JP6738829B2 - 反射型偏光子及び補償フィルムを含む光学積層体 - Google Patents

Description

光学積層体、特に高度に特別な光学特性を有する光学積層体は、様々なディスプレイ用途に有用である。吸収性及び反射型（反射性とも呼ばれる）偏光子は、補償フィルムを含む他のフィルムと共に、液晶パネルと併せて配置して構成することができる。積層体内のこれらのフィルムのうちの１つ以上は、多層光学フィルムとすることができる。

吸収性偏光子は、１つの偏光の光を実質的に吸収し、その一方で、直交する偏光の光を実質的に透過する。吸収性偏光子は、通常、特定の配向された染料又はステインを、ポリマー基材内又はポリマー基材上に組み込むことにより、形成される。

反射型偏光子は、１つの偏光の光を実質的に反射し、その一方で直交する偏光の光を実質的に透過する。多層反射型偏光子（及び概ね多くの多層光学フィルム）は、数十から数百の溶融ポリマー層を共押出しして、その後に結果として生じるフィルムを配向する又は引き伸ばすことにより形成される。

一部の補償フィルムは、互いに垂直に配向された２つの直線偏光光素子間の遅延値（retardation value）を変更する。一部の補償フィルムは、液晶パネル、吸収性偏光子、及び反射型偏光子を含む他の光学構成要素に対する光学性能の不均一性を補償することができる。

一態様では、本開示は、光学積層体に関する。光学積層体は、カラーフィルタアレイを含む液晶パネルであって、カラーフィルタアレイに最も近いフィルタ面及びフィルタ面の反対の非フィルタ面を含む液晶パネルと、液晶パネルのフィルタ面に直接積層された吸収性偏光子と、を含む。光学積層体はまた、吸収性偏光子に積層された反射型偏光子を含む。

別の態様では、本開示は、光学積層体に関する。光学積層体は、バックライト側基材と、前側基材と、バックライト側基材と前側基材との間に配置された液晶層と、を含む液晶パネルを含み、バックライト側基材の光散乱強度は、前側基材の光散乱強度より高い。光学積層体はまた、バックライト側基材に直接積層された吸収性偏光子と、吸収性偏光子に積層された反射型偏光子と、を含む。

比較例１の光学積層体の立面図断面である。 比較例２の光学積層体の立面図断面である。 比較例３の光学積層体の立面図断面である。 比較例５の光学積層体の立面図断面である。 実施例１の光学積層体の立面図断面である。 実施例２の光学積層体の立面図断面である。

光学積層体、具体的には、ディスプレイ用及び特に液晶ディスプレイ用の光学積層体は、通常、輝度及び性能を最大化するために、専用の光学フィルムの複雑で精密な配置を必要とする。多くの場合、ディスプレイの特定の用途の要求に基づいて、設計者は、性能を厚さと均衡をとらなければならない。換言すれば、より多くのフィルムを追加することで、性能を増大することができるが、より厚いディスプレイの代償を払い、重量及び製造の複雑さ並びにディスプレイ全体の厚さが増すことになる。別の一般的な困難さは、全体の光スループットとコントラスト比との間のバランスである。ディスプレイの文脈におけるコントラスト比は、通常、そのディスプレイの最大輝度値と最小輝度値との間の輝度の差を指す。多くの場合、向上した最大輝度を提供する変更及び設計の決断はまた、コントラスト比の低下（すなわち、最小輝度がより高い）を引き起こす。両方の値は、観察者又は消費者にとって通常重要である（例えば、不充分なコントラスト比は、画像を色あせて又は過飽和に見せることがあり、不充分な輝度は、ディスプレイを太陽光下で又は明るい部屋でも見るのに不適当にすることがある）。より薄型の薄いディスプレイ（そうでなければコントラスト、輝度、又は両方を向上するであろうフィルムの除去を必要とする場合がある）は、その上、設計プロセスを更に複雑にしている。

