JP2010250295A - 光拡散素子、光拡散素子付偏光板、およびこれらを用いた液晶表示装置、ならびに光拡散素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光拡散素子は、樹脂成分および超微粒子成分を含むマトリクスと、該マトリクス中に分散された光拡散性微粒子とを有し;該樹脂成分、該超微粒子成分および該光拡散性微粒子が下記式(1)を満たし;該マトリクスと該光拡散性微粒子との界面近傍に形成され、該光拡散性微粒子から遠ざかるにつれて該樹脂成分の重量濃度が低くなり該超微粒子成分の重量濃度が高くなる濃度変調領域とを有する:
|nP−nA|<|nP−nB|・・・(1)
式(1)中、nAはマトリクスの樹脂成分の屈折率を表し、nBはマトリクスの超微粒子成分の屈折率を表し、nPは光拡散性微粒子の屈折率を表す。
【選択図】図1A
Description
|nP−nA|<|nP−nB|・・・(1)
式(1)中、nAはマトリクスの樹脂成分の屈折率を表し、nBはマトリクスの超微粒子成分の屈折率を表し、nPは光拡散性微粒子の屈折率を表す。
好ましい実施形態においては、上記光拡散素子は、上記光拡散性微粒子の表面近傍内部に上記樹脂成分が浸透して形成された第2の濃度変調領域をさらに有する。
好ましい実施形態においては、上記光拡散素子は、ヘイズが90%〜99%である。
好ましい実施形態においては、上記光拡散素子は、0.01≦|nP−nA|≦0.10、および、0.10≦|nP−nB|≦1.50を満たす。
好ましい実施形態においては、上記樹脂成分および上記光拡散性微粒子は同系の材料で構成され、上記超微粒子成分は該樹脂成分および該光拡散性微粒子とは異なる系の材料で構成されている。さらに好ましい実施形態においては、上記樹脂成分および上記光拡散性微粒子は有機化合物で構成され、上記超微粒子成分は無機化合物で構成されている。
好ましい実施形態においては、上記光拡散性微粒子は、平均粒径が1μm〜5μmである。
好ましい実施形態においては、上記超微粒子成分は、平均粒径が1nm〜100nmである。
好ましい実施形態においては、上記光拡散素子は、光拡散半値角が10°〜150°である。
本発明の別の局面によれば、光拡散素子付偏光板が提供される。この光拡散素子付偏光板は、上記の光拡散素子と偏光子とを有する。
本発明のさらに別の局面によれば、液晶表示装置が提供される。この液晶表示装置は、液晶セルと;該液晶セルに向かってコリメート光を出射する平行光光源装置と;該液晶セルを通過したコリメート光を透過および拡散させる、上記の光拡散素子と、を備える。
本発明のさらに別の局面によれば、上記光拡散素子の製造方法が提供される。この製造方法は、マトリクスの樹脂成分またはその前駆体と超微粒子成分と光拡散性微粒子とを揮発性溶剤中に溶解または分散させた塗工液を基材に塗布する工程と;該基材に塗布された塗工液を乾燥させる工程と、を含む。
好ましい実施形態においては、上記製造方法は、上記塗工液において、上記樹脂成分の前駆体と上記光拡散性微粒子とを接触させる工程と、該前駆体の少なくとも一部を該光拡散性微粒子の内部に浸透させる工程と、をさらに含む。
好ましい実施形態においては、上記製造方法は、上記塗工液において、上記光拡散性微粒子の粒径が実質的に最大になるまでの時間よりも長い時間、上記樹脂成分の前駆体と該光拡散性微粒子とを接触させる。
好ましい実施形態においては、上記製造方法は、上記浸透工程において、上記光拡散性微粒子の表面から該光拡散性微粒子の平均粒径の10%以上95%以下の範囲まで上記前駆体を浸透させる。
好ましい実施形態においては、上記製造方法は、上記塗布工程の後に、上記前駆体を重合させる工程をさらに含む。
好ましい実施形態においては、上記製造方法は、上記重合工程において、上記光拡散性微粒子内部に浸透した前駆体と該光拡散性微粒子に浸透しなかった前駆体とを同時に重合して、該光拡散性微粒子の表面近傍内部に上記第2の濃度変調領域を形成すると同時に、上記マトリクスおよび上記第1の濃度変調領域を形成する。
好ましい実施形態においては、上記樹脂成分は電離線硬化型樹脂であり、電離線を照射することにより該樹脂成分の前駆体を重合させる。
A−1.全体構成
本発明の光拡散素子は、樹脂成分および超微粒子成分を含むマトリクスと、該マトリクス中に分散された光拡散性微粒子とを有する。本発明の光拡散素子は、マトリクスと光拡散性微粒子の屈折率差により、光拡散機能を発現する。図1Aおよび図1Bは、それぞれ、本発明の好ましい実施形態による光拡散素子におけるマトリクスの樹脂成分および超微粒子成分、ならびに光拡散性微粒子の分散状態を説明するための模式図である。本発明の光拡散素子100は、樹脂成分11および超微粒子成分12を含むマトリクス10と、マトリクス10中に分散された光拡散性微粒子20とを有する。マトリクスの樹脂成分および超微粒子成分、ならびに光拡散性微粒子は、それらの屈折率が下記式(1)を満たす。
|nP−nA|<|nP−nB|・・・(1)
式(1)中、nAはマトリクスの樹脂成分の屈折率を表し、nBはマトリクスの超微粒子成分の屈折率を表し、nPは光拡散性微粒子の屈折率を表す。また、本発明においては、上記樹脂成分、上記超微粒子成分および上記光拡散性微粒子の屈折率は、下記式(2)も満足し得る。
|nP−nA|<|nA−nB|・・・(2)
