JP5873130B2 - 導光フィルム及び導光フィルムを製作するための方法 - Google Patents

Description

本開示は、広義には導光フィルムに関し、具体的には、ディスプレイの輝度を改善する一方で、ディスプレイの欠陥及び光結合を低減及び／又は隠蔽するフィルムに関する。

バックライト方式ディスプレイにおいて、輝度向上フィルムは、視軸に沿って光を導く構造体を使用し、それによって、視聴者に知覚される光の輝度を増強する。導光フィルムの代表的な例が図１に示されている。このフィルム１０は、アクリル、ポリカーボネート、紫外線硬化アクリレート、又は類似した材料など、好適な高分子材料から製造されてよく、平滑表面１４と、その平滑表面の反対側の構造化表面１２とを有している。構造化表面１２は、フィルムの全長に広がる複数の頂部１７及び溝部１８を形成するように並べて配置された線状のプリズム状要素１６の配列を有している。使用の際、このフィルムの平滑表面１４に比較的高い入射角で入射した光は、フィルムの平滑表面１４及び構造化表面１２にて屈折され、平滑表面１４に対して垂直な軸線に向かって方向を変えられる。加えて、臨界角を超える角度で構造化表面１２に当たる光は、プリズム状要素１６の両側面、つまり切子面２０から全反射を受け、後退されるが、その光は反射要素によって再利用されてもよい。反射、屈折、及び全反射の組み合わせにより、フィルム１０は、軸線上に導かれる光の量を増加させ、高角度で導かれる光の量を減少させる。

導光フィルムの第２のシートが、視軸に沿って導かれる光の量を更に増加させるために、プリズム状要素を約９０度で交差させて、第１のシートに隣接して配置されてもよい。図２は、分解図にて、導光フィルムの交差したシートの向きを示している。使用の際、上方シート１０’の下方の平滑表面１４’は、下方シート１０の構造化表面１２に接触するか、あるいはほぼ接触することができる。

しかしながら、ディスプレイが長期間にわたって綿密に視聴される場合、非常に小さな欠陥でさえも裸眼で検出され、視聴者に混乱を生じさせることがある。例えば、「ウエットアウト」は、２つの表面が互いに光学的に接触する場合に発生し、それによって、ディスプレイの表面積全体にわたって光度の変動が生じる。輝度の高い範囲は、光結合が存在する範囲に対応し、輝度の低い範囲は、光結合が少ないことに対応しており、この変動はディスプレイが不均一な外観を有する原因となる。

特に、携帯型装置において利用される小型ディスプレイに関する技術の発展により、ディスプレイの輝度を実質的に維持する一方で、ディスプレイの欠陥をより効果的に隠蔽する光学フィルムの更なる開発が必要とされている。例えば、ＬＣＤパネルの透過性が上昇していること、ＬＣＤパネル及びバックライトにおいて拡散性が低下していること、並びに、携帯型装置において間隔の許容度が小さくなり、バックライト構造が極めて薄くなっていることにより、従来のパターン付きフィルムでは、効果的に防止及び／又はマスクすることができない小規模のディスプレイ欠陥が生じることがある。

本開示において説明する導光フィルムは、マイクロ構造を上に配置したマイクロ構造化表面を有する。表面上の各マイクロ構造は、実質的に一定の高さを持つ第１の領域と、一定でない高さを持つ第２の領域とを有する。第２の領域の最大高さは第１の領域の一定の高さよりも高く、第１の領域及び第２の領域は同じ横断面形状を有する。

第２の領域の高さは、マイクロ構造化表面と別のディスプレイ構成要素との間の光結合を減じるように選択され、それにより、この光学フィルムを組み込んだディスプレイにおいて、広範囲に及ぶウエットアウトが防止され、視認可能な線の発生が減じられる。各マイクロ構造上の第２の領域同士の間の周期、及び／又はマイクロ構造化表面上の第２の領域の密度は、フィルムの光学ゲインを実質的に保つ一方で、この光結合の低減をもたらすように選択される。第１の領域と第２の領域は同じ横断面形状を有するので、マイクロ構造化表面は容易に複製が可能であり、それにより、これらのフィルムは、より複雑な不規則パターンを持つフィルムと比べて、製造がより安価となる。

一態様において、本開示は、構造化された主表面を有する導光フィルムに関する。構造化された主表面は、第１の方向に沿って延びる複数のマイクロ構造を有する。マイクロ構造は、一定の高さを持つ第１の領域と、第１の領域に隣接する第２の領域とを有し、第２の領域は、一定でない高さ、及び第１の領域の一定の高さよりも高い最大高さを有する。第１の領域及び第２の領域は、同じ横断面形状を有する。

別の態様において、本開示は、導光フィルムの第１のシートを有する導光物品に関する。導光フィルムの第１のシートは、構造化された主表面を有し、その構造化された主表面は、第１の方向に沿って延びる複数のマイクロ構造を有する。マイクロ構造は第１の領域と第２の領域とを有し、第２の領域は、第１の領域とは異なり、かつ第１の領域に隣接する。マイクロ構造は、第１の領域における実質的に一定の高さ、及び、第２の領域における、第１の領域の一定の高さよりも約０．５〜約３マイクロメートル高い一定でない最大高さを有する。第１の領域及び第２の領域は、同じ横断面形状を有する。

導光物品は、導光フィルムの第２のシートを更に有し、その導光フィルムは、実質的に平坦な表面と、その実質的に平坦な表面の反対側の構造化表面とを有する。実質的に平坦な表面は、導光フィルムの第１のシートの構造化表面に隣接する。導光フィルムの第２のシートの構造化表面は、第１の主軸に対しておおよそ垂直な第２の主軸に沿って延びる複数のマイクロ構造を有する。第１のシートと第２のシートとの間の光結合は、主として第２の領域において発生する。

