JP2003506728A - 拡散反射製品 - Google Patents

拡散反射製品

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Abstract

(57)【要約】 特に380〜730nmの可視波長において増強された可撓性および反射率を提供し、熱可塑性ポリマーおよび希釈剤の熱誘起相分離法によって形成された構造体に隣接する拡散反射材料について述べられている。このような材料は、その他の反射層との組み合わせで多種多様な用途がある。拡散反射製品は、液晶ディスプレイのバックライトユニット、照明、コピー機、投影システムディスプレイ、ファクシミリ装置、電子黒板、拡散白色標準、写真電球などで有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 技術分野 本発明は、熱誘起相分離法技術(TIPS)を用いて熱可塑性ポリマーおよび
希釈剤から形成される、改善された拡散反射製品をはじめとする改善された反射
製品に関する。
【0002】 背景 拡散反射は、照射された放射線と等角度でのみ光が跳ね返される正反射または
鏡面反射とは対照的に、多くの角度で反射光輝度を提供する。例えば種々の光測
定試験機器のための白色標準として使用される典型的な拡散反射材は、全て高価
で硬く脆いプレスケーキまたはセラミックタイル形態の(硫酸バリウムまたは酸
化マグネシウムなどの)白色無機化合物からできている。その他の既存の拡散反
射材としては、(1)粒子、周囲のマトリックス、および延伸によって生じた任
意の空気充填空隙の屈折率の違いに依存する微細空孔粒子充填製品、および(2
)焼結ポリテトラフルオロエチレン懸濁液からできた微孔性材料が挙げられる。
【0003】 微孔性フィルムを製造するのに有用な別の技術は、熱誘起相分離法(TIPS
)である。TIPS技術は、米国特許番号第4,247,498号および第4,
867,881号で述べられるように、熱可塑性ポリマーおよび希釈剤が液−液
相分離によって分離される、微孔性材料の調製において用いられている。固‐液
相分離法については、米国特許番号第4,539,256号で述べられている。
微孔性材料に組み込まれた成核剤の使用は、固‐液相分離法における改善として
米国特許番号第4,726,989号でも述べられている。
【0004】 既存のTIPS微孔性フィルムは有用であるが、開発されている多種多様な光
制御用途のためには、効果的でありながら安価な拡散反射製品がなお必要である
。このような多くの用途では、特に拡散反射製品をノート型パソコン、ハンドヘ
ルドコンピュータ、携帯電話、およびその他の電子装置に組み込まれた液晶ディ
スプレイ(LCD)などの電子ディスプレイで使用する場合、拡散反射製品がで
きる限り薄いことが必要である。拡散反射製品で有用なさらに別の属性は、経時
的に、そして熱暴露時に、反射製品が制御されたまたは低減した収縮をすること
である。種々のTIPS微孔性フィルムで使用されるものをはじめとする多くの
ポリマー材料は、経時的に、特に熱暴露時に顕著な収縮を起こす。この収縮を削
減または除外することは、最適な拡散反射製品を製造するために望まれる。さら
に一様かつ効率的に、光を効率的に反射する改善された反射製品が必要である。
【0005】 発明の開示 製品の構造が各材料の適切な大きさの領域を提供すれば、異なる屈折率を有す
る2種以上の非吸収性材料からできた製品によって、照射光または放射線が著し
く散乱されて、拡散性に反射されることが光学的物理学から知られている。効率
的な拡散反射材を作るためには、製品の光拡散領域または部位の寸法(すなわち
横断面の幅または高さ)が、反射される光の波長とほぼ同じであるべきである。
拡散部位の寸法が興味の対象となる波長よりもはるかに小さいと、光は製品を通
過する。寸法がはるかに大きいと、光の大部分を拡散性に反射するのに必要な全
体的厚さが極端に大きくなる。2種の媒体の屈折率の違いが増大するに従って、
反射材の効率が増大することも知られている。
【0006】 本発明はTIPS技術を使用して、微孔性層を組み込んだ拡散反射製品を提供
する。拡散反射製品は好ましくは可撓性であり、類似厚のその他の既知反射材の
大部分よりも効率的に、例えば380〜730nmの波長を有する可視光などの
放射線を拡散性に反射できる。拡散反射製品は安価かつ容易に入手できる原材料
によって、改善された反射率を提供できる。多くの試験は、100%近い絶対反
射率の測定において不正確であるため、測定された拡散反射製品の反射率は使用
する試験方法に左右される。さらにこれらのTIPS製品の非常に高い拡散反射
率が、近赤外線および紫外線波長に見つかっている。
【0007】 本発明は高い絶対反射率を保ちながら、低減した厚さを有する改善された拡散
反射材をさらに提供する。この低減した厚さによって、LCD照明システムをは
じめとする薄いプロフィールを有する種々の製品の作成が可能になる
【0008】 特定の具現においては、拡散反射材は、先行TIPS製品と比べて改善された
寸法安定性も有する。この改善された寸法安定性により、既存のTIPS反射材
では可能でないやり方で、拡散反射材を製品に組み込むことが可能になる。例え
ば低減した収縮により、拡散TIPS製品を定位置に保持するための外周のベゼ
ルが狭い、LCD照明システムへの組み込みが可能になる。
【0009】 発明の特定の実施態様では、拡散反射製品は、2枚の平滑面が約1.5mm(
ccm)未満隔てられる際に生じる光学的結合(ウェットアウトとしても知られ
る)を低下させる、表面構造体を含む。光学的結合は表面の1枚が、内部全反射
(TIR)により長さに沿って光を透過させる、導光器または導波管に属する場
合に、特に重大である。このような結合は、好ましくない様式で導光器から光が
逃げる経路を提供し、不均一な照度の原因になる。厳密に透過性/反射性のモー
ドでは、同じ近接性が、表面間で製品が濡れているように見せ(ウェットアウト
)、境界でニュートンリングと称される環を有するように見せる、強めあう反射
および弱めあう反射を生じる。
【0010】 したがって第1の態様では、本発明は構造体に隣接する反射材料を含む反射製
品を含む。これらの構造体の例としては、導光器または中空光共振器が挙げられ
るが、これに限定されるものではない。反射製品は、任意に正反射材料または拡
散反射材料のどちらかであり、構造体との光学的結合を低下または除外するよう
に構成された、表面要素を有する第1の表面を含む。これらの表面要素の例とし
ては、例えば可変高溝、錐体、半球、および被覆された粒子が挙げられる。好ま
しい具現では反射製品は、その中に空隙を有するポリマー材料の網目状組織を含
有する、多孔性ポリマーシートを含む拡散反射材である。多孔性ポリマーシート
は、ポリマー成分および希釈剤成分を含む。希釈剤成分は、ポリマー成分の融点
を越える温度でポリマー成分と混和性を有する。この多孔性ポリマーシートは、
好ましくは構造体との光学的結合を低下または除外するように構成された表面要
素を含む。これらの表面要素は、例えばポリマーシートをカレンダー掛けして、
型押しして、あるいは選択的にコーティングをポリマーシートに塗布して構造体
を作って形成される。
【0011】 カレンダー掛けなどの機械力を多孔性ポリマーシートにかけて、その厚さを減
少させることができる。多孔性ポリマーシートは、積分球を有する分光光度計を
使用したASTM E 1164−94に従った測定で、波長550nmにおい
て好ましくは92%を越え、より好ましくは95%を越え、最も好ましくは98
%を越える反射率を有する。
【0012】 本発明の第2の態様は、空気領域と、材料の網目状組織を形成する材料領域と
を含む多孔性ポリオレフィンシートからできており、構造体に隣接する拡散反射
材料を含む拡散反射製品である。構造体との光学的結合を低下または除外するた
めに、1つ以上の表面要素をポリオレフィンシートに添加することができる。
【0013】 本発明の第3の態様は、図13に示すようにポリマー網目状組織領域と、領域
を相互連結する原繊維(fibril)とを含む微細構造で特徴付けられる、多
孔性ポリマーシートからできており、構造体に隣接する拡散反射材料を含む拡散
反射製品である。
【0014】 本発明の第4の態様は、拡散反射材料を使用して光エネルギーをそれから反射
させるステップを含む、光の拡散反射率を改善する方法であって、材料が、空気
領域と材料領域とを有する多孔性ポリマーシートを含み、 材料領域が、 (a)ポリマー成分、および (b)ポリマー成分の融点、または全溶液の液−液相分離温度を越える温度で
、ポリマー成分と混和性を有する希釈剤成分、 を含有する材料の網目状組織を形成する方法である。
【0015】 本発明の第5の態様は、光共振器の一部分を裏張りする拡散反射材をさらに含
有する外被との組み合わせで光源を含む光共振器であり、拡散反射材は上述のよ
うにポリマーシートを含む。
【0016】 本発明の第6の態様は、光共振器の一部分を裏張りし、光源からの光を光共振
器内に誘導するように光源を部分的に囲む、拡散反射材をさらに含有する外被と
の組み合わせで光源を含む光共振器である。拡散反射材は光を光源から光共振器
内に反射し、リサイクルされた光を含む光も観察者に向かって光共振器内に反射
する。
【0017】 発明の特定の具現では、紫外(UV)線をはじめとする放射線に対して耐崩壊
性を与える材料が、拡散反射材に組み込まれている。別の具現では、拡散反射材
に螢光化合物が組み込まれている。特に光源が紫外光である場合、または紫外光
を含有する場合、紫外光を吸収して可視光を放射する螢光化合物が、拡散反射材
