JP7191537B2 - 異方性光学フィルム - Google Patents
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Description
特許文献2には、フィルム内部に屈折率が異なる複数の板状領域からなる所定の内部構造を有する光拡散フィルムであって、入射光を多角形状に光拡散させることができる光拡散フィルムが提案されている。
特許文献3には、フィルム内部に、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布することにより、屈折率の高低からなる濃淡模様が形成されており、その屈折率の異なる部分が、フィルムの厚さ方向に対して傾斜して層状に分布している構造の光散乱フィルムが提案されている。
本発明(1)は、
一方の表面から入射する光の入射角に依存して、他方の表面から出射する光の拡散性が変化する異方性光学フィルムであって、
前記異方性光学フィルムは、マトリクス部Aと、前記異方性光学フィルムの一方の表面から他方の表面に向かって延在し、前記異方性光学フィルムの平面方向と平行な平面における断面形状の直径、長軸長さ、断面形状内の最も長い長さ、又は、断面形状を内接する多角形形状内の最も長い長さが、10μm~100μmである柱状部Bとを、含み、
前記マトリクス部A又は柱状部Bのいずれか一方が、マトリクス領域aと、異方性光学フィルムの表面と平行な平面における断面形状の直径、長軸長さ、断面形状内の最も長い長さ、又は、断面形状を内接する多角形形状内の最も長い長さの最大値が、0.5μm~20μmである複数の柱状領域bとを含む非均一相であり、他方が、マトリクス領域aのみを含む均一相であって、
前記マトリクス領域aと、前記複数の柱状領域bとは、絶対屈折率が異なっており、
前記複数の柱状領域bは、前記異方性光学フィルムの一方の表面から他方の表面に向かって延在していることを特徴とする、異方性光学フィルムである。
本発明(2)は、
前記マトリクス部Aが、非均一相であり、前記柱状部Bが、均一相であることを特徴とする、前記発明(1)に記載の異方性光学フィルムである。
本発明(3)は、
前記柱状部Bが、前記異方性光学フィルム表面の法線方向に対し、0°~70°傾斜していることを特徴とする、前記発明(1)又は(2)の異方性光学フィルムである。
本発明(4)は、
前記柱状部Bは、前記異方性光学フィルム表面と平行な平面における断面形状が、長方形形状であり、前記長方形形状の短辺と、長辺との長さの比が、1:1~1:20であることを特徴とする、前記発明(1)~(3)のいずれかの異方性光学フィルムである。
本発明(5)は、
前記異方性光学フィルム表面の法線方向から観察した、前記マトリクス部A及び柱状部Bが、格子形状に形成されていることを特徴とする、前記発明(1)~(4)の異方性光学フィルムである。
本発明(6)は、
前記柱状部Bは、前記異方性光学フィルム表面と平行な平面における断面形状が、円形状又は楕円形状であり、前記円形状又は楕円形状の最短径と、最長径との長さの比が、1:1~1:20であることを特徴とする、前記発明(1)~(3)の異方性光学フィルムである。
本発明(7)は、
前記柱状領域bが、前記異方性光学フィルム表面の法線方向に対し、0°~70°傾斜していることを特徴とする、前記発明(1)~(6)の異方性光学フィルムである。
本発明(8)は、
前記複数の柱状領域bは、前記異方性光学フィルム表面と平行な平面における断面形状が、円形状又は楕円形状であり、前記円形状又は楕円形状の最短径と、最長径との長さの比が、1:1~1:20であることを特徴とする、前記発明(1)~(7)に記載の異方性光学フィルムである。
本発明(9)は、
前記異方性光学フィルム表面の法線方向から観察した、前記複数の柱状領域bが、円形状又は楕円形状に形成されており、前記円形状又は楕円形状の最短径と、最長径の長さの比が、1:20超であることを特徴とする、前記発明(1)~(7)に記載の異方性光学フィルムである。
本発明(10)は、
前記柱状部Bの、前記異方性光学フィルム表面の法線方向に対する傾斜角度と、前記柱状領域bの、前記異方性光学フィルム表面の法線方向に対する傾斜角度とが、略同一であることを特徴とする、前記発明(3)~(9)のいずれかの異方性光学フィルムである。
「マトリクス領域a」と「柱状領域b」とは、前記非均一相である「マトリクス部A」又は「柱状部B」内に含まれるミクロ視点における構造単位である。
「直線透過率」とは、一般に、異方性光学フィルム又は非均一相に対して入射した光の直線透過性に関し、ある入射光角度から入射した際に、入射方向と同一の直線方向の透過光量と、入射した光の光量との比率であり、下記式で表される。
直線透過率(%)=(直線透過光量/入射光量)×100
本発明に係る異方性光学フィルムは、入射光の入射角に依存して、直線透過率が変化する。即ち、所定の角度範囲の入射光は、直線性を維持して透過し、その他の角度範囲の入射光は、全ての成分が直線的に透過せず、一部が拡散する(例えば、図1)。図1は入射角が20°~50°の場合に、拡散性を示す例であり、その他の角度では、拡散性を示さず、直線透過性を示すことを表わしている。即ち20°よりも小さな0°と、50°よりも大きな65°では、拡散を起こさず、直線透過のみが起こる。
