JP2003511726A - プログラムされた光学構造物を有する光学素子 - Google Patents
プログラムされた光学構造物を有する光学素子Info
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Abstract
Description
使用に適し、プログラムされた光学構造物を有する光ガイド、光学フィルムおよ
びその他の光学素子に関する。
一般にくさび形の光ガイドを用いる。くさび形の光ガイドは、冷陰極蛍光ランプ
(CCFL)などの略線状の光源からの光を略平板状の出力部につなぐ。平板状
の出力部はさらに上記のLCDを照明するのに用いられる。
る。使用者は、ディスプレイの一つの部分と隣の部分のディスプレイの輝度にお
ける比較的小さな差異を容易に認めることができる。比較的小さなムラでさえも
ディスプレイの使用者にとっては非常に気になり得る。
隠したり和らげたりするのに時々用いられる。しかしながらこの拡散は、また、
光が好ましい観測軸から遠ざかる方向に向けられるという結果をもたらす。最終
的には、好ましい観測軸に沿ったディスプレイの全体的な輝度の低下を招く可能
性があり、これはディスプレイ装置のもう一つの性能測定基準である。
加や減少はディスプレイ装置の使用者によって容易には感知されない。しかしな
がら、ディスプレイ装置の設計者は、客観的計測によってのみ感知されるであろ
う非常に小さな減少を含み、全体的な輝度における本当にわずかな減少にも落胆
する。これは、ディスプレイの輝度とディスプレイの所要電力が密接に関連して
いるためである。もし所要電力を増やすことなく全体的な輝度を増加し得るので
あれば、設計者は実際にディスプレイ装置に割り当てる電力を減少させ、かつ、
許容し得る輝度レベルを依然として達成することができる。電池式のポータブル
装置にとっては、これはさらに長い駆動時間を意味する。
のプログラム式パターンが形成される。光学構造物は、光ガイドの出力における
ムラを修正するように選択的に配置されるか、さもなければ、ディスプレイの性
能を所定の設計された方法において発揮させるように配置される。
透過性フィルムに、第1の側に形成される複数の光学構造物が形成される。複数
の光学構造物は第1の側に所定のパターンで配置され、各光学構造物は、振幅、
周期、およびアスペクト比からなる群から選択される少なくとも一つの特性を有
する。各特性は、第1縁と第2縁との間のフィルム上の第1の所定位置を定める
第1の値を有し、その特性は、フィルム上の第1の所定位置とは異なる第1縁と
第2縁との間のフィルム上の第2の所定位置を定めるための第1の値とは異なる
第2の値を有する。
びなどの厚みのある光学素子の一部である。この構造物は、厚みのある素子上に
、射出成形や圧縮成形によりつくられるか、あるいは付加的な光学素子上へ構造
物を配したフィルムを接着することによりつくられる。 全体を通じて同様の参照番号が同等の要素に付された添付図面を参照すれば、
本発明のいくつかの好適な実施形態の以下の詳細な説明から、本発明の数多の効
果と特徴が当業者には明らかとなろう。
トップコンピュータ用ディスプレイやデスクトップ平面パネルディスプレイなど
の、平面パネルディスプレイ装置に一般に用いられる背面照明システムにおける
使用に適した光学フィルムあるいは光ガイドに関して記載されている。本発明は
、しかしながら、適用においてそれらに制限されるものではなく、当業者は、実
質的に任意の光学システム、例えば映写スクリーン装置や平面パネルテレビなど
へ適用できることが分かるであろう。したがって、ここに記載される形態は本発
明の広い範囲を制限するものとして理解されるべきではない。
18を有する光ガイド16と、裏面20と、入力面21と、端面22と、裏面2
0に隣接する反射体24と、第1の光変向素子26と、第2の光変向素子28と
、反射偏向子30と、を備える。光ガイド16はくさび形のものでも、その変型
でも、あるいは厚板でもよい。周知のごとく、光ガイドの目的は、光源12より
もはるかに広い範囲にわたり、より具体的には、出力面18により形成される略
