JP2009015297A - 可変厚さを有する光方向転換フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の視野角にわたって高い輝度を提供する光方向転換フィルムを提供する。
【解決手段】光源及び光方向転換ポリマーフィルムを備え、前記フィルムが該フィルムの少なくとも一面に構造化表面を含み、該構造化表面の少なくとも一部にポリマーコーティングを有するディスプレーであって、前記コーティングが可変厚さを示すディスプレー。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリマーコーティングを含む複数の表面構造を備える光方向転換ポリマーフィルムの形成に関する。具体的には、光方向転換フィルムは、ＬＣＤ表示装置において、光エネルギーを方向付けるのに適した幅広い均一な光出力を有する。

光方向転換フィルムは、フィルムから抜け出る光の分布がフィルムの表面により垂直に向けられるように、フィルムを通過する光を再分配する、典型的に薄い透明な光学フィルム又は基板である。典型的に光方向転換フィルムには、フィルムの光出射面上に正しく並べられたプリズム溝、レンズ溝又はピラミッドが備わっており、フィルムの光出射面は、フィルムから抜け出る光線のフィルム／空気界面の角度を変えて、溝の屈折面に垂直な面を進む入射光分布の成分を、フィルムの表面により垂直な方向へ再分配させる。このような光方向転換フィルムは、例えば、表示をより明るくするために、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）、ラップトップコンピュータ、ワードプロセッサ、航空電子工学ディスプレー、携帯電話、ＰＤＡなどの輝度を改善するために使用される。従来の光方向転換フィルムは、光方向転換フィルムが液晶又は他のディスプレーで使用されるとき、目に見えるモアレパターンに悩まされる。光方向転換フィルムの表面要素は、バックライトアセンブリで利用される他の光学フィルム、印刷されたドットのパターン若しくは光ガイドプレートの背面の三次元要素、又はディスプレーの液晶部内のピクセルパターンと相互に作用して、好ましくない効果であるモアレを作り出す。モアレを低減するための当技術分野で周知の方法では、レンズ配列がシートのどちら側にも垂直でないように、光方向転換フィルムを打ち抜いていた。これは、レンズ配列を、別の光方向転換フィルム又は表示電子回路に対して斜めにする。使用される方法は、また、線形配列に沿って高さを周期的に変化させるために、フィルム上の線形配列の反対側に拡散層を加えるために、又は線形配列の頂上部を丸くするために、線形配列要素の幅によって線形配列をランダム化することを含む。モアレを低減するための上記の技術は、また、軸上輝度の減少を引き起こすか、又はモアレ問題を適切に解決するように働かない。モアレと軸上輝度は、相関する傾向があり、高い軸上利得を有するフィルムは、システムにおいて、高いモアレを持つことを意味する。十分な軸上利得を維持しながらモアレを低減し得ることは有益である。

加えて、多数の液晶ディスプレー構造と比較して、比較的少数の光方向転換フィルムが存在する。各ディスプレー構造は、所望の出力を満たすように選択された。軸上利得の量、視野角、モアレ低減及び全光出力は、異なる構造で異なるフィルムを組み合わせることによって、すべて調整された。システムにおいて使用される光方向転換フィルムは、利用可能なほんの僅かの異なる光方向転換表面組織があるという理由で、限定される。表示装置の所望の出力のために、カスタマイズ可能である光方向転換フィルムを持つことは望ましい。

典型的な光方向付けフィルムは、垂線から４０度から９０度の角度における照明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方向付けフィルムは、ラップトップコンピュータ及びゲームなどの携帯型表示装置に有用であり、高い軸上輝度は、バッテリーの消費電力を減少させ、ある程度の視聴プライバシーを提供する。パブリックビューイングを目的としたテレビ及び監視用途のために、広範囲の視野角にわたる高い輝度は、画像及び映像の安定した視聴を可能にする。広範囲の視野角にわたって高い輝度を提供し得る光方向付けフィルムを持つことは望ましい。

米国特許第５，９１９，５５１号（Ｃｏｂｂ，Ｊｒ等）は、モアレ干渉パターンの可視性を低減するための可変ピッチの山及び／又は溝を有する線形配列フィルムを主張している。ピッチ変化は、隣接する山及び／又は谷の群にわたって、又は隣接するペアの山及び／又は谷の間に存在し得る。線形配列要素のピッチのこの変化がモアレを低減させるが、フィルムの線形要素が依然としてバックライト光ガイド上のドットパターン及びディスプレーの液晶部内の電子機器と相互に作用する。

米国特許第６，３５４，７０９号は、その稜線に沿って高さが異なり、稜線も左右に移動する線形配列を有するフィルムを開示している。フィルムが光の方向を変え、稜線に沿った高さの変化がモアレを僅かに減らすが、比較的高い軸上利得を維持しながらシステム内で使用されるときにフィルムのモアレを大幅に低減するフィルムを持つことは望ましい。

米国特許出願第２００１／００５３０７５号（Ｐａｒｋｅｒ等）は、ＬＣＤ装置において高い軸上利得を作り出すために、光の方向を変えるための個別の表面構造の使用を開示している。

米国特許第６，７２１，１０２号（Ｂｏｕｒｄｅｌａｉｓ等）は、複合ポリマーレンズで形成された可視光ディフューザを開示している。米国特許第６，７２１，１０２号に開示された複合ポリマーレンズは、低アスペクト比のポリマー系レンズの表面上にマイクロメーターサイズのポリマーレンズを加えることによって作られる。より小さいレンズ対より大きいレンズの比率は、２：１から３０：１である。米国特許第６，７２１，１０２号に開示されたディフューザは、光源、特にＬＣＤバックライト光源を拡散するのに有用である。

米国特許第６，５８３，９３６号（Ｋａｍｉｎｓｋｙ等）は、光ポリマー拡散レンズのマイクロ複製のためのパターン形成ローラを開示している。パターン形成ローラは、最初に多数のサイズの粒子でローラをビーズブラストし、その後、マイクロノジュールを生成するクロム処理を行うことによって作られる。ローラの製造方法は、入射光エネルギーを拡散させることを目的とする光拡散レンズによく適している。

米国特許出願第２００５／０２４７５５４号（Ｅｐｓｔｅｉｎ等）は、ランダムな散乱を作り出すために、望ましくは２から５マイクロメートルの直径を有するポリマービーズを含むマトリクスポリマーで被覆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等）は、光ガイドプレートの表面上に形成されたプリズムを有する光ガイドプレートを開示している。プリズムの表面は、透過光を散乱させるために、二酸化チタン、二酸化ケイ素又は酸化アルミニウムから成る被覆された無機ナノ粒子層を含む。

米国特許出願第２００５／０１４０８６０号（Ｏｌｃｚａｋ）は、第１の表面がフィルムに入射する光を拡散させるように作用し、第２の表面も入射光を拡散させるように機能するように、第２の表面構造によって変調される第１の表面構造機能により画定さ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等）は、特定の範囲の角度に入射光を透過又は反射させる反射ディフューザを開示している。

米国特許出願第２００２／００４４３５１号（Ｎｉｌｓｅｎ）は、光を偏光するための光透過抑制表面で部分的に覆われたサブ波長微細構造を備える偏光子を開示している。抑制表面も金属化コーティングなどの反射面を備え得る。

米国特許第６，０７７，５６０号（Ｍｏｓｈｒｅｆｚａｄｅｈ等）は、マスクを使用しないで、構造化された基板を選択的に印刷する方法を開示している。この方法は、構造化表面が覆われるように、充填材で構造化表面を被覆することを含む。

米国特許出願第２００４／００１２５７０号（Ｃｒｏｓｓ等）は、導電層で均一に被覆された微細構造化表面を備える抵抗性タッチスクリーンを開示している。

国際公開第ＷＯ９８／５０８０６号は、入射光の光学利得を増大させるために、丸められたプリズム構造と、光を散乱させる突起とを備える輝度増強物品を開示している。国際公開第ＷＯ９８／５０８０６号に記載された散乱突起は、隣り合った表面の望ましくない磨耗をもたらす傾向があり、丸められたプリズムは、傷を付ける傾向があり、望ましくない表面上の欠陥をもたらすことが分かった。
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２００５／０２４７５５４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 米国特許出願第２００２／００４４３５１号明細書 米国特許第６，０７７，５６０号明細書 米国特許出願第２００４／００１２５７０号明細書 国際公開第ＷＯ９８／５０８０６号パンフレット

