JP2007010798A - 異方性散乱フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】投射型画像表示装置のスクリーンとして好適であり、解像度、コントラスト、及び明るさのすべての性能に優れた異方性散乱フィルムを提供する。
【解決手段】少なくとも２種以上の非相溶性の樹脂を含む散乱フィルムであって、非相溶性の樹脂の相分離構造が、少なくとも１種の樹脂からなる海相と少なくとも１種の樹脂からなる島相からなる海−島構造であり、島相がフィルムの少なくとも表層部で一方向に配向した棒状であって、島相の配向方向と平行な散乱面と島相の配向方向と直交する散乱面とで散乱光強度が異なることを特徴とする異方性散乱フィルムである。
【選択図】選択図なし。

Description

本発明は、散乱面の方向によって散乱光強度が異なる異方性散乱フィルムであって、特に、液晶表示装置の拡散フィルムやリアプロジェクションＴＶなどの投射型画像表示装置のスクリーン等に好適に用いられる異方性散乱フィルム及び該異方性散乱フィルムを用いた投射型画像表示装置に関する。

散乱フィルムは、液晶表示装置においてＬＥＤや冷陰極線管などの点状あるいは線状の光源の光を面状に散乱させることによって均一な面状の光源を得るための拡散板として使用されており、特にリアプロジェクションＴＶなどの投射型画像表示装置のスクリーンなどとして用いられる。
従来、散乱フィルムとしては、フィルムの片面又は両面を粗面化したもの、フィルムの表面に散乱粒子含有層を設けたものなどが使用されている。
最近では、光を均等に散乱するのではなく、特定の方向に光を散乱する異方性散乱のフィルムが求められている。このような異方性散乱フィルムの用途としては、大型液晶ＴＶの拡散板やリアプロジェクションＴＶなどの投射型画像表示装置のスクリーンなどがあげられる。

大型液晶ＴＶにおいては、表示画面を明るくするために線状光源である冷陰極線管を複数本平行に配置して使用するが、この場合隣り合う冷陰極線管同士の光が干渉して縞状に明るさの斑が発生しやすい。従来の光を均等に散乱する散乱フィルムを拡散板として使用して前記光の干渉による明るさの斑を解消しようとすると、視聴者が画面を見る方向以外にも光が散乱してしまうため、視聴者の目に映る明るさが不足しがちとなる。画面の明るさを得るためには、冷陰極線管の出力を上げたり、プリズムシートなどの輝度向上用光学フィルムを使用するなどの方法があるが、一方で消費電力の増加や部材コストの増加などの問題を生じやすくなる。

リアプロジェクションＴＶなどのスクリーンとしては、視聴者の方向に画像光が進むように、フレネルレンズとレンチキュラーレンズの組合せによる指向性スクリーンが一般に使用されている。この指向性スクリーンを使用することにより、画像光の利用率が向上して画像は明るくなるが、リアプロジェクションＴＶの大画面化とハイビジョンＴＶ放送などの高精密画像の利用の普及にともない、レンズと画素の大きさが近づいてしまい、モアレ縞等の画像欠陥が生じてしまうという問題が生じやすくなっている。
スクリーンにおける解像度の低下を防ぐため、画素よりも微小な粒子による散乱を用いた散乱型スクリーンが提案されているが、散乱に指向性がないために画面の明るさが低下してしまうという問題が生じやすい。
従来の散乱フィルムにおいては、大型液晶ＴＶなどの液晶表示装置の拡散板やリアプロジェクションＴＶなどの投射型画像表示装置のスクリーンに要求される解像度、コントラスト、及び明るさの全ての特性を同時に満たすものは未だ提供されておらず、更なる改良が望まれているのが現状である。

本発明は、前記従来からの問題を解決する異方性散乱フィルムを提供することを目的とする。即ち、本発明は、可視光に対し高い透過率と高い指向性の両方を備えた異方性散乱フィルム、及び該異方性散乱フィルムをスクリーンとして用いた解像度、コントラスト、及び明るさのすべての特性に優れた投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、非相溶性の樹脂を含むフィルムの少なくとも表層部に一方向に配列した棒状の島相が存在する海−島構造のフィルムで高い透過率のフィルムが、直交する散乱面で散乱光強度が異なり、後方散乱が生じにくい異方性散乱フィルムとして好適であることを見いだし、本発明をなすに至った。
即ち、本発明は、下記の通りである。
（１）少なくとも２種以上の非相溶性の樹脂を含む散乱フィルムであって、非相溶性の樹脂の相分離構造が、少なくとも１種の樹脂からなる海相と少なくとも１種の樹脂からなる島相からなる海−島構造であり、島相がフィルムの少なくとも表層部で一方向に配向した棒状であって、島相の配向方向と平行な散乱面と島相の配向方向と直交する散乱面とで散乱光強度が異なることを特徴とする異方性散乱フィルム。
（２）海相の樹脂がポリスチレン系樹脂を含み、島相の樹脂がポリカーネート樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の異方性散乱フィルム。
（３）前記散乱フィルムの透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の異方性散乱フィルム。
（４）請求項１〜３のいずれかに記載の異方性散乱フィルム。
を配置する投射型画像表示装置。

