(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム構造体において、
可視波長を含む広範な波長領域にわたり角度及び偏光の関数として光を選択的に透過及び反射するように構成され、垂直に入射する第１の偏光の可視光線に対する通過軸と、垂直に入射する第２の偏光の可視光線に対するブロック軸と、を画定し、更に（ａ）前記ブロック軸を含む第１の入射面において傾斜して入射する第１の偏光に対しては、前記第１の偏光の第１の光が圧縮された視野円錐の中を透過するように、前記第１の偏光の第１の光に対する傾斜角での増加した反射率、及び（ｂ）前記通過軸を含む第２の入射面において傾斜して入射する第１の偏光に対しては、前記第１の偏光の第２の光を広い視野円錐の中を透過するように、前記第１の偏光の第２の光に対する傾斜角での増加しない反射率によって特徴付けられる、複数のミクロ層と、
前記ミクロ層に連結された、可視波長にわたって１．１〜１．３の範囲内の超低屈折率を有する目的の光の波長を超える厚さの低屈折率層であって、かかる連結により、前記ミクロ層への大きく傾斜した光の伝播が制限される、又はかかる大きく傾斜した伝播光が前記ミクロ層に向けて向け直される、低屈折率層と、を備えるフィルム構造体。
【請求項２】
線状プリズムフィルムを更に備える、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
フィルム構造体において、
可視波長を含む広範な波長領域にわたり角度及び偏光の関数として光を選択的に透過及び反射するように構成され、垂直に入射する第１の偏光の可視光線に対する通過軸と、垂直に入射する第２の偏光の可視光線に対するブロック軸と、を画定し、更に（ａ）前記ブロック軸を含む第１の入射面において傾斜して入射する第１の偏光に対しては、前記第１の偏光の可視光線が圧縮された視野円錐の中を透過するように、前記第１の偏光の前記第１の入射面と直交するｓ偏光成分に対する傾斜角での増加した反射率、及び（ｂ）前記通過軸を含む第２の入射面において傾斜して入射する第１の偏光に対しては、前記第１の偏光の可視光線が広い視野円錐の中を透過するように、前記第１の偏光の前記第１の入射面と平行なｐ偏光成分に対する傾斜角での増加しない反射率によって特徴付けられる、複数のミクロ層と、
前記ミクロ層に連結された、可視波長にわたって１．１〜１．３の範囲内の超低屈折率を有する目的の光の波長を超える厚さの低屈折率層であって、かかる連結により、前記ミクロ層への大きく傾斜した光の伝播が制限される、又はかかる大きく傾斜した伝播光が前記ミクロ層に向けて向け直される、低屈折率層と、を備えるフィルム構造体。
【請求項４】
前記低屈折率層からの光を受容する、及び／又は前記低屈折率層に光を透過するように配置されたプリズム輝度上昇フィルムであって、前記第２の平面に入射する光に圧縮された視野円錐を提供するように適合される、プリズム輝度上昇フィルムを更に備える、請求項３に記載のフィルム構造体。
【請求項５】
前記低屈折率層からの光を受容する、及び／又は前記低屈折率層に光を透過するように配置された輝度上昇フィルムであって、前記フィルムが伸長プリズムを画定する構造化表面を有し、各プリズムが前記第１の平面と平行であるプリズム軸に沿って延在する、輝度上昇フィルムを更に備える、請求項３に記載のフィルム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、その反射及び透過特性が、主にフィルム内のミクロ層の間の境界面から反射する光の建設的及び相殺的干渉により決定される光学フィルムに関し、特に、かかるフィルムと、表示システムで使用するのに適している構成要素などのその他の構成要素との組み合わせに応用される。本発明はまた、関連物品、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面内のブロック軸に沿った隣接するミクロ層の間の屈折率の実質的不整合と、面内の通過軸に沿った隣接するミクロ層の間の屈折率の実質的整合とをもたらすようにその面内屈折率が選択され、ブロック軸に沿って偏光した垂直入射光に対する高反射率を確実にする一方で、通過軸に沿って偏光した垂直入射光の低反射率及び高透過率を維持する、複数のミクロ層からなる反射偏光子が以前から知られている。例えば、米国特許第３，６１０，７２９号（Ｒｏｇｅｒｓ）、同第４，４４６，３０５号（Ｒｏｇｅｒｓら）、及び同第５，４８６，９４９号（Ｓｃｈｒｅｎｋら）を参照されたい。
【０００３】
最近になって、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙの研究者らが、このようなフィルムのフィルムに垂直な方向、即ちｚ軸に沿った層間の屈折率特性の有意性を指摘し、これらの特性が斜入射角で、フィルムの反射率及び透過率においていかに重要な役割を有するかを示した。例えば、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）を参照。Ｊｏｎｚａらは、とりわけ、ブルースター角（境界面におけるｐ偏光の反射率がゼロになる角度）が非常に大きくなるか又は存在しなくなる多層スタックの構成が可能となるように、いかにして、隣接するミクロ層の間における屈折率のｚ屈折率の不整合、より簡潔にいえば、ｚ方向の不整合又はΔｎｚが調整され得るかについて教示している。これはひいては、そのｐ偏光に対する境界反射率が、入射角の増加に伴って徐々に低減するか、若しくは入射角と独立であるか又は垂直方向からの入射角に伴って増加する多層ミラー及び偏光子の構成を可能にする。その結果、ミラーの場合のあらゆる入射方向及び偏光子の場合の選択された方向において、ｓ偏光及びｐ偏光の両方に関し、広帯域幅にわたり高反射率を有する多層フィルムが達成され得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、垂直入射光に対する反射偏光子と同様の特性、及び斜めに入射した光に対する高反射率ミラーと同様の特性を呈することができる光学フィルムを開発した。こうした特性は、広帯域光、例えば、可視スペクトルに及ぶ可視光線に対して提供され得る。更に、フィルムは、フィルムが１を超える屈折率の材料に「浸漬（immersed）」されるように、また、光がフィルムを通って超臨界角（即ち、空気に対する臨界角よりもよりも傾斜した角度）で伝播できるように、フィルムが空隙を有さずに別の光学構成要素又は構成要素に接合される積層構造体の中で使用されるときでさえも、こうした特性を呈するのが望ましい。そのような構造体の１つの構成要素は、光学的に厚い「超低屈折率」（ＵＬＩ）層であるのが好ましい。ＵＬＩ層は、例えば、可視波長にわたって１．１〜１．３、又は１．１５〜１．２５の範囲内の屈折率を有してもよい。構造体は、拡散体、ライトガイド、及び／若しくは表示パネル、又はその要素などの他の光学構成要素を備えてもよい。
【０００５】
そのような光学フィルム及び積層構造体は、必要に応じて、大面積にわたって、軸方向又はほぼ軸方向に進行し、通過状態偏光を有する広帯域光を選択的に透過する一方で、大きく傾斜した角度で進行する通過状態の広帯域光を反射し、また、あらゆる角度で進行するブロック状態偏光を有する広帯域光を反射する表示装置で使用されてもよい。通過状態の透過光を、軸方向又はほぼ軸方向に対応する伝播角度の比較的狭い又は圧縮された円錐に拘束することを有利に用いて、特に、反射光の少なくとも一部が（通過状態又はブロック状態であるかを問わず）別の構成要素によって反射され、通過状態の軸方向又はほぼ軸方向の光に変換されることができるように、フィルム又は積層体がリサイクリングキャビティ又はシステムで使用される場合に、表示装置の軸方向の輝度及びコントラスト比を高めることができる。
【０００６】
積層構造体の中で１つ以上の光学フィルムを表示装置の他の構成要素と組み合わせることは、表示装置の製造業者及び供給者にとって、多くの点で（例えば、製造プロセスを迅速化及び簡略化する、在庫を減らす、並びにコストを削減する）有利であり得る。しかしながら、通常は光学フィルムの主表面と接触する空気層の排除、及びその中に光学フィルムが「浸漬」される他の光媒体で空気層を置き換えることは、設計課題を提起し得る。スネルの法則は、光が超臨界角でフィルムを通って伝播するのを防止するようにはもはや機能しない。超低屈折率（ＵＬＩ）コーティング又はその他の光学的に厚い層は、空隙に近似することができるが、かかる層は依然として、実効的に、光がある範囲の超臨界角で伝播するのを可能にする。
【０００７】
したがって、本出願は、とりわけ、複数のミクロ層と光学的に厚い低屈折率層とを備えるフィルム構造体を開示する。複数のミクロ層は、可視波長を含む広範な波長領域にわたり角度及び偏光の関数として光を選択的に透過及び反射するように構成されることができ、このミクロ層は、第１の偏光の可視光線を垂直に入射するための通過軸、及び第２の偏光の可視光線を垂直に入射するためのブロック軸を画定する。ミクロ層はまた、第１の偏光の可視光線を圧縮された視野円錐の中に透過するように、入射角が斜めのときに反射率が高くなることによっても特徴付けられるのが好ましい。光学的に厚い低屈折率層は、好ましくは、例えば、１．１〜１．３、又は１．１５〜１．２５の超低屈折率を有し、また、ミクロ層への大きく傾斜した光の伝播を制限する（例えば、低屈折率層が、ミクロ層と大きく傾斜した光の光源との間に配置する場合）、又はかかる大きく傾斜した伝播光をミクロ層に向けて向け直す（例えば、ミクロ層が、低屈折率層と大きく傾斜した光の光源との間に配置する場合）方法でミクロ層に連結される。
【０００８】
本出願は、多層光学フィルムと、この多層光学フィルムに取り付けられる光学的に厚い低屈折率層とを備えるフィルム構造体を開示する。光学フィルムは、垂直入射の可視光線の反射偏光子として実質的に機能し、斜角の可視光線のミラーとして実質的に機能するように構成されるのが好ましい。光学的に厚い低屈折率層は、可視波長に関して、超低屈折率、例えば、１．１〜１．３、又は１．１５〜１．２５の範囲内の屈折率によって特徴付けられるのが好ましい。
【０００９】
本出願はまた、超低屈折率の媒体に浸漬され得る広帯域反射偏光フィルムを包含するフィルム構造体を開示する。反射偏光フィルムは、通過軸及びブロック軸によって特徴付けられ、通過状態偏光の白色光に対するその反射率は、入射角の増加に伴って増加して、１つの入射面に圧縮された又は狭窄された視野円錐を提供する。一部の実施形態では、圧縮された視野円錐と関連する入射面は、通過軸と整列する。他の実施形態では、入射面はブロック軸と整列する。
【００１０】
関連する方法、システム、及び物品も述べられる。
【００１１】
本出願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかしながら、決して、上記要約は、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができる添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】表示システムの概略側面図。
【図２】本明細書に開示の積層体及び／又はフィルムを加えることによって改善された図１のシステムの概略的側面図。
【図３ａ】フィルムを所与の光媒体に浸漬する概念を説明する、他の層が適用される簡略化された積層フィルムの一連の概略的側面図。
【図３ｂ】フィルムを所与の光媒体に浸漬する概念を説明する、他の層が適用される簡略化された積層フィルムの一連の概略的側面図。
【図３ｃ】フィルムを所与の光媒体に浸漬する概念を説明する、他の層が適用される簡略化された積層フィルムの一連の概略的側面図。
【図４】層が空気以外の媒体に浸漬されている場合の円錐の拡大を例示する、所与の層を伝播する光の角度範囲、又は円錐の斜視図。
【図５】多層光学フィルムの一部分の概略斜視図。
【図６】反射偏光フィルムの一部分の概略斜視図。
【図７ａ】方向半球（direction hemisphere）の斜視図。半球の任意の点は、極角θ及び方位角φによって特徴付けられるフィルムの中の光の伝播方向。
【図７ｂ】図７ａの方向半球の斜視図。通過状態偏光を有する光に対する本明細書に開示の２軸コリメート多層反射偏光フィルムの透過率特性の簡略化された形態。
【図７ｃ】図７ｂと同様の斜視図。通過状態偏光を有する光に対する１軸コリメート多層反射偏光フィルムの透過率特性の簡略化された形態。
【図８ａ】超低屈折率媒体への入射角の関数としての、超低屈折率の媒体に浸漬されている多層反射偏光フィルムの計算された内部反射率のグラフ。
【図８ｂ】ブロック状態偏光及び通過状態偏光の両方に関する、及びそれぞれの場合のｓ偏光成分及びｐ偏光成分の両方に関する超低屈折率の媒体への入射角の関数としての、図８ａのフィルムの右側帯域の計算された波長のグラフ。
【図９】特定の多層光学フィルムに関する２つの直交方向に沿った層間の屈折率差のグラフ。
【図１０】超低屈折率の媒体への入射角の関数としての、媒体に浸漬されている更なる多層反射偏光フィルムの計算された内部反射率のグラフ。
【図１１】超低屈折率の媒体への入射角の関数としての、媒体に浸漬されている更なる多層反射偏光フィルムの計算された内部反射率のグラフ。
【図１２】少なくとも１つの光学的に厚い超低屈折率層及び本明細書に開示の多層反射偏光フィルムを組み込んだ積層構造体の概略的側面図。
【図１３】少なくとも１つの光学的に厚い超低屈折率層及び本明細書に開示の多層反射偏光フィルムを組み込んだ積層構造体の概略的側面図。
【図１４】図１３の積層構造体の概略正面又は平面図。
【図１５】表示パネルと多層反射偏光フィルムとを備える積層構造体の概略的側面図。
【図１６】表示パネルと、多層反射偏光フィルムと、光学的に厚い超低屈折率層と、を備える積層構造体の概略的側面図。
【図１７】表示パネルと、多層反射偏光フィルムと、光学的に厚い超低屈折率層と、を備える積層構造体の概略的側面図。
【図１８】表示パネルと、多層反射偏光フィルムと、光学的に厚い超低屈折率層と、を備える積層構造体の概略的側面図。
【図１９】ライトガイドと、多層反射偏光フィルムと、光学的に厚い超低屈折率層と、を備える積層構造体の概略的側面図。
【図２０】フィルム試料の透過率対波長のグラフ。
【図２１】組み合わされた表示パネル／バックライト積層体の概略的側面図。
【図２２ａ】様々な積層体の実施形態のコントラスト及び輝度のプロット。
【図２２ｂ】様々な積層体の実施形態のコントラスト及び輝度のプロット。
【図２２ｃ】様々な積層体の実施形態のコントラスト及び輝度のプロット。
【図２２ｄ】様々な積層体の実施形態のコントラスト及び輝度のプロット。
【図２３】種々のフィルム試料の透過率又は反射率対波長のグラフ。
【図２４】種々のフィルム試料の透過率又は反射率対波長のグラフ。
【図２５】種々のフィルム試料の透過率又は反射率対波長のグラフ。
【図２６ａ】空隙を組み込んだバックライト構造の概略的側面図。
【図２６ｂ】図２６ａのバックライトに対する角度の関数としての輝度のグラフ。
【図２７ａ】積層バックライト構造体の概略的側面図。
【図２７ｂ】図２７ａのバックライトに対する角度の関数としての輝度のグラフ。
【００１３】
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】
【００１４】
表示装置、バックライト、照明器具等で使用するのに適したほとんどの光学フィルムは、光の入射角と共に変化する光の透過及び反射特性を有している。多層光学フィルム、例えば、一部の光が複数のミクロ層の境界面から反射されて建設的又は相殺的干渉を受け、所望の反射又は透過特性をもたらすのに十分なだけ薄い複数のミクロ層を備える多層光学フィルムは、特定の媒体（典型的には空気）への特定の入射及び／又は出射角範囲用に設計される。同様に、プリズム輝度強化フィルムなどの表面構造化フィルムもまた、空気中への特定の入射及び／又は出射角範囲用に設計される。空気中への所定の入射角に関し、こうした光学フィルムの伝播角度及び出射角は、反射に関するスネルの法則などの周知の式、及び回折格子の式などのその他の式よって決定される。
【００１５】
液晶表示装置（ＬＣＤ）用途で使用される多くの光学フィルムは、空気中で使用するために設計される、即ち、光は、空気中からフィルムの第１の主表面にある範囲の入射角にわたって衝突し、光は、フィルムの第２の主表面からある範囲の出射角のにわたって空気中に出射し、入射角又は出射角の一方又は両方は、空気中で０°〜９０°の範囲をカバーする。このようなフィルムは、空気中に「光学的に浸漬されている（optically immersed）」ということができる。これは、肉眼で任意の空気層を観察するのが難しい場合であっても当てはまる。例えば、１つの光学フィルムを別の光学フィルムの上に置く場合、肉眼には、２枚のフィルムはそれらの全主表面にわたって実質的に接触状態にあるように見える可能性がある。しかしながら、多くの場合、そのようなフィルムは、有限個の点で互いに接触しているだけであり、光学的に厚い空隙（即ち、その厚さが目的の光の波長を実質的に超える空隙）が、フィルムの主表面の間に実質的に維持されている。
【００１６】
液晶表示装置及びその他の製品のコスト削減、並びに／又は製品の厚さを薄くするといった設計強化に対する市場動向は、不必要な構成要素を特定して排除し、個々の構成要素を組み合わせて１つ以上の一括セットにするという要求をもたらし得る。光学フィルムの場合、そのような要求は、光学フィルムを１つ以上の他のフィルム又はシステムの構成要素に固着して又は取り付けて、積層体の要素の間に空隙が実質的に存在しない積層構造体を形成するという試みをもたらし得る。
【００１７】
図１は、参照しやすいようにデカルトｘ−ｙ−ｚ座標系の概念内で、ディスプレイアセンブリ１１２とバックライト１１４とを備える典型的な表示システム１１０の概略的側面図を示す。このシステム１１０がＬＣＤの場合、ディスプレイアセンブリ１１２は、前後の吸収偏光子の間に挟まれた液晶（ＬＣ）表示パネルを備えてもよく、このＬＣ表示パネルは、電極構造のアレイ及び個々にアドレス可能な画素（ピクセル）を形成するためのカラーフィルターグリッドを備え、その間に液晶材料が配置されたガラスのパネル板を更に備える。制御装置１１６は、接続部１１６ａを介してディスプレイアセンブリ１１２に連結して、観察者１１８が認識することができる好適な画像を生成するために、電極構造を適切に駆動する。バックライト１１４は「エッジ照明」の種類のものであってもよく、その場合、１つ以上のＬＥＤ、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、又はその他の好適な光源１２０ａ、１２０ｂが、バックライトの１つ以上の縁部又は境界に沿って、その表示領域の外側に位置付けられる。あるいは、バックライトは直接照明の種類のものであってもよく、その場合、１つ以上のかかる光源１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅが、拡散板又はその他の好適な要素の後の表示領域内に位置付けられてもよい。いずれの場合にも、バックライト１１４は、ディスプレイアセンブリ１１２の表示領域に対応する大きな出力エリア１１４ａにわたって光を提供する。バックライトによって提供される光は、典型的には白色である、即ち、観察者に少なくとも名目上白に見えるように、赤、緑、及び青色スペクトル成分（又はスペクトル成分のその他の好適な混合）の適正なバランスを含む。
