CN102203640B - 光学片材及液晶显示装置用面光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学片材,所述光学片材含有3层层合体树脂片材,所述3层层合体树脂片材由芯层和不经粘合层而层合在该芯层的两面上的外层构成,构成该芯层的树脂为非结晶性树脂,在至少一方的该外层的表面上形成有多个凸型形状,构成该各外层的树脂的玻璃化温度为80℃以上,构成该各外层的树脂的主成分为相同组成的树脂,并且,构成该各外层的树脂的玻璃化温度比构成该芯层的树脂的玻璃化温度低10℃以上。

Description

光学片材及液晶显示装置用面光源
技术领域
本发明涉及被称为棱镜片等的光学片材及使用其的背光单元。
背景技术
液晶显示装置被用作以笔记本电脑和移动电话机为代表、电视机、监视器、车载导航系统等多种用途。在液晶显示装置中组装用作光源的背光单元,将来自背光单元的光线通过液晶元件并进行控制,由此形成显示的结构。该背光单元所需要的特性不仅是作为射出光的光源,而且需要使画面整体明亮且均匀地发光。
背光单元的结构大致可分为两种。为称作直下型背光的方式和称作侧光型背光的方式。
侧光型背光为主要用于需要薄型化·小型化的移动电话、笔记本电脑等的方式。特征为使用导光板作为基本结构。除导光板之外,还可以使用具有将从导光板的里面漏出的光进行反射使其再利用的功能的反射膜、将从导光板前面射出的光均一化的扩散片、改善正面亮度的以棱镜片为代表的集光片、及改善液晶面板上的亮度的亮度改善片等多种光学膜。其中,作为通常使用的棱镜片,可以举出在透明基材上涂布光固化树脂形成棱镜图案而制备的棱镜片(专利文献1)、通过将模热压到由热塑性树脂形成的片材上形成棱镜图案而制备的棱镜片(专利文献2)、或者为了提高耐热性使用降冰片烯类树脂作为基材而制备的棱镜片(专利文献3)。
专利文献1:日本专利第2670518号公报
专利文献2:日本特开平9-21908号公报
专利文献3:日本特开平9-323354号公报
发明内容
但是,专利文献1的使用光固化树脂制备的棱镜片,在加热、或加湿条件下的耐久性试验中,伴随着形成棱镜层的光固化树脂层的收缩发生卷曲。因此,组装到背光单元中时产生色斑等显示品质上的问题。
假想液晶显示装置的用途为面向移动电话等小型设备时,以棱镜片为代表的各种光学片材必须薄型化。为上述使用光固化树脂制备的棱镜片时,出于薄型化的目的使支撑体的膜厚变薄时,具有耐久性试验时的卷曲更显著地发生的缺点。
另外,专利文献2的使用热塑性树脂制备的棱镜片,与光固化树脂相比耐久性试验时的卷曲被抑制,但出现整个片材前面弯曲即平面性恶化。特别是存在在加湿条件下的试验中平面性显著恶化、表面上赋形的形状也发生变形的缺点。
进而,专利文献3的使用降冰片烯类树脂制备的光学片材在耐久性试验时的卷曲和平面性得以改善,但由于树脂的玻璃化温度(以下,Tg)过高,所以不能提高凹凸形状的成型精度,因此赋形棱镜片之类顶部尖的形状时,难以成型为如模一样的形状。另外,由于凹凸形状成型时使模上升至高温的时间、将模接触树脂后冷却模的时间非常长,所以具有缺乏生产率的缺点。
因此,本发明鉴于现有技术的背景提供一种成型性、生产率优异、薄型且即使在耐久试验下表面上凹凸形状的变形、片材卷曲也较少、平面性也良好的光学片材。
本发明为了解决上述课题采用了下述的方法。即,本发明的光学片材如下所述:含有3层层合体,所述3层层合体由芯层和不经粘合层而层合在该芯层的两面上的外层构成,构成该芯层的树脂为非结晶性树脂,在至少一方的该外层的表面上形成有多个凸型形状,构成该各外层的树脂的主成分为相同组成的树脂,构成该各外层的树脂的玻璃化温度为80℃以上并且比构成该芯层的树脂的玻璃化温度低10℃以上。
另外,本发明的背光单元搭载有本发明的光学片材。
根据本发明,能够提供成型性、生产率优异、薄型且即使在耐久试验下表面上形成的凹凸形状的变形、片材的卷曲也较少、平面性也良好的光学片材。并且,能够提高搭载有本光学片材的背光单元的显示品质。
附图说明
[图1]为模式化地举出本发明的光学片材的结构的图。
[图2](a)~(d)为模式化地举出在本发明的光学片材的外层上成型凸型形状的工序的图。
[图3](a)~(e)均为模式化地表示本发明的光学片材的外层的凸型形状的立体图,(a)~(c)为条纹形状,(d)为圆顶形状,(e)为棱锥形状。
[图4](a)~(f)均为本发明的光学片材的外层的凸型形状的截面图。
[图5](a)及(b)为模式化地举出形成有脱模层的本发明的光学片材的结构的图,(c)及(d)为模式化地举出在外层上成型有凸型形状的光学片材的结构的图。
[图6]为实施例9及比较例7中的光学片材的制造装置的简图。
符号说明
d:凸型形状的截面的凸型高度
h:凸型形状的截面的凸型的底部到芯层的厚度
H:光学片材的外层的厚度
p:凸型形状的截面的凸型的间距
具体实施方式
