KR20130041335A - 광 확산 소자, 광 확산 소자가 형성된 편광판 및 이들을 사용한 액정 표시 장치 - Google Patents

광 확산 소자, 광 확산 소자가 형성된 편광판 및 이들을 사용한 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20130041335A
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아키노리 니시무라
고조 나카무라
히로유키 다케모토
다케히토 후치다
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

저후방 산란 또한 고헤이즈를 실현할 수 있는 박막의 광 확산 소자가 제공된다. 본 발명의 광 확산 소자는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 영역과 제 2 굴절률을 갖는 제 2 영역을 갖고, 제 1 영역 및 제 2 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계를 형성하고 있다. 하나의 실시형태에 의하면, 본 발명의 광 확산 소자는 매트릭스와 그 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖고, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에서 굴절률이 상이한 2 개의 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계를 형성하고 있다.

Description

광 확산 소자, 광 확산 소자가 형성된 편광판 및 이들을 사용한 액정 표시 장치{LIGHT-DIFFUSING ELEMENT, POLARIZER HAVING LIGHT-DIFFUSING ELEMENT, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING SAME}
본 발명은 광 확산 소자, 광 확산 소자가 형성된 편광판, 및 이들을 사용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
광 확산 소자는 조명 커버, 프로젝션 텔레비전의 스크린, 면발광 장치 (예를 들어, 액정 표시 장치) 등에 널리 이용되고 있다. 최근에는, 광 확산 소자는 액정 표시 장치 등의 표시 품위의 향상, 시야각 특성의 개선 등에 대한 이용이 진행되고 있다. 광 확산 소자로는, 미립자를 수지 시트 등의 매트릭스 중에 분산시킨 것 등이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 광 확산 소자에 있어서는, 입사된 광의 대부분은 전방 (출사면측) 으로 산란하지만, 일부는 후방 (입사면측) 으로 산란한다. 미립자와 매트릭스의 굴절률차가 클수록 확산성 (예를 들어, 헤이즈값) 은 커지지만, 굴절률차가 크면 후방 산란이 증대되게 된다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 액정 표시 장치의 표시 품위 향상을 위해서 광 확산 소자를 액정 표시 장치의 최표면에 배치하는 기술이 제안되어 있지만, 이와 같은 광 확산 소자는 충분한 광 확산성을 갖고 있지 않아 (예를 들어, 헤이즈값이 90 ％ 미만으로), 표시 품위의 개선 효과는 불충분하다. 한편, 표시 품위를 향상시키기 위해서 광 확산성이 큰 (예를 들어, 헤이즈값이 90 ％ 이상인) 광 확산 소자를 액정 표시 장치에 사용하면, 액정 표시 장치에 외광이 입사되었을 때에 화면이 흰빛을 띠게 되어, 밝은 곳에서 콘트라스트가 높은 영상이나 화상의 표시가 곤란하다는 문제가 있다. 이것은 광 확산 소자 중의 미립자가 입사광을 전방뿐만 아니라 후방에까지 산란시켜 버리기 때문이다. 종래의 광 확산 소자에 의하면, 헤이즈값이 커지면 커질수록 후방 산란은 커지므로, 광 확산성의 증대와 후방 산란의 억제를 양립시키는 것은 극히 곤란하다. 또한 조명 용도에 있어서도, 헤이즈값이 커지면 후방 산란이 증대되어, 전체 광선 투과율이 저하되므로, 광 이용 효율이 저하되게 된다.
상기와 같은 문제를 해결하는 수단으로서 미립자와 매트릭스의 계면에서의 반사를 억제한다는 컨셉에 기초하여, 코어와 쉘의 굴절률이 상이한 코어 쉘 미립자나, 미립자의 중심부에서 외측을 향해 연속적으로 굴절률이 변화하는 이른바 GRIN (gradient index) 미립자 등의 굴절률 경사 미립자를 수지 중에 분산시키는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 ～ 8 참조). 그러나, 얇고, 또한 헤이즈값이 높은 광 확산 소자에 대한 요구는 강하여, 추가적인 개선이 요망되고 있다.
일본 특허 제3071538호 일본 공개특허공보 평6-347617호 일본 공개특허공보 2003-262710호 일본 공개특허공보 2002-212245호 일본 공개특허공보 2002-214408호 일본 공개특허공보 2002-328207호 일본 공개특허공보 2010-077243호 일본 공개특허공보 2010-107616호
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 저후방 산란이고 또한 고헤이즈를 실현할 수 있는 박막의 광 확산 소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 하나의 실시형태에 의한 광 확산 소자는, 제 1 굴절률을 갖는 제 1 영역과 제 2 굴절률을 갖는 제 2 영역을 갖고, 그 제 1 영역 및 그 제 2 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상 (球殼狀) 의 경계를 형성하고 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 의한 광 확산 소자는, 매트릭스와 그 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖고, 그 매트릭스와 그 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에서 굴절률이 상이한 2 개의 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계를 형성하고 있다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 매트릭스는 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하고, 상기 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계가, 그 매트릭스 중의 그 초미립자 성분이 분산되어 있는 영역과 분산되어 있지 않은 영역에 의해 형성되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계는 상기 광 확산성 미립자의 표면의 요철에 의해 형성되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 초미립자 성분의 평균 1 차 입자경은 1 ㎚ ～ 100 ㎚ 이다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 광 확산 소자는 헤이즈가 90 ％ ～ 99.9 ％ 이다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 광 확산 소자는 두께가 4 ㎛ ～ 50 ㎛ 이다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 광 확산 소자는 광 확산 반치각이 10°～ 150°이다.
본 발명의 다른 국면에 의하면, 광 확산 소자가 형성된 편광판이 제공된다. 이 광 확산 소자가 형성된 편광판은 상기의 광 확산 소자와 편광자를 갖는다.
본 발명의 또 다른 국면에 의하면, 액정 표시 장치가 제공된다. 이 액정 표시 장치는 액정 셀과, 그 액정 셀을 향해 콜리메이트광을 출사하는 평행광 광원 장치와, 그 액정 셀을 통과한 콜리메이트광을 투과 및 확산시키는 상기 광 확산 소자를 구비한다.
본 발명에 의하면, 제 1 굴절률을 갖는 제 1 영역과 제 2 굴절률을 갖는 제 2 영역에 의해, 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계를 형성함으로써, 저후방 산란 또한 고헤이즈를 실현할 수 있는 박막의 광 확산 소자를 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자의 개략 단면도이다.
도 1b 는 광 확산성 미립자의 표면 근방에 형성된 미세 요철상의 경계에 의한 굴절률 변조 영역을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1c 는 도 1b 의 미세 요철상의 경계의 상세를 설명하기 위한 모식도이다.
도 1d 는 도 1b 의 미세 요철상의 경계를 형성할 수 있는 매트릭스의 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2a 는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자에 있어서의 광 확산성 미립자 근방의 초미립자 성분의 분산 상태를 설명하기 위한 TEM 화상이다.
도 2b 는 하나의 방향에서 본 도 2a 의 TEM 화상으로부터의 3 차원 재구성 이미지이다.
도 2c 는 다른 방향에서 본 도 2a 의 TEM 화상으로부터의 3 차원 재구성 이미지이다.
도 2d 는 도 2b 의 3 차원 재구성 이미지를 2치화한 것으로, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방의 초미립자 성분의 분산 농도 (존재 비율) 의 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2e 는 도 2b 및 도 2c 의 3 차원 재구성 이미지로부터 미세 요철상 경계의 요철의 평균 피치 및 요철의 평균 높이를 구하는 방법을 설명하기 위한 3 차원 재구성 이미지이다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자에 있어서의 광 확산성 미립자 표면으로부터의 거리와 초미립자 성분의 분산 농도 (존재 비율) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 본 발명의 광 확산 소자에 있어서의 광 확산성 미립자 중심부에서 매트릭스까지의 굴절률 변화를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5(a) 는 매트릭스의 평균 굴절률 nM > 광 확산성 미립자의 굴절률 nP 인 경우의 후방 산란 발생의 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5(b) 는 nM < nP 인 경우의 후방 산란 발생의 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 광 확산 소자의 개략 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자가 형성된 편광판의 개략 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 광 확산 소자가 형성된 편광판의 제조 방법의 일례를 설명하는 모식도이다.
도 9 는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 개략 단면도이다.
도 10a 는 본 발명에서 사용되는 평행광 광원 장치의 개략도이다.
도 10b 는 본 발명에서 사용되는 평행광 광원 장치의 다른 형태의 개략도이다.
도 11 은 본 발명에 있어서 반치각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 12 는 광 확산 반치각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 13 은 실시예 1 의 광 확산 소자의 광 확산성 미립자 근방의 TEM 화상이다.
도 14 는 실시예 10 의 광 확산 소자의 광 확산성 미립자 근방의 TEM 화상이다.
도 15 는 비교예 2 의 광 확산 소자의 광 확산성 미립자 근방의 TEM 화상이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이들 구체적인 실시형태에는 한정되지 않는다.
A. 광 확산 소자
A-1. 전체 구성
본 발명의 광 확산 소자는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 영역과 제 2 굴절률을 갖는 제 2 영역을 갖는다. 본 발명의 광 확산 소자는 제 1 영역과 제 2 영역의 굴절률차에 의해, 광 확산 기능을 발현한다. 본 발명에 있어서는, 제 1 영역 및 제 2 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계를 형성하고 있다. 따라서, 본 발명의 광 확산 소자에 있어서는, 외관적으로는, 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계로 포위된 제 1 영역이, 제 2 영역에 분산된 상태가 되어 있다. 당해 경계의 미세 요철의 사이즈는, 바람직하게는 광의 파장 이하이다. 즉, 굴절률이 상이한 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 광의 파장 이하의 사이즈의 미세 요철상의 경계를 형성함으로써, 요철의 높이에 따른 실질적인 굴절률의 변조 영역이 형성된다.
제 1 영역, 제 2 영역 및 경계 (실질적인 굴절률 변조 영역) 는 임의의 적절한 수단에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 이하와 같은 수단을 들 수 있다 : (1) 미립자의 중심부에서 외측을 향해 연속적으로 굴절률이 변화하는 굴절률 경사 미립자 (예를 들어, 이른바 GRIN 미립자) 의 굴절률 경사 부분의 외곽이 요철 형상이 되도록 형성하고, 당해 미립자를 수지 중에 분산시키는 것. 이 경우, 요철의 굴절률 경사 부분이 경계에 대응한다. 또한 외곽은, 예를 들어 미립자의 표면을 용매로 처리함으로써 요철 형상으로 할 수 있다 ; (2) 매트릭스에 수지 성분과 초미립자 성분을 이용하여, 초미립자 성분의 분산 농도의 실질적인 구배에 의해, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에 굴절률이 상이한 2 개의 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상으로 경계를 형성하는 것. 이하, 매트릭스에 수지 성분과 초미립자 성분을 사용하는 실시형태에 대해 주로 설명하고, 그 밖의 실시형태에 대해서는, 그 특징적인 부분만을 간단하게 설명한다.
