CN100407007C - 用于液晶显示器背光单元的光漫射膜 - Google Patents

用于液晶显示器背光单元的光漫射膜 Download PDF

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Abstract

一种用于LCD(液晶显示器)背光单元的光漫射膜(1)，其包含通过将包含粘合剂树脂与光漫射珠粒的组合物涂布在高透明度塑料载体(3)的至少一侧而制备的光漫射层(2，4)，该光漫射层(2，4)包含，基于100重量份的粘合剂树脂固体，50到350重量份的光漫射珠粒，其中该光漫射珠粒的算术平均粒子直径为1到50μm，并且如用下面的等式1计算的多分散指数(PDI)大于1.00且不大于1.50：等式1多分散指数(PDI)=Dw/Dn，其中见右式(1)，Dn是数均直径；Dw是加权平均直径；N是被分析珠粒的数目；di是珠粒i的直径。本发明的光漫射膜(1)，当安装于背光单元时，保障相对于现有产品提高的亮度。

Description

用于液晶显示器背光单元的光漫射膜
技术领域
本发明涉及一种用于LCD(液晶显示器)背光单元的高亮度光漫射膜。更具体而言，本发明涉及一种通过下面的方法制备的光漫射膜：将透明球形有机珠粒分散于用于表面硬度并且粘合至由高透明度塑料形成的基膜上的透明粘合剂树脂如丙烯酸类树脂中，然后用在粘合剂树脂中的分散珠粒涂布基材膜的一面或两面。
背景技术
由于显示器技术的革新性发展，扩大屏幕、更低耗能和更高亮度的LCD是TFT-LCD未来的核心技术。为了适应这些要求，对TFT-LCD的部件，即液晶模块和背光单元进行了许多研究。
扩大屏幕、更低耗能和更高亮度的背光单元也与消除背光单元本身的尝试一起在发展中。但是，由于LCD的基本特性，目前的技术中不能形成没有单独光源如LED单元的LCD显示器。
在背光单元中，光漫射膜的功能是将来自用作安装在屏幕整个面上的LCD的一个面或后面上的侧光源的灯的光束扩散，并且将该光束折射成为正面方向上的均匀光束。此外，将反射膜、光导板和棱镜膜用于LCD中相应的操作。从光源发射来的光的强度通过上述的不同介质而逐渐衰减，所以用户实际观看的屏幕上的亮度仅仅是来自原始光源的光强度的几百分之一。
为了解决此问题，已经采取了许多办法，包括例如，提高光源的亮度，或减小光导板、扩散膜、棱镜和扩散板每种介质的厚度。但是，减小每种介质的厚度由于制造商的生产率和操作效率而受到限制。
近来尝试了改变光导板形成的图案的许多办法。例如，用具有优异光漫射效率的珠粒，将通过涂布光漫射层在基材膜上而制备的光漫射膜用来均匀地扩散光束。就此而论，采取了用于高亮度的许多办法，包括：珠粒的选择，涂层厚度的控制和后部膜涂层的抗反射。
在光漫射膜中，光漫射层具有包括在粘合剂树脂中的光漫射珠粒的组成。用于此目的的光漫射珠粒包括光漫射效率优异的有机聚合物珠粒。但是，在有机聚合物珠粒的类型方面存在限制，所述的有机聚合物珠粒主要是通过乳液聚合制备的。另一方面，无机珠粒与粘合剂树脂不相容，并且目前光漫射效率差。
根据用途，已经不同地开发出用于笔计本式计算机和用于LCD监视器的光漫射膜，由于用于笔计本式计算机的光漫射膜具有不同结构的背光单元，因此具有不同于用于LCD监视器的光漫射膜的光学性质。尽管没有将相同的构造用于所有的产品，但是用于笔计本式计算机的背光单元包括：在单个光漫射膜上的亮度增强膜和在亮度增强膜的覆盖膜，而用于LCD监视器的背光单元包括两个光漫射膜和在光漫射膜上的双重亮度增强膜或漫反射偏振器膜。
在LCD监视器用的背光单元中的光漫射膜包括：在光漫射层组合物中，基于100重量份的粘合剂树脂，150至350重量份的直径大于20μm的珠粒，所以光漫射层的涂层厚度大，其中在正面和后面的总透光率方面差别大。另一方面，笔计本式计算机用的背光单元中的光漫射膜包括：在光漫射层组合物中，基于100重量份的粘合剂树脂，50至250重量份的直径约10μm的珠粒，所以光漫射层的涂层薄，其中在正面和后面的总透光率方面差别相对较小。
近来的趋势是对所有需要高亮度显示器件的部件提供高亮度。在背光单元后的亮度衰减至来自单个灯的原始亮度的约十分之一，并且在液晶板的情况下，进一步减小到原始亮度的一百分之一或二百分之一。亮度的提高对于LCD器件的图像执行是一个严重关注的事情。为此，要求LCD制造商进行设计具有高开口比率的LCD的尝试，所述的开口比已经处于最上限，而背光制造商尝试减小背光单元的厚度。
