複数の斜面を有する転向膜
【課題】光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品を提供する。
【解決手段】光方向転換物品は、複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面と、第２の底角γ１及び第２の半頂角α1によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）を含む。本発明はさらに前記入力面に対向する出力面を提供し、前記近い面と前記遠い面は６０〜７０度の範囲の角度（α１＋α２）で互いに対向し、かつ前記底角β１は８２〜８７度の範囲である。
【解決手段】光方向転換物品は、複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面と、第２の底角γ１及び第２の半頂角α1によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）を含む。本発明はさらに前記入力面に対向する出力面を提供し、前記近い面と前記遠い面は６０〜７０度の範囲の角度（α１＋α２）で互いに対向し、かつ前記底角β１は８２〜８７度の範囲である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、表面からの輝度を向上させるためのディスプレイ照明物品に関し、より詳細には、導光板からの光を向け直す複数の斜面を有する転向膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、コスト及び性能が絶えず改善されており、多くのコンピュータ、機器及び娯楽用途にとって好ましいタイプのディスプレイになっている。従来のラップトップコンピュータディスプレイに使用されている透過型ＬＣＤは、光をＬＣＤの方に外側へ方向付けるためにＬＣＤの背後に配置された光供給面を有する一種のバックライト付きディスプレイである。小型かつ低コストを維持しながら十分に均一な明るさを有する適切なバックライト装置を提供するという課題は、２つの基本的な手法のうちの一方に従って対処されている。第１の手法では、広範囲の角度にわたって本質的に一定の輝度を有する、高度に散乱された本質的にランベルトの光分布を提供するのに光供給面が使用される。軸上及び軸近傍の輝度を高めるという目的で、この第１の手法に従って、よりコリメートされた照明を提供するために、ランベルトの分布を有するこの光の一部を向け直すための幾つかの輝度増強膜が提案されている。
【０００３】
バックライト照明を提供する第２の手法は、光が導光板（ＬＧＰ）から狭い範囲の角度にわたって放出されるように、側面に配置されたランプ又は他の光源からの入射光を受け、かつこの光を全内部反射（ＴＩＲ）を用いて内部で誘導するＬＧＰを使用する。ＬＧＰからの出力光は、典型的に、法線に対してかなり急角度であり、例えば７０度以上である。この第２の手法では、次いで、ＬＧＰから出力された放射光を法線の方向へ向け直すのに光方向転換物品の一種である転向膜が使用される。方向転向膜は、光方向転換物品又は光方向転換膜と広く呼ばれ、例えばニューヨーク州ボールドウィンのＣｌａｒｅｘ，Ｉｎｃ．から入手可能なＨＳＯＴ（高散乱光透過）導光パネルとともに設けられるようなものであり、拡散膜や製造時のドット印刷を必要とせずに、この種の均一なバックライトを提供するための改善された解決法を提供する。ＨＳＯＴ導光パネル及び他のタイプの方向転向膜は、プリズム構造の配列を様々な組み合わせで使用して、導光板からの光を法線方向に、又は典型的に２次元表面に対して法線に近い他の適切なターゲット角の方向に向け直す。一例として、米国特許第６，７４６，１３０号（Ｏｈｋａｗａ）には、ＬＧＰ照明用の転向膜の機能を果たす光制御シートが記載されている。
【０００４】
図１を参照すると、ディスプレイ装置１００における導光板１０の総括的機能が示されている。光源１２からの光は、入力面１８に入射し、通常は図に示されるようにくさび形である導光板１０の中を通過する。この光は、全内部反射（ＴＩＲ）条件が頓挫し、次いで場合により反射面１４２から反射されるまで導光板１０内を伝播し、導光板の出力面１６から出射する。次いで、この光は、転向膜２０まで進み、光ゲートデバイス１２０、例えばＬＣＤ又は他のタイプの空間光変調器あるいは光を変調する他の２次元バックライト付き構成要素を照明するように方向付けられる。ほとんどの条件下で最適に観察するためには、放射光は、法線Ｖを中心とする比較的狭い角度の範囲にわたって供給されるべきである。偏光子１２４は、液晶セルなどの光ゲートデバイス１２０に変調用の適切に偏光された光を供給するために、通常は照明経路に配置される。反射偏光子１２５は、吸収偏光子１２４と転向膜２０との間に設けられることが多い。
【０００５】
図２を参照すると、導光板１０とともに使用される従来型転向膜２０ａの概略断面図が示されており、重要な角度及び幾何学的関係を示している。転向膜２０ａは、導光板１０に向けて下方を向いている幾つかのプリズム構造を有し、各構造は、近い面２４（図１の実施形態に示されているように、光源１２に対して近接している面）及び遠い面２６を有し、両面は、水平方向Ｓに対して頂角αと底角β１及びβ２とによって決定されて、膜の法線方向Ｖから傾斜している。導光板１０からの光は、中心入射角θｉｎを中心とする小さい角度範囲にわたって入射する。転向膜２０ａの平面２２でＬＣディスプレイ要素に送出される光の出射角θｏｕｔは、中心入射角θｉｎ、転向膜２０ａの屈折率ｎ及び遠い面２６が傾斜している底角β１を含む幾つかのファクタによって決定される。放射光の出射角θｏｕｔは、転向膜２０ａに対する法線であることが好ましいが、出射角θｏｕｔは、ターゲット角と見なすことができ、ターゲット角は、一部の適用例では法線に対して若干傾斜していてもよい。最も一般的な転向膜の場合、ターゲット角は法線である。典型的な構成では、底角β１及びβ２が約５６度であり、頂角αが６８度である。θｉｎ≒７０°あたりの入射角を有する一次光線５０ａは、法線に近い方向に向け直される。しかしながら、θｉｎ＜７０°あたりの入射角を有する一部の二次光線５０ｃ、５０ｃ１は、図２に示されているような経路をとることができる。二次光線５０ｃ１は、法線方向から比較的大きい角度の方向に向け直される。さらに、二次光線５０ｃは、光出射面９２によって全反射される。従って、この既存の転向膜の光利用率は満足のいくものではない。
【特許文献１】米国特許第６，７４６，１３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、幾つかのタイプのディスプレイ装置及び用途に適した転向膜に関する解決法が提案されているが、改善された転向膜が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品を提供するものであり、該光方向転換物品は、（ａ）複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α１によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、（ｂ）前記入力面に対向する出力面とを含み、前記近い面と前記遠い面が６０〜７０度の範囲の角度（α１＋α２）で互いに対向し、かつ前記底角β１が８２〜８７度の範囲である。
【０００８】
