(57)【要約】  光学フィルムの製造方法は、第１の主表面と第１の表面の反対側の第２の主表面とを有する基材を作製する工程と、第１の表面上に湾曲側面を有する複数の錐体構造を形成する工程と、を含む。湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれは、第１の表面上に位置する基部と、頂点と、基部と頂点との間に延びる弧から形成された湾曲側面と、を含む。フィルムに関する光学利得及び視野角は、湾曲側面を有する各錐体構造の頂点及び基部における形状を表す角度を調整することにより制御され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学フィルムの製造方法であって、
第１の主表面と前記第１の主表面の反対側の第２の主表面とを有する基材を作製する工程と、
前記第１の表面上に湾曲側面を有する複数の錐体構造を形成する工程であって、前記湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれは、前記第１の表面上に位置する基部と、頂点と、前記基部と前記頂点との間に延びる弧から形成された湾曲側面と、を含む、工程と、を含み、
前記作製する工程及び形成する工程は、微細複製プロセスを用いて行われる、方法。
【請求項２】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれの前記基部を、前記湾曲側面を有する錐体構造の他の１つの前記基部と接触させて形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれの前記基部を、前記湾曲側面を有する錐体構造の他の１つの前記基部から、ある空間だけ分離させて形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造の前記湾曲側面を凸状に形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造の前記湾曲側面を凹状に形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれの前記湾曲側面を、稜線で連結された複数の別個の湾曲側面として形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれの前記湾曲側面を、稜線で連結された複数の湾曲扇形として形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれの前記湾曲側面を、平坦な部分で連結された複数の湾曲扇形として形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれの前記湾曲側面を、対称的に形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記形成する工程が、前記湾曲側面を有する錐体構造を、前記基材と一体形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
光学フィルムであって、
第１の主表面と前記第１の主表面の反対側の第２の主表面とを有する基材と、
前記第１の表面上の湾曲側面を有する複数の錐体構造であって、前記湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれは、前記第１の表面上に位置する基部と、頂点と、前記基部と前記頂点との間に延びる弧から形成された湾曲側面と、を含む、複数の錐体構造と、を備え、
前記フィルムの光学利得及び視野角が、前記弧の半径と、前記基部に直交し、かつ前記頂点から延びる第１の軸との間の第１の角度を調整し、また前記弧の半径と、前記基部に直交し、かつ前記基部から延びる第２の軸との間の第２の角度を調整することにより制御される、光学フィルム。
【請求項１２】
前記第１及び第２の角度が、前記フィルムの最大光学利得を提供するよう調整される、請求項１１に記載のフィルム。
【請求項１３】
前記第１及び第２の角度が、前記フィルムの最大視野角を提供するよう調整される、請求項１１に記載のフィルム。
【請求項１４】
前記湾曲側面を有する錐体構造が、前記基材上に六角形の格子パターンで配置されている、請求項１１に記載のフィルム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
