JP2006509240A

JP2006509240A - 高屈折率の被覆調光フィルム

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Publication number: JP2006509240A
Application number: JP2004557233A
Authority: JP
Inventors: チゾルム，ブレット; オルチャク，ユージーン; シャープケンス，マーク; コイル，デニス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2006-03-16
Also published as: KR20050085280A; WO2004051325A1; AU2003294393A1; EP1570303A1; BR0316331A; CA2507284A1

Abstract

光学構造が提供される。該光学構造は光源（１４）を含む。光学構造はまた、光源の上に配置された、屈折率１．７未満の有機調光フィルム（１６）と、有機調光フィルム（１６）に隣接して配置された屈折率１．７超の透明無機フィルム（１８）とを含む。また、有機調光フィルム（１６）及び透明無機フィルム（１８）を含む光学デバイスが提供される。光学構造体の形成方法もまた提供される。本方法は、透明無機フィルム（１８）を真空下で堆積する段階を含む。

Description

本発明は、一般に高屈折率の調光フィルム、及びかかるフィルムを組込んだデバイス、並びにかかるフィルムの製造法に関する。

調光フィルムは、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用などの光学デバイス用途での使用が知られている。ＬＣＤの調光フィルムは、例えば、４分の１波長プレート、輝度向上フィルム、遅延ホイル、拡散フィルム、カラーフィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、低域通過フィルタの１以上を含むことがある。これらの調光フィルムは通常、屈折率が通常１．７未満の有機材料で形成される。用途に応じて、調光フィルムは幾つかの隆起特徴部を含むことがある。
米国特許第４５４２４４９号明細書米国特許第４５７６８５０号明細書米国特許第４９０６０７０号明細書米国特許第４９８４１４４号明細書米国特許第５０５６８９２号明細書米国特許第５７７１３２８号明細書米国特許第５８６１９９０号明細書米国特許第５９１７６６４号明細書米国特許第５９１９５５１号明細書米国特許第５９８２５４０号明細書米国特許第６００２８２９号明細書米国特許第６０４４１９６号明細書米国特許第６０５２１６４号明細書米国特許第６０９１５４７号明細書米国特許第６１０８１３１号明細書米国特許第６２０８４６３号明細書米国特許第６２４３０６８号明細書米国特許第６２７７４７１号明細書米国特許第６２８００６３号明細書米国特許第６３２２２３６号明細書米国特許第６３３５９９９号明細書米国特許第６３５４７０９号明細書米国特許第６３５６３９１号明細書米国特許第６４５６４３７号明細書米国特許第６５３５３３７号明細書米国特許第６６０７２７９号明細書米国特許第６６３１０３１号明細書米国特許出願公開第２００２／００６１１７８号明細書米国特許出願公開第２００２／００８０５９８号明細書米国特許出願公開第２００２／００９７４９６号明細書米国特許出願公開第２００２／０１０１６５９号明細書国際公開第９８／３３００６号パンフレット国際公開第９９／４２８６１号パンフレット国際公開第９９／５９００５号パンフレット国際公開第９９／６３３９７号パンフレット国際公開第０１／２７５２７号パンフレット国際公開第０１／２７６６３号パンフレット国際公開第０１／７９９２３号パンフレットＤａｖｉｄＪ．Ｗｈｉｔｅｈｏｕｓｅ，ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＳｕｒｆａｃｅＭｅｔｒｏｌｏｇｙ，ＩＯＰＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＬｔｄ．：１９９４，ｐｐ．４９−５８ＭａｘＬｅｖｙＡｕｔｏｇｒａｐｈ，Ｉｎｃ．ＭＬＡ４０００ＳｅｒｉｅｓＵｌｔｒａＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｉｃｒｏＭａｃｈｉｎｉｎｇ／ＣｏｎｔｏｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，Ｂｕｌｌｅｔｉｎ２０５０，ＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔＢａｃｋｌｉｇｈｔＯｐｔｉｃｓ，ｐｐ．Ｆ−２／３７−Ｆ−２／４４ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎ， "ＰｌａｓｔｉｃＦｉｌｍＲｅｆｌｅｃｔｓＡｒｏｕｎｄｔｈｅＣｏｒｎｅｒ"，ｐ．５２，Ａｕｇｓｕｔ１９９７

