JP2016040605A - 高い軸外反射率を有する浸漬した反射偏光子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】反射偏光フィルムは、通過軸及びブロック軸によって特徴付けられ、通過状態偏光の白色光に対するその反射率は、入射角の増加に伴って増加して、1つ又は2つの平面内に圧縮された又は狭窄された視野円錐を提供する。
【選択図】図3b
Description
Rpass(θ)は、RPpass(θ)とRSpass(θ)の平均であり、
Tpass(θ)は、TPpass(θ)とTSpass(θ)の平均である。
%T00は、通過偏光の光に対する垂直入射でのフィルムの内部透過率であり、Tpass(0)、TSpass(0)、及びTPpass(0)とも等しい。
斜角反射率は、高複屈折、多数のミクロ層、又は両方を用いることにより高めることができる。これは両方の手法を用いる例である。下の表に記載の好適に1軸延伸された90/10 coPEN(材料1)及びcoPET(材料2)の代表的な屈折率を用い、更に、coPET材料(等方性屈折率1.555)の表面薄層が550のミクロ層の単一スタックの両側にあり、平坦なスペクトル用に最適化された連続的層厚さプロファイルがミクロ層に提供され、垂直入射の帯域端部(LBE)が400nm及び垂直入射の右側帯域(RBE)が1150nmであると仮定すれば、1軸延伸フィルムの角度反射率を大幅に増加させることができる。
coPEN及びPETgが90/10である交互層の多層材料のスタックを共押出し、およそy方向に3:1及びx方向に5:1で延伸し、その後高温熱処理した後に、下の表に示される交互ミクロ層の屈折率特性を得ることができる。
合計550層を有する(が、低屈折率のミクロ層で使用される光学的に厚い材料の層によって互いに分離される2つのコヒーレントパケットに配列される)光学フィルム1.3を作製するために、2つの光学フィルム1.2を共に積層すると、図11に示される計算された反射率が生成される。この図では、曲線1110はRSblock(θ)を表し、曲線1112はRPblock(θ)を表し、曲線1114はRPpass(θ)を表し、曲線1116はRSpass(θ)を表す。線1118は、空気中入射角90度に相当するULI屈折率1.2の媒体中の入射角を表す。
先に言及したように、反射偏光子の性能のいくつかのパラメータは、高角度における強度の低減及び/又は軸上の強化された強度を必要とするLCDバックライト、又は任意の他の偏光照明システムにおける有用性に対して有意なものとなり得る。こうしたパラメータは、上述の%Tブロックと%T00とを含む。通過状態のs偏光成分及びp偏光成分の透過率値が斜角において互いに同様であり得る、2軸コリメートの浸漬した反射偏光子の場合では、パラメータは、それぞれがs及びp偏光成分の平均である%TA60、%TA90、及び%TU90も含み得る。
図10と図11を比較することにより観察され得るように、このようなフィルムの組み合わせは、%TA90若しくは%TU90又は%Tブロックよりも、%T00の反射率を増加させるという点で、より有効である。
光学フィルム2.1:2軸コリメートフィルム、550のミクロ層(II)
テンターされただけのフィルムから非対称2軸延伸フィルムに配向を変えることにより、また、材料層の軽微な変更により、光学フィルム1.1を変性することができる。これは、高屈折率層の屈折率を、(1.83、1.62、1.505)からおよそ(1.80、1.66、1.505)に変えるやり方で行うことができる。高屈折率層の組成の軽微な変更を行って、このプロセスを容易にすることができる。低屈折率層を、1.555から1.58に変更することができる。上の表A及び表Bから、これは、%T00をいくらか減少させるが、%T90の値の全て、並びにTA60/%T00及び%T90/%T00の比率を著しく低減することに留意されたい。
