(57)【要約】【課題】フィルム構造体（３２０）は、超低屈折率の媒体（３２２、３２４）に浸漬され得る広帯域反射偏光フィルム（３１２）を備える。【解決手段】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つ又は２つの平面内に圧縮された又は狭窄された視野円錐を提供する。【選択図】図３ｂ
2018005246.tif 000002
【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、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、前記第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特徴付けられる複数のミクロ層と、
前記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前記ミクロ層に向けて向け直すという方法で前記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。
【請求項２】
可視波長にわたって平均化された超低屈折率が、少なくとも１．１であるが１．３以下である、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記複数のミクロ層が、通過軸、ブロック軸、及び垂直軸を有し、
前記複数のミクロ層が、前記通過軸と前記垂直軸とを含む通過平面に入射するｐ偏光のＲＰｐａｓｓ（θ）、前記通過平面に入射するｓ偏光のＲＳｂｌｏｃｋ（θ）、前記ブロック軸と前記垂直軸とを含むブロック平面に入射するｐ偏光のＲＰｂｌｏｃｋ（θ）、及び前記ブロック平面に入射するｓ偏光のＲＳｐａｓｓ（θ）の伝播角度θの関数としての可視波長にわたる平均内部反射率を有し、
Ｒｂｌｏｃｋ（θ）が、ＲＳｂｌｏｃｋ（θ）とＲＰｂｌｏｃｋ（θ）の平均であり、Ｒｐａｓｓ（θ）が、ＲＳｐａｓｓ（θ）とＲＰｐａｓｓ（θ）の平均であり、
前記複数のミクロ層が、前記通過平面に入射するｐ偏光のＴＰｐａｓｓ（θ）、前記通過平面に入射するｓ偏光のＴＳｂｌｏｃｋ（θ）、前記ブロック平面に入射するｐ偏光のＴＰｂｌｏｃｋ（θ）、及び前記ブロック平面に入射するｓ偏光のＴＳｐａｓｓ（θ）の伝播角度θの関数としての可視波長にわたる平均内部透過率を有し、
Ｔｂｌｏｃｋ（θ）が、ＴＳｂｌｏｃｋ（θ）とＴＰｂｌｏｃｋ（θ）の平均であり、Ｔｐａｓｓ（θ）がＴＳｐａｓｓ（θ）とＴＰｐａｓｓ（θ）の平均である、請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
Ｔｂｌｏｃｋ（０）が１０％未満であり、Ｔｐａｓｓ（０）が５５％〜７５％の範囲内である、請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
前記伝播角度θが、空気中で測定した場合の角度θａｉｒであり、Ｔｐａｓｓ（θａｉｒ＝６０°）＜０．８５＊Ｔｐａｓｓ（０）である、請求項４に記載の構造体。
【請求項６】
前記伝播角度θが、光学的に厚い低屈折率層の中で測定した場合の角度θｌｏｗ ｉｎｄｅｘであり、Ｔｐａｓｓ（θｌｏｗ ｉｎｄｅｘ＝９０°）＜０．６＊Ｔｐａｓｓ（０）である、請求項４に記載の構造体。
【請求項７】
前記光学的に厚い低屈折率層及び前記複数のミクロ層が、共に第１の光学的に厚い層と第２の光学的に厚い層との間に配置されるように配列される、第１及び第２の光学的に厚い層を更に備え、
前記第１及び第２の光学的に厚い層が、前記光学的に厚い低屈折率層よりも高い屈折率を有する、請求項１に記載の構造体。
【請求項８】
前記第１の光学的に厚い層がライトガイドを含む、請求項７に記載の構造体。
【請求項９】
前記第１の光学的に厚い層が拡散層を含む、請求項７に記載の構造体。
【請求項１０】
前記第１の光学的に厚い層が表示パネルを含む、請求項７に記載の構造体。
【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た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の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軸の不整合、より簡潔にいえば、ｚ屈折率の不一致又は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偏光の境界反射率が、入射角の増加に伴って徐々に低減するか、若しくは入射角と無関係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、及び通過状態の軸方向又はほぼ軸方向の光に変換され得るように、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（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）で有利であり得る。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得、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、を画定する。ミクロ層はまた、好ましくは、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。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される場合）、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される場合）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するように、及び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、好ましくは、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。
【０００９】
関連する方法、システム、及び物品も述べられる。
【００１０】
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るであろう。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】
【００１１】
【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２０ａ】フィルム試料の透過率対波長のデータのグラフ。
【図２０ｂ】フィルム試料の透過率対波長のデータのグラフ。
【図２１】別のフィルム試料の透過率対波長のグラフ。
【図２２】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２３ａ】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２３ｂ】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２３ｃ】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２３ｄ】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２３ｅ】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２３ｆ】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２３ｇ】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２３ｈ】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２３ｉ】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２３ｊ】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２４】４種類の異なるフィルム試料の要約情報のグラフ。