全ての範囲にわたり、光源12からの光の分布を供することである。光ガイド1
6は、さらに、好ましくはコンパクトで薄いパッケージにおいてこれらの課題を
達成する。
ンプ反射体14は、光源12を包み込みランプ用空腔を形成する反射フィルムで
もよい。反射体24は光ガイド16を補助し、例えばランベルト・フィルム、鏡
面フィルム、またはその組合わせなどの、効率のよい後方反射鏡でもよい。
封じ込まれ、入力面21から端面22に向かって伝播する。この光は、TIRの
減衰により光ガイド16から抽出される。光ガイド16内に封じ込まれた光線は
、TIRの反射の度にくさび角により、上部平面と底壁に対してその入射角を増
大させる。かくて、光は、もはやTIRにより封じ込まれていないので、最終的
には出力面18からそれに対する視射角で屈折する。光線のうちのあるものは裏
面20から抽出される。これらの光線は、後方反射体24により光ガイド16内
へ戻され、そしてそれを透過して反射される。第1の光変向素子26は、好適な
観測方向と略平行の方向に沿って出力面18を出て行くこれらの光線の向きを変
えるための変向フィルムとして配置される。
を有し、プリズム(図示せず)とともに形成された光透過性光学フィルムであっ
てもよい。このプリズムは、好適な観測方向に沿って光ガイド16を出ていく光
を屈折させ、反射する。このプリズムは、ほぼ均質の構造を有しても、あるいは
、同日出願された(代理人整理番号 No.28724/35320)、同一出
願人による米国特許出願‘‘OPTICAL FILM WITH VARIA
BLE ANGLE PRISMS’’に記載のごとく、不均質な構造を有して
もよい。この特許出願の開示内容は本明細書中に参照により具体的に盛り込まれ
ている。
いて必要とされなくてもよい。システム10に備えられる場合、第2の光変向素
子は、拡散体、レンチキュラー・スプレッダ、あるいは、例えばミネソタ州セン
トポールの3M社より入手可能な(BEFIIIとして販売される)3M Br
ightness Enhancement Film製品などのプリズム・フ
ィルムでもよい。反射偏向子30は、無機質、高分子、あるいはコレステリック
液晶の偏光フィルムでもよい。適当なフィルムは、(DRPFとして販売される
)3M Diffuse Reflective Polarizer Fil
m製品か、(DBEFとして販売される)Specular Reflecti
ve Polarizer Film製品であり、両者とも3M社より入手可能
である。さらに、少なくとも第2の光変向素子28と反射偏向子30と、場合に
よっては、第1の光変向素子26が、一つの光学素子に複合化されてもよい。そ
の開示内容が本明細書に参照により具体的に盛り込まれている、同日出願(代理
人整理番号No.28724/35321)の‘‘DISPLAY ILLUM
INATION DEVICE AND METHOD OF ENHANCI
NG BRIGHTNESS IN A DISPLAY ILLUMINAT
ION’’と題された同一出願人の米国特許出願には、いくつかのそのような複
合光学構造物について記されている。
光の出力には通常ムラが存在する。これらのムラはしばしば入力面21近くに集
中する可能性がある。光ガイド使用の際のこれらの欠陥を隠すために、光ガイド
の出力面を覆う拡散体が一般に用いられる。しかしながら拡散体はディスプレイ
の全体的な輝度を低下させる傾向があり、すべての欠陥を適切に処理しない場合
がある。
パターンは、くさびの上面または底面、平面フィルム上、あるいは下記に述べる
ように、変向フィルム上に形成されてもよい。この点に関し、第1の光変向素子
26の入力面34上に形成されたプリズムに加え、出力面32に光学構造物が形
成されてもよい。より具体的には、第1の光変向素子26は第1縁36と第2縁
38を有する。第1縁36から第2縁38に向かって延在するのは、パターン4
2内に配置された複数の光学構造物40である。各光学構造物40は、振幅、周
期、および山44と谷46のアスペクト比などの、いくつかの特性を有してもよ
い。パターン42は、また、例えば、各光学構造物40の間のピッチPなどの特
