WO2013062122A1 - 光拡散フィルム、光拡散フィルムの表面形状を規定する方法、および表面形状規定プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

光拡散フィルム、光拡散フィルムの表面形状を規定する方法、および表面形状規定プログラムを記録した記録媒体 Download PDF

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light
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小出功史
小澤帰心
福永泰隆
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三菱瓦斯化学株式会社
Ｍｇｃフィルシート株式会社
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    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members

Definitions

  • the present invention relates to a display including a liquid crystal display device, an optical device field, and an illumination field, and relates to a light diffusion film formed by embossing a resin film substrate surface.
  • the various diffusion sheets / films used in the backlight optical system of liquid crystal televisions make the light from the light source as uniform as possible so that the lamp image of the light source cannot be seen directly when viewing the liquid crystal television. It is intended to diffuse with the designed light distribution characteristics. Further, in order to increase the light utilization efficiency, a light diffusion film having a high total light transmittance is required. In order to express the degree of light diffusion, the haze value is widely recognized and used, but in order to discuss it more fundamentally, the concept of light distribution characteristics is used.
  • the light distribution characteristic refers to the magnitude of luminous intensity according to the emission angle of the optical film. In general, even if the haze values are the same, the light distribution characteristics may be different.
  • the light distribution characteristic of the diffusion sheet / film is an important characteristic that greatly affects the viewing angle of the display.
  • various existing diffusion sheets / films include, for example, those obtained by fixing acrylic or glass beads with a binder resin on a polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET) film substrate, those obtained by dispersing a diffusion filler in a resin film substrate, And those obtained by embossing the resin film surface. These are appropriately selected so as to meet the target optical characteristics.
  • the conventional light diffusion film manufactured and sold by the applicant of the present application (trade name: FE-2000M01: hereinafter referred to as “conventional product” or “conventional”) is widely used for backlights of liquid crystal televisions.
  • This conventional product corresponds to the above-described embossed resin film surface, and the resin type is polycarbonate (hereinafter, PC).
  • PC polycarbonate
  • the most frequently used form of this conventional product is a pressure sensitive adhesive film (Pressure Sensitive Adhesive) between the optical film that does not have useful optical properties for the surface shape and the back surface of the conventional product. In most cases, they are bonded together.
  • LEDs high-intensity white light-emitting diodes
  • the price of the LEDs themselves has decreased.
  • Replacement of light source to LED has started.
  • the power consumed by the liquid crystal television itself is reduced by replacing the CCFL with the LED.
  • the transition from CCFL to LED is related not only to low power consumption but also to light quality.
  • the CCFL is a so-called surface light source (infinite group of point light sources) because it emits light by irradiating the fluorescent material attached to the entire surface of the cylindrical glass tube with ultraviolet rays, but in the case of an LED, it becomes a point light source.
  • each bead becomes a convex lens, and a point real image is formed immediately above the bead by straight light from each LED. . If the lens diameter is large, a bright spot is locally formed, so that it is visually recognized as a glare (grain feeling) as a whole. Similarly, the resin film substrate embossed is dotted with lens-shaped ones on the embossed film, and when the diameter of each lens is large, it is visually recognized as glare.
  • LED glare problem this problem is referred to as an “LED glare problem”.
  • a light diffusion film having poor light distribution characteristics is used despite the “LED glare problem” being solved, there may be a problem that the viewing angle of the display is not sufficient.
  • the present invention solves the “LED glare problem” of the conventional light diffusing film, and the glare is greatly improved even when an LED light source is used. And a film surface shape of an irregular pattern having a total light transmittance, etc.).
  • the present inventors have clarified the mechanism of the problem in order to solve the “LED glare problem” while maintaining the good optical properties of conventional products, and keep the optical properties of the mat film (light diffusion film) good.
  • the following points were noted. That is, in order to maintain good optical characteristics, pay attention to the histogram profile (frequency distribution) of the inclination angle of the minute area of the embossed light diffusing film surface, and to eliminate the “LED glare problem”, the embossed light diffusing film surface Attention was paid to the value of the average length RSm of the shape roughness curve element. More specifically, the present invention provides the following light diffusion film, a method for defining the surface shape of the light diffusion film, and a recording medium.
  • the value of the average length RSm of the film surface roughness curve element is in the range of 70 ⁇ m or less (based on JIS B 0601 (2001), with a cut-off value of 0.8 mm, and the measurement length until the RSm value approaches asymptotically.
  • the data section is obtained from the inclination angle data of the virtual plane obtained from the three-dimensional shape data.
  • the data section is 0 ° or more and less than 2.5 °, 9% or more and 16% or less,
  • the data section is 2.5 ° or more and less than 5.0 °, 18% or more and 28% or less,
  • the data interval is 5.0 ° or more and less than 7.5 °, 21% or more and 24% or less,
  • the data section is 7.5 ° or more and less than 10.0 °, 14% or more and 18% or less,
  • the data section is 10.0 ° or more and less than 12.5 °, 8% or more and 13% or less,
  • the data interval is 12.5 ° or more or more
  • the data interval is 22.5 ° or more and less than 25.0 ° and 2% or less.
  • the data interval is 25.0 ° or more and less than 27.5 ° and 1% or less.
  • the data interval is 27.5 ° or more and less than 30.0 ° and 1% or less,
  • the data interval is 30.0 ° or more and less than 32.5 ° and 1% or less.
  • the data interval is 32.5 ° or more and less than 35.0 ° and 0.5% or less.
  • the data interval is 35.0 ° or more and less than 37.5 ° and 0.5% or less.
  • the data section is 37.5 ° or more and less than 40.0 ° and 0.3% or less,
  • the data interval is 40.0 ° or more and less than 42.5 ° and 0.2% or less.
  • a method for defining a surface shape that governs light distribution characteristics of a light diffusion film In the three-dimensional shape data of the surface having a predetermined film in-plane (XY direction) pitch and film thickness direction (Z direction) pitch, the normal vector of the virtual plane and the film base stretched at three points adjacent to each other on the XY plane, the inclination angle data of the virtual plane is obtained from the three-dimensional shape data, and the data section of the inclination angle data is set at a predetermined inclination angle step.
  • a method for defining a surface shape of a light diffusing film characterized by comprising: ⁇ 3>
  • a recording medium that records a program for causing a computer to execute a method for defining a surface shape that governs the light distribution characteristics of a light diffusion film, In the three-dimensional shape data of the surface having a predetermined film in-plane (XY direction) pitch and film thickness direction (Z direction) pitch, the method is normal to a virtual plane stretched at three points adjacent to each other on the XY plane.
  • the inclination angle data of the virtual plane is obtained from the three-dimensional shape data, and the data section of the inclination angle data is predetermined.
  • Inclination angle to determine the distribution of the inclination angle of the film surface based on the asymptotic value of the ratio of the frequency belonging to each data interval to the sum of the frequencies of all data intervals based on the large area data A distribution determination algorithm, A computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute the method for defining the surface shape of the light diffusion film is recorded.
  • the film in-plane (XY direction) pitch is 1 ⁇ m
  • the film thickness direction (Z direction) pitch is 0.01 ⁇ m or less
  • the inclination angle increment is 2.5 °.
  • a method for defining the surface shape of a light diffusion film In the method of defining the surface shape of the light diffusion film, the film in-plane (XY direction) pitch is 1 ⁇ m, the film thickness direction (Z direction) pitch is 0.01 ⁇ m or less, and the inclination angle increment is 2.5 °.
  • the computer-readable recording medium as described in ⁇ 3> above, wherein
  • FIG. 1 is a diagram showing contour lines (a contour map) of an embossed surface of a conventional product.
  • FIG. 2 is a diagram showing a ray tracing result of a conventional product.
  • FIG. 3 is a diagram showing contour lines (a contour map) of the embossed surface of the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a ray tracing result of the example.
  • FIG. 5 is a diagram showing the light distribution characteristics of the conventional product and the example.
