JP2016075776A - 光学フィルム、映像源ユニット、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画面に形成されたパターンを読み取り装置で精度よく検知することが可能な光学フィルムにおいて、読み取り装置から出射された光線を適切に拡散反射するとともに、映像鮮明度も良好である光学フィルムを提供する。【解決手段】赤外線又は紫外線を吸収する材料を含有して所定のパターンを形成しているパターン層と、赤外線又は前記紫外線を拡散反射する拡散反射層と、を有し、拡散反射層は、赤外線又は紫外線に対して拡散反射率が５０％以上であるとともに、光学櫛幅２ｍｍの透過像鮮明度が８０％以上である。【選択図】図３

Description

本発明は、読み取りのためのパターンを具備する光学フィルム、該光学フィルムを備える映像源ユニット、及び読み取り機能を有する表示装置に関する。

所定のパターンが形成された印刷物に赤外線を照射してその反射光を読み取ることにより、当該パターンに関連付けられた情報を出力する技術がある。例えば特許文献１には、複数のドットからなり、各ドットが取り得る位置の組み合わせによりパターンをなし、これに赤外線を照射し、反射して戻った赤外線のパターンを読み取る技術が開示されている。読み取られた情報はパターンごとに所定の内容と関連付けられており、例えば視覚的、聴覚的な出力（映像や音）をするようにプログラムされている。

特許文献１に記載の技術は、紙や物体の表面に形成されたドットパターンを読み取るものである。これに対して近年においては、大型の電子黒板、コンピュータ、テレビ、携帯型の端末機器等の画面でパターン認識をしたいとの要望がある。このような要望を満たす光学フィルムとして特許文献２には、可視光を透過し、赤外線又は紫外線を拡散反射する基材上に、赤外線又は紫外線を吸収する層がパターン印刷されてなる光学フィルムが開示されている。これによれば入力端末から出光された赤外線又は紫外線は拡散反射する基材により拡散反射され入力端末に戻り、その際にはその赤外線又は紫外線を吸収する層にパターン情報が含まれており、当該パターンが入力端末で認識される。一方、本来の映像光は映像源から出射されて光学フィルムを透過し、観察者に提供される。

特許第５２５９００５号公報 特開２００８−２０９５９８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の拡散反射する基材層は、拡散反射機能を実現するために、コレステリック構造を有する液晶材料を用いており、透明性が必ずしも十分とは言えなかった。透明性が十分に確保できないと映像の鮮明度が低下し、表示装置本来の機能である映像の表示に不具合が生じることになる。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、形成されたパターンを読み取り装置で精度よく検知することが可能な光学フィルムにおいて、読み取り装置から出射された光線を適切に拡散反射するとともに、映像鮮明度も良好である光学フィルムを提供することを課題とする。また、当該光学フィルムを備える映像源ユニット、及び表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。

請求項１に記載の発明は、複数の層が積層されてなる光学フィルムであって、赤外線又は紫外線を吸収する材料を含有して所定のパターンを形成しているパターン層と、赤外線又は紫外線を拡散反射する拡散反射層と、を有し、拡散反射層は、赤外線又は紫外線に対して拡散反射率が５０％以上であるとともに、光学櫛幅２ｍｍの透過像鮮明度が８０％以上である、光学フィルムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学フィルムにおいて、拡散反射層は、バインダー中に平板形状の銀ナノ粒子が分散されてなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光学フィルムにおいて、拡散反射層は、バインダー中に干渉顔料が分散されてなり、干渉顔料は、薄片状の透明支持材料と、酸化チタン等の金属酸化物の被覆と、を含む。

請求項４に記載の発明は、映像源と、映像源の映像光出射側に配置された請求項１乃至３のいずれかに記載の光学フィルムと、を備える映像源ユニットである。

請求項５に記載の発明は、筐体と、筐体の内側に配置された請求項４に記載の映像源ユニットと、を備える、表示装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の表示装置において、さらに読み取り装置を備え、読み取り装置は、赤外線を出射する光源と、赤外線を検知するセンサと、センサからの情報に基づいてパターン層のパターンを認識する手段と、を備える。

本発明によれば、読み取り装置を用いてパターン層に形成された情報を精度よく読み取り、所定の出力を得ることができる。一方、映像源から出射された映像光は高い鮮明度で観察者に提供できる。

