JP2023504900A - 光学フィルタ及び光学システム - Google Patents

Abstract

光学フィルタは、可視波長範囲（例えば、約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍの波長）において約５０％超の平均光透過率を有し、かつ赤外線波長範囲（例えば、約６５０ｎｍ～約８００ｎｍの波長）において約１．５超の光学密度を有する。光学フィルタは、可視範囲と赤外線範囲との間にシャープなバンドエッジを有し得る。例えば、少なくとも約３０％のパーセント透過率の変化は、幅約１０ｎｍ以下の波長範囲にわたって発生し得る、かつ／又はバンドエッジの勾配は、約５％／ｎｍ超であり得る。光学システムは、発光ディスプレイと光学センサとの間に配置された光学フィルタを含む。

Description

光学フィルムは、交互のポリマー層を含むことができ、所望の波長範囲の光を透過又は反射するために使用され得る。

表示システムは、表示パネルの後ろに指紋センサを含むことができる。

本明細書は、光学フィルタ、及び光学フィルタを含む光学システムに関する。光学フィルタは、可視波長範囲（例えば、約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍの波長）において約５０％超の平均光透過率を有することができ、かつ赤外線波長範囲（例えば、約６５０ｎｍ～約８００ｎｍの波長）において約１．５超の光学密度を有することができる。場合によっては、高い光学密度（例えば、約１．５超、又は約２超）が、低い合計平均厚さ（例えば、約６０マイクロメートル以下）で達成される。光学フィルタは、可視範囲と赤外線範囲との間にシャープなバンドエッジを有することができる（例えば、少なくとも約３０％のパーセント透過率（percent transmission）の変化が、幅約１０ｎｍ以下の波長範囲にわたって発生し得る、かつ／又はバンドエッジの勾配は、約５％／ｎｍ超であり得る）。光学フィルタは、第２の光学フィルタ上に配置された第１の光学フィルタを含む光学積層体であり得る。例えば、第１の光学フィルタは、交互のポリマー層を含むことができ、一方、第２の光学フィルタは、染料及び／又は顔料を含んで、吸収率ピークを提供することができる。あるいは、又は加えて、染料及び／又は顔料を交互のポリマー層のうちの１つ以上に組み込んで、吸収率ピークを提供することができる。光学システムは、発光ディスプレイと光学センサとの間に配置された光学フィルタを含むことができる。例えば、光学システムは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示システムであり得、光学センサは、光学指紋検出器であり得、光学フィルタは、近赤外線周囲光を遮断（例えば、少なくとも６５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲で波長を実質的に遮断）しながら、指紋検出器に可視光を通過（例えば、少なくとも４５０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲で波長を実質的に透過）するように構成することができる。光学フィルタは、センサの信号対雑音比を有意に改善させることが見いだされた。これら及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、いかなる場合でも、この簡潔な概要は、特許請求の範囲の主題を限定するものと解釈されるべきではない。

光学フィルタの概略断面図である。 光学フィルタの透過スペクトルのプロットである。 光学フィルタの透過スペクトルのプロットである。 光学フィルタの光学密度のプロットである。 実施例１の光学フィルタの透過スペクトルのプロットである。 光学システムの概略断面図である。 多層フィルムの層厚のプロットである。 実施例２の光学フィルタの透過スペクトルのプロットである。

以下の説明では、本明細書の一部を形成し様々な実施形態が例示として示されている添付図面が参照される。図面は、必ずしも実際の縮尺ではない。他の実施形態が想到され、本明細書の範囲又は趣旨から逸脱することなく実施されてもよい点を理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味では解釈されない。

本明細書のいくつかの実施形態による光学フィルタは、可視波長範囲（例えば、４２０ｎｍ又は４５０ｎｍ～５５０ｎｍ又は５６０ｎｍ）において高い透過率（例えば、少なくとも５０％、又は少なくとも７０％）、赤外線波長範囲（例えば、約６５０ｎｍ～約８００ｎｍ）において、高い光学密度（例えば、約１．５超、若しくは約２超）又は低い光透過率（例えば、約５％未満、若しくは約１％未満、若しくは約０．６％未満）、並びに高い透過率範囲と低い透過率範囲との間にシャープな遷移（例えば、約１０ｎｍ以下の範囲にわたる少なくとも３０％のパーセント透過率の変化、及び／又は約５％／ｎｍ超の勾配）を有することができる。場合によっては、これらの光学的特性は、薄い光学フィルタ（例えば、厚さ約６０マイクロメートル以下）で達成される。光学フィルタを使用して、例えば、発光ディスプレイの後ろに光学センサを含む光学システムにおける信号対雑音比を増大させることができる。

光学フィルタは、複数の交互のポリマー層を含む多層光学フィルムを含み得る。当該技術分野で知られているように、交互のポリマー層を含む多層光学フィルムを使用して、層厚の好適な選択による所望の反射帯域及び透過帯域を提供することができる。多層光学フィルム、及び多層光学フィルムを作製する方法は、例えば、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）、同第６，１７９，９４８号（Ｍｅｒｒｉｌｌら）、同第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）、同第６，９６７，７７８号（Ｗｈｅａｔｌｅｙら）、及び同第９，１６２，４０６号（Ｎｅａｖｉｎら）に記載されている。

