JPH09506984A - 反射偏光子ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多層の反射偏光子（１２）が説明されている。このエレメントは、光学ディスプレイを形成するために、光学キャビティ（２４）とＬＣＤモジュール（１６）の間に配置されている。反射偏光子は光のいくらかを光学キャビティ（２４）の中へ反射し、光はそこでランダム化されて、最終的に、ディスプレイから、透過されるべき正しい偏光状態で表れる。

Description

【発明の詳細な説明】 反射偏光子ディスプレイ技術分野 本発明は、光学ディスプレイの改良に関する。背景 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。 この理由で、従来のＬＣディスプレイは、正面偏光子と背面偏光子を有してい る。一般に、これらの偏光子は、ある一つの偏光方向の光を、直角偏光方向より も強く吸収する二色性染料を使用している。通常、正面偏光子の透過軸は背面偏 光子の透過軸と「交差して」いる。交差角度は、零度から９０度まで変えること ができる。液晶、正面偏光子及び背面偏光子が一緒になって、ＬＣＤアセンブリ が構成される。 ＬＣディスプレイは、照明源によって分類することができる。「反射」ディス プレイは、「正面」からディスプレイに入射する周囲の光によって照らされる。 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。 周囲の光の強さが観察に不十分である場合、ブラシ研磨したアルミニウムの反 射面の代わりに「バックライト」アセンブリを用いることは一般的である。代表 的なバックライトアセンブリは、光学キャビティと、ランプまたは光を発する他 の構成を含んでいる。周囲光とバックライトの両方で観察するディスプレイは、 「半透過反射型」と呼ばれている。半透過反射型ディスプレイの一つの問題は、 一般的なバックライトが、従来のブラシ研磨したアルミニウムの面のようには能 率的な反射器でないことである。また、バックライトは、光の偏光方向をランダ ム化し、さらに、ＬＣディスプレイを照明するのに用いられる光量を少なくする 。したがって、バックライトをＬＣディスプレイに追加すると、ディスプレイを 周囲の光で見るときの明るさが低下する。 このため、周囲光とバックライトの照明の両方の条件で適当な明るさとコント ラストが得られるディスプレイが望まれている。要約 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。図面の簡単な説明 図面は、本発明の代表的で説明的な例を示している。各図を通じ、同じ参照番 号は同じ構成物を示している。 図１は本発明に係る光学ディスプレイの概略断面図である。 図２は本発明に係る説明的な光学ディスプレイの概略断面図である。 図３は本発明に係る説明的な光学ディスプレイの概略断面図である。 図４は本発明の反射偏光子の拡大断面図である。 図５は反射偏光子の性能のグラフである。 図６は明るさを増した本発明の光学ディスプレイの概略図である。 図７は明るさ増進器の作用を示す略図である。 図８は明るさ増進器の作用を示すグラフである。 図９は説明的な光学ディスプレイの概略断面図である。 図１０は説明的な光学ディスプレイの概略断面図である。 図１１は説明的な光学ディスプレイの概略断面図である。 図１２はテスト結果のグラフである。 図１３は説明的な光学ディスプレイの概略断面図である。 図１４は明るさ増進型反射偏光子の概略断面図である。 図１５は一つの境界面を形成した、２層に重ねたフィルムを示している。 図１６及び１７は屈折率が１．６０の媒質内での一軸性複屈折システムにおけ る角度に対する反射率の曲線を示している。 図１８は屈折率１．０の媒質内での一軸性複屈折システムにおける角度に対す る反射率の曲線を示している。 図１９、２０及び２１は一軸性複屈折システムにおける面内屈折率とｚ−屈折 率の間の種々の関係を示している。 図２２は２つの異なった一軸性複屈折システムにおける波長に対する軸ずれ屈 折率を示している。 図２３は二軸性の複屈折フィルムにおいてｙ−屈折率を変えることの効果を示 している。 図２４は二軸性の複屈折フィルムにおいてｚ−屈折率を変えることの効果を示 している。 図２５は図１８及び１９からの情報を要約した線図を示している。 図２６〜３１はあるミラーの例における多層ミラーの光学性能を示している。 図３２〜３５はある偏光子の例における多層偏光子の光学性能を示している。詳細な説明 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。 光線６０として表された、ディスプレイ１０に入射する周囲の光は、ＬＣＤモ ジュール１６と反射偏光子１２を横切り、光学キャビティ２４の拡散反射面３７ に当たる。光線６２は、この光が拡散反射面３７で反射して反射偏光子１２へ向 かうものとして示している。 光学キャビティ２４の中から発生した光を光線６４で示している。この光も、 反射偏光子１２の方へ向かい、拡散反射面３７を透過する。光線６２と６４の両 方は、偏光状態（ａ，ｂ）の両方を呈する光を含んでいる。 図２は、正面偏光子１８、液晶２０及び背面偏光子２３を有する三層ＬＣＤア センブリ１５とともに光学ディスプレイ１１の概略を示している。この実施形態 において、光学キャビティ２４は、反射式のランプハウジング３２の中にランプ ３０を有するエッジ照射式のバックライトである。ランプ３０からの光は、ライ トガイド３４に導かれ、スポット３６などの拡散反射構造体に当たるまでその中 を伝播する。このスポットの不連続な配列は、ランプの光を抜き出してＬＣＤモ ジュール１５の方へ向かわせるようになっている。光学キャビティ２４に入る周 囲の光は、スポットに当たるか、スポットの間の隙間部分を通ってライトガイド から出て行く。このような光線を遮って反射するために、ライトガイド３４の下 に、拡散反射層３９が配置されている。光学キャビティ２４から出てくる全ての 光線を光束３８によって示している。この光束は、「（ａ）」で表される第１の 偏光方向を持った光を通し、直角な偏光方向（ｂ）を持った光を効果的に反射す る反射偏光子１２に入射する。したがって、光束４２によって示された、光のあ る部分は反射偏光子１２を透過し、残りの光の相当量は、光束４０で示している ように反射する。反射偏光子に好ましい材料は高能率で、反射偏光子内での吸収 による全損失は非常に少ない（１パーセント程度）。この損失した光を光束４４ で示している。反射偏光子１２によって反射した偏光状態（ｂ）を有する光は、 再度光学キャビティ２４に入り、スポット３６または拡散反射層３９などの拡散 反射構造体に当たる。拡散反射面は、光学キャビティ２４によって反射した光の 偏光状態をランダム化するように作用する。この再循環及びランダム化を経路４ ８で示している。光学キャビティ２４は完全な反射器ではなく、拡散及び吸収に よるキャビティ内での光の損失を光束４６によって示している。これらの損失も また少ない（２０パーセント程度）。光学キャビティ２４と反射偏光子１２の組 み合わせによりもたらされる複数回の再循環によって、光を観察者への最終的な 伝達のために状態（ｂ）から状態（ａ）へ変換する効果的な機構が構成されてい る。 この方法の効率は、ここで開示した反射偏光子が示す低い吸収率と、多数の拡 散反射面が示す高い反射率とランダム化特性によって決まる。図２において、ス ポット３６によって示された不連続の層と連続した拡散反射層３９の両方は、チ タニウム酸化物の着色材料から形成することができる。（図１に示した）拡散反 射面３７を、表面を粗くしたポリカーボネートの透明な面で形成できることが理 解されるべきである。この材料は、入射光を図２に示した形態にランダム化する ためにライトガイド３４の上方に配置することができる。特定の、そして最適の 形態は、光学ディスプレイの完成品の特定の用途によって決まる。 一般に、システムのゲインは、反射偏光子本体１２と光学キャビティ２４の両 方の効率にかかっている。性能は、入射光の偏光状態のランダム化の要件に合っ た、反射率の高い光学キャビティ２４と、損失の極めて少ない反射偏光子１２に よって最大限に高められる。 図３は、正面偏光子１８と液晶２０を含む二層のＬＣＤアセンブリ１７を備え た光学ディスプレイ１４の概要を示している。この実施形態において、光学キャ ビティ２４はエレクトロルミネセンスパネル２１を備えている。通常のエレクト ロルミネセンスパネル２１は燐光物質１９で被覆され、電子が当たったときに光 を発し、入射光が衝突したときには拡散反射する。通常、エレクトロルミネセン スディスプレイは、燐光物質のコーティングに応じて効率が変化するために「グ レイニー（grainy）」である。しかし、反射偏光子１２によって戻った光は、光 の射出を「均一にする」傾向があり、光学ディスプレイ１４によって示される照 射の全体的な均一性が高められる。例示した光学ディスプレイ１４において、Ｌ ＣＤアセンブリ１７は背面偏光子を欠いている。この光学ディスプレイ１４にお いて、反射偏光子１２は、図２の光学ディスプレイ１１の中に示された背面偏光 子２３と通常は関連して機能をなす。 図４は反射偏光子１２の一つのセグメントの概略の斜視図である。この図は、 反射偏光子１２の説明において用いるＸ，Ｙ及びＺ方向を定めた座標系を含んで いる。 例示した反射偏光子１２は、２つの異なったポリマー材からなる交互の層（Ａ ＢＡＢＡ…）で形成されている。図と説明を通じて、これらを材料「（Ａ）」と 材料「（Ｂ）」と言う。この二つの材料は、一緒に押し出し成形されて、結果と して出来た複数の層（ＡＢＡＢＡ…）の材料は、一方の軸（Ｘ）に沿って延伸さ れていて（５：１）、他方の軸（Ｙ）に沿っては、ほとんど伸びていない（１： １）。Ｘ軸を「延伸」方向と言い、Ｙ軸を「横」方向と言う。 （Ｂ）材料は、延伸工程によって実質的に変わらない公称屈折率（例えばｎ＝ １．６４）を有している。 （Ａ）材料は、延伸工程によって屈折率が変わる特性を有している。例えば、 （Ａ）材料の一軸延伸シートは、延伸方向についての一つの屈折率（例えばｎ＝ １．８８）と、横方向についての別の屈折率（例えばｎ＝１．６４）を有する。 明確にするために、面内軸（フィルムの面に平行な軸）に関連する屈折率は、偏 光面がその軸に平行な、面偏光した入射光の有効屈折率である。 したがって、延伸後、多層になった材料のスタック（ＡＢＡＢＡ…）は、延伸 方向については層間に大きな屈折率の差（Δｎ＝１．８８−１．６４＝０．２４ ）を呈する。一方、横方向においては、層間で屈折率は本質的に同一となる（Δ ｎ＝１．６４−１．６４＝０．０）。これらの光学特性により、多層の積層体が 、軸２２に対して正確に方向づけられた入射光の偏光成分を透過する反射偏光子 として機能することになる。この軸は、透過軸２２として定められ、図４に示さ れている。反射偏光子１２から射出する光を、第１の偏光方向（ａ）を有してい ると言う。 反射偏光子１２を透過しない光は、第１方向（ａ）とは異なる偏光方向（ｂ） 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。実施例 好ましい「Ａ」層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの結晶質のナ フタリンジカルボン酸ポリエステルであり、好ましい「Ｂ」層は、ナフタリンジ カルボン酸とテレフタル酸またはイソフタル酸の共ポリエステル（ｃｏＰＥＮ） である。