JP2010501985A - ディスプレイデバイスに好適なバックライト - Google Patents

Abstract

ディスプレイデバイス用途に好適なバックライトは、少なくとも１つの光源を有する照明デバイスと、反射層及び実質的均一な屈折率を有する透明層を有し、かつマトリックスアレイ中に配置された複数の光指向性突起を有する後部反射体スタックとを備える。透明層は、反射層と照明デバイスとの間に、複数の光指向性突起が反射層とは反対側に向くように配置される。複数の光指向性突起は、照明デバイスのいかなる光源にも位置合わせされていない設定で構成され、配置される。

Description

本開示は液晶ディスプレイデバイスなどのディスプレイデバイスに好適なバックライトに関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイスなどのディスプレイデバイスは、例えば、テレビ、手持ち式デバイス、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、及びコンピュータモニタを含めた様々な用途で使用される。従来のブラウン管（ＣＲＴ）と異なり、液晶（ＬＣＤ）パネルは自己照明型ではなく、それ故、照明組立体又は「バックライト」を場合によって必要とする。バックライトは通常１つ以上の光源（例えば、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＴ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ））からの光をＬＣＤパネルと結合させる。

バックライトの２つの一般的な種類は、直接照明バックライト及び端面照明バックライトである。これら２つの種類のバックライトは、バックライトの出力面に対する光源（複数も含む）の配置に相違があり、その出力面はディスプレイデバイスの可視領域を画定する。端面照明バックライトでは、１個の光源又は複数個の光源がバックライト構造の外縁に沿って、バックライトの出力面に対応する領域又は帯域の外側に配置される。光源（単数又は複数）は一般的に光を導光体の中に放射し、そこから光が抽出されてバックライトの出力面を照明する。直接照明バックライトでは、１つ以上の光源がバックライトの出力面の背後に直接配置される。

ＬＣＤの性能は、多くの場合その輝度により判断される。しかし、ディスプレイの目視体験は、輝度の度合いが可視領域にわたって変化する場合、質が落ちることがある。これは、光源（単数又は複数）からの距離の増加に伴う輝度の減少のため、分離性の光源がバックライトに使用される場合に現れ得る。種々の配置がこの課題に対処するために提案されている。例えば、直接照明ディスプレイでは、厚い拡散板が個別の光源からの光を混合させるために使用されている。端面照明ディスプレイでは、抽出点をより密接させて配置して、光源（単数又は複数）からの距離の増加に伴う光抽出の増加を提供する。しかしながら、これらの解決策は散乱及び吸収に起因する光の損失をもたらす。

１つの実施態様では、本開示はディスプレイデバイス用途に好適なバックライトに関する。バックライトは、少なくとも１つの光源を有する照明デバイスと、反射層及び実質的均一な屈折率を有する透明層を有し、かつマトリックスアレイ中に配置された複数の光指向性突起を有する後部反射体スタックとを備える。透明層は、反射層と照明デバイスとの間に、複数の光指向性突起が反射層とは反対側に向くように配置される。複数の光指向性突起は、照明デバイスのいかなる光源にも位置合わせされていない設定で構成され、配置される。別の実施態様では、本開示はディスプレイデバイス用途に好適なバックライトに関し、そのバックライトは少なくとも１つの光源を有する照明デバイス、及び反射層と、結合剤中に配置された複数のビーズを有する透明層とを含む後部反射体スタックを備える。ビーズは複数の光指向性突起を形成し、結合剤はビーズの屈折率に近い屈折率を有する。透明層は、反射層と照明デバイスとの間に、複数の光指向性突起が反射層とは反対側に向くように配置される。複数の光指向性突起は、照明デバイスのいかなる光源にも位置合わせされていない設定で構成され、配置される。

更に別の実施態様では、本開示はディスプレイデバイス用途に好適なバックライトに関し、そのバックライトは少なくとも１つの光源を有する照明デバイス、及び反射層と、実質的に均一な屈折率を有し、マトリックスアレイ中に配置された複数のレンチキュラーレンズ光指向性突起を有する透明層とを含む後部反射体スタックを備える。透明層は、反射層と照明デバイスとの間に、複数の光指向性突起が反射層とは反対側に向くように配置される。複数の光指向性突起は、照明デバイスのいかなる光源とも位置合わせされていない設定で構成され、配置される。

主題の発明の光学デバイスに関するこれらの及びその他の態様は、図面と共に以下に行う詳細な説明から当業者には容易により明らかになるであろう。

主題の発明に関わる当業者が主題の発明の製造及び利用の仕方をより容易に理解できるように、その発明の代表的な実施形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。
本開示による後部反射体スタックの一実施形態の概略断面図。 本開示による後部反射体スタックの別の実施形態の概略断面図。 本開示による背面照明ディスプレイの代表的な一実施形態の概略断面図。 本開示による背面照明ディスプレイの別の代表的な実施形態の概略断面図。 本開示による反射層の更に別の代表的な実施形態の平面図。 本開示の実施形態による輝度均一性の向上を入手可能な反射体と比較して説明。 本開示の実施形態による輝度均一性の向上を入手可能な反射体と比較して説明。 本開示の実施形態による輝度均一性の向上を入手可能な反射体と比較して説明。 本開示の実施形態による輝度均一性の向上を入手可能な反射体と比較して説明。 異なる種類の後部反射体を有するディスプレイに全体の強度分布を示すグラフ。 発光灯が目視されないときの状態に相当する異なるキャビティ構成に関するＳ／Ｄ比を示すプロット。 発光灯が目視されないときの状態に相当する異なるキャビティ構成に関するキャビティ深さを示すプロット。

以下の記載では、図面を参照して読み取りがなされるべきであり、異なる図面中の類似要素は同様の様式で番号付けされる。図面は、必ずしも一定の縮尺とは限らないが、選択された例証的な実施形態を表すものであって、本開示の範囲を制限しようとするものではない。様々な要素について、構造、寸法、及び材料の例を説明するが、当業者は、提供される多くの実施例が、利用され得る好適な代替物を有することを理解するであろう。

