JP2004538506A - 微細複製構造を有する光学フィルム - Google Patents
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Abstract
反射型ＬＣＤなどの透明ディスプレイで用いるための光学フィルムに関する。光学フィルムは、入射光を反射する３次元のプリズム構造を有する。プリズム構造は、反射ファセットが所望の反射光パターンで反射光を指向するように構成される。さまざまな反射ファセットの形状および寸法によって、パターン形状および強度を制御することができる。一実施形態において、プリズム構造の高さは構造の２次元に沿って変化する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルムおよびその作製方法に関する。さらに詳細には、本発明は、微細複製構造を有する層を含む光学フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特殊な光変調器としても公知である反射型イメージング装置は、光の反射を局所的に変更することによって可視画像を形成する。このタイプの１つの有用な装置は、液晶ディスプレイすなわちＬＣＤであり、画像を映すような態様で、偏光子の間に挟まれた液晶材料の電子的に処理される画素によって、ディスプレイに入射する光が透過されるか、反射されるかまたは遮断されるかのいずれかであり、それによってディスプレイの可視画像を形成する。
【０００３】
ＬＣＤは、ＬＣＤの一主面（背面と呼ばれる）に入射する光によって照射されることが多く、他方の面、すなわち見ている人が存在する前面から出る。また、適切な反射体によって、前面、すなわち見ている側からＬＣＤを照射し、反射体（一般に後方反射体と呼ばれる）によって反射される周辺光によって照射された画像を作成することも可能である。このような方法で照射されるＬＣＤは、反射型ＬＣＤまたはＲＬＣＤと一般に呼ばれる。
【０００４】
鏡面後方反射体および拡散後方反射体の両方が用いられており、それぞれある種の欠点を持っている。鏡面後方反射体は、金属的な画像外観を呈することができ、見ている人の背後または上部に位置している物体の画像を反射することができ、許容可能でないほど制限された視角を形成する可能性があり、特定の周辺光状態に応じてさまざまに変化する。さらに、鏡面反射体は、見ている人の頭部が最良の表示のために必要な入射照射光を遮断する恐れがあるように、入射光を反射する。他方、拡散反射体は、見ている人が存在する可能性のない位置に光を拡散する可能性がある点で、光の非効率的な使用という欠点があるため、より望ましい表示位置から照射光を外すことになる。これらの欠点は、米国特許第４，２９８，２４９号明細書にまとめられており、当該特許では、より適した位置からディスプレイを見ることができるような角度で入射光を反射するために、傾斜された反射面ストライプを有する後方反射体のほか、拡散面構造を備えている。同様に、米国特許第６，２０４，９０３号明細書は、特定の方向に反射光を指向するさまざまな構造的な形状を有する反射面および部分反射面を開示している。さまざまな光条件に適合するために、米国特許第５，１２８，７８７号明細書は、さまざまな光源からの光を所望の見ている位置に反射するためのさまざまな角度の構造を有する反射体を開示している。開示されている構造はまた、ディスプレイのさまざまな面および境界からの望ましくない鏡面反射光を受光する領域の外側の位置から画像を見ることができるため、グレアの影響を低減する利点も有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、所定の角度で入射光を反射し、反射光の特定の方向への分散を生成する微細構造反射面を提供する。微細構造面は、その面に構築される小さな傾斜反射微細構造を有する一般的な全体形状を有する。傾斜微細構造は、所定の周期的な高さまたは高度によって規定される高さまたは高度において長手方向の変化を有する。高さは、一定の周期、可変であるが決定的な周期、不規則な周期またはそれらの組合せに応じて変化してもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による微細構造面を作製するための適切なツールは、硬質銅などの適切な金属から構成される円筒ブランクに所望のパターンをダイヤモンドターニング加工し、フィルムのバッキング上に硬化可能な液体組成物の微細構造層にコーティングして形成するために、キャスティングツールとしてこの円筒を用いることによって製作されることができる。ダイヤモンドツールホルダに組み込まれた圧電素子によって、ダイヤモンドターニング処理に深さ関数を加えることができる。このタイプのツールホルダは、一般に高速ツールサーボまたはＦＴＳと呼ばれている。また、一般に、高速サーボツールと呼ばれることもある。ＦＴＳを駆動するために用いられる信号は、単一周波数波または多重周波数波、雑音発生器からの信号および有用であると分かっている任意の他の信号を含んでいてもよい。たとえば、変動する高さの周波数範囲またはスペクトル波形を制限するために、信号をフィルタリングしてもよい。一般的に、深さ関数を生成するために用いることができる信号は、有用な微細構造を作製する際に特定の信号の適切さによってのみ制限される。本発明において用いるための信号を生成することが相対的に簡単であるために、所望の光学的効果を生成するさまざまな高さを形成するための適切な信号を求める場合に、きわめて経験的なアプローチを取ることも可能である。
【０００７】
本願明細書で用いられるとき、「反射光学面」なる語は、ミラーなどのきわめて高い反射面および部分的にのみ反射し、光の相当量を透過する光学面の両方を含む。このタイプの部分反射体は、一般に半透過光学面と呼ばれる。本発明の反射面は、たとえば、銀などの適切な金属によって金属化することによって、反射を形成することができる。また、保護コーティングおよび他の面調整コーティングを組み込んでもよい。
【０００８】
本発明の反射面を有する光学フィルムは、有効範囲の方向に光を反射するように設計することができ、利用可能な光をより効率的に利用し、グレア効果を避けることができるような光の厳密に制御された分布を形成することができるため、ＬＣＤ用の後方反射体として有用である。
【０００９】
反射光分布に対して拡散成分または他の指向性成分を形成するために、傾斜角および深さ関数によって規定される微細構造に加えて、ツールの化学エッチングなどのさらなる面処理も用いることができる。ツールの耐久性および微細構造物製品の表面の品質を改善する際に、ツールのメッキが有用である場合もある。
【００１０】
特に一態様において、本発明は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有する光指向フィルムであって、第１の構造面および対向する面を有するフィルムに関する。構造面は、その上に複数のプリズム構造を有し、プリズム構造は、略ｘ軸に沿って延在し、隣接するプリズム構造の間にｙ軸に沿って間隙を有する。構造はまたｚ軸に沿って高さを有し、プリズム構造の高さは反復周期でｘ軸に沿って変動する。
【００１１】
別の態様において、本発明は、微細複製光反射フィルムであって、長さを有する複数のプリズム構造を含み、複数のプリズム構造のそれぞれが反復周期において長さに沿って変動する高さを有するフィルムを含む光学素子に関する。金属フィルム層がフィルム上に存在していてもよい。
【００１２】
また、本発明は、プログラム可能であるように制御された切削ツールを用いて作製され、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有する物品であって、略ｘ軸に沿って延在する複数の構造を含み、複数の構造が隣接するプリズム構造の間でｙ軸に沿って間隙を有し、ｚ軸に沿って高さを有し、構造の高さが反復パターンにおいてｘ軸に沿って変動する物品に関する。
【００１３】
本発明によれば、反射構造付きフィルムを作製するための方法は、切削ツールを用いてブランクからマスターツールを機械加工するステップを含み、切削ツールはｘ方向、ｙ方向およびｚ方向において移動可能である。機械加工ステップは、切削ツールとブランクを接触させるステップと、ブランクを切削するためにｘ方向において互いに関してブランクおよび切削ツールの少なくとも一方を移動するステップと、ブランクを切削するためにｙ方向において互いに関してブランクおよび切削ツールの少なくとも一方を移動するステップと、ブランクを切削するためにｚ方向において互いに関してブランクおよび切削ツールの少なくとも一方を移動するステップと、を含む。この機械加工用マスターツールにおいて、構造付きフィルムを作製し、次いで構造付きフィルムに反射コーティングを施す。
【００１４】
本発明の方法は、化学エッチング、ビードブラストまたは他の確率的面調整技術などの方法を用いて作製されるフィルムより緻密、精確または精密である構造付きフィルムを提供する。化学エッチング、ビードブラストまたは他の確率的面調整技術などの方法は、１つのプリズム面から次のプリズム面までの精密な形をたとえば０．００１マイクロメートルまで精密に再現することはできない。０．０００１マイクロメートル未満はなおさらである。
【００１５】
本発明は、添付図面と共に次の本発明のさまざまな実施形態の詳細な説明を考慮することによってより完全に理解されると思われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、反射型液晶ディスプレイ（ＲＬＣＤ）によって拡散反射される光のパターンを精密に形成することによって、ＲＬＣＤにおける光の利用を改善する光学フィルムに関する。詳細に述べれば、特定の方向に反射するようにＲＬＣＤの後方反射体の面特徴物を設計することにより、より十分な均一性および明るさのために所望であるように反射光の分散が形成される。
【００１７】
本願明細書で用いるとき、光学フィルムは、ＲＬＤＣに対して所望の角度で光を反射する構造を含む構造面またはプリズム面を有するフィルムである。
【００１８】
ＲＬＣＤなどの反射型ディスプレイ装置１０が、図１Ａに示されている。ディスプレイ装置１０は、追加光学素子１４を通じて見ることができる表示情報を照射するために周辺光を用いる。追加光学素子１４は、レンズ、タッチスクリーンまたはディスプレイ装置１０の他の類似の素子であってもよい。素子１４は、ディスプレイに特定の光学的性質を付与してもよく、ディスプレイの利用者からの入力を受理してもよい。ディスプレイ装置１０は、上部偏光子２２、液晶層２４および下部偏光子２６を含む光変調層２０をさらに具備している。さらに、光指向フィルムを具備する光指向構成２８が、下部偏光子２６に隣接して配置される。光指向構成２８に関する一部の実施形態では、下部偏光子２６に接着することが有用かつ好都合であることが分かっている。液晶層を挟む２つの偏光子を有する素子に用いることがさらに一般的であるが、本発明の光指向フィルムはまた、唯一の偏光子を含むか、または偏光子を含まないディスプレイ素子（たとえば、ゲスト−ホストＬＣＤ）に組み込んでもよい。
【００１９】
本願明細書では、さまざまな層を有する代表的なディスプレイ装置１０について説明する。一般に、層のいずれかを変更または排除してもよく、依然として利用可能なディスプレイ１０であることを理解されたい。また、追加層を追加することもできる。補償層またはフィルムは、ディスプレイ装置に具備することができる非等方性光学屈折フィルムである。利用可能なディスプレイと機能する異なる構造を形成するために、さまざまな層を再配置または再編成することができる。一部の実施形態において、単独層が、上述した２層として機能してもよい。さらに、より少数の個別層を形成するために、任意の複数の層を共に接着または積層してもよい。たとえば、偏光子または補償フィルムに光指向フィルムを積層することも可能である。本発明によって教示されるように、光指向フィルムを組み込んだディスプレイ装置１０のあらゆる変形が、本願明細書に開示されている。
【００２０】
再び図１Ａを参照すると、周辺光源３０は、入射する周辺光線３２を生成する。このような図において、光源３０からの光線３２は、法線から角度ａでディスプレイ装置に入射する。法線は、ディスプレイ面に垂直な方向である。入射光の一部は、ディスプレイ装置１０の上面および内部の境界面によって、図１Ａにはグレア光線３４によって示されるグレアとして反射される。グレア光線３４は、法線からグレア角ｂを有する。光線３２と遭遇する境界面が境界反射面である場合には、グレア角ｂは入射角ａに等しい。角度ａは、存在しそうなさまざまな光源からの光を表す一定の範囲の値を含むことができるため、グレアは一定の範囲の視角にわたって見ることができるが、一般にたとえばグレア角ｂで１つ以上の明るさのピークを有する。
【００２１】
入射光の大部分は光変調層２０を通過し、光指向構成２８によって反射され、それによって、ディスプレイ情報を照射し、画像光線３８として出す。光指向構成２８は、グレア角ｂとは実質的に異なる法線からの角度でディスプレイ１０から出るように、画像光線３８を指向するように設計される。これを一般に「ビームステアリング」と呼ぶ。量的には、画像光線３８の特定の角度は、通常「屈折のスネルの法則」および光指向構成２８の特定の特性によって支配される。
【００２２】
図１Ｂを参照すると、図１Ａに比べて拡大した図であり、構造層として示されている光指向構成２８は、光変調層２０によって生成される画像を所望の視角に向かって進めるように形成される。所望の視野角は、ディスプレイ１０のグレア角度と実質的に異なる。光指向構成２８はまた、ビームステアリングフィルムまたは傾斜ミラーフィルムとも呼ばれる場合がある。
【００２３】
図１Ｂにおいて、入射光線３２は、法線から角度ａで線３３によって表されるディスプレイ装置に入射する。法線は、ディスプレイ面に垂直な方向である。入射光線３２は、ディスプレイ１０のさまざまな構成部材によって屈折され、光線３２に曲げを形成することによって、光線３２’を形成する。グレアとして反射されない入射光のそのような部分は、光変調層２０を通過し、光指向構成２８によって反射されることによって、光変調層２０を照射し、画像光線３８を生成する。光指向構成２８からの反射の一定の角度は、角度ｄによって表されるファセット３６の角度に依存する。図１Ｂは単独の角度ｄを有する平坦な面としてファセット３６を描いているが、特定の光条件および所望の視角に応じて、他の平坦でないファセットを用いることもでき、場合によってその方が好ましい場合もあることを十分に理解されたい。画像光線３８がディスプレイ１０を通過するとき、光線は屈折され、画像光線３８に曲げを生じることから、法線から角度ｃで出ることを再び留意されたい。
【００２４】
光指向構成２８の特定の設計によって、画像を見ることができる視角の範囲およびピークの明るさが生じる視角の範囲を制御することができる。
【００２５】
図１Ａにおいて、画像光線３８によって表されるように、ピーク画像角または最適な視角はディスプレイに対してほぼ直交している。その結果、位置４４にいるディスプレイ装置１０を見ている人は、画像光線３８から角度ｂであるグレア画像に干渉されることなくくっきりとディスプレイ画像を見ることができる。さらに一般的に言えば、図１Ｂにおいて、ピーク画像角または最適視角は、画像光線３８によって示されているように、ディスプレイ法線に対して角度ｃである。その結果、ディスプレイ装置１０を見ている人は、ディスプレイに対して異なる角度ｂであるグレア画像に干渉されることなくくっきりとディスプレイ画像を見ることができる。
【００２６】
図１Ｂにおいて分かるように、光指向構成２８は、平滑面３１および構造面３３を有する構造を備えたプリズム状の光指向フィルムである。これについては、図面を参照して以下に詳細に述べる。平滑面３１はディスプレイ１０の後部とは別の側にあり、構造面は光変調層２０に面し、光源３０に面している。一部の実施形態において、構造面は、ディスプレイ１０とは反対側に面するように位置することも可能である。面３１はここでは平滑であるように記載されているが、面は粗面、波面、凹凸面であってもよく、またはその上にプリズム構造を有していてもよいことを理解されたい。本発明における光指向構成２８およびその作用の変動については、以下にさらに詳細に述べる。
【００２７】
本発明は、所望の範囲の角度にわたって所望の画像ビーム強度分散を形成するように光指向構成を設計することに関する。プリズム状の光指向フィルムの特定の構成によって、反射ビームの方向および角度範囲を変更することができる。ＲＬＣＤの見ている人によって見られる光の分散を量的に表すために用いられる座標系が、図２Ａに示されている。図２Ａにおいて、点「Ｐ」は見ている人、輝度を測定するための光度計、光源または所定の他の品目であってもよい。点「Ｐ」は、方位角または単に方位と呼ぶ球座標θ、極角度と呼ぶφおよび半径座標と呼ぶρを有する。図２Ａにおいて、見ている人によって見た場合に、点２９はディスプレイ２５上の点であり、縁２３はディスプレイの上部である。反射光の分散の試験は、通常、極角度φが３４°、方位角が０°で入射する平行光を用いて行われる。
【００２８】
物理的な実例は、「ＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）」光度計によって特徴付けられるとき、ビームステアリングの特定の効果を見ることができる。この光度計は、３４°の入射平行光と共に反射モードで用いられる偏光光度計である。ＥＬＤＩＭ光度計は、θおよびφの関数として反射輝度を測定し、０°（フィルムの法線）から８０°（フィルム平面から１０°）の範囲にある極角度にわたり、３６０°の全方位角範囲にわたってデータを座標で表す。光学ゲインは、同一条件下で測定されたホワイトランベルト標準の輝度に関して同一の輝度で正規化することによって得られる。図４、７、８、１１、１２、１３、１５および１６において、この座標系を用いるグラフを見ることができる。θは円形グラフの周囲の度数として表され、グラフの一番上から始まって反時計方向に回転し、φはグラフの中心から半径方向の距離によって表される。
【００２９】
図２Ｂは、プリズム構造を示す一般的な光指向構成の斜視図である。以下の実施例は、図２Ｂに示されている軸を用いて説明される。「ｘ軸」または「ｘ方向」は、構造の長手方向とも呼ばれ、隆起または微細構造の方向にある。「ｙ軸」または「ｙ方向」は、ｘ軸に直交し、構造の面を横断するため、ｘ軸およびｙ軸が基準平面２９を規定し、光指向要素２８の全体の形状を規定する。「ｚ軸」または「ｚ方向」は、ｘ軸およびｙ軸によって形成される平面に垂直であり、光指向要素２８の後方から前方に延在している。
【００３０】
図２Ｃに描かれているタイプの円筒キャスティングツールを用いて、構造３３を有する光指向構成を作製することができることが好都合である。図２Ｃにおいて、中心軸４２を有する円筒ツール４０は、円筒ブランクに環状の溝４３を切削することによって作製される。適切な形成可能な材料が溝４３と軟質ポリマーフィルムなどのバッキング材料との間に配置されるとき、溝は構造３３を形成するために適した形状である。この種のツールについて述べる時、図２Ｃに示されているように、ツールに対するｘ方向およびｙ方向は、図２Ｂに示される光指向フィルム上のｘ方向およびｙ方向と一致している。
【００３１】
本発明の光指向フィルムは、任意の形成可能な材料であってもよく、通常は透明である。アクリルおよびポリカーボネートをはじめとする紫外線重合可能な材料が、好ましい材料である。一般に、光指向フィルムを作製するための紫外線重合可能な組成物としては、たとえばメチルスチレンなどのアルキルスチレンモノマーなどのビニルモノマー、さまざまなコモノマーおよび／またはオリゴマーが挙げられる。一例では、組成物は、ビスフェノールＡ型エポキシジアクリレート、ノボラック型エポキシアクリレートのそれぞれおよびアルキルスチレン（たとえばメチルスチレン）をはじめとするビニルモノマーを含む。このような組成物は、「エポキシアクリレート」とみなされる。組成物の重合を開始してポリマー構造にするための遊離基源を与えるために、開始剤を追加してもよい。
【００３２】
光指向フィルムにおいて用いるための好ましい紫外線重合可能なエポキシアクリレート組成物の一例は、一定の範囲の重量％によって列挙される以下の成分、すなわちビスフェノールＡエポキシジアクリレート（５５〜８０％）、アクリル化エポキシ（１〜１０％）、メチルスチレン（５〜２５％）、光重合開始剤（０．２５〜５％）（「ルシリンＴＰＯ」（Ｌｕｃｉｒｉｎ ＴＰＯ）など）およびフッ素系界面活性剤（０．１〜０．３％）を含む。さらに、組成物は、約５％までの重量％の「イルガキュア１８４」（Ｉｒｇａｃｕｒｅ １８４）などの第２の光重合開始剤を含むことができる。これらの好ましい紫外線重合可能な組成物に関するさらなる詳細は、１９９９年１０月２２日に出願された米国特許出願第０９／４２５，２７０号明細書（フォン（Ｆｏｎｇ））に記載されている。この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする。
【００３３】
構造付きフィルムに反射コーティングを施すことができる。この反射コーティングは不透明であってもよく、銀、クロム、ニッケル、アルミニウム、チタン、アルミニウム−チタン合金、金、ジルコニウム、白金、パラジウム、アルミニウム−クロム合金、ロジウムまたはその組み合わせなどの金属であってもよい。好ましい反射金属コーティングは、銀である。反射コーティングは、連続であっても不連続であってもよい。不連続コーティングは、不連続コーティングを塗布することによって実現されてもよく、または連続コーティングの一部を除去することによって実現されてもよい。
【００３４】
また、反射金属コーティングの性能および耐久性を改善するために、接着促進層、拡散障壁層および耐食層などの追加層を用いてもよい。好ましい耐食層の一例は、ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ０１／３１３９３明細書（ガードナー（Ｇａｒｄｎｅｒ）ら）に教示されている。この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする。
【００３５】
拡散体層は、フィルムの欠陥を隠しモアレ効果を排除するために、構造付きフィルムの上に塗布されることが好ましい。本発明の光指向フィルムは、プリズム構造のために十分な光拡散を行うため、拡散体層は反射光の拡散を行う必要はない。拡散体層の一例は、ポリマービードまたはガラスビードを添加したポリメチル−メタクリレートポリマーである。
【００３６】
ポリマーホストまたはキャリアは一般に、１．４〜１．５の屈折率を有するが、それより大きくても小さくてもよい。ビードは、ポリマーまたはガラスのいずれであっても、一般に１．３５〜１．７の屈折率を有する。ビードとホストまたはキャリアのポリマーとの間の屈折率の差は、ビードおよびポリマー選択時の確定的特性である。屈折率の差は、大部分の用途では、０．０１〜０．２であることが好ましく、０．０２〜０．１であれば好ましい。
【００３７】
ビードの平均直径は一般に、０．５〜２０マイクロメートルであり、ハンドヘルド型ディスプレイ装置に用いる場合には、好ましいビード直径は２〜５マイクロメートルである。ポリマーに添加されたビードの量は、ビードの平均直径に左右される。小さな直径のビードはより小さなビード体積を添加することになり、より大きな直径のビードは大きな体積を添加することになる。一例として、屈折率の差が約０．０５であり、ビード直径が約５マイクロメートルである場合には、有用な添加量は１％〜１０％である。
【００３８】
ビードを相当密に添加する場合には、拡散体層は、源の認識可能な画像がない状態で均一に明るい後方反射を形成するために、遠くの源からの光を分散し、欠陥およびアーティファクトを隠す。ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ９７／０１６１０明細書（ゲーツ（Ｇｏｅｔｚ）ら）（この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする）は、欠陥および他のアーティファクトを隠すために、本発明のフィルムと共に用いることができる光拡散接着剤について教示している。