図１は、複数の交互の第１のポリマー層１０及び第２のポリマー層２０を含む光学フィルタ１００の概略断面図である。光学フィルタは、図１で概略的に示されているよりも多くの層を有してもよい。第１のポリマー層及び第２のポリマー層の数は、典型的には、合計で少なくとも５０（例えば、合計で５０～６００層、又は合計で１００～５００層）である。第１のポリマー層及び第２のポリマー層の各々は、約５００ｎｍ未満又は約４００ｎｍ未満の平均厚さ（厚さの層にわたる平均値）を有し得る。光学フィルタ１００は、より厚い（例えば、約１マイクロメートル超の）層１５及び／又は１７を更に含むことができ、これらは、交互のポリマー層のパケット又は積層体の間の保護境界層として、又は外側保護スキン層として含まれ得る。いくつかの実施形態では、光学フィルタ１００は、第１の光学フィルタ１１０及び第２の光学フィルタ８０を含む。第２の光学フィルタ８０は、（例えば、接着層などの１つ以上の追加の層を介して直接的又は間接的に）第１の光学フィルタ１１０上に配置され得る。第２の光学フィルタ８０は、任意選択的に省略することができる。第２の光学フィルタ８０が含まれて、第１の光学フィルタ１１０上に配置される実施形態では、光学フィルタ１００は、光学積層体と呼ばれ得る。いくつかのそのような場合では、図１は、例示を容易にするために、第２の光学フィルタ８０が第１の光学フィルタ１１０から離れて配置されて示されている概略部分分解図として説明され得る。

光学フィルタ１１０は、主に光干渉によって光を反射及び透過することができ、一方、光学フィルタ８０は、１つ以上の吸収帯域を含むことができる。例えば、光学フィルタ１１０は、左（より低い波長）及び右（より高い波長）のバンドエッジを有する反射帯域を有し得、光学フィルタ８０は、左バンドエッジの近くに吸収帯域を含み、及び／又は右バンドエッジの近くに吸収帯域を含んで、斜め入射光のバンドエッジにおけるシフトを軽減することができる。光学フィルタ８０は、例えば、ポリマーフィルム内又はコーティング内に分散された染料及び／又は顔料を含み得る。

１つ以上の吸収帯域を含むことが望ましい場合、吸収帯域は、第２の光学フィルタ８０の代わりに、又はそれに加えて、又はそれを含む第１の光学フィルタ１１０の層を使用して提供され得る（例えば、第１の光学フィルタ１１０が第１の吸収帯域を提供することができ、第２の光学フィルタ８０が異なる第２の吸収帯域を提供することができる）。例えば、いくつかの実施形態では、複数の交互の第１のポリマー層１０及び第２のポリマー層２０のうちの少なくとも１つの層は、（例えば、吸収帯域のピーク吸収波長において）吸収率ピークを有する。別の例として、いくつかの実施形態では、層１５及び／又は１７のうちの少なくとも１つは、吸収率ピークを有する。任意の好適な染料及び／又は顔料を使用して、吸収率ピークを提供することができる。例えば、米国特許出願公開第２０１５／０３７８０７７号（Ｈａａｇら）、及び同第２０１８／０１７２８８８号（Ｊｏｈｎｓｏｎら）に記載されている染料を使用することができる。

図２～図３は、いくつかの実施形態による、光学フィルタの透過スペクトルのプロットである。図２は、いくつかの実施形態による、光学フィルタに対する０度、４５度、及び６０度の入射角のパーセント透過率を示している。図３は、いくつかの実施形態による、別の光学フィルタに対する０度、４５度、及び６０度の入射角の透過率（割合として表される透過率）を示している。透過率は、例えば、約４００ｎｍ又は約４２０ｎｍ又は約４５０ｎｍ～少なくとも約５５０ｎｍであり得る、可視範囲（例えば、７０又は１７０）に対して、例えば、約６５０ｎｍ～少なくとも約８００ｎｍであり得る（近）赤外線範囲（例えば、７１）に対して、及び、遠赤外線範囲（７３又は１７３など）に対して説明され得る。遠赤外線範囲は、少なくとも幅約１００ｎｍであり得、近赤外線波長範囲が可視波長範囲と遠赤外線波長範囲との間にあるように配置され得る。遠赤外線範囲は、例えば、約９５０ｎｍ～少なくとも約１０５０ｎｍであり得る。本明細書で使用される場合、赤外線範囲という用語は、赤外線波長を含み、かつ任意選択的に約６５０ｎｍまでの波長を含み得る波長範囲を指す。本明細書で使用される場合、近赤外線波長範囲及び遠赤外線波長範囲という用語は、それぞれ、相対的により低い波長及び相対的により高い波長の赤外線範囲を指す。遠赤外線波長範囲は、例えば、２０００ｎｍ未満、又は１５００ｎｍ未満に配置され得る。

