JP2011209727A - 光コリメーション／拡散構造を有する光学基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】フラットパネルディスプレイ用輝度向上／拡散光学基板の性能を改善する。
【解決手段】光学基板５０は表裏に角柱構造化面５４及びレンチキュラー構造化面５２を有する。レンチキュラー構造化面５２は軽湾曲レンズ構造を有する。隣り合う軽湾曲レンズ構造は連続または無間隙とするか、あるいは一定または可変の間隔で隔てることができる。レンズ構造は断面が一様または可変の縦長構造を有することができる。レンチキュラーレンズ５６は横方向に迂曲する構造を有することができる。隣り合う直線または迂曲するレンチキュラーレンズ５６の一部は互いに交差するかあるいはある程度または完全に重なり合うことができる。レンチキュラーレンズ５６は不連続レンチキュラーセグメントの形態をとることができる。レンチキュラーセグメントは、交差するかまたは重なり合うことができ、表面に模様を付けることができる。
【選択図】 図６ａ

Description

本発明は構造化表面を有する光学基板、詳しくは輝度向上及び拡散のための光学基板、さらに詳しくは面光源を有するフラットパネルディスプレイに使用するための輝度向上／拡散基板に関する。
フラットパネルディスプレイ技術は、テレビジョンディスプレイ、コンピュータディスプレイ及び携帯電子機器(例えば、セル式携帯電話、電子手帳(ＰＤＡ)、デジタルカメラ、タブレット、等)のディスプレイに普通に用いられている。液晶ディスプレイ(ＬＥＤ)はフラットパネルディスプレイの一タイプであり、画像を表示するためのピクセルアレイを有する液晶(ＬＣ)モジュールを装備する。
図１はＬＣＤディスプレイの一例を示す。バックライトＬＣＤ１０は、液晶(ＬＣ)表示モジュール１２，バックライトモジュール１４の形態の面光源及び、ＬＣモジュール１２とバックライトモジュール１４の間に配された、多数の光学フィルムを有する。ＬＣモジュール１２は２枚の透明基板の間に挟み込まれた液晶及び、２次元ピクセルアレイを定める、制御回路を有する。光源が平面にかけて広がる背面照射タイプまたは、線型光源１６が光ガイド１８の端面に備えられる、図１に示されるような、端面照射タイプの、いずれのバックライトモジュール１４も平面分布光を提供する。光ガイド１８の端面を通して光ガイド１８に線型光源１６からの光を導き入れるために、反射器２０が備えられる。光ガイド１８は、光を分散させ、ＬＣモジュール１２に面している上平面を通して導くような(例えば、テーパが付けられたプレート及び、ＬＣモジュール１２とは逆側に向いている底面上に定められた、光反射及び／または散乱面３０からなる)構造につくられる。光学フィルムは、光ガイド１８の平坦面からの光を拡散する、上層拡散フィルム２２及び下層拡散フィルム２４を含むことができる。光フィルムにはさらに、フィルムを出る光の分布にフィルム表面の法線に沿って導かれる光が多くなるように通過光の分布を変える、上層及び下層の構造化面光学基板２６及び２８が含まれる。光学基板２６及び２８は技術上、輝度向上フィルム、光リダイレクトフィルム及び指向性拡散フィルムと称されることが多い。そのような光学フィルムの組合せを通ってＬＣモジュール１２に入る光は、ＬＣモジュール１２の平面領域にわたって空間的に一様であり、比較的強い法線方向光強度を有する。
輝度向上フィルム２６及び２８の主機能はバックライトモジュール全体の輝度を向上させることである。輝度向上フィルムの効果は、ディスプレイの軸に対して小さな角度で放射される光の量を、大きな角度で放射される量を減じることによって、増加させることである。すなわち、軸に対する角度を大きくしながらディスプレイを見ると、知覚輝度は低下していくであろう。３５°と４５°の間で、知覚輝度は非常に急速に低下するであろう。この効果はシャープカットオフとして知られている。
バックライトＬＣＤ１０において、輝度向上フィルム２６及び２８には、ディスプレイのユーザが見る光の輝度を高め、システムが低電力レベルで所望のレベルの軸上照明をつくり出すことを可能にする、視野角(すなわちディスプレイの法線方向)に沿って光を導く縦長角柱構造が用いられる。輝度向上フィルム２６及び２８は、光がバックライトモジュールからそこを通って入る、平滑であるかまたは光沢のある光入力面を有する。従来、多くのＬＣＤは、(図１のＬＣＤにおけるように)２枚の輝度向上フィルム層を、それぞれのフィルム層の縦方向ピーク／溝が互いに対して９０°をなし、よって光出力面に直交する２つの面に沿って光をコリメートするように、フィルムの面に垂直な軸を中心にして互いに対して回転させて用いていた。
輝度向上フィルム２６の光沢のある底面が他方の輝度向上フィルム２８の構造化面の上方にある場合、上層輝度向上フィルム２６の光沢面と下層輝度向上フィルム２８の構造化面及び／または光沢面の間の光干渉が、表示画像内に見ることができる干渉縞(すなわち明暗反復パターン)の形態の、望ましくない可視アーティファクトを表示画像内に生じさせていた。そのような明暗パターンは、上層拡散フィルム２２(図１)がなくとも、上層輝度向上フィルム２６とＬＣモジュール１２の隣接面の間に生じ得る。干渉縞、カットオフ効果(虹)、物理的欠陥、フロー、汚れのような、きず及び非一様性から生じる、画像に影響する望ましくない効果は、上層拡散フィルム(例えば、図１の輝度向上フィルム２６の上方の拡散フィルム２２)によって覆い隠すことができる。
ＬＣＤの表示品質を損なわずに、ＬＣＤの電力消費、厚さ及び重量を低減させることが益々必要になっている。したがって、バックライトモジュールの電力消費、重量及び厚さの低減が、また様々な光学フィルムの厚さの低減も、必要になっている。この点では、ディスプレイ輝度を損なわずに電力消費を低減するための多くの導光手法が開発されている。中には、バックライトモジュールの設計(すなわち、総合光出力性能を向上させるための、光源１６及び反射器２０を含み、また光ガイド１８を含む、図１のバックライトモジュール１４のコンポーネントの構造の設計)に向けられた開発がある。さらに、拡散フィルム２２及び２４と輝度向上フィルム２６及び２８に向けられた開発が別にある。
従来、ＬＣＤの光学フィルムの総厚を低減するため、光学フィルムの枚数を、４枚(例えば、図１の２２，２４，２６及び２８)から３枚に、減らすことにかなりの努力が向けられてきた。この点に関し、１つの手法では、下層拡散フィルム２４と下層輝度向上フィルム２８は別々の構造として残されるが、上層拡散フィルム２２及び上層輝度向上フィルム２６の機能は組み合わされ、合体されて、単一ハイブリッドフィルム構造にされる。３枚フィルム型ディスプレイは、機器の全体の大きさを、限界をこえて縮小することが特に望ましい、携帯型電子機器及びノートブックに広く採用されている。
ハイブリッド輝度向上フィルムの開発にも様々な努力が払われてきた。図２を参照すれば、特許文献１は、反対側の上面に構造化面が設けられている光学基板の下側面上に粒子コーティング層が設けられた、輝度向上フィルムを開示している。光学基板の下側に光沢面はもはや存在しない。付加された粒子が光拡散のための光散乱効果を達成する。図３を参照すれば、特許文献２は光拡散によって輝度の一様性を向上させるための小突起を光学基板の下側に形成するための方法を開示している。そのような拡散処理により、干渉縞の多くが隠され、ユーザから見えなくされるであろう。この手法の欠点の１つは、光散乱が軸上利得を減少させることである。さらに、ハイブリッド輝度向上フィルムは所望の視野角範囲内に光を導く効率も低い。
他に、光学基板の構造化面の角柱面構造の改変が試みられている。例えば、図４ａ及び４ｂを参照すれば、特許文献３では、光学基板の構造化面の角柱面上に、光をある方向により広い角度で拡散すると想定される、微細突起が設けられる。
したがって、上記のハイブリッド輝度向上フィルムの全てにおいては、光出力の指向性が弱められている。さらに、上記のフィルムに対し、総合輝度はかなり低められる。さらに、上記のハイブリッド輝度向上フィルムは全て、比較的高い製造コストを必要とする、比較的複雑な構造を含む。
輝度を高め、有効な拡散も提供し、従来技術の多機能光学フィルムの欠点を克服する、構造を有する光学基板が必要とされたままである。
米国特許第５９９５２８８号明細書 米国特許第５５９８２８０号明細書 米国特許第６７９８５７４号明細書
本発明の課題は、輝度を高め、有効な拡散も提供し、従来技術の多機能光学フィルムの欠点を克服するような構造を有する光学基板を提供することである。
本発明は、光コリメーション機能及び光拡散機能のいずれをも有する分布角柱基板に関する。さらに詳しくは、本発明は光をコリメートすることで輝度を高め、また光の拡散を強める、構造化面を有する光学基板に向けられる。
