(57)【要約】  構造化表面を有する光学フィルムが、とりわけ、ディスプレイ内の光の伝播を管理するために使用される。ディスプレイが大型化するにつれて、剛性を維持するようにフィルムが補強されることがますます重要になる。本発明の光学フィルムは、ポリマーマトリックス内に埋め込まれた無機繊維を含む第１の層を有する。この第１の層は、そこを通過する光に光学的機能を提供するために構造化表面を有する。このフィルムは、様々な有益な光学的特性を持つ場合があり、例えば、第１の層を通って略垂直に伝播する光がある特定のレベル以下のヘイズにさらされる場合、あるいはフィルムに入射する光が輝度ゲインの最低値に従う場合がある。様々なフィルム製造方法が説明されている。
2009532721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーマトリックス内に埋め込まれている無機繊維を含み、第１構造化表面を有する第１層を含む光学フィルムであって、前記第１層が前記第１層を通って伝播する光に対して少なくとも１０％の輝度ゲインを提供する、光学フィルム。
【請求項２】
前記輝度ゲインが、少なくとも５０％である、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項３】
前記輝度ゲインが、少なくとも１００％である、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項４】
前記第１層を通って実質垂直に伝播する光が、３０％未満のバルクヘイズにさらされる、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項５】
無機ナノ粒子、光拡散粒子又は前記ポリマーマトリックス内に埋め込まれた中空粒子のうち少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項６】
前記第１構造化表面が、輝度向上層表面を含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項７】
前記第１構造化表面が、複数のプリズム状のリブを含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項８】
前記第１構造化表面が、複数の再帰反射性要素を含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項９】
前記第１構造化表面が、１つ以上のレンズを含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１０】
前記１つ以上のレンズが、少なくとも１つのフレネルレンズを含む、請求項９に記載の光学フィルム。
【請求項１１】
前記第１構造化表面が、回折表面及び光集束表面の一方を含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１２】
前記第１層が、前記第１構造化表面から離れて向かい合う第２構造化表面を有する、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１３】
前記第１構造化表面のパターンが、前記第２構造化表面のパターンに位置合わせされる、請求項１２に記載の光学フィルム。
【請求項１４】
前記第１層に付着された第２層をさらに含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項１５】
前記第２層が、反射層、透過層、拡散層及び第２構造化表面を有する層のうち１つを含む、請求項１４に記載の光学フィルム。
【請求項１６】
前記第２層が、偏光子層を含む、請求項１４に記載の光学フィルム。
【請求項１７】
前記偏光子層が、反射型偏光子層を含む、請求項１６に記載の光学フィルム。
【請求項１８】
前記偏光子層が、吸収偏光子層を含む、請求項１６に記載の光学フィルム。
【請求項１９】
前記第２層が、前記第１構造化表面に付着されている、請求項１４に記載の光学フィルム。
【請求項２０】
前記第２層が、前記第１構造化表面から離れて向かい合う表面に付着されている、請求項１４に記載の光学フィルム。
【請求項２１】
前記第１及び第２層の一方に付着されている第３層をさらに含む、請求項１４に記載の光学フィルム。
【請求項２２】
前記第３層が、前記第２層に付着されており、前記第３層がポリマーマトリックス内に埋め込まれた無機繊維を含む、請求項２１に記載の光学フィルム。
【請求項２３】
前記ポリマーマトリックスが、熱硬化性ポリマーを含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項２４】
前記ポリマーマトリックスが、熱可塑性ポリマーを含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項２５】
前記ポリマーマトリックスが、１２０℃未満のＴｇ値を有するポリマーを含む、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項２６】
前記構造化表面から離れて向かい合う前記フィルムの表面に略垂直に導かれる光が前記フィルムを通るシングルパス透過率が４０％未満である、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項２７】
前記シングルパス透過率が、１０％未満である、請求項２６に記載の光学フィルム。
【請求項２８】
フィルム法線に対して３０°を超える角度で主光線を有する、前記フィルムに導かれる光が、前記フィルム法線に対して２５°未満の角度で伝播する前記主光線を有して前記フィルムから伝達される、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項２９】
前記光学フィルムに入射するときに第１方向に伝播する主光線を有する光が前記光学フィルムに入射するとき、前記光が、前記第１方向とは少なくとも５°だけ異なる第２方向に伝播する主光線を有して前記フィルムから伝達される、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項３０】
ポリマーマトリックス内に埋め込まれた無機繊維を含み、第１構造化表面を有する第１層を含む光学フィルムであって、前記第１構造化表面から離れて向かい合う前記第１層の面に略垂直に入射する光についてのシングルパス透過率が、４０％未満である、光学フィルム。
【請求項３１】
前記シングルパス透過率が、１０％未満である、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項３２】
前記シングルパス透過率が、５％未満である、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項３３】
前記第１層を通って略垂直に伝播する光が、３０％未満のバルクヘイズにさらされる、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項３４】
無機ナノ粒子、光拡散粒子又は前記ポリマーマトリックス内に埋め込まれた中空粒子のうち少なくとも１つをさらに含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項３５】
前記第１構造化表面が、輝度向上層表面を含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項３６】
前記第１構造化表面が、複数のプリズム状のリブを含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項３７】
前記第１構造化表面が、複数の再帰反射性要素を含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項３８】
前記第１構造化表面が、１つ以上のレンズを含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項３９】
前記１つ以上のレンズが、少なくとも１つのフレネルレンズを含む、請求項３８に記載の光学フィルム。
【請求項４０】
前記第１構造化表面が、回折表面及び光集束表面の一方を含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項４１】
前記第１層が、前記第１構造化表面から離れて向かい合う第２構造化表面を有する、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項４２】
前記第１構造化表面のパターンが、前記第２構造化表面のパターンに位置合わせされている、請求項４１に記載の光学フィルム。
【請求項４３】
前記第１層に付着されている第２層をさらに含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項４４】
前記第２層が、反射層、透過層、拡散層及び構造化表面を有する層のうち１つを含む、請求項４３に記載の光学フィルム。
【請求項４５】
前記第２層が、偏光子層を含む、請求項４３に記載の光学フィルム。
【請求項４６】
前記偏光子層が、反射型偏光子層を含む、請求項４５に記載の光学フィルム。
【請求項４７】
前記偏光子層が、吸収偏光子層を含む、請求項４５に記載の光学フィルム。
【請求項４８】
前記第２層が、前記第１構造化表面に付着されている、請求項４３に記載の光学フィルム。
【請求項４９】
前記第２層が、前記第１構造化表面から離れて向かい合う表面に付着されている、請求項４３に記載の光学フィルム。
【請求項５０】
前記第１及び第２層の一方に付着されている第３層をさらに含む、請求項４３に記載の光学フィルム。
【請求項５１】
前記第３層が前記第２層に付着されていて、前記第３層がポリマーマトリックス内に埋め込まれた無機繊維を有するポリマーマトリックスを含む、請求項５０に記載の光学フィルム。
【請求項５２】
前記ポリマーマトリックスが、熱硬化性ポリマーを含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項５３】
前記ポリマーマトリックスが、熱可塑性ポリマーを含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項５４】
前記ポリマーマトリックスが、１２０℃未満のＴｇ値を有するポリマーを含む、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項５５】
フィルム法線に対して３０°を超える角度で主光線を有する、前記フィルムに導かれる光が、前記フィルム法線に対して２５°未満の角度で伝播する前記主光線を有して前記フィルムから伝達される、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項５６】
前記光学フィルムに入射するときに第１方向に伝播する主光線を有する光が前記光学フィルムに入射するとき、前記光が、前記第１方向と少なくとも５°異なる第２方向に伝播する主光線を有して前記フィルムから伝達される、請求項３０に記載の光学フィルム。
【請求項５７】
ディスプレイ装置と、
バックライトと、
前記ディスプレイ装置と前記バックライトとの間に配置された請求項１に記載の光学フィルムと、を含むディスプレイシステム。
【請求項５８】
ディスプレイ装置と、
バックライトと、
前記ディスプレイ装置と前記バックライトとの間に配置された請求項３０に記載の光学フィルムと、を含むディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルムに関し且つ具体的にはディスプレイ、例えば、液晶ディスプレイ内で光を管理するために使用される構造化表面を有する光学フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
構造化屈折表面を有する光学フィルムは、光源からディスプレイパネルまでの光の伝播を管理するためのディスプレイに使用されることが多いプリズム状の輝度向上フィルムである。このようなフィルムの１つの説明例が、ディスプレイから光軸上の光の量を増加させるために使用されることが多いプリズム状の輝度向上フィルムである。
【０００３】
