JP3043069B2 - ゴースト像の少ないライトコントロールフィルム - Google Patents

ゴースト像の少ないライトコントロールフィルム

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Description

【発明の詳細な説明】 本件は1990年12月21日に提出された米国出願第07/63
2,123号の一部継続出願である。
発明の背景 米国特許第Re.27,617号(オルセン)は、比較的低い
光学濃度と比較的高い光学濃度を持ったプラスチック層
が交互になったビレットをそぐことによりルーバー方式
のライトコントロールフィルムを製造する方法について
開示している。ビレットをそぐとき、色のついた層が、
この特許明細書に示されているように、結果的に形成さ
れるプラスチックルーバーフィルムに直角にのびるルー
バーエレメントとなる。米国特許第3,707,416号(ステ
ィーブンス)は、光をフィルムの表面と直角でない方向
へ通すフィルムを形成するために、ルーバーエレメント
をプラスチックルーバーフィルムの表面に対して傾ける
ことのできる製法を開示している。また、米国特許第3,
919,559号(スティーブンス)は、隣り合ったルーバー
エレメントの傾斜角度を徐々に変えることのできる製法
を開示している。
このようなプラスチックルーバーフィルムの用途とし
ては、米国特許第3,791,722号(オールバーグ)に示さ
れているように、高輝度のイルミネーションやグレアを
見る場合につけるべきレンズやゴーグルを挙げることが
できる。また、このフィルムは、自動車のインストゥル
メントパネルなどのバックライト式インストゥルメント
パネル用の透明カバーとして、ウィンドシールドでの反
射を最小限に抑えるためにも使用できる。さらに、プラ
スチックルーバーフィルムは、米国特許第3,653,138号
(クーパー)に開示されているように、黒白の写真ネガ
を、ネガから作られたポジのように見せるためにも使用
できる。
米国特許第3,922,440号(ウェグワース他)では、プ
ラスチックルーバーフィルムが薄いシート材であるため
に、(1)フィルムがそれら自体では大きな力に対して
構造的に耐えられず、しかも(2)フィルムが物理的な
力や温度により歪みやすいことを指摘している(第1コ
ラム第19〜22行目)。さらに、プラスチックルーバーフ
ィルムを形成するためのそぎ取りにより表面がいびつに
なり、フィルムの光学特性が大きく制限される。一般に
このようなフィルムは、透明よりも半透明の方が実用的
である。このため、この特許の第1実施例でのように、
プラスチックルーバーフィルムは、通常、酢酸酪酸セル
ロースなどの、一般にプラスチックルーバーフィルムを
作るのに使用される材料からなる2枚の透明なプラスチ
ックフィルムの間に圧力をかけて挟み付けられる。一般
に、プラスチックルーバーフィルムはビレットから0.1
〜0.4mmの間の厚さにそぎ取られ、表面用のプラスチッ
クフィルムは、それぞれ、厚さが0.1〜0.3mmの間であ
る。そぎ取ったフィルムの透明な領域の幅に対するフィ
ルム厚さの割合は可視角度を決定し、この割合が大きく
なると角度が小さくなる。2枚の透明なフィルムの間に
プラスチックルーバーフィルムを挟み込むウェグワース
の製法では、高価なプレス装置が必要であり、その運転
にも費用がかかる。このことは、一つには熱を一様に与
える必要性があることに起因しており、一つには圧力を
正確にかける必要性があることに起因している。製品と
して得られる積層体を、これらを積層するプレス装置の
プラテンよりも大きくはできないため、必要な大きさに
製造するためにプレス装置は十分大きくなければなら
ず、これによりプレス装置が高価になる。
米国特許第4,764,410号(グルズィンスキー)及び第
4,766,023号(ルー)は、ウェグワースの方法の代替方
法を開示している。これらの代替方法は、(1)そぎ取
ったプラスチックルーバーフィルムに、放射線にさらす