１つの形態を説明する図で表示装置１の斜視図である。 映像源ユニット５の分解斜視図である。 映像源ユニット５の厚さ方向断面図である。 パターン層１４の例を説明する図である。 拡散反射層２２について説明する図である。

以下本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし本発明は当該形態に限定されるものではない。ここで、本発明に具備される要素は実際には非常に微細、薄層のものが多いことから、分かりやすさのため各図ではその一部を変形、拡大等して表している。また要素には符号を付してあるが、見易さのため繰り返しとなる符号は一部を省略することがある。

図１は１つの形態を説明する図で、映像源ユニット５を備える表示装置１、及び読み取り装置３を表した斜視図である。図１では紙面上が観察者側である。ここで本形態で表示装置１はいわゆる携帯型端末であり、筐体２を備え、筐体２の内側に映像源ユニット５が内蔵される。
筐体２は表示装置１の外殻を形成し、表示装置を構成する部材の大部分をその内側に収める部材である。筐体２は開口を有しており、該開口から映像源ユニット５のいわゆる画面部分を露出して視認可能とされている。その他、表示装置１には表示装置として機能するための各種公知の構成部材が備えられている。

また、表示装置１に対して観察者側から読み取り装置３を近づけて所定の操作をすることにより、画面上の位置情報を認識し、当該位置情報に関連づけられた予め決められた出力を得ることができる。

図２は映像源ユニット５の分解斜視図である。図２ではわかりやすさのため、光学フィルム１０を映像源６と分離して表しているが、実際には粘着層１１（図３参照）を介して貼り付けて積層されている。図３は図２にＩＩＩ−ＩＩＩで示した線を含む厚さ方向断面図である。また、映像源ユニット５が表示装置１に配置された際には、図２の紙面右上及び図３の紙面右が観察者側となり、図２の紙面左下及び図３の紙面左が映像源側となる。

映像源ユニット５は、映像源６及び該映像源６の映像出射側（すなわち観察者側）に配置された光学フィルム１０を有して構成されている。

本形態では映像源６として液晶表示パネルが適用されている。液晶表示パネルは公知のものを用いることができる。すなわち、面光源装置、該面光源装置の出光側に配置された下偏光板、液晶層、上偏光板を具備している。その他液晶表示パネルとして通常用いられる各種の機能層を具備してもよい。

光学フィルム１０は、映像源６の映像出射側に配置されるフィルムであり複数の層からなる。本形態では光学フィルム１０は映像源６側から、粘着層１１、拡散反射層１２、屈折率調整層１３、パターン層１４、基材層１５、及びハードコート層１６が積層されて構成されている。以下に各層について説明する。

粘着層１１は光学フィルム１０を映像源６に貼りつけるための粘着剤が設けられた層である。ここに用いられる粘着剤は公知の粘着剤、接着剤を用いることができ、光学的に透明で使用環境下での剥離、著しい変色が無く、また他の部材へ損傷を与えないものがよい。

拡散反射層１２は、観察者側の読み取り装置３（図１参照）から出射されてここに達した光線を拡散反射し、その少なくとも一部をパターン層１４側（観察者側、読み取り装置３側）に戻す機能を有する層である。拡散反射層１２で反射する光線は読み取り装置３から出射される光線であり、映像源６側からの可視光は透過する。読み取り装置３から出射される光線は、赤外線や紫外線等が挙げられ、さらに具体的には８５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長の光線が例示できる。
拡散反射層１２は、読み取り装置３からの光線を反射する一方、映像源６から出射された可視光（映像光）は透過して観察者側に出射するため、該透過は効率よく行われることが好ましく、透過の際に映像光のボケが少ないことがさらに好ましい。

より具体的には拡散反射層１２は、赤外線又は紫外線の拡散反射率が５０％以上であることが好ましく、映像鮮明度は、光学櫛幅２ｍｍの透過像鮮明度が８０％以上とすることが好ましい。
拡散反射率は、株式会社島津製作所製の紫外可視近赤外分光光度計（ＵＶ−３６００）により測定した波長８５０ｎｍに対する拡散反射率の値である。
一方、映像鮮明度は、スガ試験機株式会社製の写像性測定器（ＩＣＭ−１Ｔ）による計測値である。

