CN101849201B - 光扩散剂 - Google Patents

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Abstract

提供能够赋予优于现有球状树脂粒子的光扩散性及光透射性、提高屏幕等最终产品的性能的光扩散剂。本发明的光扩散剂包含在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子，透明性、光学物性优异，所以使用该光扩散剂的光扩散膜具有优异的光扩散性和总透光性。所以是即使在某个位置观察到散射光的情况下也平衡地满足良好的光扩散性和总透光性的光扩散膜，能够广泛用于液晶显示的背光、透射型屏幕、照明器具、灯饰看板等。

Description

光扩散剂
技术领域
本发明涉及具有优异的光的扩散性和透射性的光扩散剂以及使用它的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板。更详细而言，涉及适合用作液晶显示的背光、投影电视等透射型屏幕、照明器具、灯饰看板等光扩散用构件的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板以及作为其材料的光扩散剂。
背景技术
光扩散膜、光扩散片材及光扩散板使用在丙烯酸类树脂、苯乙烯类树脂、氯乙烯类树脂、聚碳酸酯类树脂等透明基材树脂中作为光扩散剂混合分散具有与基材树脂不同的折射率的微粒成形的光扩散板，将基材树脂成形为所希望的形状制成透明性基材、在该基材上涂布了光扩散层的片材或膜，所述光扩散层包含具有光散射性的微粒作为光扩散剂。
要求上述光扩散膜、光扩散片材及光扩散板具有优异的光扩散性和光透射性，为了满足上述要求，必须使用性能优异的光扩散剂。目前，作为光扩散剂，使用硫酸钡、碳酸钙、氢氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、玻璃粉末等无机粉末。但是，通常，无机粉末存在粒子形状各异，粒径偏差大，而且缺乏光的均一扩散性，光透射率低，进而无机粉末导致光扩散板表面粗糙化等问题。
为了解决上述问题，提出使用丙烯酸类树脂、苯乙烯类树脂、硅氧烷类树脂等有机类球状树脂粒子。例如，提出了包含聚苯乙烯粒子的光扩散板(参见专利文献1)，含有丙烯酸树脂粒子、聚苯乙烯粒子等透明珠的同时至少对片材的一个面实施了微细的压花加工的光扩散片材(参见专利文献2)。但是，使用有机类球状树脂粒子时，虽然与使用无机粉末时相比具有光透射性提高的优点，但是与作为目标的最终产品即屏幕等的性能直接相关的树脂粒子的光扩散性不充分，即使通过片材表面的微细加工，也无法满足其光扩散性。
因此，为了实现更高性能的屏幕等最终产品的性能，要求开发出能够进一步提高光扩散膜、光扩散片材及光扩散板的光扩散性或光透射性的光扩散剂。
【专利文献1】特开昭56-33677号公报
【专利文献2】特开平8-146207号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供一种光扩散剂，所述光扩散剂能够赋予优于现有球状树脂粒子的光扩散性及光透射性、提高屏幕等最终产品的性能。
用于解决课题的手段
本发明涉及包含在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子的光扩散剂。
本发明还涉及将上述光扩散剂通过粘合剂涂布在膜或片材状树脂上的光扩散膜或光扩散片材。
本发明进一步涉及将上述光扩散剂混合分散在透明基材树脂中成形得到的光扩散板。
发明效果
本发明中使用的在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子通过给粒子表面赋予由微细的凹部形成的异形形状，确保有机类球状树脂粒子产生的光透射性的优越性，同时，赋予起因于凹部的微细光扩散性的高光扩散性，所以通过使用该粒子作为光扩散剂，能够提供具有优异的光的扩散性(雾度)和透射性(总透光率)的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板等。
产业上实用性
本发明的光扩散剂包含在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子，透明性、光学物性优异，所以使用该光扩散剂的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板具有优异的光扩散性(雾度)和光透射性(总透光率)。因此，可以提供不论从何种位置观察到散射光的情况下也平衡良好地满足良好的光扩散性和光透射性的光扩散膜、光扩散性片材及光扩散板，可以广泛用于液晶显示的背光、透射型屏幕、照明器具、灯饰看板等。
附图说明