構造化された表面は光を逸らし、伝播及び反射特性において上下非対称性を誘導する。構造化表面を有するフィルムは、１つの入射分布の光を反射し、別の分布の光を伝播させる。平面内に横たわる構造化表面上の入射光線は、再循環バックライトに光学利得が存在するよう前方に向かって伝播する傾向を有し得る。略垂直入射光の強力な反射はまた、フィルム真下又はフィルム中に横たわる層内に存在し得る欠陥を隠す役割を果たす。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置のバックライトにおいては、光度利得と欠陥隠蔽との両方が所望される。
【０００２】
他の利得増強フィルムには、光度向上フィルム及び利得ディフューザ等の、線形プリズムを有するフィルムが挙げられる。線形プリズムフィルムは、高い利得（＞１．５）と非対称伝播プロファイルとを有する一方、利得ディフューザは、それらの光学特性において回転対称である傾向があり、またより低い利得（１．２〜１．４）を有する傾向がある。
【０００３】
関連技術の例も、欠陥を隠蔽する役割を果たす。国際出願公開第２００６／０７３８０６Ａ１号（Ｗｈｉｔｎｅｙら）には、理想的な利得ディフューザをシミュレートする、フィルム表面上に存在する完璧な球状突出部を有するフィルムが開示されている。国際出願公開第２００６／１２１６９０Ａ１号（Ｗｈｉｔｎｅｙら）及び同第２００７０１６０７６Ａ１号（Ｗｈｉｔｎｅｙら）には、丸いピークを有する曲面角錘突出部が開示されている。米国特許第６，７５２，５０５号には、円錐及び角錐を含む様々な突出部が記載されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に相応する光学フィルムの製造方法は、第１の主表面と第１の表面と反対側の第２の主表面とを有する基材を作製する工程と、湾曲側面を有する複数の錐体構造を第１の表面上に形成する工程と、を含む。湾曲側面を有する錐体構造のそれぞれは、第１の表面上に位置する基部と、頂点と、基部と頂点との間に延びる弧から形成された湾曲側面と、を含む。代替的に、曲面錐体は第１の表面に対して凹状であってもよく、可能には、両方の主表面上に別々の曲面錐体が形成されてもよく、第１の主表面上に凸状の曲面錐体及び第２の主表面上に凹状の曲面錐体、又は両方の表面上に凸状の錐体若しくは凹状の錐体の両方が形成されてもよい。第１の主表面上の曲面錐体は、第２の主表面上の曲面錐体とは異なる設計パラメータを有して、フィルムを通過する光の更なる制御を提供してもよい。
【０００５】
本発明に相応する物品は、湾曲側面を有する錐体構造を備えた光学フィルムを含む。この物品において、フィルムに関する光学利得及び視野角は、湾曲側面を有する各錐体構造の頂点及び基部における形状を表す角度を調整することにより制御される。利得及び視野角はまた、湾曲側面を有する錐体構造の互いに関連した相対的な位置に影響される場合があり、錐体構造が無作為位置又は固定マトリックス位置のいずれに存在するかが検討される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
添付の図面は、本明細書に組み込まれて本明細書の一部をなすものであって、説明文と併せて本発明の利点と原理を説明するものである。これらの図面では、
【図１】湾曲側面を有する錐体構造の形成を示す略図。
【図２】湾曲側面を有する錐体構造を示す側面図。
【図３】光学フィルム中の湾曲側面を有する複数の錐体構造を示す斜視図。
【図４】再循環キャビティ内の光学利得を示す略図。
【図５】湾曲側面を有する角錘状の錐体構造を示す斜視図。
【図６】湾曲側面を有する錐体構造を備えたフィルムに関する利得及び視野角のグラフ。
【図７】それぞれが湾曲側面を有する錐体構造を備えた２つの交差フィルムに関する利得及び視野角のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の実施形態は、略錐体形の表面レリーフ構造の二次元アレイで表面パターン化された光学フィルムを含み、この構造は回転対称であってもよく、好ましくはそれらの頂点において不連続な導関数（derivative）を有する。他の実施形態は、このフィルムの製造方法を含む。代替的な実施形態は、１つ又は２つの対称的な稜線に沿って不連続な導関数を有する、湾曲小面を有する角錐と、この角錐の製造方法とを含む。不連続表面導関数を有する特定の曲面形状の利点としては、より高い光学利得、入射光線のつき抜け現象又は直接伝播の低下、及びそれによる改善された欠損隠蔽が挙げられる。本発明の実施形態は、関連技術の例と比較してより良好な欠損隠蔽と、球状に形成されたビーズ状の利得構造よりも高い利得とを提供することを示す。
【０００８】
