(57)【要約】【課題】  樹脂層の厚み方向に屈折率が異なる柱状の微小領域を有し、全体にランダムなパターンを有する原版、および前記パターンの作製が比較的短時間で行うことができる原版の作製方法を提供することである。【解決手段】   樹脂層の厚み方向に屈折率が異なる柱状の微小領域を形成し、光の入射角度によって散乱性が変化する光拡散フィルムを、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域からなる単位パターンを、２箇所以上繰り返し組み込むことによりことにより解決した。 【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に屈折率の異なる厚み方向に柱状の微小な領域ができ、光の入射方向の角度によって散乱性が変化するフィルムからなる拡散フィルム作製に用いられる原版であって、
該原版が、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域が配置されてなる単位パターンが、2箇所以上で繰り返し組込まれていて、光を透過する透過領域と、光を遮断する遮断領域が配置されたパターンを有することを特徴とする拡散フィルム用原版。
【請求項２】
前記単位パターンの大きさが、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域の大きさの１０倍以上としたことを特徴とする請求項１の拡散フィルム用原版。
【請求項３】
前記単位パターンは、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域の比率が、３０：７０〜７０：３０の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の拡散フィルム用原版。
【請求項４】
前記単位パターンは、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域の比率が、３０：７０〜７０：３０の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の拡散フィルム用原版。
【請求項５】
内部に屈折率の異なる厚み方向に柱状の微小な領域ができ、光の入射方向の角度によって散乱性が変化するフィルムからなる拡散フィルム作製に用いられる原版の作製方法であって、
該原版が、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域が配置されてなる単位パターンが、2箇所以上で電子線又は、レーザー光のいずれかによって、直接描画され、繰り返し組込まれた光を透過する透過領域と、光を遮断する遮断領域が配置されていることを特徴とする拡散フィルム用原版の作製方法。
【請求項６】
感光性材料に、請求項１から４のいずれかに記載の原版を用い、平行な紫外線又は、電子線のいずれかを照射することにより、前記原版のパターンに対応したパターンを転写形成したことを特徴とする拡散フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の入射方向に応じて、散乱性が異なる（あるいは、入射角度選択性を持つ）ような、光散乱特性に角度依存性を持つ拡散フィルムに関し、特にこの拡散フィルムを適用して、表示画像の視認性（明るさやコントラスト等）を向上することが可能な拡散フィルムを作製するための原版およびこの原版を用いて作製した拡散フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
拡散フィルムは、一般的に表面をマット状に加工した樹脂フィルムや、内部に拡散材を包含した樹脂フィルムなどが用いられている。
【０００３】
この表面をマット状に加工した拡散フィルムの場合、フィルム表面をサンドブラスター処理のように物理的に加工してマット面を形成したり、あるいは、酸性またはアルカリ性の溶液による溶解処理により化学的にマット面を形成する。
【０００４】
このように、マット面（凹凸の形状など）の制御により、散乱光の出射範囲／方向（以後、散乱指向性と称する）を制御することは可能であるが、光の入射角度のよって散乱性が変化するようなフィルムの製造はは、原理的に困難である。
【０００５】
また、内部に拡散材を包含した拡散フィルムの場合、散乱性を制御するために、拡散材の屈折率，大きさ，形状などを制御することも試みらているが、技術的に難易度が高く、実用上十分であるとは言えないのが現状である。
【０００６】
特に、上記のフィルムでは、散乱異方性や軸外しの光散乱特性がなく、このため光散乱の指向性が小さく、表示装置に適用しても、表示の明るさやコントラストの低下等の問題点がある。
【０００７】
一方、散乱板としてホログラムを用いることが提案され、この散乱板を用いた透過型液晶表示装置が、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００８】
上記特許文献１の発明は、バックライトを有する液晶表示装置からの出射表示光を散乱させるものであり、散乱板としてホログラムを採用しているため、散乱異方性や散乱指向性を制御することも容易ではあるが、必然的に分光（波長分散）を伴ってしまうため、観察する視点を移動するに応じて、表示光の色が変化して視覚される問題がある。
