KR20110118182A - 광 확산 소자, 광 확산 소자 부착 편광판, 및 이들을 사용한 액정 표시 장치, 그리고 광 확산 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
헤이즈값이 높고, 강한 확산성을 가지며, 또한 후방 산란이 억제되고, 게다가 저비용으로 생산성이 우수한 광 확산 소자를 제공하는 것.
본 발명의 광 확산 소자는, 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하는 매트릭스와, 그 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖고 ; 그 수지 성분, 그 초미립자 성분 및 그 광 확산성 미립자가 하기 식 (1) 을 만족시키고 ; 그 매트릭스와 그 광 확산성 미립자의 계면 근방에 형성되며, 그 광 확산성 미립자로부터 멀어짐에 따라 그 수지 성분의 중량 농도가 낮아져 그 초미립자 성분의 중량 농도가 높아지는 농도 변조 영역을 갖는다 :
｜nP － nA｜ ＜ ｜nP － nB｜ … (1)
식 (1) 중, nA 는 매트릭스의 수지 성분의 굴절률을 나타내고, nB 는 매트릭스의 초미립자 성분의 굴절률을 나타내며, nP 는 광 확산성 미립자의 굴절률을 나타낸다.
본 발명의 광 확산 소자는, 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하는 매트릭스와, 그 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖고 ; 그 수지 성분, 그 초미립자 성분 및 그 광 확산성 미립자가 하기 식 (1) 을 만족시키고 ; 그 매트릭스와 그 광 확산성 미립자의 계면 근방에 형성되며, 그 광 확산성 미립자로부터 멀어짐에 따라 그 수지 성분의 중량 농도가 낮아져 그 초미립자 성분의 중량 농도가 높아지는 농도 변조 영역을 갖는다 :
｜nP － nA｜ ＜ ｜nP － nB｜ … (1)
식 (1) 중, nA 는 매트릭스의 수지 성분의 굴절률을 나타내고, nB 는 매트릭스의 초미립자 성분의 굴절률을 나타내며, nP 는 광 확산성 미립자의 굴절률을 나타낸다.
Description
본 발명은, 광 확산 소자, 광 확산 소자 부착 편광판, 및 이들을 사용한 액정 표시 장치, 그리고 광 확산 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
광 확산 소자는, 조명 커버, 프로젝션 텔레비전의 스크린, 면 발광 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 산란되지만, 일부는 후방 (입사면측) 으로 산란된다. 미립자와 매트릭스의 굴절률차가 클수록 확산성 (예를 들어, 헤이즈값) 은 커지지만, 굴절률차가 크면 후방 산란이 증대되어 버린다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 액정 표시 장치의 표시 품위 향상을 위하여 광 확산 소자를 액정 표시 장치의 최표면에 배치하는 기술이 제안되어 있지만, 이와 같은 광 확산 소자는 충분한 광 확산성을 갖지 않아 (예를 들어, 헤이즈값이 90 ％ 미만이어서), 표시 품위의 개선 효과는 불충분하다. 한편, 표시 품위를 향상시키기 위하여 광 확산성이 큰 (예를 들어, 헤이즈값이 90 ％ 이상인) 광 확산 소자를 액정 표시 장치에 사용하면, 액정 표시 장치에 외광이 입사되었을 때에 화면이 희스름해져, 명소(明所)에서 콘트라스트가 높은 영상이나 화상의 표시가 곤란하다는 문제가 있다. 이것은, 광 확산 소자 중의 미립자가 입사광을 전방뿐만 아니라 후방으로까지 산란시켜 버리기 때문이다. 종래의 광 확산 소자에 의하면, 헤이즈값이 커지면 커질수록 후방 산란은 커지기 때문에, 광 확산성의 증대와 후방 산란의 억제를 양립시키는 것은 매우 곤란하다. 또한, 조명 용도에 있어서도, 헤이즈값이 커지면 후방 산란이 증대되어, 전광선 투과율이 저하되기 때문에, 광 이용 효율이 저하되어 버린다.
상기와 같은 문제를 해결하는 수단으로서, 미립자와 매트릭스의 계면에서의 반사를 억제한다는 콘셉트에 기초하여, 코어와 쉘의 굴절률이 상이한 코어 쉘 미립자나, 미립자의 중심부로부터 외측을 향하여 연속적으로 굴절률이 변화되는 이른바 GRIN (gradient index) 미립자 등의 굴절률 경사 미립자를 수지 중에 분산시키는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 ∼ 4 참조). 그러나, 이들 미립자는, 통상적인 미립자보다 제조 프로세스가 복잡하기 때문에 생산성이 불충분하여, 실용적이지는 않다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 헤이즈값이 높고, 강한 확산성을 가지며, 또한 후방 산란이 억제되고, 게다가 저비용으로 생산성이 우수한 광 확산 소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 광 확산 소자는, 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하는 매트릭스와, 그 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖고 ; 그 수지 성분, 그 초미립자 성분 및 그 광 확산성 미립자는, 그들의 굴절률이 하기 식 (1) 을 만족시키고 ; 그 광 확산성 미립자의 표면 근방 외부에 형성되며, 그 광 확산성 미립자로부터 멀어짐에 따라 그 수지 성분의 중량 농도가 낮아져 그 초미립자 성분의 중량 농도가 높아지는 농도 변조 영역을 갖는다 :
｜nP － nA｜ ＜ ｜nP － nB｜ … (1)
식 (1) 중, nA 는 매트릭스의 수지 성분의 굴절률을 나타내고, nB 는 매트릭스의 초미립자 성분의 굴절률을 나타내며, nP 는 광 확산성 미립자의 굴절률을 나타낸다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 광 확산 소자는, 상기 광 확산성 미립자의 표면 근방 내부에 상기 수지 성분이 침투하여 형성된 제 2 농도 변조 영역을 추가로 갖는다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 광 확산 소자는, 헤이즈가 90 ％ ∼ 99 ％ 이다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 광 확산 소자는, 0.01 ≤ ｜nP － nA｜ ≤ 0.10, 및 0.10 ≤ ｜nP － nB｜ ≤ 1.50 을 만족시킨다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 수지 성분 및 상기 광 확산성 미립자가 동일계의 재료로 구성되고, 상기 초미립자 성분이 그 수지 성분 및 그 광 확산성 미립자와는 상이한 계의 재료로 구성되어 있다. 더욱 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 수지 성분 및 상기 광 확산성 미립자는 유기 화합물로 구성되고, 상기 초미립자 성분은 무기 화합물로 구성되어 있다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 광 확산성 미립자는, 평균 입경이 1 ㎛ ∼ 5 ㎛ 이다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 초미립자 성분은, 평균 입경이 1 ㎚ ∼ 100 ㎚ 이다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 광 확산 소자는, 광 확산 반값각이 10°∼ 150°이다.
본 발명의 다른 국면에 의하면, 광 확산 소자 부착 편광판이 제공된다. 이 광 확산 소자 부착 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 향하여 콜리메이트광을 출사하는 평행광 광원 장치와 ; 그 액정 셀을 통과한 콜리메이트광을 투과 및 확산시키는 상기의 광 확산 소자를 구비한다.
본 발명의 또 다른 국면에 의하면, 상기 광 확산 소자의 제조 방법이 제공된다. 이 제조 방법은, 매트릭스의 수지 성분 또는 그 전구체와 초미립자 성분과 광 확산성 미립자를 휘발성 용제 중에 용해 또는 분산시킨 도공액을 기재에 도포하는 공정과 ; 그 기재에 도포된 도공액을 건조시키는 공정을 포함한다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제조 방법은, 상기 도공액에 있어서, 상기 수지 성분의 전구체와 상기 광 확산성 미립자를 접촉시키는 공정과, 그 전구체의 적어도 일부를 그 광 확산성 미립자의 내부에 침투시키는 공정을 추가로 포함한다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제조 방법은, 상기 도공액에 있어서, 상기 광 확산성 미립자의 입경이 실질적으로 최대가 될 때까지의 시간보다 긴 시간, 상기 수지 성분의 전구체와 그 광 확산성 미립자를 접촉시킨다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제조 방법은, 상기 침투 공정에 있어서, 상기 광 확산성 미립자의 표면에서부터 그 광 확산성 미립자의 평균 입경의 10 ％ 이상 95 ％ 이하의 범위까지 상기 전구체를 침투시킨다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제조 방법은, 상기 도포 공정 후에 상기 전구체를 중합시키는 공정을 추가로 포함한다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 제조 방법은, 상기 중합 공정에 있어서, 상기 광 확산성 미립자 내부에 침투한 전구체와 그 광 확산성 미립자에 침투하지 않은 전구체를 동시에 중합하여, 그 광 확산성 미립자의 표면 근방 내부에 상기 제 2 농도 변조 영역을 형성함과 동시에, 상기 매트릭스 및 상기 제 1 농도 변조 영역을 형성한다.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 수지 성분은 전리선 경화형 수지로서, 전리선을 조사함으로써 그 수지 성분의 전구체를 중합시킨다.
본 발명에 의하면, 특정 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하는 매트릭스와 특정 광 확산성 미립자를 조합하여 사용함으로써, 광 확산성 미립자 주위에 농도 변조 영역을 형성할 수 있다. 그 결과, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방 (대표적으로는, 광 확산성 미립자의 표면 근방 외부) 에 있어서, 굴절률을 단계적 또는 실질적으로 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면의 반사를 억제할 수 있어, 후방 산란을 억제할 수 있다. 또한, 특정 초미립자 성분을 매트릭스에 함유시킴으로써, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 굴절률차를 크게 할 수 있다. 이들의 상승(相乘)적인 효과에 의해, 헤이즈값이 높고, 강한 확산성을 가지며, 또한 후방 산란이 억제된 광 확산 소자를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 번잡한 제조 방법이 요구되는 특수 구조의 미립자를 사용하지 않고 농도 변조 영역을 형성할 수 있기 때문에, 생산성, 비용면에서도 매우 우수하다.
일 실시형태에 있어서는, 상기 농도 변조 영역에 더하여, 수지 성분을 광 확산성 미립자에 침투시켜 당해 미립자의 표면 근방 내부에 제 2 농도 변조 영역을 형성할 수 있다. 그 결과, 굴절률을 단계적 또는 실질적으로 연속적으로 변화시킬 수 있는 영역이 더욱 커지기 때문에, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면의 반사를 매우 양호하게 억제할 수 있어, 후방 산란을 더욱 억제할 수 있다. 게다가, 수지 성분이 광 확산성 미립자 내부에 침투함으로써, 매트릭스 중의 초미립자 성분의 농도를 높게 할 수 있기 때문에, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 굴절률차를 더욱 크게 할 수 있다. 이와 같이, 광 확산성 미립자의 표면 근방 내부에 제 2 농도 변조 영역을 추가로 형성함으로써, 상기와 같은 본 발명의 효과가 더욱 촉진될 수 있다.
