(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーシステムであって、
複数のミクロ層を含むフィルムスタックであって、前記複数のミクロ層が、基準軸線に概して垂直に位置し、そして対象の波長範囲およびミクロ層の光伝播角度範囲にわたって光を少なくとも９０％の反射率で実質的に反射するために選択される屈折率および厚さを有し、前記対象の波長範囲が４００ｎｍから７００ｎｍであり、前記ミクロ層の光伝播角度範囲は、媒体「ａ」中で測定される０〜θａｍａｘであり、前記媒体「ａ」は、前記対象の波長範囲におけるいずれかの軸に沿ったいずれかのミクロ層の最小の屈折率ｎｍｉｎを有する前記ミクロ層中に使用される光学材料である、フィルムスタックと、
前記複数のミクロ層と結合し、そして大気の屈折率より大きいが前記複数のミクロ層の屈折率より小さい屈折率ｎｉを有する光学的に厚い層であって、前記光学的に厚い層が対象の波長範囲の平均波長程度以上の光学的厚さを有する、光学的に厚い層と、
基準軸線に対して実質的に９０°の角度で前記光学的に厚い層中を伝播する光を含む、前記光学的に厚い層および前記複数のミクロ層中に光を注入する構造と、を備え、
基準軸線に対して実質的に９０°の角度で前記光学的に厚い層中を伝播する光が、ほぼθａｍａｘの角度で前記媒体「ａ」中に又は前記媒体「ａ」から屈折するように、ｎｉが選択され、
ここで、θａｍａｘは、前記フィルムスタックが、対象の波長範囲にわたって少なくとも９０％の反射率を提供するための、前記媒体「ａ」中で測定される前記最大光伝播角度である、ミラーシステム。
【請求項２】
前記光学的に厚い層が、ディスプレイ中で使用するための導光体である、請求項１に記載のミラーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーシステムおよび薄いフィルム干渉スタックを使用するミラーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高い反射率のミラーを必要とする多くの光学製品および装置は、その目的のために薄いフィルム干渉スタックを使用する。そのようなスタックを、経済的に作製することができ、人間可視波長スペクトル、特定の光源の出力スペクトル、または特定の検出器の感応スペクトルなどの、望ましい波長バンドにわたって高い反射率を提供するように設計することができる。スタックはまた、入射光線の角度の範囲にわたって反射率を提供することもできる。優れた反射率は通常、特定の波長で、または対象の全体の波長範囲にわたって、垂直の入射光線および入射の中程度の角度に対して達成することができる。この性能は通常、意図する最終使用用途に充分に適している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、用途またはシステムが入射の極端な角度で高い反射率も必要とする場合、そのようなスタックは、その性能を実現できない場合がある。特定の波長での干渉スタックの反射率は、（１）スタック内で隣接するミクロ層間のそれぞれ誘電体／誘電体境界面の反射率が、光のｐ−偏光構成要素について、入射角が増加するとともにブルースター角で最小限のゼロまで減少すること、および（２）幾何学的観点から、スタック内で隣接する境界面によって形成される光の波長間の光学経路の違いによる相のシフトが、π／２ラジアンに非常に近くなり、多数のミクロ層の累積された効果と拡張された厚さの勾配をもってしても、構造的な干渉が許容可能な反射を形成するのに不充分である、といった２つの要素のためにそのような極端な角度で低下する場合がある。要素（２）は、入射の角度が増加するにつれ、スタックの反射バンドがより短い光学的波長へとシフトし、入射の極端な角度で、反射バンドが対象の全波長範囲にもはやカバーしないほど遠くにシフトする、または対象の波長範囲のいずれの部分にさえももはやカバーしないほど遠くにシフトする、ということによって異なって表現される場合がある。要素（１）に関して、米国特許第５，８８２，７７４号（ジョンザエット（Jonzaet）ら）および、ウェーバー（Weber）らによるジャーナル出版物（journal publication）「巨大複屈折光学（Giant Birefringent Optics）」サイエンス２８７，２３６５（２０００年３月３１日）は、スタック内の少なくともいくつかの複屈折ミクロ層を使用することによって、および入射角が増加するとともに減少するｐ−偏光の光の反射率の通常の挙動（等方性のミクロ層とともに示す）を減少し、排除し、あるいはさらに覆すために隣接するミクロ層の屈折入射を選択することによって、この問題を解決することができる方法を教示する。例えば、これらの参考文献は、屈折率の適切な選択で、ブルースター角を除くことができる方法を教示する。しかしながら、そのような方法は要素（２）を解決しない。多くの場合において、要素（２）は、反射バンドを拡張するために、さらなる層を単に加えることによっては解決することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
出願者は、要素（１）および（２）が極度に反射率を低下することを防止するために、入射角のより広い範囲にわたって光を反射することができるミラーシステムの必要性を確認してきた。そのようなミラーシステムは、例えば、拡散粒子または他の拡散要素を含む前側表面コーティングなど、多層干渉スタックが前側表面拡散構造と組み合せられた場合において望ましい場合がある。拡散要素は、要素（１）および／または（２）によって、多層スタックの背面の主要面、または裏側へ伝播する入射の極端な角度を含む、多層スタック内のすべての方向に光を散乱してもよい。裏側が平坦で、平滑で、汚れがなく、大気にさらされている場合、そのような光は、多層スタックの前側表面に向かって全内部反射（ＴＩＲ）によって反射され、ミラーシステムの高い反射率を維持する。他方では、裏側が傷つけられ、または吸収性材料（例えば、支持部材、締結具、グリース、インク、または塵）と接触している場合、そのような光は、吸収され、システムの反射率を低下する。例えば、多層干渉スタックの前側が光拡散層でコーティングされているミラーシステムでは、多層干渉スタックの裏側への両面接着テープの１片を適用することによって、スタックへのテープの片の接触領域に対する大きさおよび形状に対応する、灰色または他の暗くなった領域を生じ、ミラーシステムの前側で目に見えるようにすることができる。テープが、接触するか、不透明なプラスチック支持体などのさらに強力な吸収性材料で置き換えられるか、またはインクを吸収する場合、該領域は、前側の観察者の見地から見てさらに暗くなる可能性がある。
【０００５】
多層干渉スタックに基づく複合ミラーが、局所的に減少された裏側の反射率を示す時に前側で可視である暗くなった領域は、要素（２）とミラーの裏側での全内部反射の局部的損失との組み合せによって生じる。光が、対象の波長で（例えば、入射の高い角度でミラー反射バンド内においてシフトすることによって）適切に反射しないように、拡散要素は、入射の充分に高い角度で散乱した光の一部をミラーに入れるようにする。代わりに、この光は、ミラーの裏側へ到達し、局部的により反射の少ない領域を通じてミラーから出る。その一方で、平坦で、平滑で、汚れがなく、大気にさらされたままのミラーの裏側の隣接する領域に達する光は、全内部反射を受ける。これらの隣接領域での拡散反射率によって、ミラーをその正面から見た場合、暗くなった領域が可視となる。
【０００６】
したがって、入射角のより広い範囲にわたって光を反射することができるミラーシステムに対する必要性が存在する。また、ミラーの裏側領域での局部的に減少された反射率に関わらず、前側から光の入射を均一に反射することができるミラーシステムに対する必要性も存在する。これらの必要性は、可視波長のミラーに限定されず、対象の他の波長範囲に対して生じる可能性がある。
【０００７】
したがって、本出願は、特に、薄いフィルム干渉スタックを形成する、または複数のスタックを形成する複数のミクロ層と、を含む複合ミラーシステムを開示する。これらのミクロ層は、対象の波長範囲にわたって、およびミクロ層の１つの媒体と対応する参照媒体中で測定される対象の角度範囲にわたって、光を反射するために選択された屈折率および厚さを有する。この後者の範囲は、本明細書において対象のミクロ層の角度範囲と称される。該システムはまた、ミクロ層に結合する光学的に厚い層を含む。該光学的に厚い層は、大気の屈折率より大きいが、ミクロ層の屈折率より小さい中間屈折率を有する。ミラーシステムはまた、例えば、光学的に厚い層へ、そしてそこからミクロ層へ、または光学的に厚い層内に、そしてそこからミクロ層へ、「超臨界的な伝播角度」でミラーシステムへ光を注入する構成要素を含む。超臨界的な伝播角度の概念は、以下でさらに論じられるが、そのような層に対して平坦で垂直な表面を通じて大気から層へ光を注入することによって達成され得るものよりもより傾斜している、あらゆる非大気媒体（non-air medium）の層（光学的に厚い層、またはミクロ層など）において一般に伝播角度と称される。光学的に厚い層は、対象の波長範囲から対象のミクロ層の角度範囲の範囲内に注入された光を制限する役目を果たすか、または対象の波長範囲内かつ対象のミクロ層の角度範囲外の注入された光を、光学的に厚い層に組み込まれた境界面で全体的に内部に反射させる。これらの開示されたミラーシステムは典型的に、垂直入射光線だけではなく、入射の超臨界角度を含む入射の極端な角度で伝播する光に対して、薄いフィルム干渉スタック、中間屈折率の光学的に厚い層、および超臨界的な伝播角度で注入する光のための構成要素の組み合せを通じて、高い反射率を提供することができる。