本发明的光学片材的特征在于:含有3层层合体,所述3层层合体由芯层和不经粘合层而层合在该芯层的两面上的外层构成,构成芯层的树脂为非结晶性树脂,在至少一方的外层的表面上形成有多个凸型形状,构成各外层的树脂的主成分为相同组成的树脂,构成各外层的树脂的玻璃化温度(以下,Tg)为80℃以上并且比构成该芯层的树脂的玻璃化温度低10℃以上(图1)。除了上述“外层/芯层/外层”的3层层合体之外,还可以层合用于赋予表面脱模性或调节光学特性的层,但此时优选使这些层的厚度均为该外层厚度的1/5以下。另外,优选的层合总数包括3层层合体的3层在内为3~10层。使其至少为3层是因为为了在赋予机械及热强度的芯层的一侧面上成型多个凸型形状而设置1层外层,在另一侧面上设置以与构成上述外层的树脂的主成分为相同组成的树脂作为主成分的层来抑制卷曲。如上所述,通过使构成两个外层的树脂的主成分为相同组成,各外层的热收缩率变得基本相同,能够抑制加热·加湿引起的光学片材的卷曲。此处构成外层的树脂的“主成分”是在构成外层的树脂中占50重量%以上的组成的树脂,优选为70重量%以上,更优选为95重量%以上。
构成本发明中的外层的树脂的Tg为80℃以上。本发明中Tg是基于JIS K 7121-1987、利用差示扫描量热计(以下、DSC)测定、按照下述顺序求出的中间点玻璃化温度的值。即,使用Seiko电子工业株式会社制自动控制装置DSC“RDSC220”作为DSC、使用同公司制Disc Station“SSC/5200”作为数据解析装置,在铝制托盘中填充5mg样品,将该试样以20℃/分钟的升温速度从常温加热至300℃并使其熔融5分钟,然后用液氮骤冷。采用通过该过程的测定得到的Tg。
通常,作为液晶显示装置中使用的光学片材的耐久性试验,在只加热、及加热加湿条件下进行试验。作为温度多采用60~80℃的范围,作为湿度多采用80~95%的范围。特别是厚度低于60μm的光学膜在该条件下进行试验时卷曲变得明显。现有的在聚酯树脂上成型由丙烯酸类UV固化树脂组成的棱镜而得到的棱镜片的卷曲变得特别明显。因此,作为外层除了可以表面赋形之外,还需要在上述耐久性试验下的温度、湿度范围内不发生变形。即,作为构成外层的树脂的Tg,需要为比上述试验温度高的温度,即80℃以上。Tg低于80℃时,耐久性试验时赋形在片材表面的形状变形或/及片材自身的平面性恶化。如果将平面性易于恶化的光学片材组装到背光单元中,则伴随着平面性的恶化可观察到光学特性不均。构成外层的树脂的Tg优选为80~120℃。Tg超过120℃时,由于Tg过高,所以难以提高表面赋形时的精度,因此赋形棱镜片之类顶部尖的形状时,有时不成型为如模一样的形状,而成为顶部较圆的低精度成型品。另外,由于在表面赋形时使模上升至高温的时间、将模接触树脂后冷却模的时间非常长,所以缺乏生产率。
作为构成本发明中的外层的树脂,只要满足上述Tg的条件即可,没有特殊限制,例如可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、环己烷二甲醇共聚聚酯树脂、间苯二甲酸共聚聚酯树脂、螺环乙二醇共聚聚酯树脂、芴共聚聚酯树脂等聚酯类树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、环状聚烯烃共聚树脂等聚烯烃类树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚醚、聚酰胺酯、聚醚酯、聚氯乙烯、及以它们为成分的共聚物、或上述树脂的混合物等热塑性树脂。其中,在机械强度、耐热性、尺寸稳定性、进而表面赋形性方面,较优选使用环状聚烯烃或聚酯树脂。进而,由于环状聚烯烃透明性、黄变性、透湿性优异,并且尺寸变化非常小,故特别优选。
此处,所谓环状聚烯烃类树脂,是指具有环内具有烯性双键的聚合性环状烯烃作为单体单元的树脂,作为环状烯烃,例如可以举出降冰片烯类单体(单环、多环)等。
本发明中优选使用的环状聚烯烃类树脂是指上述环状烯烃的均聚物、二种以上的环状烯烃的共聚物、或环状烯烃与链状烯烃的共聚体等。
作为所述环状聚烯烃类树脂,例如可以使用下述式(1)表示的结构。
上述式(1)中,A表示环状烯烃单体,B表示链状共聚单体。式中的m表示正整数,n表示0或正整数。
作为以上述式(1)的A表示的环状烯烃单体,可以使用下述式(2)或(3)表示的结构单元。
上述式(2)中,a及b表示0或正整数。另外,R1~R4表示氢原子、烃基、卤原子、卤素取代烃基、-(CH2)xCOOR9(x表示0或正整数。R9表示氢原子、烃基、卤原子、卤素取代烃基。)。
另外,上述式(3)中,c及d表示0或正整数。另外,R5~R8表示氢原子、烃基、卤原子、卤素取代烃基、-(CH2)xCOOR10(x表示0或正整数。R10表示氢原子、烃基、卤原子、卤素取代烃基。)。
作为上述A表示的环状烯烃单体,不仅可以聚合1种环状烯烃单体,也可以共聚2种以上的环状烯烃单体进行使用。
另外,作为上述式(1)的B表示的链状共聚单体,例如可以使用乙烯、丙烯、丁烯、戊烯等α-烯烃类、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯、丙烯腈、马来酸酐等。其中,优选使用α-烯烃类。
作为本发明中的环状聚烯烃树脂,可以由1种环状聚烯烃树脂构成,也可以混合2种以上的环状聚烯烃树脂进行使用。混合2种以上树脂的方法由于能够控制光学片材的玻璃化温度等热物性、强度伸长率等机械物性,故为优选方案。
本发明中,使用非结晶性树脂作为构成芯层的树脂。作为液晶显示器等中使用的光学片材用树脂,通常使用透明性优异的非结晶性树脂。另外,使用熔融挤出使非结晶性树脂成膜时,由于结晶性低下所以不需要骤冷,可以如结晶性树脂那样慢慢地冷却,能够成膜为在厚度精度上优异的片材。作为构成芯层的树脂的主成分,优选环状聚烯烃树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、非结晶性聚酯树脂。由于环状聚烯烃树脂透明性、黄变性、透湿性优异,尺寸变化非常小,所以作为达成本发明的效果的光学片材的材料特别适合。此处构成芯层的树脂的“主成分”是在构成芯层的树脂中占50重量%以上的组成的树脂。
