CN102565894B - 光扩散膜及光扩散膜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在光的透过和扩散中具有良好的入射角度依赖性、并且光扩散入射角度区域宽的光扩散膜及其制造方法。本发明的光扩散膜具有用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域,第一结构区域是将折射率不同的多个板状区域沿着膜面方向交替地平行配置而成的百叶窗结构区域,第二结构区域是在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物而成的柱结构区域。
Description
技术领域
本发明涉及光扩散膜及光扩散膜的制造方法。特别涉及通过包含使入射光各向异性地扩散的百叶窗结构区域、和使入射光各向同性地扩散的柱结构区域,而在光的透过和扩散中具有良好的入射角度依赖性、并且光扩散入射角度区域宽的光扩散膜及光扩散膜的制造方法。
背景技术
以往,在液晶显示装置中,可以利用从设于装置内部的光源(内部光源)射出的光来识认给定图像。
但是,近年来,随着携带电话、车载电视等的普及,在室外观看液晶显示画面的机会增加,从而产生与之相伴的、来自内部光源的光强度不敌外来光而难以识认给定画面的问题。
另外,在携带电话等移动用途中,由于液晶显示装置的内部光源的耗电相对于总耗电占很大的比例,因此在大量使用内部光源的情况下,会产生电池的续航时间变短的问题。
所以,为了解决这些问题,开发出将外来光作为光源的一部分利用的反射型液晶显示装置。
如果是该反射型液晶显示装置,则由于将外来光作为光源的一部分利用,因此外来光越强,则越可以识认到鲜明的图像,并且对于内部光源的电力消耗,也可以有效地加以抑制。
另外,此种反射型液晶显示装置中,为了使外来光有效地透过而导入液晶显示装置的内部,并且将该外来光作为光源的一部分有效地利用,提出过装备用于有效地进行光扩散的光扩散膜的方案(例如专利文献1)。
如果更具体地进行说明,则在专利文献1中,如图23(a)~(b)所示,公开了具有在上基板1103与下基板1107之间夹持有液晶层1105的液晶单元、设于下基板1107侧的光反射板1110、和设于液晶层1105与光反射板1110之间的光控制板(光扩散膜)1108的液晶装置1112。
此外,设有用于选择性地使以给定角度入射的光散射并且使以给定角度以外的角度入射的光透过的光控制板1108,该光控制板1108被以如下的方式配置于液晶单元中,即,将选择性地散射以给定角度入射的光的方向投影到光控制板1108的表面而得的散射轴方向1121在液晶单元面内大致上为6点钟方向的方位。
这里,作为反射型液晶显示装置中所用的光扩散膜,公开过如下的光扩散膜,即,通过对特定的光固化性组合物使用线状光源照射活性能量射线,而在膜面方向上交替地平行配置高折射率的板状区域和低折射率的板状区域,在膜内形成百叶窗结构区域(例如参照专利文献2~3)。
即,在专利文献2中,公开了一种光控制膜,该光控制膜是对含有多种具有聚合性碳-碳双键的化合物的膜状组合物从特定方向照射紫外线,使该组合物固化而得的、仅选择性地散射特定角度范围的入射光(光扩散膜)的光控制膜,其特征在于,该组合物中所含的至少1种化合物是在分子内具有多个芳香环和1个聚合性碳-碳双键的化合物。
另外,专利文献3中,公开了一种光固化性组合物,其特征在于,含有在分子内具有聚合性的碳-碳双键的芴系化合物(A)、折射率与该芴系化合物(A)不同的阳离子聚合性化合物(B)、以及光阳离子聚合引发剂(C),并公开了使之固化而得的光控制膜。
另一方面,作为反射型液晶装置中所用的其他类型的光扩散膜,公开过如下的光扩散膜,即,通过对特定的光固化性组合物全面地照射作为平行光的活性能量射线,而沿着膜的膜厚方向,在媒介物中形成林立有与该媒介物折射率不同的多个柱状物的柱结构区域(例如参照专利文献4~6)。
即,专利文献4中,公开了一种扩散介质的制造方法,是以薄片状设置含有光固化性化合物的组合物,从给定的方向P对该薄片照射平行光线而使组合物固化,在薄片内部形成沿方向P平行地延伸的多个棒状固化区域的集合体的扩散介质(光扩散膜)的制造方法,其特征在于,在线状光源与薄片之间,夹设有沿方向P平行地配置的筒状物的集合,穿过该筒状物进行光照射。
另外,引用文献5中,公开了一种光控制膜的制造装置,是与光固化性树脂组合物分开面对地配置线状光源,一边移动光固化性树脂组合物及线状光源的至少一方,一边从线状光源照射光而使光固化性树脂组合物膜固化,形成光控制膜(光扩散膜)的制造装置,其特征在于,线状光源的轴向与移动方向交叉,将相互面对的多片薄板状的遮光构件,在与移动方向大致垂直的方向以给定间隔、并且使遮光构件的与光固化性树脂组合物膜相面对的一边分别与移动方向相同方向地设置在光固化性树脂组合物与线状光源之间。
此外,专利文献6中,公开了一种反射型投影屏幕,其具备扩散层(扩散膜),所述扩散层覆盖着将朝向上方的板面设为吸光面、将朝向下方的倾斜面设为反射面的线性菲涅尔构件的菲涅尔面进行配置,并具有不使大于给定角的入射光扩散的扩散特性,扩散层是利用第一光照射工序和第二光照射工序生成的,该第一光照射工序是对光固化性树脂组合物从给定方向夹隔着具有光通过区域和光不通过区域的光掩模照射平行光,使被照射的部位固化为不完全的固化状态的工序,该第二光照射工序是去掉光掩模,再向光固化性树脂照射光强度分布大致恒定的平行光,完成光固化性组合物的固化的工序,在该膜内具备相分离结构,该相分离结构具有包含光固化性组合物的基质、和在该基质中沿平行光的照射方向延伸地取向的折射率与该基质不同的多个柱状结构体。
专利文献
专利文献1日本专利3480260号公报(技术方案的范围、附图等)
专利文献2日本特开2006-350290号公报(技术方案的范围、附图等)
专利文献3日本特开2008-239757号公报(技术方案的范围、附图等)
专利文献4日本专利4095573号公报(技术方案的范围、附图等)
专利文献5日本特开2009-173018号公报(技术方案的范围、附图等)
专利文献6日本特开2008-256930号公报(技术方案的范围、附图等)
但是,对于专利文献1~3中公开的具有百叶窗结构区域的光扩散膜,显现出能够光扩散的入射光的入射角度区域(以下有时称作光扩散入射角度区域。)变窄、以及扩散光的开口角度也变窄的情况。
另外,对于专利文献4~5中公开的具有柱结构区域的光扩散膜,由于与具有百叶窗结构区域的光扩散膜相比,容易在膜内的光的反射中产生不均,因此由入射光的入射角造成的扩散特性的波动大,从而显现出难以发挥良好的入射角度依赖性的问题。
发明内容
所以,本发明人等鉴于如上所述的情况,进行了深入的努力研究,结果发现,通过在膜内设置用于使入射光各向异性地扩散的百叶窗结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的柱结构区域,就可以得到具有良好的入射角度依赖性、并且光扩散入射角度区域宽的光扩散膜,从而完成了本发明。
即,本发明的目的在于,提供在光的透过和扩散中具有良好的入射角度依赖性、并且光扩散入射角度区域宽的光扩散膜及其制造方法。
根据本发明,提供一种光扩散膜,其具有用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域,其特征在于,第一结构区域是将折射率不同的多个板状区域沿着膜面方向交替地平行配置而成的百叶窗结构区域,第二结构区域是在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物而成的柱结构区域,从而可以解决上述的问题。
即,如果是本发明的光扩散膜,则在膜内设有用于使入射光各向异性地扩散的作为第一结构区域的百叶窗结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的作为第二结构区域的柱结构区域。
所以,通过使各个结构区域所具有的入射角度依赖性重复,不仅可以抑制扩散特性的波动,获得良好的入射角度依赖性,而且对于扩散光的开口角度也可以有效地加以扩大。
另外,通过使各个结构区域所具有的入射角度依赖性不同,可以有效地并且容易地扩大光扩散入射角度区域。
而且,本发明中所说的“膜面方向”是指将膜厚方向设为z轴时的x-y平面方向。
另外,本发明中,所谓“光扩散入射角度区域”,是指在相对于各向异性光扩散膜改变来自点光源的入射光的角度的情况下,与射出扩散光对应的入射光的角度范围。对于该光扩散入射角度区域的详细情况,将在后面加以叙述。
另外,所谓“良好的入射角度依赖性”,是指产生入射光的光扩散的相对于膜的入射角度区域(光扩散入射角度区域)与不产生光扩散的其他入射角度区域之间的区别被控制得很清楚。
此外,本发明的所谓“各向异性”是指扩散光的展宽的形状具有各向异性,所谓“各向同性”是指扩散光的展宽的形状具有各向同性。对于它们也是在后面加以叙述。
另外,在构成本发明的光扩散膜时,优选在第一结构区域中,将折射率不同的板状区域的宽度分别设为0.1~15μm的范围内的值,并且将该板状区域相对于膜厚方向以一定的倾斜角平行配置。
通过如此构成,就可以在作为第一结构区域的百叶窗结构区域内使入射光更为稳定地反射,进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
另外,在构成本发明的光扩散膜时,优选在第一结构区域中,折射率不同的板状区域当中折射率高的板状区域的主成分是含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯的聚合物,折射率低的板状区域的主成分是氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合物。
通过如此构成,不仅可以有效地形成作为第一结构区域的百叶窗结构,而且可以进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
另外,在构成本发明的光扩散膜时,优选将第一结构区域的厚度设为5~495μm的范围内的值。
通过如此构成,就可以稳定地确保沿着膜厚方向的百叶窗结构的长度,在作为第一结构区域的百叶窗结构区域内更为稳定地反射入射光,进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
另外,在构成本发明的光扩散膜时,优选在第二结构区域中,将柱状物的截面的最大直径设为0.1~15μm的范围内的值,并且将柱状物间的距离设为0.1~15μm的范围内的值,而且使多个柱状物相对于膜厚方向以一定的倾斜角林立。
通过如此构成,就可以在作为第二结构区域的柱结构区域内更为稳定地反射入射光,进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
另外,在构成本发明的光扩散膜时,优选在第二结构区域中,柱状物的主成分是含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯的聚合物,媒介物的主成分是氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合物。
通过如此构成,不仅可以有效地形成作为第二结构区域的柱结构,而且可以进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
另外,在构成本发明的光扩散膜时,优选将第二结构区域的厚度设为5~495μm的范围内的值。
通过如此构成,就可以稳定地确保沿着膜厚方向的柱状物的长度,在作为第二结构区域的柱结构区域内更为稳定地反射入射光,进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
