(57)【要約】  光学システムは、ライトガイドと、転向フィルムであって、ディスプレイ軸に対して垂直な第１の滑らかな表面と、第１の複数の平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面と、を含み、転向フィルムは、ライトガイドに光学的に結合されており、転向フィルムは、ディスプレイ軸に対して平行な第１の平面方向にコリメートされた光を出力する、転向フィルムと、レンズ状ディフューザであって、ディスプレイ軸に対して垂直な第２の滑らかな表面と、ディスプレイ軸に対して垂直な平面に沿って延びる第２の複数の平行な溝を画定する複数の第２の微細構造を含む第２の構造化表面と、を含み、レンズ状ディフューザは、転向フィルムに光学的に結合されており、レンズ状ディフューザは、コリメートされた光を、第１の平面に対して垂直な第２の平面に向かって反射又は屈折させる、レンズ状ディフューザと、を含み、第１の複数の平行な溝は、第２の複数の平行な溝に対して垂直である。
2020504846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的にコリメートされた光を出力するバックライトガイドと、
転向フィルムであって、
ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第１の実質的に滑らかな表面と、
第１の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面とを含み、前記バックライトガイドに隣接しており、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力する転向フィルムと、
レンズ状ディフューザであって、
前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、
前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる第２の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第２の微細構造を含む第２の構造化表面とを備えるレンズ状ディフューザと、を含み、
前記レンズ状ディフューザは、前記転向フィルムに光学的に結合されており、前記レンズ状ディフューザは、前記第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を、前記第１の平面に対して実質的に垂直な第２の平面に向かって反射又は屈折させ、
前記第１の複数の実質的に平行な溝は、前記第２の複数の実質的に平行な溝に対して実質的に垂直である、光学システム。
【請求項２】
前記レンズ状ディフューザは、第１の屈折率を有する第１の材料を更に含み、前記第１の材料は、前記複数の第２の微細構造を形成する、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記複数の第２の微細構造は、各々が、ハイブリッドレンズ状プリズムを含み、各ハイブリッドレンズ状プリズムの断面は、前記第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、前記ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、前記複数の第２の微細構造は、前記第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、請求項２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記レンズ状ディフューザは、第２の屈折率を有する第２の材料を更に含み、前記第２の材料は、前記第１の材料に隣接しており、前記第１の屈折率は、前記第２の屈折率よりも大きい、請求項３に記載の光学システム。
【請求項５】
前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との間の差は、約０．０５〜約０．６である、請求項４に記載の光学システム。
【請求項６】
前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との間の差は、約０．１〜約０．３である、請求項４に記載の光学システム。
【請求項７】
前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との間の差は、約０．１５〜約０．２５である、請求項４に記載の光学システム。
【請求項８】
前記ハイブリッドレンズ状プリズムは、連続的なカーブ面プリズムを含む、請求項３に記載の光学システム。
【請求項９】
前記ハイブリッドレンズ状プリズムは、アーチ状プリズムを含む、請求項３に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記複数の第１の微細構造は、複数の両側がストレートファセットのプリズムを含む、請求項３に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記複数の第１の微細構造は、複数ファセットのプリズムを含む、請求項３に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記第１の実質的に滑らかな表面は、前記第２の実質的に滑らかな表面に隣接している、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の実質的に滑らかな表面は、前記第２の構造化表面に隣接している、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１４】
前記複数の第２の微細構造の少なくとも一部分は、前記第１の実質的に滑らかな表面に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項１３に記載の光学システム。
【請求項１５】
前記レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±３０度未満の入力光ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±４０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、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】
前記レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力光ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±５０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項１７】
転向フィルムとレンズ状ディフューザとを含む光学システムであって、
前記転向フィルムは、
第１の実質的に滑らかな表面に対して垂直に延びるディスプレイ軸を画定する第１の実質的に滑らかな表面と、
第１の屈折率を有する第１の材料を含む複数の両側がストレートファセットのプリズム又は複数ファセットのプリズムを備える第１の構造化表面であって、前記複数の両側がストレートファセットのプリズム又は前記複数ファセットのプリズムは、前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直に延びる前記第１の構造化表面上に、第１の複数の実質的に平行な溝を画定する、第１の構造化表面と、
第２の屈折率を有する第２の材料であって、前記複数の両側がストレートファセットのプリズム又は前記複数ファセットのプリズムに隣接しており、前記第１の屈折率が前記第２の屈折率よりも大きい第２の材料と、を含み、
前記レンズ状ディフューザは、
前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、
第２の構造化表面であって、各々が第３の屈折率を有する第３の材料を含む弓状プリズムを備える複数の第２の微細構造を含み、各弓状プリズムの断面は、前記第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、前記ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、前記複数の第２の微細構造は、前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる前記第２の構造化表面上に、第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、第２の構造化表面と、
第４の屈折率を有する第４の材料であって、前記複数の第２の微細構造に隣接しており、前記第３の屈折率と前記第４の屈折率との間の差が約０．１〜約０．３である第４の材料と、を含み、
前記レンズ状ディフューザは、前記転向フィルムに光学的に結合されており、
前記第１の複数の溝は、前記第２の複数の溝に対して実質的に直交し、前記レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±４０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、光学システム。
【請求項１８】
前記複数の第２の微細構造の少なくとも一部分は、前記第１の実質的に滑らかな表面に少なくとも部分的に埋め込まれており、前記レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±５０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、請求項１７に記載の光学システム。
【請求項１９】
転向フィルムとレンズ状ディフューザとを含む光学システムであって、
前記転向フィルムは、
第１の実質的に滑らかな表面に対して垂直に延びるディスプレイ軸を画定する第１の実質的に滑らかな表面と、
第１の屈折率を有する第１の材料を含む複数の両側がストレートファセットのプリズム又は複数ファセットのプリズムを備える第１の構造化表面であって、前記複数の両側がストレートファセットのプリズム又は前記複数ファセットのプリズムは、前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直に延びる前記第１の構造化表面上に、第１の複数の実質的に平行な溝を画定する、第１の構造化表面と、
第２の屈折率を有する第２の材料であって、空気であり、前記複数の両側がストレートファセットのプリズム又は前記複数ファセットのプリズムに隣接しており、前記第１の屈折率が前記第２の屈折率よりも大きい第２の材料と、を含み、
前記レンズ状ディフューザは、
前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、
第２の構造化表面であって、各々が第３の屈折率を有する第３の材料を含む弓状プリズムを備える複数の第２の微細構造を含み、各弓状プリズムの断面は、前記第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、前記ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、前記複数の第２の微細構造は、前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる前記第２の構造化表面上に、第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、第２の構造化表面と、
第４の屈折率を有する第４の材料であって、前記複数の第２の微細構造に隣接しており、前記第３の屈折率と前記第４の屈折率との間の差が約０．１〜約０．３である第４の材料と、を含み、
前記レンズ状ディフューザは、前記転向フィルムに光学的に結合されており、
前記第１の複数の溝は、前記第２の複数の溝に対して実質的に直交し、
前記第１の実質的に滑らかな表面は、前記第２の実質的に滑らかな表面に隣接しており、