ことによって重合して粘着性もしくは硬質となる非溶解
性のモノマー材をコーティングするステップと、(2)
モノマー材にプラスチックフィルムを積層するステップ
と、(3)モノマー材をポリマー化するためにコーティ
ングを放射線にさらすステップとを含んでいる。ポリマ
ー化の後、モノマー材の上に積層されたプラスチックの
ライナーはプラスチックルーバーフィルムを保護するた
めにそのままおいておくことができ、また、ポリマー化
されたモノマー材を露出するために除去することもでき
る。
このようなフィルムは種々の目的のために使用するこ
とができる。一般的な用途の一つとして、夜間に自動車
のコントロールパネルからの光がウインドシールドに達
して、眩惑するような危険な反射が生じるのを防止する
ことがある。その他の用途として、CRTやその他のディ
スプレイの画面を覆って、表示されたデータをオペレー
タ以外の人には読めなくすることがある。
上述したルーバーフィルムのすべてに共通した問題
は、透明な層と暗色層との間の差異から生じる。一般的
に透明な層と暗色層は同じ材料で形成される。好ましい
材料は酢酸酪酸セルロース(CAB)であるが、他の材料
を使うこともできる。しかし、ルーバーは、他の材料か
らなる極めて微細な粒子の含有により暗くされる。好ま
しい材料はカーボンブラックである。カーボンブラック
を使用する場合、これらの粒子の平均直径は0.1μmよ
りも小さい。したがって、これらは光の波長よりもはる
かに小さい。
これらの粒子の直径が小さいにもかかわらず、そし
て、実際に、一つにはその大きさのために、粒子の存在
により、その混合物の屈折率がプラスチック単体の屈折
率とは違うようになる。透明層と暗色層の屈折率が異な
るため、光はこれら2つの間の境界面で反射する。この
反射の結果、「ゴースト」像が生じる。反射する入射光
の割合は、入射角度が大きくなり、屈折率の差異が大き
くなることにより大きくなる。これらの目的のため、入
射角度は、光線と透明層と暗色層との間の境界面の法線
との間の角度である。結果として、代表的なフィルムの
ゴースト像は、ルーバーの軸に対して5゜と25゜の間の
角度で最も顕著である。このようなゴースト像は、いく
らよく見ても見た目が悪い。さらに、このフィルムがCR
Tの画面や他のディスプレイを覆うために使われるので
あれば、このゴースト像により、データを見まちがった
り、オペレータが疲労しやすくなったりする。
ゴーストに関する問題をなくすためのアプローチの一
つとして、透明層と暗色層との間の境界面になし地仕上
げを施すことがある。これははっきりしたゴースト像を
なくすのには役立つが、全反射光量を少なくはしない。
つまり、ゴースト像は、ぼんやりした、しかし確実に目
に見える光に変わるのである。さらに、このようななし
地仕上げ面を形成するのは、透明層と暗色層とを一回の
プロセスで一緒に押し出す現在の好ましい押出成形法で
は極めて困難である。
他にとるべきアプローチとして、ルーバーを形成する
層に混合されるカーボンブラックの量を減らすことがあ
る。この場合、透明層と暗色層の間の屈折率の違いは先
に説明したフィルムの場合よりも小さくなり、したがっ
て反射が少なくなる。しかも、もしルーバーの幅が高い
光学濃度のものと同じであれば、それらは不透明度の要
件をもはや満たさなくなるであろう。したがって、この
ようなフィルムをプライバシースクリーンとして用いる
ことはできない。また、ルーバーを不透明度の要件を満
たすために幅広に形成することができる。しかし、この
ことによりルーバーフィルムの軸上の伝達が許容できな
いほど低いレベルにまで下がったり、ルーバーが個々に
目に見えたり、あるいはこれらの両方が同時に起こった
りする。
発明の要旨 本発明に係るプラスチックルーバーフィルムは、複数
のルーバーによって隔てられた複数の透明領域を有して
いる。各ルーバーは、比較的光吸収率が高い中央領域
と、比較的光吸収率が低くて透明領域に接した外側領域
とを有している。
図面の簡単な説明 図1は、本発明に係るプラスチックルーバーフィルム
