JP2004341244A - 光拡散フィルム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散異方性を有する安価な光拡散フィルムを実現する。
【解決手段】基材フィルム１上に、樹脂バインダー２中に等方性球状微粒子３を分散させた材料を用いて、レンチキュラレンズのようにかまぼこ型の凸部４が多数配列された表面形状を有する光拡散層５を金型により形成して光拡散フィルムを得る。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散角異方性を有する光拡散フィルム及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光拡散フィルムは光を均一に拡散放出する機能を有し、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の画像表示装置などにおいて、画面の視認性を高めるために使用されている。このような光拡散フィルムとしては、例えば、微粒子を分散させた樹脂バインダーを基材フィルム上に塗布し、硬化させて形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、近年では液晶プロジェクタの普及により民生用でも高輝度なスクリーンが望まれるようになり、それに接合される光拡散フィルムにも、拡散角が垂直方向（上下方向）と水平方向で異なり、適切な範囲に絞り込んで拡散させる、いわゆる拡散角異方性が要求されるようになってきた。ここで、拡散角とは、入射角０度で入射した光の出射輝度が、出射角０度の値の１／２となる角度と規定される。
【０００４】
しかしながら、従来のような等方性球状微粒子を用いた拡散フィルムでは、水平方向と垂直方向で拡散角に異方性を持たせることが非常に困難であり、異方性形状粒子についても実験レベルであって市販に至ってはいない。
【０００５】
また、拡散角異方性を持たせた拡散フィルムとしては米ＰＯＣ社製 ＬＳＤシート（商品名）がある。しかし、製法上複雑な光学系を要するため、大型サイズになるほど製造時の技術的困難さが増し、またこの場合、製造歩留まりも極端に低下するので非常に高価であって、４０インチ超の大型スクリーンには現実的ではない（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１４２４０６号公報
【特許文献２】
米国特許第５６０９９３９号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術では等方性球状微粒子を用いた場合、垂直方向の拡散角と水平方向の拡散角が異なる光拡散フィルムを得ることは困難であった。また、従来の拡散異方性を有する光拡散フィルムは、製法が複雑で、非常に高価なものとなっており、投影用スクリーンのような大型の画面に適用するのは技術的、コスト的に問題があった。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、等方性球状微粒子を用いて拡散異方性を実現することができる安価な光拡散フィルム及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、光拡散フィルムにおいて、樹脂バインダーに等方性球状微粒子を分散させた材料を用いて形成され、断面が曲線形状又は三角形状の凸部が多数同一方向に伸びた光拡散層を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明においては、凸部の配列方向へ光の拡散は主に凸部によって行われ、凸部の長手方向への拡散は等方性球状微粒子の分散に伴う表面粗度により行われるため、凸部の長手方向の拡散角とこれに直交する配列方向の拡散角を変えることが可能となり、直交する２方向で拡散角の異なる光拡散フィルムを容易かつ安価に得ることが可能となる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の光拡散フィルムにおいて、光拡散層が、平行に配列された多数の溝を有する金型を用いて基材上に形成されてなることを特徴とする。