도 1a 는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자에 있어서의 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분, 그리고 광 확산성 미립자의 분산 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 1b 는, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 광 확산 소자에 있어서의 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분, 그리고 광 확산성 미립자의 분산 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2(a) 는, 도 1a 의 광 확산 소자에 있어서의 광 확산성 미립자 중심부에서부터 매트릭스까지의 굴절률 변화를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2(b) 는, 도 1b 의 광 확산 소자에 있어서의 광 확산성 미립자 중심부에서부터 매트릭스까지의 굴절률 변화를 설명하기 위한 개념도이며, 도 2(c) 는, 종래의 광 확산 소자에 있어서의 미립자 중심부에서부터 매트릭스까지의 굴절률 변화를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 은, 본 발명에 사용되는 광 확산성 미립자에 있어서의 r1 및 r2 의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 정치(靜置) 시간이 상이한 도공액에 대하여, 건조 온도와 얻어지는 확산 반값각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자 부착 편광판의 개략 단면도이다.
도 6 은, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 개략 단면도이다.
도 7 은, 광 확산 반값각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 은, 실시예 1, 4 및 5 의 광 확산 소자에 대하여 농도 변조 영역의 유무를 확인하는 투과형 현미경 사진이다.
도 9 는, 실시예 6 ∼ 8 의 광 확산 소자에 대하여 농도 변조 영역의 유무를 확인하는 투과형 현미경 사진이다.
도 10 은, 비교예 1 의 광 확산 소자에 대하여 농도 변조 영역의 유무를 확인하는 투과형 현미경 사진이다.
도 11 은, 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3 의 광 확산 소자를 액정 표시 장치에 장착한 경우의 표시 상태를 비교하여 설명하기 위한 사진이다.
도 1b 는, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 광 확산 소자에 있어서의 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분, 그리고 광 확산성 미립자의 분산 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2(a) 는, 도 1a 의 광 확산 소자에 있어서의 광 확산성 미립자 중심부에서부터 매트릭스까지의 굴절률 변화를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2(b) 는, 도 1b 의 광 확산 소자에 있어서의 광 확산성 미립자 중심부에서부터 매트릭스까지의 굴절률 변화를 설명하기 위한 개념도이며, 도 2(c) 는, 종래의 광 확산 소자에 있어서의 미립자 중심부에서부터 매트릭스까지의 굴절률 변화를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 은, 본 발명에 사용되는 광 확산성 미립자에 있어서의 r1 및 r2 의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 정치(靜置) 시간이 상이한 도공액에 대하여, 건조 온도와 얻어지는 확산 반값각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자 부착 편광판의 개략 단면도이다.
도 6 은, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 개략 단면도이다.
도 7 은, 광 확산 반값각을 산출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 은, 실시예 1, 4 및 5 의 광 확산 소자에 대하여 농도 변조 영역의 유무를 확인하는 투과형 현미경 사진이다.
도 9 는, 실시예 6 ∼ 8 의 광 확산 소자에 대하여 농도 변조 영역의 유무를 확인하는 투과형 현미경 사진이다.
도 10 은, 비교예 1 의 광 확산 소자에 대하여 농도 변조 영역의 유무를 확인하는 투과형 현미경 사진이다.
도 11 은, 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3 의 광 확산 소자를 액정 표시 장치에 장착한 경우의 표시 상태를 비교하여 설명하기 위한 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이들의 구체적인 실시형태에는 한정되지 않는다.
A. 광 확산 소자
A-1. 전체 구성
본 발명의 광 확산 소자는, 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하는 매트릭스와, 그 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖는다. 본 발명의 광 확산 소자는, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 굴절률차에 의해 광 확산 기능을 발현시킨다. 도 1a 및 도 1b 는, 각각 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자에 있어서의 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분, 그리고 광 확산성 미립자의 분산 상태를 설명하기 위한 모식도이다. 본 발명의 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. 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분, 그리고 광 확산성 미립자는, 그들의 굴절률이 하기 식 (1) 을 만족시킨다.
｜nP － nA｜ ＜ ｜nP － nB｜ … (1)
식 (1) 중, nA 는 매트릭스의 수지 성분의 굴절률을 나타내고, nB 는 매트릭스의 초미립자 성분의 굴절률을 나타내며, nP 는 광 확산성 미립자의 굴절률을 나타낸다. 또한, 본 발명에 있어서는, 상기 수지 성분, 상기 초미립자 성분 및 상기 광 확산성 미립자의 굴절률은, 하기 식 (2) 도 만족시킬 수 있다.
｜nP － nA｜ ＜ ｜nA － nB｜ … (2)
본 발명의 광 확산 소자는, 일 실시형태에 있어서는, 도 1a 에 나타내는 바와 같이, 광 확산성 미립자 (20) 의 표면 근방 외부에 농도 변조 영역 (31) 이 형성되어 있다. 본 발명의 광 확산 소자는, 다른 실시형태에 있어서는, 도 1b 에 나타내는 바와 같이, 광 확산성 미립자 (20) 의 표면 근방 내부에 수지 성분 (11) 이 침투하여 형성된 제 2 농도 변조 영역 (32) 을 추가로 갖는다. 본 명세서에 있어서는 편의상, 광 확산성 미립자 (20) 의 표면 근방 외부의 농도 변조 영역 (31) 을 제 1 농도 변조 영역이라고 하는 경우가 있다.
도 1a 에 나타내는 바와 같이 제 1 농도 변조 영역 (31) 만이 형성되는 경우, 상기 식 (1) 에 있어서의 ｜nP － nA｜는, 바람직하게는 0.0 ∼ 0.1 이고, 더욱 바람직하게는 0.0 ∼ 0.06 이며, 특히 바람직하게는 0 을 초과하고 0.06 이하이다. ｜nP － nA｜가 0.1 을 초과하면, 후방 산란이 증대될 우려가 있다. 도 1b 에 나타내는 바와 같이 제 1 농도 변조 영역 (31) 및 제 2 농도 변조 영역 (32) 이 형성되는 경우, 상기 식 (1) 에 있어서의 ｜nP － nA｜는 바람직하게는 0.01 ∼ 0.10 이고, 더욱 바람직하게는 0.01 ∼ 0.06 이며, 특히 바람직하게는 0.02 ∼ 0.06 이다. ｜nP － nA｜가 0.01 미만이면, 제 2 농도 변조 영역이 형성되지 않는 경우가 있다. ｜nP － nA｜가 0.10 을 초과하면, 후방 산란이 증대될 우려가 있다. 제 2 농도 변조 영역 (32) 이 형성되는지 여부에 상관없이, ｜nP － nB｜는 바람직하게는 0.10 ∼ 1.50 이고, 더욱 바람직하게는 0.20 ∼ 0.80 이다. ｜nP － nB｜가 0.10 미만이면, 헤이즈가 90 ％ 이하가 되는 경우가 많고, 그 결과 액정 표시 장치에 장착한 경우에 광원으로부터의 광을 충분히 확산시킬 수 없어, 시야각이 좁아질 우려가 있다. ｜nP － nB｜가 1.50 을 초과하면, 후방 산란이 증대될 우려가 있다. 또한, 제 2 농도 변조 영역 (32) 이 형성되는지 여부에 상관없이, ｜nA － nB｜는 바람직하게는 0.10 ∼ 1.50 이고, 더욱 바람직하게는 0.20 ∼ 0.80 이다. ｜nA － nB｜가 0.10 미만이면, 충분한 광 확산성이 얻어지지 않을 우려가 있다. ｜nA － nB｜가 1.50 을 초과하면, nA 및 nB 의 파장 분산이 커져, 산란광의 색조가 뉴트럴이 아니게 될 우려가 있다. 이상과 같이, 굴절률이 근접한 매트릭스의 수지 성분 및 광 확산성 미립자와, 수지 성분 및 광 확산성 미립자와는 굴절률이 크게 상이한 초미립자 성분을 조합하여 사용함으로써, 후술하는 제 1 농도 변조 영역 및 제 2 농도 변조 영역에서 기인하는 효과와 더불어, 높은 헤이즈를 유지하면서, 후방 산란을 억제할 수 있다.
상기 제 1 농도 변조 영역 (31) 에 있어서는, 광 확산성 미립자 (20) 로부터 멀어짐에 따라 수지 성분 (11) 의 중량 농도가 낮아지며, 또한 초미립자 성분 (12) 의 중량 농도가 높아진다. 바꿔 말하면, 제 1 농도 변조 영역 (31) 에 있어서의 광 확산성 미립자 (20) 의 최근접 영역에는 초미립자 성분 (12) 이 상대적으로 저농도로 분산되어 있고, 광 확산성 미립자 (20) 로부터 멀어짐에 따라 초미립자 성분 (12) 의 농도가 증대된다. 예를 들어, 제 1 농도 변조 영역 (31) 에 있어서의 광 확산성 미립자 (20) 의 최근접 영역에서는, 수지 성분의 중량 농도는 매트릭스 전체에 있어서의 수지 성분의 평균 중량 농도보다 높고, 초미립자 성분의 중량 농도는 매트릭스 전체에 있어서의 초미립자 성분의 평균 중량 농도보다 낮다. 한편, 제 1 농도 변조 영역 (31) 에 있어서의 광 확산성 미립자 (20) 로부터 최원위 영역에서는, 수지 성분의 중량 농도는 매트릭스 전체에 있어서의 수지 성분의 평균 중량 농도와 동등하거나 경우에 따라서는 낮게 되어 있고, 초미립자 성분의 중량 농도는 매트릭스 전체에 있어서의 초미립자 성분의 평균 중량 농도와 동등하거나 경우에 따라서는 높게 되어 있다. 이와 같은 제 1 농도 변조 영역이 형성됨으로써, 매트릭스 (10) 와 광 확산성 미립자 (20) 의 계면 근방 (광 확산성 미립자 (20) 의 주변부, 즉 표면 근방 외부) 에 있어서, 굴절률을 단계적 또는 실질적으로 연속적으로 변화시킬 수 있다 (도 2(a) 참조). 한편, 종래의 광 확산 소자에 있어서는, 이와 같은 제 1 농도 변조 영역은 형성되지 않아, 미립자와 매트릭스의 계면이 명확하기 때문에, 굴절률은 미립자의 굴절률로부터 매트릭스의 굴절률로 불연속적으로 변화된다 (도 2(c) 참조). 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 농도 변조 영역 (31) 을 형성하여 매트릭스 (10) 와 광 확산성 미립자 (20) 의 계면 근방 (광 확산성 미립자 (20) 의 표면 근방 외부) 에 있어서 굴절률을 단계적 또는 실질적으로 연속적으로 변화시킴으로써, 매트릭스 (10) 와 광 확산성 미립자 (20) 의 굴절률차를 크게 해도, 매트릭스 (10) 와 광 확산성 미립자 (20) 의 계면의 반사를 억제할 수 있어, 후방 산란을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 농도 변조 영역 (31) 의 외측에서는, 광 확산성 미립자 (20) 와는 굴절률이 크게 상이한 초미립자 성분 (12) 의 중량 농도가 상대적으로 높아지기 때문에, 매트릭스 (10) 와 광 확산성 미립자 (20) 의 굴절률차를 크게 할 수 있다. 그 결과, 박막이어도 높은 헤이즈 (강한 확산성) 를 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명의 광 확산 소자에 의하면, 이와 같은 제 1 농도 변조 영역을 형성함으로써, 굴절률차를 크게 하여 고헤이즈를 실현하면서, 후방 산란을 현저하게 억제할 수 있다. 이와 같은 특징은, 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템에 사용되는 광 확산 소자와 같이 강한 확산성 (헤이즈가 90 ％ 이상) 이 요구되는 용도에 있어서 특히 바람직하다. 한편, 도 2(c) 에 나타내는 바와 같이, 종래의 광 확산 소자에 의하면, 굴절률차를 크게 함으로써 강한 확산성 (고헤이즈값) 을 부여하려고 하면, 계면에서의 굴절률의 갭을 해소할 수 없다. 그 결과, 계면 반사에 의한 후방 산란이 커져 버리기 때문에, 흑색 표시가 충분히 검게 되지 않는 (이른바 흑색이 떠 버리는) 경우가 있다.
