８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、これらの従来の手法にはそれぞれ、特に、光学フィルムの両側に形成された構造の正確な位置合わせを行う必要がある場合に、いくつかの問題がある。Ｏｏｋａｗａらの上記‘４６０号又はＤｏｂｂｓらの上記‘９４２８号で開示されているようなパターン付きローラを使用する適用例では、各面上に形成される特徴が確実に正確に位置合わせされるようにするために、近接する半径方向の同期化が、一対のパターン付きローラ間で維持されなければならない。ラミネーションでの解決法は、ラミネーションの移動中に発生した熱が、使用されているプラスチックシート材料の寸法精度に影響を与える可能性があるので、困難であることが分かる。
【００１４】
電子ディスプレー装置のよりコンパクトな実装、及び改善された輝度効率に対する要求の増大に伴い、またバックライト送出のための既存の光散乱手法を大幅に改善する見込みがほとんどない場合、ディスプレーの視野方向の明度を大幅に高めるために、高度のコリメーションをもたらす光方向転換手法の切迫したニーズがある。これらの解決法を実施するためには、製造技術の改善も必要である。特に、ＬＣセルの垂線から±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるサイドライトからの光を供給することができる転向フィルムを有するバックライトを有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、（１）側面発光源と、（２）導光板と、（３）光入射面及び光出射面を含む転向フィルムとを含み、転向フィルムが、出射面上のレンチキュラ要素と入射面上のプリズム構造を含む、ディスプレー用バックライト装置であって、フィルムの特徴及び厚さのパラメータの平均値が、導光板の光出射面の垂線から±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように選択されるバックライト装置を提供する。バックライトの実施形態、転向フィルムを製作する方法、及びバックライトを組み込んだディスプレーも開示される。
【００１６】
本発明の利点は、本発明が、従来の輝度増強フィルムが提供するよりもコンパクトな解決法を提供することができるとともに、単一構成要素から光コリメーション機能と光方向転換機能とを組み合わせることができることである。
【００１７】
本発明の更なる利点は、本発明が、改善されたレベルの軸上輝度を光ゲート装置に提供することである。
【００１８】
本発明の上記及びその他の目的、特徴並びに利点は、本発明の例示的な実施形態が示され、かつ説明される図面に関連してなされる以下の詳細な説明を読んだときに、当業者に明らかになるであろう。
【００１９】
本明細書は、特に、本発明の主題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なされる以下の説明からより良く理解されるものと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本明細書は、特に、本発明による装置の一部を形成する、又はそれとより直接的に協働する要素を対象とする。具体的に示されていない又は説明されていない要素は、当業者によく知られている様々な形態を取り得ることが理解されるべきである。
【００２１】
本発明は、少なくとも以下の形態で示される。
【００２２】
Ｉ．（１）側面発光源と、（２）導光板と、（３）溶融押出成形可能で熱成形可能なポリマー材料から成る転向フィルムとを含み、該転向フィルムが、該フィルムの光入射面上のプリズム構造と、該フィルムの光出射面上のレンチキュラ要素とを含む、ディスプレー用バックライト装置であって、
（ａ）前記プリズム構造が、平均頂角（α＋β）及び平均ピッチ（Ｑ）を特徴とし、
（ｂ）前記レンチキュラ要素が、平均ピッチ（Ｐ）及び平均曲率半径（Ｒ）を特徴とし、
（ｃ）前記プリズム構造及びレンチキュラ要素が、平均値（Ｘ）だけ見当から外れ、
（ｄ）前記フィルムが、平均厚さ（Ｔ）を有し、
前記平均値が、ＬＣセルの垂線から±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように、選択されることを条件とするバックライト装置。
【００２３】
ＩＩ．（１）側面発光源と、（２）導光板と、（３）光入射面及び光出射面を含む転向フィルムとを含み、光入射面上のプリズム構造と光出射面上のレンチキュラ要素とを含む、ディスプレー用バックライト装置であって、
（ａ）前記プリズム構造が、頂角（α＋β）及び平均ピッチ（Ｑ）を特徴とし、
（ｂ）前記レンチキュラ要素が、平均ピッチ（Ｐ）及び平均曲率半径（Ｒ）を特徴とし、
（ｃ）前記プリズム構造及びレンチキュラ要素が、平均値Ｘだけ見当から外れ、
（ｄ）前記フィルムの厚さがＴであり、
前記平均値が、垂線の±１０°のピーク出力角度と、少なくとも１．２５の光学利得とを与えるように選択されることを条件とするバックライト装置。
【００２４】
ＩＩＩ．各面にパターンを有するウェブを製造するキャリアレス方法であって、
（ａ）ウェブを形成するために材料を加熱するステップと、
（ｂ）該材料を第１の空洞に制御した速度で注入するステップと、
（ｃ）該材料を第１の空洞内に溝の長さにわたって分散させるステップと、
（ｄ）前記材料を第１の外部ランド面、第２の外部ランド面及び第１のローラの表面によって形成された第２の空洞の中に押し込んで、前記材料を高圧力下で部分的に凝固させることによって、ウェブの第１の面上に第１のパターンを形成するステップと、
（ｅ）前記第１のローラと第２のローラとの間に形成されるニップに前記部分的に凝固した材料を通して、第１のローラと第２のローラとの間の圧力を使用してウェブの第２の面上に第２のパターンを形成するステップと
を含む方法。
【００２５】
ＩＶ．ウェブの両面に位置合わせされた光学要素パターンを有するウェブ又はシートを製造する方法であって、
（ａ）キャリアウェブを使用する又は使用しないにかかわらず、ウェブの各面に、互いに位置合わせされ、かつ流れ方向に向けられた光学要素パターンを形成するステップと、
（ｂ）完成したウェブをサンプリングして、ウェブの幅を横切る様々な点での光学要素パターンの特性を決定するステップと、
（ｃ）ウェブ上の光学要素パターンの位置合わせをサンプリングの結果として調整するステップと
を含む方法。
【００２６】
Ｖ．各面にパターンを有するウェブを製造する方法であって、
（ａ）硬化プロセスを用いて、一方の面上に、流れ方向と平行である第１のパターンを有するウェブを形成し、
（ｂ）第２のパターン付き面を形成するために、ポリマー材料を溶融し、
（ｃ）該材料を押出ダイに注入して、制御した速度で溶融カーテンを形成し、
（ｄ）前記材料を第１のローラとウェブと第２のローラとによって形成されたニップの中に誘導し、前記材料を高圧力下で部分的に凝固させて、ウェブの反対の面上に、流れ方向と平行である第２のパターンを形成し、
（ｅ）ウェブを一方のローラの表面に沿って誘導し、ポリマー材料のガラス転移温度にほぼ達したときに、ウェブを冷却して剥離する
ことを含む方法。
【００２７】
ＶＩ．各面にパターンを有するウェブを製造する方法であって、
（ａ）硬化プロセスを用いて、一方の面上に、流れ方向と平行である第１のパターンを有するウェブを形成し、
（ｂ）硬化プロセスを用いて、反対の面上に、第１の面と平行である第２のパターンを形成しする
ことを含む方法。
【００２８】
ＶＩＩ．各面にパターンを有するウェブを製造するキャリアレス方法であって、
（ａ）ウェブを形成するために材料を加熱するステップと、
（ｂ）該材料を第１の空洞に制御した速度で注入するステップと、
（ｃ）該材料を第１の空洞内に溝の長さにわたって分散させるステップと、
（ｄ）前記材料を、第１の外部ランド面、第２の外部ランド面及び第１のローラの表面によって形成された第２の空洞の中に押し込んで、前記材料を高圧力下で部分的に凝固させることによって、ウェブの第１の面上に第１のパターンを形成するステップと、
（ｅ）前記第１のローラと第２のローラとの間に形成されたニップに前記部分的に凝固した材料を通して、第１のローラと第２のローラとの間の圧力を使用してウェブの第２の面上に第２のパターンを形成するステップと
を含む方法。
【００２９】
ＶＩＩＩ．各面にパターンを有するウェブを製造するキャリアレス方法であって、
（ａ）ウェブを形成するためにポリマー材料を溶解するステップと、
（ｂ）該材料を押出ダイに注入して、制御した速度で溶融カーテンを形成するステップと、
（ｃ）前記材料を第１のローラ及び第２のローラによって形成されたニップの中に誘導し、前記材料を高圧力下で部分的に凝固させて、ウェブの各面上に流れ方向と平行にパターンを形成するステップと、
（ｄ）ウェブを一方のローラの表面に沿って誘導し、ポリマー材料のガラス転移温度にほぼ達したときに、ウェブを冷却して剥離するステップと
を含む方法。
【００３０】
ＩＸ．上記のバックライトを含むディスプレー。
【００３１】
本開示に示されている図は、全体構造の形状と動作及び製造の原理とを示すために提供されており、尺度に配慮して描かれてはいない。場合によっては、本発明の装置及び方法をより良く示すために、相対的な大きさが誇張される場合がある。例示的な寸法データは、本文に例として提供され、限定するものではない。当業者は、若干の寸法変更が提供可能であって、それが本発明の範囲内にあることを認識するであろう。
