JP2008521030A - 矩形底面プリズムを備えた構造化表面を有する光学フィルム - Google Patents

Abstract

複数のプリズム状構造体を含む構造化表面を有する光学フィルムを記載する。それぞれのプリズム状構造体は、第１の全体方向に沿って互いに対向して配置された少なくとも２つの長辺と第２の全体方向に沿って互いに対向して配置された少なくとも２つの短辺とを含む底面を有する。ボディーは、入射角が軸に対して第１の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光を第１の全体方向に沿って透過し、入射角が第１の所定角度範囲外にある場合、光を反射する。ボディーは、入射角が軸に対して第２の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光を第２の全体方向に沿って透過し、入射角が第２の所定角度範囲外にある場合、光を反射する。光学フィルムはさらに、構造化表面の光学特性とは異なる他の光学特性を有する基材部を含む。そのような光学フィルムを含むディスプレイデバイスをも開示する。

Description

本発明は、一般的には、光透過性光学フィルムに関し、特定的には、矩形底面プリズムを備えた光学フィルムに関する。

液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）デバイスなどのディスプレイデバイスは、たとえばテレビ、ハンドヘルドデバイス、ディジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、およびコンピューターモニターをはじめとするさまざまな用途で使用される。ＬＣＤは、伝統的な陰極線管（「ＣＲＴ」）ディスプレイよりも優れたいくつかの利点、たとえば重量、ユニットサイズ、および電力消費量の減少、さらには輝度の増大などを提供する。しかしながら、ＬＣＤパネルは、自己照明方式ではないので、バックライトアセンブリーまたは「バックライト」を必要とする。バックライトは、典型的には、略線状の光源（たとえば冷陰極蛍光管（「ＣＣＦＴ」））または発光ダイオード（「ＬＥＤ」）からの光を略平面状の出力になるように結合する。次に、平面状の出力は、結合されてＬＣＤパネルに送られる。

ＬＣＤの性能は、多くの場合、その輝度により判断される。ＬＣＤの輝度は、より多数のもしくはより高輝度の光源を用いることにより増大させることが可能である。大面積ディスプレイでは、光源に利用可能なスペースは外周と共に直接的に増加するが照明領域は外周の二乗で増加するので、多くの場合、輝度を保持するためにダイレクトライト型ＬＣＤバックライトを使用することが必要である。したがって、ＬＣＤテレビでは、典型的には、ライトガイド式エッジライト型ＬＣＤバックライトの代わりにダイレクトライト型バックライトが使用される。追加の光源および／またはより高輝度の光源は、より多くのエネルギーを消費する可能性があり、ディスプレイデバイスへの電力割当て量を減少させる能力に逆行する。ポータブルデバイスの場合、これは、バッテリー寿命の減少に関連しうる。また、ディスプレイデバイスに光源を追加すると、製品コストが増大する可能性があり、ときには、ディスプレイデバイスの信頼性の低下を招くこともある。

ＬＣＤデバイス内の利用可能な光を効率的に利用することにより（たとえば、ディスプレイデバイス内の利用可能な光の多くを好ましい目視軸に沿って方向付けることにより）、ＬＣＤの輝度を向上させることも可能である。たとえば、３Ｍコーポレーション（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）ブライトネス・エンハンスメント・フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）（「ＢＥＦ」）は、目視範囲外にバックライトから出射した光の一部分を実質的に目視軸に沿うように再方向付けするプリズム状表面構造体を有する。残りの光の少なくとも一部分は、ＢＥＦとバックライトの反射素子（たとえばそのバックリフレクター）との間で光の一部分を多重反射させることによりリサイクルされる。この結果、実質的に目視軸に沿った光利得が得られるとともに、ＬＣＤの照明の空間的均一性が改良される。したがって、たとえば、輝度が向上しかつ空間的均一性が改良されるので、ＢＥＦは有利である。バッテリー駆動式ポータブルデバイスの場合、このことは、実動時間が長くなることまたはバッテリーサイズが小さくなることさらにはディスプレイをより良好に目視できるようになることを意味しうる。

本開示は、軸と複数のプリズム状構造体を含む構造化表面とを有するボディーを含む光学フィルムに関する。ただし、それぞれのプリズム状構造体は、第１の全体方向に沿って互いに対向して配置された少なくとも２つの長辺と第２の全体方向に沿って互いに対向して配置された少なくとも２つの短辺とを含む底面を有する。ボディーは、入射角が軸に対して第１の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光の実質部分を第１の全体方向に沿って透過し、入射角が第１の所定角度範囲外にある場合、光の実質部分を反射する。ボディーはさらに、入射角が軸に対して第２の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光の実質部分を第２の全体方向に沿って透過し、入射角が第２の所定角度範囲外にある場合、光の実質部分を反射する。光学フィルムはさらに、構造化表面の光学特性とは異なる他の光学特性を有する基材部を含む。

本開示はまた、ウィンドウを有するケースと、ケース内に位置するバックライトと、バックライトとウィンドウとの間に位置する光学フィルムと、光学フィルムと光学ウインドウとの間に位置するライトバルブ構成体と、を含むディスプレイデバイスに関する。光学フィルムは、軸と複数のプリズム状構造体を含む構造化表面とを有するボディーを含み、それぞれのプリズム状構造体は、第１の全体方向に沿って互いに対向して配置された２つの長辺と第２の全体方向に沿って互いに対向して配置された２つの短辺とを含む底面を有する。ボディーは、入射角が軸に対して第１の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光の実質部分を第１の全体方向に沿って透過し、入射角が第１の所定角度範囲外にある場合、光の実質部分を反射する。ボディーはさらに、入射角が軸に対して第２の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光の実質部分を第２の全体方向に沿って透過し、入射角が第２の所定角度範囲外にある場合、光の実質部分を反射する。光学フィルムはさらに、構造化表面の光学特性とは異なる他の光学特性を有する基材部を含む。