いくつかの実施形態では、光学フィルタ１００は、合計で少なくとも５０を数える複数の交互の第１のポリマー層（１０）及び第２のポリマー層（２０）を含み、各ポリマー層は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、それによって、実質的に垂直に入射する（例えば、垂直の３０度、又は２０度、又は１０度以内で、又は名目上垂直に入射する）光３０に対して、並びに約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたる可視波長範囲７０及び約６５０ｎｍ～約８００ｎｍにわたる赤外線波長範囲７１に対して、並びに第１の直交偏光（例えば、ｘ軸に沿った偏光）状態及び第２の直交偏光（例えば、ｙ軸に沿って偏光）状態の各々に対して、第１のポリマー層１０は、可視波長範囲７０における少なくとも１つの可視波長に対して、第２のポリマー層２０（例えば、屈折率ｎ２）よりも大きい屈折率（例えば、屈折率ｎ１）を有し、可視波長範囲７０における光学フィルタ１００の平均光透過率は、約５０％超であり、光学フィルタ１００は、赤外線波長範囲７１において約１．５超の光学密度を有し、光学フィルタ１００の透過率は、可視波長範囲（７０）と赤外線波長範囲（７１）との間に配置され、かつ幅約１０ｎｍ以下である第１の波長範囲７２にわたって少なくとも約３０％だけ変化する。例えば、少なくとも３０％だけの透過率の変化は、例えば、Ｔ１及びＴ２がパーセントとして表される２つの異なる波長における透過率である場合のＴ１－Ｔ２≧３０％を意味し（例えば、図２を参照）、又はＴ１、Ｔ２が割合として表される２つの異なる波長における透過率である場合のＴ１－Ｔ２≧０．３を意味し得る（例えば、図３を参照）。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、可視波長範囲７０における光学フィルタ１００の平均光透過率は、約６０％超、又は約７０％超、又は約８０％超である。いくつかの実施形態では、第１の波長範囲７２は、幅約８ｎｍ以下である。第１の波長範囲７２は、例えば、幅約１ｎｍ～約１０ｎｍ、又は幅約２ｎｍ～約８ｎｍであり得る。

偏光状態の屈折率は、偏光状態に関連する電場の方向に沿った屈折率である。例えば、ｘ軸に沿って偏光した垂直に入射する光に対して、偏光状態の屈折率は、ｘ軸に沿った屈折率である。いくつかの実施形態では、可視波長範囲７０における少なくとも１つの可視波長に対して、第１のポリマー層１０は、ｘ軸に沿った屈折率ｎ１ｘ及びｙ軸に沿った屈折率ｎ１ｙを有し、第２のポリマー層２０は、ｘ軸に沿った屈折率ｎ２ｘ及びｙ軸に沿った屈折率ｎ２ｙを有する。いくつかの実施形態では、ｎ１ｘ－ｎ２ｘ＞０．０５、及びｎ１ｙ－ｎ２ｙ＞０．０５である。いくつかの実施形態では、第１のポリマー層１０は、複屈折性である。例えば、第１のポリマー層１０は、ｎ１ｘ≒ｎ１ｚ＞ｎ１ｚであるように二軸配向することができ、ここでｎ１ｚは、少なくとも１つの可視波長の厚さ方向（ｚ方向）における第１のポリマー層１０の屈折率である。いくつかの実施形態では、１／２（ｎ１ｘ＋ｎ１ｙ）－ｎ１ｚ＞０．０５である。いくつかの実施形態では、第２のポリマー層２０は、ｎ２ｘ≒ｎ２ｙ≒ｎ２ｚであるように実質的に等方性であり、ここでｎ２ｚは、少なくとも１つの可視波長の厚さ方向（ｚ方向）における第２のポリマー層２０の屈折率である。いくつかの実施形態では、第１のポリマー層１０は複屈折性であり、第２のポリマー層２０は実質的に等方性である。

光学密度は、光学フィルタ上に入射する光の強度の底１０の対数を、透過光の強度で除算したものである。図４は、図２に示される垂直入射透過率に対応する光学密度のプロットである。いくつかの実施形態では、光学フィルタの光学密度は、波長範囲（例えば、近赤外線波長範囲７１）において、約１．５超、又は約２超、又は約２．２超、又は約２．４超である。波長範囲は、例えば、約６５０ｎｍから、約８００ｎｍまで、少なくとも約８００ｎｍまで、又は少なくとも約８５０ｎｍまで（例えば、約８５０ｎｍまで若しくは約９００ｎｍまで）にわたり得る。光学密度は、波長範囲全体にわたるこれらの範囲のいずれかであり得るか、又は波長範囲内の平均光学密度は、これらの範囲のいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、光学フィルタは、約６５０ｎｍから、少なくとも約８００ｎｍまで又は少なくとも約８５０ｎｍまでにわたる波長範囲において、約５％未満、又は約２％未満、又は約１％未満、又は約０．６％未満の平均光透過率を有する。