本発明の一態様によれば、光源と、該光源の上に配置された屈折率１．７未満の有機調光フィルムと、有機調光フィルムに隣接して配置された屈折率１．７超の透明無機フィルムとを備える光学構造体が提供される。

本発明の別の態様によれば、光源を含むバックライトと、該バックライト上に配置され且つ液晶材料を含む変調配列と、バックライト上に配置され且つ屈折率１．７未満の有機調光フィルムと、有機調光フィルムに隣接して配置され且つ屈折率１．７超の透明無機フィルムとを備える光学デバイスが提供される。

本発明の別の態様によれば、屈折率１．７未満の有機調光フィルムを準備する段階と、屈折率１．７超の透明無機フィルムを有機調光フィルム上に真空下で堆積させる段階と、真空下で堆積させる段階の前又は後で、光源を含む光学構造体内に有機調光フィルムを配置する段階とを含む、光学構造体を形成する方法が提供される。

ここで本発明の現在好ましい実施形態を詳細に参照する。可能な限り同じ参照符号は、図面全体を通して同じ又は類似の構成部品を示すように用いられる。

本発明は、高屈折率の無機材料、すなわち屈折率１．７超、好ましくは２超の材料を屈折率１．７未満、好ましくは１．５未満の有機調光フィルムに隣接して施工することにより、有機調光フィルムで達成された光学的効果を強化できることを明らかにした。隣接する高屈折率の無機フィルムを備える有機調光フィルムは、見る人に向かう光の方向性を操作し、又は他のものへの一定の偏光を選択することができる。高屈折率フィルムは、光の方向性にさらに影響を与えることにより、ＬＣＤを見る人の視野角、及びＬＣＤ表示装置のコントラストを改善することができる。従って、低屈折率の調光フィルムの上にある高屈折率フィルムは、被覆された調光フィルムの特定の性能を向上させる。具体的には、ＬＣＤにおいて高屈折率フィルムを用いて、効率の向上或いは波長又は偏向の選択性を改善することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学構造体の概略図である。光学構造体１０は、基材１２内に光源１４を含み、有機調光フィルム１６が該光源１４上に配置されている。有機調光フィルム１６は、例えば、４分の１波長プレート、輝度向上フィルム、遅延ホイル、拡散フィルム、カラーフィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、又は低域通過フィルタとすることができる。有機調光フィルム１６がカラーフィルタの場合には、個々の赤色、青色、及び緑色ピクセルサイズのフィルタを備えるカラーフィルタ配列とすることができる。有機調光フィルムがフィルタである場合、フィルタは、例えばカラー選択半透過反射体、減光フィルタ、赤外線遮断フィルタ、又は紫外線遮断フィルタとして用いることができる。

光学構造１０はまた、有機調光フィルム１６に隣接する高屈折率（すなわち１．７より大きな屈折率）の透明無機フィルム１８を含む。有機調光フィルム１６及び透明無機フィルム１８はまた、幾つかの交互層に、すなわち複数のフィルム１８が複数のフィルム１６と交互するように配列することができる。有機調光フィルム１６は、例えば、プリズム特徴部などの複数の隆起特徴部２０を有することができる。透明無機フィルム１８は、複数の隆起特徴部２０を備える有機調光フィルム１６上に共形に配置することができる。

図１の実施形態において、有機調光フィルム１６は、２つの副層、すなわち基材層１６Ａ及びオーバー層１６Ｂを含む。基材層１６Ａは隆起特徴部がないが、オーバー層１６は隆起特徴部２０を有する。