更に別の態様において、本開示は、光源と、視野スクリーンと、光源から視野スクリーンに光を導く導光フィルムとを有する光学ディスプレイに関する。導光フィルムは、第１の主表面と、構造化された第２の主表面とを有し、構造化された第２の主表面は、複数のマイクロ構造を有する。マイクロ構造は、第１の領域とそれに隣接する第２の領域とを含んだ反復パターンを有する。第１の領域は一定の高さを有し、第２の領域は、第１の領域のその実質的に一定の高さよりも高い、一定でない最大高さを有する。第２の領域の最大高さは、第１の領域の一定の高さよりも約０．５μｍ〜約３μｍ高い。反復パターンは、１ｃｍ^２当たり少なくとも２００の第２の領域の機構密度を有し、第１の領域及び第２の領域は同じ横断面形状を有する。

更に別の態様において、本開示は、導光フィルムを製作する方法に関し、その方法は、構造化された主表面を備える工具を切削する工程であって、構造化された主表面が、第１の方向に沿って延びる複数の溝部を有する工程を含む。溝部は第１の領域と第２の領域とを有し、第２の領域は、第１の領域とは異なり、かつ第１の領域に隣接する。第１の領域は、実質的に一定の高さを有し、第２の領域は、第１の領域におけるその実質的に一定の高さよりも高い最大高さを有する。第１の領域及び第２の領域は、同じ横断面形状を有する。この方法は、工具に高分子材料を塗布してフィルムを形成する工程であって、フィルムが、工具の溝部に対応するマイクロ構造の配列を有する工程を更に含む。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明に記載する。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、その説明と図面から、また特許請求の範囲から明らかとなろう。

光学ディスプレイにおける使用に好適な輝度向上フィルムを斜視した概略図。 互いに隣接して配置された図１の導光フィルムの２枚のシートで構成された導光物品の分解斜視図。 実質的に連続したパターンのマイクロ構造を有する導光フィルムの一部分の概略斜視図であり、各マイクロ構造は第１及び第２の領域を有している。 不連続なパターンのマイクロ構造を有する導光フィルムの一部分の概略斜視図であり、各マイクロ構造は第１及び第２の領域を有している。 三角形状の断面及び傾斜した軸線を持つプリズム状のマイクロ構造を有する導光フィルムの一部分の概略斜視図であり、各マイクロ構造は第１及び第２の領域を有している。 図３Ａの導光フィルム上のマイクロ構造の一部分の横断面図。 隣接するマイクロ構造を示す、図３Ａの導光フィルムの一部の横断面図。 図３Ａの導光フィルムの俯瞰図。 規則的に分布した第２の領域を備えたマイクロ構造を有する導光フィルムの一部分の概略斜視図。 導光フィルム上のマイクロ構造の一部分の概略断面図であり、実質的に連続する第２の領域を示している。 導光フィルム上のマイクロ構造の一部分の概略断面図であり、不連続な第２の領域を示している。 レンズ状の第２の領域を備えたマイクロ構造を有する導光フィルムの一部分の概略斜視図。 図５Ａのフィルムの一部分の概略俯瞰図。 第１、第２、及び第３の領域を備えたマイクロ構造を有する導光フィルムの一部分の概略斜視図。 不規則に配置された第２の領域を備えたマイクロ構造を有する導光フィルムの斜視図を示す、倍率を増加させた顕微鏡写真。 不規則に配置された第２の領域を備えたマイクロ構造を有する導光フィルムの斜視図を示す、倍率を増加させた顕微鏡写真。 不規則に配置された第２の領域を備えたマイクロ構造を有する導光フィルムの斜視図を示す、倍率を増加させた顕微鏡写真。 図７〜９の導光フィルムの俯瞰図を示す、倍率を増加させた顕微鏡写真。 図７〜９の導光フィルムの俯瞰図を示す、倍率を増加させた顕微鏡写真。 規則的に配置された第２の領域を備えたマイクロ構造を有する導光フィルムの斜視図を示す顕微鏡写真。 導光光学フィルムを有する光学ディスプレイの断面図。 導光光学フィルムを有する光ガイドアセンブリの断面図。 ワークピースにマイクロ構造を製作するための切削工具システムの略図。 切削工具の座標系を示す略図。 工具先端部の斜視図。 工具先端部の正面図。 工具先端部の底面図。 工具先端部の側面図。 表１のフィルムの耐ウエットアウト性能をまとめたプロット。 表１のフィルムの耐ウエットアウト性能をまとめたプロット。

図３Ａは、導光光学フィルム３００の一実施形態の一部分を示しており、この導光光学フィルム３００は、フィルムがディスプレイ装置において使用されるときに、フィルムの光学ゲインを実質的に保つ一方で、ウエットアウトを減じるかあるいは実質的に排除するように設計されたマイクロ構造の配列を有している。フィルム３００は、第１の主表面３０２と、その反対側の構造化された主表面３０４とを有している。図３Ａに示す実施形態において、第１の主表面３０２は実質的に平滑であり、これは本願において、実質的に光学的に平坦であることを意味する。しかしながら、実質的に光学的に平坦な表面３０２でさえも、かすみを生じる小構造体のパターンを任意に有することがある。表面３０２は、望ましい光学効果を達成するマイクロ構造のパターン（図３Ａには示さず）を所望により有することができる。

構造化表面３０４は、実質的に連続したパターンのマイクロ構造３０６を有しており、マイクロ構造３０６は、図３Ａにおいてｘで示された第１の軸方向に沿って延びており、実質的に一定の高さｈ_１を有している。図３Ａに示す実施形態において、マイクロ構造３０６は線状のプリズム状要素であり、各プリズム状要素は、第１の側面３０８と第２の側面３０８’とを備えている。しかしながら、図３Ｂに示すように、マイクロ構造３０６は、連続的であることを必要とせず、また、表面３０４は、マイクロ構造のない範囲３２５を有してもよい。