いくつかの実施形態では、光学フィルタ１００又は第１の光学フィルタ１１０は、約１００、８０、７０、６０、５０、又は４０マイクロメートル以下の平均厚さ（フィルタのエリアにわたるｚ方向に沿った厚さ平均値）を有する。例えば、平均厚さは、約６０マイクロメートル以下、又は約２０マイクロメートル～約６０マイクロメートルであり得る。所望の光学密度（例えば、約１．５超）も有する相対的に薄い（例えば、厚さ約４０マイクロメートル以下の）光学フィルタは、高屈折率層としてポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を使用して、及び低屈折率層としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を使用して作製することができる。これにより、高屈折率層及び低屈折率層の屈折率間の相対的に高い差異を提供して、薄膜で高い光学密度を達成することができる。薄いディスプレイが所望され得るディスプレイ用途などのいくつかの用途では、薄い光学フィルタが求められている。

光学フィルタは、１つ以上の吸収率ピークを有し得る、又は吸収率ピークを実質的に有し得ない。いくつかの実施形態では、複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層のうちの少なくとも１つの層は、約６００ｎｍ～約９００ｎｍ、又は約７００ｎｍ～約９００ｎｍの波長範囲内に吸収率ピーク（例えば、８２又は２８２）を有する。例えば、染料及び／又は顔料は、第１の層又は第２の層の一方又は両方に組み込まれて、吸収率ピークを提供することができる。いくつかの実施形態では、光学フィルタの透過率は、幅約１００ｎｍ以下の第２の波長範囲（例えば、７４又は１７４）にわたって少なくとも約３０％だけ変化し、ここで、赤外線波長範囲は、第１の波長範囲と第２の波長範囲との間、又は可視波長範囲と第２の波長範囲との間に配置されている。いくつかの実施形態では、複数の交互の第１のポリマー層１０及び第２のポリマー層２０のうちの少なくとも１つの層は、第２の波長範囲７４よりも第１の波長範囲７２に近い波長において第１の吸収率ピーク１８２を有する（例えば、場合によっては、第１の吸収率ピーク１８２は、第１の波長範囲７２内にあり得る）。いくつかの実施形態では、複数の交互の第１のポリマー層１０及び第２のポリマー層２０のうちの少なくとも１つの層は、第１の波長範囲７２よりも第２の波長範囲７４に近い波長において第２の吸収率ピーク８２を有する（例えば、場合によっては、第２の吸収率ピーク８２は、第２の波長範囲７４内にあり得る）。

透過スペクトルが図２に示されている光学フィルタは、本明細書の他の箇所に記載された実施例１のものと同様に形成された。図３の透過スペクトルは、染料分散が交互のポリマー層の高屈折率層に含まれて吸収率ピーク２８２を提供する、従来の光学モデリング技術を使用して計算された。

いくつかの実施形態では、光学フィルタは、シャープな左バンドエッジを有する。いくつかの実施形態では、光学フィルタは、シャープな右バンドエッジを有する。バンドエッジは、交互のポリマー層の層厚プロファイルの好適な選択によってシャープにされ得る。シャープなバンドエッジを有する光学フィルムは、当該技術分野において知られており、例えば、米国特許第６，９６７，７７８号（ＷｈｅＡｔｌｅｙら）に記載されている。図５は、第１のバンドエッジ６０及び第２のバンドエッジ６１がそれぞれ、その一方又は両方が約５％／ｎｍ超又は約７％超であり得るｓ１及びｓ２によって概略的に表される勾配を有する、いくつかの実施形態による光学フィルタの透過スペクトルである。本明細書で使用される勾配ｓ１及びｓ２は、正の量である。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、光学フィルタ（例えば、１００又は１１０）の光透過率は、可視波長範囲における光学フィルタの平均光透過率の約７０％から、可視波長範囲における光学フィルタの平均光透過率の約２０％まで、約５％／ｎｍ超又は約７％／ｎｍ超の勾配ｓ１で減少する。勾配は、例えば、可視波長範囲における光学フィルタの平均光透過率の約７０％から、可視波長範囲内における光学フィルタの平均光透過率の約２０％までの範囲内の光透過率対波長に対する線形最小二乗適合から決定することができる。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び約９５０ｎｍ～少なくとも約１０５０ｎｍにわたる遠赤外線波長範囲（例えば、７３）に対して、光学フィルタは、近赤外線波長範囲と遠赤外線波長範囲との間に第２のバンドエッジ６１を有し、それによって、光学フィルタの光透過率は、遠赤外線波長範囲における光学フィルタの平均光透過率の約２０％から、遠赤外線波長範囲における光学フィルタ２００の平均光透過率の約７０％まで、約５％／ｎｍ超又は約７％／ｎｍ超の勾配ｓ２で増大する。