【００３９】
不規則な散乱を生じるための別の技術としては、ツールの艶消し仕上げを施すことが挙げられる。溝を機械加工した後、構造のある銅のツールに酸エッチング、イオンめっきまたはビードブラストを施すことによって、艶消し仕上げを実現することができる。
【００４０】
ディスプレイの色を変更するために、光指向構成の中の組成物または他の層に吸収染料または顔料を追加することができる。たとえば、周辺光で見る場合には、銀金属フィルムはわずかに黄色い外観を有することが多い。黄色の外観を補償し、無彩色の反射体を形成するために、構成に吸収染料を追加することができる。
【００４１】
基板とツールとの間またはプリズムの逆形状を有する複数のキャビティを有する型に重合可能な組成物を塗布し、紫外線の下で組成物を重合してから、ツールからシートを分離するなどの当業界において公知のさまざまな異なる方法によって、光指向フィルムを作製することができる。プリズム構造を形成するための他の方法も公知であり、本発明において用いてもよい。プリズムのサイズが小さいことから、３次元構造を作製するための工程は、「微細複製」と呼ばれることが多い。３次元構造の微細複製のさらなる情報に関しては、たとえば、米国特許第５，１８３，５９７号（リュ−（Ｌｕ））を参照されたい。この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする。
【００４２】
プリズムを形成するツールは、たとえば、同一出願による公開ＰＣＴ特許ＷＯ００／４８０３７明細書（この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする）に開示されているような機知のダイヤモンドターニング技術によって作製されてもよい。一般に、マスターツールは、ロールとして公知である円筒ブランクにダイヤモンドターニングを施すことによって作製される。ロールの面は通常、硬質銅からなるが、他の材料を用いてもよい。プリズム構造は、ロールの周囲の連続パターンで形成される。好ましい実施形態において、溝は、ねじ切りとして公知の技術によって形成される。ねじ切りでは、ダイヤモンドビットがターニングロールに並進する方向（ｙ方向）に移動される間に、単独の連続する溝が（ｘ方向において）ロール上に切削される。隣接する切込みの間の距離は、「ピッチ」と呼ぶ。一定のピッチを有する構造を形成するために、ダイヤモンドビットは一定の速度で移動される。
【００４３】
一般的なダイヤモンドターニング技術は一般に、当業界では公知である。たとえば、ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ００／４８０３７明細書を参照されたい。詳細は図７および図９とその説明を参照されたい。この公開特許は、ロールまたはドラムからマスターツールを作製するために用いることができるさまざまな装置および方法について述べている。このすべての開示内容は、参照によって本願明細書に引用されるものとする。
【００４４】
本発明の光指向フィルムを作製するための方法に用いられる装置としては、高速サーボツールが挙げられる。ＷＯ００／４８０３７明細書に開示されているように、高速ツールサーボ（ＦＴＳ）は、切削ツールの位置を迅速に調整するソリッドステート圧電素子である。ＦＴＳの１つのタイプは、ＰＺＴとして公知である。ＦＴＳは、ｙ方向およびｚ方向における切削ツールの移動の主軸を考慮し、ｙ方向およびｚ方向における振動または他の微小な調節も行う。円筒が切削されるこの場合には、ｘ方向における移動は、加工品の回転によって提供される。もし存在するのであれば、振動は一般に主切削ツールの移動に重ね合わせられる。さらに、または別法では、さらに別の特徴を提供するために、機械加工中、切削ツールを遥動またはｘ軸を中心にして回転してもよい。
【００４５】
別の実施形態において、たとえば、一連のファセットを形成するために、周期的な傾斜関数によって形成される信号を用いてＦＴＳを駆動することによって、隆起を形成するために、ダイヤモンド切削ツールのｚ方向移動を用いることができる。ＦＴＳの周波数応答の限界のために、１つの隆起の上部と次の隆起の下部との間の移行は、ある程度湾曲していてもよい。この種の傾斜関数は、本発明によれば、反射光の方向における正味の変化を形成する隆起状構造を形成することになる。切削がこのような態様で行われるとき、プリズム構造の長手方向は、切削されるツールの回転軸に垂直ではなく、平行である。さらに、円筒の１回転から次の回転まで同期を取る必要はないため、隆起は連続的であってもよく、またはツール全体にわたって同期していてもよく、より正確に言えば、隆起は非同期であってもよい。その結果、見ている人によって見られるときに、ディスプレイの照射の外観が改善されてもよい。キャスティングツールの湾曲した移行領域はまた、ＲＬＣＤの外観を改善するように作用してもよい。さらなる光指向特徴部を形成するために、ダイヤモンド切削ツールは、反射光分散をさらに改良するために、曲線または他の適切な切削外形を備えていてもよい。
【００４６】
上述以外の方法によって、プリズム構造を形成してもよい。たとえば、作製ツールを作製するために、マスターツールから注型硬化工程によって、マスターツールの構造をポリマー材料のベルトまたはウェブなどの他の媒体上に移動してもよい。次いで、プリズム構造を作製するためにこの作製ツールが用いられる。マスターツールを複製するために、電鋳法などの他の方法を用いてもよい。光指向フィルムを作製するための別の代替方法は、プリズム構造を形成するために、透明材料を直接切削または機械加工することである。
【００４７】
本発明のプリズム構造および方法は、生成することができる信号、電子機器の周波数応答、ＦＴＳアクチュエータおよびツール面の機械特性によってのみ制限される。
【００４８】
化学エッチング、ビードブラストまたは他の確率的面調整技術は通常、本発明の方法を用いて切削ツールによって実現される光拡散特性を得るために望ましい鋭い精密なプリズム構造および特徴部の幅を形成することはできない。このような許容可能ではない方法は、化学エッチング、ビードブラストまたは他の確率的面調整技術に関連する固有の不正確さおよび非反復性のために、本発明のようなきわめて精確な反復構造を形成することはできない。
【００４９】
本発明は、以下の実施例でさらに説明および図示がなされる。実施例は本発明の例示であり、その詳細に範囲を限定するものと解釈すべきではない。実施例および本願明細書の残り部分を通して、「マイクロメートル」「ミクロン」なる語および「μｍ」は互換可能に用いられることを理解されたい。
【実施例】
【００５０】
実施例の光指向フィルムは、ファセット外形を形成するためにダイヤモンドカッタまたはビットによって切削されたツールに紫外線感知エポキシアクリレート樹脂を微細複製することによって作製された。エポキシアクリレート樹脂はツール上にあり、５ミル（１２７マイクロメートル）のＰＥＴ基板が樹脂の露出面に接着された。エポキシアクリレート樹脂が紫外線によって重合化された後、結果として生じる光指向フィルムがツールから除去された。
【００５１】
実施例のそれぞれに関するマスターツールは、ダイヤモンドチップ切削ツールによって円筒に形成された銅シートまたはブランクを機械加工することによって作製された。機械加工工程を開始するために、ｚ方向において銅ブランクに切削ツールを降ろした。円筒は、その中心軸を中心にして回転され、ｘ方向に切削ツールを移動させた。ｙ方向の円筒の面に沿って切削ツールを移動するために、円筒面に螺旋状の溝が形成される。一部の実施例の場合には、ＦＴＳ（「高速ツールサーボ」または「高速サーボツール」）によってダイヤモンド切削ツールをｚ方向に移動した。機械加工された銅シートは、円筒から除去され、光指向フィルムを作製するために用いられた。
【００５２】
実施例１−比較例
図３は、従来の光指向フィルム１１０を含む光指向構成１００の第１の実施例の拡大断面図である。このようなフィルムの例としては、商品名「チルティッドミラーフィルム６．３」（Ｔｉｌｔｅｄ Ｍｉｒｒｏｒ Ｆｉｌｍ ６．３）でミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）（３Ｍ）から入手可能である。ｙ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向フィルム１１０のこの図は、図１Ｂに示された配向に類似している。ｘ軸はページ中に延びている。
【００５３】
光指向フィルム１１０は、平滑面１１２および構造面１１４を有する。構造面１１４は複数の三角プリズム１４０を含み、それぞれのプリズムは第１のプリズム面１４２および第２のプリズム面１４４を有し、谷１４３および山１４５を交互に繰り返す。第１のプリズム面１４２および第２のプリズム面１４４は、光指向フィルム１１０のピッチまたは周期を共に規定する。
【００５４】
この実施形態において、光指向フィルム１１０は、角プリズム１４０の反復配列によって規定される。谷１４３から谷１４３まで、または山１４５から山１４５までを測定する反復するプリズム１４０のピッチは一般に、１０μｍ〜１００μｍであり、約３０μｍ〜８０μｍであればさらに好ましい。この実施例では、光指向フィルム１１０は、５０マイクロメートルのピッチを有する。すなわち、反復する山１４５の間のｙ方向における長さは、５０マイクロメートルである。
【００５５】
光指向構成１００によって反射される光の大部分が第１のプリズム面１４２によって反射されるため、第１のプリズム面１４２は一般に、「ファセット」または「反射ファセット」と呼ばれる。この実施例では、第１のプリズム面１４２は、ｙ方向から６°の高さを有する。これはミラー角度とも呼ばれる。６°以外の角度を用いることができることを理解されたい。一般に、０〜３０°の角度が用いられ、５〜９°であれば好ましい。
【００５６】
各プリズム１４０は、第１のプリズム面１４２および第２のプリズム面１４４によって規定されるピーク角または内抱角を有する。各山４５は、約８６°の同一のピーク角を有する。
【００５７】
光指向フィルム１１０は、上述の技術によって作製され、基板１２０上に配置される。さらに詳細に言えば、光指向フィルム１１０の平滑面１１２が、基板１２０に対して配置される。基板１２０上に光指向フィルム１１０を固定するために、接着剤を用いてもよい。またはプリズム１４０を形成する同一材料によって、基板１２０上に光指向フィルム１１０を接着してもよい。一部の実施形態において、基板１２０は、微細複製工程中に用いられる基板である。
【００５８】
上に重なっているプリズム１４０は、反射金属コーティング１３０であり、光指向フィルム１１０の構造面１１４の上に配置されている。反射金属コーティングは、銀または任意の他の有用なコーティングであってもよい。
【００５９】
上に重なっている金属コーティング層１３０は、ポリマービードまたはガラスビードを添加したポリメチル−メタクリレートポリマーなどの拡散体層１３５である。拡散体層１３５によって生じる拡散は、光指向フィルム１１０によって反射される光のピークを中心にして回転対称であるため、ＹＺ平面における拡散の幅は、ＸＺ平面における幅と同一である。
【００６０】
比較例１の場合の具体的なプリズムおよびファセットの寸法は、以下の表１および表２に与えられる。すべての測定値は、マイクロメートル単位で与えられる。比較例１の光の反射率は、３４°の入射平行光による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で測定された。図４が結果グラフである。図４は、３４°で鋭いグレアピークを示し、１４°を中心にしてより広い後方反射されたピークを示している。全体的に見れば、反射光は中心により高い強度を有し、反射光が測定されなくなるまで徐々に減少する急勾配のピークとして示されている。
【００６１】
本発明の光指向構成は、光指向フィルムを含み、所望の光分散を得るために、光の反射がプリズムによって操作されて導かれる点で比較例１のサンプルと異なる。大部分の場合には、先のとがった分散または鐘状の曲線の分散ではなく、光強度の平坦な分散またはトップハット状の分散が望ましい。光の平行ビームがプリズム特徴部によっても決定される方向において中心とする特定の角度の幅の中で一定の輝度で面によって散乱されるときに実現される。ビームステアリング特性は、０〜４５°などの任意の適当な量だけグレア方向からずれた反射角度に偏っていてもよい。
【００６２】
ＹＺ平面における拡散
所望のプリズム面を形成するために、さまざまな技術を用いることができる。たとえば、各構造のファセット角度が隣接する構造と同一とならないように、構造を形成することができる。連続的または列ごとにファセット角度を変更することによって、光指向フィルムによる光の反射率が変更され、広範な角度にわたってＹＺ平面における拡散反射を形成する。
【００６３】
実施例２−可変ファセットまたはプリズム角度
図５は、本発明の一態様による光指向フィルム２１０を含む光指向構成２００の断面図である。ｙ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向フィルム２１０のこの図は、図２に示されている配向と類似である。ｘ軸はページ中に延びている。
【００６４】
光指向フィルム２１０は、平滑面２１２および構造面２１４を有する。構造面２１４は、谷２４３および山２４５を規定する第１のプリズム面２４２および第２のプリズム面２４４を有する複数のプリズム２４０を形成する。第１のプリズム面２４２および第２のプリズム面２４４は、合成物を規定する１組の面を形成する。一般に、第１のプリズム面２４２は光を反射するために用いられ、第２のプリズム面２４４は光の反射または方向に関与しない。フィルム２１０の平滑面２１２は、基板２２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム２１０は、金属コーティング２３０および拡散体層２３５である。
【００６５】
図３の光指向フィルム１１０のプリズム１４０と異なり、プリズム２４０は、すべて同一ではない。プリズム２５１、２５２、２５３、２５４を参照されたい。プリズム２５１はプリズム２５２と異なり、プリズム２５２はプリズム２５３と異なる。以下同様。光指向フィルム２１０のすべてのプリズムが光指向フィルム２１０の他のすべてのプリズムと異なっているというわけではないことを理解すべきである。正確に言えば、プリズムは隣接するプリズムと異なっていることが望ましい。図５を参照すると、プリズム２５２は隣接するプリズム２５１とは異なり、隣接するプリズム２５３とも異なる。２つの類似のプリズムの間に少なくとも２つのプリズムがあることが好ましく、２つの類似のプリズムの間に少なくとも４つのプリズムがあればさらに好ましい。目で見ることができるパターンの隠し場所を最適化するためには、特定のパターンまたは順序におけるプリズムのグループをクラスタ化することが有利である場合がある。
【００６６】
プリズムは、反射ファセット、すなわち第１のプリズム面２４２が異なる傾斜を有する点で少なくとも異なり、それによって光拡散を増大させる。第１のプリズム面２４２の傾斜は一般に、平滑面２１２から測定される。さまざまなプリズムの第１のプリズム面２４２は一般に、第１のプリズム面２４２の傾斜に対して長さを変化させる。大部分の場合には、プリズムの山２４５は平滑面２１２から等距離であるが、一部の場合には、図５に示されているように、隣接する山２４５の高さは異なっていてもよい。
【００６７】
拡散体層２３５は、ポリマービードまたはガラスビード２３６を添加したポリメチル−メタクリレートポリマーなどの低密度拡散体である。拡散体層２３５は、光指向構成１００の拡散体層１３５より少ないビードを有し、欠陥およびアーティファクトを隠し、変化するプリズム角度によって生成される複数の反射ピークを組み込んでいる。
【００６８】
より多くの光学的拡散を有する面を形成するために、高周波数周期または不規則な移動によって、マスターツールを作製するために用いられるダイヤモンド切削ビットを遥動することによって、ＹＺ平面においてさまざまな角度を形成することができる。可変プリズム角度は、ＹＺ平面において拡散を形成する。そのような拡散は、体積拡散体層２３５からの拡散に重ねられ、ＸＺ平面およびＹＺ平面における拡散の幅を識別するために、さらなる自由度を与える。
【００６９】
別の実施形態において、成形ダイヤモンド切削ビットによってマスターツールを切削することができ、平坦でないか、または直線でないビット形状を生じる。別法または追加として、前回の通過の場合とは異なる角度および異なる位置に配置された切削ビットを用いて、複数回通過することによってツールを切削することができる。結果として生じる平坦でないファセットは、ＹＺ平面において、ビームステアリング効果および制御された光拡散を形成し、拡散体層の不規則な拡散に加える。ダイヤモンドビットまたはカッターの湾曲した切削エッジまたは直線でない切削エッジは、光の拡散を行うのに望ましい可変勾配を形成する。さらに、切削エッジの精確な形状は、拡散分布を決定する。
【００７０】
実施例３Ａおよび実施例３Ｂ―湾曲したファセット、非直線のファセット
図６は、本発明の別の態様による光指向構成３００の断面図である。ｙ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向構成３００および光指向フィルム３１０のこの図は、図２に示されている配向と類似である。ｘ軸はページ中に延びている。
【００７１】
光指向構成３００は、平滑面３１２および構造面３１４を有する光指向フィルム３１０を含む。光指向フィルム３１０は、谷３４３および山３４５を規定する第１のプリズム面３４２および第２のプリズム面３４４を有する複数のプリズム３４０を含む。平滑面３１２は、基板３２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム３１０は、金属コーティング３３０と、アーティファクトおよび欠陥を被覆するための低集積度のガラスビードまたはポリマービード３３６を有する拡散体層３３５と、である。
【００７２】
第１のプリズム面３４２は、図３の面１４２および図５の面２４２などのような線形面ではなく、面に関連する曲率を有する。曲面は、平均面角度を中心にして２、３度から数度まで面の角度が広がる。すなわち、第１のプリズム面３４２に対する接線を引いた線は、平滑面３１２に対して０〜３０°の角度であり、通常は４〜８°である。湾曲した第１のプリズム面３４２は、反射光に重みをかけて成形ローブとするために用いることができる反射ファセットを形成する。あるいは、湾曲した第１のプリズム面３４２は、正方形の反射分布を形成するように構成されてもよい。
【００７３】
実施例３Ａは光指向フィルム３１０のみであり、実施例３Ｂは光指向フィルム３１０上にコーティングが施され、拡散体層３３５は６％の体積集積度のポリマービードを有する。実施例３Ａおよび３Ｂの場合の具体的なプリズムおよびファセットの寸法は、以下の表１および表２に与えられる。
【００７４】
実施例３Ａおよび３Ｂは、３４°の入射平行光源による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で特徴つけられ、その結果のグラフはそれぞれ、図７および図８に示されている。
【００７５】
上記の実施例２と類似している実施例３Ａの場合には、非直線のファセットが、図７に示されているように、ＹＺ平面に拡散を形成する。図８において分かるように、そのような拡散は、体積拡散体層３３５からの拡散に重ねられ、ＸＺ平面およびＹＺ平面における拡散の幅を識別するために、さらなる自由度を与える。
【００７６】
実施例４−直線または曲面のセグメントを有するセグメント化された面
図９は、本発明の別の態様による光指向構成４００の断面図である。光指向構成４００は、平滑面４１２および構造面４１４を有する光指向フィルム４１０を含む。ｙ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向フィルム４１０は、図２に示されている配向と類似の配向である。ｘ軸はページ中に延びている。
【００７７】
光指向フィルム４１０は、谷４４３および山４４５を規定する第１のプリズム面４４２および第２のプリズム面４４４を有する複数のプリズム４４０を含む。平滑面４１２は、基板４２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム４１０は、金属コーティング４３０と、アーティファクトおよび欠陥を被覆するための低集積度のガラスビードまたはポリマービード４３６を有する拡散体層４３５と、である。
【００７８】
第１のプリズム面４４２は少なくとも２つの部分を含み、隣接する部分は、直線であれば異なる傾斜を有し、曲面であれば異なる曲率または異なる曲率中心を有する。曲線は接合点における一次導関数が不連続でなく滑らかに融合するように異なる曲率中心を有する２つの異なる曲率を有することも可能である。
【００７９】
ダイヤモンドにおける複数の面またはセグメントを有する単独のダイヤモンドビットによって、第１のプリズム面４４２のさまざまな部分を形成することができる。セグメントは、円弧セグメント、直線セグメントまたはその組み合わせを融合してもよい。あるいは、単独のセグメントを有するダイヤモンドビットを用いて、複数の切れ込みを形成してもよい。または同一または異なる形状のダイヤモンドを有する複数のダイヤモンドビットによって、切れ込みを形成してもよい。セグメント化された第１のプリズム面４４２を形成する少なくとも２つの部分は、部分の数に応じて、平行光を２つ以上の個別の山に反射する。
【００８０】
光指向構成４００において、拡散体層４３５はアーティファクトまたは欠陥を被覆するのみならず、セグメント化された第１のプリズム面４４２によって形成された個々の反射光のピークを組み合わせるか、少なくとも平らに均す。
【００８１】
実施例４の部分に分けられたファセットは、実施例２および３と類似であり、ＹＺ平面において拡散を形成する。そのような拡散は、体積拡散体層４３５からの拡散に重ねられ、ＸＺ平面およびＹＺ平面における拡散の幅を識別するために、さらなる自由度を与える。
【００８２】
ＸＺ平面における拡散
本発明の別の態様において、ｘ方向である構造の長さまたは各列に沿って、（ｚ軸またはｚ方向の）構造高さを変化または振動させることによって、直交方向（ＸＺ平面）における光拡散を設計することができる。マスターツールの作製時に、ツールがｘ方向に進行する際に、マスターツールの内外におけるダイヤモンド切削ビットの制御調整した移動によって、構造高さを変更することができる。移動によって小突起のパターンを形成し、今度は光を拡散する可変傾斜面となる。小突起の精確な形状によって、具体的な拡散分布を形成する。小突起または他の形状の構造の波長は一般に、１０〜１０００マイクロメートルである。振幅は一般に、０．１〜１０マイクロメートルであり、約１〜８マイクロメートルであることが多い。
【００８３】
本発明の１つの方法では、高速ツールサーボまたは高速サーボツール（ＦＴＳ）アクチュエータを用いて、ツールがｘ方向に進行する際に、ダイヤモンド切削ビットの先端をｚ方向に移動させてもよい。図３〜図９における実施例１〜４に関して示されている配向などのＹＺ平面における構造の断面形状または面積は、実施例に示されているかどうかに関係なく、任意の配向であってもよい。
【００８４】
ｘ方向における構造の長さに沿って変化する構造高さを有する光指向フィルムの概略図が、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されている。図１０Ａでは構造がｘ方向における正弦波パターンによって規定されている点を除き、図１０ＡのＹＺ平面における構造の断面積は図６の光指向フィルム３１０の断面積と類似である。図１０Ｂの構造も、ｘ方向に沿って正弦波パターンで変化する。
【００８５】