いかにして本発明品を作製し使用するかが本発明の関係する技術分野の当業者にさらにわかりやすくなるように、図面を参照しながらその例示的な実施形態について以下で詳細に説明する。

本開示は、光源からの光の分布を制御するための、特定的には２つの異なる方向に沿って光の分布を制御するための光学フィルムに関する。本開示に係る光学フィルムは、ＬＣＤバックライト（たとえば、図１Ａ〜１Ｄに示されるＬＣＤバックライト）の光の分布を制御するのに有用でありうる。

図１Ａ〜１Ｄは、ＬＣＤで使用しうるバックライトのいくつかの例を示している。図１Ａは、バックライト２ａを示している。バックライト２ａは、バックライトの対向するサイドまたはエッジから光を提供する２つの光源４ａ、たとえば２つの冷陰極蛍光管（「ＣＣＦＴ」）と、光源４ａの近傍に配置されたランプリフレクター４ａ’と、略平面状のライトガイドとして示されているライトガイド３ａと、バックリフレクター３ａ’と、任意の好適な光学フィルムでありうる光学フィルム３ａ”と、を含む。図１Ｂは、単一光源４ｂたとえばＣＣＦＴと、光源４ｂの近傍に配置されたランプリフレクター４ｂ’と、楔形ライトガイドとして示されているライトガイド３ｂと、バックリフレクター３ｂ’と、任意の好適な光学フィルムでありうる光学フィルム３ｂ”と、を含むバックライト２ｂを示している。図１Ｃは、拡張光源４ｃを含むバックライト２ｃを示している。例示的な好適な拡張光源としては、表面発光型光源が挙げられる。図１Ｄは、３つ以上の細長い線光源（たとえばＣＣＦＴ）４ｄと、バックリフレクター５ａと、拡散プレート４ｄ’と、任意の好適な光学フィルムでありうる光学フィルム４ｄ”と、を含むバックライト２ｄの部分図を模式的に示している。

そのようなバックライトは、ＬＣＤデバイス（たとえばテレビ、モニターなど）のような種々のディスプレイデバイスで使用可能である。当業者であればわかるであろうが、ディスプレイデバイスは、ウィンドウを有するケースと、ケース内に位置するバックライトと、本開示に係る光学フィルムと、他の好適な光学フィルムと、光学フィルムと光学ウインドウとの間に位置するライトバルブ構成体たとえばＬＣＤパネルと、を含みうる。本開示に係る光学フィルムはまた、当業者に公知の任意の他の光源と組み合わせて使用可能であり、任意の他の好適な素子を含みうる。

図２Ａは、バックライト２ｅおよび本開示に係る光学フィルム６ａの断面図を示している。バックライト２ｅは、光源４ｅとライトガイド３ｃとバックリフレクター５ｂとを含みうる。光学フィルム６ａは、バックライト２ｅの上方に配置可能である。本開示に係る光学フィルム６ａは、構造化表面１０ａと基材部１２ａとを含むボディーを有する。光学フィルム６ａのボディーは、軸により特徴付けることが可能であり、いくつかの例示的な実施形態では、軸は、基材部１２ａに実質的に垂直であり、他の例示的な実施形態では、軸は、基材部１２ａに対して異なる角度をなす。

本開示の典型的な実施形態では、ボディー軸は、本開示に係る光学フィルムを組み込んで使用しうるディスプレイデバイスの目視方向と実質的に共線的である。構造化表面１０ａは、複数のプリズム状構造体８ａたとえば角錐状プリズムを含み、いくつかの例示的な実施形態では、プリズム状構造体は、矩形底面プリズムである。プリズム状構造体８ａは、互いに近接近した状態で、いくつかの例示的な実施形態では、互いに実質的に接触した状態またはすぐ隣接した状態で、構造化表面１０ａ上に配列される。しかしながら、他の例示的な実施形態では、光学フィルム６ａの利得が少なくとも約１．１であるならば、プリズム状構造体８ａは、互いに任意の好適な距離（たとえば約１０ミクロン以上）を隔てて配置可能である。

本開示の目的では、「利得」とは、本開示に従って構築された光学フィルムを有する光学系の軸方向出力輝度とそのような光学フィルムを有していない同一の光学系の軸方向出力輝度との比として定義されるものである。本開示の典型的な実施形態では、プリズム状構造体のサイズ、形状、および角度は、少なくとも約１．１の光利得を提供するように選択される。それに加えて、プリズム状構造体の間隔、サイズ、形状、および角度は、光の所望の出力分布に基づいて選択可能である。しかしながら、プリズム状構造体は、回折を引き起こすほど小さいものであってはならず、かつ肉眼で見えるほど大きいものであってはならない。後者は、典型的には、約１００ミクロンのサイズの構造体の場合に起こる。ダイレクトライト型バックライトで使用するのにとくに好適であるいくつかの例示的な実施形態では、本開示に係る光学フィルムがダイレクトライト型バックライトで使用される光源を目視者から見えなくするのを支援するように、プリズム状構造体の間隔、サイズ、形状、および角度を選択することが可能である。図２Ａに示される例示的な実施形態では、構造化表面１０ａは、基材部１２ａ上に配置される。当業者であればわかるであろうが、光学フィルム６ａは、バックライト２ｅから放出される光線の方向、場合により他の特性を変化させるために使用可能である。たとえば、本開示のいくつかの実施形態では、光学フィルム６ａのプリズム状構造体８ａを用いて光の角度広がりを制御することが可能である。