【００１２】
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】
【００１３】
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する。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。
【００１４】
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ことがある。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。
【００１５】
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、個別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。
【００１６】
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。
【００１７】
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多種多様な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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、又は与えない場合がある。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。
【００２０】
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得る積層構造体では、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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することができ、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させることができる。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  ＮＡＮＯＶＯＩＤＥＤ  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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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の層の材料の臨界角、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。
【００２８】
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、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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によって屈折して、全ての角度で空気層３１６の中に拡散する。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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）。
【００４１】
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。
【００４２】
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＝ｎｌｊ−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。
【００４３】
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。
【００４４】
Ｔｂｌｏｃｋ（０）がＴｐａｓｓ（０）より実質的に小さい偏光フィルムを提供し、妥当な数の層でｓ偏光及びｐ偏光通過軸光に対する高反射率を提供するために、フィルム材料及び屈折率は、Δｎｘが約０．１を超え、Δｎｙが約０．０５を超え、Δｎｚが約−０．０５未満になるように調整され得る。
【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工程と、溶融ポリマーを多層供給ブロックに供給する工程と、１つ以上の層増幅器を使用して層を任意に増やす工程と、フィルム押出しダイを通して溶融材料を送る工程と、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工程と、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工程と、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。いくつかの実施形態では、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 films）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てもよいが、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ってもよい。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、空気中における垂直入射（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を測定して、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るが、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、ｙ軸に平行な通過軸６０４と、ｘ軸に平行なブロック軸６０６と、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偏光成分と、入射面６１２と直交するｓ偏光成分と、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いることができる。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得る。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、また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に示される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、１軸コリメートフィルムに関する更なる情報及び例を、米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、「Ｉｍｍｅｒｓｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｐｌａｎｅｓ  ｏｆ  Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ」（代理人整理番号６５９００ＵＳ００２）（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ことを確実にする他に、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うことができる。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）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、また設計が難しいことがある。好ましくは、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ことができる。