另外,本发明的其他方式提供一种光扩散膜的制造方法,其是具有用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域的光扩散膜的制造方法,其特征在于,包括下述工序(a)~(d)。
(a)准备光扩散膜用组合物的工序;
(b)将光扩散膜用组合物向工程片上涂布而形成涂布层的工序;
(c)对涂布层进行第一活性能量射线照射,在涂布层的下方部分形成作为第一结构区域的将折射率不同的多个板状区域沿着膜面方向交替地平行配置而成的百叶窗结构区域,并且在涂布层的上方部分残留未形成百叶窗结构区域的工序;
(d)对涂布层再进行第二活性能量射线照射,在未形成百叶窗结构区域中形成作为第二结构区域的在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物而成的柱状结构区域的工序。
即,如果是本发明的光扩散膜的制造方法,则可以在利用第一活性能量射线照射形成作为第一结构区域的百叶窗结构区域后,通过照射第二活性能量射线,在存在于第一结构区域的上方的未形成区域中形成作为第二结构区域的柱结构区域。
所以,就可以有效地并且稳定地制造在单一的膜内沿着膜厚方向依次在上下包含作为第一结构区域的百叶窗结构区域、和作为第二结构区域的柱结构区域的光扩散膜。
另外,在实施本发明的光扩散膜的制造方法时,优选作为第二活性能量射线照射,照射平行度为10°以下的值的平行光。
通过如此实施,就可以有效地并且稳定地制造相对于膜厚方向以一定的倾斜角形成了多个柱状物的作为第二结构区域的柱结构区域。
附图说明
图1(a)~(b)是用于说明第一结构区域的百叶窗结构的概略情况的图。
图2(a)~(b)是用于说明百叶窗结构的入射光角度依赖性及各向异性的图。
图3(a)~(b)是用于说明百叶窗结构的入射角度依赖性的另外的图。
图4(a)~(c)是用于说明入射角及扩散光的开口角度的图。
图5(a)~(b)是用于说明第二结构区域的柱结构的概略情况的图。
图6(a)~(b)是用于说明柱结构的入射角度依赖性及各向同性的图。
图7(a)~(b)是用于说明本发明的光扩散膜的概略情况的图。
图8(a)~(c)是用于说明第一结构区域的百叶窗结构的形态的图。
图9(a)~(d)是用于说明第二结构区域的柱结构的形态的图。
图10是用于说明反射型液晶显示装置中的本发明的光扩散膜的应用例的图。
图11(a)~(b)是用于说明第一活性能量射线照射工序的图。
图12(a)~(b)是用于说明第一活性能量射线照射工序的另外的图。
图13(a)~(c)是用于说明第二活性能量射线照射工序的图。
图14(a)~(k)是用于说明实施例1的光扩散膜的扩散光的展宽和其亮度的分布的图。
图15(a)~(b)是用于说明实施例1的光扩散膜的剖面情况的照片。
图16是用于说明实施例2的光扩散膜的图。
图17(a)~(h)是用于说明实施例3的光扩散膜的扩散光的展宽和其亮度的分布的图。
图18(a)~(g)是用于说明实施例4的光扩散膜的扩散光的展宽和其亮度的分布的图。
图19(a)~(j)是用于说明比较例1的光扩散膜的扩散光的展宽和其亮度的分布的图。
图20(a)~(k)是用于说明比较例2的光扩散膜的扩散光的展宽和其亮度的分布的图。
图21(a)~(h)是用于说明比较例3的光扩散膜的扩散光的展宽和其亮度的分布的图。
图22(a)~(i)是用于说明比较例4的光扩散膜的扩散光的展宽和其亮度的分布的图。
图23(a)~(b)是用于说明使用了以往的光扩散膜的反射型液晶显示装置的图。
其中,1:涂布层,2:工程片,10:第一结构区域(各向异性光扩散膜),12:折射率相对较高的板状区域(高折射率部),13:百叶窗结构区域,13’:百叶窗结构的交界面,14:折射率相对较低的板状区域(低折射率部),20:第二结构区域(各向同性光扩散膜),22:柱状物,24:柱状物以外的部分,30:光扩散膜,50:活性能量射线,120:紫外线照射装置,121:红外线截止滤光片,122:冷反光镜,123:遮光板,125:线状的紫外线灯,100:反射型液晶显示装置,101:偏振片,102:相位差板,103:光扩散板,104:玻璃板,105:滤色片,106:液晶,107:镜面反射板,108:玻璃板,110:液晶单元,202:点光源,204:透镜,206:线状的紫外线灯,208:筒状物,210:筒状物的集合体
具体实施方式
[第一实施方式]
本发明的第一实施方式是一种光扩散膜,其具有用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域,其特征在于,第一结构区域是将折射率不同的多个板状区域沿着膜面方向交替地平行配置而成的百叶窗结构区域,第二结构区域是在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物而成的柱结构区域。
下面,适当地参照附图,对本发明的第一实施方式进行具体说明。
1.基本原理
下面,对光扩散膜中的借助百叶窗结构的光扩散及借助柱结构的光扩散的基本原理分别进行说明。
(1)借助百叶窗结构的光扩散
图1(a)中,表示出仅具有百叶窗结构区域、用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域10的顶视图(俯视图),图1(b)中,将图1(a)所示的第一结构区域10沿着虚线A-A在垂直方向上切割,表示出从箭头方向注视切割面时的第一结构区域10的剖面图。
而且,本发明中所说的各向异性是指如下的性质,即,如图2(a)~(b)所示,在利用膜将光扩散的情况下,扩散了的出射光的与膜平行的面内的该光的扩散程度(扩散光的展宽的形状)随着相同面内的方向而具有不同的性质。
更具体来说,在第一结构区域10的情况下,主要是在扩散了的出射光的与膜平行的面内,在与沿着膜面方向延伸的百叶窗结构的方向垂直的方向将光扩散,因此扩散光的展宽的形状为近似椭圆状。
另外,如图1(a)的俯视图所示,第一结构区域10具有将折射率较高的板状区域12、和折射率较低的板状区域14在沿着膜面方向交替地平行配置的同时延伸而成的百叶窗结构13。
另外,如图1(b)的剖面图所示,折射率较高的板状区域12与折射率较低的板状区域14分别具有给定厚度,在第一结构区域10的垂直方向上也保持着交替地平行配置的状态。
由此可以推定,如图2(a)~(b)所示,在入射角在光扩散入射角度区域内的情况下,入射光由第一结构区域10扩散。
即,可以推定,如图1(b)所示,在相对于第一结构区域10的入射光的入射角是与百叶窗结构13的交界面13’平行到给定的角度范围内的值,也就是光扩散入射角度区域内的值的情况下,因入射光(52、54)在改变方向的同时,沿着膜厚方向在百叶窗结构内的高折射率的板状区域12内穿行,而使出光面侧的光的行进方向不一样。
其结果是,可以推定,在入射角为光扩散入射角度区域内的情况下,入射光会由第一结构区域10扩散(52’、54’)。
而且,光扩散入射角度区域如图2(a)~(b)、图6(a)~(b)及图7(a)~(b)所示,是由光扩散膜中的百叶窗结构或柱结构的折射率差、倾斜角等随着该光扩散膜而决定的角度区域。
另外,对于百叶窗结构内的高折射率的板状区域12内的入射光的方向变化,除了利用如图1(b)所示的全反射以直线状锯齿般地进行方向变化的突变折射率型的情况以外,还可以考虑以曲线状进行方向变化的渐变折射率型的情况。
另一方面,在相对于第一结构区域10的入射光的入射角脱离光扩散入射角度区域的情况下,可以推定,入射光56不会由第一结构区域10扩散,而是原样不变地透过第一结构区域10(56’)。
利用以上的机理,具备百叶窗结构13的第一结构区域10例如可以如图2(a)~(b)所示,在光的透过和扩散中发挥入射角度依赖性。
另外,如图2(a)~(b)所示,第一结构区域在入射光的入射角包含于光扩散入射角度区域中的情况下,即使其入射角不同时,也可以在出光面侧进行大致相同的光扩散。
所以可以说,第一结构区域还具有将光集中于给定部位的聚光作用。该聚光作用是在后述的第二结构区域、以及本发明的光扩散膜中也同样具有的作用。
这里,使用图3(a),对相对于第一结构区域的入射光的入射角与由第一结构区域扩散了的扩散光的开口角度的关系进行说明。
即,图3(a)中,表示出在横轴中采取相对于第一结构区域的入射光的入射角(°)、在纵轴中采取由第一结构区域扩散了的扩散光的开口角度(°)而成的特性曲线。
而且,如图4(a)~(c)所示,所谓入射角θ1是指将相对于第一结构区域10垂直地入射的角度设为0°时的角度(°)。
更具体来说,如上所述,由于参与各向异性光扩散的入射光的成分主要是与沿膜面方向延伸的百叶窗结构的朝向垂直的成分,因此在本发明中提到入射光的“入射角θ1”的情况下,是指与沿膜面方向延伸的百叶窗结构的朝向垂直的成分的入射角。另外,此时,入射角θ1是指将相对于光扩散膜的入射侧表面的法线的角度设为0°时的角度(°)。
另外,所谓扩散光的开口角度θ2,如字面所示是指扩散光的开口角度(°)。
此外,扩散光的开口角度越大,则越是意味着以此时的入射角入射的光由第一结构区域有效地扩散。
相反,扩散光的开口角度越小,则越是意味着以此时的入射角入射的光原样不变地透过第一结构区域,没有扩散。
而且,对于该扩散光的开口角度的具体的测定方法,在实施例中加以记载。
即,从图3(a)所示的特性曲线中可以理解,如果是第一结构区域,则因入射角的差别,光的透过和扩散的程度有很大不同,可以将光扩散入射角度区域和其以外的入射角度区域很清楚地分离。
另一方面,在不具有入射角度依赖性的膜的情况下,如图3(b)所示,入射角的变化对光的透过和扩散的程度不会造成明确的影响,无法认定光扩散入射角度区域。
(2)借助柱结构的光扩散
另外,图5(a)中,表示出仅具有柱结构区域、用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域20的顶视图(俯视图),图5(b)中,将图5(a)所示的第二结构区域20沿着虚线A-A在垂直方向上切割,表示出从箭头方向注视切割面时的第二结构区域20的剖面图。
而且,本发明中所说的各向同性是指如下的性质,即,例如在像图6(a)~(b)所示那样利用膜将光扩散的情况下,扩散了的出射光的与膜平行的面内的该光的扩散程度(扩散光的展宽的形状)不随着相同面内的方向而变化。
更具体来说,在第二结构区域20的情况下,扩散了的出射光的扩散程度在与膜平行的面内是圆状。
这里,如图5(a)的俯视图所示,第二结构区域20具有包含折射率较高的柱状物22、和折射率较低的媒介物24的柱结构(22、24)。
另外,如图5(b)的剖面图所示,在第二结构区域20的垂直方向,形成将折射率较高的柱状物22、与折射率较低的媒介物24分别具有给定的宽度地交替配置的状态。
由此可以推定,在如图6(a)~(b)所示,入射角在光扩散入射角度区域内的情况下,入射光由第二结构区域20扩散。
即,可以推定,如图5(b)所示,在相对于第二结构区域20的入射光的入射角是与柱结构23的交界面23’平行到给定的角度范围内的值,也就是光扩散入射角度区域内的值的情况下,因入射光(62、64)在改变方向的同时,沿着膜厚方向在柱结构内的高折射率的柱状物22内穿行,而使出光面侧的光的行进方向不一样。
其结果是,可以推定,在入射角为光扩散入射角度区域内的情况下,入射光会由第二结构区域20扩散(62’、64’)。
另外,对于柱结构内的高折射率的柱状物22内的入射光的方向变化,除了利用如图5(b)所示的全反射以直线状锯齿般地进行方向变化的突变折射率型的情况以外,还可以考虑以曲线状进行方向变化的渐变折射率型的情况。
另一方面,可以推定,在相对于第二结构区域20的入射光的入射角脱离光扩散入射角度区域的情况下,入射光66不会由第二结构区域20扩散,原样不变地透过第二结构区域20(66’)。
利用以上的机理,具备柱结构23的第二结构区域20例如可以如图6(a)~(b)所示,在光的透过和扩散中发挥入射角度依赖性。
而且,由于相对于第二结构区域的入射光的入射角、与由第二结构区域扩散了的扩散光的开口角度的关系与上述的第一结构区域的情况相同,因此省略再次的说明。