【００１８】
表示システム１１０はまた、典型的には、ディスプレイアセンブリ１１２とバックライト１１４との間、又はシステムの他の場所に１つ以上の光学フィルム又は他の構成要素を備える。表示システムの種類によっては、そのような構成要素は、例えば、１つ以上の偏光子（例えば、吸収性偏光子及び／又は反射偏光子など）、拡散体（例えば、拡散板、利得拡散体（gain diffuser）、体積拡散体、及び／又は表面拡散体）、及び／又はプリズム輝度強化フィルム（例えば、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，ＵＳＡ）から市販されている各種Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）ＢＥＦ製品のいずれか）を備えてもよい。こういったフィルムは、「使用不可能な光」（即ち、ディスプレイアセンブリ１１２の中の後方吸収偏光子によって吸収されることになる偏光であるという理由、又は不適当な角度で伝播するという理由のいずれかによって、所望のシステム出力に貢献しないことになる光）をディスプレイアセンブリから離れるように反射した後、例えば、拡散、鏡面反射、又は半鏡面反射体を介して、こうした反射光の一部を「使用可能な光」（即ち、システム出力に貢献することができる光）としてディスプレイアセンブリに戻るように向け直すことによって、表示システムの効率及び／又は輝度を強化するためにしばしば使用される。こうした光の反射及び再方向付けは、表示システム内における少なくともある程度の光リサイクリングを提供し、このリサイクリングは、一般に矢印１２２ａ、１２２ｂで示される。
【００１９】
通常ディスプレイアセンブリ１１２とバックライト１１４との間に設置される、又は他の場所に配置されるフィルム及び構成要素は、上述の空隙を有さない積層構造体で使用するための候補である。かかる積層構造体は、図２の表示システム２１０に概略的に描かれている。積層構造体を除いて、システム２１０は、上述の種々の順列を含んで図１のシステム１１０と実質的に同一であり得、同様の要素については同様の参照番号を使用し、簡潔にするためにここでは更なる説明を省略する。しかしながら、図２の表示システムは、１つ以上の光学フィルムを他のフィルム又は構成要素に空隙なしで接合して、図のような１つ以上の積層体２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを提供している。この図では、積層体２１２ａは、ディスプレイアセンブリ１１２（又はその構成要素）に空隙なしに付着し、積層体２１２ｃは、バックライト１１４（又はその構成要素）に空隙なしに付着している。場合によっては、１つ以上の光学フィルムを、他のフィルム（１枚又は複数）あるいは構成要素（１つ又は複数）に、それらの間に空隙なしに付着させるが、ディスプレイアセンブリ及びバックライトの両方から空隙を介して離間され得る積層体２１２ｂが提供されてもよい。
【００２０】
積層体に含まれる光学フィルムの種類によっては、空気境界面又は空隙は、光学フィルムの作用に支障を与える場合があり、又は与えない場合もある。接合される各フィルム又は構成要素が、光の入射の過程で、又は光がフィルムの１つの主表面に入射した後で他の主表面から出射する前に、光を実質的に散乱ないしは別の方法で向け直さない場合には、このフィルムは、積層前、即ち、空隙の排除の前と同様に機能し続ける可能性がある。しかしながら、光が非平面を通って、又はフィルムと平行でない表面を通ってフィルムに入射する場合、フィルムは適切に機能しない可能性がある。この１つの例は、Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）ＤＢＥＦ多層反射偏光フィルム上にコーティングされたＢＥＦプリズムである。ＢＥＦプリズムフィルム及びＤＢＥＦフィルムは共に、空気中で使用するように設計されているが、両方のフィルムの平面を、例えば、光学接着剤で光学的に連結することによって空隙が排除されると、機能の損失は生じない。別の例は、吸収偏光子フィルムに積層されたＶｉｋｕｔｉ（商標）ＤＢＥＦフィルムである。これらの例の両方において、空隙の排除は、影響を受けたフィルムを通って伝播する光の角度分布に実質的に影響を与えない。別の言い方をすれば、積層構造体の中の各光学フィルムは、その主表面が空気と接触することができないにもかかわらず、空気中に光学的に浸漬されているということができる。このことは、図３ａ〜図３ｃに関連して以下に更に説明される。
【００２１】
別の場合では、大きく傾斜した光を生成する少なくとも１枚のフィルム又は構成要素が積層体に提供され、空隙の排除とそのような大きく傾斜した光との組み合わせは、「超臨界」光を、システム性能を低下させるやり方で目的の光学フィルムを通して伝播させ、積層体から射出させる効果を有する。「超臨界」光とは、平坦で滑らかな空気／フィルム境界面を使用した空気中からの照射によって達成され得るよりも傾斜した角度でフィルムを通って移動する光を意味する。このように、フィルムが空気中に光学的に浸漬されている場合、空気中からフィルムの主表面に衝突する光の最大入射角は９０度である。そのような斜入射光は、フィルムの屈折率の関数である臨界角（θｃ）でフィルムの中に屈折される。臨界角は、典型的には、光がフィルム内を伝播することになる最も傾斜した角度である。超臨界光を光学フィルムを通して伝播させて、最終的に積層構造体から出射させることができる積層構造体では、光学フィルムは、空気より高い屈折率の媒体に光学的に浸漬されているということができる。このことは、図３ｃに関連して以下に更に説明される。本出願の文脈において、「光学的に浸漬されている」として記述されるフィルム又は構成要素は、他に指示がない限り、屈折率が空気よりも高い媒体に光学的に浸漬されていると考えられる。
【００２２】
そのような状況は、ＢＥＦプリズムフィルムを、バックライトの拡散板、又はＬＣＤパネルに、例えば、１．５に近い屈折率を有する従来の光学接着剤を使用して積層する場合に生じ得る。どちらにおいても、ＢＥＦフィルムの入射角及び出射角は、空気の屈折率と有意に異なる積層用接着剤の屈折率の影響を著しく受ける。この状況は、従来の光学接着剤を使用して拡散体を反射偏光子の片側に積層した後、その反対側をＬＣＤパネルに積層する場合にも生じ得る。この場合、光学接着剤は、拡散体内で生成された大きく傾斜した光を、超臨界光として反射偏光子に透過させ、この超臨界光は、ＬＣＤパネルに更に透過することができる。反射偏光子もＬＣＤパネルも、典型的には、かかる大きく傾斜した光に適合するように設計されていないので、このことにより、偏光子及びＬＣＤパネル内の大量の内部散乱光によって性能が低下する結果となり得、ひいては、表示コントラスト及び輝度がかなり低下する結果となり得る。たとえ（例えば、ミクロ層の数を増やし、ミクロ層を特徴付ける厚さ勾配の上限を拡大して）多層スタックの反射偏光子の既に広い反射帯域を実質的に拡大することによって、より広範囲の入射角に対処するように反射偏光フィルムを再設計したとしても、そのような再設計されたフィルムは、より広範囲の角度にわたって通過軸偏光を透過させ続け、前述の問題は解決されないままとなる。
【００２３】
積層構造体を伝播する超臨界光に伴う問題を最小限に抑えるために、光学設計の観点から、できるだけ空隙に似ている材料層、例えば、光学的に厚い光路に対する光の透過性が高く、その屈折率が１．０に近い材料層を使用することが望ましいことになる。別の言い方をすれば、表面対表面のやり方で透過光学構成要素を物理的に取り付け、尚且つ入射角及び出射角を空気に匹敵する角度に制限する手段の必要性が存在する。機械的完全性が良好でヘイズが低い超低屈折率フィルムが近年開発された。そのようなフィルムは、空隙を近似するためにほとんどあらゆる光学フィルムにコーティングされることができ、その後、任意の従来の光学接着剤を適用して、このコーティングされたフィルムをシステムの別の構成要素に近似することができる。好適な超低屈折率材料は、例えば、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる次の米国特許出願に記載されている：米国特許出願第６１／１６９４６６号、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｍ」（代理人整理番号６５０６２ＵＳ００２）、２００９年４月１５日出願；米国特許出願第６１／１６９５２１号、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｅ」（代理人整理番号６５３５４ＵＳ００２）、２００９年４月１５日出願；米国特許出願第６１／１６９５３２号、「Ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」（代理人整理番号６５３５５ＵＳ００２）、２００９年４月１５日出願；米国特許出願第６１／１６９５４９号、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｍ  ｆｏｒ  Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ」（代理人整理番号６５３５６ＵＳ００２）、２００９年４月１５日出願；米国特許出願第６１／１６９５５５号、「Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ  ａｎｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｅ」（代理人整理番号６５３５７ＵＳ００２）、２００９年４月１５日出願；米国特許出願第６１／１６９４２７号、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｄｅｆｅｃｔｓ」（代理人整理番号６５１８５ＵＳ００２）、２００９年４月１５日出願；米国特許出願第６１／１６９４２９号、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ａ  Ｎａｎｏｖｏｉｄｅｄ  Ａｒｔｉｃｌｅ」（代理人整理番号６５０４６ＵＳ００２）、２００９年４月１５日出願；及び米国特許出願第６１／２５４，２４３号、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ」（代理人整理番号６５６１９ＵＳ００２）、２００９年１０月２２出願。超低屈折率材料は、ゲルタイプのヒュームドシリカを使用して作製することもできる。超低屈折率材料は、例えば、可視波長にわたって１．１〜１．３、又は１．１５〜１．２５の範囲内の屈折率を有し得る。以下に更に論じられるように、超低屈折率材料はまた、屈折率勾配を呈してもよい。例えば、材料は、結合剤と複数の粒子とを含む勾配フィルム又は層の形態であってもよく、結合剤と複数の粒子の重量比は約１：２未満である。勾配光学フィルム（gradient optical film）は、局所体積分率を有する複数の相互接続したボイドを更に含んでもよく、複数の相互接続したボイドの局所体積分率はフィルムの厚さ方向に沿って変化して、フィルム内にこの厚さ方向に変化する局所屈折率をもたらす。共に本出願と同日に出願された米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、「ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＬＯＷ  ＩＮＤＥＸ  ＡＲＴＩＣＬＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」（代理人整理番号６５７１６ＵＳ００２）；及び米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、「ＰＲＯＣＥＳＳ  ＦＯＲ  ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＮＡＮＯボイドＥＤ  ＡＲＴＩＣＬＥ」（代理人整理番号６５７６６ＵＳ００２）を参照し、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
【００２４】
かかる超低屈折率材料を、角度感度の高い（angle-sensitive）光学フィルムを備える積層体で使用することができ、その結果、超臨界光伝播の悪影響を最小限に抑えた状態で、かかるフィルムを他のフィルム又は構成要素と機械的又は光学的に連結することができる。しかしながら、１つ以上のそのような超低屈折率材料層を積層構造体の中で使用するときでさえ、超臨界光伝播の影響は、依然としてシステム性能において重量な役割を果たし、実際に、多層光学フィルム及び／又はその他の角度感度の高い光学フィルムの設計面が適切に取り扱われないと、システム性能を実質的に低下させる可能性がある。
【００２５】
超臨界光伝播を支持する積層体で使用される多層反射偏光フィルムの具体的な設計考慮を考察する前に、図３ａ〜図３ｃを参照して、空気以外の媒体に光学的に浸漬するフィルムの概念を図示する。
【００２６】
図３ａ〜図３ｃは、フィルムを光媒体に浸漬する概念を説明する、他の層が適用される簡略化された積層フィルムの一連の概略的側面図である。図３ａにおいて、基本的なフィルム構造体３１０は、両側が屈折率ｎ０の媒体（これは空気（ｎ０＝１．０）であると考えられる）に暴露された積層フィルム３１２から本質的になる。説明を簡単にするため、この図３ａ〜図３ｃに示されるｎ０及び他の屈折率は、等方性であると仮定する。更に、フィルム３１２は、２つの層だけを有するものとして図示されており、第１の層は、屈折率ｎ１がほぼ１．５以上である、ポリマーなどの従来の低屈折率光学材料であり、第２の層は、屈折率ｎ２が約１．５以上であるが、ｎ２はｎ１よりも実質的に大きい、異なるポリマーなどの高い屈折率光学材料である。フィルム３１２は、第１の主表面３１２ａと、第１の層と第２の層を分離する表面又は境界面３１２ｂと、第２の主表面３１２ｃとを有する。表面３１２ａは、空気の厚い層３１４に露出しており、表面３１２ｃは、空気の別の厚い層３１６に露出している。
【００２７】
図３ａを更に参照すると、光は、下方、即ち、空気の層３１４からフィルム３１２に入射する。入射光は、フィルム３１２の厚さの寸法に対して垂直であり得る図のｚ軸にほぼ沿って移動するが、入射光は、ｚ軸に対して平行に方向付けられる光線、ｚ軸に対して適度な斜角で方向付けられる光線、及びすれすれ入射で表面３１２ａにぶつかるようにｚ軸に対して事実上垂直である極度な斜角で方向付けられる光線など、最大限広い範囲の光線伝播方向を含む。この最大限広い範囲の入射角は、５頭矢印記号３０５で表わされている。一部の例では、記号３０５の付いた配光は準均等拡散（quasi-Lambertian）であってもよく、他の例では大きく異なる分布を有してもよい。いずれの場合も、記号３０５の配光は、考えられる半球状（又は２π立体角）の光路にわたる全方向に進行する若干の光を含む。本発明者らは、ここでは、空気層３１４からフィルム３１２を通って反対側の空気層３１６へと通過する場合の入射光について追求する。そうすることで、様々な境界面における屈折に焦点を合わせ、簡略化のために反射を無視する。
【００２８】
表面３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃは全て、平面で滑らか、及びｚ軸に対して垂直であると仮定する。したがって、空気層３１４からの入射光が主表面３１２ａに衝突すると、この光は、スネルの法則、即ち、ｎ０  ｓｉｎθ０＝ｎ１  ｓｉｎθ１に従ってフィルム３１２の第１の層の中へ屈折する。入射光は、入射角範囲がθ０＝０〜θ０≒９０度である光線を含むので、屈折光は、その屈折角、又は伝播角がθ１＝０〜θ１＝θｃ１の範囲の屈折光線を含み、ここで、ｓｉｎ（９０）＝１及びｎ０＝１であるので、θｃ１は第１の層の材料の臨界、即ち、θｃ１＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）である。第１の層での全屈折光線の収集は、その半角がθｃ１である円錐で表わされている。
【００２９】
屈折光は、ｚ軸にほぼ沿って前進し、表面又は境界面３１２ｂに遭遇し、そこで光が、その屈折率がｎ２である第２の層に入射すると、第２の屈折が生じる。第２の屈折は、ここでもスネルの法則に従い、ある範囲の伝播方向又は角度θ２にわたって第２の層内に屈折光を生成し、ここで、θ２は、θ２＝０〜θ２＝θｃ２の範囲である。角度θｃ２は、第２の層の材料の臨界角、即ち、θｃ２＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ２）である。第２の層での全屈折光線の収集は、その半角がθｃ２である円錐で表わされている。屈折率ｎ２は屈折率ｎ１よりも大きいと仮定されるので、角度θｃ２は、θｃ１よりも小さいものとして示されている。
【００３０】
第２の層で屈折した光は、主表面３１２ｃに遭遇するまで更に前進する。ここで、光が第２の層から空気層３１６へと通過するときに、別の屈折が生じる。この場合も先と同様にスネルの法則に従って、第２の層の光の伝播角度θ２の範囲は、屈折によって、空気層３１６の伝播角度範囲である０〜ほぼ９０度の範囲（ここでも同様に記号３０５で示される）に変えられる。このように、フィルム３１２を進行する過程で、空気中から半球形に入射した光は、フィルムの異なる材料層において光の円錐分布へと変換された後、もう１つの空気層において半球形に伝播する光へと再度戻る。材料層における円錐分布の半角は、それぞれの材料の臨界角に等しい。
【００３１】
ここで図３ｂを参照すると、別のフィルム構造体３２０の概略的側面図が示されている。フィルム構造体３２０は、図３ａの２つの積層フィルム３１２を備えるが、フィルム３１２の各側に、屈折率ｎｏ’を有する超低屈折率材料の１つの層が加えられて、構造体３２０を提供する。屈折率ｎｏ’は、空気より大きいが、低屈折率ｎ１よりも実質的に小さい。屈折率ｎｏ’の材料の第１の層３２２は、フィルム３１２の表面３１２ａに適用され、屈折率ｎｏ’の材料の第２の層３２４は、フィルム３１２の表面３１２ｃに適用される。元のフィルム３１２は層３２２、３２４と組み合わされて、空気に露出する平坦で滑らかな主表面３２２ａ、３２４ａを有する新しいフィルムを形成し、表面３２２ａ、３２４ａは表面３１２ａ〜３１２ｃと平行である。
【００３２】
更に図３ｂを参照すると、光は、下方、即ち、空気の層３１４から構造体３２０に入射する。図３ａと同様に、入射光は、図のｚ軸にほぼ沿って移動するが、光線は、ここでも５頭矢印記号３０５で表わされる最大限広い範囲の入射角に及ぶ。本発明者らは、ここでは、空気層３１４から構造体３２０を通って反対側の空気層３１６へと通過する場合の入射光について追求する。
【００３３】
空気層３１４からの入射光が主表面３２２ａに衝突すると、この光は、スネルの法則、即ち、ｎ０  ｓｉｎθ０＝ｎ０’  ｓｉｎθ０’に従って層３２２の中へ屈折する。入射光は、入射角範囲がθ０＝０〜θ０≒９０度である光線を含むので、屈折光は、その屈折角、又は伝播角がθ０’＝０〜θ０’＝θｃ０の範囲の屈折光線を含み、ここで、θｃ０は超低屈折率材の臨界角、即ち、θｃ０＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ０’）である。層３２２での全屈折光線の収集は、その半角がθｃ０である円錐で表わされている。
