JP4410893B2

JP4410893B2 - 光拡散剤

Info

Publication number: JP4410893B2
Application number: JP2000006372A
Authority: JP
Inventors: 治郎入口; 泰裕山本; 修二清水; 雅史井上; 英樹大石
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JP2001194513A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイのバックライトや照明装置に用いられる光拡散フィルムやパネルなどの成形体に使用される光拡散剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種の液晶表示装置には液晶の裏面より光を照射するバックライトが使用されており、特に薄型化や小型化が要望されているノート型パソコン等ではサイドライト型の面光源装置を用い、光拡散フィルム等によって均一に光を拡散して伝播させる方式が採用されている。該光拡散フィルムは、一般的には透明フィルムを基材とし、この表面に無機あるいは有機の粒子をバインダーと混合して塗布することにより製造されている。また、光拡散パネルは、ガラスやプラスチックなどの透明パネルの表面に前記と同様な手法で表面に粒子を塗布する方法や、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂と粒子とを混合し成形する方法により製造されている。
【０００３】
ところが、従来の光拡散フィルムやパネルでは、光の出射面に対する角度の違いによる輝度分布に難点があり、光を均一に拡散伝播させると共に、光の透過率をも高めるための改良が検討されている。しかし、現在のところ、充分な輝度分布と光透過率を得られていない。
【０００４】
また、これらの改良検討は、真球状の有機粒子を用いてバインダーと混合して塗布する際の、粒子とバインダーの比率（特開平５−３５１２４、特開平８−１６７３２）、塗布面の形状（特開平８−１１８８３０、８−１２１８７８）、塗布面での粒子の埋設状態（特開平９−２２９２０２）など塗布方法の検討が殆どであり、粒子自体を改良する方法は採られていない。
【０００５】
本発明は、この様な現状を鑑みてなされたものであり、高透過率と充分な光拡散性を光拡散フィルムに付与することのできる光拡散剤、および該光拡散剤を使用した光拡散性成形体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平均粒子径０．０１〜１μｍの架橋重合体微粒子が集合してなる平均粒子径２〜５０μｍの微粒子集合体を含んでなる光拡散剤であって、該微粒子集合体が、平均粒子径０．０１〜１μｍの架橋重合体微粒子を含むエマルジョンおよび反応性バインダーを、噴霧乾燥して得られる粒子であることを要旨とするものである。
【０００７】
上記反応性バインダーが有する反応性官能基は、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基、またはアジリジン基である。
【０００８】
また本発明の他の発明は、前記光拡散剤を用いてなる光拡散フィルムであることを要旨とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる微粒子集合体は、その材質および製法は特に限定されず、例えば、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エチレングリコール類のジ（メタ）アクリレートなどの架橋性単量体を含むビニル系単量体混合物を重合して得られる架橋微粒子を、噴霧式乾燥方法によって乾燥させる方法により効率良く得られることを、本発明者らは、先に見いだしている（特願平１０−２２０４１８号）。該方法によれば、耐熱性や強度が高く、原料微粒子の形状を保持した比表面積の大きい微粒子集合体が得られることができる。
【００１０】
また前記微粒子集合体の原料となる架橋重合体微粒子は、架橋重合体を含んでなる微粒子であれば、その組成および製法は特に限定されないが、例えば架橋性単量体を含むビニル系単量体の混合物を、従来公知の方法で乳化重合することにより製造することが可能である。
【００１１】
前記ビニル系単量体に含まれる架橋性単量体としては、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エチレングリコール類のジ（メタ）アクリレート等を例示することができる。
【００１２】
前記ビニル系単量体の混合物中に含まれてもいても良い架橋性単量体以外の非架橋性単量体としては、１分子内に１個の重合性不飽和結合を有する単量体であれば特に限定されず、例えば、スチレンやαメチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸メチルや（メタ）アクリル酸エチルや（メタ）アクリル酸ブチルなどの（メタ）アクリル酸エステル類、酢酸ビニルやプロピオン酸ビニルなどのビニルエステル類、（メタ）アクリロニトリルなどのビニルシアン化合物、塩化ビニルや塩化ビニリデンなどのハロゲン化ビニル化合物、ブタジエンなどの共役ジエン類などが用いられる。
【００１３】
ビニル系単量体混合物中の架橋性単量体の比率が高いほど、得られる微粒子の耐熱性や強度が高くなるので好ましいが、高すぎると粒子間の融着が起こりにくく、集合体とするのが困難である。
