(57)【要約】【課題】　層間挿入されたナノ層状粒子を使用した光学要素を提供する。【解決手段】　ポリマーバインダー中に微小な層状粒子の分散体を含有する、粗さ平均（Ｒａ）１〜２００μｍを有する表面特徴をもつ基体を含んでなる光学要素。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ポリマーバインダー中に微小な層状粒子の分散体を含有する、粗さ平均（Ｒａ）１〜２００μｍを有する表面特徴をもつ基体を含んでなる光学要素。
【請求項２】
　前記表面特徴が線状配列の曲面を含む、請求項１に記載の光学要素。
【請求項３】
　前記表面特徴が複合レンズを含む、請求項１に記載の光学要素。
【請求項４】
　前記表面特徴が少なくとも一つの曲面と一つの平面をもつレンズを含む、請求項１に記載の光学要素。
【請求項５】
　前記微小な層状粒子が表面特徴と一体である、請求項１に記載の光学要素。
【請求項６】
　前記微小な層状粒子が表面特徴と隣接する層にある、請求項１に記載の光学要素。
【請求項７】
　透過光が光の移動方向に少なくとも０.０２の、２００を超える屈折率の変位を有する、請求項１に記載の光学要素。
【請求項８】
　前記層状粒子が層間挿入された層状材料を含む、請求項１に記載の光学要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、ポリマーバインダー中に微小な層状粒子の分散体を含有する、粗さ平均（Ｒａ）１〜２００μｍを有する表面特徴をもつ基体を含んでなる光学要素に関する。更に詳細には、本発明は、背後投射型液晶表示装置用の照明光を管理するための光学要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
　光を散乱または拡散させる光学構造は、一般に、二つの方法：（ａ）多くの方向に光を屈折または散乱させるために表面粗さを利用する表面拡散体として、または、（ｂ）平坦な表面と埋め込まれた光散乱性要素とを有する塊状拡散体として、の一方で機能する。
【０００３】
　前者の種類の拡散体は、普通、その粗面を大気に曝して用いられ、拡散体材料と周囲の媒体との間の屈折率に可能な最大の差を与え、結果として入射光に対して最大の角拡散を与える。しかしながら、このタイプの先行技術のある光拡散体では、高度の背後散乱性が起こり、また空気との接触が必要であるという二つの大きな障害を受ける。背後散乱性によって、光が正確に拡散体を通過すべき時に始発光源の背後で光の重要な部分の反射を引き起こして、その光学系の効率を落としてしまう。第二の障害では、正確に操作するためにその粗面が空気と接触していなければならないという要件によって、また、結果的に低効率となってしまう。仮に、拡散体の入力および出力表面が両方ともその他の材料、例えば接着剤のような材料内に埋め込まれていると、その拡散体の光分散能が、望ましくないレベルまで低下してしまうことにもなりかねない。
【０００４】
　第２のタイプの拡散体、塊状拡散体の一つの変形では、第２の屈折率からなる小粒体または小球体が、拡散体の第１の材料内に埋め込まれている。塊状拡散体のその他の変形では、拡散体材料の屈折率が拡散体の母体にわたって変化し、それによって、当該材料を通過する光を、異なる地点で屈折または散乱させる。また、塊状拡散体には、いくつかの実際上の問題がある。仮に、高角度の出力分布を得ようとすると、その拡散体は、一般に、同じ光学散乱能を有する表面拡散体よりも厚くなる。しかし、仮に、その塊状拡散体が薄くされるならば、大部分の用途のための望ましい特性、当該拡散体の散乱能が、低くなり過ぎることがある。
【０００５】
　上記の困難性にも拘わらず、埋め込まれた拡散体の方が望ましく、第１のタイプの拡散体は適当でないという用途がある。例えば、拡散体は、障害からこれを保護するために、液晶表示装置の出力偏光子層と出力硬質被覆層との間に埋め込むことが可能である。これに加えて、薄い側面を有する拡散体とすれば、他の材料に埋め込まれるときに広範囲の光学拡散能を保有して低い光学背後散乱性を有するようになり、それによって慣用の拡散体よりも高い光学的効率を有するようになるから、非常に望ましいこととなる。
【０００６】
　米国特許第６,０９３,５２１号明細書には、写真部材の上面に少なくとも一層の感光性ハロゲン化銀層と写真部材の底面に少なくとも一層の感光性ハロゲン化銀層とを含み、孔質ポリエステルポリマーの少なくとも一層と非孔質ポリエステルポリマーの少なくとも一層とを含むポリマーシートを含む写真部材が記載されているが、その画像形成部材は、３８〜４２％のパーセント透過率を有する。米国特許第６,０９３,５２１号明細書に記載される孔質層は、静止画像を照らすために使われる先行技術のライトボックスで使用されるバック照明を拡散するが、３８〜４２％のパーセント透過率では、観察者の視力が液晶表示に達するに充分な光とはならない。典型的に、液晶表示装置の場合には、バックライト拡散体は、その拡散体に入射する光の少なくとも６５％、そして好ましくは少なくとも８０％が透過できなければならない。
【０００７】
　米国特許第６,０３０,７５６号（Bourdelais 等）明細書では、写真要素に、透明なポリマーシート、少なくとも一層の二軸延伸ポリオレフィンシートおよび少なくとも一層の画像層が含まれるが、当該ポリマーシートは、２０〜１００ｍＮの剛性を有し、その二軸延伸ポリオレフィンシートは、３５〜９０％の分光透過率を有し、そしてその二軸延伸ポリオレフィンシートは、６５％未満の反射濃度を有する。米国特許第６,０３０,７５６号明細書の写真要素では、前面のハロゲン化銀と裏面のハロゲン化銀画像とを分けているが、その孔質ポリオレフィン層が光を大量に拡散し過ぎて、暗い液晶表示画像を形成してしまう。また、当該シートに白色顔料を加えると、バックライトに許容できない程の散乱が生じてしまう。
【０００８】
　米国特許第４,９１２,３３３号明細書では、Ｘ線増感紙が微孔質ポリマー層を使用して、画像形成感度や鮮明さの改善のための反射小レンズを作ることが開示されている。米国特許第４,９１２,３３３号明細書に開示される材料は、Ｘ線エネルギーに透過性であるが、当該材料は、非常に低い可視光エネルギー透過率しか有さず、ＬＣ装置に適合しない。
【０００９】
　米国特許第６,１７７,１５３号明細書には、液晶表示装置での光の視角を広げる空孔を含む延伸ポリマーフィルムが開示されている。米国特許第６,１７７,１５３号明細書における空孔は、二次延伸時に溶媒キャストポリマーを強く破砕することによって形成される。これら材料のアスペクト比は、入射光を付形させてその視角を拡大するが、均一な光の拡散を与えず、液晶形成画像に不均一な照明効果が生じてしまう。また、開示される空孔の形成方法では、結果として、光の拡散および光の透過の最適値を与えない空孔の大きさと空孔分布になってしまう。この特許の実施例１では、報告される９０％の透過率には、可視波長および非可視波長を積算して４００〜１５００ｎｍの波長が含まれるが、５００ｎｍでの透過率は入射光の３０％未満である。かかる値では、液晶表示のような画像表示に有用ないかなる拡散フィルムにも受入れられない。
【００１０】
　画像形成製品用に、より薄く、より剛性の基材を有することを望む需要は、かなり認められている。コストの利点に加えて、薄い基材では、多くの他の基準を満足させることが可能である。例えば、映画や関連娯楽業界では、薄い写真基材は、同じ大きさのリールに対してより長いフィルムのフィート数が可能となる。しかしながら、基材の厚さが減ると、典型的に、剛性が減少する結果となり、これによりカール、運搬、および耐候性の点で不利益な結果が生じる。電子表示材料、例えば液晶表示の場合には、構成部品が軽量でかつ柔軟性であることは望ましいことである。
【００１１】
　最近、スメクタイト粘土を用いて製造したナノ複合体材料が、そのユニークな特性のために、自動車業界および包装業界のような産業部門から相当興味深く受入れられてきた。これらの特性には、改良された熱歪特性、バリア特性、および機械的特性が含まれる。その関連先行技術は、米国特許第４,７３９,００７号、同第４,８１０,７３４号、同第４,８９４,４１１号、同第５,１０２,９４８号、同第５,１６４,４４０号、同第５,１６４,４６０号、同第５,２４８,７２０号、同第５,８５４,３２６号、同第６,０３４,１６３号明細書に説明されている。しかしながら、より剛性で、柔軟な支持体用の画像形成材料にこれらのナノ複合体を使用することは、前記した特許には認められない。
【００１２】
　スメクタイト粘土を用いてより剛性のポリマー支持体を得るためには、粘土がポリマーマトリクス中に層間挿入され、または表層剥離されることが必要である。スメクタイト粘土を層間挿入し、次いで熱可塑性ポリマーと相溶化させる開発方法に向けては、相当な努力の突上げがあった。このことは、粘土のホスト格子が親水性であり、これをポリマーに層間挿入することを可能とするためには、その小板表面を親有機性とする化学的変性がなされなければならないという理由のためである。望ましいポリマー特性の増進を得るために、今までに開発された層間挿入技術の全ては、バッチ処理であり、時間浪費的であり、かつ全体の製品コストを増大させる結果となっている。
【００１３】
　一般的に用いられる二つの主要なアプローチ−好適なモノマーを層間挿入し、続いて重合する方法（現場重合として知られている、岡田等著、Polym Prep. 第２８巻、第４４７号、１９８７年参照）または溶液からモノマー／ポリマーを層間挿入する方法−がある。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）およびポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）は、十分な成功とは言えないが、粘土小板に層間挿入するのに使用されてきた。Journal of Colloid and Interface Science、第５０(３)巻、４４２号、１９７５年の「モンモリロナイトに係るポリビニルピロリドンの層間挿入吸着」においてLevy 等によって記載されるように、無水エタノールで継続的に洗浄することによって、ＰＶＰを単イオン性モンモリロナイト粘土の小板内に収着させ、次いで水の量を変えながら、ＰＶＰを１％のＰＶＰ／エタノール／水溶液と接触させることによって、ＰＶＰを収着させる試みがなされてきた。ＰＶＰ／エタノール／水溶液と接触させた後では、唯一、Ｎａ−モンモリロナイトのみが、２０オングストロームの基底面間隔を超えて拡張した。Greenland 等による研究、「モンモリロナイトによるポリビニルアルコールの吸着」、Journal of Colloid Science、第１８巻、６４７〜６６４号（１９６３年）には、モンモリロナイトに係るＰＶＡの収着は、溶液中のＰＶＡの濃度に依存することが開示されている。収着は、１重量％のポリマーオーダーのポリマー濃度でのみ有効であることが見出されている。その企業化は、希釈されて層間挿入された層状材料または粒子を乾燥することに限られていたため、更なる企業化への努力は全くなされなかった。Richard 等による最近の研究、「New Polymer Electrolyte Nanocomposites: Melt intercalation of polyethylene oxide in mica type silicates（新規なポリマー電解質ナノ複合体：雲母型珪酸塩における酸化ポリエチレンの溶融層間挿入）」、Adv. Materials、第７(２)巻、１５４〜１５６号、１９９５年では、１７.７オングストロームのｄ−面間隔を達成するために２〜６時間、８０℃に加熱することによって、ＰＥＯが、Ｎａ−モンモリロナイトおよびＬｉ−モンモリロナイト中に層間挿入された。観察された層間挿入の程度は、溶液から得られたもの（V. Mehrotra、E.P. Giannelis 、Solid State Commun.、第７７巻、１５５号、１９９１年）と同じであった。他の最近の研究（米国特許第５,８０４,６１３号明細書）では、カルボン酸およびその塩、ポリカルボン酸およびその塩、アルデヒド、ケトン、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる少なくとも１個のカルボニル官能基を有するモノマー有機化合物の収着を扱っている。同様に、米国特許第５,８８０,１９７号明細書では、アミンもしくはアミド官能基またはそれらの混合物を含有するモノマー層間挿入物を使用することを議論している。これら特許の両者および他の同じ群で派生した特許では、層間挿入が、水のような層間挿入物のキャリア中で極めて薄められた粘土の濃度下で達成されている。このことは、結果としてポリマー中に分散して層間挿入する前には乾燥工程が必要で、かつ高価につくことになる。ＷＯ９３／０４１１８号明細書には、シランカップリング剤またはマトリクスポリマーと相溶性である反応基を有する第４級アンモニウム化合物のようなオニウムカ���オンの吸着に基づく層間挿入処理が開示されている。