【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。ｐ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既知のように、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、この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の左側及び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。点線の上側及び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、通過軸の光の反射率は、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】
2018005246.tif 000004
【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、空気中入射角９０度に相当するＵＬＩ屈折率１．２の媒体中の入射角を表す。
【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を共に積層すると、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、空気中入射角９０度に相当するＵＬＩ屈折率１．２の媒体中の入射角を表す。
【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、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、若しくはその他の好適な光源は、１つ以上の側面若しくは端面を介して、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ることが可能な位置を示している。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】
更なる検討
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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％未満の％Ｔブロック値がより望ましい。
【０１１３】
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。
【０１１４】
％ＴＡ６０の値は、％Ｔ００の値に依存するところが大きい。前述の通り、％Ｔ００は、ｓ偏光の十分な反射率を得るために、１００％よりも実質的に小さくされる必要があり得る。％Ｔ００が低減される場合には、フィルムにブルースター角が存在しない場合、％ＴＡ６０もまた低減される。したがって、より有用なパラメータは、％ＴＡ６０／％Ｔ００の比率である。表示装置の視野円錐又は照明器具の角出力の幅を、広角度又はランバート光源の幅から低減するために、ＴＡ６０／％Ｔ００の比率を低減する必要がある。多くの表示装置及び光源では、６０度における輝度は、軸上輝度又は０度輝度よりもはるかに小さいのが望ましい。本明細書に記載のフィルムに関する％ＴＡ６０／％Ｔ００の有用な値は、０．８５から任意の低い値まで幅広い。
【０１１５】
この値は、図４のギャップ領域においてどれだけの高角度の光がブロックされないかを表すので、％ＴＡ９０及び％ＴＵ９０は共に、これら構造体では最小限とされるのが望ましい。したがって、％ＴＡ９０／％Ｔ００及び％ＴＵ９０／％Ｔ００の比率もまた最小限にされる。１．２屈折率のＵＬＩの中を５６．４〜９０度で伝播する光線は、空中から注入され得る光線よりも大きな角度で伝播する。この光線は、ＵＬＩ境界面でＴＩＲによってブロックされないので、通過及びブロック偏光の両方のための反射偏光子からの反射によってブロックされるのが望ましい。％ＴＡ９０又は％ＴＵ９０のいずれも、空気中で測定することができないが、それでも、より低角度の測定値からの補外法によって推定することができ、又は既知の屈折率の光学的に連結されたプリズムにより直接測定することができる。
【０１１６】
空気中の６０度の伝播角度は、図８ａ、図１０、及び図１１に示されるモデル化された曲線のための媒体であった、屈折率１．２０の媒体中の４６．２度に相当する。上で定義された５つのパラメータは、これらの図の曲線から直接得ることができる。屈折率１．２のＵＬＩ中の９０度伝播角度は、屈折率１．５２の材料中の５２度角度に相当する。空気中の９０度伝播角度は、屈折率１．５２の材料中の４１．１度の伝播角度に相当する。したがって、ガラスプリズム（４５度タイプ及び適切な角度まで回転するのいずれか）の間にフィルムを積層することにより、又は垂直入射をプリズム面で使用することができるよう特別な切断角度を備えるプリズムを使用することにより、Ｔ９０Ａ及びＴ９０Ｕを測定することができる。
【０１１７】
複屈折層の延伸処理、又はポリマー層の材料組成の変更のいずれかによって、様々な屈折率を変更することにより、多くのフィルム構造体が可能となる。また、層の数又は光学スタック設計を変えることが可能である。上述の光学フィルム１．１、１．２、及び１．３、並びに下述のフィルム２．１、２．２、及び２．３を含む種々の実施形態の結果を、表Ａ及び表Ｂに記載する。
【０１１８】
【表３】
2018005246.tif 000005
【０１１９】
【表４】
2018005246.tif 000006
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
更なる実施形態
光学フィルム２．１：２軸コリメートフィルム、５５０のミクロ層（ＩＩ）
テンターされただけのフィルムから非対称２軸延伸フィルムに配向を変えることにより、また、材料層の軽微な変更により、光学フィルム１．１を変性することができる。これは、高屈折率層の屈折率を、（１．８３、１．６２、１．５０５）からおよそ（１．８０、１．６６、１．５０５）に変えるやり方で行うことができる。高屈折率層の組成の軽微な変更を行って、このプロセスを容易にすることができる。低屈折率層を、１．５５５から１．５８に変更することができる。上の表Ａ及び表Ｂから、これは、％Ｔ００をいくらか減少させるが、％Ｔ９０の値の全て、並びにＴＡ６０／％Ｔ００及び％Ｔ９０／％Ｔ００の比率を著しく低減することに留意されたい。
【０１２３】
光学フィルム２．２：２軸コリメートフィルム、１０００のミクロ層
光学フィルム１．１の高屈折率層は、ｃｏＰＥＮからＰＥＴに変更することが可能であり、このことは、材料費の大幅な優位性を有し得る。しかしながら、１０００の連続的に勾配が付けられている層が必要であるので、設備及び加工費が影響を受ける可能性がある。ｎｘ＝１．７１、ｎｙ＝１．５９、及びｎｚ＝１．５０の屈折率は、拘束単軸方法（標準的フィルムテンター）で延伸された、ｎ＝１．５５の低屈折率材料のＰＥＴフィルムで容易に得られる。上の表Ａ及び表Ｂに記載の値から分かるように、光学性能はＰＥＮ系フィルムと同様である。
【０１２４】
光学フィルム２．３：１軸コリメートフィルム、２７５のミクロ層×１パケット
強いｓ偏光反射フィルムを、２７５層だけで作製することができる。屈折率がｎｘ＝１．８２、ｎｙ＝１．６２、及びｎｚ＝１．５０５である高屈折率層、及び屈折率が１．５０５である低屈折率層、２７５層、並びに拘束１軸延伸を用いて、表Ａ及び表Ｂに挙げられている性能値を得ることができる。Ｔ６０Ｐ／Ｔ００の全ての比率は１．０にほぼ等しい、即ち、ｐ偏光に対する反射率は角度と共に増加しないことに留意されたい。Ｔ６０Ｓ／Ｔ００の比率は、表Ｂのあらゆる例の中で最も低い。このモデル化例は、光学フィルム３．４と同様である。
【０１２５】
光学フィルム３．１：２軸コリメートフィルム、２７５のミクロ層×２パケット（ＩＩＩ）
光学フィルム３．１を作製するプロセスにおいて、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、オフラインバッチフィルム延伸装置上でのその後の２軸延伸のために、冷却されたキャスティングホイールの上に押出した。オフライン装置の上での延伸後に光学フィルムが望ましい光学特性を有するのを確実にするために、正確な層厚さの値をもたらすのに必要な押出プロセスの条件を、以下の方法によって探求した。
