JP2009532722A - コントラスト比を向上する光学スタック - Google Patents

Abstract

第１の偏光透過軸を有する吸収型直線偏光層と、第１の偏光透過軸に実質的に平行な第２の偏光透過軸を有する反射型直線偏光層と、及び８０ナノメートル以上の面外位相差値を有するか、又は１０ナノメートル以上の面内位相差値および（面内位相差値の０．６倍）を超える面外位相差値を有する位相差層とを備える光学フィルムスタックが開示される。前記位相差層は、吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層の間に配置される。本光学フィルムスタックを備える液晶ディスプレイ、及びこの光学フィルムスタックを使用して液晶ディスプレイの軸上コントラスト比を増大する方法も開示される。

Description

本開示は、一般に、ディスプレイ用の光学スタック、特に液晶ディスプレイのコントラスト比を改良する光学スタックに関する。

見る人に情報を伝達するための電子表示装置を含む、マイクロプロセッサベースのデバイスは、ほぼ遍在するようになっている。携帯電話、ハンドヘルドコンピュータ、携帯情報端末、電子ゲーム、カーステレオ及び表示器、公共ディスプレイ、自動金銭出納機、店内キオスク、家電機器、コンピュータモニタ、テレビなどはすべて、日常目にする情報表示装置の例である。この種のデバイスに提供されるディスプレイの多くは、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）である。

陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイとは異なり、ＬＣＤは、光を発しないため、このようなディスプレイ上に形成される画像を見るためには別の光源が必要である。例えば、光源はディスプレイの後に配置可能であり、一般に「バックライト」として公知である。従来のバックライトのいくつかは、３Ｍ社（3M Company）から入手可能なビキュイティ（商標）輝度向上フィルム（Vikuiti（Trademark）Brightness Enhancement Film）（ＢＥＦ）のような線形プリズム状表面構造を有する１つ以上の輝度向上フィルムを含む。ビキュイティ（商標）２層輝度向上フィルム（Vikuiti（Trademark）Dual Brightness Enhancement Film）（ＤＢＥＦ）又はビキュイティ（商標）拡散反射偏光フィルム（Vikuiti（Trademark）Diffuse Reflective Polarizer Film）（ＤＲＰＦ）（両方とも３Ｍ社から入手可能）のような、１つ以上の反射偏光フィルムもまた、一般にバックライトに含まれる。ＤＢＥＦ及び／又はＤＲＰＦは、予め定められた偏光を有する光を放射する。異なる偏光を有する光は反射されてバックライト内へ戻り、そこでその光線の偏光状態は通常、例えば、ディフューザ及び他の「ランダムな」偏光変換素子によってスクランブルされ、光線は反射型偏光子にフィードバックされる。このプロセスは、通常「偏光の再利用」と呼ばれる。

例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）、単一領域垂直配向（ＶＡ）、光学補償複屈折（ＯＣＢ）液晶ディスプレイなどのような液晶ディスプレイは、本質的に狭く不均一な視角特性を有する。このような視角特性は、ディスプレイの光学性能を少なくとも部分的に規定し得る。非補償ディスプレイにおいては、コントラスト、カラー、及び階調輝度分布（gray scale intensity profile）のような特性は、異なる視角に対して、実質的に変化する可能性がある。見る人が水平、垂直、又は、その両方について位置を変えるにつれて、更に、異なる水平及び垂直位置から見る人に対する望ましい特性を備えるように、これら非補償ディスプレイの特性を変更したいという要望がある。

重要な視角の範囲は、液晶ディスプレイの応用によって異なり得る。例えば、用途によっては、水平位置について幅広い範囲が要求されても、垂直位置は比較的狭くても充分だろう。別の用途では、水平又は垂直（又は両方）について狭い角度から見るのが望ましいだろう。したがって、不均一な視角特性に対する望ましい光学補償は、見る位置の望ましい範囲に依存し得る。１つの視角特性は、液晶ディスプレイの明状態と暗状態間のコントラスト比である。コントラスト比は、様々な要因に影響され得る。

本開示に関する１つの典型的な実施態様において、第１の偏光透過軸を有する吸収型直線偏光層、第１の偏光透過軸に実質的に平行な第２の偏光透過軸を有する吸収型直線偏光層、及び８０ナノメートル以上の面外位相差、又は１０ナノメートル以上の面内位相差並びに（面内位相差の０．６倍）を超える面外位相差を有する位相差層を含む光学フィルムスタックが開示される。位相差層は、吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層の間に配置される。

