JPWO2018181854A1 - 導光板用封止部材及びそれを用いた面状光源装置又は照明装置 - Google Patents

導光板用封止部材及びそれを用いた面状光源装置又は照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 十分な導光部材との接着強度を有しながら、導光部材の凹形状部内への埋め込みを抑制し、凹形状部蓋面の平滑性の高い導光板用封止部材、前記導光板用封止部材を用いた導光板、及び前記導光板を用いた照明装置又は表示装置を提供する。【解決手段】 端面から入射した光が屈曲して表面方向に出射する出射面を有し、前記出射面及び/又は前記出射面に対向する反対面に複数の凹部を有する導光部材の、前記凹部の内部に、前記導光部材の屈折率とは、異なる屈折率を有する、気体、液体又は真空の少なくともいずれかを封止するように、前記凹部を有する面に積層される、1層以上よりなる導光板用封止部材であって、前記導光板用封止部材の、前記凹部を有する面と接する層が、飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位からなる樹脂を含む封止層からなることを特徴とする導光板用封止部材。【選択図】 図1

Description

本発明は、LCD、PDPなどの画像表示装置や広告、展示用ウインドウなどの照明に用いられる導光板用封止部材及び面状光源装置又は照明装置に関する。
導光板の一態様として、端面から受光した光を、表面に形成された複数の凹型のレンズ形状又はドット形状(以降凹部とする)により反射・屈折させて、外部に出射させるものが知られている。しかしながら、前記凹部が形成された表面を最表面とすると、汚れの付着やキズなどにより光学特性が損なわれる懸念がある。更に、他の層と積層する場合には、前記凹部が形成された表面の平面部(凹部以外の領域)に、薄い空気層が入ることで、干渉縞等が生じる問題がある。
特許文献1には、封止部材として、薄膜の粘着剤、ホットメルト接着剤、半硬化状体を導光部材に密着して硬化した硬化体、あるいはブロッキング性樹脂シート等を用い、レンズ状の凹部からなる微小反射部に、空気を密閉する方法が提案されている。
特開2013−218052号公報
特許文献1の提案のように、封止部材に粘着剤を用いた場合は、経時や製造時・使用時の圧力により凹部へ粘着剤が埋まりこみ、光学特性が変わってしまう懸念がある。又、ホットメルト接着剤では、高温時に再溶融し光学特性が低下する懸念があり、加えて、一般的に平滑面への接着力が弱かった。
又、封止部材として、半硬化状体、特に未反応基を残したUV硬化型樹脂が例示されている。こちらはUV硬化型樹脂を半硬化状態にすることで封止部材の凹部への埋まり込みを抑え、貼り合わせ後の光学特性の低下は防ぐことができる。しかしながら、一般的なアクリル系UV硬化型樹脂では、半硬化状態とした場合、剥離強度を上げにくかった。
又、ブロッキング性シートは微粘着性があるため、ハンドリング性に難があった。
加えて上記に示したような特許文献1に記載のホットメルト接着剤を除く各種封止部材では、表面にタック性や粘着性を有していることから、加工時に異物などが付着した際の除去が困難であり、表面欠陥となりやすいなどの問題があった。
さらに特許文献1のような導光シートを反射型液晶パネルへ適用する際には、出射面とは反対側の反対面からの光漏れを極力抑える必要があり、そのためには封止後も凹部に対して蓋となる封止部材は平滑であることが求められる。
本発明者らは、鋭意研究を行い、特定の構造を有する導光板用封止部材によって、上記課題を解決可能なことを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は以下の通りである。
本発明(1)は、
端面から入射した光が屈曲して表面方向に出射する出射面を有し、
前記出射面及び/又は前記出射面に対向する反対面に複数の凹部を有する導光部材の、
前記凹部の内部に、
前記導光部材の屈折率とは、異なる屈折率を有する、気体、液体又は真空の少なくともいずれかを封止するように、
前記凹部を有する面に積層される、1層以上よりなる導光板用封止部材であって、
前記導光板用封止部材の、前記凹部を有する面と接する層が、
飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位からなる樹脂を含む封止層からなることを特徴とする導光板用封止部材である。
本発明(2)は、
前記飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレートが、
水酸基含有アルキル(メタ)アクリレートと、ジオールと、ジイソシアネートとの反応物であるウレタン(メタ)アクリレート(I)、
又は、イソシアネート基含有アルキル(メタ)アクリレートと、ジオールと、ジイソシアネートとの反応物であるウレタン(メタ)アクリレート(II)、であることを特徴とする前記発明(1)の導光板用封止部材である。
本発明(3)は、
前記飽和環状脂肪族基を有するアクリレート(I)及び(II)が、
飽和環状脂肪族基Rを含む下記の構造Aと、
飽和環状脂肪族基Rを含む下記の構造Cと、を含むことを特徴とする前記発明(1)の導光板用封止部材である。
構造A:−CO−NH−R−NH−CO−
構造C:−O−R−O−
本発明(4)は、
前記飽和環状脂肪族基を有するアクリレート(I)又は(II)が、
更に、飽和脂肪族鎖Rを含む下記の構造Bを含むことを特徴とする前記発明(3)の導光板用封止部材である。
構造B:−O−R−CO−
本発明(5)は、
前記導光部材と、前記発明(1)から(4)のいずれかの導光板用封止部材とを少なくとも含むことを特徴とする導光板である。
本発明(6)は、
前記凹部表面形状内に内接される、前記導光板用封止部材封止層の最大長方形形状において、前記長方形形状の中心点を通り、かつ、前記長方形形状内で前記長方形の各辺に平行な線における算術平均粗さRaの平均値が、0.1μm以下であることを特徴とする前記発明(5)の導光板である。
