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JP2004333716A - 光拡散層、光拡散フィルムおよび光拡散粘着シート - Google Patents

光拡散層、光拡散フィルムおよび光拡散粘着シート Download PDF

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JP2004333716A JP2003127691A JP2003127691A JP2004333716A JP 2004333716 A JP2004333716 A JP 2004333716A JP 2003127691 A JP2003127691 A JP 2003127691A JP 2003127691 A JP2003127691 A JP 2003127691A JP 2004333716 A JP2004333716 A JP 2004333716A
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Akira Murata
亮 村田
Kensaku Azuma
健策 東
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Tomoegawa Co Ltd
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Tomoegawa Paper Co Ltd
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Abstract

【課題】本願発明は、液晶表示装置のバックライト等の照明装置に用いられる、十分な透過光強度を有し、かつ画面法線方向に対して適度な角度範囲に光を拡散させる光拡散層、光拡散フィルムおよび光拡散粘着シートを提供することを目的とする。
【解決手段】本願発明の光拡散層は、樹脂マトリックスおよび該樹脂マトリックスと屈折率の異なる球状フィラーを含有する光拡散層であって、該光拡散層の厚さT(μm)と、該樹脂マトリックスと該球状フィラーとの屈折率差Δnと、該光拡散層に対する該球状フィラーの体積含有率Cv(%)との関係が、20≦T×Δn×Cv≦75を満たす必要がある。また、樹脂マトリックスは粘着剤であってもよい。
【選択図】なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置のバックライト等の照明装置に用いて好適な光拡散層、光拡散フィルムおよび光拡散粘着シートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置には、液晶セルの他に光の反射、透過、拡散、屈折、偏光等を制御する各種媒体が多く使用されている。この内光拡散媒体の代表的なものとしては、導光板上に配置するいわゆる拡散フィルムがある。エッジライト式のバックライトシステムでは、導光板の端面の光源より光が入射するため、一般に導光板から出射する光の大部分は、導光板の法線方向から外れて光源と反対方向に傾いて出射され、また導光板に印刷された反射ドットがそのまま見えてしまう。そこで、導光板上にいわゆる拡散フィルムを配置し、反射ドットを目立たなくすると共に、出射角度を法線方向に向けて立ち上げることが行われている。
【0003】この拡散フィルムは、その構成から3種類に大別される。すなわち、▲1▼フィルム基材中に基材と異なる屈折率を有する光拡散材を含有させたもの、▲2▼押圧ロールによる加熱・加圧やサンドブラスト法等によりフィルム表面の樹脂層に多数の微細な凹凸を形成したもの、▲3▼透明フィルム上に光拡散材を含有する塗料を塗工したもの等が知られている。この内、▲3▼の塗工タイプは製造が容易で、材料の組み合わせで光学特性を制御し易いため多くの開発が行われており、特許文献1で示すように出射光の法線方向への集光能力をある程度有することも知られている。
【0004】
【特許文献1】特開平6−59107号公報
【非特許文献1】月刊ディスプレイ、株式会社テクノタイムズ社、2001年11月1日、2001年11号、p.51、p.68
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
