(57)【要約】  光学フィルム積層体について開示する。光学フィルム積層体は、第１の反射偏光板、第２の反射偏光板、及び第１の反射偏光板と第２の反射偏光板との間に配置されたリターダンス層を有しうる。
2014505904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射偏光板と、
第２の反射偏光板と、
前記第１の反射偏光板と前記第２の反射偏光板との間に配置されたリターダンス層であって、厚さｄを有し、かつ面内屈折率の値ｎｘ及びｎｙ、並びにフィルムの平面に直交する方向の屈折率ｎｚを有するリターダンス層と、を有し、
０．０４＜｜（ｎｘ−ｎｙ）／（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜＜１．００であり、かつ
０．２５ミクロン＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜７５ミクロンである、光学フィルム積層体。
【請求項２】
０．１２＜｜（ｎｘ−ｎｙ）／（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜＜０．５０である、請求項１に記載の光学フィルム積層体。
【請求項３】
０．１５＜｜（ｎｘ−ｎｙ）／（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜＜０．３３である、請求項２に記載の光学フィルム積層体。
【請求項４】
０．７５ミクロン＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜２５ミクロンである、請求項１に記載の光学フィルム積層体。
【請求項５】
０．７５ミクロン＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜２０ミクロンである、請求項４に記載の光学フィルム積層体。
【請求項６】
前記リターダンス層と反対側で前記第１の反射偏光板に取り付けられたディフューザープレートを更に有する、請求項１に記載の光学フィルム積層体。
【請求項７】
前記ディフューザープレートと前記第１の反射偏光板が光学結合層によって光学的に結合されていて、前記光学結合層が１．２よりも低い屈折率を有する、請求項６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項８】
前記フィルム積層体を通って伝播する光が少なくとも１．５の光学利得を有する、請求項１に記載の光学フィルム積層体。
【請求項９】
前記フィルム積層体を通って伝播する光が少なくとも１．７の光学利得を有する、請求項８に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１０】
前記フィルム積層体を通って伝播する光が少なくとも１．８の光学利得を有する、請求項９に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１１】
前記第１の反射偏光板の透過軸が前記第２の反射偏光板の透過軸とほぼ平行である、請求項１に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１２】
前記第１の反射偏光板及び前記第２の反射偏光板が直線偏光子である、請求項１に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１３】
前記リターダンス層が第１及び第２のリターダンス副層を有する、請求項１に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１４】
前記第１のリターダンス副層が第１の速軸を有し、前記第２のリターダンス副層が第２の速軸を有し、前記第１の速軸と第２の速軸とがほぼ平行である、請求項１３に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１５】
前記第１のリターダンス副層が第１の速軸を有し、前記第２のリターダンス副層が第２の速軸を有し、前記第１の速軸と第２の速軸とがほぼ直交する、請求項１３に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１６】
第１の反射偏光板と、
第２の反射偏光板と、
前記第１の反射偏光板と前記第２の反射偏光板との間に配置されたリターダンス層であって、直交する面内屈折率の値ｎｘ及びｎｙ、並びにフィルムの平面に直交する方向の屈折率ｎｚを有するリターダンス層と、を有し、
０．０４＜｜（ｎｘ−ｎｙ）／（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜＜１．００であり、かつ
０．２５ミクロン＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜７５ミクロンであり、更に、
第１及び第２の主面を有する輝度上昇フィルムであって、前記第１の主面が前記リターダンス層とは反対側で前記第２の反射偏光板に取り付けられた滑らかな表面であり、前記第２の主面が複数のプリズム状構造を有する構造化表面である、輝度上昇フィルムを有する、光学フィルム積層体。
【請求項１７】
０．１２＜｜（ｎｘ−ｎｙ）／（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜＜０．５０である、請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１８】
０．１５＜｜（ｎｘ−ｎｙ）／（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜＜０．３３である、請求項１７に記載の光学フィルム積層体。
【請求項１９】
０．７５ミクロン＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜２５ミクロンである、請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２０】
０．７５ミクロン＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜２０ミクロンである、請求項１９に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２１】