多層光学フィルム、すなわち、屈折率の異なるミクロ層を配列することによって望ましい透過特性及び／又は反射特性を少なくとも部分的にもたらすフィルムが知られている。一連の無機材料を真空槽内で基材上の光学的に薄い層（「ミクロ層」）に堆積させることによって、そのような多層光学フィルムを製作することが知られている。無機多層光学フィルムは、例えば、Ｈ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄによる教科書、Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ，２ｎｄ Ｅｄ．，Ｍａｃｍｉｌｌａｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．（１９８６）、及びＡ．Ｔｈｅｌａｎによる教科書、Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．（１９８９）に記述されている。

多層光学フィルムは、交互ポリマー層を共押し出しすることによっても実証された。例えば、米国特許第３，６１０，７２９号（Ｒｏｇｅｒｓ）、同第４，４４６，３０５号（Ｒｏｇｅｒｓら）、同第４，５４０，６２３号（Ｉｍら）、同第５，４４８，４０４号（Ｓｃｈｒｅｎｋら）、及び同第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）を参照のこと。これらのポリマー多層光学フィルムでは、個々の層を作製する際にポリマー材料が主に又は排他的に使用される。そのようなフィルムは、大量生産工程と適合し、大きなシート及びロール品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、異なる屈折率特性を有する、個別のミクロ層を含む。ミクロ層は、複数の境界面で反射された光が、建設的又は破壊的干渉を受けて多層光学フィルムに所望の反射又は透過特性を提供できるほど薄い。紫外線、可視、又は近赤外線波長光を反射するように設計された多層光学フィルムでは、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（protective boundary layers）（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（ｚ軸）の法線により規定され、ｘ軸とｙ軸が層面内に存在する、直交カルテシアン軸を有する。複屈折性の高分子は、非偏光用途においても使用することができる。

ある場合には、ミクロ層は、１／４波長積層体に相当する厚さ及び屈折率値を有し、すなわち、それぞれが等しい光学的な厚さ（ｆ比＝５０％）の２種の隣接ミクロ層を有する、光学繰り返し単位又は単位セルで配列され、このような光学繰り返し単位は、波長λが光学繰り返し単位の全光学的な厚さの２倍である、強め合い干渉光による反射に有効である。ｆ比が５０％と異なる、２種のミクロ層光学繰り返し単位を有する多層光学フィルム、又は光学繰り返し単位が２種以上のミクロ層を含むフィルムなどの他の層構成も知られている。これらの光学的な繰り返し単位の設計物は、ある高次反射を減少又は増加させるように構成され得る。例えば、米国特許第５，３６０，６５９号（Ａｒｅｎｄｓら）及び同第５，１０３，３３７号（Ｓｃｈｒｅｎｋら）を参照のこと。フィルムの厚さ軸（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、反射帯が斜めの入射角で短波長にシフトする際に、可視スペクトル全体にわたって反射し続けるように、ミクロ層積層体が人間の可視領域全体にわたる、及び近赤外の中に拡張された反射帯を提供することができる。バンド端を鋭くするように調整された厚さ勾配、すなわち高反射と高透過の間の波長転移は、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、関連する設計及び構造の更なる詳細は、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）及び同第６，５３１，２３０号（Ｗｅｂｅｒら）、国際公開第９５／１７３０３（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）及び同第９９／３９２２４（（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）、並びに表題「Ｇｉａｎｔ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｏｐｔｉｃｓ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍｉｒｒｏｒｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．２８７，Ｍａｒｃｈ ２０００（Ｗｅｂｅｒら）という刊行物に記述されている。多層光学フィルムと関連する物品は、光学的特性、機械的特性、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むことがある。例えば、ＵＶ吸収層をこのフィルムの入射側に追加して、成分をＵＶ光により生じる劣化から保護する場合がある。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、多層光学フィルムを機械的に補強された層に取り付けることができる。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。追加の層及びコーティングは、引っ掻き抵抗性層、引き裂き抵抗性層、及び硬化剤も含むことができる。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、少なくともフィルムの局所的位置で、面内屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙと、フィルムの厚さ方向軸と関連付けられる屈折率ｎ_ｚとによって特徴付けることができる。これらの屈折率は、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿って偏光される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、特にことわらない限り、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の大きさに等しい又は未満だが、より大きくないものとすることができる。更に、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。換言すれば、境界面を形成する２つの層の間の屈折率の差は、Δｎ_ｊ＝ｎ_１ｊ−ｎ_２ｊであり、ここで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であるように選択される。

