JP2017509931A - コリメート反射偏光子を有する光学フィルム - Google Patents

Abstract

光学フィルムが開示される。具体的には、コリメート反射偏光子を有する光学フィルムが開示される。光学フィルムはバックライト、特にバックライト再循環用凹部に有用である。エッジ型、直下型両方のバックライトに適した構造が開示される。

Description

反射偏光子は、或る偏光状態の光を実施的に透過し、一方でそれに直交する偏光状態の光を実質的に反射するもので、ディスプレイ装置のバックライトに使用される。反射偏光子は、別の反射面に結合されて、光再循環用凹部を形成する場合がある。光の角度分布を変更するため、複数の光導要素を有する微細複製フィルムを使用してもよい。

本開示の一態様は、光学フィルムに関する。光学フィルムは、コリメート反射偏光子と、前記コリメート反射偏光子の主面に配置されたマイクロ凹レンズアレイとを有する。いくつかの実施形態では、前記コリメート反射偏光子は、垂直入射に対応する透過軸に沿ったｐ偏光された光の透過率をＴｐａｓｓｎｏｒｍａｌとし、６０度入射に対応する透過軸に沿ったｐ偏光された光の透過率をＴｐａｓｓ６０として、Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比が０．７５未満である。いくつかの実施形態では、Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比が０．６０又は０．５０未満である。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイは不規則な配列を有する。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイは規則的な配列を有する。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．５である。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．３である。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．５未満である。いくつかの実施形態では、光学フィルムは、前記マイクロ凹レンズアレイ上に配置されていない、前記コリメート反射偏光子の表面上に配置された微細要素をさらに有する。前記微細要素はビーズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記ビーズの平均径は約８μｍである。いくつかの実施形態では、前記微細要素は凸レンズ又はプリズムを含む。いくつかの実施形態では、光学フィルムの厚さは４２０μｍ未満である。いくつかの実施形態では、エッジ型バックライトアセンブリは、前記光学フィルムと、ライトガイドとを有し、前記ライトガイドは前記マイクロ凹レンズアレイに近接配置される。いくつかの実施形態では、直下型バックライトアセンブリは、前記光学フィルムと、ライトガイドとを有し、前記ライトガイドは前記マイクロ凹レンズアレイに近接配置される。

本開示の別の態様は、第１及び第２主面を有する光学基材と、前記光学基材の前記第１主面上に配置されるコリメート反射偏光子と、前記光学基材の前記第２主面上に配置されるマイクロ凹レンズアレイとを有する光学フィルムに関する。いくつかの実施形態では、光学フィルムは前記光学基材と、前記コリメート反射偏光子との間の接着剤をさらに有する。いくつかの実施形態では、前記コリメート反射偏光子は、垂直入射に対応する透過軸に沿ったｐ偏光された光の透過率をＴｐａｓｓｎｏｒｍａｌとし、６０度入射に対応する透過軸に沿ったｐ偏光された光の透過率をＴｐａｓｓ６０として、Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比が０．７５未満である。いくつかの実施形態では、Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比が０．６０又は０．５０未満である。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイは不規則な配列を有する。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイは規則的な配列を有する。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．５である。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．３である。いくつかの実施形態では、前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．５未満である。いくつかの実施形態では、光学フィルムは、前記光学基材上に配置されていない、前記コリメート反射偏光子の表面上に配置された微細要素をさらに有する。前記微細要素はビーズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記ビーズの平均径は約８μｍである。いくつかの実施形態では、前記微細要素は凸レンズ又はプリズムを含む。いくつかの実施形態では、光学フィルムの厚さは４２０μｍ未満である。いくつかの実施形態では、エッジ型バックライトアセンブリは、前記光学フィルムと、ライトガイドとを有し、前記ライトガイドは前記マイクロ凹レンズアレイに近接配置される。いくつかの実施形態では、直下型バックライトアセンブリは、前記光学フィルムと、１つ以上の光源とを有し、前記１つ以上の光源は前記マイクロ凹レンズアレイに近接配置される。

多層光学フィルムの概略斜視図である。 コリメート反射偏光子を有する光学フィルムの立面状側断面図である。 コリメート反射偏光子を有する別の光学フィルムの立面状側断面図である。 コリメート反射偏光子を有する別の光学フィルムの立面状側断面図である。 図２に示す光学フィルムを有するエッジライト型バックライトの一部の、立面状側断面図である。 図２に示す光学フィルムを有する直下型バックライトの一部の、立面状側断面図である。 比較例Ｃ−２のコリメート反射偏光子の層厚さ特性を示すグラフである。

図１は、多層光学フィルムの概略斜視図である。多層光学フィルム１０は、第１層１２及び第２層１４を有する。

屈折率の互いに異なるミクロ層の配置により、少なくとも部分的に所望の透過及び／又は反射特性を提供するフィルムである多層光学フィルムが知られている。一連の無機材料を、真空チャンバ内で基材上に光学的に薄い層（ミクロ層）として積層することによって、こうした多層光学フィルムを作製することが知られている。無機多層光学フィルムについては、例えば、Ｈ．Ａ．ＭａｃｌｅｏｄによるテキストブックＴｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ，２ｎｄ Ｅｄ．，Ｍａｃｍｉｌｌａｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．（１９８６）、及びＡ．ＴｈｅｌａｎによるテキストブックＤｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．（１９８９）に記載されている。

多層光学フィルムは、交互に異なるポリマー層を共押出しすることによっても実証されている。例えば、米国特許第３，６１０，７２９号（ロジャース（Rogers））、同第４，４４６，３０５号（ロジャース（Rogers）ら）、同第４，５４０，６２３号（イム（Im）ら）、同第５，４４８，４０４号（シュレンク（Schrenk）ら）、及び同第５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）ら）を参照されたい。これらのポリマー多層光学フィルムでは、個々の層の組成中にポリマー材料が主として使用されている又はポリマー材料のみが使用されている。そのようなフィルムは、大量生産工程に適するもので、大判のシート及びロール状物品の形で作製することができる。