上記のとおり、マトリクス10は、樹脂成分11および超微粒子成分12を含む。図1Aおよび図1Bに示すように、超微粒子成分12は、光拡散性微粒子20の周辺部に第1の濃度変調領域31を形成するようにして、樹脂成分11に分散している。
樹脂成分11は、上記第1の濃度変調領域および必要に応じて第2の濃度変調領域が良好に形成され、かつ、屈折率が上記式(1)の関係を満足する限りにおいて、任意の適切な材料で構成される。好ましくは、上記のように、樹脂成分11は、光拡散性微粒子と同系の化合物であってかつ超微粒子成分とは異なる系の化合物で構成される。これにより、マトリクスと光拡散性微粒子との界面近傍(光拡散性微粒子の表面近傍外部)に第1の濃度変調領域を良好に形成することができる。さらに好ましくは、樹脂成分11は、光拡散性微粒子と同系の中でも相溶性の高い化合物で構成される。これにより、必要に応じて光拡散性微粒子20の表面近傍内部に第2の濃度変調領域32を良好に形成することができる。より詳細には、樹脂成分は、光拡散性微粒子と同系材料であることに起因して、その前駆体(代表的にはモノマー)が光拡散性微粒子内部に浸透し得る。当該前駆体が重合した結果、樹脂成分による第2の濃度変調領域が光拡散性微粒子内部に形成され得る。さらに、樹脂成分は、光拡散性微粒子の近傍においては、局所的には、超微粒子成分と均一溶解もしくは分散している状態よりも、むしろ、樹脂成分のみで光拡散性微粒子を取り囲む方が、系全体のエネルギーが安定する。その結果、樹脂成分の重量濃度は、光拡散性微粒子の最近接領域において、マトリクス全体における樹脂成分の平均重量濃度よりも高く、光拡散性微粒子から遠ざかるにつれて低くなる。したがって、光拡散性微粒子の表面近傍外部(周辺部)に第1の濃度変調領域31が形成され得る。
超微粒子成分12は、上記のように、好ましくは上記樹脂成分および後述の光拡散性微粒子とは異なる系の化合物で構成され、より好ましくは無機化合物で構成される。好ましい無機化合物としては、例えば、金属酸化物、金属フッ化物が挙げられる。金属酸化物の具体例としては、酸化ジルコニウム(ジルコニア)(屈折率:2.19)、酸化アルミニウム(屈折率:1.56〜2.62)、酸化チタン(屈折率:2.49〜2.74)、酸化ケイ素(屈折率:1.25〜1.46)が挙げられる。金属フッ化物の具体例としては、フッ化マグネシウム(屈折率:1.37)、フッ化カルシウム(屈折率:1.40〜1.43)が挙げられる。これらの金属酸化物および金属フッ化物は、光の吸収が少ない上に、電離線硬化型樹脂や熱可塑性樹脂などの有機化合物では発現が難しい屈折率を有しているので、光拡散性微粒子との界面から離れるにつれて超微粒子成分の重量濃度が相対的に高くなることにより、屈折率を大きく変調させることができる。光拡散性微粒子とマトリクスとの屈折率差を大きくすることにより、薄膜であっても高ヘイズを実現でき、かつ、第1の濃度変調領域が形成されるので後方散乱防止の効果も大きい。特に好ましい無機化合物は、酸化ジルコニウムである。光拡散性微粒子との屈折率差が大きく、かつ、樹脂成分との分散性が適切であるので、所望の第1の濃度変調領域31を形成することができるからである。
光拡散性微粒子20もまた、上記第1の濃度変調領域および必要に応じて第2の濃度変調領域が良好に形成され、かつ、屈折率が上記式(1)の関係を満足する限りにおいて、任意の適切な材料で構成される。好ましくは、上記のように、光拡散性微粒子20は、上記マトリクスの樹脂成分と同系の化合物で構成される。例えば、マトリクスの樹脂成分を構成する電離線硬化型樹脂がアクリレート系樹脂である場合には、光拡散性微粒子もまたアクリレート系樹脂で構成されることが好ましい。より具体的には、マトリクスの樹脂成分を構成するアクリレート系樹脂のモノマー成分が例えば上記のようなPETA、NPGDA、DPHA、DPPAおよび/またはTMPTAである場合には、光拡散性微粒子を構成するアクリレート系樹脂は、好ましくは、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリメチルアクリレート(PMA)、およびこれらの共重合体、ならびにそれらの架橋物である。PMMAおよびPMAとの共重合成分としては、ポリウレタン、ポリスチレン(PSt)、メラミン樹脂が挙げられる。特に好ましくは、光拡散性微粒子は、PMMAで構成される。マトリクスの樹脂成分および超微粒子成分との屈折率や熱力学的特性の関係が適切であるからである。さらに、好ましくは、光拡散性微粒子は、架橋構造(三次元網目構造)を有する。架橋構造を有する光拡散性微粒子は膨潤可能である。したがって、このような光拡散性微粒子は、緻密または中実な無機粒子と異なり、適切な相溶性を有する樹脂成分の前駆体をその内部に良好に浸透させることができ、必要に応じて第2の濃度変調領域を良好に形成することができる。光拡散性微粒子の架橋密度は、好ましくは、所望の浸透範囲(後述)が得られる程度に小さい(粗である)。例えば、後述の塗工液を塗布する際の光拡散性微粒子の樹脂成分前駆体(溶媒を含んでいてもよい)に対する膨潤度は、好ましくは110%〜200%である。ここで、「膨潤度」とは、膨潤前の粒子の平均粒径に対する膨潤状態の粒子の平均粒径の比率をいう。
本発明の光拡散素子の製造方法は、マトリクスの樹脂成分またはその前駆体と超微粒子成分と光拡散性微粒子とを揮発性溶剤中に溶解または分散させた塗工液を基材に塗布する工程(工程Aとする)と、該基材に塗布された塗工液を乾燥させる工程(工程Bとする)と、を含む。