另外,对非结晶性树脂形成的片材进行加工赋形表面形状时,如果加热至Tg以上的温度,则可观察到形状的变形。另外由于芯层赋予平面性,所以优选Tg比外层高。环状聚烯烃满足上述Tg条件,从这方面来说作为构成芯层的树脂的主成分也是合适的。
本发明中,构成外层的树脂的Tg比构成芯层的树脂的Tg低10℃以上。如果Tg之差低于10℃,则使用平板加压法在外层上成型凸型形状时,芯层中热量也增加,剥离模时整个光学片材追随模而发生变形,平面性变差。另外,优选构成外层的树脂的Tg比构成芯层的树脂的Tg低10~100℃。Tg之差大于100℃时,使用共挤出法使片材成膜时,有时Tg低的一方的树脂炭化,片材的品质变差。
作为本发明的光学片材中的3层层合体的制备方法,可以举出下述的不经粘合剂而制备层合体的方法。
(i)将构成支撑体的树脂和构成外层的树脂分别投入到二台挤出机中,熔融,从喷嘴共挤出到冷却的铸造鼓上,加工为片状的方法(共挤出法)。
(ii)将构成外层的树脂投入到挤出机中进行熔融挤出,一边从喷嘴挤出一边层合到用单膜制备的支撑层片材上的方法(熔融层合法)。
(iii)分别各自制备用单膜制备的支撑层片材、外层片材,利用加热辊组等进行热压接的方法(热层合法)。
(iv)另外,使外层的片材溶解在溶剂中,将该溶液涂布到支撑层的片材上并进行干燥的方法(涂布法)。
由于利用粘合剂时操作工序变多、并且成本也上升,故不优选。其中,进行共挤出加工成片状的共挤出法能够以一个工序制备出精度良好的层合体,从这一方面上来说该方法为优选方法。
使用图2对在本发明的光学片材的外层上形成多个凸型形状的方法的例子进行说明。将在外层上形成凸型形状前的本发明的光学片材和具有与需要转印的图案相反的形状的模两者在构成外层的树脂的玻璃化温度Tg以上、Tg+60℃以下的温度范围内进行加热(图2(a))。然后,使光学片材的外层与模的凹凸面接近(图2(b)),直接以规定压力加压,保持规定时间(图2(c))。然后在保持加压状态下进行降温。最后释放加压压力,将光学片材从模上脱下(图2(d))。
另外,作为外层图案成型方法,除了如图2所示的加压平板的方法(平板加压法)之外,也可以为使用在表面上形成有图案的辊状模成型为辊状片材从而得到辊状成型体的辊对辊(roll to roll)的连续成型。平板加压法的情况下,能够形成更微细的高纵横比的图案,从这一方面来说该方法是优异的。辊对辊连续成型的情况下,从生产率的方面来看比平板加压法优异。进而,在辊对辊连续成型的情况下,由于本发明的光学片材中存在芯层,所以与由构成外层的树脂形成的单一膜相比,由于片材自身存在硬度,所以成型优异,故优选。
本发明的光学片材的外层的凸型形状的优选图案示于图3。图3(a)~(e)为模式化地表示凸型形状的立体图。作为在外层表面上形成的凸型形状在面内的排列结构,作为优选例子可以举出如图3(a)~(c)所示的条纹图案(为多个凸型形状均在一个方向上延伸的凸型形状,所述多个凸型形状的长度方向相互之间基本平行(长度方向之差均为5°以下,优选为1°以下的偏差。))、如图3(d)、(e)所示的布满圆顶状和棱锥状等形状的图案等。
对图3(a)~(c)中举出的条纹图案进行说明。图4表示垂直于凸型形状的长度方向的方向上的截面形状。作为各个条纹的凸型截面形状,作为优选例子可以举出等腰三角形、等边三角形、等腰直角三角形或为它们的变形的三角形状(图4(a))、半圆、半椭圆、或为它们的变形的圆弧形状(图4(b))、规则的正弦曲线、不规则曲线等波形形状(图4(d))等。
另外,如图4(a)(b)所示,可以为各个截面形状为相同形状重复得到的图案,如图4(d)所示不同尺寸的形状的规则或不规则排列图案、或如图4(e)所示不同形状的规则或不规则排列图案等也是优选方案。由于上述的不同尺寸或不同形状的规则或不规则排列及图4(c)的不规则曲线等形状也具有抑制由片材表面上形成的形状所可能引起的光干涉条纹或发光的效果,故优选。
另外,如图4(f)所示,也可以使用在各个条纹的截面上相邻图案间形成有平坦部的形状。但是,由于入射至该平坦部的光很可能不改变角度过而不入,所以较优选如图4(a)~(e)所示在相邻图案间不形成平坦部的形状。
另外,在条纹长度方向上观察时,各个条纹的截面形状可以为相同形状·尺寸连续的均匀条纹,也可以为相同形状但尺寸不同(即高度变化)的条纹,可以优选使用任一种形状变化的条纹。
进而,从片材的法线方向观察条纹时,各个条纹可以完全为直线状,也可以优选使用例如波状等为非直线的情况。因此,也可以优选使用各个条纹间的距离(间距)规则、不规则中的任一种。
接下来,如图3(d)(e)所示,对布满圆顶状或棱锥状等形状的图案进行说明。作为优选形状,大致可分为圆顶状等半球形、棱锥状等多角锥形。
为半球形状时,可以举出半球、使半球在高度方向上伸缩的形状(半椭球体)等,也可以为在片材面内形状上具有各向异性的形状。具有各向异性的情况下,如果使各个形状的长轴方向一致进行排列,则可能引起光学各向异性。对于半球形状在片材面内的排列,可以优选使用规则排列(最密充填等)、不规则排列中的任一种。
