KR102540565B1 - 이방성 광학 필름을 이용한 도광 적층체 및 그것을 이용한 면상 광원 장치 - Google Patents

이방성 광학 필름을 이용한 도광 적층체 및 그것을 이용한 면상 광원 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면 시인성이 좋은 도광판과 이방성 광학 필름으로 이루어지는 도광 적층체와 상기 도광 적층체와 광원으로 이루어지는 면상 광원 장치를 제공한다.
단면으로부터 입사한 광이 굴곡하여 표면 방향으로 출사하는 출사면을 갖고, 상기 출사면 내의 출사 강도가 최대가 되는 각도가 상기 출사면에 수직인 방향에 대해, 20°~60°인 도광판과 상기 출사면에 대해, 직접 또는 다른 층을 개재하여 적층되는 광의 입사광 각도에 의해 확산성이 변화하는 이방성 광학 필름을 갖는 도광 적층체로서, 상기 도광판의 출사면과는 반대측의 면에 있는 반대면이 크기 50μm 이하, 높이 또는 깊이가 50μm 이하인 요형 또는 철형의 구조를 복수로 갖고 상기 이방성 광학 필름은 매트릭스 영역과 복수의 구조체로 이루어진 구조 영역을 갖고 상기 도광판의 출사 강도가 최대가 되는 각도에 있어서 상기 이방성 광학 필름에 대해서 입사한 광의 직선 방향의 투과 광량/입사한 광의 광량인, 이방성 광학 필름의 직선 투과율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 도광 적층체, 및 상기 도광 적층체를 이용한 면상 광원 장치이다.

Description

이방성 광학 필름을 이용한 도광 적층체 및 그것을 이용한 면상 광원 장치
　본 발명은 도광 적층체 및 그것을 이용한 면상 광원 장치에 관한 것이다.
종래, 액정표시장치에는, 도 1(a)에 나타낸 것과 같은 광원(11), 도광판(12) 및 프리즘 렌즈(13)를 조합한 엣지 라이트형의 면상 광원 장치(10)가 사용되고 있다. 그렇지만 프리즘 렌즈를 이용하는 경우에는, 프리즘에 의한 얼룩이나 간섭이 일어나기 쉽고, 투과율도 낮다. 또 프런트 라이트로서 사용했을 경우에는, 프리즘의 홈의 선이 보여 버리는 결점을 가지고 있다. 그 때문에 확산 필름(24)을 병용 함으로써(도 1(b)), 얼룩이나 간섭을 방지해, 프리즘의 홈의 선이 보이는 결점을 보충하는 것이 행해지고 있다. 그러나 장치 구성이 복잡하게 되는 것이나, 각층 표면에 있어서의 후방 산란이나 미광이 많아, 휘도의 저하가 일어나는 문제가 있었다.
이들 과제를 해결하기 위해, 도 1(c)에 나타낸 것과 같은 도광판(32) 및 이방성 산란 필름(34)(이방성 광 산란 필름 또는 이방성 산란 부재)에 의한 광의 산란 효과를 이용하는 수법으로서 예를 들면 특허문헌 1에는 홈 구조(도 4(a)의 111)를 가지는 도광판과 이방성 산란 부재와의 조합에 의한 반사형 액정표시장치가 제안되어 있고, 특허문헌 2에는 도 4(b)에 나타낸 것과 같은 프리즘 어레이 구조(108)를 가지는 도광판과 이방성 광 산란 필름과의 조합에 의한 전방 조명 장치가 제안되어 있고, 또 특허문헌 3에서는 면발광 수단 도광판과 요철 패턴 형성 시트를 가지는 이방성 부여 수단과의 조합에 의한 이방성 면발광 유닛이 제안되어 있다.
일본 특허 제 6050712호 일본 특개 2003-203514호 공보 일본 특개 2012-42820호
특허문헌 1 및 특허문헌 2로 제안되고 있는 도광판 및 이방성 광 산란 필름(이방성 산란 부재)을 이용한 장치는, 도광판의 구조에 의해 광원으로부터의 입사광이 직선적으로 도광된다. 즉 도광판 면내에서의 입사광의 확산성이 낮기 때문에, 도광판 면내에서 균일한 밝기를 얻기 위해서는 광원을 고밀도로 배치할 필요가 있어, 효율이 매우 나쁘다. 즉 도광판의 광의 출사 특성이 나쁘기 때문에, 시인성이 저하된다고 하는 문제가 있었다. 추가로 특허문헌 3에 개시되어 있는 면발광 수단 도광판과 요철 패턴 형성 시트를 가지는 이방성 부여 수단의 조합에 의한 이방성 면발광 유닛에서는, 요철 패턴 형성 시트에는 입사 각도 의존성이 없기 때문에, 정면 방향에 대한 광의 투과율의 저하가 생기기 쉽고, 시인성이 저하된다고 하는 문제가 있었다. 여기서 본 발명의 목적은 시인성을 향상시키는 것이 가능한, 도광판과 이방성 광학 필름으로 이루어지는 도광 적층체와, 상기 도광 적층체와 광원으로 이루어지는 면상 광원 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명(1)은 단면(端面)으로부터 입사한 광이 굴곡하여 표면 방향으로 출사하는 출사면을 갖고, 상기 출사면 내의 출사 강도가 최대가 되는 각도가 상기 출사면에 수직인 방향에 대해, 20°~ 60°인 도광판과, 상기 출사면에 대해, 직접 또는 다른 층을 개재하여 적층되는 광의 입사광 각도에 의해 확산성이 변화하는 이방성 광학 필름을 갖는 도광 적층체로서, 상기 도광판의 출사면과는 반대측의 면인 반대면이 크기 50μm 이하, 높이 또는 깊이가 50μm 이하인 요형(凹型) 또는 철형(凸型)의 구조를 복수로 갖고, 상기 이방성 광학 필름은 매트릭스 영역과 복수의 구조체로 이루어진 구조 영역을 갖고, 상기 도광판의 출사 강도가 최대가 되는 각도에 있어서, 상기 이방성 광학 필름에 대해서 입사한 광의 직선 방향의 투과 광량/입사한 광의 광량인, 이방성 광학 필름의 직선 투과율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 도광 적층체이다.
본 발명(2)은, 상기 이방성 광학 필름의 법선 방향에 대한 산란 중심축 각도가, 상기 출사 강도가 최대가 되는 각도보다도 상기 법선 방향 측으로 경사되어 있으며, 상기 산란 중심축 각도와, 상기 출사 강도가 최대가 되는 각도와의 차이가 20°이내인 것을 특징으로 하는 상기 발명(1)의 도광 적층체이다.
본 발명(3)은, 상기 산란 중심축 각도가 상기 광원에 가까운 위치로부터 먼 위치에 걸쳐 연속적으로 변화해 나가는 것을 특징으로 하는 상기 발명(2)의 도광 적층체이다.
본 발명(4)은, 상기 복수의 구조체의 형상이 판상인 것을 특징으로 하는 상기 발명(1)~(3) 중 어느 하나의 도광 적층체이다.
본 발명(5)은, 상기 이방성 광학 필름 법선 방향의 직선 투과율이 60% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 발명(1)~(4)중 어느 하나의 도광 적층체이다.
본 발명(6)은, 상기 도광판 반대면의 구조가 요형인 것을 특징으로 하는 상기 발명(1)~(5) 중 하나의 도광 적층체이다.
본 발명(7)은, 상기 요형 또는 철형의 구조가 봉지되고, 상기 봉지 내부가, 기체, 액체, 고체 또는 진공 중 적어도 어느 하나로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 상기 발명(1)~(6) 중 하나의 도광 적층체이다.
본 발명(8)은, 상기 다른 층이 편광판, 위상차판 또는 그 양쪽의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 상기 발명(1)~(7)의 도광 적층체이다.
본 발명(9)은, 적어도 상기 발명(1)~(7) 중 하나의 도광 적층체와 광원으로 이루어진 것을 특징으로 하는 면상 광원 장치이다.
본 발명에 의하면, 시인성이 좋은 도광판과 이방성 광학 필름으로 이루어지는 도광 적층체와, 상기 도광 적층체와 광원으로 이루어지는 면상 광원 장치가 제공된다.
[도 1] 면상 광원 장치를 나타내는 설명도이다.
[도 2] 도광판 내의 광의 진행을 나타내는 모식도이다.
[도 3] 도광 적층체의 구조를 나타내는 측단면도이다.
[도 4] 도광판의 표면 구조를 나타내는 확대도이다.
[도 5] 요형 도트 구조의 형상을 예시한 상면도 및 단면도이다.
[도 6] 도광판에 있어서의 도트 구조의 분포예를 나타내는 모식도이다.
[도 7] 도광 적층체의 각부의 광학적인 거동을 나타내는 설명도이다.
[도 8] 필라(pillar) 구조 및 루버 구조의 복수의 각 구조체를 가지는 이방성 광학 필름의 구조와 이들 이방성 광학 필름에 입사한 투과광의 모습의 일례를 나타내는 모식도이다.
[도 9] 이방성 광학 필름의 광 확산성의 평가 방법을 나타내는 설명도이다.
[도 10] 도 8에 나타낸 필라 구조 및 루버 구조의 이방성 광학 필름에의 입사광 각도와 직선 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 11] 확산 영역과 비확산 영역을 설명하기 위한 그래프이다.
[도 12] 이방성 광학 필름(60)의 제조 프로세스의 개요 및 제조 프로세스에 따라서 성장하는 필라 구조체(63) 형성의 개략을 나타내는 모식도이다.
[도 13] 이방성 광학 필름(70)의 제조 프로세스의 개요 및 제조 프로세스에 따라서 성장하는 루버 구조체(73) 형성의 개략을 나타내는 모식도이다.
[도 14] 실시예 및 비교예에 이용한 도광판의 도트 구조 및 프리즘형 직선 홈 구조를 나타내는 사시도이다.
　이하에 본 발명에 따른 도광 적층체에 대해 상술한다.
1. 주된 용어의 정의
「저굴절률 영역」과「고굴절률 영역」은 본 발명에 따른 이방성 광학 필름을 구성하는 재료의 국소적인 굴절률의 높낮이 차이에 의해 형성되는 영역으로서, 다른 쪽에 비해 굴절률이 낮은지 높은지를 나타낸 상대적인 것이다. 이들 영역은 이방성 광학 필름을 형성하는 재료가 경화할 때에 형성된다.
「어스펙트비」는 본 발명에 있어서의 이방성 광학 필름을 구성하는 구조 영역인 복수의 구조체의 장경의 평균치(평균 장경)를, 단경의 평균치(평균 단경)로 나눈 값으로 한다. 장경의 평균치(평균 장경) 및 단경의 평균치(평균 단경)는 이방성 광학 필름 표면을 현미경으로 관찰해 임의로 선택한 100개의 구조체의 단경, 장경을 계측해 이들의 평균치로 한다.
「직선 투과율」이란, 일반적으로 이방성 광학 필름에 대해서 입사한 광의 직선 투과성에 관하여, 어느 입사광 각도로부터 입사했을 때에, 직선 방향의 투과 광량과 입사한 광의 광량과의 비율이며, 하기 식으로 나타내진다.
　　직선 투과율(%) = (직선 투과 광량/입사 광량)Х100
　「산란 중심축」이란, 이방성 광학 필름에의 입사광 각도를 변화시켰을 때에 광 확산성이 그 입사광 각도를 경계로 대략 대칭성을 가지는 광의 입사광 각도와 일치하는 방향을 의미한다. 「대략 대칭성을 가지는」이라고 한 것은, 산란 중심축이 필름의 법선 방향에 대해서 기울기를 가지는 경우에는, 광학 특성인 후술하는 광학 프로파일이 정확한 대칭성을 가지지 않기 때문이다.
