サプライズ光拡散フィルム研究の大きな進展と動向

近年、通信用照明などの電子機器が急速に発展している。例えば、液晶ディスプレイ、ノートパソコン、携帯電話などは、日常生活に欠かせない電子製品となっている。そのため、これらの電子製品に使用される拡散フィルムの需要が大幅に増加している。現在、光拡散フィルムの国内需要は控えめに見積もっても1億m2以上あるが、そのほとんどは米国、日本、韓国からの輸入に頼っている。例えば、米国では3M社、ブライト・ビュー・テクノロジーズ社、ルミニット社、日本では木本喜元社、恵和慧和社、奇誠辻電社、韓国ではSKC社、師範世販社、新和信和社などである。

光拡散フィルムの研究開発では、米国、韓国、日本、中国が研究成果を蓄積している。米国Luminit社は図1-7に示すようなLSD光拡散フィルムを開発した。これはビーム整形、高透過率、均一光などの長所がある。ルミニットの特許技術は、拡散フィルムの表面にマイクロナノ構造を設計して光のエネルギー分布を制御することにより、光スポットの形状を精密に制御することができ、一連の円形や楕円形にすることができる。LSD光拡散フィルムは200nm-1500nmの波長の光を透過することができ、透過率は85% Mel 92%に達することができる。LSDフィルムは反射率が低く、自然光と他の光の反射による損失を減らすことができます。LSD光拡散フィルムは点光源を柔らかく均一にすることができ、LEDや冷陰極蛍光灯（CCFL）などの点光源の分布ムラの問題を解決することができる。

米国のブライト・ビュー・テクノロジーズ社は、BVT光拡散フィルムと呼ばれる光拡散フィルムを規制することができる[54]。図1-8に示すように、この光拡散フィルムは、まぶしいグレアを除去できるだけでなく、均一でソフトな光を得ることができ、照明効率は88%-96%に達することができる。

日本の大園拓也研究グループは、延伸シワ構造を持つ一種の光拡散フィルムを作製した。図1-9に示すように、この光拡散フィルムは、フィルムのシワ構造を調整することで光拡散効果を実現している。光拡散フィルムに一軸引張力を加えると、フィルム材料はシワ構造と光拡散の効果を持つ。折り目構造と光拡散の効果は、加える外力に依存する。一軸力が大きいほど、光拡散の効果は強くなる。延伸状態と拡散状態の関係は、幾何光学の関連原理で説明できる。

東南大学のHu Jingang博士は、最初に大型光拡散ハイブリッド微小球の水熱合成法を探り、ZnO@ポリシロキサンコアシェルハイブリッド微小球を合成した[30]。図1-10に示すようにZnO@ポリシロキサンコアシェルハイブリッド微小球によって調製された光拡散フィルムは、良好な透過率とヘイズを有し、拡散領域における光強度分布は均一である。しかし、拡散微小球の調製プロセスは複雑であり、コーティングプロセスによって調製された拡散膜の厚さを制御することは困難である。

カナダのアルバータ大学のS.M.Mahpeykar研究グループは、伸縮自在で調整可能な透過型回折格子を開発した。図1-11に示すように、PSナノ微小球を自己組織化によってPDMS表面に配置した。PSナノ微小球の光子制御能とPDMSエラストマーの特性を利用して、回折効率、角度、次数、エネルギー分布、スペクトル範囲のチューニングを実現し、最大回折効率は80%であった。この光拡散フィルムは、高い効率と広帯域の光拡散能を示し、入射光の偏光特性や入射角度に依存しない。光拡散フィルムの高い光エネルギー効率と回折効率の可変性により、太陽電池や光検出器の広帯域光子制御への応用が期待できる。

韓国のHJ Kim、DW Kim、SW Kimは、図1-13に示すように、光拡散剤として多孔質シリカとシリコーン粒子を、基材としてPCをそれぞれ用いて、押出成形により光拡散フィルムを作製した。韓国の研究者S AhnとGH Kimは、図1-12に示すように、PET基板上に均一な半球状のPMMA液滴層を広げるために、従来のエレクトロスプレーコーティングを改良した。その結果、この方法の拡散層は従来の方法よりも均一であることがわかった。そして、この改良された電気注入法は、従来の電気注入法で作製された光拡散フィルムよりも優れた拡散効果を得ることができる。

韓国のHJ Kim、DW Kim、SW Kimは、図1-13に示すように、それぞれ多孔質シリカとシリコーン粒子を光拡散剤として、PCを基材として、押出成形により光拡散フィルムを作製した。光拡散剤とPCはホットプレス押出成形によりよく混合され、架橋構造が形成され、光拡散フィルムの機械的特性が向上した。

台湾の研究者H.P. Kuo、M.Y. Chuang、C. C. Linは、図1-14に示すように、選択した光拡散板の粒子径がLCD拡散フィルムの特性に及ぼす影響と、フィルム厚と拡散粒子径の関係について研究した。その結果、拡散フィルムの膜厚と粒子径の比が2〜3の場合、透過率とヘイズが高くなり、光学特性が向上することがわかった。

日本の研究者である本間英明氏は、図1-15に示すような選択的拡散が可能な光拡散フィルムを開発した。高屈折率材料の片面から光を照射すると光拡散の効果が働き、拡散フィルムは半透明になり、低屈折率材料の片面から光を照射すると光拡散の効果は比較的弱く、拡散フィルムは透明になる。このような拡散フィルムは、特殊なディスプレイ装置に使用される可能性がある。

本論文では、ドープされた微細構造の光拡散フィルムを作製するために、PDMSソフトモールドに基づくUV硬化インプリント技術を提案する。ロール・ツー・プレーンUV硬化ナノインプリントシステムを用いる[59-60]。この方法では、複雑なプロセスや高価な装置を使用することなく、光拡散フィルムの表面微細構造を再現することができる。ポリエチレンテレフタレート（PET）基板とソフトモールドが密着しているため、表面微細構造の高い忠実度と均一性が確保できる。インプリントローラーの圧力を調整することにより、微細構造のインプリント残渣の厚さを10μm以下に制御することができ、50μmの範囲で調整することができる。入射光が光拡散フィルムの表面に照射されると、拡散特性は、表面の起伏のある微細構造によって形成される回折と、構造内の拡散粒子の散乱の2種類に分けることができる。散乱粒子の散乱によって光が均一で柔らかくなり、微細構造の回折によって制御される新しいタイプの光拡散フィルムです。拡散膜を満足させる。軽量化・多機能化のニーズへ。