JP2004163871A - 光ディフューザ - Google Patents

Abstract

【課題】容易に製造でき、より有効な拡散光透過性及び拡散性を提供する画像照明光源用の光ディフューザを提供すること。
【解決手段】周辺領域及び中心領域を含んで成り、前記周辺領域が、当該光ディレクタに入射した光の少なくとも一部を前記中心領域に向ける光ディレクタを含む光ディフューザ。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペキュラー光用のディフューザに関する。好ましい形態において、本発明は、背面投影型液晶ディスプレイ装置用の光ディレクタを含むバックライトディフューザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を散乱又は拡散する光学構造体は、概して、次の２通りの方式の１つで機能を発揮する：（ａ）多方向に光を屈折又は散乱させるのに表面粗さを利用する表面ディフューザとして；又は（ｂ）平坦な表面と埋め込まれた光散乱性要素を有するバルクディフューザとして。
【０００３】
前述の種類のディフューザは、そのディフューザの材料と周囲の媒体との間に最大限可能な屈折率の差をもたらし、その結果、入射光の最大の角度広がりをもたらすように、その粗い表面が空気に露出した状態で通常使用される。しかしながら、この種の幾つかの従来技術の光ディフューザは、空気との接触を必要とするという主な欠点がある。適切に機能を発揮するのに粗い表面が空気と接触しなくてはならないという要件は、低い効率をもたらすことがある。ディフューザの入力及び出力面が例えば接着剤等の別の材料の中に埋め込まれている場合に、ディフューザの光分散能が望ましくない程度まで低下することがある。
【０００４】
第２のタイプのディフューザの１つの態様において、バルクディフューザ、すなわち第２の屈折率を有する小さな粒子又は球体をディフューザの主材料中に埋め込む。バルクディフューザの別の態様において、ディフューザの材料の屈折率が当該ディフューザ体中で変化すると、その材料中を通過する光が様々な点で屈折又は散乱される。バルクディフューザには、幾つかの実際上の問題がある。高角度出力分布を得ようとする場合に、ディフューザは、同じ光学散乱力を有する表面ディフューザよりも概して厚くなる。しかしながら、バルクディフューザが薄く作られた場合、ほとんどの用途にとって望ましい１つの特性であるディフューザの散乱能は小さくなりすぎることがある。
【０００５】
前述の問題にもかかわらず、表面ディフューザが望ましく、バルク型のディフューザが適切でないであろう用途がある。例えば、表面ディフューザは、現存のフィルム又は基材に適用でき、別個のフィルムを必要としない。ＬＣＤにおける光制御の場合、これは、界面を除去することによって効率を高める（これは、反射及び損失光をもたらす）。
【０００６】
典型的には、液晶ディスプレイ装置用の従来技術の光ディフューザは、ディスプレイ（光が典型的にはＬＣＤフレームに吸収される）のエッジから離れた方に光を向ける光ディフューザのエッジ又は周辺プリントを利用する。ＬＣＤフレームに吸収された光は、吸収された照明光エネルギーをＬＣ画像を照明することに使用できないという点で損失光エネルギーである。ＬＣＤ装置用の従来技術のディフューザには、典型的には、周辺付近に白色の反射性ドットがプリントされる。この反射性ドットが、照明要素により周辺部から離れた方に周辺光の一部を「リサイクル」できるように周辺光の正反射をもたらす。白色反射性ドットのプリントはＬＣＤフレームにより吸収される光エネルギーの量を減少させないが、周辺プリントは別途のプリント作業を必要とする点で周辺プリントは費用がかかる。さらに、光ディフューザの周辺プリントは、エッジ吸収を３０％減少させることもこれまで一般的に分かっている。入射した照明光エネルギーを装置の中心の方に向け直して、光ディフューザを利用する装置フレームにより吸収される無駄になる照明光の量をさらに減少させることが望ましいであろう。
【０００７】
米国特許第６，２７０，６９７号（Ｍｅｙｅｒｓら）明細書において、ピークと谷の表面特徴を有する反復パターンを使用して、特定の波長帯の赤外エネルギーを透過させるためにぼかし（ｂｌｕｒ）フィルムが使用されている。これは可視光を拡散するが、表面特徴の周期的性質は、ディスプレイ装置を通してそのパターンが見えるために、バックライト型ＬＣ装置には受け入れられない。
【０００８】
米国特許第６，２６６，４７６号（Ｓｈｉｅら）明細書には、光を拡散させるためのポリマーシートの表面の微細構造体が開示されている。この微細構造体は、光源からの光出力を望ましい方向、パターン又はエンベロープに形作るように光源からの光出力の方向を調節するために、基材の表面にフレネルレンズを成形することにより作り出される。米国特許第６，２６６，４７６号明細書に開示されている材料は、光を形作りコリメートするため、特に液晶ディスプレイ装置にとって有効な光のディフューザではない。
【０００９】
片面が表面テクスチャーを有する樹脂で被覆された透明ポリマーフィルムを製造することが知られている。この種の透明ポリマーフィルムは、未加工の（被覆されていない）透明ポリマーフィルムを、溶融した樹脂、例えばポリエチレンで被覆する熱可塑性物質型押法により製造される。溶融した樹脂を上に有する透明ポリマーフィルムを、表面パターンを有するチルロールに接触させる。冷却水をチルロールに送り込んで樹脂から熱を奪い、樹脂を固化させるとともに樹脂を透明ポリマーフィルムに接着させる。このプロセスの間、チルロール表面上の表面テクスチャーを、樹脂被覆透明ポリマーフィルムに型押しする。従って、チルロール上の表面パターンは、被覆された透明ポリマーフィルム上の樹脂に生じる表面にとって重要である。
【００１０】
チルロールを製造するためのある従来法は、機械的彫刻法を用いて主な表面パターンを生成させることを伴う。この彫刻法には、ずれによって表面に工具すじが生じること、費用がかかること、加工に時間がかかること等の多くの制約がある。従って、チルロールを製造するために、機械的彫刻を用いないことが望ましい。
【００１１】
米国特許第６，２８５，００１号（Ｆｌｅｍｉｎｇら）は、アブレートされた基材上の反復する微細構造の均一性を高めるため又はアブレートされた基材上に３次元的な微細構造を生成させるために、基材のエキシマーレーザーアブレーションを使用する露光方法に関する。この方法は、複雑なランダム３次元構造を作り出すためのマスターチルロールを作製するのに適用するのは困難であり、また、非常に費用がかかる。
【００１２】
米国特許第６，１２４，９７４号（Ｂｕｒｇｅｒら）では、基材を平版印刷法により作製する。この平版印刷法は、望ましいレンズレットに対応する３次元的レリーフ構造が生成するように一連のフォトマスクに対して繰り返す。３次元的表面特徴（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ）をプラスチックフィルムに作り出すためのマスターを形成するこの手法は、時間がかかるとともに非常に費用がかかる。
米国特許第６，０３０，７５６号（Ｂｏｕｒｄｅｌａｉｓら）では、写真要素は、透明ポリマーシートと、少なくとも一層の二軸延伸ポリオレフィンシートと、少なくとも一層の画像層を含み、そのポリマーシートは２０〜１００ｍＮの剛さを有し、二軸延伸ポリオレフィンシートは３５％〜９０％の分光透過率を有し、二軸延伸ポリオレフィンシートは６５％未満の反射濃度を有する。米国特許第６，０３０，７５６号明細書に記載されている写真要素は前側ハロゲン化銀画像と後ろ側ハロゲン化銀画像とを分離させており、ボイド含有ポリオレフィン層は光を過度に拡散し、暗い液晶ディスプレイ画像を生じさせる。さらに、シートへの白色顔料の添加は、バックライトの受け入れられない散乱をもたらす。
【００１３】
米国特許第５，２２３，３８３号明細書には、反射性又は拡散透過性の支持体を含む写真要素が開示されている。この特許明細書に開示されている材料及び方法は、反射写真製品に適当であるが、その光エネルギー透過率（％）（４０％未満）は、液晶ディスプレイにとっては適当でない。なぜなら、４０％未満の光透過率はＬＣ装置の輝度を受け入れられないほどに低下させるからである。
米国特許第４，９１２，３３３号明細書では、Ｘ線増感スクリーンは、ミクロボイドポリマーシートを使用して、画像形成スピード及び鮮鋭さを改良するための反射性レンズレットを生じさせている。米国特許第４，９１２，３３３号明細書に開示されている材料はＸ線エネルギーに対して透過性であるが、その材料は、ＬＣ装置には受け入れられない非常に低い可視光エネルギー透過率を有する。
【００１４】
米国特許第６，１７７，１５３号明細書には、液晶装置における光の視野角を広げるための細孔を含む延伸ポリマーフィルムが開示されている。米国特許第６，１７７，１５３号明細書に開示されている細孔は、二次延伸の間に溶剤キャストポリマーを応力破壊することにより生成される。これらの材料のアスペクト比は、入射光を整形して視野角を広げるが、光の均一な拡散をもたらさず、液晶形成画像の不均一な照明をもたらす。さらに、ボイドを生成させるための開示されている方法は、光の拡散及び光の透過の最適化を可能にしないボイドの大きさ及びボイドの分布をもたらす。この特許明細書の例１では、報告されている９０％の透過率は可視光波長と非可視光波長を組み入れた４００〜１５００ｎｍの波長を含むが、５００ｎｍでの透過率は入射光の３０％未満である。そのような値は、画像ディスプレイに有用ないかなる拡散フィルムにも受け入れられるものではない。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第６，１２４，９７４号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，３５６，３９１号明細書
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
容易に製造でき、より有効な拡散光透過性及び拡散性を提供する画像照明光源用の光ディフューザが必要とされている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、周辺領域及び中心領域を含んで成り、前記周辺領域が、当該光ディレクタに入射した光の少なくとも一部を前記中心領域に向ける光ディレクタを含む光ディフューザを提供する。本発明は、バックライト型画像形成媒体、液晶ディスプレイ装置、並びにディフューザの形成方法も提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、当該技術分野での従来の手法を凌ぐ多くの利点を有する。本発明は、ディフューザの周辺付近で入射した照明光に方向性をもたせ、周辺光エネルギーの少なくとも一部をディスプレイの中心の方に向けることを可能にし、フレームにより吸収されるエネルギーの量が反射性パターンの従来技術のプリントと比較してさらに減少するために、より高輝度のディスプレイをもたらす。光ディフューザ周辺部の光ディレクタは、光ディフューザの製造プロセスの一部であることができ、従来技術の光ディフューザ材料に共通するプリント工程をなくすことができる。ディスプレイの中心の方に光を向けることによって、本発明の光ディレクタは、均一でないディスプレイ装置で使用できる。例としては、情報内容がディスプレイの周辺よりもディスプレイのより中心の方に位置する傾向のある自動車のＬＣゲージ及び携帯電話が挙げられる。さらに、周辺光の方向は、光源がディスプレイの周辺に沿って設けられる傾向のあるＬＣ装置で現在利用されている現行の光配向システムも改良する。本発明の周辺光ディレクタを使用することによって、照明システムのアクリル光ガイド上への導光性プリントを変更して、光透過率の向上をもたらすことができ、それによって、より高輝度のディスプレイが提供される。
【００１９】