  • FIG. 6 is a diagram showing an equal inclination angle line (contour map) of a conventional product embossed surface.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an equal inclination angle line (contour map) of the embossed surface of the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a conventional product (two types of mat haze upper and lower limit products which are product specifications) and an inclination angle frequency (histogram) of the embossed surface of the example.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the inclination angle of the total reflection condition.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an algorithm for calculating a tilt angle of a minute region.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the interface inclination angle when the height resolution is 0.01 ⁇ m and the vertical and horizontal pitch is 1 ⁇ m.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the interface inclination angle when the height resolution is 0.01 ⁇ m and the vertical and horizontal pitch is 0.5 ⁇ m.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the discretization of the tilt angle based on the digital three-dimensional shape data.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an algorithm for calculating a frequency distribution of tilt angles from three-dimensional shape data.
  • FIG. 15 is a diagram showing source code in the programming language C that calculates the frequency distribution of the inclination angle.
  • the light diffusion film of the present invention is made of polycarbonate resin.
  • Production of Light Diffusing Film In the method for producing a resinous film of the present invention, an ordinary melt extrusion molding apparatus can be used. For example, a molten resin film melted by an extruder and exiting from a T die is nipped between a first cooling roll having rubber elasticity and a metal second cooling roll having an embossed surface to form an uneven shape on the film surface. Then, the film is taken up by a metal third cooling roll and a take-up roll arranged on the downstream side. 3.
  • Average length RSm of film surface roughness curve element The average length RSm of the roughness curve element in the light diffusing film of the present invention is measured according to Japan Industrial Research Council JIS B 0601 (2001). As this measurement condition, for example, the cutoff value is 0.8 mm. Since the target is an irregular pattern, it is necessary to increase the measurement length until the RSm value becomes asymptotic. In the case of the light-diffusion film of the Example mentioned later, it was confirmed that the RSm value is almost asymptotic with a measurement length of 50 mm. The larger the handle, the longer the measurement length until the RSm value becomes asymptotic. An average length RSm described later is a value measured under these conditions.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional shape of an embossed surface of a conventional light diffusion film. More specifically, FIG. 1 is a contour map (contour map) image created using actual data measured with a measurement area of 500 ⁇ m square, a vertical and horizontal pitch of 0.5 ⁇ m, and a height accuracy of 0.01 ⁇ m. In order from the highest, orange, light blue, purple, yellow-green, red, and blue (and the brighter of each color is higher).
  • FIG. 1 shows a three-dimensional shape of an embossed surface of a conventional light diffusion film. More specifically, FIG. 1 is a contour map (contour map) image created using actual data measured with a measurement area of 500 ⁇ m square, a vertical and horizontal pitch of 0.5 ⁇ m, and a height accuracy of 0.01 ⁇ m. In order from the highest, orange, light blue, purple, yellow-green, red, and blue (and the brighter of each color is higher).
  • FIG. 1 shows a three-dimensional shape of an embossed surface of
  • the incident light was plate-shaped (two-dimensional) collimated light (parallel light), and the incident angle was 0 ° (perpendicular incidence) from the back surface of the embossed surface.
  • the material of the embossed mat film is polycarbonate (PC)
  • the thickness is 130 ⁇ m
  • the back surface of the embossed surface is flat
  • the optical properties of the front and back surfaces of the mat film are Fresnel loss
  • the edge portion is mirrored.
  • the ambient atmosphere was air, the wavelength dispersion of the refractive index of the PC was defined, and the spectrum of the incident collimated light was defined as the C light source.
  • the number of light rays incident on the back surface of the emboss was 1000.
  • a specific local portion of the embossed surface has a convex lens structure, collimated light (parallel light) converges, and a point real image having a slight aberration is formed immediately above the embossed surface. I understand. This causes glare (graininess).
  • the light from each LED is considered to be a substantially spherical wave, it is further away from the embossed surface than the point real image formation position in the case of collimated light, but when an LED (not shown) is optically far from the embossed surface. It can be regarded as substantially collimated light.
  • the light source is a CCFL, since it is composed of an infinite number of point light sources, collimated light having an infinite number of directions is incident on each convex lens. For this reason, it can be said that a local bright point is not formed because an infinite number of dark point real images are connected instead of a bright real point image.
  • FIG. 3 shows contour lines created using actual data obtained by measuring the three-dimensional shape of the embossed surface of a matte film as an example of the present invention in a measurement area of 500 ⁇ m square, a vertical and horizontal pitch of 0.5 ⁇ m, and a height accuracy of 0.01 ⁇ m. It is a (contour map) image. In order from the highest, light pink ⁇ mauve ⁇ orange ⁇ light blue ⁇ purple ⁇ yellow-green ⁇ red (and the brighter of the colors is higher).
  • FIG. 4 shows the result of ray tracing calculation based on the three-dimensional shape of the embossed surface of the matte film which is an example of the present invention shown in FIG.
  • the incident light was plate-shaped (two-dimensional) collimated light (parallel light), and the incident angle was 0 ° from the back surface of the embossed surface.
  • the number of light rays incident on the back surface of the emboss was 1000.
  • the number of point real images is larger than that of FIG. 2, and the number of light rays forming each point real image is small.
  • glare white
  • glare white
  • FIG. 5 shows measured values of light distribution on the embossed surface of the conventional light diffusion film shown in FIG. 1 and the embossed surface of the matte film according to the embodiment shown in FIG. ing.
  • the mat haze value of the conventional product (the range of the product specification value) was 45 to 55%, and the mat haze value of the example was 52%.
  • Matte haze value is the value of haze derived only from the embossed pattern on the surface when the haze on the backside of the emboss is optically eliminated by the refractive index matching liquid and the glass plate, as in the measurement of light distribution characteristics. That is.
  • the measurement collimated light was vertically incident from the back surface of the emboss. Further, the total light transmittance was the same at 89% in both the conventional product and the example.
  • the example of the present invention is a novel mat film without glare while inheriting the light distribution characteristics of the conventional product.
  • the incident light is perpendicularly incident from the back surface of the emboss.
  • the embossed mat film also includes obliquely incident light other than normal incident light. Therefore, in order to inherit even the light distribution characteristics (light distribution) at all incident angles, the entire distribution of the inclination angle of the micro area on the surface of the embossed mat must be considered.
  • the inclination of the minute part of the profile of the one-dimensional geometric cross-sectional shape obtained by scanning the film (mat) surface one-dimensionally with a probe usually performed in roughness measurement (spatial first-order differentiation of the profile) is: It is not the inclination of the interface where light is refracted, but the inclination of the geometric cross section.
  • the inclination of the cross-sectional shape is not the inclination of the optical interface.
  • FIG. 6 shows an equal inclination angle line (contour map) of the embossed surface of the conventional light diffusion film shown in FIG.
  • the measurement data is a discrete value. Therefore, if the measurement pitch (vertical / horizontal pitch) in the in-plane direction (XY) of the three-dimensional shape of the surface is too fine, information on the interface with a small inclination angle cannot be obtained accurately, so care must be taken.
  • the discretized possible inclination angles are 0 °, 0.57 °, 0.81 °, 1.15 ° from the smallest, 1.28 °, 1.62 °, 1.72 °, 1.81 °, and so on. Of these inclination angles, the smallest to third are shown in FIG.
  • the discretized inclination angles are 0 °, 1.15 °, 1.62 °, 2.29 °, 2.56 °, 3.24 °, 3.43 °, 3.62 °, and so on.
  • the lowest to the third are shown in FIG.
  • the degree of discretization of the values that can be taken by the region with a small inclination angle becomes large, and the behavior of the low inclination angle region cannot be understood. End up.
  • the vertical / horizontal pitch is too large, tilt angle information cannot be obtained for patterns having a size smaller than the vertical / horizontal pitch. Since the embossed mat film of the present invention utilizes light refraction, the vertical and horizontal pitches need to be 1 ⁇ m which is not less than the wavelength of visible light (0.38 to 0.78 ⁇ m).
  • the orange and yellow portions have a large inclination angle of the interface, for example, a light beam vertically incident from the back surface of the emboss is refracted at a large refraction angle. Further, since the blue portion has a small inclination angle of the interface, similarly, the refraction angle of the light incident perpendicularly from the back surface of the emboss is small. 7 is based on the three-dimensional shape data of the example when drawing FIG. 3 (measurement area 500 ⁇ m square, vertical and horizontal pitch 0.5 ⁇ m, height accuracy 0.01 ⁇ m, so the number of height data is 1001 ⁇ 1001).
