(57)【要約】  3〜200μｍのRaを有し、粒子サイズ寸法が100ｎｍより小さな微細粒子の分散物を含む表面構造を表面に有する基板を含んでなる光学エレメントを開示する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
3〜200μｍのRaを有し、粒子サイズ寸法が100ｎｍより小さな微細粒子の分散物を含む熱可塑性表面構造を表面に有する基板を含んでなる光学エレメント。
【請求項２】
該微細粒子の粒子サイズ寸法が15ｎｍより小さい請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項３】
該微細粒子の粒子サイズ分布が25%より小さい請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項４】
該表面構造が5〜100μｍまでのRaを有する請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項５】
該表面構造が25〜75μｍまでのRaを有する請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項６】
該表面構造がポリマービーズを含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項７】
該表面構造が湾曲表面を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項８】
該表面構造が複合レンズを含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項９】
該表面構造がピット又はポストを含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１０】
該表面構造がプリズムの線状アレイを含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１１】
該表面構造がピラミッドを含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１２】
該表面構造がフレネルレンズを含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１３】
該表面構造がマイクログルーブを含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１４】
該微細粒子が無機酸化物を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１５】
該微細粒子が金属硫化物を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１６】
該微細粒子が少なくとも2.0の屈折率を有する請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１７】
該微細粒子が表面官能性を有する請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１８】
該表面構造がナノクレーを含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項１９】
該表面構造のヘイズが少なくとも70%である請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２０】
該表面構造の利得が少なくとも1.2である請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２１】
バックライトからの光の透過と周辺光からの反射の和が105%よりも大きい請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２２】
該光学エレメントがさらに界面活性剤又は分散剤を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２３】
該光学エレメントの屈折率がベースポリマーと少なくとも0.02異なる請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２４】
該表面構造が直径が100ｎｍよりも小さいナノ顔料を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２５】
該表面構造がポリエステルとポリカーボネートとの混合物を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２６】
該基板が少なくとも85%の光透過率を有するポリマーである請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２７】
該基板の非構造部分が100ｎｍより小さい粒子サイズの微細粒子の分散物を含有する請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２８】
該基板が光を拡散する請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項２９】
該基板が、寸法が100ｎｍよりも小さいナノ顔料を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項３０】
寸法が100ｎｍより小さい粒子サイズを有する微細粒子の分散物を含有するスキン層を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項３１】
表面構造を有する付加的な層を含み、該付加的な層及び表面構造は屈折率が隣接する層と少なくとも0.05異なる請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項３２】
さらに感圧接着層を含む請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項３３】
該光学的構造が基板の一体化部分として存在する請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項３４】
該光学的構造が基板とは別の層として存在する請求項１に記載の光学エレメント。
【請求項３５】
基板を通る光を該基板に対し直角な方向へ再分配する形が良く画定された個別の光学エレメントを有する光学的に透明な薄い基板を含んでなる光再指向フィルムであって、
該光学エレメントの少なくともいくつかが、２つの異なる軸に沿って光を再分配するために、少なくとも一つの湾曲表面と少なくとも一つの平坦表面を有し、
互いに重なる少なくともいくつかの光学エレメントが、100ｎｍより小さな粒子サイズ寸法を有する微細粒子の分散物を含有する光再指向フィルム。
【請求項３６】
基板を通る光を該基板に対し直角な方向へ再分配する形が良く画定された個別の光学エレメントを有する光学的に透明な薄い基板を含んでなる光再指向フィルムであって、
該光学エレメントの少なくともいくつかが、２つの異なる軸に沿って光を再分配するために少なくとも一つの湾曲表面と少なくとも一つの平坦表面を有し、100ｎｍより小さな粒子サイズ寸法を有する微細粒子の分散物を含有する非プリズムエレメントを含む光再指向フィルム。
【請求項３７】
基板を通る光を該基板に対し直角な方向へ再分配する形が良く画定された個別の光学エレメントを有する光学的に透明な薄い基板を含んでなる光再指向フィルムであって、
該光学エレメントの少なくともいくつかが、異なるバックライトの光線出力分布に合わせてフィルムを調節するために、以下の特性：傾斜角、密度、位置、方位、高さ、深さ、形、又はサイズの少なくとも一つが変化し、100ｎｍより小さな粒子サイズ寸法を有する微細粒子の分散物を含む光再指向フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光制御フィルムに関する。好ましい形態では、本発明は、バックライトディスプレー用途で用いられる微細粒子分散物を含む光制御フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学材料及び光学製品は光の流れと強度を制御するのに有用である。有用な光学製品の例としては、フレネルレンズなどの光学レンズ、光ファイバー、光チューブ、内部全反射フィルムを含めた光学フィルム、反射シート、並びに輝度増強フィルム（BEF）及びセキュリティー製品などのマイクロ反復製品がある。輝度増強フィルムは、今日の電子製品の多くで、バックライトフラットパネルの輝度を高めるために、例えば液晶ディスプレー（LCD）、エレクトロルミネセントパネル、ラップトップコンピューターディスプレー、ワードプロセッサー、デスクトップモニター、テレビジョン、ビデオカメラ、及び自動車及び飛行機のディスプレー、などの輝度を高めるために非常に有用である。
【０００３】
特に輝度増強フィルムについて言うと、表面を構成している物質の屈折率が輝度増強フィルムによって得られる輝度利得と関係している。利得とは、輝度増強フィルムによるディスプレーの輝度の向上の尺度であり、輝度増強フィルムの光学材料及び幾何形状の特性である。高い利得は、バックライトディスプレーの輝度の効果的な増加になるので、輝度増強フィルムとして望ましい。
【０００４】
輝度の増加は、少ない電力を用いてディスプレーを照らすことによって電子製品をより効率的に動作させることができることを意味する。電力消費の減少は熱の発生の減少を意味し、したがってコンポーネントの寿命の増加を意味する。このような利点があるために、光学的な特性として優れた屈折率を示す光学製品に対するニーズが常にある。
【０００５】
光学製品を高屈折率物質から、例えば高屈折率（メタ）アクリレートモノマー、ハロゲン化モノマー、及び当該技術分野で公知の他の高屈折率モノマー、などのモノマーから調製することができる。
【０００６】
US公開特許出願2002/0123589 (Olson 等.)は、光学フィルムに利用するための高屈折率重合可能組成物を開示している。これは実際に高屈折率の光学エレメントを与えるが、UV硬化では、製造できる表面構造（surface feature）のサイズと性質が限定される。UV硬化は、製造できる表面構造の深さや高さが限定され、いくつかの光学用途での有用性を限定する。さらに、UV硬化は、他のプロセス、例えば熱可塑性プラスチック鋳造及びエンボス加工が利用できる範囲のポリマー及びポリマー性質（例えば、弾性率、ひっかき抵抗性）を利用できない。
【０００７】
