JP6218772B2 - カラーシフトフィルム - Google Patents
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Description
本発明のカラーシフトフィルムは、視角の関数として色を変化させる光学的に非等方性の多層ポリマーフィルムである。少なくとも1つのバンドで光の一方または両方の偏光を反射するように設計できるこれらのフィルムは、少なくとも1つの反射バンドの片側または両側で鮮鋭なバンドエッジを呈するように適応させることができ、それによって鋭角で高度な彩度を提供できる。
B1.スペクトルの設計の詳細
一般に、本発明のカラーシフトフィルムは、広範囲の反射スペクトル特徴を利用して変動光学効果を生じさせるように設計できる。例えば、角度に応じた色変化を更に顕著にさせるためにバンドエッジ鮮鋭化技術を利用してもよいし、あるいは、この特徴を1つ以上の狭域発光バンドを有する光源とを組合せでもよい。あるいは、バンドエッジの勾配を増加させることによって、または、直交するフィルム面に沿って同様に任意偏光状態の光を反射しないフィルムを利用することによって、より穏やかな色変化を実現することもできる。これは、例えば、主延伸軸に沿ったEフィールドの光よりも、副延伸軸に沿ったEフィールドの光の反射性の方が弱い、非対称に二軸延伸されたフィルムに該当する。そのようなフィルムでは、透過光および反射光の両方の色純度が低くなる。
流延ホイールの速度を約30%遅くした状態で、実施例E1−2によりフィルムを作製した。図18に、直角入射および60°入射におけるp偏光の透過スペクトルを示す。図19に、直角入射および60°入射におけるs偏光の透過スペクトルを示す。
単一の反射バンドを有するユニットセルから成る漸変積層物を作製するためにのみ設計された押出装置を利用して本発明の光学フィルムおよび装置のF比を操作することにより、スペクトルの特定領域に合わせたバンドパスカラーフィルタすなわち多重反射バンドを作製できる。例えば、F比を調節することにより、複数層から成る単純な厚さ漸変積層物のみを利用して、高度に飽和された透過色による狭域緑色通過フィルタを作製できる。
ある光学積層物設計を利用することにより、角度に伴う短波長方向の任意スペクトル通常単調シフトによってもたらされるものとは異なる、入射角に伴うカラーシフトを得ることができる。特に、本発明の多層積層物は、従来技術の多層積層物を組み合わせることにより、幾分か独特の角度効果を生成できる。例えば、直角入射において任意の波長の中心に位置する1つ以上の透過ピークを有する本発明の複屈折カラーフィルムは、直角入射において任意の波長で反射する等方性層の積層物を被覆したり、同と一緒に共押出ししたり、同を積層したりできる。このようにして組み合わせた物品は、直角入射で銀色の鏡のように見える。しかしながら、傾斜角度では、等方性フィルムがp偏光を漏らすために複屈折フィルムの透過ピークが見え、高入射角では、着色ミラーに変化する。これにより、複屈折積層物の反射バンド幅がIRに至り、傾斜角において全部の赤色光を遮断すると考えられる。最大効果は、傾斜視角またはその近くにブルースター角を持っている等方性フィルム積層物の場合に現れる。複屈折積層物は、希望に応じて傾斜角度で赤色を透過するように設計することもできる。
ユニットセル内に一軸方向に負の複屈層を含んでいるフィルムなど、本発明に基づいて作製されるあるフィルムは、従来のカラーシフトフィルムで観察されるよりも明らかに大きなブルーシフト(すなわち、入射角の変化にともなったスペクトルの青色端へのスペクトルピークの移動)を呈するように構成できる。また、任意の(非直角)入射角度において、p偏光に関するブルーシフトの大きさは、従来のフィルムで観察されたものより大きくなるので、入射角に関するカラーシフトの差は、従来のフィルムよりも本発明のフィルムの方が大きくなる。、この後者の特徴は、本発明のフィルムのカラーシフトを更に著しくする効果があり、したがって、本発明のフィルムはカラーシフトディスプレーに更に適したものとなる。
前述のように、本発明の複屈折カラーシフトフィルムは、特に従来技術の等方性多層フィルムと比較して優れた彩度を呈する。等方性屈折率を備えた多層カラーシフトフィルムには、フィルムの視角が直角から傾斜角(グレージング角)に増加するにつれて、その色純度が(透過または反射において)劣化するという欠点がある。これは、一部は、フィルムを通る伝播角度が増加するにつれてp偏光である不規則に偏向された光の小部分の反射が悪くなるという事実による。そのため、反射バンドは、非直角でより短い波長にシフトしながら弱くなり、それにより、望ましくないスペクトル成分によって透過スペクトル全体が汚染される。この問題は、屈折率が実質的に1.0を越える複合プリズム等の媒体を介してフィルムがガラスに埋め込む場合に特に深刻である。
面内屈折率Na=1.75およびNb=1.50の材料AおよびBの交互層から構成され、(均一な白色光源として)直角において純粋な「青色」の透過スペクトルを与えるように設計された80層光学積層物の透過色を、0°−80°の角度の関数として計算した。透過色は、CIE x−y色度座標とLa*b*色空間の両方を使って計算した。それぞれの表色系について、色座量値が光源の色値(La*b*(0,0)、およびx−y系(0.333,0.333)から離れるほど彩度が増す。
本願明細書では、スペクトルの可視領域を参照しながら本発明を説明することが多いが、本発明の種々の実施形態は、種々のパラメータ(例えば、光学層の光学的厚さおよび材料種類)を適切に調整することにより、電磁放射線の種々の波長(したがって、周波数)で機能するように利用することができる。