상기 제 1 농도 변조 영역 (31) 의 두께 (광 확산성 미립자 표면에서부터 제 1 농도 변조 영역 말단까지의 거리) 는 일정해도 되고 (즉, 제 1 농도 변조 영역이 광 확산성 미립자 주위에 동심구 형상으로 넓어져도 되고), 광 확산성 미립자 표면의 위치에 따라 두께가 상이해도 된다 (예를 들어, 별사탕의 외곽 형상처럼 되어 있어도 된다). 바람직하게는, 제 1 농도 변조 영역 (31) 의 두께는, 광 확산성 미립자 표면의 위치에 따라 상이하다. 이와 같은 구성이면, 매트릭스 (10) 와 광 확산성 미립자 (20) 의 계면 근방에 있어서, 굴절률을 보다 연속적으로 변화시킬 수 있다. 제 1 농도 변조 영역 (31) 이 충분한 두께로 형성되어 있으면, 광 확산성 미립자의 주변부에서 굴절률을 보다 순조롭게 연속적으로 변화시킬 수 있어, 후방 산란을 매우 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 두께가 지나치게 크면, 본래 광 확산성 미립자가 존재해야 하는 영역까지 제 1 농도 변조 영역이 점유하게 되어, 충분한 광 확산성 (예를 들어, 헤이즈값) 이 얻어지지 않는 경우가 있다. 따라서, 제 1 농도 변조 영역 (31) 의 두께는 바람직하게는 10 ㎚ ∼ 500 ㎚, 보다 바람직하게는 20 ㎚ ∼ 400 ㎚, 더욱 바람직하게는 30 ㎚ ∼ 300 ㎚ 이다. 또한, 제 1 농도 변조 영역 (31) 의 두께는, 광 확산성 미립자의 평균 입경에 대하여 바람직하게는 10 ％ ∼ 50 ％, 보다 바람직하게는 20 ％ ∼ 40 ％ 이다.
상기 제 2 농도 변조 영역 (32) 은, 수지 성분 (11) 이 광 확산성 미립자 (20) 내부에 침투함으로써 형성된다. 실질적으로는, 수지 성분 (11) 의 전구체 (대표적으로는 모노머) 가 광 확산성 미립자 (20) 내부에 침투한 후에 중합함으로써 제 2 농도 변조 영역 (32) 이 형성된다. 일 실시형태에 있어서는, 제 2 농도 변조 영역 (32) 에 있어서, 수지 성분 (11) 의 중량 농도는 실질적으로 일정하다. 다른 실시형태에 있어서는, 제 2 농도 변조 영역 (32) 에 있어서, 수지 성분 (11) 의 중량 농도는 광 확산성 미립자 (20) 의 표면으로부터 멀어짐에 따라 (즉, 광 확산성 미립자 (20) 의 중심을 향함에 따라) 낮아진다. 제 2 농도 변조 영역 (32) 은, 광 확산성 미립자 (20) 의 내부에 형성되어 있으면, 그 효과가 발휘된다. 예를 들어, 제 2 농도 변조 영역 (32) 은, 광 확산성 미립자 (20) 의 표면에서부터 당해 광 확산성 미립자의 평균 입경의 바람직하게는 10 ％ ∼ 95 ％ 의 범위까지 형성되어 있다. 제 2 농도 변조 영역 (32) 의 두께 (광 확산성 미립자 표면에서부터 제 2 농도 변조 영역 최내부까지의 거리) 는 일정해도 되고, 광 확산성 미립자 표면의 위치에 따라 상이해도 된다. 제 2 농도 변조 영역 (32) 의 두께는 바람직하게는 100 ㎚ ∼ 4 ㎛, 보다 바람직하게는 100 ㎚ ∼ 2 ㎛ 이다. 수지 성분 (11) 이 침투하여 제 2 농도 변조 영역 (32) 을 형성함으로써, 이하의 효과가 얻어질 수 있다 : (1) 상기 제 1 농도 변조 영역 (31) 의 형성이 촉진될 수 있다 ; (2) 광 확산성 미립자의 내부에도 농도 변조 영역이 형성됨으로써, 상기 굴절률이 단계적 또는 실질적으로 연속적으로 변화되는 영역을 크게 할 수 있다 (즉, 광 확산성 미립자 내측의 제 2 농도 변조 영역에서부터 광 확산성 미립자 외측의 제 1 농도 변조 영역까지 굴절률을 단계적 또는 실질적으로 연속적으로 변화시킬 수 있다 : 도 2(b) 참조). 그 결과, 광 확산성 미립자 외측에 제 1 농도 변조 영역만이 형성되는 경우에 비해, 후방 산란을 더욱 억제할 수 있다 ; (3) 수지 성분 (11) 이 광 확산성 미립자 (20) 내부에 침투함으로써, 침투하지 않는 경우에 비해 매트릭스 (10) 에 있어서의 수지 성분 농도가 낮아진다. 그 결과, 매트릭스 (10) 전체의 굴절률에 대한 초미립자 성분 (12) 의 굴절률의 기여가 커지기 때문에, 초미립자 성분의 굴절률이 큰 경우에는 매트릭스 전체의 굴절률이 커져 (반대로, 초미립자 성분의 굴절률이 작은 경우에는 매트릭스 전체의 굴절률이 작아져), 매트릭스와 광 확산성 미립자의 굴절률차가 더욱 커진다. 따라서, 수지 성분이 침투하지 않는 경우에 비해, 더욱 높은 확산성 (헤이즈값) 을 실현할 수 있다. 또한, 수지 성분이 침투하지 않는 경우에 비해, 보다 얇은 두께여도 충분한 확산성을 실현할 수 있다.
상기 제 1 농도 변조 영역 및 제 2 농도 변조 영역은, 각각 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분 그리고 광 확산성 미립자의 구성 재료, 그리고 화학적 및 열역학적 특성을 적절히 선택함으로써 형성할 수 있다. 예를 들어, 수지 성분 및 광 확산성 미립자를 동일계의 재료 (예를 들어 유기 화합물끼리) 로 구성하고, 초미립자 성분을 매트릭스 및 광 확산성 미립자와는 상이한 계의 재료 (예를 들어 무기 화합물) 로 구성함으로써, 제 1 농도 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 수지 성분 및 광 확산성 미립자를 동일계 재료 중에서도 상용성이 높은 재료끼리로 구성함으로써, 제 2 농도 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다. 제 1 농도 변조 영역 및 제 2 농도 변조 영역의 두께 및 농도 구배는, 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분 그리고 광 확산성 미립자의 화학적 및 열역학적 특성을 조정함으로써 제어할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「동일계」란 화학 구조나 특성이 동등 또는 유사한 것을 말하고, 「상이한 계」란 동일계 이외의 것을 말한다. 동일계인지의 여부는, 기준의 선택 방법에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 유기인지 무기인지를 기준으로 한 경우, 유기 화합물끼리는 동일계의 화합물이며, 유기 화합물과 무기 화합물은 상이한 계의 화합물이다. 폴리머의 반복 단위를 기준으로 한 경우, 예를 들어 아크릴계 폴리머와 에폭시계 폴리머는 유기 화합물끼리임에도 불구하고 상이한 계의 화합물이며, 주기율표를 기준으로 한 경우, 알칼리 금속과 천이 금속은 무기 원소끼리임에도 불구하고 상이한 계의 원소이다.
상기 제 1 농도 변조 영역 (31) 및 상기 제 2 농도 변조 영역 (32) 은, 상기 광 확산성 미립자의 반경을 r1, 당해 광 확산성 미립자의 최대 단면 (광 확산성 미립자의 반경을 포함하는 평면) 에 평행한 단면의 반경을 r2 로 하였을 때, r1 에 대한 r2 의 비율이 바람직하게는 20 ％ ∼ 80 ％, 보다 바람직하게는 40 ％ ∼ 60 ％, 더욱 바람직하게는 약 50 ％ 가 되는 것과 같은 위치에서 적절히 형성되어 있다. 이와 같은 위치에 제 1 농도 변조 영역 (31) 및 필요에 따라 제 2 농도 변조 영역 (32) 을 적절히 형성함으로써, 광 확산성 미립자의 반경 방향에 대하여 입사각이 큰 입사광 (이하, 측방 입사광이라고 한다) 의 계면 반사를 양호하게 억제할 수 있다. r1 및 r2 의 관계를 모식적으로 도 3 에 나타낸다. 보다 구체적으로는, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 반사에 의한 후방 산란은, 도 3 에 나타내는 바와 같은 3 종류로 대별된다. 즉, 정면 입사의 계면 반사광 (도 3 의 화살표 A), 측방 입사광의 계면 반사광에 의해 후방으로 산란되는 것 (도 3 의 화살표 B), 및 측방 입사광의 계면 반사광에 의해 전방으로 산란되지만 전반사에 의해 광 확산 소자로부터 나오지 않고 후방으로 산란되는 것 (도 3 의 화살표 C) 이다. 스넬의 법칙에 기초하여, 측방 입사광은 정면 입사광에 비해 반사율이 높기 때문에, 측방 입사광의 계면 반사를 억제함으로써, 후방 산란을 보다 효율적으로 저감시킬 수 있다. 따라서, 측방 입사광의 후방 산란을 효과적으로 저감시킬 수 있는 위치에 농도 변조 영역이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, r2 가 지나치게 작으면, 그러한 위치에서 반사된 광은 임계각에 도달하지 않고 전방으로 투과되기 때문에, 후방 산란의 저감 효과에는 그다지 영향을 주지 않는 경우가 많다.
상기 광 확산 소자는 헤이즈가 높으면 높을수록 바람직하고, 구체적으로는 바람직하게는 90 ％ ∼ 99 ％ 이고, 보다 바람직하게는 92 ％ ∼ 99 ％ 이며, 더욱 바람직하게는 95 ％ ∼ 99 ％ 이고, 특히 바람직하게는 97 ％ ∼ 99 ％ 이다. 헤이즈가 90 ％ 이상임으로써, 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템에 있어서의 프런트 광 확산 소자로서 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템이란, 액정 표시 장치에 있어서, 콜리메이트 백라이트광 (일정 방향으로 집광된, 휘도 반값폭이 좁은 백라이트광) 을 사용하여, 상측 편광판의 시인측에 프런트 광 확산 소자를 형성한 시스템을 말한다.