基材部１２ａは、構造化表面１０ａにより光を操作する方法とは異なる方法で基材部により光を操作するように、構造化表面１０ａの光学特性とは異なる他の光学特性を有する。そのような操作としては、本開示に係る光学フィルムに入射した光の偏光、拡散、または他の再方向付けが挙げられうる。これは、たとえば、そのような他の光学特性を有する光学フィルムを基材部中に組み込むことによりまたはそのような他の光学特性を付与するように基材部自体を構築することにより、達成可能である。そのような他の光学特性を有する例示的な好適なフィルムとしては、偏光フィルム、拡散フィルム、輝度向上フィルムたとえばＢＥＦ、方向変換フィルム、およびそれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。方向変換フィルムは、たとえば、逆プリズムフィルム（たとえば反転ＢＥＦ）または逆プリズムフィルムの方法に略類似した方法で光を再方向付けする他の構造でありうる。いくつかの例示的な実施形態では、基材部１２ａとしては、ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）デュアル輝度向上フィルム（「ＤＢＥＦ」）のような多層反射偏光子またはビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）拡散反射偏光フィルム（「ＤＲＰＦ」）のような連続相と分散相とを有する拡散反射偏光子が挙げられうる。いずれも、３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能である。他の例示的な実施形態では、基材部としては、ポリカーボネート層（「ＰＣ」）、ポリメチルメタクリレート層（「ＰＭＭＡ」）、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）、または当業者に公知の任意の他の好適なフィルムもしくは材料が挙げられうる。

図３Ａおよび３Ｂは、本開示に係る光学フィルム６ｃの例示的な実施形態を示している。構造化表面１０ｃおよび基材部１２ｃは、図３Ａおよび３Ｂに示されるように、単一のフィルムの一部分でありうる。当業者であればわかるであろうが、構造化表面１０ｃおよび基材部１２ｃを単一部品として場合により同一の材料から形成して光学フィルム６ｃを作製することが可能であり、またはそれらを独立に形成してから、たとえば好適な接着剤を用いて連結一体化させて単一部品を作製することが可能である。光学フィルム６ｃは、エンボス法、キャスト法、圧縮成形法、およびバッチ法（ただし、これらに限定されるものではない）をはじめとする当業者に公知の任意の方法により作製可能である。

本開示に係る光学フィルムの例示的な作製方法では、マイクロ構造化成形ツールおよび場合により中間成形ツールを利用して、光学フィルム（たとえば光学フィルム６ｃ）を形成することが可能である。マイクロ構造化成形ツールは、たとえば、好適な基材上に二方向にグルーブをカットすることによりで作製可能である。当業者であればわかるであろうが、得られたマイクロ構造化成形ツールは、所望の光学フィルムに類似した複数のプリズム状構造体を含むであろう。それぞれのパラレルカット間のカットの深さおよび間隔は、ピークに沿ってシャープな点、フラットな面、またはシャープな線を有するプリズム状構造体が望まれるかどうかに応じておよび他の関連パラメーターに応じて、調整可能である。

マイクロ構造化成形ツールに対して逆すなわち反対の構造（たとえば反転プリズム状構造）を有する中間成形ツールは、たとえば電気メッキ法またはポリマーレプリカ法を用いて、マイクロ構造化成形ツールから作製可能である。中間成形ツールは、たとえばポリウレタン、ポリプロピレン、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ＵＶ硬化樹脂などをはじめとするポリマーで構成可能である。中間ツールはまた、最終光学フィルムの剥離を容易に行えるようにするために剥離層でコーティングすることも可能である。

当業者であればわかるであろうが、中間成形ツールは、直接レプリカ法またはバッチ法を介して光学フィルム（たとえば光学フィルム６ｃ）を作製するために使用可能である。たとえば、中間成形ツールは、射出成形法、ＵＶ硬化法、または熱可塑成形法たとえば圧縮成形法のような方法により、光学フィルム６ｃをバッチ処理するために使用可能である。本開示に係る光学フィルムは、たとえば無機材料（たとえばシリカ系ポリマー）や有機材料（たとえば、モノマー、コポリマー、グラフトポリマー、およびそれらの混合物またはブレンドを含む高分子材料）などの当業者に公知の任意の好適な材料で形成可能であるかまたはそれらを含みうる。

図４Ａおよび４Ｂは、本開示に係る光学フィルム６ｄの他の例示的な実施形態を示している。特定的には、光学フィルム６ｄは、２つの独立した部分から、すなわち、構造化表面１０ｄを有する部分と基材部１２ｄとから形成可能である。そのような例示的な実施形態は、たとえば、基材部を硬化性材料でコーティングすることと、硬化性材料中に構造化表面を付与することと、光学フィルムを硬化させることと、により作製可能である。他の選択肢として、光学フィルム６ｅの構造化表面１０ｅを有する部分および基材部１２ｅは、たとえば、図５Ａおよび５Ｂに示されるように、好適な接着剤２８で接合一体化された２つの独立したフィルムでありうる。接着剤２８としては、感圧接着剤（ＰＳＡ）または紫外（ＵＶ）光硬化性接着剤が挙げられうるが、これらに限定されるものではない。そのような例示的な実施形態では、基材部の屈折率よりも低い屈折率を有する材料から構造化表面を有する部分を作製することが有利なこともある。

