JP2008527632A - 凹形のピラミッド状構造体を備える構造化表面を有する光学フィルム - Google Patents

Abstract

構造化表面（１０ｃ）を有する光学フィルム（６ｃ）であって、構造化表面（１０ｃ）は複数の凹形のピラミッド状構造体（８ｃ）を含み、各構造体が、少なくとも２つの第１の辺および少なくとも２つの第２の辺を含む基部を有する、光学フィルム（６ｃ）が開示されている。さらに、例えば、光学フィルムの第１の表面が光源からの光を受光するように配置され、構造化表面が光源とは反対側を向くように光学フィルムを組み込んだ光学装置が開示されている。

Description

本発明は一般的に、複数のピラミッド状の凹形構造体を有する光透過性光学フィルムおよびそのような光学フィルムを組み込んだ光学装置に関する。

液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）は、例えば、テレビ、携帯端末、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、およびコンピュータ用モニタなど、様々な用途に使用される。ＬＣＤには、重量、ユニットの大きさおよび消費電力の削減のほか、明るさの増大といった、従来の陰極線管（「ＣＲＴ」）ディスプレイを上回る利点がいくつかある。しかしながら、ＬＣＤは自発光式ではないので、一部の用途においては、バックライト組立体、すなわち「バックライト」を必要とする。バックライトは一般に、実質的に線状の光源（例えば、冷陰極管（「ＣＣＦＴ」））や発光ダイオード（「ＬＥＤ」）からの光を実質的に平面状の出力部に結合する。次に平面状の出力部はＬＣＤに結合される。

ＬＣＤの性能は、その明るさによって判断されることが多い。光源を多く使用するか、または明るい光源を使用することによって、ＬＣＤの明るさを向上させてもよい。広面積のディスプレイにおいては、しばしば直接照射型ＬＣＤバックライトを使用して明るさを維持する必要がある。これは、光源に利用できる空間は外周に対して直線的に増大するものの、照射領域は外周の二乗で増大するからである。それゆえ、液晶テレビは一般に、ライトガイドエッジ照射型ＬＣＤバックライトの代わりに、直接照射型バックライトを使用するのである。追加の光源および／または明るい光源はエネルギーをより多く消費し、それは、ディスプレイ装置への割り当て電力を減少できる能力に反する。携帯機器では、これは電池寿命の短命と関連付けられるかもしれない。また、光源をディスプレイ装置に加えることによって、製品原価を上げるかもしれず、かつディスプレイ装置の信頼性の減少をもたらす場合もある。

ＬＣＤの明るさはまた、ＬＣＤ内で利用可能な光を効率よく利用する（例えば、ディスプレイ装置内で利用可能な光のより多くを好ましい視軸に沿うように向ける）ことによって、向上するかもしれない。例えば、３Ｍ社（３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できるビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）輝度上昇フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）（「ＢＥＦ」）はプリズム状表面構造を有し、そのプリズム状表面構造は、視野範囲の外側にある光の一部を実質的に視軸に沿うように再指向させ、かつＢＥＦとバックライトとの間の光の一部を多重反射によって再循環させる。これにより、実質的に視軸に沿って光学利得がもたらされ、かつまた、ＬＣＤの照明の空間的均一性が改善される。それゆえ、ＢＥＦは、明るさを向上し空間的均一性を改善するので、有利である。電池式の携帯機器では、これは、稼働時間が長いかまたは電池の大きさが小さく、かつよりよい視聴感を与えるディスプレイとなり得る。

本開示の例示的な一実装例は、光源と、光源からの光を受光するように配置された第１の表面および光源とは反対側を向いている構造化表面を有する光学フィルムとを含む光学装置に関する。構造化表面は複数の凹形のピラミッド状構造体を含み、各構造体は、少なくとも２つの第１の辺および少なくとも２つの第２の辺を含む基部を有する。

例示的な別の実装例においては、本開示は、第１の表面および構造化表面を有する光学フィルムに関する。構造化表面は、複数の凹形のピラミッド状構造体を含み、各構造体は、少なくとも２つの第１の辺および少なくとも２つの第２の辺を含む基部を有する。少なくとも１つの凹形のピラミッド状構造体の第１および第２の辺の少なくとも１つは、少なくとも１つの他の凹形のピラミッド状構造体の第１および第２の辺の少なくとも１つからずれている。

さらに別の例示的な実装例においては、本開示は、第１の表面および構造化表面を有する光学フィルムに関する。構造化表面は、複数の凹形のピラミッド状構造体を含み、各構造体は、第１の方向に沿って互いに対向して配置された少なくとも２つの第１の辺、および第２の一般的な方向に沿って互いに対向して配置された少なくとも２つの第２の辺を含む基部を有する。少なくとも１つの凹形のピラミッド状構造体の第１および第２の方向の少なくとも一方が、少なくとも１つの他の凹形のピラミッド状構造体のそれぞれの方向とは異なる。

本発明に関係する当業者が、本発明をいかに製造し、使用するかについてより容易に理解するように、その例示的な実施形態を以下に図面を参照して詳細に説明する。

本開示は、光源からの光の分布を制御可能で、いくつかの例示的な実施形態においては、異なる２方向に沿って光の分布を制御可能な光学フィルムに関する。本開示による光学フィルムは、ＬＣＤバックライト（例えば、図１Ａ〜１Ｄに示すバックライト）のための光分布の制御に有用であるかもしれない。