2.基本的构成
下面,使用附图,对本发明的光扩散膜的基本的构成进行说明。
如图7(a)~(b)所示,本发明的光扩散膜30的特征在于,具有用于使入射光各向异性地扩散的百叶窗结构区域(第一结构区域)10、和用于使入射光各向同性地扩散的柱结构区域(第二结构区域)20,优选为沿着膜厚方向依次在上下方向包含这些结构区域的构成。
所以,如果是本发明的光扩散膜,则例如通过如图7(a)所示,重复第一及第二结构区域所具有的入射角度依赖性,则不仅可以抑制扩散特性的波动,获得良好的入射角度依赖性,而且对于扩散光的开口角度也可以有效地加以展宽。
另外,如果是本发明的光扩散膜,则例如通过如图7(b)所示,错开第一及第二结构区域所具有的入射角度依赖性,就可以有效地并且很容易地拓宽光扩散入射角度区域。
3.第一结构区域
本发明的光扩散膜的特征在于,作为用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域,具有将折射率不同的多个板状区域,即折射率相对较高的板状区域(高折射率部)及折射率相对较低的板状区域(低折射率部)沿着膜面方向交替地平行配置而成的百叶窗结构区域。
下面,对第一结构区域进行具体说明。
(1)折射率
另外,在第一结构区域中,优选将折射率不同的板状区域间的折射率的差,即高折射率部的折射率与低折射率部的折射率的差设为0.01以上的值。
其理由是因为,通过将该折射率的差设为0.01以上的值,就可以在作为第一结构区域的百叶窗结构区域内稳定地反射入射光,进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
更具体来说是因为,如果该折射率的差是小于0.01的值,则入射光在百叶窗结构内全反射的角度区域就会变窄,因此会有入射角度依赖性过度地降低、扩散光的开口角度过度地变窄的情况。
所以,更优选将第一结构区域的折射率不同的板状区域间的折射率的差设为0.05以上的值,进一步优选为0.1以上的值。
而且,可以认为,虽然高折射率部的折射率与低折射率部的折射率的差越大越好,然而从选择可以形成百叶窗结构的材料的观点考虑,0.3左右是上限。
另外,在第一结构区域中,优选将折射率相对较高的板状区域(高折射率部)的折射率设为1.5~1.7的范围内的值。
其理由是因为,如果高折射率部的折射率是小于1.5的值,则与低折射率部的差就会过小,从而会有难以获得所需的百叶窗结构的情况。
另一方面,如果高折射率部的折射率是超过1.7的值,则会有光扩散膜用组合物中的材料物质间的相溶性过度降低的情况。
所以,更优选将第一结构区域的高折射率部的折射率设为1.52~1.65的范围内的值,进一步优选设为1.55~1.6的范围内的值。
而且,高折射率部的折射率可以依照JISK0062来测定。
另外,在第一结构区域中,优选将折射率相对较低的板状区域(低折射率部)的折射率设为1.4~1.5的范围内的值。
其理由是因为,如果该低折射率部的折射率是小于1.4的值,则会有降低所得的光扩散膜的刚性的情况。
另一方面,如果该折射率部的折射率是超过1.5的值,则与高折射率部的折射率的差变得过小,从而会有难以获得所需的百叶窗的情况。
所以,更优选将第一结构区域的低折射率部的折射率设为1.42~1.48的范围内的值,进一步优选设为1.44~1.46的范围内的值。
而且,低折射率部的折射率例如可以依照JISK0062来测定。
(2)宽度
另外,如图8(a)~(b)所示,在第一结构区域中,优选将折射率不同的高折射率部12及低折射率部14的宽度(S1、S2)分别设为0.1~15μm的范围内的值。
其理由是因为,通过将这些板状区域的宽度设为0.1~15μm的范围内的值,就可以在作为第一结构区域的百叶窗结构区域内更为稳定地反射入射光,进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
也就是因为,如果该板状区域的宽度是小于0.1μm的值,则无论入射光的入射角度为何,都会有难以显示光扩散性的情况。另一方面,如果该宽度是超过15μm的值,则在百叶窗结构内直行的光增加,从而会有光扩散的均匀性变差的情况。
所以,更优选在第一结构区域中,将折射率不同的板状区域的宽度分别设为0.5~10μm的范围内的值,进一步优选设为1~5μm的范围内的值。
而且,构成百叶窗的板状区域的宽度、长度等可以通过用光学数字显微镜观察来算出。
(3)长度
另外,如图8(a)~(b)所示,在第一结构区域中,优选将折射率不同的高折射率部12及低折射率部14的长度L1分别设为5~495μm的范围内的值。
其理由是因为,如果该长度是小于5μm的值,百叶窗结构的长度就会不足,在百叶窗结构内直行的入射光增加,从而会有难以获得足够的入射角度依赖性及扩散光的开口角度的情况。
另一方面,如果该长度是超过495μm的值,则在对光扩散膜用组合物照射活性能量射线而形成百叶窗结构时,初期所形成的百叶窗结构使得光聚合的进行方向扩散,从而会有难以形成所需的百叶窗结构的情况。
所以,更优选在第一结构区域中,将该折射率不同的板状区域的长度分别设为40~310μm的范围内的值,进一步优选设为95~255μm的范围内的值。
而且,如图8(b)所示,百叶窗结构也可以在第一结构区域中未形成到膜厚方向的上下端部分。
该情况下,未形成百叶窗结构的上下端部分的宽度L2由第一结构区域的厚度而定,然而一般来说,优选为0~100μm的范围内的值,更优选为0~50μm的范围内的值,进一步优选为0~5μm的范围内的值。
(4)倾斜角
另外,如图8(a)~(b)所示,在第一结构区域中,优选折射率不同的高折射率部12及低折射率部14相对于膜厚方向以一定的倾斜角θa延伸。
其理由是因为,通过将板状区域的倾斜角设为一定,就可以在作为第一结构区域的百叶窗结构区域内更为稳定地反射入射光,从而进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
另外,如图8(c)所示,还优选百叶窗结构是弯曲的。
其理由是因为,因百叶窗结构是弯曲的,就可以减少在百叶窗结构内直行的入射光,提高光扩散的均匀性。
而且,此种弯曲了的百叶窗结构可以通过在进行第二实施方式中记载的第一活性能量射线照射时,一边改变照射光的照射角度一边照射光来获得,然而也很大程度地依赖于形成百叶窗结构的材料物质的种类。
另外,θa是指在以与沿着膜面方向延伸的百叶窗结构垂直的面切割膜时的剖面中测定的将相对于膜面的法线的角度设为0°时的板状区域的倾斜角(°)。
更具体来说,如图8所示,是指入射光照射侧的膜面的法线与板状区域所成的角度当中窄的一侧的角度。而且,如图8(a)所示,以百叶窗向右侧倾斜时的倾斜角作为基准,将百叶窗向左侧倾斜时的倾斜角用负值表记。
(5)厚度
另外,优选将第一结构区域的厚度设为5~495μm的范围内的值。
其理由是因为,通过将第一结构区域的厚度设为该范围内的值,就可以稳定地确保沿着膜厚方向的百叶窗结构的长度,在作为第一结构区域的百叶窗结构区域内更为稳定地反射入射光,进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
也就是因为,如果该第一结构区域的厚度是小于5μm的值,则百叶窗结构的长度就会不足,在百叶窗结构内直行的入射光增加,从而会有难以获得足够的入射角度依赖性及扩散光的开口角度的情况。
另一方面,如果该第一结构区域的厚度是超过495μm的值,则在对光扩散膜用组合物照射活性能量射线而形成百叶窗结构时,初期所形成的百叶窗结构会使得光聚合的进行方向扩散,从而会有难以形成所需的百叶窗结构的情况。
所以,更优选将第一结构区域的厚度设为40~310μm的范围内的值,进一步优选设为95~255μm的范围内的值。
(6)材料物质
(6)-1高折射率部
另外,在第一结构区域中,用于构成作为折射率不同的板状区域当中的折射率相对较高的板状区域的高折射率部的材料物质的种类没有特别限定,然而优选将其主成分设为含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯的聚合物。
其理由是因为,如果是该材料物质,则不仅可以有效地形成作为第一结构区域的百叶窗结构,而且可以进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
即,可以推定,通过将高折射率部的主成分(以下有时称作(A1)成分。)设为特定的(甲基)丙烯酸酯的聚合物,则在形成第一结构区域时,可以使因聚合而成为(A1)成分的单体成分(以下有时称作单体(A1)成分。)的聚合速度比因聚合而成为后述的折射率低的低折射率部的主成分(以下有时称作(B1)成分。)的单体成分(以下有时称作单体(B1)成分。)的聚合速度快。
此外,可以推定,在这些单体成分间的聚合速度方面产生给定差别,可以抑制两单体成分之间均匀地共聚,更具体来说,可以将两单体成分的相溶性降低到给定的范围,从而有效地降低两单体成分之间的共聚性。
其结果是,可以利用活性能量射线的照射,有效地形成将(A1)成分及(B1)成分沿着膜面内方向交替地延伸的百叶窗结构。
另外,通过作为单体(A1)成分使用特定的(甲基)丙烯酸酯,可以将与单体(B1)成分的相溶性降低到给定的范围,从而可以更为有效地形成百叶窗结构。
此外,通过作为(A1)成分包含特定的(甲基)丙烯酸酯的聚合物,就可以提高百叶窗结构中的来源于(A1)成分的板状区域的折射率,将与来源于(B1)成分的板状区域的折射率的差调节为给定值以上的值。
所以,通过作为(A1)成分包含特定的(甲基)丙烯酸酯的聚合物,就可以与后述的(B1)成分的特性相结合,有效地获得将折射率不同的固化物沿着膜面内方向交替地延伸的百叶窗结构。
这样,就可以获得在光的透过和扩散中具有良好的入射角度依赖性、并且光扩散入射角度区域宽的第一结构区域。
而且,所谓“含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯”,是指在(甲基)丙烯酸酯的酯化部分具有多个芳香环的化合物。
另外,所谓“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸和甲基丙烯酸双方。
另外,对于作为构成此种(A1)成分的单体(A1)成分的含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯,例如可以举出(甲基)丙烯酸联苯酯、(甲基)丙烯酸萘酯、(甲基)丙烯酸蒽酯、(甲基)丙烯酸苄基苯酯、(甲基)丙烯酸联苯基氧基烷基酯、(甲基)丙烯酸萘基氧基烷基酯、(甲基)丙烯酸蒽基氧基烷基酯、(甲基)丙烯酸苄基苯基氧基烷基酯等、或将它们的一部分用卤素、烷基、烷氧基、卤化烷基等取代了的物质等。
另外,对于作为构成(A1)成分的单体(A1)成分的含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯,优选包含含有联苯环的化合物,特别优选以下述通式(1)表示的联苯化合物。
通式(1)中,R1~R10各自独立,R1~R10的至少一个是以下述通式(2)表示的取代基,剩下的是氢原子、羟基、羧基、烷基、烷氧基、卤化烷基、羟基烷基、羧基烷基及卤原子的任意一个取代基。
通式(2)中,R11是氢原子或甲基,碳数n是1~4的整数,重复数m是1~10的整数。
其理由是因为,通过作为构成(A1)成分的单体(A1)成分使用具有特定的结构的联苯化合物,就可以使单体(A1)成分的聚合速度比单体(B1)成分的聚合速度进一步加快。
另外,可以推定,能够更为容易地将与单体(B1)成分的相溶性降低到给定的范围,并且可以提高百叶窗结构中的来源于(A1)成分的板状区域的折射率,更为容易地将与来源于(B1)成分的板状区域的折射率的差调节为给定值以上的值。
此外,在使之光固化之前的单体阶段是液状,即使不使用稀释溶剂等,也可以与作为单体(B1)成分的代表例的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯均匀地混合。
