JP4843952B2 - 光拡散シート複製用金型の製造方法、光拡散シート及びその製造方法、並びにスクリーン - Google Patents
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Description
である(請求項1)。
また、本発明によれば、その光拡散シート複製用金型を用いて、光透過時あるいは反射時に、縦方向と横方向とで拡散角の異なる、あるいは縦横方向に拡散特性に異方性のある光拡散シートを簡便に精度良く製造できる。
さらに、その光拡散シートを用いることにより、スクリーンのどの場所においても放出される光が目的の視野内に指向せしめるように制御されるため、高く均一な輝度やゲインを得ることができ、視認性のよいスクリーンを提供することができる。
光拡散シートの製造方法は、光拡散シート複製用金型の製造工程と該金型による光拡散シートの複製工程とからなる。
図1は、光拡散シートを複製するのに用いられる金型を製造する様子を示しており、サンドブラスト加工により金型母材1の表面を加工し、光拡散シート複製用金型を製造している。
また、研削材3の平均粒径は、1〜1000μmが好ましく、5〜600μmがより好ましい。さらに5〜50μmとするとなお好ましい。
金型母材1のより小さい領域を加工する場合には角度幅αをより小さくするか、あるいはブラストガン2と金型母材1との距離Lを小さくすればよい。より広い領域を加工するためには、ブラストガン2または金型母材1をなめらかに移動させながらサンドブラスト加工を行えばよい。
例えば図3に示すように、金型母材1の主面に対する研削材3の吹き付け角度として俯角θ1を持たせる(図3(a))とともに、X軸に対して角度θ2だけ傾けてブラストガン2を配置する。これにより、反射光または透過光の拡散特性としてX軸方向のX1側でかつY軸方向のY1側に輝度ピークが軸ずれしたものとなる。
ブラストガン2のスキャン例を図4に示す。ブラストガン2から研削材3を出射しながら、ブラストガン2を金型母材1上をY軸の一方向に一定速度で移動させ、研削材3の衝突領域が金型母材1の端面付近に到達すると、一定ピッチでX軸方向に移動させ、今度はY軸の逆方向にブラストガン2を一定速度で移動させる。以降、研削材3の衝突領域が金型母材1の端面付近に到達するたびにブラストガン2を一定ピッチでX軸方向に移動させた後、Y軸方向の移動を反転させてサンドブラスト加工を連続して行い、金型母材1の表面全面に所望の凹凸を形成する。
上記光拡散シート複製用金型の製造工程で作製された光拡散シート複製用金型の表面には所定の凹凸形状を有する微細彫刻面が形成されている。この微細彫刻面を利用して光拡散シートを製造すればよい。なお、該光拡散シート複製用金型を直接または間接に用いて、この微細彫刻面から光拡散シートを製造する方法であれば、どのような製造方法にも本発明の適用が可能である。
・-SO3M、-OSO3M、-COOM、P=O(OM)2(ここで、式中Mは、水素原子あるいは、リチウム、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属である。)、3級アミン、4級アンモニウム塩
・R1(R2)(R3)NHX(ここで、式中R1、R2、R3は、水素原子あるいは炭化水素基であり、X-は塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン元素イオンあるいは無機・有機イオンである。)
・-OH、-SH、-CN、エポキシ基等
極性官能基の導入部位は特に規定はない。これら分散剤は、1種単独で用いられることが可能であるが、2種以上を併用することも可能である。
上記分散剤には、結合剤と硬化反応を起こすための官能基を有していてもよい。また、本発明の分散剤以外の結合剤を含む場合には結合基を多く有する多官能ポリマー、またはモノマーが好ましい。
図5は、本発明に係る反射型スクリーンの構成を示す断面図である。
本発明の反射型スクリーンは、上記本発明の光拡散シート14と、光拡散シート14の光拡散面とは反対面側に設けられた反射層とを備えたものであり、例えば図5に示すように支持体11上に、光学多層膜12と、光吸収層13と、光拡散シート14とが設けられた構成である。