산란 중심축은, 입사광 각도에 대한 직선 투과 광량의 측정에 의해 얻어진 광학 프로파일에 근거해, 당해 광학 프로파일에 있어서의 대략 대칭성을 가지는 입사광 각도를 산란 중심 축으로 할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서는, 「산란」과「확산」의 양자를 구별하지 않고 사용하고 있으며, 양자는 같은 의미를 나타낸다. 추가로, 「광 중합」및 「광 경화」의 의미를 광 중합성 화합물이 광에 의해 중합 반응하는 것으로 하며, 양자를 동의어로 이용하는 것으로 한다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 덧붙여 본 명세서 및 도면에 있어서는 동일한 부호가 붙여진 구성요소는, 실질적으로 동일한 구조 또는 기능을 가지는 것으로 한다.
2. 도광 적층체
2-1. 전체 구조
본 발명에 의한 도광 적층체(예를 들면 도3(a)~(e))는, 적어도 도광판(101)과 입사광 각도에 의해 광의 확산성이 변화하는 이방성 광학 필름(103)으로 구성된다.
상기 도광판과 상기 이방성 광학 필름과의 사이, 또는 각 표면 상에는 다른 층을 설치하는 것이 가능하다. 상기 다른 층은 특히 한정되지 않지만 봉지 부재(107), 편광판(105), 위상차판(104) 또는 편광판(105)와 위상차판(104)의 양쪽 등을 들 수 있다.
봉지 부재(107)는 도광판 표면에 형성된, 광을 반사·굴절시켜 외부에 출사 시키기 위한 구조이며, 예를 들면, 복수의 오목 렌즈형 도트 구조를 가지는 도광판의 오염의 부착이나 흠집에 의한 광학 특성 저하를 피하기 위한 목적 등에서 이용되어 봉지 필름이나 접착제 등이 이용된다(도 3(e)).
또, 편광판(105)은, 도광판으로부터 출사된 출사광을 특정 방향으로 편광, 또는 편파한 광만으로 한정해 통과시키는 판이며, 예를 들면 본 발명에 의한 면상 광원 장치가 액정표시장치용 광원으로서 이용되는 경우에 이용된다.
추가로 위상차판(104)은, 예를 들면 액정 디스플레이의 광학 보상용으로 이용되는 재료이며, 복굴절성에 의한 광학적인 변형이나 시각 방향에 의한 변조가 원인으로 일어나는 표시의 착색 등 시각 의존성의 발생을 방지하는 목적으로 이용된다.
또, 이방성 광학 필름이나 편광판 등을 고정하기 위한 점착층(도시하지 않음)을 마련할 수 있다. 점착층은 공지의 점착제를 이용할 수 있다.
추가로, 본 발명에 의한 면상 광원 장치를 백 라이트로서 이용하는 경우(도 3(d))에서는, 도광판(101)의 출사면과는 반대측의 면인 반대면에, 반사판(106)을 마련할 수 있다. 그 경우에는 이방성 광학 필름(103)은 도광판의 출사면에 마련할 수 있다.
또, 도 3(f)에 나타낸 것과 같이, 도광판의 출사면에 이방성 광학 필름(103)을 마련하고, 추가로 이방성 광학 필름(103)의 표면에, 반사판(106)을 설치해도 된다.
2-2. 각부
2-2-1. 도광판
도 2(a)에, 도광판(42)에 광원(41)을 마련해 광을 입사시켰을 경우의 판 내의 광의 진행을 나타낸다. 도광판 내에 입사한 광은 도광판(42)의 내부를 전반사에 의해서 반사되면서 진행하고, 광원(41)과는 반대측의 단면으로부터 출사 된다. 광은 도광판 내면에서 전반사되기 위해, 출사면(43)으로부터 출사할 수 없다. 출사면으로부터 균일하게 광을 취출하기 위해서는, 예를 들면 도 2(b)에 나타낸 것과 같이, 도광판(52)의 한쪽의 주면에 요형의 구조인 가공부(54)를 마련한다. 이 가공부(54)에 의해서, 도광판(52) 내를 진행하는 광은 반사하는 각도를 바꿀 수 있어, 반사, 굴절하고, 출사면(53)으로부터 출사할 수 있다.
2-2-1-1. 구조
도광판은, 판, 필름등의 투명 부재, 또는, 이들 부재의 적층물로 구성되어 있다. 도광판의 재질은, 투명 부재이면 되고, 예를 들면 투명 수지나 유리 등을 들 수 있지만, 투명 수지가 바람직하고, 투명성이 높은 열가소성 수지가 보다 바람직하다. 투명성이 높은 열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리올레핀계 수지, 비닐계 수지, 아크릴계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에테르계 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 투명성의 견지로부터 가시광 영역에 파장의 흡수 영역이 없는 폴리카보네이트 수지, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지가 바람직하다.
상술한 것처럼 도광판 측면에 설치된 광원으로부터 도광판에 입사한 광은, 도광판 내면에서 전반사를 반복하면서 도광판 내로 나아간다. 도광판에는, 광이 전반사할 때에, 반사 각도를 바꾸는 가공부가 복수 마련되어 있어 상기 가공부에서 반사 각도를 바꾼 광은 출사면에서 외부로 출사된다. 상기 가공부는, 도광판의 주면의 한쪽, 즉, 출사면과는 반대측의 면인 반대면에 마련하는 것이 가능하다.
상기 광의 반사 각도를 바꾸는 가공부의 구조는, 특히 한정되지 않지만, 본 발명에 있어서는 요형 또는 철형의 구조인 도트 구조를 복수 가지고 있는 것이 바람직하고, 요형 도트 구조인 것이 보다 바람직하다. 이들 구조는 단독으로 이용되어도 되고, 복수의 구조를 조합해 이용해도 된다. 상기 가공부는, 크기가 50μm 이하, 높이 또는 깊이가 50μm 이하인 요형 또는 철형의 도트 구조인 것이 바람직하고, 크기 및 깊이가 50μm 이하인 요형의 도트 구조인 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 본 발명에 의한 도광 적층체가 프런트 라이트로서 사용되었을 경우에 있어서, 상기 가공부 구조가 시인되는 것을 방지할 수 있다.
이하에, 상기 가공부 구조를 적합한 예인 요형 도트 구조로 했을 경우에 대해 상세하게 기재한다.
상술한 것처럼 상기 요형 도트 구조는 크기 및 깊이가 50μm 이하인 것이 바람직하다.
상기 요형 도트 구조의 예를 도 5(a)~(g)에 나타낸다. 상기 요형 도트 구조는 이것들에 한정되는 것은 아니다. 이 중 반구상인 도 5(a)가 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 광을 확산하기 쉽게 할 수 있기 때문에, 출사면 내의 광의 균일성을 높일 수 있다. 여기서 상기 요형 도트 구조를 구성하는 면 중에서, 광의 진행 방향에 대한 요형 도트 구조의 형상은, 모두 곡면으로 하거나, 또는, 광의 진행 방향에 대해, 수직이 아닌 영역이 적어도 1개는 존재하도록 하는 형상이 된다. 이들의 형상, 크기 및 깊이는, 일 종류로 통일되고 있어도 되고, 복수를 조합하여도 된다.
도 5(a)~(g)에 나타낸 상기 요형 도트 구조는, 도광판 출사면이 요형 도트 구조이지만, 철형 도트 구조로 해도 된다. 다만, 후술하는 도트 구조를 봉지하는 관점으로부터, 요형 도트 구조인 것이 바람직하다.
여기서, 요형 도트 구조의 크기는, 도 5(a)~(g)에 나타낸 길이인 X로 할 수 있다. X는 광의 진행 방향에 면하는 요형 도트 구조의 길이를 나타내고, 요형 도트 구조의 광에 대한 성능에 기여한다. 또, 깊이는, 요형 도트 구조를 가지는 평면 A-A로부터 요형 도트 구조의 가장 깊은 위치까지의 거리로 할 수 있다.
여기서, 상기 철형 도트 구조의 경우, 요형 도트 구조의 「깊이」는 「높이」가 된다. 이 경우, 높이는, 철형 도트 구조를 가지는 평면으로부터 철형 도트 구조의 가장 높은 위치까지의 거리로 할 수 있다.
또, 상기 요형 도트 구조의 크기 및 깊이는 각 50μm를 상한으로 광원으로부터의 거리에 따라 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 요형 도트 구조의 크기 및 깊이를, 광원으로부터 멀어짐에 따라서 연속적으로 크게 할 수 있다. 이 경우, 광원으로부터 가깝고 광이 강한 위치에서는 출사면에서 사출되는 광량이 작고, 광원 부재로부터 멀어지는 것에 따라 사출되는 광량이 커지기 때문에, 출사하는 광의 광량의 균등성을 높게 할 수 있다. 또, 보다 강하게 광을 출사하고 싶은 부분에만 큰 사이즈의 요형 도트 구조로 해도 되고, 일부만 상이한 외관을 나타내도록 일부만 상이한 구조의 도트 구조로 해도 된다.
상기 도트 구조는, 도광판 표면에 랜덤하게 또한 복수로 배치할 수 있고, 또, 도광판의 광원에 가까운 쪽으로부터 먼 쪽으로 멀어지면서, 도트 구조의 분포 밀도가 높아지도록 배치할 수 있다(도 6). 예를 들면, 상기 분포 밀도는, 광원에 가장 가까운 영역에서는 50개/mm2 정도로 하고, 광원으로부터 가장 멀어진 영역에서는 300개/mm2 정도로 할 수 있다. 이와 같이 함으로써 출사면내의 광의 출사 균일성을 향상할 수 있다.
또한, 도광판의 다른 측부에도 광원을 설치하는 경우에는, 상기 출사면 내의 광의 출사 균일성을 향상할 수 있기 때문에, 상술한 도트 구조의 배치나 분포 밀도는 적절하게 조정할 수 있다.
상기 요형 도트 구조는, 봉지 필름이나 접착제 등의 봉지 부재로 봉지할 수 있다. 그렇게 함으로써, 먼지나 흠집 등이 요형 도트 구조 내에 침입·부착하는 것을 방지할 수 있어 도광판의 출사 강도가 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또, 상기 요형 도트 구조를 가지는 도광판 표면에 다른 층을 적층시킬 때에, 봉지를 수행하지 않는 경우에는 상기 가공부 이외의 도광판 반대면과 상기 다른 층과의 사이에 얇은 공기층이 들어갈 가능성이 있고, 간섭 얼룩을 일으키는 경우가 있다. 봉지를 수행하는 것으로써 상기 간섭 얼룩을 방지할 수 있다.
또, 상기 도트 구조를 봉지했을 경우의 도트 구조 가공부 내부는, 기체, 액체, 고체의 어느 하나로 채워져 있어도 되고, 또는, 진공 상태이어도 된다.
2-2-1-2. 특성
본 발명에 있어서의 도광판의 출사면 내에 있어서의 도광판 출사광의 출사 강도가 최대가 되는 각도(도 7(a))는, 출사면에 수직인 방향에 대해, 20°~60°이다. 도 7(b)에 나타낸 것과 같이, 이방성 광학 필름의 산란 중심축을 20°~60°으로 했을 때, 도광판의 출사 강도가 최대가 되는 각도가 20°미만의 경우에는 이방성 광학 필름을 직선 투과 하기 때문에 충분한 조도를 가져, 이방성 광학 필름과 조합할 필요가 없다. 한편, 도광판 출사 강도가 최대가 되는 각도가 60°를 넘는 경우에는 이방성 광학 필름과 조합하여도 조도 향상의 효과는 기대할 수 없다.