図１Ａ〜１Ｄは、ＬＣＤに使用されてもよいバックライトなどの光学装置の例をいくつか示す。図１Ａは、バックライト２ａを示す。バックライト２ａは、バックライトの異なる側面または端部から光をもたらす、１つ以上の冷陰極管（「ＣＣＦＴ」）やＬＥＤアレイなどの光源４ａと、光源４ａの周りに配置されたランプリフレクタ４ａ’と、実質的に平面状のライトガイドとして示しているライトガイド３ａと、背面リフレクタ３ａ’と、任意の適切な光学フィルムでよい光学フィルム３ａ”とを含む。図１Ｂは、１つ以上のＣＣＦＴやＬＥＤアレイなどの光源４ｂと、光源４ｂの周りに配置されたランプリフレクタ４ｂ’と、くさび状のライトガイドとして示しているライトガイド３ｂと、背面リフレクタ３ｂ’と、任意の適切な光学フィルムでよい光学フィルム３ｂ”とを含むバックライト２ｂを示す。図１Ｃは、拡張光源４ｃとを含むバックライト２ｃを示す。例示的な適切な拡張光源は、表面放出型光源を含む。図１Ｄは、３つ以上の光源（例えばＣＣＦＴやＬＥＤ）４ｄと、背面リフレクタ５ａと、拡散板４ｄ’と、任意の適切な光学フィルムでよい光学フィルム４ｄ”とを含むＬＣＤバックライト２ｄを示す。

そのようなバックライトは、様々な光学装置、および特に、ＬＣＤ装置（例えば、テレビ、モニタなど）などのディスプレイ装置に使用されてもよい。当業者が理解するように、ディスプレイ装置は、ウィンドウを有するケースと、ケース内に置かれたバックライトと、本開示による光学フィルムと、光学フィルムと光学ウィンドウとの間に置かれたＬＣＤパネルなどのライトバルブ構成体とを含んでもよい。本開示による光学フィルムを、当業者に公知の任意の他の光源と併せて使用してもよく、かつディスプレイ装置は、任意の他の適切な要素を含んでいてもよい。

図２は、バックライト２ｅおよび本開示による光学フィルム６ａの断面図を示す。バックライト２ｅは、光源４ｅと、ライトガイド３ｃと、背面リフレクタ５ｂとを含んでもよい。光学フィルム６ａを、バックライト２ｅの上に配置してもよい。本開示による光学フィルム６ａは、実質的に平面でよい第１の表面１４ａと、構造化表面１０ａと、いくつかの例示的な実施形態においては、基板部分１２ａとを含む。光学フィルム６ａは、いくつかの実施形態においては第１の表面または基板部分１２ａに実質的に垂直で、その他の例示的な実施形態においては第１の表面または基板部分１２ａに対して異なる角度をなす軸によって特徴付けられてもよい。第１の表面または基板部分に対する軸の角度は、ディスプレイの平面に対するディスプレイの主要な視野方向によって決定される。

構造化表面１０ａは、逆ピラミッドなどの複数のピラミッド状の凹形構造体８ａを含み、それは、いくつかの例示的な実施形態においては矩形ベースの逆ピラミッドである。その他の例示的な実施形態においては、ピラミッド状の凹形構造体８ａは正方形ベースの逆ピラミッドであることもできる。構造体８ａは、構造化表面１０ａに互いに近接近して、およびいくつかの例示的な実施形態においては、互いに実質的に接触して（例えば、直接隣接して）配置されてもよい。構造体８ａは、二次元的に互いに整列されても、互いにずれていても（角度的に、横方向にまたは双方に）、または不規則に分布して配置されてもよい。構造体８ａの適切なずらした配置は、本明細書と同日付出願の共有の米国特許出願、表題「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｍ Ｈａｖｉｎｇ ａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗｉｔｈ Ｏｆｆｓｅｔ Ｐｒｉｓｍａｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、代理人整理番号５９５４７ＵＳ００２に説明されており、その開示は、本開示と矛盾しない範囲において、参照により本明細書に援用される。

いくつかの例示的な実施形態においては、構造体８ａを、光学フィルム６ａの利得が少なくとも約１．１であれば、適切な任意の距離で互いに間隔をあけて配置してもよい。例えば、構造体が構造化表面１０ａの所定有効面積の少なくとも約５０％を占める範囲で、構造体８ａを間隔をあけて配置してもよく、またはその他の例示的な実施形態においては、構造体が構造化表面１０ａの所定有効面積の約１８％以上を占める範囲で、構造体８ａをさらに間隔をあけて配置してもよい。本開示のいくつかの例示的な実施形態においては、光学利得が少なくとも約１．２、少なくとも約１．３、または少なくとも約１．５であることが期待される。