本発明は、光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品をさらに提供するものであり、該光方向転換物品は、（ａ）複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面（前記第１の傾斜底角β１は、膜の基体に最も近い角度であり、前記第２の傾斜角β２は、膜の基体から最も遠い角度である）と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α１によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、（ｂ）出力面とを含み、β１−β２が少なくとも２０度である。
【０００９】
本発明は、光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品をさらに提供するものであり、該光方向転換物品は、（ａ）ピッチＰを有する複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２、基体上に長さＬ１を有する第１の投影線分、基体上に長さＬ２を有する第２の投影線分及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面（前記第１の傾斜底角β１は、膜の基体に最も近い角度であり、前記第２の傾斜角β２は、膜の基体から最も遠い角度である）と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α１によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、（ｂ）出力面とを含み、比Ｌ１／Ｐが０．０６〜０．０８であり、かつ比Ｌ２／Ｐが０．１５２〜０．２３８である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の装置は、概してプリズムのような形状の光方向転換構造を使用する。真のプリズムは、少なくとも２つの平坦な面を有する。しかしながら、光方向転換構造の１つ又は複数の表面は、すべての実施形態において平坦である必要はなく、湾曲していているか又は複合的な部分を有することができるので、より一般的な「光方向転換構造」という用語が本明細書で使用される。
【００１１】
図３Ａ〜３Ｄを参照すると、本発明の改良型転向膜の重要な特徴が示されている。図３Ａは、光入射面９４及び光出射面９２を有する基体を含む本発明による転向膜９０ａの１つのユニットを示す。膜９０ａの光入射面９４の側面上には、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４によって表され、かつ近い面２４及び遠い面２６を特徴とするプリズム構造があり、近い面は、少なくとも第１の平らな部分２４ａ及び第２の平らな部分２４ｂからなり、第１の部分２４ａと水平方向Ｓとの間の角度β２は、第２の部分２４ｂと水平方向Ｓとの間の角度β１よりも小さい。プリズム構造は、さらに、２つの半頂角α１及びα２と、ピッチＰ及び高さＨと、３つの投影寸法Ｌ１、Ｌ２及びＬ３とによって表すことができる。プリズム構造は屈折率ｎの材料で製作され、基体の屈折率は、ｎより大きくても、ｎと同じでも、あるいはｎより小さくてもよい。プリズム構造の形状及び屈折率ｎは、導光板１０からの一次光線５０ａ、一次光線５０ａよりも大きい入射角を有する二次光線５０ｂ、及び一次光線５０ａよりも小さい入射角を有する二次光線５０ｃが以下のように特徴付けられるように選択される。すなわち、一次光線５０ａは、近い面２４の第１の部分２４ａによって屈折され、続いて遠い面２６で全内部反射により反射され、最後にターゲット角（通常は膜の法線から５度以内）の方向に出射する。二次光線５０ｂも近い面２４の第１の部分２４ａによって屈折され、続いて遠い面２６で全内部反射により反射され、最後に一次光線５０ａよりもその最初の方向からさらに屈曲した方向に出射する。二次光線５０ｃは、近い面２４の第２の部分２４ｂによって屈折され、続いて遠い面２６で全内部反射により反射され、最後に第２の部分２４ｂが第１の部分２４ａと同じ斜面を有する場合よりもさらにターゲット方向に近い方向に出射する。
【００１２】
転向膜９０ａの本発明の実施例（「Ｉ」で示す）及び比較例（「Ｃ」で示す）が、表１〜表５に示されている。これらの例の全てにおいて、屈折率ｎが１．５で一定に維持され、プリズムのピッチＰが約５０μｍであるが、ピッチＰは、１５〜１５０μｍの範囲、好ましくは２０〜７５μｍの範囲、より好ましくは２５〜５０μｍの範囲とすることができる。ｎ及びＰが一定に維持されるとき、転向膜９０ａの形状を特定するための４つの独立したパラメータがあり、これらのパラメータは、Ｌ１／Ｐ、Ｌ２／Ｐ、β１及びβ２となるように選択される。高さＨ及び角度は、次式で計算することができる。
【００１３】
【数１】
【００１４】
表１〜４において、列Ｌ１／Ｐ、β１及びβ２は、独立したパラメータである。
【数２】
は、α１＝α２＝９０°−β２及びα≡２α１を確保するものとする。一番右の４つの列は、転向膜の出力を、全能力、最大強度比、最大強度角及び軸上強度比で表している。本発明の転向膜は、能力≧８５％、最大強度比≧１．１及び最大強度角≦±５°を有する。
【００１５】
β１の影響
【００１６】
【表１】
【００１７】
表１において、例Ｃ１．１〜Ｃ１．４とＩ１．１〜Ｉ１．２は、所与のＬ１／Ｐ＝０．０７７及びβ２＝５６°のときのβ１の影響を示す。本発明の実施例Ｉ１．１及びＩ１．２の転向膜は、基準：高い能力（＞０．８８）、大きい最大ピーク強度比（＞１．１５）及び法線からの小さい最大強度角（≦±３°）を満たしている。β１が、好ましい８３．５°〜８５．５°の範囲外にあり、他のパラメータが、α１＝α２＝α／２を保つように、
【数３】
によって決定されるＬ２／Ｐを除いて同じであるとき、比較例Ｃ１．１〜Ｃ１．４からの出力は、能力（＞０．８５）、最大強度比（＞１．１０）及び最大強度角（≦±５°）に関して基準をすべて満たさず、劣った性能を示す。
【００１８】
Ｌ１／Ｐの影響
【００１９】
【表２】
【００２０】
表２において、比較例Ｃ２．１〜Ｃ２．７と本発明の実施例Ｉ２．１〜Ｉ２．１４は、β１＝８５°、β２＝５６°のときのＬ１／Ｐの影響を示す。Ｌ１／Ｐが、好ましい０．０６〜０．０８の範囲外にあり、他のパラメータが、α１＝α２＝α／２を保つように、
【数４】
によって決定されるＬ２／Ｐを除いて同じであるとき、能力（＞０．８５）、最大強度比（≧１．１０）及び最大強度角（≦±５°）に関する出力は許容できない。表２は、β１＝８４°、β２＝５６°のときの本発明の実施例Ｉ２．１５〜Ｉ２．２０も含む。
【００２１】
β２の影響
【００２２】
【表３】
【００２３】
表３において、比較例Ｃ３．１〜Ｃ３．４と本発明の実施例Ｉ３．１〜Ｉ３．５は、Ｌ１／Ｐ＝０．０７６及びβ１＝８５°のときのβ２の影響を示す。Ｌ１／Ｐが、好ましい５８．５°〜５３．５°の範囲外にあり、他のパラメータが、α１＝α２＝α／２を保つように、
【数５】
によって決定されるＬ２／Ｐを除いて同じであるとき、能力（＞０．８５）、最大強度比（≧１．１０）及び最大強度角（≦±５°）に関する出力は許容できない。
【００２４】
α１≠α２である非対称転向膜
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
表４は、本発明の実施例Ｉ４．１〜Ｉ４．１５に示されているように、非対称転向膜を設けると、能力（≧０．８５）、最大強度比（≧１．１０）及び最大強度角（≦±５°）に関して許容できる出力をもたらすことができるが、パラメータをランダムに選択すると、比較例Ｃ４．１〜Ｃ４．２９に示されているように、満足のいく結果をもたらさないことを示している。概して、α１とα２の差は５°以内であることが好ましい。
【００２８】
屈折率ｎの影響
【００２９】
【表６】
【００３０】
【表７】
【００３１】
図５は、Ｌ１／Ｐ＝０．０７５、β１＝８５°、β２＝５６°及び
