JP6879691B2 - 有機微粒子 - Google Patents

Description

本発明は、有機微粒子およびそれを用いた液晶表示装置バックライトユニット、反射板用有機微粒子に関するものである。

液晶表示装置バックライトユニットは、光源をパネルの背面に設置した直下方式と、パネルの側面に多数配置したエッジ方式におおよそ大別できる。近年、液晶モジュールの薄型化に伴い、特許文献１のエッジ方式が主流に成って来ている。

エッジ方式バックライトユニットは、ＬＥＤ光源、導光板、反射板から成る。
ＬＥＤ光源より発せられた光は、直接導光板に進行する光も有るものの、直接導光板に進行し得なかった光は、反射板で反射させて導光板に入る設計が取られている。
また、導光板から液晶表示装置の反対側に光が進行する場合も有るが、その部分に反射板を配し、液晶表示装置に光が進行するように設計が成されている。
反射板に求められる性能としては、第一義として反射率が高いことが上げられる。
また、反射板は導光板に直に配されおり、軽い衝撃で、導光板を傷つけてしまう場合が有る。導光板が傷ついてしまうと、輝度ムラといった不良の原因となるため、導光板を傷つけないことも上げられる。
さて、反射板として利用される面(導光板と直に接する面)には、導光板の傷つきを防止するために、柔軟性を有する有機微粒子を含有した傷つき防止層が設けられる場合が多いが、有機微粒子が硬すぎると、導光板を傷つけてしまう恐れが有る。反対に、柔らかすぎると、粒子として形状を保持できなくなってしまう。

特開２００７−１０８７３９ 特開２０１５−１６３９８６ 特開平２−１４９５０９

特許文献２では、有機微粒子の硬さ評価に、導光板の削れ性試験が行われているが、特許文献２の有機微粒子の硬さでは、硬すぎて導光板に傷が入る恐れがあった。
また、反射板基材に傷つき防止層を形成する場合、溶剤に、有機微粒子を分散させた液を、反射板基材に塗工し、乾燥させる工程が取られるが、塗工前に有機微粒子が膨潤してしまうと、実装前後で、徐徐に有機微粒子から溶剤が揮発し、有機微粒子径が小さくなり、有機微粒子脱落の原因に成り得る。この観点から、特許文献２は、耐溶剤性に改善の余地が有った。

特許文献３は、化粧用有機微粒子に関するものであり、反射板用としては評価されていない。

エッジ方式バックライトユニット反射板、導光板傷つき防止層に用いられる有機微粒子が硬すぎると、導光板に傷をつけてしまい、輝度ムラが発生する恐れがあった。
本発明の有機微粒子は、各種試験を行っても導光板に傷を付ける事無く、有機微粒子が脱落する事無く、高反射率の反射板を得ることである。

発明者らが鋭意検討を行った結果、炭素原子数８以上１８以下の直鎖または分岐鎖アルキル基を有する単官能（メタ）アクリル系モノマー（Ａ）を５０〜９０重量％および（メタ）アクリル基を２個以上有するモノマー（Ｂ）を１０〜５０重量％を含有する単量体組成物を重合して得られ、微小圧縮試験機の１０％圧縮強度が、１〜５ＭＰａでる（メタ）アクリル系微粒子を作製し、反射板、導光板傷つき防止層の最適な有機微粒子であることを見い出した。

本発明の有機微粒子は、形状を保持できるだけの非常に柔軟な物性を有するため、有機微粒子およびそれを用いた液晶表示装置バックライトユニットに有用である。

本願発明の有機微粒子は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分を重合することによって得られる有機微粒子に適用できる。以下、これを用いた有機微粒子の製造方法の一例を示す。

（Ａ）成分としては、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、セチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソステアリル（メタ）アクリレート、などが挙げられる。

また、（Ｂ）成分のうち、２官能モノマーとして、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリート、1，9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレートなどの２官能化合物などが例示できる。
３官能モノマーとしては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレートなどの３官能化合物などが例示できる。

炭素原子数８以上１８以下の直鎖または分岐鎖アルキル基を有する単官能（メタ）アクリル系モノマー、（メタ）アクリル基を２個以上有するモノマーは、任意の組み合わせ、任意の配合量で実施できる。

一般的に、（Ａ）成分が増えれば増えるだけ、（Ａ）成分の炭素原子数が増えれば増えるだけ、Ｔｇは低下し、粒子として取り出しにくくなる。
その場合は、（Ｂ）成分の添加量を増やす、（Ｂ）成分の官能基数を増やす等の調整で、最適圧縮強度の粒子を得ることが出来る。

（Ａ）成分と（Ｂ）成分の種類、量は、前述のように任意では有るが、本発明においては、（Ａ）成分としてラウリルメタクリレートを５０〜９５重量％、（Ｂ）としてはエチレングリコールジメタクリレートを５〜５０重量％使用し、重合を行っている。