樹脂成分またはその前駆体、超微粒子成分、および光拡散性微粒子については、それぞれ、上記A−2−1項、A−2−2項およびA−3項で説明したとおりである。代表的には、上記塗工液は前駆体および揮発性溶剤中に超微粒子成分および光拡散性微粒子が分散した分散体である。超微粒子成分および光拡散性微粒子を分散させる手段としては、任意の適切な手段(例えば、超音波処理)が採用され得る。
上記塗工液の乾燥方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。具体例としては、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥が挙げられる。好ましくは、加熱乾燥である。加熱温度は、例えば60℃〜150℃であり、加熱時間は、例えば30秒〜5分である。
上記塗工液に上記樹脂成分の前駆体を含有させれば、当該前駆体と上記光拡散性微粒子との接触は、格別な処理や操作を行うことなく実現される。
工程A−2において上記前駆体の少なくとも一部を該光拡散性微粒子の内部に浸透させる手段としては、代表的には、上記塗工液を静置することが挙げられる。樹脂成分と光拡散性微粒子とは、好ましくは同系の材料で構成され、さらに好ましくは相溶性の高い材料で構成されるので、塗工液を静置することにより、特別な処理や操作を行わなくても樹脂成分の前駆体(モノマー)が光拡散性微粒子の内部に浸透する。すなわち、樹脂成分の前駆体と光拡散性微粒子とを所定時間接触させることにより、樹脂成分の前駆体が光拡散性微粒子の内部に浸透する。静置時間は、好ましくは、光拡散性微粒子の粒径が実質的に最大になるまでの時間よりも長い時間である。ここで、「光拡散性微粒子の粒径が実質的に最大になるまでの時間」とは、光拡散性微粒子が最大限に膨潤し、それ以上膨潤しなくなる(すなわち、平衡状態になる)までの時間をいう(以下、最大膨潤時間とも称する)。最大膨潤時間より長い時間にわたって樹脂成分の前駆体と光拡散性微粒子とを接触させることにより、光拡散性微粒子に対する樹脂成分前駆体の浸透が飽和状態となり、それ以上、光拡散性微粒子内部の架橋構造にとりこまれなくなる。その結果、後述の重合工程により、第2の濃度変調領域が良好かつ安定的に形成され得る。最大膨潤時間は、樹脂成分と光拡散性微粒子との相溶性によって変化し得る。したがって、静置時間は、樹脂成分および光拡散性微粒子の構成材料によって変化し得る。例えば、静置時間は、好ましくは1時間〜48時間であり、より好ましくは2時間〜40時間であり、さらに好ましくは3時間〜35時間であり、特に好ましくは4時間〜30時間である。静置時間が1時間未満では、前駆体が光拡散性微粒子内部に十分に浸透しない場合があり、その結果、第2の濃度変調領域が良好に形成されない場合がある。静置時間が48時間を超えると、光拡散性微粒子間の物理的相互作用により、光拡散性微粒子が凝集してしまい、塗工液の粘度が高くなり、塗工性が不十分となるおそれがある。静置は、室温で行ってもよく、目的や使用材料に応じて設定された所定の温度条件下で行ってもよい。
第2の濃度変調領域を形成する場合には、上記製造方法は、好ましくは、上記塗布工程の後に上記前駆体を重合させる工程(工程C)をさらに含む。重合方法は、樹脂成分(したがって、その前駆体)の種類に応じて任意の適切な方法が採用され得る。例えば、樹脂成分が電離線硬化型樹脂である場合には、電離線を照射することにより前駆体を重合する。電離線として紫外線を用いる場合には、その積算光量は、好ましくは200mJ〜400mJである。電離線の光拡散性微粒子に対する透過率は、好ましくは70%以上であり、より好ましくは80%以上である。また例えば、樹脂成分が熱硬化型樹脂である場合には、加熱することにより前駆体を重合する。加熱温度および加熱時間は、樹脂成分の種類に応じて適切に設定され得る。好ましくは、重合は電離線を照射することにより行われる。電離線照射であれば、屈折率分布構造(濃度変調領域)を良好に保持したまま塗膜を硬化させることができるので、良好な拡散特性の光拡散素子を作製することができる。前駆体を重合することにより、光拡散性微粒子20の表面近傍内部に第2の濃度変調領域32が形成され、ならびに、マトリクス10および第1の濃度変調領域31が形成される。より詳細には、第2の濃度変調領域32は、光拡散性微粒子20内部に浸透した前駆体が重合することにより形成され;マトリクス10は、光拡散性微粒子20に浸透しなかった前駆体が超微粒子成分を分散した状態で重合することにより形成され;第1の濃度変調領域31は、主に、樹脂成分、超微粒子成分および光拡散性微粒子の相溶性に起因して形成され得る。すなわち、本実施形態の製造方法によれば、光拡散性微粒子内部に浸透した前駆体と光拡散性微粒子に浸透しなかった前駆体とを同時に重合することにより、光拡散性微粒子20の表面近傍内部に第2の濃度変調領域32を形成すると同時に、マトリクス10および第1の濃度変調領域31を形成することができる。
B−1.光拡散素子付偏光板の全体構成