多層光学フィルムは、一部の光が隣接ミクロ層の間の境界面で反射するように、屈折率特性が互いに異なる個々のミクロ層を含む。ミクロ層は十分に肉薄であるため、複数の境界面で反射した光の建設的又は相殺的干渉が生じ、これにより多層光学フィルムが所望の反射又は透過特性を有することとなる。紫外線、可視、又は近赤外線波長光を反射するよう設計された光学フィルムでは、各ミクロ層は通常、光学的厚さ（物理的厚さ×屈折率）が約１μｍ未満である。多層光学フィルムの外表面の表面層や、ミクロ層の所定のまとまり（以下「パケット」と称する）同士を分離するよう、多層光学フィルム内に配置される保護境界層（ＰＢＬ）のような、より厚い層が含まれていてもよい。

偏光用途、例えば、反射型偏光子の場合には、光学層の少なくとも一部は、複屈折性ポリマーを用いて形成され、ポリマーの屈折率はポリマーの直交座標系の軸に沿って異なる値を有する。一般に、複屈折性ポリマーのミクロ層は、層面の法線（ｚ軸）により規定され、ｘ軸とｙ軸が層面内に存在する、直交座標系の軸を有する。複屈折性のポリマーは、非偏光用途においても使用することができる。

図１は、多層光学フィルムの例示的光学繰り返し単位（ＯＲＵ）の概略的斜視図である。図１では、多層光学フィルム１０の２層のみが示されているが、このような層は１つ以上の連続的なパケット又は積層体内に配置されて数十又は数百含まれ得る。フィルム１０は個々のミクロ層１２、１４を含み、ここで「ミクロ層」とは、十分に肉薄な層であるため、複数の境界面で反射した光の建設的又は相殺的干渉が生じ、これにより多層光学フィルムが所望の反射又は透過特性を有することとなる。ミクロ層１２，１４は２つで、多層積層体の１つの光学繰り返し単位（ＯＲＵ）となり得、ＯＲＵは、積層体の厚さ方向を通じて繰り返される繰り返しパターンにおける、層の組の最小単位である。隣接するミクロ層の境界面で一部の光が反射されるように、これらのミクロ層は互いに異なる屈折率特性を有する。紫外線、可視、又は近赤外線波長光を反射するよう設計された光学フィルムでは、各ミクロ層は通常、光学的厚さ（物理的厚さ×屈折率）が約１μｍ未満である。

ミクロ層１２，１４は、１／４波積層体に対応する厚さ及び反射率を有してよく、その場合、均一な光学的厚さ（ｆ値＝５０％）の２つの隣接したミクロ層をそれぞれ有する光学繰り返し単位又は単位セルに配置されるものであるが、このような光学繰り返し単位は、当該光学繰り返し単位の総光学的厚さの倍の波長λを有する建設的干渉光により反射に適する。ｆ値が５０％以外の値の２ミクロ層光学繰り返し単位を有する多層光学フィルムや、光学繰り返し単位が３つ以上のミクロ層を有するフィルムのような、別の層構造も知られている。これらの光学繰り返し単位は、特定のより高次の反射を減少又は増加させるように構成されるよう設計できる。例えば、米国特許第５，３６０，６５９号（アレンズ（Arends）ら）及び同第５，１０３，３３７号（シュレンク（Schrenk）ら）を参照されたい。フィルムの厚さ方向の軸（例えば、ｚ軸）に沿った厚さ勾配を使用して、拡張された反射帯、例えば、ミクロ層積層体が人間の可視領域全体にわたりかつ近赤外光領域の中に拡張された反射帯を提供し、斜めの入射角で反射帯が短波長にシフトしても、可視スペクトル全体にわたって反射し続けるようにすることができる。帯域端、すなわち高反射と高透過の間の波長転移を鋭くするように調整された厚さ勾配が、米国特許第６，１５７，４９０号（Ｗｈｅａｔｌｅｙら）に記述されている。

多層光学フィルムと関連した設計、構成についてのさらなる詳細は、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）及び６，５３１，２３０（Ｗｅｂｅｒら）、ＰＣＴ公開ＷＯ ９５／１７３０３号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）及びＷＯ ９９／３９２２４（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）、そして、２０００年３月のサイエンス誌２８７号に記載の題名「多層ポリマー鏡における大複屈折光学要素（Ｇｉａｎｔ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｏｐｔｉｃｓ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍｉｒｒｏｒｓ）」という刊行物（Ｗｅｂｅｒら）に記載されている。多層光学フィルム及びそれと関連する物品は、その光学的、機械的、及び／又は化学的特性により選択される追加の層及びコーティングを含んでもよい。例えば、ＵＶ吸収層をこのフィルムの入射側に追加して、フィルムの構成要素を、ＵＶ光により引き起こされる劣化から保護する場合がある。多層光学フィルムを機械的強度を補うための層に、ＵＶ硬化型アクリレート接着剤又は他の好適な材料を用いて取り付けることもできる。このような補強層は、ＰＥＴ又はポリカーボネートなどのポリマーを含むことがあり、例えばビーズ又はプリズムを使用することにより光拡散又はコリメーションなどの光学的機能を提供する、構造化された表面も含むことがある。また、追加的な層及びコーティングには、耐擦傷性層、耐裂性層、及び硬化剤を挙げることができる。例えば、米国特許第６，３６８，６９９号（Ｇｉｌｂｅｒｔら）を参照されたい。多層光学フィルムを製造するための方法及び装置は、米国特許第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）に記述されている。