【数６】
α１＝α２＝α／２＝３４°のときの屈折率ｎの影響を示す。本発明の実施例Ｉ５．１〜Ｉ５．４３は、最大強度角を法線から５°以内に保ちながら、高い能力及び高い最大強度比を得るために、屈折率ｎが、好ましくは１．１５〜１．６６の範囲、より好ましくは１．１８〜１．５５の範囲、最も好ましくは１．１９〜１．３１の範囲にあることを示している。ｎが１．１５〜１．２８であるとき、最大強度比は、１．３より大きく、１．６より大きいときもあり、この値は、ｎ＝１．５のときの最大強度比の約１．２よりもかなり大きい。比較例Ｃ５．１及びＣ５．２の場合、最大強度比は１．１未満である。
【００３２】
本発明による転向膜９０ａの場合、平面のうち光出射面に最も近い平面の傾斜角は、β１＝８５°であり、平面のうち光出射面から最も遠い他の平面の傾斜角は、β２＝５６°である。
【００３３】
従来技術の例と本発明の実施例との比較
【００３４】
【表８】
【００３５】
比較例Ｃ１は、それがただ１つの斜面を有していることを除いて、本発明の実施例Ｉ１．１と同じである。比較例Ｃ１は、本発明の実施例Ｉ１．１の約０．８９の能力及び約１．１５の最大強度比と比べて、約０．７９というずっと低い能力及び約１．０７という低い最大強度比を有する。
【００３６】
比較例Ｃ２は、本発明の実施例Ｉ１．１及びＩ１．２とほとんど同じ能力及び最大強度比を有する。しかしながら、比較例Ｃ２は、約６８°の頂角を有する本発明の実施例Ｉ１．１及びＩ１．２と比べてずっと小さい頂角（約４１°）を有し、これは、本発明の転向膜の製造がより容易であることを意味する。
【００３７】
本発明の転向膜の利点は、その高い最大強度比（光学利得）及びそれの容易な製造を可能にするその大きい頂角である。
【００３８】
近い面に４つの斜面を有する転向膜
図３Ｂは、本発明による転向膜９０ｂの別の実施形態を示す。ｎ＝１．５のときの一実施例は下表の通りである。
【００３９】
【表９】
【００４０】
【表１０】
【００４１】
平面のうち光出射面に最も近い平面の傾斜角は、β１＝８５°であり、平面のうち光出射面から最も遠い他の平面の傾斜角は、β４＝５６°である。従って、それらの差は２９°である。さらに、他の２つの傾斜角の差は、β２−β３＝１４．５１°であり、この値は、β１−β２＝７．２４°及びβ３−β４＝７．２５°より大きい。さらに、β２−β３は、β１−β２及びβ３−β４の約２倍である。
【００４２】
近い面に曲面と２つの斜面を有する転向膜
図３Ｃは、本発明による転向膜９０ｃの別の実施形態を示す。ここで、図３Ａにおける点Ｐ２は、半径Ｒ２の曲面（Ｎ＝１．５）に置き換えられている。
【００４３】
【表１１】
【００４４】
【表１２】
【００４５】
上記の本発明の実施例Ｉ７．１〜Ｉ７．９はすべて基準を満たしているが、Ｒ２／Ｐは、最大強度比をさらに高めるために、好ましくは０．１〜１．１６８８２の範囲、より好ましくは０．３〜０．８の範囲、最も好ましくは０．４〜０．６の範囲であることが見出されている。
【００４６】
点Ｐ３は、曲率半径Ｒ３で湾曲していてもよい。Ｒ３／Ｐは、０．２より小さいことが好ましい。
【００４７】
近い面に２つの斜面を有し、かつ遠い面に曲面又は２つの部分を有する転向膜
図３Ｄは、本発明による転向膜９０ｄの別の実施形態を示す。転向膜９０ｄは、近い面２４に、転向膜９０ａ、９０ｂ、９０ｃのうちの１つと同じ特徴を有するとともに、１つの追加の面２６ａも有し、この追加の面２６ａは、２６の他の部分とは異なる傾斜を有する平らな部分、又は凸状若しくは凹状の曲面のどちらかである。
【００４８】
例示実施形態の光度分布
図４は、本発明の実施例Ｉ１．１による転向膜及び比較例Ｃ１による転向膜を通過する光に対する最大光度比対極角の曲線を示す。また、導光板から出て、次いで転向膜に入射する光の光度分布も示されている。本発明の実施例Ｉ１．１の転向膜は、ほとんどすべての角度で比較例Ｃ１の転向膜よりも高い光度をもたらすことが明瞭に見られる。
【００４９】
ディスプレイ装置及び偏光子の方向
本発明の装置及び方法により、支持構成要素の幾つかの考えられる構成が、ＬＣＤに光を供給できるようになる。図５は、本発明による転向膜９０を用いたディスプレイ装置６０を示す概略断面図であり、転向膜９０は、転向膜９０ａ、９０ｂ、９０ｃ又は９０ｄのいずれかとすることができる。ＬＣ空間光変調器７０は、導光板１０及び転向膜９０から受けた光を変調する。後部偏光子７２及び前部偏光子７３は、ＬＣ空間光変調器７０用に設けられる。
【００５０】
図６Ａは、光方向転換構造７５に対して４５度に向けられた一対の偏光子と、図６Ａの図において垂直に延びる転向膜９０の溝とを用いた、ＬＣ空間光変調器７０の偏光透過軸１７２及び１７３を示す概略上面図である。この場合、ＬＣ空間光変調器７０は、ノートブック及びモニターディスプレイで使用される基本モードであるねじれネマチック（ＴＮ）ＬＣＤとすることができる。
【００５１】
図６Ｂは、溝に対して平行又は垂直に向けられた一対の偏光子と、転向膜９０の光方向転換構造７５とを用いた、ＬＣ空間光変調器７０の偏光透過軸１７２及び１７３を示す概略上面図である。この場合、ＬＣ空間光変調器７０は、垂直配向（ＶＡ）ＬＣＤ又はＩＰＳ ＬＣ素子を使用することができる。後部偏光子の透過軸１７２は、断面の面と平行である。
【００５２】
一実施形態では、ディスプレイ装置は一対の交差した偏光子を含み、光方向転換構造は延長方向に細長く、交差した偏光子のそれぞれは、光方向転換物品の延長方向に対して実質的に平行又は垂直に向けられる。別の実施形態では、ディスプレイ装置は一対の交差した偏光子を含み、光方向転換構造は延長方向に細長く、偏光子は光方向転換物品の延長方向に対して実質的に±４５度に向けられる。
【００５３】
図６Ｃは、別の実施形態において、弓状に細長い光方向転換構造７５を有する転向膜９０を示す概略上面図である。この配置は、より小型の設計を行うために、導光板１０の１つ又は複数のコーナに発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点光源を使用する場合に有利である。後部偏光子の透過軸１７２は、断面の面とほぼ平行である。
【００５４】
転向膜９０ａ〜９０ｄを形成する材料
本発明の転向膜９０ａ〜９０ｄは、典型的には、約１．４０〜約１．６６の屈折率を有するポリマー材料を使用して製造することができる。考えられるポリマー組成物としては、限定されるものではないが、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（シクロオレフィン）、ポリカーボネート、ポリスルホン、及び様々なコポリマーが挙げられ、コポリマーとしては、アクリル酸塩、脂環式アクリル酸塩、炭酸塩、スチレン、スルホン、及び望ましい光学特性、具体的には可視域での高い透過率と低レベルのヘーズとを与えることが知られているその他の部分の様々な組み合わせが含まれる。前述のポリマーの様々な混和性ブレンドも本発明に使用され得る考えられる材料の組み合わせである。ポリマー組成物は、熱可塑性でも熱硬化性でもよい。前者は、優れた溶解プロセス可能性を必要とする適切な溶解プロセスによって製造可能であり、後者は、適切なＵＶキャスト及び硬化プロセス若しくは熱硬化プロセスによって製造することができる。
【００５５】
本発明の転向膜９０ａ〜９０ｄは、１．１２〜１．４０の範囲の屈折率を有する材料を使用して製造され得る。材料の例は、無機材料、例えばＭｇＦである。また、この材料は、１．４８〜１．５９の範囲の屈折率を有する一般的なポリマー材料と空気（ｎ＝１）との間に形成されたグレーティングを有する材料でもある。さらに、低屈折率材料（ｎ＜１．４）と約１．４０〜１．５０の屈折率を有する材料との混合物を使用することもできる。