本発明の一態様において、光学基板は、可撓性または硬質とすることができ、角柱構造化面及び、裏面の、レンチキュラー構造化面を有する、フィルム、シート、プレート等の形態にある。一実施形態において、レンチキュラー構造化面は軽湾曲レンズ構造(例えば凸レンズ)を有する。隣り合う軽湾曲構造は連続または無間隙とすることができ、あるいは一定または可変の間隔で隔てることができる。レンズ構造は、断面が一様であるかまたは可変の、縦長構造を有することができる。レンチキュラーレンズは横方向迂曲構造を有することができる。隣り合う直線または迂曲レンチキュラーレンズの断面は互いに交差するか、あるいは、ある程度または完全に、重なり合うことができる。別の実施形態において、レンチキュラーレンズは、光学基板の対向する二辺の間の連続構造の代わりに、レンチキュラーセグメントの形態にあることができる。レンチキュラーセグメントは、交差するかまたは重なり合うことができる、規則的で対称な形状、あるいは不規則で非対称な形状を有することができる。レンチキュラーセグメントを含む、レンチキュラーレンズの表面は、さらに拡散をおこさせるための模様を付けることができる。
本発明の別の態様において、単ノットまたは一連のノットの形態の、独立リップルが軽湾曲レンズ構造に設けられる。
本発明にしたがえば、構造化面は、総合輝度を有意に低下させずに、ウエットアウト、ニュートン環、干渉縞及びカットオフ効果(虹)のような、いくつかの望ましくない光学効果を低減することができる、光コリメーション特性及び光拡散特性のいずれも提供する。
本発明の本質及び利点を、また好ましい使用態様も、さらに深く理解するために、以下の詳細な説明が参照され、添付図面とともに読まれるべきである。図面においては、全図面を通して同様の参照数字が同様であるかまたは類似の要素を指す。
図１は従来技術のＬＣＤの構造を簡略に示す。 図２は従来技術のハイブリッド輝度向上／拡散光学基板を示す。 図３は従来技術のハイブリッド輝度向上／拡散光学基板を示す。 図４ａは従来技術のハイブリッド輝度向上／拡散光学基板を示す。 図４ｂは従来技術のハイブリッド輝度向上／拡散光学基板を示す。 図５は、本発明の一実施形態にしたがう光学基板を組み込んでいる、ＬＣＤの構造を簡略に示す。 図６ａは、本発明の一実施形態にしたがう、構造化光入力面及び構造化光出力面を有する光学基板の簡略な斜視図である。 図６ｂは図６ａの光学基板の断面図である。 図６ｃは図６ａの光学基板の断面図である。 図６ｄは図６ａの光学基板の断面図である。 図７の(ａ)〜(ｆ)は、様々な光入力面及び光出力面を有する光学基板に入射するランベルト光源に対する、輝度分布曲線のパラメータ測定結果を示す。
ランベルト光源に対する、輝度分布曲線のパラメータ測定結果を比較して示す。
図８はレンチキュラー表面構造を示す簡略な断面図である。 図９ａは本発明の一実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図９ｂは本発明の一実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１０ａは本発明の別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１０ｂは本発明の別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１１ａは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１１ｂは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１２ａは本発明のさらにまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１２ｂは本発明のさらにまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１３ａは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１３ｂは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１４ａは本発明のなおまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１４ｂは本発明のなおまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１４ｃは本発明のなおまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１４ｄは本発明のなおまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１４ｅは本発明のなおまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１４ｆは本発明のなおまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１５ａは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１５ｂは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１５ｃは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１５ｄは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１５ｅは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１５ｆは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１６ａは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１６ｂは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラー表面構造を簡略に示す。 図１７は本発明の一実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図１８ａは本発明の別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図１８ｂは本発明の別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図１８ｃは本発明の別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図１８ｄは本発明の別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図１９ａは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図１９ｂは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図１９ｃは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図１９ｄは本発明のさらに別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図２０ａは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図２０ｂは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図２０ｃは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図２０ｄは本発明のまた別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図２１ａは本発明のさらにまた別の実施形態にしたがうレンチキュラーセグメントの略図である。 図２１ｂは図２１ａのレンチキュラーセグメントのＳＥＭ写真である。 図２２ａは本発明の一実施形態にしたがうノット付レンチキュラー構造を示す。 図２２ｂは本発明の一実施形態にしたがうノット付レンチキュラー構造を示す。 図２２ｃは本発明の一実施形態にしたがうノット付レンチキュラー構造を示す。 図２２ｄは本発明の一実施形態にしたがうノット付レンチキュラー構造を示す。 図２３ａは本発明の一実施形態にしたがうリップル付レンチキュラー構造を示す。 図２３ｂは本発明の一実施形態にしたがうリップル付レンチキュラー構造を示す。 図２３ｃは本発明の一実施形態にしたがうリップル付レンチキュラー構造を示す。 図２４ａは、カットオフ効果を比較する、光学基板の写真である。 図２４ｂは、カットオフ効果を比較する、光学基板の写真である。 図２５は、本発明の一実施形態にしたがう、本発明の新規な光学基板を組み込んでいるＬＣＤパネルを有する電子機器である。
