JPH1068803A - 発散減少フイルム - Google Patents

発散減少フイルム

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JPH1068803A
JPH1068803A JP13568897A JP13568897A JPH1068803A JP H1068803 A JPH1068803 A JP H1068803A JP 13568897 A JP13568897 A JP 13568897A JP 13568897 A JP13568897 A JP 13568897A JP H1068803 A JPH1068803 A JP H1068803A
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incidence
angle
plane
film
light
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JP13568897A
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English (en)
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Halstead Wess
ハルステッド ウエス
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Lockheed Martin Corp
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Lockheed Corp
Lockheed Martin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源から出た光の放射角度プロフィールを変
更するための発散減少フィルム 【解決手段】 このフィルムは、光源に面した第１表面
と、フィルムに対して直角に光軸と、第２表面とを有す
る。第２表面は複数の形状体を有し、各形状体は第１面
と第２面とを有する。光源からの光は形状体の第１面に
第１の角度で入射する。この第１角度は光軸に対して直
角に平面上で測定される。形状体の第１面で透過されな
い光は形状体の第２面に向かって反射される。反射光は
形状体の第２面に第２の角度で入射する。この第２角度
も同様にフィルムの光軸に対し直角な第２面上で測定さ
れる。フィルムの第２面上の各形状体は第２面に入射し
たほぼ全ての光について第１入射角度と第２入射角度と
が異なるような形状を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光源から出た光の放
射角度プロフィール(angular emission profile)を変更
するためのフィルム、特に所望観察角度(viewing angl
e) 範囲外でフィルムに入射した光を内部的に全反射す
るフィルムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光の放射プロフィールを変更するフィル
ム等の装置 (デバイス) は多くの有用な用途を有してい
る。１つの用途は液晶ディスプレー（ＬＣＤ）に送られ
る光の変更である。ＬＣＤはサーモスタットディスプレ
ー、ガスポンプディスプレーや携帯型コンピュータまた
はＴＶのディスプレー等の用途で広く用いられる光学装
置であるが、消費電力が大きいことと照度が低いことが
問題になっている。ＬＣＤはディスプレー用照明源の種
類によって分類される。『反射』型または『受動』型デ
ィスプレーは観察者側からディスプレーに入射する周囲
光によって照明するもので、一般には観察者とは反対側
にＬＣＤに反射板を配置する。この反射板は周囲光をＬ
ＣＤに戻してＬＣＤを照明するものであるが、この形式
のディスプレーは反射すべき光が周囲に十分存在する場
所でしか満足に使えない。また、この方式で作られたフ
ルカラーディスプレーまたはカラーディスプレーはディ
スプレーを照明するめの反射光が一般には不十分なた
め、戸外では見ることができない。
【０００３】『バックライト』型ディスプレーは受動型
ディスプレーの反射板をランプ、その他の照明源を収容
した光学的空間で置換したものである。このディスプレ
ーはＬＣＤに対する照明は良くなるが、それと引換えに
バッテリー寿命が短くなる。この理由はバックライトＬ
ＣＤは一般にランバート(Lambertian)放射プロフィール
を有する照明源を用いるためである。このランバート照
明では輝度が全方向で一定であるが、ＬＣＤが許容可能
な性能を示すのはごく狭い観察角度範囲のみであり、こ
の範囲外の輝度は無駄になる。すなわち、狭い観察角度
範囲に含まれる光を発生させるのにバッテリーエネルギ
ーのごく一部分が使われ、バッテリーエネルギーの残り
の大部分で作られた光は使用することができず浪費され
る。
【０００４】この問題を解決するための試みでさらに別
の問題が生じてきた。図１は所望観察角度範囲外での光
の透過問題を解決するための試みの一例で、表面に溝を
有するフィルムの斜視図を示している。この図１では、
デバイスの溝付き表面10のサイドローブ(lobe)散乱が増
加するため利得は限られる。換言すれば、このデバイス
の透過光のかなりの量は所望の観察角度範囲外の角度で