に組み込まれていても良い。
【0018】 発明の第7の態様は、反射製品を製造する方法に向けたものである。方法は、
正反射および拡散反射製品、特にTIPS反射製品を作るステップを含む。発明
の特定方法は、構造体への付着のために構成された拡散反射材料を含む製品を作
るステップを含む。方法は、ポリマー成分および希釈剤成分を提供するステップ
を含む。希釈剤成分は、ポリマー成分の融点、またはポリマーおよび希釈剤の全
溶液の液−液相分離温度を越える温度で、ポリマー成分と混和性を有する。ポリ
マーおよび希釈剤成分は組み合わされて、多孔性ポリマーシートを形成する。
【0019】 多孔性ポリマーシートの形成後、多孔性ポリマーシートに力を任意に適用し、
高レベルの反射率を保ちながらその厚さを減少させる。力は、例えばカレンダー
ロール間でポリマーシートをカレンダー掛けして適用しても良い。力を適用する
間に、表面要素をポリマーシートに添加しても良い。代案としてはシートを型押
しして、あるいはシートの部分にコーティングを付着させて形成し、シートに表
面要素を添加しても良い。
【0020】 発明の第8の態様は、光源に面した光共振器の一部分を裏張りし、光源の回り
を部分的に囲む拡散反射材をさらに含有する外被との組み合わせで、冷陰極螢光
灯などの光源を含むランプ光共振器(the lamp cavity)である
。ランプ光共振器は好ましくは、構造体に隣接して多孔性ポリマー材料からでき
ている拡散反射材料と一体的に、形成される。
【0021】 本発明の拡散反射材料は、種々の構造体において光制御用途で有用であること
が分かっている。例えばそれらは、LCDバックライト構造体中で裏反射材とし
て使用されている。本発明の拡散反射材料は、標示キャビネット、光ファイバー
、および導光体の明度を増大させるために使用されても良い。本発明の拡散反射
材料を含有するこのような製品は、本発明のさらに別の態様である。
【0022】 本発明は、拡散反射材料を製造する方法を含む。一方法は、(a)溶融混合し
て、全溶液含量を基準にして約10〜90重量部のポリマー成分と、ポリマー成
分融解温度、または全溶液の液−液相分離温度を越える温度で、ポリマー成分と
混和性を有する約10〜90重量部の希釈剤成分とを含む、反射される光に対し
て実質的に非吸収性である溶液を形成するステップと、(b)溶液を付形するス
テップと、(c)付形溶液を相分離して、(i)ポリマー成分を結晶化してポリ
マーの網目状組織領域を形成する、または(ii)液−液相を分離してポリマー
に乏しい網目状組織相を形成する、のどちらかを通じて相分離材料領域を形成す
るステップと、(d)材料領域に隣接して空気領域を作り出し、多孔性製品を形
成するステップと、任意に(e)機械力を製品に適用してその厚さを減少させる
ステップを含み、積分球を有する分光光度計を使用したASTM E 1164
−94に従った測定で、製品は光波長550nmにおいて92%を越える反射率
を有する。
【0023】 発明の特定の具現において、方法は拡散反射材料中に複数の表面要素を形成す
るステップをさらに含む。これらの表面要素は、拡散反射材料がそれに接して引
き続いて配置される、基材との光学的結合を低下または除外するように配置され
る。表面要素は、例えばカレンダー掛け、構造体をその中に型押しする、または
材料を拡散反射材料上にコーティングして構造体を形成することによって形成で
きる。
【0024】 発明のその他の特徴および利点は、以下の発明および請求項の詳細な説明から
明らかになるであろう。上の開示原理の要約は、それぞれの例証的実施態様、ま
たはあらゆる本開示の具現の説明を意図するものではない。以下に続く図面およ
び詳細な説明では、ここで開示した原理を使用した特定の好ましい実施態様をよ
り具体的に例証する。
【0025】 発明原理は種々の修正および代案の形態を受け入れられるが、図面では例証と
してその詳細を示し詳しく説明する。しかし説明した特定の実施態様に、発明を
限定することを意図するものではない。それとは逆に開示の精神と範囲に含まれ
るあらゆる修正、同等物、および代案をカバーすることを意図する。
【0026】 詳細な説明 本発明の拡散反射製品は、望ましい光拡散部位密度を有する多孔性ポリマー層
を含む。発明の光拡散部位は、それらの各屈折率間に顕著な違いを有し、拡散性
に反射される所望波長光に対して実質的に非吸収性である、互いに隣接する材料
領域と空気領域の2つの領域を含む。
【0027】 効率的な拡散反射材を作るために、製品の光拡散領域寸法(すなわち原繊維、
球晶、空所の横断面幅または高さ、またはポリマー層の微細構造のその他の特徴
)は、ほぼ反射される光の波長程度でなくてはならない。拡散部位の寸法が興味
の対象となる波長よりもはるかに小さいと、光は製品を通過する。寸法がはるか
に大きいと、光の大部分を拡散性に反射するのに必要な全体的厚さが極端に大き
くなる。概して拡散光反射材のためには、体積当たりより多くの光拡散部位があ
るほど良い。好ましくは材料領域は、(a)少なくとも約20重量部のポリマー
成分、および(b)約80重量部未満の希釈剤成分を含む。
【0028】 TIPS工程(固/液および液/液の双方)を通じて作られる拡散反射材から
帰結するユニークな形態は、高い拡散反射を有する実用的な反射材を作るのに特
に有用である。固形媒体は、溶液からポリマーと希釈剤を分離する相によって形
成されるため、その形態は小さな寸法を有する。TIPS製品は製造中に、反射
特性の過度の損失なしに圧縮して厚さを減少できる。TIPS製品は、特定寸法
の固体および空気領域(または空所)を有し、拡散性に反射されることを所望す
る波長の放射線を吸収しない材料を含む。したがって可視光380〜730nm
の拡散反射のために好ましいポリマー材料は、例えばポリプロピレン、ポリエチ
レンなどのポリオレフィン、エチレンと酢酸ビニルの共重合体、またはそれらの
相溶性混合物である。また希釈剤が様々な量で存在するかもしれないので、より
多くの希釈剤が存在する場合、またはより高い拡散反射率が望まれる場合はなお
さら、それは非吸収性でもあるべきである。固/液TIPS工程が典型的に安上
がりのであるので、好ましくは拡散反射材は固/液TIPS工程によって作られ
る。
【0029】 ここでの用法では、「ポリマー材料」と言う用語は、光が反射される波長で光
を実質的に吸収せず、溶融加工条件下で溶融加工性であるポリマーのみを指す。
【0030】 ここでの用法では、ポリマー成分に関する「結晶性」と言う用語は、示差走査
熱量測定(DSC)による測定で、好ましくは20%を越える結晶化度を有する
、少なくとも部分的に結晶性のポリマーを含む。溶融加工されたポリマーにおけ
る結晶性ポリマー構造が知られている。
【0031】 ここでの用法では、「高密度ポリエチレン」と言う用語は、結晶化度80〜9
0%および密度0.94〜0.96g/cmを有するポリエチレンを指す。高
密度ポリエチレンが、本発明で好ましいポリエチレンである。
【0032】 ここでの用法では、「融解温度」と言う用語は、その温度以上でポリマー材料
が単独で、または希釈剤との配合物中で溶解して溶液を形成する温度を指す。
【0033】 ここでの用法では、「結晶化温度」と言う用語は、その温度以下でポリマー材
料が単独で、または希釈剤との配合物中で結晶化して相分離する温度を指す。
【0034】 ここでの用法では、「液−液相分離温度」と言う用語は、それを超える温度で
ポリマーおよび希釈剤が溶液を形成し、それ以下の温度では均質なポリマー/希
釈剤相溶融物が、バイノーダルまたはスピノーダル分解のどちらかによって分離
する温度を指す。
【0035】 ここでの用法では、「希釈剤入り」と言う用語は、希釈剤成分を除去しないT
IPSによって作られる微孔性フィルムを指す。
【0036】 ここでの用法では、「希釈剤なし」と言う用語は、希釈剤成分を実質的に除去
したTIPSによって作られる微孔性フィルムを指す。
【0037】 ここでの用法では、「構造体」と言う用語は、例えば硬質または可撓性の枠、
オーニング、傘、静止画または動画の双方を有するバックライト構造体、光導管
、ライトボックス、LCD、LEDディスプレイ、LCDのサブコンポーネント
、LEDディスプレイのサブコンポーネント、および反射材など、拡散反射材料
を所定位に保持または支持できるできるあらゆるユニットまたは製品を指す。
【0038】 ここでの用法では、「光共振器(optical cavity)」と言う用
語は、光源を包含して、静止ディスプレイ、変化する画像または不十分に照明さ
れた物体など、照度の恩恵を被る物体に向けて、光を光源から誘導するように設
計されたエンクロージャを指す。特定の具現においては、光共振器は導光器また
は導波管を含む。
【0039】 ここでの用法では、「表面要素」と言う用語は、拡散反射材料の表面からのび
る、または表面に貫入するあらゆる突起、錐体、陥没、くぼみ、稜線、ドット、
ポイント、延長部またはその他の要素を指す。
【0040】 ここでの用法では、「カレンダー」または「カレンダー掛け」と言う用語は、
材料に圧力を適用する工程を指す。特定の具現では、材料の厚さを減少させるた
めにカレンダー掛けが使用される。それと同時に、表面要素が材料に添加できる
。「カレンダー」または「カレンダー掛け」は、好ましくは2つ以上のローラー
のニップ間に材料をはさんで材料の厚さを減少させる圧力の適用を指す。
【0041】 ここでの用法では、「型押し」と言う用語は、パターン化された表面と組み合
わせて、製品に圧力および/または熱を適用し、製品上に組織化表面を作り出す
工程を指す。
【0042】 ここでの用法では、「ウェットアウト」と言う用語は、2枚の平滑面が約1.