図３Ａに示す実施形態を再び参照すると、側面３０８、３０８’の縁部が交差して、頂部つまり頂上３４２を画定している。図３Ａに示す実施形態において、隣接するプリズム状要素の側面３０８、３０８’は、線状に延びる溝部３４４をプリズム状要素の間に形成するように交差している。しかしながら、プリズム状要素３０６の側面３０８、３０８’が交差することは必須ではなく、したがって、溝部３４４は、特定の用途に対して、必要に応じてより幅の広いものであってもよい。マイクロ構造３０６の平均ピッチＰ_１は、約５μｍ〜約３００μｍまで広範囲に異なってもよいが、約１５μｍ〜約１００μｍの平均ピッチが特に有用であることが判明している。ピッチＰ_１は好ましくは、すべてのプリズム状要素３０６の間で実質的に同じであるが、そのような配置は必須ではなく、ピッチＰ_１は、表面３０４全体にわたって一定でなくてもよい。

このパターンをなす複数のマイクロ構造３０６の各々は、少なくとも１つの第１の領域３０５と、少なくとも１つの第２の領域３０７とを有しており、また、特定の用途に対して、必要に応じて他の領域を所望により有してもよい（他の領域は図３Ａには示されていないが、例えば図６及び以下の議論を参照されたい）。各マイクロ構造３０６の第２の領域３０７は、各マイクロ構造の長さに沿って第１の領域３０５に隣接している。いくつかの実施形態において、第１の領域３０５は、２つの第２の領域３０７の間に設けられる。

第１の領域３０５におけるマイクロ構造の横断面形状は、フィルム３００の目的の用途に応じて広範に異なり得るものであり、プリズム状の形状に限定されるものではない。第１の領域３０５の横断面形状には、限定されるものではないが、三角形、円形、レンズ状の形状、楕円形、円錐形、又は曲線状の部分を有する非対称形状を挙げることができる。しかしながら、フィルム３００の光学ゲインを最大にするためには、概ね三角形の横断面形状が好ましく、直角二等辺三角形の横断面形状が特に好ましい。第１の領域３０５又はマイクロ構造３０６の間の交差領域における横断面の三角形の頂部は、マイクロ構造又は隣接する溝部の形状を変化させ望ましい光学効果をもたらすように、平滑化されるかあるいは曲線状にされてもよいが、そのような形状は一般に、マイクロ構造によってもたらされるゲインを減じるものである。また、図３Ｃに示すように、マイクロ構造３０６Ａの主軸は、望ましい光学効果を達成するように傾斜していてもよい。

図３Ａに示す実施形態において、第１の領域３０５における各三角形の横断面の二面角α_１は約９０°であるが、７０〜１１０°の二面角α_１が、多くの用途に有用であることが判明している。

第１の領域３０５は、実質的に一定の高さｈ_１を有している。高さｈ_１は、構造化表面３０４とその反対の主表面３０２との間にあり、かつ構造化表面３０４の最も近くにある平面（例えば、図３Ａの基準平面３２０）から測定して、約１μｍ〜約１７５μｍまで変動し得る。第１の領域の高さｈ_１は実質的に同じであることが一般に好ましいが、良好な光学性能を維持しながらも、幾分かの高さの変動が許容され得る。例えば、許容可能な光学性能を維持しながらも、いくつかの実施形態において、平均高さｈ_１は、±０．２０μｍだけ変動することがあり、一方で、他の実施形態において、平均高さｈ_１は±０．１０μｍだけ変動することがあり、更に他の実施形態において、平均高さｈ_１は、±０．０５μｍだけ変動することがある。

各マイクロ構造の第２の領域３０７が、第１の領域３０５に隣接している。いくつかの実施形態において、第２の領域は、第１の領域３０５に対して不連続であり、これは本願において、第２の領域３０７がマイクロ構造３０６上で互いに接触しないか又は重なり合わないことを意味する。第２の領域３０７は、目的の用途に応じて、多種多様なパターンで表面３０４上に配置されてよい。例えば、第２の領域３０７は、表面３０４上に不規則に分布してもよく、あるいは、その分布は半不規則的であってもよい（一部の範囲は不規則な分布、一部の範囲は規則的な分布をなし、マイクロ構造の間の最小周期などのいくつかの制限を伴う）。第２の領域３０７はまた、表面３０４上に規則的に分布してもよく、その規則的な分布は、周期的であっても（一定の間隔で繰り返す）非周期的であってもよい（不規則的でないパターンに従う）。例となる規則的な分布が図３Ｇのフィルム４００に示されており、このフィルム４００は、フィルムの表面４０４の全体にわたって、規則的に分布した第１の領域４０５と第２の領域４０７とを有している（第２の領域の規則的な分布の別の表現については、図１２も参照されたい）。

第２の領域３０７は、構造化表面３０４の１ｃｍ^２当たり約２００〜１ｃｍ^２当たり約６０００の平均密度を有する。いくつかの実施形態において、第２の領域は、構造化表面３０４の１ｃｍ^２当たり約２００〜１ｃｍ^２当たり約３５００の平均密度を有する。他の実施形態において、第２の領域３０７は、構造化表面３０４の１ｃｍ^２当たり約２００〜１ｃｍ^２当たり約２５００の平均密度を有する。

第２の領域３０７は、約１０００μｍ〜約２０，０００μｍの、マイクロ構造３０６に沿った平均周期Ｐ_２（例えば図４Ａを参照されたい）を有している。いくつかの実施形態において、第２の領域３０７は、約３５００μｍ〜約１５，０００μｍの平均周期を有する。第２の領域３０７の平均周期Ｐ_２は、好ましくは実質的に同じであるが、そのような配置は必須ではない。

