(57)【要約】  本発明は、第１の材料（３２）の第１のフィルム（２２）を提供するステップと、第２の材料（３４）を押し出して溶融状態の第２のフィルムを形成するステップと、第２のフィルムを溶融状態に維持するステップと、第１のフィルム（２２）を溶融した第２のフィルムに隣接させるステップと、溶融した第２のフィルムにパターン形成して複数の構造（２４）を形成するステップであって、これらの構造（２４）がそれらの間に複数の空隙（２６）を画定しているステップと、溶融した第２のフィルムを固化させるステップとを含む光学フィルム（２０）の形成方法に関する。
2007519034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学フィルム（２０）の形成方法であって、
第１の材料（３２）の第１のフィルム（２２）を提供するステップと、
第２の材料（３４）を押し出して溶融状態の第２のフィルムを形成するステップと、
前記第２のフィルムを溶融状態に維持するステップと、
前記第１のフィルム（２２）を前記溶融した第２のフィルムに隣接させるステップと、
前記溶融した第２のフィルムにパターン形成して複数の構造（２４）を形成するステップであって、前記構造（２４）がそれらの間に複数の空隙（２６）を画定しているステップと、
前記溶融した第２のフィルムを固化させるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記複数の空隙（２６）に光学材料（６２）を少なくとも部分的に充填するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学材料（６２）が吸光性である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の材料（３２）と前記第２の材料（３４）とが同じポリマー組成である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光学材料（６２）が黒色顔料を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の構造（２４）および前記光学材料（６２）にシールド（８６）を積層するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の構造（２４）に隣接させ、前記光学材料（６２）に隣接させてハードコート（９４）を配置するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
各構造（２４）がリブ（２４）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の材料（３２）が透光性材料を含み、前記第２の材料（３４）が透光性材料と複数の光散乱粒子とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のフィルム（２２）を提供するステップが、ニップロール（３６）の近くに前記第１の材料（３２）を押し出すステップを含み、
前記第２の材料（３４）を押し出すステップが、キャストロール（４０）の近くに前記第２の材料（３４）を押し出すステップを含み、
前記第１の材料（３２）を押し出すステップが、前記第２の材料（３４）を押し出すステップと同時に実施され、
前記第２のフィルムにパターン形成して複数の構造（２４）を形成するステップが、前記第２の材料（３４）を前記キャストロール（４０）に対して圧縮して、前記ロール（４０）上のパターン形状を前記第２の材料（３４）に付与するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記キャストロール（４０）が、クロム、ニッケル、チタン、またはそれらの合金からなる群より選択される金属で形成されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ニップロール（３６）が第１の方向に回転し、前記キャストロールが前記第１の方向とは反対の第２の方向に回転する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記光学フィルム（２０）をキャリアロール（４４）の周囲に巻き付けることによって前記光学フィルム（２０）を前記キャストロール（４０）から除去するステップであって、前記キャリアロール（４４）が前記第１の方向に回転するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記キャリアロール（４４）を加熱するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャリアロール（４４）の内部（４６）に加熱油を通過させるステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記キャストロール（４０）を約６６℃以上に加熱するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記キャリアロール（４４）を冷却するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記キャリアロール（４４）の内部（４６）に水を通過させるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記キャストロール（４０）が、クロム、ニッケル、チタン、またはそれらの合金からなる群より選択される金属で形成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記フィルム（２０）を前記キャストロール（４０）から除去する前に空気を供給することによって前記フィルム（２０）を冷却するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記フィルム（２０）を冷却するステップが、約６２０ｋＰａで空気を供給するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ニップロール（３６）を加熱するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２３】