の概略断面図である。
図2は、図1のプラスチックルーバーフィルムの部分
拡大図である。
図3は、本発明に係るプラスチックルーバーフィルム
を用いたブラウン管用プライバシースクリーンの概略断
面図である。
好適な実施例の詳細な説明 本発明によれば、比較的光学濃度の低い外側領域と、
比較的光学濃度の高い内側領域とを有する複数のルーバ
ーを使用することによって、従来技術の問題を解決でき
る。言い換えれば、外側領域は比較的低い光吸収率を有
し、内側領域は比較的高い光吸収率を有している。これ
らの目的のため、ある媒体中での伝達は、式 T=10-xd により求められる。この式において、Tは伝達される光
のデシマル・フラクション(decimal fraction)、xは
光吸収率、そしてdは媒体中の光路長である。本発明で
定められた割合でカーボンブラックが混入したCABで
は、Cをフィルム中のカーボンブラックのデシマルフラ
クションとした場合に、光吸収率はほぼ4750Cに等し
く、光吸収率はミリメートルの逆数で表される。この場
合、上記等式のdはミリメートルで表される。
好ましいフィルムでは、複数のルーバーのそれぞれ
が、そのエッジ部分では透明で、その中心部分では非常
に暗くなるように連続的に変化する。しかし、このよう
に光学濃度がしだいに変化するフィルムを作るのは極め
て困難である。したがって、好適な実施例では、多層組
織のルーバー構造を使用している。
図1は、本発明に係るルーバーフィルム10を示してい
る。図1がフィルムの端面図であり、通常使用するとき
には、フィルムが図とは直角の角度から見られるという
点に注意すべきである。ルーバーフィルム10は明瞭化の
ためにカバーシート11を有しており、かつ層12などの複
数の層とルーバー14などの複数のルーバーとを交互に含
んでいる。また、ルーバー14は外側層16及び18と内側層
20とを含んでいる。ルーバー14はカーボンブラックを含
有したものとして説明するが、他の暗色化剤を使用する
こともできる。内側層20は、ルーバー14を必要な不透明
度とするために、カーボンブラックを比較的濃い濃度で
含んでいる。外側層16及び18は、層20よりも低い濃度で
カーボンブラックを含有している。したがって、外側層
は層20よりも光吸収率が低いが、屈折率は透明層12の屈
折率に近くなっている。
ルーバーの働きは図2を参照することによって、より
明確に理解できる。図2は、透明層12とルーバー14の部
分拡大図である。光線22は透明層12に入射する。そうす
ると光線は層16の表面24に衝突する。層16がカーボンブ
ラックを低い濃度でしか含有していないため、この層16
と層12との間に屈折率に大きな違いはない。したがっ
て、ほんのわずかな光だけが層24で反射する。光のほと
んどは層16に入射して屈折する。光が層16を横切ると
き、そのいくらかは吸収される。しかし、光のいくらか
は層20の表面26に衝突する。光線22のいくらかは層20の
中に入射し、そこで、比較的高濃度のカーボンブラック
のために吸収される。光線22のいくらかは、層16と層20
の間の屈折率の大きな違いのために、表面26で反射す
る。
本発明の利点は、媒体の有効な光学濃度が、光がその
媒体の中を通らなければならない距離に直接比例すると
いう点と、屈折率の異なる2つの材料の間の境界面での
反射が入射角度の増大に伴って増加するという点にあ
る。したがって、層16と20の間の境界面で最も反射しや
すい光は、かするような角度で層16に入る光である。こ
のような光は、もし表面24を通って再度射出するのなら
ば、表面26での反射の前後両方とも、層16を通って長い
距離移動しなければならない。したがって、層16に入る
光の大半は、層16がカーボンブラックを比較的低濃度で
しか含有していないにもかかわらず、吸収されることに
なる。
本発明に係るフィルムを十分に理解するために、従来
技術のルーバーフィルムと比較すべきである。代表的な
従来技術のフィルムでは、厚さが0.0953mmの透明層が0.