本開示に係るプリズム状構造体８ｆの例示的な実施形態を図６Ａ〜６Ｃに示す。図６Ａは、プリズム状構造体８ｆの上面図を示している。プリズム状構造体８ｆの底面は、６Ｃとして示される方向に沿って互いに略対向して配置された２つの第１の辺Ａ₁と、６Ｂとして示される方向に沿って互いに略対向して配置された２つの第２の辺Ｂ₁と、を有する四辺形状でありうる。本開示の典型的な実施形態では、Ａ₁の長さは、Ｂ₁の長さよりも短く、２つの第１の辺Ａ₁は、互いに実質的に平行であり、かつ２つの第２の辺Ｂ₁は、互いに実質的に平行である。いくつかの例示的な実施形態では、第１の辺Ａ₁は、第２の辺Ｂ₁に実質的に垂直である。したがって、プリズム状構造体８ｆの底面は、略矩形でありうる。

図６Ｂは、図６Ａに示される６Ｂ−６Ｂ平面におけるプリズム状構造体８ｆの例示的な実施形態の断面図を示している。プリズム状構造体８ｆは、２つの表面１６ａを含む。プリズム状構造体８ｆはまた、表面１６ａの一方と基材部１２ｆに平行な平面との間で測定される角度α₁（アルファ）を含む。図６Ｃは、図６Ａに示される６Ｃ−６Ｃ平面におけるプリズム状構造体８ｆの例示的な実施形態の断面図を示している。プリズム状構造体８ｆは、２つの表面１４ａを含む。プリズム状構造体８ｆはまた、表面１４ａと基材部１２ｆに平行な平面との間で測定される角度β₁（ベータ）を有する。角度α₁は、好ましくは、角度β₁と少なくとも同程度の大きさであり、典型的にはそれはよりも大きい。

図６Ｂおよび６Ｃは、プリズム状構造体８ｆ内を進行する光線１８を示している。表面１６ａおよび表面１４ａは、表面１６ａまたは表面１４ａの法線に対する光線１８の入射角δ₁（デルタ）またはδ₂に依存して光線１８を反射または屈折させうる。当業者であれば本開示からわかるであろうが、異なる角度α₁およびβ₁を選択することにより、光学フィルム６（たとえば光学フィルム６ａ〜６ｅ）のプリズム状構造体８ｆを透過した光の角度広がりを制御することが可能になる。いくつかの例示的な実施形態では、対向する対をなす表面と基材部に平行な平面との間の角度は、互いに等しくない。これは、基材部の法線に対して傾いた目視軸が望まれる場合、有利でありうる。

図７Ａは、図６Ｂに示されるプリズム状構造体８ｆに類似したプリズム状構造体８ｇの例示的な実施形態の断面図を示している。バックライト２ｇから放出された光線２０ａ、光線２２ａ、および光線２４ａは、プリズム状構造体８ｇ中を伝搬する。図７Ｂは、図６Ｃに示されるプリズム状構造体８ｆに類似したプリズム状構造体８ｇの例示的な実施形態の断面図を示している。それぞれ図７Ａに示される光線２０ａ、２２ａ、および２４ａと同一方向を有する光線２０ｂ、光線２２ｂ、および光線２４ｂは、バックライト２ｇから発せられてプリズム状構造体８ｇ中を伝搬する。

ＬＣＤバックライト２ｇから発せられて本開示に係る光学フィルム６（たとえば光学フィルム６ａ〜６ｅ）のプリズム状構造体８ｇを通る光線２０〜２４のそれぞれの進行について以下で説明する。図７Ａおよび７Ｂは、最初に表面１６ｂの一方に突き当たるかまたは表面１４ｂの一方に突き当たるかに依存していかにして光線が異なった挙動をしうるかおよび表面１６ｂの角度δ₂および表面１４ｂの角度δ₂を選択することにより光の角度広がりを２つの独立した方向でいかにして制御しうるかを示している。光線２０〜２４は、光線２０〜２４の反射および屈折の角度を正確に示すように描かれていないことに留意すべきである。光線２０〜２４は、プリズム状構造体８ｇを介する光線の略進行方向を模式的に示すべく図示されているにすぎない。

図７Ａでは、バックライトディスプレイ２ｇから発せられた光線２０ａは、表面１６ｂに垂直な方向にプリズム状構造体８ｇ中を進行する。したがって、光線２０ａは、表面１６ｂに垂直な方向（すなわち法線方向）に表面１６ｂに当たり、表面１６ｂの法線に対する光線２０ａの入射角は、ゼロ（０）度に等しい。

光学フィルム６（たとえば光学フィルム６ａ〜６ｅ）ならびに表面１６ｂおよび１４ｂの上方の媒体は、たとえば、実質的に空気で構成されうる。しかしながら、光学フィルム６ならびに表面１６ｂおよび１４ｂの上方の媒体は、当業者に公知の任意の媒体、材料、またはフィルムで構成されうる。当業者であればわかるであろうが、空気は、ほとんどの既知物質よりも小さい屈折率を有する。スネルの法則の原理に基づいて、光がより小さい屈折率を有する媒体に当たった場合すなわち入射した場合、光線は、法線に対して入射角δよりも大きい出射角θで法線から離れる方向に曲げられる。しかしながら、表面に垂直になるように表面の材料−空気境界に当たった光線（たとえば光線２０ａ）は、図７Ａに示されるように、曲げられずに継続して一直線に進行する。スネルの法則は、式：
ｎ_i×ｓｉｎδ＝ｎ_t×ｓｉｎθ
ただし、
ｎ_i＝入射光側の材料の屈折率、
δ＝入射角、
ｎ_t＝透過光側の材料の屈折率、
θ＝出射角
により表現することが可能である。また、当業者であればわかるであろうが、特定量の入射光は、反射されてプリズム状構造体８ｇの方向に戻るであろう。