另外,在通式(1)中的R1~R10包含烷基、烷氧基、卤化烷基、羟基烷基、以及羧基烷基的任意一个的情况下,优选将其烷基部分的碳数设为1~4的范围内的值。
其理由是因为,如果该碳数是超过4的值,则单体(A1)成分的聚合速度降低、或百叶窗结构中的来源于(A1)成分的板状区域的折射率变得过低,从而会有难以有效地形成第一结构区域的给定的百叶窗结构的情况。
所以,在通式(1)中的R1~R10包含烷基、烷氧基、卤化烷基、羟基烷基、以及羧基烷基的任意一个的情况下,更优选将其烷基部分的碳数设为1~3的范围内的值,进一步优选设为1~2的范围内的值。
另外,优选通式(1)中的R1~R10是卤化烷基或卤原子以外的取代基,即,是不包含卤素的取代基。
其理由是因为,在对光扩散膜进行焚烧等时,从防止产生二噁英、从而保护环境的观点考虑优选。
需要说明的是,在以往的具备百叶窗结构的各向异性光扩散膜中,在获得给定的百叶窗结构时,出于使单体成分高折射率化的目的,一般来说在单体成分中进行卤素取代。
在这一点上,如果是以通式(1)表示的联苯化合物,则即使在不进行卤素取代的情况下,也可以设为高折射率。
所以,通过作为单体(A1)成分使用以通式(1)表示的联苯化合物,则即使在不包含卤素的情况下,也可以发挥良好的入射角度依赖性。
另外,优选通式(1)中的R2~R9的任意一个是以通式(2)表示的取代基。
其理由是因为,通过将以通式(2)表示的取代基的位置设为联苯环中的R1及R10以外的位置,则在使之光固化前的阶段,可以有效地防止单体(A1)成分之间发生取向而结晶化。
这样,在光固化的阶段,就可以实现单体(A1)成分及单体(B1)成分的微细的水平的凝聚、相分离,从而可以更为有效地获得具备给定的百叶窗结构的第一结构区域。
此外,基于相同的观点,特别优选通式(1)中的R3、R5、R6及R8的任意一个是以通式(2)表示的取代基。
另外,通常来说优选将以通式(2)表示的取代基中的重复数m设为1~10的整数。
其理由是因为,如果重复数m是超过10的值,则连结聚合部位与联苯环的氧化亚烷基链就会变得过长,从而会有阻碍聚合部位的单体(A1)成分之间的聚合的情况。
所以,更优选将以通式(2)表示的取代基中的重复数m设为1~4的整数,特别优选设为1~2的整数。
而且,基于相同的观点,通常来说优选将以通式(2)表示的取代基中的碳数n设为1~4的整数。
特别是,作为聚合部位的聚合性碳-碳双键的位置与联苯环过于接近,联苯环就会成为立体阻碍,从防止单体(A1)成分的聚合速度降低的观点考虑,更优选将以通式(2)表示的取代基中的碳数n设为2~4的整数,进一步优选设为2~3的整数。
另外,作为以通式(1)表示的联苯化合物的具体例,可以举出以下述式(3)~(4)表示的化合物。
另外,优选将构成(A1)成分的单体(A1)成分的重均分子量设为200~2,500的范围内的值。
对于其理由,可以推定是因为,通过将单体(A1)成分的重均分子量设为给定的范围,就可以进一步加快单体(A1)成分的聚合速度,从而可以更为有效地降低单体(A1)成分及单体(B1)成分的共聚性。
其结果是,在使之光固化时,可以更为有效地形成将(A1)成分及(B1)成分沿着膜面方向交替地延伸的百叶窗结构。
也就是因为,如果单体(A1)成分的重均分子量是小于200的值,则例如多个芳香环的位置与聚合性碳-碳双键的位置就会变得过近,因立体阻碍而降低聚合速度,接近单体(B1)成分的聚合速度,从而会有易于产生与单体(B1)成分的共聚的情况。另一方面,如果单体(A1)成分的重均分子量是超过2,500的值,则单体(A1)成分的聚合速度降低,接近单体(B1)成分的聚合速度,从而易于产生与单体(B1)成分的共聚,其结果是,会有难以有效地形成百叶窗结构的情况。
所以,更优选将单体(A1)成分的重均分子量设为240~1,500的范围内的值,进一步优选为设为260~1,000的范围内的值。
而且,单体(A1)成分的重均分子量既可以使用凝胶渗透色谱(GPC)来测定,也可以以构成原子的原子量为基础根据结构式算出。
另外,优选将形成百叶窗结构中的折射率高的板状区域的单体(A1)成为设为单一的。
其理由是因为,通过如此构成,就可以有效地抑制百叶窗结构中的来源于(A1)成分的板状区域,即折射率高的板状区域的折射率的波动,从而可以更为有效地获得具备给定的百叶窗结构的第一结构区域。
即,在单体(A1)成分与单体(B1)成分的相溶性低的情况下,例如在单体(A1)成分是卤素系化合物等情况下,有时作为用于使单体(A1)成分与单体(B1)成分相溶的第三成分,并用其他的单体(A1)成分(例如非卤素系化合物等)。
但是,该情况下,因该第三成分的影响,会有来源于(A1)成分的折射率高的板状区域中的折射率波动、降低的情况。
其结果是,会有与来源于(B1)成分的折射率低的板状区域的折射率差变得不均匀、或易于过度地降低的情况。
所以,优选选择具有与单体(B1)成分的相溶性的高折射率的单体成分,将其作为单一的单体(A1)成分使用。
而且,例如如果是作为单体(A1)成分的以式(3)~(4)表示的联苯化合物,则由于具有与单体(B1)成分的相溶性,因此可以作为单一的单体(A1)成分使用。
(6)-2低折射率部
另外,在第一结构区域中,用于构成作为折射率不同的板状区域当中的折射率低的板状区域的低折射率部的材料物质的种类没有特别限定,然而优选将其主成分设为氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合物。
其理由是因为,如果是该材料物质,则不仅可以有效地形成作为第一结构区域的百叶窗结构,而且可以进一步提高来源于第一结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
即,通过将低折射率部的主成分((B1)成分)设为氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合物,则不仅可以更为容易地调节来源于(A1)成分的板状区域的折射率与来源于(B1)成分的板状区域的折射率的差,而且可以有效地抑制来源于(B1)成分的板状区域的折射率的波动,从而可以更为有效地获得具备给定的百叶窗结构的第一结构区域。
而且,所谓“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯双方。
首先,作为构成(B1)成分的单体(B1)成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯由(a)含有至少2个异氰酸酯基的化合物、(b)聚烷撑二醇、及(c)(甲基)丙烯酸羟基烷基酯形成。
其中,对于作为(a)成分的含有至少2个异氰酸酯基的化合物,例如可以举出2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、1,3-二甲苯二异氰酸酯、1,4-二甲苯二异氰酸酯等芳香族多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等脂肪族多异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯等脂环式多异氰酸酯、以及它们的缩二脲体、异氰尿酸体、以及作为与乙二醇、丙二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、蓖麻油等含有低分子活性氢的化合物的反应物的加合物(例如二甲苯二异氰酸酯系三官能加合物)等。
另外,在上述当中,特别优选为脂环式多异氰酸酯。
其理由是因为,如果是脂环式多异氰酸酯,则因立体配位等关系,与脂肪族多异氰酸酯相比,更容易在各异氰酸酯基的反应速度方面设置差别,从而使得所得的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的分子设计变得容易。
另外,特别优选(a)成分是脂环式二异氰酸酯。
其理由是因为,如果是脂环式二异氰酸酯,则例如可以抑制(a)成分仅与(b)成分反应、或(a)成分仅与(c)成分反应,可靠地使(a)成分与(b)成分及(c)成分反应,从而可以防止多余的副产物的产生。
其结果是,可以有效地抑制第一结构区域中的来源于(B1)成分的板状区域,即低折射率的板状区域中的折射率的波动。
另外,如果是脂环式二异氰酸酯,则与芳香族二异氰酸酯相比,可以将所得的单体(B1)成分、与作为单体(A1)成分的代表例的具有特定的结构的联苯化合物的相溶性降低到给定的范围,从而更为有效地形成百叶窗结构。
此外,如果是脂环式二异氰酸酯,则与芳香族二异氰酸酯相比,可以减小所得的单体(B1)成分的折射率,因此可以增大与作为单体(A1)成分的代表例的具有特定的结构的联苯化合物的折射率的差,从而更为有效地形成入射角度依赖性优异的百叶窗结构。
另外,在此种脂环式二异氰酸酯当中,由于2个异氰酸酯基的反应性的差别大,因此特别优选异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。
另外,在形成作为单体(B1)成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的成分当中,作为属于(b)成分的聚烷撑二醇,例如可以举出聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚己二醇等,其中特别优选为聚丙二醇。
其理由是因为,如果是聚丙二醇,则由于粘度低,因此可以不加溶剂地处置。
另外还因为,如果是聚丙二醇,则在使单体(B1)成分固化时,会形成该固化物的良好的柔性段,可以有效地提高光扩散膜的操作性或安装性。
而且,单体(B1)成分的重均分子量主要可以利用(b)成分的重均分子量来调节。这里,(b)成分的重均分子量通常来说为2,300~19,500,优选为4,300~14,300,特别优选为6,300~12,300。
另外,在形成作为单体(B1)成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的成分当中,作为属于(c)成分的(甲基)丙烯酸羟基烷基酯,例如可以举出(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯等。
另外,从降低所得的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合速度、更为有效地形成给定的百叶窗结构的观点考虑,特别是更优选为甲基丙烯酸羟基烷基酯,进一步优选为甲基丙烯酸2-羟基乙酯。
另外,由(a)~(c)成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的合成可以依照常规方法来实施。
优选将此时的(a)~(c)成分的配合比例以摩尔比计设为(a)成分∶(b)成分∶(c)成分=1~5∶1∶1~5的比例。
其理由是因为,通过设为该配合比例,可以有效地合成如下的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯,即,对于(b)成分具有的2个羟基,分别与(a)成分具有的一方的异氰酸酯基反应而结合,此外对于2个(a)成分分别具有的另一方的异氰酸酯基,则与(c)成分所具有的羟基反应而结合。
所以,更优选将(a)~(c)成分的配合比例以摩尔比计设为(a)成分∶(b)成分∶(c)成分=1~3∶1∶1~3的比例,进一步优选设为2∶1∶2的比例。
另外,优选将构成(B1)成分的单体(B1)成分的重均分子量设为3,000~20,000的范围内的值。
对于其理由,可以推定是因为,通过将单体(B1)成分的重均分子量设为给定的范围,就会在单体(A1)成分及单体(B1)成分的聚合速度方面产生给定的差别,从而可以有效地降低两成分的共聚性。
