CN103109212A - 光扩散元件、带光扩散元件的偏振板、及使用其的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可实现低后向散射且高浊度的薄膜的光扩散元件。本发明的光扩散元件具有：具有第1折射率的第1区域及具有第2折射率的第2区域，第1区域与第2区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。根据一个实施方式，本发明的光扩散元件具有基质及分散在该基质中的光扩散性微粒，在基质与光扩散性微粒的界面或其附近，折射率不同的2个区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。

Description

光扩散元件、带光扩散元件的偏振板、及使用其的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种光扩散元件、带光扩散元件的偏振板、及使用其的液晶显示装置。
背景技术
光扩散元件被广泛用于照明罩、投影电视的屏幕、面发光装置(例如，液晶显示装置)等。近年来，正推进将光扩散元件用于液晶显示装置等的显示质量的提高、视角特性的改善等。作为光扩散元件，提出有将微粒分散在树脂片材等基质中而成的光扩散元件等(例如参照专利文献1)。在这种光扩散元件中，入射光的大部分向前方(射出面侧)散射，但一部分向后方(入射面侧)散射。微粒与基质的折射率差越大，扩散性(例如，浊度值)变得越大，但若折射率差较大，则会导致后向散射增大。更具体而言，例如提出有将光扩散元件配置于液晶显示装置的最表面以提高液晶显示装置的显示质量的技术，但这样的光扩散元件不具有充分的光扩散性(例如，浊度值低于90％)，使得显示质量的改善效果不充分。另一方面，若为了提高显示质量而将光扩散性较大(例如，浊度值为90％以上)的光扩散元件用于液晶显示装置，则存在如下问题，即，外部光入射至液晶显示装置时导致画面发白，使得明处难以显示对比率较高的影像或图像。其原因在于：光扩散元件中的微粒不仅会使入射光向前方散射，而且还使其向后方散射。根据以往的光扩散元件，由于浊度值变得越大，则后向散射变得越大，因此极难兼顾到光扩散性的增大与后向散射的抑制。进而，在照明用途中，若浊度值增大，则后向散射增大，总光线透过率下降，因此也会导致光利用效率下降。
作为解决如上所述的问题的方法，基于所谓抑制微粒与基质的界面上的反射的概念，而提出将核与壳的折射率不同的核壳微粒或折射率从微粒的中心部朝向外侧连续变化的所谓GRIN(gradient index，梯度指数)微粒等折射率倾斜微粒分散在树脂中(例如参照专利文献2～8)。然而，对较薄且浊度值较高的光扩散元件的要求强烈，期望进一步改善。
[以往技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利第3071538号
[专利文献2]日本专利特开平6-347617号公报
[专利文献3]日本专利特开2003-262710号公报
[专利文献4]日本专利特开2002-212245号公报
[专利文献5]日本专利特开2002-214408号公报
[专利文献6]日本专利特开2002-328207号公报
[专利文献7]日本专利特开2010-077243号公报
[专利文献8]日本专利特开2010-107616号公报
发明内容
本发明正是为了解决上述以往的课题而完成的发明，其目的在于，提供一种可实现低后向散射且高浊度的薄膜的光扩散元件。
[解决问题的技术手段]
本发明的一个实施方式的光扩散元件，具有：具有第1折射率的第1区域及具有第2折射率的第2区域，该第1区域与该第2区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。
本发明的其他实施方式的光扩散元件，具有基质及分散在该基质中的光扩散性微粒，在该基质与该光扩散性微粒的界面或其附近，折射率不同的2个区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。
在优选的实施方式中，上述基质包含树脂成分及超微粒成分，上述呈微细凹凸状且为球壳状的边界是由该基质中的分散有该超微粒成分的区域及未分散有该超微粒成分的区域形成。
