JP2022551629A - 光学層、光学フィルム及び光学システム - Google Patents

Abstract

光学システムは、その拡張型放射面から光を放射するように構成された拡張型照明源と、拡張型放射面上に配置された光方向転換層と、を含む。光方向転換層は、光方向転換構造体の規則的なアレイを含む構造化主表面を有し、各光方向転換構造体は、複数のファセットと、複数の独立しかつ離間された窓セグメントと、を含む。光学システムは、複数の反射セグメントを含み、各反射セグメントは、対応する窓セグメント上に配置されている。実質的に垂直に入射する光について、各反射セグメントは、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内において少なくとも３０％の平均全光反射率、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも１０％の全光透過率を有する。

Description

液晶ディスプレイは、ディスプレイの輝度を向上させるためのプリズムフィルムを利用することができる。

いくつかの態様では、本開示は、光方向転換層及び／又は構造化光学層などの光学層、並びに光方向転換フィルムなどの光学フィルムを提供する。いくつかの態様では、本開示は、光学層又は光学フィルムを含む光学システムを提供する。例えば、液晶ディスプレイシステムなどの光学システムにおいて光学層又は光学フィルムの１つ以上を使用して、指紋から反射された画像を光学層又は光学フィルムを通過させて検出器に伝えることを可能にしながら、光学システムの輝度を向上させ得る。

いくつかの態様では、本開示は、その拡張型放射面から光を放射するように構成された拡張型照明源を含む光学システムを提供する。拡張型照明源は、少なくとも１つの光源と、拡張型放射面から離間し、それと実質的に同一の広がりを有する反射層であって、反射層は、少なくとも１つの光源から放射される入射光を拡張型放射面に向かって反射するように構成されている、反射層と、を含むことができる。光学システムは、第１の光方向転換層であって、第１の光方向転換層の平面を画定し、かつ、拡張型放射面上に配置されている、第１の光方向転換層を更に含む。第１の光方向転換層は、第２の主表面の反対側の第１の構造化主表面を含むことができ、第１の構造化主表面は、第１の光方向転換構造体の規則的なアレイと、第１の光方向転換層の平面に実質的に平行な、複数の独立しかつ離間された第１の窓セグメントと、を含む。各第１の光方向転換構造体は、第１の光方向転換層の平面と傾斜角度をなす複数の第１のファセットを含むことができる。光学システムは、複数の第１の反射セグメントを含む。各第１の反射セグメントは、対応する第１の窓セグメント上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有することができ、実質的に垂直に入射する光について、各第１の反射セグメントは、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内において少なくとも３０％の平均全光反射率、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも１０％の全光透過率を有する。

いくつかの態様では、本開示は、構造化光学層であって、構造化光学層の平面を画定し、かつ、各第１のセグメントが構造化光学層の平面と約３０度～約６０度の角度をなす、第１のセグメントの規則的なアレイと、各第２のセグメントが構造化光学層の平面と約１０度未満の角度をなす、複数の第２のセグメントと、を含む、構造化表面を含む、構造化光学層を提供する。構造化光学層は、第２のセグメントの少なくとも過半数の各々上に配置された多層フィルムを含む。多層フィルム中の各層は、約５００ｎｍ未満の厚さを有することができ、実質的に垂直に入射する光について、多層フィルムは、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内において少なくとも５０％の平均全光反射率、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも３０％の全光透過率を有する。光学システムは、放射面を有する拡張光源と、放射面上に配置された構造化光学層のうちの１つ以上と、を含むことができる。

いくつかの態様では、本開示は、その拡張型放射面から、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる波長範囲内の可視光を放射するように構成された拡張型照明源を含む光学システムを提供する。拡張型照明源は、可視光を放射するように構成された少なくとも１つの光源と、拡張型放射面から離間し、それと実質的に同一の広がりを有する反射層と、を含むことができる。光学システムは、拡張型放射面上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有し、かつ、観察者によって見られるための可視画像を形成するように構成されている、液晶ディスプレイパネルを更に含むことができる。光学システムは、拡張型照明源と液晶ディスプレイパネルとの間に配置された反射偏光子と、反射偏光子と拡張型照明源との間に配置された少なくとも１つの光方向転換層と、を更に含む。少なくとも１つの光方向転換層は、第１の方向に沿って延びており、直交する第２の方向に沿って配列された線状プリズム構造体の規則的なアレイを含むことができる。少なくとも１つの光方向転換層は、拡張型放射面により放射される光の一部分をリサイクルすることによって、光学システムに対して実質的に垂直な法線方向に沿って光学システムを出る光の輝度を増大させる。約８００ｎｍ～約１２００ｎｍの範囲内の赤外波長を有する赤外画像が、法線方向に沿って光学システムに入射するとき、光学システムは、入射した赤外画像の少なくとも一部分を法線方向に沿って透過し、赤外画像が、１ｍｍ当たり少なくとも約８個のラインペアの第１の空間周波数を有するとき、透過された赤外画像は、第１の空間周波数において約０．５超の変調伝達関数（ＭＴＦ）を有する。

いくつかの態様では、本開示は、第２の主表面の反対側の第１の構造化主表面を含む光方向転換層を含む、光方向転換フィルムを提供する。第１の構造化主表面は、第１の方向に沿って延びており、直交する第２の方向に沿って配列された複数の実質的に平行な線状切頭プリズム構造体を含むことができる。各切頭プリズム構造体は、互いに対して約６０度～約１２０度の範囲内の角度をなす反対向きの側部ファセットと、第２の主表面に実質的に平行であり、反対向きの側部ファセットを接続する上部ファセットと、を含むことができる。光方向転換フィルムは、複数の多層セグメントを更に含むことができ、各多層セグメントは、対応する切頭プリズム構造体の上部ファセット上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有する。各多層セグメントは、複数の積層された層を含むことができる。各層は、約５００ｎｍ未満の厚さを有することができ、実質的に垂直に入射する光について、多層セグメントは、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内において少なくとも５０％の平均全光反射率、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも３０％の全光透過率を有し、光方向転換フィルムが、可視波長範囲内の可視光を放射するランバート光源上に配置されており、可視波長範囲内において少なくとも８５％の平均全光反射率、及びランバート光源に対する法線方向に沿って第１の輝度を有するとき、光方向転換フィルムにより透過された光は、法線方向に沿って第２の輝度を有する。第１の輝度に対する第２の輝度の比は、約１超である。光学システムは、放射面を有する拡張光源と、放射面上に配置された光方向転換フィルムのうちの１つ以上と、を含むことができる。

光学システムの概略分解断面図である。 光方向転換フィルムの断面図及び上投影図の概略的表現である。 光方向転換フィルムの断面図及び上投影図の概略的表現である。 様々な層又はセグメントに実質的に垂直に入射する光を概略的に示す。 様々な層又はセグメントに実質的に垂直に入射する光を概略的に示す。 様々な層又はセグメントに実質的に垂直に入射する光を概略的に示す。 全光反射率対波長の概略プロットである。 異なる層、フィルム、又はセグメントについての全光反射率及び全光透過率を概略的に示す。 異なる層、フィルム、又はセグメントについての全光反射率及び全光透過率を概略的に示す。 多層セグメント又は多層フィルムの概略断面図である。 構造化光学層の概略断面図である。 光方向転換フィルムの概略断面図である。 光方向転換フィルムの概略断面図である。 光方向転換フィルムの概略断面図である。 光方向転換フィルムの概略断面図である。 変調伝達関数（ＭＴＦ）対空間周波数の概略プロットである。 光源の概略断面図である。 光源上に配置された光方向転換フィルムの概略断面図である。 それぞれ、８６．５％の平均光反射率を有する光源上に配置される単一の光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。 それぞれ、８６．５％の平均光反射率を有する光源上に配置される単一の光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。 それぞれ、９５％の平均光反射率を有する光源上に配置される単一の光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。 それぞれ、９５％の平均光反射率を有する光源上に配置される単一の光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。 それぞれ、８６．５％の平均光反射率を有する光源上に配置される交差された光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。 それぞれ、８６．５％の平均光反射率を有する光源上に配置される交差された光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。 それぞれ、９５％の平均光反射率を有する光源上に配置される交差された光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。 それぞれ、９５％の平均光反射率を有する光源上に配置される交差された光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。