【００１４】
　光拡散体、光誘導器、導光器、明るさ増強フィルム、および偏光フィルムを含む先行技術の光学要素には、典型的に、繰り返しの、整った幾何学模様またはランダムな幾何学模様が含まれている。その幾何学模様は、典型的に、意図する光学機能を達成するために、単一のサイズ分布を有している。一つの具体例は、正確な微小プリズムを利用する液晶表示用の明るさ増強フィルムである。この微小プリズムの幾何学模様は、シート全体にわたって単一のサイズ分布を有していて、偏光シートと共に使われるときは、その微小プリズムの上面が偏光シートと接している。これら先行技術の光学要素がシステムとして使われるときには、液晶表示装置における場合のように、当該光学要素は、典型的に光学接触している。先行技術の光学要素の焦点距離には、他の光学要素との関連で、一般に、その光学要素の厚さが含まれる。
【００１５】
　先行技術の光学スペーサー材料には、典型的に、薄い、透明なポリマーシートが含まれて、二つの光学部材間に光学面間隔が与えられる。光学スペーサー材料は、光学部材の焦点距離を変えるため、あるいは二つの光学部材間を保護するために使われる。光学部材には、一体の光学スペーサーが含まれていることが望ましい。
【００１６】
　米国特許第６,２６６,４７６号（Shie 等）明細書には、光拡散用のポリマーシートの表面における微細構造について開示されている。この微細構造は、基体表面にフレネルレンズを成形することによって作られ、光の出力を所望の分布、パターンまたはエンベロープに付形するように、光源からの出力光の方向をコントロールする。米国特許第６,２６６,４７６号明細書に開示される材料は、光を付形し、平行にするが、そのため、特に液晶表示装置用の効果的な光の拡散体とはならない。更に、その微小構造は、単一のサイズ分布からなる。
【００１７】
　一方の表面に表面テキスチャーを有する樹脂で被覆された樹脂を有する透明なポリマーフィルムを作製することは、知られている。この種の透明なポリマーフィルムは、生の（未被覆の）透明ポリマーフィルムがポリエチレンのような溶融樹脂で被覆される際に熱可塑的に型押し処理することによって作製される。表面に溶融樹脂をもつ透明ポリマーフィルムが、表面模様を有する冷却ローラと接触する。冷却水が、樹脂から熱を奪うようにローラを通して供給され、それを固化し、透明ポリマーフィルムに付着させる。この処理の間に、冷却ローラ表面の表面テキスチャーが、樹脂被覆された透明ポリマーフィルムに型押される。よって、冷却ローラ上の表面パターンは、被覆された透明ポリマーフィルム上の樹脂に作られる表面にとって重要である。
【００１８】
　冷却ロールを作製する公知の先行方法の一つには、機械式型彫り法を用いて主要な表面パターンを作ることが含まれる。その型彫り法には、表面に工具の縦筋を引き起こす心狂い、高価格、および非常に長い処理といったことを含む多くの制約を有する。したがって、冷却ロールを製造するには機械式型彫りを使用しないことが望ましい。
【００１９】
　米国特許第６,２８５,００１号（Fleming 等）明細書には、融触した基体上の繰返し微細構造の均一性を改善し、あるいは融触した基体上に３次元微細構造を作るため、基体の融触にエキシマレーザを用いる暴露処理が述べられている。この方法では、複雑なランダム３次元構造体を製造するためのマスター冷却ロールを作ることは困難であり、また法外なコストもかかる。
【００２０】
　米国特許第６,１２４,９７４号（Burger）明細書では、基体は、リトグラフ法によって作られる。このリトグラフ法では、フォトマスクが連続して繰り返されて、所望の小レンズに相当する３次元レリーフ構造が作られる。プラスチックフィルム内に３次元形状を作るためにマスターを形成するこの手順は、時間の浪費であり、コスト的にも法外なものである。
【００２１】
【特許文献１】米国特許第５,９８１,１２６号明細書
【特許文献２】米国特許第６,０３４,１６３号明細書
【特許文献３】米国特許第６,０９３,５２１号明細書
【特許文献４】米国特許第６,１７７,１５３号明細書
【特許文献５】米国特許第６,２６６,４７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
　熱可塑性ポリマーにスメクタイト粘土を層間挿入し、分散させることは、難しい。本発明では、この問題を克服するための技術を提供することを目的とする。また、本発明では、ウェブに層間挿入できる、改良された分散性のスメクタイト粘土をもつ製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
　本発明によれば、ポリマーバインダー中に微小な層状粒子の分散体を含有する、粗さ平均（Ｒａ）１〜２００μｍを有する表面特徴をもつ基体を含んでなる光学要素が提供される。また、本発明によれば、バックライト型画像形成媒体、液晶表示部材および装置、並びにそれらの製法が提供される。本発明によれば、高い光透過率を維持しながら、改善されたヘイズを与える層状微粒子材料を含む光学要素が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
　本発明では、当該分野での先行技術に優る多くの利点を有する。本発明では、層状材料をもつ光拡散体、導光器またはフォーカシングフィルムのような光学要素が提供される。当該層状材料は、比較的少量の層状材料を添加した光学特徴であるために、高い光の透過率を維持したまま、透過光の散乱を与える。更に、層状材料を添加すると、二重の光学的機能を与える。例えば、プリズムシートへの層状材料の添加は、プリズムフィルムの規則的な構造によって生じるモアレパターンを減らしながら、光の付形性と光の拡散性の両者を与える。光拡散体に係る高い透過率は、高い透過値であると液晶の表示をより明るくし、その明るさレベルを同じに保つことを可能とし、バックライト用の電力消費を減らして、それによってノートブック型コンピュータ−に共通するバッテリー出力の寿命を延ばすことを可能とするので、液晶表示装置にとって特に重要である。本発明に有用なナノ複合体要素では、多くの液晶装置に係る所望の拡散要件や光透過率要件を達成するように容易に変えることができ、それによって本発明の材料を、液晶表示市場において急速に変化する製品需要に対応することが可能となる。
【００２５】
　本発明では、液晶表示装置に用いられる粗面と明るさ増強フィルムを有する先行技術の複数の光拡散体間の空隙に係る必要性が排除される。この空隙を排除すると、光学要素を、液晶表示装置における他のフィルム部材と親密に結合させることが可能となり、そのユニットの軽量化と低廉化が図られる。
【００２６】
　本発明の材料では、バックライト光源に不要な引掻き傷を生じさせて液晶表示装置の透過効率を低下させる、先行技術の孔質ポリマーフィルムに特有な無機粒子を含まない。更に、当該拡散体の弾性モジュラスおよび耐引掻き傷性が、先行技術のキャスト塗工されるポリマー拡散体を超えて改善されるので、液晶表示装置の組立て操作時に一層強靭な拡散体となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
　本発明は、層状粒子またはスメクタイト粘土、好ましくは親水性成分、そしてより好ましくは付加的に親油性成分を有する有機材料で層間挿入されたスメクタイト粘土のような材料を用いる製品である。前記した有機材料には、界面活性剤、エトキシル化アルコールおよび／またはブロック共重合体が含まれてよい。層間挿入された粘土によって、可視光を拡散させる数個の屈折率の変化がもたらされる。レンズのような光学要素にナノ複合体材料を加えると、ポリマー要素の機械的強度が改善され、それによってシートの耐引掻き傷性が向上し、更にシートの剛性が改善されて、より薄く、より軽量な材料の使用が可能となる。一層薄く、軽量となった材料によって、表示装置の重量および大きさが減少し、当該装置をより小さく、より軽くすることが可能となる。また、本発明に有用な層間挿入された粘土は、基材ポリマーの熱的特性を改善して、熱い車内または戦車のような軍用車両内で遭遇する温度での本発明材料をより熱的および光学的に安定にする。熱的および光学的に安定であると、表示装置が使用できる環境範囲が拡大する。これらおよび他の利点は、以下の詳細な記載から明らかとなる。
【００２８】
　粗さ平均は、全体の測定配列にわたって計算された算術平均高さである。その算術平均は、平均平面からの表面形状の絶対値の平均値である。測定される配列は、典型的に１０ｍｍからなり、そのユニットはμｍで表わされる。粗さ平均は、接触針またはレーザ法で測定できる。
【００２９】
　「微小な」層状粒子材料は、少なくとも粒子の一方向、典型的にはその層厚が数平均ベースで０.１〜１００ｎｍである、スメクタイト粘土のような無機相を意味する。「基底面」は、通常、Ｘ-線結晶学で定義されるような層状材料の（００１）面を意味し、そして「基底面間隔」は、数平均ベースでの最近接等価基底面間の中間層の距離を意味する。
【００３０】
　用語「ＬＣＤ」は、画像形成に液晶を用いるいかなる背面投射型表示装置をも意味する。用語「拡散体」は、正反射性の光（一次方向の光）を拡散光（ランダム方向の光）に拡散できるいずれかの材料を意味する。用語「光」は、可視光を意味する。用語「拡散光透過率」は、５００ｎｍでの全体の透過光％に対する５００ｎｍでの拡散透過光％に１００を掛けた割合を意味する。用語「ポリマーフィルム」は、ポリマーを含むフィルムを意味する。用語「ポリマー」は、単独重合体および共重合体を意味する。
【００３１】
　「ナノ複合体」は、少なくとも一種の成分が、少なくとも０.１〜１００ｎｍ範囲の一つの寸法をもつ、スメクタイト粘土のような無機相を含む複合材料を意味する。「プレート」は、同じ大きさ規模の二つの寸法をもち、それが第３の寸法よりかなり大きい粒子を意味する。ここで、粒子の長さと幅は、比較できる大きさからなるが、粒子の厚さより大きい量のオーダーである。
【００３２】
　「層状材料」は、多くの隣接境界層の形態にあるスメクタイト粘土のような無機材料を意味する。「小板」は、層状材料の個々の層を意味する。「層間挿入」は、米国特許第５,８９１,６１１号明細書（１０行５欄〜２３行７欄）に説明されるように、通常、Ｘ-線回折技術によって検出される、層状材料の小板間に一種以上の異質の分子または異質分子からなる一部分が挿入することを意味する。
【００３３】
　「層間挿入物」は、前記層状材料の小板間に挿入された前記異質分子を意味する。「離脱」および「離層」は、何らの積み重ね秩序も無しに無秩序な構造まで内部の個々の小板が分離することを意味する。「層間挿入された」とは、少なくとも部分的に層間挿入および／または離脱がなされている層状材料を言う。「有機粘土」は、有機分子で変性された粘土材料を意味する。
【００３４】
　本発明で有用な微小な層状粒子材料は、０.１〜１００ｎｍ、そして典型的には０.５〜１０ｎｍ範囲の層厚寸法を有する。その平均の基底面の離隔は、望ましくは０.５〜１０ｎｍの範囲、好ましくは１〜９ｎｍの範囲、そして典型的には２〜５ｎｍの範囲にある。
【００３５】
　バックライトのより良いコントロールおよび管理は、液晶表示（ＬＣＤ）に係る影響力のある技術的進歩である。ＬＣＤスクリーンと他の電子的ソフト表示媒体は、主として正反射性の（高度の方向性の）蛍光灯で背後から照らされている。拡散フィルムは、全体の表示域にわたって光を均等に分配し、そして当該光を正反射性から拡散性に変えるために使われている。表示スタックの液晶部分を励起する光は、狭い円柱として放散し、再分散されなければならない。拡散体は、高められた視角に向けて選択的に水平に光を放散させるために、表示のこの部分に使われる。
