JP4860729B2 - 明るさを強化した反射偏光子 - Google Patents
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Description
使用されている。よく見かける液晶(LC)表示装置はこのような光学表示装置のありふ
れた例である。従来のLC表示装置は、1対の吸収偏光子の間の液晶と電極マトリクスの
位置を示す。LC表示装置では、液晶の部分が電界の印加によって変更される光学状態を
有する。このプロセスは、偏光内の情報の「画素」を表示するのに必要なコントラストを
発生する。
、これらの偏光子は、一偏光配向の光をその直角偏光配向の光よりも強く吸収するダイク
ロイック染料を使用する。一般に、前方偏光子の透過軸は後方偏光子の透過軸と「交差」
する。その交差角は0度から90度まで変動し得る。液晶、前方偏光子と後方偏光子は、
一緒にLCD組立物を構成する。
装置に「前方」から入る周囲光によって照明される。典型的に、磨いたアルミニウム反射
器がLCD組立物の「後」に置かれる。この反射面が、反射面に入射する光の偏光配向を
維持しつつ、光をLCD組立物に戻す。
「バックライト」組立物に代えることは普通である。典型的なバックライト組立物は、光
共振器とランプ又は光を発生する他の構造物を備える。周囲光及びバックライトの両方の
条件下で観察を意図した表示装置は、「トランスフレクティブ(transflecti
ve)」と呼ばれる。トランスフレクティブ表示装置の問題点は、典型的なバックライト
は伝統的な磨いたアルミニウム面ほど効率的な反射器ではない点である。又、バックライ
トは、光の偏光をランダム化すると共に、更に、LC表示装置を照明するのに得られる光
量を減少する。その結果、LC表示装置にバックライトを追加して周囲光下で観察する時
、その表示をより少なく明るくする。
し得る表示装置への必要性がある。
反射偏光子は、夫々が第2と第3の要素から成る液晶表示装置(LCD)組立物と光共振
器の間に配置される。
D組立物16として図示された偏光表示モジュール、反射偏光子12と光共振器24を含
む。
れる偏光によって照明される。光線60によって表された表示装置10に入射する周囲光
は、LCDモジュール16と反射偏光子12を横切って、光共振器24の拡散反射面37
に当たる。光線62は、反射偏光子12に向けて拡散反射面37によって反射された光を
描く。
されて拡散反射面37を通過する。光線62と64は共に、偏光状態(a,b)を示す光
を有する。
する概略光学表示装置を示す。この実施形態において、光共振器24はバックライトで照
明される端部であり、バックライトは、反射ランプハウジング32内のランプ30を含む
。ランプ30からの光は導光器34につながれ、そこでスポット36等の拡散反射構造物
に当たるまで伝搬される。スポットのこの不連続アレイは、ランプ光を引出してLCDモ
ジュール15の方へ指向させるように構成されている。光共振器24に入る周囲光は、ス
ポットに当たるか又はスポット間の隙間領域を介して導光器から離れる。拡散反射層39
が、このような光線を遮断して反射する。一般に、光共振器24から発するすべての光線
は光線束38によって描かれる。(a)と呼ぶ第1偏光配向を有する光を透過して、その
垂直偏光配向(b)を有する光を効果的に反射する反射偏光子12に、この光線束が入射
する。その結果、光線束42で描かれた少量の光が反射偏光子12を透過する一方、大量
の残りの光が光線束40で示されるように反射される。好ましい反射偏光子材料は極めて
効率的で、反射偏光子12内の吸収による全損失は1%程度と非常に低い。この失われた
ひかりは光線束44で描かれる。偏光状態(b)を有して反射偏光子12で反射された光
は、光共振器24に再び入って、そこでスポット36等の拡散反射構造物又は拡散反射層
39に当たる。拡散反射面は、光共振器24によって反射された光の偏光状態をランダム
化するように働く。この再循環とランダム化のプロセスは路48で描かれる。光共振器2
4は完全な反射器ではなく、散乱と吸収による共振器内の光損失は光線束46によって描
かれる。これらの損失も20%程度と低い。光共振器24と反射偏光子12の組合せによ
ってもたらされる多重再循環は、光を状態(b)から状態(a)に変換して観察者へ最終
伝送する効率的を構成する。
射能と多くの拡散反射面によって示されるランダム化性に依存する。図2において、スポ
ット36で示される非連続層と拡散反射連続層39は共に、チタン酸化物着色材料で形成
してもよい。図1に示された拡散反射面37は透明な表面模様付ポリカーボネートで形成
できる。図2に表された構成において入射光をランダム化するために、この材料を導光器
34の上に配置し得る。特定の最適な構成は、完成された光学表示装置の特別の用途に依
存するだろう。
能は、入射光の偏光のランダム化の条件に合致した高反射光共振器24と、損失が非常に
低い反射偏光子12とによって最大となる。
装置14を示す。この実施形態において、光共振器24はELパネル21を含む。伝統的
なELパネル21は、電子が当たると光を発生すると共に入射光が当たると拡散反射的な
燐光物質材料19で被覆されている。普通、燐光物質被覆に関連した効率の変動のために
、EL表示は「粒状」である。しかしながら、反射偏光子12によって戻された光は、光
放射を均質化すると共に、光学表示装置14によって示される照明の全一様性を改善する
傾向を有する。例証的な光学表示装置14において、LCD組立物17は後方偏光子を欠
く。この光学表示装置において、反射偏光子12は、図2の光学表示装置11に示された
後方偏光子23に通常関連した機能を果たす。
及するX、YとZ方向を定義する座標系13を含む。
から成る。これらは、図面及び説明を通じて材料「(A)」と材料「(B)」と呼ばれる
。2個の材料は共に押出されて、結果としての多層(ABABA・・・)材料は、一軸(
X)に沿っては5:1に延伸されるが、他の軸(Y)
に沿っては1:1と大きくは延伸されない。X軸は「延伸」方向と呼ばれる一方、Y軸は
「横」方向と呼ばれる。
、n=1.64)を有する。
ば、材料「(A)」の一軸延伸シートは、延伸方向に関連したある屈折率(例えば、n=
1.88)と横方向に関連した異なる屈折率(例えば、n=1.64)を有するだろう。
定義として、平面内軸(フィルムの表面に平行な軸)に関連した屈折率とは、偏光平面が
その軸に平行な入射平面偏光用の有効屈折率である。
大きな屈折率差(デルタn=1.88−1.64=0.24)を示す。又、横方向では、
層間の関連した屈折率は実質的に同じ(デルタn=1.64−1.64=0.0)である
。これらの光学的特性により、多層ラミネートが、軸22に対して正確に配向された入射
光の偏光成分を透過する反射偏光子として機能せしめられる。この軸は、透過軸24とし
て定義されると共に図4に示される。反射偏光子12から発する光は、第1偏光配向(a
)を有すると呼ばれる。
この偏光配向(b)を示す光は、この光の反射に終わる屈折率差に出会うだろう。これは
、図4に軸25として示されたいわゆる「吸光」軸を定義する。このように、反射偏光子
12は、選択された偏光(a)を有する光を通す。
ルボン酸ポリエステルであり、好ましい層「B」は、ナフタレンジカルボン酸とテレフタ
ル酸又はアイソタル酸のコポリエステル(coPEN)である。PENと70ナフタレー
ト/30テレフタレート共重合体(coPEN)は、グリコールをジオールとして使用す
る標準ポリエステル樹脂反応がまで合成することができる。PENとcoPENを51個
のスロットのフィードブロックに押出して、次に、押出しにおいて2層ダブルマルチプラ
イヤを連続して使用することにより、満足な204層の偏光子が作られた。マルチプライ
ヤは、フィードブロックを出る押出された材料を2個の半分幅流れに分割して、次に、半
分幅流れを互いの上部に堆積する。このようなマルチプライヤは業界において公知である
。押出しは、約295°Cで行われた。PENは0.50dl/gの極限粘度数を示し、
coPENは0.60dl/gの極限粘度数を示した。PEN材料の押出し速度は22.