ポリマーの水素や酸素を臭素やイオウなどの原子で部分的に置換することによって修飾すると、ポリマーを、一定の光学用途で要求されるよりも低い屈折率の光学フィルムで使用することができる場合がある。このような置換ポリマーは普通、屈折率が増加するが、しばしば望ましくない着色があり、熱的及び光化学的な安定性が低下する。したがって、このような置換ポリマーは一定の光学用途には最良の選択にはならない。
【０００８】
ポリマーの屈折率を高める別の方法は、ナノ粒子とポリマーを組み合わせることである。ポリマー／ナノ粒子ブレンドの屈折率は、部分的に、ポリマーマトリックスに添加されるナノ粒子の屈折率に依存する。ポリマー／ナノ粒子ブレンドの理論屈折率は、ナノ粒子とポリマーマトリックスの屈折率の体積荷重平均である。したがって、高い屈折率を有する金属酸化物粒子を用いてブレンドを作ることが望ましい。しかし、水中で形成される金属酸化物粒子は、粒子の凝集と付随する水の移動を伴わないで有機液体に移すことが難しい。
【０００９】
米国特許6,329,058 (Amey 等.)は、透明なブレンドを形成するポリマーマトリックス中のナノサイズの金属酸化物粒子、及びそれを作る方法を開示している。この特許請求の範囲では、金属酸化物／ポリマーブレンドのポリマーは任意の硬化性の物質であると言っているが、実施例と特許請求の範囲の教示はUV硬化ポリマーであって、熱可塑物質を教示していない。UV硬化性システムにおけるナノ粒子／ポリマーブレンドの調製は熱可塑システムの場合と異なる。特許で教示されている分散剤は、熱可塑物質の押出で用いられる温度では非常に劣化しやすくナノ粒子の凝集と分散剤の分解が起こる。さらに、この特許で教示されたナノ粒子は溶媒システムで生成された後にUV薬剤に分散され、架橋されてブレンドを形成した。熱可塑物質の押出ではドライポリマーが必要であり、ナノ粒子は乾燥され、溶融ポリマーに再分散させる必要があるが、これは’058特許の教示するプロセスと大きく異なる。この特許は表面構造における金属酸化物／ポリマーブレンドを開示しているが、好ましい範囲は1/10〜10ミリメートルであって、本発明の表面構造による光学フィルムの望ましい範囲より一桁大きい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
バックライトディスプレーのためにより高い効率での光整形特性を与える改良された光制御フィルムに対するニーズが依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、3〜200μｍのRaを有し、粒子サイズ寸法が100ｎｍより小さな微細粒子の分散物を含む表面構造を表面に有する基板を含んでなる光学エレメントを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、光をより効率的に整形し、明るいバックライトディスプレーを与える改良された光制御メディアを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、この分野における従来のやり方に比べて多くの利点がある。ナノ粒子は高価なので、光学エレメントの体積全体ではなく表面構造だけにナノ粒子／ポリマーブレンドを用いることで費用が節約され、同じ光学的な結果が得られる。
【００１４】
ナノ粒子／ポリマーブレンドの一部としての熱可塑性プラスチックは、光学エレメントとして多様な物理的及び光学的性質を可能にし、容易に製造できる。例えば、ポリエチレンは、他のフィルムに引っかき傷をつけないソフトな光学的構造を形成するための透明な、低ガラス転移温度樹脂として使用できる。熱可塑性プラスチックは、UV硬化ポリマーよりもずっと広範囲の物理的及び光学的性質を有し、多様な用途に利用できる。
【００１５】
ナノ粒子は、光学エレメントの有用性を高めるようにポリマーブレンドの屈折率を変化させることができる。ナノ粒子／熱可塑性プラスチックブレンドはまた、高い弾性率、引っかき抵抗性、及び硬度、などの高い機械的特性を有する。ナノ粒子はまた、融点やガラス転移点を変化させて、ポリマー溶融加工条件を広げることができる。最近の研究によれば、マトリックスにドープされたナノ粒子（粒子とマトリックスの間にはっきりした界面がない）が、特性の変化、例えば、機械的特性を変える、Tgの低下等を示すことが見出された。ナノ粒子はまた、光学エレメントへの印刷性を高める。光制御フィルムの強度と剛性を高めることは、印刷システムを通過する輸送や取扱いに重要である。添加量が小さな場合、熱可塑性樹脂へのナノ粒子の添加は、粒子が光の波長よりも小さく光を散乱させないので、透過特性や光整形特性に影響を及ぼさない。これらの利点及びその他の利点配下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１６】
“表面構造（surface feature）”という用語は、光がそこを通過又はそこから反射する際に光を導く構造を意味する。例えば、光を集光するプリズム構造やランダムな方向に光を導くディフューザーは光整形エレメントを含む。光を導く又は曲げることはミクロなレベルでもマクロなレベルでもあり得る。“平均粗さ”又はRaは、光整形エレメントの頂から谷までの測定値の平均を意味する。“100ｎｍ未満の粒子サイズ寸法”とは、少なくとも一つの寸法が100ｎｍ未満である粒子を意味する。この記述に合致する粒子を、“ナノ粒子”と称する。直径が1〜10ｎｍであるが長さが100ｎｍ〜50μｍのナノチューブも、少なくとも一つの寸法が100ｎｍ未満であるから“ナノ粒子”と見なす。
【００１７】
“LCD”という語は、液晶を用いて画像を形成するリアプロジェクションディスプレー装置を意味する。“ディフューザー”という語は、スペキュラー光（specular light）（一次的方向を有する光）を拡散光（ランダムな方向の光）に拡散できる物質を意味する。“光拡散エレメント”という語は、スペキュラー光（一次的方向を有する光）を拡散光（ランダムな方向の光）に拡散できるエレメントを意味する。“光”という語は、可視光を意味する。“全光透過率”という用語は、光源から放出される500 ｎｍの光の総量に対するサンプルを透過した500 ｎｍの光の百分率を意味する。これは光のスペキュラー及び拡散透過率の両方を含む。“へイズ（haze）”という用語は、500 ｎｍでの全透過光％に対する500 ｎｍでの拡散透過光％の比に因子100を乗じた値を意味する。“透明な”とは、500 ｎｍでの全光透過率が80％以上であるフィルムを意味する。“光整形効率”という用語は、光整形エレメントの表面にぶつかる光に対する整形又は導かれる光のパーセントを意味する。
【００１８】
“ポリマーフィルム”という用語は、ポリマーを含むフィルムを意味する。“ポリマー”という用語は、ホモ−、及びコ−ポリマーを意味する。“平均”という用語は、レンズサイズ及び頻度（frequency）に関して、フィルムの表面積全体にわたる算術平均を意味する。“パターン”という用語は、規則的なものであれランダムなものであれ、予め定められた何らかの配置を意味する。“実質的に円形”とは、長軸が短軸の２倍以下である幾何形状を意味する。光学的勾配とは、ある明示点からの距離の関数としての透過、反射、ヘイズなどの光学的性質の変化である。
【００１９】
本発明のある実施形態では、拡散フィルムは、少なくとも一方の側に複数のランダムなマイクロレンズ、又はレンズレットの形状のテクスチャ表面を有する。“レンズレット”という語は、小さなレンズを意味するが、本発明の目的にはレンズとレンズレットは同じであると考えてよい。“複合レンズ”とは、多数の小レンズを表面に有する大レンズを意味する。“大レンズ”とは、その上に小レンズがランダムに形成されているより大きなレンズレットである。“小レンズ”とは、大レンズ上に形成される大レンズよりも小さなレンズである。“凹形”という用語は、球体の外側表面がフィルム表面に最も近い球体面の湾曲状を意味する。“凸形”という用語は、球体の内側表面の方がフィルム表面に近くなっている球体面の湾曲状を意味する。
【００２０】
レンズを通る光の発散（divergence）は“非対称”と呼ばれることがあり、それは水平方向の発散が垂直方向の発散と異なることを意味する。発散曲線が非対称であるということは、光透過のピーク方向がθ＝０の方向ではなく、表面に対し非法線方向であるということを意味する。本明細書において、“空”とは、加えられた固体又は液体物質がないことを意味するが、“空”に気体が含まれていることは考えられる。
【００２１】
表面構造は、基板と一体であるか、又は基板にコーティングされた別の層である。表面構造が基板と一体である場合、フィルム全体にわたって屈折率の変化がないので、フィルムの光整形の効率は高い。表面構造が、例えば押出コーティングのように基板にコーティングされている場合、より広範囲の物質を使用できる。例えば、配向ポリエステルベースを用いてフィルム強度を高くし、ナノ粒子が充填された異なるポリマーで、ポリエステルベースをコーティングすることができる。基板と表面構造に用いる２つのポリマーは同じポリマーであっても、屈折率がマッチする２つの異なるポリマーであってもよい（これらの層の一つ以上にナノ粒子を添加すると屈折率が変化する可能性がある）。表面構造が基板と一体である場合は、二層（基板と表面構造という形）の場合に比べて層のはがれが生ずるような変化が小さい。
【００２２】
微細粒子は、好ましくは粒子サイズ寸法が55ｎｍより小さい。これらの粒子の粒子サイズ寸法が50ｎｍより小さい場合、光をあまり散乱させず、したがって、光学エレメントの散乱特性に影響を及ぼさない。さらに好ましくは、微細粒子の粒子サイズ寸法は15ｎｍよりも小さい。その場合、光の散乱は起こらず、したがって、それを用いて材料の屈折率を変化させても、散乱、光透過、光反射特性にほとんど影響しない。このサイズ範囲はポリマーマトリックスへの粒子の分散が容易である。さらに、粒子は非常に小さいので、粒子が凝集して２個又は３個のクラスター（それが１つの粒子として振る舞う）を形成しても、凝集した粒子の粒子サイズ寸法は依然として十分小さく、光学エレメントの透過特性にあまり影響しない。一次粒子のサイズの小ささを必要な透明性のために生かすためには、分散物が良質であることが必要である。ここで分散物の質とは、一次粒子の凝集（集合）が存在する度合いを意味する。良質の分散物とは、凝集体の数が少なく、かつ一次粒子の凝集体が小さいので、透過性質への影響が小さく、所望の屈折率を与えるようなものである。
【００２３】
表面構造の平均粗さが３μｍよりも小さいと、表面構造は光を効率的に整形できない。表面構造の平均粗さは少なくとも５μｍであることが好ましい。表面構造が平均して５μｍ以上であれば、表面構造はいろいろな幾何形状で非常に効率的に光を整形できることが示された。表面構造の表面粗さは225μｍより小さいことが好ましい。それは、用途によっては（例えば、光学フィルム）、基板と表面構造を含む光学エレメントがこれによって非常に厚くなり、ディスプレーと光学エレメントの重量と材料コストを増加させるからである。さらに好ましくは、表面構造のRaは、光学エレメントの重量とコストを減らすために100μｍよりも小さい。25〜75μｍというRaが、表面構造の多様な幾何形状と光学的機能を可能にするので最も好ましいことが示された。
