CN1550851A - 光漫射层、光漫射膜以及光漫射粘接片 - Google Patents

光漫射层、光漫射膜以及光漫射粘接片 Download PDF

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Abstract

本发明的光漫射层含有树脂基材及与该树脂基材的折射率不同的球状填充物，该光漫射层的厚度T(μm)、该树脂基材和该球状填充物的折射率差Δn、以及该球状填充物对于该光漫射层的体积含有率Cv(％)的关系必需满足20≤T×Δn×Cv≤75，并且，树脂基材可以是粘接剂。

Description

光漫射层、光漫射膜以及光漫射粘接片
技术领域
本发明涉及在液晶显示装置的背光等照明装置中使用的合适的光漫射层、光漫射膜以及光漫射粘接片。
背景技术
液晶显示装置大量使用了液晶单元之外的控制光的反射、透射、漫射、折射、偏振等的各种介质。这里面，作为光漫射介质的代表就是配备在导光片上的所谓漫射膜。在端面照光式(edge-light)的背光系统中，为了使导光片端面上的光源的光入射，一般，从导光片射出的光的大部分，都是偏离导光片的法线方向光源的相反方向倾斜地出射，并且印在导光片上的反射点就可以被原样看到。所以，要在导光片上配备所谓的漫射膜，让反射点不那么引人注意的同时，还要让出射角度向法线方向上扬。
这种漫射膜按其结构大致可以分为3类。即，公知的第1类，在膜的基体材料中含有与基体材料折射率不同的光漫射材料的漫射膜；第2类，通过挤压轧辊采用加热或加压、喷砂法(sand blast)在膜表面的树脂层形成很多细小凹凸的漫射膜；第3类，在透明膜上涂敷含有光漫射材料的涂料的漫射膜等。在这三种膜中，由于第3类涂敷型的漫射膜制造很容易，与材料配合也容易控制其光学特性，所以有很多人在开发这种材料，而且像特开平6-59107号公报公开的具有一定程度的使出射光会聚到法线方向的聚光能力的漫射膜也为人所知。
端面照光式的背光系统，一直以来都是在导光片上依次配置漫射膜、两枚棱镜片、增亮膜等。也就是说，从导光片射出的光先经过漫射膜被漫射到很大角度，然后在通过向上的2枚垂直的棱镜片聚光向显示面的垂直方向射出，进一步按照需要再通过增亮膜提高显示亮度。
但是，为了更高程度地提高显示亮度，并且为了减少部件的件数，像月刊【显示器】(Display)(出版社：Techno Times株式会社，2001年11月1日，2001年第11期，第51页，第68页)刊登的那样，最近在背光的导光片上也实施了各种各样的构思。具体说来，通过组合两面棱镜导光片和向下的棱镜片、在导光片的出射面和背面设置微反射元件和微偏转元件等，来达到从导光片射出会聚在法向方向的狭窄角度范围内的光。使用这些新型导光片时，就使现有的光漫射膜的漫射性能过高并使费尽周折会聚起来的光变得没有用处。
但是，没有漫射膜的话，为了表现出施加在导光片上的棱镜形状和微反射元件、微偏转元件等的样子，并且为了提高LCD的显示品质，还是需要将各种用途加在一起有一定的光漫射性能的漫射膜。
变角光度计作为评价光漫射膜的一种方法被使用。图1显示了使用变角光度计测定透过漫射光的角度依赖性的系统，其是从光源11发出的直线光以一定角度(入射角α)入射到光漫射膜13上，使位于其后方的受光器12一边以一定的节距以光漫射膜13为中心旋转移动，一边测定各角度(出射角β)的漫射光强度的例子。另外，这种情况可以固定入射角α，变化出射角β来测定，也可以与之相反，固定出射角β，变化入射角α来测定。
并且，通过在与光入射侧同侧配备受光器，也可以评价对于光漫射膜的反射光而不仅仅是透过光的漫射性。进一步，通过在其背面配备有光源和导光片的背光源而不是单独的膜，也可以按照实际情况测定出射光的角度依赖性。
使用变角光度计，测定上述现有式样的光漫射膜的场合，可以在很大的出射角范围内测到漫射光，这部分直线透光强度很低。即，还不能得到使直线透光强度不这么低而且还可以使光漫射到一个狭窄角度的范围内。
发明内容
根据上述情况，本发明的目的是提供一种具有可以使入射光漫射到适当角度范围内的结构的光漫射介质。