【００３４】
この屈折光は、次に構造体３２０の残部を通って前進する。その間に、個別層のそれぞれにおける伝播方向の範囲を表す角度の円錐が、スネルの法則によって決定される。簡単なやり方で、図３ｂに示されるように、光が層３２２から層３２４へと前進するにつれて、伝播方向の円錐の半角が、θｃ０からθｃ１、θｃ２、θｃ０へと変化することは、容易に推測され得る層３２４から空気層３１６の中へ屈折する光は、この場合も、最大限広い範囲の伝播角度３０５に屈折される。
【００３５】
図３ａと図３ｂを比較すると、フィルム３１２への層３２２、３２４の追加は、フィルム３１２内部の伝播方向の範囲を変えるのに役に立たないのが分かる。フィルム３１２の２つの層のそれぞれに関し、伝播錐体の半角は同じままである。層３２２、３２４に用いられる屈折率に関係なく、この結果は同じとなることに留意されたい。そのため、フィルム３１２と空気の間に層３２２、３２４が存在するにもかかわらず、それでもやはり、フィルム３１２はなおも空気中に光学的に浸漬されていると特徴付けられる。
【００３６】
ここで図３ｃを参照すると、層３２２、３２４が層３３２、３３４で置き換えられていることを除いて、構造体３３０と実質的に同じであるフィルム構造体３３０が示されている。層３３２、３３４は、層３２２、３２４と同じ超低屈折率を有する。しかしながら、図３ｂの平坦で滑らかな主表面３２２ａ、３２４ａは、有意な拡散効果をもたらす粗面化された主表面３３２ａ、３３４ａで置き換えられている。結果として、空気層３１４から主表面３３２ａに衝突する半球形に分布した入射光線は、図３ｂの場合のように半角θｃ０の円錐に拘束されるのではなく、層３３２において全ての伝播角度（記号３０５参照）で屈折及び拡散される。層３３２のこの拡大された伝播角度範囲は、境界面３１２ａにおけるスネルの法則により、フィルム３１２の第１の層に伝播方向の円錐を生成し、その半角θｃ１’は、図３ｂの対応する半角θｃ１よりも実質的に大きい。具体的には、θｃ１’＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０’／ｎ１）である。この光がフィルム３１２の第２の層に移行すると、光は表面３１２ｂで屈折して第２の層に伝播方向の円錐を生成し、この円錐もまた、図３ｂの対応する円錐と比べて拡大されている。半角θｃ２’は、θｃ２’＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０’／ｎ２）に従って計算される。この光は表面３１２ｃで屈折して、スネルの法則により全ての角度で超低屈折率層３３４に入り、次にこの光は、粗面化された主表面３３４ａのせいで屈折して、全ての角度で空気層３１６の中に拡散する。
【００３７】
図３ｃを図３ａ及び図３ｂと比較すると、光は、構造体３２０、３１０と比べて、構造体３３０において、より斜角でフィルム３１２の層に伝播することができることが分かる。光は、超低屈折率層３３２から全ての角度でフィルム３１２上に衝突することができるので、また、任意のかかる角度でフィルム３１２に入射する光は、層３３４、３１６を介してフィルムを射出することができるので、図３ｃのフィルム３１２は、屈折率ｎ０’の超低屈折率材料に光学的に浸漬されているということができる。
【００３８】
図４は、層が空気以外の媒体に光学的に浸漬されている場合の円錐の拡大を例示している、所与の層を伝播する光の角度範囲、又は円錐の斜視図である。このように、円錐４１０の半角は、層材料の臨界角θｃである。これは、層が空気中に光学的に浸漬されている場合に起こり得る光の伝播方向の範囲である。層が空気より大きい屈折率の媒体に光学的に浸漬されている場合、光伝播方向の範囲は、半角θｃ’であるより広い円錐４１２に拡大する。これら２つの円錐、又は立体角の間の差は、図４では異なる角度θｇａｐで表わされている。その伝播方向がこのギャップの中にある光は、層（又は層の一部のフィルム）が処理するように設計されていない可能性がある光を表す。
【００３９】
多層光学フィルムが超低屈折率材料に光学的に浸漬されているものと考えることができるように、１つ以上の光学的に厚い超低屈折率の層を備える開示の積層構造体で使用することができる該多層光学フィルムにここで注意を向ける。まず、多層光学フィルムの一般的な性能の広範な記載から始め、その後、多層光学フィルムを、斜角反射又はコリメーティング特性を備える光学的に浸漬されている反射偏光子として使用するのを可能にする具体的な設計特性について記載する。
【００４０】
図５は、典型的には１つ以上の隣接パケットに配列される数十又は数百というこのような層を備える多層光学フィルム５００のうちの２つの層だけを図示している。フィルム５００は、個別のミクロ層５０２、５０４を備えている。これらのミクロ層の屈折率特性は異なっており、隣接し合うミクロ層の境界面で一部の光を反射するようになっている。ミクロ層は、複数の境界面で反射された光が、建設的又は破壊的干渉を受けてフィルムに所望の反射又は透過特性を提供できるような薄さである。光を紫外線、可視又は近赤外線波長で反射するように設計された光学フィルムでは、各ミクロ層は、一般に約１μｍ未満の光学的な厚さ（即ち、物理的厚さに屈折率を乗じたもの）を有する。しかしながら、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させるフィルム内に配置されている保護境界層などのより厚い層を含めることもできる。
【００４１】
多層光学フィルム５００の反射及び透過の性質は、それぞれのミクロ層の屈折率、ミクロ層の総数、及びミクロ層の厚さの関数である。各ミクロ層は、少なくともフィルムの局所的位置で、面内屈折率ｎｘ、ｎｙと、フィルムの厚さ方向軸と関連付けられる屈折率ｎｚとによって特徴付けることができる。これらの屈折率は、それぞれ互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に沿って偏光された光の対象材料の屈折率を表わす（図５を参照）。
【００４２】
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５００は、典型的には数十又は数百の２種の高分子の交互層Ａ、Ｂを同時押出形成し、その後で、必要に応じて多層押出物を１つ以上の倍増ダイに通し、次に押出物を伸張又は他の方法で延伸させて最終フィルムを形成することによって製造することができる。得られたフィルムは、典型的には数十又は数百の個々のミクロ層で構成されており、その厚み及び屈折率は、可視又は近赤外などの所望のスペクトル領域において１つ以上の反射帯域をもたらすように調整されている。妥当な数の層で高反射率を達成するために、隣接ミクロ層は、ｘ軸に沿って偏光した光に対して少なくとも０．０５である屈折率の差（Δｎｘ）を呈し得る。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、隣接ミクロ層は、ｙ軸に沿って偏光した光に対して、例えば、少なくとも０．０５の屈折率差（Δｎｙ）を呈し得る。
【００４３】
必要に応じて、ｚ軸に沿って偏光した光の隣接ミクロ層間の屈折率差（Δｎｚ）を調整して、斜めに入射した光のｐ偏光成分に望ましい反射率特性を達成することができる。説明を容易にするために、多層光学フィルム上の任意の対象点において、ｘ軸は、面内Δｎの大きさが最大となるようにフィルムの平面内で延伸されているとみなす。したがって、Δｎｙの大きさは、Δｎｘの大きさに等しいか又はそれ未満（超過ではない）であってもよい。更に、差Δｎｘ、Δｎｙ、Δｎｚの計算を始める材料層の選択は、Δｎｘが負にならないように決定される。言い換えれば、境界面を形成する２層間の屈折率の差はΔｎｊ＝ｎ１ｊ−ｎ２ｊであり、式中、ｊ＝ｘ、ｙ、又はｚであり、層の表記１、２は、ｎ１ｘ≧ｎ２ｘ、即ち、Δｎｘ≧０となるように選定される。
【００４４】
斜入射角のｐ偏光のほぼ軸上の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となるように制御することができる。あるいは、Δｎｚ≦０．２５＊Δｎｘである。ゼロ又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又はほぼ一定である境界面をミクロ層の間にもたらす。更に、ｚ屈折率の不一致Δｎｚは、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、即ち、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。
【００４５】
所与の多層フィルムのミクロ層の全ての厚さが同じであるように設計される場合には、フィルムは、狭波長帯域のみにわたって高反射率をもたらすことになる。帯域が可視スペクトル内のどこかにあるする場合、そのようなフィルムは高度に着色されて見えることになり、色は角度の関数として変化する。ディスプレイ装置用途との関連では、目立つ色を呈するフィルムは一般に避けられるが、場合によっては、システムの他の場所の色のアンバランスを補正するために、所与の光学フィルムがわずかな色を導入するのは有益であり得る。ミクロ層（もっと正確にいうと、典型的には一対の隣接するミクロ層に対応する光学的反復ユニット）がある範囲の光学的な厚さを有するように調整することにより、例えば、全可視スペクトルにわたって広帯域反射率及び透過率を備える多層フィルムを提供することができる。典型的には、ミクロ層は、フィルム又はパケットの一方の側の最も薄い光学的反復ユニットから、反対側の最も厚い光学的反復ユニットまで、フィルムのｚ軸又は厚さ方向に沿って配列され、最も薄い光学的反復ユニットは、反射帯域の最短波長を反射し、最も長い光学的反復ユニットは最長波長を反射する。帯域端部を鋭くするように調整された厚さ勾配を含む、多層光学フィルムの厚さ勾配の更なる考察は、米国特許第６，１５７，４９０号（Ｗｈｅａｔｌｅｙら）に提供されている。
【００４６】
開示される多層フィルムは、可視スペクトルのほとんどにわたる波長の光を、超低屈折率（ＵＬＩ）媒体の中でほとんどの角度で反射するのに十分な帯域幅の反射帯域を有するのが望ましい。多くのディスプレイ及び照明器具に適合する可視スペクトルは、一部のシステムでは約６３０ｎｍ、その他では６５０ｎｍ、最も高い色域システムの一部では６７０ｎｍの長さに及ぶ。任意のＵＬＩ／ポリマー境界面における９０度に近い高いフレネル反射に起因して、光はこうした高角度であまり透過されない。このため、ｐ偏光に対するフィルムの通過軸の右側帯域（ＲＢＥ）は、ＵＬＩ中でθ＝７５度において約６５０ｎｍを上回るのが望ましい。屈折率が１．２のＵＬＩでは、フィルムの通過軸の最小ＲＢＥは、垂直入射で少なくとも９５０ｎｍであるのが望ましい。液晶ディスプレイのコントラスト及びカラーバランスを改善するために、ｐ偏光に対するこうしたフィルムの通過軸のＲＢＥは、垂直入射で１０００ｎｍを超える、若しくは１０５０ｎｍ、又は１１００ｎｍのように長いのが望ましい。ＵＬＩが１．１５の屈折率を有する場合、ｐ偏光に対する通過軸のＲＢＥは、垂直入射で少なくとも約９００ｎｍを超えるのが望ましく、より望ましくは９５０ｎｍを超え、又は更に１０００ｎｍである。１．１５又は１．２のいずれかより高いＵＬＩでは、フィルムの右側帯域を比例して高くするのが望ましい。
【００４７】
多層光学フィルムは、任意の好適な技術を用いて製造され得る。典型的には、製造は、ポリマー材料をその融解温度又はガラス転移温度より高い温度で加熱することと、溶融ポリマーを多層供給ブロックに供給することと、１つ以上の層増幅器を使用して層を任意に増やすことと、フィルム押出しダイを通して溶融材料を送ることと、ダイをキャスティングホイールの上に残した状態で押出品をキャスティングすることと、キャストフィルムを１つ又は２つのフィルム方向に沿って延伸ないしは別の方法で配向することとを含む。例えば、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）及び同第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）を参照されたい。一部の実施形態では、フィルムは層増幅器を使用せずに製造され得る。層増幅器は、多数の光学層の生成を大幅に単純化するが、各合成層パケットに、各パケット毎に同一でない歪みを与えることがある。この理由のため、供給ブロック内で生成された層の層厚さプロファイルの調整は、各パケット毎に同じではなく、即ち、スペクトル分断のない均一で滑らかなスペクトルを生成するために全てのパケットを同時に最適化できるとは限らない。したがって、低透過色及び反射色のための最適なプロファイルを、増幅器を使用して製造されたマルチパケットフィルム（multipacket film）を使用して作製するのは困難であり得る。供給ブロック内で直接生成された単一パケット内の層の数が、十分な反射率を提供しない場合は、２つ以上のそのようなフィルムが貼り付けられ、反射率を高めることができる。ローカラーフィルムに滑らかな分光反射率及び透過率を提供するための層厚み制御の更なる考察は、ＰＣＴ国際公開特許ＷＯ  ２００８／１４４６５６（Ｗｅｂｅｒら）に提供されている。
【００４８】
多層光学フィルムを製造するのに使用される材料は、典型的には、少なくとも可視及び近可視波長にわたって、また、フィルム内の典型的な光路距離に関して非常に低い吸光度を有するポリマー材料である。このように、所与の光線に対する多層フィルムの％反射Ｒ及び％透過率Ｔは、典型的には、実質的に相補的、即ち、Ｒ＋Ｔ≒１００％であり、通常約１％の精度内である。このように、特に記載のない限り、本明細書に開示される高反射率を有する多層光学フィルムは、低透過率を有すると考えることができ、逆もまた同様であり、本明細書に開示される低反射率を有する多層光学フィルムは、高透過率を有すると考えることができ、逆もまた同様であり、Ｒ＋Ｔ≒１００％の関係により、反射率又は透過率の報告値は、それぞれ透過率又は反射率も報告すると考えることができる。
【００４９】
光学フィルムの透過及び反射特性を考慮する際に留意すべき別の問題は、フィルムの最も外側の前側及び裏側主表面における表面反射の寄与を考慮に入れるか否かの問題である。そのような表面反射は、垂直入射では、例えば、合計約１０％反射率と比較的小さくあり得るが、大きく傾斜した角度ではかなり大きくなり得、また、ｓ偏光成分とｐ偏光成分との間では大きな差があり得る。本出願の場合には、開示の光学フィルムは、必ずしもその必要はないが、積層構造体に組み込むためのものであるのが好ましく、その場合、フィルムの外側主表面の少なくとも一方及び可能であれば両方は、空気ではなく光学材料と接触する。その結果、特に記載のない限り、本明細書に記載の反射及び透過特性は、フィルムの最も外側の前側及び裏側主表面における表面反射の寄与を含まない。そのような値は、前側及び裏側表面反射率の寄与を含む「外部反射」及び「外部透過率」と区別するために、「内部反射」及び「内部透過率」と呼ばれることがある。しかしながら、用語「内部」が本明細書で使用されていないとしても、本明細書で論じられる反射及び透過特性は、特に記載のない限り、内部反射及び内部透過率の値であると考えるべきである。
【００５０】
コンピュータモデル化された光学フィルムを取り扱っているか、又はその特性が実験室で測定される実際のフィルムを取り扱っているかを問わず、内部反射及び透過特性を容易に決定することができる。モデル化されたフィルムの反射率及び透過率の計算値の場合、これは、計算された値からそれらの表面反射率の計算を削除することによって達成される。複屈折多層フィルムに関するあらゆる角度及び帯域端部における反射スペクトル及びその特徴（例えば、反射率など）の全ては、Ｂｅｒｒｅｍｅｎ  ａｎｄ  Ｓｃｈｅｆｆｅｒ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．２５，５７７（１９７０）の４×４スタックコードを用いて計算することができる。この方法の説明は、Ａｚｚａｍ及びＢａｓｈａｒａ著の「Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｌｉｇｈｔ」（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ（Ｈｏｌｌａｎｄ）発行）に提供されている。
【００５１】
反射率又は透過率の測定値の場合、内部反射及び透過特性は、空気中でフィルムの測定を行い、表面反射率のみを表す計算又は測定値を差し引くことによって達成される。例えば、多層フィルムが、ミクロ層よりもはるかに厚い、滑らかで透明な表面層を有していると仮定すると、この表面層の屈折率を測定することができる。表面層の屈折率が分かったら、当該技術分野において周知である数式を用いて、測定した総反射率から表面反射率を差し引くことができる。この方法は、空気中への垂直入射（０度）並びに６０度などのより大きな角度の両方で有効である。同じフィルムの空気中又は実施例の屈折率１．２のような屈折率のより高い媒体中での９０度における反射率は、既知の屈折率のガラスプリズムをフィルムの両側に光学的に連結し、スネルの法則で容易に決定される適切な角度で反射率を測定することによって直接測定することができる。屈折率が約１．５〜１．７のガラスプリズムは、こうした測定に適している。かかるガラスプリズムとこうしたポリマーフィルムとの間の境界面反射は、４５度に近い角度において小さいが、多層光学フィルムの内部反射率のより正確な測定にとって必要な場合には、境界面反射を容易に計算することができる。
【００５２】
特に非ゼロの角度では、フィルムの反射の代わりに透過率を正確に測定する方が簡単なことが多い。目的のフィルムの吸光度は比較的小さい（一般に垂直入射光に関して１％未満）ので、単に透過率の値Ｔ測定して、Ｒ＝１−Ｔと仮定することができる。吸光度が約数パーセントより大きい場合、Ｒ及びＴを別々に測定することにより、垂直入射における吸光度を測定することができる。次に、より大きな角度における吸光度を容易に推定することができ、すると反射率をＲ＝１−Ａ−Ｔとして計算することができ、式中、Ｒ，Ａ、及びＴは、典型的にはパーセントで表わされ、１＝１００％である。
【００５３】
本明細書に開示される多層光学フィルムは、垂直入射光に対して偏光特性を、また、大きく傾斜した光に対して様々な反射及び透過特性を呈する。こうした特性の考察は、「通過」偏光（及び「通過」軸、「通過」平面等）、「ブロック」偏光（及び「ブロック」軸、「ブロック」平面等）、ｓ偏光、及びｐ偏光と様々に呼ばれるパラメータへの言及を必要とする。明瞭にするために、及び読者がこれらの用語を混同しないようにするのを助けるために、ここでこれらの用語を詳細に説明する。
【００５４】
従来の偏光フィルムに関しても、光は直交する２つの平面内で偏光されると考えることができ、この場合、光の伝播方向と交差する光の電気ベクトルが、特定の偏光平面内にある。更に、所与の光線の偏光状態を２つの異なる偏光成分（ｐ偏光とｓ偏光）に分解することができる。ｐ偏光は、光線の入射平面と所定の表面で偏光された光であり、この場合、入射平面は、局所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平面である。
