JP3927215B2 - 反射偏光子ディスプレイ - Google Patents
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Description
光学ディスプレイは、ラップトップ型コンピュータ、携帯型計算器、デジタル式腕時計などに広く用いられている。よくある液晶(LC)ディスプレイは、このような光学ディスプレイの代表的な例である。通常のLCディスプレイは、一対の吸収偏光子の間に、液晶とマトリクス電極とを備えている。LCディスプレイにおいては、液晶は、電界の印加により部分的に光学状態が変わるようになっている。この方法により、偏光における情報の「ピクセル」を表示するのに必要なコントラストが生じる。
一般に、LCDアセンブリの「後ろ」に、ブラシ研磨したアルミニウムの反射器が配置される。この反射面は、LCDアセンブリに光を戻し、かつ、反射面に入射した光の偏光方向を保つ。
本発明の光学ディスプレイは、3つの基本エレメントを有している。第1のエレメントは反射偏光子である。この反射偏光子は、それぞれ第2と第3のエレメントを構成する液晶ディスプレイ(LCD)アセンブリと光学キャビティの間に配置されている。
図1は3つの主な構成要素を含んだ説明的な光学ディスプレイ10の概略図である。これらには、LCDアセンブリ16として示されている偏光ディスプレイモジュール、反射偏光子12、及び光学キャビティ24が含まれる。この図に示されたLCDアセンブリ16は、反射偏光子12と光学キャビティ24から供給される偏光した光によって照らされる。
を有している。この偏光方向(b)を有する光は、屈折率の差によって反射することになる。このことにより、図4に軸25として示した、いわゆる「吸光」軸が定められる。このようにして、反射偏光子12は、選択された偏光(a)状態の光を通す。
厚いフィルムと薄いフィルムの両方を使った構成は有用である。層が光の種々の波長の長さの光学経路を有する場合は、反射偏光子12の光学特性は本質的に広帯域となる。層が光の波長よりも小さな光学厚さを有する場合は、選択された波長についての反射偏光子12の光学性能を高めるために、構造的干渉を利用することができる この実施例において説明した製造方法により、可視スペクトルを越える光の波長よりも薄い光学厚さを有する均一な層を形成することができる。構造的干渉は、対になった層(A,B)の光学厚さが入射光の波長の半分を増す場合(A+B=λ/2)に生じる。この半波長の条件により、設計波長における狭帯域の構造的干渉が生じる。広帯域の光学性能は、複数の狭い帯域のスタックを積層するか、または連結することによって得られる。例えば、同じ厚さ(A+B=λ/2)を有する層の第1グループ37を、異なる厚さ(A+B=λ’/2)を有する第2のグループ35に積層することができる。通常は、能率的な広帯域の応答性を得るために多数の層(ABAB…)が重ね合わされるが、図4では、分かりやすくするために、少ない数の層のみを示している。好ましくは、反射偏光子12は、対象とするあらゆる角度と波長の光を反射するように構成すべきである。
光学キャビティ140はいくつかの機能を有しているが、明るさ増進型反射偏光子110との相互作用について、重要なパラメータは、入射光に対する高反射率の値と、入射光の方向と偏光状態の両方を変える光学キャビティ140の能力である。通常の光学キャビティはこれらの要求を満たしている。
上述した図4に示したような多層スタックの光学作用について、より一般的な用語で説明する。多層スタックは無数の層を含むことができ、各層は多数の異なった材料の何で形成してもよい。特定のスタックのための材料の選択を決定する特性は、そのスタックの望ましい光学性能に依拠している。
製造を容易にするために、好適な薄い光学フィルムのスタックでは、異なった数種の材料のみが含まれる。分かりやすくするため、この説明では2つの材料を含む多層スタックについて述べる。
誘電性境界面の反射率は、入射角度の関数として変化し、等方性材料に関してはp偏光とs偏光で大きく異なる。p偏光の最小反射率は、いわゆるブルースター効果によるものであり、反射率がゼロになる角度はブルースター角と呼ばれる。
正の1軸的複屈折性は、z屈折率が面内屈折率よりも大きい場合(nz>nx及びny)に生じる。負の1軸的複屈折性は、z屈折率が面内屈折率よりも小さい場合(nz<nx及びny)に生じる。
