JP2005165252A - 光機能性拡散板、反射型スクリーン及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
拡散板、反射型スクリーン及びその製造方法を提供する。
【解決手段】表面に凹凸をもつ拡散板113と、拡散板113表面上に拡散板113より
も低い屈折率を有する光学薄膜114とを備え、光学薄膜114が、前記凹凸形状を表面
に反映するよう形成され、かつ拡散板113表面の凸部から凹部にかけて徐々に膜厚が厚
くなるように設けられているものとする。
【選択図】図1
Description
また、前記光学薄膜の膜厚は、凸部において70nm以上、110nm以下であり、凹部において100nm以上、拡散板の凹凸差以下であることが好ましい。
また、前記特定の波長領域は、赤、緑、青の各波長領域を含むとよい。
また、前記フッ素系樹脂が、エネルギーを吸収して硬化反応を起こす官能基を有するとよい。
(光機能性拡散板)
本発明に係る光機能性拡散板の構成例を図1に示す。
光機能性拡散板11は、表面に凹凸をもつ拡散板113と、拡散板113表面上に拡散板113よりも低い屈折率を有する光学薄膜114とを備えている。また、光学薄膜114は、拡散板113の凹凸形状を表面に反映するよう形成され、かつ拡散板113表面の凸部から凹部にかけて徐々に膜厚が厚くなるように形成されている。
図1には、拡散板113の1例を示しており、光透過性もしくは光非透過性の基材シート111と基材シート111上面に塗設された結合剤及びビーズからなるビーズ層112とから構成されている。
また、基材シート111の厚みは特に制限されるものではないが、スクリーン材としての使用形態を考慮すれば、10〜5000μm程度が好ましい。
光学薄膜114を構成する材料として、フッ素系樹脂、シリカ(SiO2)などの微粒子、中空微粒子等が挙げられ、それらにより形成される1.45以下の屈折率をもつ膜が特に好ましい。
また、その一方で、光機能性拡散板11は、放射する画像光を拡散させる機能も必要である。
より詳しくは、図1において、光学薄膜114の拡散板113の凹部における膜厚d1(基材シート111の厚み方向、つまり図中縦方向)、凹凸の中間領域における膜厚d2(ビーズ層表面に対して垂直方向)、凸部における膜厚d3(基材シート111の厚み方向、つまり図中縦方向)を適正化することにより、正面方向からのプロジェクター光と斜め方向からの外光による表面反射を低減させるものである。特に、斜め方向からの外光に対しては、凹凸の中間領域における膜厚d2の適正化が有効である。ここで、蒸着法などの薄膜形成法で光学薄膜を形成すると、膜厚の制御は可能であるが、凹凸の中間領域における膜厚d2の制御が困難で、凹部および凸部に比べ膜厚が薄くなり、外光による表面反射を低減させるのに充分な膜厚にできないという問題が発生する。なお、凹部とは拡散板113表面凹凸の最も凹んだ部分、凸部とはその登頂部であり、中間領域とはそれ以外の部分を意味する。
光機能性拡散板の製造は、拡散板113の製造工程と光学薄膜114の形成工程とからなる。
図1に示す構成の拡散板113は、上記ビーズと結合剤とを混合したビーズ塗料を基材シート111に周知のロールコート方式等により塗布してビーズ層112を形成することにより作製すればよい。
(s1)基板上に感光性媒体を設けた感光基板を用意し、その感光性媒体に拡散装置等によりスペックルパターンに変調されたレーザ光(干渉光)を露光した後に現像・固定化する。なお、1回の露光エリアの面積は1〜数10cm2であることから、露光工程では感光性媒体の露光対象部分をずらしながら繰り返して感光性媒体全面の露光を行う。また、ポジ型フォトレジストを用いた場合には、現像したとき露光エリアは除去され、非露光エリアはそのまま残るようになる。これにより、前記スペックルパターンに対応する凹凸形状の微細彫刻面が表面に形成された感光基板となる。
(s2)ステップs1で作製された感光基板の表面に、例えば紫外線硬化型のエポキシ樹脂を塗布し、硬化させて感光基板表面の凹凸を複写させた樹脂製の型を作製する。
(s3)ついで、その樹脂製型の表面に導電化処理を施して導電層を形成し、その導電層を陰極として電鋳加工を行い、メタルマスターを作製する。このとき、導電化処理として銀鏡処理、無電解メッキ処理、真空蒸着処理、スパッタリング処理などにより金属等の導電層を形成する。また、電鋳加工として、例えばニッケルを所定厚みに電着させ、その電着ニッケル層から樹脂製型を脱型して金属電鋳のメタルマスターを得る。
(s4)ステップs3で作製されたメタルマスターに基づいて、例えば熱成形のプラスチックフィルムに型押しするなどして拡散板を製造する。