本発明の光拡散素子付偏光板は、代表的には、液晶表示装置の視認側に配置される。図5は、本発明の好ましい実施形態による光拡散素子付偏光板の概略断面図である。この光拡散素子付偏光板200は、光拡散素子100と偏光子110とを有する。光拡散素子100は、上記A−1項〜A−4項に記載した本発明の光拡散素子である。光拡散素子100は、光拡散素子付偏光板が液晶表示装置の視認側に配置された場合に最も視認側となるように配置されている。1つの実施形態においては、光拡散素子100の視認側に低反射層または反射防止処理層(アンチリフレクション処理層)が配置されている(図示せず)。図示例においては、光拡散素子付偏光板200は、偏光子の両側に保護層120および130を有する。光拡散素子、偏光子および保護層は、任意の適切な接着剤層または粘着剤層を介して貼り付けられている。保護層120および130の少なくとも1つは、目的、偏光板の構成および液晶表示装置の構成に応じて省略されてもよい。例えば、光拡散素子を形成する際に用いられる基材が保護層として機能し得る場合には、保護層120が省略され得る。本発明の光拡散素子付偏光板は、コリメートバックライトフロント拡散システムを採用した液晶表示装置における視認側偏光板として特に好適に用いられ得る。
上記偏光子110としては、目的に応じて任意の適切な偏光子が採用され得る。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルム等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。これらのなかでも、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて一軸延伸した偏光子が、偏光二色比が高く特に好ましい。これら偏光子の厚さは特に制限されないが、一般的に、1〜80μm程度である。
上記保護層120および130は、偏光板の保護層として使用できる任意の適切なフィルムで形成される。当該フィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂や、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、(メタ)アクリル系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、(メタ)アクリル系、ウレタン系、(メタ)アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。当該ポリマーフィルムは、例えば、上記樹脂組成物の押出成形物であり得る。
図6は、本発明の好ましい実施形態による液晶表示装置の概略断面図である。液晶表示装置500は、液晶セル510と、液晶セルの両側に配置された偏光板520および530と、偏光板530の外側に設けられたバックライトユニット540と、偏光板520の外側(視認側)に設けられた光拡散素子100とを備える。目的に応じて任意の適切な光学補償板(位相差板)が、液晶セル510と偏光板520および/または530との間に配置され得る。液晶セル510は、一対の基板(代表的には、ガラス基板)511および512と、基板511および512間に配された、表示媒体としての液晶を含む液晶層513とを有する。
マイクロゲージ式厚み計(ミツトヨ社製)にて基材と光拡散素子との合計厚みを測定し、当該合計厚みから基材の厚みを差し引き、光拡散素子の厚みを算出した。
(2)第1の濃度変調領域および第2の濃度変調領域の有無
実施例および比較例で得られた光拡散素子と基材との積層体を液体窒素で冷却しながら、ミクロトームにて0.1μmの厚さにスライスし、測定試料とした。透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、当該測定試料の光拡散素子部分の微粒子の状態および当該微粒子とマトリクスとの界面の状態を観察した。微粒子とマトリクスとの界面が不明瞭な場合を「第1の濃度変調領域あり」とし、微粒子とマトリクスとの界面が明瞭な場合を「第1の濃度変調領域なし」とした。また、微粒子内部において前駆体浸透によるコントラストが確認できる場合を「第2の濃度変調領域あり」とし、微粒子内部にコントラストが確認できず均一色である場合を「第2の濃度変調領域なし」とした。
(3)ヘイズ
JIS 7136で定める方法により、ヘイズメーター(村上色彩科学研究所社製、商品名「HN−150」)を用いて測定した。
(4)光拡散半値角
光拡散素子の正面からレーザー光を照射し、拡散した光の拡散角度に対する拡散輝度を、ゴニオフォトメーターで1°おきに測定し、図7に示すように、レーザーの直進透過光を除く光拡散輝度の最大値から半分の輝度となる拡散角度を、拡散の両側で測定し、当該両側の角度を足したもの(図7の角度A+角度A´)を光拡散半値角とした。
(5)後方散乱率
実施例および比較例で得られた光拡散素子と基材との積層体を、透明粘着剤を介して黒アクリル板(住友化学社製、商品名「SUMIPEX」(登録商標)、厚み2mm)の上に貼り合わせ、測定試料とした。この測定試料の積分反射率を分光光度計(日立計測器社製、商品名「U4100」)にて測定した。一方、上記光拡散素子用塗工液から微粒子を除去した塗工液を用いて、基材と透明塗工層との積層体を作製して対照試料とし、上記と同様にして積分反射率(すなわち、表面反射率)を測定した。上記測定試料の積分反射率から上記対照試料の積分反射率(表面反射率)を差し引くことにより、光拡散素子の後方散乱率を算出した。