在优选的实施方式中，上述呈微细凹凸状且为球壳状的边界是由上述光扩散性微粒的表面凹凸形成。
在优选的实施方式中，上述超微粒成分的平均一次粒径为1nm～100nm。
在优选的实施方式中，上述光扩散元件的浊度为90％～99.9％。
在优选的实施方式中，上述光扩散元件的厚度为4μm～50μm。
在优选的实施方式中，上述光扩散元件的光扩散半值角为10°～150°。
根据本发明的其他方面，提供一种带光扩散元件的偏振板。该带光扩散元件的偏振板具有上述光扩散元件及偏振片。
根据本发明的进而其他方面，提供一种液晶显示装置。该液晶显示装置具有：液晶单元；平行光光源装置，其朝向该液晶单元射出准直光；以及上述光扩散元件，其使穿过该液晶单元的准直光透过及扩散。
[发明的效果]
根据本发明，由具有第1折射率的第1区域及具有第2折射率的第2区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界，由此可获得可实现低后向散射且高浊度的薄膜的光扩散元件。
附图说明
图1A是本发明的优选实施方式的光扩散元件的概略剖面图。
图1B是用于说明由在光扩散性微粒的表面附近形成的微细凹凸状的边界所构成的折射率调制区域的模式图。
图1C是用于说明图1B的微细凹凸状的边界的详细情况的模式图。
图1D是用于说明如可形成图1B的微细凹凸状的边界那样的基质状态的模式图。
图2A是用于说明本发明的优选实施方式的光扩散元件中光扩散性微粒附近的超微粒成分的分散状态的TEM图像。
图2B是根据从1个方向观察的图2A的TEM图像形成的三维再构建像。
图2C是根据从其他方向观察的图2A的TEM图像形成的三维再构建像。
图2D是将图2B的三维再构建像进行2值化而成的图，且是用于说明基质与光扩散性微粒的界面附近的超微粒成分的分散浓度(存在比率)的算出方法的图。
图2E是用于说明根据图2B及图2C的三维再构建像求出微细凹凸状的边界的凹凸的平均间距及凹凸的平均高度的方法的三维再构建像。
图3是表示本发明的优选实施方式的光扩散元件中距光扩散性微粒表面的距离与超微粒成分的分散浓度(存在比率)的关系的曲线图。
图4是用于说明本发明的光扩散元件中从光扩散性微粒中心部至基质的折射率变化的概念图。
图5(a)是用于说明基质的平均折射率nM＞光扩散性微粒的折射率nP时的后向散射产生机理的概念图，(b)是用于说明nM＜nP时的后向散射产生机理的概念图。
图6是本发明的其他实施方式的光扩散元件的概略剖面图。
图7是本发明的优选实施方式的带光扩散元件的偏振板的概略剖面图。
图8是说明本发明的带光扩散元件的偏振板的制造方法的一例的模式图。
图9是本发明的优选实施方式的液晶显示装置的概略剖面图。
图10A是本发明中所使用的平行光光源装置的概略图。
图10B是本发明中所使用的平行光光源装置的其他方式的概略图。
图11是用于说明本发明中算出半值角的方法的模式图。
图12是用于说明算出光扩散半值角的方法的模式图。
图13是实施例1的光扩散元件的光扩散性微粒附近的TEM图像。
图14是实施例10的光扩散元件的光扩散性微粒附近的TEM图像。
图15是比较例2的光扩散元件的光扩散性微粒附近的TEM图像。
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对本发明的优选实施方式进行说明，但本发明并不限于这些具体实施方式。
A.光扩散元件
A-1.整体构成
本发明的光扩散元件具有：具有第1折射率的第1区域及具有第2折射率的第2区域。本发明的光扩散元件是通过第1区域与第2区域的折射率差来表现光扩散功能。在本发明中，第1区域与第2区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。因此，在本发明的光扩散元件中，外观上成为由呈微细凹凸状且为球壳状的边界包围的第1区域分散在第2区域中的状态。该边界的微细凹凸的尺寸优选小于光的波长。即，在折射率不同的第1区域与第2区域之间形成尺寸小于光的波长的微细凹凸状的边界，由此形成与凹凸的高度相应的实质性的折射率的调制区域。