5mm未満隔てられる際に起きる光学的結合を指す。光学的結合は、表面の1枚
が、内部全反射(TIR)により長さに沿って光を透過させる、導光器または導
波管に属する場合に、特に重大である。このような結合は、好ましくない様式で
導光器から光が逃げる経路を提供し、不均一な照度の原因になる。厳密に透過性
/反射性のモードでは、同じ近接性が、表面間で製品が濡れているように見せ(
ウェットアウト)、境界でニュートンリングと称される環を有するように見せる
、強めあう反射および弱めあう反射を生じる。
【0043】 ここでの用法では「希釈剤成分」とは、高温でポリマー材料と共に溶液を形成
するだけでなく、冷却時にポリマーが相分離するのを可能にする成分を指す。有
用な希釈剤成分材料としては、(1)その内容を本願明細書に引用したShip
manの米国特許番号第4,539,256号で、固−液相分離について述べら
れたもの、(2)その内容を本願明細書に引用したKinzerの米国特許番号
第4,867,881号で、液−液相分離に対して有用と述べられたもの、およ
び(3)ドデシルアルコール、ヘキサデシルアルコール、オクタデシルアルコー
ル、ジシクロヘキシルフタレート、トリフェニルホスフェート、パラフィンろう
、流動パラフィン、ステアリルアルコール、o−ジクロロベンゼン、トリクロロ
ベンゼン、ジブチルフタレート、ジブチルセバケート、およびジベンジルエーテ
ルなどのその他の材料が挙げられる。
【0044】 希釈剤の大部分が抽出される場合、反射される光に対する希釈剤の透過性はあ
まり重要でない。しかしより多くの希釈剤がポリマーと共に残留する場合、希釈
剤の透過性がより重要になってくる。顕著な量の希釈剤が残留する場合、希釈剤
は反射される放射線に対して透明であるべきである。この場合、好ましい一希釈
剤は鉱油である。
【0045】 ポリマー材料および希釈剤に加えて、本発明の拡散反射製品は、製品の形成を
妨害しないいように、そして望ましくない添加剤の滲出が帰結しないように制限
された量で、従来の充填材または添加剤材料を含有しても良い。このような添加
剤としては、帯電防止剤材料、酸化防止剤、染料、顔料、可塑剤、紫外光(UV
)吸収剤、または成核剤などが挙げられる。添加剤量は、典型的にポリマー混合
物重量の10%未満、好ましくは2重量%未満である。このようにして例えば固
−液TIPS工程では、その内容を本願明細書に引用した米国特許番号第4,7
26,989号で述べられたように、成核剤の使用がポリマー材料の結晶化を増
強することが分かっている。
【0046】 概してTIPS工程は、高温で単一均質相を形成するポリマーおよび希釈剤を
必要とする。TIPSフィルムを加工するには、希釈剤およびポリマーを押出し
機に供給して、両者を加熱混合して均質な溶液を形成する。次にこの溶液を空気
中で冷却し、あるいは好ましくはフィルム様製品にキャストして、鋳造ホイール
接触時に冷却する。固/液TIPS構造体の冷却工程中に、ポリマーが溶液から
結晶化して、固体ポリマー相および液体希釈剤相の形成を引き起こす。固相は、
原繊維を結ぶポリマー鎖でまとまっている球晶から成る。液−液TIPS工程の
場合、ポリマーは溶液から分離してポリマーに乏しい材料の第2の液相を形成す
る。
【0047】 相分離後、フィルム様製品は典型的に透明で、希釈剤入りまたは希釈剤なし製
品のどちらかとして、微孔性フィルム製品に加工できる。希釈剤なしフィルムは
、揮発性溶剤を使用してフィルムから実質的に全ての希釈剤を抽出して作られる
。次にこの溶剤を蒸発させると希釈剤があった所に空隙が残るので、多孔性フィ
ルムが作り出される。次に空隙容量を増大させるため少なくとも一方向に、そし
て好ましくは流れ方向(長軸方向または縦方向とも称する)および横方向(交差
方向とも称する)の双方に、フィルムを配向または延伸する。希釈剤入りフィル
ムは、単に抽出ステップを迂回してフィルムを配向させて作られる。延伸および
配向の前または後のどちらかにフィルムを機械力によって圧縮して、フィルムの
厚さを減少できる。機械力は好ましくは、フィルムを2つ以上の鋼ロールの間で
カレンダー掛けして適用できる。しかしフィルムを複数のローラを通してカレン
ダー掛けすることをはじめとする、その他のカレンダー掛けおよび圧縮技術を使
用しても良い。
【0048】 配向および圧縮後には、ポリマーの非晶質部分に希釈剤が閉じ込められ、指触
乾燥状態の多孔性フィルムができる。この方法は有用な光散乱部位寸法も提供し
、高価で速度制限的な抽出ステップが避けられる。もちろん延伸と抽出の組み合
わせを使用して、特定の製品のための所望製品性能を達成することもできる。
【0049】 特にTIPSによって所望の光拡散部位密度を達成するために、工程は好まし
くは、 (1)溶融混合し、全溶液含量を基準にして、反射される光に対して実質的に
非吸収性である約10〜80重量部のポリマー成分、およびポリマー成分の融点
、またはポリマーと希釈剤との全溶液の液−液相分離温度を越える温度でポリマ
ー成分と混和性を有する、約10〜90重量部の希釈剤成分を含む溶液を形成す
るステップと、 (2)溶液を付形するステップと、 (3)付形された溶液を相分離して、 (i)ポリマー成分を結晶化してポリマーの網目状組織領域を形成する、または
(ii)液−液相を分離してポリマーに乏しい網目状組織相を形成する、のどち
らかを通じて相分離した材料、すなわちポリマーの領域を形成するステップと、 (4)材料領域に隣接して空気領域を作り出し、多孔性製品を形成するステッ
プと、 (5)任意に機械力を製品に適用してその厚さを減少させるステップ、 との5つのステップを含み、積分球を有する分光光度計を使用したASTM E
1164−94に従った測定で、製品は光波長550nmにおいて92%を越
え、好ましくは94%を越える反射率を有する。ウェットアウトを低下させるた
めの表面構造体を製品中に任意に形成して、それに接して配置される製品と表面
間のウェットアウトを低下できる。特定の具現では、機械力を適用して製品の厚
さを減少させることなく、表面構造体を形成して、製品とそれに接して配置され
る表面の間のウェットアウトを低下または除外する。代案としては、例えば製品
の型押し、または製品上への構造体のコーティングによって、これらの表面構造
体が形成される。
【0050】 空気または空隙領域に対する材料領域の寸法(球晶、セルまたはその他の固形
構造体)は、高性能拡散反射材を達成するために重要である。構造体は、(1)
急冷速度(ポリマー/希釈剤溶液が冷却して相分離する時間)、(2)異質な成
核剤の存在および濃度(固/液TIPSで有用)、(3)ポリマー成分と希釈剤
成分重量との比率、(4)延伸、(5)希釈剤抽出、および(6)圧縮力の適用
をはじめとする種々の工程変量を操作することで変えられる。各光拡散部位の材
料領域の寸法は、最初の2つ目と4つ目の変量により著しく影響される。各光拡
散部位の空気領域の寸法は、6つの変量全てにより著しく影響される。
【0051】 相分離させて材料領域の望ましい寸法を形成し、有用で経済的な拡散反射材を
作るステップは、(1)溶液を十分早く冷却すること、(2)(固/液TIPS
で)成核剤を使用すること、または(3)両者の組み合わせによって実施できる
。TIPSでは、熱い溶液と表面または媒体との密接接触を最大化して急冷する
ことで、冷却が達成できる。固/液TIPS工程によって作られる微孔性フィル
ムをパターン化されたロール上にキャストして、冷却しても良い。フィルムは、
好ましくはニップロールなどによってパターン化されたロールに押し込まれ、ウ
ェットアウトを低下または除外する表面上に構造体を形成する。代案としては平
滑金属ロールを使用して、表面または媒体を急冷する。このような平滑金属ロー
ルでは、溶液が金属冷却ロールとより良く接触する結果、より迅速な急冷がもた
らされ、フィルムの鋳造ロール側にほぼ高密度なスキン層が得られる。
【0052】 空気領域は、上述した6工程の変量全ての相互作用によって形成する。例えば
特定の具現では、希釈剤抽出を使用する場合、所望拡散反射材を達成するために
は、より少ない延伸とより高い希釈剤含量を使用すべきである。同様に希釈剤抽
出を使用しない場合、より高度の延伸が望ましく、希釈剤抽出および延伸の双方
を使用するならば、より低い希釈剤含量が概して望ましい。迅速な急冷速度また
は成核剤の存在および使用される成核剤濃度が、形成される球晶(固/液)また
はポリマーに乏しいセル(液/液)の数に影響し、それは次に延伸または洗浄に
よって生じる空隙を満たす空気の分布に影響する。
【0053】 同様に圧縮量は、球晶の寸法および厚さに影響する。改善された寸法安定性を