図３Ｄにおける単一のマイクロ構造３０６の断面図を参照すると、第２の領域３０７は、第１の領域３０５と実質的に同じ断面形状を有しているが、単純により高いものとなっている（図３Ａにおけるｚ方向に沿って距離ｈ_２だけ更に延びている）。例えば、図３Ｄに示す実施形態において、第１の領域は側面３０８、３０８’を有し、側面３０８、３０８’は、頂部３４２にて会合し、二面角α_１を形成している。第２の領域３０７は側面３１１、３１１’を有し、側面３１１、３１１’は、頂部３１２を形成し、二面角α_２を形成するように会合している。第２の領域３０７の二面角α_２及び断面形状は、第１の領域３０５の二面角α_１及び断面形状と実質的に同じであり、すなわちα_２＝α_１である。また、図３Ｅは、第２の領域３０７を有するマイクロ構造化表面の一部の３つの隣接するマイクロ構造３０６の断面を示すものであるが、第２の領域３０７が、第１の領域３０５と実質的に同じ断面形状を有するが、距離ｈ_２だけより高いものであることを示している。

断面形状におけるこの類似性は、頂部の高さにおける差異と相まって、第２の領域３０７の側面３１１、３１２が、俯瞰図において、マイクロ構造３０６（図３Ｆ）に沿って、ｙ方向に外向きに延びているかあるいは膨張しているように見える原因となる。図３Ｆにおいて、第１の領域の頂部３４２は、実質的に直線的な線に見えるが、マイクロ構造３０６の間の溝部３４４は、第２の領域３０７の箇所で直線性を逸しているように見える。

再び図３Ｄを参照すると、第２の領域は、第１の領域３０５の頂部３４２から第２の領域３０７の頂部３１２までで測定した、約０．５μｍ〜約３μｍの最大高さｈ_２を有している。いくつかの実施形態において、第２の領域の最大高さｈ_２は約１μｍ〜約２．５μｍであり、一方で、他の実施形態において、最大高さｈ_２は約１．５μｍ〜約２μｍである。第２の領域３０７内のすべての三角形状要素の最大高さｈ_２は、実質的に同じであってもよいが、プリズム状要素３０７の高さｈ_２は、規則的又は不規則的な方式で変動して、望ましい光学効果をもたらすことができる。

図４Ａ〜４Ｂは、マイクロ構造３０６上の第２の領域３０７を示している。第２の領域３０７の高さｈ_２が、依然として比較的一定である場合でも、第２の領域がその頂部３１１へと上昇してまたがる距離ｄは、大いに異なっていてもよい。例えば、図４Ａにおいて、第２の領域を形成する線Ａの傾きは、隣接する領域から滑らかに徐々に変化しており、それにより、実質的に連続する***状の領域がマイクロ構造３０６上に形成されている。図４Ｂにおいて、第２の領域を形成する線Ｂの傾きは、図４Ａの線Ａよりも急激に変化しており、実質的に不連続な***をマイクロ構造３０６上に形成している。

使用の際、導光フィルムのシートなどの第２の表面が構造化表面３０４に隣接して配置されると、シート３００に対するその第２の表面の物理的近接性は、マイクロ構造３０６の第２の領域３０７によって制限される。第２の領域３０７は、第２の表面がマイクロ構造３０６の第１の領域３０５と接触するのを防止し、それによって、光結合を減じることができる。例えば、表面３０４上の第２の領域３０７の平均密度、平均周期、及び最大高さなどの特性のいずれか又はすべて、並びに、構造化表面３０４を備えたフィルムを構成する材料は、フィルムの第２のシートが撓んで第１の領域３０５と接触することがないように選択されることができる。したがって、各マイクロ構造上の不規則に出現する第２の領域を利用して、隣接する表面の近接性を物理的に制御することにより、望ましくない光結合を受けやすい構造化表面３０４の表面積が飛躍的に減じられる。その代わりに、光結合は主として第２の領域３０７内で発生する。

図５〜６は、他の有用な導光フィルムの例に関するものである。図５Ａ〜５Ｂを参照すると、導光フィルム５００が、マイクロ構造５０６を有する構造化表面５０４を有している。マイクロ構造５０６はそれぞれ、少なくとも１つの第１の領域５０５と、少なくとも１つの第２の領域５０７とを有している。各第１の領域５０５は、基準平面５２０を基準として実質的に一定の高さを有しており、各第２の領域５０７は、第１の領域５０５の実質的に一定の高さよりも高い最大高さを有している。図５Ａ〜５Ｂに示す実施形態において、第２の領域５０７は、概ねレンズ状の形状を形成する第１及び第２の側面５１１、５１１’を有している。

図６に示す別の実施形態において、導光フィルム６００が、マイクロ構造６０６を備えた構造化表面６０４を有している。マイクロ構造６０６はそれぞれ、少なくとも１つの第１の領域６０５と、少なくとも１つの第２の領域６０７と、少なくとも１つの第３の領域６０９とを有している。各第１の領域６０５は、基準平面６２０を基準として実質的に一定の高さを有しており、各第２の領域６０７は、第１の領域６０５の実質的に一定の高さよりも高い最大高さを有している。各第３の領域６０９は、第１の領域６０５の実質的に一定の高さよりも高いが、第２の領域６０７の最大高さ未満である最大高さを有している。そのような構成は、例えば、隣接するフィルムが、第２の領域６０７同士の間の範囲において撓むときに生じる光結合を減じるのに有用となり得る。図６に示す実施形態において、第２及び第３の領域は、実質的に不連続である（図４Ｂの概略図を参照されたい）。図３Ａのマイクロ構造の第１の領域３０５と第２の領域３０７との境界面における比較的平滑な曲線は、本明細書において連続的と称されるが（図４Ａの概略図も参照されたい）、この比較的平滑な曲線と比較すると、図６における側面６１１、６１１’及び６１３、６１３’と側面６０８、６０８’との境界面は非常に険しいものであり、この境界面は本明細書において不連続な構造と称される。