其结果是,在使之光固化时,可以有效地形成将(A1)成分及(B1)成分交替地延伸的百叶窗结构。
也就是因为,如果单体(B1)成分的重均分子量是小于3,000的值,则单体(B1)成分的聚合速度变快,接近单体(A1)成分的聚合速度,易于产生与单体(A1)成分的共聚,其结果是,会有难以有效地形成百叶窗结构的情况。另一方面,如果单体(B1)成分的重均分子量是超过20,000的值,则会有难以形成将(A1)成分及(B1)成分交替地延伸的百叶窗结构的情况、或过度地降低与单体(A1)成分的相溶性而在光扩散膜用组合物的涂布阶段析出单体(A1)成分的情况。
所以,更优选将单体(B1)成分的重均分子量设为5,000~15,000的范围内的值,进一步优选设为7,000~13,000的范围内的值。
而且,单体(B1)成分的重均分子量既可以使用凝胶渗透色谱(GPC)来测定,也可以以构成原子的原子量为基础而根据结构式算出。
另外,虽然单体(B1)成分也可以并用分子结构或重均分子量不同的2种以上,然而从抑制百叶窗结构中的来源于(B1)成分的板状区域的折射率的波动的观点考虑,优选仅使用1种。
也就是因为,在使用多种单体(B1)成分的情况下,来源于(B1)成分的折射率低的板状区域的折射率波动、或变高,从而会有与来源于(A1)成分的折射率高的板状区域的折射率差变得不均匀、或过度地降低的情况。
4.第二结构区域
本发明的光扩散膜的特征在于,作为用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域,具有在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物而成的柱结构区域。
下面,对第二结构区域进行具体说明。
(1)折射率
另外,在第二结构区域中,优选将柱状物的折射率与媒介物的折射率的差设为0.01以上的值。
其理由是因为,通过将该折射率的差设为0.01以上的值,就可以在作为第二结构区域的柱结构区域内稳定地反射入射光,进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
也就是因为,如果该折射率的差是小于0.01的值,则入射光在柱结构内全反射的角度区域就会变窄,因此会有入射角度依赖性过度地降低、扩散光的开口角度过度地变窄的情况。
所以,更优选将第二结构区域的柱状物的折射率与媒介物的折射率的差设为0.05以上的值,进一步优选为0.1以上的值。
而且,虽然折射率的差越大越好,然而从选择可以形成柱结构的材料的观点考虑,0.3左右是上限。
(2)最大直径
另外,如图9(a)所示,在第二结构区域中,优选将柱状物的截面的最大直径S3设为0.1~15μm的范围内的值。
其理由是因为,通过将该最大直径设为0.1~15μm的范围内的值,就可以在作为第二结构区域的柱结构区域内更为稳定地反射入射光,进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
也就是因为,如果该最大直径是小于0.1μm的值,则无论入射光的入射角度为何,都会有难以显示光扩散性的情况。另一方面,如果该最大之间是超过15μm的值,则在柱结构内直行的光增加,从而会有光扩散的均匀性变差的情况。
所以,更优选在第二结构区域中,将柱状物的截面的最大直径设为0.5~10μm的范围内的值,进一步优选设为1~5μm的范围内的值。
而且,对于柱状物的截面形状,没有特别限定,然而例如优选设为圆形、椭圆形、多角形、各种形状等。
另外,柱状物的截面是指,由与膜表面平行的面进行切割的截面。
而且,柱状物的最大直径、长度等可以通过用光学数字显微镜观察来算出。
(3)长度
另外,在第二结构区域中,优选将柱状物的长度L3设为5~495μm的范围内的值。
其理由是因为,如果该长度是小于5μm的值,柱状物的长度就会不足,在柱结构内直行的入射光增加,从而会有难以获得足够的入射角度依赖性及扩散光的开口角度的情况。
另一方面,如果该长度是超过495μm的值,则在对光扩散膜用组合物照射活性能量射线而形成柱结构时,初期所形成的柱结构使得光聚合的进行方向扩散,从而会有难以形成所需的柱结构的情况。
所以,更优选在第二结构区域中,将该柱状物的长度设为40~310μm的范围内的值,进一步优选设为95~255μm的范围内的值。
而且,如图9(c)所示,柱结构也可以在第二结构区域中未形成到膜厚方向的上下端部分。
该情况下,未形成柱结构的上下端部分的宽度L4由第二结构区域的厚度而定,然而一般来说,优选为0~50μm的范围内的值,更优选为0~5μm的范围内的值。
(4)柱状物间的距离
另外,如图9(a)所示,在第二结构区域中,优选将柱状物间的距离,即相邻的柱状物的间隙P设为0.1~15μm的范围内的值。
其理由是因为,通过将该距离设为0.1~15μm的范围内的值,就可以在作为第二结构区域的柱结构区域内更为稳定地反射入射光,进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
也就是因为,如果该距离是小于0.1μm的值,则无论入射光的入射角度为何,都会有难以显示光扩散性的情况。另一方面,如果该距离是超过15μm的值,则在柱结构内直行的光增加,从而会有光扩散的均匀性变差的情况。
所以,更优选在第二结构区域中,将柱状物间的距离设为0.5~10μm的范围内的值,进一步优选设为1~5μm的范围内的值。
(5)倾斜角
另外,如图9(b)~(c)所示,在第二结构区域中,优选将柱状物22相对于膜厚方向以一定的倾斜角θb林立。
其理由是因为,通过将柱状物的倾斜角设为一定,就可以在作为第二结构区域的柱结构区域内更为稳定地反射入射光,从而进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
另外,如图9(d)所示,还优选柱结构是弯曲的。
其理由是因为,因柱结构是弯曲的,就可以减少在柱结构内直行的入射光,提高光扩散的均匀性。
而且,此种弯曲了的柱结构可以通过在进行第二实施方式中记载的第二活性能量射线照射时,一边改变照射光的照射角度一边照射光来获得,然而也很大程度地依赖于形成柱结构的材料物质的种类。
另外,θb是指在用与膜面垂直、且将1根柱状物整体沿着轴线切割成2个的面切割膜时的剖面中测定的将相对于膜面的法线的角度设为0°时的柱状物的倾斜角(°)(该法线与柱状物所成的角度当中窄的一侧的角度)。而且,如图9(b)所示,以柱向右侧倾斜时的倾斜角作为基准,将柱向左侧倾斜时的倾斜角用负值表记。
(6)厚度
另外,优选将第二结构区域的厚度设为5~495μm的范围内的值。
其理由是因为,通过将第二结构区域的厚度设为该范围内的值,就可以稳定地确保沿着膜厚方向的柱状物的长度,在作为第二结构区域的柱结构区域内更为稳定地反射入射光,进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
也就是因为,如果该厚度是小于5μm的值,则柱状物的长度就会不足,在柱结构内直行的入射光增加,从而会有难以获得足够的入射角度依赖性及扩散光的开口角度的情况。另一方面,如果该厚度是超过495μm的值,则在对光扩散膜用组合物照射活性能量射线而形成柱结构时,初期所形成的柱结构会使得光聚合的进行方向扩散,从而会有难以形成所需的柱结构的情况。
所以,更优选将第二结构区域的厚度设为40~310μm的范围内的值,进一步优选设为95~255μm的范围内的值。
(7)材料物质
(7)-1柱状物
另外,在第二结构区域中,构成柱状物的材料物质的种类没有特别限定,然而优选将其主成分设为含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯的聚合物。
其理由是因为,如果是该材料物质,则不仅可以有效地形成作为第二结构区域的柱结构,而且可以进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
即,可以推定,通过将柱状物的主成分(以下有时称作(A2)成分。)设为特定的(甲基)丙烯酸酯的聚合物,则在形成第二结构区域时,可以使因聚合而成为(A2)成分的单体成分(以下有时称作单体(A2)成分。)的聚合速度比因聚合而成为后述的媒介物的主成分(以下有时称作(B2)成分。)的单体成分(以下有时称作单体(B2)成分。)的聚合速度快,在这些单体成分间的聚合速度方面产生给定差别,从而有效地降低两单体成分的共聚性。
其结果是,可以利用活性能量射线的照射,有效地形成在包含(B2)成分的媒介物中林立包含(A2)成分的柱状物的柱结构。
另外,通过作为单体(A2)成分使用特定的(甲基)丙烯酸酯,可以将与单体(B2)成分的相溶性降低到给定的范围,从而可以更为有效地形成柱结构。
此外,通过作为单体(A2)成分使用特定的(甲基)丙烯酸酯,就可以提高柱结构中的来源于(A2)成分的柱状物的折射率,将与来源于(B2)成分的媒介物的折射率的差调节为给定值以上的值。
所以,通过作为(A2)成分包含特定的(甲基)丙烯酸酯的聚合物,就可以与后述的(B2)成分的特性相结合,有效地获得在包含(B2)成分的媒介物中林立包含(A2)成分的柱状物的柱结构。
这样,就可以获得在光的透过和扩散中具有良好的入射角度依赖性、并且光扩散入射角度区域宽的第二结构区域。
而且,对于作为构成(A2)成分的单体(A2)成分的含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯的详细情况,由于与第一结构区域的单体(A1)成分的内容重复,因此省略。
(7)-2媒介物
另外,在第二结构区域中,构成媒介物的材料物质的种类没有特别限定,然而优选将其主成分设为氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合物。
其理由是因为,如果是该材料物质,则不仅可以有效地形成作为第二结构区域的柱结构,而且可以进一步提高来源于第二结构区域的入射角度依赖性及扩散光的开口角度。
即,通过将媒介物的主成分((B2)成分)设为氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合物,则不仅可以更为容易地调节来源于(A2)成分的柱状物的折射率与来源于(B2)成分的媒介物的折射率的差,而且可以有效地抑制来源于(B2)成分的媒介物的折射率的波动,从而可以更为有效地获得具备给定的柱结构的第二结构区域。
而且,对于作为构成(B2)成分的单体(B2)成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的详细情况,由于与第一结构区域的单体(B1)成分的内容重复,因此省略。
5.总膜厚
另外,优选将本发明的光扩散膜的总膜厚设为50~500μm的范围内的值。
其理由是因为,如果光扩散膜的总膜厚是小于50μm的值,则在柱结构及百叶窗结构内直行的光增加,从而会有难以显示出光扩散性的情况。另一方面,如果光扩散膜的总膜厚是超过500μm的值,则在对光扩散膜用组合物照射活性能量射线而形成柱结构及百叶窗结构时,初期所形成的柱结构及百叶窗结构使得光聚合的进行方向扩散,从而会有难以形成所需的柱结构及百叶窗结构的情况。
所以,更优选将光扩散膜的总膜厚设为80~350μm的范围内的值,进一步优选设为100~260μm的范围内的值。
而且,本发明的光扩散膜既可以是在单一的膜中具有第一及第二结构区域的构成,也可以是将仅具有第一结构区域的膜与仅具有第二结构区域的膜层叠而成的构成。
特别是,由于可以根本性地抑制在层叠第一及第二结构区域时在其间产生气泡混入等,因此更优选在单一的膜内形成两结构的构成。
另外,第一结构区域与第二结构区域只要沿着光扩散膜的膜厚方向依次设于上下方向即可,对于其顺序、数目没有特别限制。
6.倾斜角度的组合
另外,如果是本发明的光扩散膜,则可以通过分别调节第一结构区域中的相对于膜厚方向的板状区域的倾斜角度0a、和第二机构区域中的相对于膜厚方向的柱状物的倾斜角度θb,来改变其光扩散特性。