特に明記しない限り、本明細書及び請求項で用いられている特徴的なサイズ、量、及び物理的特性を表すすべての数は、すべての場合において「約」という用語によって修飾されていることが理解されるべきである。したがって、特に記載のない限り、前述の明細書及び添付の請求の範囲に記載されている数のパラメータは、本願明細書で開示する教示を利用する当業者が得ようと試みる所望の特性に応じて変えることのできる近似値である。

端点による数値範囲の列挙には、その範囲内に含まれるすべての数（例えば１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）並びにその範囲内のあらゆる範囲が含まれる。

本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容について別段のはっきりした指示がない限り、複数の指示対象を有する実施形態を含む。例えば、「ａ ｆｉｌｍ」の引用は、１つ、２つ又はそれ以上のフィルムを有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、用語「又は」は、その内容について別段のはっきりした指示がない限り、一般的に「及び／又は」を包含する意味で用いられる。

図１は代表的な後部反射体スタック１００を例示し、それは本開示による代表的バックライトに使用できる。後部反射体スタック１００には反射層１０２及び透明層１０４が含まれる。透明層１０４には、透明層の表面上のマトリックスアレイ中に配置された光指向性突起１０６があり、その突起は反射層１０２から見て外側に向いている。本開示の目的のために、光指向性突起１０６が断面で示してあるが、突起はマトリックスアレイの中に配置されている。このマトリックスアレイ中では、個々の光指向性突起は、横列及び／又は縦列を有する方形構成、個々の素子が互いに角度をもって及び／若しくは水平方向にオフセットされていて横列及び／若しくは縦列を有するとして殆ど特性付けができないパターンを形成する構成、又は個々の素子の分布が、識別可能ないかなるパターンにも従わない、ランダム分布のような構成で配置されてもよい。透明層１０４は実質的に均一な屈折率を有する。好ましくは、透明層の屈折率は場所ごとに０．０５、０．０３を超えない差であり、より好ましくは０．０２、更に好ましくは０．０１を超えない差である。幾つかの代表的な実施形態では、後部反射体スタック１００には、追加の層１０８が更に含まれる。追加層１０８は拡散器を任意に含んでよい。任意の２つ又はそれ以上の反射層１０２、１つ以上の追加層及び透明層１０４は、例えば、空気の間隙で分離されてもよいし、他の層の上に積み重ねられてもよいし、又は互いに取り付けられてもよい。

任意の２つ又はそれ以上の層は、当業者に既知のいかなる好適な手段、又は方法によって互いに取り付けられることもできる。例えば、透明層は好適な接着剤によって反射層に取り付けられてもよいし、透明層は反射層の上にコーティングされ次いで乾燥及び／若しくは硬化されてもよいし、又は透明層は一緒に形成された反射層と一緒に、例えば共押出しによって共に形成されてもよい。１つ以上の層、例えば、ポリマー層は、接着性を増強するためにプライマー処理してよい。代表的なプライマー処理（priming）技術としては、化学的プライマー処理、コロナ表面処理、火炎表面処理、フラッシュランプ処理、及びその他が挙げられる。

代表的一実施形態では、感圧接着剤（ＰＳＡ）を用いて拡散フィルムを反射層に積層できる。拡散フィルムは０．１３ｍｍ（５ミル）〜０．２５ｍｍ（１０ミル）の厚さであることができ、また同様に支持基材として働くこともできる。紫外線吸収剤をＰＳＡ又は拡散フィルムに混合して紫外線により誘起される反射フィルムの黄色化を防護できる。その他の代表的な実施形態では、紫外線硬化接着剤が使用できる。更にその他の代表的実施形態では、ポリマー反射体が、拡散効果を得るための拡散性スキンと共に共押出されてもよく、紫外線吸収剤はそのスキンに混合できる。その他の代表的な実施形態では、拡散性コーティング剤を反射層の上にコーティングでき、次いで反射層をＰＥＴ又はＰＣなどの基材と積層してもよい。

透明層
その表面の少なくとも一方の上に光指向性の突起を有する追加の透明層を、反射層によって反射される光路中に配置することにより、光学特性に幾つかの利点をもたらすことが見出されている。例えば、透明層はバックライトの出力面全体にわたって輝度の均一性を向上させるのに役立ち、これにより、全体的輝度を犠牲にすること無く、そのようなバックライトを使用するディスプレイ外観の向上がもたらされる。

光指向性突起は緊密に詰めることができる。幾つかの代表的な実施形態では、光指向性突起は互いに近接させて並ばせて配置でき、また、一部の代表的な実施形態では、互いに実質的に接触させて又はぴったりと沿わせて配置することができる。光指向性突起によって占有される表面積の量が増大すると、本開示による反射体スタックを含むバックライト又は光学ディスプレイの輝度の均一性に更なる利点がもたらされる。別の代表的な実施形態では、光指向性突起は、ビーズ含有層の露出している有用表面積の好ましくは少なくとも過半数以上（即ち５０％以上）、より好ましくは約６０％以上、更に好ましくは約７０％以上、その上好ましくは約９０％以上を占有していれば、互いに離間して並んでよい。

透明層の代表的な一実施形態では、レンチキュラーレンズ光指向性突起が含まれる。好ましくは、レンチキュラーレンズ光指向性突起は実質的に半球形状である。そのような代表的な実施形態の典型的実施態様には、その構造体の半径の約６０％以内である高さを有する光指向性突起が含まれる。より好ましくは、本開示のそのような実施形態では、その構造体の半径の約４０％以内である高さ又は深さを有する突起又は窪みが含まれ、最も好ましくは、本開示のそのような実施形態ではその構造体の半径の約２０％以内である高さ又は深さを有する突起又は窪みが含まれる。その突起の半径の少なくとも約６０％以内である高さ又は深さを有する光指向性突起は、「実質的に半球形」であると称される。