s偏光について言うと、本願明細書に記載の複屈折の薄膜積層物のバンド幅および反射性はいずれも、従来の等方性材料の場合と同じように入射角の増加に伴って増加する。適切な屈折率の材料が選択されれば、p偏光についても同じ効果が生むことができる。この場合、sおよびp偏光のスペクトルを、入射角の関数として同様または全く同じに挙動させることができる。この話題に関する詳細な記載については、米国特許第5,808,798号を参照されたい。第5,808,798号特許に記載の多層フィルムは、面内屈折率不一致度として、逆符号の、比較的大きいz屈折率不一致度を備えている。その多層フィルムに生じる現象は、フィルタのバンド幅および反射性とは無関係である。この効果を達成する材料を入手することは可能であるが、優れた層間接着性を与える適合材料の選択は制限されており、または、材料の選択に際して、通常、z軸屈折率差を達成するための面内屈折率差の大きさを犠牲にしなくてはならない。
図26に、417層の共押出PET/Ecdelフィルムのs偏光およびp偏光の透過スペクトルを示す。いずれのスペクトルとも、空中における屈折率が60°であり、これは、例えばBK−7ガラスなど屈折率1.52のガラス中で屈折率約35°であることと等価である。この多層フィルムを、実施例E1−2に記載されているように作製した。この実施例において説明されているように、この多層サンプルを作製するために利用したプロセスでは、フィードブロック内に作製されている層数を倍にする、非対称型の層2倍マルチプライヤを利用した。マルチプライヤは、2セットの層が別々の波長バンドを反射するように調整され、マルチプライヤの比率によって分割された波長でセンタリングされるように設計されている。しかしながら、マルチプライヤは、溶融流の全部の箇所において全く同じ倍増比を与えるものではない。詳細には、フィルムの一方または両方の縁部付近には、著しい比率変化が存在していることが多い。便利のために、当該実施例のサンプルは、実施例E1−2に記載のフィルムの一方の縁部の近傍から採った。B7−1の横位置は、実施例E1−2のスペクトルを得た横位置から約1.5メートル離れていた。実施例B7−1のフィルム上の横位置において、2つの反射バンドは1つの広い反射バンドに実質的に併合され、マルチプライヤ比は大幅に減少している。図26において、525nm付近のs偏光およびp偏光について、この単一バンドのバンドエッジは約10nm以内で一致しているが、800nm付近の赤色バンドエッジは、約40nm離れている。s偏光およびp偏光の500nm未満および700nmを越える透過率値は、主として、フィルムのポリマー/空気境界面によって決まるが、反射防止コーティングを使用したり、ガラスプリズム間にセメンティングなどの光屈折率媒体を埋め込むことによって改善することができる。p偏光(500nm−710nm)の阻止バンドの平均透過率は約6%である。また、当該実施例のすべてのバンドエッジの傾斜は、約2.5%/nmある。
非偏光性の青色バンドエッジを備えている複屈折積層物の第2の実施例を、PENおよびPMMAの多層積層物である実施例E1−1に記載する。図38において、s偏光およびp偏光の透過スペクトルのバンドエッジは、10nm付近で本質的に一致しているが、600nm付近の赤色バンドエッジはほとんど40nm離れている。当該実施例では、PENのz屈折率は、PMMAのものにかなりよく一致しており、いずれも700nmで約1.49である。PENの分散性はPMMAより高く、400nm付近で、
である。p偏光の阻止バンド内の平均透過率は1.23%である。60°では、赤色バンドエッジの傾斜は約4.2%/nmであり、青色バンドエッジの傾斜は約2.2%/nmである。直角入射における赤色バンドエッジの傾斜は、約5.5%/nmである。
C1.プロセスの考察
本発明の共押出多層ポリマー光学フィルムを作成するために使用される方法は、どのような樹脂材料を選ぶか、またどのような光学的性質が完成されたフィルム製品に求められるのかに応じて異なる。
背景技術において記述したように、本発明に従って作られる多層フィルムおよび他の光学装置は、従来のフィルムが達成し得る面積よりもはるかに広い面積上での物理的および光学的均一度を示すように作られてもよい。本発明の方法によると、従来のキャスト(非延伸)フィルムにおいて見られる層の厚さおよび光学的厚さの歪曲は、約2×2および約6×6、好ましくは4×4の間の係数によってキャストウェブを二軸延伸することによって避けられる。これは、横方向の層の厚さを変化させる傾向があり、従って色も変化させるが急な変化はさせない。更に、フィルムは(延伸せずに直接完成フィルムを流延するのに対して)キャストウェブを延伸することによって作られるため、それによって要求されるより細いキャストウェブによって、押出ダイにおける層の厚さ分布の歪曲の可能性が少なくなる。これは、狭いダイにおいては層の拡がりが著しく少なくなるからである。
以下の実施例は、市販の一般向け着色フィルムの色の均一性を説明する。
実施例E1−2の緑色透過フィルムのダウンウェブおよびクロスウェブのスペクトル変化を調べた。1インチ間隔で数インチ測定されたクロスウェブのスペクトルのシフトは、550nmを中心とするパスバンドの青色のバンドエッジにおいて僅か+/−4nmであった。クロスウェブのスペクトルを図34に、またダウンウェブのスペクトルを図35に示す。
実施例E1−1の青色透過フィルムの均一性もまた分析した。一連のスペクトル曲線をダウンウェブおよびクロスウェブの方向に0.5インチ間隔で得た。局所均一性は両方とも、ダウンウェブ方向を示す図36に示されるの目盛り上実質的に同じであった。
本発明のフィルムの多くの用途において色の均一性が重要である一方で、装飾用フィルムなどの他の用途においては、色の均一性は重要でない、または望ましくない。色の変化が望ましい用途においては、ウェブを急冷する前に何れかの点で、光学的スタックの厚さに変化をつけるような方法で、ウェブの部分を横切ってまたはそれに沿って所望の空間的頻度の厚さの変化をつけることで本発明のフィルムに故意に与えられてもよい。これを達成する方法は数多くあるが(例えば、キャスティングホイールに振動を起こさせる)、このような変化はピンニングワイヤにおける所望の頻度の振動を起こさせることで都合良く与えられてもよい。例えば、ピンニングワイヤに振動を起こさせることで、偏光子フィルムの色はフィルムを横切って直線で、中性的な灰色の透過色から赤色に周期的に変化する。赤色の縞はダウンウェブ方向に6.0mm間隔であった。ピンニングワイヤの振動の計算された周波数は21Hzであった。
