JP2008033328A - 光学的改変層を含有する光再指向性フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲の視野角にわたって高い光度をもたらす光再指向性フィルムを提供する。
【解決手段】本光再指向性フィルムは、（ａ）光学要素と（ｂ）該光学要素上に配置された、マイクロビーズ及びバインダーを含む光学的改変層とを有する光出射面を含み、ここで、前記光再指向性フィルムは少なくとも１．２０の光学利得を有している。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学的改変層を含有する複数の光学要素を含む光再指向性ポリマーフィルムの形成に関係する。詳細には、この光再指向性フィルムは、ＬＣＤディスプレー装置における光エネルギーを方向付けるのに好適な広い一様な光出力を有している。

光再指向性フィルムは、典型的には、薄い透明な光学フィルムまたは基体であって、かかるフィルムまたは基体は、それらのフィルムから出射する光の分配がフィルムの表面に対して、より法線方向に向けられるように、それらのフィルムを通過する光を再分配する。典型的には、光再指向性フィルムには、フィルムの光出射面に秩序立ったプリズム状の溝、レンズ状の溝または角錐体が設けられており、それらの構造が、フィルムから出射する光線に対するフィルム／空気界面の角度を変化させ、それらの溝の屈折面に垂直な面に進む入射光分布の成分が、フィルムの表面に対して、より法線方向に再分配されることをもたらす。かかる光再指向性フィルムは、例えば、ディスプレーをより明るくすべく、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）、ラップトップコンピューター、ワードプロセッサー、航空機搭載電子装置のディスプレー、携帯電話およびＰＤＡなどにおける輝度を改善するために使用されている。これまでの光再指向性フィルムは、その光再指向性フィルムが液晶ディスプレーまたは他のディスプレーで使用されたときに、視覚可能なモアレパターンの悪影響を受ける。光再指向性フィルムの表面要素は、バックライトアセンブリで使用されている他の光学フィルム、光ガイドプレートの裏側の印刷ドットもしくは三次元要素のパターン、またはディスプレーの液晶セクションの内部におけるピクセルパターンと相互作用し、望ましくない影響であるモアレを生じさせる。モアレを低減させるための当技術分野において知られている方法は、レンズ状配列が、シートのあらゆる側面に対して法線方向とならないように、光再指向性フィルムをダイス切断することであった。これにより、レンズ状の配置は、別の光再指向性フィルムに対してまたはディスプレー電子機器に対して相対的なある角度付けが為される。また、直線状配置要素の幅により直線状配置をランダム化すること、直線状配置に沿った高さを周期的に変えること、フィルム上の直線状配置の反対側に拡散層を付加すること、または直線状配置の隆線部を丸めることを含む方法も用いられている。モアレを低減させるための上述の技術は、軸上光度の低減も引き起こし、またはこのモアレの問題を適切に解決する働きを為さない。モアレと軸上光度とは相互に関係し合う傾向があり、これは、高い軸上利得（ｏｎ−ａｘｉｓ ｇａｉｎ）を有するフィルムがシステムとして高レベルのモアレを有しがちであることを意味している。充分な軸上利得を維持しながら、モアレを低減させ得ることが有益である。

さらに、液晶ディスプレー形態の数に比べ、相対的に少ない数の光再指向性フィルムしか存在しない。それぞれのディスプレー形態は、所望の出力を満たすべく選択されたものである。軸上利得の量、視野角、モアレの低減および全体的な光出力は、すべて、種々の異なる形態で種々の異なるフィルムを組み合わせることにより調整されてきた。このシステムで使用される光再指向性フィルムは、利用可能な種類の光再指向性テクスチャーの数が僅かしかないため、制限されている。ディスプレー装置の所望の出力にカスタマイズ可能な光再指向性フィルムを有することが望ましいであろう。

典型的な光指向性フィルムは、法線から見て４０度から９０度までの間の角度での照度を犠牲にして、高い軸上照度を提供する。これらの高い軸上光指向性フィルムは、持ち運び可能なディスプレー装置（例えばラップトップコンピューターおよびゲーム機など）に有用であり、高い軸上光度がバッテリーの電力消費を少なくし、ある程度の視界的プライバシーを提供する。公共的な鑑賞が意図されているＴＶおよびモニター用途の場合、広い範囲の視野角にわたる高い光度は、画像およびビデオの一貫した鑑賞を可能にする。広い範囲の視野角にわたって高い光度をもたらすことができる光指向性フィルムを有することが望ましい。

米国特許第５，９１９，５５１号（Ｃｏｂｂ，Ｊｒ．ら）は、モアレ干渉パターンの可視性を低減させるため、可変ピッチのピーク部及び／又は溝部を伴う直線状配置フィルムを特許請求している。これらのピッチの変動は、隣接したピーク部及び／又は谷部の複数の集合にわたるものであってもよく、または隣接した対を成すピーク部及び／又は谷部の間であってもよい。直線状配置要素におけるこのピッチの変動はモアレを低減させるが、このフィルムの直線状配置要素は、尚も、バックライトガイド上のドットパターンおよびディスプレーにおける液晶セクションの内部の電子機器と相互作用する。

米国特許第６，３５４，７０９号は、それの隆線に沿って高さが変わり、かつその隆線が左右に移動する直線状配置を伴うフィルムを開示している。このフィルムは、確かに光を再指向し、隆線に沿った高さの変動がモアレを僅かに低減させるが、システムに使用する際、比較的高い軸上利得を維持しながら、フィルムのモアレを著しく低減させるフィルムを有することが望まれている。

米国特許出願第２００１／００５３０７５号（Ｐａｒｋｅｒら）は、光を再指向させるために個別的な複数の光学要素を使用することにより、ＬＣＤ装置において高い軸上利得を創出することを開示している。

米国特許第６，７２１，１０２号（Ｂｏｕｒｄｅｌａｉｓら）は、複合ポリマーレンズを用いて形成された可視光拡散器を開示している。米国特許第６，７２１，１０２号に開示されている複合レンズは、低アスペクト比のポリマーをベースとしたレンズの表面にマイクロメートルサイズのポリマーレンズを付加することにより創出される。より小さなレンズと大きなレンズとの比は２：１〜３０：１の間である。米国第６，７２１，１０２号に開示されている拡散器は、光源、特にＬＣＤバックライトソースを拡散させるのに有用である。

米国第６，５８３，９３６号（Ｋａｍｉｎｓｋｙら）は、光ポリマー拡散レンズを微細に複製するためのパターン化されたローラーを開示している。このパターン化されたローラーは、先ず、そのローラーを複数のサイズの粒子を用いてビードブラストし、その後、マイクロ−ノジュールをもたらすクロム処理プロセスを実施することにより創出される。このローラーでの製造方法は、入射光エネルギーを拡散させることが意図された光拡散レンズに非常に好適である。

米国特許出願第２００５／００２４７５５４号（Ｅｐｓｔｅｉｎら）は、ランダムな散乱を創出するため、好適には２マイクロメートルから５マイクロメートルまでの間の直径を有するポリマービーズを含有するマトリックスポリマーでコーティングされた表面構造を開示している。

米国特許出願第２００５／００４７１１２号（Ｃｈｅｎら）は、光ガイドプレートの表面にプリズムが形成されている光ガイドプレートを開示している。それらのプリズムの表面は、透過光を散乱させるため、二酸化チタン、二酸化シリコーンまたは酸化アルミニウムからなる被覆無機ナノ粒子層を含んでいる。

米国特許出願第２００５／０１４０８６０号（Ｏｌｃｚａｋ）は、第一表面がフィルムに入射する光を拡散すべく作用し、かつ第二表面も入射光を拡散すべく機能するように、第二表面構造により調節された第一表面構造機能によって定められる光学フィルムを開示している。

米国特許出願第２００５／０１７４６４６号（Ｃｏｗａｎら）は反射型拡散器を開示しており、この反射型拡散器は、入射光を特定の範囲の角度に透過または反射する。
米国特許第５，９１９，５５１号明細書 米国特許第５，９１９，５５１号明細書 米国特許第６，３５４，７０９号明細書 米国特許出願第２００１／００５３０７５号明細書 米国特許第６，７２１，１０２号明細書 米国特許第６，５８３，９３６号明細書 米国特許出願第２００５／００２４７５５４号明細書 米国特許出願第２００５／００４７１１２号明細書 米国特許出願第２００５／０１４０８６０号明細書 米国特許出願第２００５／０１７４６４６号明細書