图1是本发明中使用的球状树脂粒子的剖面图之一例
【符号说明】
1…粒子本体
2…凹坑部
3…被覆层
具体实施方式
列举实施方式例，具体说明本发明的光扩散剂以及光扩散膜、光扩散片材及光扩散板。
本发明中使用的球状树脂粒子在表面具有多个凹坑。本发明中使用的球状树脂粒子之一例示于图1。
在本发明中使用的球状树脂粒子中，在粒子本体1的表面上存在多个凹坑部2，凹坑部2的内壁被被覆层3被覆，所述被覆层3包含与构成粒子本体的树脂不同的树脂。
本发明中，“多个凹坑”是指每一个粒子具有2个以上凹坑，越是使用粒子表面具有更多凹坑的粒子，越是能够得到光扩散性(雾度)及光透射性(总透光率)优异的光扩散剂以及光扩散膜、光扩散片材及光扩散板。
本发明中使用的球状树脂粒子的体积平均粒径优选为0.1～50μm，更优选为0.5～30μm。体积平均粒径不足0.1μm时，得到的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板的总透光率可能降低。另外，体积平均粒径超过50μm时，得到的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板的雾度可能降低。
另外，上述多个凹坑通常具有大致为圆形的开口部，在粒子表面混在开口部的直径不同的凹坑。凹坑的开口部的平均直径优选为0.01～3μm，更优选为0.03～0.9μm。开口部的平均直径小于0.01μm时，得到的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板的雾度可能降低。另外，开口部的平均直径超过3μm时，得到的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板的雾度可能降低。
需要说明的是，本说明书中，体积平均粒径、凹坑的开口部的平均直径及每1个粒子的凹坑平均个数、总透光率及雾度是通过后述方法求出的数值。
作为本发明中使用的在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子，没有特别限定，优选使用凹坑部的内壁部分和粒子本体由不同树脂构成的复合树脂粒子。作为分别构成凹坑部和粒子本体的树脂，例如可以举出聚(甲基)丙烯酸甲酯〔“(甲基)丙烯酸”是指“丙烯酸”及“甲基丙烯酸”。下同〕、聚(甲基)丙烯酸乙酯、聚(甲基)丙烯酸丙酯、聚(甲基)丙烯酸丁酯、聚(甲基)丙烯酸正己酯、聚(甲基)丙烯酸环己酯、聚(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、聚(甲基)丙烯酸十二烷基酯、聚(甲基)丙烯酸十八烷基酯等(甲基)丙烯酸酯聚合物；聚乙酸乙烯酯、聚丙酸乙烯酯等乙烯基酯聚合物；聚苯乙烯、聚乙烯基甲苯等芳香族乙烯基聚合物；聚乙烯、聚丙烯等烯烃聚合物，上述树脂可以是共聚物或交联聚合物。本发明中，使用对应于光扩散剂以及光扩散膜、光扩散片材及光扩散板的要求特性任意组合上述聚合物得到的复合树脂粒子。
其中，从光扩散性及透射性优异的观点考虑，优选使用凹坑部包含芳香族乙烯基聚合物、粒子本体包含(甲基)丙烯酸酯聚合物的复合树脂粒子及凹坑部与粒子本体包含不同种类的(甲基)丙烯酸酯聚合物的复合树脂粒子，特别是更优选使用包含聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的复合树脂粒子及包含从具有碳原子数2～18的烷基的聚甲基丙烯酸烷基酯中选出的1种和聚甲基丙烯酸甲酯的复合树脂粒子。
作为本发明中使用的在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子的制造方法，没有特别限定，可以举出晶种分散聚合法或晶种乳化聚合法等，特别优选晶种分散聚合法。在晶种分散聚合法中，例如为凹坑部包含芳香族乙烯基聚合物、粒子本体包含(甲基)丙烯酸酯聚合物的复合树脂时，可以通过下述方法得到表面具有多个凹坑的球状树脂粒子，即，在使粒子表面不具有凹坑的(甲基)丙烯酸酯聚合物的圆球状粒子作为晶种粒子分散的溶剂(S1)中，使芳香族乙烯基单体发生晶种分散聚合，通过离心分离等从乳液状的反应混合物中分离粒子，进行干燥。此时，成为凹坑部的芳香族乙烯基聚合物优选可溶于溶剂(S1)、与溶剂(S1)的亲和性低于或等同于晶种粒子的单体聚合物。作为溶剂(S1)，例如使用甲醇/水混合溶剂。聚合反应优选在有机溶剂(S2)的共存下进行，所述有机溶剂(S2)是聚合引发剂、分散剂及作为晶种粒子的(甲基)丙烯酸酯聚合物的不良溶剂或非溶剂，但为芳香族乙烯基聚合物的良溶剂，并且不溶于或部分溶解在上述溶剂(S1)中。作为有机溶剂(S2)，例如优选使用十氢化萘。