本発明(7)は、
前記導光板用封止部材の封止層と、前記導光部材との界面における90°剥離強度(JIS K6854に準ずる)が、0.6N/25mm以上であることを特徴とする前記発明(5)又は(6)の導光板である。
本発明(8)は、
前記導光板又は前記導光部材の出射面に対する法線方向を0°とし、
光源から光が入射される前記導光板又は前記導光部材の端面に対して垂直な方向を90°とした場合に、
前記導光板又は前記導光部材の端面から入射し、
前記導光板又は前記導光部材の出射面から出射される光のうち、−70°から70°の範囲の輝度を積分した値(La)と、
前記導光板又は前記導光部材の出射面とは反対側の面である反対面から出射される光のうち、110°から250°の範囲の輝度を積分した値(Lb)との、比率(La/Lb)をコントラスト(C)とした場合に、
前記導光板のコントラスト(Cx)と、該導光部材のコントラスト(Cy)との比率(Cx/Cy)が、0.5以上であることを特徴とする前記発明(5)から(7)のいずれかの導光板である。
本発明(9)は、
前記導光板が、更に反射部材及び/又は拡散部材を積層していることを特徴とする前記発明(5)から(8)のいずれかの導光板である。
本発明(10)は、
前記発明(5)から(9)のいずれかの導光板と、光源と、からなることを特徴とする照明装置又は表示装置である。
本発明によれば、十分な導光部材との接着強度を有しながら、導光部材の凹形状部内への埋め込みを抑制し、凹形状部蓋面の平滑性の高い導光板用封止部材、前記導光板用封止部材を用いた導光板、及び前記導光板を用いた照明装置又は表示装置が提供される。
導光板及び導光部材の構成を示す模式図である。 導光板内の光の進行を示す模式図である。 凹部(121)の形状を例示した上面図及び断面図である。 導光板におけるドット構造の分布例を示す模式図である。 凹部と凹部を覆う導光板用封止部材の断面図と、表面粗さの測定箇所を示した模式図である。 導光板及び導光部材のコントラスト測定の説明図である。 コントラスト測定に用いた装置を示す模式図である。
以下、下記項目を順番に説明する。
1.導光板
1−1.構成
2.各部
2−1.導光部材
2−1−1.構造
2−2.導光板用封止部材の構成
2−2−1.封止層組成
2−2−2.塗布基材
2−2−3.特性
2−2−4.導光板用封止部材の製造方法
2−2−5.使用方法
3.面状光源装置又は照明装置の用途
1.導光板
以下、本発明に係る導光板について導光部材、導光板用封止部材の順に詳述する。なお、ここで示す構成はあくまで一例であり、本発明はこれに何ら限定されない。
1−1.構成
本発明に係る導光板(100)は、凹部(121)が設けられた導光部材(120)と、前記導光部材(120)表面に積層し、封止するための導光板用封止部材(110)とで構成される(図1)。
前記導光板用封止部材(110)は、積層する際に前記凹部(121)の内部に、気体、液体又は真空の少なくともいずれかを封止する。このようにすることで、凹部(121)へのゴミの付着や傷つきによる導光板の光学特性の低下を防止できる。
又、前記凹部(121)を有する導光部材の凹部側表面に別の層(例えば偏光板や位相差板)を積層させる際に、貼り合わせ封止を行わない場合には、前記凹部(121)以外の導光部材の凹部側表面と、前記別の層との間に薄い空気層が入る可能性があり、干渉縞を引き起こす場合がある。前記導光板用封止部材(110)を介することで、空気層の形成を防止し、前記干渉縞を防止することができる。
2.各部
2−1.導光部材
本発明に係る導光部材(120)は、公知のものが使用できる。前記導光部材(120)は、光源から発せられた光を前記導光板の光入射端面(101)(側面側)で受光し(当該光は入射光となる)、その内部を通じて、出射面(102)側に光を出射することができる。
2−1−1.構造
導光部材(120)は、板、フィルムなどの透明部材、又は、それら部材の積層物で構成されることができる。導光部材(120)の材質は、透明部材であればよく、例えば透明樹脂やガラスなどが挙げられるが、透明樹脂が好ましく、透明性の高い熱可塑性樹脂がより好ましい。透明性の高い熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂などが挙げられる。なかでも透明性の見地から可視光領域に波長の吸収領域がないポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂が好ましい。
導光部材(120)の側面に設置された光源(200)から導光部材に入射した光は、導光部材内面で全反射を繰り返しながら導光部材(120)内を進む(図2)。導光部材(120)には、光が全反射する際に、反射角度を変える凹部(121)が複数設けられており、前記凹部(121)で反射角度を変えられた光は、出射面(102)から外部に出射されることができる。
本発明に係る前記光の反射角度を変える凹部(121)の形状は、凹型のレンズ形状等が挙げられる。これらの構造は単独で用いられてもよく、複数の構造を組み合せて用いることができる。前記凹部の形状は特に限定されないが、例えば図3(a)〜(g)等が挙げられる。
又、前記凹部(121)の配列も、特に限定されず、導光部材表面にランダムかつ複数配置することができる。さらに、導光板の光源に近い側から遠い側に離れるに従い、凹部の分布密度が高くなるように配置することができる(図4(a))。尚、導光部材の別の側部にも光源を設置する場合には、前記出射面内の光の均一性が向上できるため、上述した凹部の配置や分布密度は適宜調整することができる(図4(b))。
2−2.導光板用封止部材の構成
本発明に用いられる導光板用封止部材(110)は、多層構造であっても構わないが、導光板用封止部材(110)において、導光板の出射面とは反対側の表面である反対面表面と接する層が、少なくとも、飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位からなる樹脂を含む封止層(111)であることが必要である。