本説明は、本発明の実施の、現在考えられる最善の態様の説明である。本発明は本明細書において様々な実施形態及び図面を参照して説明される。本説明は本発明の全般的な原理を示す目的のためになされており、限定の意味でとられるべきではない。本発明の範囲及び精神を逸脱せずに、そのような教示の観点において変形及び改善がなされ得ることが当業者には当然であろう。本発明の範囲は添付される特許請求の範囲を参照することで最善に定められる。
本発明は、光コリメーション機能及び光拡散機能のいずれをも有する分布角柱基板に関する。さらに詳しくは、本発明は、光をコリメートすることで輝度を高め、光の拡散を強める、構造化面を有する光学基板に向けられる。本発明の一態様において、光学基板は、可撓性または硬質とすることができ、角柱構造化面及び、裏面の、レンチキュラー構造化面を有する、フィルム、シート、プレート等の形態にある。本発明にしたがえば、構造化面は、総合輝度を有意に低下させずに、ウエットアウト、ニュートン環または干渉縞のようないくつかの望ましくない光学効果を低減できる、光拡散特性を提供する。
本発明の文脈において、本発明の光学基板は、表示ピクセルアレイを有する、平坦とするかまたは湾曲させることができ、可撓性とするかまたは硬質とすることができるディスプレイパネルを有する表示装置に採用することができる。面光源は表示ピクセルアレイの領域をカバーするような照明を与える光源を指す。したがって、湾曲画像表示ピクセル面を有するディスプレイパネル(そのようなパネルは硬質とするかまたは可撓性とすることができる)に対し、バックライトは、湾曲画像面への照明カバレッジを有効に与えるように、湾曲面内の表示ピクセルアレイをカバーするであろう。
以下で、図示される実施形態に関して本発明をさらに説明する。
図５はフラットパネルディスプレイの一例を簡略に示す。バックライトＬＣＤ１１０は、本発明の一実施形態にしたがい、液晶(ＬＣ)表示モジュール１１２，バックライトモジュール１１４の形態の面光源及び、ＬＣモジュール１１２とバックライトモジュール１１４の間に配された、多数の光学フィルムを備える。ＬＣモジュール１１２は２枚の透明基板の間に挟み込まれた液晶及び、２次元ピクセルアレイを定める制御回路を有する。バックライトモジュール１１４は、光源が面内に広がる背面照明型または、光ガイド１１８の端面に線型光源１１６が設けられる、図５に示されるような端面照明型の、プレーナ光分布を与える。光ガイド１１８の端面を通して光ガイド１１８に線型光源１１６からの光を導き入れるために反射器が備えられる。光ガイドは、ＬＣモジュール１１２に面している上面を通して光を分配し、導くように、(例えば、テーパ付であるかまたはフラットなプレート及びＬＣモジュール１１２とは逆側に向いている底面上に定められた光反射及び／または光散乱面により)構造化される。光ガイド１１８の下側を通って逃れる光を捕らえ、向きを変えさせて光ガイド１１８に戻すことを容易にするために反射器１２０を設けることができる。
図示される実施形態において、本発明にしたがう(同様の構造とすることができる)２枚の構造化光学基板１２６及び１２８は、それぞれの縦長角柱構造が２枚の基板の間で概ね直交するように、配置されている。図５においては、２枚の基板１２６及び１２８が簡略に示され、基板上の角柱構造が互いに平行に見えるように(すなわち、夾角α＝０°；図６も見よ)示される。一般に、角柱構造は０°より大きい夾角をなして回転され、これはさらに説明する必要無しに可視化され得る。構造化光学基板１２６及び１２８は、光を拡散し、また輝度も強める構造につくられ、ディスプレイからの光の向きを変える。そのような光学フィルムの組合せを通ってＬＣモジュール１１２に入る光は、ＬＣモジュール１１２の面領域にわたって空間的に一様であり、比較的高い法線方向光強度を有する。構造化光学基板１２６及び１２８は、ＬＣモジュール１１２と上層構造化光学基板１２６の間の別途の拡散シートを不要にする。これによりＬＣＤ１１０の総厚が低減されるであろう。さらに、本発明にしたがう構造化光学基板１２６及び１２８は、基板間の、及び上層基板と隣り合うＬＣモジュール１１２の間の、干渉縞の形成を軽減するであろう。あるいは、許容できる干渉縞レベル及び光拡散効果を得るには、光学基板１２６及び１２８の内の一方を(例えば上層光学基板１２６を)本発明にしたがって構造化することしか必要ではない。あるいは、光学基板１２６及び１２８の内の一方だけがＬＣＤ１１０に備えられる。
光ガイドプレート１１８の端面に光源１１６が配置されているバックライト１１４が示されているが、バックライトモジュールは、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、光ガイドの端面に配置されたＬＥＤアレイまたは光ガイドの面内の平面ＬＥＤアレイのような、別の光源構成のモジュールとすることができる。
図示されるＬＣＤ１１０の実施形態では純粋な拡散フィルムが別途に備えられていないが、ＬＣＤ１１０の光学フィルムには、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、必要に応じて、上層及び／または下層の拡散フィルムを含めることができる。言い換えれば、図１に示されるＬＣＤ１０の輝度向上フィルム２６及び／または２８を置き換えて本発明の恩恵を得ることは十分に本発明の範囲内にある。拡散フィルムは角柱構造を有していないという点において、輝度向上のための光学基板(すなわち、以下で論じられる輝度向上フィルム)から拡散フィルムまたは拡散層を弁別できることに注意されたい。拡散フィルムは、輝度向上フィルムの場合におけるように第一義的にディスプレイから外に向かう方向に光を導いて輝度を高める代わりに、第一義的に光を散乱及び拡散させる。
本発明の光学基板は表裏をなす面に、輝度を高めかつ光を拡散するように構成された、角柱構造及びレンチキュラー構造を有する。詳しくは、図５に示される光学基板は、表裏をなす、本発明にしたがう構造化面を有し、構造化面は光を拡散し、またフィルムを出る光のより多くがフィルムの表面の法線に沿う方向に分布するように、フィルムを通過する光を再分布させる。
図６ａは、図５のＬＣＤ１１０の構造化光学基板１２６及び／または１２８として用いることができる、本発明の一実施形態にしたがう基板の表裏をなす面に角柱構造及びレンチキュラー構造を組み合わせた光学基板５０を示す。光学基板５０はレンチキュラー構造化面５２及び角柱構造化面５４を有する。この図示実施形態において、角柱構造化面５４は光出力面であり、レンチキュラー構造化面５２は光入力面である。
角柱構造面５４は、基板５０の対向する二辺の間を延びる、無間隙であるかまたは連続する縦長角柱５８の平行列を有する。図６ａの実施形態において、縦長角柱５８の列は横に平行に(横並びに)配列されて、平行なピーク６０及び谷６２を定める。この実施形態において(ｘ-ｚ平面で見た)ピーク６０の断面形状はピークを中心にして対称である。ピークの頂角は直角とすることができ、角柱構造面５４の平面にわたって、ピークは一定または同様の高さを有し、及び／または谷は一定または同様の深さを有する。図６ａの図示実施形態において、隣り合うピーク／谷間の距離またはピッチは一定である。
参照の容易さのため、以下の様々な方向の説明には直交ｘ,ｙ,ｚ座標を採用する。図６ａに示される実施形態に対して、ｘ軸はピーク６０及び谷６２を横切る方向であり、角柱５８の横方向または横断方向と称される。ｙ軸はｘ軸に直交し、一般に軸線すなわち角柱５８の方向にある。角柱５８の縦方向は、ピーク６０が角柱５８の一端から他端に進む全体方向が基準になるであろう。角柱構造面５４はｘ-ｙ平面にある。長方形の光学基板に対し、ｘ軸及びｙ軸は基板の直交する辺に沿うことになろう。ｚ軸はｘ軸及びｙ軸に直交する。横方向に配列された角柱５８の列の端面を示す辺は、図６ａに示されるように、ｘ-ｚ平面にあり、端面はｘ-ｚ平面の断面も表す。角柱５８はそれぞれｘ-ｚ平面において一定の断面形状を有する。角柱５８の断面への言及は、ｙ軸に沿う様々な場所において、ｘ-ｚ平面でとられる断面についてなされるであろう。さらに、水平方向への言及はｘ-ｙ平面においてなされ、垂直方向への言及はｚ方向に沿ってなされるであろう。
