JP2015191178A - 異方性光学フィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入射光角度により直線透過率が変化する異方性光拡散層が2層以上積層された異方性光学フィルムにおいて、前記異方性光拡散層の各々を、マトリックス領域と、当該マトリックス領域とは屈折率の異なる複数の柱状領域とを有するものとし、前記異方性光拡散層として、少なくとも、前記柱状領域の配向方向に垂直な断面における短径と長径のアスペクト比が異なる2種類の異方性光拡散層(a)および異方性光拡散層(b)を用い、前記異方性光拡散層(a)の前記柱状領域の短径と長径のアスペクト比を2未満とし、前記異方性光拡散層(b)の前記柱状領域の短径と長径のアスペクト比を2以上20以下の範囲内とした。
【選択図】図5
Description
ここで、前記異方性光拡散層(a)において、前記柱状領域の断面における短径の最大径を0.5〜5μmの範囲内の値、長径の最大径を0.5〜8μmの範囲内の値とし、前記異方性光拡散層(b)において、前記柱状領域の断面における短径の最大値を0.5〜5μmの範囲内の値、長径の最大径を1〜40μmの範囲内の値とすることが好ましい。
また、前記異方性光学フィルムにおいて、前記異方性光拡散層の各々は、直線透過率が最大となる入射光角度で入射した光の直線透過率である最大直線透過率が20%以上95%未満であり、且つ、直線透過率が最小となる入射光角度で入射した光の直線透過率である最小直線透過率が25%以下であることが好ましい。
また、前記異方性光学フィルムにおいて、前記異方性光拡散層(a)は、前記最大直線透過率が20%以上60%未満であり、且つ、前記最小直線透過率が20%以下であり、前記異方性光拡散層(b)は、前記最大直線透過率が30%以上95%未満であり、且つ、前記最小直線透過率が25%以下であることが好ましい。
また、前記異方性光学フィルムにおいて、前記異方性光拡散層の各々は、少なくとも1つの散乱中心軸を有し、前記異方性光拡散層の法線と前記散乱中心軸とのなす極角θ(−90°<θ<90°)を散乱中心軸角度とすると、前記異方性光拡散層(a)の散乱中心軸角度と前記異方性光拡散層(b)の散乱中心軸角度の差の絶対値が、0°以上30°以下であることが好ましい。
また、前記異方性光学フィルムにおいて、前記異方性光拡散層の各々の厚みが、15μm以上100μm以下であることが好ましい。
また、前記異方性光学フィルムにおいて、前記複数の異方性光拡散層間に、透明性を有する粘着層を更に有していてもよい。
また、本発明は、前記異方性光拡散層(a)を形成する異方性光拡散層(a)形成工程と、前記異方性光拡散層(b)を形成する異方性光拡散層(b)形成工程とを含む、上述した異方性光学フィルムを得る異方性光学フィルムの製造方法であって、前記異方性光拡散層(a)形成工程は、光源から平行光線を得る工程と、光を光硬化性組成物層に入射させ、光硬化性組成物層を硬化させる工程と、を有し、前記異方性光拡散層(b)形成工程は、光源から平行光線を得る工程と、上記平行光線を指向性拡散要素に入射させ、指向性をもった光を得る工程と、上記指向性をもった光を光硬化性組成物層に入射させ、光硬化性組成物層を硬化させる工程と、を有することを特徴とする、異方性光学フィルムの製造方法である。
前記異方性光学フィルムの製造方法において、前記指向性をもった光のアスペクト比が2以上20以下の範囲内にあることが好ましい。
直線透過率(%)=(直線透過光量/入射光量)×100
1 異方性光学フィルムの構造と特性
2 先行技術の課題とその解決手段の概要
3 本形態に係る異方性光学フィルムの構成
4 本形態に係る異方性光学フィルムの製造方法
5 本形態に係る異方性光学フィルムの用途
初めに、図1〜図4を参照しながら、本形態に係る異方性光学フィルムについて説明する前提として、単層の異方性光学フィルム(本形態で言う「異方性光拡散層」が一層のみの場合の異方性光学フィルム)の構造と特性について説明する。図1は、ピラー構造、ルーバー構造および中間型構造の柱状領域を有する単層の異方性光学フィルムの構造と、これらの異方性光学フィルムに入射した透過光の様子の一例を示す模式図である。図2は、異方性光学フィルムの光拡散性の評価方法を示す説明図である。図3は、図1に示したピラー構造およびルーバー構造の異方性光学フィルムへの入射光角度と直線透過率との関係を示すグラフである。図4は、拡散領域と非拡散領域を説明するためのグラフである。
異方性光学フィルムとは、フィルムの膜厚方向に、フィルムのマトリックス領域とは屈折率の異なる領域が形成されたフィルムである。屈折率の異なる領域の形状は、特に制限されるものではないが、例えば、図1(a)に示すように、マトリックス領域11中に、短径と長径のアスペクト比の小さな柱状(例えば、棒状)に形成された屈折率の異なる柱状領域13が形成された異方性光学フィルム(ピラー構造の異方性光学フィルム)10や、図1(b)に示すように、マトリックス領域21中に、アスペクト比の大きな柱状(例えば、略板状)に形成された屈折率の異なる柱状領域23が形成された異方性光学フィルム(ルーバー構造の異方性光学フィルム)20や、図1(c)に示すように、マトリックス領域31中に、ピラー構造とルーバー構造の中間のアスペクト比の柱状領域33が形成された異方性光学フィルム(以下、「中間型構造の異方性光学フィルム」と称する。)等がある。
上述した構造を有する異方性光学フィルムは、当該フィルムへの入射光角度により光拡散性(直線透過率)が異なる、すなわち入射光角度依存性を有する光拡散フィルムである。この異方性光学フィルムに所定の入射光角度で入射した光は、屈折率の異なる領域の配向方向(例えば、ピラー構造における柱状領域13や中間型構造における柱状領域33の延在方向(配向方向)やルーバー構造における板状領域23の高さ方向)と略平行である場合には拡散が優先され、当該方向に平行でない場合には透過が優先される。
