JP5244797B2 - 光拡散フィルム及びそれを備えた装置 - Google Patents
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Description
本発明のさらに別の目的は、バックライト型の液晶表示装置であっても、表示面での輝度を均一化できるとともに、ランプイメージ(ランプ像)の発現を抑制できる異方性光拡散フィルム及びその製造方法並びにそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
本発明の光拡散フィルムは、連続相(マトリックス相)がポリカーボネート系樹脂を含み、分散相がポリプロピレン系樹脂を含む光拡散層を備えており、分散相は球状であってもよく異方形状であってもよい。
(2)分散相/相溶化剤(重量比)=100/0〜50/50程度、好ましくは99/1〜70/30程度、さらに好ましくは98/2〜80/20程度。
(式中、θは粒子状分散相の長軸とフィルムのX軸との間の角度を示し(長軸とX軸とが平行の場合、θ=0°)、<cos2θ>は各分散相粒子について算出したcos2θの平均を示し、下記式で表される)。
(式中、n(θ)は、全分散相粒子中の角度θを有する分散相粒子の割合(重率)を示す)。
光拡散フィルムは、連続相を構成する樹脂中に分散相を構成する樹脂成分を分散させることにより調製でき、異方性光拡散フィルムは、分散相を構成する樹脂成分を変形させて配向させることにより得ることができる。例えば、ポリカーボネート系樹脂とポリプロピレン系樹脂と必要により相溶化剤などの成分とを、必要に応じて慣用の方法(例えば、溶融ブレンド法、タンブラー法など)でブレンドし、溶融混合し、Tダイやリングダイなどから押出してフィルム成形することにより分散相を分散できる。また、基材(基材フィルムなど)上に、光散乱成分としての粒子状のポリプロピレン系樹脂と、ポリカーボネート系樹脂とで構成された組成物を塗布するコーティング法や、前記組成物をラミネートするラミネート法、キャスティング法、押出成形法などの慣用のフィルム成形法を利用して成形することによっても光拡散フィルムを製造できる。通常、押出成形法によりフィルム成形し、光拡散フィルムを調製する場合が多い。
液晶表示装置の概略を示す図1において、前記液晶表示装置は、液晶が封入された液晶セルを備えた被照射体としての面型表示ユニット(透過型液晶表示ユニット又は液晶表示パネルなど)5と、この表示ユニット(又はパネル)の背面側に配設され、前記表示ユニット5を照明するための面光源ユニットとで構成されている。
JIS K 7301に準拠して、ヘイズメーター(日本電色工業(株)製、NDH−500)を用いて、フィルムの全光線透過率及びヘーズを測定した。
異方性光拡散フィルムの断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察し、分散相粒子の長軸長さと短軸長さを5個の分散相粒子について測定し、加算平均し、平均アスペクト比を算出した。
図5の測定装置を用いて、散乱角θに対する散乱光強度Fを測定した。なお、異方性光拡散フィルムの延伸方向をX軸方向、この方向と直交する方向をY軸方向とした。異方性の程度としてθ=18°のR(θ)=Fy(θ)/Fx(θ)の値を表1に示す。
評価用直下型光源装置としては、直下型光源装置を背面に有する市販の液晶TV(三菱電機(株)、REAL−LCD−H32MX60)を改造して使用した。異方性光拡散フィルムは、Y方向を冷陰極間の長手方向と略垂直にし、その上に三角プリズムシートを冷陰極管の長手方向に対してプリズム列が平行に位置するように配置した。正面輝度は、輝度計(コニカミノルタ(株)製、LS−110)を用いて、短手方向中心線上で等間隔に100点の輝度を測定し輝度平均値を求めた。
市販の15インチサイズの透過型液晶表示装置から液晶セルユニットを外して分解し、バックライト部の導光板上に配置されていた拡散シート、プリズムシート及び保護シートのうち、保護シートに代えて実施例及び比較例で得られた異方性光拡散フィルムを配置し、液晶セルを備えていないバックライトユニット(面光源ユニット)を構築した。このバックライトユニットを、高温のオーブン中で、70℃で30分、90℃で30分及び110℃で30分間加熱した。これらの加熱処理に供したシートを以下の輝度ムラ及び形状変化の評価に供した。
