JP4182261B2 - ソフトカットオフを有する輝度強化フィルム - Google Patents

Description

背景技術
構造化表面材料は、一般にＬＣＤに使用されるような均等拡散バックライトの軸方向での見かけの輝度を上げることがよく知られている。これらのフィルムは一般に輝度強化フィルムとして知られている。そのようなフィルムは、ディスプレイ軸に対して大きな角度からより小さな角度に放射される屈折光によって機能する。輝度強化フィルムがなければ、ディスプレイ軸に対して小さな角度で放射される光は、バックライトに反射がえし（リフレクトバック）され、これが繰返される。そこで光は拡散反射体に当たり、光の方向はランダムになる。反射された後、光は輝度強化フィルムに再び入り、屈折されるか、またはあるいは以前のように反射される。
輝度強化フィルムの効果は、より大きな角度で投射される光量を減らすことにより、ディスプレイ軸に対して小さな角で投射される光量を増やすことである。このように、ディスプレイ軸に対して、増大した角度でディスプレイを見るため、知覚される輝度は減少する。代表的なフィルムを使えば、ディスプレイ軸に平行な方向からディスプレイ軸に対して約３５度の角度までは段階的に輝度が減少する。３５度から４０度の範囲では、知覚される輝度は急速に減少する。本効果はシャープカットオフとして知られている。使用者によっては、より段階的なあるいはソフトカットオフを好む。
発明の開示
本発明によれば、輝度強化フィルムは複数の線形プリズムを有する。それらのプリズムは対で配列され、各対は第一および第二のプリズムを有する。各プリズムはプリズム角と谷角を有する。プリズム角あるいは谷角のいずれかは等角であるが、双方が等角であることはない。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来技術の輝度強化フィルムである。
図２、３は、輝度強化フィルムのないバックライトの輝度座標点である。
図４は、従来技術の輝度強化フィルムによる光学的ゲインをコンピュータで作成した予側である。
図５、６は、バックライトの上に従来技術の輝度強化フィルム一枚を有するバックライトの輝度座標点である。
図７は、本発明による輝度強化フィルムの第一の実施例である。
図８は、本発明による輝度強化フィルムを含むバックライトディスプレイである。
図９は、図７に示された輝度強化フィルム１枚のコンピュータによる予側ゲイン曲線である。
図１０、１１は、図７の輝度強化フィルム１枚を使ったバックライトに対する輝度座標点である。
図１２，１３は、図７の輝度強化フィルム２枚を使ったバックライトの輝度座標点である。
図１４，１５は、従来技術の輝度強化フィルム２枚を有するバックライトの輝度座標点である。
図１６は、輝度強化フィルムなしのバックライトの等輝度座標点である。
図１７は、従来技術の輝度強化フィルム２枚を有するバックライトの等輝度座標点である。
図１８は、図７の輝度強化フィルム２枚を有するバックライトの等輝度座標点である。
図１９は、本発明の輝度強化フィルムの別の実施例である。
図２０は、本発明による輝度強化フィルムを有するバックライトディスプレイである。
図２１は、図１９の輝度強化フィルムのコンピュータによる予測ゲイン図である。
図２２，２３は、図１９の輝度強化フィルム２枚による予測ゲイン図である。
詳細説明
以下の検討では、情報ディスプレイ装置がディスプレイ軸に平行な方向で見られる時、その装置で使用されるバックライトの見かけ上の輝度を増加する輝度強化フィルムについて述べる。これらの目的のため、ディスプレイ軸は表示の面に対して直角に走る。さらに、２枚の輝度強化フィルムが同じディスプレイにある場合、光源から遠いフィルムは、ある決められた時間での実際の方向には関係なく、一番上のフィルムとして識別される。
一般に、従来技術の輝度強化フィルムは、その上に平行な線形プリズムを有する構造化表面を含んでいる。もう一方の表面は通常滑らかである。このプリズムは、他の角度が使われてもよいが、典型的には山と溝の両方において90度の角度を形成する隣接した辺を有する二等辺三角形である。
図１は、従来技術の代表的な輝度強化フィルムである。図１の輝度強化フィルムは、全体として１８で示されるれ、滑らかな表面２０、構造化表面２２を有する。構造化表面２２は、複数のプリズム２４，２６を有する。各プリズムは、プリズム２４、２６のそれぞれの山２８、３０を有する。一般に、山は90度の角度を含むように選択される。なぜならば、90度はディスプレイ軸に沿って輝度の最大の増加を得るためである。