エッジライト式のバックライトシステムでは、従来導光板上に拡散フィルム、プリズムシート2枚、輝度向上フィルム等をこの順に配置している。すなわち、導光板からの出射光を一度拡散フィルムで広い角度に拡散させ、これを上向きの直交する2枚のプリズムシートで集光して表示面と垂直方向へ出射し、更に必要に応じて輝度上昇フィルムにより表示輝度を上げるように工夫されている。しかし、表示輝度をより向上させるため、また部材点数を減らすために、非特許文献1に示されるように、最近バックライトの導光板にも様々な工夫が施されてきている。具体的には両面プリズム導光板と下向きプリズムシートを組み合わせる、導光板の出射面や背面にマイクロ反射素子やマイクロ偏向素子を設ける等により、導光板から法線方向の狭い角度範囲に集光した光を出射することが出来るようになってきた。これらの新型導光板を使用する場合、従来の光拡散フィルムでは拡散性能が高過ぎて折角集光した光が無駄になってしまう。しかし拡散フィルムなしでは、導光板に施されたプリズム形状やマイクロ反射素子、マイクロ偏向素子等の模様が現れるため、またLCDの表示品位を向上させるためにも、それぞれの用途に合わせて一定の光拡散性能を有する拡散フィルムが求められている。
【0006】光拡散フィルムを評価する方法のひとつとして変角光度計が使用される。変角光度計を使って透過拡散光の角度依存性を測定するシステムを図1に示すが、光源(11)からの直線光を一定の角度(入射角α)で光拡散フィルム(13)に入射し、その後方に位置する受光器(12)を一定のピッチで光拡散フィルム(13)を中心として回転移動させながら、それぞれの角度(出射角β)における拡散光強度を測定している例である。なお、この場合は入射角αを固定し、出射角βを変化させながら測定しているが、逆に出射角βを固定して、入射角αを変化させることも可能である。また、光拡散フィルムに対して光入射側と同じ側に受光器を配置することにより、透過だけでなく反射光の拡散性を評価することも可能である。更に、フィルム単独でなく、その背面に光源や導光板を備えたバックライトを配置することにより、出射光の角度依存性を実際に即して測定することも可能である。
【0007】変角光度計を使用して、上述した従来タイプの光拡散フィルムを測定した場合、広い出射角度範囲にわたり拡散光が検出されるが、その分直線透過光強度は低下してしまう。すなわち直線透過強度をあまり低下させずに狭い角度範囲だけに光を拡散させるものは未だ得られていない状況である。本発明はこのような状況を踏まえて、入射光を適度な角度範囲に拡散することが可能な構造の光拡散媒体を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決すべく、上述の光拡散フィルム(光拡散層)に必要とされる光透過強度の角度依存性の定量化、ならびにそれらを満たす光拡散層の構成、すなわち材料種、組成、層の厚さなどをパラメータとした実験を重ねた。その結果、入射光を適度な角度範囲に拡散することが可能な光拡散層を提供するに至ったものである。
【0009】本発明の光拡散層は、樹脂マトリックスおよび該樹脂マトリックスと屈折率の異なる球状フィラーを含有する光拡散層であって、該光拡散層の厚さT(μm)と、該樹脂マトリックスと該球状フィラーとの屈折率差Δnと、該光拡散層に対する該球状フィラーの体積含有率Cv(%)との関係が、20≦T×Δn×Cv≦75を満たすことを特徴とする。また、本発明の光拡散層を構成する該樹脂マトリックスは、粘着剤からなること(請求項2)が好ましい。さらに、本発明の光拡散層を構成する球状フィラーは粒径が、1μm以上10μm以下であること(請求項3)、また、粘着剤を用いた光拡散層の厚さは、10μm以上100μm以下であること(請求項4)が好ましい。本発明の光拡散フィルム(請求項5)は、前記請求項1で特定する光拡散層が透明基体上に設けられており、本発明の光拡散粘着シート(請求項6)は、前記請求項2で特定する光拡散層の少なくとも片面に、離型シートが設けられている。
【0010】以下、本発明の構成について詳述する。本発明の光拡散層を構成する樹脂マトリックスは、光透過性を有する熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂等の樹脂材料であれば特に制限はない。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂が使用可能である。また下記に述べるような常温で感圧接着性を有する粘着剤が好適に使用される。