別の典型的な実施態様において、本開示は、第１の液晶層と光源の間に配置される液晶層、光源、及び光学フィルムスタックを含む液晶ディスプレイに関する。前記光学フィルムスタックは、液晶層に対面して配置された第１の偏光透過軸、光源から受光するように配置された第１の偏光透過軸に実質的に平行な第２の偏光透過軸を有する反射型直線偏光層、及び８０ナノメートル以上の面外位相差値又は１０ナノメートル以上の面内位相差値並びに（面内位相差の０．６倍）を超える面外位相差値を有する位相差層を含む。位相差層は、吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層の間に配置される。

更なる典型的実施態様において、液晶ディスプレイの軸上コントラスト比を増大する方法が説明される。前記方法は、液晶層と光源の間に配置される液晶層、光源及び光学スタックを含む液晶ディスプレイの提供を含む。前記光学スタックは、液晶層に対面して配置された第１の偏光透過軸を有する吸収型直線偏光層、及び光源から受光するように配置された第１の偏光透過軸に実質的に平行な第２の偏光透過軸を有する反射型直線偏光層を含む。この液晶ディスプレイは、第１の軸上コントラスト比を有する。位相差層は、次に吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層の間に配置されて、第１の軸上コントラスト比より高い第２の軸上コントラスト比を有する改良された液晶ディスプレイを形成する。位相差層は、８０ナノメートル以上の面外位相差、又は１０ナノメートル以上の面内位相差及び（面内位相差の０．６倍）を超える面外位相差を有する。

本発明に従う光学フィルムスタック及び液晶ディスプレイ装置のこれら及びその他の態様は、以下の詳細な説明及び図面から、当業者には、より容易に明白になるだろう。

ＬＣＤのようなディスプレイ装置の性能は、しばしばその輝度で判定される。より多数の光源及び／又はより明るい光源の使用は、ディスプレイの輝度を増大する１つの方法である。しかし、追加的な光源及び／又はより明るい光源はより多くのエネルギーを消費し、通常、より多くの電力をディスプレイ装置に割り当てることを必要とする。可搬式機器の場合、このことが電池耐用期間の短縮に相関するおそれがある。光源のディスプレイ機器への追加、又はより明るい光源の使用は、ディスプレイ機器のコスト及び重量を増加させるおそれがある。

ディスプレイ機器の輝度を向上させる別の方法は、ディスプレイ機器の内部、又はバックライトのようなその照明装置内で利用できる光線をより効率的に利用することを伴う。例えば、ディスプレイ機器又は照明装置内の光は、反射型偏光子が所望の偏光特性を有する少なくとも相当量の光を透過し、少なくとも異なる偏光特性を有する相当量の光を反射するような反射型偏光子を使用する「偏光の再利用」であってよい。反射された（即ち遮断された）光の偏光は次に照明装置の他の素子によって変えられて、反射型偏光子にフィードバックされ、再利用の連続処理が繰り返される。

上記の偏光の再利用機構は、同じ電力配分に対してより明るいディスプレイを提供するうえで非常に効果的であるが、再利用連続処理の各繰り返しにおいて、少なくともいくらかの光量が通常失われる。例えば、斜め方向の光はディスプレイパネル内の構造物及びカラーフィルタ内の粒子によって散乱される傾向があり、この散乱光の一部は結局、垂直（軸）方向になって、ディスプレイの暗状態において光が漏れる結果を生じる。

したがって、本開示は、ディスプレイのための光学フィルムスタックに関し、特に傾斜照明の低減によって液晶ディスプレイの軸上コントラスト比を改良する光学フィルムスタックに関する。本発明はそれだけには限定されないが、下記で提供する実施例の考察を通じて本発明の様々な態様の理解が得られるはずである。

以下の説明では、図面を参照して検討がなされることとし、異なる図面中の同様の要素は同様の様式の符号がなされることとする。図面は、必ずしも一定の縮尺とは限らないが、特定の例証的な実施形態を表しており、また本開示の範囲を制限しようとするものではない。さまざまな素子について、構造、寸法、及び材料の例が説明されているが、当業者は、提供されている多くの実施例に、利用可能な好適な代替物があることを理解するだろう。

特に明記しない限り、本明細書と請求項で用いられている特徴的なサイズ、量、及び、物理的特性を表すすべての数は、すべての場合において「約」という用語によって変更されることを理解されたい。したがって、特に記載のない限り、前述の明細書及び添付の請求の範囲に記載されている数のパラメータは、本願明細書で開示する教示を利用する当業者が得ようと試みる所望の特性に応じて変えることのできる近似値である。

端点による数値範囲の列挙には、その範囲内に含まれるすべての数（例えば１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）、及び、その範囲内のあらゆる範囲が含まれる。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用する時、単数形「ある（ａ及びａｎ）」並びに「その（ｔｈｅ）」は、その内容によって特別に明確な指示がなされていない場合は、複数の指示対象を有する実施形態にも及ぶ。例えば、「１つのフィルム」への参照は、１、２又はそれ以上のフィルムを有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、用語「又は」は、その内容について別段のはっきりした指示がない限り、一般的に「及び／又は」を包含する意味で用いられる。