レンチキュラー構造面５２は軽湾曲レンズ構造(例えば、凸レンズまたは凹レンジ構造、あるいは凸面と凹面の組合せ)を有する。詳しくは、レンチキュラー構造面５２は、基板５０の対向する二辺間をそれぞれがｘ方向に連続して延びる、平行な、レンチキュラーレンズ５６の無間隙であるかまたは連続する列を有する。隣り合うレンチキュラーレンズの湾曲面は交差し、平行な溝５１及び頭頂５９を定める。レンチキュラーレンズ５６に対し、ｙ軸は溝５１及び頭頂５９を横切る方向にあり、レンチキュラーレンズ５６の横方向または横断方向とも称される。ｘ軸は軸線すなわちレンチキュラーレンズ５６の方向を表す。レンチキュラーレンズの方向は、頭頂５９がレンチキュラーレンズ５６の一端から他端に進む全体方向が基準になるであろう。横方向に配列されたレンチキュラーレンズ５６の列の端面を示す辺は、図６ａに示されるように、ｙ-ｚ平面にあり、端面はｙ-ｚ平面の断面も表す。レンチキュラーレンズ５６はそれぞれｙ-ｚ平面において一定の断面形状を有する。レンチキュラーレンズ５６の断面への言及は、ｘ軸に沿う様々な場所において、ｙ-ｚ平面でとられる断面についてなされるであろう。さらに、水平方向への言及はｘ-ｙ平面においてなされ、垂直方向への言及はｚ方向に沿ってなされるであろう。
ｘ軸に沿い、ｙ軸に沿って、及びｘ軸とｙ軸に対して４５°の角度で、とられた断面を示す、図６ｂ〜図６ｄも参照する。図示される実施形態において、角柱構造化面５４及びレンチキュラー構造化面５２は光学基板全体において互いに概ね平行である(すなわち、バックライトモジュールの光ガイドプレートのように全体的にテーパが付けられているか、または凸面または凹面をなす、全体基板構造を形成しない)。図示される実施形態において、基板５０は、角柱５８の角柱構造面を載せる第１の構造化層５７、レンチキュラーレンズ５６のレンチキュラー面を載せる第２の構造化層５５及び層５５と５７を支持する中間プレーナベース層５３を含む、３つの個別層を有する。２つの構造化層５５及び５７はベース層５３に接着されて全体光学基板５０を形成する。光学基板は、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、３つの個別の物理層の代わりに、単一の一体材料物理層から形成できることは当然であり得る。光学基板５０は、表面角柱構造及び表面レンチキュラーレンズ構造を載せるベース部分を有する、単一体またはモノリシック体とすることができる。
角柱構造化面５４は、ｘ-ｚ平面に沿ってとられた図６ｂの断面図において、複数の三角柱５８を有する。レンチキュラー構造化面５２は、ｙ-ｚ平面に沿ってとられた図６ｃの断面図において、複数の湾曲凸レンズ５６を有する。三角柱５８は互いに寄り添って無間隙であるかまたは連続する角柱構造面５４を定め、レンチキュラーレンズ５６も互いに寄り添って無間隙であるかまたは連続するレンチキュラー構造化面５２を定める。レンチキュラー構造化面５２は拡散機能に寄与し、ウエットアウト、ニュートン環及び干渉縞のようないくつかの望ましくない光学欠陥を低減させることができる。
図６ａの図示実施形態において、レンチキュラーレンズの縦方向と角柱の縦方向は直交している。レンチキュラーレンズの縦方向と角柱の縦方向は様々な夾角αをなすように構成することができる。夾角αの範囲は、総合輝度を有意に低下させずに光を拡散できる能力を有する光学基板を提供するため、０°〜９０°，好ましくは４５°〜９０°とすることができる。夾角αは、好ましい性能を提供するため、実質的に９０°とすることができる。
図示される実施形態において、レンチキュラー層５５及び角柱層５７は同じかまたは異なる材料で作成することができ、ベース層３３も同じかまたは異なる材料で作成することができる。レンチキュラー層５５及び角柱層５７は、光学的に透明な材料、好ましくは紫外光または可視光で硬化する樹脂のような重合性樹脂、例えばＵＶ硬化性接着剤を用いて形成することができる。一般に、角柱構造化面５４及びレンチキュラー構造化面５２は、マスター金型またはマスタードラム上に重合性で架橋性の樹脂を含むコーティング可能な組成物を塗布し、硬化プロセスを施すことによって形成される。例えば、角柱構造及びレンチキュラー構造は、集成ダイ、加圧ロール機、加圧集成金型、またはその他の同等な機械によってベース層５３上に形成される。ベース層は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリエチレン(ＰＥ)、ポリエチレンナフタレン(ＰＥＮ)、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリビニルアルコール(ＰＶＡ)またはポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)のような、透明材料で作成することができる。ベース層５３は、代わりに、構造化層５５及び５７と同じ透明材料で作成することができる。ベース層５３は、光学基板５０の最終フィルムに構造一体性を与えるに必要な厚さを提供する。
別の実施形態において、角柱構造化面５４を透明ベースフィルム上に、成形、プレス加工、型押し、圧延または押出しによって一体形成することができ、レンチキュラー構造化面５２は樹脂のＵＶ硬化によって透明ベース層５３上に別途に作成される。
構造化面を有する基板の形成についてのさらなる議論については、本明細書に参照として含まれる、米国特許第７６１８１６４号明細書を参照することができる。
また別の実施形態において、レンチキュラー構造化面５２を透明ベースフィルム５３上に、成形、プレス加工、型押し、圧延または押出しによって一体形成することができ、角柱構造化面５４は樹脂のＵＶ硬化によって透明ベース層５３上に別途に作成される。
別の実施形態において、角柱構造化面５４をベースフィルム上に一体でまたは別途に形成することができ、レンチキュラー構造化面５２も別のベースフィルム上に一体でまたは別途に形成することができる。２枚のベースフィルムは、単に重ね合わせるか、あるいはフィルムに感圧接着剤(ＰＳＡ)のような接着剤を塗布することによって、背中合わせに結合されて、ベース層５３と等価な構造が形成される。角柱構造化面、レンチキュラー構造化面及びベース層、あるいはこれらの等価物の組合せを得るために、多くの手法及び作成方法の組合せが適用され得ることは明らかである。
光学基板の諸元は一般に、例えば：
ベース層５３の厚さ＝数１０μｍ〜数ｍｍ，
(隣接ベース層面から測定したか、あるいはベース層が角柱と一体であれば、隣り合う非交差角柱の間の谷から測定した)角柱のピーク高＝数１０〜数１００μｍ，
ベース層の上面からの角柱の谷底の距離＝約０.５〜数１００μｍ，
角柱ピークの頂角＝約７０°〜１１０°，
隣り合う角柱ピーク間のピッチ＝数１０〜数１００μｍ，
(隣接ベース層面から測定したか、あるいはベース層がレンチキュラーレンズと一体であれば、隣り合う非交差レンズの間の谷から測定した)レンチキュラーレンズの頭頂高＝１〜３００μｍ，
隣り合う頭頂高間のピッチ＝１０〜数１００μｍ，
の通りである。
本発明にしたがう光学基板は、例えば、テレビジョン、ノートブックコンピュータ、モニタ、セル式携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ等のような携帯機器、のための表示用に開発されるＬＣＤとともに、表示をより明るくするために、用いることができる。
レンチキュラー面５２及び角柱構造面５４並びに様々な光学基板構成に対するそれらの相互作用の効果を、図７の(ａ)〜(ｆ)を参照して見ることができる。図７の(ａ)〜(ｆ)は、様々な光入力面及び光出力面を有する光学基板に入射するランベルト光源に対する、輝度分布曲線のパラメータ測定結果を比較して示す。実線の曲線はＸ方向の輝度分布を表し、破線の曲線はＹ方向の輝度分布を表す。図７に示される例に対し、Ｘ方向は水平方向であり、Ｙ方向は紙面に向かう方向である。
図７(ａ)は、光学基板が全く無い場合の、ランベルト光源についての輝度分布曲線を示す。Ｘ方向及びＹ方向の分布は同じである。
図７(ｂ)は、平ＰＥＴフィルム上に入射するランベルト光源についての結果を示す。輝度分布曲線は図７(ａ)の輝度分布曲線と実質的に同様である。
図７(ｃ)は、レンチキュラー構造を全くもたない、角柱の軸線がＹ方向の一次元角柱構造化フィルムの形態の光出力面を有する光学基板に入射するランベルト光源についての結果を示す。輝度分布曲線は一義的にＸ方向における分布の明白な向上を示す。これは、光入力面から光出力面への軸上方向の光コリメーションによって輝度を向上させる。光学基板の角柱構造出力面の三角形構造により、光学フィルムを通過するときに光の向きがＸ方向に変えられる。
図７(ｄ)は、レンチキュラーレンズの軸線がＹ方向である一次元レンチキュラー構造化面を有する光学基板に入射するランベルト光源についての結果を示す。輝度分布曲線はレンチキュラーフィルムを通過する間にＸ方向で光が発散していることを示す。