하나의 실시형태에 있어서는, 본 발명의 광 확산 소자는 매트릭스와 그 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖는다. 본 실시형태의 광 확산 소자는 매트릭스와 광 확산성 미립자의 굴절률차에 의해, 광 확산 기능을 발현한다. 본 실시형태에 있어서는, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에 굴절률이 상이한 2 개의 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상으로 경계를 형성하고 있다. 당해 경계의 미세 요철의 사이즈는, 바람직하게는 광의 파장 이하이다. 즉, 굴절률이 상이한 2 개의 영역 사이에 광의 파장 이하의 사이즈의 미세 요철상의 경계를 형성함으로써, 요철의 높이에 따른 실질적인 굴절률의 변조 영역이 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에 형성된다. 본 명세서에 있어서 「매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방」 이란, 광 확산성 미립자 표면, 표면 부근의 외부 및 표면 부근의 내부를 포함한다. 즉, 미세 요철상의 표면을 갖는 광 확산성 미립자와 당해 광 확산성 미립자와 굴절률이 상이한 매트릭스의 계면에 있어서, 당해 광 확산성 미립자의 표면 성상에서 기인한 미세 요철상의 경계를 형성해도 되고 ; 매트릭스가 광 확산성 미립자의 표면을 용해 침식시킨 결과, 광 확산성 미립자의 표면이 미세 요철상이 되어, 당해 표면 성상에서 기인한 미세 요철상의 경계를 형성해도 되고 ; 광 확산성 미립자의 내부에 굴절률이 상이한 2 개 영역의 계면이 존재하고, 당해 계면이 미세 요철상의 경계를 형성해도 되고 ; 광 확산성 미립자의 표면 근방 외부의 매트릭스에 굴절률이 상이한 2 개 영역의 계면이 존재하고, 당해 계면이 미세 요철상의 경계를 형성해도 된다. 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에서 굴절률이 상이한 2 개의 영역이 미세 요철상으로 경계를 형성하고, 그것에 의해 굴절률이 실질적으로 연속적으로 변화하는 경우, 매트릭스는 실질적으로는, 광 확산성 미립자와의 계면 또는 그 근방의 당해 굴절률 변조 영역과 그 외측의 굴절률 일정 영역을 갖는다. 굴절률 변조 영역에 있어서는, 굴절률은 실질적으로 연속적으로 변화한다. 본 명세서에 있어서 「굴절률이 실질적으로 연속적으로 변화한다」 란, 굴절률 변조 영역에 있어서 적어도 광 확산성 미립자 표면부터 굴절률 일정 영역까지 굴절률이 실질적으로 연속적으로 변화하면 되는 것을 의미한다.
도 1a는 본 실시형태에 의한 광 확산 소자의 개략 단면도이고, 도 1b 는 광 확산성 미립자의 표면 근방에 형성된 미세 요철상의 경계에 의한 굴절률 변조 영역을 설명하기 위한 모식도이고, 도 1c 는 도 1b 의 미세 요철상의 경계의 상세를 설명하기 위한 모식도이고, 도 1d 는 도 1b 의 미세 요철상의 경계를 형성할 수 있는 매트릭스의 상태를 설명하기 위한 모식도이다. 매트릭스는, 바람직하게는 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유한다. 도 1a의 광 확산 소자 (100) 는, 수지 성분 (11) 및 초미립자 성분 (12) 을 함유하는 매트릭스 (10) 와, 매트릭스 (10) 중에 분산된 광 확산성 미립자 (20) 를 갖는다. 바람직하게는, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방에 있어서, 매트릭스 (10) 중에 초미립자 성분이 분산되어 있는 영역과 분산되어 있지 않은 영역의 경계가 존재하며, 당해 경계가 미세 요철상이다. 본 실시형태에 있어서는, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방 외부에 굴절률 변조 영역 (30) 이 형성되어 있다. 도 1b 및 도 1c 에 나타내는 바와 같이, 굴절률 변조 영역 (30) 은, 상기와 같은 미세 요철상의 경계 (25) 에 의해, 굴절률 변조 기능을 발현한다. 상기와 같이, 굴절률 변조 영역 (30) 에 있어서는, 굴절률이 실질적으로 연속적으로 변화한다. 또한 미세 요철상의 경계 (25) 는 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에 형성되므로, 실질적으로 구각상이 된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 광 확산성 미립자 및 매트릭스 중의 초미립자 성분이 분산되어 있지 않은 영역이 상기 제 1 영역에 대응하고, 매트릭스 중의 초미립자 성분이 분산되어 있는 영역이 상기 제 2 영역에 대응한다.
도 1b 및 도 1c 에 나타내는 바와 같이, 상기 미세 요철상의 경계는, 바람직하게는 요철의 피치, 오목부의 깊이 또는 볼록부의 높이, 그리고 오목부 및 볼록부의 형상이 각각 불균일하다. 이와 같은 불균일한 요철 구조를 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방에 형성함으로써, 굴절률 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다. 상기 미세 요철상의 경계에 있어서의 요철의 평균 높이는, 바람직하게는 10 ㎚ ～ 500 ㎚ 이고, 더욱 바람직하게는 10 ㎚ ～ 60 ㎚ 이다. 상기 미세 요철상의 경계의 평균 피치는, 바람직하게는 100 ㎚ 이하이고, 보다 바람직하게는 50 ㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 30 ㎚ 이하이다. 평균 피치의 하한은, 바람직하게는 5 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 10 ㎚ 이다. 이와 같은 평균 피치 및 평균 높이이면, 굴절률 변조 영역에 있어서 굴절률을 실질적으로 연속적으로 변화시킬 수 있고, 또한 굴절률 변화의 구배를 급준하게 할 수 있다. 그 결과, 헤이즈값이 높고, 강한 확산성을 갖고, 또한, 후방 산란이 억제된 박막의 광 확산 소자를 얻을 수 있다. 여기서, 평균 피치란, 소정 범위에서 인접하는 볼록부끼리의 정점과 정점의 수평 거리의 통계적 평균을 말하며, 평균 높이란, 소정 범위에서의 볼록부의 높이 (곡저에서 정점까지의 수직 거리) 의 통계적 평균을 말한다. 예를 들어, 상기와 같은 미세 요철상의 경계는, 도 1c 에 나타내는 바와 같이, 광 확산성 미립자로부터 매트릭스를 향하여 추상 및/또는 침상의 미세한 돌기군을 갖는다 (또한, 미세 요철상의 경계는, 매트릭스측에서 보아도 동일하며, 광 확산성 미립자를 향하여 추상 및/또는 침상의 미세한 돌기군을 갖는다). 이와 같은 미세 요철상의 경계를 형성함으로써, 반사율이 낮은 광 확산 소자를 얻을 수 있다.
상기와 같이, 매트릭스 (10) 는 바람직하게는 수지 성분 (11) 및 초미립자 성분 (12) 을 함유한다. 바람직하게는, 도 1d 에 나타내는 바와 같이, 상기 매트릭스 (10) 중의 상기 초미립자 성분 (12) 이 분산되어 있는 영역과 분산되어 있지 않은 영역이 미세 요철상의 경계를 형성하고 있고, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방에 있어서, 초미립자 성분의 분산 농도의 실질적인 구배를 형성하고 있다. 여기서, 굴절률 변조 기능은, 미세 요철상의 경계 전체의 형상에서 기인하여 발현할 수 있지만, 더욱 미시적으로 본 경우, 경계에 있어서의 상기 돌기군의 각각의 돌기 내에 있어서도, 초미립자 성분의 분산 농도는 실질적인 구배를 형성할 수 있다. 이하, 경계에 있어서의 초미립자 성분의 분산 농도의 구배를, 투과형 전자 현미경 (TEM) 화상을 이용하여 설명한다. 도 2a 는 광 확산성 미립자 근방의 초미립자 성분의 분산 상태를 나타내는 2 차원 TEM 화상이고, 도 2b 및 도 2c 는 각각 상이한 방향에서 본 도 2a 의 TEM 화상으로부터의 3 차원 재구성 이미지이고, 도 2d 는 도 2b 의 3 차원 재구성 이미지를 2치화한 것이다. 도 3 은 도 2a ～ 도 2c 의 TEM 화상에서 산출한 광 확산성 미립자 표면으로부터의 거리와 초미립자 성분의 분산 농도 (존재 비율) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3 의 그래프는 도 2d 의 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방 부분을 5 개의 해석 에리어로 나누어, 5 개의 해석 에리어 각각에 대해 화상 처리를 실시하고, 각각의 해석 에리어에 있어서의 광 확산성 미립자 표면으로부터의 거리와 초미립자 성분의 분산 농도 (존재 비율) 의 관계를 산출한 것을 평균하여, 그래프화한 것이다. 도 2a ～ 도 2c 에 나타내는 바와 같이, 미세 요철상의 경계에 의하면, 매트릭스 (10) 의 굴절률 일정 영역으로부터 멀어짐에 따라, 초미립자 성분 (12) 이 분산되어 있지 않은 영역 (또는 분산 농도가 낮은 영역) 의 비율이 증가한다. 바람직하게는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 초미립자 성분의 분산 농도는, 그 농도 변화의 구배가 광 확산성 미립자 (20) 에 근접하는 측에서는 작고, 굴절률 일정 영역에 근접하는 측에서는 크고, 광 확산성 미립자측으로부터 굴절률 일정 영역측으로 실질적인 구배를 형성하면서 변화한다. 바꾸어 말하면, 초미립자 성분 (12) 의 분산 농도는, 그 농도 변화의 구배가 광 확산성 미립자로부터 멀어짐에 따라 커진다. 하나의 실시형태에 있어서는, 도 2d 에 나타내는 바와 같이, 미세 요철상의 경계는, 광 확산성 미립자로부터 매트릭스를 향하여 추상 및/또는 침상의 미세한 돌기군을 갖는다. 도 2d 에 있어서의 A 는 광 확산성 미립자 표면에 대응하는 위치를 나타내고, B 는 굴절률 변조 영역과 굴절률 일정 영역의 계면에 대응하는 위치를 나타낸다. 또한, 상기와 같은 미세 요철상의 경계의 요철의 평균 피치 및 요철의 평균 높이는, 도 2e 에 나타내는 바와 같이, 도 2b 및 도 2c 에 나타내는 바와 같은 3 차원 재구성 이미지로부터 광 확산성 미립자와 매트릭스의 계면 (실 계면) 을 추출하고, 당해 실 계면에 대해 근사 곡면에 의한 피팅을 실시하여, 실 계면에 있어서 근사 곡면으로부터 30 ㎚ 이상 돌출되어 있는 볼록부 사이의 거리 및 볼록부의 평균 높이로부터 산출할 수 있다. 이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에 초미립자 성분 (12) 의 등농도 계면이 미세 요철상의 경계를 형성하고, 초미립자 성분의 분산 농도의 실질적인 구배를 형성함으로써, 굴절률 변조 영역 (30) 으로 할 수 있기 때문에, 간편한 순서로, 또한, 저비용으로 광 확산 소자를 제조할 수 있다. 또한 초미립자 성분의 분산 농도의 실질적인 구배를 이용하여 굴절률 변조 영역을 형성함으로써, 굴절률 변조 영역 (30) 과 굴절률 일정 영역의 경계에 있어서 굴절률을 매끄럽게 변화시킬 수 있다. 또한 수지 성분 및 광 확산성 미립자와 굴절률이 크게 상이한 초미립자 성분을 사용함으로써, 광 확산성 미립자와 매트릭스 (실질적으로는, 굴절률 일정 영역) 의 굴절률차를 크게, 또한 굴절률 변조 영역의 굴절률 구배를 급준하게 할 수 있다. 그 결과, 헤이즈값이 높고, 강한 확산성을 갖고, 또한 후방 산란이 억제된 박막의 광 확산 소자를 얻을 수 있다.
상기 미세 요철상의 경계는, 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분 그리고 광 확산성 미립자의 구성 재료, 그리고 화학적 및 열 역학적 특성을 적절히 선택함으로써 형성할 수 있다. 예를 들어, 수지 성분 및 광 확산성 미립자를 동계의 재료 (예를 들어 유기 화합물끼리) 로 구성하고, 초미립자 성분을 수지 성분 및 광 확산성 미립자와는 상이한 계의 재료 (예를 들어 무기 화합물) 로 구성함으로써, 미세 요철상의 경계 (결과적으로 굴절률 변조 영역) 를 양호하게 형성할 수 있다. 또한 예를 들어, 수지 성분 및 광 확산성 미립자를 동계 재료 중에서도 상용성이 높은 재료끼리 구성하는 것이 바람직하다. 미세 요철상의 경계의 형상 (결과적으로, 굴절률 변조 영역의 두께 및 굴절률 구배) 은, 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분 그리고 광 확산성 미립자의 화학적 및 열 역학적 특성을 조정함으로써 제어할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「동계」 란, 화학 구조나 특성이 동등 또는 유사한 것을 말하고, 「상이한 계」 란, 동계 이외의 것을 말한다. 동계인지의 여부는, 기준의 선택 방법에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 유기인지 무기인지를 기준으로 한 경우, 유기 화합물끼리는 동계의 화합물이고, 유기 화합물과 무기 화합물은 상이한 계의 화합물이다. 폴리머의 반복 단위를 기준으로 한 경우, 예를 들어 아크릴계 폴리머와 에폭시계 폴리머는 유기 화합물임에도 불구하고 상이한 계의 화합물이고, 주기율표를 기준으로 한 경우, 알칼리 금속과 천이 금속은 무기 원소임에도 불구하고 상이한 계의 원소이다.