【0011】すなわち、本発明の光拡散層を構成する樹脂マトリックスとしての粘着剤としては、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂をあげることができる。これらを単独もしくは2種以上混合して使用してもよい。特に、アクリル系樹脂は光学的透明性が高いこと、偏光板の保護フィルムであるTACフィルムと近い屈折率を持つこと、偏光板用の粘着剤として信頼性が高く実績が多いこと、比較的安価なこと等から好ましい。
【0012】アクリル系粘着剤としては、アクリル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエステル、アクリルアミド、アクリロニトリル等のアクリルモノマーの単独重合体もしくはそれらの共重合体、更に、前記アクリルモノマーの少なくとも1種と、酢酸ビニル、無水マレイン酸、スチレン等のビニルモノマーとの共重合体などが挙げられる。特に、粘着性を発現するエチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等の主モノマー、凝集力成分となる酢酸ビニル、アクリルアミド、アクリロニトリル、スチレン、メタクリレート等のモノマー、さらに接着力を向上させたり、架橋化起点を付与させたりするアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸、ヒドロキシルエチルメタクリレート、ヒドロキシルプロピルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メチロールアクリルアミド、グリシジルメタクリレート等の官能基含有モノマーがあげられる。また、必要に応じて屈折率を調整するための含フッ素アクリレートや含硫黄アクリレート等からなる共重合体を用いてもよい。これらの樹脂のTg(ガラス転移点)は−60〜−15℃の範囲にあり、重合平均分子量が10万〜200万の範囲にあるものが好ましい。
【0013】また、アクリル系粘着剤としては、末端や側鎖にアクリル基を有するオリゴマー及びアクリル系モノマーに、光重合開始剤等を配合した光重合性塗料が挙げられる。このような光重合性塗料は、基材に塗工された後、紫外線照射されることにより、塗工層が粘着剤化するので、アクリル系粘着剤として使用することができる。前記アクリル系粘着剤には、必要に応じて、金属キレート系、イソシアネート系、エポキシ系等の架橋剤を1種あるいは2種以上混合して用いることができる。また、これら粘着剤の屈折率としては、1.40〜1.70の範囲であることが好ましく、特に1.45〜1.55の範囲が好ましい。なお、本発明でいう樹脂マトリックスとしては、上記以外にも、常温で感圧接着性のないポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートおよびポリ塩化ビニル樹脂等が使用できる。
【0014】本発明において上記粘着剤中に混合・分散される球状フィラーとして、シリカ、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合体樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム等の透明微粒子を挙げることができる。このようなフィラーの平均粒子径は、好ましくは1〜10μm、より好ましくは1〜5μmである。平均粒子径が1μm未満では、光拡散性能が低く、導光板の反射ドットやマイクロ反射素子、マイクロ偏向素子が見えてくるため好ましくない。一方、平均粒子径が10μmを超えると、粒子が粗すぎて画面の背景に梨地模様やギラツキが見え、コントラストが低下することになる。なお、ここでいう平均粒子径は、コールターカウンター法により測定されるものである。また、フィラーの粒子径は、光拡散層の光学特性の均一性から、そろっている方が一般には好ましい。その一方で、拡散特性を微妙に調整するために、材質や粒径の異なる2種類以上の球状フィラーを一定の割合で混入して、粘着剤中に分散・使用することも可能である。
【0015】本発明(請求項5)において使用可能な透明基体としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、セロファン、芳香族ポリアミド、シクロオレフィン系樹脂等のフィルムが挙げられる。この透明基体の厚さは、20〜200μmが好ましく、40〜100μmがより好ましい。厚さが20μm以下、または200μm以上では、ハンドリングに不具合があり、また厚いものは原材料が増えるため経済的にも割高になってしまう。