いくつかの実施形態では、光学積層体１００は、第１の光学フィルタ１１０及び第２の光学フィルタ８０を含む。第１の光学フィルタ１００は、合計で少なくとも５０を数える複数の交互の第１のポリマー層（１０）及び第２のポリマー層（２０）を含み、第１のポリマー層及び第２のポリマー層の各々は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し得る。実質的に垂直に入射する光３０に対して、並びに約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたる可視波長範囲７０及び約６５０ｎｍ～約８００ｎｍにわたる赤外線波長範囲７１に対して、並びに少なくとも第１の偏光（例えば、ｘ軸に沿った偏光及び／又はｙ軸に沿った偏光）状態に対して、第１の光学フィルタ１１０は、可視波長範囲７０において約５０％超の平均光透過率、赤外線波長範囲７１において約９０％超の平均光反射率、及び約６５０ｎｍ超の第１の波長（例えば、８１又は１８１又は２８１）において約８０％超の光反射率を有する。第２の光学フィルタ８０は、第１の光学フィルタ１１０上に配置され、かつ第１の波長８１又は２８１において第１のピーク吸収（例えば、８２又は１８２又は２８２）を含む。いくつかの実施形態では、第１の波長は、約６００ｎｍ～約９００ｎｍ、又は約７００ｎｍ～約９００ｎｍの範囲内にある。いくつかの実施形態では、第２の光学フィルタ８０は、第１の波長（例えば、１８１）よりも少なくとも１００ｎｍ大きい波長（例えば、８１）において第２のピーク吸収（例えば、８２）を更に含む。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、平均光透過率は、可視波長範囲７０において約６０％超、又は約７０％超、又は約８０％超である。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、平均光反射率は、赤外線波長範囲７１において約９５％超、又は約９８％超である。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、光反射率は、第１の波長において約９０％超である。

いくつかの実施形態では、光学フィルタ１１０は、合計で少なくとも５０を数える複数の交互の第１のポリマー層（１０）及び第２のポリマー層（２０）を含み、各ポリマー層は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し得、それによって、実質的に垂直に入射する光３０に対して、並びに約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたる可視波長範囲７０、約６５０～約８００ｎｍにわたる近赤外線波長範囲７１、及び約９５０ｎｍ～少なくとも約１０５０ｎｍにわたる遠赤外線波長範囲７３に対して、並びに少なくとも第１の偏光状態に対して、光学フィルタ１１０は、可視波長範囲（７０）及び遠赤外線の波長範囲（７３）の各々において約５０％超の平均光透過率、近赤外線波長範囲７１において約５％未満の平均光透過率、及び近赤外線波長範囲（７１）と遠赤外線波長範囲（７３）との間の第１の波長８３において、遠赤外線波長範囲における光学フィルタの平均光透過率の約５０％である光透過率３８３を有する。いくつかの実施形態では、複数の交互の第１のポリマー層１０及び第２のポリマー層２０のうちの少なくとも１つの層は、近赤外線波長範囲（７１）と遠赤外線波長範囲（７３）との間の第２の波長８１において吸収率ピーク８２を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも約４５度の入射角θ（垂直に対する角度）で光学フィルタ１１０に入射する光３４に対して、第１の波長８３は、第２の波長８１よりも小さい第３の波長８４にシフトする。言い換えれば、入射角θにおいて、光透過率が光透過率３８３に等しい波長は、図２における６０度の入射角に対して矢印３８４によって概略的に表されるように波長８４にシフトされる。入射角θは、例えば、約４５度又は約６０度であり得る。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、平均光透過率は、可視波長範囲（７０）及び遠赤外線波長範囲（７３）の各々において、約６０％超、又は約７０％超、又は約８０％超である。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、平均光透過率は、近赤外線波長範囲７１において、約２％未満、又は約１％未満、又は約０．６％未満である。

図２の実施形態では、可視波長範囲７０における平均光透過率は、約８２．５％であり、近赤外線範囲７１における平均光透過率は、約０．２％であり、約９５０ｎｍ～１０５０ｎｍの遠赤外線範囲における平均光透過率は、約８０％であり、第１の波長８３は、約９００ｎｍであり、第２の波長８１は、約８５０ｎｍであり、第３の波長８４は、約６０度の入射角に対して約７５５ｎｍである。

いくつかの実施形態では、光学フィルタ１１０は、合計で少なくとも５０を数える複数の交互の第１のポリマー層（１０）及び第２のポリマー層（２０）を含み、各ポリマー層は、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し得、それによって、実質的に垂直に入射する光３０に対して、並びに約４５０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたる可視波長範囲１７０、約６５０～約８００ｎｍにわたる近赤外線波長範囲７１、近赤外線波長範囲７１が可視波長範囲（１７０）と遠赤外線波長範囲（１７３）との間にあるように配置されかつ少なくとも幅約１００ｎｍである遠赤外線波長範囲１７３に対して、並びに少なくとも第１の偏光状態に対して、光学フィルタ１１０は、可視波長範囲及び遠赤外線波長範囲の各々において約７５％超の平均光透過率、近赤外線波長範囲において約４５％未満の平均光透過率、及び近赤外線波長範囲と遠赤外線波長範囲との間の第１の波長１８３において、可視波長範囲における光学フィルタの平均光透過率の約１０％である光透過率を有する。いくつかの実施形態では、複数の交互の第１のポリマー層１０及び第２のポリマー層２０のうちの少なくとも１つの層は、約６５０ｎｍ～約９００ｎｍの範囲の第２の波長２８１において吸収率ピーク２８２を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも約４５度の入射角θで光学フィルタ１１０に入射する光３４に対して、第１の波長は、第２の波長２８１よりも小さい第３の波長１８４にシフトする。言い換えれば、入射角θにおいて、光透過率が光透過率４８３に等しい波長は、４５度の入射角に対して、図３に概略的に示されるように波長１８４にシフトされる。入射角θは、例えば、約４５度又は約６０度であり得る。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、平均光透過率は、可視波長範囲１７０及び遠赤外線波長範囲１７３の各々において約８０％超である。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、平均光透過率は、近赤外線波長範囲７１において約４０％未満、又は約３０％未満である。

