KR20100063668A - 광확산 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 은폐력이 크고, 광원과 조합하여 사용하면 고휘도의 확산광이 얻어지고, 대전되기 어렵고 내용제성이 높은 광확산 구조체를 저가격으로 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 기재층 및 그 위에 적층된 광확산층을 갖는 광확산 구조체로서, 광확산층은 수지 및 무기 입자를 함유하고, 무기 입자의 형상은, 바둑알 형상, 원기둥판 형상 또는 육각기둥판 형상이고, 그 입도 분포 샤프도 (D₇₅/D₂₅) 는 1.0

D₇₅/D₂₅

1.4 를 만족하는 것을 특징으로 하는 광확산 구조체이다.

광확산 구조체

Description

광확산 구조체{LIGHT DIFFUSION STRUCTURE}

본 발명은 내산성 및 내유기 용제성이 우수한 광확산층을 구비한 광확산 구조체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유닛, 조명 기구용, 프로젝터의 스크린 등에 바람직하게 사용할 수 있는 광확산 구조체에 관한 것이다.

광확산 구조체는, 전구나 LED 등의 점광원 또는 형광관 등의 선광원의 광을 확산시켜 균일하고 정면 휘도가 높은 면조명을 얻을 목적으로 사용된다. 이 광확산 구조체는, 예를 들어 휴대 전화, 디지털 카메라, 액정 텔레비전 등의 액정 디스플레이의 백라이트 유닛용 광확산 필름, 액정 프로젝터용 스크린, 가정용 조명 기구 및 시설 조명의 광확산판, 도로 표지, 간판, 판촉용 POP 나 각종 일루미네이션용 광확산 필름 등으로서 널리 사용되고 있다.

광확산 구조체는, 투명한 기재의 표면에, 광확산재로서 실리카, 아크릴 또는 폴리스티렌 등의 진구 형상 투명 입자를 분산시킨, 투명한 합성 수지 (바인더) 층으로 구성되는 광확산층이 형성된 구조로 이루어지는 것이 알려져 있다.

광확산 구조체에 대해서는, 그 광확산 작용에 기초하는 은폐력에 의해 도광 판의 도트 패턴, 선형 패턴, 조명 광원의 윤곽, 휘점을 지워 균일한 면발광을 부여한다는 기능이 요구되고 있다.

따라서 광확산 구조체에는, JIS K 7105 에 기초하여 측정되는 헤이즈가 큰 것이 요구된다. 또한, 광확산 구조체에는, 광원으로부터의 발산광을 수속시켜 고휘도를 유지하는 기능도 요구된다. 이 기능은, 통상 변각 광도계 등에 의해 측정되고, 광확산 구조체의 이면측에 광원을 배치하고, 표면측에 있어서 수광기를 0∼180°의 범위에서 주사시키고, 각도에 대해 투과 광량을 플롯한다. 투과광이 좁은 방향으로 집중되어 있는지로 광확산 구조체의 집광 능력을 평가한다.

그러나, 종래에는 광확산재로서 진구 형상 실리콘 입자를 사용하고 있었기 때문에, 전광선 투과율은 높지만 헤이즈가 작아 광확산성을 확보할 수 없었다. 또, 진구 형상 입자는 광의 재귀 반사성이 강하기 때문에 집광 능력이 불충분했다. 또, 진구 형상 입자를 광확산재로서 사용하면 특정 방향으로 광을 강하게 산란 또는 반사하는 경우가 있고, 이것이 번쩍거림이나 휘도 불균일성 등의 문제가 되어 나타나는 경우가 있었다. 또한, 진구 형상 실리콘은 매우 고가였다.

일반적으로 광확산 구조체는 광원의 전면 (前面) 에 배치되기 때문에, 수지 미립자를 사용하면, 광확산층 표면이 대전되기 쉽고, 그 결과, 이물질을 흡착하기 쉽다. 그리고 부착 이물질을 제거하는 공정에서 유기 용제를 사용하면 수지 미립자에 크랙이 발생되지 않고 휘도가 저하되어 생산 효율을 떨어뜨리는 요인이 되고 있었다.

또, 광확산 구조체는 롤 형상으로 유통되는 경우도 많고, 이물질이 부착되어 있으면 그것이 원인으로 광확산층 표면에 흠집이 나기 쉬운 결점이 있었다.

또한, 실리카 미립자는 고가이고, 저가의 수지제 입자를 사용하면 필름 가공 공정, 톰슨형에 의한 구조체의 타발시나 백라이트 유닛의 조립 공정에 있어서, 광확산면에 흠집이 생기고, 또 수지 입자가 탈락된다는 문제가 발생하기 쉬웠다.

특허 문헌 1 의 단락 0048 에는, 광확산재로서 판 형상, 타원체 형상, 주발형, 다각 형상, 원반형, 별형, 표면 주름 형상 등의 이형 (異形) 입자를 사용한 것이, 구 형상 입자보다 강한 광확산성을 갖고 있어, 소량의 첨가로 광확산성이 우수함과 함께 높은 전광선 투과율 및 휘도가 얻어지는 것이 기재되어 있다.

(특허 문헌 1) 일본 공개특허공보 2007-133173호

그러나, 본 발명자들의 지견에 의하면, 광확산재로서 판 형상이나 원반형 등의 이형 입자를 사용해도, 그 입자경의 편차가 큰 경우에는, 특허 문헌 1 에 기재된 광확산 효과 및 높은 전광선 투과율은 얻을 수 없다.

본 발명의 목적은, 은폐력이 크고, 광원과 조합하여 사용하면 고휘도의 확산광이 얻어지고, 내용제성이 높은 광확산 구조체를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 입도 분포가 샤프한, 특정 형상의 무기 입자를 광확산재로서 사용함으로써, 전광선 투과율, 헤이즈가 우수하고, 은폐력이 크고, 또한 정면 휘도가 높은, 내유기용매성이 높은 광확산 구조체가 얻어지는 것을 알아냈다.