この光学膜の膜厚は、80nm〜15μm、より好ましくは600〜1000nmとする。15μmより厚くすると、分散し切れなかった微粒子によるヘイズ成分が増大して光学膜としての機能が得られないからである。
この光学膜の屈折率は、1.6〜2.1とすることが好ましい。屈折率を2.1よりも高くすると、微粒子の分散性が不充分となって光学膜としての機能が損なわれ、屈折率を1.6よりも低い場合には必要とされる光学特性が得られない場合がある。
屈折率は、1.45以下の屈折率をもつ膜がとくに好ましい。光学膜12Lの屈折率は塗料に含まれる樹脂の種類、場合によっては微粒子の種類及び添加量などにより決まる。
また、この光学膜の膜厚は、80nm〜15μm、より好ましくは600〜1000nmとする。
また、該スクリーンへの入射光の表面散乱を抑制し、プロジェクタからの特定波長の光を反射し、外光などのそれ以外の波長領域の入射光を透過・吸収する選択反射が可能となり、反射型スクリーン10上の映像の黒レベルを下げて高コントラストを達成するものであり、部屋が明るい状態でもコントラストの高い映像を表示することが可能となる。例えば、グレーティング・ライト・バルブ(GLV)を用いた回折格子型プロジェクタのようなRGB光源からの光を投射した場合にスクリーン10上で広視野角で、かつコントラストが高く、外光の映り込みのない良好な映像が鑑賞できるようになる。
光学膜用塗料Hは、微粒子と、有機溶媒と、エネルギーを吸収して硬化反応を起こす結合剤と、分散剤とを含有する。
m2/gであることがより好ましい。比表面積がこの範囲にあると、微粒子の分散処理により、光学膜用材料中における微粒子の粒度で100nm以下に抑えることが可能となり、ヘイズの非常に小さな光学膜を得ることが可能である。
・-SO3M、-OSO3M、-COOM、P=O(OM)2(ここで、式中Mは、水素原子あるいは、リチウム、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属である。)、3級アミン、4級アンモニウム塩
・R1(R2)(R3)NHX(ここで、式中R1、R2、R3は、水素原子あるいは炭化水素基であり、X-は塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン元素イオンあるいは無機・有機イオンである。)
・-OH、-SH、-CN、エポキシ基等
極性官能基の導入部位は特に規定はない。これら分散剤は、1種単独で用いられることが可能であるが、2種以上を併用することも可能である。
光学膜用塗料Lは、有機溶媒と、結合剤とを含有するものである。結合剤は有機溶媒に溶解されており、必要に応じてその中に微粒子が添加され分散されていてもよい。
(s1)支持体11としてポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用意し、当該支持体11の主面に光学膜用塗料Hを所定量塗布する。
(s2)光学膜用塗料Hの塗膜を乾燥後、紫外線を照射して硬化させ、所定膜厚の光学膜12Hを形成する。
(s3)ついで、光学膜12H上に光学膜用塗料Lを所定量塗布する。
(s4)その塗膜を乾燥後、熱硬化させ、所定膜厚の光学膜12Lを形成する。これにより、光学膜12Hと光学膜12Lとの積層構成となる。
(s5)ついで、支持体11の最外層にある光学膜12L上に所定量の光学膜用塗料Hを塗布する。
(s6)光学膜用塗料Hの塗膜を乾燥後、紫外線を照射して硬化させ、所定膜厚の光学膜12Hを形成する。以降、ステップs3〜s6までの処理を所定回数行い、支持体11上に光学多層膜12を形成する。
図6は、本発明に係る透過型スクリーンの構成を示す断面図である。本発明の透過型スクリーンは、上記本発明の光拡散シートを備え、該光拡散シートは、前記光拡散面とは反対面側からの投射光を透過して該光拡散面から拡散して放射するものであり、例えば図6に示すように、支持体101上に光拡散シート102を備えた構成からなる。
以下の条件で光拡散シート複製用金型を作製した。
(1)金型母材:アルミ板(X200mm×Y100mm)
(2)サンドブラスト条件
・サンドブラスト装置(不二製作所製、型名:SGF−4(A))
・研削材:アルミナ(番手#180、平均粒径:76μm)
・ブラストガンと金型母材との距離:50mm
