JPH08511129A - マイクロプリズムの配列を使用するバックライト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 改良されたバックライト装置は、光源によって発生された光線を受けると共に内側の全反射によって光線を伝達するスラブウエーブガイド（６）を有する。スラブウエーブガイドの一方の面にマイクロプリズムの配列が取り付けられており、各マイクロプリズムは、光出力面（３２）に平行な光入力面（３０）と、ウエーブガイド（６）の表面の直角な方向から所定の角度で傾斜する少なくとも１つの側壁（３３）とを有し、光線はスラブガイドウエーブから出て、光出力面（３２）に直角な光源としてマイクロプリズム（２８）から出る。マイクロレンズから出る光がさらに直角になるようにマイクロプリズムの出力を受けるようにマイクロレンズの配列が配置されている。バックライト装置は、フラットパネル電子ディスプレー用のバックライト装置として使用するのが有利である。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロプリズムの配列を使用するバックライト装置 発明の背景 ａ．発明の分野 本発明は、フラットパネル電子ディスプレーに関し、さらに詳細には液晶ディ スプレー等のような比較的に大きい光伝達を行うバックリング装置に有利に適用 される光を平行にする装置に関する。 ｂ．関連技術の説明 従来のＣＲＴに依存しない大きなフルカラーディスプレイ装置を提供すること に大きな労力が払われている。例えば、１９９３年３月に発行された「サイエン ティフィックアメリカン」のフラットパネルディスプレー第９０乃至９７ページ 参照。テレビジョン受信機、コンピュータのモニター、航空機用のディスプレー 、宇宙航空ディスプレー及び軍用ディスプレーのような装置において、ＣＲＴ技 術を排除することが望ましい。ＣＲＴ技術の欠点に関する説明は米国特許第４， ８４３，３８１号、米国特許第５，１３２，８３０号及び米国特許第５，１６１ ，０４１号参照。 例えば、プロジェクションディスプレー装置、オフスクリーンディスプレー装 置及びダイレクトビューディスプレーのようなディスプレー装置は公知である。 例えば、ＥＰＯ０２５２５７５５Ａ１、米国特許第４，６５９，１８５号及び米 国特許第５，１５９，４７８号、及び日本の公開公報第２４１０６及び４２２４ １号参照。このようなディスプレーは、テレビジョン受信機、コンピュータのモ ニター、航空機用のディスプレー、宇宙航空ディスプレー、自動車計器パネル及 びテキスト、グラフまたはビデオ情報を提供する他の装置に広範に使用される。 これらのタイプのディスプレーは、従来のＣＲＴディスプレーと置換され小さい 輪郭、軽量及び低電力消費を提供する。 ＣＲＴの欠点をなくすことができる１つのディスプレーはフラットパネルの液 晶ディスプレー（ＬＣＤ）である。通常ＬＣＤは、反射式または伝達式のいずれ かである。反射ディスプレーはディスプレーを見るためにまわりの光の条件に依 存する。伝達式ＬＣＤは、ディスプレーの画像ができるだけ明るくなることを保 証するために照明装置またはバックライトを必要とする。ＬＣＤは多数の固有の 欠点がある。例えば、（ディスプレーの表面に対して直角の方向から大きな角度 の）大きな視角において、ＬＣＤは低いコントラストを呈し、視角が変化すると き色度が変化する。 バックライトの特性はＬＣＤの画素のマトリクス配列の配列によって表示され る画像の品質及びディスプレーの輪郭の双方に対して重要である。過去のバック ライト構成の欠点に関する内容については米国特許第５，１２８，７８３号及び 米国特許第５，１６１，０４１号参照。 さらにラップトップコンピュータのような用途において現在のバックライト装 置は、人が見る光の量と光源によって発生される光の量とに関しては不十分であ る。光源によって発生される光の１０％乃至２０％しかコンピュータディスプレ ーを介して有効に伝達されない。光スループットの増加は電力消費に影響を与え 、携帯型コンピュータのバッテリ寿命を非常に長くする。 従って、フラットパネル電気ディスプレー技術において小さい輪郭を維持しな がら電気ディスプレーのエネルギー効率及び一様な光源を提供するバックライト 組立体を提供する必要がある。 発明の要約 本発明は、エネルギ効率と一様な光源を提供する改良されたバックライト組立 体を有する直視型フラットパネルディスプレー及び液晶ディスプレーに関する。 さらに、本発明は、小さい輪郭の平行な光源を必要とする照明の用途に関する。 フラットパネル電気ディスプレーは、離れた場所にいる者に画像を送ることが できる変調装置を有し、この変調装置は、光伝達装置に近い光源を有する改良さ れたバックライト組立体から間隔を置いて配置されており、この光源は、光線が 変調装置の平面に平行な方向に光伝達装置を通って向かうように配置されており 、また、フラットパネル電気ディスプレーは光源から放射される光線を平行にす る反射装置を有し、反射装置は、前記光伝達装置と前記変調装置との間にそれと 接近するように配置される。本発明の使用を通して行われるディスプレーの改良 は、反射装置が十分な輝度と、小さい輪郭の組立体で行われる光の一様な配分を 行うことである。 １つの好ましい実施例において光源は光源から放出された光線が変調装置の平 面に平行な方向に向かうように光伝達装置の光受容面に隣接して配置されている 。光伝達装置は、ライトパイプ、光ウエッジ、スラブウエーブガイドまたはこの 技術分野でよく知られた他の構造のような反射を介して光線を伝達する構造であ る。好ましくは光伝達装置は、光源によって発生した光線を受け、内側全反射（ ＴＩＲ）で光を伝達するスラブウエーブガイドを有する。スラブウエーブガイド の一面には複数のマイクロプリズムが取り付けられている。マイクロプリズムは 、スラブウエーブガイドに隣接した光入力面と、光入力面から離れてそれに平行 な光出力面とを有する。好ましくは、マイクロプリズムは、光線がスラブのウエ ーブガイドから出て、ＴＩＲによってマイクロプリズムを通って反射し、変調装 置に垂直な方向でほぼ平行な光源としてマイクロプリズムから放出される傾斜し た傾斜側壁を有する。 他の好ましい実施例において、２つの光源が光伝達装置の反対側に配置された 光受容面に隣接して配置される。光伝達装置は、光源によって発生する光線を受 け入れＴＩＲを介して光線を伝達するスラブウエーブガイドを有する。スラブウ エーブの一面にマイクロプリズムの配列が取り付けられている。マイクロプリズ ムは、スラブウエーブガイドに沿って２つの方向に向かう光線がスラブウエーブ ガイドから出て、マイクロプリズムを通って反射し、変調装置にほぼ直角の方向 にほぼ平行な光源としてマイクロプリズムから出るような角度で反対側に配置さ れた傾斜側壁を有する。 他の実施例において、４つの光源が４つ全部の光源によって発生された光線を 受け、ＴＩＲを介して光線を伝達するスラブウエーブガイドの光受容面を分離す るように隣接して配置される。スラブガイドウエーブの一方の面にはマイクロプ リズムの配列が取り付けられている。マイクロプリズムは、スラブウエーブガイ ドに沿って２つの方向に向かう光線がウエーブガイドから出て、マイクロプリズ ムを通って反射し、変調装置にほぼ直角の方向にほぼ平行な光源として出るよう な角度で反対側に配置された４つの傾斜側壁を有する。 他の好ましい実施例において、本発明はさらにマイクロプリズムと変調装置と の間に配置されたマイクロレンズを有する。マイクロレンズは、各マイクロプリ ズムから出た平行な光が対応するマイクロレンズに向かうように適当な焦点の長 さで形成され配置される。光はマイクロレンズを通って伝達され、変調装置用に さらに平行な光源として現れる。 本発明の他の目的、効果及び新しい特徴は、次の詳細な説明で説明し、次の検 証によって、また本発明の実施例によって当業者に明らかになる。本発明の目的 及び効果は請求の範囲で指摘する手段及びその組み合わせによって実現され達成 される。 図面の簡単な説明 本発明の上述した及び他の目的及び効果は、全体にわたって同じ参照符号が同 じ部品を説明するために使用される図面と関連して行われる次の説明から明らか になる。 第１図は、本発明によって構成された液晶ディスプレーの実施例の断面図であ る。 第２図は、本発明によるバックライト組立体の１つの実施例の分解側面図であ る。 第３図Ａは、本発明の１つの実施例の斜視図である。 第３図Ｂは、本発明のスラブウエーブガイド上のマイクロプリズムの矩形の配 置の平面図である。 第３図Ｃは、スラブウエーブガイド上のマイクロプリズムの６角形の配置の平 面図である。 第３図Ｄは、スラブウエーブガイド上のマイクロプリズムの他の配置の平面図 である。 第４図は、本発明の他の実施例の分解側面図である。 第５図は、１つのマイクロプリズムの斜視図である。 第６図は、スラブのウエーブガイドを通る光線の方向を示すスラブ上の１つの マイクロプリズムの拡大図である。 第７図は、マイクロレンズの配列を有する反射装置の他の実施例の断面図であ る。 第８図は、第７図の変形例の斜視図である。 第９図は、１つのマイクロレンズの断面図である。 