本開示において、用語「利得」は、本開示に従って構成された光学フィルムを有する光学系の軸方向出力の輝度の、そのような光学フィルムのない同じ光学系の軸方向出力の輝度に対する比を示すとする。本開示の典型的な実施形態においては、凹形のピラミッド状構造体の大きさ、形状および角度を、少なくとも１．１の光学利得を生じるように選択する。さらに、凹形のピラミッド状構造体の間隔、大きさ、形状および角度を、光の所望の出力分布に基づいて選択してもよいが、構造体は、回折を引き起こす程に小さくするべきではなく、および構造体の寸法の少なくとも１つは、肉眼で見える程に大きくするべきでない。後者の現象は、一般に約１００または１５０ミクロン以上の大きさの凹形構造体で生じる。直接照射型バックライトおいて使用するのにとりわけ適切ないくつかの例示的な実施形態においては、ピラミッド状の凹形構造体の間隔、大きさ、形状および角度を、本開示の光学フィルムが、光源を視聴者から見えないように選択することができる。

図２に示す本開示による例示的な実施形態においては、構造化表面１０ａは基板部分１２ａの上に配置される。当業者が理解するように、光学フィルム６ａを使用して、バックライト２ｅから出射される光線の方向を変更したり、またはいくつかの例示的な実施形態においては、該光線の他の特徴を変更してもよい。例えば、本開示のいくつかの実施形態によって、光学フィルム６ａのピラミッド状の凹形構造体８ａを使用して光の角度的な広がりの制御ができるようになる。

本開示のいくつかの例示的な実施形態においては、基板部分１２ａは、構造化表面１０ａの光学的特徴とは異なる付加的な光学的特徴を有する光学フィルムを含んでもよい。例えば、光学フィルムは、構造化表面１０ａが光を操作する方法とは異なる方法で光を操作してもよい。そのような操作としては、本開示の光学フィルムに入る光の偏光、拡散または付加的な再指向（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）が挙げられる。そのような付加的な特徴のある例示的な適切なフィルムとしては、これに限定されないが、偏光フィルム、光拡散フィルム、ＢＥＦなどの輝度上昇フィルム、ターニングフィルム（ｔｕｒｎｉｎｇ ｆｉｌｍ）およびそのいずれかの組み合わせが挙げられる。ターニングフィルムは、例えば、反転プリズムフィルム（例えば、逆ＢＥＦ）、または反転プリズムフィルムの構造と全体的に類似した方法で光を再指向させる、別の構造であってよい。いくつかの例示的な実施形態においては、基板部分１２ａは、例えば、ビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｙ）（登録商標）デュアル輝度上昇フィルム（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）（「ＤＢＥＦ」）などの多層反射偏光子である直線状の反射偏光子、またはビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（登録商標）拡散反射偏光フィルム（Ｄｉｆｆｕｓｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ Ｆｉｌｍ）（「ＤＲＰＦ」）などの連続相と分散相を有する拡散反射偏光子を含んでもよい（双方とも３Ｍ社から入手可能）。その他の例示的な実施形態においては、基板部分は、ポリカーボネート層（「ＰＣ」）、ポリメチルメタクリレート層（「ＰＭＭＡ」）、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）または当業者に公知の任意の他の適切なフィルムや材料を含んでもよい。

図３Ａおよび３Ｂは、本開示による光学フィルム６ｃの例示的な一実施形態を示す。構造化表面１０ｃおよび基板部分１２ｃは、図３Ａおよび３Ｂに示すような単一フィルムの一部であってよい。構造化表面は、角度的にだけでなく横方向に互いに対してずれている複数のピラミッド状の凹形構造体８ｃを含んでもよい。いくつかのそのような例示的な光学フィルムにおいては、凹形構造体８ｃを不規則に分布するように配置できる。この例示的な実施形態においては、構造体８ｃは、矩形のベースを有する逆ピラミッド形状である。当業者が理解するように、構造化表面１０ｃおよび基板部分１２ｃを単一部品として形成して光学フィルム６ｃを提供してもよいし、またはそれらを別個に形成してから結合させて、単一部品を提供してもよい。光学フィルム６ｃは、これに限定されないが、エンボス加工法、鋳造法、圧縮成形法、およびバッチ処理法を含めて、当業者に公知のいかなる方法で製造されてもよい。

本開示による光学フィルムの例示的な製造方法においては、微細構造成形ツール、および任意に中間成形ツールを用いて、光学フィルム（例えば光学フィルム６ｃ、６ｄまたは６ｅ）を形成してもよい。微細構造成形ツールは、例えば、適切な基板上に２方向に溝を切削することによって作られる。当業者が理解するように、得られる微細構造成形ツールは、所望の光学フィルムに似た複数のピラミッド状構造体を含む。切削深さおよび各切削間の間隔は、先端が尖っている、平坦な、または頂点に沿って線が鋭い、いずれの構造体が望ましいかどうかによって、および他の関連するパラメータによって調整してもよい。

微細構造成形ツールに対して反転または反対の構造を有する中間成形ツール（例えば凸形のピラミッド状構造体）を、例えば、電気めっき方法またはポリマー複製法（ｐｏｌｙｍｅｒ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）を使用して微細構造成形ツールから製造してもよい。中間成形ツールを、例えば、ポリウレタン、ポリプロピレン、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ＵＶ硬化樹脂などを含むポリマーで構成してもよい。中間ツールは剥離層で被覆され、最終品の光学フィルムの剥離を促進するようにしてもよい。