実施例５、６および７−規則的な周期移動によるＺ軸の振動
実施例５、６および７は、熱および圧力を加えた状態で、構造付き銅ツール上に厚さ２５０ミクロン（マイクロメートル）（１０ミル）のアクリルフィルムを熱成形することによって作製された。銅ツールは、湾曲したエッジのダイヤモンドビットによってほぼ上述したように、パターン形成された。ダイヤモンドビットの湾曲したエッジは、ラップ仕上げをして半径４３０ミクロン（マイクロメートル）の円から単独の円弧部分に艶出し仕上げが施された。各実施例では、ダイヤモンドは、公称中心傾斜としても知られているミラー角度が６°で、隣接するねじとの境界で６（＋／−１〜３）の傾斜を有するねじ切りファセットを切削するように指向される。
【００８６】
ダイヤモンドビットと銅ツール面との間で挟み取られる円弧の長さが、境界の傾斜を決定した。したがって、ねじのピッチおよびダイヤモンド切削エッジの組み合わせが、境界の傾斜を決定した。切削方向またはｘ方向に沿った面の起伏は、Ｚ＝Ａｓｉｎ（２πｘ／λ）によって規定された。式中、Ａおよびλは、マイクロメートル単位の振幅および波長である。「ｘ」は、ｘ軸に沿った位置である。
【００８７】
実施例５、６および７の場合の具体的なプリズムおよびファセットの寸法は、以下の表１および表２に与えられる。すべての測定値は、マイクロメートル単位で与えられる。
【００８８】
このようにして、プリズム面を有するアクリルフィルムは、光指向フィルムを形成した。この光指向フィルムは、不透明な銀の層（図６の金属コーティング３３０など）によって被覆された。次に、透明なＰＳＡが銀を施した側に押圧され、サンプルが切削され、ガラスの顕微鏡スライドに積層された。
【００８９】
サンプルは、３４°の入射平行光源による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で特徴付けられ、その結果のグラフが図１１、１２および１３に示されている。
【００９０】
図１１、１２および１３は、極角度グラフで略矩形である拡散分布を示している。すなわち、拡散パターンは比較的まっすぐなエッジを有する。グラフは、理論的には、特定の水平視角（ＨＡＯＶ）まで水平視角に対して比較的一定である拡散分布を形成する。すなわち、トップハットまたは視角の拡散分布が水平視角に形成される。同様に、拡散分布は、特定の垂直視角まで垂直視角（ＶＡＯＶ）に対して比較的一定である。ここでもまた、トップハットまたは視角の拡散分布が垂直視角に形成される。実施例５は、図１１において分かるように狭い水平視角パターンを有する。実施例６は、図１２において分かるように中程度の水平視角パターンを有する。実施例７は、図１３において分かるように広い水平視角パターンを有する。
【００９１】
実施例５、６および７の比較で分かるように、正弦波の振幅および波長の比によって、水平視角における具体的な拡散パターンを制御することができる。
【００９２】
実施例８および９−構造に重ね合わせられた無秩序のＺ軸の振動
図１４は、平滑面８１２および構造面８１４を有する一般的な光指向フィルム８１０を示している。構造面８１４は、規則的な周期面に重ね合わせられた雑音が多いか、無秩序または不規則な微細構造を含む規則的な周期面を有する。無秩序な重ね合わせは、ランダムであっても擬似ランダムであってもよい。無秩序な重ね合わせは、拡散効果を与え、目に見える欠陥を隠す。場合によっては、無秩序な重ね合わせは、光指向フィルム８１０が組み込まれたディスプレイスクリーンに艶消し仕上げを与えることができる。無秩序な重ね合わせはまた、雑音の周波数および振幅に応じて、小さいものから大きいものまで、細かいものから粗いものまで粒状の外観も形成する。
【００９３】
波形の波長および振幅は、所望の拡散の角度と、ディスプレイまたは反射体を見る距離と、に左右される。反射体面上の構造は、見る距離における人の裸眼の解像度より小さい必要がある。たとえば、ハンドヘルド型ディスプレイの場合には、もっとも有用なサイズは、約４０ｃｍの距離で２分角未満または３００マイクロメートル未満である。前方投影型スクリーンの場合には、５メートルの距離でみるとき、最大構造サイズは約３〜４ｍｍでなければならない。目に近い用途の場合には、その距離ははるかに近づき、許容可能な特徴部のサイズは、はるかに小さくなると考えられる。
【００９４】
ハンドヘルド型ディスプレイの場合には、無秩序または不規則な重ね合わせによって形成される構造は一般に、２．５〜２５０マイクロメートルのサイズまたは波長を有し、通常は約５〜１００マイクロメートルである。重ね合わせの平均振幅は一般に、約０．５マイクロメートルほどであり、一般に少なくとも約０．００５マイクロメートルである。
【００９５】
ｘ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向フィルム８１０が指向される。ｙ軸はページ中に延びている。したがって、図１４に示されているものは、ページにわたって左から右に延びる構造列である。
【００９６】
無秩序な重ね合わせを形成するための信号は、規則的な周期構造を形成する切削ツールへの信号に重ね合わせるか、または電子的に追加される。
【００９７】
実施例８がｘ方向における合成列の長さに沿って実施例５の基本構造の上に無秩序な振動をさらに含んでいる点を除き、実施例８および９は、実施例５に開示されたように作製された。実施例９も、基本構造の上に無秩序な振動を含む。実施例８および９の場合の具体的なプリズムおよびファセットの寸法は、以下の表１および表２に与えられる。
【００９８】
実施例８および９は、３４°の入射平行光源による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で特徴付けられ、その結果のグラフが図１５および１６にそれぞれ示されている。図面は、３４°における鋭いグレアピークおよび広い反射光を明らかに示している。実施例９は、実施例８より広い垂直視角を有し、異なる重心角度を有する。
【００９９】
【表１】
【０１００】
【表２】
【０１０１】
表１に関して、「Ａ」は、ｘ軸に沿った合成高さの変化の振幅を示している。「λ」は、ｘ軸に沿った合成高さの変化の反復波長を示している。「雑音の振幅」は、規則的な構造に重ね合わせられた無秩序、不規則な構造の振幅の二乗平均平方根である。「ＨＡＯＶ」は「水平視角」を示し、後続の「Ｔ」は「理論値」を示し、後続の「Ｍ」は「測定値」を示している。ＨＡＯＶは、水平方向において最大を通る輝度スライスの半値全幅である。
【０１０２】
表１は、振幅および波長（理論的なＨＡＯＶ−Ｔ）がＨＡＯＶ−Ｍを予測することを示している。ＨＡＯＶ−Ｔは、無秩序な振動がないと仮定し、振幅および波長のみから算出される。実施例８は、無秩序な振動がない実施例５の正弦波パターンによって予測された値からＨＡＯＶ−Ｍの拡大を示している。
【０１０３】
表２に関して、「ピッチ」は、プリズム面の隣接する列の間のｙ方向における距離であるねじピッチを示している。「半径」は、ダイヤモンドビット切削エッジの半径である。ＶＡＯＶは、「垂直視角」を示し、後続の「Ｔ」は「理論値」を示し、後続の「Ｍ」は「測定値」を示している。ＶＡＯＶは、垂直方向において最大を通る輝度スライスの半値全幅である。「ゲインピーク」は、最大ゲインを意味している。「ミラー角度」は、ｙ軸からファセット面の角度を示している。「重心」または「重心角度」は、反射パターンの中心の極角度を示している。
【０１０４】
表２は、ねじピッチ、半径およびミラー角度がＶＡＯＶ−Ｍおよび測定重心角度を予測することを示している。
【０１０５】
実施例１０および１１−一般化した周期形状
前述の実施例は、ＸＺ平面における正弦波周期移動について説明した。本発明は、コンピュータでプログラムすることができる任意の基本波形と共に用いてもよい。波形は、公知の数学関数の形をとってもよく、または値（Ｘ，Ｚ）の反復する組としてプログラムされてもよい。最適または用途に固有の拡散パターンを求め、所望の拡散パターンを形成するＺ（Ｘ）波形を選択することが望ましい場合がある。
【０１０６】
図１７は、光指向構成５００の断面図において実施例１０を概略的に示している。ｘ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、図１７では、光指向フィルム５１０を含む光指向構成５００が指向される。ｙ軸はページ中に延びている。したがって、図１７に示されているものは、ページにわたって左から右に延びる構造列である。
【０１０７】
光指向フィルム５１０は、平滑面５１２と、前面５４２、および後面５４４を有する構造またはプリズム５４０を含む構造面５１４と、を有する。前面５４２および後面５４４は、谷５４３および山５４５で交わる。この実施形態では、前面５４２および後面５４４は同一である。すなわち、後面５４４は、前面５４２の鏡像である。前面５４２および後面５４４は、直立した放物線を描く一連の点によって規定される。構造面５１４は、複数の接着した隣接放物線を含み、スカラップ状の外観を有する面を形成する。
【０１０８】
フィルム５１０の平滑面５１２は、基板５２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム５１０は、金属コーティング５３０と、拡散分布を滑らかにし、任意のアーティファクトおよび欠陥を被覆するために体積拡散することができる拡散体層５３５と、である。
【０１０９】
スカラップ上の構造面５１４、具体的には面５４２、５４４は、マスターツールの機械加工中に、ダイヤモンド切削ビットの深さを変更することによって形成される。高速サーボツール（ＦＴＳ）アクチュエータは、ツールがｘ方向に進行する際に、ｚ方向においてダイヤモンド切削ビットのチップを移動させるために用いられる。この実施形態では、深さの変調は周期的であるが、無秩序な重ね合わせを含んでもよい。
【０１１０】
実施例１０および図１７の実施形態は、平行光をトップハット状または四角状の反射光分散に反射する。これは、前面５４２および後面５４４に与えられた等しい空間的重みのためである。前面５４２および隣接する後面５４４は、式Ｙ＝ＣＸ２によって規定される放物線を規定する。傾斜は２ＣＸであり、谷５４３はＸ＝０である。プリズムに関してこの式を用いると、反射光の角度は、入射角＋４ＣＸに等しい。ａｔａｎ（２ＣＸ）の小さい値の場合には、ＨＡＯＶの中でそれぞれの方向に反射される光の強度は一定である。したがって、角度に対する強度は、トップハット形状を取る。場合によっては、円弧または正弦曲線が、平坦またはトップハット形状への近似を与える場合がある。
【０１１１】
図１８は、本発明のさらに別の態様による光指向構成６００、実施例１１の概略断面図である。ｘ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向構成６００は、図１７の光指向構成５００と類似の方向に指向される。ｙ軸はページ中に延びている。したがって、図１８に示されているものは、ページにわたって左から右に延びる構造列である。
【０１１２】
光指向構成６００は、平滑面６１２および構造面６１４を有する光指向フィルム６１０を含む。構造面６１４は、前面６４２および後面６４４を有するプリズム面６４０を含む。前面６４２および後面６４４は、ドーム状の山６４５で交わる。前面６４２および後面６４４は同一である。すなわち、後面６４４は、前面６４２の鏡像である。前面６４２および後面６４４のそれぞれは、凹面状のセグメントおよび凸面状のセグメントから構成される。追加または別法として、全体的な構造面６１４は、凹面状のセグメントおよび凸面状のセグメントの交互パターンを有する。
【０１１３】
図１１では、一方の放物線は他方の放物線に対して反転され、交差点が融合されている場合には、周期的な点の組が２つの放物線の組を描くという点を除き、構造面６１４は、図１７の実施例１０の構造面５１４を形成するために用いられた技術と同一の技術によって形成される。
【０１１４】
この構造はまた、マスターツールの機械加工中に、ｚ方向においてダイヤモンド切削ビットのチップを移動させるために高速サーボツール（ＦＴＳ）アクチュエータを用いることによって形成される。構造面６１４による反射光パターンは、実施例１０のパターンと同一である。
【０１１５】
前述の実施例と同様に、平滑面６１２は、基板６２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム６１０は、金属コーティング６３０と、欠陥を被覆するために用いられ拡散体層６３５と、である。
【０１１６】
実施例１２および１３
実施例１２および１３は、それぞれ図１９および２０の図に示されている。図は、構造面のさまざまな特徴部を示すために、３０°の傾きで配置された光指向フィルムを示している。ｘ方向である構造列は、図に示されているように、水平から３０°で延びている。実施例１２および１３のそれぞれは、一般的な以下の手順によって作製された。実施例は、構造高さの変調、すなわちｚ方向において異なる。実施例１２および１３の具体的な振幅、ピッチおよび波長は同一であるが、これらの特徴は必要に応じて変更することも可能であることを理解されたい。
【０１１７】
実施例１２および１３の場合には、隣接する構造列の間のピッチ（ｙ方向において測定）は、６１マイクロメートルであった。ファセットは、傾き６°であった。正弦波面の波長（ｘ方向で測定）は、７１マイクロメートルであった。正弦波面のさまざまな角度は、図において見ることができる線状の面によって識別可能である。図１９の実施例１２の場合には、ｚ方向の変調が同期しているという点で、実施例１２および１３は互いに異なる。すなわち、実施例１２の場合には、隣接する構造のｚ方向における変調は揃っていた。同期整列の一例は、図１０Ａに概略的に示されている。図２０の実施例１３の場合には、隣接する構造の変調は、１８０°のオフセットがあり、非同期パターンを形成している。したがって、第１の構造が山であるとき、隣接する構造は谷である。およびその逆である。非同期パターンは、相殺されるか、または構造の欠陥を覆うか、または隠す。実施例１３のオフセットは１８０°であったが、９０°、４５°などの他のオフセットを用いることができることを理解されたい。また、不規則に変化するオフセットを用いてもよい。
【０１１８】
非同期波形パターンを形成するための１つの方法は、ＦＴＳ波形のディジタル操作による。たとえば、ほぼ完全な正弦波である波形の一般化は、コンピュータアルゴリズムの複数の点のディジタル表記から生じる。離散的な数の点「ｎ」からほぼ完全な正弦波を生成することができる。波において「ｎ」ステップのうちの１つ（またはそれ以上）を不規則に排除することによって、非同期波形を得ることができる。この不規則な排除を行うための波において最も論理的な点は、実際の波形の傾斜が最も小さく変化している場所である。
【０１１９】
生成された波形の総数（「ｍ」）を予め算出し、１（生成される第１の波）〜「ｍ」（生成される最後の波）の範囲の乱数表を構成するために、コンピュータの乱数発生器を用いることによって、セグメントの排除を実現してもよい。表のサイズは、どれだけの数の波が排除工程によって処理されるかに左右される。離散的な点の排除により、不規則な非同期波を生じるために、波長に小さな変化を生じる。上述の方法で形成された波のパターンは、小さなサイズのスポット型の欠陥を隠し、画素との規則的な干渉によるモアレ縞を低減または排除する別の方法であってもよい。
【０１２０】
モアレ縞の低減
本発明のさらに別の態様において、ＬＣＤの画素ピッチとのモアレ干渉を最小限に抑えるように、構造の間隔を設計することができる。ディスプレイ装置における光指向フィルムの用途では、ｘ方向に広がる構造列は、ディスプレイスクリーンにわたって水平に配置される。ｙ方向はディスプレイスクリーンにわたって垂直である。たとえば、ハンドヘルド型コンピュータでは、構造列は左縁から右縁まで延びている。モアレ干渉は、ｘ方向またはｙ方向のいずれかにおいて、画素と整列された構造によって生じる。
【０１２１】
実施例１４−非直線の列
図２１の実施例１４は、複数のプリズム面９４０を有する光指向フィルム９１０である。前述の実施例の構造とは異なり、構造９４０は直線ではない。正確に言えば、構造９４０は、ＸＹ平面における波打った経路に従う。構造９４０はｘ方向に延びているが、ｙ方向成分を含んでいる。構造９４０の振動する線は、ディスプレイ画素と構造９４０の整列を最小限に抑える、好ましくは排除することによって、モアレ干渉を低減させる。
【０１２２】
マスターツールの機械加工中、ｙ方向に切削ツールを振動させることによって、構造９４０を形成することができる。別の方法では、マスターツールの機械加工中、その中心軸または別の軸を中心にして切削ツールを回転することによって、造９４０を形成することができる。
【０１２３】
実施例１５−可変列間隔
モアレ干渉を低減するための別の実施形態では、合成物の列の間隔は可変であってもよい。たとえば、合成列の山の間のｙ方向における距離は可変であってもよい。円筒の機械加工技術によって作成する場合には、これは、平行ではない溝を形成してもよい。
【０１２４】
実施例１６−回転配向
合成物の列は、ｘ軸に沿ってディスプレイ装置における画素の列に平行ではないように、光指向フィルムを回転するか、または別の方法で向けることも可能である。一般に、画素の列は、ディスプレイにわたって水平に延びている。合成列の回転は、画素列の向きから１〜４５°であり、５〜２０°であれば一般的であり、５〜１０°であれば好ましい。
【０１２５】
実施例１７−体積拡散体の効果
実施例１７は、光指向フィルム上に体積拡散体を設ける効果を示している。体積拡散体は、モアレ干渉の低減または排除を伴う。実施例１７は、８％の体積拡散体（８％ポリマービードを添加したＰＳＡ）の厚さ１２マイクロメートルの層を実施例５の構造に積層することによって行った。
【０１２６】
以下の表３は、比較例１および実施例５と実施例１７を比較している。比較例１は平坦なファセットおよび厚さ２５マイクロメートルの８％添加拡散体層を有し、実施例５は体積拡散体層が存在しなかった。
【０１２７】
【表３】
【０１２８】
表３に関して、「ＨＡＯＶ」は水平視角を示し、「ＶＡＯＶ」は垂直視角を示している。「ＨＡＯＣ」は遮蔽の水平角度を示し、ＸＺ平面における最大輝度の９０％〜１０％の角度分離である。「ＶＡＯＣ」は遮蔽の垂直角度を示し、ＹＺ平面において同様に測定される。遮蔽の角度は、照射を受けてＬＣＤを回転したとき、反射光パターンががどれほど急激に見えるかを決定する。
【０１２９】
周期的な反復構造は、光を色の反復帯域に屈折することができる。５０〜１００マイクロメートル程度の波長を有する構造の場合には、より高次の拡散効果のみを呈しているため、拡散帯域の色帯は不鮮明であるが、依然として目で見ることができる。
【０１３０】
「可視構造」は、プリズム構造が裸眼で見ることができるかどうかを表す。実施例５の場合には、１３３マイクロメートルのピッチで不鮮明な溝が観察された。比較例１および実施例１７の場合には、少なくとも部分的には体積拡散体の存在が原因で、溝が見られなかった。
【０１３１】
図２２は、３４°の入射平行光源による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で測定された場合の実施例１、５および１７による光の反射の断面図のグラフを示している。グラフは、比較例１の場合には、ＥＬＤＩＭグラフでは鋭い山として観察される光源の適度に鮮やかな画像があることを示している。構造に対して設計されたＸＺ平面拡散を有する実施例５は、観察角度にわたって一様でないか、または平らでないゲインを形成する。これは、不完全な半径のダイヤモンドツールから生じうる。これは、明るいスポットおよび薄暗いスポットでは、一様でない明るさのディスプレイを生じることになる、実施例１７は、実施例５の構造の上に体積拡散体を含み、より滑らかで、より均一な分散を生じる。
【０１３２】
実施例１７などの３０°程度のより広い視角を有するサンプルは、一般に３０％または３０％未満の体積拡散体層の塗布によって生じる比較的小さいゲインの減少を有する。１０°未満程度の狭い視角のサンプルは、拡散体が追加されるときに、ゲインの著しい減少を有する。約６０％の変化がより一般的である。
【０１３３】
上述の実施例５〜１７は、単独のダイヤモンドビット切削ツールおよびＦＴＳを用いて得ることができる新奇な拡散反射パターンを実証している。ダイヤモンド切削ツール面は、ＹＺ平面断面において見られるように、主要な曲面反射ファセットおよび二次的な立上りファセットを有するプリズム状の溝を形成する。ＹＺ平面における面の曲率は、ＹＺ反射面において制御された拡散角度範囲を形成する。ＸＺ平面における曲率または勾配は、ＸＺ平面反射面において制御された拡散角度範囲を形成する。反射パターンは、極グラフにおいて連続であり、ピークおよび半幅によって形成される。
【０１３４】
ツール面の「反復セル」は、ツール面全体の反射光パターンを再現するツールの最小領域である。実施例５〜１７において、湾曲したファセット形状およびＦＴＳ波形の勾配において不連続ではないために、反復パターンは極グラフにおいて連続である。
【０１３５】
上述の実施例は、２つの異なるタイプの微細複製構造に含まれている。図５および６に示されている実施例２および３は、勾配が不連続である点で接合される一般に第１の反射面および一般に立上りと呼ばれる第２の一般に未使用の面を有する実施例である。図１４および１８に示される実施例８、９および１１は、ＦＴＳによって形成され、一般に連続的な勾配のプリズムを有する実施例である。これらの状態は、反射光の単独領域、すなわち、たとえば、図４、８、１１〜１３および１５〜１６に示されているように、反射光の極グラフに輝度の単独連続領域を生じる。
【０１３６】
図９に示された実施例４は、複数のファセットを有する第１の反射面を有する。２つのファセット間の境界は、不連続勾配の点として規定される。反射面における単独のファセットは反射光の極グラフにおける反射光の単独領域を形成し、反射面の複数のファセットは一般に反射光の複数の領域を形成することがわかっている。反射光の複数の領域は個別であっても、重なっていてもよい。拡散体の追加は、領域の境界を滑らかにする。
【０１３７】
実施例１８〜２９−複数の反射領域
以下の実施例１８〜２９は、光反射の複数の領域を形成するさまざまなマルチファセットのある微細複製構造を示している。光反射の複数の領域を形成するために、光指向微細複製構造は、不連続な勾配によって規定される複数のファセットを有する曲面をなす。各ファセットの面は光反射の結果として生じる個別領域のパターンまたは形状を決定し、すべてのファセットの和は全体の反射パターンを完成する。
【０１３８】
実施例１〜１７において上述した実施例の大部分は、光反射の単独領域を有する反射パターンを形成する。すなわち、光指向微細複製構造の反復セルは、単独の平坦または湾曲したファセットを有する。
【０１３９】
図２３Ａに概略的に示されている実施例１８は、複数の三角プリズム１０４０を含む構造面１０１４を有する光指向フィルム１０１０を示している。三角プリズム１０４０は、第１のプリズム面１０４２および第２のプリズム面１０４４を有する二等辺三角形のプリズムである。プリズム面１０４２、１０４４のそれぞれは、ｙ軸に対して角度αをなす。このようなプリズム面をファセットまたは反射ファセットとも呼ぶことができる。第１のプリズム面１０４２および第２のプリズム面１０４４は平坦またはまっすぐである。すなわち、第１の面１０４２または第２の面１０４４のいずれに関連する曲率も本質的に存在しないことを意味している。プリズム１０４０、すなわち面１０４２、１０４４は、フィルム１０１０のｘ方向に沿って延在している。各プリズム１０４０の高さ、すなわちｚ方向におけるプリズム１０４０の寸法は、ｘ方向に沿って一定である。
【０１４０】
垂直入射平行光線によって照射されるとき、実施例１８のフィルム１０１０からの所期の光反射が、図２３Ｂに示されている。反射光は、約２ｎαの極角度で０〜１８０°の方位角平面における２つの対称な反射を有するパターンを形成する。尚、αはプリズム１０４２、１０４４の傾斜角であり、ｎは任意の保護ポリマーコーティングの屈折率である。第１のプリズム面１０４２によって反射する光線１０５２は１つの反射を形成し、第２のプリズム面１０４４によって反射する光線１０５４は第２の反射を形成する。