보다 구체적으로는, 상기와 같은 초미립자 성분의 분산 농도의 실질적인 구배는, 이하의 (1) ～ (2) 또는 그들의 적절한 조합에 의해 실현될 수 있다 : (1) 매트릭스 중의 초미립자 성분의 분산 농도를 조정하는 것. 예를 들어, 초미립자 성분의 분산 농도를 크게 함으로써, 초미립자 성분끼리의 전기적인 반발이 커져, 결과적으로, 광 확산 미립자 근방까지 초미립자 성분이 존재하게 되어, 굴절률 변조 영역에 있어서 급준한 굴절률 구배를 형성할 수 있다 (굴절률 변조 영역의 두께가 작아진다). (2) 광 확산성 미립자의 가교도를 조정하는 것. 예를 들어, 가교도가 낮은 광 확산성 미립자에서는, 미립자 표면의 구성 폴리머 분자의 자유도가 높아지기 때문에, 초미립자 성분이 잘 접근하지 않게 된다. 그 결과, 굴절률 변조 영역에 있어서 완만한 굴절률 구배를 형성할 수 있다 (굴절률 변조 영역의 두께가 커진다). 바람직하게는, 상기 (1) 및 (2) 를 적절히 조합함으로써, 상기와 같은 초미립자 성분의 분산 농도의 실질적인 구배가 실현될 수 있다. 예를 들어, 지르코니아의 초미립자 성분과 PMMA 의 광 확산성 미립자를 이용하여, 당해 초미립자 성분의 분산 농도를 매트릭스 100 중량부에 대해 30 중량부 ～ 70 중량부로 설정하고, 또한 후술하는 수지 성분 전구체에 대한 팽윤도가 100 ％ ～ 200 ％ 인 광 확산성 미립자를 사용함으로써, 매트릭스 (10) 중의 초미립자 성분 (12) 의 분산 농도가, 광 확산성 미립자 (20) 에 근접하는 측에서는 작고, 굴절률 일정 영역에 근접하는 측에서는 크고, 광 확산 미립자측으로부터 굴절률 일정 영역측으로 실질적인 구배를 형성하면서 변화하는 것과 같은, 분산 농도 구배를 실현할 수 있다. 또한 광 확산성 미립자 표면의 위치에 따라 두께가 상이한 (예를 들어, 별사탕의 외곽 형상과 같은) 굴절률 변조 영역을 형성할 수 있다. 여기서, 「팽윤도」 란, 팽윤 전의 입자의 평균 입경에 대한 팽윤 상태의 입자의 평균 입경의 비율을 말한다.
상기 굴절률 변조 영역 (30) 의 평균 두께 L 은, 바람직하게는 10 ㎚ ～ 500 ㎚, 보다 바람직하게는 12 ㎚ ～ 400 ㎚, 더욱 바람직하게는 15 ㎚ ～ 300 ㎚ 이다. 본 발명에 의하면, 종래의 GRIN 미립자에 비해 현격히 작은 두께의 굴절률 변조 영역이면서 광 확산성 미립자와 매트릭스의 굴절률차를 크게 하고 (굴절률 구배를 급준하게 하고), 또한 당해 굴절률 변조 영역에 있어서 굴절률을 실질적으로 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 당해 평균 두께 L 은, 광 확산성 미립자 표면 근방으로부터 굴절률 일정 영역까지의 굴절률이 변화하는 영역의 두께이다.
상기와 같이, 굴절률 변조 영역 (30) 에 있어서는, 바람직하게는 굴절률이 실질적으로 연속적으로 변화할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 이에 더하여, 상기 굴절률 변조 영역의 최외부의 굴절률과 상기 굴절률 일정 영역의 굴절률이 실질적으로 동일하다. 바꾸어 말하면, 본 실시형태의 광 확산 소자에 있어서는, 굴절률 변조 영역으로부터 굴절률 일정 영역에 걸쳐 굴절률이 연속적으로 변화하고, 바람직하게는 광 확산성 미립자로부터 굴절률 일정 영역에 걸쳐 굴절률이 연속적으로 변화한다 (도 4). 더욱 바람직하게는, 당해 굴절률 변화는 도 4 에 나타내는 바와 같이 매끄럽다. 즉, 굴절률 변조 영역과 굴절률 일정 영역의 경계에 있어서, 굴절률 변화 곡선에 접선이 당겨지는 것과 같은 형상으로 변화한다. 바람직하게는, 굴절률 변조 영역에 있어서, 굴절률 변화의 구배는 상기 광 확산성 미립자로부터 멀어짐에 따라 커진다. 본 실시형태에 의하면, 광 확산성 미립자와 매트릭스의 수지 성분과 초미립자 성분을 적절히 선택함으로써, 실질적으로 연속적인 굴절률 변화를 실현할 수 있다. 상기와 같이 급준하고, 또한, 이와 같은 실질적으로 연속적인 굴절률 변화를 실현한 것이 본 발명의 특징의 하나이다. 그 결과, 매트릭스 (10) (실질적으로는, 굴절률 일정 영역) 와 광 확산성 미립자 (20) 의 굴절률차를 크게 해도, 매트릭스 (10) 과 광 확산성 미립자 (20) 의 계면의 반사를 억제할 수 있어, 후방 산란을 억제할 수 있다. 또한 굴절률 일정 영역에서는, 광 확산성 미립자 (20) 와는 굴절률이 크게 상이한 초미립자 성분 (12) 의 중량 농도가 상대적으로 높아지기 때문에, 매트릭스 (10) (실질적으로는, 굴절률 일정 영역) 과 광 확산성 미립자 (20) 의 굴절률차를 크게 할 수 있다. 그 결과, 박막이어도 높은 헤이즈 (강한 확산성) 를 실현할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 광 확산 소자에 의하면, 굴절률차를 크게 하여 고헤이즈를 실현하면서, 후방 산란을 현저하게 억제할 수 있다. 이와 같은 특징은, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템에 사용되는 광 확산 소자와 같이 강한 확산성 (헤이즈가 90 ％ 이상) 이 요구되는 용도에 있어서 특히 바람직하다. 한편, 굴절률 변조 영역이 형성되지 않은 종래의 광 확산 소자에 의하면, 굴절률차를 크게 함으로써 강한 확산성 (고헤이즈값) 을 부여하고자 하면, 계면에서의 굴절률의 갭을 해소할 수 없다. 그 결과, 광 확산성 미립자와 매트릭스의 계면에서의 반사에 의한 후방 산란이 커져 버리므로, 외광의 존재하에서 흑색 표시가 충분히 검게 되지 않는 (이른바 흑색이 떠 버리는) 경우가 많다. 본 발명에 의하면, 상기 미세 요철상의 경계를 형성하고, 결과적으로 굴절률이 연속적으로 변화하는 굴절률 변조 영역을 형성함으로써, 상기 종래 기술의 문제를 해결하여, 헤이즈값이 높고, 강한 확산성을 갖고, 또한 후방 산란이 억제된 박막의 광 확산 소자를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 광 확산 소자에 있어서는, 바람직하게는 매트릭스의 평균 굴절률 nM 이 광 확산성 미립자의 굴절률 nP 보다 크다 (nM > nP). 도 5(a) 및 도 5(b) 에 비교하여 나타내는 바와 같이, nM > nP 인 경우에는, nM < nP 인 경우에 비해, 굴절률 변조 영역의 굴절률 구배가 급준하더라도 후방 산란을 보다 양호하게 억제할 수 있다. Δn (= nM-nP) 은 바람직하게는 0.08 이상, 더욱 바람직하게는 0.10 이상이다. Δn 의 상한은 바람직하게는 0.2 이다.
본 발명의 광 확산 소자의 광 확산 특성은, 대표적으로는 헤이즈와 광 확산 반치각에 의해 나타낸다. 헤이즈란, 광의 확산의 세기, 즉 입사광의 확산 정도를 나타내는 것이다. 한편, 광 확산 반치각이란, 확산 광의 질, 즉 확산시키는 광의 각도 범위를 나타내는 것이다. 본 발명의 광 확산 소자는 헤이즈가 높은 경우에 그 효과가 충분히 발휘된다. 광 확산 소자의 헤이즈는 바람직하게는 90 ％ ～ 99.9 ％ 이고, 보다 바람직하게는 92 ％ ～ 99.9 ％ 이고, 더욱 바람직하게는 95 ％ ～ 99.9 ％ 이고, 특히 바람직하게는 97 ％ ～ 99.9 ％ 이다. 헤이즈가 90 ％ 이상임으로써, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템에 있어서의 프론트 광 확산 소자로서 바람직하게 사용할 수 있다. 본 발명에 의하면, 이와 같은 매우 높은 헤이즈를 갖고, 또한 후방 산란이 억제된 광 확산 소자를 얻을 수 있다. 또한, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템이란, 액정 표시 장치에 있어서, 콜리메이트 백라이트 광 (일정 방향으로 집광된, 휘도 반치폭이 좁은 (예를 들어, 3°～ 35°혹은 ±1.5°～ ±17.5°의) 백라이트 광) 을 이용하여, 상측 편광판의 시인측에 프론트 광 확산 소자를 형성한 시스템을 말한다.
상기 광 확산 소자의 광 확산 특성은, 광 확산 반치각으로 나타낸다면, 바람직하게는 10°～ 150°(편측 5°～ 75°) 이고, 보다 바람직하게는 10°～ 100°(편측 5°～ 50°) 이고, 더욱 바람직하게는 30°～ 80°(편측 15°～ 40°) 이다. 광 확산 반치각이 지나치게 작으면, 비스듬한 시야각 (예를 들어, 백색 휘도) 이 좁아지는 경우가 있다. 광 확산 반치각이 지나치게 크면, 후방 산란이 커지는 경우가 있다.
광 확산 소자는 후방 산란율이 낮으면 낮을수록 바람직하다. 구체적으로는, 후방 산란율은 바람직하게는 0.5 ％ 이하이다.
상기 광 확산 소자의 두께는 목적이나 원하는 확산 특성에 따라 적절히 설정될 수 있다. 구체적으로는, 상기 광 확산 소자의 두께는, 바람직하게는 4 ㎛ ～ 50 ㎛, 보다 바람직하게는 4 ㎛ ～ 20 ㎛ 이다. 본 발명에 의하면, 이와 같이 매우 얇은 두께에도 불구하고, 상기와 같은 매우 높은 헤이즈를 갖는 광 확산 소자를 얻을 수 있다. 또한 이와 같은 얇은 두께이면 절곡해도 부러지거나 하지 않아, 롤상으로의 보관이 가능해진다. 더하여, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 광 확산 소자는 도공에 의해 형성될 수 있으므로, 예를 들어, 광 확산 소자의 제조와 편광판에 대한 첩합 (貼合) 을 이른바 롤·투·롤로 연속적으로 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 광 확산 소자는, 광 확산 소자 자체의 생산성이 종래의 광 확산 소자에 비해 현격히 우수하고, 또한 편광판과 같은 다른 광학 부재와의 첩합의 제조 효율도 극히 높다. 또한, 롤·투·롤이란, 장척의 필름끼리를 롤 반송하면서, 그 길이 방향을 일치시켜 연속적으로 첩합하는 방법을 말한다.
상기 광 확산 소자는 액정 표시 장치에 바람직하게 이용되고, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템에 특히 바람직하게 사용된다. 상기 광 확산 소자는, 단독으로 필름상 또는 판상 부재로서 제공해도 되고, 임의의 적절한 기재나 편광판에 첩부하여 복합 부재로서 제공해도 된다. 또한, 광 확산 소자 상에 반사 방지층이 적층되어도 된다.