広範囲の視野角にわたって高い輝度を提供する光方向転換フィルムを提供する必要性がある。

本発明は、光源と、少なくともフィルムの一面に構造化表面を含み、該構造化表面の少なくとも一部にポリマーコーティングを有し、該コーティングが可変厚さを示す光方向転換ポリマーフィルムとを提供する。本発明は、また、（ａ）表面構造、及び（ｂ）該表面構造上に配置されたマイクロビーズ及びバインダーを有するポリマーコーティングを有する光出射面を含む光方向転換フィルムであって、該光方向転換フィルムが、少なくとも１．２０という光学利得を有する光方向転換フィルムを提供する。

本発明は、広範囲の視野角にわたって高い輝度を有する光方向転換フィルムを備える光学装置を提供する。

本発明は、添付の図面とともに読まれるとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。様々な特徴が原寸に比例して描かれていないことが強調される。

本発明は、現在の光方向転換フィルムと比較して多くの利点を有する。本発明は、広範囲の視野角にわたって高いレベルの輝度を提供する。高い輝度と広視野角の組み合わせは、ＬＣＤテレビ及びモニタ市場によく適している。高い輝度はＬＣＤバックライトエネルギーの効率的利用を可能にし、広視野角はモニタ及びテレビ用途に特有の広範囲の視野角にわたってＬＣＤ画像のむらのない均一な明るさを保証する。さらに、そのフィルムは、従来技術の光方向付けフィルムと比較して、よりソフトな角度遮断を提供する。従来技術の光方向付けフィルムは、数度の範囲で劇的に照度を変化させるハードな角度遮断を有する。このハードな角度遮断は、ラップトップコンピュータなどの個人向けの視聴装置には許容可能であり又は好ましくさえあるが、ハードな角度遮断は、テレビ及びパブリックビューモニタなどの大きい角度にわたって見られるＬＣＤ装置の画像品質の低下を引き起こす可能性がある。

表面構造の表面に塗布されるポリマーコーティングは、従来技術の光方向転換フィルムと比較して、より多くの入射光が光方向転換フィルムを通過することを可能にする。表面構造の最も外側の表面に塗布されるポリマーコーティングは、光方向転換フィルムにおける全内部反射を「妨げる」又は全内部反射の量を低減することが見出された。光方向転換フィルムの全内部反射の妨げは、ポリマーコーティングを持たない同じ光方向転換フィルムと比較して、５から１４％高い光出力をもたらす。

フィルムの個別の表面構造及びフィルム上の配列は、モアレを著しく低減しながら、モアレ低減と、比較的高い軸上利得を生じさせる軸上利得との間のトレードオフを釣り合わせる。モアレパターンは、２以上の規則的な線又は点の集まりが重なり合うときに生じる。それは、繰り返しの線又は形状のパターンをもたらし、線のサイズと頻度が相互に作用する２つのパターンに依存する。ＬＣＤディスプレーなどの表示装置において、ＬＣＤ装置の視聴者によって観察され得るモアレパターンは、それが、表示される情報又は画像の品質を阻害するので好ましくない。本発明の光方向転換フィルムは、軸上利得の量を維持しながら、従来技術の光方向転換フィルムと比較して、モアレを低減する。個別要素のサイズ及び形状分布とポリマーコーティングは、各ディスプレー又は視聴用途のためにカスタマイズすることができる。

さらに、本発明の光方向転換フィルムは、光をより効率的に方向転換するために、光源、及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。個別の表面構造は、フィルムに入射する光を最も効率的に処理するために、異なるサイズ、形状又は配向の異なる個別の表面構造がフィルム表面全体に使用されることを可能にするので、フィルムを設計パラメータにおいて非常に柔軟にする。例えば、角度関数としての光出力が光ガイドプレート上のすべての点に関して知られていた場合、異なる形状、サイズ又は配向を有する個別の表面構造を使用する光方向転換フィルムは、光ガイドプレートから抜け出る光を効率的に処理するように設計され得る。

ニュートン環は、２つの反射面（例えば、液晶ディスプレーにおける光方向転換フィルム又は他の光学フィルム）が、その距離が光の波長に近づき始めるほど互いに十分に近いとき、発生する。光子は、その２つの表面間で反射し、さらにそれらを通過して干渉効果を作り出す。ニュートン環は、液晶ディスプレーの視聴者にとって望ましくない。本発明のフィルムは、光方向転換フィルム上の他の要素の上方に広がる一定の割合の個別要素を有することによって、ニュートン環を低減する。

本発明のフィルムは、単一の大きさの要素のみを有する光方向転換フィルムよりも複数の大きさの要素を有するより大きい有効ピッチを有する。より大きい有効ピッチを有することは、フィルムが、同じ大きさのランドを有するより多く重なり合ったフィルムより高い軸上利得を有すること、又はランドが、より多く重なり合ったフィルムと同じ軸上性能を持つためにより大きくなり得るように、製造上の許容誤差が小さくなり得ることを意味する。製造上の許容誤差を減らすことは、フィルム製造の生産性を増大させ得る。

本発明は、引っかき傷及び摩耗に耐え、かつ紫外線硬化されたポリアクリレートから構成された他の従来技術の傷つきやすい光方向転換フィルムと比較して機械的に丈夫であることが示されているベースシート及びバインダーにポリマーを利用する。さらに、構造化表面の出力を変えるポリマーコーティングは、一般に、保護構造化表面の谷領域に存在する。ポリマーコーティングは、表面構造が谷領域のコーティングを保護するので、ＬＣＤ表示システムに特有の望ましくない引っかき傷、磨耗及び取り扱い損傷から保護される。

本発明は、強い光出力信号を提供するためにコーティング技術とポリマー製剤との組み合わせを利用する。コーティングプロセスもポリマー材料も自然の統計的に正常なばらつきを経験するように、本発明の出力光信号のばらつきは比較的小さい。これは、本発明の材料が、精密なポリマー光方向転換レンズに関連する多くのプロセス変数を制御する困難なプロセスと比較して、より容易に製造されることを可能にする。さらに、より低い光出力信号のばらつきは、高い鮮明度のテレビ信号、ブルーレイ入力又はゲームグラフィックスと調和する高品質で精密な表示装置をもたらす。

本発明の実施形態は、また、摩擦面の低い係数、低減された誘電率、耐摩耗性、増大した剛性、より低い散乱、改善されたモアレ、より高い光出力及び改善された着色を提供し得る。これらの及び他の利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。

「透明な」は、本明細書では、著しい偏向又は吸収なしに放射線を通過させる能力を意味する。本発明に関して「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。用語「光」は、目に見える光を意味する。用語「ポリマーフィルム」は、ポリマーからなるフィルムを意味する。用語「ポリマー」は、ホモポリマー、ブロックコポリマー、コポリマー及びポリマーブレンドを意味する。用語「マイクロビーズ」は、本明細書では、０．１から３０マイクロメートルの直径又は長径を有する断面が円形又は楕円形のビーズを意味する。

光学フィルムとの関連で個別の表面構造は、光学フィルムにおける突起又は窪みであり得る明確に画定された形状の要素を意味する。個別の表面構造は、光学フィルムの長さ及び幅と比べて小さい。用語「曲面」は、少なくとも１つの面に屈曲を有するフィルム上の三次元要素を示すために使用される。「くさび形要素」は、１以上の傾斜面を含む要素を示すために使用され、これらの表面は平面と曲面の組み合わせでもよい。用語「表面構造」は、ポリマーフィルムの表面に存在する明確に画定された意図的な構造を示すために使用される。「表面構造」は、測定可能なサイズを有し、ポリマーフィルムの表面に入射する及び／又はその表面から出射する光エネルギーを修正するために使用される。用語「光入射面」は、光エネルギーが入射する光学フィルムの表面を示すために使用される。液晶表示装置において、光入射面は、照明光源に面した面である。用語「光出射面」は、光が出射する光学フィルムの表面を示すために使用される。液晶表示装置において、光出射面は、液晶セルに面した面である。

用語「光学フィルム」は、透過した入射光の性質を変える薄いポリマーフィルムを示すために使用される。例えば、方向転換光学フィルムは、１．０より大きい光学利得（出力／入力）を提供する。光管理材料の光学利得（ＯＧ）は、光管理材料の輝度を基準入力輝度で除算したものとして定義される。光分布がおおよそ等方性でないとすれば、この比率は、典型的に、特定の角座標（シータ及びファイ）に関して計算される。シータが−８０度から＋８０度まで連続的に変化する間に、一方がファイ＝０、他方がファイ＝９０の２つの断面グラフをプロットすることによってこれらの比率の一部を表すことは当技術分野において通例である。「軸上利得」は、フィルム平面に垂直な出力光強度を入力光強度で除算したものとして定義される。「軸上光学利得損失」は、所定の基準材料と比較して観測される光学利得の減少を意味する。比として表されるとき、それは、興味のあるサンプルの光学利得を基準材料の光学利得で除算したものである。パーセンテージとして表されるとき、それは、基準材料と比較した光学利得のパーセンテージ損失である。「方向転換」は、入射光エネルギーの方向を変化させるための光学フィルムの光学的特性として定義される。