【０００８】
本願はまた、複数のミクロ層と、ミクロ層と結合する光学的に厚い層、ならびに実質的に９０°の角度で光学的に厚い層中を伝播する光を含む光を光学的に厚い層およびミクロ層へ注入する構造を備える、ミラーシステムも開示する。ミクロ層は、参照軸線に対して概して平行であり、そして対象の波長範囲および対象のミクロ層の角度範囲にわたって光を実質的に反射するために選択された屈折率および厚さを有する。光学的に厚い層は、大気の屈折率より大きいが、ミクロ層の屈折率より小さい屈折率を有する。対象の角度範囲は、ミクロ層の１つの媒体と対応する参照媒体中で測定される角度θａｍａｘ、および光学的に厚い層中での実質的に９０度伝播角度と対応する参照媒体中のθａｍａｘにまで及ぶ。
【０００９】
本出願はまた、屈折率および厚さが、対象の波長範囲および対象のミクロ層の角度範囲にわたって光を反射する複数のミクロ層と、ミクロ層と結合し、そして大気の屈折率より大きいがミクロ層の屈折率より小さい屈折率を有する光学的に厚い層と、光学的に厚い層内の、または光学的に厚い層と結合する１つ以上の拡散要素と、を備え、ミラーの裏側領域で反射率が局部的に低下するにも関わらず、人間の観察者に可視光が均一に反射するように見えるように、ミクロ層の反射バンドが、近赤外にまで充分及ぶ、ミラーシステムを開示する。
【００１０】
本願のこれらの態様および他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、上記要約は、請求された主題に関する限定として決して解釈されるべきでなく、主題は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定され、実行の間補正されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】材料「ａ」と「ｂ」の相互のミクロ層を有する薄いフィルム干渉スタック上に大気から斜め入射する光の概略的断面図。
【図２ａ】図１の様々な媒体内での光の移動に対する可能性がある伝播角度の範囲を示す角度プロットであり、大気媒体中の光のためのものである。
【図２ｂ】図１の様々な媒体内での光の移動に対する可能性がある伝播角度の範囲を示す角度プロットであり、スタックの「ａ」ミクロ層内の光のためのものである。
【図２ｃ】図１の様々な媒体内での光の移動に対する可能性がある伝播角度の範囲を示す角度プロットであり、スタックの「ｂ」ミクロ層内の光のためのものである。
【図３】入射の垂直の入射およびいくつかの斜角で、等方性の薄いフィルムスタックの反射バンドを表すいくつかの理想的な曲線を伴う、反射率対波長のグラフ。
【図４】異なるミラーシステム形状のためのスタックの「ａ」ミクロ層における平均反射率対伝播角度（θａ）の理想的なグラフを表わし、反射率は、対象の波長（または、波長範囲にわたって平均化された）での光であり、すべての偏向状態にわたって平均化される。
【図５】スタック内に超臨界角度で光を注入できる構造と結合する薄いフィルムスタックを有するミラーシステムの概略的側面図。
【図６】スタック内に超臨界角度で光を注入することができる代替の構造を有するミラーシステムを表わす。
【図７】スタック内に超臨界角度で光を注入することができる代替の構造を有するミラーシステムを表わす。
【図８】スタック内に超臨界角度で光を注入することができる代替の構造を有するミラーシステムを表わす。
【図９】薄いフィルムスタックおよびスタック内の光の伝播角度を制限する中間屈折率の光学的に厚い層を含み、光学的に厚い層の組み込まれた境界面で、スタックが完全に内部で反射される能力を超えた極端な入射の角度で光を伝播させる、広角ミラーシステムの概略断面図。
【図９ａ】図９の様々な媒体内で光が移動するための伝播角度の範囲を示す角度プロットであり、注入層（「ｃ」）内での光を表す。
【図９ｂ】図９の様々な媒体内で光が移動するための伝播角度の範囲を示す角度プロットであり、光学的に厚い中間屈折率層（「ｉ」）中での光を表す。
【図９ｃ】図９の様々な媒体内で光が移動するための伝播角度の範囲を示す角度プロットであり、スタックの最低屈折率「ａ」ミクロ層内での光を表す。
【図１０】別の広角ミラーシステムの概略的断面図。
【図１０ａ】光が図１０の様々な媒体内での移動に対する伝播角度の範囲を示す角度プロット。
【図１０ｂ】光が図１０の様々な媒体内での移動に対する伝播角度の範囲を示す角度プロット。
【図１０ｃ】光が図１０の様々な媒体内での移動に対する伝播角度の範囲を示す角度プロット。
【図１１】さらに別の広角ミラーシステムの概略的断面図。
【図１１ａ】光が図１１の様々な媒体内での移動に対する伝播角度の範囲を示す角度プロット。
【図１１ｂ】光が図１１の様々な媒体内での移動に対する伝播角度の範囲を示す角度プロット。
【図１２】実施例において論じる様々なミラーシステムのための分光透過率または反射率を示すプロット。
【図１３】実施例において論じる様々なミラーシステムのための分光透過率または反射率を示すプロット。
【図１４】実施例において論じる様々なミラーシステムのための分光透過率または反射率を示すプロット。
【図１５】実施例において論じる様々なミラーシステムのための分光透過率または反射率を示すプロット。
【図１６】実施例において論じる様々なミラーシステムのための分光透過率または反射率を示すプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明を実施するための最良の形態の目的として、用語「大気」とは、標準温度および圧力での地表大気、または他の温度または圧力を指すことができ、またさらには真空を指すことができる。そのような媒体の屈折率間の微妙な区別は、本明細書においては無視され、屈折率は本質的に１．０であると仮定される。また、発明を実施するための最良の形態の目的として、以下の専門用語が使用される。
【００１３】
ｎｍｉｎは、いずれかの軸線に沿った、波長または対象の波長範囲でのスタックにおけるいずれかのミクロ層の最小屈折率である。
【００１４】
ａ、ｂは、薄いフィルムスタックに使用される光学材料、またはａは少なくとも１つの軸線に沿った屈折率ｎｍｉｎを有し、ｂはｎｍｉｎよりも大きい少なくとも１つの軸線に沿った屈折率を有し、またｂ材料は通常、スタックで（いずれかの軸線に沿った）最大の屈折率も有する、そのような材料から成るミクロ層である。これはフィルムスタックがただ２つの異なるタイプのミクロ層に限られることを意味せず、スタックは、「ａ」と「ｂ」以外の光学材料も含む。
【００１５】
ｉは、大気の屈折率（ｎ＝１）およびスタックの屈折率（ｎ＝ｎｍｉｎ）の間の中間屈折率ｎｉを有する、別の光学材料、層、またはそのような材料から成る他の物体である。
【００１６】
ｃは、いずれかの軸線に沿った屈折率がｎｉよりも大きく、通常実質的にｎｉおよびｎｍｉｎよりも大きい、そのような材料から成る別の光学材料、層、または他の物体である。一部の場合において、「ｃ」材料は「ａ」材料、または「ｂ」材料であることが可能である。
【００１７】
ｎｘは、波長、または対象の波長範囲での、所定の材料または層ｘ（ｘ＝ａ、ｂ、ｃ、またはｉ）の屈折率である。材料が複屈折である場合、ｎｘは、特定の軸線に沿った（例えば、ｘ−、ｙ−、またはｚ−軸線に沿った）屈折率であるか、または所定の方向に伝播する特定の偏向状態（例えば、ｓ−またはｐ−偏光、あるいは左または右側の円偏光に対して）に対しての有効屈折率であることが可能である。
【００１８】
対象の波長範囲は、通常、可視または近可視光線（例えば、４００〜７００ｎｍ波長）、近赤外光線（例えば、これらの範囲の１つの選択が検出器または透過媒体に時折左右されて、７００〜１０００ｎｍ、７００〜１４００ｎｍ、または７００〜５０００ｎｍ）、あるいは可視および近赤外光線の両方である。他の範囲もまた、波長範囲または対象として使用されてもよい。例えば、ミラーシステムが、ＬＥＤまたはレーザーなどの、狭周波数帯エミッタ−を用いたシステムで使用される場合、対象の波長範囲は比較的狭い場合がある（例えば、１００ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍ、またはそれ以下）。ミラーシステムが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置、または他のディスプレイ用のバックライトなどの照明システムに使用される場合、対象の波長範囲はより広範（例えば、４００〜８００ｎｍ、４００〜９００ｎｍ、４００〜１０００ｎｍ、４００〜１２００ｎｍ、４００〜１４００ｎｍ、４００〜１６００ｎｍまたは４００〜１７００ｎｍ）である場合があり、これらの範囲はさらに以下により詳しく説明する理由で可視を超えて及ぶ。