透過する。このデバイスの最大有効観察角度は 104°×
70°の半値幅エネルギー(full width at halfmaximum)
に限定され、理論利得は 200％に制限される。その理由
を図１、図２Ａ図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａおよび
図４Ｂを参照しながら以下で説明する。
【０００５】光線12は第１入射点で三角形の表面突起10
に入射する。この光線12が透過しない場合には、光線12
は反射されて第２入射点で表面突起中に入射する。光線
12が三角形の表面突起10に入射する角度はこのフィルム
の３つの次元(dimentional)軸の１つに対して直角で且
つ入射点を含む面(plane) で測定される。例えば図２Ａ
ではフィルムの３つの次元軸の中の第１軸に対して直角
な第１平面14は第１の入射点を含み、三角形の表面突起
10への光線12の入射角はこの平面内で測定される。同様
に、光線12が反射されて第２入射点16で入射する場合に
は、上記と同じ軸に直角で且つ第２の入射点を含む面が
第２入射角を測定すべき平面を規定する。図２Ｂは平面
14および16への光線12の投影線を示し、光線12が三角形
の表面突起10に入射する時のこれらの平面で測定される
入射角度を示している。図２Ｂは第１軸では光線12の第
１と第２の入射角は等しいということを示している。
【０００６】図２Ａ、図２Ｂと同様に、図３Ａ、図３Ｂ
も三角形の表面突起10に入射する光線12を示している
が、図３Ａ、図３Ｂでは光線12は第１入射点で入射し、
その入射角はこのフィルムの３つの次元軸の第２軸に対
して直角で且つ第２の入射点を含む第１平面18で測定さ
れる。同様に、第２入射点もこのフィルムの３つの次元
軸の第２軸に対して直角な平面内にある。この実施例で
は第２の平面は平面18である。図３Ｂは光線12の平面18
上での投影線と、光線12の平面18への第１入射点での第
１法線面（surface normal) の投影線と、平面18への第
２入射点での法線面とを示しており、三角形の表面突起
10への光線12の入射角は第１法線面の投影線22と光線12
の投影線との成す角度および第２法線面の投影線24と光
線12の投影線との成す角度で測定される。これら２つの
角度は図３Ｂに示すように互いに違っている。
【０００７】図４Ａは三角形の表面突起10上に入射した
光線12を示し、この場合も光線12は第１入射点と第２入
射点とで入射する。各入射点はそれぞれ第１平面26上お
よび第２平面28上に存在する。図４Ｂは光線12の第１平
面26および第２平面28上への投影線を示しており、第１
および第２の入射角は互いに等しいことを示している。
上記の公知フィルムでは、フィルムに入射する光のほぼ
全てが光軸（図４Ｂ）を含めた３つの次元軸の２つ（図
２Ｂおよび４Ｂ）に対して同一な第１および第２の入射
角を有している。この対称性の結果、サイドローブ放射
が高くなり、好ましい観察角度範囲外に放射された光の
量が多くなり、照度が弱くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明はサイドローブ
放射の少ないフィルムに関するものである。本発明フィ
ルムを使用すると所望の観察角度範囲外の光は内部で完
全に反射されるため、ディスプレーが明るくなり、消費
電力が減少する。内部で完全に反射された光は次いでフ
ィルムに向かって再反射され、少なくともその一部は所
望の観察角度範囲内で入射し、同じ消費電力でより明る
い光を発生させる。
【０００９】本発明フィルムは、光源と画像源との間に
置かれて、光源から出た光の放射角度プロフィールを変
化させる非画像化フィルムである。所望の観察角度範囲
内でフィルムに入射した光は透過し、所望の観察角度範
囲外の光は内部で完全に反射する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】一つの特徴は、本発明は
光源から出た光の放射角度プロフィールを変更するフィ
ルムに関するものである。このフィルムは光源に面した
第１表面と、フィルムに対して直角な光軸と、多数の形
状体(shapes)を有する第２表面とを有している。フィル
ムの第２表面上の各形状体は第１面(face)と第２面とを
有し、光源から出た光線は形状体の第１入射点で多数の
第１入射角で突起の第１面に入射する。この第１入射角
はフィルムの光軸に対して直角で且つ第１入射点を含む
第１平面上で測定される。各第１入射角は第１平面上で
対応する光線の第１平面への投影線と第１入射点での第
１面の法線の第１平面上への投影線との間の成す角度で
測定される。
【００１１】第１面を透過しない光、すなわち所望の観
察角度範囲外で入射した光は反射される。この反射光線
は第２入射点で多数の第２入射角で形状体の第２面に入
射する。この第２入射角も同じくフィルムの光軸に対し
て直角で且つ第２入射点を含む第２平面上で測定され
る。各第２入射角は第２平面内で反射された光線の中の
いずれかの第２平面上への投影線と、第２入射点での第
２面の法線の第２平面上への投影線との間の成す角度で
測定される。各形状体は形状体の第２面で入射した光線
のほぼ全てが異なる第１入射角と第２入射角とを有する
ように構成される。従って、フィルムの所望観察角度範
囲外の光は反射され、このようにして反射された光は次