涉及光漫射膜的常规方法的一个实例是韩国专利公开No.2001-054274，该专利公开了一种具有光漫射层的光漫射膜，所述的光漫射层包括无机或有机光漫射体和透明的粘合剂树脂，该光漫射层是在包含透明聚合物树脂膜的基膜的任何一侧上形成的。在光漫射膜中，光漫射层含有凝结粒子尺寸小于50μm并且堆积比率小于10％的珠粒。
发明内容
因此，本发明的发明人发现，在用于LCD背光单元的高亮度光漫射膜中，根据分散的程度测得的多分散指数(PDI)大于1.00且不大于1.50的单分散性珠粒在光漫射层组合物中的应用可以通过使用更少量的珠粒保障来自光源的高亮度，从而完成了本发明。
因此，本发明的一个目的在于提供一种具有光漫射层的光漫射膜，其用更少量的珠粒提供来自光源的高亮度。
为了达到本发明的目的，提供一种光漫射膜，其包含通过将包含粘合剂树脂与光漫射珠粒的组合物涂布在高透明度塑料载体的至少一侧而制备的光漫射层。该光漫射层包含，基于100重量份的粘合剂树脂固体，50到350重量份的光漫射珠粒，其中该光漫射珠粒的算术平均粒子直径为1到50μm，并且如用下面的等式1计算的多分散指数(PDI)大于1.00且不大于1.50：
等式1
多分散指数 ( PDI ) = Dw Dn
其中
Dn = Σ i = 1 n di N ; Dw = Σ i = 1 n d i 4 Σ i = 1 n d i 3 ;
Dn是数均直径；Dw是加权平均直径；N是被分析珠粒的数目；di是珠粒i的直径。
下面，将进一步详细描述本发明。
根据本发明的光漫射膜1的横截面示于图1中。光漫射膜1具有在高透明度塑料载体3的一面或两个面上的光漫射层2和4，所述的扩散层2和4包含粘合剂树脂和光漫射珠粒。
个别层的进一步详细描述如下。
(1)光漫射层
在高透明度塑料载体的一面或两个面上形成的光漫射层包括粘合剂树脂和光漫射珠粒。光漫射层不仅涉及入射光的散射、反射和折射，以漫射光，而且还产生更高透光率的光，以将光通过导光板均匀地漫射在LCD屏幕的整个表面上。
此处，光漫射层使用对塑料载体的粘合力和与用作光漫射剂的珠粒的相容性都优异的粘合剂树脂。此处使用的树脂的具体实例可以包括：不饱和聚酯；丙烯酸类树脂，例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁基甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟基乙酯、甲基丙烯酸羟基丙酯、丙烯酸羟基乙酯、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸-2-乙基己酯的聚合物或共聚物或者三元共聚物；氨基甲酸酯；环氧树脂；或三聚氰胺。如果需要，可以使用硬化剂来硬化树脂涂膜，目的在于提高耐热性、耐磨性和粘附性。优选的树脂具有高的透光率，特别是，对基膜具有高的粘附性，因为它形成光漫射层。
光漫射珠粒包括各种有机或无机珠粒，其提高透光率和漫射率，其折射指数与普通树脂具有差别。此处使用的光漫射珠粒的具体实例可以包括：有机珠粒，包括丙烯酸类珠粒(例如，甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁基甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟基乙酯、甲基丙烯酸羟基丙酯、丙烯酸羟基乙酯、丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸-2-乙基己酯的聚合物或共聚物或者三元共聚物)、烯烃类珠粒(例如，聚乙烯、聚苯乙烯或聚丙烯)、丙烯酰基-烯烃共聚物，或者通过形成单一聚合物珠粒并且涂布不同的单体于珠粒层而制备的多层多组分珠粒；以及无机类的珠粒，如氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆或者氟化镁。本发明优选使用有机珠粒，其相对于无机珠粒具有优异的光漫射效率。
基于100重量份的粘合剂树脂固体含量，光漫射珠粒的含量优选在50到350重量份的范围内。低于50重量份的光漫射珠粒的含量恶化了光漫射效率，而超过350重量份的光漫射珠粒含量导致由堆积的珠粒引起的白色浊度，在使用光漫射珠粒的方面具有困难。上述范围可以用单位面积光漫射层中的珠粒数量来表示，即在100μm×100μm的面积中约10到200个珠粒。
珠粒数小于10个，光漫射效率恶化。珠粒数超过200个，相对提高了精细珠粒的数量，从而提高了多分散指数，并且导致珠粒堆积，使光漫射效率恶化。
用由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量珠粒的平均尺寸。用粒子尺寸分析仪测量的算术平均粒子直径优选在1到50μm的范围内。小于1μm的算术平均粒子直径导致光漫射效率恶化，而超过50μm的算术平均粒子直径增大了光漫射层的厚度，难以将光漫射层安装于厚度减小的产品中。更优选算术平均粒子直径在5到30μm的范围内。