另外,为多角锥形时,作为例子可以举出三角锥、四角锥、六角锥、八角锥等。该情况下也可以使用在片材面内的排列为规则排列、不规则排列中的任一种。
上述形状可以为在片材面内单一形状重复所得的图案,也可以为多种形状排列所得的复合形状。
例如,在表面上形成如图3(a)~(c)所示的条纹图案时,特别是由于有时产生与片材的卷曲有关的对应于条纹的方向的各向异性,所以通过制成本发明的光学片材结构使得效果较大。即,作为液晶显示装置用光学片材,制备用于发挥亮度改善效果的棱镜片时,本发明有效地发挥作用。
棱镜片是略平行地形成多个凸型(截面)形状为三角形的三角柱状的棱镜而得到的片材。本发明的光学片材为棱镜片时,上述截面的三角形的顶角优选为70~110°,较优选为80~100°,更优选为90°。顶角低于70°及高于110°时,组装到背光单元时有时正面亮度改善效果变得不充分。另外,根据背光的结构进行选择,但通过使上述截面的三角形为等腰三角形,在为任一种结构时正面亮度改善效果均优异,故优选。
作为本发明的光学片材而优选使用的棱镜片,可以优选使用截面的各个三角形为相同形状的反复排列、不同形状排列中的任一种。另外,关于形成在片材面上的棱镜在膜厚方向的高度,在棱镜的三角柱的长度方向上观察,可以是一定的,也可以是变化的。进而,在片材面内,棱镜顶部的线可以是直线状,也可以变化为波状。
本发明的光学片材的外层与芯层的层合比没有特别限定,优选外层的厚度(一面)∶芯层的厚度=1∶0.05~1∶20,较优选外层的厚度(一面)∶芯层的厚度=1∶1~1∶10。由于通过使外层与芯层的层合比为该范围,即使为薄膜也具有充分厚度的表层,可以在保持机械强度的同时减小光学片材整体的卷曲,故优选。另外,关于设置在芯层两侧的外层间的厚度比,为了减小光学片材整体的卷曲,优选为1∶1~1∶2。
为了在本发明的光学片材中形成高质量且成品率高的图案,最小外层厚度h与作为凸状形状的顶点与底部的距离的凸型高度d的关系较优选在d/10≤h≤10d的范围内,所述最小外层厚度h为从凸型形状截面的凸型的最低底部到芯层的距离,即凸型形状的底部(极小值)与外层和芯层的界面间的距离。h的值低于d/10时,将模压在表层时有时难以填充到模的细微部分。另外,大于10d时,不能充分发挥形成在表层上的图案的特性,有时成为亮度低下的原因。为了得到上述形状,优选使形成凸型形状前的外层的厚度为形成凸型形状的截面的凸型高度d以上的厚度。
另外,设置在外层上的凸型形状的截面的最大凸型高度dmax可以根据需要的光学特性适当确定,优选为1~10μm,更优选为5~10μm。通过使其为该范围,可以在保持机械强度的同时降低光学片材整体的卷曲。
凸型形状相对于光学片材宽度的个数可以根据需要的光学特性适当确定,优选相对于1mm宽度为5个以上,较优选为10个以上,更优选为20个以上。凹凸形状的密度为相对于1mm宽度为5个以上时,光学功能良好。
本发明的光学片材的总厚度优选在60μm以下,较优选为10~50μm,更优选为30~50μm。光学片材较薄时,背光单元自身也可以薄型化,结果可以提高液晶显示装置的设计性,故优选。但是,光学片材的厚度低于10μm时,有时组装到背光单元中时操作性变得困难。此处所谓“总厚度”,是指光学片材为在由外层/芯层/外层构成的3层层合体上进一步层合其他层(例如下述的脱模层等)的结构时,包括上述其他层与3层层合体在内的总厚度。另外,光学片材的表面上形成凸型形状时,从该凸型形状的顶点测定厚度。
在本发明的光学片材中,在外层形成凸型形状时,优选在与膜接触的外层的面上预先设置脱模层。如图5(a)所示,可以在任意一方的外层的表面上设置脱模层,如图5(b)所示,也可以在两方的外层的表面上设置脱模层。通过在图5(a)、(b)的片材上形成图案可以得到光学片材。
通过在外层上设置脱模层,可以提高形成于模表面的脱模涂层的耐久性(反复使用次数),即使在使用脱模效果部分丧失的模的情况下,也可以没有问题的均匀脱模。另外,即使不对模进行完全地脱模处理,通过在片材侧预先形成脱模层也能进行脱模,因此可以削减对模进行脱模处理的成本,故优选。另外,由于可以防止由从模上将光学片材脱模时的树脂粘着所引起的成型图案变形,可以在更高的温度下脱模、并且可以缩短周期循环时间,所以从成型精度、生产率的方面考虑也优选。另外,进一步由于通过提高光学片材表面的滑动性而提高了抗划伤性,并且可以降低由制备工序等所带来的缺点,故优选。
构成脱模层的树脂没有特殊限定,但优选以有机硅类树脂、氟类树脂、脂肪酸类树脂、聚酯类树脂、烯烃类树脂、三聚氰胺类树脂为主成分而构成,其中,较优选有机硅类树脂、氟类树脂、脂肪酸类树脂。另外,脱模层中除了上述树脂之外,例如也可以配合丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、尿素树脂、酚醛树脂等,也可以配合各种添加剂,例如可以配合抗静电剂、表面活性剂、抗氧化剂、耐热稳定剂、耐气候稳定剂、紫外线吸收剂、颜料、染料、有机或无机微粒、填充剂、成核剂、交联剂等。另外,脱模层的厚度没有特别限定,优选为0.01~3μm。该脱模层的厚度低于0.01μm时,有时上述的脱模性改善效果降低。
作为形成脱模层的方法,没有特殊限定,可以使用各种涂布方法,所述涂布方法例如为联机涂布法、逆式涂布法、凹版涂布法、杆涂布法、棒涂布法、模涂布法或喷涂法。其中,由于联机涂布法能够在基材成膜的同时进行涂布,所以从生产率、涂布均匀性的观点考虑,可以优选举出。