【００３２】
従来のほとんどの転向フィルムは、例えば上記背景技術の項目において引用したＨｉｇｕｃｈｉらの第‘６８９号特許に開示されているようなものであり、入射光側にプリズム面構造を使用し、フィルムの反対側に平面を有する。上記の背景技術の項目に記載したように、この基本設計に対する改良は、入力側のプリズム構造に対して直交に配置された第２のプリズム面の使用又は出力面上の拡散構造の使用を含む、フィルムの出力側に対する変更を含む。
【００３３】
本発明は、従来の方向転換物品の設計に対して直観に反した手法を採用しており、光度を改善するために、導光板からの入射光のＴＩＲ及び屈折調整の両方を使用する構造の組合せを有する転向フィルムを提供する。図４Ａを参照すると、転向フィルム３６のごく一部の断面図が示されている。この実施形態では、方向転換入力面又は光入射面上のプリズム構造２４は、入射光面上に半頂角βと本質的に等しい半頂角αを有するが、一般に、角度αとβは、同じである必要がない。プリズム構造２４は、直線状に細長く、図４Ａにおいて、頁に対して垂直方向に延びるプリズム構造２４の列を有する。反対の発光面又は光出射面上のレンチキュラ要素２６は、プリズム構造２４と同じ方向に直線状に細長い、すなわち、頁に対して同様に垂直である。この断面図から、プリズム構造２４は、ピッチＱで離間されている。レンチキュラ要素２６は、ピッチＰで離間されている。図４Ａの実施例では、ピッチＰ＝Ｑである。一実施形態におけるこれらの構造の典型的な寸法値は、次の通りである。
Ｒ＝７５μｍ
Ｐ＝Ｑ＝５０μｍ
ｄ＝１５０μｍ
α＝β＝３３°
これらの値は、いくつかの実施形態に適した値を示す例示的なものにすぎず、他の寸法値が、転向フィルム３６の特定の用途により適している場合もある。半頂角α及びβは、等しくなくてもよく、２８°から３８°の範囲内とすることができる。フィルムのコア厚さｄは、５０μｍから３５０μｍの範囲内とすることができる。プリズム構造の高さも、導光板からの離隔距離を作り出すために、５ミクロン以内で変化させることができる。一般に、ピッチＰを製作が可能な限り小さくし、典型的には、約１５から約１００ミクロンの範囲内にすることが好ましい。フィルムは、１つ、２つ又は３つの材料、すなわち、プリズム構造２４、コア層２５及びレンチキュラ要素２６を含むことができ、同じ材料でもよく、そうでなくてもよい。一般に、プリズム構造は、低い屈折率を有し、レンチキュラ要素２６は、高い屈折率を有することが好ましい。典型的には、この転向フィルムに適した有用な材料の屈折率は、約１．２から１．９の範囲内である。
【００３４】
図４Ｂは、図４Ａの実施形態に関する光度曲線５０を示す。光度曲線５０は、従来の転向フィルム全体にわたって、垂線に近い方向（約−８．５度）での改善された光度利得（約１．５）を特徴とする。しかしながら、図４Ｂに示されているように、＋８．５度前後に中心がある追加のクロストーク部分５１がある。クロストーク部分５１の光度値を低減し、この光を垂線に近い角度に向け直すことが有利であろう。
【００３５】
一般に、光クロストーク効果は、所望の垂直出力方向からの光を屈折させる傾向がある。本発明の代替手段が、この種のクロストークをどのようにして補正するのかを理解するために、まず、クロストークのメカニズム自体を理解することが有益である。図７を参照すると、導光板１０からの２つの入射光線Ａ及びＢの経路が示されている。光線Ａの角度での光は、プリズム構造２４Ａの側面３２から反射され、それによって、レンチキュラ要素２６Ａを介してほぼ垂線の出射角度θａに向けられる。しかしながら、光線Ｂの角度での光は、側面３２に対してわずかに異なる角度で、角度Ａの光と比べると垂線からさらに離れる。この光は、プリズム構造２４Ａの側面３２から反射され、それによって、レンチキュラ要素２６Ｂを介して指向される。光線Ｂの出射光は、垂線に対して傾斜角θｂであり、但し、平均して角度θｂ＞＞角度θａである。これは、少なくともいくらかの光クロストークの原因となる。この挙動によるクロストークの量は、図４Ｂのグラフにクロストーク部分５１として示されているように、わずかかもしれないが、通常は測定可能である。
【００３６】
図５Ａを参照すると、本発明による好ましいオフセット寸法Ｘを特徴とする転向フィルム３６Ａのごく一部の断面が示されている。転向フィルム３６Ａを図４Ａに示した転向フィルム３６と比較することにより、ピッチ寸法Ｐ及びＱは、これらの実施形態の間では同一のままであり、本質的に等しいが、レンチキュラ要素２６とそれと対になったプリズム構造２４との間の空間的な位置合わせは、オフセット寸法Ｘだけ移動されていることが観察し得る。この実施形態の場合、
Ｘ＝１０μｍ（周期性Ｐの２０％）
である。オフセット寸法Ｘは、延長するプリズム構造２４と延長するレンチキュラ要素２６との見当から外れる程度と見なすことができる。見当から外れる距離Ｘは、プリズム構造２４の頂点である先端５６が、図５Ａの断面図から、最寄りのレンチキュラ要素２６の光軸Ｏから光伝播方向に沿って離間される距離、又はプリズム構造２４の溝が、図５Ａ及び図８の断面図から、最寄りのレンチキュラ要素２６の最寄りの溝から主要な光伝播方向に沿って離間される距離である。したがって、各プリズム構造２４は、対応するレンチキュラ要素２６と対にされ、それらの間には相対オフセットシフトＸがある。オフセット寸法Ｘは、様々な寸法の範囲にわたって変更され得る。すなわち、所与のピッチ配置のための最適位置合わせオフセット値は、導光板１０からの光の角度特性に基づいて計算するか、又は実験的に決定することができる。一般に、ピッチＰの数分の１で表され、下記は、多くの用途におけるオフセット寸法Ｘの実用的な範囲となる。
０．０８Ｐ＜Ｘ＜０．６５Ｐ
比Ｘ／Ｐのより好ましい範囲は、約０．１から０．３である。
【００３７】
オフセット寸法Ｘ／Ｐを有する転向フィルムは、オフセット寸法−Ｘ／Ｐ又は１−Ｘ／Ｐを有する転向フィルムと物理的に同じであることが留意される。それらは、単純に、フィルムの垂線Ｎの前後に１８０°の回転角だけ互いに異なる。しかしながら、導光板１０からの光出力が指向性であるため、オフセット寸法値Ｘを有する転向フィルムは、特定の光伝播方向を有する所与の導光板に対して、オフセット寸法値−Ｘ／Ｐ又は１−Ｘ／Ｐを有する転向フィルムとは異なる働きをする。図１、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ，図６、図７、図８、図９、図１１Ａ及び図１３Ａを含む関連するすべての図面において、光は、一般に、左から右へ伝播し、右から左へは伝播しない。
【００３８】
図８を参照すると、レンチキュラ要素２６をオフセット寸法Ｘだけ移動させることの重要な効果が示されている。図７に描かれている光路と比較すると、光線Ａ及びＢは、このとき、どちらも同じレンチキュラ要素２６Ａに向けられている。したがって、両光線Ａ及びＢは、実質的に垂線方向に向け直される。光線の部分２８は、向け直された光線を示し、光線の部分２９は、実質的に平行にされた光線を示す。プリズム構造２４Ａとレンチキュラ要素２６Ａの対は、光線Ａ及びＢを目標角度、この特定のケースでは垂線に近い目標角度の方へ向け直し、かつ平行にするように一体となって働くので、オフセット寸法Ｘは、対応する一対のプリズム構造２４Ａ及びレンチキュラ要素２６Ａに対して定義される。同様に、オフセット寸法は、また、対応する別の一対のプリズム構造２４Ｂ及びレンチキュラ要素２６Ｂに対しても定義され得る。
【００３９】
図５Ｂは、図５Ａのオフセット配置に関する光度曲線５４を示す。図４Ｂの光度曲線５０と比較すると、光度曲線５４は、図５Ａの実施形態で光度がさらに増大することを示しており、図４Ｂの約１．５０の利得に対して約２．３８の利得である。さらに、図４Ｂの曲線５０と比較すると、図５Ｂの光度曲線５４は、８．５度前後に測定可能に低減されたクロストーク効果を示しており、ピーク角度が垂線方向の近くにシフトしている（約０．５°に中心がある）。
【００４０】
図４Ａ及び図５Ａに示されている実施形態では、ピッチ寸法Ｐ及びＱが本質的に等しく、それによって、ピーク角度（図４Ｂではピーク角度は−８．５度前後）で高い光度が得られる。場合によっては、ピッチ値Ｐの整数倍のピッチ値Ｑで、０度での光度を高めることが可能となり得る。換言すれば、ＰとＱが整数倍関係にある場合、すなわち、Ｑ＝ｎＰ、ｎは整数（自然数）である場合に、０度での光度を高めることができる。この場合、整数ｎは、せいぜい５である。ｎが２以上である場合、各プリズム構造２４は、２つ以上のレンチキュラ構造２６と協働する。整数ｎは３以下であることが好ましく、最も好ましい配置では、図４Ａ及び図５Ａに示されているように、ｎ＝１、したがってＰ＝Ｑであり、各プリズム構造２４は、対応するレンチキュラ要素２６と対にされる。
【００４１】
場合によっては、ｎが２以上であるＰとＱの整数倍関係では、垂線に対する光度（すなわち０度での光度）を増大させることができないことが観察されなければならない。原則として、ピッチＱが、ピッチＰと等しくない又はピッチＰの複数整数倍でない場合、光線の少なくとも一部が、垂線方向ではなく傾斜方向に分裂又は屈折する。例えば、図１１Ａを参照すると、ピッチ値Ｐ及びＱが等しくない配置を有する転向フィルム３６ｃが示されている。図１１Ｂのグラフは、このＰとＱのピッチが不等であることからもたらされた光度曲線５６を示し、約１．３０の利得と約０．５°のピーク角度とを有する。