当業者が理解するように、中間成形ツールを使用して、直接複製またはバッチ処理によって光学フィルム（例えば、光学フィルム６ｃ、６ｄまたは６ｅ）を製造してもよい。例えば、中間成形ツールを使用して、射出成形、紫外線硬化、または圧縮成形などの熱可塑性成形のような方法によって、光学フィルム６ｃをバッチ処理してもよい。本開示による光学フィルムは、当業者に公知の任意の適切な材料、例えば、シリカベースのポリマーなどの無機材料、ならびにモノマー、コポリマー、グラフト化ポリマー、およびその混合物あるいはブレンドを含むポリマー材料などの有機材料でできているか、またはそれを含んでもよい。いくつかの例示的な実施形態においては、構造化表面を担持する部分は、基板部分よりも低い屈折率である材料から形成してもよい。そのような例示的な実施形態においては、屈折率が約１．６６のポリエチレンテレフタレートの基板部分の場合の、構造化表面を担持する部分の好ましい屈折率の範囲は、約１．５５〜約１．６５であり、その場合は、屈折率が約１．５８のアクリルである。

図４Ａおよび４Ｂは、本開示による光学フィルム６ｄの例示的な実施形態を示す。図４Ａは概略的な斜視図であり、および図４Ｂは概略的な側面図である。光学フィルム６ｄの例示的な実施形態は、構造化表面１０ｄの上に複数の凹形のピラミッド状構造体８ｄを含む。この例示的な実施形態においては、凹形のピラミッド状構造体８ｄは矩形のベースを有し、追加的な平面２６ａを含む。これらの例示的な構造体８ｄは、互いに実質的に平行に、かつ実質的に接触して（例えば、直接隣接して）整列されている。図５Ａおよび５Ｂは、ずれて分布している複数の凹形のピラミッド状構造体８ｅを含む光学フィルム６ｅの別の例示的な実施形態を示す。例示的な構造体８ｅはそれぞれ、正方形のベースを有し、互いに実質的に接触して（例えば、直接隣接して）配置されている。本開示の他の例示的な実施形態においては、構造体８ｄ／８ｅは、光学フィルムの利得が１．１以上であれば、互いに離隔して位置決めされてもよい。

図４Ａおよび４Ｂに概略的に示すように、光学フィルム６ｄは２つの別個の部分、構造化表面１０ｄを有する部分と基板部分１２ｄとから形成されてもよい。この構造を、例えば、基板部分を硬化材料によって被覆し、構造化表面に硬化材料を与えて、そして光学フィルム６ｄを硬化することによって形成してもよい。代わりに、光学フィルム６ｅの構造化表面１０ｅを有する部分および基板部分１２ｅは、例えば、図５Ａおよび５Ｂに示すように、適切な接着剤２８によって接合された２つの別個のフィルムであってよい。接着剤２８としては、これに限定されないが、感圧接着剤（ＰＳＡ）や紫外（ＵＶ）線硬化性接着剤が挙げられる。

図６Ａ〜６Ｃに、本開示による光学フィルム６ｆの個別の凹形のピラミッド状構造体８ｆを示す。図６Ａは、凹形のピラミッド状構造体８ｆの平面図を示す。構造体８ｆの基部は、方向Ｙに沿って互いに略対向して配置される２つの第１の辺Ａ₁、および方向Ｘに沿って互いに略対向して配置される２つの第２の辺Ｂ₁を有する四角形状であってよい。本開示の典型的な実施形態においては、２つの第１の辺Ａ₁は互いに実質的に平行であり、２つの第２の辺Ｂ₁は互いに実質的に平行である。いくつかの例示的な実施形態においては、第１の辺Ａ₁は、第２の辺Ｂ₁に実質的に垂直である。それゆえ、凹形のピラミッド状構造体８ｆの基部は、実質的に矩形であるかもしれない。図６Ｂおよび６Ｃに示すように、構造体８ｆは頂角ａおよびｂによってさらに特徴付けられてもよい。頂角の一方または双方は、約９０度、約８０〜約１００度、または約６０〜約１２０度であってよい。

図６Ｂは、６Ｂ−６Ｂの面における凹形のピラミッド状構造体８ｆの断面図を示す。構造体８ｆは、２つの表面１６ａ、および表面１６ａの１つと光学フィルムに平行な面との間で測定される角度α₁（アルファ）を含む。図６Ｃは、６Ｃ−６Ｃの面における凹形のピラミッド状構造体８ｆの例示的な実施形態の断面図を示す。構造体８ｆは、２つの表面１４ａ、および表面１４ａの１つと光学フィルムに平行な面との間で測定される角度β₁（ベータ）を含む。いくつかの例示的な実施形態においては、角度α₁は少なくとも角度β₁と同程度であり、その他の例示的な実施形態においては、それよりも大きくてもよい。いくつかの例示的な実施形態においては、角度α₁およびβ₁の一方または双方は、約３０〜約６０度の範囲にあることができる。

図６Ｂおよび６Ｃは、光学フィルム６ｆ内を進行する光線１８を示す。表面１６ａおよび表面１４ａは、表面１６ａまたは表面１４ａの法線に対する光線１８の入射角δ₁またはδ₂によって、光線１８を反射または屈折してもよい。本開示から当業者が理解するように、異なる角度α₁およびβ₁を選択することによって、光学フィルム６（例えば、光学フィルム６ａ〜６ｅ）の凹形のピラミッド状構造体８ｆを透過する光の角度的な広がりを制御することができる。いくつかの例示的な実施形態においては、対向する対の表面と光学フィルムに平行な面との間の角度は、互いに等しくない。これは、視軸が光学フィルムの法線に対して傾いている場合に有利かもしれない。

