JP6296991B2 - 光学フィルムの色ムラを制御するための手法 - Google Patents

Description

輝度強化再生フィルムに関する実施形態を検討する。

フラットパネルディスプレイは、コンピューターモニター及びテレビを含む比較的大型の機器から、携帯電話、携帯型ＤＶＤプレイヤー、腕時計及びゲーム機器などの小型の携帯型機器に及ぶ、様々なアプリケーションで使用されている。多くのフラットパネルディスプレイは、液晶などの光学活性材料及びその光学活性材料を背後から照射するための光源を使用する。液晶とバックライトとの間に配置されたフィルムは、ディスプレイの輝度を強化するために使用されてきた。

例えば、輝度強化フィルムは、ディスプレイの表面に対して所望の視野角で存在する光を増加するために使用される場合がある。

いくつかの実施形態は、複屈折基材上に配置された複数個の線形プリズムを有する輝度強化フィルムに関与する。基材側からフィルムに入り、線形プリズム側からフィルムを出て、フィルム内を進む間に、相互に直交する偏光状態に対して実質的に同じ位相遅延を経る光線が、基材に対する垂線から、２０度を超える角度でフィルムを出る。

別の実施形態では、基材上に配置され、第１の方向に沿って延在する、複数個の線形プリズムを有する輝度強化フィルムが関与する。基材は、基材の平面内の相互に直交する方向において、主屈折率ｎ_ｘ及びｎ_ｙを有し、ｎ_ｘがｎ_ｙより大きい。第１の方向は、基材側からフィルムに入り、フィルム内を進む間に、相互に直交する偏光状態に対して実質的に同じ位相遅延を経る光線が、線形プリズムによる全内部反射を経るように、ｎ_ｘに対応する主方向と角度を成す。

また別の実施形態は、基材上に配置され、第１の方向に沿って延在する、複数個の線形プリズムを有する輝度強化フィルムを含む。基材は、基材の平面内の相互に直交する方向において、主屈折率ｎ_ｘ及びｎ_ｙを有し、ｎ_ｘがｎ_ｙより少なくとも０．０４大きい。第１の方向は、基材側からフィルムに入り、フィルム内を進む間に相互に直交する偏光状態に対して約１０度未満の位相遅延差を経る光線が、線形プリズムによる反射を経るように、ｎ_ｘに対応する主方向と角度を成す。

上記の発明の概要は、各実施形態又はあらゆる実装を記載するように意図されるものではない。多様な実施形態の利点及び効果、並びに一層の理解は、以下に記載する発明を実施するための形態及び特許請求の範囲を添付図面と併せて参照することによって明らかになり、理解されるに至るであろう。

本明細書に記載の実施形態に従う液晶ディスプレイシステムを図示する図である。 基材色ムラ（ＳＣＭ）を生じる機構を図示するブロック図である。 プリズムフィルムのｘ、ｙ、ｚ軸と光線のｓ及びｐ方向との関係を図示する。 プリズムフィルムの方位バイアス角度を図示する。 強化ＳＣＭを測定するための試験設定を図示するブロック図である。 強化ＳＣＭのコノスコープ像である。 ２０°の視野角にわたる交差偏光子の間で、プリズムフィルムの各視野角での、それぞれ、ｘ及びｙ明度のシミュレーション表現である。 ２０°の視野角にわたる交差偏光子の間で、プリズムフィルムの各視野角での、それぞれ、ｘ及びｙ明度のシミュレーション表現である。 交差偏光子の間で視認された、ｄｎ_ｘｙが０．０３であるプリズムフィルムのＳＣＭ画像を示す。 図７Ａのフィルムと実質的に同じ構造であるが、ｄｎ_ｘｙが０．１５であるプリズムフィルムのＳＣＭ画像を示す。 ＳＣＭの対称点（ＳＰ）角度を示す。 視野錐体を超えるＳＰ角度の移動を図示する。 視野錐体を超えるＳＰ角度の移動を図示する。 多様な基材の厚さのプリズムフィルムに対してｄｎ_ｘｙの関数として、それぞれ、ｘ及びｙ色座標の標準偏差σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、並びに求積合計、σ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ）のシミュレーションを示す。 多様な基材の厚さのプリズムフィルムに対してｄｎ_ｘｙの関数として、それぞれ、ｘ及びｙ色座標の標準偏差σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、並びに求積合計、σ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ）のシミュレーションを示す。 多様な基材の厚さのプリズムフィルムに対してｄｎ_ｘｙの関数として、それぞれ、ｘ及びｙ色座標の標準偏差σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、並びに求積合計、σ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ）のシミュレーションを示す。 基材の厚さに対するｄｎ_ｘｙ閾値の変動を示すグラフである。 それぞれ、基材ＦＡに対して０°、及び基材ＦＡに対して９０°に配向されたプリズムを有するプリズムフィルムを図示する。 それぞれ、図１２Ａ及び１３ＡのプリズムフィルムのＳＰ角度を示す。 それぞれ、基材ＦＡに対して０°、及び基材ＦＡに対して９０°に配向されたプリズムを有するプリズムフィルムを図示する。 それぞれ、図１２Ａ及び１３ＡのプリズムフィルムのＳＰ角度を示す。 プリズム軸に対するプリズムフィルム基材の高速軸の角度と、σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、及びσ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ）を示すシミュレーションである。 プリズム軸に対するプリズムフィルム基材の高速軸の角度と、σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、及びσ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ）を示すシミュレーションである。 それぞれ、１．５及び１．６の基材屈折率に対して９０度の頂角のプリズムによって主に反射される、極角及び方位角の範囲に対応する領域を示す。 それぞれ、１．５及び１．６の基材屈折率に対して９０度の頂角のプリズムによって主に反射される、極角及び方位角の範囲に対応する領域を示す。 それぞれ、ｄｎ_ｘｙ＝０．０３５、並びに厚さが５２μｍ及び１０４μｍの基材を有するプリズムフィルムをシミュレーションした場合の、プリズム軸に対するＦＡの角度と、σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、及びσ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ）を示す。 それぞれ、ｄｎ_ｘｙ＝０．０３５、並びに厚さが５２μｍ及び１０４μｍの基材を有するプリズムフィルムをシミュレーションした場合の、プリズム軸に対するＦＡの角度と、σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、及びσ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ）を示す。