ディスプレイシステムが大型化するにつれて、フィルムの面積もまたより大きくなる。このような表面構造化フィルムは、薄型で、典型的には数十又は数百ミクロンの厚さであり、したがって、特に大型ディスプレイシステムに使用される場合には構造健全性をほとんど有していない。例えば、ある特定な厚さのフィルムが、携帯電話ディスプレイに使用するには十分に剛性であるのに対して、それと同一のフィルムはなんらかの追加の支持手段無しではテレビジョンやコンピュータモニターのような大型ディスプレイに使用するには剛性が不足するといえる。フィルムがより剛性であればまた、大型ディスプレイシステム組立プロセスが余り骨の折れないものになり且つ潜在的により自動化されるはずであり、よってディスプレイの最終組立費を低減させる。
【０００４】
この表面構造化フィルムは、追加の剛性を提供するためにより厚くすることができる、あるいは大面積フィルムに使用するために厚いポリマー基材へ貼合わせてもよい。しかしながら、厚いフィルム又は厚い基材の使用は、ディスプレイ装置の厚さを増加させ、そしてまた重量及び光学的吸収率の増加につながる。より厚いフィルム又は基材の使用はまた、断熱を増加させ、ディスプレイから熱を移動させる能力を低減させる。更に、輝度を増加させたディスプレイに対する継続的な要求があり、それはより多くの熱がディスプレイシステムによって発生されることを意味する。これは、より高い加熱に伴う歪み影響、例えばフィルムの反りの増加をもたらす。これに加えて、表面構造化フィルムの基材への貼り合せは、デバイスに対して費用がかさみ、及びデバイスをより厚く及びより重くさせる。しかしながら、追加された費用は、ディスプレイの光学機能の著しい改善を結果としてもたらさない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態は、ポリマーマトリックス内に埋め込まれた無機繊維を含む第１層を有する光学フィルムを目的とする。この第１層は、構造化表面を有する。第１層を通って略垂直に伝播する光が、３０％未満のバルクヘイズにさらされる。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、ディスプレイパネルと、バックライトと、ディスプレイパネルとバックライトとの間に配置された強化フィルムと、を有するディスプレイシステムを目的とする。この強化フィルムは、構造化表面を有し、及びポリマーマトリックスで形成され、そのポリマーマトリックス内には無機繊維が埋め込まれている。強化フィルムを通って略垂直に伝播する光は、３０％未満のバルクヘイズにさらされる。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、第１層を含む光学フィルムを目的とする。この第１層は、ポリマーマトリックス内に埋め込まれた無機繊維を含み且つ構造化表面を有する。この第１層は、第１層を通って伝播する光に対して少なくとも１０％の輝度ゲインを提供する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、光学フィルムの製造方法を目的とする。この方法は、構造化表面を有する成型工具を準備する工程、並びに、ポリマー及びモノマーの少なくとも一方で形成されるマトリックス内に埋め込まれた無機繊維を含む繊維強化層を準備する工程を含む。この繊維強化層は、繊維強化、構造化表面シートを生成するために成型工具に対して連続的に成型される。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、ポリマーマトリックス内に埋め込まれた無機繊維を有する第１層を含む光学フィルムを目的とする。この第１層は、構造化表面を有する。構造化表面から離れて向かい合う第１層の面に略垂直に入射する光のシングルパス透過率は、４０％未満である。
【００１０】
本発明の上記の概要は、本発明の各図示の実施形態又はすべての実施を説明しようとするものではない。以下の図及び詳細な説明は、より具体的にこれらの実施形態を例証する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付の図面と共に本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解され得る。
【００１２】
本発明は様々な変更例及び代替形状に柔軟に従うことができるが、それらの細目は図面で例を用いてこれまでに示したし、又詳細に記述されるであろう。しかしながら、その意図は、記述した特定の実施形態に本発明を限定することではないことを理解さるべきである。反対に、その意図は、添付された特許請求の範囲により規定されるように、本発明の精神及び範囲内にあるすべての変更例、同等の方法及び代わりの方法を網羅しようとするものである。
【００１３】
本発明は、光学システムに適用することができ、及び特に、１つ以上の光学フィルムを使用する光学ディスプレイシステムに適用することができる。光学ディスプレイ、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が大型化及び高輝度化するにつれて、ディスプレイ内の光学フィルムに対する需要がますます増大する。より大きいディスプレイは、反り、曲がり、及び弛みを防ぐために、より堅いフィルムを必要とする。しかしながら、フィルムの厚さをその長さ及び幅と共に拡大することは、より厚い及びより重いフィルムをもたらす。そのため光学フィルムが、厚さの増加を同時に伴わずに、大きいディスプレイに使用できるように、より堅くされることが望ましい。光学フィルムの剛性を増加させるための１つのアプローチは、フィルム内に強化用繊維を含むことである。繊維で強化されたフィルムはまた、複合フィルムと称されることもある。幾つかの例示的な実施形態では、繊維は、フィルムを通過する光の散乱がほとんどないか又は全くないように、屈折率がフィルムの周囲の物質とマッチされる。幾つかの実施形態では、光の方向を制御するために構造化表面を使用する際にフィルム内に光の散乱がほとんどないか又は全くないことは特に有利になり得る。例えば、プリズム状の輝度向上フィルムは、フィルムが本質的に無散乱である場合に光軸上の（法線方向の）輝度を一層増加させる。光学フィルムが薄い、例えば、〜０．２ｍｍ未満であることは多くの用途において望ましい場合があるが、厚さに対して特別な制限はない。幾つかの実施形態では、複合材料の利点及びより大きな厚さを結合させること、例えば、厚さ０．２〜２ｍｍになり得るＬＣＤ−ＴＶに使用される厚板を生成することが望ましい場合がある。この用途の目的のために、「光学フィルム」という用語はこれらのより厚い光学プレート又は光ガイド（光導波路）を含むと考えられるべきである。
【００１４】
具体的には、本発明は構造化表面を有する各種有機／無機光学用複合材を目的とし、それらの構造化表面はなんらかの光学機能を有する。この構造化複合材は、複合層と「一体」となっている表面構造体を有し、もし必要であれば、複合層及び構造化表面が同時に形成されることを可能にする。構造化表面の光学機能は、一般に幾つかの光ガイド（ガイディング）特性を含む。構造化表面の有用な光ガイド特性の幾つかの例としては、リサイクル、視準もしくは光ガイド、レンジング、偏向、拡散、屈折、又は反射が挙げられる。この構造化表面は、以下を含むが、それらに限定されない、様々な形態を取る実用的な不連続を有している場合がある：湾曲している規則的な構造体、例えば、レンズ；（ミネソタ州、セントポールのスリーエム社（3MCompany）によって生産されるビキュイティ（Vikuiti）（商標）輝度向上フィルムにおけるような）プリズムのような規則的な直線で囲まれた構造体；マット又は拡散表面構造体のような偏向フィルム及びランダム構造体である。
【００１５】
本発明を包含してよいディスプレイシステム１００の例示的な実施形態の概略分解図画が図１に示される。このようなディスプレイシステム１００は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニター又はＬＣＤ−ＴＶに使用されてよい。このディスプレイシステム１００は、ＬＣパネル１０２の使用に基づいており、典型的にはパネル板１０６間に配設された液晶（ＬＣ）１０４の層を含む。板１０６は、ガラスから形成されることが多く、又ＬＣ層１０４内の液晶の配向を制御するために、板１０６の内部表面上に電極構造体及びアラインメント層を含んでよい。当該電極構造体は一般に、ＬＣパネル画素、隣接した範囲とは独立して液晶の配向が制御できるＬＣ層の範囲を画定するように配置されている。カラーフィルタもまた、表示された画像に色を付与するための１以上の板１０６に含まれてもよい。
【００１６】
上方吸収型偏光子１０８は、ＬＣ層１０４の上方に配置され、又下方吸収型偏光子１１０は、ＬＣ層１０４の下方に配置される。図示された実施形態では、上方及び下方吸収偏光子１０８、１１０は液晶パネル１０２の外部に位置している。この吸収偏光子１０８、１１０及びこのＬＣパネル１０２は共同して、バックライト１１２からディスプレイシステム１００を通ってビューワーまで光の透過を制御する。
【００１７】
バックライト１１２は、ＬＣパネル１０２を照明する光を発生する多くの光源１１６を含む。ＬＣＤ−ＴＶ又はＬＣＤモニターに使用されるこの光源１１６は、ディスプレイ装置１００を横切って延在する線状、冷陰極剤蛍光管であることが多い。しかし、フィラメント又はアークランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、フラット蛍光パネル若しくは外部蛍光ランプのような、他のタイプの光源が、使用されてもよい。光源のこのリストは、限定的又は網羅的なものを意図するのではなく、単に例示的なものである。
【００１８】
バックライト１１２はまた、ＬＣパネル１０２から離れる方向に、光源１１６から下方へ伝播する光を反射する反射体１１８を含む。反射体１１８はまた、以下に説明するように、ディスプレイ装置１００内で光を再利用するのに有用であり得る。反射体１１８はまた、鏡面反射体又は拡散反射体であってよい。反射体１１８として使用されてよい鏡面反射体の一例は、ミネソタ州、セントポールのスリーエム社（3M Company）から入手可能なビキュイティ（Vikuiti）（商標）鏡面反射性向上（Enhanced Specular Reflection）（ＥＳＲ）フィルムである。適切な拡散反射体の例としては、拡散的に反射する粒子、例えば二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等が詰め込まれている重合体、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン、ポリスチレン、及びその同類を含む。微孔質材料及び微細繊維含有材料を含む、拡散反射体の他の実施例が、米国特許出願公開第２００３／０１１８８０５Ａ１号に論述されている。
【００１９】
光管理層の配列体１２０は、バックライト１１２とＬＣパネル１０２との間に配置されている。当該光管理層は、ディスプレイ装置１００の動作を改善するように、バックライト１１２から伝播する光に影響を及ぼす。例えば、光管理層の配列体１２０は拡散層１２２を含んでよい。当該拡散層１２２は、光源から受けた光を拡散するために使用され、これはＬＣパネル１０２に入射する照明光の均一性の向上をもたらす。それ故に、このことは、結果的により均一で明るい画像が視聴者によって知覚されることになる。
【００２０】
光管理層の配列体１２０はまた、反射型偏光子１２４を含んでよい。光源１１６は、典型的には非偏光光を作り出すが、下方吸収型偏光子１１０のみが単一の偏光状態を透過するので、光源１１６によって発生される光の約半分はＬＣ層１０４まで透過されない。しかしながら、この反射型偏光子１２４は、ともすれば吸収されてしまうであろう光を反射させるために使用されてよい、したがってこの光は反射型偏光子１２４と反射体１１８間の反射によって再利用されてよい。反射型偏光子１２４により反射された光の少なくともいくらかは減偏光されてよい、及びその後で反射型偏光子１２４及び下方吸収型偏光子１１０を通ってＬＣ層１０４まで透過される偏光状態で反射型偏光子１２４へ戻されてよい。このように、反射型偏光子１２４は光源１１６により発せられＬＣ層１０４に到達する光の割合を増加させるために使用されてもよく、したがってディスプレイ装置１００により生成される画像はより明るい。
【００２１】