表面構造は、錐体形、即ち湾曲側面を有する錐体（ＣＳＣ）構造からなる二次元表面レリーフアレイであり、この構造は表面上に緊密に充填され、又は表面を満たすよう配置され、それにより平坦な範囲が残留しない。基本的な複製された形状は回転対称であるため、断面形状は一例を規定するのに十分である。図１に、ＣＳＣ構造の断面１２を示し、ここで円１０の曲線状の縁は、半径１４及び１６で形成された弧の２つの末端部にて終結している。円１０の半径と、終点角（terminal angle）Θ１（１８）及びΘ２（２０）とは、断面を画定する。角度Θ１（１８）は、半径１４と回転軸１９との間の角度を指す。角度Θ２（２０）は、弧２２の半径と、弧２２とベクトル１６との交差点を通過する、回転軸と平行なベクトルとの間の角度を指す。
【０００９】
図２及び３は、それぞれ、区分１２等の選択された断面を、回転軸１９を中心として回転することにより形成されたＣＳＣ構造２４と、フィルム基材３４の表面上にＣＳＣ構造３２が存在するフィルム３０とを示す。図２に示すように、ＣＳＣ構造２４は、基部２８と、頂点２７と、基部２８と頂点２７との間に延びる対称的な湾曲側面２６とを有する。基部２８はフィルム基材３４と接触し、好ましくは基材と一体成形されている。この例では、ＣＳＣ構造２４は凸状の湾曲側面２６を有するが、以下に記載するように、他の種類の湾曲側面が可能である。また、湾曲側面２６は必ずしも弧２２で示した円の一部から形成される必要はなく、角度Θ１（１８）及びΘ２（２０）で決定される他の弧の形状から形成されてもよい。
【００１０】
ＣＳＣ構造は、表面上に無作為に、又は規則正しい格子の中心上に存在してもよい。ＣＳＣ構造は均一なサイズを有してもよく、又はサイズは規則的に若しくは無作為に分布されてもよい。２つの基本的な規則正しいタイル格子は、図３に示すように６部分（六角形）、又は４部分（四角形）からなる。回転対称の錐体構造は、規則正しい格子上で、以下の配列にてタイル格子上でサイズを決定され及び配置されてもよい。（１）緊密充填された形態（円形基部が接している）、（２）３〜４つの隣接するＣＳＣの基部が重なるように満たされた格子、ここでＣＳＣ構造の体積の重なりが、表面の傾きが最も険しい基部の近傍の体積を除去する、（３）平坦な表面範囲が、緊密充填の限界における表面範囲よりも大きいサブ緊密充填形態、（４）形態（１）と（２）との間の任意の連続体の形態。ＣＳＣ構造の無作為配列は、類似した形態を含んでもよい。
【００１１】
図４は、ＬＣＤバックライト４０における再循環キャビティ内の光学利得を示す略図である。バックライト４０は、反射体４２と、光源４４と、光線４８を再循環させる光学フィルム４６とを含む。光学フィルム４６は、ＣＳＣ構造を含む。バックライト４０は、追加の構成要素又はフィルムも含み得る。
【００１２】
図２に示したＣＳＣ構造を除く様々な代替的なＣＳＣ構造も、光学フィルム中で使用することができる。詳細には、図５は、４つの側面からなる湾曲小面を有する角錐ＣＳＣ構造５０を示し、この構造５０は、フィルム基材上に緊密充填され又は満されたアレイ中に存在してもよい。ＣＳＣ構造５０は、基部５４と、頂点５２と、稜線５７により連結された４つの湾曲側面５６とを有する。この場合、湾曲側面は、軸１９に直交する軸に沿って、区分１２等の断面を掃引（sweep）することにより形成された。
【００１３】
ＣＳＣの形状は、Θ１（ｌ８）及びΘ２（２０）を変化させることにより調整することができる。以下に更に記載される図６は、１．２〜１．５５のグレースケール値で示される利得と、３８〜６２度の視野角を表す、一定の値の線で示される視野角との間の関係を示す。値は、ほぼ１．５９の屈折率を有するフィルムに関するΘ１及びΘ２値の範囲を表す。図７は、互いの上部に存在する同一の２枚のＣＳＣシートを通過する光からの同様の利得及び視野角を示し、このシートはほぼ１．５９の屈折率を有する。用語「視野角」は、フィルムを組み込んだディスプレイの水平方向又は垂直方向のいずれかの視野角を表す。
【００１４】
製造プロセス
光学フィルム上のＣＳＣ構造は、ダイヤモンド旋盤機（ＤＴＭ）でパターン化された銅複製工具から形成することができる。高速工具サーボ（tool servo）（ＦＴＳ）を使用したＤＴＭの例は、以下の特許に記載されており、これらの全ては完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる。米国特許第７，３５０，４４２号；同第７，３５０，４４１号；同第７，２９３，４８７号；及び同第７，２９０，４７１号。双半径チップ（twin radius tip）にラッピングされたダイヤモンドを、圧電ステージを有する銅工具に、工具が回転している間、突入させ及び銅工具から抜去し得る。いくつかの実施形態では、ＦＴＳ装置は、ダイヤモンド切削工具をダイヤモンドの輪郭が描かれた双半径形状に一致する波形に沿って移動するであろう。ＦＴＳプロファイルがダイヤモンドプロファイルとは異なる場合、他の実施形態が所望され得る。非対称ＣＳＣは、この方法で製造され得る。表面パターンの無作為化により色モアレが排除され、欠陥が更に隠蔽され得る。