发明人为了达到上述目的，多次进行了有关在上述光漫射膜(光漫射层)上必需的将透光强度的角度依赖性的定量化，以及满足这些的光漫射层的结构，即材料种类、构成、层的厚度等作为参数的试验。结果达到了提供一种具有可以使入射光漫射到适当角度范围内的结构的光漫射层的目的。
本发明的光漫射层是含有树脂基材(matrix)以及与该树脂基材折射率不同的球状填充物的光漫射层，其特征为该光漫射层的厚度T(μm)、该树脂基材和该球状填充物的折射率差Δn、以及该球状填充物对于该光漫射层的体积含有率Cv(％)的关系满足20≤T×Δn×Cv≤75。并且，构成本发明的光漫射层的该树脂基材最好是由粘接剂构成的，这种粘接剂的折射率最好大于等于1.40小于等于1.70。进而，构成本发明光漫射层的球状填充物的粒子直径大于等于1μm小于等于10μm，并且，使用了粘接剂的光漫射层的厚度最好大于等于10μm小于等于100μm。本发明的光漫射膜是特别指定的光漫射层，被设置在透明基体上，本发明的光漫射粘接片在特别指定的光漫射层的至少一面上设有离型片。
下面，将详细叙述本发明的结构。构成本发明的光漫射层的树脂基材如果是有透光性的热塑性树脂、热硬化性树脂或光硬化性树脂等树脂材料的话，并没有特别的限制。具体说来，可以使用聚乙烯、聚丙烯、环烯烃(cyclo-olefine)系树脂、聚酯系树脂、环氧系树脂、聚氨脂系树脂、聚硅氧烷系树脂、丙烯系树脂等树脂。而且，适合使用下面所述的常温下有感压粘结性的粘接剂。
也就是说，构成本发明的光漫射层的作为树脂基材的粘接剂可以举出聚酯系树脂、环氧系树脂、聚氨脂系树脂、聚硅氧烷系树脂、丙烯系树脂等树脂。可以单独使用这些树脂也可以混合2种以上的树脂来使用。特别是，丙烯系树脂光学透明性高，由于有和作为偏振光片的保护膜的TAC膜相近的折射率，有作为偏振光片的粘接剂使用可靠性高等诸多实际效果，而且比较廉价等优点所以是理想的选择。
作为丙烯系粘接剂，可以举出丙烯酸及其酯、甲基丙烯酸及其酯、丙烯酰胺、丙烯腈等丙烯单体的单聚物或它们的共聚物，进而，上述丙烯单体的至少一种和、乙酸乙烯酯、顺丁烯二酸酐(Maleicanhydride)、苯乙烯等乙烯酯单体的共聚物。特别是可以举出表现出粘接性的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己脂等的主单体、作为凝聚力成分的乙酸乙烯酯、丙烯酰胺、丙烯腈、苯乙烯、甲基丙基酸等的单体、进而提高粘结力，赋予交联化起点的丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、顺丁烯二酸酐、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二甲基苯胺甲基丙烯酸乙酯、羟甲基丙烯酸酰胺、甲基丙烯酸环氧丙酯等官能基含有单体。并且，也可以使用为了适应需要调整折射率的含氟丙烯酸或含硫磺丙烯酸等构成的共聚体。这些树脂的Tg(玻璃化温度)在-60～-15℃的范围，聚合平均分子量在10万～200万的范围内是理想的。
并且，作为丙烯系粘接剂，可以举出在末端和侧链上有丙烯基的低聚物(oligomer)及丙烯系单体上配合光聚合开始剂等的光聚合性涂料。这种光聚合涂料，被涂敷在基体材料上之后，通过被紫外线照射，由于涂料层粘接剂化，所以可以作为丙烯系粘接剂使用。上述丙烯系粘接剂，适应需要，可以将金属螯合物(Chelate)、异氰酸系、环氧系等交联剂的1种或2种以上混合使用。并且，这些粘接剂的折射率最好在1.40～1.70的范围内，特别是1.45～1.55的范围更为理想。另外，本发明所说的树脂基材，除上述树脂以外，也可以使用在常温下没有感压粘结性的聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethyl Methacrylate)、聚碳酸脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate)、及聚氯乙烯树脂等。
