JP2010134429A - 多機能光方向変換膜 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の機能を有する光方向変換膜、および少なくとも既知の膜に関連する欠点を克服する低コスト製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、複数の光学フィーチャーを有する上面を有する少なくとも１つのベース熱可塑性ポリマー光学層を含む、液晶ディスプレイのための多機能光方向変換膜を提供する。当該膜は、少なくとも１つの共押出可能な表面が少なくとも１Ｈの鉛筆硬度を有する、ベース熱可塑性ポリマー光学層に隣接した少なくとも１つの共押出可能な表面熱可塑性ポリマー光学層をさらに提供する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施態様は、光源からの光を膜の面に対して垂直な方向に方向変換するための光方向変換膜（ｌｉｇｈｔ ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ ｆｉｌｍｓ）に関する。

光方向変換膜は様々な用途に使用されうる。例としては、光方向変換膜はディスプレイまたは照明装置の部分として使用されうる。ディスプレイおよび照明装置は様々な技術に基づくものであることができ、かつ非常に異なった用途を有しうる。技術ベースまたは用途に関わらず、光方向変換膜は光源からアウトプットまでを透過する光の効率を向上させるために使用されうる。

ディスプレイ技術において注目を集めてきた１つの技術は液晶（ＬＣ）技術である。ＬＣディスプレイ（ＬＣＤ）は光バルブ機能を提供するために変調される液晶物質を含む。多くのＬＣＤ用途では、出力効率を向上させることが有用である。ＬＣＤ（または他の類似のディスプレイ）の出力効率を増大させることは、利点の中でもディスプレイの画質を向上させるのに有用であり得る。

ＬＣＤの効率を向上させる一方法は光方向変換膜を使用して光を再利用することである。光方向変換膜のオプティクスは非常に特殊で詳細であり得る。光方向変換膜は複数の光学素子を含むことができる。これらの光学素子はＬＣＤにおいて光を方向変換し、ＬＣＤをよりエネルギー効率的にするために成形され配置されうる。

さらに、表示される画像の輝度を向上させるために、光源の数、または光源の出力、またはその双方が増加し続けている。このことは結果的に光学ディスプレイ、特により大きなディスプレイにおいて上昇した操作温度を生じさせる。これら比較的高い操作温度は結果的に、光方向変換膜などの光学膜の膨張および変形をもたらしうる。さらに、より高い温度は結果的に光方向変換膜の剛性の損失をもたらしうる。光方向変換膜の膨張または剛性の損失はその膜の光学特性を変化させることができ、光学ディスプレイにおけるその膜の性能を妨げうる。最終的には、このことは光学ディスプレイの性能に悪影響を及ぼしうる。

１つの選択肢は、望まれる光学および機械的特性の双方を有する膜を提供する取り組みにおいて、比較的厚い物質からモノリシックで光学膜を製造することである。残念なことに、光学膜に適した物質の比較的厚い層から光学フィーチャーを形成することは望ましくない。１つの欠点はその層自体の製造に関連している。知られているように、比較的大きな厚みを有する様に物質を押し出すことは押出プロセスを遅くして、それにより製造中の運転率を低減させ、物品あたりのコストを増大させる。

現在の光方向変換膜および光学照明膜などの別の欠点は、微細構造の先端が機械的損傷を受けやすいことである。例えば、指の爪または堅い比較的鋭利なエッジでの軽い傷つけが微細構造の先端を壊すまたは砕く場合がある。先行技術の微細構造の先端を壊すのに充分な条件が、光方向変換膜の正常な取扱中に、例えば、ラップトップコンピューターのための液晶ディスプレイの製造中に認められる。

微細構造ピークが破壊される場合に、その壊れたピークの反射および屈折特性は低下し、かつ透過光は実質的に全ての前方の角度に散乱する。よって、光方向変換膜がディスプレイ中にあり、かつそのディスプレイがまっすぐに観られる場合には、光方向変換膜中の傷は、周りの損傷していない膜の領域と比較して明るくはない。しかし、そのディスプレイが、ディスプレイ上の画像がもはや見ることができない角度である、「カットオフ（ｃｕｔｏｆｆ）」角度付近またはそれより大きい角度で観られる場合には、その傷は周りの損傷していない膜の領域よりも実質的に明るく見える。双方の場合において、その傷は美的観点からは非常に不愉快であって、非常にわずかよりも多い、小さな傷を有する光方向変換膜は液晶ディスプレイでの使用には許容できない。

既知の光学膜のこれらの欠点のために、向上したスクラッチ性能をもたらす特定の物質を使用して、光学フィーチャーまたはさらには膜の反対側の滑らかな表面を製造することが有利な場合がある。残念なことに、これらの物質の多くは比較的高価である。サイズおよび温度安定性の要求を満たす試みにおいて比較的厚い光学膜を製造することはコスト的に手が出せない場合がある。よって、高いスクラッチ性能を有する特定の光学物質は、所望の光学および物理特性を提供するが、最終製品のコストによって検討対象から除外される。

米国特許第７，３０９，５１７号（Ｃｌｉｎｔｏｎら）は、微細構造化表面および複数の表面改質コロイドナノ粒子を有する重合光学膜構造を含む耐久性光学膜を開示する。この方法は光学膜に対する耐スクラッチ性を向上させうるが、使用される物質はコーティングによる製造、次いで電磁放射線または熱エネルギーによる硬化を必要とする。残念なことに、この方法は押出ロール成形のような他の好適な方法と比較して遅い。また、これらの膜は、このような膜を製造するのに本質的に高コストである。