任意の好適なタイプの反射型偏光子、例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射型偏光子；連続／分散相偏光子又はコレステリック反射型偏光子のような、拡散反射偏光フィルム（ＤＲＯＦ）が使用されてよい。
【００２２】
ＭＯＦ、コレステリック及び連続／分散相反射型偏光子はすべて直交偏光状態で光を透過しながら１つの偏光状態の光を選択的に反射するために、フィルム、通常では高分子フィルム内で変動する屈折率プロファイルに依存する。ＭＯＦ反射型偏光子の幾つかの例が、米国特許第５，８８２，７７４号に記載されている。ＭＯＦ反射型偏光子の市販されている例としては、ミネソタ州、セントポールのスリーエム社（3M Company）から入手可能な拡散表面を備えるビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＤＢＥＦ−ＩＩ及びＤＢＥＦ−Ｄ４００多層反射型偏光子が挙げられる。
【００２３】
本発明に関連して有用なＤＲＰＦの例には、共有米国特許第５，８２５，５４３号に記載されている連続相／分散相反射偏光子、及び共有米国特許第５，８６７，３１６号に記載されている拡散反射式多層偏光子が挙げられる。他の好適なタイプのＤＲＰＦは、米国特許第５，７５１，３８８号に記載されている。
【００２４】
本発明に関連して有用なコレステリック偏光子のいくつかの例には、例えば米国特許第５，７９３，４５６号、及び米国特許公開第２００２／０１５９０１９号に記載のものが含まれる。コレステリック偏光子は、出力側の四分の一波長遅延層（quarter wave retarding layer）とともに提供されることが多いので、コレステリック偏光子を透過した光が線状偏光に変換されるようになっている。
【００２５】
光管理層の配列体１２０はまた、プリズム状の輝度向上層１２８を含む場合がある。輝度向上層とは、軸外れ光線を表示軸により接近した方向に方向変換する表面構造体を含む層である。これは、ＬＣ層１０４を通って光軸上を伝播する光の量を増加させ、したがって視聴者が見る画像の明るさを向上させる。一実施例は、プリズム状輝度向上層であり、これは屈折及び反射により照明光を方向変換させる、いくつものプリズム状素子を有する。ディスプレイ装置に使用され得るプリズム輝度向上層は、例えば、ミネソタ州、セントポールのスリーエム社（3M Company）から入手可能な、ＢＥＦＩＩ  ９０／２４、ＢＥＦＩＩ  ９０／５０、ＢＥＦＩＩＩＭ  ９０／５０及びＢＥＦＩＩＩＴを含むプリズム状フィルムのビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＢＥＦＩＩ及びビキュイティＢＥＦＩＩＩファミリーが挙げられる。このプリズム状素子は、フィルムの幅を横切って延長する突起として、若しくはより短い素子として形成される場合がある。
【００２６】
表面構造化フィルム２００の例示的な実施形態は、図２に模式的に示される一体型繊維強化材を有する。この強化フィルム２００は、ポリマーマトリックス２０４内に埋め込まれた強化用繊維２０２を含む。マトリックス２０４の少なくとも１つの表面には、構造化表面２０６が設けられている。図示された例示的な実施形態では、この構造化表面２０６は、表示軸に接近した方向に伝播するように光を方向変換させるためのプリズム状素子を有する、プリズム状輝度向上表面である。
【００２７】
無機繊維２０２は、ガラス、セラミック若しくはガラスセラミック材で形成される場合があり、そして１つ以上のトウ又は１つ以上の織物又は不織布層において、個々の繊維として、マトリックス２０４内に配列される場合がある。繊維２０２は、規則的なパターン又は不規則なパターンで配列される場合がある。強化高分子層の幾つかの異なる実施形態については、米国特許出願整理番号第１１／１２５，５８０号にかなり詳細に論述されている。
【００２８】
本発明の多くの実施形態では、複合材の有機及び無機成分間の屈折率マッチングに起因して複合層が高度に透明である。構造化表面の複合層との一体化は、高温条件下で使用される場合に、構造化表面の反り又は屈曲の可能性を少なくさせる。
【００２９】
更に、幾つかの現在存在している表面構造化フィルムの構造において、微小複製された表面構造体のベースフィルムへの良好な接着性を確実にするためにベースフィルム（基膜）の下塗りが極めて重要である。対照的に、一体化された構造化複合材を有する本発明の特定の実施形態の下では、ベースフィルム及び構造化表面は同一の樹脂系から生成できる。これにより総合加工プロセスが単純化され且つ別個のプライマー層及び下塗り工程の必要性がなくなる。他の選択肢として、このベースフィルムは１種の樹脂系で作製される複合材とすることも可能である一方、構造化表面は望ましい性状（添加剤、ナノ粒子を含有する、若しくは高い屈折率を有する）を有する第２の樹脂系により提供されることも可能であろう。
【００３０】
モノリシック的に一体化された、表面構造化複合材はまた、ある特定の光学用途にとって重要な特性である薄型化、剛性、及び低い反りの特性を組み合わせて、構造化光学フィルムの剛性対厚さ比を最大化するための優れた戦略を提供する。剛性を維持しながらのフィルムの厚さの低減は、ハンドヘルド及びノート型コンピュータディスプレイにおいては特に重要であるが、省重量及び省スペースへの関心ゆえに、すべてのディスプレイ用途においても一般に望ましいことである。
【００３１】
マトリックス２０４及び繊維２０２の屈折率は、マッチするように又はマッチしないように選択されてよい。幾つかの例示的な実施形態では、その結果得られる物品が光源からの光に対してほとんど、又は完全に透明であるように屈折率をマッチさせることが望ましい場合がある。他の例示的な実施形態では、固有のカラー散乱効果を生成するか又はフィルムに入射する光の拡散透過又は反射を生成するかのいずれかのために屈折率を意図的にミスマッチさせることが望ましい場合がある。屈折率のマッチングは、樹脂マトリックス２０４の屈折率と同一のものに近い屈折率を有する適切な繊維２０２補強材を選定することにより、若しくは繊維２０２の屈折率に近いか又は同一の屈折率を有する樹脂マトリックスを生成することにより達成できる。
【００３２】
ポリマーマトリックス２０４を形成する材料についてのｘ−、ｙ−、及びｚ−方向の屈折率は、本明細書ではｎ１ｘ、ｎ１ｙ及びｎ１ｚと呼ぶ。ポリマーマトリックス材２０４が等方性である場合、ｘ−、ｙ−、及びｚ−屈折率がすべて実質的にマッチしている。マトリックス物質が複屈折性である場合、ｘ、ｙ、及びｚの屈折率の少なくとも１つは、他のものと異なる。繊維２０２の材料は、典型的に等方性である。それ故に、繊維２０２を形成する材料の屈折率はｎ２として与えられる。しかしながら、無機繊維２０２は、複屈折であってもよい。
【００３３】
幾つかの実施形態では、ポリマーマトリックス２０４が等方性であることが望ましい場合もあり、即ちｎ１ｘ≒ｎ１ｙ≒ｎ１ｚ≒ｎ１である。２つの屈折率は、もし２つの屈折率間の差が０．０５未満、好ましくは０．０２未満及びより好ましくは０．０１未満であるならば、略同一であると考えられる。こうして、もしいずれの屈折率の対も０．０５超過して違わなければ、好ましくは０．０２未満であれば材料は等方性であると考えられる。さらに、幾つかの実施形態では、マトリックス２０４及び繊維２０２の屈折率が実質的にマッチしていることが望ましい。よって、マトリックス２０４と繊維２０２間の屈折率の差、ｎ１とｎ２間の差は、少なくとも０．０２未満、好ましくは０．０１未満及びより好ましくは０．００２未満と小さくすべきである。
【００３４】
他の実施形態では、ポリマーマトリックス２０４が複屈折であることが望ましい場合がある、この場合にはマトリックス屈折率の少なくとも一方が繊維２０２の屈折率とは異なる。繊維２０２が等方性である実施形態では、複屈折マトリックス２０４が、結果的に少なくとも１つの偏光状態にある光が補強層により散乱されることになる。散乱の量は、偏光状態が散乱される屈折率差の大きさ、繊維２０２のサイズ及びマトリックス２０４内の繊維２０２の密度を含む、幾つかの要因に依存する。更に、光は前方散乱（拡散透過）、後方散乱（拡散反射）、又は両方の組み合わせであってもよい。繊維強化層２００による光の散乱は、米国特許出願整理番号第１１／１２５，５８０号にかなり詳細に論述されている。
【００３５】
ポリマーマトリックス２０４に使用するのに好適な材料としては、光波長の望ましいレンジにわたって透明である熱可塑性及び熱硬化性ポリマーが挙げられる。幾つかの実施形態では、ポリマーが水に不溶性であることは特に有用である場合があり、ポリマーは疎水性であってもよく、若しくは吸水率が低い傾向を有してもよい。更に、好適なポリマー物質は、非晶質又は部分的結晶性であってもよく、そしてホモポリマー、コポリマー、又はこれらのブレンドを包含してもよい。ポリマー物質の例には、ポリ（カーボネート）（ＰＣ）；シンジオタクチック及びアイソタクチックポリ（スチレン）（ＰＳ）；Ｃ１〜Ｃ８アルキルスチレン；ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）及びＰＭＭＡコポリマーを包含する、アルキル、芳香族、及び脂肪族環含有（メタ）アクリレート；エトキシル化及びプロポキシル化（メタ）アクリレート；多官能性（メタ）アクリレート；アクリレート化エポキシ；エポキシ；及び他のエチレン性不飽和物質；環状オレフィン及び環状オレフィン性コポリマー；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）；スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）；エポキシ；ポリ（ビニルシクロヘキサン）；ＰＭＭＡ／ポリ（ビニルフロライド）ブレンド；ポリ（フェニレンオキシド）合金；スチレン系ブロックコポリマー；ポリイミド；ポリサルフォン；ポリ（ビニルクロライド）；ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）；ポリウレタン；飽和ポリエステル；低複屈折性ポリエチレンを包含するポリ（エチレン）；ポリ（プロピレン）（ＰＰ）；ポリ（アルカンテレフタレート）、例えばポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）；ポリ（アルカンナフタレート（alkanenapthalates））、例えばポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）；ポリアミド；アイオノマー；ビニルアセテート／ポリエチレンコポリマー；セルロースアセテート；セルロースアセテートブチレート；フルオロポリマー；ポリ（スチレン）−ポリ（エチレン）コポリマー；ポリオレフィン性ＰＥＴ及びＰＥＮを包含するＰＥＴ及びＰＥＮコポリマー；並びにポリ（カーボネート）／脂肪族ＰＥＴブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。（メタ）アクリレートという用語は、対応するメタクリレート又はアクリレート化合物のいずれかであるとして定義される。これらのポリマーは、光学的に等方性形態で使用されてもよい。
【００３６】
幾つかの製品用途において、フィルム製品及び構成成分が、低濃度の不安定種（fugitivespecies）（低分子量、未反応、又は未変換の分子、溶解水分子（dissolved water molecules）、又は反応副生成物）を示すことは重要である。不安定種は、製品即ちフィルムの最終使用環境から吸収できる、例えば、水分子が初期製品製造からの製品又はフィルム内に存在できる、又は化学反応（例えば、縮合重合反応）の結果として生成できる。縮合重合反応からの小さい分子の発生の例は、ジアミン及び二塩基酸の反応からのポリアミドの形成中の水の分離である。不安定種（fugitive species）としてはまた、低分子量有機物質、例えばモノマー、可塑剤などを挙げることができる。
【００３７】
