JP2004530165A - 偏光ビームスプリッター用の多層複屈折性フィルム - Google Patents

Abstract

ＰＢＳは、投影システムおよびディスプレイに使用するのに好適である。偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）は、少なくとも１つの主面を有し、かつ少なくとも約１．６の屈折率を有する少なくとも１つのプリズムと、プリズムの主面上に配置された複屈折性フィルムと、を含有する。本発明は、少なくとも第１の材料と第２の材料とを有する新規な複屈折性多層フィルムを提供する。一軸延伸後、フィルムは、延伸された方向に約０．１５単位未満の屈折率差を呈する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、他にも用途はあるがとりわけ投影システムに有用な偏光ビームスプリッターに関する。とくに、偏光ビームスプリッターは、比較的高い屈折率のプリズムと複屈折性多層フィルムとを組合せたものである。多層フィルムは、偏光子として機能し、少なくとも２種の異なる材料を含有する。その材料のうちの少なくとも１種は、一軸配向後に複屈折を呈する。多層フィルムは、近紫外光および青色光に安定であるように選択される。
【背景技術】
【０００２】
反射型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）イメージャーを使用する投影システムでは、投光ビームおよび投影画像が偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）とイメージャーとの間で同一の物理的空間を共有するように光路が折り曲げられ、これにより、コンパクトなデザインが提供される。ほとんどの反射型ＬＣＤイメージャーは偏光回転性である。すなわち、偏光光は、最も暗い状態を得るべく実質的に偏光状態を変化させずに透過されるかまたは所望のグレースケールが得られるように偏光状態を回転させて透過される。したがって、一般的には、入力ビームとして偏光光ビームが使用される。ＰＢＳは入力ビームを偏光させかつ光路を折り曲げるように機能しうるので、ＰＢＳを使用すると魅力的なデザインが提供される。
【０００３】
ＰＢＳは、入射光線を第１の（透過）偏光成分と第２の（反射）偏光成分とに分割する光学素子である。一般的なＰＢＳの１つは、ｓ偏光光とｐ偏光光とを識別するマクニール偏光子である（米国特許第２，４８０，７３１号）。マクニール偏光子では、ｓ偏光は反射され、そしてブルースター角近傍の狭い角度範囲でｐ偏光はほとんど透過される。ｐ成分は、入射面内に偏光された光に対応する。ｓ成分は、入射面に垂直に偏光された光に対応する。入射面は、反射光線と反射表面の法線とにより規定される平面を意味する。
【０００４】
当業者の中には、他のタイプのＰＢＳを考案したものもいる。たとえば、米国特許第５，９１２，７６２号（リー（Ｌｉ）ら）には、ＰＢＳに使用しうる薄膜偏光デバイスが開示されている。このデバイスは、プリズムの形態の第１および第２の光透過性基材と、プリズム間に配置された複数の薄膜層と、を有する。薄膜層は、高屈折率層と低屈折率層とを含み、高屈折率層は１つ以上の異なる屈折率を有し、低屈折率層は１つ以上の異なる屈折率を有する。光透過性基材は、低屈折率層のそれぞれの屈折率よりも大きい屈折率を有する。プリズムは、低屈折率層の最も高い屈折率に対する臨界角（すなわち、全内反射条件を生じる角度）よりも大きいかまたはそれに等しい複数の角度で入射光が薄膜層に当たるように造形される。マクニール偏光子のように、米国特許第５，９１２，７６２号の偏光子はｓ偏光光とｐ偏光光とを識別するが、後者では、ｓ偏光光は透過され、ｐ偏光光は反射される。
【０００５】
他の例として、ＷＯ００／７０３８６の図１には、ガラスキューブ５４中に被包されかつｘ偏光（すなわち、ほぼｓ偏光）で入射した光を反射するように配向された多層複屈折性フィルム５２を含むデカルトＰＢＳ素子５０が開示されてる。第１１頁の第９〜１１行を参照されたい。ＷＯ００／７０３８６公報中の表記は、ｙ偏光がほぼｓ偏光であると記されている点が異なる。大きい円錐角の入射光線に対して、デカルトＰＢＳは、ｓ偏光対ｐ偏光にのみ基づいて識別するＰＢＳよりも高いコントラストを提供することが実証されている。
【０００６】
以上で論じた技術は、多層フィルムを用いる有用なＰＢＳを開示したものであるが、投影システムに使用するのに十分に適しているとは思われない。そのようなシステムでは、ＰＢＳは、典型的には、おそらく長期間にわたり広範な波長をもつ高強度の光にさらされる。米国特許第２，４８０，７３１号および米国特許第５，９１２，７６２号の無機物ベースの多層フィルムは、高強度の青色光に安定であると思われるが、小さいＦナンバーのシステムに必要とされる角度性能に欠点がある。当技術を進歩させるのに必要なのは、光源に耐える耐久性を有すると同時に、観測者が見たときに投影システムの生成画像が明るく、鮮鋭に、明瞭に見え、かつ鮮明な色を有するように、大きい円錐角の入射光に対してコントラストが得られる、多層フィルムをベースとしたＰＢＳである。
【発明の開示】
【０００７】
偏光ビームスプリッターは、米国特許第５，９６２，１１４号に開示されているように、複屈折性高分子多層フィルムから作製することができる。多くのポリマーは可視光に対して高い透過性を呈するが、近紫外（ＵＶ）領域に強い吸収ピークを有するものが多い。その結果として、吸収テールがスペクトルの可視部に入り込むこともある。吸収される光のパーセントは低いかもしれないが、強い光ビームの吸収されたエネルギーにより、フィルムが過熱され、ポリマーの熱誘導分解、光誘導分解、または両方を生じる可能性がある。いくつかの高屈折率ポリマーでは、青色領域の吸収テールが強くフィルムが黄色を呈するほどである。高強度の投影システム用の安定な多層ＰＢＳにポリマーを選択する際の重要なパラメーターは、可視スペクトルに対するその吸収端の近接度である。
【０００８】
本発明は、少なくとも１つの高屈折率（すなわち、ｎ＝１．６０よりも大きい屈折率）プリズムを複屈折性多層フィルム（便宜上、「多層フィルム」と記すこともある）と組合せたＰＢＳを提供する。多層フィルムは偏光子として機能する。それは、近紫外光および青色光に関連づけられる波長に暴露したときに安定である交互材料層を含有する。これらの材料層は、可視スペクトル内におけるそれらの吸収スペクトルおよびＵＶおよび赤外（ＩＲ）における吸収端の位置に基づいて選択される。
【０００９】
スペクトルのＵＶ末端において、多層フィルム中の材料層の吸収端は、ＰＢＳに投光する最短波長よりも、好ましくは少なくとも４０ｎｍ短く、より好ましくは５０ｎｍ短く、最も好ましくは６０ｎｍ短い。カラー投影ディスプレイの場合、４２０ｎｍよりも短い青色光は、ディスプレイのカラーバランスや輝度に実質的な影響を及ぼすことなく除くことができる。したがって、好ましい実施形態では、ＰＢＳに投光する最短波長は４２０ｎｍである。光源にもよるが、好ましい短波長端の波長は、４１０ｎｍのようにより短くてもよいし、４３０ｎｍのようにいくらか長くてもよい。スペクトルのＩＲ末端において、多層フィルム中の材料層の吸収端は、ＰＢＳに投光する最長波長よりも、好ましくは少なくとも４０ｎｍ長く、より好ましくは５０ｎｍ長く、最も好ましくは６０ｎｍ長い。これらの要件により、ｘ方向（延伸方向）に材料間で高屈折率差を生じるように配向させることのできる材料のいくつかの組合せは、除外される可能性がある。実用的な加工および環境安定性の要件により、利用可能な材料のセットは、配向後に材料間で（ｘ方向の）比較的小さい屈折率差（すなわち、０．１５未満のΔｎ_x）を有する材料に限定される可能性がある。
【００１０】
本明細書中では、「約」という用語は、波長、屈折率、比、重量パーセント、モルパーセントのような性質に関するそれぞれの数値による記述を小変更するものとみなされるが、これらの性質に限定されるものではない。たとえば、波長に関する５００ｎｍという記述は、約５００ｎｍを意味する。「通過軸」という用語は、偏光子の光透過軸を意味し、多層フィルムのｙ軸または非延伸方向に対応する。「消光軸」という用語は、偏光子の反射軸を意味し、多層フィルムのｘ軸または延伸方向に対応する。
【００１１】
「吸収端」という用語は、一般的には、高分子材料が実質的に不透明になる波長を意味する。より正確な定義は、空気中で垂直入射させたときの厚さ０．１ｍｍのフィルムの透過率が１０％である波長である。多層フィルム中の個々の材料層は、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向を有する。ｘ方向は、延伸方向（「横方向」または「ＴＤ」としても知られる）すなわちフィルムが配向された方向を表す。ｙ方向は、非延伸方向（「機械方向」または「ＭＤ」としても知られる）を表す。ｚ方向は、他の非延伸方向を表し、個別層の厚さ方向である。
【００１２】
典型的には異なる屈折率の２層が多層フィルムの作製に使用されるが、３種以上の材料を使用することも本発明の範囲内である。二成分多層フィルムは入射光波に対して矩形波屈折率プロフィールを呈するが、多層フィルムの光学的反復単位は矩形波を呈する必要はない。複数の材料層を使用することにより、ｙ方向およびｚ方向に沿って実質的に一致した屈折率をもたせると同時にｘ方向に沿って任意の周期的屈折率変調プロフィールを構築することができる。他の選択肢として、たとえばルゲートフィルターのように任意の連続的屈折率変化プロフィールを使用することにより、複屈折性偏光子を作製することができる。二成分系の材料が加工時に相互拡散する場合、連続的屈折率変化を生じる可能性がある。同様に、連続的屈折率変化は、コレステリック液晶フィルムにも存在する。
【００１３】
本発明の多層フィルムは、高分子材料の共押出および配向により作製される必要はなく、たとえばエピタキシャル真空蒸着のような当技術分野で公知の技術により構築される複屈折性有機結晶性層を包含しうる。
【００１４】
本発明の多層フィルムの材料層は、厳密に直交した光軸を有する必要はない。軸の方向は、直交状態から数度だけずれていてもよく、たとえば１０°までずれていてもよい。
【００１５】
本発明の複屈折性多層フィルムおよびそれから得られるＰＢＳは、その組成および構成に起因して、投影システムまたはディスプレイに使用される多種多様な光源に暴露したときに長期耐久性を呈する。典型的な光源は、ランプとリフレクターとを備える。好適なランプとしては、キセノンランプ、白熱ランプ、レーザー、発光ダイオード（ＬＥＤ）、金属ハロゲン化物アーク光源、および高圧水銀光源が挙げられる。そのような光源は、青色および近紫外の波長の光を放出することができる。公知のごとく、多くの高分子系フィルムは、そのような波長に暴露したときに急速に分解する可能性がある。
【００１６】
本発明の多層フィルムは、空気または低屈折率（すなわち、１．６０未満の屈折率）のプリズムに入れるか包埋したとき、材料層のｘ方向の屈折率値の差が小さいため低いコントラスト比（すなわち、１００：１未満のコントラスト比）を呈する。「コントラスト比」とは、多層フィルムの２つの直交軸に平行な偏光面を有する光の２つの透過率値の比を意味する。コントラスト比は、フィルムのほかにビームの性質にも依存するであろう。たとえば、広範な角度にわたって分布した光円錐の光ビームのほうが、狭い円錐角にわたって分布した光ビームよりも、コントラスト比は小さいであろう。
【００１７】
