JP2008541174A - 繊維強化光学フィルム - Google Patents

Abstract

光学体、例えば光学フィルムが、ポリマーマトリックス内に組み込まれた無機繊維を用いて形成される。幾つかの実施形態では、無機繊維及びポリマーマトリックスの屈折率は適合されている。繊維及びポリマーマトリックス間にはいずれの接着剤も必要ではない。無機繊維は、ガラス繊維、セラミック繊維、又はガラスセラミック繊維であってもよい。例えば、光学体を通過する光に光学的出力を提供するために、光学体の表面上に構造が提供されてもよい。その後固化されるマトリックス内に組み込まれる無機繊維の連続層を用いて、この体は、連続プロセスを使用して形成されてもよい。

Description

本発明は、ポリマー光学フィルム、より詳細には、増加した剛性及び堅さのために無機繊維を含有するポリマー光学フィルムに関する。

光学フィルムは、その光学的性質がそれらの機能にとって重要である薄いポリマーフィルムであり、ディスプレイによく使用され、例えば光源からディスプレイパネルへの光の伝搬を管理するためによく使用される。光管理機能には、画像の明るさを増加すること、及び画像全体の照度の均一性を増加することが挙げられる。

こうしたフィルムは薄く、及びそのために構造的一体性をほとんど持たない。ディスプレイシステムのサイズが大きくなるにつれて、フィルムの面積もまたより大きくなる。それらがより厚く製造されるのでなければ、フィルムは、それらの形状を維持するために十分なほど堅くないサイズにまで達する場合がある。しかしながら、フィルムをより厚くすることは、ディスプレイ装置の厚さを増加し、並びにまた重量及び光学吸収の増加をもたらす。より厚いフィルムはまた断熱を増加し、熱をディスプレイから移動する能力を低減する。更に、増加した明るさを有するディスプレイに対する継続的な要求があり、それはより多くの熱がディスプレイシステムによって生成されることを意味する。これは、より高い加熱に関連する変形効果、例えばフィルムの反りの増加をもたらす。

現在、より大きいディスプレイのサイズに適応するための解決策は、光学フィルムをもっとより厚い基材にラミネートすることである。この解決策は、装置に費用を追加し、並びに装置をより厚く及びより重くする。しかしながら、追加された費用は、ディスプレイの光学機能の著しい改善を結果としてもたらさない。

本発明の１つの実施形態は、第１屈折率、及びポリマーマトリックス内にカップリング剤なしに組み込まれた複数の無機繊維を有するポリマーマトリックスを含む光学体を対象としている。無機繊維は、第１屈折率に実質的に適合する第２屈折率を有する無機物質から形成される。

本発明のもう１つの実施形態は、第１屈折率を有するポリマーマトリックスを包含する光学体を対象としている。複数の繊維は、ポリマーマトリックス内に組み込まれる。繊維は、無機繊維物質から形成され、この繊維物質は、第１屈折率と実質的に同じである第２屈折率を有する。この体は、少なくとも１つの構造化表面を有する。

本発明の上記の概要は、本発明の図示された実施形態又はすべての実施を説明しようとするものではない。以下の図及び詳細な説明は、より具体的にこれらの実施形態を例証する。

添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解される場合がある。

本発明は様々な変更及び代替形態が可能であるが、その具体例を一例として図面に示し、及び詳細に記載する。しかしながら本発明を、記載される特定の実施形態に限定しようとするものではないことは理解されるべきである。反対に添付の特許請求の範囲により規定されるように、本発明の趣旨及び範囲内にあるすべての変更、等価物、及び代替物を網羅しようとするものである。

本発明は、光学システムに適用することができ、及び特に、１つ以上の光学フィルムを使用する光学ディスプレイシステムに適用することができる。光学ディスプレイ、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、より大きく及びより明るくなるにつれて、ディスプレイ内の光学フィルムへの要求がより大きくなる。より大きいディスプレイは、反り、曲がり、及び弛みを防ぐために、より堅いフィルムを必要とする。しかしながら、フィルムの厚さをその長さ及び幅と共に拡大することは、より厚い及びより重いフィルムをもたらす。そのため光学フィルムが、厚さの増加を同時に伴わずに、大きいディスプレイに使用できるように、より堅くされることは望ましい。光学フィルムの堅さを増加するための１つの手法は、フィルム内に繊維を包含することである。幾つかの代表的な実施形態では、繊維は、フィルムを通過する光の散乱がほとんどないか又は全くないように、屈折率について、フィルムの周囲の物質と適合する。

光学要素１００の実施形態が、図１Ａに概略的に図示され、適宜割り当てられた座標系に対して要素１００を示す。要素１００は、ｚ方向に厚さを有する。要素１００の一部分を通る断面が、図１Ｂに概略的に図示される。要素は、ポリマーマトリックス１０４を含み、これは連続相として参照されてもよい。要素１００は、バルク光学体として形成され、例えば、シート若しくはフィルム、円筒、管又は同様なものの形態であってもよい。要素１００は、要素１００が、少なくとも１つの方向において実質的に自立するために十分な断面寸法を有してもよい。例えば、要素１００が、ｚ方向に薄い寸法を有し、及びｙ方向に著しくより広いシートである場合、Ｚ方向には容易に曲がることができるが、ｙ方向には曲がることができないために、要素１００はｙ方向に実質的に自立する。

無機繊維１０２、例えば、ガラス、ガラスセラミック、又はセラミックの繊維は、マトリックス１０４内に配置される。個々の繊維１０２は、フィルム１００の長さ全体に伸びてもよいが、これは必要条件ではない。図示された実施形態では、繊維１０２は、ｘ方向に平行に縦に配向されているが、これは必要なわけではない。繊維１０２は、マトリックス１０４内に、以下に記載されるように、単一繊維として又は多くの他の配置において編成されてもよい。

ポリマーマトリックス１０４を形成する物質について、ｘ、ｙ、及びｚ方向の屈折率は、本明細書では、ｎ_1x、ｎ_1y、及びｎ_1zとして参照される。ポリマー物質が等方性である場合、ｘ、ｙ、及びｚの屈折率は、すべて実質的に適合する。マトリックス物質が複屈折性である場合、ｘ、ｙ、及びｚの屈折率の少なくとも１つは、他のものと異なる。ある場合には、ただ１つの屈折率が他のものから異なり、この場合、その物質は１軸であると呼ばれ、またある場合には、すべての３つの屈折率が異なり、この場合、その物質は２軸であると呼ばれる。無機繊維１０２の物質は、典型的には等方性である。それ故に、繊維を形成する物質の屈折率は、ｎ₂として与えられる。無機繊維１０２はまた、複屈折性であってもよい。

幾つかの実施形態では、ポリマーマトリックス１０４が等方性であることが望ましい場合もあり、即ちｎ_1x≒ｎ_1y≒ｎ_1z≒ｎ₁である。等方性であると考えると、屈折率ｎ_1x、ｎ_1y、及びｎ_1zの間の差は、０．０５未満、好ましくは０．０２未満、及びより好ましくは０．０１未満であるべきである。更に、幾つかの実施形態では、マトリックス１０４及び繊維１０２の屈折率は実質的に適合することが望ましい。したがって、マトリックス１０４及び繊維１０２の間の屈折率の差である、ｎ₁及びｎ₂の間の差は小さく、少なくとも０．０２未満、好ましくは０．０１未満、及びより好ましくは０．００２未満であるべきである。

他の実施形態では、ポリマーマトリックスが複屈折性であることが望ましい場合もあり、この場合、マトリックスの屈折率の少なくとも１つは繊維１０２の屈折率と異なる。例えば、マトリックスが、ｎ_1x≒ｎ_1z≠ｎ_1yであるように１軸の複屈折性である場合、ｎ_1x及びｎ_1zの値は、ｎ₂と密接に適合してもよい。しかしながら、ｎ_1yはｎ₂とは異なり、ｙ方向に偏光した光はフィルム１００により散乱されるが、ｘ方向に偏光した光は実質的に散乱することなく通過するという結果をもたらす。ｙに偏光した光により経験される散乱の量は、ｎ₂−ｎ_1yの屈折率の差の大きさ、繊維１０２のサイズ、及び繊維１０２の密度が挙げられる、幾つかの要因に依存する。更に、光は前方散乱（拡散透過）、後方散乱（拡散反射）、又は両方の組み合わせであってもよい。マトリックス１０４及び繊維１０２の間の複屈折性境界面における屈折率の不適合は、少なくとも０．０５であってもよく、及びより大きくてもよく、例えば０．１若しくは０．１５、又は０．２であってもよい。

ここで記載されたばかりの代表的な実施形態は、ｘ方向の屈折率の適合を、ｙ方向の相対的に大きい屈折率の違いと共に対象としているが、他の代表的な実施形態は、ｙ方向の屈折率の適合を、ｘ方向の相対的に大きい屈折率の違いと共に包含する。

マトリックス
ポリマーマトリックスに使用するのに好適な物質には、光波長の所望の範囲にわたって透明である熱可塑性及び熱硬化性ポリマーが挙げられる。幾つかの実施形態では、ポリマーが水に不溶性であることは特に有用である場合があり、ポリマーは疎水性であってもよく、若しくは吸水率が低い傾向を有してもよい。更に、好適なポリマー物質は、非晶質又は部分的結晶性であってもよく、及びホモポリマー、コポリマー、又はこれらのブレンドを包含してもよい。ポリマー物質の例には、ポリ（カーボネート）（ＰＣ）；シンジオタクチック及びアイソタクチックポリ（スチレン）（ＰＳ）；Ｃ１〜Ｃ８アルキルスチレン；ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）及びＰＭＭＡコポリマーを包含する、アルキル、芳香族、及び脂肪族環含有（メタ）アクリレート；エトキシル化及びプロポキシル化（メタ）アクリレート；多官能性（メタ）アクリレート；アクリレート化エポキシ；エポキシ；及び他のエチレン性不飽和物質；環状オレフィン及び環状オレフィン性コポリマー；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）；スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）；エポキシ；ポリ（ビニルシクロヘキサン）；ＰＭＭＡ／ポリ（ビニルフロライド）ブレンド；ポリ（フェニレンオキシド）合金；スチレン系ブロックコポリマー；ポリイミド；ポリサルフォン；ポリ（ビニルクロライド）；ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）；ポリウレタン；飽和ポリエステル；低複屈折性ポリエチレンを包含するポリ（エチレン）；ポリ（プロピレン）（ＰＰ）；ポリ（アルカンテレフタレート）、例えばポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）；ポリ（アルカンナフタレート）、例えばポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）；ポリアミド；アイオノマー；ビニルアセテート／ポリエチレンコポリマー；セルロースアセテート；セルロースアセテートブチレート；フルオロポリマー；ポリ（スチレン）−ポリ（エチレン）コポリマー；ポリオレフィン性ＰＥＴ及びＰＥＮを包含するＰＥＴ及びＰＥＮコポリマー；並びにポリ（カーボネート）／脂肪族ＰＥＴブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。（メタ）アクリレートという用語は、対応するメタクリレート又はアクリレート化合物のいずれかであるとして定義される。シンジオタクチックＰＳを例外として、これらのポリマーは、光学的等方性の形態で使用されてもよい。

