JP2004513483A - 明るさおよびコントラスト増強直視型発光型ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
１つ以上の透過層を通して光を放射する複数の独立して動作可能な発光体を備える発光型ディスプレイが開示される。前記発光型ディスプレイが、前記発光体と前記透過層との間に配置された、前記発光体と透過層との間の境界面または透過層と空気との間の境界面においてなど、前記透過層によって作られた境界面の１つ以上において生じることがある内部全反射を阻止する要素を更に備える。内部全反射を阻止することによって、前記発光型ディスプレイの明るさが増強され得る。内部全反射を阻止する要素には、嵩拡散体、表面拡散体、微細構造体、およびこれらまたは他の適した要素の組合せなどがある。
Description
【０００１】
本発明は、発光型ディスプレイおよびランプに関するものであり、発光型ディスプレイおよびランプの明るさおよび／またはコントラストを増強するための要素に関する。
【０００２】
背景
情報ディスプレイは、手持ち式デバイスからラップトップコンピュータまで、テレビからコンピュータモニターまで、自動車ダッシュボードディスプレイから記号の用途まで、多くの用途がある。これらのディスプレイの多くは、情報を直接に表示するか（セグメント化またはピクシレーテッド発光デバイスを備えるディスプレイの場合など）、または情報を視認者に表示するパネルを照らすか（液晶ディスプレイおよびバックライト付きグラフィックスの場合など）の何れかの内部照明に依る。発光デバイスの明るさの増大は、かかるディスプレイの視認性を増大させる。しかしながら、明るさを容易に増大させる能力を制限することがある最大電力要求条件などの制約がある場合がある。例えば、バックライト付き液晶ディスプレイを備えるラップトップコンピュータモニターはしばしば、光源に電力供給するために内部バッテリを用いる。光源からの光出力の増大は、バッテリの大量の排流になることがある。電力要求条件を低減させてバッテリ寿命を伸ばすために、マイクロプリズム光学フィルムを用いて、例えば、一般に視認されない広い角度の光をより一般的な視認範囲にわたる、より狭い角度円錐に方向変換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）した。これにより、同じまたはより少ないバッテリ電力を用いたまま、ディスプレイの見掛の明るさを増大させる。望ましくない偏光状態を有する光を再循環させるのを助け（他の場合なら吸収されて消滅する）、それによって有効な光を有意に増大させることができる液晶ディスプレイ用の反射偏光子もまた開発されている。これらの場合、発光デバイスを出た光を方向変換または再利用することによって、ディスプレイの明るさを増大させた。
【０００３】
発明の概要
本発明は、発光デバイスからより多くの光を結合することによって発光デバイスおよび発光デバイスを用いて照らされたディスプレイの明るさを増強することを考察する。これは、発光デバイスを既に出た光を方向変換および／または再循環させる周知の明るさ増強の試みと異なっている。本発明をこのように用いて、発光デバイスへの電力の供給の増大を必要とせずに、発光デバイスから放射される光の量を増大させることができる。
【０００４】
視認者またはディスプレイパネルの方向に光を放射する発光デバイスは概して、１つ以上の透過層を通して光を放射する。放射された光は、これらの層によって導入された境界面の１つ以上において内部全反射しやすい。本発明は、かかる境界面の１つにおいて内部全反射を阻止してより多くの光が視認者の方向に伝送されることを可能にする要素を提供する。発光デバイスそれ自体が情報ディスプレイである場合、本発明はまた、解像度を維持し、および／またはディスプレイのピクセルまたはセグメント間のコントラストを増強する要素を提供する。
【０００５】
一態様において、本発明は、視認者の方向に透過層を通して光を放射するように配置された発光体を備える発光デバイスと、ほかの場合なら内部全反射される透過層中に放射された光の少なくとも一部分を視認者の方向に誘導するように配置された嵩拡散体と、を提供する。例えば、嵩拡散体を、発光体と透過層との間にまたは透過層と視認者との間に配置することができる。透過層は、発光体が上に形成された基材（ガラスまたはプラスチックフィルムなど）であってもよく、または、例えば、発光体の上に形成されるかまたは積層された保護層などの層であってもよい。発光体は、エレクトロルミネセンス発光体や、発光ポリマーデバイス、燐光物質ベースの発光体などの有機発光体など、何れの適した発光体であってもよい。
【０００６】
別の態様において、本発明は、基材と、基材を通して光を放射するように配置された有機発光体と、基材と有機発光体との間に配置され、発光デバイス中の有機発光体から放射された光の内部全反射を阻止するフラストレータ要素と、を備える発光デバイスを提供する。フラストレータ要素は、嵩拡散体、表面拡散体、微細構造化表面、反射防止コーティング、またはこれらおよび／または内部全反射を阻止するために用いることができる他の要素の何れの適した組合せであってもよい。
【０００７】
更に別の態様において、本発明は、発光デバイスの一部として含有された１つ以上の透過層を通して光を放射することができる発光体と、１つ以上の透過層によって作られた１つ以上の境界面で内部全反射を阻止することによって発光デバイスの明るさを増大させる手段と、を備える発光デバイスを提供する。
【０００８】
更に別の態様において、本発明は、バックライトを用いて照らされるとき情報を表示することができるディスプレイ要素を照らすためのバックライトを備えるバックライト付きディスプレイを考察する。バックライトは、透過層を通して光を放射するように配置された発光デバイスと、前記発光デバイスと前記透過層との間に配置され、内部全反射を阻止するフラストレータ要素とを備え、それによって、フラストレータ要素のないほかの場合の同じバックライトと比較したとき、より多くの光をバックライトから結合する。
【０００９】
別の態様において、本発明は、透過層を通して光を放射するように配置され、それによって情報を視認者に表示することができる複数の独立して動作可能な発光デバイスと、前記発光デバイスの少なくとも１つと前記透過層との間に配置され、少なくとも１つの発光デバイスから放射された光の内部全反射を阻止するフラストレータ要素と、を含む情報ディスプレイを提供する。
【００１０】
本発明の明るさ増強要素はまた、ディスプレイ内の光を方向変換、再循環、または他の仕方で管理する光学要素と組み合わせられてもよい。
【００１１】
詳細な説明
本発明は概して、明るさを増強し、および／またはディスプレイのコントラストを増強する要素を備える改善された発光型ディスプレイに関する。
【００１２】
図１は、発光体１１２および１つ以上の光透過層１１４を備える発光デバイス１１０の代表的な図を示す。デバイス１１０は、発光体１１２が視認者１１８の方向に透過層１１４を通して光を放射することができるように作られる。デバイス１１０の視認者側の面は通常、前面と称されてもよいが、反対側の面は、相応して裏面と称される。視認者１１８と透過層１１４との間に、透過層１１４より低い屈折率を有する領域１１６がある。領域１１６は一般に空気を含有し、完全に空気で構成されてもよいが、同様に、様々なフィルム（例えば、グレア防止フィルムまたはコーティング、スマッジ防止フィルムまたはコーティング）、光学要素（例えば、偏光子、フィルター、波長板、レンズ、プリズム状フィルムなど）、タッチスクリーンなどのユーザインタフェースデバイスの他、単独でまたは組み合わせて配置された他の要素であって、透過層１１４と前記要素との間に空隙を有してまたは有さずに、および／または領域１１６の別個の要素間に空隙を有して配置された他の要素を含有することができる。空隙が別個の要素間に存在しないことが好ましいとき、光学接着剤（ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｈｅｓｉｖｅ）を用いて前記要素を互いに接着することができる。
【００１３】
デバイス１１０の動作中に、発光体１１２から視認者の方向に放射された光の一部分は、光が透過層１１４の１つ以上の中で内部全反射される角度で透過層１１４に入ることがある。光の内部全反射（ＴＩＲ）は、媒体中で進む光がより低い屈折率の媒体との境界面に直面する時に生じることがある周知の現象であり、その境界面での光の入射角は臨界角を超える。従って、発光体１１２から視認者１１８までの光路において、光が屈折率の減少を経る何れの境界面も、内部全反射の起こり得る表面である。かかる内部全反射は、光が視認者１１８に達するのを妨げることがあり、デバイス１１０の明るさを低減させることがある。本発明は、とりわけ、ＴＩＲを阻止することによって、より多くの光をディスプレイから結合する要素を備えることによってより明るい発光型ディスプレイを作製することを考察する。
【００１４】
発光デバイス１１０には、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）デバイス、有機エレクトロルミネセンスデバイス（ＯＬＥＤ）、無機発光ダイオード（ＬＥＤ）、燐光物質ベースのバックライト、燐光物質ベースの直視型ディスプレイ、例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）およびプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、電界放射ディスプレイなど、何れの適した発光デバイスなどを挙げることができる。発光デバイスは、バックライトまたは直視型ディスプレイであってもよく、それは、白色光、単色光、多色、または完全色（例えば、ＲＧＢ、または赤、緑、青）を放射することができ、それはまた、セグメント化（例えば、低解像度）またはピクシレーテッド（例えば、高解像度）ディスプレイであってもよい。
【００１５】
発光体１１２は、何れかの適した材料、材料のセット、適切に刺激されたときに光を放射するように配置されている成分または成分の群であってもよい。実施例には、電界にかけるときに光を放射する無機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）材料（例えば、電位が陽極と陰極との間に印加される時に光が生み出されるように、ＥＬ材料を陽極と陰極との間に配置することができる）、紫外線に露光するときに可視光を放射する燐光材料、および他の材料などがある。典型的な発光体は、ＯＬＥＤを作製する材料を含有する発光体である。ＯＬＥＤ発光体は一般に、陽極と陰極との間に挟まれた有機発光材料を含有する層状構造体である。当技術分野に周知であるように、陰極と有機発光体との間に配置された電子伝達および／または注入材料、陽極と有機発光体との間に配置された正孔移動（ｈｏｌｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）および／または注入材料など、他の層が存在してもよい。有機発光材料には、小分子発光材料、発光ポリマー、ドープ発光ポリマー、および現在わかっているかまたは今後開発される他のかかる材料および材料の組合せ、などが挙げられる。ＯＬＥＤデバイスが陽極と陰極との間に印加された電界にかけられるとき、電子および正孔を生じて前記デバイス中に注入することができる。電子／正孔対は、有機発光材料中で合わせることができ、前記再結合で得られたエネルギーは、例えば、特定の色または可視光を生じさせることができる。生じた光は概して、等方的に放射される。
【００１６】
異なった光の色を放射するＯＬＥＤデバイスを隣接して配置し、前記デバイスを独立してアドレス可能にすることによって多色ＯＬＥＤディスプレイを作製することができる。多色ＯＬＥＤディスプレイはまた、カラーフィルタを用いて、色の純度を改良し、色のコントラストを増強するか、または白色光または他の単色ＯＬＥＤが用いられる時に色を導入するかの何れかによって、作製されてもよい。
【００１７】
再び図１を参照すると、透過層１１４は、視認者に達するように意図された光の波長の、透明であるかまたは少なくとも十分に透過性である発光デバイス内の発光体と視認者との間に配置された何れの層であってもよい。例えば、透過層には、発光体または発光デバイスを作動するための他のデバイスが上に形成されるガラスまたはプラスチック基板などが挙げられる（例えば、薄膜トランジスタ）。透過層にはまた、透明電極、保護層、バリア層、カラーフィルター、波長板、偏光子、および発光デバイス内に見いだされる他の何れかの適した透過層などが挙げられる。一般に、透過層１１４と発光体１１２との間に空隙は存在しないが、介在層が存在してもよい。
【００１８】
本発明によって、より多くの光を視認者の方向にデバイスから結合するかまたは方向変換するために内部全反射を阻止する要素が、発光デバイスに含有されてもよい。再び図１を参照すると、かかる要素（この明細書中で「ＴＩＲフラストレータ」と呼ばれる）が、発光体１１２と透過層１１４との間、透過層１１４と視認者１１８との間、および／または別個の透過層１１４の間にまたは１つ以上の透過層１１４中に配置されてもよい。以下の考察により詳細に説明したように、ＴＩＲフラストレータには、嵩拡散体、表面拡散体、微細構造体、埋込微細構造体、層状構造体、ルーバー付き構造体、およびこれらの組合せ、などが挙げられる。
【００１９】
図２を、発光型ディスプレイデバイス内の光の閉じ込め（ｌｉｇｈｔ ｔｒａｐｐｉｎｇ）の概念を例示するために用いることができる。一般性を失わずに、図２は、例えば、ガラス基板２２０上に配置されたＯＬＥＤデバイス２１２を備える発光型ディスプレイ２１０を示す。ＯＬＥＤデバイス２１２は、有機発光体層２１４、透明陽極２１６、および陰極２１８を備える。ディスプレイ２１０と視認者２２２との間の間隔は、この実施例では空気である。有機発光体２１４を、光が広範囲の角度にわたって放射される、等方性光源として示すことができる。ディスプレイ２１０の裏の方向に放射された光を前方へ方向変換することができるように、陰極２１８は一般に反射性である。ガラス基板２２０は、空気より高屈折率を有し（空気の屈折率が約１であり、ガラスの一般的な屈折率が約１．５である）、透明陽極２１６が一般に、ガラス基板２２０より高屈折率を有する。典型的な透明陽極には、一般に約１．８の屈折率を有する、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物などがある。
【００２０】
従って、図２において、視認者の方向に放射された光は、ＴＩＲが起きることがある２つの境界面、すなわち陽極／基板の境界面および基板／空気の境界面にぶつかる。それ故に、光線の少なくとも３つのタイプを調べることができる。先ず、光線Ａは、陽極／基板の境界面または基板／空気の境界面の何れかでＴＩＲの臨界角より小さい角度で放射された光を表す。光線Ｂは、陽極／基板の境界面でＴＩＲの臨界角より小さいが、基板／空気の境界面でＴＩＲの臨界角より大きい角度で放射された光を表す。光線Ｂは従って、ディスプレイ内に「閉じ込められる（ｔｒａｐｐｅｄ）」と考えることができる。光線Ｃは、陽極／基板の境界面でＴＩＲの臨界角より大きい角度で放射された光を表す。光線Ｃは同様に、ディスプレイ内に「閉じ込められる（ｔｒａｐｐｅｄ）」と考えることができる。本発明によって、ＴＩＲフラストレータを用いて、陽極／基板の境界面または基板／空気の境界面などにおいて、光が視認者の方向に伝播するときにＴＩＲが起こることがある何れかまたはすべての境界面でＴＩＲを阻止することができる。
【００２１】
図２に示した状態を取り上げ、ガラス基板（１．５１の屈折率）、ＩＴＯ陽極（１．８の屈折率）および有機発光体（１．７の屈折率）を用いて、以下の内容を計算することができる。ＩＴＯ／ガラス境界面（図２の２１６／２２０の境界面）において、（発光層２１４の法線から測定した）約６３°以上の角度で有機発光体から放射された光が、内部全反射される。これは、放射強度の約４６％を占める。ガラス／空気境界面において、約３６°〜約６３°の角度で有機発光体から放射された光は、内部全反射される（より大きな角度で放射された光が、ＩＴＯ／ガラス境界面でのＴＩＲのためにこの境界面に達しない）。これは、放射強度の付加的な３５％を占める。このため、ディスプレイ２１０を通して最終的に伝送された光の強さは、有機発光体２１４によって生み出された光の約１９％である。特定した境界面の１つまたは両方においてＴＩＲの少なくとも一部分を阻止することは、透過光の全量を増大させる大きなポテンシャルを提供する。
【００２２】
図２に示した状態は、ＯＬＥＤディスプレイより概して多く適用される。より一般的な状態は、発光材料が、透明導電性材料など、高屈折率の材料を通して、次いで基板を通して、次に、空気を通して視認者の方向に光を放射するように配置され、基板の屈折率が高屈折率の材料の屈折率より小さく、基板の屈折率が空気の屈折率より大きい状態である。
【００２３】
図３（ａ）および（ｂ）は、発光型ディスプレイ３１０および３１０’内のフラストレータとしての嵩拡散体の使用を示す。発光型ディスプレイ３１０および３１０’は各々、基板３２０および前記基板上に配置された発光デバイス３１２を備え、デバイス３１２は、発光体層３１４、透明電極層３１６、および裏電極層３１８を有する。
【００２４】