상기 광 확산 소자의 확산 특성은, 광 확산 반값각으로 나타내면 바람직하게는 10°∼ 150°(편측 5°∼ 75°) 이고, 보다 바람직하게는 10°∼ 100°(편측 5°∼ 50°) 이며, 더욱 바람직하게는 30°∼ 80°(편측 15°∼ 40°) 이다.
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 소자가 얻어질 수 있다.
상기 광 확산 소자는, 액정 표시 장치에 바람직하게 사용되고, 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템에 특히 바람직하게 사용된다. 상기 광 확산 소자는, 단독으로 필름 형상 또는 판 형상 부재로서 제공해도 되고, 임의의 적절한 기재나 편광판에 첩부(貼付)하여 복합 부재로서 제공해도 된다. 또한, 광 확산 소자 상에 반사 방지층이 적층되어도 된다.
A-2. 매트릭스
상기와 같이, 매트릭스 (10) 는 수지 성분 (11) 및 초미립자 성분 (12) 을 함유한다. 도 1a 및 도 1b 에 나타내는 바와 같이, 초미립자 성분 (12) 은, 광 확산성 미립자 (20) 의 주변부에 제 1 농도 변조 영역 (31) 을 형성하도록 하고, 수지 성분 (11) 에 분산되어 있다.
A-2-1. 수지 성분
수지 성분 (11) 은, 상기 제 1 농도 변조 영역 및 필요에 따라 제 2 농도 변조 영역이 양호하게 형성되며, 또한 굴절률이 상기 식 (1) 의 관계를 만족시키는 한, 임의의 적절한 재료로 구성된다. 바람직하게는, 상기와 같이, 수지 성분 (11) 은, 광 확산성 미립자와 동일계의 화합물이며 또한 초미립자 성분과는 상이한 계의 화합물로 구성된다. 이로 인해, 매트릭스와 광 확산성 미립자의 계면 근방 (광 확산성 미립자의 표면 근방 외부) 에 제 1 농도 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 수지 성분 (11) 은, 광 확산성 미립자와 동일계 중에서도 상용성이 높은 화합물로 구성된다. 이로 인해, 필요에 따라 광 확산성 미립자 (20) 의 표면 근방 내부에 제 2 농도 변조 영역 (32) 을 양호하게 형성할 수 있다. 보다 상세하게는, 수지 성분은, 광 확산성 미립자와 동일계 재료인 것에서 기인하여, 그 전구체 (대표적으로는 모노머) 가 광 확산성 미립자 내부에 침투할 수 있다. 당해 전구체가 중합된 결과, 수지 성분에 의한 제 2 농도 변조 영역이 광 확산성 미립자 내부에 형성될 수 있다. 또한, 수지 성분은, 광 확산성 미립자의 근방에 있어서는, 국소적으로는 초미립자 성분과 균일 용해 혹은 분산되어 있는 상태보다 오히려 수지 성분만으로 광 확산성 미립자를 둘러싸는 편이 계 전체의 에너지가 안정된다. 그 결과, 수지 성분의 중량 농도는, 광 확산성 미립자의 최근접 영역에 있어서, 매트릭스 전체에 있어서의 수지 성분의 평균 중량 농도보다 높고, 광 확산성 미립자로부터 멀어짐에 따라 낮아진다. 따라서, 광 확산성 미립자의 표면 근방 외부 (주변부) 에 제 1 농도 변조 영역 (31) 이 형성될 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 올리고머 등을 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. 이와 같은 모노머 성분 (전구체) 은, 광 확산성 미립자의 가교 구조 (3 차원 그물 구조) 에 침투하기에 적절한 분자량 및 입체 구조를 갖기 때문에 바람직하다. 필요에 따라 개시제를 첨가해도 된다. 개시제로는, 예를 들어 UV 라디칼 발생제 (치바 스페셜티 케미컬사 제조 이르가큐어 907, 동 127, 동 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 되며, 열가소성 수지여도 된다. 다른 수지 성분의 대표예로는, 지방족계 (예를 들어, 폴리올레핀) 수지, 우레탄계 수지를 들 수 있다. 다른 수지 성분을 사용하는 경우, 그 종류나 배합량은 상기 제 1 농도 변조 영역 및 필요에 따라 제 2 농도 변조 영역이 양호하게 형성되며, 또한 굴절률이 상기 식 (1) 의 관계를 만족시키도록 조정된다.
상기 수지 성분의 굴절률은 바람직하게는 1.40 ∼ 1.60 이다.
상기 수지 성분의 배합량은, 매트릭스 100 중량부에 대하여 바람직하게는 20 중량부 ∼ 80 중량부이고, 보다 바람직하게는 45 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 적은데다가 전리선 경화형 수지나 열가소성 수지 등의 유기 화합물에서는 발현이 어려운 굴절률을 갖고 있기 때문에, 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 있으며, 또한 제 1 농도 변조 영역이 형성되기 때문에 후방 산란 방지의 효과도 크다. 특히 바람직한 무기 화합물은 산화지르코늄이다. 광 확산성 미립자와의 굴절률차가 크며, 또한 수지 성분과의 분산성이 적절하므로, 원하는 제 1 농도 변조 영역 (31) 을 형성할 수 있기 때문이다.
상기 초미립자 성분의 굴절률은 바람직하게는 1.40 이하 또는 1.60 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.40 이하 또는 1.70 ∼ 2.80 이며, 특히 바람직하게는 1.40 이하 또는 2.00 ∼ 2.80 이다. 굴절률이 1.40 을 초과하거나 또는 1.60 미만이면, 광 확산성 미립자와 매트릭스의 굴절률차가 불충분해져, 광 확산 소자가 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템을 채용하는 액정 표시 장치에 사용된 경우에, 콜리메이트 백라이트로부터의 광을 충분히 확산시킬 수 없어 시야각이 좁아질 우려가 있다.
상기 초미립자 성분은, 다공질화됨으로써 굴절률을 낮춰도 된다.
상기 초미립자 성분의 평균 입경은 바람직하게는 1 ㎚ ∼ 100 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 10 ㎚ ∼ 80 ㎚ 이며, 더욱 바람직하게는 20 ㎚ ∼ 70 ㎚ 이다. 이와 같이, 광의 파장보다 작은 평균 입경의 초미립자 성분을 사용함으로써, 초미립자 성분과 수지 성분 사이에 기하광학적인 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) 휘발성 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 있으며, 또한 상기 제 1 농도 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다. 표면 개질 수단으로는, 본 발명의 효과가 얻어지는 한 임의의 적절한 수단이 채용될 수 있다. 대표적으로는, 표면 개질은, 초미립자 성분의 표면에 표면 개질제를 도포하여 표면 개질제층을 형성함으로써 실시된다. 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 안정화시켜, 초미립자 성분을 수지 성분 중에 양호하게 분산시키며, 또한 제 1 농도 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다.
상기 초미립자 성분의 배합량은, 매트릭스 100 중량부에 대하여 바람직하게는 10 중량부 ∼ 70 중량부이고, 보다 바람직하게는 35 중량부 ∼ 55 중량부이다.
A-3. 광 확산성 미립자
광 확산성 미립자 (20) 도 또한, 상기 제 1 농도 변조 영역 및 필요에 따라 제 2 농도 변조 영역이 양호하게 형성되며, 또한 굴절률이 상기 식 (1) 의 관계를 만족시키는 한, 임의의 적절한 재료로 구성된다. 바람직하게는, 상기와 같이, 광 확산성 미립자 (20) 는, 상기 매트릭스의 수지 성분과 동일계의 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 (PSt), 멜라민 수지를 들 수 있다. 특히 바람직하게는, 광 확산성 미립자는 PMMA 로 구성된다. 매트릭스의 수지 성분 및 초미립자 성분과의 굴절률이나 열역학적 특성의 관계가 적절하기 때문이다. 또한, 바람직하게는, 광 확산성 미립자는 가교 구조 (3 차원 그물 구조) 를 갖는다. 가교 구조를 갖는 광 확산성 미립자는 팽윤될 수 있다. 따라서, 이와 같은 광 확산성 미립자는, 치밀 또는 중실(中實)한 무기 입자와 달리, 적절한 상용성을 갖는 수지 성분의 전구체를 그 내부에 양호하게 침투시킬 수 있어, 필요에 따라 제 2 농도 변조 영역을 양호하게 형성할 수 있다. 광 확산성 미립자의 가교 밀도는, 바람직하게는 원하는 침투 범위 (후술) 가 얻어질 정도로 작다 (성기다). 예를 들어, 후술하는 도공액을 도포할 때의 광 확산성 미립자의 수지 성분 전구체 (용매를 함유하고 있어도 된다) 에 대한 팽윤도는 바람직하게는 110 ％ ∼ 200 ％ 이다. 여기서, 「팽윤도」란, 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 ㎛ 이며, 더욱 바람직하게는 1.5 ㎛ ∼ 3.0 ㎛ 이다. 광 확산성 미립자의 평균 입경은, 바람직하게는 광 확산 소자 두께의 1/2 이하 (예를 들어, 1/2 ∼ 1/20) 이다. 광 확산 소자의 두께에 대하여 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 확산성이 얻어질 수 있다.
광 확산성 미립자의 중량 평균 입경 분포의 표준 편차는 바람직하게는 1.0 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ 이하이다. 중량 평균 입경에 대하여 입경이 작은 광 확산성 미립자가 다수 혼재되어 있으면, 확산성이 지나치게 증대되어 후방 산란을 양호하게 억제할 수 없는 경우가 있다. 중량 평균 입경에 대하여 입경이 큰 광 확산성 미립자가 다수 혼재되어 있으면, 광 확산 소자의 두께 방향으로 복수 배열할 수 없어, 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, 진구(眞球) 형상, 인편 형상, 판 형상, 타원구 형상, 부정형을 들 수 있다. 대부분의 경우, 상기 광 확산성 미립자로서 진구 형상 미립자가 사용될 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 대하여 바람직하게는 10 중량부 ∼ 100 중량부이고, 보다 바람직하게는 15 중량부 ∼ 40 중량부이다. 예를 들어 이와 같은 배합량으로 상기 바람직한 범위의 평균 입경을 갖는 광 확산성 미립자를 함유시킴으로써, 매우 우수한 광 확산성을 갖는 광 확산 소자가 얻어질 수 있다.
A-4. 광 확산 소자의 제조 방법
본 발명의 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) 이 채용될 수 있다.
상기 휘발성 용제로는, 상기 각 성분을 용해 또는 균일하게 분산시킬 수 있는 한 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 위하여 분산제가 바람직하게 사용될 수 있다. 첨가제의 다른 구체예로는, 노화 방지제, 변성제, 계면 활성제, 변색 방지제, 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, 도공 용이한 점도를 갖는 도공액이 얻어질 수 있다.