これにより、所望の表面粗度を有する凸部を容易に形成することが可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の光拡散フィルムにおいて、凸部のピッチをＰ、凸部の高さをｈ、等方性球状微粒子の平均粒子径をｄとしたとき、３＜ｈ／ｄ、及び２０＜Ｐ／ｄを満足することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明においては、凸部形成時に等方性球状微粒子が凸部内で充分に分散することができ、これによって凸部の長手方向への拡散を左右する等方性球状微粒子による表面凹凸が良好に形成され、凸部の長手方向の拡散角を所望値に拡大することが可能となる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の光拡散フィルムにおいて、等方性球状微粒子の平均粒子径ｄが１０μｍ以上であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明においては、凸部の長手方向の拡散角を所望範囲に絞り込むことが可能となり、プロジェクタ用のスクリーンに適用した場合に、広視野角と高輝度を両立させたスクリーンが実現可能となる
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１の光拡散フィルムにおいて、等方性球状微粒子の樹脂バインダーに対する割合が、樹脂バインダー１００重量部に対して１０〜１００重量部であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明においては、等方性球状微粒子の分散による良好な表面凹凸効果が得られ、所望の拡散異方性を有する光拡散フィルムを容易に作成することが可能となる。
【００１８】
請求項６の発明は、光拡散フィルムの製造方法において、樹脂バインダーに等方性球状微粒子を分散させた樹脂材料を用いて、曲線形又はＶ字形の溝が多数平行に配列された長溝列金型により成形することを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６の光拡散フィルムの製造方法において、樹脂材料を長溝列金型に塗布法により充填する工程と、長溝列金型の充填層の上に基材フィルムを付着させる工程と、充填層を硬化させ、基材フィルムとともに長溝列金型から剥離する工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項６、７の発明においては、凸部の形成とともに等方性球状微粒子の分散による表面凹凸が形成され、凸部による光拡散と表面凹凸による光拡散によって凸部の長手方向と配列方向で拡散角が異なる光拡散フィルムを複雑な設備を要することなく容易に得ることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の光拡散フィルムの一実施の形態を示す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図３〜５は、本実施の形態の光拡散フィルムの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【００２２】
図１、２に示すように、本実施の形態の光拡散フィルムは、基材フィルム１と、樹脂バインダー２中に等方性球状微粒子３を分散させた材料により形成され、かまぼこ型の凸部４が多数平行に配列された表面形状を有する光拡散層５とで構成されている。
【００２３】
上記光拡散フィルムにおいて、等方性球状微粒子３の大きさ及び凸部４の配列ピッチは、凸部４の長手方向の拡散角と長手方向に直交する配列方向の拡散角をどのような範囲にするかによって調整される。
【００２４】
例えば、スクリーン用途の光拡散フィルムの場合、スクリーン輝度を高くするには光の拡散する領域を小さく絞ればよいが、絞りすぎると全ての観察者がスクリーン像を視認できなくなる恐れがある。そこで輝度と視野角のバランスを考えると、拡散角は実用上は水平方向６０〜８０度、垂直方向１０〜３０度位が好ましいと言える。
【００２５】
したがって、上記光拡散フィルムがスクリーン用途の場合、水平方向の拡散角を垂直方向より大きくするために、凸部４の長手方向がスクリーンの垂直方向となるように配列される。配列ピッチは、投影像の１画素より小さいことが好ましいが、あまり小さいと等方性球状微粒子３が凸部４内に入りにくくなるため、通常は、従来のリアプロジェクタ用レンチキュラシートと同様、１００〜８００μｍの範囲が用いられる。このような凸部４の形成により、水平方向の拡散角を６０〜８０度にすることができる。なお、凸部４の形状は、断面が円や楕円の曲率の曲線形又は他の曲線形もしくは三角形等の非曲線形をとることができる。
【００２６】
一方、垂直方向の拡散は、等方性球状粒子３を分散させることによって実現する。拡散角は、分散させる等方性球状粒子３の平均粒子径が小さくなればなるほど大きくなる傾向があり、垂直方向の拡散角を３０度以下にするためには、等方性球状粒子３の平均粒子径を１０μｍ以上とすることが好ましい。また、１０度以上の拡散角を実現するためには、凸部４内で等方性球状粒子３が充分分散可能なサイズである必要があり、等方性球状粒子３の平均粒子径の上限は凸部４の高さと配列ピッチに依存する。