米国特許第７，３０９，５１７号明細書

よって、必要とされるのは、複数の機能を有する光方向変換膜、および少なくとも上記既知の膜に関連する欠点を克服する低コスト製造方法である。

本発明は、複数の光学フィーチャーを有する上面を有する少なくとも１つのベース熱可塑性ポリマー光学層；ベース熱可塑性ポリマー光学層に隣接した少なくとも１つの共押出可能な表面熱可塑性ポリマー光学層；を含み、少なくとも１つの共押出可能な表面が少なくとも１Ｈの鉛筆硬度を有する、液晶ディスプレイのための多機能光方向変換膜を提供する。
本発明は、上面および底面を有するポリマー光学コア層；コア層の上面上のトップベース熱可塑性ポリマー光学層；コア層の底面上のボトムベース熱可塑性ポリマー光学層；トップベース層上の、可視光を実質的にコリメートするための光方向変換層；を含み、コア層およびベース層が、約７０℃を超えるガラス転移温度（Ｔｇ）を有する物質を含む、液晶ディスプレイのための多機能光方向変換膜を提供する。

図１は、例示的な実施態様に従った多機能光方向変換膜の断面図である。 図２は、例示的な実施態様に従った多機能光方向変換膜を製造するための装置の概略図である。 図３は、別の例示的な実施態様に従った多機能光方向変換膜の断面図である。 図４は、例示的な実施態様に従った光学膜を製造するための装置の概略図である。

例示的な実施態様に従って、複数の光学フィーチャーを有する上面、少なくとも１つのベース熱可塑性ポリマー光学層、ベース熱可塑性ポリマー光学層に隣接した少なくとも１つの共押出可能な熱可塑性ポリマー光学表面層、を光学構造体が含み；少なくとも１つの表面層が少なくとも１Ｈの鉛筆硬度のポリマーを含む。
別の例示的な実施態様に従って、複数の光学フィーチャーを有する上面、ポリマー光学コア層、コア層の上面に隣接したトップベース熱可塑性ポリマー光学層、コア層の底面に隣接したボトムベース熱可塑性ポリマー光学層、ベース熱可塑性ポリマー光学層に隣接した少なくとも１つの共押出可能な熱可塑性ポリマー光学表面層、を光学構造体が含み；少なくとも１つの表面層が少なくとも１Ｈの鉛筆硬度のポリマーを含む。
別の例示的な実施態様に従って、光学ディスプレイが光バルブ；光源；および光源と光バルブとの間の光学経路に配置された光方向変換層を含む。光方向変換層は、複数の光学フィーチャーを有する上面、ベース熱可塑性ポリマー光学層、ベース熱可塑性ポリマー光学層に隣接した少なくとも１つの共押出可能な熱可塑性ポリマー光学表面層を含み；少なくとも１つの表面層が少なくとも１Ｈの鉛筆硬度のポリマーを含む。
別の例示的な実施態様に従って、光学ディスプレイが光バルブ；光源；および光源と光バルブとの間の光学経路に配置された光方向変換層を含む。光方向変換層は、複数の光学フィーチャーを有する上面、ポリマー光学コア層、コア層の上面に隣接したトップベース熱可塑性ポリマー光学層、コア層の底面に隣接したボトムベース熱可塑性ポリマー光学層、ベース熱可塑性ポリマー光学層に隣接した少なくとも１つの共押出可能な熱可塑性ポリマー光学表面層を含み；少なくとも１つの表面層が少なくとも１Ｈの鉛筆硬度のポリマーを含む。

例示的な実施態様の光方向変換膜は、膜を出る光の分布が膜の表面に対してより垂直に向けられるように、膜を通る光を再分配させる。これらの光方向変換膜には、その膜の光出口表面上に、秩序づけられたプリズム状の溝、レンズ状の溝またはピラミッドが設けられることができ、それは膜を出る光線について膜／空気界面の角度を変え、かつ溝の屈折面に対して垂直な面内を移動する入射光分布の成分が膜の表面に対してより垂直な方向に再分布させられる。このような光方向変換膜が使用され、例えば、ディスプレイをより明るく見えるようにするために、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ラップトップコンピュータ、ワードプロセッサ、航空電子工学ディスプレイ、携帯電話、ＰＤＡなどでの輝度を向上させる。本発明は、全ての機械的および光学的要求を満たす膜が実行可能な低コストで製造されるのを可能にする、ベース層ポリマーと一体的に共押出されうる耐スクラッチポリマー層（単層または複数層）を提供する。

記載の明確化の目的のために、例示的実施態様の光方向変換膜は、多くの場合、液晶（ＬＣ）系に関連して記載されることに留意されたい。しかし、これは単に、その例示的実施態様の光方向変換膜の例示的な実行にすぎないことが強調される。実際、例示的実施態様の光方向変換膜は他の用途、例えば、ほんのわずかについて言及すると、光バルブベースのディスプレイおよび照明用途などに使用されうる。本記載の利益を有する分野の当業者に明らかであろうように、光方向変換膜は他の様々な技術で実施されうる。

本明細書において使用される用語「透明」は有意な逸脱または吸収なしに放射線を通過させる能力をいう。本発明について、「透明」物質は８６％を超える分光透過率を有する物質として定義される。用語「光」は可視光を意味する。用語「ポリマー膜」はポリマーを含む薄い可とう性の膜を意味する。用語「光学ポリマー」は、概して透明のホモポリマー、コポリマーおよびポリマーブレンドを意味する。用語「光学フィーチャー（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ）」は、透過もしくは入射光を拡散させ、曲げ、コリメートし、変化させ、変色させ、または反射する、ウェブ物質の表面上または付近に位置する幾何学的物体を意味する。用語「光学ゲイン」、「軸ゲイン上」または「ゲイン」は出力光強度を入力光強度で割ってえられる割合を意味する。ゲインは、コリメート膜の有効性の尺度として使用され、かつ様々な光コリメート膜の性能を比較するために利用されうる。

光学膜の文脈における個々の光学要素は、光学膜における突起または凹みである充分に画定された形状の要素を意味する。個々の光学要素は光学膜の長さおよび幅に対して小さい。用語「曲がった表面」は、少なくとも１つの面における曲りを有する膜上の三次元フィーチャーを示すために使用される。「くさび形フィーチャー」は、１以上の傾斜した表面を含み、これらの表面が平坦なおよび曲がった表面の組み合わせであり得る要素を示すために使用される。