本发明开发出的光漫射膜使用多分散指数大于1.00且不大于1.50的单分散珠粒作为光漫射珠粒，以用比现有产品更少量的珠粒显示高亮度。安装在背光单元中的光漫射膜的亮度是由光漫射层的粒子比例和粒子分布决定的。
多分散指数是根据等式1计算的，并且具体而言，是使用FE-SEM(Field Emission Scanning Electronic Microscope；由Hitachi Company制造)用500倍的放大倍数，由粒子直径分布的分析测量的。更具体而言，将用FE-SEM观察的N个珠粒取作样品，并且测量直径，以确定数均直径Dn，并且加权平均直径Dw，并且根据等式1计算多分散指数。对于完全单分散珠粒，多分散指数为1.00，所以，当使用多分散指数大于1.00且不大于1.50的单分散珠粒而不是多分散指数大于1.50的珠粒时，珠粒比例越低，光源的亮度越大。更优选珠粒的多分散指数大于1.00且不大于1.40。
在Colloid Polym.Sci.1999，第210至216页中，将由等式1给出的多分散指数规定为用于评估单分散珠粒分散程度的度量。
高亮度光漫射层中具有这种粒子分布的珠粒组合物必须被分散在塑料载体的整个表面上。将由此制备的光漫射溶液通过逗点刀(comma knife)或照相凹版涂布在塑料载体上。膜厚度适宜地在5到50μm的范围内。采用小于5μm的膜厚度，不能如此分布珠粒以提供光漫射特性。采用超过50μm的膜厚度，不能将光漫射层安装在厚度减小的产品中。
(2)塑料载体
可以将任何透明载体用于将光漫射层涂布其上的塑料载体。塑料载体的具体实例可以包括：聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、环氧树脂等。优选的塑料载体是聚对苯二甲酸乙二醇酯。近来，将具有UV屏蔽效果的聚对苯二甲酸乙二醇酯用于光漫射层中，而不加入UV稳定剂。但是，这对用于商业应用而言太贵。
要求塑料载体提供光漫射层对粘合剂树脂的粘合力，而对光漫射层没有由其高透光率引起的效果，并且具有表面光滑度，而没有亮度的偏差。
塑料载体的厚度适宜地为50到250μm，更优选为75到200μm。低于50μm的厚度导致光漫射膜的机械性能和耐热性差，而超过250μm的厚度使产品增厚，引起在厚度减小的产品中安装方面的问题。
附图简述
图1是根据本发明的光漫射膜的横截面图。
实施本发明的最佳方式
以下，将以下面实施例的方式详细地描述本发明，所述的实施例不是企图限制本发明的范围。
在下面的实施例中，用由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量光漫射珠粒的算术平均粒子直径和多分散指数。
实施例1
将100重量份的丙烯酸树脂52-666(由Aekyung Chemical，Company供给)用100重量份的甲基乙基酮和100重量份的甲苯稀释。相对于粘合剂树脂固体含量，将120重量份算术平均粒子直径为12.7μm和多分散指数为1.046(根据由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量)的聚甲基丙烯酸甲酯珠粒PX010(由Kolon Company供给)加入至粘合剂树脂中，并且用研磨机(Dynomill)分散，得到光漫射溶液。然后，用照相凹版将该光漫射溶液以10至30μm的厚度涂布至100μm厚度的超高透明度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(T600，由Mitsubishi Company供给)的一面或双面上，完成光漫射膜。
实施例2
将100重量份的丙烯酸树脂52-666(由Aekyung Chemical，Company供给)用100重量份的甲基乙基酮和100重量份的甲苯稀释。相对于粘合剂树脂固体含量，将130重量份算术平均粒子直径为14.2μm和多分散指数为1.136(根据由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量)的聚甲基丙烯酸甲酯珠粒PX010(由Kolon Company供给)加入至粘合剂树脂中，并且用研磨机(Dynomill)分散，得到光漫射溶液。然后，用照相凹版将该光漫射溶液以10至30μm的厚度涂布至100μm厚度的超高透明度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(T600，由Mitsubishi Company供给)的一面或双面上，完成光漫射膜。
