ポリマー繊維織物を含む光学素子
偏光子が、ポリマーマトリックス内の実質的に平行なポリマー繊維の配列で形成される。ポリマー繊維は、少なくとも第１および第２のポリマー材料から形成される。ポリマーマトリックスならびに第１および第２のポリマー材料の少なくとも１つが、複屈折性であり、隣接した材料との複屈折性界面を提供する。光が、光の偏光に対する感度で、複屈折性界面で反射および／または散乱される。いくつかの実施形態において、ポリマー繊維は、複合繊維を形成するように充填剤内に配置された複数の散乱ポリマー繊維を有する複合繊維として形成される。他の実施形態において、ポリマー繊維は多層ポリマー繊維である。ポリマー繊維は、ポリマーマトリックス内に、繊維織物の一部として配列することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー光学素子に関し、特に、ポリマー繊維を含む織物を含むポリマー光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
非偏光波は、光ビームの軸の周りの多数の平面内で振動する。波が１つの平面内でのみ振動する場合、光は、平面偏光されるといわれる。いくつかの有用な光学システムを、偏光を使用して実現することができる。たとえば、液晶ディスプレイスクリーンなどの電気光学デバイスが、偏光で照明され、かつ、画像形成を表示するための基礎を提供するために、アドレス可能な液晶中間層と関連して、交差した偏光子を使用する。写真の分野において、偏光フィルタが、グレアおよび正反射の輝度を低減するために使用されている。偏光フィルタ、円偏光子、または他の光学構成要素が、また、ディスプレイデバイススクリーンにおけるグレア低減のために使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いくつかの異なる種類の偏光フィルムが、非偏光を偏光するために入手可能である。吸収（二色性）偏光子が、含有（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）相として、ポリマーマトリックス内で整列された偏光依存吸収種、しばしばヨウ素含有鎖を有する。そのようなフィルムは、電界ベクトルが吸収種に平行に整列された状態で偏光された光を吸収し、吸収種に垂直に偏光された光を透過する。そのようなフィルムの光学特性は、典型的には正反射性であり、フィルムを通る拡散透過、またはフィルム表面からの拡散反射が、ほとんどない。
【０００４】
別のタイプの偏光フィルムが、一方の状態の光を透過し、他方の状態の光を反射することによって、異なる偏光状態の光を分ける反射偏光子である。１つのタイプの反射偏光子が、多層光学フィルム（ＭＯＦ）であり、これは、交互のポリマー材料の多くの層のスタックから形成されたフィルムである。材料の１つが光学的に等方性であり、他方が複屈折性であり、その屈折率の１つが等方性材料の屈折率に整合する。層厚さは、広範囲の波長にわたって、たとえば可視領域にわたって４分の１波長層であるように、スタック全体にわたって変えることができる。１つの偏光状態で入射する光が、整合した屈折率を示し、偏光子を実質的に正透過される。しかし、他方の偏光状態で入射する光が、異なる層の間の界面で多数の干渉または非干渉反射を示し、偏光子によって反射される。交互のポリマー層が実質的に平面であるので、反射光はほとんど正反射される。
【０００５】
別のタイプの反射偏光フィルムが、連続相マトリックス内に分散された含有物（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）から構成される。含有物は、フィルムの幅および高さに対して小さい。これらの含有物の特徴は、ある範囲の反射特性および透過特性をフィルムに与えるように操作することができる。含有物は、連続相マトリックス内の分散ポリマー相を構成する。含有物サイズおよび整列は、フィルムを延伸することによって変更することができる。連続相または分散相が複屈折性であり、複屈折性材料の屈折率の１つが、光学的に等方性である他方の相の屈折率に整合する。延伸の程度とともに、連続相および分散相のための材料の選択が、分散相と連続相との間の複屈折屈折率不整合（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｍｉｓｍａｔｃｈ）の程度に影響を及ぼすことができる。調整することができる他の特徴としては、フィルム内の波長に対する含有物サイズ、含有物形状、および含有物体積充填率が挙げられる。そのようなシステムにおいて、分散相と連続相との間の屈折率不整合を示すように偏光された光が拡散反射され、直交偏光が正透過される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの特定の実施形態が、マトリックスポリマー材料を含むポリマーマトリックスと、ポリマーマトリックス内に配置された少なくとも１つの繊維織物とを含む光学体に関する。繊維織物は複数のポリマー繊維を含み、ポリマー繊維は第１のポリマー繊維材料と、第２のポリマー繊維材料とを含む。マトリックスポリマー材料、第１の繊維ポリマー材料、および第２の繊維ポリマー材料の少なくとも１つが、複屈折性である。
【０００７】
本発明の上記概要は、本発明の各々の例示された実施形態またはあらゆる実装形態を説明することは意図されていない。次の図および詳細な説明は、これらの実施形態をより詳細に例示する。
【０００８】
本発明は、添付の図面とともに、本発明のさまざまな実施形態の次の詳細な説明を考慮して、より完全に理解することができる。
【０００９】
本発明は、さまざまな変更例および代替形態が可能であるが、その特定のものが、図面に例として示されており、詳細に説明される。しかし、本発明を、説明される特定の実施形態に限定することは意図されていないことが理解されるべきである。それどころか、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨および範囲内である変更例、均等物、および代替例をすべて包含することが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、光学システムに適用でき、特に、偏光光学システムに適用できる。
【００１１】
本明細書で使用されるように、「正反射（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」および「正反射（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）」という用語は、反射角が入射角に実質的に等しい、本体からの光線の反射を指し、角度は、本体の表面に対する法線に対して測定される。換言すれば、光が特定の角度分布で本体に入射するとき、反射光は実質的に同じ角度分布を有する。「拡散反射（ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」または「拡散反射（ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）」という用語は、反射光のいくらかの角度が入射角に等しくない、光線の反射を指す。したがって、光が特定の角度分布で本体に入射するとき、反射光の角度分布は入射光の角度分布と異なる。「全反射（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）」または「全反射（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」という用語は、正反射および拡散の、すべての光の組合された反射を指す。
【００１２】
同様に、「正透過（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」および「正透過（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）」という用語は、透過光の角度分布が入射光の角度分布と実質的に同じである、本体を通る光の透過に関して、本明細書で使用される。「拡散透過（ｄｉｆｆｕｓｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」および「拡散透過（ｄｉｆｆｕｓｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）」という用語は、透過光が、入射光の角度分布と異なる角度分布を有する、本体を通る光の透過を説明するために使用される。「全透過（ｔｏｔａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」または「全透過（ｔｏｔａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）」という用語は、正および拡散の、すべての光の組合された透過を指す。
【００１３】
フィルムの形態の反射偏光子１００が、図１Ａおよび図１Ｂに概略的に示されている。ここで採用される慣行において、フィルムの厚さ方向はｚ軸とみなされ、ｘ−ｙ平面はフィルムの平面に平行である。非偏光１０２が偏光子１００に入射すると、偏光子１００の透過軸に平行に偏光された光１０４は透過され、偏光子１００の反射軸に平行に偏光された光１０６は反射される。反射光の角度分布は、偏光子１００のさまざまな特徴に依存する。たとえば、いくつかの例示的な実施形態において、図１Ａに概略的に示されているように、光１０６を正反射することができ、他の実施形態において、図１Ｂに概略的に示されているように、光１０６を拡散反射することができる。他の実施形態において、反射光は、正成分および拡散成分の両方を含むことができる。示された実施形態において、偏光子の透過軸はｘ軸に平行であり、偏光子１００の反射軸はｙ軸に平行である。他の実施形態において、これらを逆にすることができる。透過光１０４は、正透過するか、拡散透過するか、正成分および拡散成分の組合せで透過することができる。
【００１４】
本発明の例示的な実施形態による反射偏光子本体を通る破断図が、図２に概略的に示されている。光学体２００は、連続相とも呼ばれるポリマーマトリックス２０２を含む。ポリマーマトリックスは、光学的に等方性または光学的に複屈折性であることができる。たとえば、ポリマーマトリックスは、一軸または二軸複屈折性であることができ、ポリマーの屈折率が、１つの方向に沿って異なり、２つの直交する方向において同様であることができる（一軸）か、３つの直交する方向すべてにおいて異なることができる（二軸）ことを意味する。
【００１５】
ポリマー繊維２０４がマトリックス２０２内に配置される。ポリマー繊維２０４は、少なくとも２つの材料を含む。いくつかの例示的な実施形態において、材料の１つが複屈折性であり、１つまたは複数の他の材料が等方性である。他の実施形態において、繊維を形成する材料の２つ以上が複屈折性である。また、いくつかの他の実施形態において、繊維を形成する材料は等方性であることができる。他の実施形態において、等方性ポリマー繊維２０４および複屈折性ポリマー繊維２０４の両方をマトリックス２０２内に配置することができる。
【００１６】
ポリマー繊維２０４は、示されているように１つの繊維として、または多くの他の配列で、マトリックス２０２内に組織化することができる。いくつかの例示的な配列としては、ヤーン、ポリマーマトリックス内に１つの方向に配列されたトウ（繊維またはヤーンの）、織物、不織布、チョップドファイバー、チョップドファイバーマット（ランダムなまたは整ったフォーマットを有する）、またはこれらのフォーマットの組合せが挙げられる。チョップドファイバーマットまたは不織布は、繊維のランダムな配列を有するのではなく、不織布またはチョップドファイバーマット内の繊維のいくらかの整列をもたらすために、延伸するか、応力を加えるか、配向することができる。
【００１７】
第１の繊維材料の、ｘ、ｙ、およびｚ方向の屈折率は、ｎ1x、ｎ1y、およびｎ1zと呼ぶことができ、第２の繊維材料の、ｘ、ｙ、およびｚ方向の屈折率は、ｎ2x、ｎ2y、およびｎ2zと呼ぶことができる。材料が等方性である場合、ｘ、ｙ、およびｚ屈折率は、すべて実質的に整合する。第１の繊維材料が複屈折性である場合、ｘ、ｙ、およびｚ屈折率の少なくとも１つが、他のものと異なる。
【００１８】
各繊維２０４内に、第１の繊維材料と第２の繊維材料との間に、多数の界面がある。界面を形成する材料の少なくとも１つが複屈折性である場合、界面は複屈折性界面と呼ばれる。たとえば、２つの材料が、界面において、それらのｘおよびｙ屈折率を示し、ｎ1x≠ｎ1y、すなわち、第１の材料が複屈折性である場合、界面は複屈折性である。複屈折性界面を含むポリマー繊維の異なる例示的な実施形態を、以下で説明する。
【００１９】
繊維２０４は、図にｘ軸として示された軸に略平行に配置される。ｘ軸に平行に偏光された光の、繊維２０４内の複屈折性界面における屈折率差ｎ1x−ｎ2xは、ｙ軸に平行に偏光された光の屈折率差ｎ1y−ｎ2yと異なることができる。したがって、１つの偏光状態について、繊維２０４内の複屈折性界面における屈折率差は比較的小さいことができる。いくつかの例示的な場合において、屈折率差は、０．０５未満であることができる。この状態は、実質的に屈折率が整合したと考えられる。この屈折率差は、０．０３未満、０．０２未満、または０．０１未満であることができる。この偏光方向がｘ軸に平行である場合、ｘ偏光が、本体２００を通過し、反射がほとんどまたはまったくない。換言すれば、ｘ偏光は、本体２００を高度に透過される。
【００２０】
繊維内の複屈折性界面における屈折率差は、直交偏光状態の光について、比較的高いことができる。いくつかの例示的な例において、屈折率差は、少なくとも０．０５であることができ、より大きい、たとえば０．１、または０．１５であることができるか、０．２であることができる。この偏光方向がｙ軸に平行である場合、ｙ偏光が、複屈折性界面において反射される。したがって、ｙ偏光は本体２００によって反射される。繊維２０４内の複屈折性界面が、互いに実質的に平行である場合、反射は本質的に正反射であることができる。一方、繊維２０４内の複屈折性界面が、互いに実質的に平行でない場合、反射は実質的に拡散であることができる。複屈折性界面のいくつかが平行であることができ、他の界面が非平行であることができ、これは、正成分および拡散成分の両方を含む反射光をもたらすことができる。また、複屈折性界面が、湾曲しているか、比較的小さい、換言すれば、入射光の波長の１桁以内であることができ、これは、拡散散乱をもたらすことができる。
【００２１】
すぐ上で説明された例示的な実施形態は、ｙ方向の比較的大きい屈折率差を伴うｘ方向の屈折率整合に関するが、他の例示的な実施形態が、ｘ方向の比較的大きい屈折率差を伴うｙ方向の屈折率整合を含む。
【００２２】
ポリマーマトリックス２０２は、実質的に光学的に等方性であることができ、たとえば、約０．０５未満、好ましくは０．０１未満の複屈折ｎ3x−ｎ3yを有することができ、ここで、ｘおよびｙ方向のマトリックスの屈折率は、それぞれ、ｎ3xおよびｎ3yである。他の実施形態において、ポリマーマトリックス２０２は複屈折性であることができる。したがって、いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスと繊維材料との間の屈折率差は、異なる方向において異なることができる。たとえば、ｘ屈折率差ｎ1x−ｎ3xは、ｙ屈折率差ｎ1y−ｎ3yと異なることができる。いくつかの実施形態において、これらの屈折率差の１つが、他方の屈折率差の少なくとも２倍も大きいことができる。
【００２３】
いくつかの実施形態において、屈折率差、複屈折性界面の広さおよび形状、ならびに複屈折性界面の相対位置は、入射偏光の１つの、他方の偏光より大きい拡散散乱をもたらすことができる。そのような散乱は、主として後方散乱（拡散反射）前方散乱（拡散透過）または後方散乱および前方散乱の両方の組合せであることができる。
【００２４】
ポリマーマトリックスおよび／または繊維での使用のための適切な材料としては、光波長の所望の範囲にわたって透明である熱可塑性および熱硬化性ポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態において、ポリマーが水に不溶性であることが特に有用であり得る。さらに、適切なポリマー材料が、アモルファスまたは半結晶性であることができ、ホモポリマー、コポリマー、またはそれらのブレンドを含むことができる。ポリマー材料例としては、ポリ（カーボネート）（ＰＣ）；シンジオタクチックおよびイソタクチックポリ（スチレン）（ＰＳ）；Ｃ１−Ｃ８アルキルスチレン；ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）およびＰＭＭＡコポリマーを含む、アルキル、芳香族、および脂肪族環含有（メタ）アクリレート；エトキシ化およびプロポキシ化（メタ）アクリレート；多官能性（メタ）アクリレート；アクリレート化エポキシ；エポキシ；ならびに他のエチレン不飽和材料；環状オレフィンおよび環状オレフィンコポリマー；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）；スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）；エポキシ；ポリ（ビニルシクロヘキサン）；ＰＭＭＡ／ポリ（フッ化ビニル）ブレンド；ポリ（フェニレンオキシド）合金；スチレンブロックコポリマー；ポリイミド；ポリスルホン；ポリ（塩化ビニル）；ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）；ポリウレタン；不飽和ポリエステル；低複屈折ポリエチレンを含むポリ（エチレン）；ポリ（プロピレン）（ＰＰ）；ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）などのポリ（アルカンテレフタレート）；ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）などのポリ（アルカンナフタレート）；ポリアミド；イオノマー；酢酸ビニル／ポリエチレンコポリマー；セルロースアセテート；セルロースアセテートブチレート；フルオロポリマー；ポリ（スチレン）−ポリ（エチレン）コポリマー；ポリオレフィンＰＥＴおよびＰＥＮを含むＰＥＴおよびＰＥＮコポリマー；ならびにポリ（カーボネート）／脂肪族ＰＥＴブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。（メタ）アクリレートという用語は、対応するメタクリレート化合物またはアクリレート化合物であると定義する。シンジオタクチックＰＳを除いて、これらのポリマーは、光学的に等方性の形態で使用することができる。
【００２５】
これらのポリマーのいくつかが、配向されると、複屈折性になることができる。特に、ＰＥＴ、ＰＥＮ、およびそれらのコポリマー、ならびに液晶ポリマーが、配向されると、比較的大きい複屈折値を明示する。ポリマーを、押出および延伸を含む異なる方法を用いて配向することができる。延伸は、ポリマーを配向するための特に有用な方法であり、というのは、それは、高配向度を可能にし、温度および延伸比などの、いくつかの容易に制御可能な外部パラメータによって制御することができるからである。配向されたおよび配向されていない、いくつかの例示的なポリマーの屈折率が、下記表Ｉに提供される。
【００２６】
【表１】
【００２７】
ＰＣＴＧおよびＰＥＴＧ（グリコール変性ポリエチレンテレフタレート）は、たとえば、テネシー州キングズポートのイーストマン・ケミカル・カンパニー（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮ）からイースター（Ｅａｓｔａｒ）（登録商標）ブランド名で入手可能なコポリエステルのタイプである。ＴＨＶは、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）からブランド名ダイニオン（Ｄｙｎｅｏｎ）（登録商標）で入手可能な、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびフッ化ビニリデンのポリマーである。ＰＳ／ＰＭＭＡコポリマーは、所望の屈折率値を達成するために、コポリマー中の成分モノマーの比を変化させることによって屈折率を「調整する」ことができるコポリマーの例である。「Ｓ．Ｒ．」と標記された列は延伸比を含む。１の延伸比が、材料が、延伸されておらず、配向されていないことを意味する。６の延伸比が、サンプルが、その元の長さの６倍に延伸されたことを意味する。正しい温度条件下で延伸される場合、ポリマー分子は配向され、材料は複屈折性になる。しかし、分子を配向することなく、材料を延伸することが可能である。「Ｔ」と標記された列は、サンプルが延伸された温度を示す。延伸されたサンプルは、シートとして延伸された。ｎx、ｎy、およびｎzと標記された列は、材料の屈折率に言及する。ｎyおよびｎzについて表に値が記載されていない場合、ｎyおよびｎzの値はｎxと同じである。
【００２８】
繊維の延伸下での屈折率の挙動は、シートを延伸する場合の結果と同様であるが必ずしも同じでない結果を与えることが予期される。ポリマー繊維を、所望の屈折率値を生じさせる任意の所望の値に延伸することができる。たとえば、いくつかのポリマー繊維が、少なくとも３の延伸比を生じさせるように延伸することができ、少なくとも６であることができる。いくつかの実施形態において、ポリマー繊維を、さらに、たとえば２０までの延伸比に、またはさらに延伸することができる。
【００２９】
複屈折を達成するための延伸のための適切な温度が、ケルビンで表現されたポリマー融点の約８０％である。複屈折を、また、押出およびフィルム形成プロセスの間に生じるポリマー溶融物の流れによって誘起される応力によって誘起することができる。複屈折を、また、フィルム物品内の繊維などの隣接した表面との整列によって生じさせることができる。複屈折は正または負であることができる。正の複屈折は、直線偏光の電界軸の方向が、ポリマーの配向または整列表面に平行である場合に最高屈折率になる場合と定義する。負の複屈折は、直線偏光の電界軸の方向が、ポリマーの配向または整列表面に平行である場合に最低屈折率になる場合と定義する。正の複屈折性のポリマーの例としては、ＰＥＮおよびＰＥＴが挙げられる。負の複屈折性のポリマーの例としては、シンジオタクチックポリスチレンが挙げられる。
【００３０】
所望の特性を光学体２００に与えるために、マトリックス２０２および／またはポリマー繊維２０４に、さまざまな添加剤を提供することができる。たとえば、添加剤は、次のもの、すなわち、耐候剤、ＵＶ吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤、酸化防止剤、分散剤、潤滑剤、帯電防止剤、顔料または染料、造核剤、難燃剤、および発泡剤の１つ以上を含むことができる。ポリマーの屈折率を変更するか、材料の強度を増加させるための他の添加剤を提供することができる。そのような添加剤としては、たとえば、ポリマービーズもしくはポリマー粒子およびポリマーナノ粒子などの有機添加剤、または、ガラス、セラミック、もしくは金属酸化物ナノ粒子、または、粉砕物、粉末、ビーズ、フレーク、もしくは微粒子ガラス、セラミック、もしくはガラスセラミックなどの無機添加剤を挙げることができる。これらの添加剤の表面に、ポリマーに結合するための結合剤を提供することができる。たとえば、シランカップリング剤をガラス添加剤とともに使用して、ガラス添加剤をポリマーに結合することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、マトリックス２０２、またはポリマー繊維２０４の成分が、不溶性、または少なくとも耐溶媒性であることが好ましいであろう。耐溶媒性である適切な材料の例としては、ポリプロピレン、ＰＥＴ、およびＰＥＮが挙げられる。他の実施形態において、マトリックス２０２、またはポリマー繊維２０４の成分が、有機溶媒に可溶性であることが好ましいであろう。たとえば、ポリスチレンから形成されたマトリックス２０２または繊維成分が、アセトンなどの有機溶媒に可溶性である。他の実施形態において、マトリックスが水溶性であることが好ましいであろう。たとえば、ポリ酢酸ビニルから形成されたマトリックス２０２または繊維成分が、水に可溶性である。
【００３２】
光学素子のいくつかの実施形態における材料の屈折率は、ｘ方向に、繊維の長さに沿って変わることができる。たとえば、素子は、均一な延伸を受けないことがあるが、いくつかの領域内で、他の領域内でより大きい程度に延伸することができる。したがって、配向可能な材料の配向度は、素子に沿って均一でなく、したがって、複屈折は、素子に沿って空間的に変わることができる。
【００３３】
さらに、マトリックス内に繊維を組入れることは、光学素子の機械的特性を向上させることができる。特に、ポリエステルなどのいくつかのポリマー材料が、繊維の形態で、フィルムの形態でより強く、したがって、繊維を含む光学素子が、繊維を含まない、同様の寸法のものより強いことができる。
【００３４】
ポリマー繊維２０４は、直線であることができるが、直線である必要はなく、たとえばポリマー繊維２０４は、よじるか、螺旋状にするか、捲縮することができる。
【００３５】
ポリマー繊維２０４は、多くの異なる方法でマトリックス２０２内に配列することができる。たとえば、図１に示されているように、繊維２０４を、マトリックス２０２の断面積にわたってランダムに位置決めすることができ、図２において、ｙ−ｚ平面内の異なる繊維２０４の位置はランダムである。他の断面配列を使用することができる。たとえば、光学素子３００の断面を示す図３Ａに概略的に示された例示的な実施形態において、繊維３０４は、マトリックス３０２内に一次元アレイで配列され、隣接した繊維３０４の間の規則的な間隔がある。この実施形態のいくつかの変更例において、隣接した繊維３０４の間の間隔は、すべての繊維３０４について同じである必要はない。光学素子３００は偏光子であることができる。
【００３６】
