JPS5815761B2 - ヒカリカクサンブザイ オヨビソノ セイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光を散乱拡散させる作用のある新規な光拡散
部材及びその製造方法に関するものであり、更に詳細に
は、大きさに異方性のある光拡散中心を内在させること
により光拡散性に異方性を附与させた光拡散部材及びそ
の製造方法に関するものである。

従来、光拡散部材としては、光拡散性のある顔料や、ガ
ラスピーズ、マイクロカプセル、炭酸カルシウム、二酸
化硅素等をビヒクル中に分散させて、光拡散層を透明又
は半透明のプラスチックシート等の基板に塗布等の手段
で形成したもの、或いは前記ビヒクル中に分散させたも
のを透明又は半透明の樹脂と混合均一化した後固化して
シート又は板状としたもの、更に別には結晶性高分子材
料中に生成する結晶粒子の光拡散性を利用したもの等が
知られている。

面乍ら、斯かる光拡散部材の光拡散性は等方的である為
に例えば、大劇場等の様な上下方向の幅よりも水平方向
の幅の方が極めて長いシネラマタイプのスクリーンを形
成した場合を考えると、スクリーンの水平方向の視野角
で決めた光拡散性は、上下方向では極めて充分過ぎる光
拡散性であって余分な明かるさとなる。

この場合、上下方向の余分な光拡散性を押えてその分だ
け画面の明かるいスクリーンとしたり、或いは明かるさ
はそのままにして上下方向の余分な光拡散性を水平方向
の光拡散性に加味し、より効率良い光拡散性を附与した
スクリーンとすることは、影写装置の光源の容量を小さ
くすることが出来省エネルギー化にも一役荷うものであ
る。

又、別には光源がタングステン電球の様な点光源ではな
く、螢光燈の如き線光源を使用する場合を考えると、通
常照明範囲を等方的に均一に照明するという意味からし
ても螢光燈の長手方向と直角方向の光拡散性が高い、即
ち光拡散性に異方性がある方が望ましいものである。

詰り、光拡散性に異方性があると線光源を効率良く面光
源に又点光源を線光源に換えることが出来るものである
。

この様に光拡散性に異方性のある、即ち指向性のあるも
のとして従来指向性スクリーンがある。

この指向性スクリーンは、レンチキュラーやフレネルレ
ンズ、あるいは小さなプリズムを敷き並べた前面板を従
来の等方性光拡散板と組合せることによって試みられて
いるが、その指向性だけについて言えばレンズやプリズ
ム作用によってなんとか満足するものであるが、光拡散
板での光量ロスはさける事が出来ず充分満足な状態とは
云えない。

本発明は斯かる点を鑑みて成され光拡散性に異方性のあ
る新規な光拡散部材を提供することを目的とし詳細には
屈折率の異なる複数の領域の中、少なくとも一つの領域
が大きさに異方性のある光拡散中心であって、その長軸
方向に配列させる事により前述の目的は達成されるもの
である。

本発明は、担持媒体中に、該担持媒体とは屈折率を異に
し、大きさに異方性のある光拡散中心が分散されてなる
層を有し、該光拡散中心の長軸方向が一方向に配列して
いる事を特徴とする光拡散部材を提供するものである。

又、本発明は担体媒体中に、該担持媒体とは屈折率の異
なる光拡散中心を分散させ、次いで前記光拡散中心が定
まった方向に変形する作用を施すことを特徴とする上記
の光拡散部材を製造する方法を提供するものである。

ここに於いて、光拡散性に異方性のあるという意味合を
図面を以って説明すれば、第１図は通常の等方性光拡散
板、第２図は異方性光拡散板を透過する拡散透過光の輝
度分布を示すものであって、１は等方性光拡散板、１′
は異方性光拡散板である。

まず、等方性光拡散板１の場合、１を透過する拡散透過
光の拡散分布は、第１図ａに示す様に光軸（Ｚ軸）を回
転軸とする回転楕円体（理想的には球： Ｌａｍｂｅｒ
ｔ ５ｕｒｆａｃｅ ）であって、その光軸に垂直な断
面（ｘｙ面）での切り口は（即ち、等方性光拡散板面上
の輝度分布）は第１図すに示す様に円である。