【００５６】
転向膜の最大強度比（又は光学利得）、最大強度角（又はピーク角度）及び能力
一般に、光分布は、空間分布及び角度分布に関して規定される。光の空間分布は、導光板の上面及び／又は下面上にマイクロ特徴を慎重に配置することによって、極めて均一に作られ、実現され得る。光の角度分布は、光度Ｉに関して極角θと方位角の関数として規定される。光の角度分布は、ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ １６０（フランスのＥｌｄｉｍから入手可能）を用いて測定される。極角θは、光の方向と導光板の法線Ｖとの間の角度である。方位角は、法線方向Ｖに対して垂直な面上への光の投射と導光板の長さ方向に平行な方向との間の角度である。導光板の長さ方向は、光源１２及び法線方向Ｖに対して垂直である。また、光の角度分布は、輝度Ｌに関して極角θと方位角の関数として規定され得る。輝度Ｌと光度Ｉは、Ｌ＝Ｉ／ｃｏｓ（θ）の関係がある。
【００５７】
最大強度角は、光分布のピーク角度とも呼ばれ、最大光度が生じる極角と定義される。次に、各光度分布は、最大（又はピーク）光度及び最大強度（又はピーク）角を定義する。
【００５８】
最大強度比は、転向膜の光学利得、すなわち正規化ピーク強度とも呼ばれ、導光板から放出された光の最大光度に対する転向膜を透過した光の最大光度の比率と定義される。その結果、転向膜の最大強度比は、光源の絶対レベルには依存せず、主として転向膜の設計自体に依存する。
【００５９】
転向膜の能力は、転向膜に入射した光の総量に対する転向膜を透過した光の総量の比率である。従って、様々な転向膜の設計は、２つの重要な量、すなわち最大強度比（又は光学利得）及び転向膜を透過した光の最大強度角に関して比較され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来型ディスプレイ装置の構成要素を示す断面図である。
【図２】導光板に向けて下方を向いているプリズム構造を有する転向膜を示す概略断面図である。
【図３Ａ】本発明によるプリズム構造の近い面に２つの斜面を有する転向膜の単一ユニットを示す概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明によるプリズム構造の近い面に４つの斜面を有する転向膜の単一ユニットを示す概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明によるプリズム構造の近い面に曲面と２つの斜面とを有する転向膜の単一ユニットを示す概略断面図である。
【図３Ｄ】本発明によるプリズム構造の近い面に２つの斜面を有し、かつ遠い面に２つの斜面を有する転向膜の単一ユニットを示す概略断面図である。
【図４】比較例及び本発明の実施例のデータを示す図である。
【図５】ＬＣＤディスプレイシステムにおける本発明の転向膜を示す概略断面図である。
【図６Ａ】転向膜の光方向転換構造の溝に対して４５度に向けられた一対の偏光子を備えるＬＣＤを示す概略上面図である。
【図６Ｂ】転向膜の光方向転換構造の溝に対して平行又は垂直に向けられた一対の偏光子を備えるＬＣＤを示す概略上面図である。
【図６Ｃ】弓状溝を有する転向膜を示す概略上面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 導光板
１２ 光源
１４ 端面
１６ 出力面
１８ 入力面
２０，２０ａ 転向膜
２２ 平面
２４ 近い面
２４ａ 近い面の第１の平らな部分
２４ｂ 近い面の第２の平らな部分
２６ 遠い面
５０ａ 一次光線
５０ｂ 二次光線
５０ｃ，５０ｃ１ 二次光線
５２ 反射面
６０ ディスプレイ装置
７０ ＬＣ空間光変調器
７２ 後部偏光子
７３ 前部偏光子
７５ 光方向転換構造
８２ 点光源
９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ 転向膜
９２ 光出射面
９４ 光入射面
９６ 基体
１００ ディスプレイ装置
１２０ 光ゲートデバイス
１２４ 偏光子
１２５ 反射偏光子
１４２ 反射面
１７２，１７３ 透過軸
α 頂角
α１ 半頂角
α２ 半頂角
β１ 傾斜底角
β２，β３，β４ 傾斜角
γ１ 傾斜底角
ｎ 屈折率
θｉｎ 第１の導光板に対する入射角
θｏｕｔ 出射角
Ｖ 膜の法線方向
Ｓ 水平方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、表面からの輝度を向上させるためのディスプレイ照明物品に関し、より詳細には、導光板からの光を向け直す複数の斜面を有する転向膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、コスト及び性能が絶えず改善されており、多くのコンピュータ、機器及び娯楽用途にとって好ましいタイプのディスプレイになっている。従来のラップトップコンピュータディスプレイに使用されている透過型ＬＣＤは、光をＬＣＤの方に外側へ方向付けるためにＬＣＤの背後に配置された光供給面を有する一種のバックライト付きディスプレイである。小型かつ低コストを維持しながら十分に均一な明るさを有する適切なバックライト装置を提供するという課題は、２つの基本的な手法のうちの一方に従って対処されている。第１の手法では、広範囲の角度にわたって本質的に一定の輝度を有する、高度に散乱された本質的にランベルトの光分布を提供するのに光供給面が使用される。軸上及び軸近傍の輝度を高めるという目的で、この第１の手法に従って、よりコリメートされた照明を提供するために、ランベルトの分布を有するこの光の一部を向け直すための幾つかの輝度増強膜が提案されている。
【０００３】
バックライト照明を提供する第２の手法は、光が導光板（ＬＧＰ）から狭い範囲の角度にわたって放出されるように、側面に配置されたランプ又は他の光源からの入射光を受け、かつこの光を全内部反射（ＴＩＲ）を用いて内部で誘導するＬＧＰを使用する。ＬＧＰからの出力光は、典型的に、法線に対してかなり急角度であり、例えば７０度以上である。この第２の手法では、次いで、ＬＧＰから出力された放射光を法線の方向へ向け直すのに光方向転換物品の一種である転向膜が使用される。方向転向膜は、光方向転換物品又は光方向転換膜と広く呼ばれ、例えばニューヨーク州ボールドウィンのＣｌａｒｅｘ，Ｉｎｃ．から入手可能なＨＳＯＴ（高散乱光透過）導光パネルとともに設けられるようなものであり、拡散膜や製造時のドット印刷を必要とせずに、この種の均一なバックライトを提供するための改善された解決法を提供する。ＨＳＯＴ導光パネル及び他のタイプの方向転向膜は、プリズム構造の配列を様々な組み合わせで使用して、導光板からの光を法線方向に、又は典型的に２次元表面に対して法線に近い他の適切なターゲット角の方向に向け直す。一例として、米国特許第６，７４６，１３０号（Ｏｈｋａｗａ）には、ＬＧＰ照明用の転向膜の機能を果たす光制御シートが記載されている。
【０００４】
図１を参照すると、ディスプレイ装置１００における導光板１０の総括的機能が示されている。光源１２からの光は、入力面１８に入射し、通常は図に示されるようにくさび形である導光板１０の中を通過する。この光は、全内部反射（ＴＩＲ）条件が頓挫し、次いで場合により反射面１４２から反射されるまで導光板１０内を伝播し、導光板の出力面１６から出射する。次いで、この光は、転向膜２０まで進み、光ゲートデバイス１２０、例えばＬＣＤ又は他のタイプの空間光変調器あるいは光を変調する他の２次元バックライト付き構成要素を照明するように方向付けられる。ほとんどの条件下で最適に観察するためには、放射光は、法線Ｖを中心とする比較的狭い角度の範囲にわたって供給されるべきである。偏光子１２４は、液晶セルなどの光ゲートデバイス１２０に変調用の適切に偏光された光を供給するために、通常は照明経路に配置される。反射偏光子１２５は、吸収偏光子１２４と転向膜２０との間に設けられることが多い。