(6)前駆体の浸透範囲
上記(2)に記載の手順で撮影されたTEM写真から無作為に10個の光拡散性微粒子を選択した。選択された光拡散性微粒子のそれぞれについて、光拡散性微粒子の粒径と光拡散性微粒子の前駆体が浸透していない部分(非浸透部)の粒径とを測定し、下記の式で浸透範囲を算出した。10個の光拡散性微粒子についての平均を浸透範囲とした。
(浸透範囲)={1−(非浸透部の粒径/光拡散性微粒子の粒径)}×100(%)
超微粒子成分としてのジルコニアナノ粒子(平均粒径60nm、屈折率2.19)を62%含有するハードコート用樹脂(JSR社製、商品名「オプスターKZ6661」(MEK/MIBK含有))18.2部に、樹脂成分の前駆体としてのペンタエリスリトールトリアクリレート(大阪有機化学工業社製、商品名「ビスコート#300」、屈折率1.52)の50%メチルエチルケトン(MEK)溶液を6.8部、光重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカル社製、商品名「イルガキュア907」)を0.068部、レベリング剤(DIC社製、商品名「GRANDIC PC 4100」)を0.625部、および、光拡散性微粒子としてのポリメタクリル酸メチル(PMMA)微粒子(総研化学社製、商品名「MX180TA」、平均粒径1.8μm、屈折率1.49)を2.5部添加した。この混合物を5分間超音波処理し、上記の各成分が均一に分散した塗工液を調製した。この塗工液の固形分濃度は54.5%であった。当該塗工液を調製後ただちに、バーコーターを用いてTACフィルム(富士フィルム社製、商品名「フジタック」)上に塗工し、100℃にて1分間乾燥後、積算光量300mJの紫外線を照射し、厚み20μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を、後述の実施例2〜15および比較例1〜4の結果と併せて表1に示す。さらに、濃度変調領域の有無を確認したTEM写真を図8に示す。なお、濃度変調領域の観察は、光拡散性微粒子の半径(r1)に対するTEM観察断面の半径(r2)の比率(r2/r1)が50%となる位置で行った。
塗工液の塗工厚みを変更したこと以外は実施例1と同様にして、厚み16μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
塗工液の塗工厚みを変更したこと以外は実施例1と同様にして、厚み4μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
超微粒子成分としてのジルコニアナノ粒子(平均粒径60nm、屈折率2.19)を62%含有するハードコート用樹脂をJSR社製、商品名「オプスターKZ6676」(MEK/MIBK含有)に変更したこと、および、樹脂成分の前駆体をペンタエリスリトールトリアクリレートからジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(新中村化学工業社製、商品名「NKエステル」)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、塗工液を調製した。この塗工液の固形分濃度は54.5%であった。以下の手順は実施例1と同様にして、厚み20μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。さらに、濃度変調領域の有無を確認したTEM写真を図8に示す。なお、濃度変調領域の観察は、r2/r1が66.7%となる位置で行った。
光拡散性微粒子としてのPMMA微粒子を、積水化成品工業社製、商品名「XX131AA」(平均粒径2.5μm、屈折率1.49)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、塗工液を調製した。この塗工液の固形分濃度は54.5%であった。以下の手順は実施例1と同様にして、厚み20μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。さらに、濃度変調領域の有無を確認したTEM写真を図8に示す。なお、濃度変調領域の観察は、r2/r1が32.0%となる位置で行った。
樹脂成分の前駆体としてのペンタエリスリトールトリアクリレートの50%メチルエチルケトン(MEK)溶液6.8部を、ペンタエリスリトールトリアクリレートの50%トルエン溶液6.8部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、塗工液を調製した。この塗工液の固形分濃度は45%であった。以下の手順は実施例1と同様にして、厚み20μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。さらに、濃度変調領域の有無を確認したTEM写真を図9に示す。なお、濃度変調領域の観察は、r2/r1が50.0%となる位置で行った。