例如,通过使各个结构区域所具有的入射角度依赖性重复,则不仅可以抑制扩散特性的波动,获得良好的入射角度依赖性,而且对于扩散光的开口角度也可以有效地加以拓宽。
该情况下,优选在第一结构区域中,将相对于膜厚方向的板状区域的倾斜角度θa设为-80~80°的范围内的值,并且在第二机构区域中,将相对于膜厚方向的柱状物的倾斜角度θb设为-80~80°的范围内的值,而且将θa-θb的绝对值设为0~80°的范围内的值,更优选将θa-θb的绝对值设为5~20°的范围内的值。
而且,这里的θa及θb的内容如前述说明所示。
另外,通过错开各个结构区域所具有的入射角度依赖性,可以有效地并且很容易地拓宽光扩散入射角度区域。
该情况下,优选在第一结构区域中,将相对于膜厚方向的板状区域的倾斜角度θa设为-80~80°的范围内的值,并且在第二机构区域中,将相对于膜厚方向的柱状物的倾斜角度θb设为-80~80°的范围内的值,而且将θa-θb的绝对值设为5~60°的范围内的值,更优选将θa-θb的绝对值设为20~45°的范围内的值。
7.用途
另外,如图10所示,优选将本发明的光扩散膜用于反射型液晶显示装置100中。
其理由是因为,如果是本发明的光扩散膜,就可以按照将外来光聚光并有效地透过而导入液晶显示装置的内部,并且能够将该光作为光源利用的方式使之有效地扩散。
所以,本发明的光扩散膜优选配置于包含玻璃板(104、108)及液晶106、以及镜面反射板107等的液晶单元110的上面、或者下面,作为反射型液晶显示装置100的光扩散板103使用。
而且,也可以通过将本发明的光扩散膜用于偏振片101或相位差板102中而获得宽视场角偏振片或宽视场相位差板。
[第二实施方式]
本发明的第二实施方式是光扩散膜的制造方法,其是具有用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域的光扩散膜的制造方法,其特征在于,包括下述工序(a)~(d)。
(a)准备光扩散膜用组合物的工序;
(b)将光扩散膜用组合物向工程片上涂布而形成涂布层的工序;
(c)对涂布层照射第一活性能量射线,在涂布层的下方部分形成作为第一结构区域的将折射率不同的多个板状区域沿着膜面方向交替地平行配置而成的百叶窗结构区域,并且在涂布层的上方部分残留未形成百叶窗结构区域的工序;
(d)对涂布层再进行第二活性能量射线照射,在未形成百叶窗结构区域形成作为第二结构区域的在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物而成的柱状结构区域的工序。
下面,以与第一实施方式不同的方面为中心,在参照附图的同时,对作为本发明的第二实施方式的光扩散膜的制造方法进行具体说明。
1.工序(a):光扩散膜用组合物的准备工序
工序(a)是准备光扩散膜用组合物的工序。
更具体来说,优选将单体(A)成分及单体(B)成分在40~80℃的高温条件下搅拌,制成均匀的混合液。
另外,与此同时,优选通过在向混合液中根据所需添加(C)成分等其他的添加剂后,一边搅拌至均匀,一边以达到所需的粘度的方式,根据需要再加入稀释溶剂,而得到光扩散膜用组合物的溶液。
而且,单体(A)成分是因聚合而成为构成第一及第二结构区域的高折射率部的(A)成分的单体成分,单体(B)成分是因聚合而成为构成第一及第二结构区域的低折射率部的(B)成分的单体成分。
另外,对于有关单体(A)成分及单体(B)成分的种类的详细情况,由于如第一实施方式中作为单体(A1)及(A2)、以及(B1)及(B2)成分分别记载所述,因此省略。
(1)单体(A)成分的折射率
另外,优选将单体(A)成分的折射率设为1.5~1.65的范围内的值。
其理由是因为,通过将单体(A)成分的折射率设为该范围内的值,就可以更为容易地调节百叶窗结构及柱结构中的来源于(A)成分的部分、与来源于(B)成分的折射率的差,从而可以更为有效地获得具备给定的百叶窗结构及柱结构的光扩散膜。
也就是因为,如果单体(A)成分的折射率是小于1.5的值,则与单体(B)成分的折射率的差就会过小,从而会有难以获得所需的入射角度依赖性的情况。另一方面,如果单体(A)成分的折射率是超过1.65的值,则虽然与单体(B)成分的折射率的差变大,然而粘度过度降低,从而会有难以与单体(B)成分相溶的情况。
所以,更优选将单体(A)成分的折射率设为1.55~1.6的范围内的值,进一步优选设为1.56~1.59的范围内的值。
而且,上述的所谓单体(A)成分的折射率是指利用光照射固化之前的单体(A)成分的折射率。
此外,单体(A)成分的折射率例如可以依照JISK0062来测定。
(2)单体(A)成分的含量
另外,优选相对于后述的单体(B)成分100重量份,将单体(A)成分的含量设为25~400重量份的范围内的值。
其理由是因为,通过将单体(A)成分的含量设为该范围内的值,就可以在维持与单体(B)成分的混合性的同时,有效地降低在进行了光照射时两成分的共聚,从而可以有效地形成给定的百叶窗结构及柱结构。
也就是因为,如果单体(A)成分的含量是小于25重量份的值,则(A)成分相对于单体(B)成分的存在比例变少,百叶窗结构及柱结构中的来源于(A)成分的部分的宽度等与来源于(B)成分的部分的宽度等相比变得过小,从而会有难以获得具有良好的入射角度依赖性的百叶窗结构及柱结构的情况。另外,还会有光扩散膜的厚度方向的百叶窗或柱状物的长度变得不足的情况。另一方面,如果单体(A)成分的含量是超过400重量份的值,则单体(A)成分相对于单体(B)成分的存在比例变多,百叶窗结构及柱结构中的来源于(A)成分的部分的宽度等与来源于(B)成分的部分的宽度等相比变得过大,相反地会有难以获得具有良好的入射角度依赖性的百叶窗结构及柱结构的情况。另外,还会有光扩散膜的厚度方向的百叶窗或柱状物的长度变得不足的情况。
所以,更优选相对于单体(B)成分100重量份,将单体(A)成分的含量设为40~300重量份的范围内的值,进一步优选设为50~200重量份的范围内的值。
(3)单体(B)成分的折射率
另外,优选将单体(B)成分的折射率设为1.4~1.5的范围内的值。
其理由是因为,通过将单体(B)成分的折射率设为该范围内的值,就更容易调节百叶窗结构及柱结构中的来源于(A)成分的部分与来源于(B)成分的部分的折射率的差,从而可以更为有效地获得具备给定的百叶窗结构及柱结构的光扩散膜。
也就是因为,如果单体(B)成分的折射率是小于1.4的值,则虽然与单体(A)成分的折射率的差变大,然而与单体(A)成分的相溶性极端地恶化,从而会有难以形成百叶窗结构及柱结构的情况。另一方面,如果单体(B)成分的折射率是超过1.5的值,则与单体(A)成分的折射率的差变得过小,从而会有难以获得所需的入射角度依赖性的情况。
所以,更优选将单体(B)成分的折射率设为1.45~1.49的范围内的值,进一步优选为设为1.46~1.48的范围内的值。
而且,上述的所谓单体(B)成分的折射率是指利用光照射固化之前的单体(B)成分的折射率。
此外,对于单体(B)成分的折射率,例如也可以依照JISK0062来测定。
(4)单体(B)成分的含量
另外,优选相对于光扩散膜用组合物的总体量(100重量%),将单体(B)成分的含量设为20~80重量%的范围内的值。
其理由是因为,如果单体(B)成分的含量是小于20重量%的值,则单体(B)成分相对于单体(A)成分的存在比例变少,百叶窗结构及柱结构中的来源于(B)成分的部分的宽度等与来源于(A)成分的部分的宽度等相比变得过小,从而会有难以获得具有良好的入射角度依赖性的百叶窗结构及柱结构的情况。另外,还会有光扩散膜的厚度方向的百叶窗或柱状物的长度变得不足的情况。
另一方面,如果单体(B)成分的含量是超过80重量%的值,则单体(B)成分相对于单体(A)成分的存在比例变多,百叶窗结构及柱结构中的来源于(B)成分的部分的宽度等与来源于(A)成分的部分的宽度等相比变得过大,相反地会有难以获得具有良好的入射角度依赖性的百叶窗结构及柱结构的情况。另外,还会有光扩散膜的厚度方向的百叶窗或柱状物的长度变得不足的情况。
所以,更优选相对于光扩散膜用组合物的整体量,将单体(B)成分的含量设为30~70重量%的范围内的值,进一步优选设为40~60重量%的范围内的值。
(5)光聚合引发剂
另外,在本发明的光扩散膜用组合物中,优选根据所需,作为(C)成分含有光聚合引发剂。
其理由是因为,通过含有光聚合引发剂,在对光扩散膜用组合物照射活性能量射线时,可以有效地形成给定的百叶窗结构及柱结构。
这里,所谓光聚合引发剂是指利用紫外线等活性能量射线的照射产生自由基种子的化合物。
作为该光聚合引发剂,例如可以举出苯偶姻、苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丙醚、苯偶姻正丁醚、苯偶姻异丁醚、苯乙酮、二甲基氨基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基-2-苯基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-马林基-1-丙酮、4-(2-羟基乙氧基)苯基-2-(羟基-2-丙基)酮、二苯甲酮、对苯基二苯甲酮、4,4-二乙基氨基二苯甲酮、二氯二苯甲酮、2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-叔丁基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-甲基噻吨酮、2-乙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、2,4-二甲基噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、苯偶酰二甲基缩酮、苯乙酮二甲基缩酮、对二甲氨基苯甲酸酯、低聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙烷等,既可以单独使用它们当中的1种,也可以组合使用2种以上。
而且,作为含有光聚合引发剂时的含量,相对于单体(A)成分及单体(B)成分的合计量100重量%,优选设为0.2~20重量%的范围内的值,更优选为设为0.5~15重量%的范围内的值,进一步优选设为1~10重量%的范围内的值。
(6)其他的添加剂
另外,在不损害本发明的效果的范围内,可以适当地添加其他的添加剂。
作为其他的添加剂,例如可以举出抗氧化剂、紫外线吸收剂、防静电干扰剂、聚合促进剂、聚合抑制剂、红外线吸收剂、增塑剂、稀释溶剂、以及调平剂等。
而且,对于其他的添加剂的含量,一般来说,相对于单体(A)成分及单体(B)成分的合计量100重量%,优选设为0.01~5重量%的范围内的值,更优选为设为0.02~3重量%的范围内的值,进一步优选设为0.05~2重量%的范围内的值。
2.工序(b):涂布工序
工序(b)如图11(a)中所示,是将准备好的光扩散膜用组合物向工程片2涂布而形成涂布层1的工序。
作为工程片,无论是塑料膜还是纸都可以使用。
其中,作为塑料膜,可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等聚酯系膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜等聚烯烃系膜、三乙酰纤维素膜等纤维素系膜、以及聚酰亚胺系膜等。
另外,作为纸,例如可以举出玻璃纸、涂布纸、以及层压纸板等。
另外,对于工程片,为了在光固化之后,易于将所得的光扩散膜从工程片上剥离,优选在工程片的光扩散膜用组合物的涂布面侧设置剥离层。
该剥离层可以使用硅酮系剥离剂、氟系剥离剂、醇酸系剥离剂、烯烃系剥离剂等以往公知的剥离剂来形成。
而且,工程片的厚度通常来说优选设为25~200μm的范围内的值。