5lb/hrであり、coPENの押出し速度は16.5lb/hrであった。注型され
たウェブは、厚さが約0.0038インチであると共に、長手方向に5:1の比で一軸延
伸され、その側面が延伸中に140℃の空気温度で抑制された。外部スキン層を除いて、
全ての層の対は550nmの設計波長に対して1/2波長光学厚さであるように設計され
た。
た。接着剤の屈折率は等方性coPEN層の屈折率と合致することが好ましい。
構造は共に有用である。もし層が多くの光波長分の長さである光路を示すなら、反射偏光
子12の光学的性質は固有的に拡大される。もし層が光波長よりも小さい光学厚さを有す
るなら、選択された波長の反射偏光子12の光学性能を改良するために構造的干渉を利用
することができる。
一様な層を生産することができる。もし対の層(A、B)の光学厚さが入射光の半波長に
加わる(A+B=ラムダ/2)なら、構造的干渉が発生する。この半波長状態は、設計波
長における狭帯域構造的干渉に終わる。拡大された光学性能は、多重狭帯域堆積を積層す
るか、又は別に連結することによって得ることができる。例えば、同じ厚さ(A+B=ラ
ムダ/2)を有する層の第1群37を、異なる厚さ(A+B=ラムダプライム/2)を有
する第2群35に積層することができる。効率的な拡大された応答を得るには典型的に数
百個の層(ABAB・・・)が堆積されるけれども、明確さのために、ほんの少数の層が
図4に示されている。好ましくは、反射偏光子12は、問題となる全ての角度及び波長で
光を反射するように設計されるべきである。
たけれども、反射偏光子12は多数の形状を取り得ることを理解すべきである。例えば、
追加の型式の層を多層構造に含めてもよい。又、限定的な場合には、反射偏光子は、その
内の1個が延伸される1対の層(AB)を含んでもよい。更に、ダイクロイック偏光子を
反射偏光子12に直接接着できる。
の方向を変更もするという事実である。一般に、かなりの量の光が光共振器偏心から出る
。その結果、反射偏光子の中のこのような光の路は、近似垂直光の路長よりも長い。系の
光学性能を最適化するために、この効果を利用しなければならない。図5は、広い波長範
囲に渡り80%を越える透過率を示すトレース31を図示する。トレース33は、可視ス
ペクトルの大部分に渡る効率的な広帯域反射能を示す。最適反射能トレースは、赤外に入
って、約400nmから約800nmまで延在する。
とによって増加できる。図6は3個の主要部品を有する光学表示装置164を図示する。
これらは、光学表示モジュール142、明るさ強化型反射偏光子110と光共振器140
である。典型的に、完全な光学表示装置164は、観察者146が見るように平面視にお
いて平坦で矩形であり、3個の主要部品を互いに近接させた時、断面において比較的に薄
い。
40によって処理された光によって照明される。これらの2個の部品は、一緒に、角度で
概略的に図示した観察ゾーン136に偏光を指向する。この光は、表示モジュール142
を介して観察者146に指向される。表示モジュール142は、典型的に表示情報を画素
として表示する。画素に対する偏光透過は、液晶材料の複屈折の電気制御によって変調さ
れる。これは、光の偏光状態を変調して、表示モジュール142の一部を形成する第2偏
光子層によるその相対吸収に影響する。
この光は、表示モジュール142と明るさ強化型反射偏光子110を通過して、光共振器
140に入射する。光共振器はこの光を光線165で示すように反射する。第2の光源は
、光線163で描かれるように、光共振器自身の内部で発生されるかも知れない。もし光
共振器140がバックライトであるなら、主照明源は光共振器140内部に発生すると共
に、光学表示装置は「バックライトを受けている」と呼ばれる。もし主照明源が光線16
2と光線165で表される周囲光なら、光学表示装置は「反射的」又は「受動的」と呼ば
れる。もし表示装置が、周囲光と共振器発生の光の両方の下で観察されるなら、表示装置
は「トランスフレクティブ」と呼ばれる。本発明はこれらの表示装置型式の各々において
有用である。
量の光が適当に偏光されて観察ゾーン136に閉込められるように光を「再循環する」。
の光を観察ゾーン136に透過する反射偏光子本体116である。第2の部材は、観察ゾ
ーン136の境界を定める光学構造層113である。
相互作用に関する重要なパラメータは、入射光に対する高反射率値と、入射光の方向と偏
光の両方を変更する光共振器40の能力である。従来の光共振器はこれらの要件を満たす
。
い。吸収度はこの損失の主な原因であろう。本発明において、明るさ強化型反射偏光子1
10は、ある光に対して非常に低い吸光度と高い反射能を有する。結果として、観察ゾー
ン136に直接流入されない光は、効率的に光共振器140に移送され、そこで変更され
たり、観察ゾーン136における光に貢献する適当な特質を有して共振器から発したりす
る。
型反射偏光子140の反射能の積に依存する。本発明は、明るさ強化型反射偏光子110
からの入射光の方向と偏光状態を変更する能力と調和した高反射能の裏面を有する低吸収
光共振器と使用する時、最も効果的である。これらの目的のために、光共振器に、アクリ
ル等の透明誘電体を充填してもよいことを注目すべきである。
グラフ的な光学部材を、幾何学的光学素子の示す光指向性を効果的に模倣するように設計
してもよいことがよく知られている。従って、構造面112という用語は、光を比較的狭
い観察ゾーン136に閉込める幾何学的及び回折的の両方の光学系を記述するものと理解
すべきである。
たように、構造面材料218は、平滑側220と構造側222を有する。好ましい実施形
態において、構造側222は複数の三角形のプリズムを含む。好ましい実施形態において
、このようなプリズムは直角2等辺プリズムであるが、70度から110度の範囲のピー
ク角を有するプリズムが、本発明において変動する有効性の程度で働く。構造面材料21
8は、屈折率が空気のそれよりは大きいどんな透明材料でもよいが、一般に、より高い屈
折率を有する材料がより良好な結果を生む。1.586の屈折率を有するポリカーボネー
トが非常に効率的に働くことが判明した。本発明の説明の目的のために、構造面222上
のプリズムは90度の夾角を有すると仮定され、構造面材料218はポリカーボネートで
あると仮定される。代りに、他の構造面材料を使用してもよい。対称的立方体コーナーシ
ートが優秀な結果を生むことが示された。
ラフである。これらの軸は、光線が平滑面220への法線に対してなす角度を表す。特に
、軸226は、光線の方向が構造面222上の構造の直線部に平行な平面に投影される時
に光線がなす角度を表す。同様に、軸228は、光線の方向が構造面222上の構造の直
線部に垂直な平面に投影される時に光線が平滑面220への法線に対してなす角度を表す
。このようにして、平滑面220に垂直に当たる光線は、図8のグラフにおいて0度と記
した原点で表される。明らかに、図8は領域230、232と234に分割される。領域
230内に入る角度で当たる光は、構造面材料218に入るが、全て構造面222で内部
反射されて、平滑面220を2回目に通過して光共振器に再突入する。領域232又は2
34に入る角度で平滑面220に当たる光線は、透過されるが法線に対して異なる角度で
屈折される。ポリカーボネートの性能を表す図8から理解されるように、法線に対して9
.4度より小さい角度で平滑面220に当たるどんな光線も反射される。
即ち、法線に対して90度に接近する角度で平滑面220に接近する。
もし光線236が、構造面材料218に当たる時に面220への法線に対して89.9度
の角度をなすなら、それは、構造面材料218を通過する間、法線に対して39.1度の
角度をなすように屈折される。構造面222に到達すると、それは再び屈折される。構造
面222上の構造のために、それは、構造面220への法線に対してより小さい角度をな
すように屈折される。例において、それは35.6度の角度をなす。
20を通過する時に屈折されるが、その程度はより低い。もし光線238が、平滑面22
0への法線に対して10度の角度で平滑面220に接近するなら、それは、平滑面220
への法線に対して37.7度の角度で、しかし、法線の反対側で構造面222から発する
。
内部反射されて、光共振器の内部に戻される。
ズムの他方側でなくて一方側で全て内部反射される位置で平滑面220に接近する。その
結果、それは平滑面220への法線に対して大きな角度で発する。このような反射は、当
たる側に対して大入射角を形成する方向に移動する光線に起こるだけだから、プリズムは
このような光線に対して非常に小さい断面を提供する。更に、これらの光線の多くは、次