光学フィルム1.1の高屈折率層は、coPENからPETに変更することが可能であり、このことは、材料費の大幅な優位性を有し得る。しかしながら、1000の連続的に勾配が付けられている層が必要であるので、設備及び加工費が影響を受ける可能性がある。nx=1.71、ny=1.59、及びnz=1.50の屈折率は、拘束単軸方法(標準的フィルムテンター)で延伸された、n=1.55の低屈折率材料のPETフィルムで容易に得られる。上の表A及び表Bに記載の値から分かるように、光学性能はPEN系フィルムと同様である。
強いs偏光反射フィルムを、275層だけで作製することができる。屈折率がnx=1.82、ny=1.62、及びnz=1.505である高屈折率層、及び屈折率が1.505である低屈折率層、275層、並びに拘束1軸延伸を用いて、表A及び表Bに挙げられている性能値を得ることができる。T60P/T00の全ての比率は1.0にほぼ等しい、即ち、p偏光に対する反射率は角度と共に増加しないことに留意されたい。T60S/T00の比率は、表Bのあらゆる例の中で最も低い。このモデル化例は、光学フィルム3.4と同様である。
光学フィルム3.1を作製するプロセスにおいて、低屈折率ポリマーと高屈折率ポリマーが交互に存在する多層構造のキャストウェブを、オフラインバッチフィルム延伸装置上でのその後の2軸延伸のために、冷却されたキャスティングホイールの上に押出した。オフライン装置の上での延伸後に光学フィルムが望ましい光学特性を有するのを確実にするために、正確な層厚さの値をもたらすのに必要な押出プロセスの条件を、以下の方法によって探求した。
このフィルム試料は、キャスティングホイール速度を25%だけ増加させてフィルムを20%薄くしたことを除いて、光学フィルム3.1と同じ様式で作製された。その結果、赤色帯域端部の全ては約20%減少した。こうした薄いフィルムを、より厚いキャストウェブよりも均一に、Karo IVの上で更に延伸し、その結果、ブロック軸に関するRBEはフィルム領域の大部分にわたって約875nm〜925nmとなった。これらのフィルムは、低屈折率層を超高角度で伝播する赤色及び黄色光線を透過し始める。このフィルムのスペクトルは全て、光学フィルム3.1のものと同様の平均透過レベルを有する。
光学フィルム3.3を作製するプロセスにおいて、低屈折率ポリマーと高屈折率ポリマーが交互に存在する多層構造のキャストウェブを、逐次的フィルム延伸ライン上でのインライン2軸延伸のために、冷却されたキャスティングホイールの上に押出した。フィードブロック法(例えば、米国特許第6,783,349号(Neavinら)を参照されたい)を用いて、275の屈折率ポリマー材料と高屈折率ポリマー材料の交互層のキャストウェブを共押し出しした後、このキャストウェブを、まず長さ延伸機(LO)で、次にテンターで延伸することによって、低屈折率ポリマーと高屈折率ポリマーの交互層の反射偏光子を作製した。90/10 coPEN(90%のエチレンナフタレート繰り返し単位及び10%エチレンテレフタレート繰り返し単位を含有するコポリエステル)を用いて高屈折率層を作製した。押出成形機の中で55重量%のPETg GN071(Eastman Chemicalsから入手可能)と45重量%の90/10 coPENの混合物を混ぜ合わせて、低屈折率層を作製した。共押出プロセスの間に、低屈折率材料の15%を溶融トレインから転用して、保護境界層を形成した(275層押出品の各側に7.5%)。90/10 coPENの表面薄層を、押出ダイの直前の位置に、総溶融流れの20%の割合で(フィルムの各側に10%)溶融流れに適用した。フィルムの高屈折率層の目標屈折率は、nx=1.79、ny=1.675、nz=1.505であった。こうした屈折率の発現は、フィルム非対称延伸を必要とする。
