(57)【要約】【課題】軸外れの利得ピークを実質的に回避した多層反射型偏光子を提供する。【解決手段】通過及びブロック軸の両方に沿って隣接ミクロ層の間の増加した面内屈折率差を有し、厚さ又はｚ軸に沿って隣接するミクロ層の間の負の屈折率差を有する多層反射型偏光フィルムとする。空気に露出されているフィルムの前後の主表面は、通過軸反射率にフレスネル反射率成分をもたらし、ミクロ層は通過軸反射率にミクロ層成分をもたらし、かかるミクロ層成分はフレスネル反射率成分が減少するよりも速く入射角と共に増加するｐ偏光の反射率を好ましくは有して、ｐ偏光に対する軸外れの利得ピークを実質的に回避する。このフィルムは、単調な光学的繰り返し単位厚さプロファイルを持つ単一の凝集性積層体として配列されている比較的小さい全数のミクロ層を好ましくは使用し、少なくとも一部のミクロ層はポリエチレンナフタレート又はそのコポリマーを好ましくは含む。【選択図】図１
2014219696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック（ｘ）軸及び通過（ｙ）軸を有する反射型偏光子であって、
空気に露出され、それゆえブリュースター角反射極小を呈する第１及び第２の相対する主表面であって、前記主表面は、前記ｘ軸及びｙ軸にそれ自身垂直であるｚ軸に垂直に配置されている、第１及び第２の相対する主表面、及び
前記主表面の間に配置され、それぞれΔｎｘ、Δｎｙ及びΔｎｚの前記ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿った屈折率差を呈する、隣接ミクロ層対に配列されているＮミクロ層の積層体であって、Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚである積層体、を含み、
前記数Ｎ及び前記組み合わせの屈折率差Δｎｘは、前記ｘ軸に沿って偏光した法線入射光に対して高い反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌを有する偏光子を提供するのに充分に小さく、前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌは少なくとも８０％であり、
前記数Ｎ及び前記組み合わせの屈折率差Δｎｙは、前記ｙ軸に沿って偏光した法線入射光に対して低い反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌを有する偏光子を提供するのに充分に小さく、前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌは２５％以下であり、
前記数Ｎ及び前記組み合わせの屈折率差Δｎｙは、前記反射型偏光子が前記第１の主表面の前記ブリュースター角度において前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対する前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも大きい反射率を呈するのに充分に大きく、
前記Δｎｙが前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｐａｓｓｉｎｃの原因であり、前記Δｎｙに等しい前記Δｎｘの対応する部分が前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃの原因であり、前記数Ｎが充分に小さく、前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃは前記Ｒｐａｓｓｉｎｃに同等である、反射型偏光子。
【請求項２】
前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃが前記Ｒｐａｓｓｉｎｃの少なくとも半分である、請求項１に記載の偏光子。
【請求項３】
前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃが少なくとも前記Ｒｐａｓｓｉｎｃである、請求項１に記載の偏光子。
【請求項４】
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌが少なくとも９０％である、請求項１に記載の偏光子。
【請求項５】
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌが少なくとも９５％である、請求項１に記載の偏光子。
【請求項６】
前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが２０％以下である、請求項１に記載の偏光子。
【請求項７】
前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが１５％以下である、請求項１に記載の偏光子。
【請求項８】
前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが前記主表面の組み合わされた法線入射反射率より少なくとも２％多い、請求項１に記載の偏光子。
【請求項９】
前記反射型偏光子がバックライト空洞の中に挿入されるときに利得をもたらし、前記利得が前記屈折率差Δｎｘ、Δｎｙ、Δｎｚを等しく増加又は減少させるのに使用され得る、パラメータΔΔｎに関して実質的に最大とされている、請求項１に記載の偏光子。
【請求項１０】
特定の値前記ΔΔｎが、最大利得を達成し、前記屈折率差Δｎｘ、Δｎｙ、Δｎｚが前記最大利得の少なくとも９０％である利得をもたらす、請求項９に記載の偏光子。
【請求項１１】
前記利得が、軸上の利得又は半球での利得である、請求項９に記載の偏光子。
【請求項１２】
前記Ｎミクロ層の積層体が前記主表面の間に配置されている全てのミクロ層を含む、請求項１に記載の偏光子。
【請求項１３】
前記ミクロ層の少なくとも一部がポリエチレンナフタレート又はそのコポリマーを含み、前記Ｎが２７５〜３２５の範囲にある、請求項１に記載の偏光子。
【請求項１４】
前記数Ｎ及び前記組み合わせの屈折率差Δｎｙが充分に大きく、前記反射型偏光子が前記ｚ軸と比べて入射角と共に単調に増加する前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対して反射率を呈する、請求項１に記載の偏光子。
【請求項１５】
接着剤により前記偏光子に取り付けられた機械的に補強性の基板を更に含み、前記補強性の基板は光の拡散及び／又はコリメーションをもたらす構造化表面を有する、請求項１に記載の偏光子。
【請求項１６】
ブロック（ｘ）軸及び通過（ｙ）軸を有する反射型偏光子であって、
空気に露出され、それゆえブリュースター角反射極小を呈する第１及び第２の相対する主表面であって、前記主表面は、前記ｘ軸及びｙ軸にそれ自身垂直であるｚ軸に垂直に配置されている、第１及び第２の相対する主表面、及び
前記主表面の間に配置され、それぞれΔｎｘ、Δｎｙ及びΔｎｚの前記ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿った屈折率差を呈する、隣接ミクロ層対に配列されているＮミクロ層の積層体であって、Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚであり、前記ミクロ層は、それぞれが光学的な厚さを有する、光学繰り返し単位に配列され、前記光学繰り返し単位は実質的に単調な光学的な厚さプロファイルをもたらすように配列されている、Ｎミクロ層の積層体を含み、
前記反射型偏光子は、前記ｘ軸に沿って偏光した法線入射光に対して高い反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌと、前記ｙ軸に沿って偏光した法線入射光に対して低い反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌとを有し、前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌは少なくとも８０％であり、前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌは２５％未満であるが、前記主表面の組み合わされた法線入射反射率より少なくとも２％大きく、
前記反射型偏光子は、前記第１の主表面の前記ブリュースター角度において前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対する前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも大きい反射率を呈する、反射型偏光子。
【請求項１７】
前記Ｎミクロ層の少なくとも一部がポリエチレンナフタレート又はそのコポリマーを含み、前記Ｎが３５０以下である、請求項１６に記載の偏光子。
【請求項１８】
前記Ｎが３００以下である、請求項１７に記載の偏光子。
【請求項１９】
前記Ｎが２５０〜３５０の範囲にある、請求項１７に記載の偏光子。
【請求項２０】
前記Ｎが２７５〜３２５の範囲にある、請求項１７に記載の偏光子。
【請求項２１】
前記Ｎミクロ層の少なくとも一部がポリエチレンテレフタレート又はそのコポリマーを含み、前記Ｎが８００以下である、請求項１６に記載の偏光子。
【請求項２２】
前記Ｎが６５０以下である、請求項２１に記載の偏光子。
【請求項２３】
前記Ｎが３００〜６５０の範囲にある、請求項２１に記載の偏光子。
【請求項２４】
前記Ｎが５００〜６５０の範囲にある、請求項２１に記載の偏光子。
【請求項２５】
前記Ｎミクロ層の積層体が前記主表面の間に配置されている全てのミクロ層を含む、請求項１６に記載の偏光子。
【請求項２６】
Δｎｘが少なくとも０．２であり、前記Δｎｙが０．０５未満である、請求項１６に記載の偏光子。
【請求項２７】
前記主表面が、入射角の増加と共に減少する、前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対する組み合わされた反射率を有し、前記Ｎミクロ層の積層体が前記主表面の前記組み合わされた反射率の減少よりも速く入射角の増加と共に増加するような光に対する反射率を有して、前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対する反射率の単調増加を示す反射型偏光子を提供する、請求項１６に記載の偏光子。
【請求項２８】
接着剤により前記偏光子に取り付けられた機械的に補強性の基板を更に含み、前記補強性の基材は光の拡散及び／又はコリメーションをもたらす構造化表面を有する、請求項１６に記載の偏光子。
【請求項２９】
ブロック（ｘ）軸及び通過（ｙ）軸を有する反射型偏光子の製造方法であって、
第１及び第２のポリマー材料を選択する工程と、
前記ポリマー材料を共押し出しして、空気に露出されている相対する主表面を有するポリマーフィルムを提供する工程であって、前記主表面は、前記ｘ軸及びｙ軸にそれ自身垂直であるｚ軸に垂直に配置され、前記ポリマーフィルムは前記主表面の間に配置されているＮ層の積層体を含み、前記Ｎ層は前記第２のポリマー材料の層により交互配置されている前記第１のポリマー材料の層を含む、工程と、
前記ポリマーフィルムを配向して、Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚのように、それぞれのΔｎｘ、Δｎｙ及びΔｎｚの前記ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿った屈折率差を呈する、隣接ミクロ層対に配列されているＮミクロ層に前記Ｎ層を転換する工程と、
前記ｘ軸に沿って偏光した法線入射光に対して高い反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌの偏光子を提供するのに充分に大きいように、前記数Ｎ及び前記組み合わせの屈折率差Δｎｘを選択する工程であって、前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌは少なくとも８０％である、工程と、
