(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射パネル（１２）と、光源（１６）と、反射プリ偏光子（２６）とを備え、投射パネル（１２）は、液晶ディスプレイ（２０）と、１つの偏光子が前記ディスプレイの各面に隣接する、一対のダイクロイック偏光子（２２、２４）とを含み、
光源（１６）がパネルに光を向けるためのものであり、
反射プリ偏光子（２６）は、光源と光源に面するダイクロイック偏光子の間に設けた複層の光学フィルム（３６）を備えており、前記フィルムが隣接材料層の複層の積層対（４４）を備えており、前記各隣接材料層の積層対（４４）は、ストレス誘起複屈折を示す第１の重合体材料からなる第１の層と、前記第１の重合体材料とは異なる第２の重合体材料からなる第２の層とから構成され、前記層対のそれぞれが反射プリ偏光子面の第１方向の隣接層（４１、４３）間で屈折率差を示し、反射プリ偏光子面の前記第１方向と直交する第２方向の隣接層間で本質的に屈折率差を示さない、液晶ディスプレイ投射システム（１０）。
【請求項２】
フィルムが半結晶性のナフタリンジカルボン酸ポリエステルと他のポリマーとの複数の交互積層を備える請求項１記載のシステム。
【請求項３】
光源と反射プリ偏光子との間に設けた４分の１波長板（２８）と、パネルの反対側の光源側に設けた反射器（１８）とをさらに備える請求項１記載のシステム。
【請求項４】
光源の反対側の液晶ディスプレイ側で前記液晶ディスプレイと前記ダイクロイック偏光子との間に設けられた反射偏光子をさらに備え、該反射偏光子が隣接材料層の複層の積層対（４４）を備えた複層の光学フィルム（３６）を備え、層対のそれぞれが反射プリ偏光子面の第１方向の隣接層（４１、４３）間で屈折率差を示し、反射プリ偏光子面の前記第１方向と直交する第２方向の隣接層間で本質的に屈折率差を示さない、反射プリ偏光子（２６）とをさらに備える請求項１記載のシステム。
【請求項５】
投射パネル（５２）と、光源（５６）とを備え、
投射パネル（５２）は、液晶ディスプレイ（６０）と、前記ディスプレイの一方の側に設けた第１の偏光子（６４）と、第２の偏光子（６２）とを備え、
第２の偏光子（６２）が反射偏光子であり、前記ディスプレイの他方の側に設け、該第２の偏光子が、複層の光学フィルム（３６）を備え、前記フィルムが隣接材料層の複層の積層対（４４）を備え、前記各隣接材料層の積層対（４４）は、ストレス誘起複屈折を示す第１の重合体材料からなる第１の層と、前記第１の重合体材料とは異なる第２の重合体材料からなる第２の層とから構成され、前記層対のそれぞれが反射偏光子面の第１方向の隣接層（４１、４３）間で屈折率差を示し、反射偏光子面の前記第１方向と直交する第２方向の隣接層間で本質的に屈折率差を示さず、
光源（５６）が第２の偏光子に光を向けるためのものである、液晶ディスプレイ投射システム（５０）。
【請求項６】
第３の偏光子をさらに備え、該第３の偏光子が反射偏光子であり、第１の偏光子と液晶ディスプレイとの間に設け、該第３の偏光子が、複層の光学フィルム（３６）を備え、前記フィルムが隣接材料層の複層の積層対（４４）を備え、層対のそれぞれが第３の偏光子面の第１方向の隣接層（４１、４３）間で屈折率差を示し、第３の偏光子面の前記第１方向と直交する第２方向の隣接層間で本質的に屈折率差を示さない請求項５記載のシステム。
【請求項７】
第１の偏光子が、隣接材料層の複層の積層対（４４）を備えた反射偏光子であり、層対のそれぞれが第１の偏光子面の第１方向の隣接層（４１、４３）間で屈折率差を示し、第１の偏光子面の前記第１方向と直交する第２方向の隣接層間で、本質的に屈折率差を示さない請求項５記載のシステム。
【請求項８】
４分の１波長板（６６）と反射器（５８）とをさらに備え、
４分の１波長板（６６）は光源と第２の偏光子との間に設け、
反射器（５８）はパネルの反対側の光源側に設ける請求項７記載のシステム。
【請求項９】
液晶ディスプレイ（６０）と、第１の偏光子（６４）と、第２の偏光子（６２）と、４分の１波長板（６６）とを備え、
第１の偏光子（６４）がディスプレイの一方の側に固着し、
第２の偏光子（６２）が反射偏光子であり、ディスプレイの他方の側に固着しており、該第２の偏光子が、隣接材料層の複層の積層対（４４）を備えた複層光学フィルム（３６）を備え、前記各隣接材料層の積層対（４４）は、ストレス誘起複屈折を示す第１の重合体材料からなる第１の層と、前記第１の重合体材料とは異なる第２の重合体材料からなる第２の層とから構成され、前記層対のそれぞれが反射偏光子面の第１方向の隣接層（４１、４３）間で屈折率差を示し、反射偏光子面の前記第１方向と直交する第２方向の隣接層間で本質的に屈折率差を示さず、
