(57)【要約】【課題】　導波路の効率、性能及び品質を改良すること。【解決手段】　１つ以上のポリマー層で外側がクラッドされた透明ポリマー中心コアを含んで成る導波路であって、前記コア又はクラッド層の少なくとも１つが、ポリマーバインダー中に配置された層状粒子を含み、前記粒子の大部分が１マイクロメートル未満の横方向寸法を有することを特徴とする導波路。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
　１つ以上のポリマー層で外側がクラッドされた透明ポリマー中心コアを含んで成る導波路であって、前記コア又はクラッド層の少なくとも１つが、ポリマーバインダー中に配置された層状粒子を含み、前記粒子の大部分が１マイクロメートル未満の横方向寸法を有することを特徴とする導波路。
【請求項２】
　前記粒子を前記クラッド層中に含む請求項１記載の導波路。
【請求項３】
　前記コアが平面状である請求項１又は２記載の導波路。
【請求項４】
　前記コアが円筒状である請求項１又は２記載の導波路。
【請求項５】
　前記ポリマーバインダーが不透明材料をさらに含む請求項１又は２記載の導波路。
【請求項６】
　前記不透明材料が黒色である請求項５記載の導波路。
【請求項７】
　前記ポリマーバインダーが輻射線硬化性材料を含む請求項１又は２記載の導波路。
【請求項８】
　前記透明中心コアと前記クラッド層の厚さの比が２０：１〜５：１である請求項１又は２記載の導波路。
【請求項９】
　前記層状粒子がヒドロタルサイト、フィロシリケート、モンモリロナイトを含有するスメクタイト、又はヘクトライトを含有するスメクタイトを含む請求項１又は２記載の導波路。
【請求項１０】
　前記透明中心コアが８０〜１００％の透過率を有する請求項１又は２記載の導波路。
【請求項１１】
　前記透明中心コアと前記クラッド層の屈折率の差が０．０１〜０．３０である請求項１又は２記載の導波路。
【請求項１２】
　前記層状粒子が０．５〜１０ｎｍの厚さを有する請求項１又は２記載の導波路。
【請求項１３】
　前記層状粒子が、１０：１〜１０００：１の最大粒子寸法対最小粒子寸法の質量平均アスペクト比を有する請求項１又は２記載の導波路。
【請求項１４】
　前記コア及びクラッド層の前記少なくとも１つが１〜９０質量％の層状粒子を含む請求項１又は２記載の導波路。
【請求項１５】
　前記粒子の横方向寸法が０．０１〜０．４μｍである請求項１又は２記載の導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、横方向寸法及び幅方向寸法がそれぞれ１μｍ未満である層状粒子を含有する導波路、前記導波路を製造する方法、及び前記導波路を使用するディスプレイスクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
　光学スクリーンは典型的には、スクリーン上に画像を投影するための陰極線管（ＣＲＴ）を使用する。標準的なスクリーンは、４：３の幅対高さ比を有し、垂直解像度が５２５本である。スクリーン全体にわたって水平方向及び垂直方向の双方で電子ビームを走査し、これにより、集まって画像を形成する多数の画素が形成される。
【０００３】
　従来の陰極線管は、サイズに実際上の制限があり、必要な電子銃を収容するために比較的深い奥行きを有する。典型的には種々の画像投影形態がある大型スクリーンを利用することができる。しかし、このようなスクリーンは、例えば視野角、解像度、明るさ及びコントラストが限られているという、スクリーンを見る上での種々の欠点を有している。そしてこのようなスクリーンは典型的にはその重量及び形状の点で比較的扱いにくい。さらに、画面コントラストを改善するために、いかなるサイズのスクリーンも黒く見えることが望ましい。しかし、直視型ＣＲＴが実際に黒いことは不可能である。なぜならば、直視型ＣＲＴは、画像を形成するために蛍光物質を利用し、それらの蛍光物質は黒色ではないからである。
【０００４】
　画像を見るのに使用される光学パネルは、導波路を積み重ねることにより形成することができる。このようなパネルはその高さ及び幅と比較して奥行きが浅くてよい。また導波路のクラッドを黒くして、これにより黒い表面積を増大することができる。光透過に導波路要素（waveguide component）が利用されることが当業者に知られている。さらに、導波路が透明な中心コアを有し、この中心コアが、より低い屈折率の第２の材料でクラッディングされることも当業者に知られている。この導波路内で光の全内部反射を可能にするために、中心コアの屈折率はクラッドよりも高い。屈折率の差を調整することにより、入射光の受光角（acceptance angle）を変化させることができる。屈折率の差が大きくなればなるほど、入射光の受光角は大きくなる。
【０００５】
　しかし、ステップ・インデックス・クラッド型（step index cladding type）の光導波路は、幾つかの重大な欠点を有する。ステップ・インデックス・クラッド型導波路を使用して大型光学パネルを形成するのに際して、多数の層を互いに積み重ね、そして互いに接着させる。典型的な５０インチのダイアゴナル・スクリーンの場合、互いに接着される導波路の数は数百又は数千にもなる。薄いポリマーの多くのストリップを取扱い、切断することは極めて難しい。コアとクラッドとの間の屈折率に差がある材料同士の適合性には限りがある。このことは、層間の不十分な接着のような問題を招くおそれがある。このような不適合性は、層間の界面に関わる問題、例えばエアギャップ、粗い面、又は層分離を引き起こすことがある。このような種類の問題は、コア層と周りのクラッド層との間の界面で光が跳ね返るたびに光の損失をもたらすおそれがある。光導波路内での跳ね返り毎の光の損失は小さなものではあるが、光線はコア層を横切るのにともなって、何度も跳ね返されることがある。従って光学パネルで発生する光損失の量は、光学パネルの効率及び性能全体、並びに、画像の明るさ及び鮮鋭さのような品質に、重大な弊害をもたらすようになる。
【０００６】
　所望のデルタ屈折率と層間の十分な接着性とを提供し、周囲室内光を吸収できる材料であって、しかもコアとクラッドとの間で組み合わせて使用することのできる材料の数は限られているので、光学的特性及び物理的特性の双方が最適化されるように、ポリマーの屈折率を制御もしくは変更する手段を得ることが重要である。米国特許第6,002,826号、第6,301,417号及び第6,307,995号に記載された種類のステップ・インデックス・クラッド型導波路の場合、２つの異なる材料間の屈折率差を制御するか又は変更することができ、あるいは、所定の材料の屈折率を変更することが重要である。差が余りにも大きい場合、スクリーンの周囲光受容度が大きくなり、黒く見えなくなる。屈折率制御の改善、並びに、使用可能な材料の選択幅の拡大が依然として必要である。
【０００７】
　豊田中央研究所で行われた独創性に富む業績以来、産業界では、ポリマー−粘土・ナノ複合材料に多くの関心が集まっている。ポリマーの性能を高めるために添加剤として無機ナノ粒子を使用することはこれまで確立されている。過去１０年程度の間に、性能向上用添加剤として無機ナノ粒子を使用することに対する学術分野及び産業界での関心がますます高まっている。これらのナノ複合材料の他に類のない物理的特性は、自動車業界、包装業界及びプラスチック製造のような様々な産業界で調査されている。これらの特性としては、弾性率及び引張強さなどの高い機械的特性、線形熱膨張率及び熱変形温度などの熱的特性、バリヤー特性（例えば、酸素及び水蒸気透過率）、耐燃性、磨耗性、又は溶剤の取り込みが挙げられる。関連する従来技術のいくつかは、米国特許第4,739,007 号、第4,810,734号、第4,894,411 号、第5,102,948 号、第5,164,440 号、第5,164,460 号、第5,248,720 号、第5,854,326 号及び第6,034,163 号に示されている。