A-2. 매트릭스
상기한 바와 같이, 매트릭스 (10) 는 바람직하게는 수지 성분 (11) 및 초미립자 성분 (12) 을 함유한다. 상기와 같이, 그리고 도 1a및 도 1b 에 나타내는 바와 같이, 초미립자 성분 (12) 은 매트릭스 (10) 와 광 확산성 미립자 (20) 의 계면 근방에 굴절률 변조 영역 (30) 을 형성하도록 하여, 수지 성분 (11) 에 분산되어 있다.
A-2-1. 수지 성분
수지 성분 (11) 은, 상기 미세 요철상의 경계 (결과적으로 굴절률 변조 영역) 가 형성되는 한에 있어서, 임의의 적절한 재료로 구성된다. 바람직하게는, 상기와 같이, 수지 성분 (11) 은 광 확산성 미립자와 동계의 화합물이고 또한 초미립자 성분과는 상이한 계의 화합물로 구성된다. 이로써, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방 (광 확산성 미립자의 표면 근방) 에 굴절률 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 수지 성분 (11) 은 광 확산성 미립자와 동계 중에서도 상용성이 높은 화합물로 구성된다. 이로써, 원하는 굴절률 구배를 갖는 굴절률 변조 영역을 형성할 수 있다.
상기 수지 성분은, 바람직하게는 유기 화합물로 구성되고, 보다 바람직하게는 전리선 경화형 수지로 구성된다. 전리선 경화형 수지는 도막의 경도가 우수하기 때문에, 후술하는 초미립자 성분의 약점인 기계 강도를 보충하기 쉽다. 전리선으로는, 예를 들어, 자외선, 가시광, 적외선, 전자선을 들 수 있다. 바람직하게는 자외선이며, 따라서 수지 성분은, 특히 바람직하게는 자외선 경화형 수지로 구성된다. 자외선 경화형 수지로는, 예를 들어, 아크릴레이트 수지 (에폭시아크릴레이트, 폴리에스테르아크릴레이트, 아크릴아크릴레이트, 에테르아크릴레이트) 등의 라디칼 중합형 모노머 혹은 올리고머로부터 형성되는 수지를 들 수 있다. 아크릴레이트 수지를 구성하는 모노머 성분 (전구체) 의 분자량은, 바람직하게는 200 ～ 700 이다. 아크릴레이트 수지를 구성하는 모노머 성분 (전구체) 의 구체예로는, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 (PETA : 분자량 298), 네오펜틸글리콜디아크릴레이트 (NPGDA : 분자량 212), 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 (DPHA : 분자량 632), 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트 (DPPA : 분자량 578), 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 (TMPTA : 분자량 296) 를 들 수 있다. 전구체에는 필요에 따라 개시제를 첨가해도 된다. 개시제로는, 예를 들어, UV 라디칼 발생제 (BASF 재팬사 제조 이르가큐어 907, 이르가큐어 127, 이르가큐어 192 등), 과산화벤조일을 들 수 있다. 상기 수지 성분은 상기 전리선 경화형 수지 이외에 다른 수지 성분을 함유하고 있어도 된다. 다른 수지 성분은 전리선 경화형 수지여도 되고, 열경화성 수지여도 되고, 열가소성 수지여도 된다. 다른 수지 성분의 대표 예로는, 지방족계 (예를 들어, 폴리올레핀) 수지, 우레탄계 수지를 들 수 있다. 다른 수지 성분을 사용하는 경우, 그 종류나 배합량은 상기 굴절률 변조 영역이 양호하게 형성되도록 조정된다.
상기 수지 성분은 대표적으로는 하기 식 (1) 을 만족한다 :
｜nP-nA｜<｜nP-nB｜···(1)
식 (1) 중, nA 는 매트릭스의 수지 성분의 굴절률을 나타내고, nB 는 매트릭스의 초미립자 성분의 굴절률을 나타내고, nP 는 광 확산성 미립자의 굴절률을 나타낸다. 또한, 수지 성분은 하기 식 (2) 도 만족할 수 있다 :
｜nP-nA｜<｜nA-nB｜···(2)
수지 성분의 굴절률은 바람직하게는 1.40 ～ 1.60 이다.
상기 수지 성분의 배합량은 매트릭스 100 중량부에 대해, 바람직하게는 10 중량부 ～ 80 중량부이고, 보다 바람직하게는 20 중량부 ～ 65 중량부이다.
A-2-2. 초미립자 성분
초미립자 성분 (12) 은, 상기와 같이, 바람직하게는 상기 수지 성분 및 후술하는 광 확산성 미립자와는 상이한 계의 화합물로 구성되고, 보다 바람직하게는 무기 화합물로 구성된다. 바람직한 무기 화합물로는, 예를 들어 금속 산화물, 금속 불화물을 들 수 있다. 금속 산화물의 구체예로는, 산화지르코늄 (지르코니아) (굴절률 : 2.19), 산화알루미늄 (굴절률 : 1.56 ～ 2.62), 산화티탄 (굴절률 : 2.49 ～ 2.74), 산화규소 (굴절률 : 1.25 ～ 1.46) 를 들 수 있다. 금속 불화물의 구체예로는, 불화마그네슘 (굴절률 : 1.37), 불화칼슘 (굴절률 : 1.40 ～ 1.43) 을 들 수 있다. 이들 금속 산화물 및 금속 불화물은, 광의 흡수가 적고, 게다가 전리선 경화형 수지나 열가소성 수지 등의 유기 화합물에서는 발현이 어려운 굴절률을 갖고 있으므로, 광 확산성 미립자와의 계면으로부터 멀어짐에 따라 초미립자 성분의 중량 농도가 상대적으로 높아짐으로써, 굴절률을 크게 변조시킬 수 있다. 광 확산성 미립자와 매트릭스의 굴절률차를 크게 함으로써, 박막이어도 고헤이즈를 실현할 수 있고, 또한 굴절률 변조 영역이 형성되므로 후방 산란 방지의 효과도 크다. 특히 바람직한 무기 화합물은 산화지르코늄이다.
상기 초미립자 성분도 또한, 상기 식 (1) 및 (2) 를 만족할 수 있다. 상기 초미립자 성분의 굴절률은 바람직하게는 1.40 이하 또는 1.60 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.40 이하 또는 1.70 ～ 2.80 이고, 특히 바람직하게는 1.40 이하 또는 2.00 ～ 2.80 이다. 굴절률이 1.40 을 넘거나 또는 1.60 미만이면, 광 확산성 미립자와 매트릭스의 굴절률차가 불충분해져, 광 확산 소자가 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템을 채용하는 액정 표시 장치에 이용된 경우에, 콜리메이트 백라이트로부터의 광을 충분히 확산시키지 못하여 시야각이 좁아질 우려가 있다.
상기 초미립자 성분의 평균 1 차 입자경은 굴절률 변조 영역의 평균 두께 L 에 비해 작은 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 평균 1 차 입자경은 평균 두께 L 에 대해 바람직하게는 1/50 ～ 1/2, 보다 바람직하게는 1/25 ～ 1/3 이다. 평균 1 차 입자경이 평균 두께 L 에 대해 1/2 를 초과하면, 굴절률 변조 영역에 있어서의 굴절률 변화가 실질적으로 연속적이지 않게 되는 경우가 있다. 1/50 미만인 경우, 굴절률 변조 영역의 형성이 곤란해지는 경우가 있다. 상기 평균 1 차 입자경은 바람직하게는 1 ㎚ ～ 100 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 1 ㎚ ～ 50 ㎚ 이다. 초미립자 성분은 2 차 응집되어 있어도 되고, 그 경우의 평균 입자경 (응집체의 평균 입자경) 은, 바람직하게는 10 ㎚ ～ 100 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 10 ㎚ ～ 80 ㎚ 이다. 이와 같이, 광의 파장보다 작은 평균 입경의 초미립자 성분을 사용함으로써, 초미립자 성분과 수지 성분 사이에 기하 광학적인 반사, 굴절, 산란이 발생하지 않아, 광학적으로 균일한 매트릭스를 얻을 수 있다. 그 결과, 광학적으로 균일한 광 확산 소자를 얻을 수 있다.
상기 초미립자 성분은 상기 수지 성분과의 분산성이 양호한 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서 「분산성이 양호」 란, 상기 수지 성분과 초미립자 성분과 (필요에 따라 소량의 UV 개시제와) 휘발 용제를 혼합하여 얻어진 도공액을 도포하고, 용제를 건조 제거하여 얻어진 도막이 투명한 것을 말한다.
바람직하게는, 상기 초미립자 성분은 표면 개질이 이루어져 있다. 표면 개질을 실시함으로써, 초미립자 성분을 수지 성분 중에 양호하게 분산시킬 수 있고, 또한 상기 굴절률 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다. 표면 개질 수단으로는, 본 발명의 효과가 얻어지는 한에 있어서 임의의 적절한 수단이 채용될 수 있다. 대표적으로는, 표면 개질은 초미립자 성분의 표면에 표면 개질제를 도포하여 표면 개질제층을 형성함으로써 이루어진다. 바람직한 표면 개질제의 구체예로는, 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제 등의 커플링제, 지방산계 계면 활성제 등의 계면 활성제를 들 수 있다. 이와 같은 표면 개질제를 사용함으로써, 수지 성분과 초미립자 성분의 젖음성을 향상시키고, 수지 성분과 초미립자 성분의 계면을 안정화시키고, 초미립자 성분을 수지 성분 중에 양호하게 분산시키고, 또한 굴절률 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다.
상기 초미립자 성분의 배합량은 매트릭스 100 중량부에 대해, 바람직하게는 15 중량부 ～ 80 중량부이고, 보다 바람직하게는 20 중량부 ～ 70 중량부이다.
A-3. 광 확산성 미립자
광 확산성 미립자 (20) 도 또한, 상기 미세 요철상의 경계 (결과적으로 굴절률 변조 영역) 가 양호하게 형성되는 한에 있어서, 임의의 적절한 재료로 구성된다. 바람직하게는, 상기와 같이, 광 확산성 미립자 (20) 는 상기 매트릭스의 수지 성분과 동계의 화합물로 구성된다. 예를 들어, 매트릭스의 수지 성분을 구성하는 전리선 경화형 수지가 아크릴레이트계 수지인 경우에는, 광 확산성 미립자도 또한 아크릴레이트계 수지로 구성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 매트릭스의 수지 성분을 구성하는 아크릴레이트계 수지의 모노머 성분이 예를 들어 상기와 같은 PETA, NPGDA, DPHA, DPPA 및/또는 TMPTA 인 경우에는, 광 확산성 미립자를 구성하는 아크릴레이트계 수지는, 바람직하게는, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리메틸아크릴레이트 (PMA), 및 이들의 공중합체, 그리고 그들의 가교물이다. PMMA 및 PMA 와의 공중합 성분으로는, 폴리우레탄, 폴리스티렌 (PS), 멜라민 수지를 들 수 있다. 특히 바람직하게는, 광 확산성 미립자는 PMMA 로 구성된다. 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분과의 굴절률이나 열 역학적 특성의 관계가 적절하기 때문이다. 또한 바람직하게는, 광 확산성 미립자는 가교 구조 (삼차원 망목 구조) 를 갖는다. 가교 구조의 조밀 (가교도) 을 조정함으로써, 광 확산성 미립자 표면에 있어서 미립자를 구성하는 폴리머 분자의 자유도를 제어할 수 있기 때문에, 초미립자 성분의 분산 상태를 제어할 수 있고, 결과적으로, 원하는 형상을 갖는 미세 요철상의 경계에 의해 굴절률 변조 영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 도공액을 도포할 때의 광 확산성 미립자의 수지 성분 전구체 (용매를 함유하고 있어도 된다) 에 대한 팽윤도는, 바람직하게는 100 ％ ～ 200 ％ 이다. 여기서, 「팽윤도」 란, 가교도의 지표로, 팽윤 전의 입자의 평균 입경에 대한 팽윤 상태의 입자의 평균 입경의 비율을 말한다.