幾つかの製品用途において、フィルム製品及び構成成分が、逃亡種（fugitive species）（低分子量の未反応又は未変換の分子、溶解水分子、又は反応副生成物）の低濃度を示すことは重要である。逃亡種は、製品又はフィルムの最終使用環境から吸収されることができ、例えば水分子は、初期製品製造から製品又はフィルム中に存在することができ、又は例えば水は、化学反応（例えば、縮合重合反応）の結果として生成されることができる。縮合重合反応からの小さい分子の発生の例は、ジアミン及び二塩基酸の反応からのポリアミドの形成中の水の分離である。逃亡種にはまた、低分子量有機物質、例えばモノマー、可塑剤などを挙げることができる。

逃亡種は一般に、機能的製品又はフィルムの残りを構成する物質の大部分より低い分子量である。製品の使用条件は、例えば、製品又はフィルムの一面に、差別的により大きい熱応力を結果としてもたらす場合がある。これらの場合には、逃亡種はフィルムを通って移動する可能性があるか、又はフィルム若しくは製品の１つの表面から揮発して濃度勾配、全体の機械的変形、表面の変更、及び時には、望ましくないガス抜けを生じる可能性がある。ガス抜けは、製品、フィルム又はマトリックス中に空間若しくは泡、又は他のフィルムへの接着に関しての問題をもたらす可能性がある。逃亡種は、潜在的に、溶媒和する、食刻する、又は製品用途における他の構成成分に望ましくない影響を及ぼす可能性もまたある。

これらのポリマーの幾つかは、配向されたときに複屈折性になる場合がある。特に、ＰＥＴ、ＰＥＮ、及びこれらのコポリマー、並びに液晶ポリマーは、配向されたときに複屈折性の相対的に大きな値を表す。ポリマーは、押出成形及び延伸を包含する異なる方法を使用して配向されてもよい。延伸は、それが高度な配向を可能にし、並びに幾つかの容易に制御可能な外部パラメータ、例えば温度及び延伸比により制御されてもよいために、ポリマーを配向するために特に有用な方法である。

マトリックス１０４は、所望の性質を光学体１００に提供するために、様々な添加剤を提供されてもよい。例えば、添加剤は次のものの内の１つ以上を包含してもよい：耐候剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤、酸化防止剤、分散剤、潤滑剤、静電気防止剤、顔料又は染料、核剤、難燃剤、及び発泡剤。

幾つかの代表的な実施形態は、経時的な黄ばみ及び曇りに耐性があるポリマーマトリックス物質を使用する場合がある。例えば、芳香族ウレタンのような幾つかの物質は、長期間紫外線に曝されるとき、不安定になり、及び時間と共に変色する。長期間同じ色を維持することが重要であるときには、こうした物質を避けることが望ましい場合もある。

その他の添加剤がマトリックス１０４に、ポリマーの屈折率を変えるために、又は物質の強度を増加するために提供されてもよい。こうした添加剤には、例えば、ポリマーのビーズ又は粒子、及びポリマーのナノ粒子のような有機添加剤を挙げてもよい。幾つかの実施形態では、マトリックスは、２つの異なるモノマーの特有の比を使用して形成されてもよく、その場合、各モノマー、ａ及びｂは、重合されるとき、異なる最終屈折率、例えばｎ_a及びｎ_bに関連し、その場合、添え字ａ及びｂはそれぞれ、モノマーのａ及びｂを指す。ｎ_aが、ｎ_bより小さいとき、及び混合物中のモノマーｂの重量分率がｒである場合、マトリックスの屈折率の値、ｎ_mは、ｎ_m＝ｎ_a＋ｒ（ｎ_b−ｎ_a）により与えられる。他の実施形態では、３つ以上の異なるモノマーの直鎖の組み合わせが、屈折率の所望の値を生成するために使用されてもよい。以下に提供される実施例は、３、４、又は更には５つのモノマーの混合物を使用して屈折率を調整する能力を例示する。

他の実施形態では、無機添加剤が、マトリックスの屈折率を調整するために、又は物質の強度及び／若しくは堅さを増加するために、マトリックスに加えられてもよい。例えば、無機物質は、ガラス、セラミック、ガラスセラミック、又は金属酸化物であってもよい。無機繊維に関して以下に論じられるガラス、セラミック、又はガラスセラミックのいずれの好適な種類が使用されてもよい。金属酸化物の好適な種類には、例えばチタニア、アルミナ、酸化スズ、酸化アンチモン、ジルコニア、シリカ、これらの混合物又はこれらの混合酸化物が挙げられる。これらの無機物質は、好ましくはナノ粒子として、例えば製粉された、粉末化された、ビーズ、フレーク、又は粒子状物質の形態で提供され、及びマトリックス内に分配される。粒子のサイズは、フィルムを通過する光の散乱を減らすために、好ましくは約２００ｎｍより低く、及び１００ｎｍ未満、又は更には５０ｎｍであってもよい。

これらの無機添加剤の表面は、繊維をポリマーに結合するために、カップリング剤を提供されてもよい。例えば、シランカップリング剤が無機添加剤と共に、無機添加剤をポリマーに結合するために使用されてもよい。重合可能な表面改質をしていない無機ナノ粒子を採用することもできるが、無機ナノ粒子は、ナノ粒子がマトリックスの有機構成成分と重合可能であるように表面改質されていてもよい。例えば、反応基が、カップリング剤のもう一方の末端部に結合されてもよい。例えば、反応するポリマーマトリックスとの二重結合を介する化学重合を通じて、その基は化学的に反応することができる。

繊維強化
無機物質のいずれの好適な種類も繊維１０２に使用されてもよい。繊維１０２は、フィルムを通過する光に対して実質的に透明であるガラスから形成されてもよい。好適なガラスの例には、繊維ガラス複合物、例えばＥ、Ｃ、Ａ、Ｓ、Ｒ、及びＤガラスによく使用されるガラスが挙げられる。例えば、溶融シリカ及びＢＫ７ガラスの繊維を包含する、より高品質のガラス繊維もまた使用されてもよい。好適なより高品質のガラスは、ニューヨーク州エルムスフォード（Elmsford）のショット・ノース・アメリカ社（Schott North America Inc.）のような幾つかの供給元から入手可能である。これらのより高品質のガラスから製造された繊維を使用することは、それらがより純粋でそのためより均一な屈折率を有し及びより少ない含有物を有し、それは、より少ない散乱及び増加された透過をもたらすために、望ましい場合がある。また、繊維の機械的性質が均一になる可能性がより高い。より高品質のガラス繊維は、水分を吸収する可能性がより低く、ひいてはフィルムは、長期間の使用において、より安定になる。更に、ガラス中のアルカリ内容物は、水の吸収を増やすため、低アルカリガラスを使用することは望ましい場合がある。

繊維１０２に使用されてもよい無機物質の別の種類は、ガラスセラミック物質である。ガラスセラミック物質は一般に、９５体積％〜９８体積％の、１μより小さいサイズを有する非常に小さい結晶を含む。幾つかのガラスセラミック物質は、５０ｎｍほどの小さい結晶サイズを有し、結晶サイズが、実質上いずれの散乱も起こらないほど可視光線の波長よりずっと小さいために、それらを可視波長において有効に透明にする。これらのガラスセラミックはまた、ガラス領域及び結晶領域の屈折率の間に有効な差をほとんど又は全く有しないことができ、それらを視覚的に透明にする。透明性に加えて、ガラスセラミック物質は、ガラスの破裂強度を超える破裂強度を有することができ、及びゼロ又は負の値でさえある熱膨張係数を有することが既知である。関心のあるガラスセラミックは、Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂、及びＺｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂、及びＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂が挙げられるが、これらに限定されない組成を有する。

幾つかのセラミックはまた、適切に適合する屈折率を有するマトリックスポリマーの中にそれらが組み込まれる場合には透明に見えるように、十分に小さい結晶サイズを有する。ミネソタ州セントポール（St. Paul）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能なネクステル（The Nextel）（商標）セラミック繊維は、この種類の物質の例であり、並びにスレッド、ヤーン、及び織ったマットとして入手可能である。好適なセラミック又はガラスセラミック物質は更に、ガラスの化学（Chemistry of Glasses）、第２版（Ａ．ポール（A. Paul）、チャップマン・アンド・ホール（Chapman and Hall）、１９９０年）及びセラミック入門（Introduction to Ceramics）、第２版（Ｗ．Ｄ．キンガリー（W.D. Kingery）、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（John Wiley and Sons）、１９７６年）に記載されている。

繊維の屈折率が、マトリックスの屈折率とよく適合しない場合には、繊維１０２のサイズは、フィルム１００を通過する光の散乱に著しい効果を有する可能性がある。散乱の有効性のプロット、正規化され、拡大縮小された光学的厚さ（normalized, scaled optical thickness）（ＮＳＯＴ）が、繊維の平均半径の関数として、図２に示されている。ＮＳＯＴは次の表現により与えられる：

ＮＳＯＴ＝т（１−ｇ）／（ｔｆ）

その場合、тは、光学的な厚さであり、及びｔｋと等しく、その場合ｋは、単位体積当たりの消散断面積（消散の平均自由行路の逆数）であり、ｔはフィルム１００拡散物の厚さであり、ｆは繊維の体積分率であり、及びｇは非対称パラメータである。ｇの値は、純粋な前方散乱については＋１であり、純粋な後方散乱については−１であり、及び等しい前方及び後方散乱についてはゼロである。プロットを生成するために使用された計算は、入射光線の真空波長が５５０ｎｍであったと仮定した。

見られるように、散乱の有効性は、約１５０ｎｍの繊維半径においてピークになり、及び約５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の半径にわたって最大値の約半分の値を有する。そのため、幾つかの実施形態では、繊維１０２の半径はこの範囲の外に存在することが望ましい場合もある。１５０ｎｍより著しく小さい半径を有する単一繊維１０２を使用することは、こうした小さいサイズの単一繊維は製造する及び取り扱うのが難しいため、より実際的でない。そのため、可視光線については、少なくとも２μｍ、及び好ましくは３μｍを超える半径を有する繊維１０２を使用することが、より容易である。

幾つかの代表的な実施形態では、マトリックス及び繊維の間で適合する完全な屈折率を有しないことが望ましい場合があり、その結果光の少なくとも幾らかは繊維により拡散される。こうした実施形態では、マトリックス及び繊維のいずれか若しくは両方が複屈折性であってもよいし、又はマトリックス及び繊維の両方が等方性であってもよい。繊維のサイズに依存して、拡散は、散乱から又は単純な屈折から生じる。繊維による拡散は非等方性であり：光は繊維の軸に対して横方向に拡散されてもよいが、繊維に対して軸方向には拡散されない。それ故に、拡散の性質は、マトリックス内の繊維の配向に依存する。繊維が、例えばｘ及びｙ軸に対して平行に配置される場合は、光はｘ及びｙ軸に対して平行な方向に拡散される。

加えて、マトリックスは、光を等方的に散乱する拡散粒子を装填されていてもよい。拡散粒子は、マトリックスとは異なる屈折率、多くの場合より高い屈折率の粒子であり、約１０μｍまでの直径を有する。拡散粒子は、例えば、マトリックスの屈折率を調整するためのナノ粒子として使用する上記のような金属酸化物であってもよい。拡散粒子の他の好適な種類には、ポリスチレン若しくはポリシロキサン粒子のようなポリマー粒子、又はこれらの組み合わせが挙げられる。拡散粒子は光を拡散するために単独で使用されてもよいし、光を拡散するための屈折率が適合しない繊維と共に使用されてもよい。