0114mmの厚さのルーバーにより隔てられている。透明領
域とルーバーの両方は、主としてCABで形成されるが、
ルーバーはさらに重量比で5パーセントのカーボンブラ
ックを含んでいる。単純計算すれば、透明領域がこのフ
ィルムの約89パーセントを占めることになる。本発明の
好適な実施例においては、透明領域12のような複数の透
明領域は厚さが0.0876mmである。層16及び18のような低
含有領域は厚さが0.00445mmであり、層20のような暗色
領域は厚さが0.010mmである。低含有領域16及び18は重
量比で0.75パーセントのカーボンブラックを含み、高含
有領域20は重量比で5パーセントのカーボンブラックを
含んでいる。このようなフィルムでは、透明領域はフィ
ルムの約86パーセントを占める。したがって、本発明に
基づいて製造されたこのようなフィルムは、バックライ
ト式ディスプレイで使用するときにゴースト像を大幅に
少なくし、しかも、従来技術のフィルムと比較しても軸
方向への伝達はほんのわずかに少なくなるだけである。
ゴースト像は、層16と20の間に中間層を設けることによ
ってさらに少なくできる。定められたどのような用途に
対しても、許容できるゴースト量、許容できる最小の軸
方向伝達量、及び許容できる構成困難性に応じて好まし
い構成が決定される。
本発明の範囲内ではフィルムのパラメータを種々設定
可能であるが、一般にはある範囲内の値とすることが好
ましい。つまり、含有度の低いルーバーの外側領域では
カーボンブラックの重量比を0.12から1.0パーセントの
範囲内とし、含有度の高い内側領域ではカーボンブラッ
クの重量比を1.5から10パーセントの範囲内とするのが
好ましい。ビデオディスプレイに使用するには、フィル
ムは厚さを0.08から0.6mmの間にすべきである。透明領
域は0.05から0.25mmの間の幅で、ルーバーの外側領域は
0.0025mmと0.01mmの間の幅、ルーバーの中央領域は0.00
5mmと0.02mmの間の幅とすべきである。ある状況では、
フィルムを通してより遠い対象物を見るべき場合があ
る。このような用途のひとつに、フィルムを自動車のリ
ヤウィンドに用いるサンスクリーンとして使用すること
がある。このような状況では、より幅の広い透明領域と
ルーバーとを有する厚いフィルムが使用され、また、た
いていそれが好ましい。したがって、より一般的に言う
と、フィルムは厚さが0.08mmから1.5mmの間で、透明領
域の幅が0.05mmから1.0mmの範囲内とすべきである。ル
ーバーは、外側領域の幅を0.0025mmから0.015mmの間と
し、中央領域の幅を0.005mmから0.03mmの間とすべきで
ある。
どのような特定の用途のためにも最適化していない
が、多くの用途に幅広く有効な一つの例は、CABで形成
され、カーボンブラックを重量比で3パーセント含む含
有率の高い暗色の中央領域を有し、その幅は0.01mmであ
る。含有率の低い外側層はカーボンブラックを0.2パー
セント含み、その幅は0.0075mmである。透明層は幅が0.
09mmである。フィルムの厚さは0.15mmから0.5mmの範囲
内であるのが好ましい。フィルムを厚くすると、フィル
ムを通して見ることのできる可視角度の範囲が狭くな
る。好ましい種類のカーボンブラックは、キャボッド・
コーポレイション(Cabot Corporation)からXC772の名
称で入手できる。
本発明に係るフィルムは、種々の方法で製造できる。
最も基本的な方法は、層12,16,18及び20を別々に製造
し、これらを積層して正しい順に層が並んだビレットを
形成し、さらにこれらを従来技術で示されているように
そぎ取ることである。しかし、特に層16,18及び20のよ
うに極端に薄い層は、取り扱いが困難である。好ましい
製造方法では、これらの層は一緒に押し出し成形され
る。このため、押し出し成形機は3つの供給口と少なく
とも4つのアウトプットを有していなければならない。
押し出し成形機は、アウトプットを5つ備えているのが
好ましい。次に、押し出し成形機は、層12の中心から隣
の透明層の中心までのびるシートを押し出す。したがっ
て、このシートは、2つの含有率の低い層と1つの含有
率の高い層に加えて2つの透明層の半分を含んでいる。
そして、このシートが積層され、熱を加えながら圧縮し
てビレットが形成されたうえで、従来技術で示されたよ
うにそぎ取られる。
本発明は、CRT用のプライバシースクリーンでの使用
に特に適している。先に説明したように、このようなス
クリーンでのゴースト像の減少により、オペレータの疲
労が大幅に軽減される。本発明のルーバーフィルムを用