広い範囲の視野角にわたって高い光度をもたらす光再指向性フィルムを提供することに対するニーズが存在する。

本発明は、（ａ）光学要素と；（ｂ）前記光学要素上に配置されたマイクロビーズおよびバインダーを含有する光学的改変層と；を有する光出射面を含む光再指向性フィルムであって、前記光再指向性フィルムが少なくとも１．２０の光学利得（ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｉｎ）を有している、光再指向性フィルムを提供する。

本発明は、広い範囲の視野角にわたって高い光度を有する光再指向性フィルムを含む光学装置を提供する。

本発明は、添付図面と照らし合わせて読んだときに、以下の詳細な説明から最も良く理解される。様々な特徴的部分は必ずしも一定の縮尺で描かれていないことが強調される。

本発明は、現行の光再指向性フィルムに比べ、数多くの利点を有している。本発明は、広範囲の視野角にわたって高いレベルの光度を提供する。高い光度と広い視野角とのこの組合せは、ＬＣＤのＴＶおよびモニター市場に非常に適している。高い光度はＬＣＤバックライトエネルギーの効果的な利用を可能にし、かつ広い視野角は、モニターおよびＴＶ用途に典型的な広い範囲の視野角にわたる、ＬＣＤ画像の均等で一様な光度を保証する。更に、該フィルムは、従来技術の光指向性フィルムに比べ、よりソフトな角度カットオフを提供する。従来技術の光指向性フィルムは急峻な角度カットオフを有しており、このため、僅か数度の角度を超えると照度の劇的な変化をもたらす。この急峻な角度カットオフは、個人向けの観察装置、例えばラップトップコンピューターなどでは受け容れられており、または好適な場合さえあるが、急峻な角度カットオフは、さらに大きな角度にわたって観察されるＬＣＤ装置、例えばＴＶおよび公共用の観察モニターなどでの画質の低下を引き起こし得る。

光学要素の表面に適用される光学的改変層は、従来技術の光再指向性フィルムに比べ、より多くの入射光が該光再指向性フィルムを通過することを可能にする。光学要素の表面に適用されるこの光学的改変層は、該光再指向性フィルム内における全体的な内部反射の量を「阻止」または低減する。この光再指向性フィルムの全体的な内部反射の阻止は、該光学的改変層を伴わない同一の光再指向性フィルムに比べ５％から１４％高い光出力をもたらす。

該フィルムの個別的な複数の光学要素および該フィルム上におけるそれらの光学要素の配置が、モアレの低減と軸上利得との間での交換取引のバランスを取り、モアレを著しく低減しながら、比較的高い軸上利得をもたらす。モアレパターンは、二つもしくはそれ以上の規則的な組みを成す線または点が重なり合ったときに結果として生じる。それは、あるパターンの反復する線または形状をもたらし、その線のサイズおよび頻度は、相互作用する二つのパターンに依存する。ディスプレー装置、例えばＬＣＤディスプレーなどでは、ＬＣＤ装置の観察者により観察され得るモアレパターンは、それらが、表示されている情報または画像の質を阻害するため、好ましくない。本発明の光再指向性フィルムは、軸上利得の量を維持しながら、従来技術の光再指向性フィルムに比べ、モアレを低減する。これらの個別的な要素および光学的改変層のサイズおよび形状の分布は、それぞれのディスプレーに合わせて、または観察用途に合わせて、カスタマイズすることができる。

更に、本発明の光再指向性フィルムは、より効果的に光を向け直すため、光源および光ガイドプレートの光出力に合わせてカスタマイズすることができる。これらの個別的な複数の光学要素は、該フィルムを設計パラメーターにおいて非常に柔軟にし、本フィルム表面全体にわたり、様々なサイズ、形状または配向の種々の個別的な複数の光学要素を使用すし該フィルムに入る光を最も効果的に処理することを可能にする。例えば、角度に応じた光出力が、光ガイドプレートのあらゆるポイントで分かっている場合には、種々の形状、サイズまたは配向を有する個別的な複数の光学要素を用いる光再指向性フィルムを、その光ガイドプレートから出射する光を効果的に処理すべく設計することができる。

ニュートン環は、二つの反射面（例えば、液晶ディスプレーにおける光再指向性フィルムまたは他の光学フィルム）が相互に充分に近接しており、その間隔が光の波長に近づき始めたときに生じる。光子は、これら二つの表面の間で反射し、更には、それら二つの表面を通過し、干渉効果を創出する。ニュートン環は、液晶ディスプレーを介した観察者にとって望ましくない。本発明のフィルムは、該光再指向性フィルム上の他の要素上に伸びるある割合の個別的な要素を有することにより、ニュートン環を低減する。

本発明のフィルムは、一つのサイズのみの要素を伴う光再指向性フィルムよりも、複数のサイズの要素を伴うことにより、より大きな効果的ピッチを有する。より大きな効果的ピッチを有しているということは、そのフィルムが、同じサイズの畝（ｌａｎｄ）を伴ってよりいそう重なり合ったフィルムよりも高い軸上利得を有することを意味し、または、そのランドをさらに大きくして、よりいそう重なり合ったフィルムと同じ軸上性能を有することができるといったように製造上の許容を緩和し得ることを意味する。製造上の許容の緩和は、該フィルムを製造する生産性を高めることができる。

本発明は基材シートおよびバインダーのためのポリマーを利用し、本発明で使用される該ポリマーは、ひっかきおよび摩耗に対する抵抗性を有し、ＵＶ硬化ポリアクリレートから構成される他の従来技術による傷つきやすい光再指向性フィルムに比べ、機械的に頑丈であることが示されている。

また、本発明の実施態様は、摩擦係数の低い表面、低減された誘電定数、耐摩耗性、高められた剛性、より低い散乱、改善されたモアレ、より高い光出力および改善された着色性も提供することができる。これらの利点および他の利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。

本明細書で使用する場合、「透明」という用語は、深刻な偏光または吸収を伴うことなく放射線を通す能力を意味する。本発明では、「透明」な材料は、９０％より大きい分光透過率を有する材料として定義される。「光」という用語は可視光を意味する。「ポリマーフィルム」という用語は、ポリマーを含むフィルムを意味する。「ポリマー」という用語は、ホモポリマー、ブロックコポリマー、コポリマーおよびポリマーブレンドを意味する。本明細書で使用する場合、マイクロビーズという用語は、断面が円形乃至楕円形であって、０．１マイクロメートルから３０マイクロメートルまでの直径または長軸径を有するビーズを意味する。

光学フィルムの文脈における個別的な複数の光学要素という用語は、境界明瞭な形状の要素を意味し、それらの要素は、光学フィルムにおける突起または窪みであってよい。個別的な複数の光学要素は、光学フィルムの長さおよび幅に比べて小さい。「曲面」という用語は、少なくとも一つの面における湾曲を有する、フィルム上の三次元要素を指示すべく使用される。「楔形要素」は、一つまたはそれ以上の傾斜面を含む要素を指示すべく使用され、これらの表面は平面および曲面の組合せであってもよい。「光学フィルム」という用語は、透過された入射光の性質を変化させる薄いポリマーフィルムを指示すべく使用される。例えば、再指向性光学フィルムは、１．０より大きい光学利得（出力／入力）をもたらす。光マネージメント材料（ｌｉｇｈｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）の光学利得（ＯＧ）は、その光マネージメント材料の輝度を参照入力輝度で割ったものとして定義される。光分布がまれにしか等方性でないことを考えると、この比は、典型的には、特定の角度座標（シータおよびファイ）で計算される。当技術分野においては、二つのクロスセクショングラフ（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｇｒａｐｈｓ）、シータを−８０度から＋８０度まで連続的に変えながら、一つはファイ＝０でのグラフ、もう一方はファイ＝９０でのグラフ、をプロットすることによりこれらの比のサブセットを表すのが慣例である。他に特に規定されていない限り、光学利得は、関連する参照入力輝度が今日のＬＣＤのＴＶに共通の商業的に入手可能な光拡散プレートである場合における、ファイおよびシータ＝０の条件での利得（ｇａｉｎ）として定義される。「軸上利得」は、フィルム面に垂直な出力光強度を入力光強度で割ったものとして定義される。「再指向性」は、入射光エネルギーの方向を変える光学フィルムの光学的な特性として定義される。