また、感光性媒体は、例えば、重クロム酸化ゼラチン、ホトレジスト、ハロゲン化銀またはホトポリマーを用いるとよい。
光学薄膜114は、以下に示す光学薄膜用塗料を拡散板113表面に塗布して形成される。
本発明に係る反射型スクリーンの構成例を図2に示す。反射型スクリーン10は、支持体13上に、反射層である光学多層膜12と、上述した光機能性拡散板11とが順番に設けられた構成であり、さらに支持体13の背面側の光学多層膜12上に黒色光吸収層が設けられている。
プラスチックフィルムは、これらの樹脂を伸延あるいは溶剤に希釈後フィルム状に成膜して乾燥するなどの方法で得ることができる。厚さは剛性の面からは厚いほうがよいが、ヘイズの面からは薄いほうが好ましく、通常25〜500μm程度である。
光学膜12H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。
また、光学膜12Hの屈折率は、1.70〜2.10とすることが好ましい。屈折率を2.10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る。また、屈折率を1.70よりも低くすると、光学膜12Lを積層した場合の反射特性が十分ではなくなり、スクリーンとしての特性が不充分となる。
黒色の塗料として、カーボンブラック微粒子、シリカ微粒子等表面にカーボンブラックを被着させた微粒子等が挙げられる。これらの微粒子には導電性があっても良い。
また、カーボンブラック微粒子の製法は、オイルファーネス法、チャンネル法、ランプ法、サーマル法等が知られている。
光学膜用材料A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。
・-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。
光学膜用材料Bは、上記光学薄膜用塗料と同じものを用いればよく、光学膜用材料Bは塗布により塗膜とされた後、硬化反応により第1の光学膜よりも低屈折率の第2の光学膜となる。
本発明に係る反射型スクリーン10の製造方法について以下に説明する。
(s1)支持体13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13を光学膜用材料Aで満たされた槽に浸漬し、引き上げるディッピング方式により支持体13の両面に所定量の光学膜用材料Aを塗布する。
(s2)光学膜用材料Aの塗膜を乾燥させ所定膜厚の光学膜12Hを形成する。
(s3)ついで、光学膜12Hが形成された支持体13を光学膜用材料Bで満たされた槽に浸漬し、引き上げるディッピング方式により支持体13の両面にある光学膜12H上に所定量の光学膜用材料Bを塗布する。
(s4)光学膜用材料Bの塗膜を乾燥させ、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、光学膜12Hと12Lとが積層された支持体13を光学膜用材料Aで満たされた槽に浸漬し、引き上げることにより支持体13の両面最外層にある光学膜12L上に所定量の光学膜用材料Aを塗布する。
(s6)光学膜用材料Aの塗膜を乾燥後、紫外線を照射して光学膜用材料Aを硬化させ、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13の両面に光学多層膜12を形成する。
実施例1における拡散板、光学薄膜用塗料の組成、光機能性拡散板の製造方法と以下に示す。
(1)拡散板
拡散板は、PET基板上にエポキシ樹脂を設け、予め表面組織を作製しておいたマスター型を用いてエポキシ樹脂層に複写したものを用いた。
・凹凸高低差:3〜10μm
・視野角:水平方向60°、垂直方向10°
(2)光学薄膜用塗料
・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)
(3)光機能性拡散板の製造方法
上記拡散板上にディッピング方式により光学薄膜用塗料を塗布し、これを90℃で乾燥して、光機能性拡散板とした。なお、塗布条件として、光学薄膜用塗料の粘度を10cpsに固定し、拡散板の引き上げ速度を170mm/minとした。
なお、得られた光機能性拡散板について、拡散板表面の凸部、中間領域(中間)、凹部それぞれの光学薄膜の膜厚を断面TEMにより測定した。
(3)光学膜用材料A(塗料(I))
・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
・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