光学素子３１０の断面としての図３Ｂに概略的に示された別の例示的な実施形態において、繊維３１４は、マトリックス３１２内に規則的な二次元アレイで配列される。示された実施形態において、ｙ方向の隣接した繊維３１４の間の分離距離ｈyは、ｚ方向の隣接した繊維の間の分離距離ｈzと同じであるが、そうである必要はなく、図３Ｃに概略的に示されているように、ｚ方向の分離距離ｈzはｙ方向の分離距離ｈyと異なることができる。光学素子３１０は偏光子であることができる。
【００３７】
別の例示的な実施形態において、繊維３１４は、たとえば図３Ｄに概略的に示されているように、隣接した行の間でずれていることができ、六角形に詰められた繊維パターンを作る。繊維３１４の他の規則的なパターンを使用することができるか、繊維３１４の不規則なパターンを使用することができる。
【００３８】
繊維３１４は、すべて、ｘ軸に実質的に平行であることができるが、そうである必要はなく、いくつかの繊維３１４が、ｘ軸に対してより大きいかまたはより小さい角度であることができる。たとえば、図３Ｄに示され、図３Ｅにさらに示された光学素子３１０の例において、繊維３１４が、ｙ−ｚ平面に平行な平面内で互いに平行に、しかし、ｘ軸に対して第１の角度θ１にあるように、繊維３１４の第１の行３１６ａを配向することができる。第２の行３１６ｂの繊維３１４は、また、ｙ−ｚ平面に平行な平面内で互いに平行に、しかし、必ずしも第１の角度に等しくない、ｘ軸に対する第２の角度θ２にあることができる。また、第３の行３１６ｃの繊維３１４は、ｙ−ｚ軸に平行な平面内で互いに平行に、しかし、ｘ軸に対して第３の角度θ３にあることができる。第３の角度は、第１または第２の角度に等しくても等しくなくてもよい。示された実施形態において、θ３の値はゼロに等しく、第３の行３１６ｃの繊維３１４はｘ軸に平行である。しかし、θ１、θ２、およびθ３の異なる値は、９０°まで達することができる。
【００３９】
そのような配列は、１つの行の繊維が、第１の波長帯域内の光について効果的であり、別の行の繊維が、第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域内の光について効果的である場合に、特に有用であることができる。第１の行３１６ａの繊維３１４が、赤色帯域幅内の反射偏光において効果的であり、第２の行３１６ｂの繊維３１４が、青色帯域幅内の反射偏光において効果的である例示的な例を考慮されたい。したがって、光学素子３１０が、赤色光および青色光の混合で照明されるべきであった場合、繊維３１４の第１の行３１６ａは、青色光をすべて通過させ、角度θ１で偏光された赤色光を透過する。繊維３１４の第２の行３１６ａは、角度θ１で偏光された赤色光を透過し、また、角度θ２に平行に偏光された青色光を透過する。角度θ１およびθ２が９０°だけ離された場合、素子３１０は、１つの偏光状態の赤色光、および直交偏光状態の青色光を透過する。同様に、反射青色光は、反射赤色光に直交して偏光される。繊維３１４の異なる数の行を、各角度で整列させ、各色帯域について使用することができることが理解されるであろう。
【００４０】
いくつかの実施形態において、繊維３１４の密度は、光学素子３００、３１０内で一定であることができるか、光学素子３００、３１０内で変わることができる。たとえば、繊維３１４の密度は、光学素子３００、３１０の１つの側から減少することができるか、何らかの他の態様で変わることができる。これをさらに示すために、図３Ｆは、繊維３１４の密度が素子３１０にわたって変わる光学素子３１０の実施形態を概略的に示す。特に、ｙ方向の隣接した繊維の間の間隔は、素子３１０にわたってｙのすべての位置について一定ではない。図３Ｇは、繊維３１４の密度が素子３１０を通して変わる光学素子３１０を概略的に示す。特に、ｚ方向の隣接した繊維の間の間隔は、素子３１０を通してｚのすべての位置について一定ではない。他の変更例が可能であり、たとえば、最も近い隣の繊維の間の間隔は、ｙ方向およびｚ方向の両方において変わることができる。
【００４１】
別の実施形態が図３Ｈに概略的に示されており、光学素子３２０が、マトリックス３２２内に埋込まれたポリマー繊維３２４を有する。この特定の実施形態において、隣接した繊維３２４の中心間の間隔は、図の中心における１つの領域内で、両側の隣り合っている領域に対して低減される。したがって、充填率、すなわち、繊維３２４によって占められる素子３２０の断面積の割合は、その領域内で増加される。充填率のそのような変化は、たとえば、光源３２６から素子３２０を透過された光の均一性を向上させるために、有用であることができる。これは、たとえば、素子３２０が、別々の光源によって照らされる直視スクリーンに含まれる場合、重要であることができ、そのようなデバイスにおいて、見る人に、均一な照明の画像を与えることが重要である。光源が均一な拡散体の後ろに配置される場合、拡散体を透過された光の輝度は、光源の上で最高である。図３Ｈに示された充填率の変化を使用して、光源３２６のすぐ上の拡散の量を増加させることができ、したがって、透過光の強度の不均一性を低減する。
【００４２】
本開示の光学素子は、平坦な表面、たとえば、図１Ａおよび図１Ｂに示されているようなｘ−ｙ平面に平行な平坦な表面を有することができる。素子は、また、所望の光学効果を、偏光子を透過された、または偏光子によって反射された光に与えるように構造化された１つ以上の表面を含むことができる。たとえば、図３Ｉに概略的に示された１つの例示的な実施形態において、偏光子であることができる光学素子３３０は、いくつかのポリマー繊維３３４を含むマトリックス３３２で形成され、１つ以上の湾曲した表面３３６を有することができる。湾曲した表面３３６は、集束または非集束（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）の屈折力を、表面３３６を透過された光に与える。示された実施形態において、光線３３８が、湾曲した屈折表面３３６によって集束された、光学素子３３０の透過軸に平行に偏光された光線の例を表す。他の例示的な実施形態において、それを通って光が素子３３０に入る素子３３０の入力表面が、湾曲していることができるか、他の表面構造であることができる。さらに、それを通って透過光が光学素子３３０を出る出力表面上の表面構造があることができる。表面構造の例としては、フレネルレンズ構造などの構造が挙げられる。そのような構造は、また、屈折力を、構造化表面を通過する光に与えると考えられる。
【００４３】
入力表面および出力表面のいずれかまたは両方の構造化表面は、また、湾曲した領域に加えて、または湾曲した領域の代わりに、直線領域を含むことができる。たとえば、図３Ｊに概略的に示された別の例示的な実施形態において、ポリマー繊維３４４を含むマトリックス３４２で形成された光学素子３４０に、輝度向上表面と呼ばれるプリズム構造化表面３４６を設けることができる。輝度向上表面は、一般に、ディスプレイパネルを照明する光の円錐角を低減し、したがって、見る人のための軸上輝度を増加させるために、たとえばバックライト液晶ディスプレイに使用される。図は、素子３４０に非垂直に入射する２つの光線３４８および３４９の例を示す。光線３４８は、素子３４０によって透過される偏光状態であり、また、構造化表面３４６によってｚ軸の方にそらされる。光線３４９は、素子３４０によって拡散反射される偏光状態である。輝度向上表面は、示されているように、プリズム構造が、またｘ軸に平行である繊維３４４に平行であるように配列することができる。他の実施形態において、プリズム構造は、繊維の方向に対して、ある他の角度にあることができる。たとえば、リブは、繊維に垂直なｙ軸に平行に、またはｘ軸とｙ軸との間のある角度にあることができる。
【００４４】
構造化表面を、任意の適切な方法を用いて、マトリックス上に形成することができる。たとえば、マトリックスを、その表面が、工具表面がポリマーマトリックスの表面上に所望の形状を生じさせる微細複製工具などの工具の表面と接触する間、硬化させることができる。
【００４５】
ポリマー繊維は、光学素子の異なる領域にわたって存在することができる。図３Ｊにおいて、ポリマー繊維３４４は、構造化表面３４６によって形成された構造３４７内に配置されないが、素子３４０の主本体３４１内にのみ配置される。他の実施形態において、ポリマー繊維３４４を異なって分配することができる。たとえば、図３Ｋに概略的に示された光学素子３５０において、ポリマー繊維３４４は、素子３５０の主本体３４１、およびまた構造化表面３４６によって形成された構造３４７内の両方の中に配置される。図３Ｌに概略的に示された別の例において、ポリマー繊維３４４は、素子３６０の構造３４７内にのみ配置され、素子３６０の主本体３４１内に配置されない。
【００４６】
本発明の別の例示的な実施形態が図３Ｍに概略的に示されており、素子３７０はマトリックス３７２内のポリマー繊維３７４を有する。この特定の実施形態において、繊維３７４ａのいくつかが、マトリックス３７２内に完全に埋込まれないが、マトリックス３７２の表面３７６を貫通する。
【００４７】
いくつかの例示的な実施形態において、偏光子内に配置されたポリマー繊維は、少なくとも、複屈折性材料、および別の材料、たとえば、実質的に非複屈折性の材料を含む、大量の異なるポリマー材料を含む。これらの異なる材料を、多くの異なる方法で、たとえば、規則的な交互の層で、または、他方の材料の「プール」内に配置された一方の材料の微細な繊維として、配列することができる。多数の内部複屈折性界面を含むポリマー繊維のいくつかの異なる例示的な実施形態を以下で説明する。マトリックス材料は、繊維の複屈折性材料よりより小さい複屈折を有することができるか、複屈折を有さないことができるか、反対に複屈折性であることができる。たとえば、繊維内の複屈折性材料がｎx＞ｎyを有する場合、マトリックス材料はｎy＞ｎxを有することができる。
【００４８】
好ましい例示的な実施形態において、複屈折性材料は、配向されると屈折率の変化を経るタイプのものである。したがって、繊維が配向されると、屈折率整合または不整合が、配向の方向に沿って生じる。配向パラメータおよび他の処理条件の注意深い操作によって、複屈折性材料の正のまたは負の複屈折を用いて、所与の軸に沿った光の一方または両方の偏光の拡散反射または透過を誘起することができる。透過と拡散反射との間の相対比は、繊維内の複屈折性界面の集中、繊維の寸法、複屈折性界面における屈折率の差の二乗、複屈折性界面のサイズおよびジオメトリ、ならびに入射放射線の波長または波長範囲などであるがこれらに限定されないいくつかの要因に依存する。
【００４９】
特定の軸に沿った屈折率整合または不整合の大きさは、その軸に沿って偏光された光の散乱度に影響を及ぼす。一般に、散乱パワーは、屈折率不整合の二乗として変わる。したがって、特定の軸に沿った屈折率の不整合が大きいほど、その軸に沿って偏光された光の散乱が強い。逆に、特定の軸に沿った不整合が小さいとき、その軸に沿って偏光された光が、より小さい程度に散乱され、本体の体積を通る透過はますます正反射になる。
【００５０】
ある軸に沿って、非複屈折性材料の屈折率が複屈折性材料の屈折率と整合する場合、複屈折性材料の部分のサイズ、形状、および密度にかかわらず、電界がこの軸に平行な状態で偏光された入射光が、散乱されないで繊維を通過する。さらに、その軸に沿った屈折率が、また、偏光子本体のポリマーマトリックスの屈折率に実質的に整合する場合、光は、実質的に散乱されないで本体を通過する。本開示の目的のため、屈折率間の差が、多くとも０．０５未満、好ましくは、０．０３、０．０２、または０．０１未満であるとき、２つの屈折率の間の実質的な整合が生じる。
【００５１】
複屈折性材料と非複屈折性材料との間の屈折率が、ある軸に沿って整合しない場合、繊維は、この軸に沿って偏光された光を散乱させるか反射する。散乱の強度は、少なくとも部分的に、寸法が約λ／３０より大きい所与の断面積を有する散乱体について、屈折率不整合の大きさによって定められ、ここで、λは、偏光子内の入射光の波長である。不整合の界面の厳密なサイズ、形状、および整列は、どのくらい多くの光がその界面からさまざまな方向に散乱または反射されるかを定める役割を果たす。散乱層の密度および厚さが十分である場合、多数の散乱理論によれば、散乱体サイズおよび形状の詳細にかかわらず、入射光が、反射または吸収されるが、透過されない。
【００５２】
偏光子での使用前、繊維は、好ましくは、複屈折性材料と非複屈折性材料との間の屈折率差が、第１の軸に沿って比較的大きく、他の２つの直交する軸に沿って小さいように、延伸し、クロス延伸面内方向のいくらかの寸法緩和を可能にすることによって処理される。これは、異なる偏光の電磁放射線について大きい光学的異方性をもたらす。
【００５３】
本発明の範囲内の偏光子のいくつかが、楕円拡散偏光子である。一般に、楕円拡散偏光子は、延伸方向および非延伸方向の両方に沿って複屈折性材料と非複屈折性材料との間の屈折率の差を有する繊維を使用し、１つの偏光の光を拡散透過または反射することができる。繊維内の複屈折性材料は、また、ポリマーマトリックス材料との複屈折性界面を形成することができ、この場合、これらの界面は、また、延伸方向およびクロス延伸方向の両方について、屈折率不整合を含むことができる。
【００５４】
前方散乱と後方散乱との比は、複屈折性材料と非複屈折性材料との間の屈折率の差、複屈折性界面の集中、複屈折性界面のサイズおよび形状、ならびに繊維の総厚さに依存する。一般に、楕円拡散体が、複屈折性材料と非複屈折性材料との間の比較的小さい屈折率差を有する。
【００５５】
本発明による繊維での使用のために選択される材料、およびこれらの材料の配向度は、好ましくは、完成した繊維内の複屈折性材料および非複屈折性材料が、関連した屈折率が実質的に等しい、少なくとも１つの軸を有するように選択される。典型的には配向の方向に直角な軸であるが、必ずしもそうではない、その軸と関連する屈折率の整合は、その偏光面内の光の反射が実質的にないことをもたらす。
【００５６】
内部複屈折性界面を有し、かつ、上で説明された偏光子のいくつかの実施形態に使用することができるポリマー繊維の１つの例示的な実施形態が、多層繊維である。多層繊維は、その少なくとも１つが複屈折性である、異なるポリマー材料の多数の層を含む繊維である。いくつかの例示的な実施形態において、多層繊維は、一連の、第１の材料および第２の材料の交互の層を含み、第１の材料は光学的に等方性であり、第２の材料は、複屈折性であり、第１の材料の屈折率とほぼ同じ、１つの軸に沿った屈折率と、等方性材料の屈折率と異なる、直交する軸に沿った屈折率とを有する。そのような構造は、たとえば米国特許第５，８８２，７７４号明細書に、より大きい長さで記載されている。
【００５７】
多層繊維４００の１つの例示的な実施形態の断面が、図４Ａに概略的に示されている。繊維４００は、第１の材料４０２および第２の材料４０４の交互の層を含む。第１の材料は複屈折性であり、第２の材料は実質的に等方性であり、それにより、隣接した層の間の界面４０６は複屈折性である。この特定の実施形態において、界面４０６は、実質的に平面であることができ、繊維４００の長さに沿って延在することができる。
【００５８】
繊維４００は、クラッディング層４０８によって囲むことができる。クラッディング層４０８は、第１の材料４０２、第２の材料４０４、繊維が埋込まれたポリマーマトリックスの材料、または何らかの他の材料から製造することができる。クラッディング４０８は、デバイス全体の性能に機能的に寄与することができるか、クラッディングは、機能を行わないことができる。クラッディング４０８は、繊維およびマトリックスの界面における光の偏光解消を最小にすることによってなど、反射偏光子の光学的特性を機能的に向上させることができる。任意に、クラッディング４０８は、繊維と連続相材料との間の所望のレベルの接着をもたらすことによってなど、偏光子を機械的に向上させることができる。いくつかの実施形態において、クラッディング４０８は、たとえば、繊維４００と周囲のポリマーマトリックスとの間のいくらかの屈折率整合をもたらすことによって、反射防止機能を提供するために使用することができる。
【００５９】
繊維４００は、繊維４００の所望の光学特徴に依存して、異なる数の層で、および異なるサイズで、形成することができる。たとえば、繊維４００は、約１０の層から何百もの層で、関連した厚さ範囲で、形成することができる。繊維４００の幅の制限はないが、幅の好ましい値は、５μｍから約５０００μｍの範囲内に入ることができるが、繊維幅は、また、この範囲の外側になることができる。
【００６０】
材料の多数の層を多層フィルムに共押出しし、次いで、複屈折性材料を配向し、複屈折性界面を生じさせるようなその後の延伸工程によって、多層繊維４００を製造することができる。多層シートをスライスすることによって、多層繊維を得ることができる。複屈折性界面を含む多層シートを製造するためのいくつかの方法が、たとえば、米国特許第５，２６９，９９５号明細書；米国特許第５，３８９，３２４号明細書；および米国特許第５，６１２，８２０号明細書に、さらに記載されている。
【００６１】
複屈折性材料として使用することができる適切なポリマー材料のいくつかの例としては、上で説明されたような、ＰＥＴ、ＰＥＮ、およびそれらのさまざまなコポリマーが挙げられる。非複屈折性材料として使用することができる適切なポリマー材料のいくつかの例としては、上で説明された光学的に等方性の材料が挙げられる。
【００６２】
多層繊維の他の構成を使用することができる。たとえば、多層繊維４２０の別の例示的な実施形態を、交互の第１の材料４２２および第２の材料４２４の同心層で形成することができ、第１の材料４２２は複屈折性であり、第２の材料４２４は等方性である。この例示的な実施形態において、繊維４２０は、繊維４２０に沿って延在する、交互の層４２２、４２４の間の同心複屈折性界面４２６を含む。
【００６３】
繊維４２０の外層４２８を、第１および第２の材料、偏光子のポリマーマトリックスに使用されるのと同じポリマー材料、または何らかの他の材料の１つから形成することができる。
【００６４】
繊維４２０は、反射および波長依存などの所望の光学特徴を提供するために、任意の適切な数の層および層厚さで形成することができる。たとえば、繊維４２０は、１０の層から何百もの層を含むことができる。同心繊維４２０は、多層形態を共押出しし、次いで、延伸して複屈折性材料を配向することによって、形成することができる。平坦な多層繊維４００での使用のために上に記載された材料のいずれかを、また、同心繊維４２０に使用することができる。
【００６５】
異なるタイプの断面を有する多層繊維も使用することができる。１つのそのような例が、図４Ｃに断面で概略的に示された多層繊維４４０である。この繊維は、多数の、第１の材料４４２および第２の材料４４４の交互の層を含み、第１の材料４４２は複屈折性であり、第２の材料４４４は光学的に等方性である。異なる層の間に形成された複屈折性界面４４６は、平坦な部分４４６ａと、湾曲した部分４４６ｂとを有し、繊維４４０に沿って延在する。異なる層の特定の断面形状は、主として、繊維４４０を共押出しするために使用されるフィードブロックの形状によって、およびまた、いかなるその後の繊維４４０の形成によっても定められる。
【００６６】
外層４４８は、第１または第２の材料、繊維４４０が埋込まれたポリマーマトリックスと同じ材料、または何らかの他の材料から形成することができる。外層４０８、４２８、４４８の材料は、ポリマー繊維と周囲のポリマーマトリックスとの間の所望の接着特性を提供するように選択することができる。たとえば、いくつかの実施形態において、外層４０８、４２８、４４８は、ポリエステル樹脂、シラン、または、ポリマー繊維とポリマーマトリックスとの間の接着を増加させるために使用される何らかの他の剤から形成することができる。他の実施形態において、外層４０８、４２８、４４８は、ポリマー繊維と周囲のポリマーマトリックスとの間の接着を低減する材料、たとえば、フルオロカーボン材料、シリコーン材料などから製造することができる。いくつかの実施形態において、たとえば、ポリマー繊維とポリマーマトリックスとの間のいくらかの屈折率整合をもたらすことによって、反射防止機能を提供するために、外層を使用することができる。
【００６７】
多層繊維が、繊維断面上で平坦な部分を有する複屈折性界面を含む場合、ある範囲の選択された効果をもたらすように、平坦な部分の配向を偏光子内で制御することができる。たとえば、図４Ｄに概略的に示された偏光子４５０の例示的な実施形態において、偏光子４５０は、複屈折性界面が一般に偏光子４５０の表面４５６と平行に整列された繊維４５４が埋込まれたマトリックス４５２を含む。入射光４５８が偏光されていない場合、偏光子は、１つの偏光状態の光４６０を通過させ、直交偏光状態の光４６２を反射する。示された実施形態において、透過光４６０は図の平面の外に偏光され、反射光４６２は図の平面に平行に偏光される。
【００６８】
この例示的な実施形態において、反射光４６２は、かなりの正成分を含むことができ、というのは、繊維４５４の複屈折性界面が互いに平行に整列されるからである。反射光４６２は、また、たとえば、表面および回折効果によって、ならびに、また、繊維４５４の間の真の平行からの整列不良のため、拡散成分を含むことができる。さらに、複屈折性界面が表面４５６に平行に整列されるので、偏光子４５０は、反射偏光状態の光について、幾分、鏡のように機能する。
【００６９】
偏光子４７０の別の例示的な実施形態が、図４Ｅに断面で概略的に示されている。この偏光子４７０において、繊維４５４は、複屈折性界面の平坦な部分が互いに実質的に平行な状態で整列される。しかし、この場合、複屈折性界面の平坦な部分は、表面４５６に平行に整列されないが、表面４５６に非平行に整列される。非偏光入射光４５８が、透過偏光状態の光４６０の透過、および反射偏光状態の光４６２の反射をもたらす。この場合、入射光が表面４５６に垂直に入射すると、反射光４６２を、一般に、表面４５６に非垂直な方向に反射することができる。反射光４６２は、偏光子４７０の側に向けられるということができる。
【００７０】
偏光子４８０の別の例示的な実施形態が、図４Ｆに断面で概略的に示されている。この偏光子４８０において、繊維４５４は、複屈折性界面の平坦な部分がすべて平行な状態で整列されないが、偏光子４８０にわたって所望の配向プロファイルで配向される。説明のため、複屈折性界面の平坦な部分に対する法線４８２と表面４５６に対する法線４８４との間に形成された角度θを規定することが有用である。θの値は、偏光子４８０にわたって変わることができる。示された実施形態において、偏光子４８０の左側の方の繊維４５４は、θの値が＋θ0であるように配向される。したがって、偏光子４８０のこの部分から反射された光４６２Ｌは、右の方に向けられる。偏光子４８０の右側の方の繊維４５４は、θの値が−θ0であるように配向され、したがって、偏光子のこの側から反射された光４６２Ｒは、左の方に向けられる。偏光子の中心において、複屈折性界面の平坦な部分および表面４５６に対する法線４８２、４８４は、ほぼ平行であり（すなわち、θ＝０）、したがって、偏光子４８０の中心で反射された光４６２Ｃは、表面４５６上でほぼ入射角で反射される。
【００７１】
光を所定のプロファイルで反射するように、θが偏光子４８０にわたって変わる態様を選択することができることが理解されるであろう。たとえば、示された実施形態において、反射光を、ほぼ、偏光子の前の焦点に導くことができる。示されていない別の例示的な実施形態において、反射光が、偏光子の前ではなく、偏光子の側の焦点に導かれるように、複屈折性界面の平坦な部分を配向することができる。
【００７２】
偏光子４９０の別の例示的な実施形態が、図４Ｇに概略的に示されている。この偏光子４９０において、異なる繊維４５４の複屈折性界面の平坦な部分は、ランダムに配向される。結果として、反射光４６２は、多少拡散的に反射される。
【００７３】
反射光が、多少、正反射されるか、拡散反射されるか、正特徴および拡散特徴のある組合せで反射されるように、複屈折性界面の平坦な部分の相対配向を選択することができることが理解されるであろう。
【００７４】
いくつかの例示的な実施形態において、繊維４５４は、それらの長さに沿って、表面４５６に対して、一定の配向を維持する。他の例示的な実施形態において、繊維４５４のいくつかまたはすべてを、それらの長さに沿って撚ることができる。
【００７５】
内部複屈折性界面を有するポリマー繊維の別の例示的な実施形態が、ポリマー充填剤が浸透された多数の散乱繊維を含む複合繊維である。例示的な複合繊維の断面の例が、図５Ａに概略的に示されている。複合繊維５００は、散乱繊維５０２間の充填剤５０４とともに、多数の散乱繊維５０２を含む。いくつかの実施形態において、散乱繊維５０２または充填剤５０４の少なくとも一方が複屈折性である。たとえば、いくつかの例示的な実施形態において、散乱繊維５０２の少なくともいくつかを複屈折性材料から形成することができ、充填剤材料５０４は非複屈折性であることができる。他の例示的な実施形態において、散乱繊維５０２は非複屈折性であることができ、充填剤材料５０４は複屈折性である。他の実施形態において、散乱繊維５０２および充填剤５０４の両方が複屈折性であることができる。これらの異なる変更例において、散乱繊維５０２の材料と充填剤材料５０４との間の各界面５０８は、複屈折性材料と別の材料との間の界面であり、すなわち、複屈折性界面であり、選択された偏光状態の光の優先的な反射または散乱に寄与することができる。これらの異なる実施形態の各々において、複合繊維が埋込まれたポリマーマトリックスは、光学的に等方性または複屈折性であることができる。
【００７６】
いくつかの他の実施形態において、繊維５００は、等方性充填剤材料５０４とともに等方性散乱繊維５０２から製造することができる。そのような場合、繊維５００が埋込まれたマトリックスは複屈折性である。
【００７７】
複合繊維５００は、異なる断面形状を呈することができる。図５Ａにおいて、複合繊維５００は円形断面形状を有する。それぞれ図５Ｂおよび図５Ｃに概略的に示された複合繊維５１０および５２０の他の例示的な実施形態は、楕円形および正方形断面形状を有する。他の断面形状、たとえば、規則的なおよび不規則な多角形形状、または湾曲した辺および直線の辺を組合せる断面形状を使用することができる。示された実施形態は、例示にすぎないことが意図され、決して限定することは意図されていない。
【００７８】