「ナノ−ノジュール」または「ナノメートルサイズのノジュール」という用語は、光の進む方向に垂直な平面内における１２００ｎｍを超えない平均最大コード長さ（ａｖｅｒａｇｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｃｏｒｄ ｌｅｎｇｔｈ）を有する凹面体形成及び／又は凸面体形成を意味する。ナノ−ノジュールは、光学面の光学的な出力特性を変えるために光学面の表面上に適用され、それらが適用される光学面よりもかなり大きさが小さいことが多い。ナノ−ノジュールは光学面と一体化し、通常は、光学面と同じ組成を有している。ナノ−ノジュールはあらゆる規則的な形状または不規則な形状であってよく、光の進む方向に垂直な平面内おける最大コード長さにより特徴付けられる。ナノ−ノジュールは、光学面の一部または全体を覆っていてもよい。一つの例として、されらは、光学面における１０マイクロメートルの正方形領域の表面上に、サイズ、形状および被覆率に依存して、５０個から２００個までの間で存在し得る。典型的には、ナノ−ノジュールは、０．５から５．０までの間の、深さもしくは高さ／コード長さのアスペクト比を有している。

粗さの平均またはＲ_ａという用語は、光学的改変層のビーズ間におけるピーク部から谷部までの平均的な高さを意味し、表面形状測定装置（ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）によって測定され、その結果はマイクロメートルで表される。Ｒ_ａという用語は、光学要素のある与えられた領域または表面領域の平均粗さを特性付けるために使用される。

光学要素という用語は、ポジ型の外形を有する基体の表面における表面構造を意味する。光学要素は、指定された光学的機能、例えば入射光の再指向もしくは拡散または転向などを果たす要素である。光再指向性フィルムという用語は、入射光を所望の出力に再指向する機能を果たす薄いフィルムを意味する。再指向は、正反射性または乱反射性のどちらであってもよい。再指向性フィルムの例は、これらに限定するものではないが、転向性フィルム、拡散性フィルムおよび逆反射性フィルムを含む。

光学的改変層という用語は、光学要素の光出力を更に改変する光学的に活性な層を意味する。光学的改変層は、所望の光学要素の表面に適用される。

ディスプレー装置、例えばＬＣＤ ＴＶなどにおいて高い光度および広い角度視野を有する光指向性フィルムを達成するため、光再指向性フィルムは、（ａ）光学要素；ならびに（ｂ）前記光学要素上の、マイクロビーズ及びバインダーを含有する光学的改変層；を有する光出射面を含み、ここで、前記光再指向性フィルムは、少なくとも１．２０の光学利得を有していることが望ましい。一つの寸法が少なくとも２５マイクロメートルを超える比較的大きなマクロ構造を提供することにより、そのマクロ構造は、法線に対して測定された大きな角度で入射光線を反射させ及び軸上の光線または法線に対して測定された小さな角度の光線を透過させることを可能とすることによって入射光エネルギーをコリメートする傾向となる。これらの再指向性マクロ構造をポリマーマトリックス中にビーズを含む光学的改変層で実質的に覆うことにより、光学的改変層を伴わない同じ再指向性マクロ構造に比べ、入射光エネルギーが広い角度にわたって再指向されることが示されている。更に、光学的改変層を伴わない同じ再指向性マクロ構造に比べ、角度による光度のカットオフがソフトになり、カットオフの急峻性が低減される。これに加え、光学的改変層は、該光学フィルムにおける小さな表面的な欠陥を隠すことが示されており、光学的改変層を伴わない光再指向性マクロ構造に比べ、モアレの低減をもたらし、及び光学的改変層を伴わない再指向性マクロ構造に比べ、バックライトパターンを観察者の目から一層目立たなくすることも示されている。

光学的改変層内のビーズは小さく、光エネルギーを散乱させる傾向を有する従来技術の光拡散材料に比べ、軸外の角度輝度曲線の傾きを効果的に低減する。ＬＣＤディスプレー内において散乱された光エネルギーは、液晶セル内におけるコントラスト比をかなり低減させる傾向が有り、これにより画質が低下する。該マクロ構造の側面上に小さなビーズを提供することにより、バインダーマトリックス中に含有されているそれらのビーズは、不所望の散乱を伴うことなく、角度輝度曲線の傾きを低減させることができる。

軸上光度および輝度角度は、現行のＬＣＤ ＴＶ様式におけるコントラスト比の重要な決定因子である。軸上光度の増大はコントラスト比を改善することが示されているが、角度による光度のカットオフが急峻である。本発明は、ソフトな角度カットオフをもたらしながらの高い軸上光度と大幅に改善された光の角度分布との独自の組合せを提供し、公共用のディスプレー装置、例えばＬＣＤモニターおよびＴＶなどに優れた画質をもたらす。

ある好適な実施態様では、マイクロビーズはポリマーを含む。ポリマービーズは、無機ビーズよりも安上がりですむ傾向があり、典型的には高い光透過率を有しており、ポリマーバインダー、例えばポリウレタンなどによって該マクロ構造に良好に付着することが示されている。好適なビーズ材料は、これらに限定するものではないが、ポリスチレン、ＰＭＭＡ、メチルメタクリレートおよびエチレングリコールジメタクリレートを含む。

ある好適な実施態様においては、マイクロビーズは実質的に円形である。円形のマイクロビーズは、入射光の優れた拡散をもたらすことが判明しており、容易にコーティングすることができ、他の隣接する光学要素の摩耗をもたらしかねない鋭い角度の付いた外形を有していない。

別の好適な実施態様においては、マイクロビーズは楕円形である。楕円形のマイクロビーズは、コーティング中に向きが揃い、あるマクロ構造の方向に向くことが示されている。また、楕円形のビーズは、楕円形ビーズの長軸径に有利に働き得る光出力をもたらすことも示されており、これにより、垂直方向の光度と水平方向の光度との独立した制御が可能になる。

本発明の別の好適な実施態様においては、マイクロビーズは二つまたはそれ以上のサイズ分布で存在する。マトリックス中に含有される二つもしくはそれ以上のサイズ分布のビーズを提供することにより、光の出力を所望の出力に合わせて更にカスタマイズし、微調整することができる。更に、マクロ構造より大きなビーズサイズを提供することにより、その大きなビーズ分布は、隣接する光学的な構成要素間の光学的なスタンドオフ（ｓｔａｎｄ−ｏｆｆ）をもたらし、これにより、起こり得る摩耗、ニュートン環および望ましくないウェットアウト（ｗｅｔ−ｏｕｔ）を低減することができる。

別の好適な実施態様においては、ビーズとバインダーとの間の屈折率は０．１０未満である。ビーズとバインダーとの間の０．１０未満のデルタ屈折率（ｄｅｌｔａ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ）は、望ましくないフレネル反射を低減することにより、光再指向性フィルムの性能を高めることが示されている。また、０．１０未満の指数デルタ（ｉｎｄｅｘ ｄｅｌｔａ）は、ビーズの光拡散の量を低減させる傾向も有しており、これにより、高い軸上光度を有する再指向性フィルムがもたらされる。本発明の別の好適な実施態様においては、マクロ構造、マイクロビーズおよびバインダーの間の屈折率デルタ（ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ ｄｅｌｔａ）が０．１０未満である。この０．１０未満の指数デルタは、光再指向性フィルムの効率を更に高め、軸上光度を更に増大させる。

別の好適な実施態様においては、バインダーとビーズとの間の屈折率デルタは０．１５より大きい。マイクロビーズとバインダーとの間の指数デルタを大きくすることにより、光散乱の量が増え、これにより、一層ソフトな角度カットオフ及びより広い１／２角（１／２ａｎｇｌｅ）がもたらされる。

別の好適な実施態様においては、光学要素の高さとマイクロビーズの長軸径との比は０．１０未満である。０．１０未満の比は、多くのビーズが光学要素の表面に存在することを可能に為し、ディスプレーシステム、例えばＬＣＤおよびＯＬＥＤなどにおける透過光の優れた一様性をもたらす。

別の好適な実施態様においては、マイクロビーズは無機材料を含む。ある有機材料、典型的には高指数ナノメートルサイズの材料は、ポリマー材料の屈折率を２０％乃至８０％高めることが示されている。屈折率を高めることにより、結果的に、比較的少量の材料でより高度のかすみがもたらされる。また、無機材料は、光を散乱させる傾向を有しており、ディスプレーの一様性の増大がもたらされる。

微小な無機粒子は、好適には無機酸化物を含み、より好適には金属酸化物を含む。本発明の無機酸化物粒子は、望ましくは形状が実質的に球形であり、サイズは比較的一様であり（実質的に単分散サイズ分布を有しており）、または二つもしくはそれ以上の実質的に単分散分布を混合することにより得られる多峰分布を有している。これらの無機酸化物粒子は、凝集が光を散乱し光学的な透明性を低減させる大きな粒子をもたらし得るため、非凝集状態（実質的に離散した状態）であり、且つ、非凝集状態のまま留まっていることが更に好適である。