いたプライバシースクリーンが図3に示されている。図
3のプライバシースクリーンは、透明なカバーシート1
1、透明層12、含有率の低い暗色層16と18、及び含有率
の高い暗色層20を含んでいる。カバーシート11がポリウ
レタンフィルムであり、透明領域12がCAB、そして暗色
領域16,18及び20がカーボンブラックを含んだCABである
のがこのましい。さらに、透明なカバーシート11の外面
にガラス層30及び32が設けられている。好ましい製造方
法では、カバーシート11はルーバーフィルムの上に重ね
られ、ガラス層30及び32がその上に重ねられる。そし
て、全体が、5枚の層を熱により互いに積層する圧力下
で、オートクレーブにかけられる。実際には、以下に説
明するように、一般に、積層前にガラス層30及び32に層
34,36及び38が設けられる。
電気伝導性または半伝導性の材料からなる層が一方の
表面に設けられている。種々の材料を用いることができ
るが、好適な実施例では、層34は、スパッタリングもし
くは真空蒸着によりガラス層30に形成できる、インジウ
ム−すず酸化物または金属窒化物の層である。また、層
34は、300から600オングストロームの範囲内の厚さを有
しているのが好ましい。さらに、層34は、中性濃度層で
あることが好ましいが、別の中性濃度層を設けたり全く
省いたりすることも可能である。そして、反射防止層36
及び38が設けられている。シン・フィルム・オプティカ
ル・ファイバーズ(Tin Film Optical Flbers)の1986
年第2版に、エイチ・エイ・マックロウド氏(H.A.McCl
oud)による反射防止コーティングの理論と構造につい
ての詳しい論文が載せられている。中性濃度の導電コー
ティング及び反射防止コーティングとして良好に機能す
るフィルムは、ビラテック・シン・フィルムズ・インコ
ーポレイテッド(Viratec Thin Films Inc.)から、そ
れぞれ、NDAR及びCDARという商品名で入手できる。この
代わりとなる中性濃度の導電コーティングは、同社から
TDARという商品名で入手できる。
図3の構造体をプライバシーフィルターとして使用す
るために、フィルターが付けられるCRTの画面のサイズ
に合った大きさのものが準備される。そしてフィルター
がCRT画面に取り付けられる。作業時に、反射防止コー
ティング36は周囲の室内光がプライバシーフィルターの
正面で反射することによるぎらつきを防止する。ガラス
層30及び32は、硬質の反射防止コーティングを形成する
ための表面を設けることに加えて、安定性をもたらす。
反射防止コーティング38は、プライバシーフィルタ内に
入射した外光が当該フィルタの背面で反射することを防
止する。このような反射を防止することは次の理由で非
常に有効である。もし外光がプライバシーフィルタ背面
で反射すると、その光はルーバーフィルム内を2回通過
することとなるが、2回目に通過する光は1回目に通過
した際の光路から僅かにずれ、その結果、ルーバーの反
射が現実のルーバーの位置と正確には一致せず、非常に
散乱したモアレパターンを生じる。効果的な反射防止コ
ーティング38を設けて、プライバシーフィルタ背面での
反射を防止すれば、以上のようにして生じるモアレパタ
ーンを防ぐことができる。
残っている層は導電層34である。この層は幾つかの機
能を有する。もしこの層が上述した厚さの範囲の下限で
ある約300オングストロームであれば、抵抗は約5000オ
ーム・パー・スクエア(5000 ohms per square)とな
る。この範囲内の抵抗により、プライバシースクリーン
上に静電気が蓄積するのを防止でき、したがって、表面
に付着する塵の量を少なくするのに寄与する。もし、そ
の厚さが上述した範囲の厚いほうである600オングスト
ロームに近ければ、この層は約500オーム・パー・スク
エアの抵抗を有し、静電気の蓄積防止に加えて、末端オ
ペレータを電界から保護するシールドともなる。さら
に、上述したように、層34は中性濃度の層としても機能
する。中性濃度の層は透過する光の一部分を吸収する層
である。外光がプライバシーフィルターを透過し、CRT
画面に当たって反射し、プライバシーフィルター中を逆
戻りし、中性濃度のフィルターを2度通過しなければな
らないから、光は2度減衰される。したがって、もし中
性濃度のフィルターが50パーセントの濃度を有している
なら、CRT画面自体から生じるであろうぎらつきの25パ
ーセントだけが現れることになる。CRTから発された光
は、中性濃度のフィルターを1度だけ透過するため、50
パーセントだけ減衰される。したがって、CRTの有効出
力は小さくなるが、中性濃度のフィルターにより、ぎら