多層光学フィルムの反射特性及び透過特性は、それぞれのミクロ層の屈折率と、ミクロ層の厚さ及び厚さ分布の関数である。各ミクロ層は、少なくとも局地的に、面内屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ及びその厚さ方向軸に関する屈折率ｎ_ｚにより特徴づけられる。これらの屈折率は、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿って偏光した光に対する対象材料の屈折率を、それぞれ表す。本特許出願での説明を容易に行うため、別途記載のない限り、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、多層光学フィルム上のいかなる対象点にも適用可能なローカルな直交座標系の軸であり、ミクロ層はｘ−ｙ面に平行に延び、ｘ軸は、Δｎ_ｘの大きさを最大とするようにフィルムの面内で配向されているものとする。したがって、Δｎ_ｙの大きさは、Δｎ_ｘの大きさに等しいか又はそれ未満（すなわち、Δｎ_ｘの大きさを超過しない）とすることができる。さらに、差Δｎ_ｘ、Δｎ_ｙ、Δｎ_ｚを計算する際にどの材料層から始めるかの選択は、Δｎ_ｘが負でないことが必要であるということによって決定される。言い換えれば、１つの界面を形成する２層間の屈折率差は、Δｎ_ｊ＝ｎ_１ｊ−ｎ_２ｊであり、式中、ｊ＝ｘ、ｙ、又はｚであり、層の指定１、２は、ｎ_１ｘ≧ｎ_２ｘ、すなわち、Δｎ_ｘ≧０となるように選択される。

実際には、屈折率は、賢明な材料選択及び処理条件によって制御される。多層フィルムは、交互のポリマーＡ，Ｂの層を多数、例えば数十、数百共押し出し、通常その後多層押出物を１つ以上の増倍用押し抜き機にとおし、その押出物をさらに延伸又は配向することで最終的なフィルムを形成するようにして得られる。得られたフィルムは、可視又は近赤外領域などの所望のスペクトルの領域において１つ以上の反射帯域を与えるように厚さ及び屈折率を調整した数百の個別の微小層で通常、構成されている。妥当な層数により高反射率を得るためには、隣接ミクロ層は、通常、ｘ軸に沿って偏光した光に対して少なくとも０．０５の屈折率差（Δｎ_ｘ）を呈する。いくつかの実施形態においては、ｘ軸に沿って偏向した光に対する屈折率差が、配向後に可能な限り高くなるように材料を選択する。２つの直交する偏光に対して高反射率が所望される場合には、隣接ミクロ層を、ｙ軸に沿って偏光した光に対して少なくとも０．０５の屈折率差（Δｎ_ｙ）を呈するようにすることもできる。

上記に参照した‘７７４号（Ｊｏｎｚａら）特許は、なかんずく、ｚ軸に沿って偏光した光に対する隣接ミクロ層間の屈折率差（Δｎ_ｚ）を調整して、斜めに入射する光のｐ偏光成分に対して所望の反射率特性を得る方法を述べている。斜め入射角におけるｐ偏光の高い反射率を維持するために、ミクロ層間のｚ屈折率の不一致Δｎ_ｚは、最も大きい面内屈折率の差Δｎ_ｘより実質的に小さく制御して、Δｎ_ｚ≦０．５×Δｎ_ｘ又はΔｎ_ｚ≦０．２５×Δｎ_ｘのようにすることができる。ゼロ又はほぼゼロの大きさのｚ屈折率の不一致によって、ｐ偏光に対する反射率が入射角の関数として一定又はほぼ一定である界面がミクロ層の間に生じる。さらに、ｚ屈折率の不一致Δｎ_ｚは、面内屈折率の差Δｎ_ｘと比較して反対の極性を有するように、すなわち、Δｎ_ｚ＜０であるように、制御することができる。この条件は、ｓ偏光の場合と同様に、ｐ偏光に対する反射率が、入射角の増加と共に増加する境界面をもたらす。

‘７７４号（Ｊｏｎｚａら）特許は、多層反射型偏光子（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ／ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ）と呼ばれる偏光子として構成される多層光学フィルムに関する、設計上のある種の考慮事項についても述べている。多数の出願書においては、理想的な反射型偏光子は、一方の軸（「消光」又は「ブロック」軸）に沿った高反射率と、他方の軸（「透過」又は「通過」軸）に沿ったゼロ反射率とを有する。本出願のためには、その偏光状態が通過軸又は透過軸に実質的に整列している光は通過光と呼び、その偏光状態がブロック軸又は消光軸に実質的に整列している光はブロック光と呼ぶ。特にことわらない限り、入射角６０°の通過光とは、ｐ偏光通過光で測定したものである。なにがしかの反射率が透過軸に沿って起こる場合には、オフノーマル角度での偏光子の効率は低下し、いろいろな波長に対する反射率が異なる場合には、透過光の中に色が導入されることがあり得る。さらには、ある多層系においては２つのｙ屈折率及び２つのｚ屈折率の厳密な一致は可能でなく、ｚ軸屈折率が不一致である場合には、面内屈折率ｎ１ｙ及びｎ２ｙに対して若干の不一致の導入が望まれることがある。特に、ｙ屈折率の不一致がｚ屈折率の不一致と同一の符号を有するように配置することによって、ミクロ層の境界面でブリュースター効果が生じて、多層反射型偏光子の透過軸に沿った軸外れの反射率、それゆえ軸外れの色が最小となる。

‘７７４号（Ｊｏｎｚａら）特許で述べられている別の設計上の考慮事項は、多層反射型偏光子の空気境界面での表面反射に関する。偏光子を既存のガラス部品又は別の既存のフィルムに、透明な光学接着剤により両面積層しない限り、このような表面反射は、光学システム中の所望の偏光の透過を低下させる。このように、ある場合には反射型偏光子に反射防止（ＡＲ）コーティングを追加することが有用であることもある。