【０１４１】
光線が逆行する場合には、反射パターンによって規定される方向から入射する光は、極グラフの起点（図２３Ｂ）である法線方向に反射されることが分かる。このことは、これらの不透明な領域から発している一部の光が反射され、面に対して通常は垂直に位置し、観察している見ている人に達することを示している。
【０１４２】
図２４Ａおよび２５Ａに示されている実施例１９および２０は、それぞれ、湾曲したプリズム面またはファセットを有する光指向フィルムである。光指向フィルム１１００として図２４Ａに示されている実施例１９は、１つのプリズム面１１４２を有するプリズム１１４０を含む構造面１１１４を有する。プリズム面１１４２は、個別の先端または点を持たず、滑らかで連続する円弧である。光指向フィルム１２００として図２５Ａに示されている実施例２０は、プリズム１２４０を含む構造面１２１４を有する。プリズム１２４０は、第１のプリズム面１２４２および第２のプリズム面１２４４を有する。谷１２４３は、個別のプリズム１２４０を分離する。プリズム１１４０、１２４０および面１１４２、１２４２、１２４４は、フィルム１１００、１２００のｘ方向に沿って延在している。各プリズム１１４０、１２４０の高さ、すなわちｚ方向におけるプリズム１１４０、１２４０の寸法は、ｘ方向に沿って一定である。
【０１４３】
プリズム面１１４２、１２４２、１２４４のそれぞれは、湾曲した切削面を有する単独のダイヤモンドビットによって形成される曲面である。あるいは、プリズム面１２４２および１２４４は、二重またはデュアルダイヤモンドビットによって同時に切削されることも可能である。各ダイヤモンドビットは、プリズム面を切削する。すなわち、プリズム面１２４２は第１のダイヤモンド切削ビットによって形成され、プリズム面１２４４は第２のダイヤモンド切削ビットによって形成されることになる。一般に、これらの二つの切削ビットは、互いに連結されてもよく、複数のプリズムピッチに等しい追加増分だけ分離されていてもよい。
【０１４４】
フィルム１１００、１２２０からの垂直入射平行光に関して結果として生じる所期の光パターンが、図２４Ｂおよび図２５Ｂに示されている。いずれの実施例の場合も、光パターンは、極角度２ｎθによって０〜１８０°の方位角平面に沿った線である。尚、θはプリズム１１４２、１２４２、１２４４に対する接線の角度であり、ｎは任意の保護ポリマーコーティングの屈折率である。図２４Ｂにおいて、単独の円弧を有するフィルム１１００は、グラフの中心から対称に拡散する光として示されている。フィルム１２００の場合には、図２５Ｂは、グラフの中心の周囲に対称に位置する光反射の２つの個別の線を形成する２つのファセットを有する構造を示している。２つの個別の反射の間隙は、ファセット１２４２および１２４４の間の勾配の不連続性に基づいている。具体的に言えば、Δθがファセット１２４２および１２４４の交差線に垂直な経路に沿った面の角度の間の差であるとき、２ｎΔθに等しい。
【０１４５】
実施例２１、２２および２３は、ＦＴＳの移動および平坦なダイヤモンド切削ビットによって生成される面を有するフィルムを示している。図２６Ａに示されている実施例２１は、プリズム１３４０を含む構造面１３１４を有するフィルム１３００である。プリズム１３４０は、第１のプリズム面１３４２および第２のプリズム面１３４４を有する。フィルム１３００では、プリズム１３４０および面１３４２、１３４４はフィルム１３００のｙ方向に沿って延在している点を除き、フィルム１３００は、図２３Ａのフィルム１０００と類似である。各プリズム１３４０の高さ、すなわちｚ方向におけるプリズム１３４０の寸法は、ｙ方向に沿って一定であり、ｘ方向に沿って変化する。実施例２２および２３のフィルム１４００および１５００は、この点に関して実施例２１と類似である。
【０１４６】
図２７Ａにフィルム１４００として示されている実施例２２は、プリズム１４４０を含む構造面１４１４を有する。プリズム１４４０は、プリズム面１４４２を有する。プリズム１４４０および面１４４２は、ｙ方向に沿って延在する。プリズム面１４４２は、連続正弦曲線または余弦曲線をなす。
【０１４７】
図２８Ａにフィルム１５００として示されている実施例２３は、プリズム１５４０を含む構造面１５１４を有する。プリズム１５４０は、第１のプリズム面１５４２および第２のプリズム面１５４４を有する。プリズム１５４０および面１５４２、１５４４は、ｙ方向においてフィルム１５００に沿って延在する。プリズム面１５４２、１５４４は、それぞれが湾曲した円弧である点を除き、図２５Ａにおける実施例２０のフィルム１２００と類似である。面１５４２、１５４４は、共に２つの円弧構成をなす。
【０１４８】
実施例２１、２２および２３に関する所期の光反射パターンが、図２６Ｂ、２７Ｂおよび２８Ｂにそれぞれ示されている。
【０１４９】
実施例２１の場合には、垂直入射平行光によって照射されるとき、反射光は、約２ｎαの極角度で図２６Ｂに示されているように、９０〜２７０°の方位角平面において２つの対称な反射を有するパターンをなす。尚、αはプリズム面１３４２、１３４４の傾斜角であり、ｎは任意の保護ポリマーコーティングの屈折率である。図２３Ａおよび２３Ｂの実施例１８と同様に、第１のプリズム面１３４２によって反射する光線は領域の一方を形成し、第２のプリズム面１３４４によって反射する光線は第２の領域を形成する。
【０１５０】
光線が逆行する場合には、反射パターンによって規定される方向から入射する光は、極グラフの起点である法線方向に反射されることが分かる。このことは、これらの不透明な領域から発している一部の光が反射され、面に対して通常は垂直に位置し、観察している見ている人に達することを示している。
【０１５１】
垂直入射平行光は、図２７Ｂに示されているパターンの実施例２２によって反射する。垂直入射平行光は、図２８Ｂに示されているパターンの実施例２３によって反射する。いずれの実施例２２および２３の場合も、光パターンは、極角度２ｎθによって９０〜２７０°の方位角平面に沿った線である。尚、θはプリズム面１４４２、１５４２、１５４４に対する接線の角度であり、ｎは任意の保護ポリマーコーティングの屈折率である。図２７Ｂにおいて、単独の円弧を有するフィルム１４００は、グラフの中心から対称に拡散する光として示されている。フィルム１５００の場合には、図２８Ｂは、グラフの中心の周囲に対称に位置する光反射の２つの個別の線を形成する２つのファセットを有する構造を示している。パターンが９０°回転されている点を除き、これらのパターンは、実施例１９および２０（図２４Ｂおよび２５Ｂ）のパターンと類似である。
【０１５２】
実施例２４〜２９は、プリズムの高さがｘ方向およびｙ方向の両方に沿ってｚ方向において変化する複数のピラミッド状プリズムを有するフィルムの実施例である。実施例２４および２５はそれぞれ、フィルム１６００、１７００として図２９Ａ、図３０Ａに示されている。実施例２７は、フィルム１８００として図３１Ａに示されている。フィルム１６００、１７００、１８００のそれぞれは、複数のピラミッド状プリズム１６４０、１７４０、１８４０を含む構造面１６１４、１７１４、１８１４を有する。
【０１５３】
実施例２４の場合には、ＸＺ平面およびＹＺ平面の両方においてまっすぐな面を有するプリズム１６４０は対称な二等辺プリズムである。各プリズム１６４０は、第１の面１６４１、第２の面１６４２、第３の面１６４３および第４の面１６４４を有する。４つの面は、頂点１６４５で交わる。反射光の所期の結果として生じるパターンが、図２９Ｂに示されている。フィルム１６００が平行な垂直入射光を受けるとき、光は４つの方向に分割され、反射の４つの個別領域は、極グラフの各象限に１つずつ形成される。元の光線は垂直入射平行光であり、極グラフ上のスポットまたは点として現れることから、４つの反射は相当集光される。
【０１５４】
図３０Ａの実施例２５の場合には、プリズム１７４０は、ＸＺ平面およびＹＺ平面の両方に曲面または円弧を描く面を有する対称な４つの側面を有するプリズムである。プリズム１７４０は、頂点１７４５で交わる４つの面１７４１、１７４２、１７４３、１７４４を有する。頂点１７４５は、実施例２４のフィルム１６００による頂点１６４５のように鋭いピークではない。正確に言えば、頂点１７４５は、ｘ方向およびｙ方向の両方に延在する円弧の曲線の交差によって形成される相当丸みを帯びた面を有する。平行垂直入射光がフィルム１７００に形成されるとき、光は４つの方向に分割され、それぞれがほぼ四角形として形成される反射の４つの個別領域が形成される。図３０Ｂ参照。反射光の四角形または矩形は、反復セルを形成する４つの個別の湾曲したプリズム面１７４１、１７４２、１７４３、１７４４によって生じる。
【０１５５】
光線が逆行する場合には、反射パターンによって規定される方向から入射する光は、極グラフの起点である法線方向に反射されることが分かる。このことは、これらの不透明な領域から発している一部の光が反射され、面に対して通常は垂直に位置し、観察している見ている人に達することを示している。
【０１５６】
実施例２６は、実施例２５の光指向フィルムの上に配置される体積拡散体を含む。所期の光反射パターンが、図３０Ｃに示されている。体積拡散体を含む実施例２６は、体積拡散体を含まない実施例２５より小さい鋭いエッジを有するより広い光反射を有する。光反射は、実施例２５による反射よりさらに分散され、依然として４つの対称性を保持している。
【０１５７】
実施例２５および２６の光指向フィルムを作製する場合には、面からの切り込みおよび隆起を交互に繰り返すピラミッド状のプリズムは、ｘ方向に沿って切削されてもよい。２つのピラミッドの間の交差線は、連続勾配を有する。「切り込み」は、ピラミッドが井戸または正の隆起したピラミッドの負部分となることを意味する。
【０１５８】
図３１Ａに示された実施例２７のフィルム１８００は、フィルム１８００がＸＺ平面およびＹＺ平面の両方に曲面または円弧を描く面を有する対称な４つの側面を有するプリズムである点を除き、図３０Ａのフィルム１７００と類似である。プリズム１８４０は、頂点１８４５で交わる４つの面１８４１、１８４２、１８４３、１８４４を有する。頂点１８４５は、鋭いピークではなく、ｘ方向およびｙ方向の両方に延在する円弧の曲線の交差によって形成される相当丸みを帯びた面を有する。プリズム１８４０は、余弦曲線、単独円弧曲線、二円弧曲線の組み合わせによって形成される。（ＹＺ平面における）ｙ方向に沿って延在するとき、プリズム１８４０は、単独の円弧部分および二円弧部分を交互に繰り返して構成される曲線によって規定される。二円弧部分は、不連続な勾配を形成する頂点で交わる２つの単独の円弧である。２つの個別の切削通過または単独の切削通過のいずれかにおいて、２つの個別のダイヤモンドビットおよび異なる波形を同時に駆動する２つのＦＴＳステージを用いて、Ｙ軸断面を規定する交互の単独円弧部分および二円弧部分を切削してもよい。余弦曲線および二円弧部分の曲線の両方は、ｘ方向においてｘ軸に沿って交互方式で延在する。すなわち、図３１Ａに示されているように、余弦曲線は一番前の曲線であり、後方の次の曲線は二円弧部分を含み、後方の第３の曲線は再び余弦曲線であり、以下同様である。ピークまたは頂点がプリズム１８４０の頂点１８４５を形成するように、ｙ方向合成曲線のピークまたは頂点は、ｘ方向合成曲線のピークまたは頂点と交差する。ｘ方向における交互のピラミッド状プリズムは、実施例２５および２６において上述したように、ツールに切れ込みを入れたり、隆起させたりして形成されてもよい。「内部」または「外部」のプリズムによる反射光パターンは、同一である。図３１Ａは、４つの反復セルを示している。
【０１５９】
実施例２７において、ピークで不連続な勾配を有する曲線によって二円弧部分を置換することも可能である。そのような曲線の一例は、ゼロの両側面に２０°などの対称な部分が除去される余弦曲線である。同様に、図１８の内／外の円弧を交換するなど、別の連続曲線によって連続的なＦＴＳ余弦曲線を置換することも可能である。
【０１６０】
平行垂直入射光がフィルム１８００によって反射されるとき、光は４つの方向に分割され、図３１Ｂに示されているように、４つの象限を通って連続する中空または環状の四角形の反射パターンを共に規定する４つの矩形の反射領域が得られ、４つの回転対称を形成する。
【０１６１】
光線が逆行する場合には、反射パターンによって規定される方向から入射する光は、極グラフの起点である法線方向に反射されることが分かる。このことは、これらの不透明な領域から発している一部の光が反射され、面に対して通常は垂直に位置し、観察している見ている人に達することを示している。
【０１６２】
実施例２８は、実施例２７の光指向フィルムの上に体積拡散体を含む。所期の光反射パターンが、図３１Ｃに示されている。体積拡散体を含む実施例２８は、体積拡散体を含まない実施例２７より小さい鋭いエッジを有するより広い光反射を有する。実施例２８による光反射は、実施例２７による反射よりさらに分散され、依然として回転対称性を保持している。
【０１６３】
体積拡散体を有するフィルム１８００または体積拡散体を含まないフィルム１８００などの回転対称性の光指向フィルムは、光指向ディスプレイにおけるフィルムの配向に対する感度が小さいために望ましい。たとえば、照射品質を妥協することなく、光指向フィルム１８００は、光指向ディスプレイの最適な配向角度からたとえば２０°だけ回転（または位置ずれ）していてもよく、そのような自由度がさらなる４つの配向対称性に重なる。
【０１６４】
実施例２７および２８において、反射光パターンの中空または環状形状およびその４つの回転対称性は、連続勾配および不連続勾配の特定の選択利用に起因する。ｎ個の回転対称または複数の包囲された暗領域などのさらに複雑なパターンも、さらに複雑なツール構造を与えるために考慮することが可能である。
【０１６５】
ここで図３２Ａを参照すると、実施例２９の光指向フィルム１９００が示されている。フィルム１９００は、空隙１９５０によって分離されるプリズム１９４０から構成される構造面１９１４を有する。プリズム１９４０は、第１の面１９４２および第２の面１９４４を有する。面１９４２、１９４４は、隆起ピーク１９４５で交差する。
【０１６６】
実施例２９の反射光パターンは、０〜１８０°の方位角平面において２つの対称な反射を有する点で、図２３Ａおよび２３Ｂの実施例１８の反射光パターンと類似である。しかし、実施例２９はまた、空隙１９５０による反射によって生じるグラフの中心に位置する中心反射領域も含む。実施例２８は実施例１８（図２３Ａおよび３２Ｂ）の２つのファセット構造によって構成されるのと同一の態様で、実施例２９などの３つのファセット構造に基づいて形成される一連の複雑なパターンを想定することも可能である。
【０１６７】
実施例１８〜２９のそれぞれは、体裁のための欠陥を隠し、さらなる拡散を生じるために、基本のプリズム面の上に重ね合わせられたＦＴＳ雑音を含むことも可能であることを理解されたい。
【０１６８】
本発明は、上述の特定の実施例に限定されると考えるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲に記載されているように、本発明のすべての態様を網羅するものと理解すべきである。本発明が適用可能であると思われるさまざまな修正、等価な工程のほか、さまざまな構造および構成は、本願明細書を検討すれば、当業者には容易に明白となるであろう。特許請求の範囲は、そのような修正および装置を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１Ａ】光指向構成を組み込んだディスプレイ装置の概略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのディスプレイ装置の光方向構成の一部の拡大概略断面図である。
【図２Ａ】ディスプレイ装置の見ている人によって見られている光の分散を量的に示すために用いられる座標系の概略図である。
【図２Ｂ】構成のための相対的な軸を示す光指向フィルムの概略斜視図である。
【図２Ｃ】光指向フィルムを作製するために用いることができる円筒ツールの概略平面図である。
【図３】従来の構造層を有する従来の光指向構成の概略断面図である。
【図４】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の図３に示された比較例１の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図５】本発明の第１の態様による光指向構成の第１の実施形態の概略断面図である。
【図６】本発明による光指向構成の第２の実施形態の概略断面図である。
【図７】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の図６に示された実施例３Ａの光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図８】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の図６に示された実施例３Ｂの光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図９】本発明による光指向構成の第３の実施形態の概略断面図である。
【図１０Ａ】本発明による光指向フィルムの第４の実施形態の概略斜視図である。
【図１０Ｂ】本発明による光指向フィルムの第５の実施形態の概略斜視図である。
【図１１】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例５の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１２】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例６の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１３】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例７の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１４】本発明による光指向構成の第６の実施形態の概略断面図である。
【図１５】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例８の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１６】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例９の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１７】本発明による光指向構成の第７の実施形態の概略断面図である。
【図１８】本発明による光指向構成の第８の実施形態の概略断面図である。
【図１９】走査型電子顕微鏡の下で見た場合の本発明による光指向構成の第９の実施形態の概略断面図である。
【図２０】走査型電子顕微鏡の下で見た場合の本発明による光指向構成の第１０の実施形態の概略断面図である。
【図２１】本発明の別の態様による光指向構成の概略上部平面図である。
【図２２】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例１、５および１７の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図２３Ａ】本発明による光指向フィルムの第１１の実施形態の概略斜視図である。
【図２３Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例１８の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２４Ａ】本発明による光指向フィルムの第１２の実施形態の概略斜視図である。
【図２４Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例１９の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２５Ａ】本発明による光指向フィルムの第１３の実施形態の概略斜視図である。
【図２５Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２０の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２６Ａ】本発明による光指向フィルムの第１４の実施形態の概略斜視図である。
【図２６Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２１の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２７Ａ】本発明による光指向フィルムの第１５の実施形態の概略斜視図である。
【図２７Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２２の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２８Ａ】本発明による光指向フィルムの第１６の実施形態の概略斜視図である。
【図２８Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２３の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２９Ａ】本発明による光指向フィルムの第１７の実施形態の概略斜視図である。
【図２９Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２４の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３０Ａ】本発明による光指向フィルムの第１８の実施形態の概略斜視図である。
【図３０Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２５の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３０Ｃ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２６の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３１Ａ】本発明による光指向フィルムの第１９の実施形態の概略斜視図である。
【図３１Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２７の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３１Ｃ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２８の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３２Ａ】本発明による光指向フィルムの第２０の実施形態の概略斜視図である。
【図３２Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２９の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【０００１】
本発明は、光学フィルムおよびその作製方法に関する。さらに詳細には、本発明は、微細複製構造を有する層を含む光学フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特殊な光変調器としても公知である反射型イメージング装置は、光の反射を局所的に変更することによって可視画像を形成する。このタイプの１つの有用な装置は、液晶ディスプレイすなわちＬＣＤであり、画像を映すような態様で、偏光子の間に挟まれた液晶材料の電子的に処理される画素によって、ディスプレイに入射する光が透過されるか、反射されるかまたは遮断されるかのいずれかであり、それによってディスプレイの可視画像を形成する。
