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公開番号2024041941
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-27
出願番号2024004927,2021513963
出願日2024-01-17,2019-09-13
発明の名称光学フィルム
出願人スリーエムイノベイティブプロパティズカンパニー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G02B 5/28 20060101AFI20240319BHJP(光学)
要約【課題】近赤外のバンドエッジまで反射性であり、より長い波長で透過性である、光学フィルム又はミラーフィルムを提供する。
【解決手段】スキン層は、約2マイクロメートルを超える平均厚さを有する。実質的に垂直に入射する光に対するフィルムの透過率が、第1の波長範囲122と第2の波長範囲126とを分離するバンドエッジ120を含み、各範囲が少なくとも250nmの幅である。フィルムの反射率が、第1の波長範囲122における各波長に対して約95%超であり、フィルムの平均透過率が、第2の波長範囲126において約80%超であり、第2の波長範囲126におけるフィルムの光透過率の最大値と最小値との間の差が、約30%未満である。バンドエッジ120は、約2%/nmを超える傾きを有し得る。透過率は、波長の増加に伴って少なくとも約10%から約70%まで単調に増加し得る。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
スキン層上に配置された複数の交互する第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含む光学フィルムであって、前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層がそれぞれ、２５０ｎｍ未満の平均厚さを有し、前記スキン層が、２マイクロメートルを超える平均厚さを有し、垂直に入射する光に対する前記光学フィルムの光透過率が、第１の波長範囲と第２の波長範囲とを分離するバンドエッジを含み、前記第１の波長範囲が、少なくとも４００ｎｍ～７００ｎｍにわたり、前記第２の波長範囲が、少なくとも９５０ｎｍ～１３００ｎｍにわたり、空気中で垂直に入射する光に対して、
前記光学フィルムの光反射率が、前記第１の波長範囲における各波長に対して９５％超であり、
前記光学フィルムの平均光透過率が、前記第２の波長範囲において８０％超であり、
前記第２の波長範囲における前記光学フィルムの前記光透過率の最大値と最小値との間の差が、２５％未満であり、
前記光透過率が１０％から７０％まで増加する波長範囲に少なくともわたって前記光透過率を波長に相関させる、前記バンドエッジに対する最良の線形近似が、２％／ｎｍを超える傾きを有しており、前記第１のポリマー層、前記第２のポリマー層、及び前記スキン層が、互いに一体的に形成されている、光学フィルム。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
垂直に入射する光に対する前記光学フィルムの前記光透過率が、波長の増加に伴って少なくとも１０％から７０％まで単調に増加する、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項３】
前記最良の線形近似の前記傾きが、３％／ｎｍを超える、請求項１又は２に記載の光学フィルム。
【請求項４】
前記複数の交互する第１のポリマー層及び第２のポリマー層のうち隣接する第１のポリマー層及び第２のポリマー層の一対が、最大光学的厚さを有し、前記複数の交互する第１のポリマー層及び第２のポリマー層が、前記最大光学的厚さから２０ｎｍ以内の光学的厚さを有する少なくとも２０個の別個の層対を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学フィルム。
【請求項５】