図３（ａ）は、基板３２０上に配置され、ディスプレイ３１０の前面に位置した嵩拡散体３３０を示す。嵩拡散体を、母材、またはバインダー中に配置された散乱中心（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒｓ）を有すると記載することができる。散乱中心と母材との間の屈折率の差は好ましくは、その入射角のためにほかの場合なら内部全反射される視認者の方向に向かう光の一部分を散乱させるのに十分に大きい。図３（ａ）において、嵩拡散体３３０の母材は好ましくは、基板３２０の屈折率と大体同じかまたはより高い屈折率を有する。これは、光線を基板／嵩拡散体の境界面でＴＩＲなしに嵩拡散体３３０に入らせることができる。垂直またはほぼ垂直入射で嵩拡散体３３０に入る光線は概して、散乱中心によって遮られていない観測者の方向を通ることができる。ほかの場合なら基板／空気の境界面で内部全反射される角度で伝播する光線が、嵩拡散体３３０に入り、散乱され得る。散乱光の少なくとも一部分を臨界角より小さい角度で視認者に方向変換し、従ってデバイスから結合することができ、それによって明るさを増大させることができる。臨界角より大きな角度で散乱された光を、嵩拡散体３３０内で内部全反射して散乱プロセスを繰り返すことができ、それによって、更により多くの光をディスプレイデバイスから結合することができる。
【００２５】
図３（ｂ）は、ディスプレイ３１０’の基板３２０と発光デバイス３１２との間に配置された嵩拡散体３４０を示す。嵩拡散体３４０の母材は好ましくは、透明電極層３１６の屈折率と大体同じかより大きな屈折率を有する。これは、光線を透明電極／嵩拡散体の境界面でＴＩＲなしに嵩拡散体３４０に入らせることができる。嵩拡散体３４０に入る光線は概して、散乱中心によって遮られない観測者の方向を通ることができる。ほかの場合なら電極／基板の境界面で内部全反射される角度で伝播する光線を、嵩拡散体３４０に入らせ、散乱させることができる。散乱光の少なくとも一部分を臨界角より小さい角度で視認者の方向に方向変換し、従って、デバイスから結合することができ、それによって明るさを増大させることができる。臨界角より大きな角度で散乱された光を嵩拡散体／基板の境界面で内部全反射して散乱プロセスを繰り返すことができ、それによってディスプレイ装置から更により多くの光を結合することができる。
【００２６】
発光デバイス内でほかの場合ならＴＩＲの可能性がない角度で放射された光（例えば、垂直またはほぼ垂直な入射光）の有意な比率が散乱される相対的に小さい機会を有するように、典型的な嵩拡散体は、散乱中心の十分に低い密度を有する。更に、より大きな入射角（例えば、臨界角より大きい角度）で放射された光の一部分を視認者の方向に散乱し、それによって視認者の方向にデバイスから高い角度の光を結合することができるように、典型的な嵩拡散体は、散乱中心の十分に高い密度を有する。嵩拡散体要素内の低い角度の入射光線対高い角度の入射光線の光路差の性質のために、低い角度の入射光線は、より高い角度の入射光よりも、平均してより少ない時間をとり、平均して拡散体内の短い距離を移動するので、高い角度の入射光線より散乱中心にぶつかる可能性が統計学的にそれほど高くない。更に、嵩拡散体の厚さを通して最初に通過する時に散乱中心にぶつからない高い角度の入射光線が、嵩拡散体／基板の境界面でまたは嵩拡散体／空気の境界面（または他の適用可能な境界面）で内部全反射されることがあり、視認者の方向に層から散乱される別の機会を有することがある。
【００２７】
図３（ａ）および（ｂ）に示したような嵩拡散体のＴＩＲフラストレータは、何れの適した手段によって提供されてもよい。例えば、適した嵩拡散体をフィルムとして提供し、光学接着剤の使用によって基板におよび／または発光デバイスにおよび／または他の成分に接着することができる。典型的な光学接着剤は、ディスプレイ構造体内の光学接着剤層のすぐ後ろに位置している発光デバイスの層の屈折率と大体同じかまたはより大きい屈折率を有する。別の実施例として、嵩拡散体は、適切な光学接着剤または接着に適した他の適した接着剤またはバインダー中に配置された、低屈折率の粒子、高屈折率の粒子、気泡、ボイド、相分離材料の領域などを含有してもよい。この場合、嵩拡散体が、基板、透明電極、光学フィルム、または他の成分などの発光デバイスの層上にコートされてもよく、デバイスの一部分をデバイスの別の部分に、または、ディスプレイの前面に任意に提供されてもよいような付加的な光学フィルムまたは他の成分に接着するために用いられてもよい。他の実施態様において、嵩拡散体は、基板または基板の一部に拡散されたまたはその中に他の仕方で配置された粒子または気泡を含有してもよい。例えば、粒子をガラスフリット中に配置し、適切にコートし、平らにし、焼成して、ガラス基板、または、嵩拡散ＴＩＲフラストレータの働きをするガラス基板上の層を形成してもよい。同様に、粒子を、ポリマー基板に、または、嵩拡散ＴＩＲフラストレータの働きをする基板上のポリマー層に形成され得るバインダー中に混合することができる。
【００２８】
上に記載したように、嵩拡散体ＴＩＲフラストレータは一般に、母材またはバインダー中に配置された散乱部位を含有する。母材料には、望ましい波長について透過性である何れの適した材料をも、含めることができる。母材料は好ましくは、嵩拡散体の下のディスプレイ内の隣接した層の屈折率と大体同じかまたはより高い屈折率を有する。母材料の実施例には、光学接着剤、熱可塑性樹脂、フォトポリマー、熱硬化材料、エポキシ、ポリイミド、ナノ複合材料などがある。嵩拡散母材（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｆｆｕｓｅｒ ｍａｔｒｉｘ）は、単一の、均質材料であってもよく、または母材は、１以上の材料を含有することができる。例えば、母材の組成が、母材の厚さにわたって変化して、嵩拡散体の厚さにわたって母材の屈折率、透過率、および／または他の性質を変えることができる。かかる厚さの変えられた構造体は、本明細書中で、層状構造体と称される。別の実施例として、母材の組成は、嵩拡散体の水平位置に応じてより高い、およびより低い屈折率の交互領域、より高いおよびより低い光学密度の領域、および／または他の性質の領域を有するなど、嵩拡散体の平面において変化することができる。かかる水平方向に変化された構造体は、本明細書中で、ルーバー付き構造体（ｌｏｕｖｅｒｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）と称される。ルーバー付き構造体は、高い角度の入射光の光路を変え、例えば、有意の量で低い角度の入射光に悪影響を及ぼすことなく、高い角度の入射光のＴＩＲを阻止するのに有用である場合がある。嵩拡散体内の散乱部位の場合と同様に、高い角度の入射光は、低い角度の入射光よりルーバー付き構造体内の「領域−領域」光学変動のより多くの標本を抽出する傾向がある。
【００２９】
散乱中心は、嵩拡散体の母材中に配置された、粒子、ボイド（例えば、気泡またはポケット）、相分散材料などを含有することができる。明記されない場合、用語「粒子」「散乱部位」、および「散乱体」は、嵩拡散体内の散乱部位に対して同じ意味で用いられる。概して、より効率的な散乱は、散乱部位と母材との間の屈折率の差がより大きい時に生じることがある。１種以上の散乱体もまた、用いることができる。例えば、高屈折率の粒子タイプおよび低屈折率の粒子タイプを、同じ嵩拡散体中で用いることができる。粒子の配合量は概して、適用に依存する。例えばランプ、またはバックライトの適用において、粒子の配合量は好ましくは、嵩拡散体を有さないディスプレイに比較してディスプレイから視認者の方向により多くの光を結合するのに十分に高く、望ましい量の垂直なおよびほぼ垂直な光を、遮られずに嵩拡散体中を通過させるのに十分に低い。粒子の配合量は、嵩拡散体の厚さ、ディスプレイ内の嵩拡散体の位置、散乱体の屈折率、散乱体の寸法、母材の材料、およびディスプレイの他の要素、特定のディスプレイの適用、他のかかる問題、に依存することがある。
【００３０】
散乱中心は、母材の全体にわたって分散するためおよび嵩拡散体を通して伝播する光との望ましい相互作用のために、何れの適した寸法であってもよい。典型的な散乱体は、散乱される光の波長のオーダーまたはより大きく、嵩拡散体の厚さより少なくとも幾分小さい。散乱体は、例えば、球形、針状、平坦、細長などの何れの望ましい形状であってもよい。散乱体はまた、母材中で特定の方向に方向付けられてもよい。例えば、嵩拡散体は、それらの長軸がフィルムの厚さ方向と整列された、母材および複数の細長エアポケット、または円筒状ボイドを有する微孔性フィルムであってもよい。別の実施例として、嵩拡散体は、拡散体の厚さ方向にまたは拡散体の平面の軸に沿ってなどの特定の方向に沿って共線状に方向付けられた複数の細長い散乱体を含有することができる。嵩拡散体内に方向付けられている細長または針状散乱体は、不整な視認性質をもたらすことができ、例えば、垂直方向により狭い範囲にわたって増強された明るさを提供したまま、水平方向に広範囲の視認角度にわたって増強された明るさを提供することができる。
【００３１】
特に適した嵩拡散体には、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製の商品名３Ｍ １４７２−４として入手できる微孔性ポリプロピレンフィルムなどの微孔性フィルム、およびＭｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製の透明接着テープ上の裏材用に用いられたような高温押出セルロースアセテートフィルム、粒子対バインダーの重量または容量の率が１％〜５０％、粒度が１ミクロン未満〜１０ミクロン以上である、ＴｉＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＳｉＯ４などの白色無機粒子の分散された、アクリル、熱可塑性樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フォトポリマー、光学接着剤、およびかかる他の材料などの適した透過性バインダ、粒子対バインダーの重量または容量の率が１％〜５０％、粒度が１ミクロン未満〜１０ミクロン以上である、ポリスチレン粒子、ポリテトラフルオロエチレン粒子（概して商品名テフロンとして入手できる）、および他の粒子などの有機粒子の分散されたアクリル、熱可塑性樹脂、ＰＥＴ、フォトポリマー、光学接着剤、およびその他の透過性バインダーなどの適した透過性バインダ、およびポリエチレン中に分散されたポリスチレンなどの相分離複合材などがある。バインダー中に分散された粒子を含有する嵩拡散体は一般に、ＰＥＴまたはポリカーボネートフィルムまたは他の適したフィルム上に溶液コーティングまたは別の方法で適したコーティングをすることによって形成されてもよい。嵩拡散体の厚さは変化することができ、一般的な厚さは、約１ミクロン〜５０ミクロンの範囲である。粒度は、粒子タイプおよび他の問題点に応じて変化することができ、一般的な粒度が、約１ミクロン以下〜１０ミクロンの範囲である。約１〜５ミクロンの範囲の粒度が、色の分散を低減させるために好ましいことがある。
【００３２】
典型的なＴＩＲフラストレータにはまた、表面拡散体などがある。図４（ａ）および（ｂ）は、表面拡散体を備える発光型ディスプレイの実施例を示す。図４（ａ）は、発光デバイス４１２、光透過性基板４１４、および表面拡散体４１６を備える発光型ディスプレイ４１０を示す。透過性基板４１４は、デバイス４１２と表面拡散体４１６との間に配置される。表面拡散体４１６は好ましくは、望ましい波長の光に対して実質的に透過性であると共に基板４１４の屈折率に近いかそれ以上の屈折率を有する材料から作製される。表面拡散体４１６は、視認者の方向に方向付けられた粗表面を有する。
【００３３】
図４（ｂ）は、発光デバイス４２２、要素４３０、表面拡散要素、および透過性基板４３８を備える発光型ディスプレイ４２０を示す。発光デバイス４２２は、図示するように、電極４２４と４２８との間に配置された発光層（ｅｍｉｓｓｉｖｅ ｌａｙｅｒ）４２６を備えることができる。表面拡散要素４３０は、２つの層４３２および４３４を備えることが示される。層４３２および４３４の一方は一般に、粗い、または拡散表面４３６を付与された層である。前記２つの層４３２および４３４の他方は、場合によって、拡散層を基板４３８またはデバイス４２２に積層するために用いた光学透明接着剤または何か他の透過材料であってもよい。接着機能は別として、接着剤層は、空隙が要素間に存在しないように、拡散層の粗面の上にコートするのに役立ち得る。あるいは、非接着剤層を用いて、例えば、必ずしも接着機能を提供しないで、粗面を平面化することができる。層４３２および４３４は、異なった屈折率を有し、好ましくは、層４３２は、層４３６の屈折率より高い屈折率を有する。好ましくは、層４３２は、電極４２８または電極４２８と層４３２との間に配置されてもよい別の層（図示しない）より高い屈折率を有する。
【００３４】
図示したように、表面拡散体は、内部全反射が発光型ディスプレイの明るさを低減させることができる境界面に配置されてもよい。表面拡散体は、高い角度の入射光を散乱し、それによってＴＩＲを阻止することによって、視認者の方向に発光型ディスプレイからより多くの光を結合することができる。表面拡散体はまた、特にディスプレイと視認者との間に直接に提供されるとき、艶消しの外観をディスプレイに提供することができる。これは、周囲光の反射によって起こされたグレアを低減させ、それによってディスプレイの見掛のコントラストを改善することができる。表面拡散体は、ディスプレイに既に含有された要素の表面をエンボス加工するかまたは別の方法で粗くすることによって、提供されてもよい。追加の層もまた、拡散表面を提供するために特に加えられてもよい。同様に、嵩拡散体などの他のＴＩＲフラストレータに、拡散表面を更に提供することができる。
【００３５】
特に適した表面拡散体には、艶消ポリカーボネート、ＰＥＴ、または他の適したフィルム、伸張ポリエチレンフィルム、サンドブラスト掛けフィルム、エンボス加工セルロースアセテートフィルムなどの熱エンボス加工表面構造化フィルム、透明ビードスクリーンフィルム（例えば、透明な基板上の透明バインダーにサブミリメートルサイズのガラスビードを部分的に埋め込むことにより作製されたフィルム）、透明な基板上に形成された、レーザーによって重合した不規則構造化拡散体、不規則レーザードリルドフィルム、および他のかかる不規則構造化、艶消、またはエンボス加工フィルムなどがある。表面拡散体に用いた何れの表面構造体もまた、フィルムを元の構造体でエンボス加工するか、または元の構造体上にコートすることによってフィルムを形成することにより、逆構造体を有する別の表面拡散体を作製するために用いられてもよい。
【００３６】
典型的なＴＩＲフラストレータもまた、微細構造化表面を備える。概して、微細構造体は、数ミクロンまたは数十ミクロン単位で測定された寸法を有する表面の意図された、しばしば繰り返しの、突起および／または窪みとして説明され得る。微細構造化要素を用いて、光の方向および分散を管理するかまたは変えることができることは、周知である。例えば、プリズム状フィルムが液晶ディスプレイ内で用いられ、垂直な入射または小さい視角で視認されるとき、光を伝送してディスプレイの見掛の明るさを増大させる角度の円錐を制限する。
【００３７】
図５（ａ）は、透明な基板５１４上に配置された発光デバイス５１２と、基板５１４の視認者側の面に配置された微細構造化フィルム５１６と、を備える発光型ディスプレイ５１０を示す。微細構造化フィルム５１６は、ＴＩＲフラストレータとして作用することができる。微細構造化フィルム５１６は好ましくは、基板５１４の屈折率と大体同じか、またはより高い屈折率を有する。
【００３８】
図５（ｂ）は、発光デバイス５２２と透明な基板５３８との間に配置された微細構造化要素５３０を備える発光型ディスプレイ５２０を示す。発光デバイス５２２は、視認者の方向に微細構造化要素５３０および基板５３８を通して光を放射することができる。発光デバイス５２２は、電極５２４と５２８との間に挟まれた発光層５２６を備えることが示される。微細構造化要素５３０は、それらの間に微細構造化境界面５３６を有する２つの層５３２および５３４を備えることが示される。一般に、層５３２および５３４の一方が、微細構造化フィルムであり、他方の層が、微細構造化フィルムの微細構造化表面に充填するために用いられる接着剤または他の材料である。このようにして、微細構造化要素５３０は、例えば、基板および発光デバイスなどのディスプレイの他の要素間で接着、積層、または別の方法で配置され得る、２つの平坦な面を有する。これは、埋込微細構造体として考え得るものをつくる。層５３２および５３４は、異なった屈折率を有し、好ましくは層５３４が層５３２より高い屈折率を有する。更に、層５３２は好ましくは、電極５２８と層５３２との間に配置されてもよい電極５２８または他の層（図示しない）と大体同じかまたはより高い屈折率を有する。微細構造化要素５３０は、電極５２８と基板５３８との間の境界面でほかの場合なら内部全反射される光のＴＩＲフラストレータとして役立つことができる。
【００３９】
発光型ディスプレイについては、微細構造化要素を単独でまたは他の要素（嵩拡散体など）と組み合わせて用いて、ＴＩＲを阻止し、および／または、光を、視認者に達する前に、次にぶつかる境界面でＴＩＲの臨界角を超える可能性がそれほど高くない角度に方向変換することができる。
【００４０】