【００５５】
例えば、図６は、標準的な偏光子６０２に入射角θで入射し、それによって入射面６１２を形成する光線６１０を示している。偏光子６０２は、ｘ軸に平行な通過軸６０４及びｙ軸と平行なブロック軸６０６を含む。光線６１０の入射面６１２はブロック軸６０６に平行である。光線６１０は、入射面６１２中にあるｐ偏光成分及び入射面と直交するｓ偏光成分を有する。光線６１０のｐ偏光は、偏光子６０２のブロック軸６０６と平行なベクトル成分を有し、したがって偏光子によってほぼ反射されるが、一方で光線６１０のｓ偏光は偏光子６０２の通過軸６０４と平行であり、少なくとも部分的に透過する。
【００５６】
更に、図６は、偏光子６０２の通過軸６０４と平行なベクトル成分を有する入射面６２２内で偏光子６０２に入射する光線６２０を例示している。したがって、光線６２０のｐ偏光は、偏光子６０２の通過軸６０４と平行であり、一方で、光線６２０のｓ偏光は、偏光子６０２のブロック軸６０６と平行である。結果として、偏光子６０２が、ブロック軸における偏光の全ての角度の入射光において１００％の、通過軸における偏光の全ての角度の入射光において０％の反射率を有する「理想的」偏光子である場合、偏光子は光線６１０のｓ偏光及び光線６２０のｐ偏光を透過し、一方で光線６１０のｐ偏光及び光線６２０のｓ偏光を反射する。換言すれば、偏光子６０２はｐ偏光とｓ偏光の組み合わせを透過する。本明細書で更に詳しく説明されるように、ｐ偏光とｓ偏光の透過量と反射量は、偏光子の特性に依存する。
【００５７】
光学的に浸漬されている反射偏光子として使用するのに適しており、また有利には、「通過」偏光状態の斜めに入射した光に対する反射率の有意な増加を呈する光学フィルムを製造するために、多層光学フィルムの隣接するミクロ層の間の屈折率の関係をどのように調整することができるかを、以下により完全に説明する。斜めに入射した光に対する有意な反射率の増加は、１つの入射面のみに生じるように、又は２つの直交する入射面に生じるように設計されてもよく、いずれの場合も、（少なくとも１つの入射面、及びいくつかの実施形態では２つの直交する入射面における高反射率及び低透過型反射率（low transmission off-axis）の結果として）光をより狭い視野円錐に拘束又は「コリメート」するのを助けて、表示システムに増加した輝度及び／又はコントラストをもたらすために、あるいは照明器具からの光をコリメートするために、リサイクリングシステムで用ることができる。用語「コリメート」は、開示される反射偏光フィルムに関連して用いられるとき、代表的な実施形態において、偏光フィルムによって反射された一部の光を少なくとも部分的にリサイクルする他の反射性又は拡散性フィルム若しくは要素とフィルムが組み合わされる、という了解の下で広く用いられることを読者は理解すべきである。そのため、偏光フィルムが、垂直入射光に対して高透過率を有し、大きく傾斜した光に対してはるかに低い透過率（より高い反射率）を有する場合、反射された斜光の少なくとも一部は、偏光フィルムによって透過される可能性が高くなるように、システムの別の光学要素によって傾斜の少ない方向で偏光フィルムに戻る向きに再度反射されることができる。この意味で、最初は大きく傾斜している光は、偏光フィルムによって透過されるときまでに傾斜の小さい光に「変換され」、また、偏光フィルムはそこに衝突する光を「コリメートする」ということができる。
【００５８】
図７ａ〜図７ｃは、開示される積層体で使用される浸漬した多層反射偏光子のいくつかの望ましい透過及び反射特性を例示するために提供されている。
【００５９】
図７ａには方向半球の斜視図が示されている。半球上の任意の点は光の伝播方向を表しており、極角θ及び方位角φによって特徴付けられる。ｚ軸は、フィルムの平面に対して垂直である。図７ａ〜図７ｃの目的上、角度θ、φは、光学的に厚い超低屈折率（ＵＬＩ）材料内で測定されると仮定され（したがって、θｌｏｗ ｉｎｄｅｘ及びφｌｏｗ ｉｎｄｅｘと呼ばれることもある）、このＵＬＩ材料層が多層光学フィルム（その反射及び透過特性が関心の対象である）に対してどこに位置決めされるかは問わない。例えば、ＵＬＩ層は、多層光学フィルムに隣接していてもよく、多層光学フィルムと光源との間に配置されてもよい。あるいは、ＵＬＩ層は、多層光学フィルムに隣接しているが、光源の反対側に配置されてもよい。あるいは、ＵＬＩ層は、積層構造体の中で１つ以上の他のフィルム又は構成要素によって多層光学フィルムから分離されているが、それらの間に有意な空隙がなくてもよい。
【００６０】
開示される多層光学フィルムは、少なくとも小さな入射角（即ち、垂直又はほぼ垂直な入射角、θ≒０）の光に対して、有意な偏光特性を呈するのが好ましい。したがって、垂直入射光に対し、フィルムは、可視波長にわたって低反射率及び高透過率の通過軸（例えば、面内ｙ軸に沿った）、及び可視波長にわたって非常に高い反射率及び非常に低い透過率のブロック軸（例えば、面内ｘ軸に沿った）を画定するのが好ましい。好ましくは、「ブロック」偏光の光は、θとφとのほぼ全ての組み合わせにわたって、即ち、半球で表わされる全方向にわたって「ブロックされる」、即ち、非常に高い反射率及び非常に低い透過率によって特徴付けられる。したがって、６０６がブロック軸である図６の図形を参照すると、開示される反射偏光フィルムは、ＵＬＩ材料で測定される最大約９０度の角度θ及びほぼ全ての可視波長に関して、平面６２２に入射するｓ偏光及び平面６１２に入射するｐ偏光に対して高反射率を維持するのが好ましい。
【００６１】
開示される偏光フィルムは、図７ｂ及び７ｃに理想的及び質的な様式で示されるように、「通過」偏光された光に対してより複雑で興味深い挙動を呈するのが好ましく、この偏光フィルムは、図７ａの方向半球を作り出し、通過偏光に対する別の開示フィルムの透過及び反射特性をこの方向半球の上に重ね合わせる。いずれの場合も、フィルムは、垂直及びほぼ垂直な入射に対して比較的高い光透過率を提供する。この透過率は、垂直／ほぼ垂直な入射のブロック状態の光の透過率との関係で「高い」ということができ、通常少なくとも５０％であり、またある場合にはそれよりもはるかに高く１００％近くなることさえあるが、ある場合には、透過率は、実質的に５０％未満であり得、依然としてブロック状態の透過率よりもはるかに高くあり得る。後者の特性を有するフィルムは、例えば、損失が最小である非常に高効率のリサイクリングシステムにおいて有用であり得る。
【００６２】
通過状態の垂直入射光に対して「高い」透過率を有する他に、フィルムは、少なくとも方位角φの或る範囲内では、大きく傾斜した角度θで入射する通過状態の光に対してはるかに低い透過率（及び高い反射率）を有するのが望ましい。角度の増加と共に増加する反射率は、フィルムを横断する光の視野錐体又は伝播錐体を効果的に圧縮する。「高い」透過率から「低い」透過率への遷移は、通常段階的であるので、高い透過率領域と低い透過率領域とを分離する中間反射率領域が見られる。斜角において「低い」透過率は、垂直入射で通過状態の光の透過率との関係で「低い」といわれる。極端な入射角（例えば、超臨界入射角）で進行する通過状態の光に対する透過率を減少させて反射率を増加させることにより、設計された角度より大きな角度でフィルムを通って伝播する光に伴う問題、例えば、図４のギャップに伴う問題を回避することができる。特に、表示装置及び照明用途では、システムに顕著な色が導入されるのを回避するために、反射率の増加を実質的に可視スペクトル全体にわたって比較的均一に維持するのが好ましい。これによって今度は、入射角に伴う多層フィルム反射帯域の固有の波長シフトに起因して、フィルムの反射帯域の右側帯域の位置に対する一定の要件が生じる。
【００６３】
以下に更に記述されるように、通過偏光状態の光に対する高い及び低い透過率領域が、図７ｂに示されるように方位角φの影響を比較的受けないように、又は図７ｃに示されるようにφに強く依存し得るように、多層偏光フィルムを調整することができる。明白な理由から、図７ｂの方位角の影響を受けない特性は、「２軸コリメート（2-axis collimating）」多層反射偏光フィルムを特徴付けるということができ、図７ｃの強度に変化する方位角特性は、「１軸コリメート」多層反射偏光フィルムを特徴付けるということができる。こうしたカテゴリーの区別は、フィルムが目的とする用途、及び異なる方位角方向の間の差が所与の用途においてどれだけ有意であると考えられるかに依存し得る。以下の議論の便宜上、単純に、２軸コリメート偏光フィルムを、ｘ−ｚ平面及びｙ−ｚ平面などの２つの直交する入射面の極角θの関数として透過率においても同様の低下を示すと特徴付けることができる一方、１軸コリメート偏光フィルムを、１つの入射面では透過率の大きな低下を示し、直交する入射面では透過率の低下をほとんどあるいは全く示さないと特徴付けることができる。１軸コリメート偏光フィルムの場合には、透過率の大きな低下を示す入射面は、フィルムの通過軸又はブロック軸のいずれかと整列され得ることに留意されたい。透過率が低下する平面が通過軸と整列される場合、通過状態の光のｐ偏光成分が入射角の増加に伴ってより多く反射されるので、フィルムをｐ偏光コリメーティングフィルムと呼ぶことができ、平面がフィルムのブロック軸と整列される場合、通過状態の光のｓ偏光成分が入射角の増加に伴ってより多く反射されるので、ｓ偏光コリメーティングフィルムと呼ぶことができる。
【００６４】
システムの特徴、要件、及び設計制約に応じて、あるシステムは、１軸コリメートフィルムよりも２軸コリメート偏光フィルムを使用することにより、より利益を得ることができる一方で、他のシステムに関してはその反対が当てはまる場合がある。そうした設計考慮の更なる議論は、本明細書の他の場所に提供される。本出願は、１軸に加えて２軸コリメート偏光フィルムに関する教示を提供するが、２軸コリメートフィルムに関する更なる情報及び例は、米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、「Ｉｍｍｅｒｓｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ」（代理人整理番号６５８０９ＵＳ００２）（本出願と同日に出願）に見出すことができ、当該特許出願は参照により本明細書に組み込まれる。
【００６５】
十分な軸外反射率をもたらして、図４の「ギャップ」に対応する超臨界角で伝播する光がシステム性能を不当に低下させないのを確実にする他に、二次的な設計課題は、空気中で光線のかなりの部分を更により低角度（例えば、約４５〜９０度）で反射及びリサイクルする必要があることである。一部の液晶テレビでは、この角度範囲は、マイクロレンズアレイフィルムを用いて垂直に向かって向け直される。本明細書に開示される反射偏光子の少なくともいくつかは、少なくとも１つの入射面において、この中〜高角度の斜光の十分な反射率をもたらすことができ、また、１つ又は２つのマイクロレンズフィルムの性能を近似することができる。
【００６６】
本発明者らは、上述した透過及び反射特性が、妥当な設計の実用的多層フィルム、例えば、妥当な数のミクロ層を有し、既存のポリマー材料及び加工技術を用いて達成可能な屈折率関係を有する実用的多層フィルムで達成され得ることを見出した。いくつかの開示の実施形態は、例えば、図４に示されるギャップの中の光の最大９０％を反射することができると同時に、垂直入射で高透過値をもたらすことができる、約５００層を備える多層反射偏光子を構成することができることを確実とする。
【００６７】
多層光学フィルムの光学特性は、例えば、フィルムのミクロ層の数、フィルム内の１つ以上のコヒーレントパケット（coherent packet）の中へのそれらの分布、種々のミクロ層の厚さ及び層厚さプロファイル、並びに層の屈折率など、「主要」と考えることができる有限個のパラメータを含む。本出願では、積層構造体の浸漬したフィルムとして使用するのに適している多層反射偏光フィルムを製造するために、こういった主要なパラメータをどのように選択することができるかの例を提供するだけでなく、かかる構造体における多層フィルムの適切性を評価するのに重要であり得る、特定の二次的なフィルムのパラメータ、及びかかるパラメータを含む関係もまた特定する。こうした二次的なフィルムのパラメータとしては、次のうちの１つ以上を挙げることができる。
【００６８】
フィルムの内部反射率は、所与の入射角θにおける４種類の偏光の場合のいずれか、即ち：通過平面に入射するｐ偏光に対する反射率（「ＲＰｐａｓｓ（θ）」）；通過平面に入射するｓ偏光に対する反射率（「ＲＳｂｌｏｃｋ（θ）」）；ブロック平面に入射するｐ偏光に対する反射率（「ＲＰｂｌｏｃｋ（θ）」）；及びブロック平面に入射するｓ偏光に対する反射率（「ＲＳｐａｓｓ（θ）」）；に関して特定され、この場合、通過平面は、フィルムの通過軸と垂直軸とを含む平面であり、ブロック平面は、フィルムのブロック軸と垂直軸とを含む平面であり、角度θは、空気中（θａｉｒ）又は超低屈折率材料中（θｌｏｗ ｉｎｄｅｘ）で測定された角度であり得る。
【００６９】
フィルムの内部透過率は、所与の入射角θにおける４種類の偏光の場合のいずれか、即ち：通過平面に入射するｐ偏光に対する透過率（「ＴＰｐａｓｓ（θ）」）；通過平面に入射するｓ偏光に対する透過率（「ＴＳｂｌｏｃｋ（θ）」）；ブロック平面に入射するｐ偏光に対する透過率（「ＴＰｂｌｏｃｋ（θ）」）；及びブロック平面に入射するｓ偏光に対する透過率（「ＴＳｐａｓｓ（θ）」）；に関して特定される。
【００７０】
本発明者らは、前述のパラメータのうちの特定のものの平均を定義する。例えば、
Ｒｐａｓｓ（θ）は、ＲＰｐａｓｓ（θ）とＲＳｐａｓｓ（θ）の平均であり、
Ｔｐａｓｓ（θ）は、ＴＰｐａｓｓ（θ）とＴＳｐａｓｓ（θ）の平均である。
【００７１】
本発明者らは、特定条件下の前述のパラメータのいずれかを定義する。例えば、
％Ｔ００は、通過偏光の光に対する垂直入射でのフィルムの内部透過率であり、Ｔｐａｓｓ（０）、ＴＳｐａｓｓ（０）、及びＴＰｐａｓｓ（０）とも等しい。
【００７２】
％Ｔブロックは、ブロック偏光の光に対する垂直入射でのフィルムの内部透過率であり、Ｔｂｌｏｃｋ（０）、ＴＳｂｌｏｃｋ（０）、及びＴＰｂｌｏｃｋ（０）とも等しい。
【００７３】
％ＴＡ６０Ｓは、ブロック平面に入射するｓ偏光に対する、空気中で測定された６０度の入射角でのフィルムの内部透過率であり、ＴＳｐａｓｓ（θａｉｒ＝６０）とも等しい。
【００７４】
％ＴＡ６０Ｐは、通過平面に入射するｐ偏光に対する、空気中で測定された６０度の入射角でのフィルムの内部透過率であり、ＴＰｐａｓｓ（θａｉｒ＝６０）とも等しい。
【００７５】
％ＴＡ６０は、％ＴＡ６０Ｓと％ＴＡ６０Ｐの平均である。
【００７６】
％ＴＡ９０Ｓは、ブロック平面に入射するｓ偏光に対する、空気中で測定された９０度の入射角でのフィルムの内部透過率であり、ＴＳｐａｓｓ（θａｉｒ＝９０）とも等しい。
【００７７】
％ＴＡ９０Ｐは、通過平面に入射するｐ偏光に対する、空気中で測定された９０度の入射角でのフィルムの内部透過率であり、ＴＰｐａｓｓ（θａｉｒ＝９０）とも等しい。
【００７８】
％ＴＡ９０は、％ＴＡ９０Ｓと％ＴＡ９０Ｐの平均である。
【００７９】
％ＴＵ９０Ｓは、ブロック平面に入射するｓ偏光に対する、超低屈折率材料で測定された９０度の入射角でのフィルムの内部透過率であり、ＴＳｐａｓｓ（θｌｏｗ ｉｎｄｅｘ＝９０）とも等しい。
【００８０】
％ＴＵ９０Ｐは、通過平面に入射するｐ偏光に対する、超低屈折率材料で測定された９０度の入射角でのフィルムの内部透過率であり、ＴＰｐａｓｓ（θｌｏｗ ｉｎｄｅｘ＝９０）とも等しい。
【００８１】
％ＴＵ９０は、％ＴＵ９０Ｓと％ＴＵ９０Ｐの平均である。
【００８２】
反射帯域の長波長帯域端部の位置は、特定の入射角の反射帯域の赤色帯域端部（ＲＢＥ）又は右側帯域と呼ばれる場合もある。垂直入射での通過偏光の有意な反射率を有する偏光子の場合、通過偏光に対する垂直入射における反射帯域は、ブロック状態の光に対する垂直入射における反射帯域と異なる。そのような場合、特に記載のない限り、ＲＢＥは、ブロック偏光された光に関し、反射帯域の長波長境界、例えば、内部反射率が帯域内の平均値の９０％に低下する波長を指す。
【００８３】
先に言及したように、斜角で通過軸に対して実質的に反射性でもある反射偏光子を作製することができる。高角度における通過軸反射率は、ｓ偏光、ｐ偏光、又はその両方に対して大きくなるように調整され得る。これら２つの成分は直交方向から入射するが、これらは共に、フィルムの通過軸を含む平面と平行な電場ベクトルを有する。ｐ偏光通過軸光に対して高反射率が望ましいが、ｓ偏光通過軸光に対しては望ましくない場合には、ｚ屈折率差が大きく、ｙ屈折率差が小さいフィルムを使用することができる。ｓ偏光通過軸光に対して高反射率が望ましいが、ｐ偏光通過軸光に対しては望ましくない場合には、ｙ屈折率差が大きく、ｚ屈折率差が小さいフィルムを使用することができる。ブロック偏光状態の光に対して高反射率をもたらすために、ｘ屈折率差はｙ屈折率差を実質的に超える必要があることに留意されたい。
【００８４】
図５に戻って参照し、フィルムが延伸又は配向されて、第１の材料（ミクロ層５０２）が複屈折性となり、第２の材料（ミクロ層５０４）が屈折率ｎ２を有する等方性となり、更に、Δｎｘ＞Δｎｙ＞０＞Δｎｚ、即ち、Δｎｚが負である場合を考える。この場合、第１の材料は、スタックにおいて最も高い（ｎ１ｘ）及び最も低い（ｎ１ｚ）屈折率の両方を示すが、本発明者らは、便宜上、前述にかかわらず、第１の材料を高屈折率材料と呼ぶこともあり、第２の材料を低屈折率材料（超低屈折率材料と混同しないようにすべきである）と呼ぶものとする。通過軸ｓ偏光に対して高い軸外反射率を呈するためには、低屈折率層は、高屈折率材料のｎ１ｙよりも実質的に低い屈折率ｎ２を有する必要がある。ｐ偏光に対して高反射率を提供するためには、同じ低屈折率材料は、高屈折率材料のｎ１ｚよりも実質的に高い屈折率ｎ２を有する必要がある。ｎ２を変えることによりこれらの値の一方を最大にすると、もう一方が最小となるので、ｓ偏光及びｐ偏光の両方が最大となり、斜角でほぼ等しく反射するようにするためには、複屈折層のｙ−ｚ屈折率差（ｎ１ｙ−ｎ１ｚ）を最大にする必要があることは明白である。ブロック軸が通過軸よりもはるかに多くの光を反射するためには、ｎ１ｘがｎ１ｙよりも実質的に大きいという更なる拘束が存在する。
【００８５】
ｐ偏光及びｓ偏光の両方に対して非常に反射性であるフィルムは、大きなΔｙ及びΔｚ屈折率差を必要とする。ほとんどの多層複屈折反射偏光子は、テンターによってのみ延伸される、即ち、ｘ方向にのみ延伸される。しかしながら、これは、制限された範囲のｙ屈折率の値を生成する。同様にフィルムをｙ方向に延伸することによって、ｙ屈折率を増加させることができる。これは、同時２軸延伸工程で、又は逐次的延伸により行われることができる。両方の例を以下に示す。
【００８６】
図９に関連して非対称フィルムの加工に関する考察、及びそれらがミクロ層の屈折率にどのような影響を与えるかについての更に説明する前に、２軸コリメーションを提供することができる特定の多層偏光フィルムの例を記述する。
【００８７】
光学フィルム１．１：２軸コリメートフィルム、５５０のミクロ層（モデル化）