有するより薄い反射材を作り出せることからいくらかの圧縮は望ましいが、過剰
な圧縮は空隙の反射特性に許容できない劣化を引き起こす。このような劣化は、
機能的反射厚さを越えた空隙崩壊または空隙収縮のどちらかを通じて、厚さが存
在する光の波長に近くなり過ぎるために生じると考えられる。好ましくは圧縮量
は、圧縮製品が元の厚さの60%〜95%の厚さ、より好ましくは元の厚さの7
0%〜85%、そして最も好ましくは元の厚さの75%〜80%の厚さを有する
ような量である。圧縮された製品は、好ましくは50〜500μmの厚さ、より
好ましくは100〜400μmの厚さ、最も好ましくは150〜300μmの厚
さを有する。
【0054】 圧縮製品の反射率は、非圧縮製品と異なっても良い。しかし圧縮が反射率の減
少につながる場合、その減少は好ましくは非圧縮製品の反射率の5%未満、より
好ましくは非圧縮製品の反射率の3%未満、そして最も好ましくは非圧縮製品の
反射率の1%未満である。
【0055】 圧縮製品は特定の具現において、非圧縮製品と比べて改善された寸法安定性を
有する。この寸法安定性は、例えば熱への暴露時に圧縮製品がより少ない収縮を
起こすことから明らかである。特に圧縮製品はその長さと幅に沿って、非圧縮製
品よりも少ない変形および収縮を示す。この収縮の削減は、LCDまたはLED
ディスプレイを囲むベベルなどの枠内に配置する場合、製品のしわおよび波打ち
を減少させる。特定の具現では、寸法安定性のために、製品が同一熱暴露条件下
で非圧縮製品よりも5〜50%少ない初期収縮をし、別の具現では、製品は非圧
縮製品よりも5〜25%少ない初期収縮を示す。
【0056】 適切な表面要素は、光源近隣などの領域でウェットアウトを低下させるため、
円錐または錐体頂点などのように、非常に低いウェットアウト特性を有するべき
である。このような低ウェットアウト要素は、反射面を構造体から持ち上げるこ
とで、ウェットアウトの形成を防止するので有利である。拡散反射製品と構造体
の離隔は、典型的に約1.5mmを越えるべきである。
【0057】 本発明の拡散反射製品は、多種多様な光制御用途を有する。多層システムでは
、多くの反射装置内で光拡散層を正反射層と組み合わせても良い。光拡散製品を
使用して光共振器を部分的に裏張りし、例えば静止(画像フィルムまたは透明画
など)またはスイッチ可能(液晶ディスプレイなど)のどちらでもよい、部分的
に透明な画像を照明する光の使用効率を増大しても良い。したがって発明の拡散
反射材フィルムで部分的に裏張りされた光共振器は、液晶ディスプレイ構造物(
LCD)をはじめとするバックライトユニット、照明、コピー機、投影システム
ディスプレイ、ファクシミリ装置、電子黒板、拡散光白色標準、および写真電球
などの装置内で使用しても良い。それらは発光ダイオード(LED)を含有する
標示キャビネットシステム、光導管またはユニットの一部でも良い。
【0058】 本発明の拡散反射製品は、液晶ディスプレイのために使用される市販のバック
ライトにおいて、裏反射材として特に有益であることが分かっている。このタイ
プの用途では、製品はディスプレイを照明する光源の後ろに直接配置される。多
孔性フィルムは、ディスプレイ、そして最終的には観察者の方を向いていない光
を跳ね返す役割を果たす。多孔性フィルム裏反射材の散乱または拡散反射特性は
、より全体的な拡散光源およびより一様に照明されたディスプレイを提供する一
助となり、1997年2月28日に出願された国際公開第WO95/17699
号および米国特許出願SN08/807262で述べられたように、拡散反射材
および偏光ランダマイザーとして適している。
【0059】 液晶ディスプレイ(LCD)を使用して、これらの拡散反射製品を組み込んだ
構造物の模式図を図9A〜Fに示す。図9Aでは、プラスチック導光器6に結合
する螢光光源4を有する装置2を示す。ディフューザ8、米国特許番号第4,9
06,070号および第5,056,892号で述べられ、Minnesota
Mining and Manufacturing Company(3M
)から入手できるフィルムなどの任意の明度増強フィルム10、そして特許公報
WO91/05327およびWO97/32224(3Mから入手できる)で述
べられたような任意の反射偏光フィルム(11)が、導光器6の上に配置され、
プラスチック導光器から放出される光をLCDおよび観察者に向けて方向転換し
、偏光させる役割りを果たす。光が正しい観察角度範囲、または正しい偏光範囲
でない場合、それは導光器6に向けて跳ね返される。LCD13は反射偏光フィ
ルム11上に配置され、典型的に2個の偏光子15の間に挟まった液晶14から
構成される。
【0060】 拡散反射製品17は、(1)反射偏光フィルム11および/または輝度増強フ
ィルム10から跳ね返された光を反射する、そして(2)光が観察者に届く新た
な機会を与えることで、光再循環機の役割りを果たす。この跳ねつけと再循環は
無数に起きることができ、観察者に向かう光の量を増大させる。
【0061】 この増大した拡散反射材の光学的効率は、光が放出される角度を制御すること
で、層10と拡散反射層17との間で照射光を反射するのに使用して、ディスプ
レイ輝度を増大できる。反射される光は、拡散反射材17によってあらゆる角度
に散乱される。明度増強層10の透過角度内の光は、観察者に向けて透過される
。第2の角度範囲内の光は、さらなる散乱のために反射される。
【0062】 一例として、90度の切子面角度で屈折率1.59を有するプリズム状明度増
強シートを使用する場合、反射性が平均70%のバックライト上で得られるゲイ
ンは1.6である。バックライトの平均反射率を90%に増大することで、ゲイ
ンは1.8.に増大する。バックライトに吸収による損失がなければ、ゲインは
2.0に増大する。したがって90%の反射率によって、ほぼ限界近い輝度の増
大が可能になる。
【0063】 拡散反射材の増大した光学的効率は、反射偏光フィルム11を透過する光の偏
光状態を制御することで、照射光を反射偏光フィルム11と拡散反射材層17の
間で反射して、ディスプレイ輝度を増大するのに使用できる。多くのディスプレ
イは、ディスプレイの後ろに適用される吸収偏光子15を有する。ディスプレイ
が偏光されていない光で照明される場合、利用できる光の少なくとも半分が吸収
される。その結果、ディスプレイ輝度が減少しディスプレイ偏光子が加熱する。
反射偏光フィルム11は1つの線形偏光状態の光を透過して、別の線形偏光状態
に反射するので、反射偏光フィルム11の使用によって、双方の不利な状況が克
服される。反射偏光フィルム11の透過軸が吸収偏光透過軸に並ぶ場合、透過さ
れる光は吸収偏光によってごくわずかのみ吸収される。また反射される偏光状態
の光は、吸収偏光によって全く吸収されない。それどころか、それはディフュー
ザ反射材17に向けて反射される。ディフューザ反射材17は光の偏光をなくし
て、反射偏光フィルムの透過および反射状態において、等しい偏光成分を有する
偏光状態を作り出す。光の半分は、観察者に向けて反射偏光層11を透過する。
反射される偏光状態または「望ましくない」状態の光は、ディフューザ反射材1
7により再度散乱され、さらなる偏光転換のまた別の機会が提供される。
【0064】 さらに冷陰極螢光ランプなどの光源4の後ろまたは周囲に、拡散反射材18を
配置して、プラスチック導光器6内への光結合効率を増大させても良い。拡散反
射材18は単独で、または構造物の総反射率を増大させるように配置された正反
射材と組み合わせて使用しても良い。
【0065】 拡散反射材の増大した光学的効率は、光共振器の反射効率を増大して、および
/または光の直接波長を混合して、均一な色または白色の光源を作るのに使用で
きる。図9Bに示す模式図では、3個の螢光灯20が光共振器21内に示される
。灯は全て白色でも良く、または各灯は赤、緑、青などの選択された色でも良い
。図9Cでは、光共振器21に光を提供する光源として、2個の発光ダイオード
(LED)24と共にLCD装置が示される。ダイオードは色つきでも白色でも
良い。図9Bおよび9Cの双方では、光共振器21を拡散反射材22で裏張りし
て反射率を増大させ、個々の色を適切に混合して、均一に放出される良好な空間
光で白色光源を形成してLCDを照明する。
【0066】 図9Dで模式的に示した装置は、光共振器内で光源としてプリズム状光導管2
6を使用する。拡散反射材は、光導管内でLCDに向けて光を散乱する抽出装置
27として、そして光導管周囲から出る光を反射して効率的な光共振器29を形
成する裏反射材28として使用される。