図２は、有機調光フィルム１６が基材層１６Ａのみを含み、基材層１６Ａが複数の隆起特徴部２０を含む別の実施形態を示す。

図３は、有機調光フィルム１６が基材層１６Ａのみを含む別の実施形態を示す。この実施形態において、基材層１６Ａは隆起特徴部を含まないが、基材層１６Ａ上に配置された透明無機フィルム１８が複数の隆起特徴部２０を含む。

図１、図２、又は図３の実施形態の構造体１０はまた、基材１２と有機調光フィルム１６との間に配置された中間層１５を含むことができる。中間層１５は、例えば薄い金属層とすることができる。或いは、中間層は、有機調光フィルム１６と透明無機フィルム１８との間に配置することができる。

図４は、光源１０から照射される光に対する無機フィルム１８の作用を示す。説明を簡単にするために、図４には無機フィルム１８及び有機調光フィルム１６だけが示されている。図４の構造において、有機調光フィルム１６及び無機フィルム１８は、それぞれ屈折率ｎ_１及びｎ_２を有し、ｎ_１＜１．７及びｎ_２＞１．７である。光線３０は、有機調光フィルム１６の底面３６の法線３４に対して角度θ_１で有機調光フィルム１６を通る。光線３０は、公知の光学的原理によるこれらの材料の屈折率の差異により有機調光フィルム１６と無機フィルム１８との界面で屈折し、無機フィルム１８の表面３８の法線に対して角度θ_２をなす。

図５は、有機調光フィルム１６が幾つかの隆起特徴部２０を含む場合の光源１０から照射される光に対する無機フィルム１８の作用を示す。図５は、隆起特徴部２０を除いて図４と同じ構造である。この場合、隆起特徴部２０はプリズム表面を有するプリズム構造であり、無機フィルム１８は有機調光フィルム１６と共形である。図４の光線３０と同様に、図５の光線３０は、有機調光フィルム１６の底面３６の法線３４に対して角度θ_１で有機調光フィルム１６を通る。この場合も光線３０は、公知の光学的原理によるこれら材料の屈折率の差異により有機調光フィルム１６と無機フィルム１８の界面で屈折する。図５において、光線３０は、無機フィルム１８から約１．０の屈折率の空中又は真空に通る。有機調光フィルム１６の上面３９はその底面３６に平行ではなく、無機フィルム１８は有機調光フィルム１６に対して共形であるので、図５において、光線３０は、有機調光フィルム１６の底面３６の法線方向で無機フィルム１８を出ることができる。従って、有機調光フィルム１６に斜角で入る光線は、有機調光フィルム１６の底面３６の法線角度で無機フィルム１８を出ることができる。従って、図５は、高屈折率の無機フィルム１８を用いて斜光線を再配向する方法の実施例を示している。

無機フィルム１８は、フィルム１８を出る光の方向性に影響を及ぼすだけでなく、光の偏光に選択的に影響を及ぼすことができ、これは２００２年１２月４日出願の「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｓｕｂｓｔｒａｔｅ」と題する米国出願第１０／０６５９５７号に開示されており、その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。

図６から図８は、無機フィルム１８及び有機調光フィルム１６が光学構造体内で交互する本発明の実施形態を示ししており、ここで該光学構造体は干渉フィルタとして機能する。干渉フィルタは、当該技術で周知のように、フィルタを構成するフィルムの層界面で反射された光の干渉を通して部分的に透過（及び反射）される光エネルギーの分光組成を制御するフィルタである。

説明を簡単にするために、図６から図８には無機フィルム１８及び有機調光フィルム１６だけが示され、図１から図３の実施形態の光源１４及び基材１２は示されていない。

図６は、２つの無機フィルム１８及び２つの有機調光フィルム１６が交互に配列された実施形態を示している。図６の光学構造体７０は、狭い反射防止フィルタとして動作するように配列される。