有利には、高屈折率（すなわち、１．６よりも大きくかつ多層フィルムで全内反射条件を生じるおそれのある屈折率よりも小さい屈折率）のプリズム中に多層フィルムを入れるか包埋したとき、コントラスト比は、入射光円錐のすべての光線にわたって平均して、１００：１を超える程度まで、好ましくは３００：１を超える程度まで、より好ましくは１０００：１を超える程度まで、実質的に増加する。一態様において、この利点は、所望のコントラスト比を達成する際、多層フィルムに必要な層の数を少なくしうることを意味する。一般的には、必要な層の数を少なくすれば、必要な層の数が多い類似のフィルムと比較して、製造プロセスの複雑さを低減させることができる。高屈折率プリズムに包埋された多層フィルムの組合せ物は、多くの投影システムおよびディスプレイシステムに使用される典型的な光源に耐えるのに十分な耐久性をもつ改良されたＰＢＳを形成し、しかも優れたコントラストを提供する。プリズムの屈折率は、好ましくは、入射光線の最大入射角が全内反射（ＴＩＲ）の臨界角に近くかつそれを超えないように選択される。
【００１８】
したがって、簡潔にまとめると、本発明は、ＰＢＳであって、（ａ）通過軸を有する複屈折性フィルムと、ここで、前記複屈折性フィルムは、少なくとも第１の材料層と第２の材料層との多層を含み、それぞれの材料層は、可視スペクトル中に吸収端を有し、紫外領域では、前記吸収端は、前記偏光ビームスプリッターに投光する光の最短波長よりも少なくとも４０ｎｍ短く、赤外領域では、前記吸収端は、前記偏光ビームスプリッターに投光する光の最長波長よりも少なくとも４０ｎｍ長い、（ｂ）１．６よりは大きいが前記複屈折性フィルムの通過軸に沿って全内反射を生じるおそれのある値よりは小さい屈折率を有する少なくとも１つのプリズムと、を備える前記ＰＢＳを提供する。好ましい実施形態では、ＰＢＳに投光する最短波長は４２０ｎｍであり、最長波長は６８０ｎｍである。この実施形態では、好ましい吸収端は、３８０ｎｍよりも短い波長および７２０ｎｍよりも長い波長に存在する。
【００１９】
本発明の他の実施形態は、（ａ）以上に記載のＰＢＳと、ここで、第１の偏光状態の光に対して前記ＰＢＳを通り抜ける第１の経路が規定される、（ｂ）光を反射させて前記偏光ビームスプリッターに戻すように配置された少なくとも１つのイメージャーと、ここで、前記少なくとも１つのイメージャーが受けた光の一部分は偏光回転され、偏光回転された光は、前記イメージャーから前記ＰＢＳを通り抜ける第２の経路に沿って伝播する、を備える光デバイスに関する。
【００２０】
本発明のさらに他の実施形態は、光を発生する光源と、前記光源からの光を調整する調整光学素子と、前記調整光学素子からの調整された光に画像を重ねて画像光を形成するイメージングコアと、を備える投影システムに関する。前記イメージングコアは、先に記載のＰＢＳと少なくとも１つのイメージャーとを含む。
【００２１】
本発明のＰＢＳは、（１）比較的低い複屈折性の材料を使用したときのプリズムに必要とされる屈折率の範囲、（２）適切な安定性をもつ高分子ＰＢＳ多層フィルムに必要とされる吸収端の波長域、ならびに（３）近紫外光および青色光に暴露したときに安定性を呈する利用可能な材料の組合せが、本発明により初めて確認されたという点で、ＷＯ００／７０３８６に開示されているデカルトＰＢＳとは異なる。
【００２２】
本発明のＰＢＳは、米国特許第５，９１２，７６２号に開示されているＰＢＳとも異なる。その特許には、透明基材すなわちプリズムは各低屈折率層の屈折率よりも大きい屈折率を有するとの開示がなされている。
【００２３】
一方、本発明の場合、プリズムは、好ましくは、多層フィルム中のすべての光学層のいずれの屈折率よりも高いが複屈折性多層フィルム偏光子の通過軸に沿ってＴＩＲ条件を生じない程度に十分に低い屈折率を有する。「光学層」という用語は、入射光の反射および透過に関与する層を意味する。１００：１、好ましくは３００：１、より好ましくは１０００：１の所要のレベルを満足する消光比を生成するのに十分にｘ偏光光に対する各層の界面反射係数が大きいというように、多層界面における内部入射角は十分に大きくなければならない。所与の波長の光に対する界面反射率の所要のレベルは、多層フィルム中の層の数および層の厚さ分布から計算することができる。
【００２４】
図面を参照しながら本発明についてさらに説明する。
【００２５】
これらの図面は、理想化され、尺度どおりにはなっておらず、単に例示することを意図したものであって、限定することを意図したものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、第１のセットの屈折率ｎ_12x、ｎ_12y、ｎ_12zを有する第１の材料層１２と、第２のセットの屈折率ｎ_14x、ｎ_14y、ｎ_14zを有する第２の材料層１４との交互層を含む１つの例示的な複屈折性多層フィルム１０の断面図である。図２は、複屈折性多層フィルム１０中の２層だけを示す斜視図であり、それぞれの層は、ｘ、ｙ、およびｚ方向の屈折率を有する。図３は、実質的に立方体を形成するように位置決めされた第１のプリズム２２と第２のプリズム２４とを有するＰＢＳ２０の斜視図である。複屈折性多層フィルム１０は、立方体の対角面に沿って包埋されている。すなわち、プリズムの斜辺面間にはさまれている。
【００２７】
図４ａは、図３の線分４−４に沿った断面図であり、１層の高屈折率層と１層の低屈折率層とを含む単純化されたフィルムにおける例示的なｓ偏光入射光線３０ａの経路を示している。実際のフィルムには何百層もの層が含まれているが、このフィルムでは、単純化して偏光子の動作原理を例示する。多層フィルム１０は、主にｓ偏光光を反射し、主にｐ偏光光を透過する。動作時、入射ｓ偏光光線３０ａは、最初にプリズム２２の表面２３に当たることにより空気（ｎ_空気＝１．０）からＰＢＳ２０に移動する。この特定の光線が表面２３に垂直に当たった場合には、実質的に光線３０ａの屈曲を生じることなくプリズム２２中に透過される。ほとんどの用途では、光線円錐は、表面２３に入射するであろう。表面２３では、入射光の一部分が反射される（図示せず）。フィルム１０の位置に起因して、光線３０ａは、法線１３に対して４５°で層１２に当たり、光線３０ａが高屈折率の材料からより低屈折率の材料１２に移動するので（ｎ_{プリズム 22}＞ｎ₁₂）、透過する際、法線１３から遠ざかる方向に屈曲される。光線３０ａは層１２からさらに低い屈折率を有する層１４に伝播するので（すなわち、ｎ₁₂＞ｎ₁₄）、この場合にもまた法線１５から遠ざかる方向に屈曲される。光線３０ａが層１４から出てプリズム２４に伝播し、低屈折率材料から高屈折率材料に移動する際（すなわち、ｎ_{プリズム 24}＞ｎ₁₄）、法線１７の方向に屈曲し、概略図に示されるようにＰＢＳから出る。実際には、多くのペアの層が使用され、光線３０ａは、フィルムを横切るにつれて徐々に減少する。フィルムは、好ましくは、光線３０ａのほとんどまたはすべてを反射する。ｎ_プリズムは好ましくはｎ₁₂よりも大きいが、以下に記載されているように、Δｎ_xの大きさに依存して、ｎ₁₂に等しくてもよいしまたはそれよりもわずかに小さくてもよい。プリズムの屈折率は、層１４の屈折率よりも大きくなければならない。選択された断面および入射偏光光線３０ａは、ＰＢＳの反射軸（すなわち、消光方向）だけについて示したものである。消光軸に沿って、常に、低屈折率層と高屈折率層とが交互に現れるであろう。
【００２８】
誘電体材料のいかなる界面においても、ｓ偏光光に対するフレネル反射係数は、入射角と共に単調増加する。ｓ偏光光は、フィルムの平面内屈折率だけを感知するので、フィルムのｚ屈折率による影響は受けない。本発明の１つの目的は、消光軸に沿ってフレネル反射係数を最大化すると同時にほとんどの投影システムにおいて小型化するうえで好ましい立方体形状を呈するように、複屈折性多層フィルムの消光軸に沿って層界面で高い内部入射角を有するＰＢＳを提供することである。そのような物品は、立方体を構成するプリズムの屈折率を増大させることにより考案することができる。プリズムの屈折率の限界は、以下に記載されているように、多層フィルム偏光子の通過軸に沿った高い透過率の必要性により決定される。
【００２９】
図４ｂは、図３の線分４−４に沿った断面図であり、２層だけを含む単純化されたフィルムにおける例示的なｐ偏光入射光線３０ｂの経路を示している。この場合、光線３０ｂは、層のｙ屈折率およびｚ屈折率を感知し、層材料は、ｙ屈折率およびｚ屈折率がすべての層について実質的に同一であるように選択されている。表面２３では、入射光の一部分が反射される（図示せず）。フィルム１０の位置に起因して、光線３０ｂは、法線１３に対して４５°で層１２に当たり、光線３０ｂが高屈折率の材料からより低屈折率の材料１２に移動するので（ｎ_{プリズム 22}＞ｎ₁₂）、透過する際、法線１３から遠ざかる方向に屈曲される。光線３０ｂが層１２から層１４に伝播する際、交互層の屈折率が光線３０ｂの偏光方向について実質的に一致するので、方向の実質的な変化は生じない。光線３０ｂが層１４から出てプリズム２４に伝播し、低屈折率材料から高屈折率材料に移動する際（すなわち、ｎ_{プリズム 24}＞ｎ₁₄）、法線１７の方向に屈曲し、概略図に示されるようにＰＢＳから出る。図４ｂの層１２および１４中に示された伝播角は、図４ａの層１４中の伝播角と同一である。
【００３０】
しかしながら、２つの図面は、通過軸に対する３つの可能なケースのうちの１つを示しているにすぎない。消光軸（ｘ軸）に沿った層の屈折率は高屈折率から低屈折率に交互に変化するが、通過軸（ｙ軸）に沿った屈折率は、すべての層について実質的に同一であろう。そして、後者の屈折率は、多層フィルムが、（１）正の複屈折性層と等方性層との交互層（「ケース１」と呼ぶ）、（２）負の複屈折性層と等方性層との交互層（「ケース２」と呼ぶ）、または（３）負の複屈折性層と正の複屈折性層との交互層（「ケース３」と呼ぶ）を有するかに依存して、同一の低屈折率値もしくは高屈折率値またはなんらかの中間値をとりうる。
【００３１】
図４ａおよび図４ｂは、たとえば一軸配向ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と等方性材料とを有する多層フィルムを用いて生成しうるケース１を示している。この場合、ＰＥＴ層の光軸は、ｘ方向である。複屈折性層が一軸配向シンジオタクチックポリスチレンのような負の複屈折性材料である場合、交互等方性層は、高屈折率層であり、通過方向（ｙ方向）の屈折率は、より高い屈折率値を有するであろう。多層フィルムが正の複屈折性材料と負の複屈折性材料とを交互に有する場合、ｙ方向の屈折率は、ｘ方向の低屈折率値と高屈折率値との中間値を有するであろう。
【００３２】
ＰＢＳに課せられる１つの要件は、通過軸に対して高い透過率値を提供することである。このため、プリズムの屈折率は、図４ａのθ₂およびθ₄として示される伝播角が９０°に近づくこともそれを超えることもないように、すなわち、入射円錐角内の入射光線に対してＴＩＲ条件が存在しないように、十分に低くなければならない。また、実際問題として、９０°に近い伝播角はいくつかの理由で回避すべきである。たとえば、通過軸に沿った伝播角が著しく大きいと、多層フィルムへの入射角の小さい光線が入射角の大きい光線と著しい異なる横変位をもつようになり、入射光円錐中の種々の光線から形成される画像の非点収差量が増大するであろう。伝播角が著しく大きいと、入射光線の吸収および散乱の量が増大する可能性もある。
【００３３】
したがって、ｘ方向に沿った最大伝播角の必要性は、ｙ方向に平行な直交偏向光線に対する中程度の伝播角の必要性とのバランスをとらなければならない。上述したケース１の場合、ｘ方向に偏光された光線の最大伝播角は、ｙ方向に沿って偏光された光線の伝播角でもあるので、約６０°〜８０°の範囲に限定すべきである。１．６５のｘ屈折率ならび１．５５のｙおよびｚ屈折率を有するＰＥＴの場合、プリズムの屈折率は、好ましくは１．７０超、より好ましくは１．８０超であるが、好ましくは約１．９０未満である。所与の複屈折性多層フィルムに対して許容できるプリズムの屈折率範囲は、ｘ屈折率差（Δｎ_x）の値および入射光線の円錐角に依存する。伝播角は、スネルの法則を用いて計算することができる。ｘ方向に沿った透過率値は、公知の光学的多層反射アルゴリズムを用いて計算することができる。
