(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層を含むポリマフィルム〔ただし、これら複数の層のうちの少なくとも１つは第１のポリマ材料を含み、これら複数の層のうちの少なくとも１つは第２のポリマ材料を含み、更に、前記第１のポリマ材料と前記第２のポリマ材料の屈折率の差は、３つの互いに垂直な軸の第１の軸に沿って約０．０５未満であり、前記第１のポリマ材料と前記第２のポリマ材料の屈折率の差は、前記３つの互いに垂直な軸の第２の軸に沿って少なくとも約０．０５であり、前記３つの互いに垂直な軸の前記第１の軸は、前記フィルムの面に直交する〕と；
遠赤外スペクトル領域の光を反射する金属又は金属化合物を含有する少なくとも１つの層を有する透明導電体；
を含んでなる、赤外スペクトル領域の光を反射し、可視スペクトル領域の光を透過する透明多層デバイス。
【請求項２】
第１の複屈折性ポリマ層とこの第１の層に隣接する第２のポリマ層を含む複屈折性多層フィルムと；
遠赤外スペクトル領域の光を反射する金属又は金属化合物を含む少なくとも１つの層を有する透明導電体；
を含んで成り、前記第１及び第２のポリマ層が、前記多層フィルムの面に垂直な第１の軸に沿って偏光した光に対してそれぞれｎ１ｚ、ｎ２ｚの屈折率を有し、前記第１及び第２のポリマ層が、前記第１の軸に垂直な第２の軸に沿って偏光した光に対してそれぞれｎ１ｘ、ｎ２ｘの屈折率を有し、ｎ１ｘがｎ２ｘよりも大きく、ｎ１ｚがｎ２ｚ以下であることを特徴とする、赤外スペクトル領域の光を反射し、可視スペクトル領域の光を透過する透明多層デバイス。
【請求項３】
第１の複屈折性ポリマ層とこの第１の層に隣接する第２のポリマ層を含む複屈折性多層フィルムと；
遠赤外スペクトル領域の光を反射する金属又は金属化合物を含む少なくとも１つの層を有する透明導電体；
を含んで成り、前記第１及び第２のポリマ層が、前記多層フィルムの面に垂直な第１の軸に沿って偏光した光に対してそれぞれｎ１ｚ、ｎ２ｚの屈折率を有し、前記第１及び第２のポリマ層が、前記第１の軸に垂直な第２の軸に沿って偏光した光に対してそれぞれｎ１ｘ、ｎ２ｘの屈折率を有し、ｎ１ｘとｎ２ｘがΔｎｘの量異なって前記第１の層と第２の層の間に反射性界面を生じ、ｎ１ｚとｎ２ｚがΔｎｚの量異なり、比Δｎｚ／Δｎｘが０．５未満であることを特徴とする、赤外スペクトル領域の光を反射し、可視スペクトル領域の光を透過する透明多層デバイス。
【請求項４】
第１の複屈折性ポリマ層とこの第１の層に隣接する第２のポリマ層を含む複屈折性多層フィルムと；
遠赤外スペクトル領域の光を反射する金属又は金属化合物を含む少なくとも１つの層を有する透明導電体；
を含んで成り、前記第１及び第２のポリマ層が、それらの間に反射性界面が生じるように選ばれた屈折率を有し、前記反射性界面のｐ偏光に対する反射率が、
入射角とともに徐々に減少する、
入射角に依存しない、及び
入射角とともに増大する、
から選ばれる特性を有することを特徴とする、赤外スペクトル領域の光を反射し、可視スペクトル領域の光を透過する透明多層デバイス。
【請求項５】
前記フィルムが、少なくとも１つの方向で、その方向での未延伸寸法の少なくとも２倍に延伸されたものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記金属が、銀、金、銅、アルミニウム、ドープされた又は未ドープの二酸化スズ、酸化亜鉛及び酸化スズインジウムからなる群から選ばれる請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記デバイスが鏡又は偏光子である請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
ガラス又はプラスチック支持体の表面に適用された請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイスを含む製品。
【発明の詳細な説明】
背景
本発明は、例えば偏光子または鏡またはそれらのいずれにも有用な光学フィルムに関する。該光学フィルムは、透明導電体と併用した場合、赤外スペクトル領域において良好な反射性を示し、しかも依然として可視光を透過する。
多層ポリマ層に基づく光反射デバイスは公知である。こうしたデバイスとしては、例えば、異なる屈折率を有する層を含んでなる交互ポリマ層から作製された偏光子が挙げられる。導電性を有する薄い金属層〔例えば、銀または縮退型半導体（酸化スズインジウムなど）〕が遠赤外スペクトル域で効果的に使用できることもまた、公知である。こうした金属層を誘電体層と併用することにより、効果的な可視光透過性を得た。
概要
本明細書中に記載されている複屈折光学フィルムの光学的性質およびデザインを考慮すると、ポリマ界面におけるブルースター角（p偏光の反射率がゼロになる角度）が非常に大きいかまたは存在しない多重積層を作製することが可能となる。これにより、p偏光に対する反射率が入射角とともにゆっくりと減少するか、入射角に依存しないか、または入射角が直角から離れるにつれて増大する多層の鏡および偏光子の作製が可能となる。その結果、広い帯域幅にわたって高い反射率（s偏光およびp偏光の両方を対象とし、入射方向は鏡の場合には任意、偏光子の場合には所定の方向とする）を有する多層フィルムを作製できるようになる。これらの多層フィルムを銀などの透明導電体と併用すると、近赤外域で良好な反射性を呈する多層フィルムと遠赤外域で良好な反射性を呈する透明導電体とが相まって、多層フイルム単独または透明導電体単独よりも広い帯域で反射性を呈するようになる。
簡単に言えば、本発明には、平均の厚さが0.5ミクロン以下の多層ポリマフィルムが含まれる。より詳細には、本発明の1態様において、多層ポリマフィルムは、複屈折ポリマ、特に、結晶質、半結晶質、または液晶のポリマ〔例えば2,6-ポリエチレンナフタレート（「PEN」）などのナフタレンジカルボン酸ポリエステル、あるいはエチレングリコール、ナフタレンジカルボン酸、およびテレフタレートなどのいくつかの他の酸から誘導されるコポリマ（「coPEN」）〕から成り、かつ平均厚が0.5ミクロン以下であり、かつ好ましくは正の応力光学係数（すなわち、延伸させると屈折率が延伸方向に増加するような光学係数）を有する層と；例えばポリエチレンテレフタレート（「PET」）またはcoPENなどの所定の第二のポリマから成り、かつ平均厚が0.5ミクロン以下である層と；を含む。こうした多層ポリマフィルムを少なくとも一方向に延伸させた後、該ナフタレンジカルボン酸ポリエステルの層が、第二のポリマの層よりも、面内の少なくとも1つの軸に関して大きい屈折率を有することが好ましい。本発明のフィルムを使用すると、少なくとも幅100nmの帯域にわたって少なくとも50％の平均反射率を有する多層フィルムを作製することができる。
本発明のもう1つの態様には、複屈折ポリマ、特に、結晶質、半結晶質、または液晶のポリマ〔例えばPETポリマなどのポリエステル〕から成り、かつ平均厚が0.5ミクロン以下である層と；例えばポリエステルまたはポリスチレンなどの所定の第二のポリマから成り、かつ平均厚が0.5ミクロン以下である層と；を含むとともに、少なくとも1つの方向に延伸され、しかも延伸前のその方向の寸法の少なくとも2倍の長さに引き伸ばされた多層ポリマフィルムが含まれる。本発明のフィルムを使用すると、少なくとも幅100nmの帯域にわたって少なくとも50％の平均反射率を有する多層フィルムを作製することができる。
本発明に使用される多層ポリマフィルムは、金属または金属化合物を含有する少なくとも1つの層を構成する透明導電体と併用される。ただし、該金属化合物は、半導体の金属酸化物、金属合金、およびそれらの組合せから成る群より選ばれる。好ましい透明導電体としては、銀、金、アルミニウム、銅、および酸化スズインジウムが挙げられるが、特に、銀および酸化スズインジウムが好ましい。透明導電体は、蒸着、陰極スパッタなどの従来の手段により多層ポリマフィルム上に付着させてもよいし、好適な透明接着剤などにより多層ポリマフィルムとラミネートされる別の金属化ポリマまたはガラスシートであってもよい。多層ポリマフィルム上に付着されるかまたはそれと組み合わされる透明導電体層の厚さを制御すると、所望の反射率が得られる。ただし、実際の厚さは、使用される特定の金属、金属合金、または金属酸化物の導電率に依存する。得られる透明多層デバイスは、好ましくは、赤外スペクトル域のほとんどの光を反射するとともに依然として可視スペクトル域の光を十分に透過して透明性を保ち、しかも約0.5未満のシェーディング係数を有する。
【図面の簡単な説明】
図面を参照して、本発明を更に説明する。
図1aおよび1bは、本発明の偏光子の概略図である。
図2は、単一界面を形成する二重積層フィルムを示している。
図3〜8は、実施例1〜4で与えられた多層鏡の光学性能を示している。
図9〜11は、実施例5〜7で与えられた多層偏光子の光学性能を示している。
図12は、実施例8で与えられた多層鏡の光学性能を示している。
図13は、実施例9で与えられた多層偏光子の光学性能を示している。
図14は、モデル化された銀フィルム、モデル化された多層ポリマフィルム、およびモデル化された銀層被覆多層ポリマフィルムの予測光学性能を示している。
図15は、実施例10の透明多層デバイスの光学性能を示している。
図16は、本発明のPEN層およびcoPEN層の屈折率特性を示すグラフである。
図17は、図16に示した屈折率に基づいて50層PEN/coPENフィルム積層の透過パーセントをコンピュータシミュレーションにより求めたデータのグラフである。
図18は、均等に二軸延伸した300層PEN/coPET鏡の透過パーセントをコンピュータシミュレーションにより求めたデータのグラフである。
図19は、1,300nm付近に一次ピークを有する本発明の51層I.R.偏光子の透過パーセントの実測値のグラフである。
図20は、互いにラミネートされた本発明の8個の51層偏光子の透過パーセントの実測値のグラフである。
図21は、本発明の204層偏光子の透過パーセントの実測値のグラフである。
図22は、互いにラミネートされた本発明の2個の204層偏光子の透過パーセントの実測値のグラフである。
図23および24は、屈折率1.60の媒質中の一軸複屈折系に対する反射率対角度の曲線を示している。
図25は、屈折率1.0の媒質中の一軸複屈折系に対する反射率対角度の曲線を示している。
図26、27、および28は、一軸複屈折系に対する面内屈折率とz軸屈折率との間の種々の関係を示している。
図29は、二つの異なる二軸複屈折系に対するオフアクシス反射率対波長を示している。
図30は、z軸屈折率差の大きい二軸複屈折フィルムにおけるy軸屈折率差の導入効果を示している。
図31は、z軸屈折率差のより小さい二軸複屈折フィルムにおけるy軸屈折率差の導入効果を示している。
図32は、図30および31から得られる情報をまとめた等高線プロットを示している。
実施態様の詳細な説明
図1aおよび1bに示したように、本発明には、少なくとも2つの材料12および14の交互層を有する多層ポリマフィルム10（本明細書中では多重積層とも記す）が含まれる。好ましくは、これらの材料のうちの少なくとも1つは、応力により複屈折が誘起される性質を有し、延伸処理により材料の屈折率（n）が変化する。図1aは、延伸処理にかける前の多重積層の例を示しており、両方の材料が同じ屈折率をもつ。光線13は、屈折率の変化をほとんど受けずに積層を通過する。図1bにおいて、これと同じ積層を延伸し、材料12の屈折率を延伸方向（1つの方向または複数の方向）に増大させた。層間の各境界における屈折率の差により、光線15の一部分が反射される。一軸配向から二軸配向の範囲にわたって多重積層を延伸することにより、いろいろな面方向に偏光された入射光に対して所定の範囲の反射率を有するフィルムが作製される。こうして、反射偏光子または鏡として有用な多重積層が作製できる。二軸延伸を行う場合は、シートを直交する軸に沿って非対称的に延伸するか、または直交する軸に沿って対称的に延伸することにより、所望の偏光特性および反射特性が得られる。
多重積層の光学的性質およびデザインについての解説は、同時係属出願である同一譲受人の米国特許出願第08/402,041号（1995年3月10日出願）に記載されているが、引用により本明細書中に含まれるものとする。ごく簡単に述べれば、該出願には、ポリマ層界面に対するブルースター角（反射率がゼロになる角度）が非常に大きいかまたは存在しない多重積層の作製について記載されている。これにより、p偏光に対する反射率が、入射角とともにゆっくりと減少するか、入射角に依存しないか、または入射角が直角から離れるにつれて増大する多層の鏡および偏光子の作製が可能となる。その結果、s偏光およびp偏光の両方に対して広い帯域幅にたわりかつ広い角度範囲にわたり高い反射率を有する多重積層を作製できるようになる。
図2は、2層の多重積層を表すもので、各層に対して3次元の屈折率が記されている。各層に対する屈折率は、層102に対してはn1x、n1y、n1zであり、層104に対してはn2x、n2y、n2zである。各フィルム層内の屈折率間の関係および他の層の屈折率との関係により、任意の方位からの任意の入射角における多重積層の反射挙動が決まる。米国特許出願第08/402,041号に記載の原理およびデザインを考慮すれば、多岐にわたる状況および用途に対して所望の光学的効果を示す多重積層を作製することができる。多重積層中の層の屈折率を操作して目的に合うように調節し、所望の光学的性質を有するデバイスを作製することができる。広範な性能特性を有する鏡および偏光子など、多くの有用なデバイスを、本明細書中に記載の原理を使用してデザインおよび製造することができる。
再び図1について説明すると、多重積層10は、数十、数百、または数千の層を備えることができ、更に、任意の数の異なる材料から各層を作製することができる。特定の積層に対する材料の選択を決定付ける特性は、積層の所望の光学性能に依存する。積層は、積層中の層の数と同程度の数の材料を含有することができる。製造を容易にするために、わずか数個の異なる材料を含有する薄い光学フィルム積層が好ましい。光学吸収を最小限に抑えるために、積層が最も強く吸収する可能性のある波長が、積層により反射される第1の波長となるように設定された多重積層が好ましい。ほとんどの透明光学材料（ほとんどのポリマがこれに該当する）は、可視スペクトル域の青色端に近づくにつれて吸収が増大する。従って、「青色」層が多重積層の入射面上にくるように多重積層をデザインまたは「調整」することが好ましい。
材料の境界、または異なる物理的性質を有する化学的には同一の材料の境界は、急減に変化させてもまたは徐々に変化させてもよい。解析解を有する単純な場合を除き、屈折率が連続的に変化する後者のタイプの層状媒質の解析は、通常、急激に変化する境界を有するが隣接層間での性質の変化はごくわずかである更に多数の薄い均一層として扱う。
