JP4864291B2 - 光学スクリーン用樹脂材料及び光学スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、極めて優れた複屈折特性を有する光学用のメタクリル酸メチル‐スチレン系樹脂材料及びそれから得られる光学スクリーン又はシートに関する。

プロジェクションテレビの透過型スクリーンのような光学スクリーンは、通常、フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートやフロントパネルを組み合わせたスクリーンから構成されている。映像源に形成された映像を投射レンズにより反射鏡を介してレンチキュラーレンズシートに拡大投影し、これを透過した映像をフロントパネルを通して、観察する方式である。現在、映像源としてブラウン管及び液晶を用いたものがある。

透過型スクリーンには広い配光特性を持ち、光利用効率が高いことが求められる。配光特性と光利用効率を満足させるためには、スクリーンを透過する光線に対して縦方向には狭く、横方向には広い指向性を持たせて、観察者がいる位置に光線を絞り込み、天井や床などの観察者のいない方向には光を振り分けないようにすることが有効である。こうした指向性を得るために、レンチキュラーレンズを配し、横方向に強く光を拡散させることが広く行われている。

また、多くの場合、レンチキュラーレンズより映像源側にフレネルレンズを組み合わせることが行われている。これは映像源から広がる方向に進む光線を観察者側に向かうように絞り込ませるためである。フレネルレンズがない場合は中心部が明るく、周辺部が暗い映像となる。なお、レンチキュラーレンズより観察者側にフロントパネルを組み合わせることが行われている。フロントパネルは耐擦傷性を有す必要があり、通常、ハードコート処理を施されている場合が多い。ハードコート処理を施した場合でもフロントパネル自体の表面硬度は高い方が望ましい。

また、耐候性に関して、湿気等によりスクリーンが歪む現象は避けなければならない。歪み等の現象が発生した場合、光源からの光線を絞り込ませることが困難となり、結果としてコントラスト低下に繋がるからである。

スクリーンが受ける熱には、外部から受ける熱と映写する際に内部から受ける熱とがある。使用季節や、使用時間、使用場所により、この二つの熱の度合いは異なる。それらの熱からスクリーンの歪み、変形を阻止するために、耐熱性を向上させる必要がある。

また、スクリーンを構成するシート成形をした際、シートに複屈折が出る。複屈折が高いとスクリーン材料として使用した際、中心部は鮮明に見え、周辺部は像が歪み、鮮明な画像が得られない。そこで、文字等を鮮明に映写させるために、複屈折を低く抑える対策が必要とされる。

特許文献１には、メタクリル酸メチルと芳香族ビニル系単量体の組成を規定することにより、低吸湿性、高剛性及び屈折率の波長依存性の改良が開示されている。特許文献２には、メタクリル酸メチルとアクリル酸アルキルエステルの共重合体に対し、脂肪酸と脂肪族アルコールを添加することによる離形性の改良が開示されている。しかし、当該組成では、耐熱性の改良、複屈折の低減は困難であり、依然として、上記のような問題の解決に至っていない。

特許文献３では、レンズシートの構成や当該シートの複屈折の規定はあるものの、その材料については、特に規定するものではなく、実施例では、アクリル樹脂が例示されている。通常のアクリル樹脂では、低複屈折の特性は有するものの、吸湿性の低減、耐熱性の向上は困難であるため、問題の解決に至っていない。

ところで、特許文献４では、メタクリル酸メチル、スチレン、α−メチルスチレンの共重合体について開示されており、更には耐熱性の向上に関しても開示されているが、複屈折の低減された光学スクリーン材料については開示されていない。

特開２００２−３６３２２４号公報 特開平８−２６９２９１号公報 特開平５−２４９５６４号公報 特開平４−３００９０８号公報

本発明は、耐熱性、硬度が高く、吸水率が低く、複屈折の低減された光学スクリーン用樹脂材料とそれから得られる光学スクリーンを提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、特定の組成を有するメタクリル酸メチル‐スチレン系樹脂を光学系スクリーン用樹脂材料として用いることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、メタクリル酸メチル単位５０〜８０重量％、芳香族ビニル系単量体単位２０〜５０重量％の割合で構成され、芳香族ビニル系単量体がスチレン及びα−メチルスチレンであり、かつ、スチレン／α‐メチルスチレンの割合が０．６〜１２（重量比）であり、ビカット軟化温度１０５℃以上、鉛筆硬度３Ｈ以上及び２ｍｍ厚シート成型品としたときの複屈折が１５０ｎｍ以下の光学スクリーン用樹脂材料である。また、本発明は、この樹脂材料をシート状に成型して得られる光学スクリーン用シート及びこのシートを使用した光学スクリーンである。