【０００９】
また、数μm〜数十μmのフィラーを樹脂中または、粘着材の中に入れた拡散フィルムが公知である。このような拡散フィルムは、液晶ディスプレイにおいて、バックライトからの光を散乱させたり、外部からの光を散乱させるなどにより、広い範囲からディスプレイを観察可能とするものである。（例えば、特許文献２参照）
このようなフィラー拡散フィルムでは、どのような方向から入射した光でも同様の拡散性を有するため、特定方向の光のみを散乱させるような用途には適さない。そこで、入射方向により散乱性の異なる拡散フィルムが提案されている。（例えば、特許文献３参照）
【特許文献１】特開平０９−１５２６０２号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４６１１号公報
【特許文献３】特開２０００−１７１６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような拡散フィルムは、フィルム全面で、ランダムなパターンを有しており、このようなパターンを任意に設計し直接描画するような場合、前記パターンを作製するためのデータが、膨大となってしまい、原版作製に多大な時間を必要とし、現実的でないという問題があった。
【００１１】
本発明は、全体にランダムなパターンを有する原版、および前記パターンの作製を比較的短時間で行うことができる原版の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、内部に屈折率の異なる厚み方向に柱状の微小な領域ができ、光の入射方向の角度によって散乱性が変化するフィルムからなる拡散フィルム作製に用いられる原版であって、
該原版が、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域が配置されてなる単位パターンが、2箇所以上で繰り返し組込まれていて、光を透過する透過領域と、光を遮断する遮断領域が配置されたパターンを有することを特徴とする拡散フィルム用原版である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記単位パターンの大きさが、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域の大きさの１０倍以上としたことを特徴とする請求項１の拡散フィルム用原版である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記単位パターンは、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域の比率が、３０：７０〜７０：３０の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の拡散フィルム用原版である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記単位パターンは、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域の比率が、３０：７０〜７０：３０の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の拡散フィルム用原版である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、内部に屈折率の異なる厚み方向に柱状の微小な領域ができ、光の入射方向の角度によって散乱性が変化するフィルムからなる拡散フィルム作製に用いられる原版の作製方法であって、
該原版が、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域が配置されてなる単位パターンが、2箇所以上で電子線又は、レーザー光のいずれかによって、直接描画され、繰り返し組込まれた光を透過する透過領域と、光を遮断する遮断領域が配置されていることを特徴とする拡散フィルム用原版の作製方法である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、感光性材料に、請求項１から４のいずれかに記載の原版を用い、平行な紫外線又は、電子線のいずれかを照射することにより、前記原版のパターンに対応したパターンを転写形成したことを特徴とする拡散フィルムである。
【００１８】
ここで、この単位パターンは、光を透過する微小な透過領域と、光を遮断する微小な遮断領域の大きさの１０倍以上の大きさで、具体的には、10μm〜１ｍｍ程度の大きさであれば、目視で視認する事が難しく、例えばそのパターンが周期的に敷き詰められているような場合でも問題が顕在化しない。
【００１９】
また、電子線又は、レーザービームにおいて直接描画する場合、あらかじめ用意されたデータに沿って、直接描画する際、ある領域内でのパターンのみのデータを用意し、それを敷詰める事ように描画を行なうことによって、原版全体のデータを用意するのと比べて、極端にデータ量を減らすことができる。
【００２０】
そして、その領域内では、任意のパターンとする事ができるため、拡散フィルムの散乱性を制御することが可能である。このとき、用意する個別パターンは、1パターンに限定されるものではなく、複数の個別パターンを用いても良い。