前記レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±５０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、光学システム。
【請求項２０】
前記複数の第２の微細構造の少なくとも一部分は、前記第１の実質的に滑らかな表面に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項１９に記載の光学システム。
【請求項２１】
前記光学システムは、液晶ディスプレイを更に備え、前記レンズ状ディフューザは、前記液晶ディスプレイに光学的に結合されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項２２】
液晶ディスプレイと、
バックライトガイドと、
前記バックライトガイドと前記液晶ディスプレイとの間に配設された光制御フィルムと、
レンズ状ディフューザと、を備える光学システムであって、
前記光制御フィルムは、
転向フィルムであって、
ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第１の実質的に滑らかな表面と、
第１の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面とを備え、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力する転向フィルムを含み、
前記レンズ状ディフューザは、
前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、
各々がハイブリッドレンズ状プリズムを備える複数の第２の微細構造を含む第２の構造化表面であって、各ハイブリッドレンズ状プリズムの断面は、前記第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、前記ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、前記複数の第２の微細構造は、前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる前記第２の構造化表面上に、第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、第２の構造化表面と、
第１の屈折率を有する第１の材料であって、前記複数の第２の微細構造を形成する第１の材料と、を含み、
前記レンズ状ディフューザは、前記転向フィルム及び前記液晶ディスプレイに光学的に結合されており、
前記第１の複数の実質的に平行な溝は、前記第２の複数の実質的に平行な溝に対して実質的に垂直である、光学システム。
【請求項２３】
車両と、
前記車両に搭載されたディスプレイシステムと、
レンズ状ディフューザと、備える、車両に搭載された光学システムであって、
前記ディスプレイシステムは、
液晶ディスプレイと、
バックライトガイドと、
転向フィルムであって、
ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第１の実質的に滑らかな表面と、
第１の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面とを備え、前記バックライトガイドに隣接しており、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力する転向フィルムと、を含み、
前記レンズ状ディフューザは、
前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、
各々がハイブリッドレンズ状プリズムを含む複数の第２の微細構造を含む第２の構造化表面であって、各ハイブリッドレンズ状プリズムの断面は、前記第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、前記ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、前記複数の第２の微細構造は、前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる前記第２の構造化表面上に、第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、第２の構造化表面と、
第１の屈折率を有する第１の材料であって、前記複数の第２の微細構造を形成する第１の材料と、を含み、
前記レンズ状ディフューザは、前記転向フィルム及び前記液晶ディスプレイに光学的に結合されており、
前記第１の複数の実質的に平行な溝は、前記第２の複数の実質的に平行な溝に対して実質的に垂直である、光学システム。
【請求項２４】
（ａ）転向フィルムであって、
ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第１の実質的に滑らかな表面と、
第１の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面と、を含み、
第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力する転向フィルムと、
（ｂ）レンズ状ディフューザであって、
前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、
前記ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる第２の複数の実質的に平行な溝を画定する複数のレンズ状プリズムを含む第２の構造化表面と、を含み、複数のレンズ状プリズムを含む前記第２の構造化表面は、実質的に平坦なランド領域によって分離された丸みを帯びた先端部を有する、複数の両側が実質的にストレートファセットのプリズムを含み、
各レンズ状プリズムの断面は、前記第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、前記ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延びる、レンズ状ディフューザと、を備え、
前記レンズ状ディフューザは、前記転向フィルムに光学的に結合されており、前記レンズ状ディフューザは、前記第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を、前記第１の平面に対して実質的に垂直な第２の平面に向かって反射又は屈折させ、
前記第１の複数の実質的に平行な溝は、前記第２の複数の実質的に平行な溝に対して実質的に垂直である、光学システム。
【請求項２５】
前記レンズ状ディフューザは、第１の屈折率を有する第１の材料と、第２の屈折率を有する第２の材料とを更に含み、前記第１の材料は、複数のレンズ状プリズムを形成し、前記第２の材料は、前記第１の材料に隣接し、前記第１の屈折率は、前記第２の屈折率よりも大きい、請求項２４に記載の光学システム。
【請求項２６】
前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との間の差は、約０．０５〜約０．６である、請求項２５に記載の光学システム。
【請求項２７】
前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との間の差は、約０．１〜約０．３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の屈折率と前記第２の屈折率との間の差は、約０．１５〜約０．２５である、請求項２７に記載の光学システム。
【請求項２９】
前記レンズ状プリズムは、ピッチ（ｐ）及びランド幅（ｗ）を有し、前記第２の構造化表面は、約０．６〜約０．９５のフィルフラクションを有し、前記フィルフラクションは、（ｐ−ｗ）／ｐに等しい、請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項３０】
前記第２の構造表面は、約０．８〜約０．９のフィルフラクションを有する、請求項２９に記載の光学システム。
【請求項３１】
前記レンズ状プリズムは、約７５度〜約８０度の側壁底角（α１及びα２）を有する、請求項２４〜３０のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項３２】
前記レンズ状プリズムは、約７７度〜約７９度の側壁底角を有する、請求項３１に記載の光学システム。
【請求項３３】
前記レンズ状プリズムは、約２μｍ以下の先端半径（Ｒｔｉｐ）を有する、請求項２４〜３２のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項３４】
前記レンズ状プリズムは、約１μｍ以下の先端半径を有する、請求項３３に記載の光学システム。
【請求項３５】
前記レンズ状プリズムは、約０．１未満の先端フラクションを有し、前記先端フラクションは、Ｒｔｉｐ／ｐに等しい、請求項２４〜３４のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項３６】
前記レンズ状プリズムは、約０．０３５未満の先端フラクションを有する、請求項３５に記載の光学システム。
【請求項３７】
前記アスペクト比は、約１．８〜約２．５である、請求項２４〜３６のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項３８】
前記第１の実質的に滑らかな表面は、前記第２の実質的に滑らかな表面に隣接している、請求項２４〜３７のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項３９】
前記第１の実質的に滑らかな表面は、前記第２の構造化表面に隣接している、請求項２４〜３７のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項４０】
前記レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±３０度未満の入力光ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±４０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、請求項２４〜３９のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項４１】
前記レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力光ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±５０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、請求項２４〜３９のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項４２】
前記転向フィルムに隣接するバックライトガイドを更に備え、前記バックライトガイドは、実質的にコリメートされた光を出力する、請求項２４〜４１のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項４３】
（ａ）液晶ディスプレイと、
（ｂ）バックライトガイドと、
（ｃ）前記バックライトガイドと前記液晶ディスプレイとの間に配設された光制御フィルムであって、請求項２４〜４１のいずれか一項に記載の光学システムを含む光制御フィルムと、を備える液晶ディスプレイシステム。
【請求項４４】
車両に搭載された光学システムであって、
（ａ）車両と、
（ｂ）前記車両に搭載された請求項４３に記載の液晶ディスプレイシステムと、を備える光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御フィルム及びそれを含む光学システムに関する。このような光制御フィルム及び光学システムは、例えば、自動車用ディスプレイで使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