特に適した微細構造体には、レンチキュラーレンズシート材料、マイクロレンズアレイ、ビードまたはキューブコーナード再帰反射シート材料、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ製の商品名Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍのプリズム状および他の光学増強フィルム、回折格子、および他の適した微細構造化フィルムなどがある。微細構造体はまた、逆微細構造を有する他の微細構造化フィルムを形成する型として用いられてもよい。
【００４１】
微細構造化フィルムを、発光型ディスプレイの前面の上に積層するかまたは別の方法で配置することができ、一般に、フィルムの微細構造化表面が視認者に対向し、フィルムの反対側の表面が平滑である。微細構造化フィルムはまた、微細構造体を視認者と反対方向に向けて、方向付けられてもよい。微細構造体はまた、埋込構造体に提供されてもよく、そこにおいて、微細構造化フィルムの微細構造を異なった材料でコートして、両面が平滑であるが中央に微細構造化境界面を有するフィルム状構造体を形成する。
【００４２】
微細構造体を、単独で、または他のＴＩＲフラストレータと共に用いることができる。例えば、発光デバイスと透明な基板との間に配置された嵩拡散体を発光型ディスプレイ内に備えること、基板の反対側の面の上に微細構造化フィルムを備えることが望ましいことがある。あるいは、ＴＩＲフラストレータ要素を微細構造化表面を備える単一の要素に組み合わせることが望ましいことがある。例えば、透過母材中の嵩拡散体粒子の分散系を、微細構造化表面上にコートし、乾燥または別の方法で固化し、次いで、微細構造化表面から除去して微細構造化および嵩拡散性であるフィルムを製造することができる。あるいは、嵩拡散体分散系を用いて、透過微細構造化フィルムの微細構造化表面に充填し、他のディスプレイ要素に接着するための埋込微細構造体、拡散粒子、および平坦な面を有する要素を作製することができる。
【００４３】
ＴＩＲフラストレータを用いて、例えば、発光型ディスプレイからより多くの光を結合する他に、光を望ましい視角に向けることもできる。例えば、プリズム状微細構造体を用いて、観察者がディスプレイを見る可能性がより高い法線の周りの角度の、より狭い円錐に広い角度の光を方向変換することができる。これは、内部全反射を阻止することによって得られた明るさに加えて明るさの見掛の増大をもたらす。更に、微細構造体、格子、などを用いて、光を望ましい、法線から外れた視角（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｇｌｅｓ）に向けることができる。例えば、パーソナルディジタルアシスタント、携帯電話ディスプレイなどの手持ち式デバイスはしばしば、ディスプレイの自然な傾斜のために法線から外れた角（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ ａｎｇｌｅ）で視認される。望ましい、法線から外れた視軸（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ ｖｉｅｗｉｎｇ ａｘｉｓ）の方向におよび周りに光を方向変換する構造体を用いて、ディスプレイの明るさを更に増大させることができる。更に他の用途において、ＴＩＲフラストレータ上の構造体を用いて、１つの方向の有効視角を、別の方向の有効視角を制限しないまま、制限することができる。例えば、テレビまたはデスクトップコンピュータモニタなどの永久設置ディスプレイ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｌｙ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙｓ）はしばしば、様々な水平位置からみられるが、一般にほぼ同じ垂直位置で見られる。構造体を用いて、例えば、左から右へ広範囲の視角を提供したまま、ほかの場合なら天井および床に向けられる光を法線の方向に方向変換することができる。
【００４４】
嵩拡散体、表面拡散体、および微細構造体の他に、反射防止コーティングもまた、ＴＩＲフラストレータとして用いることができる。反射防止コーティングには、１つの層から反射された特定の波長の光が、前記波長の２分の１の奇数倍の光路長の差のために、１つ以上の隣接したまたは連続した層から反射された光と弱め合うように干渉するように設計された多層コーティングがある。内部全反射が生じる可能性がある境界面に反射防止コーティングを用いることによって、内部全反射された光の多くを、弱め合う干渉のために相殺することができ、それによってディスプレイの明るさを増大させる。本発明は、反射が望ましくない発光型ディスプレイの何れかの適切な境界面での反射防止コーティングの使用を考察する。反射防止コーティングを、他のＴＩＲフラストレータおよび光学要素の代わりに、その他に、または共に、備えてもよい。典型的な反射防止コーティングには、ベーマイト（アルミニウム３水和物）コーティングなどの広帯域反射防止コーティングなどがある。
【００４５】
本発明は、発光型ディスプレイ内の内部全反射を阻止して明るさを増大させる何れかの適した要素の使用を考察するが、かかる要素が、概して、上に記載した名称の要素（例えば、嵩拡散体、表面拡散体、微細構造体、反射防止コーティングなど）の何れかの１つ以上の範疇に分け得るまたは分けられるかどうかには関係がない。
【００４６】
明るさの増強のために用いたＴＩＲフラストレータのタイプ、およびそれが用いられる構造体は、概して、最終的な適用に依存する。１つの問題点は、発光デバイスがパネル、ディスプレイまたは視認される他の対象を照らすために用いられるのか（例えば、発光デバイスが液晶ディスプレイ用のバックライトとして用いられる）、または、発光デバイスが直視型ディスプレイとして用いられるのか（例えば、発光デバイスがそれ自体、情報ディスプレイ装置であり、単に情報ディスプレイ用の照明源ではない）どうか、ということである。バックライトおよび他の照明の用途など、いくつかの用途については、ＴＩＲフラストレータの目的は、ＴＩＲのために、ほかの場合なら閉じ込められるかまたは失われる可能な限り多くの光を前記デバイスから結合することである。これらの用途については、嵩拡散体が、典型的な選択である場合がある。
【００４７】
嵩拡散体を通して視認者の方向に伝播する光は、視認者の方向に遮られずに通過することができ、前記デバイスから視認者の方向に散乱および結合されることが可能であり、臨界角より大きな角度で遮られずに通過することができ、嵩拡散体中で内部全反射されることが可能であり、臨界角より大きな角度で散乱されると共に嵩拡散体中で内部全反射されることが可能である。嵩拡散体中で内部全反射された光は、他の散乱部位にぶつかり、デバイスから視認者の方向に結合される可能性を有する。換言すれば、嵩拡散体を最初に通過した時にまたは最初に散乱した時にデバイスから直ぐに結合されない光は、後に拡散体を通過し散乱する間にデバイスから視認者の方向に結合され得る。嵩拡散体内で再循環するかかる光は、発光デバイスの明るさを非常に増大させることができる。再循環現象は、ピクセルが互いに非常に近く隔置される場合にピクセル間のクロストークにつながることがある、嵩拡散体内の横方向の光の伝搬に依存するので、発光デバイスが、例えば、直視型ピクシレーテッドディスプレイである場合、かかる光の再循環はまた、発光デバイスの解像度に悪影響を及ぼすことがある。下により詳細に記載されるように、直視型発光型ディスプレイの明るさの増強要素として嵩拡散体を用いるとき、解像度およびコントラストを維持するのを助けるために他の要素を備えてもよい。
【００４８】
直視型ディスプレイなどのいくつかの用途については、ピクセル解像度および隣接するピクセル間のコントラストが好ましくは維持されるか、または増強されさえする。それ故に、解像度およびコントラストに対する犠牲を最小にして明るさを増大させるＴＩＲフラストレータを用いることができる。例えば、ＴＩＲフラストレータを最初に通過させた時にデバイスから視認者の方向に高い角度の入射光を結合するが、最初の通過においてディスプレイから視認者に向けられない光を有意の量で再循環させない、ＴＩＲフラストレータを用いることができる。表面拡散体は、粗い外面のために、ピクセル間の光のクロストークにつながり、従って解像度の低下につながることがある表面拡散体中のＴＩＲを防いだまま、最初の通過光をデバイスから結合するための適した選択である可能性がある。微細構造体はまた、それらを用いて、最初の通過光をデバイスから視認者に方向変換することができるので、適した選択である可能性がある。更に、拡散表面を有する嵩拡散体、微細構造化要素を伴う表面拡散体、コントラスト維持微細構造体を有する嵩拡散体などの要素の組合せを用いて、コントラストを維持または増強して解像度を維持したまま、所望の量の明るさの増強を達成することができる。
【００４９】
解像度を維持することができる別のＴＩＲフラストレータの実施例を、図６に示す。要素６１０は、吸収領域６１４によって隔てられた透過／拡散領域６１２を備える。吸収領域６１４は、例えば、黒色材料または他の光吸収材料から作製されたマイクロルーバーを含有することができる。透過／拡散領域６１２を、上に論じたような嵩拡散体を形成するために適した材料から作製することができる。透過領域を隔てるマイクロルーバーなどの吸収領域を備える要素は、米国特許第４，６２１，８９８号、同第４，７６６，０２３号、同第５，１４７，７１６号、同第５，２０４，１６０号、および同第５，２５４，３８８号に開示された技術など、様々な技術によって作製され得る。吸収領域６１４を用いて、要素６１０中で内部反射される光を吸収または阻むことができる。これは、特定の光が要素６１０を通して長い距離にわたって（例えば、別のピクセル領域まで）横方向に伝播するのを防ぐことができる。特定の内部反射された光が他のピクセル領域へ進むのを妨ぐことによって、ピクセルのクロストークを低減させることができる。これは解像度を維持するのを助ける。しかしながら、吸収領域６１４によって吸収される内部反射光が明るさの増強に寄与しないという点で相殺があり得る。しかしながら、この光を吸収することにより、解像度およびコントラストの維持管理を達成することができる。
【００５０】
あるいは、相当な量の光を吸収しないまま、光を視認者の方向に反射し、それによってピクセルのクロストークを妨ぐことができるように、光吸収領域を必ずしも備えないが特にルーバーを備えて反射境界面をもたらすルーバー付き構造体を形成することができる。
【００５１】
ピクセル間のクロストークを低減するのを助けるために、吸収要素６１４間の間隔は好ましくはピクセル間の距離以下のオーダーである。例えば、吸収要素６１４間の間隔は、ピクセル間の間隔と同じであってもよく、要素６１０は、各ピクセルが透過／拡散領域６１２を通して直接に放射するために、ピクセルにパターン化された発光デバイスと基板との間に配置されてもよい。あるいは、吸収要素６１４間の間隔は、ピクセルと要素６１０との間のアラインメントが問題になることが少ないようにピクセルの間隔よりはるかに小さくされてもよい。
【００５２】
本発明のＴＩＲフラストレータは、発光デバイス内で機能性を提供する性質を任意に備えてもよい。例えば、染料または顔料などの着色剤を、嵩拡散体ＴＩＲフラストレータのバインダー中に分散して、放射光（ｅｍｉｓｓｉｖｅ ｌｉｇｈｔ）が好ましい色座標を示さない状態などにおいて望ましい着色を提供することができる。着色剤はまた、他のタイプのＴＩＲフラストレータ中に配置されてもよい。ＴＩＲフラストレータに不可欠な、提供することが望ましいことがある他の機能性には、偏光、光の再循環、コントラストの増強などがある。
【００５３】
本発明のＴＩＲフラストレータは、ディスプレイの全幅に広がる全要素として提供されてもよく、ディスプレイの一部分をコートするように提供されてもよく、または選択された方法でディスプレイの選択された部分をコートするようにパターン化されてもよい。例えば、発光デバイスのピクシレーテッドアレイを備えるディスプレイにおいて、嵩拡散体は、単一の嵩拡散体が単一の発光体または発光体の群と結合されるようにパターン化されてもよい。これは、異なったタイプの嵩拡散体を各タイプの発光体のために選択することができる利点、例えば、特定の波長でより良好に機能する散乱体を選択する利点を有することがある。ＴＩＲフラストレータをパターン化する別の利点は、ピクシレーテッドディスプレイの解像度を維持する能力である場合がある。例えば、別個の嵩拡散体および結合した各嵩拡散体を特定のピクセルまたはサブピクセルでパターン化することによって、嵩拡散体中の散乱および内部反射によるピクセルのクロストークが低減される場合がある。パターン化嵩拡散体およびピクセルを隔てる黒色母材を提供することもまた、コントラストを増強したまま、ピクセルのクロストークを低減するのを助けることがある。ＴＩＲフラストレータを、様々なフォトリソグラフィ方法、印刷方法、および選択的な転写方法など、何れかの適した方法によってパターン化することができる。例えば、嵩拡散体、微細構造体等は、ドナーシートの選択的なレーザー誘起加熱（ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ）によってドナーシートからディスプレイ基板までバインダー中の粒子を、選択的に熱転写することによって、パターン化されてもよい。発光デバイスおよびＴＩＲフラストレータをディスプレイ基板上で同時にパターン化することもまた、望ましいことがある。発光デバイス、バインダー中の粒子、および微細構造体の選択的な熱物質移動が、米国特許第６，１１４，０８８号、同第５，９７６，６９８号、および同第５，６８５，９３９号および同日譲渡の米国特許出願第０９／４５１，９８４号に開示されている。
【００５４】
実施例
以下の実施例は、本発明のいくつかの態様を示すことを意図し、以下に記載した請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００５５】
これらの実施例において、明るさの増強がゲインを用いて定量化される。ゲインは、基線測定に対して所定の視角での光の強さを比較する無次元測定（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）である。例えば、発光デバイスの明るさを、視角の関数として測定し、基線を決定することができる。次いで、ＴＩＲフラストレータを前記デバイスに付加することができ、明るさを、再び視角の関数として測定することができる。所定の視角でのＴＩＲフラストレータを有するデバイスの明るさ対デバイスだけの明るさの比は、その視角でのゲインである。垂直な入射での１．５のゲインは、例えば、基線測定と比較して０°の視角で明るさの５０％の増大を表す。８０°での０．７のゲインは、例えば、基線の測定と比較して８０°の視角で明るさの３０％の減少を表す。
【００５６】
様々なＴＩＲフラストレータを試験して、発光デバイス内の他のＴＩＲフラストレータに対してそれらの相対的なゲインを比較した。様々なＴＩＲフラストレータの性能を試験するために用いた発光デバイスは、紫外線源と、紫外線源の上に配置された螢光染色ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）と、を有した。ＰＶＣフィルムの屈折率は１．５２４であり、厚さは約０．２５ｍｍであった。紫外線源は、紫外線光子を染色ＰＶＣフィルム中に放射し、それは、可視光を交替で放射する染料を励起した。ＰＥＴフィルム（厚さ約０．０７ｍｍおよび屈折率１．６５）を基板として用いた。基板を、染色ＰＶＣフィルム上に配置し、前記構造体から放射された光の強さを、視角の関数として測定した。この測定は、行ったすべてのゲイン測定の基線として役立った。デバイス内の異なった構造体の様々なＴＩＲフラストレータを試験するために、ＴＩＲフラストレータを、ＰＥＴ基板と染色ＰＶＣフィルムとの間に、ＰＥＴ基板の上に、または両方に配置することができる。試験用構造体は、光を基板を通して放射するランバート（ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）発光デバイス、例えば、ＯＬＥＤなどのエレクトロルミネセンスランプをシミュレートすることを意図した。異なったタイプのＴＩＲフラストレータを用いる結果を、以下の実施例に記載する。
【００５７】
実施例１ 嵩拡散体
この実施例において、染色ＰＶＣフィルムとＰＥＴ基板との間に積層された嵩拡散体に対応したゲインを、散乱体の配合量の関数として測定した。嵩拡散体を作製するために、様々な量のＳｂ２Ｏ３粒子（屈折率＝２．１、平均直径＝３ミクロン）を熱可塑性ＰＥＴ材料（屈折率＝１．５６）中に分散させて混合物をつくり、＃２０メイヤーバーを用いてＰＥＴ基板上に混合物をコートした。次に、コーティングを乾燥させてＰＥＴ基板に接着された嵩拡散体からなる構造体を形成した。嵩拡散体はそれぞれ、約４ミクロンの厚さを有した。各々の構造体について、嵩拡散体の面を、約３００°Ｆで染色ＰＶＣフィルムに熱積層した。得られた試料は、次の順に、染色ＰＶＣフィルム、厚さ４ミクロンの嵩拡散体、およびＰＥＴ基板を有した。各試料を、紫外線源上に置き、ゲインを角度の関数として測定した。表１は、試料の各々について垂直な入射でのゲインを記載する。試料を、嵩拡散体内のＳｂ２Ｏ３粒子の重量パーセントによって指定する。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１は、嵩拡散体内のより高い粒子配合量が、より多くの光をデバイスから結合するという結果をもたらしたことを示す。試料の各々について、最大ゲインは０°の視角においてであり、ゲインは、視角の増大によってゆっくりと減少した。最も高い粒子配合量の試料（４０重量％以上）において、ゲインは、７０°より大きい視角で１より小さくなった。
