(57)【要約】  ライトガイドと、光方向転換フィルムと、を含む光学システムであって、光方向転換フィルムが、実質的に滑らかな第１の主面と、複数の非対称微細構造を含む第２の主面とを含み、非対称微細構造の各々が、実質的に平坦な第１の側面と、第２の側面とを含み、第２の側面が、実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントと、非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントとを含む、光学システム。
2020507907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
実質的に滑らかな第１の主面と、
第２の主面とを備え、前記第２の主面が、複数の非対称微細構造を含み、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第１の側面と、
第２の側面とを含み、前記第２の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントと
を含む、光学システム。
【請求項２】
前記第１の表面セグメントが、前記第１の側面と前記第２の側面との交点にある頂点から第１の移行点まで延び、前記第２の表面セグメントが、前記第１の移行点から、それぞれの前記非対称微細構造と隣接する非対称微細構造との間の谷部に向かって延びる、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記第２の表面セグメントが実質的に凸状である、請求項２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記頂点と前記第１の移行点との間の距離が、それぞれの前記非対称微細構造の前記頂点と前記谷部との間の距離の約３％〜約１５％である、請求項２又は３に記載の光学システム。
【請求項５】
前記第１の移行点と前記谷部との間の距離が、それぞれの前記非対称微細構造の前記頂点と前記谷部との間の距離の約８５％〜約９７％である、請求項２〜４のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項６】
前記第１の表面セグメントが、それぞれの前記非対称微細構造と隣接する非対称微細構造との間の谷部から第１の移行点に向かって延び、前記第２の表面セグメントが、前記第１の移行点から第１の側面と第２の側面の交点にある頂点に向かって延びる、請求項１に記載の光学システム。
【請求項７】
前記第２の表面セグメントが実質的に凹状である、請求項４に記載の光学システム。
【請求項８】
前記谷部と前記第１の移行点との間の距離が、それぞれの前記非対称微細構造の前記頂点と前記谷部との間の距離の約３％〜約５０％である、請求項６又は７に記載の光学システム。
【請求項９】
前記第１の移行点と前記頂点との間の距離が、それぞれの前記非対称微細構造の前記頂点と前記谷部との間の距離の約５０％〜約９０％である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記複数の非対称微細構造の各々が、実質的に同じ横方向断面形状である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記第１の主面が、前記第１の主面に実質的に平行な基準面を定め、前記第１の表面セグメントの第１の角度が、前記基準面に対して約４０度〜約７０度である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記第２の表面セグメントの形状が、三次方程式に基づく、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記第１の表面セグメントの形状が、第１の一次方程式に基づき、前記第２の表面セグメントの形状が、三次方程式に基づき、前記三次方程式の１階微分が前記第１の一次方程式と一致する、請求項１１に記載の光学システム。
【請求項１４】
前記第１の角度は第１の一次方程式に基づき、前記第２の表面セグメントの形状は四次以上の方程式に基づき、前記四次以上の方程式の１階微分は、前記第１の一次方程式に一致する、請求項１１のいずれかに記載の光学システム。
【請求項１５】
前記ライトガイドから発し、前記第１の主面を通って出る光の少なくとも約６０％が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、前記第１の主面により、前記第１の主面に垂直となるように定められる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項１６】
前記特徴的な視野角の第１のセットが、前記中心視野角に対して約−３５度〜約３５度である、請求項１５に記載の光学システム。
【請求項１７】
前記ライトガイドから発し、前記第１の主面を通って出る光の少なくとも６０％が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、前記第１の主面により、前記第１の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第１のセットは、前記中心視野角に対して約−２０度〜約２０度である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項１８】
前記第２の側面が、実質的に平坦な表面を形成する第３の表面セグメントを更に含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記第３の表面セグメントの第２の角度が、前記基準面に対して約４０度〜約７０度である、請求項１８に記載の光学システム。
【請求項２０】
前記ライトガイドが、光入力分布で前記光方向転換フィルムに光を入力し、前記第１の角度、前記三次方程式、及び前記第２の角度が、前記光入力分布に基づく、請求項１９に記載の光学システム。
【請求項２１】
前記ライトガイドから発し、前記第１の主面を通って出る光の少なくとも６０％が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、前記第１の主面により、前記第１の主面に垂直となるように定められる、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項２２】
前記特徴的な視野角の第１のセットが、前記中心視野角に対して約−３５度〜約３５度である、請求項２１に記載の光学システム。
【請求項２３】
前記ライトガイドから発し、前記第１の主面を通って出る光の少なくとも６０％が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、前記第１の主面により、前記第１の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第１のセットが、前記中心視野角に対して約−２０度〜約２０度である、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項２４】
ライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
第１の主面であって、前記第１の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第１の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第２の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第１の側面と、
第２の側面を備え、第２の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第１の表面セグメントの第１の角度が、前記基準面に対して約４０度〜約７０度であり、前記第１の角度が第１の一次方程式に基づく、第１の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントであって、前記第２の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が、前記第１の一次方程式と一致する、第２の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第３の表面セグメントであって、前記第３の表面セグメントの第２の角度が前記基準面に対して約４０度〜約７０度であり、前記第２の角度が第２の一次方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が前記第２の一次方程式と一致する、第３の表面セグメントと
を備える、光学システム。
【請求項２５】
第１の実質的にコリメートされた光入力分布を有するライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
第１の主面であって、前記第１の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第１の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第２の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第１の側面と、
第２の側面とを備え、前記第２の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第１の表面セグメントの第１の角度が、前記基準面に対して約４０度〜約７０度であり、前記第１の角度が第１の一次方程式に基づく、第１の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントであって、前記第２の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式が前記光入力分布に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が、前記第１の一次方程式と一致する、第２の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第３の表面セグメントであって、前記第３の表面セグメントの第２の角度が前記基準面に対して約４０度〜約７０度であり、前記第２の角度が第２の一次方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が前記第２の一次方程式と一致する、第３の表面セグメントとを備え、
前記ライトガイドから発し、前記第１の主面を通って出る光の少なくとも６０％が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、前記第１の主面により、前記第１の主面に対して垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第１のセットが、前記中心視野角に対して約−３５度〜３５度である、
光学システム。
【請求項２６】
第１の光入力分布を有するライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備える光学システムであって、前記光方向転換フィルムが、
第１の主面であって、前記第１の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第１の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第２の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
第１の側面と、
第２の側面とを備え、第２の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第１の表面セグメントの第１の角度が、第１の視野角付近で第１の光分布カットオフをもたらすように構成された、第１の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントであって、前記第１の光分布に基づいて、前記第１の視野角から第２の視野角まで実質的に同様の相対輝度をもたらすように構成された、第２の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第３の表面セグメントであって、前記第３の表面セグメントの第２の角度が、前記第２の視野角付近に第２の光分布カットオフをもたらすように構成された、第３の表面セグメントと
