JP2008527409A

JP2008527409A - 輝度上昇物品

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Publication number: JP2008527409A
Application number: JP2007549392A
Authority: JP
Inventors: アール．ホイットニー，リーランド
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2008-07-24
Also published as: TW200628928A; WO2006073644A1; CN101095076A; ATE419555T1; US7384173B2; DE602005012150D1; EP1831754B1; EP1831754A1; US20060146571A1; KR20070090981A

Abstract

透明フィルム（３０、６０、８４）の表面構造（３２）は、７５°より大きい角度でＬＣＤディスプレイ（８２）を出射しようとする光（５４、７０）を再循環させて輝度を上昇させる。開示された構造は、約９０°で傾斜したファセットを有する小さいプリズム（３６、５〜２０μｍの高さを有する）を含まない場合もあるが、構造はすべて約９６°で傾斜したファセット（４０、４２）を有する（丸い）頂部と、約９０°で傾斜したファセット（４４、４６）を有する底部とを特徴付ける（大きい）プリズム（３８、２０〜５０μｍの高さを有する）を含む。丸い頂部の曲率半径（ｒ_C）は、望ましくない輝度低下を排除するために小さい（＜１０．５μｍ）。

Description

本発明は構造化光学フィルム、および構造化光学フィルムを組み込んだ光学ディスプレイに関する。特に本発明は低下視射角出力を有する輝度上昇フィルムに関する。

情報を視認者に伝達する電子ディスプレイを含む電子デバイスはほぼ偏在するようになってきた。携帯電話、ハンドヘルドコンピュータ、携帯情報端末、コンピュータゲーム、カーステレオおよびインジケータ、公共表示、自動預け払い機、店舗内キオスク、家庭用電気製品、コンピュータモニタ、テレビ等はすべて人々が毎日見るディスプレイを含むデバイスの例である。

典型的な電子ディスプレイアセンブリは、人々がディスプレイにより提示される情報を観察するために必要な光源を含む。電池式装置において、光源は装置の全電力消費の大きな部分を示すことがある。そのため所与の輝度を生成するために必要な電力量の削減は電池の寿命を延ばし、それは電池式装置で特に望ましい。

構造化光学フィルムが電子ディスプレイシステムにおいて、および透過および／または反射される光の方向に対する制御が輝度を上昇させ、ぎらつきを低減する等のために望ましい他の用途において用いられている。構造化光学フィルムは基本的に、フィルムを用いて反射および屈折により光を再指向することができるように一連のプリズムが配置された光透過可能材料のフィルムを備える。ラップトップコンピュータ、腕時計等に見られるような光学ディスプレイ内で用いられる場合、構造化光学フィルムは、ディスプレイから脱出する光を光学ディスプレイ内を通る法線軸から所望の角度で配置された１対の平面内に制限することにより、光学ディスプレイの輝度を上昇させることができる。その結果許容範囲外でディスプレイから出射しようとする光はディスプレイ内に戻るように反射され、ディスプレイで光の一部分を「再循環させる」とともにディスプレイから脱出可能にする角度で構造化フィルムに戻すことができる。ディスプレイに所望のレベルの輝度を提供するために必要な電力消費を低減することができるため、その再循環は有用である。

従来の構造化光学フィルムにおいて、一部の光はディスプレイ内を通る法線軸に対して許容角度範囲外でディスプレイを出射することができる。これらの高角度光線はディスプレイのコントラスト（ディスプレイの明暗領域間の輝度差）を低減するとともに、好適な視認角度外の望ましくない輝度領域を生じ得る。これらの高角度光線を再循環するとともに、構造化フィルムに戻して所望の角度範囲内で再透過させることが望ましいであろう。

本発明は光学システム内で用いる輝度上昇物品である。輝度上昇物品は第１の光指向突起を含む構造化面を有する。第１の光指向突起は頂部と底部とを含み、頂部は第１の対のプリズムファセットにより画定されるとともに底部は第２の対のプリズムファセットにより画定される。第１の対のプリズムファセットが第１の挟角を有するとともに第２の対のプリズムファセットが第２の挟角を有し、第１の挟角が第２の挟角とは異なる。

好適な実施形態において輝度上昇物品は、第１の光指向突起より高さが小さい複数の第２の光指向突起をさらに含む。第２の光指向突起は第１の光指向突起で挟まれている。第２の光指向突起は高角度ロブと構造化面の法線に対して好適な角度のロブとを有する配光を生じる。第２の光指向突起により高角度ロブで配光された光は、第１の光指向突起により再指向されて好適な角度で再透過される。

好適には第１の光指向突起の第１の挟角が９０°より大きいとともに、第２の光指向突起の第２の挟角が約９０°である。さらにまた第１の光指向突起の頂部が、約１０．５μｍ未満の曲率半径を有する丸い頂部を有することが好ましい。また少なくとも１つの第２の光指向突起が、隣接する第１の光指向突起間に配置されている。