2-2-1-3. 제조 방법
도광판의 어느 하나의 면에는, 광의 반사 각도를 바꾸는 가공부가 형성되어 있다. 상기 가공부의 제작 방법으로서는 특히 한정되지 않고, 예를 들면 초음파 가공, 가열 가공, 레이저 가공, 절삭 가공, 나노 임프린트에 의한 가공 등의 가공 방법을 들 수 있다. 예를 들면, 요형 도트 구조를 초음파 가공에 의해서 제작하는 경우에는, 선단면에 요형 도트 구조를 반전시킨 형상을 가지는 철형 도트 구조가 배열되어 있는 초음파 가공혼을, 도광판 재료에 대해서 수직으로 압압하는 것에 의해서, 도트 구조의 형상이 전사되어 요형 도트 구조를 형성할 수 있다.
또, 도트 구조는, 스크린 인쇄나 실크 인쇄 등에 의해도 제작할 수 있다.
덧붙여 도트 구조는, 도트 구조를 성형할 수 있도록 제작해 둔 금형 등을 사용해 도광판의 성형시, 동시에 요형 형상 또는 철형 형상을 성형해도 된다.
2-2-2. 이방성 광학 필름
본 발명에 의한 이방성 광학 필름은, 상기 도광판의 출사면에 직접 또는 다른 층을 통해서 적층되어 있고, 상기 도광판으로부터 출사된 광을, 특정의 입사광 각도에 대해 확산시키는 기능을 가진다. 즉, 상기 이방성 광학 필름은, 입사광 각도에 의해 광의 확산성이 변화하는 것을 특징으로 한다.
2-2-2-1. 구조
도 8~도 11을 참조하면서, 본 발명에 의한 이방성 광학 필름에 대해 설명한다.
도 8은, 필라(대략 주상) 구조 및 루버(대략 판상) 구조의 복수의 구조체로 된 구조 영역을 가지는 이방성 광학 필름의 구조와 이들 이방성 광학 필름에 입사한 투과광의 모습의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 9는, 이방성 광학 필름의 광 확산성의 평가 방법을 나타내는 설명도이다. 도 10은, 도 8에 나타낸 필라 구조 및 루버 구조의 이방성 광학 필름에의 입사광 각도와 직선 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 11은, 확산 영역과 비확산 영역을 설명하기 위한 그래프이다.
이방성 광학 필름은, 필름의 막 두께 방향으로, 필름의 매트릭스 영역과는 굴절률이 상이한 복수의 구조체로 이루어지는 구조 영역이 형성된 필름이다.
상기 구조 영역은, 상기 이방성 광학 필름의 한쪽의 표면으로부터 다른 쪽의 표면에 걸친 영역 모두에 걸쳐서 형성되어도 되고, 부분적으로, 또는, 단속적으로 형성되어도 된다.
상기 구조체의 형상은, 특히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 도 8(a)에 나타낸 것과 같이, 매트릭스 영역(61) 중에, 단경과 장경의 어스펙트비가 작은 대략 주상(예를 들면, 봉상(棒狀))으로 형성된 매트릭스 영역과는 굴절률이 상이한 필라 구조체(63)가 형성된 이방성 광학 필름(필라 구조의 이방성 광학 필름(60))이나, 도 8(b)에 나타낸 것과 같이, 매트릭스 영역(71) 중에, 어스펙트비가 큰 대략 판상으로 형성된 매트릭스 영역과는 굴절률이 상이한 루버 구조체(73)가 형성된 이방성 광학 필름(루버 구조의 이방성 광학 필름(70))이 있다. 또 이들 구조 영역의 형상은, 단일의 형상만으로 구성되어 있어도 되고, 복수의 형상을 조합해 이용해도 된다. 예를 들면, 상기 필라 구조체와 상기 루버 구조체가 혼재하도록 해도 된다. 그렇게 함으로써, 광학 필름의 광학 특성, 특히 직선 투과율이나 확산성을 폭넓게 조정할 수 있다.
또, 이들 구조 영역의 배향 방향은, 필름의 법선 방향에 대해서 기울기를 가져도 된다. 이와 같이 함으로써, 입사광이 법선 방향에서 소정 각도 기울어진 방향에 가까운 입사광 각도 범위(확산 영역)에서는 강하게 확산되지만, 그 이상의 입사광 각도 범위(비확산 영역)에서는 확산이 약해져 직선 투과율이 높아진다고 하는 성질을 가질 수 있다.
추가로, 상기 도광판의 출사 강도가 최대가 되는 각도는, 광원에 가까운 영역에서는, 출사면의 법선 방향에 가까운 각도이며, 광원으로부터 멀어짐에 따라서 법선 방향에 대해서 기울기가 커지는 경향이 있다. 그 때문에 상기 이방성 광학 필름의 산란 중심축의 각도는, 상기 도광판의 출사 강도가 최대가 되는 각도의 변화에 맞추어 변화시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 도광 적층체의 광의 출사면내의 출사 강도의 균일성을 향상할 수 있다.
2-2-2-2. 특성
상술한 구조를 가지는 이방성 광학 필름은, 당해 필름에의 입사광 각도에 의해 광 확산성이 상이한 광 확산 필름, 즉 입사광 각도 의존성을 가지는 광 확산 필름이다. 이 이방성 광학 필름에 소정의 입사 각도로 입사한 광은, 굴절률이 상이한 영역의 배향 방향(예를 들면, 필라 구조에 있어서의 필라 구조체(63)의 연재 방향(배향 방향)이나 루버 구조에 있어서의 루버 구조체(73)의 높이 방향)과 대략 평행인 경우에는 확산이 우선되어 당해 방향에 평행이 아닌 경우에는 투과가 우선된다.
여기서, 도 9 및 도 10을 참조하면서, 이방성 광학 필름의 광 확산성에 대해보다 구체적으로 설명한다. 여기에서는, 상술한 필라 구조의 이방성 광학 필름(60)과 루버 구조의 이방성 광학 필름(70)의 광 확산성을 예로 들어 설명한다.
광 확산성의 평가 방법은, 이하와 같이 하여 수행한다. 우선, 도 9에 나타낸 것과 같이, 이방성 광학 필름(60, 70)을, 광원(1)과 검출기(2)와의 사이에 배치한다. 본 형태에 대해서는, 광원(1)으로부터의 조사광(I)이, 이방성 광학 필름(60, 70)의 법선 방향에서 입사하는 경우를 입사광 각도 0°로 했다. 또, 이방성 광학 필름(60, 70)은 직선 L를 중심으로 하여서 임의로 회전시킬 수 있도록 배치되어 광원(1) 및 검출기(2)는 고정되어 있다. 즉, 이 방법에 의하면, 광원(1)과 검출기(2)와의 사이에 샘플(이방성 광학 필름(60, 70))을 배치해, 샘플 표면의 직선 (L)를 중심축으로 하여서 각도를 변화시키면서 샘플을 직진 투과해 검출기(2)에 들어가는 직선 투과 광량을 측정하는 것으로써 직선 투과율을 낼 수 있다.
이방성 광학 필름(60, 70)을, 각각 도 8의 TD 방향(이방성 광학 필름의 폭 방향)을 도 9에 나타낸 회전 중심의 직선 (L)으로 선택했을 경우에 있어서의 광 확산성을 평가하고, 얻어진 광 확산성의 평가 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10은, 도 9에 나타낸 방법을 이용해 측정한 도 8에 나타낸 이방성 광학 필름(60, 70)이 가지는 광 확산성(광 산란성)의 입사광 각도 의존성을 나타내는 것이다. 도 10의 세로축은, 산란의 정도를 나타내는 지표인 직선 투과율(본 형태에서는, 소정의 광량의 평행 광선을 입사시켰을 때에, 입사 방향과 동일한 방향으로 출사된 평행 광선의 광량의 비율, 보다 구체적으로는, 직선 투과율 = (이방성 광학 필름(60, 70)이 있는 경우의 검출기(2)의 검출 광량인 직선 투과 광량/이방성 광학 필름(60, 70)이 없는 경우의 검출기(2)의 검출 광량인 입사광량)Х100)를 나타내고, 가로축은 이방성 광학 필름(60, 70)에의 입사광 각도를 나타낸다. 도 10 중의 실선은, 필라 구조의 이방성 광학 필름(60)의 광 확산성을 나타내고, 파선은 루버 구조의 이방성 광학 필름(70)의 광 확산성을 나타내고 있다. 덧붙여 입사광 각도의 정부(正負)는, 이방성 광학 필름(60, 70)을 회전시키는 방향이 반대인 것을 나타내고 있다.
도 10에 나타낸 것과 같이, 이방성 광학 필름(60, 70)은, 입사광 각도에 의해서 직선 투과율이 변화하는 광 확산성의 입사광 각도 의존성을 가지는 것이다. 여기서, 도 10과 같이 광 확산성의 입사광 각도 의존성을 나타낸 곡선을, 「광학 프로파일」이라고 부른다. 광학 프로파일은, 광 확산성을 직접적으로 표현하고 있는 것은 아니지만, 직선 투과율이 저하하는 것으로써 반대로 확산 투과율이 증대하고 있다고 해석하면, 대체로 광 확산성을 나타내고 있다고 말할 수 있다. 통상의 등방적인 광 확산 필름에서는, 0°부근을 피크로 하는 산형의 광학 프로파일을 나타내지만, 이방성 광학 필름(60, 70)에서는 필라 구조체(63), 루버 구조체(73)의 중심축 방향, 즉, 산란 중심축 방향(이 방향의 입사광 각도를 0°로 한다.)으로 입사하는 경우의 직선 투과율과 비교하여서, ＋5°~＋20°, 또는, -5° ~-20°의 입사광 각도에서 일단 직선 투과율이 극소치가 되어, 그 입사광 각도(의 절대치)가 커지는 것에 따라 직선 투과율이 커져, ＋40°~＋60°, 또는 -40°~-60°의 입사광 각도에서 직선 투과율이 극대치가 되는 곡형의 광학 프로파일을 나타낸다. 이와 같이, 이방성 광학 필름(60, 70)은 입사광이 산란 중심축 방향에 가까운 ±20°의 입사광 각도 범위에서는 강하게 확산되지만, 그 이상의 입사광 각도 범위에서는 확산이 약해져 직선 투과율이 높아진다고 하는 성질을 가진다. 이하, 최대 직선 투과율과 최소 직선 투과율과의 중간치의 직선 투과율에 대한 2개의 입사광 각도의 각도 범위를 확산 영역(이 확산 영역의 폭을 「확산폭」) 으로 부르고, 그 이외의 입사광 각도 범위를 비확산 영역(투과 영역)으로 부른다. 여기서, 도 11을 참조하면서, 루버 구조의 이방성 광학 필름(70)을 예로 들어 확산 영역과 비확산 영역에 대해 설명한다. 도 11은, 도 10의 루버 구조의 이방성 광학 필름(70)의 광학 프로파일을 나타낸 것이지만, 도 11에 나타낸 것과 같이, 최대 직선 투과율(도 11의 예에서는, 직선 투과율이 약 78%)과 최소 직선 투과율(도 11의 예에서는, 직선 투과율이 약 6%)과의 중간치의 직선 투과율(도 11의 예에서는, 직선 투과율이 약 42%)에 대한 2개의 입사광 각도의 사이(도 11에 나타낸 광학 프로파일 상의 2개의 흑점의 위치의 2개의 입사광 각도의 내측)의 입사광 각도 범위가 확산 영역이 되고, 그 이외(도 11에 나타내는 광학 프로파일 상의 2개의 흑점의 위치의 2개의 입사광 각도의 외측)의 입사광 각도 범위가 비확산 영역이 된다.