以下の説明では、本明細書の一部を形成し様々な実施形態が例示として示されている添付図面が参照される。図面は、必ずしも実際の縮尺ではない。他の実施形態が想到され、本明細書の範囲又は趣旨から逸脱することなく実施されてもよい点を理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味では解釈されない。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、光をリサイクルすることによってディスプレイの輝度を向上させるためのプリズムフィルムを利用することができる。輝度向上のための従来のプリズムフィルムは、典型的には、軸方向輝度を最大化するために、先端半径が最小である約９０度の夾角を有するプリズムを利用してきた。しばしば、ＬＣＤバックライト及びＬＣＤパネルを介して指紋を感知することが望ましい。従来のプリズムフィルムを使用すると、これは、画像化された光がプリズムフィルムを透過するときの指紋画像の分割に起因して困難になる。切頭プリズムを使用して、指紋から反射された光がプリズムの切頭部分を通過することを可能にしてもよい。しかしながら、この場合、プリズムの切頭に起因して、ディスプレイの軸方向輝度が大幅に低減され得る。いくつかの実施形態によれば、可視光を反射し、赤外線を透過するセグメントを切頭プリズム上に有する切頭プリズムフィルムは、例えば、指紋から反射された赤外光が、切頭プリズムフィルムの平面に対して実質的に垂直に切頭プリズムフィルムを透過して、バックライトの後ろに配置された赤外線センサに到達することを可能にしながら、所望の軸方向輝度の増大をもたらすことが見出された。本明細書の他の箇所で更に説明するように、切頭プリズム以外の構造体を使用してもよい。

図１は、光学システム３００の概略分解断面図である。いくつかの実施形態では、光学システム３００は、拡張型照明源２００と、第１の光方向転換層５０を含む光方向転換フィルム２３０と、を含む。図２Ａは、光方向転換フィルム２３０の断面図、及び光方向転換層５０の平面５１上に投影された光方向転換フィルム２３０の図の概略的表現である。図２Ｂは、第２の光方向転換フィルム３３０の断面図、及び光方向転換層１５０の平面１５１上に投影された第２の光方向転換フィルム３３０の図の概略的表現である。第２の光方向転換フィルム３３０は、光方向転換構造体の配向を除いて、光方向転換フィルム２３０に対応し得る。

拡張型照明源２００は、拡張型放射面（例えば、第１の光学拡散層１３０が拡張型照明源２００に含まれる場合には、２０、又は２１）から光（１０ａ～１０ｃ）を放射するように構成されている。拡張型照明源２００は、少なくとも１つの光源３０、３１と、拡張型放射面から離間した反射層４０と、を含む。反射層は、拡張型放射面と実質的に同一の広がりを有することができる（例えば、ある層又は表面の総面積の少なくとも６０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％が、それぞれ、別の層又は表面の総面積の少なくとも６０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％と同一の広がりを有する場合、その層又は表面は、その別の層又は表面と実質的に同一の広がりを有することができる）。反射層４０は、少なくとも１つの光源から放射される入射光１１を、拡張型放射面に向かって反射するように構成されている。反射層４０は、拡散反射層、又は鏡面反射層であり得る。反射層４０は、可視光に対して反射性であり、（例えば、指紋から反射された赤外光を反射層４０の通過を可能にするように）赤外光に対して少なくとも部分的に透過性であってもよい。少なくとも１つの光源は、ライトガイド１１０の一方又は両方の端部に近接して配置された光源（単数又は複数）３０を含むことができ、かつ／又は反射層４０と第１の光学拡散層１３０との間に配置された光源（単数又は複数）３１を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源（単数又は複数）３０及び３１のどちらか一方のセットは省略される。

第１の光方向転換層５０は、第１の光方向転換層５０の平面５１を画定し、かつ、拡張型放射面上に配置されている。光方向転換層５０は、放射面上に直接、又は間接的に（例えば、接着剤層と直接接触して、又は接着剤層を介して）配置することができる。例えば、第１の光方向転換層５０を含む光方向転換フィルム２３０は、図１３Ｂに概略的に示すような、放射面７２０上に配置されている光方向転換フィルム７３０に対応し得る。第１の光方向転換層５０は、第２の主表面５３の反対側の第１の構造化主表面５２を含む。第１の構造化主表面５２は、第１の光方向転換構造体６０の規則的なアレイ（例えば、周期的なアレイ又は所定の規則的なパターン）と、第１の光方向転換層５０の平面５１に実質的に平行な（例えば、３０度、又は２０度、又は１０度、又は５度以内で平行な）、複数の独立しかつ離間された第１の窓セグメント６２、６３と、を含む。各第１の光方向転換構造体は、第１の光方向転換層５０の平面５１と傾斜角度θをなす複数の第１のファセット６１を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の構造化主表面５２は、第１の光方向転換構造体６０の規則的なアレイに加えて、複数の構造体を含むことができる。第１の構造化主表面５２は、拡張型光源２００の反対側に向いていてもよい。

光学システム３００は、複数の第１の反射セグメント７０及び／又は７１を更に含む。例えば、光学システム３００は、光方向転換フィルム２３０を含むことができ、光方向転換フィルム２３０は、第１の光方向転換層５０を含んでおり、複数の第１の反射セグメント７０、７１を更に含むことができる。いくつかの実施形態では、各第１の反射セグメント７０、７１は、対応する第１の窓セグメント上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有し、実質的に垂直に入射する（例えば、垂直入射の３０度、又は２０度、又は１０度、又は５度以内の）光１２０（例えば、図３Ｂ及び図３Ｃを参照）について、各第１の反射セグメントは、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲８０（図４を参照）内において少なくとも３０％の平均全光反射率、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲９０（図４を参照）内の少なくとも１つの赤外波長９１（図４を参照）について少なくとも１０％の全光透過率を有する。

いくつかの実施形態では、拡張型照明源２００は、ライトガイドの長さ（ｘ軸）及び幅（ｙ軸）に沿って内部で光（例えば、１０ａ、１１）を伝播するためのライトガイド１１０を含む。ライトガイドは、反射層４０と第１の光方向転換層５０との間に配置されており、拡張型放射面２０を含むことができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光源３０は、ライトガイドの端面１１１に近接して配置されている。いくつかのそのような実施形態では、図１に示した光源（単数又は複数）３１は省略される。いくつかの実施形態では、反射層は、ライトガイドを出る光１１を反射層に向かって反射するように構成されている。反射された光１０ｂは、第１の光方向転換層５０に向かって伝播する。ライトガイド１１０は、任意の好適なタイプのライトガイドであり得、ライトガイド１１０内を伝播する光を抽出するための光抽出器を含むことができる。好適なライトガイドは、当該技術分野において知られている（例えば、米国特許出願公開第２０１８／０１５６９５７号（Ｌａｒｓｅｎら）及び米国特許第８，８８２，３２３号（Ｓｏｌｏｍｏｎら）を参照）。

いくつかの実施形態では、拡張型照明源２００は、光を散乱させるための第１の光学拡散層１３０を含む。第１の光学拡散層１３０は、拡張型放射面２１を含むことができる。第１の光学拡散層１３０と反射層４０とは、互いに実質的に同一の広がりを有し、それらの間に光学キャビティ１４４を画定する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光源３１は、光学キャビティ内に配置されている。いくつかのそのような実施形態では、図１に示した光源（単数又は複数）３０は省略される。