用語「粗さ平均」又は「Ｒ_ａ」は、ポリマーコーティングにおけるビーズ間の平均ピーク対谷高さを意味し、表面形状測定装置によって測定され、結果はマイクロメートル単位で表される。用語「Ｒ_ａ」は、光学要素の所定の領域又は表面領域の平均粗さを特徴付けるために使用される。

用語「光学要素」は、明確な外形を有する基板の表面上の表面構造を意味する。表面構造は、入射光の方向転換、拡散又は回転などの指定された光学機能を実行する要素である。用語「光方向転換フィルム」は、入射光を所望の出力に方向転換する機能を実行する薄いフィルムを意味する。方向転換は、正反射又は乱反射のどちらでもあり得る。方向転換フィルムの例は、回転フィルム、拡散フィルム及び逆反射フィルムを含むが、これらに限定されない。

用語「ポリマーコーティング」は、光学要素の光出力をさらに修正する光学的にアクティブな層を意味する。ポリマーコーティングは、表面構造の表面に塗布される。

用語「ポリマーコーティング」は、光学要素の光出力をさらに修正する光学的にアクティブな層を意味する。ポリマーコーティングは、望ましい表面構造の表面に塗布される。用語「可変厚さ」は、コーティングを施された表面上の位置の機能としての乾燥コーティング厚さの変化を意味する。可変コーティング厚さの大きさは、コーティングされたポリマーに典型的に現れる製造ばらつきを超える。

ＬＣＤテレビなどの表示装置において、高い輝度と広視野角を有する光方向付けフィルムを完成させるために、光方向転換フィルムが、光源及び光方向転換ポリマーフィルムを備え、該光方向転換ポリマーフィルムが、該フィルムの少なくとも一面に構造化表面を含み、該構造化表面の少なくとも一部にポリマーコーティングを有し、該コーティングが、可変厚さを示す光方向転換フィルムが好適である。表面構造の露出表面領域にポリマーコーティングを設けることによって、表面構造の光出力は望ましい光出力を提供するように修正される。ポリマーコーティングは、光出力を変化させる基礎的表面構造の配列を変える。コーティングを設けることは、液晶表示装置などの表示装置に共通の精密なロールからロールへの表面構造を与えるために利用される高価な複製ローラを使用する必要を避けながら基礎的表面構造の光学特性の素早い迅速な変化を可能にする。さらに、ポリマーコーティングは、基礎的表面構造に重要なレベルの保護を提供し、ポリマーコーティングを持たない光学構造と比較して、より堅牢な、引っかき・磨耗表面を提供することが見出された。

本発明の好ましい実施形態において、ポリマーフィルムは、好ましくは、ポリマーフィルムの両面に表面構造を有する。両面に存在する表面構造は、表示装置の効率を改善する目的のために入力光エネルギーを修正するための追加の機会を提供する。さらに、ポリマーフィルムの両面に表面構造を有するポリマーフィルムは、摩耗及びニュートン環を低減する望ましくないフィルムからフィルムへのウェットアウトの減少を提供することが示されている。表面構造ペアの例は、光方向転換機構のため反対された一面上の拡散構造又は光拡散構造のため反対された光回転機構を含む。

もう１つの好ましい実施形態において、ポリマーコーティングの最大厚さは、０．７から５．０マイクロメートルである。０．６マイクロメートル未満では表面配列の修正はほとんど達成されず、コスト的にも妥当でない。６．０マイクロメートルを超えるとコーティングは好適な表面構造のサイズと比較して厚く、乾燥が困難である。

好ましい実施形態において、可変厚さは、最大厚さの少なくとも５０％の範囲を有する。例えば、最大厚さが４．０マイクロメートルの場合、可変厚さは好ましくは少なくとも２．０マイクロメートルの範囲を有するであろう。光方向転換表面構造を可変厚さ層で覆うことによって入射光エネルギーは可変ポリマーコーティングを持たない同じ方向転換マクロ構造と比較して広い角度にわたって方向転換される。さらに可変ポリマーコーティングを持たない同じ光方向転換マクロ構造と比較して角度に関する輝度遮断はソフトであり、より急激ではない。さらに、可変ポリマーコーティングは、可変ポリマーコーティングを持たない光方向転換表面構造と比較して観察者の目からバックライトパターンをより目立たなくする可変ポリマーコーティングを持たない光方向転換表面構造と比較して光学フィルムの小さい表面的な欠陥を隠しモアレの低減を提供することが示されている。

軸上輝度及び輝度角度は、現在のＬＣＤテレビ様式のコントラスト比において、重要な決定要因である。軸上輝度の増加はコントラスト比を改善することを示しているが、角度に関する輝度の遮断はハードである。本発明は、ソフトな角度遮断と、ＬＣＤモニタ及びテレビなどの公衆表示装置に優れた画像品質を提供する非常に改善された光の角度分布を提供しながら、高い軸上輝度の独特の組み合わせを提供する。

現代のテレビは、典型的に、４００から６００ニット（キャンデラ／ｍ^２）の軸上ピーク輝度を有するが、現在のＴＣ０６規格では、それらは、３００ニット（最も明るい設定の５０％）ほどに低くてもよいとしている。より明るい映像が典型的にはより高い感知画像品質に関連していることはよく知られている。寝室に置かれたテレビなど、主として１人か２人の視聴者によって使用される用途に関してこの情報を考慮すると、本発明は、１０％以下の軸上利得減少を有するか。又はおおおよそ基準材料（例えば、プリズム形フィルム）の少なくとも９０％である軸上利得値を有することが好ましい。これは最適な軸上画像品質を維持しながら、装置配置と視聴者位置とにおける柔軟性を可能にしている。

コントラスト比などの多くの評価指標が９０度軸外にまで引用されるが、最近の研究は、画像品質に関する限り水平走査方向における６０度軸外がディスプレーを見るためのより適切な限界であることを示している。垂直視野角の範囲は、ディスプレーを見る習慣の結果として水平視野角の範囲よりも重要でない。１０％以下の軸上利得減少を考慮すると、少なくとも３０％の対応する軸外利得改善（又はおおよそ基準材料値の１３０％）が水平走査方向の６０度において望ましい。４０度の垂直走査方向における改善は同様に望ましい。

さらに、視聴経験は、見る位置、すなわち特に水平走査方向の僅かな変化によって大幅に変化しないので、輝度の急激な変化は回避されることが好ましい。したがって、利得曲線の一次導関数は、水平走査方向において、６０度の最大角度まで、０．０８ｃｄ／ｍ^２／度を超えるべきでない。同様に、利得曲線の一次導関数は、垂直走査方向において、４０度の最大角度まで、０．０８ｃｄ／ｍ^２／度を超えるべきでない。

図５の曲線５０１は、この業界において現在使用されているコリメーティングフィルム（プリズム）に関する光学利得対視野角の関係を示す。曲線５０２は、本発明の典型例である。この種の光学フィルムの水平走査方向（−８０＜シータ＜８０、ファイ＝０）及び垂直走査方向（−８０＜シータ＜８０、ファイ＝９０）に関する曲線は、典型的に、中心点（シータ＝０、ファイ＝０，９０）に関して対称である。重複する情報の量を制限するために、図５の曲線などの光学利得曲線に使用される表現法は、ｘ軸上の−８０から０度が水平走査情報を表し、ｘ軸上の０から８０度が垂直走査情報を表している。

曲線５０１は、軸上視聴が主要な観察者モードであるが、水平及び垂直走査方向の両方において非常に急な（高い一次導関数値）輝度利得低下に悩まされる用途のために、好ましい特徴的な高い軸上利得を有する。それは、水平走査方向において＋／−６０度及び垂直走査方向において＋／−４０度の好ましくない低い軸外利得値を有する。本発明の一例である曲線５０２は、低い軸上利得位置を有するが、軸外に移動しながら遥かにゆっくり減少し（低い一次導関数値）、かつ水平走査方向において＋／−６０度及び垂直走査方向において＋／−４０度の改善された軸外利得値を有する。曲線５０２は、少数の親しい視聴者の視聴習慣に相応する軸上利得と軸外利得改善との間の望ましいバランスを示す。