反射型偏光子は、液晶ディスプレイなどの視覚ディスプレイシステムにおいてしばしば使用される。これらのシステムは、今日、携帯電話、コンピューター（タブレット型、ノート型、サブノート型を含むコンピューター）、及び一部のフラットパネルＴＶなどの広範な種類の電子機器において見られるものであるが、こうしたシステムは、広い面積のバックライトにより後方から照明される液晶（ＬＣ）パネルを使用している。反射型偏光子は、バックライトの上に載置されるか、又はバックライトの中に組み込まれて、ＬＣパネルにより使用可能な偏光状態の光をバックライトからＬＣパネルへと透過する。直交偏光状態の光はＬＣパネルが使用できないものであるが、そのような光は反射されてバックライトの中に戻され、そこでその光は反射されて最終的にＬＣパネルに向かって戻され、使用可能な偏光状態に少なくとも部分的に変換されて、通常ならば失われる光を「再循環」し、ディスプレイの得られる輝度及び全体の効率を増加させる。

図２は、コリメート反射偏光子を有する光学フィルムの立面状側断面図である。光学フィルムは、コリメート反射偏光子２１０と、レンズレット２２２を有するマイクロレンズアレイ２２０と、光学基材２３０と、接着剤２４０とを有する。

コリメート反射偏光子２１０は、任意の適した厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、コリメート反射偏光子２１０は多層コリメート反射偏光子であってもよい。多層コリメート反射偏光子の場合、斜めに入射する光よりも、軸上入射光のほうがより透過されるよう、厚さや屈折率を選択してもよい。バックリフレクタと組み合わせれば、多層コリメート反射偏光子は斜めに入射する光を再循環可能である。再循環した光は、次の透過の際には軸上に透過する可能性が高くなり、コリメート効果が得られる。例えばＰＣＴ出願ＷＯ ２０１３／０５９２２５ Ａ１（Ｗｅｂｅｒら）に記載されているように、当該フィルムを使用した再循環型バックライトからの光の潜在的なコリメート度の指標としては、所定のフィルムに対するｐ偏光された光の垂直入射（Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌ）の場合と６０度入射（Ｔｐａｓｓ６０）の場合の透過率の比が有効である。有効なコリメート反射偏光子のＴｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比は、高くとも０．７５，０．６，又は０．５未満であり得る。

マイクロレンズアレイ２２０は、一連のレンズレット２２２を有する。その名称にかかわらず、マイクロレンズアレイ２２０はレンズレットを必ずしも有する必要はなく、その代わりに、又はそれに加えてプリズム又は球形のような任意の別の微細要素を有してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロレンズの微細要素は逆さ形であってもよく、即ち逆さ形のレンズレット（図２に示す）、球、又はプリズム状要素であってもよい。いくつかの実施形態では、微細要素は一面内方向に延在してもよく、即ちミクロレンズアレイ２２０は一次元アレイであってもよい。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイ２２０は二次元アレイであってもよい。マイクロレンズアレイ２２０は、規則的、不規則、又は疑似不規則な配列を有してもよく、任意の適した間隔を有してもよい。いくつかの実施形態では、レンズレット２２２は密着し、いくつかの実施形態では、レンズレット２２２は互いに離間している。さらにはレッズレット２２２同士は、マイクロレンズアレイ２２０上で部分的に重なっていてもよい。レンズレット２２２は、幅ａと、高さ（又は深さ）ｂの２つの寸法で特徴づけられる。レンズレット２２２は、本用途ではｂ／ａで求められるアスペクト比によって特徴づけられてもよい。レンズレット２２２は、少なくとも１つの曲面を有してもよい。いくつかの実施形態では、レンズレット２２２は、曲面のみを有してもよい。図２に示すレンズレット２２２は、少なくとも本用途においては、凹状微細要素とみなし、称され得る。

レンズレット２２２のアスペクト比は、適切な光学的特性を有する積層体を設計する際に重要となり得る。アスペクト比に、コリメート効果と光拡散のトレードオフが依存する場合もある。例えば、比較的アスペクト比の高いレンズレットの場合、光拡散がよく、コリメート効果が低くなり得る。いくつかの実施形態では、適切なアスペクト比は約０．５となる。いくつかの実施形態では、適切なアスペクト比は０．５未満で、例えば約０．３となる。マイクロレンズアレイ２２０のレンズレット間のアスペクト比のばらつきは、通常の製造誤差を上回るものであってもよい。そのような場合、平均アスペクト比は、０．５未満又はその他任意の適した値であってもよい。

マイクロレンズアレイ２２０は鋳造や硬化のような微細複製加工を含む、任意の適した加工により形成可能である。マイクロレンズアレイ２２０を形成するために使用される樹脂は、加工しやすさや、耐久力、溶融及び歪み耐性のようなその他物理的特性や、屈折率、透明度、拡散性のような光学的特性を基準に選択される。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイ２２０のレンズレット２２２間の領域は、曲線的、角形、又は隣接するフィルム間の擦傷が生じる可能性を減らすよう変形されてもよい。

光学基材２３０は、コリメート反射偏光子２１０と、マイクロレンズアレイ２２０との間に配置される。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイ２２０は、直接光学基材２３０上に微細複製される。光学基材２３０と、マイクロレンズアレイ２２０は同一の素材であってもよく、いくつかの実施形態では、それらは同一の単一部材片の一部であってもよい。別の実施形態では、光学基材２３０は、マイクロレンズアレイ２２０に接着又は積層されてもよい。光学基材は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ），ポリカーボネート（ＰＣ），又はポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなポリマー材料を含む任意の適切な素材であってもよい。光学基材２３０は、任意の適した厚さを含む、任意の適した寸法であってもよい。いくつかの実施形態では、適切な剛性となるよう、適切な厚さを選択してもよい。いくつかの実施形態では、光学基材２３０の厚さは、マイクロレンズアレイ２２０とコリメート反射偏光子２１０との間に適切な長さの光路が確保されるように選択されてもよい。光学基材２３０は、実施的に透明で光学不活性であるか、大量拡散に繋がるような光学的機能を有するか、吸光偏光要素又は染色部を有してもよい。