実際には、屈折率は、慎重な材料選択及び加工条件によって制御される。多層フィルムは、多数の、例えば数十又は数百層の２種の交互に配列したポリマーＡ、Ｂを共押出しし、通常続いて、多層押出し物を１つ以上のマルチプライヤダイに通し、次に押出し物を延伸するか、又は別法で配向させて、最終フィルムを形成することにより作製される。得られるフィルムは、通常、厚さと屈折率を調整して、可視又は近赤外中などのスペクトルの所望の領域において１つ以上の反射帯を提供する、数１００もの個別のミクロ層から構成される。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。更に、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（Ｊｏｎｚａら）号は、多層反射型又は反射型偏光子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しかるべき設計事項考慮も述べている。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。更には、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（off-axis）の反射率、それゆえ軸外れの色が最小となる。

‘７７４号（Ｊｏｎｚａら）で述べられている別の設計考慮事項は、多層反射型偏光子の空気境界面での表面反射に関する。偏光子を存在するガラス部品又は別の存在するフィルムに、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（antireflection）（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。携帯電話、タブレット、ノートブック、及びサブノートブックを含むコンピュータ、並びに一部のフラットパネルテレビなどの多様な電子機器に現在見られる、これらのシステムは、拡張エリアバックライトを用いて背後から照明される液晶（liquid crystal）（ＬＣ）パネルを使用する。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。ＬＣパネルが使用できない直交偏光状態の光は、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。

コントラスト比、すなわち、偏光軸が反射型偏光子のブロック軸に整列している光に対する透過率に対する、偏光軸が反射型偏光子の通過軸と整列している光に対する透過率の比は、反射型偏光子の性能を定量化するための別の重要な測定基準である。コントラスト比は、反射型偏光子単独で測定してもよく、又は例えば液晶ディスプレイパネル及び吸収性偏光子と組み合わせ、バックライトに組み込まれた反射型偏光子に対して測定してもよい。それゆえコントラスト比は、全体的な通過光の透過率をより高くすること、又は全体的なブロック光の透過率をより低くすることにより、一般に改善され得る。

いくつかの設計考慮事項は、ディスプレイの光学積層体の設計において従来関連する場合がある。例えば、特定の多層反射型偏光子製品は、浮遊性光学フィルムとして使用されることを意図している。浮遊性とは、光学的に透明な接着剤又は他の付着手段により隣接する層に積層されているのと反対に、フィルム及び隣接する光学フィルム又は構成要素の上面と底面との間に空気境界面があることを通常意図している。他の多層反射型偏光子製品は、光学積層体に積層されるように設計される。そのようなフィルムは、多くの場合、ガラス上偏光子と呼ばれる。一般的に、浮遊性反射型偏光子に対して、ガラス上反射型偏光子を組み込むことにより、コントラスト比を犠牲にして輝度が増大するであろう。

光学積層体内の他の構成要素からの不均一偏光回転又は吸収を補償するために、光学補償フィルムを、光学積層体内に含めることができる。一般的に、補償フィルムは、光学積層体を透過して伝播する光の特性を最適化するのに役立つことができる弱い又は非線形の遅延フィルムである。例えば、液晶パネルの光入力面上に配置された特定の吸収性偏光子が、最適より青色光を吸収しない（したがって、最適より青色光を通過させる）場合、補償フィルムは、透過した青色光の偏光状態をわずかに回転することができる。したがって、青色光が液晶パネルを透過して液晶パネルの出力面上に配置された第２の吸収性偏光子を透過すると、そうでなければ補償フィルムがない構成の場合にあるであろう、より多くの青色光を吸収することができる。同様に、液晶パネルが第２の吸収性偏光子により吸収されるように意図された光の偏光を回転し過ぎる場合、液晶パネルと第２の吸収性偏光子との間に設けられた補償フィルムは、過回転を補正するのに役立つことができ、それによりコントラストを改善する。残念ながら、これらの補償フィルムを含めることにより、必然的に光学積層体全体の厚さが増す。それにも拘らず、２つの補償フィルムが、一般的に、液晶パネルのそれぞれの面上に１つ使用される。