【００３６】
　拡散は、それが屈折率を変えて材料を通過する際に光を散乱させることによって達成される。この散乱によって、光エネルギー用の拡散媒体が生ずる。光の透過率と拡散との間には相反関係があり、これら二つのパラメータの最適組み合わせは、それぞれの用途で見出されなければならない。
【００３７】
　その背後の拡散体は、光源の直ぐ前に配置されて、正反射性の光を拡散光に変えることによって表示の全体にわたって光を一様にするために用いられる。拡散フィルムは、単一の光学構造体から作られて、当該光を全方向に放散する。ＬＣＤの背後の光を拡散させる先行方法には、異なる屈折率をもつポリマーフィルムを層状に重ねること、当該フィルム上にパターンを型押しすること、または当該フィルムを艶消樹脂またはビーズで被覆することが含まれる。
【００３８】
　前方の拡散体の役割は、方向選択性をもつ液晶（ＬＣＤ）から来る光を放散させることである。当該光は、密に集光されたビームとなって最高効率でＬＣに入り、そしてそれが出るときは狭い円柱光として現れる。拡散体では、光を選択的に広げるために光学的構造が用いられる。殆どの会社では、一つの軸に沿って光を選択的に伸ばすために、楕円形の微細レンズを形成している。また、この方向性は、化学的または物理的手段によって形成されるポリマーマトリクスおよび表面の微細レンズにおける楕円形状のポリマーによっても達成される。本特許では、光を一様に分散させる光拡散の用途の周辺に焦点を当てている。
【００３９】
　ポリマー拡散フィルムは、少なくとも一方の面に、多数のランダムな微小レンズ、即ち小レンズの形態で模様付けされた表面を有する。用語「小レンズ」は、小さいレンズを意味するが、本議論の目的に関しては、用語のレンズおよび小レンズは同じものであると解されてよい。小レンズは、重なり合って複合レンズを形成している。「複合レンズ」は、その表面に多数の小さい方のレンズを有する大きい方のレンズを意味する。「大きい方のレンズ」は、小さい方のレンズがその表面にランダムに形成されている大きい方の小レンズを意味する。「小さい方のレンズ」は、大きい方のレンズ上に形成されている大きい方のレンズより小さいレンズを意味する。全てが異なる大きさと形からなる複数のレンズが互いの上部に形成されて、カリフラワーに類似する複合レンズの特徴が形成される。小レンズまたはこの小レンズによって形成される複合レンズは、透明ポリマーフィルムの内方に凹状としてもよいし、あるいは透明ポリマーフィルムの外方に凸状にしてもよい。用語「凹」は、フィルム表面に最も近い球体の外面をもつ球体表面のように湾曲していることを意味する。用語「凸」は、フィルム表面に最も近い球体の内面をもつ球体表面のように湾曲していることを意味する。用語「上面」は、光源から離れた方のフィルム表面を意味する。用語「底面」は、光源に近い方のフィルム表面を意味する。
【００４０】
　本発明の一つの実施態様では、月のクレーター表面に喩えることができる。月を叩く小惑星が、他のクレーターから離れてクレーターを形成し、それが他のクレーターの一つと重なり、それをその他のクレーター内に形成するか、あるいはその他のクレーターを飲み込んでしまう。更に多くのクレーターが刻まれるに連れて、月の表面は、透明なポリマーフィルムに形成された複雑なレンズのような複雑な陥没となる。
【００４１】
　各小レンズの表面は、レンズを通過するエネルギーの光線路を変える小型のレンズとして働く局部的な球体断片である。各小レンズの形態は、各小レンズの表面が球体の扇形であるが、必ずしも半球体ではないことを意味する「半球形」である。その曲面は、透明ポリマーフィルムに平行な第１の軸（ｘ）に関して測定される曲率半径、透明ポリマーフィルムに平行で、かつ第１の軸（ｘ）と直行する第２の軸（ｙ）に関して測定される曲率半径を有する。一連のフィルム内のレンズは、ｘおよびｙ方向で同じ寸法を有する必要はない。レンズの寸法、例えば、ｘまたはｙ方向の長さは、一般に、フィルムの長さおよび幅よりもかなり小さい。「高さ／直径比」は、複合レンズの直径に対する複合レンズの高さの比を意味する。「直径」は、ｘおよびｙ平面における複合レンズの最大の寸法である。その高さ／直径比の値は、光の拡散量、または各複合レンズが作る拡散の主たる原因の一つである。小さな高さ／直径比は、その直径が、より平らで、より幅広の複合レンズを作るレンズの高さよりもはるかに大きいことを示している。より大きな高さ／直径値は、より高い、薄膜複合レンズであることを示している。複合レンズは、大きさ、形態、光学軸からの偏り、および焦点距離が異なってもよい。
【００４２】
　曲率、深さ、大きさ、間隔、構成材料（これらは、ポリマーフィルムおよび基体の基本的な屈折率を決める）、および小レンズの位置決めは、拡散の程度を決定し、そしてこれらのパラメータは、本発明による製造時に確定される。
【００４３】
　レンズを通る光の発散は、「非対称」と呼んでもよいが、それは、水平方向の発散が垂直方向の発散と相違していることを意味している。その発散曲線は、非対称、即ち、ピークの光透過の方向がθ＝０°の方向に沿ってなく、表面に対して非法線方向にあることである。小レンズの拡散フィルムから光を非対称的に拡散させることを可能にするには、少なくとも三つのアプローチ、即ち、直交方向に関する一方向のレンズの寸法を変化させること、レンズの中心からレンズの光学軸を偏らせること、および乱視レンズを用いること、がある。
【００４４】
　光学軸がそれぞれのレンズの中心から偏っているレンズを有する拡散フィルムを用いることの成果は、非対称な方法でフィルムから光を拡散させる結果となる。しかしながら、レンズ表面は、その光学軸がｘおよびｙの両方向におけるレンズの中心から偏るように形成されてもよいことが理解されよう。
【００４５】
　小レンズの構造は、基体の反対側に作られてもよい。支持体のどちら側の小レンズ構造も、曲率、深さ、大きさ、間隙、および小レンズの位置決めが変えられてよい。
【００４６】
　光を誘導しかつ光を拡散する両機能を有する光学要素を与えるために、当該要素には、微小の層状材料の分散体を含有する１〜２００μｍのＲａを有する表面特徴をもつ基体が含まれている。光を誘導するためのプリズム、光を焦点に合わせるためのレンズまたは光を拡散するための複合レンズのような表面特徴には、好ましくは微小な層状粒子の分散体が含まれる。その層状材料は、本発明の光学的特徴に小さな屈折率の変化を与えて、透過光の拡散を引き起こす。更に、層状材料を加えると、弾性モジュラスや耐引掻き傷性のような機械的特性が改善する。また、本発明に有用な層状材料は、そのポリマーの光学的特徴が、ＬＣＤ表示の典型的な仕事サイクルに見出される高温条件に対して改善された耐高温性を与えることで、熱特性を改善する。本発明の好ましい実施態様では、本発明に有用な層状材料は、当該光学的特徴に不可欠である、つまりその層状材料が光学的特徴内に含まれている。
【００４７】
　本発明の好ましい実施態様では、その表面特徴は規則的である。規則的な表面特徴を与えることによって、光の誘導および光の導通が、本発明の光学要素によって達成される。その他の好ましい本発明の実施態様では、その表面特徴はランダムである。ランダムな表面特徴を与えることによって、光拡散が、本発明の光学要素によって達成される。更に、ランダムな表面特徴は、規則的な表面特徴から派生することがあるモアレのような不要な光学パターンを減少させることがわかっている。
【００４８】
　本発明のその他の好ましい実施態様では、その表面特徴が、光学要素の上部および下部の両者に存在する。光学要素の上部および下部に表面特徴を与えると、数種の異なる光学的機能が一つのシートを用いて達成される。例えば、光学要素の上面にはプリズム構造が含まれ、一方、その底面には拡散体の特徴が含まれて、当該フィルムが透過光エネルギーを誘導しかつ拡散させることを可能とする。
【００４９】
　より好ましい形態では、本発明の光学要素は、５〜５０μｍの表面粗さを有する。この範囲では、光誘導および光拡散のような多くの重要な光学的機能が達成されることがわかっている。
【００５０】
　好ましい実施態様では、本発明の表面特徴には、プリズムが含まれる。プリズム構造は周知であり、表面に対して斜めに入射する光エネルギーを排除することによって、透過光の明るさを効率的に増加する。プリズムの表面特徴に微小な層状材料を加えると、明るさとヘイズが共に増加して、プリズムの線状配向によって生ずるモアレパターンを減少させることを可能にする。
【００５１】
　その他の好ましい実施態様では、本発明の表面特徴にはコーナーキューブが含まれる。コーナーキューブの表面特徴は、周知であり、不要な周囲光のグレアを低下させる。コーナーキューブの特徴に微小な層状材料を加えると、更にそのグレアを低下させて、コーナーキューブの硬さを増し、それによって耐引掻き傷性の増大を低下させることがわかっている。
【００５２】
　本発明のその他の好ましい実施態様では、その表面特徴には、線状配列の曲面が含まれる。曲面は焦点を合わせ、透過光の方向を変えることが知られている。線状配列の曲面に微細な層状材料を加えると、曲面の硬さを増加させて、光拡散を与え、その線状配列が拡散光を焦点に合わせることを可能とする。
【００５３】
　本発明のその他の好ましい実施態様では、表面特徴には、複合レンズが含まれる。複合レンズは、多数のランダムな曲面を有するレンズ構造体であり、非常に効率のよい光拡散体であることがわかっている。複合レンズに微小な層状材料を加えると、レンズの硬さ、夏季に車中で出会う温度に対する耐高温性およびヘイズが増加する。また、複合レンズに微小な層状材料を加えると、光の拡散を更に増加させて、本発明の材料がＬＣＤテレビジョンのような広角視野条件用の透過光を効率的に拡散させることが可能となる。
【００５４】
　複合レンズは、いずれの方向にも４〜２５０個の複合レンズ／ｍｍの平均度数を有していることが好ましい。フィルムが２８５個の複合レンズ／ｍｍの平均度数を有するときは、レンズの幅が光の波長に接近する。当該レンズは、レンズを通過する光に色を与え、表示の色温度を変化させる。４個未満の複合レンズ／ｍｍでは大きすぎて、光を効果的に拡散しないレンズとなる。いずれの方向にも２２〜６６個の複合レンズ／ｍｍの平均度数をもつ凹または凸レンズは、最も好ましい。２２〜６６個の平均度数の複合レンズでは、効率的な拡散を与え、しかも、ランダムにパターン化されたロールに対するキャスト塗工ポリマーを用いて効率よく製造できることが分っている。
【００５５】
　本発明のその他の好ましい実施態様では、その表面特徴に、少なくとも一つの曲面と一つの平面をもつ微小レンズが含まれる。少なくとも一つの曲面と一つの平面をもつ微小レンズは、その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、透過光の明るさを効率的に増加することがわかっている。レンズの表面特徴に微小な層状材料を加えると、明るさとヘイズを共に増加して、モアレパターンを減らすことが可能となる。
【００５６】
　光学要素は、好ましくは、８０％より大きい光透過率を有する。８０％より大きい光透過率を与えることによって、吸収、散乱または反射によっては僅かの光エネルギーしか失われず、表示装置がバックライト集成体によって発生する光エネルギーを効率的に利用することを可能とする。更に、本発明材料では、低い光散乱率を有するので、殆どの入射光が透過することを可能としている。
【００５７】
　当該光学要素は、好ましくは、５０％を超えるヘイズを有している。５０％を超えるヘイズ値であると、効率的な光拡散を与え、そして線状プリズムのような規則的な表面特徴によって起こる不要な光学パターンをかなり低下させることわかっている。本発明のその他の実施態様では、光学要素は、１０％未満のヘイズを有している。１０％未満のヘイズ値であると、周囲の光源からのグレアをかなり減らし、例えば外部拡散体のために十分な光拡散を与えることがわかっている。更に、層状材料を加えると、表面特徴の耐引掻き傷性も改善して、本発明材料がＰＤＡ用の針圧痕に絶えることが可能となる。
【００５８】