導光板用封止部材は、上記封止層(111)と、封止層を塗布する後述する塗布基材(112)とよりなる層構成であることが好ましい。
2−2−1.封止層組成
本発明に係る導光板用封止部材の封止層(111)は、モノマーである飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位によって形成されており、前記繰り返し単位は、単一、又は、複数種類の飽和環状脂肪族基を有するものである。
前記飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレートは、
水酸基含有アルキル(メタ)アクリレートと、ジオールと、ジイソシアネートとの反応物であるウレタン(メタ)アクリレート(I)、
又は、イソシアネート基含有アルキル(メタ)アクリレートと、ジオールと、ジイソシアネートとの反応物であるウレタン(メタ)アクリレート(II)、の繰り返し単位によって形成されていることが好ましい。以下は好適例であるウレタン(メタ)アクリレート(I)、又は、(II)由来の構造を有する繰り返し単位によって形成されている飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレートについて詳述する。
上記ウレタン(メタ)アクリレート(I)又は(II)由来の構造とは、ウレタン(メタ)アクリレート(I)、又は、(II)の単量体単位、すなわち、モノマーであるウレタン(メタ)アクリレート(I)又は(II)における、(メタ)アクリロイル基の2重結合が開裂した構造を意味し、(メタ)アクリロイル基の2重結合が開裂した部位を主に両端に有しているため、2官能性である。
上記繰り返し単位はウレタン結合(−NH−CO−O−)を有している。当該ウレタン結合の数は、特に限定されず、例えば1〜8である。上記ウレタン結合は極性基であり、各繰り返し単位中のウレタン結合同士が分子間力によって近接する。
一方、飽和環状脂肪族構造は、非極性の環状構造のため、飽和脂肪族鎖と比べて分子構造の観点から硬い骨格である。
その結果、上記繰り返し単位によって構成された前記導光板用封止部材封止層は、導光部材の凹部内への埋め込み抑制効果及び凹部蓋面の平滑性の高さを示すことになる。
上記ウレタン(メタ)アクリレートの単量体単位は、単一又は複数種類の飽和環状脂肪族構造を有している。飽和脂肪族構造としては、特に限定されるものではないが、分子量に起因する凝集力を高める観点から、5員環以上の飽和環状脂肪族構造であることが好ましい。員環数の上限は、特に限定されないが、導光板用封止部材封止層の原料となるモノマーの合成し易さから、例えば、15員環以下であり、好ましくは10員環以下である。上記員環数とは、飽和環状脂肪族構造が複数の環状構造を有する場合、最大の環状構造の員環数を表すものとし、飽和環状脂肪族構造が、ビシクロ環、又はトリシクロ環を有する場合、橋頭炭素を結ぶ橋の炭素数を除いた環状構造の員環数を意味する。例えばトリシクロデカン環の場合、員環数は9である。
飽和環状脂肪族構造の環状構造の主鎖は、炭素原子のみによって形成されていてもよいし、炭素原子に加え、酸素原子及び/又は窒素原子によって形成されていてもよい。又、上記環状構造の炭素原子には、炭素数1〜10の直鎖及び/又は、分岐鎖が付加されていてもよい。
上記飽和環状脂肪族構造の一例としては、3,5,5−トリメチルシクロヘキサン環、トリシクロデカン環、アダマンタン環、ノルボルネン環などが挙げられる。上記飽和環状脂肪族構造は、飽和脂肪族鎖を介してウレタン結合基と結合していてもよく、飽和環状脂肪族鎖の炭素数を変更することで、繰り返し単位の剛性を好適に調整できる。飽和環状脂肪族鎖としては、直鎖構造及び分岐鎖構造があり、直鎖構造の一例としては、−(CH−(nは1〜10の整数である)が挙げられ、繰り返し単位の屈曲性を低下させ、剛性を高める観点から、特に、−CH−、又は、−(CH−であることが好ましい。一方、分岐鎖構造としては、上記直鎖構造の少なくとも1つの炭素上の水素が、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基などによって置換された構造が例示される。
上述した3,5,5−トリメチルシクロヘキサン環が、メチレン鎖を介して2つのウレタン結合と結合している場合、3−メチレン−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン環が各ウレタン結合と結合していることとなり、トリシクロデカン環が、メチレン鎖を介して2つのウレタン結合と結合している場合、ジメチレントリシクロデカン環が各ウレタン結合と結合していることとなる。
上記3−メチレン―3,5,5-トリメチルシクロヘキサン環及びジメチレントリシクロデカン環は好ましい環構造であり、当該環構造を高分子鎖に含む導光板用封止部材封止層において、導光部材の凹部内への埋め込み抑制効果及び凹部蓋面の平滑性の高さを示すことになる。
繰り返し単位の主鎖には、飽和環状脂肪族構造以外に、炭素数5〜10の飽和脂肪族鎖を含んでいてもよい。飽和脂肪族の炭素数が5以上であることにより、鎖長が長く、屈曲性を有する飽和脂肪族鎖によって繰り返し単位に柔軟性が付与され、導光板用封止部材封止層の脆性が低下する。一方、炭素数が10以下であることにより、過度な柔軟性付与による接着強度の低下を抑制できる。飽和脂肪族鎖は直鎖構造であってもよく、分岐鎖構造であってもよい。上記飽和脂肪族鎖は、例えば、ウレタン結合、又は、エステル結合を介した構造にて繰り返し単位の一部を構成している。
上記直鎖構造の一例としては、−(CHn1−(n1は5〜10の整数)が挙げられ、特に−(CH−であることが好ましい。一方、分岐鎖構造としては、上記直鎖構造の少なくとも1つの炭素上の水素が、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基などによって置換された構造が例示される。