マトリックス内の繊維の幾つかの代表的な配置には、ヤーン、繊維のトウ、又はポリマーマトリックス内の１つの方向に配置されたヤーン、繊維ウィーブ、不織布、チョップトファイバー、チョップトファイバーマット（無作為の若しくは規則的な形式による）、又はこれらの形式の組み合わせが挙げられる。チョップトファイバーマット又は不織布は、繊維の無作為の配置を有するのではなく、不織布又はチョップトファイバーマット内に繊維の何らかの配列を提供するように、延伸される、圧力をかけられる、又は配向されてもよい。更に、マトリックスは繊維の多層を含有してもよく：例えば、マトリックスは、異なるトウ、ウィーブ、又は同様なものの中に繊維のより多くの層を包含してもよい。

有機繊維がまた、無機繊維１０２と共に、マトリックス１０４内に組み込まれてもよい。マトリックスの中に包含されてもよい幾つかの好適な有機繊維には、ポリマー繊維、例えば以上に記載されたポリマー物質の１つ以上から形成された繊維が挙げられる。ポリマー繊維は、マトリックス１０４と同じ物質から形成されてもよいし、又は異なるポリマー物質から形成されてもよい。その他の好適な有機繊維は、天然物質、例えば綿、絹、又は麻から形成されてもよい。

幾つかの有機物質、例えばポリマーは、光学的に等方性であってもよいし、又は光学的に複屈折性であってもよい。複屈折ポリマー繊維は、例えば米国特許出願第１１／０６８，１５７号及び第１１／０６８，１５８号（両方共２００５年２月２８日出願）に記載されているように、偏光依存性をフィルムに導入するために使用されてもよい。

幾つかの実施形態では、有機繊維は、ポリマー繊維のみを含有するヤーン、トウ、ウィーブ、及び同様なもの、例えばポリマー繊維ウィーブの一部を形成してもよい。他の実施形態では、有機繊維は、有機及び無機繊維の両方を含むヤーン、トウ、ウィーブ、及び同様なものの一部を形成してもよい。例えば、ヤーン又はウィーブは、無機及びポリマー繊維の両方を包含してもよい。繊維ウィーブ３００の実施形態が、図３に概略的に図示される。ウィーブは、縦糸繊維３０２及び横糸繊維３０４により形成される。縦糸繊維３０２は、無機又は有機繊維であってもよく、及び横糸繊維３０４もまた有機又は無機繊維であってもよい。更に、縦糸繊維３０２及び横糸繊維３０４は、各々が有機及び無機繊維の両方を包含してもよい。ウィーブ３００は個々の繊維、トウのウィーブであってもよいし、若しくはヤーンのウィーブであってもよいし、又はこれらのいずれかの組み合わせであってもよい。

ヤーンは、共に撚り合わされる幾つかの繊維を包含する。繊維はヤーンの全体の長さに及んでもよいし、又はヤーンは短繊維を包含してもよく、その場合個々の繊維の長さはヤーンの全体の長さより短い。互いの周囲に撚り合わさる繊維４０２から形成される、例えば図４Ａに概略的に図示されるような従来の撚糸４００が挙げられる、ヤーンのいずれの好適な種類が使用されてもよい。繊維４０２は、無機、有機、又は両方であってもよい。

ヤーン４１０のもう１つの実施形態は、図４Ｂに概略的に図示され、中心の繊維４１２を包み込む幾つかのポリマー繊維４１４を特徴とする。中心の繊維４１２は、無機繊維又は有機繊維であってもよい。ヤーン４１０のようなヤーンは、これは無機及びポリマー繊維の両方を包含し、無機中心繊維４１２の強度をまた提供しながら、ポリマー繊維４１４に関連する特別な光学的性質を提供するために使用されてもよい。例えば、ポリマー繊維は、等方性であってもよいし、又は複屈折性であってもよい。ポリマー繊維は、適切な処理条件下で繊維を延伸することによりポリマー物質を配向することを包含する、いずれかの好適な方法を使用して複屈折性であるように製造されてもよい。複屈折性ポリマー繊維は、偏光依存性をフィルムに導入する。例えば、フィルムは、１つの偏光状態について実質的に拡散透過又は拡散反射を、及び直交する偏光状態について実質的に正透過を有してもよい。

フィルム中に使用されるポリマー繊維は、典型的には直径約２５０μｍ未満であり、及び約５μｍまで又はそれより小さい直径を有してもよい。小さいポリマー繊維を個々に取り扱うことは困難である場合がある。しかしながら、ポリマー及び無機繊維の両方を含有する混合したヤーン中にポリマー繊維を使用することは、取り扱いによる損傷を受ける傾向がより少ないため、ポリマー繊維のより容易な取り扱いを提供する。

フィルム
無機繊維により強化された光学フィルムは、少なくとも無機繊維の厚さと同じほどの厚さを有する。典型的には、光学フィルムは、約５ｍｍまでの厚さを有してもよいが、ただし幾つかの実施形態では、フィルムの厚さはこの値より大きくてもよい。他の実施形態では、厚さは２５０μｍより小さく、及び更には２５μｍより小さい場合もある。多くの用途では、フィルムは実質的に透明であり、その結果入射光線の１０％未満、好ましくは５％未満、及びより好ましくは１％未満がフィルム中に吸収される。透明は吸収のみに関与し、及びどれだけの光が反射される代わりに透過されるかには関係しないため、透明は、透過とは同じでないことに注意するべきである。

幾つかの実施形態では、マトリックスは、光学的に等方性である。他の実施形態では、マトリックスは、光学的に複屈折性であってもよい。複屈折性マトリックスを製造するための１つの一般的な手法は、制御された温度条件下でマトリックスを、例えば２〜１０倍又はそれを超えて延伸することである。延伸は、ウェブに沿って又はウェブに交差してのいずれかにより行なわれてもよい。無機繊維を含有するマトリックスは、例えば繊維が切断されるときに延伸されてもよい。マトリックスがトウの形態の繊維を含有するもう１つの手法では、マトリックスは、トウに交差する方向に延伸されてもよい。

上記の方法は、結果として得られる物品の機械的性質を強化するための、既存のガラス、セラミック、若しくはガラスセラミック繊維又は粒子のポリマーマトリックス中への組み込みを包含する。もう１つの手法は、ガラス及びポリマーの共処理を通じて、寸法安定性のある、堅い、熱処理可能な複合物質を作り出すことである。ガラスは、相対的に低い融点を有し、及び相対的に高い融点を有するポリマーと共に共処理するのに好適である。こうした物質を作り出すための方法は、高分子材料百科事典（Polymeric Materials Encyclopedia）（ＣＲＣプレス社（CRC Press, Inc.）、１９９６年）２７６６ページの「ガラス−ポリマー溶融ブレンド（Glass-Polymer Melt Blends）」（クインＣ．Ｊ．（Quinn C.J.）、フレイヤーＰ．（Frayer P.）、及びビールＧ．（Beall G.））に記載されている。ホスフェート（Ｐ₂Ｏ₅）ガラスは、４００℃よりかなり下の温度で粘稠な流れを有することができ、及びポリマーと共形成するために十分に低い粘度を有する。共押出成形方法の利点には、ポリマー溶融物によるガラスの良好な湿潤、並びに従来のカップリング剤を使用しないガラス及びポリマー間の良好な界面結合が挙げられる。小さいビーズ、微細な直径の繊維、リボン、及びプレートを包含する、複合物内の多様なガラス構造が示されてきた。

共処理可能なガラスの使用は、ポリマーマトリックスと屈折率を適合すること、及びまた強化ガラス繊維を複合物中に組み込んだ後にマトリックスポリマー中に複屈折性を生じさせることについての機会を提供する場合がある。共処理可能なガラス強化材は、複合物が既に形成された後で、追加の熱及び機械処理を行なう機会を提供する（複屈折性を生じさせる可能性を包含する）。

フィルム内の繊維の位置は、例えば図１Ｂに示されるように無作為であってもよいし、又は規則的であってもよい。更に隣接する繊維間の間隔は、フィルム内の異なる位置について変化してもよい。例えば、フィルム５００は、図５Ａの断面図に概略的に示されるが、マトリックス５０４内に、矩形のグリッドパターンで規則的に位置付けられた繊維５０２を有する。ｙ方向及びｚ方向の繊維間の間隔は、それぞれｈ_y及びｈ_zである。ｈ_y及びｈ_zの値は同じであってもよいし、それらは異なっていてもよい。加えて、ｈ_y及びｈ_zの値は、フィルムの幅又は厚さの全体において均一である必要はない。

マトリックス５０４内の繊維５０２の位置は、フィルムに増加した堅さを提供するように選択されてもよい。例えば、図５Ｂに概略的に図示される代表的な実施形態では、繊維５０２はフィルム５１０のそれぞれの表面近くの２つの横列に位置付けられる。物質のいずれの断面においても、最大の曲げ応力は、外面において発生する。そのため、マトリックス物質より一般により大きい引張り強度及び／又はヤング率を有する繊維を表面近くに設置することは、フィルム又は物品の堅さに著しい増加をもたらす。この構成は、繊維５０２の２つの横列がフィルム５１０の中心近くに位置付けられるフィルム構成より増加した堅さを提供する場合がある。

繊維５０２がフィルム内に規則的に位置付けられるグリッドパターンの他の種類が使用されてもよい。例えば、繊維５０２は、フィルム５２０について図５Ｃに概略的に図示されるように、六角形パターンに配置されてもよい。加えて、ｙ方向の面内の間隔は、フィルム全体について一定ではなく、及びある区域についての繊維５０２の密度は別の区域より高い場合がある。図５Ｃに示されるような構成は、照明光の繊維５０２による拡散がフィルム５２０全体について空間的に不均一であることが望ましい用途において有用である場合がある。これは、例えば個々の光源を隠すように、ディスプレイ中の不均一拡散を提供するために使用されてもよい。

フィルムは平面、例えば図１Ａ及び１Ｂに示されるように、ｘ−ｙ平面に平行な平面を有してもよい。フィルムはまた、フィルム上への光入射について所望の光学効果を提供するように構造化される１以上の表面を包含してもよい。例えば、図６に概略的に図示される１つの代表的な実施形態では、フィルム６００は、マトリックス６０４内に組み込まれた繊維６０２と共に形成され、及び湾曲した出力表面６０６を有する。湾曲した出力表面６０６は、表面６０６を透過する光に、焦点を合わせる又は焦点がぼける、光学的出力を提供する。図示された実施形態では、光線６０８は、湾曲した屈折面６０６により焦点を合わされる光線の例を表す。他の代表的な実施形態では、要素６００の入力表面６１０は湾曲していてもよいし、又は他の表面構造が存在してもよい。更に、それを通って透過光がフィルムを出る出力表面６１２上に表面構造が存在してもよい。表面構造の例には、フレスネルレンズ構造及びレンズ配列のような構造が挙げられる。これらの構造は、フィルム６００を通過する光に光学的出力を提供すると考えられている。