第1区域、第2区域及边界(实质性的折射率调制区域)可通过任意适当的方法而形成。例如可列举如下所述的方法：(1)形成为折射率从微粒的中心部朝向外侧连续变化的折射率倾斜微粒(例如，所谓GRIN微粒)的折射率倾斜部分的轮廓成为凹凸形状，使该微粒分散在树脂中。在该情形时，凹凸的折射率倾斜部分对应于边界。进而，轮廓例如可通过利用溶剂对微粒的表面进行处理而成为凹凸形状；(2)基质中使用树脂成分与超微粒成分，通过超微粒成分的分散浓度的实质性梯度，而在基质与光扩散性微粒的界面或其附近，折射率不同的2个区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。以下，主要对基质中使用树脂成分与超微粒成分的实施方式进行说明，关于其他实施方式，仅对其特征部分进行简单说明。
在一个实施方式中，本发明的光扩散元件具有基质及分散在该基质中的光扩散性微粒。本实施方式的光扩散元件是通过基质与光扩散性微粒的折射率差来表现光扩散功能。在本实施方式中，在基质与光扩散性微粒的界面或其附近，折射率不同的2个区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。该边界的微细凹凸的尺寸优选为光的波长以下。即，在折射率不同的2个区域之间形成尺寸为光的波长以下的微细凹凸状的边界，由此与凹凸的高度相应的实质性折射率的调制区域形成于基质与光扩散性微粒的界面或其附近。在本说明书中，所谓“基质与光扩散性微粒的界面或其附近”是包括光扩散性微粒表面、表面附近的外部及表面附近的内部。即，在具有微细凹凸状表面的光扩散性微粒和折射率与该光扩散性微粒不同的基质的界面，也可形成该光扩散性微粒的表面性状所引起的微细凹凸状的边界；基质溶解侵蚀光扩散性微粒的表面，结果光扩散性微粒的表面成为微细凹凸状，也可形成该表面性状所引起的微细凹凸状的边界；在光扩散性微粒的内部存在折射率不同的2个区域的界面，该界面也可形成微细凹凸状的边界；在光扩散性微粒的表面附近外部的基质中存在折射率不同的2个区域的界面，该界面也可形成微细凹凸状的边界。在基质与光扩散性微粒的界面或其附近，折射率不同的2个区域形成微细凹凸状的边界，由此折射率实质上连续变化的情形时，基质实质上具有与光扩散性微粒的界面或其附近的该折射率调制区域及其外侧的折射率恒定区域。在折射率调制区域中，折射率实质上连续变化。在本说明书中，所谓“折射率实质上连续变化”是指折射率调制区域中折射率至少从光扩散性微粒表面至折射率恒定区域实质上连续变化即可。
图1A是本实施方式的光扩散元件的概略剖面图，图1B是用于说明基于在光扩散性微粒的表面附近形成的微细凹凸状的边界的折射率调制区域的模式图，图1C是用于说明图1B的微细凹凸状的边界的详细情况的模式图，图1D是用于说明如可形成图1B的微细凹凸状的边界之类的基质状态的模式图。基质优选包含树脂成分及超微粒成分。图1A的光扩散元件100具有：包含树脂成分11及超微粒成分12的基质10、以及分散在基质10中的光扩散性微粒20。优选在基质与光扩散性微粒的界面附近存在基质10中分散有超微粒成分的区域与未分散有超微粒成分的区域的边界，该边界呈微细凹凸状。在本实施方式中，如图1A所示，在基质与光扩散性微粒的界面附近外部形成有折射率调制区域30。如图1B及图1C所示，折射率调制区域30是通过如上所述的微细凹凸状的边界25来表现折射率调制功能。如上所述，在折射率调制区域30中，折射率实质上连续地变化。进而，由于微细凹凸状的边界25形成于基质与光扩散性微粒的界面或其附近，因此实质上成为球壳状。需要说明的是，在本实施方式中，光扩散性微粒及基质中未分散有超微粒成分的区域对应于上述第1区域，基质中分散有超微粒成分的区域对应于上述第2区域。