を備える、光学システム。
【請求項２７】
前記ライトガイドから発し、前記第１の主面を通って出る光の少なくとも６０％が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、前記第１の主面により、前記第１の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第１のセットが、前記中心視野角に対して約−３５度〜約３５度である、請求項２６に記載の光学システム。
【請求項２８】
前記第１の表面セグメント及び前記第２の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が、平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約２％未満である、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項２９】
前記トップハット分布が、前記トップハット分布の、前記平坦な頂部の領域から最大輝度の約５％未満の輝度を含む床部領域への移行が約１５度未満である、第１のカットオフ角度を更に有する、請求項２８に記載の光学システム。
【請求項３０】
前記第１の表面セグメント、前記第２の表面セグメント、及び前記第３の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約２％未満である、請求項１８〜２７のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項３１】
前記トップハット分布が、前記トップハット分布の前記平坦な頂部の領域から最大輝度の約５％未満の輝度を含む床部領域への移行が約１５度未満である、第１のカットオフ角度を更に有する、請求項３０に記載の光学システム。
【請求項３２】
車両と、
前記車両内の車両ディスプレイとを含む車両ディスプレイシステムであって、前記光学システムが、
ライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
実質的に滑らかな第１の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第２の主面とを含み、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第１の側面と、
第２の側面とを含み、前記第２の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントと
を含む、車両ディスプレイシステム。
【請求項３３】
前記ライトガイドが、第１の光入力分布を提供するように構成され、前記第１の主面が、前記第１の主面に平行な基準面を定め、前記基準面に対する前記第１の表面の第１の角度が、前記基準面に対して約４０度〜約７０度であり、前記第１の角度が、第１の一次方程式に基づき、前記第２の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が前記第１の一次方程式と一致する、請求項３２に記載の車両ディプレイシステム。
【請求項３４】
前記ライトガイドから発し、前記第１の主面を通って出る光の少なくとも６０％が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、前記第１の主面により、前記第１の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第１のセットは、前記中心視野角に対して約−３５度〜約３５度である、請求項３２又は３３に記載の車両ディプレイシステム。
【請求項３５】
前記第１の表面セグメントと前記第２の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が、平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約２％未満である、請求項３２〜３４のいずれか一項に記載の車両ディスプレイシステム。
【請求項３６】
前記トップハット分布が、前記トップハット分布の前記平坦な頂部の領域から最大輝度の約５％未満の輝度を含む床部領域への移行が約１５度未満である、第１のカットオフ角度を更に有する、請求項３５に記載の車両ディスプレイシステム。
【請求項３７】
前記第２の側面が、実質的に平坦な表面を形成する第３の表面セグメントを更に備える、請求項３２に記載の車両ディスプレイシステム。
【請求項３８】
前記ライトガイドが、第１の光入力分布を提供するように構成され、前記第１の主面が、前記第１の主面に平行な基準面を定め、前記基準面に対する前記第１の表面セグメントの第１の角度が、前記基準面に対して約４０度〜約７０度であり、前記第１の角度が、第１の一次方程式に基づき、前記第２の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式が、前記光入力分布に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が、前記第１の一次方程式に一致し、前記第３の表面セグメントの第２の角度が、前記基準面に対して約４０度〜約７０度であり、前記第２の角度が、第２の一次方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が、前記第２の一次方程式に一致する、請求項３７に記載の車両ディスプレイシステム。
【請求項３９】
前記ライトガイドから発し、前記第１の主面を通って出る光の少なくとも６０％が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、前記第１の主面により、前記第１の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第１のセットが、前記中心視野角に対して約−３５度〜約３５度である、請求項３７又は３８に記載の車両ディスプレイシステム。
【請求項４０】
前記第１の表面セグメント、前記第２の表面セグメント、及び前記第３の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約２％未満である、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項４１】
前記トップハット分布が、前記トップハット分布の前記平坦な頂部の領域から最大輝度の約５％未満の輝度を含む床部領域への移行が約１５度未満である、第１のカットオフ角度を更に有する、請求項４０に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
光方向転換フィルムは、ディスプレイ及び照明用途において、光学ディスプレイからの光の角度分布を変化させるために使用することができる。光方向転換フィルムは、一般に、光を屈折及び／又は反射することによって機能する特徴を有する。光方向転換フィルムは、光源と共に使用して、所望の光出力を提供することができる。
【発明の概要】
【０００２】
記載された非対称光方向転換フィルム（ＡＴＦ）を使用して、光の角度分布を制御して、光分布カットオフ角度、及び顕著な量の光を吸収しない平坦頂部領域を有する、トップハット形状の光出力分布を提供することができる。
【０００３】
いくつかの実施例で、本開示は、ライトガイドと、光方向転換フィルムと、を含む光学システムを説明しており、光方向転換フィルムは、実質的に滑らかな第１の主面と、第２の主面とを含み、第２の主面は、複数の非対称微細構造を含み、非対称微細構造の各々が、実質的に平坦な第１の側面と、第２の側面とを含み、第２の側面は、実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントと、非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントと、を含む。
【０００４】
いくつかの実施例で、本開示は、ライトガイドと、光方向転換フィルムと、を含む光学システムを説明しており、光方向転換フィルムは、第１の主面に対して平行な基準面を定め、かつ実質的に滑らかな、第１の主面と、第２の主面とを含み、第２の主面は、複数の非対称微細構造を有し、非対称微細構造の各々が、実質的に平坦な第１の側面と、第２の側面とを含み、第２の側面は、実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントであって、基準面に対する第１の角度が約４０度〜約７０度であり、第１の角度が第１の一次方程式に基づく、第１の表面セグメントと、非平面表面を形成し、形状が三次方程式又はより高次の方程式に基づく第２の表面セグメントであって、三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が第１の一次方程式に一致する第２の表面セグメントと、実質的に平坦な表面を形成する第３の表面セグメントであって、その第２の角度が、基準面に対して約４０度〜約７０度であり、第２の角度が、第２の一次方程式に基づき、三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が第２の一次方程式に一致する第３の表面セグメントとを含む。
【０００５】
いくつかの実施例で、本開示は、第１の実質的にコリメートされた光入力分布を有するライトガイドと、光方向転換フィルムと、を含む光学システムを説明しており、光方向転換フィルムは、第１の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな第１の主面と、複数の非対称微細構造を含む第２の主面と、を含み、非対称微細構造の各々が、実質的に平坦な第１の側面と、第２の側面とを含み、第２の側面は、実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントであって、基準面に対するその第１の角度が、基準面に対して約４０度〜約７０度であり、第１の一次方程式に基づく第１の表面セグメントと、非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントであって、その形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、三次方程式又はより高次の方程式は光入力分布に基づき、三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が第１の一次方程式と一致する第２の表面セグメントと、実質的に平坦な表面を形成する第３の表面セグメントであって、その第２の角度が、基準面に対して約４０度〜約７０度であり、第２の角度は、第２の一次方程式に基づき、三次方程式又はより高次の方程式の１階微分が、第２の一次方程式に一致する第３の表面セグメントと、を含み、ライトガイドから発し、第１の主面を通って出る光の少なくとも６０％以上が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれ、中心視野角が、第１の主面により、第１の主面に垂直となるように定められ、特徴視野角の第１のセットは、中心視野角に対して約−３５度〜約３５度である。
【０００６】
いくつかの実施例で、本開示は、第１の光入力分布を有するライトガイドと、光方向転換フィルムと、を含む光学システムを説明しており、光方向転換フィルムは、第１の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな第１の主面と、複数の非対称微細構造を含む第２の主面と、を含み、非対称微細構造の各々が、第１の側面と、第２の側面とを含み、第２の側面は、実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントであって、基準面に対するその第１の角度が、第１の視野角付近の第１の光分布カットオフをもたらすように構成された、第１の表面セグメントと、非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントであって、第１の視野角から第１の光分布に基づく第２の視野角まで、実質的に同様の相対輝度をもたらすように構成された、第２の表面セグメントと、実質的に平坦な表面を形成する第３の表面セグメントであって、その第２の角度が、第２の視野角付近に第２の光分布カットオフをもたらすように構成された、第３の表面セグメントと、を備える。
