(57)【要約】【課題】改善された拡散挙動を有し、更になおも良好な機械的特性を有し、従って加工に問題がない更なる光学的拡散体を提供する。【解決手段】透明ポリマーとガラス繊維から構成される拡散体であって、無機ガラス繊維とポリマーとを質量比１：１０〜１：１００００で混合し、そして押し出す押出法により得られる光拡散体によって解決される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明ポリマーとガラス繊維から構成される拡散体。
【請求項２】
透明ポリマーとしてポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル又はポリオレフィンを使用する、請求項１記載の拡散体。
【請求項３】
ポリマーと無機ガラス繊維との間の屈折率の差が少なくとも０．０１である、請求項１記載の拡散体。
【請求項４】
ポリマーと無機ガラス繊維との間の屈折率の差が少なくとも０．０５である、請求項３記載の拡散体。
【請求項５】
無機ガラス繊維の直径が１．０〜１００μｍである、請求項１から４までのいずれか１項記載の拡散体。
【請求項６】
無機ガラス繊維の平均アスペクト比が１〜１０である、請求項１から５までのいずれか１項記載の拡散体。
【請求項７】
無機ガラス繊維の平均アスペクト比が１〜２０である、請求項１から５までのいずれか１項記載の拡散体。
【請求項８】
無機ガラス繊維の平均アスペクト比が１〜５０である、請求項１から５までのいずれか１項記載の拡散体。
【請求項９】
ガラス繊維と取り出し方向との平均のずれが０゜〜４５゜である、請求項１から８までのいずれか１項記載の拡散体。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の拡散体の製造方法であって、無機ガラス繊維とポリマーとを質量比１：１０〜１：１００００で混合し、そして押し出すことを特徴とする方法。
【請求項１１】
無機ガラス繊維を、マスターバッチの形でポリマーに添加する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
無機ガラスとポリマーとの質量比が１：５〜１：５００であることを特徴とするマスターバッチ。
【請求項１３】
異方性比が少なくとも１．１である、請求項１から９までのいずれか１項記載の拡散体。
【請求項１４】
照明手段用のカバーとしての、請求項１から９まで又は請求項１３のいずれか１項記載の拡散体の使用。
【請求項１５】
平面ディスプレイ用の構成要素としての、請求項１から９まで又は請求項１３のいずれか１項記載の拡散体の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散体及び／又はガラス繊維を配合導入した後に、半製品の形で押し出された透明プラスチック（透明ポリマー）材料に関する。該プラスチック成形体は、好ましい拡散方向で優れた光拡散特性を有するのと同時に、良好な機械的特性を有する。
【背景技術】
【０００２】
異方性光拡散を達成するために、既に種々の原理が用いられている。その際、本発明に関して最も重要なのは、以下の：
１．  ポリマー基材にそれとは別のポリマー材料の球状拡散ビーズが含まれるものを、機械的に一軸延伸すること、
２．  ガラス繊維がポリマー基材中で互いに平行に配向していること
である。
【０００３】
主として３Ｍ社によって、球状の拡散粒子がポリマー基材中に配合されており、これらの拡散粒子が基材とは異なる屈折率を有するという構成が調査され、そして提案された。引き続きポリマープレート全体を一軸延伸すると、それと同時に球状粒子の延伸がもたらされ、従って該粒子は楕円形となる。そうして、この形状が材料全体の異方性拡散挙動をもたらす。
【０００４】
ＷＯ０２／０５７３８４号（３Ｍ）は、接着剤とその中に埋設された長手方向構造物からなるポリマー組成物を記載している。その接着剤は光学的等方性であり、両者の材料の屈折率は少なくとも０．０１だけ相違している。長手方向構造物はプラスチックからなる。
【０００５】
ＷＯ０２／０７１１４８号（３Ｍ）は、長手方向構造物が分散されて入っている接着剤が施与されたスクリーンを記載している。その長手方向構造物はＷＯ０２／０５７３８４号におけるものと同じである。
【０００６】
ＷＯ２００４／１０６９８９号（Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ）は、異方性光学特性を有する２種のポリマーからのポリマーフィルムを記載している。長手方向部材（longitudinale Teil）による重み付き光屈折（gewichteten Lichtbrechung）の他に、光屈折効果は、前記フィルム表面にある三次元構造によって強められる。