前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層の平面において、前記第１のポリマー層及び前記第２のポリマー層が、それぞれの屈折率、すなわち、第１の偏光状態に沿ったｎ１ｘ及びｎ２ｘ、前記第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態に沿ったｎ１ｙ及びｎ２ｙ、並びに前記第１の偏光状態及び前記第２の偏光状態と直交するｚ軸に沿ったｎ１ｚ及びｎ２ｚを有し、前記第１の波長範囲及び前記第２の波長範囲の少なくとも一方に入る少なくとも１つの波長に対して、
ｎ１ｘ及びｎ１ｙの各々が、ｎ１ｚより少なくとも０．２大きく、
ｎ１ｘとｎ１ｙとの間の差が、０．０４未満であり、
ｎ２ｘとｎ２ｙとｎ２ｚとの間の最大の差が、０．０１未満であり、
ｎ１ｘとｎ２ｘとの間の差が、０．２より大きい、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学フィルム。

発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
光学フィルムは、様々なディスプレイ用途において使用される。例えば、液晶ディスプレイパネルのバックライトユニットにおいて光リサイクルのためにミラーフィルムを使用することができる。
続きを表示（約 4,800 文字）【発明の概要】
【０００２】
本説明のいくつかの態様では、スキン層上に配置された複数の交互する第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含む光学フィルムが提供される。第１の層及び第２の層はそれぞれ、約２５０ｎｍ未満の平均厚さを有する。スキン層は、約２マイクロメートルを超える平均厚さを有する。第１の層、第２の層、及びスキン層は、互いに一体的に形成される。実質的に垂直に入射する光に対する光学フィルムの光透過率が、第１の波長範囲と第２の波長範囲とを分離するバンドエッジを有し、第１の波長範囲は、少なくとも約４００ｎｍ～約７００ｎｍにわたり、第２の波長範囲は、少なくとも約９５０ｎｍ～約１３００ｎｍにわたる。空気中で実質的に垂直に入射する光に対して、光学フィルムの光反射率が、第１の波長範囲における各波長に対して約９５％超であり、光学フィルムの平均光透過率が、第２の波長範囲において約８０％超であり、第２の波長範囲における光学フィルムの光透過率の最大値と最小値との間の差が、約２５％未満である。光透過率が約１０％から約７０％まで増加する波長範囲に少なくともわたって光透過率を波長に相関させる、バンドエッジに対する最良の線形近似が、約２％／ｎｍを超える傾きを有する。
【０００３】
本説明のいくつかの態様では、５０～８００の数の複数の交互する第１のポリマー層及び第２のポリマー層を含む光学フィルムが提供される。各第１の層及び第２の層が、約５００ｎｍ未満の平均厚さを有する。実質的に垂直に入射する光に対する光学フィルムの光透過率が、第１の波長範囲と第２の波長範囲とを分離するバンドエッジ領域を有し、各範囲は、少なくとも２５０ｎｍの幅である。各波長範囲における光学フィルムの光透過率の最大値と最小値との間の差が、約３０％未満である。第１の層及び第２の層の平面において、第１の層及び第２の層は、それぞれの屈折率、すなわち、第１の偏光状態に沿ったｎ１ｘ及びｎ２ｘ、第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態に沿ったｎ１ｙ及びｎ２ｙ、並びに第１の偏光状及び第２の偏光状態と直交するｚ軸に沿ったｎ１ｚ及びｎ２ｚを有する。第１の波長範囲及び第２の波長範囲の少なくとも一方に入る少なくとも１つの波長に対して、ｎ１ｘ及びｎ１ｙの各々が、ｎ１ｚより少なくとも０．２大きく、ｎ１ｘとｎ１ｙとの間の差が、約０．０４未満であり、ｎ２ｘとｎ２ｙとｎ２ｚとの間の最大の差が、約０．０１未満であり、ｎ１ｘとｎ２ｘとの間の差が、約０．２より大きい。バンドエッジ領域内の実質的に垂直に入射する光に対する光学フィルムの光透過率は、波長の増加に伴って少なくとも約１０％から約７０％まで単調に増加する。
【０００４】