次に、先行技術における異方性光学フィルムの課題とその解決手段の概要について説明する。
以上説明したようなピラー構造またはルーバー構造を有する異方性光拡散層を単層のみ有する異方性光学フィルムを表示装置に用いた場合、非拡散領域における直線透過率、拡散領域の幅、TD方向(またはMD方向)の拡散幅、輝度の急激な変化やギラツキの発生の有無等の点で、一長一短がある。すなわち、本発明者らは、ピラー構造を有する異方性光拡散層やルーバー構造を有する異方性光拡散層を単層のみ有する異方性光学フィルムでは、非拡散領域における直線透過率の向上と、TD方向(またはMD方向)における拡散領域(拡散幅)の拡大と、輝度の急激な変化およびギラツキの発生の抑制とをいずれも高いレベルでバランス良く兼ね備えることが困難であるという課題を見出した。
かかる課題を解決するために、本発明者らは、非拡散領域における直線透過率の向上と、TD方向(またはMD方向)における拡散領域(拡散幅)の拡大と、輝度の急激な変化およびギラツキの発生の抑制とをいずれも高いレベルでバランス良く兼ね備えた異方性光学フィルムを得るために鋭意検討を行った。その結果、特許文献3に記載されているように、単に、ピラー構造(特許文献3における「カラム構造」に相当)の異方性光拡散層とルーバー構造の異方性光拡散層を積層させただけでは不十分であり、ピラー構造を有する異方性光拡散層と、特定のアスペクト比(ピラーよりも大きくルーバーよりも小さいアスペクト比)を有する中間型構造を有する異方性光拡散層とを積層させることで、非拡散領域における直線透過率の向上と、TD方向(またはMD方向)における拡散領域(拡散幅)の拡大と、輝度の急激な変化およびギラツキの発生の抑制をいずれも高いレベルでバランス良く兼ね備えた異方性光学フィルムを得ることが可能となることを知見した。したがって、このような異方性光学フィルムを液晶表示装置等の表示装置に用いることにより、優れた表示特性(輝度やコントラスト等)を持ちながら、輝度の急激な変化やギラツキの発生を抑制することができる。以下、これらの知見に基づいて成された本形態に係る異方性光学フィルムについて、詳細に説明する。
図5〜図7を参照しながら、本形態に係る異方性光学フィルム100の構成について説明する。図5は、本形態に係る異方性光学フィルム100の全体構成の一例を示す模式図である。図6は、本形態に係る異方性光学フィルム100における異方性光拡散層110の構成の一例を示す模式図であり、(a)が斜視図、(b)が柱状領域の平面図、(c)が(b)のC−C線で切断した断面図である。図7は、本形態に係る異方性光学フィルム100における異方性光拡散層120の構成の一例を示す模式図であり、(a)が斜視図、(b)が平面図、(c)が(b)のC−C線で切断した断面図である。
図5に示すように、異方性光学フィルム100は、入射光角度により直線透過率が変化する2層の異方性光拡散層110、120が積層された異方性光学フィルムである。異方性光拡散層110、120の各々は、マトリックス領域111、121と、当該マトリックス領域とは屈折率の異なる複数の柱状領域113、123とを有するものである。また、異方性光拡散層110と異方性光拡散層120とは、柱状領域113、123の配向方向に垂直な断面における短径と長径のアスペクト比(=長径/短径)が異なる。すなわち、本発明に係る異方性光学フィルムは、異方性光拡散層として、少なくとも、上述したピラー構造を有する異方性光拡散層(a)と、上述した中間型構造を有する異方性光拡散層(b)とを有することが必要である。本形態に係る異方性光学フィルム100は、上記異方性光拡散層(a)として、上層側に積層された異方性光拡散層110を有し、上記異方性光拡散層(b)として、下層側に積層された異方性光拡散層120を有している。ただし、本発明では、異方性光拡散層(a)と異方性光拡散層(b)の積層順序は特に制限されず、本形態に係る異方性光拡散層110が下層側に、異方性光拡散層120が上層側に積層されていてもよい。なお、本形態では、異方性光拡散層が2層積層された構成を示しているが、本発明に係る異方性光学フィルムとしては、異方性光拡散層が3層以上積層されているものであってもよい。
異方性光拡散層110は、上述した単層の異方性光学フィルム10と同様の構成を有しており、入射光角度により直線透過率が変化する光拡散性を有している。また、異方性光拡散層110は、光重合性化合物を含む組成物の硬化物からなり、図6に示すように、マトリックス領域111と、当該マトリックス領域111とは屈折率の異なる複数の柱状領域113を有している。この柱状領域113の配向方向(延在方向)Pは、散乱中心軸と平行になるように形成されており、異方性光拡散層110が所望の直線透過率および拡散性を有するように適宜定められている。なお、散乱中心軸と柱状領域の配向方向とが平行であるとは、屈折率の法則(Snellの法則)を満たすものであればよく、厳密に平行である必要はない。Snellの法則は、屈折率n1の媒質から屈折率n2の媒質の界面に対して光が入射する場合、その入射光角度θ1と屈折角θ2との間に、n1sinθ1=n2sinθ2の関係が成立するものである。例えば、n1=1(空気)、n2=1.51(異方性光学フィルム)とすると、散乱中心軸の傾き(入射光角度)が30°の場合、柱状領域の配向方向(屈折角)は約19°となるが、このように入射光角度と屈折角が異なっていてもSnellの法則を満たしていれば、本形態においては平行の概念に包含される。
本形態に係る柱状領域113は、マトリックス領域111中に、複数の柱状の硬化領域として設けられており、各々の柱状領域113は、それぞれ配向方向が散乱中心軸と平行になるように形成されたものである。したがって、同一の異方性光拡散層110における複数の柱状領域111は、互いに平行となるように形成されている。