上記繰り返し単位の一例として、飽和環状脂肪族構造Rを含む下記構造A、及び、飽和環状脂肪族構造Rを含む下記構造Cを含む構造を例示できる。
−CO−NH−R−NH−CO−・・・(構造A)
−O−R−O−・・・(構造C)
当該繰り返し単位は、例えば、(1)Rを含むジイソシアネート、(2)Rを含むジオール、及び、(3)水酸基含有アルキル(メタ)アクリレート、又は、イソシアネート基含有アルキル(メタ)アクリレートを用いて得たウレタン(メタ)アクリレートから得ることができ、容易に製造可能である。一例として、上記構造A、及び構造Cの割合は、m+1:m、又はm:m+1とすることができ、上記mは1〜4を示す。
又、上記繰り返し単位は、さらに、下記飽和脂肪族鎖Rを含む下記構造Bを含んでいてもよい。
−O−R−CO−・・・(構造B)
当該繰り返し単位は、例えば、Rを含むジイソシアネート、Rを含むエステル(任意に使用される)、Rを含むジオールに加えて、水酸基含有アルキル(メタ)アクリレート、又は、イソシアネート基含有アルキル(メタ)アクリレートを用いて得たウレタン(メタ)アクリレートから得ることができ、容易に製造可能である。一例として、上記構造A、構造B及び構造Cの割合はm+1:m(r+s):m、m:m(r+s):m+1、m:k+n:m+1とすることができる。上記mは1〜4を示し、r及びsはそれぞれ0〜2を示し、かつ、rとsとの和は0〜2を示す。
上述した飽和環状脂肪族構造及び飽和脂肪族鎖を有する繰り返し単位の具体例を以下に示す。一般式(1)に示すように、(メタ)アクリレート由来の構造とは、(メタ)アクリレート構造HC=CH−CO−(又は、HC=C(CH)−CO−)の炭素―炭素2重結合が開裂して単結合となった構造である。
Figure 2018181854
(一般式(1)中、Rは飽和環状脂肪族構造を示し、Rは炭素数5〜10の直鎖又は分岐鎖状の飽和脂肪族を示し、RはRと異なる飽和環状脂肪側構造を示し、Rは水素原子又はメチル基を示し、Rは水素原子、メチル基又はエチル基を示し、mは1〜4を示し、r及びsはそれぞれ0〜2を示し、且つrとsとの和は0〜2であり、xは0〜3を示す)
上記一般式(1)において、Rが3−メチレン3,5,5−トリメチルシクロヘキサン環であり、Rが−(CH−であり、Rがジメチレントリシクロデカン環であり、R及びRが水素原子であり、r及びsが1であり、xが1である好適な構造を以下に示す。
Figure 2018181854
本発明に係る導光板用封止部材封止層が、どのような構造の繰り返し単位によって形成されているかは、熱分解GC−MS及びFT−IRによって、導光板用封止部材封止層を分析することによって判断可能である。特に、熱分解GC−MSは、導光板用封止部材封止層に含まれる単量体単位をモノマー成分として検知できるため有用である。
導光板用封止部材封止層には、導光板用封止部材封止層の接着性、導光部材の凹部内への埋め込み抑制効果及び凹部蓋面の平滑性の高さを損なわなければ、紫外線吸収剤、レベリング剤や帯電防止剤等、各種添加剤を含有させてもよい。これにより、導光板用封止部材封止層に紫外線吸収特性、帯電防止特性等を付与することが可能である。
本発明に係る導光板用封止部材封止層の膜厚は特に限定されないが、例えば膜厚は50μm以下であり、より好ましくは25μm以下であり、特に好ましくは10μm以下である。
2−2−2.塗布基材
塗布基材は封止層と共に導光部材を保護する役割を担い、導光板の一部として機能するため、透明性を有していることが好ましく、又、導光部材や封止層と同様の屈折率を有していることが好ましい。
塗布基材の厚さは特に限定されないが、製造のしやすさと、導光部材保護の役割とから、25μm以上5mm以下が好ましく、50μm以上1mm以下がより好ましく、80μm以上500μm以下がさらに好ましい。
2−3−3.特性
本発明に係る導光板用封止部材の封止層と、導光部材との界面における90°剥離強度(JIS K6854による)は、0.6N/25mm以上とすることができる。0.6N/25mm未満では、剥がれや浮きが発生する懸念がある。
本発明による導光板用封止部材を前記導光部材に封止したのち、導光部材の凹部表面形状内に内接される導光板用封止部材封止層の最大長方形形状(面積が最大となる長方形形状)において、当該長方形形状の中心点を通り、かつ、当該長方形形状内で当該長方形の各辺に平行な線における算術平均粗さRaの平均値を、0.1μm以下とすることができる(図5)。
前記凹部の前面を覆う前記導光板用封止部材封止層の凹部に対向する表面(113)の領域は、通常封止を行う際、その一部が凹部に入り込み、その表面に凹凸が生まれやすく、この凹凸により導光板の光学特性が低下しやすい。
しかしながら、本発明の導光板用封止部材は、封止層に、少なくとも、飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位からなる樹脂を含むことにより、上記表面領域における算術平均粗さRaの平均値を0.1μm以下とすることで、導光板の光学特性が低下することを防止できる。算術平均粗さRaの平均値は、0.05μm以下であることがより好ましく、0.02μm以下であることがさらに好ましい。
前記算術平均粗さRaの測定方法について、以下に詳述する。
図5は、凹部と凹部を覆う導光板用封止部材の断面図であり、表面粗さの測定箇所を示した模式図である。ここで図5においては、説明しやすくするため、導光部材凹部表面形状が円形状であるものとして説明する。
導光部材の凹部表面形状内に内接される、導光板用封止部材封止層の表面(113)は、導光部材の凹部表面形状(ここでは円形状)に対し、中央付近よりも凹部周長内側付近に、少なからず封止層の埋め込み(入り込み)が起きやすいため、本発明に係わる算術平均粗さRaの測定においては、この埋め込みが起きやすい箇所を除外して測定を行うこととする。