前記ｙ軸に沿って偏光した法線入射光に対して低い反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌの偏光子を提供するのに充分に小さいように、前記数Ｎ及び前記組み合わせの屈折率差Δｎｙを選択する工程であって、前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌは２５％以下である、工程と、
前記反射型偏光子が前記第１の主表面の前記ブリュースター角度において前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対する前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも大きい反射率を呈するのに充分に大きいように、前記数Ｎ及び前記組み合わせの屈折率差Δｎｙを選択する工程と、
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃが前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌの前記増分部分Ｒｐａｓｓｉｎｃに同等であるのに充分小さいように、前記数Ｎを選択する工程であって、前記Δｎｙが前記増分部分Ｒｐａｓｓｉｎｃの原因であり、前記Δｎｙに等しい前記Δｎｘの対応する部分が前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌの前記増分部分Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃの原因である、ことを含む方法。
【請求項３０】
前記反射型偏光子が、バックライト空洞の中に挿入されるときに利得をもたらし、少なくとも前記第１及び第２のポリマー材料の前記選択する工程、前記共押し出しする工程、及び前記配向する工程が行なわれて、パラメータΔΔｎに関して前記利得を実質的に最大とし、前記屈折率差Δｎｘ、Δｎｙ、Δｎｚは全て同等に前記ΔΔｎだけ増加又は減少することができる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記パラメータΔΔｎの特定の値が最大利得を達成し、前記少なくとも第１及び第２のポリマー材料の前記選択する工程、前記共押し出しする工程、及び前記配向する工程が行なわれて、前記最大利得の少なくとも９０％である、利得をもたらす、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも前記第１のポリマー材料がポリエチレンナフタレート又はそのコポリマーを含み、Ｎが２７５〜３２５の範囲にある、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記配向する工程の後、前記Ｎミクロ層の積層体が前記主表面の間に配置されている全てのミクロ層を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記配向する工程の後、前記第１のポリマー材料を含むミクロ層が複屈折性であり、前記第２のポリマー材料を含むミクロ層が等方性である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌ、前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌ、前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃ及び前記Ｒｐａｓｓｉｎｃが全て４００〜７００ｎｍの波長範囲にわたっての平均である、請求項１に記載の偏光子。
【請求項３６】
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌ、前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌ、前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃ及び前記Ｒｐａｓｓｉｎｃが全て４００〜９２５ｎｍの波長範囲にわたっての平均である、請求項１に記載の偏光子。
【請求項３７】
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌ及び前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが両方とも４００〜７００ｎｍの波長範囲にわたっての平均である、請求項１６に記載の偏光子。
【請求項３８】
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌ及び前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが両方とも４００〜９２５ｎｍの波長範囲にわたっての平均である、請求項１６に記載の偏光子。
【請求項３９】
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌ、前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌ、前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃ及び前記Ｒｐａｓｓｉｎｃが全て４００〜７００ｎｍの波長範囲にわたっての平均である、請求項２９に記載の方法。
【請求項４０】
前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌ、前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌ、前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃ及び前記Ｒｐａｓｓｉｎｃが全て４００〜９２５ｎｍの波長範囲にわたっての平均である、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、開示内容の全体を参照することにより組み込まれている、２００８年３月３１日出願の米国特許仮出願第６１／０４０９１０号のメリットを主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概ね、多層光学フィルムと、特に視覚ディスプレイシステム用のバックライトにおける使用に好適な偏光子として構成されるこのようなフィルムへの適用に関する。
【背景技術】
【０００３】
多層光学フィルム、すなわち、屈折率の異なるミクロ層を配列することによって望ましい透過特性及び／又は反射特性を少なくとも部分的にもたらすフィルムが知られている。一連の無機材料を真空槽内で基材上の光学的に薄い層（「ミクロ層」）に堆積させることによって、そのような多層光学フィルムを製作することが知られている。無機多層光学フィルムは、例えば、教科書、H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 2nd Ed., Macmillan Publishing Co. (1986) 及び A. Thelan, Design of Optical Interference Filters, McGraw-Hill, Inc. (1989) に記述されている。
【０００４】
多層光学フィルムは、交互ポリマー層を共押し出しすることによっても実証された。例えば、米国特許第３，６１０，７２９号（Rogers）、同第４，４４６，３０５号（Rogers et al.）、同第４，５４０，６２３号（Im et al.）、同第５，４４８，４０４号（Schrenk et al.）、及び同第５，８８２，７７４号（Jonza et al.）を参照のこと。これらの高分子多層光学フィルムでは、個別の層を作製する際に高分子材料が主に又は排他的に使用される。そのようなフィルムは、大量生産工程と適合し、大きなシート及びロール品で作製することができる。
【０００５】
多層光学フィルムは、一部の光が隣接ミクロ層の間の境界面で反射するように、異なる屈折率特性を有する、個別のミクロ層を含む。ミクロ層は、充分に薄く、複数の境界面で反射される光が強め合う又は弱め合う干渉を受けて、多層光学フィルムに所望の反射特性又は透過特性を与える。紫外、可視、又は近赤外の波長で光を反射するように設計される多層光学フィルムに対しては、それぞれのミクロ層は、概ね、約１μｍ未満の光学的な厚さ（屈折率を掛けた物理的な厚さ）を有する。多層光学フィルムの外側表面の表面薄層、又はミクロ層の凝集性の一群（本明細書中では「パケット」と呼ぶ）を分離する、多層光学フィルム内に配置される保護境界層（ＰＢＬ）などの、より厚い層も通常組み込まれる。
【０００６】
偏光用途、例えば、反射型偏光子に対しては、光学層の少なくとも一部は、複屈折性ポリマーを用いて形成され、ポリマーの屈折率はポリマーの直交カルテシアン軸に沿って異なる値を有する。一般に、複屈折性ポリマーのミクロ層は、層面（ｚ軸）の法線により規定され、ｘ軸とｙ軸が層面内に存在する、直交カルテシアン軸を有する。複屈折性の高分子は、非偏光用途においても使用することができる。
【０００７】
ある場合には、ミクロ層は、１／４波長積層体に相当する厚さ及び屈折率値を有し、すなわち、それぞれが等しい光学的な厚さ（ｆ比＝５０％）の２種の隣接ミクロ層を有する、光学繰り返し単位又は単位胞で配列されるような光学繰り返し単位は、波長λが光学繰り返し単位の全光学的な厚さの２倍である、強め合い干渉光による反射に有効である。ｆ比が５０％と異なる、２種のミクロ層光学繰り返し単位を有する多層光学フィルム、又は光学繰り返し単位が２種以上のミクロ層を含むフィルムなどの他の層構成も知られている。これらの光学的な繰り返し単位の設計物は、ある高次反射を減少又は増加させるように構成され得る。例えば、米国特許第５，３６０，６５９号（Arends et al.）及び同第５，１０３，３３７号（Schrenk et al.）を参照のこと。フィルムの厚さ軸（例えば、ｚ軸）に沿った厚さ勾配を使用して、拡張された反射帯、例えば、反射帯が斜めの入射角で短波長にシフトする際に、可視スペクトル全体にわたって反射し続けるように、ミクロ層積層体が人間の可視領域全体にわたる、及び近赤外の中に拡張された反射帯を提供することができる。バンド端を鋭くするように調整された厚さ勾配、すなわち高反射と高透過の間の波長転移は、米国特許第６，１５７，４９０号（Wheatley et al.）に記述されている。
【０００８】
多層光学フィルムと、関連する設計及び構造の更なる詳細は、米国特許第５，８８２，７７４号（Jonza et al.）及び同第６，５３１，２３０号（Weber et al.）、ＰＣＴ公開国際公開第９５／１７３０３（Ouderkirk et al.）及び同第９９／３９２２４（Ouderkirk et al.）、並びに表題「Giant Birefringent Optics in Multilayer Polymer Mirrors」, Science, Vol. 287, March 2000（Weber et al.）という刊行物に記述されている。多層光学フィルムと関連する物品は、光学的、機械的、及び／又は化学的特性により選択される追加の層及びコーティングを含むことがある。例えば、ＵＶ吸収層をこのフィルムの入射側に追加して、成分をＵＶ光により生じる劣化から保護する場合がある。ＵＶ硬化型アクリレート接着剤又は他の好適な材料を用いて、多層光学フィルムを機械的に補強された層に取り付けることができる。このような補強層は、ＰＥＴ又はポリカーボネートなどのポリマーを含むことがあり、例えばビーズ又はプリズムを使用することにより光拡散又はコリメーションなどの光学的機能を提供する、構造化された表面も含むことがある。追加の層及びコーティングは、引っ掻き抵抗性層、引き裂き抵抗性層、及び硬化剤も含むことができる。例えば、米国特許第６，３６８，６９９号（Gilbert et al.）を参照のこと。多層光学フィルムを製造するための方法及び装置は、米国特許第６，７８３，３４９号（Neavin et al.）に記述されている。