本明細書で遅延フィルムを説明するのに、特定の定義が役立ついくつかの特定の用語がある。「ｎ_ｒｘ」は、平面内の屈折率が通常最大である方向（例えば、遅軸方向又は分子方向）の屈折率を指す。「ｎ_ｒｙ」は、平面内で遅軸に垂直な方向の屈折率を指す。「ｎ_ｒｚ」は、厚さ方向の屈折率を指す。Ｒｅ［λ］は、２３℃でのλ（ｎｍ）の波長でのフィルムの面内遅延を指す。Ｒｅ［λ］は、ｄ（ｎｍ）がフィルムの厚さである場合、Ｒｅ［λ］＝（ｎ_ｒｘ−ｎ_ｒｙ）×ｄにより得られる。Ｒｔｈ［λ］は、２３℃でのλ（ｎｍ）の波長でのフィルムの厚さ方向遅延を指す。Ｒｔｈ［λ］は、ｄ（ｎｍ）がフィルムの厚さである場合、Ｒｔｈ［λ］＝［（ｎ_ｒｘ＋ｎ_ｒｙ）／２−ｎ_ｒｚ］×ｄにより得られる。Ｎ_ｒｚ係数は、Ｎ_ｒｚ＝（ｎ_ｒｘ−ｎ_ｒｚ）／（ｎ_ｒｘ−ｎ_ｒｙ）により得られる。Δｎ_ｒ×ｄは、Ｒｅ［λ］を指すことができる。

１つ以上の補償層を含む補償フィルムの光学特性は、斜め方向の光学積層体のコントラスト比を増大させ、液晶ディスプレイの黒色状態での色ずれを低減するように制御される。補償フィルムの望ましい遅延は、液晶パネル（具体的には、液晶層）の光学特性に依存する。１つの例示的なフィルムは、以下の関係を満たす遅延値を有する。
３０ｎｍ≦Ｒｅ［５５０］≦９０ｎｍ
１７０ｎｍ≦Ｒｔｈ［５５０］≦３００ｎｍ

更に、上述したように、液晶パネルの非フィルタ面に積層された補償フィルムの遅延、特にＲｔｈ［λ］の適切な又は望ましい範囲は、液晶層の値Δｎ_ｒ×ｄ［λ］に依存して異なる。遅延の範囲の一例は、以下の関係を満たすことができる。
Δｎ_ｒ×ｄ［５５０］−７０≦Ｒｅ［５５０］≦Δｎ_ｒ×ｄ［５５０］−１０

光学積層体の輝度を増大するために、Δｎ_ｒ×ｄ［５５０］は、２８０ｎｍ未満とすることができる。この場合では、液晶パネルの非フィルタ面に積層された補償フィルムのＲｔｈ［λ］は、以下の関係を満たす。
２２０ｎｍ≦Ｒｔｈ［５５０］≦３００ｎｍ

更に、斜め方向の光学積層体のコントラスト比を増大させ、黒色状態のディスプレイでの色ずれを低減するために、液晶パネルの非フィルタ面に積層された補償フィルムは、好ましくは、以下の関係を満たす。
ｎ_ｒｘ＞ｎ_ｒｙ＞ｎ_ｒｚ（すなわち、Ｎ_ｒｚ＞１）