曲線５０１及び５０２の一次導関数は、図５に関して説明したのと同じｘ軸規約を使用して図６に示したそれぞれ曲線６０１及び６０２である。図６は、本発明が、典型的なプリズム形コリメーティングフィルムより、水平（＋／−６０度）及び垂直（＋／−４０度）の両方向に、視野角によって遥かにゆっくり変化する輝度利得変化を有することを明示している。

光学利得対視野角曲線の好ましい特性は、以下に概説されるパラメータによって表すことができる：
１）軸上画像品質の損失を最小にするために、コーティングされていない基準フィルムに対する光学利得は、少なくとも９０％であることが好ましい（図５の点５０４）。
２）軸外輝度を大幅に改善するために、水平走査方向の６０度及び垂直走査方向の４０度における軸外利得改善は、基準フィルムの少なくとも１３０％であることが好ましい（それぞれ点５０３及び点５０５）。
３）角度位置の僅かな変化の結果として認識される輝度損失を最小にするために、角度の関数としての輝度利得の変化（一次導関数の絶対値）は、水平走査方向の軸外＋／−６０度及び垂直走査方向の＋／−４０度の角度まで、水平及び垂直走査方向において、それぞれ０．０８ｃｄ／ｍ^２／度及び０．０８ｃｄ／ｍ^２／度以下である。

可変厚さコーティングのための好適なポリマーは、当分野でよく知られた技法を使用してコーティングされ得るポリマーである。更に、好適なポリマーは水から塗布され得るポリマーであって、透明であり、比較的低い誘電率を持ち、乾燥されるとフィルムを形成し、表面構造によく粘着する。好適なポリマーは、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ＰＶＰ、ゼラチンおよびアクリルを含む。

本発明の好適な実施形態において、ポリマーコーティングは、パターンの形で表面構造の表面に存在する。パターン状の可変厚さコーティングは、ポリマーの領域を互いに光学的に区別するための手段を与える。望ましいパターンの例は、フィルム対角線、幅または長さに亘ってフィルムの光出力を変えるための勾配、ＬＣＤピクセルに位置合わせされたスポットパターン、またはモアレパターンを妨げる、またはフィルム・ウェットアウトを減らすために十分な小さいパターンを含む。

もう１つの好適な実施形態において、ポリマーコーティングは、パターンの形で表面構造上に存在する。表面構造の表面上の可変ポリマーコーティングをパターン化することによって、各個別表面構造の出力は光学的修正の極めて小さな、あるいは微細な調整を可能にする。所望のパターンの例はストライプ、ドットおよび波線を含む。

もう１つの好適な実施形態において、ポリマーコーティングは、ポリマーコーティングとポリマービーズとの間に０．０２から０．５０の屈折率差を有するポリマービーズを更に含む。表面構造の両面に小さなビーズを設けることによって、バインダーマトリックス内に含まれるビーズは望ましくない散乱を持たない角度輝度曲線の傾斜を減らす。好適な実施形態において、マイクロビーズは、ポリマーからなる。ポリマービーズは、無機ビーズより高価でなく、典型的には高い光透過性を持ち、ポリウレタンなどのポリマーバインダーによって表面構造によく粘着することが示されている。好適なビーズ材料は、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がこれらに限定されない。

好適な実施形態において、マイクロビーズは、実質的に円形である。円形マイクロビーズは、入射光の優れた拡散を与えることが見出されており、容易にコーティングされることが可能であり、他の隣接する光学部品の磨耗という結果になり得る鋭い角張った外形を持たない。

もう１つの好適な実施形態において、マイクロビーズは、楕円形である。楕円形マイクロビーズは、コーティング時に配向し、ある幾つかの表面構造の方向に配向することが示されている。楕円形ビーズはまた、楕円形ビーズの長軸を主とすることができる光出力を与えて、垂直および水平方向の輝度の独立した制御を可能にすることが示されている。

本発明のもう１つの実施形態において、マイクロビーズは、２以上のサイズに分布して存在する。ポリマーコーティングに含まれるビーズの２つ以上のサイズ分布を与えることによって、光の出力は更にカスタマイズされて所望の出力に微調整され得る。さらに表面構造より大きなビーズサイズを与えることによって大きなビーズ分布は、隣接する光学部品間に光学的隔離を与えて、可能な磨耗とニュートン環と望ましくない光学的ウェットアウトとを減らす。

好適な実施形態において、ポリマーコーティングは、基礎的表面構造の全表面に亘って連続層を形成する。基礎的表面構造の全表面の連続層の形成は、磨耗と引っかきに対する基礎的表面構造の保護を可能にする。更に連続層の形成は、屈折率の均一化を可能にして、望ましくない散乱を減らす。

本発明のもう１つの実施形態では、ポリマーコーティングは好適には、構造化表面の２０から８０％を覆う。表面構造の表面を部分的に覆うことによって、光方向転換と視野角との間の妥協位置が取得され得る。表面構造の単に一部分を覆うことによって、改善された視野角を与えながら光方向転換配列はほとんど保存されることが可能である。一例は、主として２つの値する機構間の谷領域に存在するコーティングである。この機構の頂角領域は光方向転換のために保存され得るが、コーティングされた谷領域はより広い視野角を与えるように出射光を修正できる。

本発明の一実施形態では、表面構造は好適には、入射光エネルギーをコリメートする少なくとも２５マイクロメートルの長さ、直径または他の主要寸法を有する構造体である。本発明の一実施形態では、マクロ構造体は好適にはプリズムを含む。プリズム構造体は、光の効率的コリメータであって、一般にナノノジュールを含む２つの傾斜表面を有することが示されている。光コリメーションは一般に、プリズムの山の角度が８８から９２度のときに最大にされる。本発明のもう１つの好適な実施形態では、表面構造は稜線を有する個別表面構造を含む。個別表面構造は規則的プリズム構造体と比較してモアレを減らし、明るさの均一性を改善することが示されている。

表面構造の奥行きは、好適には１０から５０マイクロメートルである。湾曲表面構造の奥行きは、湾曲表面構造の稜線から湾曲表面構造の基部まで測定される。８マイクロメートル未満の奥行きは、低い軸上輝度を有する光方向転換フィルムという結果をもたらす。５５マイクロメートルより大きい奥行きは製造が困難であって、モアレパターンを作り出すために十分な大きさの機構を含む。

好適な実施形態では表面構造は好適には、２０から１００マイクロメートルの幅を有する。表面構造が１３０マイクロメートルより大きな幅を有すると、表面構造は、観察者が液晶表示装置を通して表面構造を見ることができるほど十分に大きくなり、表示の品質を損なう。表面構造が１２マイクロメートル未満の幅を有するときには、機構の稜線の幅は、この機構の幅のより大きな部分を占める。この稜線は典型的には平坦にされ、表面構造の残り部分の同じ光形成特性を持たない。表面構造の幅に対する稜線の幅のこの増加は、光学フィルムの性能を低下させる。より好適には湾曲表面構造は、１５から６０マイクロメートルの幅を有する。この範囲は良好な光形成特性を与え、表示装置を通して観察者によって見られる可能性がないことが示されている。表示装置設計において使用される特定の幅は、ある程度、液晶表示装置のピクセルピッチに依存するであろう。要素幅は、モアレ干渉を最小にする助けとなるように選択されるべきである。

突き出た稜線に沿って測定された表面構造の長さは、好適には８００から３０００マイクロメートルである。長い寸法が長くなると、パターンは１次元的になり、モアレパターンが発達する可能性がある。パターンが短縮されると、スクリーン利得は減少し、したがって興味がなくなる。湾曲表面構造の長さのこの範囲は、望ましくないモアレパターンを減らし、同時に高い軸上輝度を与えることが見出されている。

もう１つの好適な実施形態では、突き出た稜線に沿って測定された表面構造は好適には、１００から６００マイクロメートルである。表面構造の長い寸法が減らされると、モアレパターンを形成する傾向も減らされる。表面構造長さのこの範囲は、軸上輝度を与えながら、表示装置に発生する望ましくないモアレパターンを大幅に削減することが示されている。