【００３４】
上述したケース２の場合、ｙ軸に沿った層の屈折率は、多層フィルムの最高屈折率に等しく、ｙ軸に平行に偏光された光線の伝播角は、ケース１よりも小さいであろう。そのような構成にすれば、非点収差量が減少するか、またはその代わりに、より高い屈折率のプリズムを使用することが可能になり、さらにはｘ方向に平行に偏光された３０ａのような光線のＴＩＲ点までの屈折率のプリズムさえも使用することが可能になる。
【００３５】
正確な屈折率の複屈折性材料が与えられれば、ｘ方向に偏光されたすべての光線に対して全内反射を呈しかつｙ方向に偏光されたすべての光線を透過するＰＢＳが得られるであろう。そのようなＰＢＳの動作は、グラン・トンプソン（Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）偏光子の動作に似ているであろう。単一の複屈折性層だけが必要なこともあろうが、立方体において４５°で機能させるために、複屈折率は、０．５を超える程度まで非常に高くなければならないであろう。
【００３６】
本発明のＰＢＳの作製に使用される各コンポーネントおよびＰＢＳの組立て方法について以下で詳細に論じる。
【００３７】
プリズム
プリズムは、少なくとも１．６０、より好ましくは少なくとも１．７０、最も好ましくは少なくとも１．８０の屈折率を有する任意の光透過性材料から構築することができる。しかしながら、プリズムは、全内反射条件、すなわち、伝播角が９０°に近いかまたはそれを超える条件、を生じるおそれのある屈折率よりも小さい屈折率をもたなければならない。そのような条件は、スネルの法則を用いて計算することができる。「光透過性」材料とは、光源からの入射光の少なくとも一部分を透過する材料である。いくつかの用途では、入射光をフィルタリングして望ましくない波長を取除くことができる。プリズムとして使用するのに好適な材料としては、セラミックス、ガラス、およびポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ガラスは、セラミックスに属する物質であると考えられる。とくに有用なガラスは、鉛のような金属の酸化物を含有し、そのようなガラスは、典型的には１．６０よりも大きい屈折率を有する。オーハラ（Ｏｈａｒａ）から入手可能な市販のガラスであるＰＢＨ５５は、１．８５の屈折率を有し、重量基準で７５％の酸化鉛を含有する。
【００３８】
前面または背面投影システムのような投影システムでは、典型的には、実質的に立方体を形成するように実質的に直角三角柱の２つのプリズムが使用されるであろう。この場合、ＰＢＳは、以下で論じるように、接合手段を用いて２つのプリズムの斜辺面間にはさまれる。立方体形状のＰＢＳはコンパクトなデザインを提供するので、すなわち、小型で軽量で持ち運び可能なプロジェクターを提供するように光源および他のコンポーネントたとえばフィルターを配置することができるので、ほとんどの投影システムにおいて立方体形状のＰＢＳが好ましい。いくつかのシステムでは、１つ以上の面が正方形でないように、立方体形状のＰＢＳを改変することも可能である。非正方形面を使用する場合、カラープリズムまたは投影レンズのような次に隣接するコンポーネントにより整合性平行面を提供しなければならない。
【００３９】
立方体は好ましい一実施形態であるが、他のＰＢＳ形状を使用することもできる。たとえば、いくつかのプリズムを組合せて集成することにより、直方体形のＰＢＳを提供するができる。いかなるＰＢＳ形状であっても、高屈折率であることが必要であり、包埋された偏光子として機能する複屈折性多層フィルムが必要であり、しかも、先に述べたように、ｘ軸に平行な偏光光線に対して高い内部入射角を生成することが必要である。
【００４０】
プリズムの寸法つまり得られるＰＢＳの寸法は、意図した用途に依存する。例示的なフロントプロジェクターにおいて、フィリップス・コーポレーション（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｒｐ．）により市販されているＵＨＰ型ランプのような小型のアーク高圧Ｈｇ型ランプを用いてそのビームをＦ／２．２の光円錐として形成し、スリー・ファイブ・システムズ（Ｔｈｒｅｅ−Ｆｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）から入手可能なＳＸＧＡ解像度イメージャーのような対角寸法０．７８インチのイメージャーと併用されるＰＢＳキューブに投光する場合、ＰＢＳは、４０ｍｍの長さ、幅、および高さ、ならびに５７ｍｍの対角寸法を有する立方体である。ビームのｆ／＃、イメージャーとＰＢＳとの間の光学的距離（すなわち、距離単位ごとに実際の距離を屈折率で割って合計した値）、およびイメージャーのサイズは、ＰＢＳのサイズを決定するいくつかの因子である。
【００４１】
多層フィルム
先に述べたように、複屈折性多層フィルムは、異なる屈折率の少なくとも２種の材料を有する。好ましくは、半結晶性ポリマーの場合、有用なフィルムを生成するために、以下の条件を満足しなければならない。以下に列挙した条件は、満足する必要のある主要な条件であるにすぎない。他の条件、たとえば、限定されるものではないが全フィルム厚さ、については、別に論じる。
【００４２】
１つの条件は、第１の材料のｙおよびｚ方向（非延伸方向）の屈折率（ｎ_1yおよびｎ_1z）が互いに実質的に類似し（すなわち、互いの屈折率の５％以内）かつそれぞれ第２の材料のｙおよびｚ方向の屈折率ｎ_2yおよびｎ_2zに実質的に類似しているということである。理想的には、これらの４つの屈折率はすべて同一であるが、多くの場合、実際にそのような正確な一致を達成することは困難である。層内のｙ屈折率とｚ屈折率とを一致させるために使用される一方法は、真の一軸配向を生じさせることである。「真の一軸配向」という表現は、ｙおよびｚ方向にフィルムを緩和させながらｘ方向にフィルムを延伸することを意味する。真の一軸配向を行えば、所与の層においてｙおよびｚ屈折率を実質的に類似させることができる。第１の材料のｙ屈折率に一致するように第２の材料を選択した場合、第２の材料層もまた第１の材料層と同一の延伸条件に付されるので、２層のｚ屈折率もまた一致するはずである。
【００４３】
多くの実用的用途では、内部入射角にもよるが、層間の小さいｚ屈折率の不一致は許容できる。層間のｚ屈折率の不一致の許容される大きさは、ｘ屈折率の不一致に関連する。なぜなら、所望の反射率を生成するために多層フィルムに必要とされる層の数が後者の値によって決定されるからである。理想的には、高屈折率プリズムに浸漬される複屈折性多層フィルムの場合、種々の層間のΔｎ_yおよびΔｎ_zはゼロでなければならない。実際には、Δｎ_yおよびΔｎ_zがゼロである多層フィルムを作製するのは困難である。米国特許第５，８８２，７７４号には、Δｎ_yを操作することによりｚ屈折率差を補償する方法が記載されている。Δｎ_yおよびΔｎ_zの若干の変化は、本発明を実施する際には許容できる。したがって、比Δｎ_z÷Δｎ_xおよび比Δｎ_y÷Δｎ_xは、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１未満、最も好ましくは０．０５未満である。同様に、単一層のｙおよびｚ屈折率間の差は、理想的にはゼロである。したがって、層内の複屈折率（ｎ_y−ｎ_z）もまた、Δｎ_xと比較して小さくなければならない。したがって、比（ｎ_y−ｎ_z）÷Δｎ_xは、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１未満、最も好ましくは０．０５未満である。
【００４４】
他の条件は、第１および第２の材料が最初は等方性材料（すなわち、ｘ、ｙ、およびｚ方向について実質的に類似の屈折率を有する材料）でありかつ一軸配向後に材料の少なくとも一方が複屈折を呈するということである。したがって、次の３つの可能な組合せが存在する。（１）第１の材料は複屈折を呈するが、第２の材料は等方性を保持する。（２）第１の材料は等方性を保持するが、第２の材料は複屈折を呈する。（３）第１および第２の材料は、両方とも複屈折を呈する。好ましい実施形態では、一軸配向後、第１の材料は複屈折性で延伸方向に沿って屈折率の増加を生じるが、第２の材料は等方性を保持し、第１および第２の材料間の屈折率差は、典型的には、延伸方向について０．１５と０．２０の間である。
【００４５】
さらに他の条件は、近紫外光および青色光に関連づけられる波長に長期間暴露したときに本発明の多層フィルムが安定でなければならないということ、すなわち、ごくわずかな光分解を呈するにすぎないということである。４０ｍｍの長さおよび幅ならびに５７ｍｍの対角寸法を有するＰＢＳキューブを備えた例示的なフロントプロジェクターで使用する場合、フィリップス・コーポレーション（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｒｐ．）により市販されているＵＨＰ型ランプのような小型のアーク高圧Ｈｇ型ランプを用いてそのビームをＦ／２．２の光円錐として形成し、スリー・ファイブ・システムズ（Ｔｈｒｅｅ−Ｆｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）から入手可能なＳＸＧＡ解像度イメージャーのような対角寸法０．７８インチのイメージャーと併用されるＰＢＳキューブに投光し、かつシャープなバンドエッジフィルターを用いてフィルタリングにより４２０ｎｍ未満の光を除去したとして、多層フィルムは、好ましくは少なくとも１０００時間、より好ましくは少なくとも２０００時間の寿命をもたなければならない。多層フィルムはまた、低いヘイズ、使用環境において長期間にわたり低い収縮、および良好な透過性を呈するものでなければならない。
【００４６】
以上に記載した要件が原因で、ごくわずかな高分子材料が使用に供しうるにすぎない。好適な高分子材料について以下で論じる。
【００４７】
材料選択
多層フィルムは、少なくとも２つの異なる高分子材料を用いて構築される。好ましい実施形態では、多層フィルムは、第１のポリマーと第２のポリマーとの交互層を有する。便宜上、第１の材料層を「高屈折率層」と呼び、一方、第２の材料層を「低屈折率層」と呼ぶ。これらの相対値は、多層フィルムのｘ方向に沿って観測される屈折率を指す。記載のごとく、第１または第２の層として使用される有用なポリマーは、可視スペクトルの近紫外領域および青色領域の波長の光による光分解を受けにくいポリマーである。好ましくは、有用なポリマーは、≦３６０ｎｍおよび≧７５０ｎｍの領域に吸収端をもたなければならない。ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のような多くの高屈折率ポリマーは、３８５ｎｍの領域に吸収端を有する。この端からの吸収テールが原因で、可視スペクトル中に有意な吸収を生じる可能性がある。ＰＥＮの場合、厚さ１３０μｍのサンプルフィルムの吸収テールは、波長４００ｎｍで２．５％であり、約４５０ｎｍ〜５００ｎｍの近傍で実質的にゼロまで低下する。このため、強い青色光をＰＥＮに投光すると、フィルムがかなり劣化し、ポリマーの著しい黄変を生じる可能性がある。
【００４８】
高屈折率層として使用するのに好適で好ましいポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。ＰＥＴの吸収端は３２０ｎｍであるので、青色光による光分解は本質的に回避される。一軸配向後、ＰＥＴフィルムは、延伸方向（ｘ方向）に１．６８の屈折率ならびに非延伸方向（ｙおよびｚ方向）に１．５４の屈折率を有する。