広範囲にわたるコロイド状の無機酸化物粒子を本発明の光学要素において使用することができる。代表的な例としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア、バナジア、クロミア、酸化鉄、酸化アンチモン、酸化スズおよびこれらの混合物が挙げられる。これらの無機酸化物粒子には、本質的に単一の酸化物、例えばシリカなど、複数の酸化物の組合せ、例えばシリカと酸化アルミニウムなど、または、あるタイプの酸化物のコア（または金属酸化物以外の材料のコア）の上に別のタイプの酸化物が堆積される酸化物のコアが包含され得る。

バインダーの材料は、好適には、コーティングされ得るポリマーであって、高い光透過率を有し、光学要素に付着することができるポリマーである。好適な材料には、これらに限定するものではないが、ゼラチン、ＰＶＡ、ポリウレタン、アクリル、感圧接着剤、ＰＶＰ、ポリエステルおよびポリカルボネートが包含される。バインダーは、好適には、機械的に丈夫であり、耐摩耗性であり、紫外線に暴露後、著しく黄色化しない。被覆性、光学構造の表面においてビーズを含有するバインダーのウェットアウト、および色彩安定性を改善するため、界面活性剤、安定剤、ＵＶフィルター材料、蛍光増白剤および酸化防止剤もバインダーに加えられ得る。

本発明のおる実施態様においては、マクロ構造は、好適には、少なくとも２５マイクロメートルの長さ、直径または他の主要な寸法を有し、入射光エネルギーをコリメートする構造である。本発明の一つの実施態様においては、該マクロ構造は、好適には、プリズムを含む。プリズム構造は、光の効果的なコリメーターであることが示されており、一般的には、ナノ−ノジュールを含有する二つの傾斜面を有している。光のコリメーションは、一般的に、プリズムの挟角（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）が８８度から９２度までの間のときに最大化される。本発明の別の好適な実施態様においては、該マクロ構造は、隆線を有する個別的な複数の光学要素を含んでいる。個別的な複数の光学要素は、規則的なプリズム状の構造に比べ、モアレを低減し、光度の一様性を改善することが示されている。

マクロ構造の深さは、好適には、１０マイクロメートルから５０マイクロメートルまでの間である。湾曲したマクロ構造の深さは、湾曲したマクロ構造の隆線から湾曲したマクロ構造の底までの距離で測定される。８マイクロメートル未満の深さは、光度の低い再指向性フィルムをもたらす。５５マイクロメートルより大きな深さは、製造するのが難しく、モアレパターンを生み出すのに充分な大きさのフィーチャーを含む。

好適な実施態様においては、該マクロ構造は、好適には２０マイクロメートルから１００マイクロメートルまでの間の幅を有している。マクロ構造が１３０マイクロメートルより大きい幅を有しているときには、それらは、観察者が液晶ディスプレーを通じてそれらを視覚し得るのに充分な大きさになり、そのディスプレーの質を損ねることとなる。マクロ構造が１２マイクロメートル未満の幅を有しているときには、そのフィーチャーにおける隆線の幅がこのフィーチャーにおける幅のうちの大きな割合を占める。この隆線は、典型的には平坦化されており、マクロ構造のそれ以外の部分と同じ光形状特性を有していない。マクロ構造の幅に対する隆線の幅の量のこの増大は、光学フィルムの性能を低下させる。より好適には、湾曲したマクロ構造は１５マイクロメートルから６０マイクロメートルまでの間の幅を有している。この範囲は、良好な光形状特性をもたらし、且つ、観察者がディスプレーを通じて視覚することができないことが示されている。ディスプレー装置の設計において使用される具体的な幅は、部分的には、その液晶ディスプレーのピクセルピッチに依存する。この要素の幅は、モアレ干渉を最小化するのに役立つように選ばれるべきである。

突き出た隆線に沿って測定したときのマクロ構造の長さは、好適には、８００マイクロメートルから３０００マイクロメートルまでの間である。この長さ寸法がさらに長くなると、そのパターンが一次元的になり、モアレパターンが発現し得る。このパターンがさらに短くなると、スクリーン利得が低減され、それ故、興味対象外である。湾曲したマクロ構造のこの範囲の長さは、望ましくないモアレパターンを低減し、それと同時に、高い軸上光度をもたらすことが判明している。

別の好適な実施態様においては、突き出た隆線に沿って測定したときのマクロ構造は、好適には、１００マイクロメートルから６００マイクロメートルまでの間である。これらのマクロ構造のこの長さ寸法が低減されると、モアレパターンが形成される傾向も低減される。この範囲のマクロ構造の長さは、軸上光度をもたらしながら、ディスプレー装置で遭遇する望ましくないモアレパターンを著しく低減することが示されている。

本発明のマクロ構造は、好適には、重なり合っている。湾曲したマクロ構造を重ね合わせることにより、モアレの有益な低減が観測された。好適には、本発明の湾曲したマクロ構造は、ランダムに配置され、相互に平行である。これは、隆線が総体的に同じ方向に整列される状態をもたらす。該フィルムがある方向でそれ以外の方向よりもより多くコリメートするような仕方で隆線を総体的に配向することが好適であり、これにより、液晶バックライティングシステムにおいて使用したときに、より高い軸上利得が創出される。これらの湾曲したマクロ構造は、好適には、液晶ディスプレーのピクセル間隔とのあらゆる干渉を排除することができるような仕方でランダム化される。このランダム化は、光学要素のサイズ、形状、位置、深さ、配向、角度または密度を包含し得る。これは、モアレの抑制および同様な効果を得るための拡散層の必要性を排除する。

少なくとも幾つかのマクロ構造は、該フィルムの光出射面のいたる所にグループを成して配列されていてよく、ここで、それらの各グループにおける少なくとも幾つかの光学要素は異なるサイズまたは形状特性を有しており、また、それらの種々の特性は、フィルムのいたる所で変動するそれぞれのグループの平均的なサイズまたは形状特性を集合的にもたらし、任意の単一の光学要素に対する機械加工許容を超える平均特性値を獲得し、並びにモアレを抑制し、且つ液晶ディスプレーのピクセル間隔との干渉効果を抑制する。更に、少なくとも幾つかのマクロ構造は、二つの異なる軸に沿って光を再配向／再指向する該フィルムの能力をカスタマイズするため、相互に相対的に異なる角度で配向されていてよい。該フィルムの利得性能（ｇａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）にとって、フィーチャーをランダム化するときに、平面的な非ファセット（ｕｎ−ｆａｃｅｔｅｄ）表面領域を避けることが重要である。非ファセット領域または平面領域を回避する、これらのフィーチャーの疑似ランダム配置用のアルゴリズムが存在する。

本発明のある実施態様においては、マクロ構造は、好ましくはそのフィーチャーの最も高いポイントにおいて９０度の挟角を示す断面を有している。９０度のピーク角度は、該光再指向性フィルムで最も高い軸上光度をもたらすことが示されている。この９０度という角度は、幾分かの自由度を有しており、８８度から９２度までの角度は、同様な結果をもたらし、軸上光度の損失を殆どまたは全く伴うことなく使用され得ることが判明している。このピークの角度が８５度未満のとき、または９５度より大きいときには、光再指向性フィルムでの軸上光度は減少する。この挟角は好適には９０度であり、およびその幅は好適には１５マイクロメートルから３０マイクロメートルまでであるため、この湾曲した楔形のフィーチャーは、好適には、７マイクロメートルから３０マイクロメートルまでの間のこのフィーチャーの最大隆線高さを有している。前述の楔形要素におけるこの範囲の高さは、高い軸上利得およびモアレの低減をもたらすことが示されている。

本発明の別の実施態様においては、その頂点幅は、好適には、９０度より大きく、１３０度未満である。９０度より大きく、１３０度未満の頂点幅は、８８度から９２度までの間の頂角よりもソフトなカットオフをもたらすことが判明している。

該マクロ構造は、１０マイクロメートルから５５マイクロメートルまでの間の平均ピッチを有している。平均ピッチは、二つの隣接したフィーチャーの最も高いポイントの間の距離の平均である。モアレを低減し、且つ、フィルムにパターン化されていない領域が存在しないことを確実化するために、それらのフィーチャーの寸法が異なっており、それらのフィーチャーが重なり合っており、交差しており、また、フィルムの表面にそれらのフィーチャーがランダムに配置されているので、平均ピッチはそれらのフィーチャーの幅とは異なっている。パターン化されていない領域は楔形要素と同じ光学的特性を持たず、性能の低下の原因となるため、フィルム上のパターン化されていない領域は０．１％未満であることが好適である。