对直下型背光单元的基本结构进行说明。在画面内部平行配制多根线状荧光灯,在光源的下侧(与画面为反方向)设置光反射膜,在光源的上侧(画面侧)设置扩散板、扩散片、棱镜片、亮度改善片材等光学构件。作为光源上侧的光学构件的配置,优选在光源的正上方使用扩散板,在最上方使用亮度改善片材,优选在上述2片构件间根据用途以任意结构使用扩散片或/及棱镜片。
另外,对侧光型背光单元的基本结构进行说明。为该背光单元时,使用用于传递光线并使其扩展成面状的导光板,在该导光板的侧面具有直线状(例如荧光灯)或点状(例如LED)等光源,在该导光板的下侧(与画面为反方向)设置光反射膜,在该导光板的上侧(画面侧)设置扩散片、棱镜片、亮度改善片材等光学构件。
作为侧光型背光单元的光源上侧的光学构件的配置,优选在最上方使用亮度改善片材,优选在导光板和亮度改善片材之间根据用途以任意结构使用扩散片或/及棱镜片。
本发明的光学片材,通过赋予上述列举的形状,可以发挥上述扩散片和棱镜片之类的光扩散性、集光性的效果。因此,直下型背光单元中,可以将本发明的光学片材设置在与上述扩散片和棱镜片相同的位置。
(测定·评价方法)
以下的测定只要没有特殊说明均在室温23℃、湿度65%的条件下进行。
A.Tg测定
基于JIS K 7121-1987,使用Seiko电子工业株式会社制自动控制装置DSC“RDSC220”作为差示扫描量热计(DSC),使用同公司制Disc Station“SSC/5200”作为数据解析装置,在铝制托盘中填充5mg组合物或膜样品。将该试样以20℃/分钟的升温速度从常温加热至300℃并使其熔融5分钟。然后用液氮骤冷,通过该过程测定玻璃化温度(中间点玻璃化温度)。
B.截面观察
用通过凸型形状的顶部、与形成有该凸型形状的外层的面垂直且横穿多个凸型形状的面切断光学片材,切出光学片材的截面,在截面上蒸镀白金-钯。使用日立制作所(株)制扫描型电子显微镜S-2100A拍摄该截面的照片并进行观察,测定片材截面的尺寸及赋形在表面上的凸型形状的尺寸。在切断时凸型形状发生变形的情况下,通过将光学片材整体预先浸渍在液氮中冷冻后进行切断、或者用其他树脂包埋后进行切断等方法防止形状变形。
C.片材厚度
在截面观察中,将倍率调至200倍以使片材整体均在视野内进行照片拍摄,对照片进行测量,测定片材两表面间的尺寸。此时在表面上形成凸型形状时,测定两表面间的距离最大的尺寸。对从片材内随机选出的10个点进行测定,求出平均值作为片材厚度。
D.外层厚度H
在截面观察中,将倍率调至200倍以使外层整体均在视野内进行照片拍摄,对照片进行测量,测定片材两表面间的尺寸。此时在表面上形成凸型形状时,测定两表面间的距离最大的尺寸。对从片材内随机选出的10个点进行测定,求出平均值作为外层厚度。
需要说明的是,在截面观察中外层与芯层的界面不明确时,为了进行观察,可以根据材料特性采用利用激光显微镜的观察、利用光学显微镜的观察、或者利用透射型电子显微镜的薄膜切片观察代替扫描型电子显微镜的观察。
另外,在外层的表面上沿着凸形状形成脱模层或易滑层等时,其也被看作是外层的一部分进行测定。
E.凸型形状截面的凸型高度d
在截面观察中,将倍率调至200倍以使视野内含有10个以上20个以下的凸型形状的顶部(极大值)进行照片拍摄,在任意选出的连续10个点的凸型形状中测定凸型形状的切断面的最低高度与最高高度之差。对片材内任意抽出10个点以上进行测定,将其平均值作为凸型形状的顶部与底部的距离即凸型高度d。
即,该切断面的形状为如图4(a)(b)(f)所示的单一凸形状的重复图案时,测定该凸型形状的最高高度与最低高度之差。
另外,该切断面的形状为如图4(d)(e)所示的组合不同形状所得的图案的重复时,测定该重复单位中最高高度与最低高度之差。
另外,该切断面的形状为如图4(c)所示的各凸形状和尺寸不规则变化时,选出该切断面中任意连续的10个点的凸型形状来测定最高高度与最低高度之差。
另外,对于图3(d)(e)所示的布满圆顶状或棱锥状等形状的图案,也可以根据截面形状适用上述判定基准来确定凸型高度d。
F.最小外层厚度h
在截面观察中,将倍率调至200倍以使视野内同时含有5个至20个左右的凸型形状的底部(极小值)和外层与芯层的界面来进行照片拍摄,在任意选出的连续10个点的凸型形状中测定底部与该界面的最小距离。对片材内任意抽出的10个点以上进行测定,将其平均值作为最小外层厚度h。
G.卷曲量测定
将100mm×100mm尺寸的样品放入恒温恒湿试验机(TABAIESPEC公司制、PR-3SPW)中,在85℃·85%RH条件下放置240小时。将刚从恒温恒湿试验机中取出的样品以形成有凸型形状的面朝上的方式放置在桌子上。测定样品的4个角的卷曲量(自膜设置面的高度),将平均值作为卷曲量。
H.平面性评价
将100mm×100mm尺寸的样品放在恒温恒湿试验机(TABAIESPEC公司制、PR-3SPW)中,在85℃·85%RH条件下放置240小时。从恒温恒湿试验器中取出后,以赋形面朝下的方式放置在桌子上,观察非赋形面。
评价方法如下:打开二个直线状荧光灯,观察映入非赋形面的荧光灯像,判断直线状荧光灯像是否歪斜。3人进行评价,2人以上判断为歪斜时记为C,1人判断为歪斜时记为B,3人均判断为不歪斜时记为A。
I.亮度评价