すなわち、導光部材の凹部表面形状内に内接される、導光板用封止部材封止層の最大長方形形状において、当該長方形形状の中心点(114)を通り、かつ、当該長方形形状内で当該長方形のある辺(115){短辺(115)}及び当該ある辺と隣り合う辺(116){長辺(116)}に平行な線を、順にD1(117)、D2(118)とする。そして、当該D1及びD2の範囲内における算術平均粗さRaを測定し、それぞれの値を、順にRa1、Ra2としたとき、これらの平均値を本発明における算術平均粗さRaとし、凹部蓋面の平滑性を評価する。
ここで測定装置は特に限定されず、公知の測定器を使用できる。例えば、接触型のプロファイル測定器や非接触型の共焦点レーザー顕微鏡を用いる方法等が挙げられ、ISO4287:1997に規定された測定方法に準拠すればよい。
さらに上記では、説明しやすくするため、導光部材凹部表面形状が円形状であるものとして説明したが、導光部材凹部表面形状が円形状ではない場合においても、導光部材の凹部表面形状内に内接される導光板用封止部材封止層の最大長方形形状に対し、当該長方形形状の中心点を通り、かつ、当該長方形形状内で当該長方形の各辺に平行な線を用いることにより、同様の測定方法にて、算術平均粗さRaを求めることができる。
本発明による導光板用封止部材は、導光部材に設置された際の導光板のコントラストを(Cx)とし、導光部材のみのコントラスト(Cy)とした際に、それらの比率(Cx/Cy)が0.5以上となるようにすることができる。
以下に、前記コントラストについて詳述する。図6に示したように、導光板(100)又は導光部材(120)の出射面に対する法線方向を0°、光源から光が入射される導光板又は導光部材の端面に対して垂直な方向を90°と規定する。光源を発した光が導光板又は導光部材の端面から入射し、導光板又は導光部材の内部を進行し、前記凹部により反射・拡散されて、導光部材の出射面から出射される。このとき上記規定した角度を基準に、−70°から70°までの範囲に出射される光の輝度積分値をLaとし、110°から250°までの範囲に出射される光(導光板又は導光部材の出射面とは反対側の面である反対面から出射される光)の輝度積分値をLbとする。即ち、前記Laは出射面の輝度積分値を表し、前記Lbは反対面の輝度積分値を表す。これらの比率(La/Lb)をコントラストとして定義する。
即ち、(Cx/Cy)が0.5未満であると、導光部材の本来の設計と比較して、出射面から出射される輝度が低く、反射面へ出射される輝度が高くなっていることとなり、面状光源装置や照明装置としての能力が不足するおそれがある。これは前記導光板用封止部材封止層が凹部に埋め込まれ、光の拡散性が低下したことに起因する。
2−2−4.導光板用封止部材の製造方法
本発明に係る導光板用封止部材の製造方法は、上記導光板用封止部材を製造できれば特に限定されないが、一例として、以下の工程(A1)及び(A2)を含む方法が挙げられる。
工程(A1):エネルギー線硬化型組成物を、塗布基材上に塗布する。
工程(A2):塗布後、上記エネルギー線硬化型組成物を半硬化させて導光板用封止部材封止層を形成する。
エネルギー線硬化型組成物は、必須成分として飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレートを含んでいる。モノマーであるウレタン(メタ)アクリレートは、導光板用封止部材封止層の原料であり、当該モノマーが重合することで上述した繰り返し単位が形成される。
ウレタン(メタ)アクリレートを合成する手法は特に限定されないが、一例として、まず、2官能性の中間体を合成し、水酸基含有アルキル(メタ)アクリレート、又は、イソシアネート基含有アルキル(メタ)アクリレートを中間体の両末端に合成する手法が挙げられる。
具体的に、上述した一般式(1)の繰り返し単位に対応するウレタン(メタ)アクリレートを合成する手法を例示すると、〔1〕Rを有するエステルと、Rを有するジオールとを、m(r+s):mのモル比で反応させて、さらに、m+1モルのRを有するジイソシアネートを反応させて、両末端に−N=C=O基を有する中間体を得る。〔2〕その後、1モルの上記中間体に対して、2モルの水酸基含有アルキル(メタ)アクリレートを反応させることで、下記一般式(2)で表されるウレタン(メタ)アクリレートが得られる。
Figure 2018181854
(一般式(2)中、Rは飽和環状脂肪族構造を示し、Rは炭素数5〜10の直鎖又は分岐鎖状の飽和脂肪族を示し、RはRと異なる飽和環状脂肪側構造を示し、Rは水素原子又はメチル基を示し、Rは水素原子、メチル基又はエチル基を示し、mは1〜4を示し、r及びsは0〜2を示し、かつ、rとsの和は0〜2であり、xは0〜3を示す)
上記各原料の合成手順を示したが、本発明に係るウレタン(メタ)アクリレートの合成手順はこれらに限定されず、各原料を同時に混合してもかまわない。ただし、上記合成手順の場合、分子量の制御しやすい点で優れている。
エネルギー線硬化型組成物の調製は、繰り返し単位を生じさせるモノマーに、モノマーの重合を開始する光重合開始剤を添加して行う。
光重合開始剤としては、アセトフェノン系、ベンゾフェノン系、チオキサントン系、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル等のラジカル重合開始剤を単独又は適宜組み合わせて使用することができる。
エネルギー線硬化型組成物に、上述した紫外線吸収剤、レベリング剤や帯電防止剤等、各種添加剤を添加してもよい。
エネルギー線硬化型組成物における、モノマー、光重合開始剤及び任意の各種添加剤の各割合は、各材料の種類によって異なり、一義的に規定することは困難であるが、一例として、モノマーが50質量%以上99質量%以下、光重合開始剤が0.5質量%以上10質量%以下、各種添加剤が50質量%以下とすることができる。又、トルエンなどの有機溶剤をエネルギー線硬化型組成物に添加してもよい。