【００２４】
表面構造は、好ましくは、平均アスペクト比が0.1〜7.0である。表面構造のアスペクト比が0.07より小さいと、曲率又は傾斜の量が小さすぎて透過又は反射で光を十分に整形することができない。拡散エレメントのアスペクト比が9.2より大きいと、押出ロール成形やその他のエンボス方法によって作成することが難しくなる。
【００２５】
本発明のある実施形態では、表面構造は複合レンズであることが好ましい。複合レンズは、他のレンズの上にレンズがある。これは光を非常に効率的に拡散させ、透明性が高く、効率的なディフューザーであって明るいディスプレーを可能にするものであることが示されている。複合レンズの複雑性、幾何形状、サイズ、又は頻度（frequency）を変えることによって拡散の量を容易に変えて所望の拡散を実現できる。
【００２６】
サイズと形がすべて異なる複数のレンズを互いに重ねて、カリフラワーに似た複合レンズ構造が生成される。レンズレットとレンズレットによって形成される複合レンズはフィルムの中に入る凹形にすることも、フィルムから出る凸形にすることもできる。
【００２７】
本発明の一つの実施形態は、月のクレーター表面にたとえることができる。月にぶつかる小惑星が他のクレーターから離れたクレーターを形成し、それが別のクレーターに重なり、それらが別のクレーターの内部に生じたり、別のクレーターをのみ込む。クレーターが彫り込まれるにつれて月の表面は複雑な凹みになり、それはフィルムに形成される複雑なレンズのようである。
【００２８】
複合レンズは、サイズ、形、光軸からのずれ、及び焦点距離が異なる。曲率、深さ、サイズ、間隔、構成材料（これがポリマーフィルムと基板の基本屈折率を決定する）、及びレンズレットの位置が拡散の度合いを決定し、これらのパラメーターは本発明による製造の際に決まる。
【００２９】
各レンズレットの表面は局所的な球体の弓形であり、それが小型レンズとして作用してレンズを通る光線の経路を変える。各レンズレットの形は“半球体面状”であるが、これは各レンズレットの表面が球体面の扇形であるが、必ずしも半球体ではないということを意味する。その曲面は、透明なポリマーフィルムに平行な第一の軸（ｘ）に対して測定される曲率半径と透明なポリマーフィルムに平行で第一の軸と直交するな第二の軸（ｙ）に対する曲率半径を有する。アレイフィルムのレンズはｘ方向とｙ方向で同じ寸法である必要はない。レンズの寸法、例えばｘ又はｙ方向の長さ、は一般にフィルムの長さ又は幅よりも著しく小さい。“高さ／直径比”は、複合レンズの高さの複合レンズの直径に対する比を意味する。“直径”とは、ｘ及びｙ平面における複合レンズの最大寸法を意味する。高さ／直径比の値は、各複合レンズが生ずる光の分散又は拡散の量の主な原因の一つである。高さ／直径比が小さいことは直径がレンズの高さよりもずっと大きいことを示し、平らな広い複合レンズになる。大きな高さ／直径比は背の高い、skinnerな複合レンズを意味する。
【００３０】
光軸がそれぞれのレンズの中心からずれたレンズを用いると、非対称な仕方でフィルムから分散する光が生ずる。しかし、光軸がｘ方向とｙ方向の両方でレンズの中心からずれるようにレンズ表面を形成できることは理解されるであろう。
【００３１】
好ましくは、凹又は凸レンズは任意の方向に平均頻度で5〜250個複合レンズ／mmを有する。フィルムが平均して285個／mmの複合レンズを有する場合、レンズの幅は光の波長に近づく。レンズはそれを通過する光に色を付与し、透過光と反射光に望ましくない色を付加する。１ミリメーターあたり4個よりレンズが少なくなると、大きくなりすぎて光を効率よく拡散することができなくなるレンズを形成する。任意の方向に22〜66個複合レンズ／mmの平均頻度を有する凹又は凸レンズがさらに好ましい。平均頻度が22〜66個複合レンズ／mmであると、効率的な光拡散が得られ、ランダムなパターンのロールで鋳型コーティングされたポリマーを用いて効率的に製造できることが示された。
【００３２】
表面構造は、ｘ及びｙ方向で3〜60ミクロンという平均幅で凹又は凸レンズを有することが好ましい。レンズのサイズが１ミクロンよりも小さくなると、レンズの寸法が光波長のオーダーになるので、レンズは通過する光に色シフトを付与し、透過光と反射光に望ましくない色を付加する。ｘ又はｙ方向でレンズの平均幅が68ミクロンを超えると、レンズは大きくなりすぎて光を効率的に拡散できなくなる。ｘ及びｙ方向で15〜40ミクロンという平均幅での凹又は凸レンズがさらに好ましい。このサイズのレンズは最も効率的な拡散と高レベルの透過を生ずることが示されている。
【００３３】
凹又は凸レンズは小レンズを含み、より小さなレンズのｘ及びｙ方向の幅は、好ましくは2〜20ミクロンである。小レンズのサイズが１ミクロンよりも小さいと、レンズの寸法が光波長のオーダーになるので、レンズは通過する光に色シフトを付与し、透過光と反射光に望ましくない色を付加する。小レンズのサイズが25ミクロンよりも大きくなると、レンズの複雑性が低下し、拡散効率が減少する。さらに好ましくは、小レンズのｘ及びｙ方向の幅は3〜8ミクロンである。この範囲のサイズが最も効率的な拡散を生ずることが示されている。
【００３４】
大レンズ１個あたりの小レンズの数は2〜60個が好ましい。大レンズが小レンズを１個有するか又はない場合、その複雑性が低下し、光をあまり効率的に拡散させない。大レンズに含まれる小レンズが70個を超えると、いくつかの小レンズの幅が光の波長に近づき、透過する光に色を付与する。最も好ましくは、大レンズ１個あたり小レンズは5〜18個である。この範囲であれば最も効率的に拡散を生ずることが示されている。
【００３５】
好ましくは凹又は凸レンズは半球体形である。その意味は、各レンズレットの表面が球体の扇形であるということで、必ずしも半球体である必要はない。これは、ｘ−ｙ平面全体に優れて均一な拡散を与える。半球形状レンズは、入射した光を一様に散乱させ、ディスプレーのエリアに光が一様に拡散される必要があるディスプレー用途に理想的である。
【００３６】
各レンズレットの表面は局所的に球体の弓形であり、それが小型レンズとして作用してレンズを通る光線の経路を変える。各レンズレットの形は“半球形状”であるが、これは各レンズレットの表面は球体の扇形であるが、必ずしも半球ではないということを意味する。その曲面は、透明なポリマーフィルムに平行な第一の軸（ｘ）に対して測定される曲率半径と、透明なポリマーフィルムに平行で第一の軸と直交するな第二の軸（ｙ）に対する曲率半径を有する。アレイフィルムのレンズはｘ方向とｙ方向で同じ寸法である必要はない。レンズの寸法、例えばｘ又はｙ方向の長さ、は一般にフィルムの長さ又は幅よりも著しく小さい。
【００３７】
表面構造はマイクログルーブであることが好ましい。マイクログルーブとは、グルーブの幅、長さ、又は高さが１〜1000μｍであるグルーブ又はチャンネルである。ナノ粒子とポリマーがグルーブ構造（グルーブの側面と底部）を形成し、実際のグルーブ又はチャンネルは充填されていない。グルーブ又はチャンネルは、二次的な操作として多様な用途を有する異なる化学物質で充填することができる。例えば、コーティングされる物質は、UV硬化性材料や溶媒被覆物質であってもよく、導電材料への毒物センサーであってもよい。グルーブの側面と底部を形成するナノ粒子は、グルーブの形態の強度を高めたり、グルーブ構造の屈折率を（光を導くために）変化させたり、又は機械的性質や加工性を高めたりして有用である。
【００３８】
表面構造は、好ましくは、表面ディフューザーを含む。表面ディフューザーは空気にさらされる粗い表面を利用して、ディフューザーの物質とまわりの媒質の間の屈折率の差を可能な限り最大にし、入射光に対して最大の角度の拡がりと非常に効率的な拡散を実現する。
【００３９】
表面マイクロ構造を含む表面構造が好ましい。表面マイクロ構造は、表面構造のデザインが容易に変更され、フィルムを方向づける前にマクロ光整形効率を変えるように熱及び／又は圧力で変えられる。マイクロ構造は、いろいろな光整形及び拡散効率に合わせ、光をどれほど広げるかに合わせて調整できる。マイクロ構造の例は、単レンズと複合レンズ、プリズム、ピラミッド、及びキューブである。マイクロ構造の形、幾何形状、及びサイズを変えて所望の光整形を実現できる。光整形エレメントは、フレキシブルで透明なベース層と、バックライトディスプレーから放出される光の射出角をコントロールする機能を協同して果たすように設計された形を各々有する２つの別々の表面を備える輝度増強製品を構成できる。この製品はいくつかの形態をとることができる。輝度増強フィルム、すなわちBEF、はトップが尖った、平らにした、又は丸められたプリズムの線状配列とすることができる。BEFの主な仕事は、LCDにおけるバックライトからの軸上輝度を高めることである。これは、フィルムに対して非常に浅い角度でフィルムに入る光をリサイクルする（それをしない場合、この光は液晶を通り過ぎて失われる）ことによって達成される。BEFはまた、例えば球、プリズム、ピラミッド、又はキューブの一部である個々の光学エレメントから構成することもできる。光学エレメントはランダムであっても整列あってもよく、独立でも又は重なっていてもよい。側面は傾斜、湾曲、又は真っ直ぐであっても、その３つのどんな組み合わせであってもよい。光整形エレメントは、道路や建設の標識で普通に用いられる後方反射構造であっても、光を集光するように設計されたフレネルレンズであってもよい。表面構造にナノ粒子を充填すると表面構造の屈折率を変えてその性能を高めることができる。例えば、フレネルレンズの屈折率を高くすると、光をより効率的に集光してオーバーヘッドプロジェクターを明るくすることができる。表面構造を、形成後、引き伸ばして表面構造の形を変えることができる。引き伸ばしたとき、ナノ粒子は小さいので普通は空孔を生じない。熱可塑性プラスチックを成形した後で引き伸ばすことは、ポリマーを方向づけてフィルムの強度と弾性率が高くなるので好ましい。さらに、表面構造に方向づけをして、有用性が増すように表面構造の幾何形状を変化させることができる。
【００４０】
成形されたフィルムを引き伸ばすことは、表面構造の引き伸ばしによる光学的性質の利得のためにも望ましい。例えば、線状アレイが線状アレイの軸に沿って引き伸ばされると、アレイは伸ばされてより平坦になる。引き伸ばされない方向に拘束した状態でアレイを引き伸ばすと、アレイの幅はあまり変化しないが、拘束しない状態で引き伸ばすと、フィルムは細くなりアレイは幅が狭くなる。リバースエンジニアリングを用いて、引き伸ばした後で所望の形状の表面構造とするために、成形のさいにフィルムに圧しつける表面構造の幾何形状を決定する。フィルムは、順次又は同時に、横方向及び／又はマシン方向に引き伸ばされる。表面構造を作成した後にフィルムを引き伸ばすことが有利である。何故なら、いったん引き伸ばされると、多くのポリマー（例えば、PET, PEN）は方向づけされて、引き伸ばされたフィルムにエンボス加工するために必要な熱と圧力は著しく大きくなるからである。