【００２１】
また、上記原版を、光を透過する透過部分と遮断する遮断部分からなるパターンが記録された小さなマスクを用いて、このマスクに紫外線等を照射しそれを移動し、繰り返し投影露光することによって、大きな原版を作製することをも可能である。
【発明の効果】
【００２２】
このように、レーザーまたは電子線等によりマスクブランクスにパターニングされた原版を用いて、そのパターンをＵＶ等により転写することによって、光の入射方向によって散乱性が変化する拡散フィルムを作製する事ができ、原版に描画されたパターンによりその散乱度を制御することが可能である。
【００２３】
その際に、１０μm〜１ｍｍ程度の散乱パターンのデータを用意し任意のを全面にそのパターンを敷き詰めることにより描画に必要なデータを大幅に削減する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ここで、入射方向によって、散乱性の異なるフィルムの、散乱するパターンをＵＶ光等により感光性樹脂に転写することによって、感光性樹脂の屈折率が、そのＵＶ光の照射量にしたがって変化し、散乱性を有するフィルムが知られている。
【００２５】
このような拡散フィルムでは、感光性樹脂にパターンを転写する際、その元となる原版のパターンが転写される。
【００２６】
そのため、光の散乱は、原版のパターンに大きく依存する。このようなパターンを原版に描画する方法としては、電子線または、レーザー光等で、ガラス板上のレジスト層をスキャンすることによって、散乱パターンをつくることができる。
【００２７】
直接電子線等で描画する際に用いるマスクとして、ガラス（ソーダガラス、石英ガラス等）にクロム膜がパターニングされているものを用いることができる。
【００２８】
このようなマスクを、表面を研磨したガラスにクロム膜を蒸着し、さらにこのようなクロム膜の上にパターニングの最の光の反射を抑制するための酸化膜をつくり、その上にさらにパターニングのためのフォトレジストを塗布したマスクブランクスに、レーザーで描画をする事により作製する事ができる（図１参照）。
【００２９】
この描画の際には、レーザー等による直描画装置を用いて露光し、アルカリ溶液で現像すると露光された部分のみが溶解することにより、描画パターンが記録される。
【００３０】
次に、フォトレジスト層をマスクとして、クロム膜を選択的にエッチング除去した後、レジストを除去する。このような工程により、描画装置によりパターンニングされた通りのクロム膜パターンが作製されたマスクを作製することが可能である。
＜電子線描画装置＞
また、電子線等で描画する場合、クロムが蒸着した状態のガラス板にレジスト等の感光材料を塗工したマスクブランクスに、電子線によりパターンを描画する。この描画されたマスクブランクスを現像し、クロム層をエッチングすることによっても、同様のパターンを描画することが可能となる。
【００３１】
以上の方法により、あらかじめ用意されたデータ通りのパターン通りのクロムが残った領域とクロムの無い領域ができる。これを原版として用いることによって、この原版のパターン通り拡散フィルムを作製することができる。
【００３２】
このようなパターンにおいて、光の波長程度の繰り返しパターンができた状態では、光の回折に起因して虹色の光がでてしまう。
【００３３】
また、繰り返しパターンを有していると、液晶表示装置のセルとの間で、モアレが生じてしまう。このため規則性を有しながらも、繰り返しでないパターンであることが望ましい。
【００３４】
しかし、このようなパターンを記録する場合においては、繰り返しを有しない場合においては、すべての面でデータを作製することが必要となり、描画に必要なデータ量が莫大に量となってしまう。このような傾向は、特に大画面化を図る場合に、顕著になってしまい、大きな障害となってしまう。
【００３５】
そこで、図２に示すように、例えば、１ミリ角程度の中では、規則性を有しながらも、繰り返しでないパターンであり、それのパターンを全面に転写して行くことによってデータ量を大幅に削減しながらも、上記のような弊害が起きないような拡散フィルムの原版を作製することが可能となる。
【００３６】
このように略周期的に配置されている拡散フィルムは、電子線描画装置やレーザー描画装置などにより、ある所望の単位パターンを形成したのち、それを繰り返しパターニングすることによって、作製することができる。
【００３７】
このようにすることによって、パターニングに用いるデータのデーター量を極端に減らすことができる。
【００３８】
また、一つのマスターとなる版を面付けしていくことによっても拡散フィルムを作製することができる。
【００３９】
一般的に広く光を拡散させるようなフィルムを作製する場合、細かいパターン（例えば、０．５〜５μm程度）の原版を使用することによって、広い範囲に光を散乱する拡散フィルムを得ることができる。
【００４０】
また、（例えば、５〜５０μｍ程度）のものを用いることによって、狭い範囲に光を散乱する拡散フィルムを得ることができる。
【００４１】