本発明の輝度上昇物品は通例ディスプレイモジュール内に組み込まれている。ディスプレイモジュールは通例ディスプレイパネルと、光をディスプレイパネルに供給するバックライトアセンブリとを含む。輝度上昇物品は構造化面がディスプレイパネルに面している状態でバックライトとディスプレイパネルとの間に配置されている。

図１Ａおよび１Ｂは構造化光学フィルムの概念を一般的に図示する。図１Ａは構造化面１２と平面１４とを含む規則的周期的構造化光学フィルム１０の斜視図を示すとともに、図１Ｂは断面図を示す。構造化面１２は頂部１９を形成するファセット１８によって画定される一連の等間隔プリズム１６を含む。プリズム１６は挟角α_P（すなわちファセット１８により形成される角）を有する。通例α_Pは９０°であり、高い光学利得を可能にする。図示のように各プリズム１６はその頂部１９の長さに沿って（すなわちＺ軸に沿って）構造にわたって実質的に連続して延びている。

光学フィルム１０は通例、光学フィルム１０に光を供給するバックライトアセンブリを含む光学システムに組み込まれている。光線２０、２２および２４は、様々な角度で光学フィルム１０に入射する光の挙動を示すために図１に図示されている。光線２０および２２は構造化光学フィルムの所望の動作を示すために図１Ｂに示されている。平面１４による屈折により光学フィルム１０に入射した後に示される光線２０は、光線がＴＩＲに必要とされる臨界角度未満でプリズム１６のファセット１８と接している状況を示す。光線２０はファセットによりフィルム法線Ｎに対して好適な角度範囲内で屈折される。

平面１４による屈折により光学フィルム１０に入射した後に示される光線２２も、光線が光線のＴＩＲが発生するのに必要とされる臨界角度を超えてプリズム１６の２つのファセット１８に当たっている状況を示す。その結果好適な角度範囲外で構造化光学フィルム１０を出射した光線２２はバックライトアセンブリに戻るように反射されて、そこで光線の一部が「再循環される」とともに、光線が構造化光学フィルム１０から脱出することができる角度で構造化フィルムに戻ることができる。

従来の構造化光学フィルム設計により、一部の光を高視射角でプリズム１６から脱出させることができる。この状況は光線２４により示されている。光の脱出は通常、光線２４がＴＩＲによりプリズム１６の第１のファセットから第２のファセットへ反射されるとともに、光線２４が第２のファセットにより光線２４のＴＩＲに必要とされる臨界角未満で第２のファセットに接する時に発生する。第２のファセットはその結果光線２４を屈折し、光線２４は好適な角度範囲外で構造化光学フィルム１０を脱出する。これらの高角度光線はディスプレイのコントラストを低下させるとともに、ディスプレイの好適な視認角度外の望ましくない輝度領域（例えば光学フィルム法線Ｎの３０°以内）を生成する場合がある。

図２Ａおよび以下の図に図示された例示的実施形態に関して説明する本発明は構造化光学フィルムを提供し、これらの高角度（例えば６０°を超える角度）光線が再捕獲されるとともにバックライトアセンブリに戻されるように再指向され、そこで一部分が「再循環される」とともに光線をより望ましい角度で構造化フィルムから脱出可能にする角度で構造化フィルムに戻され得る。これにより好適な視認角度でディスプレイのコントラストを改善するとともに輝度を上昇させることができる。

図２Ａは本発明の一実施形態による構造化光学フィルム３０の斜視図であるとともに、図２Ｂおよび２Ｃは部分的断面図である。構造化光学フィルム３０は構造化面３２と平面３４とを含む。構造化面３２は基板３５上に形成されるとともに平面３４は基板３５により画定される。構造化面３２は周期パターンに配列された複数のプリズム３６と複数のプリズム３８とを含む。図２Ａに見られるように、プリズム３６および３８はそれらの頂部の長さに沿って（すなわちＺ軸に沿って）構造化面３２にわたって実質的に連続して延びている。構造化面３２の外形およびフィルム３０を形成するために用いられる材料は、全反射（ＴＩＲ）とフィルム３０の平面側３４に入射する光および高視射角度で構造化面３２から透過した光の屈折を促進して、フィルム法線Ｎに対して所望の角度範囲外で構造化面を介する光の脱出を最小限に抑える。