또한 본 발명에 있어서는, 이방성 광학 필름은 도광판과의 조합에 이용하기 위해, 직선 투과율이 30% 이하가 되는 입사광의 각도 범위(광학 프로파일 상에서 2개의 직선 투과율이 30% 이하가 되는 각 입사광 각도치 사이의 범위)를, 확산성이 높은 범위인, 「확산 범위」로서 취급하는 것으로 한다.
필라 구조의 이방성 광학 필름(60)에서는, 도 8(a)의 투과광의 상태를 보면 알 수 있듯이, 투과광은 대략 원형상이 되고 있고, MD 방향과 TD 방향으로 대략 동일한 광 확산성을 나타내고 있다. 즉, 필라 구조의 이방성 광학 필름(60)에서는, 확산은 등방성을 가진다. 또, 도 10의 실선으로 나타낸 것과 같이, 입사광 각도를 바꾸어도 광 확산성(특히, 비확산 영역과 확산 영역과의 경계 부근에 있어서의 광학 프로파일)의 변화가 비교적 완만하기 때문에, 휘도의 급격한 변화나 번쩍임을 일으키지 않는다고 하는 효과가 있다. 그렇지만, 이방성 광학 필름(60)에서는, 도 10의 파선으로 나타난 루버 구조의 이방성 광학 필름(70)의 광학 프로파일과 비교하면 알 수 있듯이, 비확산 영역에 있어서의 직선 투과율이 낮기 때문에, 표시 특성(휘도나 콘트라스트 등)이 약간 저하해 버린다고 하는 문제도 있다. 또, 필라 구조의 이방성 광학 필름(60)은, 루버 구조의 이방성 광학 필름(70)과 비교하여서, 확산 영역의 폭도 좁다는 문제도 있다.
다른 한편, 루버 구조의 이방성 광학 필름(70)에서는, 도 8(b)의 투과광의 상태를 보면 알 수 있듯이, 투과광은 대략 침상이 되고 있고, MD 방향과 TD 방향에서 광 확산성이 크게 상이하다. 즉, 루버 구조의 이방성 광학 필름(70)에서는 확산은 이방성을 가진다. 구체적으로는, 도 8에 나타낸 예에서는 MD 방향에서는 필라 구조의 경우보다도 확산이 퍼지고 있지만, TD 방향에서는 필라 구조의 경우보다도 확산이 좁아지고 있다. 또, 도 10의 파선으로 나타낸 것과 같이, 입사광 각도를 바꾸면 (본 형태의 경우, TD 방향에 대해) 광 확산성(특히, 비확산 영역과 확산 영역과의 경계 부근에 있어서의 광학 프로파일)의 변화가 매우 급준(急峻)하기 때문에, 이방성 광학 필름(70)을 표시장치에 적용했을 경우, 휘도의 급격한 변화나 번쩍임이 되어 나타나 시인성을 저하시킬 우려가 있었다. 더하여, 루버 구조의 이방성 광학 필름은 광의 간섭(무지개)이 생기기 쉽다는 문제도 있다. 그렇지만, 이방성 광학 필름(70)에서는, 비확산 영역에 있어서의 직선 투과율이 높고, 표시 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 것처럼, 이방성 광학 필름 내의 복수의 구조체의 어스펙트비에 의해서, 이방성 광학 필름의 광학 특성은 변화한다. 즉, 상기 어스펙트비를 조정 함으로써, 이방성 광학 필름의 광학 특성을 조정할 수 있다. 상기 어스펙트비는, 특히 한정되지 않지만, 어스펙트비가 작아지는 것에 따라 확산 범위가 좁아질 우려가 있기 때문에, 2 이상 50 미만인 것이 바람직하고, 2 이상 10 이하인 것이 보다 바람직하고, 2 이상 5 이하인 것이 추가로 바람직하다. 상기 어스펙트비를 이러한 범위로 함으로써 광의 확산성·집광성이 보다 뛰어나게 된다.
본 발명의 이방성 광학 필름은, 법선 방향(0°)에 있어서의 직선 투과율이 40% 이상인 것이 바람직하고, 50% 이상인 것이 보다 바람직하고, 60% 이상인 것이 추가로 바람직하다. 즉, 법선 방향에서 입사하는 광에 대해서는 확산성이 약하기 때문에 표시가 흐려지는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 발명의 이방성 광학 필름은, 상기 도광판의 출사면 내의 출사 강도가 최대가 되는 각도(20°~60°)에 있어서의 입사광에 대해 그 직선 투과율이 30% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 확산성이 강하기 때문에, 법선 방향의 광의 조도를 강하게 할 수 있다.
추가로 상기 이방성 광학 필름의 법선 방향에 대한 산란 중심축 각도는, 상기 도광판의 출사 강도가 최대가 되는 각도(도 7(c), θ1) 보다도 상기 법선 방향 측으로 경사하고 있고, 상기 산란 중심축 각도(도 7(c), θ2)와 상기 도광판 출사 강도가 최대가 되는 각도와의 차이가 30°이내인 것이 바람직하고, 20°이내인 것이 바람직하고, 10°이내인 것이 추가로 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 도광판 출사광이 강하게 확산되지만, 그 이상의 도광판 출사광의 입사 각도 범위에서는 확산이 약해져 직선 투과율이 높아진다.
3. 도광 적층체의 제조 방법
3-1. 이방성 광학 필름의 제조 방법
본 형태와 관련되는 이방성 광학 필름은 광 경화성 조성물층에 UV 등의 광선을 조사하는 것으로써 제조할 수 있다. 이하, 처음에 이방성 광학 필름의 원료를 설명하고, 다음에 이방성 광학 필름의 제조 프로세스를 설명한다.
3-1-1. 이방성 광학 필름의 원료
이방성 광학 필름의 원료에 대해서는, (1) 광 중합성 화합물, (2) 광 개시제, (3) 배합량, 그 외 임의 성분의 순서로 설명한다.
3-1-1-1. 광 중합성 화합물
본 형태와 관련되는 이방성 광학 필름을 형성하는 재료인 광 중합성 화합물은 라디칼 중합성 또는 양이온 중합성의 관능기를 가지는 매크로 모노머, 폴리머, 올리고머, 모노머로부터 선택되는 광 중합성 화합물과 광 개시제로 구성되고, 자외선 및/또는 가시광선을 조사하는 것으로써 중합·경화하는 재료이다. 여기서, 이방성 광학 필름에 포함되는 이방성 광학 필름을 형성하는 재료가 1 종류이어도, 밀도의 높낮이 차이가 생기는 것에 의해서 굴절률 차이가 발생한다. UV의 조사 강도가 강한 부분은 경화 속도가 빨라지기 때문에, 그 경화 영역 주위에 중합·경화 재료가 이동하고, 결과로서 굴절률이 높아지는 영역과 굴절률이 낮아지는 영역이 형성되기 때문이다. 또한, (메타)아크릴레이트란, 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트의 어느 것이어도 된다는 것을 의미한다.
라디칼 중합성 화합물은, 주로 분자 중에 1개 이상의 불포화 이중 결합을 함유하는 것으로, 구체적으로는, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트, 폴리부타디엔 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 등의 명칭으로 불리는 아크릴 올리고머와 2-에틸헥실 아크릴레이트, 이소아밀 아크릴레이트, 부톡시에틸아크리레이트, 에톡시디에틸렌글리콜 아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 테트라히드로퍼푸릴 아크릴레이트, 이소노르보르닐아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 2-아크릴로일옥시프탈산, 디시클로펜테닐아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 비스페놀 A의 EO 부가물 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, EO 변성 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 등의 아크릴레이트 모노머를 들 수 있다. 또, 이들 화합물은 각 단체로 이용해도 되고, 복수 혼합해 이용해도 된다. 덧붙여, 마찬가지로 메타크릴레이트도 사용 가능하지만, 일반적으로는 메타크릴레이트보다도 아크릴레이트가 광 중합 속도가 빠르기 때문에 바람직하다.
양이온 중합성 화합물로서는, 분자 중에 에폭시기나 비닐에테르기, 옥세탄기를 1개 이상 가지는 화합물을 사용할 수 있다. 에폭시기를 가지는 화합물로서는 2-에틸헥실디글리콜글리시딜에테르, 비페닐의 글리시딜에테르, 비스 페놀 A, 수첨 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 AD, 비스페놀 S, 테트라메틸 비스페놀 A, 테트라메틸 비스페놀 F, 테트라클로로 비스페놀 A, 테트라브로모 비스페놀 A 등의 비스페놀류의 디글리시딜에테르류, 페놀 노볼락, 크레졸 노볼락, 브롬화페놀 노볼락, 오르토크레졸 노볼락 등의 노볼락 수지의 폴리글리시딜에테르류, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판, 1,4-시클로헥산디메탄올, 비스페놀 A의 EO 부가물, 비스페놀 A의 PO 부가물 등의 알킬렌글리콜류의 디글리시딜에테르류, 헥사히드로프탈산의 글리시딜에테르 또는 다이머산의 디글리시딜에테르 등의 글리시딜에테르류를 들 수 있다.
에폭시기를 가지는 화합물로서는 추가로, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3＇,4＇-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 2-(3,4-에폭시시클로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시)시클로헥산메탄디옥산, 디(3,4-에폭시시클로헥실메틸)아디페이트, 디(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸)아디페이트, 3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실-3＇,4＇-에폭시-6＇-메틸시클로헥산카르복실레이트, 메틸렌비스(3,4-에폭시시클로헥산), 디시클로펜타디엔디에폭시드, 에틸렌글리콜의 디(3,4-에폭시시클로헥실메틸)에테르, 에틸렌비스(3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트), 락톤 변성 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3＇,4＇-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 테트라(3,4-에폭시시클로헥실메틸)부탄테트라카르복실레이트, 디(3,4-에폭시시클로헥실메틸)-4,5-에폭시테트라히드로프탈레이트 등의 지환식 에폭시 화합물도 들 수 있지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다.
비닐 에테르기를 가지는 화합물로서는, 예를 들면, 디에틸렌글리콜 디비닐 에테르, 트리에틸렌글리콜 디비닐 에테르, 부탄디올 디비닐 에테르, 헥산디올 디비닐 에테르, 시클로헥산디메탄올 디비닐 에테르, 히드록시부틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르, 도데실 비닐 에테르, 트리메틸올 프로판 트리비닐 에테르, 프로페닐 에테르 프로필렌카보네이트 등을 들 수 있지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 또한 비닐 에테르 화합물은 일반적으로는 양이온 중합성이지만, 아크릴레이트와 조합함으로써 라디칼 중합도 가능하다.
또, 옥세탄기를 가지는 화합물로서는 1,4-비스[(3-에틸-3-옥세타닐메톡시)메틸]벤젠, 3-에틸-3-(히드록시메틸)-옥세탄 등을 사용할 수 있다.
또한 이상의 양이온 중합성 화합물은 각 단체로 이용해도 되고, 복수 혼합해 이용해도 된다. 상기 광 중합성 화합물은 상술로 한정되는 것은 아니다. 또, 충분한 굴절률 차이를 일으키게 할 수 있도록, 상기 광 중합성 화합물에는, 저굴절률화를 도모하기 위해서, 불소 원자(F)를 도입해도 되고, 고굴절률화를 도모하기 위해서 유황 원자(S), 취소 원자(Br), 각종 금속 원자를 도입해도 된다. 추가로, 특표 2005-514487호 공보에 개시되어 있듯이, 산화 티탄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 주석(SnOx) 등의 고굴절률의 금속 산화물로 이루어지는 초미립자의 표면에, 아크릴기나 메타크릴기, 에폭시기 등의 광 중합성 관능기를 도입한 기능성 초미립자를 상술의 광 중합성 화합물에 첨가하는 것도 유효하다.