いくつかの実施形態では、光方向転換構造体６０の規則的なアレイにおける各第１の光方向転換構造体は、線状構造体である（例えば、図２Ａを参照）。いくつかの実施形態では、第１の光方向転換構造体の第１のファセット６１は、第１の光方向転換構造体の長さ方向（ｙ軸）に沿って延びている。いくつかの実施形態では、第１の光方向転換構造体は、長さＬ及び幅Ｗを有し、Ｌ／Ｗ＞１０、又はＬ／Ｗ＞３０、又はＬ／Ｗ＞１００である。

いくつかの実施形態では、複数の第１の窓セグメントのうちの少なくとも１つの第１の窓セグメント６３は、第１の光方向転換構造体６０の規則的なアレイにおける２つの隣接する第１の光方向転換構造体の間のランドセグメントである。

いくつかの実施形態では、複数の第１の窓セグメント６２、６３のうちの少なくとも１つの第１の窓セグメント６２ａは、第１の光方向転換構造体の規則的なアレイにおける切頭された第１の光方向転換構造体６０ａの上部セグメントである。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１の窓セグメント６２ａは、切頭された第１の光方向転換構造体６０ａの複数の第１のファセット６１ａ、６１ｂを互いに接続する。いくつかの実施形態では、複数の第１の窓セグメント６３、６３のうちの少なくとも１つの第１の窓セグメント６２ａ、６３ａは、その上に配置された複数の第１の反射セグメント７０、７１からの第１の反射セグメントを有さない。

いくつかの実施形態では、各第１の光方向転換構造体６０の各第１のファセット６１が、第１の光方向転換層５０の平面５１となす傾斜角度θは、約３０度～約６０度、又は約４０度～約５０度である。

いくつかの実施形態では、第１の光方向転換層の平面上に投影されたとき、第１の構造化主表面の投影面積に対する複数の独立しかつ離間された第１の窓セグメントの投影面積の比は、約０．１～約０．５である。例えば、第１の窓セグメント６２、６３の投影面積は、反射セグメント７０、７１の面積と反射セグメントを含んでいない窓セグメント６３の面積との和である（例えば、図２Ａを参照）。第１の構造化主表面５２の投影面積は、Ｌ×Ｌ２である。いくつかの実施形態では、比は、約０．１５～約０．４である。いくつかの実施形態では、比は、約０．２～約０．３である。いくつかの実施形態では、比は、約０．２５である。これらの範囲内の比は、指紋検出のための、平面５１に対して実質的に垂直な方向において赤外光の十分な透過を提供しながら、第１のファセット６１に起因し（例えば、輝度向上プリズムフィルムと同じ機構により）、かつ反射セグメント７０、７１に起因する輝度向上のための十分なリサイクルを提供することができる。

いくつかの実施形態では、光学システム３００は、第２の光方向転換層１５０を更に含む。第２の光方向転換層１５０は、第２の光方向転換層１５０の平面１５１を画定し、かつ、第１の光方向転換層５０上に配置されている。第２の光方向転換層は、第４の主表面１５３の反対側の第３の構造化主表面１５２を含む。第３の構造化主表面２５２は、第１の光方向転換層５０の反対側に向いていてもよい。図示の実施形態では、第２の光方向転換層１５０は、第２の光方向転換層１５０が第１の光方向転換層５０に対してｚ軸を中心に（例えば、約９０度だけ）回転され得ることを除いて、第１の光方向転換層５０について説明したとおりであり得る。他の実施形態では、第２の光方向転換層１５０は、異なる形状（例えば、異なる角度θ）及び／又は光方向転換構造体の配列（例えば、ピッチ）を有し得る。いくつかの実施形態では、第３の構造化表面１５２は、第２の光方向転換構造体６０の規則的なアレイを含み、各第２の光方向転換構造体は、第２の光方向転換層１５０の平面１５１と傾斜角度θをなす複数の第２のファセット６１を含む。いくつかの実施形態では、第３の構造化表面１５２は、第２の光方向転換層１５０の平面１５１に実質的に平行な複数の独立しかつ離間された第１の第２の窓セグメント６２、６３を含む。いくつかの実施形態では、光学システム３００、及び／又は第２の光方向転換層１５０を含む第２の光方向転換フィルム３３０は、複数の第２の反射セグメント７０、７１を含み、各第２の反射セグメントは、対応する第２の窓セグメント６２、６３上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有する。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光１２０について、各第２の反射セグメント７０、７１は、可視波長範囲内において少なくとも３０％の平均全光反射率を有し、赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも１０％の全光透過率を有する。第２の光方向転換フィルム３３０の反射セグメントは、本明細書の他の箇所に記載される第１の光方向転換フィルム２３０の反射セグメントの反射特性及び透過特性のうちのいずれかを有することができる。

いくつかの実施形態では、光学システム３００は、第１の光方向転換層５０上に配置された（例えば、第２の光方向転換層１５０を介して第１の光方向転換層５０上に間接的に配置された）第２の光学拡散層１６０を更に含む。いくつかの実施形態では、第２の光学拡散層１６０と反射層４０とは、互いに実質的に同一の広がりを有する。いくつかの実施形態では、第２の光学拡散層１６０の平均鏡面透過率は、可視波長範囲８０においてよりも、赤外波長範囲９０内においてより大きくなる（図４参照）。

いくつかの実施形態では、光学システム３００は、第１の光方向転換層５０上に配置された反射偏光子１７０を更に含む。いくつかの実施形態では、光学システム３００は、画像信号１８２に応答して画像１８１を形成するための、第１の光方向転換層５０上に配置された液晶ディスプレイパネル１８０を更に含み、そこで、画像は観察者１９０によって見られることができる。

いくつかの実施形態では、光学システム３００は、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１を感知するように構成された赤外線検出器２１０を更に含む（例えば、図４を参照）。いくつかの実施形態では、拡張型照明源２００は、第１の光方向転換層５０と赤外線検出器２１０との間に配置されている。

いくつかの実施形態では、光学システム３００は、光学システム３００に近接して配置された物体１９１を少なくとも１つの赤外波長９１で照明するための赤外光源２２０を更に含む。いくつかの実施形態では、物体１９１が、１ｍｍ当たり少なくとも約８個のラインペア、又は１ｍｍ当たり少なくとも約１０個のラインペア、又は１ｍｍ当たり少なくとも約１２個のラインペアの第１の空間周波数を有するとき、検出器２１０は、照明された物体１９１の画像１９３を拡張型照明源２００及び第１の光方向転換層５０を介して感知して形成し、画像は、第１の空間周波数において約０．５超の変調伝達関数（ＭＴＦ）を有する（例えば、図１２を参照）。いくつかの実施形態では、ＭＴＦは、第１の空間周波数において、約０．６超である、又は約０．７超である。いくつかの実施形態では、光学システム３００は、光方向転換層５０及び１５０を透過した光を平面５１及び１５１を実質的に垂直に通して透過させる間に、光方向転換層５０及び１５０によって方向転換された光をフィルタリングするための、反射層４０と検出器２１０との間に配置された角度選択フィルタを更に含む。

図３Ａ～図３Ｃは、様々な層又はセグメントに実質的に垂直に入射する光１２０を概略的に示している。図３Ａでは、光１２０は、反射層４０に実質的に垂直に入射する。図３Ｂでは、光１２０は、反射セグメント７０に実質的に垂直に入射する。図３Ｃでは、光１２０は、反射セグメント７１に、実質的に垂直に入射する。いずれの場合も、入射光１２０の一部分は反射され得、別の部分は透過され得る。いくつかの場合には、一部分（例えば、約５％未満、又は約２％未満、又は約１％未満）が吸収され得る。

図４は、（例えば、反射層４０又は反射セグメント７０若しくは７１のうちのいずれか１つに対応する）全光反射率対波長の概略プロットである。約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲８０、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲９０が示されている。赤外波長範囲９０内の赤外波長９１が示されている。

いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光１２０について、各第１の反射セグメント７０、７１は、可視波長範囲８０内において少なくとも５０％の平均全光反射率を有し、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも３０％の全光透過率を有する。平均は、波長全体の非加重平均である。平均は、非偏光光、又は特定の偏光を有する光に関するものであり得る。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光１２０について、各第１の反射セグメント７０、７１は、可視波長範囲８０内において少なくとも７０％の平均全光反射率を有し、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも４０％の全光透過率を有する。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光１２０について、各第１の反射セグメント７０、７１は、可視波長範囲８０内において少なくとも９０％の平均全光反射率を有し、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％の全光透過率を有する。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光１２０について、かつ相互に直交する第１の偏光状態（例えば、ｘ軸）及び第２の偏光状態（例えば、ｙ軸）の各々について、反射層４０は、可視波長範囲８０内において少なくとも８０％の平均全光反射率を有し、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも２０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％の全光透過率を有する。

入射光１２０の反射部分及び透過部分は各々、鏡面部分及び拡散部分を含むことができる。図５Ａ及び図５Ｂは、異なる層、フィルム、又はセグメントについての、並びに／あるいは異なる波長についての、全光反射率（全拡散反射率及び鏡面反射率）及び全光透過率（全拡散透過率及び全鏡面透過率）を概略的に示している。図５Ａでは、光１２０は、（例えば、層又はセグメント４０、７０、７１、あるいは光学拡散層１３０又は１６０、あるいは反射偏光子１７０のうちのいずれか１つ以上に対応する）層、フィルム、又はセグメント５３９ａに実質的に垂直に入射する。光１２０の反射部分５８５ａ、５８６ａは、鏡面反射部分５８５ａ及び拡散反射部分５８６ａを含み、光１２０の透過部分５８７ａ、５８８ａは、鏡面透過部分５８７ａ及び拡散透過部分５８８ａを含む。図５Ｂでは、光１２０は、（例えば、層又はセグメント４０、７０、７１、あるいは光学拡散層１３０又は１６０、あるいは反射偏光子１７０のうちのいずれか１つ以上に対応する）層、フィルム、又はセグメント５３９ｂに実質的に垂直に入射する。光１２０の反射部分５８５ｂ、５８６ｂは、鏡面反射部分５８５ｂ及び拡散反射部分５８６ｂを含み、光１２０の透過部分５８７ｂ、５８８ｂは、鏡面透過部分５８７ｂ及び拡散透過部分５８８ｂを含む。例えば、層、フィルム、又はセグメント５３９ａ及び５３９ｂは、異なる層、フィルム、又はセグメントであってもよく、入射光１２０は、図５Ａ及び図５Ｂでは同じ波長又は波長範囲を有してもよく、あるいは、層、フィルム、又はセグメント５３９ａ及び５３９ｂは、同じ層、フィルム、又はセグメントであってもよく、入射光１２０は、図５Ａ及び図５Ｂでは異なる波長又は波長範囲を有してもよい。

いくつかの実施形態では、各第１の反射セグメント７０、７１の反射率及び透過率は、実質的に鏡面性である。いくつかの実施形態では、各第１の反射セグメント７０、７１について、かつ、実質的に垂直に入射する光１２０について、可視波長範囲８０内における第１の反射セグメントの平均全光反射率の少なくとも７０％、又は少なくとも８０％は、鏡面光反射率であり、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１についての第１の反射セグメントの全光透過率の少なくとも７０％、又は少なくとも８０％は、鏡面光透過率である。

いくつかの実施形態では、光学拡散層（例えば、第１の光学拡散層１３０及び／又は第２の光学拡散層１６０）の平均鏡面透過率は、（例えば、鏡面透過部分５８７ａに対応する）可視波長範囲においてよりも、（例えば、鏡面透過部分５８７ｂに対応する）赤外波長範囲内においてより大きくなる。

いくつかの実施形態では、光学システム３００は、第１の光方向転換層５０上に配置された反射偏光子１７０を更に含み、実質的に垂直に入射する光１２０について、反射偏光子１７０は、第１の偏光状態（例えば、ｘ軸）に対して、可視波長範囲８０内において少なくとも５０％の平均全光反射率を有し、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態（例えば、ｙ軸）に対して、可視波長範囲内において少なくとも５０％の平均全光透過率を有し、第１の偏光状態及び第２の偏光状態の少なくとも１つに対して、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも２０％の全光透過率を有する。いくつかの実施形態では、反射偏光子１７０は、第１の偏光状態に対して、可視波長範囲８０内において少なくとも６０％の平均全光反射率を有し、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態に対して、可視波長範囲８０内において少なくとも６０％の平均全光透過率を有し、第１の偏光状態及び第２の偏光状態の少なくとも１つに対して、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも４０％の全光透過率を有する。いくつかの実施形態では、反射偏光子１７０は、第１の偏光状態に対して、可視波長範囲８０内において少なくとも７０％の平均全光反射率を有し、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態に対して、可視波長範囲内において少なくとも７０％の平均全光透過率を有し、第１の偏光状態及び第２の偏光状態の少なくとも１つに対して、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％の全光透過率を有する。

有用な反射偏光子及び有用な反射層として、例えば、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）、同第６，１７９，９４８号（Ｍｅｒｒｉｌｌら）、同第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）、及び同第９，１６２，４０６号（Ｎｅａｖｉｎら）に記載されるもののようなポリマー多層光学フィルムが挙げられる。

いくつかの実施形態では、各第１の反射セグメント７１、７２は、金属である、又は金属を含む。いくつかの実施形態では、各第１の反射セグメント７１、７２は、多層セグメント若しくは多層フィルムである、又は多層セグメント若しくは多層フィルムを含む。

図６は、多層セグメント又は多層フィルム１４０の概略断面図であり、これは、セグメント７１及び／又は７２、並びに／あるいは多層フィルム４４１及び／又は４４２のうちのいずれか１つ以上に対応し得る（図７を参照）。多層セグメント又は多層フィルム１４０は、図示される実施形態では、交互の層Ａ及びＢを含む。当該技術分野において知られているように、多層反射体の反射特性は、層の材料の選択によって決定される層厚及び屈折率の好適な選択によって調整することができる。例えば、交互の層Ａ、Ｂは、交互の無機層、交互のポリマー層であってもよく、あるいは、層Ａ、Ｂの一方は、無機層であってもよく、層Ａ、Ｂの他方は、有機ポリマー層であってもよい。例えば、Ａ層は、例えば、アクリレート層又は他のポリマー層であってもよく、Ｂ層は、ＴｉＯ_２層若しくはＮｂＯｘ層又は他の無機層（例えば、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、五酸化タンタル、又は硫化亜鉛）であってもよい。いくつかの実施形態では、Ａ層及びＢ層は各々、ポリマー層である。しかしながら、結果として生じるセグメント又はフィルムの厚さは、Ａ層とＢ層の両方がポリマー層である場合、ポリマー層における屈折率の差が比較的小さいことに起因して、典型的に所望される厚さよりも厚くなり得る。したがって、典型的には、Ａ層及びＢ層のうちの少なくとも１つが無機であることが好ましい。層厚及び屈折率は、反射セグメント又は反射フィルムが所望の波長範囲（例えば、可視範囲８０）内において反射性であり、所望の波長範囲の外側の少なくとも１つの波長（例えば、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１）に対して透過性であるように選択され得る。いくつかの実施形態では、各第１の反射セグメント７０、７１、又は各多層フィルム４４１、４４２は、複数の積層された層を含み、各層は、約５００ｎｍ未満、又は約４００ｎｍ未満、又は約３００ｎｍ未満、又は約２００ｎｍ未満の平均厚さを有する。いくつかの実施形態では、各第１の反射セグメント７０、７１、又は各多層フィルム４４１、４４２は、複数の交互のＡ層及びＢ層を含み、可視波長範囲８０内の少なくとも１つの波長（例えば、５３２ｎｍ又は６３３ｎｍ）について、Ａ層は、Ｂ層よりも低い屈折率を有する。