【００６０】
これらの結果のほかに、同じ構造体を用いて、嵩拡散体内の粒子の５０％の配合量レベルでの嵩拡散体の厚さの関数としてのゲインを試験した。それらの結果は、ゲインが、嵩拡散体の厚さが高くなると最終的に下がったが、垂直な入射で１より大きいゲインが維持されたことを示した。これは、高粒子配合量を有する嵩拡散体の厚さを増加させることが、より高い粒子配合量のためにゲインの向上のいくらかを相殺する傾向があることを示した。
【００６１】
実施例２ 嵩拡散体
この実施例において、嵩拡散体と染色ＰＶＣフィルムとの間に配置された積層接着剤の屈折率の関数として、嵩拡散体ＴＩＲフラストレータのゲインを測定した。Ｓｂ２Ｏ３粒子を熱可塑性ＰＥＴ中に（４０重量％、粒子対ＰＥＴ）分散し、次に、混合物をＰＥＴ基板上にコートすることによって、嵩拡散体を作製した。嵩拡散体は、約４ミクロンの厚さを有した。次に、嵩拡散体を、様々な接着剤を用いて染色ＰＶＣフィルムに積層した。接着剤のタイプ、接着剤の屈折率、および試料の各々について測定したゲインを、表２に記載する。
【００６２】
【表２】
【００６３】
表２は、接着剤の屈折率が染色ＰＶＣフィルムの屈折率に近くなればなるほど、観察されたゲインがより高くなることを示す（染色ＰＶＣフィルムの屈折率 ＝ １．５２４）。これは、発光体と嵩拡散体との間のより良い光学結合が、増強された明るさをもたらし得ることを示した。
【００６４】
実施例３ 嵩拡散体
この実施例において、嵩拡散体とガラス基板との間に配置された積層接着剤の屈折率の関数として、ゲインを嵩拡散体ＴＩＲフラストレータについて測定した。同じ嵩拡散体を、実施例２に記載したように作製した（すなわち、粒子を熱可塑性ＰＥＴ中に分散し、ＰＥＴ基板上にコートした）。嵩拡散体のコート面を、表３に記載した様々な接着剤を用いて厚さ１ｍｍのガラス基板に積層した。染色ＰＶＣフィルムを、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ製の商品名３Ｍ積層用接着剤８１４１（屈折率＝１．４７５）として市販の光学透明接着剤を用いてガラス基板の他方の面に、積層した。各構造体のゲインを、表３に記載する。
【００６５】
【表３】
【００６６】
表３は、接着剤とガラス基板との間の屈折率の差が小さいとき、より高いゲインが達成されたが、有意のゲインが各ケースにおいて観察されたことを示す。
【００６７】
実施例４ 表面および嵩拡散体としてのセルロースアセテートフィルム
厚さ３０ミクロンのセルロースアセテートフィルム（屈折率＝１．４９）を、約１〜２ミクロンの深さを有するやや細長い、艶消パターンでエンボス加工した。これは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製の商品名３Ｍマジックテープとして市販の接着テープの裏材に用いた本質的に同じ基板およびパターンであった。セルロースアセテートフィルムのエンボス加工表面を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて染色ＰＶＣフィルムに積層した。この構造体は、１．６８１の、垂直な入射でのゲインを示した。エンボス加工によって提供された表面粗さのほかに、セルロースアセテートフィルムは、そのバルクにサブミクロンサイズのボイドを含有した。ボイドは、エンボス加工プロセスの間に生じた人為結果であった。
【００６８】
実施例５ 表面拡散体
この実施例において、様々な表面拡散体の間でゲインを測定および比較した。各ケースにおいて、記載した拡散表面を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて染色ＰＶＣフィルムに積層した。
【００６９】
拡散表面５Ａは、１．６５の屈折率を有する厚さ０．０７ｍｍのＰＥＴフィルム上の複数のドーム状突起からなった。表面５Ａを作製するために、ＰＥＴを逆ドーム構造を有する型上にキャストした。型を作製するために、ビードが、３０ミクロン〜９０ミクロンの範囲の直径、および６０ミクロンの平均直径を有するビード付きプロジェクションスクリーンから複製した。
【００７０】
拡散表面５Ｂは、拡散表面５Ａと同じであったが、逆構造（すなわち、複数の球状の窪み）を有した。
【００７１】
拡散表面５Ｃを作製するために、１０％／９０％ポリエチレン／ポリプロピレンフィルム（厚さ＝０．０７ｍｍ、屈折率＝１．４９）を９：１比（伸張方向対非伸張方向）まで伸張した。フィルムの伸張は、表面を粗くした。
【００７２】
拡散表面５Ｄは、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｒｐ．製の製品コード ８Ｂ３５として市販の、厚さ０．１５ｍｍの艶消ポリカーボネートフィルムであった。
【００７３】
拡散表面５Ｅは、実施例４に記載されたエンボス加工セルロースアセテートフィルムであった。
【００７４】
拡散表面５Ｆは、不規則配置および緊密充填ベーマイト（アルミニウム３水和物）微細構造体からなった。それを作製するために、厚さ０．０３ｍｍのＰＥＴ基板上に厚さ６００オングストロームのアルミニウムコーティングを高温水蒸気で蒸した。拡散表面５Ｆは、約０．１ミクロンの厚さおよび１．５８の屈折率を有した。
【００７５】
表４は、試料の各々について垂直な入射でのゲインを記載する。
【００７６】
【表４】
【００７７】
表４は、表面拡散体を用いて発光デバイスの明るさを増強することができることを示す。表４に記載したゲインを表１に記載したゲインと比較することによって理解できるように、嵩拡散体は、表面拡散体より光を発光デバイスから結合するのに効率的である場合がある。これはおそらく、光が視認者の方向に前方に散乱される多くの機会を与える嵩拡散体の性質のためである。この実施例５に記載した表面拡散体の視角の関数としてゲインが増大したことにもまた、留意されたい。これを、より高い視角についてゲインの低下を示す傾向があった嵩拡散体の性質と対照させることができる。これは、相対的に高いゲインがＴＩＲフラストレータとして＊嵩拡散体と表面拡散体とを組み合わせる発光型ディスプレイの広範囲の視角にわたって達成される場合があることを示唆する。
【００７８】
実施例６ 微細構造体
この実施例において、様々な微細構造化試料の間でゲインを測定し、比較した。各ケースにおいて、記載した微細構造化試料を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて染色ＰＶＣフィルム（染色ＰＶＣフィルムの方向に方向付けられた微細構造を有する）に積層した。
【００７９】
微細構造体６Ａは、約０．８ミクロン隔置された複数の平行なリッジを有し、主表面の上に約０．０２６ミクロンの高さまで隆起するシヌソイド表面格子であった。格子を形成するために、厚さ０．０７ｍｍのＰＥＴフィルム上に熱可塑性ＰＥＴの厚さ５ミクロンのコーティングを熱エンボス加工した。
【００８０】
微細構造体６Ｂは、厚さ０．１０ｍｍのホットメルト射出ポリカーボネートフィルム（屈折率＝１．５８）に成形されたマイクロレンズのアレイであった。
【００８１】
微細構造体６Ｃは、フォトポリマーのキャスチングによってＰＥＴフィルムに成形されたレンチキュラーアレイであった。レンチキュラーシート材料を構成する円筒状レンズ（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｌｅｎｓｅｓ）は、７８ミクロンの空間周波数、２３ミクロンの楕円レンズ高、および１．３５の長軸対短軸のアスペクト比を有した。フォトポリマーは、硬化した後に１．５７の屈折率を有した。
【００８２】
マイクロレンズアレイ６Ｂが、微細構造体６Ｃと本質的に同じ空間周波数、レンズ高、およびアスペクト比を有したが、ただし、レンチキュラーアレイ６Ｃが円筒状レンズからなったのに対して、レンズアレイ６Ｂは、レンズの２次元アレイであった。
【００８３】
表５は、これらの試料の各々について垂直な入射でのゲインを記載する。
【００８４】
【表５】
【００８５】
実施例５で記載した表面拡散体と同じように、微細構造化表面は、より高い視角でより高いゲインを示した。微細構造体６Ａの表面格子は、約２５°〜６０°の視角についてその最も高いゲインを示した。
【００８６】
実施例７ 微細構造体
この実施例において、ゲインを、似た微細構造化プリズム状フィルムについて視角および視方位（ｖｉｅｗｉｎｇ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）の関数として測定した。微細構造化フィルムは、５０ミクロン隔置された複数の平行なＶ形溝からなった。溝は、６６°の頂角を有する、ピーク、またはプリズム、を画定した。微細構造体を作製するために、フォトポリマー（屈折率＝１．５７）をＰＥＴフィルム上にキャストした。３つの異なった微細構造化フィルムを作製し、第１のフィルムが０ミクロンの「フラット（ｆｌａｔ）」を有し（「フラット」は、微細構造体間の平坦な谷部の幅である）、第２のフィルムが５ミクロンのフラットを有し、第３のフィルムが１０ミクロンのフラットを有した。微細構造化フィルムに、（それらの微細構造面の上に）ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ、屈折率＝１．４６６）を充填し、それを平にして平滑な表面を作製した。次に、ＰＶＡｃ表面を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて染色ＰＶＣフィルムに積層した。次いで、ゲインを広範囲の視角について測定し、垂直な入射および２０°の視角で以下の表６に記載する。法線から外れた視角でのゲインを２つの方位で、すなわち、溝の方向に平行に（Ｈ）および溝の方向に垂直に（Ｖ）測定された視角で測定した。２０°の視角が、Ｖ方向の最大ゲインを示したので、以下に記載される。
【００８７】
【表６】
【００８８】
表６は、明るさの増強が角依存を有することがあることを示す。いくつかの適用について、特定の方位でおよび法線から外れた視角で優先的にゲインを増大させることが望ましいことがある。例えば、手持ち式デバイスはしばしば、視認者が、わずかに傾いた視角でディスプレイを観察しているように、わずかに後方に傾斜される。
【００８９】
実施例８ 微細構造を有する嵩拡散体の組合せ
以下の実施例は、異なった粒子の配合量および／または異なった厚さを有する嵩拡散体を備える様々な構造体のゲインを比較する。更に、付加的なプリズム状フィルムを有するおよび有さない各構造体のゲインを比較する。
【００９０】
Ｓｂ２Ｏ３の粒子を、様々な粒子配合量でＢＦ Ｇｏｏｄｒｉｃｈ Ｃｏ．製の商品名Ｃａｒｂｏｓｅｔ ５２５（１．４８の屈折率）として市販のアクリル中に分散した。様々な配合量の重量パーセントは、表７に示した通りであった。混合物をＰＥＴ基板上にコートし、乾燥させて嵩拡散体を形成した。表７に示した以外に、嵩拡散体コーティングの厚さは、約４ミクロンであった。次に、嵩拡散体を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて、嵩拡散体側の面を染色ＰＶＣフィルムの方向に方向付けして、染色ＰＶＣフィルムに積層した。
【００９１】
各ケースにおいて、ゲインを、プリズム状フィルムのある場合、無い場合で測定した。プリズム状フィルムを用いたとき、プリズムを積層体から離して方向付けし、プリズム状フィルムと積層体との間に空隙を有し、プリズム状フィルムを積層体の上に配置した。用いたプリズム状フィルムは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製の商品名ＢＥＦ ＩＩＩとして市販の光学フィルムであった。それは、１．５７の屈折率を有するフォトポリマーから作製され、９０°のプリズム角および５０ミクロンの平均プリズムピッチを有する平行なプリズムを形成する複数の平行なＶ形溝を有する。
【００９２】
【表７】
【００９３】
表７は、ゲインが、嵩拡散体内の粒子の配合量を増大させることによって増大され得ることを示す。表７はまた、発光デバイスと基板との間の嵩拡散体ＴＩＲフラストレータを備えること、基板の反対側の面の上にプリズム状フィルムを備えることが更に、嵩拡散体だけと比較した時にゲインを更に増大させ得ることを示す。表７はまた、十分高い粒子配合量について、嵩拡散体に対する厚さの制限がある場合があることを示し、その厚さを超えると散乱中心の密度は、有利な効果を相殺する有害な効果を有することがある。
【００９４】
プリズム状フィルムが明るさの増強のために嵩拡散体の他に用いられたとき、ゲインが視角に大いに依存するのが観察されたことが、指摘されるべきである。嵩拡散体だけを用いるとき、観察されたゲインは垂直な入射で最も高く、より高い視角で次第に減少したが、粒子の配合量に依存して、６０°までまたはそれ以上の視角について、１より大きい（多くの場合、１．５より大きい）ままであった（より高い粒子配合量は、より高い視角でのゲインの、より速い減少を示した）。更にプリズム状フィルムを用いるとき、ゲインは、プリズム状フィルムの無い場合よりも垂直な入射で高く、ゲインは、約３０°〜３５°の視角まで次第に減少した。３０°〜３５°で、１より非常に低いゲインまで、ゲインの急激な減少が観察され、ゲインの最小値が、約４０°〜５０°の視角で観察された。約５０°より上で、ゲインが増大するのが再び観察されたが、まだ１より低いままであった。前記ゲインの角依存は、嵩拡散体がないプリズム状フィルムだけを用いるゲインの角依存と同じであったが、嵩拡散体およびプリズム状フィルムを有する場合、ゲインは、プリズム状フィルムだけを有する場合よりもすべての視角について高かった。
【００９５】
実施例９ 異なったバインダーを有する嵩拡散体
この実施例において、染色ＰＶＣフィルムとＰＥＴ基板との間に積層された嵩拡散体に対応したゲインを、嵩拡散体を作製するために用いたバインダーの関数として測定した。嵩拡散体を作製するために、粒子対バインダーの２：３重量比で異なったバインダー中にＳｂ２Ｏ３粒子（３ミクロンの平均直径）を分散させた。次に、粒子／バインダー混合物を、＃２０メイヤーバーを用いてＰＥＴ基板にコートした。次に、コーティングを乾燥させ、ＰＥＴ基板に接着された嵩拡散体からなる構造体を形成した。嵩拡散体は各々、約４ミクロンの厚さを有した。各構造体について、嵩拡散体側の面を、約３００°Ｆで染色ＰＶＣフィルムに熱積層した。得られた試料は、次の順に、染色ＰＶＣフィルム、厚さ４ミクロンの嵩拡散体、およびＰＥＴ基板を有した。各試料を紫外線源上に置き、ゲインを角度の関数として測定した。
【００９６】
表８は、試料の各々について垂直な入射でのゲインを記載する。各嵩拡散体のバインダー材料および屈折率を表に示す。表８に記載したバインダー材料「ＰｅｎｔａｌｙｎＣ／Ｅｌｖａｘ」は、染色ＰＶＣフィルムによく適合した屈折率（１．５２４の屈折率）を達成するように選択された材料のブレンドであった。このバインダーに用いた材料は、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）製の商品名ＰｅｎｔａｌｙｎＣの粘着付与剤（１．５４６の屈折率）およびＤｕ Ｐｏｎｔ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）製の商品名Ｅｌｖａｘ ２１０のビニルアセテート／エチレンコポリマーブレンド（１．５０１の屈折率）であった。
【００９７】
【表８】
【００９８】
染色ＰＶＣフィルムの屈折率が１．５２４であったことに留意のこと。表８は、バインダーの屈折率が、ディスプレイ構造体内の嵩拡散体のすぐ下に配置された染色ＰＶＣフィルムの屈折率によりよく適合したとき、より高いゲインが観察されたことを示す。表８はまた、染色ＰＶＣフィルムよりわずかに高い屈折率を有するバインダーが、染色ＰＶＣフィルムよりも同程度に低い屈折率を有するバインダーより高いゲインを示したことを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】
発光型ディスプレイの概略図である。
【図２】
発光型ディスプレイ内の内部全反射のポテンシャル境界面の概略図である。
【図３（ａ）】
嵩拡散体を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図３（ｂ）】
嵩拡散体を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図４（ａ）】
表面拡散体を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図４（ｂ）】
表面拡散体を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図５（ａ）】
微細構造化要素を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図５（ｂ）】
微細構造化要素を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図６】
解像度維持嵩拡散体の概略図である。
本発明は、発光型ディスプレイおよびランプに関するものであり、発光型ディスプレイおよびランプの明るさおよび／またはコントラストを増強するための要素に関する。
【０００２】
背景