  • Every other data is thinned out and corrected to a vertical and horizontal pitch of 1 ⁇ m (measurement area 500 ⁇ m square, vertical and horizontal pitch 1 ⁇ m, height accuracy 0.01 ⁇ m, so the number of height data is 501 ⁇ 501)
  • the inclination angle (inclination angle data) of the interface is obtained and plotted as an equal inclination angle line (contour map of the inclination angle).
  • the inclination angle was calculated as follows. As shown in FIG. 10, from this 501 ⁇ 501 two-dimensional matrix data (measurement area 500 ⁇ m square, vertical / horizontal pitch 1 ⁇ m, height accuracy 0.01 ⁇ m surface three-dimensional data) within the XY plane.
  • the inclination of the virtual plane (triangle) spanned by the points in the three-dimensional space composed of the three pieces of height information (three matrix elements) adjacent to each other was defined as the inclination (inclination angle) of the interface at the relevant location. Therefore, four inclination angles are calculated from four points adjacent to each other in the XY plane forming a square (the number of combinations taking three points from four points is four). Specifically, the outer product of two vectors defined by triangles was calculated to obtain the normal vector of the virtual plane, and the angle formed with the normal vector of the film substrate surface was used as the inclination angle. Since the two-dimensional matrix data as the height data is a matrix of 501 rows and 501 columns, the inclination angle data is a matrix of 1000 rows and 1000 columns.
  • FIG. 15 shows a programming language for calculating the frequency distribution of the inclination angle of a minute area from 501 ⁇ 501 data obtained by measuring the three-dimensional shape of the embossed mat surface with a height resolution of 0.01 ⁇ m, a vertical and horizontal pitch of 1 ⁇ m, and a visual field of 500 ⁇ m ⁇ 500 ⁇ m.
  • the source code created in C is shown.
  • the error data was previously set to ⁇ 10,000, which is an impossible value.
  • the unit of height data is programmed as mm.
  • the program algorithm is shown in the form of a flowchart in FIG. First, the two-dimensionally arranged height data is read and stored in the memory. Next, it is confirmed that there is no error data in the elements of the first row, the first column, the first row, the second column, the second row, the first column, and the second row, the second column. If there is error data, send one column. That is, the process moves to the element of 1 row 2 columns, 1 row 3 columns, 2 rows 2 columns, 2 rows 3 columns. If there is no error data, the angles of four virtual planes consisting of all four combinations of selecting three points out of the four points are calculated.
  • this program is M01_raw01. 3D shape data with a file name txt (height information, a matrix of 501 rows and 501 columns) is read, and result. The frequency distribution of the inclination angle of the file name txt is output.
  • Table 2 below shows the frequency distribution results of the inclination angles in the range of 500 ⁇ m ⁇ 500 ⁇ m on the surface of the conventional light diffusion film.
  • the first section means a data section of 0 ° or more and less than 2.5 °.
  • the second column from the right in Table 2 represents the frequency, and the frequency (%) is obtained by dividing the frequency of each data section by the sum of the frequencies of all the sections (see the bottom row) and multiplying by 100.
  • the frequency in this specification means the ratio of the frequency of each data section of the tilt angle data to the total sum of the frequencies of all data sections (0 to 90 degrees).
  • the data interval was set in increments of 2.5 °, starting from 0 °. Specifically, the frequency from 0 ° to less than 2.5 °, the frequency from 2.5 ° to less than 5.0 °, the frequency from 5.0 ° to less than 7.5 ° from the lower inclination angle, 5 ° or more and less than 10 ° frequency, 10 ° or more and less than 12.5 ° frequency, 12.5 ° or more and less than 15 ° frequency, 15 ° or more and less than 17.5 ° frequency, 17.5 ° or more and less than 20 ° Frequency of 20 ° or more and less than 22.5 °, frequency of 22.5 ° or more and less than 25 °, frequency of 25 ° or more and less than 27.5 °, frequency of 27.5 ° or more and less than 30 °, frequency of 30 ° or more Frequency less than 32.5 °, frequency between 32.5 °.
  • the data section is not evaluated. Since the three-dimensional shape data of the embossed mat surface is acquired with a height resolution of 0.01 ⁇ m and a vertical and horizontal pitch of 1 ⁇ m, the inclination angle obtained by calculation is also discretized. As shown in FIG. 13, the inclination angle in the range of 0 ° to 0.29 ° is typified by 0 °, the inclination angle in the range of 0.29 ° to 0.69 ° is typified by 0.57 °, and The inclination angle in the range of 69 ° to 0.98 ° is represented by 0.81 °.
  • the embossed surface of the embodiment of the present invention and the embossed surface of the conventional product have many small components.
  • the increment of the data section is set to 2.5 °.
  • the same lot sample is repeatedly measured by changing the location of 500 ⁇ m square, and a histogram is created from the sum of the frequencies of the same data section in each measurement region. Measurements were made until the profile was asymptotic (converged). Specifically, 10 points were measured on each 500 ⁇ m square, and asymptotic (convergence) was confirmed.
  • the conventional product (mat haze 45%) and the conventional product (mat haze 55%) in FIG. 8 mean the upper limit product and the lower limit product of the mat haze specifications of the conventional product.
  • the upper and lower limits of the asymptotic value of the above-mentioned frequency the ratio of the frequency of each data interval to the total sum of the frequencies of all data intervals indicated by the red and blue bars
  • the film of the example film has good optical (light distribution) characteristics. If it is a film of such an Example, it is shipped as a product and can be industrially used as a liquid crystal television backlight optical film.
  • the product range of the tilt angle frequency (mat haze value of 45% or more and 55% or less in the product specifications) is expressed numerically as the tilt angle histogram frequency as shown in Table 3 below. If the frequency in the angle data section is within the following range, it can be said that the optical characteristics of a predetermined level are provided.
  • the embodiment in FIG. 8 is included in the above frequency range, and inherits the excellent optical characteristics of the conventional product by the applicant of the present application.
  • the example in FIG. 8 is an example existing in the above-mentioned frequency range.
  • the product of the invention of the present application has each frequency value within the above numerical range.
  • the frequency is 0.5% or less in the data section having the inclination angle of 32.5 ° or more (the 14th section (section number in Table 3)). 14) See below).
  • the tilt angle of the interface satisfying the total reflection condition at the PC (refractive index 1.58) / Air (refractive index 1.0) interface with respect to the light incident vertically from the back surface of the embossed mat is 39.3 ° (the refractive index is that of a sodium d-line wavelength of 587.6 nm).
  • the manufacturing method of the light-diffusion film of the Example of this invention is as follows. (1) Manufacture of light diffusing film of Examples “Polycarbonate resin (trade name: Iupilon S-3000, manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Co., Ltd.) was melted at 290 ° C. with a vent deaeration type 50 mm single screw extruder and a T die. The extruded molten film was nipped between a silicon rubber first cooling roll having a diameter of 202 mm and an embossed metallic second cooling roll having a diameter of 400 mm, and the nip linear pressure was 230 N / cm.
  • Polycarbonate resin trade name: Iupilon S-3000, manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Co., Ltd.
  • the embossed pattern was shaped and cooled on the film surface, and further, the surface was passed through a metallic third cooling roll having a mirror surface, and a single-sided embossed mat film having a thickness of 130 ⁇ m was formed while being taken up by a take-up roll.
  • the first cooling roll temperature is set to 65 ° C.
  • the second cooling roll temperature is set to 145 ° C.
  • the third cooling roll temperature is set to 130 ° C.
  • the speed of the cooling roll was set to 10m / min.
  • the evaluation method of the characteristic of the light-diffusion film of the obtained Example is as follows. (2) Total light transmittance, haze It measured using the haze meter HM-150 by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.
  • the characteristics of the light diffusion film of the example measured by the above evaluation method are as shown in Table 4 below, and are also shown as an example in FIG. 8 described above. Since the frequency of each data section in this example is a value within the range shown in Table 3, it was confirmed that the light diffusion film of the example had good optical characteristics. Moreover, about the average length RSm of the roughness curve element of the film surface, ten measurements were implemented, and it was confirmed that all of the values gradually approached 50 ⁇ m by taking the measurement length up to 50 mm.