【０００８】
　一般的に、これらのナノ複合材料の場合の物理的特性の向上は、典型的には粘土又は有機変性された粘土である無機相を２０容量％未満、通常１０容量％未満で添加することにより達成される。これらの向上は、無機相のナノスケール分散に関係する一般的な現象であるようであるが、特性の向上の程度はあらゆるポリマーで普遍的なわけではない。特性の向上は、ポリマーマトリックス中の無機相のモルフォロジー及び分散の程度に非常に大きく依存すると考えられている。
【０００９】
　ポリマー−粘土・ナノ複合材料中の粘土は、理想的には、以下の３つの構造をとると考えられる：（１）粘土格子中に有機物が挿入されずに粘土粒子が対面して凝集（face-to-face aggregation）している粘土タクトイド；（２）粘土格子が、格子の長距離秩序を保ったまま、個々のポリマー鎖の挿入による熱力学的に決まる平衡間隔に広がったインターカレートされた粘土；及び（３）単一の粘土小板状体が、粘土格子中へのポリマーの甚だしい滲入とその後の層間剥離（delamination）によりポリマー中にランダムに懸濁されている膨潤した粘土。先に示したように、ポリマー−粘土・ナノ複合材料の最大の特性の向上は、後者の２つの構造の場合に得られると予測される。ナノ粘土を用いた研究の殆どは、物理特性変更を目的として行われている。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４，７３９，００７号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８１０，７３４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６２５，７３６号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８６９，２２７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，８９１，６１１号明細書
【特許文献６】米国特許第５，９８１，１２６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，００２，８２６号明細書
【特許文献８】米国特許第６，２３９，９０７号明細書
【特許文献９】米国特許第６，３０１，４１７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３０７，９９５号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，３２７，４１６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
　材料の選択の幅がより広く、投光器からの入射光の受け入れを最適化するために、所定の材料で屈折率差をより細かく制御できると同時にスクリーンの観察側で周囲光の受け入れが最低限に抑えられる改良された導波路が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
　本発明は、１つ以上のポリマー層で外側がクラッドされた透明ポリマー中心コアを含んで成る導波路であって、前記コア又はクラッド層の少なくとも１つが、ポリマーバインダー中に配置された層状粒子を含み、前記粒子の大部分が１マイクロメートル未満の横方向寸法を有することを特徴とする導波路を提供する。
　本発明は、ステップ型クラッド導波路に使用される多くのポリマーの屈折率を制御又は変更し、接着結合できる材料の選択の幅をより広くすることを可能にする手段を提供する。
【００１３】
　本発明は数多くの利点を有する。本発明は、ポリマーに有効に組み込むことができ、ベースポリマーの屈折率の減少をもたらす、１マイクロメートル未満のサイズを有する層状粒子を提供する。そのような材料は、ステップ型導波路を使用する光学パネルの形成に非常に有用である。層状粒子は典型的には、天然物であるか合成物であるインターカレートされた粘土及びスメクタイト物質である。
【００１４】
　本発明の目的上、図１には、透明コア１４を有し、上側ではクラッド１２によって、下側ではクラッド１６によって取り囲まれている導波路１１が示されている。コアの屈折率はクラッド１２又は１６よりも高い。クラッド１２及び１６が、同じ屈折率を有することが好ましい。図１に示す導波路は、透明コア１４では均一な屈折率を有し、そしてクラッド１２及び１６では、透明コアよりも低いが均一な屈折率を有する。
【００１５】
　図２には、透明コア８４の各側に、別個のクリアな上側クラッド層８２と、別個のクリアな下側クラッド層８６が設けられている別のタイプの導波路が示されている。層８２及び８６はコア８４よりも屈折率が低い。黒色層８０及び８８は黒色接着剤層である。光線９０は、導波路中で反射される。
【００１６】
　簡単な表現で、導波路の動作は、図３を参照することにより部分的に理解することができる。導波路に入射する光波は屈折させられてクラッド内に入り、減衰（吸収）されるか、又は、コア／クラッド境界で全内部反射させられる。このようにして、光は導波路の長手方向に沿って伝搬する。光が透明コアに入射して全内部反射によって伝搬することができる最大角度を受光角と呼ぶ。図３には、クラッド導波路が示されており、上側黒色クラッド層２２と下側黒色クラッド層２６を有する透明コア２４の面に対して垂直な仮想線（点線）２１が描かれている。光線２３は、透明な中心コア２４に仮想法線２１からある角度２５（α）を成して入射する。空気の屈折率は１であり、透明コア２４はより高い屈折率を有するポリマーであるため、光線２３は法線の方に曲がる。光線２３は、クラッド２２及びコア２４の間の界面２８に当たるまで進む。クラッド２２とクラッド２６の屈折率は同じであり、かつ、コア２４の屈折率よりも低い。光線２３はコア２４側に反射され、コアから外に出る。この過程は、導波路内での全内部反射と呼ばれる。コア２４とクラッド２２及び２６との間の屈折率の差が大きいほど、導波路への受光角はより大きい。光線２３の入射角２５が大きすぎると、その光線は、界面２８で反射されず、クラッド２２に進入し、吸収される。
【００１７】
　図４は、背面投影スクリーンとして使用される光学パネル３１であり、幾つかの単一の導波路４０を積層させ、接着して一つにしたものから作られている。導波路４０は、黒色接着剤層３２とクリアなクラッド層３６も有する。クラッド層３６は、コア３４よりも低い屈折率を有する。光学パネル３１は、３つの導波路４０が積層しているように描かれているが、典型的な背面投影スクリーンでは、垂直又は水平方式で積層させ接着させて一つにする導波路の数は数百又は数千になる。光学パネル３１は、光方向付けフィルム（light directing film）３３を有する。このフィルムは、狭い入射角で到達する光線３５をコア３４の方に曲げるために使用される。さらに、光学パネル３１は、パネル又はスクリーンの観察側に光整形フィルム（light shaping film）３８も有する。光整形フィルムは、光が光学パネルを出る際に水平及び垂直観察方向に光を広げるために使用される。
【００１８】
　材料に入射する光の挙動は、基本的にはその材料の特性によって制御される。おそらく、導波を理解することにとって最も重要なことは、屈折率を理解することである。ある材料の屈折率は、媒体中での電磁波伝搬速度に対する真空中での電磁波伝搬速度の比である。ある物質の屈折率（ｎ）は、
　　　　　ｎ＝Ｖv／Ｖ