【００４２】
この原則には、ピッチＱがピッチＰの整数倍以外である場合にクロストークが最小限に抑えられるいくつかの例外があり得るが、実際には、基本的な整数倍の関係式Ｑ＝ｎＰは、方向転換及びコリメーションを改善するための必須条件を与えて、本発明の転向フィルム３６Ｃで０度である軸上の照明を高める。
【００４３】
レンチキュラ要素２６の形状は、様々な要因、例えば、プリズム構造２４の頂角、構造部品の寸法、基体のタイプ、導光板１０からの入射光の角度光度プロファイルなどに応じて、対称又は非対称とすることができる。対称の場合、レンチキュラ要素２６のレンズ形状は、球面又は非球面のどちらでもよい。
【００４４】
レンチキュラ要素２６は、拡散要素を含むこともできる。拡散要素は、出力角度を増大させ、カットオフポイントを緩和し、かつ表面上の欠陥を隠すために、粗塗りの、レンチキュラ要素に不可欠なより小さいマイクロレンズ、又はレンチキュラ要素の構造内に含まれる散乱追加物を含むことができる。
【００４５】
レンチキュラ要素２６をオフセット寸法Ｘだけ移動させることは、図５Ａを参照して説明したように、入射光の角度に対して適切な方向に適用された場合に有利となり得る。若干の実験が、いかなる特定の用途においても、例えば、転向フィルム３６Ａの構造の他の寸法や入射光の角度などの要因に応じて、最適なオフセット寸法Ｘを特定するために必要となり得る。図９に示されているように、オフセット寸法Ｘを任意に用いた転向フィルム３６Ｂは、光クロストークを不利に増大させ、したがって軸上の均一性を低下させる可能性がある。図１０は、図９に示されているようにオフセット寸法Ｘを不利に用いた場合の光度曲線５８を示す。
【００４６】
図１２は、転向フィルム３６Ｄの一部の斜視図を示す（図１２は、原寸に比例して描かれるためのものではなく、重要な特徴を示すためのものである。）。入射光面３８上には、直線状に細長いプリズム構造２４の列が、転向フィルム３６Ｄのシートに沿って方向Ｄに延びる。コリメート出力面４０上には、直線状に細長いレンチキュラ要素２６の列が、同じ方向Ｄに同様に延びる。
【００４７】
図１２に示されている実施形態では、直線状に細長いプリズム構造２４とレンチキュラ要素２６は、いずれも直線に沿って列を成して配置される。この配置は、製作を容易にするが、どちらかの面又は両方の面上のこれらの列は、より蛇行ないし曲がりくねった経路を交互にたどることができ、そしてそれは、例えば、モアレ効果を低減するのに役立つ可能性がある。プリズム構造２４とレンチキュラ要素２６のそれぞれの列は、蛇行経路がたどられている場合でも、実質的に平行である。したがって、ピッチＰ及びＱは、蛇行経路が使用された場合、同じ値に維持されるであろう。
【００４８】
転向フィルム３６Ｄの構造は、照明を調整するために使用される他のタイプの光学フィルム、例えば３Ｍ社（ミネソタ州セントポール）から入手可能な輝度増強フィルム（ＢＥＦ）とは重要な点で異なることに留意することは有益である。ＢＥＦの上部層及び下部層上の光調整構造は、図１２に示されているものとは異なるサイズ、方向性及び機能を有する。ほとんどのＢＥＦの実施形態では、同一フィルム上又は隣接するフィルム上のプリズム構造が、光路をｘ方向とｙ方向の両方に対して調整するために、互いに直交する方向に配向される。特定のＢＥＦの実施形態がレンチキュラ要素を使用できる場合、これらの屈折性構成要素は、光の一部を反射し、かつ光の一部を透過させるように使用される。次いで、光の反射された部分は、これらの屈折性構成要素を通って再利用される。これらの構成要素は、一般に、本発明のように、光の再利用を必要としないでコリメーションを改善するためではなく、拡散バックライトとともに使用される。同様に、上記のＳｕｚｕｋｉらの第‘４６２号特許に開示されているような転向フィルムの解決法は、レンチキュラ出力面配置を、コリメーションではなく光拡散のために使用する。図１２のフィルムと従来のＢＥＦ及び転向フィルムの実施形態とを区別する他の重要な相違点は、後述するように、入射光面３８及びコリメート出力面４０上の構造の相対サイズに関する。Ｎｅｌｓｏｎらの米国特許出願公開第２００６／０２１０７７０号、Ｄｏｂｂｓらの米国特許出願公開第２００６／０２０９４２８号、Ｈｕｉｚｉｎｇａらの国際公開ＷＯ２００５／０２５８３７号並びにＫｉｎｇらの国際公開ＷＯ２００５／０２５８４５号に開示されているような、両面に微細構造を有するフィルムは、欠陥又はモアレを低減するために使用される。Ｓａｓａｇａｗａらの米国特許出願公開第２００５／０２７６０７１号に開示されているような、両面に微細構造を有するフィルムは、一方向に高い光度をもたらすのではなく、２つの相異なる方向に画像を形成するために使用される。
【００４９】
（モデリング結果の概要）
導光板と向かい合う面上にプリズムを使用し、かつ出力面上にレンチキュラ要素を使用する様々な転向フィルムの設計に対して実施されているモデリングは、転向フィルムの設計を向上させるためにかなり有望である。得られている改良点としては、光度を高めるだけでなく、従来の解決法と比べたときに光が比較的良く指向される、などがある。以下の説明では、転向フィルムの特徴の様々な寸法パラメータを調整したときに得られた結果データを提供する。
【００５０】
以下の例は、角度、ピッチ、曲率、見当から外れる範囲、及び厚さの値が、垂線の±１５°のピーク出力角度と少なくとも１．２５の光学利得とを与えるために、どのようにして本発明を用いて選択され得るのかを示す。話を簡単にするために、コア層２５の厚さｄは、全フィルム厚さＴ、半頂角α，β、ピッチＰ，Ｑ、及びレンチキュラ要素の半径Ｒに関係するモデリングに使用され、レンチキュラ要素がぎっしり詰まっているものとすると、次式のとおりである。
【００５１】
【数１】
2009037205.tif 000003
【００５２】
（転向フィルムの光学利得及びピーク角度）
一般に、配光は、空間分布及び角度分布について規定される。光の空間分布は、導光板の上面及び／又は下面上に微小な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、実現され得る。光の角度分布は、光度Ｉについて極角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Ｎとの間の角度であり、この角度は、図２Ａ及び図３Ａに示されている角度と同じである。方位角は、垂線方向Ｎと直交する平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。図１に示されているように、導光板の長さ方向は、光源１２及び垂線方向Ｎに対して垂直である。光の角度分布は、また、輝度Ｌについても極角θと方位角の関数として規定され得る。輝度Ｌと光度Ｉは、Ｌ＝Ｉ／ｃｏｓ（θ）の関係がある。極角θが９０度に近いときに、輝度Ｌは、０度での輝度から劇的に変化して、Ｌを、導光板からより大きい極角で放出される光の描写に概して適さないものにする。
【００５３】
話を簡単にするために、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、図１０及び図１１Ｂに示されている光度曲線は、光度を極角θの関数として０度及び１８０度での方位角で示す。正の極角θは、０度での方位角に対応し、負の極角θは、１８０度での方位角に対応する。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ときの極角と定義される。図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、図１０及び図１１Ｂにおいて、転向フィルムと組み合わせて使用された導光板の出力光度分布に対応する光度曲線４５のピーク角度は、約７０度であり、そのピーク光度は、１に正規化される。光度曲線４６、４８、５０、５４、５６及び５８は、様々な転向フィルムの実施形態を透過した光の出力光度分布に対応する。そして、各光度曲線は、ピーク光度及びピーク角度を定義する。
【００５４】
転向フィルムの光学利得は、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、転向フィルムの光学利得は、光源の絶対レベルには依存せず、転向フィルムの設計自体にほとんど依存する。
【００５５】
様々な転向フィルムの設計が、２つの重要な数量、すなわち光学利得（又は簡単に利得と称される）と転向フィルムを透過した光のピーク角度とによって比較され得ることが見出されている。
【００５６】
（角度α及びβの影響）
本発明の一実施形態によれば、転向フィルムは、図５Ａに示されているように、両面に微細構造を有し、表１Ａに要約されているように、所定の屈折率ｎ＝１．５０、ｄ＝１２０μｍ、Ｒ＝７５μｍ、Ｘ／Ｐ＝０．２、及びＰ＝Ｑ＝４９．９９５μｍを有する。その角度α及びβは、ともに表１Ｂに示されているように、２９°から３７°になるように選択され、（α＋β）の和は、５８°から７４°の範囲で選択される。本発明による例１．２から１．１０は、表１Ｂの各列のヘッダに示されており、すべてが、少なくとも１．４２の利得をもたらすとともに、±６°以内のピーク角度を示す。比較例１．１では、α及びβは、ともに３８°に等しく、２９°から３７°の選択範囲のすぐ外側にある。この場合、転向フィルムは、１．１７という低い利得を有する。さらに、これらのパラメータを用いたときのピーク角度は、２７．５°であり、好ましい範囲である±１０°のかなり外側にある。比較例１．１１では、α及びβは、ともに２８°に等しく、やはり２９°から３７°の選択範囲のすぐ外側にある。この場合、転向フィルムは、１．８３という比較的高い利得を有するが、ピーク角度は、−２１．５°であり、やはり好ましい範囲である±１０°のかなり外側にある。