図７Ａは、図６Ｂに示す凹形のピラミッド状構造体８ｆに類似した、例示的な凹形のピラミッド状構造体８ｇを示す、光学フィルム６ｇの例示的な実施形態の断面図を示す。バックライト２ｇから出射される光線２０ａ、光線２２ａ、および光線２４ａが、光学フィルム６ｇ中を伝播する。図７Ｂは、図６Ｃに示す構造体８ｆの断面図と類似した、光学フィルム６ｇおよび構造体８ｇの例示的な実施形態の断面図を示す。光線２０ａ、２２ａ、および２４ａとそれぞれ同じ方向の光線２０ｂ、光線２２ｂ、および光線２４ｂが、バックライト２ｇから生じる。

以下に、バックライト２ｇから生じる光線２０〜２４のそれぞれの、光学フィルム６ｇ中の進行を説明する。図７Ａおよび７Ｂは、光線が最初に凹形のピラミッド状構造体８ｇの表面１６ｂの１つまたは表面１４ｂの１つに衝突するかどうかによって、光線がどのように異なるふるまいをするか、および表面１６ｂの角度α₂および表面１４ｂの角度β₂を選択することによって、２つの別個の方向においてどのように光の角度的な広がりを制御できるかを示す。光線２０〜２４は、光線２０〜２４の反射および屈折の角度を正確に示すように描かれていないことに留意されたい。光線２０〜２４は、光学フィルム６ｇ中で光線が進行する全体的な方向を概略的に示すだけである。

図７Ａにおいては、バックライト２ｇから生じる光線２０ａは、表面１６ｂに垂直な方向に凹形のピラミッド状構造体８ｇに向かって光学フィルム６ｇ中を進行する。それゆえ光線２０ａは、表面１６ｂに対して垂直（すなわち法線）方向において、表面１６ｂに衝突し、表面１６ｂの法線に対する光線２０ａの入射角δは、ゼロ度に等しい。

光学フィルム６ｇと凹形のピラミッド状構造体８ｇの表面１６ｂおよび１４ｂの上の媒質を、例えば、実質的に空気で構成してよい。しかしながら、光学フィルム６ｇと表面１６ｂおよび１４ｂの上の媒質は、当業者に公知のいかなる媒質、材料、またはフィルムで構成してもよい。当業者が理解するように、空気の屈折率は、ほとんどの公知の物質よりも小さい。スネルの法則の原理に基づくと、光が小さい屈折率の媒質に衝突するか入射すると、光線は、入射角δよりも大きい法線に対する出射角θで、法線から離されるように曲がる。しかしながら、光線が表面の法線であるように、表面において材料−空気の境界に衝突する光線（例えば、光線２０ａ）は、曲がらず、図７Ａに示すように直線的に進行し続ける。スネルの法則は、式：
ｎ_i＊ｓｉｎδ＝ｎ_t＊ｓｉｎθ、
（ここで、
ｎ_i＝入射光側の物質の屈折率、
δ＝入射角、
ｎ_t＝透過光側の物質の屈折率、および
θ＝出射角
である）
で表される。当業者は、また一定量の入射光が、反射して光学フィルム６ｇ内に戻るであろうことを理解するであろう。

図７Ｂは、光線２０ａと実質的に同じ方向に進行する光線２０ｂを示す。光線２０ｂは、表面１４ｂの法線に対して入射角δ₃で表面１４ｂに衝突する。上述のように、表面１４ｂの角度β₂は、表面１６ｂの角度α₂以下であってよい。図７Ａおよび７Ｂに示す例示的な実施形態においては、角度β₂は角度α₂よりも小さい。それゆえ、図７Ｂに示すように光線２０ｂの入射角δ₃はゼロに等しくなく、かつ光線２０ｂは、表面１４ｂに垂直に、材料−空気の境界に衝突しない。光線２０ｂは、スネルの法則の式に基づいて、表面１４ｂに衝突する入射角δ₃とは異なる出射角θ₃で屈折される。

図７Ａに示すように、光線２２ａは光学フィルム６ｇ中を進行し、表面１６ｂの法線に対する入射角δ₄で表面１６ｂに衝突する。光線２２ａの入射角δ₄は、表面１６ｂの臨界角δ_cよりも大きい。光線２２ａは、表面１６ｂから出射されずに、反射して光学フィルム６ｇ内に戻る。これを「全反射」と称する。上述のように、光線は、高い屈折率の物質から低い屈折率の物質へ進行する場合には、上記の屈折の式に従ってふるまう。式によれば、入射角が増すにつれて出射角θは９０度に近くなる。しかしながら、臨界角がδ_cであるとき、および臨界角δ_cより大きい角度全てにおいては、全反射が生じる（例えば、光線は、屈折して表面を透過するのではなく、反射されて構造体８ｇ内に戻る）。当業者が理解するように、出射角（例えば、屈折角）を９０度に設定して、入射角δに解を与えることにより、スネルの法則（上述）によって臨界角δ_cを求めてもよい。

