JP2000505564A - ソフトカットオフを有する輝度強化フィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 輝度強化フィルム（４０）は複数の線形プリズム（４６、４８、５０）を有する。それらのプリズムは対で配列され、各一対はプリズムを有し、各プリズムはプリズム角と谷角を有する。プリズム角、また谷角のいずれかが等角であるが、双方が等角であることはない。

Description

【発明の詳細な説明】 ソフトカットオフを有する輝度強化フィルム 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イスプレイにある場 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 他の角度が使われるが、山と溝の両方において基準面（90度）を形成する隣接し た面を有する典型的な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 ち通常の進入角90度に対する角度で、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に対して基準面から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、基準面に対して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に対して基準面に対してより小さ 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、基準面(90度)に対して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に対して基準面から10度の角度で進入する場合、滑 らかな表面20に対して基準面から37.7度の角度で出ていくが、それは基準面に対 して反対側である。 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に対して基準面から大きい角度 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ス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、11 0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、図示しないされていない光管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７ ２と同一の物質である。しかし、代表的には、輝度強化フィルム７２のプリズム に垂直で、異なった方向に動くプリズムを有する。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、１ ５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１ ４４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、１ ５６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。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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の面はその 上に複数の線形プリズムを有する構造化表面であり、該プリズムは並行する対で 配置され、各対は、第１及び第２のプリズムを有し、各プリズムはプリズム角及 び谷角を有し、各対の該リズム角同士及び谷角同士のうちの一方が正確に等しい 輝度強化フィルム。