本発明によれば、直交する散乱面で散乱光強度が異なり、後方散乱が生じにくい異方性散乱フィルムを提供することができる。

以下に本発明の異方性散乱フィルムとして好適な具体例を示す。
本発明の異方性散乱フィルムには、少なくとも２種類の非相溶性の樹脂を使用し、少なくともフィルムの表層部に棒状で一方向に配列した島相が存在する海−島構造をフィルム中に形成させる。
本発明で使用する樹脂は、単体で可視光の透過率が８０％以上である透明性の樹脂であるが、透明性の樹脂としては、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ノルボルネン樹脂などのオレフィン系樹脂、６ナイロン、６６ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリメチレンメタアクリレートなどのアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリスチレン−メチルメタアクリレート共重合体などのスチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂などがあげられる。

本発明では、これらの透明性の樹脂の中から相分離構造が海−島構造である非相溶性樹脂の組み合わせを選んで使用する。前記透明性の樹脂のなかで、相分離構造が海−島構造である非相溶性樹脂の組み合わせとしては、オレフィン系樹脂とポリエステル樹脂、オレフィン系樹脂とポリアミド樹脂、オレフィン系樹脂とポリカーボネート、スチレン系樹脂とポリカーボネードなど多くの組み合わせがある。好ましくはスチレン系樹脂が５０重量％を越えるものがよく、より好ましくは６０重量％以上が好ましい。
本発明では、これらの非相溶性樹脂の組み合わせの中からさらに絞り込んで、フィルムに成形したときに棒状で一方向に配列した島相が形成される樹脂の組み合わせを選んで使用する。非相溶性の原料樹脂からフィルムを成形するときに、棒状で一方向に配向した島相を形成させる方法としては、非相溶性の樹脂の組み合わせのなかで、融点が最も高い樹脂を選んであらかじめ棒状に加工しておき、残りの樹脂に混合して原料樹脂とし、押出機などを使って原料樹脂を溶融成形などに方法によりフィルムに成形するときに、押出機などの溶融成形温度を棒状に加工した樹脂の融点より低い温度に設定してフィルムを成形することにより、棒状に成形した樹脂の形状を保ったままフィルムを成形し、そのあとフィルムを一方向に延伸することによりフィルム中に一方向に配向した棒状の島相を作る方法がある。

他の方法としては、非相溶性の樹脂を混合した原料樹脂を、押出機を使って溶融混練してシートダイなどから板状に押し出したあと樹脂を冷却固化させてフィルムを成形するときに、押出機から押し出された樹脂が冷却されていく過程で相分離して、フィルムの中に一方の樹脂がおおむね球状の島相として形成されたあと、樹脂全体が完全に冷却固化するまでの間に、フィルムをニップローラーなどで挟んで一方向に伸張することによりフィルム中の島相を棒状に変形させるとともに伸張方向に配向させる方法や、溶融した樹脂を押出機から細管やダイのスリット部に押し出すときに、樹脂に大きい剪断力を加えて流動させることによって、島相を棒状に変形させるとともに流動方向に配向させる方法などがあげられる。

非相溶性の原料樹脂を押出機で溶融混練して押出したフィルム中に棒状で一方向に配向した島相が形成されやすい樹脂の組み合わせには、ポリスチレン系樹脂とポリカーボネート樹脂、ポリカーボネート樹脂とポリプロピレン樹脂の組み合わせなどがあるが、得られたフィルムの透過率が大きく透明性のフィルムになりやすい樹脂の組み合わせとしては、各々の樹脂の屈折率が近似している樹脂が好ましく、ポリスチレン系樹脂とポリカーボネート樹脂の組み合わせが複屈折率が小さくなる点でより好ましい。
本発明で棒状の島相のサイズは、可視光の散乱性を発現させるために棒状の島相の短径、長径とも０．１以上であるのが好ましく、得られたフィルムの強度を維持する点で５００μｍ以下であるのが好ましく、０．５〜１００μｍの範囲がより好ましい。