【０００７】
いくつかの実施例で、本開示は、車両と、車両内の車両ディスプレイと、を含む車両ディスプレイシステムを説明しており、車両ディスプレイは、ライトガイドと、光方向転換フィルムと、を含む光学システムを説明しており、フィルムは、実質的に滑らかな第１の主面と、第２の主面を含み、第２の主面は、複数の非対称微細構造を含み、非対称微細構造の各々が、非対称微細構造はそれぞれ、実質的に平坦な第１の側面と、第２の側面とを含み、第２の側面は、実質的に平坦な表面を形成する第１の表面セグメントと、非平坦な表面を形成する第２の表面セグメントと、を含む。
【０００８】
本開示の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面に提示し、以下に説明する。本開示の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】平面ファセット及び非平面ファセットを有するＡＴＦを含む例示的な光学システムの概念的な概略側面断面図である。
【００１０】
【図２】平面ファセット及び非平面ファセットを有するＡＴＦ微細構造プリズム（「ＡＴＦプリズム」）の概念的な概略側面断面図である。
【００１１】
【図３】４つの例示的なＡＴＦプリズムの概念及び概略断面を示す、ダウンガイド方向対高さ方向のプロットである。
【００１２】
【図４】図３の例示的なＡＴＦプリズムのダウンガイド角度対表面勾配の例示的なプロットである。
【００１３】
【図５】図３の例示的なＡＴＦプリズムのダウンガイド角度対曲率の例示的なプロットである。
【００１４】
【図６】ＡＴＦに入射し得る光入力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的なプロットである。
【００１５】
【図７】図６のダウンガイド断面光入力分布について、ＡＴＦに入射し得る、極角及び方位角対相対輝度の例示的なコノスコピックプロットである。
【００１６】
【図８】図６のダウンガイド断面光入力分布について、ＡＴＦに入射し得るＡＴＦに入射し得る、極角及び方位角対相対輝度の例示的なコノスコピックプロットである。
【００１７】
【図９】図６のダウンガイド断面光入力分布からの、図３の例示的なＡＴＦプリズムを有する例示的な光学システムの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【００１８】
【図１０】図６のダウンガイド断面光入力分布からの、図３の例示的なＡＴＦプリズムを有する例示的な光学システムの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【００１９】
【図１１】光学システムの１つ以上の構成要素を除去した後の、ＡＴＦを有する例示的な光学システムの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的なプロットである。
【００２０】
【図１２】複数半径ファセットプリズムを有するＡＴＦの概念的な概略断面図である。
【００２１】
【図１３】三次式によるファセットプリズムを有するＡＴＦ及び複数半径ファセットプリズムを有するＡＴＦを含む、例示的なＡＴＦの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【００２２】
【図１４】単一半径ファセットプリズム及び二次式によるファセットプリズムを有するＡＴＦを含む、例示的なＡＴＦの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【００２３】
【図１５Ａ】様々な出力分布幅及び角度のために設計された、三次式によるファセットプリズムを含む、例示的なＡＴＦの出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【図１５Ｂ】様々な出力分布幅及び角度のために設計された、三次式によるファセットプリズムを含む、例示的なＡＴＦの出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【図１５Ｃ】様々な出力分布幅及び角度のために設計された、三次式によるファセットプリズムを含む、例示的なＡＴＦの出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【図１５Ｄ】様々な出力分布幅及び角度のために設計された、三次式によるファセットプリズムを含む、例示的なＡＴＦの出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【００２４】
【図１６Ａ】様々な出力分布幅及び角度のために設計された、三次式によるファセットプリズムを含む、例示的なＡＴＦの出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【図１６Ｂ】様々な出力分布幅及び角度のために設計された、三次式によるファセットプリズムを含む、例示的なＡＴＦの出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【図１６Ｃ】様々な出力分布幅及び角度のために設計された、三次式によるファセットプリズムを含む、例示的なＡＴＦの出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【図１６Ｄ】様々な出力分布幅及び角度のために設計された、三次式によるファセットプリズムを含む、例示的なＡＴＦの出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示は、非対称光方向転換フィルム（ＡＴＦ）及びそれを含む光学システムを説明する。いくつかのディスプレイ用途では、光学システムが、バックライトの効率を低下させることなく、縁部における急激な輝度のロールオフ、及び、平坦頂部（すなわち、トップハット形状分布）を有する出力分布を提供することが提供することが望ましい。例えば、自動車のディスプレイでは、トップハット分布は、垂直方向の視野角範囲にわたってほぼ均一の輝度と、鋭いカットオフを有するディスプレイを提供し、低い周囲光条件の時に、フロントガラスに付いているディスプレイからのグレアを低減することができる。
【００２６】
光方向転換フィルムバックライトを使用して、コリメートされた出力光分布を作り出すことができ、光方向転換フィルムのプリズムファセット角度及びプリズム傾斜を使用して、光分布の中心を制御することができる。平面と非平面を有する、記載されたＡＴＦは、例えば、トップハット分布を含む有用な又は望ましい光出力分布を提供することができる。例えば、記載されたＡＴＦを有する光学システムを使用して、そのようなＡＴＦを有さない光学システムと比較して、効率を低下させることなく、かつ広い範囲の輝度ロールオフを伴わずに、ディスプレイからの光の垂直角度分布を制御することができる。いくつかの実施例では、記載されたＡＴＦは、顕著な量の光を吸収することなくトップハット分布を提供するために、湾曲セグメントに隣接する少なくとも１つの平面セグメントを含んでもよい。いくつかの実施例では、平面セグメントは、所望の視野角において鋭い縁部を有する光出力分布を提供することができる。いくつかの実施例では、湾曲したセグメントは、平坦頂部を有する光出力分布を提供することができる。いくつかの実施例では、湾曲したセグメントの形状は、三次方程式（又はより高次の式）に基づくことができる。いくつかの実施例では、湾曲セグメントの形状は、ＡＴＦへの光入力の光入力分布に基づくことができる。いくつかの実施例では、記載されたＡＴＦは、効率を改善し、望ましくない迷光を低減するために、単独で、又はルーバフィルム、角コントラスト制御ＬＣＤなどと共に使用することができる。
【００２７】
図１は、平面ファセット及び非平面ファセットを有する非対称光方向転換フィルム（ＡＴＦ）１１０を含む、例示的な光学システム１００の概念的な概略側面断面図である。図１の実施例では、光学システム１００は、光源１０４、バックリフレクタ１０６、及びライトガイド１０８を含むライトガイドアセンブリ１０２、ＡＴＦ１１０、基板１１２、スプレッダ１１４、光学接着剤１１６、並びに液晶ディスプレイ１１８を含んでもよい。いくつかの実施例では、光学システム１０２は、ライトガイド１０８及びＡＴＦ１１０を含んでもよい。
【００２８】
いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、ライトガイド１０８から実質的にコリメートされた光（例えば、角度１２２においてコリメートされた光ビーム１２０）を受け取り、ディスプレイ軸１２４に実質的に平行な平面内で、コリメートされた光（例えば、光ビーム１２６）を出力するように構成されてもよい。例えば、ＡＴＦ１１０は、光方向転換フィルムタイプのライトガイド、又は楔形ライトガイドあるいは擬似楔形ライトガイドなどから、出力されるコリメートされた光を受光してもよい。
【００２９】
いくつかの実施例では、ライトガイドアセンブリ１０２は、任意の好適な、光源１０４、又は光源の組み合わせ（図示せず）のうちの１つ以上を含んでもよい。いくつかの実施例では、光源１０４は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。いくつかの実施例では、光源１０４は、それぞれ、単一光源を含んでもよく、又は複数の光源（例えば、光源の集まりあるいは連なり）を含んでもよい。いくつかの実施例では、光源１０４は、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）又は白熱光源を含んでもよい。光源１０４と、任意の対応する投射、コリメーション、又は他の光学素子を選択して、任意の好適な波長又は波長の組み合わせ、偏光、点拡散分布、及びコリメーションの程度を与えてもよい。
【００３０】
いくつかの実施例では、ライトガイドアセンブリ１０２は、ライトガイド１０８を含んでもよい。いくつかの実施例では、ライトガイドアセンブリ１０２は、実質的にコリメートされた光を出力するように構成されてもよく、例えば、実質的にコリメートされた光出力は、４０度未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する光出力を含んでもよい。例えば、ライトガイドアセンブリ１０２は、高角度で、ダウンガイド方向において、ディスプレイ軸１２４に沿って、ライトガイドアセンブリ１０２から光が出力されるように、内部全反射を徐々に妨害することによって、光を取り出すために、楔形ライトガイドを含む光方向転換フィルムを含み得るライトガイド１０８を含んでもよい。別の実施例として、ライトガイドアセンブリ１０２は、取り出された光が、ダウンガイド方向において、高角度において、ライトガイドアセンブリ１０２から、ディスプレイ軸１２４に対して実質的に平行に、コリメートされるように、内部全反射を弱く妨害するために、浅い傾斜の光取出器形状を有する平坦なライトガイドを含む疑似楔形を含み得るライトガイド１０８を含んでもよい。このような例では、このような取出器の密度及び面積比（すなわち、バックライトガイドの全表面積に対する取出器の表面積）は、光を均一に発射し、ライトガイド１０８からその長さに沿って光を実質的に取り出す（例えば、ライトガイド１０８から光の８０％、又はライトガイド１０８から光の９０％、又はライトガイド１０８から光の９５％を取り出す）ように配置される。加えて、このような実施例では、ライトガイドアセンブリ１０２は、伝播光を散乱させる、ソース画像アーチファクトを解体する、又はクロスガイドの方向に光をコリメートする（すなわち、光は、ダウンガイドとクロスガイドの両方の方向にコリメートされてもよい）ために、光の伝播方向に沿って、一方側に、レンチキュラー及び／又はプリズム形の溝又は構造を備えてもよい。
【００３１】
いくつかの実施例では、ライトガイドアセンブリ１０２は、バックリフレクタ１０６を含んでもよい。いくつかの実施例では、バックリフレクタ１０６は、ライトガイド１０８からの光を再利用してもよい。例えば、バックリフレクタ１０６は、リフレクタ、反射型偏光子などを含んでもよい。いくつかの実施例では、バックリフレクタ１０６は、例えば、拡散、近鏡面、又は鏡面などの光散乱分布を含んでもよい。いくつかの実施例では、バックリフレクタ１０６は、１つのフィルム層を含んでもよい。いくつかの実施例では、バックリフレクタ１０６は、コーティングされた金属化フィルムを含んでもよい。他の実施例では、バックリフレクタ１０６は、例えば、改良された鏡面リフレクタフィルムなどの、２つ以上のフィルム層を含んでもよい。