用語「光学膜」は、透過した入射光の性質を変える薄いポリマー膜を示すために使用される。例えば、コリメート光学膜は１．０より大きい光学ゲイン（出力／入力）を提供する。用語「偏光」は単一の面内で振動が起こるような横波における振動の制限を意味する。用語「偏光子」は入射可視光を偏光させる物質を意味する。

本明細書において使用される、用語「平面複屈折率（ｐｌａｎａｒ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）」および「複屈折率」は膜面での平均屈折率と厚み方向での屈折率との差である。すなわち、機械方向および横方向の屈折率が合計され、２で割られ、次いでこの値から厚み方向の屈折率が引かれて平面複屈折率の値を得る。屈折率はＡｂｂｅ−３Ｌ屈折計を用いて、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｉｌｅｙ，Ｎ．Ｙ．，１９８８，ｐｇ．２６１に説明される手順を用いて測定される。用語「低い複屈折率」は光の偏光状態に小さな変化を生じさせ、０．０１未満の複屈折率を有する光学ポリマーウェブ物質に限定される物質を意味する。

非晶質ポリマーは示差走査熱量（ＤＳＣ）方法によって得られる標準サーモグラムにおいて溶融転移を示さないポリマーである。この方法（当業者に周知）に従って、少量（５〜２０ｍｇ）のポリマーのサンプルが小さなアルミニウム皿内に密封される。次いで、その皿はＤＳＣ装置（例えば、パーキンエルマー７シリーズ熱分析システム）内に配置され、その熱応答が、室温から３００℃まで１０−２０℃／分の割合で走査することにより記録される。明確な吸熱ピークは溶融を示す。そのようなピークの不存在はその試験ポリマーが機能的に非晶質であることを示す。サーモグラムにおける段階的な変化はポリマーのガラス転移温度を示す。

ここで図面を参照すると、図１は、例示的な実施態様に従った光学構造体の３つの選択的な断面図（ａ、ｂおよびｃ）を示す。光学構造体または多機能光方向変換膜には、先に示されたような照明およびディスプレイ装置に有用な光方向変換層が挙げられる。さらに、光学構造体は拡散性、旋光性、または部分的反射性であり得る。光学構造体はベース層１２０、およびそのベース層の上面上の光学層１１０、もしくはそのベース層の底面上の光学層１３０、またはその双方を含む。光学層１１０がベース層１２０の上面上に使用される場合には、層１１０と一体化された光学フィーチャー１１１が光学構造体の上面に存在する。光学層１１０が存在しない場合には、ベース層１２０と一体化された光学フィーチャー１２１が光学構造体の上面に存在する。

ベース層１２０は構造的剛性および熱安定性を光学構造体にもたらし、光学構造体が比較的大きな寸法を有する場合もしくは光学構造体が長時間にわたって高い操作温度にかけられる場合、またはその双方の場合に、光学構造体の変形を妨げるのに有益である。よって、ベース層１２０は、応力および熱に起因する変形を妨げるのに有用な物質から製造され、かつ当該変形を妨げるのに有用な厚みを有する。さらに、ベース層１２０は概して、実質的に透過性で、かつほとんど〜まったく着色を有しない。

例示的な実施態様においては、ベース層１２０は約７０℃を超えるガラス転移温度（Ｔｇ）を有する物質から製造される。比較的高いＴｇを有する物質を選択することにより、ディスプレイおよび照明装置の操作温度に曝露される場合に、光学構造体は実質的に反りまたは収縮がない。結果として、光学フィーチャーは設計通りに機能するように適切に方向付けられたままである。

ベース層１２０は、その寸法のために、応力に起因する歪みに対しても実質的に影響を受けない必要がある。先に述べられたように、ディスプレイは視覚領域が増大し続けているので、光方向変換層の寸法も増大している。サイズが大きくなるにつれて、光学構造体上にある応力が大きくなり、かつその構造体は曲がりうるかまたは撓みうる。このことは、光学構造体の光学特性を変化させることができ、かつ画像または光源の性能の光学品質に悪影響を及ぼしうる。よって、ベース層は、光学構造体の他の層に対して剛性を提供する厚みを有し、かつ当該剛性を提供する物質から製造されるように選択される。例示的な実施態様においては、ベース層１２０は約１５０μｍの厚みを有し、約２．２ＧＰａの弾性係数を有する。

望ましい機械的および熱的特性に加えて、ベース層は比較的着色がなく、かつ実質的に透明でありうる。例示的な実施態様においては、ベース層１２０は約０．８６よりも大きな透過率を有する。さらに、例示的な実施態様においては、ベース層１２０は、照明委員会（ＣＩＥ）スケールで測定して、約−２．０〜約＋２．０のｂ*値を有する。青色の着色剤、例えば染料および顔料は光学素子の色を青色−黄色軸に沿って調節するために使用されうる。ＬＣＤディスプレイ装置において使用される光学膜が青色着色を有する場合には、ＬＣＤディスプレイされた画像における「白色」は青みを有しがちであろうから、わずかな青色着色を有する光学素子は、黄色の光学素子よりも消費者によって知覚的に好まれる。

透明ベース層１２０は光透過モードで利用される光学構造体のために有用である。別の例示的実施態様においては、それはベース層１２０が実質的に不透明であることに有利であり得る。ベース物質が高い重量パーセントの白色顔料、例えば、ＴｉＯ_２もしくはＢａＳＯ_４を有し、ベース層が空気ボイドを含み、もしくはベース層がアルミニウムもしくは銀のような反射性金属を含むか、またはベース層が当該反射性金属を含む層を有する場合には、不透明層は高い反射性を提供しうる。不透明なベース層はＬＣＤディスプレイのための背面反射体、拡散ミラーまたは半透過型素子に使用されうる。