異方性光拡散層110の厚みTは、15μm以上100μm以下であることが好ましい。厚みTを上記範囲とすることで、コストの問題が少なくなるとともに、画像のコントラストが十分なものとなる。さらに、異方性光拡散層110の厚みTの下限値は、20μm以上であることがより好ましい。厚みTが小さくなるにつれ、光の拡散性・集光性が不十分になるおそれがある。一方、異方性光拡散層110の厚みTの上限値は、70μm以下であることがより好ましい。厚みTが大きくなるにつれ、材料費が多くかかることや製造に時間を要すること等のコストが高くなる問題と、厚みT方向での拡散が多くなることにより画像にボケが発生しやすくなりコントラストが低下しやすくなるおそれがある。これら異方性光拡散層110の厚みTの下限値および上限値は、適宜組み合わせることができる。
異方性光拡散層120は、上述した単層の異方性光学フィルム30と同様の構成を有しており、入射光角度により直線透過率が変化する光拡散性を有している。また、図7に示すように、異方性光拡散層120は、光重合性化合物を含む組成物の硬化物からなり、マトリックス領域121と、当該マトリックス領域121とは屈折率の異なる複数の柱状領域123を有している。複数の柱状領域123およびマトリックス領域121は、不規則な分布や形状を有するが、異方性光拡散層120の全面にわたって形成されることから、得られる光学特性(例えば、直線透過率等)はどの部位で測定しても略同じである。複数の柱状領域123およびマトリックス領域121が不規則な分布や形状を有するため、本形態に係る異方性光拡散層120は、光の干渉(虹)が発生することが少ない。このような構造は、詳しくは後述するが、例えば、光重合性化合物を含む組成物をシート状に設け、所望の散乱中心軸と平行な光線を光源からシートに対して照射し、組成物を硬化させることにより形成でき、光線を照射した部分が柱状領域123となり、光線を照射していない部分がマトリックス領域121となる。
本形態に係る柱状領域123は、マトリックス領域121中に、複数の柱状の硬化領域として設けられており、各々の柱状領域123は、それぞれ配向方向が散乱中心軸と平行になるように形成されたものである。したがって、同一の異方性光拡散層120における複数の柱状領域121は、互いに平行となるように形成されている。
異方性光拡散層120の厚みTは、15μm以上100μm以下であることが好ましい。厚みTを上記範囲とすることで、コストの問題が少なくなるとともに、画像のコントラストが十分なものとなる。さらに、異方性光拡散層120の厚みTの下限値は、20μm以上であることがより好ましい。厚みTが小さくなるにつれ、光の拡散性・集光性が不十分になるおそれがある。一方、異方性光拡散層120の厚みTの上限値は、70μm以下であることがより好ましい。厚みTが大きくなるにつれ、材料費が多くかかることや製造に時間を要すること等のコストが高くなる問題と、厚みT方向での拡散が多くなることにより画像にボケが発生しやすくなりコントラストが低下しやすくなるおそれがある。これら異方性光拡散層120の厚みTの下限値および上限値は、適宜組み合わせることができる。
異方性光拡散層110は、上述したように、ピラー構造を有する(アスペクト比が2未満の柱状領域を有する)層である異方性光拡散層(a)に相当する層である。ここで、直線透過率が最大となる入射光角度で異方性光拡散層110に入射した光の直線透過率を「最大直線透過率」と定義すると、異方性光拡散層110は、最大直線透過率が20%以上60%未満であることが好ましい。異方性光拡散層110の最大直線透過率の上限値は30%以下であることがより好ましい。一方、異方性光拡散層110の最大直線透過率の下限値は50%以上であることがより好ましい。
次に、図8を参照しながら、異方性光拡散層110、120における散乱中心軸Pについて説明する。図8は、異方性光拡散層110、120における散乱中心軸Pを説明するための3次元極座標表示である。
異方性光拡散層110、120は、光重合性化合物を含む組成物を硬化したものであるが、この組成物としては、次のような組み合わせが使用可能である。
(1)後述する単独の光重合性化合物を使用するもの
(2)後述する複数の光重合性化合物を混合使用するもの
(3)単独または複数の光重合性化合物と、光重合性を有しない高分子化合物とを混合して使用するもの
異方性光学フィルムが異方性光拡散層を3層以上有する場合には、各々の異方性光拡散層の厚みが、15μm以上100μm以下であることが好ましい。
異方性光学フィルムが異方性光拡散層を3層以上有する場合には、各々の異方性光拡散層の最大直線透過率が20%以上95%未満であり、且つ、最小直線透過率が25%以下であることが好ましい。
本形態に係る異方性光学フィルム100は、光重合性化合物を含む組成物の硬化物からなる異方性光拡散層を複数(本形態では、異方性光拡散層110、120)積層されたものであるが、この積層体を透光性基体上に積層したり、この積層体の両側に透光性基体を積層したりしてもよい。ここで、透光性基体としては、透明性が高いもの程良好であり、全光線透過率(JIS K7361−1)が80%以上、より好ましくは85%以上、最も好ましくは90%以上のものが好適に使用でき、また、ヘイズ値(JIS K7136)が3.0以下、より好ましくは1.0以下、最も好ましくは0.5以下のものが好適に使用できる。具体的には、透光性基体としては、透明なプラスチックフィルムやガラス板等が使用可能であるが、薄く、軽く、割れ難く、生産性に優れる点でプラスチックフィルムが好適である。具体例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルホン(PES)、セロファン、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリビニルアルコール(PVA)、シクロオレフィン樹脂等が挙げられ、これらを単独でまたは混合して、更には積層したものを用いることができる。また、透光性基体の厚みは、用途や生産性を考慮すると、1μm〜5mmであることが好ましく、10〜500μmであることがより好ましく、50〜150μmであることが更に好ましい。