不安定種（fugitive species）は一般に、機能的製品又はフィルムの残りを構成する物質の大部分より低い分子量である。製品の使用条件は、例えば、製品又はフィルムの片面に、差別的により大きい熱応力を結果としてもたらす場合がある。これらの場合には、不安定種（fugitive species）はフィルムを通って移動する可能性があるか、又はフィルム若しくは製品の１つの表面から揮発して濃度勾配、全体の機械的変形、表面の変更、及び時には、望ましくないガス抜けを生じる可能性がある。ガス抜けは、製品、フィルム又はマトリックス中に空間若しくは気泡、又は他のフィルムへの接着に関しての問題をもたらす可能性がある。不安定種（fugitive species）は、潜在的に、溶媒和する、食刻する、又は製品用途における他の構成成分に望ましくない影響を及ぼす可能性もまたある。
【００３８】
幾つかの実施形態では、フィルム２００のポリマーマトリックスが複屈折であることが望ましい場合があり、上に挙げたポリマーの幾つかが配向されたときに複屈折になる場合がある。特に、ＰＥＴ、ＰＥＮ、及びこれらのコポリマー、並びに液晶ポリマーは、配向されたときに複屈折性の相対的に大きな値を表す。ポリマーは、押出成形及び延伸を包含する異なる方法を使用して配向されてもよい。延伸は、それが高度な配向を可能にし、並びに幾つかの容易に制御可能な外部パラメータ、例えば温度及び延伸比により制御されてもよいために、ポリマーを配向するために特に有用な方法である。
【００３９】
しかしながら、構造化表面複合材がまた実質的に非複屈折にされてよいことに注目することは重要である。これは幾つかの実施形態では、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の光学フィルム積み重ね内で構造化表面複合材の空間的設置の可能性を広げるので望ましい場合がある。対照的に、幾つかの従来の表面構造化フィルムは、望ましくない複屈折を顕在化させる場合がある。本明細書に記載される表面構造化複合材の実質的に光学的等方性の特性は、ディスプレイ用途における光学フィルム積み重ねの設計において柔軟性をもたらす場合がある。
【００４０】
マトリックス２０４には、フィルム２００に対して望ましい特性をもたらすために各種添加剤が与えられてもよい。例えば、添加剤は次のものの内の１つ以上を含有してもよい：耐候剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤、酸化防止剤、分散剤、潤滑剤、静電気防止剤、顔料又は染料、核剤、難燃剤、及び発泡剤。
【００４１】
幾つかの例示的な実施形態は、経時的な黄ばみ及び曇りに耐性があるポリマーマトリックス物質を使用する場合がある。例えば、芳香族ウレタンのような幾つかの物質は、長期間紫外線に曝されるとき、不安定になり、及び時間と共に変色する。長期間にわたって同一のカラーを維持することが重要である場合には、このような材料を回避することが望ましい場合もある。
【００４２】
ポリマーの屈折率を変化させるか、若しくは材料の強度を増すために他の添加剤が、マトリックス２０４に与えられる場合がある。こうした添加剤には、例えば、ポリマーのビーズ又は粒子、及びポリマーのナノ粒子のような有機添加剤を挙げてもよい。幾つかの実施形態では、マトリックス２０４は、２つ以上の異なるモノマーの固有の比率を用いて形成され、各モノマーが重合されたときの異なる最終屈折率と関連づけられる。異なるモノマーの比率が、マトリックス２０４の屈折率を決定する。
【００４３】
他の実施形態では、マトリックス２０４の屈折率を調節するために、又は材料の強度及び／又は剛性を向上させるために無機添加剤がマトリックス２０４に添加されてよい。例えば、無機物質は、ガラス、セラミック、ガラスセラミック、又は金属酸化物であってもよい。無機繊維に関して以下に論じられるガラス、セラミック、又はガラスセラミックのいずれの好適な種類が使用されてもよい。金属酸化物の好適な種類には、例えばチタニア、アルミナ、酸化スズ、酸化アンチモン、ジルコニア、シリカ、これらの混合物又はこれらの混合酸化物が挙げられる。このような無機材料は、例えば、練り合わされた、粉末にされた、形態がビーズ、フレーク又は微粒子、及びマトリックス内に分布された、ナノ粒子として与えられてよい。ナノ粒子は、例えば、気相又は溶液系加工を用いて合成されてよい。粒子のサイズは、約２００ｎｍを下回ることが好ましく、及びマトリックス２０４を通過する光の散乱を低減するために１００ｎｍ又は更に５０ｎｍ未満としてもよい。添加剤は、懸濁液の分散及び／又はレオロジー及び他の流体特性を最適化するために、又はポリマーマトリックスと反応するために官能化表面を有してもよい。他の種類の粒子としては、中空シェル、例えば中空ガラスシェルが挙げられる。
【００４４】
任意の好適な種類の無機材料は、繊維２０２に使用されてよい。この繊維２０２は、フィルムを通過する光に対して実質的に透明であるガラスで形成されてよい。好適なガラスの例には、繊維ガラス複合物、例えばＥ、Ｃ、Ａ、Ｓ、Ｒ、及びＤガラスによく使用されるガラスが挙げられる。例えば、溶融シリカ及びＢＫ７ガラスの繊維を包含する、より高品質のガラス繊維もまた使用されてもよい。好適なより高品質のガラスは、ニューヨーク州エルムスフォード（Elmsford）のショット・ノース・アメリカ社（Schott North America Inc.）のような幾つかの供給元から入手可能である。これらのより高品質のガラスから製造された繊維を使用することは、それらがより純粋でそのためより均一な屈折率及びより少ない含有物を有し、それは、散乱の低減及び透過率の向上をもたらすために、望ましい場合がある。また、繊維の機械的性質が均一になる可能性がより高い。より高品質のガラス繊維は、水分を吸収する可能性がより低く、ひいてはフィルムは、長期間の使用において、より安定になる。更に、ガラス中のアルカリ内容物は、水の吸収を増やすため、低アルカリガラスを使用することが望ましい場合がある。他の無機材料は、例えば、セラミック類又はガラスセラミック類が、第１１／１２５，５８０号に論述されているように、繊維強化材に使用されてよい。
【００４５】
粒子又はチョップト繊維のような、延伸又はある特定の他の形成プロセスを必要とするポリマーにおいては不連続強化材が望ましい場合がある。例えば、米国特許出願整理番号第１１／３２３，７２６号に記載されている、チョップトガラスで充填された押出成型された熱可塑性プラスチックが、繊維補強層として使用されてよい。他の用途にあっては、連続ガラス繊維強化材（即ち織物組織、トウ又は不織布）が使用されてよい。これらが熱膨張係数（ＣＴＥ）の大幅な低減及び弾性率の向上につながることができるからである。これらの連続強化材は、押出し成型に基づいたプロセスではなく飽和／含浸及び硬化プロセスを用いて組み込むことがより実行可能である。
【００４６】
幾つかの例示的な実施形態では、少なくともいくらかの光が繊維２０２により拡散されるように、マトリックス２０４と繊維２０２との間で完全な屈折率マッチングを持たないことが望ましい場合がある。このような実施形態では、マトリックス２０４及び繊維２０２のいずれか又は両方が、複屈折であってよいか、若しくはマトリックス及び繊維の両方が等方性であってよい。繊維２０２のサイズに応じて、拡散が散乱から又は単純な屈折から生じる。繊維による拡散は非等方性であり、光は繊維の軸に対して横方向に拡散されてもよいが、繊維に対して軸方向には拡散されない。それ故に、拡散の性質は、マトリックス内の繊維の配向に依存する。繊維が、例えば、ｘ−軸に平行に配列される場合には、次いで光はｙ−及びｚ−軸に平行な方向に拡散される。
【００４７】
加えて、マトリックス２０４は、光を等方性散乱させる拡散粒子で詰め込まれてよい。拡散粒子は、マトリックスとは異なる屈折率、多くの場合より高い屈折率の粒子であり、約１０μｍまでの直径を有する。これらはまた複合材料に対して構造的強化をもたらすことができる。拡散粒子は、例えば、マトリックスの屈折率を調整するためのナノ粒子として使用する上記のような金属酸化物であってもよい。拡散粒子の他の好適な種類には、ポリスチレン若しくはポリシロキサン粒子のようなポリマー粒子、又はこれらの組み合わせが挙げられる。この拡散粒子はまた、ミネソタ州、セントポールのスリーエム社（3M Company）により生産される、タイプＳ６０ＨＳガラスバブル（Glass Bubbles）のような中空ガラス球体であってよい。拡散粒子は、光を拡散するだけに使用されてよく、光を拡散させるために屈折率がマッチしていない繊維と一緒に使用されてよく、若しくは光を拡散させ且つ方向変換させるために構造化表面と共に使用されてよい。
【００４８】
マトリックス２０４内の繊維２０２の幾つかの代表的な配列体としては、繊維のヤーン（糸）、トウ又はポリマーマトリックス内の一方向に配列されたヤーン、繊維織物、不織布、チョップト繊維、チョップト繊維マット（ランダム又は整然としたフォーマットで）、又はこれらのフォーマットの組み合わせが挙げられる。チョップト繊維マット又は不織布は、繊維の無作為の配列を有するのではなく、不織布又はチョップト繊維マット内に繊維の何らかの配列を提供するように、延伸され、圧力をかけられ、又は配向されてもよい。更に、マトリックス２０４は繊維２０２の複数層を含有してよく、例えば、マトリックス２０４は異なるトウ、織物組織等において繊維のより多くの層を含んでよい。図２に示される具体的な実施形態では、繊維２０２は２層に配列されている。
【００４９】
強化表面構造化フィルムの製造に対する１つの代表的なアプローチについて、図３を参照して説明する。一般に、この取り組み方はマトリックス樹脂を予め調製された表面構造化層に直接塗布する工程を含む。製造配列体３００は、繊維強化材３０２のロールを含むが、これはマトリックス樹脂３０６を収容する含浸浴３０４を通過させられる。樹脂３０６は、任意の好適な方法を用いて、例えば、繊維強化材３０２を一連のローラー３０８に通過させることにより繊維強化材３０２内に含浸される。
【００５０】
一旦含浸強化材３１０が浴３０４から押し出しされると、必要であれば追加の樹脂３１２が塗布されてよい。この追加の樹脂３１２は、例えば、コーター３１４を用いて補強層３１０の上に塗布されてよい。このコーター３１４は、例えば、ナイフエッジコーター、コマコーター（図示）、バーコーター、ダイコーター、スプレイコーター、カーテンコーター、高圧噴射などの任意の好適なタイプのコーターであってよい。他の考察の中で、適用条件における樹脂の粘度が、適切なコーティング方法又は方法類を決定する。コーティング方法及び樹脂の粘度はまた、強化材がマトリックス樹脂により浸透される工程の間に、強化材から気泡が除かれる速度及び程度に影響する。
【００５１】
完成フィルムが低い散乱を有することが望ましい場合には、この段階では樹脂が繊維間の空間を完全に満たすことを確実にすることが重要であり、樹脂内に残った空所又は気泡は散乱センターとして作用する場合がある。気泡の発生を減らすために異なる手法が個々に又は組み合わせにより使用されてもよい。例えば、フィルムは補強層３１０全体にわたって樹脂３０６の散布を促進するために機械的に振動されてもよい。機械的振動は、例えば超音波源を使用して印加されてもよい。加えて、フィルムは気泡を樹脂３０６から抽出する真空を受けてもよい。これは、例えば、オプションの脱気装置３１６においてコーティングと同時に又はその後に行われてもよい。
【００５２】
この含浸補強層３１０は、次いで成型ロール３１８にかけてもよい。この層３１０は、樹脂内にくぼみを生成するように成型ロール３１８の構造化表面３２０に接触して保持される。この樹脂は、次いで成型ロール３１８と接触しながら固化されてよい。固化は、硬化、冷却、架橋、及びポリマーマトリックスが固体状態に達する結果となるいずれかの他のプロセスを包含する。図示された実施形態では、樹脂に放射線を印加するために放射線源３２２が使用される。他の実施形態では、樹脂３０６を固化するために、熱及び圧力、電子ビーム照射などを含むが、それらに限定されない異なるエネルギ−形態が樹脂に印加されてよい。他の実施形態では、樹脂３０６は冷却、重合、又は架橋により固化されてよい。冷却は、熱硬化性ポリマーの使用に特に適している技術である。例えば、成型ロール３１８を使用して樹脂を冷却してよい。
【００５３】
幾つかの実施形態では、固化フィルム３２４が巻き取りロール３２６上に収集され、格納されるように十分に供給される。他の実施形態では、固化フィルム３２４はロールにかけるには堅すぎる場合があり、この場合にはそれは他の方法で格納され、例えば、フィルム３２４は格納用にシートに切断されてよい。
【００５４】