のように定義される。この式中、Ｖvは真空中での光速であり、Ｖは物質中での光速である。一般的に、光は物質に入射すると速度が減少し、従って屈折率は常に１よりも大きくなる。たいていの材料の屈折率は１．３２〜２．４０であり、１．４０〜１．８０の値が本発明にとって最も妥当である。なお、幾種かの材料の屈折率は全ての方向において必ずしも同じでないことに注意するべきである。材料の内部対称性は、層内での原子の配向性を反映したものである。原子の配列は、光がどの程度に材料と相互作用するかを決定する。挙動の２つの基本タイプを示す：
　１．　等方性−光がその材料のどこで入射するかとは無関係に、全ての方向における同じ特性（屈折率）が、同じ物理特性を示す。
　２．　異方性−異なる方向において異なる特性（異なる屈折率）を有する。これらの材料は、ａ）シートの長手方向及び幅方向において２つの屈折率を有する一軸性材料であるか、又は、ｂ）二軸性であり、３つの屈折率を有すること、によって特徴付けられる材料である。これらの材料は、材料の厚さ方向に広がる平面内に第３の屈折率を加える。
【００１９】
　導波路に入射する光はスネルの法則に従う。幾何光学のスネルの法則は、屈折境界、例えば空気−ガラス界面又は２つの異種ポリマーの界面に、非垂直角度で光線が当たるときに生じる曲げの量を規定する。図６に示すように、スネルの法則は、ｎairを光線が伝搬する材料の屈折率とし、αを光線が境界に当たる際の屈折境界での法線に対する光線の角度とし、ｎrを屈折光線が伝搬する材料の屈折率とし、βを屈折光線が伝搬する際の屈折境界での法線に対する光線の角度として記述される。光線及び屈折光線は、同一平面内を、入射点における法線の両側で伝搬する。光線が低屈折率の材料から高屈折率の媒体中に伝搬する場合、この光線は法線に向かって曲げられる。光線が高屈折率の媒体から低屈折率の媒体中に伝搬する場合、この光線は法線から離れる方向に曲げられる。光線が高屈折率の材料内を低屈折率の材料に向かって、スネルの法則によれば屈折光線の正弦が１よりも大きいこと（数学的に不可能）が要求されるような角度で伝搬する場合、結果として、「屈折」光線は実際には反射光線となり、入射角と等しい角度で全反射して高屈折率媒体に戻される（従って依然としてスネルの法則に「従っている」）。この反射は、金属製反射性コーティング（例えばアルミニウム又は銀）が存在しなくても発生する。この現象は全内部反射と呼ばれる。屈折境界における法線に対する最小入射角（この角度が全内部反射を生じる）は臨界角と呼ばれる。換言すれば全内部反射は、高屈折率材料内の光が低屈折率の媒体との界面に、（法線に対して）臨界角よりも大きい入射角で当たるときに発生する反射である。
　　　スネルの法則　　　ｎair*ｓｉｎ α＝ｎr*ｓｉｎ β
【００２０】
　臨海角は、幾何光学において、全内部反射が起こる最小入射角として定義される。入射角は、屈折境界で法線を基準に測定される。臨界角は、
　　　β＝ｓｉｎ-1（ｎc/ｎr）
によって表される。この式中、βは臨界角であり、ｎcは密度が低い方の材料の屈折率であり、ｎrは密度が高い方の媒体の屈折率である。
【００２１】
　幾何光学は、光線に関して光伝搬を記述する光学の一分野である。光線は２つの異なる材料間の界面で曲げられる。屈折した光線は、その光線が伝搬する材料との相互作用の結果として、速度が変化した光線であるか、又は一般的には、速度及び方向の両方が変化した光線である。
【００２２】
　光の速度は一定ではない。光の速度は、光が異なる透明物質を通過する際に変化する。光の空気中での伝搬速度は、何もない空間の真空中での伝搬速度よりも遅く、光の水中での伝搬速度は、空気中での伝搬速度よりも遅く、石英中での伝搬速度及びダイヤモンド中での伝搬速度はさらに遅い。光の速度は、その波長とその周波数とを掛け算したものに等しい。光が異種物質又は材料（ポリマー）を通過すると、その周波数は一定のままであり、その波長が変化する。互いに異種材料間の界面で波長（速度）がこのように変化することにより、一方の材料を通って他方の材料内に入る光は曲げられる。
【００２３】
　図５は、積層型導波路５１を表したもので、黒色クラッド５２の効果及び臨界角を超える周囲室内光を吸収する一方で、臨界角未満の他の周囲室内光を当該導波路を通してパネルの投影側に透過させるその能力を示すものである。図５は、コア５４とコア５４よりも低い屈折率を有する黒色接着剤クラッド５２とにより形成された導波路を備えた光学パネルである。光線５０及び５６は、導波路の観察側から、黒色クラッド５２に当たる、又はコア５４に当たってから黒色クラッド５２に当たる周囲室内光である。光線５８も、観察側の周囲室内光であるが、臨界角未満でコア５４に進入してコア５４と黒色５２により形成された境界で反射される。この光線は、導波路５１の投光器側で出るまでコア５４内を進み続ける。
【００２４】
　いかなる物質の屈折率も、その物質中での光速に対する真空中での光速の比である。屈折率はまた、屈折角の正弦に対する入射角の正弦の比でもある（ＡＳＴＭ　Ｄ６４２）。幾つかの典型的な材料の屈折率は下記の通りである：
　フルオロカーボン（ＦＥＰ）　　１．３４
　ポリテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）　　１．３５
　クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）　　１．４２
　プロピオン酸セルロース　　１．４６
　酢酪酸セルロース　　１．４６〜１．４９
　酢酸セルロース　　１．４６〜１．５０
　メチルペンテンポリマー　　１．４８５
　エチルセルロース　　１．４７
　アセタールホモポリマー　　１．４８
　アクリル樹脂　　１．４９
　硝酸セルロース　　１．４９〜１．５１
　ポリプロピレン（未変性）　　１．４９
　ポリアロマー　　１．４９２
　ポリブチレン　　１．５０
　アイオノマー　　１．５１
　ポリエチレン（低密度）　　１．５１
　ナイロン（ＰＡ）II型　　１．５２
　アクリル系マルチポリマー　　１．５２
　ポリエチレン（中密度）　　１．５２
　スチレンブタジエン熱可塑性樹脂　　１．５２〜１．５５
　ＰＶＣ（硬質）　　１．５２〜１．５５
　ナイロン（ポリアミド）６/６型　　１．５３
　ユリアホルムアルデヒド　　１．５４〜１．５８
　ポリエチレン（高密度）　　１．５４
　スチレンアクリロニトリルコポリマー　　１．５６〜１．５７
　ポリスチレン　　１．５７〜１．６０
　ポリカーボネート（充填剤なし）　　１．５８６
　ポリスチレン　　１．５９。
　この情報から判るように、導波に使用され得る多くのポリマーは、互いにかなり近い屈折率を有する。
【００２５】
　導波路のコアとクラッドとの間の屈折率差が大きくなるにつれて、導波路に入射する光の受光角が大きくなる。すなわち、急角度からの入射光は吸収されずに全内部反射させることができる。コアとクラッドとの間の屈折率差が小さくなればなるほど、全内部反射させられる光は少なくなる。適合性のある材料の選択は限られているので、このことは重要になる。背面投影又はその他の用途に対して導波路を有用にするために、コアとクラッド材料とを互いに接着させなければならない。さらに、黒色色素又は顔料をクラッド内に含めることが望ましい。互いに接着し、しかも最適な屈折率差を有する材料を見出すのは難しい。
【００２６】
　さらに、注意すべきことは、スクリーンの観察側から導波路に入射する周囲室内光をも最低限に抑えるように背面投影スクリーン用の導波路の性能を最適化するためには、コアとクラッドとの間の屈折率差を制御しなければならないということである。未変性ポリマーのこの用途に対する汎用性は制限されている。ポリマーの屈折率を制御又は変更する能力を得ることは、導波路スクリーンの設計時に極めて重要かつ有用である。驚くべきことに、ポリマーマトリックス中のナノ粘土の濃度を制御することにより、ポリマーとナノ粘土との間の屈折率が広い範囲で制御されることが判った。本発明のナノ粘土は、ポリマーの屈折率を低下させることに役立つ。この場合、コアとクラッドとに同じポリマーを使用することができ、従って接着の問題を懸念することはなくなる。さらに、光エンジンからの入射光受光角及び観察側からの周囲室内光の両方の制御を最適化することができる。このような発見により、コアとクラッドとに用いられる異なるポリマーの屈折率を変更することも可能になる。