入力及び出力表面のいずれか又は両方の構造化表面はまた、湾曲した領域に加えて又はその代わりに直線的な領域を包含してもよい。例えば、図７Ａに概略的に図示されるもう１つの代表的な実施形態では、マトリックス７０４内に組み込まれた繊維７０２と共に形成されるフィルム７００は、明るさ強化表面と呼ばれる、プリズムに構造化された出力表面７０６を提供されてもよい。明るさ強化表面は、例えばバックリット液晶ディスプレイ中に、ディスプレイパネルを照らす光の円錐角を減らし、ひいては見る人の軸上の明るさを増加するために、一般的に使用される。図は、フィルム７００上に入射する２つの光線７０８及び７０９の実施例を示す。光線７０８は、フィルム７００上に斜めに入射し、及び構造化表面７０６により、ｚ軸の方に向かってそらされる。光線７０９は、フィルム７００に近いか、又はフィルム７００上に垂直に入射し、及び明るさ強化表面７０６により逆反射される。図示されるように、明るさ強化表面７０６は、プリズム構造７０７が繊維７０２に平行であるように配置されてもよく、繊維７０２はまたｘ軸に平行である。他の実施形態では、プリズム構造７０７は、繊維７０２の方向に対して何らかの他の角度で置かれてもよい。例えば、プリズム構造７０７のうねは、ｙ軸に平行に、繊維７０２に垂直に置かれてもよいし、又はｘ軸及びｙ軸の間に何らかの角度で置かれてもよい。プリズム構造７０７は、マトリックス７０４と同じ物質で形成されてもよいし、又は異なる物質で形成されてもよい。

構造化表面は、いずれかの好適な方法を使用して、マトリックス上に形成されてもよい。例えば、マトリックスは、その表面がマイクロレプリケーション器具のような器具表面に接触しながら硬化されても、ないしは別の方法で固められてもよく、その器具の表面は所望の形状をポリマーマトリックスの表面上に生成する。

繊維７０２は、フィルムの異なる領域にわたって存在してもよい。図７Ａに概略的に図示される代表的な実施形態では、繊維７０２は、構造化表面７０６によって形成されるプリズム構造７０７の中には設置されずに、フィルム７００の本体７０１の中にのみ設置される。他の実施形態では、繊維７０２は異なって分配されてもよい。例えば、図７Ｂに概略的に図示されるフィルム７２０の中では、繊維７０２は、フィルム７２０の本体７０１内、及びまた構造化表面７０６により形成される構造７０７の中の両方に設置される。図７Ｃに概略的に図示されるもう１つの例では、繊維７０２は、フィルム７３０の構造７０７の中にのみ設置され、及びフィルム７３０の本体７０１の中には設置されない。

構造化表面の他の種類が、上記のものに加えて使用されてもよい。例えば、構造化表面は、拡散表面であってもよい。

本発明のもう１つの代表的な実施形態は、図７Ｄに概略的に図示され、その中でフィルム７４０は、マトリックス７０４の中に組み込まれた繊維７０２を有する。この特定の実施形態では、繊維７０２ａの幾つかは、マトリックス７０４内に完全に組み込まれずに、マトリックス７０４の表面７４６を突き抜ける。繊維７０２ａ及びフィルム７４０の外側の空気又は他の媒質の間に光学的境界面が存在するこの配置は、繊維７０２ａを通過する光を光学的に拡散する結果をもたらす場合がある。

無機繊維は、多くのポリマー物質に比べて相対的に堅く、より高い引張り強度及びヤング率を有し、及びそのため無機繊維により強化されたポリマーフィルムは、繊維強化されていないポリマーフィルムより典型的には堅い。結果として、繊維強化フィルムは、より大きいディスプレイに使用するのにより好適になる。更に、無機繊維の存在は、より大きい機械的安定性を提供し及び物品の熱膨張係数を低下させる、したがって光学フィルムが、ディスプレイ中で操作されたときにその温度が増加する際、ゆがむ可能性を低減する。
高い引張り強度の用途の１つの例は、繊維強化フィルムが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル中のガラスシートの代替物として使用される場合である。従来、ＬＣＤパネルは、液晶の薄層（数十ミクロンまで）により分離される２つのガラスカバーシートを包含する。カバーシートの内側表面は、ディスプレイの様々なピクセルのための電極として作用するための模様付き導電性コーティングを提供される。ガラス上の微量金属は、模様付き導電性層に電気的接続を提供する。ディスプレイパネルのサイズが大きくなるにつれて、ガラスカバーシートは次第に重く及び高価になり、そのためそれらは繊維強化カバーシートに置き換えられてもよい。こうしたカバーシートは、しかしながら、例えば１５０℃〜１８０℃を超える高い処理温度に耐えなければならない。模様付き導電性コーティング、導電性コーティングに接続する微量金属、及びポリマーカバーシートは、異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、これはカバーシートが温度の大きな変化を経験するとき、導電性層の層間剥離、又は模様付き導電性層に接続する微量金属の破裂をもたらす可能性がある。ガラス繊維強化は、ガラス繊維のＣＴＥがポリマー物質のＣＴＥより小さいため、ポリマーシートの膨張を減らすための手法として提案されてきた。ポリマーシート中のこのガラス繊維の使用は、典型的には、繊維の引張り強度、並びに繊維及びポリマーマトリックス間には滑りがほとんど存在しないような両者間の良好な機械的及び化学的結合の存在に頼っている。それ故に、繊維の表面上に化学的カップリング剤、例えばポリマーマトリックスを繊維に結合するためのシランカップリング剤を使用することは一般的である。また、繊維密度（フィルムを横切って、繊維に対して直角に測定される単位距離当たりに存在する繊維の数）は、所望の引張り強度及び低いＣＴＥを提供するために相対的に高い。

対照的に、本明細書に記載される繊維強化光学フィルムの実施形態の幾つかにおける繊維の密度は、前の段落で論じたＬＣＤ用途における高い引張り強度のための必要なしに、特定の用途のための十分な堅さを提供するために十分なほど、相対的に低いことができる。結果として、より少ない繊維が必要とされ、これは、ポリマー及び繊維物質の屈折率間に僅かな不適合が存在するときに、フィルムにより生成されるヘイズ（拡散透過される透過光の一部）を減らす。更に、幾つかの代表的な実施形態では、強度でなく堅さが主な関心事であるとき、繊維及びマトリックス間の強い結合への要件は低減されるため、繊維をマトリックスに結合する剤である結合剤は省略されてもよい。無機繊維を含有するフィルムのＣＴＥは、しかしながら、カップリング剤が省略されるときでさえも、ポリマーマトリックス単独のＣＴＥよりなお小さい。加えて、カップリング剤の省略はまた、カップリング剤のために生じる場合がある屈折率の適合に関するいずれかの問題をもまた低減する。

フィルム内の繊維の配列及び断面の配置は、異方性の機械的及び光学的性質をもたらす場合がある。例えば、無機繊維が、一方向に沿ってのみ、仮りにｘ方向に沿ってのみ配列される場合、フィルムはｘ−ｚ平面に平行な半径に関しての曲げ、即ち繊維がｘ軸に対してもはや平行ではないように繊維を曲げることに対してより耐性がある。しかしながら、ｙ−ｚ平面に平行な半径に関してフィルムを曲げることに対しては耐性がより少なく、及びそのためフィルムは、１つの方向において、他方より剛性でない場合がある。無機繊維が、ｘ及びｙ軸の両方に対して平行に設置される場合、フィルムは、より等方的に剛性になる場合があるが、ただし特定方向に沿った剛性は、その方向に存在する繊維の数に依存する。ｘ方向に平行に存在する繊維の数が、ｙ方向に平行に存在する繊維の数と同じでない場合、ｘ方向の剛性は、ｙ向の剛性と異なる場合がある。ｘ方向及びｙ向の剛性が同じである場合、剛性は「擬似等方性」と呼ばれてもよい。更に、ｘ及びｙ軸に対して平行でない方向についての剛性は、これらの軸の１つに対して平行な剛性と同じでない場合がある無機繊維は、もちろん、フィルム内にいずれの所望の配向で設置されてもよく、並びにｘ及びｙ軸のいずれか又は両方に沿って配列されることだけを必要としない。幾つかの繊維は、例えば、ｘ及びｙ軸の両方に対して平行でない方向に配列されてもよい。

堅さに加えて、異方性になる場合があるフィルムの他の機械的性質には、引張り強度、熱膨張係数、及び引裂強度が挙げられる。また、散乱のような光学的性質は、無機、ポリマーのいずれか、又は両方である光を散乱する繊維が１つの方向のみに沿って配置される場合、異方性になる場合がある。これらのフィルムの性質はもちろん、これらの性質に寄与する繊維が交差される場合にはまた擬似等方性になる場合があるか、又は繊維が多数の異なる方向に配置される場合には、より等方性になる場合がある。

マトリックス、繊維、及びフィルムに提供されるいずれかの添加剤が挙げられるフィルムの構成成分は、選択された方式でフィルムの光学的性質に影響する場合がある。例えば、フィルムの様々な構成部分はすべて、入射光に対して透明であるように選択されてもよい。加えて、染料又は顔料のような添加剤は、光を吸収するように提供されてもよいし、又はポリマーは光を吸収する分子構成成分を含有してもよい。幾つかの代表的な実施形態では、染料、顔料、又は分子構成成分は、例えば、染料、顔料、又は分子構成成分を含有する基礎フィルム層を延伸することにより配列され、直交する偏光状態に対して１つの偏光状態における光の好ましい吸収を結果としてもたらす場合がある。光学フィルムは、繊維の１以上の層を基礎フィルム層の上に適用することにより製造されてもよい。存在する場合、染料、顔料、又は分子構成成分は、特有の波長範囲の光を吸収するように選択される。他の実施形態では、添加剤はマトリックス自体の中に配置されてもよい。

染料のような幾つかの添加剤は、入射光の周波数を、例えば蛍光によって変換する場合がある。１つの実施例では、マトリックスは、紫外線を吸収し及び可視光を放射する染料を浸透されてもよい。

フィルムは、色選択的散乱能力を有する場合がある。この能力は、例えば繊維屈折率及びマトリックス屈折率が適合する、波長、λ₀を選択することにより生じる場合がある。繊維及びマトリックス物質の分散が異なる場合、屈折率の差は、波長がλ₀から遠くなるにつれて大きくなる。散乱がほとんどないか、又は中立の散乱が望ましい場合には、λ₀は典型的には、フィルムを通過する光の波長範囲の中心近くに設定される。したがって、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲を有する可視光がフィルムを通過している場合、λ₀は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲のどこかに設定されてもよい。しかしながら、フィルムが他の波長ではなく１つの波長において光を散乱することが望ましい場合には、λ₀はそれにしたがって移動してもよい。例えば、赤又は緑の光ではなく青い光が散乱されることが望ましい場合には、λ₀は、例えば６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲のより長い波長に設定されてもよく、その結果、４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の青い光についての屈折率の不適合はより高く、及び散乱は増加される。

光学フィルム内の異なる物質の屈折率は、温度と共に変化する。繊維強化フィルムの光学的性質は、マトリックス及び繊維物質の間の屈折率の不適合の大きさに少なくとも部分的には依存するため、物質間の屈折率の不適合が温度の変化の間に所望の範囲に保たれない場合には、フィルムの光学的性質が温度と共に変化する可能性がある。マトリックス物質及び無機繊維が適合された屈折率を室温（２０℃）で有する例を考える。しかしながら、屈折率ｎが温度Ｔと共に変化する速度ｄｎ／ｄＴの値が２つの物質について異なる場合、屈折率は高温の動作温度、例えば５０℃で不適合になる場合がある。幾つかの代表的な実施形態では、そのため、マトリックス及びガラス繊維の物質は、具体的動作温度の範囲で、ポリマー及び無機物質についてｄｎ／ｄＴの値の間の差が小さくなるように選択されてもよい。

幾つかの他の実施形態では、フィルムがより高度に感温性になるように、２つの物質についてｄｎ／ｄＴの値の差が大きくなることが望ましい場合もある。例えば、幾つかの代表的な建築用途において、フィルムが感温性の透過を有することは望ましい場合がある。例として、温度が一定の温度を超えて増加する場合に、窓を通過する光の量を減らす、温度依存性を建物又は温室の窓が有することは望ましい場合がある。