【００４１】
本発明の別の実施形態では、表面構造はバインダーと、バインダーに分散された光整形剤を含む。光整形エレメントは、好ましくはポリマービーズである。ポリマービーズは普通、ポリマーバインダー中にあり、そのサイズ、分布及び密度によって光整形の量をコントロールする。ビーズは球形であっても、非球形であってもよい。ビーズをコーティングするポリマーの厚さによって光整形の量を変えることができる。これらの光整形エレメント及びバインダーを用いて、光整形の量、及び（拡散システムを投影システムと共に用いたときに）スクリーン上の投影フィルムを通して投影された区域がどれほど暗く成るかを容易に調整できる。バインダー中のビーズは、また、バックライトディスプレー（LCDなど）における光拡散特性を調整できる。ポリマービーズ、バインダー、又は両方共、ナノ粒子を含むことができる。
【００４２】
バインダーやポリマービーズの樹脂としては、アクリル系ポリオールとイソシアネートプレポリマーから成る熱硬化ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、などの熱硬化樹脂、及びポリカーボネート、熱可塑アクリル樹脂、又はエチレンビニルアセテートコポリマー、などの熱可塑性樹脂が含まれる。
【００４３】
光整形層に含まれる光整形エレメントとして、ポリメチルメタクリレート（PMMA）ビーズ、シリコーンビーズ、又はスチレンビーズなどの合成樹脂ビーズを単独又は組み合わせて用いることができる。
【００４４】
ビーズの粒子サイズは、バインダーの厚さに対して適切に決定されるが、平均粒子サイズが1〜30μｍで、好ましくは狭い分布を有する。ポリマービーズを拡散のために用いる場合、光拡散能が少なくとも表面から突出している光整形エレメントの部分によって増大させる。平均粒子サイズは、粒子サイズの一部が光整形エレメントの表面から突出できるような範囲となるのがよい。
【００４５】
本発明の別の好ましい実施形態では、表面構造は、単独の又は線状アレイとしての湾曲表面構造を含む。湾曲表面は光を集中させ、透過する光の方向を変化させることが知られている。湾曲表面にナノ粒子を加えると、湾曲表面の硬度が高められ、光の拡散と集光が増加する。
【００４６】
本発明の別の実施形態は、ポストとフラットシート面が交差するポストの基部のまわりに液体をトラップできるように表面から突出しているポストパターンを有する表面構造である。ピットも、その光学的特性と他の物質を充填できるということで好ましい。ピットとピラーは光学的な有用性、並びに光学エレメントにさらにコーティングする場合の引っかき抵抗、及びこすれ抵抗もある。
【００４７】
好ましくは、光学エレメント上の表面構造は、フィルムから出てゆく光の分布がフィルム面の法線方向にもっと近くなるように、入射光分布を屈折させるために、良く画定された形の個別の光学エレメントである。これらの個別光学エレメントはフィルムの射出表面上の凹みや突起によって形成され、入射光を射出表面の法線方向へ屈折させる一つ以上の傾斜面を含むことができる。傾斜面は、例えば、所望の視野角内に光を導く平面と曲面の組み合わせである。また、表面の曲率、又は個々の光学エレメントの曲面領域と平面領域との比、並びに曲面と平面の周囲形状を変えてフィルムの光出力分布を調節してフィルムと一緒に用いられるディスプレー装置の視野角をカスタマイズすることができる。さらに、表面の曲率、又は個々の光学エレメントの曲面領域と平面領域との比を変えてプリズム状又はレンズ状のグルーブつき表面のグルーブと平行な平面で進む光を増減させることができる。また、拡散的な出力を増減し、光源からの入力光分布をランダマイズしてもっとソフトな拡散した光出力分布を生み出し、同時に出力分布を表面の法線方向のまわりの定められた角度領域内に維持するように、個々の光学エレメントのサイズと数、並びに個々の光学エレメントの表面の曲率を選ぶことができる。
【００４８】
フィルムの射出表面上の表面構造（例えば、個別光学エレメント）は、液晶ディスプレーの画素間隔との干渉を排除するような仕方でランダマイズされることが好ましい。このランダム化は、光学エレメントのサイズ、形、位置、深さ、方位、角度又は密度を含む。これによって、ディフューザー層がモアレや同様の効果をうち消す必要がなくなる。また、個々の光学エレメントの少なくともいくつかはフィルムの射出表面でグループとなって配列され、各グループの光学エレメントの少なくともいくつかは異なるサイズ又は形状特性を有し、それが全体として各グループの平均サイズ又は形状特性を生じ、それがフィルム上で変化して単一光学エレメントで機械加工誤差を超える平均特性値が得られ、液晶ディスプレーの画素間隔によるモアレ効果及び干渉効果をうち消す。さらに、個々の光学エレメントの少なくともいくつかは、光を２つの異なる軸の方向に向け変える／導くフィルムの能力をカスタマイズするように、互いに対して異なる角度に向いている。
【００４９】
個々の光学エレメントの光再指向（light redirecting）面がフィルムの光射出面となす角度も液晶ディスプレーのディスプレーエリアで変化させて、フィルムの光再指向機能を光源の表面で一様でない光入力分布に合わせて調節することができる。
【００５０】
光再指向フィルムの個々の光学エレメントは、食い違いに、組み合って、そして／又は交差するような形態で互いに重なって表面を良く覆った光学構造を生成することが望ましい。さらに、個々の光学エレメントは、そのいくつかが一つの軸の方向を向き、他のいくつかは別の軸の方向を向くようなグループとして配列することができる。また、各グループにおける個々の光学エレメントの向きも異なってもよい。さらに、光再指向フィルムの個々の光学エレメントのサイズ、形、位置、及び／又は方位を変えて、光源から放出される光の分布の変動を考慮することができる。
【００５１】
光再指向フィルムの光学エレメントの性質とパターンをカスタマイズして、異なる分布の光を放出する異なるタイプの光源に対して、例えば単一バルブのラップトップではあるパターン、ダブルバルブのフラットパネルディスプレーでは別のパターン、というように光再指向フィルムを最適化することもできる。
【００５２】
さらに、光再指向フィルムシステムを設けて、光再指向フィルムの個々の光学エレメントの方位、サイズ、位置、及び／又は形を、バックライトやその他の光源の光出力分布に合わせて、バックライトからの入射光をより多く所望の視野角内に向ける又は導くようにする。また、バックライトが、一つの軸に沿って光を集める個別の光学的変形を含み、光再指向フィルムがその一つの軸と直角方向の別の軸に沿って光を集める個別の光学エレメントを含むこともできる。
【００５３】
すべての個別光学エレメントで、ナノ粒子は光学エレメントの光透過や屈折にはあまり影響を及ぼさずに、個別光学エレメントの屈折率を高め、エレメントの性能を高めることができる。ポリマー／ナノ粒子ブレンドの透明性は、そこに含まれるナノ粒子のサイズと屈折率に部分的に依存する。ナノ粒子の平均直径が大きい場合、ポリマー／ナノ粒子ブレンドの透明性は低下することがある。大きな粒子を含むブレンドに向けられた光は、反射されて光源に戻ったりわきへ曲げられたりするので、ブレンドの見かけの透明性が低下する。さらに、ブレンドの透明性は、非常に小さな粒子が添加されたときでも、粒子がポリマー内で凝集する場合は低下することがある。このような粒子凝集体は大きな粒子として振る舞って光を散乱又は反射する。透明なブレンドでは、光の散乱を回避するために一次粒子がポリマー内で高度に分散されて（凝集していない）いなければならない。
【００５４】
好ましくは、表面構造はポリマーを含む。ポリマーは、容易に加工され、一般に安価であり、ロールツーロールで製造でき、裂けにくく、優れた形態性（conformability）、良い化学的耐性、及び高い強度を有する。ポリマーは、丈夫でフレキシブルなので好ましい。熱可塑性ポリマーは、一般にガラス表面構造よりコストが安く、優れた光学的性質を有し、メルト押出、真空成形、及び射出成形、などの公知のプロセスで効率的に成形できるので好ましい。複合レンズの形成に好ましいポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリビニリデンフルオリド、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリスルホネート、ポリエステルアイオノマー、及びポリオレフィンアイオノマーなどがある。機械的性質や光学的性質を高めるためのこれらのポリマーのコポリマー及び／又は混合物も利用できる。透明な複合レンズのために好ましいポリアミドとしてはナイロン6、ナイロン66、及びそれらの混合物がある。ポリアミドのコポリマーも好適な連続相ポリマーである。有用なポリカーボネートの一例は、ビスフェノール-Aポリカーボネートである。複合レンズの連続相ポリマーとして使用するのに適したセルロースエステルとしては、硝酸セルロース、三酢酸セルロース、二酢酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、及びそれらのコポリマー又は混合物があげられる。好ましくは、ポリビニル樹脂は、塩化ポリビニル、ポリ（ビニルアセタール）、及びそれらの混合物である。ビニル樹脂のコポリマーも使用できる。本発明の好ましいポリエステルは、4〜24炭素原子の芳香族、脂肪族、又は環式脂肪族のジカルボン酸、及び2〜24炭素原子の脂肪族又は脂環式グリコールなどである。好適なジカルボン酸の例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、ソジオスルホイソフタル酸及びそれらの混合物があげられる。好適なグリコールの例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、その他のポリエチレングリコール、及びそれらの混合物があげられる。
【００５５】
微小粒子は、好ましくは無機酸化物を、さらに好ましくは金属酸化物を含む。本発明の無機酸化物粒子は、実質的に球形であり、比較的サイズが一様である（実質的に単分散サイズ分布を有する）又は実質的に単分散分布の２つ以上をブレンドして得られる多モード分布を有することが望ましい。さらに、無機酸化物粒子は実質的に非凝集（実質的に離散的）であり続けることが好ましい。凝集は光を散乱し光学的明瞭性を低下させる大きな粒子を生ずるからである。
【００５６】