打开评价用3.5英寸侧光型背光(箱体、反射膜、导光板),经过10分钟后在导光板上设置扩散片(东丽世韩制、TDF187)、样品片材,使用二维亮度计(Konica Minolta Sensing制、CA-2000)测定正面方向的亮度。用以背光的中心部为中心的每个边为50mm的正方形范围内的平均值评价亮度。
另外,亮度评价在上述G及H中记载的85℃·85%RH条件下放置240小时的试验前后(耐湿热试验前后)进行,将试验前的亮度定义为“初期亮度”,将试验后的亮度定义为“试验后亮度”。
实施例
以下对各实施例·比较例的测定方法及评价方法进行说明。
(实施例1)
准备环状聚烯烃类树脂1(“TOPAS”6013、Tg 130℃、Polyplastics(株)制)作为构成芯层的树脂,准备以质量比60∶40混合环状聚烯烃类树脂1和2(环状烯烃树脂“TOPAS”8007、Tg 78℃、Polyplastics(株)制)所得的混合物(混合后的Tg为110℃)作为构成外层的树脂。将它们在100℃下干燥6小时后,使它们分别在不同的挤出机内在240℃的温度下进行熔融。然后,将从熔融3层共挤出喷嘴中挤出的层合树脂以片状挤出到保持在100℃的金属鼓上。将金属鼓的速度设定为25m/分钟进行卷绕,由此得到层合片材1。层合片材1中各外层的厚度H均为7.5μm,芯层的厚度为23μm,整体为38μm。
然后,在135℃下将下述模1和上述层合片材1加热1分钟,一边维持在135℃一边以2MPa压力将模1和层合片材1压接30秒。然后冷却至70℃后,通过脱模得到在层合片材1的面上具有与下述模1的形状相反的图案的光学片材1。光学片材1的总厚度(从赋形面的顶部到里面)为40μm。
(模1)
面内图案           :条纹状(图1(a))
每个的形状         :直角等腰三角形(高度d:10μm)
相邻图案间的间距(p):20μm
尺寸               :100mm×100mm(图案区域)
该光学片材1的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。
关于亮度特性评价结果,能够确认到光学片材1在耐湿热试验后仍保持了背光亮度,可知耐湿热性优异。
(实施例2)
除了使用相邻图案间的间距p为15μm、高度d为7.5μm的模之外,与实施例1同样地得到光学片材2。该光学片材2的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,能够确认到光学片材2在耐湿热试验后仍保持了背光亮度,可知耐湿热性优异。
(实施例3)
调节实施例1中各挤出机的挤出量从而改变了外层厚度和芯层厚度。使用各外层厚度H均为9μm、芯层厚度为30μm、整体为48μm的层合片材2,除此之外与实施例1同样地得到光学片材3。该光学片材3的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,能够确认到光学片材3在耐湿热试验后仍保持了背光亮度,可知耐湿热性优异。
(实施例4)
除了使用相邻图案间的间距p为15μm、高度d为7.5μm的模之外,与实施例3同样地得到光学片材4。该光学片材4的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,能够确认到光学片材4在耐湿热试验后保持了背光亮度,可知耐湿热性优异。
(实施例5)
调节实施例1中各挤出机的挤出量从而改变了外层厚度和芯层厚度。使用各外层的厚度H均为9μm、芯层厚度为40μm、整体为58μm的层合片材3,除此之外与实施例1同样地得到光学片材5。该光学片材5的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,能够确认到光学片材5在耐湿热试验后仍保持了背光亮度,可知耐湿热性优异。
(实施例6)
除了使用相邻图案间的间距p为15μm、高度d为7.5μm的模之外,与实施例5同样地得到光学片材6。该光学片材6的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,能够确认到光学片材6在耐湿热试验后仍保持了背光亮度,可知耐湿热性优异。
(实施例7)
(聚萘二甲酸乙二醇酯颗粒(PEN)的制备)
在100重量份2,6-萘二甲酸二甲酯及60重量份乙二醇中加入0.018重量份四水合乙酸镁及0.003重量份一水合乙酸钙作为酯交换催化剂,在170~240℃下以0.5kg/cm2使其进行酯交换反应后,加入0.004重量份磷酸三甲酯,终止酯交换反应。进而加入0.23重量份三氧化锑作为聚合催化剂,在高温高真空下进行缩聚反应,得到极限粘度为0.60dl/g的聚萘二甲酸乙二醇酯1(PEN)颗粒。除了芯层使用环状聚烯烃类树脂、外层使用PEN1(Tg:116℃)之外,与实施例1同样地得到层合片材4。层合片材4的各外层的厚度H均为9μm,芯层厚度为20μm,整体为38μm。然后除了使用层合片材4之外,与实施例1同样地得到光学片材7。
该光学片材7的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,光学片材7在耐湿热试验后的背光亮度比耐热试验前的值稍低。
(实施例8)