つきに対するCRTの輝度の比率は大きくなる。
考慮すべき他の要因のひとつはCRTのドットピッチで
ある。もしルーバーの幅とともに透明領域12の幅が慎重
に選択されていなければ、モアレのパターンは使用者に
見えるであろう。これに対する解決法のひとつは、特定
のCRTでの使用に合わせてこれらの領域の幅を慎重に調
整することである。これに関する問題は、現場市場で入
手可能なCRTには種々のドットピッチのものがあること
と、使用できるピッチが、画面の改造度の向上に伴って
急速に変化していることである。別の解決法は、ルーバ
ーの間隔を一定にし、ルーバーフィルムを僅かに回転さ
せてルーバーが鉛直線に対して10から14度で傾くように
することである。ルーバーがもはや蛍光体の列と並行に
走っていないため、モアレパターンの問題が著しく減少
する。
例 本発明を試すために、サンプルフィルムを製造した。
このサンプルは、濃度の低い層を一方の面にだけ有する
ルーバーを備えている。したがって、低濃度の層を有さ
ない側のゴースト像の強さは従来のフィルムのゴースト
像の強さに相当し、低濃度の層を有する側のゴースト像
は本発明のフィルムによるゴースト像の強さを表す。具
体的に言うと、フィルムは0.375mmの厚さのルーバーフ
ィルムを含んでいる。厚さ0.25mmのカバーシートを、明
瞭化のためにそれぞれの主な表面に圧力をかけて積層し
た。透明層は幅が0.175mmで、各ルーバーは、カーボン
ブラックを重量比で0.6パーセント含んだ0.007mmの層
と、カーボンブラックを重量比で5パーセント含んだ0.
011mmの層とから構成した。
25mmの開口を有するライトボックスを暗室にセットし
た。サンプルフィルムは、ライトボックスから1.2mのと
ころに配置した。スペクトラ・プリチャード・フォトメ
ータ(Spectra Prichard photometer)を6分間の開口
を得るようにセットし、ライトボックスに対するフィル
ムの位置と反対側に配置した。フィルムは調整可能なス
ライド部材に、ライトボックスとフォトメータとを結ぶ
線に対して直交する方向へ動くように取り付けた。この
スライド部材は、フィルムがルーバーに平行な軸に対し
て回転するように装着した。像の輝度は、5パーセント
の層を露出したサイドと0.6パーセントの層を露出した
サイドの両方で、フィルムに直交する線に対して種々の
角度で測定した。測定はフィートランベルトの単位で行
った。これらの測定の結果は、以下の表にまとめてい
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メイヤー、レオ・エイ アメリカ合衆国 55133、ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボ ックス 33427番 (番地の表示なし) (72)発明者 メルビィ、ジェフリィ・ジェイ アメリカ合衆国 55133、ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボ ックス 33427番 (番地の表示なし) (72)発明者 ゼアール、スコット・ジィー アメリカ合衆国 55133、ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボ ックス 33427番 (番地の表示なし) (56)参考文献 特開 昭51−75456(JP,A) 米国特許4788094(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のルーバーにより隔てられた複数の透
    明領域を有し、該ルーバーのそれぞれが、比較的高い光
    吸収率を有する中央領域と、該透明領域に接しかつ比較
    的低い光吸収率を有する外側領域とを備えたプラスチッ
    クルーバーフィルム。
  2. 【請求項2】上記透明領域の幅がほぼ0.05mmであり、上
    記ルーバーの外側領域の幅が0.0025mmから0.015mmの範
    囲内であり、上記ルーバーの中央領域の幅が0.005mmか
    ら0.03mmの範囲内である請求項1記載のプラスチックル
    ーバーフィルム。
  3. 【請求項3】上記ルーバーの外側領域中のカーボンブラ
    ックの重量比が0.12から1.0パーセントの範囲内であ
    り、上記ルーバーの中央領域中のカーボンブラックの重
    量比が1.5から10.0パーセントの範囲内である請求項1
    または2記載のプラスチックルーバーフィルム。
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