図９は、図６の光学構造体７０への法線光入射の波長の関数として％反射率を示すグラフである。図９は、具体的には無機フィルム１８及び有機調光フィルム１６の屈折率がそれぞれ２．５及び１．４５であり、図６の上層から下層までの層厚さがそれぞれ１７．３５ｎｍ、３５．３２ｎｍ、１３２．６６ｎｍ、及び９４．５０ｎｍである場合の％反射率を示している。

図７は、単一の無機フィルム１８及び単一の有機調光フィルム１６が図のように配列された実施形態を示す。図７の光学構造体８０は、広い反射防止フィルタとして動作するように配列されている。

図１０は、図７の光学構造体８０への法線光入射の波長の関数として％反射率を示すグラフである。図１０は、具体的には無機フィルム１８及び有機調光フィルム１６の屈折率がそれぞれ２．０５及び１．３８であり、図７の無機フィルム１８及び有機調光フィルム１６の層厚さがそれぞれ１３４．１５ｎｍ、９９．６４ｎｍである場合の％反射率を示す。

図８は、幾つかの無機フィルム１８及び幾つかの有機調光フィルム１６が交互に配列された実施形態を示す。図８の光学構造体９０は、広帯域反射フィルタとして動作するように配列される。

図１１は、図９の光学構造体９０への法線光入射の波長の関数として％透過率を示すグラフである。図１１は、具体的には無機フィルム１８及び有機調光フィルム１６の屈折率がそれぞれ２．３５及び１．４５であり、図８の層の上層から下層までの層厚さがそれぞれ約２０ｎｍから約２２５ｎｍの範囲にわたる場合の％反射率を示す。無機フィルム１８及び有機調光フィルム１６の合計数は、図１１のグラフでは５９である。勿論、実際には層の総数は用途によって変わることになる。

図１２は、本発明の実施形態に係る光学デバイス４０の概略図である。光学デバイス４０は、液晶材料から構成される変調配列４２を含む。変調配列は、光が当該技術で周知のピクセル配列を透過することを選択的に可能とする。光学デバイス４０は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）とすることができる。光学デバイス４０は、図１に関して上述した光学構造体の素子を含むことができる。

光学デバイス４０は、基材１２を含むことができ、該基材１２は例えば光源１４を含むバックライトとすることができる。変調配列４２と基材１２との間、又は基材１２から変調配列４２の反対側に配置されるのは、１以上の有機調光フィルム１６（屈折率１．７未満の）並びにこれに対応した隣接する透明無機フィルム１８（屈折率１．７超の）である。有機調光フィルム１６は、例えば、４分の１波長プレート、輝度向上フィルム、遅延ホイル、拡散フィルム、カラーフィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、及び低域通過フィルタのいずれか１以上とすることができる。有機調光フィルム１６がカラーフィルタである場合には、例えば、個々の赤色、青色、及び緑色ピクセルサイズのフィルタを備えるカラーフィルタ配列とすることができる。有機調光フィルム１６がフィルタであれば、カラー選択半透過反射体として用いることができる。

有機調光フィルム１６及び透明無機フィルム１８はまた、幾つかの層で交互に配置することができる。

有機調光フィルム１６は、例えば、プリズム特徴部など複数の隆起特徴部２０を有することができる。透明無機フィルム１８は、複数の隆起特徴部２０を備える有機調光フィルム１６それぞれの上に共形に配置することができる。

有機調光フィルム１６は、図１の実施形態におけるように基材層及びオーバー層を含むことができる、又は図２及び図３の実施形態におけるように単に基材層だけを備えてもよい。有機調光フィルム１６及び透明無機フィルム１８はまた、図６から図８の実施形態におけるように交互に配列することができる。

上記実施形態の透明無機フィルム１８は、例えば酸化チタン及び酸化亜鉛など金属酸化物、又は窒化ケイ素などの窒化物、又は酸窒化ケイ素などの酸窒化物を始めとする無機材料で形成することができる。透明無機フィルム１８はまた、窒化ホウ素炭素などのセラミック化合物で形成することができる。薄い透明な金属フィルムもまた、透明無機フィルム１８に用いることができる。透明無機フィルム１８はまた、インジウムスズ酸化物、酸化インジウム、酸化スズ、又は酸化カドミウムスズなどの透明な導電性酸化物被覆で形成することができる。