如图1B及图1C所示，上述微细凹凸状的边界优选凹凸的间距、凹部的深度或凸部的高度、以及凹部及凸部的形状分别不均匀。将这样的不均匀的凹凸结构形成于基质与光扩散性微粒的界面附近，由此可良好地形成折射率调制区域。上述微细凹凸状的边界中的凹凸的平均高度优选为10nm～500nm，进而优选为10nm～60nm。上述微细凹凸状的边界的平均间距优选为100nm以下，更优选为50nm以下，进而优选为30nm以下。平均间距的下限优选为5nm，更优选为10nm。若为这样的平均间距及平均高度，则可在折射率调制区域中使折射率实质上连续变化，且可使折射率变化的梯度变为陡峭。其结果，可获得浊度值较高、具有较强的扩散性且后向散射受到抑制的薄膜的光扩散元件。在这里，所谓平均间距是指规定范围内相邻的凸部彼此的顶点与顶点的水平距离的统计平均，所谓平均高度是指规定范围内的凸部的高度(从谷底至顶点的垂直距离)的统计平均。例如，如图1C所示，如上所述的微细凹凸状的边界具有从光扩散性微粒朝向基质呈锥状及/或针状的微细的许多突起(需要说明的是，关于微细凹凸状的边界，从基质侧观察时也相同，具有朝向光扩散性微粒呈锥状及/或针状的微细的许多突起)。可通过形成这样的微细凹凸状的边界而获得反射率较低的光扩散元件。
如上所述，基质10优选包含树脂成分11及超微粒成分12。优选如图1D所示由上述基质10中分散有上述超微粒成分12的区域与未分散有上述超微粒成分12的区域形成微细凹凸状的边界，在基质与光扩散性微粒的界面附近形成有超微粒成分的分散浓度的实质性梯度。在这里，折射率调制功能可因微细凹凸状的边界整体的形状而表现，但在进而微观观察的情形时，在边界中的上述许多突起的各个突起内，超微粒成分的分散浓度也可形成实质性梯度。以下，对边界中的超微粒成分的分散浓度的梯度，使用透过型电子显微镜(TEM，Transmission Electron Microscopy)图像进行说明。图2A是表示光扩散性微粒附近的超微粒成分的分散状态的二维TEM图像，图2B及图2C分别是根据从不同方向观察的图2A的TEM图像形成的三维再构建像，图2D是将图2B的三维再构建像进行2值化而成的图。图3是表示根据图2A～图2C的TEM图像算出的距光扩散性微粒表面的距离与超微粒成分的分散浓度(存在比率)的关系的曲线图。图3的曲线图是将图2D的基质与光扩散性微粒的界面附近部分分为5个解析区域，对5个解析区域分别进行图像处理，算出各个解析区域中的距光扩散性微粒表面的距离与超微粒成分的分散浓度(存在比率)的关系，将其加以平均并制成曲线图。如图2A～图2C所示，根据微细凹凸状的边界，随着远离基质10的折射率恒定区域，未分散有超微粒成分12的区域(或者分散浓度较低的区域)的比例增加。优选如图3所示，关于超微粒成分的分散浓度，其浓度变化的梯度在接近光扩散性微粒20的一侧较小并在接近折射率恒定区域的一侧较大，一面在从光扩散性微粒侧向折射率恒定区域侧形成实质性梯度一面产生变化。换言之，超微粒成分12的分散浓度，是其浓度变化的梯度会随着远离光扩散性微粒而变大。在一个实施方式中，如图2D所示，微细凹凸状的边界具有从光扩散性微粒朝向基质呈锥状及/或针状的微细的许多突起。图2D中的A表示与光扩散性微粒表面相对应的位置，B表示与折射率调制区域和折射率恒定区域的界面相对应的位置。需要说明的是，如上所述的微细凹凸状的边界的凹凸的平均间距及凹凸的平均高度，如图2E所示，是从图2B及图2C所示的三维再构建像提取出光扩散性微粒与基质的界面(实界面)，对该实界面进行基于近似曲面的拟合(fitting)，可根据实界面中从近似曲面突出30nm以上的凸部间的距离及凸部的平均高度而算出。如上所述，根据本实施方式，在基质与光扩散性微粒的界面或其附近，超微粒成分12的等浓度界面形成微细凹凸状的边界，形成超微粒成分的分散浓度的实质性梯度，由此可成为折射率调制区域30，因此可以以简单的步骤且以低成本来制造光扩散元件。进而，利用超微粒成分的分散浓度的实质性梯度来形成折射率调制区域，由此可使折射率在折射率调制区域30与折射率恒定区域的边界平稳地变化。进而，通过使用折射率与树脂成分及光扩散性微粒有较大不同的超微粒成分，可增大光扩散性微粒与基质(实质上为折射率恒定区域)的折射率差，且使折射率调制区域的折射率梯度陡峭。其结果，可获得浊度值较高、具有较强的扩散性且后向散射受到抑制的薄膜的光扩散元件。