　層状材料は、表面特徴に一体部分であること、つまり、幾何学的表面特徴の容積内に含まれていることが好ましい。例えば、プリズム特徴である場合には、その層状材料は、プリズムの表面特徴の容積内に含まれることとなる。一体部分の層状材料は、ポリマー中に混練されて、続いて溶融流成形またはＵＶ塗工に付される。その他の好ましい実施態様では、当該層状材料は、表面特徴に隣接する層内に含まれる。この層状材料は、表面特徴の上部の層内に塗布されてよく、あるいは表面特徴の下方の層内に塗布されてもよい。この層状材料を表面特徴の下方の層内に塗布することによって、正反射性の光を、その表面特徴の前で拡散させることが可能となる。例えば、層状材料の層はウェブに塗布でき、そしてプリズムの表面特徴は、多くのＬＣ装置に共通の底部拡散体を除いて層状材料を有する層に塗布されてもよい。
【００５９】
　本発明のその他の実施態様では、当該光学要素には、空隙、特定の焦点距離および耐引掻き傷性と耐衝撃性を与えるために、光学スペーサーが含まれる。少なくとも５μｍに等しい粗さ平均を有する粗さ表面を含み、その粗さ表面が少なくとも二つの粗さ母集団を含み、その少なくとも二つの母集団が少なくとも８μｍだけ異なる光学要素であることが、好ましい。二つの粗さ母集団をもつ光学要素によって、光拡散体または導光器および１個以上の光学部材からなる光学装置内に空隙を与えるその他の母集団のような、少なくとも１個の機能的光学表面が与えられる。他のものより高い少なくとも１個の粗さ母集団を与えることによって、その高い母集団により、他の光学部材との光学接触を与え、一方では、他の粗さ母集団により、光の誘導または光の拡散のような光学的実用性を与えている。更に、この二つの母集団は、５μｍ未満の空隙では結果的に不要な光干渉パターンとなるので、少なくとも８μｍだけ異なることが好ましい。
【００６０】
　本発明の光学要素と他の光学部材との間の空隙を正確にコントロールすることによって、光学システムにおける光学要素の効率および変動性を大きく改善することができる。具体例には、一体の光学スペーサーを含有している可視光拡散フィルムがある。表面拡散体と他の光学部材との間に光学スペーサーを付与することによって、他の光学部材に侵入する拡散光の拡がりは、その光拡散性要素と比較しての光学スペーサ-の高さによって特定化し、またコントロールすることができる。正反射性光源、例えばレーザは、スペーサーを使用しないで狭いコーン中に表面拡散させることができ、そして当該拡散要素よりも５〜２０倍大きいスペーサーを用いて広いコーン中に表面拡散させることもできる。狭い光拡散コーンでは、ＬＣ装置に狭い視角を与える傾向があり、一方、広いコーンでは、大きな視角を与える。狭いコーン拡散体および広いコーン拡散体の両者は、光拡散の用途によって有用性を有する。
【００６１】
　本発明の光学要素には、好ましくは、幾何学模様のスペーサーが含まれる。機能光学要素よりも高さが大きい幾何学模様のスペーサーによって、明るさ増強フィルムや偏光フィルムのような他の部材と組み合わせて使用されるときに、正確な空隙が与えられる。幾何学形状によって、反射されかつ透過される光エネルギーに関する機械的および光学的な有用性が与えられる。本発明の好ましい実施態様では、本発明に有用な幾何学模様のスペーサーには、シリンダーが含まれる。正反射性光透過の場合にはシリンダーが与えられるが、それは耐衝撃性である。更に、本発明の光学要素が他の光学部材と組み合わせて使用されるときには、当該シリンダーの端部は、優れた接触点を与える。
【００６２】
　５００ＭＰa より大きい弾性モジュラスをもつ表面特徴は、好ましい。５００ＭＰa より大きい弾性モジュラスであると、その表面特徴を他の光学ウェブ材料と組み合わせて感圧接着剤で積層することが可能となる。更に、その表面特徴は機械的に強靭であるため、当該光拡散体は、壊れやすくて、組立てが困難である先行技術のキャスト拡散フィルムに比して、組立て操作の激しさにもよりよく耐えることができる。
【００６３】
　表面特徴は、透明な熱可塑性ポリマーに好ましく塗布される。好ましい重合性ポリマーには、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、ポリビニリデンフロリド、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、ポリエステルイオノマー、およびポリオレフィンイオノマーが含まれる。これらポリマーの共重合体および／または混合物も使用できる。
【００６４】
　本発明に有用な透明ポリマーフィルム用の好ましいポリエステルには、４〜２０個の炭素原子の芳香族、脂肪族または脂環式のジカルボン酸と２〜２４個の炭素原子を有する脂肪族もしくは脂環式グリコールとから得られるものが含まれる。好適なジカルボン酸の具体例には、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、ナトリウムスルホイソフタル酸およびそれらの混合物が含まれる。好適なグリコールの具体例には、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、他のポリエチレングリコールおよびそれらの混合物が含まれる。かかるポリエステルは、当該分野で周知であり、そして周知な技術、例えば、米国特許第２,４６５,３１９号および同第２,９０１,４６６号明細書に記載されるものによって作られてよい。好ましいポリエステルは、テレフタル酸またはナフタレンジカルボン酸と、エチレングリコール、１,４−ブタンジオールおよび１,４−シクロヘキサンジメタノールから選ばれる少なくとも一種のグリコールとの繰返し単位を有するものである。ポリ(エチレンテレフタレート)が、これは少量の他のモノマーで変性されてもよいが、特に好ましい。他の好適なポリエステルには、スチルベンジカルボン酸のような協力酸成分の好適な量を含めることによって形成される液晶コポリエステルが含まれる。かかる液晶コポリエステルの具体例は、米国特許第４,４２０,６０７号、同第４,４５９,４０２号および同第４,４６８,５１０号明細書に開示されるものである。
【００６５】
　本発明に有用な表面特徴には、好ましくは、ポリマーが含まれる。ポリマーは、それが先行技術のガラスレンズと比較して一般的にコストが低いので好ましく、優れた光学特性を有していて、かつ溶融押出、真空成形および射出成形のような公知の方法を用いて効率的にレンズに成形可能である。複合レンズの成形に好適なポリマーには、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、ポリビニリデンフロリド、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、ポリエステルイオノマー、およびポリオレフィンイオノマーが含まれる。これらポリマーの共重合体および／または混合物は、機械的または光学的特性を改善するために用いることができる。透明な複合レンズ用の好ましいポリアミドには、ナイロン６、ナイロン６６、およびこれらの混合物が含まれる。また、ポリアミドの共重合体も、好適な連続相のポリマーである。有用なポリカーボネートの具体例は、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の使用に好適なセルロースエステルには、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、およびこれらの混合物または共重合体が含まれる。好適なポリビニル樹脂には、ポリ塩化ビニル、ポリ(ビニルアセタール)、およびこれらの混合物が含まれる。また、ビニル樹脂の共重合体も、使用できる。本発明に有用な複合レンズ用に好ましいポリエステルには、４〜２０個の炭素原子の芳香族、脂肪族または脂環式ジカルボン酸と２〜２４個の炭素原子を有する脂肪族または脂環式グリコールとから得られるものが含まれる。好適なジカルボン酸の具体例には、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、ナトリウムスルホイソフタル酸およびこれらの混合物が含まれる。好適なグリコールの例には、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、他のポリエチレングリコールおよびこれらの混合物が含まれる。
【００６６】
　ポリカーボネートは、高い光透過率を有し、良好な強度と表面特性を有し、かつ他のポリマーに比して高い屈折率を有するので、最も好ましい。
【００６７】
　画像形成要素の色を変えるために、表面特徴に添加剤を加えることが好ましい。添加できる本発明の添化剤は、蛍光増白剤である。蛍光増白剤は、実質的に、無色で、蛍光性の、有機化合物であり、これは、紫外光を吸収して可視青色光としてそれを放射する。具体例には、４,４´−ジアミノスチルベン−２,２´−ジスルホン酸の誘導体、４−メチル−７−ジエチルアミノクマリンのようなクマリン誘導体、１−４−ビス(o−シアノスチリル)ベンゾールおよび２−アミノ−４−メチルフェノールが含まれるが、これらに限定されない。この効率のよい蛍光増白剤の使用についての望ましい特徴は、期待していない。透過型表示材料用の紫外線源は画像の反対側にあるので、その紫外線の光強度は、画像形成層に普通の紫外線フィルターによっては減少しない。その結果、所望の背景色を達成するためには、より少ない蛍光増白剤が必要となるだけである。
【００６８】
　本発明に好適な層状材料には、望ましくは、著しく高いアスペクト比をもつ板状形態の層状材料を含むいかなる無機相が含まれてもよい。しかしながら、また、高アスペクト比をもつ他の形態も、本発明によれば好都合である。本発明に好適な層状材料には、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、および／またはカルシウムモンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、ボルコンスコアイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、ソボッカイト、スチーブンサイト、スビンフォルダイト、バーミキュライト、マガディアイト、ケニヤアイト、タルク、マイカ、カオリナイト、およびそれらの混合物が含まれる。他の有用な層状材料には、イライト、混合層状イライト／スメクタイト鉱物、例えばレディカイトおよび上記した粘土鉱物をもつイライトの混合物が含まれる。他の有用な、特にアニオンポリマーをもつ有用な層状材料は、層状二重水酸化物またはハイドロタルク石、例えば、Ｍｇ6Ａｌ3.4(ＯＨ)18.8(ＣＯ3)1.7Ｈ2Ｏであり、これは、その中間層空間に、正に荷電した層および交換性アニオンを有する。層に殆どまたは全く電荷を有しない他の層状材料も、それがその中間層の間隙を拡張する膨潤剤で層間挿入できるということを条件として、有効であることがある。かかる材料には、ＦｅＣｌ3、ＦｅＯＣｌのような塩化物、ＴｉＳ2、ＭｏＳ2、およびＭｏＳ3のようなカルコゲン化物、Ｎｉ(ＣＮ)2のようなシアン化物およびＨ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＨＴｉＮｂＯ5、Ｃｒ0.5Ｖ0.5Ｓ2、Ｖ2Ｏ5、ＡｇをドープしたＶ2Ｏ5、Ｗ0.2Ｖ2.8Ｏ7、Ｃｒ3Ｏ8、ＭｏＯ3(ＯＨ)2、ＶＯＰＯ4−２Ｈ2Ｏ、ＣａＰＯ4ＣＨ3−Ｈ2Ｏ、ＭｎＨＡｓＯ4−Ｈ2Ｏ、およびＡｇ6Ｍｏ10Ｏ33のような酸化物が含まれる。好ましい層状材料は膨潤性であり、それによって、他の剤、通常は有機イオンまたは分子はその層状材料に層間挿入および／または表層剥離でき、その結果として望ましい無機相の分散体となる。これらの膨潤性層状材料には、粘土の文献（例えば、H. van Olphen 著の「An introduction to clay colloid chemistry （粘土コロイド化学入門）」、John Wiley & Sons Publishers 社を参照のこと）に定義されるような、２：１型のフィロ珪酸塩が含まれる。５０〜３００ミリ当量／１００ｇのイオン交換能をもつ典型的なフィロ珪酸塩が、好ましい。本発明用の好ましい層状材料には、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、ボルコンスコアイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、ソボッカイト、スチーブンサイト、スビンフォルダイト、ハロイサイト、マガディアイト、ケニヤアイトおよびバーミキュライト、並びに層状二重水酸化物またはハイドロタルク石が含まれる。最も好ましいスメクタイト粘土には、これらの材料が市販されているため、モンモリロナイト、ヘクトライトおよびハイドルタルク石が含まれる。