【００１９】
θｘは、媒体ｘに、または媒体ｘの表面に垂直である軸線と関連する媒体ｘで測定される、媒体ｘで伝播する光線の角度である。
【００２０】
θｘｃは、媒体ｘのための臨界角、すなわち、光をグレージング角（９０°）で隣接する大気媒体へ反射するための、媒体ｘで測定される入射角である。第２の下付き文字「ｃ」は、「臨界」を示し、第１の下付き文字としてあらわれる場合がある光学材料「ｃ」と混同されるべきではないことに留意されたい。
【００２１】
θｘｌｉｍは、臨界角と類似の媒体ｘのための制限された角度であるが、隣接する媒体は、大気ではない。したがって、θｘｌｉｍは、光を、グレージング角（９０°）で隣接する非大気媒体に反射するための媒体ｘで測定される入射角である。
【００２２】
θａｍａｘは、薄いフィルムスタックが、対象の波長範囲にわたって充分な反射率を提供するための、媒体「ａ」中で測定される最大光伝播角度である。この角度は、意図する用途における必要とされる反射率または目標反射率、およびミクロ層の総数、ミクロ層スタックの厚さの勾配、ミクロ層間の屈折率の相違等のスタック設計の詳細などの多くの因子の関数である。
【００２３】
ここで図１を参照すると、概略的断面図において、屈折率ｎ０＝１の大気媒体にさらされた薄いフィルム干渉スタック１０を見て取れる。デカルトｘ−ｙ−ｚ座標系はまた、参照の目的でも示される。特定の波長の光１２は、角度θ０でのスタック上の入射であり、反射されたビーム１２ａと、透過ビーム１２ｂを生じるためにスタックと接触する。
【００２４】
スタックは典型的に、例えば４分の１波長スタックなど、干渉スタックに配置された光学材料ａ、ｂのそれぞれ構成された、数十、数百、数千のミクロ層１４ａ、１４ｂを含む。光学材料ａ、ｂは、無機物（Ｔｉｏ２、Ｓｉｏ２、ＣａＦ、または他の従来の材料など）であろうが、有機物、例えばポリマー（ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル、および他の従来の材料）であろうが、干渉スタックにおいて実用性を有することが既知であるいずれかの適切な材料であることが可能である。スタックは、すべて無機物、すべて有機物、または混合された無機物／有機物構造体を有してもよい。初めに、説明を簡潔にするために、ミクロ層が等方性である場合を論じるが、結果は、複屈折ミクロ層に容易に及ぶことが可能である。複屈折ミクロ層は、あらゆる偏向の垂直な入射光を均一に反射する、対称反射システム、または、１つの偏向に対する垂直な入射光に高い反射率を有し、直交する偏向に対する垂直な入射光に低い反射率を有する非対称反射システムで使用されてもよい。
【００２５】
ミクロ層は、光の波長の一部である光学的な厚さ（屈折率によって積算された物質的厚さ）を有する。ミクロ層は、例えば、光学的な反復単位（ＯＲＵ）の光学的な厚さが、対象の波長範囲での光の波長の半分である、ＯＲＵと称される反復するパターンに配列される。そのような薄い層は、波長依存の反射およびスタックの透過特性に関与する光が建設的または相殺的になることを可能にする。スタック１０のためのＯＲＵは、層ａｂの１対であるが、米国特許番号第５，１０３，３３７号（シュレンク（Schrenk）ら）、同第３，２４７，３９２号（テレン（Thelen））、同第５，３６０，６５９号（アレンズ（Arends）ら）、および同第７，０１９，９０５号（ウェーバー）で論じられる配置などの、他の既知の配置もまた可能である。スタックの厚さ面積に沿って変化するＯＲＵの光学的厚さである、厚さの勾配は、望ましい場合、反射バンドを広げるためにスタックへ組み込まれることができる。スタック１０は、その全体の範囲にわたって平坦または平面である必要はないが、所望に応じて非平面形状に形成、成形、エンボス加工が可能である。しかしながら、少なくとも局部的に、図１に示されるスタックの一部のように、ミクロ層は、局部ｘ〜ｙ座標面に対して実質的に平行に位置するまたは及ぶと言える。したがって、局部ｚ軸線は、ミクロ層に垂直であり、隣接するミクロ層間の各境界面に垂直である。
【００２６】
図の簡素化のために、図１に、入射光線１２の屈折した一部のみが表わされているが、閲覧者は、反射された光の波は、ミクロ層の境界面でも形成され、それらの波のコヒーレント積算が反射ビーム１２ａをもたらすことを理解するであろう。入射光線１２がスタック１０に接触すると、大気中のθ０の角度からミクロ層１４ａのθａの角度へ屈折する。そこから、ミクロ層１４ｂへ入る時にさらに表面垂線に向かって（ｚ軸線に垂直である）屈曲し、伝播角度θｂを達成する。相互のａ、ｂ層でのさらなる屈折の後、光は、スタック１０を通じて透過されたすべての波のコヒーレント積算としても認識される透過ビーム１２ｂとしてあらわれる。
【００２７】
ここでは入射光線の方向を変化することの影響について考察する。入射光線の方向に制限を設けない場合、例えば、大気中のすべての方向からスタックを照射した場合、入射角θ０は、０〜９０°、または０〜π／２ラジアンの範囲である。ミクロ層中の光の伝播角度も変化するが、異なる屈折率のために、角度はπ／２半角を一掃しない。むしろ、角度は、θａｃ（層１４ａに対する）およびθｂｃ（層１４ｂに対する）の半角を一掃する。これは、図２ａ〜ｃの角度プロットにグラフで示される。図２ａにおいて、π／２の半角を有する弧２０は、大気媒体からのすべての伝播方向を表す。そのような伝播方向は、実際に３次元で半球を形成し、図２ａは、ｙ〜ｚ面での半球の部分を示す。屈折を通じて、この大気中の入射角の範囲は、図２ｂに示す光学材料での入射角のより狭い範囲へ並進する。その図において、半角が臨界角θａｃである実線の弧２２ａは、層１４ａにおける注入された光のすべての伝播方向を表す。臨界角θａｃを、ｓｉｎ−１（１／ｎａ）として計算することができる。波線の弧２２ｂは、本明細書においては超臨界的な伝播角度として称されるθａｃよりも大きい伝播角度θａを表す。したがって、超臨界伝播方向または角度は一般に、平坦でありそのような層に平行な表面を通じて、大気から光を層へ注入することによって達成され得る以上に傾斜したいずれかの非大気媒体（光学的に厚い層またはミクロ層など）の層における伝播角度に言及する。これはまさに図１における場合であるため、―光が、問題になっているミクロ層１４ａに平坦であり垂直である表面を通じて大気中においてすべての角度からスタック１０へ注入され、―これらの臨界超過角度でミクロ層１４ａ内で光を伝播せず、したがって弧２２ｂは、実線よりはむしろ波線で示される。
【００２８】
図２ｃの角度プロットは、図２ｂのものと類似しているが、高い屈折率のミクロ層１４ｂにおける伝播する光に対するものである。半角が臨界角θｂｃ（ｓｉｎ−１（１／ｎｂ）と等しい）である実線の弧２４ａは、層１４ｂにおける注入された光のすべての伝播方向を表す。波線の弧２４ｂは、θｂｃよりも大きい伝播角度、すなわちミクロ層１４ｂにおける臨界超過角度を表す。図１の大気注入の配列を使用することで、これら超臨界角度では光を伝播しない。
【００２９】
図３は、図１のスタック１０などの薄いフィルムスタックの理想的な反射率特性のグラフを示す。曲線３０は、垂直入射でのスタックの反射率、すなわち、θ０＝θａ＝θｂ＝０を示す。薄いフィルム設計の当業者は、適した屈折率の相互性の材料、スタックにわたるミクロ層の厚さ特性、および示される特性（可視領域３１全体に拡張しおよび、近赤外へ拡張し、はっきりとした左側および右側バンド縁部を有し、少なくとも７０％、８０％、または９０％以上の少なくとも可視領域全体にわたって（および一部の用途に対し、近赤外全体にもわたって）高い平均反射率を有する、反射バンド）を有するスタックを提供するためのミクロ層の総数を容易に選択することができる。例えば、複屈折の多層スタックを使用する３Ｍ社によって販売されるビキュイティ（Vikuiti）（商標）強化鏡面反射体（Enhanced Specular Reflector）（ＥＳＲ）フィルムを参照する。また、実施例において以下で論じられるように、反射バンドがさらに赤外線へ及ぶ薄いフィルムスタックに対するビキュイティ（商標）ＥＤＲフィルムなどの複屈折多層スタックをラミネート加工することによって作製され得る変性フィルムを参照する。
【００３０】