  • the embossed pattern on the back side of the film was made optically absent with a refractive index matching liquid and a glass plate, it was illuminated from the back side with an LED light source, and glare was evaluated. It was not confirmed.

Abstract

　本発明は、本願出願人が製造・販売している従来品のマットフィルムのギラツキを解決するために成 されたものであって、ＬＥＤ光源を使用してもギラツキを大幅に改善しつつ、良好な光学特性を維持す る、不定形柄目の表面形状を有する光拡散フィルム等である。　本願出願人が製造・販売している従来品のマットフィルムの良好な光学特性を維持しつつ、ギラツキ を解決するために問題のメカニズムを解明し、マットフィルムの光学特性、およびギラツキの解消のそ れぞれを保証する十分条件として、光学特性の維持のために、エンボス表面の傾斜角ヒストグラムプロ ファイルを用いて表面形状を規定し、ギラツキの解消のために、エンボス表面の粗さ曲線要素の平均長 さＲＳｍの値を用いてギラツキのない柄目の大きさを規定した。

Description

光拡散フィルム、光拡散フィルムの表面形状を規定する方法、および表面形状規定プログラムを記録した記録媒体
　本発明は、液晶ディスプレイ装置を始めとするディスプレイ、光学機器分野、及び照明分野に関し、樹脂フィルム基材表面をエンボス加工して成る光拡散フィルム等に関する。
　液晶テレビのバックライト光学系に使用されている各種拡散シート／フィルムは、液晶テレビを視認する際に、光源のランプイメージを直接的に見えなくするために、光源からの光を出来る限り均一に、設計された配光特性で拡散させることを目的としている。また、光の利用効率を高めるために、全光線透過率が高い光拡散フィルムが求められている。光の拡散具合を表現するために、ヘイズ値というものが広く認知され用いられているが、より根源的に議論するために、配光特性という概念が使用されている。配光特性とは、光学フィルムの出射角に応じた光度の大きさを言う。一般的に、ヘイズ値が同一であっても、配光特性は異なる場合がある。配光特性が決まれば逆にヘイズ値は一意に決定される。拡散シート／フィルムの配光特性は、ディスプレイの視野角に大きく影響を与える重要な特性である。
　既存の各種拡散シート／フィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ）フィルム基材上にアクリルまたはガラスビーズをバインダー樹脂で固定したものや、樹脂フィルム基材中に拡散フィラーを分散させたものや、樹脂フィルム表面をエンボス加工したものなどが挙げられる。これらは、目的の光学特性に合うように適宜、選択される。
　本願出願人が製造・販売している従来品の光拡散フィルム（商品名：ＦＥ−２０００Ｍ０１：以下、「従来品」または「従来」という）は、液晶テレビのバックライトに広く使用されている実績がある。この従来品は、上記の樹脂フィルム表面をエンボス加工したものに該当し、樹脂種は、ポリカーボネート（以下、ＰＣ）である。この従来品の一番多く使用されている利用形態としては、表面形状に有用な光学特性を持たせてない光学フィルムと当該従来品のフィルムの裏面を、感圧性接着フィルム（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ａｄｈｅｓｉｖｅ）を用いて貼り合わされる場合がほとんどである。
　また、近年、高輝度白色発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）の量産体制が確立しつつあり、ＬＥＤ自体の価格が下がってきたことも影響し、テレビセットメーカーは、従来の冷陰極管（以下、ＣＣＦＬ）光源からＬＥＤへの置き換えを開始している。総合的に見れば、ＣＣＦＬからＬＥＤに代わることで、液晶テレビ自体が消費する電力の低減が図られている。ＣＣＦＬからＬＥＤへの移行は、低消費電力化だけでなく、光の質にも関わる。ＣＣＦＬは、円柱ガラス管内全面に付着させた蛍光物質に紫外線を照射し発光させているため、所謂、面光源（点光源の無限個集団）となるが、ＬＥＤの場合は、点光源となる。
国際公開第２００８／０３２８４８号 国際公開第２００８／０８１９５３号 特開２００５−３２１４５１号公報 特開２０１０−０２０２６８号公報
　光源のＣＣＦＬからＬＥＤへの置き換えで、表面に特定の幾何学的形状を賦形したタイプの上記の樹脂フィルムにおいては、その表面形状によって問題となることがある。具体的には、上記ＰＥＴフィルム基材上に透明ビーズをバインダー樹脂で固定したものの場合、ビーズ１つ１つが凸レンズとなるので、ＬＥＤ１つ１つからの直進光によってビーズ直上に点実像を形成する。レンズの径が大きいと局所的に明るい点が形成されるため、全体的にはギラツキ（粒粒感）と視認されてしまう。また、上記樹脂フィルム基材上をエンボス加工したものも同様に、当該エンボスフィルムにレンズ形状のものが点在しており、レンズ１つ１つの径が大きいと全体的にギラツキと視認される。以下、この問題を「ＬＥＤギラツキ問題」と称す。
　また、「ＬＥＤギラツキ問題」が解消されているにも拘わらず、配光特性が良好ではない光拡散フィルムが使用されると、ディスプレイの視野角が十分でないといった問題が生じ得る。
　本発明は、従来品の光拡散フィルムの「ＬＥＤギラツキ問題」を解決して、ＬＥＤ光源を使用してもギラツキが大幅に改善されつつ、上記従来品の光学特性（あらゆる入射角度に対する配光特性と全光線透過率等）を有する不定形柄目のフィルム表面形状を実現するものである。
　本発明者らは、従来品の有する良好な光学特性を維持しつつ、「ＬＥＤギラツキ問題」を解決するために問題のメカニズムを解明し、マットフィルム（光拡散フィルム）の光学特性を良好に保ち、かつ「ＬＥＤギラツキ問題」を解消する十分条件として、以下の点に着目した。すなわち、良好な光学特性の維持のために、エンボス光拡散フィルム表面の微小領域の傾斜角のヒストグラムプロファイル（度数分布）に着目し、「ＬＥＤギラツキ問題」の解消のために、エンボス光拡散フィルム表面形状の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍの値に着目した。より具体的には、本発明は、以下の光拡散フィルム、光拡散フィルムの表面形状を規定する方法、および記録媒体を提供する。
＜１＞　フィルムの表面の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍの値が７０μｍ以下の範囲（ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１）準拠で、カットオフ値０．８ｍｍとし、当該ＲＳｍ値が漸近するまで測定長を取る）にあり、
　フィルム面内（ＸＹ方向）ピッチ１μｍ、フィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチ０．０１μｍ以下として計測した表面の三次元形状データを用いて、ＸＹ平面上で互いに隣接する３点で張られる仮想平面の法線ベクトルとフィルム基材面の法線ベクトルとの成す角度を当該仮想平面の傾斜角度とすることにより、上記三次元形状データから得られる当該仮想平面の傾斜角度データから、データ区間を２．５°刻みとした各データ区間に属する度数の全データ区間の度数の総和に対する百分率を単位％で表現したものを頻度としたときに、当該頻度の大面積データによる漸近値が、
データ区間０°以上２．５°未満で、９％以上１６％以下であり、
データ区間２．５°以上５．０°未満で、１８％以上２８％以下であり、
データ区間５．０°以上７．５°未満で、２１％以上２４％以下であり、
データ区間７．５°以上１０．０°未満で、１４％以上１８％以下であり、
データ区間１０．０°以上１２．５°未満で、８％以上１３％以下であり、
データ区間１２．５°以上１５．０°未満で、４％以上８％以下であり、
データ区間１５．０°以上１７．５°未満で、２％以上５％以下であり、
データ区間１７．５°以上２０．０°未満で、１％以上３％以下であり、
データ区間２０．０°以上２２．５°未満で、２％以下であり、
データ区間２２．５°以上２５．０°未満で、２％以下であり、
データ区間２５．０°以上２７．５°未満で、１％以下であり、
