(57)【要約】弾性光学構造体は引っかき傷や擦り傷などの損傷の後に元の形状に復元する特性を有しており、前記光学構造体は、ベース層と、復元可能なポリマー材料で形成され、かつ前記ベース層に取り付けられた光学エレメント層とを含む。前記光学構造体は、ディフューザ、フレネルレンズ、リニアプリズムフィルム、コリメーティングフィルム、レンティキュラエレメントおよび再帰反射性構造体を含むことができる。そのような弾性光学構造体の形成方法は、ベース層を設けるステップと、弾性ポリマー材料で形成される光学エレメント層をそのベース層に取り付けるステップとを含み、それにより、光学構造体を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ベース層と、
ｂ）復元可能なポリマー材料で形成され、かつ前記ベース層に取り付けられた光学エレメント層とを含む、復元可能な光学構造体。
【請求項２】
請求項１において、
前記光学構造体が、ディフューザ、フレネルレンズ、リニアプリズムフィルム、再帰反射性エレメント、レンティキュラエレメントおよびコリメーティングフィルムからなるグループから選択されている、復元可能な光学構造体。
【請求項３】
請求項１において、前記ベース層が、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアクリレートおよびポリオレフィンからなるグループから選択されるポリマー、またはそれらの組み合わせを含む復元可能な光学構造体。
【請求項４】
請求項１において、前記復元可能なポリマー材料がポリウレタンを含む復元可能な光学構造体。
【請求項５】
請求項４において、前記ポリウレタンが、多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーから形成されている復元可能な光学構造体。
【請求項６】
請求項４において、前記ポリウレタンが、末端不飽和イソシアネート含有ポリウレタンオリゴマーおよびアルコキシル化多価アルコールから形成されている復元可能な光学構造体。
【請求項７】
請求項１において、前記復元可能なポリマー材料が、末端不飽和イソシアネート含有ポリウレタンオリゴマーとアルコキシル化多価アルコールとの反応生成物である多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーを含む復元可能な光学構造体。
【請求項８】
請求項１において、前記復元可能なポリマー材料が希釈剤を含む復元可能な光学構造体。
【請求項９】
請求項８において、前記復元可能なポリマー材料が、（メタ）アクリル酸テトラヒドロフルフリル、（メタ）アクリル酸２−フェノキシエチル、（メタ）アクリル酸イソボルニル、ジ（メタ）アクリル酸１，６−ヘキサンジオールおよび／またはそれらのアルコキシル化類似物を含むモノマーからなるグループから選択される希釈剤を含む復元可能な光学構造体。
【請求項１０】
請求項１において、前記復元可能なポリマー材料がアクリレートおよびメタクリレートを含む復元可能な光学構造体。
【請求項１１】
請求項１において、前記復元可能なポリマー材料が光開始剤を含む復元可能な光学構造体。
【請求項１２】
請求項１において、前記復元可能なポリマー材料がヒンダードアミン光安定剤を含む復元可能な光学構造体。
【請求項１３】
請求項１において、前記復元可能なポリマー材料が紫外線吸収剤を含む復元可能な光学構造体。
【請求項１４】
請求項１において、前記復元可能なポリマー材料が約０．１５〜約１５０μｍの範囲の厚さである復元可能な光学構造体。
【請求項１５】
ａ）ベース層と、
ｂ）前記ベース層に取り付けられる復元可能なポリウレタンで形成される光学エレメント層とを含み、
前記光学構造体が、ディフューザ、フレネルレンズ、リニアプリズムフィルム、再帰反射性エレメント、レンティキュラエレメントおよびコリメーティングフィルムからなるグループから選択される復元可能な光学構造体。
【請求項１６】
ａ）ベース層を設けるステップと、
ｂ）復元可能なポリマー材料で形成される光学エレメント層を、前記ベース層に取り付けて、光学構造体を形成するステップとを含む、復元可能な光学構造体を形成する方法。
【請求項１７】
請求項１６において、前記復元可能なポリマー材料が化学線照射によって硬化される復元可能な光学構造体の形成方法。
【請求項１８】
請求項１６において、前記復元可能なポリマー材料が、紫外線、Ｘ線、α粒子、電子ビームおよびγ線からなるグループのいずれか１つで照射されることにより硬化される復元可能な光学構造体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
光拡散フィルムは、一般に、多くの光学、照明およびディスプレイ用途に広く使用されている。最も効率的なディフューザの多くは、工学的微細構造を利用して、所望の方法で光を効率的に分散する。これらの拡散フィルムの多くは、レリーフ（relief）構造を有する成形型表面でポリマー材料をモールド成形またはキャスト成形して形成され、フィルム表面上に適切な構造体を作り出す。これら構造体は、通常、非弾性ポリマー材料、例えばポリアクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネートまたはポリオレフィンから製作される。
【０００２】
要求される拡散微細構造体が、壊れやすく、そのため組立工程におけるフィルムの取扱いによって容易に損傷を受ける形状である場合には、問題が発生する。表面をささいにこすっても、拡散フィルム上に永久的な目立つ引っかき傷や擦り傷をもたらす可能性があり、多くの用途に使用できなくなるか、または少なくとも外観的に使用できなくなる。そのため、改良された光拡散フィルムの必要性がある。
【発明の開示】
【０００３】
復元可能（弾性復元力の大きい）な光学構造体は、ベース層と、復元可能なポリマー材料で形成され、かつ前記ベース層に取り付けられた光学エレメント層とを含む。光学構造体は、ディフューザ、フレネルレンズ、リニアプリズムフィルム、コリメーティングフィルム（collimating film）、レンティキュラエレメントおよび再帰反射性構造体を含むことができる。復元可能な光学構造体を形成する方法は、ベース層を設けるステップと、復元可能なポリマー材料で形成された光学エレメント層を前記ベース層に取り付けるステップとを含み、それにより光学構造体を形成する。
【０００４】
本発明は、拡散フィルム、フレネルレンズ、コリメーティングフィルム、リニア光学構造体等に利用できる。本発明は、優れた光学特性の利点を有し、一方で、取扱いから発生する可能性がある引っかき傷や擦り傷に対して耐久性がある。例えば、アクリル樹脂から形成され、約２〜約１０μｍオーダーの大きさの光学微細構造体を有するディフューザ全面を指爪がこすると、指爪や１枚の紙の端部によって、永久的に傷跡が残る可能性がある。これに対して、本発明は、微細構造体に対して同様の損傷を受けても、その後数分または数時間の間に、元の形状に復元することができる。本発明の別の利点は、復元可能なポリマー材料が、光学構造体の無許可の複製を抑止するのにも有効なことである。光学構造体の偽造型は、光学構造体を型取りし、次に、電気鋳造して、高品質でないが十分な型を製造することにより得ることができる。模造品製造者によってなされるこのタイプの複製は、例えば、アクリル系ポリマー材料のような硬質基材を用いて行なわれる。復元可能なポリマー材料で形成される光学構造体は十分に柔軟であるため、満足できる品質の複製を行うことができない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の前述の目的および他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。同一参照符号は、異なる図面においても同一部分を示す。図面は必ずしも正確な縮尺通りでなく、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。特に言及しない限り、全てのパーセンテージおよび割合は重量比による。
【０００６】
本発明は、弾性ポリマー材料を使用して、所望のシート材料上に微細構造面をキャスト成形またはモールド成形することを含む。この発明の1つの実施形態では、多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーから弾性特性を引き出すことができる反応性キャスト成形ポリマーを使用することにより、高効率な放射線硬化キャスト成形処理を利用する。ポリマーは、アルコキシル化多価アルコールと末端不飽和イソシアネート含有ポリウレタンオリゴマーの反応生成物である。ポリウレタンオリゴマーは一般に、重量で約５０〜約９０％の範囲で、復元可能な構造体を形成する。「復元可能」とは、構造体が物体と衝突または接触した後、反発するか、またははね返り、短時間で接触前と実質的に同一形状に戻り、構造体の機能性を維持し続けることができるという、構造体の能力を意味する。
【０００７】
適正な光学構造体は、当技術分野で公知の、拡散スクリーン、フレネルレンズ、リニアプリズムフィルム、コリメーティングフィルム、レンティキュラエレメントおよび再帰反射性構造体を含む。拡散スクリーンは、背面映写スクリーンに使用することができる。拡散スクリーンは、着色または無色のバルク・ディフューザを含み、着色バルク・ディフューザは、レンティキュラレンズ、ガラスビーズ・スクリーンおよび着色表面レリーフ・ディフューザを有する。図に示すように、光学構造体１０はベース層１２を含むことができ、そのベース層は薄いフィルムであってもよい。ベース層１２は、約１２．５〜約１５００μｍの範囲の厚みとすることができる。この薄いフィルムは、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリスチレンもしくは他の適切な支持フィルム材料、またはそれらの組合せから形成される。この薄いフィルムは、当技術分野で公知の染料または顔料で着色するか、または光学的に透明とすることができる。光学エレメント層１４は、ベース層１０に取り付けられている。光学エレメント層１４は、光を偏向するリニアプリズム、レンティキュラプリズムまたは他の適切なエレメントを有することができる。光学エレメント層１４は、復元可能な材料、例えば、連続的な屈折率を保持するという光学品質のポリウレタンから形成される。ポリマーは、粒子の粗いものではなく、一様な均等質の構造である。１つの実施形態では、光学エレメント層は、約０．１５〜約１５０μｍの範囲の厚みを有している。
