JPWO2018116931A1 - 光学フィルム - Google Patents

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Abstract

コントラストが高く視認性に優れる光学フィルムを提供する。透明スクリーンと、透明スクリーンの一方の主面に配置された透明反射層とを有する光学フィルムであって、透明スクリーンは、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30が2.0以上であり、主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30が2.0以下である。

Description

本発明は、光学フィルムに関する。
近年、表示装置の一つとして、前面側からの光は反射し、裏面側からの光は透過することで、映像光を投影機側にいる観察者に映像として視認可能に表示する透明スクリーンが提案されている。
例えば、特許文献1には、無機粒子を含む樹脂層を有する透明スクリーンが記載されており、スクリーンの前面側からの光は反射し、裏面側からの光は透過することで、投影した画像と背面側の光景を同時に視認可能とすることが記載されている。
特開2015−212800号公報
このような透明スクリーンは、外光が存在する明室環境で使用する場合に、プロジェクター光と外光が重なることで、プロジェクターから投影した画像のコントラストが低下して画像の視認性が悪くなるという問題があった。
本発明は、上記実情に鑑みて、コントラストが高く視認性に優れる光学フィルムを提供することを課題とする。
本発明者らは、従来技術の問題点について鋭意検討した結果、透明スクリーンと、透明スクリーンの一方の主面に配置された透明反射層とを有する光学フィルムであって、透明スクリーンは、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30が2.0以上であり、主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30が2.0以下であることにより、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
(1) 透明スクリーンと、
透明スクリーンの一方の主面に配置された透明反射層とを有する光学フィルムであって、
透明スクリーンは、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30が2.0以上であり、
主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30が2.0以下である光学フィルム。
(2) 透明反射層の反射率が20%〜50%である(1)に記載の光学フィルム。
(3) 透明スクリーンが、複数のコレステリック液晶ドットを有する(1)または(2)に記載の光学フィルム。
(4) 透明スクリーンが、樹脂バインダー中に多数の粒子を分散した樹脂層を有し、
粒子の粒径が0.3μm〜10μmであり、
樹脂層における粒子の含有量が体積分率で50%以下である(1)または(2)に記載の光学フィルム。
(5) 粒子の屈折率と樹脂バインダーの屈折率との比が0.91〜1.5である(4)に記載の光学フィルム。
(6) 透明反射層が、コレステリック液晶層を有する(1)〜(5)のいずれかに記載の光学フィルム。
(7) さらに、透明反射層がλ/4板を有する(6)に記載の光学フィルム。
(8) 透明反射層が、誘電体多層膜からなる(1)〜(5)のいずれかに記載の光学フィルム。
(9) 誘電体多層膜が、直線偏光特性を有する(8)に記載の光学フィルム。
(10) 透明反射層が、ワイヤーグリッド偏光板からなる(1)〜(5)のいずれかに記載の光学フィルム。
(11) 透明反射層が、ハーフミラーからなる(1)〜(5)のいずれかに記載の光学フィルム。
(12) 車両の窓ガラスの少なくとも一部に積層される(1)〜(11)のいずれかに記載の光学フィルム。
(13) 車両内に設置されたプロジェクターから照射される光を反射する(12)に記載の光学フィルム。
本発明によれば、コントラストが高く視認性に優れる光学フィルムを提供することができる。
本発明の光学フィルムの一例を模式的に表す正面図である。 図1のB−B線断面図である。 本発明の光学フィルムの他の一例を模式的に表す断面図である。 コントラストに対する外光の影響を説明するための概略断面図である。 コントラストに対する外光の影響を説明するための概略断面図である。 本発明の光学フィルムの作用を説明するための概略断面図である。 本発明の光学フィルムに用いられる液晶ドットの模式的な断面図である。 液晶ドットの作用を説明するための概略断面図である。 本発明の光学フィルムの他の一例を模式的に表す断面図である。
以下、本発明の光学フィルムについて詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、例えば、「45°」、「平行」、「垂直」あるいは「直交」等の角度は、特に記載がなければ、厳密な角度との差異が5度未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との差異は、4度未満であることが好ましく、3度未満であることがより好ましい。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」または「全面」などというとき、100%である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
可視光は電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、380nm〜780nmの波長域の光を示す。非可視光は、380nm未満の波長域または780nmを超える波長域の光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、420nm〜490nmの波長域の光は、青色光であり、495nm〜570nmの波長域の光は、緑色光であり、620nm〜750nmの波長域の光は、赤色光である。
赤外光のうち、近赤外光は780nm〜2500nmの波長域の電磁波である。紫外光は波長10〜380nmの範囲の光である。
本明細書において、「ヘイズ」は、日本電色工業株式会社製のヘーズメーターNDH−2000を用いて測定される値を意味する。
理論上は、ヘイズは、以下式で表される値を意味する。
(380〜780nmの自然光の散乱透過率)/(380〜780nmの自然光の散乱透過率+自然光の直透過率)×100%
散乱透過率は分光光度計と積分球ユニットを用いて、得られる全方位透過率から直透過率を差し引いて算出することができる値である。直透過率は、積分球ユニットを用いて測定した値に基づく場合、0°での透過率である。つまり、ヘイズが低いということは、全透過光量のうち、直透過光量が多いことを意味する。
屈折率は、波長589.3nmの光に対する屈折率である。
本明細書において、選択反射波長とは、対象となる物(部材)における透過率の極小値をTmin(%)とした場合、下記の式で表される半値透過率:T1/2(%)を示す2つの波長の平均値のことを言う。
半値透過率を求める式: T1/2=100−(100−Tmin)÷2
また、複数の物の選択反射波長が「等しい」とは、厳密に等しいことを意味するものではなく、光学的に影響のない範囲の誤差は許容される。具体的には、複数の物の選択反射波長が「等しい」とは、それぞれの物同士における選択反射波長の差が20nm以下であることを意図し、この差は15nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。
本発明の光学フィルムは、
透明スクリーンと、
透明スクリーンの一方の主面に配置された透明反射層とを有する光学フィルムであって、
透明スクリーンは、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30が2.0以上であり、
主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30が2.0以下である光学フィルムである。
<光学フィルム>
以下に、本発明の光学フィルムの好適な実施態様の一例について図面を参照して説明する。図1に、本発明の光学フィルムの一例の模式的な正面図を示し、図2に、図1のB−B線断面図を示す。
なお、本発明における図は模式図であり、各層の厚みの関係や位置関係などは必ずしも実際のものとは一致しない。以下の図も同様である。
図1および図2に示すように、光学フィルム10aは、透明スクリーン11aと、透明スクリーン11aの裏面側に積層される透明反射層14とを有する。
また、図示は省略するが、透明スクリーン11aと透明反射層14とは、層間に設けられた貼合層によって貼り合わされている。
本発明において、貼合層は、対象となる板状物(シート状物)を貼り合わせられる物であれば、公知の各種の材料からなるものが利用可能である。貼合層としては、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状(ゴム状)の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層は、光学透明接着剤(OCA(Optical Clear Adhesive))、光学透明両面テープ、および、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子でシート状物の貼り合わせに用いられる公知のものを用いればよい。
ここで、本発明の光学フィルムの透明スクリーンは、透明スクリーンの主面に垂直に光を入射させた際の、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30が2.0以上であり、主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30が2.0以下である。
このような特性を有する透明スクリーンに透明反射層を積層した構成とすることで、透明スクリーンに投影した画像の輝度を高くすることができ、外光が存在する明室環境で使用する場合でも、コントラストの低下を抑制して画像の視認性を高くすることができる。
この点については、後に詳述する。
<<透明スクリーン>>
図1および図2に示すように、透明スクリーン11aは、光を透過可能な基板12と、基板12の一方の主面に形成される多数の液晶ドット20と、液晶ドット20が形成される側の面に、液晶ドット20を包埋して形成されるオーバーコート層16とを有する。
なお、図1においては、オーバーコート層16の図示を省略している。
また、映像光は液晶ドット20が形成される側の面に入射される。すなわち、液晶ドット20が形成される側の面が前面であり、反対側の面が裏面である。従って、基板12の、液晶ドット20が形成される側の面とは反対側の面に透明反射層14が積層されている。
液晶ドット(以下、『ドット』ともいう)20は、コレステリック構造を有する液晶材料からなり、波長選択反射性を有するものである。透明スクリーン10aは、このようなドット20を多数有するので、透明スクリーン10aの、多数のドット20が形成される側の面に入射された映像光は、映像光の波長域に基づいてドット20の表面において選択的に反射される。ここで、ドット20は、略半球状に形成されているので、ドット20の表面の各位置に対応して、入射した映像光の入射角が変わるので、映像光は種々の方向に反射され、視野角が広くなるという効果を発現することができる。
なお、ドット20を構成する液晶材料のコレステリック構造は、走査型電子顕微鏡にて観測されるドットの断面図において明部と暗部との縞模様を与え、ドットの端部から中心に向かう方向で最大高さまで連続的に増加する高さを有する部位を含み、この部位において、基板と反対側のドットの表面から1本目の暗部がなす線の法線とドットの表面とのなす角度は70°〜90°の範囲である。
この点については後に詳述する。
ここで、図1および図2に示す透明スクリーン10aにおいては、好ましい態様として、ドット20を覆うように形成されるオーバーコート層16を有する。しかしながら、これに限定はされず、オーバーコート層を有さず、ドット20が露出する構成としてもよい。