ものとして定義される。この場合も、nx及びnyの屈折率は、面内屈折率と呼ばれる。2軸性複屈折システムは、多層スタックを一方向へ延伸することにより作ることができる。言い換えれば、スタックは1軸方向へ伸ばされる。この問題のため、x方向を2軸性複屈折スタックの延伸方向という。
1軸性複屈折システムの光学特性について以下に述べる。上述したように、1軸性複屈折材料の一般的な条件はnx=ny≠nzである。したがって、図15の各層102及び104が1軸的複屈折性であれば、n1x=n1yであり、n2x=n2yである。この問題のため、層102が層104よりも大きな面内屈折率を有し、したがって、x方向及びy方向の両方でn1>n2であると仮定する。1軸的複屈折性の多層システムの光学的作用は、n1z及びn2zの値を変えることによって調整して正または負の複屈折性を異なったレベルにすることができる。
再び図15を参照して、2構成要素の直交2軸性複屈折システムについて以下に説明する。この場合も、システムは多数の層を含むことができるが、一つの境界面での光学作用について検討することによって、スタックの光学作用を理解することができる。
上述した構成を考慮すれば、当業者であれば、所望の屈折率の関係を生じるように選択された条件下で処理するときに、本発明に係る多層の鏡または偏光子を形成するために多種の材料を使用できることを容易に理解できるであろう。一般に、要求されるもの全ては、材料の一つが、第2の材料に比較して、選択した方向に異なった屈折率を有することである。この差異は、(例えば有機ポリマーの場合の)フィルム形成の際またはその後の延伸、(例えば液晶材料の場合の)押出成形、またはコーティングなどの、種々の方法で得ることができる。さらに、2つの材料が、それらを同時に押出成形することができるように、同様の流動特性(例えば溶融粘度)を有していることが好ましい。
次に、以下の実施例によって本発明を説明する。この実施例において、光学吸収は無視できるので、反射率は1から透過率を引いたもの(R=1−T)に等しい。
601層を含む同時押出成形のフィルムを、連続したフラットフィルム製造ライン上で、同時押出成形工程により作成した。固有粘度が0.6dl/g(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のポリエチレンテレフタレート(PET)を一つの押出成形機から1時間に75ポンドの速度で押し出し、エクデル9966(イーストマン・ケミカルから入手可能な熱可塑性エラストマー)を、他の押出成形機から1時間に65ポンドの速度で押し出した。PETは、表面層に用いた。601層の押し出し物を製造する2つのマルチプライヤーに通される151層を作り出すため、(米国特許第3,801,429号に記載されているような)フィードブロック(feedblock)法を使用した。米国特許3,565,985号は、代表的な同時押出成形のマルチプライヤーを説明している。ウェブは、約210°Fのウェブ温度で、約3.6の延伸率まで長さ配向(length orient)された。フィルムは、続いて、約235°Fに約50秒間予熱され、1秒当たり約6%の割合で約4.0の延伸率まで横方向に延伸された。このフィルムは、さらに、400°Fにセットされたヒートセットオーブンのなかで、その最大幅の約5%弛緩された。完成したフィルムの厚さは2.5ミルであった。
151層を含む同時押出成形のフィルムを、連続したフラットフィルム製造ライン上で、同時押出成形工程により作成した。固有粘度が0.6dl/g(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のポリエチレンテレフタレート(PET)を一つの押出成形機から1時間に75ポンドの速度で押し出し、エクデル9966(イーストマン・ケミカルから入手可能な熱可塑性エラストマー)を、他の押出成形機から1時間に65ポンドの速度で押し出した。PETは、表面層に用いた。151層を作り出すため、フィードブロック法を使用した。ウェブは、約210°Fのウェブ温度で、約3.5の延伸率まで長さ配向された。フィルムは、続いて、約215°Fに約12秒間予熱され、1秒当たり約25%の割合で約4.0の延伸率まで横方向に延伸された。このフィルムは、さらに、400°Fにセットされたヒートセットオーブンの中で、約6秒間、その最大幅の約5%弛緩された。完成したフィルムの厚さは約0.6ミルであった。