好ましい多重積層は、低／高屈折率対のフィルム層からなり、しかもフィルム層の低／高屈折率対の各対全体の光学的厚さは、反射させる帯域の中心波長の1/2である。こうしたフィルムの積層は、通常、1/4波長積層と呼ばれる。1/4波長の厚さを有する層を使用し、しかも異なる波長域を反射するようにデザインされた異なる層を組合せることが好ましい。各層が正確に1/4波長の厚さである必要はない。隣接する低／高屈折率フィルム対の全光学的厚さが0.5波長であるという要件を満たしさえずればよい。
先に述べたように、本発明に使用される多層ポリマフィルムには、異なる物理的性質を有する化学的には同等な材料も含めて任意の数の異なる材料から作製でき、かつ平均の厚さが0.5ミクロン以下である層が含まれる。好ましくは、多層ポリマフィルムは、結晶質、半結晶質、または液晶のポリマ〔例えば、正の応力光学係数（すなわち、延伸させると屈折率が延伸方向に増加するような光学係数）を有するナフタレンジカルボン酸ポリエステル〕の層と；所定の第二のポリマの層と；を含む。こうした多層ポリマフィルムを少なくとも一方向に延伸させた後、ナフタレンジカルボン酸ポリエステルの層が、第二のポリマの層よりも、面内の少なくとも1つの軸に関して大きい屈折率を有することが好ましい。特に好ましい半結晶質のナフタレンジカルボン酸ポリエステルとしては、例えば、2,6-ポリエチレンナフタレート（「PEN」）、あるいはエチレングリコール、ナフタレンジカルボン酸、およびテレフタレートなどのいくつかの他の酸から誘導されるコポリマ（「coPEN」）が挙げられる。特に好ましい所定の第2のポリマとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（「PET」）またはcoPENが挙げられる。
この他、多層ポリマフィルムは、複屈折ポリマ、特に、結晶質、半結晶質、または液晶の材料（例えばPETなどの半結晶質ポリエステル）の層と；第二の所定のポリマの層と；を含むとともに、層の平均の厚さが0.5ミクロン以下であり、しかも少なくとも1つの方向に延伸され、かつ延伸前のその方向の寸法の少なくとも2倍の長さに引き伸ばされた多層ポリマフィルムであってもよい。
本発明に使用される多層ポリマフィルムに結晶質ナフタレンジカルボン酸ポリエステルが含まれる場合、該ポリエステルは、異なる面内軸に関する屈折率の差が少なくとも0.05、好ましくは0.20を超えることが好ましい。PENが好ましい材料である理由は、延伸後に大きな正応力光学係数および永久複屈折を有するからであり、波長550nmの偏光入射光に対する屈折率は、その偏光面が延伸方向に並行な場合、約1.64から約1.9程度まで増大する。分子配向を増大させることによって複屈折（屈折率の差）を増大させることができる。複屈折層用の好ましいポリマとしてPENについてこれまで具体的に説明してきたが、ポリブチレンナフタレートならびに他の結晶質ナフタレンジカルボン酸ポリエステルもまた、好適な材料である。
多重積層の作製に使用されるポリマは、好ましくは、均一な多層押出が行えるように類似の溶融粘度を有する。2つの異なるポリマを使用する場合、この2つのポリマは、好ましくは、押出時の典型的な剪断速度において5倍以内の溶融粘度を有する。本発明の好ましい所定のポリマ層はまた、他の層との良好な接着を呈するが、依然として多層シート内で別々の層として残存する。本発明に使用されるポリマのガラス転移温度はほぼ等しいため、延伸中に一組のポリマ層に亀裂を生じるなどの悪影響は現れない。1つの偏光面に対して主に反射を起こす鏡では、図1aに示されているように、好ましい所定のポリマ層は、屈折率の等方性が保持され、横方向の軸（すなわち、延伸方向に垂直でフィルム面に平行な軸）に関して実質的に他の層の屈折率と一致する。この方向に偏光面を有する光は偏光子をほぼ透過するが、配向方向に偏光面を有する光は図1bに示されているように反射される。
鏡を作製するためには、2つの一軸延伸偏光シートをそれぞれの配向軸を90°回転させて配置するか、またはシート10（図1b）を二軸延伸する。二軸延伸する場合には、PENから作製された層に対するシート面内の両方向の屈折率が増加するが、できるかぎり低い屈折率を有する所定のポリマを選んで、両方の偏光面の光を反射させることが必要である。多層シートを二軸延伸すると、両方の軸に並行な面に対する隣接層の屈折率の間に差が生じて、両方の偏光面方向に光を反射する。延伸後の隣接層の横方向の軸に関する屈折率の差は、0.1未満、好ましくは0.05未満にする必要がある。
鏡の場合、個々の偏光および入射面に対する所望の平均透過率は、一般的には、鏡の使用目的に依存する。可視スペクトル域内の100nm帯域幅にわたる狭い帯域幅の鏡に対する垂直入射における各延伸方向に沿った平均透過率は、望ましくは約30％未満、好ましくは約20％未満、より好ましくは約10％未満である。部分鏡に対する垂直入射における各延伸方向に沿った望ましい平均透過率は、例えば約10％〜約50％などの任意の値をとり、個々の用途にもよるが、例えばl00nm〜450nmなどの任意の帯域幅を対象にできる。高効率鏡に対しては、可視スペクトル域（380nm〜750nm）にわたる垂直入射における各延伸方向に沿った平均透過率は、望ましくは約10％未満、好ましくは約5％未満、より好ましくは約2％未満、更に好ましくは約1％未満である。その他、特定の用途に対しては非対称鏡が望ましいこともある。この場合は、一つの延伸方向に沿った平均透過率は、望ましくは、例えば約50％未満とし、一方、その他の延伸方向に沿った平均透過率は、望ましくは、例えば可視スペクトル域（380nm〜750nm）の帯域幅にわたり、または可視スペクトル域から近赤外領域（例えば、380nm〜850nm）にわたり、例えば約20％未満にすることもできる。
必要な場合には、本発明の二枚以上のシートを複合体として使用し、反射率、光学帯域幅、またはその両方を増大させるか、または2つの偏光子から鏡を作製してもよい。シート中の層対の光学的厚さが実質的に等しい場合、この複合体は、個々のシートと実質的に同じ帯域幅および反射スペクトルレンジ（すなわち、「バンド」）の光をいくらか効率よく反射する。シート中の層対の光学的厚さが実質的に等しくない場合、この複合体は、個々のシートよりも広い帯域幅にわたり光を反射する。鏡シートと偏光子シートとを組合せた複合体は、全反射率を増大させるとともに依然として透過光を偏光させる場合に有効である。その他に、単一シートを非対照的に二軸延伸し、所定の反射特性および偏光特性を有するフィルムを作製してもよい。
二軸延伸鏡に使用するのに好ましい所定のポリマは、テレフタル酸、イソフタル酸、セバシン酸、アゼライン酸、またはシクロヘキサンジカルボン酸を基材とし、できるかぎり低い屈折率を持たせ、しかも、例えばPENから作製された層との接着が保持されるようにする。所定のポリマがコポリエステルまたはコポリカーボネートである必要はない。所定のポリマは、好ましくは屈折率が約1.65未満、より好ましくは屈折率が約1.55未満である。
多層反射偏光子は、広範な入射角にたわり一方の軸に平行な偏光面を有する光に対して高い反射率を示すと同時に、広範な入射角にたわり他方の軸に平行な偏光面を有する光に対して高い透過率を示すようにデザインすることができる。各フィルムの3つの屈折率（nx、ny、およびnz）を制御することにより、所望の偏光子挙動を得ることができる。
多くの用途に対して、すべての入射角において一方の軸（いわゆる消光軸）に沿って高い反射率を有するとともに、他方の軸（いわゆる透過軸）に沿ってゼロの反射率を有する反射偏光子が理想的である。偏光子の透過軸に対しては、一般的には、対象とする帯域幅にわたり、更にまた対象とする角度範囲にわたり、透過軸方向の偏光の透過率が最大となるようにすることが望ましい。100nmの帯域幅を有する狭い帯域の偏光子に対する垂直入射における平均透過率は、望ましくは少なくとも約50％、好ましくは少なくとも約70％、より好ましくは少なくとも約90％である。100nmの帯域幅を有する狭い帯域の偏光子に対する垂直方向を基準に60度の方向からのp偏光の平均透過率（透過軸に沿って測定する）は、望ましくは少なくとも約50％、好ましくは少なくとも約70％、より好ましくは少なくとも約80％である。
偏光子の垂直入射における平均透過率は、透過軸に関して可視スペクトル域（帯域幅を300nmに対して400nm〜700nm）のほとんどにわたり、望ましくは少なくとも約50％、好ましくは少なくとも約70％、より好ましくは少なくとも約85％、更に好ましくは少なくとも約90％である。垂直方向を基準に60度の方向からの入射における偏光子の平均透過率（透過軸に沿って測定する）は、400nm〜700nmにおいて望ましくは少なくとも約50％、好ましくは少なくとも約70％、より好ましくは少なくとも約80％、更に好ましくは少なくとも約90％である。
特定の用途に対しては、垂直以外の角度において透過軸での反射率が高いことが好ましい。透過軸に沿って偏光された光に対する平均反射率は、垂直方向から少なくとも20度の角度において20％を超えるようにする必要がある。
本発明の偏光子用の好ましい所定のポリマとしては、20モル％〜80モル％のナフタレンジカルボン酸またはそのエステル（例えば、ジメチルナフタレート）、および20モル％〜80モル％のイソフタル酸もしくはテレフタル酸またはそれらのエステル（例えば、テレフタレート）を、エチレングリコールと反応させた反応生成物であるコポリエステルが挙げられる。本発明の範囲内にある他のコポリエステルは、上述した性質を有するとともに、横方向の軸に関する屈折率がおよそ1.59〜1.69である。
材料の選択および処理
上述の米国特許出願第08/402,041号に記載のデザインを考慮にいれて、所望の屈折率の関係が得られるように選ばれた条件下で処理すれば、多岐に渡る材料を使用し、本発明に従って多層の鏡または偏光子を作製できることが同業者には容易に分かるであろう。所望の屈折率の関係は、種々の方法により得られる。例えば、フィルムの成形中または成形後の延伸（例えば、有機ポリマの場合）、押出（例えば、液晶材料の場合）、またはコーティングなどの方法が利用できる。更に、2つの材料が類似のレオロジー特性（例えば、溶融粘度）を有し、同時押出を実施できることが好ましい。
一般に、第1の材料として結晶質、半結晶質、または液晶の材料、好ましくはポリマを選ぶことによって適切な組合せが得られる。次に、第2の材料は、結晶質、半結晶質、または非晶質であってもよい。ポリマ技術分野において、ポリマは、典型的には、全体が結晶質であるわけではないという認識がなされている点を理解すべきであり、従って、本発明の内容に関して、結晶質または半結晶質のポリマとは、非晶質でないポリマを指し、通常、結晶質、部分的結晶質、半結晶質などと呼ばれる任意の材料が含まれる。第2の材料が第1の材料と逆のまたは同じ複屈折を示すものであってもよい。その他、第2の材料が複屈折を示さないものであってもよい。
好適な材料を具体的に挙げると、例えば、ポリエチレンナフタレート（PEN）およびその異性体（例えば、2,6-、1,4-、1,5-、2,7-、および2,3-PEN）、ポリアルキレンテレフタレート（例えば、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-1,4-シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）、ポリイミド（例えば、ポリアクリル酸イミド）、ポリエーテルイミド、アタクチックポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリレート（例えば、ポリイソブチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、およびポリメチルメタクリレート）、ポリアクリレート（例えば、ポリブチルアクリレートおよびポリメチルアクリレート）、シンジオタクチックポリスチレン（sPS）、シンジオタクチックポリ-α-メチルスチレン、シンジオタクチックポリジクロロスチレン、これらの任意のポリスチレンから成るコポリマおよびブレンド、セルロース誘導電体（例えば、エチルセルロース、酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、およびニトロセルロース）、ポリアルキレンポリマ（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン、およびポリ（4-メチル）ペンテン）、フッ素化ポリマ（例えば、ペルフルオロアルコキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレン−プロピレンコポリマ、ポリフッ化ビニリデン、およびポリクロロトリフルオロエチレン）、塩素化ポリマ（例えば、ポリ塩化ビニリデンおよびポリ塩化ビニル）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリエーテルアミド、イオノマ樹脂、エラストマ（例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン、およびネオプレン）、ならびにポリウレタンなどがある。その他に好適なものとしては、例えば、PENのコポリマ（例えば、2,6-、1,4-、1,5-、2,7-、および／または2,3-ナフタレンジカルボン酸あるいはそれらのエステルと、（a）テレフタル酸もしくはそのエステル、（b）イソフタル酸もしくはそのエステル、（c）フタル酸もしくはそのエステル、（d）アルカングリコール、（e）シクロアルカングリコール（例えば、シクロヘキサンジメタノールジオール）、（f）アルカンジカルボン酸、および／または（g）シクロアルカンジカルボン酸（例えば、シクロヘキサンジカルボン酸）とのコポリマ）、ポリアルキレンテレフタレートのコポリマ（例えば、テレフタル酸もしくはそのエステルと、（a）ナフタレンジカルボン酸もしくはそのエステル、（b）イソフタル酸もしくはそのエステル、（c）フタル酸もしくはそのエステル、（d）アルカングリコール、（e）シクロアルカングリコール（例えば、シクロヘキサンジメタノールジオール）、（f）アルカンジカルボン酸、および／または（g）シクロアルカンジカルボン酸（例えば、シクロヘキサンジカルボン酸）とのコポリマ）、スチレンコポリマ（例えば、スチレン−ブタジエンコポリマおよびスチレン−アクリロニトリルコポリマ）、ならびに4,4’−二安息香酸およびエチレングリコールのコポリマなど、のコポリマが挙げられる。更に、個々の層にはそれぞれ、2つ以上の上記のポリマまたはコポリマのブレンド（例えば、sPSとアタクチックポリスチレンとのブレンド）が含まれていてもよい。記載のcoPENはまた、ペレットのブレンドであってもよいが、少なくとも1つの成分がナフタレンジカルボン酸を基材とするポリマであり、かつ他の成分がPET、PEN、またはcoPENなどの他のポリエステルまたはポリカーボネートである。