상기 광 확산성 미립자는 평균 입경이, 바람직하게는 1.0 ㎛ ～ 5.0 ㎛ 이고, 보다 바람직하게는 1.0 ㎛ ～ 4.0 ㎛ 이다. 광 확산성 미립자의 평균 입경은, 바람직하게는 광 확산 소자의 두께의 1/2 이하 (예를 들어, 1/2 ～ 1/20) 이다. 광 확산 소자의 두께에 대해 이와 같은 비율을 갖는 평균 입경이면, 광 확산성 미립자를 광 확산 소자의 두께 방향으로 복수 배열할 수 있기 때문에, 입사광이 광 확산 소자를 통과하는 동안에 당해 광을 다중으로 확산시킬 수 있고, 그 결과, 충분한 광 확산성을 얻을 수 있다.
광 확산성 미립자의 중량 평균 입경 분포의 표준 편차는, 바람직하게는 1.0 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ 이하이다. 중량 평균 입경에 대해 입경이 작은 광 확산성 미립자가 다수 혼재되어 있으면, 확산성이 지나치게 증대되어 후방 산란을 양호하게 억제할 수 없는 경우가 있다. 중량 평균 입경에 대해 입경이 큰 광 확산성 미립자가 다수 혼재되어 있으면, 광 확산 소자의 두께 방향으로 복수 배열할 수 없게 되어, 다중 확산이 얻어지지 않는 경우가 있고, 그 결과, 광 확산성이 불충분해지는 경우가 있다.
상기 광 확산성 미립자의 형상으로는, 목적에 따라 임의의 적절한 형상이 채용될 수 있다. 구체예로는, 진구상, 인편상, 판상, 타원 구상, 부정형을 들 수 있다. 대부분의 경우, 상기 광 확산성 미립자로서 진구상 미립자가 이용될 수 있다.
상기 광 확산성 미립자도 또한, 상기식 (1) 및 (2) 를 만족할 수 있다. 상기 광 확산성 미립자의 굴절률은 바람직하게는 1.30 ～ 1.70 이고, 더욱 바람직하게는 1.40 ～ 1.60 이다.
상기 광 확산성 미립자의 배합량은 매트릭스 100 중량부에 대해, 바람직하게는 10 중량부 ～ 100 중량부이고, 보다 바람직하게는 10 중량부 ～ 40 중량부, 더욱 바람직하게는 10 중량부 ～ 35 중량부이다. 예를 들어 이와 같은 배합량으로 상기 적합 범위의 평균 입경을 갖는 광 확산성 미립자를 함유시킴으로써, 매우 우수한 광 확산성을 갖는 광 확산 소자를 얻을 수 있다.
A-4. 광 확산 소자의 제조 방법
본 실시형태의 광 확산 소자의 제조 방법은, 매트릭스의 수지 성분 또는 그 전구체와 초미립자 성분과 광 확산성 미립자를 휘발성 용제 중에 용해 또는 분산시킨 도공액을 기재에 도포하는 공정 (공정 A 라고 한다) 과, 그 기재에 도포된 도공액을 건조시키는 공정 (공정 B 라고 한다) 을 포함한다.
(공정 A)
수지 성분 또는 그 전구체, 초미립자 성분, 및 광 확산성 미립자에 대해서는, 각각 상기 A-2-1 항, A-2-2 항 및 A-3 항에서 설명한 바와 같다. 대표적으로는, 상기 도공액은 전구체 및 휘발성 용제 중에 초미립자 성분 및 광 확산성 미립자가 분산된 분산체이다. 초미립자 성분 및 광 확산성 미립자를 분산시키는 수단으로는, 임의의 적절한 수단 (예를 들어, 초음파 처리, 교반기에 의한 분산 처리) 이 채용될 수 있다.
상기 휘발성 용제로는, 상기 각 성분을 용해 또는 균일하게 분산시킬 수 있는 한에 있어서, 임의의 적절한 용제가 채용될 수 있다. 휘발성 용제의 구체예로는 아세트산에틸, 아세트산부틸, 아세트산이소프로필, 2-부타논(메틸에틸케톤), 메틸이소부틸케톤, 시클로펜타논, 톨루엔, 이소프로필알코올, n-부탄올, 시클로펜탄, 물을 들 수 있다.
상기 도공액은 목적에 따라 임의의 적절한 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 예를 들어, 초미립자 성분을 양호하게 분산시키기 위해서, 분산제가 바람직하게 이용될 수 있다. 첨가제의 다른 구체예로는 자외선 흡수제, 레벨링제, 소포제를 들 수 있다.
상기 도공액에 있어서의 상기 각 성분의 배합량은 상기 A-2 항 ～ A-3 항에서 설명한 바와 같다. 도공액의 고형분 농도는 바람직하게는 10 중량％ ～ 70 중량％ 정도가 되도록 조정될 수 있다. 이와 같은 고형분 농도이면, 도공이 용이한 점도를 갖는 도공액을 얻을 수 있다.
상기 기재로는, 본 발명의 효과가 얻어지는 한에 있어서 임의의 적절한 필름이 채용될 수 있다. 구체예로는 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름, 폴리프로필렌 (PP) 필름, 나일론 필름, 아크릴 필름, 락톤 변성 아크릴 필름 등을 들 수 있다. 상기 기재는 필요에 따라, 접착 용이 처리 등의 표면 개질이 이루어져 있어도 되고, 활제, 대전 방지제, 자외선 흡수제 등의 첨가제가 함유되어 있어도 된다. 당해 기재는 후술하는 광 확산 소자가 형성된 편광판에 있어서, 보호층으로서 기능할 수 있는 경우가 있다.
상기 도공액의 기재에 대한 도포 방법으로는, 임의의 적절한 코터를 사용한 방법이 채용될 수 있다. 코터의 구체예로는 바 코터, 리버스 코터, 키스 코터, 그라비아 코터, 다이 코터, 콤마 코터를 들 수 있다.
(공정 B)
상기 도공액의 건조 방법으로는, 임의의 적절한 방법이 채용될 수 있다. 구체예로는 자연 건조, 가열 건조, 감압 건조를 들 수 있다. 바람직하게는 가열 건조이다. 가열 온도는 예를 들어 60 ℃ ～ 150 ℃ 이고, 가열 시간은 예를 들어 30 초 ～ 5 분이다.
(공정 C)
바람직하게는, 상기 제조 방법은 상기 도포 공정 후에 상기 전구체를 중합시키는 공정 (공정 C) 을 추가로 포함한다. 중합 방법은 수지 성분 (따라서, 그 전구체) 의 종류에 따라 임의의 적절한 방법이 채용될 수 있다. 예를 들어, 수지 성분이 전리선 경화형 수지인 경우에는, 전리선을 조사함으로써 전구체를 중합한다. 전리선으로서 자외선을 사용하는 경우에는, 그 적산 광량은, 바람직하게는 50 mJ/㎠ ～ 1000 mJ/㎠ 이다. 전리선의 광 확산성 미립자에 대한 투과율은 바람직하게는 70 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 80 ％ 이상이다. 또한 예를 들어, 수지 성분이 열 경화형 수지인 경우에는, 가열함으로써 전구체를 중합한다. 가열 온도 및 가열 시간은, 수지 성분의 종류에 따라 적절히 설정될 수 있다. 바람직하게는, 중합은 전리선을 조사함으로써 실시된다. 전리선 조사이면, 굴절률 변조 영역을 양호하게 유지한 채로 도막을 경화시킬 수 있기 때문에, 양호한 확산 특성의 광 확산 소자를 제조할 수 있다. 전구체를 중합함으로써, 광 확산성 미립자와의 계면 근방에 있어서 굴절률이 상이한 2 개의 영역이 미세 요철상의 경계를 형성하고, 그것에 의해 굴절률 변조 영역 (30) 이 형성되어 있는 매트릭스 (10) 가 형성된다.
상기 중합 공정 (공정 C) 은 상기 건조 공정 (공정 B) 전에 실시해도 되고, 공정 B 후에 실시해도 된다.
이상과 같이 하여, 기재 상에 도 1a및 도 1b 에 나타내는 바와 같은 광 확산 소자가 형성된다.
본 실시형태의 광 확산 소자의 제조 방법이, 상기 공정 A ～ 공정 C 에 더하여, 임의의 적절한 시점에서 임의의 적절한 공정, 처리 및/또는 조작을 포함할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 그러한 공정 등의 종류 및 그러한 공정 등이 실시되는 시점은, 목적에 따라 적절히 설정될 수 있다.
이상과 같이 하여, 상기 A-1 항 ～ A-3 항에서 설명한 바와 같은 광 확산 소자가 기재 상에 형성된다.
A-5. 다른 실시형태
도 6 은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 광 확산 소자의 개략 단면도이다. 도 6 의 광 확산 소자 (100') 는 매트릭스 (10) 와, 매트릭스 (10) 중에 분산된 광 확산성 미립자 (20) 를 갖는다. 광 확산성 미립자 (20) 는 그 외곽이 미세 요철 형상으로 형성되어 있고, 당해 외곽 부분에 의해 미세 요철 형상이고 또한 구각상의 경계가 형성되고, 당해 경계가 굴절률 변조 영역 (30) 을 구성한다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 미세 요철 형상이고 또한 구각상의 경계 (따라서, 굴절률 변조 영역) 는, 광 확산성 미립자의 표면의 요철에 의해 형성되어 있다. 광 확산성 미립자의 표면의 요철은 임의의 적절한 수단에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 확산성 미립자의 표면을 적절한 용매로 처리함으로써, 미세한 요철 형상을 형성할 수 있다. 표면 처리에 사용되는 용매로는, 예를 들어, 메틸에틸케톤 (MEK), 메틸이소부틸케톤 (MIBK) 과 같은 케톤계 용매, 아세트산에틸, 아세트산부틸과 같은 에스테르계 용매를 들 수 있다. 매트릭스 (10) 는 예를 들어, 초미립자 성분을 사용하는 형태의 수지 성분에 관해서 상기 A-2-1 항에 기재한 바와 같은 수지로 구성될 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 매트릭스 (10) 는 초미립자 성분을 함유하고 있어도 되고, 함유하고 있지 않아도 된다. 또한, 미세 요철 형상이고 또한 구각상의 경계는, 광 확산성 미립자의 표면의 요철만에 의해 형성되어도 되고, 광 확산성 미립자의 표면의 요철과 초미립자 성분의 분산 농도의 구배의 조합에 의해 형성되어도 된다. 굴절률 변조 영역 (30) 에 있어서는, 바람직하게는 굴절률이 실질적으로 연속적으로 변화한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 광 확산성 미립자가 상기 제 1 영역에 대응하고, 매트릭스가 상기 제 2 영역에 대응한다.
본 실시형태에 대해서는, 구조의 특징적인 부분에 대해서만 간단하게 설명하였다. 본 실시형태의 광 확산 소자의 전체적인 특징은, 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하는 매트릭스를 사용하는 실시형태에 관해서 상기한 바와 같다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 광 확산 소자 (도시 생략) 는, 매트릭스와, 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖는다. 광 확산성 미립자는 중심부에서 외측을 향해 굴절률이 변화하는 굴절률 경사 입자 (예를 들어, GRIN 미립자) 이고, 굴절률 경사 부분이 굴절률 변조 영역을 구성한다. 대표적으로는, 굴절률 경사 입자는, 중심부와 당해 중심부를 덮는 표층부로 이루어지는 폴리머 입자이다. 이와 같은 폴리머 입자를 구성하는 폴리머의 구체예로는, 비닐계 폴리머, (메트)아크릴계 폴리머, 스티렌계 폴리머를 들 수 있다. 폴리머를 적절히 선택함으로써, 굴절률 경사를 제어할 수 있다. 이와 같은 폴리머 입자는, 예를 들어, 굴절률이 상이한 복수의 모노머를 이용하고, 그들의 공중합에 있어서, 중합의 진행에 따라 모노머량을 변화시킴으로써, 굴절률을 단계적으로 또는 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이와 같은 폴리머 입자 및 그 제조 방법의 상세한 것은, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2006-227279호에 기재되어 있으며, 그 기재는 본 명세서에 참고로서 원용된다.