データ区間２７．５°以上３０．０°未満で、１％以下であり、
データ区間３０．０°以上３２．５°未満で、１％以下であり、
データ区間３２．５°以上３５．０°未満で、０．５％以下であり、
データ区間３５．０°以上３７．５°未満で、０．５％以下であり、
データ区間３７．５°以上４０．０°未満で、０．３％以下であり、
データ区間４０．０°以上４２．５°未満で、０．２％以下であり、
データ区間４２．５°以上４５．０°未満で、０．１％以下であることを特徴とする、不定形な三次元表面形状に起因して光が屈折して拡散する機能を有するポリカーボネート製の光拡散フィルム。
＜２＞　光拡散フィルムの配光特性を司る表面形状を規定する方法であって、
　所定のフィルム面内（ＸＹ方向）ピッチおよびフィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチを有する表面の三次元形状データにおいて、ＸＹ平面上で互いに隣接する３点で張られる仮想平面の法線ベクトルとフィルム基材面の法線ベクトルとの成す角度を当該仮想平面の傾斜角度とすることにより、三次元形状データから当該仮想平面の傾斜角度データを得て、傾斜角度データのデータ区間を所定の傾斜角度刻みとし、各データ区間に属する度数の全データ区間の度数の総和に対する比率を算出し、当該比率の大面積データによる漸近値に基づいてフィルムの表面の傾斜角分布を決定する傾斜角分布決定アルゴリズムを備えることを特徴とする、光拡散フィルムの表面形状を規定する方法。
＜３＞　光拡散フィルムの配光特性を司る表面形状を規定する方法をコンピューターに実行させるためのプログラムを記録した記録媒体であって、
　当該方法が、所定のフィルム面内（ＸＹ方向）ピッチおよびフィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチを有する表面の三次元形状データにおいて、ＸＹ平面上で互いに隣接する３点で張られる仮想平面の法線ベクトルとフィルム基材面の法線ベクトルとの成す角度を当該仮想平面の傾斜角度とすることにより、三次元形状データから当該仮想平面の傾斜角度データを得て、傾斜角度データのデータ区間を所定の傾斜角度刻みとし、各データ区間に属する度数の全データ区間の度数の総和に対する比率を算出し、当該比率の大面積データによる漸近値に基づいてフィルムの表面の傾斜角分布を決定する傾斜角分布決定アルゴリズムを備えており、
　上記光拡散フィルムの表面形状を規定する方法をコンピューターに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする、コンピューター読み取り可能な記録媒体。
＜４＞　上記フィルム面内（ＸＹ方向）ピッチを１μｍ、フィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチを０．０１μｍ以下、傾斜角度刻みを２．５°としたことを特徴とする上記＜２＞に記載の光拡散フィルムの表面形状を規定する方法。
＜５＞　光拡散フィルムの表面形状を規定する方法において、上記フィルム面内（ＸＹ方向）ピッチを１μｍ、フィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチを０．０１μｍ以下、傾斜角度刻みを２．５°としたことを特徴とする、上記＜３＞に記載のコンピューター読み取り可能な記録媒体。
　図１は、従来品エンボス面の等高線（コントアマップ）を示す図である。
　図２は、従来品の光線追跡結果を示す図である。
　図３は、実施例のエンボス面の等高線（コントアマップ）を示す図である。
　図４は、実施例の光線追跡結果を示す図である。
　図５は、従来品と実施例の配光特性を示す図である。
　図６は、従来品エンボス面の等傾斜角線（コントアマップ）を示す図である。
　図７は、実施例のエンボス面の等傾斜角線（コントアマップ）を示す図である。
　図８は、従来品（製品仕様であるマットヘイズ上下限品の２種）、および実施例のエンボス面の傾斜角度頻度（ヒストグラム）を示す図である。
　図９は、全反射条件の傾斜角度を説明するための図である。
　図１０は、微小領域の傾斜角度の算出アルゴリズムを説明するための図である。
　図１１は、高さ解像度０．０１μｍ、縦横ピッチ１μｍの場合の界面傾斜角を説明するための図である。
　図１２は、高さ解像度０．０１μｍ、縦横ピッチ０．５μｍの場合の界面傾斜角を説明するための図である。
　図１３は、デジタル三次元形状データによる傾斜角度の離散化を説明するための図である。
　図１４は、三次元形状データから傾斜角度の度数分布を計算するアルゴリズムを例示する図である。
　図１５は、傾斜角度の度数分布を算出するプログラミング言語Ｃによるソースコードを示す図である。
１．ポリカーボネート樹脂
　本発明の光拡散フィルムは、ポリカーボネート樹脂製である。
２．光拡散フィルムの製造
　本発明の樹脂製フィルムの製造方法においては、通常の溶融押出成形装置が使用され得る。例えば、押出機で溶融されＴダイから出てくる溶融樹脂フィルムを、ゴム弾性を有する第一冷却ロールと表面をエンボス加工した金属製第二冷却ロールでニップしてフィルム表面に凸凹形状を賦形し、下流側に配置した金属製第三冷却ロールと引取りロールでフィルムを引取る。
　３．フィルム表面の凹凸形状
粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ
　本発明の光拡散フィルムにおける粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、日本工業調査会ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１）に準じて、測定される。この測定条件として、例えば、カットオフ値は０．８ｍｍとする。対象は不定形柄目であるので、当該ＲＳｍ値が漸近するまで測定長を長くする必要がある。後述する実施例の光拡散フィルムの場合は、５０ｍｍの測定長で、ＲＳｍ値が略漸近することを確認した。柄目が大きいほど、ＲＳｍ値が漸近するに至る測定長は長くなる。後述する平均長さＲＳｍは、この条件下で測定された値である。粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、例えば、非接触三次元測定装置を使用して測定する。
　以下、本発明を、図面を用いて詳細に説明する。
　ギラツキの低減
　図１は、従来品の光拡散フィルムのエンボス表面の三次元形状を示す。より具体的には、図１は、測定領域５００μｍ四方、縦横ピッチ０．５μｍ、高さ精度０．０１μｍで測定した実データを使用して作成した等高線（コントアマップ）イメージである。高い方から順に、橙→水色→紫→黄緑→紅→青（また、各色の中でも明るい方が高い）であることを示している。
　図２は、図１に示した従来品の光拡散フィルムのエンボス表面の三次元形状に基づき、光線追跡計算した結果である。入射した光線は板状（２次元）のコリメート光（平行光）とし、エンボス面の裏面から入射角度０°（垂直入射）とした。本明細書に記載した光線追跡モデルは、エンボスマットフィルムの材質をポリカーボネート（ＰＣ）とし、厚みを１３０μｍとし、エンボス裏面を平面とし、マットフィルム表裏面の光学特性をフレネル損失とし、エッジ部分をミラーとし、周囲雰囲気を空気とし、ＰＣの屈折率の波長分散を定義し、入射したコリメート光のスペクトルをＣ光源とした。エンボス裏面に入射させた光線の本数は１０００本とした。
　図２から明らかであるように、エンボス面の特定の局所部位が凸レンズ構造になっており、コリメート光（平行光）が収束し、若干収差のある点実像をエンボス面直上に形成しているのが分かる。これがギラツキ（粒粒感）の原因となっている。個々のＬＥＤからの光線は略球面波と考えられるのでコリメート光の場合による点実像形成位置よりもエンボス面から遠ざかることになるが、図示されていないＬＥＤがエンボス面から光学的に遠い場合には、略コリメート光とみなすことが可能となる。光源がＣＣＦＬの場合は、無限数の点光源から構成されているので、個々の凸レンズには無限数の方向からなるコリメート光が入射されることになる。このため、もはや明るい点実像ではなく暗い点実像が無限個繋がった状態になるので、局所的な明るい点は形成されないと言える。
　図３は、本発明の一例であるマットフィルムのエンボス表面の三次元形状を、測定領域５００μｍ四方、縦横ピッチ０．５μｍ、高さ精度０．０１μｍで測定した実データを使用して作成した等高線（コントアマップ）イメージである。高い方から順に、ライトピンク→藤色→橙→水色→紫→黄緑→紅（また、各色の中でも明るい方が高い）であることを示している。