【００５７】
【表１Ａ】
2009037205.tif 000004
【００５８】
【表１Ｂ】
2009037205.tif 000005
【００５９】
（角度αの影響）
本発明の他の実施形態によれば、転向フィルムは、図５Ａに示されているように、両面に微細構造を有し、表２Ａに要約されているように、所定のｎ＝１．５０、ｄ＝１２０μｍ、Ｒ＝７５μｍ、Ｘ／Ｐ＝０．２、Ｐ＝Ｑ＝４９．９９５μｍ、及びβ＝３３°を有する。その角度αは、図２Ｂのデータを用いて示されているように、３８°から２８°になるように選択される。本発明による例２．３から２．１０は、すべて、少なくとも１．４９の利得をもたらすとともに、±６．５°以内のピーク角度を示す。すべての比較例２．１、２．２及び２．１１で、αは、３８°から２８°という選択された範囲の外側にある。比較例２．１では、転向フィルムは、２８．５°のピーク角度を有し、好ましい範囲である±１０°のかなり外側にある。比較例２．１１では、転向フィルムは、−２３．５°のピーク角度を有し、やはり好ましい範囲である±１０°のかなり外側にある。比較例２．２では、転向フィルムは、７．５°のピーク角度を有し、好ましい範囲である±１０°以内にあるが、その利得は、１．２３であり、１．２５超の好ましい利得よりも低い。
【００６０】
【表２Ａ】
2009037205.tif 000006
【００６１】
【表２Ｂ】
2009037205.tif 000007
【００６２】
（レンチキュラレンズの曲率半径Ｒの影響）
本発明の他の実施形態によれば、転向フィルムは、図５Ａに示されているように、両面に微細構造を有し、表３Ａに要約されているように、所定のｎ＝１．５０、ｄ＝１２０μｍ、Ｘ／Ｐ＝０．２、Ｐ＝Ｑ＝４９．９９５μｍ、及びα＝β＝３３°を有する。その半径Ｒは、表３Ｂに示されているように、４５μｍから２５０μｍ、すなわち０．９Ｐから５Ｐになるように選択される。本発明による例３．３から３．９は、すべて、少なくとも１．２９の利得と±２．５°以内のピーク角度とを有する。すべての比較例３．１、３．２、３．１０、３．１１、３．１２及び３．１３で、Ｒは、４５μｍから２５０μｍという選択された範囲の外側にあり、利得は、１．２５よりも低い。
【００６３】
【表３Ａ】
2009037205.tif 000008
【００６４】
【表３Ｂ】
2009037205.tif 000009
【００６５】
（全フィルム厚さＴ又はコア厚さｄの影響）
本発明の他の実施形態によれば、転向フィルムは、図５Ａに示されているように、両面に微細構造を有し、表４Ａに要約されているように、所定のｎ＝１．５０、Ｒ＝７５μｍ、Ｘ／Ｐ＝０．２、Ｐ＝Ｑ＝４９．９９５μｍ、及びα＝β＝３３°を有する。そのコア厚さｄは、表４Ｂに示されているように、１μｍから２７５μｍ又は約０から５．５Ｐになるように選択される。本発明による例４．１から４．５は、すべて、少なくとも１．４０の利得と±１．５°以内のピーク角度とをもたらす。すべての比較例４．６、４．７、４．８、及び４．９で、ｄは、１μｍから２７５μｍという選択された範囲の外側にあり、利得は、１．２５よりも低い。全フィルム厚さＴは、コア厚さｄ、半頂角α、β、ピッチＰ、Ｑ、及びレンチキュラ要素の半径Ｒに関係することに留意されたい。レンチキュラ要素がぎっしり詰まっているものとすると、次式が得られる。
【００６６】
【数２】
2009037205.tif 000010
【００６７】
ここで、Ｐ＝Ｑであり、かつα＝β＝（α＋β）／２である場合、次式は、０から５．５の範囲にあることが好ましい。
【００６８】
【数３】
2009037205.tif 000011
【００６９】
０．９≦Ｒ／Ｐ≦５かつ５８°≦α＋β≦７４°であると仮定すると、Ｔ／Ｐは、０．７から６．６の範囲にあることが好ましい。
【００７０】
【表４Ａ】
2009037205.tif 000012
【００７１】
【表４Ｂ】
2009037205.tif 000013
【００７２】
（屈折率ｎの影響）
本発明の他の実施形態によれば、転向フィルムは、図５Ａに示されているように、両面に微細構造を有し、表５Ａに要約されているように、所定のｄ＝１２０μｍ、Ｒ＝７５μｍ、Ｘ／Ｐ＝０．２、Ｐ＝Ｑ＝４９．９９５μｍ、及びα＝β＝３３°を有する。その屈折率ｎは、表５Ｂに示されているように、１．２から１．９になるように選択される。本発明による例５．１から５．９は、すべて、少なくとも１．４２の利得と±３．５°以内のピーク角度とをもたらす。すべての比較例５．１０及び５．１１で、ｎは、１．２から１．９という選択された範囲の外側にあり、利得は、１．２５よりも低い。
【００７３】
【表５Ａ】
2009037205.tif 000014
【００７４】
【表５Ｂ】
2009037205.tif 000015
【００７５】
【表６Ａ】
2009037205.tif 000016
【００７６】
【表６Ｂ】
2009037205.tif 000017
【００７７】
本発明の他の実施形態によれば、転向フィルムは、図５Ａに示されているように、両面に微細構造を有し、表６Ａに要約されているように、所定のｎ＝１．６０、ｄ＝１２０μｍ、Ｒ＝７５μｍ、Ｐ＝Ｑ＝４９．９９５μｍ、及びα＝β＝３３°を有する。その比Ｘ／Ｐは、図６Ｂに示されているように、０．８から１．０及び０．０から０．６になるように選択される。本発明による例６．１から６．３及び例６．５から６．１１は、すべて、少なくとも１．４９の利得と±６．５°以内のピーク角度とをもたらす。比較例６．４では、利得は、１．２５よりも低く、ピーク角度は、±１０°という範囲の外側にある。さらに、Ｘ／Ｐは、０．１から０．４の範囲にあることが最も好ましい。例６．７から６．１０の利得は、少なくとも１．９６であり、他の例の利得よりもずっと高い。
【００７８】
図１５Ａ、図１５Ｂは、様々なオフセット寸法を示す両面転向フィルムの一部の側面図である。値Ｘ／Ｐ及び値（１−Ｘ／Ｐ）は、同様の結果をもたらす。比Ｘ／Ｐを与えるように製作されたフィルムは、水平方向に１８０度回転されて、比（１−Ｘ／Ｐ）を与えるように製作されたフィルムの挙動をもたらすことができる。
【００７９】
例７．１から７．１１は、表７Ａに示されているように、屈折率ｎが１．６０ではなく１．５２であることを除けば、例６．１から６．１１と同じである。この場合、０．０から１．０の間のいずれの比Ｘ／Ｐでも、少なくとも１．４４の利得と±８．５°以内のピーク角度とをもたらす。しかしながら、この場合もやはり、比Ｘ／Ｐは、図７Ｂに示されているように、０．１から０．４の範囲にあることが最も好ましい。例６．７から６．１０の利得は、他の例の利得よりも大きい。
【００８０】
【表７Ａ】
2009037205.tif 000018
【００８１】
【表７Ｂ】
2009037205.tif 000019
【００８２】
【表８Ａ】
2009037205.tif 000020
【００８３】
【表８Ｂ】
2009037205.tif 000021
【００８４】
本発明の他の実施形態によれば、転向フィルムは、図５Ａに示されているように、両面に微細構造を有し、表８Ａに要約されているように、所定のｎ＝１．５０、ｄ＝１２０μｍ、Ｒ＝７５μｍ、Ｐ＝Ｑ＝４９．９９５μｍ、Ｘ／Ｐ＝０．８、及びα＝β＝３３°を有する。その先端半径ｒは、表８Ｂに示されているように、０．０から１３．０μｍ、すなわち０．０から２６Ｐになるように選択される。本発明による例８．１から８．８は、すべて、少なくとも１．３２の利得と±５．５°以内のピーク角度とをもたらす。比較例８．９及び８．１０では、利得は、１．２５よりも低い。先端５６Ａを参照する図１３に示されている先端半径ｒに留意されたい。ｒが０である場合、先端はとんがっている。
【００８５】
（転向フィルムの特徴の変形）
所与の用途のための転向フィルムの性能を最適化するのに役立つ寸法パラメータの組み合わせを特定するのに加えて、本発明の方法は、転向フィルムの表面の特徴のいくつかの多様性も提供する。図１３は、本発明による変形された両面転向フィルム３６Ｅを示す。図５Ａに示されている転向フィルム３６Ａと比較すると、転向フィルム３６Ｅは、以下に論じる１以上の追加の変更した特徴を有する。
【００８６】
適切と思われる１つの特徴の変更は、導光板と向かい合う面上のプリズム構造２４の頂角に関係する。前述の実施形態では、比較的鋭い頂角が示されている。しかし、より一般的には、先端５６は、図１３の実施例に示されているように、種々の特徴的な形状を有することが可能である。先端５６は、尖がっていてもよく、先端５６Ａとして示されているように丸くなっているか又は湾曲していてもよく、あるいは、先端が切り取られた形状、すなわち扁平な形状（図示せず）でもよい。
【００８７】