・ブラストガンと金型母材との角度:8°
・圧縮空気圧:0.5MPa
・金型母材表面への研削材吹き付け状態:図1の状態
・ブラストガンスキャン条件:図4の状態でX方向、Y方向にピッチ5mmでスキャンした。
つぎに、この金型の表面粗さを測定した結果を図8に示す。X軸方向の表面粗さのピッチPxの方がY軸方向の表面粗さのピッチPyよりも長くなっていた。また、平均凹凸間隔Smとして、X軸方向ではS=0.14、Y軸方向でS=0.08となっていた。
つぎに、透明樹脂(三菱樹脂(株)製 PET−Gフィルム ディアフィクス)を使用して、実施例1の金型でプレス加工し、光拡散シートを作製した。
得られた光拡散シートに対して、裏面から平行光を入射し透過させ、おもて面からの出射光の拡散角を測定した。その結果を図9に示す。
光拡散シートは横方向(X軸方向)と縦方向(Y軸方向)とで異なった拡散角を示し、輝度半値幅としてX軸方向では18°、Y軸方向では45°となっていた。
なお、X軸方向の輝度分布(図9(a))において、輝度ピークAは光拡散シートの垂直方向の角度(0°)から軸がずれている。これが本発明でいう拡散特性の異方性(軸ずれ)である。
ブラストガンと金型母材との角度(ブラスト角度)と拡散特性の異方性(軸ずれ角度)との関係を調査するために、実施例1においてブラストガンと金型母材との角度(ブラスト角度)を2〜90°まで段階的に変化させ、それ以外の条件は実施例1と同じ条件として光拡散シート複製用金型を作製した。ついで、それぞれの金型を用いて実施例2と同じ条件で光拡散シートを作製し、得られた光拡散シートに対して裏面から平行光を垂直に入射し透過させ、おもて面からの出射光についてX軸方向の輝度分布を測定した。
得られた輝度分布からブラスト角度と拡散特性の異方性(軸ずれ角度)との関係を求めた。その結果を表1,図10に示す。ブラスト角度によりブラスト前方方向(図1におけるX1方向)に所定の角度での軸ずれを実現することができた。
つぎに、以下の光学膜用塗料H,光学膜用塗料Lを使用して反射型スクリーンを製造した。
(1)光学膜用塗料H
・微粒子:TiO2微粒子
(石原産業社製、平均粒径約20nm、屈折率2.48) 100重量部(2.02 wt%)
・分散剤:SO3Na基含有分子
(重量平均分子量:1000、SO3Na基濃度:2×10−3 mol/g)
20重量部(0.40 wt%)
・結合剤:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物
(日本化薬社製UV硬化性樹脂、商品名DPHA) 30重量部(0.61 wt%)
・有機溶媒:メチルイソブチルケトン(MIBK) 4800重量部(96.97 wt%)
まず微粒子、分散剤、有機溶媒を所定量混合し、ペイントシェーカーで分散処理を行いTiO2微粒子分散液を得た。ついで、該分散液に結合剤を添加し、攪拌機にて攪拌処理を行い、塗料Hとした。
(2)光学膜用塗料L
・末端カルボキシル基をもつパーフルオロブテニルビニルエーテルの重合体
(旭硝子社製、商品名サイトップ)
(s11)透明支持体の両面に塗料Hをディッピング方式で塗布する。
(s12)塗料Hの塗膜を80℃で乾燥後、紫外線(UV)硬化(1000mJ/cm2)させ、片面当たり膜厚780nm、屈折率1.94の光学膜Hを形成する。
(s13)ついで、その高屈折率の光学膜H上に塗料Lをディッピング方式で塗布する。
(s14)塗料Lの塗膜を90℃で乾燥させ、膜厚1240nm、屈折率1.34の光学膜Lを形成する。
(s15)光学膜L上にステップs11と同一条件で塗料Hを塗布する。
(s16)塗料Hの塗膜をステップs12と同一条件で膜形成し、片面当たり膜厚780nm、屈折率1.94の光学膜Hを形成する。これにより透明支持体上に片面当り光学膜H/光学膜L/光学膜Hの3層、計6層の光学多層膜を得た。
(s17)上記光学多層膜の一方の表面に粘着層を介して実施例3の光拡散シートを貼り合わせる。
(s18)上記光学多層膜の他方の表面に黒色塗料をスプレー法により塗布し、黒色光吸収層とし、反射型スクリーンとした。
以下の条件で光拡散シート複製用金型を作製した。
(1)金型母材:アルミ板(X200mm×Y100mm)
(2)サンドブラスト条件