広範囲のコロイド状無機酸化物粒子を本発明の光学エレメントに用いることができる。代表的な例としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア、バナジア、クロミア、鉄酸化物、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化錫、チタン酸塩（カルシウム又はバリウム）、及びそれらの混合物があげられる。無機酸化物粒子は、シリカなど本質的に単一の酸化物から成るものであっても、又はシリカと酸化アルミニウムなど酸化物の組み合わせであっても、一つのタイプの酸化物のコアに別のタイプの酸化物がデポジットしたものであってもよい。
【００５７】
ナノ粒子サイズの金属酸化物が商業的に入手でき、かつ金属酸化物の屈折率が比較的高いので、金属酸化物が好ましい。さらに、いくつかの金属酸化物は白い粉末であり、重量％での含有量が高くなっても可視範囲で高い透明性が得られる。
【００５８】
微細粒子は、好ましくは金属硫化物である。金属硫化物は屈折率が高く、容易に加工できるので好ましい。PbS、ZnS、CdSが関心がもたれる代表的な金属硫化物である。金属硫化物はまた、直径の関数である電子バンドギャップを有するので好ましい。この直径／バンドギャップの正しい選択を利用して、バックライトからのUV波長から吸収して有用な可視波長で再放出し、強度などを高めることができる。さらに、これらの物質は安定で、有機ベースの蛍光物質のあるもののように容易に光退色しない。さらに、いくつかの金属酸化物もUV波長を吸収することによって金属硫化物と同じ利点を有するように選ぶことができる。ナノ粒子を問題の色素を効率的に吸着するように選ぶことができる。粒子平均サイズが超微細であるために表面積がきわめて大きくなり、ナノ粒子が色素受容層として働いて吸着が効率的に行われる。
【００５９】
ナノ粒子をいろいろな組み合わせで加えて、表面光学エレメントでいろいろな色を実現できる。金属酸化物又は硫化物のナノ粒子は、サイズが十分小さく粒子サイズ分布が鋭い場合、強く着色させることができる。また、一つのナノ粒子の粒子サイズを変えると、サイズが十分小さい場合異なる色を生ずることができる。
【００６０】
これらのナノ粒子は、球形、棒状、キューブ、プレート、不規則、その他の基本的な幾何形状を含むいろいろな形態を有することができる。形態の好適な選択は、分散物及び表面光学エレメント内での光制御に役立つ。粒子サイズ分布は狭いことが好ましい。すなわち、粒径の平均より低い側と高い側の極端値は＋／−25％以内にあることが好ましく、さらに好ましくは＋／−10％以内である。シャープな（タイトな）粒子サイズ分布は加工を容易にし、光制御性でも、特に非球形の形態で整列する構造になる場合、狭い粒子サイズ分布はそのような整列を助ける。
【００６１】
ポリマーマトリックスへのナノ粒子の最適な充填量は、選ばれるポリマー／ナノ粒子システムに依存する。選ばれたナノ粒子とその屈折率、及びポリマーとその屈折率に依存するが、所望の効果をあげるために容認できる屈折率の差を実現するためには、充填量が75 重量％という高い値になる必要があることもある。加工の容易さと、より好ましいとされるポリマー／ナノ粒子複合体の得られる光学特性及び機械特性のために、50 重量％未満の充填量が望ましい。
【００６２】
好ましくは、微細粒子は表面官能性を有する。表面官能性は、粒子とポリマーの適合性を高め、粒子が凝集する傾向を目立たなくする。官能性を付与するための表面処理として、少なくとも一つの加水分解性のシラン部分及びシラン部分以外の少なくとも一つの硬化性部分を有する硬化性シランコンポーネントによる処理がある。粒子の表面を帯電させることによって、又は粒子の表面をコーティングすることによっても表面官能性を与えることができる。
【００６３】
好ましくは、光学エレメントは、さらに、界面活性剤又は分散剤を含む。界面活性剤／分散剤は、ナノ粒子の加工を容易にし、凝集を最小にする。例えば、アニオン、カチオン、中性、又は両性安定化剤の正しい選択は、また、ポリマー−粒子相互作用を有利に高め、分散性を高めてポリマーマトリックスにおける分散を容易にする。界面活性剤／分散剤の好ましい重量％充填量は、ナノ粒子の重量に対して0.1〜100 重量％であり、さらに好ましくは0.1〜10 重量％である。
【００６４】
コロイド状無機酸化物ナノ粒子及びナノクレーがどちらも上で定義されたようなナノ粒子である場合、それらは異なる性質を有する。コロイド状無機酸化物ナノ粒子は、普通、非常に高い屈折率を有し、ポリマー表面構造の屈折率を高めるために用いられる。それによって、例えば、光を集光する場合に設計されるような特定の表面構造の効率が高められる。他方、ナノクレーは、使用されるとき、普通はほとんどのポリマーよりも屈折率が低く、表面構造の屈折率を低下させるために用いられる。これは表面構造からの反射を減少させるために用いられる。本発明のナノクレーを得るためには、ナノクレー類を、分散させたり、介在されたり、はがしたりしなければならず、このナノクレーは、典型的には一次元寸法が100ｎｍ未満という範囲である（プレート状構造を形成する）。コロイド状無機酸化物ナノ粒子は分散させなければならず、典型的には３次元方向全部で同じような寸法になる。これらの粒子のあるものは不規則な球形を有するものに分類され、通常、３次元方向の寸法全部が100ｎｍ未満である。コロイド状無機酸化物ナノ粒子およびナノクレーは両方とも、それが導入されるポリマーの機械的性質及び加工性を変えることができる。コロイド状無機酸化物ナノ粒子及びナノクレーは有用性を高めるために、表面構造中で一緒に用いることができる。コロイド状無機酸化物ナノ粒子は挟み込まれるクレイ層の間に実際に入り込むことが示されている。
【００６５】
“ナノ複合材”とは、少なくとも一つの成分が、少なくとも一次元寸法が0.1から100ｎｍまでの範囲にある無機相、例えばスメクタイト粘土、を含む複合材料を意味する。“プレート”とは、二次元寸法が同じサイズスケールであって、第三の方向の寸法よりも著しく大きい粒子を意味する。この場合、その粒子の長さ及び幅が同程度のサイズであり、粒子の厚さに比べて何桁も大きい。
【００６６】
“層状物質”とは、複数の隣接する結合層の形態である、スメクタイト粘土などの無機物質を意味する。“プレートレット”とは、層状物質の個々の層を意味する。“挟み込み”とは、一つ以上の異物分子又は異物分子の部分を層状物質のプレートレットの間に挿入することを意味し、通常、米国特許第5,891,611号(第5 欄、第5行〜第7欄、第23行) に示されているようなＸ線回折法によって検出される。
【００６７】
“挟みこまれたもの”とは、前記層状物質のプレートレットの間に挿入された前記異物分子を意味する。“剥離”又は“剥落”とは、個々のプレートレットが分離して積層秩序のない無秩序構造になったものを意味する。“挟み込まれた”とは、少なくとも部分的に挟み込み及び／又は剥離がなされた層状物質を意味する。“有機粘土”とは、有機分子で修飾された粘土物質を意味する。
【００６８】
好ましくは表面構造はナノクレーを含む。本発明で有用な微細な層状の粒状物質は、ナノクレーとも呼ばれ、層の厚さ寸法が0.1から100ｎｍの範囲にあり、典型的には0.5から10ｎｍである。平均の基底部間隔は0.5から10ｎｍの範囲にあることが望ましく、好ましくは1から9ｎｍの範囲、典型的には2から5ｎｍの範囲にある。ナノクレーは、表面構造の物理的性質、並びに光学的性質を変えることができる。ナノクレーは非常に効率的なディフューザーであり、濃度及び化学成分を変えることによって広範囲の光透過率とヘイズ値に合うように調節できる。
【００６９】
本発明に好適な層状物質は、望ましくは著しく高いアスペクト比のプレート形状の層状物質を含む無機相を含んで成ることができる。しかし、高アスペクト比の他の形状も、本発明に有利である。本発明に好適な層状物質は、フィロ珪酸塩、例えばモンモリロナイト、特にナトリウムモンモリロナイト、マグネシウムモンモリロナイト、及び／又はカルシウムモンモリロナイト、ノントロナイト、ベイデライト、ボルコンスコアイト、ヘクトライト、サポナイト、サウコナイト、ソボカイト、ステベンサイト、スビンフォルダイト、バーミキュライト、マガダイト、ケニヤイト、タルク、マイカ、カオリナイト、及びそれらの混合物である。他の有用な層状物質としては、イルライト、混合層状イルライト／スメクタイト鉱物、例えばレジカイト、及びイルライトと上記のクレー鉱物との混合物があげられる。他の有用な層状物質、特にアニオンポリマーと共に使用できるものは、層状二重水酸化物又はハイドロタルサイト、例えば正に帯電した層と層間スペースに交換できるアニオンを有するMg6Al3.4(OH)18.8(CO3)1.7H2O、である。層にほとんど全く電荷をもたない他の層状物質は、層間スペースを広げる膨潤剤を挟み込んだ場合は使用できる。そのような物質としては、FeCl3, FeOCl, などの塩化物、TiS2, MoS2,及びMoS3 などのカルコゲナイド、Ni(CN)2などのシアン化物、及びH2Si2O5, V6O13, HTiNbO5, Cr0.5V0.5S2, V2O5, AgドープV2O5, W0.2V2.8O7, Cr3O8, MoO3(OH)2, VOPO4-2H2O, CaPO4CH3-H2O, MnHAsO4-H2O, 及びAg6Mo10O33などがある。好ましい層状物質は、他の物質、通常は有機イオン又は分子が層状物質に挟み込まれ及び／又は剥離させて無機相の望ましい分散物を生ずるように膨潤できるものである。これらの膨潤できる層状物質としては、クレー文献に記載されているような2:1タイプのフィロ珪酸塩がある（例えば、“粘土コロイド化学序論”by H. van Olphen, John Wiley & Sons Publisher を参照されたい）。典型的なフィロ珪酸塩でイオン交換容量が100グラムあたり50〜300ミリ当量であるものが好ましい。本発明に好ましい層状物質は、スメクタイト粘土、例えばモンモリロナイト、ノントロナイト、ベイデライト、フォルコンスコイト、ヘクトライト、サポナイト、サウコナイト、ソボカイト、ステベンサイト、スビンフォルダイト、ハロイサイト、マガダイト、ケニヤイト、及びバーミキュライト、並びに層状二重水酸化物又はハイドロタルサイトなどである。最も好ましいスメクタイト粘土としては、これらの物質のうちで商業的に入手できるという理由で、モンモリロナイト、ヘクトライト、及びハイドロタルサイトがあげられる。
【００７０】
本発明の光学部品における粒子の濃度は必要に応じて変えることができる。しかし、バインダーの重量に対して＜10 重量％であることが好ましい。クレーの量が著しく多いと、光学部品を脆くして物理的性質を損ない、加工を難しくする。他方、クレーの濃度が低すぎると、所望の光学的効果を上げられない。クレーの濃度は1から10%までの間に保つことが好ましく、最適の結果のために1.5から5 %までの間に保つことがさらに好ましい。