いで再度フィルムの方に向けられ、フィルムを透過す
る。このことは同じ光の量でより明るい画像が得られる
ことを意味する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明のこの特徴に基づく具体例
では、フィルムの第２表面上の形状体が連続的ではな
く、また、非連続な形状体の間のフィルムは透明、反射
または不透明フィルムにすることができる。本発明のこ
の特徴に基づく他いくつかの具体例では形状体の面が
（フィルムの光軸から測定して）10°〜80°の勾配を有
する。１つの好ましい具体例では各面はフィルムの光軸
に対して35°の勾配を有し、さらに別の具体例ではフィ
ルムは約1.3 〜2.9 の屈折率を有し、１つの好ましい具
体例では約1.59の屈折率を有する。フィルムは部分反射
型材料、光透過性材料または部分透過性材料を用いて製
造することができる。フィルムを剛性材料を用いて製造
することができる。フィルムの第１表面自体が不規則で
あってもよい。いくつかの具体例ではフィルムの第１表
面が反射防止膜を有し、特定波長の光を選択的に濾過す
るようになっている。別の具体例では第１面が部分的に
反射型で、例えば第１表面に帯状の反射性材料と透過性
材料とを交互に配置してもよい。
【００１３】本発明の別の特徴は、本発明は、光源と画
像源との間に配置される、画像に与えられる光の明るさ
を増加させる非画像化フィルムに関するものである。デ
ィスプレーにとって望しい観察角度範囲内でフィルムに
入射した光は、ディスプレーに送られてディスプレーを
照明し、ディスプレーの観察角度から外れた光は内部的
に完全に反射される。このフィルムは光源に面した第１
表面と、３つの次元軸と、多数の形状体を有する第２面
とを有する。フィルムの第２表面上の各形状体は第１面
と第２面とを有する。光源から出た光線は第１入射点で
形状体の第１面に多数の第１入射角および多数の第２入
射角で入射する。この第１入射角はフィルムの次元軸の
中の第１軸に対して直角で且つ第１入射点を含む第１平
面上で測定される。各第１入射角は第１面上で光線の第
１平面上への投影線と第１入射点での第１面に対する法
線の第１平面上への投影線との間の角度で測定される。
【００１４】第２入射角は、フィルムの次元軸の中の第
２軸に対して直角で且つ第１入射点を含む第２平面上で
測定される。各第２入射角は、第２平面上で光線の第２
平面上への投影線と第１入射点での第１面に対する法線
の第２平面上への投影線との間で成す角度で測定され
る。第１面を透過しない光（従って、所望の観察角範囲
外の光）は反射される。反射された光は第２入射点で形
状体の第２面で多数の第３入射角および多数の第４入射
角で入射する。この第３入射角も同様にフィルムの次元
軸の中の第１軸に対して直角で且つ第２入射点を含む第
３平面上で測定される。各第３入射角は、第３平面上で
反射光線の中の１つの第３平面上への投影線と第２入射
点での第２面に対する法線の第３平面上への投影線との
間が成す角度で測定される。同様に各第４入射角もフィ
ルムの第２の次元軸に対して直角で且つ第２入射点を含
む第４平面上で測定される。各第４入射角は、反射され
た光線の中の１つの第４平面上への投影線と第２入射点
での第２面に対する法線の第４平面上への投影線との間
で成す角度で測定される。各形状体は形状体の第２面に
入射した光のほぼ全てが第１入射角と第３入射角とが異
なり、同様に第２入射角と第４入射角と異なる形状にな
っている。
【００１５】本発明のこの特徴に基づく具体例では、フ
ィルムの第２表面上の各形状体は少なくとも３つの面と
辺の数が奇数の多角形底面とを有する多面体である。別
の具体例ではフィルムの第２表面上の各形状体は辺の数
が偶数である不規則な多角形底面と少なくとも４つの面
とを有する多面体である。形状体は非連続にすることが
できる。別の具体例ではフィルムの第２面は多数のピラ
ミッド型形状体を有し、各ピラミッド型形状体は辺の数
が４つの不規則多角形底面と４つの面とを有し、４つの
面の勾配（フィルムの第１表面に対して測定した角度）
はそれぞれ約35°である。
【００１６】さらに別の特徴から、本発明は物品の通過
光の放射角度プロフィールを変化させるための物品に関
するものである。本発明物品は、１つの光軸と入射した
光線のうちの一部を透過させて残りを反射する表面とを
有する少なくとも１つの構造物を有する。光線は第１入
射点で多数の第１入射角で表面に入射する。各第１入射
角は光軸に対して直角で且つ第１入射点を含む第１平面
上で測定される。各第１入射角は入射光線の中の１つの
第１平面上への投影線と第１入射点での表面に対する法
線の第１平面上への投影線との間のなす角度で測定され
る。上記表面を透過しない光は反射される。反射光線
は、第２入射点で多数の第２入射角で入射する。各第２
入射角はその表面で光軸に対して直角で且つ第２入射点
を含む第２平面で測定される。各第２入射角は反射光の
中の１つの第２平面上への投影線と、第２入射点での上
記表面に対する法線の第２平面上への投影線との間で測
定される。反射光のほぼ全てについて第１および第２の
入射角度は互いに異なっており、従って、本発明物品に
対して所望の観察角度範囲外の光は反射される。さらに
別の特徴から、本発明は光源と画像源との間に配置され
る放射角度プロフィールの少ないディスプレー装置を構
成するフィルムに関するものである。このフィルムは画