상기 기재로는, 본 발명의 효과가 얻어지는 한 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 소자 부착 편광판에 있어서, 보호층으로서 기능할 수 있는 경우가 있다.
상기 도공액의 기재로의 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.
이상과 같이 하여, 기재 상에 도 1a 에 나타내는 바와 같은 광 확산 소자가 형성된다.
도 1b 에 나타내는 바와 같이 광 확산성 미립자 내부에 제 2 농도 변조 영역을 형성하는 경우에는, 본 발명의 제조 방법은, 상기 공정 A 의 도공액에 있어서, 상기 수지 성분의 전구체와 상기 광 확산성 미립자를 접촉시키는 공정 (공정 A-1 로 한다) 과, 그 전구체의 적어도 일부를 그 광 확산성 미립자의 내부에 침투시키는 공정 (공정 A-2 로 한다) 을 추가로 포함한다.
(공정 A-1)
상기 도공액에 상기 수지 성분의 전구체를 함유시키면, 당해 전구체와 상기 광 확산성 미립자의 접촉은, 각별한 처리나 조작을 실시하지 않고 실현된다.
(공정 A-2)
공정 A-2 에 있어서 상기 전구체의 적어도 일부를 그 광 확산성 미립자의 내부에 침투시키는 수단으로는, 대표적으로는 상기 도공액을 정치하는 것을 들 수 있다. 수지 성분과 광 확산성 미립자는, 바람직하게는 동일계의 재료로 구성되고, 더욱 바람직하게는 상용성이 높은 재료로 구성되기 때문에, 도공액을 정치함으로써, 특별한 처리나 조작을 실시하지 않아도 수지 성분의 전구체 (모노머) 가 광 확산성 미립자의 내부에 침투한다. 즉, 수지 성분의 전구체와 광 확산성 미립자를 소정 시간 접촉시킴으로써, 수지 성분의 전구체가 광 확산성 미립자의 내부에 침투한다. 정치 시간은, 바람직하게는 광 확산성 미립자의 입경이 실질적으로 최대가 될 때까지의 시간보다 긴 시간이다. 여기서, 「광 확산성 미립자의 입경이 실질적으로 최대가 될 때까지의 시간」이란, 광 확산성 미립자가 최대한으로 팽윤되어, 그 이상 팽윤되지 않게 될 때 (즉, 평형 상태가 될 때) 까지의 시간을 말한다 (이하, 최대 팽윤 시간이라고 한다). 최대 팽윤 시간보다 긴 시간에 걸쳐 수지 성분의 전구체와 광 확산성 미립자를 접촉시킴으로써, 광 확산성 미립자에 대한 수지 성분 전구체의 침투가 포화 상태가 되어, 그 이상 광 확산성 미립자 내부의 가교 구조에 들어갈 수 없게 된다. 그 결과, 후술하는 중합 공정에 의해, 제 2 농도 변조 영역이 양호하며 또한 안정적으로 형성될 수 있다. 최대 팽윤 시간은, 수지 성분과 광 확산성 미립자의 상용성에 따라 변화될 수 있다. 따라서, 정치 시간은, 수지 성분 및 광 확산성 미립자의 구성 재료에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 정치 시간은 바람직하게는 1 시간 ∼ 48 시간이고, 보다 바람직하게는 2 시간 ∼ 40 시간이며, 더욱 바람직하게는 3 시간 ∼ 35 시간이고, 특히 바람직하게는 4 시간 ∼ 30 시간이다. 정치 시간이 1 시간 미만에서는, 전구체가 광 확산성 미립자 내부에 충분히 침투하지 않는 경우가 있고, 그 결과 제 2 농도 변조 영역이 양호하게 형성되지 않는 경우가 있다. 정치 시간이 48 시간을 초과하면, 광 확산성 미립자 간의 물리적 상호 작용에 의해 광 확산성 미립자가 응집되어 도공액의 점도가 높아져, 도공성이 불충분해질 우려가 있다. 정치는 실온에서 실시해도 되고, 목적이나 사용 재료에 따라 설정된 소정의 온도 조건하에서 실시해도 된다.
공정 A-2 에 있어서, 상기 전구체는, 상기 광 확산성 미립자의 표면으로부터 그 광 확산성 미립자의 일부에 침투하고 있으면 되고, 예를 들어 평균 입경의 바람직하게는 10 ％ ∼ 95 ％ 의 범위까지 침투한다. 침투 범위가 10 ％ 미만인 경우에는, 제 2 농도 변조 영역이 양호하게 형성되지 않아, 후방 산란을 충분히 저감시킬 수 없는 경우가 있다. 침투 범위가 95 ％ 를 초과해도, 침투 범위가 작은 경우와 마찬가지로, 제 2 농도 변조 영역이 양호하게 형성되지 않아, 후방 산란을 충분히 저감시킬 수 없는 경우가 있다. 침투 범위는, 수지 성분 및 광 확산성 미립자의 재료, 광 확산성 미립자의 가교 밀도, 정치 시간, 정치 온도 등을 조정함으로써 제어할 수 있다.
이 실시형태에 있어서는, 상기 전구체의 광 확산성 미립자로의 침투를 제어하는 것이 중요하다. 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 상기 도공액을 조제한 직후에 기재에 도포하여 광 확산 소자를 형성하는 경우에는, 건조 온도에 따라 확산 반값각이 크게 변화된다. 한편, 상기 도공액을 예를 들어 24 시간 정치한 후에 기재에 도포하여 광 확산 소자를 형성하는 경우에는, 확산 반값각은 건조 온도에 상관없이 거의 일정하다. 이는 정치에 의해 전구체가 광 확산성 미립자에 포화 상태까지 침투하므로, 농도 변조 영역의 형성이 건조 온도의 영향을 받지 않기 때문이라고 생각된다. 따라서, 상기와 같이, 정치 시간은 최대 팽윤 시간보다 긴 시간인 것이 바람직하다. 정치 시간을 이와 같이 설정함으로써, 건조 시간에 상관없이 거의 일정하게 양호한 확산 반값각을 얻을 수 있기 때문에, 확산성이 높은 광 확산 소자를 편차 없이 안정적으로 제조할 수 있다. 또한, 예를 들어 60 ℃ 의 저온 건조로 제조할 수 있기 때문에, 안전성이나 비용면에서도 바람직하다. 한편, 전구체 및 광 확산성 미립자의 종류에 따라 침투가 포화 상태에 이를 때까지의 시간을 결정할 수 있는 것이라면, 건조 온도를 적절히 선택함으로써, 정치 시간을 짧게 해도 확산성이 높은 광 확산 소자를 편차 없이 안정적으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 도공액을 조제한 직후에 기재에 도포하여 광 확산 소자를 형성하는 경우라 하더라도, 건조 온도를 100 ℃ 로 설정함으로써, 확산성이 높은 광 확산 소자를 편차 없이 안정적으로 제조할 수 있다. 보다 구체적으로는, 광 확산성 미립자, 수지 성분의 전구체, 및 건조 조건을 적절히 선택하면, 상기 정치 시간을 취하지 않아도 제 2 농도 변조 영역을 형성할 수 있다.
상기와 같이, 공정 A-1 및 공정 A-2 는 모두 특별한 처리나 조작을 필요로 하지 않기 때문에, 도공액을 도포하는 타이밍을 엄밀하게 설정할 필요는 없다.
(공정 C)
제 2 농도 변조 영역을 형성하는 경우에는, 상기 제조 방법은, 바람직하게는 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 중합시킨다. 전리선으로서 자외선을 사용하는 경우에는, 그 적산 광량은 바람직하게는 200 mJ ∼ 400 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 중합시킨다. 가열 온도 및 가열 시간은, 수지 성분의 종류에 따라 적절히 설정될 수 있다. 바람직하게는, 중합은 전리선을 조사함으로써 이루어진다. 전리선 조사이면, 굴절률 분포 구조 (농도 변조 영역) 를 양호하게 유지한 채로 도막을 경화시킬 수 있기 때문에, 양호한 확산 특성의 광 확산 소자를 제작할 수 있다. 전구체를 중합시킴으로써, 광 확산성 미립자 (20) 의 표면 근방 내부에 제 2 농도 변조 영역 (32) 이 형성되며, 그리고 매트릭스 (10) 및 제 1 농도 변조 영역 (31) 이 형성된다. 보다 상세하게는, 제 2 농도 변조 영역 (32) 은, 광 확산성 미립자 (20) 내부에 침투한 전구체가 중합됨으로써 형성되고 ; 매트릭스 (10) 는, 광 확산성 미립자 (20) 에 침투하지 않은 전구체가 초미립자 성분을 분산시킨 상태에서 중합됨으로써 형성되고 ; 제 1 농도 변조 영역 (31) 은, 주로 수지 성분, 초미립자 성분 및 광 확산성 미립자의 상용성에서 기인하여 형성될 수 있다. 즉, 본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 광 확산성 미립자 내부에 침투한 전구체와 광 확산성 미립자에 침투하지 않은 전구체를 동시에 중합함으로써, 광 확산성 미립자 (20) 의 표면 근방 내부에 제 2 농도 변조 영역 (32) 을 형성함과 동시에, 매트릭스 (10) 및 제 1 농도 변조 영역 (31) 을 형성할 수 있다.
상기 중합 공정 (공정 C) 은, 상기 건조 공정 (공정 B) 전에 실시해도 되고, 공정 B 후에 실시해도 된다.
본 발명의 광 확산 소자의 제조 방법이, 상기 공정 A ∼ 공정 C 에 추가하여, 임의의 적절한 시점에 임의의 적절한 공정, 처리 및/또는 조작을 포함할 수 있는 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. 얻어진 광 확산 소자는, 기재로부터 박리하여 단일 부재로서 사용해도 되고, 기재 부착 광 확산 소자로서 사용해도 되며, 기재로부터 편광판 등에 전사하여 복합 부재 (예를 들어, 광 확산 소자 부착 편광판) 로서 사용해도 되고, 기재마다 편광판 등에 첩부하여 복합 부재 (예를 들어, 광 확산 소자 부착 편광판) 로서 사용해도 된다. 기재마다 편광판 등에 첩부하여 복합 부재 (예를 들어, 광 확산 소자 부착 편광판) 로서 사용하는 경우에는, 당해 기재는 편광판의 보호층으로서 기능할 수 있다. 본 발명의 광 확산 소자는, 상기에서 설명한 콜리메이트 백라이트 프런트 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 사용될 수 있다.