　図４は、図３に示した本発明の一例であるマットフィルムのエンボス表面の三次元形状に基づき、光線追跡計算した結果である。入射した光線は板状（２次元）のコリメート光（平行光）とし、エンボス面の裏面から入射角度０°とした。エンボス裏面に入射させた光線の本数は１０００本とした。図４から明らかであるように、図２に比べて点実像の個数が多く、１つ１つの点実像を形成する光線の数が少ないのが分かる。言い換えれば、暗い点実像が多数存在するので空間的に平均化され、ギラツキ（粒粒感）として認識されないと言える。
　実際にＬＥＤ光源で裏面から光を入射すると、従来品ではギラツキを認識し、本発明の一例である実施例ではギラツキを認識出来なかった。「ＬＥＤギラツキ問題」を解決するためには、エンボス面に形成されている凸レンズの大きさ（柄目の大きさ）が小さいことが重要であると言える。
　図１に示す従来品の一次元断面プロファイル（一次元の幾何学的形状）からＲＳｍを算出した結果、約１００μｍであった。これに対して、図３に示す実施例のエンボスマットフィルムの一次元断面プロファイルを用いてＲＳｍを算出した結果、約５０μｍであった。図３の形状は一例であるので、ギラツキを低減するためにはＲＳｍの値をどこまで小さくする必要があるか境界値を見出すために、様々なＲＳｍの試作品を作製し、ギラツキの目視評価を実施した（表１参照）。この結果、境界値は７０μｍ付近にあることが分かった。従って、ＲＳｍの値を７０μｍ以下にすることにより、光拡散フィルムにおける「ＬＥＤギラツキ問題」を解決できるといえる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　従来品の光学特性の継承
　図５は、図１に示した従来品の光拡散フィルムのエンボス表面、および図３に示した実施例であるマットフィルムのエンボス表面の配光分布の実測値を示している。これらは、オパール製の透過型完全拡散板を用いて規格化してある。その際、透過型完全拡散板の全光線透過率が１００％となるように計算した（プロジェクター反射スクリーン評価値のスクリーンゲインの透過型である）。入射光はどちらもエンボス裏面からのコリメート光の垂直入射であり、製造上の都合による裏面のエンボス柄（ゴム弾性を有する第一冷却ロール表面の柄目の転写）については、ＰＣ用の屈折率マッチング液を用いてガラス板を貼り合わせ、光学的に裏面のエンボス柄を無くして測定した。図５から明らかであるように、実施例の配光特性は、従来品と同等である。また、従来品のマットヘイズ値（製品仕様値の範囲）は、４５~５５％であり、実施例のマットヘイズ値は、５２％であった。マットヘイズ値とは、配光特性の測定と同様に、エンボス裏面のヘイズを屈折率マッチング液とガラス板とで光学的になきものとした場合に、表面のエンボス柄のみに由来するヘイズの値のことである。
　マットヘイズ値の測定にも、同様に、エンボス裏面から測定コリメート光を垂直入射した。また、全光線透過率は、従来品と実施例ともに、８９％で同値であった。全光線透過率の測定にも同様に、エンボス裏面からのコリメート光を垂直入射とした。以上のことにより、本願発明の実施例は、従来品の配光特性を継承しつつ、ギラツキのない新規なマットフィルムであると言える。但し、これはあくまでも入射光が、エンボス裏面からの垂直入射の場合である。実際の液晶テレビのバックライトユニット内においては、エンボスマットフィルムには、垂直入射光以外の斜め入射の光も存在することになる。従って、あらゆる入射角度による配光特性（配光分布）までも継承するためには、エンボスマット表面の微小領域の傾斜角度の全体の分布を考慮しなければならない。
　光は屈折率差のある界面において、スネルの法則で屈折する。よって、本願発明の光学的機能においては、エンボスマット表面の界面高さでなく、界面の傾きの分布（各傾斜角の存在割合）が重要になる。粗さ測定で通常行われる探針で、フィルム（マット）表面を１次元的に走査して得られる一次元幾何学断面形状のプロファイルの微小部分の傾き（プロファイルの空間的１階微分）は、光が屈折する界面の傾きではなく、あくまでも幾何学的断面形状の傾きである。断面形状の傾きは、光学的界面の傾きではない。スネルの法則に適応される光学的界面の傾きを得るには、断面形状の傾きではなく、図１や図３に例示されている三次元的な本質的な表面形状の情報が必要になる。
　図６に、図１に示した従来品の光拡散フィルムのエンボス表面の等傾斜角度線（コントアマップ）を示す。通常、三次元形状データはデジタル値での出力になるので、測定データは離散値になる。よって、表面の三次元形状の面内方向（ＸＹ）の測定ピッチ（縦横ピッチ）が細かすぎると傾斜角が小さい界面の情報が正確に取れなくなるので、注意が必要である。高さの解像度が０．０１μｍの場合、縦横ピッチを１μｍとすると、離散化された取り得る傾斜角度は、小さい方から、０°、０．５７°、０．８１°、１．１５°、１．２８°、１．６２°、１．７２°、１．８１°、・・・となる。これらの傾斜角度のうち、小さい方から３番目までを図１１に示す。
　一方、高さの解像度を０．０１μｍと同じにした場合で縦横ピッチを０．５μｍとすると、離散化された傾斜角度は、低い方から、０°、１．１５°、１．６２°、２．２９°、２．５６°、３．２４°、３．４３°、３．６２°、・・・となる。これらの傾斜角度のうち、低い方から３番目までを図１２に示す。以上のように縦横ピッチを細かくすると、傾斜角度が小さい領域の取り得る値の離散化度（隣接する取り得る値の間隔の程度）が大きくなってしまい、低傾斜角領域の挙動が分からなくなってしまう。また、それとは逆に縦横ピッチを大きくし過ぎると、縦横ピッチより小さい大きさの柄目による傾斜角度情報が得られなくなる。本発明のエンボスマットフィルムは、光の屈折を利用しているので、縦横ピッチは可視光の波長（０．３８~０．７８μｍ）以上である１μｍとする必要がある。本発明の拡散フィルムの傾斜角度の検討においては、高さ方向の解像度を０．０１μｍ、縦横ピッチを１μｍとした三次元形状データを用いたが、高さ方向の解像度は、０．０１μｍより小さくても構わない。
　図６は、図１を作図した際の従来品の三次元形状データ（測定領域５００μｍ四方、縦横ピッチ０．５μｍ、高さ精度０．０１μｍなので高さデータの数は、１００１×１００１個）からデータを１つおきに間引いて縦横ピッチ１μｍに修正したもの（測定領域５００μｍ四方、縦横ピッチ１μｍ、高さ精度０．０１μｍになるので、高さデータの数は、５０１×５０１個）を使用し、界面の傾斜角度（傾斜角度データ）を求め、等傾斜角線（傾斜角のコントアマップ）として作図したものである。図６は、傾斜角の大きい順から、橙色→黄色→黄緑色→水色→青色とし、各色の中でも明るい方が傾斜角が大きいように作図してある。よって、橙色や黄色の部分は、界面の傾斜角が大きいので例えば、エンボス裏面から垂直入射された光線は大きな屈折角度で屈折する。また、青色の部分は、界面の傾斜角が小さいので、同様にエンボス裏面から垂直入射された光線の屈折角は小さい。
　図７は、図３を作図した際の実施例の三次元形状データ（測定領域５００μｍ四方、縦横ピッチ０．５μｍ、高さ精度０．０１μｍなので高さデータの数は、１００１×１００１個）からデータを１つおきに間引いて縦横ピッチ１μｍに修正したもの（測定領域５００μｍ四方、縦横ピッチ１μｍ、高さ精度０．０１μｍになるので、高さデータの数は、５０１×５０１個）を使用し、界面の傾斜角度（傾斜角度データ）を求め、等傾斜角線（傾斜角のコントアマップ）として作図したものである。
　傾斜角の算出は、以下のように実施した。図１０に示すように、この高さデータである５０１行５０１列の２次元マトリックスデータ（測定領域５００μｍ四方、縦横ピッチ１μｍ、高さ精度０．０１μｍの表面三次元データ）から、ＸＹ平面内でお互いに隣接する３つの高さ情報（３つの行列要素）から成る三次元空間の点で張られる仮想平面（三角形）の傾きを当該個所の界面の傾き（傾斜角度）とした。従って、正方形を形つくるＸＹ平面内でお互いに隣接する４点により、４つの傾斜角が算出される（４点から３点を取る組み合わせ数は４つ）。具体的計算としては、三角形で定義される２つのベクトルの外積計算をし、仮想平面の法線ベクトルを求め、フィルム基材面の法線ベクトルとの成す角を傾斜角とした。高さデータである２次元マトリックスデータは、５０１行５０１列の行列であるので、傾斜角度データは、１０００行１０００列の行列になる。