【００３２】
いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、実質的に滑らかな表面１３０（すなわち、第１の主面）と構造化表面１３２（すなわち、第２の主面）を含んでもよい。いくつかの実施例では、実質的に滑らかな表面１３０は、実質的に滑らかな表面１３０に対して実質的に垂直に延びるディスプレイ軸１２４を画定してもよい。いくつかの実施例では、構造化表面１３２は、頂点１４０で交差する第１の側面１３６と第２の側面１３８を、各々が有する複数の微細構造１３４を含んでもよい。いくつかの実施例では、頂点１４０は、周期の５％未満、又は周期の２％未満など、近似を含んでもよい。いくつかの実施例では、隣接する微細構造１３４が、谷部１４２を形成してもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、ライトガイド１０８に光学的に結合されてもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、ライトガイド１０８に直接隣接していてもよい。他の実施例では、追加の層が、ライトガイド１０８とＡＴＦ１１０の間に配置されてもよく、追加の層は、例えば、光学接着剤又は別の基板を含んでもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、第１の平面内で実質的にコリメートされた光を出力してもよい。
【００３３】
いくつかの実施例では、実質的に滑らかな表面１３０は、完全に滑らかでなくてもよく、例えば、実質的に滑らかな表面１３０は、表面が微細構造を含まない場合に実質的に滑らかな表面であってもよい。例えば、アンチウェットアウト又はアンチグレアビーズコーティングは、実質的に滑らかな表面１３０の表面上に含まれるか、又は組み込まれてもよく、そのような表面は、なお、実質的に滑らかであると考えてもよい。換言すれば、実質的に滑らかという用語の使用は、表面が完全に平坦なことを示すものではなく、表面が構造化されていないことを示すものである。
【００３４】
いくつかの実施例では、構造化されたシステム１３２は、微細構造１３４を含んでもよい。いくつかの実施例では、微細構造１３４は、非対称微細構造を含んでもよい。いくつかの実施例では、微細構造１３４は、非対称のプリズム形微細構造を含んでもよい。いくつかの実施例では、微細構造１３４は、実質的に同じ横方向断面形状を有してもよい。他の実施例では、構造化表面１３２は、２つ以上のタイプのプリズム微細構造１３４、例えば、角形微細構造及び／又は多面微細構造を含んでもよい。いくつかの実施例では、微細構造１３４は、各々、一次方程式による線形微細構造であってもよい、すなわち、微細構造１３４は、実質的に同じ（例えば、同じ又はほぼ同じ）断面形状を有して、ディスプレイ軸１２４に垂直な平面に沿って延びてもよい（例えば、図１の断面図に示され、このページの表裏を貫く軸内に延びる）。
【００３５】
いくつかの実施例では、微細構造１３４は、各々、第１の側面１３６を有してもよい。いくつかの実施例では、第１の側面１３６は、単一の直線ファセットであってもよい。他の実施例では、第１の側面１３６は、多面であってもよい。他の実施例では、第１の側面１３６は、コリメートされた入力分布から好適な光出力分布を形成するように湾曲又は弓形であってもよい。いくつかの実施例では、ライトガイド１０８を出た光は、ＡＴＦ１１０の微細構造１３４の第１の側面１３６に入射してもよい、例えば、光ビーム１２０は、第１の側面１３６に入射してもよい。
【００３６】
いくつかの実施例では、微細構造１３４は、各々が、第２の側面１３８を有してもよい。いくつかの実施例では、第２の側面１３８は、コリメートされた入力分布から好適な光出力分布を形成するように湾曲又は弓形であってもよい。いくつかの実施例では、第２の表面セグメントは、実質的に凸状であってもよい。他の実施例では、第２の表面セグメントは実質的に凹状であってもよい。いくつかの実施例では、第２の側面１３８は、線形、凹状、凸状、これらの組み合わせなどとすることができる光学的に関連性を有しないセグメントを含んでもよい。いくつかの実施例では、ライトガイド１０８を出た光は、ＡＴＦ１１０の微細構造１３４の第１の側面１３６に入射してもよく、例えば、光ビーム１２０が、第１の側面１３６に入射してもよい。構造化表面１３２上の微細構造１３４の全体的な配置は、任意の好適なピッチを有することができ、隣接する微細構造の間にはランド（平坦な領域）があっても、なくてもよい。いくつかの実施例では、微細構造１３４は、微細構造が隣接する微細構造上に陰影効果をもたらすように、互いに直接隣接しもよい。いくつかの実施例では、隣接する微細構造の影に入る微細構造１３４の一部分の形状は、ＡＴＦの光分布に影響を与えないとしてもよい。
【００３７】
微細構造１３４は、任意の適切なサイズであってよい。いくつかの実施例では、微細構造１３４は、ミリメートル又はマイクロメートルのスケールであってよく、例えば、微細構造１３４のピッチを約１０〜約２００マイクロメートル、又は約１０〜約１００マイクロメートルとすることができる。非対称微細構造１３４のピッチ又はサイズは、ＡＴＦ１１０の構造化表面１３２の全て又は一部について、増大しても、縮小しても、増大したり縮小したりしても、又は一定のままであってもよい。いくつかの実施例では、微細構造１３４は全て、実質的に同じ（例えば、同じ又はほぼ同じ）であってもよく、又は異なる形状あるいはサイズである微細構造の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズムのピッチは、光学システム１００の外観に影響を及ぼしてもよく、光学システム１００のモアレ効果を低減してもよく、又は、光学システム１００の回折効果を低減するなどしてもよい。
【００３８】
ＡＴＦ１１０は、任意の好適な厚さであってよく、任意の好適な材料から作製してもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ（メチルメタクリレート）、及びコポリマー、並びにこれらのブレンドなどの、ポリマー材料から形成してもよい。他の適切な材料としては、アクリル、ポリスチレン、メチルスチレン、アクリレート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、入射光の望ましくない散乱を回避するために、光学的に透明であってもよく、又は低いヘイズで高い透明度を有してもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、十分に広い範囲の角度での全内部反射を容易にするために、約１．４５〜約１．７５、又は約１．５〜約１．７５などの、十分に高い屈折率を有してもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０の材料、寸法、又はその両方を、可撓性フィルムを製造するために選択することができる。
【００３９】
微細構造１３４、より一般的には、構造化表面１３２は、微小複製工程などの任意の好適な工程により形成してもよい。例えば、構造化表面１３２は、所望の構造のネガを形成する表面を有する好適なツールに、順応性があって、硬化性のある、すなわち硬化可能な材料を押しあてて、切断（フライ切削、ねじ切り切削、ダイヤモンド回転など）することによって形成してもよい。その後、材料を（例えば、紫外光などの光への露出によって）硬化させ、所望の微細構造１３４を有する構造化表面１３２が残るようにしてもよい。例えば、電気めっき、レーザ切削、又はエッチングしたツールを用いた注型硬化、ツールの二光子マスタリングなどのフォトリソグラフィと注型硬化法の併用、又は直接機械加工あるいは付加式３次元印刷法も含む、ＡＴＦ１１０を形成するための他の処理も可能である。
【００４０】
いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、基板１１２に光学的に結合されてもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０は、基板１１２上に形成してもよい、すなわち、微細構造１３４は、基板１１２上に形成してもよい。いくつかの実施例では、基板１１２は、２つの分離した基板としてもよい。
【００４１】
いくつかの実施例では、基板１１２は、スプレッダ１１４に光学的に結合されてもよい。いくつかの実施例では、スプレッダ１１４は、クロスガイド方向（すなわち、ページの表裏を貫く）において、ＡＴＦ１１０からコリメートされた光を拡散するように構成されてもよい。例えば、スプレッダ１１４は、反射屈折光学スプレッダ微細構造を含んでもいてもよい。別の実施例として、スプレッダ１１４は、直交ハイブリッドレンチキュラースプレッダ微細構造を含んでもよい。いくつかの実施例では、スプレッダ１１４は、ダウンガイド（すなわち、ページ上の左／右）の角度輝度分布を実質的にもたらさなくてもよい。いくつかの実施例では、スプレッダ１１４は、基板１１２上に形成されてもよい、すなわち、スプレッダ１１４の微細構造が基板１１２上に形成されてもよい。いくつかの実施例では、光学システム１００は、スプレッダ１１４を含まなくてもよい。
【００４２】
いくつかの実施例では、光学システム１００は、基板１１２を含まなくてもよく、例えば、ＡＴＦ１１０は、スプレッダ１１４に直接隣接してもよい。いくつかの実施例では、基板１１２は、光学接着剤、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどであってもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦ１１０とスプレッダ１１４は、基板１１２の両側に配置されてもよい。他の実施例では、ＡＴＦ１１０とスプレッダ１１４は、２つの別個の基板上に配置されてもよく、２つの基板は一緒に積層されるか、又は別の形で光学的に結合される。
【００４３】
いくつかの実施例では、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１１８は、スプレッダ１１４に隣接して配置されてもよい。いくつかの実施例では、ＬＣＤ１１８は、スプレッダ１１４に直接隣接して配置されてもよい。他の実施例では、ＬＣＤ１１８は、スプレッダ１１４に直接隣接して配置されなくてもよい。
【００４４】
いくつかの実施例では、光学接着剤１１６が、スプレッダ１１４をＬＣＤ１１８に結合してもよい。いくつかの実施例では、光学接着剤１１６は、スプレッダ１１４の隣接するスプレッダ微細構造間の空隙を、部分的又は完全に充填してもよい。いくつかの実施例では、ＬＣＤ１１８とスプレッダ１１４の間に他の層が配置されてもよく、例えば、ＬＣＤ１１８とスプレッダ１１４の間に基板又はフィルムが配置されてもよい。
【００４５】
いくつかの実施例では、光学システム１００は、車両に搭載されてもよい。例えば、車両ディスプレイシステムは、車両（図示せず）と、バックライトライトガイド１０８、ＡＴＦ１１０、スプレッダ１１４、及びＬＣＤ１１８を含む光学システム（例えば、光学システム１００）を含む、車両内の車両ディスプレイとを含んでもよい。他の実施例では、車両ディスプレイシステムは、ＡＴＦ１１０及びスプレッダ１１４を含み得る。いくつかの実施例では、光学システム１００を含む車両ディスプレイは、ディスプレイ表面に垂直な中心視野角に対して±１０度を中心として、実質的に±３０度の範囲内の垂直角光分布を有して、約＋３５度超では、低光レベルとしてもよく、ここで、＋方向は上方向（すなわち、フロントガラス方向）である。他の実施例では、光学システム１０を含む車両ディスプレイは、ディスプレイ表面に垂直な中心視野角に対して実質的に−１０度〜＋２０度の垂直角光分布を有して、約＋３５度超では低光レベル（例えば、最大輝度の約５％未満）としてもよく、ここで、＋方向は上方（すなわち、フロントガラス方向）であり、中央視野角は、運転席乗員と車両の特定のレイアウトにおいて垂直なディスプレイの間の交点の垂直角度に基づく。
【００４６】