入射角が０°から増加する場合、上述の要素（１）および（２）に関連する２つの効果が生じ始める。まず、ミクロ層間の境界面の反射率はｓ−偏光（入射面に垂直に偏向される）と比較してｐ−偏光（入射面で偏向される）に対して異なり、垂直の入射反射バンドを、ｐ−偏光に対する第１の反射バンド３２ａおよび、ｓ−偏光に対する異なる第２の反射バンド３２ｂに分割する結果となる。薄いフィルムスタックに等方性の材料のみが使用された場合、ｐ−偏光に対する反射バンドの頂点反射率は、ｐ−偏光の反射率がゼロになる時点で、ブルースター角が達成されるまで入射角が増加することに伴って単調に低下する。次に、反射バンド３２ａ、３２ｂの両方は、要素（２）と関係して上述の相シフトの効果により、より短い波長へとシフトする。入射角がさらに増加すると、反射バンドは、ｐ−偏光に対する第１の反射バンド３４ａおよびｓ−偏光に対する第２の反射バンド３４ｂによって示されるより短い波長へと継続してシフトする。ブルースター角へ入射角が接近するとｐ−偏光に対する頂点反射率が低下するが、増加する入射角に伴ってｓ−偏光に対する頂点反射率は増加することに留意されたい。
【００３１】
要素（１）に関して、米国特許第５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）ら）は、増加する入射角に伴うｐ−偏光に対する反射率の低下が、どのように低下され、排除され、または逆行され得るかを示す。要するに、隣接するマイクロ層間のｚ−軸線に沿って不一致の屈折率が、面内（ｘ−またはｙ−）の軸線に沿った屈折率の不一致と関連するサインで、小さい（例えば、２分の１または４分の１またはそれ以下）、ゼロ、または反対となるように制御されるように、複屈折材料は、フィルムスタックで使用される。ゼロまたはほぼゼロの大きさのｚ−屈折率の不一致が、ｐ偏光に対する反射率が入射角の関数として一定またはほぼ一定である界面をミクロ層の間にもたらす。面内屈折率の差異と比較して、異極性のｚ−屈折率の不一致は、ｓ−偏光の事例として、ｐ−偏光に対する反射率が入射の角度が増加することに伴い増加する境界面をもたらす。このような教示を使用することにより、薄いフィルムスタックが、ｓ−偏光およびｐ−偏光の両方に対して高い頂点反射率を維持することを容易にすることができる。
【００３２】
しかしながら、上述のように、すべての偏光に対して高い反射率の境界面を保つことは、入射角が増加する、すなわち要素（２）の場合に、反射バンドがより短い波長へとシフトするのを止めることに対し、あまり影響がないか、全く影響しない。実際に、ブルースター角を拡張するか、または除くための複屈折材料の使用は、角度を伴う波長のシフトを加速する場合がある。結局、ある角度で、反射バンドはもはや対象の波長範囲をカバーせず、そのスペクトル範囲の反射率は受容可能なレベルまたは目標より下へ下降する。この角度は、θａｍａｘとして参照される。それは、スタック媒体ａで評価されるか、または測定される。
【００３３】
設計の観点から、θａｍａｘを、薄いフィルムスタックにより多くのミクロ層を付加することによって、より大きい光学的な厚さの層を含むために層の厚さ特性を拡張することによって、より高い角度へ増加することができる。しかし、適度に高い目標反射率値について、θａｍａｘは、ミクロ層のいずれかの有限数でも９０°に達することはできない。
【００３４】
一部の場合において、ブルースター角を完全に除くために、ｚ−屈折率の不一致を調整するよりはむしろ、９０度（等方性のミクロ層のみを有する多層スタックに関連して）に近い対応する境界面で、ブルースター角を単に拡張するために多層スタックにおいて隣接するミクロ層間のｚ−屈折率の不一致を調整することに充分である場合がある。例えば、媒体「ａ」で測定される場合、それが、ブルースター角がθａｍａｘよりも大きくなることに充分である場合がある。
【００３５】
高い界面ｐ−偏光反射率を達成するためにｚ−屈折率の一致技術を使用する薄いフィルムスタックに対しても、高い入射角でのｓ−反射バンドおよびｐ−反射バンドは異なる形状を有し、左側および右側バンド縁部が入射角の変化に伴って同じ量でシフトしないため、異なるバンド幅を有することにも留意されたい。ｓ−反射バンドおよびｐ−反射バンドの間の違いは、９０°に接近する超臨界角度θａに対して最も明白である。典型的に、ｐ−偏光反射バンドは、ｓ−反射バンドよりも狭く、θａが増加すると、ｐ−反射バンドの右側バンド縁部は、ｓ−反射バンドが移動する前に対象の所定の波長にわたって移動する。言い換えると、スタックがｐ−偏光のための高い界面の反射率のために設計されたとしても、θａが増加する場合、波長または対象の波長範囲での反射率の最初の大きな下降は典型的に、より短い波長に対するｐ−偏光のための反射バンドのシフトによるものであるが、そのような角度のｓ−偏光の反射率は、波長または対象の波長範囲で高い状態を維持してもよい。
【００３６】
１つの模範的な例において、５５０のミクロ層を有する複屈折４分の１波長の薄いフィルムスタックを評価した。「ａ」層は、６３３ｎｍでポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）光学材料の典型例であるｘ−、ｙ−、およびｚ−軸線に沿ってそれぞれ１．４９、１．４９、および１．４９の屈折率を有していた。これらは、約４２°の臨界角θａｃをもたらす。「ｂ」層は、６３３ｎｍで配向ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）光学材料の典型例であるｘ−、ｙ−、およびｚ−軸線に沿ってそれぞれ１．７５、１．７５、および１．４９の屈折率を有していた。該模範はまた、ＰＭＭＡおよびＰＥＮ材料の実際の分散性も考慮に入れた。好適な層の厚さの勾配で、スタックの垂直な入射反応バンドは、約４００ｎｍから約１６００ｎｍに及ぶように作製されることが可能である。反射バンドは、０〜約６５°の伝播角度θａに対する可視領域にわたり、約９９％の平均反射率を維持した。約６５°を超えると、ｐ−反射バンドのシフトは、平均反射率における急激な降下に関与した。したがって、θａｍａｘは、９９％の目標平均反射率に対し約６５°であった。
【００３７】
図４は、媒体「ａ」において、平均反射率対伝播角度θａの理想的な表現をプロットし、スタックの特定のタイプに対して正確であると考えられる定性的な特性を包含する。反射率は、すべての偏向状態および対象の波長範囲にわたって平均であると仮定される。曲線４０は、上述の５５０の層のスタックに類似して、隣接するミクロ層間で一致する実質的なｚ−屈折率を有する複屈折スタックの反射率を表わす。曲線４２は、同様の多くのミクロ層および類似の垂直入射の反射バンドを有する、完全に等方性のスタックの反射率を表わす。曲線４０、４２の両方は、垂直入射で、θａの中程度の値に対して、高い反射率を有する。また、両曲線は、超臨界角度θａｍａｘ（２）の近傍で急激に降下する。より短い波長へのバンドのシフトによって、反射バンドを対象の波長範囲の外側へ移動させるのは、この角度θａｍａｘ（２）の近傍である。曲線４０は、その良好な斜角ｐ−偏光反射率によって、範囲０≦θａ≦θａｍａｘ（２）にわたり、比較的高い反射率を維持する。曲線４２は、対照的に、その範囲にわたって反射率が低下し、ブルースター角の影響によってθａｍａｘ（１）の角度で、目標平均反射率４１を下回って低下する。曲線４０は、角度θａｍａｘ（２）で、目標反射率４１を超える。目標平均反射率４１が薄いフィルムスタックの設計において変化を伴わずより高くなるように選択された場合、θａｍａｘ（１）およびθａｍａｘ（２）は、より小さい角度へとシフトし、目標平均反射率４１がより低くなるように選択された場合、θａｍａｘ（１）およびθａｍｉｎ（２）は、より高い角度へシフトすることに留意されたい。目標平均反射率の選択は、ミラーの意図される用途に強く左右されるが、一般的な値は９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、および９９％を含む。
【００３８】
スタックにおいて超臨界伝播光を注入するために使用することができる様々な構造、および設計者が反射機能を達成するために従来の薄いフィルムスタックのみを使用する場合に起こり得る問題についての議論について、ここで図５〜８に注意を向ける。プリズム、導光体、拡散粒子（例えば、散乱体）、あるいは粗面化またはミクロ構造化された表面などの構造は通常、スタックに超臨界光を注入する単独の目的のためには提供されない。むしろ、超臨界光の注入は、意図される最終使用用途で構造が果たす機能の結果である。
【００３９】
図５において、屈折率ｎｃを有する光学材料「ｃ」で作製されたプリズム５０は、光学材料「ａ」および「ｂ」から成るミクロ層を代わりに含む薄いフィルムスタック５２と光学的に結合し、好ましくは光学的に密接に接触する。光学材料ｃは、材料ａまたはｂと同一であってもよいが、ｎｃは、スタックのミクロ層の最小屈折率ｎｍｉｎ以上である。プリズム５０は、物理的に大きいか、または小さく、図面に対して垂直な軸線に沿って直線的に拡張してもよく、または形状が角錘であってもよく、類似または非類似のプリズムの１つの配列であってもよい。プリズム表面は、平坦または均一である必要はなく、いずれかの適したプリズム角度を使用できる。例えば、両方が３Ｍ社によって販売される、ビキュイティ（商標）輝度強調フィルム（Brightness Enhancement Film）（ＢＥＦ）の製造品目、または３Ｍ（商標）スコッチライト（Scotchlite）（商標）反射材料の製造品目で具現化されるあらゆるプリズム幾何学が使用可能である。