以上、本形態に係る異方性光学フィルム100の構成について詳細に説明したが、続いて、かかる構成を有する異方性光学フィルム100の製造方法について説明する。
異方性光拡散層110、120の原料については、(1)光重合性化合物、(2)光開始剤、(3)配合量、その他任意成分の順に説明する。
本形態に係る異方性光拡散層110、120を形成する材料である光重合性化合物は、ラジカル重合性またはカチオン重合性の官能基を有するマクロモノマー、ポリマー、オリゴマー、モノマーから選択される光重合性化合物と光開始剤とから構成され、紫外線および/または可視光線を照射することにより重合・硬化する材料である。ここで、異方性光拡散層110、120、その他の異方性光学フィルム100に含まれる異方性光拡散層を形成する材料が1種類であっても、密度の高低差ができることによって屈折率差が生ずる。UVの照射強度が強い部分は硬化速度が早くなるため、その硬化領域周囲に重合・硬化材料が移動し、結果として屈折率が高くなる領域と屈折率が低くなる領域が形成されるからである。なお、(メタ)アクリレートとは、アクリレートまたはメタアクリレートのどちらであってもよいことを意味する。
本形態では、光重合性化合物として、シリコーン骨格を有する光重合性化合物を使用することが好ましい。シリコーン骨格を有する光重合性化合物は、その構造(主にエーテル結合)に伴い配向して重合・硬化し、低屈折率領域、高屈折率領域、または、低屈折率領域および高屈折率領域を形成する。シリコーン骨格を有する光重合性化合物を使用することによって、柱状領域113、123を傾斜させやすくなり、正面方向への集光性が向上する。なお、低屈折率領域は柱状領域113、123またはマトリックス領域111、121のいずれか一方に相当するものであり、他方が高屈折率領域に相当する。
シリコーン骨格を有する光重合性化合物にシリコーン骨格を有さない化合物を配合して、異方性光拡散層を形成すると、低屈折率領域と高屈折率領域が分離して形成されやすくなり、異方性の程度が強くなり好ましい。シリコーン骨格を有さない化合物は、光重合性化合物のほかに熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を用いることができ、これらを併用することもできる。光重合性化合物としては、ラジカル重合性またはカチオン重合性の官能基を有するポリマー、オリゴマー、モノマーを使用することができる(ただし、シリコーン骨格を有していないものである)。熱可塑性樹脂としては、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂とその共重合体や変性物が挙げられる。熱可塑性樹脂を用いる場合においては熱可塑性樹脂が溶解する溶剤を使用して溶解し、塗布、乾燥後に紫外線でシリコーン骨格を有する光重合性化合物を硬化させて異方性光拡散層を成形する。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステルとその共重合体や変性物が挙げられる。熱硬化性樹脂を用いる場合においては、紫外線でシリコーン骨格を有する光重合性化合物を硬化させた後に適宜加熱することで、熱硬化性樹脂を硬化させて異方性光拡散層を成形する。シリコーン骨格を有さない化合物として最も好ましいのは光重合性化合物であり、低屈折率領域と高屈折率領域が分離しやすいことと、熱可塑性樹脂を用いる場合の溶剤が不要で乾燥過程が不要であること、熱硬化性樹脂のような熱硬化過程が不要であることとなど、生産性に優れている。
ラジカル重合性化合物を重合させることのできる光開始剤としては、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、2,2−ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパノン−1、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、ビス(シクロペンタジエニル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(ピル−1−イル)チタニウム、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド等が挙げられる。また、これらの化合物は、各単体で用いてもよく、複数混合して用いてもよい。
本形態において、上記光開始剤は、光重合性化合物100重量部に対して、0.01〜10重量部、好ましくは0.1〜7重量部、より好ましくは0.1〜5重量部程度配合される。これは、0.01重量部未満では光硬化性が低下し、10重量部を超えて配合した場合には、表面だけが硬化して内部の硬化性が低下してしまう弊害、着色、柱状構造の形成の阻害を招くからである。これらの光開始剤は、通常粉体を光重合性化合物中に直接溶解して使用されるが、溶解性が悪い場合は光開始剤を予め極少量の溶剤に高濃度に溶解させたものを使用することもできる。このような溶剤としては光重合性であることが更に好ましく、具体的には炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。また、光重合性を向上させるために公知の各種染料や増感剤を添加することも可能である。さらに、光重合性化合物を加熱により硬化させることのできる熱硬化開始剤を光開始剤と共に併用することもできる。この場合、光硬化の後に加熱することにより光重合性化合物の重合硬化を更に促進し完全なものにすることが期待できる。
光重合性化合物を含む組成物を調製する際の溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン等を使用することができる。