【００２７】
　以下に示す用語は、本明細書中で使用される場合にはいつでも下記の意味を有する。
　「ナノ複合材料」とは、少なくとも１種の成分が、０．１〜１００ナノメートルの範囲内の少なくとも１つの寸法を有する無機相、例えばスメクタイト粘土を含む複合材料を意味する。
　「平板状体（plates）」とは、第３の寸法よりもかなり大きい２つの同等な寸法を有する粒子を意味する。
　「層状物質」とは、複数の隣接して結合した層の形態にあるスメクタイト粘土のような無機物質を意味する。
　「小板状体（platelets）」とは、層状物質の個々の層を意味する。
　「インターカレーション」とは、層状物質の小板状体間に１つ以上の異物分子又は異物分子の一部が挿入することを意味し、通常は米国特許第5,554,670号明細書に示されているようなＸ線回折技術により検出される。
　「インターカラント」とは、前記層状物質の小板状体間に装入される前述の異物分子を意味する。
　「膨潤（exfoliation）」又は「層間剥離（delamination）」とは、個々の小板状体が分離して、積層秩序のない無秩序な構造になることを意味する。
　「ポリマー」は、オリゴマー、コポリマー及びインターポリマーをも包含することとする。
　「アイオノマー」は、イオン結合及び共有結合で連結されているポリマーである。アイオノマー中には、互いに結合した正の電荷を帯びた基と負の電荷を帯びた基とが存在し、その極性が独特の樹脂を形成する。
　「有機変性された」とは、有機物質又は有機末端基を加えることを意味する。
　画像形成支持体の「上」及び「下」側とは、それぞれ、画像形成層（複数でもよい）を有する側及びその反対側を意味する。
　「横」、「幅」及び「厚さ」とは、ナノ粒子の３つの寸法を大きい順に呼んだものである。
【００２８】
　米国特許第4,739,007号、第4,810,734号、第4,889,885号、第4,894,411号、第5,102,948号、第5,164,440号、第5,164,460号、第5,248,720号、第5,973,053号及び第5,578,672号の各明細書に記載されているようなフィロシリケートが、入手容易性及びコストの理由から、本発明にとって好ましい層状粒子である。特に好ましいフィロシリケートは、所望の屈折率値を有する理由から、フッ素化されたフィロシリケートである。スメクタイト粘土、例えばナトリウムモンモリロナイト及びカルシウムモンモリロナイトのようなフィロシリケートは有機分子、例えばアンモニウムイオンで処理して、隣接する平面状シリケート層間にこれらの有機分子をインターカレートし、及び／又は、個々のシリケート層を膨潤させることができることが知られている。これらのシリケート層は、ホストポリマーの重合前、重合後又は重合中にホストポリマーと混合されると、そのポリマーの１つ以上の特性、例えば機械的強度特性及び／又は高温特性を改善することが判っている（米国特許第4,739,007号明細書、第4,810,734号明細書及び第5,385,776号明細書参照）。本発明に適したフィロシリケートとしては、スメクタイト粘土、例えばモンモリロナイト、具体的には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（nontronite）、バイデライト（beidellite）、ボルコンスコアイト（volkonskoite）、ヘクトライト（hectorite ）、サポナイト（saponite）、ソーコナイト（sauconite）、ソボカイト（sobockite）、スティーブンサイト（stevensite）、スビンフォルダイト（svinfordite ）、バーミキュライト（vermiculite）、マガディアイト（magadiite）、ケニヤアイト（kenyaite）、タルク（talc）、雲母（mica）、カオリナイト（kaolinite ）及びこれらの混合物が挙げられる。
【００２９】
　他の有用な粘土系層状粒子としては、イライト（illite）、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（ledikite）、及び、イライトと上記粘土鉱物との混合物が挙げられる。前述の粘土系材料は関連文献、例えば"Clay Colloid Chemistry"(H. van Olphen著、第2版、John Wiely & Sons Publishers発行(1977))に詳細に記載されている。アニオン系ポリマーと共に特に有用なその他の有用な層状粒子は、層状のヒドロタルサイト又は複水酸化物、例えばＭｇ6Ａｌ3.4（ＯＨ）18.8（ＣＯ3）1.7Ｈ2Ｏである。この物質は正の電荷を帯びた層と、層間空間内に交換可能なアニオンを有する。さらに他の有用な層状粒子としては、塩化物、例えばＦｅＣｌ3、ＦｅＯＣｌ、カルコゲナイド、例えばＴｉＳ2、ＭｏＳ2及びＭｏＳ3、シアン化物、例えばＮｉ（ＣＮ）2、及び酸化物、例えばＨ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＨＴｉＮｂＯ5、Ｃｒ0.5Ｖ0.5Ｓ2、Ｖ2Ｏ5、ＡｇをドープしたＶ2Ｏ5、Ｗ0.2Ｖ2.8Ｏ7、Ｃｒ3Ｏ8、ＭｏＯ3（ＯＨ）2、ＶＯＰＯ4・２Ｈ2Ｏ、Ｚｒ（ＨＰＯ4）2・２Ｈ2Ｏ、ＣａＰＯ4ＣＨ3・Ｈ2Ｏ、ＭｎＨＡｓＯ4・Ｈ2Ｏ、及びＡｇ6Ｍｏ10Ｏ33が挙げられる。
【００３０】
　特に好ましい層状粒子は、フッ素化された粒子である。なぜならば、それらの粒子は望ましい低い屈折率値を有するからである。好ましい層状粒子は膨張可能であり、これにより、他の作用物質、例えばイオン又は分子が、層状粒子にインターカレートし、及び／又は層状粒子を膨潤させて、その結果、無機相の望ましい分散体をもたらすことができるものである。これらの膨張可能な層状粒子としては、２：１型のフィロシリケートが挙げられる。これらのフィロシリケートは層上の負電荷と層間空間内に相応数の交換可能なカチオンとを有し、これにより全体的な電荷中立性を維持する。１００ｇ当たり５０〜３００ミリ当量のカチオン交換能を有する典型的なフィロシリケートが好ましい。本発明に対して非常に好ましい層状粒子としては、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、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、ソボカイト、スティーブンサイト、スビンフォルダイト、ハロイサイト、マガディアイト、ケニヤアイト及びバーミキュライト、並びにヒドロタルサイト、カルコゲナイト及び酸化物が挙げられる。
【００３１】