本発明は、液晶ディスプレイ装置等の背面投影ディスプレイ装置に通常使用されるスペキュラー光光源の拡散を提供する。さらに、本発明は、光源に対する拡散性を提供すると同時に、高い光透過率を有する。光ディフューザの高い透過率は、液晶ディスプレイ装置にとって特に重要である。なぜなら、透過率が高いと、液晶ディスプレイがより明るく見え、また、同じ明るさでバッテリの寿命がより長くなるからである。明るさを同じレベルに維持することによって、バックライトの消費電力を減少させることができ、それによって、ノートブック型コンピュータとして普及しているバッテリ電源式液晶装置の寿命が長くなる。本発明の表面レンズレット構造ポリマー層は、多くの液晶装置の拡散及び光透過について望まれている要求品質を達成するように容易に変更できるため、本発明の材料は、液晶ディスプレイ市場での急速に変化する製品要求品質に対応できる。
【００２０】
本発明は、液晶ディスプレイ装置で使用される粗い表面を含む従来技術の光ディフューザと輝度向上フィルムの間のエアギャップの必要性をなくす。エアギャップがなくなることによって、ディフューザ材料を液晶ディスプレイの他のフィルム要素に接着的に結合させることが可能となり、装置はより軽量かつより低コストのものとなる。
【００２１】
本発明の材料は、従来技術のボイド含有ポリマーフィルムに典型的である無機粒子を含まない。無機粒子は、バックライト光源の望ましくない散乱をもたらし、液晶ディスプレイの透過効率を低下させる。さらに、ディフューザの弾性率及び耐引掻性は、従来技術のキャストコートポリマーディフューザよりも改良され、液晶装置の組立て作業中のディフューザの堅牢性はより高くなる。これら及び他の利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２２】
「ＬＣＤ」なる用語は、画像を形成するのに液晶を利用する任意の透過投影ディスプレイ装置を意味する。「ディフューザ」なる用語は、スペキュラー光（主方向を有する光）を拡散して拡散光（ランダムな光方向を有する光）にすることのできる任意の材料を意味する。「光」なる用語は可視光を意味する。「拡散光透過率」なる用語は、光源の５００ｎｍの光の総量に対する５００ｎｍの拡散透過した光の百分率を意味する。「全光透過率」なる用語は、光源の５００ｎｍの光の総量に対する試料を透過した５００ｎｍの光の百分率を意味する。この用語は、光の分光透過率及び拡散透過率の両方を包含する。「拡散光透過効率」なる用語は、５００ｎｍの全透過光の百分率に対する５００ｎｍの拡散透過光の百分率の比に１００の係数をかけた値を意味する。「ポリマーフィルム」なる用語は、ポリマーを含んで成るフィルムを意味する。「ポリマー」なる用語は、ホモ−及びコ−ポリマーを意味する。レンズのサイズ及び周波数に関して「平均」なる用語は、全フィルム表面積での算術平均を意味する。
【００２３】
「透明」なる用語は、５００ｎｍでの全光透過率が５０％以上であるフィルムを意味する。フィルム上のレンズレットの配列に関して「任意の方向で」とは、ベースに平行なｘｙ平面内の任意の方向を意味する。「パターン」なる用語は、レンズの規則的またはランダムな任意の所定の配列を意味する。
【００２４】
バックライトのより良好な制御及び管理は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の技術的進歩をもたらす。ＬＣＤスクリーン及び他の電子ソフトディスプレイ媒体は、スペキュラー（高度に指向性の）蛍光管を主に用いてバックライトされる。ディスプレイ領域全体に均一に光を分配するとともに、光をスペキュラー光から拡散光に変えるために、拡散フィルムが使用される。ディスプレイ積層体の液晶セクションから出ていく光は細い柱状のままであり、再分散されねばならない。高い視野角が得られるように光を水平方向に選択的に拡げるために、ディスプレイのこのセクションにディフューザが使用される。
【００２５】
屈折率が異なる物質中を光が透過する際に光が散乱することによって拡散が実現される。この散乱は、光エネルギーのための拡散手段をもたらす。光の透過と拡散の間には逆の相関があり、これらの２つのパラメータの最適な組み合わせは各用途にとって望ましい。
【００２６】
後側ディフューザは、光源の前方に直接配置され、スペキュラー光を拡散光に変えることによりディスプレイ全体に光を均一に分配するために使用される。拡散フィルムは、入ってくる光を拡げるとともに拡散するようにウェブ材料上に配置された複数のレンズレットから構成される。ＬＣＤバックライトを拡散するための従来技術の方法としては、ポリマーフィルムに屈折率が異なるミクロボイド含有ポリマーフィルムを積層するか、またはフィルムに艶消し樹脂またはビーズをコーティングすることが挙げられる。前側ディフューザの役割は、液晶（ＬＣ）から出てきた光を方向選択的に拡げることである。光は、最高の効率を得るために密なビームに圧縮されてＬＣに入り、そしてその光がＬＣから出てくる際には細い柱状の光として出てくる。ディフューザは、光を選択的に拡げるための光学的構造を使用する。たいていの企業は、光を１つの軸に沿って選択的に引き伸ばす楕円形のミクロレンズを形成している。ポリマーマトリックス中の楕円形のポリマー及び化学的または物理的手段によって形成された表面ミクロレンズもこの方向性を実現する。本発明の拡散フィルムは、従来のフィルム生産設備を使用して高い生産性で製造できる。
【００２７】
この高分子拡散フィルムは、少なくとも片側に、複数のランダムミクロレンズ又はレンズレットの形態のテクスチャー付き表面を有する。「レンズレット」なる用語は、小型のレンズを意味するが、ここでの説明では、「レンズ」及び「レンズレット」なる用語は同じものを意味すると解釈されよう。レンズレットが重なって複合レンズを形成する。「複合レンズ」とは、表面に複数の副レンズを有する主レンズを意味する。「主レンズ」とは、その上に副レンズがランダムに形成される大きな方のレンズレットを意味する。「副レンズ」とは、主レンズよりも小さく主レンズの上に形成されるレンズを意味する。カリフラワーに似た複合レンズの表面特徴が生じるように様々なサイズ及び形状の複数のレンズを一方の上に形成する。レンズレット及びレンズレットにより形成された複合レンズは、透明ポリマーフィルムの内部方向にくぼんでいても透明ポリマーフィルムの外側方向に出っ張っていてもよい。「凹状」なる用語は、球体の外表面がフィルムの表面に近接している場合の球体の表面のような湾曲を意味する。「凸状」なる用語は、球体の内表面がフィルムの表面に近接している場合の球体の表面のような湾曲を意味する。「上面」なる用語は、光源からより遠い側のフィルムの表面を意味する。「下面」なる用語は、光源により近い側のフィルムの表面を意味する。
【００２８】
本発明の１つの態様は、月のクレーターができた表面に関連させることができる。月に衝突した小惑星は、他のクレーターとは別個のクレーターを形成し、このクレーターは、別のクレーターの一部と重なるか、別のクレーター内に形成されるか、又は別のクレーターを飲み込んでしまう。クレーターがより多く作られるほど、透明ポリマーフィルムに形成されるレンズの複雑さのように月の表面の陥没の複雑さはより増大する。
【００２９】
各レンズレットの表面は局所的球状セグメントであり、この局所的球状セグメントはレンズを透過するエネルギー線の進路を変える小型レンズとして機能する。各レンズレットの形状は「半球状」である。これは、各レンズレットの表面が球体の扇形の部分であることを意味するが、必ずしも半球を意味するわけではない。その湾曲面は、透明ポリマーフィルムに平行な第１の軸（ｘ）に対して求めた場合のある曲率半径と、透明ポリマーフィルムに平行で第１の軸（ｘ）に垂直な第２の軸（ｙ）に対する曲率半径とを有する。アレイフィルム内のレンズは、ｘ及びｙ方向で等しい寸法を有する必要はない。レンズの寸法、例えば、ｘ又はｙ方向での長さは概してフィルムの長さ又は幅よりもかなり小さい。「高さ／直径比」は、複合レンズの直径に対する複合レンズの高さの比を意味する。「直径」とは、ｘｙ平面内での複合レンズの最大直径を意味する。この高さ／直径比の値は、各複合レンズが生じる光の拡がり又は拡散の量の主な因子の１つである。小さな高さ／直径比は、レンズの高さよりも直径がかなり大きく、より平坦でより幅の広い複合レンズが生じることを示す。大きな高さ／直径値は、より高くより細い複合レンズであることを示す。複合レンズは、様々なサイズ、形状、光学軸からのオフセット及び焦点距離をとることができる。
【００３０】
レンズレットの曲率、深さ、サイズ、間隔、構成材料（これはポリマーフィルム及び基材の基本的な屈折率を決める）及び配置は、拡散の程度を決め、これらのパラメータは本発明による製造中に定まる。
【００３１】
レンズを透過する光の発散度は「非対称」であるといわれることがある。「非対称」とは、水平方向での発散度が垂直方向での発散度と異なることを意味する。発散曲線は非対称である。これは、ピーク光透過方向がθ＝０°の方向に沿っておらず、表面に対して非法線方向であることを意味する。光をレンズレット拡散フィルムから非対称に分散させるのに有効な少なくとも３つの手法、すなわち、直交方向に対する１つの方向でレンズの寸法を変えること、レンズの光学軸をレンズの中心からオフセットすること、及び非点収差レンズを使用すること、がある。
【００３２】
光学軸が各レンズの中心からオフセットされているレンズを有する拡散フィルムを使用すると、フィルムから光が非対称に分散する。しかしながら、光学軸がｘ及びｙ方向の両方でレンズの中心からオフセットされるようにレンズ表面を形成してもよいことが分かるであろう。
【００３３】
光ディレクタは、主方向の方に可視光を向ける光学的特徴を有する。中心領域は、相対的に言って、照明光が進行する方向に直交する平面内の所定の方向で、その平面の中心に最も近い本発明の領域である。周辺領域は、相対的に言って、照明光が進行する方向に直交する平面の所定の方向で、その平面の中心から最も離れた本発明の領域である。光ディフューザのエッジは、光ディフューザの平面内で任意の方向で、光ディフューザの幾何学的中心から最も離れた地点として定義される。一般的に、任意のある方向でのディスプレイの幾何学的中心からディスプレイのエッジまでの半径を考慮すると、中心からディスプレイのエッジまでの距離の８０％を超えるディスプレイの領域を周辺領域と見なし、残りの空間を中心領域と見なすことができる。例えば、３０ｃｍの対角線を有するコンピュータノートブックに利用されるＬＣ装置は中心領域を有し、この中心領域は、ＬＣ装置のエッジから内側方向に測定して例えば２．６ｃｍの周辺を有する。
【００３４】
周辺領域及び中心領域を含み、周辺領域が当該光ディレクタに入射した光の大部分を中心領域の方に向ける光ディレクタを含む光ディフューザが好ましい。なぜなら、本発明の光ディフューザは、反射性ドットパターンの周辺プリントを含む従来技術の光ディフューザと比較して、周辺光についての光管理（ｌｉｇｈｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）の改善を提供することが判った。光学的モデリングから、本発明の光ディレクタをディフューザシートの周辺領域の周りに配置することによって、ディフューザの表面積で積分した場合に４％までの輝度の増加が可能であることが示された。４％の輝度の増加は、液晶ディスプレイのようなディスプレイ装置の輝度を高めることにより多くの照明光エネルギーを利用できるという点で重要である。さらに、ディフューザシートの一部を優先的に照明するために、周辺光ディレクタの設置をもちいてもよい。選択的照明の有用な例としては、固定的な情報と可変的な情報の両方が存在するディスプレイ、装置、例えば携帯電話及びキャッシュ・レジスタ・ディスプレイが挙げられる。
【００３５】
本発明の光ディレクタは、光ディフューザの周辺領域に配置されることが好ましい。光ディフューザの周辺領域に光ディレクタを配置することによって、ＬＣフレームによって吸収されうる周辺照明光エネルギーをディフューザスクリーンの中心の方に向けることができ、ＬＣ装置の輝度を高めることができる。
【００３６】
光ディレクタは好ましくは光学的勾配（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ）を具備する。光学的勾配は、起点（ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）からの距離の関数としての透過、反射、光の方向などの光学的特性の変化である。光学的勾配の有用な例としては、光透過勾配、光拡散勾配及び光吸収勾配が挙げられる。光学的勾配は、周辺領域に始まってディフューザのエッジにまで及んでいることが好ましい。