そのため、本形態の拡散反射層１２は次の構成を備えている。本形態では、拡散反射層１２として銀ナノ粒子の局在プラズモン共鳴を利用する。銀ナノ粒子には、平板形状のナノ粒子を使用し、アスペクト比（直径／厚み）を調整して、共鳴波長（反射、吸収）を任意に調整することが可能である。アスペクト比が１０のとき共鳴波長は約８５０ｎｍになることから、本形態では、厚さ１０ｎｍ、直径１００ｎｍの平板形状の銀ナノ粒子のを用いた。そして、このような銀ナノ粒子を拡散反射層に分散させる。これにより、個々の銀ナノ粒子からの散乱が単純に重畳され、拡散反射膜とすることができる。

銀ナノ粒子を分散させるバインダーは透明であれば特に限定されることはなく、公知の熱可塑性樹脂、反応硬化型樹脂（熱硬化型樹脂、電離放射線硬化型樹脂）及びそれらの混合物等を用いることができる。また、分散剤の種類も限定されず、公知のものを用いることができる。

拡散反射層の一つの例としては例えば、バインダー１００質量部に対して銀ナノ粒子を１０質量部以上５０質量部以下で用い、これをＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等の透明基材に層厚０．５μｍ以上２０μｍ以下で塗工して得ることができる。

屈折率調整層１３は、後で説明するパターン層１４の単位ドット１４ａの基材層１５からの突出部分により形成される凹凸部を覆うように配置される層である。ここで屈折率調整層１３は単位ドット１４ａと概ね同じ屈折率、又は単位ドット１４ａよりも低い屈折率であることが好ましい。これにより単位ドット１４ａの配列に起因するモアレ干渉縞の発生を防止することができ、外観向上を図ることが可能となる。屈折率調整層１３と単位ドット１４ａとの屈折率差は０．０３以内であることが好ましく、同一であることがさらに好ましい。

屈折率調整層１３に用いる材料は、透光性を有するとともに単位ドット１４ａとの屈折率差が上記のようになれば特に限定されることなく用いることができる。これには例えばウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリチオール系およびブタジエンアクリレート等の光硬化型樹脂を用いることができる。

パターン層１４は、読み取り装置３（図１参照）により認識されるべきパターンを含む層であり、パターンには読み取り装置３から出射される光線（本形態では赤外線）を吸収する材料が含有されている。本形態では、平面視（観察者側から見たとき）で複数の点状の要素１４ａ（単位ドット１４ａ）がシート面方向に２次元的に配列され、ドットパターンを形成している。図４にパターン層１４を平面視して一部を拡大した図を表した。図４に表した破線は説明のために用いる仮想の線である。

例えば縦横６本ずつの等間隔に形成された仮想線による格子を考える。そして格子における１つの交点に対して１つの単位ドット１４ａを配置し、その配置は当該交点に対して上、下、右、左の４つのいずれかをとる。これによれば３６個の単位ドット１４ａによるそれぞれ上下左右の組み合わせで４^３６通りの異なるパターンを表すことができる。

本形態において各単位ドット１４ａは図３、図４よりわかるように、基材層１５の一方の面から突出するように配置され、平面視で端面が現れ、光学フィルム１０の厚さ方向に軸線を有する円柱状であり、読み取り装置３から出射される光線（本形態では赤外線）を吸収する材料を含有して構成されている。ここでは円柱状である単位ドット１４ａを表したがこれに限らず単位ドットとして機能することができればその形状は特に限定されない。これには例えば半球状、ドーム状、上部が切断された錐状等を挙げることができる。この形状は単位ドットの作製方法に依存することもある。

単位ドット１４ａは、用いられる読み取り装置３が出射する光線（紫外線や赤外線、本形態では赤外線）の波長を吸収することができるように構成される。通常は読み取り装置からは８５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の範囲のいずれかにピーク波長を有する赤外線が出射されるので、単位ドット１４ａも８５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長の赤外線を吸収できるように構成することが好ましい。
そのため、本形態では単位ドット１４ａは例えば屈折率調整層１３と同じ材料に赤外線を吸収する材料を含ませることにより形成できる。赤外線を吸収する材料は特に限定されることはないが、ジイモニウム系、フタロシアニン系、シアニン系、及びセシウムタングステン等を挙げることができる。

基材層１５は、その一方の面にパターン層１４を形成する基材となる層である。基材層１５は、透光性を有するとともにパターン層１４の変形を防止できるように支持する。かかる観点から、基材層１５を構成する材料の具体例として例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリロニトリル、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）を挙げることができる。