【００６９】
　前記した粒子は、スメクタイト粘土のような自然物または合成物であってよい。この差異は、含有不純物の粒度および／または量に影響を与える。典型的に、合成粘土は、横の寸法が小さく、そのためより小さなアスペクト比を有する。しかしながら、合成粘土は、天然の粘土と比較してより純粋で、狭い粒度分布からなり、更なる精製や分離は必要としない。本発明の場合は、当該粒子は、０.０１μｍ〜５μｍ、好ましくは０.０５μｍ〜２μｍ、そしてより好ましくは０.１μｍ〜１μｍの横寸法を有することが必要である。粒子の厚さ、即ち縦の寸法は、０.５ｎｍ〜１０ｎｍ、そして好ましくは１ｎｍ〜５ｎｍの間で変わってもよい。粒子の最大の寸法と最小の寸法の比であるアスペクト比は、本発明の場合は１０：１〜１０００：１でなければならない。粒子の大きさと形状に関する前記の限界は、他の悪影響無しに、ナノ複合体についてのいくつかの特性に適切な改善を確保することにある。例えば、横の寸法が大きいと、結果としてアスペクト比が増大して、機械的特性およびバリア特性が改善する好ましい範疇となる。しかしながら、巨大な粒子では、有害な光の散乱のため、光学的欠陥が起こり、また、処理、輸送および仕上げ装置、並びに他の部材に摩耗される。
【００７０】
　本発明の光学部材における粒子濃度は、必要によって変えることができるが、しかし、１０重量％未満のバインダーであることが好ましい。著しく大きい量の粘土では、その光学部材を脆くして、しかも処理しにくくするので、光学部材の物理的特性を損なう。他方、粘土の濃度が低過ぎると、所望の光学効果を達成しないことがある。粘土の濃度は、最適な結果のためには好ましくは１〜１０％、そしてより好ましくは１.５〜５％に維持することが好ましい。
【００７１】
　一般に、粒子材料は、これに必要な中間層の膨潤および／またはマトリクスポリマーとの相溶性を与えるために、一種以上の層間挿入物によって処理することが必要である。得られる中間層の空隙は、本発明の実施において層間挿入される材料を達成するために重要である。本明細書中で用いられるように、「中間層の空隙」は、何らかの離層（即ち、表面剥離）が起こる前に、それが層間挿入された材料に組み入れられるときの、各層の面間距離のことである。好ましい粘土材料には、一般に、中間層またはＮａ+、Ｃａ+2、Ｋ+、およびＭｇ+2のような交換可能なカチオンが含まれている。この状態では、これらの材料は、それら中間層の空隙が非常に小さく（典型的には、約０.４ｎｍ以下）、その結果中間層の凝集エネルギーが比較的強力であるため、混合してもホストのポリマー溶融体中では離層しない。更に、その金属カチオンは、各層とそのポリマー溶融体との間の相溶性を促進しない。
【００７２】
　本発明では、当該粒子は、膨潤剤、即ち層間挿入物によって層間挿入されて、中間層の距離が所望の程度まで拡大されていることが好ましい。一般に、その中間層の距離は、Ｘ線回折で測定されたときに、少なくとも約０.５ｎｍ、好ましくは少なくとも２ｎｍでなければならない。その膨潤剤、即ち層間挿入物に対する粘土の比率は、０.１：９９.９〜９９.９：０.１の範囲であってよく、好ましくは１：９９〜９０：１０であり、そしてより好ましくは２０：８０〜８０〜２０である。
【００７３】
　膨潤剤、即ち層間挿入物は、好ましくは親水性成分を含む、そしてより好ましくは親油性成分をも含む有機材料であってよい。その親水性成分は、層間挿入に関与し、そしてその親油性成分は、適当なマトリクスまたはバインダー中でのスメクタイト粘土の相溶に関与していると考えられている。上記の有機材料には、界面活性剤、ブロック共重合体および／またはエトキシル化アルコールが含まれてよい。多くの好ましい実施態様では、上記の有機材料は、ブロック共重合体またはエトキシル化アルコールである。
【００７４】
　本発明に有用な好ましいブロック共重合体は、親油性であり、そして親水性成分と親油性成分とを有する。更に、本発明に有用なブロック共重合体は、２個のブロック、即ち、「Ａ−Ｂ」型（ここで、Ａは、親水性成分を表わし、そしてＢは、親油性成分を表わす）からなるか、あるいは３個のブロック、即ち「Ａ−Ｂ−Ａ」型からなってよい。例えば、当該ブロック共重合体には、３個のブロックが含まれてよく、また、マトリクスには、共重合体またはその共重合体の少なくとも１個のブロックと相溶性のポリマーブレンドが含まれてよい。また、そのマトリクスがポリマーブレンドである場合には、当該ブレンド中の個々のポリマーは、その共重合体の別のブロックと相溶性であってよい。本発明での親水性成分に有用であるポリマー成分のうち本発明で好ましい種類の一つは、ポリ(エチレンオキシド）のようなポリ(アルキレンオキシド）である。本明細書で使われる用語ポリ(アルキレンオキシド）には、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの混合物を含むポリ(エチレンオキシド）のようなアルキレンオキシドから誘導されるポリマーが含まれる。その最も好ましいものは、本発明における有効性のため、その水素結合およびイオン相互反応による粘土格子への層間挿入の周知な可能性のため、並びにその熱的処理可能性および潤滑性のために、ポリ(エチレンオキシド）である。本明細書中で使用されるような用語ポリ(アルキレンオキシド）には、例えばエチレンオキシドとプロピレンオキシドの混合物を含むポリ(エチレンオキシド）のようなアルキレンオキシドから誘導されるポリマーが含まれる。その最も好ましいものは、主として、その本発明における有用性のため、その分子量範囲における商業的可能性のため、およびそのブロック共重合体の合成における広範な格子を付与する薬剤のために、ポリ(エチレンオキシド）である。
【００７５】
　ポリ(エチレンオキシド）は、当該分野で周知であり、例えば、米国特許第第３,３１２,７５３号明細書の４欄に記載されている。有用な（アルキレン）オキシドブロックには、一連の層間挿入されたエチレンオキシユニットが含まれ、そして次式：
　　　　　　　　　　［ＣＨ2−ＣＨ2−Ｏ］n
で表わされる。式中、一個のユニットのオキシ基は、当該系列の隣接エチレンオキシ単位の隣接エチレンオキシド基のエチレン基と結合している。
【００７６】
　他の有用な親水性成分には、ポリ６,(２−エチルオキサゾリン）、ポリ(エチレンイミン）、ポリ(ビニルピロリドン）、ポリ(ビニルアルコール)、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、多糖およびデキシトランが含まれる。
【００７７】
　また、本発明に有用なポリマーブロックの親油性成分は、多くの普通の成分から選択されてよい。当該親油性成分は、それが本発明に有用なバインダーポリマーに少なくとも一部が可溶性であり、そして／または例えば、エステル交換反応によってバインダーポリマーと相互作用することに特徴がある。ポリエステルバインダーの場合には、その親油性ブロックにはポリエステルが含まれる。具体的な親油性成分は、例えば：カプロラクトン、プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクタム、乳酸、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸、リシンの誘導体、グルタミン酸の誘導体におけるモノマーから誘導されてよい。
【００７８】
　他の有用な親油性成分は、オレフィン、スチレンおよびアクリレートのような、α,β−エチレン系不飽和モノマーから誘導されてもよい。ポリマー成形品には、ポリカプロラクトン、ポリプロピオラクトン、ポリβ−ブチロラクトン、ポリδ−バレロラクトン、ポリε−カプロラクタム、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリヒドロキシ酪酸、ポリリシンの誘導体、およびポリグルタミン酸の誘導体、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアクリレート、およびオレフィン、スチレンおよびアクリレートのようなα,β−エチレン系不飽和モノマーが含まれる。好ましい成分には、その本発明での有効性と広範囲のエンジニアリングプラスチックとの相溶性のため、ポリエステル、ポリカプロラクトン、ポリアミド、およびポリスチレンが含まれる。
【００７９】
　親水性成分および親油性成分の分子量は、臨界的ではない。親水性成分の有効な分子量範囲は約３００〜５０,０００であり、そして好ましくは、１,０００〜２５,０００である。親油性成分の分子量は約１,０００〜１００,０００であり、そして好ましくは２,０００〜５０,０００である。好ましいマトリクス相溶性ブロックには、ポリエステルのマトリクスポリマーとカプロラクトンとの５０〜５００個のモノマーの繰返しユニットが含まれる。その他の好ましいマトリクス相溶性ブロックには、ポリエチレンのマトリクスポリマーとエチレンとの２５〜１００個のモノマー繰返し単位が含まれる。その好ましい分子量範囲は、種々な条件下での合成および処理の容易さを確保するように選択される。
【００８０】
　エトキシル化アルコールは、非常に長い連鎖の、線状の、合成アルコールから誘導される一種の非イオン性界面活性剤である。これらのアルコールは、低分子量のエチレンホモポリマーの機能性誘導体として生産される。これらがエチレンオキシドまたはプロピレンオキシドと反応するときは、オキシル化アルコールとして知られる縮合生成物が生ずる。その炭化水素部分の平均鎖長は、１２〜１０６個の炭素であってよいが、これに限定されない。それは、２６〜５０個の炭素範囲であることが、好ましい。
【００８１】
　エトキシル化アルコール分子の親水性部分と親油性部分との相対的効率は、その出発アルコールを変えること、エチレンオキシド量を変えること、あるいはプロピレンオキシドを使用することによって、コントロールされる。そのエチレンオキシドまたはプロピレンオキシドの含量は１〜９９重量％、好ましくは１０〜９０重量％の範囲であってよい。このようにして、当該界面活性剤の薬剤は、広範囲の用途に関して広く対応できる。典型的に、それらは塗料、塗膜およびインクにおける顔料用の分散助剤として使用されてきた。それらは、プラスチック用の離型成分、非イオン性界面活性剤、繊維処理および仕上用の乳剤／滑剤として、使われてきた。本発明では、オキシル化アルコール、特にエトキシル化アルコールは、スメクタイト粘土の層間挿入用に用いられてもよいことが見出されている。これらの層間挿入された粘土は、市販のポリオレフィンポリマーに容易に分散され、そしてエトキシル化アルコールによって得られる層間挿入の程度は、分散後にも減少しないことが見出されている。
【００８２】
　当該スメクタイト粘土および層間挿入物、特に本発明に有用なブロック共重合体および／またはエトキシル化アルコールは、ナノ複合体を作る当該分野で知られるいずれかの適当な手段によって、相互に作用させて層間挿入させることができる。例えば、当該粘土は、適当なモノマーまたはオリゴマーに分散し、次いで重合させることが可能である。これに代えて、当該粘土がブロック共重合体、オリゴマーまたはそれらの混合物と、好ましくはその融点以上に匹敵する温度下で溶融ブレンドされ、剪断されてもよい。その他の方法では、当該粘土とブロック共重合体とが溶媒相中で混練されて、層間挿入が達成され、次いで乾燥によって溶媒が除去されもよい。上記方法のうち、溶融ブレンドを含む方法が、容易に処理できるため、好ましい。
【００８３】