【００３７】
本発明の別の好ましい態様において、光ディレクタは傾斜面形状を備える。この傾斜面形状は、入射光の反射のための規則的表面を含む場合が好ましい。入射光を反射する４５°表面を含む傾斜面光ディレクタが非常に好ましい。なぜなら、４５°の傾斜面形状は、入射光の反射が、望ましくない透過及び吸収のレベルが非常に低い本発明のディフューザの中心領域の方に向かうように作り上げることができるからである。
【００３８】
別の好ましい態様において、光ディレクタは本発明の周辺領域に反復する鋸歯状パターンを備える。反復する鋸歯状ディレクタが好ましい。なぜなら、入射光の大部分（入射光の５０％超）を本発明の中心領域の方に向けることが確認されたからである。入射光の大部分を中心領域の方に向けることによって、ディフューザシートの輝度が著しく高まるとともに、周辺領域の周りの入射光を再利用するために従来技術の拡散シートに典型的に使用される反射性プリントの量は減少する。鋸歯状のパターンは、その断面が正三角形を成していることが好適である。その三角形の二辺は直角を成しており、透過光の方向に垂直及び平行である。その三角形の斜辺は入射光を方向付ける表面である。三角形の底辺（透過光の進行方向に垂直）と斜辺の成す角度は好ましくは３５°〜５５°である。３５°〜５５°の角度は優れた光方向付け特性をもたらす。浅い角度（１０°未満の角度）及び急な角度（８０°を超える角度）は、ほんの僅かな光の方向付けをもたらすだけで、費用的に妥当でない。反復する鋸歯状形状の数は２〜１００である。鋸歯状表面特徴の数が多いほど、光の方向付けが生じる領域がより広くなる。例えば、１ｃｍの周辺領域に光の方向付けが求められる場合、断面における幅が０．５ｍｍである鋸歯状の表面特徴の２０個の反復パターンが望ましい。
【００３９】
本発明の別の態様において、光ディレクタは半球状の形状を成す。周辺領域における半球状の光学的表面特徴が、シートの中心の方に光を方向付けることが判った。半球状の形状の好ましいアスペクト比は０．４０〜０．６０である。このアスペクト範囲は、中心領域の方への優れた光の方向付けをもたらすことが判った。
【００４０】
本発明の光ディレクタは、光ディフューザよりも小さい屈折率を有することが好ましい。光ディフューザと光ディレクタの間に屈折率差を設けることによって、光ディレクタの幾何学的形状により、入射光を中心領域に導くことができる。屈折率差が増大するにつれて、入射光の受光角も増加して、本発明の光ディレクタの効率も向上する。本発明の材料の場合、光ディレクタと光ディフューザの間の屈折率差は好ましくは０．０５よりも大きい。０．０１未満の屈折率差は、高精度の光ディレクタを必要とし、製造するのが困難な高アスペクト比の形態を往々にしてもたらす。
【００４１】
本発明の別の好ましい態様において、光ディレクタは空気を含む。ディフューザの表面に型押し又は形成された幾何学的形状によって、空気を含む光学的表面特徴がもたらされる。空気の屈折率が１であり、典型的な光学グレードポリマーの屈折率は１．５であるために、光ディフューザ材料と空気の間の０．５の屈折率の違いは有効な光ディレクタをもたらす。一例は、透明ベース材料とアクリル型押し複合レンズ構造を含んで成る光拡散シートであって、アクリルポリマーで形成された光ディフューザがその周辺付近に４５°傾斜面を備えているものが挙げられる。アクリル光ディフューザの周辺の４５°傾斜面は、空気とアクリルポリマーの間の０．５２の屈折率差のために、光ディフューザの中心の方に光を効率的に方向付ける。
【００４２】
別の好ましい態様において、光ディレクタは金属面を備える。入射した照明光エネルギーを反射させるために金属面を設けることによって、照明光エネルギーは、周辺領域から本発明の中心領域に向けて効率的に反射される。好ましい金属面は、９０％を超える反射率を有する表面であり、例えば銀、金、亜鉛、銅、アルミニウム、白金及びそれらの合金等の金属が挙げられる。真空コーティング、溶液コーティング又はスパッターコーティングにより光ディレクタに金属面を適用することができる。金属コーティングは光ディレクタの望ましい反射面に選択的に適用できる。
【００４３】
別の態様において、光ディレクタはポリマーを含む。ポリマー光ガイドと光ディフューザの間に屈折率差を設けることによって、ポリマー光ディレクタは中心領域の方への光の方向付けをもたらす。さらに、ポリマーを容易に加工できるため、キャスト押出コーティング、真空成形、型押、射出成形及び箔押等の方法を使用して、ポリマー光ディレクタを形成することができる。
【００４４】
別の好ましい態様において、光ディレクタは白色顔料を含む。ＴｉＯ_２及びＺｎＯ等の白色顔料は、周辺領域から中心領域への光の方向付けをもたらす優れた反射特性をもたらす。白色顔料は、ポリマーレンズ中に配合するか、又はグラビアコーティング又はストリップコーティング等の方法を使用して反射面を生じるように光ディレクタに選択的に適用できる。
【００４５】
好ましい光ディレクタは、可視入射光の５０％超を中心領域の方に反射する。５０％超の反射によって、装置フレームにより吸収を低減する従来技術の方法を凌ぐ著しい改良がもたらされる。さらに、５０％超の反射を生じさせることによって、装置フレームにより吸収される照明光エネルギーの量が減少することで、ディスプレイ装置の輝度が増加する。光ディレクタに対して最も好ましい入射光反射率は８０％超である。中心領域の方への８０％超の反射率をもたらす本発明の光ディレクタは、典型的なＬＣ装置の輝度を３％高めることが示されたということから、かなりの商業的価値を有する。
【００４６】
本発明の別の好ましい態様において、光ディレクタは、光ディフューザの表面よりも実質的に下の方にある。光ディフューザの表面よりも下方に光ディレクタを設けることによって、本発明の光ディフューザは、他の有用な光学要素と光学的に接触した状態となることができ、光ディレクタの最大の効率を保持する。一例は、ポリマー表面光ディフューザの周辺にある４５°レンズであって、表面ディフューザの表面よりも下方にあるものである。この例では、空気を含む４５°レンズは、可視照明光の７８％以上を中心領域に向けて反射し、なおかつ４５°レンズは偏光子との光学的接触が可能であるようディフューザの表面下に存在する。
【００４７】
光ディレクタは、この例の光ディフューザの表面下、好ましくは１０〜１００マイクロメートルにある。ディフューザの表面下５マイクロメートル以下であると、望ましくない光干渉パターンが照明光の色をシフトすることがある。ディフューザの表面下１１０マイクロメートルを超えると、中心領域に向けてのすぐれた反射が得られるが、そのような光ディレクタを製造することは困難であり、典型的には厚さが７０〜１５０マイクロメートルであるディフューザシートにとっては大きすぎる表面特徴となる。
【００４８】
本発明の好ましい態様において、光ディレクタは、前記ディフューザ表面下に傾斜面形状を備える。傾斜面形状のポリマー光ディレクタは、空気から成る４５°入射光反射面を備える。この好ましい態様は、周辺領域から中心領域への入射照明光の８２％の反射率をもたらすことが判った。ポリマーと空気の間の屈折率差は、周辺光エネルギーのための優れた光ガイドを提供する。さらに、４５°の角度は、ポリマーの溶融押出を使用して形成するか、又は三角形の形状の加熱されたダイを使用して熱形成することができる。
【００４９】
本発明の光ディレクタは、ディフューザシートの片面又は両面に適用されることが好ましい。ディフューザの両面にディレクタを配置することによって、ディフューザの片面に光ディレクタがある場合と比較して光ディレクタの効率はさらに向上する。本発明の別の好ましい態様において、本発明の光ディレクタは、光ディフューザの両面に適用され、上側の光ディレクタの反射領域が下側のディレクタの反射領域と最低限に重なるように光ディレクタは互いにオフセットされる。オフセットされた上側及び下側の光ディレクタは、入射照明光を本発明の中心領域に向けることのできる大きな領域を提供する。
【００５０】
光ディレクタの逆の型を含むロールを加熱及び加圧下でポリマー表面に型押しする型押法によって、光ディレクタを形成することが好ましい。光ディレクタを形成するための別の好ましい方法は、溶融ポリマーを、光ディレクタの逆の型を含むパターン化ロール上にキャストコーティングし、次いでポリエステル又はポリカーボネート等のキャリヤーウェブ上にポリマー形成光ディレクタを移すことによるものである。別の好ましい方法において、光ディレクタは、ＣＯ_２レーザー等の高エネルギーレーザーにより又は２２，０００Ｈｚの周波数で振動する超音波ホーンを使用することによって形成される。
【００５１】
図１に、液晶ディスプレイ装置における使用に好適な、周辺光ディレクタを含む透明ベース材料上に形成された複合レンズの断面図を示す。光拡散フィルム１２は透明ポリマーベース２０を含んで成り、この透明ポリマーベースの表面２６上に凸状主レンズ２２が存在する。副レンズ２４は主レンズ２２の表面に存在する。本発明は、主レンズ２２の表面にある複数の副レンズ２４を含んで成り、これらは複合レンズを形成している。本発明の光拡散レンズは、主レンズ２２及び副レンズ２４に由来する多くの拡散面を含む。ポリマー光ディレクタ２８は、入射照明光３０を光拡散フィルム１２の中心領域の方に向ける４５°傾斜した平面を具備する。
【００５２】
図２に、周辺光ディレクタを含む光ディフューザを備えた液晶ディスプレイ装置を示す。可視光源１８を点灯し、光を光ガイド２に導く。ランプレフレクター４を使用して、光エネルギーをアクリル性の箱により例示される光ガイド２に向ける。反射テープ６、反射テープ１０及び反射フィルム８を使用して、光エネルギーが光ガイド２から望ましくない方向に出るのを妨げる。光ディレクタを含む透明ポリマーフィルムの形態にある光拡散フィルム１２を使用して、光ガイドから出てくる光エネルギーを光ディフューザに垂直な方向に拡散させ、ディスプレイの中心領域の方に周辺照明光エネルギーを向ける。輝度向上フィルム１４を使用して、光エネルギーを偏光フィルム１６に集める。光ディレクタを含む光拡散フィルム１２は、輝度向上フィルム１４と接触している。
【００５３】
図３に、液晶ディスプレイ装置における使用に好適な周辺光ディレクタを含む透明ベース材料上に形成された複合レンズの好ましい態様の断面図を示す。鋸歯状のポリマー光ディレクタ２８は、水平方向から角度φで傾斜した一連の平面を含む。この傾斜した平面は、入射照明光３０を光拡散フィルム１２の中心領域の方に向ける。
【００５４】
複合レンズは、照明入射光の優れた拡散を提供することが判った。複合レンズは、多数の拡散面を含む凹又は凸形状を備える。光ディレクタを利用する複合レンズ光ディフューザは、周囲光エネルギーを光ディフューザの中心領域の方に集中させるために、優れた光ディフューザであるとともに高輝度である。さらに、複合レンズは典型的にはポリマーから形成されるため、複合レンズを形成する際に光ディレクタの形成を行うことができ、ＬＣ装置の輝度を高める低コストの方法が提供される。透明ポリマーフィルムの表面に複数の凸状又は凹状複合レンズを含む上面及び下面を有する透明ポリマーフィルムが光ディフューザとして好ましい。湾曲した凹状及び凸状ポリマーレンズは、光の非常に効率的な拡散を提供することが判った。さらに、本発明のポリマーレンズは透明であり、高い光透過率を可能にし、ＬＣディスプレイの輝度がより多くの光を放出することを可能にする。
【００５５】
ポリマーフィルムの表面上の凹又は凸状レンズはランダムに配置されていることが好ましい。複数のレンズのランダム配置は、本発明の材料の拡散効率を高める。さらに、凹又は凸状の複数のレンズを規則正しく並べて配設するのを避けることによって、望ましくない光学干渉パターンを回避する。
【００５６】
本発明の一態様において、透明ポリマーシートの両面に複数の凹又は凸状レンズがある。透明シートの両面に複数のレンズを配設することによって、片面に本発明のレンズが存在する場合と比較して、より有効な光の拡散が観察される。さらに、透明シートの両面に複数のレンズを配設することによって、ＬＣディスプレイ装置内の輝度向上フィルムから最も離れた位置にあるレンズの焦点距離が増加する。