のプリズムに再突入して表示装置210に戻される。
ると共に構造面材料218に入らない組の光線である。このような光線は、光共振器へ反
射で戻される他の光線に単に加わるだけである。この説明から理解されるように、構造面
材料218が無ければ、平滑面220への法線に設定された表示装置の軸に対して大きな
角度で表示装置から発するような光は、その軸により近い方向に再指向される。少量の光
が軸に対して大きな角度で指向される。このように、所定角度よりも大きい入射角で平滑
面220から構造面材料218に入る光は、入力くさびよりも狭い出力くさびに指向され
る一方、所定角度よりも小さい入射角で平滑面220から構造面材料18に入る光歯、光
共振器へ反射で戻される。
へ戻って、一般に最初とは異なる角度をなす。それから、光のより多くがより小さいくさ
びに再指向されるようにプロセスが繰返される。本発明の鍵となる局面は、構造面材料2
18が、第1所定群の角度でそれに当たる光を反射すると共に、第2所定群の角度でそれ
に当たる光を通過及び屈折させることができなければならないことである。ここで、第2
群の角度は第1群の角度よりも大きく、且つ、第2群の角度の光は、入力くさびよりも狭
い出力くさびに屈折される。本説明において、第1群及び第2群の角度は、表示面、即ち
、液晶に垂直な表示装置の軸に対するものである。
型反射偏光子110の無い概略の光学表示装置164の一部を図示する。一般に、光線束
148で描かれた光共振器140の単位面積から発する光は、ランダムに偏光されて存在
する光学状態(a)、(b)、(c)と(d)を有する。この光の約半分である状態(b
)と(d)の光が、表示モジュール142の一部を形成するダイクロイック吸収偏光子1
50によって吸収される。残りの状態(a)と(c)の光はダイクロイック吸収偏光子1
50を通過する。従って、光線束152で描かれた表示モジュール142から発する光は
、状態(a)と(c)の光を含む。状態(a)の光は観察者146に指向されているけれ
ども、状態(c)の光はそうではない。残りの状態(b)と(d)の光はダイクロイック
吸収偏光子150によって吸収される。それ故、光共振器140によって供給される光の
約1/4だけが、観察者146に見られる表示の明るさに実際上貢献することになる。
働く。もし光線束154で描かれた同じ単位量の光が明るさ強化型反射偏光子110に指
向されるなら、約1/4の光(状態(a)の光)が、最初の通過で明るさ強化型反射偏光
子110を通過する。この光は、ダイクロイック吸収偏光子150の透過軸に合致する正
確な偏光を有すると共に、光線束161で描かれる。しかしながら、残りの状態(b)、
(c)と(d)を有する光は明るさ強化型反射偏光子110によって光共振器へ反射して
戻される。この光のある部分は、方向と偏光に関して、光共振器140によって状態(a
)にランダム化される。このようにして、この光は、光線束157で描かれるように、状
態(a)、(b)、(c)と(d)を持って光共振器から発する。状態(a)の再循環さ
れた光は、次に、光線束160で描かれるように最初に透過した光に追加される。このよ
うにして、光線束160と光線束161で描かれる光の総量は「再循環」によって増加す
る。ダイクロイック吸収偏光子150の透過軸に合致する正確な偏光(状態(a))の光
だけが明るさ強化型反射偏光子110を通過するので、光線束63で描かれた表示装置か
ら発射される光のより多くは観察者146に指向される。更に、状態(b)と(d)の光
は明るさ強化型反射偏光子110によって反射されるので、非常に僅かもダイクロイック
吸収偏光子150によって吸収されない。その結果の表示では、表示装置から発する光線
束163で描かれる光の量が光線束152で示された光の量よりも70%明るい。
49と後方偏光子150の間に配置された液晶マトリクス147を含む。この実施形態に
おいて、光学構造層113は反射偏光子本体116から空隙171によって分離される。
空隙171は望ましくない状態(a)の光線の反射を起こす。表示装置において、光共振
器140は、ランプ反射器173内にランプ170を含むバックライトである。ランプ1
72からの光は、導光器174に入って、スポット176等の拡散反射面に当たるまで移
動する。このようなスポットの非連続アレイは導光器174から光を効果的に抽出する必
要があるけれども、断続面は光を十分に再循環するには充分ではないかも知れない。従っ
て、再循環プロセスにおいて補助するために非連続面の下に連続拡散反射面175を配置
することが好ましい。
に直接当接されない別個の部材である光学表示装置を図示する。これらの2個の部品は、
一緒に空隙181と共に明るさ強化型反射偏光子110を形成する。使用中、光共振器1
40は、表示装置のための光を供給すると共に、明るさ強化型反射偏光子110から戻さ
れた光の偏光及び方向を再配向するように働く。光共振器140は、拡散反射面137と
して働く燐光物質被覆を有するELパネル139を含む。本実施形態の明るさ強化型反射
偏光子110と図10のそれとの一つの違いは、臨界角134よりも大きい角度で構造面
112に接近する光が、その偏光状態に拘わり無く全内部反射によって光共振器に戻され
る点である。別の違いは、光学構造層113によって透過された光が垂直近似角度で反射
偏光子116を通過することである。更に別の違いは、表示モジュール143における前
方偏光子149の存在と後方偏光子の欠如に関する。バックライトが主要光源である実施
形態において、明るさ強化型反射偏光子に隣接並置した吸収偏光子を使用せずに、適当な
コントラストを得ることができる。
験結果を図示する。入射光の方向と偏光配向のランダム化に関して、ELバックライトは
、光共振器用に前記した要件を満たした。比較の基礎を与えるために、曲線162は、明
るさ強化型反射偏光子本体が無くダイクロイック偏光子だけを有する表示装置に対する光
透過を示す。曲線164は、反射偏光子本体と図12に関して図示及び上記したような近
接層としての構造面を有する構成において明るさ強化型反射偏光子本体を含む表示装置の
Y−Z平面での光の角度分布に対する光強度を表す。曲線164は、ダイクロイック偏光
子だけに比べて約60%の同軸明るさ増加が得られることを示す。又、60度の偏心にお
いて、約50%の明るさ減少が観察される。
示及び上記したような近接層としての構造面を有する明るさ強化型反射偏光子で、ダイク
ロイック偏光子だけに対して100%の明るさ増加が観察面に対する表示装置法線に沿っ
て測定された。反射偏光子だけが30%の明るさ増加を生じる一方、構造面だけは70%
の明るさ増加を生じたので、結果的に、同軸観察に対して100%の全明るさ増加となっ
た。
づく。図12の曲線がELバックライトで取られたのに対し、後者の例は標準バックライ
トで取られた。各型式の光共振器の反射率と損失が、得られる全明るさ増加に影響する。
ましい構成192を使用して行うことができる。そこで、夫々が構造面112と184を
有する2個の光学構造層113と182が、互いに近接していると共に、反射偏光子本体
116に近接する。これらの3個の部材は明るさ強化型反射偏光子本体100を構成する
。図13においては、2個の光学構造層が反射偏光子本体116の下に図示されているけ
れども、反射偏光子本体116を、本発明の範囲から逸脱すること無しに、光学構造層1
12と182の間又は下に配置できることを理解すべきである。2次元制御は、構造面1
12と184の配向の軸を交差することによって行われる。軸は、表示用途及び関連する
偏光要件に応じて、90度又は90度よりも大きい他の角度に配向し得る。
110度の観察ゾーンに帰着する。第1光学構造層182を出る光は、次に、第2光学構
造層113用の源となり、その構造面112は、光学構造層182の構造面184とは異
なる配向軸を有する。もし2個の光学構造層113と184の軸が、例えば、90度に配
向されているなら、光学構造層182は、XZ平面の110度内の光に作用すると共に、
XZ平面内の視角を70度よりも小さい狭い範囲に圧縮して、明るさを更に増す。
は、本発明の構造の説明を容易にするために尺度通りに描かれていない。図14は、とり
わけ、本発明の説明において言及されるX、YとZ方向を定める座標系118を含む。
造層113を含む。図14において、この光学構造層113は、反射偏光子本体116に
注型された重合体層上に形成され、好ましい一体構造物になる。図14に示されているよ
うな一体構造物は、加熱積層等で2枚のフィルムを止着したり、又は、米国特許第5、1