実質的に半球形状の突起の好適な代表的半径としては、約２、５、８、１０、１２．５、１５、１７．５、２０、２５、３７．５、４５、５０、６０、７０及び８０ミクロン、並びにこれらの代表値のいずれかの間の任意の範囲に含まれる半径が挙げられる。幾つかの代表的な実施形態では、実質的に半球形状の突起は、より小さくてもよいが、回折効果を惹き起こす程には小さくなく、あるいは突起は、例えば約１００又は１５０μｍ以上のより大きい半径であってもよい。一般的には、実質的に半球形状の突起の寸法は、光学フィルムを含むディスプレイデバイスの目視者に容易にはっきり見えないほど十分に小さい必要がある。例えば、突起は、例えば、５〜５０μｍの範囲の平均直径を有してよい。一般的には、突起は１２〜３０μｍ、又は一部の実施形態では１２〜２５μｍの範囲の平均直径を有してよい。少なくともある場合には、より小さい突起が好まれるが、これは単位面積当たりより多くの突起を付加することが可能になるためであり、より粗い若しくはより均一に粗い表面、又はより良好な光再指向性効果を多くの場合もたらす。

所望する後部反射体スタックの特性に応じて、透明層の光指向性突起は実質的に同一の形状及び／又は同一の寸法であってもよく、あるいはその突起は少なくとも２つ又はそれ以上の実質的に異なった形状及び寸法のものであってもよい。例えば、本開示によって構築された透明層には、より大きな寸法の実質的に半球形状の構造体、及びより大きな寸法の構造体の間に配置されたより小さい寸法の実質的に半球形状の構造体を含むことができ、それにより透明層の主表面のより大きな部分を被覆できる。このような代表的な実施形態では、より小さい突起の半径は近隣のより大きな突起の約４０％であってよく、又はその半径は、より大きな構造体の二次元アレイの中でより小さい構造体が稠密充填であるように十分小さい別の好適な半径であってよい。その他の代表的な実施形態では、実質的に半球形状の突起は少なくとも３つの実質的に異なる半径のものであるか、又はその突起は種々の異なった半径を有してもよい。

幾つかの代表的な実施形態では、透明層は透明な硬化性ポリマー材料、例えば低屈折率又は高屈折率のポリマー材料から製造できる。幾つかの代表的な実施形態では、透明層の材料は１．４８〜１．６５の屈折率を有する。高屈折率材料の場合、より高い光学利得は、より狭い可視角度を犠牲にして達成でき、一方、低屈折率材料の場合、より広い可視角度は、低光学利得を犠牲にして達成できる。代表的な好適な高屈折率樹脂としては、米国特許第５，２５４，３９０号及び同第４，５７６、８５０号に開示されたもの等の電離放射線硬化性樹脂が挙げられ、それらの開示は、参照により、本開示と矛盾しない範囲で本明細書に組み込まれる。

本開示による透明層の光指向性突起はまた、ビーズによって形成されてもよい。図２はそのような代表的な構成の透明層２０４を概略的に説明し、これには結合剤２１４に分散されたビーズ２１２が含まれる。ビーズ２１２の少なくとも一部は突起２０６を形成する。後部反射体スタック２００には、透明層２０４に加えて、反射層２０２、及び任意選択で追加層２０８が含まれる。

典型的には、ビーズ含有層内に含まれているビーズは、実質的に透明であり、好ましくは透明な固形物である。それらは、有機（例えばポリマー）又は無機材料など当業者に既知のいずれかの適切な透明材料で作製してよい。幾つかの代表的な材料としては、シリカ（例えばミネソタ州セントポール（St. Paul）の３Ｍ社（3M Company）のジーオスフェアーズ（Zeeospheres）（商標））、アルミノケイ酸ナトリウム、アルミナ、ガラス、タルク、アルミナとシリカとの合金などの無機材料、並びに、液晶ポリマー（例えばテネシー州キングスポート（Kingsport）のイーストマンケミカルプロダクツ社（Eastman Chemical Products, Inc.）のベクトラム（Vectram）（商標）液晶ポリマー）、非晶質ポリスチレン、スチレンアクリロニトリルコポリマー、架橋ポリスチレン粒子若しくはポリスチレンコポリマー、ポリジメチルシロキサン、架橋ポリジメチルシロキサン、ポリメチルシルセスキオキサン、及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、好ましくは架橋ＰＭＭＡなどのポリマー材料、又はこれらの材料の任意の適切な組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。別の適切な材料としては、実質的に不混和性であると共に、粒子含有層の処理中に層の材料内で有害な反応（分解）を起こしたり、処理温度で熱劣化したり、対象波長又は波長範囲の光を実質的に吸収したりしない無機酸化物及びポリマーが挙げられる。

ビーズは一般に、例えば５〜５０μｍの範囲の平均直径を有するが、レンチキュラーレンズ光指向性突起の代表的な寸法に関連して上記に記述したように別のビーズ寸法を使用できる。用途に応じて、より小さい、より大きい又は異なる寸法のビーズが好まれる。いかなる形状のビーズも使用できるが、一般に球状ビーズが場合によっては好まれる。幾つかの実施形態では、ビーズ寸法分布は＋／−５０％であってよく、別の実施形態では＋／−４０％であってよい。その他の実施形態としては、単分散分布などの４０％未満のビーズ寸法分布を挙げることができる。

一般的には、その中にビーズが分散されている結合剤もまた同様にほぼ透明であり、好ましくは透明である。最も代表的な実施形態では、結合剤の材料はポリマーである。目的の用途に応じて、結合剤は、電離放射線硬化性（例えばＵＶ硬化性）のポリマー材料、熱可塑性ポリマー材料、又は、粘着性材料であってよい。ある１つの代表的なＵＶ硬化性結合剤としては、コグニス社（Cognis Company）から入手可能なウレタンアクリレートオリゴマーのフォトマー（Photomer）（商標）６０１０を挙げることができる。