像源に積層される。本発明の上記以外の目的、特徴、特
色、利点は以下の説明および請求の範囲から明らかにな
ろう。
【００１７】
【実施例】各図で類似の参照番号は共通の部品を示す。
なお、図面は必ずしも共通の縮尺ではなく、本発明原理
を示すために誇張して示してある。図５Ａを参照する
と、本発明はほぼ平らな第１表面52と、不規則多角形の
底面を有する複数のピラミッド型形状体(shapes)54とで
構成される第２表面とを有するデバイス50（例えばフィ
ルム）に関するものである。本発明デバイス50は一般に
照明用の光源と画像源（例えばＬＣＤ）との間に置かれ
る。光源から出た光は平らな第１表面52に入射する。形
状体54の形状寸法は所望の観察角度範囲内でフィルムに
入射した光を透過させると同時に、この観察角度範囲外
の光は内部で完全に反射して光源へ戻すように選択され
る。いくつかの実施例では、光源は反射表面またはキャ
ビティー(cavity)に収容したランバート光源にすること
ができ、フィルムによって内部的に完全に反射された光
がフィルム50の平らな表面52へ戻るようになっている。
【００１８】例えば、図５Ｂは図５Ａのデバイス50を含
むディスプレー装置を示している。デバイス50は光源51
と画像源53との間に挟まれている。光源51は金属化反射
スクリーンであっても、または光源収容キャビティーで
あってもよい。光源51から出てデバイス50によって内部
で完全に反射された光は最終的は光源によって再びデバ
イス50へ向かって反射される。光源51がライトを収容し
たキャビティーの場合には、キャビティーに光の再反射
を良くする反射被膜を設けてもよい。デバイス50によっ
て内部的に完全に反射されない光すなわち所望観察角度
範囲内の光は画像源53へ送られ、そこに表示されている
画像を照明する。画像源53は液晶ディスプレーにするこ
とができる。また、画像源53を透明または透過性フィル
ムにし、その上に画像を表示してもよい。
【００１９】図５Ｃは図５Ａの具体例の一部を上から見
た図である。図５Ｄは別の実施例の一部を上から見た図
であり、この図では形状体54は底面が正多角形で、奇数
個の面を有する多面体の形状をしている。本発明の別の
具体例では形状体54の形状は完全に不規則的である。形
状体54は必ずしも連続的な形状である必要はない。図５
Ｅは、形状体が互いに間隔を開けて配置された図５Ａの
具体例を示している。デバイス50の第２表面上の形状体
54は単一の種類である必要はない。逆に、デバイス50を
本発明の性質を有する単一の大きな形状体54にすること
もできる。デバイス50は部分反射性材料、透過性材料ま
たは部分透過性材料で作ることができる。デバイス50を
作るのに選択される材料の屈折率（ｎ）は知られていな
ければならない。これは、以下で説明するように、ピラ
ミッド型54の適当な形状寸法を計算するためにはこの数
字を用いる必要があるためである。例えば、デバイスは
ポリカーボネート（ｎ＝1.59）、ガラス（1.5 ＜ｎ＜1.
7 ）または酸化チタン（ｎ＝2.9 ）から選択された材料
で作ることができる。
【００２０】好ましい具体例では、デバイス50はフィル
ムの形に作られる。この具体例ではフィルムはポリスチ
レン、ポリオレフィン、アクリル樹脂およびこれらポリ
マーの共重合体で構成される群の中から選択されるポリ
マーを用いて製造することができる。また、フィルムを
メチルメタクリレート／スチレン／ヒドロキシエチルア
クリレートターポリマーで作ることもできる。光は先ず
デバイス50の平らな表面52に入射する。光源はバックラ
イトＬＣＤの場合のような光を放射するランプにするこ
とができる。光源を反射性スクリーンにし、その上にデ
バイス50を積層してもよい。
【００２１】図６ＡおよびＢに示すように、どのような
光源でも光線56はデバイス50を通って伝播し、第１入射
点58でいずれかの形状体54に入射する。光線56がフィル
ムから出て画像源へ向かって送達されるか、反射される
かはスネルの法則によって決まる。スネルの法則は下記
式で示される。 ｎ1sinΘ1 ＝ｎ2sinΘ2 （ここで、ｎ1 はデバイス50の屈折率、ｎ2 は周囲環境
の屈折率（例えば空気の場合、ｎ2 ＝１）であり、Θ1
は第１入射点58で法線面に対して直角に測定した入射角
であり、Θ2 は第１入射点58で法線面に対して測定した
光線56が形状体54を出る時の入射角である）従って、デ
バイス50の材料と形状体54の第１面の角度とを適当に選
択することによって特定の角度範囲内だけで透過が起こ
るように光線の透過を調節することができる。
【００２２】例えば、デバイス50を屈折率ｎ＝1.59のポ
リカーボネートで作った場合、空気の屈折率はｎ＝1.0
であるので、スネルの法則を適用して下記関係式が得ら
れる： 1.59 sinΘ1 ＝sin Θ2 角度Θ1 とΘ2 は表面に対する法線に対して測定され
る。Θ1 に各種の値を入れるとΘ2 の値が得られる。例
えばΘ1 ＝20°ならばΘ2 ＝32.94 °になる。同様にΘ
1 ＝15°の場合にはΘ2 ＝24.30 °になる。また、光線
56が屈折率の高い媒体、例えばポリカーボネート（ｎ＝
1.59）または石英ガラス（ｎ＝1.458 ）から屈折率の低
い媒体、例えば空気へ移動する場合、光線は内部で完全
に反射される。換言すれば、臨界角度Θc の場合、屈折