光学システムは、ラップトップコンピュータ、手持ち式計算機、デジタル腕時計、自動車用タッチスクリーンディスプレイなどに広く使用されている。よく知られている液晶ディスプレイ（liquid crystal display、ＬＣＤ）は、そのような光学システムの一般的な例である。ＬＣＤディスプレイでは、液晶の一部が電界の印加によって変化した光状態を有する。このプロセスは、情報を画素表示するために必要なコントラストを生成する。いくつかの実施例では、ＬＣＤディスプレイは、例えば、明るさ又は光出力分布を含む、光学システムの光特性を修正するための様々な光制御フィルム（light control film、ＬＣＦ）の組み合わせを含んでもよい。
【発明の概要】
【０００３】
転向フィルム及びレンズ状ディフューザを含む上記のＬＣＦ及び光学システムを使用して、ＬＣＤディスプレイ出力分布の制御性を改善し、ディスプレイの明るさを向上させることができる。
【０００４】
いくつかの実施例では、本開示は、実質的にコリメートされた光を出力するバックライトガイドと、転向フィルムであって、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第１の実質的に滑らかな表面と、第１の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面とを含み、バックライトガイドに隣接しており、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力する転向フィルムと、レンズ状ディフューザであって、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる第２の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第２の微細構造を含む第２の構造化表面とを備えるレンズ状ディフューザと、を含み、レンズ状ディフューザは、転向フィルムに光学的に結合されており、レンズ状ディフューザは、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を、第１の平面に対して実質的に垂直な第２の平面に向かって反射又は屈折させ、第１の複数の実質的に平行な溝は、第２の複数の実質的に平行な溝に対して実質的に垂直である、光学システムについて記述する。
【０００５】
いくつかの実施例では、本開示は、転向フィルムとレンズ状ディフューザとを含む光学システムであって、転向フィルムは、第１の実質的に滑らかな表面に対して垂直に延びるディスプレイ軸を画定する第１の実質的に滑らかな表面と、第１の屈折率を有する第１の材料を含む複数の両側がストレートファセットのプリズム又は複数ファセットのプリズムを備える第１の構造化表面であって、複数の両側がストレートファセットのプリズム又は複数ファセットのプリズムは、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直に延びる第１の構造化表面上に、第１の複数の実質的に平行な溝を画定する、第１の構造化表面と、第２の屈折率を有する第２の材料であって、複数の両側がストレートファセットのプリズム又は複数ファセットのプリズムに隣接しており、第１の屈折率が第２の屈折率よりも大きい第２の材料と、を含み、レンズ状ディフューザは、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、第２の構造化表面であって、各々が第３の屈折率を有する第３の材料を含む弓状プリズムを備える複数の第２の微細構造を含み、各弓状プリズムの断面は、第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、複数の第２の微細構造は、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる第２の構造化表面上に、第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、第２の構造化表面と、第４の屈折率を有する第４の材料であって、複数の第２の微細構造に隣接しており、第３の屈折率と第４の屈折率との間の差が約０．１〜約０．３である第４の材料と、を含み、レンズ状ディフューザは、転向フィルムに光学的に結合されており、第１の複数の溝は、第２の複数の溝に対して実質的に直交し、レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±４０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、光学システムについて記述する。
【０００６】
いくつかの実施例では、本開示は、転向フィルムとレンズ状ディフューザとを含む光学システムであって、転向フィルムは、第１の実質的に滑らかな表面に対して垂直に延びるディスプレイ軸を画定する第１の実質的に滑らかな表面と、第１の屈折率を有する第１の材料を含む複数の両側がストレートファセットのプリズム又は複数ファセットのプリズムを備える第１の構造化表面であって、複数の両側がストレートファセットのプリズム又は複数ファセットのプリズムは、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直に延びる第１の構造化表面上に、第１の複数の実質的に平行な溝を画定する、第１の構造化表面と、第２の屈折率を有する第２の材料であって、空気であり、複数の両側がストレートファセットのプリズム又は複数ファセットのプリズムに隣接しており、第１の屈折率が第２の屈折率よりも大きい第２の材料と、を含み、レンズ状ディフューザは、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、第２の構造化表面であって、各々が第３の屈折率を有する第３の材料を含む弓状プリズムを備える複数の第２の微細構造を含み、各弓状プリズムの断面は、第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、複数の第２の微細構造は、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる第２の構造化表面上に、第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、第２の構造化表面と、第４の屈折率を有する第４の材料であって、複数の第２の微細構造に隣接しており、第３の屈折率と第４の屈折率との間の差が約０．１〜約０．３である第４の材料と、を含み、レンズ状ディフューザは、転向フィルムに光学的に結合されており、第１の複数の溝は、第２の複数の溝に対して実質的に直交し、第１の実質的に滑らかな表面は、第２の実質的に滑らかな表面に隣接しており、レンズ状ディフューザは、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力ビームから半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±５０度よりも大きい輝度を提供するように構成されている、光学システムについて記述する。
【０００７】
いくつかの実施例では、本開示は、液晶ディスプレイと、バックライトガイドと、バックライトガイドと液晶ディスプレイとの間に配設された光制御フィルムと、レンズ状ディフューザと、を備える光学システムであって、光制御フィルムは、転向フィルムであって、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第１の実質的に滑らかな表面と、第１の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面とを備え、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力する転向フィルムを含み、レンズ状ディフューザは、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、各々がハイブリッドレンズ状プリズムを備える複数の第２の微細構造を含む第２の構造化表面であって、各ハイブリッドレンズ状プリズムの断面は、第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、複数の第２の微細構造は、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる第２の構造化表面上に、第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、第２の構造化表面と、第１の屈折率を有する第１の材料であって、複数の第２の微細構造を形成する第１の材料と、を含み、レンズ状ディフューザは、転向フィルム及び液晶ディスプレイに光学的に結合されており、第１の複数の実質的に平行な溝は、第２の複数の実質的に平行な溝に対して実質的に垂直である、光学システムについて記述する。
【０００８】
いくつかの実施例では、本開示は、車両と、車両に搭載されたディスプレイシステムと、レンズ状ディフューザと、備える、車両に搭載された光学システムであって、ディスプレイシステムは、液晶ディスプレイと、バックライトガイドと、転向フィルムであって、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第１の実質的に滑らかな表面と、第１の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面とを備え、バックライトガイドに隣接しており、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力する転向フィルムと、を含み、レンズ状ディフューザは、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、各々がハイブリッドレンズ状プリズムを含む複数の第２の微細構造を含む第２の構造化表面であって、各ハイブリッドレンズ状プリズムの断面は、第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、複数の第２の微細構造は、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる第２の構造化表面上に、第２の複数の実質的に平行な溝を画定する、第２の構造化表面と、第１の屈折率を有する第１の材料であって、複数の第２の微細構造を形成する第１の材料と、を含み、レンズ状ディフューザは、転向フィルム及び液晶ディスプレイに光学的に結合されており、第１の複数の実質的に平行な溝は、第２の複数の実質的に平行な溝に対して実質的に垂直である、光学システムについて記述する。
【０００９】
いくつかの実施例では、本開示は、（ａ）転向フィルムと、（ｂ）レンズ状ディフューザとを備える光学システムについて記述する。転向フィルムは、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第１の実質的に滑らかな表面と、第１の複数の実質的に平行な溝を画定する複数の第１の微細構造を含む第１の構造化表面と、を含み、転向フィルムは、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力する。レンズ状ディフューザは、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な第２の実質的に滑らかな表面と、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に沿って延びる第２の複数の実質的に平行な溝を画定する複数のレンズ状プリズムを含む第２の構造化表面と、を含み、複数のレンズ状プリズムを含む第２の構造化表面は、実質的に平坦なランド領域によって分離された丸みを帯びた先端部を有する、複数の両面が実質的にストレートファセットのプリズムを含み、各レンズ状プリズムの断面は、第２の実質的に滑らかな表面から頂点の方向に、ディスプレイ軸に対して実質的に平行な平面に沿って延び、レンズ状ディフューザは、転向フィルムに光学的に結合されており、レンズ状ディフューザは、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を、第１の平面に対して実質的に垂直な第２の平面に向かって反射又は屈折させる。第１の複数の実質的に平行な溝は、第２の複数の実質的に平行な溝に対して実質的に垂直である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