즉 본 발명은,

1. 기재 및 그 위에 적층된 광확산층을 갖는 광확산 구조체로서, 광확산층은, 수지 및 무기 입자를 함유하고,

무기 입자의 형상은, 바둑알 형상, 원기둥판 형상 또는 육각기둥판 형상이고, 그 입도 분포 샤프도 (D₇₅/D₂₅) 는 1.0

D₇₅/D₂₅

1.4 를 만족하는 것을 특징으로 하는 광확산 구조체,

2. 광확산층 내에 있어서의 무기 입자의 평균 경사도 <θ_t> 가 0°

<θ_t>

15°를 만족하는 전항 1 에 기재된 광확산 구조체,

3. 무기 입자가 다공질 또는 중공 형상인 전항 1 또는 2 에 기재된 광확산 구조체,

4. 무기 입자가, 하기 식 (1) 로 나타내는 알루미늄염 수산화물 입자인 전항 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 광확산 구조체,

M_a[Al_1-xM'_x]_bA_zB_y(OH)_n·mH₂O (1)

(단, 식 중 M 은 Na⁺, K⁺, NH⁴⁺, H₃O⁺ 및 Ca²⁺ 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 양이온, M' 는 Zn²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Sn⁴⁺, Zr⁴⁺ 및 Ti⁴⁺ 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 양이온, A 는 적어도 1 종의 유기산 이온, B 는 적어도 1 종의 무기산 이온을 나타내고, 식 중 a, b, m, n, x, y 및 z 는, 0.7

a

1.35, 2.7

b

3.3, 0

m

5, 4

n

7, 0

x

0.6, 1.7

y

2.4, 0

z

0.5 이다)

5. 수지가 아크릴 수지인 전항 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 광확산 구조체,

6. 기재의 JIS K 7136 에 기초하는 전광선 투과율이 80∼100 %, 또한 헤이즈가 0∼5 % 인 전항 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 광확산 구조체이다.

본 발명의 광확산 구조체는, 우수한 전광선 투과율 및 헤이즈를 갖는다. 또 본 발명의 광확산 구조체는, 확산 투과광을 정면에 모을 수 있다. 또, 본 발명의 광확산 구조체는, 내용제성이 우수하고, 유기 용제에 의해서도 무기 입자에 크랙이 발생되지 않고 휘도 저하가 발생하지 않기 때문에, 생산성이 우수하다. 본 발명의 광확산 구조체는, 은폐성이 우수하다. 본 발명의 광확산 구조체는, 필름 가공, 톰슨형에 의한 필름의 타발, 백라이트 유닛 조립의 각 제조 공정에서도, 무기 입자가 탈락되기 어렵다.

또, 광확산 구조체는, 대전되기 어렵기 때문에 이물질이 부착되기 어렵고, 또한 부착 이물질을 제거하는 공정에서 사용하는 유기 용제에 의해서도 무기 입자에 크랙이 발생되지 않고 휘도 저하가 발생하지 않기 때문에, 생산성이 우수하다.

또한, 본 발명의 광확산 구조체는 고가의 실리카 미립자를 사용하지 않기 때문에 경제성도 우수하다.

본 발명의 광확산 구조체는, 평행광을 확산시키는 용도, 발산광을 수속시키는 용도, 광원이나 발광 패턴을 은폐하는 용도에 사용할 수 있다. 구체적으로는 휘도 균제도 (均齊度) 및 정면 휘도가 높은 조명을 얻는 데에 적합하다.

(무기 입자)

본 발명에 사용하는 무기 입자는, 그 형상이 바둑알 형상, 원기둥판 형상 또는 육각기둥판 형상인 것을 특징으로 한다.

입자의 형상을 특정하는 척도의 하나로, 분체 공업 분야에서 종래부터 사용되어 온 Wadell 의 원형도 및 구형도가 있다. Wadell 의 구형도 s 는, 하기 식으로 정의된다. s 가 1 에 가까울수록 진구에 가깝다.

s = (입자와 등체적의 구의 표면적) / (입자의 표면적)

또, Wadell 의 원형도 c 는, 하기 식으로 정의된다. c 가 1 에 가까울수록 진원에 가깝다.

c = (입자의 투영 면적과 등면적 원의 둘레 길이) / (입자의 투영면의 둘레 길이)

본 발명에 있어서 입자의 형상이 바둑알 형상 (또는 원반 형상이라고도 하는 경우가 있다) 이란, 도 4 의 SEM 사진 이미지에 나타내는 바와 같이 단경 (短徑) 을 회전축으로 한 회전 타원 형상의 형상이다. 구체적으로는, 회전축의 방향으로부터 본 입자의 투영 이미지에 관해, Wadell 의 원형도 c 가 0.95

c

1 로서, 단면인 타원의 (단경/장경) 의 비율 a 가 0.05

a

0.5 인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 입자의 형상이 육각기둥판 형상이란, 도 5 의 SEM 사진 이미지와 같이, 편평한 정육각기둥 모양의 형상으로, 상면 또는 하면 방향으로부터 본 입자의 투영 이미지에 관해, Wadell 의 원형도 c 가 0.88

c < 0.95 인 육각형으로서, 두께 / (정육각형의 대각선 길이) 의 비율 b 가 0.05

b

0.6 인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 입자의 형상이 원기둥판 형상이란, 도 6 의 SEM 사진과 같이, 편평한 원기둥 모양의 형상으로, 상면 또는 하면 방향으로부터 본 입자의 투영 이미지에 관해, Wadell 의 원형도 c 가 0.95

c

1 인 원형으로서, 두께 / (원의 직경) 의 비율 d 가 0.05

d

0.6 인 것이 바람직하다.

본 발명에 사용하는 무기 입자의 또 하나의 특징은, 그 입도 분포의 샤프도 (D₇₅/D₂₅) 가 1.0

D₇₅/D₂₅

1.4 를 만족하는 것이다.