上述微细凹凸状的边界，可通过适当选择基质的树脂成分及超微粒成分以及光扩散性微粒的构成材料、以及化学特性及热力学特性而形成。例如，由同系材料(例如有机化合物彼此)构成树脂成分及光扩散性微粒，由与树脂成分及光扩散性微粒不同系的材料(例如无机化合物)构成超微粒成分，由此可良好地形成微细凹凸状的边界(结果为折射率调制区域)。进而优选例如由同系材料中相溶性较高的材料彼此构成树脂成分及光扩散性微粒。微细凹凸状的边界的形状(结果为折射率调制区域的厚度及折射率梯度)是可通过调整基质的树脂成分及超微粒成分以及光扩散性微粒的化学特性及热力学特性来控制。需要说明的是，在本说明书中，所谓“同系”是指化学结构或特性同等或类似，所谓“不同系”是除外同系。是否同系可根据基准的选择方法而不同。例如，在以有机或无机为基准的情形时，有机化合物彼此为同系的化合物，有机化合物与无机化合物是不同系的化合物。在以聚合物的重复单元为基准的情形时，例如丙烯酸系聚合物与环氧系聚合物尽管彼此是有机化合物，但仍为不同系的化合物，在以周期表为基准的情形时，碱金属与过渡金属尽管彼此是无机元素，但仍为不同系的元素。
更具体而言，如上所述的超微粒成分的分散浓度的实质性梯度，可通过以下(1)～(2)或它们的适当组合来实现：(1)调整基质中的超微粒成分的分散浓度。例如，通过增大超微粒成分的分散浓度，使得超微粒成分彼此的电性排斥增加，结果直至光扩散微粒附近都有超微粒成分存在，故而可在折射率调制区域中形成陡峭的折射率梯度(折射率调制区域的厚度减小)。(2)调整光扩散性微粒的交联度。例如，在交联度低的光扩散性微粒中，由于微粒表面的构成聚合物分子的自由度提高，因此超微粒成分难以靠近。其结果，可在折射率调制区域中形成平缓的折射率梯度(折射率调制区域的厚度增加)。优选通过适当地组合上述(1)与(2)，而可实现如上所述的超微粒成分的分散浓度的实质性梯度。例如，使用氧化锆的超微粒成分与PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)的光扩散性微粒，将该超微粒成分的分散浓度相对于基质100重量份设定为30重量份～70重量份，且使用相对于后述树脂成分前体的溶胀度(swellingdegree)为100％～200％的光扩散性微粒，由此可实现如下的分散浓度梯度：基质10中的超微粒成分12的分散浓度在接近光扩散性微粒20的一侧较小且在接近折射率恒定区域的一侧较大，并一面从光扩散微粒侧向折射率恒定区域侧形成实质性梯度一面产生变化。进而，可形成厚度因光扩散性微粒表面的位置而不同(例如，如金米糖的轮廓形状之类)的折射率调制区域。在这里，所谓“溶胀度”是指溶胀状态的粒子的平均粒径相对于溶胀前的粒子的平均粒径的比率。
上述折射率调制区域30的平均厚度L优选为10nm～500nm，更优选为12nm～400nm，进而优选为15nm～300nm。根据本发明，折射率调制区域的厚度格外小于以往的GRIN微粒，但可增大光扩散性微粒与基质的折射率差(使折射率梯度变陡峭)，且可使折射率在该折射率调制区域中实质上连续变化。需要说明的是，该平均厚度L是从光扩散性微粒表面附近至折射率恒定区域的折射率产生变化的区域的厚度。
如上所述，在折射率调制区域30中，优选折射率可实质上连续变化。进而优选除此以外上述折射率调制区域的最外部的折射率与上述折射率恒定区域的折射率实质上相同。换言之，在本实施方式的光扩散元件中，折射率从折射率调制区域向折射率恒定区域连续变化，优选折射率从光扩散性微粒向折射率恒定区域连续变化(图4)。进而优选该折射率变化如图4所示般平稳。即，在折射率调制区域与折射率恒定区域的边界，以能在折射率变化曲线上引出切线的形状产生变化。优选在折射率调制区域中，折射率变化的梯度会随着远离上述光扩散性微粒而变大。根据本实施方式，如后所述适当地选择光扩散性微粒、基质的树脂成分及超微粒成分，由此可实现实质上连续的折射率变化。如上所述实现陡峭且这样的实质上连续的折射率变化的情况是本发明的特征之一。其结果，即便增大基质10(实质上为折射率恒定区域)与光扩散性微粒20的折射率差，也可抑制基质10与光扩散性微粒20的界面的反射，故而可抑制后向散射。进而，在折射率恒定区域中，折射率与光扩散性微粒20有较大不同的超微粒成分12的重量浓度相对升高，因此可增大基质10(实质上为折射率恒定区域)与光扩散性微粒20的折射率差。其结果，即便是薄膜，也可实现较高的浊度(较强的扩散性)。因此，根据本实施方式的光扩散元件，可增大折射率差而实现高浊度，且可显著抑制后向散射。这样的特征特别适用于如准直背光前扩散***中所使用的光扩散元件那样要求较强的扩散性(浊度为90％以上)的用途。另一方面，根据未形成折射率调制区域的以往的光扩散元件，若想要通过增大折射率差来赋予较强的扩散性(高浊度值)，则无法消除界面上的折射率的间隙。其结果，会导致在光扩散性微粒与基质的界面上的反射所引起的后向散射增大，因此在外光存在下黑显示不会充分变黑(导致所谓浮黑)的情形较多。根据本发明，形成上述微细凹凸状的边界，结果形成折射率连续变化的折射率调制区域，由此解决上述以往技术的问题，可获得浊度值较高、具有较强的扩散性且后向散射受到抑制的薄膜的光扩散元件。