　前述のスメクタイト粘土は天然物であっても合成物であってもよい。この違いは、粒度及び／又は付随する不純物のレベルに影響を及ぼし得る。典型的には、合成粘土は横方向寸法がより小さく、従って、アスペクト比がより小さい。しかし、合成粘土は天然粘土と比較して、より純粋であり、より狭い粒度分布を有しており、更なる精製又は分離を必要としない。本発明の場合、粘土粒子の横方向寸法は０．０１μｍ〜１μｍであるのがよく、望ましくは０．０１μｍ〜０．４μｍであり、好適であるのは０．０１μｍ〜０．０５μｍである。粘土粒子の厚さ又は鉛直方向寸法は、様々な値をとり得るが、０．５ｎｍ〜１０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜５ｎｍである。粘土粒子の最大寸法と最小寸法との比であるアスペクト比は、本発明の場合、少なくとも１０：１であり最大で１０００：１であるのがよい。粒子の粒度及び形状に関する前述の制限は、ナノ複合材料のいくつかの特性を他の特性に悪影響を及ぼさずに適切に改良する。例えば横方向寸法が大きいと、機械的特性及びバリアー特性の向上にとって望ましい１つの尺度であるアスペクト比の増大をもたらすことがある。しかしながら、非常に大きな粒子は、光学的な欠点、例えば曇りをもたらすことがあり、また、処理装置、運搬装置及び仕上げ装置並びに画像形成装置に対して摩耗作用を生じるおそれがある。１０：１未満のアスペクト比は、達成するのが難しく、費用が嵩む割には効用が限られる。本発明の粘土の好ましいアスペクト比は、最適な特性を得ることを目的として、２０：１〜２００：１である。
【００３２】
　本発明において使用される粘土はオルガノ粘土（organoclay）であってよい。オルガノ粘土は官能化されていない粘土を好適なインターカラントと相互作用させることにより生成される。これらのインターカラントは、典型的には、中性又はイオン性の有機化合物である。有用な中性有機分子としては、極性分子、例えばアミド、エステル、ラクタム、ニトリル、尿素、炭酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩及びニトロ化合物などが挙げられる。中性有機インターカラントは、モノマー、オリゴマー又はポリマーであることができる。中性有機分子は、元の電荷を均衡するイオンの完全な交換を生じずに、水素結合を介して粘土の層中へのインターカレーションを引き起こすことができる。有用なイオン性化合物は、オニウム化学種、例えば脂肪族、芳香族又はアリール脂肪族アミン類、ホスフィン類及びスルフィド類のアンモニウム(第１級、第２級、第３級及び第４級)、ホスホニウム又はスルホニウム誘導体などのカチオン系界面活性剤である。典型的には、オニウムイオンは、好ましいスメクタイト粘土の金属カチオンとイオン交換することにより、層中へのインターカレーションを引き起こすことができる。様々な工業用のオルガノ粘土が粘土製造供給元、例えばSouthern Clay Products及びNanocorから入手することができ、これらを本発明の実施に使用することができる。
【００３３】
　本発明のスメクタイト粘土はさらに、相溶化剤で処理することもできる。相溶化剤の目的は、無機粘土相を、粘土が好ましくは分散されるバインダーポリマーと相溶化させることである。典型的には、相溶化剤は、粘土表面と結合する成分と、バインダーポリマーと好ましく相互作用する別の成分とを含む。効果的な相溶化により、バインダーポリマー中に粘土が均質に分散される。
【００３４】
　インターカラント、及びインターカラントであることも可能な相溶化剤は、選択された特定のポリマー及び特定の粘土物質に応じて多種多様であってよい。本発明の好ましいスメクタイト粘土を処理するのに有用な種々のタイプのインターカラント及び相溶化剤の例は、米国特許第4,739,007号、第4,810,734号、第4,889,885号、第4,894,411号、第5,102,948号、第5,164,440号、第5,164,460号、第5,248,720号、第5,973,053号、第5,578,672号、第5,698,624号、第5,760,121号、第5,804,613号、第5,830,528号、第5,837,763号、第5,844,032号、第5,877,248号、第5,880,197号、第6,057,396号、第5,384,196号、第5,385,776号、第5,514,734号、第5,747,560号、第5,780,376号、第6,036,765号、第6,034,163号、第6,084,019号及び第5,952,093号の各明細書の開示に含まれているが、それらの開示内容に限定されるわけではない。
【００３５】
　本発明の導波路は、１つ以上のポリマー層で外側がクラッドされた透明ポリマー中心コアを含み、コア又はクラッド層の少なくとも１つは、ポリマーバインダー中に配置された層状粒子を含み、前記粒子の大部分が１マイクロメートル未満の投影サイズを有する。層状粒子は、中心コア又はクラッド中に存在することができる。導波路が光をコア側に反射し、最低限の損失で光を導波路の長手方向に伝搬させることに注意すべきであり、クラッド層の屈折率は中心コアの屈折率よりも低くなくてはならない。０．５〜１０ｎｍの厚さを有する層状粒子を配置することによって、ポリマーの屈折率を減少できることが判った。
【００３６】
　本発明のさらなる態様において、コアは平面状である。シート状の導波路を提供することによって、本発明は、背面投影スクリーンとして使用できる。投影光源からの光は、直接に、あるいは、光方向付け器（light director）、例えばフレネルレンズ、又は3M CompanyからVikuitiの名称で販売されている直角三角形型レフレクタのような光を方向付ける形状物の使用により導波路のコアに向けることができる。典型的な背面投影スクリーンは、垂直及び／又は水平観察方向でのスクリーンの観察角を最適化するために、観察側に拡散スクリーン又は光整形器を有することができる。
【００３７】
　本発明のさらなる態様において、コアは、円筒形状を有することができる。これは、光ファイバーとしての用途に好ましい。この場合、より屈折率の低いクラッドが透明コアを取り囲む。
【００３８】
　層状粒子、特にスメクタイト粘土が好ましくは分散されるバインダーポリマーは、種々多様なポリマーを含むことができる。具体的には、バインダーポリマーは、水性溶剤系又は有機溶剤系のコーティング組成物から適用するために、水溶性ポリマー、親水性コロイド又は水不溶性ポリマーを含むことができる。或いは、バインダーポリマーは、熱処理可能な溶融物から適用するために、熱処理可能な熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーを含むこともできる。
【００３９】
　水溶性ポリマーは好ましくは、ポリアルキレンオキシド、例えばポリエチレンオキシド、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（ビニルアセテート）、ポリスチレンスルホネート、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメタクリルアミド）、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、多糖、デキストラン、又はセルロース誘導体、例えばカルボキシメチルセルロース及びヒドロキシエチルセルロースなどを含むことができる。水溶性ポリマーは、環境的に魅力的なコーティング組成物の利点を提供する。またこれらの多くの水溶性ポリマーは、粘土にインターカレートすることもでき、従って均一な分散体を提供する。
【００４０】
　親水性コロイドは好ましくはゼラチン、又はゼラチングラフト化ポリマーを含むことができる。上述のゼラチンは、例えばアルカリ処理ゼラチン（牛骨又は皮ゼラチン）、酸処理ゼラチン（豚皮又は骨ゼラチン）、及びゼラチン誘導体、例えば部分的にフタル化されたゼラチン、アセチル化されたゼラチンなど、及び好ましくは脱イオン化ゼラチンを含んでよい。ゼラチン及びゼラチン系ポリマーが特に魅力的である。なぜならば、これらのコストは比較的安く、粘土にインターカレートすることができるからである。
【００４１】