４分の１波長板（６６）が前記第２の偏光子に固着した、液晶パネル。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般に、液晶ディスプレイ投射システム、特に、複層の光学フィルム偏光子を組み込んだ液晶ディスプレイ投射システムに関する。
背景技術
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）投射システムは、競争関係にある技術と比較すると、大面積、コンパクト性、設置容易性、軽量性、および低コストといった利点を与える。ＬＣＤは、「オフ」、「オン」あるいは「部分的にオン」である何千もの小さい画素、すなわち「画素」から成る。画像は、適切な操作によってＬＣＤに表示し、通常、個々の画素に電界を印加して表示する。ツイスト・ネマティック（ＴＮ）ＬＣＤの場合、特別な画素が「オフ」であるならば、光が画素を通り抜けるとき、直線偏光された光の位相と偏光は、変化しないままである。しかしながら、画素が「オフ」ならば、光線が回転して、すなわち、その位相が変調されるので、その偏光角が９０°変化する。画素が「部分的にオン」であるならば、光線は９０°より小さい角度を回転する。「オン」の画素は、黒あるいは白を表すために用いられる。「オン」の画素が黒として用いられるならば、「オフ」の画素は白とその逆に用いられる。「部分的にオン」の画素は、グレイの影を示す。偏光子はＬＣＤ上に設けて、その結果、画素を通り抜ける光の偏光状態は、適切な透過量（黒，白，あるいはグレイ）に変換される。
スーパー・ツイスト・ネマティック（ＳＴＮ）ＬＣＤの場合、光学的効果は、複屈折効果を生みだし、その結果、「オン」，「オフ」，及び「部分的にオン」の画素は、各々特徴的な複屈折の色を有する。「青色モデル」を用いるならば、「オン」の画素はクリーム色である一方、「オフ」の画素は青色である。「黄色モデル」を用いるならば、「オフ」の画素は黄色であり、「オン」の画素は青色−グレイである。ＳＴＮのＬＣＤとその偏光子の１つとの間にフィルムを付加すると、ディスプレイの色を中性にする、すなわち、カラーディスプレイをモノクロディスプレイに変換する。
現在のＬＣＤ投射システムは、温度に敏感な液晶材料を保護するために、典型的に、強制的な空冷あるいは液冷をしている。「ホット」あるいは「コールド」ミラーを用いて照明から実質的に赤外線成分を除去するとき、２つの従来のダイクロイック偏光子の第１のダイクロイック偏光子によって吸収された可視光のおよそ５５〜６０％が、それに積層したＬＣＤを加熱する。多くのＬＣＤプロジェクターにおいては、ランプ，ＬＣＤ，エレクトロニクス，投射光学系が１つのコンパクトなユニットに組み込まれている。第１の偏光子はＬＣＤに伝わる熱を減らすためにＬＣＤに積層されていないが、その偏光子自体は依然として冷却しなければならない。さらに、全てのＬＣＤ投射システムにおいて、光の利用が低い（カラーのＬＣＤは、典型的に３％〜５％の透過率である）ことに苦労しており、通常、スクリーン照度を大きくするために明るいランプを必要とする。しかしながら、明るいランプは、コストと消費電力とを増加させるだけでなく、上述した熱の問題も悪化させる。
発明の概要
したがって、本発明は、簡単に冷却でき、照度を改善し、そして、現在用いられているシステムより広角の光を受けるディスプレイパネルを有する、液晶ディスプレイ投射システムを備える。本システムは、その両面にダイクロイック偏光子を設けたＬＣＤを有する投射パネルを備える。反射プリ偏光子は、ダイクロイック偏光子の一つに隣接して備えている。光線は、反射プリ偏光子を通り、ＬＣＤとダイクロイック偏光子とを通って方向ずけられる。１つの実施形態において、４分の１波長板は、光源と反射プリ偏光子との間に設け、反射器は光源の後に設ける。
反射プリ偏光子は、好ましくは、数対の交互積層を有する複層の光学重合体フィルムである。層対のそれぞれは、反射偏光子面における第１方向の隣接層間で屈折率差を示し、反射偏光子面の第２方向と第１方向に直角方向の隣接層間で本質的に屈折率差を示さない。そのようなフィルムは、半結晶性のナフタリンジカルボン酸ポリエステルと他のポリマーとからなる複数の交互積層を有する。ダイクロイック偏光子は、好ましくは、ディスプレイに固着する。反射プリ偏光子は、好ましくは、ダイクロイック偏光子の１つに固着する。フレネルレンズのような集光レンズは、反射プリ偏光子と光源との間に設けることができる。