본 발명의 광 확산 소자는, 기재로부터 박리하여 단일 부재로서 사용해도 되고, 기재가 형성된 광 확산 소자로서 사용해도 되고, 기재로부터 편광판 등에 전사하여 복합 부재 (예를 들어, 광 확산 소자가 형성된 편광판) 로서 사용해도 되고, 기재째로 편광판 등에 첩부하여 복합 부재 (예를 들어, 광 확산 소자가 형성된 편광판) 로서 사용해도 된다. 기재째로 편광판 등에 첩부하여 복합 부재 (예를 들어, 광 확산 소자가 형성된 편광판) 로서 사용하는 경우에는, 당해 기재는 편광판의 보호층으로서 기능할 수 있다. 본 발명의 광 확산 소자는, 상기에서 설명한 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템을 채용한 액정 표시 장치의 시인측 확산 소자 이외에, 예를 들어, 액정 표시 장치의 백라이트용 부재, 조명 기구 (예를 들어, 유기 EL, LED) 용 확산 부재로서 이용될 수 있다.
여기까지 본 발명의 특정한 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시형태에는 한정되지 않고, 제 1 굴절률을 갖는 제 1 영역과 제 2 굴절률을 갖는 제 2 영역을 갖고, 그 제 1 영역 및 그 제 2 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계를 형성하고 있는 광 확산 소자를 포함한다.
B. 광 확산 소자가 형성된 편광판
B-1. 광 확산 소자가 형성된 편광판의 전체 구성
본 발명의 광 확산 소자가 형성된 편광판은, 대표적으로는, 액정 표시 장치의 시인측에 배치된다. 도 7 은 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자가 형성된 편광판의 개략 단면도이다. 이 광 확산 소자가 형성된 편광판 (200) 은 광 확산 소자 (100) 와 편광자 (110) 를 갖는다. 광 확산 소자 (100) 는 상기 A-1 항 ～ A-5 항에 기재한 본 발명의 광 확산 소자이다. 광 확산 소자 (100) 는 광 확산 소자가 형성된 편광판이 액정 표시 장치의 시인측에 배치된 경우에 가장 시인측이 되도록 배치되어 있다. 하나의 실시형태에 있어서는, 광 확산 소자 (100) 의 시인측에 저반사층 또는 반사 방지 처리층 (안티 리플렉션 처리층) 이 배치되어 있다 (도시 생략). 도시 예에 있어서는, 광 확산 소자가 형성된 편광판 (200) 은 편광자의 양측에 보호층 (120 및 130) 을 갖는다. 광 확산 소자, 편광자 및 보호층은 임의의 적절한 접착제층 또는 점착제층을 개재하여 첩부되어 있다. 보호층 (120 및 130) 중 적어도 하나는 목적, 편광판의 구성 및 액정 표시 장치의 구성에 따라 생략되어도 된다. 예를 들어, 광 확산 소자를 형성할 때에 사용되는 기재가 보호층으로서 기능할 수 있는 경우에는, 보호층 (120) 이 생략될 수 있다. 본 발명의 광 확산 소자가 형성된 편광판은, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템을 채용한 액정 표시 장치에 있어서의 시인측 편광판으로서 특히 바람직하게 이용될 수 있다.
B-2. 편광자
상기 편광자 (110) 로는, 목적에 따라 임의의 적절한 편광자가 채용될 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐알코올계 필름, 부분 포멀화 폴리비닐알코올계 필름, 에틸렌·아세트산비닐 공중합체계 부분 비누화 필름 등의 친수성 고분자 필름에, 요오드나 이색성 염료 등의 이색성 물질을 흡착시켜 1 축 연신한 것, 폴리비닐알코올의 탈수 처리물이나 폴리염화비닐의 탈염산 처리물 등 폴리엔계 배향 필름 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리비닐알코올계 필름에 요오드 등의 이색성 물질을 흡착시켜 1 축 연신한 편광자가, 편광 이색비가 높아 특히 바람직하다. 이들 편광자의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 일반적으로 1 ～ 80 ㎛ 정도이다.
폴리비닐알코올계 필름에 요오드를 흡착시켜 1 축 연신한 편광자는, 예를 들어, 폴리비닐알코올을 요오드의 수용액에 침지시킴으로써 염색하고, 원래 길이의 3 ～ 7 배로 연신함으로써 제조할 수 있다. 필요에 따라 붕산이나 황산아연, 염화아연 등을 함유하고 있어도 되고, 요오드화칼륨 등의 수용액에 침지시킬 수도 있다. 또한 필요에 따라 염색 전에 폴리비닐알코올계 필름을 물에 침지시켜 수세해도 된다.
폴리비닐알코올계 필름을 수세함으로써 폴리비닐알코올계 필름 표면의 오염이나 블로킹 방지제를 세정할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤시킴으로써 염색의 얼룩 등의 불균일을 방지하는 효과도 있다. 연신은 요오드로 염색한 후에 실시해도 되고, 염색하면서 연신해도 되고, 또한 연신하고 나서 요오드로 염색해도 된다. 붕산이나 요오드화칼륨 등의 수용액 중이나 수욕 중에서도 연신할 수 있다.
B-3. 보호층
상기 보호층 (120 및 130) 은 편광판의 보호층으로서 사용할 수 있는 임의의 적절한 필름으로 형성된다. 당해 필름의 주성분이 되는 재료의 구체예로는, 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 등의 셀룰로오스계 수지나, 폴리에스테르계, 폴리비닐알코올계, 폴리카보네이트계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리에테르술폰계, 폴리술폰계, 폴리스티렌계, 폴리노르보르넨계, 폴리올레핀계, (메트)아크릴계, 아세테이트계 등의 투명 수지 등을 들 수 있다. 또한, (메트)아크릴계, 우레탄계, (메트)아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열 경화형 수지 또는 자외선 경화형 수지 등도 들 수 있다. 이 밖에도, 예를 들어, 실록산계 폴리머 등의 유리질계 폴리머도 들 수 있다. 또한, 일본 공개특허공보 2001-343529호 (WO 01/37007) 에 기재된 폴리머 필름도 사용할 수 있다. 이 필름의 재료로는, 예를 들어, 측사슬로 치환 또는 비치환된 이미드기를 갖는 열가소성 수지와, 측사슬로 치환 또는 비치환된 페닐기 그리고 니트릴기를 갖는 열가소성 수지를 함유하는 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 이소부텐과 N-메틸말레이미드로 이루어지는 교호 공중합체와 아크릴로니트릴·스티렌 공중합체를 갖는 수지 조성물을 들 수 있다. 당해 폴리머 필름은 예를 들어, 상기 수지 조성물의 압출 성형물일 수 있다.
상기 보호층 (내측 보호층) (130) 은 광학적으로 등방성을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 내측 보호층의 두께 방향의 위상차 Rth(550) 은 바람직하게는 -20 ㎚ ～ ＋20 ㎚, 더욱 바람직하게는 -10 ㎚ ～ ＋10 ㎚, 특히 바람직하게는 -6 ㎚ ～ ＋6 ㎚, 가장 바람직하게는 -3 ㎚ ～ ＋3 ㎚ 이다. 내측 보호층의 면내 위상차 Re(550) 은 바람직하게는 0 ㎚ 이상 10 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 0 ㎚ 이상 6 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 0 ㎚ 이상 3 ㎚ 이하이다. 이와 같은 광학적으로 등방성을 갖는 보호층을 형성할 수 있는 필름의 상세한 것은, 일본 공개특허공보 2008-180961호에 기재되어 있으며, 그 기재는 본 명세서에 참고로서 원용된다.
B-4. 광 확산 소자가 형성된 편광판의 제조 방법
도 8 을 참조하여, 본 발명의 광 확산 소자가 형성된 편광판의 제조 방법의 일례에 대해 간단하게 설명한다. 도 8 에 있어서, 부호 111 및 112 는 각각 편광판 및 광 확산 소자/기재의 적층체를 권회하는 롤이고, 부호 122 는 반송 롤이다. 도시 예에서는, 편광판 (보호층 (130)/편광자 (110)/보호층 (120)) 과 광 확산 소자 (100)/기재 (101) 의 적층체를 화살표 방향으로 송출하고, 각각의 길이 방향을 일치시킨 상태로 첩합한다. 그 때, 광 확산 소자 (100) 와 편광판의 보호층 (120) 이 인접하도록 첩합한다. 그 후, 필요에 따라 기재 (101) 를 박리함으로써, 도 7 에 나타내는 바와 같은 광 확산 소자가 형성된 편광판 (200) 을 얻을 수 있다. 도시하지 않으나, 예를 들어, 편광판 (보호층 (130)/편광자 (110)) 과 광 확산 소자 (100)/기재 (101) 의 적층체를, 기재 (101) 와 편광자 (110) 가 인접하도록 첩합하여, 기재가 보호층으로서 기능하는 광 확산 소자가 형성된 편광판을 제조할 수도 있다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 이른바 롤·투·롤을 채용할 수 있으므로, 광 확산 소자가 형성된 편광판을 매우 높은 제조 효율로 제조할 수 있다. 또한 이 롤·투·롤 공정은 상기 A-4 항에 기재된 광 확산 소자의 제조 공정으로부터 연속하여 실시할 수 있으므로, 이와 같은 순서를 채용하면, 광 확산 소자가 형성된 편광판의 제조 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
C. 액정 표시 장치
도 9 는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 개략 단면도이다. 액정 표시 장치 (500) 는 액정 셀 (510) 과, 액정 셀의 양측에 배치된 편광판 (520 및 530) 과, 편광판 (530) 의 외측에 형성된 백라이트 유닛 (540) 과, 편광판 (520) 의 외측 (시인측) 에 형성된 광 확산 소자 (100) 를 구비한다. 목적에 따라 임의의 적절한 광학 보상판 (위상차 판) 이, 액정 셀 (510) 과 편광판 (520 및/또는 530) 사이에 배치될 수 있다. 액정 셀 (510) 은 1 쌍의 기판 (대표적으로는, 유리 기판) (511 및 512) 과, 기판 (511 및 512) 사이에 배치된, 표시 매체로서의 액정을 포함하는 액정층 (513) 을 갖는다.
광 확산 소자 (100) 는 상기 A-1 항 ～ A-5 항에 기재한 본 발명의 광 확산 소자이다. 혹은, 광 확산 소자 (100) 및 시인측 편광판 (520) 대신에, 상기 B 항에 기재한 본 발명의 광 확산 소자가 형성된 편광판을 배치해도 된다. 광 확산 소자는 액정 셀을 통과한 광 (대표적으로는, 후술하는 바와 같은 콜리메이트광) 을 투과 및 확산시킨다.
상기 백라이트 유닛 (540) 은 액정 셀 (510) 을 향해 콜리메이트광을 출사하는 평행광 광원 장치이다. 백라이트 유닛은 콜리메이트광을 출사할 수 있는 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 백라이트 유닛은 광원과 광원으로부터 출사된 광을 콜리메이트하는 집광 소자를 갖는다 (모두 도시 생략). 이 경우, 집광 소자로는, 광원으로부터 출사된 광을 콜리메이트할 수 있는 임의의 적절한 집광 소자가 채용될 수 있다. 광원 자체가 콜리메이트광을 출사할 수 있는 경우에는, 집광 소자는 생략될 수 있다. 백라이트 유닛 (평행광 광원 장치) 의 구체적 구성으로는, 예를 들어, 이하와 같은 것을 들 수 있다 : (1) 렌티큘러 렌즈 또는 포탄형 렌즈의 평탄면측의 렌즈의 초점 이외의 부분에 차광층 또는 반사층을 형성한 집광 소자를, 광원 (예를 들어, 냉음극 형광 램프) 의 액정 셀측에 배치한 구성 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2008-262012호) ; (2) 사이드 라이트형 LED 광원과, 그 도광판과, 도광판측에 볼록면이 형성되고, 그 도광판의 액정 셀측에 배치된 변각 프리즘을 갖는 구성 (본 구성에 있어서는, 필요에 따라 이방성 확산 소자가 추가로 이용될 수 있다 ; 예를 들어, 일본 특허 제3442247호) ; (3) 광 흡수성 수지와 투명성 수지가 교대로 스트라이프상으로 형성된 루버층을 백라이트와 백라이트측 편광판 사이에 배치한 구성 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2007-279424호) ; (4) 광원으로서 포탄형 LED 를 사용한 구성 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평6-130255호) ; (5) 프레넬 렌즈와 필요에 따라 확산판을 사용한 구성 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평1-126627호). 이들 상세한 구성을 기재한 상기 공보는 본 명세서에 참고로서 원용된다. 이하, 일례로서 (5) 의 구성에 대해 설명한다.