여기서, 입도 분포의 샤프도 (D₇₅/D₂₅) 란, 분체 공업 분야에서 종종 사용되는 입자경 균일성의 평가 방법이다. 이것은, 가로축에 입자경, 세로축에 누적 도수를 취하고, 전체 입자 개수에 대해, 입자경이 작은 것부터 누적 도수가 25 % 가 되는 입자경을 D₂₅, 75 % 가 되는 입자경을 D₇₅ 로 했을 때, 이들 비의 값 D₇₅/D₂₅ 에 의해 정의된다.

본 발명에 있어서 무기 입자는, 입도 분포의 샤프도 (D₇₅/D₂₅) 가 입자 형상에 관계 없이 1

D₇₅/D₂₅

1.4 의 범위의 값을 나타내는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.02

D₇₅/D₂₅

1.3 이고, 가장 바람직하게는 1.05

D₇₅/D₂₅

1.2 이다.

입자경의 균일성의 다른 평가 방법으로는, 반값폭, 표준 편차 및 변동 계수 등으로 평가할 수도 있고, 이들 평가 방법에는 서로 상관 관계가 있어, D₇₅/D₂₅, 반값폭 및 표준 편차 중 어느 것을 평가 기준으로 해도 된다.

본 발명자들은, 입도 분포의 샤프도와, 광확산 효과 및 전광선 투과율의 관계를 이하와 같이 생각하고 있다. 입도 분포의 샤프도가 상기 범위 내이면, 광확산층 내에서 입자가 균일하게 분산되고, 각 입자가 일정 방향, 즉 판 형상 입자가 광확산층의 상면 또는 하면에 평행하게 배향되므로, 높은 광확산 효과 및 전광 선 투과율이 얻어진다. 한편, 입도 분포의 샤프도가 상기 범위 밖인 경우에는, 입자 형상이 바둑알 형상, 원기둥판 형상 또는 육각기둥판 형상이어도, 확산층 내에 있어서 입자가 균일하게 분산되지 않아 입자 배열 방향이 일정해지지 않으므로, 상기와 같은 효과는 얻어지지 않는다.

그 형상이 바둑알 형상, 원기둥판 형상 또는 육각기둥판 형상을 나타내고, 또한 입도 분포의 샤프도 (D₇₅/D₂₅) 가 1

D₇₅/D₂₅

1.4 의 범위의 무기 입자로는, 예를 들어 하기 식 (1) 로 나타내는 알루미늄염 수산화물 입자를 예시할 수 있다.

M_a[Al_{1 - x}M'_x]_bA_zB_y(OH)_n·mH₂O (1)

식 중 M 은 Na⁺, K⁺, NH⁴⁺, H₃O⁺ 및 Ca²⁺ 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 양이온이다. 함유 중량에 있어서 Na⁺ ＞ K⁺, NH^{4 +}, H₃O⁺, Ca^{2 +} 이다. M' 는 Zn^{2 +}, Cu^{2 +}, Ni^{2 +}, Sn^{4 +}, Zr^{4 +} 및 Ti^{4 +} 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 양이온, A 는 적어도 1 종의 유기산 이온, B 는 적어도 1 종의 무기산 이온을 나타낸다. 식 중 a, b, m, n, x, y 및 z 는, 0.7

a

1.35, 2.7

b

3.3, 0

m

5, 4

n

7, 0

x

0.6, 1.7

y

2.4, 0

z

0.5 이다)

상기 식 (1) 에 있어서 A 로 나타내는 유기산 이온은, 유기 카르복실산 또는 유기 옥시카르복실산에 기초하는 아니온에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 탄소수 1∼15 의 유기 카르복실산 또는 탄소수 1∼15 의 유기 옥시카르복실산에 기초하는 아니온에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 탄소수가 2∼10 이고 카르복실기를 1∼4 개 갖는 유기 카르복실산 또는 탄소수가 2∼10 이고 옥시카르복실기를 1∼4 개 갖는 유기 옥시카르복실산에 기초하는 아니온에서 선택되는 적어도 1 종이다. 가장 바람직하게는, 옥살산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 갈산, 글리세린산 및 락트산에서 선택되는 적어도 1 종에 기초하는 아니온이다.

상기 식 (1) 에 있어서 B 로 나타내는 무기산 이온은, 구체적으로는 황산 이온, 질산 이온, 인산 이온 및 규산 이온에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 황산 이온 및 질산 이온에서 선택되는 적어도 1 종이다.

상기 식 (1) 에 있어서 M 은, Na⁺, K⁺, NH^{4 +} , H₃O⁺ 및 Ca^{2 +} 인 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 양이온이고, 바람직한 양태에서는 Na⁺ 이다. M' 는, Zn²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Sn⁴⁺, Zr⁴⁺ 및 Ti⁴⁺ 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 양이온이다.

무기 입자는 국제 공개 제05/085168호 팜플렛 또는 국제 공개 제06/109847호 팜플렛에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다.

바둑알 형상 (원반 형상) 입자는, 국제 공개 제05/085168호 팜플렛의 제 21 페이지 제 19∼26 행에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다. 즉, 바둑알 형상 (원반 형상) 입자는, 식 (1) 에 있어서의 B 의 무기산 이온이 황산 이온인 경우, 황산알루미늄과 (1) 식에 있어서의 M' 의 황산염과, M 의 황산염 및 유기산 및/또는 유기산염, 예를 들어 옥살산 (H₂C₂O₄) 의 혼합 용액에, 당해 M 을 함유하는 수산화알칼리 수용액을 첨가하여 가열 반응시킴으로써 생성시킬 수 있다. 구체적으로는, 국제 공개 제05/085168호 팜플렛의 제 18 페이지 실시예 1-B, 제 19 페이지 실시예 1-G, 제 20 페이지 실시예 1-H 및 제 21 페이지 실시예 1-T 등에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다.