徴を有してもよい。図2には構造物40が振幅変化を有する状態が示されている
。第1の光変向構造物26の適用において、振幅の変化が光源12に対して垂直
であるように溝が設けられてもよい。
おいて振幅が大きく、第2縁38に向かうにしたがって振幅が小さくなるように
形成された状態が観察される。大きな振幅は、急な表面勾配により、溝の軸に沿
ったより多くの光強度を産み出す。このパターンの光強度は、その後、第1縁3
6からの距離の関数として減少する。光学構造物40とパターン42のこの配置
は意図的なものである。認められるように、光ガイド16の出力におけるムラは
、入力面21近くに集中するかも知れないが、入力面21から離れた部分ではム
ラは少なくなる。かくて、光学構造物40とパターン42は、第1縁36近くに
より多くの拡散をもたらすように配置される。適用においては、第1縁36は、
光ガイド16の入力面21に略隣接して配置される。パターン42は図示のごと
く均一なピッチPを有してもよく、光学構造物40の深さは第2縁38に向かう
につれてゼロへと減少してもよい。このパターンは、以下でより詳しく論じられ
るように、いかなる種類のツールを用いて製造されてもよい。
される特定のムラを最もよく修正する光学構造物40とパターン42のための特
定の配置を決めることが可能であると分かるはずである。すなわち、特定のムラ
を修正するために、光学構造物40とパターン42の一つあるいはそれ以上の特
性が調整されてもよい。上述のごとく、第1の光変向素子26に関連して、光学
構造物40とパターン42は、入力面21近くに発生するであろうムラを隠すた
めに入力面21近くの光ガイド16の出力部に光強度を供給した。入力面21か
ら遠い光ガイド16からより少ない強度のムラが一般に観察されるとき、入力面
21から離れて光強度の供給が減少するかあるいはまったく供給されない。この
方法により、ムラを隠すか和らげるために最も必要とされるところに光強度が供
され、一方で、隠すべきムラが少ない所にはより少ない光強度が供される。さら
に、光強度は、光学構造物の付加および/または光学構造物の特性を変化させる
ことにより、光ガイドの出力部分の実質的にどこに供されてもよい。さらに、光
強度の付加は一様である必要はない。代わって、欠陥を隠すのを助けたり特定の
光学的効果を産み出すことが必要であれば、必要に応じて光強度が光ガイドの出
力部分の離散領域に加えられてもよい。
イドの裏面に抽出パターンを備えてもよい。一般に、抽出パターンは、光ガイド
の裏面上に配置される白色のドットパターンである。ドットの一つに入る光は白
色ドットにより拡散的に反射され、この反射光の一部は光ガイドから出射される
。光ガイドから光を抽出するこの方法の拡散的性質にもかかわらず、ドットパタ
ーンはそれ自体は光ガイドの出力部分において可視である。かくて、ドットパタ
ーンを隠すために、通常は、拡散がさらに行われる。
ているのは、パターン56内に配された複数の光学構造物54である。光学構造
物54は光ガイドからの光の抽出を供するために事実上白色ドットパターンに代
わるように配置される。図3において円あるいは点として示されるが、光学構造
物54は全体として任意の特定の形状に制限されず、また、パターン56内の任
意の一つの特定の形状にも制限されない。したがって、光学構造物54は、角柱
、線、点、正方形、長円、あるいは一般にいかなる形状でもよい。さらに、光学
構造物54は、ドットパターン内の各ドットが配置される間隔以内、例えば互い
に約50〜100μm以内の間隔で、パターン56内において互いに非常に接近
して配置されてもよい。光学構造物54のこの非常に接近した配置は、通常は白
色ドットパターンを隠すために必要な光ガイドの出力部分における拡散の必要性
を排除するか減少させる。本発明は、また、微視的レベルでの光ガイドの勾配の
変化を許容する。つまり、光ガイドの勾配は微視的レベルで局所的に増加しても
減少してもよい。光線が傾きの急な上昇勾配に当たるとき、それは基準くさび角
に当たる場合よりも速い速度で光ガイドから抽出される。
に関して適用される。図4および図5に示されるように、光ガイド60は入力面