図２Ｂは構造化光学フィルム３０の様々なパラメータを示す構造化光学フィルム３０の部分断面図である。プリズム３６は第１の高さｈ₁を有するとともに、プリズム３８は第１の高さｈ₁より大きい第２の高さｈ₂を有する（ｈ₂＞ｈ₁）。第１の高さｈ₁は高さｈ₂の３０％未満であることが好適である。第１の高さｈ₁は約５μｍ〜約２０μｍの範囲であることが好ましいとともに、第２の高さｈ₂は約２０μｍ〜約５０μｍの範囲であることが好ましい。ｈ₁およびｈ₂は、フィルムの法線から７５°の角度でプリズム３６の頂部からフィルムへ脱出する光線がプリズム３８の１つにより遮られるように選択されることが好適である。ｈ₂は概してｈ₁の少なくとも１．５倍大きいことが予期されるが、構造化面３２の設計に応じてより小さい比率も機能し得る。ｈ₂がｈ₁の少なくとも２倍大きいことが好適であり、ｈ₂がｈ₁の少なくとも３倍大きいことがさらに好適である。外見的理由で、プリズム３６は少なくとも回折効果が不用な色を導入しないように十分に大きくなければならないとともに、プリズム３８はフィルムが一緒に用いられるｌｃｄパネルを介してユーザに視認可能であるように十分に大きくてはならない。

各プリズム３６は挟角θ_Sを画定する２つのファセットを含む。挟角θ_Sはバックライトアセンブリにより供給される光からの最大光学利得を可能にする約９０°であることが好ましい。「利得」とはフィルムがないディスプレイの垂直輝度に対する、輝度上昇フィルムを備えたバックライトディスプレイの軸上輝度の比（すなわちディスプレイの法線方向の輝度）を指す。

プリズム３８は頂部と底部とを含むことが好ましい。プリズム３８の頂部は第１の対の頂部ファセット４０および４２により画定され、第１の対の頂部ファセット４０および４２は挟角θ_P（すなわち頂部ファセット４０および４２により形成される角度）を有する。挟角θ_Pは約７０°〜約１１０°の範囲であることが好ましい。プリズム３８の底部は第２の対の底部ファセット４４および４６により画定され、第２の対の底部ファセット４４および４６は挟角θ_B（すなわち底部ファセット４４および４６が互いに対して位置決めされる角度）を有する。挟角θ_Bは約９０°であることが好ましい。

各プリズム３８の頂部および底部は互いに一体であることが好ましい。プリズム３８は底部ファセット４４および４６が頂部ファセット４０および４２と交わる高さである切断高さｈ_tを有する。切断高さｈ_tとプリズム３６の高さｈ₁とが実質的に同等であることが好ましい。さらにプリズム３８は幅ｗ_Lを有するとともに、プリズム３６は幅ｗ_Sを有する。図２Ｂに示すように、幅ｗ_Lは幅ｗ_Sより大きい（ｗ_L＞ｗ_S）。幅ｗ_Sが幅ｗ_Lの３０％より小さいことが好適である。幅ｗ_Sは１０μｍ〜約４０μｍの範囲であることが好ましいとともに、幅ｗ_Lは約４０μｍ〜約１００μｍの範囲であることが好ましい。単位セルピッチＰ_UCは光学フィルム３０におけるプリズムの反復単位（すなわち単位セル）の幅である。図２Ｂに示した実施において単位セルは３つのプリズム３６と１つのプリズム３８とを含む。

プリズム３８の頂部ファセット４０および４２が交わって頂点４８を形成する。頂点４８は丸いまたは鈍い輪郭を有して図２Ａ〜２Ｃに示されている。丸い輪郭は曲率半径ｒ_Cにより特徴付けられる。曲率半径ｒ_Cは１０．５μｍ未満であることが好ましく、曲率半径ｒ_Cが約６μｍであることが最も好ましい。丸い頂点４８はプリズム３８の利得の低下につながるが、取り扱いおよび使用中の頂点４８の破壊または損傷に起因する傷が防止される。さらにまたプリズム３８はプリズム３６より高いため、プリズム３６の頂部は取り扱いおよび使用中にダメージから保護される。これによりプリズム３６は鋭い頂部を有して、プリズム３６の利得を最大化することができる。代替的には光学フィルム３０を傷つけることが回避できる場合には、プリズム３８は鋭い頂点４８（すなわちゼロの曲率半径ｒ_C）を有してプリズム３８の利得を最大化し得る。

図２Ｃは様々な角度で構造化光学フィルムに入射する光線の挙動を示す構造化光学フィルム３０の部分断面図である。光学フィルム３０は通例、光学フィルム３０に光を供給するバックライトアセンブリを含む光学システムに組み込まれる。光線５０、５２および５４は、様々な角度で光学フィルム３０に入射する光の挙動を示すために図２Ｃに示されている。

平面３４による屈折により光学フィルム３０に入射した後に示される光線５０は、光線がＴＩＲに必要とされる臨界角未満でプリズム１６に達する状況を示す。光線５０はファセットによりフィルム法線Ｎに対して好適な角度範囲内で屈折される。