【０００９】
図１は、多層光学フィルム１０の１つの層対を図示する。フィルム１０は、簡略化のためにその２層のみを示すが、多数の交互ミクロ層１２、１４を含む。ミクロ層は、異なる屈折率特性を有して、一部の光が隣接ミクロ層の間の境界面で反射される。ミクロ層は、充分に薄く、よって複数の境界面で反射される光は、強め合い又は弱め合いの干渉を受けて、多層光学フィルムに所望の反射特性又は透過特性を与える。紫外線波長、可視光波長、又は近赤外線波長で光を反射するように設計された光学フィルムの場合、各ミクロ層は、一般に、約１μｍ未満の光学厚さ（すなわち、物理的厚さ屈折率）を有する。多層光学フィルムの外側表面の表面薄層、又はミクロ層のパケットを分離する、多層光学フィルム内に配置される保護境界層などの、より厚い層も通常組み込まれる。
【００１０】
多層光学フィルム１０の反射及び透過の性質は、それぞれのミクロ層の屈折率と、ミクロ層の厚さ及び厚さ分布の関数である。各ミクロ層は、フィルムの少なくとも局所的位置において、面内屈折率ｎｘ、ｎｙ、及びフィルムの厚さ方向軸に関連付けられる屈折率ｎｚによって特徴つけることができる。これらの屈折率は、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿って偏光した光に対する対象材料の屈折率を、それぞれ表す。図１中、これらの屈折率は、層１２に対してｎ１ｘ、ｎ１ｙ、ｎ１ｚ、及び層１４に対してｎ２ｘ、ｎ２ｙ、ｎ２ｚと表示され、それぞれの層と層の差はΔｎｘ、Δｎｙ、Δｎｚである。本特許出願での説明を容易に行うために、特記しない限り、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、多層光学フィルム上のいかなる対象点にも適用可能な、ローカルなカーテシアン座標であり、ミクロ層はｘ−ｙ面に平行に延び、ｘ軸は、Δｎｘの大きさを最大とするようにフィルムの面内で配向されているものとする。したがって、Δｎｙの大きさがΔｎｘの大きさに等しいか、又は以下であるが、それより大きくないようにできる。更には、差Δｎｘ、Δｎｙ、Δｎｚの計算において開始する材料層の選択は、Δｎｘが負にならないように決定される。換言すると、境界を形成する２つの層の屈折率の差は、Δｎｊ＝ｎ１ｊ−ｎ２ｊ（ここで、ｊ＝ｘ、ｙ又はｚであり、層の名称１、２は、ｎ１ｘ≧ｎ２ｘ、すなわちΔｎｘ≧０になるように選択される）である。
【００１１】
実際には、屈折率は、賢明な材料選択及び加工条件によって制御される。フィルム１０は、多数の、例えば数１０又は数１００層の２種の交互ポリマーＡ、Ｂを共押し出しし、通常続いて、多層押し出し物を１つ以上のマルチプライヤダイに通し、次に押し出し物を延伸するか、又は別法で配向させて、最終フィルムを形成することにより作製される。得られるフィルムは、通常、厚さと屈折率を調整して、可視又は近赤外中などのスペクトルの所望の領域において１つ以上の反射帯を提供する、数１００もの個別のミクロ層から構成される。妥当な層数により高反射率を得るためには、隣接ミクロ層は、通常、ｘ軸に沿って偏光した光に対して少なくとも０．０５の屈折率差（Δｎｘ）を呈する。２つの直交する偏光に対して高反射率が所望される場合には、隣接ミクロ層を、ｙ軸に沿って偏光した光に対して少なくとも０．０５の屈折率差（Δｎｙ）を呈するようにすることもできる。
【００１２】
上記に参照した‘７７４（Jonza et al.）特許は、なかんずく、ｚ軸に沿って偏光した光に対する隣接ミクロ層間の屈折率差（Δｎｚ）を調整して、斜めに入射する光のｐ偏光成分に対して所望の反射率の性質を得る方法を述べている。斜めの入射角度のｐ偏光の高反射率を維持するために、ミクロ層間のｚ屈折率の不一致Δｎｚを、実質的に最大面内屈折率差Δｎｘ未満、Δｎｚ≦０．５＊Δｎｘ、又はΔｎｚ≦０．２５＊Δｎｘとなるように制御することができる。ゼロ又はほぼゼロの大きさのｚ屈折率の不一致によって、ｐ偏光に対する反射率が入射角の関数として一定又はほぼ一定である界面がミクロ層の間に生じる。更には、ｚ屈折率の不一致Δｎｚを、面内屈折率の差Δｎｘと比較して反対の極性を有するように、すなわち、Δｎｚ＜０であるように、制御することができる。この条件は、ｓ偏光の場合と同様に、ｐ偏光に対する反射率が、入射角の増加と共に増加する境界面をもたらす。
【００１３】
‘７７４（Jonza et al.）号は、多層反射型又は反射型偏光子と呼ばれる偏光子として構成される多層光学フィルムに関するしかるべき設計事項考慮も述べている。多数の用途において、理想的な反射型偏光子は、一方の軸（ｘ方向に対応する「消光」又は「ブロック」軸）に沿った高反射率と、他方の軸（ｙ方向に対応する「透過」又は「通過」軸）に沿ったゼロ反射率を有する。なにがしかの反射率が透過軸に沿って起こる場合には、オフノーマル角度での偏光子の効率は低下し、いろいろな波長に対する反射率が異なる場合には、透過光の中に色が導入されることがあり得る。更には、ある多層系においては２つのｙ屈折率及び２つのｚ屈折率の厳密な一致は可能でなく、ｚ軸屈折率が不一致である場合には、面内屈折率ｎ１ｙ及びｎ２ｙに対して若干の不一致の導入が望まれることがある。特に、ｙ屈折率の不一致がｚ屈折率の不一致と同一の符号を有するように配置することによって、ミクロ層の境界面でブリュースター効果が生じて、多層反射型偏光子の透過軸に沿った軸外れ（off-axis）の反射率、それゆえ軸外れの色が最小となる。
【００１４】
‘７７４号（Jonza et al.）で述べられている別の設計考慮事項は、多層反射型偏光子の空気境界面での表面反射に関する。偏光子を存在するガラス部品又は別の存在するフィルムに、透明な光学接着剤により両面積層しない限り、このような表面反射は、光学システム中の所望の偏光の透過を低下させる。このように、ある場合には反射型偏光子に反射防止（ＡＲ）コーティングを追加することが有用であることもある。
【００１５】
反射型偏光子は、液晶ディスプレイなどの視覚ディスプレイシステムにおいてしばしば使用される。携帯電話、コンピューター、及び一部のフラットパネルＴＶなどの広範な種類の電子機器」において見られるこれらのシステムは、拡張された面積のバックライトにより後方から照明される液晶（ＬＣ）パネルを使用している。反射型偏光子は、バックライトの上に載置されるか、又はバックライトの中に組み込まれて、ＬＣパネルにより使用可能な偏光状態の光をバックライトからＬＣパネルへと透過する。ＬＣパネルが使用できない直交偏光状態の光は、反射されてバックライトの中に戻され、そこでその光は反射されて最終的にＬＣパネルに向かって戻され、使用可能な偏光状態に少なくとも部分的に変換されて、通常ならば失われる光を「再循環」し、ディスプレイの得られる輝度及び全体の効率を増加させる。
【００１６】
図２に典型的な視覚ディスプレイシステム２０を概略側面図で示す。システム２０は、ＬＣパネル２２及びＬＣパネル２２に光を提供するように配置されている照明組み立て体又はバックライト２４を含む。ＬＣパネル２２は、ガラスパネルプレートの間に配置されている液晶層を含む。ＬＣパネル２２は、上方吸収偏光子２６と下方吸収偏光子２８との間に配置されている。吸収型偏光子２６、２８及びＬＣパネル２２は、組み合わせとして、ディスプレイシステム２０を通ってバックライト２４から視認者への光の透過を制御する。電子ディスプレイ制御装置による液晶層の異なる画素の選択的な賦活化は、選択された画素においてディスプレイシステム２０を通過する光を生じ、視認者に見える画像を形成する。
【００１７】
エッジライト式構成（光源３０ａ）又は直接照明配置（光源３０ｂ）として配置されるものであっても、バックライト２４は、光源を含み、ＬＣパネル２２の視認可能な面積に合致する出力面積にわたって光源から光を分配する。光源は、例えば、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよく、個別又は組み合わせとして白色光を生じる。バックライト２４は、拡散板、プリズム型輝度向上フィルム（ＢＥＦ）、及び上述した多層反射型偏光子などのいろいろな光学部品を含んでもよい、３２に一般的に示したフィルム積層体も含む。バックライトは、内部底表面３４ａと内部側表面３４ｂが反射性であることができる、筐体を含んで、光の再循環を促進し、システムの効率を増大させる。ある場合には、バックライトは、エッジに搭載した光源（光源３０ａ）から出力面積にわたって光を均一に送るための固体光ガイドも組み込んでもよい。
【００１８】
いずれの場合にも、バックライトは、軸上（法線又は近法線）の視認方向（多層反射型偏光子と、システム２０の他の拡張された光学部品に垂直であるｚ軸に沿って位置取りした視認者３６ａ）、又は軸外れ若しくは斜めの視認方向（視認者３６ｂ）から観察することもある、視認者により感知可能な画像の生成にＬＣパネル２２が使用する、拡張された光源を提供する。
【００１９】
システム２０などのディスプレイシステムの文脈での反射型偏光子の性能の１つの尺度は、「利得」と呼ばれる。反射型偏光子又は他の光学フィルムの利得は、光学フィルム付きのディスプレイが光学フィルム無しのディスプレイと比較して視認者にどの位明るく見えるかの尺度である。特に、光学フィルムの利得は、光学フィルム無しのディスプレイシステムの明るさに対する光学フィルム付きのディスプレイシステム（又はバックライトなどのその一部）の明るさの比である。明るさは、一般に、視認方位（例えば図２中で視認者３６ａ、３６ｂを参照）の関数であるので、利得は視認方位の関数でもある。方位をいっさい表示せずに、利得を参照する場合には、通常、軸上の性能が仮定される。高利得は、法線及び斜め方向の両方から入射する光に対してブロック軸に対して極めて高い反射率と、通過軸に対する極めて高い透過率（極めて低い反射率）を有する、反射型偏光子と通常関連する。これは、極めて高いブロック軸反射率によって、使用可能でない偏光の光線を反射してバックライトの中に戻して、使用可能な偏光に転換することができる機会が最大となるため、及び極めて低い通過軸反射率によって、使用可能な偏光の光線がバックライトからＬＣパネルに向かって最小損失で通る機会が最大となるためである。
【００２０】
完全ＲＧＢカラーディスプレイシステムの文脈における反射型偏光子の別の性能尺度は、反射又は透過におけるスペクトル不均一性の結果として、部品が軸上及び軸外れの両方のシステムの中に導入する色の量である。理想的には、偏光子は、約４００〜７００ｎｍの可視スペクトル全体にわたって均一に反射及び透過して、軸上又は軸外れのいずれかのディスプレイの中に顕著な感知される色を導入しないようにする。このことは、ブロック軸反射率ができるだけ高く、通過軸反射率ができるだけ小さいならば、又はより正確には、ミクロ層からの干渉効果による通過軸反射率の一部ができるだけ小さいならば、最も容易に達成される。（このような空気とポリマー表面反射が実質的にスペクトル的に均一であるために、空気に露出されているポリマー形反射型偏光子の前後の主表面におけるフレスネル表面反射による通過軸反射率の残りの部分は、実質的に色の影響を及ぼさない。）極めて小さい反射率又は極めて大きい反射率のいずれも持たないミクロ層積層体は、可視スペクトルにわたっての色の制御がより困難である。これは、中間の反射率においては、理想的な又は標的とする厚さプロファイルに対して積層体の層厚プロファイルの極めて小さい変動も、標的とする平坦な反射スペクトルからのスペクトル変動を容易に生じ、透過又は反射光中で人間の眼により容易に感知され得るためである。
【００２１】