光線はデバイス50の表面と平行に移動し、臨界角度より
も大きい入射角の場合には光線は表面で完全に反射され
る。臨界角度はスネルの法則でΘ2 ＝90°かつΘ1 ＝Θ
c と設定した時に得られる。従って、ポリカーボネート
では下記になる： 1.59sin Θc ＝sin(90°) Θc について解くと下記の解が得られる： Θc ＝sin -1(.629)＝38.97 °
【００２３】すなわち、ポリカーボネートのデバイスの
空気中での臨界角度は38.97 °である。この臨界角度以
上の角度でデバイス50の第１表面に入射する光線は内部
で完全に反射される。デバイス50の臨界角度はデバイス
50の表面54に勾配をつけることにより変えることができ
る。例えば、デバイス50が勾配角１°の面をもつピラミ
ッドをもつポリカーボネートの場合、臨界角度以下の角
度でも光線がデバイス50に入射する。これは、面が１°
の勾配を有するため、平らな表面に39°で入射した光
（ポリカーボネートの臨界角度よりも大きく、従って内
部で完全に反射される）はピラミッド表面には38°の角
度で入射するためである。38°はポリカーボネートの臨
界角度よりも小さいので、この光線は内部で完全に反射
されずに透過する。
【００２４】図６Ａに示すように、光線50が内部で完全
に反射された場合、光線は第２入射点60で形状体54に入
射する。光線56が第２入射点60で入射する角度もスネル
の法則に従い、光線56は透過されるか、反射されてデバ
イス50へ戻るかを調整できる。光源51から出てデバイス
50内を伝播する各光線56に対しては光線56が最初の第１
入射点58で形状体54に入射する角度は３種類存在する。
例えば図６Ａ、Ｂ、図７Ａ、Ｂおよび図８Ａ、Ｂを参照
すると、光線56は第１の入射点58および第２の入射点60
で形状体54に入射する。図６Ｂ、図７Ｂおよび図８Ｂ
は、デバイス50の３つの次元軸に対応した３つの第１入
射角および３つの第２入射角の全てを測定する方法を示
している。
【００２５】第１入射点58を含む３つの平面62、66、70
を規定することができる。各平面はデバイス50の次元軸
の中の１つに対して直角である。各平面62、66および70
で光線56が形状体54に入射する角度（スネルの法則にお
けるΘ1 ）が規定される。例えば、図６Ｂには平面62上
への光線56の投影線が示されている。法線面72の投影線
も示されている。光線56の入射角は平面62上への光線56
の投影線と平面62上への法線面72の投影線との間で測定
される。同様に、図７Ｂは平面66上への光線56の投影線
と、入射点58での形状体54に対する法線面74の平面66上
への投影線との間で入射角度が測定されることを示して
いる。図８Ｂは平面70上への光線56の投影線と平面70上
への法線面76の投影線との間の平面70での光線56の入射
角の測定方法を示している。反射光線56は第２入射点60
で形状体54に入射し、図６Ｂ、図７Ｂおよび図８Ｂは平
面64、68、72で反射光線56の投影線と法線面78、80およ
び82の投影線との間で第２入射角を測定する方法を示し
ている。
【００２６】形状体54の形状寸法は第２入射点60で入射
する光線56のほぼ全てについて第２入射角が少なくとも
フィルムの光軸に直角な平面（この実施例では平面70お
よび72）に対して第１入射角とは異なるように選択しな
ければならない。それによって上記軸に沿ったサイドロ
ーブ放射が減少する。本発明の具体例では、それぞれの
入射角は３つの軸の中の２つに対して直角な平面または
３つの軸全てに対して直角な平面で異なっている。例え
ば、図５Ａ、Ｃ、図６Ａ、図７Ａ、Ｂに示すように、デ
バイス50は光線56が入射するピラミッド型の表面突起を
有することができる。光線は各形状体54に例えばそれぞ
れ45°（図６Ｂ）、45°（図７Ｂ）および50°（図８
Ｂ）の角度で入射する。この角度は単なる例であって、
一般には光源からの光は広範囲の入射角を有する光線を
含むということを理解されたい。今、ポリカーボネート
のデバイス50を空気中で使用する場合を考えると、光線
56は臨界角度（ポリカーボネートでは 38.97°）以上の
角度で入射するために、光線56は内部で完全に反射され
て第２入射点60で形状体54に入射するということは理解
できよう。反射の法則によって光線56は第１入射点から
45°、45°および40°の角度で反射される。しかし、光
線56が第２入射点で入射する時の角度は当然形状体54の
実際の形状寸法に依存する。
【００２７】第１入射角と第２入射角とが異なる光線は
反射されてデバイス50に戻る。これらの反射光線56はそ
の後デバイスへ向けて送られて再度透過しようとする。
このことは、光源がランプである実施例では反射性光キ
ャビティを設けることによって達成できる。またこのよ
うな実施例では光を金属化スクリーンで反射させること
もできる。図９は本発明の具体例の垂直観察角および水
平観察角に対するエネルギー線束を示すグラフである。
エネルギーロスに相当するサイドローブ放射は線束プロ
ットの端部近くに凹部として現れる。本発明デバイス50
は反復(iterative) 法を用いて設計することができる。
すなわち、形状体54の表面または面の初期勾配を選択
し、多数の入射光線の透過または反射をスネルの法則か
ら算出する。シミュレーションする光線の数は専用コン
ピュータのレベルに依存する。初期勾配は所望観察角度