【0016】本発明においては、光拡散層、光拡散フィルム、光拡散粘着シートを構成するマトリックス樹脂および該マトリックス樹脂と屈折率の異なる球状フィラーについて、該光拡散層の厚さT(μm)と、該マトリックス樹脂と該球状フィラーとの屈折率差Δnと、該光拡散層に対する該球状フィラーの体積含有率Cv(%)との関係が、20≦T×Δn×Cv≦75を満たすことを特徴としている。これらの範囲は、本発明の目的である入射光を狭い範囲に拡散させる光拡散層を実現するための必須構成要件である。これは、光の拡散がこの3つのパラメータによって規定されることを意味しており、これらT、Δn、Cvの3つのパラメータの積を上記範囲に収めることにより、導光板からの光をより効率的に液晶表示装置の表示に活用することができるのである。3つのパラメータの積を上記範囲に制御するには、下記機能を発現するT、Δn、Cvを適宜設定組み合わせることにより行うことができる。
【0017】より具体的に説明すると、光拡散層厚T(μm)は、光拡散層に入射した光が拡散しつつ出射するまでのおおむねの距離を表しており、Tが大きくなるとより広く拡散することになり、逆に小さくなると拡散は狭くなる。また、マトリックス樹脂と球状フィラーとの屈折率差Δnは、その界面においての光拡散の程度を表しており、Δnが大きくなるとより広く、小さくなるとより狭く拡散する。さらに光拡散層に対する球状フィラーの体積含有率Cvは、マトリックス樹脂と球状フィラーとの界面の広さを表しており、Cvが大きくなるとより広く、小さくなるとより狭く拡散する。そしてそれらの積が20未満では、光拡散性が低すぎて導光板の反射ドットやマイクロ反射素子、マイクロ偏向素子が見えてしまうため好ましくなく、逆に75よりも大きいと、光拡散性が高くなりすぎるために導光板からの光を効率的に活用することができず、液晶表示装置の表示が暗く、またコントラストが低下するため好ましくない。
【0018】また、本発明においては、光拡散層の厚さは2〜200μmであることが好ましい。層の厚さが2μm未満では、薄すぎて光拡散性能が不十分であり、200μmより厚いと光線透過率が低下すると共に、原材料が増えるため経済的にも割高になってしまう。なお、樹脂マトリックスが粘着剤の場合には、光拡散層の厚さは10〜100μmであることが好ましい。層の厚さが10μm未満では粘着力を発揮することができず、100μmより厚いと、粘着剤は常温で流動性を有することから、粘着層を希望するディスプレイ光源に貼り付けた後に動いてしまい好ましくない。
【0019】本発明の光拡散層は、20μm程度以上の厚さを有するものであれば単独で使用可能であり、あるいは透明基体状に積層した形態で使用される。一方、光拡散粘着シートは、光拡散層の少なくとも片面、好ましくは両面に離型シートを設けたものである。本発明の光拡散層のうち、粘着性を有する光拡散層は、通常、光拡散粘着シートの積層形態で、切断、搬送および保管される。したがって、本発明より得られた光拡散層の両面に離型シートを設けた光拡散粘着シートを液晶表示装置に応用するには、一方の離型シートを剥がして、偏光板や位相差板、液晶パネル、プリズムシート、導光板、輝度向上フィルム、光反射材等に貼りあわされ、さらにもう一方の離型シートを剥がして、別の部材に貼りあわせて使用される。
【0020】本発明の光拡散層は、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂マトリックス中に、球状フィラーを熱溶融混練し押出しフィルム化して形成したり、樹脂マトリックスの溶液中に球状フィラーを分散した塗料を高平滑のロールやベルト上にキャストして溶剤を揮発させた後で剥離する等の方法で作製することが出来る。また本発明の光拡散フィルムは、同じく樹脂マトリックスの溶液中に球状フィラーを分散した塗料を透明PETフィルム等の透明基体上に塗工して設ける等の方法で作製することが出来る。更に光拡散粘着シートは、例えば、以下のようにして作製される。まず、粘着剤等の樹脂マトリックス中に球状フィラーを分散して調製した塗料を、離型シート上に塗工・乾燥して、光拡散層を形成させる。さらに、光拡散層上に別の離型シートをラミネートすることにより、光拡散粘着シートが作製される。なお、塗料の調製には、球状フィラーの分散性向上や、濡れ性、レベリング性、乾燥性等の塗工適性を向上させるために、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン等の溶剤を添加することができる。