接着剤２４０は、任意でコリメート反射偏光子２１０と、光学基材２３０との間に配置される。接着剤２４０は、光学透明接着剤（ＯＣＡ）、感圧接着剤（ＰＳＡ）、或いは熱又は紫外線硬化性接着剤を含む、任意の適した接着剤であってもよい。いくつかの実施形態では、接着剤２４０が光学不活性、即ち透明であることが望ましい場合がある。別の実施形態では、接着剤２４０は染料、拡散粒子、又は光学フィルム２００内を移動する光を変化又は修正する別の光学活性部材を含んでもよい。

図２に示す光学フィルム２００の全体的構成は、任意の適したサイズ、及び任意の適した寸法を有してもよい。いくつかの実施形態では、光学フィルム２００の各層は、同一のサイズであってもよく、さらにはロール形で製造又は保管され、所望のサイズの部分にされてもよい。通常、光学フィルム２００は、２つの外表面を有し、第１外表面はコリメート反射偏光子２１０に隣接し、第２外表面はマイクロレンズアレイ２２０に隣接するものである。光学フィルム２００は、コリメート反射偏光子２１０に隣接した第１外表面に取り付けられる転向フィルム、吸光偏光子、又は拡散部のようなその他フィルム及び光学要素を含んでもよい。

マイクロ凹レンズアレイは通常、再循環型バックライトで反射偏光子と共に使用されるものではない。具体的には、マイクロ凹レンズアレイの拡散効果はあまりに強く、バックライト効率の点で望ましくないと考えられてきた。しかし、驚くべきことに、出願人はコリメート反射偏光子と組み合わせれば、マイクロ凹レンズアレイはバックライトで不利とならないような適度な拡散と、望ましい全体的なコリメート効果を発揮でき得ることを発見した。このことで、バックライトの設計自由度が増し、通常のバックライトの再循環用凹部と同等又はそれ以上の性能を有する、より肉薄な構成も可能となるのである。さらに、より肉薄な基本構造により、全体的厚さを妥当なレベルに抑えた上で、さらなる光学的機構、要素、又は層をバックライト内に追加可能となるなど、より柔軟な設計が可能となる。

図３は、コリメート反射偏光子を有する別の光学フィルムの立面状側断面図である。光学フィルム３００は、コリメート反射偏光子３１０と、レンズレット３２２を有するマイクロレンズアレイ３２０とを有する。図３は、光学フィルムの別の構成を示すもので、概して図２の光学フィルム２００に対応するものであるが、マイクロレンズアレイ３２０がコリメート反射偏光子３１０上に直接微細複製、或は別の方法で形成されている。

光学基材を有さないことで、当然光学フィルム３００のほうがより薄い構成となる。このような薄さは、携帯又はモバイルディスプレイのようないくつかの用途で望ましいものとなり得る。或いは、図２の対応する要素２１０及び２２０について上述したようなものと同様の事項や特徴を考慮して、マイクロレンズアレイ３２０とコリメート反射偏光子３１０とを選択、設計してもよい。

図４は、コリメート反射偏光子を有する別の光学フィルムの立面状側断面図である。光学フィルム４００は、ビーズ４１２Ａ，プリズム４１２Ｂ，レンズ４１２Ｃを有するコリメート反射偏光子４１０と、レンズレット４２２を有するマイクロレンズアレイ４２０と、光学基材４３０と、接着剤４４０とを有する。図４の光学フィルム４００は、概して図２の光学フィルム２００に対応するものであるが、図４には所定の実施形態で設けられ得る、様々な上面微細構造及び微細要素を示す。

ビーズ４１２Ａはコリメート反射偏光子４１０に隣接した表面に配置され、いくつかの機能を発揮し得る。いくつかの実施形態では、ビーズ４１２Ａは湿潤防止、反射防止、又はアンチニュートンリング層として機能できる。所望の機能に基づく適切なビーズのサイズ及び密度は、当業者には明らかであろう。いくつかの実施形態では、８μｍビーズ（平均径が８μｍのビーズ）を使用してもよい。１μｍ以下のようなより小さなビーズも、いくつかの実施形態では適切となり得る。ビーズは結合剤、或いは溶液又は溶剤内に堆積してよく、それらは場合によって蒸発し、その結果ビーズが光学フィルム４００の表面に堆積又は接着される。ビーズ４１２Ａはまた、コリメート反射偏光子４１０に対し耐擦傷性又は保護をもたらすものであってもよい。ビーズ４１２Ａは、透明でも不透明でもよく、任意の適した素材であってもよい。

光学フィルム４００上のプリズム４１２Ｂ及びレンズ４１２Ｃは、本明細書記載の光学フィルムの実施形態で実現可能な様々な表面構造を表すものである。例えば、プリズム４１２Ｂは、さらなる光のコリメートに有用となり得る。光学フィルム４００について、これらの微細要素の任意の適した間隔と配置が考えられる。図４では、同一の光学フィルムにビーズ４１２Ａ，プリズム４１２Ｂ，レンズ４１２Ｃが設けられているが、これは図示の便宜上のものであり、必ずしも異なる微細要素が個別の部位にあることを示唆するものではなく、いくつかの実施形態では、光学フィルム４００上に２種以上の微細要素が配置されてもよい。