【０００５】
図２を参照すると、導光板１０とともに使用される従来型転向膜２０ａの概略断面図が示されており、重要な角度及び幾何学的関係を示している。転向膜２０ａは、導光板１０に向けて下方を向いている幾つかのプリズム構造を有し、各構造は、近い面２４（図１の実施形態に示されているように、光源１２に対して近接している面）及び遠い面２６を有し、両面は、水平方向Ｓに対して頂角αと底角β１及びβ２とによって決定されて、膜の法線方向Ｖから傾斜している。導光板１０からの光は、中心入射角θｉｎを中心とする小さい角度範囲にわたって入射する。転向膜２０ａの平面２２でＬＣディスプレイ要素に送出される光の出射角θｏｕｔは、中心入射角θｉｎ、転向膜２０ａの屈折率ｎ及び遠い面２６が傾斜している底角β１を含む幾つかのファクタによって決定される。放射光の出射角θｏｕｔは、転向膜２０ａに対する法線であることが好ましいが、出射角θｏｕｔは、ターゲット角と見なすことができ、ターゲット角は、一部の適用例では法線に対して若干傾斜していてもよい。最も一般的な転向膜の場合、ターゲット角は法線である。典型的な構成では、底角β１及びβ２が約５６度であり、頂角αが６８度である。θｉｎ≒７０°あたりの入射角を有する一次光線５０ａは、法線に近い方向に向け直される。しかしながら、θｉｎ＜７０°あたりの入射角を有する一部の二次光線５０ｃ、５０ｃ１は、図２に示されているような経路をとることができる。二次光線５０ｃ１は、法線方向から比較的大きい角度の方向に向け直される。さらに、二次光線５０ｃは、光出射面９２によって全反射される。従って、この既存の転向膜の光利用率は満足のいくものではない。
【特許文献１】米国特許第６，７４６，１３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、幾つかのタイプのディスプレイ装置及び用途に適した転向膜に関する解決法が提案されているが、改善された転向膜が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品を提供するものであり、該光方向転換物品は、（ａ）複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α１によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、（ｂ）前記入力面に対向する出力面とを含み、前記近い面と前記遠い面が６０〜７０度の範囲の角度（α１＋α２）で互いに対向し、かつ前記底角β１が８２〜８７度の範囲である。
【０００８】
本発明は、光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品をさらに提供するものであり、該光方向転換物品は、（ａ）複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面（前記第１の傾斜底角β１は、膜の基体に最も近い角度であり、前記第２の傾斜角β２は、膜の基体から最も遠い角度である）と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α１によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、（ｂ）出力面とを含み、β１−β２が少なくとも２０度である。
【０００９】
本発明は、光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品をさらに提供するものであり、該光方向転換物品は、（ａ）ピッチＰを有する複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２、基体上に長さＬ１を有する第１の投影線分、基体上に長さＬ２を有する第２の投影線分及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面（前記第１の傾斜底角β１は、膜の基体に最も近い角度であり、前記第２の傾斜角β２は、膜の基体から最も遠い角度である）と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α１によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、（ｂ）出力面とを含み、比Ｌ１／Ｐが０．０６〜０．０８であり、かつ比Ｌ２／Ｐが０．１５２〜０．２３８である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の装置は、概してプリズムのような形状の光方向転換構造を使用する。真のプリズムは、少なくとも２つの平坦な面を有する。しかしながら、光方向転換構造の１つ又は複数の表面は、すべての実施形態において平坦である必要はなく、湾曲していているか又は複合的な部分を有することができるので、より一般的な「光方向転換構造」という用語が本明細書で使用される。
【００１１】
図３Ａ〜３Ｄを参照すると、本発明の改良型転向膜の重要な特徴が示されている。図３Ａは、光入射面９４及び光出射面９２を有する基体を含む本発明による転向膜９０ａの１つのユニットを示す。膜９０ａの光入射面９４の側面上には、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４によって表され、かつ近い面２４及び遠い面２６を特徴とするプリズム構造があり、近い面は、少なくとも第１の平らな部分２４ａ及び第２の平らな部分２４ｂからなり、第１の部分２４ａと水平方向Ｓとの間の角度β２は、第２の部分２４ｂと水平方向Ｓとの間の角度β１よりも小さい。プリズム構造は、さらに、２つの半頂角α１及びα２と、ピッチＰ及び高さＨと、３つの投影寸法Ｌ１、Ｌ２及びＬ３とによって表すことができる。プリズム構造は屈折率ｎの材料で製作され、基体の屈折率は、ｎより大きくても、ｎと同じでも、あるいはｎより小さくてもよい。プリズム構造の形状及び屈折率ｎは、導光板１０からの一次光線５０ａ、一次光線５０ａよりも大きい入射角を有する二次光線５０ｂ、及び一次光線５０ａよりも小さい入射角を有する二次光線５０ｃが以下のように特徴付けられるように選択される。すなわち、一次光線５０ａは、近い面２４の第１の部分２４ａによって屈折され、続いて遠い面２６で全内部反射により反射され、最後にターゲット角（通常は膜の法線から５度以内）の方向に出射する。二次光線５０ｂも近い面２４の第１の部分２４ａによって屈折され、続いて遠い面２６で全内部反射により反射され、最後に一次光線５０ａよりもその最初の方向からさらに屈曲した方向に出射する。二次光線５０ｃは、近い面２４の第２の部分２４ｂによって屈折され、続いて遠い面２６で全内部反射により反射され、最後に第２の部分２４ｂが第１の部分２４ａと同じ斜面を有する場合よりもさらにターゲット方向に近い方向に出射する。
【００１２】
転向膜９０ａの本発明の実施例（「Ｉ」で示す）及び比較例（「Ｃ」で示す）が、表１〜表５に示されている。これらの例の全てにおいて、屈折率ｎが１．５で一定に維持され、プリズムのピッチＰが約５０μｍであるが、ピッチＰは、１５〜１５０μｍの範囲、好ましくは２０〜７５μｍの範囲、より好ましくは２５〜５０μｍの範囲とすることができる。ｎ及びＰが一定に維持されるとき、転向膜９０ａの形状を特定するための４つの独立したパラメータがあり、これらのパラメータは、Ｌ１／Ｐ、Ｌ２／Ｐ、β１及びβ２となるように選択される。高さＨ及び角度は、次式で計算することができる。
【００１３】
【数１】
【００１４】