異なるタイプの表面構造体が、強化フィルム上に使用されてよい。図２は、輝度向上表面２０６を有する強化フィルム２００を示し、これはフィルムを通過する軸外れ光２０７を軸線２０８により平行である方向へ方向変換させる。この軸線２０８は、フィルム２００に対して垂直に延びている。光線２０７は、主光線であると考えてよい。幾つかの実施形態では、光線２０７は軸線２０８に対して３０°超過の角度でフィルム２００に入射し軸線に対して２５°未満の角度でフィルム２００から出射する。幾つかの実施形態では、主光線２０７のフィルム２００を透過した後の方向はフィルム２００に進入する前の主光線２０７の方向とは５°超過して異なり、つまりフィルム２００は光線２０７を５°超過、幾つかの実施形態では１０°超過及び幾つかの実施形態では２０°超過の角度にわたって逸らせた。輝度向上表面は、平坦な側面を含むプリズムを含有するものだけには制限されない。他の例示的な実施形態では、プリズムの側面は湾曲していてもよく、若しくはプリズムはフィルムの幅全体に延在しなくてもよい。
【００５５】
表面構造化強化フィルム４００の一実施形態が、図４Ａに模式的に示されている。このフィルム４００は、バックライトにおいて使用される光ガイド（光導波路）４０４から通過してきた光４０２の方向を変えるために使用される、補強偏向フィルムである。偏向フィルムからの光は、次いでディスプレイパネル（図示せず）に入射する前に１つ以上の追加の光管理フィルムを通過してよい。この構造化表面４０６は、入射面４１０及び反射面４１２を有する多くの突起部４０８を含む。この光４０２は、入射面４１０を通って突起部に進入し、そして反射面４１２において内部全反射される。この反射面４１２は、図示されているように、平坦でよく、若しくは小面があるか湾曲していてよく、あるいは何らか他の形状をとってもよい。
【００５６】
表面構造化、強化フィルム４２０の別の実施形態が、図４Ｂに模式的に示されている。構造化表面４２２が、光４２６を再帰反射させる多くのコーナーキューブ反射体４２４を備えている。
【００５７】
表面構造化、強化フィルム４３０の別の実施形態が、図４Ｃに模式的に示されている。この実施形態では、構造化表面４３２は１つ以上のレンズ４３４を含む。このレンズ４３４は、正の光パワー又は負の光学パワーを有してよい。
【００５８】
図４Ｄは、別の表面構造化強化フィルム４４０を模式的に示している。このフィルム４４０は、フレネルレンズの形態で構造化表面４４２を有する。
【００５９】
図４Ｅは、別の表面構造化強化フィルム４５０を模式的に示している。このフィルム４５０は、回折構造化表面４５２を備える。この回折表面４５２は、フィルム４５０を通過する光４５４に対していずれの望ましい回折機能を発揮する回折光学素子として形成されてよい。例えば、回折表面は、光の焦点を合わす又は焦点をぼかす、１つ以上の特定の方向に光を方向変換させる、光を異なるカラー成分に分離する、あるいは形状を持った拡散体として機能するために使用されてよい。
【００６０】
幾つかの例示的な実施形態では、表面構造化強化フィルムは対向面に２つの構造化表面を備えてよい。このようなデュアル表面構造化フィルム４６０例示的な実施形態が、図４Ｆに模式的に示されている。このフィルム４６０は、第１構造化表面４６２及び第２構造化表面４６４を有する。多数の異なるタイプの構造体が、輝度向上構造体、レンズ構造体、拡散構造体、回折構造体、偏向構造体、及び再帰反射性構造体を含み、２つの表面４６２、４６４上に組み合わせで提供されることができる。図示された実施形態では、上方構造化表面４６２は輝度向上構造体と構造化されている一方、下方構造化表面４６４はレンズ付表面と構造化されており、これはレンチキュラーレンズ付表面であってよい。デュアル表面構造化フィルムの各面上の構造体は、線状、同心、ランダム、若しくは何らか他のタイプのパターンであってよい。各面上のパターンのタイプは、同一である必要はない。
【００６１】
幾つかの実施形態では、一方の構造化表面が他方の構造化表面に対して位置合わせされる場合がある。例えば、片面上の反復輝度向上プリズム状の構造体のピッチがＰであるならば、他面上のレンズのピッチは同一であってよく、１つのレンズからの光が１つの輝度向上表面に導かれるようにセットされてよい。このような配列体が図４Ｆに示されている。２つの表面上の構造体は、しかしながら、位置合わせされる必要がない。デュアル表面構造化フィルムは、２つの成型ロール間でフィルムを同時に押圧することによって、又は第１成型工具に対して片面を成型し、次いで第２成型工具に対して第２面を成型することによって製造できる。
【００６２】
幾つかの例示的な実施形態では、繊維強化構造化表面層は他の層に付着されてよい。図５は、第２光学層５０６に付着された表面構造化、補強層５０２を模式的に示している。この実施形態では、第２光学層５０６は構造化表面５０４に対向する面５０８に付着されている。この第２の光学層５０６は、偏光子層、偏向層などのような、任意の好適なタイプの層であってよい。この偏光子層は、反射型偏光子及び吸収型偏光子を含む、任意のタイプの偏光子層であってよい。この第２光学層５０６は、感圧接着剤又は積層接着剤のような、接着剤を用いて構造化表面層５０２に付着されてよい。
【００６３】
他の実施形態では、第２光学層が構造化表面に付着されてよい。強化輝度向上層６０２が第２層６０６に付着されている、１つの例示的な実施形態が、図６に模式的に示されている。構造化表面６０４の部分が、補強層６０２に向かい合っている第２層６０６の表面上に配置されている薄い接着剤層６０８内に埋め込まれている。構造化表面の別の光学フィルムへの付着が、米国特許第６，８４６，０８９号にかなり詳細に論述されている。一般的に、接着剤層６０８は表面構造体の高さと比較して相対的に薄い。この構造化表面６０４は、構造化表面６０８のかなりの部分が空気と境界面を持ったままになるように接着剤層６０８へ圧入される。これは空気と層６０２間の比較的に大きな屈折率の差を維持し、したがって、構造化表面６０４の屈折効果を保存する。他のタイプの表面構造化フィルムの構造化表面がまた、補強層に付着されてよいことが理解されるであろう。
【００６４】
他の光管理層が、輝度向上以外の目的で備えられてもよい。これらの使用は、光の空間混合又はカラー混合、光源ハイディング、及び均一性向上を含む。これらの目的のために使用されてよいフィルムとしては、拡散フィルム、拡散板、特に反射層、カラー混合光ガイド又はフィルム、及び拡散光のピーク輝度光線が、入力光のピーク輝度光線の方向に平行でない方向に伝播する拡散システムが挙げられる。
【００６５】
強化表面構造体層が、１つを超える他の層に付着されてよい。例えば、光学層が構造化表面及び構造化表面層の他の表面の両方に付着されてよい。別の実施形態では、１つを超える他の層が強化構造化表面層の表面の一方に付着されてよい。第２光学層７０４が非構造化、例えば、平坦な、強化構造化表面層７０２の面に付着されている、１つの特別な実施例が、図７に模式的に示されている。第３光学層が、第２光学層に付着される。この第２及び第３光学層７０４、７０６が、偏光子層などを含む任意の望ましいタイプの光学層であってよい。加えて、第２及び第３層７０４、７０６のいずれかが補強層であってよい。以下に論述される一実施例、第２光学層７０４は反射型偏光子層であり、第３光学層７０６は平坦な補強層である。
【実施例】
【００６６】
本発明の選択された実施形態が以下に記載される。これらの実施例は、制限することを意味せず、本発明の態様の幾つかを例示するのみである。
【００６７】
複合フィルムの以下の実施例のすべてが、無機繊維強化材としてサウスカロライナ州、アンダーソンのヘクセル・リインフォースメント・コーポレイテッド社（Hexcel Reinforcements Corp.）により生産されるガラス繊維織物を使用した。このヘクセル（Ｈｅｘｃｅｌ）１０６（Ｈ−１０６）ファイバは、繊維と樹脂マトリックス間のカップリング剤としての役目を果たすために繊維に仕上げ剤を塗布した状態で納入業者から受け取られた。実施例では、使用されたすべてのＨ−１０６ガラス繊維はＣＳ７６７シラン仕上剤を施した。他のシステムでは、仕上剤又はカップリング剤を塗布してない生繊維状態にあるガラス強化材を使用追加することが望ましい場合がある。
【００６８】
表Ｉに記載された繊維試料の屈折率（ＲＩ）は、２０ｘ／０．５０対物レンズによる透過単一偏光光（Transmitted Single Polarized Light）（ＴＳＰ）、及び２０ｘ／０．５０対物レンズによる透過位相差ゼルニケ（Transmitted Phase Contrast Zernike）（ＰＣＺ）を用いて測定された。繊維試料は、かみそりの刃を使用して繊維の部分を切断することにより、屈折率測定のために調製された。繊維は、スライドガラス上で様々なＲＩ油の中に設置され、及びガラスカバースリップによりカバーされた。試料は、ツァイス・アクシオプラン（Zeiss Axioplan）（カール・ツァイス（Carl Zeiss）、ドイツ）を使用して分析された。ＲＩ油の較正が、ニューヨーク州、ロチェスター（Rochester）のミルトン・ロイ社（Milton Roy Inc.）製造のＡＢＢＥ−３Ｌ屈折計上で行なわれ、及び値はそれにしたがって調整された。位相差を伴うベッケ・ライン法（Becke Line Method）が、試料のＲＩを決定するために使用された。５８９ｎｍのナトリウムＤ線の波長での屈折率、ｎＤの値についての公称ＲＩの結果は、各試料について±０．００２の精度を有した。
【００６９】
実施例１〜４に使用された各種樹脂に関する要約情報が表Ｉに示されている。
【００７０】
【表１】
2009532721.tif 000003
【００７１】
ダロクール（Darocour）１１７３及びダロクール（Darocour）４２６５ｇは、光開始剤であるのに対して、ＴＨＦＡ（テトラヒドロフルフリルアクリレート）は官能性アクリレートモノマーである。表Ｉの残りの成分は架橋性樹脂である。エベクリル６００（Ebecryl 600）は、ビスフェノール−Ａエポキシジアクリレートオリゴマーである。
【００７２】
実施例１−モノリシック輝度向上複合層
この実施例においてポリマー樹脂に使用された原材料は以下であった。
【００７３】
【表２】
2009532721.tif 000004
【００７４】
繊維強化材は、ＣＳ７６７仕上剤を施したヘクセルスタイル（Hexcel Style）１０６繊維織物であった。繊維の屈折率は、１．５５１±０．００２である。ここで、及び以下の実施例（６９．３／２９．７／１．０エベクリル（Ebecryl）６００／ＴＭＰＴＡ／ダロクール（Darocour）１１７３）のすべてにおいて使用される硬化複合樹脂混合物の屈折率は１．５５１７である。したがって、ポリマーマトリックスと繊維間の屈折率の差は、０．０００７前後である。
【００７５】
モノリシック複合材の調製は、ＰＥＴの３０ｃｍ×６０ｃｍ（１２インチ×２４インチ）シートをアルミニウムの３０．５ｃｍ×５０．８ｃｍ×０．６ｃｍ（１２インチ×２０インチ×１／４インチ）シートの先端縁にテープで留めることにより開始した。プリズム状輝度向上構造体を生成するための成型工具が、ＰＥＴの最上部上に置かれ、ガラス繊維織物のシートが成型工具の最上部上に置かれた。この成型工具は、５０μｍのプリズムピッチ及び９０°の頂点角を有する、ビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＢＥＦ−ＩＩＩフィルムに使用されているものに似た波状のプリズム状輝度向上表面を生成するように設計された。
【００７６】
このガラス繊維織物は、３０ｃｍ×６０ｃｍ（１２インチ×２４インチ）ＰＥＴの別のシートにより被覆され及びその先端縁はアルミニウムプレートの先端縁にテープで留められた。アルミニウムプレートの先端縁は、手動の貼合せ機内へ設置された。ＰＥＴのトップシート及びガラス繊維は、成型工具へアクセスできるようにするために後ろ側へ剥がされた。樹脂（８〜１０ｍＬ）のビーズが、貼合せロールに最も接近した縁部付近で、成型工具に塗布された。サンドイッチ構造が、樹脂をガラス繊維織物を通して押し込み、この織物を全面的にコーティングする貼合せ機を通って定常の速度で供給された。
【００７７】
アルミニウムプレートに依然付着されている、ラミネート材はヴァキュームオーブン内に設置され、そして６０℃〜６５℃の温度まで加熱された。このオーブンは、大気圧より下の水銀柱６８．６ｃｍ（２７インチ）まで真空にされ、そしてラミネート材は４分間ガス抜きされた。この真空は、オーブン内に窒素を導入することにより解除された。このラミネート材は、もう一度貼合せ機を通過させられた。