重合方法としては懸濁重合や乳化重合が挙げられる。具体的には、アクリル系モノマー、水溶性高分子等の分散剤、油溶性のラジカル重合開始剤および水を重合容器に仕込み、撹拌下で重合反応を行う。また、各成分を予めホモミキサーなどの撹拌又は分散手段により分散処理し、液滴としてから重合容器に仕込むことが望ましい。分散剤の使用量はモノマー総量１００重量部に対して０．１〜３０重量部、好ましくは０．３〜１０重量部程度である。なお、シード粒子を別途調製して行うシード重合であってもよい。

分散剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤やノニオン性界面活性剤、ゼラチン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルアルコールなどの水溶性高分子、第三リン酸カルシウム、酸化チタン、炭酸カルシウムなどの無機物が挙げられる。
本発明においては、ポリビニルアルコールを用いることが好ましい。

油溶性のラジカル重合開始剤としては、例えばベンゾイルパーオキサイド、ｏ−メトキシベンゾイルパーオキサイド、ｏ−クロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイドなどの有機過酸化物、２，２´−アゾビスイソブチロニトリル、２，２´−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）などのアゾ化合物などが例示される。

これらのラジカル重合開始剤のうち、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、２，２´−アゾビスイソブチロニトリルが好ましく用いられる。ラジカル重合開始剤は一種または二種以上使用することができ、その使用量はモノマー総量に対して０．０１〜５重量％、好ましくは０．０５〜３重量％程度である。

得られた有機微粒子は、遠心脱水機により脱水して減圧乾燥機などにより乾燥する方法や、噴霧乾燥などの方法によって微粒子として取り出すことができる。

以下に本発明について実施例、比較例および試験例等を挙げてより詳細に説明するが、具体例を示すものであって、特にこれらに限定するものではない。

合成した粒子は以下の方法で評価した。評価方法を記述する。
体積平均粒子径測定方法
有機微粒子の体積平均粒子径はベックマンコールター社製コールターマルチサイザーIIIを用いて測定した。

溶剤膨潤度試験評価方法
２０ｍＬメスシリンダーに有機微粒子１ｇを入れ、各溶剤を目盛り２０ｍＬまで入れたあと良く撹拌した。比較として溶剤の代わりにドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．１％水溶液を用いたものも準備し、この粒子高さを基準として各溶剤に浸せき後１週間経過した時点のメスシリンダー底からの高さを測定し、下記基準で判定した。
膨潤度＝溶剤浸せき後の有機微粒子高さ／水溶液中での有機微粒子高さ
○：膨潤度＝１．０以上、１．３未満
△：膨潤度＝１．３以上、１．６未満
×：膨潤度＝１．６以上
尚、溶剤膨潤度試験にて、評価が×であった比較実施例３〜６は、１０％圧縮強度試験、反射率、輝度ムラ、削れ性評価は行っていない。

以下に、反射フィルムの傷付き防止層に用いる微粒子の合成法を記述する。
実施例１
単量体としてラウリルメタクリレート（ＬＭＡ）２００ｇ、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）５０ｇからなる混合溶液に、重合開始剤としてラウロイルパーオキサイド（ＬＰＯ）を２．５ｇ溶解して、重合性単量体成分とした。
これとは別に、純水６００ｇにクラレ（株）製ポリビニルアルコール（ＰＶＡ２１７）を１０ｇ溶解して水溶液を得た。この水溶液に上記重合性単量体成分を混合し、ホモミキサーを用いて３０００回転で１０分攪拌しモノマー分散液を調整した。この分散液を攪拌機、温度計および還流管を備えた１Ｌ反応器に入れ、窒素気流下で攪拌しながら７０℃に昇温し、この温度で３時間重合反応を行った後、さらに８０℃に昇温し３時間加熱することで有機微粒子スラリーを得た。続いて、水分を除去し、水洗にてポリビニルアルコールを除去したあと６０℃にて２４時間乾燥することにより、表１に示す平均粒子径の微粒子を得た。また、粒子の膨潤度試験を行った結果と、塗液を作成した後、反射フィルムを作成し、各評価試験を行った結果を表３に示す。

実施例２〜１１、比較例１〜６
ラウリルメタクリレートとエチレングリコールジメタクリレートの配合比を表１、２の通りに変更し、ホモミキサーの回転数、攪拌時間を適宜調整することで目標の粒子径になるよう液滴径を調整した。例えば、体積平均粒径を小さくする場合には、ホモミキサーの回転数を上げることで実施できる。他は実施例１と同様にして行った。各結果を表１、２、３、４に示す。