範囲内で光を最大限透過させるように選択する。一般
に、これは選択した材料の臨界角度に基づいて行う。例
えば90°から臨界角度を減算する近似式を用いることが
できる。
【００２８】透過されない光線すなわち形状体54を構成
する材料の臨界角度よりも大きい角度で第１面に入射し
た光線は内部に向かって完全に反射される。これら光線
の反射経路は公知の任意方法、例えば光線追跡法で決定
することができる。どのような方法を用いて反射光線の
経路を求めてるにしても、各光線の第２入射角は形状体
54の形状寸法と光線が第１入射点で反射された時の角度
とから決定される。好ましい具体例では、反射光の第２
入射点での形状体54の表面または面の勾配は最初の勾配
と同一である。形状体54が正多面体であれば、これは光
線が第２入射点で第１入射角度とほぼ同一の角度で入射
することを意味する。これを避けるためには形状体54を
非対称にする。
【００２９】非対称にする方法は多数ある。例えば面の
数が奇数の多面体にする。この具体例では、面が互いに
対面しないので光線の第１入射角と第２入射角とが異な
る。光線を非対称に扱うもう１つの方法は辺の数は偶数
であるが底面が不規則な多角形の多面体の形状体54を用
いることである。この具体例では底面が不規則な多角形
であるためにピラミッド型54の各面は正確に向かい合う
ことがない。多面体底面の変則度は材料の臨界角度の半
分になるよう選択する。例えば、臨界角度が38.97 °の
ポリカーボネートのデバイス50では、最初の変則度を20
°にし、４つの辺を有する底面は正方形でなく、110 °
と70°の角度を有する平行四辺形にすることができる。
【００３０】形状体54を一旦非対称にした後にスネルの
法則を用いて、どの反射光線が透過し、どの反射光線が
第２入射点で内部で完全に反射されるかを決定する。所
望の観察角度範囲外で透過される光の量が多過ぎる場合
すなわちフィルタ効果が低すぎる場合には、形状体54の
表面または面の勾配または形状体54の非対称度をわずか
に変える。形状体54を変化させた後に再び光線経路を計
算する。許容可能な結果が得られるまでこの作業を反復
する。
【００３１】本発明の具体例では、光がデバイス50によ
り反射する前にその方向を変えるために平らな表面52に
溝を設けることができる。この溝は図１、図２Ａ、Ｂ、
図３Ａ、Ｂおよび図４Ａ〜Ｃに類似のものにするか、本
発明に適合するように平らな表面52に小平面を刻む(fac
eted) ことができる。あるいは平らな表面52を反射防止
膜で覆って一定波長の光の反射を減少させるか、無くす
ことができる。反射防止膜は平らな表面52全体に施す
か、帯状に形成することができる。反射防止膜を平らな
表面52に帯状に形成する場合には、反射防止帯と反射帯
とを交互に配置することができる。デバイス50を構成す
る材料として剛性材料、例えばガラスを選択した具体例
では、形状体54はデバイス表面に公知の任意のエンボス
加工法で形成することができる。あるいは、適当な形状
54を有するフィルムを吹き込み成形等の公知の押出し成
形法を用いて製造することもできる。
【００３２】上記具体例では形状体54は連続したもので
あるが、必ずしも連続である必要はなく、所望される形
状が、「密集」したものではないため、または、本発明
デバイス50を使用する用途では連続的な形状54が要求さ
れないため、形状体54は非連続であってもよい。。形状
体54が連続的でない具体例では、各形状体54の間の材料
は不透明、反射性、透過性あるいは部分透過性でもよ
い。上記具体例に各種の変更、改良および追加を行って
も本発明の範囲を逸脱するものではない。本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、請求項の精神および
範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面に溝を有するフィルムの斜視図。
【図２】Ａは図１のフィルムの三角形突起の１つを示す
斜視図で、一本の入射光線が示されている。ＢはＡの三
角形突起の側面図で、上記光線の入射角が示されてい
る。
【図３】Ａは図１のフィルムの三角形突起の１つを示す
斜視図で、一本の入射光線が示されている。ＢはＡの三
角形突起の端面図で、上記光線の入射角が示されてい
る。
【図４】Ａは図１のフィルムの三角形突起の１つを示す
斜視図で、一本の入射光線が示されている。ＢはＡの三
角形突起の平面図で、上記光線の入射角が示されてい
る。
【図５】Ａは片面に形成された複数の非対称ピラミッド
型突起を示す本発明の実施例の斜視図、ＢはＡを組み込
んだディスプレー装置の分解組立て図、ＣはＡの平面
図、Ｄは片面に正多角形底面と、奇数個の面とを有する
多面体を複数個並べた本発明の別の実施例の平面図、Ｅ
は片面に非連続的な複数の非対称ピラミッド型突起を形
成した本発明の別の実施例の斜視図である。
【図６】Ａは図５のＡのフィルムの非対称ピラミッド型
突起の１つを示す斜視図で、一本の入射光線が示されて
いる。ＢはＡの三角形突起の側面図で、上記光線の入射
角が示されている。
【図７】Ａは図５Ａのフィルムの非対称ピラミッド型突
起の１つを示す斜視図で、一本の入射光線が示されてい
る。ＢはＡの三角形突起の端面図で、上記光線の入射角
が示されている。
【図８】Ａは図５のＡのフィルムの非対称ピラミッド型