도 10a 는 상기 (5) 의 평행광 광원 장치의 개략도이다. 그 평행광 광원 장치 (7) 는 광원 (1), 프로젝션 렌즈 (2), 렌티큘러 렌즈 (3), 반사판 (4), 및 프레넬 렌즈 (5) 를 구비한다. 광원 (1) 으로부터 조사된 광선은 프로젝션 렌즈 (2) 및 렌티큘러 렌즈 (3) 를 투과하여, 반사판 (4) 의 경면에서 반사된다. 반사된 광선은 프레넬 렌즈 (5) 를 투과하여, 평행광으로서 조사된다.
상기 (5) 의 형태의 평행광 광원 장치는 투영형 백라이트 유닛의 프레넬 렌즈의 광원측 혹은 액정 셀측에 원하는 확산성을 부여하는 확산판을 배치하는 것이 바람직하다. 도 10b 는 확산판 (6) 이 프레넬 렌즈 (5) 의 액정 셀측에 배치된 형태를 나타낸다. 광원 (1) 으로부터 조사된 광선은 프로젝션 렌즈 (2) 및 렌티큘러 렌즈 (3) 를 투과하여, 반사판 (4) 의 경면에서 반사된다. 반사된 광선은 프레넬 렌즈 (5) 를 투과하여, 평행광으로서 조사된다. 조사된 평행광은 나아가 확산판 (6) 을 투과하여, 확산 조사된다.
상기 확산판의 확산성은, 헤이즈로는 바람직하게는 2 ％ ～ 92 ％ 이고, 보다 바람직하게는 30 ％ ～ 80 ％ 이다. 또한, 그 확산판의 확산성은, 광 확산 반치각으로는 바람직하게는 1°～ 30°이고, 보다 바람직하게는 5°～ 20°이다. 단, 확산판은 직진 투과 성분이 있어도 되며, 그 경우의 광 확산 반치각은 직진 투과 성분을 제외한 확산광에 대해 반치각이 1°～ 30°인 것이 바람직하다.
이와 같은 성질을 갖는 확산판으로는 임의의 적절한 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 투명 기판 필름 상에 미립자를 함유하는 바인더를 도공한 표면 요철형 확산 필름 혹은 내부 확산 필름 ; 비상용의 수지를 배합하여 압성형한 상분리 압출 시트 ; 엠보스 롤로 표면에 요철 패턴을 형성한 엠보스 시트 ; 프레넬 렌즈의 편면 또는 양면에, 미립자를 함유하는 바인더를 도공하는 등으로 미세 요철 형상을 부여한, 렌즈와 확산판의 일체 구조를 들 수 있다.
백라이트 유닛 (540) 의 확산 성능은, 반치각이 바람직하게는 1°～ 40°이고, 보다 바람직하게는 2°～ 30°이고, 더욱 바람직하게는 2.5°～ 20°이다. 반치각이 1°미만이면, 광 확산 소자의 확산 성능을 향상시켜도, 글레어 (눈부심) 를 저감시킬 수 없을 우려가 있다. 반치각이 40°를 초과하면, 흑색 표시에서, 완전하게 보상되지 않는 경사광이 발생하고, 그것이 광 확산 소자에 의해 정면에도 확산되기 때문에, 흑색 휘도가 상승하여, 정면 콘트라스트비를 저하시킬 우려가 있다. 또한, 본 발명에 있어서 반치각이란, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 휘도가 극대가 되는 방향에서 각도를 바꾸었을 때의 휘도가 1/2 이 되는 각도의 반치 전체 폭을 말한다. 단, 반치각이 1°미만이어도, 확산의 늘어짐이 확산되어 있으면, 1°이상인 것과 동일한 효과가 얻어지는 경우가 있다. 예를 들어, 이하의 식으로 나타내는 평균 확산 각도 θd 가 1°이상이면, 다중 확산하는 광 확산 소자와의 조합에 의해, 글레어 (눈부심) 를 저감시킬 수 있다.
Figure pct00001
바람직하게는, 액정층 (513) 은 흑색 표시시에 수직 배향된 액정 분자를 포함한다. 이와 같은 액정층을 갖는 액정 셀의 구동 모드로는, 예를 들어, MVA (멀티 도메인 수직 배향) 모드, PVA (패턴 VA) 모드, TN (트위스티드 네마틱) 모드, ECB (전계 제어 복굴절) 모드, OCB (광학 보상 밴드) 모드를 들 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 실시예에 있어서의 평가 방법은 하기하는 바와 같다. 또한, 특별히 명기하지 않는 한, 실시예에 있어서의 「부」 및 「％」 는 중량 기준이다.
(1) 광 확산 소자의 두께
마이크로 게이지식 두께계 (미츠토요사 제조) 로 기재와 광 확산 소자의 합계 두께를 측정하고, 당해 합계 두께로부터 기재의 두께를 차감하여, 광 확산 소자의 두께를 산출하였다.
(2) 미세 요철상의 경계의 확인 그리고 요철 평균 피치 및 요철 평균 높이의 산출
투과형 전자 현미경 (TEM) (히타치 제작소 제조, 상품명 「H-7650」, 가속 전압 100 ㎸) 을 이용하여, 2 차원 및 3 차원의 화상을 관찰하였다. 2 차원 화상에 대해서는, 실시예 및 비교예에서 얻어진 광 확산 소자와 기재의 적층체를 액체 질소로 냉각시키면서, 마이크로톰으로 0.1 ㎛ 의 두께로 슬라이스하여 측정 시료로 하고, 당해 측정 시료의 광 확산 소자 부분의 미립자의 상태 및 당해 미립자와 매트릭스의 계면의 상태를 관찰하였다. 3 차원 화상에 대해서는, 상기에서 얻어진 측정 시료에 촬영 위치 보정용 마커로서 직경 5 ㎚ 의 금 입자를 부착시켜, -60°에서 60°에 걸쳐 1°마다 연속 경사 TEM 화상 (121 장) 을 촬영하였다. 이 121 장의 TEM 화상에 대해, Fiducial Marker 법에 의해 위치 보정을 실시하여, 3 차원 화상을 재구성하였다. 재구성 소프트로서 IMOD 3.9.3 1 을, 표시 소프트로서 Mercury Computer Systems, Amira 를 사용하였다. 상기와 같이 하여 얻어진 3 차원 재구성 이미지로부터, 광 확산성 미립자와 매트릭스의 계면 (실 계면) 을 추출하고, 당해 실 계면에 대해 근사 곡면에 의한 피팅을 실시하여, 실 계면에 있어서 근사 곡면으로부터 30 ㎚ 이상 돌출되어 있는 볼록부 사이의 거리 및 볼록부의 평균 높이로부터 미세 요철상의 경계의 요철의 평균 피치 및 요철 평균 높이를 구하였다. 또한, 피팅의 근사 곡선에는 하기 식을 사용하였다.
z = ax2＋by2＋cxy＋dx＋ey＋f
(3) 헤이즈
JIS 7136 에서 정하는 방법에 의해, 헤이즈 미터 (무라카미 색채 과학 연구소사 제조, 상품명 「HN-150」) 를 이용하여 측정하였다.
(4) 광 확산 반치각
광 확산 소자의 정면으로부터 레이저 광을 조사하여, 확산된 광의 확산 각도에 대한 확산 휘도를, 고니오 포토 미터로 1°간격으로 측정하고, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 레이저의 직진 투과광을 제외한 광 확산 휘도의 최대치로부터 절반의 휘도가 되는 확산 각도를 확산의 양측에서 측정하여, 당해 양측의 각도를 더한 것 (도 12 의 각도 A＋각도 A') 을 광 확산 반치각으로 하였다.
(5) 후방 산란율
실시예 및 비교예에서 얻어진 광 확산 소자와 기재의 적층체를, 투명 점착제를 개재하여 흑색 아크릴판 (스미토모 화학사 제조, 상품명 「SUMIPEX」 (등록상표), 두께 2 ㎜) 상에 첩합하여, 측정 시료로 하였다. 이 측정 시료의 적분 반사율을 분광 광도계 (히타치 계측기사 제조, 상품명 「U4100」) 로 측정하였다. 한편, 상기 광 확산 소자용 도공액으로부터 미립자를 제거한 도공액을 이용하여, 기재와 투명 도공층의 적층체를 제조하여 대조 시료로 하고, 상기와 동일하게 하여 적분 반사율 (즉, 표면 반사율) 을 측정하였다. 상기 측정 시료의 적분 반사율로부터 상기 대조 시료의 적분 반사율 (표면 반사율) 을 차감함으로써, 광 확산 소자의 후방 산란율을 산출하였다.
<실시예 1 : 광 확산 소자의 제조>
초미립자 성분으로서의 지르코니아 나노 입자 (평균 1 차 입자경 10 ㎚, 평균 입자경 60 ㎚, 굴절률 2.19) 를 62 ％ 함유하는 하드 코트용 수지 (JSR 사 제조, 상품명 「옵스타 KZ6661」 (MEK/MIBK 함유)) 100 부에, 수지 성분의 전구체로서의 펜타에리스리톨트리아크릴레이트 (오사카 유기 화학 공업사 제조, 상품명 「비스코트 ＃300」, 굴절률 1.52) 의 50 ％ 메틸에틸케톤 (MEK) 용액을 11 부, 광 중합 개시제 (BASF 재팬사 제조, 상품명 「이르가큐어 907」) 를 0.5 부, 레벨링제 (DIC 사 제조, 상품명 「GRANDIC PC 4100」) 를 0.5 부, 및 광 확산성 미립자로서의 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 미립자 (세키스이 화성품 공업사 제조, 상품명 「SAX-102」, 평균 입경 2.5 ㎛, 굴절률 1.495) 를 15 부 첨가하였다. 교반기 (아사다 철공 주식회사 제조, 상품명 「데스파 (DESPA)」) 를 이용하여 이 혼합물을 30 분간 교반하여 분산 처리를 실시하여, 상기의 각 성분이 균일하게 분산된 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 55 ％ 였다. 당해 도공액을 조제 후 즉시, 바 코터를 이용하여 TAC 필름 (후지 필름사 제조, 상품명 「후지탁」, 두께 40 ㎛) 으로 이루어지는 기재 상에 도공하고, 100 ℃ 에서 1 분간 건조 후, 적산 광량 300 mJ/㎠ 의 자외선을 조사하여, 두께 11 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자에 있어서의 매트릭스의 평균 굴절률 nM 과 광 확산성 미립자의 굴절률 nP 의 차는 0.12 (nM>nP) 였다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ～ (5) 의 평가에 제공하였다. 결과를, 후술하는 실시예 2 ～ 10 및 비교예 1 ～ 3 의 결과와 아울러 표 1 에 나타낸다. 또한 얻어진 광 확산 소자를 TEM 으로 관찰하였다. 결과를 도 13 에 나타낸다. 당해 TEM 화상으로부터 3 차원 화상을 재구성하고, 나아가 당해 3 차원 재구성 이미지를 2치화하였다. 그 결과, 도 2b ～ 도 2e 에 나타내는 바와 같은 미세 요철상의 경계가 형성되어 있는 것을 확인하였다. 더하여, 당해 TEM 화상으로부터, 광 확산성 미립자 표면으로부터의 거리와 초미립자 성분의 분산 농도 (존재 비율) 의 관계를 산출하였다. 그 결과, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 초미립자 성분의 분산 농도의 구배가 형성되어 있는 것을 확인하였다.