低屈折率ポリマーと高屈折率ポリマーが交互に存在する多層構造のキャストウェブを、フィルムライン上でのインラインテンター延伸のために、冷却されたキャスティングホイールの上に押出した。フィードブロック法(例えば、米国特許第6,783,349号(Neavinら)を参照されたい)を用いて、275の屈折率ポリマー材料と高屈折率ポリマー材料の交互層のキャストウェブを共押し出しした後、このキャストウェブを、まず長さ延伸機(LO)で、次にテンターで延伸することによって、低屈折率ポリマーと高屈折率ポリマーの交互層の反射偏光子を作製するためのキャストウェブを作製した。高屈折率層を90/10 coPEN(10%PET)を用いて作製した。EcdelポリマーFN007(Eastman Chemicalsより入手可能)を使用して低屈折率層を作製した。共押出プロセスの間に、低屈折率材料の15%を溶融トレインから転用して、保護境界層を形成した(275層押出品の各側に7.5%)。PETg 14285(Eastman Chemicalsより入手可能)の表面薄層を、押出ダイの直前の位置に、フィルムの各側に約8マイクロメートルの厚さの最終表面薄層を提供する割合で、溶融流れに適用した。フィルムの高屈折率層の目標屈折率は、nx=1.82、ny=1.62、nz=1.51であった。633nmにおけるEcdelの屈折率は約1.505であり、PETgの屈折率は約1.564である。
光学フィルム3.1〜3.4を、それぞれSamsung LCDテレビパネルに積層した。パネルは、Samsungから市販のTVセット(型番:LN32B360C5D)から入手し、32”(81.3cm)の対角寸法を有した。実験では、32”(81.3cm)パネルの一部だけを、パネル後方の200mm×400mmバックライトで照明した。
浸漬した反射偏光フィルムを有し、超低屈折率層を有さない積層体
伝播角の増加に伴う反射帯域のより低い波長へのシフトは、フィルムがより高い屈折率の媒体に浸漬された場合に非常に大きくなる。例えば、米国特許出願公開第2008/0037127号(Weber)、「Wide Angle Mirror System」には、ミラーの全ての層のz屈折率が、浸漬媒体の屈折率に近づくと、RBEはp偏光の高角度において約0nmにシフトすることが指摘されている。この潜在的に無限の帯域シフトは、それ故、高角度の光線をブロックするために非常に低屈折率のTIR層の使用を必要とする。s偏光反射光学フィルム3.4は、両方の層のz屈折率が屈折率1.505を有する1つの例である。このフィルムが、n≒1.49である標準的接着剤を使用して標準的な拡散体とテレビパネルとの間に浸漬される場合には、反射帯域の劇的な移動により、大量の光を高角度で透過させるのが可能になる。しかしながら、低屈折率層のみが、例えば1.58の屈折率を有するものに偏光された場合には、入射角に伴うRBEのシフトは、大幅に減少する。高屈折率層を変更する必要はなく、実際には、フィルムが広角偏光子として機能する場合には、また、p偏光が高角度で反射される場合には、低屈折率層よりもはるかに低いz屈折率が必要となる。
反射偏光子の屈折率セットが、「高い」屈折率の層に関して(nx=1.80、ny=1.67、nz=1.505)、「低い」屈折率の層に関してn=1.585である場合、フィルムが屈折率1.49に浸漬される場合、p偏光の右側帯域は約600nm未満に低下しない。これらフィルムの屈折率は、非常に高いPEN含有量、例えば95% PEN以上を有するPEN又はcoPENフィルムの非対称2軸延伸及び熱処理によって得ることができる。ブロック軸方向と通過軸方向の延伸比率は約2:1であり得るが、nx対nyの屈折率を最適化するために、この比率を容易に変更することが可能である。低屈折率材料は、例えば、PETgとcoPENとの配合物を使用して作製され得る。全てのs偏光可視光線は反射され、650nm未満のp偏光は、最大約77度の角度で反射される。