【０１２６】
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するためのキャストウェブを作製した。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。
【０１２７】
次に、予備的なキャストウェブを、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ｘ軸に沿って、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。
【０１２８】
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、約ｎ１ｘ＝１．８２、ｎ１ｙ＝１．６２、ｎ１ｚ＝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回転される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。
【０１２９】
２軸延伸フィルムは、前記のフィルムとほぼ同じスペクトルにわたって反射する必要がある。しかしながら、２：１又は３：１といった比率だけｙ方向に延伸される一方、上述のｘ方向への延伸を用いる場合には、同じ２：１又は３：１だけ厚くする必要がある。この例では、次にキャスティングホイールを２．５：１といった比率だけ減速させて、上述の予備的なキャストウェブと比べて、キャストウェブをこの比率だけ厚くした。
【０１３０】
２．５倍厚いキャストウェブを、隣接する辺が１２７ｍｍ×２５４ｍｍである矩形片に切断した。次に、この片をＫａｒｏ  ＩＶフィルム延伸機（Ｂｒｕｅｃｋｎｅｒ  ｏｆ  Ｓｉｅｇｓｄｏｒｆ，Ｇｅｒｍａｎｙから購入）上で延伸した。キャストウェブを、まず１３５℃で９０秒予熱し、その後短軸及び長軸の両方に沿って、短軸で５０％／秒の速度を用いて同時に延伸した。延伸プロセスは、長軸の延伸が短軸よりも２．５／５．５倍遅い速度で行われるように両軸で同時に開始及び停止する。次に、フィルムを２３０℃で３０秒間熱処理した。プログラムされた延伸率は、１２．７及び２５．４ｍｍの方向にそれぞれ５．５×２．５であり、ほぼ正方形の形状で、寸法が６２０ｍｍ×６００ｍｍである最終フィルム試料を得た。この機械は、試料の各側に５個のみのクリップを有し、各片の長い縁部上の各クリップでフィルムのかなりのネックイン（neck-in）が生じ、短い側に沿っていくらかのネックインが生じた。これにより、実際の延伸率は４．８×２．７となった。この実際の延伸率は、マジックインキでキャストウェブ上に格子をマークした後、この格子の膨張を測定することによって測定された。ＬＣＤテレビパネルに対する後の測定のために、３２５ｍｍ×４２５ｍｍの部分寸法を得た。フィルム厚さは、この試料領域にわたって約＋／−１０％まで均一化された。最も極端なキャリパー変化を示した領域を切り取り、キャリパー変化が約＋／−５％である小部分を後の測定で使用した。
【０１３１】
Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ偏光プリズムが取り付けられたダイオードアレイ分光光度計を使用して、垂直入射及び６０度入射角におけるブロック軸及び通過軸の両方に対する偏光透過スペクトルを、最も厚い部分の１つから得た。垂直入射におけるブロック（曲線２０１２）及び通過（曲線２０１０）軸スペクトルが図２０ａにプロットされている。ブロック軸及び通過軸の赤色帯域端部（red bandedge）は、およそ１１６０ｎｍ及び１１００ｎｍである。ブロック軸の左帯域端部は、図から約４４５ｎｍであることが明らかに分かる。このフィルムは垂直入射のいくらかの青色光を透過し、後の測定用の少なくとも４２５ｎｍ以下の左帯域端部を有するわずかに薄いフィルムのために、こうした部分は退けられた。
【０１３２】
フィルムのｓ偏光（曲線２０２２）及びｐ偏光（曲線２０２０）スペクトルに関する空気中での６０度における透過率測定値が、図２０ｂに示されている。後に、同じフィルムを、屈折率整合流体を有するＢＫ−７ガラス（６３３ｎｍにおけるｎｄ＝１．５１７及びｎ≒１．５１５）の９０度プリズムの間に積層して、対角線にフィルムを備える立方体を形成した。ｐ偏光通過軸スペクトルを浸漬屈折率（immersion index）１．５１７で４５度で測定することができるように、フィルムを回転延伸した。このスペクトもまた、図２０ｂに曲線２０２４としてプロットされている。プリズムの中のフィルムに対する４５度の角度は、空気中からは９０度を超え、また屈折率１．２のフィルムの中の約６３度と等しい。
【０１３３】
空気中における通過軸６０度ｓ偏光及びｐ偏光スペクトルの赤色帯域端部は、それぞれ、およそ９７０ｎｍ及び９２０ｎｍであり、ＢＫ７ガラス立方体の中の４５度でのｐ偏光スペクトルは７９０ｎｍである。４００ｎｍからその赤色帯域端部（ブロック軸スペクトルに関しては４５０からＲＢＥ）までの各スペクトルの平均透過率は次の通りである：ブロック＝１２％、通過＝６２％、Ｔｓ偏光６０＝３３％、Ｔｐ偏光６０＝３７％、Ｔｐ偏光４５−プリズム＝１２．３％。空気境界面からの反射を差し引いて、表面薄層が屈折率１．５６４だと知ることができる。式は、Ｔ内部＝１−（１−Ｒ−（１＋Ｒ）＊Ｔ）／（１−Ｒ−２＊Ｒ＊Ｔ）であり、式中、Ｒは２つのフィルム表面のそれぞれにおける反射率であり、Ｔはフィルムの測定全透過率である。計算値は、Ｔブロック＝１２％、Ｔ００＝６６％、及びＴ６０空気ｓ偏光＝３９％、及びＴ６０空気ｐ偏光＝３７％である。ガラスプリズムでは、各面の表面反射は４．２％であり、１７．５％に等しいフィルムの計算内部透過率、又はＲ内部＝８２．５％をもたらす。光学フィルム３．１のこうした特性を次の表にまとめる。
【０１３４】
【表５】
2018005246.tif 000007
【０１３５】
バッチプロセスで不均一が原因で更に薄く延伸されたこのフィルムの一部は、全ての測定についてわずかに高い反射率を示し、また当然ながら低い赤色帯域端部を示した。例えば、フィルムの大部分は、ブロック軸に関して１１００ｎｍの赤色帯域端部を示し、平均％Ｔはたったの１０％であり、３２％と低いＴ６０ｐ偏光の値が測定された。これらに比べて、ＲＢＥが１０６０ｎｍである上記フィルムでは、１２％及び３８％である。フィルムを市販のフィルムラインの上で連続様式で延伸することによって、延伸状態における改善された均一性、ひいては改善されたキャリパー及び反射値を達成することができる。
【０１３６】
光学フィルム３．２：２軸コリメートフィルム、２７５のミクロ層×２つのパケット（ＩＶ）
このフィルム試料は、キャスティングホイール速度を２５％だけ増加させてフィルムを２０％薄くしたことを除いて、光学フィルム３．１と同じ様式で作製された。その結果、赤色帯域端部の全ては約２０％減少した。こうした薄いフィルムを、より厚いキャストウェブよりも均一に、Ｋａｒｏ  ＩＶの上で更に延伸し、その結果、ブロック軸に関するＲＢＥはフィルム領域の大部分にわたって約８７５ｎｍ〜９２５ｎｍとなった。これらのフィルムは、低屈折率層を超高角度で伝播する赤色及び黄色光線を透過し始める。このフィルムのスペクトルは全て、光学フィルム３．１のものと同様の平均透過レベルを有する。
【０１３７】
紫外線に向けてシフトさせるだけではなく、層厚さプロファイルを変更することによって反射帯域が圧縮された場合には、透過率値は、光学フィルム３．１の透過率値と比べて低減された可能性がある。
【０１３８】
光学フィルム３．３：２軸コリメートフィルム、２７５のミクロ層×２つのパケット（Ｖ）
光学フィルム３．３を作製するプロセスにおいて、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、逐次的フィルム延伸ライン上でのインライン２軸延伸のために、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した。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％）。９０／１０  ｃｏＰＥＮの表面薄層を、押出ダイの直前の位置に、総溶融流れの２０％の割合で（フィルムの各側に１０％）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＝１．７９、ｎｙ＝１．６７５、ｎｚ＝１．５０５であった。こうした屈折率の発現は、フィルム非対称延伸を必要とする。