図５は、図２に示す光学フィルムを有するエッジライト型バックライトの一部の、立面状側断面図である。光学積層体５００は、コリメート反射偏光子５１０と、レンズレット５２２を有するマイクロレンズアレイ５２０と、光学基材５３０と、接着剤５４０と、１つ以上の光源５５０と、反射体５５２と、ライトガイド５５４とを有する。

図示の光学積体は、コリメート反射偏光子５１０と、レンズレット５２２を有するマイクロレンズアレイ５２０と、光学基材５３０と、接着剤５４０とを有する、概して図２の光学フィルム２００に対応する光学フィルムを表す。ただし、光学積層体５００はさらに１つ以上の光源５５０と、反射体５５２と、ライトガイド５５４とを有する。

１つ以上の光源５５０と、反射体５５２と、ライトガイド５５４の構成は、エッジ型システムにおいて典型的なものである。当該システムにおいて、光が１つ以上の光源から注入され、ライトガイド５５４に入射する。注入又はコリメート光学素子を利用して１つ以上の光源５５０から光をライトガイド５５４内に注入してもよい。光は１つ以上の境界面で内部全反射しながらライトガイド５５４内を伝播する。図５において、ライトガイド５５４の上面は大気に露出するよう描かれている。臨界角（公知のスネルの法則により算出）を超えてライトガイド／大気境界面に入射した光は、内部全反射する。反射体５５２は、さらに光を搬送する役割も果たし、鏡面又は半鏡面反射性であってもよい。いくつかの実施形態では、ライトガイド５５４と反射体５５２の一方又は両方は、ライトガイド５５４からの搬送光の分離及び臨界角未満でのライトガイド／大気境界面への入射に供される、拡散又は抽出機構を有してもよい。このようにして、１つ以上の光源５５０からの光は、図２を参照に説明された光学フィルム２００と同等のフィルムを有する光学積層体５００の一部に入射する。コリメート反射偏光子５１０により反射され得る光は、ライトガイド５５４を介して反射して下方に戻り、光学フィルムに向けて反射して上方に戻る前に反射体５５２に入射する。これにより、さもなければ非有用又は好ましくない視野角で（最終的なバックライト又は視覚装置から）射出されるか、バックライト内のその他要素に吸収されてしまう可能性もある光も、より有用な偏光状態又は入射角で再循環する。

１つ以上の光源５５０は、ＣＣＦＬ，ＬＥＤ，蛍光灯，又はこれらの任意の組み合わせを任意の数含むものであってもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の光源５５０が、限られた波長帯内の光を射出してもよく、いくつかの実施形態では、１つ以上の光源５５０のうち、異なる光源が様々な波長帯の光を射出してもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の光源５５０は実質的に白光を射出してもよい。１つ以上の光源５５０がＬＥＤを有する実施形態では、１つ以上の光源５５０は実質的にランバート分布の光を射出してもよい。

ライトガイドは任意の適した材料で形成され、任意の適した形状又はサイズを有してもよい。例えば、ライトガイドはアクリル製で、平坦、テーパー、又は湾曲形であってもよい。反射体５５２は、任意の適した反射体であってもよい。いくつかの実施形態では、反射体５５２は、ミネソタ州セントポールのスリーエム社製ＥＳＲ（Enhanved Specular Reflector）のような多層反射フィルムであってもよい。

光学積層体５００は、マイクロレンズアレイ５２０がライトガイド５５４に近接配置されるよう配向される。例えば、１つ以上の光源５５０と、レンズレット５５２、又はライトガイド５５４とコリメート反射偏光子５１０の図示の相対的サイズは、図の便宜上のものにすぎず、これら要素の実際の相対的寸法を示唆するものと解されるべきではない。

図６は、図２に示す光学フィルムを有する直下型バックライトの一部の、立面状側断面図である。光学積層体６００は、コリメート反射偏光子６１０と、レンズレット６２２を有するマイクロレンズアレイ６２０と、光学基材６３０と、接着剤６４０と、１つ以上の光源６５０と、反射体６５２とを有する。

図示の光学積層体６００は、コリメート反射偏光子６１０と、レンズレット６２２を有するマイクロレンズアレイ６２０と、光学基材６３０と、接着剤６４０とを有する、概して図２の光学フィルム２００と同様の光学フィルムを表す。ただし、光学積層体６００はさらに１つ以上の光源６５０と、反射体６５２とを有する。

１つ以上の光源６５０と、反射体６５２の構成は、直下型バックライトにおいて典型的なものである。当該システムにおいて、通常ライトガイドは使用されず、その代わりに図６では１つ以上の光源からの光は、例えば図２の光学フィルム２００に対応する光学フィルムに直接入射する。その場合、光源が十分に拡散されなければ輝点が生じてしまう可能性がある。光は光学フィルムに入射する。コリメート反射偏光子６１０により反射された光は、反射体６５２に戻るよう反射され、さらに再度光学フィルム方向へ向けられる。図６の構成のように、光は、このバックライト凹部内で再循環する。マイクロレンズアレイ６２０は、１つ以上の光源６５０に近接するよう構成される。