ＰＥＮと70ナフタレート／30テレフタレートの共ポリエステル（ｃｏＰ ＥＮ）は、ジオールとしてグリコールを使用して標準的なポリエステル樹脂ケト ルの中で合成することができる。満足できる２０４層偏光子は、ＰＥＮとｃｏＰ ＥＮを５１スロットの供給ブロックで押出成形した後、２層重ねマルチプライヤ ーを成形品（extrusion）に直列に使用することによって作ることができる。マ ルチプライヤーは、供給ブロックから出た押出成形された材料を２本の半分の幅 の流れに分け、さらに、この半分の幅の流れを互いに重ね合わせる。このような マルチプライヤーは、この技術分野において公知である。押出成形は、約２９５ ℃で行った。ＰＥＮは、０．５０ｄｌ／ｇの固有粘度を有し、ｃｏＰＥＮは０． ６０ｄｌ／ｇの固有粘度を有していた。ＰＥＮ材料の押出速度は２２．５１ｂ／ ｈｒで、ｃｏＰＥＮの押出速度は１６．５１ｂ／ｈｒであった。成形されたウェ ブは厚さが約０．００３８インチで、長手方向へ５：１の比率で一軸延伸され、 サイドは、延伸の際に空気温度が１４０℃に抑えられた。外皮層を除き、すべて の層の対は、５５０ｎｍの設計波長に対して、１／２波長の光学厚さに形成され た。 以上のようにして作られた２つの２０４層偏光子を、接着剤を使って手で積層 した。接着剤の屈折率は、等方性のｃｏＰＥＮ層の屈折率と一致するのが好まし い。 反射偏光子１２の光学性能は、種々の層の光学厚さによってある程度定まる。 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。 ２つの材料のみからなる交互の層を含む典型的な多層構造に関して反射偏光子 １２を説明したが、反射偏光子１２が多くの形態を取り得ることを理解すべきで ある。例えば、多層構造の中に追加的なタイプの層を含ませることができる。ま た、場合によっては、反射偏光子は、一方を延伸した一対のみの層（ＡＢ）を含 むことができる。さらに、二色性偏光子を反射偏光子１２に直接に接合すること ができる。 光学キャビティ２４の他の重要な特性は、キャビティによる偏光ランダム化作 用によって入射光の方向が変わることである。一般に、かなりの量の光が、光学 キャビティの軸からずれて射出する。したがって、反射偏光子内でのこのような 光の経路は、ほぼ直角な光の経路長よりも長い。この効果は、システムの光学性 能を最適化するようになっていなければならない。この例で説明されている反射 偏光子本体１２は、軸ずれした光線に適合するのに望ましい長波長への広帯域透 過が可能である。図５は、広範囲の波長での８０％を越える透過性を表す線図３ １を示している。線図３３は、可視スペクトルの大部分にわたっての効率的な広 帯域反射性を示している。最適反射性の線図は赤外域まで広がり、４００ｎｍか ら８００ｎｍまで広がっている。 別の実施形態においては、ディスプレイの目に見える明るさが、明るさ増進型 フィルムの使用によって増している。図６は、３つの主要部分を有する光学ディ スプレイ１６４を示している。それらは、光学ディスプレイモジュール１４２、 明るさ増進型反射偏光子１１０、及び光学キャビティ１４０である。一般に、完 全な光学ディスプレイ１６４は、観察者１４６が見たときに平坦で平面視長方形 であり、さらに、３つの主要部分を互いに重ね合わせたときに断面が比較的薄い 。 使用時には、ディスプレイモジュール１４２は、明るさ増進型反射偏光子１１ ０と光学キャビティ１４０によって処理された光で照射される。これら２つのエ レメントは、協働して、偏光した光を、ある角度で概略的に示した観察領域１３ ６に方向づける。この光は、ディスプレイモジュール１４２を通って観察者１４ ６の方向へ向かう。ディスプレイモジュール１４２は、一般に、情報をピクセル として表示する。ピクセルを透過した偏光した光は液晶材料の複屈折性の電気的 な制御によって調節される。このことにより光の偏光状態が変わり、ディスプレ イモジュール１４２の一部を形成する第２偏光子層によるその相対吸収に影響が 及ぼされる。 図示しているように、光の供給のための２つの光源がある。第１は、光線１６ ２によって示した周囲の光である。この光はディスプレイモジュール１４２と明 るさ増進型反射偏光子１１０を透過し、光学キャビティ１４０に入射する。光学 キャビティは光線１６５で示したように光を反射する。第２の光源は、光線１６ ３で示したように光学キャビティ自体の中で作られる。光学キャビティ１４０が バックライトの場合は、主要な照射源が光学キャビティ１４０内に生じ、光学デ ィスプレイは「バックライト型」と呼ばれる。主要な照射源が光線１６２と光線 １６５で示された周囲の光である場合、光学ディスプレイは「反射型」または「 パッシブ型」と呼ばれる。ディスプレイが周囲の光とキャビティで作られた光の 両方の下で見られる場合、ディスプレイは「半透過反射型」と呼ばれる。本発明 は、これらのディスプレイのタイプのそれぞれについて有用である。 光の発生源に関係なく、明るさ増進型反射偏光子１１０と光学キャビティ１４ ０は、光を「再循環」するために協働し、最大限の量の光が適切に偏光し、観察 領域１３６に制限される。 一般に、明るさ増進型反射偏光子１１０は２つのエレメントを含んでいる。第 １は特定偏光の光を観察領域に１３６に透過する反射偏光子本体１１６である。 第２のエレメントは観察領域１３６の境界を定める光学構造層１１３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。 どのような光学システムでも、光の反射、損失、透過の合計は、必ず１００％ となる。この損失の大きな原因は吸収である。本発明において、明るさ増進型反 射偏光子１１０は、ある種の光に対して、非常に低い吸収率と高い反射率を有し ている。このため、観察領域１３６へ直接通過しない光は光学キャビティ１４０ へ能率的に進み、そこで変換されてキャビティから射出し、観察領域１３６の光 に適切な特性が与えられる。 光学ディスプレイ１６４に関し、システム全体のゲインは、光学キャビティ１ ４０の反射率と明るさ増進型反射偏光子１１０の反射率に依存している。本発明 は、明るさ増進型反射偏光子１１０からの入射光の方向と偏光状態を変えるため の能力に合った高反射率の背面を有する低吸収性の光学キャビティとともに使用 した場合に最も効果的である。これらの目的のため、光学キャビティをアクリル 樹脂などの透明誘電材料で満たすことができることに注意すべきである。 好適な構造面１１２は幾何光学（geometric optic）として機能するが、回折 またはホログラフィー用光学エレメントを、幾何光学によって示される光の方向 づけの性質を効果的に模倣するように形成できることはよく知られている。した がって、構造面１１２という用語が、比較的狭い観察領域１３６に光を制限する 幾何及び回折光学システムの両方を言うものと理解されるべきである。 図７は、本発明において明るさ増進器として機能する構造面材料の拡大図であ る。既に述べたように、構造面材料２１８は平滑面２２０と構造面２２２とを有 している。好適な実施形態において、構造面２２２は、多数の三角プリズムを有 している。好適な実施形態において、このようなプリズムは直角二等辺プリズム であるが、７０度から１１０度の範囲の頂角を有するプリズムも、発明の効果の 度合いは変わるが使用できる。構造面材料２１８は空気よりも屈折率の大きなあ らゆる透明材料で形成できるが、一般に、より高い屈折率を有する材料の方がよ い結果となる。屈折率が１．５８６のポリカーボネートが非常に効果的であるこ とが分かっている。本発明の説明のために、構造面２２２のプリズムは、９０度 の角度を有するものと仮定し、構造面材料２１８は、ポリカーボネートであると 仮定する。この代わりに、他の構造面材料を使用することもできる。対称な立方 体のコーナーのシートは、優れた結果を生じることが示されている。 図８は、構造面材料２１８の作用を示している。図８は２本の軸２２６と２２ ８を有するグラフである。これらの軸は、平滑面２２０の垂線に対して光線がな す角度を表している。特に、軸２２６は、構造面２２２の構造体の直線範囲（li near extent）に平行な面に光線の方向を投影した場合に光線がなす角度を表し ている。同様に、軸２２８は、構造面２２２の構造体の直線範囲に直角な面に光 線の方向を投影した場合に光線が平滑面２２０の垂線に対してなす角度を表して いる。したがって、平滑面２２０に直角に衝突する光線は、０°と表示した、図 ８のグラフの原点によって表される。図示しているように、図８は領域２３０、 ２３２、２３４に分割されている。領域２３０に入る角度で当たる光は構造面材 料２１８に入射するが、構造面２２２によって全体に内側へ反射し、平滑面２２ ０を再度通過して、光学キャビティに再度入射する。平滑面２２０に対して、領 域２３２または２３４に入るような角度で当たる光線は、透過するが、直角に対 して別の角度で屈折する。ポリカーボネートの性能を示す図８に示されているよ うに、直角に対して９．４度よりも小さな角度で平滑面に当たる光線２２０は、 すべて反射する。 図７に戻ると、４つの代表的な光線が示されている。まず、光線２３６は、平 滑面に対して、グレージング角、つまり、垂線に対して９０度に近い角度で近づ く。光線２３６が、構造面材料２１８に当たるときに面２２０の垂線に対して８ ９．９度の角度をなす場合、光線は、構造面材料２１８を透過するときに垂線に 対して３９．１度の角度をなすように屈折する。構造面２２２に達すると、光線 は再度屈折する。構造面２２２の構造体によって、光線は、構造面２２０の垂線 に対してより小さな角度となるように屈折する。この実施形態において、それは ３５．６度の角度をなす。 光線２３８は、平滑面２２０に対して、カットオフ角（cut off angle）によ り近い角度で接近する。この光線も、平滑面２２０を通過するときに屈折するが 、その度合いは小さい。光線２３８が平滑面２２０の垂線に対して１０度の角度 で平滑面２２０に接近する場合、それは、平滑面２２０の垂線に対して、その垂 線と反対側へ３７．７度の角度で構造面２２２から射出する。 光線２４０は、カットオフ角よりも小さな角度で接近し、構造面２２２によっ て全体が２度内側へ反射し、光学キャビティの内部へ戻る。 そして、光線２４２は、光線が構造面２２２のプリズムの第２サイドでなく第 １サイドで全体的に内側へ反射するような位置において、光線２３８の角度に近 い角度で平滑面２２０に近づく。結果として、光線は、平滑面２２０の垂線に対 して大きな角度で射出する。このような反射は、光線が当たる面に対して大きな 入射角度をなす方向に進行している光線に対してのみ生じるので、プリズムは、 このような光線に対して非常に小さな横断面となる。さらに、これらの光線の大 部分は、次のプリズムに入射して、再びディスプレイ２１０へ戻る。 第５種類めの光線は図７には示していない。これは平滑面２２０によって反射 した光線の集合であり、構造面材料２１８に入射しない。このような光線は、反 射して光学キャビティに戻った他の光線と単に一緒になる。この説明から分かる ように、ディスプレイの軸に対して大きな角度でディスプレイから射出した光は 、ディスプレイの軸が平滑面２２０に対して直角である場合に、その軸に近い方 向へ向けられる。少量の光は、軸に対して大きな角度で方向づけられる。したが って、所定の角度よりも大きな入射角で平滑面２２０を通って構造面材料２１８ に入射する光は、インプットウェッジ（input wedge）よりもせまいアウトプッ トウェッジ（output wedge）に方向づけられ、所定の角度よりも小さな入射角度 で平滑面２２０を通って構造面材料１８に入射する光の大半は、反射して光学キ ャビティへ戻る。 