図７Ｂに示すように、光線２２ａと実質的に同じ方向に進行する光線２２ｂが、表面１４ｂに衝突する。表面１４ｂの角度β₂は表面１６ｂの角度α₂よりも小さいので、光線２２ｂは、光線２２ａが表面１６ｂに衝突する入射角δ₄とは異なる入射角δ₅で表面１４ｂに衝突する。光線２２ｂの入射角は臨界角δ_cよりも小さいので、光線２２ｂは表面１４ｂにおいて屈折し、表面１４ｂを透過する。

それぞれ図７Ａおよび７Ｂに示すように、光線２４ａおよび光線２４ｂは、光学フィルムの面に垂直方向に光学フィルム６ｇ中を進行する。光線２４ａおよび２４ｂは、それぞれ表面１６ｂおよび表面１４ｂに、臨界角δ_cよりも小さい入射角δで衝突する。しかしながら、表面１６ｂの法線に対する光線２４ａの入射角δ₆は、表面１４ｂの法線に対する光線２４ｂの入射角δ₇よりも大きい。従って、スネルの法則によれば、表面１６ｂの法線に対する光線２４ａの出射角θ₆は、表面１４ｂの法線に対する光線の出射角θ₇とは異なる。当業者が理解するように、表面１６ｂの法線に対する光線２４ａの出射角θ₆は、一般的に表面１４ｂの法線に対する光線２４ｂの出射角θ₇よりも大きいであろう。しかしながら、角度β₂が角度α₂と等しい例示的な実施形態においては、出射角θ₆およびθ₇もまた等しくてよい。

それゆえ、上述したような凹形のピラミッド状構造体８（例えば、構造体８ａ〜８ｇ）を有する光学フィルム６（例えば、光学フィルム６ａ〜６ｇ）のいくつかの実施形態によって、１つの方向に沿って光の角度的な広がりを大きくし、別の方向に沿って光の角度的な広がりを小さくすることができる。例えば、本開示の光学フィルム６は液晶テレビに用いられて、第１の方向、例えば、水平方向において光の角度的な広がりを大きくし、かつ第２の方向、例えば、垂直方向において光の角度的な広がりを小さくても、それでも十分であるようにしてもよい。これは、通常、垂直方向（例えば、視聴者が立っているかまたは座っている）よりも水平方向（例えば、視聴者がテレビのどちらかの側にいる）において広い視野に適応させるのに、有利であろう。いくつかの例示的な実施形態においては、視軸は、視聴者が床に座っている場合など下方に傾いているかもしれない。垂直方向における光の角度的な広がりを減少させると、得られる光学利得は所望の観察角範囲となるであろう。光学フィルム６のその他の例示的な実施形態においては、光の角度的な広がりは第１および第２の方向において等しいかもしれない。

図８Ａ〜８Ｃは、本開示による凹形のピラミッド状構造体の１つのさらなる例示的な実施形態を示す。図８Ａは、２つの対向する第１の辺Ａ₃および２つの対向する第２の辺Ｂ₃を有する凹形構造体８ｈを示す。Ａ₃長さはＢ₃の長さ未満である。凹形のピラミッド状構造体８ｈは、２つの表面１４ｃおよび２つの表面１６ｃも含む。この例示的な実施形態において、構造体８ｈは、少なくとも１．１の光学利得を維持するのに十分な小さい面積を占める、実質的に平面２６ｂをさらに含む。平面２６ｂは、ディスプレイに垂直な方向（すなわち、視聴者がスクリーンを見る可能性が最も高い方向）に、より多くの光を透過させるのに役立つかもしれない。表面２６ｂは隆起させても、または窪ませてもよい。いくつかの例示的な実施形態においては、表面２６ｂに丸みをつけてもよい。

図８Ｂは、２つの対向する第１の辺Ａ₄および２つの対向する第２の辺Ｂ₄を有する凹形のピラミッド状構造体８ｉを示す。この例示的な実施形態において、２つの表面１４ｄは、実質的に三角形状であり、および２つの表面１６ｄは、実質的に台形状である。凹形のピラミッド状構造体８ｉは、２つの対向する第１の辺Ａ₄および２つの対向する第２の辺Ｂ₄と、表面１４ｄおよび１６ｄとを有するいずれの他の一般的な構成でもよいことが考えられる。

図８Ｃは、２つの対向する第１の辺Ａ₅および２つの対向する第２の辺Ｂ５を有する別の凹形のピラミッド状構造体８ｐを示す。Ａ₅の長さは、Ｂ₅の長さと同じである。構造体８ｐは、２つの表面１４ｅおよび２つの表面１６ｅも含む。凹形のピラミッド状構造体８ｐは、平らでも、または丸みがあってもよい表面２６ｃさらに含む。