図２は、平面ファセット及び非平面ファセットを有する非対称光方向転換フィルムの微細構造プリズム（「ＡＴＦプリズム」）２００の概念的な概略側面断面図である。ＡＴＦプリズム２００は、図１の微細構造１３４に関して、上の特徴を含んでもよく、例えば、ＡＴＦプリズム２００は、構造化表面１３２、第１の側面１３６、第２の側面１３８、頂点１４０、及び谷部１４２を含んでもよい。いくつかの実施例では、第１の側面１３６は、ライトガイドアセンブリ１０２からの光の相当な部分が透過する注入面を含んでもよい。いくつかの実施例では、第２の側面１３８は、光の相当な部分を反射する光方向転換面を含んでもよい。
【００４７】
いくつかの実施例では、第２の側面１３８は、第１の表面セグメント２０２、第２の表面セグメント２０４、及び第３の表面セグメント２０６を含んでもよい。いくつかの実施例では、第１の表面セグメント２０２は、実質的に平坦な表面を形成してもよい。例えば、実質的に平坦な表面は、約４度未満、又は約２度未満、又は約１度未満の角度範囲を有するセグメントを含んでもよい。いくつかの実施例では、第２の表面セグメント２０４は、非平坦な表面を形成してもよい。いくつかの実施例では、第２の表面セグメントは、実質的に凸状であってもよい。他の実施例では、第２の表面セグメント２０４は、実質的に凹状であってもよい。いくつかの実施例では、第３の表面セグメント２０６は、実質的に平坦な表面を形成してもよい。
【００４８】
いくつかの実施例では、第１の表面セグメント２０２は、頂点１４０から移行点２０８まで延びてもよく、第２の表面セグメント２０４は、第１の移行点２０８から、ＡＴＦプリズム２００と隣接するプリズムの間（すなわち、微細構造１３４と隣接する微細構造との間）の谷部１４２に向かって延びてもよい。他の実施例では、図２に示されていないが、第１の表面セグメントは、谷部から第１の移行点まで延びてもよく、第２の表面セグメントは、第１の移行点から頂点に向かって延びてもよい。
【００４９】
いくつかの実施例では、頂点１４０と第１の移行点２０８との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点１４０と谷部１４２との間の距離の約３％〜約１５％の間であってもよい。他の実施例では、図２には示されていないが、谷部と第１の移行点との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点と谷部との間の距離の約３％〜約５０％であってもよい。いくつかの実施例では、第１の移行点２０８と谷部１４２との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点１４０と谷部１４２との間の距離の約８５％〜約９７％である。他の実施例では、図２に示されていないが、第１の移行点と頂点との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点と谷部との間の距離の約５０％〜約９７％である。
【００５０】
いくつかの実施例では、第１の表面セグメント２０２は、頂点１４０から第１の移行点２０８まで延びてもよく、第２の表面セグメント２０４は、第１の移行点２０８から第２の移行点２１０まで延びてもよく、第３の表面セグメント２０６は、第２の移行点２１０から、ＡＴＦプリズム２００と隣接するプリズムの間（すなわち、微細構造１３４と隣接する微細構造の間）の谷部１４２に向かって延びてもよい。他の実施例では、図２に示されていないが、第１の表面セグメントは、谷部から第１の移行点まで延びてもよく、第２の表面セグメントは、第１の移行点から第２の移行点まで延びてもよく、第３の表面セグメントは、第２の移行点から頂点に向かって延びてもよい。
【００５１】
いくつかの実施例では、頂点１４０と第１の移行点２０８との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点１４０と谷部１４２との間の距離の約３％〜約１５％であってもよく、第１の移行点２０８と第２の移行点２１０との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点１４０と谷部１４２との間の距離の約３５％〜約９４％であってもよく、第２の移行点２１０と谷部１４２との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点１４０と谷部１４２との間の距離の約３％〜約５０％であってもよい。他の実施例では、図２に示されていないが、谷部と第１の移行点との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点と谷部との間の距離の約３％〜約５０％であってもよく、第１の移行点と第２の移行点との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点と谷部との間の距離の約３５％〜約９４％であってもよく、第２の移行点と頂点との間の距離は、それぞれの非対称微細構造の頂点と谷部との間の距離の約３％〜約１５％であってもよい。
【００５２】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム２００は、第１の主面（図示せず）に実質的に平行な基準面２１２を形成してもよい。いくつかの実施例では、注入角度２１４は、基準面２１２と第１の側面１３６の間の角度であってもよい。いくつかの実施例では、注入角度２１４は、基準面２１２に対して約４０度〜約９０度であってもよい。いくつかの実施例では、第１の角度２１６（例えば、先端角度）は、基準面２１２と第１の表面セグメント２０２の間の角度であってもよい。いくつかの実施例では、第１の角度２１６は、基準面２１２に対して約４０度〜約９０度、又は基準面２１２に対して約４０度〜約７０度であってもよい。いくつかの実施例では、第２の角度２１８（例えば、ベース角）は、基準面２１２と第３の表面セグメント２０２の間の角度であってもよい。いくつかの実施例では、第２の角度２１８は、基準面２１２に対して約４０度〜約７０度であってもよい。
【００５３】
いくつかの実施例では、ＡＴＦ２００は、望ましい深度オフセット及び傾斜を提供するために、設計工程時に、ＡＴＦプリズム２００がその周りを回転する中心２２４を含んでもよい。例えば、注入角度２１４、第１の角度２１６、第２の角度２１８、及び第２の表面セグメントの傾斜は、ＡＴＦプリズム２００を、中心２２４の周りに、正の回転方向２２６に、回転させ、次いで、深度を減少させ、基準面にクリップ留めすることによって変換されてもよい。別の実施例として、注入角度２１４、第１の角度２１６、第２の角度２１８、及び第２の表面セグメントの傾斜は、ＡＴＦプリズム２００を、中心２２４の周りに、正の回転方向２２６に、回転させ、次いで、深度を増し、第１の側面１３６及び／又は第２の側面１３８を基準面２１２に外延することによって変換されてもよい。
【００５４】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム２００は、第３の表面セグメント長さ２２８の、プリズムベース長さ２３０に対する比として定義され得る、ベースの線形部分を有してもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム２００は、第１の表面セグメント長さ２３２の、プリズムベース長さ２３０に対する比として定義され得る、先端線形部分を有してもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム２００は、第２の表面セグメント長さ２３４を含んでもよい。
【００５５】
いくつかの実施例では、第２の表面セグメント２０４の形状は、第２の移行部２１０に原点を有するＡＴＦプリズム２００の平面に位置合わせされた座標系内の式に基づいてもよい（すなわち、座標系は、第２の表面セグメント２０４が、第３の表面セグメント２０６に接合する、原点を有するｘ軸２１８及びｙ軸２２０を有する）。他の実施例では、座標系は、第２の表面セグメント２０４の始点と終点に位置合わせする、又は、第１の表面セグメント２０２に位置合わせする、又は、第３の表面セグメント２０６に位置合わせするなどとしてもよい。他の実施例では、座標系原点は、第１の移行部２０８において位置合わせする、又は、第２の表面セグメント２０４の中心に位置合わせするなどとしてもよい。いくつかの実施例では、第２の表面セグメント２０４の形状は、以下の式によって与えられる三次方程式に基づいてもよい。
（式１）ｙ＝Ｄ・ｘ３＋Ｃ・ｘ２＋Ｂ・ｘ＋Ａ
式中、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは調整可能なパラメータである。他の実施例では、第２の表面セグメント２０４の形状は、より高次の式、例えば、四次式に基づいてもよい。
（式２）ｙ＝Ｅ・ｘ４＋Ｄ・ｘ３＋Ｃ・ｘ２＋Ｂ・ｘ＋Ａ
式中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥは調整可能なパラメータである。いくつかの実施例では、調整可能なパラメータは、第２の表面セグメント２０４の縁部（すなわち、第１の移行部２０８及び第２の移行部２１０）における連続性及び連続的な勾配境界条件を満たすために、及び／又は第２の表面セグメント２０４に沿った曲率分布を制御するために使用されてもよい。例えば、第１の表面セグメント２０２の形状は、第１の一次方程式に基づいてもよく、また、第２の表面セグメント２０４の形状は、三次方程式に基づいてもよく、ここで、三次方程式の１階微分は、第１の一次方程式に一致する。別の実施例として、第１の表面セグメント２０２の形状は、第１の一次方程式に基づくことができ、第２の表面セグメント２０４の形状は、より高次の方程式（例えば、四次方程式）に基づいてもよく、ここで、より高次の方程式の１階微分は、第１の一次方程式に一致する。いくつかの実施例では、三次方程式は、所望の曲率分布を生成し得る一次の２階微分を与えることができるため、三次方程式が、トップハット分布を与えてもよい。いくつかの実施例では、四次以上の方程式は、四次以上の方程式が、望ましい低−高−低型の絶対湾曲分布を生成し得るニ次以上の２階微分変数を与えることができるため、トップハット分布を与えてもよい。いくつかの実施例では、境界制約を適合するために、すなわち、第１の移行部２０８又は第２の移行部２１０の位置と勾配と一致するために、３つの調整可能なパラメータが、使用されてもよく、第２の表面セグメント２０４の曲率分布を制御するために、追加の調整可能なパラメータが使用されてもよい。
【００５６】
いくつかの実施例では、第２の表面セグメント２０４は、２階微分比を特徴としてもよく、これは、三次方程式の、第２の移行部２１０において解かれた２階微分と、第２の移行部２１０における三次方程式と同じ座標及び傾き、並びに第１の移行点２０８における三次方程式と同じ傾きを有する、二次方程式の、第２の移行点２１０において解かれた２階微分の比と定義されてもよい。
【００５７】
いくつかの実施例では、第１の角度、第２の角度、第１の移行部、及び第２の移行部は、設計工程時に調整されて、所望の角度位置及び正確な全高のトップハット分布の鋭い縁部を生成され得る。いくつかの実施例では、第２の表面セグメントの方程式の調整可能なパラメータは、トップハット分布を提供するように調整されてもよい。例えば、トップハット分布は、実質的に平坦な上部領域を含んでもよい。
【００５８】
いくつかの実施例では、実質的に平坦な上部は、例えば、ディスプレイの利用要件（例えば、視野距離、ディスプレイサイズ、視聴者に対する表示方向など）、又は、視覚科学、産業慣行、及び製造要件（例えば、実装置の製造におけるばらつきを可能にするための許容帯域など）を通じて理解される、人間の視覚システム（すなわち、視覚に関連する人間の目及び神経系構造）の応答に依存してもよい。いくつかの実施例では、知覚可能な輝度変動は、眼から見られる変動の角周波数に依存してもよいと理解される。いくつかの実施例では、変動の角周波数は、特定の視野距離（例えば、６０センチメートルの視野距離）でのディスプレイにおける相当空間変化に関連してもよいと理解される。いくつかの実施例では、輝度変化パターンの視認性は、観察者、又はディスプレイ上の輝度変化パターンが、動いているか、又は時間的に変調されている場合には、輝度変化パターンの知覚を、２倍又は４倍に増加させる動的特性を含んでもよいと理解される。いくつかの実施例では、望ましい角周波数範囲は、トップハット分布の実質的に平坦な頂部にわたる低角周波数の低−高−低輝度変化パターンを含む、輝度変動に依存するとみなしてもよい。いくつかの実施例では、角周波数範囲は、輝度が一つ以上の高−低−高輝度パターンの範囲を有する領域内では、より高い角周波数変動からなる輝度変化に依存するものとみなしてもよい。いくつかの実施例では、輝度変動の均一性は、輝度比、すなわち、最小輝度と最大輝度の比として定義してもよい。いくつかの実施例では、輝度比は、少なくとも約７０％以上、又は少なくとも約８０％以上、又は約８５％超でもよい。いくつかの実施例では、追加の許容帯域が必要とされてもよい。いくつかの実施例では、より高い角周波数変調は、変調の特定の空間周波数に基づいて異なる設計要件を有してもよい。