【０１３９】
長さの延伸では、ＬＯ予熱ローラーを１０２℃に加熱する。延伸ギャップ直前の最終加熱は、石英ランプを使用して適用される。実際の延伸温度は、このプロセスにより達成されるｃｏＰＥＮの屈折率に関して以外は、測定可能でない。ＩＲランプを調整すると同時に、ｎｘ＝１．７９３、ｎｙ＝１．６７１、ｎｚ＝１．５０２の屈折率が表面薄層上で測定されるまでテンター条件を調整した。ＬＯの全延伸率は２．７：１であり、全テンター延伸率は４．５：１であった。
【０１４０】
ＬＯされたフィルムをテンターの中で約１４０℃で１３秒間予熱した。次に、フィルムを、１３２℃で約５０％／秒の初期速度で延伸した。次に、フィルムを、幅の約２％を引っ張りながら、２３２℃で１３秒間熱処理した。
【０１４１】
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１２００ｎｍの光を反射するように回転されるブロック軸に関して、低及び高屈折率層が約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。次に、この方法で作製された結果として得られた２枚のフィルムを、透明な光学接着剤を使用して積層した。積層体の中の２枚のフィルムの通過軸は平行であった。透過スペクトルを、ダイオードアレイ分光光度計を使用して垂直及び６０度で測定した。こうしたスペクトルから赤色帯域端部及び％透過率値を決定し、下の表に記載する。Ｔ（θ＝６０ａｉｒ  ｐ偏光）／Ｔｐａｓｓ（０）の比率は、光学フィルム３．１よりも低い。
【０１４２】
【表６】
2018005246.tif 000008
【０１４３】
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
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。
【０１４４】
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回転される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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
得られたフィルムのブロック（曲線２１１６）、通過（曲線２１１２）、ｓ偏光６０（曲線２１１４）、及びｐ偏光６０（曲線２１１０）スペクトルが、図２１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に記載する。この光学フィルム３．４に関するＴｓ偏光（θ＝６０度ａｉｒ中）／Ｔｐａｓｓ（０）の比率は０．２９である。
【０１４７】
【表７】
2018005246.tif 000009
【０１４８】
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３．１〜３．４を、それぞれＳａｍｓｕｎｇ  ＬＣＤテレビパネルに積層した。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。
【０１４９】
このバックライト２２１０の概略側面図が図２２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２２３４参照）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２２３２は、深さ１７ｍｍ、幅２００ｍｍ、及び長さ４００ｍｍである。２０個の冷白色ｗｈｉｔｅ  Ｒｅｂｅｌ  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。
【０１５０】
視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。
【０１５１】
全ての実験例において、反射偏光子は、それら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置された。フィルムは、図２２の概略図に従ってテレビパネルに積層された。図中、アイテム２２１２は液晶パネルであり、２２１４は光学接着剤であり、２２１６は試験される多層光学フィルムであり、２２１８は光学接着剤であり、２２２０はＰＥＴの層であり、２２２２はＵＬＩ材料の層であり、２２２４は光学接着剤であり、２２２６はポリカーボネートフィルムであり、２２２８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。
【０１５２】
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２２でパネル２２１２が描か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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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２３１０、２３１６）及びｐ偏光（曲線２３１２、２３１８）を表わす）が、それぞれ図２３ａ及び図２３ｂ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。この視角は、典型的には、ブロック軸及び通過軸によって異なる。
【０１５５】
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既知である。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。
【０１５６】
空気中で使用するように設計された光学フィルム３．４が、このフィルムスタックを図２２に示されるテレビパネルに積層することによって浸漬されると、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２３ｃ（輝度）及び図２３ｄ（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２３２０はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２３２２はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２３２４はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表し、曲線２３２６はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表し、曲線２３３０はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２３３２はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２３３４はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表し、曲線２３３６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の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。
【０１５７】