「偏光」という用語は、平面又は直線偏光、円偏光、楕円偏光、もしくは、光線の電気ベクトルが方向をランダムに変えず、一定の配向を保つか、又は規則正しい形で変わるその他のいずれかの非ランダム偏光状態を指す。面内偏光では、電気ベクトルは、単一面に留まり、一方、円又は楕円偏光では、光線の電気ベクトルは規則的な形で回転する。

用語「複屈折」は、直交ｘ、ｙ、ｚ方向における屈折率の全てが同じではないことを意味する。本明細書に記載のポリマー層において、軸は、ｘ及びｙ軸が層平面中にあり、ｚ軸が層の厚さ又は高さに対応するように選択される。用語「面内複屈折」は、面内の屈折率（ｎ_ｘ及びｎ_ｙ）間の差であると理解されるべきである。用語「面外複屈折」は、面内屈折率の１つ（ｎ_ｘ又はｎ_ｙ）と面外屈折率ｎ_ｚの差であると理解されるべきである。

複屈折フィルムの位相差は、光が厚み（ｄ）の媒体を通過するとき、光の伝搬方向に対して直交する軸で、屈折率がより大きい特徴を有する遅軸に沿った偏光光と、これに垂直な軸又は方向に沿って偏光される光の伝播速度の違いに基づいて導入される位相差である。光の入射角に垂直又はほぼ垂直に配向されたポリマーフィルムを利用するいくつかの例示的実施形態において、遅軸はフィルムが延伸される方向と同一線上にあって、厚みｄはフィルムの厚みになる。位相差又は遅延は積Δｎ・ｄによって表される。ここで、Δｎは遅軸及びこれに垂直な方向における屈折率の差であって、ｄは光が横断する媒体の厚さである。

用語「面内位相差」とは、２つの直交する面内屈折率間の差に光学素子の厚さを掛けた積を指す。面内位相差の値は正値又は負値であり得るが、本明細書では常に絶対値として報告される。

「面外位相差」という用語は、光学素子の厚みに、ｎ_ｚとｎ_ｘ間の差、又はｎ_ｚとｎ_ｘ、ｎ_ｙの平均値間の差を積算したものを意味する。面外位相差の値は正値又は負値であり得るが、本明細書では常に絶対値として報告される。

「２軸リターダー」は、例えば、３つの軸全てに沿って異なる屈折率を有する（すなわち、ｎ_ｘ≠ｎ_ｙ≠ｎ_ｚ）プレートまたはフィルムのような複屈折光学素子を示す。≠≠２軸リターダーは、例えば２軸配向プラスチックフィルムから製造されることが可能である。２軸リターダーの面内位相差が０に近づくと、２軸リターダー素子はｃ−プレートに近い挙動をする。一般に、２軸リターダーは、本明細書で定義するように、５５０ｎｍ光において少なくとも３ｎｍの面内位相差を有する。より小さな面内位相差を有するリターダーはｃ−プレートとみなされる。多くの実施形態において２軸リターダーは、５５０ナノメートルの光線について少なくとも１０ナノメートルの面内位相差を有し、面外位相差は、面内位相差と０．６の積より大きい。

当業者は、光線が面内及び面外複屈折によって特徴づけられる媒体の面法線に関して、ある角度で入射するとき、光線は面内及び面外複屈折の両方の成分を有することを直ちに認めるだろう。一般に、位相差は、（ｉ）フィルムのような光学素子の厚み、（ｉｉ）ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚ、（ｉｉｉ）光線の入射角、及び（ｉｖ）入射面のフィルム上への投射とフィルムの遅軸間の角度、の関数である。入射面のフィルム上への投射とフィルムの遅軸が一致する場合の実効屈折率と屈折光の方向の計算は、ブレハら著、物理学会誌Ｄ：応用物理学２６号（１９９３年）２９３〜３０１頁（Brehat et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 26（1993）293-301）で検討されており、その内容は本明細書に参照として組込まれる。入射面のフィルム上への投射がフィルムの遅軸に関して角度をもつ一般的な場合は、サイモンＭ．Ｃ．によって米国光学会誌Ａ ４（１９８７）２２０１（Simon M. C., J. Opt. Soc. Am. A 4（1987）2201）で検討されており、その内容は本明細書に参照として組込まれる。