なお、本発明においては、図2に示す透明スクリーン10aのように、オーバーコート層16を有することにより、多数のドット20による表面の凹凸をなくすことで、透明性をより向上することができる点で好ましい。
また、オーバーコート層16を形成する場合には、オーバーコート層16とドット20との界面での反射を抑制し、透明性をより向上ができる観点から、オーバーコート層16の屈折率と、ドット20の屈折率との差は小さいほど好ましく、0.10以下であるのが好ましく、0.04以下であるのがより好ましく、0.02以下であるのが特に好ましい。
また、複数形成されるドット20は、全てのドット20が同じ波長域の光を反射するものであってもよいが、これに限定はされず、互いに異なる波長域の光を反射するドットを2種以上含む構成としてもよい。
例えば、610nm〜690nmの波長域の赤色光を反射する赤色ドットと、515nm〜585nmの波長域の緑色光を反射する緑色ドットと、420nm〜480nmの波長域の青色光を反射する青色ドットとをそれぞれ複数含む構成を有してもよい。
このように、赤色光を反射するドット、緑色光を反射するドット、および青色光を反射するドットを形成することで、前面に入射される映像光の赤色光、緑色光および青色光を反射することができ、透明スクリーンに投影される映像をカラー表示することができる点、プロジェクタ等の映像装置から出射される映像光が赤色光であっても緑色光であっても青色光であっても利用可能である点等で好ましい。
なお、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ反射するドットを含む構成に限定はされず、これ以外の波長域の光を反射するドットを含んでいてもよい。
また、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ反射するドットは、上記波長域の光を反射するものであればよく、反射波のピーク波長が上記波長域の範囲外であってもよい。
また、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ反射する3種のドットからなる構成に限定はされず、例えば、赤色光を反射するドットと、青色光を反射するドットとの2種を含む構成としてもよく、あるいは、さらに、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ反射するドットに加えて、他の波長域の光を反射するドットとの4種以上を含む構成としてもよい。また、プロジェクタ等の映像装置から出射される映像光の波長に応じて、ドットの反射波長を調整することで、映像光のみを効率良く反射し、映像光に含まれない波長の光を透過させることができ、より透明性を高めることができる。さらには、プロジェクタ等の映像装置から出射される映像光の波長を狭帯域にし、透明スクリーンのドットの反射帯域を対応させることで、その効果を高めることもできる。
また、互いに異なる波長域の光を反射するドットを2種以上有する場合には、ドットの配列には特に限定はなく、例えば、交互に配列してもよいし、あるいは、ランダムに配列してもよい。
ここで、上記ドットを構成する液晶材料のコレステリック構造の反射光は円偏光である。すなわち、液晶材料のコレステリック構造は、右円偏光または左円偏光の一方を選択的に反射し、他方を透過する。
したがって、本発明においては、複数形成されるドット20は、全てのドット20が同じ円偏光を反射する構成であってもよいし、あるいは、右円偏光を反射する右偏光ドットと、左円偏光を反射する左偏光ドットとを含む構成としてもよい。
右円偏光を反射するドットと、左円偏光を反射するドットとを含む構成とすることで、映像光の右円偏光と左円偏光とを反射でき反射率を向上できる点、映像光の右円偏光と左円偏光それぞれに、観察者の左目用または右目用の画像を表示させて立体視(いわゆる3D表示)を行うことができる点、プロジェクタ等の映像装置から出射される映像光が右円偏光であっても左円偏光であっても利用可能である点等で好ましい。
また、液晶材料のコレステリック構造が、右円偏光または左円偏光の一方を選択的に反射し、他方を透過する場合には、プロジェクタ等の映像装置から出射される映像光を右円偏光、もしくは左円偏光のいずれか一方とし、その映像光に対応した円偏光を反射させるドットを用いた透明スクリーンと組み合わせることで、映像光のみを効率良く反射し、映像光に含まれない円偏光を透過させることができ、より透明性を高めることができる。
なお、コレステリック構造の反射光が右円偏光であるか、または左円偏光であるかの円偏光選択反射性は、コレステリック構造の螺旋の捩れ方向による。コレステリック液晶による選択反射は、コレステリック液晶の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
さらに、互いに異なる波長域の光を反射するドットを2種以上有し、かつ、各波長域の光を反射するドットとして、右円偏光を反射するドットと、左円偏光を反射するドットを有していてもよい。
また、各ドットはそれぞれ、1つの波長域の光を反射する構成に限定はされず、1つのドットが、複数の波長域の光を反射する構成としてもよい。すなわち、1つのドット内に互いに異なる波長域の光を反射する領域を2以上有するドットを含む構成としてもよい。
例えば、1つのドットが、赤色光を反射する層、緑色光を反射する層および青色光を反射する層を有する構成としてもよい。これにより、1つのドットで、入射した映像光の赤色光、緑色光および青色光を反射することができる。
したがって、透明スクリーンに投影される映像をカラー表示することができる。また、プロジェクタ等の映像装置から出射される映像光が赤色光であっても緑色光であっても青色光であっても利用可能である。また、映像光の赤色光、緑色光および青色光を反射でき、反射率を向上できる。
なお、互いに異なる波長域の光を反射する3層からなる構成に限定はされず、互いに異なる波長域の光を反射する2層からなるものであってもよく、あるいは、4層以上からなるものであってもよい。
また、各ドットはそれぞれ、右円偏光と左円偏光のいずれか一方を反射する構成に限定はされず、1つのドットが、右円偏光と左円偏光とを反射する構成としてもよい。すなわち、1つのドット内に右円偏光を反射する領域と、左円偏光を反射する領域とを有するドットを含む構成としてもよい。
これにより、1つのドットで、入射した映像光の右円偏光および左円偏光を反射することができる。
さらに、各ドットは、1つのドットが、複数の波長域の光を反射し、かつ、各波長域の右円偏光と左円偏光とを反射する構成としてもよい。すなわち、1つのドット内に互いに異なる波長域の光を反射する領域を有し、かつ、各波長域で右円偏光を反射する領域と、左円偏光を反射する領域とを有するドットを含む構成としてもよい。
また、透明スクリーンは、基板表面にドットを形成し、ドットをオーバーコート層で覆った部材を、粘着層を介して複数積層して構成してもよい(図3参照)。また、複数積層する際には、正面から見た際のドットの位置をずらすことによって、正面から見た際の、面積比率を効率良く高めることができる。また、各層に含まれるドットは、反射波長や、反射円偏光の設計について、上述したいかなるドットでもよいが、特に光入射側から青色光を反射するドットを有する部材、緑色光を反射するドットを有する部材、赤色光を反射するドットを有する部材の順で積層することが特に好ましい。これは、光源から遠い層で反射された光が、より光源に近い層によって再び反射され、視認者側に戻らないことを抑制するためである。
また、オーバーコート層が粘着層を兼ねる構成としてもよい。また、基板の両面にドットを形成した部材を積層してもよい。
<<透明反射層>>
透明反射層14は、一部の光を反射し、他の一部の光を透過する反射性と透明性とを備えた層である。
本明細書において反射性を有するとは、具体的には波長380nm〜780nmの非偏光の反射率が20%以上である。
また、本明細書において透明性を有するとは、具体的には波長380nm〜780nmの非偏光透過率(全方位透過率)が50%以上である。
本発明においては、コントラストをより高くできる観点から、透明反射層14の反射率は、20%〜50%であるのが好ましく、25%〜35%であるのがより好ましい。
また、背面側の光景の視認性を高くできる観点から、透明反射層14の透過率は、50%〜80%であるのが好ましく、65%〜75%であるのがより好ましい。
なお、透明反射層の反射率は、法線方向から入射した光(入射光)のうち法線方向へ反射する光(反射光)の割合であり、透過率は、法線方向から入射した光(入射光)のうち裏面側へ透過する光(透過光)の割合である。
透明反射層14の構成は、反射性と透明性を有するものであれば限定はなく、従来公知の、透明性を有する反射層が利用可能である。
具体的には、コレステリック液晶層を用いた反射層、誘電体多層膜、ワイヤーグリッド偏光板、ハーフミラー等が利用可能である。
(コレステリック液晶層を有する反射層)
コレステリック液晶層を有する反射層は、コレステリック構造を有する液晶材料からなり、波長選択反射性を有し、また、右円偏光または左円偏光の一方を選択的に反射し、他方を透過する。すなわち、コレステリック液晶層を用いた反射層は、可視光領域に選択反射波長を有し、選択反射波長の右円偏光または左円偏光を選択的に反射し、他の光を透過する。これにより、コレステリック液晶層を有する反射層は、反射性と透明性を備える。
コレステリック液晶層は、重合性コレステリック液晶組成物がコレステリック液晶相として硬化された層である。
コレステリック液晶相の選択反射波長は、コレステリック液晶相における螺旋構造のピッチに依存する。この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射波長を調節することができる。コレステリック液晶相のピッチは、重合性液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類およびその添加濃度を調節することによって所望のピッチを得ることができる。また、反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向による。
コレステリック液晶層の材料および構成等は、平坦な層状に形成されている以外は、後に詳述する液晶ドットと同様である。
コレステリック液晶層は、PET(ポリエチレンテレフタレート)、TAC(トリアセチルセルロース)、アクリル等の支持体上に形成されて、透明スクリーンに貼着されてもよいし、透明スクリーンの基板上に形成されてもよい。
また、コレステリック液晶層を有する反射層は、選択反射波長および偏光方向の少なくとも一方が異なる複数のコレステリック液晶層を有する構成としてもよい。
また、必要時に応じてλ/4板を付与することで、反射円偏光を直線偏光にすることや、入射直線偏光を円偏光にすることで、透過率もしくは反射率を高めることができる。
(誘電体多層膜)
誘電体多層膜は、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、酸化ジルコニウム、および、酸化ケイ素等からなる誘電体膜を複数積層した、公知の誘電体多層膜である。誘電体多層膜は、高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜とを交互に積層した構成を有しており、誘電体膜の層構成を調整することで、所望の波長域の光を透過し、他の波長域の光の反射するものとすることができる。
誘電体多層膜としては、市販品を用いることができ、市販品としては、例えば、株式会社渋谷光学製のH256などが挙げられる。
(ワイヤーグリッド偏光板)
ワイヤーグリッド偏光板は、金属細線の複屈折によって、偏光の一方を透過し、他方を反射させる偏光子である。
ワイヤーグリッド偏光板は、金属ワイヤーを周期的に配列したもので、テラヘルツ波帯域で主に偏光子として用いられる。ワイヤーグリッドが偏光子として機能するためには、ワイヤー間隔が入射電磁波の波長よりも十分小さいことが必要となる。
ワイヤーグリッド偏光板では、金属ワイヤーが等間隔に配列されている。金属ワイヤーの長手方向と平行な偏光方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光板において反射され、垂直な偏光方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光板を透過する。