75、030号に記載されているようなプロセスにおいて反射偏光子が基板として働くよ
うに、構造面材料を反射偏光子上に注型及び硬化する各種の公知の手法で形成できる。こ
の目的のために、反射偏光子と明るさ強化装置が一体であるとの記述は、それらが互いに
接着されていることを意味すると理解すべきである。
プリズムのアレイである。各プリズムは、X方向に延在する頂部の稜を有する。YZ平面
において、各プリズム114は、プリズムの頂角120が90度である2等辺三角形の断
面を有する。プリズムのアレイが好ましいけれども、用途の特定の要件に合致するために
、特定のプリズム形状と頂角120を変更してもよい。図14に示したようなプリズムの
アレイは、光学表示装置を出る光を図6に示すような比較的に狭い観察ゾーン136に閉
込めることが望ましい場合に特に有用である。しかしながら、他の視角が望ましい場合は
、光学構造面113は他の形状を取り得る。好ましい構造面112は幾何学的光学素子と
して機能するけれども、回折的またはホログラフ的光学部材を、幾何学的光学素子が示す
光指向性を効果的に模倣するように設計してもよいことがよく知られている。従って、構
造面112という用語は、光を比較的に狭い観察ゾーン136(図6)に閉込める幾何学
的光学系及び回折的光学系の両方を記述するものと理解すべきである。一般的に、プリズ
ムのアレイの固有偏光性のため、プリズムの軸が反射偏光子の延在する方向に平行に走る
時に最適性能が得られる。
図4に示されるような多層堆積の光学挙動を、ここにより一般的な用語で説明する。多
層堆積は数百又は数千の層を含んでよく、各層を多数の異なる材料のどれで作ってもよい
。特定の堆積用の材料の選択を決定する特性は、堆積の望ましい光学性能に依存する。
好ましい光学薄膜堆積は数個の異なる材料しか含有しない。例示の目的のため、本説明は
、2個の材料を含む多層堆積を記述する。
り得る。分析的な解を有するいくつかの単純な場合を除いて、連続的に変動する屈折率を
有する後者の型式の成層媒質の分析は、通常、急な境界を有するが、近傍層間の性質の変
化が小さいはるかにより多数のより薄い一様な層として取扱われる。
ィルム層における屈折率によって決定される。フィルム堆積内の全ての層が同じプロセス
条件を受けると仮定すれば、全堆積の挙動を角度の関数として理解するのに、2成分堆積
の単一の界面を見るだけでよい。
ここで説明された原理に基づく実際の多層堆積は数百又は数千の層で作ることができるこ
とを理解すべきである。図15に示したもののような単一界面の光学挙動を説明するため
に、z軸と1個の平面内光軸を含む入射面に対するs及びp偏光の入射角の関数としての
反射能がプロットされる。
ルム層を示す。例示を簡単にするために、本説明は、2材料の光軸が心合せされ、又、一
つの光軸(z)がフィルム平面に垂直であり、他の光軸がx及びy軸に沿っている直交多
層複屈折系に向けられる。しかしながら、光軸は直交である必要はなく、非直交系も十分
に本発明の精神と範囲内であることを理解すべきである。更に、本発明の意図する範囲内
に収まるために、光軸もフィルム軸と心合せされる必要はないことを理解すべきである。
ングブロックは、よく知られたフレネル反射と個々のフィルム界面の透過係数である。フ
レネル係数は、いかなる入射角における所定の界面の反射能の大きさをs及びp偏光に対
する別個の式で予測する。
p及びs偏光で大きく異なる。p偏光に対する反射能最小は、いわゆるブリュスター効果
に基づき、反射率がゼロになる角度はブリュスター角と呼ばれる。
ムの誘電体テンソルによって決定される。この話題の一般的な理論的取扱いは、1987
年にノース・ホランドによって発行された「楕円偏光と偏光」のアール・エム・エー・ア
ザーム(R.M.A.Azzam)とエヌ・エム・バシャラ(N.M.Bashra)に
よる本文に与えられている。その結果は、世界中によく知られたマックスウェルの式から
直接由来する。
絶対値を二乗することによって計算される。式1と2は、2成分の軸が心合せされた一軸
直交系に対して有効である。
n2z2−no2sin2Θ)}/{n2z×n2o√(n1z2−no2sin2Θ)+n1
z×n1o√(n2z2−no2sin2Θ)}
2)Γss={√(n1o2−no2sin2Θ)−√(n2o2−no2sin2Θ)}/
{√(n1o2−no2sin2Θ)+√(n2o2−no2sin2Θ)}
ここで、Θは等方性媒質内で測定されている。
一軸複屈折系では、n1x=n1y=n1o、且つ、n2x=n2y=n2oである。二
軸複屈折系では、式1と2は、図15に定義されているように、偏光平面がx−z又はy
−z平面に平行な光だけに有効である。従って、二軸系では、x−z平面に入射する光に
対して、p偏光用の式1で、n1o=n1x、且つ、n2o=n2xであり、又、s偏光
用の式2で、n1o=n1y、且つ、n2o=n2yである。y−z平面に入射する光に
対して、p偏光用の式1において、n1o=n1y、且つ、n2o=n2yであり、又、
s偏光用の式2において、n1o=n1x、且つ、n2o=n2xである。
。等方性材料において、全ての3個の屈折率は等しく、従って、nx=ny=nzとなる
。nx、nyとnzの間の関係は材料の光学特性を決定する。3個の屈折率の間の異なる
関係は、材料の3個の一般的な種類、即ち、等方性、一軸複屈折及び二軸複屈折につなが
る。
本説明の目的のために、一軸複屈折系を記載するための規定は、nx=ny≠nzという
条件のためである。x及びy軸は平面内軸と定義され、夫々の屈折率nxとnyは平面内
屈折率とよばれる。
延伸することである。多層堆積の二軸延伸は、両軸に平行な平面に対する隣接する層の屈
折率の間の違いに帰着し、従って、両偏光平面内の光の反射に帰着する。
面内屈折率より大きい、即ち、nz>nx、且つ、nz>nyの時生じる。負の一軸複屈
折は、z屈折率が平面内屈折率よりも小さい、即ち、nz<nx、且つ、nz<nyの時
生じる。
zであるものと定義される。再び、nxとny屈折率は平面内屈折率と呼ばれる。二軸複
屈折系は、多層堆積を一方向に延伸することによって作ることができる。換言すれば、堆
積が一軸に延伸される。本説明の目的ために、x方向は二軸複屈折堆積の延伸方向と呼ば
れる。
一軸複屈折系の光学的性質を説明する。上述したように、一軸複屈折材料の一般的条件
はnx=ny≠nzである。従って、もし図15の各層102と104が一軸複屈折であ
るなら、n1x=n1y、且つ、n2x=n2yである。本説明の目的のために、層10
2は層104よりも大きい平面内屈折率を有し、従って、xとy方向の両方でn1>n2
である。一軸複屈折多層系の光学的挙動は、n1zとn2zの値を変動して、正又は負の
複屈折の異なるレベルを導入することにより、調整できる。
。s偏光用の式2は、等方性フィルム(nx=ny=nz)の単純な場合であることが容
易に示されるから、式1を調べるだけでよい。例示の目的のために、フィルム屈折率のい
くつかの一般的であるけれども特定の値を付与する。n1x=n1y=1.75、n1z
=可変、n2x=n2y=1.50、且つ、n2z=可変であるとする。この系の各種の
起こり得るブリュスター角を例示するために、回りの等方性媒質に対してno=1.60
であるとする。
等方性媒質から複屈折層に入射するp偏光の角度に対する反射能の曲線を示す。図16に
示された曲線は、以下のz屈折率値、a)n1z=1.75、n2z=1.50、b)n
1z=1.75、n2z=1.57、c)n1z=1.70、n2z=1.60、d)n
1z=1.65、n2z=1.60、e)n1z=1.61、n2z=1.60とf)n
1z=1.60=n2zに対するものである。n1zがn2zに接近するにつれて、反射
能がゼロになる角度であるブリュスター角が増加する。曲線a−eは強く角度に依存して
いる。しかしながら、n1z=n2z(曲線f)である時、反射能に角度依存は無い。換
言すれば、曲線fの反射能は全ての入射角に対して一定である。その点において、式1は
、角度依存型式(n2o−n1o)/(n2o+n1o)に至る。n1z=n2zの時、
ブリュスター効果は無く、全ての入射角に対して一定の反射能がある。
反射能の曲線を示す。光は等方性媒質から複屈折層に入射する。これらの場合、反射能は
入射角と共に単調に増加する。これは、s偏光に観察されるような挙動である。図17の
曲線aはs偏光の単一の場合を示す。曲線b−eは、nzの各種の値が以下の順、b)n
1z=1.50、n2z=1.60、c)n1z=1.55、n2z=1.60、d)n
1z=1.59、n2z=1.60とe)n1z=1.60=n2zであるp偏光の場合