　本発明の好ましい実施態様では、当該粘土が、いずれかの選択的添加剤と共に、適当な混合を確保するために好適な二軸スクリュー混練機内で、本発明に有用な層間挿入物と溶融ブレンドされる。以下に記載した実験用に用いた二軸スクリュー混練機の具体例は、Leistritz Micro 27 である。二軸スクリュー押出機は、組立てブロック原理に基づいて組み立てられる。このようにして、添加剤の混合、樹脂の滞留時間、並びに添加剤の添加時点は、スクリュー設計、バレル設計および処理パラメータを変えることによって、容易に変えることができる。Leistritz 機は、かかる万能機である。また、同様な機械は、Werner および Pfleiderrer および Berstorff のようなその他の二軸スクリュー混練機の製造者から提供され、これらは同方向回転モードまたは逆方向回転モードのいずれかで操作可能である。Leistritz Micro 27 混練機は、同方向回転または逆方向回転で操作されてよい。
【００８４】
　Leistritz 混練機のスクリューは、直径２７ｍｍであり、そして４０倍の操作長を有する。この混練機のバレルゾーンの最大数は１０である。この混練機の最大スクリュー回転速度は、５００ｒｐｍである。この二軸スクリュー混練機には、樹脂が供給される主フィーダが備えられているが、一方、添加剤は、主フィーダの一つを用いて、あるいは二つのサイドラム押出機を用いて供給されてもよい。仮に、サイドラム押出機が添加剤の供給に用いられる場合には、その時はスクリューの設計が適宜修正されることが必要である。ブロック共重合体に粘土を添加する好ましい方式は、適当な粘稠混合によって粘土の層間挿入を確保し、ポリマー相によるフィラーの分散を確実にして、並びに添加剤の熱履歴をコントロールするために、サイドのラム押出機を用いる方式である。この方式では、層間挿入物は、主たる樹脂フィーダを用いて供給され、続いて下降流のサイドラム押出機によって粘土が添加される。これに代えて、粘土と層間挿入物が主フィーダを用いて同じ位置で供給されてもよい。
【００８５】
　本発明の更なるその他の実施態様では、粘土、層間挿入物およびマトリクス、即ちバインダーポリマーは、いずれかの任意添加剤と共に、好適な二軸スクリュー混練機内で溶融ブレンドされる。ポリマーへの粘土および層間挿入物の好ましい添加方式の一つは、サイドラム押出機を用いて、適当な粘稠混合によって粘土の層間挿入を確保し、最初に層間挿入物、続いて粘土の順に、あるいはその逆順に下降流のサイドラム押出機によって行なう方式である。その添加方式は、層間挿入物の特性によって決定される。これに代えて、粘土および層間挿入物は、予備混合され、単一のサイドラム押出機によって供給される。この方法は、可能な入口が唯一サイドラム押出機である場合に特に好適であり、そしてまた、スクリューの設計によっては制限がある。また、粘土と層間挿入物がバインダー樹脂と同じ位置で主フィーダを用いて供給される方法も、好ましい。
【００８６】
　本発明のその他の好ましい実施態様では、粘土は、選択的な添加剤と共に、単軸スクリュー混練機、ブレンダー、ミキサー、スパチュラ、プレス、押出機、または成形機のような適当な混合装置を用いて、本発明に有用な層間挿入物と溶融混練される。
【００８７】
　本発明に有用な層間挿入された粘土を含む製品の成形には、上記したものを含む当該分野で知られるいかなる方法が使用されてもよい。粘土、層間挿入物およびバインダーポリマーを選択的な添加剤と共に含む本発明の末端製品は、押出、一軸もしくは２軸延伸を含むあるいは含まない共押出、同時もしくは連続延伸、ブロー成形、射出成形、積層、溶媒注入成形、塗工、圧伸成形、紡糸、またはカレンダー加工のような適当な方法によって成形されてよい。
【００８８】
　本発明の表面特徴は、光学補償フィルム、偏光フィルムと基体構成、液晶層から選択される一層以上の層と組み合わせて使用されてよい。本発明の拡散フィルムは、好ましくは、拡散フィルム／偏光フィルム／光学補償フィルムをこの順に組み合わせて使われる。上記のフィルムを液晶表示装置と組み合わせて使用する場合には、当該フィルムは、相互に、例えば反射の損失を最小にする粘着接着剤によって結合されてもよい。その粘着接着剤は、好ましくは、光の界面反射損失を抑制するために、延伸フィルムのそれに近い屈折率を有するものである。
【００８９】
　また、表面特徴は、その他の光拡散体、例えば塊状拡散体、レンズ形の層、ビーズ層、表面拡散体、ホログラフ拡散体、微細構造拡散体、その他のレンズ配列、またはそれらの種々の組み合わせと併用されてもよい。当該光学要素は、光を分散し、または拡散して、それによって規則正しい周期的なレンズ配列の付加から生ずることがある拡散パターンを消滅してしまう。光学要素は、拡散体またはレンズ配列の前あるいは後に配置されてもよい。
【００９０】
　本発明の光学要素は、透明ポリマーから作られたフィルムまたはシートと組み合わせて用いられてよい。かかるポリマーの具体例は、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およびポリエチレンナフタレートのようなポリエステル、ポリメチルメタクリレートのようなアクリルポリマー、およびポリエチレン、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、ポリアクリレートおよび三酢酸セルロースである。塊状拡散体層は、支持体用のガラスシートに取り付けられてもよい。
【００９１】
　また、本発明の光学要素には、その他の態様で、１個以上の小レンズ講によって光学透過率を改善するための一層以上の光学塗膜が含まれてよい。拡散体の効率を上げるために、反射防止性（ＡＲ）塗膜の層で拡散体を塗付することが、屡、望ましい。
【００９２】
　本発明の光学要素は、入射角に伴って光散乱特性を変える光学特性を悪化させない範囲内でフィルムの表面滑りを改善するために、例えばシリカのような添化剤または滑材を含有していてもよい。かかる添加剤の具体例は、キシレン、アルコールまたはケトンのような有機溶媒、アクリル樹脂、シリコーン樹脂または金属酸化物あるいはフィラーの細粒である。
【００９３】
　本発明の光学要素は、通常、光学異性体を有している。ウェブ材料およびキャストされた熱可塑性樹脂は、一般に、引張方向に光軸を有する光学異方性を示す光学的に異方性の材料である。光学異方性は、フィルム厚ｄおよび複屈折Δｎの積、即ち、Δｎ×ｄ（減速度）で表わされる。ここで、Δｎは、フィルム平面における遅い光軸方向における屈折率と速い光軸方向における屈折率との差である。延伸方向は、本発明フィルムにおける引張軸と一致している。引張軸は、正の固有複屈折を有する熱可塑性ポリマーの場合には遅い光軸方向であり、負の固有複屈折を有する熱可塑性ポリマーの場合には速い光軸方向である。Δｎ×ｄ値の必要なレベルに関しては、そのレベルがフィルムの用途に依存しているので、その確定的な要件は全くない。
【００９４】
　本発明に係る製造方法では、好ましい光学要素ポリマーは、スリットダイから溶融押出される。一般に、Ｔダイまたはコートハンガーダイが好ましく用いられる。当該方法には、ポリマーまたはポリマーブレンドをスリットダイに通して押出し、その押出されたウェブを、透明シートのレンズポリマー成分がそのガラス凝固温度以下に冷却されて拡散レンズの形状が保持されるように、好ましいレンズの幾何学模様をもつ冷却されたキャスティングドラム上で、急冷することが含まれる。
【００９５】
　また、本発明に有用な光学要素および幾何学スペーサーは、パターン周りを真空成形し、レンズを射出成形し、ポリマーウェブにレンズを型押しすることによって製造されてよい。これらの製造技術によって、光を効率的に拡散することができる満足のいくレンズが得られるが、模様付けされたロール上にポリマーをキャストコーチングし、次いで透明なポリマーウェブ上に移すと、本発明に有用なレンズをロール中に形成することが可能となり、それによって拡散レンズの製造コストを下げることができる。更に、ポリマーをキャストコーチングすると、型押し及び真空成形に比して、所望の複合レンズの幾何学模様を効率的に複製できることもわかっている。
【００９６】
　その他の実施態様では、平均直径を異にするポリマービーズが、ポリマーの透明ウェブ上のマトリクスに塗布されることが好ましい。二つの母集団のビーズ間における平均直径の差は、本発明の光学要素と他の光学部材との間に所望の幾何学空間を与える。例えば、ＰＶＡマトリクスに塗布された一方は１０μｍで他方は５０μｍの二つの母集団のポリスチレンポリマービーズは、透明なポリマーウェブの表面に４０μｍの幾何学スペーサーを与える。
【００９７】
　本発明は、いかなる液晶表示装置と組み合わせて用いられてもよく、その典型的な配置は以下に記載されている。液晶（ＬＣ）は、広く電子表示用に使われている。これらの表示方式では、ＬＣ層は偏光子層と検光子層の間に配置され、そして法線軸に対して層を旋回して進む方位角を示す配向ベクトルを有している。検光子は、その吸収軸が偏光子のそれと垂直であるように配置される。液晶セルを通過する偏光子によって偏光された入射光は、液晶内の分子配向に影響されるが、それはセルを横切る電圧を印加することによって変えることができる。この原理を用いることによって、周囲の光を含む外部光源からの光の透過率をコントロールすることができる。このコントロールの達成に必要なエネルギーは、一般に、陰極線管のような他の表示タイプに使われる蛍光材料に必要なそれよりもはるかに少ない。したがって、ＬＣ技術は、軽量化、低電力消費および長期の操作寿命を重要な特徴としている、ディジタル時計、計算機、ポータブルコンピュータ、電子ゲーム機を含むがそれらに限定されない多くの用途に使われている。
【００９８】
　能動マトリクス液晶表示（ＬＣＤ）は、各液晶画素の駆動用スイッチ装置として薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を用いている。これらのＬＣＤは、そのそれぞれの液晶画素が選択的に駆動されるため、混信無しに高精細度の画像を表示することができる。光学モード干渉（ＯＭＩ）表示は、液晶表示であり、それは、「通常は白色」、つまり、光がオフ状態の表示層を透過する。ねじれネマティック液晶を用いるＬＣＤの動作モードは、大雑把に、複屈折モードと旋光モードに分かれる。「フィルム補償型超ねじれネマティック」（ＦＳＴＮ）ＬＣＤは、通常は黒色、つまり、電圧が印加されないときはオフ状態で光の透過を禁止する。ＯＭＩ表示は、報告によれば、より速い応答時間とより広い動作温度範囲を有している。
【００９９】
　白熱電球または太陽からの通常光は、ランダムに偏光されている、つまり、それには、可能なあらゆる方向に向かう波が含まれている。偏光子は、ランダムに偏光された（「偏光されていない」）光ビームを、入射光ビームから二つの垂直平面に偏光された成分の一方を選択的に除去することによって偏光されたものに変換するように機能する二色材料である。線形偏光子は、液晶表示（ＬＣＤ）装置の基本的な部材である。
【０１００】
　ＬＣＤ装置に使用するために充分な光学的性能をもつ高二色性比率の偏光子には、いくつかのタイプがある。これらの偏光子は、一方の偏光成分を透過し、他方の互に直交する成分を吸収する（この効果は、二色性として知られている）薄いシート状材料から作られている。最も普通に用いられるプラスチックシート偏光子は、薄い、一軸延伸されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム（ＰＶＡポリマー鎖が、多少並行状態で一列に並んでいる）からなる。この一列に並んだＰＶＡは、次いで、沃素分子または着色二色性色素の組み合わせでドープされて（例えば、住友化学社の欧州特許第０１８２６３２号明細書を参照のこと）、これらは、中性のグレー着色された高異方性のマトリクスを得るように吸収され、そして一軸延伸されたＰＶＡとなる。その脆いＰＶＡフィルムを機械的に支持するために、次いで、それはトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、あるいは同様の支持体の剛い層で両面が積層される。
【０１０１】
　コントラスト、カラー再現性、および安定なグレースケール強度は、電子表示に係る重要な品質特性であり、これらは液晶技術に使用されている。液晶表示のコントラストを制約する主要な因子は、光が、液晶要素またはセルを通る際に「漏れる」傾向であり、そうなると、暗黒、即ち「黒色」画素状態となる。更に、漏洩およびそれによる液晶表示のコントラストは、表示スクリーンが見られる角度にも左右される。典型的に、最適なコントラストは、表示に対する凡その法線入射を中心として狭い視角内でのみ観察され、視角が大きくなると急速に落ちる。カラー表示では、この漏洩の問題は、コントラストを悪化するばかりでなく、カラー再現の減退と関連して色ずれまたは色相ずれの原因となる。黒色状態の光の漏洩に加えて、典型的なねじれネマティック液晶表示における狭い視角の問題は、液晶材料の光学的異方性のために、視角関数としての明るさ−電圧曲線におけるシフトによって悪化する。