反射して光学キャビティへ戻った光は、拡散反射器に当たる。反射した光は構 造面材料２１８まで逆に進行し、一般に１回目とは違った角度をなす。そして、 より多くの光がより小さなウェッジに再び方向づけられるように上記作用が繰り 返される。本発明の重要な点は、構造面材料２１８が、角度に関してあらかじめ 定められた第１のグループについては、それに当たる光を反射し、角度に関して あらかじめ定められた第２のグループについては、それに当たる光を透過・屈折 することである。なお、第２グループの角度は第１グループの角度よりも大きく 、第２グループの角度の光は、インプットウェッジよりもせまいアウトプットウ ェッジに屈折する。この説明において、第１及び第２グループの角度は、ディス プレイの表面、つまり液晶、に対して直角なディスプレイ軸に対するものである 。 図９は、明るさ増進型反射偏光子１１０のない場合の性能の比較のために、部 分的に明るさ増進型反射偏光子１１０を設けていない光学ディスプレイ１６４の 概略を示している。一般に、光学キャビティ１４０のユニット領域から現れる、 光束１４８で示した光は、ランダムに偏光して、（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ ｄ）の光学状態を有する。光の約半分である、状態（ｂ）と（ｄ）の光は、ディ スプレイモジュール１４２の一部を構成する２色性吸収偏光子１５０によって吸 収される。状態が（ａ）と（ｃ）の光の残りは、２色性吸収偏光子１５０を通過 する。ディスプレイモジュール１４２から現れる、光束１５２で示した光は、し たがって、状態（ａ）と（ｃ）の光を含んでいる。状態（ａ）の光は観察者１４ ６の方へ進行するが、状態（ｃ）の光はその方向へ進行しない。状態（ｂ）と（ ｄ）を有する残りの光は、２色性吸収偏光子１５０で吸収される。したがって、 光学キャビティによって供給された光の約４分の１だけが、ディスプレイが観察 者１４６によってみられるときの明るさに寄与する。 明るさ増進器は、光学キャビティ１４０によって利用できるようにされた光を より効率的に使用できるようにするために機能する。光束１５４で示している同 じユニット量の光が明るさ増進型反射偏光子１１０へ進行する場合、約４分の１ の光（状態（ａ）の光）が、明るさ増進型反射偏光子１１０を第１回目に通る。 この光は、２色性吸収偏光子１５０の透過軸に合った正しい偏光を有し、光束１ ６１で示している。しかし、状態（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）の残りの光は、明る さ増進型反射偏光子１１０によって反射して光学キャビティへ戻る。この光は、 光学キャビティ１４０によって、部分的に方向関係がランダム化され、偏光状態 が（ａ）になる。したがって、この光は、光束１５７で示しているように、状態 （ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）を有して光学キャビティから射出する。再循 環した状態（ａ）の光は、光束１６０で示した最初に透過した光に加えられる。 したがって、光束１６０と光束１６１によって示された光の量は、「再循環」に よって増える。２色性吸収偏光子１５０の透過軸に一致した正しい偏光の光だけ （状態（ａ））が明るさ増進型反射偏光子１１０を通過するため、光束１６３で 示された、ディスプレイから発されたより多くの光が観察者１４６に達する。さ らに、状態（ｂ）と（ｄ）の光が明るさ増進型反射偏光子１１０によって反射す るため、ごくわずかのみが２色性吸収偏光子１５０によって吸収される。その結 果、ディスプレイから発される、光束１６３によって示した光量が、光線１５２ によって示された光量よりも７０パーセント明るくなる。 図１０は光学ディスプレイ１７０を示している。この光学ディスプレイモジュ ール１４２は、正面偏光子１４９と背面偏光子１５０の間に配置された液晶マト リクス１４７を有している。この実施形態において、光学構造層１１３は、反射 偏光子本体１１６から、ギャップ１７１だけ隔てられている。ギャップ１７１は 、望ましくない状態（ａ）の光線を反射するために設けられている。このディス プレイ１７０において、光学キャビティ１４０は、光源反射器１７３の中にラン プ１７２を有するバックライトである。ランプ１７２からの光はライトガイド１ ７４の中に入って、スポット１７６などの拡散反射面に当たるまで進行する。ラ イトガイド１７４から光を効率的に引き出すために、スポットを不連続に配置す るのが望ましいが、断続的な面は光を完全に再循環するのに十分ではない。した がって、再循環プロセスを促進するために、不連続面の下に、連続した拡散反射 面１７５を配置することが好ましい。 図１１は、光学構造層１１３及び構造面１１２が、反射偏光子本体１１６に近 接するが直接貼着されていない別部材である光学ディスプレイ１７９を示してい る。これら２つの部材は、協働して、ギャップ１８１に沿って明るさ増進型反射 偏光子１１０を形成している。使用時に、光学キャビティ１４は、ディスプレイ のための光を供給するとともに、明るさ増進型反射偏光子１１０から戻った光の 偏光状態と方向を再度変える。光学キャビティ１４０は、拡散反射面１３７とし て作用する燐光物質のコーティングを有するエレクトロルミネセンスパネル１３ ９を備えている。明るさ増進型反射偏光子１１０のこの実施形態と図１０のもの との違いのひとつは、臨界角１３４よりも大きな角度で構造面１１２に接近する 光が、その偏光状態にかかわらず全体に内側へ反射することによって光学キャビ ティへ戻ることである。別の違いは、光学構造面１１３によって透過した光が、 直角に近い角度で反射偏光子本体１１６を通過することである。さらに別の違い は、ディスプレイモジュール１４３の中に、正面偏光子１４９を設けて背面偏光 子を設けていないことである。バックライトが支配的な光源である実施形態にお いては、明るさ増進型反射偏光子に並置した吸収偏光子を使用せずに適当なコン トラストが得られる。 図１２は、標準的なエレクトロルミネセンスのバックライトとともにとった、 明るさ増進型反射偏光子の実施例のテスト結果を示している。エレクトロルミネ センスのバックライトは、入射光の方向と偏光方向のランダム化に関して、光学 キャビティとしての上述した要件を満たしている。比較の根拠として、曲線１６ ２は、２色性偏光子のみを単体で有し、明るさ増進型反射偏光子本体を有してい ないディスプレイに関する光の透過を示している。曲線１６４は、図１２に関し て上述したように、反射偏光子本体と近接層としての構造面とを有する形態の明 るさ増進型反射偏光子本体を備えたディスプレイのＹ−Ｚ面に関する、光の角度 分布に対する光の強さを示している。曲線１６４は、２色性偏光子単独の場合に 比較して、軸上で約６０パーセントの明るさの増加を示している。また、軸から ６０度ずれたところでは、約５０パーセントの明るさの低下が見られる。 標準的なバックライトを使用したさらに別の実施例においては、図１１に関し て上述したように、反射偏光子本体と近接層としての構造面とを有する明るさ増 進型反射偏光子を備えた状態で、観察面に直角なディスプレイに沿って、２色性 偏光子単独のものに対して明るさが１００パーセント増大することが測定された 。反射偏光子単独では明るさが３０パーセント増え、構造面単独では明るさが７ ０パーセント増え、結果的に、軸上の観察で、全体の明るさの増加が１００パー セ ントとなった。 これら２つの実施例の間での明るさの増え方の違いは、使用されている光学キ ャビティの違いによる所が大きい。図１２の曲線はエレクトロルミネセンスのバ ックライトとともにとられており、後者の実施例は標準的なバックライトととも にとられている。各タイプの光学キャビティの反射と損失は、達成される全体的 な明るさの増えに影響する。 図１３に示した別形態の好適なディスプレイ１９２を用いて、明るさ増進型反 射偏光子本体から射出する光線の二次元制御が可能である。それぞれが構造面１ １２及び１８４を有する２つの光学構造層１１３及び１８２が、各々、互いに近 接し、かつ反射偏光子本体１１６に近接している。これらの３つのエレメントが 明るさ増進型反射偏光子本体１１０を構成している。図１３において２つの光学 構造層が反射偏光子本体１１６の下方に示されているが、反射偏光子本体１１６ を本発明の範囲から逸脱する事なく、光学構造層１１２及び１８２の間や下に配 置することができることが理解されるべきである。二次元制御は、構造面１１２ 及び１８４の配向軸の交差によってすることができる。軸は、ディスプレイの用 途や組み合わされる偏光条件に応じて、９０度または９０度よりも大きな他の角 度で配向することができる。 使用時には、第１光学構造層により、Ｙ，Ｚ面において約７０度、Ｘ，Ｚ面に おいて１１０度の観察領域が生じる。第１光学構造層１８２から出る光は、第２ 光学構造層１１３用の光源となり、その構造面１１２は、光学構造層１８２の構 造面１８４とは違う配向軸を有している。例えば、２つの光学構造層１１３及び １８４の軸が９０度で配向されている場合、光学構造層１８２はＸ，Ｚ面の１１ ０度の角度内の光に作用してＸ，Ｚ面の観察角度を７０度よりもいくらか小さな 狭い範囲に圧縮し、それによって、明るさがさらに増す。 図１４は、明るさ増進型反射偏光子１１０を単独で示す概略斜視図である。図 は、本発明の構成の説明を容易にするため、縮尺どおりには示していない。図１ ４は、本発明の説明の中でＸ，Ｙ，Ｚ方向を定める座標系を含んでいる。 図１４に示すように、明るさ増進型反射偏光子１１０は、構造面１１２を有す る光学構造層１１３を有している。図１４において、この光学構造層１１３は反 射偏光子１１６上に成形されたポリマー層に重ねられ、好適な一体構造になって いる。図１４に示したもののような一体構造は、反射偏光子が、米国特許第５、 １７５、０３０号において述べられているような作用において基材として機能す る場合、反射偏光子上の構造面材料のヒートラミネーションまたは成形及び硬化 などの、２枚のフィルムを接合する種々の公知技術で形成できる。その目的のた め、反射偏光子と明るさ増進器が一体構造であるという説明は、それらが互いに 接合されることも意味していることを理解すべきである。 図１４に示した好適で説明的な構造面１１２は、プリズム１１４によって代表 される、プリズムアレイである。各プリズムは、Ｘ方向へのびる尾根状の頂部を 有している。Ｙ，Ｚ面において、各プリズム１１４は二等辺三角形の断面形状を 有し、プリズムの頂角１２０は９０度である。プリズムアレイは好ましいが、そ の用途の特定の要件に合わせて、プリズムの幾何図形的配列と頂角１２０を変え てもよい。図１４に示したプリズムアレイは、光学ディスプレイから出る光を図 ６に示した比較的狭い観察領域１３６に制限するのが望ましい場合に特に有用で ある。しかし、他の観察角度が望ましい場合、光学構造層１１３は他の形態をと ることができる。好ましい構造面１１２は幾何光学として機能するが、回折また はホログラフィー用の光学エレメントを、幾何光学によって示される光の方向づ けの特性を効果的に模倣するように構成できることはよく知られている。したが って、構造面１１２という用語は、比較的狭い観察領域１３６（図６）に光を制 限する幾何及び回折の両方の光学システムを説明するためとして理解されなけれ ばならない。プリズムアレイが本質的に有している偏光性は、一般的に言えば、 プリズムの軸が反射偏光子の延伸方向に平行に走るときに、最大限の性能が得ら れる。