实施例3
将100重量份的丙烯酸树脂Surcol836(由Allied Colloids Company供给)用100重量份的甲基乙基酮和100重量份的甲苯稀释。相对于粘合剂树脂固体含量，将100重量份算术平均粒子直径为11.5μm和多分散指数为1.310(根据由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量)的聚甲基丙烯酸甲酯珠粒PX010(由Kolon Company供给)加入至粘合剂树脂中，并且用研磨机(Dynomill)分散，得到光漫射溶液。然后，用照相凹版将该光漫射溶液以10至30μm的厚度涂布至100μm厚度的超高透明度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(A4300，由Toyobo Company供给)的一面或双面上，完成光漫射膜。
实施例4
将100重量份的丙烯酸多元醇BR-113(由Mitsubishi，Rayon Company供给)用100重量份的甲基乙基酮和10重量份的甲苯稀释。相对于粘合剂树脂固体含量，将110重量份算术平均粒子直径为9.8μm和多分散指数为1.272(根据由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量)的聚甲基丙烯酸甲酯珠粒PX010(由Kolon Company供给)加入至粘合剂树脂中，并且用研磨机(Dynomill)分散，得到光漫射溶液。然后，用照相凹版将该光漫射溶液以10至30μm的厚度涂布至100μm厚度的超高透明度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(A4300，由Toyobo Company供给)的一面或双面上，完成光漫射膜。
比较例1
将100重量份的丙烯酸多元醇BR-113(由Mitsubishi，Rayon Company供给)用100重量份的甲基乙基酮和100重量份的甲苯稀释。相对于粘合剂树脂固体含量，将150重量份算术平均粒子直径为13.5μm和多分散指数为1.698(根据由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量)的聚甲基丙烯酸甲酯珠粒PX010(由Kolon Company供给)加入至粘合剂树脂中，并且用研磨机(Dynomill)分散，得到光漫射溶液。然后，用照相凹版将该光漫射溶液以10至30μm的厚度涂布至100μm厚度的超高透明度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(A4300，由Toyobo Company供给)的一面或双面上，完成光漫射膜。
比较例2
将100重量份的丙烯酸多元醇Surcol836(由Allied Colloids Company供给)用100重量份的甲基乙基酮和100重量份的甲苯稀释。相对于粘合剂树脂固体含量，将170重量份算术平均粒子直径为12.2μm和多分散指数为1.716(根据由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量)的聚甲基丙烯酸甲酯珠粒PX010(由Kolon Company供给)加入至粘合剂树脂中，并且用研磨机(Dynomill)分散，得到光漫射溶液。然后，用照相凹版将该光漫射溶液以10至30μm的厚度涂布至100μm厚度的超高透明度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(A4300，由Toyobo Company供给)的一面或双面上，完成光漫射膜。
比较例3
将100重量份的丙烯酸多元醇52-666(由Aekyung Chemical，Company供给)用100重量份的甲基乙基酮和100重量份的甲苯稀释。相对于粘合剂树脂固体含量，将150重量份算术平均粒子直径为10.6μm和多分散指数为1.724(根据由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量)的聚甲基丙烯酸甲酯珠粒PX010(由Kolon Company供给)加入至粘合剂树脂中，并且用研磨机(Dynomill)分散，得到光漫射溶液。然后，用照相凹版将该光漫射溶液以10至30μm的厚度涂布至100μm厚度的超高透明度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(A4300，由Toyobo Company供给)的一面或双面上，完成光漫射膜。