【０１０２】
　本発明の透明ポリマーフィルムは、当該フィルムがバックライト方式における光散乱フィルムとして用いられるときは、輝度を平準化できる。ポータブルコンピュータに使われるような、バックライトＬＣＤ表示スクリーンでは、光源に相当する個々の「ホットスポット」が検出されるように、ＬＣＤスクリーンに対し比較的近くに配置された比較的集中した光源（例えば、蛍光）または比較的集中した一連の光源を有していてよい。拡散体フィルムは、表示装置中の照度を平準化するのに役立つ。液晶表示装置には、例えば、能動マトリクス駆動および単純マトリクス駆動から選択される駆動法と、例えば、ねじれネマティック液晶モード、超ねじれネマティック液晶モード、強誘電性液晶モードおよび反強誘電性液晶モードから選択される液晶モードとの組み合わせを有する表示装置が含まれるが、しかし、本発明では、上記組み合わせによって制限されない。液晶表示装置では、本発明の延伸フィルムは、バックライトの前面に配置されることが必要である。本発明の光学要素では、当該フィルムがあらゆる方向に優れた可視性を与えるように光を拡散するという優れた光散乱性を有しているので、液晶表示装置の明るさを表示全体に亘って平準化することができる。上記の効果は、このような光学要素を単一使用しても達成できるが、複数枚のフィルムが組み合わされて用いられてもよい。この均質化する光学要素は、透過モードでＬＣＤ材料の前に置いて、光を分配し、それを更によく均質化させるようにしてもよい。本発明には、光源を有意破壊する装置としての重要な用途も有している。多くの用途では、試料全体に分散した光が変化するが、これは望ましくないので、ある用途に問題があるフィラメント構造それ自体を光源の出力から除いてしまうことが望ましい。また、光源が置換された後に光源のフィラメントやアークの整列に変動があると、誤った、誤解を招きかねない読みが生じる。光源と検出器との間に置かれる本発明の光学要素を均質化すると、いかなる痕跡量のフィラメント構造をも光源の出力から除くことができ、したがって、光源から光源へと全く同一な均質化した出力が生じる。
【０１０３】
　光学要素は、所望の場所に向けられる快い均質化した光を与えることによって、舞台照明をコントロールするために用いられてもよい。舞台およびテレビの製作では、広範な種類の舞台光が用いられて、適当な照明に必要なあらゆる異なる効果が達成されなければならない。これには、不便で高価な多くの異なるランプを用いることが要求される。ランプを覆って配置される本発明のフィルムは、それに必要な殆ど制限のない柔軟性のある分散光を与えることができる。その結果として、殆どあらゆる対象、動くものであれ動かないものであれ、いかなる形態からなるものであっても、正確に照明することができる。
【０１０４】
　本発明の光学要素に例えば金属フィルムからなる反射層を貼り付けて形成される反射フィルムは、例えば、交通信号用の逆反射性部材として使用されてよい。また、それは、例えば、自動車、二輪車、人などに貼り付けた状態で使用することもできる。
【０１０５】
　また、本発明の光学要素は、法の施行と安全システムの分野において、赤外（ＩＲ）検出器に一層高いコントラストを与えるために、全体の安全確保地域にわたるレーザダイオード（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）からの出力光を均質化するために用いられてもよい。また、本発明の当該フィルムは、紙幣読取機または皮膚治療装置のようなＬＥＤまたはＬＤ源を用いる装置から構成物を取り除くために使用されてもよい。これにより、より正確さが増すことになる。
【０１０６】
　外科医の頭部に取り付けられる光ファイバーの光集成体により、仮に手術時に光ファイバー要素の一部が破壊しても、手術部位に散漫性の光度変化を放つことができる。ファイバー束の末端に配置された本発明の光学要素は、残りのファイバーから来る光を均質化して、患者に放つ光から破壊したファイバーの痕跡を排除してしまう。標準の擦りガラス製の拡散体では、著しい背後散乱によって処理量に損失が生じるため、この用途には効果的でない。
【０１０７】
　また、本発明の光学要素は、光源のフィラメントまたはアークを有意破壊することによって顕微鏡下の試料を均質に照らして、均質的に照らされた視野を得ることができる。また、当該フィルムは、ファイバーを伝わる種々のモード、例えば、螺旋状ファイバーから来る光の出力を均質化するために使用することができる。
【０１０８】
　また、本発明の光学要素は、仕事および生活空間に好適な光を与えるような重要な建築的な用途も有している。典型的な商業上の用途では、低廉な透明ポリマー拡散体フィルムが、部屋全体に光を拡散させることを助けるために用いられる。これら慣用の拡散体の一つと置き換わる本発明のホモジナイザーでは、光が部屋全体にわたって一様でかつ全くホットスポットが無く、あらゆる角度に拡散されるように、より均一な光出力が与えられる。
【０１０９】
　また、本発明の光学要素は、芸術品を照らす光を拡散するために用いられてもよい。この透明なポリマーフィルム拡散体は、最も望ましい様式で芸術品を描写するため、適宜な大きさと方向性をもつ好適な有効口径を与える。
【０１１０】
　更に、本発明の光学要素は、表示装置のような光学装置の一部として広く使うことができる。例えば、それは、液晶表示装置のバックライト方式について先に記載した光散乱板に加えて、反射型液晶表示装置における金属フィルムのような反射フィルムで積層された光反射板として、あるいは当該装置の裏面側（観察者と反対側）に金属フィルムを置く場合に当該フィルムを前面側（観察者側）に向ける前面散乱性フィルムとして用いることができる。本発明の光学要素は、ＩＴＯフィルムによって示される酸化イリジウムからなる透明導電層を積層させることによって電極として用いられてもよい。仮に、当該材料が反射スクリーン、例えば前部投影スクリーンを形成するために使用される場合には、光反射性層がその透明ポリマーフィルムの拡散体に塗布される。
【０１１１】
　透明ポリマー拡散体フィルムのその他の用途には、後部投影スクリーンがあるが、そこでは、一般に、大画面のスクリーン上に光源から画像を投影することが望まれている。テレビ用の視角は、典型的に、水平方向よりも縦方向に小さい。当該拡散体は、視角を増大させるように光を拡散させるために役立つ。
【０１１２】
　拡散フィルムのサンプルは、積分球を備えた日立Ｕ４００１ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ分光光度計を用いて測定された。全体の透過スペクトルは、複合レンズの前面を積分球に向けたビームポートにサンプルを置いて測定された。検量された９９％拡散反射性の標準（ＮＩＳＴ−痕跡量）は、標準のサンプルポートに置かれた。拡散透過スペクトルは、同様に測定されたが、９９％タイルを取り去った。拡散反射スペクトルは、塗布側を積分球に向けたサンプルポートにサンプルを置いて測定された。サンプルの裏張り材からの反射を排除するために、サンプルの背後には何も置かれなかった。得られたスペクトルの全ては、３５０〜８００ｎｍであった。拡散反射率の結果は、９９％タイルについて引用されるので、その値は絶対ではなく、９９％タイルの検量報告によって補正されることが必要となる。
【０１１３】
　全透過光のパーセンテージは、全ての角度でサンプルを透過する光のパーセントを指している。拡散透過率は、入射光から２.５°の角度を除くサンプルの透過光パーセントとして定義される。拡散光の透過率は、拡散透過によってサンプルを透過した光のパーセントである。拡散反射率は、サンプルによって反射される光のパーセントとして定義される。実施例に引用したパーセンテージは、５００ｎｍで測定された。これらの値は、サンプルの吸収性または測定されたサンプルの僅かな変化のため、合計で１００％にはならない。
【０１１４】
　本発明の実施態様によれば、改善された光の拡散性および透過性のみならず、薄くされた拡散フィルムも提供され、しかもこの拡散フィルムは、光の散乱性を低減している。
【０１１５】
　本明細書において言及される特許および刊行物についての全ての内容は、引用されたことによって本明細書に含める。
【実施例】
【０１１６】
実施例
　この実施例では、本発明に有用な層状粒子を含む複合表面の光拡散レンズを、複合レンズの幾何学形状を含むパターン化された冷却ロールに対して、押出級のポリエステルポリマーブレンドを押出注型することによって作製した。次いで、この複合レンズの形状でパターン化されたポリエステルポリマーを、ポリエステルウェブ材料に移行して、それにより層状粒子を含む複合表面レンズをもつ光拡散体を形成した。この実施例では、透明ポリマーのウェブ材料上に形成した複合表面レンズが、層状粒子を加えない複合ポリマー拡散レンズおよびアクリルマトリクス中に球状ビーズを分散させることを利用する先行技術の光拡散体に比して、格別優れた光拡散性を与えることを示す。更に、この光拡散体は、コストが低く、ＬＣ装置に組み込める機械的特性を有していることが明らかである。
【０１１７】
　パターン化されたロールを、ローラ表面に銅層を電気メッキし、次いでその銅層の表面をガラスビーズで研磨噴射仕上げして、半球形の形状をもつ表面テキスチャーを作製する工程を含む方法によって製作した。その得られた噴射仕上げ表面に、結果としてロール内に凹形状かあるいはロール外に凸形状のいずれかをもつ表面テキスチャーとなる深さまで光沢ニッケルメッキを施した。ビーズ噴射仕上げ操作は、自動直圧方式を用いて行なったが、そこでは、噴射操作時のノズル供給速度、ロール表面からのノズル距離、ロールの回転速度および粒子速度を正確にコントロールして、所望の複合レンズ構造を作製した。面積当たりのロールにおける形状の数は、ビーズの大きさおよびパターンの深さによって決まる。ビーズの直径が大きく、そしてパターンが深い程、所定面積における形状の数は少なくなる。複合レンズをパターン化したロールは、スチールのロール形板から始まって、４４７ＭＰaの圧力下で、サイズ１４のグリットでグリットブラスト仕上げすることによって製作した。次いで、このロールにクロムメッキした。ロール表面に得られた複合レンズは、凸であった。
【０１１８】
　本発明の実施例の作製には、以下の材料を用いた。
　微細層状材料：
　層状粒子：
　Na Cloisite 粘土、これは、天然モンモリロナイトで、Southern Clay Products　社より入手した。この粒子は、微細寸法、即ち厚さ数平均１〜５ｎｍ、および平均基礎面間隔１〜５ｎｍを有する。
【０１１９】
　ポリエステルバインダー：
　下記の二種類のポリエステル樹脂のブレンドを、微細層状粒子の分散用バインダーとして使用した。当該層状粒子は、バインダー中に平均２重量％の量で存在している。
【０１２０】
　ポリエステルポリマー：
　下記の二種類のポリエステル樹脂のブレンドを、複合レンズ付形物中への微細層状粒子の分散用バインダーとして使用した。
　　ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）７３５２、Eastman Chemicals 製
　　ＰＥＴＧ（ポリエチレンテレフタレート−グリコレート）、完全アモルファスポリエステル、Eastman Chemicals 製
【０１２１】
　使用した層間挿入物は、以下の共重合体であった。
　　ＰＥＯ−ｂ−ＰＣＬ、ブロック共重合体ポリ(エチレンオキシド−ｂ−カプロラクトン）、ＰＥＯ：ＰＣＬの分子量比は、５０００：２００００である。
【０１２２】
　試料の作製、および試験
　ポリエステル、粘土および層間挿入物を、異なる比率で、直径２７ｍｍで４０倍の機能長を有する二軸スクリュー Leistritz 混練機内で混練した。この混練は、２６０℃下、４００ｒｐｍで行なった。混練した材料を、追加のポリエステルと更に混練して、コートハンガースロットダイから、９７.２％の光透過率をもつ１００μｍの透明な配向ウェブのポリエステルウェブ上に押出した。このポリエステルのキャスト塗工付着量は、２５.８８ｇ／ｍ2であった。