次に、本形態の異方性光拡散層110、120の製造方法(プロセス)について説明する。まず、上述の光重合性化合物を含む組成物(以下、「光硬化性組成物」と称する場合がある。)を透明PETフィルムのような適当な基体上に塗布しまたはシート状に設け、成膜して光硬化性組成物層を設ける。この光硬化性組成物層を、必要に応じて乾燥し溶剤を揮発させた上で、光硬化性組成物層上に光を照射することで、異方性光拡散層110、120を作製することができる。
本形態に係る異方性光拡散層110の形成工程は、主に、以下の工程を有するものである。
(1)光硬化性組成物層を基体上に設ける工程1−1
(2)光源から平行光線を得る工程1−2
(3)光を光硬化性組成物層に入射させ、光硬化性組成物層を硬化させる工程1−3
上記工程1−1において、光重合性化合物を含む組成物を基体上にシート状に設ける手法としては、通常の塗工方式や印刷方式が適用される。具体的には、エアドクターコーティング、バーコーティング、ブレードコーティング、ナイフコーティング、リバースコーティング、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング、スプレーコーティング、スロットオリフィスコーティング、カレンダーコーティング、ダムコーティング、ディップコーティング、ダイコーティング等のコーティングや、グラビア印刷等の凹版印刷、スクリーン印刷等の孔版印刷等の印刷等が使用できる。組成物が低粘度の場合は、基体の周囲に一定の高さの堰を設けて、この堰で囲まれた中に組成物をキャストすることもできる。
また、上記工程1−1において、光硬化性組成物層の酸素阻害を防止して、本形態に係る異方性光拡散層110の特徴である柱状領域113を効率良く形成させるために、光硬化性組成物層の光照射側に密着して光の照射強度を局所的に変化させるマスクを積層することも可能である。マスクの材質としては、カーボン等の光吸収性のフィラーをマトリックス中に分散したもので、入射光の一部はカーボンに吸収されるが、開口部は光が十分に透過できるような構成のものが好ましい。このようなマトリックスとしては、PET、TAC、PVAc、PVA、アクリル、ポリエチレン等の透明プラスチックや、ガラス、石英等の無機物や、これらのマトリックスを含むシートに紫外線透過量を制御するためのパターニングや紫外線を吸収する顔料を含んだものであっても構わない。このようなマスクを用いない場合には、窒素雰囲気下で光照射を行うことで、光硬化性組成物層の酸素阻害を防止することも可能である。また、通常の透明フィルムを光硬化性組成物層上に積層するだけでも、酸素阻害を防ぎ柱状領域113の形成を促す上で有効である。このようなマスクや透明フィルムを介した光照射では、光重合性化合物を含む組成物中に、その照射強度に応じた光重合反応を生じるため、屈折率分布を生じ易く、本形態に係る異方性光拡散層110の作製に有効である。
また、上記工程1−2で得られた光を、上記工程1−3において、光重合性化合物を含む組成物(光硬化性組成物層)に光照射を行うための光源としては、通常はショートアークの紫外線発生光源が使用され、具体的には高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタハライドランプ、キセノンランプ等が使用可能である。また、光硬化性組成物層上には、所望の散乱中心軸Qと平行な光線を照射する必要があるが、このような平行光を得るためには、点光源を配置して、この点光源と光硬化性組成物層の間に平行光を照射するためのフレネルレンズ等の光学レンズを配置して、光硬化性組成物層に平行光を照射することで、異方性光拡散層110を作製することができる。一方、線状光源を使用する場合は、特開2005−292219号公報に記載されているように、線状光源とシート状の光重合性化合物を含む組成物との間に、筒状物の集合を介在させ、この筒状物を通して光照射を行うことにより、異方性光拡散層110を作製することができる。線状光源を使用すると連続生産を行うことができるため好ましい。線状光源としては、ケミカルランプ(紫外線を出す蛍光灯)を使用することができる。ケミカルランプは、直径20〜50mm、発光長100〜1500mm程度のものが市販されており、作成する異方性光拡散層110の大きさに合わせて適宜選択することができる。
次に、図9を参照しながら、本形態に係る異方性光拡散層120の作製方法(プロセス)について、主に、異方性光拡散層110のプロセスと異なる点について説明する。図9は、本形態に係る異方性光拡散層120の製造方法を示す模式図である。
(1)光硬化性組成物層102を基体101上に設ける工程2−1
(2)光源103から平行光線Dを得る工程2−2
(3)平行光線Dを指向性拡散要素105に入射させ、指向性をもった光Eを得る工程2−3
(4)指向性をもった光Eを光硬化性組成物層102に入射させ、光硬化性組成物層102を硬化させる工程2−4
光重合性化合物を含む組成物(光硬化性組成物)に光照射を行うための光源103としては、異方性光拡散層110の形成の場合と同様であるが、通常はショートアークの紫外線発生光源が使用される。光重合性化合物を含む組成物に照射する光線は、該光重合性化合物を硬化可能な波長を含んでいることが必要で、通常は水銀灯の365nmを中心とする波長の光が利用されるが、使用する光重合開始剤の吸収波長に近い波長を含む光源であればいずれのランプも使用できる。工程2−4において、光硬化性組成物層を硬化させることで、異方性光拡散層120を形成する。
