JP3797641B2

JP3797641B2 - 光拡散層、光学素子及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP3797641B2
Application number: JP21975198A
Authority: JP
Inventors: 寧高橋; 茂生小林; 位守正田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: JP2000035508A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、ゴーストやギラツキの防止性、ノングレア性に優れて視認性の良好な液晶表示装置などを形成しうる光拡散層と光学素子に関する。
【０００２】
【背景技術】
液晶表示装置等の表示装置では、その表面に光拡散層を設けることが一般的である。かかる光拡散層は、表面反射光を拡散するノングレア（防眩）層として機能させて、蛍光灯や太陽光等の照明光やキーボーダーなどの外部環境が画面上に映り込むゴースト現象で視認性が阻害されることの防止などを目的とする。従来、その光拡散層としては、サンドブラストや透明粒子の混入などによる粗面化方式にて表面に微細凹凸構造を付与したものが知られていた。
【０００３】
しかしながら、表示装置、特にドットマトリクス表示形式の液晶表示装置の高精細化やカラー化などによる画素の小型化に伴って、表示光にランダムな強弱が発生するギラツキが顕著となり、視認性が著しく低下する問題点があった。
【０００４】
【発明の技術的課題】
本発明は、ゴーストの防止機能を維持しつつ、ギラツキの防止性や防眩性にも優れる光拡散層、光学素子、及び液晶表示装置の開発を課題とする。
【０００５】
【課題の解決手段】
本発明は、表面微細凹凸構造の紫外線硬化樹脂皮膜からなり、その皮膜が平均粒径０．１〜２μmの同種又は異種の材料からなる粒子の粒径相違物の複数を平均粒径が０．４μm以上相違する組合せで樹脂１００重量部あたり１０〜１００重量部含有して１〜３０μmの厚さであり、皮膜内部においてヘイズに基づき５〜４０％の光拡散性を示すと共に、前記の表面微細凹凸構造が中心線平均粗さ０．０８〜０．５μm、平均山谷間隔２０〜８０μmの表面粗さを有するものであることを特徴とする光拡散層、及びその光拡散層を光学層の片面又は両面に有することを特徴とする光学素子、並びに液晶表示素子の視認側に前記の光拡散層を有することを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶表示装置等におけるゴーストの防止と共に、ギラツキも防止でき、防眩性に優れる光拡散層や光学素子を得ることができ、視認性に優れる表示装置を形成することができる。その理由の詳細は、不明であるが、本発者らは上記の表面微細凹凸構造と皮膜内拡散性などにより表示光の歪が抑制されることによるものと考えている。
【０００７】
すなわち上記した従来の光拡散層によるギラツキ問題等は、画素の小型化でそのピッチが光拡散層の表面凹凸構造との対応性が高まり、画素を通過した表示光が光拡散層の表面凹凸構造にて屈折や拡散等の歪を受けやすくなり、その歪によりブラックマトリクスで区画されて平行光化した画素からの表示光にランダムな強弱差を発生させて、ギラツキ現象が生じるものと考えられる。
【０００８】
前記に対し本発明による光拡散層にては、表面微細凹凸構造と皮膜内拡散性等に基づいてブラックマトリクスによる区画にて平行光化された画素からの表示光が散乱され、かつ表面の微細な凹凸構造が各画素からの表示光の画面上での面積を均一化して表示光の強弱差によるギラツキ現象が抑制され、良好な視認性が達成されるものと思われる。
【０００９】
【発明の実施形態】
本発明による光拡散層は、表面微細凹凸構造の紫外線硬化樹脂皮膜からなり、その皮膜が平均粒径０．１〜２μmの同種又は異種の材料からなる粒子の粒径相違物の複数を平均粒径が０．４μm以上相違する組合せで樹脂１００重量部あたり１０〜１００重量部含有して１〜３０μmの厚さであり、皮膜内部においてヘイズに基づき５〜４０％の光拡散性を示すと共に、前記の表面微細凹凸構造が中心線平均粗さ０．０８〜０．５μm、平均山谷間隔２０〜８０μmの表面粗さを有するものである。その例を図１、図２に示した。１が紫外線硬化樹脂皮膜からなる光拡散層、１１，１２が微細凹凸構造面、２が透明基材であり、３は必要に応じての接着層である。