フラットパネルディスプレイは、液晶パネルの後ろに配置されたバックライトを使用することができる。多くのバックライトは、１つ以上のプリズムフィルムに沿ってエッジ点灯式導光体光源を使用する。プリズムフィルムは、光を平行にし、よって視野角に対して軸外のディスプレイから現れる光を低減する。いくつかの輝度強化フィルムは、ディスプレイから出る軸上の量を増加するために、光の一部を「再利用」する。再利用プリズムフィルムは、導光体から離れて配向されたプリズムピークを有する１つ以上のプリズムフィルム層を含む。プリズムピークは特定の光学特性を達成するために、丸みをつけても又は面取りされてもよい。導光体からの光がプリズムに突き当たると、光の一部は軸上の方向で屈折され、その一方で、光の別の部分は、光の方へ戻る全内部反射によって反射される。反射された光は、ディスプレイから最終的に現れるまで再利用される。

図１は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のディスプレイの構成要素の断面図を提供する。ディスプレイ１００のバックライト１１１は、最大の効率で空間的かつ角度的に均一な光を提供するために、光源１１０と、後方反射体１１３と、導光体１１５と、一連の光管理フィルム１２０、１２５、１２７と、を含む。より具体的には、導光体１１５を出る光は、ディフューザー１１７と、１つ以上の輝度強化プリズムフィルム（ＢＥＦ）（例えば、光再利用フィルム）１２０と、反射偏光子１２５と、任意に、ディスプレイパネル１３０に入る前に、追加のディフューザーカバーシート１２７と、を備える、フィルムの積層体を通って進むことができる。検討の目的のために、ディスプレイ１００は、矢印１４０によって示された方向に沿って、その垂線を観察者に対して上向きを指すように、かつ矢印１５０によって示された方向に沿って、水平と参照された方向に沿って、導光体エッジを光源に最も近く、配向することができる。

プリズムフィルム１２０の各々は、アプリケーションに応じて変動する頂角を備える、平行の線形プリズムで覆われた透明な基材からなることができる。いくつかの事例において、プリズムフィルムは、１枚のフィルムの線形プリズムが、一般に、他のプリズムフィルムの線形プリズムに対して直交する方向に走行するように配置される。このようなフィルムは、交差配向であると言われる。

多くのバックライトシステムにおいて、カバーシートは、厚さを低減し、軸方向の輝度を増加し、コントラストを向上し、及び／又はコストを低減するために、削除される。ディフューザーとして機能する、カバーシートを削除した帰結として、バックライト要素の光学アーチファクトが、ディスプレイパネルを通して見ている観察者に明らかになる場合がある。１つのこのようなアーチファクトは、以下、基材色ムラ（ＳＣＭ）と呼ぶ。

ＳＣＭは、典型的なプリズムフィルムが、その平坦な表面の下から照射され、ディスプレイパネルを通して視認されると、一連の有色帯として出現する。帯は、視野角によって色が変動し、また、プリズムフィルム基材内の光学遅延が波長及び観測角度の両方に依存し、これらの帯がプリズムを通って透過する結果、生まれる。