該光学要素を形成するのに好適なポリマーには、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカルボナート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリビニリデンフルオリド、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホネート、ポリエステルイオノマーおよびポリオレフィンイオノマーが包含される。機械的または光学的特性を改善するため、これらのポリマーのコポリマー及び／又は混合物も使用することができる。透明な複合レンズに好適なポリアミドには、ナイロン６、ナイロン６６およびそれらの混合物が包含される。ポリアミドのコポリマーも好適な連続相ポリマーである。有用なポリカルボナートの一例には、ビスフェノール−Ａポリカルボネートである。複合レンズの連続相ポリマーとして使用するのに適したセルロースエステルには、セルロースニトレート、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、および前述のものの混合物またはコポリマーが含まれる。好適には、ポリビニル樹脂は、ポリビニルクロリド、ポリ（ビニルアセタール）、およびそれらの混合物を含む。ビニル樹脂のコポリマーも使用することができる。本発明の好適なポリエステルは、４〜２０個の炭素原子の芳香族、脂肪族または脂環式のジカルボン酸および２〜２４個の炭素原子を有する脂肪族または脂環式のグリコールから製造されたものを含む。適切なジカルボン酸の例は、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、ナトリウムスルホイソフタル酸および前述のものの混合物を含む。適切なグリコールの例は、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および前述のものの混合物を含む。

本発明の別の実施態様においては、該光学的改変層はナノ−ノジュールの表面に適用される。ナノ−ノジュールは、バインダーと光学要素との間における優れた結合部位を提供し、あるレベルの光の拡散をもたらす。更に、ナノ−ノジュールは、該フィルムにおける小さな欠陥を隠すことが示されており、これにより、ディスプレーシステム、例えばＬＣＤディスプレーなどのための高品質の光学フィルムが提供される。これらのナノ−ノジュールは、好適には、マクロ構造に一体化されている。一体的なナノ−ノジュールは、マクロ構造に光学的に連結されており、これにより、一体的でないナノ−ノジュールに比べ、フィルムの光学的な効果が改善されるため、一体的なナノ−ノジュールが好適である。更に、一体的なナノ−ノジュールは、非常に耐久性があり、マクロ構造の表面にコーティングされているナノ−ノジュールに比べ、変形および変位を回避できることが示されている。

ナノ−ノジュールは、好適には、ポリマーを含む。ポリマーは、無機材料に比べ、低コストであり、高い光透過率を有し、溶融処理することができ、ナノメートルサイズの目的物に必要な優れた複製忠実性を有する傾向があるため、ポリマーが好適である。本発明の一つの実施態様においては、ナノ−ノジュールはオレフィン反復単位を含む。ポリオレフィンポリマーは、コストが低く、光透過率が高い。更に、ポリオレフィンポリマーは、効果的に溶融押し出しすることができ、それ故、ロールの形態のナノ−ノジュールを創出するために使用することができる。

本発明の別の実施態様においては、ナノ−ノジュールはカルボネート反復単位を含む。ポリカルボネートは、高い光学的透過値を有しており、これにより、高い光透過および拡散が可能である。高い光透過は、低い光透過値を有する拡散材料よりも明るいＬＣ装置を提供する。更に、ポリカルボネートは、ＬＣＤディスプレーの用途に好適な比較的高いＴｇを有している。本発明の更なる実施態様においては、ナノ−ノジュールはエステル反復単位を含む。ポリエステルは、コストが低く、良好な強度および表面特性を有している。更に、ポリエステルポリマーは、８０度から２００度までの間の温度で寸法的に安定しており、それ故、ディスプレーの光源により発生される熱に耐えることができる。

図３は、ナノメートルサイズのノジュールを含有する９０度の頂角のマクロ構造の拡大された上面図であり、これらのノジュールは、滑らかな側壁を有するマクロ構造に比べ、輝度１／２角を広げる働きを為している。図３における凸状のナノ−ノジュールは、おおよそ、マクロ構造の表面の９５％にわたって分配されており、重なり合ったナノ−ノジュールおよび交差しているナノ−ノジュールは非常に僅かしかない。これらのナノ−ノジュールは図３のマクロ構造と一体になっており、同じ材料でできている。ナノ−ノジュールが一体的であるため、それらは優れた付着力を有しており、これにより、ナノ−ノジュールがマクロ構造から分離する可能性が低減されている。また、ナノ−ノジュールがマクロ構造と一体になっているため、透過した光エネルギーは、これらのナノ−ノジュールに光学的に連結され、これにより、光学フィルムの能力を低減させかねない不所望の散乱または反射が排除される。図３のナノ−ノジュールは凸状のノジュールであり、おおよそ楕円形の形状であることが多い。図３におけるナノ−ノジュール３００のＲａは９２５ナノメートルであり、図３におけるこれらのナノ−ノジュールは、１．０８マイクロメートルの測定平均直径を有している。図３におけるナノ−ノジュールは、３８ナノメートルの標準偏差を有するおおよその正規分布で該マクロ構造の表面に分配されている。

光出射面に凸状または凹状の光学要素を有するフィルムを含む光学フィルムであって、その光学要素は少なくとも２５マイクロメートルの長さ、直径または他の主要な寸法を有しており、及びその光学要素の表面が、上述の表面粗さを伴わない同一の光学要素配列に比べて少なくとも２０％の軸上光学利得の低減をもたらすのに充分な程度に低いＲ_ａ値を示す、光学フィルムが好適である。マイクロ構造の表面に表面粗さを備えることにより、最終的な結果として、軸上光度の低減および関連した１／２角の増大がもたらされる。また、その粗さ平均を少なくとも２０％増大させることにより、光学要素の全内部反射のうちの一部が抑制され、これにより、より多くの光を透過させることが可能となり、その光学フィルムの能力が高められる。

マクロ構造のサイズ、形状および分布は、それらのマクロ構造から出射する光の分配を決定する上で重要である。０．５から６．０までの間のアスペクト比を有するマクロ構造が好適である。０．２未満のアスペクト比を有するマクロ構造は、軸上利得を高める上で小さな影響力しか持たない傾向がある。６．０より大きいアスペクト比を有するマクロ構造は、パターン化された金属製ローラーに対して溶融ポリマー鋳造（ｍｅｌｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｃａｓｔ）を利用して形成するのが難しく、その理由は、溶融ポリマーが高いアスペクト比のフィーチャーの表面に付着する傾向を有しているためである。更に、高いアスペクト比のフィーチャーを完全に形成するためには高圧が要求され、この高圧はツールの寿命を著しく低減させる。

本発明のある実施態様においては、該マクロ構造は、ある反復性のパターンを有している。反復性のパターンはランダムなマクロ構造に比べて比較的高い充填密度を有しているため、一般的に、反復性のパターンは不所望な非パターン化を少ない量にする。本発明の別の実施態様においては、マクロ構造はランダムなパターンを有している。ランダムなパターンは、反復性のパターンに比べて充填密度が低いため、一般的に、幾分かパターン化されていない光学フィルムをもたらすが、ランダムなパターンは、一般的に、反復性のパターンに比べて低レベルのモアレをもたらす。また、ランダムなパターンは、フィルムの小さな欠陥を観察者の目から隠し、または目立たなくすることも示されている。

本発明の別の実施態様においては、該マクロ構造は、少なくとも１００マイクロメートルの長さ、直径または他の寸法を有している。１００マイクロメートルより大きい寸法を有するマイクロ構造は、入射光に対し、１．０より大きい軸上利得を提供するために必要な望ましいコリメーションをもたらす。更に、１００マイクロメートルより大きい寸法を持たないマイクロ構造は、製造するのがさらに難しく、かつ、それらのサイズのため、光学フィルムに不所望の非パターン化領域をもたらし得る。

約９０度の頂角を有する光再指向性マクロ構造は、一般的に、軸外の角度における入射光を受け入れず、軸上の入射光または軸上付近の入射光を透過させ得る。典型的には、あるコリメーションマクロ構造に対する角度対輝度のプロットは、０度または０度付近でピーク輝度を示し、角度が９０度に近づくに連れ、輝度の低減が続く。この輝度の低減の傾きは、マクロ構造の幾何学的形状の関数である。マクロ構造の表面に粗さを提供することにより、傾きの変化を劇的に変えることができ、さらに広い範囲の角度にわたって高められた輝度をもたらし得ることが判明している。本発明のある好適な実施態様においては、光出射面に凸状または凹状のマクロ構造を有するフィルムを含む光学フィルムであって、それらのマクロ構造は少なくとも２５マイクロメートルの長さ、直径または他の主要な寸法を有しており、かつそれらのマクロ構造の表面が、上述の表面粗さを伴わない同一のマクロ構造配列に比べて軸上光学利得を少なくとも２５％低減させるのに充分な低さのＲ_ａ値を示している、光学フィルムが好適である。少なくとも２５％の軸上利得の低減は、滑らかなマクロ構造に比べ、オフ角度（ｏｆｆ−ａｎｇｌｅｓ）における輝度の望ましい増大をもたらし、結果として、輝度特性が改善された光学フィルムがもたらされる。