工程2−3で用いられる指向性拡散要素105は、入射した平行光線Dに指向性を付与するものであればよい。図9においては指向性をもった光Eが、X方向に多く拡散し、Y方向にはほとんど拡散しない態様を記載している。このように指向性をもった光を得るためには、例えば、指向性拡散要素105内にアスペクト比の高い針状フィラーを含有させるとともに、当該針状フィラーをY方向に長軸方向が延存するように配向させる方法を採用することができる。指向性拡散要素105は針状フィラーを使用する方法以外に種々の方法を使用することができる。指向性拡散要素105の種類によっては、指向性拡散要素105への入射部分によって光の拡散性が異なることがあるが、平行光線Dが指向性拡散要素105を介することで指向性をもった光Eを得るように配置すればよい。
工程2−4において、指向性を持った光Eを光硬化性組成物層102に入射させ、当該光硬化性組成物層を硬化させることで、本形態の異方性光拡散層120を得ることができる。光硬化性組成物層102は、異方性光拡散層110と同様に、透明PETフィルムのような適当な基体101上に塗工して塗工膜(光硬化性組成物層)を設ける。必要に応じて乾燥して溶剤を揮発させるが、その乾燥膜厚は15〜100μmであることが好ましい。更に、この塗工膜あるいは硬化膜上には離型フィルムや後述するマスクをラミネートして感光性の積層体を作る。
以上、本形態に係る異方性光学フィルム100の構成および製造方法について詳細に説明したが、続いて、図10および図11を参照しながら、上述した異方性光学フィルム100の好適用途について説明する。図10および図11は、本形態に係る異方性光学フィルム100を用いた液晶表示装置の構成の一例を示す模式図である。
以下の方法にしたがって、本発明の異方性光学フィルムおよび比較例の異方性光学フィルムを製造した。
厚さ100μmのPETフィルム(東洋紡社製、商品名:A4300)の縁部全周に、ディスペンサーを使い硬化性樹脂で高さ0.03mmの隔壁を形成した。この中に下記の光硬化性樹脂組成物を充填し、PETフィルムでカバーした。
・シリコーン・ウレタン・アクリレート(屈折率:1.460、重量平均分子量:5,890) 20重量部
(RAHN社製、商品名:00−225/TM18)
・ネオペンチルグリコールジアクリレート(屈折率:1.450) 30重量部
(ダイセルサイテック社製、商品名Ebecryl145)
・ビスフェノールAのEO付加物ジアクリレート(屈折率:1.536) 15重量部
(ダイセルサイテック社製、商品名:Ebecyl150)
・フェノキシエチルアクリレート(屈折率:1.518) 40重量部
(共栄社化学製、商品名:ライトアクリレートPO−A)
・2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン 4重量部
(BASF社製、商品名:Irgacure651)
指向性拡散要素として、透過UV光線のアスペクト比が8となる指向性拡散要素を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
指向性拡散要素として、透過UV光線のアスペクト比が16となる指向性拡散要素を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例3の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
1層目のPETフィルムのカバーを4μmの細孔をランダムにパターンニングしたフォトマスクに変更した以外は実施例1と同様にして、実施例4の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例1における指向性拡散要素の透過UV光線の短径が4μmとなる指向性拡散要素を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例5の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例3における指向性拡散要素の透過UV光線の長径が35μmとなる指向性拡散要素を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例6の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
1層目の隔壁を0.015mmとしたこと以外は実施例1と同様にして、実施例7の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
1層目の隔壁を0.02mmとした以外は実施例1と同様にして、実施例8の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
2層目の隔壁を0.03mmとした以外は実施例1と同様にして、実施例9の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
2層目の異方性拡散層の平行UV光線を塗膜面の法線方向から25°傾けて照射した以外は実施例1と同様にして、実施例10の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
1層目の異方性拡散層の平行UV光線を塗膜面の法線方向から10°傾けて照射し、2層目の異方性拡散層の平行UV光線を塗膜面の法線方向から20°傾けて照射した以外は実施例1と同様にして、実施例11の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例1と同一の異方性拡散層の積層体を粘着剤を介さずに作成した。1層目の異方性拡散層を得た後、カバーのPETフィルムを剥離した後、0.05mmの隔壁を1層目に形成した隔壁の更に上に追加して形成し、1層目の異方性光拡散層の上に同様の光硬化性樹脂組成物を充填しPETフィルムでカバーをした。その後は同様の操作で、2層目の異方性光拡散層を形成し、1層目と2層目が密着した異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例1の1層目と同一の異方性拡散層を作成した。1つの異方性拡散層を作成したのみで、異方性拡散層を積層した異方性光学フィルムは得なかった。