例示的な実施態様においては、ベース層１２０は熱可塑性物質である。具体的な実施態様においては、ベース層１２０はポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））、セルローストリアセテート、ポリプロピレン、ＰＥＮまたはＰＭＭＡであり得る。

表面熱可塑性光学層１１０および１３０は、少なくとも１Ｈの鉛筆硬度を有する、光学用途に有用な、共押出可能な、非晶質または半結晶性の熱可塑性物質でありうる。共押出可能（ｃｏ−ｅｘｔｒｕｄａｂｌｅ）は、ベース層と類似の加工温度で溶融押出されることができ、かつベース層に対して接着性を有するポリマーとして、ここでは定義される。鉛筆硬度は、次のＡＳＴＭ標準３３６３によって決定されるものとしてここでは定義される。光学層１１０および１３０は、約２５．０μｍの厚みを有し、比較的薄い。具体的な実施態様においては、光学層１１０および１３０はＰＣコポリマーまたはＰＭＭＡから製造されうる。金属酸化物のナノ粒子を含むポリマーは、例えば、光学層１１０および１３０に利用されうる。これらの物質はかなり高価な場合があり、よって、構造的安定性のために好適な厚みを有するモノリシック構造体としての、光方向変換層または類似の構造体の製造を禁止する場合がある。しかし、実質的に剛性のベース層１２０を備えた複数層構造のために、光学層１１０および１３０は比較的薄く、かつこれらの比較的高価な光学物質の有用性が妥当なコストで実現されうる。

具体的な実施態様においては、光学層は複数の光学フィーチャー１１１または１２１を含む。光学フィーチャーおよびその製造は、米国特許出願番号第１０／８６８，０８３号、Ｂｒｉｃｋｅｙへのタイトル「高いアペックス鋭さを備える熱可塑性光学フィーチャー」、２００４年６月１５日出願；および米国特許出願番号第１０／９３９，７６９号、Ｗｉｌｓｏｎへのタイトル「個々の光学素子のランダムパターン」、２００４年９月１３日出願に記載されるようなものがあり得る。これら参照された米国特許出願は参照により、具体的に本明細書中に組み込まれる。光学フィーチャーは、これら参照された出願に記載されたもの以外のものであり得ることが強調される。

図２は、図１（ａ、ｂおよびｃ）に関連して記載されるような光学構造体を製造するための装置の単純化された概略図である。この装置は押出し機２００および２０１を含み、これはポリマー物質供給物流れ２００ａ、場合によっては２０１ａ、および場合によっては２０１ｂを、共押出しダイ２０２に押し出す。図２においては、同じ押出し機２０１によって供給されるように、ポリマー物質２０１ａは２０１ｂと同じ物質であることができる。場合によっては、物質２０１ｂを供給するために追加の押出し機が使用されることができ、２０１ａの物質とは異なる物質が使用されるのを可能にする。具体的な実施態様においては、ポリマー物質２００ａは、先に図１（ａ、ｂおよびｃ）において記載された光学層１２０を形成する。ポリマー物質２０１ａは図１（ｂおよびｃ）において光学層１３０を形成するであろう。ポリマー物質２０１ｂは図１（ａおよびｃ）において光学層１１０を形成するであろう。この装置はパターン化ローラー２０５も含み、これは得られる光学構造体２１３における、図１の１１１または１２１で示されるような光学フィーチャーを形成する。

さらに、この装置は、押し出された層２０３をパターン化ローラー２０５に押しつける圧力を提供する加圧ローラー２０７、およびパターン化ローラー２０５から押し出された層２０３の除去を助ける剥離ローラー２１１を含む。操作において、押し出された層２０３と共にキャリア層２０９が加圧ローラー２０７とパターン化ローラー２０５との間に入れられる。剥離ローラー２１１の後で、光学構造体２１３はキャリア層２０９から分離される。

図３は、例示的な実施態様に従った、別の光学構造体の３つの選択的な断面図（ａ、ｂおよびｃ）を示す。光学構造体は、先に示されたような照明およびディスプレイ用途に有用な光方向変換層を含むことができる。さらに、光学構造体は、拡散性、旋光性、または部分反射性であることができる。光学構造体は、コア層３３０、コア層３３０の上面および底面のそれぞれの上のベース層３２０および３４０を含む。光学構造体は、ベース層３２０の上面上の光学層３１０、もしくはベース層３４０の底面上の光学層３５０、またはその双方も含む。光学層３１０がベース層３２０の上面上で使用される場合には、層３１０と一体化された光学フィーチャー３１１が光学構造体の上面にある。光学層３１０がない場合には、ベース層３２０と一体化された光学フィーチャー３２１が光学構造体の上面にある。ベース層３２０および３４０は、図１のベース層１２０についてすでに記載されたのと同じ特徴を有する。光学層３１０および３５０はそれぞれ、図１の光学層１１０または１３０についてすでに記載されたのと同じ特徴を有する。

コア層３３０は、ベース層３２０および３４０のもののように、さらなる構造的剛性および熱安定性を光学構造体にもたらす。コア層の追加は、光学構造体が非常に大きな寸法を有する場合、もしくは光学構造体が非常に高い操作温度に長時間にわたってかけられる場合、またはその双方である場合に、光学構造体の変形を妨げるのに有益である。よって、コア層３３０が応力および熱に起因する変形を抑制するのに有用な物質から製造され、かつ当該抑制をするのに有用な厚みを有する。さらに、コア層３３０は、概して、実質的に透過性であり、かつたとえあるとしても着色はほとんどない。

例示的な実施態様においては、コア層３３０は約７０℃を超えるガラス転移温度（Ｔｇ）を有する物質から製造される。比較的高いＴｇを有する物質を選択することにより、光学構造体は、ディスプレイおよび照明装置の操作温度に曝露される場合に実質的に反りまたは収縮がない。結果的に、光学フィーチャーは設計通りに機能するように適切に配向したままである。