另外,作为在工程片上涂布光扩散膜用组合物的方法,例如可以利用刀片涂布法、辊涂法、棒涂法、刮刀涂布法、光学涂布法、以及凹版涂布法等以往公知的方法来进行。
而且,此时,优选将涂布层的厚度设为100~700μm的范围内的值。
3.工序(c):第一活性能量射线照射工序
工序(c)是如下的工序,即,对涂布层进行第一活性能量射线照射,在涂布层的下方部分形成作为第一结构区域的将折射率不同的多个板状区域沿着膜面方向交替地平行配置而成的百叶窗结构区域,并且在涂布层的上方部分残留未形成百叶窗结构区域。
即,如图11(b)所示,对形成于工程片2上的涂布层1,照射仅由控制了照射角度的直接光构成的活性能量射线50。
更具体来说,例如如图12(a)所示,通过在线状的紫外线灯125中设有聚光用的冷反光镜122的紫外线照射装置120(例如如果是市售品,有Eyegraphics(株)制、ECS-4011GX等)中,配置红外线截止滤光片121及遮光板123,而取出仅由控制了照射角度的直接光构成的活性能量射线50,向形成于工程片2上的涂布层1照射。
而且,对于线状的紫外线灯,以与具有涂布层1的工程片2的长度方向正交的方向为基准(0°),通常来说设置为-80~80°的范围内的值,优选设置为-50~50°的范围内的值,特别优选设置为-30~30°的范围内的值。
这里,使用线状光源的理由是因为,可以有效地并且稳定地制造将折射率不同的板状区域交替地、并且相对于膜厚方向以一定的倾斜角平行配置而成的作为第一结构区域的百叶窗结构区域。
更具体来说,通过使用线状光源,就可以照射从线状光源的轴向看时实质上是平行光、从与线状光源的轴向垂直的方向看时是非平行的光。
此时,作为照射光的照射角度,如图12(b)所示,通常来说优选将以相对于涂布层1的表面的法线的角度为0°时的照射角度θ3设为-80~80°的范围内的值。
其理由是因为,如果照射角度是-80~80°的范围外的值,则涂布层1的表面中的反射等的影响就会变大,从而会有难以形成充分的百叶窗结构的情况。
另外,照射角度θ3优选具有1~80°的宽度(照射角度宽度)θ3’。
其理由是因为,如果该照射角度宽度θ3’是小于1°的值,则百叶窗结构的间隔就会过窄,从而会有难以获得所需的第一结构区域的情况。另一方面,如果该照射角度宽度θ3’是超过80°的值,则照射光就会过于分散,从而会有难以形成百叶窗结构的情况。
所以,更优选将照射角度θ3的照射角度宽度θ3’设为2~45°的范围内的值,进一步优选设为5~20°的范围内的值。
另外,作为照射光,可以举出紫外线、电子束等,然而优选使用紫外线。
其理由是因为,在电子束的情况下,由于聚合速度非常快,因此聚合过程中单体(A)成分与单体(B)成分无法充分地进行相分离,从而会有难以形成百叶窗结构的情况。另一方面,在与可见光等比较时,紫外线一方利用其照射而固化的紫外线固化树脂、可以使用的光引发剂的变化丰富,因此可以拓宽单体(A)成分及单体(B)成分的选择的范围。
另外,作为紫外线的照射条件,优选将照度设为0.01~50mW/cm2的范围内的值。
其理由是因为,如果照度是小于0.01mW/cm2的值,则虽然可以充分地形成未形成百叶窗结构区域,然而会有难以明确地形成百叶窗结构的情况。另一方面,如果照度是超过50mW/cm2的值,则在(A)成分及(B)成分的相分离进行前就会固化掉,相反地会有难以明确地形成百叶窗结构的情况。
所以,更优选将紫外线的照度设为0.05~20mW/cm2的范围内的值,进一步优选设为0.1~10mW/cm2的范围内的值。
另外,优选使形成于工程片上的涂布层以0.1~10m/分钟的速度移动,穿过紫外线照射装置的紫外线照射部分。
其理由是因为,如果该速度是小于0.1m/分钟的值,则会有批量生产率过度降低的情况。另一方面,如果该速度是超过10m/分钟的值,则会比涂布层的固化,换言之,比百叶窗结构的形成更快地,紫外线相对于涂布层的入射角度发生变化,从而会有百叶窗结构的形成不够充分的情况。
所以,更优选使形成于工程片上的涂布层以0.2~5m/分钟的范围内的速度移动,穿过紫外线照射装置的紫外线照射部分,进一步优选以0.5~3m/分钟的范围内的速度穿过。
4.工序(d):第二活性能量射线照射工序
工序(d)是如下的工序,即,对涂布层再进行第二活性能量射线照射,在未形成百叶窗结构区域中,形成作为第二结构区域的在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物而成的柱结构区域。
即,对形成于工程片上的涂布层,照射光线的平行度高的平行光。在进行该平行光的照射时,也可以对涂布层直接照射,然而优选在露出的涂布层表面层叠剥离膜,越过剥离膜地照射。作为剥离膜,可以适当地选择上述工程片中记载的材料当中的具有紫外线透过性的材料。
这里,第一活性能量射线照射工序中所用的线状光源的直接光在该光的方向与线状光源的轴向垂直的方向上不具有展宽,是大致平行的,然而在与线状光源的轴向平行的方向上在光的朝向方面没有统一性,是随机的。
相对于此,第二活性能量射线照射中的所谓平行光是指发出的光的方向无论从哪个方向看时都不具有展宽的大致平行的光。
更具体来说,例如优选如图13(a)所示,在将来自点光源202的光利用透镜204变为平行光后,向涂布层照射,或如图13(b)~(c)所示,在将来自线状光源206的光利用筒状物208的集合体210变为平行光后,向涂布层照射。
所以,作为如图13(a)所示的平行光照射装置的具体例,例如可以举出山下电装(株)制的、在紫外线点光源“HYPERCURE200”中安装有配件的均匀曝光附件的装置。
此外,优选将平行光的平行度设为10°以下的值。
其理由是因为,通过将该平行度设为10°以下的值,就可以有效地并且稳定地制造将多个柱状物相对于膜厚方向以一定的倾斜角林立而成的作为第二结构区域的柱结构区域。
也就是因为,如果该平行度是超过10°的值,则会有无法形成柱结构的情况。
所以,更优选将平行光的平行度设为5°以下的值,进一步优选设为2°以下的值。
另外,作为照射光,可以举出紫外线、电子束等,然而基于与第一活性能量射线照射工序中相同的理由,优选使用紫外线。
另外,作为紫外线的照射条件,优选将照度设为0.01~30mW/cm2的范围内的值。
其理由是因为,如果照度是小于0.01mW/cm2的值,则会有难以明确地形成柱结构的情况。另一方面,如果照度是超过30mW/cm2的值,则在(A)成分及(B)成分的相分离进行前就会固化掉,相反地会有难以明确地形成柱结构的情况。
所以,更优选将紫外线的照度设为0.05~20mW/cm2的范围内的值,进一步优选设为0.1~10mW/cm2的范围内的值。
另外,对于涂布层的移动速度或照射光的照射角度,可以设为与第一活性能量射线照射工序相同。
而且,优选以达到将涂布层充分地固化的累计光量的方式,除了第一及第二活性能量射线照射以外,再照射活性能量射线。
此时的活性能量射线是以将涂布层充分地固化为目的的,因此优选不是平行光等,而设为行进方向随机的光。
另外,光固化工序后的光扩散膜通过将工程片剥离而最终成为可以使用的状态。
[实施例]
下面,参照实施例,对本发明的光扩散膜等进行更详细的说明。
[实施例1]
1.单体(B)成分的合成
在容器内,相对于作为(b)成分的重均分子量9,200的聚丙二醇(PPG)1摩尔,收容作为(a)成分的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)2摩尔、以及作为(c)成分的甲基丙烯酸2-羟基乙酯(HEMA)2摩尔后,依照常规方法使之聚合,得到重均分子量9,900的聚醚氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯。
而且,聚丙二醇及聚醚氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯的重均分子量是利用凝胶渗透色谱(GPC),依照下述条件测定出的聚苯乙烯换算值。
●GPC测定装置:Tosoh(株)制、HLC-8020
●GPC柱子:Tosoh(株)制(以下依通过次序记载)
TSKguardcolumnHXL-H
TSKgelGMHXL(×2)
TSKgelG2000HXL
●测定溶剂:四氢呋喃
●测定温度:40℃
2.光扩散膜用组合物的制备
然后,相对于所得的作为单体(B)成分的重均分子量9,900的聚醚氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯100重量份,添加作为(A)成分的以下述式(3)表示的重均分子量268的邻苯基苯氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(新中村化学(株)制、NKEsterA-LEN-10)100重量份、作为(C)成分的2-羟基-2-甲基苯丙酮10重量份后,在80℃的条件下进行加热混合,得到光扩散膜用组合物。而且,单体(A)成分及单体(B)成分的折射率是利用阿贝折射仪[ATAGO公司制、商品名“阿贝折射仪DR-M2”、Na光源、波长:589nm),依照JISK0062测定的,其结果分别是1.58及1.46。
3.光扩散膜用组合物的涂布
然后,将所得的各向异性光扩散膜用组合物使用分配器涂布于作为工程片的膜状的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(以下称作PET。)上,得到膜厚200μm的涂布层。
4.涂布层的光固化
(1)第一紫外线照射
然后,准备好如图12(a)所示的在线状的高压水银灯中附设有聚光用的冷反光镜的紫外线照射装置(Eyegraphics(株)制、ECS-4011GX)。
然后,在红外线截止滤光片框上设置遮光板,将向涂布层的表面照射的紫外线设定为,在将从线状的紫外线灯的长度方向看时的包含涂布层及PET的层叠体的法线方向设为0°的情况下,来自灯的直接的紫外线的照射角度(图12(b)的θ3)为-40°。
此时,设定为从涂布层算起的灯的高度为500mm,峰值照度为1.7mW/cm2。
另外,遮光板等处的反射光在照射机内部成为杂散光,为了防止对涂布层的光固化造成影响,在传送带附近也设置遮光板,按照仅将从灯中直接发出的紫外线向涂布层照射的方式设定。
然后,在利用传送带将涂布层向图12(a)的右方向以0.2m/分钟的速度移动的同时照射紫外线。
(2)第二紫外线照射
然后,在经过借助线状光源的第一紫外线照射工序后,利用厚38μm的具有紫外线透过性的剥离膜(Lintech(株)制、SP-PET382050)层压涂布层的露出面侧。
然后,使用通过在紫外线点光源(山下电装(株)制、HYPERCURE200)中安装配件的均匀曝光附件而将平行度设为2°以下的装置,通过以使平行光的入射角达到40°的方式越过剥离膜地进行照射,而得到总膜厚200μm的光扩散膜。
此时的平均照度设为5mW/cm2,灯高度设为800mm。
需要说明的是,光扩散膜的厚度使用恒压厚度测定器(宝制作所(株)制,TECLOCKPG-02J)进行测定。
而且,所得的光扩散膜如图14(a)所示,确认是百叶窗结构的倾斜角为-27°、柱状物的倾斜角为27°的光扩散膜。
而且,该图14(a)是表示用与百叶窗结构的板状区域垂直的面切割时的膜的剖面的示意图。
另外,第一结构区域的膜厚为66μm,第二结构区域的膜厚为38μm。
此外,将所得的光扩散膜的剖面照片表示于图15(a)~(b)中。图15(a)是用与百叶窗结构的板状区域垂直的面切割膜时的剖面照片,图15(b)是用与图15(a)的切割面垂直的面切割膜时的剖面照片。
5.测定
使用变角测色计(Suga试验机(株)制、VC-2),如图14(a)所示,从所得的光扩散膜的上方,向该膜以入射角θ1=60°射入光线(C光源、视场角2°)。
然后,测定出由光扩散膜扩散的扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布。将该测定结果表示于图14(c)所示的散布图的纵轴的值为0°的横轴上。