使用聚碳酸酯树脂1(TARFLON、Tg 145℃、出光兴产(株)制)作为构成芯层的树脂,使用聚苯乙烯类树脂1(SX100、Tg 100℃、PS日本(株)制)作为构成外层的树脂,除此之外与实施例1同样地得到层合片材5。层合片材5各外层的厚度H均为9μm、芯层厚度为20μm、整体为38μm。然后除了使用层合片材5之外与实施例1同样地得到光学片材8。
该光学片材8的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,光学片材8在耐湿热试验后的背光亮度比耐热试验前的值稍低。
(实施例9)
利用图6所示的装置,在设定为180℃的辊状模1和压辊之间对层合片材1进行夹持加压,用剥离辊剥离片材并进行卷绕得到光学片材9。需要说明的是,线速度为10m/分钟。
(辊状模1)
面内图案:条纹状(图1(a)、与旋转方向平行)
每个的形状:直角等腰三角形(高度d:10μm)
相邻图案间的间距(p):20μm
尺寸:100mm宽、φ3英寸
该光学片材9的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,能够确认到光学片材9在耐湿热试验后仍保持了背光亮度,可知耐湿热性优异。
(实施例10)
使用以质量比60∶40混合环状聚烯烃类树脂1和2所得的混合物作为构成芯层的树脂,使用聚苯乙烯类树脂1作为构成外层的树脂,除此之外,与实施例1同样地得到层合片材6。层合片材6各外层的厚度H均为9μm、芯层厚度为20μm、整体为38μm。然后除了使用层合片材6之外,与实施例1同样地得到光学片材10。
该光学片材10的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,光学片材10在耐湿热试验后的背光亮度比耐热试验前的值稍低。
(比较例1)
将环状烯烃类树脂2在60℃下干燥6小时,然后投入到挤出机中,加热到230℃使其熔融,从T模中以片状挤出到保持在50℃的金属鼓上。将金属鼓的速度设定为25m/分钟进行卷绕,由此得到厚度为38μm的单层片材1。
然后,将上述模1和上述单层片材1在110℃下加热1分钟,一边维持110℃一边在压力2MPa下将模1和单层片材1压接30秒。然后冷却至50℃后,进行脱模,由此得到在单层片材1的面上具有与下述模1的形状相反的图案的光学片材11。光学片材11的总厚度(从赋形面的顶部到里面)为40μm,成型时平面性恶化。
该光学片材11的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,可知光学片材11在耐湿热试验后背光亮度降低。
(比较例2)
除了使用以质量比60∶40混合环状聚烯烃类树脂1和2所得的混合物之外,与比较例1同样地得到单层片材2。
然后,将上述模1和上述单层片材2在135℃下加热1分钟,一边维持在135℃一边在压力2MPa下将模1和单层片材2压接30秒。然后冷却至70℃后,进行脱模,由此得到在单层片材2的面上具有与下述模1的形状相反的图案的光学片材12。光学片材12的总厚度(从赋形面顶部到里面)为40μm,但成型时平面性恶化。
该光学片材12的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,未见光学片材12在耐湿热试验后背光亮度降低
(比较例3)
除了使用熔融2层共挤出喷嘴得到外层厚度H为7.5μm、芯层厚度为30.5μm、整体为38μm的层合片材7之外,与实施例1同样地得到光学片材13。但是,在制备片材时产生了10mm以上的卷曲,耐久性试验后也未改变。
(比较例4)
在上述模1的凹凸面上填充下述涂布剂1,将厚度为30μm的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET膜)载于其上,用超高压汞灯从该PET膜侧以1J/m2进行照射,以使涂布剂固化,通过脱模得到光学片材14。另外光学片材14的总厚度(从赋形面的顶部到里面)为40μm。
(涂布剂1)
KAYARAD R-551(日本化药(株)制)   60质量部
KAYARAD R-128H(日本化药(株)制)  40质量部
DAROCUR 1173(Ciba·Japan(株)制) 4质量部
该光学片材14的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。在温度85℃湿度85%下经过240小时后,光学片材13在温度85℃湿度85%下经过240小时后(耐湿热试验后)显著发生卷曲(在赋形面侧卷曲)。
另外,将上述光学片材14在耐湿热试验前后组装到评价用的背光中,尝试进行亮度评价,但由于在耐湿热试验后发生卷曲,所以端部上扬,无法评价。
(比较例5)
准备环状聚烯烃类树脂1作为构成芯层的树脂,准备环状聚烯烃类树脂2(环状烯烃树脂“TOPAS”8007、Tg 78℃、Polyplastics(株)制)作为构成外层的树脂。将它们在60℃下干燥6小时后,分别使其在不同的挤出机内在270℃的温度下熔融。然后,将从熔融3层共挤出喷嘴挤出的层合树脂以片状挤出到保持在100℃的金属鼓上。将金属鼓的速度设定为25m/分钟进行卷绕,由此得到层合片材8。
然后,将模1和上述层合片材8在110℃下加热1分钟,一边维持110℃一边在压力2MPa下将模1和层合片材8压接30秒。然后冷却至50℃后,进行脱模,由此得到在层合片材8的面上具有与模1形状相反的图案的光学片材15。光学片材15的总厚度为40μm。