比较例4
将100重量份的丙烯酸多元醇52-666(由Aekyung Chemical，Company供给)用100重量份的甲基乙基酮和100重量份的甲苯稀释。相对于粘合剂树脂固体含量，将150重量份算术平均粒子直径为11.7μm和多分散指数为1.952(根据由Fritsch Company制造的粒子尺寸分析仪：ANALYSETTE22测量)的聚甲基丙烯酸甲酯珠粒PX010(由Kolon Company供给)加入至粘合剂树脂中，并且用研磨机(Dynomill)分散，得到光漫射溶液。然后，用照相凹版将该光漫射溶液以10至30μm的厚度涂布至100μm厚度的超高透明度的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(A4300，由Toyobo Company供给)的一面或双面上，完成光漫射膜。
根据下面的测量方法，分析实施例和比较例中制备的光漫射膜的亮度和总透光率。
(1)在光漫射膜的光漫射层上的粒子尺寸分布
使用由Hitachi Company制造的S-4300FESEM(Field EmissionScanning Electronic Microscope)，采用500倍的放大倍数观察光漫射膜的光漫射层，以测量分布在100μm×100μm面积中的所有珠粒的直径di以及珠粒的数量N。然后，根据等式1计算珠粒的数均直径和加权平均直径，以确定多分散指数。
(2)珠粒的粒子尺寸分布
用由Beckman Coulter Company制造的粒子尺寸分析仪LS-13320，使用波长为750nm的激光和90秒的5W输出，测量珠粒的数均分子量和重均分子量，以计算珠粒的多分散指数。
(3)亮度
切割光漫射膜以安装在背光单元中，并且测量在背光单元的光导板上的光漫射膜下的亮度。然后，用亮度测量仪(由TOPCON Company供给的BM7)在9个点测量在安装光漫射层和双重亮度增强膜(由3M Company供给的VikuitiTM DBEF-D440)或漫反射偏振器膜(由3M Company供给的VikuitiTM DRPF)后的亮度。
(4)总透光率(TT)和雾度
采用安装在背光单元中的40mm×40mm膜样品，用两种雾度测量仪：由Nippon Denshoku Company制造的NDH2000和COH300A，在从光源发射的光束从膜样品的正面到背面通过时和在光束从膜样品的背面到正面通过时，测量总透光率(TT)和雾度。
根据实施例和比较例的光漫射膜的性质列于表1中。
表1
Figure C20048003486800131
如从表1中可见，与比较例1至4相比，本发明的实施例1、2和3提供优异的亮度。即，采用[(A)背光+漫射膜]、[(A)+双重亮度增强膜]和[(A)+双重亮度增强膜+覆盖膜]的亮度测量表明：本发明的实施例保障比比较例更高的亮度。
工业应用
如上所述，当安装于背光单元中时，具有含有多分散指数(PDI)大于1.00且不大于1.50的单分散珠粒的光漫射层的光漫射膜与现有产品相比提供提高的亮度。

Claims (5)

1.一种用于液晶显示器背光单元的光漫射膜，其包含通过将包含粘合剂树脂与光漫射珠粒的组合物涂布在高透明度塑料载体的至少一侧而制备的光漫射层，
该光漫射层包含，基于100重量份的粘合剂树脂固体，50到350重量份的光漫射珠粒，其中该光漫射珠粒的算术平均粒子直径为1到50μm，并且如用下面的等式1计算的多分散指数大于1.00且不大于1.50：
等式1
Figure C2004800348680002C1
其中
Dn = Σ i = 1 n di N ; Dw = Σ i = 1 n di 4 Σ i = 1 n di 3 ;
Dn是数均直径；Dw是加权平均直径；N是被分析珠粒的数目；di是珠粒i的直径。
2.如权利要求1所述的用于液晶显示器背光单元的光漫射膜，其中所述的多分散指数在大于1.00且不大于1.40的范围内。
3.如权利要求1所述的用于液晶显示器背光单元的光漫射膜，其中所述的光漫射珠粒的算术平均粒子直径为5到30μm。
4.如权利要求1所述的用于液晶显示器背光单元的光漫射膜，其中所述的光漫射层的厚度为5到50μm。
5.如权利要求1所述的用于液晶显示器背光单元的光漫射膜，其中所述的光漫射层中每100μm×100μm单位面积包含10到200个珠粒。
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