多層スタックの光学作用 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。 スタックは、スタックの中に含まれる層と同じ数の材料を含むことができる。 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。 素材間、もしくは物理的な特性の異なる科学的に同一の素材間の境界は、段階 的または漸進的にすることができる。分析解法によるいくつかの単純な場合を除 き、屈折率が連続的に変わる後者のタイプの層状体は、段階的な境界を持ってい るが隣り合った層間で特性がわずかにのみ変わる、より多くの薄い層として扱わ れる。 すべての方位角からのすべての入射角度での反射作用は、フィルムスタックの 各フィルム層の屈折率によって決まる。フィルムスタックのすべての層が同じ作 用条件を受けると仮定すれば、スタック全体の作用を角度の機能として理解する ために、スタックの２つの構成部分の間の単一の境界面を見るだけでよい。 したがって、説明を分かりやすくするために、単一境界面の光学作用について 述べる。しかしながら、ここで述べられる原理による現実の多層スタックは、無 数の層から形成できる。図１５に示すもののような単一境界面での光学作用を説 明するために、ｚ軸と一つの面内光軸を含む入射面に対するｓ偏光とｐ偏光の入 射角度の関数としての反射率をプロットする。 図１５は、単一境界面を形成する２素材のフィルム層を、いずれも、屈折率が ｎ_oの等方性の媒質の中に浸せきした状態で示している。分かりやすくするため に、この説明は、２つの素材の光軸を揃え、一方の光軸（ｚ）をフィルム面に直 角にし、他方の光軸をｘ軸及びｙ軸に沿わせた状態の、直交式多層複屈折システ ムについて行う。しかし、光軸が直交している必要はなく、非直交システムが本 発明の本質及び範囲内に十分含まれることが理解されるべきである。さらに、本 発明で意図した範囲内に含ませるために、光軸を必ずしもフィルム軸に揃えなく てもよいことも理解されるべきである。 すべての厚さのフィルムのあらゆるスタックの光学特性（optics）を算出する ための基本的な数理ビルディングブロック（mathematical building blocks）は 、個々のフィルム境界面における、よく知られたフレネルの反射係数と透過係数 である。フレネル係数は、既知の境界面の反射率の大きさを、あらゆる入射角度 について、ｓ偏光とｐ偏光について別々の式をもって求めるものである。 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 。 あらゆるフィルムスタックにおけるあらゆる入射角度での反射率の作用は、含 まれるすべてのフィルムの誘電性テンソルによって決まる。この問題の通常の理 論的な扱いは、ノース・オランダ（north-holland）によって１９８７年に発行 された、アール・エム・エイ・アザム（R.M.A.Azzam）とエヌ・エム・バシャラ （N.M.Bashara）の論文「エリプサムトリー（Ellipsometry）と偏光」において 述べられている。結果は、一般的によく知られたマクスウェル方程式によって直 接導かれる。 あるシステムにおける単一境界面の反射性は、それぞれ、方程式１及び２によ って求められるｐ偏光及びｓ偏光の反射係数の絶対値を二乗することによって計 算される。方程式１及び２は、２成分の軸を揃えた一軸性の直交系について有効 である。 ここで、θは等方性媒質について測定した。 １軸性複屈折システムにおいては、ｎ１ｘ＝ｎ１ｙ＝ｎ１ｏであり、ｎ２ｘ＝ ｎ２ｙ＝ｎ２ｏである。 ２軸性複屈折システムについて、方程式１及び２は、図１５に示したように、 ｘ−ｚまたはｙ−ｚ面に平行な偏光面の光のみに有効である。したがって、２軸 性システムについて、ｘ−ｚ面の光の入射に関し、方程式１において（ｐ偏光に ついて）は、ｎ１ｏ＝ｎ１ｘでｎ２ｏ＝ｎ２ｘであり、方程式２において（ｓ偏 光について）は、ｎ１ｏ＝ｎ１ｙでｎ２ｏ＝ｎ２ｙである。ｙ−ｚ面の光の入射 に関し、方程式１において（ｐ偏光について）は、ｎ１ｏ＝ｎ１ｙでｎ２ｏ＝ｎ ２ｙであり、方程式２において（ｓ偏光について）は、ｎ１ｏ＝ｎ１ｘでｎ２ｏ ＝ｎ２ｘである。 方程式１及び２は、反射率が、スタックの各材料のｘ，ｙ及びｚ方向における 屈折率によって決まることを示している。等方性材料においては、３つの屈折率 がすべて等しく、ｎｘ＝ｎｙ＝ｎｚである。ｎｘ，ｎｙ及びｎｚの間の関係によ って、材料の光学特性が定まる。３つの屈折率の間の関係の相違により、等方性 、１軸性複屈折、及び２軸性複屈折という材料の３つの一般的なカテゴリーが決 まる。 １軸性複屈折材料は、一方向の屈折率が他の二方向の屈折率とは異なるものと して定義される。この問題のため、１軸性複屈折システムを表す規則は、ｎｘ＝ ｎｙ≠ｎｚである。ｘ軸及びｙ軸は面内軸として定められ、各屈折率ｎｘ及びｎ ｙは、面内屈折率と呼ばれる。 １軸性複屈折システムを作る一つの方法は、ポリマーの多層スタックを２軸延 伸すること（例えば２寸法方向に沿って伸ばすこと）である。多層スタックの２ 軸延伸により、両軸に平行な面に関し、重なった層間で屈折率に差が生じ、その 結果、両方の偏光面において光の反射が生じる。 １軸性複屈折材料は、正または負のどちらかの１軸的複屈折性を有している。 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。 ２軸性複屈折材料は、３つの軸に関する屈折率が異なる（ｎｘ≠ｎｙ≠ｎｚ） 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（鏡） 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、ｎ ２ｘ＝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。 上述した方程式１は、図１５に示したような２層からなる１軸性複屈折システ ムにおける単一境界面の反射率を求めるのに使用することができる。方程式２は 、ｓ偏光に関して、等方性フィルム（ｎｘ＝ｎｙ＝ｎｚ）の単純な場合のそれに 同一であるように簡単に示しているので、方程式１のみを検討すればよい。はっ きりとさせるため、フィルムの屈折率を一般的な値に特定する。ｎ１ｘ＝ｎ１＝ １．７５、ｎ１ｚ＝可変、ｎ２ｘ＝ｎ２ｙ＝１．５０、そしてｎ２ｚ＝可変とす る。このシステムにおいて種々可能なブルースター角を説明するため、周囲の等 方性媒質に関して、ｎｏ＝１．６０とする。 図１６は、ｎ１ｚがｎ２ｚよりも大きいかもしくは等しい場合（ｎ１ｚ≧ｎ２ ｚ）に、等方性媒質から複屈折層に入射したｐ偏光の、角度に対する反射率の曲 線を示している。図１６に示された曲線は、以下のｚ−屈折率の値に関するもの である。 ａ）ｎ１ｚ＝１．７５，ｎ２ｚ＝１．５０ ｂ）ｎ１ｚ＝１．７５，ｎ２ｚ＝１．５７ ｃ）ｎ１ｚ＝１．７０，ｎ２ｚ＝１．６０ ｄ）ｎ１ｚ＝１．６５，ｎ２ｚ＝１．６０ ｅ）ｎ１ｚ＝１．６１，ｎ２ｚ＝１．６０ ｆ）ｎ１ｚ＝１．６０＝ｎ２ｚ ｎ１ｚがｎ２ｚに近づくとき、ブルースター角、つまり反射率がゼロになる角度 が大きくなる。ａ〜ｅの曲線は、角度に大きく左右される。しかし、ｎ１ｚ＝ｎ ２ｚ（曲線ｆ）の場合、反射率が角度に左右されることはない。言い換えれば、 曲線ｆの反射率は、すべての入射角について一定である。その点で、方程式１は 、（ｎ２ｏ−ｎ１ｏ）／（ｎ２ｏ＋ｎ１ｏ）という、角度から独立した形に約す ことができる。ｎ１ｚ＝ｎ２ｚの場合、ブルースター効果はなく、すべての入射 角度について反射率が一定になる。 図１７は、ｎ１ｚがｎ２ｚよりも小さいかもしくは等しい場合の入射角度に対 する反射率の曲線を示している。光は、等方性媒質から複屈折層に入射する。こ れらの場合、反射率は、入射角度に伴って単調に増加する。このことは、ｓ偏光 について見られる作用である。図１７の曲線ａは、ｓ偏光の一つのケースを示し ている。曲線ｂ〜ｅは、ｎｚが以下の種々の値をとる場合の、ｐ偏光のケースを 示している。 ｂ）ｎ１ｚ＝１．５０，ｎ２ｚ＝１．６０ ｃ）ｎ１ｚ＝１．５５，ｎ２ｚ＝１．６０ ｄ）ｎ１ｚ＝１．５９，ｎ２ｚ＝１．６０ ｅ）ｎ１ｚ＝１．６０＝ｎ２ｚ また、ｎ１ｚ＝ｎ２ｚ（曲線ｅ）の場合、ブルースター効果はなく、すべての入 射角度について反射率が一定になる。 図１８は、図１６及び１７と同じで、屈折率ｎｏ＝１．０（空気）の媒質の場 合の入射を示している。図１８の曲線は、ｎ２ｘ＝ｎ２ｙ＝１．５０，ｎ２ｚ＝ １．６０の正の１軸性材料と、ｎ１ｘ＝ｎ１ｙ＝１．７５の負の１軸性複屈折材 料の単一境界面におけるｐ偏光についてプロットしたものであり、ｎ１ｚの値は 、上から下へ、以下の通りである。 ａ）１．５０ ｂ）１．５５ ｃ）１．５９ ｄ）１．６０ ｆ）１．６１ ｇ）１．６５ ｈ）１．７０ ｉ）１．７５ なお、図１６及び１７において示したように、ｎ１ｚとｎ２ｚの値が一致してい る場合（曲線ｄ）、反射率は角度に左右されない。 図１６、１７及び１８は、一方のフィルムのｚ軸の屈折率が他方のフィルムの ｚ軸の屈折率に等しい場合に一つのタイプの作用から他へのクロスオーバーが生 じることを示している。このことは、負及び正の１軸性複屈折材料及び等方性材 料のいくつかの組み合わせについて当てはまる。他の状況は、ブルースター角が より大きな角度またはより小さな角度に変わった場合に生じる。 面内屈折率とｚ軸屈折率の間で有り得る種々の関係を図１９、２０及び２１に 示している。縦軸は屈折率の相対値を示し、横軸は種々の条件を分けるためだけ に使用されている。各図は、ｚ屈折率が面内屈折率と同じ場合に、２枚の等方性 フィルムについて左側で開始する。一方が右側へ向かって進むと、面内屈折率は 一定に保持されたまま種々のｚ軸屈折率が増加または減少し、正または負の複屈 折性が示される。 図１６、１７及び１８に関して上述したケースを図１９に示している。材料１ の面内屈折率は材料２の面内屈折率よりも大きく、材料１は負の複屈折性（面内 屈折率よりも小さなｎ１ｚ）を有し、材料２は正の複屈折性（面内屈折率よりも 大きなｎ２ｚ）を有している。ブルースター角が消え、反射率がすべての入射角 度について一定になる点は、２つのｚ軸屈折率が同じところである。この点は、 図１６の曲線ｆ、図１７の曲線ｅ、または図１８の曲線ｄに対応している。 図１６において、材料１は材料２よりも大きな面内屈折率を有するが、材料１ は正の複屈折性を有し、材料２は負の複屈折性を有している。このケースでは、 ブルースターの最小値は、より小さな角度の値にのみシフトすることができる。 図１９及び２０は、いずれも、２枚のフィルムの一方が等方性である場合に限 って有効である。２つのケースは、材料１が等方性で材料２が正の複屈折性を有 する場合、または、材料２が等方性で材料１が負の複屈折性を有する場合である 。 ブルースター効果のないポイントは、複屈折材料のｚ軸屈折率が等方性フィルム の屈折率に等しいところである。 他のケースは、両方のフィルムが同じタイプ、つまり、両方が負または両方が 正の複屈折性のフィルムの場合である。図２１は、両方のフィルムが負の複屈折 性を有する場合を示している。しかし、２枚の正の複屈折層のケースが、図２１ に示した２枚の負の複屈折層のケースに近似していることが理解されるべきであ る。前述したように、ブルースターの最小値は一方のｚ軸屈折率が他のフィルム のそれと等しいか交差する場合にのみ無くなる。 さらに別のケースは、２つの材料の面内屈折率が等しく、ｚ軸屈折率が異なる 場合に生じる。