透過型液晶表示装置から外したバックライトユニットにおいて、保護シートに代えて実施例及び比較例で得られた異方性光拡散フィルムを配置し、点灯し、バックライトユニット面の輝度ムラを正面から目視し、以下の基準で評価した。この輝度ムラの試験は、初期の異方性光拡散フィルム及び前記加熱処理に供した異方性光拡散フィルムについて行った。なお、耐熱性試験に供した異方性光拡散フィルムは、加熱直後(オーブンから取り出した直後)に点灯し、ほぼ耐熱性試験温度に近い状態で輝度ムラを目視観察した。
△:わずかに輝度ムラが認められる
×:輝度ムラが著しく多い。
前記加熱処理に供した後、放冷し、バックライトユニットを分解して異方性光拡散フィルムを取り出し、異方性光拡散フィルムの形状の変化を目視により以下の基準で評価した。
△:わずかに皺が認められる(皺が1〜2本)
×:皺の発生が著しく多い(皺が3本以上)。
輝度ムラ試験に用いた透過型液晶表示装置において、バックライト用光源として用いた直管状の蛍光灯(ランプ)の像(イメージ)が、異方性光拡散フィルムを通じて目視で視認できるか否かを以下の基準で評価した。
△:ランプ像がかすかにみえる
×:ランプ像が明らかにみえる。
連続相を構成する樹脂としてビスフェノールA型ポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「中粘度品 ユーピロンS−2000」、数平均分子量18000〜20000、メルトフローレート9〜12g/10分)84重量部、分散相を構成する樹脂としてポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ(株)製、「ウィンテックWFX−4」、メタロセン触媒を用いたプロピレン系ランダム共重合体、メルトフローレート7g/10分)16重量部、酸化防止剤(ヒンダードフェノール系酸化防止剤、チバ・ジャパン(株)、「IRGANOX 1010」)0.1重量部、紫外線吸収剤(ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、「チヌビン234」)0.5重量部を混合し、押出成形機を用い、樹脂温度250℃、ダイ開度1.3mmでダイから溶融して押し出し、ドロー比(ドロー倍率)を19倍として、油温調3本キャストロール80℃で冷却し、厚み90μmの異方性光拡散フィルムを作成した。透過型電子顕微鏡(TEM)により断面を観察したところ、この拡散フィルムでは、ポリプロピレンが散乱子(粒子状分散相)を形成しており、粒子状分散相の形状は、楕円体状(又は細長い線状)であり、短軸の平均長さ(厚み)0.09μm及び長軸の平均長さ700μm(アスペクト比7800)であった。
二種三層の光拡散板(異方性光拡散層を中間層とし、この中間層の両面に表層としての透明樹脂層が積層された光拡散板)を作製するために、表層用樹脂組成物として、ポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「ユーピロンS−2000」)100重量部、紫外線吸収剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製「チヌビン234」)0.5重量部及び光安定剤(ヒンダードアミン系光安定剤、「キマソープ944FD」)0.1重量部を用い、中間層用樹脂組成物として、マトリックス樹脂としてのポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「ユーピロンS−2000」)84重量部、分散相を構成する樹脂としてのポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ(株)製、「ウィンテックWFX−4」)16重量部及び酸化防止剤(ヒンダードフェノール系酸化防止剤、チバ・ジャパン(株)、「IRGANOX 1010」)0.1重量部を用いた。各層を構成する樹脂組成物を混合し、多層押出成形機で、樹脂温度250℃、ダイ開度1.3mmでダイから溶融して共押出し、ドロー比(ドロー倍率)を12倍として、油温調3本キャストロール80℃で冷却し、二種三層構造を有し、厚み110μmの異方性光拡散フィルム(厚み割合=1:3:1)を作製した。これらの異方性光拡散フィルムでは、中間層においてポリプロピレン系樹脂が散乱子(粒子状分散相)を形成しており、粒子状分散相の形状は、楕円体状(又は細長い線状)であり、短軸の平均長さ0.15μm及び長軸の平均長さ700μm(アスペクト比4700)であった。