【００５７】
本発明の一態様において、複数の凸状レンズが透明ポリマーフィルムの上面に存在し、凹状レンズが透明ポリマーフィルムの下面に存在する。ポリマーフィルムの両面に凸状レンズを配設することによって、他の隣接するフィルムとのスタンドオフを作り出し、レンズによる有効な拡散に必要なエアギャップを生じさせる。
【００５８】
本発明の別の態様において、透明ポリマーフィルムの上面に凸状レンズが存在し、透明ポリマーフィルムの下面に凹状レンズが存在する。ポリマーフィルムの上側に凸状レンズを配設することによって、他の隣接するフィルムとのスタンドオフを作り出し、レンズによる有効な拡散に必要なエアギャップを生じさせる。ポリマーフィルムの下面に凹状レンズを配設することによって、隣接するフィルムと光学的に接触した状態にあることができるがそれでもなお光を有効に拡散できる表面を作り出す。
【００５９】
本発明の別の態様において、透明ポリマーフィルムの上面に凹状レンズが存在し、透明ポリマーフィルムの下面に凹状レンズが存在する。ポリマーフィルムの両面に凹状レンズを配設することによって、隣接するフィルムと光学的に接触した状態にあることができるがそれでもなお光を有効に拡散できる表面を作り出す。
【００６０】
本発明の別の態様において、透明ポリマーフィルムの上面に凹状レンズが存在し、透明ポリマーフィルムの下面に凸状レンズが存在する。ポリマーフィルムの上面に凹状レンズを配設することによって、隣接するフィルムと光学的に接触した状態にあることができるがそれでもなお光を有効に拡散できる表面を作り出す。ポリマーフィルムの下面に凸状レンズを配設することによって、他の隣接するフィルムとのスタンドオフを作り出し、レンズによる有効な拡散に必要なエアギャップを生じさせる。
【００６１】
凹又は凸状レンズが任意の方向で４〜２５０複合レンズ／ｍｍの平均周波数を有することが好ましい。フィルムが２８５複合レンズ／ｍｍの平均値を有する場合、レンズの幅は光の波長に近くなる。これらのレンズは、これらのレンズを通る光に色を与え、ディスプレイの色温度を変える。４レンズ／ｍｍ未満であると、大きすぎて光をあまり有効に拡散できないレンズとなる。任意の方向での平均周波数が２２〜６６複合レンズ／ｍｍの凹又は凸状レンズがより好ましい。平均周波数が２２〜６６複合レンズである場合に、有効な光拡散がもたらされ、ランダムにパターンが付けられたロールにキャストコートされたポリマーを使用して効率的に製造できる。
【００６２】
好ましい透明ポリマーフィルムは、ｘ及びｙ方向で３〜６０ミクロンの平均幅で凹又は凸状レンズを有する。レンズが１ミクロン未満のサイズを有する場合には、レンズは、透過する光にカラーシフトを与える。なぜなら、レンズの寸法が光の波長程度であるからである。レンズがｘ又はｙ方向で６８ミクロンを超える平均値を有する場合には、レンズは大きすぎて光を有効に拡散できない。ｘ及びｙ方向で凹又は凸状レンズが１５〜４０ミクロンの平均幅で存在することがより好ましい。このサイズのレンズは、最も有効な拡散をもたらすことが判った。
【００６３】
凹又は凸状複合レンズは副レンズを含んで成り、小さい方のレンズの直径は、平均して主レンズの直径の好ましくは８０％以下である。副レンズの直径が主レンズの直径の８０％を超える場合には、レンズの複雑さが減少して拡散効率が低下する。
【００６４】
凹又は凸状複合レンズは副レンズを含んで成り、小さい方のレンズのｘ及びｙ方向での幅は好ましくは２〜２０ミクロンである。副レンズが１ミクロン未満のサイズを有する場合に、レンズは、透過する光にカラーシフトを与える。なぜなら、レンズの寸法が光の波長程度であるからである。副レンズが２５ミクロンを超えるサイズを有する場合には、レンズの複雑さが減少して拡散効率が低下する。ｘ及びｙ方向で３〜８ミクロンの幅を有する副レンズがより好ましい。この範囲で、最も有効な拡散が生じることが判った。
【００６５】
好ましくは、凹又は凸状複合レンズはオレフィン反復単位を含む。ポリオレフィンは安価であり、光透過率が高い。さらに、ポリオレフィンポリマーは効率的に溶融押出可能であるため、ロール状の光ディフューザを製造するために使用できる。
【００６６】
本発明の別の態様において、凹又は凸状複合レンズはカーボネート反復単位を含む。ポリカーボネートは、高い光透過率及び拡散率を得ることを可能にする高い光透過率を有する。高い光透過率は、低い光透過率を有する拡散材料よりも明るいＬＣ装置をもたらす。
【００６７】
本発明の別の態様において、凹又は凸状複合レンズはエステル反復単位を含む。ポリエステルは安価であり、良好な強度及び表面特性を有する。さらに、ポリエステルポリマーは、８０〜２００℃の温度で寸法安定性があり、従ってディスプレイの光源により発生する熱に耐えることができる。
【００６８】
好ましくは、ポリマー支持体はエステル反復単位を含む。ポリエステルは安価であり、良好な強度及び表面特性を有する。さらに、ポリエステルポリマーフィルムは、封入されたディスプレイ装置で遭遇する現行の温度範囲で寸法安定性がある。ポリエステルポリマーは、容易に破断でき、ディスプレイ装置への組み込みに適するディフューザシートの打ち抜きが可能である。
【００６９】
透明ポリマーフィルムの別の態様において、ポリマー支持体はカーボネート反復単位を含む。ポリカーボネートは、ポリオレフィンポリマーよりも高い光透過率を有し、従って、ディスプレイ装置の輝度を向上できる。
【００７０】
本発明の別の態様において、ポリマー支持体はオレフィン反復単位を含む。ポリオレフィンは安価であり、良好な強度及び表面特性を有する。
【００７１】
本発明の別の態様において、ポリマー支持体は酢酸セルロースを含む。トリアセチルセルロースは、高い光透過率と低い光学複屈折性の両方を有し、本発明のディフューザが光を拡散するとともに望ましくない光学パターンを減らすことを可能にする。
【００７２】
本発明の材料の好ましい拡散光透過率は５０％超である。ディフューザの拡散光透過率が４５％未満であると、十分な量の光がディフューザを透過せず、ディフューザは非効率的なものとなる。レンズレットフィルムのより好ましい拡散光透過率は少なくとも８０％であり、典型的には８０〜９５％である。８０％の拡散透過率では、ＬＣ装置のバッテリー寿命の向上とスクリーン輝度の向上が可能となる。透明ポリマーフィルムの最も好ましい拡散透過率は少なくとも９２％である。９２％の拡散透過率は、バックライト光源の拡散を可能にするとともにＬＣ装置の輝度を最大限に高め、ＬＣスクリーンが自然の太陽光と太刀打ちできなくてはならない屋外での使用に適する画像品質の著しい向上をもたらす。
【００７３】
好ましくは、凹又は凸状レンズは半球状である。半球状とは、各レンズレットの表面が球体の扇形の部分であることを意味するが、必ずしも半球を意味するわけではない。これは、ｘ−ｙ平面内での優れた均一な拡散をもたらす。この半球状レンズは、ディスプレイ領域が均一に照明される必要があるバックライト型ディスプレイ用途にとって理想的なことに、入射光を均一に散乱する。
【００７４】
本発明の別の態様において、凹又は凸状レンズは非球面状である。非球面状とは、レンズの幅がｘ及びｙ方向で異なることを意味する。これは、ｘ−ｙ平面内で光を選択的に散乱する。例えば、ある特定のｘ−ｙアスペクト比は楕円型の散乱パターンを生じる。これは、ＬＣディスプレイの前側において、視野角を増加させるために垂直方向よりも水平方向に光を拡げるのに有用であろう。
【００７５】
凸又は凹状レンズは、好ましくは、０．０３〜１．０の高さ／直径比を有する。０．０１未満の高さ／直径比（非常に幅が広く薄いレンズ）は、拡散性を制限する。なぜなら、レンズは、光を有効に拡げるのに十分な曲率を持たないからである。２．５を超える高さ／直径比では、レンズの側部と基材とが成す角度が大きいレンズとなる。これは、内部反射をもたらし、レンズの拡散能を制限する。０．２５〜０．４８の凸又は凹状レンズの高さ／直径が非常に好ましい。最も有効な拡散がこの範囲内で生じることが判った。
【００７６】
主レンズ１個当たりの副レンズの数は好ましくは２〜６０である。主レンズが１個の副レンズを有するか又は副レンズを有しない場合に、その複雑さは低く、そのため光は有効に拡散しない。主レンズがその上に７０個を超える副レンズを有する場合には、副レンズの幾つかの幅は光の波長に近くなり、透過した光に色を与える。主レンズ１個当たり５〜１８個の副レンズが非常に好ましい。この範囲で、最も有効な拡散が生じることが判った。
【００７７】
透明ポリマーフィルムの厚さは好ましくは２５０マイクロメートル以下であり、より好ましくは１２．５〜５０マイクロメートルである。ＬＣ装置の設計の最近の動向は、より高輝度でより薄型の装置を目指している。光ディフューザの厚さを２５０マイクロメートル以下に抑えることによって、ＬＣ装置をより高輝度でより薄く製造することができる。さらに、光ディフューザの厚さを抑えることによって、光透過率を減少させることで、ＬＣ装置の輝度を改良できる。光ディフューザのより好ましい厚さは１２．５〜５０マイクロメートルである。このより好ましい厚さによると、光ディフューザを輝度向上フィルム等のＬＣ装置内の他の光学材料と都合よく組み合わせることができる。さらに、光ディフューザの厚さを減少させることで、ディフューザの材料含有量は減少する。
【００７８】
本発明の熱可塑性の光ディフューザは典型的には他の光学的ウェブ材料と組み合わせて使用されるが、５００ＭＰａを超える弾性率を有する光ディフューザが好ましい。５００ＭＰａを超える弾性率では、光ディフューザを結合用の感圧接着剤により他の光学的ウェブ材料と貼り合わせることが可能である。さらに、光ディフューザは機械的に強靱であるため、光ディフューザは、デリケートで組立てが困難な従来技術のキャスト拡散フィルムと比較して組立てプロセスの厳しい条件により耐えることができる。
【００７９】
その表面に複数の凸状及び／又は凹状複合レンズを含んで成る透明ポリマーフィルム用のポリマーシートは概して寸法安定性があり、光学的に透明であり、滑らかな表面を有する。二軸延伸ポリマーシートが好ましい。なぜなら、二軸延伸ポリマーシートは、薄く、キャストコートされたポリマーシートよりも弾性率が高いからである。二軸延伸シートは、幾つかの層を含んでいてよいシートの同時押出と、その後の二軸延伸により都合よく製造される。そのような二軸延伸シートは、例えば米国特許第４，７６４，４２５号明細書に開示されている。
【００８０】
透明ポリマーシートに適切な種類の熱可塑性ポリマーとしては、ポリオレフィン類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリカーボネート類、セルロースエステル類、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド類、ポリエーテル類、ポリイミド類、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール類、ポリスルホネート類、ポリエステルアイオノマー類、及びポリオレフィンアイオノマーが挙げられる。これらのポリマーのコポリマー及び／又は混合物を使用できる。
【００８１】
ポリオレフィン類、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、及びこれらの混合物が好ましい。ポリオレフィンコポリマー（プロピレンとエチレンやヘキセン、ブテン及びオクテンのコポリマーを包含する）も有用である。ポリプロピレン類も、それらが安価であり良好な強度及び表面特性を有することから、非常に好ましい。
【００８２】