【0021】球状フィラーの粘着剤への分散は、ディスパー、アジター、ボールミル、アトライター等の各種混合・攪拌装置、分散装置を使用して行われる。また、塗料は塗工前に脱泡することが好ましい。光拡散層用の塗料の塗工は、リバースコーター、ダムコーター、コンマコーター、ダイコーター、ドクターバーコーター、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、ロールコーター等のコーターを使用し行われる。さらに、粘着剤成分の硬化または安定化のために、光拡散粘着シートを巻き取った状態もしくはシートの状態で、室温または30〜60℃程度の温度環境下に1日から2週間程度おき、キュアーを行ってもよい。
【0022】ここで、入射した光を適度な角度範囲に拡散する光拡散フィルムとして好ましい光拡散性の定量的な指標について述べる。図2に示すのは、変角光度計を用いて光拡散層に入射角0°で光線を入射したとき、前方へ透過する透過光(前方散乱光)の光強度の角度依存性の一例を示す図である。(a)には正面160°(出射角が−80°〜80°)の範囲に透過した光強度P(160)を示す。(b)には、このうち正面60°(出射角が−30°〜30°)に透過した光強度P(60)を示す。(c)には正面20°(出射角が−10°〜10°)の範囲に透過した光強度P(20)を示す。ここで、P(60)/P(160)を正面60°透過光割合と定義し、P(20)/P(160)を正面20°透過光割合と定義する。本発明者は、表示装置に最適な光拡散層に要求される透過光の角度依存性について検討した結果、正面60°透過光割合が90%以上であり、かつ、正面20°透過光割合が80%以下という条件を満たすことが必要であることを見出した。本発明ではこれを好ましい光拡散性の定量的な指標とした。
【0023】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、本願発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0024】(実施例1〜7)下記の方法により、実施例1〜7の光拡散粘着シートを作製した。屈折率1.47、比重0.81g/cmのアクリル系粘着剤(商品名:SKダインH−5F、全固形分30%、希釈溶剤酢酸エチル、綜研化学社製)100重量部に対して、イソシアネート系架橋剤(商品名:D−90、綜研化学社製)0.2重量部を添加したベース塗料に、表1の実施例1〜7記載の各種球状フィラーを添加し、アジターで30分間攪拌して球状フィラーを分散させ、7種類の光拡散層用塗料を調製した。調製した各塗料をフィルム厚38μmの離型ポリエチレンテレフタレートフィルム(商品名:38PF、リンテック社製)にコンマコーターを用いて、乾燥後に所定の膜厚になるように塗工し、これを乾燥して光拡散層を形成した後、該光拡散層上に38μmの離型ポリエチレンテレフタレートフィルム(商品名:3801、リンテック社製)をラミネートし、実施例1〜7の光拡散粘着シートを得た。
【0025】各シートの光拡散層中に含まれる球状フィラーの種類、屈折率、比重、粒子径、含有量(重量部)、および光拡散層厚T、屈折率差Δn、フィラーの体積含有率Cvとそれらの積、さらにはシートの全光線透過率、ヘーズ値を表1に示した。ここで、表中の全光線透過率Tt(%)とヘーズ値Hz(%)は、日本電色工業社製のヘーズメーターNDH2000を用いて測定した。
【0026】正面60°内、および正面20°内透過光の測定は下記のように行った。変角光度計(製品名GP−5:村上色彩技術研究所社製)によって、実施例の各シートに対し、入射角0°で光線を入射した際の透過強度を、出射角−80〜80°の範囲で測定し、正面60°透過光割合と正面20°透過光割合を算出した。表2にその結果を示す。図3と図4に実施例1と実施例7の透過光強度の角度依存性を示す。
【0027】(比較例1〜4)実施例1〜7と同様に、表1中の比較例1〜4に記載の各種球状フィラーを用いて、光拡散粘着シートを4種類作製した。比較例の光拡散シートの各種測定は実施例で記載した方法で行った。それらの測定値および測定値から得られる光拡散層厚T、屈折率差Δn、フィラーの体積含有率Cvとそれらの積の計算値は表1および表2に実施例での値とともに記載した。図5と図6に比較例1と比較例3の透過光強度の角度依存性を示す。