前記リターダンス層とは反対側で前記第１の反射偏光板に取り付けられたディフューザープレートを更に有する、請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２２】
前記ディフューザープレートと前記第１の反射偏光板とが１．２よりも低い屈折率を有する光学結合層によって光学的に結合される、請求項２１に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２３】
前記複数のプリズム状構造のそれぞれのプリズム状構造が、約９０°の頂角を有する頂点において出合う２個のファセット面を有する請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２４】
前記フィルム積層体を通って伝播する光が１．５よりも大きい光学利得を有する、請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２５】
前記フィルム積層体を通って伝播する光が１．７よりも大きい光学利得を有する、請求項２４に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２６】
前記フィルム積層体を通って伝播する光が１．８よりも大きい光学利得を有する、請求項２５に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２７】
前記複数のプリズム状構造が約２０ミクロン〜約６０ミクロンのピッチを有する、請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２８】
前記リターダンス層が第１及び第２のリターダンス副層を有する、請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項２９】
前記第１のリターダンス副層が第１の速軸を有し、前記第２のリターダンス副層が第２の速軸を有し、前記第１の速軸と第２の速軸とがほぼ平行である、請求項２８に記載の光学フィルム積層体。
【請求項３０】
前記第１のリターダンス副層が第１の速軸を有し、前記第２のリターダンス副層が第２の速軸を有し、前記第１の速軸と第２の速軸とがほぼ直交する、請求項２８に記載の光学フィルム積層体。
【請求項３１】
前記ＰＥＴ副層同士が整列している、請求項２８に記載の光学フィルム積層体。
【請求項３２】
前記ＰＥＴ副層同士が交差している、請求項２８に記載の光学フィルム積層体。
【請求項３３】
前記第１の反射偏光板の透過軸が前記第２の反射偏光板の透過軸とほぼ平行である、請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【請求項３４】
前記輝度上昇フィルムの前記第１の主面と前記第２の反射偏光板とを取り付ける接着層を更に有し、該接着層が１．２よりも低い屈折率を有する、請求項１６に記載の光学フィルム積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本説明文は光学フィルム積層体に関する。詳細には、本説明文は、２重反射偏光板、リターダンス層、及び場合により輝度上昇層を有する光学フィルム積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示（ＬＣＤ）装置等の表示装置は、テレビ、携帯型端末、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ及びコンピュータのモニターなどを含む様々な用途で使用されている。これらの装置のうちの幾つかのものは液晶パネル及びバックライトを備えている。一般的にバックライトは、１以上の光源（例えば冷陰極蛍光管（ＣＣＦＴ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ））からの光を液晶パネルに結合する。
【０００３】
一部の表示装置は、バックライトと液晶パネルとの間に配置される１以上の光学フィルム積層体を更に備えている。出力輝度、照度均一性、視野角、画素完全性、コントラスト比、及び全体のシステム効率を向上させるような光学フィルム積層体を設計することが可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本説明文は光学フィルム積層体に関する。光学フィルム積層体は、第１の反射偏光板、第２の反射偏光板、及びリターダンス層を有する。リターダンス層は、２つの反射偏光板の間に配置され、厚さｄ、面内屈折率の値ｎｘ及びｎｙ、並びにフィルムの平面に直交する方向の屈折率ｎｚを有する。リターダンス層の各屈折率と厚さとの間の関係については以下の性質が成り立つ。すなわち、０．０４＜［｜（ｎｘ−ｎｙ）｜／｜（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜］＜１．００かつ０．２５＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜７５いくつかの実施形態では、量［｜（ｎｘ−ｎｙ）｜／｜（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜］は、０．１２より大きいか又は０．１５より大きくてよく、かつ０．５０より小さいか又は０．３３よりも小さくてよい。更に、特定の実施形態では、量［ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜］は０．７５ミクロンよりも大きくてよく、かつ２５ミクロンよりも小さいか又は２０ミクロンよりも小さくてよい。
【０００５】