本発明の透明ポリマーフィルムに好ましいポリエステル類としては、炭素原子数４〜２０の芳香族、脂肪族又は脂環式のジカルボン酸と、炭素原子数２〜２４の脂肪族又は脂環式グリコールとから製造されるものが挙げられる。好適なジカルボン酸の例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、ナトリオスルホイソフタル酸、及びこれらの混合物が挙げられる。好適なグリコール類の例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、他のポリエチレングリコール類、及びこれらの混合物が挙げられる。そのようなポリエステル類は当該技術分野でよく知られており、周知の方法、例えば米国特許第２，４６５，３１９号及び第２，９０１，４６６号明細書に記載されている方法により製造できる。好ましい連続マトリックスポリエステルは、テレフタル酸又はナフタレンジカルボン酸と、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール及び１，４−シクロヘキサンジメタノールから選ばれる少なくとも１種のグリコールとに由来する反復単位を有するものである。ポリ（エチレンテレフタレート）（これは少量の他のモノマーにより変性されていてもよい）が特に好ましい。他の好適なポリエステル類としては、好適な量のスチルベンジカルボン酸等の共酸（ｃｏ−ａｃｉｄ）成分を含めることにより形成される液晶コポリエステルが挙げられる。そのような液晶コポリエステルの例は、米国特許第４，４２０，６０７号、第４，４５９，４０２号及び第４，４６８，５１０号明細書に記載されている。
【００８３】
透明ポリマーフィルムに有用なポリアミド類としては、ナイロン６、ナイロン６６、及びこれらの混合物が挙げられる。ポリアミド類のコポリマーも好適な連続相ポリマーである。有用なポリカーボネートの一例はビスフェノールＡポリカーボネートである。複合材料シートの連続相ポリマーとしての使用に好適なセルロース系エステルとしては、硝酸セルロース、三酢酸セルロース、二酢酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、酢酪酸セルロース、及びこれらの混合物又はコポリマーが挙げられる。有用なポリビニル樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリ（ビニルアセタール）、及びこれらの混合物が挙げられる。ビニル樹脂のコポリマーも使用できる。
【００８４】
本発明の複合レンズは、好ましくはポリマーを含んで成る。ポリマーは、概して、従来技術のガラスレンズと比較してコストが低く、優れた光学的性質を有し、溶融押出、真空成形及び射出成形等の周知の方法を使用してレンズに効率的に成形できるため、ポリマーが好ましい。複合レンズの形成に好ましいポリマーとしては、ポリオレフィン類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリカーボネート類、セルロースエステル類、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド類、ポリエーテル類、ポリイミド類、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール類、ポリスルホネート類、ポリエステルアイオノマー、及びポリオレフィンアイオノマーが挙げられる。機械的又は光学的特性を改良するために、これらのポリマーのコポリマー及び／又は混合物を使用できる。透明複合レンズに好ましいポリアミド類としては、ナイロン６、ナイロン６６、及びこれらの混合物が挙げられる。ポリアミド類のコポリマーも好適な連続相ポリマーである。有用なポリカーボネートの一例はビスフェノールＡポリカーボネートである。複合レンズの連続相ポリマーとしての使用に好適なセルロース系エステルとしては、硝酸セルロース、三酢酸セルロース、二酢酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、酢酪酸セルロース、及びこれらの混合物又はコポリマーが挙げられる。好ましいポリビニル樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリ（ビニルアセタール）、及びこれらの混合物が挙げられる。ビニル樹脂のコポリマーも使用できる。本発明の複合レンズに好ましいポリエステル類としては、炭素原子数４〜２０の芳香族、脂肪族又は脂環式のジカルボン酸と、炭素原子数２〜２４の脂肪族又は脂環式グリコールとから製造されるものが挙げられる。好適なジカルボン酸の例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、ナトリオスルホイソフタル酸、及びこれらの混合物が挙げられる。好適なグリコール類の例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、他のポリエチレングリコール類、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００８５】
画像形成要素の色を変えるためにポリエステル表皮層に添加剤を加えることが好ましい。添加することのできる本発明の添加剤は蛍光増白剤である。蛍光増白剤は、実質的に無色の、蛍光性の有機化合物であり、紫外線を吸収して可視光を発する。例としては、限定するわけではないが、４，４’−ジアミノスチルベン−２，２’−ジスルホン酸、クマリン誘導体、例えば４−メチル−７−ジエチルアミノクマリン、１−４−ビス（ｏ−シアノスチリル）ベンゾール及び２−アミノ−４−メチルフェノールが挙げられる。蛍光増白剤の効果的な使用は予想外の望ましい特徴である。透過型ディスプレイ材料用の紫外線源は、画像の反対側にあるため、紫外線の強度は、画像形成層に一般的な使用される紫外線フィルターによって低減されない。その結果、望ましいバックグラウンドを得るために、より少ない量の蛍光増白剤で済む。
【００８６】
熱可塑性レンズレットのキャスティングの前又は後に、印刷適性等のシートの特性を改良するため、蒸気バリヤーを設けるため、シートをヒートシール可能なものにするため又は接着性を改良するために使用できる任意の数のコーティングをディフューザシートにコートしてもディフューザシートを処理してもよい。これの例には、印刷適性についてはアクリル系コーティング、ヒートシール特性についてはポリ塩化ビニリデンがある。さらなる例としては、印刷適性又は接着性を改良するための火炎、プラズマ又はコロナ放電処理が挙げられる。
【００８７】
ミクロボイド含有光ディフューザは、照明光エネルギーの優れた拡散を提供することも判った。ミクロボイド含有ディフューザ材料は、バルクディフューザであり、そのディフューザをさらなる光学要素と接触させることが必要な場合に特に有用である。本発明のディフューザの場合、ミクロボイド含有複合材料二軸延伸ポリオレフィンシートが好ましく、コア層及び表面層を共押出し、続いて二軸延伸することによって、コア層中に含まれるボイド誘導材料の周りにボイドを形成させることによって製造される。二軸延伸層の場合、二軸延伸シートに好適な種類の熱可塑性ポリマー及び好ましい複合材料シートのコア−マトリックスポリマーはポリオレフィン類を含む。好適なポリオレフィン類としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリブチレン、及びそれらの混合物が挙げられる。プロピレンと、エチレン類、例えばヘキセン、ブテン及びオクテンとのコポリマーを含むポイオレフィンコポリマーも有用である。ポリエチレンは安価であり、望ましい強度特性を有するため、ポリエチレンが好ましい。そのような複合材料シートは、例えば米国特許第４，３７７，６１６号、第４，７５８，４６２号及び第４，６３２，８６９号明細書に開示されている。それらの開示は引用により本明細書に含まれていることにする。ポリマー層は非ボイド化ポリエステルポリマー層（複数でもよい）を含んでよい。前記ポリマーシートの前記ボイド含有層は、その容積の約２〜６０質量％のボイド空間を含んで成るべきである。そのようなボイド濃度は、透過率及び反射特性を最適化し、またバックライト及びフィラメントを隠蔽する適切な拡散力を提供するのが望ましい。本発明のミクロボイド含有配向フィルムの厚さは好ましくは１マイクロメートル〜４００マイクロメートルであり、より好ましくは５〜２００マイクロメートルである。ポリマーシートは６５％を超える透過率を有する。
【００８８】
本発明の熱可塑性ディフューザは、ミクロボイド含有層に隣接する１つ以上の非ボイド化表皮層を備えていることが好ましい。この複合材料シートの非ボイド化表皮層は、コアマトリックスに関して先に列挙したものと同じポリマー材料から作ることができる。複合材料シートは、コアマトリックスと同じ材料で作られた表皮（複数でもよい）を持たせて製造しても、又はコアマトリックスと異なるポリマー組成物で作られた表皮（複数でもよい）を持たせて製造してもよい。適合性から、コア層に対する表皮層の接着を促進するために補助層を使用できる。いかなる適切な二軸延伸ポリエステルシートも、それが配向することを条件として、利用できる。ボイドはＴｉＯ_２を使用することなく不透明性を提供するため、ミクロボイド含有複合二軸延伸シートが好ましい。ミクロボイド含有層は、コア層及び薄い層を同時押出し、続いて二軸延伸し、それにより、薄い層中に含まれるボイド誘導材料の周りにボイドを形成させることによって都合よく製造される。
【００８９】
配向ポリエステルは、優れた強度、耐衝撃性及び耐薬品性を有することから、ポリエステルミクロボイド含有光ディフューザも好ましい。本発明において使用されるポリエステルは約５０℃〜約１５０℃、好ましくは約６０℃〜約１００℃のガラス転移温度を有するのがよく、配向可能なものであるのがよく、少なくとも０．５０、好ましくは０．６〜０．９の固有粘度（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）を有する。好適なポリエステル類としては、炭素原子数４〜２０の芳香族、脂肪族又は脂環式のジカルボン酸と、炭素原子数２〜２４の脂肪族又は脂環式グリコールから製造されるものが挙げられる。好適なジカルボン酸の例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、ナトリオスルホイソフタル酸、及びそれらの混合物が挙げられる。好適なグリコールの例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、他のポリエチレングリコール類、及びそれらの混合物が挙げられる。そのようなポリエステル類は、当該技術分野で公知であり、公知の方法、例えば米国特許第２，４６５，３１９号及び米国特許第２，９０１，４６６号に記載の方法で製造できる。好ましい連続マトリックスポリエステル類は、テレフタル酸又はナフタレンジカルボン酸と、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール及び１，４−シクロヘキサンジメタノールから選択される少なくとも１種のグリコールに由来する反復単位を有するポリエステル類である。ポリエチレンテレフタレートが特に好ましく、少量の他のモノマーで改質してもよい。他の好適なポリエステルとしては、適切な量の、スチルベンジカルボン酸のような補助の酸成分を含めることによって形成される液晶コポリエステル類が挙げられる。このような液晶コポリエステルの例には、米国特許第４，４２０，６０７号、第４，４５９，４０２号及び第４，４６８，５１０号に開示されているものがある。
【００９０】
これらの複合シートの同時押出、急冷、延伸およびヒートセットは、フラットシート法またはバブルもしくはチューブラー法等の延伸シートを製造するのに当該技術分野において知られているいずれの方法で行ってもよい。フラットシート法は、スリットダイを通して配合物を押出し、押出されたウェブを冷却キャスティングドラム上で迅速に急冷して、シートのコアマトリックスポリマー成分および表皮層成分（複数であってもよい）をそれらのガラス凝固温度未満に急冷することを伴う。次に、急冷したシートを、マトリックスポリマーのガラス転移温度より高いけれども溶融温度よりも低い温度で互いに垂直な方向で延伸することによって二軸延伸する。このシートを一方向で延伸し、次に第二方向で延伸しても、または両方向で同時に延伸してもよい。延伸比（縦方向および横方向の合計について最終長さを原長で割ったものとして定義される）は少なくとも１０：１であるのが好ましい。シートを延伸した後、両延伸方向における収縮に対抗してシートをある程度拘束しながら、ポリマーを結晶化またはアニールするのに十分な温度まで加熱することによって、シートをヒートセットする。