【0067】 図9Eでは、導光器52を含有するLCDディスプレイ51が光源54と共に
示される。導光器反射材56は、導光器52の底面に配置される。追加的な反射
材55が光源54の後ろに配置され、光を導光器52内に誘導する。複数の表面
要素から成るドット抽出パターン58が示され、導光器52に沿って種々の点で
選択された抽出を生じ、LCDディスプレイ51全体にわたる照度を制御する。
用途次第で異なるかもしれない、描かれた実施態様で示されるその他の要素とし
ては、拡散フィルム60、プリズム状反射フィルム62、カバーシートフィルム
64、および反射偏光66が挙げられる。またLCDパネル68も示されている
【0068】 図9Fでは、導光器72および光源74を含有する別のLCDディスプレイ7
0が示される。光方向転換フィルム78、ディフューザ80、反射偏光82、お
よびLCDパネル84も示される。導光器反射材76は、導光器72の底面79
を覆うが、光源74の部分も囲む。このようにして導光器反射材76は、光源7
4から導光器72内への光の反射を助けることで、導光器の効率を増大させ、デ
ィスプレイ70のための単一統合反射材76を形成することで、ディスプレイ7
0の製造を容易にする。光源からの光を導光器内へ反射するために、反射材が以
前より使用されているが、改善されたシングルピースの反射材の方が、製造と使
用が容易である。さらに改善されたシングルピースの反射材によって、図9Eに
示すような2つの反射材間の光の損失が避けられる。
【0069】 LEDは、医療用モニタおよび自動車ディスプレイなどの小型LCD装置のた
めの有用な光源である。LEDは小さな寸法と低消費電力の利点を提供するが、
それらは比較的低輝度である。本発明の拡散反射製品を明度増強および反射偏光
フィルムと組み合わせ、裏反射材として使用すると、LED照明を使用したデザ
インの光学的効率が増大する。
【0070】 実施例セクションで述べるようにLCD構造物を本発明のTIPSフィルムか
ら調製し、市販される拡散裏反射材と比較した。本発明の多孔性TIPSフィル
ムを使用することで、25%まで増大した明度が実証されることが分かった。こ
の値は、元の明度での電池寿命が長いことも意味する。輝度増強フィルムから得
られる方向性の明度改善とは異なり、TIPSフィルムは全体的明度(エネルギ
ー)ゲインを引き起こすことができる。
【0071】 LEDは、医療用モニタおよび自動車ディスプレイなどの小型液晶ディスプレ
イのための好ましいバックライト源として、螢光灯に取って代わることができる
。LEDを使用することの利点は、それらの低価格、小型寸法、および低エネル
ギー消費である。LEDの不利な点は、それらの比較的低い明度である。本発明
の拡散反射製品を既知の正反射フィルム層と共に裏反射材として使用すると、L
EDディスプレイの明度が増大できる。
【0072】 本発明の拡散反射製品を使用して、低電力を要しながら、改善された明度によ
ってより効率的に作動するディスプレイ標示キャビネットを作ることができる。
標示キャビネットは、アルミニウム製の裏(概して白色に塗装される)、および
前面のフィルムを照明して画像を表示する蛍光灯付き側面(典型的に塗装されな
い)からできていることが多い。内部の裏と4面全部を発明の拡散反射材製品で
覆うと、画像を表示する輝度が43%まで増大できる。逆に言えば、ディスプレ
イフィルムを照明するのに使用されるエネルギーが、同じ輝度を保ちながら比例
して低減できる。本発明の一実施態様、標示キャビネットを図10に示す。標示
キャビネット30は、アルミニウムなどの安価で耐熱性の材料からできた別の面
34を有する、ボックス33の前面パネルとして付着したフィルム32(3Mか
ら入手できるPANAFLEXTMなど)の上に画像を含む。ボックス30は、
画像フィルムを長時間にわたり照明するのに十分な光を提供できる光源36を含
有する。高輝度螢光が一般的に使用されるので、光強度は画像の全領域にわたり
実質的に均一である。拡散反射材シート38が、キャビネット30の少なくとも
1つの内面、好ましくは5つの内面全ての上に配置されて、吸収されて失われる
光の量を最小化する。このアレンジメントにより、先行する既知デザインよりも
少ないエネルギーが使用されて特定レベルの照度が達成され、あるいは画像が増
大した明度によって照明される。
【0073】 発明の拡散反射製品は、光が中空光導管の全長の少なくとも一部分から抽出さ
れる、またはそこから発する、光導管あるいは応用においても有用である。光導
管のための光源は、典型的にハロゲン化金属ランプなどの点光源であり、あるい
は角形ディスプレイ導管の場合、螢光管などの線形光源も使用できる。典型的な
用途は、汎用照明、あるいはカラーチューブおよび薄型ディスプレイ画像などの
ディスプレイをはじめとするディスプレイ照明、および掲示である。市販される
光導管(3Mから入手できるおよび/または米国特許番号第4,805,984
号、第4,850,665号、および第5,309,544号で述べられる)は
、現在、艶消し白色ビニルフィルムなどの拡散反射材を使用して光を抽出し、そ
れを放射表面および銀メッキされたポリ(エチレンテレフタレート)フィルムま
たはTYVEKTMフィルムを通して方向付けて、迷走光を跳ね返す。
【0074】 抽出装置または裏反射材としての拡散反射材製品の使用によって、光導管の照
明効率が増大する。拡散反射の結果、より均一な照度が得られる。光導管構造物
29の一実施態様を図11に示す。光導管は、任意の外殻40によって囲まれる
。外殻40の内側には、導管を通過する光が導管内に留まるように閉じこめるプ
リズム状表面44を有する、光学的照明フィルム(OLF)42(米国特許番号
第4,906,070号および第5,056,892号で述べられ、3Mから入
手できる)があるが、OLFはオフアングル(典型的に導管の軸に対して27°
を越える)でOLFに当たる光に対しては、実質的に透過性である。
【0075】 抽出装置46は、光の導管からの抽出を所望する領域(概して導管軸に平行な
ストリップ)で、OLF42の内部に接して配置される。光は導管の軸に相関す
る角度で放射表面48を通じて、OLF42に接する抽出装置によって散乱され
る。導管の一端から他端にかけて抽出装置フィルムを先細にすることで、光導管
の長さに沿った均一な光流出力が達成できる。より拡散性に反射性で、光の吸収
がより少ない抽出装置が好ましい。裏反射材50を外殻40とOLF42の間に
配置して、OLF42を通過するあらゆる迷走光を光導管内から放射表面48に
向けて跳ね返しても良い。場合によっては、例えば天井をわずかに照明するため
に、光がいくらか裏反射材を通過して透過することが所望される。裏反射材50
および抽出装置46は、どちらもTIPSシートからできていても良く、そのよ
うに作られた光導管がこの発明の実施態様である。
【0076】 拡散反射材およびそのいくつかの用途を以下の実施例でさらに詳しく説明する
【0077】 実施例 反射スペクトル−方法1 この方法では、特に断りのない限り実施例全体を通して使用される拡散反射ス
ペクトルを測定する。
【0078】 ASTM E 1164−94で述べられた手順を使用して、総反射スペクト
ルを測定した。積分球を装着したPerkin Elmerから入手できるLa
mbda 19 UV/VIS/NIR分光計にサンプルを入れた。出力は、3
80nm〜730nmまたは250〜2000nmのどちらかの所定の波長範囲
にわたる、各波長の%反射率であった。
【0079】 反射スペクトル−方法2 拡散反射スペクトル反射率を概して3〜4%誇張するこの拡散反射スペクトル
測定方法は、サンプルが硬い金属シート上にマウントされて方法1によって試験
できない場合、または特に断りのない限り相対比較のために使用した。
【0080】 GRETAGTMSPM50分光光度計を使用して反射スペクトルを得た。機
器の拡散白色標準を使用して装置を較正した。次にサンプルを機器の光源によっ
て照明し、反射を380nm〜730nmで分析した。この方法から幾分誇張さ
れてはいるが、同様な水分および紫外光暴露サイクルに長時間暴露された、アル
ミニウムシート上にマウントされた老化サンプルにおける相対差を例証するのに
有用な%反射率が得られた。
【0081】 実施例1および比較例1〜3 種々の拡散光反射材の反射性能をTIPS微孔性拡散反射材フィルムと比較し
た。
【0082】 実施例1では、透明ポリマー成分(商品名DS 5D45の元にShell
Chemical Co.から入手できる結晶性ポリプロピレン、メルトフロー
インデックス0.65dg/分(ASTM D1238の条件I)、結晶化度4