本発明のカラーシフトフィルムに使用するのに選択された材料、およびこれらの材料の延伸度は、完成された偏光子の層が関連の屈折率が実施的に等しい軸を少なくとも1つ有するように選択されるのが好ましい。この軸に関連する屈折率の一致は、一般に、延伸方向に横向きの軸であるが必ずしもその必要はなく、結果として偏光子のこの平面に光の反射は実質的にない。
本発明において用いるために適する種々のポリマー材料は、共押出多層光学フィルムの製造において用いるために教示されてきた。例えば、シュレンク(Schrenk)ら)による米国特許第4,937,134号、第5,103,337号、第5,1225,448,404号、第5,540,978号および第5,568,316号、ホィートレー(Wheatly)およびシュレンク(Schrenk)による第5,122,905号、第5,122,906号および第5,126,880号に掲げられ記載されたポリマーは、本発明による多層光学フィルムの製造のために有用である。シュレンク(Schrenk)ら)による米国特許第5,486,949号および第5,612,820号、ジョンザ(Jonza)らによる米国特許第5,882,774号および米国特許出願第09/006,601号、発明の名称「Modified Copolyesters and Improved Multilayer Reflective Films」において記載されたものなどの複屈折ポリマーは特に興味深い。フィルム製造のための好ましい材料に関して、本発明の多層光学フィルムの製造のために満足させるべき幾つかの条件がある。第一に、これらのフィルムは、少なくとも二種の識別可能なポリマーからなるべきである。その数は限定されない。三種以上のポリマーを特定のフィルムにおいて有利に用いることができる。第二に、第1のポリマーと呼ばれる、二種の必要なポリマーの少なくとも一種は、好ましくは、絶対値が大きな応力光学係数を有する。すなわち、それは、好ましくは、延伸された時に大きな複屈折を示すことが可能であるべきである。用途に応じて、複屈折は、フィルムの平面における二つの直交方向間、一つ以上の平面内方向とフィルム平面に垂直の方向との間、あるいはこれらの組合せにおいて発現することができる。等方屈折率が広く離れている特殊な場合、第1のポリマーにおける大きな複屈折に対する好ましさはそれほどではなくなる。但し、複屈折はそれでも普通は望ましい。こうした特殊な場合は、ミラーフィルム用、および二つの直交平面内方向にフィルムを延伸する二軸プロセスを用いて形成される偏光フィルム用のポリマーの選択において起きうる。第三に、第1のポリマーは、必要な光学特性が最終フィルムに付与されるように、延伸後に複屈折を維持することが可能であるべきである。第四に、「第2のポリマー」と呼ばれる他の必要なポリマーは、最終フィルムにおいて少なくとも一つの方向の屈折率が同じ方向の第1のポリマーの屈折率とは大幅に異なるように選択されるべきである。ポリマー材料が一般に分散性であるので、すなわち、屈折率が波長によって異なるので、これらの条件は、特定の対象スペクトルバンド幅に関して考慮されなければならない。
E.1.着色ミラー
本発明の原理は、着色ミラーを作るために用いることが可能である。一般に、これらのミラーは、両方の偏光に対して可視スペクトル領域において透過バンドを示すが、可視スペクトルの残部にわたって両方の偏光を反射する。こうしたミラーを本明細書において「パスフィルター」と呼ぶことが多い。本発明のパスフィルターにおいて、透過バンドは、入射角度の関数として色を変化させる。
以下の実施例は、本発明によるブルーパスフィルターの製造を説明している。
以下の実施例は、本発明の教示によるグリーンパスフィルターの製造を説明している。
本発明の原理は、一つの以上のスペクトル領域にわたって偏光子として挙動する色変化フィルムを製造するために用いることができる。こうしたフィルムは、第2の偏光に向けて色変化狭通過フィルターとして挙動しつつ、例えば、可視スペクトル領域にわたって第1の偏光に向けて広バンド反射体として挙動することが可能である(例えば、第2の偏光は、可視スペクトル領域において狭いバンド幅にわたって透過され、また可視領域におけるどこか他のバンドで反射され、透過バンドは入射角の関数として波長において変化する)。このタイプのフィルムは、実施例E2−1およびE2−2において説明されている。
81lb/hr(37kg/hr)の速度および525°F(274℃)の温度でPENを224層のフィードブロックにフィードした。表皮層には117lb/hr(53kg/hr)の速度および540°F(282℃)の温度で、光学層には115lb/hr(52.3kg/hr)の速度および525°F(274℃)の温度で、70%ナフタレートおよび30%イソフタレートとエチレングリコールとのコポリエステルをフィードブロックにフィードした。フィードブロックの温度を555°F(290℃)に維持した。実施例E2−1、E2−2およびE2−3においてそれぞれ20、25および30メートル/分でウェブをキャストし、154℃のテンターオーブン内で延伸比6:1に延伸して、着色偏光子を製造した。
本発明の幾つかの実施形態において、色変化フィルムは、偏光子との組合せで用いられる。特に好ましい実施形態において、偏光子は、米国特許出願第08/610,092号(オウデルカーク(Ouderkirk)ら)において記載された連続/分散相偏光フィルムなどの乱反射偏光フィルムである。この実施形態において、色変化フィルムは、垂直の入射角において高反射から斜め角において透過(少なくとも一部の波長において)に及ぶタイプであることが可能である。
本発明の原理は、一つ以上のスペクトル領域にわたって部分偏光子として挙動する色変化フィルムを製造するために用いることができる。こうしたフィルムは、例えば、主延伸軸および副延伸軸に平行の偏光平面を有する光が本質的に同じ波長で透過されると共に、一つの軸に平行の偏光に対する%透過率が直交偏光に対する透過率%より大きいように設計することができる。両方の偏光に対する透過スペクトルは、入射角の関数として変化する。このタイプのフィルムを実施例E4−1において説明する。