3-1-1-1-1. 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물
본 형태에서는, 광 중합성 화합물로서 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물은 그 구조(주로 에테르 결합)에 따라 배향하여 중합·경화하고, 저굴절률 영역, 고굴절률 영역, 또는, 저굴절률 영역 및 고굴절률 영역을 형성한다. 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물을 사용하는 것에 의해서, 구조체(63, 73)를 경사시키기 쉬워지고, 정면 방향에의 집광성이 향상한다. 덧붙여, 저굴절률 영역은 구조체(63, 73) 또는 매트릭스 영역(61, 71) 중 어느 한 쪽에 해당하는 것이며, 다른 쪽은 고굴절률 영역에 상당한다.
저굴절률 영역에 있어서, 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물의 경화물인 실리콘 수지가 상대적으로 많아지는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 산란 중심축을 추가로 경사시키기 쉬워지게 할 수 있기 때문에, 정면 방향에의 집광성이 향상한다. 실리콘 수지는 실리콘 골격을 갖지 않는 화합물에 비해, 규소(Si)를 많이 함유하기 때문에, 이 규소를 지표로서 EDS(에너지 분산형 X선 분광기)를 사용하는 것에 의해서 실리콘 수지의 상대적인 양을 확인할 수 있다.
실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물은, 라디칼 중합성 또는 양이온 중합성의 관능기를 가지는 모노머, 올리고머, 프리폴리머 또는 매크로 모노머이다. 라디칼 중합성의 관능기로서는, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 알릴기 등을 들 수 있고 양이온 중합성의 관능기로서는 에폭시기, 옥세탄기 등을 들 수 있다. 이들 관능기의 종류와 수에 특히 제한은 없지만, 관능기가 많을수록 가교 밀도가 올라가고 굴절률의 차이가 생기기 쉽기 때문에 바람직하며, 다관능의 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 가지는 것이 바람직하다. 또, 실리콘 골격을 가지는 화합물은 그 구조로부터 다른 화합물과의 상용성에 있어서 불충분한 경우가 있지만, 그러한 경우에는 우레탄화하여서 상용성을 높일 수 있다. 본 형태에서는, 말단에 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 가지는 실리콘·우레탄·(메타)아크릴레이트가 적합하게 이용된다.
실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물의 중량 평균 분자량(Mw)은, 500~50,000의 범위에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2,000~20,000의 범위이다. 중량 평균 분자량이 상기 범위에 있는 것으로써, 충분한 광 경화 반응이 일어나고, 이방성 광학 필름(60, 70)의 각 이방성 광학 필름 내에 존재하는 실리콘 수지가 배향하기 쉬워진다. 실리콘 수지의 배향에 따라 산란 중심축을 경사시키기 쉬워진다.
실리콘 골격으로서는, 예를 들면, 하기의 일반식(1)로 나타나는 것이 해당한다. 일반식(1)에 있어서, R1, R2, R3, R4, R5, R6은 각각 독립적으로 메틸기, 알킬기, 플루오로알킬기, 페닐기, 에폭시기, 아미노기, 카르복실기, 폴리에테르기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기 등의 관능기를 가진다. 또, 일반식(1) 중 n은 1~500의 정수인 것이 바람직하다.
[화학식 1]
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3-1-1-1-2. 실리콘 골격을 갖지 않는 화합물
실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물에 실리콘 골격을 갖지 않는 화합물을 배합해서 이방성 광학 필름을 형성하면, 저굴절률 영역과 고굴절률 영역이 분리하여 형성되기 쉬워지고, 이방성의 정도가 강해져서 바람직하다. 실리콘 골격을 갖지 않는 화합물은 광 중합성 화합물 외에 열가소성 수지, 열경화성 수지를 이용할 수 있고, 이들을 병용할 수도 있다. 광 중합성 화합물로서는 라디칼 중합성 또는 양이온 중합성의 관능기를 가지는 폴리머, 올리고머, 모노머를 사용할 수 있다(다만, 실리콘 골격을 가지지 않은 것이다). 열가소성 수지로서는, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리아세트산비닐, 아크릴 수지와 그 공중합체나 변성물을 들 수 있다. 열가소성 수지를 이용하는 경우에 있어서는 열가소성 수지가 용해하는 용제를 사용해 용해하고, 도포, 건조 후에 자외선으로 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물을 경화시켜 이방성 광학 필름을 성형한다. 열경화성 수지로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 불포화 폴리에스테르와 그 공중합체나 변성물을 들 수 있다. 열경화성 수지를 이용하는 경우에 대해서는, 자외선으로 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물을 경화시킨 후에 적절히 가열함으로써 열경화성 수지를 경화시켜 이방성 광학 필름을 성형한다. 실리콘 골격을 갖지 않는 화합물로서 가장 바람직한 것은, 광 중합성 화합물이며, 저굴절률 영역과 고굴절률 영역이 분리하기 쉬운 것과 열가소성 수지를 이용하는 경우의 용제가 불필요하고 건조 과정이 불필요한 것, 열경화성 수지와 같은 열경화 과정이 불필요한 것 등에서, 생산성이 뛰어나다.
3-1-1-2. 광 개시제
라디칼 중합성 화합물을 중합시킬 수 있는 광 개시제로서는 벤조페논, 벤질, 미힐러 케톤, 2-클로로티옥산톤, 2,4-디에틸티옥산톤, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르, 2,2-디에톡시아세토페논, 벤질디메틸케탈, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로파논-1, 1-[4-(2-히드록시에톡시)-페닐]-2-히드록시-2-메틸-1-프로판-1-온, 비스(시클로펜타디에닐)-비스(2,6-디플루오로-3-(필-1-일))티타늄, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1, 2,4,6-트리메틸 벤조일디페닐 포스핀 옥사이드 등을 들 수 있다. 또, 이들 화합물은, 각 단체로 이용해도 되고, 복수 혼합해 이용해도 된다.
또, 양이온 중합성 화합물의 광 개시제는 광 조사에 의해서 산을 발생하고, 이 발생한 산에 의해 상술의 양이온 중합성 화합물을 중합시킬 수 있는 화합물이며, 일반적으로는, 오늄염, 메탈로센 착체가 적합하게 이용된다. 오늄염으로서는, 디아조늄염, 설포늄염, 요오도늄염, 포스포늄염, 셀레늄염 등이 사용되며, 이들의 짝이온에는, BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 - 등의 음이온이 이용된다. 구체적인 예로서는 4-클로로벤젠디아조늄헥사플루오로포스페이트, 트리페닐설포늄헥사플루오로안티모네이트, 트리페닐설포늄헥사플루오로포스페이트, (4-페닐티오페닐)디페닐설포늄헥사플루오로안티모네이트, (4-페닐티오페닐)디페닐설포늄헥사플루오로포스페이트, 비스[4-(디페닐설포늄)페닐설파이드비스헥사플루오로안티모네이트, 비스[4-(디페닐설포늄)페닐설파이드-비스-헥사플루오로포스페이트, (4-메톡시페닐)디페닐설포늄헥사플루오로안티모네이트, (4-메톡시페닐)페닐요오도늄헥사플루오로안티모네이트, 비스(4-t-부틸페닐)요오도늄헥사플루오로포스페이트, 벤질트리페닐포스포늄헥사플루오로안티모네이트, 트리페닐셀레늄헥사플루오로포스페이트, (η5-이소프로필벤젠)(η5-시클로펜타디에닐) 철(II) 헥사 플루오로포스페이트 등을 들 수 있지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 또, 이들 화합물은, 각 단체로 이용해도 되고, 복수 혼합해 이용해도 된다.
3-1-1-3. 배합량, 그 외 임의 성분
본 형태에 있어서, 상기 광 개시제는 광 중합성 화합물 100 중량부에 대해서 0.01~10 중량부, 바람직하게는 0.1~7 중량부, 보다 바람직하게는 0.1~5 중량부 정도 배합된다. 이것은, 0.01 중량부 미만에서는 광 경화성이 저하하고, 10 중량부를 넘어 배합했을 경우에는 표면만이 경화해 내부의 경화성이 저하해버리는 폐해, 착색, 주상 구조의 형성의 저해를 초래하기 때문이다. 이들 광 개시제는, 통상 분말을 광 중합성 화합물 중에 직접 용해해 사용되지만, 용해성이 나쁜 경우는 광 개시제를 미리 극소량의 용제에 고농도로 용해시킨 것을 사용할 수도 있다. 이러한 용제로서는 광 중합성인 것이 추가로 바람직하고, 구체적으로는 탄산프로필렌,γ-부틸올락톤 등을 들 수 있다. 또, 광 중합성을 향상시키기 위해서 공지의 각종 염료나 증감제를 첨가하는 것도 가능하다. 추가로, 광 중합성 화합물을 가열에 의해 경화시킬 수 있는 열경화 개시제를 광 개시제와 함께 병용할 수도 있다. 이 경우, 광 경화의 후에 가열하는 것으로써 광 중합성 화합물의 중합 경화를 추가로 촉진해 완전한 것으로 하는 것을 기대할 수 있다.
본 형태에서는, 상기의 광 중합성 화합물을 단독으로, 또는 복수를 혼합한 조성물을 경화켜서, 이방성 광학 필름을 형성할 수 있다. 또, 광 중합성 화합물과 광 경화성을 가지지 않는 고분자 수지의 혼합물을 경화시키는 것에 의해서도 본 형태의 이방성 광학 필름을 형성할 수 있다. 여기서 사용할 수 있는 고분자 수지로서는 아크릴 수지, 스티렌 수지, 스티렌-아크릴 공중합체, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 셀룰로오스계 수지, 아세트산비닐계 수지, 염화비닐-아세트산 비닐 공중합체, 폴리비닐부티랄 수지 등을 들 수 있다. 이들 고분자 수지와 광 중합성 화합물은 광 경화 전에 충분한 상용성을 가지고 있는 것이 필요하지만, 이 상용성을 확보하기 위해서 각종 유기용제나 가소제 등을 사용하는 것도 가능하다. 덧붙여 광 중합성 화합물로서 아크릴레이트를 사용하는 경우는 고분자 수지로서는 아크릴 수지로부터 선택하는 것이 상용성에 있어서 바람직하다.
실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물과 실리콘 골격을 갖지 않는 화합물의 비율은 질량비로 15:85~85:15의 범위에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 30:70~70:30의 범위이다. 당해 범위로 함으로써, 저굴절률 영역과 고굴절률 영역의 상분리가 진행되기 쉬워지면서, 주상 영역이 경사하기 쉬워진다. 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물의 비율이 하한치 미만 또는 상한치 초과인 경우 상분리가 진행되기 어려워지고, 복수의 구조체가 경사하기 어려워진다. 실리콘 골격을 가지는 광 중합성 화합물로서 실리콘·우레탄·(메타)아크릴레이트를 사용하면, 실리콘 골격을 갖지 않는 화합물과의 상용성이 향상한다. 이것에 의해서, 재료의 혼합 비율을 폭넓게 해도 복수의 구조체를 경사시킬 수 있다.
3-1-1-3-1. 용매
광 중합성 화합물을 포함하는 조성물을 조제할 때의 용제로서는, 예를 들면, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 시클로헥사논, 톨루엔, 크실렌 등을 사용할 수 있다.
3-2. 이방성 광학 필름의 제조 프로세스
다음에, 본 형태의 이방성 광학 필름(60) 및 이방성 광학 필름(70)의 프로세스(제조 방법)에 대해 설명한다. 도 12는, 필라 구조인 본 형태의 이방성 광학 필름(60)의 제조 프로세스의 개요 및 제조 프로세스에 따라서 성장하는 필라 구조체(63) 형성의 개략을 나타낸다. 또, 도 13은 본 형태의 이방성 광학 필름(70)의 제조 프로세스의 개요 및 제조 프로세스에 따라서 성장하는 루버 구조체(73) 형성의 개략을 나타낸다.