一般に、鋭い先端は、光効率を最大限にするために最も有益であることが分かっているが、製造が困難となり得る。組立中に、鋭い先端面は、下にある導光板をスクラッチ損傷の危険にさらす可能性もある。一方、丸い先端５６Ａは、いくつかの実用上の利点を提供する。丸くすることにより、潜在的なスクラッチの問題が低減し、製造が容易になる。丸い先端の半径は、０．０から約１３．０ミクロン、すなわち０から０．２６Ｐの範囲で変化させることができる。その結果、プリズム構造２４Ａの高さも変化させることができる。この範囲内では、光の光度出力は、鋭い頂角を有する、より最適化した設計と比較した場合、いくらか減少するが、光度は、レンチキュラ要素を用いない従来の転向フィルムの設計における光度よりも依然としてずっと高い。
【００８８】
転向フィルムの設計の他の変形は、プリズム構造２４又は２４Ａ間に画定される溝５７及び５７Ａに関係する。図１３は、鋭く尖がった先になっている溝５７と、０から約１３ミクロン、すなわち０から約０．２６Ｐの範囲で変化する半径を有する、より丸い形状の代替の溝５７Ａとを示す。レンチキュラ要素２６間の溝も同様に、尖がっているか又はより丸くなるように、変化させることができる。丸い又は平坦な面５８が、レンチキュラ曲面間に形成されてもよい。
【００８９】
可変プリズム構造と、先端形状と、溝形状とを組み合わせることが可能であり、同じ転向フィルム３６Ｅ内に様々な構造と形状を組み合わせることが含まれる。プリズム構造及びレンチキュラ要素２６は、図１３に示されているように、同一フィルムにおいて、少なくとも１つの断面寸法が他と異なっていてもよい。図示の実施例では、プリズム構造は、異なるピッチＱ又はＱ１を有する。レンチキュラ要素２６及び２６Ａも、同様に、異なるピッチＰ及びＰ１と、異なる半径Ｒ及びＲ１とを有する。したがって、オフセット寸法Ｘも、また、一対をなすプリズム構造２４とそれに関連するレンチキュラ要素２６又は２６Ａとが隣と異なっていてもよい。しかしながら、一対をなすプリズム構造とレンチキュラ要素が、図７、図８及び図９に示されているように、光を向け直し、かつ平行にするように一体となって働く、プリズム構造とレンチキュラ要素の各対（例えば、２４Ａと２６Ａ、２４Ｂと２６Ｂ）では、対応するオフセット寸法Ｘは、０．０８Ｐから０．６５Ｐの範囲にあることが好ましい。モデリング結果を参照しながら先に論じたＰ、Ｑ、Ｒ、Ｘの例示的な範囲及び値が、それらのそれぞれの平均値として理解されるべきであることに留意することは有益である。
【００９０】
プリズム構造２４の片面又は両面は、若干の曲率を有することができる。転向フィルム３６の方向転換入力面の主要な機能は、光を向け直すことであるが、それは、ある程度のコリメーション効果を組み入れることもできる。
【００９１】
前述の例示的な実施形態では、レンチキュラ要素２６は、その曲率半径Ｒを特徴としており、曲率半径Ｒは、実質的に定数で示されている。しかしながら、実験及びモデリングでは、非球面である実施形態、したがって、例えば、図１３における半径Ｒ２及びＲ３がレンチキュラ要素２６内で互いに異なる実施形態に有利となり得ることを示す。一実施形態では、例えば、曲率半径Ｒ２，Ｒ３は、４５μｍから２５０μｍ、すなわち０．９Ｐから５Ｐの範囲である。レンチキュラ要素の断面でのレンズ形状は、非球面又は実質的に球面とすることができる。
【００９２】
（分離した一対の微細構造）
いくつかの実施形態では、転向フィルムの入射光面上のプリズム構造２４は、転向フィルムの全幅又は全長にわたる長さで延びる。対応するレンチキュラ要素２６も、同様に、転向フィルムの一方の縁部から他方へ延びる。この構成は、製造にいくつかの利点を提供し得るが、他の構成も可能である。１つの代替実施形態は、一断面では延長構造で転向フィルムの性能を高めるように使用される同一形状かつ相対寸法の形状を示し、フィルムの直交断面では前述の実施形態の延長構造とは異なる分離した微細構造を利用する。
【００９３】
図１４Ａを参照すると、対になった微細構造を使用する転向フィルム３６Ｆの一部が、ＬＧＰと向かい合うことになる入射光面から見た斜視図で示されている。プリズム構造７０は、転向フィルム３６Ｆの全寸法にわたって延びてはいないが、縦横両方向に考慮された、隣接する個々のプリズム構造７０を互いに分離する介在空隙で互いに分離される。
【００９４】
図１４Ｂ及び図１４Ｃは、それぞれ基準線Ａ−Ａ及びＢ−Ｂに沿って見た、図１４Ａの転向フィルム３６Ｆの直交断面図である。破線の長方形は、分離した微細構造の代表的な対７４を示し、各対７４は、１つの個別のプリズム構造７０とそれに対応するレンチキュラ要素７２とを有する。他の実施形態における更なる改良として、図１４Ｃに示されているような分離した対７４は、図１３を参照しながら前述したように、非球面であるレンチキュラ要素２６を有することもでき、あるいは、湾曲しているか又はそれ自体が曲率半径を有する個々のプリズム構造７０を有することもできる。
【００９５】
図１４Ｄは、やはり角度Ｂ−Ｂからの、転向フィルム３６Ｆが発光面を示すようにわずかに傾けられた状態の、転向フィルム３６Ｆのごく一部の斜視図である。対７４は、破線ボックス内に描かれている。図を見て分かるように、分離したレンチキュラ構造７２Ａ及び７２Ｂは、転向フィルム３６Ｆの表面上の隆起した「バンプ」と見なされ得る。図１４Ｃに示されている断面図と、それに対応する図１４Ｄの図に示されているように、分離した構造の対７４は、転向フィルム３６Ｆの表面に沿って様々な方法で分散され得る。図示の実施例では、これらの構造の対７４は、隣接する列になっているが、長手方向に考慮される場合に、互いにいくぶんか互い違いにされる。したがって、例えば、図１４Ｄの図は、断面が、レンチキュラ構造７２Ａの中央部を通っているが、隣接するレンチキュラ構造７２Ｂの端部を通っていることを示す。この配置では、転向フィルム３６Ｆは、光効率のごくわずかな損失を伴って、モアレパターンや他の表面上の欠点などの望ましくないパターン問題を有利に低減する。
【００９６】
追加の変形、例えば、ランダム配置の対７４を設けること、分離した微細構造の長さをランダムにサイジング又は延長すること、分離した微細構造を光学転向フィルムの表面に沿って様々な角度に向けることなどが可能である。
【００９７】
分離した対７４は、直線状に配置され得る、すなわち転向フィルムの幅寸法を横切って延びる列と平行に配置され得る。あるいは、分離した対７４は、より一般的には蛇行経路をたどる線に沿って配置され得る。
【００９８】
（ディスプレー装置）
図６を参照すると、本発明による、転向フィルム３６Ａを照明サブシステムの一部として用いたディスプレー装置６４が示されている。導光板１０からの入射光は、各プリズム構造２４によって反射されて向け直された光を形成し、次いで、レンチキュラ要素２６を用いたコリメート面によって平行にされ、それによって、実質的に平行な照明を例えばＬＣＤや他のタイプの空間光変調器などの光ゲート装置２０に供給する。
【００９９】
本発明の転向フィルム３６Ａは、単一の構成要素にコリメーションと方向転換の両機能を与えるだけでなく、従来タイプの輝度増強手法に勝る改善された軸上輝度も与える方向転換物品である。転向フィルム３６Ａは、一方の直交軸に対して全体的に平行にされかつ比較的大きい入射角に向け直された光を生成する導光板とともに使用するために設計される。転向フィルム３６Ａは、垂線から約４０から約８８度の範囲にわたる傾斜角での入射光を受け入れる。プリズム構造２４は、転向フィルム３６Ａ内で典型的には垂線から＋１０から−１０度の角度での向け直された光を生成する。次いで、出力面４０のコリメート構造は、実質的に平行にされた出力光を生成し、その主光線又は中心光線は、垂線に、又はその近くに、あるいは他の好ましい角度、例えば垂線方向から２０度以内にあることが好ましい。生成された実質的に平行な出力照明は、典型的には中心光線又は主光線から十分に約±１０度以内にある比較的狭い円錐角を有する。
【０１００】
この開示において広く使用される「プリズム構造」という用語は、一断面において実質的にプリズムの形状を有する構造を意味することに留意されたい。図１３を参照すると、例えば、プリズム構造２４，２４Ａが示されている。図１４Ｃには、個別のプリズム構造７０が示されている。
【０１０１】
【表９】
2009037205.tif 000022
【０１０２】
（比較１）
市販の転向フィルム、Ｄｉａａｒｔ（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｒａｙｏｎ  Ａｍｅｒｉｃａ社、ニューヨーク州ニューヨーク）であり、そのプリズム構造を下方に向けたもの（導光板に近接している）である。Ｄｉａａｒｔフィルムは、一方の面（片面）上にのみプリズム構造を有し、各プリズムの片面にいくらかの曲率を有する。その頂角は約６６°であり、そのピッチは約５０μｍであり、その全厚さは約２６０μｍである。
【０１０３】
（比較２）
フィルムがひっくり返され、そのプリズム構造が上方を向いていることを除けば、比較１と全く同じである。
【０１０４】
（比較３）
約６６°の頂角を有するポリカーボネート製の片面転向フィルムであり、そのプリズム構造を下方に向けたものである。この転向フィルムは、各プリズムに直線面を有する。
【０１０５】
（比較４）
フィルムがひっくり返され、そのプリズム構造が上方を向いていることを除いて、比較３と全く同じである。
【０１０６】
（本発明１−５）