・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
・有機溶媒:メチルイソブチルケトン(MIBK) 4800重量部
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(I)とした。
(4)光学膜用材料B(塗料(II))
・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(I)をディッピング方式で塗布する。
(s12)塗料(I)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(I)を形成する。
(s13)ついで、その高屈折率の光学膜上に塗料(II)をディッピング方式で塗布する。
(s14)塗料(II)の塗膜を90℃で乾燥させ、膜厚1240nm、屈折率1.34の光学膜(II)を形成する。
(s15)光学膜(II)上にステップs11と同一条件で塗料(I)を塗布する。
(s16)塗料(I)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(I)を形成する。これにより透明支持体上に片面当り光学膜(I)/光学膜(II)/光学膜(I)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上記光機能性拡散板を貼り合わせる。
(s18)上記光学多層膜の他方の表面に以下に示す黒色塗料をスプレー法により塗布し、乾燥、硬化させて黒色光吸収層とし、反射型スクリーンとする。
[黒色塗料]
・黒色微粒子:平均粒子径が15nmであるシリカ微粒子に2〜3nmのカーボンブラックを被着した分散体
・溶媒:プロピルグリコールメチルアセテート(PGMA)
さらに、このスクリーンの輝度を上記輝度計で測定し、コントラストを求めた。すなわち、スクリーンに白色光をプロジェクターから照射した時の輝度を測定し、次に黒色光をプロジェクターから照射した時の輝度を測定し、この白色と黒色の光を照射させた時の輝度の比からコントラストを測定した。
光機能性拡散板の製造工程において光学薄膜の形成時のディッピング引き上げ速度をそれぞれ260,430mm/minとして光学薄膜の膜厚を変化させ、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において光学薄膜用塗料の粘度をそれぞれ15,20cpsとして光学薄膜の膜厚を変化させ、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において光学薄膜用塗料をダイキン社製、商品名LC930のフッ素系樹脂として光学薄膜の屈折率を変化させ、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において光学薄膜用塗料を、シリカ微粒子(触媒化成社製、商品名OSCAL)100重量部とフッ素系樹脂(ダイキン社製、商品名GK500)14重量部とを混合して得た塗料とし、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
反射型スクリーンの製造工程において、光学膜形成工程の繰り返し数を増やし、光学多層膜の積層数を支持体片側7層、計14層として、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において拡散板の視野角を水平方向10°、垂直方向10°とし、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において拡散板の視野角を水平方向20°、垂直方向20°とし、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において拡散板の視野角を水平方向30°、垂直方向30°とし、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において光学薄膜の形成時のディッピング引き上げ速度を84mm/minとして光学薄膜の膜厚を変化させ、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
実施例1〜12の黒色光吸収層に代えて、以下に示す黒色塗料をPETフィルムの背面側(光学多層膜の一方の最外層表面)にスプレー塗布にて塗布し、乾燥、硬化工程として75℃で30分間保温し、黒色光吸収層を形成し、それ以外の条件は実施例1〜12それぞれの条件と同じとしてスクリーンを得た。
[黒色塗料]次の組成物に溶剤を加えたものを用いた。