図７(ｅ)は、レンチキュラー構造化光入力面及び角柱構造化光出力面を有する光学基板に入射するランベルト光源についての結果を示す。２つの構造化面の軸線は、Ｙ方向に角柱の軸線を合わせて、互いに対して９０°回転されている。結果は、Ｘ方向で光がより強められていること及びＹ方向で光がより強く発散(すなわち拡散)されていることを示す。
図７(ｆ)は、レンチキュラー構造化光入力面及び角柱構造化光出力面を有する別の光学基板に入射するランベルト光源についての結果を示す。２つの構造化面の軸線の互いに対する回転は０°であり、いずれもＹ方向にある。結果は、同じ方向で、光が強められ、光が発散／拡散もされていることを示す。
上記の比較測定結果によれば、散乱及び屈折態様で、レンチキュラー光入力面が光を拡散させ、角柱構造光出力面が軸上方向で光を強めることがわかる。
本発明の別の実施形態において、少なくともいくつかのレンチキュラーレンズは互いに交差せず、隣り合う凸湾曲レンズ面を、間隔をおくかまたは不連続のままにする。図８はｙ-ｚ平面(図６ｂと同じ平面)で見た光学基板５５０の断面図である。光学基板５５０はベース層５１０及びベース層５１０の上面に形成された凸湾曲面５２４を有する複数のレンチキュラーレンズ５１０，及びベース層５１０の下面に形成された(角柱５８と同様の)縦長角柱５１２を有する。レンチキュラーレンズ５２０のそれぞれの表面５２４は、実質的に、断面においてＯを中心とする半径ｒの円柱５２２の表面の切片に相当し、表面切片は断面において、対角θに対応し、及び点ａと点ｂの間の対弧に相当する。図８に示される断面図において、レンズ５２０は、境界が弦ａ-ｂ及び弧ａ-ｂで定められる、円５２２の弓形に相当する。図８に示されるように、レンチキュラーレンズ５２０の弧状面５２４は互いに接触せず、図６ｂと比較して、無間隙かまたは連続するレンズ面を形成しない。この実施形態において、それぞれのレンズ５２０の表面５２４はベース層５１０の上面上に「坐り」、隣り合うレンズ間に平坦面がある。この実施形態において、レンズ幅ピッチ１は不連続なレンズ５２０に対して同じである。間隔ピッチ２は隣り合う不連続なレンズ間で同じとするかまたは異ならせることができる。
好ましい実施形態において、レンチキュラー構造の角θは５°〜９０°の範囲に、さらに好ましくは２０°〜６５°の範囲にある。(ベース層５１０の上面から測定して、あるいはベース層がレンチキュラー構造と一体であれば、交差していないかまたは重なり合っていない隣り合うレンチキュラーレンズ間の谷から測定して)レンチキュラーレンズ構造の高さ(Ｈ)は同じであり、好ましくは１μｍ〜１００μｍの範囲、さらに好ましくは２μｍ〜５０μｍの範囲にある。レンチキュラーレンズの曲率は同じである。角柱５１２のピーク高＝５μｍ〜１００μｍ，隣り合う角柱ピークのピッチ＝１０μｍ〜５００μｍ，ベース層５１０の厚さ＝５μｍ〜１０００μｍ，ピッチ１＝５μｍ〜５００μｍ，ピッチ２＝１μｍ〜１００μｍ，隣り合うレンズの中心Ｏの間隔＝５μｍ〜５００μｍである。
好ましい実施形態において、角柱５１２の頂角は７０°〜１１０°の範囲に、さらに好ましくは８０°〜１００°の範囲にある。別の好ましい実施形態において、角柱ユニットの垂直高(Ｈ)は１０μｍ〜１００μｍの範囲に、さらに好ましくは２０μｍ〜７５μｍの範囲にある。あるいは、角柱ユニットは同じ垂直高を有していてもいなくても差し支えない。別の好ましい実施形態において、角柱５１２の横ピッチは１０μｍ〜２５０μｍの範囲に、さらに好ましくは１５μｍ〜８０μｍの範囲にある。
図９ａは別の実施形態の光学基板５５１の斜視図であり、図９ｂはその(ｙ-ｚ平面における)断面図である。本実施形態において、レンチキュラー構造化面の、レンチキュラーレンズ５２０'の曲率及び高さはそれぞれ同じであり、２つの不連続レンチキュラーレンズ５２０'の間隔ピッチ２は同じである。この実施形態において、それぞれのレンズ５２０'の表面５２４'はベース層５１０の上面に座っていない。(ベース層５１０の上面から測定して、あるいはベース層がレンチキュラーと一体であれば、隣り合うレンチキュラーレンズ間の谷から測定して)レンチキュラーレンズ構造の垂直高(Ｈ)は同じであり、好ましくは１μｍ〜３００μｍの範囲に、さらに好ましくは２μｍ〜５０μｍの範囲にある。レンチキュラーレンズの曲率は同じである。ピッチ１＝５μｍ〜５００μｍ，ピッチ２＝１μｍ〜１００μｍである。
図１０ａ及び図１０ｂは別の実施形態の光学基板５５２を示す。本実施形態において、レンチキュラー構造化面５２４”の２つの不連続レンチキュラーレンズ５２０”の間隔ピッチ２は断面にわたって可変であるかまたは異なる。(ベース層５１０の上面から測定して、あるいはベース層がレンチキュラーと一体であれば、交差しない隣り合うレンチキュラーレンズ間の谷から測定して)レンチキュラーレンズの高さは同じであり、好ましくは１μｍ〜１００μｍの範囲に、さらに好ましくは２μｍ〜５０μｍの範囲にある。レンチキュラーレンズの曲率は同じである。ピッチ１＝５μｍ〜５００μｍ，ピッチ２は１μｍ〜１００μｍの間で変わる。
図１１ａ及び１１ｂはまた別の実施形態の光学基板５５３を示す。本実施形態において、レンチキュラーレンズ５２５の構造の垂直高(Ｈ)は可変である。さらに、異なるレンチキュラーレンズ５２５の曲率半径も変わることができ、及び／または異なることができる。レンチキュラーレンズ表面は断面が円とは異なり(例えば断面が楕円、あるいは正多角形または不規則形状であり)、さらに寸法が可変の柱面と同形とすることができる。その他の凸曲面形状を定める一様断面を有する縦長レンチキュラー構造(例えば、異なるレンチキュラーレンズに対して同じ形状または異なる形状)も考えられる。ピッチ１＝５μｍ〜５００μｍ，ピッチ２＝１μｍ〜１００μｍであり、高さは０.５μｍ〜３００μｍの間で変わる。
図１２ａ及び１２ｂはさらにまた別の実施形態の光学基板５５４を示す。本実施形態において、隣り合うレンチキュラーレンズのいくつかは互いに交差するかまたはある程度重なり合い、よって無間隙であるかまたは連続するレンチキュラー構造化面を定め、レンチキュラーレンズ５２６のいくつかは(図１２ｂに示されるｙ-ｚ平面に見られるように)非対称断面を有する。レンチキュラーレンズ５２６の垂直高及び曲率はそれぞれレンズ間で同じである。ピッチ１＝５μｍ〜５００μｍであり、交差の大きさは隣り合うレンチキュラーレンズの辺の重なりで１μｍ〜５０μｍの範囲とすることができる。
図１３ａ及び１３ｂは別の実施形態の光学基板５５５を示す。本実施形態において、レンチキュラーレンズ５２７は(図示断面図に示されるように)ｙ方向にかけて不連続である。隣り合うレンチキュラーレンズ５２７は部分によって接するかまたは連続であり得る。レンチキュラーレンズ５２７は、レンズの長さ方向(ｘ方向)に沿って、横に(ｙ方向に)揺れ動く。一実施形態において、レンチキュラー構造は横方向に迂曲する縦長レンチキュラーレンズ及び／または、端と端がつなぎ合わされて全体で迂曲する縦長レンチキュラーレンズ構造を形成する、連続する湾曲セグメントの区画(すなわち、特定の方向の湾曲をもつ区画あるいは概ねＣ字形またはＳ字形の湾曲区画)を有するとして見ることができる。一実施形態において、横方向に迂曲する縦長レンチキュラーレンズ構造の列は横方向に並行して(ｙ方向に横並びに)配置することができる。一実施形態において、横方向波打ちは規則的であって、波長及び／または波振幅(すなわち横方向変形の大きさ)は一定または可変である。横方向波打ちは概ね正弦波形に、またはその他の湾曲形状に、したがうことができる。別の実施形態において、横方向波打ちの波長及び／または波振幅はランダムとすることができる。一実施形態において、レンチキュラーレンズ５２７の垂直高、曲率、表面形状及び／または幅は、特定の断面にわたる隣り合うレンズに対して、それぞれ同じとすることができ、長さ方向(ｘ方向)に沿う異なる断面に対しては、一定とするかまたは変えることができる。ピッチ１＝５μｍ〜５００μｍ，ピッチ２＝０μｍ〜１００μｍである。
図１４ａ及び１４ｂは図１３ａ及び図１３ｂの実施形態の改変形態を示す。本実施形態の光学基板５５６において、横方向に迂曲する隣り合うレンチキュラーレンズのいくつかが互いに交差するかまたはある程度重なり合い、よってそれぞれのレンチキュラーレンズ５２８の長さに沿ういくつかの場所において無間隙であるかまたは連続のレンチキュラー表面を定める。交差するこれらの隣り合うレンチキュラーレンズ５２８は(図１４ｂに示されるｙ-ｚ平面で見られるように)非対称断面を有するであろう(図１２ｂも見よ)。レンチキュラーレンズ５２８は同じ高さを有する。その他の構造は図１３ａ及び１３ｂの実施形態の構造と同様とすることができる。