225層を含む同時押出成形のフィルムを、一工程でキャストウェブを押出成形し、その後、フィルムを研究室のフィルム延伸装置の中で配向することによって作成した。固有粘度が0.5dl/g(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のポリエチレンナフタレート(PEN)を一つの押出成形機から1時間に18ポンドの速度で押し出し、エクデル9966(イーストマン・ケミカルから入手可能な熱可塑性エラストマー)を、他の押出成形機から1時間に17ポンドの速度で押し出した。PENは、表面層に用いた。225層の押し出し物を製造する2つのマルチプライヤーに通される57層を作り出すため、フィードブロック法を使用した。成形されたウェブは、厚さが12ミルで、幅が12インチであった。ウェブは、その後、フィルムの正方形部分をつかみ、一定の割合で両方向に同時に延伸するためのパンタグラフを使う研究室延伸装置を用いて2軸方向に配向した。7.46cm平方のウェブを100℃で延伸器にローディングし、130℃に60秒間加熱した。その後、延伸を(元の寸法に基づいて)100%/secで開始し、サンプルを約3.5×3.5に伸ばした。延伸後すぐに、サンプルを、室温の空気を吹き付けることによって冷却した。
449層を含む同時押出成形のフィルムを、一工程でキャストウェブを押出成形し、その後、フィルムを研究室のフィルム延伸装置の中で配向することによって作成した。固有粘度が0.53dl/g(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のポリエチレンナフタレート(PEN)を一つの押出成形機から1時間に56ポンドの速度で押し出し、THV500(ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニーから入手可能なフルオロポリマー)を、他の押出成形機から1時間に11ポンドの速度で押し出した。
449層を含む同時押出成形のフィルムを、一工程でキャストウェブを押出成形し、その後、フィルムを研究室のフィルム延伸装置の中で配向することによって作成した。固有粘度が0.56dl/g(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のポリエチレンナフタレート(PEN)を一つの押出成形機から1時間に43ポンドの速度で押し出し、固有粘度が0.52(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のCoPEN(70mol%の2,6NDCと30mol%のDMT)を、他の押出成形機から1時間に25ポンドの速度で押し出した。PENは、表面層に用い、PENの40%を2つの表面層に用いた。449層の押し出し物を製造する3つのマルチプライヤーに通される57層を作り出すため、フィードブロック法を使用した。キャストウェブは、厚さが10ミルで、幅が12インチであった。ウェブは、その後、フィルムの正方形部分をつかみ、一定の割合で一方向へ延伸するとともに他方向へ拘束するためのパンタグラフを使う研究室延伸装置を用いて1軸方向に配向した。7.46cm平方のウェブを100℃で延伸器にローディングし、140℃に60秒間加熱した。その後、延伸を(元の寸法に基づいて)10%/secで開始し、サンプルを約5.5×1に伸ばした。延伸後すぐに、サンプルを、室温の空気を吹き付けることによって冷却した。
601層を含む同時押出成形のフィルムを、ウェブを押出成形し、その二日後に、フィルムを他の実施例で説明したものとは別のテンター(幅出し機)で配向することによって作成した。固有粘度が0.5dl/g(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のポリエチレンナフタレート(PEN)を一つの押出成形機から1時間に75ポンドの速度で押し出し、固有粘度が0.55(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のCoPEN(70mol%の2,6NDCと30mol%のDMT)を、他の押出成形機から1時間に65ポンドの速度で押し出した。PENは、表面層に用いた。601層の押し出し物を製造する2つのマルチプライヤーに通される151層を作り出すため、フィードブロック法を使用した。米国特許第3,565,985号は、同様の同時押出成形用マルチプライヤーを説明している。全ての延伸はテンターの中で行った。フィルムは約280°Fに20秒間予熱され、1秒間に約6%の割合で、約4.4の延伸率に横方向へ延伸された。その後、フィルムは、460°Fにセットされたヒートセットオーブンの中で、その最大幅の約2%弛緩された。完成したフィルムの厚さは1.8ミルであった。