【０００３】
ＬＣＤは、ＬＣＤの一主面（背面と呼ばれる）に入射する光によって照射されることが多く、他方の面、すなわち見ている人が存在する前面から出る。また、適切な反射体によって、前面、すなわち見ている側からＬＣＤを照射し、反射体（一般に後方反射体と呼ばれる）によって反射される周辺光によって照射された画像を作成することも可能である。このような方法で照射されるＬＣＤは、反射型ＬＣＤまたはＲＬＣＤと一般に呼ばれる。
【０００４】
鏡面後方反射体および拡散後方反射体の両方が用いられており、それぞれある種の欠点を持っている。鏡面後方反射体は、金属的な画像外観を呈することができ、見ている人の背後または上部に位置している物体の画像を反射することができ、許容可能でないほど制限された視角を形成する可能性があり、特定の周辺光状態に応じてさまざまに変化する。さらに、鏡面反射体は、見ている人の頭部が最良の表示のために必要な入射照射光を遮断する恐れがあるように、入射光を反射する。他方、拡散反射体は、見ている人が存在する可能性のない位置に光を拡散する可能性がある点で、光の非効率的な使用という欠点があるため、より望ましい表示位置から照射光を外すことになる。これらの欠点は、米国特許第４，２９８，２４９号明細書にまとめられており、当該特許では、より適した位置からディスプレイを見ることができるような角度で入射光を反射するために、傾斜された反射面ストライプを有する後方反射体のほか、拡散面構造を備えている。同様に、米国特許第６，２０４，９０３号明細書は、特定の方向に反射光を指向するさまざまな構造的な形状を有する反射面および部分反射面を開示している。さまざまな光条件に適合するために、米国特許第５，１２８，７８７号明細書は、さまざまな光源からの光を所望の見ている位置に反射するためのさまざまな角度の構造を有する反射体を開示している。開示されている構造はまた、ディスプレイのさまざまな面および境界からの望ましくない鏡面反射光を受光する領域の外側の位置から画像を見ることができるため、グレアの影響を低減する利点も有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、所定の角度で入射光を反射し、反射光の特定の方向への分散を生成する微細構造反射面を提供する。微細構造面は、その面に構築される小さな傾斜反射微細構造を有する一般的な全体形状を有する。傾斜微細構造は、所定の周期的な高さまたは高度によって規定される高さまたは高度において長手方向の変化を有する。高さは、一定の周期、可変であるが決定的な周期、不規則な周期またはそれらの組合せに応じて変化してもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による微細構造面を作製するための適切なツールは、硬質銅などの適切な金属から構成される円筒ブランクに所望のパターンをダイヤモンドターニング加工し、フィルムのバッキング上に硬化可能な液体組成物の微細構造層にコーティングして形成するために、キャスティングツールとしてこの円筒を用いることによって製作されることができる。ダイヤモンドツールホルダに組み込まれた圧電素子によって、ダイヤモンドターニング処理に深さ関数を加えることができる。このタイプのツールホルダは、一般に高速ツールサーボまたはＦＴＳと呼ばれている。また、一般に、高速サーボツールと呼ばれることもある。ＦＴＳを駆動するために用いられる信号は、単一周波数波または多重周波数波、雑音発生器からの信号および有用であると分かっている任意の他の信号を含んでいてもよい。たとえば、変動する高さの周波数範囲またはスペクトル波形を制限するために、信号をフィルタリングしてもよい。一般的に、深さ関数を生成するために用いることができる信号は、有用な微細構造を作製する際に特定の信号の適切さによってのみ制限される。本発明において用いるための信号を生成することが相対的に簡単であるために、所望の光学的効果を生成するさまざまな高さを形成するための適切な信号を求める場合に、きわめて経験的なアプローチを取ることも可能である。
【０００７】
本願明細書で用いられるとき、「反射光学面」なる語は、ミラーなどのきわめて高い反射面および部分的にのみ反射し、光の相当量を透過する光学面の両方を含む。このタイプの部分反射体は、一般に半透過光学面と呼ばれる。本発明の反射面は、たとえば、銀などの適切な金属によって金属化することによって、反射を形成することができる。また、保護コーティングおよび他の面調整コーティングを組み込んでもよい。
【０００８】
本発明の反射面を有する光学フィルムは、有効範囲の方向に光を反射するように設計することができ、利用可能な光をより効率的に利用し、グレア効果を避けることができるような光の厳密に制御された分布を形成することができるため、ＬＣＤ用の後方反射体として有用である。
【０００９】
反射光分布に対して拡散成分または他の指向性成分を形成するために、傾斜角および深さ関数によって規定される微細構造に加えて、ツールの化学エッチングなどのさらなる面処理も用いることができる。ツールの耐久性および微細構造物製品の表面の品質を改善する際に、ツールのメッキが有用である場合もある。
【００１０】
特に一態様において、本発明は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有する光指向フィルムであって、第１の構造面および対向する面を有するフィルムに関する。構造面は、その上に複数のプリズム構造を有し、プリズム構造は、略ｘ軸に沿って延在し、隣接するプリズム構造の間にｙ軸に沿って間隙を有する。構造はまたｚ軸に沿って高さを有し、プリズム構造の高さは反復周期でｘ軸に沿って変動する。
【００１１】
別の態様において、本発明は、微細複製光反射フィルムであって、長さを有する複数のプリズム構造を含み、複数のプリズム構造のそれぞれが反復周期において長さに沿って変動する高さを有するフィルムを含む光学素子に関する。金属フィルム層がフィルム上に存在していてもよい。
【００１２】
また、本発明は、プログラム可能であるように制御された切削ツールを用いて作製され、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有する物品であって、略ｘ軸に沿って延在する複数の構造を含み、複数の構造が隣接するプリズム構造の間でｙ軸に沿って間隙を有し、ｚ軸に沿って高さを有し、構造の高さが反復パターンにおいてｘ軸に沿って変動する物品に関する。
【００１３】
本発明によれば、反射構造付きフィルムを作製するための方法は、切削ツールを用いてブランクからマスターツールを機械加工するステップを含み、切削ツールはｘ方向、ｙ方向およびｚ方向において移動可能である。機械加工ステップは、切削ツールとブランクを接触させるステップと、ブランクを切削するためにｘ方向において互いに関してブランクおよび切削ツールの少なくとも一方を移動するステップと、ブランクを切削するためにｙ方向において互いに関してブランクおよび切削ツールの少なくとも一方を移動するステップと、ブランクを切削するためにｚ方向において互いに関してブランクおよび切削ツールの少なくとも一方を移動するステップと、を含む。この機械加工用マスターツールにおいて、構造付きフィルムを作製し、次いで構造付きフィルムに反射コーティングを施す。
【００１４】
本発明の方法は、化学エッチング、ビードブラストまたは他の確率的面調整技術などの方法を用いて作製されるフィルムより緻密、精確または精密である構造付きフィルムを提供する。化学エッチング、ビードブラストまたは他の確率的面調整技術などの方法は、１つのプリズム面から次のプリズム面までの精密な形をたとえば０．００１マイクロメートルまで精密に再現することはできない。０．０００１マイクロメートル未満はなおさらである。
【００１５】
本発明は、添付図面と共に次の本発明のさまざまな実施形態の詳細な説明を考慮することによってより完全に理解されると思われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、反射型液晶ディスプレイ（ＲＬＣＤ）によって拡散反射される光のパターンを精密に形成することによって、ＲＬＣＤにおける光の利用を改善する光学フィルムに関する。詳細に述べれば、特定の方向に反射するようにＲＬＣＤの後方反射体の面特徴物を設計することにより、より十分な均一性および明るさのために所望であるように反射光の分散が形成される。
【００１７】
本願明細書で用いるとき、光学フィルムは、ＲＬＤＣに対して所望の角度で光を反射する構造を含む構造面またはプリズム面を有するフィルムである。
【００１８】
ＲＬＣＤなどの反射型ディスプレイ装置１０が、図１Ａに示されている。ディスプレイ装置１０は、追加光学素子１４を通じて見ることができる表示情報を照射するために周辺光を用いる。追加光学素子１４は、レンズ、タッチスクリーンまたはディスプレイ装置１０の他の類似の素子であってもよい。素子１４は、ディスプレイに特定の光学的性質を付与してもよく、ディスプレイの利用者からの入力を受理してもよい。ディスプレイ装置１０は、上部偏光子２２、液晶層２４および下部偏光子２６を含む光変調層２０をさらに具備している。さらに、光指向フィルムを具備する光指向構成２８が、下部偏光子２６に隣接して配置される。光指向構成２８に関する一部の実施形態では、下部偏光子２６に接着することが有用かつ好都合であることが分かっている。液晶層を挟む２つの偏光子を有する素子に用いることがさらに一般的であるが、本発明の光指向フィルムはまた、唯一の偏光子を含むか、または偏光子を含まないディスプレイ素子（たとえば、ゲスト−ホストＬＣＤ）に組み込んでもよい。
【００１９】
本願明細書では、さまざまな層を有する代表的なディスプレイ装置１０について説明する。一般に、層のいずれかを変更または排除してもよく、依然として利用可能なディスプレイ１０であることを理解されたい。また、追加層を追加することもできる。補償層またはフィルムは、ディスプレイ装置に具備することができる非等方性光学屈折フィルムである。利用可能なディスプレイと機能する異なる構造を形成するために、さまざまな層を再配置または再編成することができる。一部の実施形態において、単独層が、上述した２層として機能してもよい。さらに、より少数の個別層を形成するために、任意の複数の層を共に接着または積層してもよい。たとえば、偏光子または補償フィルムに光指向フィルムを積層することも可能である。本発明によって教示されるように、光指向フィルムを組み込んだディスプレイ装置１０のあらゆる変形が、本願明細書に開示されている。
【００２０】
再び図１Ａを参照すると、周辺光源３０は、入射する周辺光線３２を生成する。このような図において、光源３０からの光線３２は、法線から角度ａでディスプレイ装置に入射する。法線は、ディスプレイ面に垂直な方向である。入射光の一部は、ディスプレイ装置１０の上面および内部の境界面によって、図１Ａにはグレア光線３４によって示されるグレアとして反射される。グレア光線３４は、法線からグレア角ｂを有する。光線３２と遭遇する境界面が境界反射面である場合には、グレア角ｂは入射角ａに等しい。角度ａは、存在しそうなさまざまな光源からの光を表す一定の範囲の値を含むことができるため、グレアは一定の範囲の視角にわたって見ることができるが、一般にたとえばグレア角ｂで１つ以上の明るさのピークを有する。
【００２１】
入射光の大部分は光変調層２０を通過し、光指向構成２８によって反射され、それによって、ディスプレイ情報を照射し、画像光線３８として出す。光指向構成２８は、グレア角ｂとは実質的に異なる法線からの角度でディスプレイ１０から出るように、画像光線３８を指向するように設計される。これを一般に「ビームステアリング」と呼ぶ。量的には、画像光線３８の特定の角度は、通常「屈折のスネルの法則」および光指向構成２８の特定の特性によって支配される。
【００２２】
図１Ｂを参照すると、図１Ａに比べて拡大した図であり、構造層として示されている光指向構成２８は、光変調層２０によって生成される画像を所望の視角に向かって進めるように形成される。所望の視野角は、ディスプレイ１０のグレア角度と実質的に異なる。光指向構成２８はまた、ビームステアリングフィルムまたは傾斜ミラーフィルムとも呼ばれる場合がある。
【００２３】
図１Ｂにおいて、入射光線３２は、法線から角度ａで線３３によって表されるディスプレイ装置に入射する。法線は、ディスプレイ面に垂直な方向である。入射光線３２は、ディスプレイ１０のさまざまな構成部材によって屈折され、光線３２に曲げを形成することによって、光線３２’を形成する。グレアとして反射されない入射光のそのような部分は、光変調層２０を通過し、光指向構成２８によって反射されることによって、光変調層２０を照射し、画像光線３８を生成する。光指向構成２８からの反射の一定の角度は、角度ｄによって表されるファセット３６の角度に依存する。図１Ｂは単独の角度ｄを有する平坦な面としてファセット３６を描いているが、特定の光条件および所望の視角に応じて、他の平坦でないファセットを用いることもでき、場合によってその方が好ましい場合もあることを十分に理解されたい。画像光線３８がディスプレイ１０を通過するとき、光線は屈折され、画像光線３８に曲げを生じることから、法線から角度ｃで出ることを再び留意されたい。
【００２４】
光指向構成２８の特定の設計によって、画像を見ることができる視角の範囲およびピークの明るさが生じる視角の範囲を制御することができる。
【００２５】
図１Ａにおいて、画像光線３８によって表されるように、ピーク画像角または最適な視角はディスプレイに対してほぼ直交している。その結果、位置４４にいるディスプレイ装置１０を見ている人は、画像光線３８から角度ｂであるグレア画像に干渉されることなくくっきりとディスプレイ画像を見ることができる。さらに一般的に言えば、図１Ｂにおいて、ピーク画像角または最適視角は、画像光線３８によって示されているように、ディスプレイ法線に対して角度ｃである。その結果、ディスプレイ装置１０を見ている人は、ディスプレイに対して異なる角度ｂであるグレア画像に干渉されることなくくっきりとディスプレイ画像を見ることができる。
【００２６】
図１Ｂにおいて分かるように、光指向構成２８は、平滑面３１および構造面３３を有する構造を備えたプリズム状の光指向フィルムである。これについては、図面を参照して以下に詳細に述べる。平滑面３１はディスプレイ１０の後部とは別の側にあり、構造面は光変調層２０に面し、光源３０に面している。一部の実施形態において、構造面は、ディスプレイ１０とは反対側に面するように位置することも可能である。面３１はここでは平滑であるように記載されているが、面は粗面、波面、凹凸面であってもよく、またはその上にプリズム構造を有していてもよいことを理解されたい。本発明における光指向構成２８およびその作用の変動については、以下にさらに詳細に述べる。
【００２７】
本発明は、所望の範囲の角度にわたって所望の画像ビーム強度分散を形成するように光指向構成を設計することに関する。プリズム状の光指向フィルムの特定の構成によって、反射ビームの方向および角度範囲を変更することができる。ＲＬＣＤの見ている人によって見られる光の分散を量的に表すために用いられる座標系が、図２Ａに示されている。図２Ａにおいて、点「Ｐ」は見ている人、輝度を測定するための光度計、光源または所定の他の品目であってもよい。点「Ｐ」は、方位角または単に方位と呼ぶ球座標θ、極角度と呼ぶφおよび半径座標と呼ぶρを有する。図２Ａにおいて、見ている人によって見た場合に、点２９はディスプレイ２５上の点であり、縁２３はディスプレイの上部である。反射光の分散の試験は、通常、極角度φが３４°、方位角が０°で入射する平行光を用いて行われる。
【００２８】
物理的な実例は、「ＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）」光度計によって特徴付けられるとき、ビームステアリングの特定の効果を見ることができる。この光度計は、３４°の入射平行光と共に反射モードで用いられる偏光光度計である。ＥＬＤＩＭ光度計は、θおよびφの関数として反射輝度を測定し、０°（フィルムの法線）から８０°（フィルム平面から１０°）の範囲にある極角度にわたり、３６０°の全方位角範囲にわたってデータを座標で表す。光学ゲインは、同一条件下で測定されたホワイトランベルト標準の輝度に関して同一の輝度で正規化することによって得られる。図４、７、８、１１、１２、１３、１５および１６において、この座標系を用いるグラフを見ることができる。θは円形グラフの周囲の度数として表され、グラフの一番上から始まって反時計方向に回転し、φはグラフの中心から半径方向の距離によって表される。
【００２９】
図２Ｂは、プリズム構造を示す一般的な光指向構成の斜視図である。以下の実施例は、図２Ｂに示されている軸を用いて説明される。「ｘ軸」または「ｘ方向」は、構造の長手方向とも呼ばれ、隆起または微細構造の方向にある。「ｙ軸」または「ｙ方向」は、ｘ軸に直交し、構造の面を横断するため、ｘ軸およびｙ軸が基準平面２９を規定し、光指向要素２８の全体の形状を規定する。「ｚ軸」または「ｚ方向」は、ｘ軸およびｙ軸によって形成される平面に垂直であり、光指向要素２８の後方から前方に延在している。
【００３０】
図２Ｃに描かれているタイプの円筒キャスティングツールを用いて、構造３３を有する光指向構成を作製することができることが好都合である。図２Ｃにおいて、中心軸４２を有する円筒ツール４０は、円筒ブランクに環状の溝４３を切削することによって作製される。適切な形成可能な材料が溝４３と軟質ポリマーフィルムなどのバッキング材料との間に配置されるとき、溝は構造３３を形成するために適した形状である。この種のツールについて述べる時、図２Ｃに示されているように、ツールに対するｘ方向およびｙ方向は、図２Ｂに示される光指向フィルム上のｘ方向およびｙ方向と一致している。
【００３１】
本発明の光指向フィルムは、任意の形成可能な材料であってもよく、通常は透明である。アクリルおよびポリカーボネートをはじめとする紫外線重合可能な材料が、好ましい材料である。一般に、光指向フィルムを作製するための紫外線重合可能な組成物としては、たとえばメチルスチレンなどのアルキルスチレンモノマーなどのビニルモノマー、さまざまなコモノマーおよび／またはオリゴマーが挙げられる。一例では、組成物は、ビスフェノールＡ型エポキシジアクリレート、ノボラック型エポキシアクリレートのそれぞれおよびアルキルスチレン（たとえばメチルスチレン）をはじめとするビニルモノマーを含む。このような組成物は、「エポキシアクリレート」とみなされる。組成物の重合を開始してポリマー構造にするための遊離基源を与えるために、開始剤を追加してもよい。
【００３２】
光指向フィルムにおいて用いるための好ましい紫外線重合可能なエポキシアクリレート組成物の一例は、一定の範囲の重量％によって列挙される以下の成分、すなわちビスフェノールＡエポキシジアクリレート（５５〜８０％）、アクリル化エポキシ（１〜１０％）、メチルスチレン（５〜２５％）、光重合開始剤（０．２５〜５％）（「ルシリンＴＰＯ」（Ｌｕｃｉｒｉｎ ＴＰＯ）など）およびフッ素系界面活性剤（０．１〜０．３％）を含む。さらに、組成物は、約５％までの重量％の「イルガキュア１８４」（Ｉｒｇａｃｕｒｅ １８４）などの第２の光重合開始剤を含むことができる。これらの好ましい紫外線重合可能な組成物に関するさらなる詳細は、１９９９年１０月２２日に出願された米国特許出願第０９／４２５，２７０号明細書（フォン（Ｆｏｎｇ））に記載されている。この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする。
【００３３】
構造付きフィルムに反射コーティングを施すことができる。この反射コーティングは不透明であってもよく、銀、クロム、ニッケル、アルミニウム、チタン、アルミニウム−チタン合金、金、ジルコニウム、白金、パラジウム、アルミニウム−クロム合金、ロジウムまたはその組み合わせなどの金属であってもよい。好ましい反射金属コーティングは、銀である。反射コーティングは、連続であっても不連続であってもよい。不連続コーティングは、不連続コーティングを塗布することによって実現されてもよく、または連続コーティングの一部を除去することによって実現されてもよい。
【００３４】
また、反射金属コーティングの性能および耐久性を改善するために、接着促進層、拡散障壁層および耐食層などの追加層を用いてもよい。好ましい耐食層の一例は、ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ０１／３１３９３明細書（ガードナー（Ｇａｒｄｎｅｒ）ら）に教示されている。この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする。
【００３５】
拡散体層は、フィルムの欠陥を隠しモアレ効果を排除するために、構造付きフィルムの上に塗布されることが好ましい。本発明の光指向フィルムは、プリズム構造のために十分な光拡散を行うため、拡散体層は反射光の拡散を行う必要はない。拡散体層の一例は、ポリマービードまたはガラスビードを添加したポリメチル−メタクリレートポリマーである。
【００３６】
ポリマーホストまたはキャリアは一般に、１．４〜１．５の屈折率を有するが、それより大きくても小さくてもよい。ビードは、ポリマーまたはガラスのいずれであっても、一般に１．３５〜１．７の屈折率を有する。ビードとホストまたはキャリアのポリマーとの間の屈折率の差は、ビードおよびポリマー選択時の確定的特性である。屈折率の差は、大部分の用途では、０．０１〜０．２であることが好ましく、０．０２〜０．１であれば好ましい。
【００３７】
ビードの平均直径は一般に、０．５〜２０マイクロメートルであり、ハンドヘルド型ディスプレイ装置に用いる場合には、好ましいビード直径は２〜５マイクロメートルである。ポリマーに添加されたビードの量は、ビードの平均直径に左右される。小さな直径のビードはより小さなビード体積を添加することになり、より大きな直径のビードは大きな体積を添加することになる。一例として、屈折率の差が約０．０５であり、ビード直径が約５マイクロメートルである場合には、有用な添加量は１％〜１０％である。
【００３８】
ビードを相当密に添加する場合には、拡散体層は、源の認識可能な画像がない状態で均一に明るい後方反射を形成するために、遠くの源からの光を分散し、欠陥およびアーティファクトを隠す。ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ９７／０１６１０明細書（ゲーツ（Ｇｏｅｔｚ）ら）（この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする）は、欠陥および他のアーティファクトを隠すために、本発明のフィルムと共に用いることができる光拡散接着剤について教示している。
【００３９】
不規則な散乱を生じるための別の技術としては、ツールの艶消し仕上げを施すことが挙げられる。溝を機械加工した後、構造のある銅のツールに酸エッチング、イオンめっきまたはビードブラストを施すことによって、艶消し仕上げを実現することができる。
【００４０】
ディスプレイの色を変更するために、光指向構成の中の組成物または他の層に吸収染料または顔料を追加することができる。たとえば、周辺光で見る場合には、銀金属フィルムはわずかに黄色い外観を有することが多い。黄色の外観を補償し、無彩色の反射体を形成するために、構成に吸収染料を追加することができる。
【００４１】