光学フィルム３．３は、４種類のフィルム３．１〜３．４の中で最も広い帯域幅を有し、また高角度におけるｓ偏光及びｐ偏光反射率の最も高い平均値も有する。光学フィルム３．３が上記と同じ様式でＬＣＤパネルに積層される場合、テレビの輝度及びコントラストは、空隙を有する構造体からわずかに低下するだけである。このことは、図２３ｅ（輝度）及び２３ｆ（コントラスト）にプロットされているデータから明らかである。図中、曲線２３４０はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２３４２はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２３４４はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表し、曲線２３４６はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表し、曲線２３５０はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２３５２はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２３５４はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表し、曲線２３５６はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表す。
【０１５８】
負の角度と正の角度の対比に関する輝度データの非対称は、これらの測定に使用したバックライトの性質によるものと考えられる。全てのＬＥＤは１つの縁部に沿って設置され、光を高角度で注入するように方向付けられる。フィルムの底面のビーズコーティングは、光の指向性をランダム化するように意図されているが、十分ではない。しかしながら、コントラストは本質的に方向と無関係であることに留意されたい。非対称は、低屈折率層なしに積層された例に関して非常に顕著であるので、低屈折率層とこうしたフィルムの組み合わせの大きな利益を示している。
【０１５９】
光学フィルム３．１は、光学フィルム３．３よりもわずかに低いＲＢＥを有する。光学フィルム３．１の平均帯域端部は、光学フィルム３．３の１２００ｎｍと比べてたったの約１１３０ｎｍであった。光学フィルム３．１をＬＣＤパネルに積層する場合、コントラストは光学フィルム３．３と比べてわずかに低くなる。しかしながら、輝度は改善される。これは、フィルム３．３と比べてフィルム３．１のブロック状態の透過率が低いことに起因し得る。上記の通り、平均ＲＢＥ及びＴブロックは共に、フィルム領域のほとんどに関して、フィルムの単一点でとられた１組のスペクトルから単純に報告された数字よりも低い。Ｔブロックの値が低いことは、特にＴ通過も同様に低い場合に輝度にとって重要である。これらのシステムを用いた程度の大きな光リサイクリングは、１回通過（one-pass）透過測定と比べて損失を何倍も増大させ得る。コントラスト及び輝度結果は、図２３ｇ（輝度）及び図２３ｈ（コントラスト）に示されている。図中、曲線２３６０はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２３６２はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２３６４はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表し、曲線２３６６はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表し、曲線２３７０はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２３７２はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２３７４はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表し、曲線２３７６はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表す。
【０１６０】
光学フィルム３．２は、光学フィルム３．１と同じプロセス及び材料で作製されたが、反射帯域を意図的にシフトさせた。ＲＢＥは青色に向けてシフトされ、高角度で入射する光の反射効果を低下させた。その結果、光学フィルム３．１が光学フィルム３．２で置き換えられると、とりわけ低屈折率層が省かれた場合に、テレビパネルの輝度及びコントラストの両方が低減する。これらのデータは、図２３ｉ（輝度）及び図２３ｊ（コントラスト）にプロットされている。図中、曲線２３８０はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２３８２はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２３８４はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表し、曲線２３８６はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表し、曲線２３９０はＵＬＩがある場合のｓ偏光を表し、曲線２３９２はＵＬＩがある場合のｐ偏光を表し、曲線２３９４はＵＬＩがない場合のｓ偏光を表し、曲線２３９６はＵＬＩがない場合のｐ偏光を表す。
【０１６１】
フィルム３．１〜３．４のそれぞれに関するフィルムパラメータのいくつかを、各構造に関する対応の輝度及びコントラストと共に下の表Ｃに記載する。Ｔ６０ｓ／Ｔ（０）及びＴ６０ｐ／Ｔ（０）値は、６０度及び０度における空気中での測定値を指し、内部透過率値を報告するために補正されている。これらの値は、各例に関連した表から取り出される。結果は、測定されたＴＶコントラストに従って順番に記載されている。
【０１６２】
【表８】
2018005246.tif 000010
【０１６３】
ＲＢＥがたった９００ｎｍである光学フィルム３．２が、ＲＢＥが９７０ｎｍである光学フィルム３．３よりも高い輝度及びコントラストの両方をもたらすという事実は、高角度におけるＲＢＥ及び反射率の両方が重要なパラメータであることを示している。
【０１６４】
ＲＢＥ値及びＴ６０／Ｔ（０）比率の複合効果を更に理解するために、コントラスト値（曲線２４１０）、ＲＢＥ＊Ｔ（０）／Ｔ６０の積（曲線２４１２）、及び相対輝度＊Ｔ（０）／Ｔ６０（曲線２４１４）の全てを、フィルム試料（Ａは光学フィルム３．１を表し、Ｂは光学フィルム３．２を表し、Ｃは光学フィルム３．３を表し、Ｄは光学フィルム３．４を表す）と対比させて、コントラストの低い順に図２４にプロットされる。輝度は、単に情報をプロットする上の便宜のために係数１０でスケーリングされる。これらパラメータのほぼ平行な傾向は、高角度の光に対する高いＲＢＥ及び高い反射率が、ＬＣＤパネルの高いコントラスト及び輝度を維持する上で重要であることを示している。
【０１６５】
考察：
浸漬した反射偏光フィルムを有し、超低屈折率層を有さない積層体
伝播角の増加に伴う反射帯域のより低い波長へのシフトは、フィルムがより高い屈折率の媒体に浸漬された場合に非常に大きくなる。例えば、米国特許出願公開第２００８／００３７１２７号（Ｗｅｂｅｒ）、「Ｗｉｄｅ  Ａｎｇｌｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」には、ミラーの全ての層のｚ屈折率が、浸漬媒体の屈折率に近づくと、ＲＢＥはｐ偏光の高角度において約０ｎｍにシフトすることが指摘されている。この潜在的に無限の帯域シフトは、それ故、高角度の光線をブロックするために非常に低屈折率のＴＩＲ層の使用を必要とする。ｓ偏光反射光学フィルム３．４は、両方の層のｚ屈折率が屈折率１．５０５を有する１つの例である。このフィルムが、ｎ≒１．４９である標準的接着剤を使用して標準的な拡散体とテレビパネルとの間に浸漬される場合には、反射帯域の劇的な移動により、大量の光を高角度で透過させるのが可能になる。しかしながら、低屈折率層のみが、例えば１．５８の屈折率を有するものに偏光された場合には、入射角に伴うＲＢＥのシフトは、大幅に減少する。高屈折率層を変更する必要はなく、実際には、フィルムが広角偏光子として機能する場合には、また、ｐ偏光が高角度で反射される場合には、低屈折率層よりもはるかに低いｚ屈折率が必要となる。
【０１６６】