本発明の光学スクリーン用樹脂材料（以下、樹脂材料又はメタクリル系樹脂ともいう）は、該樹脂を構成する単量体として、メタクリル酸メチル単位を５０〜８０重量％、好ましくは５５〜７５重量％、更に好ましくは６０〜７０重量％含むものであり、かつ、芳香族ビニル系単量体単位を２０〜５０重量％、好ましくは２５〜４５重量％、更に好ましくは３０〜４０重量％含むものである。メタクリル酸メチル単位の割合が５０重量％未満では、複屈折低減効果が得られず、８０重量％を超えると高吸湿性を有するため、光学スクリーン用途には適さない。

スチレン／α‐メチルスチレンの割合（重量比）は、０．４〜１８であり、好ましくは、好ましくは、０．６〜１２、更に好ましくは、１〜８である。スチレン／α‐メチルスチレンの割合が０．４未満の場合、重合速度が著しく低下し、成形材料として好ましくない。１８を超えると、耐熱性の向上、複屈折低減効果が期待できない。

本発明の樹脂材料は、α‐メチルスチレン、メタクリル酸メチル及びスチレンを共重合させることにより得ることができる。通常、これらのモノマーの使用割合は、樹脂材料中の各構成単位の存在割合にほぼ対応するが、α‐メチルスチレンの反応性が最も低いので、α‐メチルスチレン単位の存在割合は、モノマーとしてのα‐メチルスチレンの使用割合よりいくぶん少ないものとなる。

本発明のメタクリル系樹脂の製造法については特に制限が無く、通常、工業的に行われているラジカル重合法で実施し得るが、本発明の用途には、微少な異物の混入はできるだけ避けるのが好ましく、この観点からは懸濁剤や乳化剤を用いない塊状重合法や溶液重合法によるのが好ましい。特に、単量体混合物を反応器へフィードしながら、重合体単独、又は重合体と単量体、溶剤とからなる溶液を連続的に抜き出す連続塊状重合法や連続溶液重合法が適当である。ここで、重合時に溶剤を用いる場合は、製造するメタクリル系樹脂の色調や耐候性、耐光性を損なう恐れが無い様な化学的に安定な物質を選ぶべきである。この観点から、溶剤としてはトルエン、エチルベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル等が挙げられ、これらは単独で、あるいは２種類以上を併用して使用することができる。

本発明のメタクリル系樹脂の製造法においては、重合開始剤を使用することが好ましく、重合開始剤としては、一般にラジカル重合において用いられる任意の重合開始剤を使用することができる。例えば、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物、ジ‐ｔ‐ブチルパーオキサイド等の過酸化物などを用い得る。これらの開始剤は単量体混合物に対して、０．００５〜１重量％の範囲で用いられる。また、分子量を調節するためにラジカル重合において一般的に用いられる連鎖移動剤を使用できる。連鎖移動剤としては、例えば、ｎ‐ブチルメルカプタン、ｎ‐オクチルメルカプタン、ｔ‐ドデシルメルカプタン、２‐エチルヘキシルチオグリコレート等のメルカプタン類が好ましく用いられる。

重合終了後、定法により脱気処理やペレット化されて本発明のメタクリル系樹脂を得る。このメタクリル系樹脂としては、重量平均分子量が１０万〜２５万であり、かつ、２００℃、荷重５ｋｇで測定されるメルトフローレートが０．４〜２．５ｇ／１０分であるものが好ましい。メルトフローレートはより好ましくは０．７〜１．５ｇ／１０分である。このように、重量平均分子量を１０万以上とすることにより、樹脂の機械的強度を高めることができる。

このようにして得られたメタクリル酸メチル系樹脂には、必要に応じて、光拡散剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、可塑剤、離型剤、帯電防止剤、耐衝撃賦与成分等の添加剤を１種又は２種以上配合してもよい。これらの添加剤をメタクリル系樹脂に配合する方法としては、例えば、スーパーミキサー等の混合機で混合した後、押出機で溶融混練する方法等が挙げられる。

光拡散剤を配合する場合、該光拡散剤としては、例えば、スチレン系架橋樹脂粒子、アクリル系架橋樹脂粒子、シリコーン系架橋樹脂粒子のような有機系架橋樹脂粒子や、ガラスビーズ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、マイカ、タルクのような無機系粒子を用いることができ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。また、光拡散剤の平均粒子径は、通常２〜３５μｍ、好ましくは３〜３０μｍであり、平均粒子径１μｍ以下のものが全体の１０％未満であるのがよい。光拡散剤の配合量は、光拡散剤と基材のメタクリル系樹脂との屈折率差や、光拡散剤の粒子径等により、適宜調整される。