基板とツールとの間またはプリズムの逆形状を有する複数のキャビティを有する型に重合可能な組成物を塗布し、紫外線の下で組成物を重合してから、ツールからシートを分離するなどの当業界において公知のさまざまな異なる方法によって、光指向フィルムを作製することができる。プリズム構造を形成するための他の方法も公知であり、本発明において用いてもよい。プリズムのサイズが小さいことから、３次元構造を作製するための工程は、「微細複製」と呼ばれることが多い。３次元構造の微細複製のさらなる情報に関しては、たとえば、米国特許第５，１８３，５９７号（リュ−（Ｌｕ））を参照されたい。この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする。
【００４２】
プリズムを形成するツールは、たとえば、同一出願による公開ＰＣＴ特許ＷＯ００／４８０３７明細書（この特許明細書は、参照によって本願明細書に引用されるものとする）に開示されているような機知のダイヤモンドターニング技術によって作製されてもよい。一般に、マスターツールは、ロールとして公知である円筒ブランクにダイヤモンドターニングを施すことによって作製される。ロールの面は通常、硬質銅からなるが、他の材料を用いてもよい。プリズム構造は、ロールの周囲の連続パターンで形成される。好ましい実施形態において、溝は、ねじ切りとして公知の技術によって形成される。ねじ切りでは、ダイヤモンドビットがターニングロールに並進する方向（ｙ方向）に移動される間に、単独の連続する溝が（ｘ方向において）ロール上に切削される。隣接する切込みの間の距離は、「ピッチ」と呼ぶ。一定のピッチを有する構造を形成するために、ダイヤモンドビットは一定の速度で移動される。
【００４３】
一般的なダイヤモンドターニング技術は一般に、当業界では公知である。たとえば、ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ００／４８０３７明細書を参照されたい。詳細は図７および図９とその説明を参照されたい。この公開特許は、ロールまたはドラムからマスターツールを作製するために用いることができるさまざまな装置および方法について述べている。このすべての開示内容は、参照によって本願明細書に引用されるものとする。
【００４４】
本発明の光指向フィルムを作製するための方法に用いられる装置としては、高速サーボツールが挙げられる。ＷＯ００／４８０３７明細書に開示されているように、高速ツールサーボ（ＦＴＳ）は、切削ツールの位置を迅速に調整するソリッドステート圧電素子である。ＦＴＳの１つのタイプは、ＰＺＴとして公知である。ＦＴＳは、ｙ方向およびｚ方向における切削ツールの移動の主軸を考慮し、ｙ方向およびｚ方向における振動または他の微小な調節も行う。円筒が切削されるこの場合には、ｘ方向における移動は、加工品の回転によって提供される。もし存在するのであれば、振動は一般に主切削ツールの移動に重ね合わせられる。さらに、または別法では、さらに別の特徴を提供するために、機械加工中、切削ツールを遥動またはｘ軸を中心にして回転してもよい。
【００４５】
別の実施形態において、たとえば、一連のファセットを形成するために、周期的な傾斜関数によって形成される信号を用いてＦＴＳを駆動することによって、隆起を形成するために、ダイヤモンド切削ツールのｚ方向移動を用いることができる。ＦＴＳの周波数応答の限界のために、１つの隆起の上部と次の隆起の下部との間の移行は、ある程度湾曲していてもよい。この種の傾斜関数は、本発明によれば、反射光の方向における正味の変化を形成する隆起状構造を形成することになる。切削がこのような態様で行われるとき、プリズム構造の長手方向は、切削されるツールの回転軸に垂直ではなく、平行である。さらに、円筒の１回転から次の回転まで同期を取る必要はないため、隆起は連続的であってもよく、またはツール全体にわたって同期していてもよく、より正確に言えば、隆起は非同期であってもよい。その結果、見ている人によって見られるときに、ディスプレイの照射の外観が改善されてもよい。キャスティングツールの湾曲した移行領域はまた、ＲＬＣＤの外観を改善するように作用してもよい。さらなる光指向特徴部を形成するために、ダイヤモンド切削ツールは、反射光分散をさらに改良するために、曲線または他の適切な切削外形を備えていてもよい。
【００４６】
上述以外の方法によって、プリズム構造を形成してもよい。たとえば、作製ツールを作製するために、マスターツールから注型硬化工程によって、マスターツールの構造をポリマー材料のベルトまたはウェブなどの他の媒体上に移動してもよい。次いで、プリズム構造を作製するためにこの作製ツールが用いられる。マスターツールを複製するために、電鋳法などの他の方法を用いてもよい。光指向フィルムを作製するための別の代替方法は、プリズム構造を形成するために、透明材料を直接切削または機械加工することである。
【００４７】
本発明のプリズム構造および方法は、生成することができる信号、電子機器の周波数応答、ＦＴＳアクチュエータおよびツール面の機械特性によってのみ制限される。
【００４８】
化学エッチング、ビードブラストまたは他の確率的面調整技術は通常、本発明の方法を用いて切削ツールによって実現される光拡散特性を得るために望ましい鋭い精密なプリズム構造および特徴部の幅を形成することはできない。このような許容可能ではない方法は、化学エッチング、ビードブラストまたは他の確率的面調整技術に関連する固有の不正確さおよび非反復性のために、本発明のようなきわめて精確な反復構造を形成することはできない。
【００４９】
本発明は、以下の実施例でさらに説明および図示がなされる。実施例は本発明の例示であり、その詳細に範囲を限定するものと解釈すべきではない。実施例および本願明細書の残り部分を通して、「マイクロメートル」「ミクロン」なる語および「μｍ」は互換可能に用いられることを理解されたい。
【実施例】
【００５０】
実施例の光指向フィルムは、ファセット外形を形成するためにダイヤモンドカッタまたはビットによって切削されたツールに紫外線感知エポキシアクリレート樹脂を微細複製することによって作製された。エポキシアクリレート樹脂はツール上にあり、５ミル（１２７マイクロメートル）のＰＥＴ基板が樹脂の露出面に接着された。エポキシアクリレート樹脂が紫外線によって重合化された後、結果として生じる光指向フィルムがツールから除去された。
【００５１】
実施例のそれぞれに関するマスターツールは、ダイヤモンドチップ切削ツールによって円筒に形成された銅シートまたはブランクを機械加工することによって作製された。機械加工工程を開始するために、ｚ方向において銅ブランクに切削ツールを降ろした。円筒は、その中心軸を中心にして回転され、ｘ方向に切削ツールを移動させた。ｙ方向の円筒の面に沿って切削ツールを移動するために、円筒面に螺旋状の溝が形成される。一部の実施例の場合には、ＦＴＳ（「高速ツールサーボ」または「高速サーボツール」）によってダイヤモンド切削ツールをｚ方向に移動した。機械加工された銅シートは、円筒から除去され、光指向フィルムを作製するために用いられた。
【００５２】
実施例１−比較例
図３は、従来の光指向フィルム１１０を含む光指向構成１００の第１の実施例の拡大断面図である。このようなフィルムの例としては、商品名「チルティッドミラーフィルム６．３」（Ｔｉｌｔｅｄ Ｍｉｒｒｏｒ Ｆｉｌｍ ６．３）でミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）（３Ｍ）から入手可能である。ｙ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向フィルム１１０のこの図は、図１Ｂに示された配向に類似している。ｘ軸はページ中に延びている。
【００５３】
光指向フィルム１１０は、平滑面１１２および構造面１１４を有する。構造面１１４は複数の三角プリズム１４０を含み、それぞれのプリズムは第１のプリズム面１４２および第２のプリズム面１４４を有し、谷１４３および山１４５を交互に繰り返す。第１のプリズム面１４２および第２のプリズム面１４４は、光指向フィルム１１０のピッチまたは周期を共に規定する。
【００５４】
この実施形態において、光指向フィルム１１０は、角プリズム１４０の反復配列によって規定される。谷１４３から谷１４３まで、または山１４５から山１４５までを測定する反復するプリズム１４０のピッチは一般に、１０μｍ〜１００μｍであり、約３０μｍ〜８０μｍであればさらに好ましい。この実施例では、光指向フィルム１１０は、５０マイクロメートルのピッチを有する。すなわち、反復する山１４５の間のｙ方向における長さは、５０マイクロメートルである。
【００５５】
光指向構成１００によって反射される光の大部分が第１のプリズム面１４２によって反射されるため、第１のプリズム面１４２は一般に、「ファセット」または「反射ファセット」と呼ばれる。この実施例では、第１のプリズム面１４２は、ｙ方向から６°の高さを有する。これはミラー角度とも呼ばれる。６°以外の角度を用いることができることを理解されたい。一般に、０〜３０°の角度が用いられ、５〜９°であれば好ましい。
【００５６】
各プリズム１４０は、第１のプリズム面１４２および第２のプリズム面１４４によって規定されるピーク角または内抱角を有する。各山４５は、約８６°の同一のピーク角を有する。
【００５７】
光指向フィルム１１０は、上述の技術によって作製され、基板１２０上に配置される。さらに詳細に言えば、光指向フィルム１１０の平滑面１１２が、基板１２０に対して配置される。基板１２０上に光指向フィルム１１０を固定するために、接着剤を用いてもよい。またはプリズム１４０を形成する同一材料によって、基板１２０上に光指向フィルム１１０を接着してもよい。一部の実施形態において、基板１２０は、微細複製工程中に用いられる基板である。
【００５８】
上に重なっているプリズム１４０は、反射金属コーティング１３０であり、光指向フィルム１１０の構造面１１４の上に配置されている。反射金属コーティングは、銀または任意の他の有用なコーティングであってもよい。
【００５９】
上に重なっている金属コーティング層１３０は、ポリマービードまたはガラスビードを添加したポリメチル−メタクリレートポリマーなどの拡散体層１３５である。拡散体層１３５によって生じる拡散は、光指向フィルム１１０によって反射される光のピークを中心にして回転対称であるため、ＹＺ平面における拡散の幅は、ＸＺ平面における幅と同一である。
【００６０】
比較例１の場合の具体的なプリズムおよびファセットの寸法は、以下の表１および表２に与えられる。すべての測定値は、マイクロメートル単位で与えられる。比較例１の光の反射率は、３４°の入射平行光による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で測定された。図４が結果グラフである。図４は、３４°で鋭いグレアピークを示し、１４°を中心にしてより広い後方反射されたピークを示している。全体的に見れば、反射光は中心により高い強度を有し、反射光が測定されなくなるまで徐々に減少する急勾配のピークとして示されている。
【００６１】
本発明の光指向構成は、光指向フィルムを含み、所望の光分散を得るために、光の反射がプリズムによって操作されて導かれる点で比較例１のサンプルと異なる。大部分の場合には、先のとがった分散または鐘状の曲線の分散ではなく、光強度の平坦な分散またはトップハット状の分散が望ましい。光の平行ビームがプリズム特徴部によっても決定される方向において中心とする特定の角度の幅の中で一定の輝度で面によって散乱されるときに実現される。ビームステアリング特性は、０〜４５°などの任意の適当な量だけグレア方向からずれた反射角度に偏っていてもよい。
【００６２】
ＹＺ平面における拡散
所望のプリズム面を形成するために、さまざまな技術を用いることができる。たとえば、各構造のファセット角度が隣接する構造と同一とならないように、構造を形成することができる。連続的または列ごとにファセット角度を変更することによって、光指向フィルムによる光の反射率が変更され、広範な角度にわたってＹＺ平面における拡散反射を形成する。
【００６３】
実施例２−可変ファセットまたはプリズム角度
図５は、本発明の一態様による光指向フィルム２１０を含む光指向構成２００の断面図である。ｙ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向フィルム２１０のこの図は、図２に示されている配向と類似である。ｘ軸はページ中に延びている。
【００６４】
光指向フィルム２１０は、平滑面２１２および構造面２１４を有する。構造面２１４は、谷２４３および山２４５を規定する第１のプリズム面２４２および第２のプリズム面２４４を有する複数のプリズム２４０を形成する。第１のプリズム面２４２および第２のプリズム面２４４は、合成物を規定する１組の面を形成する。一般に、第１のプリズム面２４２は光を反射するために用いられ、第２のプリズム面２４４は光の反射または方向に関与しない。フィルム２１０の平滑面２１２は、基板２２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム２１０は、金属コーティング２３０および拡散体層２３５である。
【００６５】
図３の光指向フィルム１１０のプリズム１４０と異なり、プリズム２４０は、すべて同一ではない。プリズム２５１、２５２、２５３、２５４を参照されたい。プリズム２５１はプリズム２５２と異なり、プリズム２５２はプリズム２５３と異なる。以下同様。光指向フィルム２１０のすべてのプリズムが光指向フィルム２１０の他のすべてのプリズムと異なっているというわけではないことを理解すべきである。正確に言えば、プリズムは隣接するプリズムと異なっていることが望ましい。図５を参照すると、プリズム２５２は隣接するプリズム２５１とは異なり、隣接するプリズム２５３とも異なる。２つの類似のプリズムの間に少なくとも２つのプリズムがあることが好ましく、２つの類似のプリズムの間に少なくとも４つのプリズムがあればさらに好ましい。目で見ることができるパターンの隠し場所を最適化するためには、特定のパターンまたは順序におけるプリズムのグループをクラスタ化することが有利である場合がある。
【００６６】
プリズムは、反射ファセット、すなわち第１のプリズム面２４２が異なる傾斜を有する点で少なくとも異なり、それによって光拡散を増大させる。第１のプリズム面２４２の傾斜は一般に、平滑面２１２から測定される。さまざまなプリズムの第１のプリズム面２４２は一般に、第１のプリズム面２４２の傾斜に対して長さを変化させる。大部分の場合には、プリズムの山２４５は平滑面２１２から等距離であるが、一部の場合には、図５に示されているように、隣接する山２４５の高さは異なっていてもよい。
【００６７】
拡散体層２３５は、ポリマービードまたはガラスビード２３６を添加したポリメチル−メタクリレートポリマーなどの低密度拡散体である。拡散体層２３５は、光指向構成１００の拡散体層１３５より少ないビードを有し、欠陥およびアーティファクトを隠し、変化するプリズム角度によって生成される複数の反射ピークを組み込んでいる。
【００６８】
より多くの光学的拡散を有する面を形成するために、高周波数周期または不規則な移動によって、マスターツールを作製するために用いられるダイヤモンド切削ビットを遥動することによって、ＹＺ平面においてさまざまな角度を形成することができる。可変プリズム角度は、ＹＺ平面において拡散を形成する。そのような拡散は、体積拡散体層２３５からの拡散に重ねられ、ＸＺ平面およびＹＺ平面における拡散の幅を識別するために、さらなる自由度を与える。
【００６９】
別の実施形態において、成形ダイヤモンド切削ビットによってマスターツールを切削することができ、平坦でないか、または直線でないビット形状を生じる。別法または追加として、前回の通過の場合とは異なる角度および異なる位置に配置された切削ビットを用いて、複数回通過することによってツールを切削することができる。結果として生じる平坦でないファセットは、ＹＺ平面において、ビームステアリング効果および制御された光拡散を形成し、拡散体層の不規則な拡散に加える。ダイヤモンドビットまたはカッターの湾曲した切削エッジまたは直線でない切削エッジは、光の拡散を行うのに望ましい可変勾配を形成する。さらに、切削エッジの精確な形状は、拡散分布を決定する。
【００７０】
実施例３Ａおよび実施例３Ｂ―湾曲したファセット、非直線のファセット
図６は、本発明の別の態様による光指向構成３００の断面図である。ｙ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向構成３００および光指向フィルム３１０のこの図は、図２に示されている配向と類似である。ｘ軸はページ中に延びている。
【００７１】
光指向構成３００は、平滑面３１２および構造面３１４を有する光指向フィルム３１０を含む。光指向フィルム３１０は、谷３４３および山３４５を規定する第１のプリズム面３４２および第２のプリズム面３４４を有する複数のプリズム３４０を含む。平滑面３１２は、基板３２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム３１０は、金属コーティング３３０と、アーティファクトおよび欠陥を被覆するための低集積度のガラスビードまたはポリマービード３３６を有する拡散体層３３５と、である。
【００７２】
第１のプリズム面３４２は、図３の面１４２および図５の面２４２などのような線形面ではなく、面に関連する曲率を有する。曲面は、平均面角度を中心にして２、３度から数度まで面の角度が広がる。すなわち、第１のプリズム面３４２に対する接線を引いた線は、平滑面３１２に対して０〜３０°の角度であり、通常は４〜８°である。湾曲した第１のプリズム面３４２は、反射光に重みをかけて成形ローブとするために用いることができる反射ファセットを形成する。あるいは、湾曲した第１のプリズム面３４２は、正方形の反射分布を形成するように構成されてもよい。
【００７３】
実施例３Ａは光指向フィルム３１０のみであり、実施例３Ｂは光指向フィルム３１０上にコーティングが施され、拡散体層３３５は６％の体積集積度のポリマービードを有する。実施例３Ａおよび３Ｂの場合の具体的なプリズムおよびファセットの寸法は、以下の表１および表２に与えられる。
【００７４】
実施例３Ａおよび３Ｂは、３４°の入射平行光源による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で特徴つけられ、その結果のグラフはそれぞれ、図７および図８に示されている。
【００７５】
上記の実施例２と類似している実施例３Ａの場合には、非直線のファセットが、図７に示されているように、ＹＺ平面に拡散を形成する。図８において分かるように、そのような拡散は、体積拡散体層３３５からの拡散に重ねられ、ＸＺ平面およびＹＺ平面における拡散の幅を識別するために、さらなる自由度を与える。
【００７６】
実施例４−直線または曲面のセグメントを有するセグメント化された面
図９は、本発明の別の態様による光指向構成４００の断面図である。光指向構成４００は、平滑面４１２および構造面４１４を有する光指向フィルム４１０を含む。ｙ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向フィルム４１０は、図２に示されている配向と類似の配向である。ｘ軸はページ中に延びている。
【００７７】
光指向フィルム４１０は、谷４４３および山４４５を規定する第１のプリズム面４４２および第２のプリズム面４４４を有する複数のプリズム４４０を含む。平滑面４１２は、基板４２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム４１０は、金属コーティング４３０と、アーティファクトおよび欠陥を被覆するための低集積度のガラスビードまたはポリマービード４３６を有する拡散体層４３５と、である。
【００７８】
第１のプリズム面４４２は少なくとも２つの部分を含み、隣接する部分は、直線であれば異なる傾斜を有し、曲面であれば異なる曲率または異なる曲率中心を有する。曲線は接合点における一次導関数が不連続でなく滑らかに融合するように異なる曲率中心を有する２つの異なる曲率を有することも可能である。
【００７９】
ダイヤモンドにおける複数の面またはセグメントを有する単独のダイヤモンドビットによって、第１のプリズム面４４２のさまざまな部分を形成することができる。セグメントは、円弧セグメント、直線セグメントまたはその組み合わせを融合してもよい。あるいは、単独のセグメントを有するダイヤモンドビットを用いて、複数の切れ込みを形成してもよい。または同一または異なる形状のダイヤモンドを有する複数のダイヤモンドビットによって、切れ込みを形成してもよい。セグメント化された第１のプリズム面４４２を形成する少なくとも２つの部分は、部分の数に応じて、平行光を２つ以上の個別の山に反射する。
【００８０】
光指向構成４００において、拡散体層４３５はアーティファクトまたは欠陥を被覆するのみならず、セグメント化された第１のプリズム面４４２によって形成された個々の反射光のピークを組み合わせるか、少なくとも平らに均す。
【００８１】
実施例４の部分に分けられたファセットは、実施例２および３と類似であり、ＹＺ平面において拡散を形成する。そのような拡散は、体積拡散体層４３５からの拡散に重ねられ、ＸＺ平面およびＹＺ平面における拡散の幅を識別するために、さらなる自由度を与える。
【００８２】
ＸＺ平面における拡散
本発明の別の態様において、ｘ方向である構造の長さまたは各列に沿って、（ｚ軸またはｚ方向の）構造高さを変化または振動させることによって、直交方向（ＸＺ平面）における光拡散を設計することができる。マスターツールの作製時に、ツールがｘ方向に進行する際に、マスターツールの内外におけるダイヤモンド切削ビットの制御調整した移動によって、構造高さを変更することができる。移動によって小突起のパターンを形成し、今度は光を拡散する可変傾斜面となる。小突起の精確な形状によって、具体的な拡散分布を形成する。小突起または他の形状の構造の波長は一般に、１０〜１０００マイクロメートルである。振幅は一般に、０．１〜１０マイクロメートルであり、約１〜８マイクロメートルであることが多い。
【００８３】
本発明の１つの方法では、高速ツールサーボまたは高速サーボツール（ＦＴＳ）アクチュエータを用いて、ツールがｘ方向に進行する際に、ダイヤモンド切削ビットの先端をｚ方向に移動させてもよい。図３〜図９における実施例１〜４に関して示されている配向などのＹＺ平面における構造の断面形状または面積は、実施例に示されているかどうかに関係なく、任意の配向であってもよい。
【００８４】
ｘ方向における構造の長さに沿って変化する構造高さを有する光指向フィルムの概略図が、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されている。図１０Ａでは構造がｘ方向における正弦波パターンによって規定されている点を除き、図１０ＡのＹＺ平面における構造の断面積は図６の光指向フィルム３１０の断面積と類似である。図１０Ｂの構造も、ｘ方向に沿って正弦波パターンで変化する。
【００８５】
実施例５、６および７−規則的な周期移動によるＺ軸の振動
実施例５、６および７は、熱および圧力を加えた状態で、構造付き銅ツール上に厚さ２５０ミクロン（マイクロメートル）（１０ミル）のアクリルフィルムを熱成形することによって作製された。銅ツールは、湾曲したエッジのダイヤモンドビットによってほぼ上述したように、パターン形成された。ダイヤモンドビットの湾曲したエッジは、ラップ仕上げをして半径４３０ミクロン（マイクロメートル）の円から単独の円弧部分に艶出し仕上げが施された。各実施例では、ダイヤモンドは、公称中心傾斜としても知られているミラー角度が６°で、隣接するねじとの境界で６（＋／−１〜３）の傾斜を有するねじ切りファセットを切削するように指向される。
【００８６】
ダイヤモンドビットと銅ツール面との間で挟み取られる円弧の長さが、境界の傾斜を決定した。したがって、ねじのピッチおよびダイヤモンド切削エッジの組み合わせが、境界の傾斜を決定した。切削方向またはｘ方向に沿った面の起伏は、Ｚ＝Ａｓｉｎ（２πｘ／λ）によって規定された。式中、Ａおよびλは、マイクロメートル単位の振幅および波長である。「ｘ」は、ｘ軸に沿った位置である。
【００８７】