【００４９】
結晶化度の変化に対する安定性を付与し、かつより低屈折率のプリズムを使用したときに改良された光学的性能が得られるように屈折率を増大させるべく、少量のＰＥＮをＰＥＴに混合することが可能である。好ましくは、ＰＥＮとＰＥＴとの混合物は、２種のポリマーの現場押出により得られるエステル交換コポリマーの形態である。これらの低含有率混合物（典型的には５０モル％未満のＰＥＮを含有する混合物）は、純粋なＰＥＮよりも低波長側に吸収端を有することが観測されている。たとえば、ＰＥＮが２０％混合されたポリエステルは、純粋なＰＥＮでは３８５ｎｍであるのに対して、３７４ｎｍに吸収端を有する。ＰＥＴ中に２０モル％のＰＥＮを含有するフィルムが光を実質的に吸収しない波長は、純粋なＰＥＮでは４５０ｎｍであるのに対して、４２０ｍｍである。したがって、４２０ｎｍ未満の波長の光が実質的に存在しない用途では、８０モル％ＰＥＴ／２０モル％ＰＥＮの材料を高屈折率層として使用すれば、光分解が最小限に抑えられるという利点が得られる。
【００５０】
スペクトルのＵＶ末端において、多層フィルム中およびＰＢＳ中の材料層の好適な吸収端は、好ましくは３８０ｎｍ未満、より好ましくは３７０ｎｍ未満、さらに最も好ましくは３６０ｎｍ未満である。スペクトルのＩＲ末端において、多層フィルム中およびＰＢＳ中の材料層の好適な吸収端は、好ましくは７２０ｎｍ超、より好ましくは７３０ｎｍ超、最も好ましくは７４０ｎｍ超である。
【００５１】
高屈折率層としてＰＥＴを使用したときに低屈折率層として使用するのに好適なポリマーは、次のとおりである。低屈折率ポリマーは、典型的なＰＥＴ延伸温度で一軸配向させたときに等方性の状態を保持することが望ましい。したがって、低屈折率ポリマーは、好ましくはＰＥＴのガラス転移温度よりも低い（すなわち８０℃未満の）ガラス転移温度を有する。等方性の状態を保持するために、これらのポリマーはまた、好ましくは、配向プロセス時および最終用途において結晶化を防止するのに十分な不規則性を有する。最終用途がポリマーのガラス転移温度を超える場合、ポリマー主鎖の不規則性は、ポリマーの結晶化を防止するために通常必要とされる不規則性よりもさらに大きいことが望ましい。多層フィルムの光学的性能のために、これらのポリマーは、好ましくは１．５３５〜１．５５５、より好ましくは１．５４０〜１．５５０の範囲に等方性屈折率を有する。以下の説明では、高屈折率材料としてＰＥＴを使用したときに低屈折率材料として有用である好適なコポリエステルについて述べる。
【００５２】
低屈折率ポリマーは、好ましくは次の性質を有する。（１）ＰＥＴ溶融加工時の熱安定性、（２）ＵＶ安定性またはＵＶＡ保護性、（３）高透明性（すなわち、高透過性および低吸収性）、（４）共押出時に安定な流れを与えるＰＥＴに十分に近いレオロジー特性、（５）ＰＥＴとの良好な層間接着性、（６）低分散性、および（７）複屈折を伴わない延伸性（すなわち、配向能力）。
【００５３】
高屈折率ポリマーとしてＰＥＴを含有する多層フィルムにおいて、カルボキシレートコモノマーサブユニットとして、テレフタレートおよびシクロヘキサンジカルボキシレート、ならびにグリコールコモノマーサブユニットとして、エチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、およびトリメチロールプロパンを含むコポリエステルが、低屈折率ポリマーとしてとくに有用であることを見いだした。コポリエステルは、イーストマン・ケミカル・カンパニー（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）から入手可能なポリエチレンシクロヘキサンジメタノールテレフタレート（ＰＣＴＧ）とブレンドすることができる。
【００５４】
ポリマー主鎖の不規則性の増大およびポリマーの充填能力の低減によりコポリエステルの結晶化を抑制する目的で、ネオペンチルグリコール（ＮＰＧ）および２−ブチル２−エチル１，３−プロパンジオール（ＢＥＰＤ）のような分枝状コモノマーを共重合させて上記のコポリエステルを得ることができる。９０〜１２０℃で行った結晶化速度の研究を通じて、ＮＰＧおよびとくにＢＥＰＤを含有するコポリエステルが、分枝状コモノマーを含まない上記のコポリエステルよりもかなり長期間にわたりヘイズおよび結晶化を生じない状態を保持することを見いだした。
【００５５】
コポリエステル（ｃｏＰＥＴ）などで使用するのに好適なコモノマーは、ジオール型であっても、ジカルボン酸型であっても、エステル型であってもよい。ジカルボン酸コモノマーとしては、（１）テレフタル酸、（２）イソフタル酸、（３）フタル酸、（４）すべてのナフタレンジカルボン酸異性体（２，６−、１，２−、１，３−、１，４−、１，５−、１，６−、１，７−、１，８−、２，３−、２，４−、２，５−、２，７−、および２，８−）、（５）二安息香酸類、たとえば、４，４’−ビフェニルジカルボン酸およびその異性体、トランス−４，４’−スチルベンジカルボン酸およびその異性体、４，４’−ジフェニルエーテルジカルボン酸およびその異性体、４，４’−ジフェニルスルホンジカルボン酸およびその異性体、４，４’−ベンゾフェノンジカルボン酸およびその異性体、（６）ハロゲン化芳香族ジカルボン酸類、たとえば、２−クロロテレフタル酸および２，５−ジクロロテレフタル酸、（７）他の置換芳香族ジカルボン酸類、たとえば、第三級ブチルイソフタル酸およびナトリウムスルホン化イソフタル酸、（８）シクロアルカンジカルボン酸類、たとえば、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸およびその異性体ならびに２，６−デカヒドロナフタレンジカルボン酸およびその異性体、（９）二環式または多環式ジカルボン酸類、たとえば、種々のノルボルナンおよびノルボルネンジカルボン酸異性体、アダマンタンジカルボン酸異性体、およびビシクロオクタンジカルボン酸異性体、（１０）アルカンジカルボン酸類、たとえば、セバシン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アゼライン酸、およびドデカンジカルボン酸、ならびに（１１）縮合環芳香族炭化水素（インデン、アントラセン、フェナントレン、ベンゾナフテン、フルオレンなど）の任意のジカルボン酸異性体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。他の選択肢として、以上に列挙したこれらのジカルボン酸のアルキルエステル、たとえば、ジメチルテレフタレート、を使用してもよい。
【００５６】
好適なジオールコモノマーとしては、（１）線状もしくは分枝状アルカンジオール類またはグリコール類、たとえば、エチレングリコール、トリメチレングリコールのようなプロパンジオール、テトラメチレングリコールのようなブタンジオール、ネオペンチルグリコールのようなペンタンジオール、ヘキサンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、および高級ジオール、（２）エーテルグリコール類、たとえば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、およびポリエチレングリコール、（３）鎖エステルジオール類、たとえば、３−ヒドロキシ−２，２−ジメチルプロピル−３−ヒドロキシ−２，２−ジメチルプロパノエート、シクロアルカングリコール類、たとえば、１，４−シクロヘキサンジメタノールおよびその異性体ならびに１，４−シクロヘキサンジオールおよびその異性体、（４）二環式または多環式ジオール類、たとえば、種々のトリシクロデカンジメタノール異性体、ノルボルナンジメタノール異性体、ノルボルネンジメタノール異性体、およびビシクロオクタンジメタノール異性体、（５）芳香族グリコール類、たとえば、１，４−ベンゼンジメタノールおよびその異性体、１，４−ベンゼンジオールおよびその異性体、ビスフェノール類、たとえば、ビスフェノールＡ、２，２’−ジヒドロキシビフェニルおよびその異性体、４，４’−ジヒドロキシメチルビフェニルおよびその異性体、ならびに１，３−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼンおよびその異性体、ならびに（６）これらのジオールの低級アルキルエーテル類またはジエーテル類、たとえば、ジメチルまたはジエチルジオールが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５７】
ポリエステル分子に分枝状構造を付与しうる三官能性または多官能性コモノマーを使用することもできる。それらは、カルボン酸型であっても、エステル型であっても、ヒドロキシ型であっても、エーテル型であってもよい。例としては、トリメリト酸およびそのエステル、トリメチロールプロパン、およびペンタエリトリトールが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５８】
同様にコモノマーとして好適なのは、混合官能基型のモノマー、たとえば、パラヒドロキシ安息香酸および６−ヒドロキシ−２−ナフタレンカルボン酸およびそれらの異性体のようなヒドロキシカルボン酸類、ならびに混合官能基型の三官能性または多官能性コモノマー、たとえば、５−ヒドロキシイソフタル酸などである。
【００５９】
好ましい一実施形態では、ｃｏＰＥＴは、次のコモノマー：５〜４５モル％の１，４−ジメチルテレフタレート、５〜４５モル％の１，２−エタンジオール、５〜４５モル％の１，４−ジメチルシクロヘキサンジカルボキシレート、５〜４５モル％の１，４−シクロヘキサンジメタノール、０．５〜５モル％のトリメチロールプロパン、０〜１０モル％のネオペンチルグリコール、および０〜１０モル％の２−ブチル２−エチル１，３トリメチロールプロパンジオールを含む。モルパーセント（モル％）は、全コモノマー組成物を基準にする。
【００６０】
シンジオタクチックポリスチレン（ｓＰＳ）は、低屈折率ポリマーとしても使用することができる。一軸配向ｓＰＳは負の複屈折性であり、可視光に対して０．０８〜０．０９の屈折率差を有する。ｘ方向に沿って配向したｓＰＳは、低屈折率材料になり、好適な等方性材料は、高屈折率層に使用することができる。等方性材料に必要とされる屈折率は、１．６２程度である。
【００６１】
本明細書で論じた判定基準が満たされるかぎり、第１および第２の材料層として他のポリマー材料を使用することもできる。
【００６２】
多層フィルムの作製方法
多層フィルムは、共押出を行ってからインラインでまたは別の操作として配向させることにより、作製することができる。多層フィルムは、典型的には、約８００〜１０００層の高屈折率材料と低屈折率材料との交互層を含有する。簡潔にまとめると、共押出プロセスは以下のステップを含む。
【００６３】
第１および第２の押出機により、第１および第２のポリマー材料の溶融ストリームをフィードブロックに送出する。米国特許第３，８０１，４２９号には、代表的で有用なフィードブロックが記載されている。フィードブロックは、第１の材料と第２の材料との交互光学層を生成する。いくつかの実施形態では、フィードブロックは、第１の材料の層、第２の材料の層、または異なる第３の材料の層であってもよい保護境界層（ＰＢＬ）を生成する。一般的には、ＰＢＬは、多層フィルムがフィードブロックを通って加工されるときに光学層を保護する役割を担い、光学層としては機能しない。ＰＢＬは、多層フィルムの両方の主面または一方の表面だけを保護しうる。
【００６４】