平面３４による屈折により光学フィルム３０に入射した後に示される光線５２も、光線が光線のＴＩＲが発生するのに必要とされる臨界角度を超えてプリズム１６に当たっている状況を示す。その結果好適な角度範囲外で構造化光学フィルム３０を出射した光線５２はバックライトアセンブリに戻るように反射されて、そこで光線の一部が「再循環される」とともに、光線が構造化光学フィルム３０から脱出することができる角度で構造化フィルムに戻ることができる。

光線５４は平面３４による屈折により構造化光学フィルム３０に入射した後に示されているとともに、光線が高視射角でプリズム３６から脱出することができる状況を示す。これは図１Ｂの光線２４に関して説明した望ましくない状況である。要約すると光線５４はＴＩＲによりプリズム３６の第１のファセットから第２のファセットに反射される。光線５４は、第２のファセットにより光線５４のＴＩＲに必要とされる臨界角未満で第２のファセットに接する。第２のファセットはその結果光線５４を屈折し、光線５４は所望の角度範囲外で構造化光学フィルム３０を脱出する。

本発明による構造化光学フィルム３０において、高角度光線は２つの点で低減される。第１にプリズム３６により透過された高角度光線（例えば光線５４）は、プリズム３８によって再捕獲される。すなわち各プリズム３８は、プリズム３６により高角度ロブで配光された光がプリズム３８によって捕獲されるとともに再指向されて最終的にバックライトアセンブリに向かって戻されるように反射される形状に形成されている。光線５４はバックライトアセンブリに到達するまで、光学フィルム３０の様々な表面によってＴＩＲにより反射される。第２にはプリズム３８は、望ましくない角度でバックライトアセンブリから直接プリズム３８に到達する光線が、高視射角度で構造化光学フィルム３０から透過されるのではなく、ＴＩＲによってバックライトアセンブリに向かってより反射されやすい挟角θ_Pとθ_Bとを有する。両方の場合とも、バックライトアセンブリに到達すると、光の一部分は「再循環される」とともに、より望ましい角度で構造化光学フィルム３０から脱出可能にする角度で構造化光学フィルム３０に戻される。

高角度ロブでプリズム３６によって配光された光の再捕獲および再循環を容易にするために、ファセット４０および４２により形成された角度θ_Pは約７０°〜約１１０°の範囲であることが好ましいとともに、約９０°〜約１１０°の範囲であることがより好ましい（約９６°の角度が最も好ましい）。これらの好適な角度で互いに位置決めされたファセット４０および４２は、高角度光線の再捕獲の最大可能性を生じる。さらにまたファセット４０および４２はこれらの好適な角度で位置決めされて、高角度ロブのプリズム３８からの光線の脱出を最小限に抑える。本発明による光学フィルム３０において、法線Ｎから７５°より大きい角度の光の強度は実質的に排除される。特に本発明による光学フィルム３０を含むシステムにおいて、法線Ｎから約７５°より大きい角度の光強度は、法線Ｎに沿った光強度の約１０％未満である。

図２Ａ〜２Ｃに示されているようなプリズム３６および３８の周期パターン（すなわち単位セル構成）は単に例であり、他のパターンを用いてもよい。例えばより少ないまたはより多いプリズム３６をプリズム３８間に配置し得る。プリズム３８間の追加空間で（すなわち追加プリズム３６）捕獲される高角度光線はより少ないが、プリズム３６が利得を最大化するような形状に形成されているため、追加プリズム３６は利得の増加を可能にする。一般により大きいプリズム３８がより小さいプリズム３６と等間隔で散在している。

光学フィルム３０が従来のフィルムを超える高角度光線の低減のため、大きなプリズム３８のみ（すなわち大きなプリズム３８間に散在する小さいプリズム３６はない）を含み得ることに注意することも重要である。これはプリズム３８自体が高角度ロブの光線の配光を低減するような形状に形成されているためである。この実施形態は図３に光学フィルム６０として示されている。一般に光学フィルム３０内のプリズム３８に関して説明したパラメータは光学フィルム６０内のプリズム３８に適用可能である。しかしこの実施形態の場合、挟角θ_Pは従来のフィルムを超える高角度の光線の低減を生じるように９０°より大きいことが好ましい（約９６°の角度が最も好ましい）。また図３は望ましくない角度でプリズム３８に到達するとともに、高角度で光学フィルム６０から透過されるのではなく、ＴＩＲによりバックライトアセンブリに向かって戻されるように反射される光線７０を示す。

さらにまたプリズム３８のすべてが同一の高さである、またはプリズム３６のすべてが同一の高さであることは必要ない。様々な理由のため、これらの高さは変更され得る。しかし輝度を上昇するフィルムの効果を最大化するためには、それらがすべて同一の高さであるか多数の高さを有するにかかわらず、プリズム間にランドスペースがないことが好ましい。いくつかの大きさのレベルでプリズム間の谷部が平坦または丸いがことは理解されるが、用語「ランドがない」が標準的な加工および成型技術の観点で谷部がかなり鋭利な角部であることを意味することは理解されるものとする。