共押出プロセスを介して平面フィルム製造ラインで約418層を含む多層フィルムを製造した。PETを外層、すなわち「表皮」層としたこの多層ポリマーフィルムをPETおよびECDEL9967から製造した。フィードブロック法(米国特許第3,801,429号によって記載されたものなど)を用いて、層から層へのほぼ直線の層厚さ勾配を有する約209の層を押出物を通して作った。
t1=第1の層材料の光学的厚さ
t2=第2の層材料の光学的厚さ
n1=第1の材料の屈折率
n2=第2の材料の屈折率
d1=第1の材料の実厚さ
d2=第2の材料の実厚さ
ECDEL(材料2)の場合、n2およびd2の両方は一定である。しかし、反射の波長は、n1x対n2yを式に入れると偏光と共に変化する。例えば、ECDEL層が82nmの厚さであり、PET層が77nmの厚さである場合、λxは、延伸方向に平行の偏光に対して反射されたピーク波長によって与えられる。あるいは、
色フィルム形状を二つの異なるタイプに分けることができる。フィルムを平らな面上、あるいは例えば、円筒または円錐などの単純な曲線上に配置する形状をタイプIとして分類する。光学特性を変えるようにフィルムを延伸もせず別のやり方で変形もさせずにこれらの形状のどれも製造することができる。本質的に均一な色でフィルムを製造する場合、フィルムが観察者に呈する種々の幾何学的角度から本質的にあらゆる色変化が生じる。
必要ならば、本発明により製造された多層フィルムの一つ以上のシートを連続/分散相フィルムとの組合せで、あるいは連続/分散相フィルム中の成分として用いることができる。適する連続/分散相フィルムには、米国特許出願第08/801,329号(アレン(Allen)ら)において記載されたタイプのものが挙げられる。こうした構造において、個々のシートを合わせて積層できるか、あるいは別のやり方で接着でき、あるいは間隔をあけることができる(例えば、個々のシートが互いに光学的に連通しているが、物理的には接触していないように)。偏光子シートとの複合組合せミラーシートは、透過光をなお偏光させつつ全反射を増加させるために有用である。
本発明の多層スタックは、ある独特の成角効果をもたらすために先行技術の多層スタックと組み合わせることもできる。例えば、垂直入射における所定の波長に中心をもつ一つ以上の透過ピークを有する本発明の複屈折着色フィルムは、垂直入射におけるこうした所定の波長で反射する等方層のスタックで覆うか、共押出するか、あるいは積層することができよう。組合わされた物品は、すべての可視波長が組合わされた物品によって反射されるので垂直入射で完全なミラーとして見える。しかし、斜め角において、等方フィルムは漏れp−偏光であるため、複屈折フィルムの透過ピークが可視であることが可能である。最大の効果は、斜め観察角またはその付近でブルースター角を有する等方フィルムスタックの場合に現れる。
本出願の多くの実施形態が二つだけの異なる材料の交互層(すなわち、AB単位セルを有する)を有する光学スタックを含む一方で、本発明はまた、三つ以上の材料を用いるスタック設計を考慮している。従って、ABCまたはABCB単位セルを利用して、すべての入射角で色純度および色飽和を維持する色変化フィルムを製造することができる。但し、もちろん、色相は、二材料成分スタックの場合にそうであるように角度とともに変化する。これらの構造において用いられる材料は異なるモノマーから誘導でき、あるいは二種以上の材料は同じモノマーからであるが異なる比において誘導することができる。従って、例えば、AがPENであれば、BおよびCは、存在するナフタレンジカルボン酸モノマーの比が互いに異なる共PENの異なるグレードであることが可能であろう。
本発明の色変化フィルムは、特に基板の色および基板の光学特性(例えば、基板が主として鏡面反射であるか乱反射であるか)に応じて、特定の光学効果を得るために種々の基板に積層するか、貼り付けるか、あるいは別のやり方で光学的に結合することができる。従って、例えば、本発明の色変化フィルムは、硬い厚紙、紙、白色塗面、あるいは米国特許出願第08/807,930号(アレン(Allen)ら)において記載された乱反射光学フィルムなどの乱反射面に接着させるか、積層するか、あるいは別のやり方で貼り付けることができる。同様に、種々の光学効果は、本発明の色変化フィルムを噴霧塗料、蒸着された金属、金属酸化物および金属塩などの種々の材料で被覆することにより得ることができる。得られた物品で観察される光学効果は、特に、物品を照らすために用いられる光源(例えば、周辺光、偏光源、UV光源など)に応じて決まる。
以下の実施例は、本発明の色変化フィルムを種々の散乱媒体と組合せ、透過で見る時に観察される光学効果を示している。
以下の実施例は、散乱媒体を光源と本発明の色変化フィルムとの間に置き、フィルムを透過で見る時に観察できる効果を示している。
レッド基板:マゼンタまたは鈍いメタリック
イエロー基板:赤銅色またはグリーン
ブルー基板:マゼンタまたは暗いグリーン
レッド基板:いかなるバックグラウンド上または基板上でもレッド
イエロー基板:暗いバックグラウンド上の時赤銅色、白いバックグラウンド上でマゼンタ
ブルー基板:暗いバックグラウンド上でパープル、白いバックグラウンド上でグリーン
前述したように、本発明のフィルムは、三次元深さを示す物品を得るために、ミラー(特に広バンドミラー)および他の反射基板と組合せることができる。これは、フィルムとミラーがほぼ平行であるが短距離だけ離れているようにフィルムとミラーを配列することにより便利に達成される。その効果はあらゆるミラー基板で観察できるが、可撓性ポリマーミラーフィルムの使用は特に好ましい。こうしたミラーフィルムが折り重ねるか、波立たせるかあるいは模様づけるために十分に可撓性であるため、得られた物品が三次元効果を高める波及効果を示すからである。一例において、ブルーのスペクトル領域に変える本発明のCSFを可撓性広バンドミラーフィルムにテープで留めた。広バンドミラーフィルムの寸法は、CSFの寸法より若干大きかった。その後、両端がぴったり合うようにフィルムをテープで留め、よって広バンドミラーフィルムにたるみを導入した。得られたフィルムは、ミラー基板によって形成される異なる入射角のためにブルーの種々の色相を反射し、水域の表面に似てなくはない波形外観を示した。こうしたフィルムは、例えば、水槽用の装飾裏材料(backing)として有用であろう。