コア層３３０はその寸法のために応力に起因する歪みに対しても実質的に影響を受けない必要がある。先に示されたように、ディスプレイにおいて視覚領域が増大し続けるので、光方向変換層の寸法も増大する。サイズが増大すると共に、光学構造体上の応力は増大し、かつその構造体は曲がりうるかまたは撓みうる。このことは、光学構造体の光学特性を変化させることができ、画像または光源の性能の光学品質に悪影響を及ぼしうる。よって、ベース層は、光学構造体の他の層に対して剛性をもたらす厚みを有し、かつ当該剛性をもたらす物質から製造されるように選択される。例示的な実施態様においては、コア層３３０は約１１５μｍの厚み、および約５．０ＧＰａの弾性係数を有する。

所望の機械的および熱的特性に加えて、コア層は比較的着色がなくかつ実質的に透明であり得る。例示的な実施態様においては、コア層３３０は約０．８６より大きい透過率を有する。さらに、例示的な実施態様においては、コア層３３０は、照明委員会（ｔｈｅ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ；ＣＩＥ）スケールで測定して、約−２．０〜約＋２．０のｂ*値を有する。青色の着色剤、例えば染料および顔料は光学素子の色を青色−黄色軸に沿って調節するために使用されうる。ＬＣＤディスプレイ装置において使用される光学膜が青色着色を有する場合には、ＬＣＤディスプレイされた画像における「白色」は青みを有しがちであろうから、わずかな青色着色を有する光学素子は、黄色の光学素子よりも消費者によって知覚的に好まれる。

透明コア層３３０は光透過モードで利用される光学構造体のために有用である。別の例示的実施態様においては、それはコア層３３０が実質的に不透明であることに有利であり得る。ベース物質が高い重量パーセントの白色顔料、例えば、ＴｉＯ_２もしくはＢａＳＯ_４を有し、コア層が空気ボイドを含み、もしくはベース層がアルミニウムもしくは銀のような反射性金属を含むか、またはベース層が当該反射性金属を含む層を有する場合には、不透明層は高い反射性を提供しうる。不透明なコア層はＬＣＤディスプレイのための背面反射体、拡散ミラーまたは半透過型素子に使用されうる。

例示的な実施態様においては、コア層３３０は熱可塑性物質である。具体的な実施態様においては、コア層３３０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のようなポリエステルであり得る。典型的には、これらの物質はその物理的特性を向上させるために二軸配向ポリエステル膜であろう。

コア層３３０は場合によって表面接着層３３０ａおよび３３０ｂを含むことができる。任意である、接着層３３０ａおよび３３０ｂはコア層３３０に、並びにベース層３２０および３４０に、それぞれ有用に接着し、それにより一体化した光学層を提供する。例示的な実施態様においては、接着層３３０ａおよび３３０ｂはコア層３３０上に位置し、かつその接着層におけるポリマー鎖がコア層３３０におけるポリマー鎖と混ざる。同様に接着層３３０ａおよび３３０ｂのポリマー鎖はそれぞれ、ベース層３２０および３４０のポリマー鎖と混ざる。この相互作用は、ベース層３２０および３４０を接着層を介してコア層３３０に接着させる充分な力を作り出す。

接着層は好ましくは、コア層３３０とベース層３２０および３４０との双方に少なくとも４００グラム／３５ｍｍ幅の接着力を有する。コア層と接着層との間、またはベース層と接着層との間の接着力は、標準１８０度剥離試験を用いて、２３℃および５０％ＲＨで、インストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ）ゲージで測定される。サンプル幅は３５ｍｍであり、剥離長さは１０ｃｍである。少なくとも４００グラム／３５ｍｍの接着力を提供することは、その装置の寿命中に温度、温度勾配および湿度が典型的には繰り返されるＬＣＤディスプレイの使用の寿命中に、ベース層３２０および３４０の、コア層３３０からの望まれない層間剥離を妨げることが見いだされたので、少なくとも４００グラム／３５ｍｍの接着力が好ましい。さらに、コア層３３０とベース層３２０および３４０との間に熱膨張係数（ＣＴＥ）の差が存在する場合には、４００グラム／３５ｍｍの接着力は、コア層からのベース層３２０および３４０の層間剥離を妨げるのに充分な接着力である。ＣＴＥ差の大きさは望まれない層間力を増大させ、結果的にその層の層間剥離をもたらす傾向がある。層間に充分な接着力を提供することにより、層間剥離力が克服される。

接着層３３０ａおよび３３０ｂの選択は、コア層３３０並びにベース層３２０および３４０のために選択される物質に依存する。例示的な実施態様においては、接着層３３０ａおよび３３０ｂは、コア層３３０並びにベース層３２０および３４０の熱可塑性物質とは異なる種類の熱可塑性物質である。

例示的に、接着層はアクリル系、ポリウレタン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）またはポリ（ビニルアルコール）ＰＶＡであることができる。より好ましくは、コア層が配向ＰＥＴを含み、かつベース層がポリカーボネートを含む場合には、接着層はポリ酢酸ビニル−エチレンコポリマー、またはモノマー比１５／７９／６のポリアクリロニトリル−塩化ビニリデン−アクリル酸コポリマーである。