調製したエネルギー線硬化型組成物を塗布基材上に塗布するには、連続生産性を考えると、ロールコーティング法、グラビアコーティング法等のコーティング法を用いることが好ましい。当該コーティング法によって、薄層、例えば50μm以下、好ましくは25μm以下、より好ましくは10μm以下の導光板用封止部材封止層を形成するようエネルギー線硬化型組成物を塗布できる。
工程(A2)における半硬化は、紫外線照射装置から紫外線を照射することで行うことができる。用いる紫外線光源は特に限定されないが、波長400nm以下に発光分布を有する、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、メタルハライドランプなどを用いることができる。アクリル化合物を活性エネルギー線硬化成分とする組成物を用いる場合、一般的な重合開始剤が示す吸収波長を考慮すると、400nm以下の光を多く有する高圧水銀灯又はメタルハライドランプが、紫外線光源としては好ましく用いられる。
エネルギー線硬化型組成物を半硬化することで、塗布基材上に封止層が形成された導光板用封止部材が得られる。
2−2−5.使用方法
本発明による導光板用封止部材は、前記導光部材の凹部を有する表面に貼り合せ(積層)し、紫外線を照射することで用いられる。貼り合せる方法は公知の方法を用いればよく、例えば前記導光用封止部材を加熱する、いわゆる熱ラミネートによる方法などが挙げられ、紫外線照射に関しては、上記工程(A2)で示した方法で行うことができる。
出来上がった導光板は、導光部材と同様の透明性及び屈折率を有するもの、例えば、アクリル板等で、導光部材の厚みを増やすことができる。
3.面状光源装置又は照明装置の用途
本発明による導光板用封止部材を用いた導光板は、その導光板の側面の位置(端面)に一つ又は複数の光源を設けることで、面状光源装置又は照明装置として使用することができる。光源は公知のものを使用することができ、特に限定されないが、省サイズ化や消費電力の観点からLED光源が好ましい。
又前記面状光源装置をバックライトとして使用する場合には、前記導光板の一方の面に、反射部材及び/又は拡散部材を設けることができる。反射部材や拡散部材は、特に限定されず、公知のものを使用すればよい。
前記前記面状光源装置又は照明装置は、表示用デバイスである透過型表示装置、反射型表示装置におけるエッジ型表示装置用の面状光源装置、及び、照明装置として使用される。
以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を説明するが、本発明は実施例の内容に限定されるものではない。
130mm×90mmのサイズの2mmの厚みのPMMAのシートに、UV硬化アクリル樹脂(光重合開始剤含有)により10μmの厚みで塗布層を形成し、直径約40μmで高さが約10μmの凸レンズ型のドット形状を有する金型(凸型レンズ密度:約100個/mm)にてプレスを行いながら、PMMAのシートの塗布層と反対側の面からUV光線を照射して硬化することにより、本発明で用いる凹部を有する導光部材を作製した。得られた導光部材の表面をレーザー顕微鏡で観察し、大きさ(直径)が約40μmで深さが約8μmの凹レンズ型のドット形状が約100個/mmの密度で存在する凹部を有する導光部材が得られていることを確認した。
〔製造例1〕
化合物1の合成:
トリシクロデカンジメタノール196.29g(1モル)とε−カプロラクトン22.828g(0.2モル)をフラスコに仕込み、120℃まで昇温し、触媒としてモノブチルスズオキシド50ppmを添加した。その後、窒素気流下で、残存したε−カプロラクトンがガスクロマトグラフィーで1%以下になるまで反応を行い、ジオール(1)を得た。
別のフラスコにイソホロンジイソシアネート444.56g(2モル)を仕込み、反応温度70℃で、ジオール(1)424.57g(1モル)を加え、残存したイソシアネート基が5.7%となった時点で2−ヒドロキシエチルアクリレート232.24g(2モル)、ジブチルスズラウリレート0.35gを加え、残存したイソシアネート基が0.1%になるまで反応を行い、モノマーであるウレタンアクリレート(化合物1)を得た。
〔製造例2〕
ε−カプロラクトンの使用量を0.2モルから2モルに変更した以外は製造例1と同様にして、モノマーである化合物2を得た(化合物2は、両末端がアクリロイル基である以外は、一般式(1a)においてmが1である構造と共通する)。
〔製造例3〕
ε−カプロラクトンの使用量を0.2モルから1モルに変更した以外は製造例1と同様にして、モノマーである化合物3を得た。
〔製造例4〕
ε−カプロラクトンを使用しないこと以外は製造例1と同様にして、モノマーである化合物4を得た。
〔製造例5〕
イソホロンジイソシアネート222.28g(1モル)とアクリル酸2−ヒドロキシプロピル260.28g(2モル)をフラスコに仕込み、70℃まで昇温し、触媒としてジブチルスズラウリレート0.35gを加え、残存したイソシアネート基が0.1%になるまで反応を行い、モノマーであるウレタンアクリレート(化合物5)を得た。
〔製造例6〕
2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート210.27g(1モル)と2−ヒドロキシエチルアクリレート232.24g(2モル)をフラスコに仕込み、70℃まで昇温し、触媒としてジブチルスズラウリレート0.35gを加え、残存したイソシアネート基が0.1%になるまで反応を行い、飽和環状脂肪族基を含有しないモノマーであるウレタンアクリレート(化合物6)を得た。
〔実施例1〕
ワイヤーバーを用いて、塗布基材{住友化学社製アクリルフィルム テクノロイ(100μm厚さ)}に下記封止層製造用エネルギー線硬化型組成物(P1)を塗布した。エネルギー線硬化型組成物(P1)はトルエンを含有しており、固形分率(NV)が40%であった。
Figure 2018181854