ポリマーマトリックス及び無機繊維物質の分散は、異なる波長について各物質の屈折率が異なること：より短い波長について屈折率がより高くなることを結果としてもたらす。したがって、１つの波長について、マトリックス及び無機繊維物質間で正確な屈折率の適合がなされてもよいが、２物質の分散（ｄｎ／ｄλ、λは真空波長）が同じでない場合、２屈折率間の差は、波長が、適合された波長から遠くなるにつれて大きくなる。そのため、幾つかの実施形態では、屈折率が適合する波長、λ_mを関心のある波長範囲の中心の近くに設定することは、望ましい場合がある。したがって、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲を対象とするディスプレイに使用される光学フィルムについて、λ_mの値は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲であってもよい。加えて、ポリマー及び無機物質の幾つかの組み合わせは、他の組み合わせより近いｄｎ／ｄλの値を有する。

処理
繊維強化光学フルムを製造するために幾つかの異なる手法が使用されてもよい。幾つかの手法はバッチ処理を包含し、一方他の手法は連続処理を包含する。以上に論じられた１つの代表的な実施形態では、無機物質はポリマーマトリックスより低い融解温度を有し、及び２つの物質は共押出される。この手法では、マトリックス内の無機繊維、液滴又はリボンの位置は、ポリマー／無機溶融物に発生する相分離により決定される。

連続処理に好適なシステム８００のもう１つの代表的な実施形態が、図８Ａに概略的に図示される。例えばトウ、ウィーブ、不織布、又は同様なものの無機繊維層８０２は、ロール８０４から引き離されて、別のロール８０８から引き離された裏材層８０６の上に設置されてもよい。樹脂８１０が、無機繊維層８０２の上に、リザーバ８１２から適用され、及びコーター８１４は樹脂の層８１６を形成する。幾つかの実施形態では、樹脂８１０はまた、無機繊維層８０２が適用される前に、裏材層８０６の上に適用されてもよい。樹脂８１０は、繊維層８０２の中に浸透するようになる。樹脂８１０は、熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーであってもよい。コーター８１４は、例えば、ナイフエッジコーター、コンマコーター（図示される）、バーコーター、ダイコーター、スプレーコーター、カーテンコーター、高圧射出、又は同様なものなどいずれの好適な種類のコーターであってもよい。他の考察の中で、適用条件における樹脂の粘度が、適切なコーティング方法又は方法類を決定する。コーティング方法及び樹脂の粘度はまた、強化材がマトリックス樹脂により浸透される工程の間に、強化材から気泡が除かれる速度及び程度に影響する。

完成フィルムが低い散乱を有することが望ましい場合、この段階で、樹脂が繊維間の空間を完全に充填するのを確実にすることが重要であり；樹脂中に残されたいずれかの空間又は泡は、散乱の中心として作用する場合がある。泡の発生を減らすために異なる手法が個々に又は組み合わせにより使用されてもよい。例えば、フィルムは、繊維層８０２全体への樹脂８１０の浸透を促すために、機械的に振動されてもよい。機械的振動は、例えば超音波源を使用して適用されてもよい。加えて、フィルムは、樹脂８１０から泡を抽出する真空を受けてもよい。これは、コーティングと同時に、又はその後に、例えば任意の脱気装置８１８において行なわれてもよい。

フィルム中の樹脂８１０は次に、固化ステーション８２０で固化されてもよい。固化は、硬化、冷却、架橋、及びポリマーマトリックスが固体状態に達する結果となるいずれかの他のプロセスを包含する。幾つかの実施形態では、樹脂８１０を硬化させるために、熱及び圧力、紫外線、電子ビームなどが挙げられるが、これらに限定されない、エネルギーの異なる形態が樹脂８１０に適用されてもよい。他の実施形態では、樹脂８１０は、冷却によるか又は架橋により固化されてもよい。幾つかの実施形態では、固化したフィルム８２２は、巻き取りロール８２４上に収集され及び貯蔵されるために十分なほど柔軟である。他の実施形態では、固化したフィルム８２２は巻き取るには堅過ぎる場合があり、その場合それは何らかの他の方法により貯蔵され、例えばフィルム８２２は貯蔵のためシートに切断されてもよい。

裏材層８０６は、フィルムのための担体若しくは予備保護型（premask-type）基材として作用してもよいし、又は何らかの望ましい光学特性を提供してもよい。例えば、裏材層８０６は、光学的に等方性若しくは複屈折性であってもよいし、又は吸収する染料若しくは顔料を装填されていてもよいし、又は吸収する種を本質的に含有していてもよい。裏材層は物理的支持を提供してもよく、並びに固化前のガス及び／又は水蒸気の侵入を制限してもよい。他の実施形態では、裏材層８０６は、貯蔵及び輸送される間にフィルムを保護するために使用される可剥性保護層であってもよい。

他の層がフィルムに加えられてもよい。例えば、上部保護層８２６がフィルムに加えられてもよい。更に、多層の繊維強化フィルムを構築するために、追加の繊維層及び樹脂層が加えられてもよい。追加の繊維及び樹脂層は、最初の樹脂層８１６が固化される前又は最初の樹脂層８１６が固化された後に加えられてもよい。幾つかの実施形態では、最初の樹脂層８１６は、別の繊維層及び樹脂層の適用前に部分的に固化されてもよい。
幾つかの実施形態では、フィルムに適用される１以上のシートがウェブに平行でない方向に適用されてもよい。こうしたフィルムの１つの例は、繊維がウェブを横切って位置するように適用される繊維のトウである。こうした場合には、図８Ｂに示される、システム８３０について概略的に図示されるように、クロスウェブシート８３２がフィルム８２２の上に、シートフィーダー８３４を使用して適用されてもよい。切断器具８３６が、フィルム８２２をシート８３８に切断するために使用されてもよい。シート８３８は、貯蔵のために積み重ねられる前に、固化段階８２０において、固化されてもよい。

幾つかの実施形態では、繊維層８０２は、裏材層８０６に適用される前に、樹脂８１０により浸透されてもよい。予備浸透された繊維は、「予備浸透物（プレプレグ）」と呼ばれる。予備浸透物を調製するために使用されてもよいシステム９００の１つの代表的な実施形態は、図９に概略的に図示されている。繊維層８０２は、ロール８０４から抽出され、及び樹脂８１０を含有する槽９０６の中に通される。繊維層８０２は、層８０２の繊維の間の空間に樹脂８１０が浸透するのを促すために、複数のローラー９０８を通過してもよい。結果として得られる予備浸透物９１０は次に槽から抽出され、及び上記のように裏材層８０６に適用されてもよい。樹脂８１０から泡を更に除去するために、真空及び／又は超音波エネルギーの適用が使用されてもよい。

繊維強化フィルムは、固化前に又は固化されている間に、成形又は形作られてもよい。例えば、フィルムは成形されて、構造化表面を提供してもよく、その代表的な実施形態は図６及び７Ａ〜７Ｄに図示されている。フィルムを成形するために使用されたシステム１０００の１つの実施形態は、図１０に概略的に示される。フィルム１００２は、成形ロール１００４まで、ガイドロール１００６により導かれ、及び成形ロール１００４に対して任意のプレスロール１００８により押し付けられてもよい。成形ロール１００４は、フィルム１００２に型押しされる形状表面１００５を有する。成形ロール１００４及びプレスロール１００８間の間隔は、形状表面１００５のフィルム１００２の中への侵入の深さを制御する設定距離に調整されてもよい。

幾つかの実施形態では、フィルム１００２は、成形ロール１００４となお接触している間に、固化されてもよいし、又は少なくとも部分的に固化されてもよい。硬化性ポリマーの場合には、マトリックスは、例えば、紫外線の照射又はエネルギー源１０１０からの熱により硬化されてもよい。他の実施形態では、成形ロール１００４は、高温で操作され、フィルム１００２は、加熱されたロール１００４と密接であるために、伝導的に加熱され、及び加熱を通じて硬化される。他の代表的な実施形態では、マトリックスは、例えば熱可塑性ポリマーと同様に、冷却を通じて固化してもよい。こうした場合には、ロール１００４は、フィルム又は樹脂１００２がロール１００４と接触するときに冷却されるように、相対的に低い温度に維持されてもよい。

成形フィルム１０１２は、もう１つのロール上に貯蔵されてもよいし、又は貯蔵のためにシートに切断されてもよい。任意に、成形フィルム１０１２は、例えば１以上の層の追加を通じて、更に処理されてもよい。

熱可塑性系複合物は、射出成形により製造されてもよい。そのプロセスの１つの特別な実施形態では、１〜３ｍｍ長さの繊維を含有するペレットが、原料樹脂の中に均一に分散され、及び射出成形機に供給される。溶融ポリマー／繊維混合物が、割型の空洞の中に射出され、及び固化又は硬化させられ、及び完成した複合物は金型から取り出される。複合物製造のための３つの一般的な熱可塑性樹脂マトリックスポリマーは、ポリプロピレン、ナイロン、及びポリカーボネートである。複合物を製造するための熱可塑性／繊維混合物の射出成形は、「複合材料入門（An introduction to Composite Materials）」、Ｄ．ハル（D. Hull）著、ケンブリッジ大学出版（Cambridge University Press）、１９９０年に記載されている。

連続式引抜成形は、複合物、特に熱硬化性マトリックス樹脂に基づくものを作り出すためのもう１つのプロセスである。連続式引抜成形プロセスでは、繊維強化材は、液体マトリックス樹脂により浸透され、次いで加熱された金型を通って引き出され、これは過剰の樹脂を減らし、完成複合物の断面の形状を決定し、及び樹脂マトリックスの硬化を生じさせる。加熱された金型の前に浸透のために樹脂槽を使用するより、むしろ連続式引抜成形金型における強化材への直接的樹脂射出などの他のプロセス変形もまた実施される。連続式引抜成形プロセスは、「ＦＲＰ技術繊維強化された樹脂システム（FRP Technology Fiber Reinforced Resin Systems）」、Ｒ．Ｇ．ウェザーヘッド（R.G. Weatherhead）著、応用科学出版社（Applied Science Publishers）、１９８０年に更に記載されている。

本発明の選択された実施形態が以下に記載される。これらの実施例は、制限することを意味せず、本発明の態様の幾つかを例示するのみである。表Ｉは、実施例１〜１５に使用される異なる無機繊維試料の関係のある情報の概要を含有する。

物質Ａ〜Ｅは、織られた繊維ガラスであり、及び物質Ｆは織られたセラミック繊維である。ヤーンの種類及び重量は、製造業者の資料から得られた。ＢＧＦインダストリーズ社（BGF Industries, Inc.）は、ノースカロライナ州グリーンズボロ（Greensboro）に所在し、ヘキセル・リインフォースメンツ社（Hexcel Reinforcements Corp.）は、サウスカロライナ州アンダーソン（Anderson）に所在し、及び３Ｍ社（3M Company）は、ミネソタ州セントポール（St. Paul）に所在する。繊維物質の各々が、製造供給元から繊維を被覆するサイズ剤と共に受け取られた。サイズ剤は、繊維上の層であり、多くの場合、デンプン、潤滑剤、又はポリビニルアルコールのような水溶性ポリマーから形成され、それは繊維の処理又は製織を促進するために使用される。以下に記載される実施例では、サイズ剤は、繊維をポリマーマトリックス中に組み込む前に繊維上に残された。結果として、繊維は、繊維及びポリマーマトリックス間を結合するためのカップリング剤なしに、複合物試料の中に包含された。