本发明中作为上述粘接剂中被混合或分散的球状填充物可以举出硅胶(silica)、丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、苯乙烯-丙烯共聚物树脂、聚乙烯树脂、环氧树脂、聚硅氧烷树脂、聚硅氧烷橡胶等透明微粒。这样的填充物的平均粒子直径最好在1～10μm，更理想的是在1～5μm。如果平均粒子直径未满1μm，由于光漫射性能低，导光片的反射点和微反射元件、微偏转元件会被看到所以是不理想的。另外一方面，一旦平均粒子直径超过10μm，粒子过粗可以看到图像背景的绉纹样子而且很刺眼，对比度下降。另外，这里说的平均粒子直径是通过粒子计数器(Coulter counter)测定的。并且，由于光漫射层的光学特性一律相同，所以一般情况下理想的是填充物的粒子直径也相同。在这方面，由于微妙地调整漫射特性，所以可以将材质和粒子直径不同的2种以上球状填充物以一定比例混合，分散或使用在粘接剂中。
作为本发明(技术方案5)中可以使用的透明基体可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、三醋酸纤维(triacetyl-cellulose，TAC)、聚丙烯酸、聚酰亚胺(polyimide)、聚醚脂、聚碳酸脂、聚砜(polysulfone)、聚醚砜(Polyethersulfone)、赛璐玢(cellophane)、芳香族聚酰胺、环烯烃系树脂等的膜。这些透明基体的厚度最好在20～200μm，更理想的是在40～100μm。厚度在20μm以下或200μm以上，操作不方便，并且由于较厚的材料会使原材料增加所以价钱上也比较贵。
在本发明中，关于构成光漫射层、光漫射膜以及光漫射粘接片的基材树脂及与该基材树脂的折射率不同的球状填充物，其特征为该光漫射层的厚度T(μm)、该基材树脂和该球状填充物的折射率差Δn，以及该球状填充物对于该光漫射层的体积含有率Cv(％)的关系满足20≤T×Δn×Cv≤75。这些范围，是为了实现作为本发明目的的使入射光漫射到狭窄范围内的光漫射层的必要构成要件。这意味着光的漫射通过这3个参数被限定，借助将T、Δn、Cv这3个参数的积收敛到上述范围中，就可以使导光片发出的光比较有效地应用在液晶显示装置的显示上。通过适当设定组合体现下述功能的T、Δn、Cv，可以将3个参数的积控制在上述范围。
更具体地来说，光漫射层厚度T(μm)体现了入射到光漫射层的光到漫射并射出为止的大概距离，一旦T变大漫射也就变得范围较广，与之相反T变小漫射也就变窄。并且，基材树脂和球状填充物的折射率差Δn体现在该界面光漫射的程度，Δn变大漫射也变得较广，Δn变小漫射也就变得较窄。进而，球状填充物对于光漫射层的体积含有率Cv体现了基材树脂和球状填充物的界面的广度，Cv变大漫射也变得较广，Cv变小漫射也就变得较窄。于是它们的积未满20的话光漫射性能过低，导光片的反射点和微反射元件、微偏转元件会被看到很不理想，与之相反，如果大于75，则由于光漫射性能过高，不能使导光片发出的光得到有效地使用，液晶显示装置的显示变暗，并且对比度降低，所以也是不理想的。
并且，在本发明中，光漫射层的厚度最好在2～200μm。如果厚度不足2μm的话厚度过薄光漫射性能不足，一旦厚度超过200μm透光率较低而且由于原材料增加价钱上也变比较贵。另外，在树脂基材是粘接剂的情况下，光漫射层的厚度最好在10～100μm。厚度不满10μm的话不能发挥粘接力，一旦厚度超过100μm由于粘接剂在常温下有流动性，所以在贴到希望有粘接层的显示器光源之后会有所移动是不理想的。
本发明的光漫射层如果厚度在20μm以上可以单独使用，或者层叠在透明基体上使用。另一方面，光漫射粘接片至少在光漫射层的单面，最好是两面上设有离型片。在本发明的光漫射层中，具有粘接性的光漫射层通常在光漫射粘接片的层叠状态被截断、搬运及保管。所以在本发明得到的在光漫射层的两面设有离型片的光漫射粘接片在液晶显示装置上的应用中，剥下一面的离型片贴合到偏振光片或相位差片、液晶面板、棱镜片、导光片、增亮膜，光反射材料等上，进而剥下另一面的离型片贴合到别的部件上使用。