本明細書に記載の実施形態は、ＳＣＭの出現を低減する手法が関与する。ＳＣＭを低減するプリズムフィルムは、ＬＣＤ画像の色ずれ防止に役立ち、観測角度によって変化するこれらの色ずれの好ましくない効果を低減する。多様な実施形態において、基材の複屈折を増加すること、基材の主伸張方向に対してプリズムを配向すること、又はその両方によって、ＳＣＭを低減するプリズムフィルムを製造することができる。

ＳＣＭの機構は、図２を参照して説明する。光は、プリズムフィルム基材２０５の下の平面側２１０に入り、空気／基材の界面での透過で部分的に偏光される。空気／基材界面での部分的偏光後に透過した光の偏光状態は、非偏光入射及び直線偏光の組み合わせである。基材２０５を横断する際に、入射平面内で振動する電界成分（ｐ偏光）と、入射平面に対して垂直に振動する電界成分（ｓ偏光）との間の位相差は、光線経路に沿って変動する。このために、光線が伝播すると、電界が楕円を描き、楕円偏光を上昇させる。位相差（Ｒ記号で示される）は、ｓ成分とｐ成分と間の屈折率の差Δｎ（フィルム内の波長λ、及び光線角度に依存する）、及び内部経路長ｄ（フィルム内の光線角度に依存する）の関数である。

ここで、光線角度は、θ及びφによって画定され、θが、フィルムの垂直軸から測定された極角度、及びφがフィルム平面内の方位角度である。

Ｒが波長及び光線角度に依存する結果、基材を横断した後のｓ成分とｐ成分の比もこれらのパラメーターに依存する。光線がディスプレイパネルの下の吸収偏光子２２０を通過した後、透過した輝度も、従って、これらのパラメーターに依存するであろう。この結果が、視野角によって色及び輝度が変動する、一連の弱い有色帯特徴として出現する、ＳＣＭであり得る。

フィルムウェブの場合のように、連続的様式において作製されたプリズムフィルムに対して、主軸を割り当てるための１つの方式は、フィルムの平面をｘｙ平面とし、フィルムに対して垂直な方向をｚと指定することである。光が、これらの相互に直交する方向に沿って線的に偏光される場合、対応する屈折率を決定し、これらをｎ_ｘ、ｎ_ｙ、及びｎ_ｚとすることができる。検討の目的のためであって、この特定の状況に限定するのではなく、ｎ_ｙ＞ｎ_ｘ＞ｎ_ｚとする。ｎ_ｙ＞ｎ_ｘの場合、ｘ方向は、フィルムの高速軸（ＦＡ）、ｙ方向は、フィルムの低速軸としてもよい。ｎ_ｘ及びｎ_ｙの局所値は、フィルム内の位置に依存して変動する場合があるため、ｘ（高速）及びｙ（低速）軸の方向は、局所屈折率に依存して、フィルム上の異なる位置で変化する場合があることに注意されたい。平面内屈折率の差は、ｄｎ_ｘｙ＝ｎ_ｙ−ｎ_ｘと表される。フィルムのｘ、ｙ、ｚ軸と、光線のｓ及びｐ方向との間の関係が、図３Ａに図示され、プリズムの方位バイアス角度が、図３Ｂに示される。プリズムフィルムのプリズムは、プリズムフィルム基材を出る光線の角度を変更し、いくつかの事例では、近軸視野範囲内でＳＣＭ帯の特徴が現れる。

分析及び検出の目的のために、ときには、ＳＣＭ帯のコントラストを強化することが有用である。ＳＣＭを強化する１つの方法は、図４に図示される。光源４１０からの光は、光源４１０とプリズムフィルム４４０との間に位置する吸収偏光子４３０を使用して、予め偏光される。吸収偏光子の通過軸は、プリズムフィルム４４０の上部に位置する偏光子４５０に直交し、直交通過軸は、記号・及び⇔によって示される。この構成を使用して、偏光子４５０から出現する光のコノスコープ像を提供する結像光学系４６０を使用して、ＳＣＭ帯の特徴の観察を行うことができる。コノスコープ像上の各位置は、極角（θ）及び方位角（φ）の観察角度と関連する。

２つの交差偏光子の間に配置されたプリズムフィルムから出現する光を観察するこの方法は、以下、交差偏光子間のプリズムフィルム、又は強化ＳＣＭと参照される。観察では、ＳＣＭの特徴が、下の偏光子４３０有り及び無しで非常に類似しているが、強化ＳＣＭ方法を使用するコントラストが、下の偏光子４３０を使用することによって、大幅に強化されることを示した。強化ＳＣＭ手法によって生成されたＳＣＭ有色帯のグレースケール画像は図５に示され、広角分散を備える光源が、交差偏光子の間のプリズムフィルムを照射するために使用された。結像光学系４６０は、図５に示された像の短い次元に沿って、約２０°の視野錐体にわたって、コノスコープ像を提供する。