本説明のいくつかの態様では、ディスプレイであって、少なくとも約４００ｎｍ～約７００ｎｍにわたる第１の波長範囲における可視画像を観察者に対して表示するためのディスプレイパネルと、第１の波長範囲を超える赤外波長の光をディスプレイパネルを通して観察者に向けて放射するための赤外光源と、ディスプレイパネルと赤外光源との間に配置されたミラーフィルムとを含むディスプレイが提供される。実質的に垂直に入射する光、並びに直交する第１の偏光状態及び第２の偏光状態のそれぞれについて、第１の波長範囲における各波長に対して、ミラーフィルムは、少なくとも９０％の光を反射し、赤外波長において、ミラーフィルムは、少なくとも７０％の光を透過し、第１の波長範囲と赤外波長との間にある第１の波長において、ミラーフィルムは、４０％～６０％の光を透過する。第１の波長は、赤外波長から約５０ｎｍ以内である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
光学フィルムの概略断面図である。
波長に対する光学フィルムの光透過率の概略プロットである。
光学フィルムの光学的厚さプロファイルの概略図である。
光学フィルムを含むディスプレイの概略断面図である。
赤外光源の発光スペクトルの概略図である。
原子間力顕微鏡法によって求めた厚さプロファイルのプロットである。
光学フィルムの透過スペクトルである。
光学フィルムの透過スペクトルである。
光学フィルムの透過スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の説明では、本明細書の一部を形成し、様々な実施形態が実例として示される、添付図面が参照される。図面は、必ずしも縮尺どおりではない。本明細書の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想到され、実施可能である点を理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味では解釈されないものとする。
【０００７】
いくつかのディスプレイでは、ＥｎｈａｎｃｅｄＳｐｅｃｕｌａｒＲｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＥＳＲ）フィルム（３ＭＣｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）などのミラーフィルムが、リサイクル型バックライトユニットにおいて液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルの（光出力側とは反対側の）下方に配置される。いくつかの用途では、ディスプレイが、１つ以上のセンサを含む。例えば、スマートフォンが、近接センサ、周辺光センサ、又は指紋センサのうちの１つ以上を含み得る。そのようなセンサは従来、ディスプレイのアクティブエリアの外側に配置されている。ディスプレイの周囲のベゼルを低減するために、ディスプレイのアクティブエリアに配置された１つ以上のセンサを含むことが望ましい場合がある。そのときセンサは、好ましくはミラーフィルムの下方に配置される。場合によっては、ミラーフィルムの下方に赤外（ＩＲ）光源を含むことが望ましい。例えば、指紋センサが、ディスプレイパネルを通して赤外光を放射する赤外光源を含み得、例えば、指から反射されてディスプレイパネルを通って戻った後の赤外光を受光するセンサを含み得る。光源及び／又はセンサを所望に動作させるために、ミラーフィルムは好ましくは、光源及び／又はセンサが機能するように適合された波長の光に対して相当な透過率（例えば、少なくとも７０％）を有する。典型的に、ＩＲ光源及びセンサの場合、この波長は、８５０ｎｍ又は９４０ｎｍである。現在、スマートフォン及び他の民生用電子機器のディスプレイに使用するミラーフィルムは、これらの波長の光を透過しない。
【０００８】
本説明のいくつかの実施形態では、近赤外のバンドエッジまで反射性であり、より長い波長で透過性である、光学フィルム又はミラーフィルムが提供される。バンドエッジは、大きな（例えば、約２％／ｎｍを超える）傾きを有し得る。このことは、光学フィルムが、（少なくとも、所望の入射角までの）斜めに入射する光についても可視範囲にわたってリサイクルをもたらし、光源／センサが動作するバンドエッジに近い赤外波長において透過性であるので、望ましい場合がある。この赤外波長は、例えば、バンドエッジから約５０ｎｍ以内であり得る。本説明の光学フィルムは、例えば、自動車の車内にＩＲ照明を提供するために、ＩＲ光源がディスプレイのミラーフィルムの背後でディスプレイに含まれる、自動車ディスプレイの用途においても有用である。