在本实施方式的光扩散元件中，优选基质的平均折射率nM大于光扩散性微粒的折射率nP(nM＞nP)。如在图5(a)及图5(b)中加以比较所示，nM＞nP的情形时，与nM＜nP的情形相比，即便折射率调制区域的折射率梯度陡峭，也可更良好地抑制后向散射。Δn(＝nM-nP)优选为0.08以上，进而优选为0.10以上。Δn的上限优选为0.2。
本发明的光扩散元件的光扩散特性，具有代表性的是由浊度及光扩散半值角来表示。所谓浊度表示光的扩散强度，即入射光的扩散程度。另一方面，所谓光扩散半值角表示扩散光的品质(quality)，即所扩散的光的角度范围。本发明的光扩散元件在浊度较高的情形时充分发挥其效果。光扩散元件的浊度优选为90％～99.9％，更优选为92％～99.9％，进而优选为95％～99.9％，特别优选为97％～99.9％。通过浊度为90％以上，而可优选地用作准直背光前扩散***中的前光扩散元件。根据本发明，可获得具有这样的非常高的浊度且后向散射受到抑制的光扩散元件。需要说明的是，所谓准直背光前扩散***是指液晶显示装置中，使用准直背光的光(向固定方向聚光的亮度半辐值窄(例如，3°～35°或者±1.5°～±17.5°的)背光的光)，而在上侧偏振板的视认侧设置有前光扩散元件的***。
上述光扩散元件的光扩散特性若由光扩散半值角来表示，则优选为10°～150°(单侧5°～75°)，更优选为10°～100°(单侧5°～50°)，进而优选为30°～80°(单侧15°～40°)。若光扩散半值角太小，则有时斜向视角(例如白色亮度)变窄。若光扩散半值角太大，则有时后向散射增加。
光扩散元件是后向散射率越低越优选。具体而言，后向散射率优选为0.5％以下。
上述光扩散元件的厚度，可根据目的或所需的扩散特性而适当地设定。具体而言，上述光扩散元件的厚度优选为4μm～50μm，更优选为4μm～20μm。根据本发明，可获得尽管厚度如此非常薄但具有如上所述的非常高的浊度的光扩散元件。进而，若为这样的较薄的厚度，则即便弯曲也不会破裂，故而可以以卷筒状进行保管。此外，如下所述，本发明的光扩散元件是可通过涂敷而形成，因此例如可利用所谓卷对卷连续进行光扩散元件的制造及向偏振板的贴合。因此，本发明的光扩散元件是光扩散元件本身的生产性格外优异于以往的光扩散元件，且与如偏振板之类的其他光学部件的贴合的制造效率也极高。需要说明的是，所谓卷对卷是指将长条状膜彼此一面由辊搬送，一面对齐其长度方向连续贴合的方法。
上述光扩散元件优选用于液晶显示装置，尤其优选用于准直背光前扩散***。上述光扩散元件也可单独作为膜状或板状部件加以提供，也可贴合于任意适当的基材或偏振板而作为复合部件加以提供。另外，也可在光扩散元件上层叠有防反射层。
A-2.基质
如上所述，基质10优选包含树脂成分11及超微粒成分12。如上所述以及如图1A及图1B所示，超微粒成分12是以在基质10与光扩散性微粒20的界面附近形成折射率调制区域30的方式，分散在树脂成分11中。
A-2-1.树脂成分
树脂成分11是只要形成有上述微细凹凸状的边界(结果为折射率调制区域)，则可由任意适当的材料构成。优选如上所述树脂成分11由与光扩散性微粒同系的化合物且与超微粒成分不同系的化合物构成。由此，可在基质与光扩散性微粒的界面附近(光扩散性微粒的表面附近)良好地形成折射率调制区域。进而优选树脂成分11由与光扩散性微粒同系的化合物中相溶性较高的化合物构成。由此，可形成具有所需的折射率梯度的折射率调制区域。