以下の「発明を実施するための形態」と、添付の図面を併せて読むことによって、本発明の上記及び他の態様はより明らかになる。
【図１Ａ】例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図１Ｂ】例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図２Ａ】ＹＺ平面における例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図２Ｂ】ＸＺ平面における例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図２Ｃ】ＹＺ平面における例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図２Ｄ】ＸＺ平面における例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図３】例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図４】図３の例示的な光学システムに関する視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図５】例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図６】図５の例示的な光学システムに関する視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図７】例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図８】図７の例示的な光学システムに関する視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図９】例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図１０】図９の例示的な光学システムに関する視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図１１】例示的な光学システムの概念的かつ概略的な横断面図である。
【図１２】実施例５の例示的な光学システムの視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図１３】実施例６の例示的な光学システムに関する視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図１４】実施例６の例示的な光学システムの視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図１５】実施例７の例示的な光学システムに関する視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図１６】実施例８の例示的な光学システムに関する視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【図１７】実施例９のレンズ状ディフューザの断面画像である。
【図１８】実施例９のレンズ状ディフューザの断面画像である。
【図１９】実施例９のレンズ状ディフューザの断面画像である。
【図２０】実施例９の例示的な光学システムに関する視野角の関数として輝度を示すチャートである。
【００１１】
本開示の特定の図の主題は必ずしも原寸に比例して描かれているとは限らず、図は、本明細書に開示されている光制御フィルム及び光学システムの非排他的な実施例を示していることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示は、光制御フィルム（ＬＣＦ）及びそれを含む光学システムについて記述する。ディスプレイアセンブリなどの光学システムは、軸上位置（すなわち、ディスプレイ垂線の方向）でより明るく、軸外位置（例えば、ディスプレイ垂線に対してゼロよりも大きいある程度の角度の方向）ではあまり明るくない場合がある。いくつかの光学システム用途では、水平光出力分布を制御して、垂直方向における軸外照明を低減し、軸上位置及び垂直方向の軸外光が少ない水平方向の軸外位置の範囲において、明るい又はほぼ明るいディスプレイを閲覧者に提供することが望ましい場合がある。例えば、機器ディスプレイが運転者の正面（例えば、運転者に対して軸上、及び前部座席乗員に対して軸外）にあり得る又は運転者と前部座席乗員との間の中間のコンソールディスプレイ（例えば、運転者及び前部座席乗員の両方に対して軸外）であり得る自動車用ディスプレイ用途においては、水平光出力分布を制御して、運転者及び前部座席乗員に対して明るい又はほぼ明るいディスプレイを提供し、垂直方向の軸外光を低減することが望ましい場合がある。
【００１３】
いくつかの光学システム用途では、ＬＣＦを使用して、光出力分布を制御することができる。記述されたＬＣＦ及び光学システムは、光出力分布を調節し、明るさ特性を向上させるために、転向フィルム（例えば、プリズム状の転向構造）及びレンズ状ディフューザ（例えば、湾曲した拡散構造）を含んでもよい。例えば、記述されたＬＣＦは、出力分布を水平方向に広げて、軸上位置及び軸外位置における表示明るさ特性を向上させることができる。転向フィルム及びレンズ状ディフューザを有さないＬＣＦと比較して、転向フィルム及びレンズ状ディフューザを有する開示されたＬＣＦは、ディスプレイ出力分布の制御を改善し、垂直方向の軸外光を低減しながら水平方向の表示明るさを向上させることができる。したがって、本開示は、水平方向のディスプレイの明るさを向上させ、ディスプレイ表面に対して垂直方向の軸外光を低減する水平出力分布を有する、例示的なＬＣＦ及び光学システムを提供する。
【００１４】
本明細書に記載される転向フィルム及びレンズ状ディフューザは各々、複数の微細構造（例えば、プリズム）を含んでもよい。いくつかの実施例では、転向フィルムの複数の微細構造は、光をコリメート、屈折、及び／又は反射するように構成された少なくとも２つの面を含んでもよい。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザの複数の微細構造は、光を反射及び／又は屈折させるように構成された、連続的な湾曲面プリズムを含んでもよい。例えば、図１Ａは、例示的な光学システム１０の概念的かつ概略的な横断面図である。図１Ａの実施例では、光学システム１０は、バックライトガイド１２、転向フィルム１４、基材３０、レンズ状ディフューザ３４、及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５０を含むことができる。いくつかの実施例では、光学システム１０のＬＣＦは、転向フィルム１４と、レンズ状ディフューザ３４とを含んでもよい。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザの複数の微細構造は、丸みを帯びた先端部を有する、連続的な直線面プリズムを含んでもよい。例えば、図１Ｂは、例示的な光学システム１１の概念的かつ概略的な横断面図である。図１Ｂの実施例では、光学システム１１は、バックライトガイド１２、転向フィルム１４、基材３０、レンズ状ディフューザ３５、及びＬＣＤ５０を含むことができる。いくつかの実施例では、光学システム１１のＬＣＦは、転向フィルム１４と、レンズ状ディフューザ３５とを含んでもよい。
【００１５】
例示目的のために、図１Ａ及び図１Ｂは、転向フィルム１４及びレンズ状ディフューザ３４、３５の微細構造を示す。しかしながら実際には、光学システム１０、１１の断面図は、転向フィルム１４の溝が典型的にはレンズ状ディフューザ３４、３５の溝に対して実質的に垂直であるため、典型的には、転向フィルム１４のみ又はレンズ状ディフューザ３４、３５のみの微細構造を示す。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５は、第１の平面方向にコリメートされた転向フィルム１４からの光（例えば、光線５６）を受光し、コリメートされた光を、第１の平面に対して直交する第２の平面に向かって優先的に反射及び／又は屈折する（例えば、光線５８）ように構成してもよい。例えば、レンズ状ディフューザ３４、３５は、転向フィルムタイプの導光板、又は楔形若しくは疑似楔形導光板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。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５は、転向フィルム１４からのコリメートされた光を、ディスプレイ表面に対して水平な平面において拡散させるように構成することができる。例えば、転向フィルム１４及びレンズ状ディフューザ３４、３５を含む記載されたＬＣＦは、光を屈折及び／又は反射することによって動作する特徴を有してもよい。
【００１６】
いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４は、実質的に滑らかな表面３８（例えば、構造化されていない）及び構造化表面４０を画定することができる。いくつかの実施例では、構造化表面４０は、頂点４６を有する曲面４８を各々有する複数の微細構造４４を含んでもよい。いくつかの実施例では、微細構造４４は、谷４３を有する溝４２を画定してもよい。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４は、転向フィルム１４に光学的に結合してもよい（すなわち、空気がないか、又は隣接層の表面の有意な反射を許し得る、レンズ状ディフューザ３４と転向フィルム１４との間の他の有意な間隙がない）。
【００１７】
いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３５は、実質的に滑らかな表面３９（例えば、構造化されていない）及び構造化表面４１を画定することができる。いくつかの実施例では、構造化表面４１は、各々が直線面４９及び丸みを帯びた先端部４７を有する複数の微細構造４５を含んでもよい。いくつかの実施例では、微細構造４５は、実質的に平坦なランド領域３３を有する溝４３を画定してもよい。いくつかの実施例では、微細構造４５は、転向フィルム１４に光学的に結合してもよい（すなわち、空気がないか、又は隣接層の表面の有意な反射を許し得る、レンズ状ディフューザ３５と転向フィルム１４との間の他の有意な間隙がない）。
【００１８】
いくつかの実施例では、実質的に滑らかな表面３８は、実質的に滑らかな表面３８に対して実質的に垂直に延びるディスプレイ軸５２を画定してもよい。いくつかの実施例では、実質的に滑らかな表面３８は、完全に滑らかである必要はなく、その表面が微細構造を含まないならば（例えば、非構造化表面）、実質的に滑らかな表面であると認めることができる。例えば、実質的に滑らかな表面３８の表面上に、ウェットアウト防止又は防眩のビードコーティングが含まれて又は組み込まれていてもよく、そのような表面は、やはり実質的に滑らかと見なすことができる。換言すれば、滑らかという用語は、表面が粗くない又は完全に平坦であるという意味では使用されず、代わりに、表面が構造化されていないことを示すために使用される。
【００１９】