別の好ましい実施態様においては、接着層は電気伝導ポリマーを含む。いくつかの電気伝導性ポリマーが接着層としても機能しうることが見いだされた。コア層３３０とベース層３２０および３４０との間の接着力を双方とも増強させうる１層を提供することにより、電気伝導物質は複合構造体から生じる望まれない静電気を低減させ、かつＬＣＤモニターのようなディスプレイ装置における望まれない電場を低減させうる。本発明の電気伝導物質は好ましくは、ポリマー系ポリアニオン成分および共役ポリマー骨格含有電気伝導ポリチオフェン成分を含む、ポリチオフェン／ポリアニオン組成物を含むコーティング組成物で被覆される。本発明に従って使用するのに好ましいポリチオフェン成分は、少なくとも１つのアルコキシ基、例えば、Ｃ_１−Ｃ_１２アルコキシ基または−Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎＣＨ_３基（ｎは１〜４である）で置換されたチオフェン核を含むか、またはチオフェン核は、置換された形態のこのような基を含むアルキレン基で２つの酸素原子にわたって閉じた環である。本発明に従って使用するのに好ましいポリチオフェンは次の一般式（Ｉ）に対応する構造単位からなることができ：Ｒ^１およびＲ^２のそれぞれが独立して水素もしくはＣ_１−４アルキル基、または共に、場合によっては置換Ｃ_１−４アルキレン基、好ましくはエチレン基、場合によってはアルキル置換メチレン基、場合によってはＣ_１−１２アルキル−もしくはフェニル−置換の１，２−エチレン基、１，３−プロピレン基、または１，２−シクロへキシレン基を表す。

ポリマー系ポリアニオン化合物の存在下での電気伝導ポリチオフェンの製造は、例えば、次の一般式（ＩＩ）（Ｒ^１およびＲ^２は一般式（Ｉ）におけるように定義される）に従った、３，４−ジアルコキシチオフェンまたは３，４−アルキレンジオキシチオフェンの酸化的重合によって：ピロールの酸化的重合に典型的に使用される酸化剤を用いるか、および／または酸素もしくは空気を用いて、ポリ酸の存在下で、好ましくは水性媒体中で、場合によっては特定量の有機溶媒を含む水性媒体中で、０℃〜１０００℃の温度で、進行しうる。酸化的重合によってポリチオフェンは正の電荷を有することとなり、当該電荷の位置および数は確かさを伴って決定できず、よって、それらはポリチオフェンポリマーの繰り返し単位の一般式において言及されない。空気または酸素を酸化剤として使用する場合には、チオフェン、ポリ酸および場合によっては触媒量の金属塩を含む溶液中へのそれらの導入は重合が完了するまで続く。ピロールの酸化的重合に好適な酸化剤は、例えば、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．８５，４５４（１９６３）に記載されている。鉄（ＩＩＩ）塩、例えば、ＦｅＣｌ_３、Ｆｅ（ＣｌＯ_４）_３、並びに有機残基を含む無機酸および有機酸の鉄（ＩＩＩ）塩、さらにＨ_２Ｏ_２、Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７、過硫酸アルカリもしくはアンモニウム、過ホウ酸アルカリ、過マンガン酸カリウムおよび銅塩、例えば、テトラフルオロホウ酸銅などの安価で、取り扱いの容易な酸化剤が好まれる。理論的には、チオフェンのモルあたり２．２５当量の酸化剤が、その酸化的重合のために必要とされる［Ｊ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．ＰａｒｔＡ，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第２６巻、１２８７ページ（１９８８）参照］。

重合のためには、上記一般式（ＩＩ）に対応するチオフェン、ポリ酸および酸化剤は有機溶媒中で、好ましくは水中で溶解または乳化されることができ、結果的に得られる溶液またはエマルションが、重合反応が完了するまで、予想された重合温度で撹拌される。本発明で使用されるポリチオフェン／ポリアニオン組成物における、ポリチオフェンポリマー成分のポリマー系ポリアニオン成分に対する重量比は、広く変化することができ、例えば、好ましくは約５０／５０〜１５／８５である。その技術によって、０．５〜５５重量％、好ましくは１〜１０重量％の固形分含有量を有する、安定な水性ポリチオフェン／ポリアニオン分散物が得られる。重合時間は、バッチのサイズ、重合温度および酸化剤の種類に応じて数分〜３０時間でありうる。得られたポリチオフェン／ポリアニオン組成物分散物の安定性は、分散剤、例えばアニオン性界面活性剤、例えば、スルホン酸ドデシル、スルホン酸アルキルアリールポリエーテルの添加によって、重合中および／または重合後に向上されうる。分散物中のポリマー粒子のサイズは典型的には５ｎｍ〜１μｍの範囲、好ましくは４０〜４００ｎｍの範囲である。

これらの電気伝導ポリマーの合成に使用されるポリアニオンは、ポリマー系カルボン酸、例えばポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、もしくはポリマレイン酸など、およびポリマー系スルホン酸、例えばポリスチレンスルホン酸およびポリビニルスルホン酸などのアニオンであり、ポリマー系スルホン酸が本発明のために好ましいものである。これらのポリカルボン酸およびポリスルホン酸は、ビニルカルボン酸およびビニルスルホン酸と他の重合可能なモノマー、例えば、アクリル酸のエステルおよびスチレンなどとのコポリマーでもあり得る。分散ポリチオフェンポリマーと一緒に使用されるアニオン性（酸性）ポリマーは好ましくは、分散物の充分な安定性を確実にするために、当該ポリマー化合物に関して、２重量％を超えるアニオン性基の含有量を有する。ポリアニオンを提供するポリ酸の分子量は好ましくは、１，０００〜２，０００，０００、特に好ましくは、２，０００〜５００，０００である。ポリ酸、例えば、ポリスチレンスルホン酸およびポリアクリル酸、またはポリ酸のアルカリ塩が一般的に入手可能であり、またはそれらは既知の方法に基づいて製造されうる。電気伝導ポリマーおよびポリアニオンの形成に必要な遊離酸の代わりに、ポリ酸のアルカリ塩の混合物および好適な量のモノ酸も使用されうる。

本発明において使用するのに好ましい電気伝導ポリチオフェン／ポリアニオンポリマー組成物は、３，４−ジアルコキシ置換ポリチオフェン／ポリ（スチレンスルホナート）を含み、最も好ましい電気伝導ポリチオフェン／ポリアニオンポリマー組成物は、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホナート）であり、これはバイエル社からＢａｙｔｒｏｎ Ｐとして市販されている。他の好ましい電気伝導ポリマーには、ポリ（ピロールスチレンスルホナート）およびポリ（３，４−エチレンジオキシピロールスチレンスルホナート）が挙げられる。