複合繊維に、任意に、外層５０６を設けることができる。外層５０６は、たとえば、複合繊維と複合繊維が埋込まれたポリマーマトリックスとの間の接着に影響を及ぼすために使用することができる。いくつかの実施形態において、外層５０６は、複合繊維とポリマーマトリックスとの間の接着を増加させる材料、たとえば、ポリエステル樹脂コーティング、シランコーティング、または、ポリマーマトリックスとポリマー繊維との間の接着を増加させるために使用される他のプライマーから形成することができる。他の実施形態において、外層５０６は、ポリマー繊維と周囲のポリマーマトリックスとの間の接着を低減する材料、たとえば、フルオロカーボン材料、シリコーン材料などから製造することができる。いくつかの実施形態において、外層５０６は、たとえば、繊維５００と周囲のポリマーマトリックスとの間のいくらかの屈折率整合をもたらすことによって、反射防止機能を提供するために使用することができる。
【００７９】
散乱繊維の位置は、たとえば、図５Ａ〜５Ｃの例示的な実施形態に概略的に示されているように、複合繊維の断面内でランダムであることができる。散乱繊維の他の断面配列を使用することができる。たとえば、散乱繊維５０２を、複合繊維５３０の断面内に規則的に配列することができる。たとえば、図５Ｄに示された繊維５３０の例示的な実施形態は、ｙ方向の隣接した散乱繊維５０２の間の分離距離ｄyが、ｚ方向の隣接した散乱繊維５０２の間の分離距離ｄzと同じである二次元アレイで配列された散乱繊維５０２を示す。図５Ｅに示された繊維５４０の例示的な実施形態において、散乱繊維５０２は、ｙ方向の分離距離ｄyがｚ方向の分離距離ｄzと異なる二次元アレイで配列される。図５Ｄおよび図５Ｅの散乱繊維５０２は、矩形格子パターンにあり、これは、図５Ｄの正方形格子パターンを含むことが理解される。複合繊維５３０、５４０が、可視光で使用されるべきである場合、隣接した散乱繊維５０２の間の間隔は、たとえば、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることができる。
【００８０】
散乱繊維５０２の他の規則的な配列が可能である。たとえば、図５Ｆに断面で概略的に示された複合繊維５５０において、散乱繊維５０２は、ｙ方向に沿って行にあり、隣接した行はｙ方向に互いにずれている。この特定の実施形態において、隣接した行の間のずれは、散乱繊維５０２が、正方形または矩形パターンではなく、六角形パターンで配列されるようなものである。図５Ｆの配列の変更例が、図５Ｇの複合繊維５５５について概略的に示されており、最も近い隣り合う散乱繊維５０２の間の分離は、ｚ方向において、ｙ方向においてより大きい。
【００８１】
他の例示的な実施形態において、散乱繊維５０２は他のパターンを形成することができる。たとえば、散乱繊維を、規則的なアレイ内の、いくつかの、しかしすべてではない位置を充填するように配列することができる。さらに、空間または間隙を、隣接した散乱繊維または散乱繊維のグループの間に導入することができる。そのようなグループまたは空間および間隙のサイズおよび分布は、特に望ましいスペクトル特徴を生じさせるように選択することができる。たとえば、散乱繊維のいくつかの配列が、特定の波長範囲内の光について、フォトニック結晶として作用することができ、これは、スペクトル的に選択的な反射および／または透過をもたらすことができる。フォトニック結晶フォトニック繊維が、代理人整理番号６０３７１ＵＳ００２を有する、２００５年２月２８日に出願された、「複合ポリマー繊維（ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＰＯＬＹＭＥＲ ＦＩＢＥＲＳ）」という名称の共有米国特許出願第１１／０６８，１５８号明細書に、さらに記載されている。
【００８２】
可能な散乱繊維配列の網羅的でない選択を示す複合繊維の付加的な例示的な実施形態をここで説明する。
【００８３】
図５Ｈに概略的に示された複合繊維５６０の例示的な実施形態において、いくつかの散乱繊維５０２が、繊維５６０の中心の周りの領域内に規則的に配列されるが、繊維５６０の中心部分は散乱繊維がない。図５Ｉに概略的に示された複合繊維５６５の別の例において、散乱繊維５０２は同心リング５０６で配列される。散乱繊維５０２のサイズ、ならびに間隙および／または同心リングのサイズは、透過および／または反射などの特定の光学特性のために選択することができる。図５Ｉに示された例において、散乱繊維は、六角形格子によって設定された位置にリングで配置されるように示されている。これは、必要な条件ではなく、散乱繊維５０２は、たとえば図５Ｊに概略的に示されているように、半径方向に同心のパターンで形成することができる。
【００８４】
いくつかの実施形態において、散乱繊維５０２は、すべて、同じサイズである必要はない。たとえば、図５Ｊおよび図５Ｋに示された複合繊維５７０および５７５の実施形態について示されているように、複合繊維は、異なる断面サイズの散乱繊維を含むことができる。これらの特定の実施形態において、散乱繊維５０２ａは、散乱繊維５０２ｂより断面が比較的より大きい。散乱繊維５０２は、少なくとも２つの異なるサイズのグループに分かれることができ、実際には、すべて、異なるサイズであることができる。さらに、たとえば図５Ｉに示されているように、散乱繊維５０２を複合繊維の中心に配置することができるか、複合繊維の中心に散乱繊維５０２がないことができ、たとえば、散乱繊維５０２ａは、図５Ｊの複合繊維５７０の中心を囲んで位置決めされるが、複合繊維５７０の中心に位置決めされない。実際には、散乱繊維５０２の寸法は、１つの値であるのではなく、ある範囲内に入ることができる。さらに、異なる散乱繊維５０２を異なる材料から形成することができる。
【００８５】
上で説明されたように、複合繊維は、形状が円形である必要はなく、非円形断面を有することができる。図示において、図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ正方形パターンおよび六角形パターンで散乱繊維５０２を含む非円形複合繊維６００、６１０を示す。非円形繊維は、その散乱繊維５０２が、規則的な格子パターン上のポイントに位置決めされることができるが、格子パターンのすべての位置が散乱繊維５０２と関連する必要はない。たとえば、図６Ｃに概略的に示された非円形複合繊維６２０は、六角形格子上に位置決めされた散乱繊維５０２を含むが、いくつかの間隙６１２が繊維間に存在することができる。さらに、散乱繊維５０２によって形成されたパターンは、対称軸を有さない。
【００８６】
非円形複合繊維６３０、６４０の他の例示的な実施形態が、図６Ｄおよび図６Ｅに概略的に示されている。これらの例示的な非円形複合繊維６３０、６４０は、断面が正方形であり、異なる例示的なパターンで配列された散乱繊維５０２を含む。複合繊維６３０内の散乱繊維５０２は六角形格子パターン上に配列され、複合繊維６４０内の散乱繊維５０２は正方形格子パターンで配列される。各場合において、散乱繊維５０２の配列内の間隙がある。
【００８７】
本発明の範囲は、複合繊維内の散乱繊維のすべての配列を包含することが意図される。いくつかの例示的な配列において、散乱繊維の相対位置、散乱繊維のサイズ、および散乱繊維と充填剤材料との間の屈折率の差を、たとえば反射および／または透過における、所望のスペクトル的に選択的な特性を、複合繊維に与えるように設定することができる。そのようなスペクトル的に選択的な特性の例としては、反射および透過が挙げられるが、これらに限定されない。複合繊維のいくつかの実施形態において、散乱繊維の断面位置は、入射光の非干渉性散乱をもたらすことができる。他の実施形態において、散乱繊維の位置は、フォトニック結晶特性を生じさせる散乱光の干渉性効果をもたらすことができる。複合繊維内の散乱繊維の平均密度は、大きい範囲、たとえば、約１％から約９５％、好ましくは約１０％から約９０％、より好ましくは約１０％から約５０％にわたることができるが、散乱繊維密度は、また、これらの範囲の外側になることができる。複合繊維は、代理人整理番号６０３７１ＵＳ００２を有する、２００５年２月２８日に出願された、「複合ポリマー繊維（ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＰＯＬＹＭＥＲ ＦＩＢＥＲＳ）」という名称の共有米国特許出願第１１／０６８，１５８号明細書に、より詳細に記載されている。
【００８８】
散乱繊維５０２のサイズは、散乱に著しい影響を及ぼすことができる。散乱効果のプロットとして、規格化されスケール変更された光学的厚さ（ＮＳＯＴ）が、散乱繊維の平均半径の関数として、図７に示されている。ＮＳＯＴは次の式によって与えられ、
ＮＳＯＴ＝τ（１−ｇ）／（ｔｆ）
式中、τは、光学厚さであり、ｔｋに等しく、ｋは、単位体積あたりの消光断面積（消光に対する平均自由行程の逆数）であり、ｔは、拡散体の厚さであり、ｆは、拡散体の体積分率であり、ｇは、非対称パラメータである。ｇの値は、純粋前方散乱の場合＋１であり、純粋後方散乱の場合−１であり、均等前方および後方散乱の場合ゼロである。プロットを生じさせるために使用された計算は、入射光の真空波長が５５０ｎｍであることを想定した。
【００８９】
図からわかるように、散乱効果は、約１５０ｎｍの半径においてピークに達し、約５０ｎｍ〜１０００ｎｍの半径範囲にわたって、最大の約半分の値を有する。散乱繊維は任意の所望の断面寸法を有することができるが、断面寸法は、約５５０ｎｍの波長を中心とする光について、約５０ｎｍから約２０００ｎｍの範囲内、より好ましくは約１００ｎｍから約１０００ｎｍの範囲内であることができる。断面寸法は、散乱繊維がほぼ円形断面を有する場合、直径であり、非円形繊維断面の場合、散乱繊維幅とみなすことができる。入射光の波長が、スペクトルの可視領域の外側に、たとえば紫外または赤外領域内にある用途のために、複合繊維が使用されている場合、散乱繊維のサイズは異なることができる。一般に、散乱繊維の断面寸法の好ましい範囲が、約λ／１０から約４λであり、ここで、λは光の真空波長である。光がある範囲の波長内に存在する場合、λの値は、波長範囲の中心値とみなすことができるが、複合繊維に、また、ある範囲の寸法を有する散乱繊維を設けることができる。
【００９０】
散乱繊維が小さすぎる、たとえば、複合繊維内の光の波長の約３０分の１未満、または真空中の５５０ｎｍにおける光について約０．０１２μｍ未満である場合、および、散乱繊維の密度が十分に高い、たとえば、複合繊維体積の約６０％〜８０％の範囲内である場合、偏光子は、任意の所与の軸に沿った散乱繊維および充填剤の屈折率にある程度存在する有効屈折率を有する媒体として機能し得る。そのような場合、光がほとんど散乱されない。散乱繊維の断面サイズが、光波長より著しく大きく、たとえば、波長の少なくとも約３倍以上になると、散乱効率は非常に低くなり、真珠光沢効果が生じることがある。
【００９１】
散乱繊維の断面寸法は、光学材料の所望の用途に依存して変わることができる。したがって、たとえば、散乱繊維の寸法は、特定の用途における対象となる光の波長に依存して変わることができ、異なる寸法が、可視光、紫外光、および赤外光を散乱または透過するために必要とされる。しかし、一般に、散乱繊維の寸法は、およそ、材料中の対象となる波長範囲内の光の最も小さい波長の約３０分の１より大きくなければならない。
【００９２】
所望の寸法範囲の上側において、散乱繊維の平均寸法は、好ましくは、材料中の対象となる波長範囲にわたる光の波長の２倍以下、好ましくは所望の波長の０．５未満である。
【００９３】
複合繊維内の散乱繊維の密度は、生じる散乱の量に影響を及ぼす。散乱繊維間の中心間の間隔が、約λ／１０から約２λであることが有用であることができ、ここで、λは、入射光の中心または平均真空波長である。
【００９４】
散乱繊維は、断面が円形であることができるが、円形である必要はなく、他の断面形状を有することができる。図６Ｆに断面で概略的に示された例示的な複合繊維６５０において、散乱繊維６５２は正方形断面を有する。断面の他の形状、たとえば、三角形、矩形、もしくは六角形などの、規則的なおよび不規則な多角形形状、または湾曲した辺および直線の辺を組合せる断面形状を使用することができる。散乱繊維の断面形状は、押出ダイの形状の結果であることができるか、押出後の光学素子の後処理の結果であることができる。本発明を、図に示されたそれらの断面形状を有する散乱繊維に限定することは意図されていない。
【００９５】
中心間の繊維間隔が不均一である場合、非円形断面を有する散乱繊維の使用が有用であり、というのは、それは、散乱繊維が、複合繊維の断面積のより大きい割合を充填することを可能にするからである。たとえば、散乱繊維が矩形格子上に配列され、中心間の間隔が、ｙ方向においてｚ方向の２倍も大きい場合、散乱繊維は、散乱繊維がｙ方向においてｚ方向より２倍も長い楕円形断面を有する場合、散乱繊維が円形であった場合より大きい複合繊維断面を充填する。
【００９６】
非円形断面を有する散乱繊維のいくつかの付加的な例示的な配列が、図６Ｇ〜６Ｉに概略的に示されている。非円形散乱繊維は、それらの断面形状がランダムな方向に配列された状態で配列することができる。他の実施形態において、散乱繊維の断面を、互いに対して整列させることができる。たとえば、図６Ｇにおいて、複合繊維６６０は、楕円形断面を有する散乱繊維６６２が埋込まれた充填剤５０４で形成される。この特定の実施形態において、散乱繊維６６２は、それらの断面楕円の長軸がｙ軸と平行な状態で整列される。
【００９７】
散乱繊維は、それらの断面がすべて整列した状態で配列する必要はないが、異なる散乱繊維が、複合繊維内の異なる整列を有することができる。図６Ｈに概略的に示された複合繊維６７０の例示的な実施形態において、散乱繊維６７２は楕円形断面を有し、いくつかの繊維６７２ａが、それらの長軸がｚ軸に平行な状態で配列され、他の繊維６７２ｂが、それらの短軸がｚ軸に平行な状態で配列される。散乱繊維６７２の約半分が各方向に整列される。また、繊維６７２ａおよび６７２ｂの集団は、複合繊維６７０の断面内で規則的に配列される。繊維６７２ａおよび６７２ｂの集団を、また、複合繊維６７０の断面内で不規則に配列することができることが理解されるであろう。
【００９８】
示された実施形態の他の変更例が可能である。たとえば、すべての散乱繊維が、同じ断面形状、サイズ、または整列を有する必要はない。さらに、散乱繊維は、複合繊維内のパターンを形成するように断面で整列させることができる。そのような複合繊維６８０の１つの特定の例が、図６Ｉに概略的に示されている。充填剤５０４は、２つの異なる断面形状を有する散乱繊維、楕円形繊維６８２および円形繊維６８４が埋込まれる。示された実施形態において、楕円形繊維６８２は、それらの楕円形断面の短軸が最も近い円形繊維６８４の方に向けられるように整列される。散乱繊維の他のパターンを使用することができる。
【００９９】
散乱繊維が非円形断面を有する場合、散乱繊維は、複合繊維内に撚られない状態であることができ、散乱繊維の面が、散乱繊維の長さに沿って、複合繊維の１つの面の方に配向される。他の例示的な実施形態において、散乱繊維を複合繊維内で撚ることができ、散乱繊維の長さに沿って異なるポイントにおいて、散乱繊維の面が、複合繊維の異なる面の方に配向される。
【０１００】
複合繊維の多くの実施形態において、複屈折性界面は、湾曲していることができるか、平坦であり、かつ整列されていないことができる。そのような実施形態において、光は複屈折性界面で多くの異なる方向に反射され、したがって、複合繊維は、光を散乱すると説明することができる。
【０１０１】
屈折率不整合が、複合繊維内の偏光依存散乱を促進するために依拠する主な要因であるが、複合繊維の断面形状も、散乱に影響を及ぼすことができる。たとえば、散乱繊維が、断面が楕円形である場合、楕円形断面形状は、後方散乱光および前方散乱光の両方の非対称拡散に寄与することができる。この影響は、屈折率不整合による散乱量を増加させる場合も減少させる場合もある。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、散乱繊維は、コアおよびシェル構造を有することができ、コアおよびシェルは、同じまたは異なる材料から製造されるか、コアは中空である。したがって、たとえば、散乱繊維は、均一なまたは不均一な断面の中空繊維であることができる。繊維の内部空間は、空であることができるか、固体、液体、または気体であることができ、有機または無機であることができる適切な媒体によって占めることができる。媒体の屈折率は、複屈折性界面における所望の反射度または散乱度を達成するように、複屈折性界面における屈折率差を考慮して選択することができる。適切な等方性ポリマー材料および複屈折性ポリマー材料を上で説明した。
【０１０３】
複合繊維を製造する１つの方法は、複合繊維を製造するために設計されたフィードブロックを使用して、ときにはまた「海島（ｉｓｌａｎｄ−ｉｎ−ｔｈｅ−ｓｅａ）」繊維として知られている多数の散乱繊維を共押出しすることである。そのような方法は、繊維科学技術ハンドブック：先端技術繊維パートＤ（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ： Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｉｂｅｒｓ Ｐａｒｔ Ｄ）、Ｖｏｌ．３；ルーイン（Ｌｅｗｉｎ）およびプレストン（Ｐｒｅｓｔｏｎ）（編）、マーセル・デッカー（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ）、１９９６年、ＩＳＢＮ ０−８２４７−９４７０−２に、より詳細に記載されている。この引例に記載されたものを含む他の繊維構造および断面分布を使用することができる。複合繊維を、押出後、延伸して、複屈折性材料を配向することができる。散乱繊維を含む素子を共押出しする方法のより詳細な説明が、米国特許出願第１１／０６８，１５９号明細書（２００５年２月２８日に出願された、「共連続相を有する複合ポリマー光学フィルム（ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＰＯＬＹＭＥＲＩＣ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭＳ ＷＩＴＨ ＣＯ−ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＰＨＡＳＥＳ）」、代理人整理番号６０４０１ＵＳ００２）に、示されている。
【実施例】
【０１０４】
複合繊維を共押出しする例において、１１８のレーザ機械加工プレートと、１１のエンドミル加工したプレートとを有するフィードブロックを、２つの入力ポートと、約１０００の「島」出力ポートとを有するように組立てた。フィードブロック内で、ポリマー経路は、すべて、実質的に等しい長さである。結果として生じる共押出物（ｃｏｅｘｔｒｕｄａｎｔ）複合繊維の断面が、図１４の写真に示されている。複合繊維は、テネシー州キングズポートのイーストマン・ケミカル・カンパニーによって供給された、ＰＥＴＧコポリエステル、イースター（登録商標）６７６３の充填剤「海」の中の、散乱繊維「島」としてのＰＥＮ（９０％）／ＰＥＴ（１０％）コポリマーを含んだ。押出された複合繊維は直径約２００μｍである。複合繊維は、延伸しなかったが、幾何学的形状を維持しながらの延伸で、約２５μｍの直径、すなわち、約８７％の直径の低減に達することができる。そのような延伸において、散乱繊維間の間隔は約５００ｎｍであろう。散乱繊維の断面寸法は、２つの異なるポリマー材料の流量の比に依存する。
【０１０５】
ポリマー繊維の適切な光学特性を、同心および平面の両方の多層構成、ならびに複合繊維内の多数の小さい散乱繊維（「海島」繊維）を含む繊維内部構造の使用によって、または他の方法によって、複屈折性界面で、先に説明されたように達成することができる。繊維内のポリマー複屈折性界面を含む所望の内部構造を発生させるための別の方法は、混和性でない（かつ少なくとも１つが複屈折性である）２つのポリマーを使用し、それらを繊維に押出すか、キャストするか、形成することである。処理すると、連続相および分散相が発生される。その後の処理または配向で、ポリマー繊維の内部構造に依存して、分散相は棒状または層状構造を呈することができる。さらに、ポリマー材料は、一方の偏光方向について、２つの材料の間に実質的な屈折率整合があり、他方の偏光について、比較的大きい屈折率不整合があるように、配向することができる。フィルムマトリックス内の分散相の発生は、米国特許第６，１４１，１４９号明細書により詳細に記載されている。
【０１０６】
このタイプの複屈折性ポリマー繊維は、分散相繊維と呼ぶことができる。分散相繊維８００の例が、図８Ａに概略的に示されており、分散相８０２は連続相８０４の内部にある。端面８０６は、繊維８００の断面を横切る分散相部分８０２のランダムな分布を示すための断面である。マトリックス８０４と分散相８０２との間の界面は複屈折性界面であり、したがって、偏光に敏感な反射または散乱が界面で生じる。
【０１０７】
分散相は、また、液晶小滴、液晶ポリマー、またはポリマーから形成することができる。分散相は、代わりに、空気（微小空隙）から構成することができる。いずれにせよ、分散相繊維内の分散相と連続相との間の界面は、反射偏光を含む所望の光学特性を誘起することができる。
【０１０８】
複屈折性ポリマー繊維を形成するための別の方法において、第１のポリマーを充填剤として使用するが、第２および第３のポリマーを散乱繊維のために使用して、複合繊維と同様に、繊維を形成することができる。いくつかの実施形態において、第２および第３のポリマーは互いに混和性でなく、第２および第３のポリマーの少なくとも１つが複屈折性である。第２および第３のポリマーを混合し、複合繊維内の散乱繊維として押出すことができる。処理すると、第１のポリマーは複合繊維の充填剤部分を形成し、散乱繊維は、それぞれ第２および第３のポリマーからの連続相および分散相の両方を含む。このタイプの繊維は分散相複合繊維と呼ばれる。分散相複合繊維８５０の例が、図８Ｂに概略的に示されており、分散相８５４を含む散乱繊維８５２を示す。散乱繊維８５２は充填剤８５６によって囲まれる。他の実施形態において、散乱繊維は第２のポリマーおよび第３の材料から形成することができ、第３の材料は、液晶材料、液晶ポリマー、またはポリマーである。
【０１０９】
同様に、同心多層繊維および非同心多層繊維は、層タイプの１つが第１のポリマーから構成され、第２の層タイプが、混和性でない２つのポリマーまたは材料の混合物から構成された交互の層から形成することができる。それらの場合において処理すると、いくつかの層が第１のポリマーを含み、いくつかの他の層が分散相および連続相の両方を含む状態で、交互の層が製造される。好ましくは、連続相および分散相の一方または両方が複屈折性である。その後の処理または配向で、第２のタイプの層内の分散相は、棒状または層状構造を呈することができる。
【０１１０】
散乱繊維、または層状繊維内の複屈折性領域のサイズ要件は、さまざまな実施形態すべての間で同様である。繊維のサイズ、または多層デバイス内の層の厚さは、所望の動作波長または動作波長範囲に依存する、連続相および分散相を含む層または繊維を含むシステムの所望のサイズスケールを達成するために、適切にスケールアップまたはスケールダウンする必要がある。
【０１１１】
本発明の偏光子に使用することができる別のタイプのポリマー繊維を、ここで、図９を参照して説明する。繊維はヤーン９００として形成される。ヤーン９００のいくつかの実施形態において、繊維は、たとえば、いくつかの多層繊維、分散相繊維、複合繊維、および／または分散相複合繊維をともに撚ることによって、ともに撚られたいくつかの複屈折性ポリマー繊維９０２から形成される。ヤーン９００は、配向された繊維をともに撚ってヤーンを形成することによって形成することができるか、配向可能な材料から製造された等方性繊維をともに撚り、次に、ヤーン９００を延伸して配向可能な材料を配向することによって、形成することができる。
【０１１２】
ヤーン９００は、複屈折性ポリマー繊維のみを含むことに限定されず、また、他の繊維、たとえば、等方性または複屈折性の他のポリマー材料の繊維；綿、絹、または麻などの天然繊維；および、ガラス繊維、ガラスセラミック繊維、またはセラミック繊維などの無機繊維を含むことができる。
【０１１３】
ヤーン９００は、ガラス材料、セラミック材料、および／またはガラスセラミック材料から構成された繊維または複数本の繊維を含むことができる。ガラスセラミック材料は、一般に、サイズが一般に１μｍより小さい、非常に小さい結晶９５〜９８体積パーセントを含む。いくつかのガラスセラミック材料が、５０ｎｍの小さい結晶サイズを有し、それらを可視波長において効果的に透明にし、というのは、結晶サイズが可視光の波長よりずっと小さいからである。これらのガラスセラミックスは、また、ガラス状領域および結晶領域の屈折率の間の有効差をほとんどまたはまったく有さないことができ、それらを視覚的に透明にする。透明性に加えて、ガラスセラミック材料は、ガラスの破壊強度を超える破壊強度を有することができ、ゼロの、または値が負でさえある熱膨張係数を有することが知られている。対象となるガラスセラミックスは、Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、およびＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2−ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、およびＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2を含むがこれらに限定されない組成物を有する。
【０１１４】
いくつかのセラミックスが、また、屈折率が適切に整合したマトリックスポリマー内に埋込まれた場合、透明に見えることができるほど十分に小さい結晶サイズを有する。ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能なネクステル（Ｎｅｘｔｅｌ）（登録商標）セラミック（Ｃｅｒａｍｉｃ）繊維が、このタイプの材料の例であり、すでに、糸、ヤーン、および織マットとして入手可能である。適切なセラミック材料またはガラスセラミック材料が、ガラスの化学（Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｇｌａｓｓｅｓ）、第２版（エー・ポール（Ａ．Ｐａｕｌ）、（チャップマン・アンド・ホール（Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ）、１９９０年）、およびセラミックス入門（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、第２版（ダブリュー・ディー・キンガリー（Ｗ．Ｄ．Ｋｉｎｇｅｒｙ）、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）、１９７６年）に、さらに記載されている。