別の態様では、本説明文は別の光学フィルム積層体に関する。光学フィルム積層体は、第１の反射偏光板、第２の反射偏光板、リターダンス層、及び輝度上昇フィルムを有する。リターダンス層は、２つの反射偏光板の間に配置され、厚さｄ、面内屈折率の値ｎｘ及びｎｙ、並びにフィルムの平面に直交する方向の屈折率ｎｚを有する。リターダンス層の各屈折率と厚さとの間の関係については以下の性質が成り立つ。すなわち、０．０４＜［｜（ｎｘ−ｎｙ）｜／｜（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜］＜１．００かつ０．２５ミクロン＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜７５ミクロン輝度上昇フィルムは第１及び第２の主面を有する。第１の主面は、リターダンス層と反対側の面において第２の反射偏光フィルムに取り付けられ、第２の主面は、多数のプリズム構造を有する構造化表面となっている。いくつかの実施形態では、量［｜（ｎｘ−ｎｙ）｜／｜（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜］は、０．１２より大きいか又は０．１５より大きくてよく、かつ０．５０より小さいか又は０．３３よりも小さくてよい。更に、特定の実施形態では、量［ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜］は０．７５ミクロンよりも大きくてよく、かつ２５ミクロンよりも小さいか又は２０ミクロンよりも小さくてよい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】光学フィルム積層体及びバックライトの一実施形態の断面図。
【図２】リターダンス層の一実施形態の概略斜視図。
【図３】光学フィルム積層体及びバックライトの別の実施形態の断面図。
【図４】反射偏光板の一実施形態の概略斜視図。
【図５】本説明文に基づく光学フィルム積層体及びバックライトの別の実施形態の断面図。
【図６Ａ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図６Ｂ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図７Ａ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図７Ｂ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図８Ａ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図８Ｂ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図９Ａ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図９Ｂ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図１０Ａ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図１０Ｂ】光学フィルム積層体の一実施形態についてレイトレーシング・モデリングの結果を示す図。
【図１１】面外複屈折率に対する面内複屈折率の異なる比を有するフィルムの面内複屈折率に対する利得のグラフ。
【図１２】面外複屈折率に対する面内複屈折率の比に対する利得のプロット。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
光学フィルム積層体は、液晶（ＬＣ）装置などの表示装置において様々な異なる目的を果たしている。例えば、一部の積層体は、液晶ディスプレイの軸上輝度利得及びコントラスト比を高めることができる。
【０００８】
本開示は、これらの特性を向上させることが可能な光学フィルム積層体を提供するものである。いくつかの実施形態では、光学フィルム積層体は、第１の反射偏光板及び第２の反射偏光板、並びに２個の反射偏光板の間に配置されたリターダンス層を有する。リターダンス層は更に、面内屈折率の差（ｘに対するｙ）を面内屈折率と面外屈折率との差（ｘ及びｙに対するｚ）で割ったものとして定義される最適な面内／面外比を有している。リターダンス層は、また、リターダンス層の厚さに面内屈折率の差を掛けたものとして定義される最適なリターダンスを示す。
【０００９】
いくつかの実施形態では、光学フィルム積層体は、第２の反射偏光板のリターダンス層とは反対側の面に配置された輝度上昇フィルムを更に有してもよい。輝度上昇フィルムは、その表面の一方に多数のプリズム状構造を有してもよい。
【００１０】
図１は、光学フィルム積層体１００の一実施形態を示したものである。光学フィルム積層体１００は、第１の反射偏光板１０２、第２の反射偏光板１０６、及び第１の反射偏光板と第２の反射偏光板との間に配置されたリターダンス層１０４を有している。少なくともいくつかの実施形態では、図１に示される光学フィルム積層体１００（第１の反射偏光板１０４、リターダンス層１０４、及び第２の反射偏光板１０６を有する）は、「２重反射偏光板構造」と呼ぶこともある。
【００１１】
第１及び第２の反射偏光板のそれぞれは、透過軸及び遮断軸を有し得る。少なくともいくつかの実施形態では、第１の反射偏光板及び第２の反射偏光板の透過軸と遮断軸とは平行又は少なくともほぼ平行である。
【００１２】
第１の反射偏光板及び第２の反射偏光板１０２、１０６としては、例えば多層光学フィルム（ＭＯＦ）反射偏光子；連続／分散相偏光子などの拡散性反射偏光フィルム（ＤＲＰＦ）；ワイヤグリッド反射偏光子；ファイバー偏光子、直線偏光子、又はコレステリック反射偏光子などの任意の好適な反射偏光子が挙げられる。コレステリック偏光子が使用される場合、こうした偏光板は、円偏光板及び１／４波長フィルムを含む直線偏光子構造の一部であり得る。
【００１３】
図４は、本開示に基づく反射偏光板の例示な一実施形態を示している。この反射偏光板は、第２の材料の第２の層４１５上に配置された（例えば共押出により）第１の材料の第１の層４１３を有する多層光学フィルム４１１である。図の光学フィルム４１１は、３本の互いに直交するｘ、ｙ及びｚ軸を基準として説明することができる。２本の直交する軸ｘ及びｙはフィルム４１１の平面内にあり（面内、又はｘ及びｙ軸）、第３の軸（ｚ軸）はフィルムの厚さの方向に延びている（又はｘ及びｙ軸の両方に直交する）。第１の材料及び第２の材料の一方又は両方が複屈折性のものであってよい。
【００１４】