【００１０】
図例の如く光拡散層１は、紫外線硬化樹脂皮膜そのものからなるシート等の独立層として形成されていてもよいし、透明基材２を介しその片面又は両面上に紫外線硬化樹脂皮膜１を支持した形態の光拡散シートからなっていてもよい。また後者に準じて、支持母体に付設された従属層などとして形成されていてもよい。
【００１１】
樹脂皮膜を形成する紫外線硬化型樹脂としては、例えばポリエステル系やアクリル系、ウレタン系やアミド系、シリコーン系やエポキシ系等の樹脂を形成しうるモノマーやオリゴマーやポリマーに紫外線重合開始剤を配合して、紫外線照射による硬化処理で樹脂皮膜を形成しうるようにしたものなどの適宜なものを用いうる。
【００１２】
好ましく用いうる紫外線硬化型樹脂は、例えば紫外線重合性の官能基を３〜６個有するアクリル系のモノマーやオリゴマーを成分とするものの如く、付設対象に対する密着性や透明性、ハードコート性や配合粒子の分散性などに優れるものである。
【００１３】
表面微細凹凸構造の紫外線硬化樹脂皮膜の形成は、例えば紫外線硬化型樹脂中に屈折率相違の透明粒子を分散含有させてそれをドクターブレード法やグラビアロールコータ法等の適宜な方式で所定面に塗工し、その塗工層を紫外線照射を介し硬化処理して透明粒子による凹凸が表面に反映した微細凹凸構造を形成する方式、あるいは透明基材の表面をサンドブラストやエンボスロール、エッチング等の適宜な方式で粗面化し、その粗面化表面に紫外線硬化樹脂皮膜を塗工形成して皮膜表面に前記粗面化表面の凹凸を反映させて微細凹凸構造を形成する方式などの適宜な方式にて行うことができる。
【００１４】
紫外線硬化樹脂層に含有させる粒子としては、例えばシリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化カルシウムや酸化錫、酸化インジウムや酸化カドミウム、酸化アンチモン等の導電性のこともある無機系粒子、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリウレタン等の各種ポリマーからなる架橋又は未架橋の有機系粒子などの適宜なものを１種又は２種以上用いうる。好ましく用いうる粒子は、透明性に優れて、紫外線硬化型樹脂中で硬化皮膜形成前には溶解しないものである。
【００１５】
用いる粒子の粒径は、平均粒径に基づいて０．１〜２μmのものである。これにより上記した皮膜内部での光拡散性や、紫外線硬化樹脂皮膜の表面における微細凹凸構造の表面粗さなどを達成でき、その場合かかる粒径の粒子は、平均粒径が０．４μm以上、特に０．６μm以上相違する組合せにて２種又は３種以上の粒子が含有させられる。従って紫外線硬化樹脂層に含有させる粒子としては、同種又は異種の材料からなるものが平均粒径を相違させた組合せで用いられる。
【００１６】
本発明による光拡散層は、紫外線硬化樹脂皮膜がその皮膜内部においてヘイズに基づき５〜４０％の光拡散性を示し、中心線平均粗さが０．０８〜０．５μmで、平均山谷間隔が２０〜８０μmの表面粗さの表面微細凹凸構造を有するものである。これにより、ギラツキ等を防止して画像の鮮明性等に優れる表示装置を形成することができる。
【００１７】
ギラツキ防止や鮮明画像の形成性などの点より一層好ましい光拡散層は、皮膜内部での光拡散性がヘイズに基づいて１０〜３５％、就中１２〜３３％であり、中心線平均粗さが０．０９〜０．４μm、就中０．１〜０．３５μmで、平均山谷間隔が２３〜７０μm、就中２５〜６０μmのものである。なお山谷間隔は、可及的に一定であることが好ましい。
【００１８】
粒子の使用量は、前記の光拡散性や表面粗さなどの点より紫外線硬化型樹脂１００重量部あたり、１０〜１００重量部、特に１０〜５０重量部とされる。
【００１９】
また光拡散層の厚さは上記した特性の光拡散層の形成性などの点より、紫外線硬化樹脂皮膜の厚さに基づいて１〜３０μm、特に３〜１０μmとされる。
【００２０】