エネルギー線硬化型組成物(P1)の塗布厚は、乾燥後の膜厚が2μmとなるよう調整した。乾燥炉内温度100℃に設定したクリーンオーブン内で、塗工膜を乾燥させ、その後、大気中雰囲気下で、積算光量200mJ/cmの条件で高圧水銀ランプを照射することで紫外線半硬化させ、塗布基材の片面に未反応のアクリロイル基が残存した封止層が形成された導光板用封止部材を得た。
上記封止部材の封止層側の表面と、上記で作製した導光部材の凹部を有する面とを、温度100℃の条件下で熱ラミネートを行った後、積算光量3000mJ/cmの条件で高圧水銀ランプを照射することで封止層内に残存していた未反応のアクリロイル基を完全に硬化反応させ、実施例1の導光板を得た。
〔実施例2〜7、比較例1〜3〕
表1に記載のモノマーを、表2の配合表に記載の各モノマーに変更し、かつ、表2に記載した膜厚となるように調整した以外は実施例1と同様にして、実施例2〜6、比較例1〜2の導光板を得た。
なお、比較例2及び比較例3で用いたM305(東亞合成社製)は、ペンタエリスリトールトリアクリレートである。
続いて、高圧水銀ランプを照射して紫外線半硬化させる工程を除いた以外は実施例1と同様にして、実施例7の導光板を得た。
さらに高圧水銀ランプを照射して半硬化させる工程を除いた以外は比較例2と同様にして、比較例3の導光板を得た。
Figure 2018181854
上記実施例及び比較例で得られた導光板を評価した。
〔剥離強度〕
上記実施例及び比較例の各々で得られた導光板を25mm幅に断裁し、JIS K6854に準拠する方法で、導光部材を固定しながら封止部材を引っ張ることにより、封止部材と導光部材との界面における90度剥離強度を測定した。
〔表面粗さ(算術平均粗さRaの平均値)〕
上記実施例及び比較例の各々で得られた導光板を、封止層と導光部材との界面で剥離し、露出した封止層の表面上に、真空蒸着装置(サンユー電子社製SC−701AT)を使用して金粒子を15nmの厚さで真空蒸着させた。このサンプルに対し、共焦点レーザー顕微鏡(オリンパス社製OLS3000)を使用して、サンプル表面の観察を行い、導光部材の凹部の表面形状に内接する長方形のうち、面積が最大になる長方形の中心点を通り、かつ該長方形の各辺に平行な線分それぞれの算術平均粗さRaの平均値を算出した。
〔導光部材封止前後のコントラスト比〕
図7(a)及び(b)は導光板のコントラスト評価に用いた測定装置の一例の模式図が示される。この測定装置により、実施例及び比較例の各々で得られた導光板のコントラストを下記の方法により評価した。
まず、図7(a)のようにLED光源(200)を実施例及び比較例の導光板の光入射端面101に、そして裏面からの光の影響を避けるため、黒色フェルトシート140(和気産業社製黒色フェルトシートFU−714、厚み2μm)を実施例及び比較例の導光板の光出射面(図7(a)における上面)とは反対側の表面である反対面(図7(a)における下面)に、それぞれ設置した。
続いて輝度計300(村上色彩技術研究所社製GP−5)を用い、光源から光が入射される導光板の端面に対して垂直な方向(図7(a)における左から右に向かう方向)を90°、導光体出射面に対する法線方向(図7(a)における下から上に向かう方向)を0°とした際、当該規定角度を基準として、−70°から70°までの範囲で出射面に出射される光の輝度積分値(La)を測定した。なお出射方向は、出射面法線方向を0°と規定した際の、輝度計300から見て光入射端面(101)の方向を−(マイナス)、その反対方向を+(プラス)とした。
次に、図7(b)に示されるように導光板を上下逆向きに配置し、上記規定角度を基準として、同様に110°から250°までの範囲で、出射面とは反対側の面である反対面に出射される光の輝度積分値(Lb)を測定した。なお出射方向は、反対面の法線方向を、上記規定角度基準により180°とし、輝度計300から見て光入射端面(101)の方向を−(マイナス)、その反対方向を+(プラス)とした。
以上より、導光板出射面と、反対面との輝度積分値の比率(La/Lb)をコントラスト(C)とし、実施例及び比較例で得られた導光板(100)のコントラスト(Cx)と、上記導光板と同様の方法により測定した、導光板用封止部材を設けていない導光部材(120)単体でのコントラスト(Cy)との比率(Cx/Cy)の値により、導光部材封止前後のコントラスト比を評価した。
各評価結果を表3に示した。表3における評価基準は以下の通りである。
「剥離強度」
◎ 3.0N/25mm超
○ 1.0N/25mm〜3.0N/25mm
△ 0.6N/25mm以上1.0N/25mm未満
× 0.6N/25mm未満
「算術平均粗さRaの平均値」
○ 0.02μm未満
△ 0.02μm〜0.10μm
× 0.10μm超
「導光部材封止前後のコントラスト比」
○ 0.7超
△ 0.5〜0.7
× 0.5未満
Figure 2018181854
表3に示すように、本発明実施例1〜7において、十分な強度の剥離強度と、十分に小さい算術平均粗さRaの平均値による導光板用封止部材の凹部蓋面の平滑性と、十分に大きい導光部材封止前後のコントラスト比を有する導光板を得ることができた。特に実施例1〜5は、全ての評価項目において、優れた特性を示した。
ここで実施例6では、表2に示すとおり、実施例1における膜厚を厚くしたものであるが、表3より、剥離強度及び導光部材封止前後のコントラスト比に関しては低下が確認されたものの、十分な強度の剥離強度と、十分に小さい算術平均粗さRaの平均値による導光板用封止部材の凹部蓋面の平滑性と、十分に大きい導光部材封止前後のコントラスト比を有する導光板を得ることができた。
又、実施例7では、実施例1の導光部材と貼り合わせる前に紫外線照射をして半硬化させる工程を省いたものであるが、表3より、他の実施例と比較して算術平均粗さRaの平均値及び導光部材封止前後のコントラスト比が小さい。これは、半硬化を行わなかったため、導光部材の凹部への埋め込み性が若干悪化したものと考えられるが、それであっても、十分に小さい算術平均粗さRaの平均値による導光板用封止部材の凹部蓋面の平滑性と、十分に大きい導光部材封止前後のコントラスト比を有しており、加えて最も高い強度の剥離強度を有する導光板を得ることができた。