図７〜９は、本明細書で説明する導光フィルムの更なる例示的実施形態を示す顕微鏡写真である。図７〜９は、構造化表面７０４を備えた導光フィルム７００の一部分の、倍率を増加させた３つの図を示しており、この構造化表面７０４は、ｘ方向に沿って延びる連続的なプリズム状のマイクロ構造７０６を有している。マイクロ構造７０６は、暗い縞又はより暗い部分として現れる第１の領域７０５、並びに、より明るい着色した縞として現れる、不規則に分布した第２の領域７０７を有している。第２の領域７０７は、第１の領域７０５の実質的に一定の高さよりも高い、ｚ方向に沿った最大高さを有している。第２の領域７０７はまた、その三角形状の断面輪郭が第１の領域７０５の断面輪郭と依然として同じとなるように、ｙ方向に沿って外向きに延びている。図１０〜１１は、図７〜９に示す導光フィルム７００の実施形態の、倍率を増加させた更なる俯瞰図である。図３Ｆと同様に、第１の領域の頂部７４２は、実質的に直線的な線に見えるが、マイクロ構造７０６の間の溝部７４４は、第２の領域７０７の箇所で直線性を逸しているように見える。

図１２は、構造化表面８０４を備えた導光フィルム８００の一部分を示しており、この構造化表面８０４は、ｘ方向に沿って延びる連続的なプリズム状のマイクロ構造８０６を有している。これらのマイクロ構造は、第１の領域８０５、並びに、実質的に規則的に分布した第２の領域８０７を有しており、第２の領域８０７は、***した部分としてマイクロ構造８０６の１つおきに現れている。第２の領域８０７は、第１の領域８０５の実質的に一定の高さよりも高い、ｚ方向に沿った最大高さを有している。第２の領域８０７はまた、その三角形状の断面輪郭が第１の領域８０５の断面輪郭と依然として同じとなるように、ｙ方向に沿って外向きに延びている。

図１３Ａは、本明細書で説明する導光フィルムを組み込んだディスプレイ９００の代表的な実施形態を、断面図で示している。ディスプレイ９００は、ケース９１２と、光源９１６と、導光フィルム９１８の第１のシートと、導光フィルム９１８’の第２のシートと、光ゲート装置９２６と、実質的に透明なカバーシート９２８とを有している。図１３Ａにて開示する実施形態において、光源９１６は、例えば、ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、エレクトロルミネセントパネル、又は蛍光光源とされることができる。加えて、図１３Ａにて開示する光ゲート装置９２６は、好ましくは液晶装置であるが、他の光ゲート装置が使用されてもよい。

導光フィルム９１８の第１のシートは、図３Ａに示す実施形態を例示するものであり、第１の領域９０５と第２の領域９０７とを備えたマイクロ構造９０６を有している。マイクロ構造９０６は、第１及び第２の領域９０５、９０７の各々において同じ断面形状を有している。第１の領域９０５は、実質的に一定の高さを有し、第２の領域９０７は、第１の領域９０５のその実質的に一定の高さよりも高い最大高さを有している。図１３Ａが一定の縮尺で描かれていないこと、並びに、特に、導光フィルム９１８の構造化表面の寸法が、説明の目的で大いに誇張されていることは理解されよう。図１３Ａに示すように、第２の領域９０７の頂点は、第１のシート９１８に対する導光フィルム９１８’の第２のシートの物理的近接性を制御する。先の議論によれば、光結合は、比較的高い頂点を有する箇所に集中しており、それらの頂点は好ましくは、高さが約１μｍ乃至約２．５μｍである。図１３Ａは、マイクロ構造の頂点９０７が光源９１６に背くような方向に向き付けられた導光フィルムを示しているが、別の実施形態において、頂点５０７は光源９１６に向けられてもよい。

図１３Ｂは、本明細書で説明する導光フィルムのシートの別の有用な応用例を示している。図１３Ｂは、光学ディスプレイにおいて使用するための、一般に使用されている光ガイドアセンブリ９５０の概略図である。光ガイドアセンブリ９５０は、光源９５２と、楔形状の光ガイド９５４と、拡散反射体９５６と、導光フィルム９５８のシートとを有している。使用の際、光源９５２からの光は、光ガイド９５４の中に導かれる。光ガイド９５４の表面に臨界角を超える角度で当たる光線は、全反射を受け、光ガイド９５４に沿って伝搬される。対照的に、光ガイド９５４の表面に臨界角未満の角度で当たる光線は、透過及び屈折される。光ガイド９５４の底面を抜け出した光線は、拡散反射体９５６によって反射され、「再循環」されて使用される。光ガイド９５４の頂面を抜け出した光線は、液晶装置などの光ゲート手段を通過して、ディスプレイ上に画像を生成する。

図１に示すような従来の導光フィルムは、導光フィルムの構造化表面９５５と光ガイド９５４の上側表面９５３との間に光結合を発生させることがある。導光フィルム９５８の構造化表面９５５上のマイクロ構造９５７は、光ガイド９５４に対する導光フィルム９５８の構造化表面９５５の近接性を制御することによって視認可能な光結合の発生を抑制する第２の領域９６０を有している。