いくつかの実施例では、構造化表面４０、４１は、プリズム状微細構造４４、４５、例えば、多面プリズムを含んでもよい。その他の実施例では、構造化表面４０、４１は、２つ以上の微細構造４４、４５、例えば、湾曲面又は直線面微細構造、弓状微細構造、角微細構造、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４４、４５の各々は、線形微細構造であってもよく、すなわち、微細構造４４、４５は、実質的に同一（例えば、同一又はほぼ同一）の断面形状を有するディスプレイ軸５２に対して垂直な平面に沿って延びてもよい（例えば、図１Ａ及び図１Ｂの断面図に示すように、ページの内外の平面に沿って延びる）。その他の実施例では、微細構造４４、４５は、ページ（図１Ａ及び図１Ｂには示されていない）に平行な平面に沿って延びる線形微細構造であってもよい。
【００２０】
いくつかの実施例では、微細構造４４の各々は、曲面４８を有するプリズムであってもよい。いくつかの実施例では、曲面４８は、光を、水平方向、例えば、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に向かって優先的に反射及び／又は屈折させるように構成してもよい。例えば、曲面４８は、連続湾曲形状、弓状形状、円錐部分、レンズ形状（例えば、両凸）、多項式形状、自由形状光学素子などであってもよい。いくつかの実施例では、曲面４８は、所望の幅の空間及び出力光分布の均一性をカバーするように制御パラメータを用いて成形することができる。いくつかの実施例では、各微細構造４４の断面は、実質的に滑らかな表面３８から頂点４６まで、ディスプレイ軸に実質的に平行に延びてもよい。いくつかの実施例では、微細構造４４は、光を屈折させるように成形された断面を有するプリズムであってもよい。いくつかの実施例では、微細構造４４は、光を屈折させ、光を反射するように成形された断面を有するプリズムであってもよい。その他の実施例では、微細構造４４は、光を屈折させ、内部全反射によって光を反射するハイブリッドレンズ形状断面を有するプリズムであってもよい。
【００２１】
いくつかの実施例では、微細構造４５の各々は、直線面４９及び丸みを帯びた先端部４７を有するプリズムであってもよい。いくつかの実施例では、微細構造４５は、プリズム間に平坦なランド領域３３を有してもよい。いくつかの実施例では、微細構造４５は、光を、水平方向、例えば、ディスプレイ軸に対して実質的に垂直な平面に向かって優先的に反射及び／又は屈折させるように構成してもよい。いくつかの実施例では、微細構造４５は、所望の幅の空間及び出力光分布の均一性をカバーするように制御パラメータを用いて成形することができる。いくつかの実施例では、各微細構造４５の断面は、実質的に滑らかな表面３９から丸みを帯びた先端部４７まで、ディスプレイ軸に実質的に平行に延びてもよい。いくつかの実施例では、微細構造４５は、光を屈折させ、内部全反射によって光を反射するハイブリッドレンズ形状断面を有するプリズムであってもよい。
【００２２】
レンズ状ディフューザ３４、３５は任意の好適な厚さであってよく、また任意の好適な材料から作製することができる。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５の微細構造４４、４５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することができる。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、レンズ状ディフューザ３４、３５は、入射光の望ましくない散乱を回避するように、光学的に透過性であってよく、又は低いヘイズ及び高い透明度を有してよい。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５の微細構造４４、４５を形成する材料は、十分に広い角度範囲にわたって反射及び／又は屈折を促進するために、約１．４５〜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、所望の高屈折率を得るために、特に好適な材料は、米国特許第７，８３３，６６２号に記載されるように、Ｚｒ粒子を含有する紫外線硬化性複合材料である。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５の材料、寸法、又は両方を、可撓性フィルムを製造するように選択してもよい。
【００２３】
微細構造４４、４５は、任意の適切なサイズであってもよい。微細構造４４のピッチは、２つの連続した溝４２の谷から測定することができる。滑らかな表面３８上の微細構造４４の全体的な配置構成では、任意の好適なピッチを有してよく、また、隣接した微細構造同士の間にランド（平坦な領域（図示せず））を有しても有さなくてもよい。隣接する微細構造間に平坦なランド３３が含まれる場合、微細構造４５のピッチは、２つの連続した溝４３の平坦なランド３３の終点から測定してもよい。滑らかな表面３９上の微細構造４５の全体的な配置構成では、隣接する微細構造間に任意の好適なピッチを有することができる。いくつかの実施例では、微細構造４４、４５は、ミリメートル又はマイクロメートルスケールであってもよく、例えば、微細構造４４、４５のピッチは、約１５マイクロメートル〜２００マイクロメートルであってもよい。微細構造４４、４５のピッチ又はサイズは、レンズ状ディフューザ３４、３５の構造化表面４０、４１の全て又は一部に関して、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４４、４５は全て、実質的に同一（例えば、同一若しくはほぼ同一）であってもよく、又は異なる形状若しくはサイズである微細構造の組み合わせを含んでもよい。
【００２４】
微細構造４４、４５、より一般には、構造化表面４０、４１は、微細複製工程などの任意の好適な工程を通して形成することができる。例えば、滑らかな表面３８、３９は、カッティング（フライカッティング、ねじ切り、ダイヤモンドターニングなど）によって、又は所望の構造の陰型を画定する表面を有する好適なツールに対して適合性のある、硬化性若しくは硬質化性の材料を加圧成形することによって形成することができる。例えば、微細構造４４、４５は、例えば、次のパラメータ：ピッチ（ｐ）、側壁底角（α１及びα２）、側壁の曲率半径、先端半径（Ｒｔｉｐ）、谷半径、平坦なランド幅（ｗ）、フィルフラクション（ｐ−ｗ）／ｐ、アスペクト比（ｈ／（ｐ−ｗ））、及び／又は先端フラクション（Ｒｔｉｐ／ｐ）を含み得るプリズム設計ツールによって形成してもよい。いくつかの実施例では、フィルフラクションは、約０．６〜約０．９５又は約０．８〜約０．９である。いくつかの実施例では、α１及びα２は、約７５度〜約８０度、又は約７７度〜約７９度である。いくつかの実施例では、側壁底角、先端半径、及び他の作製変化量の任意の組み合わせについて、フィルフラクションは、輝度プロファイルにおける変調（平坦さの欠如）を補償するように調整することができる。いくつかの実施例では、Ｒｔｉｐは、約２μｍ以下、又は約１μｍ以下である。いくつかの実施例では、先端フラクションは、約０．１未満又は約０．０３５未満である。いくつかの実施例では、アスペクト比は、約１．８〜約２．５である。
【００２５】
いくつかの実施例では、プリズム設計ツールパラメータを変化させて、所望の光出力分布を有する構造化表面４０、４１、例えば、好適に幅広かつ滑らかな出力光分布を提供することができる。いくつかの実施例では、微細構造形成プロセスは、マルチパラメータ探索及び最適化メトリック、例えば、半値全幅又は半値半幅を確立すること、及び所望の光出力分布を実現するために極視野角に対する輝度の二次導関数を変化させることなどを用いて自動化してもよい。レンズ状ディフューザ３４、３５を形成する他の処理もまた可能であり、例えば、電気めっき、レーザ切削、若しくはエッチングしたツールを用いる注型硬化、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との併用、又は更に直接機械加工若しくはアディティブ式３次元印刷法が挙げられる。その後、材料を（例えば、紫外光などの光への露出によって）硬質化又は硬化させ、所望の微細構造４４、４５を有する構造化表面４０、４１を残してもよい。
【００２６】
いくつかの実施例では、構造化表面４０、４１は、複数の実質的に平行な溝４２、４３を画定してもよい。いくつかの実施例では、溝４２、４３の各々は、線形溝であってもよく、すなわち、溝４２、４３は、実質的に同一（例えば、同一又はほぼ同一）の断面形状を有するディスプレイ軸５２に対して実質的に垂直な平面に沿って延びてもよい（例えば、図１Ａ及び図１Ｂの断面図に示すように、ページの内外の平面に沿って延びる）。その他の実施例では、溝４２、４３は、ページに平行な平面に沿って延びる線形溝であってもよい（図１Ａ及び図１Ｂには示されていない）。いくつかの実施例では、溝４２、４３は、任意の好適な厚さであってもよい。
【００２７】
いくつかの実施例では、溝４２、４３は、レンズ状ディフューザ３４、３５が実質的に滑らかな表面３６、３７を含み得るように、材料で完全に充填してもよい。いくつかの実施例では、溝４２、４３内の材料が構造化表面４０、４１の少なくとも一部分に隣接するように、溝４２、４３は、材料で部分的に充填してもよい。いくつかの実施例では、溝４２、４３内の材料は、任意の好適な材料であってもよい。例えば、溝４２、４３内の材料は、低屈折率材料、空気、光学接着剤、シリコーン、フッ素化ポリマー及びコポリマー、ナノボイド空気混入超低屈折率材料などであってもよい。その他の実施例では、溝４２、４３内の材料は、２つ以上の材料、例えば、空気及び光学接着剤などを含んでもよい。
【００２８】
いくつかの実施例では、溝４２、４３内の材料は、微細構造４４、４５の材料の屈折率よりも低い屈折率を有してもよい。いくつかの実施例では、材料充填溝４２、４３は、十分に広い角度範囲にわたって内部全反射を促進するために、約１．３〜約１．５５などの、十分に低い屈折率を有してもよい。いくつかの実施例では、微細構造４４、４５を形成する材料の屈折率と材料充填溝４２、４３の屈折率との差は、０．０５〜０．６、又は約０．１〜０．３、又は約０．１５〜０．２５であってもよい。
【００２９】
光学システム１０、１１の水平出力分布は、視野角の関数としての輝度として記述することができる。視野角の関数としての輝度は、半値半幅（ＨＷＨＭ）、すなわち、輝度が最大輝度（例えば、軸上位置における輝度）の半分である、軸上位置のいずれかの側の視野角位置を有するものとして記述することができる。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５は、ＨＷＨＭが約±３０度未満の入力光ビームから約±４０度よりも大きいＨＷＨＭを提供するように構成してもよい。例えば、微細構造４４、４５の形状、サイズ、及びピッチは、ＨＷＨＭが約±３０度未満の入力光ビームから約±４０度よりも大きいＨＷＨＭを提供するように選択してもよい。その他の実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５は、ＨＷＨＭが約±２０度未満の入力光ビームから約±５０度よりも大きいＨＷＨＭを提供するように構成してもよい。例えば、微細構造４４、４５の形状、サイズ、及びピッチは、ＨＷＨＭが約±２０度未満の入力光ビームから約±５０度よりも大きいＨＷＨＭを提供するように選択してもよい。
【００３０】
視野角の関数としての輝度はまた、最大の８０％での半幅（ＨＷ８０）、すなわち、輝度が最大輝度（例えば、軸上位置における輝度）の８０％である、軸上位置のいずれかの側の視野角位置を有するものとして記述することができる。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５は、ＨＷＨＭが約±３０度未満の入力光ビームから約±３５度よりも大きいＨＷ８０を提供するように構成してもよい。例えば、微細構造４４、４５の形状、サイズ、及びピッチは、ＨＷＨＭが約±３０度未満の入力光ビームから約±３５度よりも大きいＨＷ８０を提供するように選択してもよい。その他の実施例では、レンズ状ディフューザ３４、３５は、ＨＷＨＭが約±２０度未満の入力光ビームから約±４０度よりも大きいＨＷ８０を提供するように構成してもよい。例えば、微細構造４４、４５の形状、サイズ、及びピッチは、ＨＷＨＭが約±２０度未満の入力光ビームから約±４０度よりも大きいＨＷ８０を提供するように選択してもよい。