電離放射線硬化性結合剤中に含まれる光重合プレポリマーは、それらの構造に、電離放射線によってラジカル重合又はカチオン重合された官能基が組み込まれる。ラジカル重合されたプレポリマーが、硬化速度が速く、樹脂を自由に設計可能であるために好ましい。使用可能な光重合プレポリマーとしては、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、メラミンアクリレート、ポリエステルアクリレートなど、アクリロイル基（acryoyl group）を備えたアクリルプレポリマーが挙げられる。

使用可能な光重合モノマーとしては、２−エチルヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、ブトキシプロピルアクリレートなどの単官能アクリルモノマー、１，６−ヘキサンジオールアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ヒドロキシピバレートネオペンチルグリコールアクリレートなどの２官能アクリルモノマー、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートトリメチルプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートなどの多官能アクリルモノマーが挙げられる。これらは、個々に使用することもでき、２つ以上の組み合わせで使用することもできる。

光重合開始剤として、開裂を誘発するラジカル重合開始剤、水素を引き抜くラジカル重合開始剤、イオンを発生させるカチオン重合開始剤を使用することができる。開始剤は、プレポリマー及びモノマーに適しているように以上のものの中から選択される。使用可能なラジカル光重合開始剤としては、ベンゾインエーテル系、ケタール系、アセトフェノン系、チオキサントン（tioxanthone）系などが挙げられる。使用可能なカチオン型光重合開始剤としては、ジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、トリアリールピリリウム塩（triaryl pyrilium salts）、ベンジンピリジニウムチオシアネート（benzine pyridinium tiocyanate）、ジアルキルフェナンシルスルホニウム塩（dialkyl phenancyl sulfonium salts）、ジアルキルヒドロキシフェニルホスホニウム塩などが挙げられる。これらのラジカル型光重合開始剤及びカチオン型光重合開始剤は、単独で使用することも、それらの混合物として使用することもできる。光重合開始剤は、紫外（ＵＶ）放射線硬化性樹脂には必要であるが、高エネルギー電子ビーム放射線硬化性樹脂では省略することができる。

電離放射線硬化性樹脂には、光重合性プレポリマー、光重合性モノマー及び光重合開始剤に加えて、必要に応じて、増感剤（intensifiers）、顔料、充填剤、非反応性樹脂、レベリング剤などを含めることができる。

電離放射線硬化性樹脂は、好ましくは、ビーズ含有層の結合剤樹脂の２５重量％以上、より好ましくは５０重量％以上、最も好ましくは７５重量％以上の量で含まれる。

結合剤にはまた、アクリルポリオール及びイソシアネートプレポリマーからなる熱硬化性ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、並びにポリカーボネート、熱可塑性アクリル樹脂、エチレンビニルアセテートコポリマー樹脂などの熱可塑性樹脂も含めることができる。

透明層内のビーズの量は、一般的に、例えば、光学フィルムの所望の特性、結合剤層に使用されるポリマーの種類及び組成、ビーズの種類及び組成、並びにビーズと結合剤との間の屈折率の差等の因子によって決まる。ビーズは、例えば、結合剤１００重量部に対して少なくとも１００〜２１０重量部の量で提供されることができる。本開示の幾つかの代表的な実施形態では、ビーズは、例えば、結合剤１００重量部に対して少なくとも１２０重量部、結合剤１００重量部に対して少なくとも１５５重量部、結合剤１００重量部に対して少なくとも１７０重量部、又は結合剤１００重量部に対して少なくとも１８０重量部の量で提供されることができる。より少ない量ではフィルム特性に有意な効果がない。

ビーズは、コーティングの４５容積％〜７０容積％の容積量で提供されることができる。本開示の幾つかの代表的な実施形態では、ビーズは、例えば、５２容積％〜７０容積％、５８容積％〜７０容積％、６０容積％〜７０容積％、又は６２容積％〜７０容積％の容積量で、ビーズ含有層中に提供されることができる。用途に応じて、透明層中のビーズの容積量は、コーティングが乾燥かつ硬化される前に測定することができ、又はコーティングが乾燥かつ硬化された後で測定することもできる。

幾つかの代表的な実施形態では、ビーズと結合剤との間の屈折率差は、例えば、０〜０．０５の範囲である。例えば、ビーズと結合剤との間の屈折率差は０．０３以下、約０．０２以下、及びより好ましくは約０．０１以下であることができる。

結合剤に分散されるビーズを含む透明層はまた、結合剤の平均厚さがビーズのメジアン半径にどのように関連するかという観点で特性付けることもできる。乾燥かつ硬化した結合剤の厚さがビーズのメジアン半径と離れ過ぎていないときには、透明層は改善された光指向性特性を有すると考えられる。例えば、光学物品（光学フィルムなど）の主表面上の１リニアインチにわたる結合剤の平均厚さがビーズのメジアン半径の６０％以内、４０％以内、又は２０％以内である場合に、有利な性能を達成できると考えられている。他の代表的な諸実施形態では、２リニアインチにわたる平均結合剤厚さは、ビーズのメジアン半径の６０％以内、４０％以内、又は２０％以内である。

乾燥結合剤厚さは、代表的な光学物品の断面を作製し、任意の好適な顕微鏡技術及び機器を使用してサンプルの２５．４ミリ（１インチ）（又は５０．８ミリ（２インチ））にわたって少なくとも１０回の測定値を得て、得られた測定値を平均して乾燥結合剤の平均厚さ値を出すことによって測定することができる。あるいは、乾燥結合剤厚さは、任意の好適な厚さ計を使用して総フィルム厚さを測定し、コーティングされていないフィルムの厚さを減じて、測定することもできる。