表１〜４において、列Ｌ１／Ｐ、β１及びβ２は、独立したパラメータである。
【数２】
は、α１＝α２＝９０°−β２及びα≡２α１を確保するものとする。一番右の４つの列は、転向膜の出力を、全能力、最大強度比、最大強度角及び軸上強度比で表している。本発明の転向膜は、能力≧８５％、最大強度比≧１．１及び最大強度角≦±５°を有する。
【００１５】
β１の影響
【００１６】
【表１】
【００１７】
表１において、例Ｃ１．１〜Ｃ１．４とＩ１．１〜Ｉ１．２は、所与のＬ１／Ｐ＝０．０７７及びβ２＝５６°のときのβ１の影響を示す。本発明の実施例Ｉ１．１及びＩ１．２の転向膜は、基準：高い能力（＞０．８８）、大きい最大ピーク強度比（＞１．１５）及び法線からの小さい最大強度角（≦±３°）を満たしている。β１が、好ましい８３．５°〜８５．５°の範囲外にあり、他のパラメータが、α１＝α２＝α／２を保つように、
【数３】
によって決定されるＬ２／Ｐを除いて同じであるとき、比較例Ｃ１．１〜Ｃ１．４からの出力は、能力（＞０．８５）、最大強度比（＞１．１０）及び最大強度角（≦±５°）に関して基準をすべて満たさず、劣った性能を示す。
【００１８】
Ｌ１／Ｐの影響
【００１９】
【表２】
【００２０】
表２において、比較例Ｃ２．１〜Ｃ２．７と本発明の実施例Ｉ２．１〜Ｉ２．１４は、β１＝８５°、β２＝５６°のときのＬ１／Ｐの影響を示す。Ｌ１／Ｐが、好ましい０．０６〜０．０８の範囲外にあり、他のパラメータが、α１＝α２＝α／２を保つように、
【数４】
によって決定されるＬ２／Ｐを除いて同じであるとき、能力（＞０．８５）、最大強度比（≧１．１０）及び最大強度角（≦±５°）に関する出力は許容できない。表２は、β１＝８４°、β２＝５６°のときの本発明の実施例Ｉ２．１５〜Ｉ２．２０も含む。
【００２１】
β２の影響
【００２２】
【表３】
【００２３】
表３において、比較例Ｃ３．１〜Ｃ３．４と本発明の実施例Ｉ３．１〜Ｉ３．５は、Ｌ１／Ｐ＝０．０７６及びβ１＝８５°のときのβ２の影響を示す。Ｌ１／Ｐが、好ましい５８．５°〜５３．５°の範囲外にあり、他のパラメータが、α１＝α２＝α／２を保つように、
【数５】
によって決定されるＬ２／Ｐを除いて同じであるとき、能力（＞０．８５）、最大強度比（≧１．１０）及び最大強度角（≦±５°）に関する出力は許容できない。
【００２４】
α１≠α２である非対称転向膜
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
表４は、本発明の実施例Ｉ４．１〜Ｉ４．１５に示されているように、非対称転向膜を設けると、能力（≧０．８５）、最大強度比（≧１．１０）及び最大強度角（≦±５°）に関して許容できる出力をもたらすことができるが、パラメータをランダムに選択すると、比較例Ｃ４．１〜Ｃ４．２９に示されているように、満足のいく結果をもたらさないことを示している。概して、α１とα２の差は５°以内であることが好ましい。
【００２８】
屈折率ｎの影響
【００２９】
【表６】
【００３０】
【表７】
【００３１】
図５は、Ｌ１／Ｐ＝０．０７５、β１＝８５°、β２＝５６°及び
【数６】
α１＝α２＝α／２＝３４°のときの屈折率ｎの影響を示す。本発明の実施例Ｉ５．１〜Ｉ５．４３は、最大強度角を法線から５°以内に保ちながら、高い能力及び高い最大強度比を得るために、屈折率ｎが、好ましくは１．１５〜１．６６の範囲、より好ましくは１．１８〜１．５５の範囲、最も好ましくは１．１９〜１．３１の範囲にあることを示している。ｎが１．１５〜１．２８であるとき、最大強度比は、１．３より大きく、１．６より大きいときもあり、この値は、ｎ＝１．５のときの最大強度比の約１．２よりもかなり大きい。比較例Ｃ５．１及びＣ５．２の場合、最大強度比は１．１未満である。
【００３２】
本発明による転向膜９０ａの場合、平面のうち光出射面に最も近い平面の傾斜角は、β１＝８５°であり、平面のうち光出射面から最も遠い他の平面の傾斜角は、β２＝５６°である。
【００３３】
従来技術の例と本発明の実施例との比較
【００３４】
【表８】
【００３５】
比較例Ｃ１は、それがただ１つの斜面を有していることを除いて、本発明の実施例Ｉ１．１と同じである。比較例Ｃ１は、本発明の実施例Ｉ１．１の約０．８９の能力及び約１．１５の最大強度比と比べて、約０．７９というずっと低い能力及び約１．０７という低い最大強度比を有する。
【００３６】
比較例Ｃ２は、本発明の実施例Ｉ１．１及びＩ１．２とほとんど同じ能力及び最大強度比を有する。しかしながら、比較例Ｃ２は、約６８°の頂角を有する本発明の実施例Ｉ１．１及びＩ１．２と比べてずっと小さい頂角（約４１°）を有し、これは、本発明の転向膜の製造がより容易であることを意味する。
【００３７】
本発明の転向膜の利点は、その高い最大強度比（光学利得）及びそれの容易な製造を可能にするその大きい頂角である。
【００３８】
近い面に４つの斜面を有する転向膜
図３Ｂは、本発明による転向膜９０ｂの別の実施形態を示す。ｎ＝１．５のときの一実施例は下表の通りである。
【００３９】
【表９】
【００４０】
【表１０】
【００４１】
平面のうち光出射面に最も近い平面の傾斜角は、β１＝８５°であり、平面のうち光出射面から最も遠い他の平面の傾斜角は、β４＝５６°である。従って、それらの差は２９°である。さらに、他の２つの傾斜角の差は、β２−β３＝１４．５１°であり、この値は、β１−β２＝７．２４°及びβ３−β４＝７．２５°より大きい。さらに、β２−β３は、β１−β２及びβ３−β４の約２倍である。
【００４２】
近い面に曲面と２つの斜面を有する転向膜
図３Ｃは、本発明による転向膜９０ｃの別の実施形態を示す。ここで、図３Ａにおける点Ｐ２は、半径Ｒ２の曲面（Ｎ＝１．５）に置き換えられている。
【００４３】
【表１１】
【００４４】
【表１２】
【００４５】
上記の本発明の実施例Ｉ７．１〜Ｉ７．９はすべて基準を満たしているが、Ｒ２／Ｐは、最大強度比をさらに高めるために、好ましくは０．１〜１．１６８８２の範囲、より好ましくは０．３〜０．８の範囲、最も好ましくは０．４〜０．６の範囲であることが見出されている。
【００４６】
点Ｐ３は、曲率半径Ｒ３で湾曲していてもよい。Ｒ３／Ｐは、０．２より小さいことが好ましい。
【００４７】
近い面に２つの斜面を有し、かつ遠い面に曲面又は２つの部分を有する転向膜
図３Ｄは、本発明による転向膜９０ｄの別の実施形態を示す。転向膜９０ｄは、近い面２４に、転向膜９０ａ、９０ｂ、９０ｃのうちの１つと同じ特徴を有するとともに、１つの追加の面２６ａも有し、この追加の面２６ａは、２６の他の部分とは異なる傾斜を有する平らな部分、又は凸状若しくは凹状の曲面のどちらかである。
【００４８】
例示実施形態の光度分布
図４は、本発明の実施例Ｉ１．１による転向膜及び比較例Ｃ１による転向膜を通過する光に対する最大光度比対極角の曲線を示す。また、導光板から出て、次いで転向膜に入射する光の光度分布も示されている。本発明の実施例Ｉ１．１の転向膜は、ほとんどすべての角度で比較例Ｃ１の転向膜よりも高い光度をもたらすことが明瞭に見られる。
【００４９】
ディスプレイ装置及び偏光子の方向
本発明の装置及び方法により、支持構成要素の幾つかの考えられる構成が、ＬＣＤに光を供給できるようになる。図５は、本発明による転向膜９０を用いたディスプレイ装置６０を示す概略断面図であり、転向膜９０は、転向膜９０ａ、９０ｂ、９０ｃ又は９０ｄのいずれかとすることができる。ＬＣ空間光変調器７０は、導光板１０及び転向膜９０から受けた光を変調する。後部偏光子７２及び前部偏光子７３は、ＬＣ空間光変調器７０用に設けられる。
【００５０】