前記ニップロール（３６）を約５２℃以上に加熱するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ニップロール（３６）の内部（３８）に加熱油を通過させるステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ニップロール（３６）を冷却するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２６】
前記キャストロール（４０）を加熱するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２７】
前記キャストロール（４０）を約２０４℃以上に加熱するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記キャストロール（４０）を約２５２℃以上に加熱するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記キャストロール（４０）を約２８２℃以下に加熱するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記キャストロール（４０）の内部（４２）に加熱油を通過させるステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記ニップロール（３６）がシリコーンゴムで形成されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１のフィルム（２２）を提供するステップ、および前記第２の材料（３４）を押し出すステップが、前記第１の材料（３２）および前記第２の材料（３４）を同時に押し出すためにダイ（２８）を加熱するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ダイ（２８）が約２９３℃に加熱される、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、背面投射型スクリーンの製造方法、およびその結果得られたスクリーンに関する。より詳細には、本発明は、スクリーンを透過した光を分散させるための全内部反射構造が組み込まれた背面投写型スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、背面投写型スクリーンは、スクリーンの背面上に投射された画像が鑑賞空間まで透過するように設計されている。この投射システムの鑑賞空間は、比較的広い場合もあるし（たとえば、背面投射型テレビ）、比較的狭い場合もある（たとえば、背面投射型データモニター）。背面投写型スクリーンの性能は、スクリーンの種々の特性に基づいて説明することができる。スクリーン性能の説明に使用される典型的なスクリーン特性としては、利得、視野角、解像度、コントラスト、色およびスペックルなどの望ましくないアーティファクトの存在などが挙げられる。
【０００３】
一般に、高解像度、高コントラスト、および高利得を有する背面投写型スクリーンが望まれている。スクリーンによって光が広い鑑賞空間に及ぶようになることも望ましい。残念ながら、スクリーン特性の１つが改善されると、１つ以上の他のスクリーン特性が低下する場合が多い。たとえば、スクリーンに対して種々の位置にいる観察者に適応させるために、水平視野角を変化させることができる。しかし、水平視野角が増加すると、個々の用途に必要な値を超えて垂直視野角も増加する場合があり、そのため全体のスクリーン利得が減少する。その結果、個々の背面投射型ディスプレイ用途において許容される全体性能を有するスクリーンを製造するために、スクリーンの特性および性能においてある種の妥協が必要となる。
【０００４】
米国特許第６，４１７，９６６号明細書において、モシュレフザデー（Ｍｏｓｈｒｅｆｚａｄｅｈ）らは、透過した光を少なくとも１つの分散面に向けて反射するために配置された反射面を有するスクリーンを開示している。これによって、このスクリーンは、背面投射型システムに画像光を非対称に分散させることができ、光を観察者に選択的に向けることができる。モシュレフザデー（Ｍｏｓｈｒｅｆｚａｄｅｈ）らは、キャスティングおよび硬化方法、コーティング技術、平坦化方法、ならびにオーバーコーティング材料の除去を使用するステップの組み合わせを含むこのスクリーンの製造方法も教示している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１の材料の第１のフィルムを提供するステップと、第２の材料を押し出して溶融状態の第２のフィルムを形成するステップと、第２のフィルムを溶融状態に維持するステップと、第１のフィルムを溶融した第２のフィルムに隣接させるステップと、溶融した第２のフィルムにパターン形成して複数の構造を形成するステップであって、これらの構造がそれらの間に複数の空隙を画定しているステップと、溶融した第２のフィルムを固化させるステップとを含む光学フィルムの形成方法に関する。
【０００６】
以下に図面を参照しながら本発明をさらに説明するが、いくつかの図面にわたって類似の構造は類似の番号で表されている。
【０００７】
これらの図面では本発明のいくつかの実施態様を説明しているが、他の実施態様も考慮される。本開示では、限定するためではなく説明のために本発明の説明的実施態様を提示している。当業者は、本発明の原理の意図の範囲内にある多数の他の修正および実施態様を考案することができる。図面は縮尺通りには描かれていない。
【０００８】