を示す。再び、n1z=n2z(曲線e)である時、ブリュスター効果は無く、全ての入
射角に対して一定の反射能がある。
ある場合を示す。図18の曲線は、屈折率がn2x=n2y=1.50でn2z=1.6
0である正の一軸材料と、n1x=n1y=1.75で、更に、n1zの値が上から下に
以下の順、a)1.50、b)1.55、c)1.59、d)1.60、f)1.61、
g)1.65、h)1.70とi)1.75である負の一軸複屈折材料の単一界面におけ
るp偏光に対してプロットされる。再び、図16と図17に示したように、n1zとn2
zの値が合致している(曲線d)、反射能に角度依存は無い。
率と等しい時、一つの型式の挙動から別への転換が起こる。これは、負及び正の一軸複屈
折材料と等方性材料の幾つかの組合せに当てはまる。ブリュスター角がより大きい又はよ
り小さい角度に移行する他の状況が起こる。
示されている。垂直軸は屈折率の相対値を示し、水平軸は各種の条件を単に分離するのに
使われている。各図は、左側でz屈折率が平面内屈折率と等しい2枚の等方性フィルムで
始まる。右側へ行くと、平面内屈折率は一定に保たれ、又、各種のz軸は増減して、正又
は負の複屈折の相対量を示す。
屈折率は材料2の平面内屈折率より大きく、材料2は正の複屈折を有する(n2zは平面
内屈折率よりも大きい)。ブリュスター角が消えて反射能が全ての入射角に対して一定で
ある点は、2個のz軸屈折率が等しい所である。この点は、図16の曲線f、図17の曲
線eと図18の曲線dに対応する。
複屈折を有し、又、材料2は負の複屈折を有する。この場合、ブリュスター最小は角度の
より低い値に移行できるだけである。
。2つの場合では、材料1が等方性で材料2が正の複屈折を有し、又は、材料2が等方性
で材料1が負の複屈折を有する。ブリュスター効果が無い点は、複屈折材料のz軸屈折率
が等方性フィルムの屈折率に等しい所である。
屈折である。図21は、両方のフィルムが負の複屈折を有する場合を示す。しかしながら
、2個の正の複屈折層の場合は図21に示した2個の負の複屈折層の場合に類似している
ことを理解すべきである。前と同様に、一方のz軸屈折率が他方のフィルムのそれに等し
いか又は交差するだけで、ブリュスター効果が消去される。
1に示された全ての3つの場合の部分集合であるこの場合、s偏光に対してはいかなる角
度においても反射が起こらず、p偏光に対する反射能は入射角が増加するにつれて単調に
増加する。この型式の品物は、入射角が増加するにつれてp偏光の反射能が増加すると共
に、s偏光に対して透明である。この品物は、それ故、「s偏光子」と呼ぶことができる
。
学的効果を創造するために適用できることを理解すべきである。望ましい光学的性質を有
する装置を生産するために、多層堆積内の層の屈折率を操作及び調整できる。多くの負及
正の一軸複屈折系を各種の平面内及びz軸屈折率で作ることができ、又、多くの有用な装
置を、ここに記載した原理を使って、設計及び製作できる。
再び図15を参照して、2成分直交二軸複屈折系を説明する。再び、系は多くの層を有
することができるが、堆積の光学的挙動の理解は、一界面における光学的挙動を調べるこ
とによって達成される。
反射能を与えると同時に、全ての入射角に対して他方の軸に平行な偏光平面を有する光に
対する低い反射能を有するように設計できる。その結果、二軸複屈折系は偏光子として働
き、一方の偏光の光を透過すると共に、他方の偏光の光を反射する。各フィルムの3個の
屈折率nx、nyとnzを制御することによって、望ましい偏光子挙動を得ることができ
る。
がら、一般に、多層堆積を造るために使用される材料は重合体である必要は無い。ここに
記載した一般的原理に収まるいかなる材料も多層堆積を造るのに使用することができる。
.64、n1z=可変、n2x=1.65、n2y=可変とn2z=可変をフィルム屈折
率に割当てる。x方向は吸光方向、又、y方向は透過方向を呼ばれる。
軸複屈折系の角度挙動を予測するのに使用できる。偏光子は、一偏光方向には鏡であり、
他の方向には窓である。延伸方向において、数百の層を有する多層堆積における大屈折率
差1.88−1.65=0.23がs偏光に対する非常に高い反射能を生じる。p偏光に
対し、各種の角度における反射率は、n1z/n2z屈折率差に依存する。
い反射率を、又、他方の軸に沿ってゼロ反射率を有する。もし透過軸に沿ってなんらかの
反射能が生じ、又、それが各種の波長に対して異なる場合、偏光子の効率が低下すると共
に、色が透過光に導入される。両方の効果は望ましくない。これは、平面内y屈折率が合
致していても、z屈折率の大きな不一致によって引起こされる。この結果としての系は、
pに対して大きな反射能を有すると共に、s偏光に対して極めて透明である。この場合は
、鏡の場合の上記分析において「p偏光子」と呼ばれる。
を有するp偏光の75°における反射能(−Log[1−R]としてプロット)を示す。
反射能は、可視スペクトル(400−700nm)に渡り波長の関数としてプロットされ
る。550nmにおける曲線aの関連屈折率は、n1y=1.64、n1z=1.52、
n2y=1.64とn2z=1.63である。モデル堆積設計は、各対が前の対よりも0
.3%厚い1/4波対に対する単純な線状厚さグレードである。全ての層には、ガウス分
布と5%の標準偏差のランダム厚さ誤差が付与される。
異なる波長が異なる反射能レベルを経験することを示す。スペクトルは層厚誤差とフィル
ムキャリパー等の空間の非一様性に感度が高いので、これは、極めて非一様で色彩に富ん
だ外観を有する二軸複屈折系を与える。ある用途では高度の色が望ましいけれども、LC
D表示装置や他の型式の表示装置等の一様で低い色の外観を必要とする用途には偏心色の
程度を制御及び最小化することが望ましい。
ならば、一様で中間の灰色反射が生じる。しかしながら、これは殆ど完全な厚さ制御を必
要とする。代りに、s偏光反射能を最小に保つ一方で、ブリュスター状態偏心を造る非延
伸平面内屈折率に屈折率不一致を導入することによって、偏心反射能と偏心色を最小化で
きる。
を導入する効果を調べる。n1z=1.52とn2z=1.63(Δnz=0.11)で
、p偏光に対して以下の条件、a)n1y=n2y=1.64、b)n1y=1.64、
n2y=1.62とc)n1y=1.64、n2y=1.66がプロットされる。曲線a
は、平面内屈折率n1yとn2yが等しい反射能を示す。曲線aは、0°で反射率が最小
となるが、20°の後急勾配で立上がる。n1y>n2yである曲線bでは、反射率が急
に増加する。n1y<n2yである曲線cは、38°で反射率が最小となるが、その後急
勾配で立上がる。曲線で示すように、n1y≠n2yであるs偏光に対しても相当の反射
が生じる。図23の曲線a−dは、ブリュスター最小が存在するには、y屈折率不一致(
n1y−n2y)の符号がz屈折率不一致(n1z−n2z)と同じであるべきであるこ
とを示す。n1y=n2yの場合だけ、s偏光の反射能は全ての角度においてゼロである
。
2zに等しいなら、図18は、吸光軸が垂直入射のように高反射能ずれ角を有すると共に
、両方の屈折率が合致している(例えば、n1y=n2y、且つ、n1z=n2z)ので
、いかなる角度においても非延伸軸に沿って反射が生じないことを示す。
でないかも知れない。もしz軸屈折率が偏光子構造において合致していないと、平面内屈
折率n1yとn2yに対して少しの不一致が必要になるかも知れない。別の例が、n1z
=1.56でn2z=1.60(Δnz=0.04)で、以下のyインッデックス、a)
n1y=1.64、n2y=1.65とb)n1y=1.64、n2y=1.63を仮定
する図24にプロットされている。曲線cは各場合におけるs偏光にたいするものである
。y屈折率の不一致の符号がz屈折率不一致と同じである曲線aは、最低ずれ角反射能に
帰着する。
た偏心反射率が図22に曲線bとしてプロットされている。図22における曲線bと曲線
aの比較は、曲線bにプロットされた条件に対して、偏心反射率がはるかに小さく、従っ
て、知覚する色がより低いことを示す。550nmにおける曲線bの関連屈折率は、n1
y=1.64、n1z=1.56、n2y=1.65でn2z=1.60である。
ットを示す。非延伸方向に関連する4個の独立屈折率は、2個の屈折率不一致ΔnzとΔ
nyに減少されている。プロットは、15度の増分で0°から75°までの各種の入射角
における平均6個のプロットである。反射能は、0.4×10-4の一定増分で曲線aの0
.4×10-4から曲線jの4.0×10-4に及ぶ。プロットは、一光軸に沿う屈折率不一