上述树脂成分优选由有机化合物构成，更优选由电离性射线固化型树脂构成。电离性射线固化型树脂由于涂膜的硬度优异，故而容易弥补作为后述超微粒成分的弱点的机械强度。作为电离性射线，例如可列举紫外线、可见光、红外线、电子射线。优选紫外线，因此树脂成分特别优选由紫外线固化型树脂构成。作为紫外线固化型树脂，例如可列举丙烯酸酯树脂(环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸丙烯酯、醚丙烯酸酯)等由自由基聚合型单体或寡聚物形成的树脂。构成丙烯酸酯树脂的单体成分(前体)的分子量优选为200～700。作为构成丙烯酸酯树脂的单体成分(前体)的具体例，可列举季戊四醇三丙烯酸酯(PETA：分子量298)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA：分子量212)、二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA：分子量632)、二季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA：分子量578)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA：分子量296)。前体中也可根据需要添加引发剂。作为引发剂，例如可列举UV自由基产生剂(日本BASF公司制造的Irgacure907、Irgacure127、Irgacure192等)、过氧化苯甲酰。上述树脂成分，除了含有上述电离性射线固化型树脂以外，也可包含其他树脂成分。其他树脂成分可为电离性射线固化型树脂，也可为热固性树脂，还可为热塑性树脂。作为其他树脂成分的代表例，可列举脂肪族系(例如聚烯烃)树脂、聚氨酯系树脂。在使用其他树脂成分的情形时，其种类或配合量被调整成良好地形成上述折射率调制区域。
上述树脂成分具有代表性的是满足下述式(1)：
|nP-nA|＜|nP-nB|…(1)
式(1)中，nA表示基质的树脂成分的折射率，nB表示基质的超微粒成分的折射率，nP表示光扩散性微粒的折射率。进而，树脂成分也可满足下述式(2)：
|nP-nA|＜|nA-nB|…(2)
树脂成分的折射率优选为1.40～1.60。
上述树脂成分的配合量是相对于基质100重量份，优选为10重量份～80重量份，更优选为20重量份～65重量份。
A-2-2.超微粒成分
如上所述，超微粒成分12优选由与上述树脂成分及后述光扩散性微粒不同系的化合物构成，更优选由无机化合物构成。作为优选的无机化合物，例如可列举金属氧化物、金属氟化物。作为金属氧化物的具体例，可列举氧化锆(zirconia)(折射率：2.19)、氧化铝(折射率：1.56～2.62)、氧化钛(折射率：2.49～2.74)、氧化硅(折射率：1.25～1.46)。作为金属氟化物的具体例，可列举氟化镁(折射率：1.37)、氟化钙(折射率：1.40～1.43)。这些金属氧化物及金属氟化物由于光的吸收较少，而且具有电离性射线固化型树脂或热塑性树脂等有机化合物中难以表现的折射率，因此随着远离与光扩散性微粒的界面，超微粒成分的重量浓度会相对提高，由此可使折射率大幅调制。通过增大光扩散性微粒与基质的折射率差，即便是薄膜，也可实现高浊度，且由于形成折射率调制区域而防止后向散射的效果也较大。无机化合物特别优选为氧化锆。
上述超微粒成分还可满足上述式(1)及(2)。上述超微粒成分的折射率优选为1.40以下或1.60以上，进而优选为1.40以下或1.70～2.80，特别优选为1.40以下或2.00～2.80。若折射率超过1.40或低于1.60，则光扩散性微粒与基质的折射率差不充分，将光扩散元件用于采用准直背光前扩散***的液晶显示装置的情形时，有无法使来自准直背光的光充分地扩散而视角变窄的可能。
上述超微粒成分的平均一次粒径优选小于折射率调制区域的平均厚度L。更具体而言，平均一次粒径相对于平均厚度L优选为1/50～1/2，更优选为1/25～1/3。若平均一次粒径相对于平均厚度L超过1/2，则有时折射率调制区域中的折射率变化实质上不连续。在低于1/50的情形时，有时折射率调制区域的形成变得困难。上述平均一次粒径优选为1nm～100nm，更优选为1nm～50nm。超微粒成分也可进行二次凝聚，此时的平均粒径(凝聚体的平均粒径)优选为10nm～100nm，更优选为10nm～80nm。如此，通过使用平均粒径小于光的波长的超微粒成分，可获得在超微粒成分与树脂成分之间不产生几何光学性反射、折射、散射且光学上均匀的基质。其结果，可获得光学上均匀的光扩散元件。