図１４ｃ〜図１４ｆは、図１４ａ及び１４ｂに示される、横方向に迂曲するレンチキュラーレンズ５２８の変形を示す。図示されるように、図１４ｃ〜図１４ｆのレンチキュラーレンズ５２８'の一部は互いに交差するかあるいはある程度または完全に重なり合い、よって無間隙であるかまたは連続するレンチキュラー構造化面を光学基板５５６'上に定める。本質的に、レンチキュラーレンズ５２８'の構造は、図１４ａ及び１４ｂのレンチキュラーレンズ５２８の高さが変化する構造と図１２ａ及び１２ｂのレンチキュラーレンズ５２６の交差する構造の組合せになる。図１４ｄのｘ-ｙ平面に示されるように、レンチキュラーレンズ５２８'の必ずしも全てが光学基板５５６'の対向する二辺の一方から他方への長さ方向で連続であるとは限らない。レンチキュラーレンズ５２８'のいくつかは、レンチキュラーレンズ５２８'の一区画が別のレンチキュラーレンズ５２８'と完全に重なり合う場所(例えば５８０及び５８１)において終端を有する、より短い長さ方向セグメントとして見える。レンチキュラーレンズ５２８'の間には(例えば５８２及び５８３に) 間隙または平坦部がある。
図１５ａ及び１５ｂは別の実施形態の光学基板５５７を示す。本実施形態において、隣り合うレンチキュラーレンズ５２９は間隔をおかれ、ｘ方向のそれぞれのレンチキュラーレンズの長さに沿って高さが変わる。この図示実施形態においては、レンズに沿って高さが変わるから、断面の表面形状がｘ方向で変わる。高さの変化は概ね正弦波形に、または波長及び／または波振幅が、一定であるか、あるいは規則的またはランダムに変化する、その他の湾曲形状にしたがうことができる。レンズの幅(例えば、図８に示されるような点ａと点ｂの間のピッチ１)は隣り合うレンズについて同じであり、ｘ方向でそれぞれのレンズに沿って一定である。別の実施形態において、隣り合うレンズ間で、またはレンズの１つないしさらに多くについてｘ方向に沿って、幅も変わり得る。レンズの間隔(例えば図８に示されるようなピッチ２)は、図１４ｂに示される(図９ｂにも示される)ように一区画にわたって一定とすることができ、あるいは(例えば図１０ｂに示されるように)一区画にわたって変わることができる。ピッチ１＝５μｍ〜５００μｍ，ピッチ２＝０μｍ〜１００μｍ，高さの変化範囲＝１μｍ〜５０μｍである。
図１５ｃ〜１５ｆは、図１５ａ及び１５ｂに示される、高さが変わるレンチキュラーレンズ５２９の変形を示す。図示されるように、図１５ｃ〜１５ｆの縦長レンチキュラーレンズ５２９'は互いに交差するかまたはある程度重なり合い、よって無間隙であるかまたは連続するレンチキュラー構造化面を光学基板５５７'上に定める。本質的に、縦長レンチキュラーレンズ５２９'の構造は、図１５ａ及び１５ｂのレンチキュラーレンズ５２９の高さが変化する構造と図１２ａ及び１２ｂのレンチキュラーレンズ５２６の交差する構造の組合せになる。
図１６ａ〜１６ｂはまた別の実施形態の光学基板５５８を示す。本実施形態においては、先行実施形態のような光学基板全体にわたって延びる連続縦長レンチキュラー構造の代わりに、構造がレンチキュラーセグメントに分断される。図１７も参照すれば、それぞれのレンチキュラーセグメント５３０は全般に、丸められた末端を有する、細長構造である。レンチキュラーセグメント５３０の全体構造はｘ-ｙ平面において対称であり、楕円体に似たセグメントである。図１７(ｃ)に示されるレンチキュラーセグメント５３０の構造の上面図は概ね対称で、細長いかまたは平らな楕円様構造である。図１７(ａ)に示されるレンチキュラーセグメント５３０の縦方向断面形状は概ね細長い湾曲面であり、楕円の上面に似ている。別の実施形態において、レンチキュラーセグメントの平面形状は非対称とすることができる。本実施形態において、レンチキュラーセグメント５３０は互いに独立であるかまたは隔てられている。図７(ｂ)に示されるレンチキュラーセグメント５３０の横断面形状は概ね円柱面であり、先行実施形態の断面形状に似ている。本実施形態において、それぞれのレンチキュラーセグメントに沿う垂直高(Ｈ)はｘ方向の長さに沿って大きく変わって見える。レンチキュラーセグメント５３０の総高は同じである。表面曲率、ピッチ(Ｌ)と高さ(Ｈ)の比を制御することにより、レンチキュラーセグメント５３０はｘ-ｙ平面において(すなわちｘ方向及びｙ方向に沿って)光拡散をおこさせることができる。セグメントの諸元は、長さＬ１＝１μｍ〜５０００μｍ，ピッチＬ２＝０.５μｍ〜２０００μｍ，Ｈ＝０.１〜５００μｍである。セグメント５３０の分布は光学基板の面積のカバレッジで約３０％〜１００％である。１００％のカバレッジはレンチキュラーセグメントが重なり合っていることを意味する(例えば、図１９及び以下の議論を見よ)ことに注意されたい。
図１８〜２１は、本発明の別の実施形態にしたがう、光学基板のレンチキュラー構造化面上のレンチキュラーセグメントの変形を示す。様々な実施形態における、レンチキュラーセグメント以外の、残りの構造は図１６の構造と同様とすることができる。
図１８の実施形態において、光学基板５５９上の楕円様レンチキュラーセグメント５３２は、図１６の実施形態のレンチキュラーセグメント５３０と比較すると、ｘ-ｙ平面において非対称である(対称ではない)。
図１９の実施形態において、楕円様レンチキュラーセグメント５３４は対称であるが、図１６の実施形態のレンチキュラーセグメント５３０と比較すると、光学基板５６０上で互いに交差するかまたはある程度重なり合っている。図示される構造化面はより優れた拡散を提供することができる。
図２０の実施形態において、楕円様レンチキュラーセグメント５３５は非対称であり、図１９の実施形態と比較すると、光学基板５６１上で互いに交差するかまたはある程度重なり合っている。図示される構造化面もより優れた拡散を提供することができる。
図２１ａの実施形態において、楕円様レンチキュラーセグメント５３６は対称であり、図１９の実施形態と同様に、光学基板５６２上で互いに交差するかまたはある程度重なり合っているが、この実施形態のレンチキュラーセグメント５３６の表面は、拡散効果を高めるために、窪み、線、亀裂、ピット及び／または突起、等によって粗面にされるかまたは模様が付けられる。図２１ｂはレンチキュラーセグメントの模様付表面のＳＥＭ写真を示す。本明細書に開示される他の実施形態のレンチキュラーセグメントも同様に模様を付けることができる。
実験結果
様々なサンプル光学基板を、角度及び屈折率対ヘーズ及び利得の効果、及び干渉縞への効果について評価した。
光入力面上のレンチキュラーレンズだけを有し、裏の光入力面上の角柱構造はないサンプル光学基板についてヘーズ測定を行った。ヘーズはヘーズメーター(例えば、日本電色工業(株)のヘーズ／濁度計，モデルＮｏ.ＨＤＨ-２０００)内にそれぞれの光学基板をおくことで測定した。
角柱構造化光出力面及びレンチキュラー構造化光入力面のいずれも有する本発明の光学基板(すなわち、角柱構造及びレンチキュラー構造が光学基板の表裏に存在する)を通してバックライトから放射される軸上輝度を決定するため、サンプル光学基板の利得を、比色計(例えば、トプコンＢＭ７色彩輝度計)を用いて評価した。軸上輝度は試験サンプルの法線方向に放射される光の強度である。データはカンデラ毎平方メートル(ｃｄ/ｍ２)で報告された。利得の評価のため、バックライトと評価中のサンプル光学基板のそれぞれの間に配置される、低拡散シートをバックライト上におく。利得評価に用いられる他の光学フィルムまたはＬＣモジュールはない。それぞれのサンプル光学基板について輝度値を測定した。同じバックライトの輝度を同じ低拡散シートだけで測定した。軸上輝度利得値は、低拡散シートだけで測定したバックライトの輝度値に対するサンプル光学基板の(中間低拡散シートを含めて)測定された輝度値の比として表される。
本発明のサンプル光学基板の干渉縞効果はバックライト及び、バックライト上に低拡散シートの中間層をおき、サンプル光学基板と低拡散シートの間の(光入力面にレンチキュラー構造がない)角柱構造輝度向上シートを用いて単に肉眼で観察した。
フラット比はピッチ２/(ピッチ２＋ピッチ１)の比である。全ての実験に対し、ピッチ１はサンプル光学基板に対して一定である。
実験Ａ:
表１は、(例えば、フラット比が０％の、図６ａに示される実施形態と同様の)レンチキュラー構造の角θの、利得及び拡散／ヘーズへの効果を示す。干渉縞が排除され、１６°〜６６°の範囲の角θに対して利得が１.４９と１.５４の間に維持されることがわかる。
実験Ｂ:
表２は、レンチキュラー構造(例えば、フラット比がゼロの、図６ａ及び８に示される構造)の屈折率の効果を示す。角θが大きくなるほど、ヘーズは強くなるが利得は低くなる。レンチキュラー構造の屈折率が高くなるとヘーズは強くなるであろう。しかし、光学基板の利得は低下するであろう。レンチキュラー構造の好ましい屈折率は１.４５〜１.５８の範囲にあると思われる。