【０１１５】
ヤーン９００は、ヤーン９００の全長にわたって延在しない、一般にステープル繊維と呼ばれる複数本の繊維を含むことができる。ヤーン９００はポリマーマトリックス内に封入することができ、マトリックスは、ヤーン９００を構成する繊維９０２の間の空間を充填する。他の実施形態において、ヤーン９００は繊維９０２間に充填剤を有することができる。
【０１１６】
ヤーン９００での使用のための適切な複屈折性ポリマー材料としては、ＰＥＴ、ＰＥＮを含むポリマー、テレフタレート、ナフタレート、または両方を含むコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。他の方法において、ヤーン９００は、ともに撚られた、多層繊維または複合繊維などの複屈折性繊維を含むことができる。
【０１１７】
一般に、ポリマー繊維の複屈折性界面は、細長く、繊維に沿った方向に延在する。いくつかの例示的な実施形態において、複屈折性繊維はｘ軸に平行にあり、したがって、拡散反射光は、ほとんど、繊維に垂直な平面、ｙ−ｚ平面内に散乱され、ｘ−ｚ平面内の散乱がほとんどない。
【０１１８】
本発明による偏光子を製造するための１つの方法を、ここで、図１０Ａ〜１０Ｄを参照して説明する。図１０Ａに概略的に示されているように、ポリマー繊維１００２が第１のポリマー層１００４上に置かれる。第２のポリマー層１００６をポリマー繊維１００２の上にキャストすることができる、図１０Ｂ。第１のポリマー層１００４および第２のポリマー層１００６は、同じポリマー材料であることができるか、異なる材料であることができる。必要な場合、さまざまな方法、たとえば、熱および圧力、溶媒コーティングおよび乾燥、現場重合、またはそれらの組合せによって、第２のポリマー１００６層を繊維１００２内に浸透させることができる。
【０１１９】
繊維１００２は、個別に置くことができ、個別のポリマー繊維の幅と同じまたはより大きい高さを有する繊維のスタックを構成することができるか、１つ以上のトウとして置くことができる。トウは、ともに撚られていない繊維の配列である。繊維１００２は、複合繊維、多層繊維、繊維ヤーン、任意の他の適切なタイプの繊維、またはそれらの組合せであることができる。特に、１つまたは複数のトウは、互いに実質的に平行である１組の繊維を形成することができる。繊維トウ１１０６の実施形態が、図１１に概略的に示されている。ポリマー繊維１００２に支持を与えるために、および、ポリマー繊維１００２をそれらの隣のものに対して所望の間隔で保つために、交差部材１１０８が存在することができる。たとえば、連続プロセスでポリマー繊維１００２が第１のポリマー層１００４の上に置かれる場合、交差部材１１０８は存在する必要はない。
【０１２０】
繊維１００２は、また、第１の層１００４上に、１つ以上の織物の一部として置くことができる。織物１２０６が図１２に概略的に示されており、ポリマー繊維１００２は経糸を形成し、交差繊維１２０８が緯糸を形成する。交差繊維１２０８は、有機または無機の、任意の適切な繊維材料から製造することができ、たとえば、等方性および／または複屈折性ポリマー繊維などのポリマー繊維、または、綿、絹、および麻などの天然繊維であることができる。他の例示的な実施形態において、交差繊維１２０８は、上で説明されたような、ガラス繊維、たとえば、Ｅガラス繊維もしくはＳガラス繊維、ガラスセラミック繊維、またはセラミック繊維であることができる。交差繊維が、偏光子内を通過する光に、低減された光学効果を及ぼすように、交差繊維１２０８の屈折率を周囲のポリマーマトリックスの屈折率に実質的に整合させることができる。さらに、経糸繊維のすべてが、複屈折性界面を含むポリマー繊維である必要はない。たとえば、経糸繊維のいくつかが、また、等方性繊維であることができ、交差繊維と同じタイプの繊維から形成することができる。いくつかの実施形態において、経糸繊維１００２は、１つの特定の波長帯域内の光の１つの偏光を反射するか散乱させるのに効果的である複屈折性界面を有する繊維であることができる。交差繊維１２０８は、別の特定の波長帯域内の光の１つの偏光を反射するか散乱させるのに効果的な複屈折性界面を有する繊維であることができる。
【０１２１】
織物は、任意の適切な織りプロセスを用いて形成することができる。たとえば、織物は、示されているような平織物、綾織物、繻子織物、またはなんらかの他の種類の織物であることができる。いくつかの例示的な実施形態において、複屈折性繊維１００２は、たとえば、図１３Ａに部分断面で概略的に示されているように、織物内で比較的平坦である。この図が、複屈折性繊維１００２が実質的にｘ方向に平行にあるという慣行に従うことに留意されたい。いくつかの例示的な実施形態において、複合繊維または多層繊維などのポリマー繊維は、撚られることなく、織物内の１つの配向を維持する。
【０１２２】
他の実施形態において、ポリマー繊維１００２は、織物内で平坦である必要はない。そのような織物１２０６の例示的な部分断面が、図１３Ｂに概略的に示されている。この図の見方が、図１３Ａの見方と異なることに留意することが重要である。図１３Ａは交差繊維１２０８の側を示し、図１３Ｂはポリマー繊維１００２の側を示す。座標軸は、先の図に用いられた慣行に従い、したがって、ポリマー繊維１００２は、一般に、ｘ軸に平行な方向にある。しかし、ポリマー繊維１００２が織物１２０６内で起伏するので、ポリマー繊維１００２の複屈折性界面は、すべて、ｘ軸に厳密に平行にあるとは限らない。したがって、繊維１００２によって反射または散乱された光を、ｘ−ｚ平面内に異なる角度で散乱させることができる。図において、光１３０２が、繊維１００２にｘ軸に垂直な方向に入射し、光１３０２の一部が、光１３０２がポリマー繊維１００２に「下方傾斜」または「上方傾斜」で入射するかに依存して、正のｘ方向または負のｘ方向の成分を有する角度αによって反射される。したがって、ポリマー繊維１００２は、また、ｘ−ｚ平面内に反射光を拡散させることができる。ｘ−ｚ平面内の拡散反射度は、織物内のポリマー繊維１００２の形状に依存し、ポリマー繊維１００２の部分が、ｘ方向に平行であることからそれることが大きいほど、ｘ−ｚ平面内の光の角度分布が大きい。
【０１２３】
ポリマー繊維１００２は、また、不織布として、チョップドファイバーとして、またはチョップドファイバーマットとして提供することができる。
【０１２４】
偏光子は、バッチプロセスで、または連続プロセスで形成することができる。連続プロセスにおいて、好ましくはトウまたは織物内の、複屈折性繊維１００２は、第１のポリマー層１００４上に置かれ、次に、第２のポリマー層１００６を、複屈折性繊維１００２の上に、連続的にキャストすることができる。次に、第２の層１００６を、硬化させるか、硬化するようにすることができる。
【０１２５】
必要に応じて、ポリマー繊維１００２の付加的な層を、ポリマー材料のその後の層１００８とともに加えることができる。たとえば、図１０Ｃおよび図１０Ｄは、第２のポリマー層１００６の上の１組のポリマー繊維１００２の追加、および第３のポリマー層１００８の付与を示す。
【０１２６】
第１のポリマー層１００４は、熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性タイプポリマーであることができる。第２のポリマー層１００６およびその後のポリマー層１００８も、熱可塑性または熱硬化性タイプポリマーであることができる。熱可塑性ポリマーを、熱および圧力、溶媒コーティングおよび乾燥、または現場重合を含むさまざまな方法によって、前のポリマー層１００４に付与し、繊維１００２内に浸透させることができる。熱硬化性タイプポリマーを、圧力、熱、化学線、および／または経過時間に曝すことによって、繊維１００２および前のポリマー層１００４および１００６上にコーティングし硬化させることができる。
【０１２７】
偏光子を製造するための代替方法において、特定の所望の光学特性、物理特性、または表面特性を有するポリマーフィルム１００４を、上に繊維１００２が置かれる基材として使用することができる。熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂または硬化性組成物を、第２のポリマーフィルム１００６として付与して、繊維１００２の１つまたは複数の層に浸透させることができ、次に、第２の基材１００８を付与して、繊維１００２および樹脂または硬化性組成物の第２のポリマーフィルム１００６の周りのサンドイッチタイプ構造を作ることができる。次に、硬化性樹脂を、硬化させるか、固めるか、反応させて、積層体を形成することができる。この場合、基材１００４、１００８を、熱可塑性、熱硬化性樹脂または硬化性組成物と同じ材料から製造することができるか、それを異なる材料から製造することができる。広範囲の感圧接着剤およびホットメルト接着剤を、第２の層１００６のための熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂または硬化性組成物の代わりに使用することができる。いくつかの実施形態において、第１の基材１００４および第２の基材１００８を、繊維１００２を含む熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂または硬化性組成物１００６に密接に付着することができる。他の実施形態において、第１の基材１００４および第２の基材１００８は取外し可能であることができる。
【０１２８】
複屈折性繊維の１つの層より多くを有する偏光子を製造するための別の例示的な方法において、繊維の２つ以上の層を、第１のポリマー層の上に置くことができ、次に、ポリマー材料の第２の層を、１つの工程で、ポリマーマトリックスとして繊維の上にキャストする。
【０１２９】
複合繊維を有する偏光子を製造する別の例示的な方法において、複合繊維がポリマーマトリックス内に埋込まれる前、複合繊維の充填剤を、たとえば、溶媒に溶解することによって、除去することができる。次に、ポリマーマトリックスを、複合繊維の散乱繊維の間の充填剤として使用することができる。この方法は、複合繊維が、トウまたは織物で提供される場合、特に有用であることができる。
【０１３０】
複合繊維を製造するための適切な方法が、複屈折性散乱繊維と、可溶性充填剤とを有する複合繊維を押出すことを含む。適切な水溶性充填剤としては、ポリビニルピロリジノン、セルロースアセテート、およびポリビニルアルコールが挙げられる。適切なポリビニルアルコールとしては、約７０から９５％の程度に加水分解されたポリ酢酸ビニルから製造されたものが挙げられる。
【０１３１】
散乱繊維は、アレイで押出し、押出されたアレイを加熱し、散乱繊維が延伸されて、所望の屈折率値をもたらす延伸比を与えるように適切な張力を加えることによって配向することができる。
【０１３２】
複合繊維を形成する、散乱繊維の配向されたアレイを、ヤーンに形成することができる。ヤーンは、任意に、また、他のタイプの繊維を組入れることができる。ヤーンは、好ましくは、繊維のトウを形成することによって、または、繊維を織ってファブリックを形成することによって、１つの方向に配向される。押出後、任意の製造段階で、ヤーンを洗浄することによって、可溶性ポリマー充填剤を除去することができる。
【０１３３】
洗浄された散乱繊維に、流体、好ましくは硬化性樹脂流体を浸透させることができる。任意の適切な技術を用いて、樹脂を固めることができ、たとえば、樹脂を熱および／または放射線硬化させて、繊維を含むマトリックスを形成することができる。いくつかの例示的な実施形態において、樹脂は、マトリックスが平坦な表面を有するように硬化される。他の例示的な実施形態において、樹脂は、１つ以上の表面上に所望の構造を有するように硬化させることができる。たとえば、樹脂を、それが、微細複製工具の微細構造化表面と接触する表面を有する間、硬化させることができる。適切な微細構造化表面の例としては、機械加工金属表面、電鋳レプリカ、または成形ポリマーフィルムが挙げられる。マトリックス表面上に形成された適切な微細構造の例としては、線状プリズム構造、非線状プリズム構造、フレネル表面、マイクロレンズなどが挙げられる。
【０１３４】
本発明のいくつかの実施形態を、たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）システムおよび他の偏光ディスプレイシステムに使用することができる。たとえば、上で説明されたタイプの繊維ベースの反射偏光子を使用して、ＬＣＤシステムのバックライト内のＬＣＤパネルに伝播する光を偏光することができる。そのようなシステムとしては、ＬＣＤ−ＴＶおよびＬＣＤモニタ、携帯電話ディスプレイ、ならびに、ＬＣＤパネルを使用して使用者に情報を表示する、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラなどの他の電子機器が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１３５】
本発明は、上述された特定の実施例に限定されるとみなされるべきではないが、むしろ、特許請求の範囲に適切に記載されたような本発明の態様をすべて包含するものと理解されるべきである。本発明が適用可能であろうさまざまな変更例、均等なプロセス、および多数の構造は、本明細書を検討すると、本発明が関連する技術における当業者には容易に明らかであろう。特許請求の範囲は、そのような変更例およびデバイスを包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１Ａ】それぞれ正反射および拡散反射を示す偏光子を概略的に示す。
【図１Ｂ】それぞれ正反射および拡散反射を示す偏光子を概略的に示す。
【図２】本発明の原理による偏光子の実施形態の破断図を概略的に示す。
【図３Ａ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｂ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｃ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｄ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｅ】本発明の原理による、ポリマー繊維のすべてが平行であるとは限らない光学素子の実施形態を概略的に示す。
【図３Ｆ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｇ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｈ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｉ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｊ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｋ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｌ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｍ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図４Ａ】本発明の原理による多層繊維の断面図を概略的に示す。
【図４Ｂ】本発明の原理による多層繊維の断面図を概略的に示す。
【図４Ｃ】本発明の原理による多層繊維の断面図を概略的に示す。
【図４Ｄ】本発明の原理による多層繊維を使用する偏光子の断面図を概略的に示す。
【図４Ｅ】本発明の原理による多層繊維を使用する偏光子の断面図を概略的に示す。
【図４Ｆ】本発明の原理による多層繊維を使用する偏光子の断面図を概略的に示す。
【図４Ｇ】本発明の原理による多層繊維を使用する偏光子の断面図を概略的に示す。
【図５Ａ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｂ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｃ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｄ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｅ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｆ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｇ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｈ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｉ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｊ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｋ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ａ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｂ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｃ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｄ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｅ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｆ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｇ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｈ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｉ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図７】散乱繊維半径の関数としての光散乱効率を示すグラフを示す。
【図８Ａ】本発明の原理による分散相複屈折性ポリマー繊維の実施形態を概略的に示す。
【図８Ｂ】本発明の原理による分散相複屈折性複合ポリマー繊維の実施形態を概略的に示す。
【図９】本発明の原理による偏光子での使用のためのポリマー繊維ヤーンを概略的に示す。
【図１０Ａ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態における工程を概略的に示す。
【図１０Ｂ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態における工程を概略的に示す。
【図１０Ｃ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態における工程を概略的に示す。
【図１０Ｄ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態における工程を概略的に示す。
【図１１】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態に使用される繊維トウを概略的に示す。
【図１２】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態に使用される繊維織物を概略的に示す。
【図１３Ａ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子に使用することができるようなポリマー繊維織物の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図１３Ｂ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子に使用することができるようなポリマー繊維織物の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図１４】本発明の原理による偏光子に使用することができる散乱繊維の断面を示す写真を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー光学素子に関し、特に、ポリマー繊維を含む織物を含むポリマー光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
非偏光波は、光ビームの軸の周りの多数の平面内で振動する。波が１つの平面内でのみ振動する場合、光は、平面偏光されるといわれる。いくつかの有用な光学システムを、偏光を使用して実現することができる。たとえば、液晶ディスプレイスクリーンなどの電気光学デバイスが、偏光で照明され、かつ、画像形成を表示するための基礎を提供するために、アドレス可能な液晶中間層と関連して、交差した偏光子を使用する。写真の分野において、偏光フィルタが、グレアおよび正反射の輝度を低減するために使用されている。偏光フィルタ、円偏光子、または他の光学構成要素が、また、ディスプレイデバイススクリーンにおけるグレア低減のために使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いくつかの異なる種類の偏光フィルムが、非偏光を偏光するために入手可能である。吸収（二色性）偏光子が、含有（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）相として、ポリマーマトリックス内で整列された偏光依存吸収種、しばしばヨウ素含有鎖を有する。そのようなフィルムは、電界ベクトルが吸収種に平行に整列された状態で偏光された光を吸収し、吸収種に垂直に偏光された光を透過する。そのようなフィルムの光学特性は、典型的には正反射性であり、フィルムを通る拡散透過、またはフィルム表面からの拡散反射が、ほとんどない。
【０００４】
別のタイプの偏光フィルムが、一方の状態の光を透過し、他方の状態の光を反射することによって、異なる偏光状態の光を分ける反射偏光子である。１つのタイプの反射偏光子が、多層光学フィルム（ＭＯＦ）であり、これは、交互のポリマー材料の多くの層のスタックから形成されたフィルムである。材料の１つが光学的に等方性であり、他方が複屈折性であり、その屈折率の１つが等方性材料の屈折率に整合する。層厚さは、広範囲の波長にわたって、たとえば可視領域にわたって４分の１波長層であるように、スタック全体にわたって変えることができる。１つの偏光状態で入射する光が、整合した屈折率を示し、偏光子を実質的に正透過される。しかし、他方の偏光状態で入射する光が、異なる層の間の界面で多数の干渉または非干渉反射を示し、偏光子によって反射される。交互のポリマー層が実質的に平面であるので、反射光はほとんど正反射される。
【０００５】
別のタイプの反射偏光フィルムが、連続相マトリックス内に分散された含有物（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）から構成される。含有物は、フィルムの幅および高さに対して小さい。これらの含有物の特徴は、ある範囲の反射特性および透過特性をフィルムに与えるように操作することができる。含有物は、連続相マトリックス内の分散ポリマー相を構成する。含有物サイズおよび整列は、フィルムを延伸することによって変更することができる。連続相または分散相が複屈折性であり、複屈折性材料の屈折率の１つが、光学的に等方性である他方の相の屈折率に整合する。延伸の程度とともに、連続相および分散相のための材料の選択が、分散相と連続相との間の複屈折屈折率不整合（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｍｉｓｍａｔｃｈ）の程度に影響を及ぼすことができる。調整することができる他の特徴としては、フィルム内の波長に対する含有物サイズ、含有物形状、および含有物体積充填率が挙げられる。そのようなシステムにおいて、分散相と連続相との間の屈折率不整合を示すように偏光された光が拡散反射され、直交偏光が正透過される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの特定の実施形態が、マトリックスポリマー材料を含むポリマーマトリックスと、ポリマーマトリックス内に配置された少なくとも１つの繊維織物とを含む光学体に関する。繊維織物は複数のポリマー繊維を含み、ポリマー繊維は第１のポリマー繊維材料と、第２のポリマー繊維材料とを含む。マトリックスポリマー材料、第１の繊維ポリマー材料、および第２の繊維ポリマー材料の少なくとも１つが、複屈折性である。
【０００７】
本発明の上記概要は、本発明の各々の例示された実施形態またはあらゆる実装形態を説明することは意図されていない。次の図および詳細な説明は、これらの実施形態をより詳細に例示する。
【０００８】
本発明は、添付の図面とともに、本発明のさまざまな実施形態の次の詳細な説明を考慮して、より完全に理解することができる。
【０００９】
本発明は、さまざまな変更例および代替形態が可能であるが、その特定のものが、図面に例として示されており、詳細に説明される。しかし、本発明を、説明される特定の実施形態に限定することは意図されていないことが理解されるべきである。それどころか、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨および範囲内である変更例、均等物、および代替例をすべて包含することが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、光学システムに適用でき、特に、偏光光学システムに適用できる。