【００７１】
光学エレメントのヘイズ値は、70 %よりも大きいことが好ましい。70 %よりも大きいヘイズ値は、効率的な光拡散を生じ、線状プリズムなどの秩序ある表面構造によって生ずる望ましくない光学的パターンを顕著に減少させることが示された。ヘイズ値が70 %の光学エレメントは、バックライト光源を拡散させることができ、しかも光透過率が高い。
【００７２】
本発明の光学エレメントは、LCDディスプレーのバックライトで照らされたときに、利得が少なくとも1.2であることが好ましい。利得とは、光再指向ポリマーフィルムを有するディスプレーの法線方向への光出力を光再指向ポリマーフィルムなしのディスプレーの法線方向への光出力で割った値と定義される。少なくとも1.2という利得があると、ディスプレーはより明るくなるか、又はバッテリーパワーをより少ししか消費しない。さらに好ましくは、利得は1.5である。ピラミッド構造、ピラミッドの線状アレイ、及び他の多くの表面構造の幾何形状は、光学エレメントに入る光を集光することによってディスプレーの利得を生み出すことができる。
【００７３】
好ましくは、表面構造はそのパーセント透過率及び反射率が105より大きい。これは、ある方向から入ってくる光を、その光の損失を最小にし、かつその光の方向変化を最小にして透過するような仕方で導き、同時に反対方向からの光を最小の損失で反射することによって達成される。一つの実施形態は、ピラミッドが高いアスペクト比を有し、ピラミッド間のスペースは反射性の、異なる屈折率の物質で埋められるようなピラミッドの線状アレイのように見えるであろう。この光学エレメントは、透過反射体（transflector）として、すなわち、透過と反射の両方のモードで用いられるディスプレー装置で使用できるエレメントとして役立つ。
【００７４】
微細粒子は、屈折率が2.0よりも大きいことが好ましい。屈折率が2.0よりも大きい微細粒子がポリマーマトリックス（普通、その屈折率は1.4〜1.6である）に加えられると、十分に分散されたポリマーマトリックスの屈折率は増加する。多くの光学的構造、例えばディフューザーや集光フィルムは、ポリマー表面構造と空気の屈折率の差に依存して働くので、ポリマーマトリックスの屈折率が増加するとより効率的に働く。ナノ粒子は、光学エレメントの散乱性質をあまり変化させずに屈折率に影響を及ぼすことができるので、有利な形で屈折率を増加させられる。好ましくは光学エレメントの屈折率はベースポリマーから少なくとも0.02変化する。この屈折率増加は、光学エレメントの性能を高め、0.02の屈折率増加であっても光学的に利益になる。さらに好ましくは、光学エレメントの屈折率はベースポリマーから少なくとも0.1変化する。いくつかの集光フィルムにおいて、0.1の屈折率増加は利得を4%増加させ、ディスプレーのバッテリー寿命を延ばすことが示された。
【００７５】
好ましくは、基板は光透過率が少なくとも85%のポリマーである。85%という光透過率の値はバックライト装置でバッテリー寿命を延ばしスクリーンの輝度を高める。最も好ましくは。基板の光透過率は92%より大きい。92%という光透過率は、ディスプレーが自然の日光と競争しなければならない野外での使用で、バックライトの透過を可能にし、液晶装置の輝度を最大にし、画像の質を大きく改善する。
【００７６】
基板は、好ましくは、空孔を含むポリマーである。ミクロの空孔を含む基板は、TiO2を用いずに空孔によって不透明性が得られるので好ましい。また、空孔は印刷プロセスにおけるクッションにもなる。ミクロ空孔を含む複合材の配向シートは、コアと表面層の押出、それに続く二軸延伸によって容易に製造することができ、それによってコア層に含まれる空孔発生物質のまわりに空孔が形成される。空孔を含むポリマー基板は、透過又は反射で光を拡散させる。このような複合材のシートは、例えば、米国特許Nos. 4.377,616, 4,758,462, 及び4,632,869に開示されている。空孔を含むポリマー基板は空孔発生粒子を用いて空孔を形成するか、又は発泡させることもできる。
【００７７】
好ましくは、本発明に係る表面構造は光学エレメントの両側にある。表面構造を両側に設けることにより光は表面構造との２つの界面を通過することになるので、光整形をより多く遂行できる。例えば、光源に面する表面は複合レンズ構造などのディフューザーテクスチャを備えて光を拡散し、光源から遠い側はプリズム列やピラミッド形などの構造を備えて光を集光する役目をすることができる。ある実施形態では、両側の表面構造は整列している。どちらかの側の表面構造は、例えば曲率、深さ、サイズ、間隔、及び幾何形状、及びアスペクト比が異なってもよい。
【００７８】
好ましくは基板は粒子サイズ寸法が100ｎｍ未満の微細粒子の分散物を含む。ナノ粒子は、基板の散乱に影響を及ぼすことなく基板の屈折率を変えることができる。さらに、基板にナノ粒子を加えることによって印刷性が向上し、高度及びガラス転移温度などの基板の機械的性質が高められる。さらに、ナノ粒子を基板に加えると、表面構造の屈折率似合わせて基板を調整し、基板と表面構造の界面でのフレネル損失をなくすことができる。
【００７９】
好ましくは、基板は光を回折する。基板は、ホログラフィックであっても、多重薄層を含むものであってもよい。これによって光学エレメントにホログラフィー画像を加えて興味深く見られる。また、可視光の大部分を回折させてミラー効果を生み出すこともできる。ホログラフィー基板を有する光学エレメントは、時計のLCディスプレーに使用することができ、注文に合わせてカスタマイズできる。基板はまた、不混和性ポリマーの配合を含むことができる。
【００８０】
表面構造は、好ましくは、熱を用いて少なくとも5%だけ寸法を変化させる。表面構造は、熱及び圧力の組み合わせ、又は圧力だけを用いて変えることができる。そのプロセスは、熱及び／又は圧力を勾配又はパターンをつけて用いて表面構造の形を変えるというものである。熱及び／又は圧力を加えると、構造が部分的に又は完全に溶融し、流動し、冷却して新しい構造を形成し、構造の一部又は全部が平坦化される。熱及び／又は圧力はフィルムの光学的性質を選択的に消去する一つの方法であり、非常に精密な仕方で用いて、点、線、パターン及びテキストを導光フィルムに生成することができる。これを用いて拡散及びスペキュラー透過の量を液晶装置のバックライト出力に合わせて調整できる。
【００８１】
好ましくは、抵抗加熱ヘッド又はレーザー加熱システムによって熱及び／又は圧力を加える。感熱プリンターに見られるプリントヘッドなどの抵抗加熱ヘッドは熱と圧力を用いて表面構造を溶融する。このプロセスは、高い分解能を有し、表面構造を溶融するのと同時に色を付与することができ、熱と圧力を用いていろいろなポリマーを溶融できるので好ましい。好ましくは、変化した部分に色を着ける。着けられる色は染料が好ましい。染料は透明であり、着色下部分が明るく色がついて見えるからである。さらに、染料は同時に容易に加えることができ、昇華性染料と感熱プリンターを用いてスペキュラー区域が生成される。（染料によって）色が付いた区域と変形された表面構造は、印刷産業によってすでにサポートされている安価な印刷方法によって同時に生成されるので、それらの間の位置合わせの問題が生じないのでこれは有利である。
【００８２】
光整形エレメントは、好ましくは直径が100 ｎｍよりも小さいナノ顔料を含む。ナノサイズの顔料は、マイクロメートル又はもっと大きなサイズの顔料粒子に比べて、粒子が非常に小さく、効率的に着色するので、同じ彩度を達成するために必要な顔料が少なくてすむという利点がある。さらに、すべての顔料が表面構造に集中するので、ナノ顔料が光学エレメント全体にわたる場合に比べて同じ着色に必要な顔料が少なくなる。顔料は薄い層（表面構造）に集中しているときにより効率的だからである。ナノ顔料は、光の波長よりも小さいので、大きな顔料粒子に比べて光を散乱しにくい。100ｎｍよりも小さなサイズのナノ顔料を、基板が含むことが好ましい。なぜなら、顔料がフィルムの幅全体により均等に分布するからである。表面構造が大きく、ナノ顔料を含む場合は、色の変動が起こる可能性がある。基板又は表面構造に、染料など他の着色剤を用いることもできる。
【００８３】
好ましくは、光学エレメントは感圧接着剤を有する。感圧接着剤は恒久的であっても再配置可能であってもよい。感圧接着剤は、フィルムを物品に、例えばIDバッジ、ディスプレーコンポーネント、又は他のフィルムに接着するために用いられる。好ましくは、接着剤は基板にコーティング又は塗布される。好ましい感圧接着剤はアクリル系接着剤である。アクリル系接着剤はプラスチックの間で優れた結合剤になることが示されている。好ましい接着物質を当業者に公知のいろいろな方法によって塗布して薄い一様な接着剤皮膜を生成することができる。例をあげると、グラビアコーティング、ロッドコーティング、逆ロールコーティング、及びホッパーコーティングなどがある。ディスプレーメディアでは、感圧接着剤を用いて光学フィルムを導波管、偏光板、又は他のフィルムに接着する。それによって、光学フィルムが装置のまわりでスリップして光学的な欠陥を生ずる可能性が小さくなる。また、それによってディスプレー製造業者の組立が容易になる。
【００８４】
好ましいライナー材料又は剥離可能なバッキングはポリマーの配向シートである。配向プロセスで強度とねばりが生ずるので配向ポリマーがライナーとして好ましく、紙のライナーを用いた場合と比べても出るほこりや糸くずの量が少ない。ライナー基板として好ましいポリマーは、ポリオレフィン、ポリエステル、及びナイロンである。好ましいポリオレフィンポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリブチレン、及びそれらの混合物があげられる。ポリオレフィンコポリマー、例えばプロピレンとエチレンのコポリマー、例えばヘキセン、ブテン、及びオクテン、なども使用できる。ポリエステルは最も好ましい。ポリエステルは、高速のラベル貼付設備においてラベル又は光学フィルムライナーの効率的輸送に必要とされる望ましい強度とねばりを持っているからである。
【００８５】
好ましくは、別のスキン層を光学エレメントに加えて有用性を高めることが好ましい。好ましくは、スキン層は、粒子サイズ寸法が100ｎｍより小さい微細粒子の分散物を含む。ナノ粒子はスキン層の屈折率を変化させることができ、基板の散乱にあまり影響を及ぼさない。さらに、基板へのナノ粒子の添加は印刷性を向上させ、光学エレメント全体の機械的性質、例えば硬度、ガラス転移温度、及び加工性を高める。基板に比べてスキン層では同じ物理的又は光学的性質を実現するのに、濃縮されたスキン層では微細粒子が効率的に働くので少ない量の微細粒子ですむ可能性がある。
【００８６】