さらに、実施態様は「第１」、「第２」、「第３」などの名称で示しているが、これらの説明は参照しやすくするためのものであり、好ましい順序を示すものではないことを理解されたい。これらの説明は単に、明確にするため、異なる実施態様の間で区別するために使用されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、マイクロリブスクリーン構造の側面図である。説明される種々の実施態様は、前面投射およびその他のスクリーン用途に利用することができるが、本開示の目的のため背面投写型スクリーン用途に関して主として説明を行う。マイクロリブ構造２０は、透光性ベース基体２２と、微細構造拡散リブ２４とを含む。用語「微細構造」は、マイクロメートル（μｍ）またはより小さな単位の固有の寸法を有する特徴を含む。一般に、微細構造の特徴は、０．０１μｍ未満から１００μｍを超えるまでの固有寸法を有することができる。１つの特徴の固有寸法を構成するものは特徴の種類に依存する。例としては、表面内の溝状の特徴の幅、表面上の柱状突出部の高さ、ならびに表面上のとがった突出部またはくぼみの先端における曲率半径が挙げられる。したがって、サブマイクロメートルの許容誤差を有する寸法を、特徴の固有寸法が有する場合には、巨視的な特徴でさえも微細構造であると言うことができる。
【００１０】
代表的な一実施態様においては、直線状のリブまたはマイクロリブ２４は、ポリカーボネートなどの樹脂などの光学グレードのホスト材料で形成され、特に、このホスト樹脂は、リブ２４がバルク拡散体として機能するようにビーズなどの光散乱粒子を含む。マイクロリブ構造２０中の全内部反射（ＴＩＲ）を誘導するため、リブの形状に関しては十分高いアスペクト比が選択される。スクリーンの利得および視野角などの光学的性質を制御するために、樹脂中への光散乱粒子の充填が選択される。高屈折率（ＲＩ）を有する樹脂などの材料が、一般に拡散リブ２４に対して選択される。この用途において、リブ２４のＲＩとは、母材のＲＩを意味する。光拡散リブ２４に好適な母材の例としては、改質アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、および他の光学ポリマーなどの約１．５０以上の屈折率を有することが好ましいポリマーが挙げられる。ＲＩが１．５９であるポリカーボネートは、高Ｔｇ、透明性、および機械的性質のため特に有用である。図１に示される実施態様においては、光拡散リブ２４は、Ｖ字型の空隙または溝２６で分離されている。代表的な一実施態様においては、ベース基体２２の実質的幅全体にわたって延在するリブとして光拡散構造２４が説明されているが、別の実施態様においては、互い違い、または「チェッカーボード」のパターンなどでベース基体２２上に配列可能な不連続なピークを構造２４が形成することも考慮される。代表的な一実施態様においては、各構造２４は底部２３および複数の壁２５を有し、壁２５が底部２３から延在するにつれて構造２４が狭くなっていく。
【００１１】
図２は、請求項１のスクリーン構造を形成することができる方法を示している。図２は、ベース基体２２上の拡散リブ２４からなるマイクロリブ構造２０を形成するために使用することができる微細複製同時押出方法の一例を示している。用語「微細複製」は、マスターまたは型から物品上に微細構造の特徴を付与する方法を含んでいる。このマスターは、ダイヤモンド旋盤、レーザーアブレーション、またはフォトリソグラフィなどのマイクロマシニング技術などによって微細構造が設けられる。微細構造を有するマスターの１つ以上の表面を硬化性材料で覆うこともでき、それによって、その材料が硬化すると、所望の微細構造の特徴のネガティブレプリカを有する物品が形成される。微細複製は、ロール、ベルト、および当技術分野で公知の他の装置を使用して実施することができる。微細複製は、限定するものではないが、押出成形、エンボス加工、放射線硬化、および射出成形などの技術によって実施することができる。
【００１２】
図２に示される代表的な一実施態様においては、同時押出ダイ２８は、２層フィルムの同時押出のための高温高圧ダイである。一実施態様においては、ダイ２８は、約４４．４ｍｍ（１．７５インチ）〜約５０．８ｍｍ（２インチ）の押出機オリフィス径３０を有する。この２層フィルムは、ベース基体２２を形成するための材料３２と、光拡散リブ２４を形成するための材料３４とで構成される。一実施態様においては、材料３２および３４は約６６℃（１５０°Ｆ）に加熱され、約２９３℃（５６０°Ｆ）の温度を有するダイ２８から同時に押し出される。それぞれの材料３２および３４は、ダイ２８から押し出されるまでは互いに分離されている。押出後、材料３２および３４が互いに接触し、ここで少なくとも材料３４はなお溶融状態にある。
【００１３】
図２に示される３本ロール押出−エンボス技術では、第１のロール３６、パターン形成された第２のロール４０、および第３のロール４４が使用される。一実施態様においては、それぞれのロール３６、４０、および４４は直径が約０．４３ｍ（１７インチ）である。第１のロール３６および第３のロール４４は、ロール表面からの材料の剥離を促進するために、使用される材料の性質により必要に応じて加熱または冷却することができる。材料３２および３４は、ダイ２８からパターン形成されたロール４０の上に同時押出される。図示される実施態様においては、材料３２はニップロール３６の近くに押し出され、材料３４はパターン形成されたキャストロール４０の近くに押し出される。一実施態様においては、第１のロールすなわちニップロール３６は、ロール３６の内部３８を通過する加熱油によって約５２℃（１２５°Ｆ）以上まで加熱され、この油は外部熱源によって加熱される。代表的な一実施態様においては、ニップロール３６はシリコーンゴムなどの材料で形成される。
【００１４】
キャストロール４０は、材料３４上に所望の構造を付与して光拡散リブ２４を得るために、外面４８上にパターンが形成される。代表的な一実施態様においては、キャストロール４０は、クロム、ニッケル、チタンなどの金属、またはそれらの合金で形成される。一実施態様においては、キャストロール４０は、ロール４０の内部４２を通過する加熱油によって約２０４℃（４００°Ｆ）以上、特に約２５２℃（４８５°Ｆ）〜約２８２℃（５４０°Ｆ）の間に加熱され、この油は外部熱源によって加熱される。第３のロールすなわちキャリアロール４４は、マイクロリブ構造２０をキャストロール４０から剥離しやすくするため、一般に、ロール４４の内部４６を通過する油または水によって加熱または冷却される。一実施態様においては、キャリアロール４４は、ロール４４の内部４６を通過する油によって約６６℃（１５０°Ｆ）以上に加熱され、この油は外部熱源によって加熱される。代表的な一実施態様においては、キャリアロール４４は平滑な外面５０を有し、クロム、ニッケル、チタンなどの金属、またはそれらの合金で形成される。