ポリカーボネート製の様々な両面転向フィルム（ｎは約１．５８）である。両面転向フィルムは、一般に、約６８°±５°の頂角を有する。曲率半径Ｒ＝７５±３０μｍ、Ｐ＝Ｑ＝５０±２μｍ。Ｘ／Ｐは、０．１から０．５の範囲である。フィルムの厚さＴは、２００から２４０μｍの範囲である。フィルムは、２から１０μｍの先端半径ｒを有する丸い頂角も有する。
【０１０７】
（両面転向フィルムを製作するプロセス）
上記の背景技術の項目で留意したように、両面光学フィルムの製作には特定の課題があり、特に、フィルムの両面の特徴は、緊密に位置合わせされていなければならない。図８及び図９を参照しながら上述したように、わずか数ミクロンの範囲内の寸法精度が、本発明による転向フィルム３６の設計に必要である。転向フィルム３６を形成するための要件のないウェブベースの製作は、光学フィルム製造分野の技術者によってよく理解され得るように、特にコスト及び速度に関して、いくつかの利点を有する。
【０１０８】
本発明の方法及び装置は、本出願で前述した背景技術の例で述べたように、従来の両面フィルム製造方法に対して代替的手法を取る。両面製造用のパターン付きドラムを使用する従来の解決法によって直面する１つの問題は、２つのパターンの位置合わせに必要な角度同期を達成することの困難さに関する。例えば、前掲のＮｅｌｓｏｎらの第‘０７７０号で開示された光学フィルム製造装置は、ローラ角度を透明キャリアに付加される各ポリマー層に対して正確に同期させる必要がある。パターン付きドラムに対するドラム角度を得る際に、必要なレベルの精度を得るためには、Ｎｅｌｓｏｎらの第‘０７７０号で開示された方法は、各モータに２つのエンコーダを使用しており、一方がモータ自体に取り付けられ、他方が駆動されるモータ軸に沿って外部に取り付けられる。このかなり複雑な配置は必要である。なぜなら、光学フィルム内の溝が、パターン付きドラムの軸と同じ方向に沿って延びるからである。
【０１０９】
本発明の方法は、いくつかの点で、Ｎｅｌｓｏｎらの第‘０７７０号の開示において採用されている従来の方法とは異なる。溝の方向を、Ｎｅｌｓｏｎらの第‘０７７０号の装置を使用して形成されたものから９０度だけ回転させることにより、本発明では、微細構造の位置合わせを達成するための精密エンコーダシステムが必要でなくなる。効率的には、Ｎｅｌｓｏｎらの第‘０７７０号の手法を用いた場合に非常に重要となるドラム回転の角度同期は、本発明の方法にとってほとんど、あるいはまったく重要でない。代わりに、プリズム構成要素とレンチキュラ構成要素の対のずれを補償するための補正が、ドラムをその軸と平行な方向にわずかに移動させることによって実行され得る。
【０１１０】
本発明の転向フィルム３６の製造に関する特定の課題は、プリズム構造２４のプロファイルに関する。これらの特徴に対する比較的急な勾配と高さの要件が、エンボス加工など従来の方法によって得るのが困難となり得る。しかしながら、後述するように、方法の様々な組み合わせがフィルム製造に使用され得る。
【０１１１】
図１６のブロック図を参照すると、転向フィルム３６の製造のための様々な実施形態に使用される制御ループ１００が示されている。そして、以下の説明は、プリズム構造とレンチキュラ構造の位置ずれを監視しかつ補正するために制御ループ１００を使用することができる様々な製造システムを示す。ウェブ１０６が、この場合、一方の面にパターンが形成されている連続的長さの基体が、反対の面にパターンを形成するために、パターン付きローラ１０８と固定対向ローラ１１０との間のニップを通って供給される。両面転向フィルム３６は、このようにして形成され、さらに、図１６の矢印Ｇで与えられた方向に従って、コーティングされるか又はその他の方法で処理され、あるいは輸送及び使用のために巻き上げられ得る。溝５７（図１３）も、同様に矢印Ｇの方向に延びる。
【０１１２】
制御ループ１００では、光源１０２は、光センサ１０４で検出するために、転向フィルム３６を通る光を方向付ける。光センサ１０４は、様々な入射角での強度検出に基づいて、転向フィルム３６が正確に位置合わせされた特徴を有するかどうかを判定する。図５Ｂを再び参照すると、例えば、転向フィルムは、センサ１０４での入射光が、適切な角度での所与の光源１０２に対して一定範囲内にかつ垂線から数度以内にそのピーク光度値を有するときに、適切に形成されるはずである。光度が、適正な範囲にないか又は特定角度で十分な光度を有していない場合、調整が、パターン付きドラムを移動させることによって、より一般的にはウェブ１０６を軸方向Ｆに移動させることによってなされる。制御論理プロセッサ１２０は、典型的には専用マイクロプロセッサであるが、オプションとしていくつかのタイプのコンピューティングワークステーション装置のうちのいずれかが、制御ループ１００を動作させかつ軸変換器１１４によるわずかな調整を行うために必要な論理及び制御構成要素を提供する。これは、転向フィルム３６上の対になったプリズム構造とレンチキュラ構造の位置合わせの対応する変化をもたらす。
【０１１３】
センサ１０４は、いくつかのタイプの、ある面積にわたって光度を検知する光検知装置のうちのいずれかとすることができる。センサ１０４は、例えば日本のトプコン社から入手可能な輝度計ＢＭ−７とすることができ、あるいは例えばＰｈｏｔｏ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社の分光放射計ＰＲ−６５０とすることができる。別法として、センサ１０４は、材料の厚さ又は他の特性を検知することができる。
【０１１４】
軸変換器１１４は、いくつかのタイプのモータ又は作動装置のうちのいずれかとすることができる。例えば、軸変換器１１４は、Ｄａｎａｈｅｒ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社から入手可能な電気機械式位置決め装置ＢＡＺ−５、又はドイツ、カールスルーヘのＰＩ（Ｐｈｙｓｉｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ）Ｌ．Ｐ．から入手可能な圧電高荷重アクチュエータＮ２１５、あるいは制御温度上昇に応答してローラ軸と平行な方向に長くなるように圧迫された金属リング又はブロックからなる特注設計の熱機械式アクチュエータとすることができる。サブミクロンの分解能を有するインクレメンタルリニアエンコーダ、例えばイリノイ州ショウンバーグのＨｅｉｄｅｎｈａｉｎ社から入手可能なモデルＬＦ４８１エンコーダが、位置変化を確認し制御システムにフィードバックするために含まれ得る。
【０１１５】
続く製造実施形態の説明では、制御ループ１００が、プリズム微細構造とレンチキュラ微細構造の位置ずれを補正するために、転向フィルム３６の光処理挙動を監視し軸調整をもたらすように設けられる。
【０１１６】
図１７を参照すると、２つの個別のウェブ１１６，１１８から転向フィルム３６を形成するために、加熱されたローラ１２２を通るラミネーションを使用する実施形態が示されている。各ウェブ１１６及び１１８は、一方の面に微細構造を有するように別々に形成される。接着剤塗布装置１２４が、ラミネーションのために必要な接着剤を塗布する。この場合、制御ループ１００は、製造された転向フィルム３６の性能を再び測定し、位置ずれを補正する必要がある場合に、１つ又は複数のローラの軸調整を行う。断面Ｈは、転向フィルム３６の端部からの眺めを拡大して示し、プリズム構造及びレンチキュラ構造を示す。この実施形態での軸変換器１１４は、位置合わせを行うために、ローラを軸方向Ｆに移動させる。別法として、軸変換器１１４は、ウェブ１１６の横方向位置をシフトさせることができるラミネーションローラ１２２又は他のローラを移動させることができる。
【０１１７】
他の実施形態では、図１６の基本配置を用いて、ウェブ１０６には、特徴付けられた一方の面が既に設けられており、例えば、レンチキュラ要素２６が、エンボス加工、硬化、他の技法などによって既に形成されている。次いで、ウェブ１０６の反対の面は、押出プロセス又はエンボスプロセスでパターン付きローラ１０８によって特徴付けられる。他の実施形態と同様に、制御ループ１００は、製造された転向フィルム３６の光処理挙動を監視するとともに、パターン付きドラム１０８をその軸に沿って移動させるために軸変換器１１４を使用する。
【０１１８】
他の実施形態では、押出プロセスが、プリズムの特徴とレンチキュラの特徴を同時に形成するために使用される。これは、ウェブ基体自体がこのプロセスで形成されるので、別個のキャリア材料を必要としないという利点を有する。図１８を参照すると、このプロセスが、簡略化した概略図で示されている。押出ダイ１３２からの溶融材料が、制御した速度で溶融カーテンを形成して、対向するパターン付きローラ１０８及び１３０間のニップに供給される。一方のパターン付きローラ１３０は、固定軸位置にあり、他方のパターン付きローラ１０８は、図のように軸方向Ｆに沿って移動可能である。各面に形成されたパターンは、流れ方向に、すなわちフィルムの走行方向Ｇに延びる。材料は、少なくともそのガラス転移温度前後に冷却されたときに、パターン付きローラ１０８及び１３０から剥離される。図１８の実施形態は、キャリア材料とともに使用することもでき、したがって、キャリア基体は、ローラ１０８及び１３０間に形成されたニップに供給され、各面に付着された材料が融解する。
【０１１９】
図１９は、拡大部分Ｊ内に、パターン付きローラ１０８及び１３０間のニップ１５６を上部から誇張された尺度で示す。この実施例では、パターン付きローラ１３０が、レンチキュラ要素２６を形成する。パターン付きローラ１０８は、プリズム構造２４を形成する。