多くの種類の液晶パネルが存在し、輝度、コントラスト、色アーチファクト、スイッチングタイム、視野角、及びコストを含む、異なる利点及び欠点を有する。しかし、一般的な意味では、すべての液晶は、ディスプレイ用の偏光に基づく光ゲート制御を提供するために、通常、電気的に操作する液晶分子を介して機能する。例としては、面内スイッチング（in-plane switching）（ＩＰＳ）型ディスプレイ及び垂直配向（vertically aligned）（ＶＡ）型ディスプレイを含む薄膜トランジスタ液晶パネルが挙げられる。光の特定の波長をフィルタにかけて着色したサブピクセルを生成するために、カラーフィルタを、液晶パネルの前面又は背面上に配置することができる。アレイ上カラーフィルタ（Color filter on array）（ＣＯＡ）ＶＡ ＴＦＴ−ＬＣＤは、液晶パネルのバックライト又は反射型偏光子側上に配置されたカラーフィルタを有し、非アレイ上カラーフィルタＶＡ ＴＦＴ−ＬＣＤは、液晶パネルの反対側、すなわち観察者側上に配置されたカラーフィルタを有する。バックライト側基材及び前側又は観察者側基材はそれぞれ、Ｉ［λ］の値により特徴付けることができ、ここでＩ［λ］は、２３℃でのλ（ｎｍ）の波長での基材の光散乱強度を指す。一般的に、非アレイ上カラーフィルタ型の光学積層体がより望ましい光学性能を提供するという従来の理解に基づいて、非アレイ上カラーフィルタ型の光学積層体が用いられる。

驚いたことに、ＣＯＡ ＶＡ ＴＦＴ−ＬＣＤ及びガラス上偏光子と共に単一の光学補償フィルムを用いる光学積層体は、輝度の最小限の低下のみで、浮遊性反射型偏光子及び２つの補償フィルムを有するものより高いコントラスト比を提供した。更に、ＣＯＡ ＶＡ ＴＦＴ−ＬＣＤ及びガラス上偏光子を有する単一の最適化された光学補償フィルムは、浮遊性反射型偏光子及び２つの補償フィルムを有するものより高いコントラスト比及びより高い輝度を提供した。これらの解決策がフィルムを省く又はより薄い構成要素を必要とするため、これらの光学積層体は、優れた輝度、コントラスト、及び薄さを可能にすることができる。更に、ディスプレイ全体の構成における設計の柔軟性のため、熟練した設計者は、例えば、従来の構成より良好なコントラスト比を維持することが依然できながら、更に高い輝度を提供するために追加の変更を提供することができる。

追加の従来の層及び光学構成要素を、光学積層体内に含めることができる。例えば、保護フィルム、タイ層、及び光学的に透明な接着剤は、本明細書で説明する光学積層体の一部を形成することができる。

比較例１
Ｓｏｎｙ ＮＳＸ−３２ＧＴ１テレビ（Ｓｏｎｙ ＵＳＡ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ＮＹ）から入手可能）が、Ｅｌｄｉｍ ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ８８ＬＷ（Ｍａｒｋｅｔ Ｔｅｃｈ Ｉｎｃ．（Ｓｃｏｔｔｓ Ｖａｌｌｅｙ ＣＡ）から入手可能）分光放射計を使用して、輝度（brightness）（輝度（luminance））及びコントラスト比（白色状態透過率／黒色状態透過率）について測定された。結果を表１に示す。図１に示した「受け取った状態」のディスプレイ構造１００は、以下のものを含んだ：保護フィルム（図示せず）、ヨウ素着色ポリ（ビニルアルコール）又はＰＶＡ（１１０）、及び補償フィルム（１２０）からなる観察者側吸収性偏光子が、ディスプレイの反対側（バックライト側）上の光学的に透明な接着剤（optically clear adhesive）（ＯＣＡ）（図示せず）を用いてＡＵ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐ．（Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｔａｉｗａｎ）により供給された垂直配向（ＶＡ）型ＴＦＴ−ＬＣＤパネル（非アレイ上カラーフィルタ型、Ｉ_ｂａｃｋ［５５０］＜Ｉ_{ｆｒｏｎｔ}［５５０］）（１３０）に接着されていた。ＯＣＡ（図示せず）を用いて接着された別の吸収性偏光子が、ＶＡディスプレイに積層されていて、この吸収性偏光子もまた、補償フィルム（１４０）、ヨウ素着色ＰＶＡ（１５０）、及び保護フィルム（図示せず）からなっていた。バックライト側吸収性偏光子の下方に空気間隙により分離されて、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ ＭＮ）から入手可能なＤＢＥＦ−Ｄ２−４００シート（１６０）が配置されていて、ＤＢＥＦ−Ｄ２−４００シートの下方にプリズムフィルムシート（１７０）、続いてマイクロレンズシート（１８０）、及び次に、光ガイド板（light guide plate）（ＬＧＰ）（１９０）が配置されていた。非アレイ上カラーフィルタＶＡ型ＴＦＴ−ＬＣＤは、セルのバックライト側上に対してＬＣＤセルの観察者側上にカラーフィルタが配置されたものである。比較例１に対して測定された輝度及びコントラスト比は、２９５ｃｄ／ｍ^２及び５９５０であった。