【００４０】
フィルムスタック５２は、前述のフィルムスタック１０と類似であることが可能である。スタック５２は好ましくは、単一のスタックまたはパケットに、あるいは光学的に厚い保護境界層（ＰＢＬ）によって分離された複数個のスタックまたはパケットに配列されてもよい数十、数百、または数千のミクロ層を含む。ミクロ層の数、ならびにその厚さおよび屈折率は、対象の波長範囲にわたり、また超臨界角度を含み、０≦θａｃ≦θａｍａｘ≦９０°である最大角度θａｍａｘに及ぶ伝播角度θａの範囲にわたる、目標反射率よりも大きい平均反射率を提供するために選択される。スタック５２はまた、その外側主要面で光学的に厚い表面薄層を含んでもよい。この点について、１つの層は、その光学的厚さが、対象の波長範囲の平均波長、またはそれ以上に近似している場合、光学的に厚いと言える。好ましくは、光学的な厚さは、そのような平均波長の少なくとも１０、５０、または１００倍である。あらゆる表面薄層またはＰＢＬは、スタックのミクロ層の最小屈折率ｎｍｉｎ以下のいずれの屈折率も有しないという条件で、薄いフィルムスタックの一部であると考えられてもよいことにも留意されたい。通常、あらゆる表面薄層、またはＰＢＬは、ミクロ層のために使用される材料ａ、ｂの１つから成る。フィルムスタック５２は、完全にポリマーであってもよく、上述の界面ｐ−偏光反射率を高めるために、ミクロ層中に適した量の複屈折を生じさせるように、共押出プロセスおよび好ましくは延伸プロセスによっても作製されてよい。あるいは、フィルムスタック５２は、無機材料を含むか、あるいはそれに限定されてもよく、真空蒸発技術によって作製されてもよい。無機材料を使用し、複屈折を形成することができる複屈折薄いフィルムスタックの教示のための、米国特許第６，５９０，７０７号（ウェーバー）を参照されたい。フィルムスタック５２が、プリズム５０から独立して生産される場合、それを光学的接着剤の光学的に薄いまたは厚い層、あるいは他の適した材料でラミネート加工することができる。
【００４１】
対象の波長範囲内で光を放射している光源５４からの光は、フィルムスタック５２に対して実質的に傾斜するプリズム表面５６でプリズム５０に突き当たる。光はプリズム５０へ屈折し、次にスタック５２へぶつかる。プリズム表面５６の傾斜およびプリズムの屈折率ｎｃの結果として、光を臨界角θａｃよりも大きい角度、すなわち超臨界角度で、スタック５２に伝播することができる。スタック５２は、上述のように、一部の超臨界角度θａｃ≦θａ≦θａｍａｘを含む、θａ＝０およびθａ＝θａｍａｘ間の角度で伝播する、対象の光を満足に反射する。しかしながら、スタック５２は、本明細書においては、極端な伝播角度または極端な入射角と称されるθａ＞θａｍａｘに対する他の超臨界角度で伝播する光を満足に反射しない。図５に示すように、そのような光は、スタックの外側の主要面５２ａに届くまで、スタック５２全体を通じて伝播する。表面５２ａが平坦で、平滑で、汚れがなく、大気にさらされている場合、この光は、表面５２ａで全内部反射（ＴＩＲ）を受け、それが極端でない入射角（０≦θａ≦θａｍａｘ）で伝播する他の光と同様に反射されたかのように、スタック５２を通じて逆に伝播し、プリズム５０へ入る。しかしながら、表面５２ａ（またはその一部）は、脂っぽく、汚れて、傷付き、ないしは、例えば、取り付け金具、支持部材、基材、またはコーティングなどの別の材料と接触している場合がある。表面５２ａに対するそのような障害は、障害５８によって図５に概略的に表わし、表面５２ａで局部的に低下された反射率の領域を表わす。したがって、障害５８が位置するかどうかに関わらず、極端な伝播角度での光は表面５２ａを通じてスタック５２を出て、その位置で反射率を低下する。スタックを通じて伝わるか、または漏れる光は、図中で５９と標識付けされる。
【００４２】
図６において、プリズム５０は、導光体６０によって置き換えられ、光源５４は、その側面６０ａを通じて導光体６０へより効果的に光を注入することを助けるために反射体５４ａを含む。導光体は、上述のように光学材料「ｃ」から作製され、また上述のように、薄いフィルムスタック５２に光学的に結合する。導光体は、あらゆる所望の大きさまたは形状であってもよく、均一な厚さまたは先細であってもよい。導光体は、例えば、携帯電話、ラップトップ型コンピュータ、テレビ、または他の用途における液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のためのバックライトでの使用に好適であってもよい。抽出特性６２は、前面上、あるいは液晶パネルまたは照らされる他の構成要素に向かって光を導光体の外へ導くことが知られる導光体上または内の他の場所で提供される。
【００４３】
光は、側面６０ａを通じて導光体６０へ注入されるため、光を、導光体内およびスタック５２内でも、高い入射角で伝播することができる。上記で説明されるように、スタックは、０≦θａ≦θａｍａｘからの角度で伝播する対象の波長であらゆる光を満足に反射するが、極端な伝播角度では光を満足に反射しない。スタックの外側の主要面５２ａ上の局部的障害物５８によって、そのような光５９を、表面５２ａを通じてスタック５２から出し、再びその位置で反射率を低下させる。
【００４４】
図７において、導光体６０は、屈折率ｎｃのマトリックス材料で分散された拡散粒子７２を含有する光学的要素７０によって置き換えられる。粒子７２は、実質的に光を散乱させる限りは、組成物、大きさ、分配、ないしは別のもので、あらゆる所望のタイプまたは構成であることが可能である。構成要素７０は、比較的薄いか厚い層、またはより複雑な構造であることが可能である。例えば、構成要素７０は、表面薄層であってもよい。構成要素７０は、感圧性接着剤または他の接着剤などの接着層であってもよい。光源５４からの光は、大気媒体から構成要素７０へ入ってもよいが、粒子７２のため、光は散乱し、構成要素７０内の本質的にすべての方向に伝播する。次に、この光はすべての角度からスタック５２にぶつかる。スタックは、０≦θａ≦θａｍａｘからの角度で伝播する対象の波長範囲であらゆる光を満足に反射するが、極端な伝播角度では光を満足に反射しない。スタックの外側主要面５２ａ上の局部的障害物５８によって、そのような光を表面５２ａを通じてスタック５２から出し、その位置で反射率を低下させる。
【００４５】
図８において、光学的構成要素７０は、非平滑化され、粗面化され、ミクロ構造化され、ないしは平滑でない表面上８０ａを有する構成要素８０によって置き換えられる。表面８０ａは、単にマット仕上げで粗面化されてもよく、精密な幾何学模様でミクロ複製されてもよく、またはホログラムのような回折要素を形成する微小なファセットを含有してもよい。光学的構成要素８０は、屈折率ｎｃの光学材料「ｃ」から成る。光が光学的構成要素８０に高い入射角で伝播するように、平滑でない表表面８０ａは、大気媒体中にあってもよい光源５４から光を屈折、回折、ないしは散乱する。スタック５２は構成要素８０と光学的に結合し、構成要素８０からの光はすべての角度から、または少なくとも超臨界角度の範囲にわたってスタックにぶつかる。スタックは、０≦θａ≦θａｍａｘからの角度で伝播する対象の波長範囲内であらゆる光を満足に反射するが、極端な伝播角度では光を満足に反射しない。スタックの外側主要面５２ａ上の局部的障害物５８によって、そのような光５９を表面５２ａ通じてスタック５２から出し、その位置で反射率を低下させる。
【００４６】
閲覧者は、スタック内の超臨界伝播光を注入することについて、図５〜８に示される構造が単に代表的なものであり、限定的であると見なされないことを理解するであろう。さらに、該構造は、プリズム内で粒子を拡散することを組み込むこと、または導光体上で平滑でない表面を組み込むことなど、あらゆる方法に組み込まれることができる。
【００４７】
スタックの外側表面上、またはミラーシステムの別の外側表面での局部的障害物で光を失うことになく、極端な伝播角度で光を反射することができるミラーシステムを提供するために、図９〜１１は、大気およびスタック内のミクロ層の最小の屈折率ｎｍｉｎの間の中間屈性率ｎｉを有する光学材料「ｉ」から成る、光学的に厚い層９４を取り入れる。薄いフィルムスタック内の材料の選択に左右される代表的な低屈折率材料は、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、シリカ、ゾルゲル、ならびにフルオロポリマーおよびシリコーンなどの有機フィルム形成材料のような無機材料を含む。エアロゲル材料は、約１．２以下、または約１．１以下の極めて低い有効屈折率を達成することができるため、特に好適である。エアロゲルは、溶媒で充填されたコロイド上状のシリカ構造単位から成るゲルの乾燥の高い温度および圧力の臨界点によって作製される。得られる材料は疎密度であり、ミクロ孔質の媒体である。多層スタック内のミクロ層の屈折率に応じて、より高い屈折率材料は、一部の場合において、例えば、屈折率が約１．５以下、１．４以下、または１．３以下などの光学的に厚い層に使用されてもよい。光学的に厚い層は、全内部反射の現象を避けるために、好ましくは少なくとも約１マイクロメートル、または少なくとも約２マイクロメートルである。