【００２７】
上記光拡散フィルムの各材料としては、基材フィルム１は、光学的透明性を有するものが好ましく、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン等を用いることができるが、特に限定されない。
【００２８】
同様に、光拡散層５を構成する樹脂バインダー２は、光学的透明性を有するものがよく、例えばアクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、シリコーン樹脂等各種の樹脂が用いられるが、特に限定されるものではない。
【００２９】
樹脂バインダー２に分散される等方性球状微粒子３も、透過率が高いものがよい。例えば、アクリル樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、スチレン樹脂粒子、ポリエチレン樹脂粒子、シリカ粒子、ポリエステル樹脂粒子等各種のものが良好である。等方性球状微粒子３の配合量は、樹脂バインダー１００重量部に対して１０〜１００重量部が好ましい。１０重量部より少ないと微粒子の分散による光拡散効果が得られず、１００重量部より多いと調製した樹脂材料の取り扱い性が極端に悪化する。
【００３０】
上記光拡散フィルムは、図３〜５に示すようにして、長い溝が多数配列して設けられた長溝列金型６を用いて形成される。例えば、樹脂バインダー２に紫外線（ＵＶ）により硬化する紫外線硬化樹脂を用いた場合、紫外線硬化樹脂に等方性球状微粒子３と溶剤と光重合開始剤を加えて塗布用の樹脂材料を調製し、図４に示すように長溝列金型６の溝の上に塗布する。ついで、図５に示すように、塗布した樹脂層の上に基材フィルム１を載せた後に、ＵＶ光を照射して樹脂層を硬化させる。充分に硬化させた後、フィルム１に固着した樹脂層（光拡散層５）を金型６から剥離して、光拡散フィルムが完成する。
【００３１】
なお、長溝列金型６は切削加工やフォトリソグラフィなど一般的な手法により製作されるものであり、材質も銅、銅タングステン、アルミニウム、ステンレスなど加工し易いものであれば制限はない。
【００３２】
上記の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、水平方向の拡散角と垂直方向の拡散角が異なる光拡散フィルムを等方性球状微粒子を用いて容易に製造することができ、スクリーン用として好適な安価な拡散異方性の光拡散フィルムを実現することができる。例えば、この光拡散フィルムをプロジェクタ用スクリーン表面に接合することで、反射光を適切な範囲へ絞り込んで拡散することができ、高輝度なスクリーンを実現することができる。また、製法についても特殊な異方性微粒子や複雑な設備が不要であって、ごく一般的な材料にて製造することができ、拡散異方性の光拡散フィルムを低コストで提供することができる。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例について本発明を詳細に説明する。
（光拡散フィルムの作成）
＜実施例１＞
下記に示す樹脂材料、基材フィルム及び金型を用いて、前述した図３〜５に示す工程で光拡散フィルムを作成した。
【００３４】
微粒子：架橋アクリル粒子、平均粒径１μｍ（綜研化学社製） ８０重量部
紫外線硬化樹脂：ウレタンアクリレート系モノマー １００重量部
光重合開始剤 ５重量部
溶剤：トルエン １５０重量部
基材フィルム：ポリエチレンテレフタレート
金型：溝ピッチ ６００μｍ、溝深さ １００μｍのレンチキュラ形状
【００３５】
＜実施例２＞
架橋アクリル粒子の平均粒子径を９μｍとした以外は実施例１と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００３６】
＜実施例３＞
架橋アクリル粒子の平均粒子径を２０μｍとした以外は実施例１と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００３７】
＜実施例４＞
架橋アクリル粒子の平均粒子径を３０μｍとした以外は実施例１と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００３８】
＜実施例５＞
架橋アクリル粒子の平均粒子径を５０μｍとした以外は実施例１と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００３９】
＜実施例６＞