一方、上記した紫外線硬化樹脂皮膜からなる光拡散層を支持する透明基材としては、例えばポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートの如きポリエステル系ポリマー、二酢酸セルロースや三酢酸セルロースの如きセルロース系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマーやＰＭＭＡの如きアクリル系ポリマー等の透明ポリマーからなるフィルムがあげられる。
【００２１】
またポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）の如きスチレン系ポリマー、ポリエチレンやポリプロピレン、シクロ系ないしノルボルネン構造を有するポリオレフィンやエチレン・プロピレン共重合体の如きオレフィン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミドの如きアミド系ポリマー等の透明ポリマーからなるフィルムもあげられる。
【００２２】
さらにイミド系ポリマーやスルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマーやポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマーやビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマーやビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマーやポリオキシメチレン系ポリマー、エポキシ系ポリマーや前記ポリマーのブレンド物等の透明ポリマーからなるフィルムなどもあげられる。
【００２３】
就中、透明性に優れるポリマーからなり、複屈折による位相差の可及的に小さいフィルムなどが好ましく用いられる。透明基材の厚さは、適宜に決定しうるが、一般には強度や取扱性等の作業性、薄層性などの点より１０〜５００μm、就中３０〜３００μm、特に５０〜２００μmの厚さとされる。
【００２４】
なお図２に例示の如く、必要に応じて設ける接着層３は、光学層等の他部材に接着することを目的とし、例えばアクリル系やゴム系、シリコーン系等の粘着剤やホットメルト系接着剤などの適宜な接着剤にて形成することができ、透明性や耐候性などに優れるものが好ましい。
【００２５】
本発明による光拡散層は、従来に準じた各種の目的に用いうる。特にドットマトリクス表示形式の液晶表示装置の如く所定の間隔で画素を配列してなる表示装置などに好ましく用いうる。その適用に際しては、光学層の片面又は両面に光拡散層を設けた光学素子として用いることもできる。
【００２６】
本発明による光学素子の例を図３、図４に示した。４は偏光板、５は位相差板、６はそれら偏光板４と位相差板５との積層体からなる楕円偏光板である。従って光学層としては、偏光板や位相差板、それらの積層体からなる楕円偏光板などの適宜なものであってよい。
【００２７】
前記の偏光板には適宜なものを用いうる。ちなみにその例としては、ポリビニルアルコール系フィルムや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の如き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の如き偏光フィルムがあげられる。偏光フィルムの厚さは、５〜８０μmが一般的であるが、これに限定されない。
【００２８】
また前記した偏光フィルムの片面又は両面に耐水性等の保護目的で、ポリマーの塗布層やフィルムのラミネート層等からなる透明保護層を設けたものなどもあげられる。透明保護層の形成には、上記した透明基材で例示のポリマーなどの適宜なものを用いうるが、透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性などに優れるものが好ましく用いうる。
【００２９】
一方、位相差板としても、適宜なものを用いうる。ちなみにその例としては、上記の透明基材で例示したポリマーフィルムの一軸や二軸等の適宜な方式による延伸フィルムや液晶ポリマーフィルムなどがあげられる。位相差板は、２層以上の延伸フィルムの重畳体などとして形成されていてもよい。
【００３０】
楕円偏光板は、偏光板と位相差板を積層することにより形成しうる。その場合、光拡散層は少なくとも偏光板側に設けることが実用性などの点より好ましい。なお楕円偏光板における偏光板と位相差板は、上記の接着層などを介して接着積層されていることがズレ防止等による光学特性の安定性などの点より好ましい。