コア層３３０への接着層３３０ａおよび３３０ｂの接着力をさらに増大させるために、接着層３３０ａおよび３３０ｂと接触しているコア層３３０の表面は粗化され、ランダムのパターンまたは秩序あるパターンのいずれかでそこに擦り傷または溝を有することができる。粗化された表面はコア層３３０と接着層３３０ａおよび３３０ｂとの間にさらなる接触領域を可能にし、それにより、光学的に滑らかなコア層３３０と比べて接着力を増大させる。０．８〜４．０マイクロメートルの粗さ平均を有する粗化された表面が、コア層３３０に対する接着層３３０ａおよび３３０ｂにおける増加をもたらすことが見いだされた。５．０マイクロメートルを超える表面粗さでは、接着層は、粗化フィーチャーを完全に満たすのが困難になり始めて、小さな空気ボイドを形成し始める。もちろん、回折や屈折の様な光学的影響が実質的に回避されるように溝または擦り傷が比較的小さいことが重要である。例示的な実施態様においては、接着層３３０ａおよび３３０ｂをコア層３３０上に配置する前に、コア層の表面がぶらしがけされうるか、サンドブラストされうるか、またはプラズマを用いてエッチングされうる。本明細書に記載されるように、この粗化は押出しおよびフィーチャー形成中に行われてよい。あるいは、粗化は押出しフィーチャー形成プロセス前に行われることができ、コア層３３０は粗化され、その後さらに加工して、光学構造体を形成することができる。

本発明の別の好ましい実施態様においては、層３１０、３２０、３３０、３４０または３５０は好ましくは、光を拡散させるための曇り剤（ｈａｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ）を含む。光を拡散させる手段を提供することにより、光学構造体は光コリメーターおよび拡散体の双方として機能することができ、それにより２つの機能を１部品に一緒にすることができる。さらに、１０〜４０の低いヘイズ値を有する層が光学素子における小さな欠陥を隠し、欠陥を検出するディスプレイの消費者の能力を有意に低減させることが見いだされた。さらに、視野角が通常の視覚位置からより広くなるまたは増大するにつれれて、このような拡散層はコリメート膜の光学ゲインにおいて、より穏やかな降下を作り出すことができる。

光拡散のための好ましい手段は、ＴｉＯ２、ナノサイズクレイ、ガラスビーズ、空気ボイド、非混和性ポリマー、シロキサンおよび架橋ポリマービーズなどの光散乱粒子のような層のほとんどにおいてである。特有の使用される粒子は、好ましくは、拡散粒子を含む層に使用されるマトリックスポリマーの屈折率よりも０．０５を超えて異ならない屈折率を有する。より大きな屈折率の差は結果的に過剰な背面散乱を生じさせる場合があり、結果的にコリメート膜の光学ゲインの過剰な低減をもたらす。典型的には、そのような粒子のサイズは好ましくは０．５〜１５μｍである。より小さな粒子は可視光の散乱においては効果的ではなく、より大きな粒子は結果的に押出しプロセス中のろ過システムの目詰まりを起こしうる。

図４は、図３（ａ、ｂおよびｃ）に関連して記載されるもののような光学構造体の製造装置の単純化された概略図である。この装置は押出し機４００および４０１を含み、これはポリマー物質供給物流れ４００ａ、および場合によっては４０１ａを、共押出しダイ４０２に押し出す。具体的な実施態様においては、ポリマー物質４００ａは、先に図３（ａ、ｂおよびｃ）において記載されたベース層３２０および３４０を形成する。ポリマー物質４０１ａは図３（ａおよびｃ）において任意である光学層３１０、および図３（ｂおよびｃ）において任意である光学層３５０を形成するであろう。この装置はパターン化またはパターン化されていないローラー４０５も含み、これは図３における層３４０または３５０の滑らかな底面、または得られる光学構造体４１３における、図３（ａ、ｂおよびｃ）の３１１または３２１で示されるような光学フィーチャーを形成する。さらに、この装置は、押し出された層４０３をパターン化ローラー４０５に押しつける圧力を提供する加圧ローラー４０７、およびパターン化ローラー４０５から押し出された層４０３の除去を助ける剥離ローラー４１１を含む。

操作において、第１通過処理工程において、押し出された層４０３と共にコア層４０９が加圧ローラー４０７とパターン化されていないローラー４０５との間に入れられる。光学構造体４１３は、図３（ａ、ｂおよびｃ）におけるように、ボトムベース層３４０および任意である光学層３５０を備えたコア層を含む。次いで、光学構造体４１３はロールに巻かれる。第２通過処理工程においては、第１通過光学構造体４１３が図４の層４０９になり、第２通過の押し出された層４０３と共に、加圧ローラー４０７とパターン化ローラー４０５との間に入れられる。

第２通過光学構造体４１３は、図３（ａ、ｂおよびｃ）におけるようなトップベース層３２０および任意である光学層３１０を備えた第１通過光学構造体を含む。

様々な光学層、物質および装置が特定の用途のために本発明の膜および装置に適用されることもでき、または本発明の膜および装置と共に使用されることもできる。これらには、限定されないが、磁気または磁気光学コーティングまたは膜；液晶パネル、例えば、ディスプレイパネルおよびプライバシーウィンドウ（ｐｒｉｖａｃｙ ｗｉｎｄｏｗｓ）に使用されるもの；フォトグラフィックエマルション；織物；プリズム膜、例えば、リニアフレネルレンズ；輝度増強膜；ホログラフ膜または画像；エンボス可能（ｅｍｂｏｓｓａｂｌｅ）膜；耐タンパー（ａｎｔｉ−ｔａｍｐｅｒ）膜またはコーティング；低い放射率用途のためのＩＲ透明膜；剥離膜または剥離コート紙；および偏光子またはミラーが挙げられる。