図７Ｂは、光線２０ａと実質的に同一の方向に進行する光線２０ｂを示している。光線２０ｂは、表面１４ｂの法線に対して入射角δ₃で表面１４ｂに当たる。先に述べたように、表面１４ｂの角度β₂は、好ましくは、表面１６ｂの角度α₂よりも小さい。したがって、この場合、光線２０ｂの入射角δ₃は、光線２０ａの入射角δに等しくない。光線２０ｂの入射角δ₃は、図７Ｂに示されるように、ゼロ（０）に等しくなく、光線２０ｂは、表面１４ｂに垂直に材料−空気境界に当たらない。光線２０ｂは、スネルの法則の式に基づいて、表面１４ｂに突き当たったときの入射角δ₃とは異なる出射角θ₃で屈折される。

図７Ａに示されるように、光線２２ａはプリズム状構造体８ｇ中に進行し、表面１６ｂの法線に対して入射角δ₄で表面１６ｂに当たる。光線２２ａの入射角δ₄は、表面１６ｂの臨界角δ_cよりも大きい。光線２２ａは、プリズム状構造体８ｇから出射することなく反射されてプリズム状構造体８ｇの方向に戻る。これは、「全内部反射」と呼ばれる。以上に記載したように、より高い屈折率を有する材料からより低い屈折率を有する材料に進行する場合、光線は、以上で述べた屈折の式に従った挙動をするであろう。式によれば、出射角θは、入射角が増加するにつれて９０度に近づくであろう。しかしながら、臨界角δ_cおよび臨界角δ_cよりも大きいすべての角度では、全内部反射が起こるであろう（たとえば、光線は、屈折されて表面を透過するのではなく、反射されてプリズム状構造体８ｇの方向に戻るであろう）。当業者であればわかるであろうが、臨界角δ_cは、出射角（たとえば屈折角）を９０度に設定して入射角δについて解くことにより、スネルの法則（以上に記載）に従って決定可能である。

図７Ｂに示されるように、光線２２ｂは、光線２２ａと実質的に同一の方向に進行し、表面１４ｂに当たる。表面１４ｂの角度β₂は表面１６ｂの角度α₂よりも小さいので、光線２２ｂは、光線２２ａが表面１６ｂに当たったときの入射角δ₄とは異なる入射角δ₅で表面１４ｂに当たる。光線２２ｂの入射角は、臨界角δ_cよりも小さいので、光線２２ｂは、表面１４ｂで屈折されて表面１４ｂを透過する。

それぞれ図７Ａおよび７Ｂに示される光線２４ａおよび光線２４ｂは、基材部１２ｇに垂直な方向にプリズム状構造体８ｇ中を進行する。光線２４ａおよび２４ｂは、臨界角δ_cよりも小さい入射角δでそれぞれ表面１６ｂおよび表面１４ｂに当たる。しかしながら、表面１６ｂの法線に対する光線２４ａの入射角δ₆は、表面１４ｂの法線に対する光線２４ｂの入射角δ₇よりも大きい。したがって、スネルの法則に基づいて、表面１６ｂの法線に対する光線２４ａの出射角θ₆は、表面１４ｂの法線に対する光線の出射角θ₇とは異なるであろう。当業者であればわかるであろうが、表面１６ｂの法線に対する光線２４ａの出射角θ₆は、表面１４ｂの法線に対する光線２４ｂの出射角θ₇よりも大きいであろう。

当業者であればわかるであろうが、より小さい角度β₂を有する表面１４ｂは、一般的には、より大きい角度α₂を有する表面１６ｂよりもバックライト２ｇに垂直な方向により多くの光を「集束」させうる。したがって、記載のごときプリズム状構造体８（たとえばプリズム状構造体８ａ〜８ｇ）を有する光学フィルム６（たとえば光学フィルム６ａ〜６ｅ）では、一方向に沿って光の角度広がりをより大きくし、他の方向に沿って光の角度広がりをより小さくすることが可能である。たとえば、本開示に係る光学フィルム６をＬＣＤテレビで利用して、第１の方向たとえば水平方向に、より大きい光の角度広がりを提供し、かつ第２の方向たとえば垂直方向に、より小さいが実質的な光の角度広がりを提供することが可能である。これは、垂直方向（たとえば立位または座位の目視者）よりも水平方向（たとえばテレビの両側の目視者）に一般により広い視野を提供するのに有利でありうる。いくつかの例示的な実施形態では、たとえば、目視者が床に座る可能性がある場合、目視軸を下方で傾けることが可能である。垂直方向の光の角度広がりを減少させることにより、得られる光利得を所望の目視角範囲内に付加することが可能である。

図８Ａおよび８Ｂはさらに、本開示に係るプリズム状構造体８の例示的な実施形態を示している。図８Ａは、２つの対向する第１の辺Ａ₃と２つの対向する第２の辺Ｂ₃とを有するプリズム状構造体８ｈを示している。ただし、Ａ₃の長さは、Ｂ₃の長さよりも短い。プリズム状構造体８ｈはまた、２つの表面１４ｃと２つの表面１６ｃとを含む。この例示的な実施形態では、プリズム状構造体８ｈはさらに、利得損失を最小限に抑えるために、好ましくはグルーブピッチの５％以下の実質的にフラットな表面２６ａを含む。フラットな表面２６ａは、たとえば、基材部１２（たとえば基材部１２ａ〜１２ｇ）または構造化表面１０（たとえば構造化表面１０ａ〜１０ｅ）のプリズム状構造体８ｈの上端のさらなるフィルムを接合する場合、有用でありうる。さらに、フラットな表面は、ディスプレイに垂直な方向（すなわち、目視者がスクリーンを目視すると思われる方向）により多くの光を透過するように支援しうる。表面２６ａは、隆起させたりまたは陥没させたりすることが可能である。いくつかの例示的な実施形態では、表面２６ａは、丸形でありうる。