図３の実施形態では、可視波長範囲１７０における平均光透過率は、約８５％であり、近赤外線範囲７１における平均光透過率は、約３６．５％であり、１３５０ｎｍ～１４５０ｎｍの遠赤外線範囲における平均光透過率は、約８７％であり、第１の波長１８３は、約８６０ｎｍであり、第２の波長２８１は、約８００ｎｍであり、第３の波長１８４は、約４５度の入射角に対して約７４１ｎｍである。

いくつかの実施形態では、遠赤外線波長範囲は、約２０００ｎｍ以下、又は約１８００ｎｍ以下、又は約１６００ｎｍ以下、又は約１５００ｎｍ以下にわたる。いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、光学フィルタ１１０は、近赤外線波長範囲（７１）と遠赤外線波長範囲（１７３）との間に配置されかつ少なくとも幅１００ｎｍである第２の近赤外線波長範囲１７５において、約５％未満、又は約２％未満、又は約１％未満、又は約０．６％未満の平均光透過率を有する。例えば、第２の近赤外線波長範囲は、約１０００ｎｍ～約１２００ｎｍであり得る。図３の実施形態では、第２の近赤外線波長範囲１７５における平均光透過率は、約０．５％である。

光の透過、吸収、又は反射が少なくとも１つの偏光状態に対して説明される任意の実施形態では、光学積層体又は光学フィルタは、１つの偏光状態に対して、又は２つの直交偏光状態の各々に対して説明された条件を満たすことができる。例えば、光学フィルタによって提供される反射帯域は、１つの偏光状態（例えば、反射偏光子）又は２つの直交偏光状態（例えば、ミラー）に対するものであり得る。

いくつかの実施形態では、光学システムは、光学フィルタ１００又は第１の光学フィルタ１１０を含む。光学システムは、発光ディスプレイ（例えば、ＯＬＥＤディスプレイ）、光学センサ（例えば、指紋センサ）、及び発光ディスプレイと光学センサとの間に配置された光学フィルタを含む表示システムであり得る。

図６は、少なくとも約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたり得る可視波長範囲（例えば、７０）で可視画像３１を発するように構成された発光ディスプレイ４０と、発光ディスプレイ４０を介して、可視波長範囲における第１の可視光３２、及び少なくとも約６５０ｎｍ～約８００ｎｍにわたる赤外線波長範囲（例えば、７１）における第２の赤外線光３３を受光及び感知するように構成された光学センサ５０と、を含む光学システム３００の概略断面図である。光学フィルタ２００は、発光ディスプレイ４０と光学センサ５０との間に配置され、実質的に垂直に入射する光３０に対して、光学フィルタ２００は、可視波長範囲７０と赤外線波長範囲７１との間に第１のバンドエッジ６０を有し、光学フィルタの光透過率は、可視波長範囲７０における光学フィルタ２００の平均光透過率の約７０％から、可視波長範囲７０における光学フィルタの平均光透過率の約２０％まで、約５％／ｎｍ超の勾配で減少する。光学フィルタ２００は、例えば、光学フィルタ１００又は光学フィルタ１１０に対応し得る。いくつかの実施形態では、勾配は約７％／ｎｍ超である。いくつかの実施形態では、光学フィルタ２００の光透過率は、幅約１０ｎｍ以下又は幅約８ｎｍ以下である第１の波長範囲（例えば、７２）にわたって少なくとも約３０％だけ変化し、ここで、第１の波長範囲は、可視波長範囲と赤外線波長範囲との間に配置されている。いくつかの実施形態では、光学システム３００は、発光ディスプレイ４０に入射する光を光学センサ５０上に画像化するための少なくとも第１のレンズ９１を含む画像化光学部品９０を更に含む。画像化光学部品９０は、例えば、米国特許出願公開第２００９／０１７９１４２号（Ｄｕｐａｒｒｅら）及び同第２０１８／００４５８６０号（Ｋａｗａｎｉｓｈｉら）に記載されているような複数のマイクロレンズを含み得る。

いくつかの実施形態では、実質的に垂直に入射する光３０に対して、及び約９５０ｎｍ～少なくとも約１０５０ｎｍにわたる遠赤外線波長範囲（例えば、７３）に対して、光学フィルタ２００は、近赤外線波長範囲と遠赤外線波長範囲との間に第２のバンドエッジ６１を有し、それによって、光学フィルタの光透過率が、遠赤外線波長範囲における光学フィルタ２００の平均光透過率の約２０％から、遠赤外線波長範囲における光学フィルタ２００の平均光透過率の約７０％まで、約５％／ｎｍ超又は約７％／ｎｍ超の勾配で増大する。