　水不溶性ポリマーは、有機溶剤に可溶なポリマー、又は、水性分散体又はラテックスの形態のポリマーを含むことができる。このようなポリマーは好ましくは、スチレン及びスチレン誘導体、アルキルアクリレート、アルキルメタクリレート及びこれらの誘導体、オレフィン、アクリロニトリル、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ビニルアセテート、ハロゲン化ビニル、ハロゲン化ビニリデン、セルロースエステル、例えば酢酸セルロース及び酢酪酸セルロースのポリマー、ポリウレタン、ポリエステル及びポリエステルアイオノマーを含むことができる。上記水不溶性ポリマーは、有用な物理的特性、例えば隣接層に対する接着性、靭性、有機溶剤との相溶性などを提供することができる。特に好ましい水分散性ポリマーは、その優れた皮膜形成特性、スメクタイト粘土との相溶性及び商業的入手容易性の点から、ポリエステルアイオノマーを含む。
【００４２】
　上記の熱処理可能なポリマーは、熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーであることができる。熱硬化性ポリマーはさらなる利点を提供する。なぜならば熱硬化性ポリマーは典型的には良好な接着剤であり、従って種々のコア材料に良好に粘着することができるからである。熱処理可能な高分子材料は、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、セルロースエステル、ポリエーテル及びポリビニルアルコールを含んでよい。層状粒子を熱処理可能なポリマーに添加することにより、ポリマーの屈折率を変更することができる。コアの屈折率よりもクラッドの屈折率を減少させることができる一方で、コア及びクラッドに同じポリマーを使用できることは、特に層間の接着にとって極めて有用である。２層以上の層が同時にコートされる場合に、両層に同系ポリマーを使用できることにより、層の安定性が改善され、その結果、界面の問題が最低限に抑えられる。熱処理可能なポリマーは、導波路として有用である。なぜならば、コアと同時に、別個の層として、クラッドを共押出又は共流延することができるからである。これにより層間に極めて平滑な界面が提供され、このような界面によって、コアからクラッド層へ光が伝搬する際に生じる屈折損失が最低限に抑えられる。これらの材料は、導波路として使用する場合に、画像の伝送に関して優れた光学的特性を提供する。
【００４３】
　導波路におけるバインダーポリマーとして有用な他の材料は、輻射線硬化性ポリマーであり、アクリレート、エポキシ及びイソブチレン部分を含むものからなる群から選択できる。輻射線硬化性材料は、材料間の優れた接着を可能にし、容易にコートされ、硬化される。これらの材料はまた、硬化されると耐久性が極めて高くなり、種々の温度及び湿度の範囲内で耐えることができる。
【００４４】
　一般的に、クラッド層内のバインダーポリマーは、コアの選択に応じて選ぶことができる。経験則として、クラッド内のバインダーポリマーは、良好な接着性が得られるよう荷、コア内のポリマーと同じ又は類似のものであることが望ましいが、この規則には例外が多数ある。本発明の場合、層状粒子は、クラッドのバインダーポリマー中に分散されると、ポリマーの屈折率を減少させ、しかもこの場合、コアに対する接着性を有意に変化させることはない。コア材料の選択は多くの基準、すなわち、屈折率及び透明性のような光学的特性、物理的特性、寸法安定性、製造容易性、入手容易性、コストなどに依存する。好ましいコア材料はセルロース誘導体、例えば酢酸セルロース、酢酪酸セルロース、又はポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレートのような非晶質又は結晶質ポリエステルを包含するポリエステルを含むことができる。これらの材料が好ましい主な理由は、これらの優れた光学的特性、入手容易性、及び比較的低コストなことにある。セルロースコアに対し、クラッド層内の好ましいバインダーポリマーは、セルロース誘導体、例えばカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、酢酸セルロース及び酢酪酸セルロースである。同様に、ポリエステルコアに対し、クラッド層内の好ましいバインダーポリマーは、ポリエステルアイオノマーのようなポリエステルである。
【００４５】
　本発明の一つの態様において、バインダーポリマーは、不透明材料をさらに含むことができ、好ましい態様では、この不透明材料は黒色である。黒色の不透明材料は、周囲室内光を吸収して背面投影スクリーンとして使用した場合に画像の視認性（viewability）の向上をもたらすため、黒色の不透明材料が好ましい。さらに、黒色層は、光を吸収し、光が臨界角を超える角度で入射して別の導波路に伝わるのを妨げることを助ける。不透明材料は、０〜３０％の透過率を有することがある。一般的に、より低い透過率がより好ましい。０％の透過率を有する不透明材料は、完全に吸収性であるため、より高い透過率を有するものよりもより有効である。３０％を超える透過率を有する不透明材料は、ある程度の吸光度を提供するが、さほど十分ではなく、あまり多くの光を吸収しない。本発明の好ましい態様において、不透明材料は、１０〜２５％の透過率を有する。全吸収性を提供できる材料があることは知られているが、透過率１０％未満の吸光度を得ることはより困難であり、通常、より多くの材料使用量を必要とし、及び／又は不透明材料を含む層の厚さがより厚いことを必要とする。これは、より高価なものとなり、層が厚い場合には、クリアなコアと吸収層の間の開口率は、それが好ましくないものとなり、スクリーン上の画像を観察するのを妨害する点まで減少することがある。透過率が２５％を超える不透明材料は、観察者により多くの周囲光が反射されることとなり、従って、スクリーンの視認性が低下する。
【００４６】
　本発明の平面状導波路は、透明中心コアとクラッド層を有し、これらの厚さの比は２０：１〜５：１である。２０：１〜５：１の厚さ比は、観察に十分な開口率と周囲室内光を吸収するのに十分なクラッドの厚さを提供することにより優れた視認性を提供する。２０：１を超えるコア対クラッド比が有用であるが、周囲室内光が減少してスクリーンが望ましさに劣るものとなるのに十分に薄いものとなる。コア対クラッドの厚さ比が５：１を超える場合、開口率は減少し、不透明なクラッドはスクリーンの視認性を妨げてしまう。
【００４７】
　本発明において有用な導波路は、ポリエステル、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィン及びこれらのコポリマーから成る群から選ばれる少なくとも１種の材料を含む透明中心コアを有することができる。これらの材料は、優れた光学的特性を有し、光の歪み又は吸収を最低限に抑えて光を伝えるため、有用である。良好な表示特性を得るには、透明中心コアは、８０〜１００％の透過率を有するべきである。８０％未満の透過率は、より多くの光を吸収又は散乱し、導波路の全体的明るさを減少させる。コアに対するクラッド層の接着性を高めるために、コアにプライマー又はつなぎ層を備えてもよい。
【００４８】
　導波路が光を伝搬させるには、クラッドは、コアの屈折率よりも低い屈折率を有することが必要である。本発明の１つの態様において、透明中心コアとポリマーバインダー層には０．００１〜０．３５の屈折率差がある。本発明の好ましい態様において、透明中心コアと１つ以上のポリマーバインダー層には０．０１〜０．３０の屈折率差がある。０．０１未満の屈折率差は、入射光の受光角が非常に狭く、以上に狭い角度で進入した光だけが中心コアを伝搬する。これは、周囲室内光を吸収するのに有用であるが、画像投影光源からの光を導波路の方に非常に狭い角度で向けることも必要である。フレネルレンズ又は他のタイプの光方向付け器（light director）を使用せずに、光が観察されるよう、光源を狭い領域内に配列させる必要がある。一方、透明中心コアと１つ以上のポリマーバインダー層の間の屈折率差が０．３０を超える場合には、導波路は、広い光源から光を受け入れ、背面投影スクリーンの方に伝搬させ、背面投影スクリーンにおいて光は反射されてスクリーンの投影側から導波路に再度進入する。