フィードブロックを出た後、材料ストリームは、マルチプライヤー中を通過する。一般的には、マルチプライヤーは、材料ストリームを２つのストリームに分割し、互いに積重ねることによりそれらを組合せる。このプロセスにより、層の合計数は２倍になる。米国特許第５，０９４，７８８号および同第５，０９４，７９３号には、代表的で有用なマルチプライヤーが記載されている。２つ以上のマルチプライヤーを使用することもできる。マルチプライヤーは、対称であってもよいし、すなわち、等分に流入ストリームを分割するものであってもよいし、非対称であってもよい、すなわち、不等分に流入ストリームを分割するものであってもよい。それぞれの部分は、層のパケットとして知られる。不等分パケットの体積比は、マルチプライヤー比として知られる。第１のパケット中のそれぞれの層の厚さは、第２のパケット中のものよりもこのマルチプライヤー比だけで厚くなる。このようにして、より広い範囲の層厚さ値を生成することにより、多層フィルムの波長域を広げることができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、マルチプライヤー通過後、第３の押出機により、材料ストリームに外側高分子スキン層を付加する。外側スキン層を設けると、後続の加工時に多層フィルムを保護したり（たとえば、引掻き傷を生じる可能性を最小限に抑えたり）、一軸延伸プロセスを助長したりするなどの特徴が得られる。これらについてはいずれも、以下で説明する。スキン層は、第１の材料（高屈折率）の層、第２の材料（低屈折率）の層、第３の材料（ＰＢＬ）の層、または異なるポリマーの層であってもよい。スキン層に好適なポリマーとしては、ＰＥＴ、ｃｏＰＥＴ、ポリエチレン、およびポリプロピレン（ＰＰ）が挙げられる。スキン層は、光学層ではない。所望により、スキン層がＰＢＬに強く接合しないような好適な材料を選択することにより、プリズム中に組入れる前にスキン層を最終多層フィルムから取除くことができる。
【００６６】
マルチプライヤー通過後、材料ストリームをフィルムダイに通し、得られた押出物をキャスティングホイール上に誘導する。典型的には、キャスティングホイールを冷水などで冷却する。典型的には、高圧ピニング装置を用いてキャスティングホイールに押出物を押付ける。押出物がキャスティングホイール上で冷却されるにつれて、多層フィルムが形成される。得られた多層フィルムは、少なくとも第１および第２の材料（すなわち、光学層）の交互層を含有する。場合により、多層フィルムは、ＰＢＬおよび／または外側スキン層をさらに含有する。
【００６７】
ＭＤ方向に連続ウェブの収縮を可能にする市販のテンターは存在しないので、ＭＤ方向の緩和（収縮）を可能にしてＴＤ方向にキャストウェブの配向を得るためには、小片を個別に配向させなければならない。キャウトウェブ片は、市販のテンターで配向させるかまたは独国のブルックナー・ジャーマン・テクノロジー（Ｂｒｕｃｋｎｅｒ Ｇｅｒｍａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｅｒｍａｎｙ）製のＫＡＲＯ ＩＶのような特定部品オリエンターを用いて配向させることが可能である。
【００６８】
先に述べたように、外側スキン層（便宜上、「スキン」と呼ぶ）は、とくに配向プロセス時に使用したときに多くの特徴を提供することができる。スキンによりフィルム厚さが増加するので、フィルムの曲げ剛性が大きくなる。このようにして、延伸プロセス時の皺発生を最小化するのにスキンが役立ちうる。後加工時、たとえば、巻取時、保存時、および将来の変換ステップ時、スキンは保護層として作用する。
【００６９】
いくつかの実施形態では、スキンは、均一なフィルム厚さを達成する役割を担いうる。このことは、多層フィルムの光学的性能に影響を及ぼす可能性がある。図６は、以下の実施例２に詳細に記載されている１つの特定例を図示したものである。グラフは、スキンがある場合（曲線Ａ）およびスキンがない場合（曲線Ｂ）について延伸された多層フィルムの延伸方向（ＭＤ）に沿ったフィルム厚さをフィルムに沿った種々の位置の関数として示している。ｘ軸上のゼロの値は、フィルムの中心を示す。ＭＤ方向の全フィルム幅は、曲線Ｂのフィルムでは１０．５ｃｍであり、曲線Ａのフィルムでは約９．０ｃｍであることから、非延伸方向により多くの寸法緩和を得るのに特定のスキン材料が役立ちうることがわかる。
【００７０】
好ましい実施形態では、スキンは、結晶性アイソタクチックポリプロピレンホモポリマー、より好ましくは結晶性プロピレン含有コポリマーを含有する。スキン層樹脂の融点は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）法に準拠して、１２０〜１６０℃、好ましくは１２０〜１５０℃、より好ましくは１２０〜１４０℃である。スキン層樹脂は、典型的には、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８−９５（「押出可塑度計による熱可塑性物質の流量」）に準拠して２３０℃の温度および２１．６Ｎの力で測定したときに、７〜１８ｇ／１０分、好ましくは１０〜１４ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する。
【００７１】
スキン層に使用される結晶性プロピレン含有コポリマーは、プロピレンと、エチレンまたは４〜１０個の炭素原子を有するアルファ−オレフィン材料とのコポリマーを含み、コポリマーのプロピレン含有率が９０重量％よりも大きい。４〜７重量％のエチレン含有率を有するエチレン−プロピレンコポリマーが、とくに好ましい。「コポリマー」という用語は、コポリマーだけでなくターポリマーおよび４種以上の成分ポリマーからなるポリマーをも包含する。好ましくは、コポリマーはランダムコポリマーである。
【００７２】
スキン層樹脂はまた、酸化防止剤、安定剤、中和剤、可塑剤、着色剤、滑剤、プロセス助剤、核剤、紫外光安定剤、帯電防止剤、および他の改質剤のような当技術分野で公知の添加剤および他の成分を各場合に有効な量で含んでいてもよい。
【００７３】
１つの好適なスキン層樹脂は、１１ｇ／１０分のメルトフローインデックスおよび１３４℃の融点を有するエチレン−プロピレンランダムコポリマー樹脂であり、テキサス州ヒューストンのアトフィナ・ペトロケミカルス・インコーポレーテッド（Ａｔｏｆｉｎａ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ．）から製品名８６５０として市販されている。
【００７４】
いくつかの実施形態では、スキン層におけるプロピレン含有コポリマーの使用は、ＡＳＴＭ Ｄ１００３（「透明プラスティックのヘイズおよび視感透過率」）に準拠して測定したときに低いヘイズを有するフィルムを達成する役割を担いうる。延伸プロセス後、スキン層は除去され、ヘイズ値は好ましくは５％未満である。
【００７５】
好ましい実施形態では、ＰＢＳ中に組入れる前に多層フィルムからスキンを取除く。スキンを取除くことにより、最終フィルム厚さが減少するので、望ましくない非点収差は最小限に抑えられる。図４ｂは、ＰＢＳ中を通過するときの入射光線３０ｂの変位を示している。フィルム厚さが減少するにつれて、変位もまた減少するので、非点収差は最小限に抑えられる。
【００７６】
ＰＢＳの組立て
作製後、以下の方法に概説されているように、高屈折率プリズム中に多層フィルムを包埋してＰＢＳを作製することができる。
【００７７】
典型的には真空チャックでフィルムを保持しながら、第１の量の接着材を送出して多層フィルムの第１の面に一様に分配する。機械方向（透過方向またはｙ方向）の屈折率が多層フィルムの屈折率のごく近傍にあるかぎり、任意の接着材を使用することができる。反射防止コーティングを用いてプリズムの斜辺面と接着材との界面からの反射を抑制することはできるが、そのようなコーティングを高分子フィルムに適用することは困難であるので、接着材とフィルムとの界面からの反射をこのようにして制御することはできない。このため、フィルムと接着材との屈折率差は、０．０５未満、好ましくは０．０２未満でなければならない。光開始剤を接着材に添加することにより、接着材を光硬化性にすることができる。接着材を露出させた状態で、できるだけ均一な接着材厚さが達成されるように第１のプリズムをその上に配置する。接着材の体積を制御して所定のパターンで送出し、フィルム上にプリズムを配置する力の大きさを制御することにより、均一な接着材厚さを達成することができる。接着材は、湿潤時、０．０１から０．１ｍｍまで、好ましくは約０．０５ｍｍの厚さを有する。第１のプリズムに多層フィルムの第１の面を固定して接着材を硬化させる。光開始剤が接着材に添加されている場合、接着材の硬化に使用する光源を、プリズムの露出した面に平行に、すなわち、フィルムに対して４５°で配置する。第２の量の接着材を送出して多層フィルムの第２の面（このときの露出面）上に一様に分配する。この場合にもまた、均一な接着材厚さになるように、第２のプリズムをその上に配置する。次に、第２の部分の接着材を硬化させてＰＢＳ集成体を完成させる。好ましい実施形態では、多層フィルムは、プリズムの斜辺面より長さがわずかに長い。また、高効率の微粒子空気（ＨＥＰＡ）濾過機能を備えた環境中でＰＢＳを組立てることが好ましい。当業者であれば、この組立プロセスを遂行するための自動化プロセスを考案することができる。
【００７８】
好ましい実施形態では、接着材は、製品番号ＮＯＡ６１（ニュージャージー州クランベリーのノーランド・カンパニー（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｒａｎｂｕｒｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）製）として市販されている液体フォトポリマー９８重量部と、ＬＵＣＲＩＮ ＴＰＯ−Ｌ（ＢＡＳＦ製）として市販されているホスフィンオキシド開始剤２重量部と、を含む。そのような接着材を用いて、約４００ｎｍの光を放出するランプを、プリズムの露出面上に配置する。０．０５ｍｍの湿潤厚さでは、硬化時間は１〜２分である。全ＰＢＳを組立てた後、所望により、所定の時間、たとえば１０分間、にわたりハロゲンランプを用いて窒素ブランケット下で後硬化させることができる。４５℃の強制空気オーブン中にＰＢＳを１２時間配置することにより、多層フィルムとプリズムとの接着性を増大させることができる。
【００７９】
所望により、接着性を増大させるために、フィルムが積層されるプリズム表面（典型的には斜辺面）を表面修飾する。代表的な表面修飾としては、コロナ処理（空気、窒素、または他の適切なガスを用いる）およびプラズマ処理が挙げられる。所望により、プリズムの表面の少なくとも１つに反射防止コーティングを施すことができる。
【００８０】
先に述べたような接着材接合手段は、１つの代表的な接合手段である。他の接合手段を利用することも可能である。
【００８１】
用途
本発明の偏光ビームスプリッターは、光イメージングシステムの１つのコンポーネントとして有用である。「光イメージングシステム」という用語は、前面および背面投影システム、投影ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、バーチャルビューア、ヘッドアップディスプレイ、光コンピューティング、光相関、および他の類似の光学ビューイングおよびディスプレイシステムを包含する。
【００８２】