【００３１】
いくつかの実施例では、転向フィルム１４は、実質的に滑らかな表面１６（例えば、構造化されていない）及び構造化表面１８を含むことができる。いくつかの実施例では、実質的に滑らかな表面１８は、実質的に滑らかな表面１６に対して実質的に垂直に延びるディスプレイ軸５２を画定してもよい。いくつかの実施例では、構造化表面１８は、頂点２６で交差する第１の側面２４及び第２の側面２８を各々有する複数の微細構造１９を含んでもよい。その他の実施例では、構造化表面１８は、３つ以上の表面、例えば、多面微細構造を含んでもよい。いくつかの実施例では、構造化表面１８の微細構造１９は、溝２２を画定してもよい。いくつかの実施例では、溝２２は実質的に平行であってもよい。いくつかの実施例では、転向フィルム１４は、バックライトガイド１２に光学的に結合してもよい。いくつかの実施例では、転向フィルム１４は、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光を出力してもよい。
【００３２】
いくつかの実施例では、転向フィルム１４は、バックライトガイド１２から実質的にコリメートされた光（例えば、光線５４）を受光し、第１の平面方向に実質的にコリメートされた光（例えば、光線５６）を出力するように構成してもよい。例えば、転向フィルム１４は、転向フィルムタイプの導光板、又は楔形若しくは疑似楔形導光板などから出力される実質的にコリメートされた光を受光してもよい。
【００３３】
いくつかの実施例では、実質的に滑らかな表面１６は全ての実施形態において完全に滑らかである必要はなく、その表面が微細構造を含まない（例えば、非構造化表面）限りは、実質的に滑らかな表面であると認めることができる。例えば、実質的に滑らかな表面１６の表面上に、ウェットアウト防止又は防眩のビードコーティングが含まれて又は組み込まれていてよく、そのような表面は、やはり実質的に滑らかと見なすことができる。換言すれば、滑らかという用語は、表面が粗くない又は完全に平坦であるという意味では使用されないが、代わりに、表面が構造化されていないことを示すために使用される。
【００３４】
いくつかの実施例では、構造化表面１８は、プリズム状微細構造１９を含んでもよい。その他の実施例では、構造化表面１８は、２つ以上の微細構造１９、例えば、角微細構造、多面微細構造などを含んでもよい。いくつかの実施例では、微細構造１９の各々は、線形微細構造であってもよく、すなわち、微細構造１９は、実質的に同一（例えば、同一又はほぼ同一）の断面形状を有するディスプレイ軸５２に対して垂直な平面に沿って延びてもよい（例えば、図１Ａ及び図１Ｂの断面図に示すように、ページの内外の軸方向に延びる）。その他の実施例では、微細構造４４は、ページに平行な平面内に延びる線形微細構造であってもよい（図１Ａ及び図１Ｂには示されていない）。
【００３５】
いくつかの実施例では、微細構造１９の各々は、第１の側面２４及び第２の側面２８を有してもよい。いくつかの実施例では、第１の側面２４及び第２の側面２８は、類似していてもよい。例えば、第１の側面２４及び第２の側面２８の各々は、単一のストレートファセット、湾曲したファセットなどを有してもよい。その他の実施例では、第１の側面２４及び第２の側面２８は、類似していなくてもよい。例えば、第１の側面２４及び第２の側面２８の各々は、異なる数のファセットを有してもよく、又は多面的などであってもよい。その他の実施例では、第１の側面２４又は第２の側面２８は、実質的に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ために、湾曲又は弓状であってもよい。その意味では、第１の側面２４は、第１の方向に光を優先的に反射してもよく、第２の側面２８は、第２の方向に光を優先的に反射してもよい。構造化表面１８上の微細構造１９の全体的な配置構成では、任意の好適なピッチを有してよく、また、隣接した微細構造同士の間にランド（平坦な領域（図示せず））を有しても有さなくてもよい。いくつかの実施例では、微細構造１８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、互いに直接隣接していてもよい。
【００３６】
微細構造１９は、任意の適切なサイズであってもよい。いくつかの実施例では、微細構造１９は、ミリメートル又はマイクロメートルスケールであってもよく、例えば、微細構造１９のピッチは、約１０〜約２００マイクロメートル、又は約１０〜約１００マイクロメートルであってもよい。非対称微細構造１９のピッチ又はサイズは、転向フィルム１４の構造化表面１８の全て又は一部に関して、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１９は全て、実質的に同一（例えば、同一若しくはほぼ同一）であってもよく、又は異なる形状若しくはサイズである微細構造の組み合わせを含んでもよい。
【００３７】
転向フィルム１４は任意の好適な厚さであってよく、また任意の好適な材料から作製することができる。いくつかの実施例では、転向フィルム１４の微細構造１９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することができる。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、転向フィルム１４は、入射光の望ましくない散乱を回避するように、光学的に透過性であってよいか、又は低いヘイズ及び高い透明度を有してよい。いくつかの実施例では、転向フィルム１４の微細構造１９を形成する材料は、十分に広い角度範囲にて内部全反射を促進するために、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、転向フィルム１４の材料、寸法、又はその両方を、可撓性のフィルムを製造するように選択してもよい。いくつかの実施例では、転向フィルム１４の微細構造に有用な材料は、米国特許第９，３６０，５９２号に記載されているものである。
【００３８】
微細構造１９、より一般には、構造化表面１８は、微細複製工程などの任意の好適な工程を通して形成することができる。例えば、構造化表面１８は、カッティング（フライカッティング、ねじ切り、ダイヤモンドターニングなど）によって、又は所望の構造のネガティブを画定する表面を有する好適なツールに対して適合性があるが硬化性若しくは硬質化性の材料を加圧成形することによって、形成することができる。その後、材料を（例えば、紫外光などの光への露出によって）硬質化又は硬化させ、所望の微細構造１９を有する構造化表面１８を残してもよい。転向フィルム１４を形成する他の処理もまた可能であり、例えば、電気めっき、レーザ切削、若しくはエッチングしたツールを用いる注型硬化、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との併用、又は更に直接機械加工若しくはアディティブ式３次元印刷法が挙げられる。
【００３９】
いくつかの実施例では、バックライトガイド１２は、任意の好適な光源のうちの１つ以上又は光源の組み合わせ（図示せず）を含んでもよい。いくつかの実施例では、光源は、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、光源は、各々が、単一光源を含んでもよく、又は複数の光源（例えば、一列の又は一連の光源）を含んでもよい。いくつかの実施例では、光源は、冷陰極蛍光灯（cold cathode fluorescent light、ＣＣＦＬ）又は白熱光源を含んでもよい。光源、及び任意の対応する射出、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提供してもよい。
【００４０】
いくつかの実施例では、バックライトガイド１２は、実質的にコリメートされた光を出力するように構成してもよく、例えば、実質的にコリメートされた光出力は、約４０度未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する光出力を含むことができる。例えば、バックライトガイド１２は、光が高角度で下方導光方向にディスプレイ軸５２に沿ってバックライトガイド１２から出力され得るように、緩やかな内部全反射によって光を抽出するための楔形導光板を含む転向フィルム導光板を含んでもよい。別の例として、バックライトガイド１２は、抽出された光がバックライトガイド１２から下方導光方向に実質的に平行なディスプレイ軸５２に対して高角度でコリメートされ得るように、緩やかに内部全反射するための浅い傾斜抽出体形状を有する、平坦導光板を含む疑似楔形導光板を含んでもよい。このような実施例では、そのような抽出体の密度及び面積率（すなわち、バックライトガイドの全表面積に対する抽出体の表面積）は、光を均一に放出し、バックライトガイド１４からその長さに沿って光を実質的に抽出するように配置してもよい。加えて、このような実施例では、バックライトガイド１２は、伝搬光を散乱させるために、光伝播方向に沿った一方の側にレンズ状及び／又はプリズム状の溝又は構造体を含んでもよく、ソース画像アーチファクトを切断してもよく、又はクロス導光方向に光を実質的にコリメートしてもよい（すなわち、光は、下方導光及びクロス導光方向の両方に実質的にコリメートすることができる）。
【００４１】
いくつかの実施例では、基材３０は、転向フィルム１４とレンズ状ディフューザ３４、３５との間に配設してもよい。いくつかの実施例では、光学システム１０は、基材３０を含まなくてもよく、例えば、転向フィルム１４は、レンズ状ディフューザ３４、３５に直接隣接し、レンズ状ディフューザ３４、３５に光学的に結合してもよい。いくつかの実施例では、基材３０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、転向フィルム１４及びレンズ状ディフューザ３４、３５は、基材３０の反対側に配設され、基板３０の反対側に光学的に結合してもよい。その他の実施例では、転向フィルム１４及びレンズ状ディフューザ３４、３５は、２つの別個の基材上に配設され、２つの別個の基材に光学的に結合してもよく、２つの基材は、一緒に積層されるか、又は別の方法で光学的に結合される。
【００４２】
いくつかの実施例では、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５０は、レンズ状ディフューザ３４、３５に隣接して配設してもよい。いくつかの実施例では、ＬＣＤ５０は、レンズ状ディフューザ３４、３５に隣接して配設され、レンズ状ディフューザ３４、３５に光学的に結合してもよい。いくつかの実施例では、他の層（図示せず）は、ＬＣＤ５０とレンズ状ディフューザ３４、３５との間に配設してもよく、各層は、隣接する層各々に光学的に結合されている。他の層としては、例えば、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を挙げることができる。
【００４３】
いくつかの実施例では、光学システム１０、１１は、車両に搭載してもよい。例えば、車両ディスプレイシステムは、バックライトガイド１２、転向フィルム１４、レンズ状ディフューザ３４、３５、及びＬＣＤ５０を含んでもよい。その他の実施例では、車両ディスプレイシステムは、転向フィルム１４と、レンズ状ディフューザ３４、３５とを含んでもよい。
【００４４】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄは、ＹＺ平面（図２Ａ及び図２Ｃ）並びにＸＺ平面（図２Ｂ及び図２Ｄ）における例示的な光学システム２０、２１の概念的かつ概略的な横断面図である。図２Ａ及び図２Ｂの光学システム２０は、図１Ａの光学システム１０と実質的に同一であってもよく、図１Ａに関する上述の要素の説明を組み込む。図２Ｂ及び図２Ｃの光学システム２１は、図１Ｂの光学システム１１と実質的に同一であってもよく、図１Ｂに関する上述の要素の説明を組み込む。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄの例では、光学システム２０、２１は、バックライトガイド１２、転向フィルム１４、基材３０、レンズ状ディフューザ３４、３５、及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５０を含むことができる。