이방성 광학 필름(60) 및 이방성 광학 필름(70)의 제조의 프로세스의 개략은 이하와 같다. 우선, 상술의 광 중합성 화합물을 포함한 조성물(이하, 「광 경화성 조성물」이라고 부르는 경우가 있다.)을 투명 PET 필름과 같이 적절한 기재(기체) 상에 도포해 또는 시트 상에 마련하고, 성막하여서 광 경화성 조성물층을 마련하다. 이 광 경화성 조성물층을 필요에 따라서 건조해 용제를 휘발시킨 다음, 건조시킨 광 경화성 조성물층 상에 광을 조사함으로써, 이방성 광학 필름(60) 또는 이방성 광학 필름(70)을 한 층으로서 가지는 이방성 광학 필름을 제작할 수 있다. 이하에서는, 광 경화성 조성물을 기체 상에 도포하고 또는 시트 상에 마련하고 건조시킨 것을 이방성 광학 필름(60)에 있어서 도공막(64), 또는 이방성 광학 필름(70)에 있어서는 도공막(74)으로 부른다.
3-2-1. 이방성 광학 필름(60) 및 이방성 광학 필름(70)의 형성 공정
본 형태와 관련되는 이방성 광학 필름(60) 및 이방성 광학 필름(70)의 형성 공정으로서 이하의 공정에 대해 상술한다.
(공정 1) 기재 상에, 이방성 광학 필름 형성용 조성물을 도공해 도공막을 마련하고, 건조시킨 도공 공정(이방성 광학 필름(60 및 70)의 제조에 있어서 공통의 공정)
(공정 2) 도공막 상에 마스크 필름을 적층하는 마스크 필름 적층 공정(이방성 광학 필름(60 및 70)의 제조에 있어서 공통의 공정이며 임의)
　(공정 3) 도공막 상에서 광선의 조사에 의한 효과를 수행하는 이방성 광학 필름 구조 영역 형성 공정(이방성 광학 필름(60 및 70)의 제조에 있어서 상이한 공정이며, 후술한다)
3-2-1-1. 공정 1: 도공 공정
공정 1에 있어서, 광 중합성 화합물을 포함하는 조성물을 기체 상에 시트상으로 마련하는 수법으로서는 통상의 도공 방식이나 인쇄 방식이 적용된다. 구체적으로는, 에어 닥터 코팅, 바 코팅, 블레이드 코팅, 나이프 코팅, 리버스 코팅, 트랜스포머 코팅, 그라비아 롤 코팅, 키스 코팅, 캐스트 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯 오리피스 코팅, 캘린더 코팅, 댐 코팅, 딥 코팅, 다이 코팅 등의 코팅 또는 그라비아 인쇄 등의 요판 인쇄, 스크린 인쇄 등의 공판 인쇄 등의 인쇄 등을 사용할 수 있다. 조성물이 저점도인 경우는 기체의 주위에 일정한 높이의 둑을 마련하고, 이 둑으로 둘러싸인 가운데에 조성물을 캐스트할 수도 있다.
3-2-1-2. 공정 2: 마스크 필름 적층 공정(임의)
공정 2에 있어서, 광 경화성 조성물층의 산소 저해를 방지하고, 본 형태와 관련되는 이방성 광학 필름의 특징인 구조 영역(복수의 구조체)을 효율 좋게 형성시키기 위해서, 도공막의 광 조사 측에 밀착하여 광의 조사 강도를 국소적으로 변화시키는 마스크 필름(이하, 간단하게 마스크 등이라고 한다.)을 적층하는 것이 바람직하다. 마스크의 재질로서는 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 통상의 투명 플라스틱 필름 등을 이용하면 되지만, 카본 등의 광 흡수성의 필러를 매트릭스 중에 분산한 것으로 입사광의 일부는 카본에 흡수되지만, 개구부는 광이 충분히 투과할 수 있는 구성의 것이라도 된다. 이러한 매트릭스로서는, PET, TAC, PVAc, PVA, 아크릴, 폴리에틸렌 등의 투명 플라스틱이나, 유리, 석영 등의 무기물이나, 이들 매트릭스를 포함한 시트에 자외선 투과량을 제어하기 위한 패터닝이나 자외선을 흡수하는 안료를 포함한 것이어도 상관없다. 이러한 마스크를 이용하지 않는 경우에는 질소 분위기 하에서 광 조사를 수행하는 것으로써, 광 경화성 조성물층의 산소 저해를 방지하는 것도 가능하다. 또, 통상의 투명 필름을 광 경화성 조성물층 상에 적층하는 것만으로도, 산소 저해를 막고 구조 영역의 형성을 촉진하는데 있어서 유효하다. 이와 같이 마스크나 투명 필름을 개재시킨 광 조사는 본 형태와 관련되는 이방성 광학 필름의 제작에 유효하다.
3-2-1-3. 공정 3: 이방성 광학 필름 구조 영역 형성 공정
다음으로, 도 12 및 도 13에 기초하여, 이방성 광학 필름 구조 영역 형성 공정에서 사용하는 장치의 설명을 수행하고, 이방성 광학 필름의 구체적인 형성 프로세스에 대해 설명한다.
3-2-1-3-1. 장치
먼저, 이방성 광학 필름(60)의 제조에는, 도 12에 나타낸 것과 같이, 주로 광원(도시하지 않음)과 차광판(65)과 이동 스테이지(도시하지 않음)를 이용한다.
그리고 이방성 광학 필름(70)의 제조에는, 도 13에 나타낸 것과 같이, 주로 광원(도시하지 않음)과 지향성 확산 소자(76)와 차광판(75)과 이동 스테이지(도시하지 않음)를 이용한다.
이동 스테이지는 도공막을 소정의 속도로 이동시키기 위한 것이다. 이동 스테이지는 스텝 모터나 리니어 모터(도시하지 않음) 등에 의해 구동되어 모터 드라이버에 의해서 이동 속도나 이동 방향 등이 제어된다. 보다 구체적으로는, 도 12 및 도 13에 있어서, 이동 스테이지에 놓인 도공막(64) 및 도공막(74)이 각각 상태(a)로 나타내는 위치로부터 상태(e)로 나타내는 위치까지 연속적으로 이동 가능하게 되어 있다.
광원은 방출된 빛을 도공막 상에 조사해 상분리를 일으키게 하는 것으로써 구조 영역을 형성하면서 경화시켜서 이방성 광학 필름을 형성하기 위한 것이다. 복수의 구조체 형성 과정의 상세한 것에 대하여는 후술한다.
광원으로서는 통상은 쇼트 아크의 자외선 발생 광원이 사용되고, 구체적으로는 고압 수은등, 저압 수은등, 메타할라이드 램프, 크세논 램프 등이 사용 가능하다.
특히, 후술하는 구조 영역(복수의 구조체)을 형성하는 상세 프로세스에서는, 도공막에는 원하는 산란 중심축(Q)과 평행한 광선을 조사하는 것이 필요하다. 이러한 평행광(D)을 얻기 위해서는, 점광원을 배치하고, 이 점광원과 광 경화성 조성물층의 사이에 평행광(D)를 조사하기 위한 반사 미러나 프레넬 렌즈 등의 광학 렌즈를 배치하면 된다. 이러한 광학 렌즈를 개재시키는 것에 의해서, 광원으로부터 방출되는 빛이 평행광(D)로 변환되어 도공막 상, 또는, 지향성 확산 소자 상에 평행광(D)를 조사할 수 있다.
광 중합성 화합물을 포함하는 조성물에 조사하는 광선은 상기 광 중합성 화합물을 경화 가능한 파장을 포함하는 것이 필요하고, 통상은 수은등의 365 nm를 중심으로 하는 파장의 광이 이용된다. 이 파장대를 사용해 이방성 광학 필름을 제작하는 경우, 조도로서는 0.01~100 mW/cm2의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1~20 mW/cm2의 범위이다. 조도가 0.01mW/cm2 미만이면 경화에 장시간을 필요로 하기 때문에, 생산 효율이 나빠지는 경우가 있고, 100 mW/cm2를 넘으면 광 중합성 화합물의 경화가 너무 빨라서 구조체 형성을 일으키지 않고, 목적의 이방성 확산 특성을 발현할 수 없게 되는 경우가 있기 때문이다.
도 13에 있어서의 지향성 확산 소자(76)는 평행광(D)에 지향성을 부여하고, 확산광(E)으로 변환하기 위한 것이다. 도공막(74) 상에 확산광(E)를 조사함으로써 복수의 루버 구조체(73)가 형성된다. 지향성 확산 소자는 필라 구조인 복수의 필라 구조체(63)를 형성하는 이방성 광학 필름(60)의 제조 프로세스에서는 사용되지 않는다.
지향성 확산 소자(76)는 입사한 평행광(D)에 지향성을 부여하는 것이면 된다. 이와 같이 지향성을 가진 확산광(E)를 얻기 위해서는, 예를 들면, 지향성 확산 소자(76) 내에 어스펙트비가 높은 침상 필러를 함유시키면서, 당해 침상 필러를 Y 방향으로 장축 방향이 연재하도록 배향시키는 방법을 채용할 수 있다. 지향성 확산 소자(76)는 침상 필러를 사용하는 방법 이외에 여러 가지의 방법을 사용할 수 있다. 평행광(D)이 지향성 확산 소자(76)를 개재하는 것으로써, 확산광(E)을 얻도록 배치하면 된다. 이러한 지향성 확산 소자(76)의 구체적인 예로서는 렌티큘러 렌즈 등을 들 수 있다.
차광판은 광원으로부터 발광되는 광을 차단하고, 광 중합성 화합물을 포함하는 조성물에 광이 조사되지 않게 하기 위한 것이다. 차광판의 재료나 크기나 두께 등은 광원으로부터 발광되는 광의 파장이나 강도에 따라 적절하게 정하면 된다.
여기서, 도 13에 나타낸 것과 같이, 지향성 확산 소자(76)는 도공막(74)의 이동 방향을 따르는 방향으로 차광판(75)으로부터 돌출하도록 배치된다. 이와 같이 함으로써, 차광판(75)에 의해서 광원으로부터 발광되는 광의 전부가 차단되는 영역(AR1)과 확산광(E)이 조사되는 영역(AR2)과의 2개의 영역을 형성할 수 있다.
이하, 영역(AR1)~영역(AR2)로 구분된 각 영역에 있어서의 구체적인 이방성 광학 필름의 형성 프로세스에 대해 설명한다.
3-2-1-3-2. 영역(AR1)의 공정
(AR1) 영역의 공정에서는, 도공막의 전체가 아직도 차광판에 의해서 덮여 있고, 광원으로부터 발광되는 광은 도공막 상에 조사되어 있지 않다. 이 단계에서는, 도공막의 모두가 영역(AR1)에 위치하고 있다 .따라서, 도 12 및 도 13의 상태(a)에 나타낸 것과 같이 구조 영역은 형성되지 않고, 도공막의 전체가 미경화의 상태이다.
3-2-1-3-3. 영역(AR2)의 공정: 이방성 광학 필름 형성 공정
이동 스테이지의 구동에 의해서 도공막이 어느 정도의 거리를 이동하면, 도공막은 영역(AR1)으로부터 영역(AR2)으로 이동한다.
영역(AR2)의 공정에서는, 이동 스테이지의 구동에 의해서, 도공막(64 또는 74)이 차광판(65 또는 75)으로부터 서서히 노출한다. 여기서 도공막(64 또는 74)은, 영역(AR1)와 영역(AR2)와의 2개의 영역에 위치한다. 도공막(64 또는 74)이 차광판(65 또는 75)으로부터 노출됨에 따라 영역(AR1)로부터 영역(AR2)로 이동한다. 도 13의 영역(AR2)에서는 확산광(E)이 도공막(74)에 조사된다.