実験Ｃ:
表３はレンチキュラー(例えば、フラット比がゼロの、図６ａ及び８に示される構造)の半径を変えた範囲でヘーズ及び利得に有意な変化はないことを示す。しかし、角θはヘーズ及び利得の変化に有意である。
実験Ｄ:
表４は、図９に示される実施形態のような、光学基板のフラット比の効果を示す。低フラット比において、光学基板のヘーズは強くなり、干渉縞は排除され得る。光学基板のフラット比が高くなると、干渉縞を排除できる能力は低下する。１０％をこえないフラット比が光学基板に好ましい。
実験Ｅ:
本実験においては、２枚の光学基板を互いに対して回転させて角αを変えている(図６ａの実施形態を見よ)。表５は、角αを実質的に９０°にすることで、良好な利得も有する、許容できる拡散を示す輝度向上フィルムが得られることを示す。
前述した実施形態及び実験結果が与えられれば、許容できる拡散を損なわずに、干渉縞を低減し、利得を高め、また上述した本発明のその他の利点も達成するような、構造化面の様々な特徴の選択及び／または複合の効果を無理なく理解できる。例えば、光散乱のレベルは、樹脂の屈折率(ＲＩ)、レンチキュラーレンズの曲率半径、レンチキュラーレンズの対角／高さ、フラット比、等を含むパラメータによって制御される。レンチキュラー構造化光入力面と角柱構造化光出力面の組合せに本発明の利点を達成するための相乗作用があることは明らかである。
上述した、表裏に角柱構造化面及びレンチキュラー構造化面を有する光学基板は、ウエットアウト、ニュートン環または干渉縞のようないくつかの望ましくない光学効果を、総合輝度を有意に低下させずに低減すると同時に拡散を達成することができる。レンチキュラー構造化面はある大きさの視野角または観察角に対して知覚される明領域と暗領域の間の(カットオフにおける虹として現れる)カットオフ効果を低減するが、いくつかのディスプレイ用途に対しては一層緩やかであるかまたは軟調のカットオフが望ましいであろう。
本発明の別の態様にしたがえば、光学基板のレンチキュラー構造化面は、(それがなければ断面が一様になり得る)レンチキュラー構造に沿って分布する「リップル」を有する、軽湾曲レンズ構造を有する。リップルはノットまたは一連のノットに類似している。したがって、光散乱のレベルは、樹脂の屈折率(ＲＩ)、レンチキュラーレンズの曲率半径、レンチキュラーレンズの対角／高さ、フラット比、等に加えて、リップルの密度を含むパラメータによって制御されるであろう。
図２２ａ〜２２ｄは本発明の一実施形態にしたがうノット付レンチキュラー構造化面を有する光学基板７０を示す。本実施形態において、光学基板７０の構造は、以下でさらに説明されるようにレンチキュラー構造化面７２に個々に独立したノット８６が付加されており、角柱構造化面７４が角柱構造７８に沿って交互に変化する角柱高を有することを除いて、図６ａに示され、上で説明された光学基板５０と本質的に同様である。いずれの構造化層もベース層５３によって支持される。
軽湾曲凸レンズ７６に、他の点では連続で一様なレンチキュラーレンズ７６に沿ってｘ方向に分散された、あらかじめ定められた独立ノット８６の形態のリップルが設けられる。ノット８６はそれぞれレンチキュラーレンズ７６の円柱面を囲む環状バンドの区分の形態にある。図２２ａの断面図において、ノット８６は凸湾曲断面形状を有している。レンチキュラー構造化面７２上のあらかじめ定められたノット８６は縦長レンチキュラーレンズ７６に平行な縦ｘ方向に光を散乱させ、軽湾曲レンチキュラーレンズは縦長レンチキュラーレンズ７６に垂直な横ｙ方向に光を散乱させることができ、よってあらかじめ定められたノット面を備える軽湾曲レンズ構造は先行の、例えば、図６ａの実施形態に比較して拡散効果を改善することができる。したがって、ノット８６は拡散に寄与し、カットオフ効果(虹)、ニュートン環及び干渉縞のような、いくつかの望ましくない光学効果も低減する。ノットは、幅を(図２２ａに示されるように断面で見て、ｘ方向に)数μｍ〜数１００μｍとすることができ、隣り合うレンチキュラーレンズの表面の１μｍ〜数１０μｍ上方または下方とすることができる。レンチキュラーレンズに沿う独立ノット８６の間隔は数μｍ〜数１０００μｍとすることができる。
本実施形態において、縦長角柱構造７８は縦ｙ方向に沿い(高さが約３μｍ異なる)２つの高さの間で交互するピークを有する。角柱構造化面７４は、光を軸上方向に放射するように、レンチキュラー構造化面上に入射する光をコリメートすることによって輝度を改善することができる。
三角柱７８は互いに寄り添って連続するかまたは無間隙の角柱構造化面を定め、軽湾曲レンズ７６も互いに寄り添って連続するかまたは無間隙のレンチキュラー構造化面７２を定める。先行実施形態におけるように、レンチキュラーレンズ７５の縦方向及び角柱構造７８の縦方向は様々な夾角αをなすことができる。夾角αは、総合輝度を有意には低下させずに光を拡散できる十分な能力を有する光学基板を提供するために、０°〜９０°，好ましくは４５°〜９０°の範囲とすることができる。夾角αは好ましい性能を提供するために実質的に９０°とすることができる。光学基板７０の作成は先行実施形態と同様のプロセスを含むことができる。
図２３ａ〜２３ｃは、図２２に示される先の実施形態項の一連の付加ノット１８６に類似のリップル１８５を有する、また別の実施形態のレンチキュラー構造化面を示す。リップル１８５以外の、光学基板１８０の残りの構造は図２２の実施形態の光学基板７０の構造と同様とすることができる。詳しくは、軽湾曲凸レンズ１７６に、他の点では連続で一様なレンチキュラーレンズ１７６に沿ってｘ方向に分散された、一連のノット１８６の形態のあらかじめ定められた独立リップル１８５が設けられる。本実施形態において、ノット１８６の連は、(ｘ-ｚ平面の断面に見られる)様々な幅及び／または厚さ／高さの連結されたノット１８６を含む、他の点では一様な縦長レンチキュラーレンズ１７６上にリップル１８５を形成する。独立リップル１８５(ノット１８６の連)のレンチキュラーレンズに沿う間隔は数μｍ〜数１０００μｍとすることができる。レンチキュラー構造化面１７２上のリップル１８５は縦長レンチキュラーレンズ１７６に平行な縦ｘ方向に光を散乱させ、軽湾曲レンチキュラーレンズは縦長レンチキュラーレンズ１７６に垂直な横ｙ方向に光を散乱させることができ、よってあらかじめ定められたリップル付面を備える軽湾曲レンズ構造は先行の、例えば、図６ａの実施形態に比較して拡散効果を改善することができる。したがって、リップル１８５は拡散に寄与し、カットオフ効果(虹)、ニュートン環及び干渉縞のような、いくつかの望ましくない光学効果も低減する。
図２３の実施形態に示されるように、それぞれのリップル１８５(すなわち一連のノット)のノット１８６の高さは同じではない。図２３ｂに一層明瞭に示されるように、それぞれのレンチキュラーレンズ１７６のリップル１８５は、正弦曲線またはその他の定められた曲線に、あるいはランダム／擬ランダムな態様で変化する曲線にそって変わる高さを有する。さらに、リップルのいくつかまたは全てはｘ-ｚ断面で見て(すなわち図２３ｂで見て)同じとするかまたは異ならせることができる。
拡散特性を向上させるために、本明細書に開示される他の実施形態のレンチキュラー構造にリップルを設けることは、十分に本発明の精神及び範囲内にある。
実験結果
光入力面としてノット付レンチキュラーレンズ構造によって達成される効果、すなわちカットオフ効果(虹)の低減は肉眼で判断することができる。図２４ａは、背景にバックライト(例えば光ガイド及び底面拡散板)をおいた、それぞれが角柱構造化光出力面だけを有する(光入力面がレンチキュラー構造化されていない)、２枚の光学基板のある視野角における見え方を示す写真である。図２４ｂは、バックライト上の、リップル付レンチキュラー構造を有する光入力面及び角柱構造を有する光出力面をそれぞれが有する、２枚の光学基板のある視野角における見え方を示す写真である。図２４ａを図２４ｂと比較すると、暗く見える領域と明るく見える領域の間の遷移領域(丸で囲んだ領域)において、より鮮鋭なカットオフを示し、図２４ａではこの遷移領域に虹がともなうが、図２４ｂでは暗く見える領域と明るく見える領域の間の遷移はより緩やかであり、目につく虹は全く無い。この結果により、あらかじめ定められたノットをもつ軽湾曲レンズ構造が虹を有効に低減できることは明らかである。