図５は、光ビーム５４を提供する光源５２を備えた光学ディスプレイまたはイメージングシステム４０を示している。光源５２は、ランプ５１およびリフレクター５３を備える。光ビーム５４は、光を予備偏光させうる投光光学素子６２中を通過する。次に、光ビーム５４は、立方体５０を構成する２つのプリズム６６および６８に包埋された複屈折性多層フィルム６４を含むＰＢＳ５０に当たる。フィルム６４は、ｓ偏光光を反射するように配向されている。偏光ビーム７０は、カラースプリッター／コンバイナープリズム５６に誘導され、そこで偏光ビーム７０は、３つのサブビーム７２、７４、および７６に分割される。３つのサブビーム７２、７４、および７６は、反射および変調されて、それぞれ赤色、緑色、および青色の反射イメージャー８２、８４、および８６から出る。それらの動作を制御するために、イメージャー８２、８４、および８６にコントローラー（図示せず）を接続することができる。典型的には、コントローラーは、イメージャーのさまざまなピクセルを活性化させて反射光中に画像を生成する。反射および変調されたサブビームは、コンバイナー５６により再び組合されて組合せビーム９０に変換される。組合せビーム９０の変調成分は、ＰＢＳ５０中を通過し、投影レンズ９２により画像として投影される。光学ディスプレイ４０は、コンパクトな前面または背面投影システムの作製に使用することができる。
【００８３】
調整光学素子６２は、光源５２により放出された光の特性を投影システムにより望まれる特性に変化させる。たとえば、調整光学素子６２は、光の拡散、光の偏光状態、および光のスペクトルを変化させうる。調整光学素子６２は、たとえば、１つ以上のレンズ、偏光コンバーター、プレ偏光子、および／または不要な紫外光または赤外光を除去するフィルターを含みうる。いくつかの実施形態では、調整光学素子６２は、光源５２からの光の大部分を使用するために、小さいＦナンバー、たとえば、２．５以下のＦナンバーをもちうる。
【００８４】
他の実施形態の投影システム２００を図７に示す。システムは、曲面リフレクター２１３を有するアークランプ２１１のような光源２１０を使用して、光を投光光学素子２１５に誘導する。示された実施形態では、調整光学素子２１５は、コリメーティングレンズ２１７、第１の小型レンズアレイ２１９、第２の小型レンズアレイ２２１、および集光レンズ２２７を含む。第２の小型レンズアレイ２２１と集光レンズ２２７との間に、調整光学素子２１５は、たとえばゲフッケン（Ｇｅｆｆｋｃｋｅｎ）型デザインのオプションとしての偏光コンバーター２２３を含んでいてもよい。偏光コンバーター２２３の変換効率にもよるが、偏光コンバーター２２３に続いてオプションとしてのプレ偏光子２２５を含むことが有利なこともある。対をなす小型レンズアレイ２１９および２２１は、コリメーティングレンズ２１７から名目上平行な光を受ける。偏光コンバーター２２３およびプレ偏光子２２５は、ＰＢＳ２５０に入射する光を所望の偏光状態に偏光させる。当然のことながら、投光光学素子は、この特定の実施形態に記載されているよりも多いまたは少ない光学素子を含むものであってもよい。小型レンズアレイ２１９および２２１ならびに集光レンズ２２７は、反射イメージャー２２６、２２８、および２３０に一様に投光すべく、光を造形および均一化する。ＰＢＳ２５０は、ｓ偏光光を３つの反射イメージャー２２６、２２８、および２３０に再誘導する。
【００８５】
マルチイメージャーシステムでは、カラープリズム２３６は、それぞれのイメージャーに関連する個別のカラーバンドに光を分離する。示された３つのイメージャー構成では、カラープリズム２３６は、典型的には、原色バンド：赤色、緑色、および青色に光を分離する。システムの光学的応答をさらに最適化するために、それぞれのイメージャーとカラープリズム２３６との間に、視野レンズ２３８、２４０、および２４２のような介在レンズを挿入してもよい。イメージャー２２６、２２８、および２３０は、特定の画像情報に応じて、反射時に光の偏光状態をさまざまな度合に変調する。次に、カラープリズム２３６は、赤色、緑色、および青色の画像を再び組合せて組合せ画像光をＰＢＳ２５０に送り、そこで実質的にｐ偏光光だけを通過させることにより画像の偏光状態を分析する。ｓ偏光光は、光源２１２に再誘導される。ＰＢＳ２５０中を通過した光は、投影レンズシステム２３４により集められ、その後、ビューイング用のスクリーン（図示せず）に結像させることが可能である。オプションとしてのポスト偏光子２４４を、ＰＢＳ２５０と投影レンズシステム２３４との間に挿入してもよい。当然のことながら、複数のイメージャーを用いて他の光学的構成を用いることも可能である。
【実施例】
【００８６】
本発明のさまざまな実施形態および詳細事項を示すために以下の実施例を提供する。実施例はこの目的に役立つものであるが、使用した特定の成分および量ならびに他の条件および細目は、本発明の範囲を過度に限定するように解釈すべきものではない。別段の記載がないかぎり、パーセントはすべて重量パーセントである。
【００８７】
ガラス転移温度（Ｔ _g ）の決定
以下の調製例で適用可能な場合には、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８に準拠してＤＳＣにより２０℃／分の走査速度でかつ二次加熱Ｔ_gをとることにより熱履歴を除去してＴ_gを測定した。
【００８８】
【表１】

【００８９】
調製例１
この例では、多層フィルム中の低屈折率層として使用するためのコポリエステル（便宜上、ｃｏＰＥＴ−Ａと記す）の合成について記載する。第２表に列挙された成分をバッチ反応器中に仕込んだ。０．２０ＭＰａの圧力下で、メタノールを除去しながら、この混合物を２５４℃まで加熱した。４５．５ｋｇのメタノールを除去した後、５２ｇのホスホノ酢酸トリエチルを反応器に仕込み、次に、２８５℃に加熱しながら圧力を１３３Ｐａまで徐々に低下させた。
【００９０】
６０／４０重量％フェノール／ｏ−ジクロロベンゼン中で測定したときに０．８４ｄＬ／ｇの固有粘度を有するポリマーが生成されるまで、縮合反応副生物エチレングリコールを連続的に除去した。下記の化学構造はｃｏＰＥＴ−Ａを示したものである。
【化１】

【００９１】
調製例２
この例では、多層フィルム中の低屈折率層として使用するためのコポリエステル（便宜上、ｃｏＰＥＴ−Ｃと記す）の合成について記載する。第２表に列挙された成分をバッチ反応器中に仕込んだ。０．２０ＭＰａの圧力下で、メタノールを除去しながら、この混合物を２５４℃まで加熱した。４．１ｋｇのメタノールを除去した後、５２ｇのホスホノ酢酸トリエチルを反応器に仕込み、次に、２８５℃に加熱しながら圧力を１３３Ｐａまで徐々に低下させた。
【００９２】
６０／４０重量％フェノール／ｏ−ジクロロベンゼン中で測定したときに０．８２ｄＬ／ｇの固有粘度を有するポリマーが生成されるまで、縮合反応副生物エチレングリコールを連続的に除去した。
【００９３】
調製例３
この例では、多層フィルム中の低屈折率層として使用するためのコポリエステル（便宜上、ｃｏＰＥＴ−Ｄと記す）の合成について記載する。第２表に列挙された成分をバッチ反応器中に仕込んだ。０．２０ＭＰａの圧力下で、メタノールを除去しながら、この混合物を２５４℃まで加熱した。３５．４ｋｇのメタノールを除去した後、５７ｇのホスホノ酢酸トリエチルを反応器に仕込み、次に、２８５℃に加熱しながら圧力を１３３Ｐａまで徐々に低下させた。
【００９４】
６０／４０重量％フェノール／ｏ−ジクロロベンゼン中で測定したときに０．８２ｄＬ／ｇの固有粘度を有するポリマーが生成されるまで、縮合反応副生物エチレングリコールを連続的に除去した。
【００９５】
調製例４
この例では、多層フィルム中の低屈折率層として使用するためのコポリエステル（便宜上、ｃｏＰＥＴ−Ｅと記す）の合成について記載する。第２表に列挙された成分をバッチ反応器中に仕込んだ。０．２０ＭＰａの圧力下で、メタノールを除去しながら、この混合物を２５４℃まで加熱した。３３．２ｋｇのメタノールを除去した後、３８ｇのホスホノ酢酸トリエチルを反応器に仕込み、次に、２８５℃に加熱しながら圧力を１３３Ｐａまで徐々に低下させた。
【００９６】
６０／４０重量％フェノール／ｏ−ジクロロベンゼン中で測定したときに０．８１ｄＬ／ｇの固有粘度を有するポリマーが生成されるまで、縮合反応副生物エチレングリコールを連続的に除去した。
【００９７】
調製例５
ｃｏＰＥＴ ＡとＰＣＴＧとの５０／５０（重量基準）ブレンドを用いて、ｃｏＰＥＴ（便宜上、ｃｏＰＥＴ−Ｂと記す）を作製した。ＮＭＲおよびＴ_gのデータは、この調製例では得られなかった。
【００９８】
【表２】

【００９９】
上記のｃｏＰＥＴの調製例について、強制空気対流式オーブン中において種々の温度で試験を行い、結晶化度に起因するヘイズがもしあれば、そのレベルを決定した。それぞれのサンプルについて、１００時間かけて試験した。ヘイズレベルは、目視検査で決定した。「無」は、入射光の透過率が９０％よりも大きく、非常に少ないかまたはほとんどゼロのヘイズを呈することを意味し、「低」は、透過率が７５％よりも大きく、軽度のヘイズを呈することを意味し、「中」は、透過率が５０％よりも大きく、中程度のヘイズを呈することを意味し、「高」は、透過率が２５％よりも小さく、高度のヘイズを呈することを意味する。パーセントはすべて、定性的なものであった。試験後、それぞれのサンプルを対照サンプル（すなわち、オーブン中に暴露されていないサンプル）と比較し、ヘイズの量を定性的に決定した。ヘイズのデータを下記の第３表に示す。
【０１００】
【表３】

【０１０１】
実施例１
ＰＥＴが第１の高屈折率材料でありｃｏＰＥＴが第２の低屈折率材料である８９６層を含む多層フィルムを、共押出および配向プロセスにより作製した。フィードブロック法（たとえば、米国特許第３，８０１，４２９号に記載されているような方法）を用いて、３０％の比バンド幅の光反射バンドを生成するのに十分な層の厚さ範囲を有する約２２４層を形成した。それぞれの材料の最も厚い層と最も薄い層との比を１．３０に設定し、フィードブロックにより層の厚さにほぼ直線勾配をもたせた。
【０１０２】
０．７４ｄｌ／ｇの固有粘度（ＩＶ）を有するＰＥＴを５６．８ｋｇ／時の速度で一方の押出機によりフィードブロックに供給し、ｃｏＰＥＴ−Ｂ（先の調製例５に記載）を同一の速度で他方の押出機により供給した。
【０１０３】
これらの溶融ストリームをフィードブロックに誘導し、ＰＢＬとして役立つｃｏＰＥＴ−Ｂの２層の外側層をフィードブロックに通して、ＰＥＴとｃｏＰＥＴ−Ｂとの２２４層の交互層を形成した。ＰＢＬを光学層よりもかなり厚くした。前者は、ｃｏＰＥＴ−Ｂの全溶融フローの約２０％を含む（各面１０％ずつ）。
【０１０４】
次に、材料ストリームを非対称二倍マルチプライヤー（米国特許第５，０９４，７８８号および同第５，０９４，７９３号に記載されているようなマルチプライヤー）に通した。マルチプライヤー厚さ比は、約１．２５：１であった。２２４層からなる各セットは、フィードブロックにより生成された近似的な層の厚さプロフィールを有し、全厚換算係数は、マルチプライヤーおよびフィルム押出速度により決定される。次に、約１．５５：１のマルチプライヤー比で第２の非対称二倍マルチプライヤーに材料ストリームを通した。
【０１０５】
マルチプライヤー通過後、ポリプロピレン（ＰＰ）（アトフィナ・ペトロケミカル・インコーポレーテッド（Ａｔｏｆｉｎａ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）、製品番号８６５０）からなる外側スキン層を溶融ストリームに付加した。２８．６ｋｇ／時の速度で第３の押出機にＰＰを供給した。次に、材料ストリームをフィルムダイに通し、水冷キャスティングホイール上に送出した。キャスティングホイール上の入口水温は、８℃であった。高圧ピニング装置を用いてキャスティングホイールに押出物を押付けた。ピニングワイヤーは約０．１０ｍｍの太さであった。また、約６．４ｋＶの電圧を印加した。得られる多層フィルムに平滑な外観をもたせるために、ウェブがキャスティングホイールに接触する箇所から３〜５ｍｍ離間させて、ピニングワイヤーの位置決めをオペレーターが手作業で行った。最終フィルム厚さを正確に制御するために、キャスティングホイール速度を調整した。