第１０図は、２つの光源を使用した本発明の別の実施例の断面図である。 第１１図は、第１０図の実施例の斜視図である。 第１２図は、第１０図の実施例の変形例である。 第１３図は、２つの傾斜側面を有する１つのマイクロプリズムの断面図である 。 第１４図は、４つの光源を使用した本発明の他の実施例の斜視図である。 第１５図は、第１４図に示す実施例の変形例である。 第１６図は、４つの傾斜側面を有する１つのマイクロプリズムの断面図である 。 第１７図は、第１６図に示すマイクロプリズムの断面図である。 第１８図は、第１７図に示すマイクロプリズムの他の断面図である。 第１９図Ａは、第１図乃至第５図の実施例を製造する方法を示す。 第１９図Ｂは、第１０図乃至第１３図の実施例の製造方法を示す。 第１９図Ｃは、第１４図乃至第１８図の実施例の製造方法を示す。 好ましい実施例の詳細な説明 本発明の好ましい実施例は、上述した図面を参照することによって当業者がさ らによく理解できるであろう。図面に示した本発明の好ましい実施例は本発明を 示した形態そのものに制限することを意図するものではない。それらは本発明の 原理及びその用途及び実際的な使用を説明するために、当業者が最もよく活用す ることができるように選択されたものである。。 本発明の１つの好ましい用途は、数字２によって表される第１図に示す液晶デ ィスプレーのようなフラットパネルディスプレー用のバックライト装置である。 ディスプレーは光発生装置４と、光受容面７を有するスラブウエーブガイド６と 、スラブウエーブガイドに接触する伝達反射装置８と、追加的な入力光極性装置 １０と、変調装置１２と、追加的な出力光極性装置１４と、ディスプレー装置１ ６とを有する。第１図の本発明の構成は、図示のためのものであり、マイクロプ リズムの伝達寸法及び可能な構成を示すものではない。 光発生装置４、変調装置１２と、極性装置１０及び１４及びディスプレー装置 の正確な特徴は、重要なものではなく、広範に変化し、フラットパネルディスプ レーの技術分野で従来から使用されるこのような部材を本発明に使用することが できる。有効な光発生装置の例は、レーザ、蛍光管、光放出ダイオード、白熱光 、日光等である。本発明の実施例に使用する好ましい変調装置１２は液晶セルで ある。液晶セル１２の液晶材料は、広範に変化し、ツイストネマティク材料（Ｔ Ｎ）、超ツイストネマティク材料（ＳＴＮ）及びポリマー放散液晶（ＰＤＬＣ） 材料を含むがそれには制限されないものである。このような液晶材料は、行列の マトリックス配列で当業者に知られている。入力光極性装置１０及び出力光極性 装置１４の例は、プラスティックシートポラロイド材料である。好ましいディス プレー装置１６は米国特許出願第０８／０８６，４１４号に示されている。 第１図において、光発生装置４は、スラブウエーブガイド６に接近しており、 反射装置８は、極性装置１０に接近しており、極性装置１０は、変調装置１２に 接近している。ここで使用する用語の「接近」は、選択された実施例において、 光が１つの部品から次の部品に「放射」されることがないように、物理的に接触 するか、または、好ましくは、約１インチ（２．５４ｃｍ）、さらに好ましくは 、約１．７５インチ（４．４５ｃｍ）、最も好ましくは、約０．２５インチ（０ ．６４ｃｍ）以内に配置されることを意味する。 第２図は、スラブウウエーブガイド６と反射装置８との分解図である。スラブ ウエーブガイドはガラス及びポリマーのような透明な材料から製造される。反射 装置８は、接着推進層２２と、基板２４と、第２の接着推進層２６と、マイクロ プリズムウエーブガイド２８の配列とを有する。マイクロプリズム２８は、光出 力面と側壁３３及び３４と平行な光入力面３０を形成する６面体形状を形成する 。ウエーブガイド６を通って前進する光線を反射する際に側壁３３のみが有効で ある。好ましくは基板２４または接着層２６と側壁３３との交差によって光線の 平均の方向に直角のラインを形成する。例えば、第３Ａ図に示すように、矩形の スラブウエーブガイド６において、基板２４と側壁３３の交差は、光受容面に平 行なラインを形成し、従って、スラブウエーブガイド２４を通る光線の平均的方 向に直角になる。側壁３４は、側壁３３と平行なように示されているが、側壁３ ４の向きは重要ではない。マイクロプリズム２８は、マイクロプリズム２８の反 射率より小さい反射率を有するすき間領域３６によって分離される。光線はＴＩ Ｒを介してウエーブガイド６を通って反射し、光入力面３０を通って各マイクロ プ リズム２８に入り、変調装置に直角の方向に光出力面３２を通ってマイクロプリ ズム２８を出る。 スラブウエーブガイド６及び基板２４は、約４００乃至約７００ｎｍの範囲の 波長の光を通過させる。以下に説明するような好ましい製造方法において、基板 ２４は、約２５０乃至約４００ｎｍの範囲の紫外線（ＵＶ）を通すようになって いる。この範囲は、紫外線（ＵＶ）によって始まる反応モノマーの光重合によっ てマイクロプリズムを形成することが可能とする。双方の屈折率は等しいかほぼ 等しく、約１．４５乃至約１．６５の範囲である。スラブウエーブガイド６及び 基板２４は、透明な固体材料から製造することができる。好ましい材料は、透明 なポリマー、ガラス及び溶融シリカを含む。これらの材料の望ましい特性は、装 置の通常の作動温度で機械的光学的な安定性を含む。もっとも好ましい材料は、 ガラス、アクリル、ポリカーボネート及びポリエステルである。 マイクロプリズム２８は、透明な固体ポリマー材料から製造される。好ましい 材料は、基板と等しいかまたはほぼ等しい約１．４５乃至約１．６５の間の屈折 率を有する。さらに好ましい材料は、約１．５０乃至約１．６０の間の屈折率を 有し、ウレタンアクリレート及びメタクリルレート、エステルアクリレート及び メタクリレート、エポキシアクリレート及びメタクリレート（ポリ）エチレング リコールアクリレート及びメタクリレート及び有機モノマーを含むビニールから 成るアクリレートモノマー混合物の光重合によって形成されるポリマーを含む。 有効なモノマーは、メチルメタクリレート、ｎブチルアクリレート、２エチルヘ キシルアクリレート、１，４ブタネヂオールジアクリレート、エソキシレートビ スフェノールＡジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエ チレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、１ ，６ヘキサネジオールジアクリレート、トリメチロールプロパン、トリアクリレ ート、ペンタエリチリトルトリアクリレート、ペンタエリチリトルテトラアクリ レート、特に有効なものは少なくとも１つのモノマーが反応フォトポリマーと架 橋結合した網状組織を形成するようなジアクリレートまたはトリアクリルレート のような複数機能のモノマーである混合物である。本発明の方法に使用される最 も好ましい材料は、エソキシレートビスフェノールＡジアクリレート及びトリメ チ ルプロパントリアクリレートの光重合混合物によって形成された架橋結合ポリマ ーである。最も好ましい材料の屈折率は約１．５３乃至約１．５６の範囲である 。 変調装置１２及びディスプレイ装置１６が大きな全体光出力を有するようにす るためには、すべてのマイクロプリズムのウエーブガイドの入力面３０の表面積 の合計が基板２４の全面積の２０％以上であることが好ましい。すべてのマイク ロプリズムのウエーブガイドの入力面３０の表面積の合計が基板２４の全面積の ３５％以上であることがさらに好ましい。最も好ましいのはすべてのマイクロプ リズムのウエーブガイドの入力面３０の表面積の合計が基板２４の全面積の５０ ％以上であることである。 マイクロプリズムウエーブガイド２８の間のすき間領域３６の屈折率は、マイ クロプリズムウエーブガイド２８の屈折率未満でなければならない。すき間領域 の好ましい材料は、１．００の屈折率を有する空気及び約１．１６乃至約１．３ ５の間の屈折率を有する蛍光ポリマー材料である。最も好ましい材料は空気であ る。 第２図に示す接着促進層２２及び２６は光伝達性であり、ウエーブガイド２８ 、特に、例えば光架橋結合アクリレートモノマー材料のようなポリマーから形成 されるウエーブガイド２８を基板２４に強力に接着する有機材料である。このよ うな材料は、当業者によく知られている。接着促進層２２及び２６の厚さは重要 ではなく、広範に変化する。本発明の好ましい実施例において、接着層は、約１ ０マイクロメータ未満の厚さである。 第３図Ａは、光発生装置４、スラブウエーブガイド６、基板２４、接着促進層 ２２及び２６及びマイクロプリズム２８を示す。この例において、マイクロプリ ズム３４は、第３図Ｂに示すように正方形または矩形の配列にされるが、第３図 Ｃに示すように６角形のパターンのような他の配置も可能である。マイクロプリ ズムは光発生装置４に直角の方向に繰り返し距離３８を有し、光発生装置４に平 行な方向に繰り返し距離４０を有する。繰り返し距離３８及び４０は、等しいか 等しくなくてもよく、ディスプレーの解像度及び寸法に依存して広範に変化する 。さらに繰り返し距離３８及び４０は、光発生装置４からの距離が増大するとき ウエーブガイド６の内側の光強度が低下することを保証するために表面にわたっ て 変化する。