ワイヤーグリッド偏光板としては、市販品を用いることができ、市販品としては、例えば、エドモンドオプティクス社製のワイヤーグリッド偏光フィルタ50×50、NT46−636などが挙げられる。
(ハーフミラー)
ハーフミラーは、プラスチックフィルム等の支持体上に、アルミニウムまたは銀等の金属蒸着膜を形成した、公知のハーフミラーである。ハーフミラーの反射率と透過率の割合は金属蒸着膜の厚みで調整できる。
ここで、透明反射層は、S波(電界成分が入射面に垂直な偏光)を反射する機能を有するのが好ましい。
外部で一旦、反射して光学フィルムに入射する外光は、S波が主成分となるので、透明反射板がS波を反射することで、光学フィルムに入射する外光を遮蔽することができる。これにより、光学フィルムに投影した画像のコントラストが低下するのを抑制できる。
S波を反射可能とするには、コレステリック液晶層を有する反射層の場合には、さらにλ/4板を有する構成とすればよい。λ/4板を有する構成とすることで、直線偏光であるS波を円偏光に変換し、変換された円偏光をコレステリック液晶層で反射することができる。
また、誘電体多層膜の場合には、直線偏光特性を有するものを用いればよい。
また、ワイヤーグリッド偏光板は、一方の偏光を反射し他方の偏光を透過するものであるので、S波を反射可能である。
ここで、前述のとおり、本発明の光学フィルムは、透明スクリーンが、透明スクリーンの主面に垂直に光を入射させた際の、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30が2.0以上であり、主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30が2.0以下であり、透明スクリーンに透明反射層を積層した構成を有する。これにより、透明スクリーンに投影した画像の輝度を高くすることができ、外光が存在する明室環境で使用する場合でも、コントラストの低下を抑制して画像の視認性を高くすることができる。
まず、外光が存在する明室環境下での、透明スクリーン(光学フィルム)に投影した画像のコントラストについて、図4および図5を用いて説明する。
一般に、コントラストとは、画像中の輝度の最大値と最小値との比率で表される。なお、輝度の最大値は白を表示した際の輝度であるので、以下の説明では白輝度と言い、輝度の最小値は黒を表示した際の輝度であるので、以下の説明では黒輝度と言う。また、プロジェクターから光学フィルムに投影される輝度が最大の光を白色光と言い、輝度が最小の光を黒色光と言う。
外光が存在しない場合には、コントラストは、光学フィルムに投影され反射された光の白輝度Ywと黒輝度Ybとの比Yw/Ybである。
なお、黒を表示する場合、理想的には輝度値0であるが、漏れ光が存在するため、輝度値0とはならない場合もある。
図4は、白色光を投影した場合の図であり、図5は、黒色光を投影した場合の図である。
図4に示すように、プロジェクターPから光学フィルム10に白色光Lwを投影すると、白色光Lwは光学フィルム10内で散乱された白色光Lwdの一部が光学フィルムの前面に出射される。また、外光光源Sから出射された外光Lsも、光学フィルム10に入射し内部で散乱されて、散乱された外光Lsdの一部が光学フィルムの前面に出射される。
そのため、外光が存在する明室環境下で白色光を投影した場合に光学フィルムから出射される光の輝度は、散乱された白色光Lwdの輝度Ywと、散乱された外光Lsdの輝度Ysとの合計となる。
一方、図5に示すように、プロジェクターPから光学フィルム10に黒色光Lbを投影すると、黒色光Lbは光学フィルム10内で散乱された黒色光Lbdの一部が光学フィルムの前面に出射される。また、外光光源Sから出射された外光Lsも、光学フィルム10に入射し内部で散乱されて、散乱された外光Lsdの一部が光学フィルムの前面に出射される。
そのため、外光が存在する明室環境下で黒色光を投影した場合に光学フィルムから出射される光の輝度は、散乱された黒色光Lbdの輝度Ybと、散乱された外光Lsdの輝度Ysとの合計となる。
従って、外光が存在する場合のコントラストは、(Yw+Ys)/(Yb+Ys)となり、外光が存在しない場合のコントラストYw/Ybよりも小さい値となる。
黒輝度Ybは0に近い値(あるいは0)であるので、外光の存在下でコントラストを高めるには、白輝度Ywを高くする、または、外光の輝度Ysを小さくすることが考えられる。
ここで、前述のとおり、本発明の光学フィルムは、透明スクリーンの裏面に透明反射層を有する。そのため、図6に示すように、透明スクリーン11内で散乱され裏面側に進行する光Lwd2の一部は、透明反射層14で反射されて、反射光Lwrが透明スクリーン11の前面から出射される。従って、反射光Lwrの輝度の分、白輝度Ywを高くすることができる。
さらに、本発明の光学フィルムの透明スクリーンは、透明スクリーンの主面に垂直に光を入射させた際の、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30が2.0以上であり、主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30が2.0以下である。
透明スクリーンの反射光とは、プロジェクターから投影されて透明スクリーン内で散乱されて透明スクリーンの前面から出射される光Lwd1である。
この光Lwd1の、主面の法線方向に対して15度の角度における光量R15と、30度の角度における光量R30との比R15/R30を2.0以下とすることで、透明スクリーンの斜め方向に出射される光の光量が増加し、透明スクリーンを斜め方向から見た際にも好適に映像を表示でき、視野角を広くすることができる。
一方で、透明スクリーンの透過光とは、プロジェクターから投影されて透明スクリーン内で散乱されて透明スクリーンの背面から出射される光Lwd2である。
この光Lwd2の、主面の法線方向に対して15度の角度における光量T15と、30度の角度における光量T30との比T15/T30を2.0以上とすることで、この光Lwd2が透明反射層14で反射された光Lwrが透明スクリーンの前面側に向かわせることができ、反射光Lwrによる輝度向上の効果をより高くすることができる。
従って、白輝度Ywを高くして、外光が存在する場合のコントラスト(Yw+Ys)/(Yb+Ys)を高くすることができる。
なお、上記反射光による輝度向上効果は、黒輝度Ydについても同様に作用するが、黒輝度の値は小さいため、コントラストに対する影響は小さい。
また、視野角を広くできる点、コントラストを向上できる点で、透明スクリーンの、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30は2.0以上50.0以下が好ましく、3.0以上30.0以下がより好ましい。
また、視野角を広くできる点、コントラストを向上できる点で、透明スクリーンの、主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30は1.0以上5.0以下であるのが好ましく、1.0以上3.0以下であるのがより好ましい。
なお、透明スクリーンの、15度の角度における透過光の光量T15、30度の角度における透過光の光量T30、15度の角度における反射光の光量R15、および、30度の角度における反射光の光量R30は、ゴニオフォトメーター(株式会社村上色彩技術研究所製 GP−200)で測定できる。なお、本願における光量として、ゴニオフォトメーターで測定される輝度値(Y値)を用いた。
ここで、複数のコレステリック液晶ドットを有する透明スクリーンの場合には、ドットの形状、大きさ、配置密度等を調整することで、透明スクリーンの、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30、および、15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30を調整することができる。
例えば、ドット高さを低くすることや配置密度を下げることなどで、透過光の光量比T15/T30を高くすることができる。
次に、本発明の光学フィルムの各構成要素の材料、形状等について詳述する。
[基板]
透明スクリーンに含まれる基板は、表面にドットを形成するための基材として機能する。
基板は、ドットが光を反射する波長において、光の反射率が低いことが好ましく、ドットが光を反射する波長において光を反射する材料を含んでいないことが好ましい。
また、基板は可視光領域において、透明であることが好ましい。また、基板は、着色していてもよいが、着色していないか、着色が少ないことが好ましい。さらに基板は屈折率が1.2〜2.0程度であることが好ましく、1.4〜1.8程度であることがより好ましい。
また、基板のヘイズ値は、30%以下が好ましく、0.1%〜25%がより好ましく、0.1%〜10%が特に好ましい。さらに、AG(アンチグレア)基板のようにヘイズの高い基板を用いることで、透明性を悪化させ、正面輝度や視野角特性を良化させるような調整も可能となる。
基板の厚みは用途に応じて選択すればよく、特に限定されないが、5μm〜1000μm程度であればよく、好ましくは10μm〜250μmであり、より好ましくは15μm〜150μmである。
基板は単層であっても、多層であってもよく、単層である場合の基板の例としては、ガラス、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリオレフィン等からなる基板が挙げられる。多層である場合の基板の例としては、上記の単層である場合の基板の例のいずれかなどを支持体として含み、上記支持体の表面に他の層を設けたものなどが挙げられる。
また、基板の表面(基板とドットとの間)に下地層を設けてもよい。下地層の例としては、ドットを形成する際の表面形状を調整するための層(具体的には下地層表面の表面エネルギー調整)、ドットとの接着特性を改善するための層、ドット形成の際の重合性液晶化合物の配向を調整するための配向層などが挙げられる。
また、下地層は、ドットが光を反射する波長において、光の反射率が低いことが好ましく、ドットが光を反射する波長において光を反射する材料を含んでいないことが好ましい。また、下地層は透明であることが好ましい。さらに下地層は屈折率が1.2〜2.0程度であることが好ましく、1.4〜1.8程度であることがより好ましい。下地層は支持体表面に直接塗布された重合性化合物を含む組成物の硬化により得られた熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂であることも好ましい。重合性化合物の例としては、(メタ)アクリレートモノマー、ウレタンモノマーなどの非液晶性の化合物が挙げられる。
下地層の厚みは、特に限定されないが、0.01〜50μmであることが好ましく、0.05〜20μmであることがさらに好ましい。
[ドット]
透明スクリーンは基板表面に形成されたドットを含む。ドットが形成される基板表面は基板の両面であっても片面であってもよい。基板の両面に形成した場合には、光の入射面側のドットが形成されていない部分を通り抜けた光が裏面側のドットで反射されることで、反射強度を向上できる。すなわち、基板の両面に形成する場合には、表面側にドットが形成されていない位置に、裏面側のドットを形成するのが好ましい。
ドットは基板表面に2つ以上形成されていればよい。2つ以上のドットは基板表面で互いに近接して多数形成される。その際、前述のように、2つ以上のドットは、所定のパターンで、規則的に配列されてもよいし、ランダムに配置されてもよい。また、ドットは、基板の全面に均一に配列されてもよいし、基板の少なくとも一部の領域にのみ配列されてもよい。
ここで、ドットの配置密度には特に限定はなく、透明スクリーンに求められる拡散性(視野角)や、透明性等に応じて適宜設定すればよい。
広い視野角と、高い透明性とを両立できる点、製造時にドットの合一や欠損などの欠陥なく製造できる適切な密度等の観点から、基板の主面の法線方向から見た際の、基板に対するドットの面積率は、1.0%〜90.6%であるのが好ましく、2.0%〜50.0%であるのがより好ましく、4.0%〜30.0%であるのが特に好ましい。
なお、ドットの面積率は、レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)などの顕微鏡で得られる画像において、1mm×1mmの大きさの領域で面積率を測定し、5箇所の平均値をドットの面積率とした。