このように拡散フィルムの散乱性は、拡散フィルムに記録された拡散パターンにより制御が可能であり、その拡散パターンは、フィルムを作製する際の原版のパターンに依存する。したがって、原版のパターンを所望のデータから作製することによって、望ましい散乱性を有する拡散フィルムを作製することが可能となる。
【００４２】
また、このようなパターンの光を遮断する遮断部分と、光の透過する透過部分の比率を適切にすることにより、より入射角度の変化に対して、散乱性の変化が大きいものを得ることができる。
【００４３】
具体的には、光を遮断する遮断部分と光を透過する透過部分の比率を３０：７０から７０：３０の範囲としたもので、ＵＶ光を略３０度から反応性フィルムに入射することにより拡散フィルムを作製した場合、ヘーズが６０程度で、垂直方向から平行光をフィルムの入射したときの透過輝度が３０％以上であり、略３０度から入射した際には、１０％以下のものが得られた。
【００４４】
また、光を遮断する遮断部分と光を透過する透過部分の比率を４０：６０から６０：４０にしたものでは、垂直方向から平行光をフィルムの入射したときの透過輝度が４０％以上であり、略３０度から入射した際には、８％以下のものが得られた。
【００４５】
また、このようなフィルムを、ツイスト配向された液晶適用すると、位相差フィルムで位相差補償されない方向の光のみを拡散し、それ以外の光に対しては、光を透過するような特性とする事によって、正面でのボケの低減と、広視野角を実現可能である。
【００４６】
図３は、本発明の拡散フィルムの一例を示す断面説明図である。
【００４７】
同図に示すように、拡散フィルムの内部では、屈折率の異なる部分が分布し、屈折率の高低からなる濃淡（同図では、白−黒で表現する）を形成している。
【００４８】
また、光の回折による色付きを抑制するため屈折率の異なる部分は微小な領域内（０．１〜１ｍｍ）では、非周期的であるが、そのサイズは規則的であり、その空間周波数は、どの場所をとっても、略一定となっている。
【００４９】
図３に示されるように、フィルム断面では、屈折率の異なる部分が略柱状で方向を揃えて分布している。また、この柱状構造の角度は、観察する角度等により、適時設定されるものである。
【００５０】
ここで、図３において、白で示した部分は屈折率ｎ１であり、黒で示した部分は屈折率ｎ２であると、その屈折率差Δｎ＝｜ｎ１−ｎ２｜に応じた光路間の位相差に伴って回折現象が発生し、入射光が拡散して伝播することは知られている。
【００５１】
この拡散フィルムの散乱の分布は、屈折率の異なる部分のフィルム表面上の形状が横長（あるいは、縦長）であると、その部分に入射する光が散乱出射する場合には、それぞれの部分からの出射光の光散乱特性が、縦長（あるいは、横長）となるような指向性を持つ。例えば、形状が横長であると、拡散フィルムからの散乱出射光は、縦長の楕円形となるような分布となる。
【００５２】
さらに、屈折率の異なる部分のフィルム表面上の形状が等方的例えば、円形であると、その部分に入射する光が散乱出射する場合には、それぞれの部分からの出射光の光散乱特性が、等方性となるよう散乱分布となる。縦横方向での散乱特性を制御するべく、縦横の長さ比は、３０：１〜１：３０程度の間で選ばれ、大きさは、１μｍから１００μｍの範囲内で、所望の散乱性や散乱角度となるよう選ばれる。このような屈折率の異なる部分の表面での形状は拡散フィルムを作製する際に用いる原版に記録されているパターンによって制御することができる。
【００５３】
このため、拡散フィルムでの散乱性をある程度制御することができる。
【００５４】
拡散する度合い（ヘーズ）は、前記屈折率差Δｎとフィルム内を通過する近接する２光路の光路長Ｌとによって決まり、ΔｎとＬの積が、入射光の半波長の奇数倍となる場合に、屈折率ｎ１の部分を透過する光と屈折率ｎ２の部分を透過する光とが打ち消し合うように干渉し、最もヘーズが高くなる。
【００５５】
逆に、Δｎ×Ｌが、入射光の波長の整数倍（半波長の偶数倍）となる場合に、屈折率ｎ１の部分を透過する光と屈折率ｎ２の部分を透過する光とが強め合うように干渉し、最もヘーズが低くなり、入射光は拡散することなく透過する。
【００５６】
特定のフィルム断面を表す図3では、前記帯状の濃淡の伸びる方向が、フィルムの厚みほうに対して略垂直方向にそろって、屈折率の異なる領域が分布している。
【００５７】
図３の拡散フィルムの光学特性について、液晶表示装置において、正面からも良好な画像が得られ、視域が反転してしまうような領域でも拡散フィルムを付加することにより、その反転が改善されるような拡散層としては、垂直方向からの光に対しては比較的散乱せず、斜め方向からの光に関しては、散乱するようなフィルムが望ましい。
【００５８】
このようなフィルムを得る為に、屈折率の異なった領域の屈折率差をその層との厚みとの関係において、
Δn × L = λ/2
となるようにする事により、柱状構造に沿った光の散乱性は高く、それと異なった方向からの光に対しては、散乱性が低くなるような拡散層を得ることができた。
【００５９】
本発明による拡散フィルムは、図３における白黒パターンの細かさに関しては、適用する応用分野・機器に応じて任意に変更可能とし、一方で、前記Δｎ×Ｌを、可視光の半波長の、奇数倍の範囲とする。
【００６０】
前記Δｎ×Ｌの実用的な範囲は、等倍の2００ｎｍから3００ｎｍである。
【００６１】