有機調光フィルム１６の材料は用途に依存するが、例えばポリカーボネートなどの有機ポリマとすることができる。

透明無機フィルムの形成方法
透明無機フィルム１８は、好ましくは密封堆積チャンバ内の真空下で堆積することにより形成されるのが好ましい。フィルム１８は無機であるので、密封堆積チャンバの真空下で使用可能な種々の堆積方法が存在する。透明無機フィルム１８の適切な堆積法は、物理蒸着法を含む。これらの物理蒸着法には、例えば、電子ビーム蒸着法、熱蒸着法、及びスパッタリングが含まれる。透明無機フィルム１８の適切な堆積法はまた、化学蒸着法を含む。これらの化学堆積法には、例えば、化学蒸着法、プラズマ支援化学蒸着法、膨張熱プラズマ蒸着法、及び大気プラズマ化学蒸着法を含む。

有機調光フィルム１６又は透明無機フィルム１８のいずれかの上にある隆起特徴部２０は、フォトレジストを堆積し、フォトマスクを通して露光し、フォトレジストを現像してパターン形成し、次いでパターン形成されたフォトレジストを通してエッチングすることを始めとする、従来のフォトリソグラフィー法によって形成することができる。

透明無機フィルム１８は、有機調光フィルム１６に存在する隆起特徴部２０の上に共形に配置することができる。しかしながら、特定の用途において、基材１２に対して垂直又は斜角からの方向性堆積が好ましい場合もある。

透明無機フィルム１８を真空下で堆積するステップの前後で、有機調光フィルム１６を、例えば、バックライトなどの光源を含む光学構造体に堆積させることができる。

方向性被覆を用いると、特徴部２０全体を被覆することなく、該特徴部の特定部分を被覆することができる。図１３は、隆起特徴部２０がプラズマ特徴部である光学構造体５０を示しており、材料が堆積される方向に対して垂直な面を備える特徴部の部分だけが、第１の透明無機フィルム１８Ａで被覆される。この場合、有機調光フィルム１６は、第１の透明無機フィルム１８Ａにより覆われた部分のみに対して第１の透明無機フィルム１８Ａにより施されることになる。

有機調光フィルム１６は、図１の実施形態におけるように、基材層及びオーバー層を含むことができ、或いは図２の実施形態におけるように基材層のみを含んでもよい。

任意選択的であるが、第１の透明無機フィルム１８Ａで覆われない有機調光フィルム１６の部分は、第２の透明無機フィルム１８Ｂで被覆することができる。第１の透明無機フィルム１８Ａ及び第２の透明無機フィルム１８Ｂはともに、透明無機フィルム１８を構成する。第２の透明無機フィルム１８Ｂは、第１の透明無機フィルム１８Ａと同じ又は異なる材料で作ることができる。第２の透明無機フィルム１８Ｂは、第１の透明無機フィルム１８Ａとは別の、屈折率が異なる材料で作られるのが好ましい。従って、光学構造体５０を透過する光線は、第２の透明無機フィルム１８Ｂに比べて第１の透明無機フィルム１８Ａを透過するときに異なる屈折率に遭遇することになる。

第２の透明無機フィルム１８Ｂは、第１の透明無機フィルム１８Ａの後に方向性堆積により形成することができる。この場合、第１の透明無機フィルム１８Ａが形成された後、材料が堆積される方向に対して基材方向を変化させ、これにより異なる表面が、材料が堆積される方向に対して垂直になり第２の透明無機フィルム１８Ｂが形成される。

上記の実施形態における有機調光フィルム１６及び透明無機フィルム１８の厚さは、用途に依存することになるが、通常は１０ｎｍから１００００ｎｍの間である。上記の実施形態における光学構造体の厚さもまた用途に依存することになるが、通常は１００ｎｍから５ｃｍの間である。