上記の考慮事項に沿って、下記に詳述する２つの市販の多層反射型偏光子製品は、一部の点では異なっているが、Δｎｙを極めて小さく保つことにより極めて低い軸上の通過軸反射率を有するというフィルム設計を用いて、良好な利得と低い色特性を達成することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者らは、しかしながら、これらの市販の反射型偏光子は両方ともｐ偏光に対して軸外れの利得ピークを呈するということを観察した。これらの軸外れの利得ピークは比較的小さいが、ある用途では重要となる場合がある程度に、軸上の利得又は輝度を損なうことがある。本発明者らは、利得ピークが、偏光子の外側表面と関連するフレスネル表面反射率との組み合わせにおけるミクロ層と関連する極めて小さい通過軸反射率成分、及びそのフレスネル反射率の入射角依存性に関するということを見出した。
【００２３】
それゆえ、本発明者らは、本明細書では、なかんずく、設計の特色の新しい組み合わせを使用して、軸外れの利得ピークを実質的に回避する一方で、例示の利得と色性能をもたらす、多層反射型偏光子を述べる。本発明者らは、例えば、ミクロ層に関連する通過軸反射率成分が、なお、ブロック軸反射率よりもはるかに小さい一方で、外側表面のフレスネル表面反射率の角度依存性を克服して、軸外れの利得ピークを回避するのに充分大きい程度に、面内屈折率差Δｎｘ、Δｎｙ（好適な面外屈折率差Δｎｚを提供する一方で）を増加させる、反射型偏光子において使用される、ポリマー材料に対する新しい選択基準を述べる。選択基準は、偶然にも低層数フィルムとも適合可能である。
【００２４】
例示の実施形態として、反射型偏光子は、ブロック（ｘ）軸及び通過（ｙ）軸と、空気に露出され、それゆえブリュースター角反射極小を呈する第１及び第２の相対する主表面とを有し、主表面はｚ軸に垂直に配置される。Ｎミクロ層の積層体は、主表面の間に配置され、それぞれΔｎｘ、Δｎｙ及びΔｎｚのｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿った屈折率差を呈する、隣接ミクロ層対に配置されているＮミクロ層の積層体であって、Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚである。
【００２５】
代表的な実施形態では、数Ｎ及び組み合わせの屈折率差Δｎｘは、ｘ軸に沿って偏光した法線入射光に対して高い反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌの偏光子を提供するのに充分に大きく、Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌは少なくとも８０％である。数Ｎ及び組み合わせの屈折率差Δｎｙは、ｙ軸に沿って偏光した法線入射光に対して低い反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌの偏光子を提供するのに充分に小さく、Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌは２５％以下である。数Ｎ及び組み合わせの屈折率差Δｎｙは、反射型偏光子が第１の主表面のブリュースター角度においてｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対するＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも大きい反射率を呈するのに充分に大きい。好ましくは、Δｎｙは、Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｐａｓｓｉｎｃの原因であり、Δｎｙに等しいΔｎｘの対応する部分はＲｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃの原因であり、数Ｎが充分に小さく、ＲｂｌｏｃｋｉｎｃがＲｐａｓｓｉｎｃに同等である。例えば、ＲｂｌｏｃｋｉｎｃはＲｐａｓｓｉｎｃの少なくとも半分であるか、又はＲｐａｓｓｉｎｃに少なくとも等しい。
【００２６】
代表的な実施形態では、ミクロ層は、それぞれが光学的な厚さを有する光学繰り返し単位に配列され、光学繰り返し単位は実質的に単調又は滑らかに増加する光学的な厚さプロファイルを提供するように配列される。Ｎミクロ層の少なくとも一部はポリエチレンナフタレート又はそのコポリマーを含み、Ｎは３５０以下、又は３００以下、又は２５０〜３５０の範囲、又は２７５〜３７５の範囲である。あるいは、Ｎミクロ層の少なくとも一部は、ポリエチレンテレフタレート又はそのコポリマーを含み、Ｎは８００以下、又は６５０以下、又は３００〜６５０の範囲、又は５００〜６５０の範囲である。反射型偏光子は、ｘ軸に沿って偏光した法線入射光に対して高い反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌと、ｙ軸に沿って偏光した法線入射光に対して低い反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌとを有し、Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌは少なくとも８０％である。Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌは、好ましくは３０％又は２５％未満であるが、好ましくは主表面の組み合わされた法線入射反射率より少なくとも２％多い。反射型偏光子は、好ましくはｙ−ｚ面において第１の主表面のブリュースター角で入射するｐ偏光に対するＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも大きい反射率を呈する。
【００２７】
関連する方法、システム、及び物品も述べられる。
【００２８】
本出願のこれら及び他の態様は下記の詳細な説明から明らかとなろう。しかしながら、いかなる場合においても、上述された概要は特許請求される発明の主題に対する限定として見なされるべきではなく、発明の主題は、手続きにおいて補正される可能性のある付属の特許請求の範囲によってのみ定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】多層光学フィルムの層対の斜視図。
【図２】ディスプレイシステムの概略側面図。
【図３】カーテシアン座標系による光学フィルムの斜視図。
【図４】利得の角度依存性を識別することができる、いろいろな反射型偏光子との組み合わせにおけるバックライトに対する観察の極角に対する測定された明るさのグラフ。
【図５】多層光学フィルムの交互層に対する屈折率の異なる組み合わせのグラフ。
【図６】各種の多層フィルム設計に対する入射角の関数としてのモデル化されたｐ偏光反射率のグラフ。
【図７】各種の多層フィルム設計に対する正規化された面内屈折率差の関数としてのモデル化された軸上の反射率のグラフ。
【図８】図７の結果を要約するグラフ。
【図９ａ】各種の多層フィルム設計のｙ屈折率不一致の関数としてのモデル化された軸上の利得のグラフ。
【図９ｂ】各種の多層フィルム設計のｙ屈折率不一致の関数としてのモデル化された半球での利得のグラフ。
【００３０】
図中、同様の参照数字は同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
市販の反射型偏光子において観察される軸外れの利得の挙動をより明確に説明するために、図３にグローバルなｘ−ｙ−ｚカーテシアン座標系での光学フィルム４０の斜視図を提供する。フィルム４０は多層反射型偏光子であってもよく、その場合にはｘ−、ｙ−、及びｚ軸は上述のローカルなｘ−、ｙ−、及びｚ軸と同じであることができる。あるいは、フィルム４０は、別の光学フィルム又は表面、例えばディスプレイシステムの前表面であってもよい。図示するように、フィルム４０をｘ−ｙ面に平行に平らに配置する。
【００３２】
在来の偏光フィルムを参照すると、光は、光の伝播方向に対して横断する光の電気ベクトルが特定の偏光面内に存在する、２つの直交面に偏光されていると考えることができる。翻って、所定の光線の偏光状態は、ｐ偏光及びｓ偏光の２つの直交する偏光状態に分解され得る。ｐ偏光（「ｐ偏光」）は、入射面中で偏光されている光であり、入射面が局所的な表面法線ベクトルと光線伝播方向又はベクトルの両方を含む面である。図３は、表面法線（ｚ軸）に対して斜めの角度θで光学フィルム４０に入射するか又はそれから出射し、「入射面」４４を形成する光線４２を図示する。（代替の用語を欠くために、「入射面」は、光がフィルムに入射する場合、及び光がフィルムに入射しないが、代わりにフィルムから出射する場合の両方において、表面法線方向と光伝播方向を含む面を指すように、本明細書中で使用される。同様に、「入射角」は、フィルムに入射する光及びフィルムから出射する光の両方に対して表面法線方向と光伝播方向の間の角度を指すように使用されることがある。）フィルム４０は、偏光子であるならば、ｙ軸に平行な通過軸４６、及びｘ軸に平行なブロック軸４８を含む。光線４２の入射面４４はブロック軸４８に平行である。光線４２は、入射面４４中にあるｐ偏光成分、及び入射面４４と直交するｓ偏光成分を有する。光線４２のｐ偏光成分は通過軸４６に直角であり、ブロック軸４８と部分的に整列し、一方、光線４２のｓ偏光（「ｓ偏光」）成分は通過軸４６に平行である。図３は、同一の斜めの角度θで光学フィルム４０に入射するか又はそれから出射するが、通過軸４６に平行である入射面５２中にある、別の光線５０も示す。この場合には、光線５０のｐ偏光成分はブロック軸４８に直角であり、通過軸４６と部分的に整列し、光線５０のｓ偏光成分はブロック軸４８に平行である。
【００３３】
これから、入射方向によって、ｐ偏光は、ある場合には通過軸に直角であり、他の場合にはブロック軸に直角であることができ、ｓ偏光はある場合には通過軸に直角であり、他の場合にはブロック軸に平行であり得ることが判る。（いかなる任意の入射面も成分入射面４４、５２に分解することができる）このように、異方性系に対するｓ−又はｐ偏光の挙動の完全な議論は、光の入射角度（又は例えば、出射角度又は観察角度）のみならず、光の入射面（又は例えば、出射面又は観察面）も含まなければならない。
【００３４】
ｐ偏光に対する２つの既知の多層反射型偏光子製品の利得を測定し、他の特性を観察した。
【００３５】
本明細書中でＲＰ１と呼ばれる、第１の製品は、一方のポリマーにはポリエチレンナフタレート（「ＰＥＮ」）と、他方のポリマーにはナフタレンジカルボン酸（「ｃｏＰＥＮ」）をベースとするコポリマー又はブレンド、特に結晶化を回避するためにヘキサンジオールを含む５５／４５コポリマーブレンドを使用する。これらのポリマーを合計２７５の層を有する交互層構成で共押し出しし、押し出し物を相互の上に押し出し物及び積層体を３つの押し出し物成分に分割する、１×３層マルチプライヤーから送り、生成物を更に加工し、延伸して、その間の光学的に厚い保護境界層（ＰＢＬ）により３つの明確に区別されるミクロ層パケット（それぞれ２７５層）に分離された合計８２５のミクロ層と、外側主表面における光学的に厚い表面薄層を含む、完成した反射偏光フィルムを製造する。完成したフィルムにおいては、ＰＥＮから構成されるミクロ層は複屈折性であり、ｃｏＰＥＮから構成されるミクロ層は実質的に等方性である。
【００３６】
本明細書中でＲＰ２と呼ばれる、第２の製品は、ポリマーの一方にはナフタレンジカルボン酸をベースとする９０／１０コポリマーブレンド（「ｃｏＰＥＮ」）と、他方のポリマーにはコポリエステル（SA115, Eastman Chemical Co. から入手可能）を使用する。これらのポリマーを合計２７５の層の交互層構成として共押し出しし、押し出し物を放物線状テンターにより更に加工し、延伸して、単一のミクロ層パケットとして配列されている合計２７５のミクロ層を外側主表面における光学的に厚い表面薄層と共に含む、完成した反射偏光フィルムを製造する。完成したフィルムにおいては、ｃｏＰＥＮから構成されるミクロ層は複屈折性であり、コポリエステルから構成されるミクロ層は実質的に等方性である。
【００３７】
これらの製品の光学的性質は次の通りである。
【００３８】
【表１】
2014219696.tif 000003