【００１５】
一実施態様においては、ベース構造２２を形成するための材料３２は、たとえばポリカーボネート、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、アクリル、またはビニルなどの透明ポリマーなどの透光性材料である。一実施態様においては、拡散リブ２４の材料３４は、改質アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、またはその他の光学ポリマーなどの高屈折率ポリマーである。材料３４は約１．５０以上の屈折率を有することが特に好適である。ＲＩが１．５９であるポリカーボネートは、高Ｔｇ、透明性、および機械的性質のため特に有用である。一実施態様においては、材料３２および材料３４は相溶性であり、そのため、これらの界面で物理的に結合し、一体となってモノリシック構造を形成する。このことは、代表的な一実施態様において、材料３２および３４が同じポリマー材料であり、光拡散粒子がポリマー中に混入されていることが材料３４の相違点であるポリマー材料を使用することによって実現される。別の実施態様においては、材料３２および材料３４が異なる組成を有することができるが、これらは類似の加工特性を有し、これらの界面において互いに結合する。
【００１６】
一実施態様においては、材料３２および３４、特に材料３４をキャストロール４０に対して高圧で押し付けるために、ニップロール３６およびキャストロール４０は密接に接触している。このことは、ダイ２８から排出されてからほとんど直後に固化するポリカーボネートなどの高Ｔｇ材料の場合に特に重要である。キャリアロール４４はキャストロール４０と密接に接触している必要はなく、キャリアロールまたは引張ロール４４の目的は、単に、形成されたマイクロリブ構造２０をキャストロール４０から引き離すことである。一実施態様においては、ロール３６、４０、および４４のそれぞれは約３．６ｍ（１２フィート）／分で回転し、隣接するロールは互いに反対方向に回転する。
【００１７】
一実施態様においては、エアバー５２は、構造２０のキャストロール４０からの剥離を促進する。エアバー５２は、構造２０がキャストロール４０から分離する場所の直前で構造２０上に冷風を放出する孔あき円筒である。一実施態様においては、空気は６２０ｋＰａ（９０ｐｓｉ）および周囲温度で供給される。材料３２および３４は固化して構造２０となる。一実施態様においては、移動する構造２０に適切な張力を与えるためにテンションロールアセンブリ５４が使用される。構造２０を所望の幅に切断するためにスリッター５６が設けられている。巻き取り５８は、保管のため、または後に取り出すために構造２０を巻き取る。
【００１８】
たとえば、他のキャスト−エンボス方法および押出−エンボス方法を使用することもできる。得られたマイクロリブ構造２０は、次に、図５、６Ａ、および６Ｂを参照して説明される方法で使用することができる。別の実施態様においては、単層押出を使用して、光拡散リブ２４を形成するための材料３４を、あらかじめ形成した基体２２の上に押し出すことができる。この実施態様においては、投入によって基体２２が供給され、それによってその上に溶融状態の材料３４が押し出される。両方の材料がニップロール３６によって互いに押し付けられ、キャストロール４０によって材料３４にパターン形成される。基体２２および材料３４は、冷却段階中は密接に接触した状態で維持される。
【００１９】
図５を参照すると、シールド８６および吸光性接着剤８５の二重層を押し出すために同時押出を使用することもできる。吸光性接着剤８５に好適な材料としては、たとえば図５、６Ａ、および６Ｂとして説明される材料が挙げられる。
【００２０】
図３は、吸光材料６２を充填した図１の構造の側面図である。埋め込み微細構造フィルム６０は充填材料６２を含んでいる。材料６２は典型的には、周辺光を吸収し、最終スクリーン構造のコントラストを改善するために黒色顔料または染料が混入される。材料６２は低屈折率を有するので、吸光材料６２と光拡散リブ２４を構成する材料との間に比較的大きな屈折率差が生じる。少なくとも約０．０６の屈折率差が望ましい。このような差によって、効率的な内部反射が誘導され、高いスクリーン性能が得られる。代表的な一実施態様においては、マイクロリブ構造２０には、黒色に着色した高メルトフローのＰＭＭＡ吸光材料６２が充填される。この構成では、吸光材料６２とリブ２４との間に約０．０８〜０．０９の望ましい高屈折率差が得られる。光拡散リブ２４と吸光材料６４との間の界面には、内部反射面６４が形成される。代表的な一実施態様においては、埋め込み微細構造フィルム６０の前面６６は平滑面、またはわずかにつや消しの面であり、リブ上面６８上のランドは最小限にされる。全内部反射面６４は、前面６６の光透過領域６８を介して光を拡散させる。前面６６は、好ましくは、透過する光の散乱を促進するつや消し表面仕上を有する。
【００２１】
図４は、図１の構造２０を充填して図３の構造６０を製造する方法の一実施態様の図である。平坦化プロセス７０では、吸光材料６２をマイクロリブ構造２０上にコーティングして埋め込み微細構造フィルム６０を形成する。平坦化プロセス７０は、樹脂コーティングステーション７４、精密ニップロール７６、平滑、つや消し、または微細構造の円筒７８、紫外線ランプ８０、精密ニップロール８２、および埋め込み微細構造フィルム巻き戻し機８４を使用する。
【００２２】