【００１１】
本明細書で使用されるように、「正反射（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」および「正反射（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）」という用語は、反射角が入射角に実質的に等しい、本体からの光線の反射を指し、角度は、本体の表面に対する法線に対して測定される。換言すれば、光が特定の角度分布で本体に入射するとき、反射光は実質的に同じ角度分布を有する。「拡散反射（ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」または「拡散反射（ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）」という用語は、反射光のいくらかの角度が入射角に等しくない、光線の反射を指す。したがって、光が特定の角度分布で本体に入射するとき、反射光の角度分布は入射光の角度分布と異なる。「全反射（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）」または「全反射（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」という用語は、正反射および拡散の、すべての光の組合された反射を指す。
【００１２】
同様に、「正透過（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」および「正透過（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）」という用語は、透過光の角度分布が入射光の角度分布と実質的に同じである、本体を通る光の透過に関して、本明細書で使用される。「拡散透過（ｄｉｆｆｕｓｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」および「拡散透過（ｄｉｆｆｕｓｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）」という用語は、透過光が、入射光の角度分布と異なる角度分布を有する、本体を通る光の透過を説明するために使用される。「全透過（ｔｏｔａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」または「全透過（ｔｏｔａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）」という用語は、正および拡散の、すべての光の組合された透過を指す。
【００１３】
フィルムの形態の反射偏光子１００が、図１Ａおよび図１Ｂに概略的に示されている。ここで採用される慣行において、フィルムの厚さ方向はｚ軸とみなされ、ｘ−ｙ平面はフィルムの平面に平行である。非偏光１０２が偏光子１００に入射すると、偏光子１００の透過軸に平行に偏光された光１０４は透過され、偏光子１００の反射軸に平行に偏光された光１０６は反射される。反射光の角度分布は、偏光子１００のさまざまな特徴に依存する。たとえば、いくつかの例示的な実施形態において、図１Ａに概略的に示されているように、光１０６を正反射することができ、他の実施形態において、図１Ｂに概略的に示されているように、光１０６を拡散反射することができる。他の実施形態において、反射光は、正成分および拡散成分の両方を含むことができる。示された実施形態において、偏光子の透過軸はｘ軸に平行であり、偏光子１００の反射軸はｙ軸に平行である。他の実施形態において、これらを逆にすることができる。透過光１０４は、正透過するか、拡散透過するか、正成分および拡散成分の組合せで透過することができる。
【００１４】
本発明の例示的な実施形態による反射偏光子本体を通る破断図が、図２に概略的に示されている。光学体２００は、連続相とも呼ばれるポリマーマトリックス２０２を含む。ポリマーマトリックスは、光学的に等方性または光学的に複屈折性であることができる。たとえば、ポリマーマトリックスは、一軸または二軸複屈折性であることができ、ポリマーの屈折率が、１つの方向に沿って異なり、２つの直交する方向において同様であることができる（一軸）か、３つの直交する方向すべてにおいて異なることができる（二軸）ことを意味する。
【００１５】
ポリマー繊維２０４がマトリックス２０２内に配置される。ポリマー繊維２０４は、少なくとも２つの材料を含む。いくつかの例示的な実施形態において、材料の１つが複屈折性であり、１つまたは複数の他の材料が等方性である。他の実施形態において、繊維を形成する材料の２つ以上が複屈折性である。また、いくつかの他の実施形態において、繊維を形成する材料は等方性であることができる。他の実施形態において、等方性ポリマー繊維２０４および複屈折性ポリマー繊維２０４の両方をマトリックス２０２内に配置することができる。
【００１６】
ポリマー繊維２０４は、示されているように１つの繊維として、または多くの他の配列で、マトリックス２０２内に組織化することができる。いくつかの例示的な配列としては、ヤーン、ポリマーマトリックス内に１つの方向に配列されたトウ（繊維またはヤーンの）、織物、不織布、チョップドファイバー、チョップドファイバーマット（ランダムなまたは整ったフォーマットを有する）、またはこれらのフォーマットの組合せが挙げられる。チョップドファイバーマットまたは不織布は、繊維のランダムな配列を有するのではなく、不織布またはチョップドファイバーマット内の繊維のいくらかの整列をもたらすために、延伸するか、応力を加えるか、配向することができる。
【００１７】
第１の繊維材料の、ｘ、ｙ、およびｚ方向の屈折率は、ｎ1x、ｎ1y、およびｎ1zと呼ぶことができ、第２の繊維材料の、ｘ、ｙ、およびｚ方向の屈折率は、ｎ2x、ｎ2y、およびｎ2zと呼ぶことができる。材料が等方性である場合、ｘ、ｙ、およびｚ屈折率は、すべて実質的に整合する。第１の繊維材料が複屈折性である場合、ｘ、ｙ、およびｚ屈折率の少なくとも１つが、他のものと異なる。
【００１８】
各繊維２０４内に、第１の繊維材料と第２の繊維材料との間に、多数の界面がある。界面を形成する材料の少なくとも１つが複屈折性である場合、界面は複屈折性界面と呼ばれる。たとえば、２つの材料が、界面において、それらのｘおよびｙ屈折率を示し、ｎ1x≠ｎ1y、すなわち、第１の材料が複屈折性である場合、界面は複屈折性である。複屈折性界面を含むポリマー繊維の異なる例示的な実施形態を、以下で説明する。
【００１９】
繊維２０４は、図にｘ軸として示された軸に略平行に配置される。ｘ軸に平行に偏光された光の、繊維２０４内の複屈折性界面における屈折率差ｎ1x−ｎ2xは、ｙ軸に平行に偏光された光の屈折率差ｎ1y−ｎ2yと異なることができる。したがって、１つの偏光状態について、繊維２０４内の複屈折性界面における屈折率差は比較的小さいことができる。いくつかの例示的な場合において、屈折率差は、０．０５未満であることができる。この状態は、実質的に屈折率が整合したと考えられる。この屈折率差は、０．０３未満、０．０２未満、または０．０１未満であることができる。この偏光方向がｘ軸に平行である場合、ｘ偏光が、本体２００を通過し、反射がほとんどまたはまったくない。換言すれば、ｘ偏光は、本体２００を高度に透過される。
【００２０】
繊維内の複屈折性界面における屈折率差は、直交偏光状態の光について、比較的高いことができる。いくつかの例示的な例において、屈折率差は、少なくとも０．０５であることができ、より大きい、たとえば０．１、または０．１５であることができるか、０．２であることができる。この偏光方向がｙ軸に平行である場合、ｙ偏光が、複屈折性界面において反射される。したがって、ｙ偏光は本体２００によって反射される。繊維２０４内の複屈折性界面が、互いに実質的に平行である場合、反射は本質的に正反射であることができる。一方、繊維２０４内の複屈折性界面が、互いに実質的に平行でない場合、反射は実質的に拡散であることができる。複屈折性界面のいくつかが平行であることができ、他の界面が非平行であることができ、これは、正成分および拡散成分の両方を含む反射光をもたらすことができる。また、複屈折性界面が、湾曲しているか、比較的小さい、換言すれば、入射光の波長の１桁以内であることができ、これは、拡散散乱をもたらすことができる。
【００２１】
すぐ上で説明された例示的な実施形態は、ｙ方向の比較的大きい屈折率差を伴うｘ方向の屈折率整合に関するが、他の例示的な実施形態が、ｘ方向の比較的大きい屈折率差を伴うｙ方向の屈折率整合を含む。
【００２２】
ポリマーマトリックス２０２は、実質的に光学的に等方性であることができ、たとえば、約０．０５未満、好ましくは０．０１未満の複屈折ｎ3x−ｎ3yを有することができ、ここで、ｘおよびｙ方向のマトリックスの屈折率は、それぞれ、ｎ3xおよびｎ3yである。他の実施形態において、ポリマーマトリックス２０２は複屈折性であることができる。したがって、いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスと繊維材料との間の屈折率差は、異なる方向において異なることができる。たとえば、ｘ屈折率差ｎ1x−ｎ3xは、ｙ屈折率差ｎ1y−ｎ3yと異なることができる。いくつかの実施形態において、これらの屈折率差の１つが、他方の屈折率差の少なくとも２倍も大きいことができる。
【００２３】
いくつかの実施形態において、屈折率差、複屈折性界面の広さおよび形状、ならびに複屈折性界面の相対位置は、入射偏光の１つの、他方の偏光より大きい拡散散乱をもたらすことができる。そのような散乱は、主として後方散乱（拡散反射）前方散乱（拡散透過）または後方散乱および前方散乱の両方の組合せであることができる。
【００２４】
ポリマーマトリックスおよび／または繊維での使用のための適切な材料としては、光波長の所望の範囲にわたって透明である熱可塑性および熱硬化性ポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態において、ポリマーが水に不溶性であることが特に有用であり得る。さらに、適切なポリマー材料が、アモルファスまたは半結晶性であることができ、ホモポリマー、コポリマー、またはそれらのブレンドを含むことができる。ポリマー材料例としては、ポリ（カーボネート）（ＰＣ）；シンジオタクチックおよびイソタクチックポリ（スチレン）（ＰＳ）；Ｃ１−Ｃ８アルキルスチレン；ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）およびＰＭＭＡコポリマーを含む、アルキル、芳香族、および脂肪族環含有（メタ）アクリレート；エトキシ化およびプロポキシ化（メタ）アクリレート；多官能性（メタ）アクリレート；アクリレート化エポキシ；エポキシ；ならびに他のエチレン不飽和材料；環状オレフィンおよび環状オレフィンコポリマー；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）；スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）；エポキシ；ポリ（ビニルシクロヘキサン）；ＰＭＭＡ／ポリ（フッ化ビニル）ブレンド；ポリ（フェニレンオキシド）合金；スチレンブロックコポリマー；ポリイミド；ポリスルホン；ポリ（塩化ビニル）；ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）；ポリウレタン；不飽和ポリエステル；低複屈折ポリエチレンを含むポリ（エチレン）；ポリ（プロピレン）（ＰＰ）；ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）などのポリ（アルカンテレフタレート）；ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）などのポリ（アルカンナフタレート）；ポリアミド；イオノマー；酢酸ビニル／ポリエチレンコポリマー；セルロースアセテート；セルロースアセテートブチレート；フルオロポリマー；ポリ（スチレン）−ポリ（エチレン）コポリマー；ポリオレフィンＰＥＴおよびＰＥＮを含むＰＥＴおよびＰＥＮコポリマー；ならびにポリ（カーボネート）／脂肪族ＰＥＴブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。（メタ）アクリレートという用語は、対応するメタクリレート化合物またはアクリレート化合物であると定義する。シンジオタクチックＰＳを除いて、これらのポリマーは、光学的に等方性の形態で使用することができる。
【００２５】
これらのポリマーのいくつかが、配向されると、複屈折性になることができる。特に、ＰＥＴ、ＰＥＮ、およびそれらのコポリマー、ならびに液晶ポリマーが、配向されると、比較的大きい複屈折値を明示する。ポリマーを、押出および延伸を含む異なる方法を用いて配向することができる。延伸は、ポリマーを配向するための特に有用な方法であり、というのは、それは、高配向度を可能にし、温度および延伸比などの、いくつかの容易に制御可能な外部パラメータによって制御することができるからである。配向されたおよび配向されていない、いくつかの例示的なポリマーの屈折率が、下記表Ｉに提供される。
【００２６】
【表１】
【００２７】
ＰＣＴＧおよびＰＥＴＧ（グリコール変性ポリエチレンテレフタレート）は、たとえば、テネシー州キングズポートのイーストマン・ケミカル・カンパニー（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮ）からイースター（Ｅａｓｔａｒ）（登録商標）ブランド名で入手可能なコポリエステルのタイプである。ＴＨＶは、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）からブランド名ダイニオン（Ｄｙｎｅｏｎ）（登録商標）で入手可能な、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびフッ化ビニリデンのポリマーである。ＰＳ／ＰＭＭＡコポリマーは、所望の屈折率値を達成するために、コポリマー中の成分モノマーの比を変化させることによって屈折率を「調整する」ことができるコポリマーの例である。「Ｓ．Ｒ．」と標記された列は延伸比を含む。１の延伸比が、材料が、延伸されておらず、配向されていないことを意味する。６の延伸比が、サンプルが、その元の長さの６倍に延伸されたことを意味する。正しい温度条件下で延伸される場合、ポリマー分子は配向され、材料は複屈折性になる。しかし、分子を配向することなく、材料を延伸することが可能である。「Ｔ」と標記された列は、サンプルが延伸された温度を示す。延伸されたサンプルは、シートとして延伸された。ｎx、ｎy、およびｎzと標記された列は、材料の屈折率に言及する。ｎyおよびｎzについて表に値が記載されていない場合、ｎyおよびｎzの値はｎxと同じである。
【００２８】
繊維の延伸下での屈折率の挙動は、シートを延伸する場合の結果と同様であるが必ずしも同じでない結果を与えることが予期される。ポリマー繊維を、所望の屈折率値を生じさせる任意の所望の値に延伸することができる。たとえば、いくつかのポリマー繊維が、少なくとも３の延伸比を生じさせるように延伸することができ、少なくとも６であることができる。いくつかの実施形態において、ポリマー繊維を、さらに、たとえば２０までの延伸比に、またはさらに延伸することができる。
【００２９】
複屈折を達成するための延伸のための適切な温度が、ケルビンで表現されたポリマー融点の約８０％である。複屈折を、また、押出およびフィルム形成プロセスの間に生じるポリマー溶融物の流れによって誘起される応力によって誘起することができる。複屈折を、また、フィルム物品内の繊維などの隣接した表面との整列によって生じさせることができる。複屈折は正または負であることができる。正の複屈折は、直線偏光の電界軸の方向が、ポリマーの配向または整列表面に平行である場合に最高屈折率になる場合と定義する。負の複屈折は、直線偏光の電界軸の方向が、ポリマーの配向または整列表面に平行である場合に最低屈折率になる場合と定義する。正の複屈折性のポリマーの例としては、ＰＥＮおよびＰＥＴが挙げられる。負の複屈折性のポリマーの例としては、シンジオタクチックポリスチレンが挙げられる。
【００３０】
所望の特性を光学体２００に与えるために、マトリックス２０２および／またはポリマー繊維２０４に、さまざまな添加剤を提供することができる。たとえば、添加剤は、次のもの、すなわち、耐候剤、ＵＶ吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤、酸化防止剤、分散剤、潤滑剤、帯電防止剤、顔料または染料、造核剤、難燃剤、および発泡剤の１つ以上を含むことができる。ポリマーの屈折率を変更するか、材料の強度を増加させるための他の添加剤を提供することができる。そのような添加剤としては、たとえば、ポリマービーズもしくはポリマー粒子およびポリマーナノ粒子などの有機添加剤、または、ガラス、セラミック、もしくは金属酸化物ナノ粒子、または、粉砕物、粉末、ビーズ、フレーク、もしくは微粒子ガラス、セラミック、もしくはガラスセラミックなどの無機添加剤を挙げることができる。これらの添加剤の表面に、ポリマーに結合するための結合剤を提供することができる。たとえば、シランカップリング剤をガラス添加剤とともに使用して、ガラス添加剤をポリマーに結合することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、マトリックス２０２、またはポリマー繊維２０４の成分が、不溶性、または少なくとも耐溶媒性であることが好ましいであろう。耐溶媒性である適切な材料の例としては、ポリプロピレン、ＰＥＴ、およびＰＥＮが挙げられる。他の実施形態において、マトリックス２０２、またはポリマー繊維２０４の成分が、有機溶媒に可溶性であることが好ましいであろう。たとえば、ポリスチレンから形成されたマトリックス２０２または繊維成分が、アセトンなどの有機溶媒に可溶性である。他の実施形態において、マトリックスが水溶性であることが好ましいであろう。たとえば、ポリ酢酸ビニルから形成されたマトリックス２０２または繊維成分が、水に可溶性である。
【００３２】
光学素子のいくつかの実施形態における材料の屈折率は、ｘ方向に、繊維の長さに沿って変わることができる。たとえば、素子は、均一な延伸を受けないことがあるが、いくつかの領域内で、他の領域内でより大きい程度に延伸することができる。したがって、配向可能な材料の配向度は、素子に沿って均一でなく、したがって、複屈折は、素子に沿って空間的に変わることができる。
【００３３】
さらに、マトリックス内に繊維を組入れることは、光学素子の機械的特性を向上させることができる。特に、ポリエステルなどのいくつかのポリマー材料が、繊維の形態で、フィルムの形態でより強く、したがって、繊維を含む光学素子が、繊維を含まない、同様の寸法のものより強いことができる。
【００３４】
ポリマー繊維２０４は、直線であることができるが、直線である必要はなく、たとえばポリマー繊維２０４は、よじるか、螺旋状にするか、捲縮することができる。
【００３５】
ポリマー繊維２０４は、多くの異なる方法でマトリックス２０２内に配列することができる。たとえば、図１に示されているように、繊維２０４を、マトリックス２０２の断面積にわたってランダムに位置決めすることができ、図２において、ｙ−ｚ平面内の異なる繊維２０４の位置はランダムである。他の断面配列を使用することができる。たとえば、光学素子３００の断面を示す図３Ａに概略的に示された例示的な実施形態において、繊維３０４は、マトリックス３０２内に一次元アレイで配列され、隣接した繊維３０４の間の規則的な間隔がある。この実施形態のいくつかの変更例において、隣接した繊維３０４の間の間隔は、すべての繊維３０４について同じである必要はない。光学素子３００は偏光子であることができる。
【００３６】
光学素子３１０の断面としての図３Ｂに概略的に示された別の例示的な実施形態において、繊維３１４は、マトリックス３１２内に規則的な二次元アレイで配列される。示された実施形態において、ｙ方向の隣接した繊維３１４の間の分離距離ｈyは、ｚ方向の隣接した繊維の間の分離距離ｈzと同じであるが、そうである必要はなく、図３Ｃに概略的に示されているように、ｚ方向の分離距離ｈzはｙ方向の分離距離ｈyと異なることができる。光学素子３１０は偏光子であることができる。
【００３７】
別の例示的な実施形態において、繊維３１４は、たとえば図３Ｄに概略的に示されているように、隣接した行の間でずれていることができ、六角形に詰められた繊維パターンを作る。繊維３１４の他の規則的なパターンを使用することができるか、繊維３１４の不規則なパターンを使用することができる。
【００３８】
繊維３１４は、すべて、ｘ軸に実質的に平行であることができるが、そうである必要はなく、いくつかの繊維３１４が、ｘ軸に対してより大きいかまたはより小さい角度であることができる。たとえば、図３Ｄに示され、図３Ｅにさらに示された光学素子３１０の例において、繊維３１４が、ｙ−ｚ平面に平行な平面内で互いに平行に、しかし、ｘ軸に対して第１の角度θ１にあるように、繊維３１４の第１の行３１６ａを配向することができる。第２の行３１６ｂの繊維３１４は、また、ｙ−ｚ平面に平行な平面内で互いに平行に、しかし、必ずしも第１の角度に等しくない、ｘ軸に対する第２の角度θ２にあることができる。また、第３の行３１６ｃの繊維３１４は、ｙ−ｚ軸に平行な平面内で互いに平行に、しかし、ｘ軸に対して第３の角度θ３にあることができる。第３の角度は、第１または第２の角度に等しくても等しくなくてもよい。示された実施形態において、θ３の値はゼロに等しく、第３の行３１６ｃの繊維３１４はｘ軸に平行である。しかし、θ１、θ２、およびθ３の異なる値は、９０°まで達することができる。
【００３９】
そのような配列は、１つの行の繊維が、第１の波長帯域内の光について効果的であり、別の行の繊維が、第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域内の光について効果的である場合に、特に有用であることができる。第１の行３１６ａの繊維３１４が、赤色帯域幅内の反射偏光において効果的であり、第２の行３１６ｂの繊維３１４が、青色帯域幅内の反射偏光において効果的である例示的な例を考慮されたい。したがって、光学素子３１０が、赤色光および青色光の混合で照明されるべきであった場合、繊維３１４の第１の行３１６ａは、青色光をすべて通過させ、角度θ１で偏光された赤色光を透過する。繊維３１４の第２の行３１６ａは、角度θ１で偏光された赤色光を透過し、また、角度θ２に平行に偏光された青色光を透過する。角度θ１およびθ２が９０°だけ離された場合、素子３１０は、１つの偏光状態の赤色光、および直交偏光状態の青色光を透過する。同様に、反射青色光は、反射赤色光に直交して偏光される。繊維３１４の異なる数の行を、各角度で整列させ、各色帯域について使用することができることが理解されるであろう。
【００４０】
いくつかの実施形態において、繊維３１４の密度は、光学素子３００、３１０内で一定であることができるか、光学素子３００、３１０内で変わることができる。たとえば、繊維３１４の密度は、光学素子３００、３１０の１つの側から減少することができるか、何らかの他の態様で変わることができる。これをさらに示すために、図３Ｆは、繊維３１４の密度が素子３１０にわたって変わる光学素子３１０の実施形態を概略的に示す。特に、ｙ方向の隣接した繊維の間の間隔は、素子３１０にわたってｙのすべての位置について一定ではない。図３Ｇは、繊維３１４の密度が素子３１０を通して変わる光学素子３１０を概略的に示す。特に、ｚ方向の隣接した繊維の間の間隔は、素子３１０を通してｚのすべての位置について一定ではない。他の変更例が可能であり、たとえば、最も近い隣の繊維の間の間隔は、ｙ方向およびｚ方向の両方において変わることができる。
【００４１】
別の実施形態が図３Ｈに概略的に示されており、光学素子３２０が、マトリックス３２２内に埋込まれたポリマー繊維３２４を有する。この特定の実施形態において、隣接した繊維３２４の中心間の間隔は、図の中心における１つの領域内で、両側の隣り合っている領域に対して低減される。したがって、充填率、すなわち、繊維３２４によって占められる素子３２０の断面積の割合は、その領域内で増加される。充填率のそのような変化は、たとえば、光源３２６から素子３２０を透過された光の均一性を向上させるために、有用であることができる。これは、たとえば、素子３２０が、別々の光源によって照らされる直視スクリーンに含まれる場合、重要であることができ、そのようなデバイスにおいて、見る人に、均一な照明の画像を与えることが重要である。光源が均一な拡散体の後ろに配置される場合、拡散体を透過された光の輝度は、光源の上で最高である。図３Ｈに示された充填率の変化を使用して、光源３２６のすぐ上の拡散の量を増加させることができ、したがって、透過光の強度の不均一性を低減する。
【００４２】
本開示の光学素子は、平坦な表面、たとえば、図１Ａおよび図１Ｂに示されているようなｘ−ｙ平面に平行な平坦な表面を有することができる。素子は、また、所望の光学効果を、偏光子を透過された、または偏光子によって反射された光に与えるように構造化された１つ以上の表面を含むことができる。たとえば、図３Ｉに概略的に示された１つの例示的な実施形態において、偏光子であることができる光学素子３３０は、いくつかのポリマー繊維３３４を含むマトリックス３３２で形成され、１つ以上の湾曲した表面３３６を有することができる。湾曲した表面３３６は、集束または非集束（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）の屈折力を、表面３３６を透過された光に与える。示された実施形態において、光線３３８が、湾曲した屈折表面３３６によって集束された、光学素子３３０の透過軸に平行に偏光された光線の例を表す。他の例示的な実施形態において、それを通って光が素子３３０に入る素子３３０の入力表面が、湾曲していることができるか、他の表面構造であることができる。さらに、それを通って透過光が光学素子３３０を出る出力表面上の表面構造があることができる。表面構造の例としては、フレネルレンズ構造などの構造が挙げられる。そのような構造は、また、屈折力を、構造化表面を通過する光に与えると考えられる。
【００４３】