多層セグメント又は多層フィルム１４０は、第１の反射セグメント７０、７１の他の箇所に記載される反射特性及び透過特性を有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光１２０について、多層セグメント又は多層フィルム１４０は、可視波長範囲８０内において少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％の平均全光反射率を有し、赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％の全光透過率を有する。

図７は、構造化光学層４００の概略断面図である。構造化光学層４００は、構造化光学層４００の平面４０１を画定する。構造化光学層４００は、第１のセグメント４２０、４２１の規則的なアレイを含む構造化表面４１０を含み、各第１のセグメントはそれぞれ、構造化光学層４００の平面４０１と約３０度～約６０度の角度θ１、θ２をなす。構造化光学層４００は、複数の第２のセグメント４３０、４３１を含み、各第２のセグメント４３０、４３１は、構造化光学層４００の平面４０１と約１０度未満の角度βをなす（例えば、各第２のセグメントは、角度βが約ゼロ度となるように平面４０１に概ね平行であってもよい）。いくつかの実施形態では、構造化光学層４００は、第２のセグメント４３０、４３１の少なくとも過半数の各々上にそれぞれ配置された多層フィルム４４１、４４２を含む。多層フィルム４４１及び／又は４４２は、例えば、多層フィルム又は多層セグメント１４０に対応し得る。いくつかの実施形態では、多層フィルム中の各層は、約５００ｎｍ未満の厚さを有し、実質的に垂直に入射する光１２０について、多層フィルムは、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲８０内において少なくとも５０％の平均全光反射率、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも３０％の全光透過率を有する。各層は、本明細書の他の箇所に記載される範囲内の厚さを有し得る。可視波長範囲８０における平均光反射率は、本明細書の他の箇所に記載されている範囲のいずれか内であり得る。少なくとも１つの赤外波長９１の光透過率は、本明細書に記載の範囲のいずれか内であり得る。

いくつかの実施形態では、反射セグメント又は反射体又はフィルム（例えば、７０、７１、１４０、４４１、４４２、又は図８～図１１に示されるもの）は、約１０マイクロメートル未満、又は約５マイクロメートル未満、又は約３マイクロメートル未満の厚さを有する。厚さは、例えば、約５００ｎｍ又は１マイクロメートル～約１０マイクロメートル又は約５マイクロメートルの範囲内であり得る。

図８～図１１は、光学システム３００内の光方向転換フィルム２３０及び／又は３３０として使用され得る、かつ／あるいは、光方向転換層５０及び／若しくは５１並びに／又は構造化光学層４００に対応する構造化層を含む、光方向転換フィルムの概略断面図である。

図８は、基材８５５上に配置された複数の構造体８５０を含む光方向転換フィルム８３０の概略断面図である。構造体８５０は、（例えば、第１のセグメント４２０、４２１又は第１のファセット６１に対応する）第１のセグメント８２０、８２１の規則的なアレイ、及び（例えば、第２のセグメント４３０又は窓セグメント６２に対応する）複数の第２のセグメント８６２を含む。（例えば、多層フィルム４４１又は第１の反射セグメント７０に対応する）反射体８７０は、第２のセグメント８６２の少なくとも過半数の各々（図示の実施形態では、各第２のセグメント８６２）上に配置されている。

図９は、基材９５５上に配置された複数の構造体９５０を含む光方向転換フィルム９３０の概略断面図である。構造体９５０は、（例えば、第１のセグメント４２０、４２１又は第１のファセット６１に対応する）第１のセグメント９２０、９２１の規則的なアレイ、及び（例えば、第２のセグメント４３０又は窓セグメント６２に対応する）複数の第２のセグメント９６２を含む。（例えば、多層フィルム４４１又は第１の反射セグメント７０に対応する）反射体９７０は、第２のセグメント９６２の少なくとも過半数の各々（図示の実施形態では、各第２のセグメント９６２）上に配置されている。実質的に垂直なセクションであり得るセクション９６６は、第２のセグメント８６２を第１のセグメント９２０、９２１の端部から分離する。セクション９６６は、構造体９５０と一体的に形成されてもよく、又は（例えば、転写フィルム技術によって）反射体８７０が追加されるときには、切頭プリズムに追加される層であってもよい。

図１０は、基材１０５５上に配置された複数の構造体１０５０を含む光方向転換フィルム１０３０の概略断面図である。構造体１０５０は、（例えば、第１のセグメント４２０、４２１又は第１のファセット６１に対応する）第１のセグメント１０２０、１０２１の規則的なアレイ、及び（例えば、第２のセグメント４３１又は窓セグメント６３に対応する）複数の第２のセグメント１０６３を含む。（例えば、多層フィルム４４２又は第１の反射セグメント７１に対応する）反射体１０７１は、第２のセグメント１０６３の少なくとも過半数の各々（図示の実施形態では、各第２のセグメント１０６３）上に配置されている。いくつかの実施形態では、複数の構造体１０５０は、第１のセグメント１０２０、１０２１の規則的なアレイを含む光方向転換構造体の規則的なアレイである、又はそれを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光方向転換構造体１０６０の第１のセグメント１０２０、１０２１は、光方向転換構造体１０６０の頂点１０６４で交わる。

図１１は、複数の第１のファセット１１６１及び複数の第１の窓セグメント１１６２を含む複数の光方向転換構造体１１５０を含む、光方向転換フィルム１１３０の概略断面図である。光方向転換フィルム１１３０は、複数の第１の反射セグメント１１７０を含む。いくつかの実施形態では、各第１の反射セグメント１１７０は、対応する第１の窓セグメント１１６２上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有する。いくつかの実施形態では、複数の第１の窓セグメント１１６２のうちの少なくとも１つの第１の窓セグメント１１６２ｂは、第１の光方向転換構造体１１５０の規則的なアレイにおける切頭された第１の光方向転換構造体１１６０ｂの上部セグメントであり、少なくとも１つの第１の窓セグメント１１６２ｂは、切頭された第１の光方向転換構造体１１６０ｂの複数の第１のファセット１１６１ａ、１１６１ｂを互いに接続する。いくつかの実施形態では、切頭された第１の光方向転換構造体１１６０ｂの複数の第１のファセット１１６１のうちの少なくとも２つの反対向きの第１のファセット１１６１ａ、１１６１ｂは、それらの間に約２０度未満の角度αを画定する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１の光方向転換構造体１１６０ｃの第１のファセットは、光方向転換構造体１１６０ｃの頂点１１６４で交わる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１の光方向転換構造体１１６０ｂは、少なくとも１つの他の第１の光方向転換構造体１１６０ｃよりも高い。

本明細書に記載した光方向転換層又は光方向転換フィルム、あるいは反射セグメント又は反射フィルムを備える構造化光学層を作製するいくつかの方法は、以下のとおりである。

いくつかの実施形態（例えば、反射セグメントが構造体の上面に形成される（例えば、図８を参照））では、構造化フィルム（例えば、切頭プリズムフィルム）を、鋳造及び硬化プロセスを使用して（例えば、米国特許出願公開第２００６／０１１４５６９号（Ｃａｐａｌｄｏら）、並びに米国特許第５，１７５，０３０号（Ｌｕら）及び同第５，１８３，５９７号（Ｌｕ））を使用して作製しても、あるいは、当該技術分野で知られているように、押出成形、又は機械加工、又はエンボス加工によって作製してもよい。任意の好適な材料を使用することができる。例えば、アクリレート（例えば、ポリメチルメタクリレート）を、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート）基材上に鋳造し硬化することができる。構造化フィルムを形成した後に、転写フィルムを使用して、構造体の頂部の反射層を適用することができる。転写フィルムは、例えば、国際公開第２０１８／１７８８０２号（Ｇｏｔｒｉｋら）又は同第２０１８／１７８８０３号（Ｇｏｔｒｉｋら）に記載されているとおりであってもよい。転写された反射セグメントは、金属層であり得る、又は金属層を含むことができ、あるいは、他の箇所に記載される交互の層であり得る、又は交互の層を含むことができる。いくつかの実施形態では、転写材料は、反射セグメントと共に転写された追加の層を含む。例えば、転写材料は、構造体の頂部に反射セグメントを接合するための接着剤層を含むことができる。転写材料はまた、反射セグメントが転写された後には、その後に除去される材料（例えば、反射セグメントと剥離ライナーとの間の基材）（例えば、加熱によって除去される犠牲材料）を含むことができる。