本発明の他の実施形態は、投射パネル，光源，反射器とを含むＬＣＤ投射システムを備える。投射パネルは、一方の側にダイクロイック偏光子のような偏光子と、光源に面する側に反射偏光子を有するＬＣＤとを備える。４分の１波長板は、上述した反射プリ偏光子に類似する反射偏光子に固着する。
本発明は、一方の側に偏光子を、他方の側に反射偏光子を有し、反射偏光子に固着した４分の１波長板を有するＬＣＤを含むＬＣＤパネルも備える。
本発明は、投射ランプ，フレネルレンズ，フレネルレンズに固着した４分の１波長板，４分の１波長板に固着した反射偏光子（上述したように）とを含むオーバーヘッドプロジェクターに関する。投射用の標準のＬＣＤパネルを用いている間、本発明による利益を享受することができる。
他の実施形態において、本発明は、オーバーヘッドプロジェクター，プロジェクターに位置したアダプターパネル，アダプターパネルに位置したＬＣＤパネルとを備えるＬＣＤ投射システムに関する。アダプターパネルは、４分の１波長板と上述した反射偏光子を備える。標準のプロジェクターと標準のＬＣＤパネルを用いている間、アダプターパネルによる利益を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の１つの実施形態を模式的に示す側面図である。
図２は、本発明の他の実施形態を模式的に示す側面図である。
図３〜図４は、本発明の更なる実施形態を模式的に示す側面図である。
図５は、本発明によるディスプレイの輝度の測定方法を模式的に示す側面図である。
図６は、本発明による図５に示したシステムの入射角度が広範囲であることを示す光学モデルによって作成したグラフである。
図７は、本発明による反射偏光子の概略を示す斜視図である。
図８は、実施例１に記載した反射偏光子の光学性能を示す。
図９と図１０は、それぞれ、実施例３と実施例４に記載した、反射偏光子の光学性能を示す。
詳細な説明
本発明による液晶ディスプレイ投射システムを、図１に示している。システム１０は、パネル１２，集光レンズ１４，光源１６，オプションの反射器１８，オプションのミラー３０，投射レンズ３２を備える。パネル１２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２０，第１のダイクロイック偏光子２２，第２のダイクロイック偏光子２４，反射プリ偏光子２６，オプションの４分の１波長板２８とを備える。ダイクロイック偏光子２２と２４は、ＬＣＤ２０の反対側に設ける。プリ偏光子２６は、第１のダイクロイック偏光子２２と光源１６との間に位置決めし、オプションの４分の１波長板２８は反射プリ偏光子２６と光源との間に位置決めする。ａは、第１のダイクロイック偏光子２２によって通過する偏光状態である。反射プリ偏光子２６も配置しており、その結果、ａ偏光も通過する。
光源１６から放射した分岐光線は、集光レンズ１４によって集光される。偏光ａを有する光線は、反射プリ偏光子２６と第１のダイクロイック偏光子２２とを通過し、偏光され、すなわち、ＬＣＤ２０の画素によって、位相が変化し、それからＬＣＤで位相変化できる程度まで第２のダイクロイック偏光子２４によって透過する。光線は、ミラー３０によって投射レンズ３２を通ってスクリーン（不図示）の方に反射する。偏光ａに垂直な偏光ｂを有する光線は、反射プリ偏光子２６によって部分的に反射される。
反射プリ偏光子２６が「理想的な」偏光子であるならば、それは偏光ｂを有する光線を１００％反射し、第１の偏光子２２が必要でなくなるであろう。しかしながら、反射プリ偏光子２６は、プリ偏光子の理想の偏光効率より通常小さく、例えば約８０％である。たとえ反射プリ偏光子２６が、偏光効率が０を超える程度まで、理想より少ないとしても、それは第１の偏光子２２によって（第１の偏光子に届く前に偏光ｂのいくらかを反射することによって）吸収光の量を減らすことによってパネル１２内に蓄積された熱を減らすことに寄与する。
上記配置は、第１の偏光子とパネル１２によって吸収される熱を減らすことができるという利点がある。たとえ反射プリ偏光子２６を通り抜ける光線がお互いに平行でないとしても、むしろ、集光していることは事実である。このように、１つの集光レンズ部品だけは、必要である。変形例において、反射する第２の偏光子（不図示）は、ダイクロイック偏光子２４とＬＣＤ２０との間に設けることができる。