超微粒子成分としてのジルコニアナノ粒子(平均粒径30nm、屈折率2.19)を35.5%含有するスラリー(シーアイ化成社製、商品名「ZRMIBK35%−F83」、分散溶媒MIBK)10部に、樹脂成分の前駆体としてのペンタエリスリトールトリアクリレート(大阪有機化学工業社製、商品名「ビスコート#300」、屈折率1.52)を2.78部、光重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカル社製、商品名「イルガキュア907」)を0.03部、レベリング剤(DIC社製、商品名「GRANDIC PC 4100」)を0.03部、および、光拡散性微粒子としてのポリメタクリル酸メチル(PMMA)微粒子(根上工業社製、商品名「アートパールJ−4P」、平均粒径2.1μm、屈折率1.49)を0.56部添加して塗工液を調製した。この塗工液の固形分濃度は45%であった。以下の手順は実施例1と同様にして、厚み20μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。さらに、濃度変調領域の有無を確認したTEM写真を図9に示す。なお、濃度変調領域の観察は、r2/r1が47.6%となる位置で行った。
超微粒子成分としてのジルコニアナノ粒子(平均粒径60nm、屈折率2.19)を62%含有するハードコート用樹脂(JSR社製、商品名「オプスターKZ6661」(MEK/MIBK含有))18.2部に、樹脂成分の前駆体としてのペンタエリスリトールトリアクリレート(大阪有機化学工業社製、商品名「ビスコート#300」、屈折率1.52)の50%メチルエチルケトン(MEK)溶液を6.8部、光重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカル社製、商品名「イルガキュア907」)を0.068部、レベリング剤(DIC社製、商品名「GRANDIC PC 4100」)を0.625部、および、光拡散性微粒子としてのポリメタクリル酸メチル(PMMA)微粒子(根上工業社製、商品名「アートパールJ4P」、平均粒径2.1μm、屈折率1.49)を2.5部添加した。この混合物を5分間超音波処理し、上記の各成分が均一に分散した塗工液を調製した。当該塗工液を調製後ただちに、バーコーターを用いてTACフィルム(富士フィルム社製、商品名「フジタック」)上に塗工し、100℃にて1分間乾燥後、積算光量300mJの紫外線を照射し、厚み12μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。さらに、濃度変調領域の有無を確認したTEM写真を図9に示す。
実施例8と同様にして塗工液を調製した。当該塗工液を4時間静置した後、実施例8と同様にして塗工した。塗工後の乾燥温度を60℃としたこと、および、厚みを10μmとしたこと以外は実施例8と同様にして光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
60℃で1分間乾燥し、塗工液の厚みを10μmとしたこと以外は実施例8と同様にして(すなわち、塗工液を調製後ただちに塗工して)、厚み10μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
静置時間を2時間としたこと以外は実施例9と同様にして光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
静置時間を7時間としたこと以外は実施例9と同様にして光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
静置時間を24時間としたこと以外は実施例9と同様にして光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
光拡散性微粒子としてのPMMA微粒子を、積水化成品工業社製、商品名「XX131AA」(平均粒径2.5μm、屈折率1.49)に変更したこと以外は実施例13と同様にして光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
光拡散性微粒子を、MMA−スチレン(St)共重合体微粒子(積水化成品工業社製、商品名「XX15AA」、平均粒径2.9μm、MMA/St比=70/30、屈折率1.52)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、塗工液を調製した。この塗工液の固形分濃度は54.5%であった。以下の手順は実施例1と同様にして、厚み20μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
超微粒子成分を含まない構成の光拡散素子を、以下の手順で作製した:
アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS)樹脂(旭化成ケミカルズ社製、商品名「スタイラックAS」、屈折率1.57)20部をシクロペンタノン(CPN)100部に溶解した溶液に、シリコーン樹脂微粒子(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名「トスパール120」、平均粒径2.0μm、屈折率1.43)を4部添加して塗工液を調製した。この塗工液の固形分濃度は19.4%であった。当該塗工液を調製後ただちに、アプリケーターを用いてTACフィルム(富士フィルム社製、商品名「フジタック」)上に塗工し、150℃で1分間乾燥して、厚み50μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。さらに、濃度変調領域の有無を確認したTEM写真を図10に示す。なお、濃度変調領域の観察は、r2/r1が50.0%となる位置で行った。