同様に、広い視野角と、高い透明性とを両立できる点で、隣接するドット間のピッチは、20μm〜500μmが好ましく、20μm〜300μmがより好ましく、20μm〜150μmが特に好ましい。
基板表面にドットが複数ある場合、ドットの直径、形状はすべて同一であってもよく、互いに異なるものが含まれていてもよいが、同一であることが好ましい。例えば、同一の直径および形状のドット形成を意図して、同条件で形成されたドットであることが好ましい。
本明細書において、ドットについて説明されるとき、その説明は、本発明の光学フィルム中のすべてのドットについて適用できるが、説明されるドットを含む本発明の光学フィルムが、本技術分野で許容される誤差やエラーなどにより同説明に該当しないドットを含むことを許容するものとする。
(ドットの形状)
ドットは、基板の主面の法線方向(以下、基板法線方向ともいう)から見たとき円形であればよい。円形は正円でなくてもよく、略円形であればよい。ドットについて中心というときは、この円形の中心または重心を意味する。基板表面にドットが複数ある場合、ドットの平均的形状が円形であればよく、一部に円形に該当しない形状のドットが含まれていてもよい。
ドットは基板法線方向から見たときの直径が10〜200μmであることが好ましく、20〜120μmであることがより好ましい。
ドットの直径は、レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)などの顕微鏡で得られる画像において、端部(ドットのへりまたは境界部)から端部までの直線であってドットの中心を通る直線の長さを測定することにより得ることができる。なお、ドットの数、ドット間距離もレーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)などの顕微鏡画像で確認できる。
なお、基板法線方向から見た際の、ドットの形状が円形以外の場合には、このドットの投影面積と等しい円面積を持つ円の直径(円相当径)をドットの直径とする。
ドットは、ドットの端部から中心に向かう方向で最大高さまで連続的に増加する高さを有する部位を含む。すなわち、ドットは、ドットの端部から中心に向かって高さが増加する傾斜部または曲面部等を含む。本明細書において、上記部位を傾斜部または曲面部ということがある。傾斜部または曲面部は、基板の主面に垂直な断面図におけるドット表面の、連続的に増加し始める点から最大高さを示す点までのドット表面の部位と、それらの点と基板とを最短距離で結ぶ直線と、基板と、で囲まれる部位を示す。
なお、本明細書において、ドットについて、「高さ」というときは、「基板と反対側のドットの表面の、点から基板のドット形成側表面までの最短距離」を意味する。このとき、ドットの表面は他の層との界面であってもよい。また、基板に凹凸がある場合は、ドットの端部における基板面の延長を上記ドット形成側表面とする。最大高さは、上記高さの最大値であり、例えば、ドットの頂点から基板のドット形成側表面までの最短距離である。ドットの高さは、レーザー顕微鏡による焦点位置スキャン、またはSEMもしくはTEMなどの顕微鏡を用いて得られるドットの断面図から確認することができる。
上記傾斜部または曲面部は、ドットの中心からみて一部の方向の端部にあってもよく、全部にあってもよい。例えばドットが円形であるとき、端部は円周に対応するが、円周の一部(例えば円周の30%以上、50%以上、70%以上であって、90%以下の長さに対応する部分)の方向の端部にあってもよく、円周の全部(円周の90%以上、95%以上または、99%以上)の方向の端部にあってもよい。ドットの端部は、全部であることが好ましい。すなわち、ドットの中心から円周に向かう方向の高さの変化はいずれの方向でも同一であることが好ましい。また後述の再帰反射性などの光学的性質、断面図で説明される性質も中心から円周に向かういずれの方向においても同一であることが好ましい。
傾斜部または曲面部は、ドットの端部(円周のヘリまたは境界部)から始まって中心までは到達しない一定距離にあってもよく、ドットの端部から始まって中心までにあってもよく、ドットの円周部のヘリ(境界部)から一定距離の部位から始まって中心までは到達しない一定距離にあってもよく、ドットの端部から一定距離の部位から始まって中心までにあってもよい。
上記の傾斜部または曲面部を含む構造は、例えば、基板側を平面とした半球形状、この半球形状の上部を基板と略平行に切断し平坦化した形状(球台形状)、基板側を底面とした円錐形状、この円錐形状の上部を基板と略平行に切断し平坦化した形状(円錐台形形状)などが挙げられる。これらのうち、基板側を平面とした半球形状、この半球形状の上部を基板と略平行に切断し平坦化した形状、基板側を底面とした円錐形状の上部を基板と略平行に切断し平坦化した形状が好ましい。なお上記半球形状は球の中心を含む面を平面とする半球の形状のみでなく、球を任意に2つに切断して得られる球欠形状のいずれか(好ましくは球の中心を含まない球欠形状)を含むものとする。
ドットの最大高さを与えるドット表面の点は、半球形状または円錐形状の頂点にあるか、上記のように基板と略平行に切断し平坦化した面にあればよい。平坦化した面状の点全部がドットの最大高さを与えていることも好ましい。ドットの中心が最大高さを与えていることも好ましい。
また、基板と反対側のドットの表面と上記基板(基板のドット形成側表面)とのなす角度(例えば平均値)、すなわち、基板とドットとの接触角は40°以上であることが好ましく、60°以上であることがより好ましい。接触角をこの範囲とすることにより、広い視野角と、高い透明性とを両立することができる。
上記角度はレーザー顕微鏡による焦点位置スキャン、または、SEMもしくはTEMなどの顕微鏡を用いて得られるドットの断面図から確認することができるが、本明細書においては、ドットの中心を含み基板に垂直な面での断面図のSEM画像で基板とドット表面との接触部分の角度を測定したものとする。
なお、上述したように、基板とドットとの間に下地層を設けることで、基板とドットとの接触角を所望の範囲に調整することができる。
(ドットの光学的性質)
ドットは波長選択反射性を有する。ドットが選択反射性を示す光は特に限定されず、例えば、赤外光、可視光、紫外光などいずれであってもよい。例えば、透明スクリーンを、プロジェクタ等の映像装置から出射される映像光による画像と、透明スクリーンの裏面側の背景とを重畳して表示するスクリーンとして使用する場合には、ドットが選択反射性を示す光は、可視光であることが好ましい。
あるいは、上記反射波長は、組み合わせて用いられる光源から照射される光の波長に従って選択されていることも好ましい。
ドットは、コレステリック構造を有する液晶材料からなる。ドットが選択反射性を示す光の波長は上記のようにドットを形成する液晶材料のコレステリック構造における螺旋ピッチを調整することにより行うことができる。また、本発明の透明スクリーンにおけるドットを形成する液晶材料は、後述のようにコレステリック構造の螺旋軸方向が制御されており、そのため、入射光は正反射だけでなく、種々の方向にも反射される。
ドットは着色していてもよいが、着色していないか、着色が少ないことが好ましい。これにより、透明スクリーンの透明性を向上できる。
(コレステリック構造)
コレステリック構造は特定の波長において、選択反射性を示すことが知られている。選択反射の中心波長λは、コレステリック構造における螺旋構造のピッチP(=螺旋の周期)に依存し、コレステリック液晶の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。そのため、この螺旋構造のピッチを調節することによって、選択反射波長を調節することができる。コレステリック構造のピッチは、ドットの形成の際、重合性液晶化合物とともに用いるキラル剤の種類、またはその添加濃度に依存するため、これらを調整することによって所望のピッチを得ることができる。なお、ピッチの調製については富士フイルム研究報告No.50(2005年)p.60−63に詳細な記載がある。螺旋のセンスやピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版2007年出版、46頁、および「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 196頁に記載の方法を用いることができる。
コレステリック構造は走査型電子顕微鏡(SEM)にて観測される上記ドットの断面図において明部と暗部との縞模様を与える。この明部と暗部の繰り返し2回分(明部2つおよび暗部2つ)が螺旋1ピッチ分に相当する。このことからピッチは、SEM断面図から測定することができる。上記縞模様の各線の法線が螺旋軸方向となる。
なお、コレステリック構造の反射光は円偏光である。すなわち、本発明の光学フィルムにおけるドットの反射光は円偏光となる。本発明の光学フィルムは、この円偏光選択反射性を考慮して、用途を選択することができる。反射光が右円偏光であるか、または左円偏光であるかコレステリック構造は螺旋の捩れ方向による。コレステリック液晶による選択反射は、コレステリック液晶の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
本発明では、ドットとして、右捩れおよび左捩れのいずれのコレステリック液晶を使用してもよい。あるいは、上記円偏光の方向は、組み合わせて用いられる光源から照射される光の円偏光の方向と同じに選択されていることも好ましい。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、液晶化合物の種類または添加されるキラル剤の種類によって調整できる。
また選択反射を示す選択反射帯(円偏光反射帯)の半値幅Δλ(nm)は、Δλが液晶化合物の複屈折Δnと上記ピッチPに依存し、Δλ=Δn×Pの関係に従う。そのため、選択反射帯の幅の制御は、Δnを調整して行うことができる。Δnの調整は重合性液晶化合物の種類やその混合比率を調整したり、配向固定時の温度を制御したりすることで行うことができる。反射波長帯域の半値幅は本発明の光学フィルムの用途に応じて調整され、例えば50〜500nmであればよく、好ましくは100〜300nmであればよい。
(ドット中のコレステリック構造)
コレステリック液晶相を固定してなるドットは、断面において、明部と暗部との縞模様を与える。このようなコレステリック液晶相を固定してなるドットは、走査型電子顕微鏡で観察される断面図で確認した際、基板と反対側のドットの表面から1本目の暗部が成す線の法線と、基板と反対側のドットの表面とが成す角度が70°〜90°の範囲であるのが好ましい。
以下の説明では、『支持体と反対側の反射ドットの表面』を、単に『反射ドットの表面』とも言う。
図7にドット20の断面の概略図を示す。図7では、暗部が成す線を太線で示す。図7に示すように、1本目の暗部が成す線Ld1の法線(破線)と、反射ドットの表面とが成す角度θ1が、70°〜90°であるのが好ましい。
ここで、ドット20の表面の位置を、ドットの中心を通る基板12表面の垂線(一点鎖線)に対する角度α1で表したとき、角度α1が30°の位置および60°の位置において、ドットの表面から1本目の暗部が成す線Ld1の法線とドットの表面とが成す角度が70°〜90°の範囲であるのが好ましく、ドットの表面の全ての位置において、ドットの表面から1本目の暗部が成す線Ld1の法線とドットの表面とが成す角度が70°〜90°の範囲であるのがより好ましい。
すなわち、ドットは、ドットの表面の一部において上記角度を満たすもの、例えば、ドットの表面の一部において断続的に上記角度を満たすものでなはく、連続的に上記角度を満たすものであるのが好ましい。なお、断面図において、ドットの表面が曲線であるときは、暗部が成す線の法線とドットの表面とが成す角度は、ドットの表面の接線と法線とが成す角度を意味する。また、上記角度は鋭角で示されており、法線とドットの表面とが成す角度を0°〜180°の角度で表すときの、70°〜110°の範囲を意味する。
ドットは、断面図において、ドットの表面から2本目の暗部が成す線Ld2の法線とドットの表面とが成す角度θ2が70°〜90°の範囲であるのが好ましく、ドットの表面から3〜4本目までの暗部が成す線が、いずれも、その法線とドットの表面とが成す角度が70°〜90°の範囲であるのがより好ましく、ドットの表面から5〜12本目以上の暗部が成す線が、いずれも、その法線とドットとが成す角度が70°〜90°の範囲であるのがさらに好ましい。