二種三層の光拡散板(異方性散乱層を中間層とし、この中間層の両面に表層としての透明樹脂層が積層された光拡散板)を作製するために、表層用樹脂組成物として、ポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「ユーピロンS−2000」)100重量部及び紫外線吸収剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製「チヌビン234」)0.5重量部を用い、中間層用樹脂組成物として、マトリックス樹脂としてのポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「ユーピロンS−2000」)と分散相を構成する樹脂としてのポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ(株)製、「ウィンテックWFX−4」)とを表1に示す割合で用いた。中間層用樹脂組成物には酸化防止剤(ヒンダードフェノール系酸化防止剤、チバ・ジャパン(株)、「IRGANOX 1010」)0.1重量部を添加した。各層を構成する樹脂組成物を混合し、多層押出成形機で、樹脂温度250℃、ダイ開度1.3mmでダイから溶融して共押出し、ドロー比(ドロー倍率)を12倍として、油温調3本キャストロール80℃で冷却し、二種三層構造を有し、厚み110μmの異方性光拡散フィルム(厚み割合=1:3:1)を作製した。これらの異方性光拡散フィルムでは、中間層においてポリプロピレン系樹脂が散乱子(粒子状分散相)を形成しており、粒子状分散相の形状は、楕円体状(又は細長い線状)であった。
連続相樹脂として結晶性ポリプロピレン系樹脂PP(グランドポリマー(株)製 F133,屈折率1.503)91重量部と、分散相樹脂としてポリスチレン系樹脂GPPS(汎用ポリスチレン系樹脂、ダイセル化学工業(株)製 GPPS#30、屈折率1.589)7重量部、相容化剤としてエポキシ化ジエン系ブロック共重合体(ダイセル化学工業(株)製 エポフレンドAT202;スチレン/ブタジエン=70/30(重量比) エポキシ当量750、屈折率約1.57)1重量部を用いた。なお、両樹脂の屈折率差は0.086である。
比較例1と同様にして調製した異方性光拡散フィルムを、枚葉に切り出し、高温オーブン中で、90℃で8時間熱処理し、熱処理された異方性光拡散フィルムを得た。
PC:ポリカーボネート系樹脂、PP:ポリプロピレン系樹脂、GPPS:ポリスチレン系樹脂、エポキシ変性樹脂:エポキシ化ジエン系ブロック共重合体、TT:全光線透過率(%)。
マトリックス樹脂としてのポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「ユーピロンS−2000」)80重量部及び分散相を構成する樹脂としての環状オレフィン系樹脂(TOPAS ADVANCED POLYMERS社製「TOPAS 6015」)20重量部を混合し、二軸押出機を用いて280℃で溶融混練して押し出したが、ドローレゾナンスが大きく所定のペレットを得ることができなかった。
マトリックス樹脂としてのポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「ユーピロンS−2000」)90重量部及び分散相を構成する樹脂としての環状オレフィン系樹脂(TOPAS ADVANCED POLYMERS社製「TOPAS 6015」)10重量部を用いる以外、比較例3と同様にして溶融混練して押し出したが、ドローレゾナンスが大きく所定のペレットを得ることができなかった。
ポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「ユーピロンS−2000」)20重量部及び環状オレフィン系樹脂(TOPAS ADVANCED POLYMERS社製「TOPAS 6015」)80重量部を用いる以外、比較例3と同様にして溶融混練して押し出し、水冷してコンパウンドのペレットを得た。押し出し成形機を用い、このペレットを樹脂温度260℃でシート成形したところ、多数のゲルが生成し、不均一なシートしか得られなかった。
ポリカーボネート系樹脂(三菱エンジニアリングプラスチック(株)製、「ユーピロンS−2000」)75重量部及びメタクリル酸メチル系樹脂(三菱レーヨン(株)「アクリペット」)25重量部を用いる以外、比較例3と同様にして溶融混練して押し出し、水冷してコンパウンドのペレットを得た。押し出し成形機を用いこのペレットを樹脂温度260℃でシート成形したところ、メタクリル酸メチル系樹脂の分解に伴ってシートに焼けがみられ、不均一なシートしか得られなかった。