【００３９】
この表中、ｎ１ｘ、ｎ１ｙ、ｎ１ｚ、ｎ２ｘ、ｎ２ｙ、ｎ２ｚ、Δｎｘ、Δｎｙ及びΔｎｚは上述の通りである。値「Ｎ」は偏光子中のミクロ層の合計の数である。Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌは、偏光子に法線入射し、通過（ｙ）軸に沿って偏光した光に対する可視波長、例えば４００〜７００ｎｍにわたるフィルムの平均反射率（前後の空気／ポリマー境界面からの反射率及びミクロ層からの反射率の両方を含む）である。ＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌＦｒｅｓｎｅｌは、空気に露出された前後の主表面のフレスネル反射率に帰属可能なＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌの一部である。Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌは、偏光子に法線入射し、ブロック（ｘ）軸に沿って偏光した光に対する可視波長、例えば４００〜７００ｎｍにわたるフィルムの平均反射率である。
【００４０】
ＲＰ２は、高複屈折率ｎ１ｘと低等方性屈折率ｎ２ｘの組み合わせによりＲＰ１よりも高いブロック軸屈折率差（Δｎｘ）を達成しているということに注意されたい。他の要素が等しければ、法線入射反射能は、それぞれの面内屈折率差の二乗で増加するので、高Δｎｘによって同一のブロック軸反射率に対して少ない層を使用することが可能となる。ＲＰ１とＲＰ２は両方とも極めて低い通過軸屈折率差（Δｎｙ）と、低い法線入射通過軸反射率を有するということも注目のこと。しかしながら、Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌ−ＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌＦｒｅｓｎｅｌに等しい、ミクロ層に帰属可能な法線入射通過軸反射率の成分、又はＲＰ１に対して約１％、及びＲＰ２に対して０％はなお低い。
【００４１】
これらの反射型偏光製品の利得特性を調べた。特に、ｙ−ｚ面、すなわち、通過軸と表面法線を含む面（図３中面５２を参照）中のｐ偏光に対して、角度の関数としての利得を調べた。フィルムを拡散透過性中空ライトボックス（バックライト）の頂部に配置した。光ボックスの拡散透過及び反射は、ランベルト（Lambertian）として説明することができる。中空ライトボックスは〜８３％の拡散反射率を有するものであった。安定化された広帯域光源を用いて、ボックスを内部から照明した。標準的な直線吸収偏光子（すなわち、アナライザー）を試料ボックスとカメラ検出器の間に置いた。カメラ検出器システムは、Autronic-Melchers GmbH（Karlsruhe, Germany）製のコノスコープであった。最初に、バックライト出力を安定化した後、水平面中の観察角度の範囲にわたってバックライトそれ自身の明るさを測定した。これは、図３の面５２におけるように、表面法線及び出力偏光子のｐ偏光の通過軸の光を含む面である。図４に、結果を明るさ曲線６０としてプロットする。ここで、グラフの水平軸は表面法線からの度での極角（図３中のθ）であり、垂直軸はニット（ｎｔ）で測定される明るさである。判るように、明るさは、表面法線に関して比較的対称的であり、θが約±５０度に達するまで、角度と共に比較的一定であり、それ以上では明るさの低下が観察された。
【００４２】
次に、ＲＰ１の通過軸をアナライザーの通過軸と位置合わせして、ＲＰ１の平らなシートをバックライトとアナライザーの間に置き、測定を繰り返した。結果を明るさ曲線６２としてプロットする。明らかに、ＲＰ１偏光子は、広範囲の観察角度にわたってシステムの明るさを大きく増加させ、著しい利得をもたらす。注目すべき第２の特徴は、約±５０度までの角度の増加と共に明るさが緩やかに上昇し、続いてより斜めの角度に対して明るさが低下することである。利得がフィルム無しのシステムの明るさ（曲線６０）に対するフィルム付きのシステムの明るさ（曲線６２）の比により与えられることを思い出すと、この特徴は約±５０度の極角の利得ピークに相当するということが容易に判るであろう。
【００４３】
次に、ＲＰ１のシートを取り出し、ＲＰ２の平らなシートにより置き換え、ＲＰ１と同一方法で方位を決め、測定を繰り返した。結果を明るさ曲線６４としてプロットする。バックライトのみに対する全体的な、明るさの上昇に再度注目のこと。約±５０〜６０度までの角度の増加と共に明るさが緩やかに上昇し、続いてより斜めの角度に対して明るさが低下することも注目のこと。ＲＰ１と同様に、曲線６４を曲線６０と比較することにより、偏光子ＲＰ２は、約±５０〜６０度の極角において利得ピークを呈することも判る。
【００４４】
ＲＰ１及びＲＰ２偏光子の軸外れの利得ピークは、偏光子の前後の主表面の外側の空気／ポリマー境界面におけるブリュースター角効果によるものである。外側表面上の反射防止コーティング無しの場合には、２つの空気／ポリマー境界面のそれぞれは、約
【００４５】
【数１】
2014219696.tif 000004
【００４６】
の法線入射（θ＝０）反射率の寄与をする。
【００４７】
式中、ｎｐは最外側ポリマー層（通常、ミクロ層で使用される材料の１つ）の屈折率であり、空気の屈折率は１である。非法線入射に対しては、ｐ偏光に対する反射率は、小さい角度θでのＲ０に近いが、それ未満であり、ブリュースター角θＢでのｐ偏光反射率がゼロになるまで、角度ｑの増加と共に着実に減少する。入射角ｑがθＢ以降で増加し続けるにつれて、ｐ偏光反射率はθの増加と共に急速に増加する。
【００４８】
このように、ＲＰ１及びＲＰ２の軸外れの利得ピークは、これらの偏光子の通過軸がｐ偏光で外側空気／ポリマー境界面のブリュースター角効果によりθ＝０〜θＢの入射角の増加と共により高透過性（より低反射性）となるという、事実の結果であるということが判る。これは、２つの外側空気／ポリマー境界面がこれらの入射角での通過軸反射率への主要な寄与因子であるために起こる。これらの角度にわたっての通過軸反射率への他の寄与因子は、Δｎｙが小さいために反射率への寄与が二義的である、多層フィルム内の複数のミクロ層である。勿論、Δｎｙは、極めて良好な理由で小さく、通過軸反射率を最小とし、それにより通過軸スループットを最大とする。
【００４９】
軸外れの利得ピークの原因に拘わらず、軸外れの利得ピークは、明るさと利得を法線からずらすために、最大軸上の利得を要求する用途では望ましくないことがある。
【００５０】
本発明者らは、賢明な材料選択、加工、及びフィルム設計によって単純な１パケットフィルム構造において低い色も維持する一方で、軸外れの利得ピークを実質的に無くし、軸上の利得を増加させることが可能であるということを見出した。例示の実施形態では、本発明者らは、（１）例えば、低屈折率の等方性材料を選択することにより、負のΔｎｚを維持する一方で、通過軸屈折率差Δｎｙとブロック軸屈折率差Δｎｘを増加させること、及び（２）好ましくは、フィルムを単一のパケット構造中で比較的少数のミクロ層に限定することにより、このことを達成する。これらの設計の特徴を下記に更に述べる。図４中の曲線６６は、下記に更に述べるこれらの特徴を具体化する反射型偏光フィルムに対して測定された明るさである。
【００５１】
本発明者らは、ミクロ層に帰属可能な通過軸反射率を増加させて、入射角の増加と共にミクロ層の反射率が増加（ｐ偏光に対する）することが入射角の増加と共に空気／ポリマー境界面の反射率が減少（ｐ偏光に対する）することを補償すること、偏光子の全体の反射率（ｐ偏光に対する）が入射角の増加と共に単調に増加すること、又はミクロ層の反射率（偏光に対する）が空気／ポリマー境界面の一方又は両方のブリュースター角θＢで入射する光に対する少なくともＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌであること、又はミクロ層の反射率（ｐ偏光に対する）が主表面の組み合わされたフレスネル反射率が減少するよりも速く増加することを選択する。ある場合には、これらの条件は、Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが主表面の組み合わされた法線入射反射率より、少なくとも２％よりも多いこと、又はミクロ層に帰属可能なＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌの部分が少なくとも２％であることを指定する経験則により置き換えられ得る。ミクロ層のｐ偏光の通過軸反射率が入射角の増加と共に増加するためには、面外屈折率差Δｎｚは負であり、面内屈折率差Δｎｙは正であるが、ブロック軸屈折率差Δｎｘ未満でなければならない。これらの関係は、
Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚにより要約され得る。
【００５２】
本発明者らは、通過軸反射率を増加させるが、好ましくは無差別に増加させない。本発明者らは、妥当に高い通過軸スループットを維持するのに充分に低く通過軸反射率を保つことを望んでいる。ある場合には、本発明者らは、ミクロ層のｐ偏光反射率の増加が上述のように、空気／ポリマー表面のｐ偏光反射率の減少を補償するのに必要な程度だけ通過軸反射率を増加させてもよい。ある場合には、本発明者らは、Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌがわずか３０％、又は２５％、又は２０％、又は１５％に過ぎないという経験則を確立することもある。このように、外側表面のブリュースター角効果を補償するのに充分に反射率を増加させることと、妥当な高通過軸スループット及び高軸上利得を維持するのに充分に反射率を低く保つことの間でバランスを確立することができる。
【００５３】
面内屈折率差Δｎｘ、Δｎｙを増加させるための１つのアプローチを示すために、図５を提供する。図中、軸を屈折率ｎｘ、ｎｙ、及びｎｚに対して示す。明確にするために、同一の尺度を有することを除いて軸を垂直に分離し、全般的な参照として出発点が１．０（空気）の屈折率尺度も提供する。点７０、７２、７４は、第１のポリマー材料から構成されるミクロ層の屈折率、すなわち、それぞれｎ１ｘ、ｎ１ｙ、ｎ１ｚを表す。第１のポリマー材料は単純に複屈折性である。ｎ２と示されている垂直の破線は、第２のポリマー材料から構成されるミクロ層の屈折率を表す。その線とｎｘ、ｎｙ、及びｎｚ軸との交差（示されていない）は、相互に等しい、それぞれｎ２ｘ、ｎ２ｙ、ｎ２ｚを表す交点を生じる。第２のポリマー材料は等方性である。点７０、７２、７４、及び線ｎ２の組み合わせは、交互する複屈折性かつ等方性のミクロ層を含む多層反射型フィルムを表す。等方性材料の屈折率が複屈折性材料のｙ屈折率と一致し、並びにΔｎｘ＞Δｎｙ＝０＞Δｎｚとなるように、第１及び第２のポリマー材料を選択し、フィルムを加工した。
【００５４】
この組み合わせ物は、通過軸に沿って偏光した光に対してミクロ層が法線入射において反射をもたらさない、反射型偏光子を表す。可能性として、ミクロ層がもたらす通過軸反射率は、空気に露出されている偏光子の前後の主表面のブリュースター角効果を相殺しないために、このようなフィルムは、軸外れの利得ピークを呈する。
【００５５】
本発明者らは、元の等方性材料に別の等方性材料を置き換えることにより、通過軸反射率を増加させることができる。その実施においては、本発明者らは、新しい等方性材料が元の等方性材料よりも低い屈折率を有すること、好ましくは負のΔｎｚ，を維持するのに、新しい等方性材料の屈折率ｎ２’がｎ１ｚ（点７４）よりも大きく、新しい屈折率差Δｎｘ’＝ｎ１ｘ−ｎ２’、Δｎｙ’＝ｎ１ｙ−ｎ２’、及びΔｎｚ’＝ｎ１ｚ−ｎ２’が関係Δｎｘ’＞Δｎｙ’＞０＞Δｎｚ’を満足することも確認する。式中、パラメータに付いたダッシュは新しい等方性材料を示す。新しい等方性材料は、勿論、配向後で複屈折性となるポリマー材料と共の共押し出しが可能である、材料の性質を好ましくは有する。