比較例Ｃ−１
反射偏光子（ＤＢＥＦ−Ｄ２−４００）を、ヘイズ７％のビーズ付きＰＥＴ拡散フィルム上に載置されたプリズムフィルム（３２０ミクロンＢＥＦ）上に載置して、フィルム積層体を作製した（要素は全てミネソタ州セントポールのスリーエム社から入手可能）。フィルムは、拡散層をバックライトに最も近接させたバックライトフィルムとしてテストされた。ゲインを、カリフォルニア州チャッツワースのＰｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能なＳＰＥＣＴＲＡＳＣＡＮ ＰＲ−６５０により測定した。ヘイズを、ＨＡＺＥ−ＧＡＲＤ ＰＬＵＳ ４７２５ヘイズメーター（メリーランド州シルバースプリングのＢＹＫ−Ｇａｒｄｉｎｅｒから入手可能）により測定した。軸上輝度を、ＥＬＤＩＭ ＥＺ ＣＯＮＴＲＡＳＴ １６０Ｒ（フランスＥＬＤＩＭ社より入手可能）により測定した。結果を表１に示す。拡散層をバックライトに最も近接させて、フィルム積層体をＬＥＤバックライト上に載置し、ＬＥＤがフィルムによりどれほど視認不能となったかが、視覚的に評価された。フィルム積層体により、点が十分に見えなくなったと判定された。

比較例Ｃ−２
参照により本稿に組み込まれる、ＰＣＴ特許出願番号ＵＳ ２０１２／０６０４８５の例３に記載の通りに、コリメート多層光学層（ＣＭＯＦ）を作製した。特に、「多層ポリマーフィルムを作製するためのフィードブロック」という名称の、２０１１年５月６日に出願された米国特許出願公開第２０１１／０２７２８４９号に記載のフィードブロック法を利用し、屈折率が低いポリマー層と高いポリマー層を交互に配置した２７５層の２つのパケットをキャストウェブとして共押出し、連続フィルム製造ライン上のテンタで延伸した。高屈折率素材は、９０／１０ｃｏＰＥＮ（９０％ナフタレート部、１０％テレフタレート部）であった。ミクロ層のパケット１とパケット２とで、別々の低屈折率素材が使用された。パケット１用の低屈折率素材は、ＰＥＴｇ（テネシー州キングスポートのＥａｓｔｍａｎ ＣｈｅｍｉｃａｌのＥＡＳＴＡＲ ＧＮ０７１コポリエステル）と、非結晶質５５／４５ｃｏＰＥＮ（５５％ナフタレート部、４５％テレフタレート部）との混合物とした。混合比は、屈折率を１．５８９とするよう調整された。パケット２用の低屈折率素材は、テネシー州キングスポートのＥａｓｔｍａｎ ＣｈｅｍｉｃａｌのＴＲＩＴＡＮ ＦＸ１５０コポリエステルとし、測定された屈折率は１．５５４であった。屈折率は全て、６３３ｎｍで測定された。

ＣＭＯＦフィルムの層厚さ値は、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）により測定され、図７に示す層厚さ特性１３ａ及び１３ｂはそれぞれパケット１及び２に対応する。

０度での軸に沿った光の透過に対する６０度での透過値の比は、再循環バックライトで使用した際のフィルムのコリメート能力をよく示唆するものである。ｐ偏光された入射光と、ｓ偏光の透過スペクトルを、入射角０度及び６０度について測定した。各測定における平均透過値（％Ｔ）は、４２０ｎｍと６８０ｎｍとの間の角スペクトルの透過値の平均をとることで推定された。明所重みづけは行わなかったが、必要に応じて適用可能である。ＣＭＯＦフィルムの平均Ｔ％値は、以下の通りである。ｐ偏光について、０度では７５％で６０度では４６％まで低下。ｓ偏光について、０度では７５％で、６０度では３６％まで低下。Ｔｐａｓｓ６０／Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌ比の値は、ｐ偏光とｓ偏光についてそれぞれ０．６２、０．４８であった。

ゲイン、ヘイズ、及び輝度を比較例１の通りに測定し、表１に記載した。フィルムによりどの程度ＬＥＤが視認不能となったかを比較例１の通りに評価したところ、かなり不十分と判定された。

比較例Ｃ−３
比較例Ｃ−２の通りにＣＭＯＦフィルムを作製し、ビーズ付き拡散層（ＳＫＣ Ｈａａｓ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｆｉｌｍｓ（韓国）から入手可能なビーズでコーティングされ、ヘイズが７％で厚さ１８８ミクロンのＰＥＴフィルム）を、ビーズ側をＣＭＯＦの反対側として、ＯＣＡ ８１７１ ＣＬ（ミネソタ州セントポールのスリーエム社から入手可能な光学的に透明な接着剤）を使用してＣＭＯＦに貼り付けた。フィルムは、拡散層をバックライトに最も近接させたバックライトフィルムとしてテストされた。ゲイン、ヘイズ、及び輝度を比較例１の通りに測定し、表１に記載した。フィルムによりどの程度ＬＥＤが視認不能となったかを比較例１の通りに評価したところ、不十分と判定された。

（実施例１）
比較例１の通りにＣＭＯＦフィルムを作製した。一表面にマイクロ凹レンズを有するＰＥＴフィルムを、ＭＮＴｃｈ社（韓国）から入手した。マイクロレンズは互いに約３０ミクロンの距離を空け、約１０ミクロンの高さを有する。マイクロレンズフィルムは、マイクロレンズ側をＣＭＯＦの反対側にして、ＯＣＡ ８１７１ ＣＬ（ミネソタ州セントポールのスリーエム社から入手可能な光学的に透明な接着剤）を使用してＣＭＯＦに貼り付けた。フィルムは、マイクロレンズ層をバックライトに最も近接させたバックライトフィルムとしてテストされた。ゲイン、ヘイズ、及び輝度を比較例１の通りに測定した。フィルムによりどの程度ＬＥＤが視認不能となったかを比較例１の通りに評価したところ、十分に点が見えなくなったこと判定された。

（実施例２）
実施例１の通りにフィルムを作成したが、ここでのマイクロレンズは互いに約５０ミクロンの距離を空け、約２５ミクロンの高さを有する。フィルムは、マイクロレンズ層をバックライトに最も近接させたバックライトフィルムとしてテストされた。ゲイン、ヘイズ、及び輝度を比較例１の通りに測定した。フィルムによりどの程度ＬＥＤが視認不能となったかを比較例１の通りに評価したところ、十分に点が見えなくなったこと判定された。