PENが好ましい材料である理由は、延伸後に大きな正応力光学係数および永久複屈折を有するからであり、波長550nmの偏光入射光に対する屈折率は、その偏光面が延伸方向に並行な場合、約1.64から約1.9程度まで増大する。PENおよびナフタレート70/テレフタレート30のコポリエステル（coPEN）が延伸率5:1の時に呈する異なる面内軸に関する屈折率の差を図16に示す。図16において、下側の曲線上のデータは、PENの横方向の屈折率およびcoPENの屈折率を表し、一方、上側の曲線は、PENの延伸方向の屈折率を表す。PENは、可視スペクトル域で0.25〜0.40の屈折率の差を呈する。分子配向を増大させることによって複屈折（屈折率の差）を増加させることができる。用途ごとの収縮要件にもよるが、PENは約155℃から約230℃まで熱に対して安定である。複屈折層用の好ましいポリマとしてPENについてこれまで具体的に説明してきたが、ポリブチレンナフタレートならびに他の結晶質ナフタレンジカルボン酸ポリエステルもまた、好適な材料である。結晶質ナフタレンジカルボン酸ポリエステルは、異なる面内軸に関する屈折率の差が少なくとも0.05、好ましくは0.20を超える。
（単一または複数の）延伸方向の高い屈折率が実質的に損なわれないかぎり、少量のコモノマをナフタレンジカルボン酸ポリエステル中に置換してもよい。屈折率の低下（従って、反射率の減少）を、次の利点、すなわち、所定のポリマ層への接着、押出温度の低下、溶融粘度のマッチングの良化、延伸のためのガラス転移温度のマッチングの良化、のいずれかによって相殺してもよい。好適なモノマとしては、イソフタル酸、アゼライン酸、アジピン酸、セバシン酸、二安息香酸、テレフタル酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、またはシクロヘキサンジカルボン酸に基づくものが挙げられる。
本発明のPEN樹脂/所定のポリマ樹脂に類似の溶融粘度を持たせ、均一な多層押出が行えるようにすることが好ましい。この2つのポリマは、典型的な剪断速度において5倍以内の溶融粘度を有することが好ましい。
本発明のPEN層および好ましい所定のポリマ層は、互いに良好な接着性を呈するとともに、依然として多層シート中で別々の層として存在する。
本発明のポリマのガラス転移温度はほぼ等しいため、延伸中に1組のポリマ層に亀裂を生じるなどの悪影響は現れない。ほぼ等しいとは、所定のポリマのガラス転移温度がPEN層のガラス転移温度よりも低いことを意味する。所定のポリマ層のガラス転移温度をPEN層のガラス転移温度よりもわずかに高くしてもよいが、その差が40℃を超えてはならない。
偏光子の場合の特に好ましい層の組合せとしては、PEN/coPEN、ポリエチレンテレフタレート（PET）/coPEN、PEN/sPS、PET/sPS、PEN/Estar、およびPET/Estarが挙げられる。ただし、「coPEN」は、ナフタレンジカルボン酸を基材とするコポリマまたはブレンドを意味し（上述した通り）、「Estar」は、Eastman Chemical Co.から市販されてい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。
鏡の場合の特に好ましい層の組合せとしては、PET/Ecdel、PEN/Ecdel、PEN/sPS、PEN/THV、PEN/coPET、およびPET/sPSが挙げられる。ただし、「coPET」は、テレフタル酸を基材とするコポリマまたはブレンドを意味し（上述した通り）、「Ecdel」は、Eastman Chemical Co.から市販されている熱可塑性ポリエステルであり、「THV」は、3M Co.から市販されているフルオロポリマである。
層は1/4波長の厚さを有するとともに、異なる組の層は異なる波長域の光を反射するようにデザインされることが好ましい。各層が正確に1/4波長の厚さである必要はない。隣接する低-高屈折率フィルム対の全光学的厚さが0.5波長であるという要件を満たしさえすればよい。図16に示される屈折率差を有する50層から成るPEN層/coPEN層の積層の帯域幅は、層の厚さを550nmの1/4波長となるように選んだ場合、約50nmである。この50層から成る積層は、この波長域においておよそ99パーセントの平均反射率を示し、吸収は観測されない。透過率1パーセント（反射率99パーセント）未満を示すコンピュータモデルから得られた曲線を図17に示す。図17〜22には、透過率パーセントで特徴付けられたデータが含まれる。本発明のフィルムによる吸収は観測されないので、反射率パーセントは次の関係で近似されると理解すべきである。
100−（透過率パーセント）＝（反射率パーセント）
好ましい所定のポリマ層14は、屈折率の等方性を保持しており、図1aに示された横方向の軸に関するPEN層の屈折率と実質的に一致する。この方向に偏光面を有する光は、この偏光子をほとんど透過するが、配向方向に偏光面を有する光は、図1bに示されるように反射される。
デバイス中の層の数は、フィルム厚、可撓性、および経済性の理由から最小の数の層を使用して所望の光学的性質を達成するように選ばれる。偏光子および鏡のいずれの場合においても、層の数は、好ましくは約10,000未満、より好ましくは約5,000未満、（更に好ましくは）約2,000未満である。
既に述べたように、種々の屈折率の間の所望の関係（従って、多層デバイスの光学的性質）を達成することができるかは、多層デバイスの作製に使用される処理条件によって影響を受ける。延伸により配向させることができる有機ポリマの場合は、一般的には、それぞれのポリマを同時押出して多層フィルムを形成し、次に、所定の温度で延伸を行ってフィルムを配向させ、続いて、必要な場合には、所定の温度で熱硬化させることによって、こうしたデバイスを作製する。その他、押出工程および配向工程を同時に実施してもよい。偏光子の場合には、実質的に一方向にフィルムを延伸し（一軸配向）、鏡の場合には、実質的に二つの方向にフィルムを延伸する（二軸配向）。
縦−横の自然収縮（延伸比の平方根に等しい）〜束縛（すなわち、縦−横の寸法が実質的に変化しない）の条件下で、フィルムの縦−横方向の寸法緩和を行ってもよい。長さ延伸機を用いて機械方向に、および／または幅出機を用いて幅方向にフィルムを延伸してもよい。
予備延伸温度、延伸温度、延伸速度、延伸比、熱硬化温度、熱硬化時間、熱硬化緩和、および縦−横緩和を選択して、所望の屈折率の関係を有する多層デバイスを作製する。こうした変数には相互依存性があり、従って、具体的には、例えば、比較的低い延伸温度と併用する場合は、比較的遅い延伸速度が使用されることになろう。当業者にとっては、これらの変数の適切な組合せをいかに選んで所望の多層デバイスを完成させるかは自明であろう。しかしながら、一般的には、延伸比を、延伸方向に対して約1:2〜約1:10（より好ましくは約1:3〜約1:7）の範囲とし、延伸方向に垂直な方向に対しては約1:0.2〜約1:10（より好ましくは約1:0.2〜約1:7）の範囲とすることが好ましい。
好適な多層デバイスはまた、スピン塗布（例えば、複屈折ポリイミドに対してBoese et al.,J.Polym.Sci.:Part B,30:1321（1992）に記載されているもの）および真空蒸着（例えば、結晶質有機化合物に対してZang et.al.,Appl.Phys.Letters,59:823（1991）に記載されているもの）などの技術を使用して作製することもできる。後者の技術は、結晶質有機化合物と無機材料との特定の組合せに対して特に有用である。
加熱空気中で材料の個々のシートを延伸することにより、押出フィルムの配向を行った。経済的な生産のために、標準的な長さの延伸機、幅出機のオーブン、またはそれらの両方を用いて連続的に延伸を行ってもよい。標準的なポリマフィルム生産における経済的なスケールおよびラインスピードを利用することより、市販の吸収偏光子にかかるコストよりも実質的に安いコストを達成することができる。
2つ以上のシートをラミネートすることは、反射率の増大または帯域幅の拡大または二つの偏光子を用いた鏡の作製を行う上で有利である。非晶質コポリエステルは、ラミネート材料として有用であり、これまでに試験した材料としては、オハイオ州AkronにあるGoodyear Tire and Rubber Co.から入手できるVITEL Brand 3000および3300が特筆にあたいする。広範囲にわたってラミネート材料を選択できるが、その際、シート10への接着、光学的清澄性、空気の排除が主な指導原理となる。
酸化防止剤、押出助剤、熱安定化剤、紫外線吸収剤、核形成剤、表面突起形成剤など、1つ以上の無機または有機の補助剤を通常量で1つ以上の層に添加することが望ましい場合もあるが、その添加によって本発明の性能が実質的に妨害されないようにする必要がある。
多重積層の光学的挙動およびデザインに関する考察
次に、既に図1aおよび1b中で示したような多重積層10の光学的挙動を、より一般的に説明する。
多重積層の光学的挙動およびデザインに関する考察を以下に記述するが、こうしたことを配慮することによりブルースター角（反射がゼロになる角度）が非常に大きいかまたは存在しない多重積層を作製することが可能となる。これにより、p偏光に対する反射率が入射角とともにゆっくりと減少するか、入射角に依存しないか、または入射角が垂直方向から離れるにつれて増大する多層の鏡および偏光子の作製が可能となる。その結果、広い帯域幅および広い角度範囲にわたりs偏光およびp偏光の両方に対する高い反射率が達成できる。
多重積層に対する垂直入射における平均透過率（偏光子の場合には消光軸を含む面方向に偏光された光に対して、鏡の場合には両方の偏光に対して）は、目的とする帯域幅にわたり50％（反射率0,5）未満にすることが望ましい。（本出願の目的に対しては、透過率または反射率について与えられた値はすべて、前面反射および裏面反射を含むものと理解すべきである）。この他に、より低い平均透過率および／またはより大きい目標帯域幅および／または垂直方向を基準により大きい範囲にわたる角度を呈する積層もある。赤、緑、または青などの1つの色だけを中心とする目標帯域幅を設定する場合は、各帯域幅がそれぞれ約100nmの有効帯域幅をもつとすれば、平均透過率が50％未満である多重積層が望ましい。100nmの帯域幅にたわり平均透過率が10％未満である多重積層もまた好ましい。他の好ましい多重積層としては、例えば、200nmの帯域幅にわたり平均透過率が30％未満のものが挙げられる。更に他の好ましい多重積層としては、可視スペクトルの帯域幅（400〜700nm）にわたり10％未満の平均透過率を呈するものが挙げられる。最も好ましい多重積層は、380〜740nmの帯域幅にたわり10％未満の平均透過率を呈するものである。帯域幅を広げて、角度変化に伴うスペクトルシフトおよび多重積層厚や全フィルム厚の変化に対処するのは、可視光に利用する場合ですら有用である。
多重積層10は、数十、数百、または数千の層を含むことができ、各層は多数の異なる材料の中から任意のものを選んで作製できる。特定の積層用の材料に何を選ぶかを決める特徴的要因は、その積層にどのような光学的性能を持たせるかにより変わる。
積層には、その積層中に含まれる層の数と同程度の数の材料を含めることができる。製造を容易にするために、薄い光学フィルム積層がわずか数種の異なる材料を含むことが好ましい。具体的に示すために、本説明においては、2つの材料を含む多重積層について記載する。
材料の境界、または異なる物理的性質を有する化学的には同一の材料の境界は、急減に変化させてもまたは徐々に変化させてもよい。解析解を有する単純な場合を除き、屈折率が連続的に変化する後者のタイプの層状媒質の解析は、通常、急激に変化する境界を有するが隣接層間での性質の変化はごくわずかである、より多くの薄い均一層として扱う。
数個のパラメータが、任意の多重積層において到達できる最大反射率に影響を及ぼす可能性がある。これらのパラメータとしては、基本的積層デザイン、光吸収、層厚制御、および積層中の層の屈折率の関係が挙げられる。高反射率および／または鋭い帯域端を得るには、標準的な薄いフィルムの光学デザインを利用して光学的干渉効果を基本的積層デザインに取り入れる必要がある。この場合、典型的には、光学的に薄い層（これは、対象とする波長の0.1倍〜1.0倍の範囲の光学的厚さを有する層を意味する）を使用する。高反射率多層フィルム用の基本構造ブロックは、フィルム層の低／高屈折率対であり、この場合、層の各低／高屈折率対は、合計の光学的厚さが、デザインの対象となる反射帯域の中心波長の1/2である。このようなフィルムの積層は、通常、1/4波長積層と呼ばれる。
光吸収を最小限に抑えるために、積層により最も強く吸収される可能性のある波長がその積層により反射される第1の波長であることが保証された多重積層が好ましい。ほとんどのポリマが含まれるが、最も清澄な光学材料では、可視スペクトル域の青色端に近づくにつれて吸収が増大する。従って、「青色」層が多重積層の入射面上にくるように多重積層を調整することが好ましい。
薄い交互低／高屈折率フィルムから成る多層構成物は、しばしば「パイルオブプレーツ」と呼ばれるが、波長や帯域幅の調整の制約を受けず、積層中のいかなる特定の層においても選択的に反射される波長の光はない。こうした構成物では、青色光が積層中へ入り込むために青色光の反射率が悪影響を受け、その結果、好ましい1/4波長積層デザインに対するものよりも高い吸収率をもつことになる。「パイルオブプレーツ」中の層数を無作為に増加させても、必ずしも高い反射率が得られるわけではなく、しかも吸収率がゼロとなるわけでもない。また、任意の積層中の層数を無作為に増加させても、吸収率の増加を生じる可能性があるので、所望の反射率が得られないこともある。
各フィルム層中の相互の屈折率の関係、およびフィルム積層中の他の層の屈折率との関係が、任意の方位からの任意の入射角における多重積層の反射挙動を決定する。同一材料の層はすべて同一の屈折率を有すると仮定すると、2成分1/4波長積層の単一界面の解析が可能となり、角度の関数として全積層の挙動が理解できる。
従って、説明を簡単にするために、単一界面の光学的挙動について記述する。しかしながら、本明細書中に記載した原理に従った実際の多重積層を、数十、数百、または数千の層から形成することが可能であると理解すべきである。図2に示したような単一界面の光学的挙動を説明するために、z軸および一つの面内光学軸を含む入射面に対するs偏光およびp偏光の入射角の関数として反射率をプロットする。