基材層１５の厚さは特に限定されないが、２５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。基材層１５の厚さがこの範囲を外れると、加工性に問題を生じる虞がある。例えば、基材層１５がこれより薄くなるとしわが生じやすくなる。また、基材層１５がこれより厚くなると、光学フィルム１０の巻き取りが困難になる。

ハードコート層１６は、基材層１５の面のうち観察者側面に設けられるハードコート層であり、屈折率調整層１３とは反対側（観察者側）に配置される。これにより基材層１５の傷つきを防止している。

ハードコート層１６は透明な樹脂層として形成することができ、硬化性樹脂が硬化してなる樹脂硬化層として形成することが好ましい。
具体的には電離放射線硬化性樹脂、その他公知の硬化性樹脂等を要求性能に応じて適宜採用すればよい。電離放射線硬化性樹脂としては、アクリレート系、オキセタン系、シリコーン系等が挙げられる。例えば、アクリレート系の電離放射線硬化性樹脂は、単官能（メタ）アクリレートモノマー、２官能（メタ）アクリレートモノマー、３官能以上の（メタ）アクリレートモノマーなどの（メタ）アクリル酸エステルモノマー、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステルオリゴマー乃至は（メタ）アクリル酸エステルプレポリマーなどからなる。さらに３官能以上の（メタ）アクリレートモノマーを例示すれば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等がある。

このような光学フィルム１０は例えば次のように作製することができる。
一方の面にハードコート層１６が積層された基材層１５の他方の面にパターン層１４をスクリーン印刷し、その上から光硬化型樹脂を塗布して光を照射して硬化することで屈折率調整層１３を構成する。
次にアクリル系感圧接着剤を用いて屈折率調整層１３に拡散反射層１２を積層させ、さらに粘着剤を塗布して粘着層１１とする。

そして、光学フィルム１０の粘着層１１により映像源６に光学フィルム１０を貼り付けて映像源ユニット５を得る。

以上のように構成された映像源ユニット５を筐体２に納め、ハードコート層１６側が観察者側となるように配置することで、表示装置１とすることができる。その際には必要に応じて映像源ユニット１を作動させるための電気回路、電源回路等も備えられる。

また、この表示装置には、読み取り装置３（図１参照）を備えてもよい。読み取り装置３は所定の光線（本形態では赤外線）を照射する光源、反射して戻った光線（赤外線）を受光するセンサ、及び受光した光に基づいてパターンを認識し、これに関連づけられた出力をする演算・制御手段を備えている。読み取り装置は公知のものを用いることができる。

このような表示装置は例えば次のように作動する。光路例を示しつつ説明する。ただし当該光路例は概念的なものであり、反射や屈折等を厳密に表したものではない。

表示装置１を作動させると、映像源６からは映像光が出射される。映像源６から出射した映像光Ｌ_１０（図３参照）は拡散反射層１２に到達するが、該拡散反射層１２は可視光である映像光を高い鮮明性を維持したまま透過することができるように構成されているので映像光Ｌ_１０は観察者側に出光し、観察者は鮮明な映像を見ることができる。

一方、読み取り装置３からは、例えば図４に示したような複数の単位ドット１４ａを読むためにスキャンなどにより、読み取り装置３の光源から所定の範囲に対して赤外線が出光される（図１のＩａ参照）。その中の光路例として図３に表したように、観察者側の読み取り装置３から赤外線Ｌ_２０、Ｌ_２１、Ｌ_２２が光学フィルム１０に向けて出射される。赤外線Ｌ_２０、Ｌ_２１は拡散反射層１２で拡散反射する。
拡散反射した赤外線Ｌ_２０、Ｌ_２１のうち赤外線Ｌ_２０は単位ドット１４ａに達してここで吸収される。従って赤外線Ｌ_２０は読み取り装置３のセンサには検知されず、この部分に単位ドット１４ａが配置されていることを認識できる。
一方、拡散反射した赤外線Ｌ_２０、Ｌ_２１のうち単位ドット１４ａ間を透過した赤外線Ｌ_２１は読み取り装置３へ戻り（図１のＩｂも参照）観察者側に出射される。この反射した赤外線Ｌ_２１は読み取り装置３により検知され、この部分には単位ドット１４ａが配置されていないことを認識する。
また、読み取り装置３から出射した赤外線Ｌ_２２は拡散反射層１２に到達する前に単位ドット１４ａで吸収される。
そして読み取り装置３により検知した情報、及び検知しなかったという情報に基づいて光学フィルム１０における位置を特定する。さらに、当該位置に対して予め関連づけられた出力（映像、音等）を行う。