図１９〜２１に示された３つのケースの部分集合であるこのケー スにおいて、ｓ偏光はすべての角度で反射せず、ｐ偏光の反射率は入射角度の増 加に伴って増加する。このタイプの物品は、入射角度が増加するときに増加する ｐ偏光に関する反射率を有し、ｓ偏光に対して透明である。この物品は、「ｐ偏 光子」と呼ぶことができる。 当業者であれば、１軸性複屈折システムの作用を説明した上述の原理を、幅広 い状況に合わせて望みの光学効果を得るために適用できることを容易に認識でき るであろう。多層スタックの層の屈折率は、所望の光学特性を有する装置を製造 するために調整することができる。多くの負及び正の１軸性複屈折システムを、 種々の面内屈折率及びｚ軸屈折率をもって製造することができ、かつ、ここで説 明した原理を使用して、多くの有用な装置を設計製作することができる。２軸性複屈折システム（偏光子） 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。 ２軸性複屈折システムは、一方の軸に平行な偏光面を持った光をすべての入射 角度について高反射率にすることができ、同時に、他の軸に平行な偏光面を持っ た光をすべての入射角度について低反射率にすることができる。その結果、２軸 性複屈折システムは偏光子として作用し、１つの偏光方向の光を透過し、他の偏 光方向の光を反射する。各フィルムにおける、ｎｘ，ｎｙ及びｎｚの３つの屈折 率を調整することによって、所望の偏光子の作用を得ることができる。 上述したＰＥＮ／ｃｏＰＥＮからなる多層反射偏光子は、２軸性複屈折システ ムの一つの例である。しかし、一般に多層スタックを構成するのに使用される材 料がポリマー材料である必要はないことを理解すべきである。ここで説明される 一般原則に入るあらゆる材料を、多層スタックを構成するために使用することが できる。 再度図１５を参照して、分かりやすくするために、以下の値をフィルムの屈折 率と仮定する。つまり、ｎ１ｘ＝１．８８、ｎ１ｙ＝１．６４、ｎ１ｚ＝可変、 ｎ２ｘ＝１．６５、ｎ２ｙ＝可変、ｎ２ｚ＝可変である。ｘ方向を吸光方向と言 い、ｙ方向を透過方向という。 方程式１は、延伸方向または非延伸方向における入射面を持った光の２つの重 要なケースに関して、２軸性複屈折システムの角度的な作用を求めるために用い ることができる。偏光子は一つの偏光方向に関しては鏡であり、他の方向に関し ては窓である。延伸方向において、多数の層からなる多層スタックにおける、１ ．８８−１．６５＝０．２３という大きな屈折率の差は、ｓ偏光に関して非常に 高い反射率をもたらす。ｐ偏光に関して、種々の角度での反射率は、ｎ１ｚとｎ ２ｚ屈折率の差に左右される。 ほとんどの用途において、理想的な反射偏光子は、すべての入射角度において 、一方の軸に沿って高反射率で、他方に沿って反射率がゼロである。透過軸に沿 って反射性が生じる場合、そしてそれが種々の波長で異なる場合は、偏光子の効 率が低下し、透過した光に色が生じる。これらは、いずれも望ましくない結果で ある。このことは、たとえ面内のｙ屈折率が一致していても、ｚ屈折率が大きく ずれていることによって引き起こされる。したがって、その結果としてのシステ ムは、ｐ偏光に関して大きな反射率を有し、ｓ偏光については透明性が高い。こ のケースは、鏡の場合の検討において、「ｐ偏光子」と称したものである。 図２２は、ＰＥＮ／ｃｏＰＥＮの８００層のスタックについて、非延伸方向に 入射面を有するｐ偏光に関する７５°での反射率（−ＬＯＧ［１−Ｒ］としてプ ロット）を示している。反射率は、可視スペクトル全体の波長（４００〜７００ ｎｍ）の関数としてプロットされている。曲線ａについて、５５０ｎｍでの関連 屈折率は、ｎ１ｙ＝１．６４、ｎ１ｚ＝１．５２、ｎ２ｙ＝１．６４、そしてｎ ２ｚ＝１．６３である。模型としたスタックの構成は、四分の一波長のペアの単 純な直線的厚さ等級（simple lenear thickness grade）で、各ペアが前のペア よりも０．３％厚くなっている。すべての層には、ガウス分布と５％の標準偏差 をもったランダムな厚さの誤差が与えられた。 曲線ａは、透過軸（ｙ軸）に沿って可視スペクトル全体の高い軸ずれ反射率と 、異なった波長が異なった程度の反射率につながることを示している。スペクト ルが、フィルムの厚さなどの層の厚さの誤差と空間的な不均一性に敏感であるた め、このことによって、２軸性複屈折システムが、非常に不均一で、「カラフル 」な外観となる。ある種の用途では色の度合いが高いことが望ましいが、ＬＣＤ ディスプレイや他のタイプのディスプレイなど、均一さと外観上の色合いの薄さ が必要な用途では、軸ずれの色の度合いを調整して、それを最小限にすることが 望ましい。 フィルムスタックが全ての可視波長について同じ反射率を得るように構成され た場合、均一なニュートラルグレイの反射が得られる。しかし、このことは、ほ とんど完全な厚さ調整を必要とする。その代わりに、軸ずれの反射率と軸ずれの 色は、ブルースター条件の軸ずれを生じる非延伸の面内屈折率（ｎ１ｙ及びｎ２ ｙ）に屈折率の不一致を導くことによって最小限にすることができ、このとき、 ｓ偏光の反射率を最小限に保つことができる。 図２３は、２軸性複屈折システムの透過軸に沿って、軸ずれの反射率を小さく することについて、ｙ屈折率の不一致を導入することの効果を調べるものである 。ｎ１ｚ＝１．５２及びｎ２ｚ＝１．６３（Δｎｚ＝０．１１）で、以下の条件 でｐ偏光についてプロットした。 ａ）ｎ１ｙ＝ｎ２ｙ＝１．６４ ｂ）ｎ１ｙ＝１．６４，ｎ２ｙ＝１．６２ ｃ）ｎ１ｙ＝１．６４，ｎ２ｙ＝１．６６ 曲線ａは、面内屈折率ｎ１ｙとｎ２ｙが等しい場合の屈折率を示している。曲線 ａは０°のときに最小の反射率を有し、２０°を越えると急激に上昇している。 曲線ｂについては、ｎ１ｙ＞ｎ２ｙで、反射率は急速に増加している。曲線ｃは 、ｎ１ｙ＜ｎ２ｙで、３８°のときに反射率が最小で、その後急激に上昇してい る。曲線ｄによって示されているように、ｎ１ｙ≠ｎ２ｙのｓ偏光に関して、相 当の反射が生じる。図２３の曲線ａ〜ｄは、ｙ−屈折率の不一致（ｎ１ｙ−ｎ２ ｙ）の表れが、存在するブルースターの最小値のため、ｚ−屈折率の不一致（ｎ １ｚ−ｎ２ｚ）と同じであるべきであることを示している。ｎ１ｙ＝ｎ２ｙの場 合、ｓ偏光の反射率は全ての角度でゼロである。 層間のｚ軸屈折率の差を小さくすることによって、軸ずれの反射率をさらに小 さくすることができる。ｎ１ｚがｎ２ｚと等しい場合、図１８は、吸光軸が、そ れが直角入射でするときに高反射率の軸ずれ角度を有し、両屈折率が一致してい る（例えば、ｎ１ｙ＝ｎ２ｙ及びｎ１ｚ＝ｎ２ｚ）ために、非延伸軸に沿ってど んな角度でも反射が生じないことを示している。 ２つのｙ屈折率と２つのｚ屈折率を正確に一致させることは、ある種のポリマ ー系では可能ではない。もしｚ軸の屈折率が偏光子の構成に合っていなければ、 面内屈折率ｎ１ｙとｎ２ｙにわずかな不一致が必要になるであろう。他の例を、 ｎ１ｚ＝１．５６及びｎ２ｚ＝１．６０（Δｎｚ＝０．０４）と仮定して、以下 のｙ屈折率、すなわち、ａ）ｎ１ｙ＝１．６４，ｎ２ｙ＝１．６５；ｂ）ｎ１ｙ ＝１．６４，ｎ２ｙ＝１．６３で図２４にプロットした。曲線ｃは両方のケース のｓ偏光についてである。ｙ屈折率の不一致の表れがｚ屈折率の不一致と同じ曲 線ａの場合、最も低い軸ずれ角度の反射率となった。 図２４の曲線ａの条件の下で、７５°の入射角での８００層のフィルムのスタ ックの軸ずれの反射率の計算値を、図２２の曲線ｂにプロットしている。図２２ の曲線ｂを曲線ａと比較すると、曲線ｂにプロットされた条件に関して、はるか に小さい軸ずれの反射率、したがってより小さな知覚色があることが示されてい る。５５０ｎｍでの曲線ｂの関連屈折率は、ｎ１ｙ＝１．６４，ｎ１ｚ＝１．５ ６， ｎ２ｙ＝１．６５，ｎ２ｚ＝１．６０である。 図２５は、ｐ偏光について、図１５に関連して説明した軸ずれの反射率を要約 する方程式１の輪郭のプロットを示している。非延伸方向に含まれる４つの独立 した屈折率を、２つの屈折率の不一致ΔｎｚとΔｎｙに変えた。プロットは、入 射角を、０°から７５°までの１５度ずつの複数の角度での、６つのプロットの 平均値である。反射率は、０．４×１０^-4の一定の増分で、輪郭ａの０．４×１ ０^-4から、輪郭ｊの４．０×１０^-4までの範囲である。プロットは、一つの光学 軸に沿った屈折率の不一致によって生じた高反射率が、他の軸に沿った不一致に よってどのようにオフセットし得るかを示している。 したがって、２軸性複屈折システムの層間のｚ屈折率の不一致を小さくするこ とによって、及び／またはブルースター効果を生じるためにｙ屈折率の不一致を 導入することによって、軸ずれの反射率，したがって軸ずれの色が、多層反射偏 光子の透過軸に沿って最小限になる。 また、せまい波長範囲で機能する狭帯域偏光子を、ここで説明した原理を用い て構成することができることにも注意すべきである。これらは、例えば、赤、緑 、青、シアン、マゼンタまたはイエローの偏光子を製造するために用いることが できる。材料選択及び加工 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。 一般に、適当な組み合わせは、第１材料として結晶質もしくは半結晶質の有機 ポリマーを、第２材料として有機ポリマーを選択することによって行われる。第 ２材料は、結晶質、半結晶質、または非晶質としたり、第１材料とは逆の複屈折 性を有するものにしたりできる。 好ましい材料の実例としては、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）とそのア イソマー（例えば、２，６−、１，４−、１，５−、２，７−、及び２，３−Ｐ ＥＮ）、ポリアルキレンテレフタレート（例えば、ポリエチレンテレフタレート 、ポリブチレンテレフタレート、及びポリ−１，４−シクロヘキサンジメチレン テレフタレート）、ポリイミド（例えばポリアクル酸イミド）、ポリエーテルイ ミド、アタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリレート（ 例えば、ポリイソブチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリエ チルメタクリレート、及びポリメチルメタクリレート）、ポリアクリレート（例 えば、プリブチルアクリレート及びポリメチルアクリレート）、セルロース誘導 体（例えば、エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースプロピオネ ート、セルロースアセテートブチレート、及びニトロセルロース）、ポリアルキ レンポリマー（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイ ソブチレン、及びポリ（４−メチル）ペンテン）、フッ素化ポリマー（例えば、 ペルフルオロアルコキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレン −プロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、及びポリクロロトリフルオロエ チレン）、塩化ポリマー（例えば、ポリ塩化ビニリデン及びポリ塩化ビニル）、 ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、シ リコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリエーテル−アミド、アイオノ マー樹脂、エラストマー（例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン、及びネオ プレン）、及びポリウレタンがある。