동호 팜플렛의 실시예 1-B 에 의하면, 0.2 ㏖ 의 황산알루미늄, 0.2 ㏖ 의 황산나트륨을 600 ㎖ 의 순수에 용해시키고, 0.015 ㏖ 의 옥살산을 넣는다. 다음으로 교반하면서, 혼합액에 0.8 ㏖ 의 수산화나트륨을 첨가하고, 170 ℃ 에서 8 시간 수열 처리한다. 냉각시킨 액을 여과 수세하고, 95 ℃ 에서 15 시간 건조 처리함으로써, 원반 형상을 나타내는 Na_1.02Al₃(SO₄)_2.03(C₂O₄)_0.06(OH)_5.84·0.2H₂O 를 합성할 수 있다.

육각기둥판 형상 입자는, 국제 공개 제05/085168호 팜플렛의 제 19 페이지 실시예 1-F 에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다. 동 팜플렛의 실시예 1-F 에 의하면, 0.2 ㏖ 의 황산알루미늄, 0.2 ㏖ 황산나트륨을 600 ㎖ 의 순수에 용해시키고, 0.025 ㏖ 의 옥살산을 넣는다. 다음으로 교반하면서, 상기 혼합액에 수산화나트륨 수용액 180 ㎖ (0.9 ㏖) 를 첨가하고, 실온에서 30 분 교반한 후, 180 ℃ 에서 20 시간의 수열 처리를 실시한다. 냉각시킨 액을 여과 수세하고, 95 ℃ 에서 15 시간 건조 처리함으로써 육각판 형상의 Na_0.93Al₃(SO₄)_2.01(C₂O₄)_0.092(OH)_5.73·0.2H₂O 를 합성할 수 있다.

원기둥판 형상 입자는, 국제 공개 제06/109847호 팜플렛의 제 33 페이지 실시예 1-F, 제 34 페이지 실시예 1-K, 제 36 페이지 실시예 1-O 및 1-P 등에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다.

예를 들어, 동호 팜플렛의 실시예 1-F 에 의하면, 1 ℓ 용기에 1.03 몰/ℓ 의 황산알루미늄 수용액 87 ㎖ 와 황산나트륨 12.78 g (0.09 ㏖) 을 넣고 탈이온수로 500 ㎖ 로 하고, 실온에서 호모 믹서로 교반하면서 ZnO (시판품) 분말 5.53 g 을 첨가하고, 20 분간 교반 후, 3.385 N 의 수산화나트륨 수용액 47 ㎖ 를 부어 첨가한다. 또한, 20 분간 교반 후, 오토클레이브 장치에 옮겨 170 ℃ 에서 2 시간 수반응시킨다. 그 후, 냉각 후, 여과 분리, 수세하고, 105 ℃ 에서 18 시간 건조시켜 원기둥판 형상을 나타내는 Na_1.09(Al_2.80, Zn_0.20)(SO₄)_2.27(OH)_5.35·1.33H₂O 를 합성할 수 있다.

이상 예시한, 바둑판돌 형상, 원기둥판 형상 또는 육각기둥판 형상을 나타내는 무기 입자는, 중공 또는 다공질로 함으로써 상기 입자와 동등 또는 그 이상의 효과를 나타낸다. 그 중공 또는 다공질의 바둑알 형상, 원기둥판 형상 또는 육각기둥판 형상을 나타내는 무기 입자는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2007-204293 호의 단락 0021 에 기재된 바와 같이, 식 (1) 로 나타내는 알루미늄염 수산화물 입자의 현탁액에 산 또는 알칼리 수용액을 적하하고, 가열 반응시킨 후, 냉각, 여과 분리, 수세 및 건조시킴으로써 얻을 수 있다. 구체적으로는, 동호 공보의 단락 0064 에 실시예 1 로서 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다.

본 발명에 사용하는 무기 입자의 평균 2 차 입자경은, 0.1∼5 ㎛ 의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는 1∼5 ㎛ 이다.

광확산층 중의 무기 입자의 함유량은, 수지 바인더 100 중량부에 대해, 바람직하게는 0.1∼200 중량부, 더욱 바람직하게는 10∼200 중량부, 보다 바람직하게는 100∼200 중량부이다.

(수지)

수지는, 아크릴 수지인 것이 바람직하고, 열경화성 또는 광경화성 아크릴 수지를 사용할 수도 있다. 아크릴 수지를 예시하면, 폴리아크릴산 및 그 에스테르, 폴리메타크릴산 및 그 에스테르 등이다.

(평균 경사도 <θ_t>)

본 발명에 있어서, 광확산층 내에 있어서의 무기 입자의 평균 경사도 <θ_t> 는, 0°

<θ_t>

15°를 만족하는 것이 바람직하다. 무기 입자의 평균 경사도 <θ_t> 는, 각 입자가 광확산층 내에 있어서 광확산층의 상면 또는 하면에 평행하게 배향되어 있는지를 나타내는 척도이다. 이것은, 판 형상 입자의 상면 또는 하면과 광확산층의 상면 또는 하면이 이루는 각도의 평균으로 나타낸다. 원반 형상 입자의 경우에는, 도 12 의 정면도의 기준면 A-A' 를 포함하는 지면에 수직인 면 (기준면이라고 한다) 과 광확산층의 상면 또는 하면이 이루는 각도로 나타낸다.

구체적으로는, 광확산층을 시야에 포함하는 10000 배의 SEM 사진에 있어서, 임의의 20 개의 무기 입자에 대해, 각각 경사도 θ_t 를 측정하여 평균한 값이다.

높은 광확산 효과 및 전광선 투과율을 얻기 위해서는, <θ_t> 는 0°

<θ_t>

15°인 것이 보다 바람직하고, 가장 바람직하게는 0°

<θ_t>

12°이다. <θ_t> 가 15°를 초과하면 전광선 투과율이 저하되므로 바람직하지 않다.