光強度の低下は配列の他のマイクロプリズムによって光が除去される ことによる。繰り返し距離３８及び４０の所望の値は、約１０ミクロン乃至約４ ０ミリメートルの範囲である。繰り返し距離３８及び４０のさらに好ましい値は 、約５０ミクロン乃至約１０ミリメートルの範囲である。繰り返し距離３８及び ４０の最も好ましい値は、約１００ミクロン乃至約２ミリメートルの範囲である 。 第４図は、第２図及び第３図に示す本発明の他の実施例を示す。マイクロプリ ズム２８の光入力面３０は、接着層４６を介してスラブのウエーブガイド６に取 付られている。光の出力面３２には接着層４４を介して基板層４２が取り付けら れている。 １つのマイクロプリズムウエーブガイド２８が第５図に示されている。傾斜角 ７２の所望の値は約２５度乃至約４０度の範囲である。傾斜角７２のさらに望ま しい値は、約２８度乃至約３７度の範囲である。傾斜角７２の最も望ましい値は 、約３０度乃至約３５度の範囲である。傾斜角度７２の所望の値を評価する方法 を以下に説明する。 第５図のマイクロプリズムウエーブガイド２８の高さは、寸法５０である。高 さ５０はディスプレーの寸法及び解像度に広範に変化する。すなわち、ラップト ップ型コンピュータのディスプレー及び航空機用ディスプレーのような小さいデ ィスプレーは、大きなスクリーンのフラットパネルテレビジョンのような大きな ディスプレーに対して非常に小さい寸法を有する。寸法５０の所望の値は、約１ ０ミクロン乃至約４０ミリメートルの範囲である。寸法５０のさらに好ましい値 は、約５０ミクロン乃至約１０ミリメートルの範囲である。寸法５０の最も好ま しい値は、約１００ミクロン乃至約２ミリメートルの範囲である。マイクロプリ ズム２８のウエーブガイド２８の長さは寸法５２を有する。長さ５２は、ディス プレーの寸法及び解像度に依存して広範に変化する。さらに、長さ５２は、光発 生装置４からの距離が増大するときウエーブガイド６の内側の光強度が低下する ことを補償するために表面にわたって変化する。光強度の低下は配列の他のマイ クロプリズムによって光が除去されることによる。長さ５２の最大限の値は、繰 り返し距離３８未満である。寸法５２の所望の値は、約１０ミクロン乃至約４０ ミリメートルの範囲である。寸法５２のさらに好ましい値は、約５０ミクロンか ら約 １０ミリメートル未満の範囲である。寸法５２の最も好ましい値は、約１００ミ クロン乃至約２ミリメートルの範囲である。マイクロプリズム２８の幅は、寸法 ５４を有する。幅５４はディスプレーの寸法及び解像度に依存して広範に変化す る。さらに、長さ５２は、光発生装置４からの距離が増大するときウエーブガイ ド６の内側の光強度が低下することを補償するために表面にわたって変化する。 光強度の低下は配列の他のマイクロプリズムによって光が除去されることによる 。幅５４の最大限の値は、繰り返し距離４０未満である。すなわち、幅５４が繰 り返し距離４０に等しいとき、マイクロプリズムは第３Ｄ図に示す基板幅に隣接 する。寸法５４の所望の値は、約１０ミクロン乃至約４０ミリメートルの範囲で ある。寸法５４のさらに好ましい値は、約５０ミクロンから約１０ミリメートル 未満の範囲である。寸法５４の最も好ましい値は、約１００ミクロン乃至約２ミ リメートルの範囲である。 マイクロプリズム２８の角度７２を決定する方法は、第６図に示されている。 説明を簡単にするために、マイクロプリズム２８の屈折率がスラブのウエーブガ イド６の屈折率に等しいと仮定する。スネルの法則は、ウエーブガイド６の光の 伝搬の角度の広がりを決定する。もし、角度５６及び５８がスネルの法則から計 算されるようにウエーブガイド６に関して臨界角θｃに等しい場合には、ウエー ブガイド６で伝搬することができる光の全体の角度の広がりは、角度６０及び６ ２の合計であり、角度６０及び６２は９０°−θｃに等しい。光の５０パーセン トのみ、（スラブウエーブガイドの平面に平行な）ほぼゼロから角度６０までの 範囲の伝搬角度の光線はマイクロプリズム２８の光入力面３０に出合うことによ ってスラブウエーブガイドから除去される機会を有する。ほぼゼロから角度６２ までの光線は、全体が内側で反射することによって、ウエーブガイドの底面から 出て、ウエーブガイドの上面に向かい、そこでそれらの光線は、ウエーブガイド の下の他のマイクロプリズム２８によってウエーブガイドから除去される。 マイクロプリズム２８の機能を最適にするために、表面３３は、角度６０によ って表される光の配分の中間点が、ウエーブガイド６の平面に垂直である角度で マイクロプリズム２８の出力面３２に向かうような角度７２でなければならない 。角度６０の中間点は、（９０°−θｃ）／２または（４５°−θｃ）／２のい ず れかとして表すことができる角度６４である。もし、角度７２が角度６６の半分 に等しい角度７０に等しいならば、マイクロプリズム２８の光の適当な方向性が 得られる。その結果、角度７２は２２．５°＋θｃ）／４に等しくなる。例えば 、ウエーブガイド６とマイクロプリズム２８の屈折率が１．５５であるならば、 ウエーブガイド及びマイクロプリズムは、１，００、θｃ＝４０°の屈折率の空 気によって包囲され、角度７２は３２．５°である。 本発明の他の実施例が第７図及び第８図に示されている。反射装置８は、マイ クロレンズ８０の配列を有する。この実施例において、マイクロレンズ８０は、 マイクロプリズム２８と変調装置１２（図示せず）との間にそれと接近して配置 される。マイクロレンズ８０は、マイクロプリズム２８について説明した同じモ ノマーから製造することが好ましく、マイクロプリズム２８の屈折率に等しいか ほぼ等しい屈折率を有する。しかしながら、伝達材料は例えば前述した材料から 製造される。 第７図において、マイクロレンズ８０の基板８２はマイクロレンズ８０とマイ クロプリズム２８との間のスペーサとして作用する。基板８２の厚さはマイクロ プリズム２８からの光をマイクロレンズ８０によって平行にするように最適化さ れる。基板８２は透明な固定材料からつくられる。好ましい材料は、透明なポリ マー、ガラス、及び溶融シリカである。これらの材料の所望の特性は、装置の通 常の作動温度で機械的光学的な安定性を有する。最も好ましい材料は、ガラス、 アクリル、ポリカーボネート及びポリエステルである。 マイクロプリズムの配列及びマイクロレンズ８０の拡大斜視図を第８図に示す 。マイクロレンズ配列は矩形または正方形の配列として示されているが、６角形 のような他の構成も可能である。マイクロレンズの間の中心と中心と間の距離は 、マイクロプリズム２８の繰り返し距離３８及び４０に直接関連する。すなわち 、すべてのマイクロプリズム２８毎に各マイクロプリズム２８の外面３２と整合 する対応するマイクロレンズ８０が存在する。動作において、マイクロプリズム ２８から放出されるほぼ平行な光線はマイクロレンズ８０によってさらに平行に され、変調装置１２にさらに平行な光源を提供する。 １つのマイクロレンズ８０が第９図に示される。マイクロレンズは球面レンズ かまたは非球面のレンズである。マイクロレンズ８０の幅８６は、約２０ミクロ ンから８０ミリメートルまで変化する。幅８６のさらに好ましい値は約１００ミ クロン乃至約２０ミリメートルまで変化する。幅８６の最も好ましい値は約２０ ０ミクロン乃至約４ミリメートルまで変化する。高さ８８の所望の値は幅８６の 約０．０５倍から幅８６の約３．０倍まで変化する。高さ８８のさらに好ましい 値は幅８６の約０．１倍から幅８６の約２．０倍まで変化する。高さ８８の最も 好ましい値は幅８６の約０．２倍から幅８６の約１．０倍まで変化する。もしマ イクロレンズ８０が球形レンズである場合には、レンズは曲率８４を有する１つ の曲面を有する。曲率半径は、対応するマイクロプリズム配列の繰り返し距離３ ８及び４０に依存して広範に変化する。曲率半径の好ましい値は約１０ミクロン から約８０ミリメートルまで変化する。曲率半径のさらに好ましい値は約５０ミ クロンから約２０ミリメートルまで変化する。曲率半径の最も好ましい値は約１ ００ミクロンから約４ミリメートルまで変化する。マイクロレンズ８０がマイク ロプリズム２８によってウエーブガイド６の外側に向かう全部の光を集めるよう にするために、マイクロレンズ８０のｆ数は比較的に小さいものでなければなら ない。マイクロレンズ８０のｆ数は約０．５乃至約４．０で変化する。さらに好 ましいマイクロレンズ８０のｆ数は約０．６乃至約３．０で変化する。最も好ま しいマイクロレンズ８０のｆ数は約０．７乃至約２．０で変化する。 本発明の他の実施例が第１０図及び第１１図に示されている。この好ましい実 施例において、２つの光発生装置４及び４Ａは、スラブウエーブガイド６の対向 して配置された光受容面７及び７Ａに隣接して配置されている。マイクロプリズ ム９０の配列は、上述した同様の方法でスラブウエーブガイド６に取り付けられ ている。マイクロプリズム９０は、光出力面９４に平行な光入力面９２を有し、 光出力面９４は光入力面９２より表面積が大きい。またマイクロプリズム９０は 、対向して配置された２つの傾斜側壁９６及び９８を有する。