２つの層のみが図４において示され、本明細書において一般的に説明されているが、本開示の一般的な実施形態は、２以上の第２の層と交互に配された２以上の第１の層を有している。全体の層の数は、数百若しくは数千、又はそれ以上であり得る。いくつかの例示的実施形態では、隣接する第１及び第２の層を光学的繰り返し単位と呼ぶ場合がある。本開示の例示的実施形態において使用するのに適した反射偏光板については、例えば米国特許第５，８８２，７７４号、同第６，４９８，６８３号、同第５，８０８，７９４号、及び国際特許出願公開第ＷＯ２００８／１４４６５６号に述べられており、これらをいずれもその全容にわたって参考として本明細書に援用するものである。市販のＭＯＦ反射偏光板としては、スリー・エム社（3M Company）より市販される、拡散表面を有するＤＢＥＦ−Ｄ２００及びＤＢＥＦ−Ｄ４４０多層反射偏光板が挙げられる。
【００１５】
光学フィルム４１１は更なる層を有してもよい。更なる層は、例えば更なる光学的機能を有する光学的なものであってもよく、又は機械的若しくは化学的性質について選択された非光学的なものであってもよい。参考として本明細書に援用するところの米国特許第６，１７９，９４８号に述べられるように、これらの更なる層は、本明細書に述べられる処理条件下で配向させることが可能であり、フィルムの全体的な光学的及び／又は機械的特性に寄与しうるものであるが、説明を分かりやすくかつ簡単にする目的でこれらの層について本出願で更に論じることはしない。
【００１６】
本開示の目的では、ディスプレイパネルに面する側の偏光板の面に、厚い二軸複屈折性の外側層が配置されないことが好ましい。設置後にディスプレイに面することを意図した側の偏光板の面に厚い外側層が必要とされる場合、このような層は、取り外し可能とするか、又は等方性若しくは弱い二軸複屈折性を有するのみの材料で形成されなければならない。
【００１７】
複屈折性の反射偏光板では、第１の層４１３の屈折率（ｎ１ｘ，ｎ１ｙ，ｎ１ｚ）及び第２の層４１５の屈折率（ｎ２ｘ，ｎ２ｙ，ｎ２ｚ）は、面内の軸（ｙ軸）に沿って実質的に一致しており、面内の別の軸（ｘ軸）に沿っては実質的に一致していない。一致している方向（ｙ）は偏光板の透過（通過）軸又は状態を形成するためにその方向に沿って偏光された光は選択的に透過され、一致していない方向（ｘ）は偏光板の反射（遮断）軸を形成するためにその方向に沿って偏光された光は選択的に反射される。一般的に、反射方向に沿った屈折率のずれが大きく、透過方向において屈折率がよく一致しているほど、偏光板の性能は高くなる。
【００１８】
本開示に基づく２重反射偏光板構造における使用に適した他の代表的な反射偏光板が、参考として本明細書に援用するところの米国特許第６，６９７，１９５号に述べられている。
【００１９】
再び図１を参照すると、光はバックライト１０８から伝播して第１の反射偏光板１０２に入射する。一般的に、第１の反射偏光板は、第１の偏光（ｘ方向に沿って偏光された光）の全体又はほぼ全体を透過し、第２の直交する偏光（例えばｙ方向に沿って偏光された光）の大部分を反射する。バックライトは、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）、外部電極蛍光管（ＥＥＦＬ）、平板蛍光管（ＦＦＬ）、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）などの任意の数の可能な光源の１つとして理解することができる。バックライトは、例えばバックリフレクター、ライトガイド及びディフューザーシート又はディフューザープレート、並びに背面照明の技術分野において一般的に使用されている他の任意の数の要素を含む多数の部分的要素で構成されてもよい。
【００２０】
光学フィルム積層体によって反射された光は、バックライト１０８に戻り得る。第２の直交する偏光状態の光は大部分が反射されるが、反射偏光板は一般的には「完全」ではない。したがって、第２の直交する偏光状態の光は反射偏光板からの漏れが生じ、光の１０％は純粋ではない。例えば、いくつかの実施形態では、第１の反射偏光板１０２を透過する光の９０％は、一般的な液晶パネルの吸収偏光板によって許容される偏光である。すなわちフィルム積層体によって透過される光の偏光は、パネルの後方の吸収偏光板の透過軸とほぼ平行となっている。第２の反射偏光板に入射する光の９０％がこのような所望の偏光を有していることから、第２の反射偏光板はこの光を更にきれいにする機能を果たす。第２の反射偏光板１０６と第１の反射偏光板１０２の透過軸の方向が一致しているものと仮定すると、第２の反射偏光板は望ましくない偏光を有する光の透過率を更に低減させることになる。これは、偏光板１０６に入射する光の１０％の光の１０％の第２の漏れに相当する。したがって、第２の反射偏光板１０６を透過する光の９９％は所望の偏光のものとなる。望ましくない偏光の光は、第１の反射偏光板１０２の方向に反射される。
【００２１】
このリサイクル効果のため、第１の反射偏光板１０２と第２の反射偏光板１０６との間にリターダンス層１０４がなければ、反射光は、第１の反射偏光板と第２の反射偏光板との間で単純に反射を繰り返して最終的には吸収され、これにより積層体の効率は低下する。リターダンス層１０４は、第２の反射偏光板によって反射される光の偏光が所望の偏光に偏光されるように第１の反射偏光板１０２と第２の反射偏光板１０６との間で反射する光の位相をシフトさせることができる。
【００２２】
更に、各種の材料及び方法を使用してリターダンス層１０４を形成することができる。いくつかの実施形態では、リターダンス層は、少なくとも１つの可視光の偏光状態を実質的に吸収せずかつ散乱しない、少なくとも２つが等しくないｘ、ｙ及びｚの直交方向の屈折率を有する同時二軸延伸ポリマーフィルムの層を有する。
【００２３】
延伸することが可能な、本明細書に述べる光学特性を示す任意のポリマー材料を使用してリターダンス層を形成することができる。これらのポリマーとしては、例えば、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、フルオロポリマーなどが挙げられる。１以上のポリペプチドを組み合わせてリターダーを形成することができる。適当なポリオレフィンとしては、例えばポリスチレン、ノルボルネンなどの環状オレフィンポリマー、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、ポリペンチレンなどの非環状オレフィンポリマーが例えば挙げられる。具体的なポリブチレンの１つとしてポリ（１−ブテン）がある。具体的なポリペンチレンの１つとしてポリ（４−メチル−１−ペンテン）がある。好適なポリアクリレートとしては、例えばアクリレート、メタクリレートなどが挙げられる。具体的なポリアクリレートの例としては、ポリ（メチルメタクリレート）、及びポリ（ブチルメタクリレート）が挙げられる。フルオロポリマーとしては、ポリ（フッ化ビニリデン）が具体的に挙げられるが、これらに限定されるものではない。一実施形態では、ポリマー材料はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であってよい。