【０００７】
ＵＳ−ＯＳ２００５／００３６１９９号（３Ｍ）は、スクリーン上に接着剤が存在し、その接着剤中に幾らかの縦長構造物が存在するスクリーンを記載している。その接着剤と縦長構造の屈折率は、少なくとも０．０１だけ相違する。場合により、偏光子、フレネルレンズ又は反射体が存在してもよい。
【０００８】
ＵＳ−ＰＳ５，９４０，２１１号（ＵＳ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｒｐ．）は、通り抜けた光を偏光し、そうして光強度の異方性分布を達成する光学系を記載している。
【０００９】
ＵＳ−ＰＳ６，１２３，８７７号（Ｎａｓｈｕａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）は、異方性光線を生成するにあたり、異なる屈折率を有するポリマー基材により異方性光線に導く方法を記載している。その屈折率の相違は、球状粒子によって生ずる。
【００１０】
ＵＳ−ＯＳ２００３／０１７５４６６号（Ｓｕｇｈｒｕｅ Ｍｉｏｎ）は、ポリマー基材中に桿状構造を整列させることによって達成された異方性光拡散を有するフィルムを記載している。該桿状体は、一方向に配向しており、そして桿状体のその軸方向の屈折率と基材の相応の方向での屈折率とは異なる。該桿状体は、２００μｍ未満の直径と８００μｍより長い長さとを有する。桿状体は、液晶芳香族ポリエステルからなる。異方性プラスチック成形体の機械的特性の改善は先行技術においては議論されていない。
【００１１】
Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｊｏｕｒｎａｌ ４１（２００５）１７２９−１７３７．Ｋｉｍは、ガラス繊維で改質された基材ＰＭＭＡからなる拡散板に対して熱物理的特性、湿度及び剛性が及ぼす影響を記載している。
【００１２】
Ｋｉｍは、ガラス繊維の添加が前記の周囲条件の作用下に反り（撓み）を劇的に低減することを見出した。そのうえ、光学特性に対する影響がごく僅かに過ぎないことが確認でき、特に異方性拡散特性は見られていない。
【００１３】
以下の特性を見出している：
１．  貯蔵弾性率は、ガラス繊維の割合が高まるにつれて増大する（Ｔ＝２５℃で２．２→３．２ＧＰａ）。
【００１４】
２．  ガラス転移温度は上方推移する（Ｔｇ１１１．７→１１３．３℃（２０％のガラス繊維割合））。
【００１５】
３．  吸水性が大きく低下する（２４時間：０．４％→０．２％）。
【００１６】
４．  反りが低下する。
【特許文献１】ＷＯ０２／０５７３８４号
【特許文献２】ＷＯ０２／０７１１４８号
【特許文献３】ＷＯ２００４／１０６９８９号
【特許文献４】ＵＳ−ＯＳ２００５／００３６１９９号
【特許文献５】ＵＳ−ＰＳ５，９４０，２１１号
【特許文献６】ＵＳ−ＰＳ６，１２３，８７７号
【特許文献７】ＵＳ−ＯＳ２００３／０１７５４６６号
【非特許文献１】Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｊｏｕｒｎａｌ ４１（２００５）１７２９−１７３７．Ｋｉｍ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
先行技術を勘案すれば、本発明の課題は、改善された拡散挙動を有し、更になおも良好な機械的特性を有し、従って加工に問題がない更なる光学的拡散体を提供することであった。更なる課題は、異方性プラスチック成形体の簡単かつ廉価な製造方法を提供することであった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題は、請求項１に記載される透明ポリマーとガラス繊維から構成される拡散体であって、無機ガラス繊維とポリマーとを質量比１：１０〜１：１００００で混合し、そして押し出すことを特徴とする請求項１０記載の押出法により得られる光拡散体によって解決される。
【００１９】
透明プラスチックとしては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シクロオレフィン系コポリマー（ＣＯＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエステル、ポリオレフィン及び前記のモノマーをそれぞれ組み合わせたコポリマーが該当する。場合により、プラスチック成形材料は衝撃強さも備えていてよい。特に、透明のＰＭＭＡ成形材料の使用が好ましい。
【００２０】