導光フィルムに使用される特定の材料は、目的の用途に応じて広範に異なり得るが、その材料は、高度な光の透過性を確保するために、実質的に透明であるべきである。この目的に有用な高分子材料が市販されており、例えば、それぞれ約１．４９３及び１．５８６の公称屈折率を有するアクリル及びポリカーボネートが挙げられる。他の有用なポリマーには、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。高い屈折率を有する材料が一般に好ましい。

導光フィルムの基材として使用され得る平滑なポリエステルフィルムが、ヴァージニア州ホープウェル（Hopewell）のＩＣＩアメリカズ社（ICI Americas Inc.）から Melinex 617 の商標標記で市販されている。基材として使用されるフィルムに塗布され得る艶消し仕上げコーティングが、ウィスコンシン州ニューバーリン（New Berlin）のテクラ社（Tekra Corporation）から Marnot 75 GU の商標標記で市販されている。他のフィルムが同様に使用されてもよい。これらのフィルムは、光学特性、機械的特性、及び他の特性により選択されてもよい。例えば、基材は、公開済みのＰＣＴ特許出願第９７／０１７７４号に記載されているような多層光学フィルムであってもよい。使用され得る他のフィルムの例が、波長選択型の多層光学フィルム及び反射偏光子である。反射偏光子は、多層フィルム、コレステリック物質、又は公開済みのＰＣＴ特許出願第９７／３２２２７号に開示されている種類の物質であってもよい。

本明細書で説明する導光フィルムを製造するために使用される工具のマスターは、押出しによるかあるいはキャスト及び硬化プロセスによるかにかかわらず、既知のダイヤモンド旋盤技術で製作されてよい。好適なダイヤモンド旋盤機が、米国特許第６，３２２，２３６号、同第６，３５４，７０９号、同第７，３２８，６３８号、及び国際公開第００／４８０３７号において図示され、説明されている。

これらの方法で使用される、導光フィルムを製作するための機器には、一般に、高速工具サーボ（fast servo tool）が挙げられる。高速工具サーボ（ＦＴＳ）は、ＰＺＴスタックと呼ばれる固体圧電（ＰＺＴ）装置であり、このＰＺＴスタックは、ＰＺＴスタックに取り付けられた切削工具の位置を迅速に調節するものである。このＦＴＳにより、以下で更に説明する座標系内の各方向に、切削工具を非常に正確にかつ高速に移動させることが可能となる。

図１４は、ワークピースにマイクロ構造を製作するための切削工具システム１０００の略図である。マイクロ構造は、任意の種類、形状、及び寸法の、物品の表面上にある構造体、物品の表面の中に刻まれた刻み目、又は物品の表面から突き出る突出部を有することができる。システム１０００はコンピュータ１０１２によって制御される。コンピュータ１０１２は、例えば以下の構成要素を、つまり、１つ以上のアプリケーション１０１６を記憶するメモリー１０１４と、情報を不揮発性で記憶する第２の記憶装置１０１８と、情報又はコマンドを受信するための入力装置１０２０と、メモリー１０１６若しくは第２の記憶装置１０１８に記憶された、又は別の供給源から受け取られたアプリケーションを実行するためのプロセッサ１０２２と、情報の視覚表示を出力するためのディスプレイ装置１０２４と、音声情報用のスピーカー又は情報のハードコピー用のプリンターなど、情報を他の形式で出力するための出力装置１０２６と、を有する。

ワークピース１０５４の切削は、工具先端部１０４４によって実施される。アクチュエータ１０３８は、ワークピース１０５４が、コンピュータ１０１２によって制御される電気モーターなど、駆動ユニット及びエンコーダ１０５６によって回転される際に、工具先端部１０４４の移動を制御する。この実施例において、ワークピース１０５４はロールの形態で示されているが、平面的な形態で実現されることもできる。任意の機械加工可能な材料が使用されてよく、例えば、ワークピースは、アルミニウム、ニッケル、銅、真鍮、鋼、又はプラスチック（例えばアクリル）で実現されることができる。使用される特定の材料は、例えば、機械加工されたワークピースを使用して製作される各種フィルムなど、特定の望ましい用途に依存してもよい。アクチュエータ１０３８は、例えば、ステンレス鋼で、あるいは他の材料で実現されることができ、好適なアクチュエータが、例えば、米国特許第７，３２８，６３８号において図示され、説明されている。

アクチュエータ１０３８は、工具台１０３６に取り外し可能に連結されており、工具台１０３６はトラック１０３２上に位置している。工具台１０３６及びアクチュエータ１０３８は、矢印１０４０及び１０４２で示すｘ方向及びｚ方向の双方に移動するように、トラック１０３２上に構成されている。コンピュータ１０１２は、１つ以上の増幅器１０３０を介して工具台１０３６及びアクチュエータ１０３８と電気的に接続されている。

制御器として機能する場合、コンピュータ１０１２は、ワークピース１０５４を機械加工するために、トラック１０３２に沿った工具台１０３６の移動、及び工具先端部１０４４の移動を、アクチュエータ１０３８によって制御する。アクチュエータが複数のＰＺＴスタックを有する場合、そのアクチュエータは、スタックに取り付けられた工具先端部の移動を独立に制御する上で使用するために、別々の増幅器を使用して各ＰＺＴスタックを独立に制御することができる。以下で更に説明するように、コンピュータ１０１２は、様々なマイクロ構造をワークピース１０５４に機械加工するために、関数発生器１０２８を利用して波形をアクチュエータ１０３８に供給することができる。