【００１４】
そのため、前記架橋性単量体としてジビニルベンゼンを用いる場合には、ビニル系単量体混合物中のジビニルベンゼンの重量比率は、通常２〜１０重量％の範囲であり、好ましくは３〜８重量％である。
【００１５】
また前記架橋性単量体としてトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートを用いた場合には、ビニル系単量体混合物中のトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートの重量比率は、通常５〜３０重量％の範囲であり、好ましくは８〜２０重量％の範囲である。
【００１６】
前記架橋重合体の混合物を乳化重合方法により製造する方法は特に限定されるものではなく、一般的には、界面活性剤を用い、固形分濃度が５〜６０重量％の範囲、開始剤として無機過酸化物あるいはレドックス系開始剤を使用し、重合温度２０〜１００℃の範囲で実施することが可能である。
【００１７】
前記乳化重合方法により、平均粒子径０．０１〜１μｍの範囲の架橋重合体微粒子が簡便で効率良く得られる。
【００１８】
得られた架橋重合体微粒子を集合体とする方法は、特に限定されないが、噴霧式乾燥方法によって乾燥して粒子間の融着を起こす方法が、集合体の粒子径や形状の制御が容易であり推奨される。噴霧式乾燥方法とは、一般的にスプレードライヤーや気流乾燥機を用いて、ガス気流と共に水分散体を噴霧して粒子を乾燥させる方法のことを言う。
【００１９】
前記噴霧式乾燥方法における固形分濃度、供給速度、乾燥温度などは適宜に調節することにより、粒子径、粒子形状、かさ比重などを調整することが可能であり、特に上記の条件に限定する必要はないが、例えば前記固形分濃度は、通常５〜６０重量％であり、より好ましくは１０〜５０重量％であり、前記乾燥温度は、噴霧入口温度が１００〜２００℃の範囲、粉体の出口温度が３０〜１００℃の範囲である。
【００２０】
本発明の光拡散剤の主体である微粒子集合体は、例えば架橋重合体微粒子の形状を保持しながら該架橋重合体微粒子が相互に連結した集合体である。前記微粒子集合体は、粒子が球状で粒度分布もシャープであり、比表面積が大きくかさ比重が小さいという特長を有している。さらに前記微粒子集合体は、従来の微粒子集合体に比べ、強度が高いという特長を有している。
【００２１】
さらに、噴霧乾燥する際に、反応性バインダーを添加することにより耐溶剤性を向上させた微粒子集合体を得ることが出来る。該反応性バインダーとは、反応性官能基を有する高分子材料のことであり、反応性官能基は例えば、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基、アジリジン基などを挙げることができる。また、添加量は、原料微粒子に対し固形分で０．１〜１０重量％で充分に耐溶剤性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明の光拡散剤の主体である微粒子集合体の平均粒子径は、２〜５０μｍの範囲であり、好ましくは５〜２０μｍの範囲である。平均粒子径が２μｍより小さいと光拡散性能が充分でなく、５０μｍより大きいと光透過率が低くなる。
【００２３】
本発明の光拡散剤は、樹脂、塗料、接着剤、コーティング用樹脂などに配合して使用することができる。また、使用に際して従来公知の光拡散剤と併用しても何等差し支えはないが、前記微粒子集合体が光拡散剤中に通常１０重量％以上、好ましくは２０重量％以上の範囲で含有される。
【００２４】
本発明の光拡散剤は、粒子１個当たりの光拡散性能が優れていると共に重量が小さく、従来の光拡散剤に比べ少量の配合で高い効果を得ることができる。その結果、優れた輝度分布と共に高い光透過率を達成することが可能となる。
【００２５】
本発明の光拡散性成形体は、前記光拡散剤を用いてなる成形体であればその製法は特に限定されないが、一般的には、（ｉ）フィルムやパネルなどの透明性基材の表面に前記光拡散剤をコーティングする方法や、（ｉｉ）前記光拡散剤をエポキシ樹脂やポリエステル樹脂などの成形用樹脂と混合して各種用途に応じた形状に成型する方法により容易に得られる。
【００２６】
（ｉ）の方法の透明基材に用いる透明性フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレンなどを例示することができ、特にポリエチレンテレフタレートが安価であり透明性も高いので好適に用いられる。また、（ｉ）の方法の透明基材に用いる透明性パネルとしては、ガラス製パネル、ポリエステル樹脂パネル、ポリカーボネート樹脂パネル、ポリメチルメタクリレート樹脂パネルなどが好適に用いられる。なお、本発明の成形体は、フィルムやパネルなど平面構造の成形体に限定されるものではなく、ＬＥＤや蛍光などの発光装置の様に立体構造を有する成形体をも包含するものである。
【００２７】
（ｉ）の方法におけるコーティングに際しては、通常、樹脂バインダーを有機溶剤で希釈して光拡散剤を混合する。使用される樹脂バインダーとしては、例えば、アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、シリコーン樹脂などを例示することができ、光学的透明性を有するものが好適に用いられる。希釈用に使用する有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エステル類などを挙げることができる。これらの配合比率は、特に限定されるものではないが、例えば、光拡散剤（１００重量部）に対し、樹脂バインダー（５０〜３００重量部）、有機溶剤（５０〜５００重量部）を混合してコーティング用組成物を得ることができる。また、該コーティング用組成物に、樹脂バインダーの架橋剤、帯電防止剤、光拡散剤の分散剤などを配合することもできる。