図１は、従来技術の輝度強化フィルムが、いかにしてディスプレイ軸に沿って見かけの輝度を改良したかを示す。図１の輝度強化フィルムはポリカーボネート製であると考えられ、1.586の屈折率を有すると考えられる。図１において、４つの例としての光線が示される。最初の例として、光線３６が視斜面角度、すなわち垂線に対して90度に近い角度で、滑らかな表面２０に進入する。光線３６が構造化表面材料１８に当たる時、表面２０に対する垂線に対して89.9度の角度をなす場合、光線は構造化表面材料１８を通過する時、その垂線に対して39.1度の角度を作るように屈折する。構造化表面２２に到達すると、光線は再び屈折する。構造化表面２２の構造により、光線は構造化表面２０に対する垂線に対してより小さい角度を作るように屈折する。この例では35.6度の角度を作る。
光線３８は、垂直により近い角度で滑らかな表面２０に進入する。この光線は滑らかな表面２０通過する時、屈折するが、より小さな角度である。光線３８が滑らかな表面２０に対する垂線に対して10度の角度で進入する場合、滑らかな表面２０に対する垂線に対して37.7度の角度で出ていくが、それはその垂線の反対側である。
光線４０は、構造化表面２２によって計2回内部全反射するような角度で進入する。
最後の例として、光線４２は、光線３８の進入角度と同様角度で滑らかな表面20に進入するが、反対角のファセット上に進入し、構造化表面２２上のプリズムの一方によって内部全反射するが、他方の側では反射しない。その結果、滑らかな表面20に対する垂線に対して大きい角度で出ていく。そのような反射は、光線が当たる側に対し、大きな入射角を形成する方向に進む光線のみに起こるので、そのプリズムはそのような光線に対して非常に小さい断面積を与えている。さらに、多くのそれらの光線は次のプリズムに再進入し、戻ってくる。
図２は輝度強化フィルムなしで、ＬＣＤに使用さされる代表的なバックライトの水平輝度スキャンの座標点である。図２において、輝度（１平方メートルあたりのキャンデラ）がバックライト軸に対する視角に対してプロットされる。水平スキャンは測定装置が水平面で回転されたことを意味する。図２からわかるように、輝度はバックライト軸上の視角約35度までにわたってかなり一定である。約35度で輝度が落ち始める。
図３は、図２の同一のバックライトの垂直輝度スキャンである。図に見られるように、垂直角が機能する輝度特性は図２に示された水平角が機能する輝度特性に極めて類似している。
図４は、プリズムに垂直な面で視角が機能するように、従来技術の輝度強化フィルム１枚を利用するバックライトにおける予測光学的ゲインの座標点である。図４の曲線を作成するための計算は、７５％の空洞効率と1.586の屈折率を有する輝度強化フィルムを仮定して行われている。光学的ゲインは、輝度強化フィルムなしで、バックライト軸上のバックライトの輝度に対するある特定の視角における輝度の比率として定義される。図に見られるように、ゲインはバックライトの軸上約1.6のピーク値に達し、そしてバックライトの軸から約35度の角度まで緩やかに低下し、35度以上では急速に低下する。
図５は、プリズム方向に垂直な平面で回転する90度のプリズムと５０μｍの山間のピッチとを有する現在手に入る従来技術の輝度強化フィルムの実際に測定された輝度値の座標点を示す。図に見られるように、これは図４の理論的座標点によく一致する。比較のため、図６はプリズムに対して垂直ではなく、プリズムに沿った視角が機能するように、測定輝度値をプロットしてある。
図７は、ソフトカットオフを与えるため本発明によるフィルムを示す。図７は、全体として４０で示される本発明による輝度強化フィルムである。輝度強化フィルム４０は、基材４２、及び構造化表面材４４を含む。基材４２は一般にポリエステル材で、構造化表面材４４は代表的には紫外線硬化アクリル樹脂である。あるいは、輝度強化フィルム４０を押し出し成形して、別の基材、及び構造化表面のオーバーレイなしに、単一構造で形成することができる。基材４２の外部表面は、平坦であることが好ましいが、同様に構造化されたもので良い。さらに、他の別の基材を使用してもよい。