いくつかの実施形態では（例えば、反射セグメントが構造体の間に形成される場合（例えば、図１、図７、及び図１０を参照）、任意選択的に、構造の頂部にもあり（例えば、図１及び図７を参照））、フィルムは、以下のように作製することができる。光方向転換層又は構造化光学層の所望の形状から反転している形状を有するツールを、任意の好適な技術によって作製することができる。ツールは、例えば、金属ツール（例えば、当該技術分野において既知のダイヤモンド旋削によって作製されるもの）であってもよいし、金属ツールから形成されたポリマーツールであってもよい（例えば、金属ツールに対してポリマーを圧縮成形することによる）。反転形状を有するツールは、例えば、セグメント６３に対応する隆起部、及びセグメント６２に対応する谷部を有することができる。転写フィルムを使用して、各隆起部上に、又は隆起部の少なくとも過半数上に反射セグメントを配置することができ、例えば、転写フィルムから転写された後に、転写された反射セグメントは、隆起部に解放可能に取り付けられる。次いで、ツールに対して樹脂を鋳造し硬化することができ、例えば、ツールから樹脂が除去されると、ツールの隆起部から硬化した樹脂に反射セグメントが転写され、反射セグメント７１が形成される。次に、所望される場合には、別の転写フィルムを使用して、例えば硬化した樹脂の層上の結果として生じるセグメント６２に、反射層を転写することができる。転写フィルムからツールの隆起部に金属層を転写し、次いで、鋳造され硬化された層に転写することは、２０１９年５月６日に出願された「Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ａｒｔｉｃｌｅ」と題する米国特許仮出願第６２／８４３７３９号に記載されている。

本明細書に記載した光方向転換層又は光方向転換フィルム、あるいは反射セグメントを備える構造化光学層を作製する別の方法は、以下のとおりである。第１に、（例えば、光方向転換層５０について記載するような、又は図７～図１１のいずれかに示すような形状を有する）構造化層は、（例えば、鋳造及び硬化プロセスにおいて、あるいは、エンボス加工によって、又は押出成形によって、又は機械加工によって）反射セグメント又は反射フィルムなしで作製することができる。第２に、フォトリソグラフィ技術を使用して、構造化層上に、反射セグメント（例えば、７０、７１）又は多層フィルム（例えば、４４１、４４２）を形成することができる。例えば、当該技術分野で既知のフォトリソグラフィプロセスを使用してマスクを適用することができ、構造化層の露出部分上に金属層又は複数の交互の層をスパッタリングして、又は当該技術分野で既知の他の堆積方法を使用して適用して、次いでマスクを除去することができる。

いくつかの実施形態では、光方向転換層又は光方向転換フィルム、あるいは反射セグメント若しくは反射フィルムを備える構造化光学層は、例えば、指紋の画像が、層又はフィルムの平面に対して実質的に垂直に層又はフィルムを透過することを可能にしながら、輝度向上を提供する。透過された画像の品質は、変調伝達関数（ＭＴＦ）によって特性評価することができる。図１２は、ＭＴＦ対空間周波数の概略プロットである。当該技術分野において知られているように、ＭＴＦは、光学システムの解像度を特性評価するための有用な量であり得る。ＭＴＦは、所与の空間周波数における折れ線グラフの画像を表示し、表示された画像における最大強度及び最小強度を判定することによって決定することができる。ＭＴＦは、最大強度と最小強度との差を最大強度と最小強度の和で割った比によって求められる。空間周波数ＳＦ１が示される。ＳＦ１は、例えば、１ｍｍ当たり約８個のラインペア、１ｍｍ当たり約１０個のラインペア、又は１ｍｍ当たり約１２個のラインペアであり得る。

いくつかの実施形態では、光学システム３００は、その拡張型放射面２０又は２１から、（例えば、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内の）可視光（１０ａ～１０ｃ）を放射するように構成された拡張型照明源２００を含む。拡張型照明源２００は、可視光を放射するように構成された少なくとも１つの光源（例えば、３０及び／又は３１）と、拡張型放射面２０又は２１から離間し、それと実質的に同一の広がりを有する反射層４０と、を含むことができる。光学システム３００は、拡張型放射面上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有し、かつ、観察者１９０によって見られるための可視画像１８１を形成するように構成されている、液晶ディスプレイパネル１８０を更に含むことができる。光学システムは、拡張型照明源２００と液晶ディスプレイパネル１８０との間に配置された反射偏光子１７０を含むことができる。光学システム３００は、反射偏光子１７０と拡張型照明源２００との間に配置され得る少なくとも１つの光方向転換層５０及び／又は１５０を含む。少なくとも１つの光方向転換層５０及び／又は１５０は、第１の方向（例えば、ｙ軸）に沿って延び、直交する第２の方向（例えば、ｘ軸）に沿って配列された線状プリズム構造体６０の規則的なアレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光方向転換層５０及び／又は１５０は、拡張型放射面により放射される光（１０ａ～１０ｃ）の一部分をリサイクルすることによって、光学システム３００に対して実質的に垂直な法線方向（ｚ軸）に沿って光学システム３００を出る光１０ｄの輝度を増大させる。いくつかの実施形態では、約８００ｎｍ～約１２００ｎｍの範囲内の赤外波長９１を有する赤外画像１９２が、法線方向に沿って光学システム３００に入射するとき、光学システム３００は、入射した赤外画像１９２の少なくとも一部分を法線方向に沿って透過し、赤外画像１９２が、１ｍｍ当たり少なくとも約８個のラインペアの第１の空間周波数を有するとき、透過された赤外画像（例えば、１９３）は、第１の空間周波数において約０．５超の変調伝達関数（ＭＴＦ）を有する。いくつかの実施形態では、第１の空間周波数は、１ｍｍ当たり約１０個超のラインペア、又は１ｍｍ当たり約１２個超のラインペアである。いくつかの実施形態では、ＭＴＦは、第１の空間周波数において、約０．６超である、又は約０．７超である。

いくつかの実施形態では、光方向転換層又は光方向転換フィルム、あるいは反射セグメント又は反射フィルムを有する構造化光学層は、軸方向輝度ゲイン（層（単数又は複数）又はフィルム（単数又は複数）が含まれないときの軸方向輝度に対する層（単数又は複数）又はフィルム（単数又は複数）が含まれるときの軸方向輝度の比）によって特性評価され得る輝度向上を提供する。

図１３Ａは、例えば、拡張型照明源２００に対応する延長照明源であり得、かつ／又は可視波長範囲８０内の可視光を放射するランバート光源であり得る、光源７００の概略断面図である。光源７００は、放射面７２０を有する。図１３Ｂは、光源７００上に配置された光方向転換フィルム７３０の概略断面図である。