しかしながら、上述したように、反射プリ偏光子２６によって反射した光線は無駄になっている。これらの光線は、４分の１波長（λ／４）板２８を配置することで「再利用」される。４分の１波長板２８は、ＬＣＤ２０に対向する反射プリ偏光子２６の側に隣接し、４分の１波長板２８の光軸は、プリ偏光子２６の光軸に対して４５°の角度を設けている。そして、パネルに対向する光源１６側に反射器１８を設けることによって「再利用」される。この場合、プリ偏光子２６によって反射したｂ偏光は、４分の１波長板２８を横切った後、ある左右像（右あるいは左）の円偏光になる。この円偏光が反射器１８で反射されるとき、それは反対の左右像の円偏光に変化する。光が再び前方の４分の１波長板２８を横切るとき、それがａ偏光の直線光になり、反射プリ偏光子２６と第１のダイクロイック偏光子２２とを通過して、システム１０の輝度増加に貢献する。
本発明による液晶ディスプレイ投射システムの他の実施形態を、図２に示している。システム５０は、パネル５２，集光レンズ５４，光源５６，オプションの反射器５８，オプションのミラー７０，投射レンズ７２を備える。パネル５２は、ＬＣＤ６０，ダイクロイック偏光子６４，反射偏光子６２，オプションの４分の１波長板６６を備える。ダイクロイック偏光子６４と反射偏光子６２とは、ＬＣＤ６０の反対側に設けている。４分の１波長板６６は、偏光子６２と光源５６との間に位置決めし、４分の１波長板６６の光軸は反射偏光子６２の光軸に対して４５°の角度を設けている。
光源５６から放射した分岐光線は、集光レンズ５４によって集光される。偏光ａを有する光線は、４分の１波長板６６と反射偏光子６２とを通過し、それから変調され、すなわち、ＬＣＤ６０の画素によって、位相が変化する。そしてそれから、ＬＣＤ内で位相が変化することで可能な程度までダイクロイック偏光子６４によって透過する。それらの光線は、投射レンズ７２を通ってスクリーン（不図示）の方にミラー７０で反射される。
偏光ａに垂直な偏光ｂを有する光線は、反射偏光子６２によって反射し、４分の１波長板６６を横切った後に、ある左右像（右あるいは左）の光線になる。上で説明したように、この円偏光が反射器５８によって反射するとき、それは反対の左右像の円偏光に変化する。その光が前方の４分の１波長板６６を再び横切るとき、それがａ偏光した直線光になり、このように偏光子６２を通過して、システム５０の照度増加に貢献する。
変形例において、第２の反射偏光子（不図示）は、ダイクロイック偏光子６４とＬＣＤ６０との間に設けることができる。他の実施形態において、ダイクロイック偏光子６４は、反射偏光子に置換することができる。
本発明の第３の実施形態は、図３に投射システム１２０として示している。システム１２０は、ＬＣＤパネル１３０（ＬＣＤの各面にダイクロイック偏光子を備えている）とオーバーヘッドプロジェクター１３２とから成っている。図３に示すように、プロジェクター１３２は、投射ランプ１２２，反射器１３２，集光レンズ１２４，４分の１波長板１２６と，反射偏光子１２８とを備える。反射偏光子１２８とＬＣＤパネル１３０とは角度を設けるべきであるので、反射偏光子の偏光軸と、反射偏光子に面するＬＣＤパネルにおけるダイクロイック偏光子とは、平行である。反射偏光子１２８と４分の１波長板１２６とは角度を設けるべきであるので、それらの偏光軸は４５°だけ異なっている。
システム１２０は、標準のＬＣＤパネルを本発明によって作成したプロジェクターに使用できるという利点がある。そして、従来の透明体（ＬＣＤパネルの代わりに）をプロジェクターステージに設置したとき、プロジェクターは、内蔵したダイクロイック偏光子を有するプロジェクターに比べて、光透過率を増加させる。
本発明の第４の実施形態は、投射システム１４０として図４に示している。システム１４０は、オーバーヘッドプロジェクター１４２，アダプターパネル１５０，ＬＣＤパネル１４８（ＬＣＤの各面にダイクロイック偏光子を備える）から成る。アダプターパネル１５０は、図４に示すように、光軸がお互いに４５°になっている、４分の１波長板１４４と反射偏光子１４６とから成る。反射偏光子１４６，ＬＣＤパネル１４８，４分の１波長板１４４は、システム１２０として上述した方法で角度を設けるべきである。システム１４０は、本発明によるアダプターパネルを用いると、標準のＬＣＤパネルを標準のプロジェクターに使用できるという利点がある。