表Ｉに記載された繊維試料の屈折率（ＲＩ）は、２０ｘ／０．５０対物レンズによる透過単一偏光（Transmitted Single Polarized Light）（ＴＳＰ）、及び２０ｘ／０．５０対物レンズによる透過位相差ゼルニケ（Transmitted Phase Contrast Zernike）（ＰＣＺ）を用いて測定された。繊維試料は、かみそりの刃を使用して繊維の部分を切断することにより、屈折率測定のために調製された。繊維は、スライドガラス上で様々なＲＩ油の中に設置され、及びガラスカバースリップによりカバーされた。試料は、ツァイス・アクシオプラン（Zeiss Axioplan）（カール・ツァイス（Carl Zeiss）、ドイツ）を使用して分析された。ＲＩ油の較正が、ニューヨーク州、ロチェスター（Rochester）のミルトン・ロイ社（Milton Roy Inc.）製造のＡＢＢＥ−３Ｌ屈折計上で行なわれ、及び値はそれにしたがって調整された。位相差を伴うベッケ・ライン法（Becke Line Method）が、試料のＲＩを決定するために使用された。５８９ｎｍのナトリウムＤ線の波長での屈折率、ｎ_Dの値についての公称ＲＩの結果は、各試料について±０．００２の精度を有した。
実施例に使用された様々な樹脂についての概要の情報は表ＩＩに提供される。

ダロクア１１７３（Darocur 1173）（光開始剤）を例外として、表ＩＩの構成成分のすべては、硬化の際に架橋する光重合可能な樹脂である。ＣＮ９６３Ａ８０は、トリプロピレングリコールジアクリレートとブレンドされたウレタンアクリレートオリゴマーである。ＣＮ１２０は、エポキシアクリレートオリゴマーである。エベクリル６００（Ebecryl 600）は、ビスフェノール−Ａエポキシジアクリレートオリゴマーである。ＳＲ６０１及びＳＲ３４９は、エトキシル化ビスフェノール−Ａジアクリレートである。ＳＲ３５１は、トリメチロールプロパントリアクリレートであり、及びＳＲ３０６は、トリプロピレングリコールジアクリレートである。ＲＤＸ５１０２７は、オリゴマーの臭素化エポキシアクリレートである。

サイテック・サーフェス・スペシャリティーズ（Cytec Surface Specialties）は、ベルギーのブリュッセル（Brussels）に所在し、サルトマー社（Sartomer Company, Inc.）は、ペンシルベニア州エクストン（Exton）に所在し、及びチバ・スペシャリティー・ケミカルズ社（Ciba Specialty Chemicals Corp.）は、ニューヨーク州タリタウン（Tarrytown）に所在する。サルトマー（Sartomer）物質の屈折率は、製造業者の資料から得られた。他の物質の屈折率は、２０℃でＡＢＢＥマークＩＩデジタル屈折計（ABBE Mark II Digital Refractometer）（５８９．３ｎｍ波長）を使用して測定された。ＲＤＸ５１０２７は、２０℃で固体であり、そのため屈折率は、測定された樹脂組成物から他の既知の構成成分の屈折率を用いて逆算することにより見積もられる。

実施例１
樹脂組成物１が、次の構成成分：７４．２０重量％構成成分Ｈ、２４．８２重量％構成成分Ｍ、及び０．９８６重量％構成成分Ｎを使用して形成された。樹脂組成物１の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍでＡＢＢＥマークＩＩデジタル屈折計（ABBE Mark II Digital Refractometer）上で、１．４８２４として測定された。硬化後の樹脂組成物１（繊維なし）の屈折率が、波長６３２．８ｎｍでメトリコン・モデル２０１０プリズム・カップラー（Metricon Model 2010 Prism Coupler）上で、１．５０１９として測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．０４６１であった。

実施例１の複合物は、サイズがおよそ７５ｍｍｘ７５ｍｍの物質Ａの一片を取り、及びそれを４．７ｍｍ（３／１６インチ）厚さのフロートガラスシート上にある１００μｍ（４ミル）厚さのポリエステルのシートの上に設置することにより調製された。組成物１の樹脂はおよそ７０℃に電子レンジの中で加熱された。温かい樹脂のおよそ１．８ｇが、繊維ガラスシートの中心に設置され、及び１００μｍ厚さのポリエステルの第２シートが最上部に設置され、及び４．７ｍｍ厚さのフロートガラスの第２片が、ポリエステルの第２シートの上に設置された。ガラス、ポリエステル、樹脂、及び繊維の組み合わせは、樹脂サンドイッチと呼ばれる。

樹脂サンドイッチは、真空オーブンの中に、８９℃及び９３．２ｋＰａ（６９９ｍｍＨｇ）の圧力で８分間、樹脂及び繊維ガラスを脱気して複合物の硬化の前に泡の量を減らすために設置された。

樹脂サンドイッチが真空オーブンから取り出された後、２つの２００μｍ（０．００８インチ）の隙間ゲージが、樹脂サンドイッチの２つの向かい合った末端部上のポリエステルフィルムの２つのシート間に設置され、並びに２つのバインダークリップが、これらの２つの末端部の各々の上に、樹脂サンドイッチを共に固定するために及び樹脂サンドイッチの厚さを構築するために使用された。樹脂サンドイッチは次に、それを、２色性リフレクターを有し、及び出力設定１００％のフュージョンＦ６００Ｄランプ（Fusion F600 D lamp）の下で１分当たり約９．１ｍ（３０フィート）で動く移動ベルト上に設置することにより硬化された。結果として得られる測定エネルギー密度が、ＥＩＴ（バージニア州スターリング（Sterling））からのパワーマップ（PowerMAP）を用いて測定され、及び表ＩＩＩに提示される。３つの個々の測定値が同じ条件で採取され、及び平均エネルギー密度が提示される。

結果として得られる硬化複合物が、ガラス及びポリエステルフィルムから取り除かれた。複合物１についての測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例２
樹脂組成物２が、次の構成成分：３０．０１重量％構成成分Ｈ；５４．９２重量％構成成分Ｇ、１４．０６重量％構成成分Ｌ、１．０１重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物２の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍでＡＢＢＥマークＩＩデジタル屈折計（ABBE Mark II Digital Refractometer）上で、１．５３３６として測定された。硬化後の組成物２（繊維なし）の屈折率が、波長６３２．８ｎｍでメトリコン・モデル２０１０プリズム・カップラー（Metricon Model 2010 Prism Coupler）上で、１．５４５１として測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．００２９であった。

実施例２の複合物は、実施例１と同じ繊維ガラス（物質Ａ）及び樹脂組成物２を使用して調製された。この複合物の調製は、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物２についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例３
樹脂組成物３が、次の構成成分：２９．７９重量％構成成分Ｈ；４８．８５重量％構成成分Ｇ、５．０７重量％構成成分Ｋ；１５．２５重量％構成成分Ｌ；１．０４重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物３の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５３１５であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５４５１であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．００２９であった。

実施例３の複合物は、実施例１と同じ繊維ガラス（物質Ａ）及び組成物３を使用して調製された。この複合物の調製は、真空オーブンの時間が８分の代わりに１９分であったことを除いて、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物３についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例４
樹脂組成物４が、次の構成成分：７４．１７重量％構成成分Ｈ；２４．８３重量％構成成分Ｌ、１．００重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物４の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．４９９８であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５１４０であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．０５４であった。

実施例４の複合物は、サイズがおよそ５０ｍｍｘ６３ｍｍのネクステル３１２（Nextel 312）セラミック５．１ｃｍ（２インチ）テープ（物質Ｆ）の一片を取り、及びそれを４．７ｍｍ厚さのフロートガラスの１片により裏を付けた１００μｍ厚さのポリエステルのシートの上に設置することにより調製された。組成物４の樹脂はおよそ７０℃に電子レンジの中で加熱された。温かい樹脂のおよそ２．９ｇが、セラミック繊維シートの中心に設置され、及び１００μｍ厚さのポリエステルの第２シートが最上部に設置され、及び４．７ｍｍ厚さのフロートガラスの第２片が、ポリエステルの第２シートの上に設置された。ガラス、ポリエステル、樹脂、及びネクステル（Nextel）テープの組み合わせは、樹脂サンドイッチと呼ばれる。

樹脂サンドイッチは、真空オーブンの中に、６０℃及び９３．２ｋＰａ（６９９ｍｍＨｇ）で１０分間、樹脂及び繊維を脱気して複合物の硬化の前に泡の量を減らすために設置された。隙間ゲージも、又は樹脂サンドイッチを共に固定するためのバインダークリップも使用されなかった。樹脂サンドイッチは次に、実施例１に記載されたように硬化された。結果として得られる硬化複合物が、ガラス及びポリエステルフィルムから取り除かれた。複合物４についての測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例５
樹脂組成物５が、次の構成成分：７４．２５重量％構成成分Ｋ；２４．７４％構成成分Ｉ、１．０２重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物５の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５４２０であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５５９７であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．００８３であった。

実施例５の複合物は、ネクステル３１２（Nextel 312）セラミック５．１ｃｍ（２インチ）テープ（物質Ｆ）及び樹脂組成物５を使用して調製された。この複合物の調製は、使用された樹脂の量が３．０ｇであり、及び真空オーブンの時間が８分であったことを除いて、実施例４に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物５についての結果として得られる測定された光学的及び機械的性質は、表ＩＶ及びＶに記載される。

実施例６
樹脂組成物６が、次の構成成分：４９．４６重量％構成成分Ｊ；４９．５６重量％構成成分Ｌ、０．９９重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物６の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５６８２であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５８２１であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．０１４１であった。

実施例６の複合物は、ネクステル３１２（Nextel 312）セラミック５．１ｃｍ（２インチ）テープ（物質Ｆ）及び樹脂組成物６を使用して調製された。この複合物の調製は、使用された樹脂の量が３．０ｇであり、真空オーブンの温度が８９℃であり、及び真空オーブンの時間が８分であったことを除いて、実施例４に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物６についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例７
樹脂組成物７が、次の構成成分：３９．５９重量％構成成分Ｊ；５９．４１重量％構成成分Ｌ、０．９９重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物７の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５５７４であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５７６６であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．０８６であった。

実施例７の複合物は、ネクステル３１２（Nextel 312）セラミック５．１ｃｍ（２インチ）テープ（物質識別Ｆ）及び樹脂組成物７を使用して調製された。この複合物の調製は、使用された樹脂の量が２．９６ｇであり、及び真空オーブンの温度が７０℃であったことを除いて、実施例４に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物７についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例８
実施例８について使用される樹脂組成物は、実施例１について記載されたものと同じであった。複合物は、物質Ｂ及び樹脂組成物１を使用して調製された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．０４７１であった。

この複合物の調製は、使用された樹脂の量が１．７ｇであり、及び樹脂サンドイッチが、それが解体される前に冷却されたことを除いて、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物８についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例９
実施例９について使用される樹脂組成物は、実施例３について記載されたものと同じであった。複合物は、物質Ｂ繊維及び樹脂組成物３を使用して調製された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．００３９であった。この複合物の調製は、使用された樹脂の量が１．９ｇであったことを除いて、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物９についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例１０
樹脂組成物１０が、次の構成成分：３１．０７重量％構成成分Ｈ；５０．６６重量％構成成分Ｇ；２．６３重量％構成成分Ｋ；１４．６４重量％構成成分Ｌ、及び１．００重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物１０の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５２９９であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５４４４であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．００４６であった。