図１は、光学フィルム、例えば図２に関連して説明されている光学フィルムなどを製作するための装置の簡単化された概略図である。この装置は、材料１０３を押し出す押出機１０１を含む。また、この装置は、光学層１１３に光学的なフィーチャーを形成する、マクロ構造を含んだ、パターン化されたローラー１０５も含んでいる。更に、この装置は、材料１０３をパターン化されたローラー１０５に押し入れるための圧力を供給する圧力ローラー１０７、およびパターン化されたローラー１０５から材料１０３を除去するのに役立つ剥離用ローラー１１１を含んでいる。

運転に際しては、基材層１０９が、押し出しされた材料１０３と共に、圧力ローラー１０７およびパターン化されたローラー１０５の間に押し入れられる。一つの例示的実施態様においては、基材層１０９は配向されたポリマーシートである。更に、材料１０３は光学層１１３を形成し、その光学層１１３は、パターン化されたローラー１０５および圧力ローラー１０７の間を通過後、光学的フィーチャーを含む。代替的に、接着層が、押出機１０１において、材料１０３と共に共押し出しされてよい。共押し出しは、二つまたはそれ以上の層の便益性を提供する。共押し出しされる接着層は、基材層１０９および光学層１１３に最適な密着性をもたらし、かつ単層の場合よりも高い密着状態を創出するように選ぶことができる。従って、共押し出しされた接着層および光学層は、基材層と共に、圧力ローラー１０７およびパターン化されたローラー１０５の間に押し入れられる。圧力ローラー１０７とパターン化されたローラー１０５との間を通過した後、層１１３は、ローラー１１１に沿って通される。特定の実施態様においては、層１１３は、図３に関して詳細に説明されている実施態様の光学構造である。

別の好適な実施態様においては、材料１０３は、パターン化されたローラー１０５と接触する表皮層を有する共押出しされたポリマー層を含んでおり、その表皮層は、この共押出構造のそれ以外の層よりも５０％大きいメルトインデックスを有している。高流動性（ｈｉｇｈ ｆｌｏｗ）の表皮層は、そのポリマーの複製忠実性に役立つことが判明している。表皮層以外の層はさらにより低いメルトインデックスを有していてよく、これにより、ディスプレー装置の厳しさに耐えるべく更に良好に適合化された、機械的に一層堅固な光学フィルムがもたらされる。

本発明は、あらゆる液晶ディスプレー装置との関連において使用することができ、そのうちの典型的な配置が以下で説明されている。液晶（ＬＣ）は電子ディスプレーで広く使用されている。これらのディスプレーシステムにおいては、ＬＣ層は、偏光子層と検光子層との間に位置付けられており、その層を通じて法線軸に関する方位角のねじれを呈するディレクターを有している。検光子は、検光子の吸収軸が偏光子の吸収軸に垂直になるように配向されている。偏光子によって偏光された入射光は液晶セルを通過し、その光は液晶内の分子配向による影響を受け、ここで、前述の液晶内の分子配向は、そのセルを横断して電圧を加え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り、周辺光を含む外部ソースからの光の透過率を制御することができる。この制御を達成するために必要なエネルギーは、一般的に、他のタイプのディスプレー、例えば陰極線管などにおいて使用される発光材料で必要となるエネルギーよりもずっと少ない。従って、ＬＣテクノロジーは数多くの用途で使用されており、そのような用途は、これらに限定するものではないが、軽量、低消費電力および長い動作寿命が重要な特徴であるデジタル腕時計、電卓、ポータブルコンピューターおよび電子ゲーム機などを含む。

アクティブマトリックス型の液晶ディスプレー（ＬＣＤｓ）は、各液晶ピクセルを駆動するためのスイッチング装置として薄膜トランジスター（ＴＦＴｓ）を使用する。これらのＬＣＤｓは、個々の液晶ピクセルを選択的に駆動させることができるため、クロストークを伴うことなく、より高い画質の映像を表示することができる。光学モード干渉（ＯＭＩ）ディスプレーは、「ノーマリーホワイト」、即ち、オフ状態のときに光がディスプレー層を通じて透過される液晶ディスプレーである。ツイステッドネマチック型の液晶を用いるＬＣＤの動作モードは、おおよそ、複屈折モードと旋光モードとに分けられる。「フィルム補償型スーパーツイステッドネマチック」（ＦＳＴＮ）ＬＣＤｓはノーマリーブラックであり、即ち、電圧が加えられていないオフ状態のときに光の透過が阻止される。伝えられるところによれば、ＯＭＩディスプレーは、より速い応答時間およびより広い動作温度範囲を有している。

本発明の光学フィルムは、そのフィルムがバックライトシステムにおける光散乱フィルムとして使用されたときに、輝度を均等にすることができる。バックライトＬＣＤディスプレースクリーン、例えばポータブルコンピューターで利用されているバックライトＬＣＤディスプレースクリーンなどは、それらの光源に対応する個々の「ホットスポット」を検出することができるように、ＬＣＤスクリーンの比較的近くに配置された、一つの比較的局部集中的な光源（例えば蛍光灯）または一連の比較的局部集中的な光源を有していてよい。光拡散フィルムは、ディスプレーの全域にわたって輝度を均等にする役割を果たす。これらの液晶ディスプレー装置は、例えばアクティブマトリックス駆動および単純マトリックス駆動から選択される駆動方法と、例えばツイストネマチック液晶モード、スーパーツイストネマチック液晶モード、強誘電性液晶モードおよび反強誘電性液晶モードから選択される液晶モードとの組合せを有するディスプレー装置を含むが、本発明は上述の組合せに限定されるものではない。ある液晶ディスプレー装置においては、本発明の配向フィルムをバックライトの前に位置付ける必要がある。本発明の光学フィルムは、このフィルムが優れた光散乱特性を有していて、光を広げ、すべての方向に対して優れた可視性を与えるので、液晶ディスプレー装置の光度をディスプレーの全域にわたって均等にすることができる。上述の効果は、そのようなフィルムを一枚だけ使用した場合でも達成することができるが、複数のフィルムを組み合わせて使用することもできる。その均一化フィルムが透過モードにおけるＬＣＤ材料の前に配置されてよく、これにより、光を分配し、光をさらにより均一にすることができる。

本発明は、光源脱構造化（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）装置としての重要な用途を有している。フィラメントの構造は、サンプルを横断して分配された光が変動し、これは望ましくないため、特定の適用分野においては問題となる場合があり、多くの用途においては、光源自体の出力からフィラメントの構造を排除することが望ましい。また、光源を取り替えた後の光源フィラメントまたはアークの配向の不一致は、間違った読み取りおよび誤解を招く恐れのある読み取りを発生させる可能性がある。光源と検出器との間に配置された本発明の均一化フィルムは、光源の出力からフィラメント構造のあらゆる痕跡を排除することができ、従って、光源を取り替えても変わることのない均一な出力をもたらすことができる。

該光学フィルムは、所望の場所に向けられる心地良い均一化された光を提供することにより、舞台用の照明をコントロールするために使用することができる。舞台およびテレビ番組の製作においては、適切な照明に必要なあらゆる異なる効果を達成するため、広範囲にわたる様々な舞台照明が用いられなければならない。これは多くの異なるランプを使用することを必要とするが、それは、不便であると共に費用が嵩む。ランプの上に配置された本発明のフィルムは、必要とされている場所に、殆ど無制限の柔軟性を持って分散光を与えることができる。それ故、動いているか動いていないかにかかわらず、あらゆる形状の殆どのどんな対象物をも正しく照明することができる。

反射フィルムは、本発明の光学フィルムの光出射面に金属フィルムなどから成る反射層を適用することにより形成することができ、例えば道路標識用の逆反射部材などとして使用することができる。それを自動車、自転車、人などに適用した状態で使用することもできる。

また、本発明の光学フィルムは、法的処置区域およびセキュリティーシステムにおいて、赤外線（ＩＲ）検出器に対して、より高いコントラストを提供すべく、安全確保区域全体にわたってレーザーダイオード（ＬＤｓ）または発光ダイオード（ＬＥＤｓ）からの出力を均一化するために使用することもできる。更に、本発明のフィルムは、ＬＥＤまたはＬＤ光源を用いる装置、例えば銀行券読み取り機または皮膚処理装置などにおけるＬＥＤまたはＬＤ光源を用いる装置から構造を取り除くために使用することもできる。これは、一層高い精度をもたらす。