ＳＣＭ効果は、指定された視野錐体内の色の変動として定量化されてもよい。色の１つの測定は、国際照明委員会（ＣＩＥ）の１９３１色座標、ｘ及びｙである。交差偏光子の間のプリズムフィルムの各視野角でのｘ及びｙ明度のシミュレーション表現は、それぞれ、図６Ａ及び６Ｂに示され、視野角は２０°に及ぶ。この例では、プリズムは、９０度の頂角を有し、上の偏光子方向に対して１０度配向され、５２μｍの厚さの複屈折基材を備える。

ＳＣＭの１つの測定は、この視野範囲内のｘ及びｙ色座標の標準偏差σの求積合計によって与えられ、以下のように計算することができる。

交差偏光子の間で確認されたプリズムフィルムの画像は、好適なマトリックス変換によって、各ピクセルがＲＧＢ値によって特徴付けられる、ビットマップから、ｘ及びｙ色座標に変換することができる。上記の定義は、次いで、ＳＣＭの測定値として、画像に適用されてもよい。変換は、以下の式によって与えられる。ｒ、ｇ、ｂ値は、ＲＧＢ色座標である。

は、ＣＩＥ １９３１ ２度等色関数であり、Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれ、純粋の赤、緑、又は青状態の像のスペクトルである。

ＳＣＭの別の測定値は、角度によって、ｘ及びｙ色座標の変動率を定量化する。一例は、方位角（φ）を固定し、求積様式において、極角（θ）に対するｘ及びｙの微分係数を合計することである。

角微分係数を使用して全角度の計量を判定するために、０〜１８０度の方位角に対してＤ_ＳＣＭの値を合計することができる。あるいは、全方位角に対するＤ_ＳＣＭの最大値を使用することができる。シミュレーションでは、Ｄ_ＳＣＭを使用する結果は、帯の平均角頻度で乗じられたσ_ＳＣＭを使用することに類似することを示した。

この検討の目的のために、垂直軸を中心として２０度の極角範囲で計算された測定値、σ_ＳＣＭが使用される。

いくつかの事例において、ＳＣＭは、プリズムフィルム基材の複屈折の制御を通じて低減される。ＳＣＭの規模は、Ｒ、並びにプリズムの形状及びプリズムの屈折率に依存する。Ｒの低減は、Δｎ、ｄ、又はその両方の低減の結果であり、有色帯のコントラストの低減、又は視野錐体を超えるそれらの角度範囲の増加につながり、どちらもＳＣＭを低減する。ただし、非常に薄い基材上にプリズムフィルムを製造することは、ｄの値を減少させ、処理上の問題のために、収率の低下につながる。薄いフィルムは、また、温度及び湿度の変動に伴い、容易に変形し、視覚上のアーチファクトにつながる。

複屈折が低い基材（ｄｎ_ｘｙが減少）の生産は、ポリカーボネート又はポリメチルメタクリレート等の固有光学異方性が低いポリマーを使用して達成することができるが、しかし、このような材料は、コストが高い、又は脆性すぎて頑強なフィルムを提供できない、といういずれかの傾向がある。あるいは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のより高い固有異方性を備えるポリマーが使用されてもよく、２軸伸張プロセスが、主フィルム軸に沿って屈折率の間の差を抑制することができる。しかしながら、このフィルム形成方法は、製造コストを増加する可能性がある。

意外にも、以下に詳細を記載するように、ｄｎ_ｘｙの増加もまた、ＳＣＭの有意な低減に成功することができる。高いｄｎ_ｘｙを利用して、ＳＣＭを削減する例は、図７Ａ及びＢに示される。図７Ａは、５０μｍの厚さのＰＥＴ基材を備え、交差偏光子の間で視認されるｄｎ_ｘｙが０．０３である、プリズムフィルムのＳＣＭを示す（プリズムが、水平方向である、上の偏光子通過軸に対して４５度に配向される）。図７Ｂは、図７Ｂのフィルムのｄｎ_ｘｙが０．１５であることを除き、図７Ａと実質的に同じ構造である（５０μｍの厚さのＰＥＴ基材が使用され、プリズムが、上の偏光子通過軸に対して４５度に配向され、通過軸が水平方向に沿って、プリズムフィルムが交差偏光子の間で視認される）プリズムフィルムのＳＣＭを示す。ｄｎ_ｘｙがより大きい場合、２０°の方位角の視野錐体内で発生するＳＣＭの有色帯は、はるかに目立たない。実際のディスプレイにおいて、下の偏光子は不在であり、ＳＣＭ効果は、ｄｎ_ｘｙが高い場合、観察者には実質的に視認されない。