構造化表面材４４は、その上に形成された４６、４８、５０のような複数のプリズムを有する。プリズム４６、４８、５０はそれぞれ山５２、５４、５６を有する。全ての山５２、５４、５６は90度の山あるいはプリズム角を有するのが好ましいが、60度から120度の範囲にある先端角度であれば本発明においては効果的に機能する。プリズム４６と４８との間に谷５８がある。プリズム４８と５０の間に６０の谷がある。谷５８はプリズム４６と関連する谷を有すると考えられ、70度の谷角を有し、谷６０はプリズム４８と関連する谷を有すると考えられ、110度の谷角を有するが、他の角値度を、使用することができる。効果的には、輝度強化フィルム４０は、光のいくつかを反射したり、循環したり、従来技術の輝度強化フィルムのように、残りの光を屈折することによって、しかし交互の方向にプリズムを傾けることにより、バックライト軸方向の見かけの輝度を増加させることができる。プリズムを傾ける効果は、出力光コーンのサイズを増大することにある。
図８は、本発明によるディスプレーを示す。図８のディスプレイは光源６２、すなわち、一般的には小さな蛍光管を含む。光源６２の後ろには、所望の方向に光を向けるため反射器６４がある。反射器６４は光を光源６２から光管６６に入れるように向ける。一般には、光管６６は、光学的に透明なアクリル材料の固い部品である。光管６６の後ろには、反射材料６８がある。一般には、光管６６の後ろに光抽出ドットがあるが、図示されていない。光管６６の前に拡散器７０がある。光管６６からの光はその前面を通って抽出され、拡散器７０を通して方向づけられる。
拡散器７０の前に、輝度強化フィルム７２がある。光は拡散器７０を通過し、輝度強化フィルム７２に入る。輝度強化フィルム７２は前述の光を反射するかまたは屈折させる。反射した光は拡散器７０、光管６６を通して戻り、反射材料６８によって反射される。この光はそれから循環する。拡散器７０は、光が輝度強化フィルム７２によって繰り返し反射されないように光の方向をランダムにする。あるいは、拡散器７０は省略することができ、反射材料６８を拡散反射器としてもよい。
輝度強化フィルム７２によって屈折した光は輝度強化フィルム７４のオプションである二番目のシートを通過する。輝度強化フィルム７４は、輝度強化フィルム７２と同一の物質であり得るが、輝度強化フィルム７２のプリズムと異なった方向に、典型的には垂直な方向に延びているプリズムを有する。あるいは、輝度強化フィルム７４は、従来技術の輝度強化フィルムであるか、本発明の輝度強化フィルムの別の実施例の輝度強化フィルムでもよい。本発明の便益は、輝度強化フィルム７４がディスプレイから省略されたとしても達成されるが、２枚の輝度強化フィルムを含むことにより、より高いゲインを達成する。
光は輝度強化フィルム７４から出た後、ＬＣＤ７６を通過する。図９は、一般的なバックライトで使用される図７に示された型の輝度強化フィルムの予測される光学的ゲインのコンピュータによる計算を示す。図に見られるように、軸上光学的ゲインの予測値は、従来技術の輝度強化フィルムに対する図４で示されたものよりわずかに小さい。しかし、そのかわり、ゲインは、所望のソフトカットオフを提供する角度を増すことによって、より段階的に減少する。
図１０は、視角の機能として図７に示す型の輝度強化フィルムを使用するバックライト輝度の実際の測定である。図10に示された測定値は、プリズムの方向に対して垂直でとられたものである。図に見られるように、図１０の曲線の形状は図９の予側された形状に極めてよく一致する。
図１１は、プリズムに平行な視角の機能として、図７に示した型の輝度強化フィルムを一枚有するバックライトの測定された輝度値を示す。図に見られるように、図１１の曲線の全体的な形状は、図２に示したような輝度強化フィルムなしのバックライトの曲線の形状に類似する。しかし、輝度値は輝度強化効果により、高い。
図１２は、図８の輝度強化フィルム７４のプリズム方向に平行な角度の機能として、図７に示す型の輝度強化フィルム２枚を有する図８のバックライトの輝度を示す。図１３は、図８の輝度強化フィルム７４のプリズム方向に垂直な方向における図８のバックライト測定された輝度座標点を示す。比較のため、図１４、１５はそれぞれ図１２、１３に対応する従来技術の輝度強化フィルム使用するバックライト輝度座標点である。図に見られるように、図１２、１３の座標の輝度値は角度が増加するにしたがって、より段階的に下がり、したがって、所望のソフトカットオフを提供する。