情報ディスプレイは、手持ち式デバイスからラップトップコンピュータまで、テレビからコンピュータモニターまで、自動車ダッシュボードディスプレイから記号の用途まで、多くの用途がある。これらのディスプレイの多くは、情報を直接に表示するか（セグメント化またはピクシレーテッド発光デバイスを備えるディスプレイの場合など）、または情報を視認者に表示するパネルを照らすか（液晶ディスプレイおよびバックライト付きグラフィックスの場合など）の何れかの内部照明に依る。発光デバイスの明るさの増大は、かかるディスプレイの視認性を増大させる。しかしながら、明るさを容易に増大させる能力を制限することがある最大電力要求条件などの制約がある場合がある。例えば、バックライト付き液晶ディスプレイを備えるラップトップコンピュータモニターはしばしば、光源に電力供給するために内部バッテリを用いる。光源からの光出力の増大は、バッテリの大量の排流になることがある。電力要求条件を低減させてバッテリ寿命を伸ばすために、マイクロプリズム光学フィルムを用いて、例えば、一般に視認されない広い角度の光をより一般的な視認範囲にわたる、より狭い角度円錐に方向変換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）した。これにより、同じまたはより少ないバッテリ電力を用いたまま、ディスプレイの見掛の明るさを増大させる。望ましくない偏光状態を有する光を再循環させるのを助け（他の場合なら吸収されて消滅する）、それによって有効な光を有意に増大させることができる液晶ディスプレイ用の反射偏光子もまた開発されている。これらの場合、発光デバイスを出た光を方向変換または再利用することによって、ディスプレイの明るさを増大させた。
【０００３】
発明の概要
本発明は、発光デバイスからより多くの光を結合することによって発光デバイスおよび発光デバイスを用いて照らされたディスプレイの明るさを増強することを考察する。これは、発光デバイスを既に出た光を方向変換および／または再循環させる周知の明るさ増強の試みと異なっている。本発明をこのように用いて、発光デバイスへの電力の供給の増大を必要とせずに、発光デバイスから放射される光の量を増大させることができる。
【０００４】
視認者またはディスプレイパネルの方向に光を放射する発光デバイスは概して、１つ以上の透過層を通して光を放射する。放射された光は、これらの層によって導入された境界面の１つ以上において内部全反射しやすい。本発明は、かかる境界面の１つにおいて内部全反射を阻止してより多くの光が視認者の方向に伝送されることを可能にする要素を提供する。発光デバイスそれ自体が情報ディスプレイである場合、本発明はまた、解像度を維持し、および／またはディスプレイのピクセルまたはセグメント間のコントラストを増強する要素を提供する。
【０００５】
一態様において、本発明は、視認者の方向に透過層を通して光を放射するように配置された発光体を備える発光デバイスと、ほかの場合なら内部全反射される透過層中に放射された光の少なくとも一部分を視認者の方向に誘導するように配置された嵩拡散体と、を提供する。例えば、嵩拡散体を、発光体と透過層との間にまたは透過層と視認者との間に配置することができる。透過層は、発光体が上に形成された基材（ガラスまたはプラスチックフィルムなど）であってもよく、または、例えば、発光体の上に形成されるかまたは積層された保護層などの層であってもよい。発光体は、エレクトロルミネセンス発光体や、発光ポリマーデバイス、燐光物質ベースの発光体などの有機発光体など、何れの適した発光体であってもよい。
【０００６】
別の態様において、本発明は、基材と、基材を通して光を放射するように配置された有機発光体と、基材と有機発光体との間に配置され、発光デバイス中の有機発光体から放射された光の内部全反射を阻止するフラストレータ要素と、を備える発光デバイスを提供する。フラストレータ要素は、嵩拡散体、表面拡散体、微細構造化表面、反射防止コーティング、またはこれらおよび／または内部全反射を阻止するために用いることができる他の要素の何れの適した組合せであってもよい。
【０００７】
更に別の態様において、本発明は、発光デバイスの一部として含有された１つ以上の透過層を通して光を放射することができる発光体と、１つ以上の透過層によって作られた１つ以上の境界面で内部全反射を阻止することによって発光デバイスの明るさを増大させる手段と、を備える発光デバイスを提供する。
【０００８】
更に別の態様において、本発明は、バックライトを用いて照らされるとき情報を表示することができるディスプレイ要素を照らすためのバックライトを備えるバックライト付きディスプレイを考察する。バックライトは、透過層を通して光を放射するように配置された発光デバイスと、前記発光デバイスと前記透過層との間に配置され、内部全反射を阻止するフラストレータ要素とを備え、それによって、フラストレータ要素のないほかの場合の同じバックライトと比較したとき、より多くの光をバックライトから結合する。
【０００９】
別の態様において、本発明は、透過層を通して光を放射するように配置され、それによって情報を視認者に表示することができる複数の独立して動作可能な発光デバイスと、前記発光デバイスの少なくとも１つと前記透過層との間に配置され、少なくとも１つの発光デバイスから放射された光の内部全反射を阻止するフラストレータ要素と、を含む情報ディスプレイを提供する。
【００１０】
本発明の明るさ増強要素はまた、ディスプレイ内の光を方向変換、再循環、または他の仕方で管理する光学要素と組み合わせられてもよい。
【００１１】
詳細な説明
本発明は概して、明るさを増強し、および／またはディスプレイのコントラストを増強する要素を備える改善された発光型ディスプレイに関する。
【００１２】
図１は、発光体１１２および１つ以上の光透過層１１４を備える発光デバイス１１０の代表的な図を示す。デバイス１１０は、発光体１１２が視認者１１８の方向に透過層１１４を通して光を放射することができるように作られる。デバイス１１０の視認者側の面は通常、前面と称されてもよいが、反対側の面は、相応して裏面と称される。視認者１１８と透過層１１４との間に、透過層１１４より低い屈折率を有する領域１１６がある。領域１１６は一般に空気を含有し、完全に空気で構成されてもよいが、同様に、様々なフィルム（例えば、グレア防止フィルムまたはコーティング、スマッジ防止フィルムまたはコーティング）、光学要素（例えば、偏光子、フィルター、波長板、レンズ、プリズム状フィルムなど）、タッチスクリーンなどのユーザインタフェースデバイスの他、単独でまたは組み合わせて配置された他の要素であって、透過層１１４と前記要素との間に空隙を有してまたは有さずに、および／または領域１１６の別個の要素間に空隙を有して配置された他の要素を含有することができる。空隙が別個の要素間に存在しないことが好ましいとき、光学接着剤（ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｈｅｓｉｖｅ）を用いて前記要素を互いに接着することができる。
【００１３】
デバイス１１０の動作中に、発光体１１２から視認者の方向に放射された光の一部分は、光が透過層１１４の１つ以上の中で内部全反射される角度で透過層１１４に入ることがある。光の内部全反射（ＴＩＲ）は、媒体中で進む光がより低い屈折率の媒体との境界面に直面する時に生じることがある周知の現象であり、その境界面での光の入射角は臨界角を超える。従って、発光体１１２から視認者１１８までの光路において、光が屈折率の減少を経る何れの境界面も、内部全反射の起こり得る表面である。かかる内部全反射は、光が視認者１１８に達するのを妨げることがあり、デバイス１１０の明るさを低減させることがある。本発明は、とりわけ、ＴＩＲを阻止することによって、より多くの光をディスプレイから結合する要素を備えることによってより明るい発光型ディスプレイを作製することを考察する。
【００１４】
発光デバイス１１０には、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）デバイス、有機エレクトロルミネセンスデバイス（ＯＬＥＤ）、無機発光ダイオード（ＬＥＤ）、燐光物質ベースのバックライト、燐光物質ベースの直視型ディスプレイ、例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）およびプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、電界放射ディスプレイなど、何れの適した発光デバイスなどを挙げることができる。発光デバイスは、バックライトまたは直視型ディスプレイであってもよく、それは、白色光、単色光、多色、または完全色（例えば、ＲＧＢ、または赤、緑、青）を放射することができ、それはまた、セグメント化（例えば、低解像度）またはピクシレーテッド（例えば、高解像度）ディスプレイであってもよい。
【００１５】
発光体１１２は、何れかの適した材料、材料のセット、適切に刺激されたときに光を放射するように配置されている成分または成分の群であってもよい。実施例には、電界にかけるときに光を放射する無機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）材料（例えば、電位が陽極と陰極との間に印加される時に光が生み出されるように、ＥＬ材料を陽極と陰極との間に配置することができる）、紫外線に露光するときに可視光を放射する燐光材料、および他の材料などがある。典型的な発光体は、ＯＬＥＤを作製する材料を含有する発光体である。ＯＬＥＤ発光体は一般に、陽極と陰極との間に挟まれた有機発光材料を含有する層状構造体である。当技術分野に周知であるように、陰極と有機発光体との間に配置された電子伝達および／または注入材料、陽極と有機発光体との間に配置された正孔移動（ｈｏｌｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）および／または注入材料など、他の層が存在してもよい。有機発光材料には、小分子発光材料、発光ポリマー、ドープ発光ポリマー、および現在わかっているかまたは今後開発される他のかかる材料および材料の組合せ、などが挙げられる。ＯＬＥＤデバイスが陽極と陰極との間に印加された電界にかけられるとき、電子および正孔を生じて前記デバイス中に注入することができる。電子／正孔対は、有機発光材料中で合わせることができ、前記再結合で得られたエネルギーは、例えば、特定の色または可視光を生じさせることができる。生じた光は概して、等方的に放射される。
【００１６】
異なった光の色を放射するＯＬＥＤデバイスを隣接して配置し、前記デバイスを独立してアドレス可能にすることによって多色ＯＬＥＤディスプレイを作製することができる。多色ＯＬＥＤディスプレイはまた、カラーフィルタを用いて、色の純度を改良し、色のコントラストを増強するか、または白色光または他の単色ＯＬＥＤが用いられる時に色を導入するかの何れかによって、作製されてもよい。
【００１７】
再び図１を参照すると、透過層１１４は、視認者に達するように意図された光の波長の、透明であるかまたは少なくとも十分に透過性である発光デバイス内の発光体と視認者との間に配置された何れの層であってもよい。例えば、透過層には、発光体または発光デバイスを作動するための他のデバイスが上に形成されるガラスまたはプラスチック基板などが挙げられる（例えば、薄膜トランジスタ）。透過層にはまた、透明電極、保護層、バリア層、カラーフィルター、波長板、偏光子、および発光デバイス内に見いだされる他の何れかの適した透過層などが挙げられる。一般に、透過層１１４と発光体１１２との間に空隙は存在しないが、介在層が存在してもよい。
【００１８】
本発明によって、より多くの光を視認者の方向にデバイスから結合するかまたは方向変換するために内部全反射を阻止する要素が、発光デバイスに含有されてもよい。再び図１を参照すると、かかる要素（この明細書中で「ＴＩＲフラストレータ」と呼ばれる）が、発光体１１２と透過層１１４との間、透過層１１４と視認者１１８との間、および／または別個の透過層１１４の間にまたは１つ以上の透過層１１４中に配置されてもよい。以下の考察により詳細に説明したように、ＴＩＲフラストレータには、嵩拡散体、表面拡散体、微細構造体、埋込微細構造体、層状構造体、ルーバー付き構造体、およびこれらの組合せ、などが挙げられる。
【００１９】
図２を、発光型ディスプレイデバイス内の光の閉じ込め（ｌｉｇｈｔ ｔｒａｐｐｉｎｇ）の概念を例示するために用いることができる。一般性を失わずに、図２は、例えば、ガラス基板２２０上に配置されたＯＬＥＤデバイス２１２を備える発光型ディスプレイ２１０を示す。ＯＬＥＤデバイス２１２は、有機発光体層２１４、透明陽極２１６、および陰極２１８を備える。ディスプレイ２１０と視認者２２２との間の間隔は、この実施例では空気である。有機発光体２１４を、光が広範囲の角度にわたって放射される、等方性光源として示すことができる。ディスプレイ２１０の裏の方向に放射された光を前方へ方向変換することができるように、陰極２１８は一般に反射性である。ガラス基板２２０は、空気より高屈折率を有し（空気の屈折率が約１であり、ガラスの一般的な屈折率が約１．５である）、透明陽極２１６が一般に、ガラス基板２２０より高屈折率を有する。典型的な透明陽極には、一般に約１．８の屈折率を有する、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物などがある。
【００２０】
従って、図２において、視認者の方向に放射された光は、ＴＩＲが起きることがある２つの境界面、すなわち陽極／基板の境界面および基板／空気の境界面にぶつかる。それ故に、光線の少なくとも３つのタイプを調べることができる。先ず、光線Ａは、陽極／基板の境界面または基板／空気の境界面の何れかでＴＩＲの臨界角より小さい角度で放射された光を表す。光線Ｂは、陽極／基板の境界面でＴＩＲの臨界角より小さいが、基板／空気の境界面でＴＩＲの臨界角より大きい角度で放射された光を表す。光線Ｂは従って、ディスプレイ内に「閉じ込められる（ｔｒａｐｐｅｄ）」と考えることができる。光線Ｃは、陽極／基板の境界面でＴＩＲの臨界角より大きい角度で放射された光を表す。光線Ｃは同様に、ディスプレイ内に「閉じ込められる（ｔｒａｐｐｅｄ）」と考えることができる。本発明によって、ＴＩＲフラストレータを用いて、陽極／基板の境界面または基板／空気の境界面などにおいて、光が視認者の方向に伝播するときにＴＩＲが起こることがある何れかまたはすべての境界面でＴＩＲを阻止することができる。
【００２１】
図２に示した状態を取り上げ、ガラス基板（１．５１の屈折率）、ＩＴＯ陽極（１．８の屈折率）および有機発光体（１．７の屈折率）を用いて、以下の内容を計算することができる。ＩＴＯ／ガラス境界面（図２の２１６／２２０の境界面）において、（発光層２１４の法線から測定した）約６３°以上の角度で有機発光体から放射された光が、内部全反射される。これは、放射強度の約４６％を占める。ガラス／空気境界面において、約３６°〜約６３°の角度で有機発光体から放射された光は、内部全反射される（より大きな角度で放射された光が、ＩＴＯ／ガラス境界面でのＴＩＲのためにこの境界面に達しない）。これは、放射強度の付加的な３５％を占める。このため、ディスプレイ２１０を通して最終的に伝送された光の強さは、有機発光体２１４によって生み出された光の約１９％である。特定した境界面の１つまたは両方においてＴＩＲの少なくとも一部分を阻止することは、透過光の全量を増大させる大きなポテンシャルを提供する。
【００２２】
図２に示した状態は、ＯＬＥＤディスプレイより概して多く適用される。より一般的な状態は、発光材料が、透明導電性材料など、高屈折率の材料を通して、次いで基板を通して、次に、空気を通して視認者の方向に光を放射するように配置され、基板の屈折率が高屈折率の材料の屈折率より小さく、基板の屈折率が空気の屈折率より大きい状態である。
【００２３】
図３（ａ）および（ｂ）は、発光型ディスプレイ３１０および３１０’内のフラストレータとしての嵩拡散体の使用を示す。発光型ディスプレイ３１０および３１０’は各々、基板３２０および前記基板上に配置された発光デバイス３１２を備え、デバイス３１２は、発光体層３１４、透明電極層３１６、および裏電極層３１８を有する。
【００２４】
図３（ａ）は、基板３２０上に配置され、ディスプレイ３１０の前面に位置した嵩拡散体３３０を示す。嵩拡散体を、母材、またはバインダー中に配置された散乱中心（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒｓ）を有すると記載することができる。散乱中心と母材との間の屈折率の差は好ましくは、その入射角のためにほかの場合なら内部全反射される視認者の方向に向かう光の一部分を散乱させるのに十分に大きい。図３（ａ）において、嵩拡散体３３０の母材は好ましくは、基板３２０の屈折率と大体同じかまたはより高い屈折率を有する。これは、光線を基板／嵩拡散体の境界面でＴＩＲなしに嵩拡散体３３０に入らせることができる。垂直またはほぼ垂直入射で嵩拡散体３３０に入る光線は概して、散乱中心によって遮られていない観測者の方向を通ることができる。ほかの場合なら基板／空気の境界面で内部全反射される角度で伝播する光線が、嵩拡散体３３０に入り、散乱され得る。散乱光の少なくとも一部分を臨界角より小さい角度で視認者に方向変換し、従ってデバイスから結合することができ、それによって明るさを増大させることができる。臨界角より大きな角度で散乱された光を、嵩拡散体３３０内で内部全反射して散乱プロセスを繰り返すことができ、それによって、更により多くの光をディスプレイデバイスから結合することができる。
【００２５】