実施例NU−1で記載された超広帯域幅を有し、かかる広帯域にわたって波長対透過率の許容可能な均一性を有する光学フィルムが作製可能であることを証明するために、次の2種類のフィルムを作製した後、光学接着剤で積層した。第1のフィルムは、約400nm〜900nmを反射し、第2のフィルムは約800nm〜1800nmを反射する。帯域端部は、一方のフィルムからもう一方へのスペクトルの移行重複部分を比較的滑らかにするために、段階的になるように設計された。フィルムは共に、米国特許第6,783,349号(Neavinら)に記載のようなフィードブロック法を用いて作製され、90/10のcoPEN(90% PEN/10% PET)とPETg(Eastman Chemicals,Tennesseeから入手可能)との275の交互層を有していた。第1のフィルムは、透過率及び帯域端部の傾斜の均一性に関して最適化され、帯域端部は約400及び900nmであった。押出成形キャスティングホイールを2倍に低速させて、400nm帯域端部を800nmまで移動させ、900nm帯域端部を1800nmまで移動させた。
Claims (10)
- フィルム構造体において、
可視波長を含む広範な波長領域にわたり角度及び偏光の関数として光を選択的に透過及び反射するように構成され、第1の偏光の可視光線を垂直に入射するための通過軸と、第2の偏光の可視光線を垂直に入射するためのブロック軸と、を画定し、更に、前記第1の偏光の可視光線を圧縮された視野円錐の中に透過するように、入射角が斜めのときに反射率が高くなることによって特徴付けられるミクロ層と、
前記ミクロ層への大きく傾斜した光の伝播を制限する、又はかかる大きく傾斜した伝播光を前記ミクロ層に向けて向け直すという方法で前記ミクロ層に連結される、超低屈折率を有する光学的に厚い低屈折率層と、を備えるフィルム構造体。 - 可視波長にわたって平均化された超低屈折率が、少なくとも1.1であるが1.3以下である、請求項1に記載の構造体。
- 前記複数のミクロ層が、通過軸、ブロック軸、及び垂直軸を有し、
前記複数のミクロ層が、前記通過軸と前記垂直軸とを含む通過平面に入射するp偏光のRPpass(θ)、前記通過平面に入射するs偏光のRSblock(θ)、前記ブロック軸と前記垂直軸とを含むブロック平面に入射するp偏光のRPblock(θ)、及び前記ブロック平面に入射するs偏光のRSpass(θ)の伝播角度θの関数としての可視波長にわたる平均内部反射率を有し、
Rblock(θ)が、RSblock(θ)とRPblock(θ)の平均であり、Rpass(θ)が、RSpass(θ)とRPpass(θ)の平均であり、
前記複数のミクロ層が、前記通過平面に入射するp偏光のTPpass(θ)、前記通過平面に入射するs偏光のTSblock(θ)、前記ブロック平面に入射するp偏光のTPblock(θ)、及び前記ブロック平面に入射するs偏光のTSpass(θ)の伝播角度θの関数としての可視波長にわたる平均内部透過率を有し、
Tblock(θ)が、TSblock(θ)とTPblock(θ)の平均であり、Tpass(θ)がTSpass(θ)とTPpass(θ)の平均である、請求項1に記載の構造体。 - Tblock(0)が10%未満であり、Tpass(0)が55%〜75%の範囲内である、請求項3に記載の構造体。
- 前記伝播角度θが、空気中で測定した場合の角度θairであり、Tpass(θair=60°)<0.85*Tpass(0)である、請求項4に記載の構造体。
- 前記伝播角度θが、光学的に厚い低屈折率層の中で測定した場合の角度θlow indexであり、Tpass(θlow index=90°)<0.6*Tpass(0)である、請求項4に記載の構造体。
- 前記光学的に厚い低屈折率層及び前記複数のミクロ層が、共に第1の光学的に厚い層と第2の光学的に厚い層との間に配置されるように配列される、第1及び第2の光学的に厚い層を更に備え、
前記第1及び第2の光学的に厚い層が、前記光学的に厚い低屈折率層よりも高い屈折率を有する、請求項1に記載の構造体。 - 前記第1の光学的に厚い層がライトガイドを含む、請求項7に記載の構造体。
- 前記第1の光学的に厚い層が拡散層を含む、請求項7に記載の構造体。
- 前記第1の光学的に厚い層が表示パネルを含む、請求項7に記載の構造体。
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