さらに、この暗部が成す線の法線と、ドットの表面とが成す角度は、80°〜90°であるのがより好ましく、85°〜90°であるのがさらに好ましい。
このようなドットのSEMで撮影した際のSEMが与える断面図は、上記の傾斜部または曲面部のドットの表面において、コレステリック構造の螺旋軸が表面と70°〜90°の範囲の角度をなすことを示している。このような構造により、ドットに入射する光は基板の法線方向から角度をなす方向から入射する光を、上記傾斜部または曲面部において、コレステリック構造の螺旋軸方向と平行に近い角度で入射させることができる。そのため、ドットに入射する光を様々な方向に反射させることができる。
また、ドットはコレステリック液晶相の螺旋軸を基準として、入射光を正反射させる。そのため、図8に概念的に示すように、基板12の法線方向から入射する光Inに対して、ドット20の中心付近で反射される反射光Irは基板12の法線方向に平行に反射される。一方、ドット20の中心からずれた位置(コレステリック液晶相の螺旋軸が基板の法線方向に対して傾いている位置)では、反射光Irは基板12の法線方向とは異なる方向に反射される。したがって、ドットに入射する光を様々な方向に反射させることができ、広視野角化することができる。また、ドットを透過する光Ipは、入射光Inと同方向に透過するので、透過光が散乱されることを抑制してヘイズを小さくすることができ、透明性を高くすることができる。
また、基板の法線方向から入射する光を、全方位に反射できるのが好ましい。特に、正面輝度(ピーク輝度)の半分の輝度となる角度(半値角)が35°以上にでき、高い反射性を有することが好ましい。
上記の傾斜部または曲面部のドットの表面において、コレステリック構造の螺旋軸が表面と70°〜90°の範囲の角度をなすことにより、表面から1本目の暗部がなす線の法線方向と基板の法線方向とのなす角度は、上記高さが連続的に増加するにしたがって連続的に減少していることが好ましい。
なお、断面図は、ドットの端部から中心に向かう方向で最大高さまで連続的に増加する高さを有する部位を含む任意の方向の断面図であり、典型的にはドットの中心を含み基板に垂直な任意の面の断面図であればよい。
(コレステリック構造の作製方法)
コレステリック構造は、コレステリック液晶相を固定して得ることができる。コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、また外場や外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造であればよい。なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、液晶化合物はもはや液晶性を示していなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
コレステリック構造の形成に用いる材料としては、液晶化合物を含む液晶組成物などが挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であることが好ましい。
重合性液晶化合物を含む液晶組成物はさらに界面活性剤を含む。液晶組成物は、さらにキラル剤、重合開始剤を含んでいてもよい。
−−重合性液晶化合物−−
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であることが好ましい。
コレステリック液晶層を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基が特に好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは1〜6個、より好ましくは1〜3個である。重合性液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開WO95/22586号公報、同95/24455号公報、同97/00600号公報、同98/23580号公報、同98/52905号公報、特開平1−272551号公報、同6−16616号公報、同7−110469号公報、同11−80081号公報、および特開2001−328973号公報などに記載の化合物が含まれる。2種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
重合性液晶化合物の具体例としては、下記式(1)〜(11)に示す化合物が挙げられる。
[化合物(11)において、X1は2〜5(整数)である。]
また、上記以外の重合性液晶化合物としては、特開昭57−165480号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等を用いることができる。さらに、前述の高分子液晶化合物としては、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖及び側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平9−133810号公報に開示されているような液晶性高分子、特開平11−293252号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。
また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量(溶媒を除いた質量)に対して、75〜99.9質量%であることが好ましく、80〜99質量%であることがより好ましく、85〜90質量%であることが特に好ましい。
−−界面活性剤−−
本発明者らは、ドットを形成する際に用いる液晶組成物に界面活性剤を加えることにより、ドット形成時に重合性液晶化合物が空気界面側で水平に配向し、螺旋軸方向が上述のように制御されたドットが得られることを見出した。一般的に、ドットの形成のためには、印刷の際の液滴形状を保つため、表面張力を低下させない必要がある。そのため界面活性剤を加えてもドットの形成が可能であり、かつ、多方向からの再帰反射性の高いドットが得られたことは驚くべきことであった。界面活性剤を用いることで、ドット端部でドット表面と基板とがなす角度が40°以上であるドットが形成され得る。すなわち、ドットを形成する際に界面活性剤を加えることにより、ドットと基板との接触角を、広い視野角と、高い透明性とを両立することができる角度範囲に形成することができる。
界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック構造とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ−ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましい。
界面活性剤の具体例としては、特開2014−119605号公報の段落[0082]〜[0090]に記載の化合物、特開2012−203237号公報の段落〔0031〕〜〔0034〕に記載の化合物、特開2005−99248号公報の段落[0092]及び[0093]中に例示されている化合物、特開2002−129162号公報の段落[0076]〜[0078]及び段落[0082]〜[0085]中に例示されている化合物、特開2007−272185号公報の段落〔0018〕〜〔0043〕等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、などが挙げられる。
なお、水平配向剤としては1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開2014−119605号公報の段落[0082]〜[0090]に記載の下記一般式(I)で表される化合物が特に好ましい。
一般式(I)において、L11、L12、L13、L14、L15、L16はおのおの独立して単結合、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−、−NRCO−、−CONR−(一般式(I)中におけるRは水素原子または炭素数が1〜6のアルキル基を表す)を表し、−NRCO−、−CONR−は溶解性を減ずる効果があり、ドット作製時にヘイズが上昇する傾向があることからより好ましくは−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−であり、化合物の安定性の観点からさらに好ましくは−O−、−CO−、−COO−、−OCO−である。上記のRがとりうるアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。炭素数は1〜3であることがより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基を例示することができる。
Sp11、Sp12、Sp13、Sp14はそれぞれ独立して単結合または炭素数1〜10のアルキレン基を表し、より好ましくは単結合または炭素数1〜7のアルキレン基であり、さらに好ましくは単結合または炭素数1〜4のアルキレン基である。但し、アルキレン基の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。アルキレン基には、分枝があっても無くてもよいが、好ましいのは分枝がない直鎖のアルキレン基である。合成上の観点からは、Sp11とSp14が同一であり、かつ、Sp12とSp13が同一であることが好ましい。
11、A12は1〜4価の芳香族炭化水素基である。芳香族炭化水素基の炭素数は6〜22であることが好ましく、6〜14であることがより好ましく、6〜10であることがさらに好ましく、6であることがさらにより好ましい。A11、A12で表される芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよい。そのような置換基の例として、炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基またはエステル基を挙げることができる。これらの基の説明と好ましい範囲については、下記のTの対応する記載を参照することができる。A11、A12で表される芳香族炭化水素基に対する置換基としては、例えばメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基、臭素原子、塩素原子、シアノ基などを挙げることができる。パーフルオロアルキル部分を分子内に多く有する分子は、少ない添加量で液晶を配向させることができ、ヘイズ低下につながることから、分子内にパーフルオロアルキル基を多く有するようにA11、A12は4価であることが好ましい。合成上の観点からは、A11とA12は同一であることが好ましい。
11
で表される二価の基または二価の芳香族複素環基を表す(上記T11中に含まれるXは炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基またはエステル基を表し、Ya、Yb、Yc、Ydはおのおの独立して水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す)ことが好ましく、より好ましくは、
であり、さらに好ましくは、
である。
上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の炭素数は1〜8であり、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、直鎖状または分枝状であることが好ましい。好ましいアルキル基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができ、その中でもメチル基が好ましい。上記T11中に含まれるXがとりうるアルコキシ基のアルキル部分については、上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。上記T11中に含まれるXがとりうるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、塩素原子、臭素原子が好ましい。上記T11中に含まれるXがとりうるエステル基としては、R’COO−で表される基を例示することができる。R’としては炭素数1〜8のアルキル基を挙げることができる。R’がとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲については、上記T11中に含まれるXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。エステルの具体例として、CH3COO−、C25COO−を挙げることができる。Ya、Yb、Yc、Ydがとりうる炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができる。