本発明の表面構造は、好適には重なり合っている。湾曲表面構造を重なり合わせることによって、モアレの有益な減少が観測された。好適には本発明の湾曲表面構造は、ランダムに、また互いに平行に配置される。これは、稜線を概ね同じ方向に整列させる。液晶バックライトシステムで使用されるときに、より高い軸上利得を作り出す他の方向より一方の方向にフィルムがよりコリメートするように、概ね配向された稜線を持つことが好適である。湾曲表面構造は好適には、液晶表示装置のピクセル間隔との如何なる干渉も除去するようなやり方でランダム化される。このランダム化は、表面構造のサイズ、形状、位置、奥行き、方位、角度または密度を含むことができる。これは、モアレおよび類似の効果を克服するための拡散層の必要を取り除く。

表面構造の少なくともあるものは、任意の単一光学要素に関する機械加工許容誤差を超える平均特性値を取得して、モアレと、液晶表示装置のピクセル間隔との干渉効果と、を克服するために、フィルム全体に亘って変化するグルーピングの各々に関する平均サイズまたは形状特性をまとめて作り出す、異なるサイズまたは形状特性を有するグルーピングの各々における表面構造の少なくとも一部と共に、フィルムの出射面に亘ってグルーピングに配置され得る。更に、表面構造の少なくとも一部は、２つの異なる軸に沿って光を配向変え／方向転換するためのフィルムの能力をカスタマイズするために互いに関して異なる角度に配向され得る。特徴要素をランダム化するときに切子面加工されていない平面状の表面領域を避けることは、フィルムの利得性能にとって重要である。切子面加工のない、または平面状の領域を避けるこれらの特徴要素の擬似ランダム配置のためのアルゴリズムが存在する。

本発明の一実施形態では表面構造は好適には、特徴要素の最も高い点において９０度の山の角度を示す断面を有する。９０度のピーク角は、光方向転換フィルムに関する最も高い軸上輝度を作り出すことが示されている。この９０度の角度は、ある程度の許容範囲を持っており、８８度から９２度の角度が同様の結果を作り出し、また軸上輝度にほとんど、あるいはまったく損失なしに使用され得ることが見出されている。ピークの角度が８５度未満であるか、または９５度より大きいと、光方向転換フィルムに関する軸上輝度は減少する。山の角度は好適には９０度であり、幅は好適には１５から３０マイクロメートルであるので、湾曲くさび形機構は好適には７から３０マイクロメートルの機構の最大稜線高さを有する。くさび形要素の高さのこの範囲は、高い軸上利得とモアレ削減とを与えることが示されている。

本発明のもう１つの実施形態では、頂上幅は好適には９０度より大きく、１３０度より小さい。９０度より大きく１３０度より小さい頂上幅は、８８から９２度の頂角よりもソフトな遮断を与えることが見出されている。

表面構造は、１０マイクロメートルと５５マイクロメートルとの間の平均ピッチを有する。この平均ピッチは、２つの隣接する特徴要素の最も高い点の間の距離の平均値である。平均ピッチは、特徴要素が寸法的に変化し、またこれらがオーバーラップし、交差し、フィルムの表面にランダムに配置されて、モアレを減らし、フィルム上に非パターン化領域が存在しないことを保証するという理由から、特徴要素の幅とは異なる。非パターン化領域がくさび形要素と同じ光学性能を持たず、性能の低下に通じるので、フィルム上に０．１％未満の非パターン化領域を有することは好適である。

本発明の好適な実施形態ではポリマーコーティングは、頂上領域と比較して表面構造の谷領域において、より厚い。光方向転換フィルムの谷領域における被覆厚さを増加させることによって、軸上利得の比較的小さな損失で軸外利得の改善が達成できることが示されている。フィルム内の他のすべての領域と比較して谷領域において少なくとも７５％厚いポリマーコーティングを設けることによって軸外利得の所望の改善、したがって視野角の拡大が得られ得ることが見出されている。一致した、あるいは厚さの差を持たないポリマーコーティングは、軸外利得を改善する際に有効でなく、また軸外利得の急激な低下を軽減しないことが見出されている。好適にはポリマーコーティングが形成され、基礎的表面構造は、２〜２５マイクロメートルの半径を有する少なくとも１つの表面を含む。湾曲表面は、軸外利得の所望の増加と軸外利得の急激な減少の削減とを与え、湾曲表面を持たない同じ表面と比較して広い角度に亘って光を方向転換するフィルムという結果をもたらすことが示されている。

もう１つの好適な実施形態ではポリマーコーティングは、０．７マイクロメートルと２．０マイクロメートルとの間の表面粗さ（Ｒ_ａ）を有する。ポリマーコーティングの表面粗さは、透過光に拡散成分を加えることが見出されている。表面粗さは、ＬＣＤ装置のユーザにとって好ましくない可能性のある小さな見かけ上の欠陥を隠すことが見出されている。０．５０マイクロメートル未満の粗さ平均は、所望の結果を達成するために十分な粗さを加えない。２．５より大きな粗さ平均は、高いレベルの拡散を与えて、光方向転換表面構造に関する軸上利得の損失という結果を招く。

本発明の好適な実施形態ではポリマーコーティングは好適には、ポリマーコーティングとポリマー構造化表面との間に少なくとも０．０５という屈折率差を有する。少なくとも０．０５という屈折率差を与えることによってポリマーコーティングは、本発明の製造において重要である被覆の均一性を目視で決定するという目的のために目視で観察され得る。

図２は、適合するタイプのポリマーコーティングを有する微細構造体の拡大側面概略図を示す。表面構造上に被覆されたポリマー層は、実質的に均一な厚さを有し、その結果、ＬＣＤテレビに適した広い視野角のための所望の光学特性を持たない。

図３は、可変厚さを有するポリマーコーティングを持つ微細構造体の拡大側面概略図を示す。図３のポリマー層は可変厚さを有するが、このポリマーは微細構造体の谷領域に望ましくないクラック（ひび割れ）を有する。

図４は、可変厚さを有するポリマーコーティングを持つ好適な微細構造体の拡大側面概略図を示す。表面構造上に被覆されたポリマー層は、微細構造体の谷領域に位置する最大厚さを持つ好適な可変厚さを有する。被覆が微細構造体の頂上領域に近づくにつれて、被覆厚さは減少して先細りになる。ポリマーコーティングは、微細構造体の頂上領域に存在する。主として谷領域の被覆は軸外利得改善という結果をもたらすが、一次導関数曲線値には実質的に影響を与えない。

表面構造の形成のために好適なポリマーは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ・エステル（ｐｏｌｙ−ｅｓｔｈｅｒｓ）、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロース・エステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルフォンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルフォネート、ポリエステル・イオノマー、およびポリオレフィン・イオノマーを含む。機械的または光学的特性を改善するためのこれらのポリマーのコポリマーおよび／または混合物が使用可能である。透明な複合レンズのための好適なポリアミドは、ナイロン６、ナイロン６６およびこれらの混合物を含む。ポリアミドのコポリマーもまた適当な連続相ポリマーである。有用なポリカーボネートの一例は、ビスフェノールＡ・ポリカーボネートである。複合レンズの連続相ポリマーとしての使用に適したセルロース・エステルは、硝酸セルロース、三酢酸セルロース、二酢酸セルロース、酢酸セルロース・プロピオナート、酢酸セルロース・ブチラート、およびこれらの混合物またはコポリマーを含む。好適にはポリビニル樹脂は、ポリ塩化ビニル、ポリ（ビニルアセタール）、およびこれらの混合物を含む。ビニル樹脂のコポリマーも利用可能である。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から製造されるもの、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るものを含む。適当なジカルボン酸の例は、テレフタール酸、イソフタール酸、フタール酸、ナフタレン・ジカルボン酸、琥珀酸、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、ソディオスルフォイソフタール酸およびこれらの混合物を含む。適当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これらの混合物を含む。

本発明の好適な実施形態では表面構造は好適には、ポリスルフォンからなる。ポリスルフォンは、透明であって、比較的高い屈折率を持ち、比較的高いＴｇを有し、これらのすべては、ポリスルフォンを、ＬＣＤテレビまたはＬＣＤモニターのようなＬＣＤ装置における使用ための理想的なポリマーにしている。

もう１つの好適な実施形態では、表面構造は好適には、ＡＳＴＭ Ｄ１３３によって測定された３２ダイン／ｃｍと５５ダイン／ｃｍとの間の表面張力を持っている。３２ダイン／ｃｍと５５ダイン／ｃｍとの間の表面張力は、ポリマーコーティングと表面構造との間に良好な、あるいは優れた接着性を与えることが示されている。３０ダイン／ｃｍ未満では、接着は達成困難である。好適には表面構造とポリマーコーティングとの間の表面エネルギー差は、５ダイン／ｃｍ^２未満である。この差は、ポリマーがポリマーを乾燥させる前に可変厚さを示すフィルムを形成することを可能にする際の重要な因子である。