図６Ａは、光方向転換構造７５に対して４５度に向けられた一対の偏光子と、図６Ａの図において垂直に延びる転向膜９０の溝とを用いた、ＬＣ空間光変調器７０の偏光透過軸１７２及び１７３を示す概略上面図である。この場合、ＬＣ空間光変調器７０は、ノートブック及びモニターディスプレイで使用される基本モードであるねじれネマチック（ＴＮ）ＬＣＤとすることができる。
【００５１】
図６Ｂは、溝に対して平行又は垂直に向けられた一対の偏光子と、転向膜９０の光方向転換構造７５とを用いた、ＬＣ空間光変調器７０の偏光透過軸１７２及び１７３を示す概略上面図である。この場合、ＬＣ空間光変調器７０は、垂直配向（ＶＡ）ＬＣＤ又はＩＰＳ ＬＣ素子を使用することができる。後部偏光子の透過軸１７２は、断面の面と平行である。
【００５２】
一実施形態では、ディスプレイ装置は一対の交差した偏光子を含み、光方向転換構造は延長方向に細長く、交差した偏光子のそれぞれは、光方向転換物品の延長方向に対して実質的に平行又は垂直に向けられる。別の実施形態では、ディスプレイ装置は一対の交差した偏光子を含み、光方向転換構造は延長方向に細長く、偏光子は光方向転換物品の延長方向に対して実質的に±４５度に向けられる。
【００５３】
図６Ｃは、別の実施形態において、弓状に細長い光方向転換構造７５を有する転向膜９０を示す概略上面図である。この配置は、より小型の設計を行うために、導光板１０の１つ又は複数のコーナに発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点光源を使用する場合に有利である。後部偏光子の透過軸１７２は、断面の面とほぼ平行である。
【００５４】
転向膜９０ａ〜９０ｄを形成する材料
本発明の転向膜９０ａ〜９０ｄは、典型的には、約１．４０〜約１．６６の屈折率を有するポリマー材料を使用して製造することができる。考えられるポリマー組成物としては、限定されるものではないが、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（シクロオレフィン）、ポリカーボネート、ポリスルホン、及び様々なコポリマーが挙げられ、コポリマーとしては、アクリル酸塩、脂環式アクリル酸塩、炭酸塩、スチレン、スルホン、及び望ましい光学特性、具体的には可視域での高い透過率と低レベルのヘーズとを与えることが知られているその他の部分の様々な組み合わせが含まれる。前述のポリマーの様々な混和性ブレンドも本発明に使用され得る考えられる材料の組み合わせである。ポリマー組成物は、熱可塑性でも熱硬化性でもよい。前者は、優れた溶解プロセス可能性を必要とする適切な溶解プロセスによって製造可能であり、後者は、適切なＵＶキャスト及び硬化プロセス若しくは熱硬化プロセスによって製造することができる。
【００５５】
本発明の転向膜９０ａ〜９０ｄは、１．１２〜１．４０の範囲の屈折率を有する材料を使用して製造され得る。材料の例は、無機材料、例えばＭｇＦである。また、この材料は、１．４８〜１．５９の範囲の屈折率を有する一般的なポリマー材料と空気（ｎ＝１）との間に形成されたグレーティングを有する材料でもある。さらに、低屈折率材料（ｎ＜１．４）と約１．４０〜１．５０の屈折率を有する材料との混合物を使用することもできる。
【００５６】
転向膜の最大強度比（又は光学利得）、最大強度角（又はピーク角度）及び能力
一般に、光分布は、空間分布及び角度分布に関して規定される。光の空間分布は、導光板の上面及び／又は下面上にマイクロ特徴を慎重に配置することによって、極めて均一に作られ、実現され得る。光の角度分布は、光度Ｉに関して極角θと方位角の関数として規定される。光の角度分布は、ＥＺ Ｃｏｎｔｒａｓｔ １６０（フランスのＥｌｄｉｍから入手可能）を用いて測定される。極角θは、光の方向と導光板の法線Ｖとの間の角度である。方位角は、法線方向Ｖに対して垂直な面上への光の投射と導光板の長さ方向に平行な方向との間の角度である。導光板の長さ方向は、光源１２及び法線方向Ｖに対して垂直である。また、光の角度分布は、輝度Ｌに関して極角θと方位角の関数として規定され得る。輝度Ｌと光度Ｉは、Ｌ＝Ｉ／ｃｏｓ（θ）の関係がある。
【００５７】
最大強度角は、光分布のピーク角度とも呼ばれ、最大光度が生じる極角と定義される。次に、各光度分布は、最大（又はピーク）光度及び最大強度（又はピーク）角を定義する。
【００５８】
最大強度比は、転向膜の光学利得、すなわち正規化ピーク強度とも呼ばれ、導光板から放出された光の最大光度に対する転向膜を透過した光の最大光度の比率と定義される。その結果、転向膜の最大強度比は、光源の絶対レベルには依存せず、主として転向膜の設計自体に依存する。
【００５９】
転向膜の能力は、転向膜に入射した光の総量に対する転向膜を透過した光の総量の比率である。従って、様々な転向膜の設計は、２つの重要な量、すなわち最大強度比（又は光学利得）及び転向膜を透過した光の最大強度角に関して比較され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来型ディスプレイ装置の構成要素を示す断面図である。
【図２】導光板に向けて下方を向いているプリズム構造を有する転向膜を示す概略断面図である。
【図３Ａ】本発明によるプリズム構造の近い面に２つの斜面を有する転向膜の単一ユニットを示す概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明によるプリズム構造の近い面に４つの斜面を有する転向膜の単一ユニットを示す概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明によるプリズム構造の近い面に曲面と２つの斜面とを有する転向膜の単一ユニットを示す概略断面図である。
【図３Ｄ】本発明によるプリズム構造の近い面に２つの斜面を有し、かつ遠い面に２つの斜面を有する転向膜の単一ユニットを示す概略断面図である。
【図４】比較例及び本発明の実施例のデータを示す図である。
【図５】ＬＣＤディスプレイシステムにおける本発明の転向膜を示す概略断面図である。
【図６Ａ】転向膜の光方向転換構造の溝に対して４５度に向けられた一対の偏光子を備えるＬＣＤを示す概略上面図である。
【図６Ｂ】転向膜の光方向転換構造の溝に対して平行又は垂直に向けられた一対の偏光子を備えるＬＣＤを示す概略上面図である。
【図６Ｃ】弓状溝を有する転向膜を示す概略上面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 導光板
１２ 光源
１４ 端面
１６ 出力面
１８ 入力面
２０，２０ａ 転向膜
２２ 平面
２４ 近い面
２４ａ 近い面の第１の平らな部分
２４ｂ 近い面の第２の平らな部分
２６ 遠い面
５０ａ 一次光線
５０ｂ 二次光線
５０ｃ，５０ｃ１ 二次光線
５２ 反射面
６０ ディスプレイ装置
７０ ＬＣ空間光変調器
７２ 後部偏光子
７３ 前部偏光子
７５ 光方向転換構造
８２ 点光源
９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ 転向膜
９２ 光出射面
９４ 光入射面
９６ 基体
１００ ディスプレイ装置
１２０ 光ゲートデバイス
１２４ 偏光子
１２５ 反射偏光子
１４２ 反射面
１７２，１７３ 透過軸
α 頂角
α１ 半頂角
α２ 半頂角
β１ 傾斜底角
β２，β３，β４ 傾斜角
γ１ 傾斜底角
ｎ 屈折率
θｉｎ 第１の導光板に対する入射角
θｏｕｔ 出射角
Ｖ 膜の法線方向
Ｓ 水平方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品であって、
（ａ）複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α1によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、