本発明は、液晶ディスプレイ装置と併せて使用されることができ、その典型的な配置は後述される。液晶（ＬＣ）は電子ディスプレイに広く使用される。これらのディスプレイシステムにおいて、ＬＣ層は偏光子層とアナライザー層との間に置かれ、垂直軸に対して、層を通る方位角（ａｚｍｉｔｈａｌ）ねじれを示す導波器（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）を有する。アナライザーは、その吸収軸が偏光子の吸収軸と垂直であるように向けられる。偏光子によって偏光された入射光は液晶セルを通過し、液晶中の分子配向によって影響を受け、これはセルを横切る電圧の適用によって変えられうる。この原理を用いて、周囲光をはじめとする外部ソースからの光の透過が制御されうる。この制御を達成するのに必要とされるエネルギーは概して、陰極線管のような他の種類のディスプレイに使用される発光物質に必要とされるエネルギーよりもかなり少ない。よって、ＬＣ技術は、軽量で、低電力消費で、かつ長い駆動寿命が重要な特徴である、デジタル時計、計算機、ポータブルコンピュータ、電子ゲームをはじめとするが、これらに限定されない多くの用途に使用される。

アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、それぞれの液晶ピクセルを駆動するための切り替え素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用する。これらＬＣＤは、個々の液晶ピクセルが選択的に駆動されうるので、クロストークなしに、より高い精細画像を表示することができる。光学モードインターフェース（ＯＭＩ）ディスプレイは、「ノーマリーホワイト（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｗｈｉｔｅ）」であり、すなわち、オフ状態で光がディスプレイ層を透過する、液晶ディスプレイである。ねじれネマチック液晶を使用するＬＣＤの駆動モードは、おおまかに、複屈折モードと旋光モードとに分けられる。「膜補償超ねじれネマチック（ｆｉｌｍ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｓｕｐｅｒ−ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）」（ＦＳＴＮ）ＬＣＤはノーマリーブラック（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｂｌａｃｋ）であり、すなわち、電圧が適用されていない場合、オフ状態で光の透過が阻害される。ＯＭＩディスプレイは、報告によると、より早い応答時間およびより広い駆動温度範囲を有する。

さらに、本発明の物質は、ＯＬＥＤおよびリアプロジェクションシステムのような他のディスプレイ装置に使用されうる。さらに、本発明の物質は、これらに限定されないが、商業および住宅照明システム、再帰性反射システム、太陽電池、自動車用照明、交通用照明、およびグラフィックアート用途の出力を改良するために有用である。

１１０ 光学層
１１１ 光学フィーチャー
１２０ ベース層
１２１ 光学フィーチャー
１３０ 光学層
２００、２０１ 押出し機
２００ａ、２０１ａ、２０１ｂ ポリマー物質供給物流れ
２０２ 共押出しダイ
２０３ 押し出された層
２０５ パターン化ローラー
２０７ 加圧ローラー
２０９ キャリア層
２１１ 剥離ローラー
２１３ 光学構造体
３１０、３５０ 光学層
３１１、３２１ 光学フィーチャー
３２０、３４０ ベース層
３３０ コア層
３３０ａ、３３０ｂ 表面接着層
４００、４０１ 押出し機
４００ａ、４０１ａ ポリマー物質供給物流れ
４０２ 共押出しダイ
４０５ パターン化またはパターン化されていないローラー
４０３ 押し出された層
４０７ 加圧ローラー
４０９ コア層
４１１ 剥離ローラー
４１３ 光学構造体

Claims (10)

1. 複数の光学フィーチャーを有する上面を有する少なくとも１つのベース熱可塑性ポリマー光学層；
   ベース熱可塑性ポリマー光学層に隣接した少なくとも１つの共押出可能な表面熱可塑性ポリマー光学層；を含み、
   少なくとも１つの共押出し可能な表面が少なくとも１Ｈの鉛筆硬度を有する、
   液晶ディスプレイのための多機能光方向変換膜。
2. 複数の光学構造体が可視光を実質的にコリメートするための光方向変換層である、請求項１に記載の多機能光方向変換膜。
3. ベース層が７０℃を超えるガラス転移温度（Ｔｇ）を有する、請求項１に記載の多機能光方向変換膜。
4. 少なくとも１つの共押出し表面層がポリカーボネートコポリマーを含み、少なくとも１つのベース層がポリカーボネートを含む、請求項１に記載の多機能光方向変換膜。
5. 上面および底面を有するポリマー光学コア層；
   コア層の上面上のトップベース熱可塑性ポリマー光学層；
   コア層の底面上のボトムベース熱可塑性ポリマー光学層；
   トップベース層上の、可視光を実質的にコリメートするための光方向変換層；を含み、
   コア層およびベース層が、約７０℃を超えるガラス転移温度（Ｔｇ）を有する物質を含む；
   液晶ディスプレイのための多機能光方向変換膜。
6. コア層が約１１５μｍの厚み、および約５．０ＧＰａの弾性係数を有する、請求項５に記載の多機能光方向変換膜。
7. ボトムベース層上に、少なくとも１Ｈの鉛筆硬度を有する少なくとも１つの表面層をさらに含む、請求項５に記載の多機能光方向変換膜。
8. 少なくとも１つの表面層がポリカーボネートコポリマーを含み、トップおよびボトムベース層が、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、セルローストリアセテート、ポリプロピレン、ＰＥＮまたはＰＭＭＡを含む群から選択され、コア層が二軸配向ポリエステルを含む、請求項５に記載の多機能光方向変換膜。
9. それぞれの層の１以上が曇り剤を含む、請求項８に記載の多機能光方向変換膜。
10. コア層とトップおよびボトムベース層との間に接着層をさらに含む、請求項５に記載の多機能光方向変換膜。

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