実施例
実施例１
交互の第１の層及び第２の層を含む多層光学フィルム光学フィルタを、以下の例外を除いて、米国特許出願公開第２００１／００１３６６８号（Ｎｅａｖｉｎら）に記載されているような共押出及び二軸配向によって準備した。第１の層は、１２１～１２３℃のＴｇを有するポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）ホモポリマー（１００モル％のエチレングリコールを有する１００モル％のナフタレンジカルボキシレート）から形成した。第２の層は、ポリ（メチルメタクリレート）又はＰＭＭＡ（１００℃のＴｇを有するＰＭＭＡは、例えば、Ａｒｋｅｍａ（Ｐａｓａｄｅｎａ，ＴＸ，ＵＳＡ）から入手可能である）から形成した。ＰＥＮ層は、５５０ｎｍにおいて約１．７５～１．８の屈折率を有し、ＰＭＭＡ層は、５５０ｎｍにおいて約１．５の屈折率を有した。スキン層に使用するためのポリマーは、第１の層に使用されるものと同じ材料から形成した。

材料は、別々の押出成形機から、多層共押出フィードブロックへと供給され、そこで交互の層へと組み立てられた。スキン層を、その目的に特化したマニホールドにおいて構造体に追加し、２２７層を有する最終構造体を得た。次いで、多層溶融物は、ポリエステルフィルムに関する従来の方式で、フィルムダイを介してチルロール上にキャスティングされ、キャスティングされた際に、急冷させた。次いで、商業規模の二軸テンターにおいて、米国特許出願公開第２００１／００１３６６８号（Ｎｅａｖｉｎら）に記載されているものと同様の温度及び延伸プロファイルで、キャスティングされたウェブを延伸した。層厚プロファイル（層厚対層番号）を、原子間力顕微鏡法によって測定し、その結果を図７に示す。垂直入射光に対する透過スペクトルを、図５に示す。フィルムの物理的な厚さは、Ｏｎｏ－Ｓｏｋｋｉ ＤＧ－９２５ Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒを使用して測定したところ、静電容量計によっておよそ３３マイクロメートルと測定された。

実施例２
多層光学フィルム光学フィルタを、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が高屈折率層（第１の層）に使用されたことを除いて、実施例１について概して説明されたように作製し、一方、ＰＭＭＡは、低屈折率層（第２の層）に依然として使用し、フィルムは、図７に示される層プロファイルを有する４２５層を含んでいた。ＰＥＴ層は、５５０ｎｍにおいて約１．６５～１．７の屈折率を有した。垂直入射光に対する透過スペクトルを、図８に示す。このフィルムの厚さは、約６０マイクロメートルであった。

「約（about）」などの用語は、これらが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者によって理解されよう。特徴部のサイズ、量、及び物理的特性を表す量に適用される「約」の使用が、本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「約」とは、特定の値の１０パーセント以内を意味すると理解されよう。約特定の値として与えられる量は、正確に特定の値であり得る。例えば、それが本明細書に使用及び記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、約１の値を有する量とは、その量が０．９～１．１の値を有することを意味し、その値が１であり得ることを意味する。

上記において参照された参照文献、特許、又は特許出願の全ては、それらの全体が参照により本明細書に一貫して組み込まれている。組み込まれた参照文献の部分と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先される。

図中の要素についての説明は、別段の指示がない限り、他の図中の対応する要素に等しく適用されると理解されたい。特定の実施形態が本明細書において図示及び説明されているが、図示及び記載されている特定の実施形態は、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な代替的実施態様及び／又は等価の実施態様によって置き換えられ得ることが、当業者には理解されよう。本出願は、本明細書で論じられた特定の実施形態のいずれの適応例又は変形例又は組み合わせも包含することが意図されている。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが意図されている。

Claims (15)