比較例２
光学積層体は、ＤＢＥＦ−Ｄ２−４００フィルムが除去された以外は、比較例１におけるように組み立てられた。ＤＢＥＦ−Ｑｖ３シート（２６０）は、ＯＣＡを使用して吸収性偏光子のヨウ素着色ＰＶＡ（２５０）に積層された。ＤＢＥＦ−Ｑｖ３は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な２８パーセントのヘイズを有する拡散艶消し塗布剤を有する反射型偏光子である。拡散艶消し塗布剤は、プリズムフィルムに向いていた。構造２００を図２に示す。

比較例２に対して測定された輝度及びコントラスト比は、３０５ｃｄ／ｍ^２及び５０５０であった。したがって、比較例１と比較して、比較例２は、概略４パーセントより高い輝度及び８５パーセントのコントラスト比を有する。結果として得たデータを表１に示す。

比較例３
Ｓａｍｓｕｎｇ ＵＮ３２ＥＳ６５００ ＴＶテレビ（Ｓａｍｓｕｎｇ（Ｓｕｗｏｎ，Ｓｏｕｔｈ Ｋｏｒｅａ）から入手可能）が、Ｅｌｄｉｍ ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ８８ＬＷ（Ｍａｒｋｅｔ Ｔｅｃｈ Ｉｎｃ．（Ｓｃｏｔｔｓ Ｖａｌｌｅｙ ＣＡ）から入手可能）分光放射計を使用して、輝度（brightness）（輝度（luminance））及びコントラスト比（白色状態透過率／黒色状態透過率）について測定された。結果を表２に示す。比較例３に対して、図１と類似した図３に示したフィルムスタック構造３００は、以下のものからなっていた：保護フィルム、ヨウ素着色ポリ（ビニルアルコール）又はＰＶＡ（３１０）、及び補償フィルム（３２０）からなる観察者側吸収性偏光子が、光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）を用いてＳａｍｓｕｎｇ（Ｓｕｗｏｎ，Ｓｏｕｔｈ Ｋｏｒｅａ）から供給された垂直配向（ＶＡ）型ＴＦＴ−ＬＣＤパネル（非アレイ上カラーフィルタ型、Ｉ_ｂａｃｋ［５５０］＜Ｉ_{ｆｒｏｎｔ}［５５０］）（３３０）に接着されていた。ディスプレイの反対側（バックライト側）上には、ＯＣＡを用いて接着された別の吸収性偏光子がＶＡディスプレイに積層されていて、この吸収性偏光子もまた、補償フィルム（３４０）、ヨウ素着色ＰＶＡ（３５０）、及び保護フィルムからなっていた。バックライト側吸収性偏光子の下方に空気間隙により分離されて、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ ＭＮ）から入手可能なＤＢＥＦ−Ｄ２−４００シート（３６０）が配置されていて、ＤＢＥＦ−Ｄ２−４００シートの下方にプリズムフィルムシート（３７０）、続いてマイクロレンズシート（３８０）、及び次に、光ガイド板（ＬＧＰ）（３９０）が配置されていた。比較例３に対して測定された輝度及びコントラスト比は、４８５ｃｄ／ｍ^２及び３９１３であった。

比較例４
光学積層体は、ＤＢＥＦ−Ｄ２−４００フィルムが除去された以外は、比較例３におけるように組み立てられた。ＤＢＥＦ−Ｑｖ３シートは、ＯＣＡを使用して吸収性偏光子に積層された。ＤＢＥＦ−Ｑｖ３は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な２８パーセントのヘイズを有する拡散艶消し塗布剤を有する反射型偏光子である。拡散艶消し塗布剤は、プリズムフィルムに向いていた。