【００４９】
　本発明の別の有用な態様において、導波路は、１．０〜２．４の屈折率を有する透明な中心コア及び１つ以上のポリマーバインダー層を有することができる。１．０〜２．４の屈折率を有する透明な中心コア及びポリマーバインダー層は、材料の選択幅の拡大をもたらし、導波路スクリーンに最適な性能を与えることができる。１．０未満の屈折率を有する材料は入手できないが、２．４を超える屈折率を有する材料は高価で、導波路としての有用性が限られている。
【００５０】
　本発明の別の態様において、層状粒子は０．５〜１０ｎｍの厚さを有する。０．５ｎｍ未満の粒子は有用であろうが、非常に薄い粒子を使用して作業すること及び層状粒子を使用して望ましい屈折率の変更を達成することは困難であり、複数粒子層の間隔をつめること（de-spacing）が必要であり、一方、１０ｎｍを超える厚さを有する粒子は有効性に劣るものとなり、より多くの光を散乱する傾向がある。
【００５１】
　ポリマーの屈折率を調節するために、層状粒子を、中心コア若しくはクラッド層又はこれらの両方の層に添加できる。ポリマー中の層状粒子の濃度は、屈折率に対して非常に大きな影響を及ぼす。ポリマーバインダー中に分散された層状粒子の有用な濃度は１〜９０質量％である。層状粒子の濃度が高いほど、屈折率変化がより大きい。層状粒子はベースポリマーの屈折率よりも低い屈折率を有するため、その濃度が増加するにつれて屈折率はより低くなる。この場合には、コアとクラッドの両方が粒子を含むことができ、望ましい屈折率差が達成されるように濃度を調節することができる。９０％を超える濃度では、層の透明性が低下する傾向があり、層の観察する上での有効性が低下する。クラッド中での濃度が高いほど、粒子はより多くなるとともにバインダーポリマーがより少なくなるため、より低い凝集強さを有するものとなる。１％未満の層状粒子を含むポリマーバインダーは、屈折率効果が小さい傾向があり、ポリマーの屈折率を変えるのに有用ではないであろう。本発明の好ましい態様において、クラッド層は、ポリマーバインダー中に配置された層状粒子を、当該クラッド層の１〜９０質量％の量で含む。クラッド層だけに層状粒子を添加することがより望ましい。なぜなら、層状粒子が十分に分散性でない場合又は層状粒子が凝集体を形成する場合には、光が散乱される傾向があり、導波路スクリーンの全体的な視認性が低下するからである。
【００５２】
　本発明の態様は、光エンジンからの入射光を制御すると同時に周囲光の排除を最大限に高める手段をさらに提供することができる。
【００５３】
　下記の例は本発明の実施を示す。これらの例は本発明の考えられ得る全ての変更態様を排除することを意図するものではない。部及び百分率は、特に示さない限り重量部及び重量パーセントである。
【実施例】
【００５４】
　本発明の例及び比較試料において使用される材料は下記のものを含む：
　層状粒子
　Laponite SはSouthern Clay Productsによって供給された水和ケイ酸マグネシウムリチウムを含むフッ素化合成粘土であり、製品速報によれば、その組成は下記の通りである（質量％）。
ＳｉＯ2　　　 ５０〜５２
ＭｇＯ　　　　２２〜２４
Ｌｉ2Ｏ　　　 １．１〜１．４
Ｎａ2Ｏ　　　 ６．０〜８．０
Ｐ2Ｏ5　　　　３．３〜５．５
Ｆ　　　　　　４．７〜５．２
強熱減量　　　８．５〜９．０
【００５５】
　Laponite RDSはSouthern Clay Productsによって供給された水和ケイ酸マグネシウムリチウムを含む合成粘土であり、製品速報によれば、その組成は下記の通りである（質量％）。
ＳｉＯ2　　　 ５５〜５６
ＭｇＯ　　　　２５〜２７
Ｌｉ2Ｏ　　　 ０．８
Ｎａ2Ｏ　　　 ５．４〜５．８
Ｐ2Ｏ5　　　　４．０〜４．２
強熱減量　　　８．０
【００５６】
　Laponite S及びRDSの横方向寸法は、クライオ透過電子顕微鏡分析（クライオＴＥＭ）法により評価できる。この方法では、Laponiteの希釈水性ゾルを凍結し、その後、ＴＥＭにより低温条件下で画像化する。この方法によると、分散した層状粒子を直接観察することができる。そのような分析によって、Laponite RDS粒子について、０．０２〜０．０４μｍのおおよそのＥＣＤ（横方向寸法）が得られた。ある程度の分散度があった。
【００５７】
　バインダーポリマー
　AQ 55はEastman Chemical Companyによって供給された水分散性ポリエステルアイオノマーである。
　屈折率測定のために、本明細書において上述した材料を含む水性コーティング組成物を、シリコンウェハー上にスピン塗布する。
　例えば可変角分光偏光解析器（ＶＡＳＥ）（例えばJ.A. Woollam Companyから入手）を含む任意の手段を使用することにより、本発明の薄膜の厚さを測定し、この薄膜の光学的な特徴づけを行うことができる。使用されるべき光の波長は、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍで様々な値をとることができ、試料の法線に対して３つの角度、６５°、７０°及び７５°を用いることができる。VASEから得られるパラメータはデルタ(delta)及びプサイ(psi)であることができる。これらのパラメータは、線形偏光が薄膜と相互作用した後で偏光法により偏光された後、結果として生じた楕円体を定義する三角法パラメータである。コーシー・モデル及びその他のオシレータ・モデルをデルタ及びプサイに当てはめることにより、厚さ値と、屈折率に対応する分散曲線と、シリコン基板上の有機ポリマーフィルムに対応する吸光係数とを導き出すことができる。データを５８９ｎｍで報告する。
【００５８】
　AQ55中に分散された種々の量のLaponite Sを含有する層に対応する屈折率データを表１にまとめる。
【００５９】
【表１】
2004133415.tif 000002
【００６０】
　表１のデータから明らかなように、AQ 55中のLaponite Sの質量割合が増加するにつれて、層の全体的な屈折率は減少した。このことは、水分散性ポリエステルマトリックスの屈折率を減少させる上での本発明の層状粒子の有効性を示している。延伸ポリエチレンテレフタレートシートは、典型的には、延伸度に応じて１．６を上回る屈折率を得るので、試料の層（２〜１１）のいずれかを、延伸ポリエチレンテレフタレートコアのための、屈折率が低減された効果的なクラッド層として使用することができる。
【００６１】
　いかなるバインダーポリマーも使用せずにLaponite S及びLaponite RDSの屈折率データを表２において比較する。なお、Laponite Sがフッ素化されたものであることを除けば、Laponite S及びLaponite RDSの組成は極めて類似している。
【００６２】
【表２】
2004133415.tif 000003
【００６３】
　Laponite SがLaponite RDSよりも屈折率が低いことは明らかであり、このことは、本発明の実施するのにフッ素化スメクタイトの使用が望ましいことを実証している。
【００６４】
　導波路要素の例
　本発明の導波路要素を下記のように構成することができる：
　導波路要素のコアは、約１２０μｍ厚のポリエチレンテレフタレート又はＰＥＴのフィルムベースを含み、このフィルムベースは、塩化ビニリデン−アクリロニトリル−アクリル酸ターポリマーの接着促進下引き層を有していた。ＰＥＴフィルムベースの各側に、層状粒子としてのLaponite SとバインダーポリマーとしてのAQ55を含んで成る約１μｍ厚（乾燥）のクラッド層をコートした。Ｘ−ホッパーを使用して水性コーティング組成物からコーティングを作製し、完全に乾燥させた。このクラッド層におけるLaponite S：AQ55の質量比は３０：７０であった。