図８Ｂは、２つの対向する第１の辺Ａ₄と２つの対向する第２の辺Ｂ₄とを有するプリズム状構造体８ｉを示している。この例示的な実施形態では、２つの表面１４ｄは、略三角形の形状をとり、２つの表面１６ｄは、略台形の形状をとる。プリズム状構造体８ｉは、２つの対向する第１の辺Ａ₄と２つの対向する第２の辺Ｂ₄とを有する任意の他の構成をとりうると考えられる。

図９Ａ、１０Ａ、および１１Ａは、それぞれ、本開示に係る光学フィルム６ｊ、６ｋ、および６ｌの３つのさらなる例示的な実施形態の概略部分斜視図を示している。例示的な光学フィルム６ｊ／６ｋ／６ｌは、約１．５８の屈折率の構造化表面１０ｊ／１０ｋ／１０ｌを有する部分と約１．６６の屈折率を有する基材部１２ｊ／１２ｋ／１２ｌとを含む。構造化表面１０ｊ／１０ｋ／１０ｌは、複数のプリズム状構造体８ｊ／８ｋ／８ｌを含む。プリズム状構造体８ｊ／８ｋ／８ｌの底面は、Ｙ方向に沿って互いに略対向して配置された２つの第１の辺Ａ₉／Ａ₁₀／Ａ₁₁と、Ｘ方向に沿って互いに略対向して配置された２つの第２の辺Ｂ₉／Ｂ₁₀／Ｂ₁₁とを有する四辺形状でありうる。それぞれのプリズム状構造体８ｊ／８ｋ／８ｌは、２つの表面１４ｊ／１４ｋ／１４ｌと２つの表面１６ｊ／１６ｋ／１６ｌとを含みうる。図９Ａ、１０Ａ、および１１Ａに示されるように、表面１４ｊ／１４ｋ／１４ｌのそれぞれは、第１の辺Ａ₉／Ａ₁₀／Ａ₁₁の１つと交わり、表面１６ｊ／１６ｋ／１６ｌのそれぞれは、第２の辺Ｂ₉／Ｂ₁₀／Ｂ₁₁の１つと交わる。例示的な実施形態における表面１６ｊ／１６ｋ／１６ｌおよび１４ｊ／１４ｋ／１４ｌは、約４５度の表面角度で位置しうる。例示的な光学フィルム６ｊ／６ｋ／６ｌおよびプリズム状構造体８ｊ／８ｋ／８ｌについて表１にさらに記載する。

表１に示されるように、光学フィルム６ｊ、６ｋ、および６ｌの間の変数は、それぞれのプリズム状構造体８ｊ／８ｋ／８ｌの底面の第２の辺Ｂ₉／Ｂ₁₀／Ｂ₁₁の長さである。表１中のプリズム比は、底面の長さ（たとえばＢ₉／Ｂ₁₀／Ｂ₁₁）と底面の幅（たとえばＡ₉／Ａ₁₀／Ａ₁₁）との比である。表１に示されるそれぞれの光学フィルム６ｊ／ｋ６／６ｌの利得は、光学フィルム６ｊ／６ｋ／６ｌを用いたときのピーク軸方向輝度を光学フィルム６ｊ／６ｋ／６ｌを用いないときの光のピーク軸方向輝度で割り算した比である。当業者であれば表１からわかるであろうが、プリズム比の差は、光学フィルム６ｊ／６ｋ／６ｌの例示的な実施形態の軸方向利得に有意な影響を及ぼさないが、２つの異なる方向に沿って本開示に係る光学フィルムから出射する光の角分布の差を生じうる。

図９Ｂ、１０Ｂ、および１１Ｂは、それぞれ、プリズム状構造体８ｊ、８ｋ、および８ｌの場合の極座標等カンデラ分布プロットを示している。当業者であればわかるであろうが、カンデラ分布プロットは、光学フィルム６ｊ／６ｋ／６ｌのプリズム状構造体８ｊ／８ｋ／８ｌのようなプリズム状構造体を含む光学フィルム中を通過して検出された入射光線の３６０度パターンを示している。例示的なプリズム状構造体８ｊ／８ｋ／８ｌは、方向を参照できるようにそれぞれのカンデラ分布プロット上に示されている。図９Ｂ、１０Ｂ、および１１Ｂに示されるように、光の分布は、光学フィルム６ｊ／６ｋ／６ｌごとに異なる。たとえば、最小プリズム比を有する図９Ｂに示される光学フィルム６ｊの場合のプロットは、より高い対称性を有する分布を示す（すなわち、Ｘ方向に沿った光の分布は、図１０Ｂおよび１１ＢのものよりもＹ方向に沿った分布に類似している）。３つの図示された実施形態のうちで最大のプリズム比を有する図１１Ｂに示される光学フィルム６ｌの場合のプロットは、３つのうちで最小の対称性を有する分布を示す（すなわち、Ｘ方向に沿った光の分布は、Ｙ方向に沿った光の分布よりも小さい）。

当業者であればわかるであろうが、図９Ｂ、１０Ｂ、および１１Ｂに示される極座標等カンデラ分布プロットは、例示的な実施形態により２つの異なる方向に沿った光の分布を制御する能力を示している。上述したように、これは、たとえばＬＣＤ ＴＶまたはモニターのようなデバイスで、連続的に一方向に目視角の拡張を行うのに有用でありうる。