他の好ましいものには、例えば、ＰＥＮの 共重合体（例えば、２，６−、１，４−、１，５−、２，７−、及び／または２ ，３−ナフタリンジカルボン酸またはそのエステルと、（ａ）テレフタル酸また はそのエステル、（ｂ）イソフタル酸またはそのエステル、（ｃ）フタル酸また はそのエステル、（ｄ）アルケングリコール、（ｅ）シクロアルケングリコール （例えば、シクロヘキサンジメタノールジオール）、（ｆ）アルケンジカルボン 酸、 及び／または（ｇ）シクロアルケンジカルボン酸（例えば、シクロヘキサンジカ ルボン酸）と、の共重合体）、ポリアルキレンテレフタレートの共重合体（例え ば、テレフタル酸またはそのエステルと、（ａ）ナフタリンジカルボン酸または そのエステル、（ｂ）イソフタル酸またはそのエステル、（ｃ）フタル酸または そのエステル、（ｄ）アルケングリコール、（ｅ）シクロアルケングリコール（ 例えば、シクロヘキサンジメタノールジオール）、（ｆ）アルケンジカルボン酸 、及び／または（ｇ）シクロアルケンジカルボン酸（例えば、シクロヘキサンジ カルボン酸）と、の共重合体、及びスチレン共重合体（例えば、スチレン−ブタ ジエン共重合体及びスチレン−アクリロニトリル共重合体、４，４’−ビベンゾ イック（bibenzoic）酸及びエチレングリコールがある。さらに、個々の層は、 それぞれ、上述した重合体または共重合体の２つ以上の混合体（例えば、ＳＰＳ とアタクティックポリスチレンの混合体）を含ませることができる。 偏光子の場合に特に好ましい層の組み合わせには、ＰＥＮ／ｃｏＰＥＮ、ポリ エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／ｃｏ−ＰＥＮ、ＰＥＮ／ＳＰＳ、ＰＥＴ／ ＳＰＳ、ＰＥＮ／イーステア（Eastair）、及びＰＥＴ／イーステアが含まれる 。ここで、「ｃｏ−ＰＥＮ」は、（上述した）ナフタリンジカルボン酸を基にし た共重合体または混合体を言い、イーステアは、イーストマン・ケミカル・カン パニーから入手可能なポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレートである。 鏡の場合に特に好ましい層の組み合わせには、ＰＥＴ／エクデル（Ecdel）、 ＰＥＮ／エクデル、ＰＥＮ／ＳＰＳ、ＰＥＮ／ＴＨＶ、ＰＥＮ／ｃｏ−ＰＥＴ、 及びＰＥＴ／ＳＰＳが含まれる。ここで、「ｃｏ−ＰＥＴ」は、（上述した）テ レフタル酸を基にした共重合体または混合体を言い、エクデルはイーストマン・ ケミカル・カンパニーから入手可能な熱可塑性ポリエステルであり、ＴＨＶはス リーエム・カンパニーから入手可能なフルオロポリマーである。 この装置の層の数は、経済的な理由で、最小限の数の層で所望の光学特性が得 られるように選択される。偏光子と鏡の両方のケースで、層の数は１０，０００ よりも少ないことが好ましく、より好ましくは５，０００よりも少なく、（さら に好ましくは）２，０００よりも少ない。 上述したように、種々の屈折率の間の所望の関係（したがって多層装置の光学 特性）を達成する能力は、多層装置を製作するのに使用される処理条件によって 影響される。延伸によって方向づけることができる有機ポリマーの場合、この装 置は、多層フィルムを形成するために個々のポリマーを同時に押出成形し、選定 された温度で延伸することによってフィルムを配向し、さらに、その後に、必要 に応じて選定された温度でヒートセットすることによって、作成される。また、 押出成形と配向ステップは同時に行うことができる。偏光子の場合、フィルムは 実質的に一方向（１軸方向）へ延伸され、鏡の場合、フィルムは実質的に２方向 （２軸方向）へ延伸される。 フィルムは、延伸交差方向において、延伸交差の自然な減少（延伸率の平方根 と等しい）から、圧縮される（すなわち、延伸交差方向の寸法に実質的な変化は ない）まで、寸法的な弛緩が可能なようになっている。フィルムは、レングスオ リエンター（length orienter）を使って機械の方向へ、テンターを使って幅方 向へ、あるは斜め方向へ延伸できる。 予延伸温度、延伸温度、延伸速度、延伸率、ヒートセット温度、ヒートセット 時間、ヒートセット緩和、及び延伸交差緩和は、所望の屈折率の関係を有する多 層装置を生産するために選定される。これらの変数は相互依存しており、したが って、例えば、比較的遅い延伸速度は、例えば比較的低い延伸温度と一緒であれ ば使用することができる。所望の多層装置を得るためにこれらの変数の適当な組 み合わせをどのように選択するかは、当業者であれば明らかであろう。しかし、 一般に、１：２〜１０（より好ましくは１：３〜７）の延伸率が、偏光子の場合 には好ましい。鏡の場合には、一方の軸に沿った延伸率が１：２〜１０（より好 ましくは１：２〜８、最も好ましくは１：３〜７）の範囲内で、第２の軸に沿っ た延伸率が１：−０．５〜１０（より好ましくは１：１〜７、最も好ましくは１ ：３〜６）の範囲内である。 好適な多層装置は、スピンコーティング（例えば、ジェイ・ポリム・サイエン ス（J．polym．Sci）Ｂ巻３０：１３２１（１９９２）（ボーズ(Boese)他）に記 載されている）や真空蒸着などの技術を使って製作することもできる。後者の技 術は、結晶質ポリマーの有機及び無機材料の場合に特に有用である。 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。鏡の実施例 ＰＥＴ：エクデル，６０１ ６０１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。 製造された成形ウェブは、空気側の面の組織が粗く、図２６に示したような透 過率を備えていた。６０°の角度（曲線ｂ）でのｐ偏光の透過率％は、直角入射 （曲線ａ）での値と同様であった（波長シフト）。 比較のため、メアール・コーポレイション（Mearl Corporation）によって製 造された、等方性材料と推定されるフィルム（図２７参照）は、ｐ偏光に関し、 ６０°の角度で、反射率の顕著な損失を示している（曲線ｂ、直角入射の曲線ａ と比較）。ＰＥＴ：エクデル，１５１ １５１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２ ５％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。 このフィルムの透過率を図２８に示している。６０°の角度（曲線ｂ）でのｐ 偏光の透過率％は、波長をシフトした直角入射（曲線ａ）での値と同様であった 。同じ押出条件でウェブ速度を落として、厚さが約０．８ミルの赤外線反射フィ ルムを作成した。その透過率を図２９に示している（直角入射の曲線ａ、６０度 での曲線ｂ）。ＰＥＮ：エクデル，２２５ ２２５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。 図３０は、この多層フィルムの光学応答性を示している（直角入射の曲線ａ、 ６０度の曲線ｂ）。ｐ偏光の透過率％が、６０°の角度で、（いくぶん波長をシ フトした状態での）直角入射の場合と同様であることに注目されたい。ＰＥＮ：ＴＨＶ ５００，４４９ ４４９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。 ＰＥＮは、表面層に用い、ＰＥＮの５０％を２つの表面層に用いた。４４９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。キャストウェブは、厚さが２０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、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。 図３１は、この多層フィルムの透過率を示している。この場合も、曲線ａは直 角入射での反応を示し、曲線ｂは６０度での反応を示している。偏光子の例 ＰＥＮ：ＣｏＰＥＮ，４４９--ローカラー 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。 図３２は、この多層フィルムの透過率を示している。曲線ａはｐ偏光の直角入 射での透過率を示し、曲線ｂはｐ偏光の６０度の入射での透過率を示し、曲線ｃ はｓ偏光の直角入射での透過率を示している。直角及び６０°の入射の両方での 非常に高いｐ偏光の透過率に注目されたい（８５〜１００％）。空気／ＰＥＮの 境界面が６０°に近いブルースター角を有しているために６０°の入射でのｐ偏 光の透過率が高いので、６０°の入射での透過はほぼ１００％である。また、曲 線ｃによって示したｓ偏光の可視範囲（４００〜７００ｎｍ）での高い吸光度に も注目されたい。ＰＥＮ及びＣｏＰＥＮ，６０１--ハイカラー 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０．５ ５（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。 このフィルムの透過率を図３３に示している。曲線ａはｐ偏光の直角入射での 透過率を示し、曲線ｂはｐ偏光の６０度の入射での透過率を示し、曲線ｃはｓ偏 光の直角入射での透過率を示している。直角及び６０°の入射の両方でのｐ偏光 の不均一な透過率に注目されたい。また、曲線ｃによって示したｓ偏光の可視範 囲（４００〜７００ｎｍ）での不均一な吸光度にも注目されたい。ＰＥＴ：ＣｏＰＥＮ，４４９ ４４９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２ ４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。 図３４は、この多層フィルムの透過率を示している。曲線ａはｐ偏光の直角入 射での透過率を示し、曲線ｂはｐ偏光の６０度の入射での透過率を示し、曲線ｃ はｓ偏光の直角入射での透過率を示している。直角及び６０°の入射の両方での 非常に高いｐ偏光の透過率に注目されたい（８０〜１００％）。ＰＥＮ：ｃｏＰＥＮ，６０１ ６０１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 distributio n）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。 図３５は、この多層フィルムの透過率を示している。曲線ａはｐ偏光の直角入 射での透過率を示し、曲線ｂはｐ偏光の６０度の入射での透過率を示し、曲線ｃ はｓ偏光の直角入射での透過率を示している。直角及び６０°の入射の両方での 非常に高いｐ偏光の透過率に注目されたい（８０〜１００％）。また、曲線ｃに よって示したｓ偏光の可視範囲（４００〜７００ｎｍ）での非常に高い吸光度に も注目されたい。吸光度は、５００と６５０ｎｍの間でほぼ１００％である。 ５７層のフィードブロックを使用したこれらの例では、全ての層はただ一つの 光学的厚さ（５５０ｎｍの１／４）に構成したが、押出成形装置により、スタッ クじゅうの層の厚さにずれを生じ、かなり広帯域の光学反応が生じる結果となっ た。１５１層のフィードブロックで作られた実施例に関し、フィードブロックは 、可視スペクトルの一部をカバーするために層の厚さを区分けするように構成さ れている。