これに対して、異方性光拡散板では第２図に示す様にＸ
軸方向よりｙ軸方向の光拡散性が犬であると１′を透過
する拡散透過光の拡散分布は第２図ａの様に回転楕円体
ではなく即ち第２図すに示す様に光軸に垂直な断面での
切り口は円ではなく楕円形となる。

このことは、その切り口での短軸方向と長軸方向とで拡
散性に差を持つこと、すなわち異方性を示す。

本発明の光拡散部材は、相持媒体中に、該担持媒体とは
屈折率の異なる光拡散中心を分散させ、次いで前記光拡
散中心が定まった方向に変形する作用を施すことで得ら
れるもので、即ち予め混入しである等方性の光拡散中心
をその製造の過程で異方化し結果として異方性光拡散性
を有する光拡散部材が得られるものである。

更に詳しく説明すると、光拡散部材を作る一つの方法と
しては本出願人が先に提出した特公昭５５−２２７７６
（特願昭４９−１２４１０）に述べられている、二種以
上のポリマーをブレンドしたものを光拡散板の材料とす
る方法がある。

即ち、該公報には少なくとも１種の結晶性高分子を含み
、且つ、夫々屈折率を異にする２種以上の高分子材料を
熔融することにより互いに混和した後、その熔融混和物
を膜状に成形し、次いで、結晶成長化熱処理を施すこと
を特徴とする光拡散板の製造方法が述べられている。

詰り、該公報には従来性なわれていた核剤・結晶変形剤
を高分子材料中に混入する事による光拡散板の光学特性
のコントロールを２種以上のポリマーをブレンドする事
によって行う方法が述べられている。

特公昭５５−２２７７６の光拡散板の構造に就て説明す
ると、エクストルーダーで熔融ブレンドされたポリマー
のうち、分散媒ポリマーを海、分散質ポリマーを島とす
れば、分散媒ポリマーの海に分散質ポリマーの島が分散
している形となり、所謂海島構造を成しており分散質ポ
リマーの島は等方性である。

これに対して、本発明では、光拡散部材を成形する際に
成形時のテンション（ｔｅｎｓｉｏｎ ）にまつって等
方性の分散質ポリマーが変形されて異方性となり、その
結果拡散光に異方性を示すものである。

先の海島構造で言えば、分散質ポリマーの等方性の島が
成形時に変形されて異方性を持った島になり、分散媒ポ
リマーの海に浮かんでいる状態になる。

更に、このブレンド系に１種以上の結晶性高分子（結晶
性ポリマー）が加わると、分散媒ポリマーと分散質ポリ
マーとの間に結晶性ポリマーが分散する形になる。

即ち、先の海島構造よりも高度な凝集状態を持つ結晶ポ
リマーの船が分散媒ポリマーの海に浮かぶこととなる。

従って、結晶性ポリマーが加えられた場合は、本発明の
光拡散部材は異方性、拡散性の内でも特に拡散性に大き
な効果を与える事が出来る。

又、この時には、少なくても１種以上の結晶性高分子を
含むポリマーをブレンドしたものをエクストルーダーと
Ｔダイにより光拡散シートに成形する過程で引落率ある
いは延伸率をかける事によつて異方性を示す光拡散シー
トを成形し、引続きこれを熱処理槽に導入して結晶化促
進熱処理を行うことにより更に優れた光拡散性を得るこ
とが出来る。

百年ら従来からポリマーを延伸すると、−延伸方向に分
子配向を起すことが知られているが、単にポリマーを延
伸するだけでは、本発明の様に異方性を持つ優れた光拡
散性を有する光拡散部材を作る事は極めて困難である。

このため本発明では、このポリマー材料として屈折率が
異なり、しかも担持媒中にあって成形時の引落しや延伸
の際に容易に変形して異方性を示す光拡散中心を作るポ
リマーをブレンドする事により、異方光拡散性を示しし
かも非常に優れた拡散性を持つ全く新しい光拡散部材を
作る事に成功したものである。