本发明的光漫射层可以通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯等的树脂基材中熔融混合、挤压和膜化来形成球状填充物，或将球状填充物分散到树脂基材的溶液中的涂料涂在很光滑的轧辊或传送带上，待溶剂挥发后再进行剥离等方法来制作。并且本发明的光漫射膜同样可以用将球状填充物分散到树脂基材的溶液中的涂料涂敷到透明PET膜等透明基体上等的方法来制作。进而光漫射粘接片使用下面的方法来制作。首先将调制好的将球状填充物分散到粘接剂等的树脂基材的溶液中的涂料涂敷或干燥在离型片上来形成光漫射层。进而，通过在光漫射层上层叠别的离型片来制作光漫射粘接片。另外，在涂料的调制中，为了提高球状填充物的分散性、湿润性、匀整性、干燥性等涂敷适应性，可以添加乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲基乙基酮、甲基异丙基酮、环己酮、甲苯(Toluene)、二甲苯(Xylene)等的溶剂。
球状填充物向粘接剂的扩散，使用扩散机(disper)、混合搅拌机(aiiter)、球磨机(ball mill)、立式球磨机(attritor)等各种混合或搅拌装置、扩散装置来进行。并且涂料在涂敷前最好脱泡。光漫射层用涂料的涂敷使用反向涂布机(reverse coater)、DAM涂布机、逗号刮刀式(comma)涂布机、模头(die)涂布机、刮胶捧(doctor bar)涂布、凹版(gravure)涂布机、微凹版(micro-gravure)涂布机、辊式(roll)涂布机等涂布机来进行。进而，为了让粘接剂成分硬化或稳定，在光漫射粘接片被卷起或成片的状态下，放置在室温或30～60℃的环境下1天至2周左右，再进行固化。
这里将对作为将入射光漫射到合适角度范围的光漫射膜的理想的光漫射性的定量指标进行描述。图2显示的是，在使用变角光度计光线以入射角为0°入射到光漫射层时，透过前方的透过光(前方散射光)的光强度的角度依赖性的一个例子。图(a)表示的是透过正面160°(出射角为-80°～80°)范围的光强度P(160)。图(b)表示的是透过其正面60°(出射角为-30°～30°)范围的光强度P(60)。图(c)表示的是透过正面20°(出射角为-10°～10°)范围的光强度P(20)。这里P(60)/P(160)定义为正面60°透光比率，P(20)/P(160)定义为正面20°透光比率。本发明人对显示装置要求的最合适的光漫射层的透过光的角度依赖性进行研究，发现满足正面60°透光比率为90％以上，且，正面20°透光比率在80％以下的条件是必要的。本发明以此作为理想的光漫射性的定量指标。
附图说明
图1是在本发明的实施方式中，用于测定透过漫射光的角度依赖性的测定系统的概略图；
图2是表示来自光漫射膜的透过光的出射角度依赖性的图，图(a)表示透过正面160°范围的光强度，图(b)表示透过正面60°范围的光强度，图(c)表示透过正面20°范围的光强度。
图3是表示本发明实施方式1的光漫射粘接片的透过光的出射角度依赖性的图；
图4是表示表示本发明实施方式7中的光漫射粘接片的透过光的出射角度依赖性的图；
图5是表示比较例1的光漫射粘接片的透过光的出射角度依赖性的图；
图6是表示比较例3的光漫射粘接片的透过光的出射角度依赖性的图；
图7是本发明的实施方式使用的肉眼检查的概略图。具体实施方式
下面将基于实施方式进一步地详细说明本发明，但本发明并不限定于这些实施方式。
(实施方式1～7)
通过下面的方法制作实施方式1～7的光漫射粘接片。对于100个重量单位的折射率为1.47、比重为0.81g/cm3的丙烯粘接剂(商品名：SK达因(dyne)H-5F，全固体含量30％，稀释溶剂乙酸乙酯，综研化学社制造)，向添加有0.2个重量单位的异氰酸系交联剂(商品名：D-90，综研化学社制造)的基底涂料中，添加表1的实施方式1～7记载的各种球状填充物，在混合搅拌机搅拌30分钟使球状填充物分散，调制7个种类的光漫射层用涂料。将调制好的各涂料使用逗号刮刀式涂布机涂敷在膜厚为38μm的离型聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(商品名：38PF，lintec社制造)使其干燥后达到规定的厚度，在将其干燥形成光漫射层后，在该光漫射层上层叠38μm的离型聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(商品名：3801，lintec社制造)，就得到了实施方式1～7的光漫射粘接片。