実施例５、６および７の場合の具体的なプリズムおよびファセットの寸法は、以下の表１および表２に与えられる。すべての測定値は、マイクロメートル単位で与えられる。
【００８８】
このようにして、プリズム面を有するアクリルフィルムは、光指向フィルムを形成した。この光指向フィルムは、不透明な銀の層（図６の金属コーティング３３０など）によって被覆された。次に、透明なＰＳＡが銀を施した側に押圧され、サンプルが切削され、ガラスの顕微鏡スライドに積層された。
【００８９】
サンプルは、３４°の入射平行光源による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で特徴付けられ、その結果のグラフが図１１、１２および１３に示されている。
【００９０】
図１１、１２および１３は、極角度グラフで略矩形である拡散分布を示している。すなわち、拡散パターンは比較的まっすぐなエッジを有する。グラフは、理論的には、特定の水平視角（ＨＡＯＶ）まで水平視角に対して比較的一定である拡散分布を形成する。すなわち、トップハットまたは視角の拡散分布が水平視角に形成される。同様に、拡散分布は、特定の垂直視角まで垂直視角（ＶＡＯＶ）に対して比較的一定である。ここでもまた、トップハットまたは視角の拡散分布が垂直視角に形成される。実施例５は、図１１において分かるように狭い水平視角パターンを有する。実施例６は、図１２において分かるように中程度の水平視角パターンを有する。実施例７は、図１３において分かるように広い水平視角パターンを有する。
【００９１】
実施例５、６および７の比較で分かるように、正弦波の振幅および波長の比によって、水平視角における具体的な拡散パターンを制御することができる。
【００９２】
実施例８および９−構造に重ね合わせられた無秩序のＺ軸の振動
図１４は、平滑面８１２および構造面８１４を有する一般的な光指向フィルム８１０を示している。構造面８１４は、規則的な周期面に重ね合わせられた雑音が多いか、無秩序または不規則な微細構造を含む規則的な周期面を有する。無秩序な重ね合わせは、ランダムであっても擬似ランダムであってもよい。無秩序な重ね合わせは、拡散効果を与え、目に見える欠陥を隠す。場合によっては、無秩序な重ね合わせは、光指向フィルム８１０が組み込まれたディスプレイスクリーンに艶消し仕上げを与えることができる。無秩序な重ね合わせはまた、雑音の周波数および振幅に応じて、小さいものから大きいものまで、細かいものから粗いものまで粒状の外観も形成する。
【００９３】
波形の波長および振幅は、所望の拡散の角度と、ディスプレイまたは反射体を見る距離と、に左右される。反射体面上の構造は、見る距離における人の裸眼の解像度より小さい必要がある。たとえば、ハンドヘルド型ディスプレイの場合には、もっとも有用なサイズは、約４０ｃｍの距離で２分角未満または３００マイクロメートル未満である。前方投影型スクリーンの場合には、５メートルの距離でみるとき、最大構造サイズは約３〜４ｍｍでなければならない。目に近い用途の場合には、その距離ははるかに近づき、許容可能な特徴部のサイズは、はるかに小さくなると考えられる。
【００９４】
ハンドヘルド型ディスプレイの場合には、無秩序または不規則な重ね合わせによって形成される構造は一般に、２．５〜２５０マイクロメートルのサイズまたは波長を有し、通常は約５〜１００マイクロメートルである。重ね合わせの平均振幅は一般に、約０．５マイクロメートルほどであり、一般に少なくとも約０．００５マイクロメートルである。
【００９５】
ｘ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向フィルム８１０が指向される。ｙ軸はページ中に延びている。したがって、図１４に示されているものは、ページにわたって左から右に延びる構造列である。
【００９６】
無秩序な重ね合わせを形成するための信号は、規則的な周期構造を形成する切削ツールへの信号に重ね合わせるか、または電子的に追加される。
【００９７】
実施例８がｘ方向における合成列の長さに沿って実施例５の基本構造の上に無秩序な振動をさらに含んでいる点を除き、実施例８および９は、実施例５に開示されたように作製された。実施例９も、基本構造の上に無秩序な振動を含む。実施例８および９の場合の具体的なプリズムおよびファセットの寸法は、以下の表１および表２に与えられる。
【００９８】
実施例８および９は、３４°の入射平行光源による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で特徴付けられ、その結果のグラフが図１５および１６にそれぞれ示されている。図面は、３４°における鋭いグレアピークおよび広い反射光を明らかに示している。実施例９は、実施例８より広い垂直視角を有し、異なる重心角度を有する。
【００９９】
【表１】
【表２】
表１に関して、「Ａ」は、ｘ軸に沿った合成高さの変化の振幅を示している。「λ」は、ｘ軸に沿った合成高さの変化の反復波長を示している。「雑音の振幅」は、規則的な構造に重ね合わせられた無秩序、不規則な構造の振幅の二乗平均平方根である。「ＨＡＯＶ」は「水平視角」を示し、後続の「Ｔ」は「理論値」を示し、後続の「Ｍ」は「測定値」を示している。ＨＡＯＶは、水平方向において最大を通る輝度スライスの半値全幅である。
【０１０２】
表１は、振幅および波長（理論的なＨＡＯＶ−Ｔ）がＨＡＯＶ−Ｍを予測することを示している。ＨＡＯＶ−Ｔは、無秩序な振動がないと仮定し、振幅および波長のみから算出される。実施例８は、無秩序な振動がない実施例５の正弦波パターンによって予測された値からＨＡＯＶ−Ｍの拡大を示している。
【０１０３】
表２に関して、「ピッチ」は、プリズム面の隣接する列の間のｙ方向における距離であるねじピッチを示している。「半径」は、ダイヤモンドビット切削エッジの半径である。ＶＡＯＶは、「垂直視角」を示し、後続の「Ｔ」は「理論値」を示し、後続の「Ｍ」は「測定値」を示している。ＶＡＯＶは、垂直方向において最大を通る輝度スライスの半値全幅である。「ゲインピーク」は、最大ゲインを意味している。「ミラー角度」は、ｙ軸からファセット面の角度を示している。「重心」または「重心角度」は、反射パターンの中心の極角度を示している。
【０１０４】
表２は、ねじピッチ、半径およびミラー角度がＶＡＯＶ−Ｍおよび測定重心角度を予測することを示している。
【０１０５】
実施例１０および１１−一般化した周期形状
前述の実施例は、ＸＺ平面における正弦波周期移動について説明した。本発明は、コンピュータでプログラムすることができる任意の基本波形と共に用いてもよい。波形は、公知の数学関数の形をとってもよく、または値（Ｘ，Ｚ）の反復する組としてプログラムされてもよい。最適または用途に固有の拡散パターンを求め、所望の拡散パターンを形成するＺ（Ｘ）波形を選択することが望ましい場合がある。
【０１０６】
図１７は、光指向構成５００の断面図において実施例１０を概略的に示している。ｘ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、図１７では、光指向フィルム５１０を含む光指向構成５００が指向される。ｙ軸はページ中に延びている。したがって、図１７に示されているものは、ページにわたって左から右に延びる構造列である。
【０１０７】
光指向フィルム５１０は、平滑面５１２と、前面５４２、および後面５４４を有する構造またはプリズム５４０を含む構造面５１４と、を有する。前面５４２および後面５４４は、谷５４３および山５４５で交わる。この実施形態では、前面５４２および後面５４４は同一である。すなわち、後面５４４は、前面５４２の鏡像である。前面５４２および後面５４４は、直立した放物線を描く一連の点によって規定される。構造面５１４は、複数の接着した隣接放物線を含み、スカラップ状の外観を有する面を形成する。
【０１０８】
フィルム５１０の平滑面５１２は、基板５２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム５１０は、金属コーティング５３０と、拡散分布を滑らかにし、任意のアーティファクトおよび欠陥を被覆するために体積拡散することができる拡散体層５３５と、である。
【０１０９】
スカラップ上の構造面５１４、具体的には面５４２、５４４は、マスターツールの機械加工中に、ダイヤモンド切削ビットの深さを変更することによって形成される。高速サーボツール（ＦＴＳ）アクチュエータは、ツールがｘ方向に進行する際に、ｚ方向においてダイヤモンド切削ビットのチップを移動させるために用いられる。この実施形態では、深さの変調は周期的であるが、無秩序な重ね合わせを含んでもよい。
【０１１０】
実施例１０および図１７の実施形態は、平行光をトップハット状または四角状の反射光分散に反射する。これは、前面５４２および後面５４４に与えられた等しい空間的重みのためである。前面５４２および隣接する後面５４４は、式Ｙ＝ＣＸ２によって規定される放物線を規定する。傾斜は２ＣＸであり、谷５４３はＸ＝０である。プリズムに関してこの式を用いると、反射光の角度は、入射角＋４ＣＸに等しい。ａｔａｎ（２ＣＸ）の小さい値の場合には、ＨＡＯＶの中でそれぞれの方向に反射される光の強度は一定である。したがって、角度に対する強度は、トップハット形状を取る。場合によっては、円弧または正弦曲線が、平坦またはトップハット形状への近似を与える場合がある。
【０１１１】
図１８は、本発明のさらに別の態様による光指向構成６００、実施例１１の概略断面図である。ｘ軸が図面の左から右に構造にわたって延び、ｚ軸が図面の上から下に延びている状態で、光指向構成６００は、図１７の光指向構成５００と類似の方向に指向される。ｙ軸はページ中に延びている。したがって、図１８に示されているものは、ページにわたって左から右に延びる構造列である。
【０１１２】
光指向構成６００は、平滑面６１２および構造面６１４を有する光指向フィルム６１０を含む。構造面６１４は、前面６４２および後面６４４を有するプリズム面６４０を含む。前面６４２および後面６４４は、ドーム状の山６４５で交わる。前面６４２および後面６４４は同一である。すなわち、後面６４４は、前面６４２の鏡像である。前面６４２および後面６４４のそれぞれは、凹面状のセグメントおよび凸面状のセグメントから構成される。追加または別法として、全体的な構造面６１４は、凹面状のセグメントおよび凸面状のセグメントの交互パターンを有する。
【０１１３】
図１１では、一方の放物線は他方の放物線に対して反転され、交差点が融合されている場合には、周期的な点の組が２つの放物線の組を描くという点を除き、構造面６１４は、図１７の実施例１０の構造面５１４を形成するために用いられた技術と同一の技術によって形成される。
【０１１４】
この構造はまた、マスターツールの機械加工中に、ｚ方向においてダイヤモンド切削ビットのチップを移動させるために高速サーボツール（ＦＴＳ）アクチュエータを用いることによって形成される。構造面６１４による反射光パターンは、実施例１０のパターンと同一である。
【０１１５】
前述の実施例と同様に、平滑面６１２は、基板６２０に隣接している。上に重なっている光方向フィルム６１０は、金属コーティング６３０と、欠陥を被覆するために用いられ拡散体層６３５と、である。
【０１１６】
実施例１２および１３
実施例１２および１３は、それぞれ図１９および２０の図に示されている。図は、構造面のさまざまな特徴部を示すために、３０°の傾きで配置された光指向フィルムを示している。ｘ方向である構造列は、図に示されているように、水平から３０°で延びている。実施例１２および１３のそれぞれは、一般的な以下の手順によって作製された。実施例は、構造高さの変調、すなわちｚ方向において異なる。実施例１２および１３の具体的な振幅、ピッチおよび波長は同一であるが、これらの特徴は必要に応じて変更することも可能であることを理解されたい。
【０１１７】
実施例１２および１３の場合には、隣接する構造列の間のピッチ（ｙ方向において測定）は、６１マイクロメートルであった。ファセットは、傾き６°であった。正弦波面の波長（ｘ方向で測定）は、７１マイクロメートルであった。正弦波面のさまざまな角度は、図において見ることができる線状の面によって識別可能である。図１９の実施例１２の場合には、ｚ方向の変調が同期しているという点で、実施例１２および１３は互いに異なる。すなわち、実施例１２の場合には、隣接する構造のｚ方向における変調は揃っていた。同期整列の一例は、図１０Ａに概略的に示されている。図２０の実施例１３の場合には、隣接する構造の変調は、１８０°のオフセットがあり、非同期パターンを形成している。したがって、第１の構造が山であるとき、隣接する構造は谷である。およびその逆である。非同期パターンは、相殺されるか、または構造の欠陥を覆うか、または隠す。実施例１３のオフセットは１８０°であったが、９０°、４５°などの他のオフセットを用いることができることを理解されたい。また、不規則に変化するオフセットを用いてもよい。
【０１１８】
非同期波形パターンを形成するための１つの方法は、ＦＴＳ波形のディジタル操作による。たとえば、ほぼ完全な正弦波である波形の一般化は、コンピュータアルゴリズムの複数の点のディジタル表記から生じる。離散的な数の点「ｎ」からほぼ完全な正弦波を生成することができる。波において「ｎ」ステップのうちの１つ（またはそれ以上）を不規則に排除することによって、非同期波形を得ることができる。この不規則な排除を行うための波において最も論理的な点は、実際の波形の傾斜が最も小さく変化している場所である。
【０１１９】
生成された波形の総数（「ｍ」）を予め算出し、１（生成される第１の波）〜「ｍ」（生成される最後の波）の範囲の乱数表を構成するために、コンピュータの乱数発生器を用いることによって、セグメントの排除を実現してもよい。表のサイズは、どれだけの数の波が排除工程によって処理されるかに左右される。離散的な点の排除により、不規則な非同期波を生じるために、波長に小さな変化を生じる。上述の方法で形成された波のパターンは、小さなサイズのスポット型の欠陥を隠し、画素との規則的な干渉によるモアレ縞を低減または排除する別の方法であってもよい。
【０１２０】
モアレ縞の低減
本発明のさらに別の態様において、ＬＣＤの画素ピッチとのモアレ干渉を最小限に抑えるように、構造の間隔を設計することができる。ディスプレイ装置における光指向フィルムの用途では、ｘ方向に広がる構造列は、ディスプレイスクリーンにわたって水平に配置される。ｙ方向はディスプレイスクリーンにわたって垂直である。たとえば、ハンドヘルド型コンピュータでは、構造列は左縁から右縁まで延びている。モアレ干渉は、ｘ方向またはｙ方向のいずれかにおいて、画素と整列された構造によって生じる。
【０１２１】
実施例１４−非直線の列
図２１の実施例１４は、複数のプリズム面９４０を有する光指向フィルム９１０である。前述の実施例の構造とは異なり、構造９４０は直線ではない。正確に言えば、構造９４０は、ＸＹ平面における波打った経路に従う。構造９４０はｘ方向に延びているが、ｙ方向成分を含んでいる。構造９４０の振動する線は、ディスプレイ画素と構造９４０の整列を最小限に抑える、好ましくは排除することによって、モアレ干渉を低減させる。
【０１２２】
マスターツールの機械加工中、ｙ方向に切削ツールを振動させることによって、構造９４０を形成することができる。別の方法では、マスターツールの機械加工中、その中心軸または別の軸を中心にして切削ツールを回転することによって、造９４０を形成することができる。
【０１２３】
実施例１５−可変列間隔
モアレ干渉を低減するための別の実施形態では、合成物の列の間隔は可変であってもよい。たとえば、合成列の山の間のｙ方向における距離は可変であってもよい。円筒の機械加工技術によって作成する場合には、これは、平行ではない溝を形成してもよい。
【０１２４】
実施例１６−回転配向
合成物の列は、ｘ軸に沿ってディスプレイ装置における画素の列に平行ではないように、光指向フィルムを回転するか、または別の方法で向けることも可能である。一般に、画素の列は、ディスプレイにわたって水平に延びている。合成列の回転は、画素列の向きから１〜４５°であり、５〜２０°であれば一般的であり、５〜１０°であれば好ましい。
【０１２５】
実施例１７−体積拡散体の効果
実施例１７は、光指向フィルム上に体積拡散体を設ける効果を示している。体積拡散体は、モアレ干渉の低減または排除を伴う。実施例１７は、８％の体積拡散体（８％ポリマービードを添加したＰＳＡ）の厚さ１２マイクロメートルの層を実施例５の構造に積層することによって行った。
【０１２６】
以下の表３は、比較例１および実施例５と実施例１７を比較している。比較例１は平坦なファセットおよび厚さ２５マイクロメートルの８％添加拡散体層を有し、実施例５は体積拡散体層が存在しなかった。
【０１２７】
【表３】
表３に関して、「ＨＡＯＶ」は水平視角を示し、「ＶＡＯＶ」は垂直視角を示している。「ＨＡＯＣ」は遮蔽の水平角度を示し、ＸＺ平面における最大輝度の９０％〜１０％の角度分離である。「ＶＡＯＣ」は遮蔽の垂直角度を示し、ＹＺ平面において同様に測定される。遮蔽の角度は、照射を受けてＬＣＤを回転したとき、反射光パターンががどれほど急激に見えるかを決定する。
【０１２９】
周期的な反復構造は、光を色の反復帯域に屈折することができる。５０〜１００マイクロメートル程度の波長を有する構造の場合には、より高次の拡散効果のみを呈しているため、拡散帯域の色帯は不鮮明であるが、依然として目で見ることができる。
【０１３０】
「可視構造」は、プリズム構造が裸眼で見ることができるかどうかを表す。実施例５の場合には、１３３マイクロメートルのピッチで不鮮明な溝が観察された。比較例１および実施例１７の場合には、少なくとも部分的には体積拡散体の存在が原因で、溝が見られなかった。
【０１３１】
図２２は、３４°の入射平行光源による反射モードにおいて用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ コントラストモデル１６０Ｒ（ＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒ）で測定された場合の実施例１、５および１７による光の反射の断面図のグラフを示している。グラフは、比較例１の場合には、ＥＬＤＩＭグラフでは鋭い山として観察される光源の適度に鮮やかな画像があることを示している。構造に対して設計されたＸＺ平面拡散を有する実施例５は、観察角度にわたって一様でないか、または平らでないゲインを形成する。これは、不完全な半径のダイヤモンドツールから生じうる。これは、明るいスポットおよび薄暗いスポットでは、一様でない明るさのディスプレイを生じることになる、実施例１７は、実施例５の構造の上に体積拡散体を含み、より滑らかで、より均一な分散を生じる。
【０１３２】
実施例１７などの３０°程度のより広い視角を有するサンプルは、一般に３０％または３０％未満の体積拡散体層の塗布によって生じる比較的小さいゲインの減少を有する。１０°未満程度の狭い視角のサンプルは、拡散体が追加されるときに、ゲインの著しい減少を有する。約６０％の変化がより一般的である。
【０１３３】
上述の実施例５〜１７は、単独のダイヤモンドビット切削ツールおよびＦＴＳを用いて得ることができる新奇な拡散反射パターンを実証している。ダイヤモンド切削ツール面は、ＹＺ平面断面において見られるように、主要な曲面反射ファセットおよび二次的な立上りファセットを有するプリズム状の溝を形成する。ＹＺ平面における面の曲率は、ＹＺ反射面において制御された拡散角度範囲を形成する。ＸＺ平面における曲率または勾配は、ＸＺ平面反射面において制御された拡散角度範囲を形成する。反射パターンは、極グラフにおいて連続であり、ピークおよび半幅によって形成される。
【０１３４】
ツール面の「反復セル」は、ツール面全体の反射光パターンを再現するツールの最小領域である。実施例５〜１７において、湾曲したファセット形状およびＦＴＳ波形の勾配において不連続ではないために、反復パターンは極グラフにおいて連続である。
【０１３５】
上述の実施例は、２つの異なるタイプの微細複製構造に含まれている。図５および６に示されている実施例２および３は、勾配が不連続である点で接合される一般に第１の反射面および一般に立上りと呼ばれる第２の一般に未使用の面を有する実施例である。図１４および１８に示される実施例８、９および１１は、ＦＴＳによって形成され、一般に連続的な勾配のプリズムを有する実施例である。これらの状態は、反射光の単独領域、すなわち、たとえば、図４、８、１１〜１３および１５〜１６に示されているように、反射光の極グラフに輝度の単独連続領域を生じる。
【０１３６】
図９に示された実施例４は、複数のファセットを有する第１の反射面を有する。２つのファセット間の境界は、不連続勾配の点として規定される。反射面における単独のファセットは反射光の極グラフにおける反射光の単独領域を形成し、反射面の複数のファセットは一般に反射光の複数の領域を形成することがわかっている。反射光の複数の領域は個別であっても、重なっていてもよい。拡散体の追加は、領域の境界を滑らかにする。
【０１３７】
実施例１８〜２９−複数の反射領域
以下の実施例１８〜２９は、光反射の複数の領域を形成するさまざまなマルチファセットのある微細複製構造を示している。光反射の複数の領域を形成するために、光指向微細複製構造は、不連続な勾配によって規定される複数のファセットを有する曲面をなす。各ファセットの面は光反射の結果として生じる個別領域のパターンまたは形状を決定し、すべてのファセットの和は全体の反射パターンを完成する。
【０１３８】
実施例１〜１７において上述した実施例の大部分は、光反射の単独領域を有する反射パターンを形成する。すなわち、光指向微細複製構造の反復セルは、単独の平坦または湾曲したファセットを有する。
【０１３９】
図２３Ａに概略的に示されている実施例１８は、複数の三角プリズム１０４０を含む構造面１０１４を有する光指向フィルム１０１０を示している。三角プリズム１０４０は、第１のプリズム面１０４２および第２のプリズム面１０４４を有する二等辺三角形のプリズムである。プリズム面１０４２、１０４４のそれぞれは、ｙ軸に対して角度αをなす。このようなプリズム面をファセットまたは反射ファセットとも呼ぶことができる。第１のプリズム面１０４２および第２のプリズム面１０４４は平坦またはまっすぐである。すなわち、第１の面１０４２または第２の面１０４４のいずれに関連する曲率も本質的に存在しないことを意味している。プリズム１０４０、すなわち面１０４２、１０４４は、フィルム１０１０のｘ方向に沿って延在している。各プリズム１０４０の高さ、すなわちｚ方向におけるプリズム１０４０の寸法は、ｘ方向に沿って一定である。
【０１４０】
垂直入射平行光線によって照射されるとき、実施例１８のフィルム１０１０からの所期の光反射が、図２３Ｂに示されている。反射光は、約２ｎαの極角度で０〜１８０°の方位角平面における２つの対称な反射を有するパターンを形成する。尚、αはプリズム１０４２、１０４４の傾斜角であり、ｎは任意の保護ポリマーコーティングの屈折率である。第１のプリズム面１０４２によって反射する光線１０５２は１つの反射を形成し、第２のプリズム面１０４４によって反射する光線１０５４は第２の反射を形成する。
【０１４１】
光線が逆行する場合には、反射パターンによって規定される方向から入射する光は、極グラフの起点（図２３Ｂ）である法線方向に反射されることが分かる。このことは、これらの不透明な領域から発している一部の光が反射され、面に対して通常は垂直に位置し、観察している見ている人に達することを示している。
【０１４２】
図２４Ａおよび２５Ａに示されている実施例１９および２０は、それぞれ、湾曲したプリズム面またはファセットを有する光指向フィルムである。光指向フィルム１１００として図２４Ａに示されている実施例１９は、１つのプリズム面１１４２を有するプリズム１１４０を含む構造面１１１４を有する。プリズム面１１４２は、個別の先端または点を持たず、滑らかで連続する円弧である。光指向フィルム１２００として図２５Ａに示されている実施例２０は、プリズム１２４０を含む構造面１２１４を有する。プリズム１２４０は、第１のプリズム面１２４２および第２のプリズム面１２４４を有する。谷１２４３は、個別のプリズム１２４０を分離する。プリズム１１４０、１２４０および面１１４２、１２４２、１２４４は、フィルム１１００、１２００のｘ方向に沿って延在している。各プリズム１１４０、１２４０の高さ、すなわちｚ方向におけるプリズム１１４０、１２４０の寸法は、ｘ方向に沿って一定である。