図2は、単一界面を形成する2つの材料のフィルム層を示しており、いずれも屈折率が等方的な媒質中に包埋されている。説明を簡単にするために、本明細書中での説明では、2つの材料の光学軸を調整し、一方の光学軸（z）はフィルム面に垂直で、他方の光学軸はx軸およびy軸に沿って存在する直交多層複屈折系を対象とする。しかしながら、光学軸が直交する必要はなく、非直交系も本発明の精神および範囲内に十分含まれることを理解すべきである。また、光学軸をフィルム軸に一致させて本発明の所定の範囲内に入るようにする必要はないことを更に理解すべきである。
誘電体界面の反射率は、入射角の関数として変化し、等方性材料に対してはp偏光およびs偏光により異なる。p偏光に対する反射率の最小値は、いわゆるブルースター効果に依存し、この反射率がゼロになる角度はブルースター角と呼ばれる。
任意の入射角における任意のフィルム積層の反射挙動は、関係するすべてのフィルムの誘電テンソルにより決まる。このトピックに関する一般的な理論的取り扱いは、1987年にNorth-Hollandから出版されたR.M.A.AzzamおよびN.M.Bashara著「Ellipsometry and Polarized Light」の本文中に記載されている。
系の単一界面に対する反射率は、それぞれ式1および式2で与えられるp偏光およびs偏光に対する反射係数の絶対値を二乗することによって計算される。式1および式2は、2つの成分の軸が一致した一軸直交系に対して有効である。
0004314357.tif 000002
ただし、θは等方性媒質中で測定される。
一軸複屈折系においては、n1x＝n1y＝n1oかつn2x＝n2y＝n2oである。
二軸複屈折系に対しては、式1および式2は、図2で規定されたx-z面またはy-z面に平行な偏光面を有する光に対してだけ有効である。従って、二軸系においては、x-z面の光入射に対して、式1ではn1o＝n1xかつn2o＝n2x（p偏光に対して）、式2ではn1o＝n1yかつn2o＝n2y（s偏光に対して）となる。y-z面の光入射に対して、式1ではn1o＝n1yかつn2o＝n2y（p偏光に対して）、式2ではn1o＝n1xかつn2o＝n2x（s偏光に対して）となる。
式1および式2は、反射率が積層中の各材料のx,y（面内）およびzの方向の屈折率に依存することを示している。等方性材料では、3つの屈折率はすべて等しくなり、従ってnx＝ny＝nzである。nx、ny、およびnzの関係により、材料の光学的特徴が決まる。3つの屈折率が異なる関係にあるときは、3つの一般的な部類に属する材料、すなわち、等方性、一軸複屈折、および二軸複屈折を有する材料に分けられる。式1および式2は、x軸またはy軸に沿った場合だけ、従ってx方向およびy方向に関して別々に扱う場合だけを対象として二軸複屈折を記述している。
一軸複屈折材料は、1つの方向の屈折率が他の2つの方向の屈折率と異なる材料として定義される。本明細書中での説明のために、一軸複屈折系を記述するための約束事として、nx＝ny≠nzという条件を課す。x軸およびy軸は面内軸として定義し、それぞれの屈折率nxおよびnyを面内屈折率と呼ぶ。
一軸複屈折系を作製する1つの方法は、多重積層を二軸延伸する（例えば、2次元に延伸する）ことであり、この場合、この積層中の材料のうちの少なくとも一つは、その屈折率が延伸処理により影響を受ける（例えば、その屈折率が増加または減少する）。多重積層を二軸延伸すると、両方の軸に平行な面に対する隣接層の屈折率に差異を生じて両方の偏光面の光を反射することが可能になる。
一軸複屈折材料は、正または負の一軸複屈折を有することができる。z軸屈折率が面内屈折率よりも大きい場合（nz＞nxおよびny）は、正の一軸複屈折を生じる。z軸屈折率が面内屈折率よりも小さい場合（nz＜nxおよびny）は、負の一軸複屈折を生じる。
二軸複屈折材料は、三つの軸すべてに関して屈折率が異なる材料、例えば、nx≠ny≠nzである材料として定義される。ここでも、屈折率nxおよびnyを面内屈折率と呼ぶ。二軸複屈折系は、多重積層を一方向に延伸することによって作製することができる。言い換えると、積層を一軸延伸する。本明細書中での説明のために、x方向を二軸複屈折積層の延伸方向にとる。
鏡を作製するためには、2つの一軸延伸偏光シート10をそれぞれの配向軸を90°回転させて配置するか、またはシート10を二軸延伸する。二軸延伸する場合には、シート面内の両方向のPENの屈折率が増加するが、できるかぎり低い屈折率を有する所定のポリマを選んで、両方の偏光面の光を反射させることが必要である。多層シートを二軸延伸すると、両方の軸に並行な面に対する隣接層の屈折率に差が生じて、両方の偏光面方向に光を反射する。PENを二軸延伸すると、これらの伸び軸に関する屈折率が1.64から1.75へわずかに増加するが、これに対して一軸延伸では1.9まで増加する。従って、反射率99％（このため真珠光は観測されない）の誘電体鏡を作製するためには、所定のポリマとしては屈折率の低いcoPETが好ましい。光学モデルによると、屈折率を約1.55にすれば、こうしたことが可能であることが示唆される。層の厚さの標準偏差が5％で、6個の重ねた1/4波長の積層を用いて可視スペクトル域の半分が対象となるようにデザインされた330層フィルムは、図18に示されるような予測性能を示す。延伸の対称性を増大させると、比較的対称性の高い反射特性および比較的低い偏光特性を有する製品ができる。
必要な場合には、本発明のシートを2枚以上使用して、反射率、光学帯域幅、またはその両方を増大させてもよい。シート中の層対の光学的厚さが実質的に等しい場合、この複合体は、個々のシートと実質的に同じ帯域幅および反射スペクトルレンジ（すなわち、「バンド」）の光をいくらか効率よく反射する。シート中の層対の光学的厚さが実質的に等しくない場合、この複合体は、個々のシートよりも広い帯域幅にわたり光を反射する。鏡シートと偏光シートとを組合せた複合体は、全反射率を増大させるとともに、依然として透過光を偏光させる場合に有効である。その他に、単一シートを非対照的に二軸延伸し、選択的な反射特性および偏光特性を有するフィルムを作製してもよい。
二軸延伸鏡に使用するうえで好ましい所定のポリマは、テレフタル酸、イソフタル酸、セバシン酸、アゼライン酸、、またはシクロヘキサンジカルボン酸を基材とし、できるかぎり低い屈折率を持たせ、しかもPEN層との接着を保持するようにする。なお、ナフタレンジカルボン酸を少量利用して、PENとの接着を改良してもよい。ジオール成分としては、既に述べたものが任意に利用できる。所定のポリマは、屈折率が1.65未満、好ましくは屈折率が1.55未満であることが望ましい。
所定のポリマをコポリエステルまたはコポリカーボネートにする必要はない。ビニルナフタレン、スチレン、エチレン、無水マレイン酸、アクリレート、メタクリレートなどのモノマから作られたビニルポリマおよびコポリマを利用してもよい。ポリエステルやポリカーボネート以外の縮合ポリマもまた有用であり、例えば、ポリスルホン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアミド酸、ポリイミドなどが挙げられる。ナフタレン基、ならびに塩素、臭素、および沃素などのハロゲンは、所定のポリマの屈折率を所望のレベル（1.59〜1.69）にまで高めて、偏光子の横方向に関するPENの屈折率と実質的に一致させるうえで有用である。アクリレート基およびフッ素は、鏡用として屈折率を低下させるうえで特に有用である。
次に、一軸複屈折系の光学的性質およびデザインに関する考察について述べる。既に説明したように、一軸複屈折材料に対する一般的な条件は、nx＝ny≠nzである。従って、図2の各層102および104は一軸複屈折を呈し、n1x＝n1yおよびn2x＝n2yである。本明細書中での説明のために、層102は層104よりも大きな面内屈折率を有し、従って、x方向およびy方向の両方に対してn1＞n2であると仮定する。一軸複屈折多層系の光学的挙動は、n1zおよびn2zの値を変化させて、異なるレベルの正または負の複屈折を導入することにより調整できる。いろいろな屈折率の間の関係を直接測定してもよいし、または本明細書中に記載されているように、得られたフィルムのスペクトルを解析することよって一般的な関係を間接的に観測してもよい。
鏡の場合、個々の偏光および入射面に対する所望の平均透過率は、一般的には、鏡の使用目的に依存する。可視スペクトル域内の100nm帯域幅にわたる狭い帯域幅の鏡に対する垂直入射における各延伸方向に沿った平均透過率は、望ましくは30％未満、好ましくは20％未満、より好ましくは10％未満である。部分鏡に対する垂直入射における各延伸方向に沿った望ましい平均透過率は、例えば10％〜50％などの任意の値をとり、個々の用途にもよるが、例えば100nm〜450nmなどの任意の帯域幅を対象にできる。高効率鏡に対しては、可視スペクトル域（400nm〜700nm）にわたる垂直入射における各延伸方向に沿った平均透過率は、望ましくは10％未満、好ましくは5％未満、より好ましくは2％未満、更に好ましくは1％未満である。その他、特定の用途に対しては非対称鏡が望ましいこともある。この場合は、一方の延伸方向に沿った平均透過率は、例えば50％未満とし、他方の延伸方向に沿った平均透過率は、例えば可視スペクトル域（400nm〜700nm）の帯域幅にわたり、または可視スペクトル域から近赤外領域（例えば、400nm〜850nm）にわたり、例えば20％未満にすることが望ましい場合もある。
上述の式1を使用して、図2に示すような2層から成る一軸複屈折系の単一界面の反射率を決定することができる。s偏光に対しては、式2は等方性フィルム（nx＝ny＝nz）の場合と同じになるので、式1だけを調べる必要がある。説明のために、フィルムの屈折率に対していくつかの具体的でしかも一般性のある値を設定する。n1x＝n1y＝1.75、n1z＝変数、n2x＝n2y＝1.50、n2z＝変数のように設定するものとする。この系において種々のブルースター角が可能であることを示すために、周囲の等方性媒質に対してno＝1.60とする。
図23は、等方性媒質から複屈折層へのp偏光入射に対する反射率対角度の曲線を示している。この場合、n1zは数値的にn2zよりも大きいかまたは等しい（n1z≧n2z）。図23に示されている曲線は、次のz軸屈折率値、すなわちa）n1z＝1.75、n2z＝1.50；b）n1z＝1.75、n2z＝1.57；c）n1z＝1.70、n2z＝1.60；d）n1z＝1.65、n2z＝1.60；e）n1z＝1.61、n2z＝1.60；およびf）n1z＝1.60＝n2zに対するものである。n1zがn2zに近づくと、ブルースター角（すなわち反射率がゼロとなる角度）は増大する。曲線a〜eには強い角度依存性がある。しかしながら、n1z＝n2z（曲線f）の場合は、反射率の角度依存性がない。言い換えれば、曲線fに対する反射率は、すべての入射角に対して一定である。この時、式1は角度に依存しない形式：（n2o−n1o）/（n2o＋n1o）に変わる。n1z＝n2zの場合は、ブルースター効果はなく、すべての入射角に対して一定の反射率となる。
図24は、n1zが数値的にn2zより小さいかまたは等しいときの反射率対入射角の曲線を示している。光は等方性媒質から複屈折層へ入射する。これらの場合には反射率が入射角とともに単調増加する。これがs偏光に対して観測されると考えられる挙動である。図24の曲線aは、s偏光に対する一つの例である。曲線b〜eは、種々のnz値におけるp偏光に対する例を示しており、次の順序：b）n1z＝1.50、n2z＝1.60；c）n1z＝1.55、n2z＝1.60；d）n1z＝1.59、n2z＝1.60；およびe）n1z＝1.60＝n2zである。ここでも、n1z＝n2z（曲線e）の場合は、ブルースター効果はなく、すべての入射角に対して一定の反射率となる。
図25は図23および図24と同じ例であるが、屈折率no＝1.0の入射媒質（空気）に対するものである。図25の曲線は、屈折率n2x＝n2y＝1.50、n2z＝1.60である正の一軸材料と、n1x＝n1y＝1.75、n1zの値が上から下へ次の順序：a）1.50；b）1.55；c）1.59；d）1.60；f）1.61；g）1.65；h）1.70；およびi）1.75で示された負の一軸複屈折材料との単一界面におけるp偏光に対してプロットしたものである。ここでも、図23および図24で示されたように、n1zとn2zの値が一致する場合（曲線d）は、反射率に対する角度依存性がない。
図23、図24、および図25は、一方のフィルムのz軸屈折率が他方のフィルムのz軸屈折率と等しくなるときに、一つのタイプの挙動からもう一つのタイプの挙動への移行が起こることを示している。このことは、負および正の一軸複屈折材料ならびに等方性材料の数種の組合せに対して成り立つ。ブルースター角がより大きな角度からより小さい角度へとシフトするような別の状況も起こる。
面内屈折率とz軸屈折率との種々の可能な関係を図26、図27、および図28に示す。垂直軸は屈折率の相対値を示し、水平軸は種々の条件を分離するために使用されている。各図は、左側の2つの等方性フィルムから始まる。このフィルムではz軸屈折率が面内屈折率に等しい。右に移動するにつれて、面内屈折率は一定に保たれるが、z軸屈折率が様々に増加または減少し、これにより正または負の複屈折の相対的な量が表されている。
図23、図24、および図25に対する上述の例が、図26に示されている。材料1の面内屈折率が材料2の面内屈折率よりも大きく、材料1は負の複屈折（n1zが面内屈折率未満）を有し、材料2は正の複屈折（n2zが面内屈折率を超える）を有する。ブルースター角が消失し、反射率がすべての入射角に対して一定となる点は、2つのz軸屈折率が等しくなる所である。この点は、図23の曲線f、図24の曲線e、または図25の曲線dに相当する。
図27では、材料1は材料2よりも大きい面内屈折率を有するが、材料1が正の複屈折を有し、材料2が負の複屈折を有する。この場合は、ブルースター極小が小さい角度の値へシフトするにすぎない。図26および図27はともに、2つのフィルムのうちの1つが等方性であると限定された場合に有効である。材料1が等方性で材料2が正の複屈折を有する場合と、材料2が等方性で材料1が負の複屈折を有する2つの場合が存在する。ブルースター効果がない点は、複屈折材料のz軸屈折率が等方性フィルムの屈折率と等しい所である。
もう1つの場合は、両方のフィルムが同じタイプ、すなわち、両方とも負の複屈折か、または両方とも正の複屈折を有する場合である。図28は、両方のフィルムが負の複屈折を有する場合を示している。しかしながら、2つの正の複屈折層の場合は、図28に示された2つの負の複屈折層の場合と類似していることを理解すべきである。前の場合と同じように、1つのz軸屈折率がその他のフィルムのz軸屈折率と等しいかまたは交差する場合だけ、ブルースター極小が消失する。