使用されるガラス繊維は、Ａ−ガラス、Ｃ−ガラス、Ｄ−ガラス、Ｅ−ガラス、ＡＲ−ガラス、ＥＣＲ−ガラス及びＲ−ガラスからなり、それらは組成の点で、従って屈折率の点で互いに相違する。市販されている製品は、更に繊維長及び直径の点で、そして種々のポリマー基材との適合性を保証する特定の被覆（塗装）の点で相違する。これらのガラス繊維は、例えばＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｇｌａｓｓ＆Ｆｉｂｅｒ ＧｍｂＨ社又はＳａｉｎｔ Ｇｏｂａｉｎ社から入手できる。
【００２１】
本発明によれば、ポリマーと無機ガラス繊維との間の屈折率の差は、少なくとも０．０１、有利には少なくとも０．０５であってよい。
【００２２】
本願発明で使用される無機ガラス繊維の直径は、１．０〜１００μｍであってよい。更に無機ガラス繊維の平均アスペクト比は、１〜１０、有利には１〜２０、特に１〜５０であってよい。
【００２３】
異方性プラスチック成形体について可能な製造方法は、所定量のガラス繊維とその都度のプラスチック成形材料とを混合し、そして商慣習上の押出機を用いて、その都度のプラスチックに適合された条件下で押し出すことにある。ここで、無機ガラス繊維とポリマーとを質量比１：１０〜１：１００００で混合し、そして押し出すことができる。
【００２４】
異方性プラスチック成形体について可能な他の製造方法は、二段階法を介して、所定量のガラス繊維とプラスチック材料の一部を個別に配合して、マスターバッチを製造し、そして第二段階で所定量のマスターバッチとその都度のプラスチック成形材料とを混合し、そして商慣習上の押出機を用いて、その都度のプラスチックに適合された条件下で押し出すことにある。その際、マスターバッチにおいて無機ガラス繊維とポリマーとの質量比は１：５〜１：５００であってよい。
【００２５】
有利な一実施態様では、マスターバッチの製造において、ガラス繊維を高温のプラスチック溶融物中に側方充填器（Seitenstopfwerk）を介して計量供給しており、これは特に穏やかな処理に即している。
【００２６】
異方性光拡散するプラスチック混合物を、押出工程において同時押出物としてプラスチック成形体上で少なくとも片側に施与することもできる。
【００２７】
異方性光拡散板の主な有用性は、エネルギー効率の向上にある。
【００２８】
以下の用途において、この異方性光拡散により、どのようにしてエネルギー効率が高まるかを例示として説明する。
【００２９】
１．  大画面ディスプレイ用途のためのバックライトユニット（大画面の平面ディスプレイ、例えばテレビ受像機）
大きなバックライトユニットは、通常は直下式に後方照明される。それというのもエッジライトは大きな表面にわたって必要な輝度と結びつかないからである。直下式の後方照明は、しばしば、いわゆるＣＣＦＬ（冷陰極蛍光灯）から構成される。それというのもＣＣＦＬは廉価であり、かつ比較的頑丈だからである。該蛍光灯自体は、円筒形構造（長い構造、例えば３０ｃｍ長で２ｍｍ直径）を有し、かつバックライトユニット中に互いに平行に、（鑑賞面に対して）垂直に設置されている。一様に点灯した画像を得るためには、従って拡散板をＣＣＦＬ光源装置前方に設置せねばならない。光源との間隔（他方では本来のディスプレイとの間隔）は小さく保たねばならない。それというのも、平面ディスプレイでは非常に制限された取り付け空間しか提供されないためである。同様に、拡散板は薄くすることが望ましい（通常は２ｍｍ厚）。光源と拡散板との小さい間隔のため、調節された輝度プロフィールの必須の“均一性”は、非常に厚い拡散板によってのみ達成できるにすぎない。しかしながら、全光透過率が４０〜６０％に過ぎないこと（ＨＷＷ＝７０〜８６゜）、すなわち高い損失を生ずることは欠点である。今までに、この場合には、全ての空間方向に光を拡散する等方性拡散板のみが使用されている。ここで異方性拡散板は、それが光を有利には鑑賞者の面に、すなわち蛍光灯の方向に垂直に拡散するという利点を有している。これは厳密には、光照射場の均一性に必要な拡散方向である。下方又は上方への拡散（いずれにしても鑑賞者は確認しないが）は、この場合には全く必要がない。それというのも光源はその長さにわたって（広範囲にわたって）均一に放射するからである。従って、高い光拡散は１つの主軸に対してのみ（蛍光灯装置の方向に垂直に）有効でなければならず、別の主軸方向では（光源の延び方向に平行では）、等方性拡散板よりも明らかに光の拡散が少ない（“浪費が少ない”）。従って、鑑賞者面で同じ輝度を達成するために、異方性拡散板の場合には、輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）を有する装置と比較して、必要な入力結合される光エネルギーがより少なくなる。