比較例４に対して測定された輝度及びコントラスト比は、４７９ｃｄ／ｍ^２及び３４８７であった。したがって、比較例３と比較して、比較例４は、概略５パーセントより高い輝度及び８９パーセントのコントラスト比を有する。結果として得たデータを表２に示す。

比較例５
ＳＯＮＹ ＫＤＬ−３２ＨＸ７５０テレビ（Ｓｏｎｙ ＵＳＡ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ＮＹ）から入手可能）が、前述のように、輝度（brightness）（輝度（luminance））及びコントラスト比（白色状態透過率／黒色状態透過率）について測定された。結果を表３に示す。図４に示した「受け取った状態」のディスプレイ構造４００は、以下のものからなっていた：保護フィルム、ヨウ素着色ポリ（ビニルアルコール）又はＰＶＡ（４１０）、及び補償フィルム（４２０）からなる観察者側吸収性偏光子が、光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）を用いてＳａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｒｐ．（Ｓｕｗｏｎ，Ｓｏｕｔｈ Ｋｏｒｅａ）から供給された垂直配向（ＶＡ）型ＴＦＴ−ＬＣＤパネル（アレイ上カラーフィルタ、ＣＯＡ型、Ｉ_ｂａｃｋ［５５０］＜Ｉ_{ｆｒｏｎｔ}［５５０］）（４３０）に接着されていた。ディスプレイの反対側（バックライト側）上には、ＯＣＡを用いて接着された別の吸収性偏光子がＶＡディスプレイに積層されていて、この吸収性偏光子もまた、補償フィルム（４４０）、ヨウ素着色ＰＶＡ（４５０）、及び保護フィルムからなっていた。バックライト側吸収性偏光子の下方に空気間隙により分離されて、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ ＭＮ）から入手可能なＤＢＥＦ−Ｄ３−３４０シート（４６０）が配置されていて、ＤＢＥＦ−Ｄ３−３４０シートの下方にプリズムフィルムシート（４７０）、及び次に、拡散シート（４８０）が配置されていた。比較例５に対して測定された輝度及びコントラスト比は、３４１ｃｄ／ｍ^２及び３５２５であった。

比較例６
光学積層体は、ＤＢＥＦ−Ｄ３−３４０（４６０）フィルムが３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なようなＤＢＥＦ−Ｄ２−４００で置き換えられた以外は、比較例５におけるように組み立てられた。

比較例６に対して測定された輝度及びコントラスト比は、３４８ｃｄ／ｍ^２及び２７８４であった。したがって、比較例５と比較して、比較例６は、概略２パーセントより高い輝度及び７９パーセントのコントラスト比を有する。

実施例１
光学積層体は、バックライト側吸収性偏光子及びＤＢＥＦ−Ｄ３−３４０フィルムが除去された以外は、比較例５におけるように組み立てられた。それらの位置に、視野角補償フィルムを有さない吸収性偏光子（５５０）が、ＣＯＡ ＶＡ ＴＦＴ−ＬＣＤパネルに積層された。この偏光子は、Ｎｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ Ｃｏｒｐ（Ｏｓａｋａ，Ｊａｐａｎ）により供給された。ＤＢＥＦ−Ｑｖ３（５６０）は、次に、新しい吸収性偏光子に積層された。結果として得られた構造５００を図５に示す。実施例１に対して測定された輝度及びコントラスト比は、３２３ｃｄ／ｍ^２及び３７６４であった。したがって、比較例５と比較して、実施例１は、概略５パーセントより低い輝度及び１０７パーセントのコントラスト比を有する。