【００４８】
図９において、ミラーシステム９０は、光学材料「ｃ」の第１の層９２および光学材料「ｉ」の光学的に厚い層９４と共に、上述のように薄いフィルムスタック５２を含む。第１の層９２は、要素５０、６０、７０、または８０のいずれか１つ、またはこれらの組み合せであることが可能である。それは、光学的に厚い、光学的に薄い、微視的、巨視的、有機（例えばポリマー）または無機であることが可能である。上述のいずれかのメカニズムを使用し、光は、層９２内の超臨界的な伝播角度で、およびすべての伝播角度にわたる代表的な実施形態において、伝播する。図９ａは、完全な半円弧１００が、材料ｃ内で入射θｃのすべての角度で移動する光を表す、層９２内で伝播する光の角度プロットを示す。図９ａはまた、材料ｃに対する臨界角θｃｃ、加えて限界角θｃｌｉｍも示す。材料ｃ内の限界角θｃｌｉｍで伝播する光は、グレージング入射で層９４のより低い屈折率材料「ｉ」へ屈折する。したがって、θｃｌｉｍよりも大きい角度で層９２内で伝播する光は、層９２が層９４に接触する組み込まれた表面９４ａで完全に内部に反射される。この光は光線９６によって図９に表わされる。層９２内で伝播する他の光は、層９４へ屈折し、そこで図９ｂの半円弧１０２によって表わされる角度のすべての範囲にわたり伝播する。層９４内で伝播する光は、媒体「ｉ」内の臨界角θｉｃよりも大きい角度での光を含むことに留意されたい。
【００４９】
好ましくは、層９４の屈折率ｎｉは、媒体「ｉ」内でグレージング入射θｉ＝９０°で伝播する光が、角度θａ≒θａｍａｘでスタックの媒体「ａ」へ屈折するように、スタック５２設計の関数として選択される。この状態は、超臨界角度および媒体「ｉ」内の極端な角度においてさえ伝播する光が、スタックによって満足に反射され得る角度（目標平均反射率またはそれ以上で、および対象の波長範囲内で）で、材料「ａ」の層へ屈折することを確実にする。同様に、角度θａ＞θａｍａｘで材料「ａ」内で伝播し、材料「ｉ」とともに境界面に接触するあらゆる光は、そのような境界面で完全に内部に反射する。
【００５０】
材料「ｉ」のこの選択で、外側主要面５２ａへ実質的に届く光はなく、層９４からスタック５２上にぶつかる対象の波長範囲内のすべての光は、スタックによって反射される。図９ｃは、より高い角度で伝播する光がないことを示す弧１０４ｂと共に、弧１０４ａ（０≦θａ≦θａｍａｘ）内のスタック内でミクロ層の「ａ」材料内で伝播する光を示す。図９は、スタック５２によって反射された、漸次より高い入射角の光９８ａ、９８ｂ、９８ｃを示す。層９２からの一部の光は、層９４の組み込まれた表面でＴＩＲによって反射され、層９２からの光の残部は、表面５２ａにいずれの光も届くことを可能にすることなく、スタック５２によって反射される。したがって、図５〜８のミラーシステムとは異なり、図９のミラーシステム９０は、ミラーシステムの外側表面、すなわち表面５２ａでいかなる障害に対しても敏感ではない。しかし、ミラーシステム９０は、スタック５２および光学的に厚い層９４の組み合せを通じて少なくとも目標平均反射率を有するすべての角度で光を反射することができる。したがって、ミラーシステム９０は、対象の波長範囲に前面、「漏れないミラー（non-leaky mirror）」を提供する。
【００５１】
図１０は、システム９０と類似のミラーシステム１１０を示すが、層９２、９４の間に挟まれるように、スタック５２の配置が変更される。ここでも、光は、超臨界的な伝播角度で、およびすべての伝播角度にわたる代表的な実施形態において、層９２内で伝播する。図１０ａは、θｃｃよりも大きい超臨界角度を含む、完全な半円弧１１４が材料ｃ内の入射θｃのすべての角度で移動する光を表わす、層９２内で伝播する光の角度プロットを示す。次に、この光は、材料「ａ」および「ｂ」のそのミクロ層を含む、スタック５２に接触する。垂直入射光線１１２ａおよび一部の斜め入射光１１２ｂは、０〜θａｍａｘの範囲の角度θａで光学材料「ａ」へ屈折するため、通常、スタック１１２によって反射される。しかしながら、残部光は、極端な伝播角度で材料「ａ」へ屈折され、スタックによって満足に屈折されない。弧１１６が、θａｍａｘよりも大きい角度を含むすべての入射角θａで材料「ａ」内で伝播する光を表わす、図１０ｂを参照のこと。
【００５２】
幸いにも、層９４は、組み込まれた表面９４ａで、光１１２ｃなどの極端な伝播光を完全に内部に反射する屈折率ｎｉを有する。そのような光はスタック５２を通じて層９２へ逆に進む。上方からの層９４上でのすべての光の入射は、表面９４ａで反射され、図１０ｃ内の弧１１８は、層９４内で光が伝播しないことを示す。層９４の下側主要面上におかれるあらゆる障害５８は、層９４が層を通じてトンネリングするあらゆるエバネッセント波（evanescent wave）を避けるのに充分に厚いため、ミラーシステム１１０の反射率に影響しない。したがって、ミラーシステム１１０もまた、対象の波長範囲に前面「漏れないミラー」を提供する。
【００５３】
図１１は、図９のシステム９０と類似のミラーシステム１２０を示すが、層９２は排除され、超臨界角度で光を注入するための上述の構造のいずれもが、中間屈折率材料「ｉ」の光学的に厚い層９４へ組み込まれる。したがって、光は、光を材料「ｉ」においてすべての角度θｉで伝播するように、層９４へあらゆる開示された技術によって注入される。これは、図１１ａの弧１２４によって示される。上述の材料「ｉ」およびその屈折率ｎｉの選択のため、この光のすべては０≦θａ≦θａｍａｘからの角度の範囲にわり、材料「ａ」のミクロ層へ屈折されることで、スタック５２が、垂直入射（１２２ａ）であろうが、またはいずれかの角度（１２２ｂ、１２２ｃ）での斜め入射であろうとも、この光のすべてを満足に反射することを確実にする。図１１ｂの弧１２６ａは、垂直入射から超臨界の範囲の角度で伝播する光を示すが、弧１２６ｂは、θａ＝θａｍａｘを超えて光が伝播しないことを示す。
【００５４】
ミラーシステム９０と同様に、ミラーシステム１２０の背部外側表面５２ａへ光が届かないため、そのような外部表面上に存在または配置されたいずれかの障害は、ミラーシステム１２０の反射率に影響を及ぼさない。同時に、ミラーシステム１２０は入射角の広い範囲にわたって光を反射する。ミラーシステム１２０は、対象の波長範囲にわたって「漏れないミラー」を提供する。
【００５５】
前述の議論において、材料「ｉ」の光学的に厚い層中に、加えて薄いフィルム干渉スタックのミクロ層中での超臨界的な伝播角度で注入する光の特定の機能を行うことができる、様々な構造を説明してきた。これらの構造の１つは、微細な光散乱粒子である。そのような散乱物が、所定の用途に対して拡散性（つまり、光散乱）を提供するために用いられる場合、様々な要素は複合ミラー特性を制御することが必要とされる時に調整されてもよい。例えば、そのような粒子が位置する層の厚さ（例えば、表面薄層、接着層、または他の層）に応じて、大きさ、屈折率、濃度、および粒子の分配は変化されてもよい。別の開示された構造は、表面での屈折によって光を散乱または偏向する突出部および／または凹部を画定するために形成された表面である。（そのような表面は、薄いフィルムスタックに対してラミネート加工されることができる層の一部であってもよいし、あるいは、例えば表面薄層または薄いフィルムスタックの前側上のコーティングなどに直接エンボス加工されてもよい。）様々な要素はまた、屈折率、形状、大きさ、および突出部／凹部要素の表面適用範囲、および表面トポロジーの他の性質など、複合ミラー特性を制御するために、この場合に使用されることができる。体構造化された表面、散乱粒子、またはその両方のどれであれ、これらの構造体の構成の詳細を、光散乱または偏向の所望の量を形成するために調整することができる。例えば、散乱は、実質的にランベルト分布（Lambertian distribution）を提供するために充分強い可能性があるか、または散乱はより弱い可能性がある。また、構造体の詳細を、意図する用途に応じて、好ましい角度または角度の範囲で散乱を行うように調整することができる。
【００５６】
したがって、前述の説明は、広角の反射率を有するミラーシステムの様々な製造を可能にする。１つのそのようなミラーシステムは、あらゆる屈折率の媒体にさらされた場合、すべての入射の角度で極めて高く反射する、拡散的に反射するミラーを含む。そのようなミラーシステムは、ミラーの裏側領域で局部的に低下された反射率に関わらず、均一に光を反射することができる。
【００５７】