致に起因する高反射能を他方の軸に沿う不一致によってどのように相殺し得るかを示す。
ー効果を生じるためにy屈折率の不一致を導入することによって、偏心反射能と、故に、
偏心色が多層反射偏光子の透過軸に沿って最小化される。
きることを注目すべきである。これらは、例えば、赤、緑、青、シアン、マジェンタ又は
黄の帯域で偏光子を生産するようにもできる。
上記の設計思想を確立すれば、当業者は、望ましい屈折率関係を生じるように選択され
た条件下に処理する時に本発明に係る多層の鏡又は偏光子を形成するのに広範囲の材料を
使用できることを容易に理解するだろう。一般に、必要な全ては、材料の一方が、第2の
材料と比べて選択された方向において異なる屈折率を有することである。この差は、例え
ば、有機重合体の場合のようにフィルム形成中又は後の延伸、例えば、液体結晶質の場合
のように押出し又は被覆を含む各種の方法で得ることができる。更に、2個の材料は、同
時押出しできるように、同様な流動学的性質(例えば、溶融粘度)を有することが好まし
い。
合体を選択することによって、適当な組合せを得ることができる。次に、第2の材料は、
結晶性、半結晶質又は非晶質でよく、又は、第1の材料と反対の複屈折を有してもよい。
、2,6−、1,4−、1,5−、2,7−及び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及びポ
リー1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート)、ポリイミド樹脂(例えば、ポ
リアクリルイミド)、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及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及びポリメチルアクリレート)、セルロース誘導体
(例えば、エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セル
ロースアセテートブチレート及びセルロースニトレート)、ポリアルキレン重合体(例え
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン及びポリ(4−メ
チル)ペンテン)、弗素化重合体(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、弗素化エチレンープロピレン共重合体、ポリビニリデン弗化物及びポリ
クロロトリフルオロエチレン)、塩素化重合体(例えば、ポリビニリデン塩化物及びポリ
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、ポリビニルアセテート、ポリエーテルーアミド、イ
オノマー樹脂、エラストマー(例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン及びネオプレン
)とポリウレタンを含む。
はそのエステル、(b)イソフタル酸又はそのエステル、(c)フタル酸又はそのエステ
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及び/又は(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)を有する2,6−、1,4−
、1,5−、2,7−及び/又は2,3−ナフタレンジカルボン酸又はそのエステルの共
重合体)、ポリアルキレンテレフタレートの共重合体(例えば、(a)ナフタレンジカル
ボン酸又はそのエステル、(b)イソフタル酸又はそのエステル、(c)フタル酸又はそ
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及び/又は(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)を有するテレフタル
酸又はそのエステルの共重合体)、スチレン共重合体(例えば、スチレンーブタジエン共
重合体及びスチレンーアクリロニトリル共重合体)や4,4’−重安息香酸とエチレング
リコールである。更に、個々の各層が、上記の重合体又は共重合体の2個以上の配合物(
例えば、SPSとアタクチックポリスチレンの配合物)を含んでもよい。
フタレート(PET)/co−PEN、PEN/SPS、PET/SPS、PEN/イー
ステア(Eastair)及びPET/イーステアを含み、ここで、「co−PEN」は
上述したナフタレンジカルボン酸に基づく共重合体又は配合物を指し、イーステアは、イ
ーストマンケミカル社(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。
クデル、PEN/SPS、PEN/THV、PEN/co−PET及びPET/SPSを
含み、ここで、「co−PET」は上述したテレフタル酸に基づく共重合体又は配合物を
指し、エクデルはイーストマンケミカル社から市販されている熱可塑性ポリエステルであ
り、更に、THVは3M社から市販されているフルオロポリマーである。
るように選択される。偏光子と鏡の両方の場合において、層の数は好ましくは10,00
0未満、更に好ましくは、5,000未満、それより更に好ましくは、2,000未満で
ある。
質を達成する能力は、多層装置を準備するのに使用される処理条件によって影響される。
延伸によって配向し得る有機重合体の場合、多層フィルムを形成するように個々の重合体
を同時押出し、次に、選択された温度で延伸することによって、フィルムを配向した後、
オプションとして、選択された温度でヒートセットすることにより、装置は一般に準備さ
れる。代りに、押出し工程と配向工程を同時に行ってもよい。偏光子の場合、フィルムは
大略一方向(一軸配向)に延伸され、又、鏡の場合、フィルムは大略2方向(二軸配向)
に延伸される。
の変化が大略ゼロ)、寸法的に交差延伸方向に緩和され得る。フィルムは、機械方向に長
手オリエンターで、幅ではテンターを使用して又は対角線角度で延伸できる。
度、延伸比、ヒートセット温度、ヒートセット時間、ヒートセット緩和と交差延伸緩和が
選択される。これらの変数は相互依存しているので、例えば、比較的低い延伸温度でカッ
プリングされるならば、例えば比較的低い延伸速度を使用できる。望ましい多層装置を得
るのにこれらの変数の適当な組合せをどのように選択すべきかは当業者に明らかであろう
。しかしながら、一般に、偏光子の場合、1:2−10(より好ましくは、1:3−7)
の延伸比が好ましい。鏡の場合、一軸に沿う延伸比が1:2−10(より好ましくは、1
:2−8で最も好ましくは、1:3−7)の範囲であり、第2軸に沿う延伸比が1:−0
.5−10(より好ましくは、1:1−7で最も好ましくは、1:3−6)の範囲である
ことが好ましい。
21(1992)にベーゼ他(Boese et al.)によって記載されている)スピ
ンコート及び真空蒸着のような手法を使用して用意することもでき、後者の手法は、結晶
性重合体の有機及び無機材料の場合に特に有用である。
は1−透過(R=1−T)である。
PET:エクデル、601
601層を含む同時押出しされたフィルムが、同時押出しプロセスにより順次フラット
フィルム製作ライン上で作られた。0.6dl/g(60重量%フェノール/40重量%
ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するポリエチレンテレフタレート(PET)が押出し
機によって75ポンド/時間の速度で給送され、又、エクデル9966(イーストマンケ
ミカルから入手できる熱可塑性エラストマー)が別の押出し機によって65ポンド/時間
の速度で給送された。PETは表面層上にあった。601層の押出し物を生産する2個の
マルチプライヤーに通過させた151層を発生するために、米国特許第3801429号
に記載されているようなフィードブロック法が使用された。米国特許第3565985号
は典型的な同時押出しマルチプライヤーを記載する。ウェブは、約210°Fのウェブ温
度で約3.6の延伸比に長手配向された。その後、フィルムは、約235°Fに約50秒
で予熱されてから、約6%/秒の速度で約4.0の延伸比に横方向に延伸された。次に、
フィルムは、400°Fに設定されたヒートセットオーブン内で最大幅の約5%が緩和さ
れた。仕上膜厚は2.5ミルであった。
。角度60°(曲線b)におけるp偏光の0%透過は、波長移行を有する垂直入射(曲線
a)と値が類似している。
って多分等方性材料(図27参照)で作られたフィルムは、60°の角度(垂直入射の曲
線aと比較される曲線b)においてp偏光に対して反射能が目立った損失を示す。