【０１２０】
図２０Ａから図２０Ｅは、前掲の同一出願人による同時係属の米国特許出願第２００４／７８６８５８号で開示されている、ラジアルコンタクト押出ダイを用いた実施形態の様々な図を示す。この実施形態は、図１８に示されている同時に特徴を形成するための同じ基本パターンに従っており、急勾配のプリズムの特徴を有するフィルムを形成する際に使用するために、速度及び適合性の改善を含む便益を付加している。図２０Ａは、溶融材料をパターン付きドラム１０８上に供給するラジアスダイ１３４を示す斜視図であり、パターン付きドラム１０８のパターニングの特徴は、従来のシステムのようにドラム軸と平行に延びるのではなく、ドラム１０８の円筒の周囲に円周方向に延びる。同様に、パターン付きドラム１３０上の特徴もまた、軸方向ではなく円周方向に延びる。
【０１２１】
図２０Ｂの断面図と図２０Ｃの拡大領域Ｅ１とを参照すると、ラジアスダイ１３４が、ウェブの幅にほぼ対応する溝の長さにわたって延びる空洞１５０によって溶融材料を誘導する。第１のランド領域１５２及び第２のランド領域１５４に押し通された溶融材料は、パターン付きドラム１０８の表面に押し込まれ、それによってこの実施形態にプリズム構造２４を形成する。次いで、材料が依然として柔らかい間に、図２０Ｄの部分切断図と図２０Ｅの拡大領域Ｅ２とに詳細に示されているように、パターン付きドラム１０８とともにニップ１５６を形成するパターン付きドラム１３０は、レンチキュラの特徴を材料の反対の面に形成する。材料がニップから進むにつれて、材料は、冷却し、キャリアレス態様で転向フィルム３６を形成する。
【０１２２】
図２０Ａから図２０Ｅの実施形態は、コンパクト性、ならびにパターン付きローラ１０８から複製された、比較的顕著な特徴であるプリズム構造２４を形成する能力に関して利点を有する。この実施形態は、キャリア基体が供給される必要なしに、連続的なウェブを形成する。制御ループ１００もまた、図２０の実施形態とともに使用されるが、軸変換器１１４だけが、破線輪郭内に描かれて示されている。
【０１２３】
図２１に示されている代替実施形態では、押出プロセス及びエンボスプロセスが別々に使用される。第１段階として、押出成形では、対向ローラ１１０と対になったパターン付きローラ１０８を使用する。これは、一方の面上にプリズム構造２４を有するフィルムを形成する。次いで、フィルムは、加熱エレメント１３８によって加熱され、対向ローラ１１１を有するエンボスローラ１３６に進む。この配置は、製造プロセスをセグメント化し、それによって必要な調整を容易に行えるようにするという利点を提供する。軸変換器１１４は、エンボスローラ１３６を移動させるために配置され、あるいは、軸変換器１１４は、代わりにパターン付きローラ１０８を移動させることもできる。
【０１２４】
図２２は、二段階押出プロセスを使用するもう１つの代替キャリアレス実施形態を示す。押出ダイ１３２からの溶融材料は、パターン付きローラ１０８と対向ローラ１１０との間のニップに供給される。これは、フィルムの一方の面にパターンを有するウェブ１０６を形成する。次いで、ウェブ１０６は、方向Ｇに、パターン付きローラ１３０と対向ローラ１１１との間のニップでのもう１つの押出ダイ１３２に転送される。これは、ウェブ１０６の反対の面にパターンを形成し、したがって転向フィルム３６を形成する。制御ループ１００によって制御される軸変換器１１４は、この場合、パターン付きローラ１３０を軸方向Ｆに沿って移動させるために使用される。別法として、ウェブ１０６の位置は、ローラ１３０及び１１１間のニップに到達する前に移動されてもよい。
【０１２５】
図２３を参照すると、押出成形とフォトレジスト技術を組み合わせた、転向フィルム３６を製造するための代替実施形態が示されている。押出ダイ１３２からの溶融材料は、パターン付きローラ１０８と対向ローラ１１０との間のニップに供給される。これは、フィルムの一方の面にパターンを有するウェブ１０６を形成し、フィルムの反対の面は平滑である。次いで、ウェブ１０６は、光学フィルム製造分野の技術者によく知られている態様で、フォトレジスト材料をウェブ１０６の平滑面に塗布するフォトレジスト塗布装置１４０に転送される。次いで、コーティングされた面上のパターンは、露光ステーション１４２で露光される。次いで、洗浄ステーション１４４が、フォトレジストプロセスの最後の部分として、最終現像及び材料除去のために使用される。制御ループ１００によって制御される軸変換器１１４は、露光ステーション１４２の相対位置をウェブ方向Ｇに対して直交する方向に移動させるために使用され得る。オプションとして、制御ループ１００は、露光を方向Ｆに移動させる信号を送ることができる。
【０１２６】
紫外線光又は他の適切な放射線を用いたパターニング及び硬化も、一方又は両方のパターン付き面を得るために行われ得るとともに、押出成形などの他の技法と任意の適切な順序に組み合わせて使用され得ることが理解され得る。例えば、図２３の配置を参照すると、露光ステーション１４２は、ＵＶパターン付き面が最初に形成されるように、押出ダイ１３２の前方に配置され得る。
【０１２７】
転向フィルム３６は、種々の厚さの異なる可撓性の様々な透明な材料で製作され得る。
【０１２８】
（製造実施例）
図１８に示されているものと同様の製造装置を、転向フィルム３６を調製するために使用した。この装置では、２つのスチールローラ、それぞれ直径１２．７ｃｍ（５インチ）及び幅１０．８ｃｍ（４  １／４インチ）が、パターン付きローラ１０８及び１３０として役目を果たした。各パターン付きローラは、図５Ａを参照しながら説明した特徴、Ｒ＝７５μｍ、Ｐ＝Ｑ＝５０μｍ、及びα＝β＝３４°を形成するように彫刻された。一方のローラは、プリズム構造を有し、他方のローラは、レンチキュラ構造を有する。両ローラは、ローラの表面温度が所望の範囲に制御され得るように、冷却油（又は加熱油）が供給され得る内部チャネルを有する。ローラへ行き来する油の流れは、各ローラの両端に連結されたロータリユニオンを通った。
【０１２９】
パターン付きローラ１０８及び１３０をマシンに取り付けた。プリズム構造を形成するためのパターン付きローラ１０８を、事前に固定した駆動軸に取り付けた。レンチキュラ構造を形成するためのパターン付きローラ１３０を、２つの油圧シリンダによって印加された圧力で変換する軸に取り付け、この軸の両側に油圧シリンダをそれぞれ１つ取り付けた。これらの２つのローラを水平に置き、垂直ラミネーションニップを形成した。図１８に示されているように、押出成形機とそのダイをラミネーションニップの上方に取り付けた。
【０１３０】
ポリカーボネートを押出機ダイから３１０℃で押出した。押出機ダイをラミネーションニップの上方に５．１ｃｍ（２インチ）移動させた。溶融カーテンの位置を調整して、カーテンがラミネーションニップの中に直接落下するようにした。パターン付きローラ１０８及び１３０の温度を１１６℃に設定した。キャスティングホイールの速度を毎分２４４ｃｍ（８フィート）に設定した。
【０１３１】
ニップローラの油圧２．７６ＭＰａ（５７６１７Ｎ／ｍの単位ニップ力に相当）で、プリズム面において２８．３μｍの複製深さを達成した。図２４Ａは、これらの構造を示す。
【０１３２】
ニップローラの油圧４．１４ＭＰａ（８６５１３Ｎ／ｍの単位ニップ力に相当）で、図２４Ｂに示されているように、プリズム面においてより深い３３．５μｍの複製深さを達成した。
【０１３３】
ニップローラの油圧５．５２ＭＰａ（１１５４０９Ｎ／ｍの単位ニップ力に相当）で、図２４Ｃに示されているように、プリズム面において２９．０μｍの複製深さを達成した。表面の特徴と裏面の特徴の良好な位置合わせを達成した。
【０１３４】
ニップローラの油圧６．８９ＭＰａ（１４４３０５Ｎ／ｍの単位ニップ力に相当）で、図２４Ｄに示されているように、プリズム面において３１．６μｍの複製深さを達成した。
【０１３５】
要約すると、使用されたすべての油圧で、優れたレンチキュラの特徴の複製が達成された。複製の品質は、速度、圧力、温度などのパラメータと他のパラメータの適切な設定に依存するように思われる。これらのパラメータの選択が不良であると、不本意な結果になる可能性がある。
【０１３６】
別の試験では、プリズム加熱油の温度を１０７℃に設定したこと、及びレンチキュラローラの加熱油の温度を１１０℃に設定したことを除いて、より多くのサンプルを、図２４Ａから図２４Ｄの実施例について今しがた説明したのと同じように製作した。下記リストは、油圧設定値と、その結果達成されたプリズムの特徴の複製深さとを示す。
油圧２．７６ＭＰａで  →  ２１．６μｍ
油圧５．５２ＭＰａで  →  ２７．６μｍ
油圧４．１４ＭＰａで  →  ２５．９μｍ
【０１３７】
ウェブの製作は、製造に際してのいくつかの利点を提供するが、別法として、本発明の転向フィルムは、射出成形を用いて形成することもできる。
【０１３８】
（材料）