実施例２
光学積層体は、観察者側吸収性偏光子が除去された以外は、実施例１におけるように組み立てられた。所定の位置に、新しい視野角補償フィルム（Ｒｅ＝６５ｎｍ及びＲｔｈ＝２６０ｎｍ、Ｚｅｏｎ Ｃｏｒｐ（Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）から入手可能）（６２０）を有する吸収性偏光子（６１０）が、ＣＯＡ ＶＡ ＴＦＴ−ＬＣＤパネルに積層された。この偏光子は、Ｎｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ Ｃｏｒｐ（Ｏｓａｋａ，Ｊａｐａｎ）により供給された。結果として得られた構造６００を図６に示す。実施例２に対して測定された輝度及びコントラスト比は、３４３ｃｄ／ｍ^２及び４５９０であった。したがって、比較例５と比較して、実施例２は、概略１０１パーセントのより低い輝度及び１３０パーセントのコントラスト比を有する。したがって、ＣＯＡ型ＶＡ ＴＦＴ−ＬＣＤディスプレイは、１つの補償フィルムのみを使用した場合でも、他のＶＡ型ＬＣＤディスプレイに対して驚くべきより高いコントラスト比を有する。

本出願で引用されたすべての米国特許及び米国特許出願は、完全に記載されたものとして、参照により本明細書に組み込まれる。本発明は、上述の特定の実施例及び実施形態に限定されると考えられるべきでなく、そのような実施形態は、本発明の様々な態様の説明をわかりやすくするために詳細に説明されている。むしろ、本発明は、添付の請求項及びそれらの均等物によって規定される本発明の範囲に入る種々の変更、等価なプロセス、及び代替的なデバイスを含む、本発明のすべての態様に及ぶと理解すべきである。

Claims (18)

1. カラーフィルタアレイ、前記カラーフィルタアレイが接している側のフィルタ面、及び前記フィルタ面とは反対の観察者側である非フィルタ面を含む、液晶パネルと、
   前記液晶パネルの前記フィルタ面の、前記カラーフィルタアレイに直接積層された吸収性偏光子と、
   前記吸収性偏光子に直接積層された反射型偏光子と、を備える、光学積層体。
2. 前記液晶パネルの前記非フィルタ面に積層された補償フィルムを更に備える、請求項１に記載の光学積層体。
3. 前記光学積層体が、単一の補償フィルムのみを含む、請求項２に記載の光学積層体。
4. 前記光学積層体が、第２の光学積層体と比較して９０％以上の輝度を有し、前記第２の光学積層体は、前記吸収性偏光子と前記液晶パネルとの間に配置された第２の補償フィルムを有すること以外は前記光学積層体と同一である、請求項２に記載の光学積層体。
5. 前記光学積層体が、前記第２の光学積層体と比較して９５％以上の輝度を有する、請求項４に記載の光学積層体。
6. 前記光学積層体が、前記第２の光学積層体と比較して１００％以上の輝度を有する、請求項５に記載の光学積層体。
7. 前記光学積層体が、前記第２の光学積層体と比較して、前記液晶パネルの表面の法線方向に、等しい又はより大きなコントラスト比を有する、請求項４に記載の光学積層体。
8. 前記補償フィルムに積層された第２の吸収性偏光子を更に備える、請求項２に記載の光学積層体。
9. 前記第２の吸収性偏光子に積層された保護フィルムを更に備える、請求項８に記載の光学積層体。
10. 前記カラーフィルタアレイが、ＲＧＢカラーフィルタアレイである、請求項１に記載の光学積層体。
11. 前記液晶パネルが、垂直配向型パネルである、請求項１に記載の光学積層体。
12. 前記液晶パネルが、第１の外層及び第２の外層を更に含む、請求項１に記載の光学積層体。
13. 前記第１の外層及び第２の外層が、ガラスである、請求項１２に記載の光学積層体。
14. 前記第１の外層及び第２の外層が、ポリマーである、請求項１２に記載の光学積層体。
15. 前記反射型偏光子が、多層光学フィルムである、請求項１に記載の光学積層体。
16. 前記反射型偏光子が、１パケットの多層光学フィルムである、請求項１に記載の光学積層体。
17. 前記光学積層体が、３５０マイクロメートルより薄い、請求項１に記載の光学積層体。
18. 請求項１に記載の前記光学積層体を備える、液晶ディスプレイ。

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