以上のように、光学フィルム１０、これを備える映像源ユニット５、表示装置１によれば、読み取り装置３により、パターン層１４に形成された情報を精度よく読みとり、所定の出力を得ることができる。一方、映像源６から出射された映像光は効率よく、その質を維持して観察者に提供される。

上記した拡散反射層１２の代わりに次の拡散反射層２２を用いることもできる。図５は図３に相当する図であり、図５は拡散反射層２２が適用された光学シート２０が映像源６の映像出光側に配置された場面を表している。拡散反射層以外は光学シート１０と同じなので、同じ符号を付して説明は省略する。

拡散反射層２２は、天然または合成雲母（薄片状）、別の葉状珪酸塩、ガラス薄片、薄片状二酸化珪素または酸化アルミニウム等の透明支持材料と、酸化チタン等の金属酸化物の被覆と、からなる干渉顔料を用いた層とすることができる。拡散反射する光の波長は、被覆する金属酸化物の膜厚により任意に調整することができる。
このような干渉顔料をバインダー中に分散させ、コーティングインキを作製し膜を形成することで拡散反射層となる。その際には分散剤を用いてもよい。

干渉顔料を分散させるバインダーは透明であれば特に限定されることはなく、公知の熱可塑性樹脂、反応硬化型樹脂（熱硬化型樹脂、電離放射線硬化型樹脂）及びそれらの混合物等を用いることができる。また、分散剤の種類も限定されず、公知のものを用いることができる。
また、分散剤の種類も限定されず、公知のものを用いればよい。例えば、ディスパービック１１０、１１１、１１６、１４０、１６１、１６３、１６４、１７０、１７１、１７４、１８０、１８２、１８３、２０００ 、２００１、２０２０（ビックケミー株式会社製）等が挙げられる。

これらは例えば、バインダー１００質量部に対して干渉顔料が３０質量部以上１２０質量部であることが好ましい。また分散剤は、干渉顔料１００質量部に対して１質量部以上５０質量部以下であることが好ましい。
そして、これらが混合されてなる組成物（インキ）を１０μｍ以上１００μｍ以下の厚さで塗工することで、近赤外線に対する拡散反射層とすることができる。

１ 表示装置
２ 筐体
３ 読み取り装置
５ 映像源ユニット
６ 映像源
１０ 光学フィルム
１１ 粘着層
１２ 拡散反射層
１３ 屈折率調整層
１４ パターン層
１４ａ 単位ドット
１５ 基材層
１６ ハードコート層
２２ 拡散反射層

Claims (6)

1. 複数の層が積層されてなる光学フィルムであって、
   赤外線又は紫外線を吸収する材料を含有して所定のパターンを形成しているパターン層と、
   前記赤外線又は前記紫外線を拡散反射する拡散反射層と、を有し、
   前記拡散反射層は、前記赤外線又は前記紫外線に対して拡散反射率が５０％以上であるとともに、光学櫛幅２ｍｍの透過像鮮明度が８０％以上である、光学フィルム。
2. 前記拡散反射層は、バインダー中に平板形状の銀ナノ粒子が分散されてなる請求項１に記載の光学フィルム。
3. 前記拡散反射層は、バインダー中に干渉顔料が分散されてなり、前記干渉顔料は、薄片状の透明支持材料と、酸化チタン等の金属酸化物の被覆と、を含む、請求項１に記載の光学フィルム。
4. 映像源と、
   前記映像源の映像光出射側に配置された請求項１乃至３のいずれかに記載の光学フィルムと、
   を備える映像源ユニット。
5. 筐体と、
   前記筐体の内側に配置された請求項４に記載の映像源ユニットと、を備える、表示装置。
6. さらに読み取り装置を備え、
   前記読み取り装置は、前記赤外線を出射する光源と、前記赤外線を検知するセンサと、前記センサからの情報に基づいて前記パターン層の前記パターンを認識する手段と、を備える、請求項５に記載の表示装置。

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