평행광(D) 또는 확산광(E)이 도공막 상에 조사되는 것으로써, 도공막의 상면으로부터 상분리가 시작된다. 평행광(D) 또는 확산광(E)의 조사에 의해서, 도공막(64 또는 74)의 상면으로부터 복수의 각 구조체(필라 구조체(63) 또는 루버 구조체(73))가 형성되기 시작해 서서히 성장해 간다. 복수의 각 구조체(필라 구조체(63) 또는 루버 구조체(73))의 형성에 따라 각 매트릭스 영역(61 또는 71)도 형성된다.
보다 구체적으로는, 도 12 및 도 13의 상태(b)에 나타낸 것과 같이 도공막(64 또는 74)의 상면으로부터 상분리가 시작되어, 상분리에 의해서 복수의 각 구조체(필라 구조체(63) 또는 루버 구조체(73)) 및 각 매트릭스 영역(61 또는 71)이 상면으로부터 하면으로 향해 형성되기 시작한다. 이 시점에서는, 도 12 및 도 13의 상태(b)~(d)에 나타낸 것과 같이 복수의 각 구조체(필라 구조체(63) 또는 루버 구조체(73)) 및 각 매트릭스 영역(61또는 71)는 하면까지 도달하고 있지 않고, 도공막(64 또는 74)의 상면과 하면과의 사이의 중간 위치까지 형성되고 있는 상태이다. 덧붙여, 중간 위치란, 상면과 하면과의 중앙이나 중심의 위치에 한정되지 않고, 상면과 하면에 끼워진 영역의 임의의 위치를 나타낸다.
도 12 및 도 13의 상태(b) 내지 (e)에 나타낸 것과 같이 복수의 각 구조체(필라 구조체(63) 또는 루버 구조체(73)) 및 매트릭스 영역(61 또는 71)은 도공막(64 또는 74)의 상면으로부터 하면까지 순서대로 형성된다.
여기서, 도 13의 공정에 있어서는 확산광(E)의 조사 강도 및 확산을 조정하는 것으로써, 형성되는 루버 구조체(73)의 크기(산란 중심축에 수직인 평면에 있어서의 단경 및 장경, 어스펙트비 등)를 적절히 정할 수 있다.
확산광(E)의 확산은 주로 지향성 확산 소자(76)와 도공막(74)과의 거리와 지향성 확산 소자(76)의 종류 등에 의존한다. 당해 거리를 짧게 하는 것에 따라 루버 구조체의 크기는 작아지고, 길게 하는 것에 따라 루버 구조체의 크기는 커진다. 따라서, 당해 거리를 조정하는 것으로써, 주상 영역의 크기를 조정할 수 있다.
본 공정에 있어서, 확산광(E)의 어스펙트비는 2 이상으로 하는 것이 바람직하다. 당해 어스펙트비에 거의 대응한 형태로, 복수의 루버 구조체(73)의 어스펙트비가 형성된다. 상기 어스펙트비가 작아지는 것에 따라 확산 범위가 좁아질 우려가 있기 때문에, 본 형태에서는 어스펙트비를 2 이상으로 하고 있다. 덧붙여 상기 어스펙트비는 2 이상 50 미만인 것이 보다 바람직하고, 2 이상 10 이하인 것이 추가로 바람직하고, 2 이상 5 이하인 것이 특히 바람직하다. 상기 어스펙트비를 이러한 범위로 함으로써 광의 확산성·집광성이 보다 뛰어나게 된다.
덧붙여 본 이방성 광학 필름 형성 공정에 있어서, 합계의 광의 조사 시간은 특히 한정되지 않지만 10~180초간, 보다 바람직하게는 10~120초간이다.
본 형태의 이방성 광학 필름(60) 및 이방성 광학 필름(70)은, 상술한 바와 같이 저조도의 광을 비교적 장시간 조사하는 것으로써 광 경화성 조성물층 중에 특정의 내부 구조가 형성되는 것으로 얻어지는 것이다. 따라서, 이러한 광 조사만으로는 미반응의 모노머 성분이 잔존하여 끈적임을 일으키거나 하여서 핸들링성이나 내구성에 문제가 있는 경우가 있다. 그러한 경우는, 1000 mW/cm2 이상의 고조도의 광을 추가 조사해 잔존 모노머를 중합시킬 수 있다. 이 때의 광 조사는, 도공막(64 또는 74)의 이방성 광학 필름을 형성시키기 위한 최초로 수행하는 광선과는 반대측의 면이 되는 하면측(예를 들면, 마스크를 적층한 쪽의 반대쪽)으로부터 수행해도 된다.
4. 도광 적층체의 사용 방법
상기 도광 적층체는 도광판의 측면부에 광원을 설치하는 것으로써 엣지 타입의 면상 광원 장치로서 이용할 수 있다. 광원은 도광판의 하나 또는 복수의 측면부(단면)에 설치할 수 있다. 복수의 측면부에 광원을 설치하는 경우에는, 상술한 것처럼 도광판 표면의 도트 구조의 분포 밀도를 조정할 수 있다. 장치의 사이즈 절감화의 관점으로부터 광원은 하나의 측면부에 설치하는 것이 바람직하다.
상기 광원은 공지의 것을 사용할 수 있고, 특히 한정되지 않는다. 예로서는 봉상의 냉음극관이나 LED 등을 들 수 있다. 사이즈 절감화나 소비 전력의 관점으로부터 LED 광원이 바람직하다.
상기 면상 광원 장치는 도광판의 출사면 측에 이방성 광학 필름을 중간층으로 하여서, 반사판을 마련하는 것으로써, 백 라이트로 이용할 수 있다.
상기 면상 광원 장치는 표시용 디바이스인 투과형 표시장치, 반사형 표시장치에 있어서의 엣지형 표시장치용의 면상 광원 장치로서 사용된다.
[실시예]
다음에, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 추가로 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이들 예에 의해서 임의로 한정되는 것은 아니다.
(요철형 도트 구조 도광판의 제작)
본 발명으로 이용되는 요형 도트 구조를 가지는 도광판은 공지의 나노 임프린트 기술을 이용해 제작했다.
130mmХ90 mm의 사이즈의 2 mm의 두께의 PMMA의 시트에 UV 경화 아크릴 수지(광 중합 개시제 함유)에 의해 10μm의 두께로 도포층을 형성하고, 직경 약 40μm이고 높이가 약 10μm인 볼록 렌즈형의 도트 구조를 가지는 금형(철형 렌즈 밀도: 약 100개/mm2)으로 프레스를 수행하면서, PMMA의 시트의 도포층과 반대측의 면으로부터 UV 광선을 조사해 경화하는 것으로써, 본 발명에서 이용하는 요형 도트 구조의 도광판(A)을 제작했다. 얻어진 도광판(A)의 표면을 레이저 현미경으로 관찰해 크기(직경)가 약 40μm로 깊이가 약 8μm의 오목 렌즈형 도트 구조(도 14(a))가 약 100개/mm2의 밀도로 존재하는 요형 도트 구조의 도광판이 얻어지고 있는 것을 확인했다.
이어서, 130 mmХ90 mm의 사이즈의 2mm의 두께의 PMMA의 시트에, UV 경화 아크릴 수지(광 중합 개시제 함유)에 의해 10μm의 두께로 도포층을 형성하고, 직경 약 60μm로 높이가 약 10μm의 볼록 렌즈형의 도트 구조를 가지는 금형(철형 렌즈 밀도: 약 100개/mm2)으로 프레스를 수행하면서, PMMA의 시트의 도포층과 반대측의 면으로부터 UV 광선을 조사해 경화하는 것으로써, 본 발명에서 이용하는 요형 도트 구조의 도광판(B)을 제작했다. 얻어진 도광판(B)의 표면을 레이저 현미경으로 관찰해, 크기(직경) 약 60μm이고 깊이가 약 8μm인 오목 렌즈형 도트 구조(도 14(b))가 약 100개/mm2의 밀도로 존재하는 요형 도트 구조의 도광판이 얻어지고 있는 것을 확인했다.
추가로, 130 mmХ90 mm의 사이즈의 2 mm의 두께의 PMMA의 시트에 UV 경화 아크릴 수지(광 중합 개시제 함유)에 의해 10μm의 두께로 도포층을 형성하고 직경 약 40μm이고 높이가 약 10μm인 오목 렌즈형의 도트 구조를 가지는 금형(요형 렌즈 밀도: 약 100개/mm2)에서 프레스를 수행하면서, PMMA의 시트의 도포층과 반대측의 면으로부터 UV 광선을 조사해 경화하는 것으로써, 본 발명에서 이용하는 철형 도트 구조의 도광판(C)을 제작했다. 얻어진 도광판(C)의 표면을 레이저 현미경으로 관찰해 크기(직경) 약 40μm이고 높이가 약 9μm인 볼록 렌즈형 도트 구조(도 14(c))가 약 100개/mm2의 밀도로 존재하는 철형 도트 구조의 도광판이 얻어지고 있는 것을 확인했다.
(직선 프리즘형 홈 구조 도광판의 제작)
비교예에 이용한 홈 모양 도광판은 공지의 나노 임프린트 기술을 이용해 제작했다. 130mmХ90 mm의 사이즈의 2 mm의 두께의 PMMA의 시트에 UV 경화 아크릴 수지(광 중합 개시제 함유)에 의해 50μm의 두께로 도포층을 형성하고 피치 50μm, 높이 50μm 및 길이 90 mm의 직선 프리즘형의 홈 구조를 가지는 금형으로 프레스를 수행하면서, PMMA의 시트의 도포층과 반대측의 면으로부터 UV 광선을 조사해 경화하는 것으로써, 비교예에서 이용하는 직선 프리즘형 홈 구조의 도광판(D)을 제작했다. 얻어진 도광판(D)의 표면을 레이저 현미경으로 관찰해 크기(프리즘 삼각형 형상에 있어서의 저변(底邊) 길이)가 약 50μm이고 깊이가 약 45μm인 직선 프리즘형 홈 구조(도 14(d))가 존재하는 직선 프리즘형 홈 구조의 도광판이 얻어지고 있는 것을 확인했다.
(도광판 면상 광원 장치의 제작과 도광판 광학 특성의 평가)
본 실시예에 이용되는 도광판은 도광판 사이즈 90 mm변의 단부에 15 mm의 간격으로 5개의 LED 광원(200 mW)을 설치하는 것으로써 도광판 면상 광원 장치로 했다.
도광판 면상 광원 장치의 LED 광원을 점등하고 도광판 출사측의 면(이하, 출사면이라고 부름, 요형 도트 구조, 철형 도트 구조 또는 직선 프리즘형 홈 구조가 아닌 쪽의 면, 평활면) 중심 부근에서 출사되는 광의 조도(출사 강도)를 변각 광도계 고니오포토미터(제네시아 사 제)로 측정하여 도광판의 광학 특성을 평가했다. 또한 조도의 측정 시 도광판 출사측의 면과는 반대측의 면(이하, 반대면이라고 부름)으로부터의 광의 영향을 피하기 위해 반대면에 대하여 와키산교 사 제 흑색 펠트 시트(FU-714, 두께 2 mm)를 밀착시켜 측정했다.