【０００８】
復元可能なポリマーを形成するプロセスの例は、１９９６年１１月２６日に登録のＨａｇｓｔｒｏｍらによる米国特許第５、５７８、６９３号に記載されている。このオリゴマーに好ましくは比較的小型の構造を有する高官能性改質モノマーを加えて使用することにより、生成したポリマーの特性を改質して、弾性度と剛度のバランスを取ることで所定の用途に必要な復元特性を付与することができる。１つの実施形態では、改質モノマーは、重量で約１〜約２５％の範囲で、復元可能ポリマーを形成する。好ましい実施形態では、前記範囲は、約３〜約１０％である。改質モノマーの例は、テトラアクリル酸ジトリメチロールプロパン、ペンタアクリル酸ジペンタエリスリトールまたはそれらのアルコキシル化類似物を含む。
【０００９】
接着は、確立された従来の方法、例えば、基材のコロナ放電処理によって、またはフィルム基材に予め適用された接着性向上中間被覆物を使用することによって達成できる。所望の基材に対するこのオリゴマーの接着特性は、（好ましくは、単官能性の）反応性希釈剤を選択することにより調整できる。例えば、アクリレートおよびメタクリレートは、適切な希釈剤である。希釈剤として適切なモノマーの例は、（メタ）アクリル酸テトラヒドロフルフリル、（メタ）アクリル酸２−フェノキシエチル、（メタ）アクリル酸イソボルニル、ジ（メタ）アクリル酸１，６−ヘキサンジオールまたはそれらのアルコキシル化類似物を含む。希釈モノマーは、約０〜約５０％の範囲の濃度である。１つの実施形態では、希釈モノマーは、約１０％の濃度である。
【００１０】
前記化合物は、必要に応じて、他の成分を含んでもよい。そのような成分の例は、約２〜約８％の範囲の濃度の光開始剤と、約３％以下の濃度のヒンダードアミン光安定剤とを含む。適切なアミンの例は、ビス−（１，２，２，６,６−テトラメチル−４−ピペリジニル）セバケートである。ヒンダードアミンの適切な量は、約０〜約３％の範囲である。他の成分は、紫外線吸収剤、例えば、ベンゾフェノンまたはベンゾトリアゾール型化合物を含み、それらは、耐色性や安定性を大幅に向上することができる。適切な紫外線吸収剤の例は、２−（２’−ヒドロキシ−３’−５’−ジ−t−アミルフェニル）ベンゾトリアゾールである。また、着色剤を添加して、灰色の着色または他の所望の効果を得ることができる。
【００１１】
好ましい実施形態では、多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーは、（ａ）末端不飽和イソシアネート含有ポリウレタンオリゴマーと（ｂ）アルコキシル化した多価アルコールとの反応生成物を含む。前記オリゴマーは、アルコキシル化多価アルコールを官能性改質剤として化学反応量のキャップした（capped）ウレタンオリゴマーの中に組み込むことにより、より官能性の高いオリゴマーを得て、大幅な粘性の低下を達成する。
【００１２】
これらの多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーの製造方法は、（１）少なくとも１つのポリオールと、少なくとも１つのジイソシアネートを反応させて、イソシアネート末端プレポリマーを形成するステップと、（２）少なくとも１つのヒドロキシル基を有するアクリレートまたはヒドロキシル基を有するビニルエーテルと、未反応の末端イソシアネート基の一部を反応させて、末端不飽和イソシアネート含有ウレタンオリゴマーを形成するステップと、（３）少なくとも１つのアルコキシル化された多価アルコールと残りの末端イソシアネート基を反応させるステップとを含む。
【００１３】
放射線硬化性配合物は、（ａ）末端不飽和イソシアネート含有ポリウレタンと（ｂ）アルコキシル化した多価アルコールとの反応生成物と、反応性モノマーとを備えた多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーを含む。
【００１４】
ここで、使用されている「末端不飽和イソシアネート含有ウレタンオリゴマー」の用語は、不飽和末端基を含み、かつイソシアネート基をも含むすべてのポリウレタン化合物を指す。前記不飽和末端基は、好ましくは、ヒドロキシル基を有するアクリレートおよびヒドロキシル基を有するビニルエーテルから形成されている。望ましいクラスのキャップしたウレタンオリゴマーの市販されている種類は、使用可能であり、それぞれ、アクリル酸ポリウレタンおよびビニルエーテル系ポリウレタンとして知られている。末端不飽和イソシアネート含有ポリウレタンは、ポリイソシアネートとポリオールおよび不飽和基を有するヒドロキシル基化合物（例えば、ヒドロキシルアクリレートまたはヒドロキシビニルエーテル）との反応によって生成される。これら３種類の化合物の反応は、従来採用されているのと同様に、順次的にまたは同時に実行できる。
【００１５】