ほとんどのブロック軸光及びｐ偏光通過軸光を高角度で反射するように設計された反射偏光子は、入射角の変化に伴う非常に大きな帯域シフトを示さない。帯域シフトは、本明細書で論じられるフィルム及び浸漬屈折率に関して有限であり、実際に、超低屈折率層が光を最高角度で反射するのに必要な程度まで、偏光子の帯域幅を伸ばす妥当な数の層を加えることによって補償され得る。一方で、ｐ偏光通過軸光を透過し、ｓ偏光通過軸光を実質的に反射するように設計された多層複屈折反射偏光子は、一般に、高屈折率媒体に浸漬されたときに超低屈折率層が機能するのを必要とする。
【０１６７】
実施例ＮＵ−１：超低屈折率層を有さない浸漬したフィルム
反射偏光子の屈折率セットが、「高い」屈折率の層に関して（ｎｘ＝１．８０、ｎｙ＝１．６７、ｎｚ＝１．５０５）、「低い」屈折率の層に関してｎ＝１．５８５である場合、フィルムが屈折率１．４９に浸漬される場合、ｐ偏光の右側帯域は約６００ｎｍ未満に低下しない。これらフィルムの屈折率は、非常に高いＰＥＮ含有量、例えば９５％  ＰＥＮ以上を有するＰＥＮ又はｃｏＰＥＮフィルムの非対称２軸延伸及び熱処理によって得ることができる。ブロック軸方向と通過軸方向の延伸比率は約２：１であり得るが、ｎｘ対ｎｙの屈折率を最適化するために、この比率を容易に変更することが可能である。低屈折率材料は、例えば、ＰＥＴｇとｃｏＰＥＮとの配合物を使用して作製され得る。全てのｓ偏光可視光線は反射され、６５０ｎｍ未満のｐ偏光は、最大約７７度の角度で反射される。
【０１６８】
この実施例に関して上記に列挙された推奨屈折率及び材料を用いて、低及び高屈折率材料の５５０の交互層の連続的に勾配が付けられているスタックを、４００ｎｍから少なくとも１８００ｎｍの波長に対して高反射率となる偏光子をもたらすように設計することができる。あるいは、例えば、４００〜９００ｎｍ及び８５０〜１８００ｎｍを反射するように設計された２枚のフィルムを積層又は共押出して、通常の接着接合フィルムに浸漬され得る超広帯域の反射偏光子を形成することができる。典型的なＬＣＤパネル及びバックライト構成要素の最も低い屈折率は、一般に接着剤層中に存在する。多くの接着剤は、１．４８又は１．４９に近い屈折率を有する。シリコーン系接着剤などの一部のものは、更に低い場合がある。このフィルムがその中に浸漬され得る拡散板、ライトガイド、及び拡散体コーティング、並びに他の媒体は、１．４９以上の屈折率を有する。浸漬スタックの中で屈折率の最も低い層が、実効浸漬定数を決定する。フィルム積層体の中の少なくとも１つの層は、１．４９以下の屈折率を有する必要がある。
【０１６９】
１８００ｎｍは、垂直入射における通過軸の赤色帯域端部として選択することができ、その理由は、かかる４００ｎｍ〜１８００ｎｍの帯域幅は、ＰＥＮ系ポリマーフィルムで約５００層及びＰＥＴ系フィルムで約１０００〜２０００層といった、実用的数の層で達成可能だからである。ほとんどの照明及び表示装置のバックライトは、波長がほとんどの場合６５０ｎｍ未満の可視光線を利用する。一部の赤色光は最高角度で漏出するが、８０度を超えて入射する光の割合は、一般に低い。１６００〜２０００ｎｍの帯域端部は、広範囲の用途でうまく機能する。
【０１７０】
実施例ＮＵ−２：ＰＥＴｇ／ｃｏＰＥＮ  ９０−１０超広帯域の偏光子
実施例ＮＵ−１で記載された超広帯域幅を有し、かかる広帯域にわたって波長対透過率の許容可能な均一性を有する光学フィルムが作製可能であることを証明するために、次の２種類のフィルムを作製した後、光学接着剤で積層した。第１のフィルムは、約４００ｎｍ〜９００ｎｍを反射し、第２のフィルムは約８００ｎｍ〜１８００ｎｍを反射する。帯域端部は、一方のフィルムからもう一方へのスペクトルの移行重複部分を比較的滑らかにするために、段階的になるように設計された。フィルムは共に、米国特許第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）に記載のようなフィードブロック法を用いて作製され、９０／１０のｃｏＰＥＮ（９０％  ＰＥＮ／１０％  ＰＥＴ）とＰＥＴｇ（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅから入手可能）との２７５の交互層を有していた。第１のフィルムは、透過率及び帯域端部の傾斜の均一性に関して最適化され、帯域端部は約４００及び９００ｎｍであった。押出成形キャスティングホイールを２倍に低速させて、４００ｎｍ帯域端部を８００ｎｍまで移動させ、９００ｎｍ帯域端部を１８００ｎｍまで移動させた。
【０１７１】
２枚のフィルムの重複部分の波長範囲（通過軸で約８００〜９００ｎｍ）は、２枚のフィルムの間の干渉効果のせいでいくらかのスペクトル共鳴を呈したが、スペクトルは容認できる程度に滑らかであった。スペクトルで顕著に見られるこの共鳴及び他のスペクトルの非均一性は、透過光をわずかに着色させる。この色は、フィルムの出口側の中間拡散体（moderate diffuser）を用いることでマスクされ得る。この拡散体は、透過光を更にコリメートするためのプリズムアレイ又は他の表面構造の一部であり得る。
【０１７２】
積層フィルムは、２枚の個別のフィルムの反射帯域のいくらかの重複部分を必要とし、したがって、１つの連続的に勾配が付けられている５５０層のスタックから作られる単一フィルムほど効率的でない。しかしながら、この手法は、連続的に勾配が付けられており、厚い介在層を有する１／４波長の厚さの５５０の交互層を生成することが可能なフィードブロックを作製するのは難しく、費用がかかるので、プロセスの観点から見てより簡単である。最も効率の悪い光学設計は、全波長範囲にわたって部分的に反射性である２枚以上のフィルムのスタックである。個別の反射体の間の非コヒーレント干渉効果は、上述のコヒーレントスタックと比べて、通過軸反射率を増加させ、ブロック軸反射率を減少させることになる。
【０１７３】
ｓ偏光及びｐ偏光に対するこの偏光子の高角度反射は、上の実施例ＮＵ−１ほど良好でない。このフィルムの（６３３ｎｍ）での屈折率セットは、高屈折率層で（ｎｘ＝１．８２、ｎｙ＝１．６２、ｎｚ＝１．５１）、低屈折率層はＰＥＴｇでｎ＝１．５６４であった。しかしながら、Δｎｙ及びΔｎｚは共に０．０５より大きいことに留意されたい。通過軸は、垂直入射において４００ｎｍ〜１０００ｎｍで約７５％、及び１０００ｎｍ〜１８００ｎｍで約８０％の外部透過率を有した。ブロック軸は、垂直入射において４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光で約５％、及び１０００ｎｍ〜１８００ｎｍの光で約８％の透過率を示した。これら透過率測定は共に、全ての実施例の場合と同様に、測定される軸と平行に配列された偏光を用いて行われた。
【０１７４】
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。
【０１７５】
項目２は項目１の構造体であり、可視波長にわたって平均化された超低屈折率は、少なくとも１．１であるが１．３以下である。
【０１７６】
項目３は項目２の構造体であり、可視波長にわたって平均化された超低屈折率は、少なくとも１．１５であるが１．２５以下である。
【０１７７】
項目４は項目１の構造体であり、複数のミクロ層が、通過軸、ブロック軸、及び垂直軸を有し：複数のミクロ層が、通過軸と垂直軸とを含む通過平面に入射するｐ偏光のＲＰｐａｓｓ（θ）、通過平面に入射するｓ偏光のＲＳｂｌｏｃｋ（θ）、ブロック軸と垂直軸とを含むブロック平面に入射するｐ偏光のＲＰｂｌｏｃｋ（θ）、及びブロック平面に入射するｓ偏光のＲＳｐａｓｓ（θ）の伝播角度θの関数としての可視波長にわたる平均内部反射率を有し；Ｒｂｌｏｃｋ（θ）が、ＲＳｂｌｏｃｋ（θ）とＲＰｂｌｏｃｋ（θ）の平均であり、Ｒｐａｓｓ（θ）が、ＲＳｐａｓｓ（θ）とＲＰｐａｓｓ（θ）の平均であり；複数のミクロ層が、通過平面に入射するｐ偏光のＴＰｐａｓｓ（θ）、通過平面に入射するｓ偏光のＴＳｂｌｏｃｋ（θ）、ブロック平面に入射するｐ偏光のＴＰｂｌｏｃｋ（θ）、及びブロック平面に入射するｓ偏光のＴＳｐａｓｓ（θ）、の伝播角度θの関数としての可視波長にわたる平均内部透過率を有し；Ｔｂｌｏｃｋ（θ）が、ＴＳｂｌｏｃｋ（θ）とＴＰｂｌｏｃｋ（θ）の平均であり、Ｔｐａｓｓ（θ）がＴＳｐａｓｓ（θ）とＴＰｐａｓｓ（θ）の平均である。
【０１７８】
項目５は項目４の構造体であり、Ｔｂｌｏｃｋ（０）は２０％であり、Ｔｐａｓｓ（０）は４０％〜８０％の範囲内である。
【０１７９】