入力表面および出力表面のいずれかまたは両方の構造化表面は、また、湾曲した領域に加えて、または湾曲した領域の代わりに、直線領域を含むことができる。たとえば、図３Ｊに概略的に示された別の例示的な実施形態において、ポリマー繊維３４４を含むマトリックス３４２で形成された光学素子３４０に、輝度向上表面と呼ばれるプリズム構造化表面３４６を設けることができる。輝度向上表面は、一般に、ディスプレイパネルを照明する光の円錐角を低減し、したがって、見る人のための軸上輝度を増加させるために、たとえばバックライト液晶ディスプレイに使用される。図は、素子３４０に非垂直に入射する２つの光線３４８および３４９の例を示す。光線３４８は、素子３４０によって透過される偏光状態であり、また、構造化表面３４６によってｚ軸の方にそらされる。光線３４９は、素子３４０によって拡散反射される偏光状態である。輝度向上表面は、示されているように、プリズム構造が、またｘ軸に平行である繊維３４４に平行であるように配列することができる。他の実施形態において、プリズム構造は、繊維の方向に対して、ある他の角度にあることができる。たとえば、リブは、繊維に垂直なｙ軸に平行に、またはｘ軸とｙ軸との間のある角度にあることができる。
【００４４】
構造化表面を、任意の適切な方法を用いて、マトリックス上に形成することができる。たとえば、マトリックスを、その表面が、工具表面がポリマーマトリックスの表面上に所望の形状を生じさせる微細複製工具などの工具の表面と接触する間、硬化させることができる。
【００４５】
ポリマー繊維は、光学素子の異なる領域にわたって存在することができる。図３Ｊにおいて、ポリマー繊維３４４は、構造化表面３４６によって形成された構造３４７内に配置されないが、素子３４０の主本体３４１内にのみ配置される。他の実施形態において、ポリマー繊維３４４を異なって分配することができる。たとえば、図３Ｋに概略的に示された光学素子３５０において、ポリマー繊維３４４は、素子３５０の主本体３４１、およびまた構造化表面３４６によって形成された構造３４７内の両方の中に配置される。図３Ｌに概略的に示された別の例において、ポリマー繊維３４４は、素子３６０の構造３４７内にのみ配置され、素子３６０の主本体３４１内に配置されない。
【００４６】
本発明の別の例示的な実施形態が図３Ｍに概略的に示されており、素子３７０はマトリックス３７２内のポリマー繊維３７４を有する。この特定の実施形態において、繊維３７４ａのいくつかが、マトリックス３７２内に完全に埋込まれないが、マトリックス３７２の表面３７６を貫通する。
【００４７】
いくつかの例示的な実施形態において、偏光子内に配置されたポリマー繊維は、少なくとも、複屈折性材料、および別の材料、たとえば、実質的に非複屈折性の材料を含む、大量の異なるポリマー材料を含む。これらの異なる材料を、多くの異なる方法で、たとえば、規則的な交互の層で、または、他方の材料の「プール」内に配置された一方の材料の微細な繊維として、配列することができる。多数の内部複屈折性界面を含むポリマー繊維のいくつかの異なる例示的な実施形態を以下で説明する。マトリックス材料は、繊維の複屈折性材料よりより小さい複屈折を有することができるか、複屈折を有さないことができるか、反対に複屈折性であることができる。たとえば、繊維内の複屈折性材料がｎx＞ｎyを有する場合、マトリックス材料はｎy＞ｎxを有することができる。
【００４８】
好ましい例示的な実施形態において、複屈折性材料は、配向されると屈折率の変化を経るタイプのものである。したがって、繊維が配向されると、屈折率整合または不整合が、配向の方向に沿って生じる。配向パラメータおよび他の処理条件の注意深い操作によって、複屈折性材料の正のまたは負の複屈折を用いて、所与の軸に沿った光の一方または両方の偏光の拡散反射または透過を誘起することができる。透過と拡散反射との間の相対比は、繊維内の複屈折性界面の集中、繊維の寸法、複屈折性界面における屈折率の差の二乗、複屈折性界面のサイズおよびジオメトリ、ならびに入射放射線の波長または波長範囲などであるがこれらに限定されないいくつかの要因に依存する。
【００４９】
特定の軸に沿った屈折率整合または不整合の大きさは、その軸に沿って偏光された光の散乱度に影響を及ぼす。一般に、散乱パワーは、屈折率不整合の二乗として変わる。したがって、特定の軸に沿った屈折率の不整合が大きいほど、その軸に沿って偏光された光の散乱が強い。逆に、特定の軸に沿った不整合が小さいとき、その軸に沿って偏光された光が、より小さい程度に散乱され、本体の体積を通る透過はますます正反射になる。
【００５０】
ある軸に沿って、非複屈折性材料の屈折率が複屈折性材料の屈折率と整合する場合、複屈折性材料の部分のサイズ、形状、および密度にかかわらず、電界がこの軸に平行な状態で偏光された入射光が、散乱されないで繊維を通過する。さらに、その軸に沿った屈折率が、また、偏光子本体のポリマーマトリックスの屈折率に実質的に整合する場合、光は、実質的に散乱されないで本体を通過する。本開示の目的のため、屈折率間の差が、多くとも０．０５未満、好ましくは、０．０３、０．０２、または０．０１未満であるとき、２つの屈折率の間の実質的な整合が生じる。
【００５１】
複屈折性材料と非複屈折性材料との間の屈折率が、ある軸に沿って整合しない場合、繊維は、この軸に沿って偏光された光を散乱させるか反射する。散乱の強度は、少なくとも部分的に、寸法が約λ／３０より大きい所与の断面積を有する散乱体について、屈折率不整合の大きさによって定められ、ここで、λは、偏光子内の入射光の波長である。不整合の界面の厳密なサイズ、形状、および整列は、どのくらい多くの光がその界面からさまざまな方向に散乱または反射されるかを定める役割を果たす。散乱層の密度および厚さが十分である場合、多数の散乱理論によれば、散乱体サイズおよび形状の詳細にかかわらず、入射光が、反射または吸収されるが、透過されない。
【００５２】
偏光子での使用前、繊維は、好ましくは、複屈折性材料と非複屈折性材料との間の屈折率差が、第１の軸に沿って比較的大きく、他の２つの直交する軸に沿って小さいように、延伸し、クロス延伸面内方向のいくらかの寸法緩和を可能にすることによって処理される。これは、異なる偏光の電磁放射線について大きい光学的異方性をもたらす。
【００５３】
本発明の範囲内の偏光子のいくつかが、楕円拡散偏光子である。一般に、楕円拡散偏光子は、延伸方向および非延伸方向の両方に沿って複屈折性材料と非複屈折性材料との間の屈折率の差を有する繊維を使用し、１つの偏光の光を拡散透過または反射することができる。繊維内の複屈折性材料は、また、ポリマーマトリックス材料との複屈折性界面を形成することができ、この場合、これらの界面は、また、延伸方向およびクロス延伸方向の両方について、屈折率不整合を含むことができる。
【００５４】
前方散乱と後方散乱との比は、複屈折性材料と非複屈折性材料との間の屈折率の差、複屈折性界面の集中、複屈折性界面のサイズおよび形状、ならびに繊維の総厚さに依存する。一般に、楕円拡散体が、複屈折性材料と非複屈折性材料との間の比較的小さい屈折率差を有する。
【００５５】
本発明による繊維での使用のために選択される材料、およびこれらの材料の配向度は、好ましくは、完成した繊維内の複屈折性材料および非複屈折性材料が、関連した屈折率が実質的に等しい、少なくとも１つの軸を有するように選択される。典型的には配向の方向に直角な軸であるが、必ずしもそうではない、その軸と関連する屈折率の整合は、その偏光面内の光の反射が実質的にないことをもたらす。
【００５６】
内部複屈折性界面を有し、かつ、上で説明された偏光子のいくつかの実施形態に使用することができるポリマー繊維の１つの例示的な実施形態が、多層繊維である。多層繊維は、その少なくとも１つが複屈折性である、異なるポリマー材料の多数の層を含む繊維である。いくつかの例示的な実施形態において、多層繊維は、一連の、第１の材料および第２の材料の交互の層を含み、第１の材料は光学的に等方性であり、第２の材料は、複屈折性であり、第１の材料の屈折率とほぼ同じ、１つの軸に沿った屈折率と、等方性材料の屈折率と異なる、直交する軸に沿った屈折率とを有する。そのような構造は、たとえば米国特許第５，８８２，７７４号明細書に、より大きい長さで記載されている。
【００５７】
多層繊維４００の１つの例示的な実施形態の断面が、図４Ａに概略的に示されている。繊維４００は、第１の材料４０２および第２の材料４０４の交互の層を含む。第１の材料は複屈折性であり、第２の材料は実質的に等方性であり、それにより、隣接した層の間の界面４０６は複屈折性である。この特定の実施形態において、界面４０６は、実質的に平面であることができ、繊維４００の長さに沿って延在することができる。
【００５８】
繊維４００は、クラッディング層４０８によって囲むことができる。クラッディング層４０８は、第１の材料４０２、第２の材料４０４、繊維が埋込まれたポリマーマトリックスの材料、または何らかの他の材料から製造することができる。クラッディング４０８は、デバイス全体の性能に機能的に寄与することができるか、クラッディングは、機能を行わないことができる。クラッディング４０８は、繊維およびマトリックスの界面における光の偏光解消を最小にすることによってなど、反射偏光子の光学的特性を機能的に向上させることができる。任意に、クラッディング４０８は、繊維と連続相材料との間の所望のレベルの接着をもたらすことによってなど、偏光子を機械的に向上させることができる。いくつかの実施形態において、クラッディング４０８は、たとえば、繊維４００と周囲のポリマーマトリックスとの間のいくらかの屈折率整合をもたらすことによって、反射防止機能を提供するために使用することができる。
【００５９】
繊維４００は、繊維４００の所望の光学特徴に依存して、異なる数の層で、および異なるサイズで、形成することができる。たとえば、繊維４００は、約１０の層から何百もの層で、関連した厚さ範囲で、形成することができる。繊維４００の幅の制限はないが、幅の好ましい値は、５μｍから約５０００μｍの範囲内に入ることができるが、繊維幅は、また、この範囲の外側になることができる。
【００６０】
材料の多数の層を多層フィルムに共押出しし、次いで、複屈折性材料を配向し、複屈折性界面を生じさせるようなその後の延伸工程によって、多層繊維４００を製造することができる。多層シートをスライスすることによって、多層繊維を得ることができる。複屈折性界面を含む多層シートを製造するためのいくつかの方法が、たとえば、米国特許第５，２６９，９９５号明細書；米国特許第５，３８９，３２４号明細書；および米国特許第５，６１２，８２０号明細書に、さらに記載されている。
【００６１】
複屈折性材料として使用することができる適切なポリマー材料のいくつかの例としては、上で説明されたような、ＰＥＴ、ＰＥＮ、およびそれらのさまざまなコポリマーが挙げられる。非複屈折性材料として使用することができる適切なポリマー材料のいくつかの例としては、上で説明された光学的に等方性の材料が挙げられる。
【００６２】
多層繊維の他の構成を使用することができる。たとえば、多層繊維４２０の別の例示的な実施形態を、交互の第１の材料４２２および第２の材料４２４の同心層で形成することができ、第１の材料４２２は複屈折性であり、第２の材料４２４は等方性である。この例示的な実施形態において、繊維４２０は、繊維４２０に沿って延在する、交互の層４２２、４２４の間の同心複屈折性界面４２６を含む。
【００６３】
繊維４２０の外層４２８を、第１および第２の材料、偏光子のポリマーマトリックスに使用されるのと同じポリマー材料、または何らかの他の材料の１つから形成することができる。
【００６４】
繊維４２０は、反射および波長依存などの所望の光学特徴を提供するために、任意の適切な数の層および層厚さで形成することができる。たとえば、繊維４２０は、１０の層から何百もの層を含むことができる。同心繊維４２０は、多層形態を共押出しし、次いで、延伸して複屈折性材料を配向することによって、形成することができる。平坦な多層繊維４００での使用のために上に記載された材料のいずれかを、また、同心繊維４２０に使用することができる。
【００６５】
異なるタイプの断面を有する多層繊維も使用することができる。１つのそのような例が、図４Ｃに断面で概略的に示された多層繊維４４０である。この繊維は、多数の、第１の材料４４２および第２の材料４４４の交互の層を含み、第１の材料４４２は複屈折性であり、第２の材料４４４は光学的に等方性である。異なる層の間に形成された複屈折性界面４４６は、平坦な部分４４６ａと、湾曲した部分４４６ｂとを有し、繊維４４０に沿って延在する。異なる層の特定の断面形状は、主として、繊維４４０を共押出しするために使用されるフィードブロックの形状によって、およびまた、いかなるその後の繊維４４０の形成によっても定められる。
【００６６】
外層４４８は、第１または第２の材料、繊維４４０が埋込まれたポリマーマトリックスと同じ材料、または何らかの他の材料から形成することができる。外層４０８、４２８、４４８の材料は、ポリマー繊維と周囲のポリマーマトリックスとの間の所望の接着特性を提供するように選択することができる。たとえば、いくつかの実施形態において、外層４０８、４２８、４４８は、ポリエステル樹脂、シラン、または、ポリマー繊維とポリマーマトリックスとの間の接着を増加させるために使用される何らかの他の剤から形成することができる。他の実施形態において、外層４０８、４２８、４４８は、ポリマー繊維と周囲のポリマーマトリックスとの間の接着を低減する材料、たとえば、フルオロカーボン材料、シリコーン材料などから製造することができる。いくつかの実施形態において、たとえば、ポリマー繊維とポリマーマトリックスとの間のいくらかの屈折率整合をもたらすことによって、反射防止機能を提供するために、外層を使用することができる。
【００６７】
多層繊維が、繊維断面上で平坦な部分を有する複屈折性界面を含む場合、ある範囲の選択された効果をもたらすように、平坦な部分の配向を偏光子内で制御することができる。たとえば、図４Ｄに概略的に示された偏光子４５０の例示的な実施形態において、偏光子４５０は、複屈折性界面が一般に偏光子４５０の表面４５６と平行に整列された繊維４５４が埋込まれたマトリックス４５２を含む。入射光４５８が偏光されていない場合、偏光子は、１つの偏光状態の光４６０を通過させ、直交偏光状態の光４６２を反射する。示された実施形態において、透過光４６０は図の平面の外に偏光され、反射光４６２は図の平面に平行に偏光される。
【００６８】
この例示的な実施形態において、反射光４６２は、かなりの正成分を含むことができ、というのは、繊維４５４の複屈折性界面が互いに平行に整列されるからである。反射光４６２は、また、たとえば、表面および回折効果によって、ならびに、また、繊維４５４の間の真の平行からの整列不良のため、拡散成分を含むことができる。さらに、複屈折性界面が表面４５６に平行に整列されるので、偏光子４５０は、反射偏光状態の光について、幾分、鏡のように機能する。
【００６９】
偏光子４７０の別の例示的な実施形態が、図４Ｅに断面で概略的に示されている。この偏光子４７０において、繊維４５４は、複屈折性界面の平坦な部分が互いに実質的に平行な状態で整列される。しかし、この場合、複屈折性界面の平坦な部分は、表面４５６に平行に整列されないが、表面４５６に非平行に整列される。非偏光入射光４５８が、透過偏光状態の光４６０の透過、および反射偏光状態の光４６２の反射をもたらす。この場合、入射光が表面４５６に垂直に入射すると、反射光４６２を、一般に、表面４５６に非垂直な方向に反射することができる。反射光４６２は、偏光子４７０の側に向けられるということができる。
【００７０】
偏光子４８０の別の例示的な実施形態が、図４Ｆに断面で概略的に示されている。この偏光子４８０において、繊維４５４は、複屈折性界面の平坦な部分がすべて平行な状態で整列されないが、偏光子４８０にわたって所望の配向プロファイルで配向される。説明のため、複屈折性界面の平坦な部分に対する法線４８２と表面４５６に対する法線４８４との間に形成された角度θを規定することが有用である。θの値は、偏光子４８０にわたって変わることができる。示された実施形態において、偏光子４８０の左側の方の繊維４５４は、θの値が＋θ0であるように配向される。したがって、偏光子４８０のこの部分から反射された光４６２Ｌは、右の方に向けられる。偏光子４８０の右側の方の繊維４５４は、θの値が−θ0であるように配向され、したがって、偏光子のこの側から反射された光４６２Ｒは、左の方に向けられる。偏光子の中心において、複屈折性界面の平坦な部分および表面４５６に対する法線４８２、４８４は、ほぼ平行であり（すなわち、θ＝０）、したがって、偏光子４８０の中心で反射された光４６２Ｃは、表面４５６上でほぼ入射角で反射される。
【００７１】
光を所定のプロファイルで反射するように、θが偏光子４８０にわたって変わる態様を選択することができることが理解されるであろう。たとえば、示された実施形態において、反射光を、ほぼ、偏光子の前の焦点に導くことができる。示されていない別の例示的な実施形態において、反射光が、偏光子の前ではなく、偏光子の側の焦点に導かれるように、複屈折性界面の平坦な部分を配向することができる。
【００７２】
偏光子４９０の別の例示的な実施形態が、図４Ｇに概略的に示されている。この偏光子４９０において、異なる繊維４５４の複屈折性界面の平坦な部分は、ランダムに配向される。結果として、反射光４６２は、多少拡散的に反射される。
【００７３】
反射光が、多少、正反射されるか、拡散反射されるか、正特徴および拡散特徴のある組合せで反射されるように、複屈折性界面の平坦な部分の相対配向を選択することができることが理解されるであろう。
【００７４】
いくつかの例示的な実施形態において、繊維４５４は、それらの長さに沿って、表面４５６に対して、一定の配向を維持する。他の例示的な実施形態において、繊維４５４のいくつかまたはすべてを、それらの長さに沿って撚ることができる。
【００７５】
内部複屈折性界面を有するポリマー繊維の別の例示的な実施形態が、ポリマー充填剤が浸透された多数の散乱繊維を含む複合繊維である。例示的な複合繊維の断面の例が、図５Ａに概略的に示されている。複合繊維５００は、散乱繊維５０２間の充填剤５０４とともに、多数の散乱繊維５０２を含む。いくつかの実施形態において、散乱繊維５０２または充填剤５０４の少なくとも一方が複屈折性である。たとえば、いくつかの例示的な実施形態において、散乱繊維５０２の少なくともいくつかを複屈折性材料から形成することができ、充填剤材料５０４は非複屈折性であることができる。他の例示的な実施形態において、散乱繊維５０２は非複屈折性であることができ、充填剤材料５０４は複屈折性である。他の実施形態において、散乱繊維５０２および充填剤５０４の両方が複屈折性であることができる。これらの異なる変更例において、散乱繊維５０２の材料と充填剤材料５０４との間の各界面５０８は、複屈折性材料と別の材料との間の界面であり、すなわち、複屈折性界面であり、選択された偏光状態の光の優先的な反射または散乱に寄与することができる。これらの異なる実施形態の各々において、複合繊維が埋込まれたポリマーマトリックスは、光学的に等方性または複屈折性であることができる。
【００７６】
いくつかの他の実施形態において、繊維５００は、等方性充填剤材料５０４とともに等方性散乱繊維５０２から製造することができる。そのような場合、繊維５００が埋込まれたマトリックスは複屈折性である。
【００７７】
複合繊維５００は、異なる断面形状を呈することができる。図５Ａにおいて、複合繊維５００は円形断面形状を有する。それぞれ図５Ｂおよび図５Ｃに概略的に示された複合繊維５１０および５２０の他の例示的な実施形態は、楕円形および正方形断面形状を有する。他の断面形状、たとえば、規則的なおよび不規則な多角形形状、または湾曲した辺および直線の辺を組合せる断面形状を使用することができる。示された実施形態は、例示にすぎないことが意図され、決して限定することは意図されていない。
【００７８】
複合繊維に、任意に、外層５０６を設けることができる。外層５０６は、たとえば、複合繊維と複合繊維が埋込まれたポリマーマトリックスとの間の接着に影響を及ぼすために使用することができる。いくつかの実施形態において、外層５０６は、複合繊維とポリマーマトリックスとの間の接着を増加させる材料、たとえば、ポリエステル樹脂コーティング、シランコーティング、または、ポリマーマトリックスとポリマー繊維との間の接着を増加させるために使用される他のプライマーから形成することができる。他の実施形態において、外層５０６は、ポリマー繊維と周囲のポリマーマトリックスとの間の接着を低減する材料、たとえば、フルオロカーボン材料、シリコーン材料などから製造することができる。いくつかの実施形態において、外層５０６は、たとえば、繊維５００と周囲のポリマーマトリックスとの間のいくらかの屈折率整合をもたらすことによって、反射防止機能を提供するために使用することができる。
【００７９】
散乱繊維の位置は、たとえば、図５Ａ〜５Ｃの例示的な実施形態に概略的に示されているように、複合繊維の断面内でランダムであることができる。散乱繊維の他の断面配列を使用することができる。たとえば、散乱繊維５０２を、複合繊維５３０の断面内に規則的に配列することができる。たとえば、図５Ｄに示された繊維５３０の例示的な実施形態は、ｙ方向の隣接した散乱繊維５０２の間の分離距離ｄyが、ｚ方向の隣接した散乱繊維５０２の間の分離距離ｄzと同じである二次元アレイで配列された散乱繊維５０２を示す。図５Ｅに示された繊維５４０の例示的な実施形態において、散乱繊維５０２は、ｙ方向の分離距離ｄyがｚ方向の分離距離ｄzと異なる二次元アレイで配列される。図５Ｄおよび図５Ｅの散乱繊維５０２は、矩形格子パターンにあり、これは、図５Ｄの正方形格子パターンを含むことが理解される。複合繊維５３０、５４０が、可視光で使用されるべきである場合、隣接した散乱繊維５０２の間の間隔は、たとえば、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることができる。
【００８０】
散乱繊維５０２の他の規則的な配列が可能である。たとえば、図５Ｆに断面で概略的に示された複合繊維５５０において、散乱繊維５０２は、ｙ方向に沿って行にあり、隣接した行はｙ方向に互いにずれている。この特定の実施形態において、隣接した行の間のずれは、散乱繊維５０２が、正方形または矩形パターンではなく、六角形パターンで配列されるようなものである。図５Ｆの配列の変更例が、図５Ｇの複合繊維５５５について概略的に示されており、最も近い隣り合う散乱繊維５０２の間の分離は、ｚ方向において、ｙ方向においてより大きい。
【００８１】
他の例示的な実施形態において、散乱繊維５０２は他のパターンを形成することができる。たとえば、散乱繊維を、規則的なアレイ内の、いくつかの、しかしすべてではない位置を充填するように配列することができる。さらに、空間または間隙を、隣接した散乱繊維または散乱繊維のグループの間に導入することができる。そのようなグループまたは空間および間隙のサイズおよび分布は、特に望ましいスペクトル特徴を生じさせるように選択することができる。たとえば、散乱繊維のいくつかの配列が、特定の波長範囲内の光について、フォトニック結晶として作用することができ、これは、スペクトル的に選択的な反射および／または透過をもたらすことができる。フォトニック結晶フォトニック繊維が、代理人整理番号６０３７１ＵＳ００２を有する、２００５年２月２８日に出願された、「複合ポリマー繊維（ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＰＯＬＹＭＥＲ ＦＩＢＥＲＳ）」という名称の共有米国特許出願第１１／０６８，１５８号明細書に、さらに記載されている。
【００８２】
可能な散乱繊維配列の網羅的でない選択を示す複合繊維の付加的な例示的な実施形態をここで説明する。
【００８３】
図５Ｈに概略的に示された複合繊維５６０の例示的な実施形態において、いくつかの散乱繊維５０２が、繊維５６０の中心の周りの領域内に規則的に配列されるが、繊維５６０の中心部分は散乱繊維がない。図５Ｉに概略的に示された複合繊維５６５の別の例において、散乱繊維５０２は同心リング５０６で配列される。散乱繊維５０２のサイズ、ならびに間隙および／または同心リングのサイズは、透過および／または反射などの特定の光学特性のために選択することができる。図５Ｉに示された例において、散乱繊維は、六角形格子によって設定された位置にリングで配置されるように示されている。これは、必要な条件ではなく、散乱繊維５０２は、たとえば図５Ｊに概略的に示されているように、半径方向に同心のパターンで形成することができる。
【００８４】
いくつかの実施形態において、散乱繊維５０２は、すべて、同じサイズである必要はない。たとえば、図５Ｊおよび図５Ｋに示された複合繊維５７０および５７５の実施形態について示されているように、複合繊維は、異なる断面サイズの散乱繊維を含むことができる。これらの特定の実施形態において、散乱繊維５０２ａは、散乱繊維５０２ｂより断面が比較的より大きい。散乱繊維５０２は、少なくとも２つの異なるサイズのグループに分かれることができ、実際には、すべて、異なるサイズであることができる。さらに、たとえば図５Ｉに示されているように、散乱繊維５０２を複合繊維の中心に配置することができるか、複合繊維の中心に散乱繊維５０２がないことができ、たとえば、散乱繊維５０２ａは、図５Ｊの複合繊維５７０の中心を囲んで位置決めされるが、複合繊維５７０の中心に位置決めされない。実際には、散乱繊維５０２の寸法は、１つの値であるのではなく、ある範囲内に入ることができる。さらに、異なる散乱繊維５０２を異なる材料から形成することができる。
【００８５】
上で説明されたように、複合繊維は、形状が円形である必要はなく、非円形断面を有することができる。図示において、図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ正方形パターンおよび六角形パターンで散乱繊維５０２を含む非円形複合繊維６００、６１０を示す。非円形繊維は、その散乱繊維５０２が、規則的な格子パターン上のポイントに位置決めされることができるが、格子パターンのすべての位置が散乱繊維５０２と関連する必要はない。たとえば、図６Ｃに概略的に示された非円形複合繊維６２０は、六角形格子上に位置決めされた散乱繊維５０２を含むが、いくつかの間隙６１２が繊維間に存在することができる。さらに、散乱繊維５０２によって形成されたパターンは、対称軸を有さない。