図９Ａは、本開示による別の例示的な光学フィルム６ｊを示す。例示的な光学フィルム６ｊは、屈折率が約１．５８である構造化表面１０ｊを有する部分、および屈折率が約１．６６である基板部分１２ｊを含む。構造化表面１０ｊは複数の凹形のピラミッド状構造体８ｊを含む。構造体８ｊのそれぞれの基部は、方向Ｙに沿って互いに略対向して配置される２つの第１の辺Ａ₉、および方向Ｘに沿って互いに略対向して配置される２つの第２の辺Ｂ₉を有する四角形状として形成された。この例示的な実施形態において、全辺の長さは等しく、５０ミクロンに設定された。各構造体８ｊは２つの表面１４ｊおよび２つの表面１６ｊも含む。表面１４ｊと１６ｊの間の頂角は両方とも約９０度に設定された。図９Ａに示すように、表面１４ｊのそれぞれは、第１の辺Ａ₉の１つに接触し、および表面１６ｊのそれぞれは、第２の辺Ｂ₉の１つに接触する。図示の例示的な実施形態における表面１６ｊおよび１４ｊは、光学フィルムに平行な面に対して、表面の角度が４５度に置かれて、各凹形のピラミッド状構造体の深さが辺の長さの半分になるようにする。しかしながら、その他の例示的な実施形態においては、他の深さと辺の長さとの比、および他の角度が望ましいかもしれない。

図９Ｂは、図９Ａに示す光学フィルム８ｊのモデルの極性の等カンデラ分布プロット図を示す。次のモデルを使用して分布を計算した。光学フィルム中への光の第１の通過に広範なランバート源を使用し、残りの光を、反射率が約７７．４％のランバートリフレクタを使用して再循環させた。当業者が理解するように、極性の等カンデラ分布プロット図は、光学フィルムを通過した、検出された入射光線の３６０度のパターンを示す。図９Ｂに示すように、Ｙ方向に沿って光学フィルムを透過した光の分布は、Ｘ方向に沿った分布に類似している。分布は、第１の辺の長さが第２の辺と十分に異なれば、異なるであろう。後者の場合、分布（および観察角）は一般に、長い方の辺と実質的に平行な方向に沿って、広くなる。

図９Ｃは、図９Ｂに示す極性のプロット図に対応した矩形のカンデラ分布プロット図を示す。当業者が理解するように、矩形のカンデラ分布プロット図は、異なる角度で光学フィルム６ｊを透過した光の分布を示す。矩形の分布プロット図の各曲線は、極性のプロット図の異なる断面に対応する。例えば、０度として指定された曲線は、０度と１８０度を結ぶ中心を通る線に沿った極性のプロット図の断面を表し、４５度として指定された曲線は、４５度と２２５度を結ぶ中心を通る線に沿った極性のプロット図の断面を表し、９０度として指定された曲線は、９０度と１８０度を結ぶ中心を通る線に沿った極性のプロット図の断面を表し、そして１３５度として指定された曲線は、１３５度と３１５度を結ぶ中心を通る線に沿った極性のプロット図の断面を表す。特に、矩形のカンデラプロット図はまた、図９ＡのＸとＹに対応する２つの直交方向に沿った、類似の光分布特性を例証する。この場合も同様に、いくつかの例示的な実施形態においては、辺の長さが異なる凹形構造では、分布は、長い方の辺と実質的に平行な方向に沿って、広くなる。

本発明の精神または範囲から逸脱することなく、本開示の構成および方法に様々な修正および変形を行うことができることが、当業者には明らかであろう。それゆえ、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある場合には、本開示は、本明細書で説明した例示的な実施形態の修正および変形を網羅することを意図している。

平面状の、ライトガイドエッジ照射型バックライトを概略的に示す。 くさび状の、ライトガイドエッジ照射型バックライトを概略的に示す。 拡張光源を用いるバックライトを概略的に示す。 直接照射型バックライトを概略的に示す。 バックライトの上に位置決めされた、本開示による光学フィルムの例示的な実施形態を概略的に示す。 本開示による光学フィルムの例示的な実施形態の等角図を概略的に示す。 図３Ａに示す光学フィルムの側面図を概略的に示す。 本開示による光学フィルムの別の例示的な実施形態の等角図を概略的に示す。 図４Ａに示す光学フィルムの側面図を概略的に示す。 本開示による光学フィルムのさらなる例示的な実施形態の等角図を概略的に示す。 図５Ａに示す例示的な光学フィルムの側面図を概略的に示す。 本開示による例示的な光学フィルムの個別のピラミッド状の凹形構造体の平面図を概略的に示す。 図６Ａに示すピラミッド状の凹形構造体の断面図を概略的に示す。 図６Ａに示すピラミッド状の凹形構造体の別の断面図を概略的に示す。 バックライトの上方に位置決めされた、本開示による例示的な光学フィルムのピラミッド状の凹形構造体の断面図を概略的に示す。 図７Ａに示すピラミッド状の凹形構造体の別の断面図を概略的に示す。 本開示による例示的な光学フィルムの略ピラミッド状の凹形構造体の平面図を概略的に示す。 本開示による例示的な光学フィルムの別の略ピラミッド状の凹形構造体の平面図を概略的に示す。 本開示による例示的な光学フィルムの別の略ピラミッド状の凹形構造体の平面図を概略的に示す。 本開示による光学フィルムのさらなる例示的な実施形態の等角図を概略的に示す。 図９Ａに示す光学フィルムの極性の等カンデラプロット図を示す。 図９Ａに示す光学フィルムの矩形のカンデラ分布プロット図を示す。

Claims (22)