二価の芳香族複素環基は、5員、6員または7員の複素環を有することが好ましい。5員環または6員環がさらに好ましく、6員環が最も好ましい。複素環を構成する複素原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が好ましい。複素環は、芳香族性複素環であることが好ましい。芳香族性複素環は、一般に不飽和複素環である。最多二重結合を有する不飽和複素環がさらに好ましい。複素環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピロリン環、ピロリジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、イミダゾリン環、イミダゾリジン環、ピラゾール環、ピラゾリン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、フラザン環、テトラゾール環、ピラン環、チイン環、ピリジン環、ピペリジン環、オキサジン環、モルホリン環、チアジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペラジン環およびトリアジン環が含まれる。二価の複素環基は置換基を有していてもよい。そのような置換基の例の説明と好ましい範囲については、上記のA1とA2の1〜4価の芳香族炭化水素が取り得る置換基に関する説明と記載を参照することができる。
Hb11は炭素数2〜30のパーフルオロアルキル基を表し、より好ましくは炭素数3〜20のパーフルオロアルキル基であり、さらに好ましくは3〜10のパーフルオロアルキル基である。パーフルオロアルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状または分枝状であるものが好ましく、直鎖状であることがより好ましい。
m11、n11はそれぞれ独立に0から3であり、かつm11+n11≧1である。このとき複数存在する括弧内の構造は互いに同一であっても異なっていてもよいが、互いに同一であることが好ましい。一般式(I)のm11、n11は、A11、A12の価数によって定まり、好ましい範囲もA11、A12の価数の好ましい範囲によって定まる。
11中に含まれるoおよびpはそれぞれ独立に0以上の整数であり、oおよびpが2以上であるとき複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよい。T11中に含まれるoは1または2であることが好ましい。T11中に含まれるpは1〜4のいずれかの整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
一般式(I)で表される化合物は、分子構造が対称性を有するものであってもよいし、対称性を有しないものであってもよい。なお、ここでいう対称性とは、点対称、線対称、回転対称のいずれかひとつに少なくとも該当するものを意味し、非対称とは点対称、線対称、回転対称のいずれにも該当しないものを意味する。
一般式(I)で表される化合物は、以上述べたパーフルオロアルキル基(Hb11)、連結基−(−Sp11−L11−Sp12−L12)m11−A11−L13−および−L14−A12−(L15−Sp13−L16−Sp14−)n11−、ならびに好ましくは排除体積効果を持つ2価の基であるTを組み合わせた化合物である。分子内に2つ存在するパーフルオロアルキル基(Hb11)は互いに同一であることが好ましく、分子内に存在する連結基−(−Sp11−L11−Sp12−L12)m11−A11−L13−および−L14−A12−(L15−Sp13−L16−Sp14−)n11−も互いに同一であることが好ましい。末端のHb11−Sp11−L11−Sp12−および−Sp13−L16−Sp14−Hb11は、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(Ca2a+1)−(Cb2b)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O−(Cr2r)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−(Cr2r)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−OCO−(Cr2r)−
上式において、aは2〜30であることが好ましく、3〜20であることがより好ましく、3〜10であることがさらに好ましい。bは0〜20であることが好ましく、0〜10であることがより好ましく、0〜5であることがさらに好ましい。a+bは3〜30である。rは1〜10であることが好ましく、1〜4であることがより好ましい。
また、一般式(I)の末端のHb11−Sp11−L11−Sp12−L12−および−L15−Sp13−L16−Sp14−Hb11は、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O−(Cr2r)−O−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−(Cr2r)−COO−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−OCO−(Cr2r)−COO−
上式におけるa、bおよびrの定義は直上の定義と同じである。
液晶組成物中における、界面活性剤の添加量は、重合性液晶化合物の全質量に対して0.01質量%〜10質量%が好ましく、0.01質量%〜5質量%がより好ましく、0.02質量%〜1質量%が特に好ましい。
−−キラル剤(光学活性化合物)−−
キラル剤はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル化合物は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビド、イソマンニド誘導体を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望の反射波長のパターンを形成することができるので好ましい。光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ、アゾキシ、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開2002−80478号公報、特開2002−80851号公報、特開2002−179668号公報、特開2002−179669号公報、特開2002−179670号公報、特開2002−179681号公報、特開2002−179682号公報、特開2002−338575号公報、特開2002−338668号公報、特開2003−313189号公報、特開2003−313292号公報に記載の化合物を用いることができる。
キラル剤の具体例としては以下の式(12)で表される化合物が挙げられる。
式中、Xは2〜5(整数)である。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、重合性液晶性化合物量の0.01モル%〜200モル%が好ましく、1モル%〜30モル%がより好ましい。
−−重合開始剤−−
液晶組成物に重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有していることが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であることが好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、重合性液晶化合物の含有量に対して0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5質量%〜12質量%であることがさらに好ましい。
−−架橋剤−−
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス[3−(1−アジリジニル)プロピオネート]、4,4−ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、3質量%〜20質量%が好ましく、5質量%〜15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が、3質量%未満であると、架橋密度向上の効果が得られないことがあり、20質量%を超えると、コレステリック液晶層の安定性を低下させてしまうことがある。
−−その他の添加剤−−
ドット形成方法として、後述のインクジェット法を用いる場合には、一般的に求められるインク物性を得るために、単官能重合性モノマーを使用してもよい。単官能重合性モノマーとしては、2−メトキシエチルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソデシルアクリレート、オクチル/デシルアクリレート等が挙げられる。
また、液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
液晶組成物は、ドット形成の際は、液体として用いられることが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、エーテル類などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が特に好ましい。上述の単官能重合性モノマーなどの上述の成分が溶媒として機能していてもよい。
液晶組成物は、基板上に適用されて、その後硬化されドットを形成する。基板上への液晶組成物の適用は、好ましくは打滴により行われる。複数(通常多数)のドットを基板上に適用する際には、液晶組成物をインクとした印刷を行えばよい。印刷法としては特に限定されず、インクジェット法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法などを用いることができるが、インクジェット法が特に好ましい。ドットのパターン形成も、公知の印刷技術を応用して形成することができる。
また、1つのドット中に、互いに異なる波長域の光を反射する複数の領域を有するドットや、右円偏光を反射する層と左円偏光を反射する領域を有するドットの場合には、まず、基板側の層となる液晶組成物を上記の印刷法により打滴して硬化させて1層目を形成し、次に2層目となる液晶組成物を、1層目の上に打滴して硬化させて2層目を形成し、さらに、3層目以降も同様の方法で形成することで、反射する光の波長域あるいは偏光方向が異なる複数の領域を有するドットを形成することができる。
基板上に適用後の液晶組成物は必要に応じて乾燥または加熱され、その後硬化される。乾燥または加熱の工程で液晶組成物中の重合性液晶化合物が配向していればよい。加熱を行う場合、加熱温度は、200℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。
配向させた液晶化合物は、更に重合させればよい。重合は、熱重合、光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2が好ましく、100mJ/cm2〜1,500mJ/cm2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射紫外線波長は250nm〜430nmが好ましい。重合反応率は安定性の観点から、高いことが好ましく70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。
重合反応率は、重合性の官能基の消費割合を、IR吸収スペクトルを用いて決定することができる。
[オーバーコート層]
透明スクリーンはオーバーコート層を含んでいてもよい。オーバーコート層は基板のドットが形成された面側に設けられていればよく、透明スクリーンの表面を平坦化していることが好ましい。