【００５９】
いくつかの実施例では、トップハット出力分布の実質的に平坦な上部領域は、約５％未満の変調（すなわち、平坦な上部領域における出力分布の１０％未満のピーク−ピーク変動性）、又は約４％未満の変調、又は約３％未満の変調、又は約２％未満の変調、又は約１％未満の変調を有する分布を含んでもよい。いくつかの実施例では、第２の表面セグメントの方程式の調整可能なパラメータは、メリット関数と結合された非線形オプティマイザによって調整されてもよい。
【００６０】
図３は、４つの例示的非対称光方向転換フィルム微細構造プリズム（ＡＴＦプリズム）３０２、３０４、３０６、３０８の概念的及び概略断面を示す、ダウンガイド方向対高さ方向のプロット３００である。図３に示すように、ＡＴＦプリズム３０２、３０４、３０６、３０８は、ダウンガイド方向が正方向（すなわち、負方向が光源側に向かう）である第１の側面のベースにある原点から測定されるプリズムベース長さを含んでもよい。図３に示されるように、ＡＴＦプリズム３０２、３０４、３０６、３０８は、正方向がライトガイドに向かう第１の側面のベースの原点から測定され得るプリズム高さを含んでもよい（すなわち、負方向はディスプレイ表面に向かう）。図３に示すように、ＡＴＦプリズム３０２、３０４、３０６、３０８は、平面と非平面を含んでもよい。例えば、図３に示すように、ＡＴＦプリズム３０２と３０６は、実質的に平面であってもよい（例えば、９度未満、好ましくは５度未満、より好ましくは２度未満の範囲の傾斜範囲を有する）第１の表面セグメント、実質的に非平面であってもよい（例えば、好適な調整可能なパラメータ又は係数を有する三次、二次、又はより高次の方程式などの、関数形式によって形状化される）第２の表面セグメント、及び実質的に平面であってもよい第３の表面セグメントからなるものとしてもよい。いくつかの実施例では、図２に関して上述したように、ＡＴＦプリズムは、望ましい深度オフセット及び傾斜を与えるために、設計工程時に、ＡＴＦプリズム２００を回転させる中心を含んでもよい。例えば、好適な深度オフセット及び好適な傾斜をＡＴＦプリズム３０２に適用して、ＡＴＦプリズム３０４の形状を作成し、それにしたがって、ＡＴＦプリズム３０２を、プリズム中心の周りを正の回転方向に回転させ、次いで、深度を減少させ、基準面にクリップ留めすることによって、注入角度、第１の角度、第２の角度、及び第２の表面セグメントの傾斜を変更して、ＡＴＦプリズム３０４に変換した。
【００６１】
表１は、例えば、注入角度、ベースの線形部分、第２の角度（すなわち、ベース角）、先端線形部分、第１の角度（すなわち、先端角度）、２階微分比、ピッチ、及び傾斜を含む、プリズム３０２、３０４、及び３０６のＡＴＦプリズム設計パラメータを示す。
【表１】
2020507907.tif 000003
【００６２】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム３００は、第４の表面セグメントを含んでもよい。いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム３００は、複数の表面セグメントを含んでもよい。いくつかの実施例では、第２の表面セグメントは、各々、別個の一次、三次、又はより高次の方程式によって定義される、２つのセグメントを含んでもよい。いくつかの実施例では、第２の側面１３８の形状は、実質的に連続し、実質的に連続的な傾きを有してもよい。他の実施例では、第２の側面１３８の形状は、不連続、あるいは別の形でセグメント化されてもよく、又は不連続な傾きを有してもよい。例えば、第２の表面セグメント２０４は、区分的弧、例えば区分的な円弧、二次以上の多項式の区分的弧などを含んでもよい。このような例では、区分的な円弧は、規則的又は不規則なパターンで、２つの間は、全て凸状、全て凹状、又は交互としてもよい。図３に示すように、ＡＴＦプリズム３０８は、４つの表面セグメントを含んでもよく、そこにおいて、第２の表面セグメントと第４の表面セグメントは区分的な円弧を含む。
【００６３】
図４は、図３の例示的なＡＴＦプリズム３０２と３０８についてのダウンガイド角度対表面勾配の例示的プロット４００である。図４の実施例では、曲線４０２と４０８は、それぞれ、ＡＴＦプリズム３０２と３０８に対応する。図５は、図の例示的なＡＴＦプリズム３０２と３０８についてのダウンガイド角度対曲率の例示的プロット５００である。図５の例において、曲線５０２と５０８は、それぞれ、ＡＴＦプリズム３０２と３０８に対応する。図４及び図５の実施例に示されるように、例示的ＡＴＦプリズムは、実質的に平面（すなわち、一次）である第１の表面セグメントと、より高い曲率の混合領域を含み得る第２の表面セグメントと、実質的に平面（すなわち、線形）であり得る第３の表面セグメントとを含んでもよい。いくつかの実施例では、第３の表面セグメントは、ＡＴＦプリズムのベースに実質的に延びてもよい。他の実施例では、第３の表面セグメントは、ＡＴＦプリズムのベースまで延びていなくてもよい。いくつかの実施例では、第３の表面セグメントの少なくとも一部分は、隣接するＡＴＦプリズムの陰影の下に入ってもよい。いくつかの実施例では、隣接する微細構造の陰影の下にある第３の表面セグメントの部分の形状は、ＡＴＦの光分布に影響を与えなくてもよい。いくつかの実施例では、隣接するＡＴＦプリズムの陰影の下にある第３の表面セグメントの少なくとも一部分は、いくつかの他の勾配又は形状（例えば、凹状あるいは凸状の形状、又は円形、二次、三次、あるいは四次方程式など）の第４の表面セグメントに接合してもよい。
【実施例】
【００６４】
図６は、非対称光方向転換フィルムに入射し得る第１及び第２の光入力分布についての、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロット６００である。いくつかの実施例では、ＡＴＦ光入力分布は、ライトガイドアセンブリの光出力分布であってもよい。例えば、図１に示すように、光ビーム１２０は、ライトガイドアセンブリ１０２の角度１２２における、実質的にコリメートされた光出力分布を表してもよい、すなわち、ライトガイドアセンブリの光出力分布は、角度１２２を中心として約４０度未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有してもよい。
【００６５】
図６に示すように、第１のライトガイドアセンブリは、第１のダウンガイド断面入力分布６０２を出力してもよく、第２のライトガイドアセンブリは、第２のダウンガイド断面入力分布６０４を出力してもよい。いくつかの実施例では、ダウンガイド断面入力分布は、トップハット出力分布を生成し得るＡＴＦ微細構造の形状に影響を与えてもよい。図６の実施例では、分布６０２は、物理的サンプル（すなわち、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐａｌｏ  Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手可能なＳｕｒｅ  Ｖｉｅｗライトガイドアセンブリ）で測定したものである。図６の実施例では、分布６０４は、別の物理的サンプル（すなわち、Ｄｅｌｌ（Ｒｏｕｎｄ  Ｒｏｃｋ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能なＸＰＳラップトップからのライトガイドアセンブリ）で測定されたダウンガイド断面から構築されたものである。分布６０２と６０４の両方について、水平輝度プロファイルは、Ｗｅｓｔａｒ，Ｓｔ．Ｃｈａｒｌｅｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉから入手可能なゴニオメーター及びＰｈｏｔｏ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ（Ｓｙｒａｃｕｓｅ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）から入手可能なＰＲ−７０５  ＳｐｅｃｔｒａＳｃａｎ分光放射計を使用して、特性が測定された。断面を±２０度掃引して近似分布を作成し、その後、中心±２０度の領域±９０度を掃引することによって、中心を満たして、レイトレーシングのための近似的近断面軸モデルを構築した。
【００６６】
図７は、図６の第１のダウンガイド断面光入力分布６０２についての、ＡＴＦへの入射し得る、極角及び方位角対輝度の例示的コノスコピックプロット７００である。図８は、図６の第２のダウンガイド断面光入力分布６０４についての、ＡＴＦへの入射し得る、極角及び方位角対輝度の例示的なコノスコピックプロット８００である。図７と図８の実施例では、座標系は、９０度方位角へ向かうダウンガイド方向及び２７０度方位角へ向かう光源方向を有する。
【００６７】
例えば、車両ディスプレイシステムの場合、運転席座標系は、＋／上方向と−／下方向を定義してもよく、これは、図６、図７、又は図８に示される方向に一致しても一致しなくてもよいと理解される。したがって、上方向又は下方向として示される方向は、図を説明する便宜上であり、必ずしも、ＡＴＦの構成、例えば、車両ディスプレイアセンブリにおけるＡＴＦ又は光学システムの向きを、説明するものではない。例えば、光学システムは、ダウンガイド断面入力分布、例えば、図６の第１のダウンガイド断面光入力分布６０２又は第２のダウンガイド断面光入力分布６０４上に、（正方向に対して）負方向に、より鋭いカットオフを有し得るトップハット分布を生成してもよい。このような実施例では、運転席座標における＋／上方向と整列するように負方向の向きを定めることが望ましいことがあり得る。
【００６８】
図９は、図６の第１のダウンガイド断面光入力分布６０２からの、図３の例示的なＡＴＦプリズム３０２、３０４、及び３０６を有する例示的な光学システムの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロット９００である。いくつかの実施例では、ライトガイドから発して、第１の主面を通って出る、光の少なくとも約６０％以上が、特徴的な視野角の第１のセットに含まれてもよく、ここで、中心視野角は、第１の主面により、第１の主面に垂直となるように定められる。例えば、特徴的な視野角の第１のセットは、中心視野角に対して約−３５度〜約３５度であってもよい。別の実施例として、特徴的な視野角の第１のセットは、中心視野角に対して約−２０度〜約２０度であってもよい。
【００６９】
図９の実施例では、光学システムは、図１の光学システム１００と実質的に同様の特徴を含んでもよい。図９の実施例では、ＡＴＦプリズム３０２、３０４及び３０６は、屈折率実部１．５６５と屈折率虚部９．１０４×１０−７、並びに、０．９６５鏡面反射と０．０２ランバート反射のライトガイドアセンブリに遡及する、反射光特性を有すると想定される。図９の実施例では、光学システムは、屈折率１．５８、吸収係数０．０１９１／ｍｍ、及び厚さ８６．２μｍを有すると想定される基板を含んでもよい。図９の実施例では、光学システムは、屈折率１．７、及び吸収係数０．０１０７／ｍｍを有すると想定され、接着剤を用いてＬＣＤの後部偏光子に結合されたスプレッダを含んでもよい。図９の実施例では、接着剤は、屈折率１．５、及び厚さ１００μｍを有してもよく、スプレッダ機能に完全充填されてもよい。図９の実施例では、ＬＣＤは、後部偏光子が通過状態で０．９５、遮断状態で０．００１の透過率を有し、内部モジュールの後方反射０．００１、材料インデックス１．５を有し、出口空気境界における９度の表面偏位から散乱を生じるものと想定してもよい。いくつかの実施例では、９度の表面偏位の実際の勾配分布は、部分球面偏位のものと同様であってもよい。いくつかの実施例では、光学システムの特徴は、省略されてもよく、又は他の値を有してもよい、例えば、反射率値及び入力分布は、単に例示的目的で記載されており、本明細書に記載される光学システムは、他の反射率値及び他の光分布と共に使用されてもよいことが理解される。
【００７０】