本発明に係る異方性光学フィルムの厚さは、特に限定されないが、例えば、5μm~200μmが好ましく、10~100μmがさらに好ましい。厚さが200μmを超える場合、材料費がよりかかるだけでなく、UV照射にかかる費用も増すため、コストがかかり、異方性光学フィルムの厚さ方向での拡散性増加により、画像ボケやコントラスト低下が起こりやすくなる。又、厚さが5μm未満の場合、光の拡散性及び集光性を十分なものとすることが難しい場合がある。
以下に本発明に係る非均一相について説明する。本発明に係る非均一相は、上述したように、一方の表面から入射する光の入射角に依存して、他方の表面から出射する光の拡散性が変化する異方性の光学特性を有する。
柱状領域bの延在方向(配向方向)Pは、散乱中心軸と平行になるように形成されることができ、非均一相が所望の直線透過率及び拡散性を有するように適宜定めることができる。なお、散乱中心軸と柱状領域b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。
ここで、単一の光学特性を有する非均一相のみを含んでフィルム作製した場合の光学特性を説明し、本発明の非均一相の光学特性について説明する。
図6に示すように、非均一相(又は異方性光学フィルム)は、入射光角度によって直線透過率が変化する光拡散性の入射光角度依存性を有するものである。ここで、図6のように光拡散性の入射光角度依存性を示す曲線を以下、「光学プロファイル」と称する。
本発明に係るマトリクス部A、又は、柱状部Bのどちらか一方は、均一相であり、他方は非均一相である。
2-1.異方性光学フィルムの散乱中心軸
本発明に係る異方性光学フィルムは、少なくとも1つの散乱中心軸を有することができる。前記散乱中心軸角度は、特に限定されないが、例えば、-70°~+70°である。-70°~+70°を超える範囲では、後述する製造過程においてシート状に設けられた光重合性化合物を含む組成物に対して深い傾きから光を照射する必要があり、照射光の吸収効率が悪く製造上不利であるため好ましくない。
本発明に係る異方性光学フィルムのヘーズ値は、特に限定されないが、例えば、5%~90%が好ましく、30%~80%がより好ましく、50%~70%がさらに好ましい。
本発明の異方性光学フィルムの法線方向より入射した光の直線透過率は、特に限定されないが、例えば、1~50%が好ましく、5~45%がより好ましく、10%~40%がさらに好ましい。この範囲とすることで、ブラックマトリクスの視認性を低下又は消失させる効果を高くすることができる。
ここで、上述した異方性光学フィルムの効果について、図9に沿って詳述する。図9は、本発明に係る異方性光学フィルムに入射した入射光が、異方性光学フィルムにより、拡散される様子を示した模式図と、その透過光の出射角度に対する正面輝度を示すグラフである。図9(a)及び(b)は、図2に示された、マトリクス部Aと柱状部Bを有し、マトリクス部Aを非均一相とした異方性光学フィルムであり、非均一相に含まれる柱状領域bの平均長径MLbを5μm、平均短径MSbを5μmとして(即ち、アスペクト比を1とした)形成した異方性光学フィルムである。図9(a)は、柱状領域bの傾きを0°(法線方向に対する傾き)とした場合のモデル図であり、図9(b)は、柱状領域bを45°傾けた場合のモデル図である。グラフの実線は、上述した本発明に係る異方性光学フィルムが示す輝度の挙動であり、破線は、上述した非均一相のみで作製した異方性光学フィルムが示す輝度の挙動である。
本発明の異方性光学フィルムの製造方法は、光硬化性組成物層にUV等の光線を照射することにより製造することができる。以下、初めに異方性光拡散層の原料を説明し、次いで製造プロセスを説明する。下記では主に、好適例である、1種類の光学特性を有する非均一相(即ち、柱状領域bの形状、傾き、大きさ等が1種類のみ存在する場合である)を含む異方性光学フィルムの製造について説明し、必要に応じてその他の態様について補足する。
異方性光学フィルムの原料について、(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。
本発明に係る異方性光学フィルムを形成する材料である光重合性化合物は、ラジカル重合性又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、紫外線及び/又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、異方性光学フィルムに含まれる非均一相を形成する材料が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、アクリレート又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。
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。又、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。