フィルム中に棒状の島相が存在することの確認やそのサイズを確認することは、フィルムを厚み方向に切断して断面を走査型電子顕微鏡などを使って拡大写真を撮影して行うことができる。
本発明で異方散乱性の測定は、試料を取り付ける試料台を回転の中心位置に配置し、白色光源と受光器が試料台を中心に同じ面に沿って回転することができ、試料を照射する光の試料の測定面に対する入射角度や試料を透過した光の強度を測定する受光器の測定角度を変えて測定を行うことができる装置であり、一般に変角光度計といわれる測定装置を使用して行う。

本発明では、まず試料の測定面が光源と受光器が回転して移動する面に対して垂直となるように試料を試料台に取り付ける。次いで試料の測定面に垂直な方向から白色光源の光を試料に照射し、受光器をフィルム面と直交する方向、すなわち試料を照射する光の入射方向の延長線上の位置から、フィルム面に対して水平な方向、すなわち入射方向と垂直な位置までの間で受光器を移動させて、測定角度を変えながら試料を透過してきた光の強度を測定する。次いで散乱光強度の散乱角度依存性を測定する。
本発明でフィルムの散乱光強度の散乱角度依存性の測定は、条件を変えて２回行われる。

一つ目の条件は、変角光度計の光源と受光器が回転移動する面に対して、フィルムの棒状の島相の配向方向が平行になるように、試料を試料台に取り付けて散乱光強度の散乱角度依存性を測定する。このとき、フィルムの棒状の島相の配向方向と平行な散乱面に沿った散乱光強度の角度依存性が測定される。
二つ目の条件は、変角光度計の光源と受光器が回転移動する面に対して、フィルムの棒状の島相の配向方向が垂直になるように、試料を試料台に取り付けて散乱光強度の散乱角度依存性を測定する。このとき、フィルムの棒状の島相の配向方向に垂直な散乱面に沿った散乱光強度の角度依存性が測定される。

本発明の異方性散乱とは、前記二つの条件で測定されたフィルムの棒状の島相の配向方向を基準とする直交する二つの散乱面に沿った散乱光強度の角度依存性が異なることをいう。すなわち、棒状の島相の配向方向に平行な散乱面では散乱が少なく入射方向に沿って透過する光が強く、棒状の島相の配向方向に垂直な散乱面では散乱が大きいことをいう。
本発明における可視光の透過率は、試料フィルムに可視光を入射させ、試料を直進して透過する光と散乱する光を含む全透過光の強度を積分球試料台を使って測定し、入射光強度に対する比率として測定する値であり、散乱フィルムを使用する場合の明かるさを向上させる観点から可視光の４００ｎｍから８００ｎｍの波長の範囲で透過率が８０％以上であることが好ましい。さらには８５％以上がより好ましい。

本発明の異方性散乱フィルムを大型液晶ＴＶなどの拡散板として使用する場合、フィルムの棒状の島相の配向方向が大型液晶ＴＶの冷陰極線管の長さ方向と平行になるように配置すると、冷陰極線管から発せられる線状の明かりを面状に拡散しやすくすることができる。
本発明の異方性散乱フィルムを投射型画像表示装置に使用する場合は、本発明の異方性散乱フィルムをスクリーンとして前面に配置する。投射型画像表示装置のＣＲＴやＬＣＤやＤＭＤなどの画像表示エンジンから投影された画像光は反射ミラーなどの光学系によってスクリーンに投射されるが、異方性散乱フィルムがより散乱する方向が水平方向となるように配置したスクリーンを使用すると、画面の左右方向に光が散乱して明るさを向上させることができ、特に大画面の場合には好ましい。

また、画面の上下方から視聴する様な投射型画像表示装置の場合は、画面の上下方向に光が散乱するように本発明の異方性散乱フィルムをスクリーンとして配置することが好ましい。
本発明の異方性散乱フィルムを投射型画像表示装置のスクリーンに用いると、スクリーンに入射する外光は、異方性散乱フィルムの散乱特性が少ない方向からの外光は透過して後方散乱が少ないため、画面のコントラストを低下させることが少ない。散乱特性を有する方向からの外光も、本発明の異方性散乱フィルムの全光線透過率が８０％以上と高いので、後方散乱する光は少ない。なお、異方性散乱フィルムの表示面側に金属酸化物の透明薄膜を真空蒸着法などで形成させて反射防止層を設けることにより、外光の存在下でのコントラストを更に改善することができる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
本発明で測定する物性項目についてまず説明する。
（１）厚み
シートの厚みは、ピーコック社製厚み計を使用して測定した。
（２）可視光透過率
シートの可視光透過率は、島津製作所製分光光度計ＵＶ−３１５０と積分球試料台を使用して、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で試料の透過率を測定した。
（３）散乱光強度の散乱角度依存性
オプテック社製の変角光度計ＧＰ−１を使い、白色光源を試料面に垂直方向から照射し、受光器を光源の入射方向の延長線上の位置から試料面に平行な位置まで９０度回転移動させて測定し、受光器の出力電圧と回転角度とを記録した。