ＳＣＭパターンの特徴のうちの１つは、図８のコノスコープ像の矢印によって示される、１組のほぼ円形の領域であり、角度に応じた色の変化率及び色帯域のコントラストが特に大きい。これらの角度は、以下、対称点（ＳＰ）と呼ばれ、ｓ及びｐ偏光成分に対して等しい屈折率（複屈折がゼロ）を経る基材内の光線を起点とする。ＳＰは、基材の屈折率（典型的に、フィルムの主軸に沿って測定される）、プリズムの屈折率、及びプリズムの頂角の、関数である。線形プリズムの場合、フィルム平面内の基材主軸に対するプリズム方向の方位角にも依存性が存在する。

ＳＰ角度は、平面内複屈折ｄｎ_ｘｙを増加することによって、増加することができる。ＳＰ角度は、Δｎ＝０の場合、どの厚さでもＲ＝０となるため、基材の厚さに依存しない（ただし、基材が厚くなると、有色帯が角度によってより急速に変動する傾向がある）。観測錐体を超えて、例えば、２０度の観測錐体を超えて、ＳＰ角度が増加すると、視野錐体内の色の変動を低減し、ＳＣＭを低減する。基材が厚くなると、より薄い基材よりも、角度によってより急速にコントラストが消失する帯パターンがＳＰ角度近くで生じる。この結果、より厚い基材は、一般に、ＳＣＭを低減するには、より小さいｄｎ_ｘｙを必要とする。

ＰＥＴ等の基材の材料は、ＳＰ角度が視野錐体を超えて移動するように、十分にｄｎ_ｘｙを増加するために伸張されてもよい。ｄｎ_ｘｙを増加すること、この場合、フィルムの伸張によって、ＳＰ角度を増加することは、図９Ａ及び９Ｂを参照して理解することができる。図９Ａは、ｄｎ_ｘｙ１を有し、渦９１０、９２０によって示されるＳＰ角度を有するフィルムのＳＣＭ画像を表す。ＳＰ角度は、実質的に視野錐体角９０５内にあり、この場合、極角２０°によって囲まれる錐体である。フィルムが伸張された後、フィルムのｄｎ_ｘｙは、ｄｎ_ｘｙ２＞ｄｎ_ｘｙ１まで増加した。図９Ｂは、伸張後のフィルムのＳＰ角度を図示し、渦９３０、９４０によって示されたＳＰ角度が、ｄｎ_ｘｙの増加に起因して、視野錐体９０５の外側へ移動したことを示す。

いくつかの実施形態において、例えば、ＰＥＴを備え、複屈折基材上に配置された線形プリズムを有する、プリズムフィルムの場合、光線は、フィルムの基材側から入り、フィルムのプリズム側で出る。ＳＰ角度では、光線は、フィルム内を進む間、相互に直交するｓ及びｐ偏光状態に対して実質的に同じ位相遅延を経る。光線は、基材に対する垂線から、例えば、２０度の視野錐体等、視野錐体よりも大きい角度で、フィルムを出る。視野錐体を超えてＳＰ角度を移動させると、観測可能なＳＣＭを実質的に低減する。例えば、基材の複屈折は、約０．０２〜約０．１の範囲であってもよい。多様な実施形態において、基材の複屈折は、０．０２、０．０４、０．０６、０．０８、又は０．１であってもよい。例えば、約１０度未満のｓ及びｐ偏光状態の位相遅延における差には、実質的に同じ位相遅延が関与してもよい。多様な構成において、線形プリズムの頂角は、約９０°であってもよく、約８０°〜約１１０°の範囲であってもよく、又は約８５°〜約１０５°の範囲であってもよい。

図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、シミュレーションされたプリズムフィルムのｄｎ_ｘｙの関数として、それぞれ、ｘとｙ色座標の標準偏差σ_ｘ、σ_ｙ、及び求積合計、σ_ＳＣＭのグラフを示す。これらの値は、それぞれ、厚さが２５μｍ、５２μｍ、及び１０４μｍの複屈折基材の数値的シミュレーションで、プリズム方向に対してＦＡ＝０度である。これらのシミュレーションにおいて、プリズムは、９０度の頂角、１．６の屈折率が与えられ、上の偏光子に対して４５度の方位角に設定された。