1. 合計で少なくとも５０を数える複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含む光学フィルタであって、各ポリマー層が、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、それによって、実質的に垂直に入射する光に対して、並びに約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍに及ぶ可視波長範囲及び約６５０ｎｍ～約８００ｎｍに及ぶ赤外線波長範囲に対して、並びに第１の直交偏光状態及び第２の直交偏光状態の各々に対して、
   前記第１のポリマー層が、前記可視波長範囲における少なくとも１つの可視波長に対して、前記第２のポリマー層よりも大きい屈折率を有し、
   前記可視波長範囲における前記光学フィルタの平均光透過率が、約５０％超であり、
   前記光学フィルタが、前記赤外線波長範囲において約１．５超の光学密度を有し、
   前記光学フィルタの透過率が、前記可視波長範囲と前記赤外線波長範囲との間に配置されかつ幅約１０ｎｍ以下である第１の波長範囲にわたって少なくとも約３０％だけ変化する、光学フィルタ。
2. 前記光学フィルタの前記光学密度が、約６５０ｎｍ～少なくとも約８５０ｎｍにわたる波長範囲において約１．５超である、請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記光学フィルタの前記光学密度が、約６５０ｎｍ～少なくとも約８５０ｎｍにわたる波長範囲内において約２超である、請求項１に記載の光学フィルタ。
4. 約６０マイクロメートル以下の平均厚さを有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
5. 前記第１の波長範囲が、幅約８ｎｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
6. 前記複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層のうちの少なくとも１つの層が、約６００ｎｍ～約９００ｎｍの波長範囲において吸収率ピークを有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
7. 前記光学フィルタの前記透過率が、幅約１００ｎｍ以下の第２の波長範囲にわたって少なくとも約３０％だけ変化し、前記赤外線波長範囲が、前記第１の波長範囲と前記第２の波長範囲との間に配置されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
8. 前記複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層のうちの少なくとも１つの層が、前記第２の波長範囲よりも前記第１の波長範囲に近い波長において第１の吸収率ピークを有する、請求項７に記載の光学フィルタ。
9. 前記複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層のうちの少なくとも１つの層が、前記第１の波長範囲よりも前記第２の波長範囲に近い波長において第２の吸収率ピークを有する、請求項７又は８に記載の光学フィルタ。
10. 少なくとも約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたる可視波長範囲で可視画像を発するように構成された発光ディスプレイと、
    前記発光ディスプレイを介して、前記可視波長範囲における第１の可視光、及び少なくとも約６５０ｎｍ～約８００ｎｍにわたる赤外線波長範囲における第２の赤外線光を受光及び感知するように構成された光学センサと、
    前記発光ディスプレイと前記光学センサとの間に配置され、実質的に垂直に入射する光に対して、前記可視波長範囲と前記赤外線波長範囲との間に第１のバンドエッジを有する、光学フィルタであって、前記光学フィルタの光透過率が、前記可視波長範囲における前記光学フィルタの平均光透過率の約７０％から、前記可視波長範囲における前記光学フィルタの前記平均光透過率の約２０％まで、約５％／ｎｍ超の勾配で減少する、光学フィルタと、
    を備える、光学システム。
11. 前記発光ディスプレイに入射する光を前記光学センサ上に画像化するための少なくとも第１のレンズを含む画像化光学部品を更に備える、請求項１０に記載の光学システム。
12. 合計で少なくとも５０を数える複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含む第１の光学フィルタであって、各ポリマー層が、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、それによって、実質的に垂直に入射する光に対して、並びに約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたる可視波長範囲及び約６５０ｎｍ～約８００ｎｍにわたる赤外線波長範囲に対して、並びに少なくとも第１の直交偏光状態に対して、前記第１の光学フィルタが、前記可視波長範囲において約５０％超の平均光透過率、前記赤外線波長範囲において約９０％超の平均光反射率、及び約６５０ｎｍ超の第１の波長において約８０％超の光反射率を有する、第１の光学フィルタと、
    前記第１の光学フィルタ上に配置され、かつ前記第１の波長においてピーク吸収率を有する、第２の光学フィルタと、
    を備える、光学積層体。
13. 前記第１の波長が、約７００ｎｍ～約９００ｎｍの範囲内にある、請求項１２に記載の光学積層体。
14. 合計で少なくとも５０を数える複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含む光学フィルタであって、各ポリマー層が、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、それによって、実質的に垂直に入射する光に対して、及び約４２０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたる可視波長範囲、約６５０～約８００ｎｍにわたる近赤外線波長範囲、約９５０ｎｍ～少なくとも約１０５０ｎｍにわたる遠赤外線波長範囲に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、前記光学フィルタが、
    前記可視波長範囲及び前記遠赤外線波長範囲の各々において約５０％超の平均光透過率、
    前記近赤外線波長範囲において約５％未満の平均光透過率、及び
    前記近赤外線波長範囲と前記遠赤外線波長範囲との間の第１の波長において、前記遠赤外線波長範囲における前記光学フィルタの前記平均光透過率の約５０％である光透過率、を有し、
    前記複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層のうちの少なくとも１つの層が、前記近赤外線波長範囲と前記遠赤外線波長範囲との間の第２の波長において吸収率ピークを有し、少なくとも約４５度の入射角で前記光学フィルタに入射する光に対して、前記第１の波長が、前記第２の波長よりも小さい第３の波長にシフトする、光学フィルタ。
15. 合計で少なくとも５０を数える複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含む光学フィルタであって、各ポリマー層が、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有し、それによって、実質的に垂直に入射する光に対して、及び約４５０ｎｍ～約５５０ｎｍにわたる可視波長範囲、約６５０～約８００ｎｍにわたる近赤外線波長範囲、前記近赤外線波長範囲が前記可視波長範囲と遠赤外線波長範囲との間にあるように配置されかつ幅が少なくとも約１００ｎｍである遠赤外線波長範囲に対して、及び少なくとも第１の偏光状態に対して、前記光学フィルタが、
    前記可視波長範囲及び前記遠赤外線波長範囲の各々において約７５％超の平均光透過率、
    前記近赤外線波長範囲において約４５％未満の平均光透過率、及び
    前記近赤外線波長範囲と前記遠赤外線波長範囲との間の第１の波長において、前記可視波長範囲における前記光学フィルタの前記平均光透過率の約１０％である光透過率、を有し、
    前記複数の交互の第１のポリマー層及び第２のポリマー層のうちの少なくとも１つの層が、約６５０ｎｍ～約９００ｎｍの範囲の第２の波長において吸収率ピークを有し、少なくとも約４５度の入射角で前記光学フィルタに入射する光に対して、前記第１の波長が、前記第２の波長よりも小さい第３の波長にシフトする、光学フィルタ。
    

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