オーバーコート層は特に限定されないが、上述のとおり、ドットの屈折率との差が小さいほど好ましく、屈折率の差が0.04以下であるのが好ましい。液晶材料からなるドットの屈折率は1.6程度であるので、屈折率が1.4〜1.8程度の樹脂層であることが好ましい。ドットの屈折率に近い屈折率を有するオーバーコート層を用いることによって、ドットに実際に入射する光の法線からの角度(極角)を小さくすることができる。例えば、屈折率が1.6のオーバーコート層を用い、極角45°で透明スクリーンに光を入射させたとき、ドットに実際に入射する極角は27°程度とすることができる。そのため、オーバーコート層を用いることによっては透明スクリーンが再帰反射性を示す光の極角を広げることが可能であり、基板と反対側のドットの表面と基板とのなす角度が小さいドットにおいても、より広い範囲で、高い再帰反射性を得ることができる。また、オーバーコート層は、反射防止層、粘着剤層、接着剤層、ハードコート層としての機能を有していてもよい。
オーバーコート層の例としては、モノマーを含む組成物を基板のドットが形成された面側に塗布、その後塗布膜を硬化して得られる樹脂層などが挙げられる。樹脂は、特に限定されず、基板やドットを形成すする液晶材料への密着性などを考慮して選択すればよい。例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等を用いることができる。耐久性、耐溶剤性等の点からは、架橋により硬化するタイプの樹脂が好ましく、特に、短時間での硬化が可能である紫外線硬化性樹脂が好ましい。オーバーコート層の形成に用いることができるモノマーとしては、エチル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、スチレン、メチルスチレン、N−ビニルピロリドン、ポリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
オーバーコート層の厚みは、特に限定されず、ドットの最大高さを考慮して決定すればよく、5μm〜100μm程度であればよく、好ましくは10μm〜50μmであり、より好ましくは20μm〜40μmである。厚みは、ドットが無い部分の基板のドット形成表面から対向する面にあるオーバーコート層表面までの距離である。
図1および図2に示す例では、透明スクリーンが複数のコレステリック液晶ドットを有する構成としたが、これに限定はされず、透明スクリーンが樹脂バインダー中に多数の粒子を分散した樹脂層を有する構成としてもよい。
図9に、本発明の光学フィルムの他の一例の模式的な断面図を示す。
図9に示す光学フィルム10bは、透明スクリーン11bと、透明スクリーン11bの裏面側に積層される透明反射層14を有する。
透明スクリーン11bは、基板12と、基板12上に積層された樹脂層22とを有する。樹脂層22は、樹脂バインダー24中に、多数の粒子26を分散したものである。粒子26は、粒径が0.3μm〜10μmであり、樹脂層22中の含有量が50質量%以下である。
このように樹脂バインダー中に微細な粒子を分散した構成することで、スクリーンの前面側からの光は反射し、裏面側からの光は透過する透明スクリーンとすることができる。
樹脂バインダー24としては、透明性の高い樹脂を用いることが好ましい。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、ポリエステル、ポリカーボネート、トリアセチルセルロースシクロオレフィンポリマー、環状オレフィンコポリマー等が用いられる。
樹脂層22の厚さには限定はないが、5μm〜300μmが好ましく、50μm〜150μmがより好ましい。
粒子26は、有機または無機の粒子であり、アクリル粒子、架橋アクリル粒子、ポリスチレン粒子、架橋スチレン粒子、メラミン樹脂粒子、ベンゾグアナミン樹脂粒子、シリカ粒子、TiO2粒子、Zr02粒子等からなる粒子である。また、樹脂層22は、異なる材料からなる2種以上の粒子26を有していてもよい。
また、粒子26の粒径は、0.3μm〜10μmであり、0.5μm〜5μmが好ましく、1.0μm〜3μmがより好ましい。
粒子26の粒径を上記範囲とすることで、透過性を損なわずに投影光の十分な散乱効果を得ることができる。
なお、本発明において粒子の粒径は、SALD−7500nano((株)島津製作所製)により測定できる。
また、粒子26の含有量は、50質量%以下であり、10質量%〜40質量%が好ましく、15質量%〜30質量%がより好ましい。
粒子26の含有量を上記範囲とすることで、透過性を損なわずに投影光の十分な散乱効果を得ることができる。
また、粒子26の屈折率と樹脂バインダー24の屈折率との比が、0.91〜1.5であるのが好ましく、0.95〜1.47であるのがより好ましい。
屈折率の比をこの範囲とし、粒径と合わせて調整することで、T15/T30を好ましい範囲に制御できる点で好ましい。
ここで、樹脂バインダー中に多数の粒子を分散した樹脂層を有する透明スクリーンにおいては、粒子の粒径、含有量、粒子の屈折率と樹脂バインダーの屈折率との比、粒子形状等を調整することで、透明スクリーンの、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30、および、15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30を調整することができる。
例えば、粒子の粒径を大きくすることで、透過光の光量比T15/T30を高くすることができる。
本発明の光学フィルムは、自動車、電車等の車両の窓ガラス、建物の窓ガラス、収納家具の扉のガラス等に設置して利用することができる。
また、光学フィルムを、自動車、電車等の車両の窓ガラス、あるいは、建物の窓ガラスに設置する場合には、光学フィルムに画像を投影するプロジェクターを車両内、あるいは、建物内に設置して利用することができる。
以上、本発明の光学フィルムについて詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、使用量、物質量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
[実施例1]
(透明スクリーン01の作製)
下記に示す組成物を容器中にて攪拌、混合させた後、孔径30μmのポリプロピレン製フィルターでろ過し、樹脂層溶液1を調製した。
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−樹脂層溶液1−
紫外線硬化型樹脂:ペンタエリスリトールトリアクリレート(商品名:PET−30、日本化薬株式会社製、屈折率1.53) 19.1質量部
紫外線硬化型樹脂:ビスコート360(大阪有機化学工業株式会社社製、屈折率1.50) 19.1質量部
光硬化開始剤:イルガキュア127(BASF社製) 1.5質量部
第1の粒子:架橋アクリル−スチレンビーズ(綜研化学株式会社製、粒径8μm、屈折率1.555) 6.0質量部
第2の粒子:架橋アクリルビーズ(綜研化学株式会社製、粒径8μm、屈折率1.50) 6.0質量部
粘度調整剤:セルロースアセテートブチレート 3.6質量部
フッ素系界面活性剤 1.1質量部
溶媒:メチルイソブチルケトン 17.1質量部
溶媒:メチルエチルケトン 14.7質量部
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厚み80μmのトリアセチルセルロースフイルム(商品名:TD80U、富士フイルム株式会社製)をロールから巻き出して、上記で調製した樹脂層溶液1を、乾燥膜厚が15μmになるように塗布し、乾燥させた。溶剤乾燥の後、更に窒素雰囲気下で、紫外線を100mJ/cm2照射して光硬化させ、樹脂層を形成した。
ついで、形成した樹脂層上に粘着剤(SK2057 総研化学株式会社製)を用いて、トリアセチルセルロースフイルム(TD80U、富士フイルム株式会社製)を貼り合わせ、透明スクリーン01を作製した。
作製した透明スクリーン01の、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15、30度の角度における透過光の光量T30、15度の角度における反射光の光量R15、および、30度の角度における反射光の光量R30を、ゴニオフォトメーター(株式会社村上色彩技術研究所製 GP−200)で測定した。
15度の角度における透過光の光量T15は0.77で、30度の角度における透過光の光量T30は0.043で、15度の角度における反射光の光量R15は0.00037で、30度の角度における反射光の光量R30は0.0003であった。
すなわち、光量比T15/T30が18であり、光量比R15/R30が1.2であった。
また、透明スクリーン01のヘイズ値を測定したところ12%であった。
(光学フィルムの作製)
作製した透明スクリーン01の一方の面に、粘着剤(SK2057 総研化学株式会社製)を用いて、透明反射層01としてハーフミラー(株式会社コダマガラス社製)を貼着した。透明反射層01の反射率は45%、透過率は55%であった。測定には分光光度計UV3150(日本分光社製)を用いた。
[実施例2]
樹脂層溶液1を下記の樹脂層溶液2に変更した以外は、実施例1と同様にして透明スクリーン02を作製し、光学フィルムを作製した。
−樹脂層溶液2−
第1の粒子を、アクリル−スチレンビーズ(積水化成品工業株式会社製、粒径6μm、屈折率1.59)、1.0質量部に変更した以外は、樹脂層溶液1と同様にして樹脂層溶液2を調製した。
作製した透明スクリーン02の、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15、30度の角度における透過光の光量T30、15度の角度における反射光の光量R15、および、30度の角度における反射光の光量R30を、ゴニオフォトメーター(株式会社村上色彩技術研究所製 GP−200)で測定した。
15度の角度における透過光の光量T15は0.6で、30度の角度における透過光の光量T30は0.035で、15度の角度における反射光の光量R15は0.00072で、30度の角度における反射光の光量R30は0.00058であった。
すなわち、光量比T15/T30が17であり、光量比R15/R30が1.2であった。
また、透明スクリーン02のヘイズ値を測定したところ14%であった。
[実施例3]
樹脂層溶液1を下記の樹脂層溶液3に変更した以外は、実施例1と同様にして透明スクリーン03を作製し、光学フィルムを作製した。
−樹脂層溶液3−
WO2009/088043号を参考に、ジルコニア(粒径0.5μm、屈折率2.2)を分散した樹脂層溶液3を調製した。
作製した透明スクリーン03の、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15、30度の角度における透過光の光量T30、15度の角度における反射光の光量R15、および、30度の角度における反射光の光量R30を、ゴニオフォトメーター(株式会社村上色彩技術研究所製 GP−200)で測定した。
15度の角度における透過光の光量T15は1.036で、30度の角度における透過光の光量T30は0.274で、15度の角度における反射光の光量R15は0.029で、30度の角度における反射光の光量R30は0.0188であった。
すなわち、光量比T15/T30が3.8であり、光量比R15/R30が1.5であった。
また、透明スクリーン03のヘイズ値を測定したところ17%であった。
[実施例4]
透明スクリーン01に代えて下記の透明スクリーン04を用いた以外は、実施例1と同様にして光学フィルムを作製した。
(下地層の作製)
下記に示す組成物を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、下地層溶液を調製した。
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下地層溶液(質量部)
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 67.8
メガファックRS−90(DIC株式会社製) 31.7
IRGACURE 819 (BASF社製) 0.5