いずれにせよ、当業者は、透過光の偏光状態に対する複屈折フィルムの影響を判定する一連の実験のシミュレーションが可能な市販のソフトウェアを使用して、任意の所与の入射角に対する最適位相差を決定することができる。このようなソフトウェアの１例は、オートロニック‐メルチャーズ（Autronic-Melchers）社から入手可能なＤＩＭＯＳブランドのソフトウェアである。

当業者は、光線が面内及び面外複屈折によって特徴づけられる媒体に鋭角又は鈍角で入射するとき、光線は面内と面外の両方の位相差成分を有することになると直ちに認めるだろう。

反射型偏光子と液晶ディスプレイの入口偏光子のような吸収型偏光子との間に位相差層を配置することによって、位相差層は、特定の傾斜角で入射する光線の偏光状態を変えることができる。更に、軸上入射光の偏光状態は、殆ど影響を受けないだろう。吸収型偏光子はその偏光透過軸を反射型偏光子の透過軸と平行又は実質的に平行にするので、特定の傾斜角で進行する光線の偏光状態を変えることによって、その傾斜角で吸収型偏光子を透過する光線の透過は低減されるだろう。これによって、ディスプレイの照明円錐を効果的に狭くすることができる。液晶ディスプレイをより狭い円錐で照明することによって、ディスプレイの軸上コントラスト比が増大することがわかっている。更に、液晶ディスプレイをより狭い円錐で照明することによって、液晶ディスプレイの暗状態が改善されることがわかっている。

図１は、光学素子の記述に使用する座標軸系を示す。一般に、ディスプレイ装置の場合、ｘおよびｙ軸はディスプレイの幅および長さに相当し、そしてｚ軸は典型的にディスプレイの厚さ方向と平行している。この取り決めは、特に明記しない限り、全体を通して使用される。図１の座標軸システムにおいて、ｘ軸及びｙ軸は、例えば、リターダー１６０のような光学素子の主要面１０２と平行に定められ、正方形又は矩形表面の幅及び長さ方向に対応してよい。ｚ軸は、前記主表面に対して垂直であって、典型的に、光学素子の厚さ方向と平行している。

図２は典型的なディスプレイ機器１００及び本開示に従って作成された典型的な光学フィルムスタック１１０、ディスプレイパネル１８０、及び、特定の用途のために任意に選択される１つ以上の追加的な光学フィルム並びに／又は構成要素（図示せず）の図式的な断面図である。好適なディスプレイパネルには、ツイステッドネマチック（ＴＮ）、単一領域垂直配向（ＶＡ）、光学補償複屈折（ＯＣＢ）液晶ディスプレイパネルなどのような、液晶ディスプレイパネル（ＬＣＤパネル）が含まれる。このディスプレイパネルと照明装置１９０は、照明装置１９０がディスプレイパネル１８０に光を供給するように、ディスプレイパネル１８０が照明装置１９０と見る人（図示せず）との間に設置されるように配備される。この実施形態例では、照明装置１９０は、バックライトと呼ばれ得る。光学フィルムスタック１１０は、照明装置１９０とディスプレイパネル１８０との間に配置される。光学スタック１１０は、照明装置１９０から受光して、ディスプレイパネル１８０に光を透過する。

典型的な光学スタック１１０は、第１の偏光透過軸を有し、ディスプレイパネル１８０に対面して配置される吸収型直線偏光層１５０と、第１の偏光透過軸に実質的に平行で照明装置１９０に対面して配置される反射型直線偏光層１７０と、面内位相差値３ナノメートル以下を有するか、又は第１もしくは第２の偏光透過軸に対して±５度以内又は８５〜９５度の角度をなす平均遅軸を有する位相差層１６０とを含む。位相差層１６０は、吸収型直線偏光層１５０と反射型直線偏光層との間に配置される。いくつかの実施形態では、位相差層１６０は、第１又は第２の偏光透過軸に実質的に平行な平均遅軸を有する。他の実施形態において、位相差層１６０は、第１又は第２の偏光透過軸に実質的に垂直な平均遅軸を有する。いくつかの実施形態では、位相差層１６０は必要に応じて、２つ以上の位相差層、又は３つ以上の位相差層を含む。３ナノメートル以下（すなわち３〜０ナノメートル）の面内位相差値を有する位相差層１６０は、「ｃ−プレート」と呼ぶことができる。いくつかの実施形態では、位相差層１６０は、１００ナノメートル以上又は２００ナノメートル以上の面外位相差値を有する。

典型的な光学スタックは、反射型直線偏光子１７０を含む。反射型直線偏光子１７０は光入力面及び光出力面を有し、光出力面がリターダー１６０に対面するように配置される。反射型直線偏光子１７０は、リターダー１６０と照明装置１９０との間に配置される。反射型直線偏光子１７０は第１の偏光特性を有する少なくとも相当な光量を透過し、第１の偏光特性と異なる第２の偏光特性を有する少なくとも相当な光量を反射する。多くの実施形態において、反射型直線偏光子１７０は、第１の偏光特性を有する垂直入射において、少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％の光を透過し、第２の偏光特性を有する垂直入射において、５０％未満、又は３０％未満、又は１０％未満の光を透過する。