【００７８】
この樹脂は、１５ｃｍ／秒（毎分３０フィート）の速度において２３６Ｗ／ｃｍ（６００Ｗ／インチ）で作動するフュージョン（Fusion）「Ｄ」タイプＵＶランプの下にラミネート材を通過させることにより硬化された。この複合材は、シート全体が成型工具から遊離されてしまうまでフリーエッジを後ろへ剥がすことによって工具から取り外された。下塗りしていないＰＥＴ裏材もまた複合材から取り外され、「単層」モノリシックプリズム状の複合フィルムを残した。
【００７９】
実施例２−反射型偏光子上のモノリシック輝度向上複合フィルム
実施例１に記載されているようなモノリシック複合材は、３Ｍビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＤＢＥＦ−Ｐ２に類似している下塗りした多層反射型偏光子（ＲＰ）の表面上に形成された。平坦な面を有する第２複合層は、機械的な支持のための偏光子層の他の面の上に設置された。この実施例では、偏光子層を複合層に接合するために貼合せ用接着剤が使用された。こうして、最終構造体が最上部から底部まで以下の層を有し、プリズム状の表面を含む透明な複合材／貼合せ用接着剤／ＲＰ／貼合せ用接着剤／透明な複合材である。この構造体は、図７に示すものとよく似ていた。
【００８０】
この貼合せ用樹脂は、以下のとおり形成された。
【００８１】
【表３】
2009532721.tif 000005
【００８２】
アクリレート樹脂のＲＰ層の両面への接着を改善するためにプライマーが使用された。このプライマーは、ヘキサンジオールジアクリレート９７％（ｗ／ｗ）及びベンゾフェノン３％（ｗ／ｗ）の混合物であった。フィルムのシートを下塗りするためには、３滴の溶液がフィルムの必要な面に塗布され、そしてティッシュを用いて拭き取りにより被覆された。過剰プライマー溶液は、きれいなティッシュで拭き取りにより除去されてよい。このコーティングは、空気雰囲気において１５ｃｍ／秒（毎分３０フィート）のライン速度において２３６Ｗ／ｃｍ（６００Ｗ／インチ）で作動するフュージョン（Fusion）「Ｄ」タイプＵＶランプを用いて硬化された。ＲＰの下塗りしたシートは、その後でＲＰと複合材間の貼合せ用接着剤をコーティング及び硬化することによって予め製造された透明な複合材に付着された。
【００８３】
構造化表面複合材に関する調整手順は、実施例１の場合と同一であった。加えて、平坦な透明な複合材は、以下の方法で形成された。ＰＥＴの３０ｃｍ×６０ｃｍ（１２インチ×２４インチ）シートは、アルミニウムの３０．５ｃｍ×５０．８ｃｍ×０．６ｃｍ（１２インチ×２０インチ×１／４インチ）シートの先端縁にテープで留められた。ヘクセル（Hexcel）１０６ガラス繊維織物のシートは、ＰＥＴの最上部の上に置かれた。このガラス繊維織物は、３０ｃｍ×６０ｃｍ（１２インチ×２４インチ）ＰＥＴの別のシートにより被覆され、その先端縁はアルミニウムプレートの先端縁にテープで留められた。このアルミニウムプレートの先端縁は、手動の貼合せ機内へ設置された。ＰＥＴの最上部シート及びガラス繊維織物は、ＰＥＴの底部シートへのアクセスを可能にするために後ろ側に剥がされた。樹脂（６〜８ｍＬ）のビーズが、貼合せロールに最も接近したエッジ付近でＰＥＴの底部シートに塗布された。サンドイッチ構造が、定常な速度で貼合せ機を通って供給され、ガラス繊維織物を通して樹脂を上へ押し込んだ。
【００８４】
アルミニウムプレートに依然付着されていた、このラミネート材は、ヴァキュームオーブン内に設置され、６０℃〜６５℃の温度まで加熱された。このオーブンは、大気圧の下の水銀柱６８．６ｃｍ（２７インチ）まで真空にされ、ラミネート材は４分間ガス抜きされた。この真空は、オーブン内に窒素を導入することによって解除された。このラミネート材はもう一度貼合せ機を通過された。この樹脂は、１５ｃｍ／秒（毎分３０フィート）の速度において２３６Ｗ／ｃｍ（６００Ｗ／インチ）で作動するフュージョン（Fusion）「Ｄ」タイプＵＶランプの下にラミネート材を通過させることにより硬化された。
【００８５】
透明な複合材の下塗りしたＲＰ層への付着は、ＰＥＴの３０ｃｍ×６０ｃｍ（１２インチ×２４インチ）シートをアルミニウムの３０．５ｃｍ×５０．８ｃｍ×０．６ｃｍ（１２インチ×２０インチ×１／４インチ）シートの先端縁にテープで留めることにより開始した。ＲＰの下塗りしたシートは、ＰＥＴ上に置かれた。ＰＥＴの底部シートは、予め製造された透明な複合層から注意して取り除かれた。予め製造された透明な複合層は、複合材の面を下にして、ＲＰ層の最上部の上に置かれた。複合材の最上部ＰＥＴ層は、アルミニウムプレートの先端縁にテープで留められた。アルミニウムプレートの先端縁が、手動の貼合せ機内に設置された。複合材／ＰＥＴのトップシートが、ＲＰのシートへアクセスできるように後ろ側に引っ張られた。貼合せ用接着剤樹脂（〜５ｍＬ）のビーズが、貼合せロールに最も接近したＲＰの縁部に塗布された。サンドイッチ構造は、貼合せ機を通って定常な速度で供給され、ＲＰ及び予め製造された複合層の両方を貼合せ用樹脂でコーティングした。
【００８６】
アルミニウムプレートに依然付着された、ラミネート材はラミネート材を１５ｃｍ／秒（毎分３０フィート）の速度において２３６Ｗ／ｃｍ（６００Ｗ／インチ）で作動するフュージョン（Fusion）「Ｄ」タイプＵＶランプの下を通過させることにより硬化された。
【００８７】
モノリシック輝度向上複合フィルムは、ＲＰを平坦な透明複合材に付着する場合に用いる手順に似た手順を用いてＲＰ／透明複合材に付着された。
【００８８】
実施例３−回折表面を含むモノリシック複合材
透明ガラス繊維複合材が、ポリイミド成型工具の上で回折ミクロ構造化表面で形成された。この物品は、こうして回折構造化表面を含む単一複合層を含む。試料は、成型工具がその層の上に回折構造体を設けたことを除いて、実施例１について上述したものと同じ方法で調整された。また、成型工具から硬化し複合材を除去するのを助けるために最初の使用前に剥離塗料が成型工具に塗布された。
【００８９】
回折パターンは、１ミリメートル正方形、１７ゾーン及び１６レベルを有し、１ｃｍの焦点距離で、６３２ｎｍで作動するように設計された、正方形ゾーンプレートであった。光重合された「ポジ像」の部分断面図が、図８に模式的に示されている。この図は１７ゾーンのうち３ゾーン、即ち中央ゾーン８０２及び２つのサイドゾーン８０４を示している。各ゾーンの最大高さ、ｈは６３２ｎｍに達した。回折構造体は、ポジレンズとして機能する。
【００９０】
実施例４−レンズレット表面を含むモノリシック複合材
透明ガラス繊維複合材が、レンズレットミクロ構造化表面で形成された。実施例４についての試料調製手順は、成型工具はレンズレットアレイを生成するように設計されたものであったことを除いて、実施例１と同じであった。この手順は、レンズレットミクロ構造化表面工具の上でガラス繊維をコーティング及び硬化する行為を含んだ。また、剥離塗料は、工具から硬化した複合材を除去するのを助けるために最初の使用前に成型工具に塗布された。
【００９１】
レンズレット構造体は、３０ミクロンのたるみを有し、横方向に７５ミクロン、ポジレンズのアレイを含む。
【００９２】
光学測定
ＢＥＦ状複合材実施例、実施例１及び２の相対ゲイン性能は、カリフォルニア州、チャッツワース（Chatsworth）のフォトリサーチ社（Photo Research, Inc）から入手可能な、ＭＳ−７５レンズ付きスペクトラスキャン（SpectraScan）（商標）ＰＲ−６５０スペクトラカロリメーター（SpectraColorimeter）を用いて測定された。これらの値は、比較例として使用され既存の製品と比較された。この比較例は、ミネソタ州、セントポールのスリーエム社（3M Company）から市販される、ビキュイティ（Vikuiti）（商標）Ｔｈｉｎ−ＢＥＦ−ＩＩ、ＢＥＦ−ＩＩＩ−１０−Ｔ、ＢＥＦ−ＲＰ、及びＤＢＥＦ−ＤＴＶを含んだ。Ｔｈｉｎ−ＢＥＦ−ＩＩは、５０μｍ（２ミル）ＰＥＴ基材の上に９０°頂角及び２４μｍ高さを有するプリズムのパターンを有する。このパターンは、９０／２４パターンと呼ばれている。ＢＥＦ−ＩＩＩ−１０−Ｔは、２５４μｍ（１０ｍｉｌ）ＰＥＴ基材の上に９０°頂角及び５０μｍ高さを有するプリズムのパターンを有する。ＢＥＦ−ＲＰは、反射偏光基材、ＤＢＥＦ−Ｑの上に９０／２４プリズムパターンを有する。ＤＢＥＦ−ＤＴＶは、曇って見えるＰＣ裏材を有するＤＢＥＦ−Ｑにラミネートされた２５４μｍ（１０ミル）ポリカーボネート（ＰＣ）基材の上に７μｍ半径を有する丸味のある頂点を含むプリズムを有する。これらのフィルムのすべてについての硬化プリズム樹脂屈折率は、〜１．５８、ＰＥＴ平均屈折率が〜１．６６であり、及びＰＣ平均屈折率が〜１．５８である。
【００９３】
工夫に富む光学フィルムの光学的性能を定量化するために用いられる一般的な相対的ゲイン試験方法について説明する。完全を期するために具体的な詳細が示されるが、以下の取り組み方の修正を用いて類似の結果が得られることが容易に認識されるべきである。カリフォルニア州、チャッツワースのフォトリサーチ社（Photo Research, Inc）から入手可能なＭＳ−７５レンズ付きスペクトラスキャン（SpectraScan）（商標）ＰＲ−６５０スペクトラコリメーター（SpectraColorimeter）を用いて、フィルムの光学的性能を測定した。拡散透過性中空ライトボックス上にフィルムを配置した。ライトボックスの拡散透過及び拡散反射は、ランベルト型として説明することができる。ライトボックスは、約６ｍｍの厚さの拡散ＰＴＦＥ板から作製された約１２．５ｃｍ×１２．５ｃｍ×１１．５ｃｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）の大きさの六面中空キューブであった。ボックスの１つの面は、試料表面として選択されている。この中空ライトボックスは、試料表面において測定された〜０．８３の拡散反射率を有した（例えば、以下に詳細に説明されるボックス反射率測定法により、４００〜７００ｎｍの波長範囲にわたって平均された、〜８３％）。ゲイン試験中、ボックスの底面内の約１ｃｍの円孔を介して内部からボックスを照光した（底面は試料表面に対向し、光は内部から試料表面に導かれた）。この照明は、光を導くために使用される光ファイバ束（fiber-optic bundle）に付着された安定化した広帯域白熱光源を用いて提供される（マサチューセッツ州、マールバラ（Marlborough）及びニューヨーク州、オーバーン（Auburn）のショットフォステック社（Schott-Fostec LLC）製の直径~１ｃｍファイバ束延長部を有するフォステック（Fostec）ＤＣＲ−ＩＩ）である。標準的な直線吸収偏光子（たとえばメレスグリオ（Melles Griot）０３ＦＰＧ００７）を試料ボックスとカメラとの間に配置する。約３４ｃｍ離間したライトボックスの試料表面にカメラの焦点を合わせ、カメラレンズから約２．５ｃｍの位置に吸収偏光子を配置する。照射したライトボックスの輝度は、所定の位置に偏光子を配置するとともに試料フィルムのない状態で測定したところ、＞１５０ｃｄ／ｍ２であった。試料フィルムをボックスに概ね接触した状態にして試料フィルムをボックスの試料表面に平行に配置した時に、ボックスの試料表面の平面に対して法線入射方向で、試料輝度をＰＲ−６５０によって測定する。この相対ゲインは、この試料輝度をライトボックスだけから同じ方法で測定された輝度と比較することにより計算される。迷光源を排除するために、全測定を黒色包囲体中で行った。反射偏光子を備えているフィルムアセンブリの相対ゲインを試験する場合、反射偏光子の通過軸を試験システムの吸収偏光子の通過軸にアライメントした。
【００９４】