図３（ｂ）は、ディスプレイ３１０’の基板３２０と発光デバイス３１２との間に配置された嵩拡散体３４０を示す。嵩拡散体３４０の母材は好ましくは、透明電極層３１６の屈折率と大体同じかより大きな屈折率を有する。これは、光線を透明電極／嵩拡散体の境界面でＴＩＲなしに嵩拡散体３４０に入らせることができる。嵩拡散体３４０に入る光線は概して、散乱中心によって遮られない観測者の方向を通ることができる。ほかの場合なら電極／基板の境界面で内部全反射される角度で伝播する光線を、嵩拡散体３４０に入らせ、散乱させることができる。散乱光の少なくとも一部分を臨界角より小さい角度で視認者の方向に方向変換し、従って、デバイスから結合することができ、それによって明るさを増大させることができる。臨界角より大きな角度で散乱された光を嵩拡散体／基板の境界面で内部全反射して散乱プロセスを繰り返すことができ、それによってディスプレイ装置から更により多くの光を結合することができる。
【００２６】
発光デバイス内でほかの場合ならＴＩＲの可能性がない角度で放射された光（例えば、垂直またはほぼ垂直な入射光）の有意な比率が散乱される相対的に小さい機会を有するように、典型的な嵩拡散体は、散乱中心の十分に低い密度を有する。更に、より大きな入射角（例えば、臨界角より大きい角度）で放射された光の一部分を視認者の方向に散乱し、それによって視認者の方向にデバイスから高い角度の光を結合することができるように、典型的な嵩拡散体は、散乱中心の十分に高い密度を有する。嵩拡散体要素内の低い角度の入射光線対高い角度の入射光線の光路差の性質のために、低い角度の入射光線は、より高い角度の入射光よりも、平均してより少ない時間をとり、平均して拡散体内の短い距離を移動するので、高い角度の入射光線より散乱中心にぶつかる可能性が統計学的にそれほど高くない。更に、嵩拡散体の厚さを通して最初に通過する時に散乱中心にぶつからない高い角度の入射光線が、嵩拡散体／基板の境界面でまたは嵩拡散体／空気の境界面（または他の適用可能な境界面）で内部全反射されることがあり、視認者の方向に層から散乱される別の機会を有することがある。
【００２７】
図３（ａ）および（ｂ）に示したような嵩拡散体のＴＩＲフラストレータは、何れの適した手段によって提供されてもよい。例えば、適した嵩拡散体をフィルムとして提供し、光学接着剤の使用によって基板におよび／または発光デバイスにおよび／または他の成分に接着することができる。典型的な光学接着剤は、ディスプレイ構造体内の光学接着剤層のすぐ後ろに位置している発光デバイスの層の屈折率と大体同じかまたはより大きい屈折率を有する。別の実施例として、嵩拡散体は、適切な光学接着剤または接着に適した他の適した接着剤またはバインダー中に配置された、低屈折率の粒子、高屈折率の粒子、気泡、ボイド、相分離材料の領域などを含有してもよい。この場合、嵩拡散体が、基板、透明電極、光学フィルム、または他の成分などの発光デバイスの層上にコートされてもよく、デバイスの一部分をデバイスの別の部分に、または、ディスプレイの前面に任意に提供されてもよいような付加的な光学フィルムまたは他の成分に接着するために用いられてもよい。他の実施態様において、嵩拡散体は、基板または基板の一部に拡散されたまたはその中に他の仕方で配置された粒子または気泡を含有してもよい。例えば、粒子をガラスフリット中に配置し、適切にコートし、平らにし、焼成して、ガラス基板、または、嵩拡散ＴＩＲフラストレータの働きをするガラス基板上の層を形成してもよい。同様に、粒子を、ポリマー基板に、または、嵩拡散ＴＩＲフラストレータの働きをする基板上のポリマー層に形成され得るバインダー中に混合することができる。
【００２８】
上に記載したように、嵩拡散体ＴＩＲフラストレータは一般に、母材またはバインダー中に配置された散乱部位を含有する。母材料には、望ましい波長について透過性である何れの適した材料をも、含めることができる。母材料は好ましくは、嵩拡散体の下のディスプレイ内の隣接した層の屈折率と大体同じかまたはより高い屈折率を有する。母材料の実施例には、光学接着剤、熱可塑性樹脂、フォトポリマー、熱硬化材料、エポキシ、ポリイミド、ナノ複合材料などがある。嵩拡散母材（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｆｆｕｓｅｒ ｍａｔｒｉｘ）は、単一の、均質材料であってもよく、または母材は、１以上の材料を含有することができる。例えば、母材の組成が、母材の厚さにわたって変化して、嵩拡散体の厚さにわたって母材の屈折率、透過率、および／または他の性質を変えることができる。かかる厚さの変えられた構造体は、本明細書中で、層状構造体と称される。別の実施例として、母材の組成は、嵩拡散体の水平位置に応じてより高い、およびより低い屈折率の交互領域、より高いおよびより低い光学密度の領域、および／または他の性質の領域を有するなど、嵩拡散体の平面において変化することができる。かかる水平方向に変化された構造体は、本明細書中で、ルーバー付き構造体（ｌｏｕｖｅｒｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）と称される。ルーバー付き構造体は、高い角度の入射光の光路を変え、例えば、有意の量で低い角度の入射光に悪影響を及ぼすことなく、高い角度の入射光のＴＩＲを阻止するのに有用である場合がある。嵩拡散体内の散乱部位の場合と同様に、高い角度の入射光は、低い角度の入射光よりルーバー付き構造体内の「領域−領域」光学変動のより多くの標本を抽出する傾向がある。
【００２９】
散乱中心は、嵩拡散体の母材中に配置された、粒子、ボイド（例えば、気泡またはポケット）、相分散材料などを含有することができる。明記されない場合、用語「粒子」「散乱部位」、および「散乱体」は、嵩拡散体内の散乱部位に対して同じ意味で用いられる。概して、より効率的な散乱は、散乱部位と母材との間の屈折率の差がより大きい時に生じることがある。１種以上の散乱体もまた、用いることができる。例えば、高屈折率の粒子タイプおよび低屈折率の粒子タイプを、同じ嵩拡散体中で用いることができる。粒子の配合量は概して、適用に依存する。例えばランプ、またはバックライトの適用において、粒子の配合量は好ましくは、嵩拡散体を有さないディスプレイに比較してディスプレイから視認者の方向により多くの光を結合するのに十分に高く、望ましい量の垂直なおよびほぼ垂直な光を、遮られずに嵩拡散体中を通過させるのに十分に低い。粒子の配合量は、嵩拡散体の厚さ、ディスプレイ内の嵩拡散体の位置、散乱体の屈折率、散乱体の寸法、母材の材料、およびディスプレイの他の要素、特定のディスプレイの適用、他のかかる問題、に依存することがある。
【００３０】
散乱中心は、母材の全体にわたって分散するためおよび嵩拡散体を通して伝播する光との望ましい相互作用のために、何れの適した寸法であってもよい。典型的な散乱体は、散乱される光の波長のオーダーまたはより大きく、嵩拡散体の厚さより少なくとも幾分小さい。散乱体は、例えば、球形、針状、平坦、細長などの何れの望ましい形状であってもよい。散乱体はまた、母材中で特定の方向に方向付けられてもよい。例えば、嵩拡散体は、それらの長軸がフィルムの厚さ方向と整列された、母材および複数の細長エアポケット、または円筒状ボイドを有する微孔性フィルムであってもよい。別の実施例として、嵩拡散体は、拡散体の厚さ方向にまたは拡散体の平面の軸に沿ってなどの特定の方向に沿って共線状に方向付けられた複数の細長い散乱体を含有することができる。嵩拡散体内に方向付けられている細長または針状散乱体は、不整な視認性質をもたらすことができ、例えば、垂直方向により狭い範囲にわたって増強された明るさを提供したまま、水平方向に広範囲の視認角度にわたって増強された明るさを提供することができる。
【００３１】
特に適した嵩拡散体には、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製の商品名３Ｍ １４７２−４として入手できる微孔性ポリプロピレンフィルムなどの微孔性フィルム、およびＭｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製の透明接着テープ上の裏材用に用いられたような高温押出セルロースアセテートフィルム、粒子対バインダーの重量または容量の率が１％〜５０％、粒度が１ミクロン未満〜１０ミクロン以上である、ＴｉＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＳｉＯ４などの白色無機粒子の分散された、アクリル、熱可塑性樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フォトポリマー、光学接着剤、およびかかる他の材料などの適した透過性バインダ、粒子対バインダーの重量または容量の率が１％〜５０％、粒度が１ミクロン未満〜１０ミクロン以上である、ポリスチレン粒子、ポリテトラフルオロエチレン粒子（概して商品名テフロンとして入手できる）、および他の粒子などの有機粒子の分散されたアクリル、熱可塑性樹脂、ＰＥＴ、フォトポリマー、光学接着剤、およびその他の透過性バインダーなどの適した透過性バインダ、およびポリエチレン中に分散されたポリスチレンなどの相分離複合材などがある。バインダー中に分散された粒子を含有する嵩拡散体は一般に、ＰＥＴまたはポリカーボネートフィルムまたは他の適したフィルム上に溶液コーティングまたは別の方法で適したコーティングをすることによって形成されてもよい。嵩拡散体の厚さは変化することができ、一般的な厚さは、約１ミクロン〜５０ミクロンの範囲である。粒度は、粒子タイプおよび他の問題点に応じて変化することができ、一般的な粒度が、約１ミクロン以下〜１０ミクロンの範囲である。約１〜５ミクロンの範囲の粒度が、色の分散を低減させるために好ましいことがある。
【００３２】
典型的なＴＩＲフラストレータにはまた、表面拡散体などがある。図４（ａ）および（ｂ）は、表面拡散体を備える発光型ディスプレイの実施例を示す。図４（ａ）は、発光デバイス４１２、光透過性基板４１４、および表面拡散体４１６を備える発光型ディスプレイ４１０を示す。透過性基板４１４は、デバイス４１２と表面拡散体４１６との間に配置される。表面拡散体４１６は好ましくは、望ましい波長の光に対して実質的に透過性であると共に基板４１４の屈折率に近いかそれ以上の屈折率を有する材料から作製される。表面拡散体４１６は、視認者の方向に方向付けられた粗表面を有する。
【００３３】
図４（ｂ）は、発光デバイス４２２、要素４３０、表面拡散要素、および透過性基板４３８を備える発光型ディスプレイ４２０を示す。発光デバイス４２２は、図示するように、電極４２４と４２８との間に配置された発光層（ｅｍｉｓｓｉｖｅ ｌａｙｅｒ）４２６を備えることができる。表面拡散要素４３０は、２つの層４３２および４３４を備えることが示される。層４３２および４３４の一方は一般に、粗い、または拡散表面４３６を付与された層である。前記２つの層４３２および４３４の他方は、場合によって、拡散層を基板４３８またはデバイス４２２に積層するために用いた光学透明接着剤または何か他の透過材料であってもよい。接着機能は別として、接着剤層は、空隙が要素間に存在しないように、拡散層の粗面の上にコートするのに役立ち得る。あるいは、非接着剤層を用いて、例えば、必ずしも接着機能を提供しないで、粗面を平面化することができる。層４３２および４３４は、異なった屈折率を有し、好ましくは、層４３２は、層４３６の屈折率より高い屈折率を有する。好ましくは、層４３２は、電極４２８または電極４２８と層４３２との間に配置されてもよい別の層（図示しない）より高い屈折率を有する。
【００３４】
図示したように、表面拡散体は、内部全反射が発光型ディスプレイの明るさを低減させることができる境界面に配置されてもよい。表面拡散体は、高い角度の入射光を散乱し、それによってＴＩＲを阻止することによって、視認者の方向に発光型ディスプレイからより多くの光を結合することができる。表面拡散体はまた、特にディスプレイと視認者との間に直接に提供されるとき、艶消しの外観をディスプレイに提供することができる。これは、周囲光の反射によって起こされたグレアを低減させ、それによってディスプレイの見掛のコントラストを改善することができる。表面拡散体は、ディスプレイに既に含有された要素の表面をエンボス加工するかまたは別の方法で粗くすることによって、提供されてもよい。追加の層もまた、拡散表面を提供するために特に加えられてもよい。同様に、嵩拡散体などの他のＴＩＲフラストレータに、拡散表面を更に提供することができる。
【００３５】
特に適した表面拡散体には、艶消ポリカーボネート、ＰＥＴ、または他の適したフィルム、伸張ポリエチレンフィルム、サンドブラスト掛けフィルム、エンボス加工セルロースアセテートフィルムなどの熱エンボス加工表面構造化フィルム、透明ビードスクリーンフィルム（例えば、透明な基板上の透明バインダーにサブミリメートルサイズのガラスビードを部分的に埋め込むことにより作製されたフィルム）、透明な基板上に形成された、レーザーによって重合した不規則構造化拡散体、不規則レーザードリルドフィルム、および他のかかる不規則構造化、艶消、またはエンボス加工フィルムなどがある。表面拡散体に用いた何れの表面構造体もまた、フィルムを元の構造体でエンボス加工するか、または元の構造体上にコートすることによってフィルムを形成することにより、逆構造体を有する別の表面拡散体を作製するために用いられてもよい。
【００３６】
典型的なＴＩＲフラストレータもまた、微細構造化表面を備える。概して、微細構造体は、数ミクロンまたは数十ミクロン単位で測定された寸法を有する表面の意図された、しばしば繰り返しの、突起および／または窪みとして説明され得る。微細構造化要素を用いて、光の方向および分散を管理するかまたは変えることができることは、周知である。例えば、プリズム状フィルムが液晶ディスプレイ内で用いられ、垂直な入射または小さい視角で視認されるとき、光を伝送してディスプレイの見掛の明るさを増大させる角度の円錐を制限する。
【００３７】
図５（ａ）は、透明な基板５１４上に配置された発光デバイス５１２と、基板５１４の視認者側の面に配置された微細構造化フィルム５１６と、を備える発光型ディスプレイ５１０を示す。微細構造化フィルム５１６は、ＴＩＲフラストレータとして作用することができる。微細構造化フィルム５１６は好ましくは、基板５１４の屈折率と大体同じか、またはより高い屈折率を有する。
【００３８】
図５（ｂ）は、発光デバイス５２２と透明な基板５３８との間に配置された微細構造化要素５３０を備える発光型ディスプレイ５２０を示す。発光デバイス５２２は、視認者の方向に微細構造化要素５３０および基板５３８を通して光を放射することができる。発光デバイス５２２は、電極５２４と５２８との間に挟まれた発光層５２６を備えることが示される。微細構造化要素５３０は、それらの間に微細構造化境界面５３６を有する２つの層５３２および５３４を備えることが示される。一般に、層５３２および５３４の一方が、微細構造化フィルムであり、他方の層が、微細構造化フィルムの微細構造化表面に充填するために用いられる接着剤または他の材料である。このようにして、微細構造化要素５３０は、例えば、基板および発光デバイスなどのディスプレイの他の要素間で接着、積層、または別の方法で配置され得る、２つの平坦な面を有する。これは、埋込微細構造体として考え得るものをつくる。層５３２および５３４は、異なった屈折率を有し、好ましくは層５３４が層５３２より高い屈折率を有する。更に、層５３２は好ましくは、電極５２８と層５３２との間に配置されてもよい電極５２８または他の層（図示しない）と大体同じかまたはより高い屈折率を有する。微細構造化要素５３０は、電極５２８と基板５３８との間の境界面でほかの場合なら内部全反射される光のＴＩＲフラストレータとして役立つことができる。
【００３９】
発光型ディスプレイについては、微細構造化要素を単独でまたは他の要素（嵩拡散体など）と組み合わせて用いて、ＴＩＲを阻止し、および／または、光を、視認者に達する前に、次にぶつかる境界面でＴＩＲの臨界角を超える可能性がそれほど高くない角度に方向変換することができる。
【００４０】
特に適した微細構造体には、レンチキュラーレンズシート材料、マイクロレンズアレイ、ビードまたはキューブコーナード再帰反射シート材料、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ製の商品名Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍのプリズム状および他の光学増強フィルム、回折格子、および他の適した微細構造化フィルムなどがある。微細構造体はまた、逆微細構造を有する他の微細構造化フィルムを形成する型として用いられてもよい。
【００４１】
微細構造化フィルムを、発光型ディスプレイの前面の上に積層するかまたは別の方法で配置することができ、一般に、フィルムの微細構造化表面が視認者に対向し、フィルムの反対側の表面が平滑である。微細構造化フィルムはまた、微細構造体を視認者と反対方向に向けて、方向付けられてもよい。微細構造体はまた、埋込構造体に提供されてもよく、そこにおいて、微細構造化フィルムの微細構造を異なった材料でコートして、両面が平滑であるが中央に微細構造化境界面を有するフィルム状構造体を形成する。
【００４２】
微細構造体を、単独で、または他のＴＩＲフラストレータと共に用いることができる。例えば、発光デバイスと透明な基板との間に配置された嵩拡散体を発光型ディスプレイ内に備えること、基板の反対側の面の上に微細構造化フィルムを備えることが望ましいことがある。あるいは、ＴＩＲフラストレータ要素を微細構造化表面を備える単一の要素に組み合わせることが望ましいことがある。例えば、透過母材中の嵩拡散体粒子の分散系を、微細構造化表面上にコートし、乾燥または別の方法で固化し、次いで、微細構造化表面から除去して微細構造化および嵩拡散性であるフィルムを製造することができる。あるいは、嵩拡散体分散系を用いて、透過微細構造化フィルムの微細構造化表面に充填し、他のディスプレイ要素に接着するための埋込微細構造体、拡散粒子、および平坦な面を有する要素を作製することができる。