(기재)

본 발명에 사용하는 기재는, JIS K 7136 에 기초하는 방법으로 측정한 전광선 투과율이 80∼100 %, 또한 헤이즈가 0∼5 % 인 것이 바람직하고, 전광선 투과율이 90∼100 %, 또한 헤이즈가 0∼1 % 이면 보다 바람직하다. 단, 용도에 따라서는 더욱 헤이즈가 큰 기재를 사용해도 된다.

바람직하게 사용할 수 있는 기재로는, 유리, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아세틸셀룰로오스, 염화비닐계 수지 등을 들 수 있다.

또, 바인더와 필름의 접착 강도를 고려하면, 기재 표면에는 코로나 처리나 다른 친수화 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다.

기재의 두께는 10∼2000 ㎛ 의 범위인 것이 바람직하다. 보다 바람직하 게는 30∼1000 ㎛ 의 범위이다. 10 ㎛ 보다 얇으면 취급이 매우 곤란해지고, 2000 ㎛ 보다 두꺼우면 강성이 크고, 또한 흡습이나 온도 변화에 따른 시간 경과적 변형에서 기인되는 간섭 줄무늬나 명암이 발생하기 쉬워 바람직하지 않다.

(광확산 구조체의 제조)

본 발명의 광확산 구조체는, 무기 입자를 수지 바인더에 분산시킨 광확산제를, 기재의 적어도 표 (겉) 면에 광확산층으로서 적층하여 얻어진다. 여기서 말하는 표 (겉) 면이란, 기재의, 광원과 반대측 면이다. 또한, 표 (겉) 면에 추가하여, 기재의 이면에도 광확산층을 적층함으로써 헤이즈를 증대시킬 수 있다. 광확산제는 용매를 함유하는 것이 바람직하다.

광확산제는, 수지 바인더 100 중량부에 대해 무기 입자를 바람직하게는 0.1∼200 중량부 배합하여 이루어진다. 더욱 바람직한 배합량은 10∼200 중량부, 가장 바람직한 배합량은 100∼200 중량부이다.

단, 표 (겉) 면에만 광확산층을 적층하는 경우에는, 무기 입자의 바람직한 배합량은 100∼200 중량부이다. 도 1 로부터 명확한 바와 같이, 무기 입자의 배합량이 200 중량부를 초과하면 전광선 투과율이 75 % 미만, 또는 헤이즈가 80 % 미만이 되기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 무기 입자의 배합량이 100 중량부 미만이면 은폐성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

수지 바인더로서 열경화성 또는 광경화성 아크릴 수지를 사용하는 경우에는, 도포 후에 광 또는 열로 바인더를 경화시켜 제조할 수 있다. 광확산제는 도포 전에 탈포시켜 두는 것이 바람직하다.

광확산층을 기재상에 적층시키는 것은, 브러시 도포, 롤러 도포, 블로잉 도장, 에어리스 스프레이, 롤 코트, 침지 도포, 전착 도장, 정전 도장, 자외선 경화 도장 등의 종래 공지된 도장 방법, 또는 그라비아 코트, 에어나이프 코트, 키스 코트, 스프레이 코트, 휠러 코트 또는 그라비아 인쇄, 그라비아 오프셋 인쇄, 평판 오프셋 인쇄, 다이리소 인쇄, 볼록판 인쇄, 오목판 인쇄, 실크스크린 인쇄, 정전 인쇄, 잉크젯 방식 등 종래 공지된 코트 또는 인쇄 방법에 의해 실시할 수 있다.

또한, 상기한 각 입자가 일정 방향으로 배향되는 것에 의한 효과를 얻기 위해서는, 그라비아 코트, 에어나이프 코트 및 키스 코트에 의한 도포가 바람직하다.

광확산제의 도포 두께는 1∼50 ㎛ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 1 ㎛ 미만이면 헤이즈가 저하되고, 50 ㎛ 를 초과하면 전광선 투과율이 저하되므로 바람직하지 않다. 도포 방식에 의해 도포량이 부족한 경우에는, 2 회∼3 회 코트 정도의 겹침 인쇄를 실시하는 경우도 있다.

또한, 광확산층의 경화 또는 안정화를 위해, 광확산 구조체를, 실온 또는 30∼60 ℃ 정도의 온도 환경하에 1 일에서 2 주간 정도 두고, 큐어해도 된다.

또한, 필요에 따라 기재의 편면 또는 양면에, 스티킹 방지 기능, 대전 방지 기능, 흠집 방지 기능 또는 제 2 광확산층 기능, 반사 방지 기능 등 중 하나 이상을 갖는 층이 적층되어 있어도 된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명에 있어서의 각종 특성의 측정은 이하의 방법으로 실시하였다. 각 측정은 상온 (20 ∼30 ℃), 상습하 (60 %RH 이하) 에서 실시하였다.

1. 측정 방법·장치 및 평가 방법

(1) 투과광도 측정

장치 : 변각 광도계 GP-200 ((주) 무라카미 색채 기술 연구소)

방법 : 광확산 구조체의 이면측에 광원을 배치하고, 표면측에서 수광기를 0∼180°의 범위에서 주사시켜 0.1°마다 투과 광량을 측정한다. 단, 광확산 구조체에 관해, 광원과 수광기가 대칭 위치에 왔을 때의 각도를 90°로 한다. 측정시에는, 투과광의 강도는 최대라도 85 이하가 되도록 광전자 증배관의 감도를 조정한다.

(2) 광확산 구조체의 두께

광확산 구조체의 두께는, 시험편 두께 측정기 SDA-25 형 (코분시 계기 (주)) 을 이용하여 측정하였다.

(3) 평균 2 차 입자경의 측정

장치 : 입도 분포계 마이크로트랙 MT3300 (Leed&Nortrup Instruments Company 사 제조)

방법 : 시료 분말 700 ㎎ 을 0.2 wt% 헥사메타인산소다 수용액 70 ㎖ 에 첨가하여 초음파로 3 분간 분산 처리한 후, 스터러로 교반하면서 입도 분포를 측정한다.