側壁９６及び９８ は、スラブウエーブガイド６の表面の垂線に対して所定の角度を有するように形 成される。各傾斜側壁と平坦な基板２４または接着層２６の交点は、対向するよ うに配置された光受容面７及び７ａに平行であり、スラブウエーブガイド６を通 る光線の平均方向に直角である。スラブウエーブガイド６内の光の伝搬角度に対 する 最適な傾斜角度の関係は、第６図に説明したものと同様である。各マイクロプリ ズム９０は、スラブのウエーブガイド６に沿って２つの反対方向に向かう光線を 捕捉する。光は変調装置用のほぼ平行な光源としてマイクロプリズム９０から出 る。マイクロプリズム９０の好ましい材料は、マイクロプリズム２８に示された ものと同じである。 変調装置１２及びディスプレイ装置１６が大きな全体光出力を有するようにす るために、マイクロプリズム入力表面９２の表面積の合計が基板２４の全表面積 の２０％以上大きいことが好ましい。マイクロプリズム入力表面９０の表面積の 合計が基板２４の全面積の３５％以上大きいことがさらに好ましい。マイクロプ リズム９０の入力表面９０の表面積の合計が基板２４の全面積の５０％以上大き いことが最も好ましい。 第１２図は、第１０図及び第１１図に示す本発明の他の実施例を示す。マイク ロプリズム９０の光入力面９２は、接着層１１４を介してスラブウエーブガイド ６に取り付けられている。光出力面９４には接着層１１２を介して基板層１１０ が取り付けられている。 １つのマイクロプリズムウエーブガイド９０が第１３図に示されている。傾斜 角度１２６及び１２８の所望の値は約２５°乃至４０°である。傾斜角度１２６ 及び１２８のさらに所望の値は約２８°乃至３７°である。傾斜角度１２６及び １２８の最も好ましい値は約３０°乃至３５°である。傾斜角度は傾斜角７２に 関して前述したような方法と同じ方法を使用して決定される。 マイクロプリズム９０の高さは寸法１２４を有する。高さ１２４はディスプレ ーの寸法及び解像度に広範に変化する。寸法１２４の所望の値は、約１０ミクロ ン乃至約４０ミリメートルの範囲である。寸法１２４のさらに好ましい値は、約 ５０ミクロン乃至約１０ミリメートルの範囲である。寸法１２４の最も好ましい 値は、約１００ミクロン乃至約２ミリメートルの範囲である。マイクロプリズム ２８のウエーブガイト２８の長さは寸法１２０及び１２２を有する。長さ１２２ は長さ１２０及び傾斜角１２６及び１２８の関数である。長さ１２０は、ディス プレーの寸法及び解像度に依存して広範に変化する。さらに、長さ１２０は、光 発生装置４及び４Ａからの距離が増大するときウエーブガイド６の内側の光強度 が低下することを補償するために光反射装置８の表面にわたって変化する。光強 度の低下は配列の他のマイクロプリズムによって光が除去されることによる。長 さ１２０の最大限の値は、第１１図に示す繰り返し距離１００未満である。寸法 １２０の所望の値は、約１０ミクロン乃至約４０ミリメートルの範囲である。寸 法１２０のさらに好ましい値は、約５０ミクロンから約１０ミリメートル未満の 範囲である。寸法１２０の最も好ましい値は、約１００ミクロン乃至約２ミリメ ートルの範囲である。マイクロプリズム２８の幅は、寸法１２１を有する（図示 せず）。幅１２１はディスプレーの寸法及び解像度に依存して広範に変化する。 さらに、幅１２１は、光発生装置４からの距離が増大するときウエーブガイド６ の内側の光強度が低下することを補償するために表面にわたって変化する。光強 度の低下は配列の他のマイクロプリズムによって光が除去されることによる。幅 １２１の最大限の値は、第１１図に示す繰り返し距離１０２未満である。すなわ ち、幅１２１が繰り返し距離１０２に等しいとき、マイクロプリズムは第３Ｄ図 に示す基板幅に隣接する。寸法１２１の所望の値は、約１０ミクロン乃至約４０ ミリメートルの範囲である。寸法１２１のさらに好ましい値は、約５０ミクロン から約１０ミリメートル未満の範囲である。寸法１２１の最も好ましい値は、約 １００ミクロン乃至約２ミリメートルの範囲である。 第１０図及び第１１図に示す本発明のさらに他の実施例は前述したようなマイ クロレンズ８０の配列を有する。この実施例において、マイクロレンズ８０は、 マイクロプリズム９０と変調装置１２との間に配置されている。マイクロレンズ ８０は、基板２４に対して説明した同じ基板材料からつくられる。基板８２の厚 さはマイクロプリズム９０からの光をマイクロレンズ８０によって平行にするよ うに最適化される。マイクロレンズの間の中心と中心の間の距離はマイクロレン ズ９０の繰り返しの距離に直接関連する。すなわち、すべてのマイクロプリズム ９０毎に各マイクロプリズム９０の出力面９４に整合する対応するマイクロレン ズ８０がある。マイクロプリズムから出たほぼ平行にされた光線は、マイクロレ ンズ８０によってさらに平行にされさらにほぼ一様な光パターンを提供する。 本発明のさらに他の実施例が第１４図に示されている。第１５図は第１４図に 示す本発明の変形例を示す。これらの好ましい実施例において、４つの光発生装 置４，４Ａ，４Ｂ及び４Ｃは、スラブウエーブガイド６の光受容面７，７Ａ，７ Ｂ及び７Ｃのそれぞれに隣接して配置されている。マイクロプリズム１３０の配 列は上述した方法と同じ方法でスラブウエーブガイド６に取り付けられている。 １つのマイクロプリズムウエーブガイド１３０の斜視図が第１６図に示されてい る。第１７図は、第１６図に示す平面１７に沿ってプリズム１３０の断面図であ る。第１８図は、第１６図に示す平面１８に沿ったプリズム１３０の断面図であ る。第１７図及び第１８図に示すように、マイクロプリズム１３０は、光出力面 １６３に平行な光入力面１６１を有し、光出力面１６３は光入力面１６１より表 面積が大きい。またマイクロプリズム１３０は、４つの傾斜側壁１６６，１６８ ，１７６及び１７８を有する。各傾斜側壁は、各傾斜側壁と平坦な基板２４また は接着層２６の交点によって形成されたラインが２つの光受容面７及び７ａに平 行であり、２つの光受容面からスラブウエーブガイド６を通る光線の平均方向に 直角になるように配置される。各マイクロプリズム１３０は、スラブのウエーブ ガイド６内の４つの方向に走る光線を捕捉し、この光線をＴＩＲを介して光出力 面１６３に伝達する。４つの光発生装置からの光は、変調装置用のほぼ平行な光 源としてマイクロプリズム１３０から出る。高さ１６４、長さ１６０，１６２， １７０及び１７２、傾斜角度１６７，１６９，１７７及び１７９及び繰り返し寸 法１３４及び１３２の所望の値は、前述した実施例に示したものと同様である。 第１５図において、マイクロプリズム１３０の光入力面１６１は接着層１５４ を通ってスラブウエーブガイド６に取り付けられている。光出力面１６３には接 着層１５２を介して基板層１５０が取り付けられている。 第１４図及び第１５図に示されている他の実施例はマイクロレンズ８０の配列 を有する。この実施例において、マイクロレンズ８０はマイクロプリズム１３０ と変調装置１２との間に配置されている。マイクロレンズ８０は、基板２４に対 して説明した同じ基板材料からつくられる。基板８２の厚さはマイクロプリズム １３０からの光をマイクロレンズ８０によって平行にするように最適化される。 マイクロレンズの間の中心と中心の間の距離はマイクロレンズ９０の繰り返しの 距離に直接関連する。すなわち、すべてのマイクロプリズム１３０毎に各マイク ロプリズム１３０の出力面１６３に整合する対応するマイクロレンズ８０がある 。 マイクロプリズム１３０から出たほぼ平行にされた光線は、マイクロレンズ８０ によってさらに平行にされさらにほぼ一様な光パターンを提供する。 マイクロプリズム２８及びマイクロレンズ８０の配列は、射出成形、圧縮成形 、高温ローラプレス鋳造、成形型内の光重合、成形型を使用しない光重合処理を 含む種々の技術によって製造することができる。好ましい技術は、ここに参照に よって組み込まれている前述した米国特許出願に示され説明されているような光 重合処理である。この方法に関するいくつかの変形例が第１９図に示されている 。 第１９図Ａはマイクロプリズムの側壁３３が角度７２で傾斜している第５図に 示すタイプのマイクロプリズム２８を製造する方法を示す。フォトマスク１８０ が透明で光透過性の領域を有する接着剤層２６を有する基板２４に接触するよう に配置される。モノマー及びフォトイニシエータを有するほぼ一様な厚さの光重 合化が可能な混合物が接着層２６を有する基板２４とリリース層１８４を有する バッキングプレート１８６との間に配置される。光重合化が可能な混合物１８２ は、所定の時間の間モノマー混合物の光重合化領域に十分な条件でフォトマスク １８０の透明領域を通ってほぼ平行にされた紫外線１８８に露出されるマイクロ プリズム２８の配列を形成する。マイクロプリズム２８が傾斜角度７２を有する 側壁を備えるようにするために、スネルの法則かまたは経験的に決定されるよう に所定の角度でフォトマスクに紫外線を入射しなければならない。紫外線の露出 後、フォトマスク１８０、リリース層を有するバッキングプレート１８６及び露 出されない光重合化混合物１８２は除去され、接着剤層２６によって基板２４に 取り付けられたマイクロプリズムの配列が残る。 