上記の実施形態におけるＬＣＤは、偏光依存する液晶ディスプレイのあらゆるタイプのものであり、プラスチックあるいはガラスのような２つの堅いあるいは柔軟性のある基板を備える。ＬＣＤパネル１３０と１４８内に設ける偏光子と同様に、偏光子２２，２４，６４は、好ましくは、吸収する染料型のダイクロイック偏光子であり、お互いに角度を設けるべきである。その結果、液晶ディスプレイ２０あるいは６０は、所望のモード（ノーマリ・ホワイトあるいはノーマリ・ブラック）で働く。集光レンズ１４，５４，１２４は、好ましくは、セルロースアセテートブチレート，ポリカーボネート，あるいはアクリルのような光学プラスチックから成るフレネルレンズである。オーバーヘッドプロジェクター１４２は、好ましくは、そのような集光レンズを組み込んでいる。
オーバーヘッドプロジェクター１４２で用いた光源と同様に、光源１６，５６，１２２は、白熱体あるいはガス放電ランプのような典型的に使用される光源である。反射器１８と５８と、ミラー３０と７０は、典型的には、金属あるいは複層誘電体が使われている。反射器１８と５８とは、球形あるいは楕円形である。投射レンズ３２と７２と、４分の１波長板２８，６６，１２６，１４４も、標準のものである。
図７は、本発明で好ましくは反射偏光子として用いる、反射偏光子３６のセグメントの概略を示す透視図である。図７は、ｘ，ｙ，ｚ方向を構成する座標系３８を備える。反射偏光子３６は、２つの異なる材料の交互積層体である。２つの材料は、図と説明において、材料「Ａ」と材料「ｂ」と呼んでいる。材料Ａと材料Ｂとからなる隣接層４１，４３は、典型的な層対４４を備える。層対４４はｘ方向に関係した隣接層４１，４３間で屈折率差を示し、本質的に、ｙ方向に関係した隣接層４１，４３間で屈折率差がなかった。
本発明のデバイスの好ましい実施形態において、反射偏光子は、材料Ａと材料Ｂとの交互積層の複層シートを各々備え、各層の平均厚さが０．５μｍより薄い。材料Ｂの層に隣接する材料Ａの層は、層対を備える。層対の数は、好ましくは約１０〜２０００であり、より好ましくは約２００〜１０００である。
積層シートは、材料Ａと材料Ｂとを共押出でシート状に形成し、続いてｘ方向に１軸延伸する。延伸比は、延伸した後の寸法を延伸の前の寸法で割ったものと定義している。延伸比は、好ましくは２：１〜１０：１であり、より好ましくは３：１〜８：１であり、最も好ましくは４：１〜７：１であり、例えば６：１である。シートは、ｙ方向にはあまり延伸されない。材料Ａは、所定の重合体材料であり、ストレスで誘起された複屈折を示し、延伸による屈折率変化がある。例えば、１軸延伸した材料Ａのシートは、延伸方向に関係した１つの屈折率（例えばｎAx＝１．８８）と、その横方向に関係した異なる屈折率（例えばｎAy＝１．６４）とを有する。材料Ａには、少なくとも０．０５、好ましくは少なくとも０．１０、より好ましくは少なくとも０．２０の、延伸方向とその横方向（ｎAx−ｎAy）との間で屈折率差がある。材料Ｂは、積層フィルムが延伸されたあと、その屈折率ｎAyが実質的にｎAyと等しくなるように選択した材料である。延伸すると、ｎBxの値は、好ましくは減少する。
延伸した後、この実施形態の複層シートは、延伸方向に関係した隣接層間で大きな屈折率差を示す（Δｎx＝ｎAx−ｎBxと定義する）。しかしながら、その横方向において隣接層間の屈折率差は、実質的にゼロである（Δｎy＝ｎAy−ｎByと定義する）。これらの光学特性によって、複層の積層体が、図７に示した透過軸４０に平行であるランダムに偏光した偏光部品を透過する反射偏光子として作用する。反射偏光子３６によって透過する光の一部は、偏光状態ａを有すると呼んでいる。反射偏光子３６を通過しない光の一部は、図７に示した吸光軸４２に対応する偏光状態ｂを有する。吸光軸４２は、延伸方向ｘに平行である。したがって、ｂ偏光が屈折率差（Δｎx）に遭遇すると、結果的に反射することになる。反射偏光子は、好ましくは少なくともｂ偏光の５０％反射であり、より好ましくは少なくとも９０％反射である。第３の屈折率差（Δｎz）は、反射偏光子の軸外れの反射率を制御することにとって重要である。大きな入射角で、ａ偏光の高い透過率とｂ偏光の高い吸収率に対して、好ましくは、Δｎz（＝ｎAz−ｎBz）＜０．５Δｎxであり、より好ましくはΔｎz＜０．２Δｎxであり、最も好ましくはΔｎz＜０．０１Δｎxである。
反射偏光子の光学挙動と設計は、譲受人が出願中の米国出願０８／４０２０４１号明細書（１９９５年３月１０日出願で、名称が「光学フィルム」である）において詳細に記載されている。