斜角反射率は、高複屈折、多数のミクロ層、又は両方を用いることにより高めることができる。これは両方の手法を用いる例である。下の表に記載の好適に１軸延伸された９０／１０  ｃｏＰＥＮ（材料１の）及びｃｏＰＥＴ（材料２）の代表的な屈折率を用い、更に、ｃｏＰＥＴ材料（等方性屈折率１．５５５）の表面薄層が５５０のミクロ層の単一スタックの両側にあり、平坦なスペクトル用に最適化された連続的層厚さプロファイルがミクロ層に提供され、垂直入射の帯域端部（ＬＢＥ）が４００ｎｍ及び垂直入射の右側帯域（ＲＢＥ）が１１５０ｎｍであると仮定すれば、１軸延伸フィルムの角度反射率を大幅に増加させることができる。
【００８８】
【表１】
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【００８９】
計算された（内部）反射率と入射角曲線の比較が図８ａにプロットされており、入射角は、屈折率１．２のＵＬＩ媒体の中のものであると仮定される。図中、曲線８１０はＲＳｂｌｏｃｋ（θ）及びＲＰｂｌｏｃｋ（θ）の両方を表し、曲線８１２はＲＳｐａｓｓ（θ）を表し、曲線８１４はＲＰｐａｓｓ（θ）を表す。ｓ偏光及びｐ偏光の両方に関する通過状態の反射率は、最高角度でほぼ０．９まで上昇することに留意されたい。ほとんどの角度で、これらの反射率の値は、システム構造の表面及び境界面反射を支配する。図８ｂは、通過偏光及びブロック偏光の両方の右側帯域（ＲＢＥ）を、屈折率１．２のＵＬＩ材料の中の入射角の関数としてプロットしており、曲線８２０はブロック状態でｓ偏光された光のＲＢＥの位置を示し、曲線８２２はブロック状態でｐ偏光された光のＲＢＥの位置を示し、曲線８２４は通過状態でｓ偏光された光のＲＢＥの位置を示し、曲線８２６は通過状態でｐ偏光された光のＲＢＥの位置を示す。
【００９０】
ポリマーの選択及び加工も、フィルム製品の価格及び製造歩留まりに影響を与える。このため、異なる低屈折率材料を使用する、又は偏光子を異なって加工することが有利であり得る。例えば、光学フィルム１．１の５５０層の偏光子を作製するのに必要な押出装置は、やや高価であり得、また設計が難しくあり得る。以下に記載の代替的手法で作製される２枚の２７５層フィルムを積層する又は共押出するのが好ましくあり得る。
【００９１】
任意の所定の入射角に対する反射率に影響を与える、多層光学フィルムのミクロ層に関するいくつかの屈折率パラメータが存在し、この情報を図９にまとめる。ｓ偏光の反射率は、横座標に沿って右に向かって増加するΔｎｙ＝ｎ１ｙ−ｎ２ｙの値と共に増加する。ｓ偏光の反射率はΔｎｙに依存するが、図９の縦軸に沿って増加する−Δｎｚ＝ｎ２ｚ−ｎ１ｚにも大きく依存する。拘束１軸延伸フィルムでは、高屈折率層の最大ｙ−ｚ複屈折は、交互層の間で得ることができる最大値Δｎｙ及びΔｎｚを決定する。ｃｏＰＥＮ高屈折率層では、拘束１軸延伸ＰＥＮの最も高いｙ屈折率は約ｎ＝１．６２であり、最も低いｚ屈折率は約ｎ＝１．５０であるので、この限界は約Δｎ＝０．１２である。この複屈折は、ポリエステルフィルム製造分野で周知のように、ＰＥＮ含有量を最大にし、比較的低温、若しくは高い延伸倍率、又はその両方でキャストウェブを延伸することにより達成される。
【００９２】
３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能ないくつかの多層光学フィルム反射偏光子製品、つまり、Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）ＤＢＥＦ−ｑフィルム及びＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＡＰＦフィルムの屈折率差Δｎｙ及びΔｎｚの値は、図９のプロットにそれぞれ参照番号９１０、９１２で印が付けられている。１軸延伸された多層構造のものに関する、斜め入射したｓ偏光及びｐ偏光に対する反射率の最大値は、プロットの中で対角点線９２０に沿った屈折率差の値を有するフィルムで生じる。ｓ偏光及びｐ偏光に対して等しい反射率を有するフィルム１．１は、この線上の点（Δｎｙ＝０．０６５、Δｎｚ＝０．０５）に当てはまる。グラフの下側の右下隅では、ｓ偏光された光がコリメートする可能性は、Δｎｙが大きいという理由から最大であるが、ｐ偏光された光がコリメートする可能性は、Δｎｚがゼロであるという理由からゼロであり、ｐ偏光された光の反射率は入射角と共に変わらない。グラフの左上隅では、ｐ偏光に対する反射率は大きく、ｓ偏光に対してはゼロである。点（Δｎｙ、Δｎｚ）＝（０．０４、０．８）の近くで、反射率はｐ偏光に対して最大となる。偏光子構造体の最大複屈折を有するｃｏＰＥＮフィルムを使用する場合、低屈折率層の屈折率の値の変化は、屈折率の値を点線９２０の設計空間に沿って移動させる。点線９２０の左側で下側の全屈折率セットは、所与の入射角の光に対してより低い反射率を有する。点線の上側で右側の全屈折率セットは、同じ入射角でより大きな反射率をもたらす。点９１６は光学フィルム３．４を表す。
【００９３】
屈折率差Δｎｙ及びΔｎｚ、ひいては斜光に対する反射率の増加は、フィルムを機械方向（ＭＤ）又はｙ方向に追加的に延伸することによって、上述と同じ材料セットを用いて達成することができる。この処理は、ｘ方向の屈折率を必然的に低下させるので、この手法には制限がある。しかしながら、図９の点線９２０の上側及び右側のスペースで動作するのを可能にする。例えば、点９１８は、フィルムをＭＤ方向に延伸し、後続の熱処理により作製することができる反射偏光フィルムを表している。かかるフィルムは、本明細書では光学フィルム１．２と呼ばれ、以下に更に記述される。点９１４は、光学フィルム１．２の説明に従って作製されたフィルムを表しているが、フィルムはＭＤ又はｙ方向に延伸されていない。
【００９４】
広くは、前述の処理は、非対称な２軸延伸（asymmetrical biaxial orientation）と呼ばれる。この処理により、ｃｏＰＥＮのｙ屈折率を高めることができる。ｎｙが約１．７５まで増加し、ｚ屈折率が１．５である極限では、ｎｘは約１．７５まで減少し、この時点で、フィルムは対称ミラーとなる。屈折率ｎ１ｙのある中間の値では、フィルムは依然として有効な偏光子であり、通過軸光に対する反射率は、総数が２７５層と少ない場合でさえ高くなる。次に、以下の実施例で説明するように、２つ以上のかかるフィルムを、必要に応じて積層することができる。
【００９５】
光学フィルム１．２：２軸コリメートフィルム、２７５のミクロ層（モデル化）
ｃｏＰＥＮ及びＰＥＴｇが９０／１０である交互層の多層材料のスタックを共押出し、およそｙ方向に３：１及びｘ方向に５：１で延伸し、その後高温熱処理した後に、下の表に示される交互ミクロ層の屈折率特性を得ることができる。
【００９６】
【表２】
0006022937.tif 000003
【００９７】
得られた非対称に延伸された多層光学フィルムが、２７５のミクロ層の単一パケットを有し、等方性ＰＥＴｇの表面薄層がこのパケットの両側にあり、平坦なスペクトル用に最適化された連続的層厚さプロファイルがミクロ層に提供され、垂直入射の帯域端部（ＬＢＥ）が４００ｎｍ及び垂直入射の右側帯域（ＲＢＥ）が１１５０ｎｍであると仮定すれば、その計算された反射率特性が図１０に示されるものである反射偏光フィルムが製造される。この図では、曲線１０１０はＲＳｂｌｏｃｋ（θ）を表し、曲線１０１２はＲＰｂｌｏｃｋ（θ）を表し、曲線１０１４はＲＰｐａｓｓ（θ）を表し、曲線１０１６はＲＳｐａｓｓ（θ）を表している。線１０１８は、空気中への入射角９０度に相当するＵＬＩ屈折率１．２の媒体中への入射角を表す。
【００９８】
光学フィルム１．３：２軸コリメートフィルム、２７５ミクロ層×２パケット
合計５５０層を有する（が、低屈折率のミクロ層で使用される光学的に厚い材料の層によって互いに分離される２つのコヒーレントパケットに配列される）光学フィルム１．３を作製するために、２つの光学フィルム１．２を積層すると、図１１に示される計算された反射率が生成される。この図では、曲線１１１０はＲＳｂｌｏｃｋ（θ）を表し、曲線１１１２はＲＰｂｌｏｃｋ（θ）を表し、曲線１１１４はＲＰｐａｓｓ（θ）を表し、曲線１１１６はＲＳｐａｓｓ（θ）を表す。線１１１８は、空気中への入射角９０度に相当するＵＬＩ屈折率１．２の媒体中への入射角を表す。
【００９９】
いくつかの２軸コリメート多層反射偏光フィルムを記述し終え、また、更なる１軸及び２軸コリメート反射偏光フィルムを記述する前に、その中でフィルムを使用することができる積層構造体のいくつかに注目する。バックライト及び液晶パネルなどの光学表示装置用用途にある程度の重点を置いているが、開示されるフィルム及び積層体の他の用途も考えられることを読者は理解すべきである。多くの場合、積層構造体は、少なくとも４つの要素、つまり、開示の１軸又は２軸コリメート多層反射偏光フィルム、ＵＬＩ材料の光学的に厚い層、超臨界光を多層フィルムに注入するための層又は他の機構、あるいは、システムから超臨界光の一部を抽出するための機構を備える。後者は、表面構造を備える任意の層、又はＬＣＤテレビパネルなどの内部散乱及び吸収要素を備える厚い層であり得る。
【０１００】
図１２は、液晶パネル１２１２を備える積層構造体１２１０の概略的側面図を示す。構造体１２１０はまた、本明細書に開示される反射性偏光多層光学フィルム１２１４と、ＵＬＩ材料の光学的に厚いフィルム又は層１２１６と、拡散層１２１８とを備える。構造体１２１０に後方から入射するバックライトからの光は、各種層を通って進行して、鑑賞者のために表示装置を照明する。
【０１０１】
浸漬した反射偏光子１２１４のリサイクルされた斜めの通過軸光は、照明システムの軸上の光束利得を増加させる一方で、システムの斜角出力を減少させる。拡散層１２１８は、例えば、５０％  Ｔ、６０％  Ｔ、又は７０％  Ｔ拡散板の代替物などの大きな反射率を備える重い拡散体であり得、あるいは、プリズム、ビーズ、又は小型レンズアレイなどの微細構造化表面であり得る。反射偏光子１２１４とＬＣＤガラスパネル１２１２との間に追加の拡散層を加えることも可能である。そうした追加の拡散体は、例えば、反射偏光子が何らかの望ましくない色を有する場合に望ましくあり得る。あるいは、追加の拡散体は、反射偏光子によって透過された光の更なるコリメートに役立つ微細構造の形態であってもよい。拡散体が微細構造化表面の形態をとる場合には、ＵＬＩは、ＬＣＤパネル１２１２と微細構造化表面との間に設置される必要がある。あるいは、より高い効率を得るため、第１のＵＬＩ層を図１２に示される位置に保持したままで、第２のＵＬＩ層をその境界面に挿入することができる。
【０１０２】
図１３は、エッジ照明若しくは直接照明バックライト、又はその一部を形成するために、少なくとも１つの光学的に厚い超低屈折率層１３１６及び本明細書に開示されるような多層反射偏光フィルム１３１４を組み込んだ、別の積層構造体１３１０の概略的側面図である。層１３１２は拡散層であり、この拡散層は、反射偏光子に存在する場合がある色を隠すのに役立つ半鏡面であってもよく、又は、光を拡散し、また、反射偏光子によって透過された光のコリメートにも役立つ構造化面、例えば、線状プリズム表面であってもよく、若しくはこれを含んでもよい。層１３１８は、直接照明バックライト構成のＬＥＤ又はその他の好適な光源（図示せず）のアレイの上方に位置付けられる拡散板であってもよく、又はこれを含んでもよい。あるいは、層１３１８は、中実のライトガイドであってもよく、又はこれを含んでもよく、その場合、ＬＥＤ  １３２０、又はその他の好適な光源は、１つ以上の側面又は端面を介して、超臨界角の光をシステムに注入してもよい。これは、図１４の正面又は平面図により明確に示されており、図中、要素１４１０は、積層体１３１０又はその層１３１８を表し、領域１４１２ａ〜１４１２ｄは、光をライトガイドに注入するために光源が設置され得る可能位置を示している。光源が領域１４１２ｂ、１４１２ｄの一方又は両方に設置される場合、超臨界光伝播に伴う問題は、ｙ軸よりもｘ軸（図中のｘ−ｙ−ｚ軸は参照目的のためのものであることに留意されたい）と平行な軸に沿ってより深刻となり得る。同様に、光源が領域１４１２ａ、１４１２ｃの一方又は両方に設置される場合、超臨界光伝播に伴う問題は、ｘ軸よりもｙ軸と平行な軸に沿ってより深刻となり得る。
【０１０３】
図１５〜図１８は、表示パネルと開示される反射偏光フィルムとを備える、様々な異なる積層構造体を示す。
【０１０４】
図１５では、積層構造体１５１０は、ＬＣ表示パネルなどの表示パネル１５１２と、光学的に厚い光学接着剤層１５１４と、本明細書に開示の多層反射偏光フィルム１５１６と、偏光フィルム１５１６に適用されるビーズ利得拡散体等などの拡散層１５１８とを備える。この実施形態では、接着剤層１５１４は、ＵＬＩ材料ではなく、およそ１．５の屈折率を有し得る従来の接着剤材料からなってもよい。したがって、構造体１５１０は、ＵＬＩ層をその中に備えていなくてもよく、同様に、図示される要素の間に空隙が存在しなくてもよい。このようなＵＬＩを含まない実施形態については、下で更に論じられる。構造体１５１０は、構造体１５１０及びパネル１５１２を下から照明するように位置付けられることができる好適なバックライトと組み合わされてもよい。
【０１０５】
図１６には、図１５の構造体１５１０と同様の積層構造体１６１０が示されており、同様の要素には同じ参照番号が付されている。図１６の実施形態では、光学的に厚いＵＬＩ層１６１２が、多層反射偏光フィルム１６１６と従来の光学接着剤層１５１４との間に設けられている。ＵＬＩ層１６１２が積層体の中に設置されているか否かに依存して（例えば、反射偏光子１６１６と拡散層１６１８との間に位置するように再配置されてもよい）、層は、層１５１４の従来の接着剤材料よりもはるかに大きな程度まで、反射偏光子内での大きく傾斜した光の伝播を制限する又はそのような大きく傾斜した伝播光を反射偏光子に戻るように向け直す働きをすることができる。結果として、反射偏光フィルム１６１６の反射帯域の帯域幅は、図１５の偏光フィルム１５１６のそれよりも有意に小さくされ得る。
【０１０６】
図１７では、いくつかの追加の拡散又はコリメーティング要素を備える積層構造体１７１０が提供されている。この場合、線状プリズムＢＥＦフィルムなどのプリズム構造化フィルムを備える層１７０９が設けられている。層１７０９の中には、フィルム基材の上にプリズムが配置されており、プリズム点は接着剤層１５１４とごく近接している又は接触している。プリズムと接着剤層との間の隙間は、ＵＬＩ材料で充填される。したがって、層１７０９のＵＬＩ材料はプリズムを平坦化する。層１７１１は、別の従来の光学接着剤層である。層１７１２は光学的に厚いＵＬＩ層である。層１７１６は、本明細書に開示の多層反射偏光フィルムである。層１７１８は、ビーズ利得拡散体などの拡散層である。
【０１０７】
図１８では、積層構造体１８１０は、既に記載した他の要素に加えて、図のように配列された光学的に厚いＵＬＩ層１８１２と、本明細書に開示の多層反射偏光フィルム１８１６と、体積拡散層１８１８と、を備えている。
【０１０８】
図１６〜図１８は、表示パネルと、多層反射偏光フィルムと、光学的に厚い超低屈折率層と、を備える積層構造体の概略的側面図である。
【０１０９】
いくつかの異なる積層表示パネル構造体を記載してきたが、例示の積層ライトガイド構造体１９１０に関して図１９を参照する。この実施形態では、ＢＥＦプリズムフィルムで使用されるようなプリズム構造体１９１２が、本明細書に開示の多層反射偏光フィルム１９１４に適用される。この場合、プリズムは空気中に露出し、偏光フィルム１９１４を通過した透過光は、一般に、表示パネル又は鑑賞者に向かって上方に向かう。こうした光は、中実のライトガイド１９２４の端部のエッジ照明構造に図示されている光源１９３０ａ、１９３０ｂから生じる。ライトガイド１９２４は、従来の抽出器１９２６のパターンを備えている。ライトガイド１９２４の底部から逃散した光は、白背面の反射体１９２８によって反射される。感圧接着剤層１９２２は、ライトガイド１９２４を、例えば、傾斜屈折率ＵＬＩ層１９２０、ヘイズが大きいＵＬＩ層１９１８（体積拡散体でもあり得る）、及びヘイズの小さいＵＬＩ層１９１６などの上方の他の構成要素に接着する。
【０１１０】
更なる実施形態
光学フィルム３．４：１軸コリメートフィルム（ｓ偏光）、２７５のミクロ層（作製）
低屈折率ポリマーと高屈折率ポリマーが交互に存在する多層構造のキャストウェブを、フィルムライン上でのインラインテンター延伸のために、冷却されたキャスティングホイールの上に押し出した。フィードブロック法（例えば、米国特許第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）を参照されたい）を用いて、２７５の屈折率ポリマー材料と高屈折率ポリマー材料の交互層のキャストウェブを共押し出しした後、このキャストウェブを、まず長さ延伸機（ＬＯ）で、次にテンターで延伸することによって、低屈折率ポリマーと高屈折率ポリマーの交互層の反射偏光子を作製するためのキャストウェブを作製した。高屈折率層を９０／１０  ｃｏＰＥＮ（１０％ＰＥＴ）を用いて作製した。ＥｃｄｅｌポリマーＦＮ００７（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓより入手可能）を使用して低屈折率層を作製した。共押出プロセスの間に、低屈折率材料の１５％を溶融トレインから転用して、保護境界層を形成した（２７５層押出品の各側に７．５％）。ＰＥＴｇ  １４２８５（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓより入手可能）の表面薄層を、押出ダイの直前の位置に、フィルムの各側に約８マイクロメートルの厚さの最終表面薄層を提供する割合で、溶融流れに適用した。フィルムの高屈折率層の目標屈折率は、ｎｘ＝１．８２、ｎｙ＝１．６２、ｎｚ＝１．５１であった。６３３ｎｍにおけるＥｃｄｅｌの屈折率は約１．５０５であり、ＰＥＴｇの屈折率は約１．５６４である。
【０１１１】
層の各パケットの低及び高屈折率材料の相対押出速度は、完成したフィルムの隣接する材料層が、それぞれほぼ同じ光学的な厚さを有するように調整された。低及び高屈折率材料の両方の押出速度は、層の両方の組がそれぞれ、フィルムの最も薄い層の約４００ｎｍの反射から、べき法則分布で単調に厚さが増加して、最も厚い層で約９５０ｎｍの光を反射するように調整されたブロック軸に関して約１／４波長の光学的な厚さを有するように調整された。押出成形キャスティングホイール速度は、得られた反射帯域がこの波長範囲に及ぶように調整された。べき法則分布の形状は、結果として得られるスペクトルが、各パケット毎のスペクトルの大部分にわたって比較的平坦となるように選択された。スペクトル形状は、米国特許第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）に概説されている軸線ロッドの技術を用いて微調整された。最終的な延伸フィルムにおいて、表面薄層の厚さは、それぞれ約６マイクロメートルであった。最終的なフィルムの合計厚さは、厚さ約４５マイクロメートルであった。
【０１１２】
キャストウェブを、標準的なフィルムの製造テンターで延伸した。キャストウェブをテンターの中で約１４４℃で２０秒間予熱した。次に、フィルムを、１４４℃で約５０％／秒の初期速度で延伸した。ｘ方向の合計の全延伸率は約５．５：１であった。次に、フィルムを、幅の約１％を引っ張りながら、２２７℃で約２０秒間熱処理した。