図９Ｃ、１０Ｃ、および１１Ｃは、それぞれ、プリズム状構造体８ｊ／８ｋ／８ｌの場合の図９Ｂ、１０Ｂ、および１１Ｂに示される極座標プロットにそれぞれ対応する直交座標カンデラ分布プロットを示している。当業者であればわかるであろうが、直交座標カンデラ分布プロットは、さまざまな角度で光学フィルム６ｊ／６ｋ／６ｌを通る光の強度を示している。直交座標分布プロット上のそれぞれの曲線は、それぞれの極座標プロットのさまざまな断面に対応する。たとえば、０度と記された曲線は、０度と１８０度とを結ぶ中心を通るラインに沿った極座標プロットの断面を表し、９０度と記された曲線は、９０度と１８０度とを結ぶ中心を通るラインに沿った極座標プロットの断面を表し、そして１３５度と記された曲線は、１３５度と３１５度とを結ぶ中心を通るラインに沿った極座標プロットの断面を表している。先の一連のグラフのときと同様に、３つの図示された実施形態のうちで最大のプリズム比を有する図１１Ｃに示される光学フィルム６ｌの場合のプロットは、３つのうちで最小の対称性を有する分布を示す（すなわち、０度の方向に沿った光の分布は、９０度の方向に沿った光の分布よりも小さい）。

当業者には自明なことであろうが、本発明の趣旨や範囲から逸脱することなく、本開示に係る構造および方法に関して種々の変更および変形を加えることが可能である。したがって、本開示は、添付の特許請求およびその等価物の範囲内にあるかぎり本明細書に記載の例示的な実施形態の変更形態および変形形態を包含するものとみなされる。

フラット形ライトガイド式エッジライト型ＬＣＤバックライトを模式的に示している。 楔形ライトガイド式エッジライト型ＬＣＤバックライトを模式的に示している。 拡張光源を利用するＬＣＤバックライトを模式的に示している。 ダイレクトライト型ＬＣＤバックライトを模式的に示している。 ＬＣＤバックライトの上に配置された本開示に係る光学フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。 本開示に係る光学フィルムの例示的な実施形態の等角図を模式的に示している。 図３Ａに示される光学フィルムの断面図を模式的に示している。 本開示に係る光学フィルムの他の例示的な実施形態の等角図を模式的に示している。 図４Ａに示される光学フィルムの断面図を模式的に示している。 本開示に係る光学フィルムのさらなる例示的な実施形態の等角図を模式的に示している。 図５Ａに示される光学フィルムの断面図を模式的に示している。 本開示に係る例示的な光学フィルムの矩形底面プリズムの上面図を模式的に示している。 図６Ａに示されるプリズムの断面図を模式的に示している。 図６Ａに示されるプリズムの他の断面図を模式的に示している。 ＬＣＤバックライトの上に配置された本開示に係る例示的な光学フィルムの矩形底面プリズムの断面図を模式的に示している。 図７Ａに示されるプリズムの他の断面図を模式的に示している。 本開示に係る例示的な光学フィルムの矩形底面プリズムの上面図を模式的に示している。 本開示に係る例示的な光学フィルムの他の矩形底面プリズムの上面図を模式的に示している。 本開示に係る光学フィルムのさらなる例示的な実施形態の等角図を模式的に示している。 図９Ａに示される光学フィルムの場合の極座標等カンデラプロットを示している。 図９Ａに示される光学フィルムの場合の直交座標カンデラ分布プロットを示している。 本開示に係る光学フィルムのさらなる例示的な実施形態の等角図を模式的に示している。 図１０Ａに示される光学フィルムの場合の極座標等カンデラプロットを示している。 図１０Ａに示される光学フィルムの場合の直交座標カンデラ分布プロットを示している。 本開示に係る光学フィルムのさらなる例示的な実施形態の等角図を模式的に示している。 図１１Ａに示される光学フィルムの場合の極座標等カンデラプロットを示している。 図１１Ａに示される光学フィルムの場合の直交座標カンデラ分布プロットを示している。

Claims (31)