包含在各片的光漫射层中的球状填充物的种类、折射率、比重、粒子直径、含有量(重量单位)、及光漫射层厚度T、折射率差Δn、填充物的体积含有率Cv和它们的积，进而片的总透光率、雾度值(haze)都显示在表1中。这里，表中的总透光率Tt(％)和雾度值Hz(％)都是使用日本电色工业社制造的雾度测定仪NDH2000测定的。
正面60°内及正面20°内透过光的测定按下述方式进行。借助变角光度计(商品名GP-5：村上色彩技术研究所社制造)，针对实施方式的各片，光线以入射角为0°入射时的透过强度在出射角为-80°～80°的范围内测定，算出正面60°的透光比率和正面20°的透光比率。该结果在表2显示。实施方式1和实施方式7的透光强度的角度依赖性显示在图3和图4。
比较例1～4
和实施方式1～7一样，使用在表1中的比较例1～4记载的各种球状填充物，制作出4种光漫射粘接片。比较例的光漫射片的各种测定按实施方式记载的方法进行。这些测定值及由测定值得到的光漫射层厚度T、折射率差Δn、填充物的体积含有率Cv和它们的积的计算值和实施方式中的值都同时记载在表1和表2中。比较例1和比较例3的透光强度的角度依赖性显示在图5和图6中。
实施方式及比较例的各片的肉眼评价，如图7所示，采用把各光漫射粘接片(73)放在端面照光式的导光片(71)组件上，在光源(72)打开时，通过肉眼从片的法线方向，观察导光片的反射点是不是会从片被透着看到的方法。该结果表示在图2。
从表2可以看到，实施方式1～7的在20≤T×Δn×Cv≤75范围内的光漫射粘接片，正面60°透光比率在90％以上，且正面20°透光比率在80％以下，有效地将入射光漫射到一个狭窄范围且位于背面的导光片的反射点不会被看到。另一方面，T×Δn×Cv不满20的比较例1及2的光漫射粘接片，由于导光片的反射点会被透着看到，可以看到光漫射片本来需要的使反射点不那么引人注意的功能没有被满足。并且，知道在T×Δn×Cv大于75的比较例3及4的光漫射粘接片中，正面60°透光比率低下，不能达到作为本发明的目的的使入射光漫射到一个狭窄的范围内，效率很差。
表1
               球状填充物种类   折射率   比重(g/cm3) 平均粒子直径(μm) 含有量(重量单位)   厚度T(μm)   折射率差Δn   体积含有率Cv(％)   T×Δn×Cv 总透光率(％) 雾度(％)
实施方式 1 聚硅氧烷树脂微粒(TOSPEARL145、GE Toshiba Silicones制造) 1.43 1.32 4.5 14.4 25 0.04 23.1 23.1 89.5 85.8
2 聚硅氧烷树脂微粒(MUT-31、NlKKO RICA社制造) 1.42 1.30 2.2 14.4 25 0.05 23.0 28.8 89.4 83.3
    3                      同上   1.42     1.30     2.2     14.4     50     0.05     23.0     57.5     90.1   90.5
    4    聚硅氧烷橡胶微粒(KMP600、信越化学社制造)   1.40     0.99     5.0     7.8     25     0.07     17.5     30.6     89.6   86.1
    5                      同上   1.40     0.99     5.0     14.4     25     0.07     28.2     49.4     89.7   89.1