2つの材料の面内屈折率は等しいが、z軸屈折率が異なるときには、更にもう1つの場合が生じる。この場合は、図26〜28に示された3つの場合すべての部分集合であり、任意の角度においてs偏光に対する反射は起こらず、p偏光に対する反射率は入射角が増大するにつれて単調増加する。このタイプの製品は、入射角が増大するにつれてp偏光に対する反射率が増加し、s偏光に対しては透過性を示す。こうした製品は、「p偏光子」と呼ばれることがある。
一軸複屈折系の挙動を説明する上述の原理およびデザインに関する考慮を適用すると、広範な環境および用途に対して所望の光学効果を有する多重積層を得ることができる。多重積層中の層の屈折率を操作および調整して、所望の光学的性質を有するデバイスを製造することができる。様々な面内屈折率およびz軸屈折率を有する多くの負および正の一軸複屈折系を作製することができ、本明細書中に記載された原理を使用して、多くの有用なデバイスをデザインおよび製造することができる。
偏光子
本発明の反射偏光子は、眼鏡用レンズ、鏡、および窓などの光学要素に有用である。この偏光子は、サングラスとして体裁がよいとみなされる鏡様外観を有することが特徴である。更に、PENは非常に良好な紫外線フィルタであり、可視スペクトル域の端部まで効率的に紫外線を吸収する。本発明の反射偏光子はまた、薄い赤外シート偏光子としても有用である。
偏光子に対しては、単一方向の延伸によりシートを配向させることが好ましく、PEN層の屈折率が、配向方向および横方向に平行な偏光面を有する入射光線ごとに大きく異なるようにする。面内軸（フィルム表面に平行な軸）に関する屈折率とは、この軸に平行な偏光面を有する面偏光入射光に対する有効屈折率である。配向方向とは、フィルムが延伸される方向を意味する。横方向とは、フィルム面内にあって、フィルムの配向方向に対して垂直な方向を意味する。
偏光子用としては、PEN層/所定のポリマ層の少なくとも一つの軸に関する屈折率が実質的に同等であることが好ましい。この軸、典型的には横方向の軸、に関する屈折率が一致すると、その方向の偏光面を有する光は実質的に全く反射されなくなる。所定のポリマ層の延伸方向に関する屈折率を低下させてもよい。所定のポリマが負の複屈折を有する場合、隣接した層の配向軸に関する屈折率の差が増大するという利点が得られるが、横方向に平行な偏光面を有する光の反射は依然として無視できる。延伸後の隣接した層の横方向の軸に関する屈折率の差は、0.05未満、好ましくは0.02未満にする必要がある。その他に、所定のポリマが正の複屈折を呈するように延伸することも可能であるが、熱処理によってこの複屈折を緩和し、PEN層の横方向の軸に関する屈折率と一致させることができる。この熱処理の温度は、PEN層の複屈折を緩和するほど高くしてはならない。
本発明の偏光子用の好ましい所定のポリマとしては、20モル％〜80モル％のナフタレンジカルボン酸またはそのエステル（例えば、ジメチルナフタレート）、および20モル％〜80モル％のイソフタル酸もしくはテレフタル酸またはそれらのエステル（例えば、ジメチルテレフタレート）を、エチレングリコールと反応させた反応生成物であるコポリエステルが挙げられる。本発明の範囲内にある他のコポリエステルは、上述した性質を有するとともに、横方向の軸に関する屈折率がおよそ1.59〜1.69である。もちろん、このコポリエステルはPENと一緒に同時押出できなくてはならない。他の好ましいコポリエステルは、イソフタル酸、アゼライン酸、アジピン酸、セバシン酸、二安息香酸、テレフタル酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、またはシクロヘキサンジカルボン酸に基づくものである。コポリエステルの他の好適な例としては、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ネオペチルグリコール、ポリエチレングリコール、テトラメチレングリコール、ジエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、4-ヒドロキシジフェノール、プロパンジオール、ビスフェノールA、および1,8-ジヒドロキシビフェニル、または1,3-ビス（2-ヒドロキシエトキシ）ベンゼンをジオール反応物として使用するものが挙げられる。モノマの屈折率の体積平均は、有用なコポリエステルを調製するうえで良い指針となる。更に、PENのガラス転移温度に匹敵するガラス転移温度を有し、かつ横方向の軸に関する屈折率がおよそ1.59〜1.69であるコポリカーボネートもまた、本発明の所定のポリマとして有用である。押出装置中における2つ以上のポリマのエステル交換反応によってコポリエステルまたはコポリカーボネートを形成することも、実用的な所定のポリマを得るためのもう一つの可能な経路である。
次に、図2を参照して、二成分直交二軸複屈折系および得られる光学的性質に影響を及ぼすデザインについての考察を述べる。ここでも系が多くの層を有していてもよいが、一つの界面における光学的挙動を調べることによって、この積層の光学的挙動を理解することができる。
広範な入射角にわたり1つの軸に平行な偏光面を有する光に対して高い屈折率を呈するように、またそれと同時に、広範な入射角にわたりその他の軸に平行な偏光面を有する光に対して低い反射率および高い透過率を持つように二軸複屈折系をデザインすることができる。その結果、二軸複屈折系は、1つの偏光を透過し、その他の偏光を反射する偏光子として働くようになる。各フィルムの3つの屈折率、すなわちnx、ny、およびnzを制御することによって、所望の偏光子挙動を得ることができる。ここでも、屈折率を直接測定してもよいし、または本明細書中に記載されているように、得られたフィルムのスペクトルを解析することよって間接的に観測してもよい。
再び図2を参照する。説明のために次の値のフィルム屈折率を設定する。すなわち、n1x＝1.88、n1y＝1.64、n1z＝変数、n2x＝1.65、n2y＝変数、n2z＝変数とする。x軸を消光方向にとり、y軸を透過方向にとる。
式1を使用すると、延伸（xz面）方向または非延伸（yz面）方向のいずれかの入射面を有する光に関する二つの重要な場合に対して二軸複屈折系の角度挙動を予測することができる。この偏光子は、1つの偏光面に関しては鏡であり、その他の方向に関しては窓である。延伸方向では、数百層から成る多重積層中における1.88−1.65＝0.23という大きな屈折率差のために、s偏光に対して非常に大きい反射率を生じる。p偏光に対しては、種々の角度における反射率がn1z/n2zの屈折率差に依存する。
多くの用途において、すべての入射角に対し、一つの軸（いわゆる消光軸）に沿って高い反射率を有するとともに、その他の軸（いわゆる透過軸）に沿ってゼロの反射率を有する反射偏光子が理想的である。偏光子の透過軸に対しては、一般的には、対象とする帯域幅にわたり、更にまた対象とする角度範囲にわたり、透過軸方向の偏光の透過率が最大となるようにすることが望ましい。100nmの帯域幅を有する狭い帯域の偏光子に対する垂直入射における平均透過率は、望ましくは少なくとも50％、好ましくは少なくとも70％、より好ましくは少なくとも90％である。100nmの帯域幅を有する狭い帯域の偏光子に対する垂直方向を基準に60度の方向からのp偏光（透過軸に沿って測定する）の平均透過率は、望ましくは少なくとも50％、好ましくは少なくとも70％、より好ましくは少なくとも80％である。
偏光子の垂直入射における平均透過率は、透過軸に関して可視スペクトル域（帯域幅300nmに対して400nm〜700nm）にわたり、望ましくは少なくとも50％、好ましくは少なくとも70％、より好ましくは少なくとも85％、更に好ましくは少なくとも90％である。垂直方向を基準に60度の方向からの入射における偏光子の平均透過率（透過軸に沿って測定する）は、400nm〜700nmにおいて望ましくは少なくとも50％、好ましくは少なくとも70％、より好ましくは少なくとも80％、更に好ましくは少なくとも90％である。
特定の用途においては、垂直以外の角度において透過軸での反射率が高いことが好ましい。透過軸に沿って偏光を受けた光に対する平均反射率は、垂直方向を基準に少なくとも20度の角度において20％を超えるようにする必要がある。
透過軸に沿っていくらかの反射率を有する場合は、垂直方向以外角度において偏光子の効率が減少する可能性がある。透過軸に沿って種々の波長に対する反射率が異なる場合は、透過光に色が加わる可能性がある。この色を測定する1つの方法は、対象となる波長域にわたって所定の1つの角度または複数の角度における透過率の二乗平均（RMS）を決定することである。着色RMS％、すなわちCRMSは次式により決定することができる。
0004314357.tif 000003
ただし、λ1〜λ2の範囲は対象となる波長域または帯域幅であり、Tは透過軸に沿った透過率であり、
0004314357.tif 000004
は対象となる波長域における透過軸に沿った平均透過率である。
低着色偏光子が望ましい用途においては、垂直方向を基準に少なくとも30度の角度、好ましくは垂直方向を基準に少なくとも45度の角度、更に好ましくは垂直方向を基準に少なくとも60度の角度において、着色RMS％を10％未満、好ましくは8％未満、より好ましくは3.5％未満、更に好ましくは2.1％未満にする必要がある。
対象となる帯域幅にわたり消光軸に沿って所望の量の反射率を有する特定用途に対しては、透過軸に沿った所望の着色RMS％を組み合わせた反射偏光子を使用するのが好ましい。例えば、およそ100nmの帯域を有する狭帯域偏光子に対しては、垂直入射における消光軸に沿った平均透過率が望ましくは50％未満、好ましくは30％未満、より好ましくは10％未満、更に好ましくは3％未満である。可視領域に帯域幅を有する偏光子（400nm〜700nm、すなわち300nmの帯域幅）に対しては、垂直入射における消光軸に沿った平均透過率が望ましくは40％未満、より望ましくは25％未満、好ましくは15％未満、より好ましくは5％未満、更に好ましくは3％未満である。
偏光面が透過軸に平行な光に対する垂直方向以外の角度における反射率は、たとえ面内y屈折率が一致しているとしても、大きなz屈折率のずれがあると発生する可能性がある。従って、得られる系は、p偏光に対して大きな反射率を有し、s偏光に対して透過性が高くなる。この場合を、既に鏡の場合の解析において「p偏光子」と呼んだ。
一軸延伸偏光子に関しては、性能が3つ（x、y、およびz）のいずれの方向に対する交互層屈折率の間の関係にも依存する。本明細書中に記載されているように、高効率偏光子に対してはy軸屈折率の差およびz軸屈折率の差をできるだけ小さくすることが望ましい。y軸屈折率のずれの発生は、z軸屈折率のずれを補償するものとして説明される。屈折率のずれを故意に起こすか、または自然に発生するかにかかわらず、こうしたずれがあるといくらかの反射率を生じる。従って、重要な要因は、x軸屈折率の差をy軸屈折率の差およびz軸屈折率の差よりも大きくすることにある。反射率は、延伸方向および非延伸方向の両方の屈折率の差の関数として急速に増加するので、Δny/ΔnxおよびΔnz/Δnxの比をできるだけ小さくすることによって、対象となる帯域幅にわたり、かつ広範な角度範囲にわたり1つの軸に沿った強い消光を呈し、しかも、その直交軸に沿って強い透過を保持する偏光子を得る必要がある。0.05未満、0.1未満、または0.25未満の比は、許容できる。理想的には、Δnz/Δnx比は0であるが、0.25未満または0.5未満の比においても使用可能な偏光子が得られる。
図29は、PEN/coPENから成る800層の積層を用いたときの、非延伸方向の入射面を有するp偏光に対する75°における反射率（-Log[1-R]としてプロットされている）を示している。反射率は、可視スペクトル域（400nm〜700nm）にわたる波長の関数としてプロットされている。550nmにおける曲線aに対する有効屈折率は、n1y＝1.64、n1z＝1.52、n2y＝1.64、およびn2z＝1.63である。このモデル積層デザインは、1/4波長対に対して線形厚グレードであり、各対の厚さはdn＝do＋do（0.003）nで与えられる。すべての層の厚さは、ガウス分布を有するランダムな厚さ誤差および5％の標準偏差を持つものとした。
曲線aは、透過軸（y軸）に沿った可視スペクトル域にわたる高いオフアクシス反射率を示すとともに、波長が異なると反射率のレベルも異なることを示している。これは大きなz屈折率のずれ（Δnz＝0.11）に起因する。このスペクトルは、層の厚さの誤差および空間的な不均一性（例えば、フィルムの厚さ）に影響されるので、この場合には、非常に不均一で「多彩な」外観を呈する。特定の用途に対しては、強い着色が望ましいこともあるが、例えば、液晶ディスプレイまたは他のタイプのディスプレイなど、均一で着色の少ないことが要求される用途に対しては、オフアクシス色の程度を制御してそれを最小限に抑えることが望ましい。
ブルースター条件オフアクシスを形成する非延伸面内屈折率（n1yおよびn2y）に屈折率のずれを起こさせることによって、オフアクシス反射率およびオフアクシス色を最小限に抑え、しかもs-偏光反射率は最小に保ったままにすることができる。
図30は、y屈折率のずれを起こして、二軸複屈折系の透過軸に沿ったオフアクシス反射率を減少させる効果を調べたものである。n1z＝1.52およびn2z＝1.63（Δnz＝0.11）に関して、次の条件でp偏光に対してプロットされている。すなわち、a）n1y＝n2y＝1.64、b）n1y＝1.64、n2y＝1.62、c）n1y＝1.64、n2y＝1.66である。曲線aは、面内屈折率が等しい場合の反射率を示している。曲線aは、0°において反射率の最小値を有するが、20°を超えると急に上昇する。曲線bは、n1y＞n2yであり、反射率は急激に上昇する。n1y＜n2yの場合に相当する曲線cは、38°において反射率の最小値を有するが、その後は急に上昇する。曲線dで示されるように、n1y≠n2yのときはs偏光に対しても同様にかなりの反射が起こる。図30の曲線a〜dは、ブルースター極小が存在するようにするために、y屈折率のずれ（n1y−n2y）の符号がz屈折率のずれ（n1z−n2z）の符号と同じでなければならないことを示唆する。n1y＝n2yの場合には、s偏光に対する反射率はすべての角度においてゼロである。