1. 光源と、前記光源からの光を受光するように配置された第１の表面および前記光源とは反対側を向く構造化表面を有する光学フィルムとを含む光学装置において、前記構造化表面は、複数の凹形のピラミッド状構造体を含み、各構造体は、少なくとも２つの第１の辺および少なくとも２つの第２の辺を含む基部を有する、光学装置。
2. 前記２つの第１の辺が第１の一般的な方向に沿って互いに対向して配置され、および前記２つの第２の辺が第２の一般的な方向に沿って互いに対向して配置され、
   前記光学フィルムは、前記第１の表面に対して角度をつけて配置された軸に対して入射角が第１の角度内である場合には、光学フィルムに入射する光の大部分を前記第１の一般的な方向に沿って透過させ、および前記入射角が前記第１の角度外である場合には光の大部分を反射し、および
   前記光学フィルムは、入射角が前記軸に対して第２の角度内である場合には、光学フィルムに入射する光の大部分を前記第２の一般的な方向に沿って透過させ、および前記入射角が前記第２の角度外である場合には光の大部分を反射する、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記軸が前記第１の表面に対して略直角である、請求項２に記載の光学装置。
4. 前記第１の角度が前記第２の角度とは異なる、請求項２に記載の光学装置。
5. 前記基部が、略矩形または略正方形である、請求項１に記載の光学装置。
6. 前記複数の凹形のピラミッド状構造体のそれぞれが、約６０度〜約１２０度の範囲内にある頂角によってさらに特徴付けられる、請求項１に記載の光学装置。
7. 各凹形のピラミッド状構造体が、少なくとも１つの他の凹形のピラミッド状構造体と実質的に接触するように配置されている、請求項１に記載の光学装置。
8. 前記複数の凹形のピラミッド状構造体の前記基部が、前記第１および第２の辺の少なくとも１つが互いに実質的に平行となるように配置される、請求項１に記載の光学装置。
9. 前記光学フィルムが、前記光源と前記構造化表面との間に配置された基板部分をさらに含み、前記基板部分は、前記構造化表面の光学的特徴とは異なる付加的な光学的特徴を有する、請求項１に記載の光学装置。
10. 前記基板部分が、偏光子、ディフューザ、輝度上昇フィルム、ターニングフィルムおよびそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の光学装置。
11. 前記複数の凹形のピラミッド状構造体のそれぞれが少なくとも４つの表面を含み、および前記少なくとも４つの表面のうちの少なくとも２つが接触している、請求項１に記載の光学装置。
12. 前記複数の凹形のピラミッド状構造体のそれぞれが５つの表面を含み、４つの表面が前記基部に取り付けられ、および５番目の表面が前記４つの表面に隣接している、請求項１に記載の光学装置。
13. 前記光学フィルムを透過する光を受光するように配置されたライトバルブ構成体さらに含む、請求項１に記載の光学装置。
14. 前記光源に光学的に接続され、かつ前記光源と前記光学フィルムとの間に配置されたライトガイドをさらに含む、請求項１に記載の光学装置。
15. 第１の表面および構造化表面を有する光学フィルムであって、前記構造化表面は複数の凹形のピラミッド状構造体を含み、各構造体は、少なくとも２つの第１の辺および少なくとも２つの第２の辺を含む基部を有する、光学フィルムにおいて、
    少なくとも１つの凹形のピラミッド状構造体の前記第１および第２の辺の少なくとも１つが、少なくとも１つの他の凹形のピラミッド状構造体の前記第１および第２の辺の少なくとも１つに対してずれている、光学フィルム。
16. 前記基部が、略矩形または略正方形である、請求項１５に記載の光学フィルム。
17. 前記光学フィルムが、前記光源と前記構造化表面との間に配置された基板部分をさらに含み、前記基板部分が、前記構造化表面の光学的特徴とは異なる付加的な光学的特徴を有する、請求項１５に記載の光学フィルム。
18. 前記複数の凹形のピラミッド状構造体のそれぞれが５つの表面を含み、４つの表面が前記基部に取り付けられ、および５番目の表面が前記４つの表面に隣接している、請求項１５に記載の光学フィルム。
19. 第１の表面および構造化表面を有する光学フィルムであって、前記構造化表面が複数の凹形のピラミッド状構造体を含み、各構造体は、第１の方向に沿って互いに対向して配置される少なくとも２つの第１の辺、および第２の一般的な方向に沿って互いに対向して配置される少なくとも２つの第２の辺を含む基部を有する、光学フィルムにおいて、
    少なくとも１つの凹形のピラミッド状構造体の前記第１および第２の方向の少なくとも一方が、少なくとも１つの他の凹形のピラミッド状構造体の前記それぞれの方向とは異なる、光学フィルム。
20. 前記基部は、略矩形または略正方形である、請求項１９に記載の光学フィルム。
21. 前記光学フィルムが、前記光源と前記構造化表面との間に配置された基板部分をさらに含み、前記基板部分が、前記構造化表面の光学的特徴とは異なる付加的な光学的特徴を有する、請求項１９に記載の光学フィルム。
22. 前記複数の凹形のピラミッド状構造体のそれぞれが５つの表面を含み、４つの表面が前記基部に取り付けられ、および５番目の表面が前記４つの表面に隣接している、請求項１９に記載の光学フィルム。

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