本発明のもう１つの実施形態ではナノノジュール（微細小塊）は、カーボネート（炭酸塩）反復ユニットを含む。ポリカーボネートは、高い光透過と拡散とを可能にする高い光透過値を有する。高い光透過性は、低い光透過値を有する拡散材料より明るいＬＣ装置に備えている。更に、ポリカーボネートはＬＣＤ表示アプリケーションに適した比較的高いＴｇを有する。本発明の更なる実施形態では、ナノノジュールはエステル反復ユニットを含む。ポリエステルはコスト的に低く、良好な強度と表面特性とを有する。更にポリエステル・ポリマーは８０度Ｃと２００度Ｃとの間の温度で寸法的に安定であり、したがって表示光源によって生成される熱に耐えることができる。

マクロ構造体のサイズと形状と分布は、表面構造を出て行く光の分布を決定する際に重要である。０．５と６．０との間のアスペクト比を有する表面構造は好適である。０．２未満のアスペクト比を有する表面構造は、軸上利得を増加させることに小さな影響しか持たない傾向がある。６．０より大きなアスペクト比を有する表面構造は、ポリマーが高いアスペクト比の特徴要素の表面に接着する傾向があるので、パターン化された金属ローラに対して成型される溶融ポリマーを利用して形成することが困難である。更に、高いアスペクト比の特徴要素を完全に形成するために高い圧力が必要とされ、工具寿命を著しく短縮する。

本発明の一実施形態では、表面構造は繰り返しパターンを有する。繰り返しパターンは一般に、ランダムな表面構造と比較して比較的高い実装密度を有するので、少量の望ましくない非パターン化領域を与える。本発明のもう１つの実施形態では表面構造はランダムなパターンを有する。ランダムパターンは、一般に繰り返しパターンと比較して低い実装密度のために或る非パターン化光学フィルムという結果を生じるが、ランダムパターンは、一般に繰り返しパターンと比較して低いレベルのモアレという結果をもたらす。ランダムパターンはまた、観察者の目から小さなフィルム欠陥を隠す、または目立たなくすることが示されている。

本発明のもう１つの実施形態では、表面構造は少なくとも１００マイクロメートルの長さ、直径、または他の寸法を有する。１００マイクロメートルより大きな寸法を有する微細構造体は、１．０より大きな軸上利得を与えるために必要とされる入射光のために所望のコリメーションを与える。更に１００マイクロメートルより大きな寸法を持たない微細構造体は、より製造困難であり、またそのサイズのために光学フィルム上に望ましくない非パターン化領域という結果をもたらす可能性がある。

約９０度の頂角を有する光方向転換表面構造は一般に、軸外角度の入射光を受け入れず、軸上または軸上付近の入射光を透過可能にする。典型的にはコリメーションマクロ構造体に関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、その後、角度が９０度に近づくにつれて輝度の低下を示す。輝度低下の傾斜は、マクロ構造体の幾何学形状の関数である。表面構造の表面の粗さを与えることによって傾斜の変化は、広い範囲の角度に亘って増加した輝度を与えるように劇的に変えられ得ることが見出されている。

図１は、図２〜４に関連して説明されたような光学フィルムを製造するための装置の単純化された概略図である。この装置は、材料１０３を押し出す押出し成形機１０１を含む。本装置はまた、光学層１１３に光学的特徴要素を形成する表面構造を含むパターン化ローラ１０５を含む。更に本装置は、パターン化ローラ１０５に材料１０３を押し付けるための圧力を与える圧力ローラ１０７と、パターン化ローラ１０５からの材料１０３の取外しを助ける剥離ローラ１１１と、を含む。

動作時にベース層１０９は、押出された材料１０３と共に圧力ローラ１０７とパターン化ローラ１０５との間に押し込まれる。一実施形態では、ベース層１０９はポリマーの配向シートである。更に材料１０３は、パターン化ローラ１０５と圧力ローラ１０７との間を通った後に光学的特徴要素を含む光学層１１３を形成する。代替として接着層は、押出し成形機１０１において材料１０３と共に共同押出しされ得る。共同押出しは、２層以上の層という利益を与える。共同押出し接着層は、ベース層１０９と光学層１１３とに最適な接着を与えるように選択されることが可能であって、単一層より高い接着を作り出す。したがって共同押出し接着層と光学層は、圧力ローラ１０７とパターン化ローラ１０５との間にベース層と共に押し込まれる。圧力ローラ１０７とパターン化ローラ１０５との間を通った後に層１１３は、ローラ１１１に沿って進められる。

もう１つの好適な実施形態では、材料１０３は共同押出しされた構造体における残りの層より５０％大きいメルトインデックス（ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ）を有するパターン化ローラ１０５に接触するスキン層を有するポリマーの共同押出し層を含む。高いフロースキン層（ｆｌｏｗ ｓｋｉｎ ｌａｙｅｒ）はポリマーの複製忠実度を助けることが見出されている。スキン層以外の層は遥かに低いメルトインデックスを持っており、表示装置の厳しさに耐えるためによく適した機械的に剛性の光学フィルムという結果を与えることができる。

好適な実施形態では、光方向転換ポリマーフィルムは、カーテンコーティング、ｘホッパーコーティング、またはスプレーコーティングを使用してポリマーコーティングで被覆される。グラビアコーティングまたはロールコーティングといった表面接触コーティング技法は、主として光方向転換特徴要素の頂上領域にコーティングを施すことが見出されている。好適には構造体ポリマーフィルムの形成とそれに続く表面構造のコーティングは、オンラインで、あるいは逐次的に、製造コストを削減し、ウェブ材料の巻き戻しと巻き取りとに関連する製造欠陥を減らすように遂行される。

本発明は、任意の液晶表示装置と共に使用でき、これらの典型的構成は下記に説明される。液晶（ＬＣ）は電子表示装置に広く使用される。これらの表示システムではＬＣ層は、偏光子層と検光子層との間に位置し、正常軸に関してこの層を通して方位角捩れを示す誘導子（ディレクター）を有する。検光子は、その吸収軸が偏光子の軸に垂直になるように方向合わせされる。偏光子によって偏光させられた入射光は、液晶セルを通り抜け、セルに対する電圧の印加によって変えられ得る液晶内の分子配向によって影響される。この原理を使用することによって、周囲光を含む外部光源からの光の透過が制御され得る。この制御を達成するために必要とされるエネルギーは一般に、陰極線管といった他の表示装置タイプで使用される発光材料に必要とされるエネルギーより遥かに少ない。したがってＬＣ技術は、軽量と低い電力消費と長い動作寿命とが重要な特徴となるディジタル時計、計算器、カメラ、携帯型コンピュータ、電子ゲームを含むがこれらに限定されない多数のアプリケーションのために使用される。更にＬＣＤ表示装置は、テレビ、コンピュータモニター、ゲーム表示装置、自動車用表示装置、映像フレーム、電気製品表示装置、購入時点表示装置などのために有用である。

好適な実施形態では表示装置は、典型的には狭い視野角を有する表示装置と比較して改善された視野角から利益を得るＬＣＤを含む。典型的には広い視野角から利益を得るＬＣＤ装置の好適な例は、テレビ、コンピュータモニター、映像フレーム、公共情報表示装置、購入時点表示装置およびゲーム表示装置を含む。より広い視野角は、従来技術のコリメート表示装置と比較して、より広い視野角全体に亘って均一な照度を可能にする。これらの表示装置では本発明のフィルムは、液晶セルとバックライト光源との間に配置される。このフィルムは、光を広い円錐に広げて均一な照度を可能にする。視野角が、液晶セル開口幾何学形状と補正フィルム技術とバックライト光源のタイプとによって制約される可能性があることは認められる。

アクティブマトリックス液晶表示装置（ＬＣＤ）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（ＴＦＴ）を使用する。これらのＬＣＤは、個別液晶ピクセルが選択的に駆動され得るので、クロストーク（漏話）なしに高精細画像を表示できる。光学モード干渉（ＯＭＩ）表示装置は、「通常、白色」である液晶表示装置、すなわちオフ状態で光が表示層を透過する液晶表示装置である。ツイステッドネマティック液晶を使用するＬＣＤの動作モードは、大まかに複屈折モードと光学回転モードとに分けられる。「フィルム補正スーパーツイステッドネマティック」（ＦＳＴＮ）ＬＣＤは通常、黒色である、すなわち電圧が印加されないオフ状態で光の透過が抑制される。ＯＭＩ表示装置は伝えられるところでは、より高速の応答時間と、より広い動作温度範囲とを有する。