【００２８】
さらに、（ｉ）の方法において上記コーティング組成物をフィルム表面に塗布する方法としては、特に限定されるものではないが、コンマダイレクト法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、ロールコート法、ディッピング法、ナイフコート法、カーテンフロー法、ラミネート法などを例示することができる。
【００２９】
なお、上記コーティング組成物を透明フィルム表面に塗布して得られる光拡散層の厚みは、５〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００３０】
本発明の光拡散フィルムを、液晶表示装置のバックライトなどに適用した場合には、高い輝度と広い視野角を実現することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３２】
製造例
撹拌機、温度計および還流冷却器付きの２Ｌセパラブルフラスコに、純水４３３ｇとハイテノールＮ０８０．９ｇ（第一工業製薬製アニオン界面活性剤）とを仕込み、窒素置換を行いながら、撹拌下に７０℃まで昇温した。７０℃に昇温後、メチルメタクリレート５７ｇを添加し、その５分後に、過硫酸カリウムの２重量％水溶液７０ｇを添加した。
【００３３】
予め調製しておいたプレエマルション（メチルメタクリレート：６０８ｇ、ジビニルベンゼン：３５ｇ、純水：７５２ｇ、ハイテノールＮ０８：３４ｇ）を、過硫酸カリウム添加の２０分後より７０℃にて等速度で４時間かけて添加した。
【００３４】
添加終了後、７５℃まで昇温し２時間の熟成を行い、その後、４０℃まで冷却して架橋重合体エマルションを得た。このエマルションの平均粒子径を光散乱式粒度分布計で測定した所、０．２μｍであった。
【００３５】
次いで、該エマルションとオキサゾリン基含有ポリマー（日本触媒製：エポクロス−Ｋ２０２０Ｅ）を固形分で１００：１０の割合で混合し、混合液をヤマト科学製のスプレードライヤーで、
供給速度：５ｍｌ／ｍｉｎ、
噴霧圧：２ｋｇ／ｃｍ２、
風量：０．３ｍ３／ｍｉｎ、
加熱部入口温度：１５０℃、
加熱部出口温度：６０℃
の条件下にて乾燥して粉体を得た。
【００３６】
得られた該粉体をマルチサイザーII型（コールター社製）で測定したところ、平均粒子径は９μｍであった。また、該粉体は電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によると、架橋重合体微粒子からなる原料微粒子が形状を保持したまま相互に連結してなる微粒子集合体であった。
【００３７】
実施例１
バインダーとしてポリエステル樹脂１００ｇ（東洋紡製：バイロン２００）、希釈用有機溶剤としてトルエン１２０ｇとメチルエチルケトン３０ｇを用い、これに製造例で得られた微粒子集合体２０ｇを混合してコーティング用組成物を得た。
【００３８】
基材フィルムとして厚み１００μｍのポリエステルフィルム（東レ製：ルミラー＃１００Ｔ５６）を用い、該フィルムの片面に前記コーティング用組成物をロールコート法により塗布し、１２０℃で１分間熱風乾燥させて厚み３０μｍの光拡散層を形成してフィルム（Ａ）を得た。
【００３９】
比較例
製造例で得られた微粒子集合体２０ｇの代わりに、球状の単一粒子（日本触媒製：エポスターＭＡ１０１０、平均粒子径１０μｍ）を３０ｇ用いた以外は、実施例と同様の操作を繰り返してフィルム（Ｂ）を得た。
【００４０】
光学特性の評価
実施例１で得られたフィルム（Ａ）と比較例で得られたフィルム（Ｂ）の光拡散性能および光透過率を以下の手順により測定した。ゴニオフォトメーターを用い、光拡散層に対し鉛直方向からビーム径１ｍｍの平行光を入射し、受光角を変えながら出射光の透過率を測定した。
背面の鉛直方向の透過率は、フィルム（Ａ）が９５％に対し、フィルム（Ｂ）は９０％であった。また、透過率が鉛直方向の半分になる角度は、フィルム（Ａ）が２０度であったのに対し、フィルム（Ｂ）は１５度であった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の光拡散剤は、従来の単一粒子に比較して、光拡散性能が高く、粒子１個の重量が軽い微粒子集合体を主体としており、少量の添加で高い光拡散能を得ることができると共に高い光透過率を得ることができる。
また本発明の光拡散剤を用いて光拡散性成形体を作成し液晶表示装置のバックライトなどに適用した場合には、高い輝度と広い視野角を実現することができる。

Claims

平均粒子径０．０１〜１μｍの架橋重合体微粒子が集合してなる平均粒子径２〜５０μｍの微粒子集合体を含んでなる光拡散剤であって、
該微粒子集合体が、平均粒子径０．０１〜１μｍの架橋重合体微粒子を含むエマルジョンおよび反応性バインダーを、噴霧乾燥して得られる粒子である、光拡散剤。
前記反応性バインダーが有する反応性官能基が水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基またはアジリジン基である、請求項１に記載の光拡散剤。
請求項１または２に記載の光拡散剤を用いてなる光拡散性成形体。