62と、出力面64と裏面66とを有する。入力面62は、入力面62に入射す
る光の源を供するための光源(図示せず)に隣接して配置される。入力面62に
入射する光は、光ガイド60内の減衰TIRの結果として出力面64から抽出さ
れる。先に論じたように、通常、特に入力面62近くにおいて、光ガイド60か
らの光の出力におけるムラが生じる。
、入力面62から遠ざかるにしたがい強度の調整がさらになされる。すなわち裏
面66には、入力面62近くで拡散的な抽出を行い、入力面62から離れるにつ
れてゼロになるように配置された同相光学構造物68が形成される。パターンは
、また、先細ではない状態、すなわち全面にわたり一定、ゼロから漸増、無作為
に変動、あるいは離散領域に分散、の状態となることも可能である。光学構造物
が、図6の光ガイド60’の裏面66’内に形成された光学構造物68’のよう
に位相を異にすることも可能である。光学構造物のパターンは、また、独立して
いるにせよ、裏面66内に形成されるパターンと結合されているにせよ、出力面
64に形成されてもよいことが分かるであろう。光学構造物を供する全般的な目
的は、光ガイド出力のムラをそれが発生する場所において、また図4および図5
に示される光ガイド60については、主として入力面62に隣接して生じるムラ
を、最小限度に抑える効果を達成するためである。
よい。光学フィルム70は、その後、紫外線(UV)硬化接着剤、感圧接着剤あ
るいは任意の他の適当な接着剤を用いて光ガイド60のくさび形構造物に結合さ
れてもよい。あるいは、裏面66の中に光学構造物68を備えるために、くさび
は一括して成形されてもよい。
形状が光学フィルムおよび、例えば接着により光ガイドや他のバルク状の光学素
子に結合される光学フィルムに形成されてもよい。例えば、減眩、濡れ防止、フ
レネルおよび光学フィルムの表面内に形成される実質的にいかなる他の構造もフ
ィルム内、そして別の光学素子に結合されたフィルム内にて容易に複製されても
よい。
てもよい。かかる製造工程においては、原型が、例えばパターンを金属ロール状
に切ることによりつくられ、この原型は、押出し、鋳造・硬化、エンボス加工お
よび他の適当な工程によりフィルムを製造するのに用いられる。あるいは、フィ
ルムは圧縮または射出成形または圧延により形成されてもよい。微小複製のため
の好適な装置と方法が‘‘Optical Film With Defect
−Reducing Surface and Method of Maki
ng Same’’というタイトルで、出願番号 (代理人整理番号No
.7780.374 US01)の、同一出願人による米国特許出願に記されて
おり、その開示内容が本明細書に参照により具体的に盛り込まれている。
るいはプリズム80は略平坦な入力面82と出力面84とを有する。出力面84
にはレンズ構造物86が形成され、レンズ構造物86には付加的な光学構造物8
8が重ね合わされる。光学構造物88は、振幅、周期、およびアスペクト比など
の、レンズ80の第1縁90からレンズ80の第2縁92にかけて変化する特性
を有する。レンズ80は、一括して形成されてもよく、あるいは図7に示される
ように、光学構造物88を含むレンズ構造物86は後にバルク状の光学基板96
に接着されるフィルム94上に形成されてもよい。
ターン102を含むフィルム100である。パターン102はフィルム100の
上面および/または底面上に形成されてもよい。同様に、パターンは、くさびま
たは厚板に形成されてもよい。フィルム100は第1縁104と第2縁106を
有する。第1縁104から第2縁106に向かって、パターン102内に配置さ
れた複数の光学構造物108が延在する。各光学構造物108は、振幅、周期お
よびアスペクト比などのいくつかの特性を有してもよい。パターン102は、ま
た、例えば光学構造物108間の間隔を定義するピッチPなどの特性を有しても
よい。図8には光学構造物108が振幅変動を有する様子が示されている。フィ
ルム100の適用において、溝は、振幅の変動がフィルム100を組み込んだ光
ガイドの光源に対して垂直になるように配置されてもよい。