いくつかの実施形態では、（例えば、光方向転換フィルム２３０、３３０、８３０、９３０、１０３０、又は１１３０に対応する、あるいは、構造化光学層４００を含む光方向転換フィルムに対応する）光方向転換フィルム７３０は、第２の主表面５３の反対側の第１の構造化主表面５２を含む光方向転換層５０を含む。第１の構造化主表面５２は、第１の方向（例えば、ｙ軸）に沿って延びており、直交する第２の方向（例えば、ｘ軸）に沿って配列された複数の実質的に平行な線状切頭プリズム構造体６０を含むことができ、各切頭プリズム構造体は、互いに対して約６０度～約１２０度の範囲内の（例えば、図７に概略的に示されている角度αに対応する）角度をなす（例えば、ファセット６１ａ、６１ｂに対応する）反対向きの側部ファセットと、第２の主表面５３に実質的に平行であり、反対向きの側部ファセットを接続する（例えば、窓セグメント６２又はセグメント４３０に対応する）頂部ファセットと、を含むことができる。光方向転換フィルム７３０は、（例えば、セグメント７０及び／又は多層セグメント若しくは多層フィルム１４０に対応する）複数の多層セグメントを含むことができる。各多層セグメントは、対応する切頭プリズム構造体の上部ファセット上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有することができる。各多層セグメントは、複数の積層された層（例えば、図６に概略的に示される層Ａ及びＢ）を含むことができる。各層は、約５００ｎｍ未満の厚さを有し、実質的に垂直に入射する光１２０について、多層セグメントは、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲８０内において少なくとも５０％の平均全光反射率、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲９０内の少なくとも１つの赤外波長９１について少なくとも３０％の全光透過率を有する。いくつかの実施形態では、光方向転換フィルム７３０が、可視波長範囲８０内の（例えば、光１０ａ～１０ｃに対応する）可視光７１０ａを放射するランバート光源（例えば、光源７００）上に配置されており、可視波長範囲８０において少なくとも８５％の平均全光反射率、及びランバート光源に対する法線方向に沿って第１の輝度を有するとき、光方向転換フィルム７３０によって透過された光７１０ｄは、法線方向に沿って第２の輝度を有し、第１の輝度に対する第２の輝度の比は、約１超である。この比は、光方向転換フィルム７３０がないランバート光源の軸方向輝度によって正規化された、ランバート光源上に光方向転換フィルム７３０が配置されたときの軸方向輝度として説明され得る。いくつかの実施形態では、第１の輝度に対する第２の輝度の比は、約１．２超、又は約１．４超、又は約１．６超、又は約１．８超である。

いくつかの実施形態では、光学システム（例えば、光学システム３００）は、その拡張型放射面から光を放射するように構成された拡張型照明源（例えば、拡張型照明源２００）と、拡張型放射面上に配置されている構造化光学層（例えば、構造化光学層４００）又は光方向転換フィルム（例えば、光方向転換フィルム２３０、３３０、７３０、８３０、９３０、１０３０、又は１１３０）と、を含む。

図１３Ｂに概略的に示されるような、特定の平均全光反射率を有する拡張型ランバート光源上に配置された１つ又は２つの（交差した）光方向転換フィルムを含む光学システムについて、光学モデリングを実行した。光方向転換フィルムは、反射体８７０とセグメント８６２との間の１マイクロメートルの接着剤をモデル化したことを除いて、図８に概略的に示されているとおりであった。切頭プリズムを、屈折率１．６５を有するものとしてモデル化した。切頭プリズムのピッチは２４マイクロメートルであり、セグメント８６２の幅（切頭プリズムの頂部の幅）及び反射体８７０の平均全光反射率は変動した。正規化された積分強度は、光方向転換フィルム（単数又は複数）がない光源の積分強度で積分強度を除したものとして求められた。正規化された軸方向輝度（軸方向ゲイン）は、光方向転換フィルム（単数又は複数）がない光源の軸方向輝度で軸方向輝度を除したものとして求められた。単一のプリズムフィルム及び９８．５％の平均光反射率を有する拡散後方反射体を有するランバート光源について、規則的な（切頭されていない）プリズムフィルムによるゲインは１．９８であり、セグメント８６２の幅がピッチの２５％であり、反射体８７０がない切頭プリズムフィルムによるゲインは１．６であり、可視光の光反射が１００％である反射体８７０を有する切頭プリズムフィルムによるゲインは１．９９であった。交差したプリズムフィルム及び９８．５％の平均光反射率を有する拡散後方反射体を有するランバート光源について、規則的な（切頭されていない）プリズムフィルムによるゲインは４．４であり、各セグメント８６２の幅がピッチの２５％であり、反射体８７０がない切頭プリズムフィルムによるゲインは２．５であり、可視光の光反射率が１００％である反射体８７０を有する切頭プリズムフィルムによるゲインは３．７であった。

様々な光源の反射、切頭プリズムの頂部の様々な幅、及び反射体８７０の様々な反射率（Ｒｔｏｐ）に関するモデル化の結果を図１４Ａ～図１７Ｂに示す（０％又は１％の反射率から９９％の反射率）。図１４Ａ及び図１４Ｂは、それぞれ、８６．５％の平均光反射率を有するランバート光源上に配置される単一の光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ、９５％の平均光反射率を有するランバート光源上に配置される単一の光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ、８６．５％の平均光反射率を有するランバート光源上に配置される交差された光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。図１７Ａ及び図１７Ｂは、それぞれ、９５％の平均光反射率を有するランバート光源上に配置される交差された光方向転換フィルムを含む光学システムの、正規化された積分強度及び正規化された軸方向輝度のプロットである。

「約（about）」などの用語は、これらが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者によって理解されよう。特徴部のサイズ、量、及び物理的特性を表す量に適用される「約」の使用が、これが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「約」とは、特定の値の１０パーセント以内を意味すると理解されよう。約特定の値として与えられる量は、正確に特定の値であり得る。例えば、それが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、約１の値を有する量とは、その量が０．９～１．１の値を有することを意味し、その値が１であり得ることを意味する。

上記において参照された参照文献、特許、又は特許出願の全ては、それらの全体が参照により本明細書に一貫して組み込まれている。組み込まれている参照文献の部分と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の説明における情報が優先される。

図中の要素についての説明は、別段の指示がない限り、他の図中の対応する要素に等しく適用されると理解されたい。特定の実施形態が本明細書において図示及び説明されているが、図示及び記載されている特定の実施形態は、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な代替的実施態様及び／又は等価の実施態様によって置き換えられ得ることが、当業者には理解されよう。本出願は、本明細書で論じられた特定の実施形態のいずれの適応例又は変形例も包含することが意図されている。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが意図されている。

Claims (15)