【０１２３】
　複合レンズを含む本発明の材料は、２７.１μｍの平均直径をもつ大きい方のレンズとその大きい方のレンズ表面に６.７μｍの平均直径をもつ小さい方のレンズとがランダムに分布して含まれるレンズを有していた。小さい方のレンズに対する大きい方のレンズの平均比率は、１７.２：１であった。対照の拡散シートには、２５.４μｍの平均直径をもつランダムに分布した単一レンズが含まれていた。層状粒子を含む拡散シートの構造は、以下のとおりであった。
【０１２４】
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　２％の層状粒子を含む形成されたポリエステルレンズ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　透明ポリエステル基材
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【０１２５】
　対照材料を、層状粒子を含まない上記のものから、本発明のロールと同じローラ上にポリエステルブレンドをキャストコーチングすることによって作製した。
【０１２６】
　ポリエステルウェブ材料上に塗付された、上記（本発明および対照）から形成されたポリマーレンズを含む二枚の拡散シートおよびアクリルバインダー層中に８μｍのポリマービーズを含有する先行技術のポリマー光拡散体について、光透過率％、拡散光透過率％、分光透過率％および拡散反射率％に関して測定した。
【０１２７】
　拡散フィルムのサンプルを、積分球を備えた日立Ｕ４００１ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ分光光度計を用いて測定した。全体の透過スペクトルは、複合レンズの前面を積分球に向けたビームポートにサンプルを置いて測定した。検量された９９％拡散反射性の標準（ＮＩＳＴ−痕跡量）を標準のサンプルポートに置いた。拡散透過スペクトルを同様にして測定したが、９９％タイルは取り去った。拡散反射スペクトルは、塗布側を積分球に向けたサンプルポートにサンプルを置いて測定した。サンプルの裏張り材からの反射を排除するために、サンプルの背後には何も置かなかった。得られたスペクトルの全てが、３５０〜８００ｎｍであった。拡散反射率の結果は、９９％タイルについて引用されるので、その値は絶対ではなく、９９％タイルの検量報告によって修正されることが必要となる。
【０１２８】
　全透過光のパーセンテージは、全ての角度でサンプルを透過する光のパーセントを指している。拡散透過率は、入射光の角度から２.５°の角度を除く、サンプルを通過する光のパーセントとして定義される。拡散光の透過率は、拡散透過によってサンプルを透過した光のパーセントである。拡散反射率は、サンプルによって反射される光のパーセントとして定義される。実施例に引用したパーセンテージは、５００ｎｍで測定した。これらの値は、サンプルの吸収性または測定されたサンプルの僅かな変化のため、合計で１００％にならない。
【０１２９】
　本発明、対照および先行技術の材料に係る測定値を、以下の表１に挙げる。
【表１】
2004133452.tif 000002
【０１３０】
　上記データが明らかに示すように、透明ポリマーの表面に形成された層状粒子を含む複合ポリマーレンズは、優れた光拡散および透過率％を与えた。本発明材料に係る９２.２％の拡散光透過率は、先行技術材料（６５.７％）よりかなり良好であった。本発明に有用な複合レンズは、単一レンズ（一つの曲面）および先行技術材料（一つの曲面）に比して、かなり多くの透過光拡散に係る曲面積を与えた。拡散光の透過率は、その拡散シートがＬＣ装置に共通な導光器のパターンをマスクしなければならないという点で、ＬＣ装置の品質に重要な因子である。本発明の９１.１％という全体の光透過率は、先行技術材料（６６.７）よりもかなり改善され、そして層状粒子を含まない複合拡散レンズ（９１.７）よりも僅かだけ低い。しかしながら、その光透過率における僅かな損失（０.６％）は、正反射性の光拡散における大きな増加（７.０％）によってそれ以上に相殺されて、本発明材料が、当該正反射性の光をより効率よく拡散することを可能とする。
【０１３１】
　表１における測定値の全てを総合すると、サンプル１の本発明材料では、高い全体の透過率と高い拡散光透過率とを両立させている。このことは、殆どの光をフィルム中に通過させて、明るいＬＣ表示を可能にしつつ、導光器のパターンをマスクするフィルムを作ったことになる。サンプル２では、明るいＬＣ表示を与える高い透過値を有しているが、拡散透過値が低い。サンプル３では、フィルムを出る光の殆どは拡散し、それによって導光器のパターンをマスクしてしまう。光の放出は、殆ど全部が拡散であるが、その全体の透過率の測定値は低い閉塞光であり、歓迎しない暗い表示となる。また、サンプル３を通過する光は、大部分の反射によって浪費された。
【０１３２】
　更に、本発明の材料は層状材料を含んでいるので、当該材料は、層状粒子を含まない複合レンズに比してより高い（１４％）弾性率を有している。本発明の光拡散体の表面特徴は、それが層状粒子を含んでいるので、その層状粒子を含まないポリエステル光拡散体レンズに比してＴｇが９.１℃だけ高く、それによって本発明材料では、夏季の車両内で、あるいは戦場での戦車内におけるＬＣＤが遭遇するような高温下でより一層熱的に安定となる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
　本実施例では、層状材料を光拡散体の表面特徴に加えることを指向しているが、当該層上材料は、また、光学有用性を有する他の表面特徴、例えば光誘導機構、プリズム機構、グレア防止機構、光焦点機構および光回折機構に加えられてもよい。更に、この実施例では、主としてＬＣ装置用の熱可塑性光拡散材料としての使用を指向しているが、本発明に有効な材料は、他の拡散用途、例えばバックライト表示、拡散層を有する画像形成要素、正反射性の家庭照明および私的スクリーン用の拡散体、画像捕獲の拡散レンズおよび温室光の拡散に有用性を有する。
【０１３４】
　この実施例では、主として、ＬＣ装置用に幾何学形状のスペーサーを含む熱可塑性光拡散材料を使用することを指向しているが、本発明に有用な材料は、他の拡散用途、例えばバックライト表示、拡散層を含む画像形成要素、正反射性の家庭照明および私的スクリーン用の拡散体、有機光発光表示体、画像捕獲の拡散レンズおよび温室光の拡散に有用性を有する。また、当該幾何学形状のスペーサーは、他の光学要素、例えば光誘導器、プリズムシート、導光器およびカラーフィルターと共に使用されるときに有用性を有する。
【０１３５】
　最後に、本発明の実施の態様を列記する。
　１．ポリマーバインダー中に微小な層状粒子の分散体を含有する、粗さ平均（Ｒａ）１〜２００μｍを有する表面特徴をもつ基体を含む光学要素。
　２．前記光学要素が前記表面特徴を含む上面および下面を有する、上記１に記載の光学要素。
　３．前記粗さ平均が５〜５０μｍである、上記１に記載の光学要素。
　４．前記表面特徴が規則的である、上記１に記載の光学要素。
　５．前記表面特徴がランダムである、上記１に記載の光学要素。
　６．前記表面特徴がプリズムである、上記１に記載の光学要素。
　７．前記表面特徴がコーナーキューブを含む、上記１に記載の光学要素。
　８．前記表面特徴が線状配列の曲面を含む、上記１に記載の光学要素。
　９．前記表面特徴が複合レンズを含む、上記１に記載の光学要素。
　１０．前記表面特徴が少なくとも一つの曲面と一つの平面をもつレンズを含む、上記１に記載の光学要素。
【０１３６】
　１１．前記光学要素が８０％を超える光透過率を示す、上記１に記載の光学要素。
　１２．前記光学要素が５０％を超えるヘイズを示す、上記１に記載の光学要素。
　１３．前記光学要素が１０％未満のヘイズを示す、上記１に記載の光学要素。
　１４．前記微小な層状粒子が表面特徴と一体である、上記１に記載の光学要素。
　１５．前記微小な層状粒子が表面特徴と隣接する層にある、上記１に記載の光学要素。
　１６．透過光が、光の移動方向に少なくとも０.０２の、２００を超える屈折率の変位を有する、上記１に記載の光学要素。
　１７．前記層状粒子が、最も大きい粒子寸法：最も小さい粒子寸法≧１０：１のアスペクト比を有する、上記１に記載の光学要素。
　１８．前記層状粒子が１０：１〜１０００：１のアスペクト比を有する、上記１に記載の光学要素。
【０１３７】
　１９．前記層状粒子が前記バインダーの１〜１０重量％の量で存在する、上記１に記載の光学要素。
　２０．前記層状粒子が前記バインダーの１.５〜５重量％の量で存在する、上記１に記載の光学要素。
　２１．前記層状粒子がスメクタイト粘土を含む、上記１に記載の光学要素。
　２２．前記層状粒子が層状二重水酸化物を含む、上記１に記載の光学要素。
　２３．前記層状粒子が雲母を含む、上記１に記載の光学要素。
　２４．前記層状粒子が層間挿入された層状材料を含む、上記１に記載の光学要素。
【０１３８】
　２５．前記スペクタイト粘土が合成スメクタイト粘土を含む、上記２１に記載の光学要素。
　２６．前記スペクタイト粘土が有機粘土を含む、上記２１に記載の光学要素。
　２７．前記スペクタイト粘土が層間挿入されたスメクタイト粘土を含む、上記２１に記載の光学要素。
　２８．前記層間挿入されたスペクタイト粘土が、スメクタイト粘土に層間挿入されたオキシル化アルコールを含む、上記２７に記載の光学要素。
　２９．前記オキシル化アルコールがエトキシル化アルコールを含む、上記２８に記載の光学要素。
【０１３９】
　３０．前記バインダーがポリエステルを含む、上記１に記載の光学要素。
　３１．前記バインダーがポリオレフィンを含む、上記１に記載の光学要素。
　３２．前記バインダーがポリカーボネートを含む、上記１に記載の光学要素。
　３３．前記光学要素の弾性モジュラスが５００ＭＰaを超える、上記１に記載の光学要素。
　３４．前記光学要素の耐衝撃性が０.６ＧＰaを超える、上記１に記載の光学要素。
　３５．前記層状粒子が前記バインダーの０.１〜１重量％の量で存在する、上記１に記載の光学要素。
　３６．前記光学部材が二層以上の層を含む、上記１に記載の光学要素。
【０１４０】
　３７．前記層間挿入されたスメクタイト粘土が、スメクタイト粘土に層間挿入されたブロック共重合体を含む、上記２７に記載の光学要素。
　３８．前記ブロック共重合体が粘土を層間挿入する親水性ブロックを更に含む、上記３７に記載の光学要素。
　３９．前記ブロック共重合体が親油性ブロックを更に含む、上記３７に記載の光学要素。
　４０．前記親水性ブロックがポリ(アルキレンオキシド)、ポリ６,(２−エチルオキサゾリン）、ポリ(エチレンイミン)、ポリ(ビニルピロリドン）、ポリ(ビニルアルコール）、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、多糖、およびデキシトランからなる群より選ばれる少なくとも一種の部材を含む、前記３８に記載の光学要素。
　４１．前記親水性ブロックがポリ(エチレンオキシド）を含む、上記３８に記載の光学要素。
　４２．前記親油性ブロックがポリカプロラクトン、ポリプロピオラクトン、ポリβ−ブチロラクトン、ポリδ−バレロラクトン、ポリε−カプロラクタム、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリヒドロキシ酪酸、ポリリシンの誘導体、およびポリグルタミン酸の誘導体、α,β−エチレン系不飽和モノマーのポリマーからなる群より選ばれる少なくとも一種の部材を含む、上記３９に記載の光学要素。
　４３．前記親油性ブロックがポリエステルを含む、上記３９に記載の光学要素。
　４４．前記親油性ブロックがポリカプロラクトンを含む、上記３９に記載の光学要素。
　４５．前記親油性ブロックがポリアミドを含む、上記３９に記載の光学要素。
　４６．前記親油性ブロックがポリスチレンを含む、上記３９に記載の光学要素。
【０１４１】
　４７．前記微小な粒子材料が横寸法０.０１〜５μｍおよび厚さ０.５〜１０ｎｍを有する、上記１に記載の光学要素。
　４８．前記層状の微小な粒子材料が１〜９ｎｍの基礎面間隔を有する、上記１に記載の光学要素。