・カーボンブラック微粒子:オリジン電機社製、商品名オリジプレート
(一次粒子径:15nm)
・樹脂:ヒドロキリル基を有するアルキド樹脂
また、硬化剤として、オリジン電機社製、商品名ポリハードMH(イソシアネート系)を用いた。
光機能性拡散板の製造工程において光学薄膜の形成時のディッピング引き上げ速度をそれぞれ30,50mm/minとして光学薄膜の膜厚を変化させ、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において光学薄膜用塗料を日本化薬社製、商品名DPHAのアクリル系樹脂として光学薄膜の屈折率を変化させ、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
光機能性拡散板の製造工程において光学薄膜の形成時のディッピング引き上げ速度を75mm/minとして光学薄膜の膜厚を変化させ、それ以外の条件は実施例1の条件と同じとして、反射型スクリーンを得た。
いずれの実施例においても、高ゲイン、高コントラストの反射型スクリーンが得られた。それに対して、比較例1〜4ではいずれもその改善効果が認められなかった。なお、黒色光吸収層に含まれる黒色微粒子を、シリカ微粒子表面にカーボンブラックを被着させた微粒子(実施例1〜12)から純カーボンブラック微粒子(実施例13〜24)に変更することでゲイン、コントラストともに改善効果が認められた。
光学膜、13…支持体、14…黒色光吸収層、111…基材シート、112…ビーズ層、
113…拡散板、114…光学薄膜
Claims (14)
- 表面に凹凸をもつ拡散板と、前記拡散板表面上に該拡散板よりも低い屈折率を有する光学薄膜とを備え、
前記光学薄膜が、前記凹凸形状を表面に反映するよう形成され、かつ前記拡散板表面の凸部から凹部にかけて徐々に膜厚が厚くなるように設けられていることを特徴とする光機能性拡散板。 - 前記拡散板の凹凸差が、1μm以上、30μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光機能性拡散板。
- 前記光学薄膜の膜厚が、凸部において70nm以上、110nm以下であり、凹部において100nm以上、拡散板の凹凸差以下であることを特徴とする請求項1に記載の光機能性拡散板。
- 前記光学薄膜は、フッ素系樹脂を含む塗料から形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の光機能性拡散板。
- 前記光学薄膜は、SiO2微粒子を含む塗料から形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の光機能性拡散板。
- 支持体上に、反射層と、請求項1〜5のいずれか一に記載の光機能性拡散板とを順次備えたことを特徴とする反射型スクリーン。
- 前記反射層が、高屈折率の第1の光学膜とこれより低い屈折率をもつ第2の光学膜とが交互に積層されて2n+1(nは1以上の整数である。)層からなり、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記特定の波長領域以外の少なくとも可視波長領域に対して高透過特性を有する光学多層膜であることを特徴とする請求項6に記載の反射型スクリーン。
- 前記支持体が透明であり、該支持体両面に前記光学多層膜が形成されてなることを特徴とする請求項7に記載の反射型スクリーン。
- 前記光学多層膜は、最外層が第1の光学膜で形成された積層構造を有することを特徴とする請求項7に記載の反射型スクリーン。
- 前記特定の波長領域が、赤、緑、青の各波長領域を含むことを特徴とする請求項7に記載の反射型スクリーン。
- 前記第1の光学膜が、金属酸化物の微粒子と分散剤と結合剤とを含む塗料を塗布して得られる膜であり、前記第2の光学膜がフッ素系樹脂またはSiO2微粒子を含む塗料を塗布して得られる膜であることを特徴とする請求項7に記載の反射型スクリーン。
- 前記フッ素系樹脂が、エネルギーを吸収して硬化反応を起こす官能基を有することを特徴とする請求項11に記載の反射型スクリーン。
- 前記支持体の背面側に黒色光吸収層を備えたことを特徴とする請求項7に記載の反射型スクリーン。
- 支持体上に、反射層と、請求項1〜5のいずれか一に記載の光機能性拡散板とを順次設ける反射型スクリーンの製造方法であって、
前記光機能性拡散板の製造工程として、ディッピングにより前記拡散板表面に光学薄膜を形成する工程を有することを特徴とする反射型スクリーンの製造方法。
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