ここで代表的な実施形態は、以下の図示した実施例に説明され、すべての割合および百分率はすべて指示がない限り重量による。
【００５８】
（実施例１）
配向ＰＥＮおよびＰＭＭＡから作製された２つの多層ミラーをともにラミネート加工するために、光学的接着剤を使用することによって拡張バンドミラーフィルムスタックを作製した。垂直入射非偏光については、約４００ｎｍから約１０００ｎｍに及ぶ反射バンドを有する可視および近赤外線ミラーを提供するために、米国特許第６，７８３，３４９号（ニービン（Neavin）ら）に記載の方法にそれぞれ従った倍率器と２６５層の２つのパケットを使用して形成されたＰＥＮ／ＰＭＭＡの５３０層で、第１のミラーを作製した。第２のミラーは、同様に作製されたが、約１０００ｎｍ〜１７００ｎｍの反射率バンドを有する赤外線ミラーを提供するためにＰＥＮ／ＰＭＭＡの１６５層の１つのパケットのみが含有された。ＭＡ材料は約１．４９の屈折率を有する実質的に等方性にととどまる一方、各ミラーは、約１．７５の実質的に等しい面内屈折率（６３３ｎｍで測定される）、および約１．４９のｚ−軸線屈折率を有するＰＭＰＥＮ材料複屈折を提供するために、２軸的に適した状態下で伸張された。光学的接着材は、ミネソタ州セントポール（St.Paul,Minnesota）、３Ｍ社から入手可能である、２５ミクロン（１．０ミル）の厚さのアクリル感圧性接着剤（屈折率が６３３ｎｍでおよそ１．４７４２）の、３Ｍ（商標）光学透明ラミネート接着剤（Optically Clear Laminating Adhesive）８１４１であった。結果として得られたワイドバンドラミネート加工ミラーフィルムスタック（wideband laminated mirror film stack）は、垂直入射で約４００ｎｍ〜１７００ｎｍの反射率バンドを有した。斜め入射に関して、ラミネート加工されたスタックは、ＰＭＭＡ材料（ここでは材料「ａ」として指定される）で測定された伝播角度θａが０°〜約６５°の範囲である光のための高い反射率を維持する。θａが約６５°を超過し始めると、ｐ−偏光のためのバンド縁部が、近赤外波長から可視波長へ移動し始めることによって、ミラーシステムの反射率を急激に降下させる。急速な反射率の降下は、可視スペクトラム（約７００ｎｍ）の長い波長末端部で始まり、θａが増加するとともに可視スペクトラムからより短い波長へわたって進行する。図１２の曲線Ａは、大気（θａ＝０である）中での垂直入射でラミネート加工されたミラーに対して測定された分光透過率のプロットであり、曲線Ｂは、大気（θａ≒３５．５°である）中での６０°入射でのｐ−偏光に対する透過率のプロットである。反射率値は、所定の波長において、Ｒはパーセント反射率であり、Ｔはパーセント透過率である、関係Ｒ＋Ｔ≒１００％を使用してグラフから決定することができる。
【００５９】
このラミネート加工されたミラー装置のための対象の波長範囲は、可視波長領域であり、およそ４００〜７００ｎｍであった。適切な平均反射率が提供される対象のミクロ層の角度範囲は、θａｍａｘと対応する約６５°の上限を有する、θａに対して約０〜６５°であった。
【００６０】
フルオロポリマー拡散層は、以下の方法で作製された。ＴＨＶ−５００（商標）フルオロポリマー樹脂（ミネソタ州セントポール、ダイニオンＬＬＣ（Dyneon LLC））を、標準フィルム作製装置を使用して約０．０５ｍｍ（２ｍｉｌ）の厚さのフィルムとして押し出し、模型した。フィルムは、通常白色塗料に使用されるタイプの、二酸化チタン粉末の約２重量％を含有した。粉末を、分離されたＴＨＶのマスターバッチ（masterbatch）へ約３５重量％まで化合した。次に、マスターバッチ樹脂のペレットを、透明なＴＨＶ樹脂へ混合し、最終重量パーセントが約２％となった。ＴＨＶフルオロポリマーの屈折率は約１．３５であり、その率はミラーラミネート内のＰＥＮおよびＰＭＭＡの両方の屈折率よりも低く、大気の屈折率よりも高い。関係ｎａ＊ｓｉｎθａｍａｘ＝ｎｉ＊ｓｉｎθｉｍａｘを使用し、この屈折率は、θａｍａｘの正確な値次第で、ＰＭＭＡ材料内のθａｍａｘと対応する、ＴＨＶフルオロポリマー材料内でおよそ９０°の伝播角度θｉｍａｘ、ＴＨＶフルオロポリマーの正確な屈折率値ｎｉ、およびＰＭＭＡ材料の正確な屈折率値ｎａをもたらした。パラメータθｉｍａｘは、対象の波長範囲にわたって薄いフィルムスタックが適切な反射率を提供する、媒体「ｉ」内で測定される最大光伝播角度である。それは、スネル法則（Snell’s law）によってθａｍａｘと関連する。θｉｍａｘ≒９０°の意義は、これが、ＴＨＶ層の面に対してほとんど平行であるＴＨＶ材料内で移動する光と対応していることであり、それは、ＴＨＶ材料内のいずれかのおよびすべての可能な斜角で伝播する光は、ミラーラミネートによって適切に反射されると言うことを意味する。
【００６１】
得られた拡散フィルムを、２つの多層ミラーをラミネート加工するために使用されたものと同様の光学的接着剤を使用してミラーラミネートの前側へラミネート加工した。結果は、拡散反射特性およびワイドバンド（化合物）干渉スタックを有するミラーシステムであった。低下された反射率の局所的な領域を、後部多層ミラーの暴露した裏側上の限られた領域、または区域にサンフォード（Sanford）（商標）油性マジックから黒色インクを適用して、ミラーシステムの裏側上に作った。
【００６２】
そして、反射率を測定した。記載がない限りは、反射率は、ラムダ（Lambda）１９分光分析装置、積分球、および参照目的としてＮＩＳＴ目盛付きランバート（Lambertian）白色拡散反射体を使用して測定した。測定された各波長の光は、所定の試料の限られた部分上で垂直な入射であり、試料から反射されたすべてのそのような光を（立体角の半球にわたり、したがって鏡面的、および拡散的に反射される光の両方を含む）、パーセント反射率を計算するために積分球によって収集した。
【００６３】
図１３において、曲線Ａは、それ自身、すなわち前側に拡散層を持たず、裏側に黒色インクを適用されていない２つのラミネート加工された多層ミラーによりワイドバンドミラーフィルムスタックに対してこの方法で測定された反射率をプロットする。曲線Ｂは、ワイドバンドミラーおよびフルオロポリマー拡散層の両方を含む、全体的なミラーシステムの反射率プロットである。曲線Ｂは、対応する裏側に黒色インクが適用されていないミラーシステムの前側上の位置で測定した。曲線Ｃは、曲線Ｂと類似であるが、対応する裏側が、上述の黒色インクで完全にコーティングされた全体のミラーシステムの前側上で測定した。図１３に示すように、曲線Ａ、ＢおよびＣはすべて、可視スペクトラムを超える高い反射率を示す。曲線Ｂのミラーシステムへの黒色の裏材層の添加は、可視スペクトラムの反射率を著しく低下しない。
【００６４】
ワイドバンドミラーフィルムスタックのみを、人間の観察者が正面から見た場合（図１３、曲線Ａ）、ミラーは光沢があり、正反射をもたらす。フルオロポリマー拡散層のみでコーティングされたミラー領域（図１３、曲線Ｂ）、およびフルオロポリマー拡散層と黒色の裏材の両方でコーティングされたミラー領域（図１３、曲線Ｃ）を人間の観察者が正面から見た場合、両方のミラー領域は拡散反射をもたらす。正面からは、曲線Ｂと曲線Ｃのミラー領域とは見分けがつかず、黒色の裏材が位置されている場所を見るためにはミラーシステムを回転させる必要がある。
【００６５】
比較例１
実施例１と類似のミラーシステムが組み立てられたが、第２の多層ミラー（垂直入射反射率バンドが約１０００から１７００ｎｍに及ぶ）は省略した。すなわち、ＰＥＮ／ＰＭＭＡの５３０層で作製され、約４００ｎｍから約１０００ｎｍに及ぶ垂直入射反射率バンドを有する第１のミラーのみを使用した。この第１の多層ミラーの前側へ、実施例１の拡散フィルムを適用し、実施例１の黒色インクを裏側の部分へ適用した。反射率を同様の方法で測定した。
【００６６】
実施例１のミラーラミネートと比較して、第１のミラーのみの反射率バンドの低下されたスペクトル幅のため、この比較例１に対するθａｍａｘの値は、実施例１の６５°の値よりも実質的に小さく、拡散フィルムに対する対応するθｉｍａｘは、９０°よりも実質的に小さい。これは、拡散フィルム内で斜め伝播する光のかなりの割合が、この比較例１の多層ミラーによって適切に反射されないことを意味する。
【００６７】
図１４の曲線Ａは、それ自体によって、第１の多層ミラーのための反射率をプロットする。曲線Ｂは、前側へ適用された第１の多層ミラースタックおよびフルオロポリマー拡散層から成るミラーシステムのための反射率をプロットするが、後部へ黒色インクの適用はなかった。曲線Ｃは、曲線Ｂと類似であるが、ミラーシステムの後部は黒色のインク層を含む。図１４に示すように、拡散ミラーシステムに黒色の裏材層を追加することによって、可視スペクトル内の反射率を著しく低下させた。
【００６８】