最初にマイクロリブ構造２０が基体巻き出しステーション７２から巻き出される。マイクロリブ構造２０は、樹脂コーティングステーション７４まで移動し、ここで吸光材料６２がオーバーコートされる。得られた複合構造は精密ニップロール７６によって円筒７８に押し付けられる。結果として得られる図３に示す埋め込み平面微細構造フィルム６０の前面６６に所望のテクスチャーを付与するために、円筒７８は、平滑の場合も、つや消しの場合も、または微細構造を有する場合もある。吸光材料６２がマイクロリブ構造２０上にキャストされた後、そのフィルムはさらに進行して、紫外線ランプ８０からの光によって硬化する。完成した埋め込み微細構造フィルム６０が精密ニップロール８２から出現し、埋め込み微細構造フィルム巻き戻し機８４の上に巻き取られる。
【００２３】
図５は、図１の構造２０を充填して図３の構造６０を製造する第２の方法の１ステップの側面図である。本発明の方法の一実施態様においては、マイクロリブ構造２０は、図２に関して前述した同時押出方法によって、ベース構造２２上にＶ字型の溝２６を有する光拡散リブ２４を付与することによって形成される。図５に示される別の充填方法では、図４に示される平坦化プロセス７０が省略され、マイクロリブ構造２０に保護シールドがさらに積層される。これは、吸光および接着剤の両方の機能を果たす吸光性接着剤８５を導入することによって実施される。吸光性接着剤８５に関して使用される用語「接着剤」は、通常の意味の接着剤である必要はなく、光拡散リブ２４に対する接着能力、および使用される場合にはシールド８６に対する接着能力を有するだけでよい。吸光性と接着剤の機能とを１つの材料が兼ね備えることによって、材料および製造ステップが節約される。シールド８６の裏面８８上に吸光性接着剤８５が配置される。吸光性接着剤８５が上に配置されたシールド８６を、マイクロリブ構造２０と互いに接合させる。矢印９０で示されるように、たとえば、シールド８６およびマイクロリブ構造２０が互いに積層される。
【００２４】
透光性ベースフィルム２２の厚さは、個々の特定の用途の必要条件に適合するように選択することができる。たとえば、厚さ約０．１２７ｍｍ（５ミル）〜約０．２５４ｍｍ（１０ミル）の薄いベースフィルムは、製造を容易にするため選択することができ、一方、厚さ約０．５０８ｍｍ（２０ミル）〜約１．０１６ｍｍ（４０ミル）の厚いフィルムは製品の剛性を増すために選択することができる。好適な材料としては、たとえば、ポリカーボネート、ポリエステル、アクリル、およびビニルのフィルムが挙げられる。代表的な一実施態様においては、ベース基体２２の裏面９１は、画像系に戻る正反射を軽減するためのつや消し仕上を有する。
【００２５】
シールド８６は、異なる機能を付与するために変化させることもできる。シールド８６は、薄い厚さ（約０．５０８ｍｍ（２０ミル）未満）から、半剛性（約０．５０８ｍｍ（２０ミル）〜約１．０１６ｍｍ（４０ミル））、剛性（約１．０１６ｍｍ（４０ミル）を超える）までの厚さの範囲にすることができる。ベース基体２２および保護シールド８６の厚さは、多種多様の製品が得られるように選択することができ、これらの選択肢は、全体の材料費、光学的機能、全体構造の剛性、および加工しやすさに影響する。代表的な一実施態様においては、光拡散リブ２４は、光散乱粒子が充填されたポリカーボネートで形成される。代表的な一実施態様においては、シールド８６が透明ＰＭＭＡである。
【００２６】
代表的な一実施態様においては、吸光性接着剤８５は、光拡散リブ２４とシールド８６との両方に接着する光重合性で低屈折率の材料である。代表的な一実施態様においては、光拡散リブ２４の屈折率と、吸光性接着剤８５の屈折率とには、これらの間の界面において透過よりも全反射が起こるのに十分な差がある。代表的な一実施態様においては、光拡散リブ２４のマイクロリブ材料の屈折率は、単純なアクリレート材料の場合の１．４９から、芳香族ポリカーボネートなどの材料の場合の１．５８以上まで変動する。したがって、溝充填材料８５に要求される屈折率は、マイクロリブ２４の材料の光学的性質（屈折率など）に依存する。ポリカーボネートなどの高屈折率のマイクロリブ材料の場合、市販の光積層（ｐｈｏｔｏｌａｍｉｎａｔｉｎｇ）接着剤が適切となる場合がある。代表的な接着剤８５は約１．５０未満のＲＩを有する。特に好適な接着剤８５は約１．４５未満のＲＩを有する。ある実施態様においては、接着剤８５は、次の成分：ウレタンアクリレートオリゴマー；置換アクリレート、ジアクリレート、およびトリアクリレートのモノマー；フッ素化アクリレート；アクリル酸パーフルオロアルキルスルホンアミドアルキル；アクリル化シリコーン、アクリル化シリコーンポリ尿素、ならびにＵＶ活性化または可視光活性化光開始剤の１種類以上の着色混合物である。
【００２７】
溝充填剤８５の粘度が低すぎると、溝充填プロセス中に流動が起こる。このため、材料が無駄になることがあり、厚さが不均一になることがあり、プロセス設備を汚染することがある。この粘度が高すぎると、溝２４の充填が、時間のかかる複雑なプロセスとなり、気泡（光学的欠陥）を取り込む可能性が大きく増加しうる。光積層は約１５０センチポアズまでの低粘度の流体で実施することができるのに対し、多くの方法では重合前に少なくとも約４００センチポアズの粘度で有益となりうる。重合前で最高約５，０００センチポアズの粘度で使用することができるが、適度なプロセス速度および気泡のないコーティングのためには、重合前で約１，５００センチポアズ以下の粘度が特に好適となる。
【００２８】
基体とコーティングとの間の接着性の標準的な尺度は、これらを分離するのに必要な力の大きさであり、剥離力と呼ばれている。層間の界面において優れた界面接着を示す系の剥離力は非常に大きい。ポリカーボネート拡散リブ２４と吸光性接着剤８５との間では少なくとも約３５．７ｋｇ／ｍ（２ポンド／インチ）の剥離力強度が適切であると思われるが、少なくとも約７１．４ｋｇ／ｍ（４ポンド／インチ）の剥離力強度を有することがより望ましい。この高い剥離力が、高温多湿の環境試験条件下で維持されるべきである。コロナ放電またはプラズマを使用した処理、あるいはプライマー処理などの処理により基体表面を改質することによって十分な接着性を実現することができるが、表面改質を必要とせずに、接着剤８５が光拡散リブ２４およびシールド８６（使用する場合）に接着することが好ましい。
【００２９】