ライトボックスの拡散反射率は、直径１５．２５ｃｍ（６インチ）のスペクトラロン（Spectralon）被覆積分球と、安定化広帯域ハロゲン光源と、光源用の電源を用いて測定した。これらはすべて、ニューハンプシャー州サットンのラボスフェア社（Labsphere）から供給されている。積分球は、３つの開口ポートを有しており、１つのポート（直径２．５ｃｍ）は、入力光用であり、９０度をなして第２の軸に沿った１つのポート（直径２．５ｃｍ）は、ディテクターポートとして用いられ、９０度をなして第３の軸に沿った（すなわち最初の２つの軸に直交する）第３のポート（直径５ｃｍ）は、試料ポートとして用いられる。約３８ｃｍ離間したディテクターポートにＰＲ−６５０スペクトラカロリメーター（SpectraColorimeter）（上記のものと同一）の焦点を合わせた。拡散反射率が約９９％であるラボスフェア社（Labsphere）製の較正反射標準（ＳＲＴ−９９−０５０）を用いて、積分球の反射効率を計算した。標準は、ラボスフェア社（Labsphere）により較正されたものであり、ＮＩＳＴ標準（ＳＲＳ−９９−０２０−ＲＥＦＬ−５１）が基になっている。積分球の反射効率を以下のように計算した。
【００９５】
球体輝度比＝１／（１−Ｒ球体＊Ｒ標準）
この場合の球体輝度比は、参照試料で試料ポートを覆って検出器ポートで測定した輝度を、試料で試料ポートを覆わずに検出器ポートで測定した輝度で除すことによって得られる比である。この輝度比及び較正された標準の反射率（Ｒ標準）を知って、積分球の反射効率、Ｒ標準が計算できる。この値は次いで再度試料の反射率を測定するために類似の式において使用される、この場合ではＰＴＦＥライトボックス：
球体輝度比＝１／（１−Ｒ球体＊Ｒ試料）
この場合には、球体輝度比は、試料を試料ポートに置いた時の検出器における輝度を、試料を用いずに測定した輝度で除すことによって得られる比として求める。上記からＲ球体が既知であるので、Ｒ試料を計算するのは簡単明瞭である。これらの反射率を４ｎｍの波長間隔で計算し、４００〜７００ｎｍの波長範囲にわたる平均として報告した。
【００９６】
試料／ライトボックスアセンブリのＣＩＥ（１９３１）色度座標は、ＰＲ−６５０によって同時に記録される。これらの色度座標は、試料間の色差の定量的な尺度を与える。この相対ゲインは、試料輝度をライトボックスだけから同じ仕方で測定された輝度と比較することにより計算され、つまり、相対ゲインはフィルムと共に測定された輝度とフィルムなしで測定された輝度との比に等しく、すなわち、ゲイン、ｇは次式により与えられる：
ｇ＝Ｌｆ／Ｌｏ
ここに、Ｌｆは、フィルムを所定位置に置いた測定輝度であり、Ｌｏはフィルムなしの測定輝度である。
【００９７】
測定は、迷光源を排除するために黒色包囲体中で実行された。反射偏光子を備えているフィルムアセンブリの相対ゲインを試験する場合、反射偏光子の通過軸を試験システムの吸収偏光子の通過軸にアライメントした。試験システムの吸収偏光子が所定位置にあり及びライトボックス上に試料なしの状態で、ライトボックスだけから測定された「ブランク」輝度は、〜２７５カンデラ／ｍ２であった。
【００９８】
ゲイン測定それ自身のばらつきは、きわめて低い（〜１％）。しかしながら、比較例における変動するヘイズ値レベル及びプリズムの幾何形状、及び工夫に富む試料の断面における気泡の可能な存在を含み、試料ばらつきの幾つかの潜在的な原因がある。実施例２を評価するときに考慮されるべき１つの追加的な要因は、実施例２のプリズムが実施例２のＲＰ層の通過軸に垂直に位置合わせされていることである。これは実施例２だけが使用されるときには好ましい方位であるが、幾つかのフィルムアセンブリにおいて好ましくない場合もある（アセンブリに依存する）。この比較例ＢＥＦ−ＲＰ及びＤＢＥＦ−ＤＴＶは、対向するプリズム方位を有するが、これは光学的に好ましいからでなく、製造効率にとって好ましいからである。本発明の幾つかの実施形態では、輝度ゲインは１０％より大きく、他の実施形態では５０％より大きく及び他の実施形態では１００％より大きい。
【００９９】
表ＩＩは、実施例１〜４、比較例、及びいかなるフィルムもない、ライトボックスだけの結果を示す。一般に、複合材実施例の相対ゲインは対応する比較例に匹敵する、重要なカラー変化のないことは明らかである。例えば、実施例１、Ｔｈｉｎ−ＢＥＦ−ＩＩ−Ｔ、及びＢＥＦ−ＩＩＩ−１０−Ｔ間のゲインの極めて小さい差は、特筆に値する。これは実施例１構造化複合材が極めて低い光吸収及び散乱を有し、これはこれらのようなリサイクル光学フィルム用途にとって極めて重要であることを指摘している。実施例１樹脂がガラス繊維強化材の（より低い）屈折率にマッチするように設計されたという理由で実施例１のプリズム屈折率が比較例よりも低いという事実にもかかわらず、実施例１がＴｈｉｎ−ＢＥＦ−ＩＩ−Ｔ、及びＢＥＦ−ＩＩＩ−１０−Ｔに匹敵するゲインを有することに注目することはまた興味深い。
【０１００】
【表４】
2009532721.tif 000006
【０１０１】
構造化複合材実施例の角度出力は、下記したような、照明されたライトボックスの上に試料フィルムを載置することで測定された。輝度対出力角度は、ドイツ、カールスルーエ（Karlsruhe）のオートロニック・メルヒャ−社（Autronic-Melchers GmbH）で作製されたオートロニック（Ａｕｔｒｏｎｉｃ）コノスコープを用いて測定された。複合フィルムのそれぞれの測定結果が、図９及び１０に示されている。図９は、ライトボックスだけと比較して、４実施例について、輝度を水平角度の関数として示している。曲線９０１は実施例１に、曲線９０２は実施例２に、曲線９０３は実施例３に、曲線９０４は実施例４に及び曲線９０５はライトボックスだけに対応する。図１０は、ライトボックスのみと比較して、４実施例について、垂直角度の関数として示している。曲線１００１は実施例１に、曲線１００２は実施例２に、曲線１００３は実施例３に、曲線１００４は実施例４に、及び曲線１００５はライトボックスだけに対応する。ライトボックスだけの出力は、ランバーティアン（Lambertian）に接近している。光ガイド用フィルムは、出力強度対角度を修正し、例えば、光の強度の有意の部分をゼロ度出力、即ちボックスの面に垂直方向に向けて方向変換する。光軸上の輝度のこの増加は、ゲインと呼ばれている。
【０１０２】
初期視準光の角度出力の分析のような、他の測定は、例えば、回折表面の性能をさらに特徴付けるであろう。回折及びレンズレット構造化表面の一般的な性能が当該技術分野において周知であり、ここに記載された複合材の実施例はそれに応じて性能を発揮するはずである。
【０１０３】
光学フィルムの性能を特徴付けるために共通して使用される試験は、シングルパス透過率である。このタイプの透過率測定は、光再利用空洞内のフィルムの効果を考慮に入れていない。この試験において検出器に当たる光は、１回だけフィルムを通過した。さらに、入力光は典型的にはフィルムの平面に略垂直である角度で導かれ、そしてすべての透過光は透過角度に関係なく積分球内に集束される。最もよく市販されているヘイズメータ及びＵＶ−Ｖｉｓスペクトロメーターを含み、多数の共通装置が、このタイプのシングルパス透過率をテストする。
【０１０４】
多数の効率的な輝度向上フィルム及び光方向変換フィルムは、高いシングルパス透過率を有しない。特に、輝度向上構造体が、光源から離れて導かれ、大抵の輝度向上フィルムは低いシングルパス透過率を有する。これは、輝度向上フィルムが、再帰反射により、シングルパス透過率において測定される光軸上の光を再利用しながら垂直方向に向けて軸外れ光を方向変換することにより再利用バックライトにおける輝度向上を効率的に作り出すように設計されるからである。この正味効果は、ディスプレイシステムにおける効率的な輝度向上である。それ故に、相対ゲイン試験のような、他の特性評価試験と併合する際に、シングルパス透過率は、プリズム状輝度向上フィルムの光再利用効率を評価するために使用されることができる。したがって、輝度向上フィルムは、他の尺度と一緒に解釈されるときシングルパス透過率の低い値を示すことは、それらが再帰反射の高効率を指示するので望ましいことである。ある特定の輝度向上フィルムについての高いシングルパス透過率は、それが不規則性及び光散乱をほのめかし、完成されたディスプレイシステムにおいてあまり効率的でない輝度向上につながるので、望ましくない。幾つかの実施形態では、４０％未満、及び他の実施形態では１０％未満のシングルパス透過率を有することは望ましい。
【０１０５】
本発明の代表的な光学フィルムは、パーキン・エルマー・ラムダ（Perkin Elmer Lambda）９００ＵＶ−Ｖｉｓスペクトロメーター（Spectrometer）（４５０〜６５０ｎｍから近似平均値を用いて）を用いてシングルパス透過率（％Ｔ）について試験された。この輝度向上構造体は、光源から離れて導かれたフィルムの面の上に位置した。結果は下の表ＩＩＩに示されている。
【０１０６】
【表５】
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【０１０７】
表から分かるように、複合輝度向上フィルムは、ディスプレイシステムにおける高効率輝度向上を表示する、非常に低いシングルパス透過率を示した。
【０１０８】
実施例１のリターダンス（位相差を含むアクソメトリックス社製ポラリメータ（Axometrics Polarimeter）を用いて測定された。このリターダンスは，先の比較例の幾つかとともに、追加の比較例（〜２５０μｍ厚さのポリカーボネート基材上のＢＥＦ−ＩＩＩ  ９０／５０パターンにおけるＰＣ−ＢＥＦ、７μｍ半径プリズム）と比較された。この結果は下の表ＩＶに示されている。この計器を用いてプリズム状構造体を正確に測定するために、２つの技術が利用された。第一の技術は、プリズム構造体を「湿潤処理」して、光がフィルムを通過して検出器まで到達できるようするために、屈折率マッチング流体を採用した。第二の技術は、プリズムを互いに向かい合わせて２つのプリズムフィルムを積み重ねて載置して、フィルム間に水を浸み込ませることでそれらを光結合させることであった。許容できる再現性が、２つの技術の間に見られた。測定値の２０〜３０％程度のばらつきが、この試験で予想されると思われる（低いリターダンスレベルにおいてある程度のばらつきが下の「ブランク」測定値に示される）。複合材試料が、低いリターダンス及び低い複屈折を有することが判明した。リターダンス（ナノメートル単位）は、ここではｄｘ（|ｎｏ−ｎｅ|）として定義され、ここにｄは試料の厚さであり及び数量（|ｎｏ−ｎｅ|）は複屈折即ち試料の常光軸と異常光軸との間の屈折率差の大きさと同等である。ここで作製されたものに対応する複合層は、０．０００１を下回る複屈折値に対応する２ｎｍ（６００ｎｍ波長において）を下回るリターダンス値を有することが判明した。
【０１０９】
【表６】
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【０１１０】
ある特定の表面構造化フィルム、特に輝度向上フィルムにあっては、フィルム内で起こるバルク拡散性を制限することが多くの場合望ましい。バルク拡散性は、光学体の内部の中で起こる光散乱（光学体の表面において起こる光散乱に対向する）として定義される。構造化表面材料のバルク拡散性は、屈折率マッチングオイルを使用して構造化表面を湿潤処理し且つ標準ヘイズメータを用いてヘイズ値を測定することで測定できる。ヘイズ値は、多数の市販ヘイズメータを用いて測定できる及びＡＳＴＭ  Ｄ１００３に準じて定義できる。バルク拡散性を制限することは典型的には構造化表面が光の方向転換、輝度向上などにおいて最も効率的に動作することを可能にする。本発明の幾つかの実施形態にあっては、バルク拡散性が低いことが好ましい。特に、幾つかの実施形態では、ヘイズ値は３０％未満であってよく、他の実施形態では１０％未満及び他の実施形態では１％未満であってよい。
【０１１１】
実施例１及びある特定の他のフィルム試料についてバルク拡散性が構造化表面をカルギーユ社（Cargille）製（シリーズＲＦ、カタログ１８００５）認定屈折率マッチングオイルを用いて湿潤処理し且つガラス板に対してフィルムを湿潤処理することで測定された。この湿潤フィルム及びガラス板が次いでＢＹＫガードナ（Gardner）社製ヘイズガードプラス（Haze-GardPlus）（カタログ番号４７２５）の光路に置かれ、そしてヘイズ値が記録された。この場合、ヘイズ値は８°円錐の外側に散乱される透過光を透過光の全量で除した割合として定義される。光はフィルムに垂直に入射する。
【０１１２】
バルクヘイズ値、即ちフィルムの表面において発生するいかなる拡散からでもなく、ポリマーマトリックスのバルク内の伝播から発生する曇り、の測定値が下の表Ｖに示される。実施例１のフィルムは、１．５５の屈折率を有するオイルを用いて湿潤処理された。他のすべてのプリズム試料は、屈折率１．５８のオイルを用いて湿潤処理された。