【００３１】
また光学素子における光拡散層は、図３に例示の如く光学層４に直接付設されていてもよいし、図４に例示の如く透明基材２と一体化した光拡散シートとして付設されていてもよい。光拡散シートの場合にも上記の接着層などを介して光学層と接着積層されていることがズレ防止等による光学特性の安定性などの点より好ましい。
【００３２】
上記のように本発明による光拡散層や光学素子は、画素を介した表示光の歪が問題となる表示装置、就中、ノート型やディスクトップ型等のパーソナルコンピュータにおける液晶表示装置などに好ましく用いうる。特にＴＦＴ式やＳＴＮ式の液晶表示素子の如く、表示単位としての画素が遮光部（ブラックマトリクス）にて等間隔に区切られて所定のピッチで形成され、その画素ピッチが例えば５０〜５００μmであるドットマトリクス表示形式の液晶表示装置などに好ましく用いうる。
【００３３】
前記において光拡散層や光学素子は、液晶表示装置の視認側に設けられるが、その場合、ギラツキ防止やノングレア作用などの点より光拡散層は、装置の最表面等の可及的に外表面に位置させることが好ましい。なお液晶表示装置は、本発明による光拡散層又は光学素子を少なくとも１層配置する点を除いて特に限定はなく、従来に準じたものとして形成することができる。
【００３４】
【実施例】
実施例１
紫外線硬化型のウレタンアクリレートモノマー１００部（重量部、以下同じ）とベンゾフェノン系光重合開始剤３部からなる紫外線硬化型樹脂に、平均粒径０．５μmのシリカ粒子１５部と平均粒径１．４μmのシリカ粒子１０部を加え、粘度調整用溶剤の添加により固形分濃度を５０重量％としたのち高速撹拌機にて混合し、その混合液を厚さ５０μmのトリアセチルセルロースフィルムの片面にバーコータにて塗工して溶剤揮発後、紫外線を照射して硬化処理し、表面微細凹凸構造で厚さ７μmの紫外線硬化樹脂皮膜からなる光拡散層を有する光拡散シートを得た。
【００３５】
前記の光拡散層は、皮膜内部にてヘイズに基づき２５％の光拡散性を示し、表面の微細凹凸構造における触針式表面粗さ測定器に基づく中心線平均粗さ（以下同じ）が０．１２μm、表面粗さ曲線による平均山谷間隔（以下同じ）が４５μmのものであった。
【００３６】
比較例
シリカ粒子として平均粒径２．５μmのものを３部用いたほかは実施例１に準じて光拡散層を有する光拡散シートを得た。その光拡散層はヘイズに基づく内部光拡散性２％、表面微細凹凸構造における中心線平均粗さ０．４２μm、平均山谷間隔１２０μmであった。
【００３７】
評価試験
実施例１、比較例で得た光拡散シートをノート型パソコン用の液晶表示素子（サイズ１２．１インチ、解像度ＸＧＡ）の上に設置して表示像を視認した。その場合、実施例１の光拡散シートを用いた液晶表示装置では、ギラツキが少なく非常に鮮明な表示像が得られたが、比較例では、ギラツキの度合いが大きくて表示像の鮮明さに劣るものであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】光拡散層例の断面図
【図２】他の光拡散層例の断面図
【図３】光学素子例の断面図
【図４】他の光学素子例の断面図
【符号の説明】
１：紫外線硬化樹脂皮膜からなる光拡散層
１１，１２：微細凹凸構造面
２：透明基材
４：偏光板
５：位相差板
６：楕円偏光板

Claims

表面微細凹凸構造の紫外線硬化樹脂皮膜からなり、その皮膜が平均粒径０．１〜２μmの同種又は異種の材料からなる粒子の粒径相違物の複数を平均粒径が０．４μm以上相違する組合せで樹脂１００重量部あたり１０〜１００重量部含有して１〜３０μmの厚さであり、皮膜内部においてヘイズに基づき５〜４０％の光拡散性を示すと共に、前記の表面微細凹凸構造が中心線平均粗さ０．０８〜０．５μm、平均山谷間隔２０〜８０μmの表面粗さを有するものであることを特徴とする光拡散層。
請求項１において、透明基材の片面又は両面に支持されてなる光拡散層。
請求項１又は２に記載の光拡散層を光学層の片面又は両面に有することを特徴とする光学素子。
請求項３において、光学層が偏光板、位相差板、又はそれらの積層体からなる楕円偏光板である光学素子。
液晶表示素子の視認側に請求項１又は２に記載の光拡散層を有することを特徴とする液晶表示装置。