104で振幅が大きく、第2縁106に向かうにつれて振幅が小さくなるように
形成されていることが観察される。大きな振幅は、傾きが急な表面勾配のために
、溝の軸に沿ったより多くの光強度を産み出す。このパターンの光強度はその後
第1縁104からの距離の関数として減少する。光学構造物108とパターン1
02のこの配置は意図的なものである。
ィルム110と112はフィルム100と同じ特性を有しており、同様の参照番
号がそれらの間の同等の要素を示すのに用いられている。V形ツールを用いて作
られたパターンに対して、図9のフィルム110は前端の曲がったツールを用い
て形成された光学構造物116のパターン114を有する。図10のフィルム1
12は、前端が正方形のツールを用いて形成された光学構造物120のパターン
118を有する。パターン114と118は、記載のごとく、フィルム110と
112の一つまたは複数の表面に光強度を供するために配置される。事実上いか
なるツール形状がフィルムの単一あるいは複数の表面における光強度の望ましい
量と形を実現するために選ばれる特定のツールとともに用いられてもよいことが
理解されるであろう。
ン122が底面126に形成され、光学構造物130の第2パターン128がく
さび134の上面132に形成される。第1のパターン122はくさび134か
らの光の抽出を容易にするために配置され、第2パターン128はくさびからの
光出力におけるムラを隠すために配置される。しかしながら、くさび134内に
つくられるパターンは、くさび134により達成される望ましい光出力に依存す
ることが分かるであろう。さらに、上述のごとく、パターン122と128は、
後に例えば接着によりくさびに結合される光学フィルム内に、最初に形成されて
もよい。もう一つの形において、表面122と128はくさびとともに射出成形
される。
らかとなろう。本明細書の記述は例示を目的としたものと解釈されるべきであり
、当業者に本発明の最良の実施形態を示すためのものである。上記構造と方法の
詳細は、本発明の精神から逸脱することなく実質的に多様であってもよく、添付
の請求項の範囲に該当するすべての変型の排他的使用が留保される。
学フィルムの斜視図である。
光学フィルムの斜視図である。
み込んだ光ガイドくさびの斜視図である。
込んだ光ガイドくさびの斜視図である。
線形レンズ構造物の斜視図である。
み込んだ光学フィルムの斜視図である。
み込んだ光学フィルムの斜視図である。
み込んだ光学フィルムの斜視図である。
ターンと底面内の光学構造物の第2のプログラム式パターンとを組み込んだ光ガ
イドの側面図である。
Claims (27)
- 【請求項1】 光透過性フィルムであって、 第1面と第2面と第1縁と第2縁と、 前記第1面に形成され、該第1面に任意パターンで配置される複数の光学構造
物とを備え、 各光学構造物が、振幅、周期およびアスペクト比からなる群から選択される少
なくとも一つの特性を有し、 該特性が、前記第1縁と前記第2縁との間の前記フィルム上の第1所定位置に
関する第1の値を有し、かつ該特性が、前記フィルム上の該第1所定位置とは異
なる前記第1縁と前記第2縁との間の前記フィルム上の第2所定位置に関する、
前記第1の値とは異なる第2の値を有する、 光透過性フィルム。 - 【請求項2】 前記特性の強度が、前記第2所定位置において前記第1所定
位置から減少する、請求項1に記載の光学素子。 - 【請求項3】 前記第1所定位置が前記第1縁に略隣接する、請求項1に記
載の光学素子。 - 【請求項4】 前記特性が、前記第1所定位置において最大値を有し、前記
第2所定位置において最小値を有する、請求項1に記載の光学素子。 - 【請求項5】 各光学構造物が前記第1面内に個別の光学形状を備える、請
求項1に記載の光学素子。 - 【請求項6】 前記個別の光学形状が、角柱、線、正方形、点および長円か
らなる群から選択される形状を含む、請求項5に記載の光学素子。 - 【請求項7】 前記第1面に形成されるレンズをさらに備え、前記複数の光
学構造物が該レンズ内に形成される、請求項1に記載の光学素子。 - 【請求項8】 前記レンズが、線形フレネルレンズ、円形フレネルレンズ、