典型的な光学スタックは、吸収型直線偏光子１５０を含む。いくつかの実施形態では、吸収型直線偏光子１５０は、入口偏光子であって、ディスプレイパネル１８０の一部である。吸収型直線偏光子１５０は光入力面及び光出力面を有し、光出力面がディスプレイパネル１８０に対面するように配置される。吸収型直線偏光子１５０はリターダー１６０とディスプレイパネル１８０との間に配置される。吸収型直線偏光子１５０は第１の偏光特性を有する少なくとも相当な光量を透過し、第１の偏光特性と異なる第２の偏光特性を有する少なくとも相当な光量を吸収する。多くの実施形態において、吸収型直線偏光子１５０は、第１の偏光特性を有する垂直入射において、少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％の光を透過し、第２の偏光特性を有する垂直入射において、５０％未満、又は３０％未満、又は１０％未満の光を透過する。

いくつかの実施形態では、（１つ以上の）位相差層１６０が、反射型直線偏光子１７０上に積層される。いくつかの実施形態では、位相差層１６０は、吸収型直線偏光子１５０上に積層される。いくつかの実施形態では、位相差層１６０と反射型直線偏光子１７０との間に空気間隙が存在する。いくつかの実施形態では、位相差層１６０と吸収型直線偏光子１５０の間に空気間隙が存在する。更なる実施形態において、位相差層１６０は、吸収型直線偏光子１５０及び反射型直線偏光子１７０の両方の間に積層される。

更に、図２に関連して、照明装置１９０は、ディスプレイパネル１８０及び光学スタック１１０から見て外側に対面する照明装置１９０の面に配置される裏面反射板１２０を更に含んでよい。適切な裏面反射板は、鏡のような鏡面反射板を含む。適切な鏡としては、銀コート又はアルミニウムコートの鏡又は鏡フィルムのような金属コートの鏡、多層ポリマー製反射フィルムのようなポリマー製鏡フィルムが挙げられるが、これに限定されない。別の適切な裏面反射板には、拡散反射板、及び鏡面と拡散反射の両方の構成要素を有する反射板が挙げられる。拡散反射面は、粒子充填プラスチックフィルム、中空粒子充填フィルム、及び後方散乱反射板を含むが、これらに限定されない。鏡面と拡散の両方の反射性構成要素を有する反射板には、拡散性塗膜材でコートされた鏡面反射板、構造化面を有する反射板、ビードコーティング又は白色コーティング（while coatings）された反射板が挙げられるがこれに限定されない。

照明装置１９０は、光学スタック１１０に光学的に連結された（すなわち、照明に使われる）光源１３２も含む。いかなる適切な光源又は光源類も本開示の範囲内であって、例えば、光源１３２は広帯域光源又は光源組立体もしくは組立体類であり得る。本開示の用途に好適な光源は、１つ以上のＣＣＦＬ、ＬＥＤ又はＬＥＤを含む光源組立体を含む。光源１３２は、好ましくは配光要素１３４に光学的に連結（すなわち、入射するように）され、いくつかの例示的実施形態において実質的に平面又は楔形の中実又は中空のライトガイドであり得る。このような例示的実施形態において、光源１３２の光は、配光要素１３４の端部１３４ａに連結（すなわち、入射）されて、配光要素１３４内を（例えばＴＩＲを介して）伝播した後に、出力側１３４ｂを通して光学スタック１１０の方向に出力連結（すなわち出射）される。図２に示される例示的実施形態はディスプレイ機器１００及び照明装置１９０で使用される１つの光源を示しているが、他の例示的実施形態では２つ以上の光源又は光源列を含むことができる。１つ以上の光源が用いられる場合、１つ以上の光源は配光要素１３４の異なる端部に配置されてよい。

照明装置１９０はまた、光学スタック１１０及び裏面反射板１２０との間に配置される１つ以上の光学素子１４０を含んでもよい。典型的な追加用光学フィルムには、構造化表面フィルム及び１つ以上のディフューザが挙げられるが、これに限定されない。典型的な照明装置１９０において、追加的な光学素子は２つの、両方とも光学スタック１１０に対面するフィルムの表面の上に配置される線形プリズム状表面を有する、構造化表面フィルムを含むことができる。他の追加的な光学的フィルムが用途に応じて、上記の光学的フィルムの代わりに、又は追加して用いられてよい。