8%、融点165℃(DSCによる測定)、および屈折率1.50)を成核剤(
ジベンジリジンソルビトール、MILLADTM3905としてMillike
n Chemical,Inman SCから入手できる)と混合し、40mm
二軸押出し機のホッパーに供給した。粘度100センチストークス(ASTM
D445、40℃)および屈折率1.48を有する透明な油成分(Amoco
Chemical Co.から入手できる鉱油Superla白色#31)を定
速で注入口を通じて押出し機に入れて、40重量%のポリマー、60重量%の鉱
油、およびポリマーと希釈剤との組み合わせ100万部あたり2500重量部の
成核剤の組成物を提供した。全体的な供給速度は22.7kg/時間だった。ポ
リマーを押出し機内で271℃に加熱して融解させ、油との混合後、押出し中の
温度を177℃に保った。38.1cm幅コートハンガースリットダイを通して
溶融物を押出して、66℃に維持されて平滑表面を有する鋳造ホイール上で厚さ
890μmの透明フィルムとしてキャストした。向流抽出装置内でキャストフィ
ルムを1,1−ジクロロ2,2,2−トリフルオロエタン(VERTRELTM 423としてduPontから入手できる)により15分間洗浄し、47℃で9
分間乾燥し、115℃で2.25×2.25倍(縦方向および横方法の双方)に
延伸した。最初透明だったフィルムは、抽出すると不透明な白色になり、約36
0μm(14ミル)の最終厚を有した。
【0083】 比較例1は、LCD裏反射材として使用され、MELINEXTMとしてデラ
ウェア州ウィルミントンのICI Plasticsから入手できる、厚さ19
0μmのチタニア充填微細空孔ポリ(エチレンテレフタレート)フィルムであっ
た。
【0084】 比較例2は、TYVEKTMとしてデラウェア州ウィルミントンのDuPon
t Co.から入手できる、厚さ150〜250μmの不織ポリエチレン布帛で
あった。
【0085】 比較例3は、CASCADETMX−9000としてBoise Casca
deから入手できる厚さ105μmの白色20ポンドボンド紙であった。
【0086】 実施例1および比較例1〜3を反射スペクトルについて方法1によって試験し
、図1に示す。比較例2のスペクトルは、150μmに近い厚さを近似する領域
について測定した。実施例1の反射率は、ほとんどの可視光スペクトルにわたり
全ての比較例よりも良かった。
【0087】 実施例2〜3および比較例4 フィルム厚さの影響を実証した。
【0088】 鋳造ホイール速度を増大して、実施例2および3のためにそれぞれ厚さ約23
0μm(9ミル)および約130μm(5ミル)を有するより薄い構造物を提供
し、各実施例で洗浄時間および乾燥時間を比例して短くしたこと以外は、実施例
1と同様にして実施例2および3を調製した。
【0089】 比較例4は、厚さ250μmの多孔性ポリテトラフルオロエチレンフィルム(
DRPTM薄膜反射材としてメリーランド州エルクトンのW.L.Gore &
Associates,Inc.から入手できる)であった。
【0090】 実施例2および3、そして比較例4を反射スペクトルについて試験し、図2に
実施例1と共に示す。最も厚い発明の反射材(実施例1)は、可視光波長約53
0nmまでは比較例4よりも反射性が高かったが、より長い波長ではCE4より
も反射性がわずかに低かった。比較例4は、波長約520nmまでは発明の実施
例1および2よりも反射性が低く、550nmでは著しく低い加工コストを有す
るフィルムである実施例3よりも反射性が3%未満高かった。
【0091】 実施例4〜6 種々の微孔性フィルム構造物に対する希釈剤抽出の影響を実証した。
【0092】 鋳造ホイール速度を増大して、厚さ約205μm(8ミル)の構造物を提供し
、洗浄時間および乾燥時間を比例して短くしたこと以外は、実施例1と同様にし
て実施例4を調製した。
【0093】 実施例1と同じポリマーと希釈剤を使用して、実施例5および6を作った。2
つの材料を押出し機に入れて、ポリマー50重量%および鉱油50重量%の組成
物を提供した。750ppmおよび1000ppmのそれぞれで成核剤を供給し
た。全体的な供給速度は20.5kg/時間だった。ポリマーを押出し機内で2
71℃に加熱して融解し、油との混合後、押出し中の温度を177℃に保った。
30.5cm幅コートハンガースリットダイを通して溶融物を押出して、66℃
に維持されて平滑表面を有する鋳造ホイール上で透明フィルムとしてキャストし
た。キャストフィルムを121℃で2.0×2.0倍に延伸した。最初透明だっ
たフィルムは、配向(延伸)すると不透明な白色になった。実施例5は約585
μm(23ミル)でキャストされ、配向後の最終厚は約355μm(14ミル)
であった。実施例6は約405μm(16ミル)でキャストされ、配向後の最終
厚は205μm(8ミル)であった。
【0094】 実施例4〜6を反射スペクトルについて試験し、実施例1と共に図3に示す。
【0095】 実施例7 可視光の範囲を越える範囲の反射性能の幅を実証した。
【0096】 実施例1のフィルムを250〜2000nmの波長範囲にわたり反射率につい
て測定した。スペクトルを図4に示す。1600〜1800nm間の波長におけ
る反射率の落ち込みは、多孔性フィルムに吸収された微量の水に起因する。
【0097】 実施例8 水分、熱、および紫外光による劣化に対する、拡散反射材安定化の影響を実証
した。
【0098】 実施例1を紫外線および熱安定化混合物と共に、艶消し表面にコーティングし
て実施例8を調製した。2種の紫外光安定剤(TINUVINTM1130およ
びTINUVINTM123として、どちらもCiba Geigyから入手で
きる)を、フェノール酸化防止剤(IRGANOXTM1010としてCiba
Geigyから入手できる)、アセトン、およびエタノールを2.0:3.5
:0.4:2.0:93.1の重量比で混合して形成された溶液をNo.5のマ
イヤーロッド(溶液のプールをおよそ25μm(1ミル)の厚さを有する未乾燥
塗膜に塗り広げる大きさの巻線ロッド)によって、溶液のプールを実施例1のサ
ンプル表面に塗り広げて被覆した。未乾燥塗膜は多孔性フィルムに吸収され、空
気中で乾燥された。
【0099】 実施例1および8を同様の反復する水分、熱、および紫外光に、0、500、
および1000時間暴露して、反射スペクトルについて試験した。実施例1およ
び8それぞれの結果を図5Aおよび5Bに示す。これらの図の比較は、水分、熱
、および紫外光への暴露における経時的な反射率低下を減少させるのに、化学安
定剤添加が有益な影響をもたらすことを示す。
【0100】 実施例9〜10 投入材料のポリマーと希釈剤との比率変化の影響を実証した。
【0101】 ポリマーと希釈剤の投入比をそれぞれ30:70および60:40にして多孔
性フィルムを作ったこと以外は、実施例1と同様にして、そのどちらもが約18
0μm(7ミル)の厚さを有する実施例9および10を作った。
【0102】 実施例9および10を反射スペクトルについて試験した。結果を40:60の
ポリマー/希釈剤比を有する実施例4のプロットと共に図6に示す。最良の反射
率を有したのは、最低の対希釈剤ポリマー比で作った実施例9のフィルムであっ
た。
【0103】 実施例11〜12 別のポリマーおよび種々の空隙形成技術使用の影響を実証した。
【0104】 ポリマーが屈折率1.54の高密度ポリエチレン(ポリエチレン樹脂1285
としてテキサス州ダラスのFina Oil and Chemical Co
.から入手できる)であり、成核剤を添加しなかったこと、そして加工条件が異
なったこと以外は、実施例1と同様にして実施例11および12を作った。ポリ
マーと希釈剤の投入比はそれぞれ25:75および18:82であり、全体的な
供給速度は13.6kg/時間であった。溶融物保持温度および鋳造ホイール温
度は、実施例11では188℃および16℃であり、実施例12では166℃お
よび10℃であった。実施例11は1.5×1.5に室温で延伸し、実施例12
は延伸しなかった。多孔性フィルムは、それぞれ約190μm(8ミル)および
約510μm(20ミル)の最終厚を有した。
【0105】 実施例11および12を反射スペクトルについて試験した。結果を図7に示す
。ポリマーの希釈剤に対する比率がより高いフィルムは、より短い波長でより良
い反射率を有したが、より厚い実施例12のシートの方が、全般的により良い反
射率を有した。
【0106】 実施例13 実施例13は、0.2μmポリプロピレン高流動性フィルターとして、カリフ