突起の１つを示す斜視図で、一本の入射光線が示されて
いる。ＢはＡの三角形突起の平面図で、上記光線の入射
角が示されている。
【図９】図５のＡのフィルムの光強度アイソメトリック
グラフである。

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源に面した第１表面、フィルムに対し
    て直角な光軸および複数の形状体を備えた第２表面とを
    含み、光源から出た光の放射角度プロフィールを変更す
    るためのフィルムであって、上記形状体が、 (1) 光源からの複数の光線が第１入射点で複数のそれぞ
    れの第１入射角で入射する第１面であって、各第１入射
    角は光軸に対して直角で且つ第１入射点を含む第１平面
    で測定され、各第１入射角は各入射光線の第１平面上へ
    の投影線と、 第１入射点での第１面に対する法線の第１平面上への投
    影線との間の角度で測定される第１面と、 (2) 第１面で反射された複数の光線が第２入射点で複数
    のそれぞれの第２入射角で入射する第２面であって、各
    第２入射角は光軸に対して直角で且つ第２入射点を含む
    第２平面上で測定され、各第２入射角は各反射光の第２
    平面上への投影線と、 第２入射点での第２面に対する法線の第２平面上への投
    影線との間の角度で測定される第２面とを含み、第２面
    に入射する光のほぼ全ての第１入射角と第２入射角とが
    異なることを特徴とする。
  2. 【請求項２】 形状体が非連続である請求項１に記載の
    フィルム。
  3. 【請求項３】 フィルムの各形状体の間の領域が透明材
    料で作られている請求項２に記載のフィルム。
  4. 【請求項４】 フィルムの各形状体の間の領域が不透明
    材料で作られている請求項２に記載のフィルム。
  5. 【請求項５】 第１面および第２面が光軸に対して 10
    °〜80°の勾配を有する請求項１に記載のフィルム。
  6. 【請求項６】 勾配が約35°である請求項５に記載のフ
    ィルム。
  7. 【請求項７】 屈折率が 1.3〜2.9 である材料で作られ
    ている請求項１に記載のフィルム。
  8. 【請求項８】 屈折率が約1.59である請求項７に記載の
    フィルム。
  9. 【請求項９】 光源が反射性材料を含む請求項１に記載
    のフィルム。
  10. 【請求項１０】 透過性材料を含む請求項１に記載のフ
    ィルム。
  11. 【請求項１１】 部分的に透過性の材料を含む請求項１
    に記載のフィルム。
  12. 【請求項１２】 剛性材料を含む請求項１に記載のフィ
    ルム
  13. 【請求項１３】 第１表面が不規則表面を含む請求項１
    に記載のフィルム。
  14. 【請求項１４】 光源から出た光の放射角度プロフィー
    ルを変更するためのフィルムであって、上記フィルムが
    ３つの軸を有し、および光源に面した第１表面と複数の
    形状体を備えた第２表面とを含み、上記形状体がそれぞ
    れ、 (1) 光源からの複数の光線が第１入射点で複数のそれぞ
    れの第１入射角および複数のそれぞれの第２入射角で入
    射する第１面であって、各第１入射角は３つの軸の中の
    第１の軸に対して直角で且つ第１入射点を含む第１平面
    上で測定され、各第１入射角は入射光線の１つの第１平
    面上への投影線と、 第１入射点での第１面に対して直角な法線の第１平面上
    への投影線ととの間の角度で測定され、 各第２入射角は３つの軸の中の第２の軸に対して直角で
    且つ第１入射点を含む第２平面上で測定され、各第２入
    射角は上記と同じ入射光線の第２平面上への投影線と、 第１入射点での第１面に対する法線の第２平面上への投
    影線との間の角度で測定され、 複数の入射光線のいくつかは透過し、残りの部分は反射
    する第１面、 (2) 第１面で反射された複数の光線が第２入射点で対応
    する複数の第３入射角および対応する複数の第４入射角
    で入射する第２面であって、各第３入射角は第１軸に対
    して直角で且つ第２入射点を含む第３平面上で測定さ
    れ、 各第３入射角は反射光線の１つの第３平面上への投影線
    と、 第２入射点での第２面に対する法線の第３平面上への投
    影線との間の角度で測定され、 各第４入射角は第２軸に対して直角で且つ第２入射点を
    含む第４平面上で測定され、各第４入射角は反射光線の
    １つの第４平面上への投影線と、 第２入射点での第２面に対する法線の第４平面上への投
    影線との間の角度で測定される第２面を含み、第２面に
    入射する光線のほぼ全てが互いに異なる第１入射角およ
    び第３入射角を有し、第２入射角と第４入射角が異なる
    ことを特徴とする。
  15. 【請求項１５】 各形状体が奇数の辺を有する多角形底
    面と少なくとも３つの面とを有する多面体で構成される
    請求項14に記載のフィルム。
  16. 【請求項１６】 各形状体が偶数の辺を有する不規則多
    角形底面と少なくとも４つの面とを有する多面体で構成
    される請求項14に記載のフィルム。
  17. 【請求項１７】 形状体が非連続である請求項14に記載
    のフィルム。