1. 光学システムであって、
   拡張型放射面から光を放射するように構成された拡張型照明源であって、
   少なくとも１つの光源と、
   前記拡張型放射面から離間し、それと実質的に同一の広がりを有する反射層であって、前記反射層は、前記少なくとも１つの光源から放射される入射光を前記拡張型放射面に向かって反射するように構成されている、反射層と、
   を備える、拡張型照明源と、
   第１の光方向転換層であって、前記第１の光方向転換層の平面を画定し、かつ、前記拡張型放射面上に配置され、第２の主表面の反対側の第１の構造化主表面を備え、前記第１の構造化主表面は、
   第１の光方向転換構造体の規則的なアレイであって、各第１の光方向転換構造体は、前記第１の光方向転換層の前記平面と傾斜角度をなす複数の第１のファセットを備える、第１の光方向転換構造体の規則的なアレイと、
   前記第１の光方向転換層の前記平面に実質的に平行な、複数の独立しかつ離間された第１の窓セグメントと、を備える、
   第１の光方向転換層と、
   複数の第１の反射セグメントであって、各第１の反射セグメントは、対応する第１の窓セグメント上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有し、実質的に垂直に入射する光について、各第１の反射セグメントは、
   約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内において少なくとも３０％の平均全光反射率、及び
   約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも１０％の全光透過率
   を有する、複数の第１の反射セグメントと、
   を備える、光学システム。
2. 前記拡張型照明源は、
   ライトガイドであって、前記ライトガイドの長さ及び幅に沿って内部で光を伝播し、前記反射層と前記第１の光方向転換層との間に配置されており、前記拡張型放射面を備える、ライトガイドを備え、
   前記少なくとも１つの光源は前記ライトガイドの端面に近接して配置されており、前記反射層は前記ライトガイドを出る光を前記反射層に向かって反射するように構成されており、前記反射された光は前記第１の光方向転換層に向かって伝播する、
   を備える、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記拡張型照明源は、
   光を散乱させるための第１の光学拡散層であって、前記拡張型放射面を備え、前記第１の光学拡散層と前記反射層とは、互いに実質的に同一の広がりを有し、それらの間に光学キャビティを画定する、第１の光学拡散層と、
   前記光学キャビティ内に配置されている、前記少なくとも１つの光源と、
   を備える、請求項１又は２に記載の光学システム。
4. 各第１の反射セグメントについて、かつ、実質的に垂直に入射する光について、
   前記可視波長範囲内の第１の反射セグメントの前記平均全光反射率の少なくとも７０％は、鏡面光反射率であり、
   前記赤外波長範囲内の前記少なくとも１つの赤外波長についての前記第１の反射セグメントの前記全光透過率の少なくとも７０％は、鏡面光透過率である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の光学システム。
5. 前記光方向転換構造体の規則的なアレイにおける各第１の光方向転換構造体は、線状構造体であり、前記第１の光方向転換構造体の前記第１のファセットは、前記第１の光方向転換構造体の長さ方向に沿って延びており、前記第１の光方向転換構造体は長さＬ及び幅Ｗを有し、Ｌ／Ｗ＞１０である、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学システム。
6. 前記複数の第１の窓セグメントのうちの少なくとも１つの第１の窓セグメントは、前記第１の光方向転換構造体の規則的なアレイにおける２つの隣接する第１の光方向転換構造体の間のランドセグメントである、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学システム。
7. 前記複数の第１の窓セグメントのうちの少なくとも１つの第１の窓セグメントは、前記第１の光方向転換構造体の規則的なアレイにおける切頭された第１の光方向転換構造体の頂部セグメントであり、前記少なくとも１つの第１の窓セグメントは、前記切頭された第１の光方向転換構造体の前記複数の第１のファセットを互いに接続する、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学システム。
8. 各第１の反射セグメントは、金属を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学システム。
9. 各第１の反射セグメントは、複数の積層された層を備え、各層は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学システム。
10. 第２の光方向転換層であって、前記第２の光方向転換層の平面を画定し、かつ、前記第１の光方向転換層上に配置され、第４の主表面の反対側の第３の構造化主表面を備え、前記第３の構造化表面は、
    第２の光方向転換構造体の規則的なアレイであって、各第２の光方向転換構造体は、前記第２の光方向転換層の前記平面と傾斜角度をなす複数の第２のファセットを備える、第２の光方向転換構造体の規則的なアレイと、
    前記第２の光方向転換層の前記平面に実質的に平行な、複数の独立しかつ離間された第１の第２の窓セグメントと、を備える、
    第２の光方向転換層と、
    複数の第２の反射セグメントであって、各第２の反射セグメントは、対応する第２の窓セグメント上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有し、実質的に垂直に入射する光について、各第２の反射セグメントは、
    前記可視波長範囲内において少なくとも３０％の平均全光反射率、及び
    赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも１０％の全光透過率
    を有する、複数の第２の反射セグメントと、
    を更に備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の光学システム。
11. 実質的に垂直に入射する光について、かつ相互に直交する第１の偏光状態及び第２の偏光状態の各々について、前記反射層は、
    前記可視波長範囲内において少なくとも８０％の平均全光反射率、及び
    赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも２０％の全光透過率
    を有する、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学システム。
12. 構造化光学層であって、前記構造化光学層の平面を画定し、かつ、
    各第１のセグメントが前記構造化光学層の前記平面と約３０度～約６０度の角度をなす、第１のセグメントの規則的なアレイと、各第２のセグメントが前記構造化光学層の前記平面と約１０度未満の角度をなす、複数の第２のセグメントと、を備える、構造化表面と、
    前記第２のセグメントの少なくとも過半数の各々上に配置された多層フィルムであって、前記多層フィルム中の各層は、約５００ｎｍ未満の厚さを有し、実質的に垂直に入射する光について、前記多層フィルムは、
    約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内において少なくとも５０％の平均全光反射率、及び
    約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも３０％の全光透過率
    を有する、多層フィルムと、
    を備える、構造化光学層。
13. 光学システムであって、
    拡張型放射面から、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内の可視光を放射するように構成された拡張型照明源であって、
    可視光を放射するように構成された少なくとも１つの光源と、
    前記拡張型放射面から離間し、それと実質的に同一の広がりを有する反射層と、
    を備える、拡張型照明源と、
    前記拡張型放射面上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有し、かつ、観察者によって見られるための可視画像を形成するように構成されている、液晶ディスプレイパネルと、
    前記拡張型照明源と前記液晶ディスプレイパネルとの間に配置された反射偏光子と、
    前記反射偏光子と前記拡張型照明源との間に配置された少なくとも１つの光方向転換層であって、第１の方向に沿って延びており、直交する第２の方向に沿って配列された線状プリズム構造体の規則的なアレイを備えており、前記少なくとも１つの光方向転換層は、前記拡張型放射面により放射される光の一部分をリサイクルすることによって、前記光学システムに対して実質的に垂直な法線方向に沿って前記光学システムを出る光の輝度を増大させ、約８００ｎｍ～約１２００ｎｍの範囲内の赤外波長を有する赤外画像が、前記法線方向に沿って前記光学システムに入射するとき、前記光学システムは、前記入射した赤外画像の少なくとも一部分を前記法線方向に沿って透過し、前記赤外画像が、１ｍｍ当たり少なくとも約８個のラインペアの第１の空間周波数を有するとき、前記透過された赤外画像は、前記第１の空間周波数において約０．５超の変調伝達関数（ＭＴＦ）を有する、少なくとも１つの光方向転換層と、
    を備える、光学システム。
14. 光方向転換フィルムであって、
    第２の主表面の反対側の第１の構造化主表面を備える光方向転換層であって、前記第１の構造化主表面は、第１の方向に沿って延びており、直交する第２の方向に沿って配列された複数の実質的に平行な線状切頭プリズム構造体を備え、各切頭プリズム構造体は、互いに対して約６０度～約１２０度の範囲内の角度をなす反対向きの側部ファセットと、前記第２の主表面に実質的に平行であり、前記反対向きの側部ファセットを接続する上部ファセットと、を含む、光方向転換層と、
    複数の多層セグメントであって、各多層セグメントは、対応する切頭プリズム構造体の前記上部ファセット上に配置され、それと実質的に同一の広がりを有し、各多層セグメントは、複数の積層された層を備え、各層は、約５００ｎｍ未満の厚さを有し、実質的に垂直に入射する光について、前記多層セグメントは、約４２０ｎｍ～約６５０ｎｍにわたる可視波長範囲内において少なくとも５０％の平均全光反射率、及び約８００ｎｍ～約１２００ｎｍにわたる赤外波長範囲内の少なくとも１つの赤外波長について少なくとも３０％の全光透過率を有し、前記光方向転換フィルムが、前記可視波長範囲内の可視光を放射するランバート光源上に配置されており、前記可視波長範囲内において少なくとも８５％の平均全光反射率、及び前記ランバート光源に対する法線方向に沿って第１の輝度を有するとき、前記光方向転換フィルムにより透過された光は、前記法線方向に沿って第２の輝度を有し、前記第１の輝度に対する前記第２の輝度の比は、約１超である、複数の多層セグメントと、
    を備える、光方向転換フィルム。
15. 前記第１の輝度に対する前記第２の輝度の比は、約１．６超である、請求項１４に記載の光方向転換フィルム。

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