（実施例１）
ポリスチレン（ＰＳジャパン社ＧＰ６８５）を６０重量％、ポリカーボネート（旭美化成社ワンダーライトＰＣ１１０）を４０重量％混合した原料樹脂を、シリンダー口径が２５ｍｍでシリンダーと口径の比が４８の同方向回転２軸押出機を使って、シリンダー温度を２５０℃、スクリューの回転数が１００ｒｐｍの運転条件で溶融し、温度を２５０℃に調整したギヤポンプを介して、リップの巾が３００ｍｍでクリアランスが２．５ｍｍであるシートダイから押し出した。押し出された溶融樹脂を水冷した一対のピンチローラーで引き取り、押出方向に溶融樹脂を引っ張りながら樹脂を冷却固化させて厚みが１ｍｍのフィルムを作成した。

フィルムをミクロトームで試料の押出方向に平行な方向と直角な方向に各々切断した試料を作成し、試料の切断面を走査型電子顕微鏡を使って５０００倍に拡大した写真を撮影した。押出方向に平行な方向の断面は、図１に見られるようにフィルム面と平行に配列した細く長い棒状の島相が多数見られた。これに対して、押出方向と直交する断面は図２に見られるように円形の島相が多数見られた。図１と図２の二つの方向の断面の島相の形状から、フィルムの島相は押出方向に配向した棒状の形状をしていることがわかる。
作成したフィルムを通して直管の蛍光管をみると、フィルムの押出方向を蛍光管の長さ方向に合わせた時は蛍光管は明瞭に見えるが、押出方向が蛍光管の長さ方向と垂直になるようにした時は蛍光管の輪郭を確認することができず、異方散乱性をもっていることがわかった。

フィルムの透過率を測定したところ、４００ｎｍから７００ｎｍの波長で９２％〜９３％と高く、フィルムは透明であった。
散乱光強度の散乱角度依存性を、受光器の回転移動面に対してフィルムの押出方向が垂直となるように試料台に取り付けて測定した。記録された受光器出力電圧を縦軸とし、横軸に入射方向の延長線上の位置を０度とする測定角度としてプロットしたグラフを図３のＭＤとして示す。
受光器の回転移動面に対してフィルムの押出方向が平行となるように試料台に取り付けて同じように測定したデータをプロットしたものを図３のＴＤとして示す。

図３において、フィルムの押出方向に平行な面に沿って測定された散乱光強度ＴＤは入射方向の延長線上の位置である０度に鋭いピークをもつ曲線であり、入射光は殆どが直進して透過している。一方、フィルムの押出方向に垂直な面に沿って測定された散乱光強度ＭＤは０度の角度を中心に広がっており、入射した光は散乱していることが分かる。
得られたフィルムは、押出方向に直交する二つの散乱面で散乱特性が大きくことなるフィルムであり、前記の蛍光管の長さ方向とフィルムの押出方向の関係によって、蛍光管が明瞭に見えたり、見えなくなる現象を説明するものである。

本発明は、特定の方向に散乱性を備えた異方性散乱フィルム、及び該異方性散乱フィルムをスクリーンとして用いた解像度、コントラスト、及び明るさのすべての性能に優れた投射型画像表示装置を提供できる。

本発明の異方性散乱フィルムを押出方向と平行な方向に切断した断面の５０００倍に拡大した写真。 図１のフィルムを押出方向と直交する方向に切断した断面の５０００倍に拡大した写真。 本発明の異方性散乱フィルムを変角光度計で測定した散乱光強度の散乱角度依存性のグラフ。

Claims (4)

1. 少なくとも２種以上の非相溶性の樹脂を含む散乱フィルムであって、非相溶性の樹脂の相分離構造が、少なくとも１種の樹脂からなる海相と少なくとも１種の樹脂からなる島相からなる海−島構造であり、島相がフィルムの少なくとも表層部で一方向に配向した棒状であって、島相の配向方向と平行な散乱面と島相の配向方向と直交する散乱面とで散乱光強度が異なることを特徴とする異方性散乱フィルム。
2. 海相の樹脂がポリスチレン系樹脂を含み、島相の樹脂がポリカーネート樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の異方性散乱フィルム。
3. 前記散乱フィルムの透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の異方性散乱フィルム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の異方性散乱フィルムを配置する投射型画像表示装置。

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