【0028】実施例および比較例の各シートの目視評価は、図7に示すように、エッジライト方式の導光板(71)ユニット上に各光拡散粘着シート(73)を載せ、ライト(72)を点灯させた際に、シート法線方向から目視により、導光板の反射ドットがシートから透けて見えないかを観察する方法を採った。表2にその結果を示す。
【0029】表2から明らかなように、実施例1〜7の、20≦T×Δn×Cv≦75の範囲にある光拡散粘着シートは、正面60°透過光割合が90%以上であり、なおかつ正面20°透過光割合が80%以下であり、入射光を狭い範囲で、なおかつ背面に位置する導光板の反射ドットが見えない程度に効率的に拡散している。一方、T×Δn×Cvが20未満であった比較例1および2の光拡散粘着シートでは、導光板の反射ドットが透けて見えるために、光拡散シートに本来求められる反射ドットを目立たなくさせる機能を満たしていないことがわかる。また、T×Δn×Cvが75よりも大きい比較例3および4の光拡散粘着シートでは、正面60°透過光割合が低く、本発明の目的である入射光を狭い範囲で拡散させることができず、効率が悪いことがわかる。
【0030】
【表1】
Figure 2004333716
【0031】
【表2】
Figure 2004333716
【0032】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の、樹脂マトリックスおよび該樹脂マトリックスと屈折率の異なる球状フィラーを含有する光拡散層において、該光拡散層の厚さT(μm)と、該樹脂マトリックスと該球状フィラーとの屈折率差Δnと、該光拡散層に対する該球状フィラーの体積含有率Cv(%)との関係が、20≦T×Δn×Cv≦75を満たす光拡散層は、正面60°の透過光割合が90%以上であり、なおかつ正面20°透過光割合が80%以下であり、入射光を適度な角度範囲に拡散することが可能である。したがって、本願発明によって、液晶表示装置のバックライト等の照明装置に好適な光拡散層および光拡散粘着シートを提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施例において、透過拡散光の角度依存性を測定するのに用いた測定システムの概略図
【図2】光拡散フィルムから透過する透過光の出射角度依存性を示す図。(a)は正面160°の範囲に透過する光強度を示し、(b)は正面60°の範囲に透過する光強度を示し、(c)は正面20°の範囲に透過する光強度を示す。
【図3】本願発明実施例1の光拡散粘着シートの透過光の出射角度依存性を示す図。
【図4】本願発明実施例7の光拡散粘着シートの透過光の出射角度依存性を示す図。
【図5】比較例1の光拡散粘着シートの透過光の出射角度依存性を示す図。
【図6】比較例3の光拡散粘着シートの透過光の出射角度依存性を示す図。
【図7】本願発明の実施例で用いた目視検査の概略図
【符号の説明】
11‥‥光源
12‥‥受光器
13‥‥光拡散フィルム
71‥‥導光板
72‥‥ライト
73‥‥光拡散粘着シート

Claims (6)

  1. 樹脂マトリックスおよび該樹脂マトリックスと屈折率の異なる球状フィラーを含有する光拡散層であって、該光拡散層の厚さT(μm)と、該樹脂マトリックスと該球状フィラーとの屈折率差Δnと、該光拡散層に対する該球状フィラーの体積含有率Cv(%)との関係が、20≦T×Δn×Cv≦75を満たすことを特徴とする光拡散層。
  2. 前記樹脂マトリックスが粘着剤からなることを特徴とする請求項1に記載の光拡散層。
  3. 前記球状フィラーの粒径が、1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1および請求項2に記載の光拡散層。
  4. 前記光拡散層の厚さが、10μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項2および請求項3に記載の光拡散層。
  5. 請求項1に記載の光拡散層を透明基体上に設けたことを特徴とする光拡散フィルム。
  6. 請求項2に記載の光拡散層の少なくとも片面に、離型シートが設けられていることを特徴とする光拡散粘着シート。
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