　実際の計算は、プログラミング言語Ｃを用いて実行した。表面の三次元形状測定は、オートフォーカス機能によるものや、共焦点レーザー顕微鏡等があるが、傾斜角度が大きいと、明らかに間違った値になったり、データ自体が取れない場合があるのが一般的である。そのような明らかにエラーのデータは、傾斜角の算出に利用しないようにした。図１５にエンボスマット表面の三次元形状を高さ解像度０．０１μｍ、縦横ピッチ１μｍ、視野５００μｍ×５００μｍで測定した５０１×５０１個のデータから、微小領域の傾斜角度の度数分布を算出するプログラミング言語Ｃで作成したソースコードを示す。エラーデータは、予め、ありえない値である−１０，０００とした。なお、高さデータの単位は、ｍｍとしてプログラミングしてある。
　プログラムアルゴリズムをフローチャートの形で図１４に示す。先ず、２次元配列された高さデータを読み込み、メモリに格納する。次に、１行１列、１行２列、２行１列、２行２列の要素にエラーデータが無いことを確認する。エラーデータがあれば、列を１つ送る。すなわち、１行２列、１行３列、２行２列、２行３列の要素の処理に移る。エラーデータが無ければ、４点のうちから３点を選ぶ４つの全ての組み合わせからなる４つの仮想平面の角度を算出する。角度を算出したらメモリに格納し、列を１つ送り、同様の演算を繰り返す。２次元配列された高さデータがＮ行Ｎ列の場合、列がＮになった場合は、列を１列に戻し、行を１つ送る。（Ｎ−１）行、（Ｎ−１）列の処理が終了したら、メモリに格納された傾斜角度データから角度データ区間刻みを２．５°として、各データ区間に所属する度数をカウントし、結果をファイルに出力する。
　本プログラムは、例として、Ｍ０１＿ｒａｗ０１．ｔｘｔというファイル名の三次元形状データ（高さ情報であって、５０１行５０１列の行列）を読み込み、ｒｅｓｕｌｔ．ｔｘｔというファイル名の傾斜角の度数分布を出力するものである。一例として、従来品の光拡散フィルム表面の５００μｍ×５００μｍの範囲の傾斜角の度数分布結果を下記表２に示す。表２における傾斜角度データのデータ区間のうち、例えば第１区間は、０°以上、２．５°未満のデータ区間を意味する。そして、表２における右から２番目の列は度数を表し、全ての区間の度数の総和（最下段参照）で各データ区間の度数を割って１００を掛けたものが頻度（％）となる。このように、本願明細書における頻度とは、傾斜角度データの各データ区間の度数の、全データ区間（０~９０度）の度数の総和に対する比率を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　図８に、上記手法によって求めた微小領域の光学的界面の傾斜角集団の存在頻度（ヒストグラム）を示す。データ区間は、０°を始めとし、２．５°刻みで設定した。具体的には、傾斜角度の低い方から０°以上２．５°未満の頻度、２．５°以上５．０°未満の頻度、５．０°以上７．５°未満の頻度、７．５°以上１０°未満の頻度、１０°以上１２．５°未満の頻度、１２．５°以上１５°未満の頻度、１５°以上１７．５°未満の頻度、１７．５°以上２０°未満の頻度、２０°以上２２．５°未満の頻度、２２．５°以上２５°未満の頻度、２５°以上２７．５°未満の頻度、２７．５°以上３０°未満の頻度、３０°以上３２．５°未満の頻度、３２．５°以上３５°未満の頻度、３５°以上３７．５°未満の頻度、３７．５°以上４０°未満の頻度、４０°以上４２．５°未満の頻度、４２．５°以上４５°未満の頻度とした。４５°以上については、実質的に存在頻度が０に近いので、評価しないデータ区間とした。
　エンボスマット表面の三次元形状データは、高さ解像度０．０１μｍ、縦横ピッチ１μｍで取得しているので、計算で求められる傾斜角度も離散化される。図１３に示すように、０°~０．２９°の範囲の傾斜角が０°に代表され、０．２９°~０．６９°の範囲の傾斜角が０．５７°に代表され、０．６９°~０．９８°の範囲の傾斜角が０．８１°に代表されることになる。縦横のピッチは、１μｍで固定なので、高さ方向の分解能０．０１μｍの測定装置由来の高さデータの数値決定（例えば、現実の高さ０．０１５μｍを０．０１μｍと決定するか０．０２μｍと決定するかである）によって、上記範囲のつなぎ目である０．２９°や０．６９°や０．９８°近傍にある傾斜角は自身よりも小さい値に代表されるのか、大きい値に代表されるのかは確率的事象と考えられる。よって、ヒストグラム作成にあたって、データ区間の刻みを小さくし過ぎると、本来あるべきデータ区間のどちらか隣の区間に集約されてしまう現象が無視できない。低傾斜角度の領域は、離散化度が大きいので、特に問題となる。本発明の実施例、および従来品のエンボス表面の傾斜角は小さい成分が多いので、特にこの点が問題となる。また、２．５°よりも大きいと傾斜角分布の特徴が捉えられなくなる恐れがある。以上のことを考慮し、本実施例では、データ区間の刻みを２．５°とした。
　図８に図示した従来品および本発明品については、同一ロットサンプルにおいて、５００μｍ四方の場所を変えて繰り返し測定し、それぞれの測定領域の同一データ区間の度数の総和からヒストグラムを作成し、ヒストグラムのプロファイルが漸近（収束）するまで測定した。具体的には、それぞれ５００μｍ四方を１０点測定し、漸近（収束）を確かめた。
　図８中の従来品（マットヘイズ４５％）と従来品（マットヘイズ５５％）は、従来品のマットヘイズの仕様の上限品および下限品を意味している。すなわち、赤棒と青棒の示す、各データ区間における上記頻度（各データ区間の度数の、全データ区間の度数の総和に対する比率、割合）の漸近値の上限値および下限値の間に、実施例のフィルムの頻度の漸近値が含まれているならば、当該実施例のフィルムは良好な光学（配光）特性を備えるといえる。このような実施例のフィルムであれば、製品として出荷され、液晶テレビバックライト光学フィルムとして工業的に使用可能である。なお、図８における各データ区間の３つの棒グラフは、左から、従来品（マットヘイズ４５％）、従来品（マットヘイズ５５％）、実施例を示す。
　傾斜角頻度の製品範囲（マットヘイズ値で４５％以上５５％以下のものが製品仕様内）を傾斜角度のヒストグラムの頻度で、数値的に表現すると概ね以下の表３の通りになり、各傾斜角度データ区間における頻度が、以下の範囲に入っていれば、予め定められたレベルの良好な光学特性を備えていると言える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　図８中の実施例は、上記頻度の範囲に含まれており、本願出願人による従来品の優れた光学特性を継承したものになっている。図８中の実施例は、上記頻度の範囲に存在する一例である。本願発明の実施品は、それぞれの頻度の値が、上記の数値範囲に入っているものであるといえる。
　また、従来品を含め、本願発明の実施品の特徴として、傾斜角度３２．５°以上のデータ区間で頻度が０．５％以下であることが挙げられる（表３の第１４区間（区間番号１４）以下、参照）。図９に示すように、エンボスマット裏面から垂直入射する光線に対して、ＰＣ（屈折率１．５８）／Ａｉｒ（屈折率１．０）の界面での全反射条件を満たす界面の傾斜角度は、３９．３°である（上記屈折率は、ナトリウムｄ線の波長５８７．６ｎｍのもの）。これ以上の傾斜角成分は反射して再帰し、その結果、全光線透過率の低下に繋がる。よって、全反射に関わる該周辺以上の傾斜角度成分は、少ないことが望ましい。
　以上、項目「ギラツキの低減」と「従来品の光学特性の継承」で説明した通り、ＲＳｍ値による柄目の大きさの管理、およびエンボスマット柄の微小領域の傾斜角度の頻度分布による管理によって、従来品のフィルムの良好な光学特性を継承しつつも、ギラツキの少ない新規マットフィルムを規定することが可能となる。また、これまでは、不均一柄目の評価法としては、Ｒａ（算術平均高さ）、Ｒｙ（最大高さ）、Ｒｚ（十点平均高さ）、ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）等の幾何学的一面での評価でしかなかったが、傾斜角度分布による不均一柄目の定式化という、フィルム表面形状を三次元的に測定、および規定する新しい手法を実現することによって、光学特性を十分に保証出来得る、不均一柄目な光学フィルムの表面形状の定義が可能になった。
　以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら制限されるものではない。本発明の実施例の光拡散フィルムの製造方法は以下の通りである。
（１）実施例の光拡散フィルムの製造