B. 광 확산 소자 부착 편광판
B-1. 광 확산 소자 부착 편광판의 전체 구성
본 발명의 광 확산 소자 부착 편광판은, 대표적으로는 액정 표시 장치의 시인측에 배치된다. 도 5 는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 광 확산 소자 부착 편광판의 개략 단면도이다. 이 광 확산 소자 부착 편광판 (200) 은, 광 확산 소자 (100) 와 편광자 (110) 를 갖는다. 광 확산 소자 (100) 는, 상기 A-1 항 ∼ A-4 항에 기재된 본 발명의 광 확산 소자이다. 광 확산 소자 (100) 는, 광 확산 소자 부착 편광판이 액정 표시 장치의 시인측에 배치된 경우에 가장 시인측이 되도록 배치되어 있다. 일 실시형태에 있어서는, 광 확산 소자 (100) 의 시인측에 저반사층 또는 반사 방지 처리층 (안티리플렉션 처리층) 이 배치되어 있다 (도시 생략). 도시예에 있어서는, 광 확산 소자 부착 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 1 개는, 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 소자 부착 편광판은, 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템을 채용한 액정 표시 장치에 있어서의 시인측 편광판으로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
B-2. 편광자
상기 편광자 (110) 로는, 목적에 따라 임의의 적절한 편광자가 채용될 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐알코올계 필름, 부분 포르말화 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 침지함으로써 염색하고, 원래 길이의 3 ∼ 7 배로 연신함으로써 제작할 수 있다. 필요에 따라 붕산이나 황산아연, 염화아연 등을 함유하고 있어도 되고, 요오드화칼륨 등의 수용액에 침지할 수도 있다. 또한 필요에 따라 염색 전에 폴리비닐알코올계 필름을 물에 침지하여 수세해도 된다.
폴리비닐알코올계 필름을 수세함으로써 폴리비닐알코올계 필름 표면의 오염이나 블로킹 방지제를 세정할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤시킴으로써 염색 얼룩 등의 불균일을 방지하는 효과도 있다. 연신은 요오드로 염색한 후에 실시해도 되고, 염색하면서 연신해도 되며, 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 필름에 의해 형성된다. 당해 필름의 주성분이 되는 재료의 구체예로는, 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 등의 셀룰로오스계 수지나, 폴리에스테르계, 폴리비닐알코올계, 폴리카보네이트계, 폴리아미드계, 폴리이미드계, 폴리에테르술폰계, 폴리술폰계, 폴리스티렌계, 폴리노르보르넨계, 폴리올레핀계, (메타)아크릴계, 아세테이트계 등의 투명 수지 등을 들 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, (메타)아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열 경화형 수지 또는 자외선 경화형 수지 등도 들 수 있다. 이 밖에도, 예를 들어 실록산계 폴리머 등의 유리 질계 폴리머도 들 수 있다. 또한, 일본 공개특허공보 2001-343529호 (WO01/37007) 에 기재된 폴리머 필름도 사용할 수 있다. 이 필름의 재료로는, 예를 들어 측사슬에 치환 또는 비치환의 이미드기를 갖는 열가소성 수지와, 측사슬에 치환 또는 비치환의 페닐기 및 니트릴기를 갖는 열가소성 수지를 함유하는 수지 조성물을 사용할 수 있고, 예를 들어 이소부텐과 N-메틸말레이미드로 이루어지는 교호(交互) 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 내용은, 일본 공개특허공보 2008-180961호에 기재되어 있으며, 그 기재는 본 명세서에 참고로서 원용된다.
C. 액정 표시 장치
도 6 은, 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 (위상차판) 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 함유하는 액정층 (513) 을 갖는다.
광 확산 소자 (100) 는, 상기 A-1 항 ∼ A-4 항에 기재된 본 발명의 광 확산 소자이다. 혹은 광 확산 소자 (100) 및 시인측 편광판 (520) 대신에, 상기 B 항에 기재된 본 발명의 광 확산 소자 부착 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 향하여 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 구체적인 구성으로는, 예를 들어 이하와 같은 것을 들 수 있다 : (1) 렌티큘러 렌즈 또는 포탄형 렌즈의 평탄면측 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 형성되며, 그 도광판의 액정 셀측에 배치된 변각 프리즘을 갖는 구성 (본 구성에 있어서는, 필요에 따라 이방성 확산 소자가 추가로 사용될 수 있다 ; 예를 들어, 일본 특허공보 제3442247호) ; (3) 광 흡수성 수지와 투명성 수지가 교대로 스트라이프 형상으로 형성된 루버층을 백라이트와 백라이트측 편광판 사이에 배치한 구성 (예를 들어, 일본 공개특허공보2007-279424호) ; (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). 이들의 상세한 구성을 기재한 상기 공보는, 본 명세서에 참고로서 원용된다.
바람직하게는, 액정층 (513) 은, 흑색 표시시에 수직 배향된 액정 분자를 함유한다. 이와 같은 액정층을 갖는 액정 셀의 구동 모드로는, 예를 들어 MVA (멀티도메인 수직 배향) 모드, PVA (패턴 VA) 모드, TN (트위스티드 네마틱) 모드, ECB (전계 제어 복굴절) 모드, OCB (벤드 네마틱) 모드를 들 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 실시예에 있어서의 평가 방법은 하기와 같다. 또한, 특별히 명기하지 않는 한, 실시예에 있어서의 「부」 및 「％」는 중량 기준이다.
(1) 광 확산 소자의 두께
마이크로게이지식 두께계 (미츠토요사 제조) 로 기재와 광 확산 소자의 합계 두께를 측정하고, 당해 합계 두께로부터 기재의 두께를 차감하여, 광 확산 소자의 두께를 산출하였다.
(2) 제 1 농도 변조 영역 및 제 2 농도 변조 영역의 유무
실시예 및 비교예에서 얻어진 광 확산 소자와 기재의 적층체를 액체 질소로 냉각시키면서, 마이크로톰으로 0.1 ㎛ 의 두께로 슬라이스하여 측정 시료로 하였다. 투과형 전자 현미경 (TEM) 을 사용하여, 당해 측정 시료의 광 확산 소자 부분의 미립자의 상태 및 당해 미립자와 매트릭스의 계면의 상태를 관찰하였다. 미립자와 매트릭스의 계면이 불명료한 경우를 「제 1 농도 변조 영역 있음」으로 하고, 미립자와 매트릭스의 계면이 명료한 경우를 「제 1 농도 변조 영역 없음」으로 하였다. 또한, 미립자 내부에서 전구체 침투에 의한 콘트라스트를 확인할 수 있는 경우를 「제 2 농도 변조 영역 있음」으로 하고, 미립자 내부에 콘트라스트를 확인할 수 없고 균일색인 경우를 「제 2 농도 변조 영역 없음」으로 하였다.
(3) 헤이즈
JIS 7136 에서 정하는 방법에 의해, 헤이즈미터 (무라카미 색채 과학 연구소사 제조, 상품명 「HN-150」) 를 사용하여 측정하였다.
(4) 광 확산 반값각
광 확산 소자의 정면으로부터 레이저광을 조사하여, 확산된 광의 확산 각도에 대한 확산 휘도를 고니오포토미터로 1°간격으로 측정하고, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 레이저의 직진 투과광을 제외한 광 확산 휘도의 최대값으로부터 절반의 휘도가 되는 확산 각도를 확산의 양측에서 측정하여, 당해 양측의 각도를 더한 것 (도 7 의 각도 A ＋ 각도 A') 을 광 확산 반값각으로 하였다.
(5) 후방 산란율
실시예 및 비교예에서 얻어진 광 확산 소자와 기재의 적층체를, 투명 점착제를 개재하여 흑색 아크릴판 (스미토모 화학사 제조, 상품명 「SUMIPEX」(등록 상표), 두께 2 ㎜) 상에 첩합(貼合)하여 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 사용하여, 기재와 투명 도공층의 적층체를 제작하여 대조 시료로 하고, 상기와 동일하게 하여 적분 반사율 (즉, 표면 반사율) 을 측정하였다. 상기 측정 시료의 적분 반사율에서 상기 대조 시료의 적분 반사율 (표면 반사율) 을 차감함으로써, 광 확산 소자의 후방 산란율을 산출하였다.
(6) 전구체의 침투 범위
상기 (2) 에 기재된 순서로 촬영된 TEM 사진으로부터 무작위로 10 개의 광 확산성 미립자를 선택하였다. 선택된 광 확산성 미립자 각각에 대하여, 광 확산성 미립자의 입경과 광 확산성 미립자의 전구체가 침투하고 있지 않은 부분 (비침투부) 의 입경을 측정하고, 하기의 식으로 침투 범위를 산출하였다. 10 개의 광 확산성 미립자에 대한 평균을 침투 범위로 하였다.
(침투 범위) ＝ {1 － (비침투부의 입경/광 확산성 미립자의 입경)} × 100 (％)
<실시예 1 : 광 확산 소자의 제작>
초미립자 성분으로서의 지르코니아 나노 입자 (평균 입경 60 ㎚, 굴절률 2.19) 를 62 ％ 함유하는 하드 코트용 수지 (JSR 사 제조, 상품명 「오프스타 KZ6661」(MEK/MIBK 함유)) 18.2 부에, 수지 성분의 전구체로서의 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 (오사카 유기 화학 공업사 제조, 상품명 「비스코트 #300」, 굴절률 1.52) 의 50 ％ 메틸에틸케톤 (MEK) 용액을 6.8 부, 광 중합 개시제 (치바 스페셜티 케미컬사 제조, 상품명 「이르가큐어 907」) 를 0.068 부, 레벨링제 (DIC 사 제조, 상품명 「GRANDIC PC 4100」) 를 0.625 부, 및 광 확산성 미립자로서의 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 미립자 (소켄 화학사 제조, 상품명 「MX180TA」, 평균 입경 1.8 ㎛, 굴절률 1.49) 를 2.5 부 첨가하였다. 이 혼합물을 5 분간 초음파 처리하여, 상기 각 성분이 균일하게 분산된 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 54.5 ％ 였다. 당해 도공액을 조제 후 즉시 바 코터를 사용하여 TAC 필름 (후지 필름사 제조, 상품명 「후지택」) 상에 도공하고, 100 ℃ 에서 1 분간 건조 후, 적산 광량 300 mJ 의 자외선을 조사하여, 두께 20 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를, 후술하는 실시예 2 ∼ 15 및 비교예 1 ∼ 4 의 결과와 함께 표 1 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 유무를 확인한 TEM 사진을 도 8 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 관찰은, 광 확산성 미립자의 반경 (r1) 에 대한 TEM 관찰 단면의 반경 (r2) 의 비율 (r2/r1) 이 50 ％ 가 되는 위치에서 실시하였다.
<실시예 2 : 광 확산 소자의 제작>
도공액의 도공 두께를 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 16 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 3 : 광 확산 소자의 제작>
도공액의 도공 두께를 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 4 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 4 : 광 확산 소자의 제작>
초미립자 성분으로서의 지르코니아 나노 입자 (평균 입경 60 ㎚, 굴절률 2.19) 를 62 ％ 함유하는 하드 코트용 수지를 JSR 사 제조, 상품명 「오프스타 KZ6676」(MEK/MIBK 함유) 으로 변경한 것, 및 수지 성분의 전구체를 펜타에리트리톨트리아크릴레이트로부터 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 (신나카무라 화학 공업사 제조, 상품명 「NK 에스테르」) 로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 54.5 ％ 였다. 이하의 순서는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 20 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 유무를 확인한 TEM 사진을 도 8 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 관찰은, r2/r1 이 66.7 ％ 가 되는 위치에서 실시하였다.