層間のz屈折率の差を減少させることによって、オフアクシス反射率を更に小さくすることができる。n1zがn2zに等しい場合、消光軸は、依然として、垂直入射の場合と同じように高反射率のオフアングル（off-angle）を有すること、更にまた両方の屈折率が一致するために（すなわち、n1y＝n2yおよびn1z＝n2z）、いかなる角度においても非延伸軸に沿った反射は起こらないことが図25から示唆される。
2つのy屈折率および2つのz屈折率を正確に一致させることは、特定の多層系では不可能であろう。偏光子構成体においてz軸屈折率が一致しない場合、面内屈折率n1yおよびn2yにわずかなずれを起こさせることが望ましい。こうしたずれは、他の成分を材料層の一方または両方にブレンドして、それぞれのy屈折率を増加または減少させることによって引き起こすことができる。複屈折率の高い層を形成するポリマまたは所定のポリマ層を形成するポリマのいずれかへ第2の樹脂をブレンドすることによって、垂直および垂直以外の角度において透過軸に対する反射を改良するか、または消光軸方向に偏光した光に対する偏光子の消光を改良することができる。ブレンドされた第2の樹脂は、配向後のポリマの結晶化度および屈折率を変えることによって、こうした改良を行うことができる。
n1z＝1.56およびn2z＝1.60（Δnz＝0.04）と仮定し、次のy軸屈折率、すなわち、a）n1y＝1.64、n2y＝1.65、b）n1y＝1.64、n2y＝1.63を用いたもう1つの例が図31にプロットされている。曲線cは両方の場合におけるs偏光に対するものである。曲線aでは、y軸屈折率のずれの符号がz軸屈折率のずれの符号と同じであり、最小のオフアングル反射率が得られる。
図31の曲線aの条件を用いて、入射角75°における800層フィルム積層のオフアクシス反射率を計算した結果が、図29の曲線bとしてプロットされている。図29の曲線bを曲線aとを比較すると、はるかに少ないオフアクシス反射率であるために、曲線bをプロットした条件では、より少ない着色およびより良好な均一性が得られることが分かる。550nmにおける曲線bの有効屈折率は、n1y＝1.64、n1z＝1.56、n2y＝1.65、n2z＝1.60である。
図32は、式1の等高線プロットを表しており、p偏光に対して図2に関連して説明したオフアクシス反射率をまとめたものである。非延伸方向に含まれる4つの独立した屈折率を、2つの屈折率のずれ、すなわちΔnzおよびΔnyとしてまとめた。このプロットは、0°〜75°の種々の入射角を15度刻みに6プロット選んで平均したものである。屈折率は、等高線aに対する0.4×10-4から等高線jに対する4.0×10-4までの範囲であり、0.4×10-4の一定量ずつを増加させてある。このプロットは、1つの光学軸に沿った屈折率のずれによって生じる高い反射率を、その他の軸に沿ったずれによっていかに打ち消すことができるかを示すものである。
従って、二軸複屈折系の層間のz軸屈折率のずれを減少させることによって、および／またはy軸屈折率のずれを生じさせてブルースター効果を引き起こすことによって、多層反射偏光子の透過軸に沿ったオフアクシス反射率、従ってオフアクシス色が最小限に抑えられる。
更に、狭い波長領域にわたって作動する狭帯域偏光子もまた、本明細書中に記載の原理を使用してデザインすることができることも特筆にあたいする。これによって、例えば、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、またはイエローの帯域の偏光子を作製することができるようになる。
理想的な反射偏光子は、1つの偏光面を有するすべての光を透過するとともに、その他の偏光面を有するすべての光を反射するものでなければならない。清澄な光学用接着剤を用いて両側をガラスまたは他のフィルムにラミネートしないかぎり、空気／反射偏光子の界面における面反射によって所望の偏光面を有する光の透過率が減少するだろう。従って、反射偏光子に反射防止（AR）コーティングを施すことが有用な場合もある。ARコーティングは、PENを基材とした偏光子に対して、空気中における屈折率が1.64のフィルムの反射を抑えるようにデザインすることが好ましい。なぜなら、この値が非延伸（y）方向のすべての層の屈折率に相当するからである。このコーティングは延伸方向に関して本質的に影響を与えることはない。なぜなら、延伸方向の交互屈折率積層は、面反射が存在するかしないかにかかわらず非常に高い反射係数を有するからである。当該技術分野で公知の任意のARコーティングを施すことが可能であるが、コーティングされた多層フィルムの過熱または損傷を引き起こしてはならない。具体的なコーティングとしては、理想的には1.64の平方根に近い屈折率を有する低屈折率材料から成る厚さ1/4波長のコーティングが挙げられる（PENを基材とする材料の場合）。
透明導電体
上述の多層ポリマフィルムを透明導電体と組み合わせると、多層ポリマフィルム単独または透明導電体単独よりも広範な反射性を呈する透明多層デバイスが得られる。特に、多層ポリマフィルムは良好な近赤外光反射性（約750nm〜約2500nm）を示すが、約2500nmを超えるとその反射率が顕著に低下する。一方、透明導電体は良好な遠赤外光反射性（約2500nmを超える領域）を示す。ただし、近赤外スペクトル域におけるその反射率は、一般的には、この約750nm〜約2500nmの領域において多層ポリマフィルムのものほど良好ではない。本発明の透明多層デバイスは、所望の赤外光反射性を示すとともに依然として十分な光を透過するようにデザインまたは「調整」することができる。
本発明に有用な透明導電体は、遠赤外スペクトル域の光を反射する物質であり、より具体的には、赤外光（約750nmを超える領域の光）と可視光（約380nm〜約750nmの領域の光）とを効率的に分けるうえで有用な物質が含まれる。言い換えると、透明導電体は人間の眼に感じる波長領域の光を透過し、赤外領域の光を反射する。可視光に対する高い透過性および赤外光に対する低い透過性の両方が望まれるので、反射端が約750nm（人間の眼の感度のすぐ外側）を超えなければならないわけではない。好適な透明導電体は、遠赤外スペクトル域で良好な反射性を示す導電性物質であり、金属、金属合金、半導体金属酸化物材料が含まれる。好ましい金属としては、銀、金、銅、およびアルミニウムが挙げられる。ニッケル、ナトリウム、クロム、スズ、およびチタンなどの他の金属もまた利用できるが、赤外光と可視光との分離にはそれほど有効ではない。銀が特に好ましい。なぜなら、銀は非常に薄いフィルムの形態で適用可能であり、しかも可視光よりも波長の長い光を反射する能力をも兼ね備えているからである。好ましい半導体金属酸化物としては、ドープ型または非ドープ型の二酸化スズ（SnO2）、酸化亜鉛（ZnO）、および酸化スズインジウム（ITO）が挙げられるが、ITOが特に好ましい。好ましい金属合金としては、銀合金、ステンレス鋼、およびインコネルが挙げられる。銀合金（特に、少なくとも30重量％の銀を含有する銀合金）は、銀が好ましいのと同じ理由で特に好ましいが、更に、耐久性の向上という利点が加わる（例えば、銀のほかに50重量％未満の金および／または20重量％未満の銅を含有する銀合金）。透明導電体は単一の金属層を形成してもよいし、複数の層（各層には1つ以上の金属、金属合金、および金属酸化物が含まれていてもよい）を形成してもよい。
透明導電体は、得られる多層デバイスが透明であることを理解したうえで、当業者に周知の従来型の塗布技術により多層ポリマに塗布してもよい。こうした周知の方法としては、熱分解、粉末塗布、蒸着、カソードスパッタ、イオンプレーティングなどが挙げられる。カソードスパッタおよびイオンプレーティングは、均一な構造や厚さが得られるという点で好ましいことが多い。この他、透明導電体は、好適な接着剤を用いて多層ポリマフィルムにラミネートされる別の金属化ポリマまたはガラスシートであってもよい。該接着剤としては、好ましくは、ホットメルト接着剤（例えば、4040 Embassy Parkway Akron,Ohio 44333のShell Chemical Companyから入手可能なVITEL 3300接着剤）または感圧接着剤（例えば、St.Paul,MM55144の3M Companyから入手可能な90/10 IOA/AAおよび95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系接着剤）が挙げられる。
本発明の透明多層デバイスを作製するために多層ポリマフィルムに塗布される透明導電体の厚さは、所望の反射率が得られるように選ぶことができる。一般的には、金属層が薄くなるほど、可視スペクトル域の光をより多く透過する。しかしながら、金属層の導電性は厚さが減少するにつれて低下するので、遠赤外スペクトル域で反射される光の量もまた、金属層の厚さが減少するにつれて減少する。従って、任意の特定の金属、金属合金、また半導体金属酸化物に対して金属層の厚さを調整することにより、透明導電体は、可視スペクトル域における光透過と遠赤外スペクトル域における光反射との所望のバランスを提供することができる。更に、多層ポリマフィルム上に付着される金属層の厚さは、金属層の導電率を測定することによりモニタすることができる。
本発明における透明導電体として有用な金属および金属合金は、約0.02mho/sq.〜約1.0mho/sq.、好ましくは約0.05mho/sq.〜約1.0mho/sq.の導電率を有し、約10nm〜約40nm、好ましくは約12nm〜約30nmの厚さに塗布することができる。好ましい半導体金属酸化物層は、約0.0001mho/sq.〜約0.1mho/sq.、好ましくは約0.001mho/sq.〜約0.1mho/sq.の導電率を有し、約20nm〜約200nm、好ましくは約80nm〜約120nmの厚さに塗布することができる。透明導電体が、多層ポリマフィルムにラミネートされた金属化ポリマまたはガラスシートの場合、シート上の金属または金属合金のコーティングは、好ましくは、厚さが約10nm〜約40nmであり、一方、シート上の金属酸化物コーティングは、好ましくは、厚さが約20nm〜約200nmである。
薄い金属の透明導電体（例えば、銀）は、十分に薄くして高い可視光透過率を得ることが可能であるが、約750nm〜約2500nmの近赤外領域におけるこれらの反射率は、本発明に使用される多層ポリマフィルムによって該領域に対して得られる反射率ほど良好なものではない。これとは対照的に、上述の多層ポリマフィルムは、可視光に対する透過率は大きく、しかも近赤外領域において比較的良好な反射率を示すが、遠赤外領域においては反射率は比較的低いかまたは劣っている。多層ポリマフィルムはまた、一般的には、透明導電体よりも可視光と赤外光とを明瞭に分離できる。従って、多層ポリマフィルムと透明導電体との組合せにより本発明の透明多層デバイスを作製すれば、赤外領域全体にわたりより良好な反射率が得られるとともに、依然として可視光に対する透過率が保持される。更に、当業者に周知の反射防止コーティングを透明導電体上に塗布して、可視光の透過を増大させてもよい。こうしたコーティングとしては、例えば、所望の可視光透過率が得られるように各層の厚さが調節された金属、誘電体、金属の積層から成る反射防止コーティングが挙げられる。
しかしながら、赤外領域におけるこの反射率の帯域幅は、可視領域に必要な透過のレベルにも依存する。なぜなら、当業者には周知であるように、約1000nmを超える領域での倍音および三次効果により、可視スペクトル域における望ましくない反射が増大するからである。可視光に対する透過率の低下を顕著に防ぐ方法の1つは、上述の多層ポリマフィルム中の各層の厚さを調節して、近赤外スペクトル域における反射帯域を所定の領域（例えば、750nm〜約1000nm、すわなち、太陽スペクトルがこれより外側の赤外スペクトルよりも強い強度をもつ領域）に制限するものである。こうした実施態様においては、可視スペクトル域での所望の透過率が保たれ、更に、透明導電体と多層ポリマフィルムとの組合せにより所望の光が反射される。この場合、多層フィルムは約750nm〜約1000nmの近赤外域の光を主に反射し、透明導電体は約1000nmを超える赤外スペクトル域の光を主に反射する。こうした結果を得る他の方法もまた、当該技術分野で公知である。例えば、Alfred Thelen,“Multilayer Filters with Wide Transmittance Bands,”J.Opt.Soc.Am.53（11）,1963,p.1266およびPhilip Baumeister,“Multilayer Reflections With Suppressed Higher Order Reflection Peaks,”Applied Optics 31（10）,1992,p.1568を参照されたい。
本発明の透明多層デバイスは、着色度がかなり低く、しかもシェーディング係数も大きくはない。シェーディング係数とは、純粋透明窓ガラスと比べたときの窓に入り込む太陽エネルギーの量を指すが、以下の実施例10に示されているように測定することができる。特に、多層ポリマフィルムを透明な銀のコーティングと組み合わせた場合、そのシェーディング係数は、PET支持体上にコーティングされた銀のシェーディング係数よりも小さい。銀のコーティングと組み合わされた多層ポリマフィルムは、PETフィルム上にコーティングされた銀のコーティングと外観および可視光透過性は類似しているが、本発明の透明多層デバイスでは、赤外光の反射率の増大に伴い、太陽光の透過率の低下および太陽光の反射率の増大の両方が達成されるので、銀がコーティングされたPETフィルムよりもシェーディング係数が小さくなる。
図14は、厚さ13nmのモデル化された銀フィルムおよび透明導電体のないモデル化された多層ポリマフィルムと比較して、本発明のモデル化された透明多層デバイスに対して予測された光学的性能を示している。モデル化された多層ポリマフィルムは、単独および銀フィルムとの併用のいずれにおいても、800nmにおける1/4波長の光学的厚さを有する201個の層と、875nmにおける201個の層と、950nmにおける201個の層と、から成る603個のPETおよびEcdelの層を含む。図14に示されているように、多層ポリマフィルムは、約750nm〜約1050nmにおいて100％近い反射率を示し、一方、銀層単独では
約1050nmを超えると所望の反射率を示す。更に、こうした透明多層デバイスは、シェーディング係数が約0.36であり、これは銀の金属層単独（0.45）または多層ポリマフィルム単独（0.72）のいずれのシェーディング係数よりも顕著に改良された値である。