该光学片材15的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。在温度85℃湿度85%下经过240小时后,平面性恶化。
另外,关于亮度特性评价结果,光学片材15在耐湿热试验后背光亮度大幅降低。
(比较例6)
(聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒(PET)的制备)
使用对苯二甲酸作为酸成分,使用乙二醇作为醇成分,添加三氧化锑(聚合催化剂)使得相对于所得到的聚酯颗粒以锑原子换算为300ppm,进行缩聚反应,得到极限粘度为0.63dl/g、羧基末端基团量为40当量/吨的聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒1(PET)。
准备环状聚烯烃类树脂1作为构成芯层的树脂,准备PET1(Tg:67℃)作为构成一方外层的树脂,准备PEN1作为构成另一方外层的树脂。将环状聚烯烃1和PEN1在100℃下、PET1在60℃下分别干燥6小时,然后使其分别在不同的挤出机内在240℃的温度下熔融。然后,将从熔融3层共挤出喷嘴中挤出的层合树脂以片状的形式挤出到保持在100℃的金属鼓上。将金属鼓的速度设定为25m/分钟进行卷绕,由此得到层合片材9。层合片材9各表层的厚度H均为7.5μm,芯层的厚度为23μm,整体为38μm。
然后,将上述模1和上述层合片材9在110℃下加热1分钟,一边维持在110℃一边以压力2MPa将模1和层合片材9的PET1侧压接30秒。然后冷却至50℃后,进行脱模,由此得到光学片材16。光学片材16的总厚度(从赋形面的顶部到里面)为40μm。
但是,在制备片材时产生5mm的卷曲,耐久性试验后卷曲10mm以上,无法测定亮度。
(比较例7)
除了使用上述单层片材2之外与实施例9同样地得到光学片材17。光学片材17的总厚度(从赋形面的顶部到里面)为40μm,但从剥离辊上剥离时平面性恶化。
该光学片材17的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。
另外,关于亮度特性评价结果,光学片材17在耐湿热试验后,未见背光亮度降低,但可知试验前的亮度低于实施例1等的亮度。
(比较例8)
使用以质量比50∶50混合环状聚烯烃类树脂1和2所得的混合物(混合后的Tg 100℃)作为构成芯层的树脂,使用聚苯乙烯类树脂1作为构成外层的树脂,除此之外与实施例1同样地得到层合片材10。层合片材10各外层的厚度H均为9μm,芯层厚度为20μm,整体为38μm。然后除了使用层合片材10之外与实施例1同样地得到光学片材18。光学片材18的总厚度(从赋形面的顶部到里面)为40μm,但成型时平面性恶化。该光学片材18的卷曲量、平面性、亮度特性示于表2。关于亮度特性评价结果,光学片材18在耐湿热试验后的背光亮度比耐热试验前的值稍低。
由表1可知以下内容。由实施例1~8可知,本发明中通过使用环状聚烯烃类树脂作为芯层、表层,可以进一步抑制在耐久性试验下的亮度降低。
另外,由实施例1和比较例1及2可知,通过设置芯层能够提高平面性,由比较例3及4可知通过具有3层对称结构能够抑制卷曲。
进而,从实施例1和比较例5可知,通过在外层层合Tg为80℃以上的树脂能够抑制耐久性试验前后的亮度降低。
由实施例1和比较例6可知,外层通过层合同一组合物能够抑制卷曲。
另外,由实施例9和比较例7可知,利用图6所示的辊对辊型制备装置能够制备平面性优异的片材。
进而,由实施例10和比较例8可知,通过使芯层与外层的Tg差为10℃以上能够制备平面性优异的片材。
[表2]
产业上的可利用性
本发明的层合片材能够适用于液晶显示装置用构件等各种领域。

Claims (6)

1.一种光学片材,所述光学片材是棱镜片,并且,所述光学片材含有3层层合体树脂片材,所述3层层合体树脂片材由芯层和不经粘合层而层合在所述芯层的两面上的外层构成,构成所述芯层的树脂为非结晶性树脂,在至少一方的所述外层的表面上形成多个凸型形状,构成所述各外层的树脂的玻璃化温度为80℃以上、120℃以下,构成所述各外层的树脂的主成分为相同组成的环状聚烯烃或聚酯树脂,并且,构成所述各外层的树脂的玻璃化温度比构成所述芯层的树脂的玻璃化温度低10℃以上,
最小外层厚度h与作为凸型形状的顶点与底部的距离的凸型高度d的关系在d/10≤h≤10d的范围内,所述最小外层厚度h为从凸型形状截面的凸型的最低底部到芯层的距离,即外层和芯层的界面与凸型形状的底部之间的距离。
2.如权利要求1所述的光学片材,其中,构成所述芯层的树脂的主成分为环状聚烯烃类树脂。
3.如权利要求1或2所述的光学片材,其中,用通过所述凸型形状的顶部、与形成有所述凸型形状的外层的面垂直且横穿多个凸型形状的面切断所述光学片材,所述凸型形状的切断面的凸型高度为1~10μm,并且,光学片材的总厚度为60μm以下。
4.如权利要求1或2所述的光学片材,其中,所述多个凸型形状为在一个方向上延伸的凸型形状,所述多个凸型形状的长度方向相互平行。
5.如权利要求3所述的光学片材,其中,所述多个凸型形状为在一个方向上延伸的凸型形状,所述多个凸型形状的长度方向相互平行 。
6.一种液晶显示装置用面光源,所述面光源搭载有权利要求1~5中任一项所述的光学片材。
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