151層を含む同時押出しされたフィルムが、同時押出しプロセスにより順次フラッ
トフィルム製作ライン上で作られた。0.6dl/g(60重量フェノール/40重量%
ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するポリエチレンテレフタレート(PET)が押出し
機によって75ポンド/時間の速度で供送され、又、エクデル9966(イーストマンケ
ミカルから入手できる熱可塑性エラストマー)が別の押出し機にによって65ポンド/時
間の速度で給送された。PETは表面層上にあった。151層を発生するために、フィー
ドブロック法が使用された。ウェブは、約210°Fのウェブ温度で約3.5の延伸比に
長手配向された。その後、フィルムは、約215°Fに約12秒で予熱されてから、約2
5%/秒の速度で約4.0の延伸比に横方向に延伸された。次に、フィルムは、400°
Fに設定されたヒートセットオーブン内で最大幅の5%が約6秒間で緩和された。仕上膜
厚は約0.6ミルであった。
0%透過は、波長移行を有する垂直入射(曲線a)と値が類似している。同じ押出し条件
において、約0.8ミルの厚さの赤外反射フィルムを作るために、ウェブ速度が低下され
た。その透過は、垂直入射における曲線aと60度における曲線bを有する図29に示さ
れている。
一操作で注型ウェブを押出し、その後、フィルムを実験用フィルム延伸装置で配向する
ことによって、225層を含む同時押出しされたフィルムが作られた。0.5dl/g(
60重量%フェノール/40重量%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するポリエチレン
ナフタレート(PEN)が押出し機によって18ポンド/時間の速度で給送され、又、エ
クデル9966(イーストマンケミカルから入手できる熱可塑性エラストマー)が別の押
出し機にによって17ポンド/時間の速度で給送された。PENは表面層上にあった。2
25層の押出し物を生産する2個のマルチプライヤーに通過させた57層を発生するため
に、フィードブロック法が使用された。注型ウェブは厚さが12ミルで幅が12インチで
あった。後で、フィルムの四角部を把持して、同時にそれを両方向に一様速度で延伸する
ために、パンタグラフを使用する実験用延伸装置を使用して、ウェブが二軸に配向された
。7.46cm角のウェブが、約100°Cで延伸器に装填されてから、60秒間で13
0°Cに加熱された。次に、サンプルが約3.5×3.5に延伸されるまで、延伸が(原
寸法に基づく)100%/秒で開始された。延伸直後に、室温空気を吹付けることによっ
て、サンプルが冷却された。
学的応答を示す。角度60°におけるp偏光の%透過はなんらかの波長移行を有する垂直
入射に類似していることに注目すべきである。
一操作で注型ウェブを押出し、その後、フィルムを実験用フィルム延伸装置で配向する
ことによって、449層を含む同時押出しされたフィルムが作られた。0.53dl/g
(60重量%フェノール/40重量%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するポリエチレ
ンナフタレート(PEN)が押出し機によって56ポンド/時間の速度で給送され、又、
THV500(ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー(
Minnesota Mining and Manufacturing Company
)から入手できるフルオロポリマー)が別の押出し機にによって11ポンド/時間の速度
で給送された。PENは表面層上にあり、PENの50%は2枚の表面層内に存在した。
449層の押出し物を生産する3個のマルチプライヤーに通過させた57層を発生するた
めに、フィードブロック法が使用された。注型ウェブは厚さが20ミルで幅が12インチ
であった。後で、フィルムの四角部を把持して、同時にそれを両方向に一様速度で延伸す
るために、パンタグラフを使用する実験用延伸装置を使用して、ウェブが二軸に配向され
た。7.46cm角のウェブが、約100°Cで延伸器に装填されてから、60秒間で1
40°Cに加熱された。次に、サンプルが約3.5×3.5に延伸されるまで、延伸が(
原寸法に基づく)10%/秒で開始された。延伸直後に、室温空気を吹付けることによっ
て、サンプルが冷却された。
一方、曲線bは60度における応答を示す。
PEN:CoPEN、449−低い色
一操作で注型ウェブを押出し、その後、フィルムを実験用フィルム延伸装置で配向する
ことによって、449層を含む同時押出しされたフィルムが作られた。0.56dl/g
(60重量%フェノール/40重量%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するポリエチレ
ンナフタレート(PEN)が押出し機によって43ポンド/時間の速度で給送され、又、
0.52(60重量%フェノール/40重量%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するC
oPEN(70モル%2,6NDCと30モル%DMT)が別の押出し機にによって25
ポンド/時間の速度で給送された。PENは表面層上にあり、PENの40%は2枚の表
面層内に存在した。449層の押出し物を生産する3個のマルチプライヤーに通過させた
57層を発生するために、フィードブロック法が使用された。注型ウェブは厚さが10ミ
ルで幅が12インチであった。後で、フィルムの四角部を把持して、それを他方向に一様
速度で押圧しながら一方向に延伸するために、パンタグラフを使用する実験用延伸装置を
使用して、ウェブが一軸に配向された。7.46cm角のウェブが、約100°Cで延伸
器に装填されてから、60秒間で140°Cに加熱された。次に、サンプルが約5.5×
1に延伸されるまで、延伸が(原寸法に基づく)10%/秒で開始された。延伸直後に、
室温空気を吹付けることによって、サンプルが冷却された。
し、曲線bは60度入射におけるp偏光の透過を示し、又、曲線cは垂直入射におけるs
偏光の透過を示す。垂直入射と60°入射の両方におけるp偏光の非常に高い透過(85
−100%)に注目すべきである。p偏光では、60°入射における透過の方がより高い
。何故なら、空気/PEN界面が60°に近いブリュスター角を有するからであり、その
ため、60°入射における透過は100%に近い。又、曲線cで示される可視範囲(40
0−700nm)におけるs偏光の高い吸光に注目すべきである。
ウェブを押出して、記述した全ての他の例と異なるテンターの上で配向することによっ
て、601層を含む同時押出しされたフィルムが生産された。0.5dl/g(60重量
%フェノール/40重量%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するポリエチレンナフタレ
ート(PEN)が押出し機によって75ポンド/時間の速度で給送され、又、0.55d
l/g(60重量%フェノール/40重量%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するCo
PEN(70モル%2,6NDCと30モル%DMT)が別の押出し機にによって65ポ
ンド/時間の速度で給送された。PENは表面層上にあった。601層の押出し物を生産
する2個のマルチプライヤーに通過させた151層を発生するために、フィードブロック
法が使用された。米国特許第3565985号は同様の同時押出しマルチプライヤーを記
載する。全ての延伸はテンターの中でなされた。フィルムは、約280°Fに約20秒で
予熱されてから、約6%/秒の速度で約4.4の延伸比に横方向に延伸された。次に、フ
ィルムは、460°Fに設定されたヒートセットオーブン内で最大幅の約2%が緩和され
た。仕上膜厚は1.8ミルであった。
し、曲線bは60度入射におけるp偏光の透過を示し、又、曲線cは垂直入射におけるs
偏光の透過を示す。垂直入射と60°入射の両方でp偏光の一様な透過を注目すべきであ
る。又、曲線cで示される可視範囲(400−700nm)におけるs偏光の非一様な吸
光に注目すべきである。
一操作で注型ウェブを押出し、その後、フィルムを実験用フィルム延伸装置で配向する
ことによって、449層を含む同時押出しされたフィルムが作られた。0.60dl/g
(60重量%フェノール/40重量%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するポリエチレ