本発明の光学フィルムは、フィルムがバックライトシステムにおいて光散乱フィルムとして使用されるときに、輝度を均等にできる。携帯型コンピュータで利用されるようなバックライトＬＣＤ表示スクリーンは、光源に対応する個別の「ホットスポット」が検出可能であるように、ＬＣＤスクリーンに比較的近く配置された比較的局所化された光源（例えば蛍光灯）または比較的局所化された光源のアレイを有する可能性がある。拡散器フィルムは、表示全体に亘って照度を均等にするために役立つ。液晶表示装置は、例えばアクティブマトリックス駆動と単純マトリックス駆動から選択された駆動方法と、例えばツイストネマティック、スーパーツイストネマティック、強誘電性液晶および反強誘電性液晶モードから選択された液晶モードと、の組合せを有する表示装置を含むが、本発明は上記の組合せによって限定されない。液晶表示装置では本発明の配向フィルムは、バックライトの前面に配置されることが必要である。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持っていて、すべての方向に優れた可視性を与えるように光を広げるので、表示全体に亘って液晶表示装置の明るさを均等にできる。上記の効果はこのようなフィルムの単独の使用によっても達成できるが、複数のフィルムが組み合わせて使用されることも可能である。光を分散して、この光を遥かに均質にするために、均質化フィルムは透過モードでＬＣＤ材料の前に配置され得る。

本発明は、光源構造解体装置としての重要な用途を有する。多くのアプリケーションにおいて、サンプル上に分散される光が変化し、これは望ましくないので、ある幾つかのアプリケーションで問題になり得るフィラメントの構造それ自体を光源の出力から除去することが望ましい。また光源が交換された後の光源フィラメントまたはアークの方位の変動は、誤った紛らわしい示度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る本発明の均質化フィルムは、光源の出力からフィラメント構造体の如何なる痕跡も除去でき、したがって光源間で等しい均質化された出力を引き出す。

光学フィルムは、所望の場所に向けられる快い均質化された光を与えることによってステージ用の照明を制御するために使用され得る。ステージとテレビの製造において適切な照明に必要なすべての異なる効果を達成するために、幅広い種々のステージ光が使用されなくてはならない。これは、不便で高価な多くの異なるランプが使用されることを必要とする。ランプの上に配置される本発明のフィルムは、必要とされるところに光を分散させるほとんど無制限の柔軟性を与えることができる。その結果、動く、または動かない、任意の形状のほとんど任意の物体が正確に照明され得る。

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構成された反射層を塗布することによって形成されることが可能であり、例えば交通信号用の逆反射性部材として使用可能である。これは自動車、自転車、人などに適用される状態で使用され得る。

本発明の光学フィルムはまた、赤外線（ＩＲ）検出器に、より高いコントラストを与えるために、保護領域全体に亘ってレーザーダイオード（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）からの出力を均等化するために法執行機関と保安システムの分野で使用され得る。本発明のフィルムはまた、紙幣読取装置または皮膚治療装置といった装置で、ＬＥＤまたはＬＤ光源を使用する装置から構造体を除去するために使用され得る。これは、より高い精度に通じる。

外科医のヘルメットに装着される光ファイバ光アセンブリは、光ファイバ要素の１つが手術中に破損した場合に手術野に気を散らす強度変化を投げかける可能性がある。ファイバ束の端部に置かれた本発明の光学フィルムは、残りのファイバから来る光を均質化し、患者に投射される光から破損したファイバの如何なる痕跡も除去する。標準的な研削されたガラス拡散器は、スループットの損失を引き起こす著しい後方散乱のためにこの用途では効果的でないであろう。

本発明の光学フィルムはまた、光源のフィラメントまたはアークを構造解体することによって顕微鏡下でサンプルを均一に照明して、均等に照明された視界を与えるためにも、使用可能である。これらのフィルムはまた、例えば螺旋モードファイバから出力された光を、ファイバを通して伝播させる種々のモードを均質化するためにも、使用可能である。

本発明の光学フィルムはまた、作業空間および生活空間のために適当な光を与えるといった重要な建築的用途も有する。典型的な商業的アプリケーションでは、部屋中に光を分散させるのを助けるために安価な透明ポリマー拡散器フィルムが使用される。これら従来の拡散器の１つに代わる本発明の均質化手段は、光がホットスポットなしに部屋中に均一にすべての角度に拡散するように、より均一な光出力を与える。

本発明の光学フィルムはまた、美術工芸品を照明する光を拡散させるためにも使用され得る。透明なポリマーフィルム拡散器は、最も望ましい仕方で美術工芸品を描写するために適当な適切にサイズ決めされ方向付けされた開口を与える。

更に本発明の光学フィルムは、表示装置といった光学装置の一部として広く使用され得る。例えばこれは、液晶表示装置のバックライトシステムの前述の光散乱プレートに加えて、装置の背面側（観察者の反対側）に金属フィルムを配置する場合に前面側（観察者側）にフィルムを向ける反射性液晶表示装置または前方散乱フィルムにおいて金属フィルムといった反射フィルムでラミネートされた光反射プレートとして使用され得る。本発明の光学フィルムは、ＩＴＯフィルムによって代表される酸化インジウムからなる透明な導電層をラミネートすることによって電極として使用され得る。もし材料が反射性スクリーン例えば前面投影スクリーンを形成するために使用されることになっていれば、透明なポリマーフィルム拡散器に光反射層が塗布される。

光学フィルムのもう１つのアプリケーションは、一般に光源から大面積のスクリーンに画像を投影することが望まれる後方投影スクリーンである。テレビの視野角は典型的には、水平方向よりも垂直方向に小さい。この光学フィルムは、視野角を増加させるために光を広げるように作用する。

本発明の実施形態は、改善された光拡散とコリメーションとを提供できるだけでなく、低減された光吸収性を有し、ソフトな角度的遮断を示し、あるいはＬＣＤ表示システムにおいて低減されたモアレまたはニュートンリングを示す、薄くされた厚さの光学フィルムも提供できる。

本発明は、本発明のある幾つかの好適な実施形態を特に参照しながら詳細に説明されてきたが、本発明の精神と範囲の内で変形版と修正版とが実施可能であることは理解されるであろう。

下記の例は本発明の実施を示す。これらは、本発明のすべての可能な変形版を網羅するようには意図されてはいない。他に指示されなければ部分とパーセンテージは、重量による。

この実施例では約９０度の頂角を有し、長さ１２００マイクロメートル、幅３５マイクロメートル、高さ２７マイクロメートルである個別統合光学要素を含むポリカーボネート系シートが、数層の断続する光学修正層で被覆された。ニューヨーク州ロチェスターのイーストマンコダック社によって製造された１３インチ幅のマイクロ複製ポリカーボネート支持体が、可変厚さ層を持たない同じ光学要素と比較してソフトな角度的遮断を有する改善された広角の外観を作り出すように被覆された。この実施例は、可変厚さのポリマーコーティングを有する構造化表面の有利な光学特性を示すであろう。

マイクロ複製ポリカーボネート支持体に被覆された骨ゼラチン１キログラム分散を作るために、９８８．３グラムの水と、１１．７グラムの写真用ゼラチンとが、ビーズ被覆プロセスを助けるために、少量の界面活性剤と共に加えられた。この全分散は５０℃に加熱された。

ゼラチンおよびつや消しビーズ分散は、摂氏５０度で液化されて、３８．１ｃｍ^３／ｍ^２のウェットカバレッジ（ｗｅｔ ｃｏｖｅｒａｇｅ）でマイクロ複製ポリカーボネートに被覆され、それから乾燥された。

マイクロ複製ポリカーボネート支持体に被覆されたＰＶＰ １キログラム分散を作るために、９０１．１グラムの蒸留水と、ミズーリ州セントルイス市のＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから入手される平均分子量１０，０００を有するポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）９８．９グラムとが、共に加えられた。このＰＶＰ材料は９．９％の濃度を有する蒸留水溶液に分散された。この実施形態では、ＰＶＰは２０℃の１０％水性固溶体で使用されたとき約１０ｃｐの平均粘度を有する。この全分散は室温に保持され、被覆の前に約１時間、かき混ぜられた。ＰＶＰおよび水の分散は、３８．１ｃｍ^３／ｍ^２のウェットカバレッジ（ｗｅｔ ｃｏｖｅｒａｇｅ）でマイクロ複製ポリカーボネートに被覆され、それから乾燥された。