第１９図Ｂは、マイクロプリズム９０の側部９６が角度１２６で傾斜され、マ イクロプリズム９０の側部９８が角度１２８で傾斜している第１３図に示すよう なタイプのマイクロプリズム９０をつくる方法を示している。フォトマスク１８ ０はフォトマスク１８０が透明で光透過性の領域を有する接着剤層２６を有する 基板２４に接触するように配置される。モノマー及びフォトイニシエータを有す るほぼ一様な厚さの光重合化が可能な混合物が接着層２６を有する基板２４とリ リース層１８４を有するバッキングプレート１８６との間に配置される。光重合 化が可能な混合物１８２は、所定の時間の間モノマー混合物の光重合化領域に十 分な条件でフォトマスク１８０の透明領域を通ってほぼ平行にされた紫外線１８ ８に露出され、マイクロプリズム２８の配列を形成する。マイクロプリズム２８ が傾斜角度７２を有する側壁を備えるようにするために、スネルの法則かまたは 経験的に決定されるように所定の角度でフォトマスクに紫外線を入射しなければ ならない。２つの異なる方向からの紫外線の露出は同時にかまたは連続的に行わ れる。紫外線に露出した後、フォトマスク１８０、リリース層を有するバッキン グプレート１８６及び露出されない光重合化混合物１８２は除去され接着剤層２ ６によって基板２４に取り付けられたマイクロプリズムの配列が残る。 ２つの傾斜側壁を有するマイクロプリズム９０を形成するために第１９図Ｂに 示されているものと同様な方法（図示せず）は４つの傾斜側壁を有する第１６図 に示されたタイプのマイクロプリズム１３０を形成するために使用される。もし ４つの側壁が傾斜しているならば、４つの異なる方向から同時にかまたは順にフ ォトマスク１８０を通過しなければならない。紫外線に必要な４つの方向は経験 によって決定されるか、あるいはスネルの法則によって計算することができる。 第１９図Ｃは、４つの傾斜側壁を有する第１５図及び第１６図に示すタイプの マイクロプリズム１３０を製造する他の方法を有する。フォトマスク１８０はフ ォトマスク１８０が透明で光透過性の領域を有する接着剤層２６を有する基板２ ４に接触するように配置される。モノマー及びフォトイニシエータを有するほぼ 一様な厚さの光重合化が可能な混合物か接着層１５２を有する基板１５０とリリ ース層１８４を有するバッキングプレート１８６との間に配置される。フォトイ ニシエータは、光重合化が可能な混合物層内の紫外線の光の十分な部分を吸収す る十分な量が存在しなければならない。光拡散器１９４がフォトマスク１８０と 紫外線源１９２の間に配置され、紫外線の光を所定の角度の範囲内で拡散する。 第１５図及び第１６図に示すようなマイクロプリズム１３０のタイプを形成する ために拡散器はほぼ２０°の（５０％の強度点で測定して）全体角度に光を拡散 しなければならない。光重合化が可能な混合物１８２は、所定の時間の間モノマ ー混合物の光重合化領域に十分な条件でフォトマスク１８０の透明領域を通って 拡散器１９４を通して紫外線１８８に露出され、マイクロプリズム１３０の配列 を形成する。拡散器１９４は紫外線の光が光重合化混合体１８２を通過するとき に 紫外線の光を拡散させるが、プリズムは、接着剤層１５２に接触する大きな面と 、リリース層１８４に接触する小さい面とを有する。この結果は、拡散器１９４ による光の拡散と、光重合化混合物１８２のフォトイニシエータによる紫外線の 吸収によって接着層１５２に対して開放層１８４に近い光重合化層の紫外線の光 の強度が低くなる結果生じる。光強度が低くなることによって、光重合化が可能 な混合物１８２に存在する酸素によってさらに容易に光重合作用を小さくすこと ができ、ゆっくりした光重合化処理が行われ、リリース層１８４に隣接する部分 が小さいマイクロプリズムが作られる。紫外線に露出した後、フォトマスク１８ ０、リリース層を有するバッキングプレート１８６及び露出されない光重合化混 合物１８２は除去され、接着剤層２６によって基板２４に取り付けられたマイク ロプリズムの配列が残る。そのように形成されたマイクロプリズムの配列は第１ ５図に示す方法で適当なスラブウエーブガイドに取り付けることができる。 ４つの傾斜側壁を有するマイクロプリズム１３０を形成するために第１９図Ｃ に示されたものと同様の方法が第９図に示したタイプのマイクロレンズ８０を形 成するために使用することができる。マイクロレンズを形成するために、フォト イニシエータは、光重合化可能な混合物層内で紫外線の光の大部分を吸収するた めに十分な量存在しなければならない。光拡散器１９４は、フォトマスク１８０ と紫外線の光源１９２との間に配置され、これによって紫外線の光を所定の範囲 上に拡散する。第９図に示すようなマイクロレンズ８０を形成するために拡散器 は、ほぼ４０乃至１００度の（５０％の強度点で測定して）全体の角度にわたっ て拡散しなければならない。光重合化が可能な混合物１８２は、所定の時間の間 モノマー混合物の光重合化領域に十分な条件でフォトマスク１８０の透明領域を 通って拡散器１９４を通して紫外線１９２に露出され、マイクロレンズ８０の配 列を形成する。光重合化された領域がリリース層１８４に接触する前に紫外線の 光線は遮断される。拡散器１９４を通過する光の角度拡散を制御することによっ て、また基板層の厚さを制御することによって、球面または非球面のマイクロレ ンズを形成することができる。 また本発明はバックリングを必要とする適用において使用することができる。 このような適用の例は、コンピュータターミナル、テレビジョン、航空機のコッ クピットのディスプレイ、自動車の計器パネル、テキスト、画像またはビデオ上 方を提供する他の装置及び光源を平行にする小さい輪郭の装置を必要とする他の 光伝送装置である。 本発明を特に説明するために次の特別の例が提供されるが、それに制限を意図 するものではない。 例１ 第１図乃至第５図に示されているような平行四辺形の形状の２つの側面と０． ０２５×０，０２５平方インチの底部を有するマクロプリズムが第１９図に示す 方法を使用して０．００４インチの厚さのポリエステルフィルムに形成される。 フォトマスクは正方形のパターンで配置され、０．０２５インチのバックライン によって分離された０．０２５×０．０２５平方インチの正方形の透明領域を有 する５×５インチのガラスマスクである。隣接する開放正方形の間の中心から中 心の間の距離は０．０５０インチである。マイクロプリズム基板はホーキストケ ラニーズによって製造された０．００４インチの厚さのホスタファン４５００ポ リマーフィルムである。ホスタファン４５００フィルムは、マスクと基板フィル ムとの間に数ミリメートルのメタノールを配置して２つの部分をゴムローラで一 緒に押すことによってマスクに緊密に接触するように配置される。露出中に使用 されるバッキングプレートは、市販されている材料のＸ線の薄いフィルムでコー トされた０．２５インチの厚さのガラスプレートである。バッキングプレートは 、水平方向の表面に配置され、ほぼ５ミリリットルの液体光重合化可能な混合物 がプレートの中央に配置される。ほぼ６５．１％のエソキラレートビフェノール Ａジアクリレート、３２．６％のトリメチロールプロパントリアクリレート６５ ．１％エトクリレートビフェノールＡジアクリレート、３２．６％のトリメチロ ールプロパントリアクリレート、０．３％ペンタエリチチロールテトラビス（３ ，５ジーテルトーブチルー４−ヒドロキシフェニール）（商品名イルガノックス １０１０）アンチオキシダント、０．６７％α，αジメチルロキシーαーヒドロ キシアセトフェノン（ダロクール１１７３）フォトイニシエータ、０．６７％ベ ンジジメチルオキシーα−ヒドロキシアセトフェノン（ドラクール１１７３）フ ォトイニシエータ、０．６７％ベンジジメチルケタル（イルガクール６５１）フ ォ トイニシエータ及び０．６７％イルガクールフォトイニシエータから成る。イニ シエータの全体の百分率は２．０％である。４×０．５×０．０１６インチの厚 さの金属スペーサはバッキングプレートの縁部の周りに配置される。フォトマス ク／基板組立体は基板を下側にして光重合化可能な混合物の上に配置される。５ ×５×０．２５インチの厚さのクリアガラスのプレートは、製造組立体全体の上 に配置され、プレートを一緒に押してバッキングプレートと基板ポリエステルフ ィルムとの間に０．０１６インチの厚さの光重合化可能な層を形成する。 製造組立体全体は、水平面に関してほぼ６０°の角度で傾斜して紫外線放射の 露出装置のコリメーティングレンズの下に配置される。ＵＶ装置は、１０００ワ ットの水銀キセノンランプを収容してほぼ７０ｍＷ／平方センチメートルの強度 で一様なほぼ平行な２８０乃至３５０ｎｍの光を５×５インチの傾斜製造組立体 に送る。サンプルは８秒間にわたって放射される。製造組立体は分解されマイク ロプリズムを有する配列フィルムが形成されるが、マイクロプリズムの間のすき 間領域の未反応な光重合可能な材料でカバーされ、イソプロパノールの移動漕に 配置され１０分間放置される。残留モノマーを除去した後に、マイクロプリズム は窒素ガス流で乾燥され、水晶ウインドウで包囲された窒素ガス排出包囲体内に 配置され、さらに２０秒間の紫外線放射で硬化される。 マイクロプリズムを評価するために光学顕微鏡を使用する。