ンテレフタレート(PET)が押出し機によって26ポンド/時間の速度で給送され、又
、0.53(60重量%フェノール/40重量%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有する
CoPEN(70モル%2,6NDCと30モル%DMT)が別の押出し機にによって2
4ポンド/時間の速度で給送された。PETは表面層上にあった。449層の押出し物を
生産する3個のマルチプライヤーに通過させた57層を発生するために、フィードブロッ
ク法が使用された。米国特許第3565985号は同様の同時押出しマルチプライヤーを
記載する。注型ウェブは厚さが7.5ミルで幅が12インチであった。後で、フィルムの
四角部を把持して、それを他方向に一様速度で押圧しながら一方向に延伸するために、パ
ンタグラフを使用する実験用延伸装置を使用して、ウェブが一軸に配向された。7.46
cm角のウェブが、約100°Cで延伸器に装填されてから、60秒間で120°Cに加
熱された。次に、サンプルが約5.0×1に延伸されるまで、延伸が(原寸法に基づく)
10%/秒で開始された。延伸直後に、室温空気を吹付けることによって、サンプルが冷
却された。仕上膜厚は約1.4ミルであった。このフィルムは、配向プロセス中に離層が
発生しないだけの充分な接着力を有していた。
し、曲線bは60度入射におけるp偏光の透過を示し、又、曲線cは垂直入射におけるs
偏光の透過を示す。垂直入射と60°入射の両方におけるp偏光の非常に高い透過(80
−100%)に注目すべきである。
601層を含む同時押出しされたフィルムが、同時押出しプロセスにより順次フラット
フィルム製作ライン上で作られた。0.54dl/g(60重量%フェノール+40重量
%ジクロロベンゼン)の固有粘度を有するポリエチレンナフタレート(PEN)が押出し
機によって75ポンド/時間の速度で給送され、又、coPENが別の押出し機にによっ
て65ポンド/時間の速度で給送された。coPENは、70モル%2,6ナフタレンジ
カルボシレートメチルエステル、15%ジメチルイソフタレートとエチレングリコールを
有する15%ジメチルテレフタレートの重合体であった。151層を発生するためにフィ
ードブロック法が使用された。フィードブロックは、PENに対する1.22とcoPE
Nに対する1.22を光学層の厚さに割当てた層の勾配分布を作るように設計されている
。PEN表面層が、同時押出しされた層の8%の全厚を有する光学層の外側で同時押出し
された。光学堆積を2個の順次マルチプライヤーによって多層化させた。マルチプライヤ
ーの呼び多層化比は、夫々、1.2と1.22であった。次に、フィルムは、約310°
Fに約40秒で予熱されてから、約6%/秒の速度で約5.0の延伸比に横方向に延伸さ
れた。仕上膜厚は約2ミルであった。
し、曲線bは60度入射におけるp偏光の透過を示し、又、曲線cは垂直入射におけるs
偏光の透過を示す。垂直入射と60°入射の両方におけるp偏光の非常に高い透過(80
−100%)に注目すべきである。又、曲線cで示される可視範囲(400−700nm
)におけるs偏光の非常に高い吸光に注目すべきである。吸光は500nmと650nm
の間で殆ど100%である。
1/4)のみ用に設計されたが、押出し装置が堆積を通じて層厚のずれを生じる結果、極
めて広い帯域の光学的応答が得られる。151層フィードブロックの例では、可視スペク
トルの一部を取扱うように層厚の分布を造るために、フィードブロックが設計された。そ
れから、米国特許第5094788号及び第5094793号に記載されているように、
可視スペクトルの殆どを取扱うように層厚を拡大するのに非対称マルチプライヤーが使用
された。
置構成のいずれにも適用できる。反射偏光子がLCDパネルと光共振器の間に配置された
図1−3に示すような表示装置では、高い色の偏光子が使用されるかも知れない。高い色
の偏光子は広い角度において光を一様に透過しない結果、非一様な外観と「色」偏心を生
じる。しかしながら、極めて平行なビームが望ましい用途では、高い色の反射偏光子の偏
心性能の重要性は低下する。
の偏光子が望ましい。この構成では、拡散器が、反射偏光子からそれに入射する光の方向
をランダム化するように働く。もし反射偏光子が高い色なら、反射偏光子によって発生さ
れる偏心色のいくらかは、拡散器によって法線に向けて再指向される。これは、垂直視角
において非一様な外観を有する表示装置に導くので極めて望ましくない。従って、拡散器
が反射偏光子とLCDパネルの間に配置された表示装置では、低い色の広角偏光子が好ま
しい。
直入射角だけでなく非常に大きな偏心角においても反射されることである。これにより更
に進んだ光のランダム化とリサイクリングが起こり得る結果、表示系の明るさゲインが増
加する。
器の間に配置されている。これらの構成では、低い色の広角反射偏光子が好ましい。これ
は構造面材料のビーム偏向効果に基づく。その効果は図7に関して説明できる。明るさ強
化型反射偏光子にとって、光は最初に反射偏光部材を通過する。従って、図7のビーム2
36のような大きい偏心角を有するビームは、反射偏光部材を通過して、構造面材料21
8の平滑側に当たる。図7は、構造面材料218が、ビーム偏向レンズとして働いて、ビ
ーム236をそれがその材料の構造面を出るときに再指向する。従って、低い色の広角反
射偏光子が明るさ強化型反射偏光子に好ましい。何故なら、そうでないと、望ましくない
色の光が観察者の垂直視角に向けて再指向されるからである。広角で低い色の反射偏光子
を使用することによって、垂直視角における表示の一様性が維持される。
明るさ強化型反射偏光子は、図23−25、特に、法線からいくらか角度をずらしてブリ
ュスター効果を導入することによって偏心色を減少した図24に関する上記説明から利益
を得る。上述したように、多層反射偏光子の層間のy屈折率の不一致を導入すると共に、
層間のz屈折率の不一致を減少することによって、これは達成される。それ故、(この挙
動は図23−25に関して上記した説明に従って調整できるので、)y屈折率の不一致と
z屈折率の不一致を導入することにより調整し得る望ましいずれ角の色性能に構造面材料
(所定の光学的性能に対して、90°構造面材料に図7及び8に示したようなもの)のプ
リズムの角度を調整することによって、明るさ強化型反射偏光子のどんな望ましい組合せ
も得ることができる。
Dパネルの間に配置されている。この構成では、反射偏光子に対する拘束は、高い又低い
色の見地からあまり拘束的でない。これは構造面材料のビーム偏向効果に基づく。構造面
材料は、光を法線に向けて指向して、例えば、図8に示すような非常に広い角度で光を透
過しないので、反射偏光子がこの構成においてどんな広角光も見ないため、低い色の広角
反射偏光子は必ずしも必要でない。この効果は、構造面材料の2個の交差部材を反射偏光
子の後方に配置した図13の表示装置においてより顕著である。これは反射偏光子に入射
する光の2次元視準に帰着する。
こと無しに各種の変形をなし得る例示的な例に関して説明された。
番号は同一の構造を指す。
Claims (1)
- 明るさ強化型反射偏光子本体であって、
平滑側と構造側とを含む第1の構造面材料であって、前記構造側は第1の配向軸を規定する三角形のプリズムのアレイを含む、第1の構造面材料と、
前記第1の構造面材料を透過した光を受けるように配置された第2の構造面材料であって、平滑側と構造側とを含み、前記構造側は第2の配向軸を規定する三角形のプリズムのアレイを含む、第2の構造面材料と、
第1の偏光配向を有する光を透過し、第2の偏光配向を有する光を反射する反射偏光子であって、前記第2の偏光配向は前記第1の偏光配向とは異なり、前記第2の構造面材料が前記第1の構造面材料と前記反射偏光子との間にあるように前記反射偏光子が配置されている、反射偏光子と、
を備え、
前記第1の構造面材料は、前記第1の構造面材料の前記平滑面に対して垂直な軸と第1の角度との間の入射角を有する光を反射し、前記第1の角度と前記第1の構造面材料の前記平滑面に対して平行な軸との間の入射角を有する光を屈折および透過させ、
前記第2の構造面材料は、前記第2の構造面材料の前記平滑面に対して垂直な軸と第2の角度との間の入射角を有する光を反射し、前記第2の角度と前記第2の構造面材料の前記平滑面に対して平行な軸との間の入射角を有する光を屈折および透過させ、
前記第2の配向軸は、前記第1の配向軸に対して少なくとも90°の角度で配向している、
明るさ強化型反射偏光子本体。
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