通过如上所述地组合溶剂，边在粒子表面不具有凹坑的圆球状树脂粒子的表面聚合异种树脂，边形成多个凹坑部，最终可以得到在凹坑部的内壁形成了包含异种树脂的被覆层的球状树脂粒子。
另外，也可以通过下述方法等得到本发明中使用的在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子，即，使通过公知的乳化聚合法得到的聚苯乙烯之类的芳香族乙烯基聚合物的球状粒子作为晶种粒子分散在乙醇/水混合溶剂之类的分散溶剂，混合丙烯酸丁酯之类的(甲基)丙烯酸酯，在0℃下放置得到溶胀粒子后，使其发生晶种乳化聚合，通过离心分离等从乳液状的反应混合物中分离粒子，进行干燥。
因为通过上述方法得到的球状树脂粒子在表面规律地排列多个凹坑、并且形成凹坑部和粒子本体由不同种类的聚合物构成的复合构造，所以用作光扩散剂时，与作为晶种粒子使用的圆球状粒子相比，利用由多个凹坑产生的光扩散性和不同树脂的折射率差的协同效果能够提供雾度及总透光率优异的光扩散剂以及光扩散膜、光扩散片材及光扩散板。
本发明的光扩散剂中的在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子的含有比例没有特别限定，相对于光扩散剂总量为1～100质量％，优选为5～100质量％。上述球状树脂粒子的含有比例不足1质量％时，可能无法充分发挥光扩散性。
另外，作为配合在光扩散剂中的任意添加剂，例如可以举出上述球状树脂粒子以外的光扩散剂；染料颜料、抗氧化剂等稳定剂；阻燃剂；防静电剂等。
为了使用本发明的光扩散剂制造光扩散板，例如有在透明基材树脂中混合分散上述含有在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子的光扩散剂及根据需要使用的其他添加剂，用例如单轴押出机、双轴押出机、混炼辊、班伯里混炼机等进行熔融混炼，颗粒化，使用得到的颗粒，通过注塑成形法、挤压成形法等成形为所希望的形状的方法。作为透明基材树脂，可以举出(甲基)丙烯酸类树脂、聚碳酸酯类树脂、苯乙烯类树脂等。
另外，为了使用本发明的光扩散剂制造光扩散膜、光扩散片材，例如可以举出在成形为膜、片材等的基材树脂的单面或两面，通过粘合剂涂布包含在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子的光扩散剂的方法。为了将光扩散剂涂布在基材上，可以将光扩散剂例如混合、分散在溶于溶剂中的有机高分子粘合剂中，涂布在基材树脂上。作为涂布方法，可以利用浸渍法、辊涂法、网板印刷法等。作为基材树脂，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯等。其中，从加工性等观点考虑，优选使用聚对苯二甲酸乙二醇酯。包含光扩散剂的光扩散层的厚度通常为5～50μm、优选10～30μm。
作为有机高分子粘合剂，可以举出聚酯树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂、乙烯-丙烯酸共聚物树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂等。其中，从折射率、与基材的粘合性、耐擦伤性、透明性等观点考虑，优选使用聚酯树脂、乙烯-丙烯酸共聚物树脂。
光扩散剂和有机高分子粘合剂的配合量通常相对于100质量份有机高分子粘合剂，光扩散剂为50～500质量份、优选为70～350质量份。在50～500质量份范围内时，雾度及总透光率的降低小。
本发明的光扩散膜、光扩散片材及光扩散板的特性是雾度通常为80％以上、优选为85％以上，总透光率通常为80％以上、优选为85～95％的范围。如果雾度低于80％，则例如液晶显示器等画面的鲜明度可能差。另外，总透光率不足80％时，画面的亮度可能降低。
以下，通过实施例及比较例详细说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
实施例1～7中得到的具有多个凹坑的球状树脂粒子的体积平均粒径、凹坑开口部的平均直径及每1个粒子的凹坑的平均个数、以及比较例1～4中使用的球状粒子的体积平均粒径通过以下所示的方法进行评价。测定结果示于表1。
另外，实施例8～13及比较例1～3中得到的光扩散膜的总透光率、扩散透射率、雾度及膜厚通过以下所示的方法进行评价。测定结果示于表2。
同样地，实施例14及比较例4中得到的光扩散板的总透光率、扩散透射率、雾度及板厚通过以下所示的方法进行评价。测定结果示于表3。
(1)体积平均粒径
使用激光衍射式粒度分布测定装置(株式会社岛津制作所制、SALD-2000)测定体积平均粒径。
(2)凹坑的开口部的平均直径及每1个粒子的凹坑的平均个数
使用电子显微镜(日本电子株式会社制、JSM-6390LA)，通过图像解析进行测定。
(3)总透光率、扩散透射率、雾度