個々のマイクロプ リズムは６つの面と、４つの側面と上面と底面とを有する。マイクロプリズムの 両側の２つの側面はほぼ平行四辺形の形状を有するように見える。マイクロプリ ズムの上面及び底面は０．０２５×０．０２５インチの寸法を有するほぼ正方形 である。プリズムの高さは、ほぼ０．０１６インチであり、厚さは製造組立体に 使用される金属スペーサの厚さである。平行四辺形の形状の顕微鏡の２つの側面 の縁部は基板の表面に垂直に引かれる仮想線に関してほぼ３０°の角度を形成し た。マイクロプリズムは、ほぼ０．０２５インチの距離だけ分離している。 マイクロプリズムの動作を試験するために、ポリエステル基板のマイクロプリ ズムの配列は、１２×６×０．２５インチの厚さの寸法で透明なアクリルプラス ティックのスラブに配置されている。水の薄膜は、光がマイクロプリズムの配列 のスラブと基板との間で容易に結合することができるようにポリエステル基板と アクリルスラブとの間に配置される。１ワットの蛍光管からの光がアクリルスラ ブの０．２５インチの厚さの側面の一方に結合される。ポリエステル基板のマイ クロプリズムの配列は、マイクロプリズムの４つの側面の各々が蛍光ランプに面 するように次第に回転される。４つの向きの内１つにおいて、第２図に示す向き において、スラブからの光は、５０％の強度の点のおいて角度配分の全体幅で測 定して、ほぼ５０°の角度配分をカバーする方向の範囲にマイクロプリズムの上 部から出るように結合される。マイクロプリズムから来る光配分の中心は、スラ ブの表面にほぼ直角な方向にある。別の例として、基板の平面に直角に引いた仮 想線の各側に±２５°伸びているものとして示されている。マイクロプリズムの 他の３つの向きにおいて、スラブの表面に垂直な方向にはほとんど光の放出が観 察されない。 例２ 第１図乃至第５図に示されているような平行四辺形の形状の２つの側面と０． ０２５×０，０２５平方インチの正方形の底部を有するマイクロプリズムが第１ ９図に示す方法を使用して０．００２インチの厚さのポリエステルフィルムに形 成される。フォトマスクは正方形のパターンで配置され、１５ミクロンのバック ラインによって分離された３５ミクロン×３５ミクロンの正方形の透明領域を有 する５×５インチのガラスマスクである。隣接する開放正方形の間の中心から中 心の間の距離は５０ミクロンである。マイクロプリズム基板はホーキストケラニ ーズによって製造された０．００２インチの厚さのホスタファン４５００ポリエ ステルフィルムである。バッキングプレートは、水平方向面に配置され、１ミリ リッタの液体の光重合可能な混合物がプレートの中央に配置される。光重合可能 な混合物は、ほぼ６５．１％のエソキシレートビフェノールＡジアクリレート、 ３２．６％のトリメチロールプロパントリアクリレート、０．３％ペンタエリチ リトルテトラビス（３，５ジーテルトーブチルー４−ヒドロキシフェニール）（ 商品名イルガノックス１０１０）アンチオキシダント、０．６７％α，αジメチ ルロキシーαーヒドロキシアセトフェノン（ダロクール１１７３）フォトイニシ エータ、０．６７％ベンジジメチルケタル（イルガクール６５１）フォトイニシ エータ及び０．６７％イルガクール５００フォトイニシエータから成る。フォ トイニシエータの全体に対する百分率は２．０％である。直径が２５ミクロンの ２つの金属ワイヤスペーサがバッキングプレートの縁部の周りに配置される。フ ォトマスク／基板組立体は基板を下側にして光重合化可能な混合物の上に配置さ れる。５×５×０．２５インチの厚さのクリアガラスのプレートは、製造組立体 全体の上に配置され、プレートを一緒に押してバッキングプレートと基板ポリエ ステルフィルムとの間に２５ミクロンの厚さの光重合化可能な層を形成するため に金属クランプ及びねじが使用される。 製造組立体全体は、例１で説明したように水平面に関してほぼ６０°の角度で 傾斜して紫外線放射の露出装置のコリメーティングレンズの下に配置される。サ ンプルは４秒間照射される。製造組立体は分解されマイクロプリズムを有する配 列フィルムが形成されるが、マイクロプリズムの間のすき間領域の未反応な光重 合可能な材料でカバーされ、イソプロパノールのスター漕に配置され１０分間放 置される。残留モノマーを除去した後に、マイクロプリズムは窒素ガス流で乾燥 され、水晶ウインドウで包囲された窒素ガス排出包囲体内に配置され、さらに２ ０秒間で紫外線放射で硬化される。 マイクロプリズムを評価するために光学顕微鏡が使用される。個々のマイクロ プリズムは６つの面と、４つの側面と上面と底面とを有する。マイクロプリズム の両側の２つの側面はほぼ平行四辺形の形状を有するように見える。マイクロプ リズムの上面及び底面は３５×３５ミクロンの寸法を有するほぼ正方形である。 プリズムの高さは、ほぼ３０ミクロンであり、製造組立体に使用される金属ワイ ヤスペーサの厚さよりわずかに大きい。平行四辺形の形状の顕微鏡の２つの側面 の縁部は基板の表面に垂直に引かれる仮想線に関してほぼ３０°の角度を形成し た。マイクロプリズムは、ほぼ０．０２５インチの距離だけ分離している。 マイクロプリズムの動作を試験するために、ポリエステル基板のマイクロプリ ズムの配列は、１２×６×０．２５インチの厚さの寸法で透明なアクリルプラス ティックのスラブに配置される。水の薄層は、光がマイクロプリズムの配列のス ラブと基板との間を容易に結合することができるようにポリエステル基板とアク リルスラブとの間に配置される。１ワットの蛍光管からの光がアクリルスラブの ０．２５インチの厚さの側面の一方に結合される。ポリエステル基板のマイクロ プリズムの配列は、マイクロプリズムの４つの側面の各々が蛍光ランプに面する ように次第に回転される。４つの向きの内１つにおいて、第２図に示す向きにお いて、スラブからの光は、５０％の強度の点のおいて角度配分の全体幅で測定し て、ほぼ５０°の角度配分をカバーする方向の範囲にマイクロプリズムの上部か ら出るように結合される。マイクロプリズムから来る光配分の中心は、スラブの 表面にほぼ直角な方向にある。別の例として、光の配分は基板の平面に直角に引 いた仮想線の各側に±２５°伸びているものとして示されている。マイクロプリ ズムの他の３つの向きにおいて、スラブの表面に垂直な方向にはほとんど光の放 出が観察されない。 例３ 第１０図乃至第１３図に示されているような台形の形状の２つの側面と０．０ ２５×０，０２５平方インチの正方形の底部を有するマイクロプリズムが第１９ Ｂ図に示す方法を使用して０．００４インチの厚さのポリエステルフィルムに形 成される。フォトマスクは正方形のパターンで配置され、０．０２５インチのバ ックラインによって分離された０．０２５×０．０２５インチの正方形の透明領 域を有する５×５インチのガラスマスクである。隣接する開放正方形の間の中心 から中心の間の距離は０．０５０インチである。マイクロプリズム基板はホーキ ストケラニーズによって製造された０．００４インチの厚さのホスタファン４５ ００ポリエステルフィルムである。ホスタファン４５００のフィルムは溶剤接着 層で両側がコートされる。基板はマスクと基板フィルムとの間に数ミリメートル のメタノールを配置し、２つの部品をゴムローラで一緒の圧縮することによって マスクに緊密に接触することによって配置される。露光中に使用されるバッキン グプレートは、市販されている材料レインＸでコートされた０，２５インチの厚 さのガラスプレートである。バッキングプレートは、水平方向面に配置され、５ ミリリットルの液体の光重合可能な混合物がプレートの中央に配置される。光重 合可能な混合物は、ほぼ６５．１％のエソキシレートビフェノールＡジアクリレ ート、３２．６％のトリメチロールプロパントリアクリレート、０．３％ペンタ エリチリトルテトラビス（３，５ジーテルトーブチルー４−ヒドロキシフェニー ル）（商品名イルガノックス１０１０）アンチオキシダント、０．６７％α，α ジメ チルロキシーαーヒドロキシアセトフェノン（ダロクール１１７３）フォトイニ シエータ、０．６７％ベンジジメチルケタル（イルガクール６５１）フォトイニ シエータ及び０．６７％イルガクール５００フォトイニシエータから成る。フォ トイニシエータの全体の百分率は２．０％である。４×０．５×０．０１６イン チの厚さの金属スペーサはバッキングプレートの縁部の周りに配置される。フォ トマスク／基板組立体は基板を下側にして光重合化可能な混合物の上に配置され る。５×５×０．２５インチの厚さのクリアガラスのプレートは、製造組立体全 体の上に配置され、プレートを一緒に押してバッキングプレートと基板ポリエス テルフィルムとの間に２５ミクロンの厚さの光重合化可能な層を形成するために 金属クランプ及びねじが使用される。 台形の形状の２つの側面を有するマイクロプリズムを形成するために、製造組 立体全体は、紫外線放射の露出装置のコリメーティングレンズの下に配置され、 （例１で説明したように）水平面に関してほぼ６０°の角度で傾斜される。サン プルはその位置で２秒間照射される。第２に製造組立体はオナジ水平面に関して ほぼー６０°の新しい位置までー１２０°回転される。サンプルはそこで再び２ 秒間照射される。