透過光を可視波長域に制限し、赤外領域の光は反射させることによって、本発明の透明多層デバイスは、夏期に必要となる冷房と冬季に必要となる暖房の量を減少させるうえで役立つ。従って、こうしたデバイスは、ガラスやプラスチックの支持体（例えば、建物の外装窓、あるいは自動車、トラック、または航空機のフロントガラスや窓ガラス）の表面に直接に接合することにより利用することができる。また、ガラスやプラスチックの板の間に少なくとも1つの透明多層デバイスを挟持させてなるガラスやプラスチックのラミネート製品にも好適である。赤外線は遮断するが、依然として可視スペクトル域の光は実質的に透過することが望まれるような技術分野に関連する通常の技術者には、他の用途は自明であろう。例えば、本発明の透明多層デバイスを冷凍される陳列ケースのドアの窓に接合することが挙げられる。
本発明の透明多層デバイスを家屋または自動車の窓に取り付けて太陽熱を反射させる場合（例えば、夏の間）、透明導電体を窓の内側表面に隣接させ、多層ポリマフィルムを家屋や自動車の内部に向くようにすることが好ましい。多層ポリマフィルムの外面は、当該技術分野で周知のように、耐摩耗性コーティングで被覆してもよく、一方、可視光の反射を減少させるための着色フィルムを、ラミネート用接着剤を用いて透明導電体の外面に取り付けてもよい。ラミネート用接着剤としては、例えば、オハイオ州AkronのShell Chemical Companyから市販されているVITEL 3300ホットメルト接着剤、またはミネソタ州St.Paulの3M Companyから入手可能な90/10 IOA/AAまたは95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系接着剤などの感圧接着剤が挙げられる。寒い時期に、輻射熱を部屋の中で反射させることが望ましい場合、透明導電体を部屋または自動車の内部に向けることが好ましく、更に、保護用ポリオレフィンフィルム（例えば、ポリプロピレンフィルム）で被覆して遠赤外領域における反射を保つことが好ましい。こうした構成体は、当業者には周知である。本発明の透明多層デバイスをこのような窓の外側で使用する場合、デバイスの耐久性が問題となる。従って、保護用のUV安定化ポリエステルフィルまたはアクリルフィルムの層を透明導電体に直接にラミネートして金属層が外部に露出しないようにしてもよい。
本発明の透明多層デバイスは、赤外スペクトル域の所望の量の光を反射するとともに可視スペクトル域の光を十分に透過させて透明性を保つという好適な光学特性を有する。従って、該デバイスにより、人間の眼に感じられる光の強度をそれほど低下させずにデバイスを通過する太陽エネルギーの量が制御される。好ましくは、可視スペクトル域の光の少なくとも約20％〜約80％がデバイスを透過するとともに、赤外スペクトル域の光の少なくとも約30％が反射され、より好ましくは少なくとも約80％が反射され、最も好ましくは約95％より多くの赤外スペクトル域の光が反射される。
次に、当業者が本発明の実施方法をより良く理解できるように本発明を更に完全かつ明確に説明することを目的として、以下の実施例により本発明を説明する。実施例1において、光学吸収は無視できるので、反射率は1マイナス透過率に等しくなる（R=1-T）。実施例は本発明を説明するためのものであって、いかなる方法によっても本明細書中で開示および請求された特許を制限するものではないと理解すべきである。
実施例1（PET:Ecdel、601、鏡）
同時押出工程を介した逐次フラットフィルム製造ラインにより、601層を含む同時押出フィルムを作製した。一方の押出機で、固有粘度0.6dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンテレフタレート（PET）を毎時75ポンドの速度で送出し、他方の押出機で、商品名「Ecdel 9966」としてEastman Chemicalから入手可能な熱可塑性エラストマを毎時65ポンドの速度で送出した。PETをスキン層上に配置した。フィードブロック法（例えば、米国特許第3,801,429号に記載されている方法）を使用して151層を形成させ、これを2台のマルチプライヤに通して601層の押出物を作製した。米国特許第3,565,985号には、同時押出マルチプライヤの例が記載されている。ウェブ温度を約210°Fにして長さ方向にウェブを延伸して延伸比を約3.6とした。続いて、約235°Fまで約50秒間フィルムを予備加熱し、毎秒約6％の速度で横方向に延伸して延伸比を約4.0とした。次に、400°Fの熱硬化オーブン中でフィルムの最大幅の約5％の緩和を行った。仕上りフィルム厚は2.5ミルであった。
作製されたキャストウェブは、空気側はきめが粗く、図3に示すような透過率を示した。角度60°における非延伸方向に偏光されたp偏光に対する透過％（曲線b）は、垂直入射における値（曲線a）と類似していた（波長シフトを伴う）。
比較を行ったところ、恐らく比較的等方性の材料から成るMearl Corporation製のフィルム（図4を参照されたい）は、角度60°においてp偏光に対して著しい反射率の低下を示した（曲線b、垂直入射に対する曲線aと比較される）。
実施例2（PET:Ecdel、151、鏡）
同時押出工程を介した逐次フラットフィルム製造ラインにより、151層を含む同時押出フィルムを作製した。一方の押出機で、固有粘度0.6dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンテレフタレート（PET）を毎時75ポンドの速度で送出し、他方の押出機で、商品名「Ecdel 9966」としてEastman Chemicalから入手可能な熱可塑性エラストマーを毎時65ポンドの速度で送出した。PETをスキン層上に配置した。フィードブロック法を使用して151層を形成させた。ウェブ温度を約210°Fにして長さ方向にウェブを延伸し、延伸比を約3.5とした。続いて、約215°Fまで約12秒間フィルムを予備加熱し、毎秒約25％の速度で横方向に延伸して延伸比を約4.0とした。次に、400°Fの熱硬化オーブン中でフィルムの最大幅の約5％の緩和を約6秒間行った。仕上りフィルム厚は約0.6ミルであった。
このフィルムの透過性を図5に示す。角度60°における非延伸方向に偏光されたp偏光に対する透過％（曲線b）は、垂直入射における値（曲線a）と類似していたが、波長シフトを伴うものであった。同じ押出条件でウェブ速度を低下させ、約0.8ミルの厚さを有する赤外反射フィルムを作製した。その透過率を図6に示す（垂直入射に対しては曲線a、60度に対しては曲線bが対応する）。
実施例3（PEN:Ecdel、225、鏡）
キャストウェブを1回押出した後、実験用フィルム延伸機を用いてフィルムを配向させることによって、225層を含む同時押出フィルムを作製した。一方の押出機で、固有粘度0.5dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンナフタレート（PEN）を毎時18ポンドの速度で送出し、他方の押出機で、商品名「Ecdel 9966」としてEastman Chemicalから入手可能な熱可塑性エラストマーを毎時17ポンドの速度で送出した。PENをスキン層上に配置した。フィードブロック法を使用して57層を形成させ、これを2台のマルチプライヤに通して225層の押出物を作製した。このキャストウェブは厚さ12ミル、幅12インチであった。この後、実験用延伸機を使用してウェブを二軸配向させた。この延伸機は、パントグラフを使用して矩形のフィルム片を把持し、一様な速度で両方向に同時に延伸する。7.46cmの矩形のウェブを約100℃で延伸機に充填し、60秒間で130℃まで加熱した。次に、100％/秒（もとの寸法を基準に）で延伸を開始し、約3.5×3.5までサンプルを延伸した。延伸直後、このサンプルに室温の空気を吹き付けて冷却した。
図7は、この多層フィルムの光レスポンスを示している（垂直入冷射に対しては曲線a、60度に対しては曲線bが対応する）。角度60°における非延伸方向に偏光されたp偏光に対する透過％は、垂直入射における値と類似していることに注目されたい（いくらかの波長シフトを伴う）。
実施例4（PEN:THV 500、449、鏡）
キャストウェブを1回押出した後、実験用フィルム延伸機を用いてフィルムを配向させることによって、449層を含む同時押出フィルムを作製した。一方の押出機で、固有粘度0.53dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンナフタレート（PEN）を毎時56ポンドの速度で送出し、他方の押出機で、商品名「THV 500」としてMinnesota Mining and Manufacturing Companyから入手可能なフルオロポリマを毎時11ポンドの速度で送出した。PENをスキン層上に配置し、2つのスキン層中にPENの50％を存在させた。フィードブロック法を使用して57層を形成させ、これを3台のマルチプライヤに通して449層の押出物を作製した。このキャストウェブは厚さ20ミル、幅12インチであった。この後、実験用延伸機を使用してウェブを二軸配向させた。この延伸機は、パントグラフを使用して矩形のフィルム片を把持し、一様な速度で両方向に同時に延伸する。7.46cmの矩形のウェブを約100℃で延伸機に充填し、60秒間で140℃まで加熱した。次に、10％/秒（もとの寸法を基準に）で延伸を開始し、約3.5×3.5までサンプルを延伸した。延伸直後、このサンプルに室温の空気を吹き付けて冷却した。
図8は、この多層フィルムの透過率を示している。ここでもまた、曲線aは垂直入射におけるレスポンスを表し、曲線bは60度における非延伸方向に偏光されたp偏光に対するレスポンスを表している。
実施例5（PEN:CoPEN、601--高着色偏光子）
ウェブを押出し、2日後に他の実施例のいずれで記載したものとも異なる幅出機を用いてフィルムを配向させることによって、601層を含む同時押出フィルムを作製した。一方の押出機で、固有粘度0.5dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンナフタレート（PEN）を毎時75ポンドの速度で送出し、他方の押出機で、固有粘度0.55dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のcoPEN（70モル％の2,6NDC[ナフタレンジカルボン酸のメチルエステル]および30モル％のDMT[ジメチルテレフタレート]）を毎時65ポンドの速度で送出した。フィードブロック法を使用して151層を形成させ、光学層の厚さの比をPENに対して1.22およびcoPENに対して1.22として層に勾配分布を与えるようにデザインした。PENスキン層を光学積層の外面上に同時押出し、全厚が同時押出層の約8％となるようにした。光学積層を2台のマルチプライヤに通して601層の押出物を作製した。米国特許第3,565,985号には、類似の同時押出マルチプライヤが記載されている。延伸はすべて幅出機で行った。約280°Fまで約20秒間フィルムを予備加熱し、毎秒約6％の速度で横方向に延伸して延伸比を約4.4とした。次に、460°Fに設定された熱硬化オーブン中でフィルムの最大幅の約2％の緩和を行った。仕上りフィルム厚は約1.8ミルであった。
このフィルムの透過率が図9に示されている。曲線aは垂直入射における非延伸方向に偏光された光の透過率を表し、曲線bは60°入射における非延伸方向に偏光されたp偏光の透過率を表し、更に曲線cは垂直入射における延伸方向に偏光された光の透過率を表している。垂直入射および60°入射のいずれにおいてもp偏光の透過率が不均一であることに注目されたい。400nm〜700nmにわたる曲線aの平均透過率は84.1％であり、一方、400nm〜700nmにわたる曲線bの平均透過率は68.2％である。曲線cの平均透過率は9.1％である。曲線aに対する着色RMS％は1.4％であり、曲線bに対する着色RMS％は11.2％である。
実施例6（PEN:CoPEN、601、偏光子）
同時押出工程を介した逐次フラットフィルム製造ラインにより、601層を含む同時押出フィルムを作製した。一方の押出機で、固有粘度0.54dl/g（60重量％のフェノール＋40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンナフタレート（PEN）を毎時75ポンドの速度で送出し、他方の押出機で、CoPENを毎時65ポンドで送出した。coPENは、70モル％の2,6ナフタレンジカルボン酸メチルエステル、15％のジメチルイソフタレート、および15％のジメチルテレフタレートと、エチレングリコールとのコポリマであった。フィードブロック法を使用して151層を形成させた。このフィードブロックは、光学層の厚さの比がPENに対して1.22またcoPENに対しては1.22となるような勾配分布を有する層を作製するようにデザインされた。PENスキン層を、光学積層の外面上に全厚が押出層の8％となるように同時押出した。光学積層を2台の連続したマルチプライヤを用いて多重化（multiply）した。このマルチプライヤの公称多重化率（multiplication ratio）は、それぞれ1.2および1.27であった。続いて、約310°Fまで約40秒間フィルムを予備加熱し、毎秒約6％の速度で横方向に延伸して延伸比を約5.0とした。仕上りフィルム厚は約2ミルであった。
図10は、この多層フィルムの透過率を示している。曲線aは垂直入射における非延伸方向に偏光された光の透過率を表し、曲線bは60°入射における非延伸方向に偏光されたp偏光の透過率を表し、更に曲線cは垂直入射における延伸方向に偏光された光の透過率を表している。垂直入射および60°入射のいずれにおいてもp偏光の透過率が非常に高いことに注目されたい（80％〜100％）。また、曲線cで示されるように可視領域（400nm〜700nm）において延伸方向に偏光された光の消光率が非常に高いことにも注目されたい。消光率は、500nmから650nmの間では100％に近い。
実施例7（PEN:sPS、481、偏光子）
Eastman Chemicalsから購入した固有粘度0.56dl/g（60重量％のフェノールおよび40重量％のジクロロベンゼン）を有するポリエチレンナフタレート（PEN）およびシンジオタクチックポリスチレン（sPS）ホモポリマ（重量平均分子量＝200,000ドルトン、Dow Corporationからサンプル入手）から481層の多層フィルムを作製した。PENを外層上に配置して毎時26ポンドで押出し、sPSを毎時23ポンドで押出した。フィードブロックを使用して61層を形成し、この61層がそれぞれほぼ同じ厚さになるようにした。フィードブロックの後、3台（2×）のマルチプライヤを使用した。最後のマルチプライヤにかけた後、フィードブロックに供給したものと同じPENを含む等しい厚さのスキン層を合計で毎時22ポンドの速度で追加した。幅12インチのダイを介してウェブを押出し、厚さ約0.011インチ（0.276mm）にした。押出温度は290℃であった。