1. 軸と、複数のプリズム状構造体を含む構造化表面とを有するボディーを含み、それぞれのプリズム状構造体が、第１の全体方向に沿って互いに対向して配置された少なくとも２つの長辺と第２の全体方向に沿って互いに対向して配置された少なくとも２つの短辺とを含む底面を有する、光学フィルムであって、
   該ボディーは、入射角が該軸に対して第１の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光の実質部分を該第１の全体方向に沿って透過し、入射角が第１の所定角度範囲外にある場合、光の実質部分を反射し、
   該ボディーは、入射角が該軸に対して第２の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光の実質部分を該第２の全体方向に沿って透過し、入射角が第２の所定角度範囲外にある場合、光の実質部分を反射し、かつ
   該ボディーが、該構造化表面の光学特性とは異なる他の光学特性を有する基材部を含む、光学フィルム。
2. 前記底面が略矩形の形状を有する、請求項１に記載の光学フィルム。
3. それぞれのプリズム状構造体が、少なくとも１つの他のプリズム状構造体と実質的に接触した状態で配列される、請求項１に記載の光学フィルム。
4. 前記複数のプリズム状構造体の底面が、互いに実質的に平行に前記第１の全体方向に沿って延在するそれぞれの底面の２つの長辺にアライメントされる、請求項１に記載の光学フィルム。
5. 前記基材部が、偏光フィルム、拡散フィルム、輝度向上フィルム、および方向変換フィルムの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学フィルム。
6. 前記構造化表面が、前記基材部とは異なるボディー部上に配置され、前記基材部および該ボディー部が互いに接合される、請求項１に記載の光学フィルム。
7. 前記ボディー部および前記基材部が、それぞれ、屈折率を有し、前記ボディー部の屈折率が、前記基材部の屈折率よりも小さい、請求項６に記載の光学フィルム。
8. 前記構造化表面が、前記基材部上に配置される、請求項１に記載の光学フィルム。
9. 前記プリズム状構造体のそれぞれが、少なくとも４つの表面を含み、該４つの表面のそれぞれが、底面に接合される、請求項１に記載の光学フィルム。
10. 少なくとも４つの表面が交わる、請求項９に記載の光学フィルム。
11. 前記少なくとも４つの表面のうちの２つが交わる、請求項９に記載の光学フィルム。
12. 前記プリズム状構造体のそれぞれが、５つの表面を含み、４つの表面が、底面に接合され、第５の表面が、該４つの表面に隣接しかつ底面に実質的に平行に位置する、請求項１に記載の光学フィルム。
13. 前記第１の所定角度範囲が、前記第２の所定角度範囲よりも大きい、請求項１に記載のバックライトディスプレイデバイス。
14. ウィンドウを有するケースと、
    該ケース内に位置するバックライトと、
    該バックライトと該ウィンドウとの間に位置する光学フィルムと、
    該光学フィルムと該光学ウインドウとの間に位置するライトバルブ構成体と、
    を含む、ディスプレイデバイスであって、
    該光学フィルムが、軸と、複数のプリズム状構造体を含む構造化表面とを有するボディーを含み、それぞれのプリズム状構造体が、第１の全体方向に沿って互いに対向して配置された２つの長辺と第２の全体方向に沿って互いに対向して配置された２つの短辺とを含む底面を有し、
    該ボディーは、入射角が該軸に対して第１の所定角度範囲内にある場合、それに入射した光の実質部分を該第１の全体方向に沿って透過し、入射角が第１の所定角度範囲外にある場合、光の実質部分を反射し、
    該ボディーは、入射角が該軸に対して第２の所定角度内にある場合、それに入射した光の実質部分を該第２の全体方向に沿って透過し、入射角が第２の所定角度範囲外にある場合、光の実質部分を反射し、かつ
    該ボディーが、該構造化表面の光学特性とは異なる他の光学特性を有する基材部をさらに含む、ディスプレイデバイス。
15. バックライトパネルがサイドライト型である、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
16. バックライトパネルがダイレクトライト型である、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
17. 前記ライトバルブ構成体が液晶ディスプレイパネルである、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
18. 前記プリズム状構造体の底面が略矩形の形状を有する、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
19. それぞれのプリズム状構造体が、互いに実質的に接触した状態で配列される、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
20. 前記複数のプリズム状構造体の矩形の底面が、互いに実質的に平行に前記第１の全体方向に沿って延在するそれぞれの底面の２つの長辺にアライメントされる、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
21. 前記基材部が、偏光フィルム、拡散フィルム、輝度向上フィルム、および方向変換フィルムの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
22. 前記構造化表面が、前記基材部とは異なるボディー部上に配置され、前記基材部および該ボディー部が互いに接合されている、請求項１４に記載の光学フィルム。
23. 前記ボディー部および前記基材部が、それぞれ、屈折率を有し、前記ボディー部の屈折率が、前記基材部の屈折率よりも小さい、請求項２２に記載の光学フィルム。
24. 前記構造化表面が、前記基材部上に配置される、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
25. 前記第１の所定角度範囲が、前記第２の所定角度範囲よりも大きい、請求項１４に記載のバックライトディスプレイデバイス。
26. 基材部と、
    複数のプリズム状構造体を含む構造化表面と、を含み、それぞれのプリズム状構造体が、略矩形の底面を有し、第１の表面が、その幅に沿って該矩形の底面に交わり、かつ第２の表面が、その長さに沿って該矩形の底面に交わる、光学フィルムであって、
    表面の少なくとも１つは、入射角が第１の所定角度と表面に平行な第１の軸との間にある場合、それに入射した光を反射し、入射角が第１の所定角度と表面に垂直な第２の軸との間にある場合、光を再方向付けおよび透過し、
    該基材部に対する該第１の表面の選択された第１の向きおよび該基材部に対する該第２の表面の選択された第２の向きが達成されるように、それぞれの矩形の底面の長さがその幅よりも大きく、かつ
    該基材部が、該構造化表面の光学特性とは異なる他の光学特性を有する、光学フィルム。
27. 前記基材部の第１の寸法に沿った第１の光反射／再方向付け特性および前記基材部の第２の寸法に沿った第２の光反射／再方向付け特性が達成されるように、前記第１の向きおよび前記第２の向きが選択されている、請求項２６に記載の光学フィルム。
28. 第１の方向に沿ってより多くの反射を起こしかつ第２の方向に沿ってより多くの再方向付けを行うように、前記第１の光反射／再方向付け特性が選択され、該第１の方向が底面の幅に沿いかつ該第２の方向が底面の長さに沿う、請求項２７に記載の光学フィルム。
29. 前記複数のプリズム状構造体の矩形の底面が、互いに実質的に平行に前記基材部に沿って延在するそれぞれの矩形の底面の長さにアライメントされる、請求項２６に記載の光学フィルム。
30. 前記矩形の底面の長さが互いに実質的に等しく、かつ前記矩形の底面の幅が互いに実質的に等しい、請求項２６に記載の光学フィルム。
31. 前記基材部が、偏光フィルム、拡散フィルム、輝度向上フィルム、および方向変換フィルムの少なくとも１つを含む、請求項２６に記載の光学フィルム。

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