<실시예 5 : 광 확산 소자의 제작>
광 확산성 미립자로서의 PMMA 미립자를, 세키스이 화성품 공업사 제조, 상품명 「XX131AA」(평균 입경 2.5 ㎛, 굴절률 1.49) 로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 54.5 ％ 였다. 이하의 순서는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 20 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 유무를 확인한 TEM 사진을 도 8 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 관찰은, r2/r1 이 32.0 ％ 가 되는 위치에서 실시하였다.
<실시예 6 : 광 확산 소자의 제작>
수지 성분의 전구체로서의 펜타에리트리톨트리아크릴레이트의 50 ％ 메틸에틸케톤 (MEK) 용액 6.8 부를, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트의 50 ％ 톨루엔 용액 6.8 부로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 45 ％ 였다. 이하의 순서는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 20 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 유무를 확인한 TEM 사진을 도 9 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 관찰은, r2/r1 이 50.0 ％ 가 되는 위치에서 실시하였다.
<실시예 7 : 광 확산 소자의 제작>
초미립자 성분으로서의 지르코니아 나노 입자 (평균 입경 30 ㎚, 굴절률 2.19) 를 35.5 ％ 함유하는 슬러리 (CI 화성사 제조, 상품명 「ZRMIBK 35 ％-F83」, 분산 용매 MIBK) 10 부에, 수지 성분의 전구체로서의 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 (오사카 유기 화학 공업사 제조, 상품명 「비스코트 #300」, 굴절률 1.52) 를 2.78 부, 광 중합 개시제 (치바 스페셜티 케미컬사 제조, 상품명 「이르가큐어 907」) 를 0.03 부, 레벨링제 (DIC 사 제조, 상품명 「GRANDIC PC 4100」) 를 0.03 부, 및 광 확산성 미립자로서의 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 미립자 (네가미 공업사 제조, 상품명 「아트펄 J-4P」, 평균 입경 2.1 ㎛, 굴절률 1.49) 를 0.56 부 첨가하여 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 45 ％ 였다. 이하의 순서는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 20 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 유무를 확인한 TEM 사진을 도 9 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 관찰은, r2/r1 이 47.6 ％ 가 되는 위치에서 실시하였다.
<실시예 8 : 광 확산 소자의 제작>
초미립자 성분으로서의 지르코니아 나노 입자 (평균 입경 60 ㎚, 굴절률 2.19) 를 62 ％ 함유하는 하드 코트용 수지 (JSR 사 제조, 상품명 「오프스타 KZ6661」(MEK/MIBK 함유)) 18.2 부에, 수지 성분의 전구체로서의 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 (오사카 유기 화학 공업사 제조, 상품명 「비스코트 #300」, 굴절률 1.52) 의 50 ％ 메틸에틸케톤 (MEK) 용액을 6.8 부, 광 중합 개시제 (치바 스페셜티 케미컬사 제조, 상품명 「이르가큐어 907」) 를 0.068 부, 레벨링제 (DIC 사 제조, 상품명 「GRANDIC PC 4100」) 를 0.625 부, 및 광 확산성 미립자로서의 폴리메타크릴산메틸 (PMMA) 미립자 (네가미 공업사 제조, 상품명 「아트펄 J-4P」, 평균 입경 2.1 ㎛, 굴절률 1.49) 를 2.5 부 첨가하였다. 이 혼합물을 5 분간 초음파 처리하여, 상기의 각 성분이 균일하게 분산된 도공액을 조제하였다. 당해 도공액을 조제 후 즉시 바 코터를 사용하여 TAC 필름 (후지 필름사 제조, 상품명 「후지택」) 상에 도공하고, 100 ℃ 에서 1 분간 건조 후, 적산 광량 300 mJ 의 자외선을 조사하여, 두께 12 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 유무를 확인한 TEM 사진을 도 9 에 나타낸다.
<실시예 9 : 광 확산 소자의 제작>
실시예 8 과 동일하게 하여 도공액을 조제하였다. 당해 도공액을 4 시간 정치한 후, 실시예 8 과 동일하게 하여 도공하였다. 도공 후의 건조 온도를 60 ℃ 로 한 것, 및 두께를 10 ㎛ 로 한 것 이외에는 실시예 8 과 동일하게 하여 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 10 : 광 확산 소자의 제작>
60 ℃ 에서 1 분간 건조시키고, 도공액의 두께를 10 ㎛ 로 한 것 이외에는 실시예 8 과 동일하게 하여 (즉, 도공액을 조제 후 즉시 도공하여), 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 11 : 광 확산 소자의 제작>
정치 시간을 2 시간으로 한 것 이외에는 실시예 9 와 동일하게 하여 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 12 : 광 확산 소자의 제작>
정치 시간을 7 시간으로 한 것 이외에는 실시예 9 와 동일하게 하여 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 13 : 광 확산 소자의 제작>
정치 시간을 24 시간으로 한 것 이외에는 실시예 9 와 동일하게 하여 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 14 : 광 확산 소자의 제작>
광 확산성 미립자로서의 PMMA 미립자를, 세키스이 화성품 공업사 제조, 상품명 「XX131AA」(평균 입경 2.5 ㎛, 굴절률 1.49) 로 변경한 것 이외에는 실시예 13 과 동일하게 하여 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 15 : 광 확산 소자의 제작>
광 확산성 미립자를, MMA-스티렌 (St) 공중합체 미립자 (세키스이 화성품 공업사 제조, 상품명 「XX15AA」, 평균 입경 2.9 ㎛, MMA/St 비 ＝ 70/30, 굴절률 1.52) 로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 54.5 ％ 였다. 이하의 순서는 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 20 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<비교예 1>
초미립자 성분을 함유하지 않는 구성의 광 확산 소자를, 이하의 순서로 제작하였다 :
아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 (AS) 수지 (아사히 화성 케미컬즈사 제조, 상품명 「스타이락 AS」, 굴절률 1.57) 20 부를 시클로펜타논 (CPN) 100 부에 용해시킨 용액에, 실리콘 수지 미립자 (모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈사 제조, 상품명 「토스펄 120」, 평균 입경 2.0 ㎛, 굴절률 1.43) 를 4 부 첨가하여 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 19.4 ％ 였다. 당해 도공액을 조제 후 즉시 어플리케이터를 사용하여 TAC 필름 (후지 필름사 제조, 상품명 「후지택」) 상에 도공하고, 150 ℃ 에서 1 분간 건조시켜, 두께 50 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 유무를 확인한 TEM 사진을 도 10 에 나타낸다. 또한, 농도 변조 영역의 관찰은, r2/r1 이 50.0 ％ 가 되는 위치에서 실시하였다.
<비교예 2>
도공액의 도공 두께를 변경한 것 이외에는 비교예 1 과 동일하게 하여, 두께 10 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<비교예 3>
초미립자 성분을 함유하지 않는 구성의 광 확산 소자를, 이하의 순서로 제작하였다 :
플루오렌계 아크릴레이트 (오사카 가스 케미컬사 제조, 상품명 「오그솔 EA-0200」, 굴절률 1.62) 의 50 ％ 메틸에틸케톤 (MEK) 용액 25 부에, 광 중합 개시제 (치바 스페셜티 케미컬사 제조, 상품명 「이르가큐어 907」) 를 0.068 부, 레벨링제 (DIC 사 제조, 상품명 「GRANDIC PC 4100」) 를 0.625 부, PMMA 미립자 (네가미 공업사 제조, 상품명 「아트펄 J-4P」, 평균 입경 : 2.1 ㎛) 를 2.5 부 첨가하였다. 이 혼합물을 5 분간 초음파 처리하여, 상기의 각 성분이 균일하게 분산된 도공액을 조제하였다. 이 도공액의 고형분 농도는 54.5 ％ 였다. 당해 도공액을 조제 후 즉시 바 코터를 사용하여 TAC 필름 (후지 필름사 제조, 상품명 「후지택」) 상에 도공하고, 100 ℃ 에서 1 분간 건조 후, 적산 광량 300 mJ 의 자외선을 조사하여, 두께 20 ㎛ 의 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<비교예 4>
광 확산성 미립자를 실리콘 미립자 (모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈사 제조, 상품명 「토스펄 120」, 평균 입경 2.0 ㎛, 굴절률 1.43) 로 변경하고, 두께를 13 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 8 과 동일하게 하여 광 확산 소자를 얻었다. 얻어진 광 확산 소자를 상기 (1) ∼ (6) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
<실시예 16 : 액정 표시 장치의 제작>
멀티 도메인형 VA 모드의 액정 셀을 구비하는 시판되는 액정 텔레비전 (SONY사 제조, 브라비아 20 형, 상품명 「KDL20J3000」) 으로부터 액정 셀을 꺼냈다. 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 대하여 90°) 이 되고, 시인측 편광판의 편광자의 흡수축 방향이 수평 방향 (액정 패널의 장변 방향에 대하여 0°) 이 되도록 하여 첩합하였다. 또한, 시인측 편광판의 외측에, 실시예 1 의 광 확산 소자를 기재로부터 전사하여 첩합하여 액정 패널을 제작하였다.
한편, PMMA 시트의 편면에, 렌티큘러 렌즈의 패턴을 전사 롤을 사용하여 용융 열 전사하였다. 렌즈 패턴이 형성된 면과는 반대측의 면 (평활면) 에, 렌즈의 초점만 광이 투과되도록 알루미늄의 패턴 증착을 실시하여, 개구부의 면적 비율 7 ％ (반사부의 면적 비율 93 ％) 인 반사층을 형성하였다. 이와 같이 하여 집광 소자를 제작하였다. 백라이트의 광원으로서 냉음극 형광 램프 (소니사 제조, BRAVIA20J 의 CCFL) 를 사용하고, 당해 광원에 집광 소자를 장착하여, 콜리메이트광을 출사하는 평행광 광원 장치 (백라이트 유닛) 를 제작하였다.
상기 액정 패널에 상기 백라이트 유닛을 장착하여, 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템의 액정 표시 장치를 제작하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대하여 암소(暗所)에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 암소에 있어서의 백색 표시 및 명소에 있어서의 흑색 표시에 대하여 경사 방향으로부터 보았을 경우의 표시 상태의 사진을 도 11 에 나타낸다. 또한, 사진에는 광 확산 소자의 실시예 번호 (실시예 1) 가 부착되어 있다.
<비교예 5>
비교예 2 의 광 확산 소자를 사용한 것 이외에는 실시예 16 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제작하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대하여 암소에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 암소에 있어서의 백색 표시 및 명소에 있어서의 흑색 표시에 대하여 경사 방향으로부터 보았을 경우의 표시 상태의 사진을 도 11 에 나타낸다. 또한, 사진에는, 광 확산 소자의 비교예 번호 (비교예 2) 가 부착되어 있다.
<비교예 6>
비교예 3 의 광 확산 소자를 사용한 것 이외에는 실시예 16 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제작하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대하여 암소에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 암소에 있어서의 백색 표시 및 명소에 있어서의 흑색 표시에 대하여 경사 방향으로부터 보았을 경우의 표시 상태의 사진을 도 11 에 나타낸다. 또한, 사진에는 광 확산 소자의 비교예 번호 (비교예 3) 가 부착되어 있다.