광의 조도 측정치의 최대치를 100%로 해서 각 출사광 각도에 있어서의 당해 최대치에 대한 조도 측정치의 상대치를 휘도(%)로 했다. 추가로 반대면에 출사되는 광의 조도를 상기 출사면의 광의 조도와 동일하게 측정하여 각각의 면측의 각 출사광 각도에 있어서의 휘도의 나눗셈값(출사측의 휘도/반대측의 휘도)를 콘트라스트로 했다. 도광판 면상 광원 장치로 했을 때의 도광판의 광학 특성의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112019111366541-pct00002
(이방성 광학 필름의 제작)
이방성 광학 필름(LCF1~10)의 제작 방법은 우선 필라 구조에 관해서는 국제 공개 WO2015/111523을, 이어서 루버 구조에 관해서는 일본 특개 2015-127819를, 그리고 LCF9(이방성 광학 필름의 산란 중심축 각도가 면내에서 연속적으로 변화하는 구조)에 관해서는 상기 루버 구조에 관한 공보 및 일본 특개 2013-182227을 참고로 하여서 각종 조건을 변형하여 표 2에 기재된 구조 및 특성을 가지는 이방성 광학 필름(LCF1~10)을 제작하였다.
(이방성 광학 필름의 특성 평가)
제작한 이방성 광학 필름(LCF1~10)의 특성 평가는 이하와 같이 실시했다.
(어스펙트비)
실시예 및 비교예의 이방성 광학 필름의 표면(자외선 조사시의 조사광측)을 광학 현미경으로 관찰하여 임의의 100개의 구조의 장경(LA) 및 단경(SA)을 측정해 각각의 평균치를 산출한 후 산출된 평균 장경과 평균 단경에 기초하여 어스펙트비(평균 장경/평균 단경)를 산출했다.
(산란 중심축 각도, 0°의 직선 투과율 및 확산 범위)
도 9에 나타낸 것과 같은 변각 광도계 고니오포토미터(제네시아 사 제)를 이용하여 실시예 및 비교예의 이방성 광학 필름의 광학 특성의 평가를 실시했다. 고정한 광원으로부터의 직진광을 받는 위치에 검출기를 고정하고 그 사이의 샘플 홀더에 실시예 및 비교예에서 얻어진 이방성 광학 필름을 세팅하였다. 도 9에 나타낸 것과 같이 회전축(L)으로 하여서 샘플을 회전시켜서 각각의 입사광 각도(직진광이 이방성 광학 필름 평면의 법선 방향이 되는 0°을 포함한다)에 대응하는 직선 투과 광량을 측정해 직선 투과율을 냈다. 여기서 도 9에 나타나는 회전축(L)은 도 8에 나타나는 각 구조에 있어서의 TD 방향과 동일한 축이다. 또한 직선 투과 광량의 측정은 시감도 필터를 이용한 가시광 영역의 파장에서 측정했다.
상기 직선 투과율에 따라 광학 프로파일을 제작하고 당해 광학 프로파일로부터 대략 대칭성을 가지는 입사광 각도를 산란 중심축 각도로 하고 추가로 직선 투과율이 30% 이하가 되는 입사광의 각도 범위를 구하고 이 범위를 확산 범위로 했다.
이상 제작한 이방성 광학 필름(LCF1~10)의 구조 및 특성 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure 112019111366541-pct00003
※ LCF9의 이방성 광학 필름은 산란 중심축 각도가 상기 범위에 있어서 면내에서 연속적으로 변화함.
(도광 적층체의 제작)
얻어진 도광판(도광판(A~D))의 출사면에 대해 공지의 투명성 아크릴 점착제에 의한 점착층(두께 25μm)을 첩합한 후, 표 3에 나타낸 조합으로 점착층 표면에 이방성 광학 필름(LCF1~10)을 첩합하는 것으로써, 실시예 1~10 및 비교예 1~7의 도광 적층체를 얻었다.
도광판 및 이방성 광학 필름의 종류와 표 1에 나타낸 도광판의 최대 휘도 각도(이하, Y라고 부름) 및 표 2에 나타낸 이방성 광학 필름의 산란 중심축 각도(이하, X라고 부름)와의 차이(Y-X)와 도광판의 최대 휘도 각도에 있어서의 이방성 광학 필름의 직선 투과율을 정리해 표 3에 나타낸다. 또한 도광판의 최대 휘도 각도에 있어서의 이방성 광학 필름의 직선 투과율은 상기 이방성 광학 필름의 광학 프로파일에 있어서 표 1에 기재된 도광판의 최대 휘도 각도의 때의 직선 투과율로 했다.
[표 3]
Figure 112019111366541-pct00004
(도광 적층체 면상 광원 장치의 제작과 도광 적층체 광학 특성의 평가)
도광 적층체의 평가는 상기 도광판 면상 광원 장치의 제작과 도광판 광학 특성의 평가와 동일하게, 도광판 대신에 도광 적층체에 의한 도광 적층체 면상 광원 장치를 제작해 실시했다(다만 광원의 설치는 도광 적층체의 도광판에 대해 상기 도광판 면상 광원 장치 제작 시와 동일하게 설치했다). 평가 결과를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure 112019111366541-pct00005
(도광 적층체의 시인성의 평가)
시인성의 평가로는 도광 적층체 면상 광원 장치에 있어서의 도광판을 점등 상태로 한 후 도광판 출사측의 면의 법선 방향에서 도광 적층체를 육안으로 관찰해 번쩍임감과 도광 적층체 출사측의 면내에 있어서의 휘도의 면내 균일성을 평가했다. 또, 직경 0.25 mm, 피치 0.5 mm의 흑색 도트 패턴을 인쇄한 흰 종이 위에 두께 2 mm의 유리판을 두어 그 위에 출사면이 유리판 측이 되는 것처럼 도광 적층체를 맞춰서 겹치고 반대면의 법선 방향에서 육안으로 관찰을 수행해 인쇄된 도트 패턴이 명료하게 확인할 수 있는지를 보케감으로서 평가했다. 또한 번쩍임감과 보케감에 대해서는 도광판을 점등 상태로 했을 때뿐만이 아니고, 비점등 상태일 때에 대해서도 평가했다.
상기 번쩍임감, 보케감 및 휘도의 면내 균일성 평가의 지표는 각 평가 항목을 정리하면, 1: 나쁨(번쩍임 용이, 보케 용이, 휘도가 면내 불균일)로부터, 5: 좋음(번쩍임 곤란, 보케 곤란, 휘도의 면내 균일성이 좋음)까지의 5 단계에서 5명에 의한 판정을 수행해 5명의 판정의 평균치를 평가점으로 했다. 평가 결과를 표 5에 나타낸다.
[표 5]
Figure 112019111366541-pct00006
(작용 효과)
표 4에 나타나는 대로, 본 발명 실시예에서는 비교예 1~4에 대해, 최대 휘도 각도가 법선 방향(도광 적층체의 출사면 0°)에 가깝고 시인하는 각도에 있어서 유효하게 기능할 뿐만 아니라, 최대 휘도 각도에 있어서의 콘트라스트, 0°에 있어서의 휘도 및 0°에 있어서의 콘트라스트가 비교예 1~4에 비해 수치가 크고, 뛰어난 조명될 수 있는 것이었다.
특히, 실시예 5 및 7은 표 2로부터, 0°의 직선 투과율이 60% 이상이며, 또한, 표 3으로부터 도광판의 최대 휘도 각도와 산란 중심축과의 차이(X-Y)가 5~20°의 범위이기 때문에 표 4에 있어서 실시예 중에서도 보다 높은 0°에 있어서의 콘트라스트를 얻을 수 있었다고 생각된다.
이것에 대해, 비교예 5~7은 직선 프리즘형 홈 구조(도 14(d))의 도광판을 이용하는 것으로 표 4에 있어서 최대 휘도 각도는 법선 방향에 가깝고 우수하지만, 최대 휘도 각도에 있어서의 콘트라스트 및 0°에 있어서의 콘트라스트가 실시예와 비교해서 수치가 낮고, 실시예보다도 조명으로서 뒤떨어지는 것이었다.
또한, 표 5에 나타나는 대로 시인성의 면에서도 본 발명 실시예에서는 비교예 1~7에 비해 번쩍임감 및 보케감을 밸런스 좋게 억제하는 것이 가능하고, 디스플레이의 조명에 이용했을 경우, 화상 시인성을 저해하지 않을 뿐만 아니라, 휘도의 면내 균일성에도 우수하기 때문에 광원의 이용 효율이 양호하고, 뛰어난 조명이 될 수 있는 것이었다.
특히 실시예 10은 산란 중심축이 연속적으로 변화해 가는 이방성 광학 필름을 이용하고 있기 때문에 뛰어난 면내 균일성을 얻을 수 있었다고 생각된다.
이상, 본 발명 실시예는 뛰어난 조명이 될 수 있는 것이지만, 특히 실시예 7은 도광 적층체에 있어서의 어느 평가에 대해더도 뛰어나 0°에 있어서의 높은 휘도와 최대 휘도 각도 및 0°에 있어서의 콘트라스트를 가지면서 높은 시인성을 가진 뛰어난 것이었다.
광원 1, 11, 21, 31, 41, 51, 300, 310
검출기 2
면상 광원 장치　10, 20, 30
도광판　12, 22, 32, 42, 52, 101 a~101 d, 109 a, 109 b
프리즘 렌즈　13, 23
확산 필름　24
이방성 산란 필름　34
출사면 43, 53
가공부 54
이방성 광학 필름 60, 70, 103
매트릭스 영역 61, 71
필라 구조체 63
도공막 64, 74
차광판 65, 75
루버 구조체 73
지향성 확산 소자 76
도광 적층체　100, 110, 120, 130, 140, 150
위상차판　104
편광판　105
반사판 106
봉지 부재　107
프리즘 어레이 구조　108
요형 도트 구조　109(a)-1~7
홈 구조　111

Claims (9)

  1. 단면(端面)으로부터 입사한 광이 굴곡하여 표면 방향으로 출사하는 출사면을 갖고,
    상기 출사면 내의 출사 강도가 최대가 되는 각도가 상기 출사면에 수직인 방향에 대해 20°~ 60°인 도광판과,
    상기 출사면에 대해, 직접 또는 다른 층을 개재하여 적층되는 광의 입사광 각도에 의해 확산성이 변화하는 이방성 광학 필름을 갖는 도광 적층체로서,
    상기 도광판의 출사면과는 반대측의 면에 있는 반대면이 크기 50μm 이하, 높이 또는 깊이가 50μm 이하인 요형(凹型) 또는 철형(凸型)의 구조를 복수로 갖고,
    상기 이방성 광학 필름은 매트릭스 영역과 복수의 구조체로 이루어진 구조 영역을 갖고,
    상기 도광판의 출사 강도가 최대가 되는 각도에 있어서, 상기 이방성 광학 필름에 대해서 입사한 광의 직선 방향의 투과 광량/입사한 광의 광량인, 이방성 광학 필름의 직선 투과율이 30% 이하이며,
    상기 이방성 광학 필름의 법선 방향에 대한 산란 중심축 각도가,
    상기 출사 강도가 최대가 되는 각도보다도 상기 법선 방향 측으로 경사되어 있으며,
    상기 산란 중심축 각도와, 상기 출사 강도가 최대가 되는 각도와의 차이가 20°이내인 것을 특징으로 하는 도광 적층체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산란 중심축 각도가 광원에 가까운 위치로부터 먼 위치에 걸쳐 연속적으로 변화해 나가는 것을 특징으로 하는 도광 적층체.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 구조체의 형상이 판상인 것을 특징으로 하는 도광 적층체.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 이방성 광학 필름 법선 방향의 직선 투과율이 60% 이상인 것을 특징으로 하는 도광 적층체.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 도광판 반대면의 구조가 요형인 것을 특징으로 하는 도광 적층체.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 요형 또는 철형의 구조가 봉지(封止)되고, 상기 봉지 내부가, 기체, 액체, 고체 또는 진공 중 적어도 어느 하나로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 도광 적층체.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 다른 층이 편광판, 위상차판 또는 그 양쪽의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 도광 적층체.
  8. 적어도 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 도광 적층체와, 광원으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면상 광원 장치.
  9. 삭제
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