【００３０】
２．  異方性拡散する背面投射板
背面投射の場合には、画像はビーマーによって後方から（すなわち鑑賞者と対向する側に）スクリーンに対して投影される。従って、前面投影に対して、背面投影は光透過に基づくものである。かかるスクリーンの場合に、画像は種々の鑑賞角で可能な限り同じ輝度を有することが重要である。このためには、光を相応して空間中に拡散せねばならない。スクリーンの寸法のため、ここでも光の拡散は上方又は下方には必要なく、一方で水平面での拡散が強く望まれる。背面投射の範囲では、前記効果は、鑑賞者側の表面でのレンチキュラレンズの使用によって達成される。光は鑑賞者面に集中して拡散するので、同じ入力結合の出力の場合には、より高い光収率が得られ、かつ鑑賞者面における一様性が達成される。
【００３１】
押出機の加熱領域の温度は、例えばＰＬＥＸＩＧＬＡＳ（登録商標）７Ｎ（ＰＭＭＡ−成形材料、Ｒｏｅｈｍ ＧｍｂＨで入手可能）の場合には、Ｔ＝１８０℃及びＴ＝２３０℃であり、ノズルからの溶融物の出口温度は、おおよそＴ＝２４０℃である。流量の選択は高すぎてはならず（約１０ｋｇ／時間）、スクリューの回転数は１７５分−１である。
【００３２】
直径Ｄ＝６０ｍｍ、ピッチ６０ｍｍ及び長さ３３Ｄ＝１９８０ｍｍを有し、供給部に溝付ブシュ（Nutbuchse）が取り付けられた、脱ガススクリューを有するＢｒｅｙｅｒ社製の押出機が重要である。
【００３３】
プラスチック溶融物の流動により生ずる流動場は、ガラス繊維をポリマー基材中で実質的に平行に配向させる。その流動場は、押出機のノズル内部で、放物線速度プロフィールを示し、これは更に線形剪断場に導き、それによりガラス繊維が回転し、そして押出機のノズル壁面に対して平行に整列する。
【００３４】
とりわけ直径において互いに異なる２種類のガラス繊維を使用した。
【００３５】
【表１】
2008015442.tif 000002
【００３６】
無機ガラス繊維の平均アスペクト比は、１〜１０、有利には１〜２０、特に有利には１〜５０である。
【００３７】
ガラス繊維が高い配向性を有するように努める：このために以下の工程条件：
・  高い剪断速度
・  狭いリップ間隔
・  より高い溶融物粘度
が押出において必要とされる。
【００３８】
ポリマー中でのガラス繊維の配向は、通常では、配向分布関数で指定される。この場合に、配向方向ごとに、主軸方向（原則的に任意に選択された主軸方向）周りにガラス繊維の数をプロットする；主軸の合理的な選択は、押出方向にあり、その方向は流動プロフィールのため配向の主軸となる。これらのガウス分布曲線は、ガラス繊維の配向度が高まるとともに狭くなる、すなわちその半値幅は減少する。理想的な分布の場合には、すなわち全てのガラス繊維は厳密に押出に対して平行な方向である場合である。理想的な分布（すなわち全てのガラス繊維は押出方向に厳密に平行である）の場合には、ガウス分布曲線は非常に狭い。ガラス繊維と取り出し方向（Vorzugsrichtung）との平均のずれ（mittlere Abweichung）は０゜〜４５゜であってよい。
【００３９】
しかしながら配向分布関数は、直接的には規定できず、あるいはかなり労力を要する。しかしながら配向の度合いについての非常に良い尺度は、測定された拡散板の光学異方性である。このためには、相応の測定設定を用いてＢＴＤＦ（双方向透過分布関数）。配向の実質的な作用の特徴付けのために、両方の配向主軸に沿った二次元的拡散分布曲線を決定することで十分である。両方の曲線の半値角並びに拡散特性は相違し、このことは、配向の異方性についての良好な尺度としての採用を可能にする。異方性比は少なくとも１．１である。
【００４０】
一般に、プラスチック混合物の穏やかな処理が選択され、それによりガラス繊維は剪断破壊されず、従って高い微細成分がもたらされる。
【００４１】
穏やかな処理とは、ガラス繊維を、剪断による高い負荷に晒さず、それによりガラス繊維をあまり小さな部分に分解させないことを表す。このことは、ガラス繊維を、配合に際してまず押出ノズルの直前で、いわゆる側方充填器（側方供給器）を介して、加熱された液状ポリマーに混加することによって達成される。従って、ガラス繊維は、ポリマーの加熱に際しての全スクリュー過程を通して剪断に晒されない。
【００４２】
本発明による拡散体は、照明手段用のカバーとして使用することもできる。
【実施例】
【００４３】
実施例１：ガラス繊維としてチョップドストランドＥＣ１４ ４．５ｍｍ−９１４を含有するＰＬＥＸＩＧＬＡＳ（登録商標）７Ｎ（ＰＭＭＡ）