本発明に係る光開始剤は、光重合性化合物100質量部に対して、0.01~10質量部、好ましくは0.1~7質量部、より好ましくは0.1~5質量部程度配合される。これは、0.01質量部未満では光硬化性が低下し、10質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さらに好ましく、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。又、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とも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さら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、図10に基づいて、本形態の異方性光学フィルムのプロセス(製造方法)について説明する。図10は、本形態の異方性光学フィルムの製造プロセスの概要及び前記プロセスに従って成長する柱状領域bの概略を示す。なお、本発明に係る異方性光学フィルムの製造方法は、製造方法の一例を示すものであり、下記の方法に限定されるものではない。
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材(基体)上に塗布し又はシート状に設け、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、異方性光学フィルムを作製することができる。以下では、光硬化性組成物を基体上に塗布し又はシート状に設けたものを塗工膜と称する。
本発明に係る異方性光学フィルムの形成工程として、以下の工程について詳述する。
(工程1)基材上に、光硬化性組成物を塗工し、塗工膜90を設ける塗工工程
(工程2)塗工膜90上にマスクフィルムを積層するマスクフィルム積層工程
(工程3)塗工膜90上で、1方向拡散光線又は平行光線の照射により硬化を行う硬化工程
工程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。
工程2において、光硬化性組成物層の酸素阻害を防止して、本形態に係る均一相と、非均一相の特徴である柱状領域b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フィルム(以下、単にマスク等とする。)を積層することが好ましい。マスクの材質としては、特に限定されず、例えば、通常の透明プラスチックフィルム等を用いればよいが、カーボン等の光吸収性のフィラーをマトリ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でもよい。
次に、図10に基づいて、硬化工程にて使用する装置の説明を行い、均一相及び非均一相の具体的な形成プロセスについて説明する。
先ず、均一相91及び非均一相92の製造には、図10に示すように、主に、光源(図示せず)と、任意で指向性拡散素子94と、移動可能な遮光板93と、マスク板95と、処理台(図示せず)とを用いる。
図10の(a)領域の工程では、塗工膜90の全体が未だ遮光板93によって覆われており、光源から発せられた光はマスク板95上に照射されていない。従って、図10の状態(a)に示すように、非均一相92は形成されず、塗工膜90の全体が未硬化の状態である。
図10の状態(b)では、移動式遮光板93が取り除かれることによって、遮光板93の下方に設けられたマスク板95を介して、拡散光Eが塗工膜90に照射される(図示しないが、指向性拡散素子を有していない場合は、平行光Dが照射される)。
又、散乱中心軸の傾斜を複数とするためには、複数の光源からの光を、各散乱中心軸の傾きに合わせればよい。
本発明に係る異方性光学フィルムは、照明、表示装置等の拡散フィルムとして好適に用いることができる。特に、VR技術などで用いられるヘッドマウントディスプレイのカラーフィルターよりも視認側に用いることで、カラーフィルターに含まれるブラックマトリクスによるスクリーンドアエフェクト効果の防止に用いることができる。
次に、本発明を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明するが、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。
厚さ3mmの合成石英上にクロム遮光膜をパターン形成した、図11に示す6種類のフォトマスクを準備した。6種類のパターンを有するフォトマスクは、それぞれ、1辺が40μmの正方形の遮光部がピッチ20μmのスペースを介して格子状に整列したパターンA、直径が40μmの円形の遮光部がピッチ20μmのスペースを介して格子状に整列したパターンB、直径が20μmの円形の遮光部がピッチ10μm以上のスペースを介してランダム状に整列したパターンC、パターンAの遮光部と透明部が逆転したパターンD、パターンBの遮光部と透明部が逆転したパターンE、パターンCの遮光部と透明部が逆転したパターンFである。
以下の方法に従って、本発明の単層又は複数層の非均一相を有する異方性光学フィルムを作製した。
・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質量部 (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質量部 (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質量部 (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質量部(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質量部 (BASF社製、商品名:Irgacure651)