本発明を度々光学フィルムに関して本明細書において記載してきた一方で、本明細書において記載された原理および考慮事項は、フィルムとして考えなくてもよい様々な他の光学デバイスを製造するために用いることができる。例えば、様々な色変化熱成形物品または成形物品は、本明細書において記載された原理を用いて多層樹脂流れから製造することができる。本発明のフィルムはまた、切り刻んで光沢剤にすることができ、この光沢剤は、易流動性組成物として用いることができ、あるいは固体(例えば、凝固プラスチック樹脂)または液体(例えば、塗料組成物)マトリックスを通して分散させることができる。フィルムはまた、あらゆる寸法のストランドに裁断でき、それを一端で束ねる(機関銃におけるように)か、あるいは織り合わせることができる。
本発明のフィルムは、一般に、10−1000の間の層を含む。単一狭バンド反射体の場合、その範囲は、好ましくは10−200の間の層、更に好ましくは20−100の間の層である。高/低屈折率が1.75/1.50の50層スタックは、約10%部分(fractional)バンド幅FWHM(半値全幅)の高反射(99%ピークR)バンドを作り上げる。屈折率差が割合xだけ減少する場合、層の数は、同じピーク反射率を維持するために1/xだけ増加させなければならない。バンド幅も割合xだけ狭くされ、また同じバンド幅を維持するために層の数は約1/xだけ再び増加させなければならないであろう。
F1.表皮層
非光学材料層は、フィルム、すなわち、押出光学スタックの一方または両方の主表面上に同一の広がりをもつように(coextensively)配置することができる。表皮層とも呼ばれるこの層の組成物は、例えば、光学層の一体性を保護するため、最終フィルムに機械的または物理的特性を追加するため、あるいは最終フィルムに光学的機能性を追加するために選択することができる。選択するために適する材料には、一種以上の光学層材料を含めることができる。押出光学層に似た溶融粘度を有するその他の材料も有用な場合がある。
種々の機能層または機能被膜は、特に、本発明の光学フィルムおよびデバイスの表面に沿って本発明の光学フィルムおよびデバイスの物理的特性または化学的特性を変更または改善するために、本フィルムまたはデバイスに追加することができる。こうした層または被膜には、例えば、スリップ剤、低粘着性裏面材料、導電層、帯電防止被膜またはフィルム、バリア層、難燃剤、UV安定剤、耐磨耗性材料、光学被膜、あるいはフィルムまたはデバイスの機械的一体性または強度を改善するよう設計された基板を含めることが可能である。
本発明により製造されるフィルムおよびその他の光学デバイスには、例えば、従来型真空めっき誘電金属酸化物または金属/金属酸化物光学フィルム、シリカゾルゲル被膜、およびスリーエム(3M Company)(ミネソタ州セントポール)から入手できる押出し可能なフルオロポリマーであるTHVなどの低屈折率フルオロポリマーから誘導されるものなどの被覆反射防止層または共押出反射防止層などの一つ以上の反射防止層または被膜を含めることも可能である。偏光感応性であってもよいし、あるいは偏光感応性でなくてもよいこうした層または被膜は、透過率を高め反射グレアを減少させるように機能し、また被覆またはスパッターエッチングなどの適切な表面処理を通して本発明のフィルムおよび光学デバイスに付与することが可能である。
本発明により製造されるフィルムおよびその他の光学デバイスには、防曇特性を付与するフィルムまたは被膜を設けることができる。場合によって、上述した反射防止層は、フィルムまたはデバイスに反射防止特性および防曇特性の両方を付与する二重の目的を果たす。種々の防曇剤は、本発明と合わせて用いるために適する技術分野に対して知られている。しかし、一般に、これらの材料は、疎水特性をフィルム表面に付与し、連続でさほど不透明ではない水膜の形成を促進する脂肪酸エステルなどの物質である。
本発明のフィルムおよび光学デバイスは、UV安定フィルムまたは被膜の使用を通してUV放射線から保護することができる。適するUV安定フィルムおよび被膜には、ベンゾトリアゾールを配合するものまたはTinuvin292などのヒンダードアミン光安定剤(HALS)が挙げられ、両方共ニューヨーク州ホーソンのチバガイギー(Ciba Geigy Corp.)から市販されている。その他の適するUV安定フィルムおよび被膜には、ニュージャージー州パーシッパニーのバスフ(BASF Corp.)から市販されているベンゾフェノンまたはジフェニルアクリレートを含有するものが挙げられる。こうしたフィルムまたは被膜は、本発明の光学フィルムおよびデバイスが屋外用途において用いられる時、あるいは光源がUVのスペクトル領域の光を大量に放射する照明器具において用いられる時に特に重要である。
G1.滑剤
種々の滑剤は、本発明のフィルムの加工(例えば、押出)中に用いることができる。本発明において用いるために適する滑剤には、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸コバルト、ネオドカン酸モリブテンおよびアセチルアセトナトルテニウム(III)が挙げられる。
本発明において有用な酸化防止剤には、4,4’−チオビス−(6−t−ブチル−m−クレゾール)、2,2’−メチレンビス−(4−メチル−6−t−ブチル−ブチルフェノール)、オクタデシル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナメート、ビス−(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリトリトールジホスファイト、Irganox1093(1979)(((3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル)メチル)−ジオクタデシルエステルホスホン酸)、Irganox1098(N,N’−1,6−ヘキサンジイルビス(3,5−ビス(1,1−ジメチル)−4−ヒドロキシ−ベンゼンプロパンアミド)、Naugaard445(アリールアミン)、Irganox L57(アルキル化ジフェニルアミン)、Irganox L115(硫黄含有ビスフェノール)、Irganox LO6(アルキル化フェニル−δ−ナフチルアミン)、Ethanox398(フルオロホスホナイト)、および2,2’−エチリデンビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)フルオロホスナイトが挙げられる。