本開示の例示的実施形態を以下に列挙する。
物品１光学フィルムであって、
コリメート反射偏光子と、
前記コリメート反射偏光子の主面に配置されるマイクロ凹レンズアレイと、
を有する光学フィルム。

物品２光学フィルムであって、
第１及び第２主面を有する光学基材と、
前記光学基材の前記第１主面上に配置されるコリメート反射偏光子と、
前記光学基材の前記第１主面上に配置されるマイクロ凹レンズアレイとを有する光学フィルム。

物品３前記光学基材と、前記コリメート反射偏光子との間の接着剤をさらに有する、物品２に係わる光学フィルム。

物品４前記コリメート反射偏光子は、垂直入射に対応する透過軸に沿ったｐ偏光された光の透過率をＴｐａｓｓｎｏｒｍａｌとし、６０度入射に対応する透過軸に沿ったｐ偏光された光の透過率をＴｐａｓｓ６０として、Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比が０．７５未満である、物品１又は２に係わる光学フィルム。

物品５ Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比が０．６０未満である、物品４に係わる光学フィルム。

物品６ Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比が０．５０未満である、物品５に係わる光学フィルム。

物品７前記マイクロ凹レンズアレイが不規則な配列を有する、物品１又は２に係わる光学フィルム。

物品８前記マイクロ凹レンズアレイが規則的な配列を有する、物品１又は２に係わる光学フィルム。

物品９前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．５である、物品１又は２に係わる光学フィルム。

物品１０前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．３である、物品９に係わる光学フィルム。

物品１１前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．５未満である、物品１又は２に係わる光学フィルム。

物品１２前記マイクロ凹レンズアレイ上に配置されていない、前記コリメート反射偏光子の表面上に配置された微細要素をさらに有する、物品１に係わる光学フィルム。

物品１３前記光学基材上に配置されていない、前記コリメート反射偏光子の表面上に配置された微細要素をさらに有する、物品２に係わる光学フィルム。

物品１４前記微細要素は、ビーズを含む、物品１２又は１３に係わる光学フィルム。

物品１５ビーズの平均径は約８μｍである、物品１４に係わる光学フィルム。

物品１６前記微細要素は、凸レンズを含む、物品１２又は１３に係わる光学フィルム。

物品１７前記微細要素は、プリズムを含む、物品１２又は１３に係わる光学フィルム。

物品１８光学フィルムの厚さが４２０μｍである、物品１又は２に係わる光学フィルム。

物品１９エッジ型バックライトアセンブリであって、
物品１又は２に係わる光学フィルムと、
ライトガイドとを有し、
前記ライトガイドが前記マイクロ凹レンズアレイに近接配置されるエッジ型バックライトアセンブリ。

物品２０直下型バックライトアセンブリであって、
物品１又は２に係わる光学フィルムと、
１つ以上の光源とを有し、
前記１つ以上の光源が前記マイクロ凹レンズアレイに近接配置される
直下型バックライトアセンブリ。

図面内の要素に関する記載は、別途記載のない限り、他の図面内の対応する要素に対して等しく適用されることが理解されるべきである。上記に述べた特定の実施形態は、本発明の異なる態様の説明に供されるよう詳細に述べたものであり、本発明はかかる実施形態に限定されるものとみなされるべきではない。したがって、本発明は、添付の請求項及びその均等物により定義される発明の範囲内の各種変形例、同等な処理、及び代替装置のような発明の全態様を網羅するものと解されるべきである。

Claims (10)

1. 光学フィルムであって、
   コリメート反射偏光子と、
   前記コリメート反射偏光子の主面に配置されるマイクロ凹レンズアレイと、
   を有する、光学フィルム。
2. 光学フィルムであって、
   第１及び第２主面を有する光学基材と、
   前記光学基材の前記第１主面上に配置されるコリメート反射偏光子と、
   前記光学基材の前記第２主面上に配置されるマイクロ凹レンズアレイとを有する、光学フィルム。
3. 前記コリメート反射偏光子は、垂直入射に対応する透過軸に沿ったｐ偏光された光の透過率をＴｐａｓｓｎｏｒｍａｌとし、６０度入射に対応する透過軸に沿ったｐ偏光された光の透過率をＴｐａｓｓ６０として、Ｔｐａｓｓｎｏｒｍａｌに対するＴｐａｓｓ６０の比が０．７５未満である、請求項１又は２に記載の光学フィルム。
4. 前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．５である、請求項１又は２に記載の光学フィルム。
5. 前記マイクロ凹レンズアレイ内の各マイクロレンズのアスペクト比が約０．５未満である、請求項１又は２に記載の光学フィルム。
6. 前記マイクロ凹レンズアレイ上に配置されていない、前記コリメート反射偏光子の表面上に配置された微細要素をさらに有する、請求項１に記載の光学フィルム。
7. 前記光学基材上に配置されていない、前記コリメート反射偏光子の表面上に配置された微細要素をさらに有する、請求項２に記載の光学フィルム。
8. 前記微細要素は、ビーズを含む、請求項６又は７に記載の光学フィルム。
9. エッジ型バックライトアセンブリであって、
   請求項１又は２に記載の光学フィルムと、
   ライトガイドとを有し、
   前記ライトガイドが前記マイクロ凹レンズアレイに近接配置される、エッジ型バックライトアセンブリ。
10. 直下型バックライトアセンブリであって、
    請求項１又は２に記載の光学フィルムと、
    １つ以上の光源とを有し、
    前記１つ以上の光源が前記マイクロ凹レンズアレイに近接配置される
    直下型バックライトアセンブリ。

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