吸光性接着剤８５の好適な一実施態様は、撹拌可能となるのに十分な粘度まで下げるため、以下の樹脂成分を約７０℃（１５８°Ｆ）まで暖めることによって構成される：１６．０ｇの脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー、１９．０ｇのアクリル酸エトキシエトキシエチル、５．５ｇのヘキサンジオールジアクリレート、５．０ｇのアクリル酸テトラヒドロフルフリル、４４．５ｇのアクリル酸Ｎ−メチル−パーフルオロブチルスルホンアミドエチル、１０．０ｇのアクリロイルオキシエトキシパーフルオロブタン、および１．０ｇのフェニルビス（２，４，６トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド光開始剤。
【００３０】
次に、透明な溶液が得られるまで、これらの成分を振盪する。得られた溶液を、次に光を吸収するように着色する。好適な顔料の１つはカーボンブラックであり、一実施態様においては、約５０ｐｐｍ（百万分率）〜約２０，０００ｐｐｍの間の濃度でこの顔料が使用され、代表的な一実施態様においては、約１０００ｐｐｍを超え約９０００ｐｐｍ未満となる濃度でこの顔料が使用される。カーボンブラック材料の樹脂材料に対する質量比を基準にして約３０００ｐｐｍの濃度が特に好適である。一実施態様においては、ナイフコーティングなどの従来方法によってこの配合物をシールド８６上に配置する。コーティングされたシールドは次に、図５に示されるマイクロリブ構造２０の上に押し付けて、溝２６をたとえば部分的または完全に充填する。過剰の接着剤８５が存在する場合は、この構造体の上でゴムローラーを移動させることで除去する。この構造体を、１１．８１Ｗ／ｍｍ（３００ワット／インチ）のフュージョン・システムＤランプ（Ｆｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｄ  ｌａｍｐ）の下に、約６．１ｍ（２０フィート）／分で数回通す。別の方法においては、マイクロリブ構造２０の上に上記配合物を直接コーティングし、次に、すでに接着剤８５が上に配置されたマイクロリブ構造２０にシールド８６を接着する。その後の過剰の接着剤８５を除去するステップ、および構造体を硬化させるステップを上記と同様である。
【００３１】
図６Ａは、図５の方法で作製したスクリーンの一実施態様の側面図である。図５のステップによって、図６Ａに示される完全に充填された構造９３を得ることができる。代表的な一実施態様においては、リブ２４内部で効率的なＴＩＲを引き起こすために、吸光性接着剤８５は低屈折率を有する。拡散リブ２４がシールド８６に対して効果的に接着するよう吸光性接着剤８５が配合される。許容できる外見で積層が行われるように、吸光性接着剤８５は低収縮特性を有することができる。さらに、加工に好都合となり迅速に硬化するようにするため、吸光性接着剤８５が紫外光によって硬化可能であると特に好適である。
【００３２】
一実施態様においては、図２の同時押出プロセスに示されるように、高屈折率の拡散性樹脂を使用して成形型から光拡散リブ２４が複製される。他に明記しない限り、本出願におけるすべてのパーセント値は質量を基準としている。好適な樹脂の１つは、約７９％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー、約１９％のアクリル酸２−フェノキシエチル、および約２％の２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパノン光開始剤である。別の好適な樹脂は、約６９％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー、約２９％のアクリル酸２−（１−ナフチルオキシ）−エチル、および約２％の２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパノン光開始剤である。
【００３３】
次に、典型的には黒色に着色された吸光性接着剤８５が、シールド８６などの第２の基体に適用される。好適な吸光性接着剤８５の１つは、約３０％の「配合物Ａ」（「配合物Ａ」は、約３８．５％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー、約２６．９％のアクリル酸エトキシエトキシエチル、約２８．８％のアクリル酸イソボルニル、約５．８％のヘキサンジオールジアクリレート、および約１％のα，α−ジエトキシアセトフェノン（ＤＥＡＰ）光開始剤を有する）、約１０％の脂肪族ウレタンジアクリレート、約３０％のアクリル酸トリフルオロエチル、および約３０％のアクリル酸Ｎ−メチル−パーフルオロブチルスルホンアミドエチルを有する樹脂から形成される。別の好適な吸光材料８５は、約５０％の上述の「配合物Ａ」、および約５０％のアクリル酸Ｎ−メチル−パーフルオロブチルスルホンアミドエチルを有する樹脂から形成される。代表的な一実施態様においては、吸光性接着剤８５はカーボンブラックなどの顔料を含有する。代表的な一実施態様においては、約５０ｐｐｍ〜約２０，０００ｐｐｍの間の濃度でこの顔料が使用される。代表的な一実施態様においては、約１，０００ｐｐｍを超え約９，０００ｐｐｍ未満となる濃度でこの顔料が使用される。カーボンブラック材料の接着材料に対する質量比を基準にして約３０００ｐｐｍの濃度が特に好適である。
【００３４】
図５に示される積層方法において、拡散リブ２４を完全に充填し、確実に完全に充填するためにわずかに過剰となるのに十分な量で吸光性接着剤８５をシールド８６などの第２の基体に適用することができる。積層時、過剰の接着剤は、完全に充填された構造９３から押し出される。次に、微細複製プロセス１２０に関して前述した条件と類似の条件で、完全に充填された構造９３を放射線に曝露する。この曝露によって、たとえば、材料が部分的または完全に重合させることができる。少なくとも部分的に重合させた後、吸光性接着剤８５は、その成分のコポリマーとなる。
【００３５】