【００１５】
機械加工技術は、微細複製プロセスで使用される微細複製工具等、様々なワークピースの形成に使用することができる。微細複製工具は、微細複製構造を作製するための押出成形プロセス、射出成形プロセス、エンボス加工プロセス、キャスティングプロセス等の微細複製プロセスで広く用いられている。微細複製構造には、光学フィルム、研磨フィルム、接着フィルム、自己噛合輪郭を備える機械的締結具、又は、比較的小さい寸法、例えば約１０００マイクロメートル未満の寸法の微細複製フィーチャを有するいずれかの成形若しくは押出し部品等を含み得る。上述したようなＣＳＣ構造は、一般に、１０マイクロメートル〜１００マイクロメートル、好ましくは１０マイクロメートル〜５０マイクロメートル、より好ましくは１０マイクロメートル〜３０マイクロメートルの範囲内の直径（又は幅）及びピッチを有する。ＣＳＤ構造のピッチは、隣接するＣＳＣ構造の基部が接触している場合、それらの直径とほぼ等しい。しかしながら、ピッチは、隣接するＣＳＣ構造が重なり、又は隣接するＣＳＣ構造の間に空間が存在する場合、直径よりも小さく又は大きくなり得る。
【００１６】
微細構造は様々な他の微細複製プロセスによっても作製され得る。例えば、マスター工具からキャスト及び硬化プロセスによって、マスター工具の構造を高分子材料のベルト又はウェブのような他の媒体に転写して生産用工具を形成することが可能であり、更にこの生産用工具を使用して角柱構造が作製される。マスター工具を複写するために、電鋳法のような他の方法を使用し得る。光配向フィルムを作製する別の代替的な方法は、透明材料を直接切削又は機械加工して角柱構造を形成するというものである。
【００１７】
他の技術には、化学的エッチング、ビードブラスト、又は他の確率的表面修正技術が挙げられる。ただし、これらの技術では典型的に、本発明の方法を用いた切削工具によって実現する適切な光拡散特性を得るために求められる鋭敏かつ正確な微細構造とフィーチャの幅とを形成させることができない。より詳細には、これらの方法は一般に、化学的エッチング、ビードブラスト、又は他の確率的表面修正技術に付随する、特有の非精密さ及び非再現性のために、非常に精密で反復型の構造を作製することができない。金属微細複製工具類、図５に示したものの負の表面構造を用いて、両方が完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００７／０１０７５６７Ａ１号及び同第２００７／０１０７５６８Ａ１号に記載されているようなダイヤモンド旋盤加工により作製されてもよい。
【００１８】
ＣＳＣ構造を光学フィルム上に作製する別の方法には、レーザーアブレーションを用いて作製されたポリマー又は金属マスター工具の使用が挙げられる。いくつかの公知の技術を介してエキシマー又は他のレーザーを使用して、ポリマー又は金属表面を修正して制御構造を形成してもよい。所望のＣＳＣの断面直径に名目上一致する、穴の取り合わせを内部に有するマスクを使用してもよい。完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２８５，００１号に記載されているように、それらの穴に対応する領域をレーザーで除去し、互いの頂部に重ね合わせた後、ＣＳＣ構造が存在する工具が形成され得る。工具類が平坦なポリマーの場合、電鋳法により、ニッケル等の金属中に工具類を複写してもよい。平坦な金属工具は、巻回され、円筒形に溶接されてもよい。ポリマー表面を有する円筒形の工具はまた、完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる２００７年１１月１６日出願の「Ｓｅａｍｌｅｓｓ  Ｌａｓｅｒ  Ａｂｌａｔｅｄ  Ｒｏｌｌ  Ｔｏｏｌｉｎｇ」と題された米国特許出願第１１／９４１２０６号に記載されているように、いずれの縫い目も排除して直接機械加工することができる。
【００１９】
利得及び視野角に関して最適化されたフィルム