図２に示す典型的なディスプレイ機器の動作中に光線は、配光要素１３４の出力側１３４ｂに外部へ連結出力されて、光学素子１４０のいずれかを通って透過され、光学スタック１１０の反射型偏光子１７０の入力面上に入射する。反射型偏光子１７０は、光源からこのような光を受けて、第１の偏光状態を有する光の少なくとも相当な部分は出力表面を通してリターダー１６０の方へ透過して、第２の偏光状態を有する光の少なくとも相当な部分を裏面反射板１２０の方へ反射する。透過光はリターダー１６０を通過するが、ここで垂直又は軸上の光線はあまり変化を受けず、傾斜光は次に吸収型偏光子１５０へ透過された傾斜光が吸収型偏光子１５０に吸収されるような相当な変化を受ける。例えば、いくつかの実施形態では、ｚ方向（フィルム面に垂直）に関して４５度の傾斜角、及び透過光又は吸収型偏光子の通過軸に対して４５度の方位角で、リターダー１６０を横断する傾斜光には、少なくとも５０ナノメートルの位相差が生じる。

リターダー素子１６０を製造するために様々な材料及び方法を用いることができる。いくつかの実施形態では、リターダーは、同時に２軸方向に延伸された、可視光線の少なくとも１つの偏光状態について実質的に非吸収性で且つ非散乱性のポリマーフィルムの層を含み、ｘ、ｙ及びｚ直交成分の屈折率を有し、屈折率の直交成分の少なくとも２つは同じではなく、面内位相差は１００ナノメートル以上の範囲で且つ面外位相差は１００ナノメートル以上、又は面内位相差は２００ナノメートル以上で且つ面外位相差は２００ナノメートル以上である。いくつかの実施形態では、リターダー１６０は、面内位相差が３ナノメートル以下で且つ面外位相差は１００ナノメートル以上、又は面内位相差が３ナノメートル以下で且つ面外位相差が２００ナノメートル以上、である範囲を有する。別の実施形態では、リターダー１６０は、面内位相差が５０ナノメートル〜１００ナノメートルで且つ面外位相差が１００ナノメートル以上、又は面内位相差が５０ナノメートル〜２００ナノメートルで且つ面外位相差が２００ナノメートル以上、である範囲を有する。

延伸可能な本明細書に記載の光学特性を有する、全ての高分子材料が対象と考えられる。これらポリマー類の一部のリストとしては、例えば、ポリオレフィン類、ポリアクリレート類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、フルオロポリマー類などが挙げられる。１つ以上のポリマー類は、組合わされてリターダーを形成できる。ポリオレフィンの例には、例えばポリスチレン、ノルボルネンなどのような環状オレフィンポリマー類、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、ポリペンチレン、などのような非環状性オレフィンポリマーが挙げられる。具体的なポリブチレンは、ポリ（１−ブテン）である。具体的なポリペンチレンは、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）である。ポリアクリレートとしては、例えば、アクリレート類、メタクリレート類などが挙げられる。具体的なポリアクリレート類の例としては、ポリ（メチルメタクリレート）およびポリ（ブチルメタクリレート）が挙げられる。フルオロポリマーとしては、具体的には、限定されないが、ポリ（フッ化ビニリデン）が挙げられる。

リターダーの面内位相差及び面外位相差は、非垂直又は斜角の入射光の少なくとも一部が遅延及び偏光され、次いで吸収型直線偏光子によって吸収されるような、リターダー上の非垂直又は斜角の入射光を変更するいかなる有用な値であってもよい。いくつかの実施形態では、リターダーは、０〜３ナノメートルの範囲の面内位相差を有するｃ−プレートである。別の実施形態において、リターダーは、１０ナノメートル以上の面内位相差及び（面内位相差の０．６倍）の面外（out-of-place）位相差値を有する２軸リターダーである。別の実施形態において、２軸リターダーは、３ナノメートル以上、５０ナノメートル以上、１００ナノメートル以上、２００ナノメートル以上、又は３００ナノメートル以上、もしくは５０ナノメートル〜１０００ナノメートル、１００ナノメートル〜１０００ナノメートル、２００ナノメートル〜１０００ナノメートル、又は３００ナノメートル〜１０００ナノメートルの面内（in-place）位相差を有する。リターダーまたは２軸リターダーの面外位相差は、非垂直又は斜角の入射光の少なくとも一部が遅延され、次いで、例えば５０ナノメートル以上、１００ナノメートル以上、２００ナノメートル以上、又は３００ナノメートル以上、もしくは５０ナノメートル〜１０００ナノメートル、１００ナノメートル〜１０００ナノメートル、２００ナノメートル〜１０００ナノメートル、又は３００ナノメートル〜１０００ナノメートルの吸収型直線偏光子によって吸収され偏光されるような、リターダー上の非垂直又は斜角の入射光を変更するいかなる有用な値であってもよい。