これまでポリマーのブレンドにはその機械的強度（特に
耐衝撃性）を改良するためにゴム系の樹脂をブレンドす
る場合や樹脂の外観に真珠様光沢を持たせる為に、ポリ
カーボネート樹脂やポリエステル樹脂にアクリル系の樹
脂やスチレン樹脂等を、あるいはこれらを含む共重合体
をブレンドする場合などが知られているが、前者は機械
的性質に着目し本発明の光学的性質に関するものとは全
く異なるものであり、後者の真珠様光沢に関しては、い
ずれも光学的性質に着目している点では同じであるが、
本発明ではこのブレンド物を更に延伸しその光拡散性に
異方性を与えるものであり、真珠様光沢のように表面の
反射に重点を置くものではなく透過光に拡散異方性を与
える点では全く次元の異なったものである。

又、上記真珠様光沢物を得るために上述の様なブレンド
物を適当な温度で一軸もしくは二軸延伸する方法が行わ
れる事もあるが、これは延伸により多数の微少な空胞、
空孔、ボイドを作りこれによる反射によってあの真珠特
有の光沢を持たすものである。

特に、ブレンド物を使用することにより、分散媒ポリマ
ー中に分散する分散質ポリマーの界面でこの微細な空隙
が出来やすいので非常に効果的であって、これを積極的
に利用するものである。

これに対して、本発明に、よる光拡散に異方性のある光
拡散部材では前述の空胞、空孔、ボイド等はその表面反
射を大きくし透過率を減少させるので透過性の光拡散部
材としては劣ったものとなり本発明の意図とは全く逆の
ものである。

本発明の光拡散部材の性能は、その光拡散性の異方性の
度合（以下単に異方度と呼ぶ）と光拡散性自体の大きさ
によって略々決定されるものである。

即ち、具体的には、エクストルーダーとＴダイによって
光拡散シートを成形する際、引取方向に直角な方向での
光拡散性よりも引取方向に平行な方向での光拡散性の方
が優れた値を示し、その異方度は で定量的に評価される。

この異方度は、ブレンドするポリマーの種類及びそのブ
レンド比、成形の際の引落率、延伸率に大きく依存し、
これらの条件を組合せて任意の値に調整する事が可能と
なる。

本発明に於いて好門しく使用されるポリマーとしてはポ
リエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、
ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、６
−ナイロン、６−６ナイロン、６−１０ナイロン等のポ
リアミド樹脂、ニトリルゴム、クロロプレンゴム等のゴ
ム系樹脂、アクリル樹脂、メタクリル、樹脂、塩化ビニ
ル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネ
ート、アセタール樹脂及び前記ポリマーの共重合体であ
ってこれ等のポリマーは本発明に使用されるに当って二
種類以上を任意にブレンドして用いても優れた効果を示
す。

光拡散中心の大きさは短軸として光の波長オーダー以上
の大きさであることが必要とされ通常は１μ〜３０μ、
好ましくは５μ〜２５μである。

勿論この数値の間にある大きさを有する光拡散中心が大
半を占めていれば本発明の目的に適うもので、１μ以下
又は３０μ以上の大きさの光拡散中心が存在していても
一向構わない。

更に前記数値範囲であれば光拡散中心の大きさはランダ
ムであっても良いものである。

又、光拡散中心の容積は結晶性高分子材質を含まない場
合には最終光拡散部材の容積の５０％以下好ましくは４
５％以下である。

更にブレンド比としては結晶性高分子材質を含む場合光
拡散中心の変形し易さく異方度）及び結晶性の度合に依
存するものと思われ、異方度は更に引落率、延伸率に依
存し、これ等は功妙に関係し合っているので各要素単独
の条件を挙げることは適切ではないが通常９０％以下、
好ましくは８０％、最適には５０％以下が望ましい。

勿論、結晶性高分子材質を含まない場合には前述の条件
が適用される。

更に別には光拡散性の異方性に最も影響を与えるのは、
その成形条件での引落率や延伸率である。

同じブレンド物を使用しその引落率や延伸率を１〜５と
変化させると、異方度は１．０〜０．１の値をとり、こ
れによって任意の異方性を得ることが出来る。

次に本発明の光拡散部材を実際に成形する場合の具体的
方法を詳細に述べる。

第３図は本発明に成る光拡散シートの製造装置を模式的
に示したものであって基本的にはエクストルーダー２、
Ｔダイ３、引取ローラー４、ウィンダ−５から成ってお
り、６より原料樹脂を供給すると３，４を通って成形さ
れたシート７が５によって巻取られる。