【００９１】
積層ベースの裏側の二軸延伸シートは、好ましくは少なくとも一つの層を有するとして記載したが、二軸延伸シートの特性を変えるのに役に立つ追加の層を用意することもできる。追加の層によって別の効果を達成することができる。そのような層は、色味剤、帯電防止物質、もしくは別の空孔生成物質を含有して、特異な性質のシートをもたらす。二軸延伸シートは、接着性の改善を与えるか、もしくは支持体及び写真要素に期待される表面層を用いて製造することができる。必要に応じて１０層程度もの多くの層を二軸延伸押出し、特定の所望の特性を達成することができる。
【００９２】
本発明のディフューザシートは、光学補償フィルム、偏光フィルム及び基材の一構成要素である液晶層から選ばれる１つ以上の層と組み合わせて使用できる。本発明の拡散フィルムは、拡散フィルム／偏光フィルム／光学補償フィルムという組み合わせでこの順序の通りで使用されるのが好ましい。液晶ディスプレイ装置において上記フィルムを組み合わせて使用する場合に、例えば反射損などを最低限に抑えるように粘着性接着剤により上記フィルムを互いに結合することができる。粘着性接着剤は、光の界面反射損を抑えるために、延伸フィルムの屈折率に近い屈折率を有するものであることが好ましい。
【００９３】
レンズレットディフューザフィルムは、別の光ディフューザ、例えばバルクディフューザ、レンチキュラー層、ビーズ含有層、表面ディフューザ、ホログラフィーディフューザ、ミクロ構造ディフューザ、別のレンズアレイ、又はこれらの組み合わせと併用してもよい。レンズレットディフューザフィルムは、光を分散又は拡散するため、規則的に並んだ周期的レンズアレイを加えることによって生じうるいかなる回折パターンも壊す。任意のディフューザ又はレンズアレイの前又は後にレンズレットディフューザフィルムを配置することができる。
【００９４】
本発明の拡散シートは、透明ポリマーから作られたフィルム又はシートと組み合わせて使用できる。そのようなポリマーの例には、ポリエステル類、例えばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレート、アクリル系ポリマー、例えばポリメチルメタクリレート、並びにポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアクリレート及びトリアセチルセルロースがある。バルクディフューザ層は、支持体のガラスシートに備え付けられてもよい。
【００９５】
本発明の透明ポリマーフィルムは、別の側面において、１つ以上のレンズレットチャンネルを通る際の光透過率を高めるための１つ以上の光学的コーティングを含んでもよい。ディフューザの効率を高めるために、ディフューザに反射防止（ＡＲ）コーティングをコートすることが往々にして望ましい。
【００９６】
本発明のディフューザシートに、例えば、入射角での光散乱性を変えるほどには光学的特性を低下させない範囲でフィルムの表面スリップ性改良するためにシリカ等の滑剤を含めてもよい。そのような添加剤の例には、有機溶剤、例えばキシレン、アルコール類又はケトン類、アクリル樹脂、シリコーン樹脂若しくは金属酸化物の微粒子又は充填剤がある。
【００９７】
本発明のレンズレットディフューザフィルムは、通常、光学的異方性を有する。ウェブ材料及びキャストされた熱可塑性樹脂は、一般的に、延伸方向に光軸を有する光学的異方性を示す光学的異方性材料である。光学的異方性は、フィルムの厚さｄとフィルム面内の遅軸方向での屈折率と速軸方向での屈折率の差である複屈折率Δｎとの積、すなわちΔｎ・ｄ（リタデーション）により表される。配向方向は本発明のフィルムの延伸軸と一致する。延伸軸は、正の固有複屈折率を有する熱可塑性ポリマーの場合には遅軸方向であり、負の固有複屈折率を有する熱可塑性ポリマーの場合には速軸方向である。Δｎ・ｄの値の必要なレベルに関する明確な要件はない。なぜなら、Δｎ・ｄのレベルはフィルムの用途に依存するからである。
【００９８】
本発明の製造方法において、好ましいレンズポリマーはスリットダイから溶融押出される。一般的に、Ｔダイ又はコートハンガーダイを使用することが好ましい。製造方法は、スリットダイを通じてポリマー又はポリマーブレンドを押出し、押出したウェブを、透明シートのレンズポリマー成分がそのガラス固化温度よりも低い温度に冷却され拡散レンズの形状が残るように好ましいレンズ形状寸法有するチルドキャストドラムにより急冷することを伴う。
【００９９】
拡散フィルムアセンブリーの製造方法を開発した。好ましい方法は、複数の複合レンズを有する雄型マスターチルロールを用意する工程を含む。拡散フィルムは、溶融ポリマー材料をチルロールの面にキャストし、透明ポリマーフィルム上にレンズレット構造を有するそのポリマー材料を移すことによりマスターチルロールから複製される。
【０１００】
チルロールは、ロールの表面に銅の層を電気めっきする工程、次いで、銅層の表面にガラス又は二酸化ケイ素等のビーズによりブラスト加工して半球状の表面特徴を有する表面テクスチャーを生成させる工程を含む方法により製造される。得られるブラスト加工された表面は、ロール内側方向にくぼんでいる又はロールの外側方向に出っ張った表面特徴を有する表面テクスチャーをもたらす深さまで光沢ニッケル電気めっき又はクロムめっきされる。チルロール表面の剥離特性のために、樹脂はロールの表面に付着しない。
【０１０１】
ビーズブラスト加工工程は、望ましいレンズレット構造が生じるように、ノズル供給量、ロール表面からのノズル距離、ブラスト工程中のロール回転速度及び粒子の速度を正確に制御する自動化された直圧システムを使用して実施される。
【０１０２】
単位面積当たりのチルロールの表面特徴の数は、ビーズのサイズ及びパターンの深さにより決まる。ビーズの直径がより大きくパターンがより深いほど、所定の領域内の表面特徴の数はより少なくなる。従って、表面特徴の数は、ビーズのサイズ及びパターンの深さによって本質的に決まる。
【０１０３】
本発明の複合レンズは、ある型の周りに真空成形することにより、レンズを射出成形することにより、及びポリマーウェブにレンズを型押しすることによっても製造できる。これらの製造法は、光を有効に拡散できる許容可能なレンズをもたらすが、パターン付きロール上へのポリマーの溶融キャストコーティング、及びその後の透明ポリマーウェブ上への移動によって、本発明のレンズをロールに形成でき、そのために拡散レンズの製造費を低くすることができる。さらに、キャストコーティングポリマーは、型押及び真空成形と比較して望ましい複合レンズ形状をより効率的に複製することが判った。
【０１０４】
本発明は、いかなる液晶ディスプレイ装置とともに使用できる。典型的な構成は、以下で説明する。液晶（ＬＣ）は、電子ディスプレイとして広く使用されている。これらのディスプレイ装置において、ＬＣ層は偏光子層と検光子層の間に位置し、層内で法線軸に旋光ねじれを示すディレクターを有する。検光子は、その吸収軸が偏光子の吸収軸に対して垂直であるように配向される。偏光子により偏光された入射光は、液晶セルを通って液晶の分子配向の影響を受ける。この液晶の分子配向は、セルに電圧を印加することにより変えることができる。この原理を用いることによって、周囲光を含む外部光源からの光の透過を制御できる。この制御を達成するのに必要なエネルギーは、陰極線管等の他のディスプレイタイプで使用されている発光材料に対して必要とされるものよりもかなり少ない。従って、ＬＣ技術は、軽量で、低電力消費量で、長動作寿命であることが重要な特徴であるデジタル時計、計算機、ポータブルコンピューター、電子ゲーム等（これらに限られない）の多くの用途で使用されている。
【０１０５】
アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を各液晶画素を駆動するためのスイッチ素子として使用する。これらのＬＣＤは、個々の液晶画素を選択的に駆動できるため、クロストークなしに高いデフィニションの画像を表示することができる。光学モード干渉（ＯＭＩ）ディスプレイは、「ノーマリーホワイト」である液晶、すなわちオフ状態のときに光がディスプレイ層を透過する液晶ディスプレイである。ツイストネマチック液晶を使用するＬＣＤの動作モードは、複屈折モードと光学回転モードに大きく分けられる。「フィルム補償型スーパーツイストネマチック」（ＦＳＴＮ）ＬＣＤはノーマリーブラックである。すなわちＦＳＴＮ ＬＣＤは、電圧が印加されていないオフ状態のときに光の透過が阻止される。ＯＭＩディスプレイは、報告されているところでは、応答時間が速く動作温度範囲が広い。
【０１０６】
白熱電球又は太陽からの常光（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｌｉｇｈｔ）は、ランダムに偏光している。すなわち白熱電球又は太陽からの光は、あらゆる可能な方向に向いた波を含む。偏光子は、光のランダム偏光（非偏光）ビームを、直交する面に偏光した２つの成分のうちの１つを選択的に除去することにより偏光した光に変換する二色性材料である。線形偏光子は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の重要な構成要素である。
【０１０７】
ＬＣＤ装置での使用に十分な光学的性能を有する幾つかの種類の高二色比偏光子がある。これらの偏光子は、１つの偏光成分を透過し、互いに直交する他の成分を吸収する（この効果は、二色性として知られている）材料の薄いシートから作られる。最も一般的に使用されているプラスチックシート偏光子は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ポリマー鎖がおおよそ平行に配列している薄い一軸延伸ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムから構成される。配列したＰＶＡに、ヨウ素分子をドープするか又は着色二色性色素の組み合わせ（例えば、欧州特許第０１８２６３２Ａ２号、Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌｉｍｉｔｅｄ参照）をドープする。ヨウ素分子又は着色二色性色素の組み合わせはＰＶＡに吸着されるか又は一軸配向して、ニュートラルグレー色の高異方性マトリックスを生じる。脆いＰＶＡフィルムを機械的に支えるために、両面に剛いトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）層又は同様な支持体を貼り合わせる。
【０１０８】
コントラスト、色再現、及び安定したグレースケール強度は、液晶技術を用いる電子ディスプレイの重要な品質特性である。液晶ディスプレイのコントラストを制限する主な因子は、液晶素子又はセルを通って光が「漏れる」傾向である。この場合に、液晶素子又はセルは、暗い又は「黒い」画素状態になる。さらに、漏れや、それによる液晶ディスプレイのコントラストは、ディスプレイスクリーンを観察する角度にも依存する。典型的には、最適なコントラストは、ディスプレイに対する法線入射を中心としてある狭い視野角内でのみ観察され、視野角がそれよりも高いと急速にコントラストが低下する。カラーディスプレイにおいて、漏れの問題はコントラストを低下させるだけでなく、色又は色相シフトももたらし、それに伴って色再現が低下する。黒状態の漏光に加えて、典型的なツイストネマチック液晶ディスプレイにおける狭い視野角の問題は、液晶材料の光学異方性のために視野角の関数として輝度−電圧曲線でのシフトによって悪影響を受ける。
【０１０９】