【００４３】
ＴＩＲフラストレータを用いて、例えば、発光型ディスプレイからより多くの光を結合する他に、光を望ましい視角に向けることもできる。例えば、プリズム状微細構造体を用いて、観察者がディスプレイを見る可能性がより高い法線の周りの角度の、より狭い円錐に広い角度の光を方向変換することができる。これは、内部全反射を阻止することによって得られた明るさに加えて明るさの見掛の増大をもたらす。更に、微細構造体、格子、などを用いて、光を望ましい、法線から外れた視角（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｇｌｅｓ）に向けることができる。例えば、パーソナルディジタルアシスタント、携帯電話ディスプレイなどの手持ち式デバイスはしばしば、ディスプレイの自然な傾斜のために法線から外れた角（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ ａｎｇｌｅ）で視認される。望ましい、法線から外れた視軸（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ ｖｉｅｗｉｎｇ ａｘｉｓ）の方向におよび周りに光を方向変換する構造体を用いて、ディスプレイの明るさを更に増大させることができる。更に他の用途において、ＴＩＲフラストレータ上の構造体を用いて、１つの方向の有効視角を、別の方向の有効視角を制限しないまま、制限することができる。例えば、テレビまたはデスクトップコンピュータモニタなどの永久設置ディスプレイ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｌｙ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙｓ）はしばしば、様々な水平位置からみられるが、一般にほぼ同じ垂直位置で見られる。構造体を用いて、例えば、左から右へ広範囲の視角を提供したまま、ほかの場合なら天井および床に向けられる光を法線の方向に方向変換することができる。
【００４４】
嵩拡散体、表面拡散体、および微細構造体の他に、反射防止コーティングもまた、ＴＩＲフラストレータとして用いることができる。反射防止コーティングには、１つの層から反射された特定の波長の光が、前記波長の２分の１の奇数倍の光路長の差のために、１つ以上の隣接したまたは連続した層から反射された光と弱め合うように干渉するように設計された多層コーティングがある。内部全反射が生じる可能性がある境界面に反射防止コーティングを用いることによって、内部全反射された光の多くを、弱め合う干渉のために相殺することができ、それによってディスプレイの明るさを増大させる。本発明は、反射が望ましくない発光型ディスプレイの何れかの適切な境界面での反射防止コーティングの使用を考察する。反射防止コーティングを、他のＴＩＲフラストレータおよび光学要素の代わりに、その他に、または共に、備えてもよい。典型的な反射防止コーティングには、ベーマイト（アルミニウム３水和物）コーティングなどの広帯域反射防止コーティングなどがある。
【００４５】
本発明は、発光型ディスプレイ内の内部全反射を阻止して明るさを増大させる何れかの適した要素の使用を考察するが、かかる要素が、概して、上に記載した名称の要素（例えば、嵩拡散体、表面拡散体、微細構造体、反射防止コーティングなど）の何れかの１つ以上の範疇に分け得るまたは分けられるかどうかには関係がない。
【００４６】
明るさの増強のために用いたＴＩＲフラストレータのタイプ、およびそれが用いられる構造体は、概して、最終的な適用に依存する。１つの問題点は、発光デバイスがパネル、ディスプレイまたは視認される他の対象を照らすために用いられるのか（例えば、発光デバイスが液晶ディスプレイ用のバックライトとして用いられる）、または、発光デバイスが直視型ディスプレイとして用いられるのか（例えば、発光デバイスがそれ自体、情報ディスプレイ装置であり、単に情報ディスプレイ用の照明源ではない）どうか、ということである。バックライトおよび他の照明の用途など、いくつかの用途については、ＴＩＲフラストレータの目的は、ＴＩＲのために、ほかの場合なら閉じ込められるかまたは失われる可能な限り多くの光を前記デバイスから結合することである。これらの用途については、嵩拡散体が、典型的な選択である場合がある。
【００４７】
嵩拡散体を通して視認者の方向に伝播する光は、視認者の方向に遮られずに通過することができ、前記デバイスから視認者の方向に散乱および結合されることが可能であり、臨界角より大きな角度で遮られずに通過することができ、嵩拡散体中で内部全反射されることが可能であり、臨界角より大きな角度で散乱されると共に嵩拡散体中で内部全反射されることが可能である。嵩拡散体中で内部全反射された光は、他の散乱部位にぶつかり、デバイスから視認者の方向に結合される可能性を有する。換言すれば、嵩拡散体を最初に通過した時にまたは最初に散乱した時にデバイスから直ぐに結合されない光は、後に拡散体を通過し散乱する間にデバイスから視認者の方向に結合され得る。嵩拡散体内で再循環するかかる光は、発光デバイスの明るさを非常に増大させることができる。再循環現象は、ピクセルが互いに非常に近く隔置される場合にピクセル間のクロストークにつながることがある、嵩拡散体内の横方向の光の伝搬に依存するので、発光デバイスが、例えば、直視型ピクシレーテッドディスプレイである場合、かかる光の再循環はまた、発光デバイスの解像度に悪影響を及ぼすことがある。下により詳細に記載されるように、直視型発光型ディスプレイの明るさの増強要素として嵩拡散体を用いるとき、解像度およびコントラストを維持するのを助けるために他の要素を備えてもよい。
【００４８】
直視型ディスプレイなどのいくつかの用途については、ピクセル解像度および隣接するピクセル間のコントラストが好ましくは維持されるか、または増強されさえする。それ故に、解像度およびコントラストに対する犠牲を最小にして明るさを増大させるＴＩＲフラストレータを用いることができる。例えば、ＴＩＲフラストレータを最初に通過させた時にデバイスから視認者の方向に高い角度の入射光を結合するが、最初の通過においてディスプレイから視認者に向けられない光を有意の量で再循環させない、ＴＩＲフラストレータを用いることができる。表面拡散体は、粗い外面のために、ピクセル間の光のクロストークにつながり、従って解像度の低下につながることがある表面拡散体中のＴＩＲを防いだまま、最初の通過光をデバイスから結合するための適した選択である可能性がある。微細構造体はまた、それらを用いて、最初の通過光をデバイスから視認者に方向変換することができるので、適した選択である可能性がある。更に、拡散表面を有する嵩拡散体、微細構造化要素を伴う表面拡散体、コントラスト維持微細構造体を有する嵩拡散体などの要素の組合せを用いて、コントラストを維持または増強して解像度を維持したまま、所望の量の明るさの増強を達成することができる。
【００４９】
解像度を維持することができる別のＴＩＲフラストレータの実施例を、図６に示す。要素６１０は、吸収領域６１４によって隔てられた透過／拡散領域６１２を備える。吸収領域６１４は、例えば、黒色材料または他の光吸収材料から作製されたマイクロルーバーを含有することができる。透過／拡散領域６１２を、上に論じたような嵩拡散体を形成するために適した材料から作製することができる。透過領域を隔てるマイクロルーバーなどの吸収領域を備える要素は、米国特許第４，６２１，８９８号、同第４，７６６，０２３号、同第５，１４７，７１６号、同第５，２０４，１６０号、および同第５，２５４，３８８号に開示された技術など、様々な技術によって作製され得る。吸収領域６１４を用いて、要素６１０中で内部反射される光を吸収または阻むことができる。これは、特定の光が要素６１０を通して長い距離にわたって（例えば、別のピクセル領域まで）横方向に伝播するのを防ぐことができる。特定の内部反射された光が他のピクセル領域へ進むのを妨ぐことによって、ピクセルのクロストークを低減させることができる。これは解像度を維持するのを助ける。しかしながら、吸収領域６１４によって吸収される内部反射光が明るさの増強に寄与しないという点で相殺があり得る。しかしながら、この光を吸収することにより、解像度およびコントラストの維持管理を達成することができる。
【００５０】
あるいは、相当な量の光を吸収しないまま、光を視認者の方向に反射し、それによってピクセルのクロストークを妨ぐことができるように、光吸収領域を必ずしも備えないが特にルーバーを備えて反射境界面をもたらすルーバー付き構造体を形成することができる。
【００５１】
ピクセル間のクロストークを低減するのを助けるために、吸収要素６１４間の間隔は好ましくはピクセル間の距離以下のオーダーである。例えば、吸収要素６１４間の間隔は、ピクセル間の間隔と同じであってもよく、要素６１０は、各ピクセルが透過／拡散領域６１２を通して直接に放射するために、ピクセルにパターン化された発光デバイスと基板との間に配置されてもよい。あるいは、吸収要素６１４間の間隔は、ピクセルと要素６１０との間のアラインメントが問題になることが少ないようにピクセルの間隔よりはるかに小さくされてもよい。
【００５２】
本発明のＴＩＲフラストレータは、発光デバイス内で機能性を提供する性質を任意に備えてもよい。例えば、染料または顔料などの着色剤を、嵩拡散体ＴＩＲフラストレータのバインダー中に分散して、放射光（ｅｍｉｓｓｉｖｅ ｌｉｇｈｔ）が好ましい色座標を示さない状態などにおいて望ましい着色を提供することができる。着色剤はまた、他のタイプのＴＩＲフラストレータ中に配置されてもよい。ＴＩＲフラストレータに不可欠な、提供することが望ましいことがある他の機能性には、偏光、光の再循環、コントラストの増強などがある。
【００５３】
本発明のＴＩＲフラストレータは、ディスプレイの全幅に広がる全要素として提供されてもよく、ディスプレイの一部分をコートするように提供されてもよく、または選択された方法でディスプレイの選択された部分をコートするようにパターン化されてもよい。例えば、発光デバイスのピクシレーテッドアレイを備えるディスプレイにおいて、嵩拡散体は、単一の嵩拡散体が単一の発光体または発光体の群と結合されるようにパターン化されてもよい。これは、異なったタイプの嵩拡散体を各タイプの発光体のために選択することができる利点、例えば、特定の波長でより良好に機能する散乱体を選択する利点を有することがある。ＴＩＲフラストレータをパターン化する別の利点は、ピクシレーテッドディスプレイの解像度を維持する能力である場合がある。例えば、別個の嵩拡散体および結合した各嵩拡散体を特定のピクセルまたはサブピクセルでパターン化することによって、嵩拡散体中の散乱および内部反射によるピクセルのクロストークが低減される場合がある。パターン化嵩拡散体およびピクセルを隔てる黒色母材を提供することもまた、コントラストを増強したまま、ピクセルのクロストークを低減するのを助けることがある。ＴＩＲフラストレータを、様々なフォトリソグラフィ方法、印刷方法、および選択的な転写方法など、何れかの適した方法によってパターン化することができる。例えば、嵩拡散体、微細構造体等は、ドナーシートの選択的なレーザー誘起加熱（ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ）によってドナーシートからディスプレイ基板までバインダー中の粒子を、選択的に熱転写することによって、パターン化されてもよい。発光デバイスおよびＴＩＲフラストレータをディスプレイ基板上で同時にパターン化することもまた、望ましいことがある。発光デバイス、バインダー中の粒子、および微細構造体の選択的な熱物質移動が、米国特許第６，１１４，０８８号、同第５，９７６，６９８号、および同第５，６８５，９３９号および同日譲渡の米国特許出願第０９／４５１，９８４号に開示されている。
【００５４】
実施例
以下の実施例は、本発明のいくつかの態様を示すことを意図し、以下に記載した請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００５５】
これらの実施例において、明るさの増強がゲインを用いて定量化される。ゲインは、基線測定に対して所定の視角での光の強さを比較する無次元測定（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）である。例えば、発光デバイスの明るさを、視角の関数として測定し、基線を決定することができる。次いで、ＴＩＲフラストレータを前記デバイスに付加することができ、明るさを、再び視角の関数として測定することができる。所定の視角でのＴＩＲフラストレータを有するデバイスの明るさ対デバイスだけの明るさの比は、その視角でのゲインである。垂直な入射での１．５のゲインは、例えば、基線測定と比較して０°の視角で明るさの５０％の増大を表す。８０°での０．７のゲインは、例えば、基線の測定と比較して８０°の視角で明るさの３０％の減少を表す。
【００５６】
様々なＴＩＲフラストレータを試験して、発光デバイス内の他のＴＩＲフラストレータに対してそれらの相対的なゲインを比較した。様々なＴＩＲフラストレータの性能を試験するために用いた発光デバイスは、紫外線源と、紫外線源の上に配置された螢光染色ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）と、を有した。ＰＶＣフィルムの屈折率は１．５２４であり、厚さは約０．２５ｍｍであった。紫外線源は、紫外線光子を染色ＰＶＣフィルム中に放射し、それは、可視光を交替で放射する染料を励起した。ＰＥＴフィルム（厚さ約０．０７ｍｍおよび屈折率１．６５）を基板として用いた。基板を、染色ＰＶＣフィルム上に配置し、前記構造体から放射された光の強さを、視角の関数として測定した。この測定は、行ったすべてのゲイン測定の基線として役立った。デバイス内の異なった構造体の様々なＴＩＲフラストレータを試験するために、ＴＩＲフラストレータを、ＰＥＴ基板と染色ＰＶＣフィルムとの間に、ＰＥＴ基板の上に、または両方に配置することができる。試験用構造体は、光を基板を通して放射するランバート（ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）発光デバイス、例えば、ＯＬＥＤなどのエレクトロルミネセンスランプをシミュレートすることを意図した。異なったタイプのＴＩＲフラストレータを用いる結果を、以下の実施例に記載する。
【００５７】
実施例１ 嵩拡散体
この実施例において、染色ＰＶＣフィルムとＰＥＴ基板との間に積層された嵩拡散体に対応したゲインを、散乱体の配合量の関数として測定した。嵩拡散体を作製するために、様々な量のＳｂ２Ｏ３粒子（屈折率＝２．１、平均直径＝３ミクロン）を熱可塑性ＰＥＴ材料（屈折率＝１．５６）中に分散させて混合物をつくり、＃２０メイヤーバーを用いてＰＥＴ基板上に混合物をコートした。次に、コーティングを乾燥させてＰＥＴ基板に接着された嵩拡散体からなる構造体を形成した。嵩拡散体はそれぞれ、約４ミクロンの厚さを有した。各々の構造体について、嵩拡散体の面を、約３００°Ｆで染色ＰＶＣフィルムに熱積層した。得られた試料は、次の順に、染色ＰＶＣフィルム、厚さ４ミクロンの嵩拡散体、およびＰＥＴ基板を有した。各試料を、紫外線源上に置き、ゲインを角度の関数として測定した。表１は、試料の各々について垂直な入射でのゲインを記載する。試料を、嵩拡散体内のＳｂ２Ｏ３粒子の重量パーセントによって指定する。
【００５８】
【表１】
表１は、嵩拡散体内のより高い粒子配合量が、より多くの光をデバイスから結合するという結果をもたらしたことを示す。試料の各々について、最大ゲインは０°の視角においてであり、ゲインは、視角の増大によってゆっくりと減少した。最も高い粒子配合量の試料（４０重量％以上）において、ゲインは、７０°より大きい視角で１より小さくなった。
【００６０】
これらの結果のほかに、同じ構造体を用いて、嵩拡散体内の粒子の５０％の配合量レベルでの嵩拡散体の厚さの関数としてのゲインを試験した。それらの結果は、ゲインが、嵩拡散体の厚さが高くなると最終的に下がったが、垂直な入射で１より大きいゲインが維持されたことを示した。これは、高粒子配合量を有する嵩拡散体の厚さを増加させることが、より高い粒子配合量のためにゲインの向上のいくらかを相殺する傾向があることを示した。
【００６１】
実施例２ 嵩拡散体
この実施例において、嵩拡散体と染色ＰＶＣフィルムとの間に配置された積層接着剤の屈折率の関数として、嵩拡散体ＴＩＲフラストレータのゲインを測定した。Ｓｂ２Ｏ３粒子を熱可塑性ＰＥＴ中に（４０重量％、粒子対ＰＥＴ）分散し、次に、混合物をＰＥＴ基板上にコートすることによって、嵩拡散体を作製した。嵩拡散体は、約４ミクロンの厚さを有した。次に、嵩拡散体を、様々な接着剤を用いて染色ＰＶＣフィルムに積層した。接着剤のタイプ、接着剤の屈折率、および試料の各々について測定したゲインを、表２に記載する。
【００６２】
【表２】
表２は、接着剤の屈折率が染色ＰＶＣフィルムの屈折率に近くなればなるほど、観察されたゲインがより高くなることを示す（染色ＰＶＣフィルムの屈折率 ＝ １．５２４）。これは、発光体と嵩拡散体との間のより良い光学結合が、増強された明るさをもたらし得ることを示した。
【００６４】
実施例３ 嵩拡散体