【０１１３】
得られたフィルムのブロック（曲線２０１６）、通過（曲線２０１２）、ｓ偏光６０（曲線２０１４）、及びｐ偏光６０（曲線２０１０）スペクトルが、図２０にプロットされている。プロットされた反射帯域内の長波長帯域端部（赤色帯域端部又はＲＢＥ）及び平均透過率を下の表Ｂに記載する。この光学フィルム３．４に関するＴ  ｓ偏光（θ＝６０度空気中）／Ｔｐａｓｓ（０）の比率は０．２９である。
【０１１４】
【表３】
0006022937.tif 000004
【０１１５】
光学フィルム３．４をＵＬＩ層と共に積層体の形態で表示装置の中に設置して試験した。これを構造体１．１と呼び、以下に説明する。光学フィルム３．４（あるいは本明細書では光学フィルム４．４とも呼ばれる）もまた同様に他の種類の表示装置の中に設置し、その結果を更に以下に説明する。
【０１１６】
構造体１．１：積層されたＬＣＤパネル／エアガイド
光学フィルム３．４をＳａｍｓｕｎｇ  ＬＣＤテレビパネルに積層した。（２軸コリメート反射偏光フィルム（Two-axis collimating reflective polarizer film）も同様にパネルに積層して試験し、その結果は、米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号（代理人整理番号６５８０９ＵＳ００２）「ＩＭＭＥＲＳＥＤ  ＲＥＦＬＥＣＴＩＶＥ  ＰＯＬＡＲＩＺＥＲ  ＷＩＴＨ  ＨＩＧＨ  ＯＦＦ−ＡＸＩＳ  ＲＥＦＬＥＣＴＩＶＩＴＹ」（本願と同日に出願）に論じられている。）パネルは、Ｓａｍｓｕｎｇから市販のＴＶセット（型番：ＬＮ３２Ｂ３６０Ｃ５Ｄ）から入手し、３２”（８１．３ｃｍ）の対角寸法を有した。実験では、３２”（８１．３ｃｍ）パネルの一部だけを、パネル後方の２００ｍｍ×４００ｍｍバックライトで照明した。
【０１１７】
このバックライト２２１０の概略側面図が図２１に示されている。図中、寸法（ミリメートル単位）が括弧の中に提供されている。白色ＬＥＤ及び放射物状の反射体を備えた光エンジン（アイテム２１３４を参照）が、中空キャビティの左側に取り付けられている。光エンジン及びキャビティの内部は、特記されない限りＥＳＲ（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）で裏打ちされている。中空キャビティ２１３２は、深さ１７ｍｍ、幅２００ｍｍ、及び長さ４００ｍｍである。２０個の冷白色Ｒｅｂｃｏｏｌ  ｗｈｉｔｅｅｌ  ＬＥＤ（Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｌｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ）から入手可能）を、左縁部（２００ｍｍの縁部）に沿ってメタルコア印刷回路基板（ＭＣＰＣＢ）上に９．８ｍｍのピッチの直線配列で配置した後、温度管理のために押出アルミニウムヒートシンクに取り付けた。
【０１１８】
視野角の関数としてのバックライト中央部の輝度、軸方向の輝度（ニトの単位）、輝度半値角、及びコントラスト比を、Ａｕｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ  Ｃｏｎｏｓｔａｇｅ  ３（Ａｕｔｒｏｎｉｃ−Ｍｅｌｃｈｅｒｓ  ＧｍｂＨ，Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ（Ｇｅｒｍａｎｙ）より入手可能）を使用して測定した。
【０１１９】
実験例において、反射偏光子は、そのブロック軸がバックライトの４００ｍｍ縁部と平行になるように配列された。反射偏光フィルムを図２１の概略図に従ってテレビパネルに積層した。図中、アイテム２１１２は液晶パネルであり、２１１４は光学接着剤であり、２１１６は試験される多層光学フィルムであり、２１１８は光学接着剤であり、２１２０はＰＥＴの層であり、２１２２はＵＬＩ材料の層であり、２１２４は光学接着剤であり、２１２６はポリカーボネートフィルムであり、２１２８は、ビーズ状の利得拡散体フィルムと同様のビーズコーティングである。
【０１２０】
浸漬していないフィルムシステムを使用した、テレビ性能を比較するための対照試料として、テレビの輝度及びコントラストを、まずこのＳａｍｓｕｎｇテレビパネルに関してバックライトを使用して測定したが、パネルとフィルムスタックとの間に空隙は存在していなかった。剛性のために、フィルムスタックを、図２１でパネル２１１２が示されている場所にある透明なポリカーボネートシートに積層した。次に、テレビパネルを透明なポリカーボネートシートの上方約１ｍｍに位置付けた。テレビの輝度及びコントラストを、Ａｕｔｒｏｎｉｃｓ社の機器によって、０〜３６０度の全方位角における８０度に達する全極角に対して得た。偏光フィルムの２つの主軸（ブロック軸及び通過軸）に沿ってテレビを出射する光の輝度及びコントラストをプロットすることにより、このデータをまとめることができる。反射偏光子の通過軸は、いうまでもなく、テレビパネルの隣接する吸収偏光子の通過軸と整列される。
【０１２１】
実質的に通過軸ｐ偏光のみが、テレビの通過軸と垂直軸の入射面に入射するので、このデータは、ｐ偏光の輝度及びコントラストとしてプロットされる。同様に、通過軸ｓ偏光のみが、テレビのブロック軸と垂直軸の入射面に入射するので、このデータは、ｓ偏光の輝度及びコントラストとしてプロットされる。以下に示すデータによって示されるように、テレビの輝度及びコントラストは、角度と偏光子帯域幅の値の関数としてのｓ偏光及びｐ偏光の反射偏光子の透過特性による影響を大きく受ける。帯域幅は、長波長帯域端部、又は赤色帯域端部（ＲＢＥ）に関して記載された値によって表わされる。
【０１２２】
対照試料に用いられる反射偏光フィルムは、ｓ偏光コリメーティングフィルムとも呼ばれる光学フィルム３．４であった。２つの主軸に関するテレビの輝度及びコントラスト（ｓ偏光（曲線２２１０、２２１６）及びｐ偏光（曲線２２１２、２２１８）を表わす）が、それぞれ図２２ａ及び図２２ｂにプロットされている。輝度単位は単に相対的なものであり、本明細書に記載の様々な試料を比較するために用いられる。輝度半値視野角は、輝度が軸上（０度）で測定される輝度値の半分まで減少する極角であると定義され得る。この視野角は、典型的には、ブロック軸及び通過軸によって異なる。
【０１２３】
コントラストデータは、「オフ」又は「暗」状態のパネル輝度で除された「オン」又は「白」状態のテレビの輝度の比率である。テレビパネルに入射する高角度の光は、ＬＣＤパネル内の様々な画素素子によるこの光の散乱に起因して、テレビパネルのコントラストを低下させることは公知である。光散乱は、典型的には垂直入射で入射する光に対して最も小さい。このため、高角度でＬＣＤパネルに入射する光の量を制限するのが望ましい。拡散体とテレビパネルとの間の空隙が排除される場合、光は、空気から入射され得る角度よりも大きな角度でパネルに注入され得るので、パネルのコントラストを著しく低下させる。本明細書に記載のフィルムは、超低屈折率フィルム層と組み合わされて、こうした極端な角度でパネルに入射する光の量を低減するように設計される。
【０１２４】
空気中で使用するように設計された光学フィルム３．４を、図２１に示されるテレビパネルにこのフィルムスタックを積層することによって浸漬すると、輝度及びコントラストの両方が実質的に低下する。このことは、図２２ｃ（輝度）及び図２２ｄ（コントラスト）にプロットされている測定値から明らかである。これらの図中、曲線２２２０はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２２２２はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２２２４はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表し、曲線２２２６はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表し、曲線２２３０はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２２３２はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２２３４はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表し、曲線２２３６はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表す。低屈折率層なしにフィルムが適用されると、輝度及びコントラストが更に実質的に減少することにも留意すべきである。しかしながら、低屈折率層は、ＴＩＲ機構によって高角度の光の全てをブロックできない。５６．４度〜９０度の角度で屈折率１．２の層を伝播する光は空気から入射することはできないが、低屈折率層によってＴＩＲされない。この角度範囲（即ち先に言及された「ギャップ」範囲）の光は、こうした角度の通過軸光に対する高反射率を有するように設計される場合、反射偏光子によって実質的に反射され得る。
【０１２５】
得られた結果の更なる考察及び分析は、上で引用された同時係属中の米国特許出願である代理人整理番号６５８０９ＵＳ００２に見出すことができる。
【０１２６】
以下の追加の光学フィルムも製造又はモデル化し、それらのいくつかをディスプレイ関連の積層構造体において試験した。
【０１２７】
光学フィルム４．１：１軸コリメートフィルム（ｐ偏光）、２７５のミクロ層×２つのパケット（モデル化）
屈折率がｎｘ１＝１．８２、ｎｙ１＝１．６２３、ｎ１ｚ＝１．５０５及びｎ２＝１．５９５（引用符で囲まれた全ての屈折率値は６３３ｎｍの波長について示されている）である２種類のポリマー材料を使用した多層スタックを、高角度のｐ偏光通過軸光を実質的に反射するように設計した。ブロック軸及び通過軸に対する４種類の主な偏光状態のｓ偏光及びｐ偏光の反射率を、これら材料の２７５の交互層の多層フィルムに関してモデル化した後、この多層フィルムを第２の同一フィルムに積層し、総層数が５５０の１／４波長の厚さの光学層とした。内部反射率は、屈折率１．２の媒体中への０〜９０度の全角度に関して図２３にプロットされており、ブロック軸反射帯域は、垂直入射で４００ｎｍ〜１１００ｎｍに及ぶ。この図では、曲線２３１０はＲＳｂｌｏｃｋ（θ）を表し、曲線２３１２はＲＰｂｌｏｃｋ（θ）を表し、曲線２３１４はＲＰｐａｓｓ（θ）を表し、曲線２３１６はＲＳｐａｓｓ（θ）を表している。線２３１８は、空気中への入射角９０度に相当するＵＬＩ屈折率１．２の媒体中への入射角を表す。
【０１２８】
％Ｒ≒１００−％Ｔと仮定すると、ｐ偏光の内部透過率は、屈折率１．２の媒体への垂直入射で９２％、４３度で６８％、４６度で６３％、及び９０度で１３％である。ブロック軸透過率は垂直入射で５％である。屈折率１．２の媒体中への４３度及び４６度の角度は、空気中への約５５度及び６０度の角度に対応する。
【０１２９】
ｐ偏光通過軸光に対する高い反射率は、低屈折率層に屈折率がわずかに低いポリマーを使用することによって、例えば、屈折率を１．５９５〜１．５８に低下させることによって達成され得る。これによりｚ屈折率差が減少するが、ｐ偏光の反射率はΔｎｚ及びΔｎｙの両方の関数であるので、ｐ偏光の反射率は、この場合は実際には増加する。この変化はブロック軸の屈折率差も増加させ、Ｔブロックも減少させる。しかしながら、より多くのｓ偏光が反射されることになる。したがって、低屈折率材料の屈折率の選択は、望ましい量のｐ偏光及びｓ偏光の両方の反射率に依存する。
【０１３０】
光学フィルム４．２：１軸コリメートフィルム（ｐ偏光）、２７５のミクロ層×２パケット（作製）
フィードブロック法（例えば、米国特許第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）を参照）を用いて、２７５の低屈折率ポリマー材料と高屈折率ポリマー材料の交互層の２つの同様のパケットを共押し出しした後、この２つの層のパケットを接合することによって、低屈折率ポリマーと高屈折率ポリマーの交互層の反射偏光子を作製した。２７５層パケットのそれぞれに関し、９０／１０  ｃｏＰＥＮ（９０％のエチレンナフタレート繰り返し単位及び１０％エチレンテレフタレート繰り返し単位を含有するコポリエステル）を用いて高屈折率層を作製した。押出成形機の中で５５重量％のＰＥＴｇ  ＧＮ０７１（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能）と４５重量％の９０／１０  ｃｏＰＥＮの混合物を混ぜ合わせて、低屈折率層を作製した。共押出プロセスの間に、低屈折率材料の１５％を溶融トレインから転用して、保護境界層を形成した（２７５層押出品の各側に７．５％）。１００％  ＰＥＴＧ  ＧＮ０７１の表面薄層を、押出ダイの直前の位置に、総溶融流れの２４％の割合で（フィルムの各側に１２％）溶融流れに適用した。
【０１３１】
キャストウェブを、標準的なフィルムの製造テンターで延伸した。キャストウェブをテンターの中で約１５７℃で１８秒間予熱した。次に、フィルムを、１５４℃で約６０％／秒の初期速度で４．５秒、続いて約１５％／秒の速度で１８秒延伸した。ｘ方向の合計の全延伸率は約５．５：１であった。次に、フィルムを、幅の約１％を引っ張りながら、２２７℃で１８秒間熱処理した。
【０１３２】
層の各パケットの低及び高屈折率材料の相対押出速度は、完成したフィルムの隣接する材料層が、それぞれほぼ同じ光学的な厚さを有するように調整された。記載の材料、キャスティング速度、及び延伸条件は、およそｎｘ１＝１．８２、ｎｙ１＝１．６２、ｎｚ１＝１．５０５、及びｎ２＝１．５９５の一連の屈折率をもたらし、各パケットの最も薄い層の約４２５ｎｍの反射から、べき法則分布で単調に厚さが増加して、最も厚い層で約１１５０ｎｍの光を反射するように調整されたブロック軸に関して、低及び高屈折率層の両方が１／４波長の光学的な厚さを有するように意図された。押出成形キャスティングホイール速度は、得られた反射帯域がこの波長範囲に及ぶように調整された。べき法則分布の形状は、結果として得られるスペクトルが、各パケット毎のスペクトルの大部分にわたって比較的平坦となるように選択された。スペクトル形状は、米国特許第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）に概説されている軸線ロッドの技術を用いて微調整された。最終的な延伸フィルムにおいて、表面薄層の厚さは、それぞれ約１１マイクロメートルであった。最終的なフィルムの合計厚さは、厚さ約９０マイクロメートルであった。
【０１３３】
空気中への垂直入射におけるブロック軸（曲線２４１０を参照）及び通過軸（曲線２４１２を参照）、並びに空気中への６０度におけるｐ偏光に対する通過軸（曲線２４１４を参照）に関する測定されたスペクトルが図２４にプロットされている。４２５〜１１５０ｎｍの平均ブロック透過率（Ｔブロック）は６％である。垂直入射における４００ｎｍ〜１０８０ｎｍの通過軸透過率は８４％であり、６０度における４００〜８７５ｎｍでは６３％である。
【０１３４】
ブロック、通過、及び６０度のｐ偏光通過軸に関する右側帯域端部は、およそ１１５０ｎｍ、１０８０ｎｍ、及び８７５ｎｍである。
【０１３５】
【表４】
0006022937.tif 000005
【０１３６】
これらの値は、光学フィルム４．１の内部透過率値の計算値とほぼ一致する。図２３にプロットされたデータは、それぞれ、０度及び６０度のｐ偏光に関する５％の内部Ｔブロック、並びに９２％及び６３％の内部通過軸透過率を示している。
【０１３７】
この光学フィルム４．２を、更に以下に説明される積層構造体３．２の中で試験したが、このフィルム４．２は積層されてユニタリー光を形成した。
【０１３８】
光学フィルム４．３：１軸コリメートフィルム（ｓ偏光）、２７５のミクロ層（モデル化）
屈折率がｎｘ１＝１．８２、ｎｙ１＝１．６２３、ｎ１ｚ＝１．５０５、及びｎ２＝１．５０５の（引用符で囲まれた全ての屈折率値は６３３ｎｍの波長について示されている）である２種類のポリマー材料を使用した多層スタックを、高角度のｓ偏光通過軸光を実質的に反射するように設計した。これは、大きなΔｎｙ＝１．６２３−１．５０５を用いることによって達成される。ブロック軸及び通過軸に対する４種類の主な偏光状態のｓ偏光及びｐ偏光の反射率を、２７５の交互層の多層フィルムに関してモデル化した。内部反射率は、屈折率１．２の媒体中への０〜９０度の間の全角度に関して図２５にプロットされており、ブロック軸反射帯域は垂直入射で４００ｎｍ〜９５０ｎｍに及ぶ。この図では、曲線２５１０はＲＳｂｌｏｃｋ（θ）及びＲＰｂｌｏｃｋ（θ）を表し、曲線２５１２はＲＳｐａｓｓ（θ）を表し、曲線２５１４はＲＰｐａｓｓ（θ）を表している。線２５１６は、空気中への入射角９０度に相当するＵＬＩ屈折率１．２の媒体への入射角を表す。通過軸透過率は垂直入射で約３５％である。ｓ偏光通過軸光の反射率は角度と共に急激に増加し、通過軸ｐ偏光の反射率は角度によらずほぼ一定である。
【０１３９】
光学フィルム４．４：１軸コリメートフィルム（ｓ偏光）、２７５のミクロ層（作製）
光学フィルム４．４は、既に上述された光学フィルム３．４の別名である。
【０１４０】
光学フィルム４．４を、様々な追加の表示装置の中にそのほとんとがＵＬＩ層を含む積層体の形態で設置して、試験した。こうした追加の構造体は構造体２．１〜２．５と呼ばれ、以下に説明する。
【０１４１】
構造体２．１：板上のフィルム、パネルと離間（空隙）
この構造体では、反射偏光フィルムを光学接着剤でアクリル板に積層し、この組み合わせをＬＣ表示パネルとバックライトとの間に設置し、組み合わせ、ＬＣパネル、及びバックライトの間に空隙をもたせた。ＬＣ表示パネルは、Ｓａｍｓｕｎｇから市販のＴＶセット（型番：ＬＥ−４０Ｍ９１Ｂ）から入手したが、４０インチ（１０１．６ｃｍ）の対角寸法を有し、前側及び後側の吸収偏光子を備えていた。積層構造体は、いうまでもなく、反射偏光フィルムの通過軸が表示パネルの後側の吸収偏光子の通過軸と整列するように配向された。バックライトは３０インチ（７６．２ｃｍ）の対角線寸法を有していた。したがって、４０インチ（１０１．６ｃｍ）テレビパネルの一部のみをバックライトで（構造体を通して）照明した。
【０１４２】
構造体２．２：ＵＬＩを有さない表示パネルに積層されたフィルム
この構造体は、反射偏光フィルムがアクリル板でなくＬＣ表示パネルに積層されたこと以外は構造体２．１と同様であった。ビーズ利得拡散層が光学フィルムの他の主表面に適用され、構造体は図１５に示されるものと同様になった。
【０１４３】
構造体２．３：ＵＬＩを有する表示パネルに積層されたフィルム
光学的に厚いＵＬＩ層が反射偏光フィルムと光学接着剤との間に適用されて、構造体が図１６に示されるものと同様になったこと以外は、この構造体は構造体２．３と同様であった。
【０１４４】
構造体２．４：ＵＬＩ及びプリズムフィルムを有する表示パネルに積層されたフィルム
プリズムがＵＬＩの第２の層で平坦化されたプリズムＢＥＦフィルムが積層体の中に含まれて、構造体が図１７に示されるものと同様になったこと以外は、この構造体は構造体２．３と同様であった。ＢＥＦフィルムはＰＥＴ基材層を含み、この層の複屈折は、積層構造体内の光の偏光状態を部分的に変化させる効果を有し、輝度測定値をいくらか低下させるのに寄与した。