ォルニア州リバーモアのPoretics Corp.から入手できる厚さ約1
80μm(7ミル)の微孔性フィルムであった。実施例13を反射率について試
験し、操作電子顕微鏡写真(SEM)による外見は、液−液TIPS工程によっ
て作られたシートのものであった。スペクトルの結果を図8に示す。
【0107】 実施例14および比較例5 発明の拡散反射材をLCD含有装置で使用する利点を実証した。
【0108】 実施例14では、実施例1のシートをバックライト反射材として、図9Aの模
式図に従って組み立てたLCD装置内で使用した。螢光光源4は、正反射材(S
ILVERLUXTMSS−95Pとして3Mから入手できる)で裏張りされた
透明プラスチック導光器6に連結したHarison Electric Co
mpanyから入手できる長さ20mm直径3mmの螢光灯であり、インバータ
および12VのDC電源によって電力供給された。ディフューザ8は、日本国東
京のTsujimoto Electric Co.から入手できる粗面ポリカ
ーボネートシートであった。明度増強フィルム10は、互いに90度の方向を向
いた3Mからの輝度増強フィルムII 90/50、2枚からできていた。反射
偏光フィルム11は、これも3Mから入手できる二重輝度増強フィルムであった
。LCD13は、モデルLQ12S02として日本国632(郵便番号)奈良県
天理市のシャープ株式会社から入手できる235mm×178mmのパネルであ
った。拡散反射材17は、導光器6の真下に配置された実施例1の多孔性ポリマ
ーTIPSシートであった。実施例14Aでは光沢面を光源に向けて、実施例1
4Bでは、艶消し面を光に向けてシートを使用した。
【0109】 拡散反射材17が比較例1の材料シートであったこと以外は、実施例14と同
様にして比較例5のLCD装置を作った。
【0110】 フランス国カンのELDIMのEZコントラストコノスコープ測定装置によっ
て、実施例14Aおよび14Bそして比較例5を試験して、各実施例の輝度出力
の差を測定した。EZコントラストカメラおよびコンピュータインタフェースの
スイッチを入れ、カメラを−11℃で安定化させた。LCDパネルをカメラに向
けて各サンプルをカメラの前に置き、コンピュータインタフェースを使用して各
サンプルについて画像を得た。水平スキャンを観察して、カンデラ/mの輝度
出力対直交からの観察角度(−60〜+60度)のx−yプロットに変換した。
【0111】 比較例5と比べて、実施例14Aでは輝度出力が軸上(すなわち0度またはL
CD13平面に直交する)で17%増大し、実施例14Bでは軸上で13%増大
した。
【0112】 実施例15および比較例6 発明の拡散反射材を標示キャビネットで使用する利点を実証した。
【0113】 実施例15では、掲示基材(PANAFLEXTMシリーズ645として3M
から入手できる)から作られ、Macbeth濃度計による測定で光透過が28
%である幅72cm(31インチ)および高さ102cm(40インチ)の掲示
前面に8本のテープタブを無作為に配置した。掲示は、SIGNCOMPTM
してミシガン州コムストックパークのSignCompから入手できる、深さ2
3cm(9インチ)を有する標示キャビネットで照明された。キャビネットを2
本の「U」字型高出力螢光灯で照明した。内部背面、キャビネット内部の上部お
よび側面は、製造業者によって光沢白色ペンキで塗装されていた。内部左側およ
び底は、圧延仕上アルミニウムからできていた。実施例1の多孔性ポリマーTI
PSシートをキャビネット内部背面のみ(A)、背面、底、および右側(B)、
および全5面(C)に被せた。
【0114】 灯りをつけて、輝度の測定に先立ち1時間安定化させた。三脚にのせたミノル
タ輝度メータ(1/3度スポット付き、型番LS−110)を使用して、テープ
タブの上で掲示前面の輝度を測定し、各条件について値を平均した。
【0115】 比較例6では、ボックスのいずれの面にも実施例1のフィルムを被せなかった
こと以外は、実施例15と同様にして輝度の値を測定した。
【0116】 輝度の値を表1に報告する。
【0117】
【表1】 表1
【0118】 発明は、掲示前面の明度を43%増大した。
【0119】 実施例16〜17および比較例7〜8 発明の拡散反射材を光導管で使用する利点を実証した。
【0120】 実施例16では、図11に示したのと類似の構造を有する25cm(10イン
チ)径の光導管に、実施例1で作った2枚の多孔性ポリマーシートを入れた。1
枚のシートは抽出装置46として使用し、もう1枚のシートは裏反射材50とし
て使用した。
【0121】 実施例17では、裏反射材50が実施例3の多孔性ポリマーシートからできて
いたこと以外は、実施例16と同様にして光導管を作った。
【0122】 裏反射材50が厚さ約150μmを有する金属被覆されたポリマーフィルムS
ILVERLUXTMSS95Pであり、抽出装置46が厚さ約750μmを有
する白色着色ビニルフィルムSCOTCHCALTMシリーズ7725−20で
あったこと以外は、実施例16と同様にして比較例7を作った。
【0123】 比較例8では、裏反射材がTYVEKTMシートからできていたこと以外は、
比較例7と同様にして光導管を作った。
【0124】 方法1を使用して、拡散反射シートを反射スペクトルについて試験し、結果を
図12に示す。
【0125】 実施例で使用した抽出装置(実施例1のTIPSシート)は、可視光の約97
%の広範囲にわたり拡散反射率を有した。対照的に比較例7(SCOTCHCA
TM7725−20)で使用した抽出装置は、可視光の範囲全体にわたり直線
でない拡散反射率を有し、380〜420nmの間でより大きな吸収を示した。
【0126】 実施例16で裏反射材フィルムとして、金属化フィルムSILVERLUX よりも、実施例1のフィルムを使用することが2つの理由から好ましい。第1
に実施例1のフィルムは、金属化フィルムよりも反射性が高い。第2に実施例1
のフィルムの反射率では拡散が優勢であるのに対し、金属化フィルムでは正反射
が優勢である。プリズムフィルム内の欠陥のために、いくらかの光が導管39の
マイクロプリズム状壁44を通過して、導管に対して浅い角度で導管から出てい
くかもしれない。正反射金属化フィルムが裏反射材50であると、これらの迷走
光線は小さなプリズムに向けて浅い角度で方向転換され、金属化フィルムに向け
て跳ね返される。光は吸収によって減衰するまで、跳ね返されて行ったり来たり
する。拡散反射材の使用により、このような迷走光を拡散することでこの損失を
減少し、大部分をプリズムフィルムに戻すようにできる。
【0127】 実施例17における裏反射材として、実施例3のフィルムは、比較例8の半透
明TYVEKTMシートよりも好ましい。実施例3は均一の平均反射率約94%
を有するが、TYVEKTMの平均反射率は、単一シート内で厚さが異なるため
により変動が多い。図1はTYVEKTMシート(CE2)の厚さが150μm
に近い領域のスペクトルを示し、図12は同じフィルムで厚さが250μmに近
い領域のプロットを示す。同一フィルムの平均反射は、厚さ次第で約77%〜約
85%の間で変動する。さらに実施例3のフィルムが均一の外見を有する一方、
TYVEKTMシートのランダムな繊維の構造は用途において不利に目立つ。
【0128】 実施例18 低温でヒートセットしたフィルムで、カレンダー掛け技術を使用して、TIP
Sフィルムの厚さおよび初期熱収縮を低下させることの利点を実証した。
【0129】 およそ100℃のカレンダーロール温度を使用して、厚さ10.4ミルの鉱油
抽出ポリプロピレン微孔性フィルムをカレンダー機械に通した。実施例1で述べ
た工程に従って、58重量%の油および0.25重量%のMILLAD3905
成核剤から微孔性フィルムを作った。フィルムを120℃でヒートセットしなが
ら、(縦方向および横方向の双方で)2.25×2.25倍に延伸した。85℃
で24時間保持した後にフィルムの初期収縮を測定して、得られたフィルムの寸
法安定性を測定した。収縮データを下の表2に示す。
【0130】
【表2】 表2 サンプルを85℃で24時間保持した
【0131】 ここで示されるように、フィルムは、カレンダー掛けなしの場合9.5%の収
縮、カレンダー掛け後には1.0%の収縮を示した。
【0132】 実施例19 フィルムでカレンダー掛け技術を使用して、TIPSフィルムの厚さおよび初
期熱収縮を低下させることの利点を実証した。57重量%の油および0.25%
のMILLAD成核剤を含有する鉱油抽出ポリプロピレン微孔性フィルムを16
6℃でヒートセットしながら、(縦方向および横方向の双方で)2.25×2.