今、担持媒体としてポリエチレン、を用いて光拡散シー
トを成形する場合にはエクストルーダー２の温度を２３
０℃、押出速度を１２ｃｍ／ｍｉｎ、Ｔダイ３の温度２
３０℃、引取ローラー４の温度１２０℃、引取速度１２
ｃｍ／ｍｉｎ〜１００ｃｍ／ｍｉｎの条件に設定する。

尚、担持媒体として他の樹脂を使用する場合には、その
樹脂の融点を考慮して適当な温度を選択する。

又、引取速度（引落率）は所望の異方度に応じ押出速度
と引取速度の比から決定され実際の応用面を考えると引
落率は１０〜１０．０である。

本発明の光拡散部材をつくるもう一つの方法は、一度成
形した拡散シートをそれら原料となるポリマーの２次転
移点以上の適当な温度に保たれている温度雰囲気中で延
伸する方法である。

これは基本的には先の引落率と同じ事であるが、その異
方度を引取方向（一軸方向）だけでなく他の方向をもコ
ントロールしようとする場合には非常に有効な方法であ
る。

これは従来のシート成形技術の中の２軸延伸等で行うこ
とができ、その延伸率を変えることにより任意の異方度
と光拡散性を持つ光拡散板とすることが出来る。

この様にして得られた光拡散板その光拡散板の方向、す
なわち上下、左右で光拡散性が異なる為に、第４，５図
で示す如く、点光源の前に光拡散板が置かれると、従来
の異方性のない光拡散板ではその輝度分布は第４図に示
される様に円形となるが、本発明による異方性を示す光
拡散板では（左右方向よりも上下方向が光拡散性が大き
い場合）第４図に示す様な上下方向を長軸とする長楕円
形の輝度分布を示す。

もしこの異方性が極端に大きくなると、その輝度分布は
もつとシープな線状のパターンを示す。

もし、光源がタングステン電球の様な点光源ではなく、
螢光燈の様な線光源を使用するときは、螢光燈の長手方
向は光拡散性が少なくても良くむしろその直角方向の方
に光拡散性が高い事が要求される。

この様な場合に本発明による異方拡散性のあることが特
に有効で第６，７図に示す様に、従来の光拡散板ではそ
の輝度分布が螢光燈の長手方向に長楕円形となるのに対
し、本発明による異方光拡散板に於いて左右よりも上下
方向で光拡散性の優れたものを使用することにより第７
図に示す様に全体にわたってほぼ均一な輝度分布が得ら
れる。

すなわち本発明による異方光拡散性を示す光拡散板は螢
光燈などの線光源を非常に効率よく面光源に換えること
が可能となる。

又、この異方光拡散性の重要なメリットは、不必要な方
向の光拡散性を押えて異方性を与えその分だけその光拡
散透過率を大きくすることが出来ることである。

詰り、光拡散性に異方性を附与させることで、必要な光
拡散性を具備すると共に明かるさの点に於いても従来の
ものより一段と明かるいので、例えば明るさが重要な要
素である照明用機器に使用する場合には極めて優れた効
果を示す光拡散部材となるものである。

更に別の応用例としては本発明の光拡散部材は、その異
方性故、拡散光をある範囲内に限定することが出来るの
で、指向性の透面性の透過型スクリーンとして利用する
ことが出来る。

この透過型スクリーンの大きさ形状は第８図に示す様に
それを観察する際には、スクリーン１１の上下方向の視
野角は観察者９の眼の高さによって決定されるが、例え
ば大型マイクロリーダーの様な事務機に使用される場合
、更に要求される使用条件としては第９図に示される様
に椅子に座って観察するか（Ａ）、立ったままで観察す
るが（Ｂ）に依るものである。