本発明のメタクリル系樹脂又は樹脂材料から、フレネルレンズシートを作成する場合、キャスト成形により行ってもよいし、押出成形等によりシート化した後、プレス成形により該シートの表面にフレネルレンズ形状を付与してもよいし、押出成形等によりシート化した後、該シートの表面に紫外線硬化型樹脂をフレネルレンズ形状に形成するように硬化させてもよい。また、レンチキュラーレンズシートを作製する場合、キャスト成形により行ってもよいし、レンチキュラーレンズ形状と逆形状の金型ロールを介して、押出成形により行ってもよいし、更に得られたシートに、ハードコート、帯電防止コート、低反射コート等の表面処理を行ってもよい。

本発明の光学スクリーン用シートは、シート状のフレネルレンズ、レンチキュラーレンズやフロントパネル等が含まれる。本発明の光学スクリーンは、映像源側からフレネルレンズ、レンチキュラーレンズ及びフロントパネルの順に配置した構成であることが好ましく、その少なくとも１つが、好ましくはフレネルレンズ又はレンチキュラーレンズ又は両者が、前記光学スクリーン用シートからなっている。好ましくは、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ及びフロントパネルの２つ又は３つが前記光学スクリーン用シートからなっている。

本発明の光学スクリーン用樹脂材料は、その高耐熱性により剛性並びに強度向上されており、吸水率も低い。更には、複屈折が低減されているため、大画面で薄い光学スクリーン材料として好適に用いられる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。但し、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。なお、以下の製造例及び比較製造例で製造したメタクリル系樹脂の物性の測定は以下の方法により行った。
分子量の測定：ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを使用しポリスチレン換算の重量平均分子量を測定した。
共重合体中の各単位組成：熱分解型ガスクロマトグラフィーのモノマーの面積比より各モノマー単位組成を算出した。

（Ａ）光学物性測定用サンプルＡの成形：各製造例及び比較製造例で得たペレットを、１５ｔ成形機を用いて、射出成形を行い、５０×７５ｍｍ、厚さ４ｍｍの角板状のプレートを得た（金型温度９０℃）。成形温度は樹脂温度２３０℃である。
（Ｂ）フレネルレンズ用シートサンプルＢの成形：各製造例及び比較製造例で得たペレットを、押出器で加熱混練後（１８０〜２３０℃）、ダイスから出た溶融樹脂をロール間に通し、冷却して、３１０×２２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのシートを得た（ロール温度９０℃）。

各実施例及び比較例で製造したペレットを用いて下記評価項目（４）を、また、上記サンプルAを用いて（２）、（３）、（５）、（６）を、サンプルＢを用いて（１）の評価試験を行った。評価結果については表３に記載する。

（１）複屈折：ユニオプト(有)製のＡＢＲ‐１０Ａ‐４０Ａにより測定した。
（２）耐熱性：ＪＩＳ Ｋ‐７２０６に準拠して、ビカット軟化温度（ＶＳＴ）を求めた。
（３）鉛筆硬度：ＪＩＳ Ｋ‐５４０１に準拠して測定した。
（４）メルトマスフローレート（ＭＦＲ）：ＪＩＳ Ｋ‐７２１０に準拠して測定した。
（５）吸水率：ＪＩＳ Ｋ−７２０９に準拠して測定した。
（６）全光線透過率：４０×６０ｍｍ、厚さ４ｍｍの角板状のプレートにつき、ＪＩＳ Ｋ‐７１０５に準拠して測定した。

また、実施例及び比較例中で使用する略号は次の意味を有する。
ＭＭＡ：メタクリル酸メチル
αＭＳｔ：α‐メチルスチレン
Ｓｔ：スチレン
開始剤：パーカドックス１２‐ＥＢ２０

実施例１〜９、比較例１〜５
表１に記載の割合で原料モノマー及び重合開始剤を仕込み、反応温度１２０℃、５時間滞留条件下で、一槽型完全混合反応器と脱揮槽を連結した設備を用い、連続塊状重合を行い、脱気及びペレット化を行った。得られた樹脂ペレットの組成、転化率、分子量について、表２に記載する。表１において、原料モノマー比は、ＭＭＡ／αＭＳｔ／Ｓｔである。表２において、ポリマー組成は、ＭＭＡ単位／αＭＳｔ単位／Ｓｔ単位である。

Claims (3)

1. メタクリル酸メチル単位５０〜８０重量％、芳香族ビニル系単量体単位２０〜５０重量％の割合で構成され、芳香族ビニル系単量体がスチレン及びα−メチルスチレンであり、かつ、スチレン／α−メチルスチレンの重量割合が０．６〜１２であり、ビカット軟化温度１０５℃以上、鉛筆硬度３Ｈ以上及び２ｍｍ厚シート成型品としたときの複屈折が１５０ｎｍ以下の光学スクリーン用樹脂材料。
   
2. 請求項1に記載の樹脂材料を膜状に成型して得られる光学スクリーン用シート。
3. 映像源側からフレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、フロントパネルの順に配置した構成を有し、その少なくとも１つが請求項２記載の光学スクリーン用シートである光学スクリーン。