図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに図示されたシミュレーションにおいて、各基材の厚さは、ｄｎ_ｘｙが閾値に到達するまで、σ_ＳＣＭが増加又は高いままであり、その後、σ_ＳＣＭが減少を開始し、ＳＰを中心とする色の変動が視野錐体を実質的に出る複屈折レベルに対応することを実証する。これらの閾値は、図１１のグラフに示され、基材の厚さが大きくなればなるほど、厚さのほぼ逆二乗として、ｄｎ_ｘｙ閾値が低下することを示す。これは、より薄い基材では、ＳＰ周囲の色の変動の範囲がより大きいためで、ＳＰ角度が、視野錐体の外側にある色変動に対して、より大きい角度に位置することを必要とする。

プリズムフィルムを組み入れるディスプレイにおいてＳＣＭを削減するために使用されてもよい代替又は追加の手法は、プリズムフィルムのプリズムを、プリズム基材ＦＡに対して実質的に垂直の角度で配向することである。図１２Ａ及び１３Ａは、それぞれ、基材ＦＡに対して０°に配向されたプリズム、及び基材ＦＡに対して９０°に配向されたプリズムを備えるプリズムフィルム、１２００、１３００を図示する。フィルム１２００、１３００の各々に対して、基材ＦＡは、基材が伸張される方向の垂直方向に実質的に対応する。図１２Ｂ及び１３Ｂに描かれる画像は、交差偏光子の間に配置された、それぞれ、プリズムフィルム１２００、１３００の光学画像である。これらの画像は、プリズムに垂直な基材のＦＡの配向に起因して、ＳＣＭに対する影響を示す。プリズムフィルム１２００及び１３００のプリズム及び基材は、プリズム方向に対するＦＡ配向を除き、全ての態様で類似する。どちらの場合も、プリズムフィルムは、水平である、上の偏光子通過方向に対して４５度である。ＳＣＭ帯は、プリズムに対して垂直に配向された基材ＦＡを有するプリズムフィルム１３００において、コントラストがはるかに低減していることが明らかである。

いくつかの実施形態は、基材上に配置され、プリズム方向に沿って延在する複数個の線形プリズムを備える輝度強化フィルムに関する。基材は、基材の平面内の相互に直交する方向において、主屈折率ｎｘ及びｎｙを有し、ｎｘがｎｙより大きい。プリズム方向は、ｎｘに対応する主方向と角度を成し、主方向が、基材の伸張方向である。基材側からフィルムに入り、フィルム内を進む間に相互に直交する偏光状態に対して実質的に同じ位相遅延を経る光線は、線形プリズムによって全内部反射を経る。例えば、プリズム方向は、２０度未満、又は１５度未満、又は１０度未満である、角度を伸張方向と成すことができる。ある場合には、ｎｘは、ｎｙより少なくとも０．０２大きくてもよく、ある場合には、ｎｘは、ｎｙより少なくとも０．０４大きくてもよい。位相遅延差は、相互に直交する偏光状態の場合、約１０度未満であってもよい。

プリズムは、鋳型及び硬化複製方法によって、基材ＦＡに対してほぼ垂直の角度で配向されてもよく、プリズムを成形する成形型が、基材に対して所望の角度で配向される。これは、ＦＡが本質的に基材の長手方向に沿っている場合（典型的に主にフィルム幅にわたって伸張されたフィルムの場合）、そのプリズム特徴が基材の幅にわたって実質的に広がる、円筒形の成形型を利用することによって、連続的製造プロセスにおいて達成することができる。あるいは、長手寸法に沿って基材を伸長させ、続いて、そのプリズム特徴がその周囲に沿って実質的に広がる、円筒形の成形型を使用して、ほぼ同じ方向にプリズムを複製することによって、ＦＡを幅全体に配向することができる。

例として、ＳＣＭが削減されたプリズムフィルムは、ＰＥＴ基材上にＵＶ硬化樹脂のマイクロ複製を使用して作製され、得られたプリズムが、基材ＦＡに対して、６５度〜９０度に及ぶ角度で成形された。ＦＡがプリズムに対してほぼ平行の別のフィルムサンプルも測定された（プリズムは、基材のＦＡに対してほぼ０度の角度で成形された）。交差偏光子の間で、フィルムのコノスコープ画像が取得され、画像のｘ及びｙ色座標の標準偏差が計算された。結果は、図１４に示され、高いＦＡでｘ及びｙの標準偏差に有意な低下を実証した。ＦＡに対して約６５度〜９０度で配向されたプリズムを有するフィルムのデータ（σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、及びσ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ））は、図１４の楕円１４１０に示される。プリズムに対してほぼ平行のＦＡを有するフィルムのデータは、楕円１４２０に示される。

別の例において、プリズムは、基材ＦＡに対して広範囲の角度にわたって、５０ｕｍ厚さのＰＥＴ基材上に複製され、ｘ及びｙ色座標の標準偏差を計算するために、交差偏光子の間のプリズムフィルムの画像が使用された。この結果は、図１５に示され、ＦＡが、基材ＦＡに対して垂直の範囲、例えば、約７５〜１１０度である場合、ＳＣＭの削減を確認した。偏光子の下でのプリズムフィルムの目視観測は、底部偏光子を用いない場合、受容可能なＳＣＭレベルを示す。