好ましくは、光学エレメントはさらに付加的な層を含み、付加的な層と表面構造は屈折率が少なくとも0.05異なる。もしもエレメントの平面で屈折率の一方がそれらの層で同じであり、第一の屈折率と直角方向の屈折率が0.05よりも大きく異なる場合、これによって反射型偏光子を形成できる。この付加層はまた、反射防止エレメントを形成したり、光学エレメントの光学的性能を高めることができる。
【００８７】
スキン層はまた、色味剤、帯電防止剤、又は別の空孔生成物質を含んでユニークな性質のシートを作り出すことができる。光学エレメントは、接着性を向上させる表面層を有するように形成できる。本発明の添加物は、蛍光増白剤となることができる。蛍光増白剤は、実質的に無色の蛍光有機化合物であって、紫外線を吸収して青い可視光を放出する。例としては、4,4’-ジアミノスチルベン-2,2’-ジスルホン酸の誘導体、クマリン誘導体、例えば4-メチル-7-ジエチルアミノクマリン、1-4-ビス（O-シアノｓチリル）ベンゾール、及び2-アミノ-4-メチルフェノール、などがあげられるが、それだけに限定されない。蛍光増白剤をスキン層に用いて、蛍光増白剤をより効率的に利用することができる。
【００８８】
光学エレメントを、共押出と配向プロセスの後に、又はキャスティングと全配向との間に、印刷性などのシートの性質を改善するのに用いることができる任意の数の皮膜を用いて、コーティング又は処理して、蒸気バリアを提供し、熱シール可能にし、又は接着性を向上させることができる。例をあげると、印刷性を向上させるためのアクリルコーティング、熱シール性を付与するための塩化ポリビニリデンコーティングなどがある。その他の例としては、印刷性や接着性を向上させるための火炎、プラズマ、又はコロナ放電処理などがある。
【００８９】
本発明の光学エレメントは、透明なポリマーから作られるフィルム又はシートと組み合わせて用いることができる。そのようなポリマーの例は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、ポリメチルメタクリレート、などのアクリルポリマー、及びポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアクリレート、及びトリアセチルセルロース、などである。プロジェクションメディアはガラスシートに取り付けて支持される。本発明の光学エレメントはまた、別の様態では、フィルムを通る光透過率を向上させる一つ以上の光学的コーティングを含む。光制御フィルムの効率を高めるために、しばしば、反射防止（AR）層をコーティングすることが望ましい。
【００９０】
本発明の光学エレメントは、光学的特性を低下させず、入射角による光散乱又は整形性質を変化させるために、添加剤や潤滑剤、例えばフィルムの引き出し易さや表面の滑りを改善するためのシリカなどと共に組み込むことができる。そのような添加剤の例としては、キシレン、アルコール、又はケトンなどの有機溶媒、アクリル樹脂の粒子、シリコーン樹脂、又はデルタ（Δ）金属酸化物、又は充填剤、などがある。
【００９１】
本発明の光学エレメントはまた、光ディフューザーと一緒に、例えばバルクディフューザー、レンズ層、ビーズ層、表面ディフューザー、ホログラフィックディフューザー、マイクロ構造ディフューザー、別のレンズアレイ、又はそれらのいろいろな組み合わせと共に使用できる。光学エレメントはまた、積層された一つ以上の光制御フィルムのシートと共に、又は輝度増強フィルム、後方反射フィルム、導波板、及びディフューザーと共に、応用できる。
【００９２】
本発明のある好ましい実施形態では、表面構造は整列構造である。整列させた表面構造を設けることにより、光指向及び光ガイドを本発明の光学エレメントによって達成することができる。本発明の別の好ましい実施形態では、表面構造はランダムである。ランダムな表面構造を設けることによって、光拡散を本発明の光学エレメントによって達成することができる。さらに、ランダムな表面構造は、整列した表面構造から生ずる可能性があるモアレなどの望ましくない光学的パターンを減らすことが示されている。
【００９３】
好ましい実施形態では、本発明の表面構造はプリズムを含む。プリズム構造は周知であり、表面に斜めに入射する光エネルギーを排除することによって透過光の輝度を増加させる。別の好ましい実施形態では、本発明の表面構造はコーナーキューブを備える。コーナーキューブ表面構造は周知であり、望ましくない周辺光の眩しさを減らす。
【００９４】
本発明の別の実施形態では、光学エレメントは、空気ギャップ、所定の焦点距離、及び引っかき及び衝撃抵抗を与える光学的スペーサーを含む。平均粗さが少なくとも5μｍに等しい粗い表面を含む光学エレメントであって、粗い表面が少なくとも２つの粗さ集団を含み、該少なくとも２つの粗さ集団は少なくとも8μｍだけ異なるものが好ましい。２つの粗さ集団を含む光学エレメントは、光ディフューザー又は光ガイドなどの少なくとも一つの機能的光学表面と、一つまたはそれ以上の光学部品から成る光学システムにスペーシングを与える別の集団とを備える。他方の集団よりも高い少なくとも一つの粗さ集団を備えることによって、高い方の集団は他の光学コンポーネントとの光学的接触を提供し、他方の粗さ集団が光の導向や光の拡散などの光学的有用性を提供する。さらに、5μｍよりも小さなスペーシングは望ましくない光干渉パターンを生ずる可能性があるので、２つの集団は少なくとも8μｍだけ異なることが好ましい。
【００９５】
本発明の光学エレメントと他の光学コンポーネントの間の空気ギャップの精密なコントロールによって光学システムにおける光学エレメントの効率と可変性を大きく向上させることができる。一例は、一体化した光学スペーサーを含む可視光拡散フィルムである。表面ディフューザーと他の光学コンポーネントの間に光学スペーサーを設けることによって、他の光学コンポーネントへの拡散した光の拡がりを、光拡散エレメントに対する光学スペーサーの高さによって規定しコントロールすることができる。レーザーなどのスペキュラー光源は、スペーサーを用いずに狭いコーン内に表面拡散させることができ、拡散エレメントよりも5〜20倍大きいスペーサーを用いて広いコーン内に表面拡散させることができる。狭い光拡散コーンはLCデバイスにおける狭い視野角を与えようとするものであり、広いコーンは広い視野角を与える。狭いコーンのディフューザーも広いコーンのディフューザーも、光拡散用途によって有用性がある。
【００９６】
本発明の光学エレメントは、好ましくは幾何スペーサーを備える。幾何スペーサーは、機能的光学スペーサーよりも高さが大きく、輝度増強フィルムや偏光フィルムなどの他の光学部品と一緒に用いる場合に精密な空気ギャップを与える。幾何形状は、反射される光エネルギーと透過される光エネルギーの両方に対して機械的及び光学的な有用性を与える。本発明のある好ましい実施形態では、本発明に置いて用いられる幾何スペーサーは円筒を備える。円筒はスペキュラー光透過を助け、耐衝撃性がある。さらに、円筒の端は本発明の光学エレメントが他の光学コンポーネントと組み合わせて用いられる場合に優れた接触点になる。
【００９７】
表面構造の弾性率は500 MPaより大きいことが好ましい。500 MPaより大きい弾性率は、他の光学的ウエブ材料と組み合わせるために表面構造を感圧接着剤によって積層することを可能にする。さらに、表面構造は機械的にタフなので、光ディフューザーは、デリケートで組み立てにくい従来の成形されたキャストディフューザーに比べて、組み立て工程で加わる強い力にも耐えることができる。
【００９８】
光整形エレメントは、好ましくはUV蛍光剤を含む。UV蛍光剤はUV光を取り入れて可視領域の光を放出する。これはバックライトディスプレーで輝度を高める一つの方法であり、蛍光剤はUV光をバックライトから吸収する代わりに、UV光を可視光に変換する。UV照明の下で発光するフィルムを備えることによって光制御フィルムを興味深い外観にする。また、蛍光剤はUV光への曝露後も蛍光を出し続けるという形で減衰するので、暗所でも発光する。
【００９９】
好ましくは、表面構造は少なくとも0.5という染料濃度を受け入れることができる。これによって表面構造に直接印刷して表面のテクスチャと彩色を有する光制御フィルムを生成することが可能になる。光整形エレメントは形を変えずに染料濃度を受け入れるか、又は部分的又は完全に崩壊してスペキュラー反射又は透過の領域を生成する。好ましくは、染料を受容できる層は少なくとも1.5という染料濃度を受容できる。少なくとも1.5という染料濃度を受容できるDRLは、Pantone（商標）カラースペースの大きな部分を再現でき、真の飽和色を生成できることが示されている。彩色が効率的に転写されて光学エレメントに媒染されるように、DRLが好ましい。DRLは着色剤と両立性があり、望ましい色の範囲と濃度が得られるものでなければならない。DRLは、例えば感熱染料受容層、インクジェット受容層、トナー受容層、等であってよい。
【０１００】
ポリカーボネート（本明細書で用いられる場合、“ポリカーボネート”という用語は、炭酸とジオール又はジフェノールとを意味する）とポリエステルがサーマル印刷の受像層として使用できると考えられる。ポリカーボネート（米国特許第4,740,497号及び4,927,803号に開示されているようなもの）は感熱染料転写に用いたときに良好な染料取り込み性と望ましい退色性を有することが見出されている。米国特許第4,695,286で示されているように、数平均分子量が少なくとも約25,000のビスフェノールAポリカーボネートは、サーマルプリントで起こる表面変形を最小にするので特に望ましいことが示されている。
【０１０１】
他方、ポリエステルは、無溶媒で比較的無害な出発化学物質を用いて容易に合成でき加工できる。芳香族ジエステルから形成されるポリエステル（米国特許第4,897,377号に開示されているようなもの）は、感熱染料転写に用いたときに一般に良好な染料取り込み性質を有する。米国特許第5,387,571号(Daly)に開示された脂環式ジエステルから形成されるポリエステル、及び米国特許第5,302,574号(Lawrence 等)に開示されたポリエステルとポリカービネートブレンド、これらの開示は引用することによって本明細書に組み込まれる。
【０１０２】
個々のポリマーの利点を生かし、全体の効果を最適化するためにポリマーをブレンドして染料受容層で使用することができる。例えば、サーマルプリントの際に起こりうる表面変形に対する抵抗を高め、印刷後に起こる退色に対する抵抗も高めた中間コストの受容層を得るために、米国特許第4,695,286号に開示されているタイプの比較的安価な修飾されないビスフェノールAポリカーボネートを米国特許第4,927,803号に開示されているタイプの修飾されたポリカーボネートとブレンドすることができる。しかし、このようなポリマーブレンドでは、それらのポリマーが完全には混合可能でない場合、このブレンドはある程度のヘイズを示すという問題がある。ヘイズは一般に望ましくなく、透明受容層では特に有害である。完全には両立しないブレンドはまた、染料取り込みの変動、劣った画像安定性、及び染料ドナーへのくっつき方のばらつきを生ずる。