【００４５】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄに示すように、光学システム２０、２１は、ＸＹ平面内に配設してもよく、Ｘ軸は、光学システム２０、２１表面に対して水平な軸を表し、Ｙ軸は、光学システム２０、２１表面に対して垂直な軸を表し、Ｚ軸は、ディスプレイ垂線を表す。図２Ａ及び図２Ｃに示すように、転向フィルム１４の溝２２は、ＹＺ平面に対して実質的に垂直に（すなわち、Ｘ軸に対して実質的に平行に）配設してもよい。図２Ｂ及び図２Ｄに示すように、レンズ状ディフューザ３４、３５の溝４２、４３は、ＸＺ平面に対して実質的に垂直に（すなわち、Ｙ軸に対して実質的に平行に）配設してもよい。いくつかの実施例では、転向フィルム１４の溝２２は、レンズ状ディフューザ３４、３５の溝４２、４３に対して実質的に垂直であってもよい。
【００４６】
いくつかの実施例では、転向フィルム１４は、ＹＺ平面方向にコリメートされた光を出力することができる。いくつかの実施例では、レンズ状ディフューザ３４は、転向フィルム１４からのコリメートされた光を、Ｚ軸からＸ軸平面に向かって反射又は屈折させる。いくつかの実施例では、転向フィルム１４の溝２２に対するレンズ状ディフューザ３４、３５の溝４２、４３の位置により、ディスプレイ表面に対して水平方向に光を拡散することができる。
【００４７】
本開示による例示的なＬＣＦ及びそれを含む光学システムを、以下の非限定的な実施例によって例示する。
【実施例】
【００４８】
本発明の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例に記載された特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に制限するものと解釈されるべきではない。
【００４９】
実施例１
図３は、例示的な光学システム６０の概念的かつ概略的な横断面図である。図３の実施例では、光学システムは、転向フィルム６２と、屈折レンズ状ディフューザ６６と、ＬＣＤ８２とを含み得る光学システム６０を含んでもよい。転向フィルム６２及びＬＣＤ８２は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂと併せて図示されるようなものであり、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに図示されるような特徴を含んでもよい。
【００５０】
屈折レンズ状ディフューザ６６は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂのレンズ状ディフューザ３４と併せて図示されるようなものであってもよく、屈折レンズ状ディフューザ６６が、反射屈折構造ではない屈折構造であることを除いて、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに図示される特徴を含んでもよい。図３に示すように、屈折レンズ状ディフューザ６６は、実質的に滑らかな表面７２と、弓状又は部分的な円筒断面形状を有する微細構造７４を画定する第１の材料７８と、構造化表面７０に隣接する第２の材料８０とを含んでもよい。図３の実施例では、微細構造１１４は、次のパラメータ：ピッチ、側壁底角、側壁の曲率半径、先端半径、谷半径、及び平坦部（構造の端部）を含んだプリズム設計ツールで形成された。これらのパラメータを変更して、所望の光出力分布を得た。図３に示すように、光学システム６０は、ディスプレイ表面の中心に対して実質的に垂直なディスプレイ軸８４を有してもよい。図３の実施例では、第１の材料７８は、１．５６の屈折率を有し、第２の材料８０は、１．００の屈折率を有する空気であり、レンズ状ディフューザ６６の実質的に滑らかな表面７２は、転向フィルム６２の実質的に滑らかな表面６４に隣接していた。
【００５１】
図４は、図３の例示的な光学システム６０の視野角の関数として輝度を示すチャート９０である。輝度は、ディスプレイ軸８４からの視野角の関数として測定され、ゼロ度は、ディスプレイ軸８４との平行な整列を表し（例えば、ディスプレイ表面を正面から見る）、±９０度は、ディスプレイ軸８４との垂直な整列を表す（例えば、ディスプレイ表面を横から見る）。曲線９２は、光学システム６０が、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力ビームから約±２０度未満のＨＷＨＭを提供したことを示す（すなわち、輝度は、約±２０度未満の視野角で最大輝度の半分未満に減少する）。
【００５２】
実施例２
図５は、例示的な光学システム１００の概念的かつ概略的な横断面図である。図５の実施例では、光学システム１００は、転向フィルム１０２と、ハイブリッドレンズ状ディフューザ１０６と、ＬＣＤ１２２とを含んでもよい。転向フィルム１０２及びＬＣＤ１２２は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂと併せて図示されるようなものであり、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに図示されるような特徴を含んでもよい。
【００５３】
ハイブリッドレンズ状ディフューザ１０６は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂと併せて図示されるようなものであり、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに図示される特徴を含んでもよい。図５に示すように、ハイブリッドレンズ状ディフューザ１０６は、実質的に滑らかな表面１１２と、弓状断面形状を有する微細構造１１４を画定する第１の材料１１８と、構造化表面１１０に隣接する第２の材料１２０とを含んでもよい。図５の実施例では、微細構造１１４は、次のパラメータ：ピッチ、側壁底角、側壁の曲率半径、先端半径、谷半径、及び平坦部（構造の端部）を含んだプリズム設計ツールで形成された。これらのパラメータを変更して、所望の光出力分布を得た。図５に示すように、光学システム１００は、ディスプレイ表面の中心に対して実質的に垂直なディスプレイ軸１２４を有してもよい。図５の実施例では、第１の材料１１８は、１．５０の屈折率を有し、第２の材料１２０は、１．００の屈折率を有する空気であり、ハイブリッドレンズ状ディフューザ１０６の実質的に滑らかな表面１１２は、転向フィルム１０２の実質的に滑らかな表面１０４に隣接していた。
【００５４】
図６は、図５の例示的な光学システム１００の視野角の関数として輝度を示すチャート１３０である。輝度は、ディスプレイ軸１２４からの視野角の関数として測定され、ゼロ度は、ディスプレイ軸１２４との平行な整列を表し（例えば、ディスプレイ表面を正面から見る）、±９０度は、ディスプレイ軸１２４との垂直な整列を表す（例えば、ディスプレイ表面を横から見る）。曲線１３２は、光学システム１００が、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力ビームから約±６０度超のＨＷＨＭを提供したことを示す（すなわち、輝度は、約±６０度よりも大きい視野角で最大輝度の半分に減少する）。
【００５５】
実施例３
図７は、例示的な光学システム１４０の概念的かつ概略的な横断面図である。図７の実施例では、光学システム１４０は、転向フィルム１４２と、屈折レンズ状ディフューザ１４６と、ＬＣＤ１６２とを含んでもよい。転向フィルム１４２及びＬＣＤ１６２は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂと併せて図示されるようなものであり、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに図示されるような特徴を含んでもよい。
【００５６】
屈折レンズ状ディフューザ１４６は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂと併せて図示されるようなものであってもよく、屈折レンズ状ディフューザ１４６が、反射屈折構造ではない屈折構造であることを除いて、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに図示される特徴を含んでもよい。図７に示すように、屈折レンズ状ディフューザ１４６は、実質的に滑らかな表面１５２と、弓状断面形状を有する微細構造１５４を画定する第１の材料１５８と、構造化表面１５０に隣接する第２の材料１６０とを含んでもよい。図７の実施例では、微細構造１５４は、次のパラメータ：ピッチ、側壁底角、側壁の曲率半径、先端半径、谷半径、及び平坦部（構造の端部）を含んだプリズム設計ツールで形成された。これらのパラメータを変更して、所望の光出力分布を得た。図７に示すように、光学システム１４０は、ディスプレイ表面の中心に対して実質的に垂直なディスプレイ軸１６４を有してもよい。図７の実施例では、第１の材料１５８は、１．５６の屈折率を有し、第２の材料１６０は、１．００の屈折率を有する空気であり、屈折レンズ状ディフューザ１４６の実質的に滑らかな表面１５２は、ＬＣＤ１６２に隣接していた。
【００５７】
図８は、図７の例示的な光学システム１４０の視野角の関数として輝度を示すチャート１７０である。輝度は、ディスプレイ軸１６４からの視野角の関数として測定され、ゼロ度は、ディスプレイ軸１６４との平行な整列を表し（例えば、ディスプレイ表面を正面から見る）、±９０度は、ディスプレイ軸１６４との垂直な整列を表す（例えば、ディスプレイ表面を横から見る）。曲線１７２は、光学システム１４０が、半値半幅（ＨＷＨＭ）が約±２０度未満の入力ビームから約±５０度超のＨＷＨＭを提供したことを示す（すなわち、輝度は、約±５０度よりも大きい視野角で最大輝度の半分に減少する）。
【００５８】
実施例４
図９は、例示的な光学システム１８０の概念的かつ概略的な横断面図である。図９の実施例では、光学システム１８０は、転向フィルム１８２と、ハイブリッドレンズ状ディフューザ１８６と、及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２０２とを含んでもよい。転向フィルム１８２及びＬＣＤ２０２は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂと併せて図示されるようなものであり、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに図示されるような特徴を含んでもよい。
【００５９】
ハイブリッドレンズ状ディフューザ１８６は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂと併せて図示されるようなものであり、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに図示される特徴を含んでもよい。図９に示すように、ハイブリッドレンズ状ディフューザ１８６は、実質的に滑らかな表面１９２と、弓状断面形状を有する微細構造１９０を画定する第１の材料１９８と、構造化表面１９６に隣接する第２の材料２００とを含んでもよい。図９の実施例では、微細構造１９０は、次のパラメータ：ピッチ（ｐ）、側壁底角（α１及びα２）、側壁の曲率半径（Ｒｆａｃｅｔ１及びＲｆａｃｅｔ２）、先端半径（Ｒｔｉｐ）、谷半径（Ｒｖａｌｌｅｙ）、及び平坦端部幅（ｗ）を含んだプリズム設計ツールで形成された。プリズム設計ツールパラメータを変更して、表１に示すように、所望の光出力分布を得た。
【表１】
2020504846.tif 000003
【００６０】