図６Ｂは、図５の方法で製造された別の実施態様のスクリーンの側面図である。図５に示されるステップにおいて薄い厚さすなわち少量の吸光性接着剤８５が使用されると、部分的に充填された構造９５が得られる。部分的に充填された構造９５において、Ｖ字型溝２６内に空隙９７が残る。空隙９７の利点は、低屈折率の空気がリブの溝２６を満たし、溝２６と光拡散リブ２４との間の屈折率差が大きくなり、「ＴＩＲ効率」がさらに向上することである。空気の屈折率は１．０であるので、空隙９７と光拡散リブ２４との屈折率差は通常約０．５を超える。空隙９７が拡散リブ界面の大部分を占めるため、構造９３においてリブが完全に充填される場合ほどは低い屈折率を吸光性接着剤８５が有する必要がない。これによって、低収縮率および高剥離強度の接着などの他の重要な性質を最適化するために接着剤８５を選択することができる。吸光性接着剤８５と拡散リブ２４との間の接着剤接触領域が小さくなるため、完全に充填された構造９３よりも、部分的に充填された構造９５の方が、吸光性接着剤８５は高い接着性を有する場合がある。
【００３６】
完全に充填された構造９３および部分的に充填された構造９５の両方において、吸光性接着剤８５中に使用される吸光材料の量は、希望する程度のコントラストの向上および周辺光の吸収に基づいて選択される。代表的な一実施態様における吸光材料はカーボンブラックなどの黒色顔料である。完全に充填された構造９３においては、吸光性接着剤８５の層が厚いため、黒色顔料濃度を比較的低くしても、許容できる全体的に一定の吸光度または光学濃度値を得ることができる。一実施態様において、完全に充填された構造９３における、カーボンブラックなどの顔料の好適な充填濃度は約５０ｐｐｍ〜約２０，０００ｐｐｍの間である。代表的な一実施態様においては、この濃度は約１０００ｐｐｍを超え約９０００ｐｐｍ未満となる。カーボンブラック材料の接着材料に対する質量比を基準にして約３０００ｐｐｍの濃度が特に好適である。しかし、部分的に充填された構造９５においては、コーティング厚さが薄いため、同じ光学濃度を得るためには黒色顔料濃度を増加させる必要がある。後者の場合、単位コーティング厚さにおける周辺光の吸収が前者の場合よりも多くなる。一実施態様において、部分的に充填された構造９５における、カーボンブラックなどの顔料の好適な充填濃度は約５０ｐｐｍ〜約２０，０００ｐｐｍの間である。代表的な一実施態様においては、この濃度は、カーボンブラック材料の接着材料に対する質量比を基準にして約５，０００ｐｐｍを超え約１０，０００ｐｐｍ未満となる。
【００３７】
完全に充填された構造９３および部分的に充填された構造９５の両方における問題の１つは、積層中に拡散リブ２４の前面６６から過剰の接着剤８５を除去することである。積層中に拡散リブ２４の前面６６からすべての吸光性接着剤８５が除去されないと、ＴＩＲ透過中に吸収されることで画像光の一部が失われる場合がある。顔料がより多い接着剤８５を有する部分的に充填された構造９５においては、同じ残留黒色層厚さでも、より多くの画像層が失われる可能性がある。
【００３８】
図７は、本発明のスクリーンの第２の実施態様を示している。一実施態様においては、オーバーコート層９２は、低屈折率成分とハードコートとの機能を果たす多機能性材料でできている。この方法では、「ＴＩＲ効率」は維持され、さらに、オーバーコート層９２の材料が本来硬質であるために耐擦傷性であるので、保護シールドに積層する必要性が解消される。１つの材料がこれらの機能を兼ね備えることで、材料の使用量および費用もさらに削減される。オーバーコート層９２に好適な材料としては、カーボンブラックなどの顔料が混合されたハードコート材料が挙げられる。一実施態様においては、この顔料は約５０ｐｐｍ〜約２０，０００ｐｐｍの間の濃度で使用される。代表的な一実施態様においては、この濃度は約１，０００ｐｐｍを超え９，０００ｐｐｍ未満とされる。カーボンブラック材料のハードコート材料に対する質量比を基準にして約３，０００ｐｐｍの濃度が特に好適である。
【００３９】
好適なハードコート材料の１つが、ビルカディ（Ｂｉｌｋａｄｉ）に付与された米国特許第５，１０４，９２９号明細書に開示されている。ビルカディ（Ｂｉｌｋａｄｉ）は、プロトン性基で置換されているエチレン性不飽和脂肪族および／または脂環式のモノマー中に分散したコロイド状二酸化ケイ素粒子を含む光硬化性で耐摩耗性のコーティングを教示している。特に、硬化して耐摩耗性および耐候性のコーティングとなるコーティング組成物は、プロトン性基で置換されたアクリル酸またはメタクリル酸のエステルまたはアミド中の約１００ナノメートル未満の直径のコロイド状二酸化ケイ素粒子の分散液を含む。
【００４０】
別の好適なハードコート材料が、ビルカディ（Ｂｉｌｋａｄｉ）に付与された米国特許第５，６３３，０４９号明細書に開示されている。ビルカディ（Ｂｉｌｋａｄｉ）は、アクリル酸の多官能性エチレン性不飽和エステル、メタクリル酸の多官能性エチレン性不飽和エステル、またはそれらの組み合わせと、アクリルアミドとを含むシリカ非含有保護コーティング前駆体組成物から調製される耐酸性および耐摩耗性のコーティングを教示している。
【００４１】
他のハードコート材料としては、たとえば、官能化シランモノマーから誘導される室温硬化性シリコーン樹脂；加水分解性シランから誘導されるコーティング；アクリロキシ官能性シランと多官能性アクリレートモノマーとの組み合わせから誘導されるポリマー；コロイダルシリカを含有するアクリルなどのポリマー；ならびにモノマー、オリゴマー、または樹脂の上で重合したアクリレートまたはメタクリレート官能基が挙げられる。
【００４２】
図８は、本発明のスクリーンの第３の実施態様の側面図である。埋め込み微細構造フィルム６０には、擦傷およびその他の損傷からフィルムを保護するためのハードコート９４が設けられている。ハードコート９４は、たとえば吹き付け、浸漬、またはロールコーティングによって適用することができる。この方法では、独立した保護シールド８６が不要となる。
【００４３】