塗工液の塗工厚みを変更したこと以外は比較例1と同様にして、厚み10μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
超微粒子成分を含まない構成の光拡散素子を、以下の手順で作製した:
フルオレン系アクリレート(大阪ガスケミカル社製、商品名「オグソールEA−0200」、屈折率1.62)の50%メチルエチルケトン(MEK)溶液25部に、光重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカル社製、商品名「イルガキュア907」)を0.068部、レベリング剤(DIC社製、商品名「GRANDIC PC 4100」)を0.625部、PMMA微粒子(根上工業社製、商品名「アートパールJ−4P」、平均粒径:2.1μm)を2.5部添加した。この混合物を5分間超音波処理し、上記の各成分が均一に分散した塗工液を調製した。この塗工液の固形分濃度は54.5%であった。当該塗工液を調製後ただちに、バーコーターを用いてTACフィルム(富士フィルム社製、商品名「フジタック」)上に塗工し、100℃にて1分間乾燥後、積算光量300mJの紫外線を照射し、厚み20μmの光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
光拡散性微粒子をシリコーン微粒子(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名「トスパール120」、平均粒径2.0μm、屈折率1.43)に変更し、厚みを13μmに変更したこと以外は、実施例8と同様にして光拡散素子を得た。得られた光拡散素子を上記(1)〜(6)の評価に供した。結果を表1に示す。
マルチドメイン型VAモードの液晶セルを備える市販の液晶テレビ(SONY社製、ブラビア20型、商品名「KDL20J3000」)から液晶セルを取り出した。当該液晶セルの両側に、市販の偏光板(日東電工社製、商品名「NPF−SEG1423DU」)を、それぞれの偏光子の吸収軸が直交するようにして貼り合わせた。より具体的には、バックライト側偏光板の偏光子の吸収軸方向が垂直方向(液晶パネルの長辺方向に対して90°)となり、視認側偏光板の偏光子の吸収軸方向が水平方向(液晶パネルの長辺方向に対して0°)となるようにして貼り合わせた。さらに、視認側偏光板の外側に、実施例1の光拡散素子を基材から転写して貼り合わせ、液晶パネルを作製した。
比較例2の光拡散素子を用いたこと以外は実施例16と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置について暗所にて白表示および黒表示を行い、その表示状態を目視にて観察した。暗所における白表示および明所における黒表示について斜め方向から見た場合の表示状態の写真を図11に示す。なお、写真には、光拡散素子の比較例番号(比較例2)が付されている。
比較例3の光拡散素子を用いたこと以外は実施例16と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置について暗所にて白表示および黒表示を行い、その表示状態を目視にて観察した。暗所における白表示および明所における黒表示について斜め方向から見た場合の表示状態の写真を図11に示す。なお、写真には、光拡散素子の比較例番号(比較例3)が付されている。
マルチドメイン型VAモードの液晶セルを備える市販の液晶テレビ(SONY社製、ブラビア20型、商品名「KDL20J3000」)から液晶セルを取り出した。当該液晶セルの両側に、市販の偏光板(日東電工社製、商品名「NPF−SEG1423DU」)を、それぞれの偏光子の吸収軸が直交するようにして貼り合わせた。より具体的には、バックライト側偏光板の偏光子の吸収軸方向が垂直方向(液晶パネルの長辺方向に対して90°)となり、視認側偏光板の偏光子の吸収軸方向が水平方向(液晶パネルの長辺方向に対して0°)となるようにして貼り合わせた。さらに、視認側偏光板の外側に、実施例8の光拡散素子を基材から転写して貼り合わせ、液晶パネルを作製した。
比較例4の光拡散素子を用いたこと以外は実施例17と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置について暗所にて白表示および黒表示を行い、その表示状態を目視にて観察した。その結果、斜め方向から見た場合、暗所の白表示の輝度は高かったが、明所での黒表示は白ぼけて見えた。
表1から明らかなように、本発明の実施例の光拡散素子は、非常に薄いにもかかわらず高いヘイズ値を有し、かつ、後方散乱率が小さい。一方、比較例においては、後方散乱を抑えながら高いヘイズ値を実現しようとすると、厚みを非常に分厚くしなければならず(比較例1)、ある程度の薄い厚みで高いヘイズ値を実現しようとすると、後方散乱が非常に大きくなってしまう(比較例3)。さらに、図10から明らかなように、実施例1の光拡散素子を実装した液晶表示装置は、斜め方向から見た場合、明所での黒表示が黒くかつ暗所の白表示の輝度が高いという良好な表示特性を示す。一方、比較例2の光拡散素子を実装した液晶表示装置は、明所での黒表示は黒いが、暗所の白表示の輝度が不十分であり暗くなっている。比較例3の光拡散素子を実装した液晶表示装置は、暗所の白表示の輝度は高いが、明所での黒表示における白ボケが大きい。