使用雾度测量器(日本电色工业株式会社制、NDH-300A)，测定总透光率、扩散透射率及平行光线透射率。
总透光率是以入射光的强度为100％时，透过试样的全部光量的比例(％)，是作为被试样扩散的光量的比例(％)的扩散透射率和作为向入射方向直线前进的光量的比例(％)的平行光线透射率之和。
(总透光率)＝(扩散透射率)+(平行光线透射率)
另外，雾度是入射光通过试样的期间，偏离入射光束，扩散透过的光量的比例(％)。
(雾度)＝(扩散透射率)/(总透光率)×100
(4)膜厚及板厚
使用数字微测量器(株式会社Mitutoyo制)进行测定。
[实施例1]
在具备搅拌机及冷凝管的2L容积的反应容器中放入504g甲醇、216g纯水、54g十氢化萘，使作为分散剂的1.8g聚乙烯基吡咯烷酮溶解后，作为晶种粒子，添加30g体积平均粒径5μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)圆球状粒子，使其分散。该PMMA圆球状粒子在粒子表面不具有凹坑。
进而，使作为单体的18g苯乙烯、作为聚合引发剂的1.2g偶氮二异丁腈溶解，使反应容器内为氮气氛后，升温，将反应体系内的温度在60℃下保持24小时，完成聚合反应。
将得到的乳液状的反应混合物通过离心分离进行固液分离，将分离的树脂粒子用甲醇清洗后，在120℃下减压干燥，得到46.5g球状树脂粒子。以得到的球状树脂粒子为光扩散剂。
[实施例2]
在实施例1中，使十氢化萘为13g，除此之外，与实施例1同样地得到47.1g球状树脂粒子。以得到的球状树脂粒子为光扩散剂。
[实施例3]
在实施例1中，作为晶种粒子使用体积平均粒径10μm的聚甲基丙烯酸甲酯球状粒子，作为单体使用甲基丙烯酸环己酯，除此之外，与实施例1同样地得到46.0g球状树脂粒子。以得到的球状树脂粒子为光扩散剂。
[实施例4]
在实施例3中，使十氢化萘为13g，除此之外，与实施例3同样地得到47.1g球状树脂粒子。以得到的球状树脂粒子为光扩散剂。
[实施例5]
在实施例4中，作为晶种粒子使用体积平均粒径2μm的聚甲基丙烯酸甲酯球状粒子，除此之外，与实施例4同样地得到47.1g球状树脂粒子。以得到的球状树脂粒子为光扩散剂。
[实施例6]
在实施例3中，作为晶种粒子使用体积平均粒径8μm的聚甲基丙烯酸甲酯球状粒子，使十氢化萘为105g，除此之外，与实施例3同样地得到46.8g球状树脂粒子。以得到的球状树脂粒子为光扩散剂。
[实施例7]
在实施例3中，作为晶种粒子使用体积平均粒径50μm的聚甲基丙烯酸甲酯球状粒子，除此之外，与实施例3同样地得到45.9g球状树脂粒子。以得到的球状树脂粒子为光扩散剂。
[实施例8]
配合2.5质量份实施例1中得到的光扩散剂、10质量份作为有机高分子粘合剂的聚乙烯-丙烯酸共聚物分散液(住友精化株式会社制、ZAIKTHENE A)，进行搅拌，调制含光扩散剂的涂布液。
在厚度100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(东丽株式会社制、RUMIRER T60)的单面，使用棒涂机(No.12)涂布上述含光扩散剂的涂布液，在105℃下干燥3分钟，得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。
[实施例9]
在实施例8中，代替实施例1中得到的光扩散剂，使用实施例2中得到的光扩散剂，除此之外，与实施例8同样地得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。
[实施例10]
在实施例8中，代替实施例1中得到的光扩散剂，使用实施例3中得到的光扩散剂，除此之外，与实施例8同样地得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。
[实施例11]
在实施例8中，代替实施例1中得到的光扩散剂，使用实施例4中得到的光扩散剂，除此之外，与实施例8同样地得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。
[实施例12]
在实施例8中，代替实施例1中得到的光扩散剂，使用实施例5中得到的光扩散剂，除此之外，与实施例8同样地得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。
[实施例13]
在实施例8中，代替实施例1中得到的光扩散剂，使用实施例6中得到的光扩散剂，除此之外，与实施例8同样地得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。
[实施例14]