　「ポリカーボネート樹脂（商品名：ユーピロンＳ−３０００、三菱エンジニアリングプラスチック（株）製）を、ベント脱気式５０ｍｍ単軸押出機とＴダイにより２９０℃で溶融押出した。押出された溶融フィルムを、直径２０２ｍｍのシリコンゴム製の第一冷却ロールと、エンボス加工した直径４００ｍｍの金属性第二冷却ロールでニップした。ニップ線圧は、２３０Ｎ／ｃｍとした。次に、エンボス柄をフィルム表面に賦形して冷却し、更に、表面が鏡面の金属性第三冷却ロールに通して、引取ロールで引き取りながら厚み１３０μｍの片面エンボスマットフィルムを成形した。この時、第一冷却ロールの温度を６５℃、第二冷却ロールの温度を１４５℃、第三冷却ロールの温度を１３０℃に設定し、冷却ロールの速度を１０ｍ／ｍｉｎとした。
　得られた実施例の光拡散フィルムの特性の評価方法は、以下の通りである。
（２）全光線透過率、ヘーズ
　株式会社村上色彩技術研究所社製　ヘーズメーターＨＭ−１５０を使用して測定した。
（３）配光特性
　株式会社村上色彩技術研究所社製　ゴニオフォトメーター　ＧＰ−２００を使用して測定した。
（４）フィルム表面の三次元形状測定、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ
　三鷹光器株式会社製　非接触三次元測定装置　ＮＨ−３Ｎを使用して測定した。なお、本装置の高さ方向の解像度は、０．０１μｍで固定である。
　等高線の確認と光線追跡計算においては、縦横ピッチを０．５μｍとした。
　傾斜角度の計算においては、縦横ピッチを１．０μｍとした。
（５）光線追跡計算
　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｒｅｓｅｒｃｈ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社製
　照明設計解析ソフトウェア　ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓを使用して計算を実施した。
　次に、上記の評価方法により測定された実施例の光拡散フィルムの特性は、以下の表４の通りであり、上述の図８においても、実施例として示されている。この実施例における各データ区間の頻度は、いずれも、表３で示された範囲内の値であるため、実施例の光拡散フィルムが良好な光学特性を備えていることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　また、フィルム表面の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍについては、１０個所の測定を実施し、そのどれもが測定長を５０ｍｍまで取ることによって値が略５０μｍに漸近することを確認した。
　フィルム裏面のエンボス柄（ゴム弾性を有する第一冷却ロール表面の柄目の転写）を屈折率マッチング液とガラス板で光学的になきものとし、ＬＥＤ光源で裏面から照明し、ギラツキを評価したが確認されなかった。

Claims (5)

  1. フィルムの表面の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍの値が７０μｍ以下の範囲（ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１）準拠で、カットオフ値０．８ｍｍとし、当該ＲＳｍ値が漸近するまで測定長を取る）にあり、
    　フィルム面内（ＸＹ方向）ピッチ１μｍ、フィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチ０．０１μｍ以下として計測した表面の三次元形状データを用いて、ＸＹ平面上で互いに隣接する３点で張られる仮想平面の法線ベクトルとフィルム基材面の法線ベクトルとの成す角度を当該仮想平面の傾斜角度とすることにより、前記三次元形状データから得られる当該仮想平面の傾斜角度データから、データ区間を２．５°刻みとした各データ区間に属する度数の全データ区間の度数の総和に対する百分率を単位％で表現したものを頻度としたときに、
    当該頻度の大面積データによる漸近値が、
    データ区間０°以上２．５°未満で、９％以上１６％以下であり、
    データ区間２．５°以上５．０°未満で、１８％以上２８％以下であり、
    データ区間５．０°以上７．５°未満で、２１％以上２４％以下であり、
    データ区間７．５°以上１０．０°未満で、１４％以上１８％以下であり、
    データ区間１０．０°以上１２．５°未満で、８％以上１３％以下であり、
    データ区間１２．５°以上１５．０°未満で、４％以上８％以下であり、
    データ区間１５．０°以上１７．５°未満で、２％以上５％以下であり、
    データ区間１７．５°以上２０．０°未満で、１％以上３％以下であり、
    データ区間２０．０°以上２２．５°未満で、２％以下であり、
    データ区間２２．５°以上２５．０°未満で、２％以下であり、
    データ区間２５．０°以上２７．５°未満で、１％以下であり、
    データ区間２７．５°以上３０．０°未満で、１％以下であり、
    データ区間３０．０°以上３２．５°未満で、１％以下であり、
    データ区間３２．５°以上３５．０°未満で、０．５％以下であり、
    データ区間３５．０°以上３７．５°未満で、０．５％以下であり、
    データ区間３７．５°以上４０．０°未満で、０．３％以下であり、
    データ区間４０．０°以上４２．５°未満で、０．２％以下であり、
    データ区間４２．５°以上４５．０°未満で、０．１％以下であることを特徴とする、不定形な三次元表面形状に起因して光が屈折して拡散する機能を有するポリカーボネート製の光拡散フィルム。
  2. 光拡散フィルムの配光特性を司る表面形状を規定する方法であって、
    　所定のフィルム面内（ＸＹ方向）ピッチおよびフィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチを有する表面の三次元形状データにおいて、ＸＹ平面上で互いに隣接する３点で張られる仮想平面の法線ベクトルとフィルム基材面の法線ベクトルとの成す角度を当該仮想平面の傾斜角度とすることにより、前記三次元形状データから当該仮想平面の傾斜角度データを得て、前記傾斜角度データのデータ区間を所定の傾斜角度刻みとし、各データ区間に属する度数の全データ区間の度数の総和に対する比率を算出し、当該比率の大面積データによる漸近値に基づいて前記フィルムの表面の傾斜角分布を決定する傾斜角分布決定アルゴリズムを備えることを特徴とする、光拡散フィルムの表面形状を規定する方法。
  3. 光拡散フィルムの配光特性を司る表面形状を規定する方法をコンピューターに実行させるためのプログラムを記録した記録媒体であって、
    　前記方法が、所定のフィルム面内（ＸＹ方向）ピッチおよびフィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチを有する表面の三次元形状データにおいて、ＸＹ平面上で互いに隣接する３点で張られる仮想平面の法線ベクトルとフィルム基材面の法線ベクトルとの成す角度を当該仮想平面の傾斜角度とすることにより、前記三次元形状データから当該仮想平面の傾斜角度データを得て、前記傾斜角度データのデータ区間を所定の傾斜角度刻みとし、各データ区間に属する度数の全データ区間の度数の総和に対する比率を算出し、当該比率の大面積データによる漸近値に基づいて前記フィルムの表面の傾斜角分布を決定する傾斜角分布決定アルゴリズムを備えており、
    　前記光拡散フィルムの表面形状を規定する方法をコンピューターに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする、コンピューター読み取り可能な記録媒体。
  4. 前記フィルム面内（ＸＹ方向）ピッチを１μｍ、フィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチを０．０１μｍ以下、傾斜角度刻みを２．５°としたことを特徴とする請求項２に記載の光拡散フィルムの表面形状を規定する方法。
  5. 光拡散フィルムの表面形状を規定する方法において、前記フィルム面内（ＸＹ方向）ピッチを１μｍ、フィルム厚み方向（Ｚ方向）ピッチを０．０１μｍ以下、傾斜角度刻みを２．５°としたことを特徴とする、請求項３に記載のコンピューター読み取り可能な記録媒体。
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