（ｂ）前記入力面に対向する出力面とを含み、
前記近い面と前記遠い面が６０〜７０度の範囲の角度（α１＋α２）で互いに対向し、かつ前記底角β１が８２〜８７度の範囲である、光方向転換物品。
【請求項２】
前記近い面が、入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２、第３の傾斜角β３、第４の傾斜角β４及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する４つの斜面を有する、請求項１に記載の光方向転換物品。
【請求項３】
前記近い面が、曲面を有する、請求項１に記載の光方向転換物品。
【請求項４】
前記光方向転換構造が、１．１５〜１．４６の屈折率を有する材料で形成される、請求項１に記載の光方向転換物品。
【請求項５】
前記α１と前記α２の差が、５度未満である、請求項１に記載の光方向転換物品。
【請求項６】
光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品であって、
（ａ）複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面（前記第１の傾斜底角β１は、膜の基体に最も近い角度であり、前記第２の傾斜角β２は、膜の基体から最も遠い角度である）と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α１によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、
（ｂ）出力面とを含み、
β１−β２が少なくとも２０度である、光方向転換物品。
【請求項７】
β１−β２が、２５度〜３５度である、請求項６に記載の光方向転換物品。
【請求項８】
前記近い面が２つの傾斜角β３及びβ４をさらに含み、β１＞β３＞β４＞β２であり、かつβ３−β４がβ１−β３又はβ４−β２の約２倍である、請求項６に記載の光方向転換物品。
【請求項９】
前記近い面が、曲面をさらに含む、請求項１０に記載の光方向転換物品。
【請求項１０】
光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品であって、
（ａ）ピッチＰを有する複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２、基体上に長さＬ１を有する第１の投影線分、基体上に長さＬ２を有する第２の投影線分及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面（前記第１の傾斜底角β１は、膜の基体に最も近い角度であり、前記第２の傾斜角β２は、膜の基体から最も遠い角度である）と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α1によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、
（ｂ）出力面とを含み、
比Ｌ１／Ｐが０．０６〜０．０８であり、かつ比Ｌ２／Ｐが０．１５２〜０．２３８である、光方向転換物品。
【請求項１】
光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品であって、
（ａ）複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α1によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、
（ｂ）前記入力面に対向する出力面とを含み、
前記近い面と前記遠い面が６０〜７０度の範囲の角度（α１＋α２）で互いに対向し、かつ前記底角β１が８２〜８７度の範囲である、光方向転換物品。
【請求項２】
前記近い面が、入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２、第３の傾斜角β３、第４の傾斜角β４及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する４つの斜面を有する、請求項１に記載の光方向転換物品。
【請求項３】
前記近い面が、曲面を有する、請求項１に記載の光方向転換物品。
【請求項４】
前記光方向転換構造が、１．１５〜１．４６の屈折率を有する材料で形成される、請求項１に記載の光方向転換物品。
【請求項５】
前記α１と前記α２の差が、５度未満である、請求項１に記載の光方向転換物品。
【請求項６】
光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品であって、
（ａ）複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面（前記第１の傾斜底角β１は、膜の基体に最も近い角度であり、前記第２の傾斜角β２は、膜の基体から最も遠い角度である）と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α１によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、
（ｂ）出力面とを含み、
β１−β２が少なくとも２０度である、光方向転換物品。
【請求項７】
β１−β２が、２５度〜３５度である、請求項６に記載の光方向転換物品。
【請求項８】
前記近い面が２つの傾斜角β３及びβ４をさらに含み、β１＞β３＞β４＞β２であり、かつβ３−β４がβ１−β３又はβ４−β２の約２倍である、請求項６に記載の光方向転換物品。
【請求項９】
前記近い面が、曲面をさらに含む、請求項１０に記載の光方向転換物品。
【請求項１０】
光をターゲット角の方向に向け直すための光方向転換物品であって、
（ａ）ピッチＰを有する複数の光方向転換構造を含む入力面（各光方向転換構造は、（ｉ）入射照明を入射角の範囲にわたって受けるための、第１の傾斜底角β１、第２の傾斜角β２、基体上に長さＬ１を有する第１の投影線分、基体上に長さＬ２を有する第２の投影線分及び第１の半頂角α２によって定義される、法線から一方向に傾斜する、２つの斜面を有する近い面（前記第１の傾斜底角β１は、膜の基体に最も近い角度であり、前記第２の傾斜角β２は、膜の基体から最も遠い角度である）と、（ｉｉ）第２の底角γ１及び第２の半頂角α1によって定義される、法線から前記入力面に対して反対方向に傾斜する遠い面とを有する）と、
（ｂ）出力面とを含み、
比Ｌ１／Ｐが０．０６〜０．０８であり、かつ比Ｌ２／Ｐが０．１５２〜０．２３８である、光方向転換物品。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【公開番号】特開２００９−１０９９９０（Ｐ２００９−１０９９９０Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−２３７４５９（Ｐ２００８−２３７４５９）
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（３０７０１０１８８）ローム アンド ハース デンマーク ファイナンス エーエス (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３７４５９（Ｐ２００８−２３７４５９）
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（３０７０１０１８８）ローム アンド ハース デンマーク ファイナンス エーエス (51)
【Ｆターム（参考）】
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