図９の実施例に示すように、目標トップハット分布は、目標トップハット分布９０２として例示されてもよい。いくつかの実施例では、目標トップハット分布９０２は、実質的な平坦な頂部、例えば、約５％未満変調（すなわち、平坦な頂部領域における出力分布のピーク−バレー変動性が１０％未満）又は、約４％未満変調、又は約３％未満変調、又は２％未満変調、又は約１％未満変調を有する出力分布の平坦な頂部領域を含んでもよい。いくつかの実施例では、目標トップハット分布９０２は、約−２０〜約１０度の実質的に平坦な頂部を含んでもよい。いくつかの実施例では、目標トップハット分布９０２は、トップハット領域の外側の床領域（例えば、トップハット領域外の光分布の１つ又は両方の側面について、ピーク相対輝度の約５％以下の相対輝度）を含んでもよい。いくつかの実施例では、目標トップハット分布９０２は、カットオフ角度又はその近くに、相当に急激な縁部移行部を含んでもよい（例えば、トップハットの側面の一方又は両方について、平坦な頂部領域から床領域へ、約１５度未満の移行）。いくつかの実施例では、目標トップハット分布９０２は、例えば、特定のダウンガイド角を中心としたトップハット、上限のカットオフ角度及び下限のカットオフ角度の近くに急激な縁部移行部を有するトップハット、平坦な上部領域の相対輝度のあるパーセンテージ以内の床領域相対輝度など、他の基準を含んでもよい。
【００７１】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズムは、所与の光入力分布に対して、トップハット出力分布を生成するように構成されてもよく、例えば、ライトガイドが、ある光入力分布で、ＡＴＦに光を入力する場合、第１の角度、三次方程式、及び第２の角度が、その光入力分布に基づいてもよい。例えば、図９に示すように、ＡＴＦプリズム３０２は、入力分布６０２を使用するとき、目標トップハット分布９０２に近似し得る光分布９０４を生成してもよい。他の実施例では、ＡＴＦプリズムは、目標のトップハット分布と一致する出力分布を生成するように構成されてもよい。他の実施例では、ＡＴＦプリズムは、目標のトップハット分布と実質的に同様の出力分布を生成するように構成されてもよい。他の実施例では、ＡＴＦプリズムは、目標のトップハット分布に類似する出力分布を生成するように構成されてもよい。
【００７２】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズムは、所与の光入力分布に対するトップハット出力分布を生成しなくてもよい。例えば、図９に示すように、ＡＴＦプリズム３０４は、目標トップハット分布９０２と一致しない（又は実質的に同様ではない）光分布９０８を生成し得る。別の実施例として、図９に示すように、ＡＴＦプリズム３０６は、目標トップハット分布９０２と一致しない（又は実質的に同様ではない）光分布９０６を生成し得る。
【００７３】
いくつかの実施例では、図９の実施例と同様に、実質的に凸状の第２の表面セグメントを有するＡＴＦプリズムを有する光学システムで、第２の角度（すなわち、ベース角）は、第１の角度（すなわち、先端角度）よりも大きく、トップハット出力分布のプラス縁部は、第１の表面セグメントから始まり、トップハット出力分布のマイナス縁部は、第３の表面セグメントから始まってもよい。他の実施例では、実質的に凹状の第２の表面セグメントを有するＡＴＦプリズムを有する光学システムで、第２の角度（すなわち、ベース角）は、第１の角度（すなわち、先端角度）よりも小さく、トップハット出力分布のプラス縁部は、第３の表面セグメントから始まり、トップハット出力分布のマイナス縁部は、第１の表面セグメントから始まってもよい。
【００７４】
図１０は、図６の第２のダウンガイド断面光入力分布６０４からの、図３の例示的なＡＴＦプリズム３０２、３０４、及び３０６を有する例示的な光学システムの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロット１０００である。図１０の実施例では、光学システムは、図９に関して上に述べた光学システムと実質的に同様であってもよい。
【００７５】
図１０の実施例に示すように、目標のトップハット分布は、目標のトップハット分布１００２として例示され得る。目標トップハット分布１００２は、図９の目標トップハット分布９０２に関して上に述べた発明を含んでもよい。
【００７６】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズムは、所与の光入力分布に対してトップハット出力分布を生成するように構成されてもよい。例えば、図１０に示すように、ＡＴＦプリズム３０６は、入力分布６０４を使用するとき、目標トップハット分布１００２に近似する光分布１００４を生成してもよい。
【００７７】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズムは、所与の光入力分布に対してトップハット出力分布を生成しなくてもよい。例えば、図１０に示すように、ＡＴＦプリズム３０２は、入力分布６０４を使用するとき、目標のトップハット分布１００２と実質的に同様ではない、光分布１００８を生成してもよい。別の実施例として、図１０に示すように、ＡＴＦプリズム３０６は、入力分布６０４を使用するとき、目標トップハット分布１００２と実質的に同様ではない光分布１００４を生成してもよい。
【００７８】
図７と図８の比較によって示されるように、第１の入力分布に対する目標トップハット分布に一致、実質的に類似、近似、又は類似しているＡＴＦプリズム形状は、第２の入力分布に対する目標トップハット分布と実質的に類似、近似、又は類似していなくてもよい。例えば、ＡＴＦプリズム３０２は、入力分布６０２を与えられて、トップハット分布９０２に近似する分布９０４を生成するが、ＡＴＦプリズム３０２は、入力分布６０４を与えられて、トップハット分布１００２に近似しない分布１００８を生成する。別の実施例として、ＡＴＦプリズム３０４は、入力分布６０４を与えられて、トップハット分布１００２に近似する分布１００６を生成するが、ＡＴＦプリズム３０４は、入力分布６０２を与えられて、トップハット分布９０２に近似しない分布９０８を生成する。このように、プリズム形状は、光入力分布に依存してもよい。
【００７９】
図１１は、光学システムの１つ以上の構成要素を除去した後の、図３のＡＴＦプリズム３０２を有するＡＴＦを有する例示的な光学システムの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度（例えば、正規化された輝度）の例示的プロット１１００である。図１０の実施例では、光学システムの１つ以上の特徴が除去されたことを除いて、図９に関して上に述べた光学システムと実質的に同様であってもよい。図１１の実施例では、光学システムは、ＬＣＤに積層され、光学的に結合されたスプレッダを含んでもよく、ここで、ＬＣＤは、例えば、ＬＣＤ表面上の粗いアンチグレアコーティングからのいくらかの拡散を含んでもよい。
【００８０】
図１１の実施例に示すように、目標トップハット分布は、目標トップハット分布１１０２として例示され得る。図１１に示すように、三次方程式の第２の表面セグメントを有するＡＴＦプリズム３０２、スプレッダ、及びスプレッダをＬＣＤに積層し、光学的に結合する光学接着剤が、出力分布１１０４を生成してもよい。
【００８１】
図１１に示すように、光学接着剤によってＬＣＤに積層され、光学的に結合された三次方程式の第２の表面セグメントを有するＡＴＦプリズムが、スプレッダなしに、出力分布１１０６を生成してもよい。いくつかの実施例では、出力分布１１０６によって示されるように、スプレッダ層の除去は、スプレッダを有する光出力分布１１０４と比較して、床部上の光出力を増加させ、それ以外では、出力分布に影響を与えないこともあり得る。
【００８２】
図１１に示されるように、光学接着剤がスプレッダをＬＣＤに積層して光学的に結合しない、三次方程式の第２の表面セグメントを有するＡＴＦプリズム、スプレッダ、及びＬＣＤが、出力分布１１０８を生成してもよい。いくつかの実施例では、出力分布１１０８によって示されるように、光学接着剤の除去は、接着剤がある場合の出力分布１１０４との比較で、出力分布の平坦な頂部に影響を与えず、出力分布の床部に影響を及ぼす（すなわち、広角迷光を増加させ得る）こともあり得る。
【００８３】
図１１に示すように、三次方程式の第２の表面セグメントを有するＡＴＦプリズム、スプレッダ、及びＬＣＤなしの光学接着剤が、出力分布１１１０を生成してもよい。出力分布１１１０の例では、ＬＣＤの除去は、ＬＣＤがある場合の出力分布１１０４と比較して、出力分布の平坦な頂部の平坦性及び出力分布の床部の平坦性に影響を及ぼし得る。いくつかの実施例では、ＬＣＤの除去による出力分布の平坦な頂部の平坦性及び床部の平坦性の変化は、ＬＣＤ内、又は、望ましくはＬＣＤにより近い別の場所のいずれかでの、拡散を示すことがあり得る。例えば、この拡散角度は、例えば、最大輝度の５％で半幅が約１５度未満、又は、最大輝度の５％で半幅が約７度未満、又は最大輝度の５％で半幅が約４．５度未満であってもよい。
【００８４】
図１２は、複数半径のファセットプリズムを有するＡＴＦの概念的な概略断面図である。ＡＴＦプリズム１２００は、図１の微細構造１３４に関して上述したような特徴を含んでもよく、例えば、ＡＴＦプリズム１２００は、構造化表面１３２、第１の側面１３６、第２の側面１３８、頂点１４０、及び谷部１４２を含んでもよい。いくつかの実施例では、第１の側面１３６は、ライトガイドアセンブリ１０２からの光の相当な部分が透過する注入面を含んでもよい。いくつかの実施例では、第２の側面１３８は、光の相当な部分が反射される光方向転換面を含んでもよい。
【００８５】
いくつかの実施例では、第２の側面１３８は、複数の表面セグメントを含んでもよい。例えば、複数の表面セグメントは、第１の表面セグメント１２０２、第２の表面セグメント１２０４、第３の表面セグメント１２０６、第４の表面セグメント１２０８、及び第５の表面セグメント１２１０を含んでもよい。
【００８６】
いくつかの実施例では、複数の表面セグメントは、任意の好適な長さ及び形状であり得る。いくつかの実施例では、第１の表面セグメント１２０２は、頂点１４０から第１の移行点１２１２まで延びてもよい。いくつかの実施例では、第２の表面セグメント１２０４は、第１の移行点１２１２から第２の移行点１２１４まで延びてもよい。いくつかの実施例では、第３の表面セグメント１２０６は、第２の移行点１２１４から第３の移行点１２１６まで延びてもよい。いくつかの実施例では、第４の表面セグメント１２０８は、第３の移行点１２１６から第４の移行点１２１８まで延びてもよい。いくつかの実施例では、第５の表面セグメント１２１０は、第４の移行点１２１８から、ＡＴＦプリズム１２００と隣接するプリズムの間の谷部１４２に向かって延びてもよい。いくつかの実施例では、第１の表面セグメント１２０２は、実質的に平坦な表面を形成してもよい。いくつかの実施例では、第２の表面セグメント１２０４は、非平坦な表面を形成してもよい。いくつかの実施例では、第３の表面セグメント１２０６は、非平坦な表面を形成してもよい。いくつかの実施例では、第４の表面セグメント１２０８は、実質的に平坦な表面を形成してもよい。いくつかの実施例では、第５の表面セグメント１２０６は、実質的に平坦な表面を形成してもよい。いくつかの実施例では、図１２に示すように、ＡＴＦプリズム１２００は、第１の側面１３６のベースに原点を有する座標系内に形成されてもよく、ここで複数のセグメントの各々の始点はＸ−Ｙ座標として定義されてもよく、ここで、Ｘ軸は、複数のセグメントの各々のベース角度の測定の始点がある基準面を形成し、複数のセグメントの各々は、コード長を有してもよく、複数のセグメントの各々の曲率は、合計弧度値として定義されてもよく、複数のセグメントの各々の曲率半径は、原点曲率半径Ｘｏ及び曲率半径Ｙｏとして定義されてもよい。例えば、図１２の実施例では、以下の表は、複数の表面セグメントを定義し得る。
【表２】
2020507907.tif 000004
【００８７】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム１２００は、基準面１２２０を形成してよい。いくつかの実施例では、注入角度１２２２は、基準面１２２０と第１の側面１３６の角度であってもよい。いくつかの実施例では、注入角度１２２２は、基準面１２２２に対して約４０度〜約９０度であってもよい。図１２の実施例では、注入角度１２２２は６５度であった。
【００８８】