本発明の要旨と範囲とから逸脱することなく、プリズム３６および３８の様々なパラメータが調整され得ることも留意すべきである。例えばプリズム３６の第１の高さｈ₁およびプリズム３８の第２の高さｈ₂をシステム要件として調整し得るとともに、仕様書は利得と高角度光線の再捕獲とを調整するように指示している。またプリズム３６の第１の高さｈ₁およびプリズム３８の第２の高さｈ₂はそれらの頂部の長さに沿って（すなわちＺ軸に沿って）変化し得る。さらにまたプリズム３６および３８は概して平坦なファセットを有して図２Ａ〜２Ｃおよび３に示されているが、本発明が光学的に有用な形状で形成されたプリズムとファセットとを有する構造化光学フィルムを含むことは理解されよう。例えばプリズム３６および３８は丸い谷部、湾曲ファセット等などの変化を含み得る。換言すれば本発明は、光を再捕獲するとともに再指向してより望ましい角度で透過させることにより、高角度ロブで配光される光を低減する任意の構造化光学フィルムで有用である。

本発明による構造化光学フィルムを製造するために用いられる特定の材料は変わり得るが、高い光透過性を確保するために材料が実質的に透明であることが重要である。例えばアクリル類、ポリカーボネート類、アクリレート、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等などの、この目的のための有用な高分子材料が市販されている。特定の材料が重要ではないが、より高い屈折率を有する材料が概して好ましい。より具体的には１．５より大きい屈折率を有する材料が最も好ましい。構造化光学フィルムを形成するための有用な材料は米国特許第５，１７５，０３０号明細書（ルー（Ｌｕ）ら）および同第５，１８３，５９７号明細書（ルー（Ｌｕ））で検討されている。

本発明による構造化面フィルムは、圧縮成形、射出成形または押し出し成形などの任意の適当な成型プロセス、または上記のルー（Ｌｕ）特許に記載されているような鋳造および硬化プロセスにより製造され得る。フィルムが鋳造および硬化プロセスによって製造される場合には、上に構造が形成される基板はアクリル、ポリカーボネート、またはポリエステルなどの任意の適当な材料であり得る。他の実施形態において基板は、構造化面輝度上昇フィルムの有益な効果を反射型偏光板のものと組み合わせるために、米国特許で教示されているような多層反射型偏光板、またはコレステリック反射型偏光板であってもよい。代替的には製造方法に関係なく、反射型偏光板をフィルムに積層することもできる。さらにまた反射型偏光板の有無に係わらず、より良好な歪曲耐性を提供するために、プラスチックまたはガラスの比較的硬質なシートを積層してフィルムにすることもできる。

図４は本発明による構造化光学フィルムの一層を有利に用いることができる一用途を図示する。この用途はバックライト付き光学ディスプレイアセンブリ８０である。光学ディスプレイアセンブリ８０はディスプレイパネル８２と、本発明による構造化光学フィルム８４とを含む。光学ディスプレイアセンブリ８０は、ディスプレイパネル８４を見るのに外光が不十分である状況で用いるバックライトアセンブリ８６も含む。バックライトアセンブリ８６は概して楔状またはスラブ状であることが好ましいが、限定されないがダイレクトリットタイプアセンブリ（例えばダイレクトリット液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）テレビ）、表面発光タイプアセンブリ、フラット・エッジリットタイプアセンブリ等を始めとする、任意の形状またはタイプのバックライト光源を図示のバックライトアセンブリの代わりに用い得ることは留意すべきである。バックライトアセンブリ８６は構造化光学フィルム８４に光学的に結合され、または一体であり得る。さらにまた光学ディスプレイアセンブリ８０はその最も単純な形状で示されており、追加の光学的に有用な層を、ディスプレイパネル８２と構造化光学フィルム８４との間、構造化光学フィルム８４とバックライトアセンブリ８６との間、およびバックライトアセンブリ８６の下方に光学ディスプレイアセンブリ８０内に組み込み得る。このような光学的に有用な層の例には、反射型偏光板、拡散板、カバーシート、および反射体層があるがこれらに限定されない。これらの光学的に有用な層は構造化光学フィルム８４に光学的に結合され、または一体であり得る。