　ＰＥＴコアの屈折率は１．６８であり、クラッド層の屈折率は１．５２である。
　クラッド層の上に、黒色色素及びコポリエステル樹脂を含んで成る約２μｍ厚（乾燥）の黒色接着剤層をコートした。
　上記の導波路要素の層構成は、図１Ａに概略したものに類似する。
【００６５】
　上記導波路要素を、デュアル加熱（dual-heated）シリコーンゴムニップを使用して１６０℃で熱的に積層した。このようにして作製された積層体を、２４時間後に剥離強さについて試験した。ＰＥＴベース中に破壊の跡が観察された。この結果から、本発明に従って作製した導波路要素の優れた層間接着性が判る。
【００６６】
　本発明には、
　ポリマーバインダーが、水溶性ポリマー、例えばポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリスチレンスルホネート、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメタクリルアミド）、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、多糖類及びそれらのコポリマーからなる群から選ばれる少なくとも１種の材料、親水性コロイド、例えばゼラチン、並びに水不溶性ポリマー、例えばスチレン、アクリル酸及びメタクリル酸及びそれらのエステル、マレイン酸、イタコン酸、酢酸ビニル、ハロゲン化ビニル、ハロゲン化ビニリデン及びアクリロニトリルからなる群から選ばれたモノマーから誘導されたポリマーを含むラテックスの形態にあるもの（ポリエステル、ポリエステルアイオノマー、ポリオレフィン、ポリウレタン及びそれらのコポリマーのラテックス分散体を包含）からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料を含む態様；
　ポリマーバインダーが、熱可塑性ポリマー、例えばポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスチレン及びそれらのコポリマー、又は熱硬化性ポリマー、あるいは、セルロース誘導体、例えばカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、酢酸セルロース若しくは酪酢酸セルロースを含む態様；
　ポリマーバインダーが隣接する層を結合させるための接着剤を含む態様；
　不透明材料が、１〜３０％の透過率、好適には１０〜２５％の透過率を有する態様；
　含まれる輻射線硬化性材料が、アクリレート、エポキシ及びイソブチレン部分を含むものからなる群から選ばれる態様；
　粒子がスメクタイトであって、合成されたもの、有機変性されたもの、又はフッ素化されたものであり、ケイ酸アルミニウムを含むモンモリロナイト又はケイ酸マグネシウムを含むヘクトライトを含むスメクタイトを含むものである態様；
　透明中心コアが、ポリエステル、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリ（環状オレフィン）及びこれらのコポリマーからなる群から選ばれる少なくとも１種の材料を含む態様；
　透明中心コアとクラッド層の屈折率差が０．００１〜０．３５、望ましくは１．０〜２．４である態様；
　クラッド層が１〜９０質量％の層状粒子を含む態様；
　粒子の横方向寸法の平均が０．０１〜０．０５μｍである態様；並びに
　導波路が背面投影型ディスプレイスクリーンの一要素である態様；
が含まれる。
【００６７】
　本発明は、１つ以上のポリマー層で外側がクラッドされた透明ポリマー中心コアを用意すること及び前記コア及びクラッド層の少なくとも１つに、ポリマーバインダー中に配置された層状粒子を含めることを含み、前記粒子の大部分が１マイクロメートル未満の横方向寸法を有することを特徴とする、導波路の形成方法の形態にある態様も含む。
【００６８】
　本明細書中に引用した特許明細書及びその他の刊行物の内容全体は、引用により、本明細書中に含まれていることにする。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、クラッド内に不透明材料を備えた典型的なステップ型クラッド導波路を示す概略図である。
【図２】図２は、クラッドがクリアであり、別個の黒色接着剤層が存在するステップ型クラッド導波路の概略図である。
【図３】図３は、光学パネルの概略図である。
【図４】図４は、当該導波路の観察側からの周囲室内光を吸収する黒色クラッド層を有する積層型導波路の概略図である。
【図５】図５は、導波路の概略図であり、スネルの法則の効果を示すものである。
【図６】図６は、導波路によって形成された光学パネルの概略図であり、幾らかの周囲室内光を吸収する平面状導波路の能力を示すものである。
【符号の説明】
【００７０】
１１…透明コアと各側に設けられたクラッドからなる導波路
１２…透明コアよりも低い屈折率を有し、黒色の光吸収性材料を含み、接着剤も含む上側クラッド層
１４…導波路の透明コア
１６…透明コアよりも低い屈折率を有し、黒色の光吸収性材料を含み、接着剤も含む下側クラッド層
２１…透明コアの仮想法線
２２…透明コアよりも低い屈折率を有し、黒色の光吸収性材料を含み、接着剤も含む上側クラッド層
２３…セグメントに分かれ、クラッドで反射され、透明コア中を伝搬する光線
２４…導波路の透明コア
２５…光線２３が透明コアに進入する際の、透明コアの仮想法線と光線２３とが成す角度
２６…透明コアよりも低い屈折率を有し、黒色の光吸収性材料を含み、接着剤も含む下側クラッド層
２８…クラッド層と透明コアの界面
３１…積層された導波路とスクリーンの入力側に設けられた光方向付けフィルムとスクリーンの観察側に設けられた光整形フィルムからなる光学パネル
３２…接着剤を含む黒色の光吸収性層
３３…導波路の透明コアに入射する光の角度を変える光方向付けフィルム又はフレネルレンズ
３５…セグメントに分かれ、光方向付けフィルムに進入する際に方向を変え、次いでクラッド層で反射される光線
３６…透明コアよりも低い屈折率を有するクリアなクラッド層
３８…水平方向及び垂直方向に光を広げる光整形フィルム
４０…単一導波路
５０…導波路の黒色クラッドに当たる、スクリーンの観察側の光線
５１…積層型導波路背面投影スクリーン
５２…黒色クラッド層
５４…導波路の透明コア
５６…導波路の黒色クラッドに当たる、スクリーンの観察側の光線
５８…臨界角未満の角度でコアに進入する周囲室内光からの光線
６０…透明コアの仮想法線
６２…透明コアよりも低い屈折率（ｎc ）を有し、黒色の光吸収性材料を含み、接着剤も含む上側クラッド層
６４…屈折率ｎrの導波路の透明コア
６６…屈折率ｎairの空気中を伝搬する光線
６８…導波路の透明コアに進入した際に屈折した光線であって、臨界角βでクラッド層にあたり、コア側に反射され、コアから空気中に出る光線
７０…上側クラッドにより反射された屈折光線
７２…空気中にある導波路、空気はｎair の屈折率を有する
７４…透明コア及びクラッド層を貫く仮想垂線
７６…クラッド層とコア層の界面により形成された屈折性の境界
８０…黒色接着剤層
８２…透明コアよりも低い屈折率を有するクリアなクラッド層
８４…透明コア
８６…透明コアよりも低い屈折率を有するクリアな下側クラッド層
８８…黒色接着剤層
９０…セグメントに分かれ、光方向付けフィルムに進入する際に方向を変え、次いでクラッド層で反射される光線
α…光線６６と透明コアの仮想法線６０の成す角度
β…屈折した光線６８と、透明コア及びクラッド層を貫く仮想垂線７４の成す角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2004133415000001.pdf