上記実施例1及び7の異方性光学フィルムの作製において、フォトマスクを使用しない他は、同様にして作製を行ない、順に、比較例1及び2の異方性光学フィルムを作製した。
下記屈折率1.47のアクリル系粘着剤組成物100質量部に対し、粘着剤組成物とは屈折率の異なる微粒子として、シリコーン樹脂微粒子(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名:トスパール145)を、20質量部添加し、アジターにて30分間撹拌して、微粒子を分散させ、塗液とした。当該塗液を、コンマコーターを用いて、厚さ38μmの離型PETフィルム3上に、溶剤乾燥後の膜厚が25μmになるように塗工し、乾燥させて、PET付きの等方性拡散粘着層を作製した。さらに、等方性拡散粘着層表面に対し、離型PETフィルム3よりも剥離力が高い、厚さ38μmの離型PETフィルム4をラミネートし、両面に、PETフィルムを有する、比較例4の等方性光学フィルムを作製した。
作製した比較用光学フィルム4の特性を、以下、表1に示した。又、比較例1、2及び4の光学プロファイルを図13に示した。
・アクリル系粘着剤(全固形分濃度18.8%、溶剤:酢酸エチル、メチルエチルケトン) 100質量部(綜研化学社製、商品名:SKダインTM206)
・イソシアネート系硬化剤 0.5質量部(綜研化学社製、商品名:L-45)
・エポキシ系硬化剤 0.2質量部(綜研化学社製、商品名:E-5XM)
2,3 異方性光学フィルム表面
10 マトリクス部A
20 柱状部B
30,91 非均一相(マトリクス部A又は柱状部B)
40,92 均一相(マトリクス部A又は柱状部B)
50 マトリクス領域a
60 柱状領域b
70 光源
80 検出器
90 塗工膜
93 遮光版
94 指向性拡散素子
95 マスク
96 遮光部
97 透光部
Claims (8)
- 一方の表面から入射する光の入射角に依存して、他方の表面から出射する光の拡散性が変化する異方性光学フィルムであって、
前記異方性光学フィルムは、マトリクス部Aと、前記異方性光学フィルムの一方の表面から他方の表面に向かって延在している柱状部Bとを含み、
前記柱状部Bは、前記異方性光学フィルムの平面方向と平行な平面における前記柱状部Bの断面形状の直径、長軸長さ、又は、前記柱状部Bの断面形状内の最も長い長さが、10μm~100μmであり、
前記マトリクス部Aは、マトリクス領域aと複数の柱状領域bとを含む非均一相であり、
前記柱状部Bは、マトリクス領域aのみを含む均一相であり、
前記複数の柱状領域bは、前記異方性光学フィルムの表面と平行な平面における前記複数の柱状領域bの断面形状の直径、長軸長さ、又は、前記複数の柱状領域bの断面形状内の最も長い長さが、0.5μm~20μmであり、
前記マトリクス領域aと、前記複数の柱状領域bとは、絶対屈折率が異なっており、
前記複数の柱状領域bは、前記異方性光学フィルムの一方の表面から他方の表面に向かって延在していることを特徴とする、異方性光学フィルム。 - 前記異方性光学フィルム表面の法線方向に対する前記柱状部Bの軸方向の角度が0°~70°であ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。
- 前記柱状部Bは、前記異方性光学フィルム表面と平行な平面における前記柱状部Bの断面形状が長方形形状であり、前記長方形形状の短辺と、長辺との長さの比が、1:1~1:20であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の異方性光学フィルム。
- 前記異方性光学フィルム表面の法線方向から観察した、前記マトリクス部A及び柱状部Bが、格子形状に形成されていることを特徴とする、請求項1~3に記載の異方性光学フィルム。
- 前記柱状部Bは、前記異方性光学フィルム表面と平行な平面における前記柱状部Bの断面形状が円形状又は楕円形状であり、前記円形状又は楕円形状の最短径と、最長径との長さの比が、1:1~1:20であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の異方性光学フィルム。
- 前記異方性光学フィルム表面の法線方向に対する前記柱状領域bの軸方向の角度が0°~70°であることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の異方性光学フィルム。
- 前記複数の柱状領域bは、前記異方性光学フィルム表面と平行な平面における前記複数の柱状領域bの断面形状が円形状又は楕円形状であり、前記円形状又は楕円形状の最短径と、最長径との長さの比が、1:1~1:20であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の異方性光学フィルム。
- 前記柱状部Bの、前記異方性光学フィルム表面の法線方向に対する傾斜角度と、前記柱状領域bの、前記異方性光学フィルム表面の法線方向に対する傾斜角度とが、略同一であることを特徴とする請求項2~7のいずれか1項に記載の異方性光学フィルム。
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