ＳＰ角度は、一般に、基材ＦＡに対して垂直方向に沿っている。ＦＡがプリズム方向に対して実質的に平行である場合、ＳＰ角度での光線は、軸方向に向かって、軸方向視野錐体内で、プリズムによって屈折され、ＳＣＭが観察者に対して視認可能になる。ＦＡに対してほぼ垂直に配向されたプリズムの場合、ＳＰに近い角度で出る光線は、内反射のために、プリズムを通過する透過率を低減した。

ある範囲の極角及び方位角では、プリズムによって、大部分が反射される。この範囲の角度程度は、プリズムの屈折率及び頂角の関数である。図１６Ａ及び１６Ｂのコノスコープグラフは、頂角が９０度並びに屈折率がそれぞれ１．５及び１．６であるプリズムの黒い帯として、プリズムによって大部分が反射される極角及び方位角の範囲に対応する領域を示す。グラフから明らかであるように、プリズムの屈折率が高くなると、反射角度の範囲が拡大し、ＳＣＭを低減するためのＦＡの方位角度の許容度が高くなる。

強化ＳＣＭは、ＦＡとプリズム方向との間の角度の関数としてシミュレーションされた。データ（σ_ｘ（ｓｉｇｍａｘ）、σ_ｙ（ｓｉｇｍａｙ）、及びσ_ＳＣＭ（ｑｕａｄ ｓｕｍ））は、基材の厚さが５２μｍ及び１０４μｍで、ｄｎ_ｘｙ＝０．０３５の場合、図１７及び図１８にそれぞれ、示される。結果は、ＦＡ角度にして測定されたＳＣＭの依存性と正当に合致する。同じｄｎ_ｘｙで基材が薄くなると、有意にＳＣＭを削減するには、ＦＡ角度を大きくすることが必要である。

項目１．複屈折基材上に配置された複数個の線形プリズムを備える輝度強化フィルムであって、
前記基材側から前記フィルムに入り、前記線形プリズム側から前記フィルムを出て、前記フィルム内を進む間に、相互に直交する偏光状態に対して実質的に同じ位相遅延を経る光線が、前記基材に対する垂線から、２０度を超える角度で前記フィルムを出るような、輝度強化フィルム。

項目２．基材の平面内の基材の複屈折が、少なくとも０．０２である、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目３．前記基材の平面内の基材の複屈折が、少なくとも０．０４である、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目４．前記基材の平面内の基材の複屈折が、少なくとも０．０６である、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目５．前記基材の平面内の基材の複屈折が、少なくとも０．０８である、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目６．前記基材の平面内の基材の複屈折が、少なくとも０．１である、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目７．前記基材が、ＰＥＴを含む、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目８．前記相互に直交する偏光状態に対する位相遅延の差が、約１０度未満である、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目９．前記線形プリズムが、８０〜１１０度の範囲のピーク角度を有する、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目１０．前記線形プリズムが、８５〜１０５度の範囲のピーク角度を有する、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目１１．前記線形プリズムが、９０度のピーク角度を有する、項目１に記載の輝度強化フィルム。

項目１２．基材上に配置され、第１の方向に沿って延在する複数個の線形プリズムを備える、輝度強化フィルムであって、
前記基材が、前記基材の平面内の相互に直交する方向において、主屈折率ｎ_ｘ及びｎ_ｙを有し、ｎ_ｘがｎ_ｙよりも大きく、前記基材側からフィルムに入り、前記フィルム内を進む間に相互に直交する偏光状態に対して実質的に同じ位相遅延を経る光線が、前記線形プリズムによる反射を経るように、前記第１の方向が、ｎ_ｘに対応する主方向と角度を成す、輝度強化フィルム。

項目１３．前記第１の方向が、ｎ_ｘに対応する主方向と、２０度未満である角度を成す、項目１２に記載の輝度強化フィルム。

項目１４．前記第１の方向が、ｎ_ｘに対応する主方向と、１５度未満である角度を成す、項目１２に記載の輝度強化フィルム。

項目１５．前記第１の方向が、ｎ_ｘに対応する主方向と、１０度未満である角度を成す、項目１２に記載の輝度強化フィルム。

項目１６．ｎ_ｘが、ｎ_ｙより少なくとも０．０２大きい、項目１２に記載の輝度強化フィルム。

項目１７．基材上に配置され、第１の方向に沿って延在する複数個の線形プリズムを備える、輝度強化フィルムであって、
前記基材が、前記基材の平面内の相互に直交する方向において、主屈折率ｎ_ｘ及びｎ_ｙを有し、ｎ_ｘがｎ_ｙより少なくとも０．０４大きく、前記基材側から前記フィルムに入り、前記フィルム内を進む間に相互に直交する偏光状態に対して１０度未満の位相遅延差を経る光線が、前記線形プリズムによる反射を経るように、前記第１の方向が、ｎ_ｘに対応する主方向と角度を成す、輝度強化フィルム。