本発明の両面光学転向フィルムは、溶融押出プロセスによって効率的に製造することができる。ポリマー材料が、融解され、ダイによって押出成形され、フィルムの両面に必要な微細パターンを有する形成面の上に誘導される。この用途に最も適した材料は、必要な光学的性質、機械的性質及び寸法的性質を保持しながら、溶融押出成形可能である、すなわち溶融押出成形に適合するとともに、熱成形可能である、すなわち適切な温度で熱成形するのに適していなければならない。そのような材料の例としては、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、及びポリ（シクロオレフィン）などがあるが、それらに限定されるものではない。一般に必要とされるのは、フィルムが典型的な使用温度で寸法的に安定していることを保証するために、ポリマー材料のガラス転移温度が８０℃を超えることである。必須ではないが、材料が、公称成形温度未満で良好な光伝送をもたらすように非晶質であることも有用である。レンチキュラ構造、プリズム構造、及びコア層を形成する材料が、転向フィルムを製作するための本発明のプロセスのうちのいくつかに応じて異なることも有用である。特に、プリズム構造の材料は、プリズム構造からの光の反射を減少させることができ、かつ転向フィルムの光の透過を高めることができるように、レンチキュラ構造の屈折率よりも低い屈折率を有することが好ましい。さらに、プリズム要素の硬度は、摩耗を低減するために、導光板の硬度と実質的に同等であることが好ましい。
【０１３９】
本発明について、特にその特定の好ましい実施形態に関連して詳細に説明してきたが、変形及び変更が、上記及び特許請求の範囲に記載されているように、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって本発明の範囲内でもたらされ得ることが理解されよう。
【０１４０】
したがって、提供されるものは、その２つの微細構造間に所定のオフシフト位置合わせを有する両面転向フィルム、この転向フィルムを用いたディスプレー装置、ならびにかかる転向フィルムを製造するためのプロセスである。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】別々のコリメーション機構及び方向転換機構を有する既存の導光板の基本的な方向転換機能を示すブロック側面図である。
【図２Ａ】転向フィルムの一部を示す断面側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの実施形態の光度応答性を示すグラフである。
【図３Ａ】転向フィルムの一部を示す断面側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの実施形態の光度応答性を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明による、オフセット寸法を有していない両面転向フィルムの一部を示す断面側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの実施形態の光度応答性を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明による、好ましいオフセット寸法を有する両面転向フィルムの一部を示す断面側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの実施形態の光度応答性を示すグラフである。
【図６】本発明による、好ましいオフセット寸法を有する両面転向フィルムを含むディスプレー装置の側面図である。
【図７】一実施形態におけるクロストークの原因となる光の経路を示す側面図である。
【図８】代替実施形態における、レンズ構造が移動された状態での光の経路を示す側面図である。
【図９】代替実施形態における、レンズ構造が移動された状態での光の経路を示す側面図である。
【図１０】図９の実施形態の光度応答性のグラフである。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態における転向フィルムを示す側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの実施形態の光度応答性を示すグラフである。
【図１２】本発明による転向フィルムの一部の斜視図である。
【図１３】本発明の様々な特徴を有する転向フィルムを示す側面図である。
【図１４Ａ】分離した微細構造を使用する、本発明の他の実施形態の斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの転向フィルムの断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ａの転向フィルムの断面図である。
【図１４Ｄ】図１４Ａの転向フィルムのごく一部を示す斜視図である。
【図１５Ａ】様々なオフセット寸法を示す両面転向フィルムの一部の側面図である。
【図１５Ｂ】様々なオフセット寸法を示す両面転向フィルムの一部の側面図である。
【図１６】本発明の転向フィルムの製造に使用される制御ループを示す図である。
【図１７】本発明のラミネーションプロセスを示す図である。
【図１８】２つのパターンを同時に形成するために使用される、本発明のキャリアレス押出プロセスを示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態に使用される特徴付きローラを示す図である。
【図２０Ａ】特徴付きドラムを用いた一実施形態における本発明の転向フィルムの製造を示す斜視図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａの特徴付きドラム装置の断面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａの装置のインタフェース部の拡大図である。
【図２０Ｄ】図２０Ａに示されている特徴付きローラ間のニップインタフェースの断面図である。
【図２０Ｅ】図２０Ａに示されている特徴付きローラ間のニップインタフェースの拡大図である。
【図２１】押出段階及びエンボス段階を用いた本発明の二段階プロセスを示す図である。
【図２２】各パターン付き面を別々に形成する本発明の二段階プロセスを示す図である。
【図２３】押出プロセスとフォトレジストプロセスを組み合わせて用いた、本発明の転向フィルムを形成する本発明の二段階プロセスを示す図である。
【図２４Ａ】本発明に従って製作された両面転向フィルムの顕微鏡写真を示す図である。
【図２４Ｂ】本発明に従って製作された両面転向フィルムの顕微鏡写真を示す図である。
【図２４Ｃ】本発明に従って製作された両面転向フィルムの顕微鏡写真を示す図である。
【図２４Ｄ】本発明に従って製作された両面転向フィルムの顕微鏡写真を示す図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１０  導光板
１２  光源
１６  出力面
１８  入力面
２０  光ゲート装置
２２  転向フィルム
２４、２４Ａ、２４Ｂ、７０  プリズム構造
２５  コア層
２６、２６Ａ、２６Ｂ、７２  レンチキュラ要素
２８  向け直された光線
２９  平行にされた光線
３０  ディスプレー装置
３２  側面
３６、３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ、３６Ｅ、３６Ｆ  転向フィルム
３８  入射光面
４０  出力面
４２  反射面
４５、４６、４８、５０、５４、５６、５８  光度曲線
５１  クロストーク部分
５６、５６Ａ  先端
５７、５７Ａ  溝
５８  平坦な面
６４  ディスプレー装置
７０  プリズム構造
７２、７２Ａ、７２Ｂ  レンチキュラ構造
７４  対
１００  制御ループ
１０２  光源
１０４  光センサ
１０６、１１６、１１８  ウェブ
１０８  パターン付きローラ
１１０、１１１  対向ローラ
１１４  軸変換器
１２０  制御論理プロセッサ
１２２  ローラ
１２４  接着剤塗布装置
１３０  パターン付きローラ
１３２  押出ダイ
１３４  ラジアスダイ
１３６  エンボスローラ
１３８  加熱エレメント
１４０  塗布装置
１４２  露光ステーション
１４４  洗浄ステーション
１５０  空洞
１５２、１５４  ランド領域
１５６  ニップ
Ａ、Ｂ、Ｃ  光線
Ｄ  方向
Ｅ１、Ｅ２  拡大領域
Ｆ  軸方向
Ｇ  矢印
Ｈ  断面
Ｊ  拡大部分
ｄ  コア層の厚さ
α、β  半頂角
Ｎ  導光板１０又は転向フィルムの垂線
Ｐ、Ｑ  ピッチ
Ｏ  光軸
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  レンチキュラ要素の曲率半径
ｒ  先端半径
Ｔ  全厚さ
Ｘ  オフセット寸法
【図１】
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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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
2009037205.tif 000041
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2009037205.tif 000050
【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【外国語明細書】
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