架橋アクリル粒子の平均粒子径を９０μｍとした以外は実施例１と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００４０】
＜実施例７＞
架橋アクリル粒子の平均粒子径を２００μｍとした以外は実施例１と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００４１】
＜実施例８＞
架橋アクリル粒子の配合量を５重量部とした以外は実施例３と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００４２】
＜実施例９＞
架橋アクリル粒子の配合量を１０重量部とした以外は実施例３と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００４３】
＜実施例１０＞
架橋アクリル粒子の配合量を５０重量部とした以外は実施例３と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００４４】
＜実施例１１＞
架橋アクリル粒子の配合量を１００重量部とした以外は実施例３と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００４５】
＜比較例１＞
微粒子の配合量を０とした以外は実施例１と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００４６】
＜比較例２＞
架橋アクリル粒子の平均粒子径を１０μｍとし、金型を用いないで樹脂材料を基材フィルム上に直接塗布し硬化させた以外は実施例１と同様にして光拡散フィルムを作成した。
【００４７】
（拡散角の測定）
拡散角は輝度から求めた。実施例１〜１１及び比較例１、２の各光拡散フィルムについて、基材フィルム側にアルミ蒸着により反射層を設け、床と垂直な面に、金型の溝によって形成された凸部の長手方向が垂直方向（上下方向）となるように貼り付けた。この光拡散フィルムを貼り付けた面に対して、水平方向２ｍの位置に光出力２０００ＡＮＳＩルーメンの液晶プロジェクタ（ＳＯＮＹ製ＶＰＬ−ＣＸ５）を正面から対向させ、白画面を投影した。プロジェクタの投影レンズ位置を０度とし、光拡散フィルムを中心とした半径２ｍの円弧上で輝度計（トプコン社製 ＢＭ−９）を走査させて測定を行った。このとき、測定可能な角度領域は、プロジェクタと輝度計の配置が干渉しない範囲に限定され、反時計周りを正とすると−２．５〜−８５度、＋２．５〜８５度となる。輝度が±２．５度の値（ピークゲイン）の半分になった時（半値幅）の角度を拡散角として求めた。
【００４８】
上記実施例及び比較例についての拡散角の測定結果を表１に示す。なお、実施例１〜７及び比較例１、２については、表面粗度に対応する水平方向（凸部の配列方向）と垂直方向（凸部の長手方向）の微細凹凸の平均間隔Ｓｍも合わせて示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１から明らかなように、微粒子を含まない比較例１（単なるレンチキュラレンズシートに相当）は水平方向（レンチキュラレンズの配列方向）には拡散するが、垂直方向（レンチキュラレンズの長手方向）にはほとんど拡散していない。実施例１や２のように等方性球状微粒子の平均粒子径が９μｍ以下の場合、実施例１では内部に含有する微粒子の光拡散効果によって、また実施例２では表面粗度によって垂直方向の拡散角が拡大し、改善されている。しかしながら、全体的に拡散角が拡大し過ぎてしまい、スクリーン輝度の低下を招くと考えられる。
【００５１】
一方、実施例５〜７のように平均粒子径５０μｍ以上では、垂直方向の拡散角が狭すぎ、スクリーンの上端と下端を視認できない可能性がある。理由としてはサイズが大きい故に粒子が金型溝へ十分入り込めずに表面の凹凸による効果が不十分となり、レンチキュラレンズの効果が主に発現してしまうためと考えられる。
【００５２】
これに対して、粒子径が１０〜３０μｍの範囲では、レンチキュラレンズ効果と表面凹凸効果がほどよく調和され、水平、垂直方向の拡散角が好ましい値になることがわかる。比較例２は、一般的な微粒子分散タイプの光拡散フィルムと同等の構造であり、等方性拡散を示している。これと比較しても実施例３、４は拡散角の異方性によって高輝度なスクリーンが実現できる。
【００５３】
上記したように、溝ピッチ６００μｍ、溝深さ１００μｍの金型を使用した場合、微粒子の平均粒子径が１０〜３０μｍのとき、所望の拡散異方性を有する光拡散フィルムが得られた。このことから明らかように、スクリーン用途として良好な光拡散フィルムを得るためには、微粒子の平均粒子径ｄ、溝ピッチＰ及び溝深さｈは以下の条件を満たすことが好ましい。