およびレンチキュラーレンズからなる群から選択されるレンズを含む、請求項7
に記載の光学素子。 - 【請求項9】 各光学構造物が他の各光学構造物と略同様の形状を有する、
請求項1に記載の光学素子。 - 【請求項10】 前記光学構造物がさらに前記パターン内に一様に分布する
、請求項1に記載の光学素子。 - 【請求項11】 前記複数の光学構造物が、前記第1所定位置において第1
の光学的効果を生成し、かつ前記第2所定位置において該第1の光学的効果とは
異なる第2の光学的効果を生成する、請求項1に記載の光学素子。 - 【請求項12】 第1面と第2面と第1縁と第2縁とを有する光透過性フィ
ルムと、 前記第1面に形成され、該第1面に所定パターンで配置される複数の光学構造
物であって、各光学構造物が、振幅、周期およびアスペクト比からなる群から選
択される少なくとも一つの特性を有し、該特性が、前記第1縁と前記第2縁との
間の前記フィルム上の第1所定位置に関する第1の値を有し、かつ該特性が、前
記フィルム上の該第1所定位置とは異なる前記第1縁と前記第2縁との間の前記
フィルム上の第2所定位置に関する、前記第1の値とは異なる第2の値を有する
、複数の光学構造物と、 入力面および出力面を有する光ガイドと、を備え、 前記フィルムが該光ガイドの該入力面と該出力面との一方に結合される、 光学素子。 - 【請求項13】 前記光ガイドが、くさび、擬似くさび、厚板および中空体
の一つを備える、請求項12に記載の光学素子。 - 【請求項14】 前記光ガイドが減衰全反射によって作用する、請求項12
に記載の光学素子。 - 【請求項15】 前記光ガイドが拡散抽出によって作用する、請求項12に
記載の光学素子。 - 【請求項16】 前記特性の強度が、前記第2所定位置において前記第1所
定位置から減少する、請求項12に記載の光学素子。 - 【請求項17】 前記第1所定位置が前記第1縁に略隣接する、請求項12
に記載の光学素子。 - 【請求項18】 前記光学構造物が拡散を供するように構成される、請求項
17に記載の光学素子。 - 【請求項19】 前記特性が、前記第1所定位置において最大値を有し、前
記第2所定位置において最小値を有する、請求項12に記載の光学素子。 - 【請求項20】 各光学構造物が前記第1面内に個別の光学形状を備える、
請求項12に記載の光学素子。 - 【請求項21】 前記複数の光学構造物が前記光ガイドからの光の拡散抽出
を供するように配置される、請求項20に記載の光学素子。 - 【請求項22】 前記光透過性フィルムが前記光ガイドに固着される、請求
項12に記載の光学素子。 - 【請求項23】 前記光透過性フィルムが前記光ガイドに接着される、請求
項12に記載の光学素子。 - 【請求項24】 第1面と第2面と第1縁と第2縁と、 前記第1面に形成され、該第1面に所定パターンで配置される複数の光学構造
物とを備え、 各光学構造物が、振幅、周期およびアスペクト比からなる群から選択される少
なくとも一つの特性を有し、 該特性が、前記第1縁と前記第2縁との間の前記第1面上の第1所定位置に関
する第1の値を有し、かつ該特性が、該第1面上の該第1所定位置とは異なる前
記第1縁と前記第2縁との間の該第1面上の第2所定位置に関する、前記第1の
値とは異なる第2の値を有する、 光学素子。 - 【請求項25】 光透過性フィルムを備える、請求項24に記載の光学素子
。 - 【請求項26】 光透過性くさびを備える、請求項24に記載の光学素子。
- 【請求項27】 前記第2面に形成され、該第2面に所定パターンで配置さ
れる複数の光学構造物をさらに備え、各光学構造物が、振幅、周期およびアスペ
クト比からなる群から選択される少なくとも一つの特性を有し、該特性が、前記
第1縁と前記第2縁との間の前記第2面上の第1所定位置に関する第1の値を有
し、かつ該特性が、前記第2面上の該第1所定位置とは異なる前記第1縁と前記
第2縁との間の前記第2面上の第2所定位置に関する、前記第1の値とは異なる
第2の値を有する、請求項24に記載の光学素子。
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