好ましい実施形態では、ポリイソシアネートは、ジイソシアネートである。適切なジイソシアネートは、メチレンビス（フェニルイソシアネート）（ＭＤＩとしても公知）、２，４−トルエンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、２，４−および２，６−トルエンジイソシアネートの８０：２０の混合物（ＴＤＩとしても公知）、３，−イソシアネートメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ｍ−テトラメチルキシレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）およびメチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）（Ｄｅｓｍｏｄｕｒ  Ｗ）として販売されている）を含む。
【００１６】
使用されるポリオールは、任意のポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールであってもよい。ポリエーテルポリオールの例は、ポリプロピレンオキシドジオール、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合ジオールおよびポリテトラメチレンオキシドジオールである。適切なポリエステルポリオールの例は、好ましくは、公知のジ、トリまたはテトラヒドロキシ末端ポリエステル、例えば、ポリラクトンポリエステル、またはジ、トリまたはテトラアルコールとジカルボン酸またはこれらの無水物との縮重合反応によって生成されるポリエステルポリオールを含む。
【００１７】
「ヒドロキシル基を有するアクリル酸」の用語は、キャップしたウレタンオリゴマーを生成し使用するのに適している任意のヒドロキシル置換アクリレートまたはメタクリレート化合物を意味する。そのような化合物の例は、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、トリアクリル酸ペンタエリスリトール（ＰＥＴＡ）およびアクリル酸４−ヒドロキシブチルである。
【００１８】
「ヒドロキシル基を有するビニルエーテル」の用語は、キャップしたウレタンオリゴマーを生成し使用するために適している任意のヒドロキシル置換ビニルエーテルを意味する。例には、エチレングリコールモノビニルエーテルおよびシクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテルを含む。
【００１９】
多官能性改質剤としては、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社のＭＡＣＯＬ  ＲＤ  ３０６ＥＭとして入手可能なトリメチロールプロパンの公称６モルのエトキシレートと、Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．のＴＨＡＮＯＬ  ＬＳ  ４９０として入手可能なソルビトールの公称１２モルのプロポキシレートが挙げられる。繰り返すが、これらは説明のために列挙しただけであり、２以上の官能基を有する任意のアルコキシル化多価アルコールが使用条件を満たすと考えられるであろう。
【００２０】
分子量は、特定のポリオール、ポリイソシアネートおよびそれらの比、ならびに特定の多官能性改質剤に依存する。一般に、多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーの数平均分子量は、鎖の延長を考慮しない場合、約１５００〜約１００００の間の範囲とすることができる。
【００２１】
好ましい１つの実施形態は、（ａ）約８０〜約２００の間の当量を有する少なくとも１つのジイソシアネートと、（ｂ）約１００〜約２０００の間の当量を有する少なくとも１つのポリオールと、（ｃ）少なくとも１つのヒドロキシアクリレートまたはヒドロキシビニルエーテルと、（ｄ）約３２〜約２００の間の当量を有する少なくとも１つのアルコキシル化多価アルコールとの組み合わせを含むキャップしたウレタンオリゴマーに関する。
【００２２】
この好ましい実施形態は、キャップしたウレタンオリゴマーの官能基を２より多く６未満にすることにより、前述の従来の方法に比較して粘性の低下を伴う、改良されたオリゴマー特性を基本とする。前記方法は、さらに、イソシアネート、ヒドロキシアクリレートまたはヒドロキシビニルエーテルとポリオールとの任意の混合物を使用して、硬化性材料の最終特性を得ることができるという利点を有する。ポリウレタンオリゴマーの粘性は、アルコキシル化多価アルコールを使用することによって、反応性化学量を調整して、最小とすることができる。
【００２３】
官能性改質剤（即ち、ＴＭＰまたはソルビトールなどの多価アルコール）をアルコキシル単位体（例えば、ＥＯまたはＰＯ基）によって最も近いウレタン基から離し、改質されたアルコキシル化多価アルコールの官能基を２以上に増加することによって、ＥＯ基またはＰＯ基を有しない類似のＴＭＰまたはソルビトール製品と比較して、他の特性に悪影響を与えることなく、オリゴマーの粘性の飛躍的な低減を実現することができる。また、改質剤の官能基を増加することによって、多価分子のウレタン含有量も増加する（例えば、ＴＭＰの代わりにソルビトールを用いると、前記オリゴマー中のウレタン基の数を約２４に増加できる）。
【００２４】