結合剤中に分散されたビーズを含む透明層はまた、コーティング重量に関して特性付けることもできる。乾燥かつ硬化したコーティング重量が所望の範囲に含まれる場合、透明層は有利な光指向性の光学特性を有すると考えられる。この又はその他の有利な目的は、ビーズ含有層の混合物が５〜５０ｇ／ｍ^２の乾燥重量を有するように、ビーズと結合剤の比率を調節すること、及び／又はビーズ／結合剤の混合物を基材上に配置することによって達成できる。別の代表的な実施形態では、基材上に配置された、ビーズ含有層の混合物は、１０〜３５ｇ／ｍ^２、１５〜３０ｇ／ｍ^２、又は２０〜２５ｇ／ｍ^２の乾燥重量を有してよい。

結合剤中のビーズの単層分布もまた、有利な透明層の光指向性特性をもたらすことができる。

反射体
本開示の後部反射体スタックには、いかなる種類の反射層も使用できる。反射層は、鏡面反射成分、拡散反射成分又はそれらの両方を含む反射率を有することができる。幾つかの代表的な実施形態では、反射層は鏡面反射体である。好適な反射層の例には、それらに限定されないが、銀コーティング又はアルミニウムコーティングのミラー若しくはミラーフィルムのような金属反射層、多層ポリマー反射フィルム、多層無機フィルム、拡散コーティング剤でコーティングされた鏡面反射体、粒子装填ポリマーフィルム、粒子装填空隙ポリマーフィルム及び背面散乱反射体のようなポリマー反射層が挙げられる。実例となる反射偏光素子のこのリストは、好適な反射偏光素子の網羅的なリストとなることを意図するものではない。入射光の、例えば少なくとも４０％、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、及びより好ましくは少なくとも８０％を反射するいかなる反射層も使用できる。

多層反射層は、その上の入射光を鏡面反射する少なくとも２つの異なる材料（好ましくはポリマー）の間の屈折率差に依存する。例示的な多層反射体は、例えば米国特許第５，８８２，７７４号、同第６，０８０，４６７号、同第６，３６８，６９９号に記載され、それらの全てを参照により本明細書に組み入れる。市販される多層反射体の１つの形態は、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社によって反射率上昇鏡面反射体（ＥＳＲ、Enhanced Specular Reflector）として販売されている。

好適な多層反射体は、例えば、２軸配向された複屈折性の第１ポリマー光学層を第２ポリマー光学層と交互に重ねる（例えば挟み込む）ことによって製造できる。用語「複屈折」は、直交ｘ、ｙ、ｚ方向における屈折率の全てが同じではないことを意味する。フィルム又はフィルム中の層の場合、ｘ、ｙ、及びｚ軸の便利な選択には、フィルム又は層の長さ及び幅に対応するｘ軸及びｙ軸と、層又はフィルムの厚さに対応するｚ軸とが含まれる。

幾つかの実施形態では、第２の光学層は、配向した層の面内屈折率とは異なる等方性屈折率を有する。あるいは、両方の光学層は、屈折率のように配向させた複屈折性ポリマーから形成できる。第２の光学層が等方性であろうと複屈折性であろうと、第１の光学層と第２の光学層との間の境界面は、光反射平面を形成する。幾つかの代表的な実施形態では、第１及び第２光学層の屈折率はｚ方向に沿って整合する。そのような多層反射体の反射率は、層数を増加させること、又は第１と第２の層の間の屈折率の差を増加させることによって高めることができる。

バックライト及びディスプレイ
本開示による後部反射体スタックは、ディスプレイシステムに好適なバックライトを含む種々の用途に使用できる。特定の理論にゆだねるわけではないが、本明細書に記載の新規な直接照明バックライトの背後にある光学原理は、光源の背面から放射される比較的少量の光だけを、目視者に面した光源上部の領域に指向することであると考えられている。結果は、鏡面反射体の場合よりも高いが拡散反射体の場合よりも低い、光源の上部領域の輝度レベルであり、バックライト出力の全体的均一性の改善をもたらす。

図３は、ディスプレイパネル３６０及びバックライトを含む、本開示による１つの例示的な背面照明ディスプレイシステム３００の概略断面図を説明し、それは、照明デバイス３４０及び後部反射体スタック３２０を備える。上記に説明したように、後部反射体スタック３２０は、反射層、及び反射層３２２と照明デバイス３４０との間に配置された透明層３２４を備える。目視者はバックライトとは反対にあるディスプレイパネル３６０の側に位置するであろう。

この代表的な実施形態では、照明デバイス３４０は、導光体３４２の角部３４２ａと光学的に連結した光源３４４（又は導光体３４２の角部３４２ａに取り込まれるそこからの光）を備える。例えば、中実の導光体の場合の全内部反射及び中空の導光体の場合の単反射によって、導光体３４２の内部で光が伝播すると、光はディスプレイに面する導光体表面３４２ｃ及び後部反射体スタックに面する導光体表面３４２ｂを通って外に連結される（即ち、外に出される）。導光体表面３４２ｂを通って出て後部反射体スタック３２０に到達した光は次いで、反射層３２２によって反射され、透明層３２４の光指向性突起によって再指向され、反射体スタック３２０によって反射される光の光路の中に配置される導光体３４２を通過する。図３に描かれる導光体３４２は、概ね方形の断面を有するが、バックライトはいずれかの好適な形状を持つ導光体を使用することができる。例えば、導光体は楔形状であることができる。一部の代表的な実施形態では、複数光源が導光体の２つ以上の端部に配置できる。

図４に、ディスプレイパネル４６０及びバックライトを含む、本開示による別の例示的背面照明ディスプレイシステム４００の概略断面図を図示するが、それには、照明デバイス４４０及び後部反射体スタック４２０が含まれる。上記に説明したように、後部反射体スタック４２０は、反射層４２２、及び反射層４２２と照明デバイス４４０との間に配置される透明層４２４を備える。目視者は、バックライトの反対にあるディスプレイパネル４６０の側に位置するであろう。