これに対し、比較例1に示すように、飽和環状脂肪族基を含有しないウレタン(メタ)アクリレート化合物を用いた場合、十分な強度の剥離強度を有する導光板を得ることができなかった。これは飽和環状脂肪族基を有していないために、繰り返し単位構造からなる樹脂の凝集力が低かったためだと考えられる。
続いて比較例2に示すように、飽和環状脂肪族基及びウレタン結合を有しないアクリレート化合物を用いた場合も、十分な強度の剥離強度を有する導光板を得ることができなかった。これは飽和環状脂肪族基及びウレタン結合を有していないアクリレート化合物が、本実施例1〜7にて使用した化合物と比較して導光部材との密着性が悪かったためだと考えられる。
そして比較例3に示すように、比較例2と同じ飽和環状脂肪族基及びウレタン結合を有しないアクリレート化合物を、導光部材と貼りあわせる前に紫外線照射をして半硬化させる工程を省いて用いた場合も、高い強度の剥離強度を有しているものの、算術平均粗さRaの平均値による導光板用封止部材の凹部蓋面の平滑性及び導光部材封止前後のコントラスト比が十分な導光板を得ることができなかった。これは紫外線照射による半硬化をしていないアクリレート化合物の流動性が高いために、導光部材凹部内に、アクリレート化合物が埋め込まれてしまったためだと考えられる。
上記実施例及び比較例から明らかなように、導光板用封止部材封止層が、飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位からなる樹脂を含んでいることは、導光部材の凹形状部内への埋め込みを抑制し、凹形状部蓋面の平滑性の高い導光板用封止部材として非常に重要であり、本発明に係る導光板用封止部材の有用性が示された。
100 導光板
101 光入射端面
102 出射面
110 導光板用封止部材
111 封止層
112 塗布基材
120 導光部材
121 凹部
140 黒色フェルトシート
200 LED光源
300 輝度計

Claims (10)

  1. 端面から入射した光が屈曲して表面方向に出射する出射面を有し、
    前記出射面及び/又は前記出射面に対向する反対面に複数の凹部を有する導光部材の、
    前記凹部の内部に、
    前記導光部材の屈折率とは、異なる屈折率を有する、気体、液体又は真空の少なくともいずれかを封止するように、
    前記凹部を有する面に積層される、1層以上よりなる導光板用封止部材であって、
    前記導光板用封止部材の、前記凹部を有する面と接する層が、
    飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位からなる樹脂を含む封止層からなることを特徴とする導光板用封止部材。
  2. 前記飽和環状脂肪族基を有するウレタン(メタ)アクリレートが、
    水酸基含有アルキル(メタ)アクリレートと、ジオールと、ジイソシアネートとの反応物であるウレタン(メタ)アクリレート(I)、
    又は、イソシアネート基含有アルキル(メタ)アクリレートと、ジオールと、ジイソシアネートとの反応物であるウレタン(メタ)アクリレート(II)、であることを特徴とする請求項1に記載の導光板用封止部材。
  3. 前記飽和環状脂肪族基を有するアクリレート(I)及び(II)が、
    飽和環状脂肪族基Rを含む下記の構造Aと、
    飽和環状脂肪族基Rを含む下記の構造Cと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の導光板用封止部材。
    構造A:−CO−NH−R−NH−CO−
    構造C:−O−R−O−
  4. 前記飽和環状脂肪族基を有するアクリレート(I)又は(II)が、
    更に、飽和脂肪族鎖Rを含む下記の構造Bを含むことを特徴とする請求項3に記載の導光板用封止部材。
    構造B:−O−R−CO−
  5. 前記導光部材と、請求項1から4のいずれか1項に記載の導光板用封止部材とを少なくとも含むことを特徴とする導光板。
  6. 前記凹部表面形状内に内接される、前記導光板用封止部材封止層の最大長方形形状において、前記長方形形状の中心点を通り、かつ、前記長方形形状内で前記長方形の各辺に平行な線における算術平均粗さRaの平均値が、0.1μm以下であることを特徴とする請求項5に記載の導光板。
  7. 前記導光板用封止部材の封止層と、前記導光部材との界面における90°剥離強度(JIS K6854に準ずる)が、0.6N/25mm以上であることを特徴とする請求項5又は6に記載の導光板。
  8. 前記導光板又は前記導光部材の出射面に対する法線方向を0°とし、
    光源から光が入射される前記導光板又は前記導光部材の端面に対して垂直な方向を90°とした場合に、
    前記導光板又は前記導光部材の端面から入射し、
    前記導光板又は前記導光部材の出射面から出射される光のうち、−70°から70°の範囲の輝度を積分した値(La)と、
    前記導光板又は前記導光部材の出射面とは反対側の面である反対面から出射される光のうち、110°から250°の範囲の輝度を積分した値(Lb)との、比率(La/Lb)をコントラスト(C)とした場合に、
    前記導光板のコントラスト(Cx)と、該導光部材のコントラスト(Cy)との比率(Cx/Cy)が、0.5以上であることを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の導光板。
  9. 前記導光板が、更に反射部材及び/又は拡散部材を積層していることを特徴とする請求項5から8のいずれか1項に記載の導光板。
  10. 請求項5から9のいずれか1項に記載の導光板と、光源と、からなることを特徴とする照明装置又は表示装置。
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