そして、非対称の多層を、層の厚さの分布を広げるために使用し、米 国特許第５，０９４，７８８号及び第５，０９４，７９３号で記載されているよ うに可視スペクトルのほとんどをカバーした。 多層フィルムの光学的作用に関する上述の原理と例は、図１〜３、６、９〜１ １または１３に示したディスプレイの形態のどれにでも適用することができる。 図１〜３に示したようなディスプレイにおいては、反射偏光子がＬＣＤパネルと 光学キャビティの間に位置している場合、ハイカラー偏光子が使われるであろう 。ハイカラー偏光子は、広い角度で光を均一に透過しないので、不均一な外観を 呈し、軸ずれで「色のついた」状態となる。しかし、高度に平行にした光線が望 まれるこれらの用途では、ハイカラーの反射偏光子の軸ずれ性能はさほど重要で はない。 また、反射偏光子とＬＣＤパネルの間にディフューザーを配置する用途におい ては、広角度のローカラー偏光子が望ましい。この構成において、ディフューザ ーは、反射偏光子から入射した光の方向をランダム化するように作用する。反射 偏光子がハイカラーであった場合は、反射偏光子によって生じた軸ずれの色のい くらかが、ディフューザーによって直角に向かって再度方向づけられる。このこ とは、直角の観察角度でディスプレイが不均一な外観となるので望ましくない。 したがって、反射偏光子とＬＣＤパネルの間にディフューザーが配置されている ディスプレイに関しては、ローカラーで広角度の偏光子が好ましい。 図１〜３に示したディスプレイにおける、ローカラーで広角度の偏光子の他の 利点は、望ましくない偏光が、直角の入射角度だけでなく、非常に大きな軸ずれ 角度でも反射することである。このことにより、光のさらなるランダム化と再循 環が生じ、その結果、ディスプレイシステムにおける明るさが増すことになる。 図９及び１０に示したディスプレイの構成に関しては、ＬＣＤパネルと光学キ ャビティの間に明るさ増進型反射偏光子が配置されている。これらの構成におい ては、ローカラーで広角度の反射偏光子が好ましい。このことは、構造面材料の 光線ターン効果によるものである。この効果は、図７に関して説明することがで きる。明るさ増進型反射偏光子では、光は、まず反射偏光エレメントを透過する 。したがって、図７に示した光線２３６のように大きな軸ずれ角を有する光線は 、反射偏光エレメントを透過して構造面材料２１８の平坦面に当たる。図７は、 構造面材料２１８が、光線２３６を、この材料の構造面側から出るときに直角方 向に向け直す光線ターンレンズとして作用することを示している。したがって、 ローカラーで広角度の反射偏光子が明るさ増進型反射偏光子として好ましく、そ れは、そうでなければ望ましくない色の光が観察者の通常の観察角度に向けられ るためである。広角度でローカラーの反射偏光子を使用することによって、通常 の観察角度でのディスプレイの均一性が維持される。 したがって、明るさ増進型反射偏光子は、直角からずれた角度でのブルースタ ー効果を導入することによって軸ずれの色が減じられる、図２３〜２５、特に図 ２４に関する上述の説明から利益を得ることができる。上述したように、このこ とは、多層になった反射偏光子の層の間でｙ屈折率を不一致にすることと、層の 間でｚ屈折率の不一致を小さくすることによって達成される。したがって、明る さ増進型反射偏光子のあらゆる所望の組み合わせは、（９０°の構造面材料に関 して図７及び８に示したような各光学作用が与えられた）構造面材料のプリズム の角度を調整することによって、（図２３〜２５に関して上述したようにこの作 用を調整できるので）ｙ屈折率を不一致にするとともにｚ屈折率の不一致を小さ くすることによって調整可能な所望の軸ずれの色の性能まで、行うことができる 。 図１１に示したようなディスプレイの構成において、反射偏光子は、構造面の 高光度フィルムとＬＣＤパネルの間に配置される。この構成において、反射偏光 子の拘束は、ハイカラーまたはローカラーに関して限定的でない。このことは、 構造面材料の光線ターン効果によるものである。構造面材料が光を直角方向へ向 けて光を非常に広角度では透過しないため（例えば図８参照）、ローカラーで広 角度の反射偏光子は必ずしも必要ではない。この効果は、構造面材料の交差した ２つのピースが反射偏光子の後ろに配置された、図１３のディスプレイにおいて より顕著である。この結果、反射偏光子に入射した光の二次元視準が生じる。 例示的な実施例に関して本発明を説明したが、添付の請求の範囲に規定されて いる本発明の本質と範囲から逸脱することなく種々の変更が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１月２４日 【補正内容】 請求の範囲 １． ディスプレイモジュール(15,16,17,142,143,147)と、 ディスプレイモジュールを照射するように配置された光学キャビティ(24,140) と、を備え、該光学キャビティは、該光学キャビティ(24,140)の表面に入射した 光の偏光方向をランダム化するように構成され、 ディスプレイモジュールと光学キャビティ(24,140)の間に配置された反射偏光 子(12,116)を備え、反射偏光子(12,116)は、第１偏光方向を有する光学キャビテ ィ(24,140)からの光(42)をディスプレイモジュールの方向へ透過し、異なる偏光 方向を有する光(40)を光学キャビティ(24,140)の方向へ反射するように構成され 、 反射偏光子(12,116)は、少なくとも２つの異なった材料(102,104)の交互の層 からなる多層のスタックを備え、第１の面内方向(25,124)における異なった材料 の層間の屈折率の差が、第２の面内方向(22,122)における異なった材料の層間の 屈折率の差よりも大きい光学ディスプレイ。 ２． 光学キャビティ(24,140)の方向へ反射した異なった偏光状態の光(40)の少 なくともある部分が、光学キャビティ(24,140)によって第１の偏光方向に変換さ れる請求項１記載の光学ディスプレイ。 ３． 変換された光の少なくともある部分が、反射偏光子(12,116)によってディ スプレイモジュール(15,16,17,142,143,147)の方向へ透過する請求項２記載の光 学ディスプレイ。 ４． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第１偏光方向を有する光に関して、フィ ルムに直角に入射した光の少なくとも８０％の平均透過率を有する請求項１記載 の光学ディスプレイ。 ５． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第１偏光方向を有する光に関して、フィ ルムに直角に入射した光の少なくとも８５％の平均透過率を有する請求項１記載 の光学ディスプレイ。 ６． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第１偏光方向を有する光に関して、フィ ルムに直角から６０°で入射した光の少なくとも６０％の平均透過率を有する請 求項１記載の光学ディスプレイ。 ７． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第１偏光方向を有する光に関して、フィ ルムに直角から６０°で入射した光の少なくとも８０％の平均透過率を有する請 求項１記載の光学ディスプレイ。 ８． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第１偏光方向を有する光に関して、フィ ルムに直角から６０°で入射した光の少なくとも９０％の平均透過率を有する請 求項１記載の光学ディスプレイ。 ９． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第１偏光方向を有する光に関して、フィ ルムに直角から６０°で入射した光の少なくとも９５％の平均透過率を有する請 求項１記載の光学ディスプレイ。 １０． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第２偏光方向を有する光に関して、フ ィルムに直角に入射した光の少なくとも６０％の平均反射率を有する請求項１記 載の光学ディスプレイ。 １１． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第２偏光方向を有する光に関して、フ ィルムに直角に入射した光の少なくとも８０％の平均反射率を有する請求項１記 載の光学ディスプレイ。 １２． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第２偏光方向を有する光に関して、フ ィルムに直角に入射した光の少なくとも９０％の平均反射率を有する請求項１記 載の光学ディスプレイ。 １３． 反射偏光子(12,116)が、さらに、第２偏光方向を有する光に関して、フ ィルムに直角に入射した光の少なくとも９５％の平均反射率を有する請求項１記 載の光学ディスプレイ。 １４． 第１材料がナフタリンジカルボン酸ポリエステルである請求項１記載の 光学ディスプレイ。 １５． 第１材料がポリ（エチレンナフタレート）である請求項１４記載の光学 ディスプレイ。 １６． 第２材料が、ナフタレートとテレフタレートのユニットを含む共ポリエ ステルである請求項１５記載の光学ディスプレイ。 １７． 第２材料がポリスチレンである請求項１５記載の光学ディスプレイ。 １８． 反射偏光子(12,116)が平坦である請求項１記載の光学ディスプレイ。 １９． 多層スタックが、第１の面内方向に配向されている請求項１記載の光学 ディスプレイ。 ２０． 反射偏光子(12,116)が低い角度ずれ色を有する請求項１記載の光学ディ スプレイ。 ２１． さらに、ディスプレイモジュール(15,16,17,142,143,147)の観察面を反 射防止するようには位置された２色性偏光子(18)を備えた請求項１記載の光学デ ィスプレイ。 ２２． 反射偏光子(12,116)の透過軸が、２色性偏光子(18)の透過軸と効果的に 位置が揃えられている請求項２１記載の光学ディスプレイ。 ２３． 光学キャビティ(24,140)が、拡散反射面を有するエレクトロルミネセン スパネルを備えた請求項１記載の光学ディスプレイ。 ２４． ディスプレイがさらに第１構造面材料(113,218)を備え、該第１構造面 材料(113,218)は、軸に対して予め定められた第１グループの角度で該第１構造 面材料(113,218)に入射した光を反射するとともに、軸に対して予め定められた 第２グループの角度で該第１構造面材料(113,218)に入射した光を屈折させて、 第２グループの角度の光の大半がその関連するインプットウェッジよりも狭いア ウトプットウェッジを形成するように構成され、第２グループの角度が第１グル ープの角度よりも大きい請求項１記載の光学ディスプレイ。 ２５． 異なった偏光方向を有する反射光の少なくともある部分が光学キャビテ ィ(24,140)によって第１偏光方向に変換され、さらに、第１偏光方向に変換され た光の少なくともある部分が多層反射偏光子(12,116)をディスプレイモジュール (15,16,17,142,143,147)の方へ向かって透過する請求項２４記載の光学ディスプ レイ。 ２６． 予め定められた第１グループの角度の反射光の少なくともある部分が、 光学キャビティ(24,140)によって、予め定められた第２グループの角度に変換さ れ、さらに、予め定められた第２グループの角度に変換された光の少なくともあ る部分が構造面材料によってディスプレイモジュール(15,16,17,142,143,147) の方へ向けられる請求項２５記載の光学ディスプレイ。 ２７． 第１構造面材料(113,218)が平坦面と構造面を有する請求項２４記載の 光学ディスプレイ。 ２８． 構造面がディスプレイモジュール(15,16,17,142,143,147)の方を向いて いる請求項２７記載の光学ディスプレイ。 ２９． 構造面が複数の三角プリズム(224)を備えた請求項２７記載の光学ディ スプレイ。 ３０． 複数の三角プリズム(224)が配向軸を構成する請求項２９記載の光学デ ィスプレイ。 ３１． 第１構造面材料(113,218)の配向軸が、反射偏光子(12,116)の第１面内 方向に揃えられている請求項３０記載の光学ディスプレイ。 ３２． 三角プリズム(224)が二等辺三角形プリズムである請求項２９記載の光 学ディスプレイ。 ３３． 三角プリズム(224)が７０度から１１０度の範囲のインクルーデッドア ングルを備えた請求項２９記載の光学ディスプレイ。 ３４． 三角プリズム(224)が約９０度のインクルーデッドアングルを備えた請 求項３３記載の光学ディスプレイ。 ３５． 第１構造面材料(113,218)が反射偏光子(12,116)とディスプレイモジュ ール(15,16,17,142,143,147)の間に配置された請求項２４記載の光学ディスプレ イ。 ３６． 第１構造面材料(113,218)の構造面が、ディスプレイモジュール(15,16, 17,142,143,147)の方を向いている請求項３５記載の光学ディスプレイ。 ３７． 第１構造面材料(113,218)が、反射偏光子(12,116)と光学キャビティ（2 4,140)の間に配置された請求項２４記載の光学ディスプレイ。 ３８． 第１構造面材料(113,218)の構造面が、ディスプレイモジュール(15,16, 17,142,143,147)の方を向いている請求項３７記載の光学ディスプレイ。 ３９． 反射偏光子(12,116)と第１構造面材料(113,218)の間にエアーギャップ( 171,181)がある請求項２４記載の光学ディスプレイ。 ４０． 反射偏光子(12,116)と第１構造面材料(113,218)が一体構造物(110)であ る請求項２４記載の光学ディスプレイ。 ４１． さらに第２構造面材料(182)を備えた請求項２４記載の光学ディスプレ イ。 ４２． 第２構造面材料(182)が、軸に対して予め定められた第３グループの角 度で該第２構造面材料(182)に入射した光を反射するとともに、軸に対して予め 定められた第４グループの角度で該第２構造面材料(182)に入射した光を屈折さ せて、第４グループの角度の光の大半がその関連するインプットウェッジよりも 狭いアウトプットウェッジを形成するように構成され、第４グループの角度が第 ３グループの角度よりも大きい請求項４１記載の光学ディスプレイ。 ４３． 第２構造面材料(182)が、さらに、平坦面と構造面を備え、第２構造面 材料の構造面が、関連する配向軸を構成する請求項４１記載の光学ディスプレイ 。 ４４． 第１構造面材料(113,218)が平坦面と構造面を有し、第１構造面材料(11 3,218)の構造面が、関連する配向軸を構成し、 第１構造面材料(113,218)の配向軸が、第１及び第２構造面材料を透過した光 の二次元制御のために、第２構造面材料の配向軸との関連で配置された請求項４ ３記載の光学ディスプレイ。 ４５． 第１構造面材料(113,218)の配向軸が、第２構造面材料の配向軸に対し て０度よりも大きな角度になっている請求項４４記載の光学ディスプレイ。 ４６． 上記角度が約９０度である請求項４５記載の光学ディスプレイ。 ４７． 上記角度が９０度よりも大きい請求項４５記載の光学ディスプレイ。 ４８． 第１構造面材料(113,218)の構造面が、第２構造面材料(182)の平坦面の 方を向いて配置されている請求項４４記載の光学ディスプレイ。 ４９． 第１及び第２構造面材料の両方の構造面がディスプレイモジュール(15, 16,17,142,143,147)の方を向いている請求項４８記載の光学ディスプレイ。 ５０． 第１及び第２構造面材料が反射偏光子(12,116)と光学キャビティ(24,14 0)の間に配置されている請求項４４記載の光学ディスプレイ。 ５１． 第１及び第２構造面材料が反射偏光子(12,116)とディスプレイモジュー ル(15,16,17,142,143,147)の間に配置されている請求項５０記載の光学ディスプ レイ。 ５２． 第１構造面材料(113,218)が反射偏光子(12,116)と光学キャビティ（24, 140)の間に配置され、さらに、第２構造面材料(182)が反射偏光子(12,116)とデ ィスプレイモジュール(15,16,17,142,143,147)の間に配置されている請求項４１ 記載の光学ディスプレイ。 ５３． ディスプレイモジュール(15,16,17,142,143,147)と、ディスプレイモジ ュール(15,16,17,142,143,147)を照射するように配置された光学キャビティ(24, 140)とを備え、 光学キャビティ(24,140)は、該光学キャビティ(24,140)の表面に入射した光の 方向をランダム化するとともに偏光方向をランダム化するように構成され、 反射偏光子(12,116)と構造面材料とを有する明るさ増進型反射偏光子(12,116) を備え、 反射偏光子(12,116)は、光学キャビティ(24,140)からの第１偏光方向を有する 光をディスプレイモジュール(15,16,17,142,143,147)の方向へ透過するとともに 、異なる偏光方向を有する光を光学キャビティ(24,140)の方向へ反射するように 構成され、かつ、第１材料と第２材料の交互の層からなる多層スタックを備え、 第１の面内方向における第１及び第２材料の層の間の屈折率の差が、第２の面内 方向における第１及び第２材料の層の間の屈折率の差よりも大きく、 構造面材料は、光学キャビティ(24,140)からの、予め定められた第１グループ の角度の光を光学キャビティ(24,140)の方向へ反射するように構成され、かつ、 光学キャビティ(24,140)からの、予め定められた第２グループの光をディスプレ イモジュール(15,16,17,142,143,147)の方向へ向けるように構成され、 異なる偏光方向を有する反射光の少なくともある部分を光学キャビティ(24,14 0)によって第１偏光方向に変換し、さらに、第１偏光方向に変換された光の少な くともある部分を多層反射偏光子(12,116)によってディスプレイモジュール(15, 16,17,142,143,147)の方向へ透過し、 さらに、予め定められた第１グループの角度の反射光を光学キャビティ(24,14 0)によって予め定められた第２グループの角度の光に変換し、さらに、予め定め られた第２グループの角度に変換された光の少なくともある部分を、構造面材料 によってディスプレイモジュール(15,16,17,142,143,147)の方向へ向けるように 構成された光学ディスプレイ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ウェバー、マイケル・エフ アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番 （番地の表示なし) (72)発明者 ジョンザ、ジェームス・エム アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番 （番地の表示なし) (72)発明者 ストーバー、カール・エイ アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番 （番地の表示なし) (72)発明者 コブ、サンフォード・ジュニア アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番 （番地の表示なし) (72)発明者 ウォートマン、デビッド・エル アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番 （番地の表示なし) (72)発明者 ベンソン、オレスター・ジュニア アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番 （番地の表示なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液晶モジュールと、 上記液晶モジュールに近接配置された光学キャビティとを備え、該光学キャビ ティは、該光学キャビティの表面に入射した光の偏光方向をランダム化し、 上記ＬＣＤモジュールと上記光学キャビティの間に配置され、第１偏光方向を 有する光を透過するとともに、該第１偏光方向を有さない光を該光学キャビティ へ向かって反射するために該光学キャビティによって照射される反射偏光子を備 えた光学ディスプレイ。 ２．正面偏光子と、 背面偏光子と、 上記正面偏光子及び背面偏光子の間に配置された液晶マトリクスと、 第１偏光方向を有する光を透過するための反射偏光子と、 光学キャビティと、を備え、該光学キャビティは、該光学キャビティの表面に 入射した光の偏光状態を変えるとともに、上記反射偏光子を透過した光を上記液 晶マトリクスへ向かって方向づけるように上記反射偏光子に近接配置された光学 ディスプレイ。 ３．正面偏光子と、 上記正面偏光子に近接配置された液晶マトリクスと、 第１偏光方向を有する光を透過するための反射偏光子と、 光学キャビティと、を備え、該光学キャビティは、該光学キャビティの表面に 入射した光の偏光状態を変えるとともに、上記反射偏光子を透過した光を上記液 晶マトリクスへ向かって方向づけるように上記反射偏光子に近接配置された光学 ディスプレイ。 ４．上記反射偏光子が、延伸されたポリマー材料の層を含む請求項１記載の光 学ディスプレイ。 ５．上記反射偏光子がポリマー材料の層のペアからなる多層のスタックを備え 、該ペアが、それぞれ、第１方向に関連する偏光のために層の間に屈折率の差を 有し、かつ、該第１方向に直交する第２方向に関連する偏光のために層の間に実 質 的に屈折率の差を有さない請求項１記載の光学ディスプレイ。 ６．上記反射偏光子が、ＰＥＮとｃｏＰＥＮからなる層が交互になったペアを 有する請求項１記載の光学ディスプレイ。 ７．上記反射偏光子が、ＰＥＮとｃｏＰＥＮからなる層が交互になったペアを 有し、ＰＥＮとｃｏＰＥＮの層の各ペアが、空気中で約４００ｎｍから８００ｎ ｍの波長を有する光に対して実質半波長の光学的厚さを有する請求項１記載の光 学ディスプレイ。 ８．上記光学キャビティが、拡散反射面を有するエレクトロルミネセンスパネ ルを備えた請求項１記載の光学ディスプレイ。 ９．上記ディスプレイが上記液晶モジュールに直交する軸を有し、上記ディス プレイは、さらに、構造面材料を備え、該軸に対して予め選択された第１のグル ープの角度で該構造面材料に入射する光が反射し、該軸に対して予め選択された 第２のグループの角度で該構造面材料に入射する光が屈折し、該第２グループの 角度の光の大部分が、その関連する入力ウェッジよりもせまい出力ウェッジを構 成し、上記第２グループの角度が、上記第１グループの角度よりも大きい請求項 １記載の光学ディスプレイ。 １０．上記構造面材料が平滑面と構造面とを有し、該構造面が複数の三角プリ ズムを有する請求項９記載の光学ディスプレイ。 １１．上記三角プリズムが７０度から１１０度の範囲のインクルーデッドアン グルを有する請求項１０記載の光学ディスプレイ。 １２．上記三角プリズムが実質的に９０度に等しいインクルーデッドアングル を有する請求項１１記載の光学ディスプレイ。