比較例７
公開特許公報平２−１４９５０９の実施例２のモノマー比を参考にし、ラウリルメタクリレート、スチレンおよびエチレングリコールジメタクリレートを表２の通りに変更し、ホモミキサーの回転数、攪拌時間を適宜調整することで目標の粒子径になるよう液滴径を調整した。他は実施例１と同様にして行った。結果を表２、４に示す。

比較例８〜１０
メチルメタクリレート（ＭＭＡ）とエチレングリコールジメタクリレートの配合比を表２の通りに変更し、ホモミキサーの回転数、攪拌時間を適宜調整することで目標の粒子径になるよう液滴径を調整した。他は実施例１と同様にして行った。各結果を表２、４に示す。

比較例１１〜１３
ｎ−ブチルメタクリレート（ｎ−ＢＭＡ）とエチレングリコールジメタクリレートの配合比を表２の通りに変更し、ホモミキサーの回転数、攪拌時間を適宜調整することで目標の粒子径になるよう液滴径を調整した。他は実施例１と同様にして行った。各結果を表２、４に示す。

比較例１４
アイカ工業（株）製ナイロン有機微粒子、商品名：ガンツパールＧＰＡ−５５０を使用した（真球状粒子、体積平均粒子径５μｍ）。他は実施例１と同様にして行った。結果を表２、４に示す。
比較例１５
アイカ工業（株）製ウレタン有機微粒子、商品名：ガンツパールＧＵ−１００５を使用した（真球状粒子、体積平均粒子径１０μｍ）。他は実施例１と同様にして行った。結果を表２、４に示す。

本発明の微粒子を用いた反射フィルムの作成方法を記述する。

反射フィルム傷付き防止層に用いる塗液の作成方法
各微粒子を３０ｇ、ＤＩＣ（株）製“アクリディック”（登録商標）Ａ−８０１Ｐ（アクリル系熱可塑性樹脂、固形分濃度４９−５１質量％）を３０ｇ、東ソー（株）製“コロネート”（登録商標）ＨＸ（イソシアネート系架橋剤、固形分濃度１００質量％）を１ｇ、希釈溶媒として酢酸ブチル３１ｇをポリカップに入れ、攪拌機を用いて混合し、塗液（固形分濃度５０質量％）を作成した。次に、下記記載の方法で塗液の分散性を評価した。結果を表３、４に示す。

塗液の分散性評価方法
第一測範製作所製グラインドゲージ（粒度ゲージ）を用いて塗液を溝に３ｇ塗布し、スクレーバーを溝に垂直になるよう手前に引き、粒子の凝集物の有無を観察した。なお、分散性の評価は下記基準で判定した。
○：粒子の平均粒子径の５倍の領域に凝集物がない。
×：粒子の平均粒子径の５倍の領域に凝集物がある。

本発明においては有機微粒子の１０％圧縮強度が０．１〜５．０ＭＰａであることが好ましい。これにより、導光板の傷付きをより軽減することができる。以下に圧縮強度の試験方法を記述する。各微粒子の１０％圧縮強度試験結果を表３、４に示す。

１０％圧縮強度試験方法
島津微小圧縮試験機ＭＣＴ−Ｗ２０１を用いて、負荷速度０．１４２２（ｍＮ／ｓｅｃ）での各粒子の圧縮強度を測定し、１０％変形時の圧縮強度Ｓ（ｘ）を下記式から算出した。測定は５回行い、平均値を用いた。
Ｓ（ｘ）＝２．８Ｐ／πｄ２ Ｐ：粒子径１０％変位時の試験力（ｍＮ）
ｄ：粒子径（ｍｍ）

反射フィルム作成方法
続いて、東レ（株）製白色フィルム“ルミラー“（登録商標）の片面に、バーコーターを用いて、上記で作成した各塗液を塗布し、１２０℃で１分間乾燥することで傷付き防止層を設けた。なお、乾燥後の塗布層の膜厚が粒子の平均粒子径の７０％になるよう適宜バーコーターを選択することで調整した。作成したフィルムは下記記載の各測定を行い評価した。結果を表３、４に示す。

反射フィルム評価方法
反射フィルムを液晶表示装置や照明等に用いた場合、高い輝度を得るためには、反射率は９６％以上が好ましく、より好ましくは９７％以上、さらに好ましくは９７．５％以上、特に好ましくは９８％以上である。以下に反射率の測定方法を記述する。
（１）反射率測定
分光光度計（島津製作所製ＵＶ−３１０１ＰＣ）に積分球を取り付け、硫酸バリウム白板の５５０ｎｍの反射率を１００％とし、実施例および比較例の反射フィルムの反射率を測定した。
測定は有機微粒子が塗工されている傷つき防止層面で行い、下記基準に従い判定した。
○：反射率が９８％以上
×：反射率が９８％より低い