【００２４】
図２に示されるような例示的な一実施形態では、リターダンス層２０４は２以上の複屈折性リターダンス副層２１０及び２１２を有しうる。このような２以上の複屈折性リターダンス副層２１０、２１２は整列させることができる（例えば第１の副層２１０の速軸が第２の副層２１２の速軸とほぼ平行であってよい）。他の実施形態では、リターダンス副層は交差される（すなわち互いに直交する）。副層２１０と２１２とが交差される場合、層２０４内の２つのリターダンス副層の屈折率ｎｘ、ｎｙ、及びｎｚは、下記に更に述べる面内／面外複屈折率比及びリターダンス値の範囲に含まれるようにそれぞれ別々に決定することができる。
【００２５】
多くの実施形態において、各リターダンス副層は方向が一致した速軸を有し、したがって１つの速軸を有するものとして理解することができる。他の実施形態では、リターダーは、１本の速軸を有する１つのリターダンス層のみから形成される。いずれの場合も、リターダーの速軸は、多くの場合、第１の反射偏光板の透過軸と平行であるか又はほぼ平行でありうる。例えば、第１の反射偏光板の透過軸は、リターダーの速軸の平行方向の２０°以内、又は１５°以内、又は１０°以内、又は平行方向の５°以内である。
【００２６】
リターダンス層２０４は、ｄで示される厚さ（フィルムの主平面に対して直交する方向）を有するものとして理解することができる。リターダンス層は、ｘ方向の屈折率ｎｘ、及びｙ方向の屈折率ｎｙ、並びにｚ方向の屈折率ｎｚを有する。透過率「エンベロープ」及びフリンジ密度に対するリターダンス層の影響を調べるために多くのシミュレーションを行った。
【００２７】
本説明文は、リターダンス層が第１の反射偏光板及び第２の反射偏光板とともに使用される場合にディスプレイの高い利得及びコントラスト比を与える、特定のリターダンス値を有するリターダンス層を提供する。
【００２８】
インコヒーレントな光学利得（本明細書では利得と呼ぶ）は、利得要素（例えばフィルム又は箔）がバックライトに加えられた場合の輝度増幅の無単位の測定値である。利得に求められる必要条件としては、バックリフレクターと部分リフレクターとの間に光を閉じ込める光学キャビティーであり、部分リフレクターが好ましい方向からの光を選択的に透過し、異なる好ましい方向からの光を反射するか、又は好ましい偏光状態の光を透過し、異なる好ましい偏光状態の光を反射するようなものである。このような部分リフレクターは利得要素であり、これを互いに積層して利得を増幅することができる（例えばプリズム状利得フィルム及び反射偏光板）。更なる必要条件として、バックリフレクターが更に入射光の状態を混合することがある。
【００２９】
利得式は、好ましい反射光が利得空洞内でリサイクルされ、好ましい透過方向又は偏光状態に加えられるような部分反射の無限級数の和である。完全なランバートリフレクター及び反射偏光板の後に理想的な吸収偏光板が続く単純なケースについて利得式：
Ｇ＝Ｔ軸方向／（１−Ｒ’×Ｒ半）
（式中、Ｔ軸方向は、軸方向における好ましい偏光状態の透過率であり、Ｒ’は、ランバートリフレクターの反射率であり、Ｒ半は、ランバート照明下での反射偏光板の全反射率である）が示される。プリズム状利得フィルムの場合では、好ましい入力方向は好ましい出力方向と異なるが、Ｒ半は同じ意味を有する。利得式は、リフレクターがほぼ拡散性及び／又は偏光分散性であると仮定した場合に、良好な近似となる。
【００３０】
利得は一般的には軸上で特定されるが、正式な記述は、利得式においてＴ（Θ，Φ）でＴ軸方向を置き換えた任意の方向（Θ，Φ）において有意義である。利得の方向特性は、プロットの座標がΘ及びΦであり、示される量が利得、又は透過率、又は単純に輝度である、図６Ａのような極座標プロット（コノスコーププロットと呼ばれる場合もある）によってしばしば表される。
【００３１】
反射偏光板の場合では、極座標プロットはほぼ平坦又は徐々に変化し得るのに対して、ＢＥＦのような構造化された輝度向上フィルムは、方向にともなった大きな変化及び高利得の連続的中央領域を示す。一般的に軸付近の利得は、中央最大値の立体角量と逆比例して変化する。いずれの場合も、連続的かつ滑らかに変化する特性が好ましい。
【００３２】
面内リターダンスの差｜（ｎｘ−ｎｙ）｜、及び平均面内リターダンスに対する面外リターダンス（すなわち｜０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ｜）、及びこれらの比の特定の性質を考えた場合、リターダンス層のｎｘ、ｎｙ、及びｎｚについて選択される屈折率の値が、特定のシステムの所望の利得及びコントラスト比を実現するうえで極めて重要であり得る。面内屈折率の差が最も小さい（０）場合、大きな最大強度のノード、及び光がほとんど又はまったく透過されないノードが存在する。面内屈折率の差がより大きい（例えば、０．１０）場合には、輝度の最小値のないより高い輝度の均一性がみられ、ディスプレイの目的では極めて有用となりうる。
【００３３】
しかしながら、フィルムが薄い場合にはより高い輝度均一性を得ることができるが、ディスプレイが輝度のローブ状部分のゆっくりとした目に見える振動を示す場合がある。フィルムがより大きな厚さで構成されるほど、画像内のローブ状部分の振動は速くなる。最終的には所定の厚さにおいて、強度の振動及びこれにともなう色フリンジは人の目には知覚されなくなる。場合によっては残留フリンジを分解するのに弱いディフューザーでも充分である。しかしながら、拡散は光学利得を低下させる傾向も有する。
【００３４】
したがって、本開示は、輝度ローブ又はフリンジが小さく、画像の中央輝度領域が大きくなるようにリターダンス層の最も有用な屈折率値（互いを基準にして）が含まれる、発見領域を提供するものである。本開示は、更に、ローブ又はフリンジが人の目によって検出されないほど速く振動するシステムを提供するものである。
【００３５】