押出試験において、種々の質量割合のガラス繊維（１０％、２０％、３０％及び４０％）をＰＭＭＡ−成形材料：ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ（登録商標）７Ｎに混加し、そして２ｍｍ厚のプレートに押し出した。光学的特徴付けの結果を第１表にまとめる：
【００４４】
【表２】
2008015442.tif 000003
【００４５】
光学的特徴付けの重要な観点は、ゴニオメトリックな光密度測定による光拡散特性の測定である。
【００４６】
拡散特性と強度半値角は、ＤＩＮ５０３６に従って、測定機器ＬＭＴ−ゴニオメーター測定盤ＧＯ−Ｔ−１５００（ＬＭＴ社製）を用いて測定した。
【００４７】
これらの測定は、本試験体について、それぞれ押出方向でかつ押出方向を横切って実施し、それにより拡散特性の異方性が確認された。
【００４８】
図１〜４は、ガラス繊維割合の増大にともなう異方性を示している。
【００４９】
図１〜４では、最も強い拡散の異方性は、ガラス繊維割合２０％でもたらされることが確認される。限界領域１０％並びに４０％のガラス繊維割合では、それらの曲線は互いに近づく。
【００５０】
以下の図でそれらの結果を示す：
図５は、ガラス繊維割合の増加に伴う半値角の増大を示している。この場合に、押出方向を横切る半値角は、１０質量%のガラス繊維割合と２０質量%のガラス繊維割合との間では、押出方向に沿った半値角よりもはるかに著しく増大する。
【００５１】
このことは、図６から、異方性係数Ａ＝ＨＷＷ（ｑ）：ＨＷＷ（ｌ）、つまり約２０質量%で極大を有する半値角の商でも明らかになる。
【００５２】
前記の結果から、以下のことが結論づけられる：
ａ．  １０質量%〜２０質量%のガラス繊維割合で、光拡散の著しい増大がもたらされること。
【００５３】
ｂ．  ガラス繊維の平均配向の増大は前記の範囲で著しく増大し、その際、より高いガラス繊維割合での一軸配向はもはや激しく改善されないこと。
【００５４】
図７は、ガラス繊維割合の増大に伴う光透過率の低下を示している。
【００５５】
透過率τＤ６５／１０゜／反射ρＤ６５／１０゜は、ＤＩＮ（ドイツ工業規格）５０３６に従って測定機器Ｌａｍｂｄａ１９（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製）（又はＶａｒｉａｎ Ｃａｒｙ ５０００（Ｖａｒｉａｎ Ｉｎｃ．社製））を用いて測定した。この場合に、光種Ｄ６５（ナトリウム光）の照射源を使用した。
【００５６】
１０質量%のガラス繊維ないし４０質量%のガラス繊維の範囲において、光透過率は７５％から３９％に低下し、その際、経過はほぼ線形であった。
【００５７】
図８は、ガラス繊維割合増大に伴う黄色値の増加を示している。その可能な説明は、ガラス繊維の添加剤（塗装）であり、該添加剤は処理工程を通して溶解／分解し、そうして相応して黄色作用を生ずる低分子量成分が材料中に生成する。
【００５８】
黄色値［τＤ６５／１０゜又はρＤ６５／１０゜］は、ＤＩＮ６１６７に従って、測定機器Ｌａｍｂｄａ１９（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製）（又はＶａｒｉａｎ Ｃａｒｙ ５０００（Ｖａｒｉａｎ Ｉｎｃ．社製））を用いて測定した。
【００５９】
全ての測定結果からまとめると、最適値は約２０質量%のガラス繊維割合で生ずる。それというのも、ここでは光透過率の損失と黄色値（不所望な効果）がまだ高すぎず、そして他方では光拡散並びにその異方性が既に非常に著しく顕現しているからである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、１０％のガラス繊維割合での異方性を示している
【図２】図２は、２０％のガラス繊維割合での異方性を示している
【図３】図３は、３０％のガラス繊維割合での異方性を示している
【図４】図４は、４０％のガラス繊維割合での異方性を示している
【図５】図５は、ガラス繊維割合の増加に伴う半値角の増大を示している
【図６】図６は、異方性係数（ＨＷＷ）とガラス繊維割合との関数を示している
【図７】図７は、ガラス繊維割合の増大に伴う光透過率の低下を示している
【図８】図８は、ガラス繊維割合に伴う黄色値の増大を示している
【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６】
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【図７】
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【図８】
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