本発明の様々な実施形態の上述の説明を、実例及び説明の目的で提示してきた。説明文は網羅的なものでもなく、開示された厳密な形態に本発明を限定するものでもない。以上の教示を考慮すれば、多くの修正形態及び変形形態が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって限定されるものとする。本発明の実施態様の一部を以下の項目［１］−［８］に記載する。
[１]
複屈折基材上に配置された複数個の線形プリズムを備える輝度強化フィルムであって、
前記基材側から前記フィルムに入り、前記線形プリズム側から前記フィルムを出て、前記フィルム内を進む間に、相互に直交する偏光状態に対して実質的に同じ位相遅延を経る光線が、前記基材に対する垂線から、２０度を超える角度で前記フィルムを出るような、輝度強化フィルム。
[２]
前記基材の平面内の基材の複屈折が、少なくとも０．０２である、項目１に記載の輝度強化フィルム。
[３]
前記相互に直交する偏光状態に対する位相遅延の差が、約１０度未満である、項目１に記載の輝度強化フィルム。
[４]
前記線形プリズムが、８０〜１１０度の範囲のピーク角度を有する、項目１に記載の輝度強化フィルム。
[５]
基材上に配置され、第１の方向に沿って延在する複数個の線形プリズムを備える、輝度強化フィルムであって、
前記基材が、前記基材の平面内の相互に直交する方向において、主屈折率ｎ _ｘ 及びｎ _ｙ を有し、ｎ _ｘ がｎ _ｙ よりも大きく、前記基材側からフィルムに入り、前記フィルム内を進む間に相互に直交する偏光状態に対して実質的に同じ位相遅延を経る光線が、前記線形プリズムによる反射を経るように、前記第１の方向が、ｎ _ｘ に対応する主方向と角度を成す、輝度強化フィルム。
[６]
前記第１の方向が、ｎ _ｘ に対応する主方向と、２０度未満である角度を成す、項目５に記載の輝度強化フィルム。
[７]
ｎ _ｘ が、ｎ _ｙ より少なくとも０．０２大きい、項目５に記載の輝度強化フィルム。
[８]
基材上に配置され、第１の方向に沿って延在する複数個の線形プリズムを備える、輝度強化フィルムであって、
前記基材が、前記基材の平面内の相互に直交する方向において、主屈折率ｎ _ｘ 及びｎ _ｙ を有し、ｎ _ｘ がｎ _ｙ より少なくとも０．０４大きく、前記基材側から前記フィルムに入り、前記フィルム内を進む間に相互に直交する偏光状態に対して１０度未満の位相遅延差を経る光線が、前記線形プリズムによる反射を経るように、前記第１の方向が、ｎ _ｘ に対応する主方向と角度を成す、輝度強化フィルム。

Claims (2)

1. 複屈折基材上に配置された、前記複屈折基材の高速軸と６５度〜９０度の角度を成す第１の方向に沿って延在すると共に等方性材料からなる、複数個の線形プリズムを備える輝度強化フィルムであって、
   前記複屈折基材が平面をなし、該複屈折基材の平面内の相互に直交する方向において、主屈折率ｎ_ｘ及びｎ_ｙを有し、ｎ_ｘがｎ_ｙよりも大きく、
   平面光源からの光が、第１の吸収偏光子を通過し、さらに、前記複屈折基材側から輝度強化フィルムに入り、前記線形プリズム側から前記輝度強化フィルムを出て、さらに、前記第１の吸収偏光子の通過軸と直交する通過軸を有する第２の吸収偏光子を通過した後で、コノスコープ像を形成した場合、前記複屈折基材のなす平面に対する垂線から２０度を超える角度に対応する位置で対称点を形成し、
   ここで対称点とは、角度に応じた色の変化率及び色帯域のコントラストが大きい１組の円形領域の中心をいい、
   該対称点は、前記輝度強化フィルム内を進む間に、相互に直交する偏光状態に対して１０度未満の位相遅延差を経る前記光線の結果として生じる、輝度強化フィルム。
2. 前記主屈折率ｎ_ｘ及びｎ_ｙに対し、ｎ_ｘがｎ_ｙより少なくとも０．０４大きい、請求項１に記載の輝度強化フィルム。

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