【０１１３】
【表７】
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【０１１４】
機械的試験
フィルム試料のガラス転移温度は、フィルム張力ジオメトリとともにティ・エイ・インスツルメント社（TA Instruments）Ｑ８００シリーズ・ダイナキック・メカニカル・アナライザー（Dynamic Mechanical Analyzer）（ＤＭＡ）を用いて測定された。温度掃引実験は、２℃／分において−４０℃から２００℃までの範囲にわたって動的ひずみモードで実施された。貯蔵弾性率及びタンデルタ（損失係数）が、温度の関数として報告された。タンデルタ曲線のピークは、フィルムのガラス転移温度、Ｔｇを識別するために使用された。このＴｇは、実施例１で使用されたものと非常によく似た複合層の上で測定され、そして７１℃の値が得られた。同一樹脂（強化材はない）の対応する試料の上で測定されたＴｇは９０℃であった。ばらつきは、測定要因のせいである。複合層に使用された樹脂材料は、ここに記載された実施例のすべてについて実質的に同一のＴｇを有した。幾つかの実施形態では、Ｔｇの値が１２０℃未満であることが望ましい場合もある。
【０１１５】
貯蔵弾性率及び剛性（張力）が、フィルム張力ジオメトリとともにティ・エイ・インスツルメント社（TA Instruments）モデル番号Ｑ８００  ダイナミック・メカニカル・アナリシス（Dynamic Mechanical Analyzer）（ＤＭＡ）を用いて測定された。ＤＭＡ試験に関連した用語は、ＡＳＴＭ  Ｄ−４０６５及びＡＳＴＭ  Ｄ−４０９２に準じて定義できる。報告値は、室温（２４℃）においてである。剛性の結果は表ＶＩにまとめられている。これらの測定は、２４℃〜２８℃の範囲内の温度において行われた。表は、複合材料を用いて得ることができる貯蔵弾性率の著しい増加を示している。貯蔵弾性率は、フィルム特性の厚さとは無関係な尺度を提供するので非常に重要である。これらのデータには試験方法及び複合材試料の実験室規模の試作の両方から若干のばらつきが予想される。
【０１１６】
引張弾性率及び剛性のこれらの高い値は、最終物品構造及びジオメトリに応じて、潜在的な曲げ剛性にも同様に対応すると見なすことができ、高弾性率層の適切な設置が結果的に高い曲げ剛性を有する物品をもたらすことになる。より高い剛性は、（ディスプレイの光学部品の反り又は曲げが少ないことによる）取扱いの容易さ、薄型及び軽量ディスプレイ、並びにより優れたディスプレイ均一性を可能にする。完成物品の実際の性能は、繊維の配列及び物品の完成ジオメトリに依存する。例えば、「釣り合いの取れた」物品を作製することが望ましい、例えば、材料が硬化又は加熱と同時に一定の方向に曲がったり又はねじれたりする傾向がないように、単一の中央複合層又は２つの対称的に対向した複合層のいずれかがある場合である。ここで試験される複合材試料は、構造において実質的に釣り合いがとれている。
【０１１７】
表ＶＩは、試料の簡単な説明と一緒に試料番号を掲げている。この表はまた、偏光子の通過又はブロック軸を基準にした、又は機械上で製造されるようなウェブに対する方向を基準にした測定の方位を掲げている。「機械」は方向ダウンウェブ方向に対応するのに対して、「横断」方向はウェブを横切る方向に対応する。この表はまた平均貯蔵弾性率、平均剛性、及び厚さ、Ｔを掲げている。この厚さは、小野測器（Ono Sokki）（日本、横浜）により作製されているＧ−２３３ディジタル・リニア・ゲージ（digital linear gauge）を用いて測定された。
【０１１８】
【表８】
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【０１１９】
熱膨張係数（ＣＴＥ）は、パーキン・エルマー（Perkin Elmer）ＴＭＡ  ７上で標準熱機械分析（standard thermal-mechanical analysis）を用いて測定された。標準ＴＭＡ試験に関連した用語は、ＡＳＴＭ  Ｅ−４７３及びＡＳＴＭ  Ｅ−１１３５９−１に準じて定義できる。温度掃引実験は、１０℃／分において３０℃〜１１０℃の範囲にわたって膨張モードにおいて実施された。ＣＴＥの測定値は表ＶＩＩにまとめられている。
【０１２０】
この複合材試料は、商業用比較例と比べて一般的に類似の又はより低いＣＴＥを呈示する。商業用偏光子試料の幾つかについて、偏光子の通過及びブロック軸に沿って測定されるときＣＴＥ性能は異なる（偏光子の加工及び分子方位による）。これらの場合において、たとえＣＴＥが他の軸に沿っては比較的に影響を受けないとしても（例えば、平均ＣＴＥを下げる及び／又はＣＴＥの通過状態及びブロック状態を等しくする方向に移動させることが望ましい）偏光子の高ＣＴＥ軸に沿ってＣＴＥを下げることが特に重要であり且つ有用である。この有用な効果は、複合材試料において実証されている。このより低いＣＴＥは、幾つかのディスプレイ用途において反りの低減及び光学的均一性の向上に寄与しているはずである。
【０１２１】
【表９】
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【０１２２】
フィルム組み合わせ／アセンブリ
空間的周期性パターンは、ある特定の空間周波数及び角度関係において他の周期性パターンと組み合わされるとき望ましくないモアレ効果を時々生じさせることがある。それ故に、場合によっては、複数複合層間、（同一又は隣接したフィルムの）複合層と任意の構造化フィルム表面との間、若しくは複合層とピクセル、光ガイドドットパターン、又はＬＥＤ発生源のような、任意のディスプレイシステム要素との間に生成されるモアレパターンを最大化するために強化繊維の間隔、配列、又はバイアス角度を調節することが望ましい場合がある。また、強化用繊維の屈折率マッチングがほぼ完全であり、且つ複合層がほぼ完全に平滑である場合には、有意なモアレパターンが発生しないはずである。
【０１２３】
前述の複合光学物品が、既存の光学フィルムがアセンブリへ組み合わされるのと全く同じ方法でアセンブリへ有利に組み合わされてよいことが理解されるであろう。アセンブリの一例は、「直交ＢＥＦ」であり、そこではそれらのプリズム溝が、他方の非プリズム状の表面に隣接した一方のフィルムのプリズム状表面と、おおよそ直交するように、２枚のＢＥＦフィルムが互いに隣接して設置される。したがって、有益な光学効果を達成するために複合フィルムを各種他の光学フィルムと組み合わせることが有利である場合がある。ここに掲げたフィルム例はまた、米国特許出願整理番号第１１／３２３，７２６号に記載されているような、フィルム例と組み合わすことができるであろう。これらのフィルムアセンブリの幾つかの例として以下が挙げられるが、それらに限定されない。
【０１２４】
１．複合ＢＥＦ−ＲＰ（例えば、実施例２）と直交した複合ＢＥＦ（実施例１）。
【０１２５】
２．複合ＢＥＦ−ＲＰ（例えば、実施例２）と直交した非補強ＢＥＦ。
【０１２６】
３．複合ＢＥＦ（実施例１）と直交した複合ＢＥＦ（実施例１）。
【０１２７】
４．複合ＢＥＦ（実施例１）と直交した非補強ＢＥＦ。
【０１２８】
５．非補強、又は米国特許出願整理番号第１１／３２３，７２６号に記載されているもののいずれかで、複合ＢＥＦ（実施例１）と直交し且つ反射型偏光子と組み合わされた複合ＢＥＦ（実施例１）。
【０１２９】
６．非補強、又は米国特許出願整理番号第１１／３２３，７２６号に記載されているもののいずれかで、複合ＢＥＦ（実施例１）と直交し且つ反射型偏光子と組み合わされた非補強ＢＥＦ。
【０１３０】
７．非補強、又は米国特許出願整理番号第１１／３２３，７２６号に記載されているもののいずれかで、反射型偏光子と組み合わされた複合ＢＥＦ（実施例１）。
【０１３１】
これらのフィルム組み合わせ／アセンブリの幾つかが、前述の同一の相対ゲイン試験方法を用いて測定された。この結果は以下の表ＶＩＩＩに示されている。一般に、複合材の例の相対ゲインは対応する比較例と匹敵し、そして僅かなカラー変化だけが明らかである。例えば、直交した実施例１フィルムと直交したＴｈｉｎ−ＢＥＦ−ＩＩ−Ｔフィルムとの間のゲインの非常に小さい差は特筆に価する。このことは、実施例１の複合基材が非常に低い光吸収及び散乱を有することを指摘しており、これは望ましい可視状態で可能な限り多くの光を抽出するように光が反射型キャビティ内でリサイクルされるような、光学フィルム用途にとって極めて重要である。実施例１のプリズム屈折率が比較例よりも低いという事実にもかかわらず実施例１が比較に値するゲインを有することを特筆することはまた興味のあることでもある。なぜならば、実施例１樹脂がガラス繊維強化材の（比較的に低い）屈折率にマッチするように設計されたからである。これに加えて、実施例１の低い複屈折は、反射型偏光子（この場合ではＢＥＦ−ＲＰ）の上又は下にそれを設置することを可能にする。その際、合計ゲインの変化は僅かにすぎない一方、ＢＥＦ−ＲＰの最上部の上にＴｈｉｎ−ＢＥＦを設置することからのゲイン低下はより大きい。
【０１３２】
【表１０】
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【０１３３】
本発明は、上に記載した特定の実施例に限られるとみなすべきではなく、添付の請求項で明確に提示されているとおり、本発明のあらゆる態様を網羅していると理解すべきである。本発明を適用可能なさまざまな変更例、同等のプロセス、又本発明が適用しうるであろう多数の構造も、本明細書を点検すれば、本発明に関連する当業者には容易にはっきりと理解できるであろう。本特許請求の範囲は、このような修正及び装置を網羅しようと意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の原理に係わる表面構造化フィルムを使用するディスプレイシステムを模式的に示している。
【図２】本発明の原理に係わる、繊維強化表面構造化フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図３】本発明の原理に係わる光学フィルムの加工に使用されてよい製造システムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図４Ａ】本発明の原理に係わる一体補強された、表面構造化光学フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図４Ｂ】本発明の原理に係わる一体補強された、表面構造化光学フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図４Ｃ】本発明の原理に係わる一体補強された、表面構造化光学フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図４Ｄ】本発明の原理に係わる一体補強された、表面構造化光学フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図４Ｅ】本発明の原理に係わる一体補強された、表面構造化光学フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図４Ｆ】本発明の原理に係わる一体補強された、表面構造化光学フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図５】本発明の原理に係わる、第２の層に付着された繊維強化表面構造化フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図６】本発明の原理に係わる、第２の層に付着された繊維強化表面構造化フィルムの別の例示的な実施形態を模式的に示している。
【図７】本発明の原理に係わる、２つの他の層に付着された繊維強化表面構造化フィルムの例示的な実施形態を模式的に示している。
【図８】繊維強化回折層の部分断面図を模式的に示している。
【図９】補強表面構造化フィルムの各種例について水平角度の関数としての輝度を示すグラスを提示している。
【図１０】補強表面構造化フィルムの各種例について垂直角度の関数としての輝度を示すグラフを提示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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