【００５６】
ｙ方向の屈折率差を増加させるためのこの方法は、他の方向の屈折率差を同じ量だけ増加させる効果も有するということに注意されたい。このように、元のｙ屈折率差Δｎｙ（ゼロに等しく、したがって図５に示されていない）をΔｎｙ’だけ増加させて、Δｎｙ’に等しい新しいｙ屈折率差を生じさせるのみならず、元のｘ屈折率差Δｎｘを同じ量Δｎｙ’だけ増加させて、Δｎｘ’を生じさせ、並びに元のｚ屈折率差Δｎｚを同じ量Δｎｙ’だけ増加させて、より小さい負の値Δｎｚ’を生じさせる。新しい構造中の最終のｙ屈折率差Δｎｙ’は、全ての３つの軸に沿った等しい屈折率調整と、この方法で関連付けられてもよい。ｘ屈折率差をｙ屈折率差と同じ量だけ増加させる追加のメリットは、ブロック軸に対するミクロ層の反射能を増加させることであり、これを使用して、所定の標的とするブロック軸反射率に対してミクロ層積層体中で必要とされる層数を低減することができる。このように、通過軸反射率を増加することにより軸外れの利得ピークを無くす、本発明者らのアプローチを、低い総層数及びより簡単な設計によるフィルムの作製の一助とすることもできる。
【００５７】
図５を複屈折性／等方性材料組み合わせ物に対して述べ、代替の等方性材料を選択しているが、これは限定的であるのではない。例えば、面内屈折率は、同一の等方性材料を保持するが、異なる複屈折性材料を代用することにより、又は同一の複屈折性材料を保持するが、加工条件（延伸量、延伸プロファイル、温度、滞留時間など）を変えることにより増加され得る。なお更には、第１及び第２のポリマー材料に対して２種の異なる複屈折性材料を使用する構造も可能である。
【００５８】
図６に移ると、ｙ軸に沿ったミクロ層の反射率を増加させることにより、通過軸反射率を増加させる方法を示す、モデル化された反射曲線が示されている。それぞれの曲線は、多層反射型偏光子構造について、ｙ−ｚ面（図３の面５２を参照のこと）中で入射するｐ偏光に対する空気中の入射角（図３中のθを参照のこと）の関数として計算された反射率である。それぞれのモデル化された偏光子構造は、単一の積層体に配列され、第１及び最終のミクロ層の外側表面において空気に露出されている、合計Ｎのミクロ層を仮定した。Ｎミクロ層を第１及び第２のポリマーの交互構成として配列し、第１及び第２のポリマーの隣接対は５０％のｆ比の光学繰り返し単位を形成した。光学繰り返し単位は、第１の層対に対する２００ｎｍ（４００ｎｍにおける法線入射反射ピークに対応）〜最終の層対に対する４６２ｎｍ（９２５ｎｍにおける法線入射反射ピークに対応）の範囲の線形の光学的な厚さプロファイルを仮定した。本明細書中でＲＰ６．１、ＲＰ６．２、ＲＰ６．３、及びＲＰ６．４と呼ぶ、モデル化された反射型偏光子構造は次の追加の性質を有するものであった。
【００５９】
【表２】
2014219696.tif 000005
【００６０】
ｘ方向の屈折率はモデル化に影響を及ぼさず、列挙されていない。使用される複屈折性屈折率ｎ１ｙ、ｎ１ｚは、約５ｍ／分の歪み速度で約５：１の延伸比において〜１４５℃で配向された、９０／１０  ｃｏＰＥＮの典型的なものである。使用される等方性屈折率ｎ２は、ｃｏＰＥＮ  ５５／４５（ＲＰ６．１に対して）、４６％９０／１０  ｃｏＰＥＮと５４％ＰＥＴＧのブレンド（ＲＰ６．２に対して）、及びＰＥＴＧ（ＲＰ６．３及び６．４に対して）の典型的なものである。
【００６１】
偏光子構造ＲＰ６．１〜ＲＰ６．４に光学的モデル化ソフトウエアを適用することによって、図６に示すｐ偏光反射率曲線８０、８２、８４、８６を得た。曲線を検討すると、曲線８０中４０と５０度の間の入射角において顕著なブリュースター角極小が見られ、これにより軸外れの利得ピークが生じる。曲線８２及び８６は、極めて僅かであるが、殆ど非実在のブリュースター角極小を呈する。曲線８４はブリュースター角極小を呈さない。少なくともその構造において、入射角と共にミクロ層の反射率が増加することにより、２つの、空気／ポリマー表面反射の反射率の減少が克服されて、入射角の増加と共に単調の増加する正味の偏光子反射率を生じる。それゆえ、このようなフィルムは軸外れの利得ピークを呈さない。曲線８４及び８６の比較は、ミクロ層の層数Ｎを変化させる効果を示す。
【００６２】
ＲＰ６．３構造に対して上述した特性を実質的に有するフィルムを加工することにより、曲線８４のモデル化結果を確認した。層マルチプライヤー装置を使用しないことを除いて、米国特許第６，７８３，３４９号（Neavin et al.）に記述されているものに類似した２７５層のフィードブロック及びフィルム製造装置を用いて、９０／１０  ｃｏＰＥＮ（完成したフィルム中の複屈折性材料）とＰＥＴＧ（完成したフィルム中の等方性材料）を共押し出しした。共押し出し時に温度プロファイルを長さに沿って動的に調整して、標的とする層厚プロファイルを僅かな偏倚で維持する、フィードブロック中に配置されたアキシャルロッドヒーター（axial rod heater）を用いて、２７５層の層厚プロファイルを制御して、標的とする単調な光学的な厚さプロファイルに実質的に一致させた。本明細書中でＲＰ６．３Ａと呼ばれる、完成した偏光フィルムは、空気に露出されるフィルムの最外側層を形成する、ＰＥＴＧで構成されている光学的に厚い表面薄層をミクロ層パケットの前後の両方において含むものであった。
【００６３】
ＲＰ６．３ＡフィルムのシートをフィルムＲＰ１及びＲＰ２と同一の方法で図４に関連して言及したバックライトの頂部に配置し、得られる明るさを同一の方法で測定した。測定される明るさを図４の曲線６６に示す。曲線６２及び６４と異なり、曲線６６は、軸外れの利得ピークを持たず、実質的な法線入射において最大利得を有する。更には、法線入射利得は、法線入射通過軸反射率の増加に拘わらず市販の製品ＲＰ１及びＲＰ２よりもＲＰ６．３Ａに対して大きい。ＲＰ６．３Ａフィルムを軸上及び軸外れの色についても調べ、加工時に注意深く層厚制御することによりそれが許容可能な限度内にあることが判った。
【００６４】
上述のように、層マルチプライヤーを使用せずに、偏光子フィルムＲＰ６．３Ａを加工した。層マルチプライヤーは、多数の光学層の生成を単純化することができるが、それぞれのパケットに対して同一でない、小さな歪みをそれぞれの得られる層パケットに付与することもある。この理由のために、フィードブロック装置中で生じる層の層厚プロファイルにおけるいかなる調整もそれぞれのパケットに対して同一でない。すなわち、マルチプライヤーにより製造される全てのパケットを同時に最適化して、スペクトル乱れのない均一な平滑スペクトルを生成させることができない。このように、最適なプロファイル及び低透過色の偏光子は、マルチプライヤーを用いて製造される多パケットフィルムを用いて製造することが困難であり得る。フィードブロック装置中で直接に製造される単一のパケット中の層数が充分な反射率をもたらさない場合には、２つ以上のこのようなフィルム（層マルチプライヤー無しで加工される）を取り付けて、反射率を増加させることができる。しかしながら、２つの多層パケット（パケット中のミクロ層の全数はＮである）を光学的に厚い接着剤又は他の材料により一緒に接着することにより得られる反射率は、下記の図７に示すように、Ｎミクロ層の単一のパケットにより得られる反射率よりも望ましくないということを注目のこと。それぞれのパケットは個別に凝集性であるが、前の設計における２つのパケットの物理的分離は、パケットの個別の反射率の非凝集性の総和を生じる。単一のパケット設計は、所定の通過軸反射率に対して２パケット設計よりも高いブロック軸反射率をもたらすことができ、又は所定のブロック軸反射率に対して２パケット設計よりも低い通過軸反射率をもたらすことができる。アキシャルロッドヒーター制御を含むフィルム加工法の関連する議論は、２００７年５月２０日に出願され、参照として本明細書に組み込まれている、米国特許出願第６０／９３９，０７９号（代理人整理番号 63274US002）に見出され得る。
【００６５】
Δｎｙを増加させることにより通過軸反射率を増加させることは、通過軸のスループットを最大とする通常の偏光子設計ルールへの対抗である。これは、軸上及び軸外れの色に関する挑戦でもある。前述のように、中間の反射率においては、理想的又は標的とする厚さプロファイルに対する積層体の層厚プロファイルの極めて小さい変動でも、人間の眼が透過又は反射光中で色として容易に感知することができる、標的とする平坦な反射スペクトルからのスペクトル偏倚を容易に生じ得る。層厚制御の重要性の増大によって、上述の理由のために層マルチプライヤーの使用を回避する加工法と適合する好ましいフィルム設計に導かれる。層マルチプライヤー無しの場合には、完成した製品中のミクロ層の数は、フィードブロックから共押し出しされる層の数に実質的に等しい。翻って、フィードブロック装置設計への実用的な限界を前提とすると、これによって比較的小さい全数（Ｎ）のミクロ層により機能することができるフィルム構造の追求に導かれる。
【００６６】
これは、しかるべき用途でメリットとなる場合がある、物理的に薄いフィルムのメリットも有する。それゆえ、本発明者らは、反射型偏光子設計で使用されるミクロ層の数（Ｎ）と、フィルム内のこれらのミクロ層の分布（例えば、単一の凝集性パケットに対する光学的に厚い保護境界層により分離されている多数のパケット）に注意を向ける。本発明者らは、図６において、曲線８４及び８６を比較することにより、軸外れの利得ピークが観察されるか否かにおいて、Ｎがｙ屈折率差と共に重要な因子であり得るということを既に理解した。
【００６７】
図７は、種々のモデル化された多層フィルム設計に対する、交互ミクロ層の間の屈折率差の関数として計算された法線入射における反射率をプロットする。このモデルは二次元フィルム特性に関するものでなく、したがってモデルで使用される屈折率ｎ１、ｎ２は、ｘ軸又はｙ軸屈折率であれ交互層のいかなる面内屈折率も表すことができる。ｚ軸屈折率は、法線入射挙動に影響を及ぼさないために重要でない。軸上の反射率を垂直軸上にプロットし、正規化された屈折率差（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）を水平軸上にプロットする。
【００６８】
いくつかの積層体設計物をモデル化した。４００〜９２５ｎｍに拡がる波長帯で反射するように、全ての設計を拘束した。第１の積層体設計物（「ＳＤ１」）は、光学的に厚い屈折率整合媒体により分離されている、２７５のミクロ層の２つの等しいパケットとして配列された合計５５０層（Ｎ＝５５０）を使用した。第２の積層体設計物（「ＳＤ２」）は、単一の凝集性多層積層体に配列されている合計３７５層（Ｎ＝３７５）を使用した。第３の積層体設計物（「ＳＤ３」）は、単一の凝集性多層積層体に配列されている合計２７５層（Ｎ＝２７５）を使用した。第４の積層体設計物（「ＳＤ４」）は、単一の凝集性多層積層体に配列されている合計１７５層（Ｎ＝１７５）を使用した。第５の積層体設計物（「ＳＤ５」）は、光学的に厚い屈折率整合媒体により分離されている、それぞれ１３８のミクロ層（Ｎ＝２７６）の２つのパケットを使用した。（ＳＤ５設計物に対する結果をＳＤ３設計物に対する結果と比較して、単一の凝集性パケットの中と、それに対して個別に凝集性であるが、相互に非凝集性である２つのパケットの中に実質的に同一のミクロ層数を配列する効果を確認することができる。）それぞれの設計物は、空気に露出されている全体構造の前後の表面を組み込み、フレスネル反射を生じる。それぞれの設計物は、４００〜９２５ｎｍの法線入射反射帯を生じるように調整された、単調な層厚勾配も仮定する。分散と吸収を無視し、計算される反射率は、４００〜７００ｎｍの平均を表し、４００〜９２５ｎｍの平均も表す。
【００６９】