実施例１０の複合物は、実施例８と同じ繊維（物質Ｂ）及び樹脂組成物１０を使用して調製された。この複合物の調製は、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物１０についての結果として得られる測定された光学的及び機械的性質は、表ＩＶ及びＶに記載される。

実施例１１
樹脂組成物１１が、次の構成成分：１８．０５重量％構成成分Ｈ；３５．９３重量％構成成分Ｇ；２２．０６重量％構成成分Ｋ；２２．９６重量％構成成分Ｌ、及び１．００重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物１１の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５３７１であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５５１９であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．０００１であった。

実施例１１の複合物は、物質Ｄ及び樹脂組成物１１を使用して調製された。この複合物の調製は、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物１１についての結果として得られる測定された光学的及び機械的性質は、表ＩＶ及びＶに記載される。

実施例１２
実施例１２について使用される樹脂組成物は、実施例１１について記載されたものと同じであった。複合物は、物質Ｅ及び樹脂組成物１１を使用して調製された。この複合物の調製は、使用された樹脂の量が１．９ｇであったことを除いて、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．００２１であった。複合物１２についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例１３
実施例１３について使用される樹脂組成物は、実施例１１について記載されたものと同じであった。複合物は、物質Ｃ及び樹脂組成物１１を使用して調製された。この複合物の調製は、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．０００１であった。複合物１３についての結果として得られる測定された光学的及び機械的性質は、表ＩＶ及びＶに記載される。

実施例１４
樹脂組成物１４が、次の構成成分：１７．０３重量％構成成分Ｈ；４１．９８重量％構成成分Ｇ；３９．９９重量％構成成分Ｋ；及び１．００重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物１０の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５３５９であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．０００４であった。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５５１６であると測定された。

実施例１４の複合物は、物質Ｃ及び樹脂組成物１４を使用して調製された。この複合物の調製は、樹脂サンドイッチが、それが解体される前に冷却されたことを除いて、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物１４についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例１５
樹脂組成物１５が、次の構成成分：２１．４８重量％構成成分Ｈ；４４．６７重量％構成成分Ｇ；２２．２６重量％構成成分Ｋ；１０．５７重量％構成成分Ｌ、及び１．００重量％構成成分Ｎを使用して形成された。組成物１０の屈折率（硬化前）が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５３５６であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５５０５であると測定された。硬化されたポリマー及び組み込まれた繊維の屈折率間の差の大きさ、Δｎは、０．００１５であった。

実施例１５の複合物は、物質Ｃ及び樹脂組成物１５を使用して調製された。この複合物の調製は、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。複合物１５についての結果として得られる測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。
実施例１６〜２１は、繊維強化材を包含しなかった硬化ポリマーの試料に関する。

実施例１６
実施例１４に記載された複合物１４には、硬化前に繊維強化材の端を超えて伸びる過剰の樹脂の区域が存在した。硬化後、この区域は、自立フィルムとして固化した。繊維強化材を含まない、複合物１４のこの区分は、実施例１６として分析された。実施例１６についてのすべての関係のある試料調製情報は、実施例１４に記載されている。実施例１６の樹脂についての測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例１７
実施例１７についての樹脂組成物が、次の構成成分：３０．０８重量％構成成分Ｈ；５４．８３重量％構成成分Ｇ；１４．０８重量％構成成分Ｋ；及び１．００重量％構成成分Ｎを使用して形成された。硬化前の樹脂の屈折率が、２０℃及び波長５８９．３ｎｍで、１．５３２３であると測定された。硬化後の屈折率（繊維なし）が、波長６３２．８ｎｍで、１．５４５２であると測定された。

実施例１７の複合物は、実施例８と同じ繊維ガラス（物質Ｂ）及び比較実施例２について記載された組成を有する樹脂を使用して調製された。この複合物の調製は、実施例１に記載されたのと同じ手順及び条件にしたがった。試料が硬化された後、繊維ガラス強化材の外側に過剰の樹脂の区域が存在した。実施例１７についてのデータが、繊維ガラス強化材を超えて伸びた固化した樹脂を分析することにより生成された。実施例１７の樹脂についての測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例１８
実施例１８のデータは、試料が作り出されたときに過剰の樹脂が存在する、実施例２の複合物の部分を分析することにより生成された。実施例２における樹脂硬化の前に、過剰の樹脂は繊維ガラス強化材の端を超えて伸び、繊維強化材のない樹脂のみの区域を作り出した。硬化後、その区域は、自立フィルムとして固化した。固化した樹脂のこの区分は、いずれの繊維ガラス強化材も含有せず、実施例１８についてのデータを生成するために分析された。したがって、実施例１８についてのすべての試料調製情報は、実施例２に関して記載されている。実施例１８の樹脂についての測定された光学的性質は、表ＩＶに記載される。

実施例１９
実施例１９についての硬化樹脂試料は、樹脂（実施例１０に記載されたものと同じ組成の）をおよそ６０℃に電子レンジ中で加熱し、及び６ｍｍ（１／４インチ）金属プレートの上に設置された１００μｍ厚さのポリエステルのシートの中心に、およそ１〜２ｇを注入することにより調製された。各約０．４３ｍｍ厚さの２つのスペーサーが、樹脂の各側上に、樹脂が平らにされた後に樹脂がスペーサーに触れないように、約５０〜７５ｍｍ（２インチ〜３インチ）離れて設置された。１００μｍの厚さのポリエステルの第２シートが、樹脂及びスペーサーの上に設置された。ポリエステルフィルムの２つのシート間に樹脂及びスペーサーを有する金属プレートが、樹脂を平らに押し付けるために、手動のラミネーターに通された。金属プレート、ポリエステル、及び樹脂の組み合わせは、変形樹脂サンドイッチと呼ばれる。変形樹脂サンドイッチは次に、実施例１に記載されたのと同じ方法により硬化された。実施例１９の樹脂についての測定された光学的及び機械的性質は、表ＩＶ及びＶに記載される。

実施例２０
実施例２０についての硬化樹脂試料は、樹脂が実施例１１に記載されたのと同じ組成を有したことを除いて、実施例１９の硬化樹脂試料と同一の方式で調製された。実施例２０の樹脂についての結果として得られる測定された光学的及び機械的性質は、表ＩＶ及びＶに記載される。

実施例２１
実施例２１についての硬化樹脂試料は、実施例５の樹脂組成物をおよそ５０℃に電子レンジ中で加熱し、及び４．７ｍｍ（３／１６インチ）厚さのフロートガラスのシートの上の１００μｍ厚さのポリエステルのシートの中心におよそ１〜２ｇを注入することにより調製された。各約０．４３ｍｍ厚さの２つのスペーサーが、樹脂の各側上に、樹脂が平らにされた後に樹脂がスペーサーに触れないように、約５０ｍｍ〜７５ｍｍ（２インチ〜３インチ）離れて設置された。１００μｍ厚さのポリエステルの第２シートが上に設置され、及び４．７ｍｍ（３／１６インチ）厚さのフロートガラスの第２片が、ポリエステルの第２シートの上に設置された。２片のガラスは、共に徐々に圧搾されたが、その場合２つのスペーサーは、樹脂の所望の厚さを生成するように設置された。ガラス、ポリエステル、及び樹脂の組み合わせは、樹脂サンドイッチと呼ばれる。樹脂サンドイッチは次に、実施例１に記載されたのと同じ方法により硬化された。実施例２１の樹脂についての結果として得られる測定された光学的及び機械的性質は、表ＩＶ及びＶに記載される。

異なる実施例の複合物が、光の透過、反射、ヘイズ、及び色について試験された。ヘイズ（Ｈ）及び透明度（Ｃ）の測定は、メリーランド州シルバースプリング（Silver Spring）のＢＹＫガードナー（BYK Gardner）により供給されたＢＹＫガードナー・ヘイズ−ガード・プラス機器（BYK Gardner Haze-Gard Plus instrument）、カタログ番号４７２３を使用して行なわれた。透過率及びヘイズ度は、ＡＳＴＭ−Ｄ１００３−００、名称「透明プラスチックのヘイズ及び視感透過率についての標準試験方法（Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance for Transparent Plastics）」にしたがって収集された。機器は、測定中空気に対して参照された。光透過率（Ｔ）の測定は、透過の百分率として提供される。ヘイズは、それを通して見られる物体のコントラストの減少の原因である、試験片による光の散乱である。ヘイズ、Ｈは、その方向が入射光線の方向から指定された角度を超えてそれるように散乱される透過光の百分率として提示される。この試験方法では、指定された角度は２．５°である。透明度、Ｃは、その方向が２．５°未満それるように散乱される透過光の百分率として提示される。

１９７６ＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間の中の色が、ＢＹＫガードナー・カラースフィア（BYK Gardner Colorsphere）（カタログ番号６４６５）を使用して測定された。試験手順は、ＡＳＴＭ Ｅ１１６４：オブジェクトカラー評価のための分光分析データの取得（Obtaining Spectrometric Data for Object-Color Evaluation）に記載されるものに類似していた。機器は、空気からの試料の色ずれを計算するために較正された。

光透過率（％Ｔ）及び反射（％Ｒ）の測定が、４００〜７００ｎｍの範囲にわたって、ＰＥＬＡ−１０００積分球付属品装備パーキン・エルマー・ラムダ９００分光光度計（Perkin-Elmer Lambda 900 Spectrophotometer）（モデル：ＢＶ９００ＮＤ０）（Model: BV900ND0）を使用して行なわれた。この球は、直径が１５０ｍｍ（６インチ）であり、並びに「色及び外観の測定におけるＡＳＴＭ標準（ASTM Standards on Color and Appearance Measurement）」、第３版、ＡＳＴＭ、１９９１年に公開されているように、ＡＳＴＭ方法Ｅ９０３、Ｄ１００３、Ｅ３０８などに準拠している。機器は、測定中空気に対して参照された。１２０ｍｓ／ｐｔの紫外線−可視の積分（UV-Visible integration）と共に、分光光度計の走査速度は、約１２５０ｎｍ／分であった。データ間隔及び解像度は５ｎｍであった。透過及び反射データは、５５０ｎｍで測定されるとき、百分率として提示される。

各試料の厚さが、４つの異なる点で測定された。（ｔ）と印を付けられた縦列下のデータは、μでの測定された厚さの範囲を示す。

良好な屈折率の適合が多くの実施例で得られ、屈折率の差が、実施例２、３、及び９〜１５では０．００５未満であり、並びに実施例１１及び１３については、およそ０．０００２未満であった。実施例２、３、９、及び１０は、３％未満のヘイズ値及び高透過率を有した。裸眼に対して、これらのフィルムは非常に透明であった。

実施例４〜７は、セラミック繊維を使用し、少なくとも０．００８のマトリックス及び繊維間の最小の屈折率の差を有し、並びに繊維は緊密なウィーブの形態で提示された。ウィーブの緊密さは、すべての泡が硬化前にポリマー／繊維の境界面から除去されることを確実にすることを困難にさせた。結果として、これらの試料のヘイズ値は相対的に高かった。より低いヘイズ値は、固化前に繊維及び樹脂からの泡のより良好な排除を実現することにより、及び屈折率のより良好に適合するマトリックスを実現することにより、実現される場合がある。