透過率又は輝度ローブの全体は、透過率「エンベロープ」として理解することができる。フリンジのサイズ及び位置、並びにエンベロープのサイズ及び形状の重要な測定基準は、更に本明細書に定義される、面内／面外比とリターダンスの相関値に基づいて基本的に測定することができる。したがって、偏光板間に本明細書に述べられる１乃至複数のリターダンス層を有する２重反射偏光板構造は、観測される欠陥が最小限に抑えられた高輝度、高コントラスト比のディスプレイを与えることができる。このように、問題のある振動を画像に生じることなく、大きくて高輝度の透過エンベロープを達成可能であることにより、光学利得及びコントラスト比が高められる。
【００３６】
液晶パネルディスプレイにおいて最も高い利得及びコントラスト比を達成するため、リターダンス層は、特定の「面内／面外比」の値、及び「リターダンス」値の範囲内に収まった。面内／面外比は、面内屈折率の差に対する面外屈折率の差として定義され、ただし面外屈折率の差は、ｎｘ及びｎｙ並びにｎｚの平均の間の差である。
【００３７】
面内／面外比の式は以下の通りである。
【００３８】
面内／面外比＝０．０４＜［｜（ｎｘ−ｎｙ）｜／｜（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜］＜１．００
この式を書くうえで、項｜（ｎｘ−ｎｙ）｜及び｜（０．５（ｎｘ＋ｎｙ）−ｎｚ）｜は、いずれも量の絶対値をとっている。したがって面内／面外比は、常に正の値となるはずである。本明細書においてリターダンスと呼ばれる面内リターダンスの値は、厚さに面内複屈折率を掛けた積として定義され、次式：
リターダンス＝０．２５ミクロン＜ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜＜７５ミクロン
によって理解することができる。
【００３９】
この式を書くうえで、（ｎｘ−ｎｙ）の値はやはり絶対値である。したがって、本説明文において定義されるリターダンス値は常に正の値である。これにより、最適な利得及びコントラスト比を実現する値が求められた。一実施形態では、面内／面外比は０．０４よりも大きい値を有する。別の実施形態では、面内／面外比は０．１２よりも大きい値を有する。別の実施形態では、面内／面外比は０．１５よりも大きい値を有する。一実施形態では、面内／面外比は１．００よりも小さい値を有する。別の実施形態では、面内／面外比は０．５０よりも小さい値を有する。別の実施形態では、面内／面外比は０．３３よりも小さい値を有する。
【００４０】
必要とされるリターダンスも求められた。一実施形態では、ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜は、０．２５ミクロンよりも大きく、７５ミクロンよりも小さい。別の実施形態では、ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜は、０．７５ミクロンよりも大きく、２５ミクロンよりも小さい。別の実施形態では、ｄ×｜（ｎｘ−ｎｙ）｜は、０．７５ミクロンよりも大きく、２０ミクロンよりも小さい。
【００４１】
スリー・エム社（3M Company）（ミネソタ州セントポール）により開発及び使用される「Ｈａｍｓｔｅｒ」レイトレーシングアプリケーションを使用してシミュレーションを行った。このレイトレーシングアプリケーションは、ＴｒａｃｅＰｒｏ（ラムダ・リサーチ社（Lambda Research Corp.）（マサチューセッツ州リトルトン）より販売されるもの）、又はＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（オプティカル・リサーチ・アソシエイツ社（Optical Research Associates）（カリフォルニア州）より販売されるもの）などの他のレイトレーシングプログラムと同等の機能を有するソフトウェアコードである。フィルム積層体のパラメータをマイクロソフト社（Microsoft）のＥｘｃｅｌベースのスプレッドシートに入力すると、ＶＢＡマクロがこのパラメータをＨＡＭＳＴＥＲに挿入し、レイトレースを立ち上げ、結果を極座標プロットで表示する。
【００４２】
反射偏光板は、基本的な反射偏光板（すなわち、１つの偏光に対する透過（反射）係数が比較的大きく（小さく）、直交偏光に対する反射（透過）径スネアが比較的大きい（小さい）特定の透過及び反射係数を有するレイトレーシングプログラム内の層）の上下にスキン層（すなわち特定の屈折率及び厚さを有する薄層）が追加されたものとして、ＨＡＭＳＴＥＲでモデル化した。ＤＢＥＦ−Ｑ（スリー・エム社（3M Company）より販売される反射偏光板）での結果と光学性能がほぼ一致するようにパラメータを選択した。
【００４３】
２重反射偏光板フィルム積層体を、２つの反射偏光板の間（それぞれ上記に述べたようにモデル化したもの）のリターダー層であって、屈折率が１．５で厚さ１０ミクロンの接着層によって各反射偏光板に結合されたリターダー層としてモデル化した。リターダーは、厚さ、吸収係数、及び３つの屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを特定することによってモデル化した。
【００４４】
表１に示される異なるモデルパラメータについてレイトレーシングシミュレーションを行った。これらの実施例における吸収係数は、ＰＥＴ又はＰＥＮなどの一部の延伸フィルムにおいて一般的な値である０．０９ｍｍ−１とした。利得をシミュレーションから計算し、０°における速軸について表１に示す。比較として、ＤＢＥＦ−Ｑ単独の利得は１．６６であり、これは一般的なＬＣＤバックライトにおいて実現される値と一致している。利得は有効バックライト反射率Ｒ’に依存するものと理解されている。ここでは、Ｒ’を８４．６％とした。利得は利得フィルム吸収率にも依存する。したがって、リターダーの吸収係数を低下させることは利得を増大させる役割を果たす。
【００４５】
各実施形態のフリンジの発生度を、コノスコーププロットから求め、これを、高い／低いの評価で表１に示した。表１には、高い利得を有するコノスコーププロットの立体角の評価も示されている。
【００４６】
【表１】
2014505904.tif 000003
【００４７】