449層を含む同時押出成形のフィルムを、一工程でキャストウェブを押出成形し、その後、フィルムを研究室のフィルム延伸装置の中で配向することによって作成した。固有粘度が0.60dl/g(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のポリエチレンテレフタレート(PET)を一つの押出成形機から1時間に26ポンドの速度で押し出し、固有粘度が0.53(60重量%のフェノール/40重量%のジクロロベンゼン)のCoPEN(70mol%の2,6NDCと30mol%のDMT)を、他の押出成形機から1時間に24ポンドの速度で押し出した。PETは、表面層に用いた。449層の押し出し物を製造する3つのマルチプライヤーに通される57層を作り出すため、フィードブロック法を使用した。米国特許第3,565,985号は、同様の同時押出成形用のマルチプライヤーを説明している。キャストウェブは、厚さが7.5ミルで、幅が12インチであった。ウェブは、その後、フィルムの正方形部分をつかみ、一定の割合で一方向へ延伸するとともに他方向へ拘束するためのパンタグラフを使う研究室延伸装置を用いて1軸方向に配向した。7.46cm平方のウェブを100℃で延伸器にローディングし、120℃に60秒間加熱した。その後、延伸を(元の寸法に基づいて)10%/secで開始し、サンプルを約5.0×1に伸ばした。延伸後すぐに、サンプルを、室温の空気を吹き付けることによって冷却した。完成したフィルムの厚さは約1.4ミルであった。このフィルムは、層の剥離を生じる事なく配向工程を乗り切るのに十分な接着性を有していた。
601層を含む同時押出成形のフィルムを、連続したフラットフィルム製造ライン上で、同時押出成形工程によって作成した。固有粘度が0.54dl/g(60重量%のフェノールと40重量%のジクロロベンゼン)のポリエチレンナフタレート(PEN)を一つの押出成形機から1時間に75ポンドの速度で押し出し、coPENを、他の押出成形機から1時間に65ポンドの速度で押し出した。coPENは、70mol%の2,6ナフタレートジカルボン酸メチルエステルと、15%のジメチルイソフタレートと、エチレングリコールを含む15%のジメチルテレフタレートの共重合体であった。151層を作り出すため、フィードブロック法を用いた。フィードブロックは、PENに1.22でcoPENに1.22の光学層の厚さの割り当て量で、層を勾配分布(gradient distribution)するように構成された。PENの表面層は、光学スタックの外面で同時押出成形し、同時押出成形層の8%の全厚であった。光学スタックは、2つの連続したマルチプライヤーで複合化した。マルチプライヤーの公称複合比は、それぞれ、1.2及び1.22であった。このフィルムを、続いて、310°Fに約40秒間予熱し、1秒間に6%の割合で、5.0の延引率まで横方向へ延引した。完成したフィルムの厚さは約2ミルであった。
Claims (4)
- 以下を含むディスプレイ:
バックライト;
ディスプレイモジュール;及び
前記バックライトと前記ディスプレイモジュールとの間に配置された多層高分子反射偏光子であって、前記偏光子は、直角の入射角と軸ずれ角の入射角で第1の偏光方向を有する光を透過し、直角の入射角と軸ずれ角の入射角で、前記第1の偏光方向と異なる第2の偏光方向を有する光を反射する偏光子。 - 前記多層高分子反射偏光子は、複屈折材料を含むものである、請求項1に記載のディスプレイ。
- 前記多層高分子反射偏光子は、複屈折材料および他の材料からなる多層のスタックを含むものである、請求項1に記載のディスプレイ。
- 前記多層高分子反射偏光子は、対になったポリマー材料の層を複数含んでなる多層スタックを備え、前記対になったポリマー材料の層のそれぞれが、第1の偏光方向の光に対して層間に屈折率の差を有し、かつ、前記第1の偏光方向に直交する第2の偏光方向の光に対して層間に本質的に屈折率の差を有さない、請求項1に記載のディスプレイ。
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