当業者は、所望の屈折率の関係を満たす、適切な材料を選ぶことができる。一般に、材料Ａは、半結晶性のナフタリンジカルボン酸ポリエステルあるいはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）と、それらの異性体（例えば、２，６−、１，４−、１，５−、２，７−、と２，３−ＰＥＮ）のような半結晶性の重合体材料から選ぶことができる。材料Ａは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンイソフタレート（ＰＥＩ）とＰＥＮ，ＰＥＴ，ＰＥＩのコポリマーのような他の半結晶性ポリマー材料からも選ぶことができる。本明細書で用いるように、ｃｏＰＥＮはＰＥＮのコポリマーを備え、ｃｏＰＥＴはＰＥＴのコポリマーを備える。材料Ｂは、半結晶性，無定形の重合体，シンジオタクチックなポリスチレン（ｓＰＳ）のような材料，及びコポリマー、すなわち、ｃｏＰＥＮ，ｃｏＰＥＴ，イーストマン化学社から入手できるポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレートであるエステルのコポリマーである。記載したｃｏＰＥＮも、少なくとも１つの成分がナフタリンジカルボン酸をベースにしたポリマーであるパレットのブレンドであり、他の成分は他のポリエステル、あるいはＰＥＴ，ＰＥＮ，ｃｏＰＥＮのようなポリカーボネートである。材料Ａと材料Ｂは、共押出成形することができる、流動特性（例えば、融解粘度）の類似したものを好ましくは選ぶ。
反射偏光子は、積層フィルムを形成するために、材料Ａと材料Ｂとを共押出成形することによって調製し、所定の温度で実質的に１方向に（１軸に）延伸することによってフィルムを配向させ、選択的には、所定の温度で熱処理を行う。フィルムは、延伸方向の直交方向の寸法が自然に減少する量（延伸比の平方根と等しい）から、減少しない量（完全に規制されていることに対応する）までの範囲で、延伸方向の直交方向（延伸方向に対して直角方向）で寸法的に緩和される。フィルムは、長さの配向器とともに、機械方向に延伸したり、あるいは幅出し器とともに幅方向に延伸することができる。
所望の屈折率の関係を有する反射偏光子を得るために、延伸温度，延伸比，加熱温度と，延伸方向に対する直交方向の緩和のようなプロセス変数を組み合わせることは、当業者にとって明らかである。
特に好ましい実施形態において、積層シートは、上述の材料Ａと材料Ｂとからなる層対の積層体を備え、その積層体は層対の一つ以上のセグメントに分割される。各セグメントは、層対を有することによって与えられたバンド幅を有する最大の反射率を有するように設計する。層対は、そのセグメント用のバンド幅の中央に大略半波長幅の結合厚さを有する。異なった層対厚さを有するセグメントを組み合わせることによって、反射偏光子は、比較的大きなバンド幅の光を反射することができる。
例えば、積層シートは、１００ｎｍ〜２００ｎｍの結合厚さを備えた層対を有する１０個のセグメントを備える。各セグメントは、１０〜５０の層対を備える。この偏光子は、波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍの光を反射することができる。代わりに、層対の厚さは、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で連続的に等級分けする。
本発明は、以下に限定しない実施例として記載するものである。全ての測定は近似である。
実施例１
本発明の再利用による輝度の利得は、図５に模式的に図示するシステム１００を作成して測定した。図５に示すように、システム１００は、プロジェクター１０２，プロジェクターステージに設けた４分の１波長板１０４，反射偏光子１０６，ダイクロイック偏光子１０８からなる。
４分の１波長板１０４は、３０ｃｍ角で１４０ｎｍ厚さのリタデーションフィルム（すなわち、５６０ｎｍでの４分の１波長用）であり、ポラロイド社（ノーウッド、マサチューセッツ、米国）から入手できる。ダイクロイック偏光子１０８は、ポラロイド社から入手できる、３０ｃｍ角のＨＮ４２偏光子である。プロジェクター１０２は、３Ｍ社（セントポール、ミネソタ、３Ｍ社のモデル２１５０）から入手できる、標準の透過式のオーバーヘッドプロジェクターである。