【０１０６】
ＰＰ押出機および関連溶融プロセス装置を２５４℃に保持した。ＰＥＴおよびｃｏＰＥＴ−Ｂ押出機、フィードブロック、スキン層モジュール、マルチプライヤー、ダイ、および関連溶融プロセス装置を２６６℃に保持した。
【０１０７】
多層フィルムの７インチ×１０インチ（１７．８×２５．４ｃｍ）サンプルを標準的フィルムテンターに供給して一軸延伸を行った。連続的配向フィルムに関してはキャウトウェブ片の縁部をテンタークリップにより掴持した。テンタークリップの離間距離が固定されているので、クリップ近傍のフィルムはＭＤ方向に収縮することができないが、ウェブの前縁および後縁は拘束しなかったので、ＭＤ方向に収縮した。その収縮は、クリップからの距離が長くなるほど大きかった。アスペクト比を十分に大きくすると、サンプルの中心は、真の一軸配向を行うのに十分な程度に収縮することができる。すなわち、収縮はＴＤ延伸比の平方根に等しかった。
【０１０８】
８インチ（２０．３ｃｍ）の初期クリップ距離から５６インチ（１４２ｃｍ）の最終クリップ距離まで、サンプルをＴＤ方向に延伸し、次に、延伸温度で５１インチ（１２９．５ｃｍ）まで緩和させた。９８．９℃のテンター温度、６：１の延伸比、および５ｃｍ／秒の延伸速度で延伸を行った。クリップ内の材料は延伸されないので、初期物品サイズ対最終物品サイズは、延伸比（６：１）と同じではなかった。
【０１０９】
一軸配向多層フィルムを３９ｍｍ×５８ｍｍ部分にカットした。フィルムが斜辺面に沿って存在するように、この部分を屈折率１．８５の２つの４５°ガラスプリズム間にラミネートした。それぞれのプリズムは、２つの４０ｍｍの底辺および５７ｍｍの斜辺を有していた。プリズムの露出表面すべてに、あらかじめ反射防止コーティングを施した。
【０１１０】
ＰＢＳの吸光度の実験値を得るために、プリズムを再利用できるように結合が永続的なものとならないようにして、二成分エポキシの一方の成分だけを用いてフィルムをラミネートした。
【０１１１】
立方体面を入射光ビームに対して−１０°の方向を向けて、得られたＰＢＳをパーキン・エルマー・ラムダ−１９（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｌａｍｂｄａ−１９）分光光度計（コネチカット州ノーウォークのパーキン・エルマー・インストラメント（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ）から入手可能）で測定した。負の角度により、立方体中のフィルムへの入射角が４５度よりも小さいことを示した。屈折率１．８５の立方体の場合、−１０°は、フィルムへの入射角が３９．６°であることに対応させた。グラン−トンプソン（Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）偏光子を用いて分光光度計ビームを偏光させ、ｓ偏光光が立方体中のフィルムに入射するような方向に向けた。グラフ１に示されるように、測定により、ＰＢＳの吸光度スペクトルまたは光学濃度（−ｌｏｇ₁₀透過率）を得た。平均吸光度は約３．０であり、これは１０００：１のコントラストに対応した。同一のグラフ上にプロットされているのは、空気中における垂直入射時の裸のフィルムの吸光度スペクトルであった。ＰＢＳにおいて比較的小さい角度で得られた吸光度と比較して、空気中で測定されたフィルムの吸光度が著しく大きいことが、グラフ１から実証された。入射光がＰＢＳ面に対して−１３°である場合、すなわち、多層フィルムに対して３８°である場合、コントラストは減少したが、依然として３００：１よりも大きかった。ＰＢＳ面に垂直入射した場合および正の角で入射した場合、理論上、フィルムの反射率は大きくなるが、ラムダ−１９（Ｌａｍｂｄａ−１９）計測器で測定したところ有意な増加は測定されなかった。この結果は、ＰＢＳフィルムからの散乱光の残留レベルまたは分光光度計のノイズレベルに起因する可能性がある。以下のグラフ１中の「ｓ−ｐｏｌ」は、ｓ偏光を意味する。
【０１１２】
スキンを除去した後で測定されたフィルムのヘイズは、わずか１．４％であり、以下の実施例２の約１５％とは対照的であった。この実施例で使用したスキンは、実施例２のスキンの融解温度と比較して低い融解温度（１３４℃）を有する。ヘイズは、メリーランド州コロンビアのＢＹＫ−ガードナー（ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ，Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＭＤ．）製のヘイズ−ガード・プラス（Ｈａｚｅ−Ｇａｒｄ Ｐｌｕｓ）計測器を用いて測定した。
【０１１３】
収縮は、８５℃において１５分後で０．１３％であった。
【０１１４】
【表４】

【０１１５】
実施例２
この実施例では、９０／１０ｃｏＰＥＮ／ＰＥＴＧ多層フィルムについてＰＰスキンがある場合とない場合を示す。図６は、一軸配向時にスキン層を使用する利点のいくつかを示している。
【０１１６】
以下の変更点以外は実施例１に従ってＰＢＳを作製した。多層フィルムにおいて、高屈折率材料は、それぞれ９０対１０の重量比のポリエチレンナフタレートとＰＥＴとのコポリマーであり（便宜上、９０／１０ｃｏＰＥＮと呼ぶ）、低屈折率材料は、イーストマン・ケミカル・カンパニー（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されているＰＥＴＧ（ポリエチレンシクロヘキサンジメタノールテレフタレート）であった。
【０１１７】
９０／１０ｃｏＰＥＮを３９ｋｇ／時の速度で一方の押出機によりフィードブロックに供給し、ＰＥＴＧを６３ｋｇ／時の速度で他方の押出機により供給した。これらの溶融ストリームをフィードブロックに誘導し、ＰＢＬとして役立つＰＥＴＧの２層の外側層をフィードブロックに通して、ｃｏＰＥＮおよびＰＥＴＧの光学層を形成した。
【０１１８】
マルチプライヤー通過後、４５．５ｋｇ／時の速度で第３の押出機を用いて、ＰＰ（アトフィナ・ペトロケミカル・インコーポレーテッド（Ａｔｏｆｉｎａ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．）、製品番号３６５２）の外側スキン層を付加した。
【０１１９】
溶融プロセス装置を２６６℃に保持した。
【０１２０】
光学層およびＰＥＴＧ ＰＢＬを含有する多層キャストウェブは、０．３２ｍｍの厚さであった（スキンなし）。スキン層はそれぞれの面上で０．０３８ｍｍであった。スキンのある多層キャストウェブおよびスキンのない多層キャストウェブを１０インチ×１０インチ（２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）サンプルにカットし、１３８℃において６対１の延伸比でテンターにより配向させた。ＭＤ方向の緩和に及ぼすスキン層の影響を図６のグラフにより示す。プロピレンスキンのある延伸された１０×１０インチサンプルは、より均一なフィルム厚さ、およびスキンなしで延伸された同一出発サイズのサンプルよりも小さい最終ＭＤ寸法を呈した。収縮が増大したことにより、複屈折性層のｎ_yとｎ_zとの差が小さくなる。
【０１２１】
また、サンプルを７×１０インチにカットし、７インチをＭＤ方向にしてテンターに供給した。ＰＰスキンのないサンプルは、わずかの例外を除いて皺が発生し、ＰＰスキンのあるサンプルは、フラットなフィルム試料を生成した。延伸後にスキンを除去し、ヘイズ−ガード・プラス（Ｈａｚｅ−Ｇａｒｄ Ｐｌｕｓ）を用いてフィルムのヘイズを測定したところ、測定値は約１５％であった。このヘイズのほとんどは、スキンにより付与された表面粗さに起因するものであり、フィルムの外側ＰＢＬと、プリズムにフィルムをラフィネートするために使用される接着材と、の屈折率を一致させることにより、大幅に減少させることができると考えられる。しかしながら、実施例１のスキン材料を使用すれば、屈折率の一致度が同じでも、より少ないヘイズが得られる。
【０１２２】
収縮は、８５℃において１５分後で０．１３％であった。
【０１２３】
実施例３
２０モル％のＰＥＮと８０モル％のＰＥＴとの混合物を供給して現場押出でエステル交換した物質が第１の高屈折率材料でありｃｏＰＥＴ Ｂが第２の低屈折率材料である８９６層を含む多層フィルムを、共押出および配向プロセスにより作製した。フィードブロック法（たとえば、米国特許第３，８０１，４２９号に記載されているような方法）を用いて、３０％の比バンド幅の光反射バンドを生成するのに十分な層の厚さ範囲を有する約２２４層を形成した。それぞれの材料の最も厚い層と最も薄い層との比を１．３０に設定し、フィードブロックにより層の厚さにほぼ直線勾配をもたせた。
【０１２４】
０．７４ｄｌ／ｇの初期固有粘度（ＩＶ）を有するＰＥＴを、４３．１ｋｇ／時の速度で押出機に供給し、０．５０ｄｌ／ｇの初期固有粘度を有するＰＥＮを、１３．７ｋｇ／時の速度で同一押出機に同時に供給した。ＰＥＴとＰＥＮとのエステル交換混合物を５６．８ｋｇ／時の組合せ速度でこの押出機によりフィードブロックに供給し、ｃｏＰＥＴ−Ｂ（先の調製例５に記載）を５６．８ｋｇ／時で他の押出機により供給した。
【０１２５】
これらの溶融ストリームをフィードブロックに誘導し、ＰＢＬとして役立つｃｏＰＥＴ−Ｂの２層の外側層をフィードブロックに通して、ＰＥＴとＰＥＮとのエステル交換混合物と、ｃｏＰＥＴ Ｂと、の２２４層の交互層を形成した。ＰＢＬを光学層よりもかなり厚くした。前者は、ｃｏＰＥＴ−Ｂの全溶融フローの約２０％を含む（各面１０％ずつ）。
【０１２６】
次に、材料ストリームを非対称二倍マルチプライヤー（米国特許第５，０９４，７８８号および同第５，０９４，７９３号に記載されているようなマルチプライヤー）に通した。マルチプライヤー厚さ比は、約１．２５：１であった。２２４層からなる各セットは、フィードブロックにより生成された近似的な層の厚さプロフィールを有し、全厚換算係数は、マルチプライヤーおよびフィルム押出速度により決定される。次に、約１．５５：１のマルチプライヤー比で第２の非対称二倍マルチプライヤーに材料ストリームを通した。
【０１２７】
マルチプライヤー通過後、ポリプロピレン（ＰＰ）（アトフィナ・ペトロケミカル・インコーポレーテッド（Ａｔｏｆｉｎａ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）、製品番号３６５２）からなる外側スキン層を溶融ストリームに付加した。２８．６ｋｇ／時の速度で第３の押出機にＰＰを供給した。次に、材料ストリームをフィルムダイに通し、水冷キャスティングホイール上に送出した。キャスティングホイール上の入口水温は、８℃であった。高圧ピニング装置を用いてキャスティングホイールに押出物を押付けた。ピニングワイヤーは約０．１０ｍｍの太さであった。また、約６．４ｋＶの電圧を印加した。得られる多層フィルムに平滑な外観をもたせるために、ウェブがキャスティングホイールに接触する箇所から３〜５ｍｍ離間させて、ピニングワイヤーの位置決めをオペレーターが手作業で行った。最終フィルム厚さを正確に制御するために、キャスティングホイール速度を調整した。
【０１２８】
ＰＰ押出機および関連溶融プロセス装置を２５４℃に保持した。ＰＥＴ／ＰＥＮおよびｃｏＰＥＴ−Ｂ押出機、フィードブロック、スキン層モジュール、マルチプライヤー、ダイ、および関連溶融プロセス装置を２６６℃に保持した。
【０１２９】