第１と第２の露出工程は、２つの向きの各々におい全体で８秒 間にわたって３回以上繰り返される。製造組立体は分解されマイクロプリズムを 有する配列フィルムが形成されるが、マイクロプリズムの間のすき間領域の未反 応な光重合可能な材料でカバーされ、イソプロパノールのスター漕に配置され１ ０分間放置される。残留モノマーを除去した後に、マイクロプリズムは窒素ガス 流で乾燥され、水晶ウインドウで包囲された窒素ガス排出包囲体内に配置され、 さらに２０秒間で紫外線放射で硬化される。 光学顕微鏡はマイクロプリズムを評価するために使用される。個々のマイクロ プリズムは６つの面と、４つの側面と上面と底面とを有する。マイクロプリズム の両側の２つの側面はほぼ平行四辺形の形状を有するように見える。（第１９Ｂ 図に示すように）基板に隣接するマイクロプリズムの面は、０．０２５×０．０ ２５インチの寸法を有するほぼ正方形である。（第１９図Ｂに示すように）基板 に隣接するマイクロプリズムの面は、０．０２５×０．０４５インチの寸法を有 するほぼ矩形である。プリズムの高さは、ほぼ０．０１６インチであり、厚い金 属スペーサが製造組立体で使用された。マイクロプリズムの大径の２つの面の非 平行な縁部は基板の表面に垂直に引かれる仮想線に関してほぼ３０°の角度を形 成した。 マイクロプリズムの動作を試験するために、ポリエステル基板のマイクロプリ ズムの配列は、１２×６×０．２５インチの厚さの寸法で透明なアクリルプラス ティックのスラブに配置される。水の薄いフィルムは、光がマイクロプリズムの 配列のスラブと基板との間を容易に結合することができるようにポリエステル基 板とアクリルスラブとの間に配置される。１ワットの蛍光管からの光がアクリル スラブの０．２５インチの厚さの側面の一方に結合される。ポリエステル基板の マイクロプリズムの配列は、マイクロプリズムの４つの側面の各々が蛍光ランプ に面するように次第に回転される。４つの向きの内１つにおいて、第１０図に示 す向きにおいて、スラブからの光は、５０％の強度の点のおいて角度配分の全体 幅で測定して、ほぼ５０°の角度配分をカバーする方向の範囲にマイクロプリズ ムの上部から出るように結合される。マイクロプリズムから来る光配分の中心は 、スラブの表面にほぼ直角な方向にある。別の例として、光の配分は基板の平面 に直角に引いた仮想線の各側に±２５°伸びているものとして示されている。マ イクロプリズムの他の２つの向きにおいて、スラブの表面に垂直な方向にはほと んど光の放出が観察されない。 例４ 第１４図乃至第１８図に示されているような台形の形状の２つの側面と０．０ ２５×０，０２５平方インチの正方形の底部を有するマイクロプリズムが第１９ Ｃ図に示す方法を使用して０．００４インチの厚さのポリエステルフィルムに形 成される。フォトマスクは正方形のパターンで配置され、０．０２５インチのバ ックラインによって分離された０．０２５×０．０２５インチの正方形の透明領 域を有する５×５インチのガラスマスクである。隣接する開放正方形の間の中心 から中心の間の距離は０．０５０インチの厚さである。マイクロプリズム基板は ホーキストケラニーズによって製造された０．００４インチの厚さのホスタファ ン４５００ポリエステルフィルムである。ホスタファン４５００のフィルムは溶 剤接着層で両側がコートされる。スペーサフィルム、０．０３２インチの厚さの 透 明なポリエステルのシートが基板はマスクと基板フィルムとの間に配置される。 基板、スペーサフィルム及びフォトマスクは基板とスペーサフィルムとの間に数 ミリリットルルのメタノールを配置し、スペーサフィルムとマスクとの間に数ミ リリットルのメタノールを配置し、３つの部品をゴムローラで一緒の圧縮しマス クに緊密に接触させることによって配置される。露光中に使用されるバッキング プレートは、市販されでいる材料レインＸでコートされた０，２５インチの厚さ のガラスプレートである。バッキングプレートは、水平方向面に配置され、５ミ リリットルの液体の光重合可能な混合物がプレートの中央に配置される。光重合 可能な混合物は、ほぼ６４％のエソキシレートビフェノールＡジアクリレート、 ３２％のトリメチロールプロパントリアクリレート、２％α，αジメチルロキシ ーαーヒドロキシアセトフェノン（ダロクール１１７３）フォトイニシエータ、 ２％ベンジジメチルケタル（イルガクール６５１）フォトイニシエータ及び２％ イルガクール５００フォトイニシエータから成る。フォトイニシエータの全体の 百分率は６．０％である。０．０４インチの厚さのプラスチック製のスペーサは バッキングプレートの縁部の周りに配置される。フォトマスク／スペーサ／基板 組立体は基板を下側にして光重合化可能な混合物の上に配置される。５×５×０ ．２５インチの厚さのクリアガラスのプレートは、製造組立体全体の上に配置さ れ、プレートを一緒に押してバッキングプレートと基板ポリエステルフィルムと の間に０．０４０インチの厚さの光重合化可能な層を形成するために金属クラン プ及びねじが使用される。 台形のピラミッド形のマイクロプリズムを形成するために、（例１で説明した ように）製造組立体全体は、紫外線放射の露出装置のコリメーティングレンズの 下に配置される。薄い透明なプラスチックシートの光拡散器が、フォトマスクと 紫外線放射露出装置のコリメートレンズとの間に配置され、放射露出装置は紫外 光線を所定の角度上に拡散する。台形状のピラミッドの形状にマイクロプリズム を形成するために、拡散器はほぼ２０°の（５０％の強度点で測定して）全体の 角度上に紫外線が広がるように選択される。製造組立体は１００秒間にわたって 紫外線を照射する。製造組立体は分解されマイクロプリズムを有する配列フィル ムが形成されるが、マイクロプリズムの間のすき間領域は未反応な光重合可能な 材料でカバーされ、イソプロパノールの移動漕に配置され１０分間放置される。 残留モノマーを除去した後に、マイクロプリズムは窒素ガス流で乾燥され、水晶 ウインドウで包囲された窒素ガス排出包囲体内に配置され、さらに２０秒間にわ たって紫外線放射で硬化される。 マイクロプリズムを評価するために光学顕微鏡が使用される。個々のマイクロ プリズムは６つの面と、４つの側面と上面と底面とを有する。上面は、この例に おいて上面は、ポリエステル基板に隣接して製造されているが、ほぼ０．０５０ ×０，０５０平方インチである。ポリエステル基板と反対の底面は、ほぼ０．０ １５×０．０１５平方インチメートルである。マイクロプリズムの高さは、ほぼ ０．０４０インチである。マイクロプリズムの同一の４つの側面の各々は大径の 形状であり、基板の表面に垂直に引かれる仮想線に関してほぼ３０°の角度を形 成して傾斜している。 マイクロプリズムの動作を試験するために、マイクロプリズムの配列の０．０ １５×０．０１５インチの露出底面は、マイクロプリズムをつくるために使用さ れる同じ光重合化可能な混合物の薄いフィルムでコートされた１２×６×０．２ ５インチの寸法の透明なアクリルプラスティックのスラブに押される。この構造 体はマイクロプリズムの底面をアクリルスラブに結合するためにほぼ２０秒間に わたって紫外線に露出される。光重合化可能な混合物の薄いフィルムは第１５図 に示すような接着層として作用する。１ワットの蛍光管からの光がアクリルスラ ブの０．２５インチの厚さの側面の一方に結合される。蛍光管の４つの位置の各 々において、スラブからの光は、５０％の強度の点のおいて角度配分の全体幅で 測定して、ほぼ５０°の角度配分をカバーする方向の範囲にマイクロプリズムの 上部から出るように結合される。マイクロプリズムから来る光配分の中心は、ス ラブの表面にほぼ直角な方向にある。別の例として、光の配分は基板の平面に直 角に引いた仮想線の各側に±２５°伸びているものとして示されている。 例５ 中心と中心との間の間隔が０．０５０インチである第７図乃至第９図に示され ているようなマイクロレンズの配列が第１９Ｃ図に示す光露出設定方法を使用し て０．００４インチの厚さのポリエステルフィルムに形成される。フォトマスク は正方形のパターンで配置され、０．０２５インチのバックラインによって分離 された０．０２５×０．０２５インチの正方形の透明領域を有する５×５インチ のガラスマスクである。隣接する開放正方形の間の中心から中心の間の距離は０ ．０５０インチの厚さである。マイクロレンズ基板はホーキストケラニーズによ って製造された０．００４インチの厚さのホスタファン４５００ポリエステルフ ィルムである。ホスタファン４５００のフィルムは溶剤接着層で両側がコートさ れる。スペーサフィルム、０．０３２インチの厚さの透明なポリエステルのシー トが基板はマスクと基板フィルムとの間に配置される。基板、スペーサフィルム 及びフォトマスクは基板とスペーサフィルムとの間に数ミリリットルのメタノー ルを配置し、スペーサフィルムとマスクとの間に数ミリリットルのメタノールを 配置し、３つの部品をゴムローラで一緒の圧縮することによってマスクに緊密に 接触することによって配置される。露光中に使用されるバッキングプレートは、 市販されている材料レインＸでコートされた０，２５インチの厚さのガラスプレ ートである。