配合3.0质量份实施例7中得到的光扩散剂、100质量份作为透明基材树脂的聚苯乙烯树脂(东洋苯乙烯株式会社、Toyo Styrol G320C)，进而混合0.2质量份热稳定剂(住友化学株式会社、Sumilizer GS)后，供入螺杆直径30mm的双螺杆押出机(株式会社池贝制、型式PCM30-41.5)，在加工温度200℃下熔融混炼，将其颗粒化，得到光扩散板用颗粒。
使用该光扩散板用颗粒，用注塑成形机(日本制钢所株式会社制、型式N100BII)，在成形温度200℃、射出压力80MPa、金属模温度40℃的条件下，得到光扩散剂均一混合分散的板厚2mm的光扩散板。
[比较例1]
在实施例8中，代替实施例1中得到的光扩散剂，使用体积平均粒径5μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)圆球状粒子，除此之外，与实施例8同样地得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。该PMMA圆球状粒子在粒子表面不具有凹坑。
[比较例2]
在实施例10中，代替实施例3中得到的光扩散剂，使用体积平均粒径10μm的PMMA圆球状粒子，除此之外，与实施例10同样地得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。该PMMA圆球状粒子在粒子表面不具有凹坑。
[比较例3]
在实施例12中，代替实施例5中得到的光扩散剂，使用体积平均粒径2μm的PMMA圆球状粒子，除此之外，与实施例12同样地得到膜厚10μm的具有光扩散层的光扩散膜。该PMMA圆球状粒子在粒子表面不具有凹坑。
[比较例4]
在实施例14中，代替实施例7中得到的光扩散剂，使用体积平均粒径50μm的PMMA圆球状粒子，除此之外，与实施例14同样地得到板厚2mm的具有光扩散层的光扩散板。该PMMA圆球状粒子在粒子表面不具有凹坑。
【表1】
Figure GPA00001102384000101
【表2】
Figure GPA00001102384000111
由表2可知，使用本发明的包含在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子的光扩散剂的光扩散膜的总透光率、扩散透射率、雾度均优异。
【表3】
Figure GPA00001102384000112
由表3可知，使用本发明的包含在粒子表面具有多个凹坑的球状树脂粒子的光扩散剂的光扩散板的总透光率、扩散透射率、雾度均优异。

Claims (15)

1.一种光扩散剂，包含在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子，其中，在粒子本体的表面上存在多个凹坑，凹坑的内壁被被覆层被覆，所述被覆层包含与构成粒子本体的树脂不同的树脂，所述球状树脂粒子是包含芳香族乙烯基聚合物和(甲基)丙烯酸酯聚合物的复合树脂粒子。
2.如权利要求1所述的光扩散剂，其中，球状树脂粒子的体积平均粒径为0.1～50μm。
3.如权利要求1所述的光扩散剂，其中，凹坑的开口部的平均直径为0.01～3μm。
4.如权利要求2所述的光扩散剂，其中，凹坑的开口部的平均直径为0.01～3μm。
5.如权利要求1所述的光扩散剂，其中，芳香族乙烯基聚合物为聚苯乙烯，(甲基)丙烯酸酯聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯。
6.如权利要求1所述的光扩散剂，其中，球状树脂粒子是通过晶种分散聚合法得到的粒子。
7.一种光扩散剂，包含在表面具有多个凹坑的球状树脂粒子，其中，在粒子本体的表面上存在多个凹坑，凹坑的内壁被被覆层被覆，所述被覆层包含与构成粒子本体的树脂不同的树脂，所述球状树脂粒子是包含不同种类的(甲基)丙烯酸酯聚合物的复合树脂粒子。
8.如权利要求7所述的光扩散剂，其中，球状树脂粒子的体积平均粒径为0.1～50μm。
9.如权利要求7所述的光扩散剂，其中，凹坑的开口部的平均直径为0.01～3μm。
10.如权利要求8所述的光扩散剂，其中，凹坑的开口部的平均直径为0.01～3μm。
11.如权利要求7所述的光扩散剂，其中，不同种类的(甲基)丙烯酸酯聚合物是从具有碳原子数2～18的烷基的聚甲基丙烯酸烷基酯中选出的1种和聚甲基丙烯酸甲酯。
12.如权利要求7所述的光扩散剂，其中，球状树脂粒子是通过晶种分散聚合法得到的粒子。
13.一种光扩散膜，是通过粘合剂将权利要求1～12中的任一项所述的光扩散剂涂布在膜状树脂上的。
14.一种光扩散片材，是通过粘合剂将权利要求1～12中的任一项所述的光扩散剂涂布在片材状树脂上的。
15.一种光扩散板，是将权利要求1-12中的任一项所述的光扩散剂混合分散在透明基材树脂中成形得到的。
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