いくつかの実施例では、図１２に示すように、第２の側面１３８は連続面を形成してもよく、複数の表面セグメントの各々は、複数の移行点において不連続勾配を形成してもよい。図１２に示すように、複数の移行点における、複数の各隣接表面セグメントの勾配は、互いに対して小さくてもよい。図１２の実施例では、各隣接表面セグメントの弧の合計は、交互に正の曲率と負の曲率となって、区間同士の勾配差を低減してもよい。他の実施例では、各隣接表面セグメントの弧の合計は、全て正であってもよい。他の実施例では、各隣接表面セグメントの弧の合計は、全て負であってもよい。他の実施例では、各隣接表面セグメントの弧の合計は、その他の配置であってもよい。
【００８９】
図１３は、図６の光入力分布６０２を与えられた、図３の例示的なＡＴＦプリズム３０２（すなわち、三次方程式に基づく第２の表面セグメント）、及び図１２の１２００（複数半径ファセットベースの第２の表面セグメント）の光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。図１３の実施例に示すように、目標のトップハット分布は、目標トップハット分布１３０２として例示され得る。図１３に示すように、ＡＴＦプリズム３０２は、入力分布６０２を使用するとき、目標トップハット分布１３０２に近似し得る光分布１３０４を生成してもよい。図１３に示すように、ＡＴＦプリズム１２００は、入力分布６０２を使用するとき、目標トップハット分布１３０２に近似し得る光分布１３０６を生成してもよい。このようにして、図１３は、第２の表面セグメントの第１の及び第２の移行部及びサブセグメントに不連続性勾配を有する複数半径を有する第２の表面セグメントが、トップハット光出力分布を生成し得ることを示す。
【００９０】
図１４は、単一半径回転ファセットプリズムを有するＡＴＦ及び二次方程式によるファセットプリズムを有するＡＴＦを含む、例示ＡＴＦの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。いくつかの実施例では、三次方程式（又はより高次の方程式）に基づくファセットを有するＡＴＦプリズムを含むＡＴＦによって与えられるトップハット分布は、三次方程式（又はより高次の方程式）によるファセットを有しないＡＴＦと比較して、改善されたトップハット出力分布を与え得る。例えば、出力分布１４０４は、第１の表面セグメントを有さず、半径形状の第２の表面セグメント及び平面の第３の表面セグメントに対応するとしてもよく、出力分布１４０６は、第１の表面セグメントを有さず、二次方程式による形状の第２の表面セグメント及び平面の第３の表面セグメントに対応するとしてもよく、出力分布１４０８は、平面的な第１の表面セグメントとともに二次方程式による形状の第２の表面セグメント、及び平面の第３の表面セグメントを有する二次形状の第２の表面セグメントに対応するとしてもよい。いくつかの実施例では、出力分布１４０４、１４０６、及び１４０８は、目標分布１４０２と一致しないこともあり得る。いくつかの実施例では、出力分布１４０４、１４０６、及び１４０８は、目標分布１４０２と実質的に同様でないこともあり得る。いくつかの実施例では、出力分布１４０４、１４０６、及び１４０８は、目標分布１４０２に類似しないこともあり得る。いくつかの実施例では、出力分布１４０４、１４０６、及び１４０８は、トップハット分布、すなわち、実質的に平坦又は突出ドーム形状を有する平坦な頂部で、この突出ドーム形状から約３％未満、約２％未満、又は約１％未満の偏位を有してもよく、分布は、９０％輝度点によって測定されると、少なくとも約２０度幅、又は約２５度幅、又は約３０度幅であってもよく、約１５度又は約７度未満の角範囲にわたる出力分布の少なくとも一方側面において、最大輝度の５％未満に低下する。
【００９１】
図１５Ａ〜Ｂは、様々な出力分布の幅及び角度のために設計された三次方程式による面のプリズムを含む、例示的なＡＴＦの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、目標幅を有する目標中心角度（例えば、目標カットオフ角度）上又はその付近に中心を合わせた出力分布を生成してもよい。いくつかの実施例では、調整可能なＡＴＦ設計パラメータは、例えば、第１の表面セグメント２０２の、第２の側面１３８の弦長（すなわち、先端線形部分）に対する比、第３の表面セグメント２０６の、第２の側面１３８の弦長（すなわち、ベース線形部分）に対する比、第１の角度２１６（すなわち、先端角度）、第２の角度２１８（すなわち、ベース角）、２階微分比などを含んでもよい。表３は、目標中心角度（例えば、−１０度、０度、又は１０度を中心とする出力分布）及び目標幅（例えば、約２５度、３０度、及び３５度の幅）を満たすように設計されたＡＴＦプリズム１５０２〜１５１８の例示的なＡＴＦプリズム設計パラメータを示す。表３のＡＴＦプリズム１５０２〜１５１８は、図１５Ａ〜Ｄの出力分布１５０２〜１５１８に対応する。
【表３】
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【００９２】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム設計パラメータは、目標中心角を変化させるように調整されてもよい。例えば、図１５Ａのプロット１５００Ａは、ＡＴＦプリズム１５０２、１５０４、１５０６に対応する出力分布を示す。図１５Ａに示すように、ＡＴＦプリズム１５０２は、０度（すなわち、ｙ軸上）に中心があり、ＡＴＦプリズム１５０４は、−１０度に中心があり、ＡＴＦプリズム１５０６は、１０度に中心がある。別の実施例として、図１５Ｂのプロット１５００Ｂは、ＡＴＦプリズム１５０８、１５１０、１５１２に対応する出力分布を示す。図１５Ｂに示すように、ＡＴＦプリズム１５０８は、０度（ｙ軸）に中心があり、ＡＴＦプリズム１５１０は、−１０度に中心があり、ＡＴＦプリズム１５１２は、１０度に中心がある。例えば、図１５Ｃのプロット１５００Ｃは、ＡＴＦプリズム１５１４、１５１６、１５１８に対応する出力分布を示す。図１５Ｃに示すように、ＡＴＦプリズム１５１４は、０度（ｙ軸）に中心があり、ＡＴＦプリズム１５１６は、−１０度に中心があり、ＡＴＦプリズム１５１８は、１０度に中心がある。このようにして、本明細書に開示するＡＴＦのＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、出力分布の中心を目標中心角度上に置くことが可能である。
【００９３】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、出力分布の目標幅を変更することもできる。例えば、図１５Ｄのプロット１５００Ｄは、ＡＴＦプリズム１５０２、１５０８、１５１４に対応する出力分布を示す。図１５Ｄに示すように、ＡＴＦプリズム１５０２は、約３０度の幅を有し、ＡＴＦプリズム１５０８は、約２５度の幅を有し、ＡＴＦプリズム１５１４は、約３５度の幅を有する。このようにして、本明細書に開示するＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、目標出力分布幅を有する、又はそれに近似する、出力分布を生成することが可能である。
【００９４】
図１６Ａ〜Ｂは、様々な出力分布幅及び角度のために設計された三次方程式による面プリズムを含む、例示的なＡＴＦの光出力分布を示す、ダウンガイド角度対相対輝度の例示的プロットである。図１６Ａ〜１６Ｄの実施例は、図１５Ａ〜１５Ｄに関連して上述したものと同様の調整可能なＡＴＦ設計パラメータを使用する。表４は、目標中心角度（例えば、−１０度、０度、又は１０度に中心がある出力分布）及び目標幅（例えば、約２５度、３０度、及び３５度の幅）を満たすように設計されたＡＴＦプリズム１６０２〜１６１８の例示的なＡＴＦプリズム設計パラメータを示す。表４のＡＴＦプリズム１６０２〜１６１８は、図１６Ａ〜１６Ｄの出力分布１６０２〜１６１８に対応する。
【表４】
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【００９５】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、目標中心角を変化させてもよい。例えば、図１６Ａのプロット１６００Ａは、ＡＴＦプリズム１６０２、１６０４、１６０６に対応する出力分布を示す。図１６Ａに示すように、ＡＴＦプリズム１６０２は、０度（すなわち、ｙ軸上）に中心があり、ＡＴＦプリズム１６０４は、−１０度に中心があり、ＡＴＦプリズム１６０６は、１０度に中心がある。別の例として、図１６Ｂのプロット１６００Ｂは、ＡＴＦプリズム１６０８、１６１０、１６１２に対応する出力分布を示す。図１６Ｂに示すように、ＡＴＦプリズム１６０８は、０度（ｙ軸）に中心があり、ＡＴＦプリズム１６１０は、−１０度に中心があり、ＡＴＦプリズム１６１２は、１０度に中心がある。例えば、図１６Ｃのプロット１６００Ｃは、ＡＴＦプリズム１６１４、１６１６、１６１８に対応する出力分布を示す。図１６Ｃに示すように、ＡＴＦプリズム１６１４は、０度（ｙ軸）に中心があり、ＡＴＦプリズム１６１６は、−１０度に中心があり、ＡＴＦプリズム１６１８は、１０度に中心がある。このようにして、本明細書に開示するＡＴＦのＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、目標中心角度上に中心を置くことが可能である。
【００９６】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、出力分布の目標幅を変更することができる。例えば、図１６Ｄのプロット１６００Ｄは、ＡＴＦプリズム１６０２、１６０８、１６１４に対応する出力分布を示す。図１６Ｄに示すように、ＡＴＦプリズム１６０２は、約３０度の幅を有し、ＡＴＦプリズム１６０８は、約２５度の幅を有し、ＡＴＦプリズム１６１４は、約３５度の幅を有する。このようにして、本明細書に開示するＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、目標出力分布幅を有する、又はそれに近似する、出力分布を生成することが可能である。
【００９７】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム設計パラメータは、１つ以上のＡＴＦプリズム表面セグメントの予測出力光線角度に基づいて調整されてもよい。例えば、ＡＴＦプリズム表面セグメントの出力光線角度は、
（式３）β＝９０＋ａｒｃｓｉｎ（ｎ×ｓｉｎ［Θ２−（Θａ−ａｒｃｓｉｎ（（１／ｎ）×ｓｉｎ（９０−Θ１−α）））］）
によって与えられ、
式中、βは、ディスプレイ軸（すなわち、第１の主面法線）に対する出力光線角度であり、ｎは、ＡＴＦプリズム屈折率であり、Θ２は、表面セグメントの角度（例えば、第１の角度、第２の角度など）であり、Θａは、プリズム頂角（すなわち、第１の側面と第２の側面の間の角度）であり、Θ１は、注入角度２１４（すなわち、入口ウィンドウ面角）であり、αは、第１の側面の表面に対する、ＡＴＦプリズムの第１の側に入射する光線の角度である。いくつかの実施例では、方程式３を使用して、ＡＴＦの出力分布（すなわち、トップハット分布の縁部）のカットオフ角度を予測するために、ＡＴＦプリズムの第１の表面セグメントと第３の表面セグメントの出力光線を予測してもよい。
【００９８】
いくつかの実施例では、ＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、設計基準、標準、又は仕様を満たしてもよい。例えば、ＡＴＦプリズム設計パラメータは、欧州連合ＯＥＭ標準、例えば、自動車適用ディスプレイ仕様Ｖ４．５．２などに適合するように調整されてもよい。例えば、ＡＴＦプリズム設計パラメータを調整して、ライトガイドから発し（すなわち、光方向転換フィルムを通り、ディスプレイ偏光子の前に出力されるバックライト全出力）、ディスプレイ軸を中心にして＋２０度と−１０度に含まれる、ＡＴＦを通って出る光の少なくとも約６０％以上、又は、ライトガイドから発し、ディスプレイ軸を中心にして＋８度と−４度に含まれる、ＡＴＦを通って出る光の少なくとも約６０％以上などを、含む出力分布を与えてもよい。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【国際調査報告】
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