バッキングプレートは、水平方向面に配置され、１０ミリリットル の液体の光重合可能な混合物がプレートの中央に配置される。光重合可能な混合 物は、ほぼ６４％のエソキシレートビフェノールＡジアクリレート、３２％のト リメチロールプロパントリアクリレート、２％α，αジメチルロキシーαーヒド ロキシアセトフェノン（ダロクール１１７３）フォトイニシエータ、２％ベンジ ジメチルケタル（イルガクール６５１）フォトイニシエータ及び２％イルガクー ル５００フォトイニシエータから成る。フォトイニシエータの全体の百分率は６ ．０％である。０．０５０インチの厚さのプラスチック製のスペーサはバッキン グプレートの縁部の周りに配置される。フォトマスク／スペーサ／基板組立体は 基板を下側にして光重合化可能な混合物の上に配置される。５×５×０．２５イ ンチの厚さのクリアガラスのプレートは、製造組立体全体の上に配置され、プレ ートを一緒に押してバッキングプレートと基板ポリエステルフィルムとの間に０ ．０４０インチの厚さの光重合化可能な層を形成するために金属クランプ及びね じが使用される。 マイクロレンズを形成するために、（例１で説明したように）製造組立体全体 は、紫外線放射の露出装置のコリメーティングレンズの下に配置され。オパール 光拡散器（オリエル社）が、フォトマスクと紫外線放射露出装置のコリメートレ ンズとの間に配置され、放射露出装置は紫外光線を所定の角度上に拡散する。マ イクロレンズを形成するために、拡散器はほぼ９０°の（５０％の強度点で測定 して）全体の角度上に光が広がるように選択される。製造組立体は２５秒間にわ たって紫外線を照射する。光重合化領域はバッキングプレートに接触しなかった 。製造組立体は分解されマイクロプリズムを有する配列フィルムが形成されるが 、マイクロプリズムの間のすき間領域の未反応な光重合可能な材料でカバーされ 、イソプロパノールのスター漕に配置され１０分間放置される。残留モノマーを 除去した後に、マイクロプリズムは窒素ガス流で乾燥され、水晶ウインドウで包 囲された窒素ガス排出包囲体内に配置され、さらに２０秒間にわたって紫外線放 射で硬化される。 マイクロプリズムを評価するために光学顕微鏡が使用される。個々のマイクロ レンズはほぼ０．０５０インチの直径で丸い。マイクロレンズの高さはほぼ０． ０２５インチである。 マイクロレンズ配列は例１に示されたマイクロプリズムと共にテストされる。 例１のマイクロプリズムの配列は、１２×６×０．２５インチの厚さ寸法を有す る透明なアクリルプラスティックのスラブに配置される。この構造体はスラブと マイクロプリズムの配列の基板との間を容易に結合するためにポリエステル基板 とアクリルスラブとの間に薄い水の膜が配置される。１ワットの蛍光管からの光 がアクリルスラブの０．２５インチの厚さの側面の一方に結合される。マイクロ プリズムの配列は最大限の光がマイクロプリズムの上面に結合されるように回転 される。これは第２図に示される向きである。スラブからの光は、５０％の強度 の点において角度配分の全体幅で測定して、ほぼ５０°の角度配分をカバーする 方向の範囲にマイクロプリズムの上部から出るように結合される。０．００８イ ンチの厚さのポリエステルスペーサ層がマイクロプリズム配列の上部に配置され る。次にマイクロレンズ配列は、最大限の光がスラブの平面に直角に放出される ようにスペーサフィルムの上部に配置され整合される。マイクロレンズの配列が マイクロプリズム配列上に所定の位置に配列されることによって光放射の角度配 分の幅はマイクロプリズムを単独で使用するとき、ほぼ５０°から（アクリルス ラブの平面に直角なラインから±１２．５°）ほぼ２５°まで小さくなる。マイ クロレンズ配列は、マイクロプリズム配列から出た一部が平行な光をさらに平行 にした。 上述した特定の実施例は本発明の原理を示したものであり、次の請求の範囲の みよって制限される本発明の範囲及び精神を逸脱することなく当業者によって種 々の変形が行われることを理解すべきである。

【手続補正書】 【提出日】１９９６年５月７日 【補正内容】 （請求の範囲１〜１０を次の請求の範囲１〜２に補正する） 請求の範囲 １．離れた場所にいる者に画像を提供することができる変調装置を有するフラ ットパネル電気ディスプレーに使用するバックライト組立体であって、 （ａ）前記変調装置の視覚面に平行な方向に光を伝達する光伝達装置と、 （ｃ）前記光線を平行にするために前記光伝達装置と前記変調装置との間に配 置され、マイクロプリズムの配列を有する反射装置とを有し、前記マイクロプリ ズムは、ｉ）前記光伝達装置に光学的に結合された光入力面と、 ii）前記光入力面の縁部に隣接するように配置され、前記光伝達面の表面の垂 線に対して傾斜角を形成し、前記入射面によって受けられた前記光線の全反射を 行うように配置された第１の側壁とを有し、それによって前記側壁によって内側 に反射された前記光線は前記変調装置にほぼ直角な方向に前記光出力面を通って 出るバックライト組立体。 ２．前記第１の側壁と反対側に配置された第２の側壁を有し、前記光出力面の 表面積は、前記光入力面の表面積より大きく、第１及び第２の側壁は前記光伝達 装置の表面の垂線に対して前記傾斜角を形成し、前記入力面によって受けられた 前記光線の全反射を行うように配置されている請求項１に記載のバックライト組 立体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファーム，ポール・マイケル アメリカ合衆国ニュージャージー州07960, モーリスタウン，サウス・ストリート 320，アパートメント・ナンバー３エイチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．離れた場所にいる者に画像を提供することができる変調装置を有しフラッ トパネル電子ディスプレーに使用するバックライト組立体であって、 （ａ）第１の光源の光線を発生する第１の光発生装置と、 （ｂ）前記光発生装置に接近した第１の光受容面を有すると共に前記変調装置 の視覚面に平行な方向で前記光発生装置から放出される光線を伝達する光伝達装 置と、 （ｃ）前記光線を平行にするために前記光伝達装置と前記変調装置との間に配 置され、マイクロプリズムの配列を有する反射装置とを有し、前記マイクロプリ ズムは、ｉ）前記光伝達装置に光学的に結合された光入力面と、 ii）前記光入力面と間隔を置きそれと平行な光出力面と、 iii）前記光入力面と前記光出力面との間にそれと隣接するように配置され、 前記光伝達装置の表面の垂線に対して傾斜角を形成し、前記入射面によって受け られた前記光線の全反射を行うように配置された第１の側壁とを有し、それによ って前記側壁によって内側に反射された前記光線は前記変調装置にほぼ直角な方 向に前記光出力面を通って出るバックライト組立体。 ２．前記傾斜角は約２５度から約４０度である請求項１に記載のバックライト 組立体。 ３．前記第１の側壁と反対側に配置された第２の側壁を有し、前記光出力面の 表面積は、前記光入力面の表面積より大きく、第１及び第２の側壁は前記光伝達 装置の表面の垂線に対して前記傾斜角を形成し、前記入力面によって受けられた 前記光線の全反射を行うように配置されている請求項１に記載のバックライト組 立体。 ４．前記光発生装置は、前記第１の光受容面とは反対側に配置された第２の光 受容面の近傍に第２の光源を有する請求項３に記載のバックライト組立体。 ５．前記光発生装置は、第３の光受容面の近傍に第３の光源と、第４の光受容 面の近傍に第４の光源とを有し、前記第３と第４の光受容面は、前記第１と第２ の光受容面に直角であり、前記マイクロプリズムは前記第１と第２の光受容面に 直角で前記光伝達装置の表面に直角な方向から所定の角度で傾斜している第３及 び第４の側壁を有し、前記光出力面の表面積は、前記光入力面の表面積より大き い請求項４に記載のバックライト組立体。 ６．各前記角度は約２５度乃至約４０度の間である請求項５に記載のバックラ イト組立体。 ７．前記反射装置と前記変調装置の間の近傍に配置されたマイクロレンズの配 列を有し、各マイクロプリズムの光の出力は、対応するマイクロレンズに向いて おり、前記マイクロレンズを通って伝達された前記光は前記変調装置用にさらに 平行な光源として出る請求項１に記載のバックライト組立体。 ８．前記マイクロプリズム、マイクロレンズ及び光伝達装置は約１．４５乃至 約１．６５の屈折率を有する請求項７に記載のバックライト組立体。 ９．前記マイクロプリズムの間のすき間領域は前記マイクロプリズムの屈折率 未満の屈折率を有する請求項８に記載のバックライト組立体。 １０．（ａ）光源から出る光線を伝達するために前記光源の近傍に配置された 光伝達装置と、 （ｂ）前記光伝達装置に光学的に結合された光入力面と、前記光入力面から離 れ及びそれと平行な光出力面と、前記入力面によって受けられた前記光線を全反 射するように配置された少なくとも１つの側壁とを有するマイクロプリズムの配 列を有する前記光線を平行にするための反射装置とを有し、前記光伝達装置を通 って反射する前記光線は前記光入力面を通って前記マイクロプリズムに入り、前 記光出力面に直角な方向に前記光出力面を通って出る前記光源からほぼ平行な光 を提供する組立体。