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上記で調製した下地層溶液を、100μm厚の透明なPET(ポリエチレンテレフタレート、東洋紡株式会社製、コスモシャインA4100)基板に、バーコーターを用いて3mL/m2の塗布量で塗布した。その後、膜面温度が90℃になるように加熱し、120秒間乾燥した後に、酸素濃度100ppm以下の窒素パージ下で、紫外線照射装置により、300mJ/cm2の紫外線を照射し、架橋反応を進行させ、下地層を作製した。
(コレステリック液晶ドットの形成)
下記に示す組成物を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、コレステリック液晶インク液Gm(液晶組成物)を調製した。
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コレステリック液晶インク液Gm(質量部)
メトキシエチルアクリレート 145.0
下記の棒状液晶化合物の混合物 100.0
IRGACURE 819 (BASF社製) 10.0
下記構造のキラル剤A 5.78
下記構造の界面活性剤 0.08
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棒状液晶化合物
数値は質量%である。また、Rは酸素原子で結合する基である。
キラル剤A
界面活性剤
コレステリック液晶インク液Gmは、中心波長550nmの光を反射するドットを形成する材料である。また、コレステリック液晶インク液Gmは、右円偏光を反射するドットを形成する材料である。すなわち、コレステリック液晶インク液Gmは、右偏光緑色ドットを形成するための材料である。
上記で調製したコレステリック液晶インク液Gmを、上記で作製したPET上の下地層上に、インクジェットプリンター(DMP−2831、FUJIFILM Dimatix社製)にて、ドット中心間距離(ピッチ)60μmで100mm×100mm領域全面に打滴し、95℃、30秒間乾燥した後に、紫外線照射装置により、室温で500mJ/cm2の紫外線を照射して硬化させてドットを形成した。
(ドット形状)
上記で形成したドットのうち、無作為に10個を選択しドットの形状をレーザー顕微鏡(キーエンス社製)にて観察したところ、ドットは平均直径30μm、平均最大高さ8μm、ドット端部のドット表面と下地層表面とが両者の接触部でなす角度(接触角)は平均42度であり、ドット端部から中心に向かう方向で、連続的に高さが増加していた。
(ドット面積率)
また、上記で形成したドットのうち、無作為に10個を選択しドットの形状をレーザー顕微鏡(キーエンス社製)にて観察し、1mm×1mmの大きさの領域、5箇所で面積率を測定したところ、面積率の平均値は、19.6%であった。
(オーバーコート層の形成)
下記に示す組成物を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、オーバーコート用塗布液1を調製した。
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オーバーコート用塗布液1(質量部)
アセトン 100.0
KAYARAD DPCA−30(日本化薬株式会社製) 30.0
EA−200(大阪ガスケミカル社製) 70.0
IRGACURE 819 (BASF社製) 3.0
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上記で調製したオーバーコート用塗布液1を、コレステリック液晶ドットを形成した下地層上に、バーコーターを用いて40mL/m2の塗布量で塗布した。その後、膜面温度が50℃になるように加熱し、60秒間乾燥した後に、紫外線照射装置により、500mJ/cm2の紫外線を照射し、架橋反応を進行させ、オーバーコート層を形成し、Gmドットフィルムを作製した。
次に、キラル剤Aの量を変えたコレステリック液晶インク液BmとRmを用いた以外は同様に、BmドットフィルムとRmドットフィルムを作製した。コレステリック液晶インク液BmとRmは、ぞれぞれ中心波長450nmと650nmの光を反射するドットを形成する材料である。これら3枚のフィルムを粘着剤(総研化学製)で積層し、透明スクリーン04を得た。
作製した透明スクリーン04の、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15、30度の角度における透過光の光量T30、15度の角度における反射光の光量R15、および、30度の角度における反射光の光量R30を、ゴニオフォトメーター(株式会社村上色彩技術研究所製 GP−200)で測定した。
15度の角度における透過光の光量T15は1.0で、30度の角度における透過光の光量T30は0.05で、15度の角度における反射光の光量R15は0.035で、30度の角度における反射光の光量R30は0.0292であった。
すなわち、光量比T15/T30が20であり、光量比R15/R30が1.2であった。
また、透明スクリーン04のヘイズ値を測定したところ5%であった。
[実施例5〜8]
透明反射層01に代えて下記の透明反射層02を用いた以外は実施例1〜4と同様にして光学フィルムを作製した。
(透明反射層02)
長手方向にラビング処理を施した75μm厚の透明なPETフィルム(東洋紡株式会社製、コスモシャインA4100)を用意し、その表面に、#8のバーコーターを用いてコレステリック液晶インク液Gmを塗布した。その後、塗膜面温度が60℃になるように塗膜を加熱し、120秒間乾燥した後に、紫外線照射装置により、500mJ/cm2の紫外線を塗膜に照射し、架橋反応を進行させ、緑色反射光学フィルムを作製した。
コレステリック液晶インク液BmとRmを用いた以外は同様にして、青色反射光学フィルムと赤色反射光学フィルムを作製した。これら3枚のフィルムを粘着剤(総研化学製)で積層し、透明反射層02を作製した。
透明反射層02の反射率は45%、透過率は55%であった。
[実施例9〜12]
透明反射層01に代えて下記の透明反射層03を用いた以外は実施例1〜4と同様にして光学フィルムを作製した。
(透明反射層03)
透明反射層03は、誘電体多層膜(渋谷光学製H256)を用いた。
透明反射層03の反射率は45%、透過率は55%であった。
[実施例13〜16]
透明反射層01に代えて下記の透明反射層04を用いた以外は実施例1〜4と同様にして光学フィルムを作製した。
(透明反射層04)
透明反射層04は、ワイヤグリッド偏光フィルム(渋谷光学製)を用いた。
透明反射層04の反射率は45%、透過率は55%であった。
[比較例1〜4]
透明反射層を有さない以外は実施例1〜4と同様にして光学フィルムを作製した。すなわち、透明スクリーン単体を光学フィルムとした。
[比較例5]
樹脂層溶液1を下記の樹脂層溶液5に変更した以外は、実施例1と同様にして透明スクリーン05を作製し、光学フィルムを作製した。
−樹脂層溶液5−
WO2009/088043号を参考に、ジルコニア(粒径0.05μm、屈折率2.2)を分散した樹脂層溶液5を調製した。
作製した透明スクリーン05の、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15、30度の角度における透過光の光量T30、15度の角度における反射光の光量R15、および、30度の角度における反射光の光量R30を、ゴニオフォトメーター(株式会社村上色彩技術研究所製 GP−200)で測定した。
15度の角度における透過光の光量T15は0.132で、30度の角度における透過光の光量T30は0.128で、15度の角度における反射光の光量R15は0.109で、30度の角度における反射光の光量R30は0.104であった。
すなわち、光量比T15/T30が1.03であり、光量比R15/R30が1.05であった。
また、透明スクリーン05のヘイズ値を測定したところ7%であった。
[実施例17〜20]
<λ/4板の作製>
特開2012−18396の実施例([0272]〜[0282])を参考に、配向膜付き保護フィルム01上に光学異方性層を形成し、λ/4板を作製した。Re(550)およびRth(550)は、それぞれ、138nmおよび5nmであった。
実施例5〜8の透明反射層02の、透明スクリーンとは反対側に、上記作製したλ/4板を貼合し、実施例17〜20とした。
<評価>
作製した実施例および比較例の光学フィルムについて、外光が存在する明室環境でコントラストを評価した。
(コントラストの評価)
コントラストの評価は、外光が存在する明室環境に光学フィルムを置き、白色の画像を投影した場合の光学フィルム中央部の輝度(Yw+Ys)と、黒色の画像を投影した場合の光学フィルム中央部の輝度(Yb+Ys)をそれぞれ測定し、輝度(Yw+Ys)と輝度(Yb+Ys)の比(Yw+Ys)/(Yb+Ys)からコントラストを算出した。
また、画像を投影しない場合、すなわち、外光のみの場合の光学フィルム中央部の輝度Ysを輝度計(株式会社トプコン社製 色彩輝度計 BM−5A)で測定したところ100[cd/m]であった。
白色の画像を投影した場合の輝度は、光学フィルムの正面、光学フィルムの中心を通り、法線方向に1.0m離れた位置にプロジェクター(セイコーエプソン株式会社製 EB−G6250W)を配置して、全面が白色の画像を投影し、光学フィルムの中心を通り、法線方向に1.5m離れた位置に配置した輝度計(株式会社トプコン社製 色彩輝度計 BM−5A)で測定した。
同様に、黒色の画像を投影した場合の輝度は、プロジェクターから全面が黒色の画像を投影し測定した。
各透明スクリーンの透過光の光量T15、T30、反射光の光量R15、R30、光量比T15/T30、R15/R30、および、ヘイズ値を表1に示す。また、コントラストの評価結果を表2および表3に示す。
表2および表3に示すように、本発明の光学フィルムの実施例は、比較例に比較して、コントラストが高くなることがわかる。
以上より本発明の効果は明らかである。
10a、10b 光学フィルム
11a、11b 透明スクリーン
12 基板
14 透明反射層
16 オーバーコート層
20 液晶ドット
22 樹脂層
24 樹脂バインダー
26 粒子

Claims (13)

  1. 透明スクリーンと、
    前記透明スクリーンの一方の主面に配置された透明反射層とを有する光学フィルムであって、
    前記透明スクリーンは、主面の法線方向に対して15度の角度における透過光の光量T15と、30度の角度における透過光の光量T30との比T15/T30が2.0以上であり、
    主面の法線方向に対して15度の角度における反射光の光量R15と、30度の角度における反射光の光量R30との比R15/R30が2.0以下である光学フィルム。
  2. 前記透明反射層の反射率が20%〜50%である請求項1に記載の光学フィルム。
  3. 前記透明スクリーンが、複数のコレステリック液晶ドットを有する請求項1または2に記載の光学フィルム。
  4. 前記透明スクリーンが、樹脂バインダー中に多数の粒子を分散した樹脂層を有し、
    前記粒子の粒径が0.3μm〜10μmであり、
    前記樹脂層における前記粒子の含有量が体積分率で50%以下である請求項1または2に記載の光学フィルム。
  5. 前記粒子の屈折率と前記樹脂バインダーの屈折率との比が0.91〜1.5である請求項4に記載の光学フィルム。
  6. 前記透明反射層が、コレステリック液晶層を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  7. さらに、前記透明反射層がλ/4板を有する請求項6に記載の光学フィルム。
  8. 前記透明反射層が、誘電体多層膜からなる請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  9. 前記誘電体多層膜が、直線偏光特性を有する請求項8に記載の光学フィルム。
  10. 前記透明反射層が、ワイヤーグリッド偏光板からなる請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  11. 前記透明反射層が、ハーフミラーからなる請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  12. 車両の窓ガラスの少なくとも一部に積層される請求項1〜11のいずれか一項に記載の光学フィルム。
  13. 前記車両内に設置されたプロジェクターから照射される光を反射する請求項12に記載の光学フィルム。
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