(4) 입자 형상의 관찰

SEM 사진에 의해 관찰하였다.

장치 : 주사형 전자 현미경 S-3000N (히타치)

방법 : 가속 전압 15 ㎸, 작동 거리 10 ㎜, 배율 2 천배, 1 만배, 2 만배

(5) 굴절률의 측정

장치 : 아베 굴절계 1T (ATAGO)

방법 : 적당한 유기 용매 5 ㎖ 에 시료 분말 5 ㎎ 을 첨가하여 초음파로 10 분간 분산시키고, 투명한 부분을 주프리즘면에 박막 형상으로 넓혀서 굴절률을 구하였다.

(6) X 선 회절의 분석

장치 : RINT2200VX 선 회절 시스템 (리가쿠 전기 (주) 제조)

방법 : CU-K

, 각도 (2θ) : 5∼65°, 단계 : 0.02°, 스캔 스피드 : 4°/분, 관 전압 : 40 ㎸, 관 전류 : 20 ㎷.

(7) 전광선 투과율 및 헤이즈의 측정

장치 : 오토매틱 헤이즈미터 TC-H3DP (도쿄 전색)

방법 : JIS-K 7136 (ISO14782) 에 기초한다.

(8) 평균 경사도 <θ_t>

광확산층을 시야에 포함하는 10000 배의 SEM 사진에 있어서, 임의의 20 개의 무기 입자에 대해, 입자의 상면 또는 하면과 광확산층의 상면 또는 하면이 이루는 경사도를 측정하여 평균하였다.

<무기 입자의 조제>

무기 입자는 이하에 기재하는 방법으로 합성하고, 또는 시판되는 무기 입자를 사용하였다.

합성예 1 : 무기 입자 A

160 ㏖ 의 황산알루미늄 및 0.2 ㏖ 의 황산나트륨을 700 ℓ 의 이온 교환수에 용해시키고, 이것에 옥살산 (H₂C₂O₄) 0.1 ㏖ 을 첨가하여 1 ㎥ 의 반응조에서 교반하였다. 또한 교반 날개의 회전 속도 89 rpm 으로 교반하면서 상기 혼합 용액에 수산화나트륨 633 ㏖ 을 첨가하여 170 ℃ 에서 3 시간 수열 처리하였다. 냉각시킨 반응액을 여과·수세한 후 120 ℃ 에서 24 시간 건조 처리 및 분쇄한 결과, 도 4 의 SEM 사진에 나타내는 원반 형상 (바둑알 형상) 의 알루미늄염 수산화물 입자 (무기 입자 A) 를 얻었다. 무기 입자 A 의 모든 특성을 표 1 에 나타낸다.

합성예 2 : 무기 입자 B

이온 교환수의 양을 1000 ℓ, 교반 날개의 회전 속도를 76 rpm 으로 한 것 이외에는 합성예 1 과 동일한 방법에 의해 무기 입자 B 를 얻었다. 무기 입자 B 의 모든 특성을 표 1 에 나타낸다.

합성예 3 : 무기 입자 C

이온 교환수의 양을 1000 ℓ, 교반 날개의 회전 속도를 49 rpm 으로 한 것 이외에는 합성예 1 과 동일한 방법에 의해 무기 입자 C 를 얻었다. 무기 입자 C 의 모든 특성을 표 1 에 나타낸다.

합성예 4 : 무기 입자 D, H 및 E

또, 국제 공개 제05/085168호 팜플렛의 실시예 1-F, 1-A 및 국제 공개 제06/109847호 팜플렛의 실시예 1-F 에 기재된 방법에 기초하여 각각 육각기둥판 형상, 구 형상 및 원기둥판 형상의 무기 입자 D, H 및 E 를 합성하였다. 이들 중 무기 입자 H 는 비교예로서 사용하였다. 무기 입자 D 의 SEM 사진을 도 6 에 나타낸다. 무기 입자 E 의 SEM 사진을 도 5 에 나타낸다. 무기 입자 H 의 SEM 사진을 도 7 에 나타낸다. 각 무기 입자의 모든 특성을 표 1 에 나타낸다.

합성예 5 : 무기 입자 F

일본 공개특허공보 2007-204293호의 단락 0064 의 실시예 1 에 기재된 방법에 기초하여, 무기 입자 A 를 「블랭크 A」 로서 사용하여 무기 입자 F 를 얻었다. 얻어진 입자는, BET 비표면적이 102 ㎡/g, 전체 세공 용적이 0.244 ㎖/g 인 다공질 중공 입자였다. 무기 입자 F 의 모든 특성을 표 1 에 나타낸다.

(시판품의 무기 입자 G, I, J 및 K)

또한, 비교예로서 각각 무기 입자 G (교차 원반 형상 탄산칼슘/(주) 뉴라임), 무기 입자 I (실리콘 분말 상품명 : KMP-701/신에츠 화학 공업(주)), 무기 입자 J (실리콘 분말 상품명 : KSP-300/신에츠 화학 공업) 및 무기 입자 K (메틸실리콘 분말 MSP-1500M/닛코 리카(주)) 를 사용하였다. 각 무기 입자의 특성을 표 2 에 나타낸다. 확산성 미립자 G 의 SEM 사진을 도 8 에 나타낸다. 확산성 미립자 I 의 SEM 사진을 도 9 에 나타낸다.

조제예

아크릴 수지 20 g (상표명 : 스미펙스 MGSS/스미토모 화학 (주) 제조) 을 톨루엔 50 ㎖, 2-부타논 20 ㎖ 및 아세트산부틸 20 ㎖ 의 혼합 용매에 넣고 상온에서 하루 교반하여 폴리메타크릴산 용액을 조제하였다. 폴리메타크릴산 용액에 무기 입자 A∼K 를 폴리메타크릴산에 첨가하여 광확산제를 조제하였다.