この実施例において、嵩拡散体とガラス基板との間に配置された積層接着剤の屈折率の関数として、ゲインを嵩拡散体ＴＩＲフラストレータについて測定した。同じ嵩拡散体を、実施例２に記載したように作製した（すなわち、粒子を熱可塑性ＰＥＴ中に分散し、ＰＥＴ基板上にコートした）。嵩拡散体のコート面を、表３に記載した様々な接着剤を用いて厚さ１ｍｍのガラス基板に積層した。染色ＰＶＣフィルムを、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ製の商品名３Ｍ積層用接着剤８１４１（屈折率＝１．４７５）として市販の光学透明接着剤を用いてガラス基板の他方の面に、積層した。各構造体のゲインを、表３に記載する。
【００６５】
【表３】
表３は、接着剤とガラス基板との間の屈折率の差が小さいとき、より高いゲインが達成されたが、有意のゲインが各ケースにおいて観察されたことを示す。
【００６７】
実施例４ 表面および嵩拡散体としてのセルロースアセテートフィルム
厚さ３０ミクロンのセルロースアセテートフィルム（屈折率＝１．４９）を、約１〜２ミクロンの深さを有するやや細長い、艶消パターンでエンボス加工した。これは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製の商品名３Ｍマジックテープとして市販の接着テープの裏材に用いた本質的に同じ基板およびパターンであった。セルロースアセテートフィルムのエンボス加工表面を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて染色ＰＶＣフィルムに積層した。この構造体は、１．６８１の、垂直な入射でのゲインを示した。エンボス加工によって提供された表面粗さのほかに、セルロースアセテートフィルムは、そのバルクにサブミクロンサイズのボイドを含有した。ボイドは、エンボス加工プロセスの間に生じた人為結果であった。
【００６８】
実施例５ 表面拡散体
この実施例において、様々な表面拡散体の間でゲインを測定および比較した。各ケースにおいて、記載した拡散表面を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて染色ＰＶＣフィルムに積層した。
【００６９】
拡散表面５Ａは、１．６５の屈折率を有する厚さ０．０７ｍｍのＰＥＴフィルム上の複数のドーム状突起からなった。表面５Ａを作製するために、ＰＥＴを逆ドーム構造を有する型上にキャストした。型を作製するために、ビードが、３０ミクロン〜９０ミクロンの範囲の直径、および６０ミクロンの平均直径を有するビード付きプロジェクションスクリーンから複製した。
【００７０】
拡散表面５Ｂは、拡散表面５Ａと同じであったが、逆構造（すなわち、複数の球状の窪み）を有した。
【００７１】
拡散表面５Ｃを作製するために、１０％／９０％ポリエチレン／ポリプロピレンフィルム（厚さ＝０．０７ｍｍ、屈折率＝１．４９）を９：１比（伸張方向対非伸張方向）まで伸張した。フィルムの伸張は、表面を粗くした。
【００７２】
拡散表面５Ｄは、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｒｐ．製の製品コード ８Ｂ３５として市販の、厚さ０．１５ｍｍの艶消ポリカーボネートフィルムであった。
【００７３】
拡散表面５Ｅは、実施例４に記載されたエンボス加工セルロースアセテートフィルムであった。
【００７４】
拡散表面５Ｆは、不規則配置および緊密充填ベーマイト（アルミニウム３水和物）微細構造体からなった。それを作製するために、厚さ０．０３ｍｍのＰＥＴ基板上に厚さ６００オングストロームのアルミニウムコーティングを高温水蒸気で蒸した。拡散表面５Ｆは、約０．１ミクロンの厚さおよび１．５８の屈折率を有した。
【００７５】
表４は、試料の各々について垂直な入射でのゲインを記載する。
【００７６】
【表４】
表４は、表面拡散体を用いて発光デバイスの明るさを増強することができることを示す。表４に記載したゲインを表１に記載したゲインと比較することによって理解できるように、嵩拡散体は、表面拡散体より光を発光デバイスから結合するのに効率的である場合がある。これはおそらく、光が視認者の方向に前方に散乱される多くの機会を与える嵩拡散体の性質のためである。この実施例５に記載した表面拡散体の視角の関数としてゲインが増大したことにもまた、留意されたい。これを、より高い視角についてゲインの低下を示す傾向があった嵩拡散体の性質と対照させることができる。これは、相対的に高いゲインがＴＩＲフラストレータとして＊嵩拡散体と表面拡散体とを組み合わせる発光型ディスプレイの広範囲の視角にわたって達成される場合があることを示唆する。
【００７８】
実施例６ 微細構造体
この実施例において、様々な微細構造化試料の間でゲインを測定し、比較した。各ケースにおいて、記載した微細構造化試料を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて染色ＰＶＣフィルム（染色ＰＶＣフィルムの方向に方向付けられた微細構造を有する）に積層した。
【００７９】
微細構造体６Ａは、約０．８ミクロン隔置された複数の平行なリッジを有し、主表面の上に約０．０２６ミクロンの高さまで隆起するシヌソイド表面格子であった。格子を形成するために、厚さ０．０７ｍｍのＰＥＴフィルム上に熱可塑性ＰＥＴの厚さ５ミクロンのコーティングを熱エンボス加工した。
【００８０】
微細構造体６Ｂは、厚さ０．１０ｍｍのホットメルト射出ポリカーボネートフィルム（屈折率＝１．５８）に成形されたマイクロレンズのアレイであった。
【００８１】
微細構造体６Ｃは、フォトポリマーのキャスチングによってＰＥＴフィルムに成形されたレンチキュラーアレイであった。レンチキュラーシート材料を構成する円筒状レンズ（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｌｅｎｓｅｓ）は、７８ミクロンの空間周波数、２３ミクロンの楕円レンズ高、および１．３５の長軸対短軸のアスペクト比を有した。フォトポリマーは、硬化した後に１．５７の屈折率を有した。
【００８２】
マイクロレンズアレイ６Ｂが、微細構造体６Ｃと本質的に同じ空間周波数、レンズ高、およびアスペクト比を有したが、ただし、レンチキュラーアレイ６Ｃが円筒状レンズからなったのに対して、レンズアレイ６Ｂは、レンズの２次元アレイであった。
【００８３】
表５は、これらの試料の各々について垂直な入射でのゲインを記載する。
【００８４】
【表５】
実施例５で記載した表面拡散体と同じように、微細構造化表面は、より高い視角でより高いゲインを示した。微細構造体６Ａの表面格子は、約２５°〜６０°の視角についてその最も高いゲインを示した。
【００８６】
実施例７ 微細構造体
この実施例において、ゲインを、似た微細構造化プリズム状フィルムについて視角および視方位（ｖｉｅｗｉｎｇ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）の関数として測定した。微細構造化フィルムは、５０ミクロン隔置された複数の平行なＶ形溝からなった。溝は、６６°の頂角を有する、ピーク、またはプリズム、を画定した。微細構造体を作製するために、フォトポリマー（屈折率＝１．５７）をＰＥＴフィルム上にキャストした。３つの異なった微細構造化フィルムを作製し、第１のフィルムが０ミクロンの「フラット（ｆｌａｔ）」を有し（「フラット」は、微細構造体間の平坦な谷部の幅である）、第２のフィルムが５ミクロンのフラットを有し、第３のフィルムが１０ミクロンのフラットを有した。微細構造化フィルムに、（それらの微細構造面の上に）ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ、屈折率＝１．４６６）を充填し、それを平にして平滑な表面を作製した。次に、ＰＶＡｃ表面を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて染色ＰＶＣフィルムに積層した。次いで、ゲインを広範囲の視角について測定し、垂直な入射および２０°の視角で以下の表６に記載する。法線から外れた視角でのゲインを２つの方位で、すなわち、溝の方向に平行に（Ｈ）および溝の方向に垂直に（Ｖ）測定された視角で測定した。２０°の視角が、Ｖ方向の最大ゲインを示したので、以下に記載される。
【００８７】
【表６】
表６は、明るさの増強が角依存を有することがあることを示す。いくつかの適用について、特定の方位でおよび法線から外れた視角で優先的にゲインを増大させることが望ましいことがある。例えば、手持ち式デバイスはしばしば、視認者が、わずかに傾いた視角でディスプレイを観察しているように、わずかに後方に傾斜される。
【００８９】
実施例８ 微細構造を有する嵩拡散体の組合せ
以下の実施例は、異なった粒子の配合量および／または異なった厚さを有する嵩拡散体を備える様々な構造体のゲインを比較する。更に、付加的なプリズム状フィルムを有するおよび有さない各構造体のゲインを比較する。
【００９０】
Ｓｂ２Ｏ３の粒子を、様々な粒子配合量でＢＦ Ｇｏｏｄｒｉｃｈ Ｃｏ．製の商品名Ｃａｒｂｏｓｅｔ ５２５（１．４８の屈折率）として市販のアクリル中に分散した。様々な配合量の重量パーセントは、表７に示した通りであった。混合物をＰＥＴ基板上にコートし、乾燥させて嵩拡散体を形成した。表７に示した以外に、嵩拡散体コーティングの厚さは、約４ミクロンであった。次に、嵩拡散体を、３Ｍ積層用接着剤８１４１を用いて、嵩拡散体側の面を染色ＰＶＣフィルムの方向に方向付けして、染色ＰＶＣフィルムに積層した。
【００９１】
各ケースにおいて、ゲインを、プリズム状フィルムのある場合、無い場合で測定した。プリズム状フィルムを用いたとき、プリズムを積層体から離して方向付けし、プリズム状フィルムと積層体との間に空隙を有し、プリズム状フィルムを積層体の上に配置した。用いたプリズム状フィルムは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ製の商品名ＢＥＦ ＩＩＩとして市販の光学フィルムであった。それは、１．５７の屈折率を有するフォトポリマーから作製され、９０°のプリズム角および５０ミクロンの平均プリズムピッチを有する平行なプリズムを形成する複数の平行なＶ形溝を有する。
【００９２】
【表７】
表７は、ゲインが、嵩拡散体内の粒子の配合量を増大させることによって増大され得ることを示す。表７はまた、発光デバイスと基板との間の嵩拡散体ＴＩＲフラストレータを備えること、基板の反対側の面の上にプリズム状フィルムを備えることが更に、嵩拡散体だけと比較した時にゲインを更に増大させ得ることを示す。表７はまた、十分高い粒子配合量について、嵩拡散体に対する厚さの制限がある場合があることを示し、その厚さを超えると散乱中心の密度は、有利な効果を相殺する有害な効果を有することがある。
【００９４】
プリズム状フィルムが明るさの増強のために嵩拡散体の他に用いられたとき、ゲインが視角に大いに依存するのが観察されたことが、指摘されるべきである。嵩拡散体だけを用いるとき、観察されたゲインは垂直な入射で最も高く、より高い視角で次第に減少したが、粒子の配合量に依存して、６０°までまたはそれ以上の視角について、１より大きい（多くの場合、１．５より大きい）ままであった（より高い粒子配合量は、より高い視角でのゲインの、より速い減少を示した）。更にプリズム状フィルムを用いるとき、ゲインは、プリズム状フィルムの無い場合よりも垂直な入射で高く、ゲインは、約３０°〜３５°の視角まで次第に減少した。３０°〜３５°で、１より非常に低いゲインまで、ゲインの急激な減少が観察され、ゲインの最小値が、約４０°〜５０°の視角で観察された。約５０°より上で、ゲインが増大するのが再び観察されたが、まだ１より低いままであった。前記ゲインの角依存は、嵩拡散体がないプリズム状フィルムだけを用いるゲインの角依存と同じであったが、嵩拡散体およびプリズム状フィルムを有する場合、ゲインは、プリズム状フィルムだけを有する場合よりもすべての視角について高かった。
【００９５】
実施例９ 異なったバインダーを有する嵩拡散体
この実施例において、染色ＰＶＣフィルムとＰＥＴ基板との間に積層された嵩拡散体に対応したゲインを、嵩拡散体を作製するために用いたバインダーの関数として測定した。嵩拡散体を作製するために、粒子対バインダーの２：３重量比で異なったバインダー中にＳｂ２Ｏ３粒子（３ミクロンの平均直径）を分散させた。次に、粒子／バインダー混合物を、＃２０メイヤーバーを用いてＰＥＴ基板にコートした。次に、コーティングを乾燥させ、ＰＥＴ基板に接着された嵩拡散体からなる構造体を形成した。嵩拡散体は各々、約４ミクロンの厚さを有した。各構造体について、嵩拡散体側の面を、約３００°Ｆで染色ＰＶＣフィルムに熱積層した。得られた試料は、次の順に、染色ＰＶＣフィルム、厚さ４ミクロンの嵩拡散体、およびＰＥＴ基板を有した。各試料を紫外線源上に置き、ゲインを角度の関数として測定した。
【００９６】
表８は、試料の各々について垂直な入射でのゲインを記載する。各嵩拡散体のバインダー材料および屈折率を表に示す。表８に記載したバインダー材料「ＰｅｎｔａｌｙｎＣ／Ｅｌｖａｘ」は、染色ＰＶＣフィルムによく適合した屈折率（１．５２４の屈折率）を達成するように選択された材料のブレンドであった。このバインダーに用いた材料は、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）製の商品名ＰｅｎｔａｌｙｎＣの粘着付与剤（１．５４６の屈折率）およびＤｕ Ｐｏｎｔ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）製の商品名Ｅｌｖａｘ ２１０のビニルアセテート／エチレンコポリマーブレンド（１．５０１の屈折率）であった。
【００９７】
【表８】
染色ＰＶＣフィルムの屈折率が１．５２４であったことに留意のこと。表８は、バインダーの屈折率が、ディスプレイ構造体内の嵩拡散体のすぐ下に配置された染色ＰＶＣフィルムの屈折率によりよく適合したとき、より高いゲインが観察されたことを示す。表８はまた、染色ＰＶＣフィルムよりわずかに高い屈折率を有するバインダーが、染色ＰＶＣフィルムよりも同程度に低い屈折率を有するバインダーより高いゲインを示したことを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】
発光型ディスプレイの概略図である。
【図２】
発光型ディスプレイ内の内部全反射のポテンシャル境界面の概略図である。
【図３（ａ）】
嵩拡散体を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図３（ｂ）】
嵩拡散体を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図４（ａ）】
表面拡散体を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図４（ｂ）】
表面拡散体を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図５（ａ）】
微細構造化要素を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図５（ｂ）】
微細構造化要素を備える発光型ディスプレイの概略図である。
【図６】
解像度維持嵩拡散体の概略図である。
Claims (17)
- 透過層を通して光を放射するように配置され、それによって情報を視認者に表示することができる複数の独立して動作可能な発光デバイスと、
前記発光デバイスの少なくとも１つと前記透過層との間に配置され、少なくとも１つの発光デバイスから放射された光の内部全反射を阻止するフラストレータ要素と、
を含む情報ディスプレイ。 - 前記フラストレータ要素が、嵩拡散体を含む、請求項１に記載の情報ディスプレイ。
- 前記嵩拡散体が、バインダー中に分散された粒子を含む、請求項２に記載の情報ディスプレイ。
- 前記嵩拡散体が、母材料中に分散されたボイドを含む、請求項２に記載の情報ディスプレイ。
- 前記嵩拡散体が、前記透過層の方向に配向された拡散表面を更に含む、請求項２に記載の情報ディスプレイ。
- 前記嵩拡散体が、前記透過層の方向に配向された微細構造化表面を更に含む、請求項２に記載の情報ディスプレイ。
- 前記微細構造化表面が、複数のプリズム状構造を含む、請求項６に記載の情報ディスプレイ。
- 前記嵩拡散体が、別個の発光デバイスの間の光のクロストークを防ぐように配置された複数のルーバーを更に含む、請求項２に記載の情報ディスプレイ。
- 前記ルーバーが主に光吸収性である、請求項８に記載の情報ディスプレイ。
- 前記ルーバーが主に光反射性である、請求項８に記載の情報ディスプレイ。
- 前記フラストレータ要素が表面拡散体を含む、請求項１に記載の情報ディスプレイ。
- 前記フラストレータ要素が微細構造化表面を含む、請求項１に記載の情報ディスプレイ。
- 前記フラストレータ要素が反射防止要素を含む、請求項１に記載の情報ディスプレイ。
- 前記複数の発光体がエレクトロルミネセンス発光デバイスを含む、請求項１に記載の情報ディスプレイ。
- 前記複数の発光体が有機エレクトロルミネセンス発光デバイスを含む、請求項１に記載の情報ディスプレイ。
- 前記複数の発光体が燐光物質ベースの発光デバイスを含む、請求項１に記載の情報ディスプレイ。
- 前記発光デバイスに対向する前記透過層の面の上に配置されたプリズム状フィルムを更に含む、請求項１に記載の情報ディスプレイ。
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