図９は、追加層を有する図３の構造を示しており、シールドスクリーン９６は、裏面９８を有する埋め込み微細構造フィルム６０と、透光性シールド８６を取り付けるための前面６６上の接着剤１００とを含む。シールド８６は、保護層であり、これはアクリル、ポリカーボネート、またはガラスなどの透明材料でできたフィルムまたはシートであってよい。シールド８６は、埋め込み微細構造フィルム６０が接触によって損傷しないようにするための保護要素として機能する。シールド８６は場合により使用される構成要素であるが、ほとんどの用途においてはこの保護が非常に有益となる。コーティング、表面テクスチャー、またはその他の手段によって、シールド８６を、ぎらつき防止（つや消し）性、反射防止性、帯電防止性、耐擦傷性、または防汚性などにすることができる。一実施態様においては、シールド８６は、ぎらつきのないつや消しの外部表面を有するサイロ・インダストリーズ（Ｃｙｒｏ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）製の厚さ３ミリメートルのアクリルパネルである。
【００４４】
ベースフィルム２２の厚さは、個々の特定の用途の必要条件に適合するように選択することができる。たとえば、厚さ約０．１２７ｍｍ（５ミル）〜約０．２５４ｍｍ（１０ミル）の薄いベースフィルムは、製造を容易にするため選択することができ、一方、厚さ約０．５０８ｍｍ（２０ミル）〜約１．０１６ｍｍ（４０ミル）の厚いフィルムは製品の剛性を増すために選択することができる。好適な材料としては、たとえば、ポリカーボネート、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、およびビニルのフィルムが挙げられる。代表的な一実施態様においては、埋め込み微細構造フィルム６０の裏面９８は、画像系に戻る正反射を軽減するためのつや消し仕上を有する。
【００４５】
シールド８６は、異なる機能を付与するために変化させることもできる。シールド８６は、薄い厚さ（約０．５０８ｍｍ（２０ミル）未満）から、半剛性（約０．５０８ｍｍ（２０ミル）〜約１．０１６ｍｍ（４０ミル））、剛性（約１．０１６ｍｍ（４０ミル）を超える）までの厚さの範囲にすることができる。ベース基体２２および保護シールド８６の厚さは、多種多様の製品が得られるように選択することができ、これらの選択肢は、全体の材料費、光学的機能、全体構造の剛性、および加工しやすさに影響する。代表的な一実施態様においては、光拡散リブ２４は、光散乱粒子を充填したポリカーボネートで形成される。
【００４６】
図１０は、図９の構造を製造する本発明の方法の一実施態様を示す図である。一実施態様においては、１つの組立ラインにおいて、平坦化または充填プロセスのすぐ後に積層プロセス１０２が行われる。積層プロセス１０２では、接着剤巻き出し機１０４、積層ニップアセンブリ１０６、および積層ニップアセンブリ１０８が使用される。積層ニップセンブリ１０６または１０８のそれぞれは、従動ホイールでも、独立駆動ホイールでもよいし、あるいはプロセス１０２を通過する部品を前進させるために他の駆動機構を使用することができる。接着剤巻き出し機１０４上にある接着材料は、典型的には、２つのライナー層の間に挟まれた感圧接着剤層である。接着剤巻き出し機１０４から接着材料が巻き出されるときに、上部ライナー１１０は接着材料から分離されて、上部ライナー巻き戻し機１１２上に巻き取られる。残った接着材料１１４は、フィルム巻き出し機８４から巻き出された埋め込み微細構造フィルム６０と接触する。埋め込み微細構造フィルム６０および接着材料１１４は、積層ニップ１０６を通過することで互いに押し付けられる。
【００４７】
その後、接着複合材料１１４の底部ライナー１１６が除去され、底部ライナー巻き戻し機１１８上に巻き取られる。横に移動する供給ウェブまたは他の好適な機構によってシールド８６が導入され、露出した接着剤１００の上に配置される。次に、この構造が積層ニップ１０８を通過し、ここでシールド８６が微細構造フィルム６０上に押し付けられ、接着剤１００によって接着される。埋め込み微細構造フィルム６０は、分離したシールド８６の間で切断して、個別のシールドスクリーン９６を形成することができる。 
【００４８】
代表的実施態様を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の意図および範囲から逸脱せずに形態および詳細を変更できることが当業者には理解できるであろう。たとえば、光拡散および吸光の構造に関して特定の形状が示されているが、追加または異なる面または角度、追加の端部、および曲面を含む異なる形状で構造を形成できることも意図している。特定の基体上の光拡散構造が、たとえばすべて同じ高さまたは形状である必要はないことにさらに注意されたい。同様に、特定の基体上の吸光性構造が、たとえばすべて同じ高さまたは形状である必要はない。さらに、記載される材料の成分および方法は、多数の方法で組み合わせることができ、例として可能性の一部のみを具体的に説明しているが、そのすべてが本発明の範囲内にあると見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】マイクロリブスクリーン構造の側面図である。
【図２】請求項１のスクリーン構造を形成することができる方法を示している。
【図３】吸光材料を充填した図１の構造の側面図である。
【図４】図１の構造を充填して図３の構造を製造する方法の一実施態様を示す図である。
【図５】図１の構造を充填して図３の構造を製造する第２の方法の１ステップを示す図である。
【図６Ａ】図５の方法によって製造したスクリーンの一実施態様の側面図である。
【図６Ｂ】図５の方法によって製造したスクリーンの第２の実施態様の側面図である。
【図７】本発明のスクリーンの第２の実施態様を示している。
【図８】本発明のスクリーンの第３の実施態様の側面図である。
【図９】追加層を有する図３の構造を示している。
【図１０】図９の構造を製造する本発明の方法の一実施態様を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2007519034.tif 000015
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