ワークピース１０５４の機械加工は、様々な構成要素の移動を調整することによって達成される。具体的に言えば、システムは、コンピュータ１０１２の制御下で、工具台１０３６の移動を通じてアクチュエータ１０３８の移動を、ｃ方向（図１４の線１０５３で表す回転移動）におけるワークピースの移動、並びにｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向のうちの１つ以上における工具先端部１０４４の移動と共に調整及び制御することができる。これらの座標については以下で説明する。システムは通常、一定の速度でｚ方向に工具台１０３６を移動させるが、変動する速度が用いられてもよい。工具台１０３６及び工具先端部１０４４の移動は通常、ｃ方向におけるワークピース１０５４の移動と同期される。これらの移動のすべては、例えば、数値制御技術、又は、ソフトウェア、ファームウェア、若しくはそれらの組み合わせでコンピュータ１０１２に実装された数値制御器（ＮＣ）を用いて制御されることができる。

ワークピースの切削は、連続的及び不連続的な切削運動を含むことができる。ロールの形態をなすワークピースの場合、その切削には、螺旋型の切削（時にねじ切りとも呼ばれる）、又は、ロールの周り若しくはロールの付近の個々の輪としての切削が挙げられる。平面の形態をなすワークピースの場合、その切削には、渦巻き型の切削、又は、ワークピース上若しくはワークピースの付近の個々の輪としての切削が挙げられる。またＸ切削が用いられることができ、このＸ切削は、ほぼ直線的な切断形式を伴うものであり、ダイヤモンドの工具先端部は、横に移動してワークピースに出入りすることができるが、工具台の全体的な動作は直線的である。切削はまた、これらの種類の運動の組み合わせを含むこともできる。

ワークピース１０５４は、機械加工された後、多様な用途での使用に対応するマイクロ構造を有するフィルムを製作するために使用されることができる。フィルムは通常、コーティングプロセスを用いて製作され、そのコーティングプロセスにおいて、粘性の状態にある高分子材料がワークピースに塗布され、少なくとも部分的に硬化され、次いで取り外される。硬化した高分子材料で構成されたフィルムは、実質的に、ワークピースの構造体と正反対の構造体を有することになる。例えば、ワークピース内のくぼみは、結果として得られるフィルムに突出部をもたらす。ワークピース１０５４はまた、機械加工された後、工具の要素又はマイクロ構造と対応する独立した要素又はマイクロ構造を有する他の物品を製作するために使用されることもできる。

工具台１０３６及びアクチュエータ１０３８の温度をライン１０４８及び１０５０を通じて制御するために、冷却液１０４６が使用されている。温度制御ユニット１０５２は、冷却液が工具台１０３６及びアクチュエータ１０３８を通じて循環されるとき、冷却液の温度を実質的に一定に維持することができる。温度制御ユニット１０５２は、流体の温度を制御する任意の装置で実現されることができる。冷却液は、油製品、例えば低粘度油で実現されることができる。温度制御ユニット１０５２及び冷却液１０４６の貯蔵部は、工具台１０３６及びアクチュエータ１０３８を通じて流体を循環させるポンプを有することができ、また、通常、流体を実質的に一定の温度に維持するために、流体から熱を除去する冷房システムを有している。特定の実施形態において、冷却液はまた、ワークピースにおいて機械加工される材料の表面温度を実質的に一定に維持するために、ワークピース５４に作用されることもできる。

図１５は、システム１０などの切削工具の座標系を示す略図である。この座標系は、ワークピース１０６４を基準とした工具先端部１０６２の移動として示されている。工具先端部１０６２は、工具先端部１０４４と対応してもよく、通常、キャリア１０６０に取り付けられ、キャリア１０６０はアクチュエータに取り付けられる。座標系は、この例示的実施形態において、ｘ方向１０６６と、ｙ方向１０６８と、ｚ方向１０７０とを含んでいる。ｘ方向１０６６は、ワークピース１０６４に対して実質的に垂直な方向における移動に関するものである。ｙ方向１０６８は、ワークピース１０６４の回転面に対して実質的に平行な方向など、ワークピース１０６４を横切る方向における移動に関するものである。ｚ方向１０７０は、ワークピース１０６４の回転軸線に対して実質的に平行な方向など、長手方向にワークピース１０６４に沿う方向における移動に関するものである。ワークピースの回転は、図１４にも示すように、ｃ方向と呼ばれる。ワークピースが、ロールの形態ではなく平面の形態で実現される場合、ｙ方向及びｚ方向は、ｘ方向に対して実質的に垂直な方向でワークピース全体にわたる、相互に直交する方向における移動に関するものとなる。平面的な形態のワークピースには、例えば、回転円板、又は他の任意の外形の平面的な材料を挙げることができる。

図１６Ａは、本開示で説明した導光フィルムを製作する上で使用され得る典型的な工具先端部１０６２の斜視図であり、図１６Ｂはその正面図であり、図１６Ｃはその底面図であり、図１６Ｄはその側面図である。図１６Ａ〜１６Ｄに示すように、工具先端部１０６２は、側面１１０４と、テーパが付けられ角度が付けられた正面１１０６と、先端部１０６２を好適な工具先端部キャリア（図１６Ａ〜１６Ｄには示さず）に固定するための底面１１０２とを有している。工具先端部１０６２の正面部分１１０５は、アクチュエータの制御下でワークピースを機械加工するために使用される。工具先端部１０６２は、例えば、ダイヤモンドの厚板（diamond slab）で実現されてもよい。

一実施形態において、ダイヤモンド旋盤への１回の送り込みでマイクロ構造上に第１及び第２の領域を生成するために、高速工具サーボアクチュエータが、ダイヤモンド旋盤機に加えられる。別の実施形態において、導光フィルム上のマイクロ構造の第１の領域は、ダイヤモンド旋盤への初回の送り込みで生成されてもよく、工具は、実質的に一定の深さでロールに切り込むように設定される。次いで、ダイヤモンド旋盤への２回目の送り込みで、同じ工具が使用されて、マイクロ構造の第２の領域が、規則的、不規則的、又は疑似不規則的なパターンで切削される。