構造化光学フィルム８４は図２Ａ〜２Ｃおよび３に関して以上に説明した本発明の実施形態（またはその変形例）のいずれかの概念的表示である。構造化光学フィルム８４は、構造化面がディスプレイパネル８２に面するとともに平面がバックライトアセンブリ８６に面する状態で、ディスプレイパネル８２とバックライトアセンブリ８６との間に配置されていることが好ましい。構造化光学フィルム８４のより大きい光指向突起９０は、高角度ロブでより小さい光指向突起９２により配光された光を、バックライトアセンブリ８６に向かって戻るように再指向する。さらにまたより大きい光指向突起自体が高角度ロブの光線の配光を低減するような形状に形成されている。再指向された光はその後、バックライトアセンブリ８６によって構造化光学フィルム８４に向かって反射されてより望ましい角度でディスプレイパネル８４へ再透過される場合「再循環される」。これがより短い光指向突起の高角度出力の低減の結果として、好適な視認角度におけるディスプレイのコントラストを改善するとともに輝度を増加することができる。

図５は従来の構造化光学フィルム１０（図１Ａおよび１Ｂに示すような）に関する光度分布プロット１００と、本発明による構造化光学フィルム３０（図２Ａ〜Ｃに示すような）に関する光度分布プロット１１０とを示す。光度分布プロット１００および１１０は、フィルム法線Ｎに対する様々な角度対ワット／ステラジアン（Ｗ／ｓｒ）単位のこれらの角度における放射強度を描いている。図５内の水平軸に沿った様々な角度に関して、０°はフィルム法線Ｎに沿って（すなわち図１Ａ、１Ｂおよび図２Ａ〜ＣのＹ軸に沿って）いるとともに、±９０°はフィルム法線Ｎに直交して（すなわち図１Ａ、１Ｂおよび図２Ａ〜ＣのＸ軸に沿って）いる。図５のプロットに関する放射強度は図４に示したものと同様なシステムで算出され、バックライトアセンブリ８６は配光を提供するとともに、それと一緒に放射強度検出器がディスプレイパネル８２の構造化光学フィルム８４とは反対側に配置されている。プロットはフィルム法線Ｎに対して様々な角度における図１Ａ、１Ｂ内、２Ａ〜Ｃ内のＸＹ面に沿った光の算出放射強度を表わす。

光度分布プロット１００は、プリズム１６が９０°の挟角θ_Sを有する構造化光学フィルム１０に関して示されている。プロット１００により示されるように、ピーク放射強度１０２は０°で、または光学フィルム１０の法線Ｎに沿って発生する。光学フィルム法線Ｎからの角度が増加すると、放射強度は法線Ｎからおよそ±４５まで低下する。この地点で光学フィルム１０により高角度ロブで分配された光（例えば図１Ｂの光線２４）は好適な視認角度外で光強度増加領域を生じる。プロット１００により示されるように、放射強度の増加は約±４５°〜±９０°の角度で発生する。これらの高角度における高放射強度はディスプレイのコントラストを低下するとともに、ディスプレイの好適な視認角度外の望ましくない輝度領域を生じ得る。さらにまた高角度ロブは、これらの光線が再循環および好適な視認角度で再透過されずに構造化光学フィルム１０を脱出するため、好適な視認角度内の光強度を低下させる。

光度分布プロット１１０は本発明による構造化光学フィルム３０に関して示されている。プロット１１０は以下の構成パラメータ、挟角θ_Pが９６°、挟角θ_Bおよびθ_Sが９０°、および曲率半径ｒ_Cが６μｍ、を含む構造化光学フィルム３０に関するものである。プロット１１０により示されるように、ピーク放射強度１１２も０°で、または光学フィルム３０の法線Ｎに沿って発生する。光学フィルム法線Ｎからび角度が増加すると、放射強度は法線Ｎから約−５５°および５５°まで低下する。この地点で法線Ｎから増加する角度の放射強度は実質的に一定である。高角度において光学フィルム３０から少量の光が脱出するため、小さい増加放射強度領域１１４が法線Ｎから±６０°より大きい角度で発生する。しかしこれらの角度における強度の降下は従来の光学フィルム１０に関して顕著である。

比較すると、従来の構造化光学フィルムに対して本発明の構造化光学フィルムの利点を実証するようにメリット関数を画定することができる。メリット関数は±７５°における（すなわち高視射角における）放射強度に対する最大放射強度（０°またはフィルム法線Ｎに沿った）の比として画定される。図５に示すように従来の構造化光学フィルム１０（プロット１００）の場合、０°における放射強度は０．２９８５Ｗ／ｓｒであるとともに、±７５°における放射強度は０．０５１Ｗ／ｓｒである。このためメリット関数は（０．２９８５Ｗ／ｓｒ）／（０．０５１Ｗ／ｓｒ）＝５．８５２９である。

本発明による構造化光学フィルム３０（プロット１１０）の場合、０°における放射強度は０．２９５３Ｗ／ｓｒであるとともに、±７５°における放射強度は０．０２６Ｗ／ｓｒである。このためメリット関数は（０．２９５３Ｗ／ｓｒ）／（０．０２６Ｗ／ｓｒ）＝１１．３５８である。ピーク放射強度１１２はピーク放射強度１０２より若干小さいが、光学フィルム３０内の±７５°における放射強度は、光学フィルム１０内の±７５°における放射強度のほぼ半分である。このため本発明による構造化光学フィルムからの高角度光線出力の低下は顕著である。