本発明のフィルムおよび光学デバイスは、それらの外観を変えるため、あるいはそれらを特定の用途に合わせるために、インキ、染料または顔料で処理することができる。従って、例えば、フィルムは、製品識別、広告、警告、装飾、またはその他の情報を表示するために用いられるものなどのインキまたはその他のプリント印で処理することができる。スクリーン印刷、活版印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、点刻印刷およびレーザー印刷などの種々の技術をフィルム上に印刷するために用いることができると共に、一成分および二成分インキ、酸化乾燥性インキおよびUV乾燥性インキ、溶解インキ、分散インキおよび100%インキ系を包含する種々のタイプのインキを用いることができる。
接着剤は、本発明の光学フィルムおよびデバイスをもう一つのフィルム、表面または基板に積層するために用いることができる。こうした接着剤には、光学的に透明な接着剤および散乱性接着剤の両方ならびに感圧接着剤および非感圧接着剤の両方が挙げられる。感圧接着剤は、通常は室温で粘着性であり、せいぜい軽い指圧をかけることにより表面に接着することができる一方で、非感圧接着剤には、溶媒活性化接着系、熱活性化接着系または放射線活性化接着系が含まれる。本発明において有用な接着剤の例には、ポリアクリレート、ポリビニルエーテル、天然ゴム、ポリイソプレンおよびポリイソブチレンなどのジエン含有ゴム、ポリクロロプレン、ブチルゴム、ブタジエン−アクリロニトリルポリマー、熱可塑性エラストマー、スチレン−イソプレンブロックコポリマー、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー、エチレン−プロピレン−ジエンポリマーおよびスチレン−ブタジエンポリマーなどのブロックコポリマー、ポリα−オレフィン、非晶質ポリオレフィン、シリコーン、エチレン酢酸ビニル、エチルアクリレートおよびエチルメタクリレートなどのエチレン含有コポリマー、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルピロリドンおよびビニルピロリドンコポリマー、ならびに上述したものの混合物、の一般的な組成物に基づくものが挙げられる。
前述したフィルム、被膜および添加剤に加えて、本発明の光学材料には、当該技術分野に知られているようなその他の材料または添加剤を含めることも可能である。こうした材料には、結合剤、塗料、充填剤、相溶化剤、界面活性剤、抗菌剤、発泡剤、強化剤、熱安定化剤、耐衝撃性改良剤、可塑剤、粘度調整剤およびその他のこうした材料が挙げられる。
H1.微空隙
いくつかの実施態様において、本発明のフィルムには、連続フェーズおよび分散フェーズを有する1つまたはそれ以上の層が設けられてもよく、その中で2つのフェーズの間の界面は十分に弱く、フィルムが延伸されるときに、結果として空隙になる。空隙の平均寸法は、プロセスパラメータおよび延伸比の注意深い操作によって、または、相溶剤を選択的に使用することによって、制御することができる。空隙は、完成品では、液体、気体または固体で埋め戻ししてもよい。空隙形成は、光学スタックの光学スペクトルと組み合わせて使用して、結果として得られるフィルムに所望の光学特性を作ることができる。
本発明によって作られたフィルムおよび他の光学デバイスは、塗布、染色、金属化またはラミネート等の次の処理に対してより伝導性にすることによって、これらの材料の表面またはそのいずれの部分を変性する様々な処理を受けやすい。これは、PVDC、PMMA、エポキシおよびアジリジン等の下塗剤で処理することによって、または、コロナ、火炎、プラズマ、フラッシュランプ、スパッターエッチング、eビーム処理等の物理的下塗り処理によって、または、表面層を非結晶化して、ホットカン等で結晶質を除去することによって、達成することができる。
本発明の光学体は、カラーミラーフィルムとして特に有用である。反射カラーミラーまたは反射カラーフィルムという用語は、関心のある電磁スペクトルの選択された部分のみを反射することによって色を形成する多層光学干渉スタックを称する。しかし、反射偏光子として作動する光学体も本発明によって製造することができる。これらの用途において、光学材料の構造は、上述のミラー用途の構造に類似する。しかし、これらのレフレクターは一般に、直交平面内軸に沿った屈折率の差に比較すると、1本の平面内軸に沿った交互の材料層の間の屈折率にはきわめて大きな差を有する。このより大きな屈折率の差は、一般に少なくとも約0.1であり、より好ましくは約0.15より大きく、もっとも好ましくは約0.2よりも大きい。
様々な光学配列を有するバックライトディスプレイは、本発明の色シフトフィルムを使用して作ることができる。一般に、そのようなディスプレイは、光源と、光源と見る人との間に位置する色シフトフィルムの一部とを含む。一般的な用途では、光の少なくとも1つの偏光の大半は、見る人へ進む前に1度のみフィルムを通る。
本発明のフィルムは、従来のバックライトが現在では広告看板またはコンピュータバックライトに使用されているように、分布した光源または数個のポイント光源とともに使用されてもよい。光の干渉によって均一に着色された、バックライトの開放面を覆う平らな反射フィルムは、見る人が看板のそばを通ると色が変わる。選択された染料または顔料の不透明なまたは半透明のレタリングは、レーザまたはスクリーン印刷技術を介して反射カバーフィルムに加えることができる。あるいは、カバーフィルムとは異なる色に着色された反射フィルムから構成される干渉反射レタリングを、カバーフィルムに作られた切り欠き上に加えることができ、レタリングは、カバーフィルムとは反対の色変化を表示し、たとえば、カバーフィルムは角度によって緑からマゼンタへの変化を表示し、一方、レタリングは同一の角度でマゼンタから緑への変化を表示する。他の多くの色の組み合わせも同様に可能である。