３＜ｈ／ｄ かつ ２０＜Ｐ／ｄ
【００５４】
また、実施例３、８〜１１及び比較例１に示すように、樹脂バインダー１００重量部に対し、平均粒子径２０μｍの微粒子の配合量を０〜１００重量部まで変化させて見ると、１０重量部以下では垂直方向の拡散角が狭いことがわかる。これは金型溝に入り込む微粒子が少ないことが原因と考えられる。一方、微粒子の配合量が１００重量部を超えると、分散塗料自体の取り扱い性が極端に悪化し、ムラになったり塗布に支障が生じてしまう。このことから、微粒子の配合量は１０〜１００重量部が好ましい。
【００５５】
【発明の効果】
上記したように、請求項１の発明によれば、樹脂バインダーに微粒子を分散させた材料により凸部を形成することにより、凸部長手方向とこれに直交する凸部配列方向において拡散角の異なる光拡散フィルムを容易に実現することができる。
【００５６】
請求項２の発明によれば、金型を用いて凸部を形成することにより、所望の表面粗度を有する凸部を容易に形成することができ、良好な拡散異方性を有する光拡散フィルムを得ることができる。
【００５７】
請求項３の発明によれば、凸部のピッチ及び高さと平均粒子径との関係が一定の条件を満たすように調整することにより、光拡散フィルムにおける凸部の長手方向の拡散角を所望値に拡大することができ、プロジェクタ用スクリーンに用いたとき視認性の良好なスクリーンを実現することができる。
【００５８】
請求項４の発明によれば、平均粒子径１０μｍ以上の微粒子を用いることにより、光拡散フィルムにおける凸部の長手方向の拡散角を所望値に絞ることができ、プロジェクタ用スクリーンに用いたとき高輝度スクリーンを実現することができる。
【００５９】
請求項５の発明によれば、微粒子の配合量を１０〜１００重量部とすることにより、拡散異方性の光拡散フィルムを容易に作成することができる。
【００６０】
請求項６、７の発明によれば、樹脂バインダーに微粒子を分散させた樹脂材料を用いて長溝列金型により成形することにより、凸部による光拡散と微粒子分散に伴う表面凹凸による光拡散によって凸部の長手方向と配列方向で拡散角が異なる光拡散フィルムを複雑な設備を要することなく容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の光拡散フィルムを示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】長溝列金型の一例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る光拡散フィルムの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図５】本発明に係る光拡散フィルムの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【符号の説明】
１……基材フィルム、２……樹脂バインダー、３……等方性球状微粒子、４……凸部、５……光拡散層、６……長溝列金型

Claims (7)

1. 樹脂バインダーに等方性球状微粒子を分散させた材料を用いて形成され、断面が曲線形状又は三角形状の凸部が多数同一方向に伸びた光拡散層を備えたことを特徴とする光拡散フィルム。
2. 前記光拡散層が、平行に配列された多数の溝を有する金型を用いて基材上に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光拡散フィルム。
3. 前記凸部のピッチをＰ、凸部の高さをｈ、前記等方性球状微粒子の平均粒子径をｄとしたとき、３＜ｈ／ｄ、及び２０＜Ｐ／ｄを満足することを特徴とする請求項１記載の光拡散フィルム。
4. 前記平均粒子径ｄが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の光拡散フィルム。
5. 前記等方性球状微粒子の樹脂バインダーに対する割合が、樹脂バインダー１００重量部に対して１０〜１００重量部であることを特徴とする請求項１記載の光拡散フィルム。
6. 樹脂バインダーに等方性球状微粒子を分散させた樹脂材料を用いて、曲線形又はＶ字形の溝が多数平行に配列された長溝列金型により成形することを特徴とする光拡散フィルムの製造方法。
7. 前記樹脂材料を長溝列金型に塗布法により充填する工程と、
   前記長溝列金型の充填層の上に基材フィルムを付着させる工程と、
   前記充填層を硬化させ、基材フィルムとともに長溝列金型から剥離する工程とを含むことを特徴とする請求項６記載の光拡散フィルムの製造方法。

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