    6    聚苯乙烯树脂微粒(SX-350、综研化学社制造)   1.59     1.05     3.5     3.3     25     0.12     10.2     30.6     87.2   86.8
    7                      同上   1.59     1.05     3.5     7.8     25     0.12     16.6     49.8     85.2   89.6
    比较例     1                聚硅氧烷树脂微粒(MUT-31、NIKKO RICA社制造)   1.42     1.30     2.2     7.8     25     0.05     13.7     17.1     89.2   78.5
2 PMMA树脂微粒(MX-500、综研化学社制造) 1.49 1.19 5.0 14.4 25 0.02 24.6 12.3 87.3 64.5
    3     聚苯乙烯树脂微粒(SX-350、综研化学社制造)   1.59     1.05     3.5     14.4     25     0.12     26.8     80.4     81.7   90.4
    4     聚硅氧烷橡胶微粒(KMP600、信越化学社制造)   1.40     0.99     5.0     14.4     50     0.07     28.2     91.7     90.6   91.4
表2
  正面60°透光比率(％)   正面20°透光比率(％)   肉眼评价
  实施方式   1     97.7     69.9     ○
  2     98.4     78.4     ○
  3     91.0     61.3     ○
  4     97.6     69.0     ○
  5     91.5     49.7     ○
  6     93.8     62.9     ○
  7     91.7     57.7     ○
  比较例   1     99.5     87.2     ×
  2     99.9     96.2     ×
  3     77.0     33.7     ○
  4     84.8     40.8     ○
*肉眼评价
○：导光片的反射点不会被透着看到
×：导光片的反射点可以被透着看到
如上所述，在本发明的含有树脂基材、及与该树脂基材的折射率不同的球状填充物的光漫射层中，该光漫射层的厚度T(μm)、该树脂基材和该球状填充物的折射率差Δn、以及该球状填充物对于该光漫射层的体积含有率Cv(％)的关系满足20≤T×Δn×Cv≤75，正面60°透光比率在90％以上，且正面20°透光比率在80％以下，可以使入射光漫射到一个合适的角度范围内。所以，借助本发明，可以为液晶显示装置的背光等照明装置提供合适的光漫射层及光漫射粘接片。

Claims (7)

1.一种光漫射层，其含有树脂基材以及与该树脂基材折射率不同的球状填充物，其特征在于，
该光漫射层的厚度T(μm)、该树脂基材和该球状填充物的折射率差Δn、以及该球状填充物对于该光漫射层的体积含有率Cv(％)的关系满足20≤T×Δn×Cv≤75。
2.如权利要求1所述的光漫射层，其特征在于，
上述树脂基材由粘接剂构成。
3.如权利要求2所述的光漫射层，其特征在于，
上述粘接剂的折射率大于等于1.40，小于等于1.70。
4.如权利要求1所述的光漫射层，其特征在于，
上述球状填充物的粒子直径大于等于μm，小于等于10μm。
5.如权利要求1所述的光漫射层，其特征在于，
上述光漫射层的厚度大于等于10μm，小于等于100μm。
6.一种光漫射膜，其特征在于，
权利要求1所述的光漫射层被设置在透明基体上。
7.一种光漫射粘接片，其特征在于，
在权利要求2所述的光漫射层的至少一面上设有离型片。
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