Figure pct00002
<실시예 2 : 광 확산 소자의 제조>
광 확산성 미립자로서 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 미립자 (세키스이 화성품 공업사 제조, 상품명 「XX-131AA」, 평균 입경 2.5 ㎛, 굴절률 1.495) 를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다. 형성된 미세 요철상의 경계에 있어서, 볼록부 사이의 최대 거리는 32 ㎚ 이고, 평균 피치는 19 ㎚ 였다. 또한, 요철의 최대 높이는 78 ㎚ 이고, 요철 평균 높이는 52 ㎚ 였다.
<실시예 3 : 광 확산 소자의 제조>
광 확산성 미립자로서의 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 미립자 (네가미 공업사 제조, 상품명 「아트펄 J4P」, 평균 입경 2.5 ㎛, 굴절률 1.495) 를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<실시예 4 : 광 확산 소자의 제조>
초미립자 성분으로서 티타니아 나노 입자 (평균 1 차 입자경 10 ㎚, 평균 입자경 60 ㎚, 굴절률 2.3) 를 60 ％ 함유하는 하드 코트용 수지 (JSR 사 제조, MEK/PGME 함유) 100 부를 사용한 것 이외에는 실시예 3 과 동일하게 하여, 두께 11 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<실시예 5 : 광 확산 소자의 제조>
수지 성분의 전구체로서 하이드록시에틸아크릴아미드 (주식회사 코진 제조, 상품명 「HEAA」, 굴절률 1.52) 의 50 ％ MEK 용액 11 부를 사용한 것 이외에는 실시예 3 과 동일하게 하여, 두께 11 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<실시예 6 : 광 확산 소자의 제조>
수지 성분의 전구체로서 아크릴로일모르폴린 (주식회사 코진 제조, 상품명 「ACMO」, 굴절률 1.52) 의 50 ％ MEK 용액 11 부를 사용한 것 이외에는 실시예 3 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<실시예 7 : 광 확산 소자의 제조>
광 확산성 미립자로서 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 에 친수기를 부여한 미립자 (세키스이 화성품 공업 제조, 상품명 「XX-157-AA」, 평균 입자경 2.5 ㎛, 굴절률 1.495) 15 부를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<실시예 8 : 광 확산 소자의 제조>
광 확산성 미립자로서 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 과 폴리스티렌 (PS) 의 공중합 미립자 (세키스이 화성품 공업 제조, 상품명 「XX-164-AA」, 평균 입자경 2.5 ㎛, 굴절률 1.495) 15 부를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<실시예 9 : 광 확산 소자의 제조>
초미립자 성분으로서의 지르코니아 나노 입자의 하드 코트용 수지 중의 함유량을 25 ％ 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 9 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<실시예 10 : 광 확산 소자의 제조>
초미립자 성분으로서 실리카 나노 입자 (평균 1 차 입자경 10 ㎚, 평균 입자경 40 ㎚, 굴절률 1.49) 를 30 ％ 함유하는 하드 코트용 수지 (JSR 사 제조, 상품명 「Z7540」) 100 부에, 광 확산성 미립자로서 폴리스티렌 (PS) 미립자 (소켄 화학사 제조, 상품명 「SX-350H」, 평균 입자경 3.5 ㎛, 굴절률 1.595) 15 부를 첨가한 것, 그리고 당해 PS 미립자의 표면을 MEK 로 처리하여 미세 요철 형상으로 한 것 (PS 미립자를 별사탕과 같은 형상으로 한 것) 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다. 또한 얻어진 광 확산 소자의 광 확산성 미립자 근방의 TEM 화상을 도 14 에 나타낸다. 이 TEM 화상으로부터, 미세 요철상의 경계가 형성되어 있는 것을 확인하였다.
<비교예 1>
광 확산성 미립자로서 PMMA 미립자 대신에 실리콘 수지 미립자 (모멘티브·퍼포먼스·머테리얼즈사 제조, 상품명 「토스펄 120」, 평균 입경 2.0 ㎛, 굴절률 1.43) 를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 13 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<비교예 2>
초미립자 성분으로서의 지르코니아 나노 입자를 함유하지 않는 하드 코트용 수지를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다. 또한 얻어진 광 확산 소자의 광 확산성 미립자 근방의 TEM 화상을 도 15 에 나타낸다. 이 TEM 화상으로부터, 광 확산성 미립자와 매트릭스의 계면은 명확하고, 미세 요철상의 경계는 형성되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
<비교예 3>
광 확산성 미립자로서 실리카에 메틸 수식을 실시한 미립자 (닛폰 촉매 제조, 상품명 「씨호스타 KE-250」) 15 부를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 실시예 1 과 동일한 평가에 제공하였다. 결과를 상기 표 1 에 나타낸다.
<실시예 11 : 액정 표시 장치의 제조>
멀티 도메인형 VA 모드의 액정 셀을 구비하는 시판되는 액정 텔레비전 (SONY 사 제조, 브라비아 20 형, 상품명 「KDL20J3000」) 으로부터 액정 셀을 취출하였다. 당해 액정 셀의 양측에, 시판되는 편광판 (닛토 전공사 제조, 상품명 「NPF-SEG1423DU」) 을, 각각의 편광자의 흡수축이 직교하도록 하여 첩합하였다. 보다 구체적으로는, 백라이트측 편광판의 편광자의 흡수축 방향이 수직 방향 (액정 패널의 장변 방향에 대해 90°) 이 되고, 시인측 편광판의 편광자의 흡수축 방향이 수평 방향 (액정 패널의 장변 방향에 대해 0°) 이 되도록 하여 첩합하였다. 또한 시인측 편광판의 외측에, 실시예 1 의 광 확산 소자를 기재로부터 전사하여 첩합하여, 액정 패널을 제조하였다.
한편, PMMA 시트의 편면에, 렌티큘러 렌즈의 패턴을, 전사 롤을 이용하여 용융 열 전사하였다. 렌즈 패턴이 형성된 면과는 반대측의 면 (평활면) 에, 렌즈의 초점만 광이 투과하도록, 알루미늄의 패턴 증착을 실시하고, 개구부의 면적 비율 7 ％ (반사부의 면적비율 93 ％) 의 반사층을 형성하였다. 이와 같이 하여 집광 소자를 제조하였다. 백라이트의 광원으로서 냉음극 형광 램프 (소니사 제조, BRAVIA20J 의 CCFL) 를 이용하여 당해 광원에 집광 소자를 부착하여, 콜리메이트광을 출사하는 평행광 광원 장치 (백라이트 유닛) 를 제조하였다.
상기 액정 패널에 상기 백라이트 유닛을 장착하여, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템의 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대해 어두운 곳에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 경사 방향에서 본 경우, 밝은 곳에서의 흑색 표시가 검고 또한 어두운 곳의 백색 표시의 휘도가 높다는 양호한 표시 특성을 나타냈다.
<비교예 4>
비교예 1 의 광 확산 소자를 사용한 것 이외에는 실시예 11 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대해 어두운 곳에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 경사 방향에서 본 경우, 어두운 곳의 백색 표시의 휘도는 높았지만, 밝은 곳에서의 흑색 표시는 허옇게 보였다.
<비교예 5>
비교예 2 의 광 확산 소자를 사용한 것 이외에는 실시예 11 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대해 어두운 곳에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 경사 방향에서 본 경우, 어두운 곳의 백색 표시의 휘도는 높았지만, 밝은 곳에서의 흑색 표시는 허옇게 보였다.
<실시예 12 : 액정 표시 장치의 제조>
실시예 1 의 광 확산 소자 대신에 실시예 2 의 광 확산 소자를 사용한 것 이외에는 실시예 11 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대해 어두운 곳에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 경사 방향에서 본 경우, 밝은 곳에서의 흑색 표시가 검고 또한 어두운 곳의 백색 표시의 휘도가 높다는 양호한 표시 특성을 나타냈다.
<실시예 13 : 액정 표시 장치의 제조>
실시예 1 의 광 확산 소자 대신에 실시예 3 의 광 확산 소자를 사용한 것 이외에는 실시예 11 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대해 어두운 곳에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 경사 방향에서 본 경우, 밝은 곳에서의 흑색 표시가 검고 또한 어두운 곳의 백색 표시의 휘도가 높다는 양호한 표시 특성을 나타냈다.
<평가>
표 1 로부터 명확한 바와 같이, 미세 요철상의 경계가 형성된 실시예의 광 확산 소자는, 헤이즈가 높고, 또한 후방 산란율이 낮았다. 또한, 실시예의 광 확산 소자는 두께가 9 ㎛ ～ 11 ㎛ 로, 매우 얇다. 또한 실시예의 광 확산 소자는, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템의 액정 표시 장치의 프론트 확산 소자로서 사용한 경우에, 매우 우수한 표시 특성을 나타냈다. 한편, 미세 요철상의 경계가 형성되지 않은 비교예 1 의 광 확산 소자는, 헤이즈는 높지만 후방 산란율이 높고, 비교예 2 의 광 확산 소자는, 후방 산란율은 낮지만 헤이즈는 극히 불충분하였다. 비교예의 광 확산 소자는, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템의 액정 표시 장치의 프론트 확산 소자로서 사용한 경우에, 밝은 곳에서의 흑색 표시가 허옇다는 문제가 관찰되었다.
산업상 이용가능성
본 발명의 광 확산 소자 및 광 확산 소자가 형성된 편광판은, 액정 표시 장치의 시인측 부재, 액정 표시 장치의 백라이트용 부재, 조명 기구 (예를 들어, 유기 EL, LED) 용 확산 부재에 바람직하게 이용될 수 있고, 콜리메이트 백라이트 프론트 확산 시스템의 액정 표시 장치의 프론트 확산 소자로서 특히 바람직하게 이용될 수 있다.
10 : 매트릭스
11 : 수지 성분
12 : 초미립자 성분
20 : 광 확산성 미립자
25 : 미세 요철상의 경계
30 : 굴절률 변조 영역
100, 100' : 광 확산 소자
110 : 편광자
120 : 보호층
130 : 보호층
200 : 광 확산 소자가 형성된 편광판
500 : 액정 표시 장치

Claims (10)

  1. 제 1 굴절률을 갖는 제 1 영역과 제 2 굴절률을 갖는 제 2 영역을 갖고,
    그 제 1 영역 및 그 제 2 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계를 형성하고 있는, 광 확산 소자.
  2. 매트릭스와 그 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖고,
    그 매트릭스와 그 광 확산성 미립자의 계면 또는 그 근방에서 굴절률이 상이한 2 개의 영역이 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계를 형성하고 있는, 광 확산 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 매트릭스가 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하고, 상기 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계가, 그 매트릭스 중의 그 초미립자 성분이 분산되어 있는 영역과 분산되어 있지 않은 영역에 의해 형성되어 있는, 광 확산 소자.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 미세 요철상이고 또한 구각상의 경계가, 상기 광 확산성 미립자의 표면의 요철에 의해 형성되어 있는, 광 확산 소자.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초미립자 성분의 평균 1 차 입자경이 1 ㎚ ～ 100 ㎚ 인, 광 확산 소자.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    헤이즈가 90 ％ ～ 99.9 ％ 인, 광 확산 소자.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두께가 4 ㎛ ～ 50 ㎛ 인, 광 확산 소자.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 확산 반치각이 10°～ 150°인 광 확산 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 광 확산 소자와 편광자를 갖는, 광 확산 소자가 형성된 편광판.
  10. 액정 셀과,
    그 액정 셀을 향해 콜리메이트광을 출사하는 평행광 광원 장치와,
    그 액정 셀을 통과한 콜리메이트광을 투과 및 확산시키는, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 광 확산 소자를 구비하는, 액정 표시 장치.
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