一方、左右の水平方向の視野角は第１０図に示される様
に観察者９０人数で決定されるが、この人数は多ければ
多い程望ましいので、視野角としては前述の上下方向よ
りも大きい値が要求される。

従って左右の水平方向の視野角が決めた光拡散板の光拡
散条件は、上下方向では充分すぎる光拡散性であり、こ
の余分な光拡散性を押えてその分だけ明るくした透過型
スクリーンを作ったり、文明るさをそのままにしてその
余分な光拡散性を逆の方向の光拡散性に附与し、より効
率的な光拡散性を持つ透過型スクリーンを本発明光拡散
部材によって形成出来るものである。

殊に最近注目されているビデオプロジェクタ−用大型ス
クリーンに於いては前述の効果が顕著で本発明の有用性
の実証がなされるものである。

更に本発明の光拡散部材で成形された指向性透過型スク
リーンは、前述のレンチキュラーやフレネルレンズ又は
小さなプリズムを敷き並べた前面板を従来の光拡散板と
組合せた指向性スクリーンに比べ、前面板を必要としな
い為にその製造過程に於いて数段工程を短かくすること
が出来るばかりかコストの面に於いても大きく低減出来
るものであって産業上極めて有用性の高いものである。

又、更に別の応用例としては、デハート等の階段の踊場
に掲示されるティスプレィがある。

この様なチーイスプレイは、上の階からも下の階からも
見えなければならず、左右の水平方向よりも上下の垂直
方向での光拡散性が多く要求される。

これは前述した指向性透過型スクリーンとは条件が逆で
あるが、該指向性スクリーンを９０°回転することによ
り、左右の不必要な光拡散性を押え、上下の光拡散性を
満足させ、しかも明るいディスプレイ用光拡散板を作る
ことが出来る。

以上、本発明の光拡散部材の特徴を具体的な例で説明し
て来たが、用途は前述したものに限られるものではなく
照明用器具のカバーやルーバー、キャップあるいはディ
スプレイ用の光拡散板、医療機器のシャーカステン、印
刷用のライトテーブル、機械加工に使用される拡大投影
機、装飾やインチリヤ用のムードランプやそれに附随す
るもの、自動車やステレオ等のパネルの照明器具等々非
常に幅広い用途が開かれているものである。

以下、本発明を更に具体的に詳述する為に実施例を以っ
て説明する。

実施例 １ 担持媒体ポリマーとして高密度ポリエチレン（ρ−０，
９７、Ｍ、１．＝６．５）を使用し、分散質ポリマー（
光拡散中心）として高密度ポリエチレン（ＨＰＥ）、低
密度ポリエチレン（ＬＰＥ）、エチレン酢ビ共重合体（
ＥＶＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）をポリマーブレンド
してエクストルーダーとＴダイによる押出し成形により
厚み０．３０±０．０５ｍｍ、幅５０ｃｍのシートを成
形する。

この時の引落率は２５と４０で行った。

結果を第１表に示す。

尚シートの光拡散特性は、シートの引取方向の光拡散性
（ＢＳ〃）とそれに直角な方向での光拡散性（ＢＳ工）
を測定し、本願明細書中の式に従ってその異方度（ＡＳ
）を算出して比較した。

光拡散性は透過成分の光軸に対しての角度（θ）依存性
を水平方向について測定し、θ＝０°時の透過成分Ｉｅ
−０°の半減値を与える角度（θ１／２）で、明るさは
全拡散透過率（Ｔｄ）％で評価した。

実施例 ２ 照明器具の応用として、螢光燈（三菱製：ＦＰ−２２３
４）のカバーに本発明による異方光拡散板を使用した効
果を正規のカバー（アクリル・スチレン共重合体中にＣ
ａＣＯ３の光拡散性の微粒子（平均粒径３μ）を２５重
量％程度分散させたもの）と比較して評価した。

本発明による異方光拡散板は、相持媒体ポリマーとして
高密度ポリエチレン（ρ−０，９５、Ｍ、１．−６．５
）、分散質ポリマーとしてエチレン酢ビ共重合体（酢酸
ビニルモノマー含有率２８重量％、ρ＝０．９５、Ｍ、
１．＝１．５）を各々７５重量％と２５重量％の割合で
ポリマーブレンドし、エクストルーダーとＴダイによっ
て引落率３．０で厚さ０．２０±０．０２ｍｍ、幅５０
ｃｍ、のシート状に押出成形されたものを用いて形成さ
れた。