本発明の色シフトフィルムを使用して、様々な非バックライトディスプレイを形成することができる。これらのディスプレイにおいて、陽光であっても周囲照明であってもまたは専用光源であってもよい外部光源からの光の少なくとも1つの偏光は、透過スペクトルが見る人によって見られる前に2回、色シフトフィルムを通って作られる。多くの用途において、これは、色シフトフィルムを反射表面または偏光表面と組み合わせて使用することによって、達成される。そのような表面は、たとえば、金属の蒸着から形成される型の従来のミラー、研磨された金属または誘電体基板、または、多層ポリマーミラーまたは偏光フィルムであってもよい。
本発明の光学フィルムおよびデバイスは、天窓またはプライバシーウインドウ等の窓開口に使用するのに適切である。そのような用途において、本発明の光学フィルムは、プラスチックまたはガラス等の従来の窓ガラス材料とともに、またはその構成要素として使用される。このようにして準備された窓ガラス材料は、偏光特定的に製造することができ、そのため、窓開口は、光の第1の偏光に対して本質的に透過であるが、光の第2の偏光を実質的に反射し、それによってグレアを排除するかまたは減少する。光学フィルムの物理的特性は、本明細書に開示されたように変更されることができ、そのため、窓ガラス材料は、スペクトルの一定領域(たとえば、UV領域)内の一方または両方の偏光の光を反射し、一方、別の領域(たとえば、可視領域)の一方または両方の偏光の光を透過する。これは、特定の波長の反射および透過を使用して植物の生長、開花、および他の生物学的過程を制御することができる温室用途には特に重要である。
先に記載したバックライトディスプレイおよび非バックライトディスプレイを初めとして、本発明の光学フィルムは、様々な照明器具用途に使用することができる。所望の用途により、色シフトフィルムは、外観が均一に着色されてもよく、または玉虫色に変化してもよく、スペクトル選択性は、所望の波長範囲を透過または反射するように変えることができる。さらに、偏光した事務所作業灯または輝度を上げるために光再循環を含む偏光したディスプレイ等の偏光照明用途に、1つのみの偏光の光を反射するかまたは透過するように、着色したフィルムを作ることができるか、または、着色ミラーまたはフィルタが望ましい用途に使用されるときに、光の両方の偏光を透過するかまたは反射するようにフィルムを作ることができる。
本発明の色シフトフィルムは、方向照明に使用されるのに特に有利である。通りまたは構内照明用途に共通に使用されるナトリウム蒸気ランプ等の高効率ランプは一般に、1つの主要波長のみでスペクトル発光を有する。狭いバンド上に発光するそのような源を本発明の色シフトフィルムと組み合わせるときに、発した光の高度方向性制御を達成することができる。たとえば、色シフトフィルムが、ランプの発光ピークに一致する狭い通過バンドで製造されるときには、ランプ発光は、設計角度に近い角度のみでフィルムを通ることができ、他の角度では、源から発した光は、ランプまたはランプハウジングに戻る。一般的な単彩色および多彩色のスパイク状光源として、低圧ナトリウムランプ、水銀ランプ、蛍光灯、圧縮蛍光灯および冷陰極蛍光灯が挙げられる。さらに、反射フィルムは、単彩色源では、特定の入射角度で単一の波長発光を阻止するかまたは通過させることが必要であるのみであるため、必ずしも狭い通過型である必要はない。これは、たとえば、ランプ発光の波長に近い波長で不規則に切断する方形波反射スペクトルも同様に使用することができることを意味する。光源および本発明の色シフトフィルムを組み合わせることができるいくつかの特定の形状として、下記が挙げられるがそれに特定されない。すなわち、
(a)蛍光灯等の円筒形バルブが、バルブのピーク発光放射の直角入射透過のために設計されたフィルムで包まれる。すなわち、フィルムは、ランプ発光の波長に中心を置いた通過バンドを備えて設計される。この形状で、ピーク波長の光は、主に、バルブの長軸から半径方向に発光される。
(b)反射ランプハウジングの任意のバルブ形状は、バルブのピークで発せられた放射を透過するように選択されたフィルムで開口を覆うことによって、ハウジング開口の平面に直角な方向に放射するように、作ることができる。開口は、下方または他のいずれの方向に面することができ、光は、開口の平面に直角な方向にある角度で見ることができるが、直角から実質的に遠い入射角度では見えない。
(c)あるいは、(b)に記載された組み合わせは、直角入射で測定して、ランプ発光波長よりも大きい波長で、1つまたはそれ以上の適切な通過バンドを提供することによって直角から離れた1つまたはそれ以上の入射角度でランプ発光を透過するように設計された色シフトフィルムを使用することができる。このようにして、ランプ発光は、通過バンドの青シフトが発光ピークを通過バンドに整列配置するのに十分な角度で、透過される。
(d)(c)に記載された角度分布フィルムを(a)に記載された形状に組み合わせると、バルブの長軸に平行な平面に発した光の方向制御をすることができる円筒形バルブを与える。
(e)多彩色のスパイク状光源、たとえば、異なる3つの波長で発光スパイクを有するものを、1つの通過バンドのみを有する色シフトフィルムと組み合わせることができ、フィルムが所与の入射角度で3つの色スパイクのうちの1つのみを透過し、各発光ピークが異なる角度で透過されるようになる。そのようなフィルムは、複数の層の群を使用して製造することができ、層の各々は異なる波長領域で反射するか、または、層の1つの群と層のより高いオーダの調和とを使用して製造することができる。第1のオーダの通過バンドの領域の幅と、しがって調和通過バンドの幅とが制御されて、第1のオーダの通過バンドと調和反射バンドとの間に所望の透過ギャップを与えることができる。このフィルムを多彩色のスパイク状光源と組み合わせることによって、明らかに「白い」光源から光がその別個の色に分かれるのが見られるであろう。