反射偏光子１０６は、６０１の層を含み、ウェブを押出し、そして、幅出し器で２日後にフィルムを配向させて生産した。０．５ｄｌ／ｇ（６０重量％フェノール／４０重量％ジクロロベンゼン）の固有粘度を備えたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を、１台の押出機によって３４ｋｇ／時間の速度で送り、０．５５ｄｌ／ｇ（６０重量％フェノール／４０重量％ジクロロベンゼン）の固有粘度を備えたｃｏＰＥＮ（７０モル％の２，６ＮＤＣ（ナフタリンジカルボン酸）と３０モル％のＤＭＴ（テレフタル酸ジメチル））を、他の押出機によって３０ｋｇ／時間の速度で送った。ＰＥＮは皮膜層上にあり、その皮膜層は同じフィードブロックを通る厚い外層として共押出成形し、マルチプライヤーによって内層と外層として折り畳む。内部皮膜と外部皮膜とは、偏光子の全厚さの８％である。フィードブロック方法は、６０１の層の押出体を生産する２つのマルチプライヤーを通過した１５１の層を生成するために使われた。米国特許３，５６５，９８５号明細書は、類似した共押出マルチプライヤーを記載している。全ての延伸は、幅出し器において行った。フィルムは、約１４０℃で約２０秒間予熱して、約４．４の延伸比、約６％／秒の速度で横方向に延伸した。それから、フィルムは、２４０℃に加熱した乾燥器に入れて最大幅の２％を弛緩した。最終の膜厚は、４６μｍであった。
フィルムの透過率を図８に示す。曲線ａはノーマル入射でのａ偏光の透過率を、曲線ｂは６０°入射でのａ偏光の透過率を、曲線ｃはノーマル入射でのｂ偏光の透過率を示す。ノーマル入射と６０°入射でのａ偏光の透過率が一定ではないことに注意すること。曲線ｃで示した可視領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において、ｂ偏光が一定の吸光でないことにも注意すること。
ダイクロイック偏光子１０８と反射偏光子１０６とは角度を設けているので、それらの偏光軸は、平行であり、光軸が偏光子のそれらに対して４５°にある４分の１波長板１０４上に位置決めした。スクリーン（光学部品とスクリーンとは不図示）に投射した光は、光度計により測定した。
４分の１波長板１０４が上述の位置にあるときのスクリーン強度は、４分の１波長板１０４をシステム１００から取り除いたときより１５％高かった。言い換えると、反射偏光子に関係する４分の１波長板を挿入すると、反射偏光子を用いずに、本来損失となる偏光の１５％を使用することができる。これは、反射偏光子としてマイクロ構造のマックネイル偏光子を用いるシステムとして報告された７％増に匹敵する。３Ｍ社に譲渡された、１９９３年１２月１５日に公表した、マイケルＦ．ウェーバーによる、ヨーロッパ特許出願公開０５７３９０５号明細書のカラム１１を参照すること。より洗練された照度システムによって、この１５％という再利用の割合が増加することが予想される。同じように、実施例３と実施例４のように性能を改善した反射偏光子によって、再利用の割合が増加するであろう。
実施例２
図５に示した配置は、２つの異なる反射偏光子（複層の光学フィルムとマクロ構造のマックネイル偏光子）に対する、入射光の角度依存性を示す光学的モデルである。
光学モデルの結果を、図６のグラフ１６０に示している。複層の光学フィルムによる所望の偏光の透過率は、入射光が−４５°から＋４５°という幅広い角度にわたって９０％を超えていた（図６の線１６２を参照のこと。）対照的に、マックネイル偏光子による所望の偏光の透過率は、−５°〜＋５°という狭い角度以外では９０％を下回っていた（図６の線１６４を参照のこと。）
実施例３
本発明で使用した他の反射偏光子を作成した。反射偏光子は、６０３の層を含み、共押出プロセスによって、連続的に、平らなフィルム製造ラインで作成した。０．４７ｄｌ／ｇ（６０重量％フェノールに４０重量％ジクロロベンゼンを加えた）の固有粘度を備えたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、押出機によって３８ｋｇ／時間の速度で送り、ＣｏＰＥＮは他の押出機によって３４ｋｇ／時間の速度で送った。ＣｏＰＥＮは、７０モル％の２，６ナフタリンジカルボキシレートメチルエステルと、１５モル％のＤＭＴと、エチレングリコールを含んだ１５モル％のジメチルイソフタレートとのコポリマーであった。フィードブロック方法は、１５１の層を生成するために用いた。フィードブロックは、ＰＥＴ用に１．２２、ＣｏＰＥＮ用に１．２２の光学層の厚さ比を備えた層が、傾斜分布を備えるように設計した。この光学積層体は、２つの連続したマルチプライヤーでどんどん増加した。マルチプライヤーの公称乗数比は、それぞれ、１．２と１．４であった。最終のマルチプライヤーと金型との間に、皮膜層は、上述の同じＣｏＰＥＮからなり、第３の押出機によって４８ｋｇ／時間の速度で送る。フィルムは、その後、１５０℃で約３０秒間予熱して、約２０％／秒の初速度で横方向に延伸比約６まで延伸した。出来上がった膜厚は、約８９ｎｍであった。