실시예 1∼10, 비교예 1∼5

(광확산 구조체의 제조)

정반 위에 크기 70 ㎜ × 70 ㎜ × t100 ㎛ 의 2 축 연신 폴리에스테르 필름 (상표명 : 다이아 호일 T680E/(주)미츠비시 화학 폴리에스테르 필름) 을 두고 기재로 하고, 조제예에서 얻어진 각 광확산제를 1 ㎖ 적하하여 어플리케이터 YBA-4 (요시미츠 정기) 로 도포한 후 105 ℃ 에서 2 시간 건조시켜 광확산 구조체를 제조하였다. 이 때 건조 후의 확산층 두께가 5 ㎛ 또는 25 ㎛ 가 되도록 설정하였다 (건조 후에는 두께가 도포시의 약 1/5 이 된다). 확산층의 두께는, 건조 후에 시험편 두께 측정계로 시험편의 두께를 계측하여 기재 두께를 기초로 산출하고, 5 ㎛ 또는 25 ㎛ 가 되어 있는 것을 확인하였다. 광확산 구조체의 제조 조건을 표 3 에 나타낸다.

(광확산 구조체의 특성)

제조한 시험편을 오토매틱 헤이즈미터에 세팅하여 JIS K 7136 에 기초하는 측정에 의한 전광선 투과율과 산란 투과율을 측정하여 헤이즈를 산출하였다. 이들 각 필름 시험편의 모든 특성을 표 3 에 나타낸다. 다음으로, 광확산 구조체의 이면측에 광원을 배치하고, 변각 광도계를 이용하여 투과 광량을 측정하였다. 결과를 도 2 및 도 3 에 나타낸다.

표 3 에 광확산 구조체 No. 1∼10 의 평가 결과로서 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 광확산 구조체는, 확산층 두께가 5∼25 ㎛ 의 범위이면 모두 전광선 투과율이 75 % 이상, 헤이즈도 60 % 이상이다.

한편, 구 형상의 알루미늄염 수산화물 입자를 도포한 광확산 구조체 No. 12 는 전광선 투과율이 크지만 헤이즈가 작아 광확산 구조체로는 부적합하다.

진구 형상 실리콘 분말을 도포한 광확산 구조체 No. 13 및 15 는 모두 전광선 투과율이 70 % 이상, 헤이즈도 80 % 이상이다.

광확산 구조체 No. 6 과 No. 14 를 비교하면, 확산층 두께를 25 ㎛ 로 증대시킨 경우, 본 발명의 광확산 구조체 No. 6 에 대해서는 헤이즈가 95 % 이상으로 상승되었지만, 진구 형상 실리콘 분말을 도포한 필름 No. 14 에 대해서는 헤이즈가 82 % 정도로 그치고, 또한 전광선 투과율이 75 % 미만으로까지 저하되었다.

변각 광도계를 이용하여 측정한 투과 광량을 나타내는 도 2 로부터, 본 발명의 원반 형상 무기 입자를 사용한 광확산 구조체 No. 5∼7 (실시예 5∼7) 에서는 정면을 0°로 하여, 반값폭이 3°(90°방향의 투과 광량을 1 로 하여 0.5 의 투과 광량이 되는 각도의 폭) 이내이므로, 확산 투과광을 정면으로 모으는 효과가 있는 것을 알 수 있다. 또, 90°방향 이외의 특정 방향에 대한 강한 광의 산란이 보이지 않기 때문에 균일한 조명이 얻어진다.

한편, 구 형상의 알루미늄염 수산화물 입자를 사용한 광확산 구조체 No. 12 (비교예 2) 의 경우에는, 도 2 로부터 명확한 바와 같이 반값폭이 10°이지만 정면 방향으로 이상한 강한 피크를 갖고 있다. 이것은 정면에서 보면 불균일하고 「번쩍거림」 을 느끼는 조명이 된다.

또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 무기 입자로서 진구 형상 실리콘 분말을 사용한 광확산 구조체 No. 13 (비교예 3) 및 No. 15 (비교예 5) 에서는, 반값폭이 각각 10°이상 및 5°이상이고, 투과광을 정면으로 모으는 효과는 본 발명의 무기 입자에 비해 작고, 광확산 구조체 No. 14 (비교예 4) 에 대해서는, 상기 광확산 구조체 No. 12 (비교예 2) 와 동일하게 번쩍거림 문제가 있다.

본 발명의 광확산 구조체에 있어서, 도포하는 바인더의 양에 대한 무기 입자 C 의 배합량 (중량부) 과, 전광선 투과율, 산란 투과율 및 헤이즈의 값은 도 1 에 나타내는 그래프가 되었다. 도 1 에 의하면, 무기 입자 C 의 배합량이 증가함과 함께 전광선 투과율은 저하되고, 반대로 헤이즈는 증대된다. 본 발명의 광확산 구조체는, 무기 입자 C 를 최대 200 중량부 배합해도 80 % 이상의 전광선 투과율을 유지하고 있는데, 200 중량부 이상 배합해도 헤이즈값은 크게 상승되지 않는다.

또, 배합량이 100 중량부 미만이 되면 헤이즈가 80 % 미만이 되므로 바람직하지 않다.

광확산 구조체 No. 6 (실시예 6) 의 단면의 SEM 사진을 도 10 에 나타낸다. 도 10 은, 광확산 구조체 No. 6 의 확산층 부분을 10000 배로 확대한 것이다. 단, 광확산층 표면은 수평에 대해 반시계 방향으로 45°기울어 촬영된 사진이다. 도 10 의 시야 내의 20 개의 입자 (절단시에 입자가 탈락된 공공 (空孔) 도 포함한다) 의 평균 경사도는 11.3°였다.

동일한 관찰을 광확산 구조체 No. 11 (비교예 1) 에 대해서도 실시한 결과를 도 2 에 나타낸다. 이 때의 평균 경사도는 30°이상이었다. 즉, 입도 분포 샤프도가 1.11 인 무기 입자 B 는 확산층 내에서 확산층 상면 또는 하면에 평행에 가까운 방향으로 배향되어 있는데, 입도 분포 샤프도가 1.76 인 무기 입자 G 는 일정한 방향으로 배향되지 않는다.