外科医師のヘッドピースに取り付けられた光ファイバー式の光アセンブリは、手術中に光ファイバー要素のうちの一つが故障した場合、注意力を散漫にする強度変化を手術野に投じることがある。光ファイバー束の端部に配置された本発明の光学フィルムは、残りの光ファイバーからやって来る光を均一化し、患者に投じられる光から故障した光ファイバーのあらゆる痕跡を排除することができる。標準的な磨りガラス式の光拡散器は、スループットの損失をもたらすかなりの後方散乱のため、この用途においてはそれほど効果的ではない。

また、本発明の光学フィルムは、光源のフィラメントまたはアークを脱構造化し、均一に照明された視野をもたらすことにより、顕微鏡下のサンプルを均一に照明するために使用することもできる。更に、該フィルムは、ファイバーを通じて伝播する様々なモード、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ために使用することもできる。

また、本発明の光学フィルムは、有意義な建築学的用途、例えば作業空間または生活空間に適切な明かりを提供することなどの建築学的用途も有している。典型的な商業的適用においては、部屋全体にわたる光の拡散を促進させるため、安価で透明なポリマー光拡散フィルムが使用される。これらの従来の光拡散器のうちの一つに取って代わる本発明のホモジナイザーは、光が、ホットスポットを伴うことなく、部屋全体にわたって均等にすべての角度に拡散されるように、これまで以上に一様な光出力を提供する。

また、本発明の光学フィルムは、アートワークを照明する光を拡散させるために使用することもできる。本発明による透明なポリマーフィルム光拡散器は、最も望ましい仕方でアートワークを描写するのに適した、適切なサイズおよび適切な方向の開口を提供する。

更に、本発明の光学フィルムは、光学機器、例えば表示装置などの一部として広く使用することができる。例えば、該光学フィルムは、反射型液晶ディスプレー装置における、反射フィルム、例えば金属フィルムなどと積層された光反射プレートとして使用することができ、または、液晶ディスプレー装置のバックライトシステムにおける前述の光散乱プレートに加え、金属フィルムを装置の後ろ側（観察者の反対側）に配置したケースで、そのフィルムを前側（観察者側）に向けた前方散乱フィルムとして使用することができる。本発明の光学フィルムは、ＩＴＯフィルムで代表される、酸化インジウムからなる透明な導電層を積層することにより、電極として使用することができる。この材料を用いて、反射型スクリーン、例えば前面投写型スクリーンを形成する場合には、光反射層がこの透明なポリマーフィルム光拡散器に適用される。

該光学フィルムの別の用途は背面投写型スクリーンであり、そこでは、一般的に、光源からの画像を広い面積にわたってスクリーン上に投射することが求められる。テレビでの視野角は、典型的には、水平方向の場合よりも垂直方向の場合の方が小さい。該光学フィルムは、光を広げ、視野角を増大させる作用をする。

本発明の実施態様は、改善された光の拡散およびコリメーションを提供することができるだけでなく、厚みの低減された光学フィルムも提供し、この厚みの低減された光学フィルムは、光を吸収する傾向が低減されており、ＬＣＤディスプレーシステムにおいて、ソフトな角度カットオフを呈し、または低減されたモアレもしくはニュートン環を呈することができる。

本発明の特定の好適な実施態様を個別的に参照しながら本発明を詳細に説明してきたが、本発明の精神および範囲内において種々の変更および改変を果たし得ることが理解される。

この実施例においては、約９０度の頂角を有し、長さが１２００マイクロメートルであり、幅が３５マイクロメートルであり、高さが２７マイクロメートルの、個別的な一体的光学要素を含有するポリカルボネートベースのシートを、幾つかの光学的改変層で被覆した。Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ Ｃｏｍｐａｎｙ（ニューヨーク州ロチェスター）により製造された、幅が１３インチの微細複製されたポリカルボネート支持体を被覆することにより、光学的改変層を伴わない光学要素に比べ、よりソフトな角度カットオフを有する向上した広角アピアランス（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｗｉｄｅ−ａｎｇｌｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ）がもたらされた。

上述の微細複製ポリカルボネート支持体上にコーティングされる１キログラムの分散液を調製するため、９８８．３グラムの水および１１．７グラムの写真用ゼラチンを、ビーズコーティングプロセスにおいて役立たせるための少量の界面活性剤と共に、一緒に加えた。この分散液全体を５０℃に加熱した。

上述のゼラチンおよびつや消しビーズの分散物を摂氏５０度（℃）で液化させ、３８．１ｃｍ^３／ｍ^２のウェット被覆率で前述の微細複製ポリカルボネート支持体上にコーティングした後、乾燥させた。これらの実施例で使用されたバインダーは写真用ゼラチンであるが、本発明は、ゼラチン以外のバインダー、例えば有機材料、例えばポリビニルアルコールおよびポリビニルピリリドンなど、および無機材料なども使用することができた。

実施例２〜２３
Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ Ｃｏｍｐａｎｙ（ニューヨーク州ロチェスター）により製造された、幅が１３インチの微細複製されたポリカルボネート支持体を被覆することにより、向上した広角アピアランスがもたらされた。

ゼラチンおよびつや消しビーズの組成物の１キログラムの分散液を以下のようにして調製した。７０２グラムの蒸留水、６０グラムの写真用ゼラチンおよび２３４グラムから始め、ゼラチンおよび２−プロペン酸、２−メチル−、メチルエステル、ホモポリマーのコポリマーの水溶液を作成する。顕微鏡分析は、この分散液が、水性ゼラチン媒質中における一様な１．３ミクロンのつや消しビーズから成っていることを示した。表１に示されているように、つや消しビーズのサイズが増大または減少するので、極めて僅かではあるが配合の変更が必要である。これに加え、表１に示されているように、つや消しビーズの材料組成が異なっているため、極僅かな調合の変更が必要である。

上述の微細複製ポリカルボネート支持体上にコーティングされる１キログラムの分散液を調製するため、９６２グラムの水、１１．７グラムの写真用ゼラチン、ならびにゼラチンおよびつや消しビーズを含有する２６．３グラムの分散物を、コーティングプロセスにおいて役立たせるための少量の界面活性剤と共に、一緒に加えた。この分散液全体を５０℃に加熱した。

上述のゼラチンおよびつや消しビーズの分散物を５０℃で液化させ、３８．１ｃｍ^３／ｍ^２のウェット被覆率で前述の微細複製ポリカルボネート支持体上にコーティングした後、乾燥させた。

この広角改善性層分散物は、ユーザーの要求に応じて複数のつや消しビーズサイズを容易に調合することができるような分散物である。また、この分散物は、上述の微細複製ポリカルボネート支持体が成形されるときに同時（１パス）にコーティングできるように調合されてもよいし、または微細複製ポリカルボネート支持体上に別々（２パス）にコーティングできるように調合されてもよい。

小さなつや消しビーズおよびゼラチンから成る分散物は、ビーズを含まないサンプルおよびさらに大きなサイズのビーズを有するサンプルと比べたときに、微細複製フィーチャーのより一様な被覆を可能にし、及びより高い軸外光度をもたらす。好適な実施態様は、０．１１０ミクロンから３．６ミクロンまでのサイズ範囲、好適には０．６８ミクロンから１．３ミクロンまでのサイズ範囲のビーズを含む。つや消しビーズが０．６８ミクロンよりも小さくなると、光を回折することができないため、上述の効果が著しく縮小された。つや消しビーズが３．６ミクロンよりも大きいときには、それらのビーズは微細複製谷部に沈降し、視野角の作用としての光学的性能が低下した。図６〜１０は、微細複製フィーチャー上の配置に応じた、つや消しビーズを含有する分散物の被覆を示している。

上述の分散物のウェット適用量は、プロセス条件と光学的性能との間の相互関係をカスタマイズするために使用することができる。本発明の好適な実施態様は、１６．１ｃｍ^３／ｍ^２から３８．１ｃｍ^３／ｍ^２までの範囲のウェット適用量を含む。このプロセス変数は、本発明の光学的要件に基づいて製造プロセスを最適化するために使用することができる。

図１１〜１４は、本発明の様々な実施態様での視野角の関数としての光学的性能を示している。図１１は、液晶ディスプレー内の様々な構成要素に対する水平方向傾斜角の関数としての輝度を示している。体積式光拡散器（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｆｆｕｓｅｒ）５０６は、本発明に対する対照として使用されている。二つの異なる実施態様が輝度曲線５０２および５０４で表されている。曲線５０２として表されている実施例３の場合、ビーズのサイズおよび適用量が最適化され、より高い傾斜角において輝度曲線のソフトなカットオフがもたらされていた。曲線５０４で表されている実施例１８の場合、ビーズのサイズおよび適用量が最適化され、より高い傾斜角において輝度曲線のよりシャープなカットオフをもたらされていた。図１１には、より高い傾斜角における本発明の利得（ｇａｉｎ）を示すための付加的な対照として、商業的に入手可能な光度増強フィルム５００が含められていた。