項目６は項目５の構造体であり、Ｔｂｌｏｃｋ（０）が１０％未満であり、Ｔｐａｓｓ（０）が５５％〜７５％の範囲内である。
【０１８０】
項目７は項目５の構造体であり、伝播角度θは、空気中で測定した場合の角度θａｉｒであり、Ｔｐａｓｓ（θａｉｒ＝６０°）＜０．８５＊Ｔｐａｓｓ（０）である。
【０１８１】
項目８は項目７の構造体であり、Ｔｐａｓｓ（θａｉｒ＝６０°）＜０．７５＊Ｔｐａｓｓ（０）である。
【０１８２】
項目９は項目５の構造体であり、伝播角度θは、光学的に厚い低屈折率層の中で測定した場合の角度θｌｏｗ ｉｎｄｅｘであり、Ｔｐａｓｓ（θｌｏｗ ｉｎｄｅｘ＝９０°）＜０．６＊Ｔｐａｓｓ（０）である。
【０１８３】
項目１０は項目９の構造体であり、Ｔｐａｓｓ（θｌｏｗ ｉｎｄｅｘ＝９０°）＜０．３＊Ｔｐａｓｓ（０）である。
【０１８４】
項目１１は項目１の構造体であり、複数のミクロ層は１０００未満のミクロ層を含む。
【０１８５】
項目１２は項目１の構造体であり、第１及び第２の光学的に厚い層を更に備え、光学的に厚い低屈折率層及び複数のミクロ層は共に、第１の光学的に厚い層と第２の光学的に厚い層との間に配置されるように配列され；第１及び第２の光学的に厚い層は、光学的に厚い低屈折率層よりも高い屈折率を有する。
【０１８６】
項目１３は項目１２の構造体であり、第１の光学的に厚い層はライトガイドを含む。
【０１８７】
項目１４は項目１２の構造体であり、第１の光学的に厚い層は拡散層を含む。
【０１８８】
項目１５は項目１２の構造体であり、第１の光学的に厚い層は表示パネルを含む。
【０１８９】
項目１６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た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。
【０１９０】
項目１７は項目１６の構造体であり、可視波長にわたって平均化された超低屈折率は、少なくとも１．１であるが１．３以下である。
【０１９１】
項目１８は項目１７の構造体であり、可視波長にわたって平均化された超低屈折率は、少なくとも１．１５であるが１．２５以下である。
【０１９２】
項目１９は項目１６の構造体であり、多層光学フィルムは、通過軸、ブロック軸、及び垂直軸を有し；多層光学フィルムは、通過軸と垂直軸とを含む通過平面に入射するｐ偏光のＲＰｐａｓｓ（θ）、通過平面に入射するｓ偏光のＲＳｐａｓｓ（θ）、ブロック軸と垂直軸とを含むブロック平面に入射するｐ偏光のＲＰｂｌｏｃｋ（θ）、及びブロック平面に入射するｓ偏光のＲＳｐａｓｓ（θ）の伝播角度θの関数としての可視波長にわたる平均内部反射率を有し；Ｒｂｌｏｃｋ（θ）はＲＳｂｌｏｃｋ（θ）とＲＰｂｌｏｃｋ（θ）の平均であり、Ｒｐａｓｓ（θ）はＲＳｐａｓｓ（θ）とＲＰｐａｓｓ（θ）の平均であり；多層光学フィルムは、通過平面に入射するｐ偏光のＴＰｐａｓｓ（θ）、通過平面に入射するｓ偏光のＴＳｐａｓｓ（θ）、ブロック平面に入射するｐ偏光のＴＰｂｌｏｃｋ（θ）、及びブロック平面に入射するｓ偏光のＴＳｂｌｏｃｋ（θ）の伝播角度θの関数としての可視波長にわたる平均内部透過率を有し；Ｔｂｌｏｃｋ（θ）はＴＳｂｌｏｃｋ（θ）とＴＰｂｌｏｃｋ（θ）の平均であり、Ｔｐａｓｓ（θ）はＴＳｐａｓｓ（θ）とＴＰｐａｓｓ（θ）の平均である。
【０１９３】
項目２０は項目１９の構造体であり、Ｔｂｌｏｃｋ（０）は２０％未満であり、Ｔｐａｓｓ（０）は４０％〜８０％の範囲内である。
【０１９４】
項目２１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た多層光学フィルムを備えるフィルム構造体であり、ＲＢＥ＊Ｔｐａｓｓ（０）／Ｔｐａｓｓ（６０）の値は１５００よりも大きい。
【０１９５】
項目２２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た多層光学フィルムを備えるフィルム構造体であり、多層光学フィルムは、層間の屈折率差Δｎｘ、Δｎｙ、及びΔｎｚにより特徴付けられ、Δｎｘ≧０．１０、Δｎｙ≧０．０５、及びΔｎｚ≦−．０５である。
【０１９６】
項目２３は項目２２の構造体であり、更に、フィルムは赤色帯域端部（ＲＢＥ）を有する反射帯域を呈し、ＲＢＥは、少なくとも１０００ｎｍの波長に配置される。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【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２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図２３ｃ】
2018005246.tif 000041
【図２３ｄ】
2018005246.tif 000042
【図２３ｅ】
2018005246.tif 000043
【図２３ｆ】
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【図２３ｇ】
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【図２３ｈ】
2018005246.tif 000046
【図２３ｉ】
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【図２３ｊ】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月6日(2017.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記第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の直交する入射面および第２の直交する入射面における前記第１の偏光の可視光線の入射角の増加に伴って反射率が高くなることによって特徴付けられる複数のミクロ層を備える反射偏光子と、
前記反射偏光子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前記反射偏光子に向けて向け直すという方法で前記反射偏光子に連結される、少なくとも１．１であるが１．３以下である、可視波長にわたって平均化された超低屈折率を有する目的の光の波長を超える厚さの光学的に厚い低屈折率層と、を備え、
前記低屈折率層及び前記反射偏光子が、共に目的の光の波長を超える厚さの第１の層と目的の光の波長を超える厚さの第２の層との間に、前記低屈折率層が第１の層に隣接されて配置されるように配列される、第１及び第２の層を更に備え、
前記第１及び第２の層が、前記低屈折率層よりも高い屈折率を有し、前記第１の層が拡散層を含むフィルム構造体。
【請求項２】
前記複数のミクロ層が、通過軸、ブロック軸、及び垂直軸を有し、
前記複数のミクロ層が、所与の入射角θにおける、前記通過軸と前記垂直軸とを含む通過平面に入射するｐ偏光のＲＰｐａｓｓ（θ）、前記通過平面に入射するｓ偏光のＲＳｂｌｏｃｋ（θ）、前記ブロック軸と前記垂直軸とを含むブロック平面に入射するｐ偏光のＲＰｂｌｏｃｋ（θ）、及び前記ブロック平面に入射するｓ偏光のＲＳｐａｓｓ（θ）に関して特定される、可視波長にわたる平均内部反射率を有し、
Ｒｂｌｏｃｋ（θ）が、ＲＳｂｌｏｃｋ（θ）とＲＰｂｌｏｃｋ（θ）の平均であり、Ｒｐａｓｓ（θ）が、ＲＳｐａｓｓ（θ）とＲＰｐａｓｓ（θ）の平均であり、
前記複数のミクロ層が、所与の入射角θにおける、前記通過平面に入射するｐ偏光のＴＰｐａｓｓ（θ）、前記通過平面に入射するｓ偏光のＴＳｂｌｏｃｋ（θ）、前記ブロック平面に入射するｐ偏光のＴＰｂｌｏｃｋ（θ）、及び前記ブロック平面に入射するｓ偏光のＴＳｐａｓｓ（θ）に関して特定される、可視波長にわたる平均内部透過率を有し、
Ｔｂｌｏｃｋ（θ）が、ＴＳｂｌｏｃｋ（θ）とＴＰｂｌｏｃｋ（θ）の平均であり、Ｔｐａｓｓ（θ）がＴＳｐａｓｓ（θ）とＴＰｐａｓｓ（θ）の平均である、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
Ｔｂｌｏｃｋ（０）が１０％未満であり、Ｔｐａｓｓ（０）が５５％〜７５％の範囲内である、請求項２に記載の構造体。
【外国語明細書】
2018005246000001.pdf