多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーは、たとえば過酸化物を用いるような遊離基形成熱硬化系によるか、それとも、紫外線および電子ビームのエネルギーの使用を含む放射線硬化の従来の方法に従う放射線硬化により硬化させることができる。一般的に、これらの多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーは、単独で使用するか、または他の成分、例えば、反応性モノマー、架橋剤および光開始剤と共に、放射線硬化性組成の主成分として使用することができる。これらの多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーの濃度は、放射線硬化性組成の約２０〜約１００重量％の範囲とするのが好ましく、より好ましくは、約５０〜約１００重量％である。
【００２５】
反応性溶媒として公知の反応性モノマーもまた、これらの放射線硬化性組成中に存在してもよい。一般に、従来の放射線硬化性組成に適するすべての反応性モノマーは、多官能末端不飽和ウレタンオリゴマーと共に使用することができる。反応性溶媒の好ましい種類は、アクリレートまたはメタクリレートである。放射線硬化性組成中の反応性モノマーの濃度は、約０〜約４０重量％の範囲、より好ましくは、約０〜約２０重量％の範囲とすることができる。放射線硬化性組成は、従来の架橋剤や光開始剤も含むことができる。原料成分のこれらの種類の各々の濃度は、好ましくは、放射線硬化性組成の全体重量を基準にして、約０〜約３０重量％の間の範囲とすることができる。
【００２６】
放射線硬化性組成は、顔料や湿潤剤等などの従来の添加剤を少量含むこともでき、それらは一般的な公知の効果的な濃度で使用される。
【００２７】
放射線硬化性組成は、選択された成分を混合する従来の方法によって生成される。前記組成は、スプレー、カーテン、ディップパッド、ロールコーティングおよびブラッシング手法を含む従来の手段によって、基材に塗布することができる。前記組成は、任意の好ましい基材、例えば、ガラス、プラスチック等に塗布することができる。好ましい実施形態では、前記組成を、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアクリレート等で形成された薄いフィルムに塗布し、その後、フィルムと組成とを加圧ニップしながら、前記組成を成形型で成形する。
【００２８】
塗布された放射線硬化性組成は、任意の公知の化学線硬化方法、例えば、紫外線、Ｘ線、α粒子、電子ビームまたはγ線による照射によって硬化させることができる。照射は、任意の公知の、一般的に利用可能なタイプの放射線硬化装置を使用して実行することができ、例えば、硬化は、低、中、高圧水銀アークランプによって行うことができる。硬化は、空気中、または窒素もしくはアルゴンなどの不活性雰囲気中で行うことができる。組成を硬化するのに必要な照射時間は、特定の配合、放射線のタイプや波長、エネルギー量およびフィルムの厚みに依存して若干変化する。放射線技術の当業者は、任意の特定の組成に対する適正な硬化時間を決定することができるであろう。一般に、硬化時間はかなり短く、約１分未満である。１つの実施形態では、紫外線硬化照射は、中圧紫外線光源を使用して、約１５７−２３６ワット／ｃｍ（４００−６００ワット／ｉｎｃｈ）とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】復元可能な光拡散フィルムを示す。
【符号の説明】
【００３０】
１０  光学構造体
１２  ベース層
１４  光学エレメント層
【図１】
2004525393.tif 000003
【国際公開パンフレット】
2004525393.tif 000004
2004525393.tif 000005
2004525393.tif 000006
2004525393.tif 000007
2004525393.tif 000008
2004525393.tif 000009
2004525393.tif 000010
2004525393.tif 000011
2004525393.tif 000012
2004525393.tif 000013
2004525393.tif 000014
2004525393.tif 000015
2004525393.tif 000016
2004525393.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004525393.tif 000018
2004525393.tif 000019
2004525393.tif 000020
2004525393.tif 000021
2004525393.tif 000022
2004525393.tif 000023
2004525393.tif 000024
2004525393.tif 000025
2004525393.tif 000026
2004525393.tif 000027
2004525393.tif 000028
2004525393.tif 000029
2004525393.tif 000030
2004525393.tif 000031
【国際調査報告】
2004525393.tif 000032
2004525393.tif 000033
2004525393.tif 000034
2004525393.tif 000035