人間の観察者が見た場合、曲線Ａのミラーは光沢があり、正反射をもたらし、実施例１のコーティングされていないワイドバンドミラーフィルムスタックのように見える（図１３、曲線Ａ）。曲線Ｂおよび曲線Ｃのミラー領域は、拡散反射をもたらす。前側から見た場合、曲線Ｃ領域は、曲線Ｂ領域よりも明らかに暗く、２つの領域を区別するためにミラーを回転する必要はない。
【００６９】
比較例２
実施例１に類似のミラーシステムを組み立てたが、ＴＨＶベースの拡散フィルムは異なる拡散フィルムと置き換えられた。この比較例２において、実施例１のワイドバンドミラーフィルムスタックの前側へ、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社から市販の白色の３Ｍ（商標）スコッチカル（Scotchcal）（商標）３６３５−７０拡散フィルムの層を適用することによって、代替のミラーシステムが作製された。この拡散フィルムは、約６０％の光透過率を有し、ポリ塩化ビニル（１．５４の等方性の屈折率）マトリックスで分散した二酸化チタン粒子を含有する。スコッチカル（商標）製品はまた、ポリ塩化ビニル拡散層と接触する透明な感圧性接着剤層も含む。この接着層を、ポリ塩化ビニル拡散フィルムをワイドバンドミラーフィルムスタックの前側へ接着するために使用した。接着層と拡散層の両方を含むスコッチカル（商標）製品の厚さは、約３ミル（約７５ミクロン）である。
【００７０】
拡散層の屈折率を１．３５から１．５４へ増加することによって、この比較例２の拡散媒体は、多層反射体内でＰＭＭＡミクロ層の屈折率その屈折率を上回るため、厳密に言えばもはや「中間」ではない。さらに、屈折率の増加は、限定する値θｉｍａｘを、実施例１の値およそ９０°から約６１°へ低下させる。これは、ここでも、拡散フィルム内で斜め伝播する光のかなりの割合が、この比較例２の多層ミラーによって適切に反射されないことを意味する。
【００７１】
図１５の曲線Ａは、図１２の曲線Ａと同様である、それ自体によってミラーフィルムスタックのための反射率をプロットする。曲線Ｂは、ワイドバンドミラーフィルムスタックの前側へ適用されたスコッチカル（商標）拡散層を含み、対応する裏側へ黒色のインクを適用のない、代替のミラーシステムのための反射率をプロットする。曲線Ｃは、曲線Ｂと類似であるが、黒色のインクを、ミラーシステムの前側テスト領域と対応する暴露した裏側へ使用した。図１５に示すように、曲線Ｂのミラーに黒色の裏材層を追加することによって、可視スペクトル反射率を著しく低下させた。
【００７２】
人間の観察者が見た場合、曲線Ｃ領域は、Ｂ領域よりも明らかに暗く、（比較例１のミラーシステムの対応する（曲線Ｃ）領域に対する事例よりもさらに）２つの領域を区別するためにミラーを回転する必要がない。
【００７３】
比較例３
比較例２と類似のミラーシステムを組み立てたが、第２の多層ミラー（垂直入射反射率バンドが約１０００から１７００ｎｍに及ぶ）を省略した。すなわち、ＰＥＮ／ＰＭＭＡの５３０層で作製され、約４００ｎｍから約１０００ｎｍに及ぶ垂直入射反射率バンドを有する第１のミラーのみを使用した。提供された透明な感圧性接着層を使用して第１の多層ミラーの前側へ、比較例２のスコッチカル（商標）拡散層を適用し、実施例１の黒色のインクを裏側の選択した部分へ適用した。
【００７４】
比較例１で論じたように、第２の多層ミラーを除くことによって、実施例１の（ラミネート加工された）干渉スタックと比較して、薄いフィルム干渉スタック反射率バンドのスペクトル幅を低下した。したがって、この比較例３のθａｍａｘの値は、実施例１の実質的に６５°未満の値であり、値θｉｍａｘを実質的に９０°未満へ低下する。比較例１に関連するここでのさらなる問題は、拡散層の屈折率も１．３５から１．５４へ増加したことで、θｉｍａｘの値をより一層低下し、拡散フィルム内で斜め伝播する光のより大きな部分が、多層ミラーによって不適切に反射されることを可能にすることである。
【００７５】
図１６の曲線Ａは、図１４の曲線Ａと同様の、それ自体によって第１のミラーフィルムスタックのための反射率をプロットする。曲線Ｂは、第１のミラーフィルムの前側へ適用されたスコッチカル（商標）拡散層を有するミラーシステムに対する反射率をプロットする。曲線Ｃは、曲線Ｂと類似であるが、黒色のインクをミラーシステムの対応する裏側に適用した。図１６に示すように、曲線Ｂのミラーに黒色の裏材層を追加することによって、可視スペクトル反射率を著しく低下させた。
【００７６】
人間の観察者が見た場合、曲線Ｃ領域は、（比較例１および比較例２のミラーの対応する領域に対する場合よりもさらに）曲線Ｂ領域よりも明らかに暗く、２つの領域を区別するためにミラーを回転する必要がない。
【００７７】
開示されたミラーシステムの少なくとも一部の実施形態は、（１）干渉反射体のミクロ層中での超臨界的な伝播角度と対応する極めて斜光に対する反射率を含む、高い前側反射率、さらにそれが、（２）ミラーシステムの裏側の一部またはすべてが、裏側で低下された反射率を引き起こす、吸収材料または他の媒体と接触する、組み合せを提供することができる。これらの特性は、ミラーシステムの裏側での他の構成要素への取り付けと、非常に高い均一な前側の反射率を必要とする用途における利点であり得る。例えば、上述の拡散性反射ミラーシステムのいずれもが、ミラーシステムの前側反射表面を妨げるあらゆる取付機構を使用することなく、ミラーシステムの裏側への取り付けによって完全に、壁または他の支持構造へ固定することができる。さらに、これを、裏側上の取付領域または点を直接対向する領域であってさえ、ミラーシステムの前側反射率を低下することなく達成することができる。
【００７８】
そのような設計能力から利益を得る１つの適用または最終用途は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置を含むがこれに限らない、サインまたはディスプレイ用のバックライトキャビティである。大きな黒色表面およびより小さな側面を含む、ブラックライトの構造的な壁は、射出成形プラスチックまたは湾曲したシート状金属などの粗悪な光学特性ではなく、良質な構造特性を有する材料によって加工することができる。その結果、少なくとも前側表面から優れた光学的特性を有するが、粗悪な構成特性（例えば、乏しい剛性）をもつ可能性がある本明細書に記載の拡散性反射ミラーシステムを、前側の妨害がほとんどまたは全くなしに、また取り付け点に関連する前側の反射率の低下がほとんどまたは全くなしに、ミラーシステムの裏側へ取り付けることによって構造的な構成要素だけに固定することができ、それによってバックライトキャビティの反射率を最大限にする。
【００７９】
指示がない限り、本明細書および請求項で使用される特性となる大きさ、量、および物理特性を示すすべての数字は、「約」と言う用語によって修飾されることを理解されたい。それ故に、別の指示がない限りは、本明細書および添付の請求項に説明される数字のパラメータは近似値であり、本明細書に開示された教示を使用して当業者が獲得しようとする所望の特性に応じて変化し得る。
【００８０】
本発明の様々な修正および変更は、本発明から逸脱することなく行えることが、当業者に明白であるが、本明細書に記載された実施形態に制限されるべきではないことを理解すべきである。
【００８１】
本明細書全体を通して、添付の図面を参照し、ここで、同じ参照番号は同じ要素を示す。
【図１】
0006001363.tif 000002
【図２ａ】
0006001363.tif 000003
【図２ｂ】
0006001363.tif 000004
【図２ｃ】
0006001363.tif 000005
【図３】
0006001363.tif 000006
【図４】
0006001363.tif 000007
【図５】
0006001363.tif 000008
【図６】
0006001363.tif 000009
【図７】
0006001363.tif 000010
【図８】
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【図９】
0006001363.tif 000012
【図９ａ】
0006001363.tif 000013
【図９ｂ】
0006001363.tif 000014
【図９ｃ】
0006001363.tif 000015
【図１０】
0006001363.tif 000016
【図１０ａ】
0006001363.tif 000017
【図１０ｂ】
0006001363.tif 000018
【図１０ｃ】
0006001363.tif 000019
【図１１】
0006001363.tif 000020
【図１１ａ】
0006001363.tif 000021
【図１１ｂ】
0006001363.tif 000022
【図１２】
0006001363.tif 000023
【図１３】
0006001363.tif 000024
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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