図６Ａ〜Ｂは、比較例Ｃ１Ａの光学フィルム積層体のモデル化の結果を示している。図６Ａは、０°の速軸についてのコノスコーププロットであり、図６Ｂは、９０°の速軸についてのコノスコーププロットである。図６Ａ〜Ｂはいずれも、４５°の極角度付近に極めて低い輝度の領域を示している。図６Ｂでは、これらの低輝度領域は高輝度領域によって囲まれている。図７Ａ〜Ｂは、光学フィルム積層体に６０％のヘイズが導入されていることにより比較例Ｃ１Ａと異なる比較例Ｃ１Ｂの光学フィルム積層体のモデル化の結果を示している。この場合もやはり、プロットは０°（図７Ａ）及び９０°（図７Ｂ）の速軸についてのものである。ヘイズはフリンジの発生量を低減させるが、この場合、フリンジのレベルは依然として高くなっている。
【００４８】
同様に図８Ａ〜Ｂは、比較例Ｃ３のモデル化された結果を示している。この場合もやはり、プロットは０°（図８Ａ）及び９０°（図８Ｂ）の速軸についてのものである。高輝度のローブが別々の部分に集まっており、これらの明るいローブの間に極めて低い輝度の領域がある。コノスコーププロット内には輝度が高い比較的小さな全立体角がある。
【００４９】
これに対して、図９Ａ〜Ｂは、実施例４のモデル化された結果を示している。この場合もやはり、プロットは０°（図９Ａ）及び９０°（図９Ｂ）の速軸についてのものである。いずれのプロットも、連続的で、低輝度領域によって複数の部分に分けられていない、中央に位置する輝度の高いローブを示している。図１０Ａ〜Ｂは、実施例２のモデル化された結果を示している。ここでは、０°（図１０Ａ）の速軸のプロットが、連続的で、低輝度領域によって複数の部分に分けられていない、中央に位置する輝度の高いローブを示しているのに対して、９０°（図１０Ｂ）の速軸のプロットは、大きな極角度において別々の小さなローブを有する比較的大きな中央のローブを示している。
【００５０】
図１１は、面外複屈折率に対する面内複屈折率の異なる比及び０°の速軸について、面内複屈折率に対する利得のプロットを示している。このプロットは、面外複屈折率に対する面内複屈折率の固定された比では、この比が約０．１よりも大きければ、利得は面内複屈折率とはほとんど独立していることを示している。面内複屈折率が充分に大きく、面外複屈折率に対する面内複屈折率の比が充分に小さい場合、図１１は、面内複屈折率に対するある程度の依存を示している。しかしながら、これが起きるプロットの領域は、ｎｘ、ｎｙ及びｎｚの実現可能な値を代表しているわけではない。図１２は、利得のプロットを、面外複屈折率に対する面内複屈折率の比に対して示したものであり、利得はこの比が約１に達するまでこの比とともに低下し、そこで安定水準に達し、その後は極めてゆっくりと低下している。図１１及び１２を生成するために用いられた試料はすべて、厚さ７６．２ミクロンであり、吸収率を０．０９ｍｍ−１とした。
【００５１】
本開示の全体を通じて開示される他のいかなる実施形態において、光学フィルム積層体が他の層又は要素を有する場合であっても、リターダンス層が本明細書に開示される特性を潜在的に示し得るものである点は理解されるはずである。
【００５２】
本明細書に述べられる光学フィルム積層体は、少なくとも第１の反射偏光板及び第２の反射偏光板を有し、これら２つの偏光板の間にリターダンス層が配置されている。リターダンス層が上記に述べたようなリターダンス層の面内／面外比及びリターダンス値を示すこのような構造によって、光学利得の向上を実現することができる。より詳細には、光学フィルム積層体は少なくとも１．５、又は少なくとも１．６、又は少なくとも１．７、又は少なくとも１．８の光学利得を実現することができる。いくつかの実施形態では、光学利得は１．８５よりも大きくなり得る。
【００５３】
いくつかのの実施形態では、光学フィルム積層体は、第１の反射偏光板及び第２の反射偏光板並びにリターダンス層以外の他の層を有し得る。このようなフィルムの１つの例を図３に示す。光学フィルム積層体３００は、第１の反射偏光板３０２、リターダンス層３０４、及び第２の反射偏光板３０６を有している。本明細書に述べられる図１の光学フィルム積層体１００及びバックライト１０８に関するすべての設計上の考慮点及び可能性は、図３の光学フィルム積層体３００及びバックライト３０８に同様に当てはまるものである。積層体３００は、第１の反射偏光板３０２の、リターダンス層３０４とは反対側の面３２４に取り付けられたディフューザープレート３２０を更に有している。ディフューザープレート３２０は、２つの層を機械的に結合することを含む任意の数の方法によって第１の反射偏光板３０２に取り付けることができる。例えば、ディフューザープレート３２０と第１の反射偏光板３０２とは接着層によって結合することができる。いくつかの実施形態では、接着剤は光学的に透明なものである。ディフューザープレート３２０は、任意の適当な光学的結合接着材料であってよい光学結合層３２２によって第１の反射偏光板３０２と結合される。少なくともいくつかの実施形態では、この光学結合層３２２は、１．５よりも低い、又は１．２よりも低い屈折率のような低い屈折率を有する。光学結合層は、幾つか例を挙げただけでもシリコーン（ｎ＝１．４１）、ＭｇＦ（ｎ＝１．３９）、エアロゲル（ｎ＝１．１）、又は非多孔質ポリマーゲル（ｎ＝１．１５〜１．３）で形成することができる。
【００５４】
ディフューザープレート３２０を使用することによりバックライト３０８から受光される光が拡散され、これにより、第２の反射偏光板３０６から出射した後、液晶パネルに最終的に入射する照明光の均一性が高められる。ディフューザープレート３２０は、剛性のシートとして形成された、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、又はシクロオレフィンなどのポリマー基質に基づいたものであってもよい。こうしたシートは、例えば有機粒子、無機粒子又は空隙（気泡）などの拡散粒子を含む。他の実施形態では、ディフューザープレートは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，４４６，８２７号に述べられるように、剛性の有機又は無機基板と、該基板の一方の面に直接隣接した、特定の透過率及びヘイズ度を有するポリマー体積拡散シートとを有してよく、該プレートの構造的及び光学的機能は２つのシートに分けられている。
【００５５】