さらに優れた拡散効果を提供できる、あらかじめ定められたノットをもつ軽湾曲レンズ構造の能力が与えられれば、光学基板の２次元面にかけて(すなわちｘ-ｙ平面にかけて)拡散を制御するためのパラメータが多くなるであろう。光学基板のｘ方向の拡散特性は、ノットの高さ及び密度を選ぶことで変えることができる。光学基板のｙ方向の拡散特性は軽湾曲レンズの曲率半径及び対角θを選ぶことで変えることができる。したがって、様々なバックライトモジュールに適切な利得及びヘーズを提供して様々なＬＣＤ用途において所望の表示品質を達成するように、光学基板を設計することができる。
前述した実施形態及び実験結果が与えられれば、許容できる拡散を損なわずに、干渉縞を低減し、利得を高め、また上述した本発明のその他の利点も達成するような、構造化面の様々な特徴の選択及び／または複合の効果を無理なく理解できる。
別の実施形態において、角柱構造化光出力面は可変ピーク高を有することができ、構造化面にはあらかじめ定められた構造不規則性を分布させることができる。導入されるあらかじめ定められた不規則性は、構造化面の角柱構造の(例えばピークまたは谷における)非ファセットフラット区画のような、製造により生じる、想定される構造欠陥と同種であり得る。構造不規則性は構造化光出力面にわたって、規則的態様、半規則的態様、ランダム態様及び擬ランダム態様の少なくとも１つで分布する。構造化光出力面に導入されるあらかじめ定められた不規則性は、製造プロセスにより構造化光出力面に意図せずに含められた構造欠陥によって生じる、いくつかのユーザが知覚できる欠陥を覆い隠すことができるであろう。あらかじめ定められた構造不規則性の欠陥隠蔽効果については、本出願特許の譲受人に共通に譲渡された、米国特許第７８８３６４７号の明細書をさらに参照することができる。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。
別の実施形態において、角柱構造化光出力面は、本出願特許の譲受人に共通に譲渡された、米国特許第７６１８１６４号の明細書に開示されるような不規則角柱構造を別途に、またはさらに、有することができる。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。あるいはまたはさらに、角柱構造化光出力面は、本出願特許の譲受人に共通に譲渡された、米国特許第７７１２９４４号の明細書に開示されるような、チャタリング防止構造を有することができる。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。あるいはまたはさらに、角柱構造化光出力面は、本出願特許の譲受人に共通に譲渡された、２０１０年８月１１日に出願された米国特許出願第１２/８５４８４５号の明細書に開示されるような、横方向に配列された、蛇行するか、波打つか、または迂曲する縦長角柱構造列を有することができる。この明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。
本発明の範囲及び精神内で、あるＬＣモジュールによる特定の用途に対して所望の最適な結果を得るために、上述した構造化面の特徴の２つないしさらに多くの組合せを単一の光学基板にさらに実施して搭載することが考えられる。
本発明にしたがえば、光学基板(例えば図６ａの５０)は、例えばＬＣＤに適用された場合に、合わせて輝度を高め、干渉縞を低減し、許容できる拡散特性を提供する、角柱構造化光出力面及びレンチキュラー構造化光入力面を有する。本発明にしたがう新規な光学基板を組み込んでいる新規なＬＣＤは電子機器に装備することができる。図２５に示されるように、(ＰＤＡ、携帯電話、テレビジョン、ディスプレイモニタ、可搬型コンピュータ、冷却器、等の内の１つとすることができる)電子機器１１００は、本発明の一実施形態にしたがう新規なＬＣＤ１１０を備える。ＬＣＤ１１０は上述した本発明の光学基板を備える。電子機器１１０は適する筐体内にさらに、技術上周知の、(ブロック１１１６で簡略に表される)キー及びボタンのようなユーザ入力インターフェース、ＬＣＤ１１０への画像データフローを管理するための(ブロック１１１２で簡略に表される)コントローラのような画像データ制御エレクトロニクス、(ブロック１１１８で簡略に表される)プロセッサ、Ａ/Ｄコンバータ、メモリ素子、データ記憶装置、等を含めることができる、電子機器１１１０に特有の電子部品、及び(ブロック１１１４で簡略に表される)電源、電池または外部電力源用ジャックのような電力源を備えることができる。
本発明の範囲または精神を逸脱することなく、開示された本発明の構造及びプロセスに様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。上記説明の観点において、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。
１１０ バックライトＬＣＤ
１１２ 液晶(ＬＣ)表示モジュール
１１４ バックライトモジュール
１１６ 線型光源
１１８ 光ガイド
１２０ 反射器
１２６，１２８ 構造化光学基板

Claims (20)

  1. 表裏に光入力面及び光出力面を有する光学基板において、
    前記光出力面に定められた角柱構造化面、及び
    前記光入力面に定められたレンチキュラー構造化面、
    を有することを特徴とする光学基板。
  2. 前記レンチキュラー構造化面が軽湾曲凸レンズ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光学基板。
  3. 前記軽湾曲凸レンズ構造が、前記光入力面内に分布する縦長レンチキュラーレンズを含むことを特徴とする請求項２に記載の光学基板。
  4. 前記縦長レンチキュラー構造が前記光入力面内で平行に配列されることを特徴とする請求項３に記載の光学基板。
  5. ２本の横方向に隣り合う前記縦長レンチキュラーレンズの少なくとも一部が無間隙のレンズ構造を形成することを特徴とする請求項３に記載の光学基板。
  6. ２本の横方向に隣り合う前記縦長レンチキュラーレンズの前記少なくとも一部が交差して前記無間隙のレンズ構造を形成することを特徴とする請求項５に記載の光学基板。
  7. ２本の横方向に隣り合う前記縦長レンチキュラーレンズの少なくとも一部が間隙で隔てられていることを特徴とする請求項３に記載の光学基板。
  8. 前記軽湾曲凸レンズ構造が前記光入力面内で連続であることを特徴とする請求項２に記載の光学基板。
  9. 前記軽湾曲凸レンズ構造が前記光入力面内で不連続であることを特徴とする請求項２に記載の光学基板。
  10. 前記縦長レンチキュラーレンズの少なくとも１本が縦方向に沿って連続ではないことを特徴とする請求項３に記載の光学基板。
  11. 前記縦長レンチキュラーレンズの少なくとも１本が横方向に迂曲することを特徴とする請求項３に記載の光学基板。
  12. 前記迂曲するレンチキュラーレンズの前記少なくとも１本が、隣り合う縦長レンチキュラーレンズと交差することを特徴とする請求項１１に記載の光学基板。
  13. 前記縦長レンチキュラーレンズの少なくとも１本の高さが軸線に沿って変化することを特徴とする請求項３に記載の光学基板。
  14. 前記縦長レンチキュラーレンズの少なくとも１本が、前記基板の対向する二辺の間で連続していないレンチキュラーセグメントの形態にあることを特徴とする請求項３に記載の光学基板。
  15. 前記レンチキュラーセグメントが複数あり、隣り合う前記レンチキュラーセグメントが交差して無間隙のレンズ構造を形成することを特徴とする請求項１４に記載の光学基板。
  16. 前記縦長レンチキュラーレンズの少なくとも１本に独立リップルが設けられることを特徴とする請求項３に記載の光学基板。
  17. 前記リップルの少なくとも１つがノット構造を有することを特徴とする請求項１６に記載の光学基板。
  18. 前記リップルの少なくとも１つが一連の隣接するノットを有することを特徴とする請求項１６に記載の光学基板。
  19. ディスプレイにおいて、
    画像データにしたがって画像を表示する表示モジュール、
    前記表示モジュールに照明を与えるバックライトモジュール、及び
    前記表示モジュールと前記バックライトモジュールの間に配置されて、前記表示モジュールへの前記照明を拡散させ、前記照明の輝度を高める、請求項１に記載の光学基板、
    を備え、
    前記光入力面が前記ディスプレイバックライトモジュールに面し、前記光出力面が前記表示モジュールに面する、
    ことを特徴とするディスプレイ。
  20. 電子機器において、
    請求項１９に記載のフラットパネルディスプレイ、及び
    前記フラットパネルディスプレイに画像データを送り、前記画像データにしたがう画像を表示させる、制御エレクトロニクス、
    を備えることを特徴とする電子機器。
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