さらなる比較のために、図６は従来の構造化光学フィルム１０および本発明による光学フィルム３０のメリット関数対利得の散布図である。上述したように利得とは、輝度上昇フィルムを備えたバックリットディスプレイの軸上輝度（すなわち、ディスプレイに垂直方向の輝度）対フィルムのないディスプレイの軸上輝度の比を指す。

図１Ａおよび１Ｂに関して説明したように、従来の構造化光学フィルム１０は挟角α_Pを有する。散布プロット１２０は９０°の挟角α_Pと鋭い頂部１９とを備えるプリズム１６を有する光学フィルム１０に関する。上記に決定されたように、この構成を備える構造化光学フィルム１０は５．８５２９のメリット関数を有する。さらにまたこの構成を備える構造化光学フィルム１０は、約１．６１の利得を有する。この点は散布プロット１２０として図６にプロットされている。

図６の残りの散布プロット１２５は、本発明による構造化光学フィルム３０に関するメリット関数対利得を示す。散布プロット１２５を生成するために、構造化光学フィルム３０の挟角θ_Pを変動させたところ、光学フィルム３０のメリット関数および利得の変化を生じた。プリズム３６の挟角θ_Sおよびプリズム３８の挟角θ_Bを９０°に維持するとともに、曲率半径ｒ_Cを６μｍに維持した。図示のようにプリズム３８の形状の変化により利得は若干低下するが、メリット関数の増加は従来の構造化光学フィルム１０に比べて非常に大きい。換言すれば高視射角における（すなわち±７５°より大きい角度における）放射強度の相対的低下は、フィルム法線に沿って利得および強度の最小損失で従来の構造化光学フィルム１０に顕著である。これは高角度出力の低減の結果として、好適な視認角度におけるディスプレイのコントラストを改善するとともに輝度を増加することができる。

要約すれば従来の光学フィルムは、ディスプレイ内を通る法線軸に対して許容角度範囲外で一部の光を光学ディスプレイから出射させる。これらの高角度光線は、好適な視認角度内の可能な追加輝度を損ねるとともにディスプレイのコントラストを低減し得る、好適な視認角度外の望ましくない輝度領域を生じる。本発明はこれらの高角度光線を再循環して構造化フィルムに戻し、望ましい角度範囲で透過させる輝度上昇物品である。輝度上昇物品は複数の光指向突起を含む構造化面を有する。構造化面が複数の第１の光指向突起と複数の第２の光指向突起とを含むことが好適である。第１の光指向突起の各々は第１の高さを有するとともに、高角度ロブと概して構造化面に垂直なロブとを有する光分布を生じる。第２の光指向突起は第１の光指向突起に対して配置されている。第２の光指向突起の各々は第１の高さより大きい第２の高さと、第１の光指向突起により高角度ロブで配光された光を再指向する形状とを有する。さらにまた第２の光指向突起は、望ましくない角度でバックライトアセンブリから直接第２の光指向突起に到達する光線が高視射角で光学フィルムから透過されるのではなく、バックライトアセンブリに向かって戻るように反射されやすいような形状を有する。

好適な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者には本発明の要旨と範囲とから逸脱することなく形状および細部に変更をなし得るということは認識されよう。

従来の構造化光学フィルムの斜視図である。図１Ａの従来の構造化光学フィルムの断面図である。本発明による構造化光学フィルムの斜視図である。構造化光学フィルムの様々なパラメータを示す、図２Ａの構造化光学フィルムの部分断面図である。様々な角度で構造化光学フィルムに入射する光線の挙動を示す、図２Ａの構造化光学フィルムの部分断面図である。本発明の他の実施形態による構造化光学フィルムの部分断面図である。本発明による構造化光学フィルムを組み込んだ光学ディスプレイアセンブリの断面図である。図１Ａおよび１Ｂの従来の構造化光学フィルムに関する、および図２Ａ〜２Ｃに示す本発明による構造化光学フィルムに関する光度分布プロットである。従来の構造化光学フィルムおよび本発明による光学フィルムの、メリット関数対利得の散布図である。