【００８６】
非円形複合繊維６３０、６４０の他の例示的な実施形態が、図６Ｄおよび図６Ｅに概略的に示されている。これらの例示的な非円形複合繊維６３０、６４０は、断面が正方形であり、異なる例示的なパターンで配列された散乱繊維５０２を含む。複合繊維６３０内の散乱繊維５０２は六角形格子パターン上に配列され、複合繊維６４０内の散乱繊維５０２は正方形格子パターンで配列される。各場合において、散乱繊維５０２の配列内の間隙がある。
【００８７】
本発明の範囲は、複合繊維内の散乱繊維のすべての配列を包含することが意図される。いくつかの例示的な配列において、散乱繊維の相対位置、散乱繊維のサイズ、および散乱繊維と充填剤材料との間の屈折率の差を、たとえば反射および／または透過における、所望のスペクトル的に選択的な特性を、複合繊維に与えるように設定することができる。そのようなスペクトル的に選択的な特性の例としては、反射および透過が挙げられるが、これらに限定されない。複合繊維のいくつかの実施形態において、散乱繊維の断面位置は、入射光の非干渉性散乱をもたらすことができる。他の実施形態において、散乱繊維の位置は、フォトニック結晶特性を生じさせる散乱光の干渉性効果をもたらすことができる。複合繊維内の散乱繊維の平均密度は、大きい範囲、たとえば、約１％から約９５％、好ましくは約１０％から約９０％、より好ましくは約１０％から約５０％にわたることができるが、散乱繊維密度は、また、これらの範囲の外側になることができる。複合繊維は、代理人整理番号６０３７１ＵＳ００２を有する、２００５年２月２８日に出願された、「複合ポリマー繊維（ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＰＯＬＹＭＥＲ ＦＩＢＥＲＳ）」という名称の共有米国特許出願第１１／０６８，１５８号明細書に、より詳細に記載されている。
【００８８】
散乱繊維５０２のサイズは、散乱に著しい影響を及ぼすことができる。散乱効果のプロットとして、規格化されスケール変更された光学的厚さ（ＮＳＯＴ）が、散乱繊維の平均半径の関数として、図７に示されている。ＮＳＯＴは次の式によって与えられ、
ＮＳＯＴ＝τ（１−ｇ）／（ｔｆ）
式中、τは、光学厚さであり、ｔｋに等しく、ｋは、単位体積あたりの消光断面積（消光に対する平均自由行程の逆数）であり、ｔは、拡散体の厚さであり、ｆは、拡散体の体積分率であり、ｇは、非対称パラメータである。ｇの値は、純粋前方散乱の場合＋１であり、純粋後方散乱の場合−１であり、均等前方および後方散乱の場合ゼロである。プロットを生じさせるために使用された計算は、入射光の真空波長が５５０ｎｍであることを想定した。
【００８９】
図からわかるように、散乱効果は、約１５０ｎｍの半径においてピークに達し、約５０ｎｍ〜１０００ｎｍの半径範囲にわたって、最大の約半分の値を有する。散乱繊維は任意の所望の断面寸法を有することができるが、断面寸法は、約５５０ｎｍの波長を中心とする光について、約５０ｎｍから約２０００ｎｍの範囲内、より好ましくは約１００ｎｍから約１０００ｎｍの範囲内であることができる。断面寸法は、散乱繊維がほぼ円形断面を有する場合、直径であり、非円形繊維断面の場合、散乱繊維幅とみなすことができる。入射光の波長が、スペクトルの可視領域の外側に、たとえば紫外または赤外領域内にある用途のために、複合繊維が使用されている場合、散乱繊維のサイズは異なることができる。一般に、散乱繊維の断面寸法の好ましい範囲が、約λ／１０から約４λであり、ここで、λは光の真空波長である。光がある範囲の波長内に存在する場合、λの値は、波長範囲の中心値とみなすことができるが、複合繊維に、また、ある範囲の寸法を有する散乱繊維を設けることができる。
【００９０】
散乱繊維が小さすぎる、たとえば、複合繊維内の光の波長の約３０分の１未満、または真空中の５５０ｎｍにおける光について約０．０１２μｍ未満である場合、および、散乱繊維の密度が十分に高い、たとえば、複合繊維体積の約６０％〜８０％の範囲内である場合、偏光子は、任意の所与の軸に沿った散乱繊維および充填剤の屈折率にある程度存在する有効屈折率を有する媒体として機能し得る。そのような場合、光がほとんど散乱されない。散乱繊維の断面サイズが、光波長より著しく大きく、たとえば、波長の少なくとも約３倍以上になると、散乱効率は非常に低くなり、真珠光沢効果が生じることがある。
【００９１】
散乱繊維の断面寸法は、光学材料の所望の用途に依存して変わることができる。したがって、たとえば、散乱繊維の寸法は、特定の用途における対象となる光の波長に依存して変わることができ、異なる寸法が、可視光、紫外光、および赤外光を散乱または透過するために必要とされる。しかし、一般に、散乱繊維の寸法は、およそ、材料中の対象となる波長範囲内の光の最も小さい波長の約３０分の１より大きくなければならない。
【００９２】
所望の寸法範囲の上側において、散乱繊維の平均寸法は、好ましくは、材料中の対象となる波長範囲にわたる光の波長の２倍以下、好ましくは所望の波長の０．５未満である。
【００９３】
複合繊維内の散乱繊維の密度は、生じる散乱の量に影響を及ぼす。散乱繊維間の中心間の間隔が、約λ／１０から約２λであることが有用であることができ、ここで、λは、入射光の中心または平均真空波長である。
【００９４】
散乱繊維は、断面が円形であることができるが、円形である必要はなく、他の断面形状を有することができる。図６Ｆに断面で概略的に示された例示的な複合繊維６５０において、散乱繊維６５２は正方形断面を有する。断面の他の形状、たとえば、三角形、矩形、もしくは六角形などの、規則的なおよび不規則な多角形形状、または湾曲した辺および直線の辺を組合せる断面形状を使用することができる。散乱繊維の断面形状は、押出ダイの形状の結果であることができるか、押出後の光学素子の後処理の結果であることができる。本発明を、図に示されたそれらの断面形状を有する散乱繊維に限定することは意図されていない。
【００９５】
中心間の繊維間隔が不均一である場合、非円形断面を有する散乱繊維の使用が有用であり、というのは、それは、散乱繊維が、複合繊維の断面積のより大きい割合を充填することを可能にするからである。たとえば、散乱繊維が矩形格子上に配列され、中心間の間隔が、ｙ方向においてｚ方向の２倍も大きい場合、散乱繊維は、散乱繊維がｙ方向においてｚ方向より２倍も長い楕円形断面を有する場合、散乱繊維が円形であった場合より大きい複合繊維断面を充填する。
【００９６】
非円形断面を有する散乱繊維のいくつかの付加的な例示的な配列が、図６Ｇ〜６Ｉに概略的に示されている。非円形散乱繊維は、それらの断面形状がランダムな方向に配列された状態で配列することができる。他の実施形態において、散乱繊維の断面を、互いに対して整列させることができる。たとえば、図６Ｇにおいて、複合繊維６６０は、楕円形断面を有する散乱繊維６６２が埋込まれた充填剤５０４で形成される。この特定の実施形態において、散乱繊維６６２は、それらの断面楕円の長軸がｙ軸と平行な状態で整列される。
【００９７】
散乱繊維は、それらの断面がすべて整列した状態で配列する必要はないが、異なる散乱繊維が、複合繊維内の異なる整列を有することができる。図６Ｈに概略的に示された複合繊維６７０の例示的な実施形態において、散乱繊維６７２は楕円形断面を有し、いくつかの繊維６７２ａが、それらの長軸がｚ軸に平行な状態で配列され、他の繊維６７２ｂが、それらの短軸がｚ軸に平行な状態で配列される。散乱繊維６７２の約半分が各方向に整列される。また、繊維６７２ａおよび６７２ｂの集団は、複合繊維６７０の断面内で規則的に配列される。繊維６７２ａおよび６７２ｂの集団を、また、複合繊維６７０の断面内で不規則に配列することができることが理解されるであろう。
【００９８】
示された実施形態の他の変更例が可能である。たとえば、すべての散乱繊維が、同じ断面形状、サイズ、または整列を有する必要はない。さらに、散乱繊維は、複合繊維内のパターンを形成するように断面で整列させることができる。そのような複合繊維６８０の１つの特定の例が、図６Ｉに概略的に示されている。充填剤５０４は、２つの異なる断面形状を有する散乱繊維、楕円形繊維６８２および円形繊維６８４が埋込まれる。示された実施形態において、楕円形繊維６８２は、それらの楕円形断面の短軸が最も近い円形繊維６８４の方に向けられるように整列される。散乱繊維の他のパターンを使用することができる。
【００９９】
散乱繊維が非円形断面を有する場合、散乱繊維は、複合繊維内に撚られない状態であることができ、散乱繊維の面が、散乱繊維の長さに沿って、複合繊維の１つの面の方に配向される。他の例示的な実施形態において、散乱繊維を複合繊維内で撚ることができ、散乱繊維の長さに沿って異なるポイントにおいて、散乱繊維の面が、複合繊維の異なる面の方に配向される。
【０１００】
複合繊維の多くの実施形態において、複屈折性界面は、湾曲していることができるか、平坦であり、かつ整列されていないことができる。そのような実施形態において、光は複屈折性界面で多くの異なる方向に反射され、したがって、複合繊維は、光を散乱すると説明することができる。
【０１０１】
屈折率不整合が、複合繊維内の偏光依存散乱を促進するために依拠する主な要因であるが、複合繊維の断面形状も、散乱に影響を及ぼすことができる。たとえば、散乱繊維が、断面が楕円形である場合、楕円形断面形状は、後方散乱光および前方散乱光の両方の非対称拡散に寄与することができる。この影響は、屈折率不整合による散乱量を増加させる場合も減少させる場合もある。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、散乱繊維は、コアおよびシェル構造を有することができ、コアおよびシェルは、同じまたは異なる材料から製造されるか、コアは中空である。したがって、たとえば、散乱繊維は、均一なまたは不均一な断面の中空繊維であることができる。繊維の内部空間は、空であることができるか、固体、液体、または気体であることができ、有機または無機であることができる適切な媒体によって占めることができる。媒体の屈折率は、複屈折性界面における所望の反射度または散乱度を達成するように、複屈折性界面における屈折率差を考慮して選択することができる。適切な等方性ポリマー材料および複屈折性ポリマー材料を上で説明した。
【０１０３】
複合繊維を製造する１つの方法は、複合繊維を製造するために設計されたフィードブロックを使用して、ときにはまた「海島（ｉｓｌａｎｄ−ｉｎ−ｔｈｅ−ｓｅａ）」繊維として知られている多数の散乱繊維を共押出しすることである。そのような方法は、繊維科学技術ハンドブック：先端技術繊維パートＤ（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ： Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｉｂｅｒｓ Ｐａｒｔ Ｄ）、Ｖｏｌ．３；ルーイン（Ｌｅｗｉｎ）およびプレストン（Ｐｒｅｓｔｏｎ）（編）、マーセル・デッカー（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ）、１９９６年、ＩＳＢＮ ０−８２４７−９４７０−２に、より詳細に記載されている。この引例に記載されたものを含む他の繊維構造および断面分布を使用することができる。複合繊維を、押出後、延伸して、複屈折性材料を配向することができる。散乱繊維を含む素子を共押出しする方法のより詳細な説明が、米国特許出願第１１／０６８，１５９号明細書（２００５年２月２８日に出願された、「共連続相を有する複合ポリマー光学フィルム（ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＰＯＬＹＭＥＲＩＣ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭＳ ＷＩＴＨ ＣＯ−ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＰＨＡＳＥＳ）」、代理人整理番号６０４０１ＵＳ００２）に、示されている。
【実施例】
【０１０４】
複合繊維を共押出しする例において、１１８のレーザ機械加工プレートと、１１のエンドミル加工したプレートとを有するフィードブロックを、２つの入力ポートと、約１０００の「島」出力ポートとを有するように組立てた。フィードブロック内で、ポリマー経路は、すべて、実質的に等しい長さである。結果として生じる共押出物（ｃｏｅｘｔｒｕｄａｎｔ）複合繊維の断面が、図１４の写真に示されている。複合繊維は、テネシー州キングズポートのイーストマン・ケミカル・カンパニーによって供給された、ＰＥＴＧコポリエステル、イースター（登録商標）６７６３の充填剤「海」の中の、散乱繊維「島」としてのＰＥＮ（９０％）／ＰＥＴ（１０％）コポリマーを含んだ。押出された複合繊維は直径約２００μｍである。複合繊維は、延伸しなかったが、幾何学的形状を維持しながらの延伸で、約２５μｍの直径、すなわち、約８７％の直径の低減に達することができる。そのような延伸において、散乱繊維間の間隔は約５００ｎｍであろう。散乱繊維の断面寸法は、２つの異なるポリマー材料の流量の比に依存する。
【０１０５】
ポリマー繊維の適切な光学特性を、同心および平面の両方の多層構成、ならびに複合繊維内の多数の小さい散乱繊維（「海島」繊維）を含む繊維内部構造の使用によって、または他の方法によって、複屈折性界面で、先に説明されたように達成することができる。繊維内のポリマー複屈折性界面を含む所望の内部構造を発生させるための別の方法は、混和性でない（かつ少なくとも１つが複屈折性である）２つのポリマーを使用し、それらを繊維に押出すか、キャストするか、形成することである。処理すると、連続相および分散相が発生される。その後の処理または配向で、ポリマー繊維の内部構造に依存して、分散相は棒状または層状構造を呈することができる。さらに、ポリマー材料は、一方の偏光方向について、２つの材料の間に実質的な屈折率整合があり、他方の偏光について、比較的大きい屈折率不整合があるように、配向することができる。フィルムマトリックス内の分散相の発生は、米国特許第６，１４１，１４９号明細書により詳細に記載されている。
【０１０６】
このタイプの複屈折性ポリマー繊維は、分散相繊維と呼ぶことができる。分散相繊維８００の例が、図８Ａに概略的に示されており、分散相８０２は連続相８０４の内部にある。端面８０６は、繊維８００の断面を横切る分散相部分８０２のランダムな分布を示すための断面である。マトリックス８０４と分散相８０２との間の界面は複屈折性界面であり、したがって、偏光に敏感な反射または散乱が界面で生じる。
【０１０７】
分散相は、また、液晶小滴、液晶ポリマー、またはポリマーから形成することができる。分散相は、代わりに、空気（微小空隙）から構成することができる。いずれにせよ、分散相繊維内の分散相と連続相との間の界面は、反射偏光を含む所望の光学特性を誘起することができる。
【０１０８】
複屈折性ポリマー繊維を形成するための別の方法において、第１のポリマーを充填剤として使用するが、第２および第３のポリマーを散乱繊維のために使用して、複合繊維と同様に、繊維を形成することができる。いくつかの実施形態において、第２および第３のポリマーは互いに混和性でなく、第２および第３のポリマーの少なくとも１つが複屈折性である。第２および第３のポリマーを混合し、複合繊維内の散乱繊維として押出すことができる。処理すると、第１のポリマーは複合繊維の充填剤部分を形成し、散乱繊維は、それぞれ第２および第３のポリマーからの連続相および分散相の両方を含む。このタイプの繊維は分散相複合繊維と呼ばれる。分散相複合繊維８５０の例が、図８Ｂに概略的に示されており、分散相８５４を含む散乱繊維８５２を示す。散乱繊維８５２は充填剤８５６によって囲まれる。他の実施形態において、散乱繊維は第２のポリマーおよび第３の材料から形成することができ、第３の材料は、液晶材料、液晶ポリマー、またはポリマーである。
【０１０９】
同様に、同心多層繊維および非同心多層繊維は、層タイプの１つが第１のポリマーから構成され、第２の層タイプが、混和性でない２つのポリマーまたは材料の混合物から構成された交互の層から形成することができる。それらの場合において処理すると、いくつかの層が第１のポリマーを含み、いくつかの他の層が分散相および連続相の両方を含む状態で、交互の層が製造される。好ましくは、連続相および分散相の一方または両方が複屈折性である。その後の処理または配向で、第２のタイプの層内の分散相は、棒状または層状構造を呈することができる。
【０１１０】
散乱繊維、または層状繊維内の複屈折性領域のサイズ要件は、さまざまな実施形態すべての間で同様である。繊維のサイズ、または多層デバイス内の層の厚さは、所望の動作波長または動作波長範囲に依存する、連続相および分散相を含む層または繊維を含むシステムの所望のサイズスケールを達成するために、適切にスケールアップまたはスケールダウンする必要がある。
【０１１１】
本発明の偏光子に使用することができる別のタイプのポリマー繊維を、ここで、図９を参照して説明する。繊維はヤーン９００として形成される。ヤーン９００のいくつかの実施形態において、繊維は、たとえば、いくつかの多層繊維、分散相繊維、複合繊維、および／または分散相複合繊維をともに撚ることによって、ともに撚られたいくつかの複屈折性ポリマー繊維９０２から形成される。ヤーン９００は、配向された繊維をともに撚ってヤーンを形成することによって形成することができるか、配向可能な材料から製造された等方性繊維をともに撚り、次に、ヤーン９００を延伸して配向可能な材料を配向することによって、形成することができる。
【０１１２】
ヤーン９００は、複屈折性ポリマー繊維のみを含むことに限定されず、また、他の繊維、たとえば、等方性または複屈折性の他のポリマー材料の繊維；綿、絹、または麻などの天然繊維；および、ガラス繊維、ガラスセラミック繊維、またはセラミック繊維などの無機繊維を含むことができる。
【０１１３】
ヤーン９００は、ガラス材料、セラミック材料、および／またはガラスセラミック材料から構成された繊維または複数本の繊維を含むことができる。ガラスセラミック材料は、一般に、サイズが一般に１μｍより小さい、非常に小さい結晶９５〜９８体積パーセントを含む。いくつかのガラスセラミック材料が、５０ｎｍの小さい結晶サイズを有し、それらを可視波長において効果的に透明にし、というのは、結晶サイズが可視光の波長よりずっと小さいからである。これらのガラスセラミックスは、また、ガラス状領域および結晶領域の屈折率の間の有効差をほとんどまたはまったく有さないことができ、それらを視覚的に透明にする。透明性に加えて、ガラスセラミック材料は、ガラスの破壊強度を超える破壊強度を有することができ、ゼロの、または値が負でさえある熱膨張係数を有することが知られている。対象となるガラスセラミックスは、Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、およびＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2−ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、およびＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2を含むがこれらに限定されない組成物を有する。
【０１１４】
いくつかのセラミックスが、また、屈折率が適切に整合したマトリックスポリマー内に埋込まれた場合、透明に見えることができるほど十分に小さい結晶サイズを有する。ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能なネクステル（Ｎｅｘｔｅｌ）（登録商標）セラミック（Ｃｅｒａｍｉｃ）繊維が、このタイプの材料の例であり、すでに、糸、ヤーン、および織マットとして入手可能である。適切なセラミック材料またはガラスセラミック材料が、ガラスの化学（Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｇｌａｓｓｅｓ）、第２版（エー・ポール（Ａ．Ｐａｕｌ）、（チャップマン・アンド・ホール（Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ）、１９９０年）、およびセラミックス入門（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、第２版（ダブリュー・ディー・キンガリー（Ｗ．Ｄ．Ｋｉｎｇｅｒｙ）、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）、１９７６年）に、さらに記載されている。
【０１１５】
ヤーン９００は、ヤーン９００の全長にわたって延在しない、一般にステープル繊維と呼ばれる複数本の繊維を含むことができる。ヤーン９００はポリマーマトリックス内に封入することができ、マトリックスは、ヤーン９００を構成する繊維９０２の間の空間を充填する。他の実施形態において、ヤーン９００は繊維９０２間に充填剤を有することができる。
【０１１６】
ヤーン９００での使用のための適切な複屈折性ポリマー材料としては、ＰＥＴ、ＰＥＮを含むポリマー、テレフタレート、ナフタレート、または両方を含むコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。他の方法において、ヤーン９００は、ともに撚られた、多層繊維または複合繊維などの複屈折性繊維を含むことができる。
【０１１７】
一般に、ポリマー繊維の複屈折性界面は、細長く、繊維に沿った方向に延在する。いくつかの例示的な実施形態において、複屈折性繊維はｘ軸に平行にあり、したがって、拡散反射光は、ほとんど、繊維に垂直な平面、ｙ−ｚ平面内に散乱され、ｘ−ｚ平面内の散乱がほとんどない。
【０１１８】
本発明による偏光子を製造するための１つの方法を、ここで、図１０Ａ〜１０Ｄを参照して説明する。図１０Ａに概略的に示されているように、ポリマー繊維１００２が第１のポリマー層１００４上に置かれる。第２のポリマー層１００６をポリマー繊維１００２の上にキャストすることができる、図１０Ｂ。第１のポリマー層１００４および第２のポリマー層１００６は、同じポリマー材料であることができるか、異なる材料であることができる。必要な場合、さまざまな方法、たとえば、熱および圧力、溶媒コーティングおよび乾燥、現場重合、またはそれらの組合せによって、第２のポリマー１００６層を繊維１００２内に浸透させることができる。
【０１１９】
繊維１００２は、個別に置くことができ、個別のポリマー繊維の幅と同じまたはより大きい高さを有する繊維のスタックを構成することができるか、１つ以上のトウとして置くことができる。トウは、ともに撚られていない繊維の配列である。繊維１００２は、複合繊維、多層繊維、繊維ヤーン、任意の他の適切なタイプの繊維、またはそれらの組合せであることができる。特に、１つまたは複数のトウは、互いに実質的に平行である１組の繊維を形成することができる。繊維トウ１１０６の実施形態が、図１１に概略的に示されている。ポリマー繊維１００２に支持を与えるために、および、ポリマー繊維１００２をそれらの隣のものに対して所望の間隔で保つために、交差部材１１０８が存在することができる。たとえば、連続プロセスでポリマー繊維１００２が第１のポリマー層１００４の上に置かれる場合、交差部材１１０８は存在する必要はない。
【０１２０】
繊維１００２は、また、第１の層１００４上に、１つ以上の織物の一部として置くことができる。織物１２０６が図１２に概略的に示されており、ポリマー繊維１００２は経糸を形成し、交差繊維１２０８が緯糸を形成する。交差繊維１２０８は、有機または無機の、任意の適切な繊維材料から製造することができ、たとえば、等方性および／または複屈折性ポリマー繊維などのポリマー繊維、または、綿、絹、および麻などの天然繊維であることができる。他の例示的な実施形態において、交差繊維１２０８は、上で説明されたような、ガラス繊維、たとえば、Ｅガラス繊維もしくはＳガラス繊維、ガラスセラミック繊維、またはセラミック繊維であることができる。交差繊維が、偏光子内を通過する光に、低減された光学効果を及ぼすように、交差繊維１２０８の屈折率を周囲のポリマーマトリックスの屈折率に実質的に整合させることができる。さらに、経糸繊維のすべてが、複屈折性界面を含むポリマー繊維である必要はない。たとえば、経糸繊維のいくつかが、また、等方性繊維であることができ、交差繊維と同じタイプの繊維から形成することができる。いくつかの実施形態において、経糸繊維１００２は、１つの特定の波長帯域内の光の１つの偏光を反射するか散乱させるのに効果的である複屈折性界面を有する繊維であることができる。交差繊維１２０８は、別の特定の波長帯域内の光の１つの偏光を反射するか散乱させるのに効果的な複屈折性界面を有する繊維であることができる。
【０１２１】
織物は、任意の適切な織りプロセスを用いて形成することができる。たとえば、織物は、示されているような平織物、綾織物、繻子織物、またはなんらかの他の種類の織物であることができる。いくつかの例示的な実施形態において、複屈折性繊維１００２は、たとえば、図１３Ａに部分断面で概略的に示されているように、織物内で比較的平坦である。この図が、複屈折性繊維１００２が実質的にｘ方向に平行にあるという慣行に従うことに留意されたい。いくつかの例示的な実施形態において、複合繊維または多層繊維などのポリマー繊維は、撚られることなく、織物内の１つの配向を維持する。
【０１２２】
他の実施形態において、ポリマー繊維１００２は、織物内で平坦である必要はない。そのような織物１２０６の例示的な部分断面が、図１３Ｂに概略的に示されている。この図の見方が、図１３Ａの見方と異なることに留意することが重要である。図１３Ａは交差繊維１２０８の側を示し、図１３Ｂはポリマー繊維１００２の側を示す。座標軸は、先の図に用いられた慣行に従い、したがって、ポリマー繊維１００２は、一般に、ｘ軸に平行な方向にある。しかし、ポリマー繊維１００２が織物１２０６内で起伏するので、ポリマー繊維１００２の複屈折性界面は、すべて、ｘ軸に厳密に平行にあるとは限らない。したがって、繊維１００２によって反射または散乱された光を、ｘ−ｚ平面内に異なる角度で散乱させることができる。図において、光１３０２が、繊維１００２にｘ軸に垂直な方向に入射し、光１３０２の一部が、光１３０２がポリマー繊維１００２に「下方傾斜」または「上方傾斜」で入射するかに依存して、正のｘ方向または負のｘ方向の成分を有する角度αによって反射される。したがって、ポリマー繊維１００２は、また、ｘ−ｚ平面内に反射光を拡散させることができる。ｘ−ｚ平面内の拡散反射度は、織物内のポリマー繊維１００２の形状に依存し、ポリマー繊維１００２の部分が、ｘ方向に平行であることからそれることが大きいほど、ｘ−ｚ平面内の光の角度分布が大きい。