次に、これらの積層体設計物の屈折率を変える。最初に、ｎ１及びｎ２を両方とも１．６１０に等しくなるように設定した。次に、値ｎ１を１．８２及びそれ以上まで増加させ、反射率をそれぞれの層設計物／屈折率組み合わせ物について計算した。曲線９０、９２、９４、９６、９８は、それぞれフィルム設計物ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３、ＳＤ４、ＳＤ５について計算された反射率である。小さい屈折率差は、通過軸挙動を表し、図中「通過」領域と標識されている正規化された屈折率差の小さい値を生じる。より大きい屈折率差は、ブロック軸挙動を表し、「ブロック」領域と標識されている正規化された屈折率差のより大き値を生じる。多数の具体的な材料組み合わせ物も個別の点としてグラフ上に表す。下記の表は、高屈折率複屈折性の９０／１０  ｃｏＰＥＮ材料（ｎ１ｘ＝１．８２、ｎ１ｙ＝１．６１、ｎ１ｚ＝１．５０５を有する）と組み合わされた場合屈折率ｎ２を有する、種々の低屈折率等方性の材料について、屈折率差と、正規化された屈折率値（通過軸及びブロック軸）を示す。
【００７０】
【表３】
2014219696.tif 000006
【００７１】
図７にこれらのそれぞれの正規化された屈折率差を標識して、これらの材料組み合わせ物を表す、それぞれの曲線上の個別の点を識別できるようにする。例えば、曲線９０〜９６のそれぞれは、材料の組み合わせ物９０／１０  ｃｏＰＥＮ及びｃｏＰＥＴ−ｆについて、０．０２２の正規化された屈折率差値（（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２））において通過軸に沿った屈折率差に相当する個別のデータ点を有し、曲線９０〜９８のそれぞれも、材料の組み合わせ９０／１０  ｃｏＰＥＮ及びｃｏＰＥＴ−ｆについて、０．０８３の正規化された屈折率差値においてブロック軸に沿った屈折率差に相当する個別のデータ点を有する。
【００７２】
図７は、このように、通過（ｙ）及びブロック（ｘ）軸と、異なるミクロ層積層体設計物の両方について、法線入射反射率が面内屈折率差の変化と共にいかに増加するかを示す。反射率の通過軸増加に対する最高の勾配は、積層され、互いを弱め合う（non-constructive）干渉構成において反射する、２７５層の個別の凝集性パケットを含む、２パケット系のＳＤ１について起こる。この２パケット構造は、ＳＤ２の３７５層の凝集性積層体設計物に類似した、所定の面内屈折率差に対してのブロック軸反射率の最小の増加も有する。反射率の通過軸増加に対する最小の勾配は、ＳＤ４について起こり、この積層体設計物は、ブロック軸に対する勾配の最高の増加、すなわち所定の面内屈折率差に対する最大の改善も有する。
【００７３】
曲線９４、９６、９８の比較は、使用可能なミクロ層を多数のパケットに分離するよりも、単一の凝集性パケット中で分散することが望ましいことに関して教示的である。曲線９８（２パケット、合計Ｎ＝２７６）に対する通過軸反射率は、曲線９４（単一のパケット、Ｎ＝２７５）に対するものと実質的に同一であるが、曲線９８に対するブロック軸反射率は、曲線９４に対するものよりも曲線９６（単一のパケット、Ｎ＝１７５）に対するものに近い。このように、ミクロ層の全数が同一であるとすると、単一のパケット設計は、所定の通過軸反射率に対して２パケット設計よりも高いブロック軸反射率をもたらすことができ、又は所定のブロック軸反射率に対して２パケット設計よりも低い通過軸反射率をもたらすことができる。
【００７４】
低屈折率等方性材料としてのＰＥＴＧの選択は、面内屈折率差（通過軸とブロック軸の両方）を通過軸に沿った完全な屈折率一致を有する構造に比べて０．０４６だけ増加させる効果を有する（５５／４５  ｃｏＰＥＮを低屈折率等方性材料として使用して）。これらの増加した面内屈折率差は、積層体設計物ＳＤ３（２７５層、単一の積層体−曲線９４）について、通過軸反射率の１０％の増加及びブロック軸反射率の６．６％の増加を生じるが、積層体設計物ＳＤ４（１７５層、単一の積層体−曲線９６）について、通過軸反射率のより小さい６．５％の増加及びブロック軸反射率のより大きい１１．７％の増加を生じる。通過軸反射率のより小さい増加は、偏光フィルムに対して高通過軸スループットの維持においてメリットがあり、ブロック軸反射率の大きな増加は、使用可能な偏光の損失／漏洩を低く保つことにおいてメリットがある。
【００７５】
図８は、類似であるが簡単化された形式で、図７の結果を要約し、パラメータＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌ、Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌ、Ｒｐａｓｓｉｎｃ及びＲｂｌｏｃｋｉｎｃをグラフ表示するグラフである。法線入射反射率を面内屈折率差ｎ１−ｎ２に対してプロットする。ここで、屈折率差の小さい値は通過軸を表し、大きい値はブロック軸を表す。特徴が一般的な傾向を示すように意図されている、下方の曲線１００及び上方の曲線１０２の２本の曲線を示す。下方の曲線１００は、曲線１０２に対する代替の積層体設計物よりも比較的少ないミクロ層Ｎを含むミクロ層積層体設計物を表すことができ、積層体設計物のそれぞれは同一の波長帯にわたって反射する単一のパケット設計物である。あるいは、下方の曲線１００は、曲線１０２のそれと同一のミクロ層数Ｎを有するミクロ層積層体設計物を表すことができるが、曲線１００に対する積層体は単一の凝集性パケットとして構成されているミクロ層を有し、それに対して曲線１０２に対する積層体は、光学的に厚い屈折率整合材料により分離されている２つのパケットに分割されているミクロ層を有する（及び再度積層体設計物のそれぞれは同一波長帯にわたって反射させる厚さ勾配を有する）。
【００７６】
本発明者らは、Δｎｙ’の通過軸屈折率差とΔｎｘ’のブロック軸屈折率差を生じる、ポリマー材料組み合わせ及び加工条件を選択する。これらの値は、（反射型偏光子の前後の表面のフレスネル反射率と共に）法線入射における通過軸反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌ及び法線入射におけるブロック軸反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌに寄与する一助となる。図中、混乱を回避するために、下方の曲線１００に対してＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌとＲｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌを標識しているのみであるが、上方の曲線１０２に対しても対応するデータ点を示している。異なる低屈折率等方性材料を使用するならば、これらの反射率を同一の積層体設計物に対して得られる対応する反射率と、通過軸屈折率差をゼロまで低下させる（及びブロック軸屈折率差を同一の量だけ低下させる）反射率と比較することができる。このように、Δｎｙ’及びΔｎｘ’の両方をΔｎｙ’の量だけ減少させて、ゼロの新しいΔｎｙ及びより小さいΔｎｘが得られる。通過軸に対する得られる新しい反射率はＲｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも量Ｒｐａｓｓｉｎｃだけ小さく、ブロック軸に対する得られる新しい反射率はＲｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌよりも量Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃだけ小さい。好ましい積層体設計物（曲線１００）に対しては、ＲｂｌｏｃｋｉｎｃはＲｐａｓｓｉｎｃに同等である。例えば、ＲｂｌｏｃｋｉｎｃはＲｐａｓｓｉｎｃの少なくとも半分であってもよく、又はＲｂｌｏｃｋｉｎｃはＲｐａｓｓｉｎｃに少なくとも等しくともよい。
【００７７】
図７及び８は、通過及びブロック軸反射率の増加の物理を図示する一助となり、凝集性多層積層体が有利であるということを示しているが、典型的な高効率の市販のバックライトにおける異なるケースに対して期待される利得を計算することも有用である。これを実施し、結果を図９ａ及び９ｂにプロットした。全ての反射光が偏光及び伝播の角度の両方でバックライト中でランダム化されると仮定した、再循環モデルを使用した。これは、現行の市販のバックライトにおいて普通に使用される、中空ポリエステル反射体により組み立てたバックライトに対する良好な近似である。
【００７８】
上述の同一の高屈折率複屈折性の９０／１０  ｃｏＰＥＮ材料を使用し、適切に配向すると、ｎ１ｘ＝１．８２、ｎ１ｙ＝１．６１、及びｎ１ｚ＝１．５０５を有する、多数のフィルム積層体をモデル化した。比較目的のベースライン設計は、１．６１に等しい屈折率の低屈折率で等方性のポリマー材料を使用して、ｙ屈折率不一致Δｎｙをゼロに合わせた。このモデルでは、本発明者らはこの実施形態を含めるが、次に等方性屈折率が１．６１〜１．５１の範囲のある範囲の代替の実施形態をモデル化し、ＬＣＤパネルに送達される偏光に対して軸上の利得と、全（半球で積分された）利得の両方を計算する。このモデルは、全てのフィルムに対して１％の吸収損失と、９０％のバックライト空洞効率（バックライト空洞に入る光線に対して１０％の平均全損失）を仮定した。
【００７９】
モデル化したフィルム積層体は、積層体設計物ＳＤ１（それぞれ２７５層の２パケット）、ＳＤ２（３７５層の１パケット）、ＳＤ３（２７５層の１パケット）、ＳＤ４（１７５層の１パケット）、及び屈折率整合性の光学的に厚い媒体により分離されているそれぞれ１３８ミクロ層の２パケットを有するパケット設計物（「ＳＤ５」）であった。ＳＤ５パケット設計は、他と同様に、４００〜９２５ｎｍの波長帯にわたって反射させる層厚プロファイルを含むものであった。このように、ＳＤ５設計物に対する結果をＳＤ３設計物に対する結果と比較して、単一の凝集性パケットと、それに対して個別に凝集性であるが、相互に非凝集性である２つのパケットの中に実質的に同一のミクロ層数を配列する効果を確認することができる。
【００８０】
結果を図９ａ（モデル化された軸上の利得に対する）及び９ｂ（モデル化された半球での利得に対する）に示す。それぞれのグラフに対する水平軸は通過軸屈折率差Δｎｙであるが、Δｎｙが０〜０．１と変わるとき、ブロック軸差は対応して０．２１〜０．３１と変わり、面外（ｚ軸）差は対応して−０．１０５〜−０．００５と変わるということを理解すべきである。この点で、便宜上、この結果を特定のベースライン実施形態のｘ、ｙ及びｚ屈折率差のそれぞれに加減される独立したパラメータΔΔｎの形で表現してもよく、この場合には、それぞれの積層体設計物に対するベースライン実施形態は、複屈折性ポリマーとして９０／１０  ｃｏＰＥＮ材料を、及び等方性ポリマーとして１．６１屈折率材料を使用する実施形態であってもよい。曲線１１０ａ及び１１０ｂは積層体設計物ＳＤ１に対するものであり、曲線１１２ａ及び１１２ｂは積層体設計物ＳＤ２に対するものであり、曲線１１４ａ及び１１４ｂは積層体設計物ＳＤ３に対するものであり、曲線１１６ａ及び１１６ｂは積層体設計物ＳＤ４に対するものであり、並びに曲線１１８ａ及び１１８ｂは積層体設計物ＳＤ５に対するものである。層当りの利得は、個別の凝集性積層体の２パケット積層物と比較して単一のパケット凝集性積層体に対して高いということに注意されたい。全体の最大利得は、一般に、最高の層数により達成されるが、これは最大量のＰＥＮ樹脂含量と、感知される色を回避するために層プロファイル制御に必要とされる複雑なフィードブロック装置を必要とする。それぞれの特定の積層体設計物に対して、利得は、Δｎｙ（又はΔΔｎの）のしかるべき値で最大に達し、次に減少するということが判る。好ましくは、Δｎｙ（又はΔΔｎを適切な材料選択及び加工条件により選択して、選択されている積層体設計物に対して利得を最大又は実質的に最大とする。例えば、Δｎｙ又はΔΔｎの特定の値により最大利得が達成されるならば、Δｎｙ又はΔΔｎを好ましくは特定の値に充分に近く選択するような最大利得の少なくとも９０％又は９５％である利得を達成する。多数の積層体設計物においては、半球での利得又は軸上の利得をΔｎｙについて０．０１〜０．０６、又は０．０１〜０．０５の範囲で最大とする。