【０００９】
鋭いバンドエッジを伴う反射帯域を有する多層光学フィルムについては、例えば、米国特許第６，１５７，４９０号（Ｗｈｅａｔｌｅｙら）に記載されている。場合によっては、この参照文献に記載されている帯域先鋭化技術は、１０％の透過率と５０％の透過率との間で測定されるバンドエッジの鋭い傾きをもたらすが、近赤外のバンドエッジの場合に７０％未満の透過率に存在し得る透過スペクトルのリンギングであって、１０％～７０％の透過率の非単調な増加をもたらし、その結果、バンドエッジの傾きを抑制し得る、透過スペクトルのリンギングにより、１０％の透過率と７０％の透過率との間で測定されるバンドエッジの傾きが、実質的により小さくなる可能性がある。そのようなリンギングは、スキン層の最も外側の主面でフレネル反射により反射された光との干渉により、少なくとも部分的に引き起こされる可能性がある。赤外線透過領域における透過率のリンギングを抑制することが望ましい場合もある。いくつかの実施形態によれば、スキン層の厚さを好適に選択する（例えば、いくつかの実施形態によれば、約２マイクロメートルを超える厚さを有するスキン層を使用する）ことにより、透過率のリンギングを、赤外線透過領域において抑制でき、少なくとも透過率が約１０％から約７０％以上まで変化する範囲内のバンドエッジ領域において抑制又は排除できることが見出されている。本明細書で説明する、１０％～７０％以上の透過率でバンドエッジの傾きを増加させるための、及び／又は望ましくないリンギングを抑制するための他の技術としては、バンドエッジ付近の波長における反射をもたらす厚さを有する、光学フィルム内の層の数を増加させることが挙げられる。例えば、光学フィルムの交互する第１の層及び第２の層における層対（光学的繰り返し単位）が、最大光学的厚さを有し得、交互する第１の層及び第２の層は、最大光学的厚さから約３０ｎｍ以内、又は約２５ｎｍ以内、又は約２０ｎｍ以内、又は約１５ｎｍ以内、又は約１２ｎｍ以内、又は約１０ｎｍ以内、又は約８ｎｍ以内、又は約７ｎｍ以内、又は約６ｎｍ以内の光学的厚さを有する、少なくとも２０個、又は少なくとも２５個、又は少なくとも３０個の別個の層対を含み得る。好適なスキン厚さ及び好適な層厚さプロファイルを使用することで、少なくとも約１０％から約７０％まで（例えば、約５％から約８０％以上まで）の透過率の単調増加をもたらすことができ、光透過率が約１０％から約７０％まで増加する波長範囲に少なくともわたって光透過率を波長に相関させる、バンドエッジに対する最良の線形近似が、例えば約２％／ｎｍを超える傾きを有する結果をもたらすことができる。
【００１０】
図１は、複数の交互する第１のポリマー層１０１及び第２のポリマー層１０２を含む光学フィルム１００の概略図である。図示する実施形態では、複数の交互する第１の層１０１及び第２の層１０２は、スキン層１１０上に配置されている。第２のスキン層が、複数の交互する第１の層１０１及び第２の層１０２の反対側に配置されてもよい。複数の交互する第１の層１０１及び第２の層１０２は、主に光干渉によって光を反射及び透過し、光学層又は干渉層と呼ばれ得る。干渉層は、干渉層の反射率及び透過率が光干渉によって合理的に説明できるか、又は光干渉の結果として合理的に正確にモデル化できる場合、光を主に光干渉によって反射及び透過すると説明されてもよい。異なる屈折率を有する干渉層の隣接する対は、対が光の波長の１／２の組み合わされた光学的厚さ（屈折率を掛けた物理的厚さ）を有するときに、光干渉によって光を反射する。光学的厚さを求める際に使用する屈折率は、一定の基準波長（例えば、５３２ｎｍ又は６３３ｎｍ）とすることができる。干渉層は典型的に、約５００ナノメートル未満又は約２５０ｎｍ未満の物理的厚さを有する。スキン層は典型的に、主に光干渉によって光を反射及び透過するには大きすぎる光学的厚さを有し、非干渉層、非光学層、又は光学的に厚い層と呼ばれ得る。しかし、スキン層の主面（例えば、最も外側の主面）からのフレネル反射が、本明細書の他の箇所で更に説明するように、光学フィルムの透過スペクトルに影響を及ぼす可能性がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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