幾つかの試料の機械特性が測定された。測定は、熱膨張係数（ＣＴＥ）及び貯蔵弾性率を包含した。これらの測定の結果は表Ｖに記載される。ＣＴＥは、パーキン・エルマー・サーモメカニカル・アナライザー（Perkin Elmer Thermomechanical Analyzer）、ＴＭＡ−７を使用し、フィルム引っ張り形状により測定された。温度掃引実験が、膨張モードにおいて、２０℃から１５０℃までの範囲にわたって１０℃／分で実行された。表Ｖに記載されたＣＴＥは、７０℃〜１２０℃の範囲にわたるＣＴＥであり、これはすべての場合において、その温度範囲にわたって実質的に直線であることが見出された。ＣＴＥは、百万分の１／摂氏（ｐｐｍ／℃）として表に記載され、及び試料の第２加熱周期について測定された。ＣＴＥは、繊維を含有するそれらの試料についてｘ／ｙの形態で提示される。繊維は試料中で、繊維が（適宜割り当てられる）ｘ及びｙ方向に存在するウィーブの形態であった。ＣＴＥは、膨張について、ｘ及びｙ方向に記載される。ｘ及びｙ方向の繊維の密度は実施例１０では等しくなく、これはｘ及びｙ方向のＣＴＥの著しく異なる値を結果としてもたらした。実施例１０、１１、及び１３では、繊維は、ｘ及びｙ方向におよそ類似した繊維密度を有するウィーブの形態であった。実施例１９〜２１では、いずれの繊維も存在せず、及びそのため唯一のＣＴＥがこれらの試料について記載される。

フィルム試料の貯蔵（弾性）率は、ＴＡインスツルメンツＱ８００シリーズ（TA Instruments Q800 series）のダイナミック・メカニカル・アナライザー（Dynamic Mechanical Analyzer）（ＤＭＡ）を使用し、フィルム引っ張り形状により測定された。温度掃引実験が、動ひずみモードにおいて、−４０℃から２００℃までの範囲にわたって２℃／分で実行された。貯蔵弾性率及びタンデルタ（損失係数）が、温度の関数として報告された。貯蔵弾性率は、表Ｖに３つの異なる温度、即ち２４℃、６６℃、及び１００℃について記載される。タンデルタ曲線のピークは、フィルムについてのガラス転移温度、Ｔｇを同定するために使用された。実施例１０及び２１については、Ｔｇの値は、それぞれの試料の第２加熱周期の中で測定された。

繊維強化実施例のＣＴＥは、繊維がガラスであったか又はガラスセラミックであったかに関係なく、強化されていない実施例のものより著しく小さかった。加えて、繊維強化実施例の貯蔵弾性率は、強化されていない実施例についてより著しく高く、特にディスプレイ用途の幾つかの異なる種類について期待される動作範囲内である６６℃の高温においては著しく高かった。繊維強化複合物フィルム試料のより高い貯蔵弾性率は、高温の動作温度におけるフィルムの反り又は弛みの量を減らし、フィルムの堅さを増加し、及びより安定な長期にわたる実用性を結果としてもたらすと考えられる。

幾つかの実施形態では、Ｔｇの値は１３５℃未満、ことによると１００℃未満であることが望ましい場合もある。これらの範囲のＴｇの値を有するポリマー物質の使用は、使用できる物質の広い選択を有するという結果をもたらし、並びにＴｇのより高い値を有する物質が使用される場合より、高価でない及び処理しやすい物質を提供する。実施例５及び１０についてＴｇの値は、それぞれ９２℃及び８２℃であることに注意されたい。

本発明は、上記の特定の実施例に限定されると考えられるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲に適正に記載されるように、本発明のすべての態様を網羅すると理解されるべきである。本明細書を検討すれば、本発明が適用可能であってもよい様々な変更、等価の方法、並びに多数の構造が、本発明が対象とする技術の当業者には容易に明らかになろう。特許請求の範囲はこのような変更及び装置を網羅しようとするものである。

光学フィルムの略図である。 本発明の原理による光学フィルムの切欠略図である。 繊維半径の関数としての散乱効率を示すグラフである。 繊維ウィーブの実施形態の略図である。 本発明の原理による繊維ヤーンの代表的な実施形態の略図である。 本発明の原理による繊維ヤーンの代表的な実施形態の略図である。 本発明の原理による繊維強化フィルムの断面略図である。 本発明の原理による繊維強化フィルムの断面略図である。 本発明の原理による繊維強化フィルムの断面略図である。 本発明の原理による、光学的出力を有する繊維強化フィルムの断面略図である。 本発明の原理による、表面構造を有する繊維強化フィルムの断面略図である。 本発明の原理による、表面構造を有する繊維強化フィルムの断面略図である。 本発明の原理による、表面構造を有する繊維強化フィルムの断面略図である。 本発明の原理による、表面構造を有する繊維強化フィルムの断面略図である。 本発明の原理による、繊維強化光学フィルムを製造するために使用できるシステムの略図である。 本発明の原理による、繊維強化光学フィルムを製造するために使用できるシステムの略図である。 本発明の原理による、繊維強化光学フィルムを作製するために繊維層に樹脂を浸透させるためのシステムの略図である。 本発明の原理による、繊維強化光学フィルムを成形するためのシステムの略図である。

Claims (44)

1. 第１屈折率を有するポリマーマトリックスと、
   前記ポリマーマトリックス内にカップリング剤なしに組み込まれた複数の無機繊維であって、前記第１屈折率に実質的に適合する第２屈折率を有する無機物質から形成される複数の無機繊維と、
   を含む光学体。
2. 前記ポリマーマトリックスが複屈折性であり、前記第１屈折率と異なる第３屈折率を有する、請求項１に記載の光学体。
3. 前記ポリマーマトリックスが実質的に等方性である、請求項１に記載の光学体。
4. 前記無機繊維が、前記ポリマーマトリックス内に組み込まれたトウの中に配置される、請求項１に記載の光学体。
5. 前記無機繊維が、前記ポリマーマトリックス内に組み込まれた、不織布、チョップトファイバー、又はチョップトファイバーマットの少なくとも１つとして配置される、請求項１に記載の光学体。
6. 前記無機繊維が、前記ポリマーマトリックス内に組み込まれた少なくとも１つの繊維ウィーブとして配置される、請求項１に記載の光学体。
7. 前記無機繊維が、前記繊維ウィーブの縦糸及び横糸の少なくとも１つの内に包含され、並びに前記繊維ウィーブの前記縦糸及び前記横糸の少なくとも１つが、ポリマー繊維及び天然繊維の少なくとも１つを含む、請求項６に記載の光学体。
8. 前記ポリマー繊維が、複屈折性ポリマー物質を含む、請求項７に記載の光学体。
9. 前記無機繊維が、少なくともガラス繊維を含む、請求項１に記載の光学体。
10. 前記無機繊維が、少なくともセラミック繊維を含む、請求項１に記載の光学体。
11. 前記無機繊維が、少なくともガラスセラミック繊維を含む、請求項１に記載の光学体。
12. 前記無機繊維の少なくとも１つが、１以上のポリマー繊維と共にヤーンに形成される、請求項１に記載の光学体。
13. 前記ヤーンが、中心に位置付けられた無機繊維、及び前記中心に位置付けられた無機繊維の周囲に撚り合わされた２つ以上のポリマー繊維により形成される、請求項１２に記載の光学体。
14. 少なくとも１つの構造化表面を含む、請求項１に記載の光学体。
15. 前記構造化表面が、前記光学体を通過する光に光学的出力を提供する、請求項１４に記載の光学体。
16. 前記構造化表面が、少なくとも１つのレンズを含む、請求項１５に記載の光学体。
17. 前記少なくとも１つの構造化表面が、プリズム構造の配列を含む、請求項１４に記載の光学体。
18. 前記ポリマーマトリックス内に添加剤を更に含み、前記添加剤が前記ポリマーマトリックスの前記屈折率を有効に調整する、請求項１に記載の光学体。
19. 前記ポリマーマトリックス内に添加剤を更に含み、前記添加剤が前記ポリマーマトリックスの強度を有効に増加する、請求項１に記載の光学体。
20. 前記ポリマーマトリックスが紫外線硬化アクリレートを含む、請求項１に記載の光学体。
21. 前記ポリマーマトリックスが架橋可能物質を含む、請求項１に記載の光学体。
22. 前記ポリマーマトリックス内に組み込まれた光拡散粒子を更に含む、請求項１に記載の光学体。
23. 第１屈折率を有する透明ポリマーマトリックスと、
    前記ポリマーマトリックス内に組み込まれた複数の透明繊維であって、無機繊維物質から形成される複数の透明繊維と、
    を含み、少なくとも１つの構造化表面を有する光学体。
24. 前記繊維物質が前記第１屈折率と実質的に同じである第２屈折率を有する、請求項２３に記載の光学体。
25. 前記少なくとも１つの構造化表面が前記光学体を通過する光に光学的出力を提供する、請求項２３に記載の光学体。
26. 前記少なくとも１つの構造化表面が少なくとも１つのレンズを含む、請求項２５に記載の光学体。
27. 前記少なくとも１つの構造化表面がプリズム構造の配列を含む、請求項２３に記載の光学体。
28. 前記無機繊維が少なくともガラス繊維を含む、請求項２３に記載の光学体。
29. 前記無機繊維が少なくともセラミック繊維を含む、請求項２３に記載の光学体。
30. 前記無機繊維が少なくともガラスセラミック繊維を含む、請求項２３に記載の光学体。
31. 前記ポリマーマトリックスが複屈折性であり、前記第１屈折率と異なる第３屈折率を有する、請求項２３に記載の光学体。
32. 前記ポリマーマトリックスが実質的に等方性である、請求項２３に記載の光学体。
33. 前記無機繊維が前記ポリマーマトリックス内のトウの中に配置される、請求項２３に記載の光学体。
34. 前記無機繊維が前記ポリマーマトリックス内の少なくとも１つの繊維ウィーブとして配置される、請求項２３に記載の光学体。
35. 前記無機繊維が前記繊維ウィーブの縦糸及び横糸の少なくとも１つの内に包含され、かつ前記繊維ウィーブの前記縦糸及び前記横糸の少なくとも１つが、ポリマー繊維及び天然繊維の少なくとも１つを含む、請求項３４に記載の光学体。
36. 前記無機ポリマー繊維が複屈折性ポリマー物質を含む、請求項３５に記載の光学体。
37. 前記無機繊維が、前記ポリマーマトリックス内に、前記無機繊維を前記マトリックスに結合するためのカップリング剤なしに組み込まれる、請求項２３に記載の光学体。
38. 前記無機繊維の少なくとも１つが１つ以上のポリマー繊維と共にヤーンに形成される、請求項２３に記載の光学体。
39. 前記ヤーンが、中心に位置付けられた無機繊維、及び前記中心に位置付けられた無機繊維の周囲に撚り合わされた２つ以上のポリマー繊維により形成される、請求項３８に記載の光学体。
40. 前記ポリマーマトリックス内に添加剤を更に含み、前記添加剤が前記ポリマーマトリックスの前記屈折率を有効に調整する、請求項２３に記載の光学体。
41. 前記ポリマーマトリックス内に添加剤を更に含み、前記添加剤が前記ポリマーマトリックスの強度を有効に増加する、請求項２３に記載の光学体。
42. 前記ポリマーマトリックス内に光拡散粒子を更に含む、請求項２３に記載の光学体。
43. 前記ポリマーマトリックスが紫外線硬化アクリレートを含む、請求項２３に記載の光学体。
44. 前記ポリマーマトリックスが架橋可能物質を含む、請求項２３に記載の光学体。

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