この代表的な実施形態では、照明デバイス４４０には細長い複数光源４４４のような光源のアレイ（例えば、２つ以上）が含まれ、それらは断面で示されている。後部反射体スタック４２０に到達する、複数光源４４４によって発光された光は次いで反射層４２２によって反射され、透明層４２４の光指向性突起によって再指向される。少なくともその光の大部分は、後部反射体スタック４２０によって反射される光の光路の中に配置される複数光源４４４の方に戻り、最終的にはその出力面を通ってバックライトを出てディスプレイパネル４６０を照らすために使用できる。別の代表的な実施形態では、照明装置はＬＥＤのマトリックスアレイのような複数光源のマトリックスアレイを備えてよい。

図４に例示されるような直接照明タイプのバックライトは、一般に、後部反射体スタックで反射される光の光路の中に配置される、１つ、２つ、３つ又はそれ以上の光源を備えることができる。代表的な光源には、ＣＣＦＴ、ＬＥＤ又はＬＥＤのアレイが挙げられるが、それらに限定されない。

図５に別の後部反射体スタック５００を示すが、そのスタックは、反射層の上部に配置される複数の拡散領域５４０を備えて、その拡散領域５４０で挟み込んだ複数の反射領域５２０を形成する。拡散領域並びに反射領域は、ストライプ形状であってよい。各拡散領域５４０は、光指向性突起のマトリックスアレイを含む本開示の透明層として構成できる。

図５に例示されるような後部反射体スタックは、線状の複数光源又は複数光源のマトリックスアレイを有する照明デバイスを備えるバックライトに有用であることができる。このような代表的バックライトでは、反射層への複数光源の投射は拡散領域と整列されている必要があり、一方複数光源の間の開口部の投射は反射領域と整列されている必要がある。幾つかの代表的な実施形態では、反射層への複数光源の投射中心部は拡散領域の中心部と整列されている必要がある。拡散領域の幅は、対応する反射層への光源の投射の幅の約２〜３倍であってよい。このような代表的実施形態の後部反射体スタックでは、拡散領域５４０の光指向性突起はバックライトの複数光源に位置合わせされる。

しかし、本開示による典型的な代表的バックライトでは、透明層の光指向性突起はいかなる光源とも位置合わせされない設定で構成され、配置される。換言すれば、本開示のバックライトは、光指向性突起の形状及び／又は寸法と光源（単数又は複数）の位置、形状及び／又は寸法との間に何の相関関係も持たない。この特徴により、透明層及びそのような透明層を含むバックライトの生産速度が上がり、製造が単純になり、立ち代って顕著なコストの削減が可能になる。

一般には、上記の構成要素に加えて、バックライトにはいかなるその他の好適なフィルムをも含めることができる。例えば、１つ以上の拡散器、反射偏光素子、３Ｍ社から入手可能なビキュイティ（Vikuiti（商標））二重輝度上昇フィルム（Dual Brightness Enhancement Film）（ＤＢＥＦ）のような多層反射偏光素子、吸収偏光素子、及び３Ｍ社から入手可能なビキュイティ（Vikuiti（商標））輝度上昇フィルム（Brightness Enhancement Film（ＢＥＦ）のような構造化表面フィルムを含むことができる。その他の好適な追加のフィルムには、透明基材とその上に配置された拡散層とを含む、ビーズ含有拡散フィルムを含み、拡散層は結合剤中に配置されたビーズ又は粒子を含む。好適なビーズ含有拡散器は、例えば、米国特許第５，９０３，３９１号、同第６，６０２，５９６号、同第６，７７１，３３５号、同第５，６０７，７６４号及び同第５，７０６，１３４号に記載され、本開示と矛盾しない限りそれらを本明細書に参照により組み入れる。バックライトディスプレイシステムの代表的な一実施形態は、バックライトと、本発明による光学物品と、ディスプレイ媒体と、光学物品とディスプレイ媒体との間に配置された、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の、ビーズ含有拡散フィルムとを備えることができる。

本開示により構築された代表的な反射体スタックの別の利点は、それらが大部分のバックライトにおいて軸上輝度の上昇に寄与するということである。特別な理論に拘束されるものではないが、この軸上輝度の上昇は透明層の光指向性突起の屈折特性に起因すると考えられる。具体的には、大きい角度で透明層の上に入射する光は、その透明層の材料と空気との間の界面において多重の屈折及び／又は全内部反射（単数又は複数）を受ける可能性がある。そのような屈折及び／又は反射はディスプレイパネルに直交する軸のより近くに再指向されるように大きい角度の入射光をもたらすと予想される。

この効果は楔形状の導光体が備わる一部のバックライトに特に有用である。反射体スタックに面する楔形状の導光体の出力側を抜ける光は通常、反射体スタックに大きな入射角で入射する。一部の代表的な実施形態では、大部分の光は楔形状の導光体を約７０度で出るが、正確な角度は用途に応じて変わるであろう。一般的なディスプレイはディスプレイパネルに直交する方向から目視されるように意図されるので、上記の大きい角度に再指向された入射光は、結果としてより良好な目視体験をもたらす。

本開示は、以下の実施例を参照して、本開示により構築された後部反射体スタック及びバックライトの代表的特性を更に例示する。

（実施例１）
図６及び図７Ａ〜７Ｃを使用して、新規の後部反射体スタックによる発光灯を隠す性能を、入手可能な白色拡散後部反射体及び入手可能な鏡面後部反射体と比較できる。これらの図は、１０台の発光灯のシャープ（Sharp）７６．２ｃｍ（３０インチ）ＬＣＤ ＴＶ、モデル番号ＬＣ−３０ＨＶ４Ｖを用いて得た。元のＴＶは１２のＣＣＦＬ発光灯及び白色後部反射体を装備している。これらの実施例のために後部反射体の修正を実行した。図６は、デジタルカメラ（米国、ワシントン州デュヴァル（Duvall）、ラディアント・イメージング（Radiant Imaging）社の測光カラーＣＣＤ光測定システム（Photometric Color CCD Light Measurement System））で撮ったデジタル画像である。垂直線は、図７Ａ〜７Ｃを作成するために、３つの異なる後部反射体領域に対してルミナンスプロファイルが採られた場所を示す。