リターダーは、例えば、５マイクロメートル以上、又は５マイクロメートル〜２００マイクロメートル、又は５マイクロメートル〜１００マイクロメートル、又は７マイクロメートル〜７５マイクロメートル、又は１０マイクロメートル〜５０マイクロメートルのような、任意の有用な厚み（ｚ方向）を有することができる。

例えば、清澄剤及び核化剤を含む結晶化変性剤をリターダーに添加できる。結晶化変性剤類は、延伸された高分子光学フィルムにおける「ヘイズ（曇値）」の低減に役立ち得る。結晶化変性剤類は、高分子光学フィルム内に、例えば１０ｐｐｍ〜５００，０００ｐｐｍ、又は１００ｐｐｍ〜４００，０００ｐｐｍ、又は１００ｐｐｍ〜３５０，０００ｐｐｍ、又は２５０ｐｐｍ〜３００，０００ｐｐｍのように、「ヘイズ」を低減するのに有効なあらゆる量で存在し得る。

いくつかの例示的実施形態において、２つ以上の複屈折リターダー素子１６０が、光学スタック１１０内に存在してよい。こういった例示的実施形態において、前記２つ以上の複屈折リターダー素子１６０は、結合された位相差フィルム１６０が上記のように配置された平均遅軸を有するように、互いに関してある角度に配置される遅軸を有することができる。例えば、リターダー１６０は、第１の遅軸が第２の遅軸に関してある角度に配置される、第１の遅軸を有する第１の複屈折光学素子及び第２の遅軸を有する第２の複屈折光学素子を備えてよい。別の実施形態において、リターダー１６０は、１つ、２つ、３つ又はそれ以上のｃ−プレートリターダーを備える。

多くの実施形態において、リターダー１６０は、光の波長範囲にわたって平衡的なレベルの位相差を提供する複屈折フィルム又はフィルムの組合せである。「位相差の平衡的なレベル」は、６５０ナノメートルの赤色光において１／３波長の遅延がある場合、５５０ナノメートルの青色光及び４５０ナノメートルの緑色光についてもほぼ１／３波長の遅延があることを意味する。平衡的なレベルの位相差を保つことで、リターダー１６０による色シフトを低減できる。平衡的な位相差を提供する１つの方法には、材料のｚ―屈折率と面内屈折率との差が波長の増加と共に増大するような複屈折分散である、材料又は材料の配合物を選択することが挙げられる。別の方法には、異なる分散特性を有する２つ以上の光学的位相差層の組合せを使用して、材料の正味の効果によって平衡的な位相差のレベルが与えられるようにそれらを組合わせることが挙げられる。

１つの例示的な実施形態では、ディスプレイ機器は図２に示されるディスプレイ機器１００と類似している。コントラスト比は、リターダー１６０がある場合と、ない場合について測定される。反射型偏光子１７０は、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社（3M Company, St. Paul, MN.）から入手可能なビキュイティ（商標）２層輝度向上フィルム（ＤＢＥＦ）で、吸収型偏光子１５０は、ディスプレイパネル１８０の入口偏光子であり、リターダーは、５０ナノメートルの面内位相差絶対値と２００ナノメートルの面外位相差絶対値を有する可視光線の少なくとも１つの偏光状態について非吸収性で且つ非散乱性である、２軸同時延伸されたポリプロピレンフィルム層である。いくつかの好適な位相差フィルムは米国特許出願公開番号２００４／０１５６１０６及び２００４／０１８４１５０に記載されており、その開示は本明細書に参照としてここに組込まれる。４５度の入射角と、入口偏光子の通過軸から４５度の入口偏光子面への投影に対応する方位入射角とを有するような位相差フィルムからの光線の偏光状態の位相差は約１００ナノメートルである。

上記の位相差フィルムの１層、２層、及び３層を使用する１７インチＴＮディスプレイのコントラスト比改良の実験計測値は、位相差フィルムが本明細書に記載のように配置されない１７インチ（４３センチ）ＴＮディスプレイのコントラスト比に対して、それぞれ＋６％、＋１１．５％及び＋１３％のコントラスト比改良を示した。

本発明は、上に記載した特定の実施例に限られるとみなすべきではなく、添付の請求項で明確に提示されているとおり、本発明のあらゆる態様を網羅していると理解すべきである。本発明が対象とする技術分野の熟練者であれば、本発明の明細書を検討することにより、様々な修正、同等の方法、並びに、本発明を適用可能と思われる多くの構造は容易に明らかになるであろう。

主題発明が関係する当該技術分野における当業者が、主題発明の作成と使用方法をより容易に理解するように、本発明の例示的実施形態が以下に図面を参照して詳細に記載される。