下記実施例は、本発明のフィルムを使用して多色ネオン状管を製造するのを例示する。
下記実施例は、本発明のフィルムを使用して可撓性のあるネオン状管を製造するのを例示する。
下記実施例は、本発明のフィルムを使用して、フラッシュライト用取付具を形成するのを例示する。
下記実施例は、本発明のフィルムを使用して、三次元オーナメントを製造するのを例示する。
多くの用途は、偏光が適切に機能することを必要とする。そのような用途の例として、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルド電卓、デジタル腕時計、自動車ダッシュボードディスプレイ等に広く使用されている液晶ディスプレイ(LCD)等の光学ディスプレイ、および、偏光を使用してコントラストを上げグレアを減少する偏光照明器具および作業照明が挙げられる。いくつかの特別な照明用途のために、たとえば、グレア減少および着色「ムード」照明の両方が必要とされる着色偏光出力が望ましい。これらの状況において、光再循環を備えた偏光作業照明器具が、効率を高めるのために好ましい。偏光照明器具は、一般に、光源および偏光要素を含むハウジングから構成され、反射要素および/または乱反射要素をさらに含んでもよい。本発明の色シフトフィルムは、偏光要素として、存在するときには特に反射偏光フィルム(RPF)としてまたは反射要素として、および、米国特許出願第08/418,009号、発明の名称「偏光源(Polarized Light Sources)」および米国特許出願第08/807,270号、発明の名称「光学フィルムを含む照明器具(Light Fixture Containing Optical Film)」に記載されているような、特に反射ミラーフィルム(RMF)としての両方に使用されることができる。光再循環を組み込む偏光照明器具には、乱反射源が好ましく、これは一般に、発光領域と、光反射、散乱および/または偏光消去領域とを含む。発光領域は、光源と偏光消去領域との両方として作用してもよく、または、光源は、発光領域と別個のランダムレフレクターとを具備してもよい。照明器具が方向づけられる特定の用途によって、乱反射源は、蛍光灯、白熱灯、ソリッドステートエレクトロルミネセント(EL)光源、または、メタルハライドランプであってもよく、または、ランダム化偏光解消表面が、ポイント光源、遠距離光源、または、太陽照明とでさえ組み合わせて使用されてもよく、後者は、自由空間伝播、レンズシステム、光伝送、偏光保存導光器、または業界で公知の他の手段によって、乱反射偏光子へ透過される。
園芸等の用途に理想的にふさわしいスペクトル的に選択されたフィルムおよび他の光学体を、本発明の教示にしたがって作ることができる。温室環境および農業用途において、植物の生長に関する主たる懸念は、植物の生長にふさわしい光の適切なレベルおよび波長である。不十分なまたは不均一な照明は、結果とし不均一な生長または発育不十分の植物になりうる。高すぎる光のレベルは、土壌を過度に加熱し、植物を傷つける。周囲太陽光によって生成される熱を管理することは、特に南方気候では共通の問題である。
下記実施例は、本発明によって作られた特に園芸用途にふさわしい色シフトフィルム(特にマゼンタ通過フィルム)を例示する。
書類および構成要素の偽造および贋造、および、爆発物等の制御された材料の不法流用は、深刻且つ蔓延している問題である。たとえば、民間航空機整備士は、疑わしい偽造部品に定期的に出合うが、高級部品と仕様書に合致する記号のある偽造部品とを区別する信頼できる手段を欠く。同様に、新品として販売されている全レーザプリンタカートリッジの10%までが、再パッケージされ新品として表されている実際には磨き直されたカートリッジである。爆発物に使用可能な硝酸アンモニウム肥料等のバルク品目の識別および追跡も、非常に望ましいが、現在の識別手段は途方もなく高価である。
本発明の他の箇所で注意したとおり、本発明のフィルムの色シフト特性は、数多くの装飾用途に有利に使用することができる。したがって、たとえば、本発明のフィルムは、単独で、または、他の材料、フィルム、基板、コーティングまたは処理剤と組み合わせて使用して、包装紙、ギフト紙、ギフト袋、リボン、蝶形リボン、花および他の装飾物品を作ることができる。これらの用途において、フィルムは、そのままか、または、ひだを寄せるか、切断するか、エンボスするか、光輝く小装飾品に転換するかして使用するか、あるいは、他の方法で処理して、所望の光効果を作るかまたはフィルム容量を与える。
Claims (2)
- 第1のポリマー材料を含む少なくとも第1の層タイプと第2のポリマー材料を含む第2の層タイプの複数の交互層を含む多層ポリマーフィルムであって、二つの層タイプ間の屈折率の差が第1の平面内軸に沿ってΔxであり、第1の平面内軸に垂直の第2の平面内軸に沿ってΔyであり、前記第1軸と前記第2の軸に相互に直交する第3の軸に沿って絶対値が0.5k(ここでkは|Δx|と|Δy|の大きい方である)未満であるΔzであり、前記フィルムが可視スペクトル領域において少なくとも75%の透過率を有する垂直入射での透過ピークを示し、入射角が垂直入射から±60°の範囲にわたって変化する間に、前記透過ピークが、2%以下であるp偏光に関する分数バンド幅を有する、多層ポリマーフィルム。
- 第1のポリマー材料を含む少なくとも第1の層タイプと第2のポリマー材料を含む第2の層タイプの複数の交互層を含む多層ポリマーフィルムであって、二つの層タイプ間の屈折率の差が第1の平面内軸に沿ってΔxであり、第1の平面内軸に垂直の第2の平面内軸に沿ってΔyであり、前記第1軸と前記第2の軸に相互に直交する第3の軸に沿って絶対値が0.5k(ここでkは|Δx|と|Δy|の大きい方である)未満であるΔzであり、前記フィルムが少なくとも約70%の最大透過率を有する可視スペクトル領域における少なくとも一つの透過バンドを有し、前記透過バンドが0.5%/nm以上のバンドエッジの傾斜を有する、多層ポリマーフィルム。
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