図１２は、垂直方向傾斜角の関数としての輝度プロフィールを示している。傾斜角の関数としての輝度曲線で同様にソフトなカットオフが垂直方向で得られている。

図１３および１４は、傾斜角の関数としての、それぞれ、水平方向および垂直方向における光学利得を示している。図１１および１２で為されたものと同様な観測を図１３および１４で行うことができ、光学利得プロフィールのよりソフトなカットオフを、傾斜角の関数として、水平方向および垂直方向の両方で観測することができる。

この明細書で参照されている特許および他の出願は、参照により本明細書に組み入れられる。

図１は、一例の実施態様による光学フィルムを製作するための装置の簡単化された概略図である。 図２は、一例の実施態様によるマクロ構造の拡大された上面図である。 図３は、一例の実施態様によるマクロ構造の拡大された上面図である。 図４は、一例の実施態様によるマクロ構造の拡大された上面図である。 図５は、一例の実施態様によるマクロ構造の拡大された上面図である。 図６は、例証的実施態様による光学的改変層でコーティングされたマクロ構造の拡大された上面図である。 図７は、例証的実施態様による光学的改変層でコーティングされたマクロ構造の拡大された上面図である。 図８は、例証的実施態様による光学的改変層でコーティングされたマクロ構造の拡大された上面図である。 図９は、例証的実施態様による光学的改変層でコーティングされたマクロ構造の拡大された上面図である。 図１０は、例証的実施態様による光学的改変層でコーティングされたマクロ構造の拡大された上面図である。 図１１は、先行技術による光学フィルムおよび二つの実施例の実施態様での水平方向傾斜角対輝度のプロット図である。 図１２は、先行技術による光学フィルムおよび二つの実施例の実施態様での垂直方向傾斜角対輝度のプロット図である。 図１３は、先行技術による光学フィルムおよび二つの実施例の実施態様での水平方向傾斜角対光学利得のプロット図である。 図１４は、先行技術による光学フィルムおよび二つの実施例の実施態様での垂直方向傾斜角対光学利得のプロット図である。

符号の説明

１０１ 押し出しダイス
１０３ 溶融ポリマー（Ｐｌｙｍｅｒ ｍｅｌｔ）
１０５ パターン化されたローラー
１０７ 裏当てローラー
１０９ 担体ウェブ
１１１ 剥離用ローラー
１１３ 光学フィルム
５００ 商業的に入手可能な光度向上フィルム
５０２ 本発明の実施態様
５０４ 本発明の実施態様
５０６ 体積式またはスラブ式光拡散器。

Claims (33)

1. （ａ）光学要素と、（ｂ）該光学要素上に、マイクロビーズ及びバインダーを含有する光学的改変層とを有する光出射面を含み、少なくとも１．２０の光学利得を有する光再指向性フィルム。
2. マイクロビーズがポリマー材料を含む、請求項１記載の光再指向性フィルム。
3. マイクロビーズが実質的に球形である、請求項１記載の光再指向性フィルム。
4. マイクロビーズが実質的に楕円形である、請求項１記載の光再指向性フィルム。
5. 長軸径において少なくとも１．５マイクロメートル異なる二つまたはそれ以上のサイズ分布でマイクロビーズが存在する、請求項１記載の光再指向性フィルム。
6. 前記マイクロビーズと前記バインダー物質との間の屈折率の差が０．１０未満である、請求項１記載の光再指向性フィルム。
7. マイクロビーズと光学要素との間の屈折率の差が０．１０より大きい、請求項１記載の光再指向性フィルム。
8. マイクロビーズ、バインダーおよび光学要素の間の屈折率の差が０．１０未満である、請求項１記載の光再指向性フィルム。
9. 光学要素の高さと前記マイクロビーズの長軸径との比が０．１０未満である、請求項１記載の光再指向性フィルム。
10. マイクロビーズが無機材料を含む、請求項１記載の光再指向性フィルム。
11. 光学要素が凸状のマクロ構造を含み、該マクロ構造は少なくとも２５マイクロメートルの長さ、直径または他の主要な寸法を有しており、ここで、該光学要素の表面の過半部分が前記光学的改変層で覆われている、請求項１記載の光再指向性フィルム。
12. マイクロビーズが０．６０マイクロメートルから５．０マイクロメートルまでの間の平均長軸径を有している、請求項１記載の光再指向性フィルム。
13. マイクロビーズが１．０マイクロメートルから３．０マイクロメートルまでの間の平均長軸径を有している、請求項１記載の光再指向性フィルム。
14. 光学要素がプリズムを含む、請求項１記載の光再指向性フィルム。
15. 光学要素が個別的な複数の光学要素を含む、請求項１記載の光再指向性フィルム。
16. 光学要素が０．５から５．０までの間の高さと幅のアスペクト比を有している、請求項１記載の光再指向性フィルム。
17. 光学的改変層が前記光学要素の表面積の４０％から６０％までの間を覆っている、請求項１記載の光再指向性フィルム。
18. 光学的改変層が前記光学要素のうちの９５％より多くを覆っている、請求項１記載の光再指向性フィルム。
19. 前記光出射面の反対側の表面上に更に光学的改変層を含む、請求項１記載の光再指向性フィルム。
20. 光学的改変層が前記光学要素と共形である、請求項１記載の光再指向性フィルム。
21. 光出射面上に凸状の光学要素を有するフィルムを含む光学フィルムであって、該光学要素が少なくとも２５マイクロメートルの長さ、直径または他の主要な寸法を有しており、並びに前記光学要素の表面が１．０マイクロメートルから３．０マイクロメートルまでの間のＲ_ａ値を示す、光学フィルム。
22. 光学要素の表面のＲ_ａ値が１．０マイクロメートルから１．８マイクロメートルまでの間である、請求項２１記載の光学フィルム。
23. 光学要素が０．５から５．０までの間の高さと幅のアスペクト比を有している、請求項２１記載の光学フィルム。
24. 光学要素が反復するパターンを有している、請求項２１記載の光学フィルム。
25. 光学要素が少なくとも１００マイクロメートルの長さ、直径または他の主要な寸法を有している、請求項２１記載の光学フィルム。
26. 光出射面上に凸状または凹状の光学要素を有するフィルムを含む光学フィルムであって、前記光学要素が少なくとも２５マイクロメートルの長さ、直径または他の主要な寸法を有しており、並びに、前記光学要素の表面が、前記表面粗さを伴わない同一の光学要素の配置に比べ、少なくとも２０％の軸上光学利得の減少をもたらすのに充分な低さのＲ_ａ値を示す、光学フィルム。
27. 光学利得の減少が２０％から６３％までの間である、請求項２６記載の光学フィルム。
28. 光学要素が０．５から５．０までの間の高さと幅のアスペクト比を有している、請求項２６記載の光学フィルム。
29. （ａ）光学要素と、（ｂ）該光学要素上に、マイクロビーズ及びバインダーを含有する光学的改変層とを有する光出射面を含む光再指向性フィルムであって、角度が＋５０度から−５０度までの間での水平方向角度輝度曲線の傾きが実質的にゼロである、光再指向性フィルム。
30. 角度が＋５０度から＋８０度までの間での前記水平方向角度輝度曲線の傾きが２から６までの間である、請求項２６記載の光再指向性フィルム。
31. 光源およびポリマー性光再指向性フィルムを含む液晶装置であって、該光再指向性フィルムが（ａ）光学要素と、（ｂ）該光学要素上に、マイクロビーズ及びバインダーを含有する光学的改変層とを有する光出射面を含み、前記ポリマー光再指向性フィルムが該光源と偏光フィルムとの間に配置されている、液晶装置。
32. 請求項１記載の光再指向性フィルムの光入射面または光出射面をカーテンコーティング、スプレーコーティング、サンドブラスティング、エンボス加工することによる、前記光学的改変層を創出する方法。
33. （ａ）光学要素と、（ｂ）該光学要素上に、マイクロビーズ及びバインダーを含有する光学的改変層とを有する光出射面を含む光再指向性フィルムであって、角度が＋８０度から−８０度までの間での水平方向角度輝度曲線の曲線下面積が、光学的改変層を伴わない光再指向性フィルムよりも５％から１５％までの範囲で大きい、光再指向性フィルム。

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