ＣＣＦＬ発光灯画像を元のＴＶセットを有したスクリーン上で見ることができ、それは図６の最も右側部分に図示される乏しい輝度均一性を示し、図７Ａは図６に示される垂直線７Ａに沿ったルミナンスのプロットである。次いで、白色後部反射体の中間部分を、ＴＶバックライトの残りの部分は変更せずに、一枚のＥＳＲフィルムに置き換えた。スクリーン上の発光灯の画像が更に明確に目視でき、それは図６の中間部分から明らかであり、図７Ｂにより詳細に図示される。次いで、白色後部反射体の最も左側の３分の１の部分を本開示による一片の後部反射体スタックで置き換え、それは図６の最も左側に示される。

ここでは、ビーズ及び結合剤を含む透明層は、日本、大阪の恵和（Keiwa）社から得られるビーズ含有拡散器ＢＳ−０４型であった。このビーズを含有したものの透過率及びヘイズは、米国メリーランド州シルバースプリングのＢＹＫガードナー（BYK Gardner）社のヘイズガードプラス（Haze-gard Plus）によって測定して９８％及び８９．１％であった。ビーズ含有拡散器の増幅率（gain）は、増幅率テスターで測定して２６％であった。増幅率テスターは、広帯域光源（ニューヨーク州オーバーンのショットフォステック（Schott Fostec）社のフォステックＤＣＲＩＩ光源）、テフロン（登録商標）ボックス、及びＰＲ６５０分光光度計（カリフォルニア州チャッツワースのフォトリサーチ（Photo Research）社）より構成される。テフロン（登録商標）の光ボックスはランバート拡散表面（Lambertian diffuse surface）を作り出す。サンプルから測定された軸上輝度を光ボックスの軸上輝度に対して比率化し、それは試験中の光学フィルムの増幅率として計算される。ＥＳＲフィルムを反射層として使用した。スクリーン上の輝度均一性は、図６及び図７Ｃに図示されるように顕著に改善された。

これらのデータから、本開示の代表的な実施形態は、発光灯を隠す性能が拡散白色後部反射体及び鏡面後部反射体よりも優れているという結論を出すことができる。

（実施例２）
この実施例は、本開示による代表的な後部反射体スタックが従来の拡散反射体よりも更に効果的に輝度均一性を改善できることを示す。この実施例のバックライトは、３５ｍｍの発光灯間隔及び１７ｍｍのキャビティ深さを有する試験台であり、それは従来の１２の発光灯ベースの８１．３ｃｍ（３２インチ）ＬＣＤＴＶに近い。トップフィルムには２ｍｍの拡散板、及び上にＢＥＦプリズムがコーティングされたＤＢＥＦ（ＤＴＶ）が含まれた。

本開示による代表的な反射体スタック（実施例１のものと同一）に加えて、多様なヘイズレベルを有する普通の拡散フィルムを有する拡散反射体フィルムが、出力の輝度均一性の改善度合いに関して試験台で試験された。ヘイズレベルが３５％、４５％、及び６０％（米国、メリーランド州シルバースプリングのＢＹＫガードナー（BYK Gardner）社のヘイズガードプラス（Haze-gard Plus）によって測定して）の拡散フィルムをＥＳＲに積層し、試験での後部反射体として使用した。図８は、ディスプレイの垂直方向における各種後部反射体スタックに対する強度断面を示し、これはデジタルカメラ（米国、ワシントン州デュヴァル（Duvall）、ラディアント・イメージング（Radiant Imaging）社の測光カラーＣＣＤ光測定システム（Photometric Color CCD Light Measurement System））で撮った。図８の個々のピークは個々のＣＣＦＬ発光灯に対応する。この図から、本開示による反射体スタックが最良の出力輝度均一性の改善をもたらすことが容易に分かる。

（実施例３）
この実施例では、透明層は、実施例１に用いたのと同じビーズ含有拡散器（恵和（Keiwa）社のビーズ含有拡散器、「オパルス（OPALUS）ＢＳ−０４」、１００μｍＰＥＴ基材上で１４０μｍ厚さ、ヘイズガードプラス（Haze-gard Plus）（米国、メリーランド州シルバースプリングのＢＹＫガードナー（BYK Gardner）社）で測定して８９．５％のヘイズレベルを有する）であった。この透明層をオプト１（Opt1）感圧性接着剤（ＰＳＡ）を用いてＥＳＲフィルムに積層した。

発光灯間隔がそれぞれ２５ｍｍ、３０ｍｍ、及び３５ｍｍである３つの試験台を使用した。ＬＣＤ ＴＶ（ＧＤ）、ＤＢＥＦ（Ｄ４００）、ＢＥＦ、及びＢＥＦを備えるＤＢＥＦに対する市販のビーズ含有拡散器を含む、異なる組み合わせの前面フィルムを使用した。標準白色反射体及び本開示による後部反射体スタックを後部反射体として使用した。図９及び図１０に試験結果を示すが、それは本開示による後部反射体スタック（「変性ＥＳＲ］）の性能を従来の拡散白色後部反射体（「標準白色」）と比較する。データは目視検査に基づいており、発光灯がフィルム上で目視されないときの条件を表した。発光灯の上部に２ｍｍの拡散板を使用した。