【０１４３】
プリズム面１１４２、１２４２、１２４４のそれぞれは、湾曲した切削面を有する単独のダイヤモンドビットによって形成される曲面である。あるいは、プリズム面１２４２および１２４４は、二重またはデュアルダイヤモンドビットによって同時に切削されることも可能である。各ダイヤモンドビットは、プリズム面を切削する。すなわち、プリズム面１２４２は第１のダイヤモンド切削ビットによって形成され、プリズム面１２４４は第２のダイヤモンド切削ビットによって形成されることになる。一般に、これらの二つの切削ビットは、互いに連結されてもよく、複数のプリズムピッチに等しい追加増分だけ分離されていてもよい。
【０１４４】
フィルム１１００、１２２０からの垂直入射平行光に関して結果として生じる所期の光パターンが、図２４Ｂおよび図２５Ｂに示されている。いずれの実施例の場合も、光パターンは、極角度２ｎθによって０〜１８０°の方位角平面に沿った線である。尚、θはプリズム１１４２、１２４２、１２４４に対する接線の角度であり、ｎは任意の保護ポリマーコーティングの屈折率である。図２４Ｂにおいて、単独の円弧を有するフィルム１１００は、グラフの中心から対称に拡散する光として示されている。フィルム１２００の場合には、図２５Ｂは、グラフの中心の周囲に対称に位置する光反射の２つの個別の線を形成する２つのファセットを有する構造を示している。２つの個別の反射の間隙は、ファセット１２４２および１２４４の間の勾配の不連続性に基づいている。具体的に言えば、Δθがファセット１２４２および１２４４の交差線に垂直な経路に沿った面の角度の間の差であるとき、２ｎΔθに等しい。
【０１４５】
実施例２１、２２および２３は、ＦＴＳの移動および平坦なダイヤモンド切削ビットによって生成される面を有するフィルムを示している。図２６Ａに示されている実施例２１は、プリズム１３４０を含む構造面１３１４を有するフィルム１３００である。プリズム１３４０は、第１のプリズム面１３４２および第２のプリズム面１３４４を有する。フィルム１３００では、プリズム１３４０および面１３４２、１３４４はフィルム１３００のｙ方向に沿って延在している点を除き、フィルム１３００は、図２３Ａのフィルム１０００と類似である。各プリズム１３４０の高さ、すなわちｚ方向におけるプリズム１３４０の寸法は、ｙ方向に沿って一定であり、ｘ方向に沿って変化する。実施例２２および２３のフィルム１４００および１５００は、この点に関して実施例２１と類似である。
【０１４６】
図２７Ａにフィルム１４００として示されている実施例２２は、プリズム１４４０を含む構造面１４１４を有する。プリズム１４４０は、プリズム面１４４２を有する。プリズム１４４０および面１４４２は、ｙ方向に沿って延在する。プリズム面１４４２は、連続正弦曲線または余弦曲線をなす。
【０１４７】
図２８Ａにフィルム１５００として示されている実施例２３は、プリズム１５４０を含む構造面１５１４を有する。プリズム１５４０は、第１のプリズム面１５４２および第２のプリズム面１５４４を有する。プリズム１５４０および面１５４２、１５４４は、ｙ方向においてフィルム１５００に沿って延在する。プリズム面１５４２、１５４４は、それぞれが湾曲した円弧である点を除き、図２５Ａにおける実施例２０のフィルム１２００と類似である。面１５４２、１５４４は、共に２つの円弧構成をなす。
【０１４８】
実施例２１、２２および２３に関する所期の光反射パターンが、図２６Ｂ、２７Ｂおよび２８Ｂにそれぞれ示されている。
【０１４９】
実施例２１の場合には、垂直入射平行光によって照射されるとき、反射光は、約２ｎαの極角度で図２６Ｂに示されているように、９０〜２７０°の方位角平面において２つの対称な反射を有するパターンをなす。尚、αはプリズム面１３４２、１３４４の傾斜角であり、ｎは任意の保護ポリマーコーティングの屈折率である。図２３Ａおよび２３Ｂの実施例１８と同様に、第１のプリズム面１３４２によって反射する光線は領域の一方を形成し、第２のプリズム面１３４４によって反射する光線は第２の領域を形成する。
【０１５０】
光線が逆行する場合には、反射パターンによって規定される方向から入射する光は、極グラフの起点である法線方向に反射されることが分かる。このことは、これらの不透明な領域から発している一部の光が反射され、面に対して通常は垂直に位置し、観察している見ている人に達することを示している。
【０１５１】
垂直入射平行光は、図２７Ｂに示されているパターンの実施例２２によって反射する。垂直入射平行光は、図２８Ｂに示されているパターンの実施例２３によって反射する。いずれの実施例２２および２３の場合も、光パターンは、極角度２ｎθによって９０〜２７０°の方位角平面に沿った線である。尚、θはプリズム面１４４２、１５４２、１５４４に対する接線の角度であり、ｎは任意の保護ポリマーコーティングの屈折率である。図２７Ｂにおいて、単独の円弧を有するフィルム１４００は、グラフの中心から対称に拡散する光として示されている。フィルム１５００の場合には、図２８Ｂは、グラフの中心の周囲に対称に位置する光反射の２つの個別の線を形成する２つのファセットを有する構造を示している。パターンが９０°回転されている点を除き、これらのパターンは、実施例１９および２０（図２４Ｂおよび２５Ｂ）のパターンと類似である。
【０１５２】
実施例２４〜２９は、プリズムの高さがｘ方向およびｙ方向の両方に沿ってｚ方向において変化する複数のピラミッド状プリズムを有するフィルムの実施例である。実施例２４および２５はそれぞれ、フィルム１６００、１７００として図２９Ａ、図３０Ａに示されている。実施例２７は、フィルム１８００として図３１Ａに示されている。フィルム１６００、１７００、１８００のそれぞれは、複数のピラミッド状プリズム１６４０、１７４０、１８４０を含む構造面１６１４、１７１４、１８１４を有する。
【０１５３】
実施例２４の場合には、ＸＺ平面およびＹＺ平面の両方においてまっすぐな面を有するプリズム１６４０は対称な二等辺プリズムである。各プリズム１６４０は、第１の面１６４１、第２の面１６４２、第３の面１６４３および第４の面１６４４を有する。４つの面は、頂点１６４５で交わる。反射光の所期の結果として生じるパターンが、図２９Ｂに示されている。フィルム１６００が平行な垂直入射光を受けるとき、光は４つの方向に分割され、反射の４つの個別領域は、極グラフの各象限に１つずつ形成される。元の光線は垂直入射平行光であり、極グラフ上のスポットまたは点として現れることから、４つの反射は相当集光される。
【０１５４】
図３０Ａの実施例２５の場合には、プリズム１７４０は、ＸＺ平面およびＹＺ平面の両方に曲面または円弧を描く面を有する対称な４つの側面を有するプリズムである。プリズム１７４０は、頂点１７４５で交わる４つの面１７４１、１７４２、１７４３、１７４４を有する。頂点１７４５は、実施例２４のフィルム１６００による頂点１６４５のように鋭いピークではない。正確に言えば、頂点１７４５は、ｘ方向およびｙ方向の両方に延在する円弧の曲線の交差によって形成される相当丸みを帯びた面を有する。平行垂直入射光がフィルム１７００に形成されるとき、光は４つの方向に分割され、それぞれがほぼ四角形として形成される反射の４つの個別領域が形成される。図３０Ｂ参照。反射光の四角形または矩形は、反復セルを形成する４つの個別の湾曲したプリズム面１７４１、１７４２、１７４３、１７４４によって生じる。
【０１５５】
光線が逆行する場合には、反射パターンによって規定される方向から入射する光は、極グラフの起点である法線方向に反射されることが分かる。このことは、これらの不透明な領域から発している一部の光が反射され、面に対して通常は垂直に位置し、観察している見ている人に達することを示している。
【０１５６】
実施例２６は、実施例２５の光指向フィルムの上に配置される体積拡散体を含む。所期の光反射パターンが、図３０Ｃに示されている。体積拡散体を含む実施例２６は、体積拡散体を含まない実施例２５より小さい鋭いエッジを有するより広い光反射を有する。光反射は、実施例２５による反射よりさらに分散され、依然として４つの対称性を保持している。
【０１５７】
実施例２５および２６の光指向フィルムを作製する場合には、面からの切り込みおよび隆起を交互に繰り返すピラミッド状のプリズムは、ｘ方向に沿って切削されてもよい。２つのピラミッドの間の交差線は、連続勾配を有する。「切り込み」は、ピラミッドが井戸または正の隆起したピラミッドの負部分となることを意味する。
【０１５８】
図３１Ａに示された実施例２７のフィルム１８００は、フィルム１８００がＸＺ平面およびＹＺ平面の両方に曲面または円弧を描く面を有する対称な４つの側面を有するプリズムである点を除き、図３０Ａのフィルム１７００と類似である。プリズム１８４０は、頂点１８４５で交わる４つの面１８４１、１８４２、１８４３、１８４４を有する。頂点１８４５は、鋭いピークではなく、ｘ方向およびｙ方向の両方に延在する円弧の曲線の交差によって形成される相当丸みを帯びた面を有する。プリズム１８４０は、余弦曲線、単独円弧曲線、二円弧曲線の組み合わせによって形成される。（ＹＺ平面における）ｙ方向に沿って延在するとき、プリズム１８４０は、単独の円弧部分および二円弧部分を交互に繰り返して構成される曲線によって規定される。二円弧部分は、不連続な勾配を形成する頂点で交わる２つの単独の円弧である。２つの個別の切削通過または単独の切削通過のいずれかにおいて、２つの個別のダイヤモンドビットおよび異なる波形を同時に駆動する２つのＦＴＳステージを用いて、Ｙ軸断面を規定する交互の単独円弧部分および二円弧部分を切削してもよい。余弦曲線および二円弧部分の曲線の両方は、ｘ方向においてｘ軸に沿って交互方式で延在する。すなわち、図３１Ａに示されているように、余弦曲線は一番前の曲線であり、後方の次の曲線は二円弧部分を含み、後方の第３の曲線は再び余弦曲線であり、以下同様である。ピークまたは頂点がプリズム１８４０の頂点１８４５を形成するように、ｙ方向合成曲線のピークまたは頂点は、ｘ方向合成曲線のピークまたは頂点と交差する。ｘ方向における交互のピラミッド状プリズムは、実施例２５および２６において上述したように、ツールに切れ込みを入れたり、隆起させたりして形成されてもよい。「内部」または「外部」のプリズムによる反射光パターンは、同一である。図３１Ａは、４つの反復セルを示している。
【０１５９】
実施例２７において、ピークで不連続な勾配を有する曲線によって二円弧部分を置換することも可能である。そのような曲線の一例は、ゼロの両側面に２０°などの対称な部分が除去される余弦曲線である。同様に、図１８の内／外の円弧を交換するなど、別の連続曲線によって連続的なＦＴＳ余弦曲線を置換することも可能である。
【０１６０】
平行垂直入射光がフィルム１８００によって反射されるとき、光は４つの方向に分割され、図３１Ｂに示されているように、４つの象限を通って連続する中空または環状の四角形の反射パターンを共に規定する４つの矩形の反射領域が得られ、４つの回転対称を形成する。
【０１６１】
光線が逆行する場合には、反射パターンによって規定される方向から入射する光は、極グラフの起点である法線方向に反射されることが分かる。このことは、これらの不透明な領域から発している一部の光が反射され、面に対して通常は垂直に位置し、観察している見ている人に達することを示している。
【０１６２】
実施例２８は、実施例２７の光指向フィルムの上に体積拡散体を含む。所期の光反射パターンが、図３１Ｃに示されている。体積拡散体を含む実施例２８は、体積拡散体を含まない実施例２７より小さい鋭いエッジを有するより広い光反射を有する。実施例２８による光反射は、実施例２７による反射よりさらに分散され、依然として回転対称性を保持している。
【０１６３】
体積拡散体を有するフィルム１８００または体積拡散体を含まないフィルム１８００などの回転対称性の光指向フィルムは、光指向ディスプレイにおけるフィルムの配向に対する感度が小さいために望ましい。たとえば、照射品質を妥協することなく、光指向フィルム１８００は、光指向ディスプレイの最適な配向角度からたとえば２０°だけ回転（または位置ずれ）していてもよく、そのような自由度がさらなる４つの配向対称性に重なる。
【０１６４】
実施例２７および２８において、反射光パターンの中空または環状形状およびその４つの回転対称性は、連続勾配および不連続勾配の特定の選択利用に起因する。ｎ個の回転対称または複数の包囲された暗領域などのさらに複雑なパターンも、さらに複雑なツール構造を与えるために考慮することが可能である。
【０１６５】
ここで図３２Ａを参照すると、実施例２９の光指向フィルム１９００が示されている。フィルム１９００は、空隙１９５０によって分離されるプリズム１９４０から構成される構造面１９１４を有する。プリズム１９４０は、第１の面１９４２および第２の面１９４４を有する。面１９４２、１９４４は、隆起ピーク１９４５で交差する。
【０１６６】
実施例２９の反射光パターンは、０〜１８０°の方位角平面において２つの対称な反射を有する点で、図２３Ａおよび２３Ｂの実施例１８の反射光パターンと類似である。しかし、実施例２９はまた、空隙１９５０による反射によって生じるグラフの中心に位置する中心反射領域も含む。実施例２８は実施例１８（図２３Ａおよび３２Ｂ）の２つのファセット構造によって構成されるのと同一の態様で、実施例２９などの３つのファセット構造に基づいて形成される一連の複雑なパターンを想定することも可能である。
【０１６７】
実施例１８〜２９のそれぞれは、体裁のための欠陥を隠し、さらなる拡散を生じるために、基本のプリズム面の上に重ね合わせられたＦＴＳ雑音を含むことも可能であることを理解されたい。
【０１６８】
本発明は、上述の特定の実施例に限定されると考えるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲に記載されているように、本発明のすべての態様を網羅するものと理解すべきである。本発明が適用可能であると思われるさまざまな修正、等価な工程のほか、さまざまな構造および構成は、本願明細書を検討すれば、当業者には容易に明白となるであろう。特許請求の範囲は、そのような修正および装置を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１Ａ】光指向構成を組み込んだディスプレイ装置の概略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのディスプレイ装置の光方向構成の一部の拡大概略断面図である。
【図２Ａ】ディスプレイ装置の見ている人によって見られている光の分散を量的に示すために用いられる座標系の概略図である。
【図２Ｂ】構成のための相対的な軸を示す光指向フィルムの概略斜視図である。
【図２Ｃ】光指向フィルムを作製するために用いることができる円筒ツールの概略平面図である。
【図３】従来の構造層を有する従来の光指向構成の概略断面図である。
【図４】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の図３に示された比較例１の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図５】本発明の第１の態様による光指向構成の第１の実施形態の概略断面図である。
【図６】本発明による光指向構成の第２の実施形態の概略断面図である。
【図７】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の図６に示された実施例３Ａの光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図８】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の図６に示された実施例３Ｂの光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図９】本発明による光指向構成の第３の実施形態の概略断面図である。
【図１０Ａ】本発明による光指向フィルムの第４の実施形態の概略斜視図である。
【図１０Ｂ】本発明による光指向フィルムの第５の実施形態の概略斜視図である。
【図１１】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例５の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１２】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例６の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１３】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例７の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１４】本発明による光指向構成の第６の実施形態の概略断面図である。
【図１５】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例８の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１６】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例９の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図１７】本発明による光指向構成の第７の実施形態の概略断面図である。
【図１８】本発明による光指向構成の第８の実施形態の概略断面図である。
【図１９】走査型電子顕微鏡の下で見た場合の本発明による光指向構成の第９の実施形態の概略断面図である。
【図２０】走査型電子顕微鏡の下で見た場合の本発明による光指向構成の第１０の実施形態の概略断面図である。
【図２１】本発明の別の態様による光指向構成の概略上部平面図である。
【図２２】３４°の入射平行光による反射モードで用いられるＥＬＤＩＭ ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｏｄｅｌ １６０Ｒで測定した場合の実施例１、５および１７の光指向フィルムの反射光強度のグラフ図である。
【図２３Ａ】本発明による光指向フィルムの第１１の実施形態の概略斜視図である。
【図２３Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例１８の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２４Ａ】本発明による光指向フィルムの第１２の実施形態の概略斜視図である。
【図２４Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例１９の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２５Ａ】本発明による光指向フィルムの第１３の実施形態の概略斜視図である。
【図２５Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２０の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２６Ａ】本発明による光指向フィルムの第１４の実施形態の概略斜視図である。
【図２６Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２１の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２７Ａ】本発明による光指向フィルムの第１５の実施形態の概略斜視図である。
【図２７Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２２の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２８Ａ】本発明による光指向フィルムの第１６の実施形態の概略斜視図である。
【図２８Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２３の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図２９Ａ】本発明による光指向フィルムの第１７の実施形態の概略斜視図である。
【図２９Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２４の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３０Ａ】本発明による光指向フィルムの第１８の実施形態の概略斜視図である。
【図３０Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２５の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３０Ｃ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２６の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３１Ａ】本発明による光指向フィルムの第１９の実施形態の概略斜視図である。
【図３１Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２７の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３１Ｃ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２８の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
【図３２Ａ】本発明による光指向フィルムの第２０の実施形態の概略斜視図である。
【図３２Ｂ】直交入射平行光で照射した場合の実施例２９の光指向フィルムの反射光強度の概略グラフ図である。
Claims (11)
- ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有する光指向フィルムであって、第１の構造面および対向する面を具備し、前記構造面がその上に複数の３次元プリズム構造を有し、前記プリズム構造が
ｚ軸に沿った高さを有し、
ｚ軸に沿った反復する高さの変動を有し、前記ｚ軸に沿った高さの変動がｘ軸およびｙ軸の少なくとも一方の軸に沿って延在する光指向フィルム。 - 前記反復する高さの変動がｙ軸に沿って反復波長周期によって規定される、請求項１に記載の光指向フィルム。
- 前記反復する高さの変動が不連続勾配を有する、請求項２に記載の光指向フィルム。
- 前記反復する高さの変動がｘ軸に沿って反復波長周期によって規定される、請求項１に記載の光指向フィルム。
- 前記反復する高さの変動が不連続勾配を有する、請求項４に記載の光指向フィルム。
- 前記反復する高さの変動がｘ軸およびｙ軸のそれぞれに沿って反復波長周期によって規定される、請求項１に記載の光指向フィルム。
- 前記ｘ軸に沿って反復する高さの変動が不連続勾配を有し、前記ｙ軸に沿って反復する高さの変動が不連続勾配を有する、請求項６に記載の光指向フィルム。
- 体積拡散体をさらに含む、請求項２に記載の光指向フィルム。
- 体積拡散体をさらに含む、請求項４に記載の光指向フィルム。
- 体積拡散体をさらに含む、請求項６に記載の光指向フィルム。
- 垂直入射平行光の入射時に、極反射グラフにおける反射の環状パターンを形成するために構成された構造面を有する光指向フィルム。
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