本発明の透明ポリマーフィルムは、バックライトシステムで光散乱フィルムとして使用された場合に、輝度を一様にすることができる。バックライト型ＬＣＤディスプレイスクリーン、例えばポータブルコンピューターで使用されるものは、比較的局所的な光源（例えば、蛍光灯）又はＬＣＤスクリーンの比較的近くに配置された比較的局所的な光源を備えていることがあるため、光源に対応する個々の「ホットスポット」が見える場合がある。拡散フィルムは、ディスプレイ全体にわたって照明を一様にする役割を果たす。液晶ディスプレイ装置としては、例えばアクティブマトリックス駆動及び単純マトリックス駆動から選ばれる駆動方法と、例えばツイストネマチック、スーパーツイストネマチック、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶モードから選ばれる液晶モードとの組み合わせを有するディスプレイ装置が挙げられるが、本発明は、上記の組み合わせに限定されない。液晶ディスプレイ装置において、本発明の配向フィルムは、バックライトの前方に位置することが必要である。本発明のレンズレットディフューザフィルムは、光を拡げてあらゆる方向での優れた可視度を与えるという優れた光散乱特性を有するために、本発明のレンズレットディフューザフィルムは、ディスプレイ全体にわたって液晶ディスプレイ装置の明るさを一様にすることができる。上記の効果は、そのようなレンズレット拡散フィルムを１つ使用しても達成できるが、複数のフィルムを組み合わせて使用してもよい。光を分散させて光をより一層均一にするために、拡散レンズレットディフューザフィルムを透過モードでＬＣＤ材料の前方に配置することができる。本発明には、光源隠蔽装置としての重要な用途がある。多くの用途において、フィラメントの構造は、試料全体に分配される光を変化させ、これは望ましくないため、光源自体の出力から、用途によっては問題となりうるフィラメントの構造をなくすことが望ましい。また、光源を再配置した後の光源フィラメント又はアークの向きの不一致は、誤りのある及び誤解を招きやすい読取りをもたらすことがある。光源と検出子の間に配置される本発明の均一化用レンズレットディフューザフィルムは、光源の出力からフィラメント構造のいかなる跡もなくすことができ、そのため、光源から光源までの間で一様な均一な出力をもたらす。
【０１１０】
望みの場所に向けられる感じの良い均一な光を提供することによって、演劇の照明を制御することにレンズレットディフューザフィルムを使用できる。演劇及びテレビ制作物において、適切な照明に必要なあらゆる様々な効果を達成するために、様々なステージライトを使用しなくてはならない。これには、多くの様々なランプを使用することを必要とし、これは不便であるとともに費用がかかる。ランプの上に重ねられた本発明のフィルムは、必要とされる場合に、融通性にほとんど制限がない分散光を与えることができる。その結果、動いているか動いていない、任意の形状のほとんどあらゆる対象を、正確に照明することができる。
【０１１１】
金属フィルムなどから構成される反射層を本発明のレンズレットディフューザフィルムに適用することにより形成される反射フィルムを、例えば交通標識用の再帰反射要素として使用することができる。この反射フィルムは、自動車、自転車、人などに適用された状態で使用できる。
【０１１２】
本発明のレンズレットディフューザフィルムは、警察及び警備システムの分野でも使用でき、レーザーダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）からの出力を警備している領域全体で均一にしてより高いコントラストを赤外（ＩＲ）検出器に与える。本発明のフィルムは、紙幣読取機又はスキントリートメント装置におけるように、ＬＥＤ又はＬＤ光源を使用する装置から構造をなくすためにも使用できる。これは、より高い正確性をもたらす。
【０１１３】
外科医の頭部に取り付けられる光ファイバー光アセンブリーは、ある１つの光ファイバー要素が手術の間に故障したならばその手術している領域の強度変動を抑える光を当てることができる。ファイバー束の端に取り付けられた本発明のレンズレットディフューザフィルムは、残りのファイバーに由来する光を均一化し、故障したファイバーの跡が患者に影を落とすことがなくなる。標準的な粉末ガラスディフューザは、スループットの損失をもたらす著しい後方散乱のために、この用途では有効でないであろう。
【０１１４】
本発明のレンズレットディフューザフィルムは、光源のフィラメント又はアークの構造をなくし、均一に照明された観察領域をもたらすことによって、顕微鏡で試料を均一に照明することに使用することもできる。このフィルムは、ファイバーを伝搬する様々なモード、例えばヘリカルモードファイバーからの光出力を均一化することにも使用できる。
【０１１５】
本発明のレンズレットディフューザフィルムには、労働及び居住空間に適切な光を提供すること等の重要な建築用途もある。典型的な商業的用途では、室内に光を拡散させるのを促進するために、費用のかからない透明ポリマーディフューザフィルムが使用される。これらの従来のディフューザの１つと置き換わる本発明のホモジナイザーは、光が室内に均一にあらゆる角度に拡散してホットスポットが生じないというより均一な光出力を提供する。
【０１１６】
芸術品を照明する光を拡散させるために、本発明のレンズレットディフューザフィルムも使用できる。透明ポリマーフィルムディフューザは、非常に望ましい様式で芸術品を表現するための適切なサイズ及び向きにされた適切なアパーチャを備える。
【０１１７】
さらに、本発明のレンズレットディフーザフィルムは、表示装置等の光学機器の一構成要素として広く使用できる。例えば、本発明のレンズレットディフューザフィルムは、液晶ディスプレイ装置のバックライトシステムに関する前述の光散乱板に加えて、反射型液晶ディスプレイ装置においては金属フィルム等の反射フィルムを貼り合わせた光反射板として、又はその装置の背面側（観察者に対して反対側）に金属フィルムを配置する場合には本発明のフィルムを前側（観察者側）に向けて前方散乱フィルムとして使用できる。本発明のレンズレットディフューザフィルムは、ＩＴＯフィルムに代表される酸化インジウムから構成される透明導電性層を積層することにより電極として使用できる。この材料を反射スクリーンを形成するために使用する場合には、光反射層を透明ポリマーフィルムディフューザに適用する。
【０１１８】
透明ポリマーディフューザフィルムの別の用途は、光源からスクリーン上に大きな領域一面に投影することが一般的に望ましい透過投影スクリーンである。テレビの視野角は典型的には水平方向よりも垂直方向のほうが小さい。ディフューザは、光を広げる機能を果たし、視野角を増加させる。
【０１１９】
拡散フィルム試料を、積分球を備えたＨｉｔａｃｈｉ Ｕ４００１ ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ分光光度計を用いて評価した。複合レンズを有する前面を積分球の方に向けて試料をビームポートに置き、全透過スペクトルを測定した。標準試料ポートに較正済みの９９％拡散反射標準（ＮＩＳＴトレース可能）を置いた。同様であるが９９％のタイルを除いて、拡散透過スペクトルを測定した。被覆された側を積分球の方に向けて試料ポートに試料を置き、拡散反射スペクトルを測定した。試料バッキングからの反射を除くために、試料の後方にはなにも設置しなかった。全てのスペクトルを３５０〜８００ｎｍで得た。拡散反射の結果は、９９％タイルで求められたものであるためにそれらの値は絶対値であるが、９９％タイルの較正報告値で補正する必要があるであろう。
【０１２０】
全透過光百分率とは、全角度での試料を透過した光の百分率である。拡散透過率は、入射光角度から２度の角度を除く試料を透過した光の百分率として定義される。拡散光透過率は、拡散透過により試料を透過した光の百分率である。拡散反射率は、試料により反射された光の百分率として定義される。試料で求めたこれらの百分率は、５００ｎｍで測定したものである。これらの値は、試料の吸収性又は測定した試料のわずかな違いのために合計しても１００％にならない場合がある。
【０１２１】
本発明の態様は、光拡散及び透過の改良だけではなく、厚さが薄く、光散乱の傾向が抑えられた拡散フィルムも提供することができる。
【０１２２】
本発明を特定の好ましい態様を特に参照して詳しく説明したが、当然のことながら、本発明の精神及び範囲の中で様々な変更及び改良を行える。
【０１２３】
【実施例】
この例において、押出グレードのポリオレフィンポリマーを、複合レンズの形状及び光ディレクタの形状を有するパターン付きチルロール上に押出キャストすることによって、光ディレクタを含む複合レンズ光ディフューザを作り出した。複合レンズ及び光ディレクタの形態のパターン付きポリオレフィンポリマーを、次にポリエステルウェブ材料に移し、それにより複合表面レンズ及び周辺光ディレクタを有する光ディフューザを形成した。この例は、透明ポリマーウェブ材料上に形成された複合表面レンズが、アクリルマトリックス中の球状ビーズの分散体を利用するランダムな従来技術の光ディフューザと比較して、優れた光拡散性を提供することを示すものである。さらに、この例から、光ディレクタを含む光ディフューザが、ディフューザ周辺のライティングのより良好な管理をもたらすことが明らかであろう。
【０１２４】
ロールの表面に銅の層を電気めっきする工程と、次に、銅層の表面をガラスビーズによりブラスト加工して半球状の表面特徴を有する表面テクスチャーを生成させる工程を含む方法によって、パターン付きチルロールを製造した。得られたブラスト加工された表面を、ロール内側方向にくぼんでいる又はロールの外側方向に出っ張った表面特徴を有する表面テクスチャーをもたらす深さまで光沢ニッケル電気めっきした。ビーズブラスト加工工程を、望ましい複合レンズ構造が生じるように、ノズル供給量、ロール表面からのノズル距離、ブラスト工程中のロール回転速度及び粒子の速度を正確に制御する自動化された直圧システムを使用して実施した。単位面積当たりのチルロールの表面特徴の数は、ビーズのサイズ及びパターンの深さにより決まる。ビーズの直径がより大きくパターンがより深いほど、所定の領域内の表面特徴の数はより少なくなる。
【０１２５】
スチールロール素材片を原材料とし、４４７ＭＰａの圧力で粒度１４番のグリットを用いてグリットブラスト加工することにより複合レンズパターン付きロールを製造した。ロールの表面に得られた複合レンズは凸状であった。銅ロール素材片を原材料とし、３１０ＭＰａの圧力で粒度１４番のグリットを用いてグリットブラスト加工することにより単レンズパターン付きロール（対照）を製造した。ロールの表面に得られた単レンズは凹状であった。光ディレクタの形状を、パターン付きロールに、そのロールの円周に沿って機械加工した。光ディレクタは、１５マイクロメートルの深さまで均一に削り出された４５°のウェッジであった。
【０１２６】
複合拡散レンズと光ディレクタの両方を含むパターン付きチルロールを使用し、９６．５％のＬＤＰＥ（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ銘柄のＤ４００２Ｐ）、３％の酸化亜鉛及び０．５％のステアリン酸カルシウムから実質的に成るポリオレフィンポリマーを、コートハンガースロットダイから光透過率が９７．２％の１００マイクロメートル透明配向ウェブポリエステルウェブ上に押出コーティングすることによって、光拡散シートを製造した。ポリオレフィンキャストコーティング被覆量は２５．８８ｇ／ｍ^２であった。
【０１２７】
複合レンズを有する本発明の材料は、平均直径が２７．１マイクロメートルの主レンズとこの主レンズの表面上にある平均直径が６．７マイクロメートルの副レンズとを含んで成るランダムに分布したレンズを有していた。主レンズに対する副レンズの平均比率は１７．２対１であった。対照の拡散シートは、平均直径が２５．４マイクロメートルであるランダムに分布する単レンズを含んで成っていた。キャストコートされた拡散シートの構造は以下の通りである。
【０１２８】
【外１】

【０１２９】
次に、本発明の拡散材料にスリットを入れ、３０ｃｍ四方のシートの周辺に光ディレクタを設けた。光ディレクタは、シートの平行なエッジに沿っていた。図１に、複合レンズと透明シート２０の関係での光ディレクタを示す。上記の本発明の材料と、ポリエステルウェブ材料上にコートされたアクリルバインダー層中に８マイクロメートルのポリマービーズを含む従来技術の光ディフューザについて、光透過率（％）、拡散光透過率（％）、スペキュラー光透過率（％）及び拡散反射率（％）を求めた。
【０１３０】