図９に、肉眼で発光灯が目視されない（良好に発光灯を隠している）ときの異なるキャビティ構築のＳ／Ｄ比率を示す。Ｓは発光灯間隔であり、Ｄは後部反射体と拡散板の底との間の距離として規定されるキャビティ深さである。図９から、本開示の後部反射体スタックが、標準白色反射体のＳ／Ｄ比率（１．４〜１．８５）と比較して、Ｓ／Ｄ比率を１．８〜２．１に増加させることが分かる。一般的な８１．３ｃｍ（３２インチ）ＬＣＤＴＶに関して、２．１というＳ／Ｄ比率は１０の発光灯が標準的な１６の発光灯の代わりに使用できることを意味し、１．９５というＳ／Ｄ比率は１２の発光灯が１６の発光灯の代わりに使用できることを意味する。

図１０に、肉眼で発光灯が目視されない（良好に発光灯を隠している）ときの異なるキャビティ構築のキャビティ深さ（Ｄ）を示す。図１０に実証されたように、本発明の後部反射体スタックにより以下の２つの利点がもたらされる。

（ｉ）特定の発光灯間隔（例えば２５ｍｍ）では、より薄いバックライト設計を可能にできる。フィルム組み合わせに応じて、キャビティ深さを１５〜１８ｍｍから１２〜１４ｍｍの深さに低減できる。

（ｉｉ）標準白色後部反射体を有した２５ｍｍ発光灯間隔に対するキャビティ深さは、拡散ＥＳＲ後部反射体及び発光灯間隔３５ｍｍのキャビティ深さと非常に近いか又は同一である。これは、拡散ＥＳＲ後部反射体が、キャビティ深さを変更せずに発光灯数を削減するのに役立つことができることを意味する。

本開示の光学物品及びデバイスについて特定の代表的な実施形態に即して説明したが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく諸実施形態に変更及び修正を加えることができることが当業者には容易に理解されよう。

Claims (20)

1. ディスプレイデバイス用途に好適なバックライトであって、前記バックライトが、
   少なくとも１つの光源を含む照明デバイスと、
   反射層及び実質的均一な屈折率を有する透明層を有し、かつマトリックスアレイ中に配置された複数の光指向性突起を有する後部反射体スタックであって、前記透明層は、前記反射層と前記照明デバイスとの間に、前記複数の光指向性突起が前記反射層とは反対側に向くように配置される、後部反射体スタックとを有し、
   前記複数の光指向性突起が、前記照明デバイスのいかなる光源とも位置合わせされていない設定で構成され、配置される、バックライト。
2. 前記照明デバイスが、前記後部反射体スタックによって反射された光の光路の中に配置された導光体と、前記導光体の角部と光学的に結合された、少なくとも１つの光源とを有する、請求項１に記載のバックライト。
3. 前記導光体が、楔形状である、請求項２に記載のバックライト。
4. 前記照明デバイスが、前記後部反射体スタックによって反射された光の光路の中に配置された、少なくとも１つの光源を有する、請求項１に記載のバックライト。
5. 前記反射層が、鏡面反射成分を有する、請求項１に記載のバックライト。
6. 前記反射層が、少なくとも２つの多様性ポリマー材料の複数の挟み込み層を有する、請求項１に記載のバックライト。
7. 前記反射層が、拡散反射成分を有する、請求項１に記載のバックライト。
8. 前記反射層が、少なくとも７０％の反射率を有する、請求項１に記載のバックライト。
9. 前記後部反射体スタックが、前記透明層と前記反射層との間に配置された拡散器を更に有する、請求項１に記載のバックライト。
10. 前記透明層が、前記反射層に取り付けられている、請求項１に記載のバックライト。
11. ディスプレイデバイス用途に好適なバックライトであって、前記バックライトが、
    少なくとも１つの光源を有する照明デバイスと、
    反射層と結合剤中に配置された複数のビーズを含む透明層とを有する後部反射体スタックであって、前記ビーズが複数の光指向性突起を形成し、かつ前記結合剤が前記ビーズの屈折率に近い屈折率を有し、前記透明層は、前記反射層と前記照明デバイスとの間に、前記複数の光指向性突起が前記反射層とは反対側に向くように配置される、後部反射体スタックとを有し、
    前記複数の光指向性突起が、前記照明デバイスのいかなる光源とも位置合わせされていない設定で構成され、配置される、バックライト。
12. 前記結合剤の屈折率が、前記ビーズの屈折率の０．１以内でである、請求項１１に記載のバックライト。
13. 前記結合剤が、電離放射線硬化性材料を含む、請求項１１に記載のバックライト。
14. 前記照明デバイスが、前記後部反射体スタックによって反射される光の光路の中に配置される導光体と、導光体の角部と光学的に結合される、少なくとも１つの光源とを有する、請求１１に記載のバックライト。
15. 前記導光体が、楔形状である、請求項１４に記載のバックライト。
16. 前記照明デバイスが、前記後部反射体スタックによって反射された光の光路の中に配置される、少なくとも１つの光源を有する、請求項１１に記載のバックライト。
17. ビーズによって形成された前記光指向性突起が、前記透明層の主表面の単位面積当たり、少なくとも約５０％を被覆する、請求項１１に記載のバックライト。
18. ディスプレイデバイス用途に好適なバックライトであって、前記バックライトが、
    少なくとも１つの光源を有する照明デバイスと、
    反射層と実質的に均一な屈折率を有し、かつマトリックスアレイ中に配置された複数のレンチキュラーレンズ光指向性突起を含む透明層とを有する後部反射体スタックであって、前記透明層は、前記反射層と前記照明デバイスとの間に、複数の光指向性突起が前記反射層とは反対側に向くように配置される、後部反射体スタックとを有し、
    前記複数の光指向性突起が、前記照明デバイスのいかなる光源とも位置合わせされていない設定で構成され、配置される、バックライト。
19. 前記レンチキュラーレンズ光指向性突起が、実質的に半球形状である、請求項１８に記載のディスプレイ。
20. 前記レンチキュラーレンズ光指向性突起が、前記透明層の主要表面の単位面積当たり少なくとも約５０％被覆する、請求項１８に記載の光学物品。

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