本発明をその特定の実施形態に関して詳細に説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を本発明に行うことができることは当業者には明らかであろう。従って、本発明の外延及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても制限されるべきでなく、請求項及びその均等物によってのみ定義されるべきである。

本発明の好ましい実施形態に係る光学構造体の側面図。本発明の別の好ましい実施形態に係る光学構造体の側面図。本発明の別の好ましい実施形態に係る光学構造体の側面図。高屈折率の無機フィルムの光学的作用を示す概略図。本発明の好ましい実施形態に係る高屈折率の無機フィルムの光学的作用を示す概略図。本発明の好ましい実施形態に係る干渉フィルタとして動作する光学構造体の側面図。本発明の別の好ましい実施形態に係る干渉フィルタとして動作する光学構造体の側面図。本発明の別の好ましい実施形態に係る干渉フィルタとして動作する光学構造体の側面図。図６の光学構造体の波長の関数として％反射率を示すグラフ。図７の光学構造の波長の関数として％反射率を示すグラフ。図８の光学構造の波長の関数として％透過率を示すグラフ。本発明の別の好ましい実施形態に係る光学デバイスの側面図。本発明の別の好ましい実施形態に係る光学構造体の側面図。

符号の説明

１０光学構造体
１２基材
１４光源
１６有機調光フィルム
１８無機フィルム

Claims

光源（１４）と、
光源（１４）の上に配置された、屈折率１．７未満の有機調光フィルム（１６）と、
有機調光フィルム（１６）に隣接して配置された、屈折率１．７超の透明無機フィルム（１８）と、
を備える光学構造体。
透明無機フィルム（１８）が、有機調光フィルム（１６）上に配置される、請求項１記載の光学構造体。
透明無機フィルム（１８）が第１の透明無機フィルム（１８Ａ）及び第２の透明無機フィルム（１８Ｂ）を含み、第１の透明無機フィルムが有機調光フィルムの第１の部分上に配置され、第２の透明無機フィルムが第１の部分とは異なる有機調光フィルムの第２の部分上に配置される、請求項１記載の光学構造体。
光源（１４）と有機調光フィルム（１６）との間、又は有機調光フィルム（１６）と透明無機フィルム（１８）との間に配置される中間層（１５）をさらに備える、請求項１記載の光学構造体。
有機調光フィルム（１６）が、複数の隆起特徴部（２０）を含む請求項２記載の光学構造体。
有機調光フィルム（１６）が、４分の１波長プレート、輝度向上フィルム、遅延ホイル、拡散フィルム、カラーフィルタ、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、高域通過フィルタ、カラー選択半透過反射体、減光フィルタ、赤外線遮断フィルタ、紫外線遮断フィルタ、及びこれらの組合せのいずれかである、請求項１記載の光学構造体。
光源を含むバックライト（１２）と、
バックライト（１２）上に配置され、液晶材料から構成される変調配列（４２）と、
バックライト（１２）上に配置され、屈折率１．７未満の有機調光フィルム（１６）と、
有機調光フィルム（１６）に隣接して配置され、屈折率１．７超の透明無機フィルム（１８）と、
を備える光学デバイス。
有機調光フィルム（１６）が、バックライト（１２）と変調配列（４２）との間に配置される、請求項７記載の光学デバイス。
透明無機フィルム（１８）が、有機調光フィルム（１６）上に配置される、請求項７記載の光学デバイス。
光学構造体を形成する方法であって、
屈折率１．７未満の有機調光フィルム（１６）を準備する段階と、
有機調光フィルム（１６）上に屈折率１．７超の透明無機フィルム（１８）を真空下で堆積させる段階と、
真空下で堆積させる段階の前又は後で、光源（１４）を含む光学構造体内に有機調光フィルム（１６）を配置する段階と、
を含む方法。