図９は、この反射偏光子の光学性能を示す。曲線ａは、ノーマル入射で非延伸方向に偏光した光の透過率を示し、曲線ｂは、５０°の入射角で非延伸方向と平行な入射面と偏光面とを有する光の透過率を示し、曲線ｃは、ノーマル入射で延伸方向に偏光した光の透過率を示す。非延伸方向に偏光した光が非常に高い透過率であることに注意すること。４００ｎｍ〜７００ｎｍでの曲線ａの平均透過率は、８７％である。曲線ｃで示した可視領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の延伸方向における偏光の非常に強い吸収に注意すること。フィルムは、曲線ｃでは４００ｎｍ〜７００ｎｍで、２．５％の平均透過率を有する。曲線ｂの％ＲＭＳの色は、５％である。％ＲＭＳの色は、関心のある波長範囲での透過率の根２乗平均である。
実施例４
さらに、本発明で使用する他の反射偏光子を作成した。反射偏光子は、１回の操作で鋳型ウェブを押出したあと、研究室レベルのフィルム延伸装置でフィルムを配向することによって作成した４８１の層を含む共押出のフィルムを備えた。フィードブロック方法が、６１の層フィードブロックと３つの（２Ｘ）マルチプライヤーとともに使われた。厚い皮膜層は、最後のマルチプライヤーと金型との間に加えた。０．４７ｄｌ／ｇ（６０重量％フェノール／４０重量％ジクロロベンゼン）の固有粘度を備えたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、１台の押出機で１１．４ｋｇ時間の速度で、フィードブロックに送った。グリコール改質されたポリエチレンシクロヘキサンジメタンテレフタレート（イーストマン社からＰＣＴＧ５４４５として入手できる）は、他の押出機によって１１．４ｋｇ時間の速度で送った。上記の押出機からのＰＥＮの別の流れは、皮膜層として１１．４ｋｇの速度で加えた。鋳型ウェブは、０．２ｍｍ厚さと３０ｃｍ幅とであった。ウェブは、他の方向に自由に弛緩できる間、フィルムの一部をつかんで、均一な速度で１方向にそれを延伸するために、パントグラフを用いる研究室レベルの延伸装置を用いて、１軸配向した。負荷されたウェブのサンプルは、幅が約５．４０ｃｍ（無拘束の方向）であり、パントグラフのグリッパ間の長さが７．４５ｃｍであった。ウェブは、約１００℃で延伸機に負荷して、１３５℃で４５秒間加熱した。サンプルが約６：１（グリッパー・ツー・グリッパーの測定に基づいて）まで延伸されるまで、延伸は２０％／秒（元の寸法に基づいて）で始まった。延伸直後に、サンプルは室温の空気を吹きつけて冷却した。中央において、サンプルが２．０のファクターで弛緩することがわかった。
図１０は、曲線ａが、ノーマル入射で非延伸方向に偏光した光の透過率を示す、この積層フィルムの透過率を示す。曲線ｂは、６０°の入射角で非延伸方向に平行な偏光面と入射面とを有する光（ｐ偏光）の透過率を示す。曲線ｃは、ノーマル入射で延伸方向に偏光した光の透過率を示す。４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける曲線ａの平均透過率は８９．７％であり、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける曲線ｂの平均透過率は９６．９％であり、４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける曲線ｃの平均透過率は４．０％である。曲線ａの％ＲＭＳの色は１．０５％であり、曲線ｂの％ＲＭＳの色は１．４４％である。
本発明は、プロジェクターとスクリーンとの間に設けたＬＣＤパネルに関して記載しているが、当業者は、本発明がフルカラーを実現するために３枚のＬＣＤパネルを付加できることを理解するであろう。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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