１回の送り込みによる切削プロセスか又は複数回の送り込みによる切削プロセスかの選択は、マイクロ構造上の第２の領域の形状に影響を与えることがある。例えば、１回の送り込みによる切削プロセスでは、実質的に連続する第２の領域を有するマイクロ構造が生成され、第２の領域は、平滑でより緩慢に変化する傾きを持つ（図４Ａ）。通常、複数回の送り込みによる切削プロセスでは、険しい不連続な形状を持つ第２の領域が生成され、その形状は、急激に変化する傾きを有するものである（図４Ｂ）。

ここで、本発明について、以下の非限定的な実施例を参照して更に説明することにする。

ダイヤモンド旋盤プロセスを用いて表面を調製したロールから、第１及び第２の領域を備えたマイクロ構造を有する導光フィルムを製作した。そのロールは、パターン付きの溝部を有するものであったが、その溝部は、例えば、米国特許第６，３２２，７０９号及び同第７，３２８，６３８号に記載されているような高速工具サーボアクチュエータを使用して、１回の送り込みで生成されたものであった。次いで、高分子材料をロールの上に流して、溝部となったダイヤモンド切削パターンを複写するマイクロ構造化表面を備えるフィルムを形成した。フィルムのパターンの特徴を以下の表１に示す。

表１において、最大周期及び平均周期は、マイクロ構造に沿って評価されている。マイクロ構造に沿った周期は、ある第２の領域の始点から、同じマイクロ構造上の隣接する第２の領域の始点にわたって測定されている。

表１におけるウエットアウトの格付けを決定するために、各サンプルのマイクロ構造化した側面を、図１に示すマイクロ構造フィルムなどの別のマイクロ構造化フィルムの平滑な側面の隣に置いた。サンプルを、図２に示すように向き付けした。ライトテーブル上で観察した際に、フィルム間の光結合の量を主観的に評価し、以下の格付け方式を用いて格付けした。

０−ウエットアウト見られず
１−ウエットアウトは非常に軽度であり、確認はやや困難である
２−ウエットアウトは目立たないが、依然として視認可能である
３−ウエットアウトは容易に視認可能である
４−ウエットアウトは明るいが、線のパターンはない
５−明るいウエットアウトであり、線のパターンを伴う
表１における審美的な格付けを決定するために、１枚のフィルムサンプルをライトテーブル上に置き、その外観を、ミネソタ州セントポール（St. Paul）のスリーエム社（3M Company）から BEF 2 及び BEF 3 の商標標記で入手可能な従来の導光フィルムの外観と比べて、主観的に評価した。１の評価を BEF 2 に与え、５の評価を BEF 3 に与えた。

表１におけるゲインの変化を決定するために、実質的に一定の高さを持つ線状のプリズム状構造を有し、かつ第２の領域を持たない導光フィルム（例えば、図１の導光フィルムを参照されたい）とサンプルを比較した。

表１に示す結果に加えて、フィルムの性能を図１７〜１８にまとめる。

図１７は、フィルム上の第２の領域の密度に対して第２の領域の高さをプロットすることによって、表１のフィルムの耐ウエットアウト性能をまとめたものである。一般に、図１７にプロットした結果が示すところによれば、約１〜約２マイクロメートルの高さと、１ｃｍ^２当たり約２００〜約３５００の第２の領域の平均の機構密度を有する第２の領域により、最良の耐ウエットアウト性能がもたらされる。

図１８は、第２の領域の平均周期に対して第２の領域の高さをプロットすることによって、表１のフィルムの耐ウエットアウト性能をまとめたものである。一般に、図１８にプロットした結果が示すところによれば、約１〜約２マイクロメートルの高さと、約１０００μｍ〜約１２０００μｍの平均の機構周期を有する第２の領域により、最良の耐ウエットアウト性能がもたらされる。

上記のように、本発明は、ディスプレイシステムに応用可能であり、バックライト方式ディスプレイ及び背面映写スクリーンなど、複数の光管理フィルムを有するディスプレイ及びスクリーンにおける審美的欠陥を減じる上で特に有用であると考えられる。したがって、本発明は、上述の特定の実施例に限定されるとみなされるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲において明確に記載された本発明のすべての態様を網羅すると理解されるべきである。様々な修正、等価なプロセス、並びに本発明の適用が可能となり得る多数の構造体が、本発明の対象とされる当業者には、本明細書を検討すれば容易に明らかとなろう。特許請求の範囲は、そのような修正及び工夫を網羅することを意図したものである。

Claims (1)

1. 導光物品であって、
   構造化された主表面を備える導光フィルムの第１のシートであって、前記構造化された主表面は、第１の主軸に沿って延びる複数のマイクロ構造を備え、各マイクロ構造は、
   第１の領域及び第２の領域であって、前記第２の領域は、前記第１の領域に隣接し、マイクロ構造は、前記第１の領域における実質的に一定の高さ、及び、前記第２の領域における一定でない高さを有し、該一定でない高さの最大高さは、前記第１の領域の前記一定の高さよりも約０．５〜約３マイクロメートル高く、前記第１の領域と前記第２の領域とは相似する横断面形状を有する、第１の領域及び第２の領域、
   を備える、第１のシートと、
   実質的に平坦な表面と、前記実質的に平坦な表面の反対側の構造化表面と、を有する導光フィルムの第２のシートであって、前記実質的に平坦な表面は、導光フィルムの前記第１のシートの前記構造化表面に隣接し、導光フィルムの前記第２のシートの前記構造化表面は、前記第１の主軸に対しておおよそ垂直な第２の主軸に沿って延びる複数のマイクロ構造を備え、前記第１のシートと第２のシートとの間の光結合が、主に前記第２の領域において発生する、第２のシートと、
   を備える導光物品。