即,横轴的值表示扩散光的展宽角度(°)的范围,绘点的颜色表示以该角度扩散的扩散光的亮度(%)。
这里,绘点的颜色与亮度(%)的关系是,绘点的颜色越接近红色,则表示亮度越接近100%,绘点的颜色越接近绿色,则表示亮度越接近50%,绘点的颜色越接近藏青色,则表示亮度越接近0%。而且,对于详细情况表示于图14(b)中。
另外,为了对入射光的宽度方向的扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布也进行测定,以光扩散膜的面上的给定的一点作为中心,一边使光扩散膜在同一平面内以-80~80°的范围旋转,一边进行相同的测定。而且,该旋转的角度是指将上述的测定时的光扩散膜的角度设为0°时的旋转的角度。例如,使光扩散膜旋转20°时的测定结果表示于图14(c)中所示的散布图的纵轴的值为20°的横轴上。
所以,在图14(c)所示的散布图的情况下,例如亮度为30%以上的扩散光分布的区域是图14(c)中的以虚线包围的区域。
然后,如图14(d)~(k)所示,将相对于光扩散膜的入射角θ1分别变为50°、40°、30°、0°、-30°、-40°、-50°、-60°,与入射角θ1=60°的情况相同地测定扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布。
6.结果
如图14(c)~(k)所示,实施例1的光扩散膜中,虽然在入射光的入射角θ1=0°左右的范围中,难以产生光的扩散,然而在入射角θ1=30~60°的范围中,产生由柱结构区域造成的各向同性光扩散,在入射角θ1=-60~-30°的范围中,产生由百叶窗结构区域造成的各向异性光扩散,因而可知,通过错开由两个结构区域造成的光扩散入射角度依赖性,就可以有效地扩大光扩散入射角度区域。
[实施例2]
实施例2中,除了在使涂布层固化时,将第一紫外线照射的θ3变更为40°以外,与实施例1相同地操作,得到百叶窗结构的倾斜角为27°、柱状物的倾斜角为27°的如图16所示的光扩散膜。
另外,除了将相对于光扩散膜的入射角θ1分别设为25°、35°、45°、55°以外,与实施例1相同地对扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布进行了测定。
其结果是,实施例2的光扩散膜中,由于百叶窗结构区域及柱结构区域中的光扩散入射角度依赖性大致重合,因此光扩散入射角度区域为入射角θ1=25~55°的这样的比较窄的范围。
但是,可以确认,实施例2的光扩散膜与后述的比较例1及2相比扩散光的均匀性高,与比较例3及4相比入射光的宽度方向的扩散光的展宽大。
[实施例3]
实施例3中,除了将第一紫外线照射的θ3变更为40°,将第二紫外线照射的平行光的入射角变更为0°以外,与实施例1相同地操作,得到百叶窗结构的倾斜角为27°、柱状物的倾斜角为0°的如图17(a)所示的光扩散膜。
另外,如图17(b)~(h)所示,除了将相对于光扩散膜的入射角θ1分别设为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°以外,与实施例1相同地对扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布进行了测定。
其结果是,如图17(b)~(h)所示,实施例3的光扩散膜中,虽然在入射光的入射角θ1=20°左右,难以产生光的扩散,然而在入射角=0~10°的范围中,产生由柱结构区域造成的各向同性光扩散,在入射角θ1=30~60°的范围中,产生由百叶窗结构区域造成的各向异性光扩散,因而可知,通过错开由两个结构区域造成的光扩散入射角度依赖性,就可以有效地扩大光扩散入射角度区域。
[实施例4]
实施例4中,除了将第一紫外线照射的θ3变更为40°,将第二紫外线照射的平行光的入射角变更为20°以外,与实施例1相同地操作,得到百叶窗结构的倾斜角为27°、柱状物的倾斜角为14°的如图18(a)所示的光扩散膜。
另外,如图18(b)~(g)所示,除了将相对于光扩散膜的入射角θ1分别设为5°、15°、25°、35°、45°、55°以外,与实施例1相同地对扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布进行了测定。
其结果是,如图18(b)~(g)所示,实施例4的光扩散膜中,在入射光的入射角θ1=5~25°的范围中,产生由柱结构区域造成的各向同性光扩散,在入射角θ1=25~55°的范围中,产生由百叶窗结构区域造成的各向异性光扩散,因而可知,通过在错开由两个结构区域造成的光扩散入射角度依赖性的同时使一部分重复,就可以有效地扩大光扩散入射角度区域。
[比较例1]
比较例1中,除了未进行第一紫外线照射,将第二紫外线照射的平行光的入射角变更为0°以外,与实施例1相同地操作,如图19(a)所示,得到在相当于第一结构区域及第二结构区域的整个区域中仅具有倾斜角为0°的柱结构的光扩散膜。
另外,如图19(b)~(j)所示,除了将相对于光扩散膜的入射角θ1分别设为20°、15°、10°、5°、0°、-5°、-10°、-15°、-20°以外,与实施例1相同地对扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布进行了测定。
其结果是,如图19(b)~(j)所示,比较例1的光扩散膜中,由于仅具有柱结构,因此光扩散入射角度区域是θ1=-15~15°的这样的比较窄的范围。
另外,扩散光的中心部与其他部分相比亮度特别高,可知扩散光的均匀性很低。
[比较例2]
比较例2中,除了未进行第一紫外线照射,将第二紫外线照射的平行光的入射角变更为40°以外,与实施例1相同地操作,如图20(a)所示,得到在相当于第一结构区域及第二结构区域的整个区域中仅具有倾斜角为27°的柱结构的光扩散膜。
另外,如图20(b)~(k)所示,除了将相对于光扩散膜的入射角θ1分别设为15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°以外,与实施例1相同地对扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布进行了测定。
其结果是,如图20(b)~(k)所示,比较例2的光扩散膜由于仅具有柱结构,因此光扩散入射角度区域是θ1=25~60°的这样的比较窄的范围。
另外,扩散光的中心部与其他部分相比亮度特别高,可知扩散光的均匀性很低。
[比较例3]
比较例3中,除了将第一紫外线照射的θ3变更为0°,未进行第二紫外线照射以外,与实施例1相同地操作,如图21(a)所示,得到具有作为第一结构区域的倾斜角为0°的百叶窗结构区域、和其上方的未形成百叶窗结构区域的光扩散膜。
另外,如图21(b)~(h)所示,除了将相对于光扩散膜的入射角θ1分别设为20°、15°、10°、5°、0°、-5°、-10°以外,与实施例1相同地对扩散光的展宽、和其亮度(%)的分布进行了测定。
其结果是,如图21(b)~(h)所示,比较例3的光扩散膜由于仅具有百叶窗结构,因此光扩散角度区域是θ1=-5~15°的这样的比较窄的范围。
另外,扩散光的各向异性很大,可知入射光的宽度方向的扩散光的展宽很小。
[比较例4]
比较例4中,除了将第一紫外线照射的θ3变更为40°,未进行第二紫外线照射以外,与实施例1相同地操作,如图22(a)所示,得到具有作为第一结构区域的倾斜角为27°的百叶窗结构区域、和其上方的未形成百叶窗结构区域的光扩散膜。
另外,如图22(b)~(i)所示,除了将相对于光扩散膜的入射角θ1分别设为25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°以外,与实施例1相同地制造了光扩散膜。
另外,如图22(b)~(i)所示,比较例4的光扩散膜由于仅具有百叶窗结构,因此光扩散角度区域是θ1=30~60°这样的比较窄的范围。
另外,扩散光的各向异性很大,可知入射光的宽度方向的扩散光的展宽很小。
工业上的可利用性
如上详述所示,根据本发明,通过在膜内沿着膜厚方向在上下设置用于使入射光各向异性地扩散的百叶窗结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的柱结构区域,就可以得到具有良好的入射角度依赖性、并且光扩散入射角度区域宽的光扩散膜。
所以,本发明的光扩散膜等除了可以应用于反射型液晶装置的光控制膜中以外,还可以应用于视场角控制膜、视场角扩大膜、以及投影用屏幕中,有望对它们的高品质化产生显著的贡献。
Claims (5)
1.一种光扩散膜,其具有用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域,
所述第一结构区域是将折射率不同的多个板状区域沿着膜面方向交替地平行配置、将所述折射率不同的板状区域的宽度分别设为0.1~15μm的范围内的值并且将该板状区域相对于膜厚方向以一定的倾斜角平行配置而成的、厚度设为5~495μm的范围内的值的百叶窗结构区域,
所述第二结构区域是在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物、将所述柱状物的截面的最大直径设为0.1~15μm的范围内的值并且将所述柱状物间的距离设为0.1~15μm的范围内的值而且使多个柱状物相对于膜厚方向以一定的倾斜角林立而成的、厚度设为5~495μm的范围内的值的柱结构区域。
2.根据权利要求1所述的光扩散膜,其特征在于,在所述第一结构区域中,所述折射率不同的板状区域当中折射率高的板状区域的主成分是含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯的聚合物,折射率低的板状区域的主成分是氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合物。
3.根据权利要求1所述的光扩散膜,其特征在于,在所述第二结构区域中,所述柱状物的主成分是含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯,所述媒介物的主成分是氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯。
4.一种光扩散膜的制造方法,其是具有用于使入射光各向异性地扩散的第一结构区域、和用于使入射光各向同性地扩散的第二结构区域的光扩散膜的制造方法,包括下述工序(a)~(d):
(a)准备光扩散膜用组合物的工序;
(b)将所述光扩散膜用组合物向工程片上涂布而形成涂布层的工序;
(c)对所述涂布层进行第一活性能量射线照射,在所述涂布层的下方部分形成作为第一结构区域的百叶窗结构区域,并且在所述涂布层的上方部分残留未形成百叶窗结构区域的工序,所述百叶窗结构区域是将折射率不同的多个板状区域沿着膜面方向交替地平行配置、将所述折射率不同的板状区域的宽度分别设为0.1~15μm的范围内的值并且将该板状区域相对于膜厚方向以一定的倾斜角平行配置而成的、厚度设为5~495μm的范围内的值的百叶窗结构区域;
(d)对所述涂布层再进行第二活性能量射线照射,在所述未形成百叶窗结构区域中形成作为第二结构区域的柱状结构区域的工序,所述柱状结构区域是在媒介物中林立折射率与该媒介物不同的多个柱状物、将所述柱状物的截面的最大直径设为0.1~15μm的范围内的值并且将所述柱状物间的距离设为0.1~15μm的范围内的值而且使多个柱状物相对于膜厚方向以一定的倾斜角林立而成的、厚度设为5~495μm的范围内的值的柱状结构区域。
5.根据权利要求4所述的光扩散膜的制造方法,其特征在于,作为所述第二活性能量射线照射,照射平行度为10°以下的值的平行光。
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