(광확산 구조체의 은폐성의 평가)

외형 치수 50 × 100 ㎜, 두께 1.6 ㎜ 의 아크릴 수지로 이루어지고, 표면과 대향하는 이면이, 100 ㎜ 인 1 변에서 멀어짐에 따라 두께가 얇게 되어 있고, 또한 상기 1 변에 평행한 10 ㎜ 간격의 헤어라인 가공으로 그라데이션 패턴의 조면화 (粗面化) 가 실시된 쐐기형 도광판의 이면측에 반사 필름 (RF188/츠지덴) 을 양면 테이프로 점착하고, 표면 상에 제조한 각 필름 시험편을 놓았다. 도광판의 두께가 두꺼운 측 에지에 냉음극관을 세팅하여 관 전압 1200 V, 관 전류 5 ㎃ 로 점등시켰다.

계속해서, 도광판 표면으로부터 30 ㎝ 의 거리에서 그라데이션 패턴이 명암의 줄무늬로서 시인되는지를 관찰함으로써 광확산 구조체의 패턴 은폐성을 평가하였다. 평가는, 이하의 4 단계로 평가하였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.

◎ : 패턴을 전혀 시인할 수 없다.

○ : 패턴을 거의 시인할 수 없다.

△ : 패턴을 조금 시인할 수 있다.

× : 패턴을 명확하게 시인할 수 있다.

(내용제성 시험)

광확산 구조체 표면에 이소프로필알코올을 1 방울 떨어뜨리고, 실온에서 5 분간 방치하여 증발시킨 후, 은폐성 평가와 동일한 구성의 유닛으로, 도광판 표면으로부터 30 ㎝ 의 위치에서 이소프로필알코올 적하 흔적이 시인되는지를 관찰함으로써 광확산 구조체의 내용제성을 평가하였다. 평가는, 이하의 3 단계로 평가하였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.

○ : 적하 흔적을 거의 시인할 수 없다.

△ : 적하 흔적이 어둡게 되어 있는 것을 약간 시인할 수 있다.

× : 적하 흔적이 어둡게 되어 있는 것을 명확하게 시인할 수 있다.

본 발명의 광확산 구조체는, 액정 패널의 백라이트용 광확산층이나 액정 프로젝터용 스크린과 같은 옥내용 조명 기구뿐만 아니라, 내조식 (內照式) 도로 표지 및 판촉용 POP 의 광확산층 등 옥외용 조명 기구에도 널리 사용할 수 있다.

도 1 은 무기 입자 C 의 배합량에 대한 전광선 투과율, 산란 투과율 및 헤이즈의 값을 나타내는 그래프이다.

도 2 는 변각 광도계를 사용하여 측정한 광확산 구조체 No. 5, 6, 7 및 12 의 확산 투과 광량을 나타내는 그래프이다.

도 3 은 변각 광도계를 사용하여 측정한 광확산 구조체 No. 13, 14 및 15 의 확산 투과 광량을 나타내는 그래프이다.

도 4 는 무기 입자 A 의 SEM 사진이다.

도 5 는 무기 입자 E 의 SEM 사진이다.

도 6 은 무기 입자 D 의 SEM 사진이다.

도 7 은 무기 입자 H 의 SEM 사진이다.

도 8 은 무기 입자 G 의 SEM 사진이다.

도 9 는 무기 입자 I 의 SEM 사진이다.

도 10 은 광확산 구조체 No. 6 의 광확산층을 10,000 배로 확대한 SEM 사진이다. 단, 광확산층 표면은 수평에 대해 반시계 방향으로 45°기울어 촬영된 사진이다.

도 11 은 광확산 구조체 No. 11 의 광확산층을 10,000 배로 확대한 SEM 사진이다.

도 12 는 바둑알 형상 입자의 기준면을 나타내는 도면이다.

Claims (6)

1. 기재 및 그 위에 적층된 광확산층을 갖는 광확산 구조체로서, 광확산층은, 수지 및 무기 입자를 함유하고,

   무기 입자의 형상은, 바둑알 형상, 원기둥판 형상 또는 육각기둥판 형상이고, 그 입도 분포 샤프도 (D₇₅/D₂₅) 는 1.0

   

   D₇₅/D₂₅

   

   1.4 를 만족하는 것을 특징으로 하는 광확산 구조체.
2. 제 1 항에 있어서,

   광확산층 내에 있어서의 무기 입자의 평균 경사도 <θ_t> 가 0°

   

   <θ_t>

   

   15°를 만족하는 광확산 구조체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   무기 입자가 다공질 또는 중공 형상인 광확산 구조체.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   무기 입자가, 하기 식 (1) 로 나타내는 알루미늄염 수산화물 입자인 광확산 구조체.

   M_a[Al_1-xM'_x]_bA_zB_y(OH)_n·mH₂O (1)

   (단, 식 중 M 은 Na⁺, K⁺, NH⁴⁺, H₃O⁺ 및 Ca²⁺ 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 양이온, M' 는 Zn²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Sn⁴⁺, Zr⁴⁺ 및 Ti⁴⁺ 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 양이온, A 는 적어도 1 종의 유기산 이온, B 는 적어도 1 종의 무기산 이온을 나타내고, 식 중 a, b, m, n, x, y 및 z 는, 0.7

   

   a

   

   1.35, 2.7

   

   b

   

   3.3, 0

   

   m

   

   5, 4

   

   n

   

   7, 0

   

   x

   

   0.6, 1.7

   

   y

   

   2.4, 0

   

   z

   

   0.5 이다)
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   수지가 아크릴 수지인 광확산 구조체.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   기재의 JIS K 7136 에 기초하는 전광선 투과율이 80∼100 %, 또한 헤이즈가 0∼5 % 인 광확산 구조체.

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