【０１２３】
ポリマー繊維１００２は、また、不織布として、チョップドファイバーとして、またはチョップドファイバーマットとして提供することができる。
【０１２４】
偏光子は、バッチプロセスで、または連続プロセスで形成することができる。連続プロセスにおいて、好ましくはトウまたは織物内の、複屈折性繊維１００２は、第１のポリマー層１００４上に置かれ、次に、第２のポリマー層１００６を、複屈折性繊維１００２の上に、連続的にキャストすることができる。次に、第２の層１００６を、硬化させるか、硬化するようにすることができる。
【０１２５】
必要に応じて、ポリマー繊維１００２の付加的な層を、ポリマー材料のその後の層１００８とともに加えることができる。たとえば、図１０Ｃおよび図１０Ｄは、第２のポリマー層１００６の上の１組のポリマー繊維１００２の追加、および第３のポリマー層１００８の付与を示す。
【０１２６】
第１のポリマー層１００４は、熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性タイプポリマーであることができる。第２のポリマー層１００６およびその後のポリマー層１００８も、熱可塑性または熱硬化性タイプポリマーであることができる。熱可塑性ポリマーを、熱および圧力、溶媒コーティングおよび乾燥、または現場重合を含むさまざまな方法によって、前のポリマー層１００４に付与し、繊維１００２内に浸透させることができる。熱硬化性タイプポリマーを、圧力、熱、化学線、および／または経過時間に曝すことによって、繊維１００２および前のポリマー層１００４および１００６上にコーティングし硬化させることができる。
【０１２７】
偏光子を製造するための代替方法において、特定の所望の光学特性、物理特性、または表面特性を有するポリマーフィルム１００４を、上に繊維１００２が置かれる基材として使用することができる。熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂または硬化性組成物を、第２のポリマーフィルム１００６として付与して、繊維１００２の１つまたは複数の層に浸透させることができ、次に、第２の基材１００８を付与して、繊維１００２および樹脂または硬化性組成物の第２のポリマーフィルム１００６の周りのサンドイッチタイプ構造を作ることができる。次に、硬化性樹脂を、硬化させるか、固めるか、反応させて、積層体を形成することができる。この場合、基材１００４、１００８を、熱可塑性、熱硬化性樹脂または硬化性組成物と同じ材料から製造することができるか、それを異なる材料から製造することができる。広範囲の感圧接着剤およびホットメルト接着剤を、第２の層１００６のための熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂または硬化性組成物の代わりに使用することができる。いくつかの実施形態において、第１の基材１００４および第２の基材１００８を、繊維１００２を含む熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂または硬化性組成物１００６に密接に付着することができる。他の実施形態において、第１の基材１００４および第２の基材１００８は取外し可能であることができる。
【０１２８】
複屈折性繊維の１つの層より多くを有する偏光子を製造するための別の例示的な方法において、繊維の２つ以上の層を、第１のポリマー層の上に置くことができ、次に、ポリマー材料の第２の層を、１つの工程で、ポリマーマトリックスとして繊維の上にキャストする。
【０１２９】
複合繊維を有する偏光子を製造する別の例示的な方法において、複合繊維がポリマーマトリックス内に埋込まれる前、複合繊維の充填剤を、たとえば、溶媒に溶解することによって、除去することができる。次に、ポリマーマトリックスを、複合繊維の散乱繊維の間の充填剤として使用することができる。この方法は、複合繊維が、トウまたは織物で提供される場合、特に有用であることができる。
【０１３０】
複合繊維を製造するための適切な方法が、複屈折性散乱繊維と、可溶性充填剤とを有する複合繊維を押出すことを含む。適切な水溶性充填剤としては、ポリビニルピロリジノン、セルロースアセテート、およびポリビニルアルコールが挙げられる。適切なポリビニルアルコールとしては、約７０から９５％の程度に加水分解されたポリ酢酸ビニルから製造されたものが挙げられる。
【０１３１】
散乱繊維は、アレイで押出し、押出されたアレイを加熱し、散乱繊維が延伸されて、所望の屈折率値をもたらす延伸比を与えるように適切な張力を加えることによって配向することができる。
【０１３２】
複合繊維を形成する、散乱繊維の配向されたアレイを、ヤーンに形成することができる。ヤーンは、任意に、また、他のタイプの繊維を組入れることができる。ヤーンは、好ましくは、繊維のトウを形成することによって、または、繊維を織ってファブリックを形成することによって、１つの方向に配向される。押出後、任意の製造段階で、ヤーンを洗浄することによって、可溶性ポリマー充填剤を除去することができる。
【０１３３】
洗浄された散乱繊維に、流体、好ましくは硬化性樹脂流体を浸透させることができる。任意の適切な技術を用いて、樹脂を固めることができ、たとえば、樹脂を熱および／または放射線硬化させて、繊維を含むマトリックスを形成することができる。いくつかの例示的な実施形態において、樹脂は、マトリックスが平坦な表面を有するように硬化される。他の例示的な実施形態において、樹脂は、１つ以上の表面上に所望の構造を有するように硬化させることができる。たとえば、樹脂を、それが、微細複製工具の微細構造化表面と接触する表面を有する間、硬化させることができる。適切な微細構造化表面の例としては、機械加工金属表面、電鋳レプリカ、または成形ポリマーフィルムが挙げられる。マトリックス表面上に形成された適切な微細構造の例としては、線状プリズム構造、非線状プリズム構造、フレネル表面、マイクロレンズなどが挙げられる。
【０１３４】
本発明のいくつかの実施形態を、たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）システムおよび他の偏光ディスプレイシステムに使用することができる。たとえば、上で説明されたタイプの繊維ベースの反射偏光子を使用して、ＬＣＤシステムのバックライト内のＬＣＤパネルに伝播する光を偏光することができる。そのようなシステムとしては、ＬＣＤ−ＴＶおよびＬＣＤモニタ、携帯電話ディスプレイ、ならびに、ＬＣＤパネルを使用して使用者に情報を表示する、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラなどの他の電子機器が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１３５】
本発明は、上述された特定の実施例に限定されるとみなされるべきではないが、むしろ、特許請求の範囲に適切に記載されたような本発明の態様をすべて包含するものと理解されるべきである。本発明が適用可能であろうさまざまな変更例、均等なプロセス、および多数の構造は、本明細書を検討すると、本発明が関連する技術における当業者には容易に明らかであろう。特許請求の範囲は、そのような変更例およびデバイスを包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１Ａ】それぞれ正反射および拡散反射を示す偏光子を概略的に示す。
【図１Ｂ】それぞれ正反射および拡散反射を示す偏光子を概略的に示す。
【図２】本発明の原理による偏光子の実施形態の破断図を概略的に示す。
【図３Ａ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｂ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｃ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｄ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｅ】本発明の原理による、ポリマー繊維のすべてが平行であるとは限らない光学素子の実施形態を概略的に示す。
【図３Ｆ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｇ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｈ】本発明の原理による光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｉ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｊ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｋ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｌ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｍ】本発明の原理による構造化表面を有する光学素子の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図４Ａ】本発明の原理による多層繊維の断面図を概略的に示す。
【図４Ｂ】本発明の原理による多層繊維の断面図を概略的に示す。
【図４Ｃ】本発明の原理による多層繊維の断面図を概略的に示す。
【図４Ｄ】本発明の原理による多層繊維を使用する偏光子の断面図を概略的に示す。
【図４Ｅ】本発明の原理による多層繊維を使用する偏光子の断面図を概略的に示す。
【図４Ｆ】本発明の原理による多層繊維を使用する偏光子の断面図を概略的に示す。
【図４Ｇ】本発明の原理による多層繊維を使用する偏光子の断面図を概略的に示す。
【図５Ａ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｂ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｃ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｄ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｅ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｆ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｇ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｈ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｉ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｊ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図５Ｋ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ａ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｂ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｃ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｄ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｅ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｆ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｇ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｈ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図６Ｉ】本発明の原理による複合繊維の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図７】散乱繊維半径の関数としての光散乱効率を示すグラフを示す。
【図８Ａ】本発明の原理による分散相複屈折性ポリマー繊維の実施形態を概略的に示す。
【図８Ｂ】本発明の原理による分散相複屈折性複合ポリマー繊維の実施形態を概略的に示す。
【図９】本発明の原理による偏光子での使用のためのポリマー繊維ヤーンを概略的に示す。
【図１０Ａ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態における工程を概略的に示す。
【図１０Ｂ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態における工程を概略的に示す。
【図１０Ｃ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態における工程を概略的に示す。
【図１０Ｄ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態における工程を概略的に示す。
【図１１】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態に使用される繊維トウを概略的に示す。
【図１２】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子を製造する方法の実施形態に使用される繊維織物を概略的に示す。
【図１３Ａ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子に使用することができるようなポリマー繊維織物の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図１３Ｂ】本発明の原理によるポリマー繊維光学素子に使用することができるようなポリマー繊維織物の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図１４】本発明の原理による偏光子に使用することができる散乱繊維の断面を示す写真を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスポリマー材料を含むポリマーマトリックスと、
前記ポリマーマトリックス内に配置された少なくとも１つの繊維織物であって、前記繊維織物が複数のポリマー繊維を含み、前記ポリマー繊維が第１のポリマー繊維材料を含み、前記第１のポリマー繊維材料が複屈折性である、少なくとも１つの繊維織物とを含む光学体。
【請求項２】
前記ポリマー繊維が、少なくとも第２のポリマー繊維材料をさらに含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項３】
前記第１および第２のポリマー繊維材料の１つが、前記マトリックスポリマー材料と同じである、請求項２に記載の光学体。
【請求項４】
前記ポリマー繊維が、第２の繊維ポリマー材料の充填剤内に配置された前記第１のポリマー繊維材料から形成された散乱ポリマー繊維を含むポリマー複合繊維である、請求項１に記載の光学体。
【請求項５】
前記散乱ポリマー繊維が、連続相内の分散相を構成する分散相散乱ポリマー繊維を含む、請求項４に記載の光学体。
【請求項６】
前記複合繊維が、ほぼ非円形の断面を有し、前記非円形断面の配向が、前記織物に沿って実質的に一定である、請求項４に記載の光学体。
【請求項７】
前記ポリマー繊維が、ポリマー繊維ヤーンを含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項８】
前記ポリマー繊維が、前記第１のポリマー繊維材料および第２のポリマー繊維材料の交互の層を含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項９】
前記第１および第２のポリマー材料の層が実質的に平面である、請求項８に記載の光学体。
【請求項１０】
前記交互の第１および第２のポリマー材料の層が、同心状に配列される、請求項８に記載の光学体。
【請求項１１】
前記ポリマー繊維が、前記第１のポリマー材料の分散相と、第２のポリマー材料の連続相とを含む分散相繊維を含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項１２】
繊維織物が、経糸繊維と、緯糸繊維とを含み、前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、前記複数のポリマー繊維を含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項１３】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、光学的に等方性のポリマー繊維を含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１４】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、光学的に等方性の天然繊維を含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１５】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、無機繊維を含み、前記無機繊維が、ガラス、セラミック、およびガラスセラミックの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１６】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、前記ポリマーマトリックスの屈折率と実質的に同様の屈折率を有する光学的に等方性のポリマー繊維を含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１７】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、前記ポリマーマトリックスの屈折率と実質的に異なる屈折率を有する光学的に等方性のポリマー繊維を含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１８】
前記繊維織物内の前記ポリマー繊維が、実質的に直線である、請求項１に記載の光学体。
【請求項１９】
前記ポリマーマトリックスが、前記複数のポリマー繊維を含む層として形成され、前記層が、実質的に平坦かつ平行な表面を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項２０】
前記ポリマーマトリックスが、少なくとも１つの構造化表面を有する層として形成される、請求項１に記載の光学体。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの構造化表面が、屈折力を、前記光学体を透過した光に与える、請求項２０に記載の光学体。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの構造化表面が、プリズム構造のアレイを含む、請求項２０に記載の光学体。
【請求項１】
マトリックスポリマー材料を含むポリマーマトリックスと、
前記ポリマーマトリックス内に配置された少なくとも１つの繊維織物であって、前記繊維織物が複数のポリマー繊維を含み、前記ポリマー繊維が第１のポリマー繊維材料を含み、前記第１のポリマー繊維材料が複屈折性である、少なくとも１つの繊維織物とを含む光学体。
【請求項２】
前記ポリマー繊維が、少なくとも第２のポリマー繊維材料をさらに含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項３】
前記第１および第２のポリマー繊維材料の１つが、前記マトリックスポリマー材料と同じである、請求項２に記載の光学体。
【請求項４】
前記ポリマー繊維が、第２の繊維ポリマー材料の充填剤内に配置された前記第１のポリマー繊維材料から形成された散乱ポリマー繊維を含むポリマー複合繊維である、請求項１に記載の光学体。
【請求項５】
前記散乱ポリマー繊維が、連続相内の分散相を構成する分散相散乱ポリマー繊維を含む、請求項４に記載の光学体。
【請求項６】
前記複合繊維が、ほぼ非円形の断面を有し、前記非円形断面の配向が、前記織物に沿って実質的に一定である、請求項４に記載の光学体。
【請求項７】
前記ポリマー繊維が、ポリマー繊維ヤーンを含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項８】
前記ポリマー繊維が、前記第１のポリマー繊維材料および第２のポリマー繊維材料の交互の層を含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項９】
前記第１および第２のポリマー材料の層が実質的に平面である、請求項８に記載の光学体。
【請求項１０】
前記交互の第１および第２のポリマー材料の層が、同心状に配列される、請求項８に記載の光学体。
【請求項１１】
前記ポリマー繊維が、前記第１のポリマー材料の分散相と、第２のポリマー材料の連続相とを含む分散相繊維を含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項１２】
繊維織物が、経糸繊維と、緯糸繊維とを含み、前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、前記複数のポリマー繊維を含む、請求項１に記載の光学体。
【請求項１３】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、光学的に等方性のポリマー繊維を含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１４】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、光学的に等方性の天然繊維を含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１５】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、無機繊維を含み、前記無機繊維が、ガラス、セラミック、およびガラスセラミックの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１６】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、前記ポリマーマトリックスの屈折率と実質的に同様の屈折率を有する光学的に等方性のポリマー繊維を含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１７】
前記経糸繊維および前記緯糸繊維の少なくとも一方が、前記ポリマーマトリックスの屈折率と実質的に異なる屈折率を有する光学的に等方性のポリマー繊維を含む、請求項１２に記載の光学体。
【請求項１８】
前記繊維織物内の前記ポリマー繊維が、実質的に直線である、請求項１に記載の光学体。
【請求項１９】
前記ポリマーマトリックスが、前記複数のポリマー繊維を含む層として形成され、前記層が、実質的に平坦かつ平行な表面を有する、請求項１に記載の光学体。
【請求項２０】
前記ポリマーマトリックスが、少なくとも１つの構造化表面を有する層として形成される、請求項１に記載の光学体。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの構造化表面が、屈折力を、前記光学体を透過した光に与える、請求項２０に記載の光学体。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの構造化表面が、プリズム構造のアレイを含む、請求項２０に記載の光学体。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図５Ｉ】
【図５Ｊ】
【図５Ｋ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図６Ｉ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図５Ｉ】
【図５Ｊ】
【図５Ｋ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図６Ｉ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【公表番号】特表２００８−５３３５１４（Ｐ２００８−５３３５１４Ａ）
【公表日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５８０７０（Ｐ２００７−５５８０７０）
【出願日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００６３８６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０９３７７５
【国際公開日】平成１８年９月８日（２００６．９．８）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００６３８６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０９３７７５
【国際公開日】平成１８年９月８日（２００６．９．８）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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