このウェブを外界条件下で9日間保存し、次に、幅出機を用いて一軸延伸した。約320°F（160℃）まで約25秒間フィルムを予備加熱し、毎秒約28％の速度で横方向に延伸して延伸比を約6:1とした。延伸方向の緩和は行わなかった。仕上りフィルム厚は約0.0018インチ（0.046mm）であった。
図11は、481層を含むこのPEN:sPS反射偏光子の光学性能を示している。曲線aは垂直入射における非延伸方向に偏光された光の透過率を表し、曲線bは60°入射における非延伸方向に偏光されたp偏光の透過率を表し、更に曲線cは垂直入射における延伸方向に偏光された光の透過率を表している。垂直入射および60°入射のいずれにおいてもp偏光の透過率が非常に高いことに注目されたい。400nm〜700nmにわたる曲線aの平均透過率は86.2％であり、400nm〜700nmにわたる曲線bの平均透過率は79.7％である。また、曲線cで示されるように可視領域（400nm〜700nm）において延伸方向に偏光された光の消光率が非常に高いことにも注目されたい。このフィルムは、400nmから700nmの間で曲線cに対して1.6％の平均透過率を有する。曲線aに対する着色RMS％は3.2％であり、一方、曲線bに対する着色RMS％は18.2％である。
実施例8（PET:Ecdel、601、鏡）
同時押出工程を介した逐次フラットフィルム製造ラインにより、601層を含む同時押出フィルムを作製した。固有粘度0.6dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンテレフタレート（PET）を毎時75ポンドの速度でフィードブロックへ送出し、また商品名「Ecdel 9967」としてEastman Chemicalから入手可能な熱可塑性エラストマを毎時60ポンドの速度で送出した。PETをスキン層上に配置した。フィードブロック法を使用して151層を形成させ、これを2台のマルチプライヤに通して601層の押出物を作製した。このマルチプライヤの公称多重化率は、1.2（フィードブロックの次）および1.27であった。2つのスキン層を、毎時24ポンドの合計スループットで、最後のマルチプライヤとダイの間で対称的に追加した。スキン層はPETから成り、フィードブロックへPETを供給するのと同じ押出機を用いて押出した。ウェブ温度を約205°Fにして長さ方向にウェブを延伸し、延伸比を約3.3とした。続いて、約205°Fまで約35秒間フィルムを予備加熱し、毎秒約9％の速度で横方向に延伸して延伸比を約3.3とした。次に、450°Fに設定された熱硬化オーブン中でフィルムの最大幅の約3％の緩和を行った。仕上りフィルム厚は約0.0027インチであった。
このフィルムは図12に示されるような光学性能を呈した。透過率は曲線aとしてプロットされ、反射率は曲線bとしてプロットされている。曲線bに対する視感反射率は91.5％である。
実施例9（PEN:PCTG、481、偏光子）
キャストウェブを1回押出した後、実験用フィルム延伸機を用いてフィルムを配向させることによって、481層を含む同時押出フィルムを作製した。フィードブロック法を使用し、1台の61層フィードブロックおよび3台（2×）のマルチプライヤを利用した。厚いスキン層を、最後のマルチプライヤとダイとの間で追加した。一方の押出機で、固有粘度0.47dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンナフタレート（PEN）を毎時25.0ポンドの速度で送出した。他方の押出機で、商品名「PCTG 5445」としてEastman Chemicalから入手可能なグリコール改質ポリエチレンジメチルシクロヘキサンテレフタレートを毎時25.0ポンドの速度で送出した。PENをスキン層上に配置した。上記の押出機から送られたもう1つのPEN流を、毎時25ポンドの速度でスキン層として追加した。キャストウェブは厚さ0.007インチおよび幅12インチであった。この後、実験用延伸機を使用してウェブを一軸配向させた。この延伸機は、パントグラフを使用してフィルム片を把持し、他方向を自由に緩和させた状態で一方向に一様な速度で延伸する。充填されたウェブサンプルは、幅約5.40cm（非拘束方向）および長さ7.45cm（パントグラフのグリッパの間の距離）であった。ウェブを約100℃で延伸機に充填し、135℃まで45秒間加熱した。次に、20％/秒（もとの寸法を基準に）で延伸を開始し、約6:1（グリッパ間隔の測定に基づく）までサンプルを延伸した。延伸直後、このサンプルに室温の空気を吹き付けて冷却した。サンプルの中央では、比率2.0の緩和が観測された。
図13は、この多層フィルムの透過率を示している。曲線aは垂直入射における非延伸方向に偏光された光の透過率を表し、曲線bは60°入射における非延伸方向に偏光されたp偏光の透過率を表し、更に曲線cは垂直入射における延伸方向に偏光された光の透過率を表している。
実施例10（PET:Ecdel、150、Ag）
同時押出工程を介した逐次フラットフィルム製造ラインにより、151層を含む同時押出フィルムを作製した。一方の押出機で、固有粘度0.6dl/g（60重量％のフェノール／40重量％のジクロロベンゼン）のポリエチレンテレフタレート（PET）を毎時75ポンドの速度で送出し、他方の押出機で、商品名「Ecdel 9966」としてEastman Chemicalから入手可能な熱可塑性エラストマを毎時65ポンドの速度で送出した。フィードブロック法を使用し、キャスティングホイール速度20フィート/分で151層を形成させた。スキン層はPETであり、内層よりも厚く、スキン層がフィルム厚の約8％を占めた。ウェブ温度を約210°Fにして長さ方向にウェブを延伸し、延伸比を約3.5とした。続いて、約215°Fまで約12秒間フィルムを予備加熱し、毎秒約25％の速度で横方向に延伸して延伸比を約4.0とした。次に、400°Fの熱硬化オーブン中でフィルムの最大幅の約5％の緩和を行った。仕上りフィルム厚は約0.6ミルであった。
アルゴンの4.5ミクロンのスパッタ圧を用いて、支持されていないウェブ上にAirco 373カソードから銀をスパッタリングすることにより、この多層ポリマフィルムを被覆した。ターゲットに300ワットを印加したところ、電圧519ボルトおよび電流0.60アンペアとなった。ウェブ速度毎分10フィートで銀層を多層ポリマフィルム上に付着させることにより、550nmにおける透過率レベル53％および導電率0.15mho/sq.を得た。
上記の多層ポリマフィルムの場合に使用したものと同じ方法および同じ条件において、支持されていないウェブ上にAirco 373カソードから銀をスパッタリングすることにより、Minnesota Mining and Manufacturing Company入手可能な2ミルのポリエチレンテレフタレートフィルム（製品番号597197P56）を被覆した。
銀被覆多層ポリマフィルムおよび銀被覆PETフィルムのキャラクタリゼーションを、Perkin Elmer λ-9で光学反射スペクトルを測定することにより行った。測定されたサンプルの透過スペクトルに、可視スペクトル域にわたり積分された人間の眼の感度関数を乗じ、これをTlumとして記載した。測定されたサンプルの反射スペクトル（RAM2）および透過スペクトル（TAM2）は、ASTM E903,”Standard Test For Solar Absorbance,Reflectance,and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres”に従って、エアマス2太陽スペクトルにたわり積分する。主波長は、ASTM E308,“Standard Test Method for Computing The Colors of Objects Using the CIE System”に従って、C光源および10°観測装置を用いてCIE法により計算されるサンプルの見掛けの色である。色純度は色の飽和度であり、0％は白色で100％は純色である。シェーディング係数は、銀被覆多層ポリマフィルムのエアマス2積分RおよびTスペクトルから次式を用いて計算される。
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ただし、fは吸収された太陽エネルギーのうちの内向きに流れる部分である。
光学的キャラクタリゼーションの結果は、以下の表Iに示されている。銀被覆多層ポリマフィルムおよび銀被覆PETフィルムの可視透過強度は類似しており、それぞれ58％および57％である。これらの透過色はいずれも淡青色であり、純度は10％未満であった。銀被覆多層ポリマフィルムは太陽光透過率が低く、かつ太陽光反射率が高いため、シェーディング係数は、銀被覆PETフィルムの0.50よりも小さく0.43である。このことは、本発明の銀被覆多層ポリマフィルムが視覚的な外観の変化を伴わずに熱性能に関して著しい差異を示すことを意味する。
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図15は、実施例10の銀被覆多層ポリマフィルムの光学的性能を示している。1500nmを超える領域の反射率が高いのは、銀コーティングに起因するものであり、一方、1250nm未満のスペクトル領域の反射率は、多層ポリマフィルムに起因するものである。
実施例11（PET:「Ecdel」、150、銀被覆フィルム：商品名「Scotchtint」）
実施例1に従って、同時押出工程を介した逐次フラットフィルム製造ラインにより、151層を含む同時押出フィルムを作製した。スキン層は、全厚が押出層の約14％となるように光学積層の外面上に同時押出した。
ミネソタ州St.Paulの3M Companyから入手可能な95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系感圧接着剤（通常、「Scotchtint」フィルム上で使用される）を用いて、商品名「Scotchtint」Film IN50BRとしてミネソタ州St.Paulの3M Companyから入手可能な銀被覆フィルムに、この多層ポリマフィルムをラミネートした。
3つのサンプルを作製した。すなわち、95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系PSAを用いて1/4インチの透明ガラスに接着された多層IRフィルム；95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系PSAを用いて1/4インチの透明ガラスに接着された「Scotchtint」Film IN50BR；および95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系PSAを用いて、1/4インチの透明ガラスに接着され、続いて「Scotchtint」IN50BR Filmに接合された多層IRフィルムである。これらのサンプルのキャラクタリゼーションを、実施例10に記載のPerkin Elmer λ-9で光学反射スペクトルを測定することにより行った。
光学的キャラクタリゼーションの結果は、以下の表IIに示されている。多層ポリマフィルムの可視透過強度は75％であり、「Scotchtint」IN50BR Filmの50％よりも良好である。また、多層フィルム／「Scotchtint」ラミネートでは該強度が45％とわずかに劣っているが、シェーディング係数については著しい改良が見られ、多層フィルムおよび「Scotchtint」フィルムではそれぞれ0.62および0.39であるのに対して、該ラミネートでは0.30である。これらの透過色はいずれも淡青色であり、純度は10％未満である。
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実施例12（PET:「Ecdel」、150、ニッケル被覆フィルム：商品名「Scotchtint」）
実施例1に従って、同時押出工程を介した逐次フラットフィルム製造ラインにより、151層を含む同時押出フィルムを作製した。スキン層は、全厚が押出層の約14％となるように光学積層の外面上に同時押出した。
ミネソタ州St.Paulの3M Companyから入手可能な95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系感圧接着剤を用いて、商品名「Scotchtint」Film RE50NEARLとしてミネソタ州St.Paulの3M Companyから入手可能なニッケル被覆フィルムに、この多層ポリマフィルムをラミネートした。
2つのサンプルを作製した。すなわち、95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系PSAを用いて1/4インチの透明ガラスに接着された「Scotchtint」Film RE50NEARL；および95/5 IOA/アクリルアミドのアクリル系PSAを用いて、1/4インチの透明ガラスに接着され、続いて「Scotchtint」RE50NEARC Filmに接合された多層IRフィルム（これにより多層IRフィルム／Scotchtint▲Ｒ▼Filmラミネートが形成される）である。これらのサンプルを、実施例11の1/4インチ透明ガラスサンプルに接着された多層IRフィルムと比較した。これらのサンプルのキャラクタリゼーションを、実施例10に記載のPerkin Elmer λ-9で光学反射スペクトルを測定することにより行った。
光学的キャラクタリゼーションの結果は、以下の表IIIに示されている。多層ポリマフィルムの可視透過強度は75％であり、「Scotchtint」RE50NEARC Filmの51％よりも良好である。また、多層フィルム／「Scotchtint」ラミネートでは該強度が44％とわずかに劣っているが、シェーディング係数については著しい改良が見られ、多層フィルムおよび「Scotchtint」フィルムではそれぞれ0.62およびO.64であるのに対して、該ラミネートでは0.45である。
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上記の教示に照らして、本発明の他の修正および変更が可能である。例えば、UV吸収剤および他の改質剤を、本発明の多層ポリマフィルム中の1つ以上の層に添加してもよい。しかしながら、上述した特定の実施態様に変更を加えてもよく、こうした変更も添付の請求の範囲で規定される本発明の目的とする範囲全体に含まれるものと理解すべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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