図９に示すように、光学システム１８０は、ディスプレイ表面の中心に対して実質的に垂直なディスプレイ軸２０４を有してもよい。図９の実施例では、屈折率が１．６４、１．６７、及び１．７の第１の材料１９８、並びにそれぞれの屈折率が１．４４、１．４９、及び１．５０の第２の材料２００を含む、３対の第１の材料１９８及び第２の材料２００を分析した。図９の実施例では、微細構造１９０は、転向フィルム１８２の実質的に滑らかな表面１８４上に埋め込まれていた。
【００６１】
図１０は、図９の例示的な光学システム１８０の視野角の関数として輝度を示すチャートである。輝度は、ディスプレイ軸２０４からの視野角の関数として測定され、ゼロ度は、ディスプレイ軸２０４との平行な整列を表し（例えば、ディスプレイ表面を正面から見る）、±９０度は、ディスプレイ軸２０４との垂直な整列を表す（例えば、ディスプレイ表面を横から見る）。曲線２１２、２１４、２１６は、光学システム１８６の視野角の関数としての輝度を示す。曲線２１２は、１．６７の屈折率を有する第１の材料１９８と１．４９の屈折率を有する第２の材料２００との対に対応する。曲線２１４は、１．７の屈折率を有する第１の材料１９８と１．５の屈折率を有する第２の材料２００との対に対応する。曲線２１６は、１．６４の屈折率を有する第１の材料１９８と１．４４の屈折率を有する第２の材料２００との対に対応する。曲線２１２、２１４、２１６は、光学システム１８０が、半値半幅（ＨＷＨＭ）が±２０度未満の入力ビームから約±５０度超のＨＷＨＭを提供したことを示す（すなわち、輝度は、約±５０度よりも大きい視野角で最大輝度の半分に減少する）。
【００６２】
実施例５
図１１は、例示的な光学システム２２０の概念的かつ概略的な横断面図である。図１１の実施例では、光学システム２２０は、転向フィルム２２２と、ハイブリッドレンズ状ディフューザ２２４と、及びＬＣＤ２２６とを含んでもよい。転向フィルム２２２及びＬＣＤ２２６は、図１Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄと併せて図示されるようなものであり、図１Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄに図示されるような特徴を含んでもよい。
【００６３】
レンズ状ディフューザ２２４は、図１Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄと併せて図示してもよく、図１Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄに図示されるような特徴を含んでもよい。図１１に示すように、レンズ状ディフューザ２２４は、実質的に滑らかな表面２２８と、２つの平坦面プリズム及び隣接する平坦なランド領域断面形状を有する微細構造２３２を画定する第１の材料２３０と、構造化表面２３６に隣接する第２の材料２３４とを含んでもよい。図１１の実施例では、微細構造２３２は、次のパラメータ：ピッチ（ｐ）、側壁底角（α１及びα２）、先端半径（Ｒｔｉｐ）、ランド幅（ｗ）、フィルフラクション（ｐ−ｗ）／ｐ、アスペクト比（ｈ／（ｐ−ｗ））、及び先端フラクション（Ｒｔｉｐ／ｐ）をモデル化した光線追跡ソフトウェアを使用してシミュレーションした。これらのパラメータを変更して、表２に示すように、所望の光出力分布（目標幅）のセットを得た。例えば、モデリングにより、−３５度〜＋３５度の平坦なピークを有するプロファイルに関しては、好ましいプリズム設計は、表２の第１行目に示されるようなものであることが予測された。表２の変更されたパラメータからの最適化された輝度プロファイルデータ出力を表３に示す。
【表２】
2020504846.tif 000004
【表３】
2020504846.tif 000005
【００６４】
図１１に示すように、光学システム２２０は、ディスプレイ表面の中心に対して実質的に垂直なディスプレイ軸２３８を有してもよい。この実施例のシミュレーションでは、第１の材料２３０は、１．６８１の屈折率及び１ｍｍ当たり０．０１０４の吸収係数を有し、第２の材料２３４は、１．４８６の屈折率を有する充填材料であり、ハイブリッドレンズ状ディフューザ２２４の実質的に滑らかな表面２２８は、転向フィルムの実質的に滑らかな表面２４０に隣接していた。
【００６５】
図１２は、この実施例のレンズ状ディフューザ構造を設計した結果を示すチャートであり、ピークの明るさのロールオフが９０％で測定したときに、輝度プロファイルにおいて３５〜５０度の範囲に様々な幅の平坦な上部を有することを示すチャートである。図１２の基準「ＲＥＦ」は、比較的平坦な上部及び±４０度の目標幅を有する所望の輝度プロファイルを描く。図１２は、３５〜４０度、又は更には５０度までの範囲に比較的平坦な上部の輝度プロファイルを有するように、実施例５のレンズ状ディフューザ構造を設計することが可能であることを示す。５０度よりも大きい目標幅を有する輝度プロファイルは、輝度プロファイルの平坦な上部で強い変調を呈する。
【００６６】
実施例６−レンズ状ディフューザ２２４−フィルフラクションによる水平角輝度プロファイルの変調
場合によっては、もともとは平坦である上部に発生し得る変調を低減又は排除することが望ましい場合がある。このことにより、変調を減じ、さほど平坦ではないが、より均一にロールオフする傾向がある、パターンの中心に明るさのピークを有する上部を生じやすくなる。α１及びα２が７８度（図１３）／７７度（図１４）、０．７５μｍのＲｔｉｐ、及び２９．０μｍのｐを有するハイブリッドレンズ状ディフューザ２２４では、フィルフラクション（（ｐ−ｗ）／ｐ）を調整することによって、比較的平坦な上部の輝度プロファイルを得ることができる。
【００６７】
図１３及び図１４は、２つの異なる側壁底角に対して０．６２〜０．８４でフィルフラクションを変化させることによる輝度プロファイルを示す。図１３及び図１４の基準「ＲＥＦ」は、比較的平坦な上部及び±４０度の目標幅を有する所望の輝度プロファイルを描く。比較的平坦な上部を有する輝度プロファイルをもたらすフィルフラクション範囲は、０．７５〜０．９０である。比較的平坦な上部を有する所望の輝度プロファイルをもたらすフィルフラクション範囲は、０．８０〜０．８７である。
【００６８】
実施例７−レンズ状ディフューザ２２４−先端フラクションによる輝度プロファイルの変調
加えて、実施例６と同様に、もともとは平坦である上部に発生し得る変調を低減又は排除することが望ましい場合がある。このことにより、変調を減じ、さほど平坦ではないが、より均一にロールオフする傾向がある、パターンの中心に明るさのピークを有する上部を生じやすくなる。これはまた、先端フラクションを調整し、それによって光学システム内の反射光及び屈折光の程度を調整することによって達成することができる。この実施例では、レンズ状ディフューザ２２４は、７８度のα１及びα２を有し、０．８２のフィルフラクション及び２９．０μｍのピッチを有する。
【００６９】
図１５は、１ミクロン未満の先端半径の場合、ピッチは、２９．０μｍであり、Ｒｔｉｐの変化の影響は、小さいことを示す。２μｍよりも大きいＲｔｉｐの場合、この先端半径は、上部の変調を大幅に増加させるように思える。図１５の基準「ＲＥＦ」は、比較的平坦な上部及び±４０度の目標幅を有する所望の輝度プロファイルを描く。比較的平坦な上部を有する所望の輝度プロファイルをもたらすＲｔｉｐ範囲は、０μｍ〜約１μｍである。比較的平坦な上部を有する輝度プロファイルを得る先端フラクションは、０．１００未満である。比較的平坦な上部を有する所望の輝度プロファイルを得る先端フラクションは、０．０３５未満である。
【００７０】
実施例８−レンズ状ディフューザ２２４−側壁底角による輝度プロファイルの変調
図１６は、類似のハイブリッドレンズ状ディフューザ２２４の設計パラメータ及び可変の側壁底角を有する水平角輝度プロファイルを示す。各水平角輝度プロファイルは、各モデルに関連付けられた側壁底角７７．０、７８．０、７９．０、及び８０．０で図１６に表される。モデル化されたレンズ状ディフューザ２２４の他の設計パラメータとしては、０．０１７の先端フラクション、４４μｍのピッチ、及び０．８０のフィルフラクションが挙げられる。図１６の基準「ＲＥＦ」は、比較的平坦な上部及び±４０度の目標幅を有する所望の輝度プロファイルを描く。この実施例では、７８度の側壁底角を有する構造は、目標幅が約±４０度である最も比較的平坦な上部プロファイルを得る。
【００７１】
実施例９−作製されたレンズ状ディフューザからの輝度プロファイルの比較
Ａディフューザ、Ｂディフューザ、及びＣディフューザサンプルを、当該技術分野において周知の方法を使用して作製した微細複製ツールを用いて製造した。図１７〜図１９中の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像に示される幾何学的形状を有する、ツールからの３つのレンズ状ディフューザは、ＰＥＴフィルム上への高屈折率ＵＶ硬化性樹脂の微細複製によって作製した。各サンプルの設計パラメータを表４に示す。サンプルを、やはりＵＶ硬化性の市販の光学的に透明な接着剤（屈折率１．４７）でオーバーコートした。
【表４】
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【００７２】
Ａディフューザ、Ｂディフューザ、及びＣディフューザの各々を、Ｄｅｌｌ（Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能なＸＰＳ  １１  ＬＧバックライトの上部に配置した。このとき、バックライトの白色反射体を、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，ＵＳＡ）から市販されている反射フィルム（enhanced specular reflector）で置き換えた。反射フィルムは、バックライトのコリメーションを維持するのに役立つ。各サンプルのＬＣＤパネルは、Ｄｅｌｌ（Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から市販されているＸＰＳ１３デバイスからのＬＣＤパネルであった。
【００７３】
転向フィルムシステムからの光の角度分布は、転向フィルムシステムのためのＥｌｄｉｍ（Ｈｅｒｏｕｖｉｌｌｅ  Ｓａｉｎｔ  Ｃｌａｉｒ，Ｆｒａｎｃｅ）から入手可能なＬ８０コノスコープを使用して、上記のサンプルを用いて決定した。ディフューザがＤｅｌｌ  ＸＰＳ  １１  ＬＧバックライトの上部に配置された状態で測定を行った。このとき、ストック白色反射体を、コリメーション保存を補助するために３Ｍ反射フィルムで置き換えた。図２０は、レンズ状ディフューザの幾何学的形状を変化させることによって輝度分布を制御できることを示す。図２０のＡディフューザ及びＢディフューザは、比較的平坦な上部を有する輝度プロファイルを示す。図２０のＣディフューザは、平坦な上部のより大きな変調を伴う輝度プロファイルを示す。
【００７４】
本明細書中に引用している刊行物の完全な開示は、それぞれが個々に組み込まれたかのように、その全体が参照により組み込まれる。本発明に対する様々な改変及び変更が、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書に記載の例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されることを意図するものではなく、このような実施例及び実施形態は例としてのみ提示されており、本発明の範囲は、本明細書で以下の通り記載の特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図しているものと理解されたい。
【図１Ａ】
2020504846.tif 000007
【図１Ｂ】
2020504846.tif 000008
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2020504846.tif 000010
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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