【０１４５】
構造体２．５：ＵＬＩ及び体積拡散体を有する表示パネルに積層されたフィルム
この構造体は、体積拡散層がビーズ拡散層と置き換えられて、構造体が図１８に示されるものと同様になったこと以外は構造体２．３と同様であった。体積拡散体の移動係数（移動係数＝（Ｆ−Ｂ）／（Ｆ＋Ｂ）、式中、Ｆは、前方半球部で要素によって散乱された入射ランバート光の量を表し、Ｂは、後方半球部で要素によって散乱された入射ランバート光の量を表す）は８０％であった。
【０１４６】
構造体２．１〜２．５のそれぞれを、光学フィルム４．４（３．４）を使用して、軸上輝度、最大輝度、コントラスト、及び視野角に関して測定した。視野角は、「水平」及び「垂直」視野平面（viewing plane）で別個に測定された。テレビ鑑賞で用いられる標準的な配向で設置された、即ち、標準的な室内の壁に平行に設置された表示パネルでは、「水平」視野平面は室内の床に平行に（及び表示パネルの平面と垂直に）配向され、また「垂直」視野平面は、垂直であるが、表示パネルの平面及び水平視野平面の両方と垂直に配置された。したがって、水平視野平面と垂直視野平面の交点は、表示パネルと垂直な軸方向を画定する。所与の平面で測定された視野角は、輝度が最大輝度の５０％まで低下する面内方向間の全角度であった。
【０１４７】
測定結果は次の通りである。
【０１４８】
【表５】
0006022937.tif 000006
【０１４９】
追加研究では、光学フィルム４．２を、中実のライトガイドを含むディスプレイ関連構造体の中に設置した。この追加構造体は構造体３．２と呼ばれ、基本構造体３．１と共に以下に説明する。
【０１５０】
構造体３．１：中実のライトガイドを使用するエッジ照明バックライト、基本（空隙）
構造体３．１及び３．２の実施形態の調製に使用される次の材料を少し詳しく説明する：反射偏光フィルム上にハンドコーティングされたプリズムの調製（Ｖｅｒｄｅ重合性樹脂組成物、及びＭＯＦ上のプリズムの調製を含む）；接着剤（ＰＳＡ）；３層コーティング（体積拡散コーティング溶液の調製、超低ヘイズ低屈折率コーティング溶液の調製、及びＰＥＴ上の３層コーティングの調製を含む）；ライトガイド板；白背面の反射体；及びバックライト。
【０１５１】
反射偏光フィルム上にハンドコーティングされたプリズムの調製
「Ｖｅｒｄｅ樹脂組成物」は：７５％（ｗ／ｗ）エポキシアクリレート、ＣＮ１２０として販売（Ｓａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手可能）；２５％（ｗ／ｗ）２−フェノキシエチルアクリレート、ＳＲ−３３９として販売（Ｓａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手可能）；並びに０．１％（ｐｐｈ）２，４，６トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィンオキシド、Ｄａｒｏｃｕｒ（登録商標）ＴＰＯとして販売、及び０．２５％（ｐｐｈ）２−ヒドロキシ−２−メチル−ｌ−フェニル−プロパン−１−オン、Ｄａｒｏｃｕｒ（登録商標）１１７３として販売（共にＣｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｉｎｃ．（Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）から入手可能）、であった。
【０１５２】
多層光学フィルム上のプリズムの調製
Ｖｅｒｄｅ樹脂組成物を使用して輝度上昇フィルムを調製した。Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）ＢＥＦ  ＩＩ  ９０／５０（３Ｍ  Ｃｏ．（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から市販されている）に見られるプリズム形状パターンに類似した５０マイクロメートルの公称ピッチ間隔を有する９０度プリズムの線状の列よりなる８”（２０．３ｃｍ）×１１”（２７．９ｃｍ）のメタルマスターをホットプレート上に配置し、１５０°Ｆに加熱した。約３グラムの温かい樹脂をＭＯＦに適用し、線状プリズムがＭＯＦの縦方向にほぼ平行になるように配向されたミクロ複製されたツールにくっつけて設置した。ＭＯＦ、重合性Ｖｅｒｄｅ樹脂、及びツールを、約１５０°Ｆ（６６℃）に設定された加熱されたラミネーターに通過させ、均一に厚い試料を形成した。フィルムとコーティングされた重合性樹脂試料とを収容したツールを、５０ｆｐｍ（１５．２メートル／分）で、出力１００パーセントに設定された２つの６００Ｗ／ｉｎ（２３６Ｗ／ｃｍ）Ｄバルブを含むＦｕｓｉｏｎ  ＵＶ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ）のＭＤプロセッに通過させた。
【０１５３】
接着剤（ＰＳＡ）
０．１％のビスアミド架橋剤をＳＫ  Ｄｙｎｅ  ２００３Ｋ湿潤接着剤（Ｓｏｋｅｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）から入手可能）に加え、この混合物を従来型スロットダイを使用して２ミル（０．０５１ｍｍ）のポリエステル−シリコーン剥離ライナ（ＣＰ  Ｆｉｌｍｓ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）から入手可能なＴ５０）にコーティングし、溶媒を乾燥させて厚さ１ミル（０．０２５ｍｍ）の接着剤コーティングとした。第２の剥離ライナ（別の剥離剤を有する２ミル（０．０５１ｍｍ）のポリエステル−シリコーン剥離ライナ（同様にＣＰ  Ｆｉｌｍｓから入手可能なＴ１０））を乾燥した接着剤の表面に積層した。
【０１５４】
３層コーティング
体積拡散コーティング溶液の調製体積拡散
コーティング溶液（Ａ）を調製した。最初に、１４４．８ｇのメタノール、４９．５ｇのｐｈｏｔｏｍｅｒ  ６０１０（Ｃｙｔｅｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｗｏｏｄｌａｎｄ  Ｐａｒｋ，ＮＪ））、２２．０ｇのＳＲ８３３Ｓ、及び２５．３ｇのＳＲ９００３（Ｓａｒｔｏｍｅｒ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ））を、均質な溶液になるまで超音波下で混合した。その後、９６．８ｇのＳＸ−３５０Ｈ（Ｓｏｋｅｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＆  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ（Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）から入手可能な３．５マイクロメートルのポリスチレンビーズ）を高速撹拌下で加えた。白濁溶液を一晩撹拌した後、１４４．８ｇの１−メトキシ−２−プロパノール及び２．４８ｇのＤａｒｏｃｕｒ（登録商標）４２６５（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｈｉｇｈ  Ｐｏｉｎｔ，ＮＣ））を上記溶液に高速撹拌下で加えて、均質な体積拡散溶液を形成した。
【０１５５】
超低ヘイズ低屈折率コーティング溶液の調製
コーティング溶液「Ｂ」を作製した。冷却器及び温度計を備えた２リットル三つ口フラスコの中で、９６０グラムのＩＰＡ−ＳＴ−ｕｐオルガノシリカの細長い粒子、１９．２グラムの脱イオン水、及び３５０グラムの１−メトキシ−２−プロパノールを高速撹拌下で混合した。細長い粒子は、約９ｎｍ〜約１５ｎｍの範囲内の直径及び約４０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内の長さを有していた。粒子を１５．２重量％のＩＰＡの中に分散し、２２．８グラムのＳｉｌｑｕｅｓｔ  Ａ１７４シランをフラスコに加えた。得られた混合物を３０分間撹拌した。この混合物を８１℃で１６時間保持した。次に、この溶液を室温まで冷却し、４０℃の水槽の下のロータリーエバポレータを使用して溶液中の約９５０グラムの溶媒を除去し、４１．７重量％のＡ−１７４で修飾された伸長シリカが１−メトキシ−２−プロパノール中に分散された透明なＡ１７４修飾伸長シリカ溶液を得た。次に、２００グラムの透明なＡ−１７４修飾伸長シリカ溶液、８３．４グラムのＳＲ  ４４４、１．６ｇのＴＥＧＯ  Ｒａｄ  ２２５０、０．４ｇのＩｒｇａｃｕｒｅ  ８１９、１．２５グラムのＩｒｇａｃｕｒｅ  １８４、及び２３３ｇのイソプロピルアルコールを混合及び撹拌して、３２．５重量％の固形分を有する均質なコーティング溶液Ｃを得た。
【０１５６】
低ヘイズ低屈折率コーティング溶液の調製
コーティング溶液「Ｃ」を作製した。まず、３６０ｇのＮａｌｃｏ  ２３２７コロイドシリカ粒子（４０重量％固形分及び平均粒径約２０ナノメートル）及び３００ｇの１−メトキシ−２−プロパノールを、冷却器及び温度計を備えた２リットル三つ口フラスコの中で高速撹拌下で混合した。次に、２２．１５ｇのＳｉｌｑｕｅｓｔ  Ａ−１７４シランを加え、この混合物を１０分間撹拌した。次に、追加の４００ｇの１−メトキシ−２−プロパノールを加え、混合物を加熱マントルを使用して８５℃で６時間加熱した。得られた溶液を室温まで冷却し、６０℃水槽の下のロータリーエバポレータを使用して、水及び１−メトキシ−２プロパノール溶媒（約７００ｇ）のほとんどを除去した。得られた溶液は、４４重量％のＡ−１７４で修飾された２０ｎｍのシリカが１−メトキシ−２−プロパノールの中に分散された透明なＡ−１７４修飾シリカ溶液であった。次に、１２０ｇのＡ−１７４修飾シリカ溶液、１７．６ｇのＣＮ２３０２、３５．２ｇのＳＲ４４４、１．０５ｇのＴＥＧＯ  Ｒａｄ  ２２５０、０．２６４ｇのＩｒｇａｃｕｒｅ  ８１９、０．８１ｇのＩｒｇａｃｕｒｅ  １８４、及び１５６ｇのイソプロピルアルコールを撹拌により混合して、均質なコーティング溶液Ｃを形成した。
【０１５７】
コーティング手順
コーティング手順Ｄを開発した。まず、コーティング溶液を、１０ｃｃ／分の速度で幅２０．４ｃｍ（８インチ）のスロットタイプのコーティングダイの中にシリンジポンプ注入した。スロットコーティングダイは、１５２ｃｍ／分（１０ｆｔ／分）で移動する基材の上に幅２０．４ｃｍのコーティングを均一に分配した。次に、ＵＶ照射の通過を可能にする石英窓を備えるＵＶＬＥＤ硬化チャンバに、コーティングされた基材を通過させることによって、コーティングを重合した。ＵＶ−ＬＥＤバンクは、１６０個（ダウンウェブ方向に８個、クロスウェブ方向に２０個）のＵＶ−ＬＥＤの矩形アレイ（１０．２ｃｍ×２０．４ｃｍ領域をほぼカバーする）を含んだ。これらＬＥＤ（Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．（Ｄｕｒｈａｍ  ＮＣ）から入手可能）は、３８５ｎｍの公称波長で動作し、典型的には４５ボルト、８アンペアで駆動され、その結果ＵＶ−Ａ線量は平方センチメートル当たり０．２１２ジュールとなる。ファン冷却式ＵＶ−ＬＥＤアレイは、ＴＥＮＭＡ  ７２−６９１０（４２ＶＩｌＯＡ）電力供給装置（Ｔｅｎｍａ（Ｓｐｒｉｎｇｂｏｒｏ  ＯＨ）より入手可能）によって給電された。ＵＶ−ＬＥＤは、基材から約２．５ｃｍ離れて硬化チャンバの石英窓の上方に配置された。ＵＶ−ＬＥＤ硬化チャンバに毎時４６．７リットル／分（１００立方フィート）の流速で窒素流を供給し、硬化チャンバの酸素濃度は約１５０ｐｐｍとなった。追加の酸素流を供給して、ＵＶＬＥＤチャンバの中の総酸素濃度を制御した。ＵＶ−ＬＥＤによって重合された後、コーティングされた基材を１５０°Ｆ（６６℃）の乾燥オーブンに１０ｆｔ／分（１５２ｃｍ／分）のウェブ速度で１分間移動させることによって、硬化したコーティング中の溶媒を除去した。次に、乾燥したコーティングを、Ｈバルブ（Ｆｕｓｉｏｎ  ＵＶ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ  ＭＤ）より入手可能）で構成されたＦｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｏｄｅｌ  Ｉ３００Ｐを使用して後硬化した。ＵＶ  Ｆｕｓｉｏｎチャンバに、チャンバの中の酸素濃度が約５０ｐｐｍになるように窒素流を供給した。
【０１５８】
ＰＥＴ上の３層コーティングの調製
コーティング溶液Ａを、まず、コーティング手順Ｄに従って、ＵＶ−ＬＥＤをオフにし流速３０ｃｃ／分で、接着剤を下塗りした２ミル（０．０５１ｍｍ）のＰＥＴフィルム（ＤｕＰｏｎｔ  Ｔｅｉｊｉｎ  Ｆｉｌｍｓより入手可能）にコーティングした。コーティングされた基材を１５０°Ｆ（６６℃）の乾燥オーブンに移動させることによって、硬化したコーティング中の溶媒を除去した。次に、乾燥したコーティングを、窒素雰囲気及び１００％  ＵＶ出力で作動するＨバルブ（Ｆｕｓｉｏｎ  ＵＶ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ  ＭＤ）より入手可能）で構成されたＦｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｏｄｅｌ  Ｉ３００Ｐを使用して後硬化した。これによりＰＥＴフィルム上の体積拡散コーティングが生成される。コーティング溶液Ｃを、９アンペアのＵＶ−ＬＥＤを使用し、流速１２ｃｃ／分であり、酸素濃度を２０００ｐｐｍに制御したコーティングプロセスＤを用いて体積拡散コーティングの反対側にコーティングした。ＵＶ−ＬＥＤによって重合された後、硬化したコーティング中の溶媒を除去し、窒素雰囲気及び１００％  ＵＶ出力で作動するＨバルブ（Ｆｕｓｉｏｎ  ＵＶ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ  ＭＤ）より入手可能）で構成されたＦｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｏｄｅｌ  Ｉ３００Ｐを使用して最終硬化した。これにより、上面の有効屈折率が１．４及びＰＥＴと低屈折率コーティングとの間の境界面の有効屈折率が１．２１の低屈折率の勾配コーティングが生成された。９アンペアのＵＶ−ＬＥＤを使用し、流速１０ｃｃ／分であり、酸素濃度を１０００ｐｐｍに制御した同じＤのプロセスを用いて、体積拡散コーティングの上にコーティング溶液Ｂをコーティングした。ＵＶ−ＬＥＤによって重合された後、硬化したコーティング中の溶媒を除去し、窒素雰囲気及び１００％  ＵＶ出力で作動するＨバルブ（Ｆｕｓｉｏｎ  ＵＶ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ  ＭＤ）より入手可能）で構成されたＦｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｏｄｅｌ  Ｉ３００Ｐを使用して最終硬化した。これにより、上面の有効屈折率が１．２６及び体積拡散体と低屈折率コーティングとの間の境界面の有効屈折率が１．２０の低屈折率の勾配コーティングが生成された。
【０１５９】
ライトガイド板（ＬＧＰ）
ＬＧＰは、Ｃｏｒｅｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ  ３００，Ｒ．Ｏ．Ｃ．）から入手した型番ＡＵＴ１９８２Ｔ３２であった。ＬＧＰはポリ（メチルメタクリレート）で作製され、底面に白い印刷ドットを有し、厚さ６ｍｍ、幅３８５ｍｍ、長さ３０６ｍｍであった。
【０１６０】
白背面の反射体（ＷＢＲ）
ＷＢＲは、Ｖｉｅｗｓｏｎｉｃ  ２２インチ（５５．９ｃｍ）モニタ（型式番号：ＶＬＥＤ２２１ｗｍ）（Ｖｉｅｗｓｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｌｎｕｔ，ＣＡ，ＵＳＡ）より入手可能）から得た。
【０１６１】
バックライト
２２”（５５．９ｃｍ）Ｖｉｅｗｓｏｎｉｃモニタ、型式番号ＶＬＥＤ２２１ｗｍを、パネルからバックライトを分離するために分解した。バックライトは、およそ幅４７３ｍｍ×長さ３０６ｍｍに寸法設定された。バックライトは、バックライトの各４７３ｍｍ縁部に沿って６ｍｍのピッチで７８個のＬＥＤの列を収容し、後壁はＷＢＲで裏打ちされていた。実施例では、各縁部上の６３個のＬＥＤのみを使用した。構造体３．２は、ＬＧＰに積層された多層反射偏光子を備え、反射偏光子の通過軸は３８５ｍｍの長さと整列されている。次に、多層反射偏光子の通過軸がＬＥＤの列と平行になるように、偏光ＬＧＰをバックライトの中でＷＢＲの上にセットする。積層体を使用してＵＬＩと実施例のプリズムコーティングされたＭＯＦを組み合わせた。エンタイトルメント構造では、３層コーティングは、積層体を必要とせずにＭＯＦ上に直接コーティングされ得る。全ての実施例において、ＭＯＦの通過軸が中実ＬＧＰの長い辺と平行になるようにＭＯＦを配列し、光エンジンを取り付けた。
【０１６２】
上述の基礎的な情報を用いて、空隙を組み込んだ基本バックライト構造体（構造体３．１）を、図２６ａの概略的側面図に描かれているように作製した。図は、反射偏光フィルム２６１２と、ＢＥＦフィルム２６１４と、利得拡散体２６１６と、ライトガイド板２６１８（背面に抽出ドット（extraction dot）２６２０を有する）と、白背面の反射体２６２２と、を有するバックライト２６１０を示している。ＬＥＤ  ２６２４ａ、２６２４ｂは、ライトガイドのエッジライト照明を提供する。図ｌ（ａ）に概略側側面図が示されているバックライトを作製した。バックライトは、上述のＷＢＲ（要素２６２２）と、ＬＧＰ（要素２６１８）と、ＬＥＤランプ（要素２６２４ａ、２６２４ｂ）と、利得拡散体（要素２６１６）と、ＢＥＦ３−７Ｔプリズムフィルム（要素２６１４）と、反射偏光子２６１２のためのＤＢＥＦ−Ｄ４００と、を備えた。６３個のＬＥＤをＬＧＰの縁部近くに設置し、ＬＧＰの幅（３８５ｍｍ）に沿って一定の間隔で配列した。
【０１６３】
視野角の関数としてのバックライト中央部の輝度、軸方向の輝度（ニトの単位）、輝度半値角を、Ａｕｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ  Ｃｏｎｏｓｔａｇｅ  ３（Ａｕｔｒｏｎｉｃ−Ｍｅｌｃｈｅｒｓ  ＧｍｂＨ，Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ（Ｇｅｒｍａｎｙ）より入手可能）を使用して測定した。測定を始める前に、線形吸収偏光子（図２６ａには図示せず）を、その通過軸をＬＧＰの長い辺と平行にした状態でＤＢＥＦ−Ｄ４００の上に配置した。空気中への極角の関数としての輝度は、水平面（曲線２６３２参照）及び垂直面（曲線２６３０参照）で測定され、図２６ｂにプロットされている。
【０１６４】
構造体３．２：ＵＬＩがある場合の中実ライトガイド／フィルム／プリズム積層体を有するバックライト