尚、本実施例では、この異方光拡散板のシート成形時の
引取方向を螢光燈の長手方向に対して直角方向になる様
にして使用された。

使用した光拡散板の性能は次のとおりであった。

これら２つを比較した結果どちらも螢光燈の所在が判ら
ない程度に均一に拡散していたが、その明るさは段違い
に本発明の異方光拡散板が明るかった。

実施例 ３ 本発明の光拡散部材のスクリーンへの応用としてＡＶ用
用益器キャノンＫＫ製：キャノピジョン８）を使用して
本発明による指向性スクリーンの効果を従来のスクリー
ンと比較した。

キャノピジョン８はＴＶ型の投映面を持った８ミリ用映
写機である。

これに用いられている従来のスクリーンは、方解石粉末
（平均粒径５μｍ）が樹脂中に分散されたものをシンナ
ー中に溶解し、それが厚さ２龍のアクリル板の光入射側
に膜厚１００μｍになる様にスプレー塗布されたもので
ある。

本発明によるスクリーンは、相持媒体ポリマーとして高
密度ポリエチレン（ρ−０，９５、Ｍ、Ｉ。

＝６５）分散質ポリマーとしてポリプロピレン（ρ−０
，９０、Ｍ、１．−４．０）を各々６０重量％、４０重
量％の割合でポリマーブレンドし、エクストルーダーと
Ｔダイによって引落率２．０で厚さ０１５±００２朋、
幅５０ｃｒｒＬのシート状に押出成形されたものを用い
て形成された。

本実施例では、シート成形時の引取方向をスクリーンの
左右方向として使用した。

使用したスクリーンの性能は次のとおりであつた。

これら２つを比較すると光拡散性に於いて、本発明によ
るスクリーンは上下方向で１１°と従来のスクリーンの
光拡散性の１５°よりも４°少ないが、その実際の使用
ではほとんど光拡散性の不足は気にならず、むしろ左右
の水平方向で光拡散性が１８°と従来のスクリーンの１
５°よりも３°大きくなる事によって、より広い角度か
らも均一な画像を観察することが出来た。

又、明るさに関しては異方性を持たせる事によりその透
過率が８４％と高くすることが出来たので、スクリーン
に写る投映画像は明るくてコントラスト、シャープネス
が優れ、非常に見易いものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、第１図ｂ、第２図ａ、第２図す及び第４図ａ
、第４図ｂ、第５図ａ、第５図すは夫々従来と本発明の
光拡散板の性能を説明する図で第１図ｂ、第２図すはＸ
Ｙでの断面図、第４図ｂ、第５図すは１及び１′の正面
図である。 第３図は本発明に成る光拡散シートの製造装置の模式的
説明図、第６図ａ、第６図す及び第７図ａ、第７図すは
夫々光源が線光源の場合の従来と本発明の光拡散板の性
能説明図、第８，９，１０図は夫々本発明の応用例を示
す説明図である。 １・・・・・・等方性光拡散板、１′・・・・・・異方
性光拡板、２・・・・・・エクストルーダー、３・・・
・・・Ｔダイ、４・・・・・・引取ローラ、５・・・・
・・ウィンダ−１６・・・・・・原料供給口、７・・・
・・・シート、８・・・・・・点光源、９・・・・・・
観察者、１０・・・・・・線光源、１１・・・・・・ス
クリーン、１２・・・・・・本体機器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 担持媒体中に、該担持媒体とは屈折率を異にし、大
   きさに異方性のある光拡散中心が分散されてなる層を有
   し、該光拡散中心の長軸方向が一方向に配列している事
   を特徴とする光拡散部材。 ２ 担持媒体中に、該担持媒体とは屈折率の異なる光拡
   散中心を分散させ、次いで前記光拡散中心が定まった方
   向に変形する作用を施すことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光拡散部材の製造方法。