【００８１】
このように、例えばコストに関して利得を最大とするように、最適な層数を選択することができる。ｎｘ＝１．８２を有する高屈折率層を有するフィルムに対する最適な層数は、コストと性能に対する顧客の期待に依って１５０〜４００層の範囲、好ましくは２００〜３００、２５０〜３５０、又は２７５〜３２５などの範囲である。最適化手順をＰＥＮに対するものよりも低い複屈折性屈折率を有するフィルム、例えば純粋なＰＥＴベースの複屈折性材料にも適用することができる。ＰＥＴは、一般に、ＰＥＮよりも低コストであるが、通常得られる屈折率差が小さいことによって更に多い層と、したがってより遅いライン速度を必要とする。したがって、ミクロ層の一部がポリエチレンテレフタレート又はそのコポリマーを含むならば、Ｎは、好ましくは８００以下、又は６５０以下、又は３００〜６５０の範囲、又は５００〜６５０の範囲である。
【００８２】
前出のフィルムの反射率は、一般に、可視スペクトル、４００〜７００ｎｍにわたって平均化された反射率であるが、他の範囲も使用することができる。このように、例えば、Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌ、Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌ、Ｒｐａｓｓｉｎｃ及びＲｂｌｏｃｋｉｎｃは、反射率平均を表し得るが、適切な軸外れの性能を確保するために、赤外領域（例えば４００〜９２５ｎｍ）の中に延びる反射率平均も表し得る。
【００８３】
フィルムがそれに付加されたある表面構造又は拡散板を有する場合には、多層フィルムの反射率は、ブリュースター角などの斜めの角度で測定が困難である場合がある。この場合には、Ｒ＝１−Ｔ−Ａ（式中、Ａは吸収であり、Ｒ及びＴは積分球で測定される）というよく知られた関係を用いて、次の手順を使用するのがより簡単である。Perkin Elmer Lambda 900 又は Lambda 950 などの装置がこの測定に好適である。第１に、Ｒnorm 及びＴnorm を近法線入射で測定することにより、Ａを求める。次に、空気／ポリマー表面ブリュースター角などの所望の斜めの角度でＴobliqueを測定する。次に、反射率をＲoblique＝１−Ｔoblique−Ａにより得る。Ａの値は斜めの角度で若干異なり、所望ならば補正を加えてもよい。しかしながら、５５度近くでは、補正は小さい。フィルム中で実質的な拡散が存在する場合には、Ｔobliqueの測定は積分球により測定困難である。加えて、拡散板はフィルムの吸収を増加させることができる。拡散板の存在による測定誤差を除去するためには、表面拡散板である場合には、拡散層を被膜又は積層物により平滑化してもよく、例えばこれが表面薄層又は保護境界層などのフィルムの外側層中に組み込まれたバルク拡散板である場合には研磨又はレーザーアブレーションによりこれを剥離してもよい。
【００８４】
特記しない限り、本明細書及びクレームで使用されている量、性質の測定などを表現する全ての数は、用語「約」により改変されていると理解されるべきである。したがって、反することが示されない限り、本明細書及び添付特許請求の範囲に記載の数値的パラメータは、本発明の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化する近似値である。均等論を特許請求の範囲の範疇に適用することを制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメータは少なくとも、記録された有効数字の桁数を考慮して、又通常の四捨五入を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広範な範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似であるにも拘わらず、いかなる数値も本明細書で述べられる具体的な例で示される程度に、これらは妥当に可能な限り精確に報告される。しかしながら、いかなる数値も試験及び測定の限界に関連する誤差を含み得る。
【００８５】
前述の説明は、例示的なものであり、本発明の範囲を限定することは意図されていない。本明細書に開示している本実施形態の多数のバリエーション及び変更は可能であり、本実施形態の各種の要素に対する実際的な代替及びそれらの等価物はこの特許書類の検討によって当業者によって理解されるであろう。開示されている本実施形態のこれら及び他のバリエーション及び変更は可能であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月14日(2014.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック（ｘ）軸及び通過（ｙ）軸を有する反射型偏光子であって、
空気に露出され、それゆえブリュースター角反射極小を呈する第１及び第２の相対する主表面であって、前記主表面は、前記ｘ軸及びｙ軸にそれ自身垂直であるｚ軸に垂直に配置されている、第１及び第２の相対する主表面、及び
前記主表面の間に配置され、それぞれΔｎｘ、Δｎｙ、及びΔｎｚの前記ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿った屈折率差を呈する隣接ミクロ層対に配列されている、Ｎミクロ層の積層体であって、Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚである積層体、を含み、
前記数Ｎ及び前記屈折率差Δｎｘは、前記ｘ軸に沿って偏光した法線入射光に対する前記反射型偏光子の反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌが少なくとも８０％となるように選択され、
前記数Ｎ及び前記屈折率差Δｎｙは、前記ｙ軸に沿って偏光した法線入射光に対する前記反射型偏光子の反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが２５％以下となり、且つ前記反射型偏光子の反射率が、前記第１の主表面の前記ブリュースター角度において前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対する前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも大きくなるように選択され、
前記Δｎｙに起因する前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｐａｓｓｉｎｃが、前記Δｎｙに等しい前記Δｎｘの対応する部分に起因する前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃと略同等になるように、前記数Ｎが選択され、
前記Ｒｐａｓｓｉｎｃは、Δｎｙのｙ軸屈折率差を有する隣接ミクロ層対と、零のｙ軸屈折率差を有する隣接ミクロ層対と、の間の通過軸屈折率差であり、前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃは、Δｎｘのｘ軸屈折率差を有する隣接ミクロ層対と、Δｎｘ−Δｎｙのｘ軸屈折率差を有する隣接ミクロ層対と、の間のブロック軸屈折率差である、
反射型偏光子。
【請求項２】
ブロック（ｘ）軸及び通過（ｙ）軸を有する反射型偏光子であって、
空気に露出され、それゆえブリュースター角反射極小を呈する第１及び第２の相対する主表面であって、前記主表面は、前記ｘ軸及びｙ軸にそれ自身垂直であるｚ軸に垂直に配置されている、第１及び第２の相対する主表面、及び
前記主表面の間に配置され、それぞれΔｎｘ、Δｎｙ、及びΔｎｚの前記ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿った屈折率差を呈する隣接ミクロ層対に配列されている、Ｎミクロ層の積層体であって、Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚであり、前記ミクロ層は、それぞれが光学的な厚さを有する、光学繰り返し単位に配列され、前記光学繰り返し単位は実質的に単調な光学的な厚さプロファイルをもたらすように配列されている、Ｎミクロ層の積層体、を含み、
前記数Ｎ及び前記屈折率差Δｎｘは、前記ｘ軸に沿って偏光した法線入射光に対する前記反射型偏光子の反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌが少なくとも８０％となるように選択され、前記数Ｎ及び前記屈折率差Δｎｙは、前記ｙ軸に沿って偏光した法線入射光に対する前記反射型偏光子の反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが２５％以下であるが、前記主表面の組み合わされた法線入射反射率より少なくとも２％大きく、
前記反射型偏光子の反射率は、前記第１の主表面の前記ブリュースター角度において前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対する前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも大きい反射率を呈する、
反射型偏光子。
【請求項３】
ブロック（ｘ）軸及び通過（ｙ）軸を有する反射型偏光子の製造方法であって、
第１及び第２のポリマー材料を選択する工程と、
前記ポリマー材料を共押し出しして、空気に露出されている相対する主表面を有するポリマーフィルムを提供する工程であって、前記主表面は、前記ｘ軸及びｙ軸にそれ自身垂直であるｚ軸に垂直に配置され、前記ポリマーフィルムは前記主表面の間に配置されているＮ層の積層体を含み、前記Ｎ層は前記第２のポリマー材料の層により交互配置されている前記第１のポリマー材料の層を含む、工程と、
前記ポリマーフィルムを配向して、Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚのように、それぞれのΔｎｘ、Δｎｙ、及びΔｎｚの前記ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿った屈折率差を呈する隣接ミクロ層対に配列されているＮミクロ層に前記Ｎ層を転換する工程と、
前記ｘ軸に沿って偏光した法線入射光に対する前記反射型偏光子の反射率Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌが少なくとも８０％となるよう前記数Ｎ及び前記屈折率差Δｎｘを選択する、工程と、
前記ｙ軸に沿って偏光した法線入射光に対する前記反射型偏光子の反射率Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌが２５％以下となり、且つ前記反射型偏光子の反射率が、前記第１の主表面の前記ブリュースター角度において前記ｙ−ｚ面中で入射するｐ偏光に対する前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌよりも大きくなるように前記数Ｎ及び前記屈折率差Δｎｙを選択する工程と、
を含み、
前記Δｎｙに起因する前記Ｒｐａｓｓｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｐａｓｓｉｎｃが、前記Δｎｙに等しい前記Δｎｘの対応する部分に起因する前記Ｒｂｌｏｃｋｎｏｒｍａｌの増分部分Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃと略同等になるように、前記数Ｎが選択され、
前記Ｒｐａｓｓｉｎｃは、Δｎｙのｙ軸屈折率差を有する隣接ミクロ層対と、零のｙ軸屈折率差を有する隣接ミクロ層対と、の間の通過軸屈折率差であり、前記Ｒｂｌｏｃｋｉｎｃは、Δｎｘのｘ軸屈折率差を有する隣接ミクロ層対と、Δｎｘ−Δｎｙのｘ軸屈折率差を有する隣接ミクロ層対と、の間のブロック軸屈折率差である、
方法。
【外国語明細書】
2014219696000001.pdf