市販の導光板用拡散シート((株)ツジデン製、D123)を比較例として使用した。ランプイメージが十分に消えていない事に加えて、輝度の著しい低下も認められた。
ドロー比(ドロー倍率)を8倍とする以外は実施例2と同様にして、厚み160μmの異方性光拡散フィルムを作製した。
厚み2mmの市販のPC製拡散板(筒中プラスティック工業(株)製、オプトマックス)を比較例として使用した。ランプイメージは消えているが、大幅な輝度低下が見られた。
ドロー比(ドロー倍率)を3倍とし、樹脂温度を280℃、キャストロールによる冷却温度を120℃とする以外は実施例2と同様にして、厚み160μmの異方性光拡散フィルムを作製した。
ドロー比(ドロー倍率)を19倍とする以外は実施例2と同様にして、厚み80μmの異方性光拡散フィルムを作製した。
Claims (14)
- 連続相がポリカーボネート系樹脂を含み、分散相がポリプロピレン系樹脂を含む光拡散層を備えている光拡散フィルムであって、
ポリカーボネート系樹脂の数平均分子量が15000〜25000であり、かつポリカーボネート系樹脂のメルトフローレートが、ISO1133(300℃、1.2kg荷重)において、5〜30g/10分であり、
ポリプロピレン系樹脂がメタロセン触媒系樹脂であり、かつポリプロピレン系樹脂のメルトフローレートが、JIS K7210(230℃、2.16kg荷重)において、3〜20g/10分である光拡散フィルム。 - 光拡散層が実質的に相溶化剤を含まず、分散相がポリプロピレン系ランダム共重合体を含む請求項1記載の光拡散フィルム。
- 光拡散層がさらに酸化防止剤及び紫外線吸収剤から選択された少なくとも一方を含む請求項1又は2記載の光拡散フィルム。
- 分散相が、平均アスペクト比が1より大きく、しかも長軸方向がフィルムの一定の方向に配向している粒子状分散相を含み、透過光を異方的に光拡散する請求項1〜3のいずれかに記載の光拡散フィルム。
- 粒子状分散相の短軸の平均長さが0.01〜10μmであり、粒子状分散相の平均アスペクト比が3〜20000である請求項4記載の光拡散フィルム。
- 入射光を光の進行方向に散乱可能な異方性光拡散フィルムであって、散乱角θと散乱光強度Fとの関係を示す散乱特性F(θ)において、フィルムのX軸(MD)方向の散乱特性をFx(θ)、Y軸(幅)方向の散乱特性をFy(θ)としたとき、Fx(θ)及びFy(θ)は、散乱角θが広角度になるにつれて減衰するパターンを示し、散乱角θ=4〜30゜の範囲で1.01≦Fy(θ)/Fx(θ)であり、散乱角θ=18°において20<Fy(θ)/Fx(θ)≦400である請求項1〜5のいずれかに記載の光拡散フィルム。
- 散乱角θと散乱光強度Fとの関係を示す散乱特性F(θ)において、フィルムのX軸(MD)方向の散乱特性をFx(θ)、Y軸(幅)方向の散乱特性をFy(θ)としたとき、散乱角θ=4〜30゜の範囲で1.01≦Fy(θ)/Fx(θ)≦200であり、散乱角θ=18°において25≦Fy(θ)/Fx(θ)≦50である請求項1〜6のいずれかに記載の光拡散フィルム。
- 連続相と分散相との割合が、連続相/分散相=99/1〜50/50(重量比)である請求項1〜7のいずれかに記載の光拡散フィルム。
- 光拡散層が透過光を異方的に光拡散させる異方性光拡散層であり、さらにこの光拡散層の少なくとも一方の面に積層された透明層を含む請求項1〜8のいずれかに記載の光拡散フィルム。
- 透明層が紫外線吸収剤及び光安定剤から選択された少なくとも一方を含む樹脂層である請求項9記載の光拡散フィルム。
- 光拡散層の厚みが3〜300μmであり、フィルムの全光線透過率が60%以上である請求項1〜10のいずれかに記載の光拡散フィルム。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の光拡散フィルムを備えた面光源装置。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の光拡散フィルムを備えた表示装置。
- 並設された光源で表示ユニットを裏面から直接照明する直下型方式である請求項13記載の表示装置。
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