・サンドブラスト装置(不二製作所製、型名:SGF−4(A))
・研削材:アルミナ(番手#220)
・ブラストガンと金型母材との距離:50mm
・ブラストガンと金型母材との角度:10°
・圧縮空気圧:0.5MPa
・金型母材表面への研削材吹き付け状態:図1の状態
・ブラストガンスキャン条件:図4の状態でX方向、Y方向にピッチ5mmでスキャン
つぎに、この金型の表面粗さを触針式形状測定機ET4000A(株式会社小坂研究所社製)を用いて測定した結果を図12に示す。X軸方向の表面粗さのピッチPxの方がY軸方向の表面粗さのピッチPyよりも長くなっており、平均凹凸間隔Smとして、X軸方向ではS=90μm、Y軸方向でS=45μmとなっていた。また、Y軸方向の凹部形状は対称であるが、X軸方向の形状は非対称であることが分かる。図12の断面形状に基づき、微細表面要素のX,Y方向の傾斜角度をヒストグラムとして表示したものを図13に示す。X方向断面傾斜角分布は正規分布に近い対称な形状をしているが、Y方向断面の傾斜角分布はプラス側とマイナス側の2つのピークを示し、その分布形状も非対称である(正規分布でない)ことが分かる。
実施例5と同一の光拡散シート複製用金型を用い、該金型上に屈折率が1.53のウレタンアクリル樹脂を塗布した後、支持体として紫外線領域での透過率の高い片面易接着処理のPETフィルム(100μm厚)を易接着処理がなされていない面を金型側に向けて気泡が入らないように被せ、樹脂厚みが均一に100μmとなるようにゴムローラの圧力を調節しながら加圧して樹脂を扱きだした。その後、樹脂が重合硬化するのに十分な量の紫外線として積算光量1000mJをPETフィルム側から照射して樹脂シートとし、ついで支持体(PETフィルム)を剥離させた後に、前記樹脂シートを金型から離型する事で金型の表面形状が転写された光拡散シートとした。
つぎの手順で光拡散シートを作製した。
(S21)実施例5により作成した金型を用い、該金型表面に屈折率が1.53のウレタンアクリル樹脂を塗布し、100μm厚のポリエチレンテレフタレートフィルムを気泡が入らないように被せ、樹脂厚みが均一に50μmとなるようにゴムローラの圧力を調節しながら加圧して樹脂を扱きだした。その後、樹脂が重合硬化するのに十分な量の紫外線として積算光量1000mJをPETフィルム側から照射し、支持体ごと金型から離型して表面形状を転写して光拡散シートAとした。
(S22)更に同一の金型上に屈折率が1.38のフッ素系アクリル樹脂を塗布し、前記手法により作成した光拡散シートAを被せ、樹脂厚みが均一に30μmとなるようにゴムローラの圧力を調整しながら加圧して樹脂を扱きだした。その後、樹脂が重合硬化するのに十分な量の紫外線として積算光量1000mJをPETフィルム側から照射し、支持体ごと金型から離型して表面形状を転写した。
(S23)更にステップS21,22の工程を繰り返し、PETフィルム側から屈折率1.53、1.38、1.53、1.38と4層からなる光拡散シートを作成した。
Y方向の最大輝度角度は0°で拡散特性も対称であるが、X方向の最大輝度角度は2.5°と面直方向から傾斜しており、拡散光強度が半分になる角の比は1.2:1と最大輝度軸に対して非対称であるため、最大輝度軸の方向により多くの光が拡散していることが分かる。
実施例1と同一の条件にて、アルミ平板ではなく直径20cmのアルミロールにサンドブラスト処理を行い、ロールトゥーロール連続成膜機を用いて、屈折率が1.53のウレタンアクリル樹脂を塗布しながら100μm厚のポリエチレンテレフタレートを被せ、硬化に十分な量の紫外線として積算光量1000mJをポリエチレンテレフタレート側から照射、金型から離型し光拡散シートを作成した。
光拡散シートとして、実施例5,8の光拡散シート、本発明の光拡散シートであって最大輝度軸に対する非対称度が1.5,2.0のものを用い、それぞれ裏面にアルミニウムの反射板を張り合わせて反射型スクリーンを作成した。また、等方の拡散特性をもつ光拡散シート(株式会社きもと製、商品名125PW)、対称性であり異方性の拡散特性をもつ光拡散シート(株式会社オプティカルソリューションズ製、商品名LSD60*25)を用い、同様に裏面にアルミニウムの反射板を張り合わせて比較用の反射型スクリーンを作成した。