  18. 【請求項１８】 フィルムの各形状体の間の領域が透明
    材料で作られている請求項17に記載のフィルム。
  19. 【請求項１９】 フィルムの各形状体の間の領域が不透
    明材料で作られている請求項17に記載のフィルム。
  20. 【請求項２０】 第１面および第２面が第１表面に対す
    る法線を基準にして10°〜80°の勾配を有する請求項14
    に記載のフィルム。
  21. 【請求項２１】 勾配が約35°である請求項20に記載の
    フィルム。
  22. 【請求項２２】 屈折率が約 1.3〜2.9 の範囲である材
    料からなる請求項14に記載のフィルム。
  23. 【請求項２３】 屈折率が約1.59である請求項22に記載
    のフィルム。
  24. 【請求項２４】 剛性材料からなる請求項14に記載のフ
    ィルム。
  25. 【請求項２５】 光源が反射性材料を含む請求項14に記
    載のフィルム。
  26. 【請求項２６】 透過性材料からなる請求項14に記載の
    フィルム。
  27. 【請求項２７】 部分的に透過性の材料を含む請求項14
    に記載のフィルム。
  28. 【請求項２８】 第１表面が不規則表面を有する請求項
    14に記載のフィルム。
  29. 【請求項２９】 １つの光軸と、入射する複数の光線の
    いくつかを透過させ、残りを反射する１つの表面とを有
    する少なくとも１つの構造物を有する、光の放射角度プ
    ロフィールを変化させる物品であって、 複数の光線が第１入射点で複数の第１入射角で上記表面
    に入射し、各第１入射角は光軸に対して直角で且つ第１
    入射点を含む第１平面上で測定され、各第１入射角は入
    射光線の中の１つの第１平面上への投影線と、 第１入射点での上記表面に対する第１法線の第１平面上
    への投影線との間の角度で測定され、 複数の反射光線は第２入射点で複数の第２入射角で上記
    表面に入射し、各第２入射角は光軸に対して直角で且つ
    第２入射点を含む第２平面上で測定され、各第２入射角
    は反射された光線の中の１つが第２平面上への投影線
    と、 第２入射点での上記表面に対する第２法線の第２平面上
    への投影線との間の角度で測定され、 反射光のほぼ全てが互いに異なる第１入射角と第２入射
    角とを有することを特徴とする物品。
  30. 【請求項３０】 複数の構造物で構成される請求項29に
    記載の物品。
  31. 【請求項３１】 構造物が非連続である請求項30に記載
    の物品。
  32. 【請求項３２】 物品の各構造物の間の領域が透明材料
    で構成される請求項31に記載の物品。
  33. 【請求項３３】 物品の各構造物の間の領域が不透明材
    料で構成される請求項31に記載の物品。
  34. 【請求項３４】 透過性材料を含む請求項29に記載の物
    品。
  35. 【請求項３５】 部分的に透過性の材料を含む請求項29
    に記載の物品。
  36. 【請求項３６】 剛性材料を含む請求項29に記載の物
    品。
  37. 【請求項３７】 第１表面が不規則表面を含む請求項29
    に記載の製品。
  38. 【請求項３８】 光源と、画像源と、光源と画像源との
    間に配置された請求項29に記載の物品とからなる放射角
    度プロフィールが小さいディスプレー装置。
  39. 【請求項３９】 物品が画像源に積層されたフィルムで
    ある請求項38に記載のディスプレーデ装置。
  40. 【請求項４０】 光源と、画像源と、光源と画像源との
    間に配置された請求項１に記載のフィルムとからなる角
    度放射プロフィールの少ないディスプレー装置。
  41. 【請求項４１】 フィルムが画像源に積層された請求項
    40に記載のディスプレー装置。
  42. 【請求項４２】(a) 光源に面した第１表面と、(b) 各形
    状体が４辺を有する不規則な多角形底面と４つの面とで
    構成される複数のピラミッド型形状体を有する第２表面
    とを含むことを特徴とする、光源から放射される光の放
    射角度プロフィールを変化させるためのフィルム。
  43. 【請求項４３】 ４つの面が第１面に対して約35°の勾
    配を有する請求項42に記載のフィルム。
JP13568897A 1996-04-29 1997-04-18 発散減少フイルム Pending JPH1068803A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100346146B1 (ko) * 1998-08-31 2002-08-01 가시오게산키 가부시키가이샤 빛의 산란과 투과를 제어하는 액정셀을 이용한 반사형의 액정표시장치
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US7810982B2 (en) 1999-02-23 2010-10-12 Rambus International Ltd. Edge-lit optical system having optical elements on two surfaces
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