有機微粒子の分散性が悪いと、反射フィルムとして用いた場合に輝度ムラが生じ易くなる。以下に、輝度ムラの評価方法を記述する。
（２）輝度ムラ評価方法
１７インチ液晶テレビ（パナソニック（株）製、“ＶＩＥＲＡ”（登録商標）ＴＨ−Ｌ１７Ｆ１）を分解し、ＬＥＤを光源とするエッジライト型バックライトと反射フィルムを取り出した。次に本発明の実施例および比較例の反射フィルムを、搭載されていた反射フィルムと同じ形状、大きさに裁断し、搭載されていた反射フィルムの代わりに、傷付き防止層が導光板側を向くように設置した。さらに、導光板と光学フィルムは分解前と同じ順序および方向で設置した。そして、これらバックライトに関して、目視により輝度ムラの有無を下記基準で判定した。
◎：いずれの角度から見ても輝度ムラを視認できない。
○：正面方向からは輝度ムラを視認できないが、斜め４５°方向から見ると輝度ムラが視認される。
△：正面方向から局所的に輝度ムラが視認される。
×：正面方向から画面全体的に輝度ムラが視認される。

（３）導光板削れ性評価
前記方法で得られた導光板上に今回発明した白色反射フィルムの傷付き防止層が接触されるように積層させた後、３００ｇｆ／ｃｍ2（０．０２９４ＭＰａ）、２００ｇｆ／ｃｍ2（０．０１９６ＭＰａ）、及び１００ｇｆ／ｃｍ2（０．００９８ＭＰａ）の荷重下で反射シート試料を１ｍ／ｍｉｎの線速度で引き上げ、前記導光板の表面上に発生した傷つきの程度をルーペで確認して下記のように判定した。同サンプルについて各々の荷重にて３回実施し、目視判定した。
◎：いずれの荷重下においても傷が視認されない。
○：３００ｇｆ／ｃｍ2の荷重下では傷が視認されるが、２００ｇｆ／ｃｍ2の荷重下、１００ｇｆ／ｃｍ2の荷重下においては傷が視認されない。
△：３００ｇｆ／ｃｍ2、２００ｇｆ／ｃｍ2の荷重下では傷が視認されるが、１００ｇｆ／ｃｍ2の荷重下においては傷が視認されない。
×：１００ｇｆ／ｃｍ2の荷重下において傷が視認される。

実施例１〜１１、比較例１〜２、７〜１５は塗液中における有機微粒子の分散性が良好な結果であった。これは架橋剤による、粒子へ適度な硬さが付与されたことにより、粒子同士の凝集が抑制されたためであると推定される。一方、比較例３〜６は架橋剤含有量が少ないために、粒子同士の凝集が強くなったことで分散性が悪い結果になったと考えられる。また、架橋度は粒子の圧縮強度にも大きく影響し、架橋剤であるエチレングリコールジメタクリレートは、全モノマーに対し、１０〜４０重量部が好ましく、より好ましくは１５〜３５重量部である。

微小圧縮強度が小さいほうが導光板の削れがより軽減され、好ましくは５ＭＰａ以下の圧縮強度であれば、導光板の削れを大幅に軽減することができる。また、比較例１４のナイロン粒子は２００ｇｆ／ｃｍ2の荷重下までは削れ性が良好であったものの、３００ｇｆ／ｃｍ2の荷重下では導光板の削れが見られ、実施例１〜１１には及ばない結果であった。

比較例１５において、導光板削れ性試験後の導光板表面を観察したところ、シリカ成分が検出された。これはウレタン有機微粒子の製造上必要なシリカ成分であり、これが試験中の摩擦によって脱落し導光板の傷つきの要因になったと考えられる。

今回発明した実施例１〜１１の有機微粒子は、導光板の傷付き防止剤として用いた場合、反射率、輝度ムラに代表される液晶表示装置としての光学性能は従来と同様で良好であり、当該有機微粒子自体の工業的製造においてシリカ等の硬い成分の添加を必要とせず、かつその柔軟なポリマー性状により導光板の傷付き防止性能に優れた、従来に存在しない画期的な有機微粒子である。

Claims (1)

1. 炭素原子数８以上１８以下の直鎖または分岐鎖アルキル基を有する単官能（メタ）アクリル系モノマー（Ａ）を６５〜８５重量％および（メタ）アクリル基を２〜３個有するモノマー（Ｂ）を１５〜３５重量％を含有する単量体組成物であり、且つ単量体としてスチレンを含まない組成物を重合して得られ、
   また重合の際の分散剤としてポリビニルアルコールを使用し、体積平均粒径が、５〜５０μｍであり、島津微小圧縮試験機ＭＣＴ−Ｗ２０１を用いて、負荷速度０．１４２２（ｍＮ／ｓｅｃ）での１０％圧縮強度が、１〜５ＭＰａであること、
   を特徴とする（メタ）アクリル系微粒子。