すなわち、本比較例では、実施例1の1層目と同一の異方性光拡散層を1層のみ有する異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例1の指向性拡散要素を透過UV光線のアスペクト比が50、長径が100μmとなる指向性拡散要素に変更したこと以外は同様にし、2層目の異方性拡散層のみを作成した。1つの異方性拡散層を作成したのみで、異方性拡散層を積層した異方性光学フィルムは得なかった。すなわち、本比較例では、上記異方性光拡散層を1層のみ有する異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例1の指向性拡散要素を透過UV光線のアスペクト比が50、長径が100μmとなる指向性拡散要素に変更したこと以外は同様にして、比較例3の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例1の指向性拡散要素を使用しないこと以外は同様にして、比較例4の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例1の1層目、2層目ともに、透過UV光線のアスペクト比が50、長径が100μmとなる指向性拡散要素を使用したこと以外は同様にして、比較例5の異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける各異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
実施例1の2層目と同一の異方性拡散層のみを作成した。1つの異方性拡散層を作成したのみで、異方性拡散層を積層した異方性光学フィルムは得なかった。すなわち、本比較例では、実施例1の2層目と同一の異方性光拡散層を1層のみ有する異方性光学フィルムを得た。得られた異方性光学フィルムにおける異方性光拡散層の柱状構造の大きさと、異方性光学フィルムの光学特性を評価した結果を表1および表2に示した。
上記のようにして製造した実施例および比較例の異方性光学フィルムに関し、以下のようにして評価を行った。
光重合性化合物として使用したシリコーン・ウレタン・アクリレートの重量平均分子量(Mw)の測定は、ポリスチレン換算分子量として、GPC法を用いて下記条件で行った。
デガッサー:DG−980−51(日本分光株式会社製)
ポンプ:PU−980−51(日本分光株式会社製)
オートサンプラー:AS−950(日本分光株式会社製)
恒温槽:C−965(日本分光株式会社製)
カラム:Shodex KF−806L × 2本 (昭和電工株式会社製)
検出器:RI (SHIMAMURA YDR−880)
温度:40℃
溶離液:THF
注入量:150μl
流量:1.0ml/min
サンプル濃度:0.2%
実施例および比較例の異方性光学フィルムの表面(紫外線照射時の照射光側)を光学顕微鏡で観察し、柱状領域の長径LA、短径SAを測定した。長径LAおよび短径SAの算出には、任意の20の構造のうちの最大値とした。また、左記で求めた長径LA/短径SAをアスペクト比として算出した。
図2に示すような、光源の投光角、検出器の受光角を任意に可変できる変角光度計ゴニオフォトメータ(ジェネシア社製)を用いて、実施例および比較例の異方性光学フィルムの光学特性の評価を行った。光源からの直進光を受ける位置に検出器を固定し、その間のサンプルホルダーに実施例および比較例で得られた異方性光学フィルムをセットした。図2に示すように回転軸(L)としてサンプルを回転させてそれぞれの入射光角度に対応する直線透過光量を測定した。この評価方法によって、どの角度の範囲で入射される光が拡散するかを評価することができる。この回転軸(L)は、図6(b)および図7(b)に示されるサンプルの構造におけるC−C軸と同じ軸である。直線透過光量の測定は、視感度フィルターを用いて可視光領域の波長を測定した。以上のような測定の結果得られた光学プロファイルに基づき、直線透過率の最大値(最大直線透過率)および最小値(最小直線透過率)を求めた(表1参照)。
図12に示すような装置を用い、固定した光源から、実施例および比較例の異方性光学フィルムに直進光を照射し、検出器をMD方向およびTD方向に動かし(回転させ)ながら、当該異方性光学フィルムからの散乱透過光を検出器に受光させることで、透過率を測定した。検出器をMD方向に動かした場合と、TD方向に動かした場合のそれぞれについて、上記透過率測定に基づき光学プロファイルを作成した。そして、MD方向及びTD方向に動かしたときのそれぞれの光学プロファイルから、最大透過率の1/2となる角度の範囲を求め、この範囲をそれぞれ、MD方向拡散およびTD方向拡散の幅(°)とした。
上述した直線透過率の測定において、図13に示すように、最大直線透過率FA(%)をとる角度A(°)と最小直線透過率FB(%)をとる角度B(°)との間で、直線透過率が急激に変化すれば、輝度も急激に変化することになるので、直線透過率の傾きを求めて、その傾きが急であれば輝度の急激な変化があり、傾きが緩やかであれば輝度の急激な変化がないものと判断した。具体的には、上記直線透過率の傾きαを(FA−FB)/|A−B|とし、この傾きαが、α≧1.7であれば、輝度の急激な変化があるとし、1.5≦α<1.7であれば、やや変化が急だが許容範囲とし、α<1.5であれば、輝度の変化が緩やかで違和感なしと判断した。なお、図13に示すように、それぞれ2種類ある最大直線透過率(FA1及びFA2)及び最小直線透過率(FB1及びFB2)において、下記(a)、(b)のうち、値がより大きいものをFA及びA、及びFB及びBとした。
(a)(FA1−FB1)/|A1−B1|
(b)(FA2−FB2)/|A2−B2|
即ち、光学プロファイルにいて最大直線透過率から最小直線透過率への傾きαとして、上記(a)と(b)のうちの大きい側の値を用いた。