更なる実施形態では、本説明文の光学フィルム積層体は、利得及びコントラスト比の向上に寄与する更なる要素を含んでもよい。図５は、光学フィルム積層体５００の方向に光を向けるバックライト５０８を示している。本実施形態では、光学フィルム積層体は、第１の反射偏光板５０２、第２の反射偏光板５０６、及び第１の反射偏光板と第２の反射偏光板との間に配置されたリターダンス層５０４を有している。本明細書に述べられる図１の光学フィルム積層体１００及びバックライト１０８に関するすべての設計上の考慮点及び可能性は、図５の光学フィルム積層体５００及びバックライト５０８に同様に当てはまるものである。図３の実施形態と同様、積層体は、必要に応じて、リターダンス層５０４とは反対側にある、第１の反射偏光板５０２の側面にディフューザープレート５２０を有してもよい。ディフューザープレート５２０は、光学結合層５２２によって第１の反射偏光板５０２と結合することができるが、その場合、この光学結合層５２２は、いくつかの実施形態において、１．５よりも低い、又は１．２よりも低い屈折率を有してよく、例えば光学結合層３２２に関して述べた材料などの任意の数の適切な材料で形成することができる。（上記を参照されたい）
【００５６】
更に、光学フィルム積層体５００は輝度上昇フィルム５３０を有し得る。輝度上昇フィルムは第１の主面５３４及び第２の主面５３６を有し得る。第１の主面は、第２の反射偏光板に取り付けられる滑らかな表面であってよい。第１の主面５３６は、第２の反射偏光板５０６の、リターダンス層５０４とは反対側の面５３８に取り付けることができる。少なくともいくつかの実施形態では、輝度上昇フィルム５３０の第１の主面５３６は、接着層５３２によって第２の反射偏光板５０６に取り付けられる。接着層５３２は、例えば、１．５よりも低い、若しくは１．２よりも低い屈折率のような低い屈折率を一般的に有してよく、又は接着層５３２は屈折率整合層であってもよい。輝度上昇フィルムの第２の主面５３６は、一般的に、多数のプリズム状構造５４０若しくはレンズレット、又は円錐若しくは曲面の側面を有する円錐などの他の突起物を有する構造化表面とすることができる。
【００５７】
輝度上昇フィルム５３０は、一般的に、ＢＥＦ  ＩＩ  ９０／２４、ＢＥＦ  ＩＩ  ９０／５０、ＢＥＦ  ＩＩＩＭ  ９０／５０、及びＢＥＦ  ＩＩＩＴを含む、例えばスリー・エム社（3M Company）より販売されるＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＢＥＦ  ＩＩ及びＢＥＦ  ＩＩＩファミリーのプリズム状フィルムのような、スリー・エム社（3M Company）より販売される輝度上昇フィルムに相当するものでよい。
【００５８】
プリズム状構造５４０をより詳しく見てみると、各構造は、頂点５４３において出合う第１のファセット面５４２ａと第２のファセット面５４２ｂとを有するものとして一般的に理解することができる。頂角θは、約８０°〜１１０°の間、又は約８５°〜約９５°の間、又は約９０°であってよい。プリズム状構造の頂角（例えば５４３）は、フィルム５３０の隣の頂点からほぼ一定の変位量を有してよい。この間隔はピッチ５４４として理解される。フィルム５３０のプリズム状構造５４０のピッチは、約２０ミクロン〜約６０ミクロンであってよい。いくつかの実施形態では、構造のファセット面は湾曲していてよく、それらの頂点は丸みがつけられていてよい。いくつかの実施形態では、構造は、プリズムではなく、ビーズ状のゲインディフューザーのビーズなどのレンズ状又は半球状の突起である。様々な実施形態において、プリズム状構造は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２０１０／０１２８３５１号に述べられるもののような、曲面の側面を有する円錐とすることができる。構造はまた、例えば角錐であってもよい。
【００５９】
図２に示されるリターダンス層２０４と同様、リターダンス層５０４は、互いに整列あるいは交差された２以上のＰＥＴ副層で構成することができる。輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）を含まない光学フィルム積層体と同様、図５の積層体は、少なくとも１．５、又は少なくとも１．６、又は少なくとも１．７、又は少なくとも１．８の光学利得のレベルを実現することができる。いくつかの実施形態では、光学利得は１．８５よりも高い場合すらあり、１．９に近づく場合もある。
【００６０】
本明細書に引用したすべての参照文献及び刊行物は、本開示と直接矛盾しうる場合を除いて、それらの全容を参考として本開示に明確に援用するものである。本開示の例示的な実施形態を検討するとともに本開示の範囲内の可能な変形例について言及した。本開示におけるこれらの変形例及び改変例、並びに他の変形例及び改変例は本開示の範囲から逸脱することなく当業者には明らかであり、また、本開示は本明細書に記載される例示的な実施形態に限定されないことは理解されるはずである。したがって本開示は、以下に示す特許請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。
【図１】
2014505904.tif 000004
【図２】
2014505904.tif 000005
【図３】
2014505904.tif 000006
【図４】
2014505904.tif 000007
【図５】
2014505904.tif 000008
【図６Ａ】
2014505904.tif 000009
【図６Ｂ】
2014505904.tif 000010
【図７Ａ】
2014505904.tif 000011
【図７Ｂ】
2014505904.tif 000012
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2014505904.tif 000015
【図９Ｂ】
2014505904.tif 000016
【図１０Ａ】
2014505904.tif 000017
【図１０Ｂ】
2014505904.tif 000018
【図１１】
2014505904.tif 000019
【図１２】
2014505904.tif 000020
【国際調査報告】
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2014505904.tif 000022
2014505904.tif 000023
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