実施例1と同様にアルミ板の表面をサンドブラスト処理によって加工して光拡散シート複製用金型を作成し、紫外線硬化型樹脂を用いて光拡散シートを作成した。なおこの時、金型作成時のサンドブラスト処理条件として、研削材の粒径、パワー、ブラスト角度を変えることで金型のX方向の表面粗さピッチを90〜420μmに変化させた。
解像力(dpi)=2.54×3438×視力/観察距離(cm)
すなわち、視力1.0の人間が60cmの距離から観察すると146dpi(173μmピッチ)を認識出来ることになり、200cmの距離から観察すると44dpi(577μmピッチ)を認識出来る。そのため使用される光拡散シートからの観察距離や想定される視力にもよるが、100〜200cm程度の距離から観察することを考えると表面粗さ(凹凸ピッチ)は300μm以下であることが望ましい。
Claims (9)
- 光拡散シートを複製するのに用いられる金型の製造方法において、
金型母材表面にブラストガンから研削材を吹き付けて前記金型母材表面に凹凸を形成するサンドブラスト加工を行うことよりなり、
前記サンドブラスト加工において、前記金型母材表面と前記ブラストガンとのなす角を0〜20°となるようにした光拡散シート複製用金型の製造方法。 - 金型を直接または間接に用いて光拡散シートを複製することよりなる光拡散シートの製造方法において、
金型母材表面にブラストガンから研削材を吹き付けて前記金型母材表面に凹凸を形成するサンドブラスト加工を行い、かつ前記サンドブラスト加工において、前記金型母材表面と前記ブラストガンとのなす角を0〜20°となるようにしたものを前記金型として用いる光拡散シートの製造方法。 - 金型母材表面にブラストガンから研削材を吹き付けて凹凸を形成するサンドブラスト処理表面の凹凸形状を転写した縦方向と横方向とで異なる拡散特性を有する光拡散面を備えた光拡散シートであって、前記サンドブラスト処理が、前記金型母材表面と前記ブラストガンとのなす角を0〜20°となるようにした処理であり、
前記縦方向および前記横方向のいずれか一方または両方において、入射角0°で拡散面に照射した光の前記拡散面からの拡散光輝度の角度依存性を測定した時に、前記金型母材表面と前記ブラストガンとのなす角による最大輝度の軸ずれを有している光拡散シート。 - 金型母材表面にブラストガンから研削材を吹き付けて凹凸を形成するサンドブラスト処理表面の凹凸形状を転写した縦方向と横方向とで異なる拡散特性を有する光拡散面を備えた光拡散シートであって、前記サンドブラスト処理が、前記金型母材表面と前記ブラストガンとのなす角を0〜20°となるようにした処理であり、
前記縦方向および前記横方向のいずれか一方または両方において、入射角0°で拡散面に照射した光の前記拡散面からの拡散光輝度の角度依存性を測定した時に最大輝度軸が光拡散シート主面の法線方向に対して傾いており、該最大輝度軸に対して前記輝度分布が非対称であり、前記金型母材表面と前記ブラストガンとのなす角による最大輝度軸に対する非対称度を有する光拡散シート。 - 前記光拡散面の凹凸ピッチが300μm以下である請求項3〜4のいずれか一に記載の光拡散シート。
- 金型母材表面にブラストガンから研削材を吹き付けて凹凸を形成するサンドブラスト処理表面の凹凸形状を転写した縦方向と横方向とで異なる拡散特性を有する光拡散面を備え、前記サンドブラスト処理が、前記金型母材表面と前記ブラストガンとのなす角を0〜20°となるようにした処理であり、前記縦方向および前記横方向のいずれか一方または両方において、入射角0°で拡散面に照射した光の前記拡散面からの拡散光輝度の角度依存性を測定した時に、前記金型母材表面と前記ブラストガンとのなす角による最大輝度の軸ずれを有する光拡散シートを備えたスクリーン。
- 前記軸ずれが、当該スクリーンの中央部方向である請求項6に記載のスクリーン。
- 請求項3〜5のいずれか一に記載の光拡散シートと、該光拡散シートの光拡散面とは反対面側に設けられた反射層とを備えたスクリーン。
- 請求項3〜5のいずれか一に記載の光拡散シートを備え、該光拡散シートは、前記光拡散面とは反対面側からの投射光を透過して該光拡散面から拡散して放射するものであるスクリーン。
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