25倍に延伸し、異なる厚さのニップギャップを持つカレンダー掛け機械に通過
させた。カレンダーロールの温度は第1の試験でおよそ90℃であり、第2の試
験では110℃だった。
【0133】 得られたフィルムの反射率データを下の表3に示す。Labsphere I
nc.からの認定拡散標準を使用して、方法1に従って99.4%反射性と測定
された1片の20ミル厚TIPSフィルムでPerkin−Elmer Lam
bda 900 UV/VIS/NIR分光光度計を較正して使用し、反射率デ
ータを得た。認定標準のI.D.番号はSRS−99−010であった。
【0134】
【表3】 表3 550nmでの値
【0135】 ここに見られるように0.5%以下の反射率損失で、フィルムの厚さは25%
まで低減した。
【0136】 上の詳細および実施例は、発明の特定の実施態様の製造および用途の完全な説
明を提供するものである。発明の精神と範囲を逸脱することなく、多くの発明の
実施態様を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 発明の材料の拡散反射率を種々の商業的に既知の拡散反射材と比
較するグラフである。
【図2】 発明の材料の反射率に対する厚さの影響を示すグラフである。
【図3】 反射率に対する希釈剤の存在の影響を示すグラフである。
【図4】 可視光範囲外の波長を含めた、発明の材料の反射率対波長のグラ
フである。
【図5A】 (A)安定化していない、(B)コーティングで安定化したフ
ィルム上で様々な時間、紫外光、熱、および水分に暴露した後の発明の材料の耐
久性に対する影響を示すグラフである。
【図5B】 (A)安定化していない、(B)コーティングで安定化したフ
ィルム上で様々な時間、紫外光、熱、および水分に暴露した後の発明の材料の耐
久性に対する影響を示すグラフである。
【図6】 拡散反射率に対するポリマー:希釈剤比の影響を示すグラフであ
る。
【図7】 空隙を作り出すのに種々の方法を使用する、別のポリマーからで
きた拡散反射材の反射率を示すグラフである。
【図8】 液−液TIPS工程からできたフィルムの拡散反射率を示すグラ
フである。
【図9A】 発明の拡散反射材を使用したLCD装置の模式図である。
【図9B】 発明の拡散反射材を使用したLCD装置の模式図である。
【図9C】 発明の拡散反射材を使用したLCD装置の模式図である。
【図9D】 発明の拡散反射材を使用したLCD装置の模式図である。
【図9E】 発明の拡散反射材を使用したLCD装置の模式図である。
【図9F】 発明の拡散反射材を使用したLCD装置の模式図である。
【図10】 この発明の拡散反射材の一用法を示す標示キャビネットまたは
ライトボックスの立体図である。
【図11】 発明の拡散反射材を使用した光導管の横断を模式的に示す。
【図12】 光導管の構築において有用な種々の裏反射材および抽出装置の
反射率を示すグラフである。
【図13】 実施例1のシートの倍率5,000倍の走査型電子顕微鏡(S
EM)写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN,YU, ZA,ZW Fターム(参考) 2H042 BA03 BA20 DA11 DA21 DE04 2H091 FA08X FA08Z FA16Z FA32 FA42Z FA45Z FB02 FB13 FC07 FC22 FC24 KA10 LA04 LA12 4F074 AA16 AA17 AA24 AB01 AB05 AD01 AG02 CA03 CA06 CA07 CB18 CB28 CC02Z CC04Y DA22 DA24 DA47 DA59

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造体に隣接する拡散反射材料を含む拡散反射製品であって
    、前記拡散反射材料が、ポリマー領域の網目状組織と、領域を相互連結する原繊
    維とから成る多孔性ポリオレフィンシートからできており、多孔性ポリオレフィ
    ンシートが、構造体との光学的結合を低下させるように形成された表面要素を有
    する第1の表面を含む、拡散反射製品。
  2. 【請求項2】 構造体に隣接する拡散反射材料を含む拡散反射製品であって
    、前記拡散反射材料が、その中に空隙を有するポリマー材料の網目状組織を含む
    多孔性ポリマーシートからできており、前記材料が、 (a)ポリマー成分、および (b)ポリマー成分の融点、またはポリマーと希釈剤との全溶液の液−液相分
    離温度を越える温度でポリマー成分と混和性を有する希釈剤成分を含み、 多孔性ポリマーシートが、構造体との光学的結合を低下させるように形成された
    表面要素を有する第1の表面を含む、拡散反射製品。
  3. 【請求項3】 多孔性ポリマーシートが、積分球を有する分光光度計を使用
    して、ASTM E 1164−94に準じて550nmの波長で92%を越え
    る反射率を有する、請求項2に記載の拡散反射製品。
  4. 【請求項4】 ポリマー材料が、 (a)少なくとも20重量部のポリマー成分、および (b)約80重量部未満の希釈剤成分 を含む請求項2に記載の製品。
  5. 【請求項5】 ポリマー成分が波長380〜730nmの光に対して実質的
    に非吸収性である、請求項2に記載の製品。
  6. 【請求項6】 ポリマー成分がポリプロピレンおよびポリエチレンから成る
    群より選択される、請求項2に記載の製品。
  7. 【請求項7】 希釈剤成分が波長380〜730nmの光に対して実質的に
    非吸収性である、請求項2に記載の製品。
  8. 【請求項8】 希釈剤成分が鉱油である、請求項2に記載の製品。
  9. 【請求項9】 多孔性ポリマー層と組合わさった正反射層をさらに含む、請
    求項2に記載の製品。
  10. 【請求項10】 構造体が、光源に面した光共振器の一部分を裏張りする拡
    散反射材料を有する光共振器である、請求項2に記載の製品。
  11. 【請求項11】 光共振器が部分的に透明な画像と組み合わされ、前記画像
    が液晶ディスプレイである、請求項10に記載の製品。
  12. 【請求項12】 構造体が光共振器と、光共振器に隣接して配置された光源
    とを含み、 光源から光共振器内に光を誘導するように、拡散反射製品が光共振器の一部分を
    裏張りして部分的に光源の回りを囲むように形成される、請求項2に記載の製品
  13. 【請求項13】 光共振器が導光器を含む、請求項12に記載の製品。
  14. 【請求項14】 製品が液晶ディスプレイに組み込まれた、請求項2に記載
    の製品。
  15. 【請求項15】 光源を部分的に囲む拡散反射製品が、導光器内に光を反射
    する、請求項12に記載の製品。
  16. 【請求項16】 光共振器が輝度増強フィルムと組合わさった、請求項12
    に記載の製品。
  17. 【請求項17】 光共振器が反射偏光フィルムと組合わさった、請求項12
    に記載の製品。
  18. 【請求項18】 構造体が壁と光源を含む標示キャビネットであり、壁の少
    なくとも1面が拡散反射材料で裏張りされた、請求項2に記載の製品。
  19. 【請求項19】 構造体が、光学的照明フィルム、少なくとも1つの裏反射
    材、および抽出装置を含む光導管であり、裏反射材、抽出装置、またはその双方
    が拡散反射材料を含む、請求項2に記載の製品。
  20. 【請求項20】 拡散反射製品が螢光化合物を含む、請求項2に記載の製品
  21. 【請求項21】 拡散反射材料を使用して、光エネルギーをそれから反射さ
    せるステップを含む、光の拡散反射率を改善する方法であって、材料が、基材と
    の光学的結合を低下させるように配置された、少なくとも1つの表面要素を含有
    する多孔性ポリマーシートを含み、 シートが、空隙を有するポリマー材料の網目状組織を含み、 前記材料が、 (a)ポリマー成分、および (b)ポリマー成分の融点、またはポリマーと希釈剤との全溶液の液−液相分
    離温度を越える温度でポリマー成分と混和性を有する希釈剤成分を含む方法。
  22. 【請求項22】 ポリマー成分が、ポリプロピレンおよびポリエチレンから
    成る群より選択される、請求項21に記載の方法。
  23. 【請求項23】 希釈剤成分が鉱油である、請求項21に記載の方法。
  24. 【請求項24】 ポリマー成分を提供するステップと、 ポリマー成分の融点を越える温度、またはポリマーと希釈剤との全溶液の液−
    液相分離温度でポリマー成分と混和性を有する希釈剤成分を提供するステップと
    、 ポリマー成分と希釈剤成分とを組み合わせて、第1の厚さを有する多孔性ポリ
    マーシートを形成するステップと、 多孔性ポリマーシートに力を適用して、第2の厚さを有するシートを形成する
    ステップと、 を含む、構造体に隣接して配置されるように構成された拡散反射材料を含む製品
    を製造する方法。
  25. 【請求項25】 多孔性ポリマーシートに力を適用するステップが、機械力
    を適用するステップを含む、請求項24に記載の製品を製造する方法。
  26. 【請求項26】 多孔性ポリマーシートに力を適用するステップが、多孔性
    ポリマーシートをカレンダー掛けするステップを含む、請求項24に記載の製品
    を製造する方法。
  27. 【請求項27】 製品が、第1の厚さの70〜85%の第2の厚さを有する
    、請求項24に記載の製品を製造する方法。
  28. 【請求項28】 製品が、150〜300μmの第2の厚さを有する、請求
    項24に記載の製品を製造する方法。
  29. 【請求項29】 製品が、基材との光学的結合を低下させるように構成され
    た1つ以上の要素を有する、請求項24に記載の製品を製造する方法。
  30. 【請求項30】 反射製品が、構造体との光学的結合を低下させるように構
    成された表面要素を有する第1の表面を含む、構造体に隣接する反射材料を含む
    反射製品。
  31. 【請求項31】 反射製品が正反射材である、請求項30に記載の反射製品
  32. 【請求項32】 反射製品が拡散反射材である、請求項30に記載の反射製
    品。
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