Claims

複数の第１の光指向突起を備え、
前記第１の光指向突起が頂部と底部とを含み、前記頂部が第１の対のプリズムファセットにより画定される丸い輪郭を有するとともに、前記底部が第２の対のプリズムファセットにより画定され、前記第１の対のプリズムファセットが第１の挟角を有するとともに、前記第２の対のプリズムファセットが第２の挟角を有し、さらに前記第１の挟角が前記第２の挟角とは異なる、構造化面を有する光学システム内で用いる輝度上昇物品。
前記第１の挟角が９０°より大きいとともに、前記第２の挟角が約９０°である請求項１に記載の輝度上昇物品。
前記頂部が約１０．５μｍ未満の曲率半径を有する請求項１に記載の輝度上昇物品。
前記構造化面が約１．５を超える屈折率を有する材料で作製されている請求項１に記載の輝度上昇物品。
前記第１の光指向突起より高さが小さい複数の第２の光指向突起をさらに備え、前記第２の光指向突起が前記第１の光指向突起で挟まれているとともに、高角度ロブと前記構造化面の法線に対して好適な角度のロブとを有する配光を生じ、前記第２の光指向突起により高角度ロブで配光された光が、前記第１の光指向突起により再指向されて好適な角度で再透過される請求項１に記載の輝度上昇物品。
前記第２の光指向突起が、前記第１の光指向突起で周期的に挟まれている請求項５に記載の輝度上昇物品。
少なくとも１つの第２の光指向突起が、隣接する第１の光指向突起間に配置されている請求項５に記載の輝度上昇物品。
前記第１の挟角が９０°より大きいとともに、前記第２の挟角が約９０°である請求項５に記載の輝度上昇物品。
前記第２の光指向突起の各々が、約９０°の挟角を有する２つのプリズムファセットにより画定される頂部を含む請求項５に記載の輝度上昇物品。
前記第２の対のプリズムファセットの切断高さが、前記複数の第２の光指向突起の高さと実質的に同様である請求項５に記載の輝度上昇物品。
前記構造化面が約１．５を超える屈折率を有する材料で作製されている請求項５に記載の輝度上昇物品。
前記第１の突起が、前記第２の突起の高さの少なくとも１．５倍の高さを有する請求項５に記載の輝度上昇物品。
前記第１の突起が前記第２の突起の高さの少なくとも２倍の高さを有する請求項１２に記載の輝度上昇物品。
前記第１の突起が前記第２の突起の高さの少なくとも３倍の高さを有する請求項１３に記載の輝度上昇物品。
前記突起間にランドがない請求項１に記載の輝度上昇物品。
バックライト光源から離れる方向に面するとともに、輝度上昇物品に対して垂直な軸から約７５°より大きい角度の配光ロブを実質的に排除するように形成された複数の光指向突起を有する構造化面を有する、バックライト光源を有する光学システム内で用いる輝度上昇物品。
前記複数の光指向突起が、
各々高角度ロブと前記構造化面の法線に対して好適な角度のロブとを有する配光を生じる複数の小さいプリズムと、
各々前記高角度ロブで前記小さいプリズムにより配光された光を再指向するように配置且つ形成された、前記小さいプリズムで周期的に挟まれた、複数の大きいプリズムとを備える請求項１６に記載の輝度上昇物品。
前記大きいプリズムが頂部と底部とを含み、前記頂部が第１の対のプリズムファセットにより画定されるとともに前記底部が第２の対のプリズムファセットにより画定される請求項１７に記載の輝度上昇物品。
前記第１の対のプリズムファセットが、前記第２の対のプリズムファセットと一体である請求項１８に記載の輝度上昇物品。
前記第１の対のプリズムファセットが第１の挟角を有するとともに、前記第２の対のプリズムファセットが第２の挟角を有し、さらに前記第１の挟角が前記第２の挟角とは異なる請求項１８に記載の輝度上昇物品。
前記第１の挟角が９０°より大きいとともに、前記第２の挟角が約９０°である請求項１９に記載の輝度上昇物品。
前記頂部が丸い輪郭を有する請求項１８に記載の輝度上昇物品。
前記小さいプリズムが前記大きいプリズムの高さの３０％未満である高さを有する請求項１７に記載の輝度上昇物品。
前記複数の光指向突起が、
頂部と底部とを含む複数の多面プリズムを備え、前記頂部が第１の対のプリズムファセットにより画定される丸い輪郭を有するとともに、前記底部が第２の対のプリズムファセットにより画定され、前記第１の対のプリズムファセットが第１の挟角を有するとともに、前記第２の対のプリズムファセットが第２の挟角を有し、さらに前記第１の挟角が前記第２の挟角とは異なる請求項１６に記載の輝度上昇物品。
前記第１の挟角が９０°より大きいとともに、前記第２の挟角が約９０°である請求項２４に記載の輝度上昇物品。
ディスプレイパネルと、
バックライトアセンブリと、
構造化面が前記ディスプレイパネルに面している状態で、前記バックライトアセンブリと前記ディスプレイパネルとの間に配置された光学フィルムとを備え、
前記構造化面が、前記光学フィルムに垂直な軸から約７５°より大きい角度のロブの配光を防止するように構成された複数の光指向突起を有する光学ディスプレイアセンブリ。
前記ディスプレイパネルが液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である請求項２６に記載の光学ディスプレイアセンブリ。