実施例および比較例の異方性光学フィルムの下層に光反射層を設け、その上方から光を入射させて、その反射光のギラツキを目視で確認した。
表2における評価の評価基準は以下の通りである。
「最大直線透過率」
◎ 55%以上
○ 40%以上55%未満
△ 30%以上40%未満
× 30%未満
「MD方向拡散」
◎ 40°以上
○ 30°以上40°未満
△ 20°以上30°未満
× 20%未満
「TD方向拡散」
◎ 40°以上
○ 30°以上40°未満
△ 20°以上30°未満
× 20%未満
「輝度の急激な変化」
◎ 輝度の変化が緩やか、違和感なし
△ やや変化が急だが許容範囲
× 輝度の急激な変化がある
「ギラツキ」
◎ ギラツキがない
△ 多少ぎらつくが許容範囲
× ギラツキがハッキリとある
表2に示すとおり、実施例の異方性光学フィルムは高い最大直線透過率と、MD方向およびTD方向の広い拡散幅を有し、且つ、輝度の急激な変化やギラツキも無く、全ての評価項目において高いレベルの特性をバランス良く有していた。特に、実施例1では、△の評価が無いことから、特に優れた異方性光学フィルムであるといえる。一方で、比較例の異方性光学フィルムは、特定の項目においては実施例よりも優れた評価を有するものもあったが、最大直線透過率、MD方向拡散、TD方向拡散、輝度の急激な変化、ギラツキのすくなくともいずれか一つ以上の項目で×という非常に悪い結果を有しており、実施例のように、全ての評価項目において高いレベルの特性をバランス良く有しているものは無かった。
101 基体
102 光硬化性組成物層
103 光源
105 指向性拡散要素
110 (ピラー構造を有する)異方性光拡散層(a)
111 マトリックス領域
113 柱状領域
120 (中間型構造を有する)異方性光拡散層(b)
121 マトリックス領域
123 柱状領域
130 粘着層
SA 短径
LA 長径
Claims (9)
- 入射光角度により直線透過率が変化する異方性光拡散層が2層以上積層された異方性光学フィルムであって、
前記異方性光拡散層の各々は、マトリックス領域と、当該マトリックス領域とは屈折率の異なる複数の柱状領域とを有するものであり、
前記異方性光拡散層として、少なくとも、前記柱状領域の配向方向に垂直な断面における短径と長径のアスペクト比(長径/短径)が異なる2種類の異方性光拡散層(a)および異方性光拡散層(b)を有し、
前記異方性光拡散層(a)は、前記柱状領域の短径と長径のアスペクト比が2未満であり、
前記異方性光拡散層(b)は、前記柱状領域の短径と長径のアスペクト比が2以上20以下の範囲内である
ことを特徴とする、異方性光学フィルム。 - 前記異方性光拡散層(a)において、前記柱状領域の断面における短径の最大径を0.5〜5μmの範囲内の値、長径の最大径を0.5〜8μmの範囲内の値とし、
前記異方性光拡散層(b)において、前記柱状領域の断面における短径の最大値を0.5〜5μmの範囲内の値、長径の最大径を1〜40μmの範囲内の値とする
ことを特徴とする、請求項1に記載の異方性光学フィルム。 - 前記異方性光拡散層の各々は、直線透過率が最大となる入射光角度で入射した光の直線透過率である最大直線透過率が20%以上95%未満であり、且つ、直線透過率が最小となる入射光角度で入射した光の直線透過率である最小直線透過率が25%以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の異方性光学フィルム。
- 前記異方性光拡散層(a)は、前記最大直線透過率が20%以上60%未満であり、且つ、前記最小直線透過率が20%以下であり、前記異方性光拡散層(b)は、前記最大直線透過率が30%以上95%未満であり、且つ、前記最小直線透過率が25%以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の異方性光学フィルム。
- 前記異方性光拡散層の各々は、少なくとも1つの散乱中心軸を有し、
前記異方性光拡散層の法線と前記散乱中心軸とのなす極角θ(−90°<θ<90°)を散乱中心軸角度とすると、
前記異方性光拡散層(a)の散乱中心軸角度と前記異方性光拡散層(b)の散乱中心軸角度の差の絶対値が、0°以上30°以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の異方性光学フィルム。 - 前記異方性光拡散層の各々の厚みが、15μm以上100μm以下であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の異方性光学フィルム。
- 前記複数の異方性光拡散層間に、透明性を有する粘着層を更に有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の異方性光学フィルム。
- 前記異方性光拡散層(a)を形成する異方性光拡散層(a)形成工程と、前記異方性光拡散層(b)を形成する異方性光拡散層(b)形成工程とを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の異方性光学フィルムを得る異方性光学フィルムの製造方法であって、
前記異方性光拡散層(a)形成工程は、
光源から平行光線を得る工程と、
光を光硬化性組成物層に入射させ、光硬化性組成物層を硬化させる工程と、
を有し、
前記異方性光拡散層(b)形成工程は、
光源から平行光線を得る工程と、
上記平行光線を指向性拡散要素に入射させ、指向性をもった光を得る工程と、
上記指向性をもった光を光硬化性組成物層に入射させ、光硬化性組成物層を硬化させる工程と、
を有する
ことを特徴とする、異方性光学フィルムの製造方法。 - 前記指向性をもった光のアスペクト比が2以上20以下の範囲内にあることを特徴とする、請求項8に記載の異方性光学フィルムの製造方法。
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