光学モデリングに基づいて、角度Θ１（１８）及びΘ２（２０）を調整することにより、ＣＳＣ構造を有するフィルムに関して光学利得及び視野角を制御することができる。光学モデリングは、光線追跡ソフトウエアを使用して行うことができ、光線追跡技術は当技術分野にて公知である。図６は、表面から突出するＣＳＣ構造を有するフィルムに関する、角度Θ１（１８）及びΘ２（２０）に基づく利得及び視野角のグラフである。図７は、９０°で交差され、それぞれ表面から突出するＣＳＣ構造を有する２つのフィルムに関する、角度Θ１（１８）及びΘ２（２０）に基づく利得及び視野角のグラフである。図６及び７のグラフにおいて、視野角は輪郭線に沿った楕円で示され、軸上光学利得は、陰影と、グラフ側部の説明とにより示される。図６及び７に示すモデリング結果に関して、フィルム材は、屈折率１．５８９５を有するＣＳＣ構造を備えた厚さ７ｍｉｌ（０．１７ｍｍ）のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であり、ＣＳＣ構造は図３に示すように六角形の格子基材上で複製された。
【００２０】
角度Θ１（１８）及びΘ２（２０）は、それぞれ、チャートのｘ軸及びｙ軸上の角度で示され、これらの角度は上記に定義され、図１及び２に示されており、これらの角度は、ＣＳＣ構造の側面の頂点及び基部における形状に関係する。モデリングは基材表面から突出する構造に関して行われたが、ＣＳＣ構造は基材表面内に陥没する構造も含むことができる。
【００２１】
図６及び７に使用される用語「視野角」は、利得対極角のコノスコーププロットが、軸上で測定した値の５０％に等しい角度を意味する。視野角は、基本的に、ディスプレイに直交する軸上でディスプレイを見る場合と比較して半分の明るさに見えるディスプレイの角度である。例えば、ＣＳＣ構造を有するフィルムを組み込んだディスプレイの、軸から特定の角度で見た場合の所望の光度に応じて、視野角の他のパラメータも可能である。
【実施例】
【００２２】
以下の実施例は、本発明の実施について記載する。これらのフィルム又はシートを形成するには、更なる材料の組み合わせも使用することができ、そのような材料の例は、完全に記載されているものとして参照により本明細書に組み込まれる２００７年４月１６日出願の米国特許出願第１１／７３５６８４号に記載されている。
【００２３】
実施例において、以下はＵＶ硬化アクリレート調合物における頭字語に関する化学的記述である。ＴＭＰＴＡ＝トリメチル（triemethyl）プロパントリアクリレート；ＰＥＡ＝フェノキシエチルアクリレート；ＢＥＤＡ＝臭素化（brominiated）ジアクリレート；及びＴＰＯ＝熱可塑性ポリオレフィン。
【００２４】
（実施例１）
屈折率１．５６を有するＵＶ硬化性アクリレート被覆溶液（１０重量％  ＴＭＰＴＡ、２５重量％  ＰＥＡ、６５重量％  ＢＥＤＡ、１．０重量％  ＴＰＯ）を厚さ５ｍｉｌ（０．１２ｍｍ）のＰＥＴフィルム上に被覆し、上述したように作製したエキシマレーザーアブレーションポリイミド工具でエンボス加工して、図１に示した構造と同様の湾曲側面を有する錐体構造フィルム表面を作製した。フィルムを紫外線（ＵＶ）ランプ（３００ワット／センチメートル（ｃｍ））下に１５フィート／分（ｆｐｍ）（４．５メートル／分）で通過させて、アクリレートモノマーを硬化させて固体ポリマーとした。このフィルムはＧａｒｄｎｅｒヘイズメーターで測定して９９％のヘイズを有し、有効伝送試験器（Effective Transmission Tester）を使用して１．４７の輝度利得を提供した。このフィルム上の湾曲側面を有する錐体構造及び粗さは、並外れたスポット欠損隠蔽を提供することが観察された。
【００２５】
（実施例２）
屈折率１．５６を有するＵＶ硬化性アクリレート被覆溶液（１０重量％  ＴＭＰＴＡ、２５重量％  ＰＥＡ、６５重量％  ＢＥＤＡ、１．０重量％  ＴＰＯ）を厚さ５ｍｉｌ（０．１２ｍｍ）のＰＥＴフィルム上に被覆し、上述したように作製したエキシマレーザーアブレーションポリイミド工具でエンボス加工して、図１に示した構造と同様の湾曲側面を有する錐体構造フィルム表面を作製した。フィルムをＵＶランプ（３００ワット／ｃｍ）下に１５ｆｐｍ（４．５メートル／分）で通過させて、アクリレートモノマーを硬化させて固体ポリマーとした。このフィルムはＧａｒｄｎｅｒヘイズメーターで測定して９９％のヘイズを有し、有効伝送試験器を使用して１．４２の輝度利得を提供した。このフィルム上の湾曲側面を有する錐体構造及び粗さは、並外れたスポット欠損隠蔽を提供することが観察された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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