<실시예 17 : 액정 표시 장치의 제작>
멀티 도메인형 VA 모드의 액정 셀을 구비하는 시판되는 액정 텔레비전 (SONY사 제조, 브라비아 20 형, 상품명 「KDL20J3000」) 으로부터 액정 셀을 꺼냈다. 당해 액정 셀의 양측에, 시판되는 편광판 (닛토 전공사 제조, 상품명 「NPF-SEG1423DU」) 을 각각의 편광자의 흡수축이 직교하도록 첩합하였다. 보다 구체적으로는, 백라이트측 편광판의 편광자의 흡수축 방향이 수직 방향 (액정 패널의 장변 방향에 대하여 90°) 이 되고, 시인측 편광판의 편광자의 흡수축 방향이 수평 방향 (액정 패널의 장변 방향에 대하여 0°) 이 되도록 하여 첩합하였다. 또한, 시인측 편광판의 외측에, 실시예 8 의 광 확산 소자를 기재로부터 전사하여 첩합하여 액정 패널을 제작하였다.
한편, PMMA 시트의 편면에, 렌티큘러 렌즈의 패턴을 전사 롤을 사용하여 용융 열 전사하였다. 렌즈 패턴이 형성된 면과는 반대측의 면 (평활면) 에, 렌즈의 초점만 광이 투과되도록 알루미늄의 패턴 증착을 실시하여, 개구부의 면적 비율 7 ％ (반사부의 면적 비율 93 ％) 인 반사층을 형성하였다. 이와 같이 하여 집광 소자를 제작하였다. 백라이트의 광원으로서 냉음극 형광 램프 (소니사 제조, BRAVIA20J 의 CCFL) 를 사용하고, 당해 광원에 집광 소자를 장착하여, 콜리메이트광을 출사하는 평행광 광원 장치 (백라이트 유닛) 를 제작하였다.
상기 액정 패널에 상기 백라이트 유닛을 장착하여, 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템의 액정 표시 장치를 제작하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대하여 암소에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 경사 방향으로부터 보았을 경우, 명소에서의 흑색 표시가 검으며 또한 암소의 백색 표시의 휘도가 높다는 양호한 표시 특성을 나타냈다.
<비교예 7>
비교예 4 의 광 확산 소자를 사용한 것 이외에는 실시예 17 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제작하였다. 얻어진 액정 표시 장치에 대하여 암소에서 백색 표시 및 흑색 표시를 실시하고, 그 표시 상태를 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 경사 방향으로부터 보았을 경우, 암소의 백색 표시의 휘도는 높았지만, 명소에서의 흑색 표시는 부옇게 보였다.
<평가>
표 1 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 실시예의 광 확산 소자는, 매우 얇음에도 불구하고 높은 헤이즈값을 가지며, 또한 후방 산란율이 작다. 한편, 비교예에 있어서는, 후방 산란을 억제하면서 높은 헤이즈값을 실현하려고 하면, 두께를 매우 두껍게 하지 않으면 안되고 (비교예 1), 어느 정도의 얇은 두께로 높은 헤이즈값을 실현하려고 하면, 후방 산란이 매우 커져 버린다 (비교예 3). 또한, 도 10 으로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 의 광 확산 소자를 실장한 액정 표시 장치는, 경사 방향으로부터 보았을 경우, 명소에서의 흑색 표시가 검으며 또한 암소의 백색 표시의 휘도가 높다는 양호한 표시 특성을 나타낸다. 한편, 비교예 2 의 광 확산 소자를 실장한 액정 표시 장치는, 명소에서의 흑색 표시는 검지만, 암소의 백색 표시의 휘도가 불충분하여 어둡게 되어 있다. 비교예 3 의 광 확산 소자를 실장한 액정 표시 장치는, 암소의 백색 표시의 휘도는 높지만, 명소에서의 흑색 표시에 있어서의 뿌예짐이 크다.
또한, 실시예 1 과 실시예 8, 9 및 12 ∼ 14 를 비교하면 분명한 바와 같이, 제 2 농도 변조 영역을 형성함으로써, 제 2 농도 변조 영역이 형성되지 않는 경우에 비해, 광 확산 소자의 두께를 현격히 얇게 해도, 헤이즈값이 매우 높으며 또한 후방 산란이 매우 작은 광 확산 소자가 얻어진다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 9 ∼ 13 의 결과로부터, 최대 팽윤 시간 이내이면 정치 시간이 클수록 높은 확산성을 갖는 광 확산 소자가 얻어지고, 최대 팽윤 시간을 초과하면 정치 시간이 커져도 얻어지는 광 확산 소자의 확산성은 거의 일정한 것을 알 수 있다. 또한, 소정의 정치 시간을 확보하여 제 2 농도 변조 영역을 형성함으로써, 저온에서 건조시켜도 높은 헤이즈값을 갖는 광 확산 소자가 얻어진다는 것을 알 수 있다 (저온 건조는, 제조시의 비용 및 안전성이 우수하기 때문에 바람직하다).
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 매우 얇음에도 불구하고 높은 헤이즈값을 가지며, 또한 후방 산란율이 작은 광 확산 소자가 얻어졌다. 이와 같은 광 확산 소자를 장착한 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템의 액정 표시 장치는, 명소에서의 흑색 표시가 검으며 또한 암소의 백색 표시의 휘도가 높다는 양호한 표시 특성을 나타냈다.
산업상 이용가능성
본 발명의 광 확산 소자 및 광 확산 소자 부착 편광판은, 액정 표시 장치의 시인측 부재, 액정 표시 장치의 백라이트용 부재, 조명 기구 (예를 들어, 유기 EL, LED) 용 확산 부재에 바람직하게 사용될 수 있고, 콜리메이트 백라이트 프런트 확산 시스템의 액정 표시 장치의 프런트 광 확산 소자로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
10 : 매트릭스
11 : 수지 성분
12 : 초미립자 성분
20 : 광 확산성 미립자
31 : 농도 변조 영역 (제 1 농도 변조 영역)
32 : 제 2 농도 변조 영역
100 : 광 확산 소자
110 : 편광자
120 : 보호층
130 : 보호층
200 : 광 확산 소자 부착 편광판
500 : 액정 표시 장치
11 : 수지 성분
12 : 초미립자 성분
20 : 광 확산성 미립자
31 : 농도 변조 영역 (제 1 농도 변조 영역)
32 : 제 2 농도 변조 영역
100 : 광 확산 소자
110 : 편광자
120 : 보호층
130 : 보호층
200 : 광 확산 소자 부착 편광판
500 : 액정 표시 장치
Claims (18)
- 수지 성분 및 초미립자 성분을 함유하는 매트릭스와, 상기 매트릭스 중에 분산된 광 확산성 미립자를 갖고,
상기 수지 성분, 상기 초미립자 성분 및 상기 광 확산성 미립자는, 그들의 굴절률이 하기 식 (1) 을 만족시키고,
상기 광 확산성 미립자의 표면 근방 외부에 형성되며, 상기 광 확산성 미립자로부터 멀어짐에 따라 상기 수지 성분의 중량 농도가 낮아져 상기 초미립자 성분의 중량 농도가 높아지는 농도 변조 영역을 갖는, 광 확산 소자 :
｜nP － nA｜ ＜ ｜nP － nB｜ … (1)
식 (1) 중, nA 는 매트릭스의 수지 성분의 굴절률을 나타내고, nB 는 매트릭스의 초미립자 성분의 굴절률을 나타내며, nP 는 광 확산성 미립자의 굴절률을 나타낸다. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 확산성 미립자의 표면 근방 내부에 상기 수지 성분이 침투하여 형성된 제 2 농도 변조 영역을 추가로 갖는, 광 확산 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
헤이즈가 90 ％ ∼ 99 ％ 인, 광 확산 소자. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
0.01 ≤ ｜nP － nA｜ ≤ 0.10, 및 0.10 ≤ ｜nP － nB｜ ≤ 1.50 을 만족시키는, 광 확산 소자. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 성분 및 상기 광 확산성 미립자가 동일계의 재료로 구성되고, 상기 초미립자 성분이 상기 수지 성분 및 상기 광 확산성 미립자와는 상이한 계의 재료로 구성되어 있는, 광 확산 소자. - 제 5 항에 있어서,
상기 수지 성분 및 상기 광 확산성 미립자가 유기 화합물로 구성되고, 상기 초미립자 성분이 무기 화합물로 구성되어 있는, 광 확산 소자. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 확산성 미립자는, 평균 입경이 1 ㎛ ∼ 5 ㎛ 인, 광 확산 소자. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초미립자 성분은, 평균 입경이 1 ㎚ ∼ 100 ㎚ 인, 광 확산 소자. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
광 확산 반값각이 10°∼ 150°인, 광 확산 소자. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 광 확산 소자와 편광자를 갖는, 광 확산 소자 부착 편광판.
- 액정 셀과,
상기 액정 셀을 향하여 콜리메이트광을 출사하는 평행광 광원 장치와,
상기 액정 셀을 통과한 콜리메이트광을 투과 및 확산시키는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 광 확산 소자를 구비하는, 액정 표시 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 광 확산 소자의 제조 방법으로서,
매트릭스의 수지 성분 또는 그 전구체와 초미립자 성분과 광 확산성 미립자를 휘발성 용제 중에 용해 또는 분산시킨 도공액을 기재에 도포하는 공정과,
상기 기재에 도포된 도공액을 건조시키는 공정을 포함하는, 광 확산 소자의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 도공액에 있어서, 상기 수지 성분의 전구체와 상기 광 확산성 미립자를 접촉시키는 공정과, 상기 전구체의 적어도 일부를 상기 광 확산성 미립자의 내부에 침투시키는 공정을 추가로 포함하는, 광 확산 소자의 제조 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 도공액에 있어서, 상기 광 확산성 미립자의 입경이 실질적으로 최대가 될 때까지의 시간보다 긴 시간, 상기 수지 성분의 전구체와 상기 광 확산성 미립자를 접촉시키는, 광 확산 소자의 제조 방법. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 침투 공정에 있어서, 상기 광 확산성 미립자의 표면에서부터 상기 광 확산성 미립자의 평균 입경의 10 ％ 이상 95 ％ 이하의 범위까지 상기 전구체를 침투시키는, 광 확산 소자의 제조 방법. - 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도포 공정 후에 상기 전구체를 중합시키는 공정을 추가로 포함하는, 광 확산 소자의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 중합 공정에 있어서, 상기 광 확산성 미립자 내부에 침투한 전구체와 상기 광 확산성 미립자에 침투하지 않은 전구체를 동시에 중합하여, 상기 광 확산성 미립자의 표면 근방 내부에 상기 제 2 농도 변조 영역을 형성함과 동시에, 상기 매트릭스 및 상기 제 1 농도 변조 영역을 형성하는, 광 확산 소자의 제조 방법. - 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
상기 수지 성분이 전리선 경화형 수지이며, 전리선을 조사함으로써 상기 수지 성분의 전구체를 중합시키는, 광 확산 소자의 제조 방법.
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