本開示の光学素子の記載に使用される座標軸系を示す図。 本開示に従って作成された例示的なディスプレイ機器と例示的な光学フィルムスタックの概略断面図。

Claims (20)

1. 第１の偏光透過軸を有する吸収型直線偏光層と、
   第１の偏光透過軸と実質的に平行な第２の偏光透過軸を有する反射型直線偏光層と、
   ８０ナノメートル以上の面外位相差値を有するか、又は１０ナノメートル以上の面内位相差及び（面内位相差値の０．６倍）を超える面外位相差値を有し、吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層の間に配置された位相差層と、を含んでなる光学フィルムスタック。
2. 前記位相差層は第１又は第２の偏光透過軸に対して±５度以内又は８５〜９５度の角度をなす平均遅軸を有する、請求項１に記載の光学フィルムスタック。
3. 前記位相差層は１００ナノメートル以上の面外位相差を有する、請求項１に記載の光学フィルムスタック。
4. 前記位相差層は２００ナノメートル以上の面外位相差を有する、請求項１に記載の光学フィルムスタック。
5. 前記位相差層は２つ以上の位相差層を含んでなる、請求項１に記載の光学フィルムスタック。
6. 前記位相差層は第１又は第２の偏光透過軸に実質的に平行な平均遅軸を有する、請求項１に記載の光学フィルムスタック。
7. 前記位相差層は第１又は第２の偏光透過軸に実質的に垂直な平均遅軸を有する、請求項１に記載の光学フィルムスタック。
8. 前記位相差層は環状ポリオレフィン又は非環状ポリオレフィンを含んでなる、請求項１に記載の光学フィルムスタック。
9. 前記位相差層はポリカーボネート又はポリプロピレンを含んでなる、請求項１に記載の光学フィルムスタック。
10. 液晶層と、
    光源と、
    第１の液晶層と光源との間に配置された光学フィルムスタックであって、前記光学フィルムスタックが、
    第１の偏光透過軸を有し、前記液晶層に対面して配置された吸収型直線偏光層と、
    第１の偏光透過軸に実質的に平行な、前記光源から受光するように配置された第２の偏光透過軸を有する反射型直線偏光層と、
    ８０ナノメートル以上の面外位相差値を有するか、又は１０ナノメートル以上の面内位相差及び（面内位相差値の０．６倍）を超える面外位相差値を有し、吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層の間に配置された位相差層とを含んでなる、光学フィルムスタックと、を含んでなる液晶ディスプレイ。
11. 前記位相差層は第１又は第２の偏光透過軸に対して±５度以内又は８５〜９５度の角度をなす平均遅軸を有する、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
12. 前記位相差層は１００ナノメートル以上の面外位相差を有する、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
13. 前記位相差層は２００ナノメートル以上の面外位相差を有する、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
14. 前記位相差層は２層以上の位相差層を含んでなる、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
15. 前記位相差層は第１又は第２の偏光透過軸と実質的に平行な平均遅軸を有する、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
16. 前記位相差層は第１又は第２の偏光透過軸に実質的に垂直な平均遅軸を有する、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
17. 前記位相差層は環状ポリオレフィン又は非環状ポリオレフィンを含んでなる、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
18. 液晶層と、
    光源と、
    前記液晶層と前記光源の間に配置される光学スタックと、を含み、
    前記光学スタックは、第１の偏光透過軸を有し、前記液晶層に対面して配置された吸収型直線偏光層と、
    前記光源から受光するように配置され、第１の偏光透過軸と実質的に平行で第２の偏光透過軸を有する反射型直線偏光層とを含んでなり、第１の軸上コントラスト比を有する液晶ディスプレイを準備することと；
    吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層の間に位相差層を配置することとを含んでなり、前記位相差層が、８０ナノメートル以上の面外位相差値を有するか、又は１０ナノメートル以上の面内位相差及び（面内位相差値の０．６倍）を超える面外位相差値を有して、前記第１の軸上コントラスト比より大きい第２の軸上コントラスト比を有する改良型の液晶ディスプレイを形成する、液晶ディスプレイの軸上コントラスト比を向上する方法。
19. 前記配置ステップは、位相差層を吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層との間に配置することを含んでなり、前記第１の軸上コントラスト比より少なくとも５％大きい第２の軸上コントラスト比を有する改良型の液晶ディスプレイを形成する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記配置ステップは、位相差層を吸収型直線偏光層と反射型直線偏光層との間に配置することを含んでなり、前記第１の軸上コントラスト比より少なくとも１０％大きい第２の軸上コントラスト比を有する改良型の液晶ディスプレイを形成する、請求項１８に記載の方法。

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