空隙を組み込まずに積層されたバックライト、１軸コリメート浸漬反射偏光フィルム（光学フィルム４．２）、及び光学的に厚いＵＬＩ層を、図２７ａの概略的側面図に示されるように作製した。この図は、多層反射偏光子２７１４（光学フィルム４．２）の上に形成されたＢＥＦプリズム２７１２と、感圧接着剤（ＰＳＡ）層２７１６、２７２６と、光学的に厚いＵＬＩ層２７１８と、体積拡散体２７２０と、３層コーティングされたＰＥＴ層２７２２と、ｚ勾配を有するＵＬＩ層２７２４と、その上に抽出ドット２７３０を有するライトガイド板２７２８と、白背面の反射体２７３２と、エッジライト光源２７３４ａ、２７３４ｂと、を有する積層バックライト構造体２７１０を示している。こうした構成要素の詳細は上述されている。光源２７３４ａ、２７３４ｂとして、６３個のＬＥＤをＬＧＰの縁部近くに設置し、ＬＧＰの幅（３８５ｍｍ）に沿って一定の間隔で配列した。
【０１６５】
構造体３．２に関連して記載されたものと同様の測定を行った。図２７ｂは、水平面（曲線２７４２参照）及び垂直面（曲線２７４０参照）で測定された空気中への極角の関数としての輝度を示している。
【０１６６】
光学フィルム４．２を使用した構造体３．２は、バックライト用途にとって望ましいいくつかの重要な機能、即ち（１）光出力コリメーション（light output collimation）、（２）偏光出力、を実証した。ＵＬＩ、特にライトガイドに近いｚ勾配ＵＬＩ層の固有のヘイズにより、表示の均一性はわずかに変化した。既存のシステムよりも多くの光がエッジの近くで抽出されたが、これは抽出器の設計を再度最適化することによって容易に補償され得る。このため、実施形態の間で公正な比較を行うために、ディスプレイ上部、中央部、及び底部といったディスプレイ上の３点を測定した。結果は下の表に要約されている。実施例２である一体型偏光中実ライトガイドの平均輝度は、既存のシステムの８６．５％である。その性能は、（１）ハンドコーティングではなく精密なプリズムコーティング、（２）ＰＳＡ及びＰＥＴの層といった付加価値のない構成要素の排除、（３）ＵＬＩのヘイズ低減、（４）プリズムコーティング用のより高屈折率の樹脂、（５）更なるＭＯＦ最適化、によって更に改善され得る。
【０１６７】
【表６】
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【０１６８】
更なる分析及び考察
先に言及したように、反射偏光子の性能のいくつかのパラメータは、高角度における強度の低減及び／又は軸上の強化された強度を必要とするＬＣＤバックライト、又は任意の他の偏光照明システムにおける有用性に対して有意なものとなり得る。こうしたパラメータは、上述の％Ｔブロックと％Ｔ００とを含む。通過状態のｓ偏光成分及びｐ偏光成分の透過率値が斜角において互いに同様であり得る、２軸コリメートの浸漬した反射偏光子の場合では、パラメータは、それぞれがｓ及びｐ偏光成分の平均である％ＴＡ６０、％ＴＡ９０、及び％ＴＵ９０も含み得る。
【０１６９】
こうした透過率値は、それらが適用され得るシステムの要件によって、ある範囲の好ましい値を有する。更に、フィルムのこれらのパラメータのうちの１つを変更すると、他のパラメータの１つ以上が変化することになるので、トレードオフが存在する。この理由の１つは、任意の材料から得られる複屈折の限界である。ＰＥＮ及びＰＥＴなどのポリマーは、ポリマー微結晶及び半結晶性ポリマーフィルムの分子鎖のいくつかの延伸に起因して、複屈折を呈する。結晶及び分子秩序を形成するこの処理は、一般に、フィルムの延伸と呼ばれている。ポリマーフィルムは、ｘ方向若しくはｙ方向のいずれか、又はその両方に延伸され得る。任意の方向へのフィルムの延伸は、その方向、並びにその他の２方向への反射率に影響を与えることになる。フィルムがｘ及びｙ方向の両方に高度に延伸される場合、ｚ屈折率は最小となる。ｘ屈折率は、ｙ屈折率を最小値まで減少させるという犠牲によってのみ、最大値まで増加され得る。こうした特性は既知であるが、上述された５つのパラメータの最適化に関連したトレードオフについて論じるために、ここで再び記載する。例えば、高屈折率層のｙ屈折率を高めるようにフィルムを処理することにより％Ｔ００が低下するが、ｘ屈折率も同様に低下するので、％Ｔブロックは増加する。一次近似で、ｘ、ｙ、及びｚ屈折率の合計は一定である。ｘ方向若しくはｙ方向のいずれか、又はその両方に最大延伸すると、ポリエステル系システムではｚ屈折率は最小になり、また、その他のいわゆる「正の複屈折システム」でも同様である。延伸の非対称、例えば、ｙ方向への延伸の増加を伴うｘ方向の低下などは、ｚ屈折率をほぼ一定の状態に保つことができる。
【０１７０】
ＬＣＤパネルの吸収偏光子への吸収を介したブロック軸偏光を有する光の損失を低減するために、ＬＣＤバックライトの％Ｔブロックの値を最小にすることを望む場合がある。しかしながら、％Ｔブロックは、高屈折率層に対して大きな値のｎｘを必要とするので、ｙ屈折率は、Ｔブロックが大きくなり過ぎる点までｎｘが減少するような大きな値まで増加させるべきではない。一般に、％Ｔブロックは、垂直入射で可視スペクトルにわたる平均である１５％又は２０％よりも小さいのが望ましい。１０％未満、又は５％の％Ｔブロック値がより望ましい。
【０１７１】
例示の実施形態では、特に、拒絶された通過軸光線をフィルムに戻すのにリサイクリングシステムが有効でない場合には、％Ｔ００は、通過軸の光の相当量が最終用途まで透過されるように、十分に高くされる。システムの要件が、ｓ偏光通過軸光に対する高反射率を含む場合には、垂直入射で中程度の内部反射率が必要である。交互ミクロ層のｙ屈折率に不整合が存在する場合に限り、ｓ偏光は反射される。この不整合、並びに層の数も、％Ｔ００の値を決定する。相当量のｓ偏光を反射するあらゆるフィルムは、相当量の垂直入射の光も反射する。したがって、ｓ偏光の強い反射が意図されるフィルムは、垂直入射において少なくとも２０％、より典型的には３０％、又は更に５０％若しくは６０％の内部反射を必要とし得る。バックライトシステムがより効率的になればなるほど、％Ｔ００の許容可能な値が低くなり得る。したがって、内部透過率％Ｔ００の値は、４０％から８０％の高さにまで及び得る。
【０１７２】
興味深いことに、大きな入射角のｓ偏光又はｐ偏光の実質的に一方のみに高反射率をもたらす偏光反射体（いわゆる１軸コリメートフィルム）は、特にｐ偏光コリメートフィルムに関して、２軸コリメートフィルムと比べていくつかの利点を有する。したがって、高角度の全光の大きな割合を反射することができる２軸コリメートフィルムは、広くは、１軸コリメートフィルムよりも多くの光をバックライトに向けてリサイクルし、吸光損失がより大きくなる。例えば、図１０の反射対角度曲線を図２３のそれと比較する。２軸コリメートフィルムは、ｓ偏光及びｐ偏光の両方のかなりの部分を反射する。これは、相当な屈折率差の値Δｎｙを必要とする。この屈折率差は、所与の数の層及び帯域幅のＴｐａｓｓ（０）を決定するものでもある。
【０１７３】
こうして、相当量のｓ偏光を反射するあらゆるフィルムは、相当量の垂直入射の光も反射する。したがって、ｓ偏光の強い反射が意図されるフィルムは、垂直入射において少なくとも２０％、より典型的には３０％、又は更に５０％若しくは６０％の内部反射を必要とし得る。高度のコリメートフィルム４．４（スペクトルは図２０に示されている）は、たった３９％の通過軸内部透過率、したがって約６１％の反射率を有する。
【０１７４】
ｐ偏光コリメートフィルムは、屈折率差Δｎｙ及びΔｎｚの両方に依存する。このため、ｓ偏光のほんの中程度の反射率又は更に反射率なしで、ｐ偏光の十分な反射率を達成することができる。ｐ偏光反射体の垂直入射における反射率は、ｓ偏光の望ましい量の反射及びリサイクリング照明システム又はバックライトの効率といったシステムのニーズに応じて、０％〜３０％の範囲内、例えば約０、１０、２０、又は３０％であれば十分である。垂直入射における低反射率は、全体的に低い半球反射率の値及び高い半球透過率を提供する。したがって、ｐ偏光に対して高反射率をもたらすフィルムは、ｓ偏光に対して高反射率をもたらすフィルムよりも全体的により透過的に作製され得る。こうしたフィルムは、その結果、ｓ偏光及びｐ偏光の両方に対して高反射率をもたらすフィルムよりも透過的である。
【０１７５】
総反射率及び透過率は、一般に半球反射率及び透過率と呼ばれ、半球体の全ての立体角にわたって反射又は透過された光の集積割合を指す。この場合、本発明者らは、フィルムのブロック軸及び通過軸のみに入射する光の反射率及び透過率のデータを計算して表示した。任意の所定の入射極角θに関し、主軸の間の全方位角φの通過軸偏光に対する反射率及び透過率の値は、周知の重み関数であるＲｓ＊ｃｏｓ２φ＋Ｒｐ＊ｓｉｎ２φによって推定することができ、式中、Ｒｓ及びＲｐはｓ偏光及びｐ偏光値を指す。
【０１７６】
別掲の通り、最低の層数を有する広帯域反射体の最も高い反射率を生成するために最も効果的なスタック設計は、スタックの１つの表面から他の表面までの１／４波長の厚さの値に連続的な階調を有するものである。光学フィルム１．１は、５５０の連続的に勾配が付けられている層を備えて、この様式で設計されている。しかしながら、好結果の製品のための光学設計の選択は、材料などの製造原価及び機器費用に制限されることがしばしばである。その反射率が図１１に示されている光学フィルム１．３は、それぞれが２７５層を有する２つの独立して作製された勾配が付けられているスタックを、積層又は共押し出しすることによって作製されるように設計される。２つの独立した反射体は、互いに対してコヒーレントに光を反射せず、また、２つの反射体のコヒーレントでない組み合わせに対して「パイルオブプレーツ」の式を用いて、平均的に反射率の増加をもたらす。
【０１７７】
Ｒ＝｛Ｒ１＋Ｒ２＊（１−２＊Ｒ１）｝／（１−Ｒ１＊Ｒ２）
図１０と図１１を比較することにより観察され得るように、このようなフィルムの組み合わせは、％ＴＡ９０若しくは％ＴＵ９０又は％Ｔブロックよりも、％Ｔ００の反射率を増加させるという点で、より有効である。
【０１７８】
１軸コリメート反射偏光子に関する軸位置合わせの選択
直交軸へのコリメーションをもたらすために、又は同軸に沿った光のコリメーションを支援するために、１軸コリメート反射フィルムをレンズ状の微細構造化表面と組み合わせて使用することができる。光学フィルム４．２、及び図２７ａの構造体３．２の中でのその機能を考察する。この場合の通過軸は、上面上のプリズムの長軸と位置合わせされる。通過軸光に対するフィルムの反射率は、ｙ軸の平面に出射する光のコリメーティング効果を引き起こす一方で、プリズムは、ｘ軸の平面に出射する光のコリメーティング効果を引き起こす。このようにして、この構造体は、一体型積層体との両軸に沿った十分なコリメーションを引き起こす。
【０１７９】
しかしながら、位置合わせの選択は、その中で構造体が使用されるシステムによって制約され得る。構造体３．２の中のフィルムの通過軸は、テレビパネルの吸収偏光子の通過軸とほぼ平行になるように制約される。典型的には、プリズムフィルムもまたこの方向に位置合わせされる。しかしながら、システム設計者が、プリズムが吸収偏光子のブロック軸と位置合わせされるのを望む場合には、光学フィルム４．２をその方向に同様に位置合わせすることはできない。しかしながら、この場合、ｓ偏光通過軸光はフィルムのブロック軸の平面に出射するので、システム設計者はｓ偏光コリメートフィルムを利用することができる。反対に、システム設計者が、反射フィルム及びプリズムフィルムの両方が光を同一方向にコリメートするのを望む場合には、ｓ偏光及びｐ偏光コリメートフィルムの使用は、今説明した場合と逆になることになる。要約すると、使用するｓ偏光又はｐ偏光反射フィルムを選択することにより、コリメーション軸が偏光子通過軸と平行になる、又は通過軸と垂直になるように選択することができる。２軸コリメートフィルムはいずれの構造体でも機能し得るが、低輝度の低効率なシステムをもたらし得る。
【０１８０】
２軸コリメートフィルムは、照明器又はバックライトの中で高効率の反射体を使用する高効率システムに最適である。反射フィルムの反射率が９５以上であるのが、かかるシステムで最も有用である。リサイクリングキャビティに対するフィルム中の厚い光学層及び薄い光学層の相対位置も、システム効率に影響を与える可能性がある。大量の傾斜した光が光学フィルムに入射する浸漬システムでは、最も高角度で伝播する光線が最初に反射される場合、多層フィルムの吸収は一般に少ない。換言すれば、そのような場合には、フィルムの最も厚い層を有する側をリサイクリングキャビティに向けて位置決めすることにより、より効率的なシステムを得ることができる。
【０１８１】
１軸コリメートフィルムを、例えばビーズ利得拡散フィルム又はマイクロレンズアレイ複製表面などの二次元コリメート微細構造と組み合わせて使用することもできる。
【０１８２】
項目１は、可視波長を含む広範な波長領域にわたり角度及び偏光の関数として光を選択的に透過及び反射するように構成され、第１の偏光の可視光線を垂直に入射するための通過軸と、第２の偏光の可視光線を垂直に入射するためのブロック軸と、を画定し、更に（ａ）第１の光を圧縮された視野円錐の中に透過するように、第１の入射面に斜角で入射する第１の偏光の第１の光に対する増加した反射率、及び（ｂ）第２の光を広い視野円錐の中に透過するように実質的に増加しない、第２の入射面に入射する第１の偏光の第２の光に対する斜角での反射率によって特徴付けられる、複数のミクロ層と；ミクロ層への大きく傾斜した光の伝播を制限する、又はかかる大きく傾斜した伝播光をミクロ層に向けて向け直すという方法でミクロ層に連結される、超低屈折率を有する光学的に厚い低屈折率層と；を備えるフィルム構造体である。
【０１８３】
項目２は、項目１のフィルム構造体であり、第１の光はｐ偏光可視光線であり、第２の光はｓ偏光可視光線である。
【０１８４】
項目３は、項目１のフィルム構造体であり、第１の光はｓ偏光可視光線であり、第２の光はｐ偏光可視光線である。
【０１８５】
項目４は、項目１のフィルム構造体であり、線状プリズムフィルムを更に備える。
【０１８６】
項目５は、項目４のフィルム構造体であり、プリズムフィルムの各プリズムはプリズム軸に沿って延在し、プリズム軸は第１の入射面と実質的に整列する。
【０１８７】
項目６は、項目４のフィルム構造体であり、プリズムフィルムの各プリズムはプリズム軸に沿って延在し、プリズム軸は第２の入射面と実質的に整列する。
【０１８８】
項目７は、可視波長を含む広範な波長領域にわたり角度及び偏光の関数として光を選択的に透過及び反射するように構成され、第１の偏光の可視光線を垂直に入射するための通過軸と、第２の偏光の可視光線を垂直に入射するためのブロック軸と、を画定し、更に（ａ）ブロック軸を含む第１の平面に入射する第１の偏光の可視光線を圧縮された視野円錐の中に透過するように、第１の偏光のｓ偏光に対する斜角での増加した反射率、及び（ｂ）通過軸を含む第２の平面に入射する第１の偏光の可視光線を広い視野円錐の中に透過するように実質的に増加しない、第１の偏光のｐ偏光の斜角での反射率によって特徴付けられる、複数のミクロ層と；ミクロ層への大きく傾斜した光の伝播を制限する、又はかかる大きく傾斜した伝播光をミクロ層に向けて向け直すという方法でミクロ層に連結される、超低屈折率を有する光学的に厚い低屈折率層と；を備えるフィルム構造体である。
【０１８９】
項目８は、斜角で第１の入射面に入射する可視光線のミラーとして、垂直入射の可視光線、及び第２の入射面に斜角で入射する可視光線用反射偏光子、として実質的に機能するように構成された多層光学フィルムと、多層光学フィルムに取り付けられる超低屈折率を有する光学的に厚い低屈折率層と、を備えるフィルム構造体。
【０１９０】
項目９は、項目７又は８に記載のフィルム構造体であり、光学的に厚い低屈折率層からの光を受容する、及び／又は光学的に厚い低屈折率層に光を透過するように配置されたプリズム輝度上昇フィルムであって、第２の平面に入射する光に圧縮された視野円錐を提供するように適合される、プリズム輝度上昇フィルムを更に備える。
【０１９１】
項目１０は、項目７又は８に記載のフィルム構造体であり、光学的に厚い低屈折率層からの光を受容する、及び／又は光学的に厚い低屈折率層に光を透過するように配置された輝度上昇フィルムであって、フィルムは伸長プリズムを画定する構造化表面を有し、各プリズムは第１の平面と実質的に平行であるプリズム軸に沿って延在する、輝度上昇フィルムを更に備える。
【０１９２】
特に別段の指定がない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用する、数量、特性の測定値等を表す全ての数値は、「約」という語で修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、そうでない旨が指定されない限り、本明細書及び特許請求の範囲において記載された数値パラメータは、本出願の教示を利用する当業者が得ようと求める望ましい特性に応じて変化し得る、概算値である。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、また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かかわらず、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。
【０１９３】
本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく本発明の様々な改変及び変形が当業者には明らかであり、本発明が本明細書に記載された例示的な実施形態に限定されるものではないことは理解されるはずである。例えば、読者は、別段の指示がない限り、１つの開示された実施形態の特徴がその他全ての開示された実施形態にも適用され得ると仮定するべきである。また、本明細書において参照された全ての米国特許、公開特許出願、並びに他の特許及び非特許文書は、それらが上述の開示に矛盾しない範囲において、参照により組み込まれると理解すべきである。
【図１】
0006022937.tif 000008
【図２】
0006022937.tif 000009
【図３ａ】
0006022937.tif 000010
【図３ｂ】
0006022937.tif 000011
【図３ｃ】
0006022937.tif 000012
【図４】
0006022937.tif 000013
【図５】
0006022937.tif 000014
【図６】
0006022937.tif 000015
【図７ａ】
0006022937.tif 000016
【図７ｂ】
0006022937.tif 000017
【図７ｃ】
0006022937.tif 000018
【図８ａ】
0006022937.tif 000019
【図８ｂ】
0006022937.tif 000020
【図９】
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【図１０】
0006022937.tif 000022
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２２ｃ】
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【図２２ｄ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７ａ】
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【図２７ｂ】
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