【０１０３】
本発明のある好ましい実施形態では、ジカルボン酸誘導単位とジオール誘導単位の脂環式環は、4から10個の環炭素原子を含む。ある特に好ましい実施形態では、脂環式環は6環炭素原子を含む。
【０１０４】
数平均分子量が少なくとも約25,000の修飾されないビスフェノールAポリカーボネートと、繰り返される二塩基酸誘導単位とジオール誘導単位を含むポリエステルの混合可能なブレンドであって，少なくとも50モル％の二塩基酸誘導単位はジカルボン酸誘導単位で対応するジカルボン酸の各カルボキシル基から２炭素原子以内に脂環式環を含み、少なくとも30モル％のジオール誘導単位は対応するジオール又は脂環式環の各水酸基にすぐ隣接していない芳香属環を含む染料熱転写のための染料受容エレメントが好ましい。このポリマーブレンドは、優れた染料取り込み性と画像染料安定性を有し、ほとんどヘイズがない。これによって指紋抵抗性と再転写抵抗性が高い受容層が得られ、感熱プリンターで、著しく低い加熱ヘッド圧力とプリンティングライン時間で効果的に印刷される。驚くべきことに、これらの脂環式ポリエステルは高い分子量のポリカーボネートと両立することが見出された。
【０１０５】
数平均分子量が少なくとも約25,000の修飾されないビスフェノールAポリカーボネートの例としては、米国特許第4,695,286号に開示されているものが含まれる。具体的な例としては、Makrolon 5700 (Bayer AG)及びLEXAN 141 (General Electric Co.)ポリカーボネートなどがある。
【０１０６】
本発明の別の好ましい実施形態では、修飾されないビスフェノールAポリカーボネートとポリエステルポリマーは最終ブレンドで所望のTgが得られ、コストを最小にするような重量比でブレンドされる。好適には、ポリカーボネートとポリエステルポリマーは約75:25〜25:75まで、さらに好ましくは約60:40〜40:60までの重量比でブレンドされる。
【０１０７】
本発明のブレンドのためのポリエステルに必要な特徴として、テレフタレートなどの芳香族ジエステルを含まないこと、及び問題の混合組成でポリカーボネートと両立すること、があげられる。ポリエステルは、好ましくは約40℃から約100℃までのTgを有し、ポリカーボネートは約100℃から約200℃までのTgを有する。好ましくは、ポリエステルはポリカーボネートよりも低いTgを有し、ポリカーボネートに対してポリマー可塑剤として作用する。最終のポリエステル／ポリカーボネートブレンドのTgは好ましくは40℃から100℃までの間にある。もっと高いTgのポリエステルとポリカーボネートポリマーは可塑剤を加えて使用できる。
【０１０８】
本発明の光学エレメントは普通投影又はディスプレーシステムで用いられるので、弾性率が500 MPaよりも大きい光学エレメントが好ましい。衝撃抵抗が0.6 GPaよりも大きい光学エレメントが好ましい。0.6 GPaよりも大きい衝撃抵抗は、光学エレメントが引っかき及び機械的変形に耐えることを可能にする。
【０１０９】
表面構造を生成するには、押出ポリマーコーティングのプロセスを用いることが好ましい。これは、表面テクスチャを有する樹脂がコーティングされたポリマーフィルムを生成することが知られている。溶融した樹脂を表面に有するポリマーフィルムを（フィルムで所望するパターンの逆の）表面パターンを有するパターンローラーと接触させる。このプロセスでパターンローラーの表面テクスチャが、樹脂をコーティングしたポリマーフィルムにプリントされる。このように、パターンローラーの表面テクスチャが、得られる光学エレメントの樹脂で生成される表面にとって決定的である。パターンローラーの表面も、ロールに所望のパターンを作成するために、ダイアモンドカッティング、レーザー切除、又はフォトリソグラフィー、などの工程で加工されて、表面構造の所望のパターンと逆のパターンが作り出される。
【０１１０】
同様に、光学エレメントは共押出によって生成できる。押出及び共押出法は当業者に周知であり、例えばEncyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 3, John Wiley, New York, 1985, p. 563, 及びEncyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 6, John Wiley, New York, 1986, p. 608, に記載されており、その記載は引用することによって本明細書に組み込まれる。
【０１１１】
好ましくは、本発明に係る表面構造は溶媒コーティングのプロセスによって形成される。コーティングは、基板表面の片側又は両側に、ブレード、エアーナイフ、ロッド、ロールコーティング、など、従来の前秤量又は後秤量溶媒コーティング法によって塗布される。コーティングプロセスの選択は作業の経済性によって決定され、それがさらにコーティング固形分、粘度、及びスピードなどの調合の細部を決定する。コーティングプロセスは、単一層又は複数層が支持体に塗布される連続運転装置で行うことができる。溶媒コーティングが、ロールツーロールであり、ポリマーは一度に１５もの異なる層でコーティングできるので好ましい。
【０１１２】
本発明の光学エレメントは、また、パターンのまわりの真空成形、射出成形、又はポリマーウエブのエンボス法によっても製造できる。
【０１１３】
光学エレメントは、金属フィルム、などから成る反射層を本発明のフィルムに貼り付けることによって反射フィルム又は透過反射体フィルムに変換して交通標識の後方反射部材として用いることができる。これは自動車、二輪車、人、等に貼り付けた状態で用いることができる。光学エレメントの表面を部分的に金属化して透過反射体、LCDの光学フィルムを生成し、LCDが反射モードと透過モードの両方で使用できるようにすることができる。本発明の光学エレメントにITO膜で代表される酸化インジウムから成る透明導電層を積層して電極として使用することができる。
【０１１４】
この光学エレメントの別の応用はリアプロジェクションスクリーンであり、その場合、一般に光源から画像を大きな面積にわたってスクリーンに投影することが望まれる。テレビジョンの視野角は、普通、水平方向よりも垂直方向で小さいので、ディスプレー上で可変な拡散によって視野角と輝度をディスプレー上でコントロールできる。
【０１１５】
この明細書で言及された特許及び他の刊行物の内容は、引用することによってその全体が本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【０１１６】
この実施例では、モデル化することによって、微細粒子をポリマー表面構造に添加したとき、バックライトから光を集光する光学エレメントの性能が高まることを示す。
【０１１７】
モデル化したフィルムは、三角プリズムの線状アレイの形状の表面構造を有する基板であった。フィルム全体は155μｍで、基板の厚さが105μｍ、プリズムの高さは50μｍであった。モデル化された基板は屈折率が1.50の配向ポリエステルであった。各プリズムのプリズム角は90度、ピッチは50μｍであった。このフィルムは普通、液晶ディスプレーのバックライトを集光するために用いられる。その性能は利得（軸上のバックライトによるフィルムの輝度を軸上のバックライトだけの輝度で割ったもの）によって測られる。プリズムはバックライトから来る光を集光し、高い角度でフィルムに入射する光を（内部全反射によって）反射して戻す役目をする。プリズムの線状アレイの屈折率が高くなると利得が増加しディスプレーは明るくなる。
【０１１８】
表面構造のポリマーの屈折率を高くするために、高い屈折率のナノ粒子をポリマーマトリックスに加える。十分に分散されたルチル型TiO2, ZnS, 及びFe2O3ナノ粒子とポリカーボネートのブレンドをモデル化してブレンドに対して微細粒子が及ぼす影響を測定した。モデル化された粒子はすべてポリカーボネート中に十分に分散された粒子サイズ10ｎｍ（粒子サイズ分布ほぼ22%）のルチルTiO2、ZnS、及びFe2O3であった。
【０１１９】
粒子はシングル又はツインスクリュー押出機を用いて分散させることができた。粒子は、表面官能性（例えば、表面電荷を持つような処理）又は分散剤を有し、凝集を防止することができた。分散剤は押出温度（例えば摂氏315度）で機能し劣化しないものでなければならない。
【０１２０】
【表１】
2007501443.tif 000002
【０１２１】
【表２】
2007501443.tif 000003
【０１２２】
【表３】
2007501443.tif 000004
【０１２３】
モデルは、Optical Research アソシエーツから市販されているシーケンシャル光線追跡ソフトウエア、Light Toolを用い、蒸気の線状アレイ、そして表面構造の屈折率に関する上表の屈折率を用いて作成した。表面構造の屈折率が1.59から1.69へ0.1増加すると光学フィルムの利得が4.8%増加することが見出された。
【０１２４】
ポリカーボネート表面構造（屈折率1.59）の屈折率を0.1増加させるためには、重量で約28%のTiO2又はFe2O3、又は重量で35%のZnSを加える必要がある。表面構造のポリマーにさらに少量のナノ粒子を加えても、光学フィルムの利得が増加し、ディスプレー設計者とユーザーに有利となる。
【０１２５】
ナノ粒子は高価なので。光学エレメントの体積全体でなく表面構造だけをナノ粒子／ポリマーブレンドにすることによってコストが節約されて同じ光学的効果が得られる。
【０１２６】
ナノ粒子／熱可塑性プラスチックポリマーブレンドでも、弾性率や引っかき抵抗などの機械的性質が強化される。ナノ粒子はまた、融点及びガラス転移温度にも影響を及ぼし、それによってポリマーの溶融加工条件を改善できる。ナノ粒子はまた、光学エレメントの印刷性も改善する。
【０１２７】
この実施例は集光フィルムの利得を高めるために用いたので、高い屈折率のナノ粒子を用いたが、この実施例で特に指摘した以外のナノ粒子を用いることもできるし、同じ原理を適用して反射防止コーティングなどの用途で低い屈折率のポリマー／ナノ粒子ブレンドを生成することもできるであろう。
【０１２８】
この明細書で言及された特許及び他の刊行物の内容は、引用することによってその全体を本明細書に組み入れる。
【国際調査報告】
2007501443.tif 000005
2007501443.tif 000006
2007501443.tif 000007
2007501443.tif 000008
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