拡散フィルム試料を、積分球を備えたＨｉｔａｃｈｉ Ｕ４００１ ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ分光光度計を用いて評価した。複合レンズを有する前面を積分球の方に向けて試料をビームポートに置き、全透過スペクトルを測定した。標準試料ポートに較正済みの９９％拡散反射標準（ＮＩＳＴトレース可能）を置いた。同様であるが９９％のタイルを除いて、拡散透過スペクトルを測定した。被覆された側を積分球の方に向けて試料ポートに試料を置き、拡散反射スペクトルを測定した。試料バッキングからの反射を除くために、試料の後方にはなにも設置しなかった。全てのスペクトルを３５０〜８００ｎｍで得た。拡散反射の結果は、９９％タイルで求められたものであるためにそれらの値は絶対値であるが、９９％タイルの較正報告値で補正する必要があるであろう。
【０１３１】
全透過光百分率とは、全角度での試料を透過した光の百分率である。拡散透過率は、入射光角度から２．５度の角度を除く試料を透過した光の百分率として定義される。拡散光透過率は、拡散透過により試料を透過した光の百分率である。拡散反射率は、試料により反射された光の百分率として定義される。試料で求めたこれらの百分率は、５００ｎｍで測定したものである。これらの値は、試料の吸収性又は測定した試料のわずかな違いのために合計しても１００％にならない場合がある。
本発明、対照及び従来技術の材料について求めた値を下記表１に示す。
【０１３２】
【表１】

【０１３３】
上記のデータから、透明ポリマーの表面上に形成された複合ポリマーレンズは、より輝度の高い液晶ディスプレイ装置を得ることを可能にする優れた光拡散率及び光透過率（％）を提供することがはっきりと判る。本発明の材料の場合の８８．２％の拡散光透過率は、従来技術の材料（６５．７％）の場合よりもかなり優れている。本発明の複合レンズは、単レンズ（１つの曲面）及び従来技術の材料（１つの曲面）と比較してかなり多くの透過光拡散のための曲面領域を備えている。拡散シートがＬＣ装置に共通の光ガイドのパターンをマスクする必要がある点で、拡散光透過率はＬＣ装置の品質の重要な因子である。９２．６％の本発明の全光透過率は、従来技術の材料よりもかなり高い。内部散乱及び光源への反射戻りを抑えるレンズを設けることによって、本発明の材料では、光エネルギーの９２．６％がディフューザを透過することが可能であり、より高輝度の液晶ディスプレイをもたらす。
【０１３４】
表１中の測定値の全てを総合すると、本発明の材料は、高い全透過率と高い拡散光透過率を併せ持つ。これは、光ガイドのパターンをマスクする一方で光の大部分が当該フィルムを透過できるフィルムを生じ、より高輝度のＬＣ装置を可能にする。従来技術の試料では、フィルムから出てくる光の大部分が拡散するため光ガイドのパターンがマスクされる。出てくる光はほとんど完全に拡散したものであるが、全透過率測定値は低ブロッキング光であり、許容できない暗いディスプレイをもたらす。従来技術の試料を透過した光は、大きな反射率によっても無駄に費やされた。
【０１３５】
さらに、本発明の材料は周辺光ガイドを含んでいたため、この正面に入射した照明光は中心領域の方に反射され、本発明の材料の輝度は高まる。この例のポリマー光ディレクタと空気の間の屈折率差は０．５であったため、図１における照明光３０は４５°光ディレクタウェッジ２８によりディフューザの中心領域の方に反射され、この光ディフューザは、装置のフレーム又は他の周辺光学要素により通常吸収される周辺光エネルギーをよりうまく利用することができる。光ディレクタはディフューザの表面に下方にあったため、反射された入射光を凹状複合レンズにより加工して光源の方に拡散させることができた。ポリマー光ディレクタと複合レンズを同じ製造工程で形成したため、周辺光ディレクタを含む光ディフューザは、周辺光の管理をもたらすのにプリント工程を用いる従来技術の光ディフューザと比較して低コストである。
【０１３６】
この例は、主として、ＬＣ装置用の熱可塑性光拡散材料の使用に関するものであるが、本発明の材料はバックライトディスプレイ、拡散層を含む画像形成要素、家庭用のスペキュラー照明及びプライバシースクリーン、前面投影型ディスプレイ、画像捕獲拡散レンズ、並びにグリーンハウスの光拡散等の他の拡散用途で有用である。
【０１３７】
本発明のさらなる態様を特許請求の範囲に記載の態様とともに以下に示す。
［態様１］ 周辺領域及び中心領域を含んで成り、前記周辺領域が、当該光ディレクタに入射した光の少なくとも一部を前記中心領域に向ける光ディレクタを含む光ディフューザ。
［態様２］ 前記光ディレクタが光学的勾配を備える上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様３］ 前記光ディレクタが半球状の形状を備える上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様４］ 前記光ディフューザが傾斜面形状を備える請求項１記載の光ディフューザ。
［態様５］ 前記傾斜面が、三角形の底辺（透過光の進行方向に対して垂直である）と光を方向付けるために使用される斜辺の成す角度が３５〜５５°となるような角度で配置された入射光反射面を含む、上記態様４記載の光ディフューザ。
［態様６］ 前記傾斜面が鋸歯形状の表面である上記態様４記載の光ディフューザ。
［態様７］ 前記鋸歯状のパターンが、三角形の底辺（透過光の進行方向に垂直である）と光を方向付けるために使用される斜辺の成す角度が３５°〜５５°であるようなものである上記態様６記載の光ディフューザ。
［態様８］ 前記光ディレクタが、前記光ディフューザの屈折率よりも小さい屈折率を有する請求項１記載の光ディフューザ。
［態様９］ 前記光ディフューザと前記光ディレクタの間の屈折率の差が０．０５未満である上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様１０］ 前記光ディレクタが空気を含む上記態様１記載の光ディフューザ。
【０１３８】
［態様１１］ 前記光ディレクタが金属面を備える上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様１２］ 前記光ディレクタがポリマーを含む上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様１３］ 前記光ディレクタが白色顔料を含む上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様１４］ 前記光ディレクタが、入射した可視光エネルギーの５０％超を反射する上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様１５］ 前記光ディレクタが入射可視光エネルギーの８０％超を反射する上記態様１４記載の光ディフューザ。
［態様１６］ 前記ディレクタが前記光ディフューザの表面の下方に存在する上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様１７］ 前記ディレクタが前記光ディフューザの下方１０〜１００マイクロメートルに存在する上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様１８］ 前記ディレクタが、前記ディフューザに直交する入射光に対して少なくとも４５°の角度を成して傾斜した傾斜面を前記ディフューザの下方に含み、前記ディレクタが空気を含む上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様１９］ 前記光ディフューザが７０％超の透過率を有する上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様２０］ 前記光ディフューザが９０％を超える透過率を有する上記態様１記載の光ディフューザ。
【０１３９】
［態様２１］ 前記光ディフューザが８５％超の曇り度を有する上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様２２］ 前記光ディフューザがミクロボイド含有ポリマーを含む上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様２３］ 少なくとも１つの表面上に複数の複合レンズを含む上面及び底面を有する透明ポリマーフィルムをさらに含む上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様２４］ 前記表面上にランダムに分布している複合レンズを含む上記態様２３記載の光ディフューザ。
［態様２５］ 前記透明ポリマーフィルムの上面及び下面の両方に存在する複合レンズをさらに含んで成る上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様２６］ 任意の方向で５〜２５０複合レンズ／ｍｍの平均周波数を有する複合レンズをさらに含む上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様２７］ ｘ及びｙ方向で３〜６０ミクロンの平均幅を有する複合レンズをさらに含む上記態様１記載の光ディフューザ。
［態様２８］ 複合表面拡散レンズと光ディレクタの両方を含むパターン付きロール上にポリマー材料を連続的にキャストし、複合表面拡散レンズと光ディレクタの両方の逆の型に対応するパターンを有する型に前記層を接触させながら前記材料を冷却することを含む上記態様１記載の光ディフューザの形成方法。
［態様２９］ その少なくとも１つの表面上に複数の複合レンズを含む上面及び下面を有する透明ポリマーフィルムを形成し、次いで、前記複合レンズに熱及び圧力を表面適用することにより光ディレクタを形成することを含む光ディフューザの形成方法。
［態様３０］ 光源と、周辺部分に光ディレクタを含む光ディフューザとを含み、少なくとも７５％の拡散光透過率を有するバックライト型装置。
【０１４０】
［態様３１］ 光源と、光ディレクタをその周辺部分に含む光ディフューザを含んで成り、少なくとも７５％の拡散光透過率を有し、前記ディフューザが前記光源と偏光フィルムの間に配置されている液晶ディスプレイ装置。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明は、高い透過率を提供する一方で、スペキュラー光源を拡散させると同時に周辺光の少なくとも一部を中心領域の方に向ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、液晶ディスプレイ装置での使用に好適な傾斜面周辺光ディレクタを含む透明ベース材料上に形成された複合レンズの断面図である。
【図２】図２は、周辺光ディレクタを含む光ディフューザーを備えた液晶ディスプレイ装置である。
【図３】図３は、液晶ディスプレイ装置での使用に好適な鋸歯状の周辺光ディレクタを含む透明ベース材料上に形成された複合レンズの断面図である。
【符号の説明】
２…光ガイド
４…ランプレフレクター
６…反射テープ
８…反射フィルム
１０…反射テープ
１２…光拡散フィルム
１４…輝度向上フィルム
１６…偏光フィルム
１８…可視光源
２０…透明ポリマーベース
２２…主レンズ
２４…副レンズ
２６…透明ポリマーベースの表面
２８…ポリマー光ディレクタ
３０…入射照明光線

Claims (7)

1. 周辺領域及び中心領域を含んで成り、前記周辺領域が、当該光ディレクタに入射した光の少なくとも一部を前記中心領域に向ける光ディレクタを含む光ディフューザ。
2. 前記光ディレクタが光学的勾配を備える請求項１記載の光ディフューザ。
3. 前記光ディフューザが傾斜面形状を備える請求項１記載の光ディフューザ。
4. 前記傾斜面が、三角形の底辺（透過光の進行方向に対して垂直である）と光を方向付けるために使用される斜辺の成す角度が３５〜５５°となるような角度で配置された入射光反射面を含む、請求項３記載の光ディフューザ。
5. 前記光ディレクタが、前記光ディフューザの屈折率よりも小さい屈折率を有する請求項１記載の光ディフューザ。
6. 前記光ディレクタが、入射した可視光エネルギーの５０％超を反射する請求項１記載の光ディフューザ。
7. 前記光ディフューザが７０％を超える透過率を有する請求項１記載の光ディフューザ。

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