図３の場合、フィルム内の柱状構造に沿って入射する光に対するΔｎ×Ｌの値を、可視光の半波長の等倍とすることで、上記の説明のように、散乱性を高くして、特定方向から入射してくる光に対してのみ光を散乱するフィルムとして機能するものとしている。
【００６２】
このように、フィルム中の柱状構造に沿って入射する光に対しては、光散乱が生じ、入射光を所望の範囲に広げて出射することになる。
【００６３】
一方、それと異なる方向からの入射する光に対しては、透明フィルムのように機能する。
【００６４】
さらに、屈折率の異なる部分は、フィルム表面では周期性がないため、光の回折現象によって引き起こされる色分散や、レンズアレイのようなモアレが生じない。
【００６５】
従って、本発明の拡散フィルムによれば観察位置による出射光の色変化は生じず、理想的な白色を呈し、液晶等と組み合わせた際に不要なパターンを生じない。
【００６６】
このような拡散フィルムの元となる原版に記録されるパターンも周期性がなく、データとしての規則性に乏しいためデータ量が増加してしまう。
【００６７】
そのため、この周期性のないパターンを小さな領域（例えば、０．０５〜１ｍｍ程度）の領域でのみ定義し、それをフィルム全面に敷き詰めることによって、ほとんど、パターンを定義した領域を描画するときのデータ量と同様のデータ量で、大きな面積のフィルム用の原版を作製することができる。
【００６８】
次に、本発明の拡散フィルムの構造について、更に詳細に説明する。
【００６９】
上述したように、本発明の拡散フィルムの内部には、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布することにより、屈折率の高低からなる濃淡模様が形成されている。
【００７０】
この屈折率の差異は、小さすぎると散乱性が悪くなり、逆に大きすぎるとどのような角度で光が入射しても光散乱が生じてしまうことになり、入射角選択性の特性を持たせることが困難となる。そのため、表面上の屈折率差だけでは光散乱が生じず、フィルム１に厚みがあることで十分な散乱性を持つような最適な屈折率差である必要がある。
【００７１】
本発明では、上記条件に適合するように、屈折率差は０．００１から０．２の範囲で適宜選択し、感光材料に散乱パターンが記録されている散乱層は屈折率差に応じて１０００μｍから１μｍの範囲で適宜選択している。
【００７２】
記録できる屈折率差は、フィルムの作製方法や記録材料などにより制限を受けるため、大きな屈折率差を持つ場合はフィルムを薄く、小さな屈折率差を持つ場合はフィルムを厚くすることで、本発明の拡散フィルムを実現することが可能である。
【００７３】
具体的な例を挙げると、平均屈折率が１．５２で厚みが２０μｍのフィルム中に、屈折率が１．５６（屈折率差０．０４）の部分を分布させて、濃淡模様を形成することで、十分な散乱性と入射角度選択性を持つ拡散フィルムを得ることができた。
【００７４】
屈折率の異なる部分の大きさは、光散乱を生じさせるために一定ではないが、必要な散乱性を持たせるために、その平均の大きさは直径で０．１μｍから３００μｍの範囲内で、それぞれの用途での必要な散乱性に応じて適宜選択される。
【００７５】
一例として、１２μｍの平均の大きさを持つ屈折率の高低からなる濃淡模様とすることで、約±４０°程度の散乱広がりをもつ散乱性が得られた。
【００７６】
また、光散乱に指向性を持たせるために、フィルムの縦方向と横方向とでは、屈折率の異なる部分の平均の大きさを異ならせている。
【００７７】
一例として、縦方向に伸びた楕円状に光散乱を生じさせるために、縦方向での平均サイズは１２μｍであるが、横方向での平均サイズは５０μｍという横長の形状とすることで、縦方向に約±４０°，横方向には約±１０°という散乱指向性を持つ拡散フィルムが得られた。
【００７８】
また、このようなフィルムを、位相差補償フィルムを有するTN配向の液晶ディスプレイの前面に配置し、位相差補償されない方向に散乱フィルムの散乱する方向で配置することによって、階調反転のない液晶ディスプレイを実現することができる。
【００７９】
また、本発明の拡散フィルムは、本明細書中ではフィルムという用語で統一して述べたが、例えば、ガラス基板や樹脂基板のような硬質基板上に形成されたシートであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の拡散フィルムで用いられる原版の作製方法に関する説明図。
【図２】本発明の拡散フィルムで用いられる原版の一例を示す説明図。
【図３】上記原版を用いて作製した入射角により散乱性の異なる拡散フィルムの構成を示す断面説明図。
【符号の説明】
【００８１】
１…拡散フィルム用原版
２…原版中光を透過する領域
３…電子線又はレーザー光
５…拡散フィルム
５ａ…高屈折率領域
５ｂ…低屈折率領域
６ａ…垂直入射光
６ｂ…垂直に入射した光の射出光
７ａ…斜めからの入射光
７ｂ…斜めからの入射した光の射出光
7…散乱光
【図１】
2005037638.tif 000003
【図２】
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【図３】
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