さらに、実施例1と実施例8、9および12〜14とを比較すると明らかなように、第2の濃度変調領域を形成することにより、第2の濃度変調領域が形成されない場合に比べて、光拡散素子の厚みを格段に薄くしても、ヘイズ値が非常に高くかつ後方散乱が非常に小さい光拡散素子が得られることがわかる。また、実施例9〜13の結果から、最大膨潤時間以内であれば静置時間が大きいほど高い拡散性を有する光拡散素子が得られ、最大膨潤時間を超えると静置時間が大きくなっても得られる光拡散素子の拡散性はほぼ一定であることがわかる。さらに、所定の静置時間を確保して第2の濃度変調領域を形成することにより、低温で乾燥しても高いヘイズ値を有する光拡散素子が得られることがわかる(低温乾燥は、製造時のコストおよび安全性に優れるので好ましい)。
以上のように、本発明によれば、非常に薄いにもかかわらず高いヘイズ値を有し、かつ、後方散乱率が小さい光拡散素子が得られた。このような光拡散素子を組み込んだコリメートバックライトフロント拡散システムの液晶表示装置は、明所での黒表示が黒くかつ暗所の白表示の輝度が高いという良好な表示特性を示した。
11 樹脂成分
12 超微粒子成分
20 光拡散性微粒子
31 濃度変調領域(第1の濃度変調領域)
32 第2の濃度変調領域
100 光拡散素子
110 偏光子
120 保護層
130 保護層
200 光拡散素子付偏光板
500 液晶表示装置
Claims (18)
- 樹脂成分および超微粒子成分を含むマトリクスと、該マトリクス中に分散された光拡散性微粒子とを有し、
該樹脂成分、該超微粒子成分および該光拡散性微粒子は、それらの屈折率が下記式(1)を満たし、
該光拡散性微粒子の表面近傍外部に形成され、該光拡散性微粒子から遠ざかるにつれて該樹脂成分の重量濃度が低くなり該超微粒子成分の重量濃度が高くなる濃度変調領域を有する、光拡散素子:
|nP−nA|<|nP−nB|・・・(1)
式(1)中、nAはマトリクスの樹脂成分の屈折率を表し、nBはマトリクスの超微粒子成分の屈折率を表し、nPは光拡散性微粒子の屈折率を表す。 - 前記光拡散性微粒子の表面近傍内部に前記樹脂成分が浸透して形成された第2の濃度変調領域をさらに有する、請求項1に記載の光拡散素子。
- ヘイズが90%〜99%である、請求項1または2に記載の光拡散素子。
- 0.01≦|nP−nA|≦0.10、および、0.10≦|nP−nB|≦1.50を満たす、請求項1から3のいずれかに記載の光拡散素子。
- 前記樹脂成分および前記光拡散性微粒子が同系の材料で構成され、前記超微粒子成分が該樹脂成分および該光拡散性微粒子とは異なる系の材料で構成されている、請求項1から4のいずれかに記載の光拡散素子。
- 前記樹脂成分および前記光拡散性微粒子が有機化合物で構成され、前記超微粒子成分が無機化合物で構成されている、請求項5に記載の光拡散素子。
- 前記光拡散性微粒子は、平均粒径が1μm〜5μmである、請求項1から6のいずれかに記載の光拡散素子。
- 前記超微粒子成分は、平均粒径が1nm〜100nmである、請求項1から7のいずれかに記載の光拡散素子。
- 光拡散半値角が10°〜150°である、請求項1から8のいずれかに記載の光拡散素子。
- 請求項1から9のいずれかに記載の光拡散素子と偏光子とを有する、光拡散素子付偏光板。
- 液晶セルと、
該液晶セルに向かってコリメート光を出射する平行光光源装置と、
該液晶セルを通過したコリメート光を透過および拡散させる、請求項1から9のいずれかに記載の光拡散素子と、を備える
液晶表示装置。 - 請求項1から9のいずれかに記載の光拡散素子の製造方法であって、
マトリクスの樹脂成分またはその前駆体と超微粒子成分と光拡散性微粒子とを揮発性溶剤中に溶解または分散させた塗工液を基材に塗布する工程と、
該基材に塗布された塗工液を乾燥させる工程と、を含む、
光拡散素子の製造方法。 - 前記塗工液において、前記樹脂成分の前駆体と前記光拡散性微粒子とを接触させる工程と、該前駆体の少なくとも一部を該光拡散性微粒子の内部に浸透させる工程と、をさらに含む、請求項12に記載の光拡散素子の製造方法。
- 前記塗工液において、前記光拡散性微粒子の粒径が実質的に最大になるまでの時間よりも長い時間、前記樹脂成分の前駆体と該光拡散性微粒子とを接触させる、請求項13に記載の光拡散素子の製造方法。
- 前記浸透工程において、前記光拡散性微粒子の表面から該光拡散性微粒子の平均粒径の10%以上95%以下の範囲まで前記前駆体を浸透させる、請求項13または14に記載の光拡散素子の製造方法。
- 前記塗布工程の後に前記前駆体を重合させる工程をさらに含む、請求項12から15のいずれかに記載の光拡散素子の製造方法。
- 前記重合工程において、前記光拡散性微粒子内部に浸透した前駆体と該光拡散性微粒子に浸透しなかった前駆体とを同時に重合して、該光拡散性微粒子の表面近傍内部に前記第2の濃度変調領域を形成すると同時に、前記マトリクスおよび前記第1の濃度変調領域を形成する、請求項16に記載の光拡散素子の製造方法。
- 前記樹脂成分が電離線硬化型樹脂であり、電離線を照射することにより該樹脂成分の前駆体を重合させる、請求項16または17に記載の光拡散素子の製造方法。
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