図１６、１７、１８は、それぞれ、輝度強化フィルムなしのバックライト、従来技術の輝度強化フィルムの交差シートを有するバックライト、及び図７に示した型の輝度強化フィルム交差シートの等輝度スキャンを示す。これらのスキャンは、光の前面わたる360度の方位角の周りのディスプレイの軸から、0〜60度の範囲にわたるバックライトの輝度を表わす。点線の円はバックライト軸に対して10度、20度、30度、40度及び50度の角度を示す。これらのグラフのより明るい領域はより大きい輝度を示し、一方より暗い部分は輝度がより小さい角度を示す。目盛りは様々なディスプレイの軸方向の輝度全体により、調整されることに注意が必要である。したがって、これらは各バックライトに対する角度の機能としての輝度を示すが、各々の全体輝度であるために、互いに直接比較することはできない。
図１６からわかるように、輝度強化なしのバックライトの輝度は、バックライト軸に対して40度から50度の間の角度で輝度が低下し始めるまで比較的一定である。対照的に、図１７に示されるように、従来技術の輝度強化フィルムを有するバックライトの輝度は、破線８０で表わされるように、約25度の角度でのバックライトの輝度値の半分に到達すると、比較的急速に低下する。25度を超える角度で、輝度は極めて急速に低下する。
図１７の座標と対照的に、図１８は角度が増加するに従い、輝度は、さらに段階的な減少を示す。半分の最大輝度値には線82によって示されるように、30度よりわずかに大きい角度で到達する。その後、輝度は図17にあるよりもさらに段階的に減少する。
図７のソフトカットオフ輝度強化フィルムのかわりとして、対称プリズムを使うことによって同様の効果を達成することができるが、そのプリズムに対し、かわりのピーク角を提供する。プリズムは90度以上を超える角度と90度未満の角度で交代する。図１９は、そのようなフィルムを示す。輝度強化フィルム１４０は基材１４２と構造化表面オーバーレイ１４４とを含む。図８のフィルムのように、基材１４２は一般的にはポリエステルで、フィルム１４４は紫外線硬化のアクリル樹脂である。また図７の輝度強化フィルムと同様に、図１９のフィルムは代わりに押し出し成形等の方法による単一構造に製造されてもよい。
構造化表面オーバーレイ１４４は、プリズム１４６、１４８、１５０等のプリズムを含む。プリズム１４６、１４８、１５０はそれぞれ山１５２、１５４、１５６を有する。山１５２，１５６は１１０度の山あるいはプリズム角を有する。山１５４は70度の山あるいは角度を有する。山１５２と１５４の間に、山１５２と関連づけられる谷１５８がある。山１５４と１５６の間に、山１５４と関連づけられる谷１６０がある。谷１５８、１６０の両方は90度の谷角を有する。
図２０は、図１９の輝度強化フィルムを組み込むバックライトを使用するディスプレイである。図２０のディスプレイにおいて、光源162、反射器１６４、光管１６６、反射器１６８及び拡散器１７０の全ては図８の装置同等品と類似した機能を有する。輝度強化フィルム１７２、１７４は、また図８のシステムの同等品と類似した機能を有する。また図８の装置のように、輝度強化フィルム１７２、１７４のいずれかは、従来技術の輝度強化フィルムか、また図７の輝度強化フィルム及び図１９の輝度強化フィルムでもよい。最後にＬＣＤ１７６が実際にデータを表示するために使用される。
図２１は、溝にわたって測定されたディスプレイの軸を有する角度の機能として図１９の輝度強化フィルム１枚からの予測されるゲインのコンピュータ生成モデルである。図に見られるように、これは角度が増加するにともない、ゲインが段階的に減少することを示している。図２２、２３は、２つのフィルムシートの上部フィルムの溝に沿っておよびわたって図１９の２つの輝度強化フィルムシートを有するバックライトの予測されるゲインについてコンピュータが生成した座標点をそれぞれ示す。
当業者は、隣接した輝度強化フィルムを光学的に結合することから生じる問題を避けるために、プリズムの高さは米国特許出願第08/400,052号で教示されるように変えられることを認識するだろう。米国特許第08/400,052号で開示された内容を本願明細書に引用したものとする。

Claims (1)

1. 第１及び第２の面を具備する輝度強化フィルムであって、該第１の面は複数の線形プリズムを有する構造化表面であり、該複数の線形プリズムは並行する対で配置され、各対は、第１及び第２のプリズムから成り、各プリズムはプリズム角及び谷角を有し、各対の該プリズム角同士が等しく谷角同士が等しくない場合には該谷角が不規則に変化し、または各対の該谷角同士が等しくプリズム角同士が等しくない場合には該プリズム角が不規則に変化する、輝度強化フィルム。

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