多層フィルムの７インチ×１０インチ（１７．８×２５．４ｃｍ）サンプルを標準的フィルムテンターに供給して一軸延伸を行った。連続的配向フィルムに関してはキャウトウェブ片の縁部をテンタークリップにより掴持した。テンタークリップの離間距離が固定されているので、クリップ近傍のフィルムはＭＤ方向に収縮することができないが、ウェブの前縁および後縁は拘束しなかったので、ＭＤ方向に収縮した。その収縮は、クリップからの距離が長くなるほど大きかった。アスペクト比を十分に大きくすると、サンプルの中心は、真の一軸配向を行うのに十分な程度に収縮することができる。すなわち、収縮はＴＤ延伸比の平方根に等しかった。
【０１３０】
８インチ（２０．３ｃｍ）の初期クリップ距離から５６インチ（１４２ｃｍ）の最終クリップ距離まで、サンプルをＴＤ方向に延伸し、次に、延伸温度で５１インチ（１２９．５ｃｍ）まで緩和させた。１０２．８℃のテンター温度、６：１の名目上の延伸比、および５ｃｍ／秒の延伸速度で延伸を行った。クリップ近傍では能動的に５２℃まで冷却され延伸がわずかに少ないので、最終延伸比を物品の中央部分で測定したところ約６．３であった。
【０１３１】
一軸配向多層フィルムを３９ｍｍ×５８ｍｍ部分にカットした。フィルムが斜辺面に沿って存在するように、この部分を屈折率１．８５の２つの４５°ガラスプリズム間にラミネートした。それぞれのプリズムは、２つの４０ｍｍの底辺および５７ｍｍの斜辺を有していた。プリズムの露出表面すべてに、あらかじめ反射防止コーティングを施した。
【０１３２】
光学性能は、実施例１のフィルムと類似していた。収縮は、８５℃において１５分後で０．１３％であった。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明に係る例示的な複屈折性多層フィルム１０の断面図である。
【図２】本発明に係る例示的な複屈折性多層フィルム１０中の２層の材料層の斜視図である。
【図３】本発明に係る例示的な偏光ビームスプリッター２０の斜視図である。
【図４ａ】図３の線分４−４に沿った断面図である。
【図４ｂ】図３の線分４−４に沿った断面図である。
【図５】本発明の一態様に係る投影システムに有用な例示的な光学系４０の概略図である。
【図６】一軸配向後のフィルムの厚さをフィルム位置の関数としてプロットしたグラフである。
【図７】本発明の一態様に係る複数の反射画像に基づく投影ユニットの概略図である。

Claims (33)

1. 偏光ビームスプリッターであって、
   （ａ）少なくとも第１の材料層と第２の材料層との多層を含み、それぞれの材料層は、可視スペクトル中に吸収端を有し、紫外領域では、前記吸収端は、前記偏光ビームスプリッターに投光する光の最短波長よりも少なくとも４０ｎｍ短く、赤外領域では、前記吸収端は、前記偏光ビームスプリッターに投光する光の最長波長よりも少なくとも４０ｎｍ長い、通過軸を有する複屈折性フィルムと、
   （ｂ）１．６よりは大きいが前記複屈折性フィルムの通過軸に沿って全内反射を生じるおそれのある値よりは小さい屈折率を有する少なくとも１つのプリズムと、
   を備える、偏光ビームスプリッター。
2. 実質的に立方体を形成するように位置決めされた２つの直角プリズムを備え、前記複屈折性フィルムが、前記立方体の対角面に沿って存在するように前記２つのプリズム間に配置される、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
3. 前記プリズムが、ガラス、ポリマー、またはセラミックスである、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
4. 前記第１の材料層が、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートとのエステル交換コポリマーからなる群より選択されるポリマーである、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
5. ポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートとの前記エステル交換コポリマーが前記第１の材料全体を基準にして５０モル％未満のポリエチレンナフタレートを含有する、請求項４に記載の偏光ビームスプリッター。
6. 前記第２の材料が、コポリエステルおよびシンジオタクチックポリスチレンからなる群より選択される、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
7. 前記コポリエステルが、１，４−ジメチルテレフタレート、１，２−エタンジオール、１，４−ジメチルシクロヘキサンジカルボキシレート、１，４−シクロヘキサンジメタノール、およびトリメチロールプロパンを含む、請求項６に記載の偏光ビームスプリッター。
8. 前記コポリエステルが、ネオペンチルグリコールおよび２−ブチル２−エチル１，３−プロパンジオールをさらに含む、請求項７に記載の偏光ビームスプリッター。
9. 前記コポリエステルが、約５〜４５モル％の１，４−ジメチルテレフタレート、約５〜４５モル％の１，２−エタンジオール、約５〜４５モル％の１，４−ジメチルシクロヘキサンジカルボキシレート、約５〜４５モル％の１，４−シクロヘキサンジメタノール、約０．５〜５モル％のトリメチロールプロパン、約０〜１０モル％のネオペンチルグリコール、および約０〜１０モル％の２−ブチル２−エチル１，３−プロパンジオールを含む、請求項８に記載の偏光ビームスプリッター。
10. ポリエチレンシクロヘキサンジメタノールテレフタレートをさらに含む、請求項７に記載の偏光ビームスプリッター。
11. 約３００対１よりも大きいコントラスト比を有する、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
12. １０００対１よりも大きいコントラスト比を有する、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
13. 前記プリズムと前記複屈折性フィルムとの間に配置された接合手段をさらに備える、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
14. 前記接合手段が、光透過方向において前記フィルムの屈折率の０．０５単位以内の屈折率を有する接着材である、請求項１３に記載の偏光ビームスプリッター。
15. 前記接合手段が、光透過方向において前記フィルムの屈折率の０．０２単位以内の屈折率を有する接着材である、請求項１３に記載の偏光ビームスプリッター。
16. 前記材料層のうちの少なくとも１層が複屈折を呈する、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
17. 前記第１および第２の材料層の吸収端が、紫外領域では約３８０ｎｍよりも短く、赤外領域では約７２０ｎｍよりも長い、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
18. 前記第１および第２の材料層の吸収端が、紫外領域では約３７０ｎｍよりも短く、赤外領域では約７３０ｎｍよりも長い、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
19. 前記第１および第２の材料層の吸収端が、紫外領域では約３６０ｎｍよりも短く、赤外領域では約７４０ｎｍよりも長い、請求項１に記載の偏光ビームスプリッター。
20. 第１および第２の主面を有する多層フィルムであって、少なくとも第１の材料層と第２の材料層とを含み、それぞれの材料層が、可視スペクトル中に吸収端を有し、紫外領域では、前記吸収端が、前記多層フィルムに投光する光の最短波長よりも少なくとも４０ｎｍ短く、赤外領域では、前記吸収端が、前記多層フィルムに投光する光の最長波長よりも少なくとも４０ｎｍ長い、多層フィルム。
21. 前記第１および第２の材料層の吸収端が、紫外領域では約３８０ｎｍよりも短く、赤外領域では約７２０ｎｍよりも長い、請求項２０に記載の多層フィルム。
22. 前記材料層のうちの少なくとも１層が一軸配向後に複屈折を呈する、請求項２０に記載の多層フィルム。
23. 前記第１の材料層が、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートとの混合物からなる群より選択されるポリマーであり、かつ前記第２の材料層が、約５〜４５モル％の１，４−ジメチルテレフタレート、約５〜４５モル％の１，２−エタンジオール、約５〜４５モル％の１，４−ジメチルシクロヘキサンジカルボキシレート、約５〜４５モル％の１，４−シクロヘキサンジメタノール、約０．５〜５モル％のトリメチロールプロパン、約０〜１０モル％のネオペンチルグリコール、および約０〜１０モル％の２−ブチル２−エチル１，３−プロパンジオールを含むコポリエステルである、請求項２０に記載の多層フィルム。
24. 前記主面のうちの少なくとも一方の面上に配置された高分子スキン層をさらに含む、請求項２０に記載の多層フィルム。
25. 前記高分子スキン層が、約２３０℃および約２１．６ニュートンにおいてＡＳＴＭ Ｄ １２３８−９５に準拠して測定したときに約７〜１８ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有するコポリマーを含有する結晶性プロピレンである、請求項２４に記載の多層フィルム。
26. 前記高分子スキン層が、プロピレンとエチレンとのランダムコポリマーおよびプロピレンとアルファ−オレフィンとのコポリマーからなる群より選択され、それぞれのコポリマーが４〜１０個の炭素原子を有し、かつそれぞれのコポリマーが約９０重量％よりも大きいプロピレン含有率を有する、請求項２４に記載の多層フィルム。
27. 前記高分子スキン層が、ＤＳＣ測定に準拠して１２０〜１４０℃の融点を有するランダムエチレン−プロピレンコポリマーからなる群より選択される、請求項２４に記載の多層フィルム。
28. （ａ）請求項１に記載の偏光ビームスプリッターであって、第１の偏光状態の光に対して前記偏光ビームスプリッターを通り抜ける第１の経路が規定された偏光ビームスプリッターと、
    （ｂ）光を反射させて前記偏光ビームスプリッターに戻すように配置された少なくとも１つのイメージャーであって、前記少なくとも１つのイメージャーが受けた光の一部分は偏光回転され、偏光回転された光は、前記イメージャーから前記偏光ビームスプリッターを通り抜ける第２の経路に沿って伝播するイメージャーと、
    を備える、光デバイス。
29. 前記偏光ビームスプリッターの複屈折性フィルムが吸収端を有し、かつ前記第１および第２の材料層の吸収端が、紫外領域では約３８０ｎｍよりも短く、赤外領域では約７２０ｎｍよりも長い、請求項２８に記載の光デバイス。
30. 前記光を発生する光源と、前記偏光ビームスプリッターに達する前に前記光を調整する光調整光学素子と、をさらに備える、請求項２８に記載の光デバイス。
31. 前記少なくとも１つのイメージャーから画像光を投影する投影レンズシステムをさらに備える、請求項２８に記載の光デバイス。
32. （ａ）光を発生する光源と、
    （ｂ）前記光源からの光を調整する調整光学素子と、
    （ｃ）前記調整光学素子からの調整された光に画像を重ねて画像光を形成するイメージングコアであって、請求項１に記載の偏光ビームスプリッターと少なくとも１つのイメージャーとを含むイメージングコアと、
    （ｄ）前記イメージングコアからの画像光を投影する投影レンズシステムと、
    を備える、投影システム。
33. 前記偏光ビームスプリッターの複屈折性フィルムが吸収端を有し、かつ前記第１および第２の材料層の吸収端が、紫外領域では約３８０ｎｍよりも短く、赤外領域では約７２０ｎｍよりも長い、請求項３２に記載の投影システム。

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