マイクロ複製ポリカーボネート支持体に被覆されたＰＶＰ １キログラム分散を作るために、７８８グラムの蒸留水と、テキサス州ラポートの日本合成会社から入手される２１２グラムのＧＨ−２３ポリビニルアルコールとが、共に加えられた。このＧＨ−２３材料は１４．３％の濃度を有する蒸留水溶液に分散された。この実施形態では、ポリ（ビニルアルコール）は２０℃の４％水性固溶体で使用されたとき約５２ｃｐの平均粘度を有する。この全分散は室温に保持され、被覆の前に約１時間、かき混ぜられた。

マイクロ複製ポリカーボネート支持体に被覆された、つや消しビーズを持たないＰＶ １キログラム分散を作るために、８３５．９グラムの蒸留水と、テキサス州ラポートの日本合成会社から入手される１６４．１グラムのＧＨ−１７ポリビニルアルコールとが、共に加えられた。このＧＨ−１７材料は１７．３％の濃度を有する蒸留水溶液に分散された。この実施形態では、ポリ（ビニルアルコール）は２０℃の４％水性固溶体で使用されたとき約３０ｃｐの平均粘度を有する。この全分散は室温に保持され、塗布の前に約１時間、かき混ぜられた。

マイクロ複製ポリカーボネート支持体に被覆されたラテックス１キログラム分散を作るために、８８５．４グラムの蒸留水とコネチカット州ミドルベリーのＣｈｅｍｔｕｒａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手される１１４．６グラムのＷｉｔｃｏＢｏｎｄ 登録商標 Ｗ−３２０Ｌａｔｅｘとが共に加えられた。ＷｉｔｃｏＢｏｎｄ 登録商標 Ｗ−３２０Ｌａｔｅｘは−１５℃のガラス遷移温度と７２０％の破断時伸びを有する水性ポリウレタン分散である。この全分散は室温に保持され、被覆の前に約１時間、かき混ぜられた。

上記のラテックス（乳液）分散は、スロットコーターと１００℃に加熱された２０メートル水平乾燥部とを利用して、個別光学要素を有するポリカーボネート複製支持体に被覆された。実施例１〜８は１０メートル／分で被覆された。被覆・乾燥されたこれらの実施例はそれから、ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ １６０ ＥＬＤＩＭを使用してそれらの光学特性に関して特徴付けられた。軸上光学利得損失、Ｈ／Ｖ軸外利得改善および最大一次導関数値は、ＥＬＤＩＭによって生成された湾曲した水平・垂直走査から計算された。下記の表１は、バインダータイプとバインダーカバレッジと光学的結果と外観とを含む。

表１に示された外観は、被覆層が機械乾燥機を出て行くときの被覆層の目視による決定であった。許容可能な等級は、幾つかの筋または他の一般的被覆欠陥が存在し得るが、全体的外観が軸上光学利得損失および軸外光学利得改善を測定するために十分に均質であることを示した。許容不能の等級は、全体的外観が筋、まだらな外観または他の被覆欠陥のために許容可能でないことを示す。もし外観等級が許容不能であれば、データが不均等外観のために歪められるので、輝度利得値は測定されなかった。更に許容不能な外観は、ＬＣＤテレビの望ましくない不均一性という結果を生じ、光学フィルムの商品価値を著しく低下させるであろう。

実施例１は、水平６０度と垂直４０度における水平／垂直軸外利得改善が少なくとも１．３０という好適な値と比較してそれぞれ１．１５と１．１６であったので、所望の光学性能特性を満たさなかった。更に、最大一次導関数値水平／垂直走査は０．０８未満という好適な値と比較してそれぞれ０．１１と０．１３であった。実施例１に関するデータのすべてを統合すると、被覆の外観は許容可能であって軸上光学利得損失も許容可能であったが、軸外改善は不十分であって、遮断は急激に過ぎるものであった。

実施例２は、不均一な被覆とよくない外観とを示し、信頼度に対して光出力があまりにも変化し過ぎるサンプルという結果になった。実施例は、好適な光学的目標のすべてを満たし、従来技術の光方向転換フィルムと比較してＬＣＤテレビの視野角を改善するための光学フィルムとして良好に機能した。図４は実施例３の拡大側面図である。ＰＶＡ被覆は、表面構造間の谷領域で観察されることが可能であり、可変被覆厚さは谷領域に位置する最大厚さをもって観察され得る。

実施例４は、不均一な被覆とよくない外観とを示し、信頼度に対して光出力があまりにも変化し過ぎるサンプルという結果になった。実施例５は、軸上光学利得損失が０．９０より大きい好適な値と比較して０．８８であったので、所望の光学性能特性を満たさなかった。実施例４の軸外光学特性は許容可能であったが、軸上でＬＣＤテレビを十分に照射するためには、軸上の光損失があまりに大きかった。

実施例６は、最大一次導関数値Ｈ／Ｖ走査が０．０８未満という好適な値と比較して０．１１であったので所望の光学性能特性を満たさなかった。表１からのデータのすべてを統合すると実施例３は、好適な光出力値のすべてを満たした。表１のデータから理解できるようにポリマーコーティングの存在だけでは所望の光学的結果を得るために十分ではない。実施例３の可変ポリマー厚さは、所望の光出力特性における重要な因子である。

本発明は本発明のある幾つかの好適な実施形態を特に参照しながら詳細に説明されてきたが、本発明の精神と範囲の内で変形版と修正版が実行可能であることは理解されるであろう。本明細書で識別された特許および公告は、引例によって組み込まれている。

本発明は、付属図面の図と共に読まれるとき、上記の詳細説明から最もよく理解される。種々の特徴要素が必ずしも原寸に比例して描かれていないことは強調される。

実施形態に従って光学フィルムを製造するための装置の単純化された概略図である。 実施形態に基づく微細構造の拡大上面概略図である。 実施形態に基づく微細構造の拡大上面概略図である。 実施形態に基づく微細構造の拡大上面概略図である。 実施例及び比較例の材料に関する光学利得対視野角のグラフである。 図５に含まれる曲線に関する一次導関数対視野角のグラフである。

符号の説明

１０１ 押出し成形機
１０３ 材料
１０５ パターン化ローラ
１０７ 圧力ローラ
１０９ ベース層
１１１ 剥離ローラ
１１３ 層
５０１ 従来のプリズム形フィルムに関する利得曲線
５０２ 本発明の材料に関する利得曲線
５０３ 水平基準点（−６０゜）
５０４ ０゜における従来の利得
５０５ 垂直基準点（＋４０゜）
６０１ 曲線５０１（従来）の一次導関数
６０２ 曲線５０２（本発明）の一次導関数

Claims (10)

1. 光源及び光方向転換ポリマーフィルムを備え、前記フィルムが該フィルムの少なくとも一面に構造化表面を含み、該構造化表面の少なくとも一部にポリマーコーティングを有するディスプレーであって、前記コーティングが可変厚さを示すディスプレー。
2. 前記ポリマーフィルムが、前記フィルムの反対側に構造化表面を有する、請求項１記載のディスプレー。
3. 前記ポリマーコーティングの最大厚さが、０．７から５．０マイクロメートルである、請求項１記載のディスプレー。
4. 前記可変厚さが、前記ポリマーコーティングの最大厚さの少なくとも５０％の厚さ範囲を有する、請求項１記載のディスプレー。
5. 前記可変厚さが、前記構造化表面上で単調に増加または減少している、請求項１記載のディスプレー。
6. 前記ポリマーコーティングが、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、アクリルおよびＰＶＰ樹脂からなる群から選択される、請求項１記載のディスプレー。
7. 前記ポリマーコーティングが、パターンの形で前記ポリマーフィルム上に存在する、請求項１記載のディスプレー。
8. 前記ポリマーコーティングが、パターンの形で前記構造化表面上に存在する、請求項１記載のディスプレー。
9. 前記ポリマーコーティングが、前記ポリマーコーティングと前記ポリマービーズとの間に０．０２から０．５０の屈折率差を有するポリマービーズをさらに含む、請求項１記載のディスプレー。
10. 光源と、少なくとも一面に構造化表面を有する光方向転換ポリマーフィルムとを備えるディスプレーであって、前記ポリマーフィルムが、水平方向に０．０３から０．０９の最大一次導関数を有し、垂直方向に０．０４から０．０９の最大一次導関数を有するディスプレー。

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