上述超微粒成分优选与上述树脂成分的分散性良好。在本说明书中，所谓“分散性良好”是指涂布将上述树脂成分、超微粒成分(和根据需要的少量UV引发剂)与挥发溶剂混合所得的涂敷液，并将溶剂干燥除去所得的涂膜较透明。
优选对上述超微粒成分进行表面改性。通过进行表面改性，可使超微粒成分良好地分散在树脂成分中，且可良好地形成上述折射率调制区域。作为表面改性方法，只要获得本发明的效果，便可采用任意适当的方法。具有代表性的是，表面改性是通过在超微粒成分的表面涂布表面改性剂而形成表面改性剂层来进行。作为优选的表面改性剂的具体例，可列举硅烷系偶合剂、钛酸酯系偶合剂等偶合剂，脂肪酸系表面活性剂等表面活性剂。通过使用这样的表面改性剂，而提高树脂成分与超微粒成分的润湿性，使树脂成分与超微粒成分的界面稳定，使超微粒成分良好地分散在树脂成分中，且可良好地形成折射率调制区域。
上述超微粒成分的配合量是相对于基质100重量份，优选为15重量份～80重量份，更优选为20重量份～70重量份。
A-3.光扩散性微粒
光扩散性微粒20又可只要良好地形成上述微细凹凸状的边界(结果为折射率调制区域)，则可由任意适当的材料构成。优选如上所述，光扩散性微粒20由与上述基质的树脂成分同系的化合物构成。例如，在构成基质的树脂成分的电离性射线固化型树脂为丙烯酸酯系树脂的情形时，优选光扩散性微粒也由丙烯酸酯系树脂构成。更具体而言，构成基质的树脂成分的丙烯酸酯系树脂的单体成分为例如如上所述的PETA、NPGDA、DPHA、DPPA及/或TMPTA的情形时，构成光扩散性微粒的丙烯酸酯系树脂优选为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、及它们的共聚物、以及它们的交联物。作为与PMMA及PMA的共聚成分，可列举聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯(PS)、三聚氰胺树脂。光扩散性微粒特别优选由PMMA构成。其原因在于：与基质的树脂成分及超微粒成分在折射率或热力学特性方面的关系适当。进而优选光扩散性微粒具有交联结构(三维网状结构)。通过调整交联结构的粗密(交联度)，而可控制在光扩散性微粒表面构成微粒的聚合物分子的自由度，因此可控制超微粒成分的分散状态，其结果可通过具有所需形状的微细凹凸状的边界而形成折射率调制区域。例如，涂布后述涂敷液时的光扩散性微粒相对于树脂成分前体(也可包含溶剂)的溶胀度优选为100％～200％。在这里，所谓“溶胀度”是交联度的指标，是指溶胀状态的粒子的平均粒径相对于溶胀前的粒子的平均粒径的比率。
上述光扩散性微粒的平均粒径优选为1.0μm～5.0μm，更优选为1.0μm～4.0μm。光扩散性微粒的平均粒径优选为光扩散元件的厚度的1/2以下(例如，1/2～1/20)。若为相对于光扩散元件的厚度具有这样的比率的平均粒径，则可将光扩散性微粒沿着光扩散元件的厚度方向排列多个，因此可在入射光穿过光扩散元件的期间，使该光多重扩散，其结果，可获得充分的光扩散性。
光扩散性微粒的重均粒径分布的标准偏差优选为1.0μm以下，更优选为0.5μm以下。若混入有大量粒径小于重均粒径的光扩散性微粒，则有时扩散性过于增大而无法良好地抑制后向散射。若混入有大量粒径大于重均粒径的光扩散性微粒，则有时无法沿着光扩散元件的厚度方向排列多个而无法获得多重扩散，其结果，有时光扩散性不充分。
作为上述光扩散性微粒的形状，可根据目的采用任意适当的形状。作为具体例，可列举正球状、鳞片状、板状、椭圆球状、不确定形状。多数情形下，可使用正球状微粒作为上述光扩散性微粒。
上述光扩散性微粒又可满足上述式(1)及(2)。上述光扩散性微粒的折射率优选为1.30～1.70，进而优选为1.40～1.60。
上述光扩散性微粒的配合量是相对于基质100重量份，优选为10重量份～100重量份，更优选为10重量份～40重量份，进而优选为10重量份～35重量份。例如以这样的配合量包含具有上述优选范围的平均粒径的光扩散性微粒，由此可获得具有非常优异的光扩散性的光扩散元件。
A-4.光扩散元件的制造方法
本实施方式的光扩散元件的制造方法具有：将使基质的树脂成分或其前体、超微粒成分及光扩散性微粒溶解或分散在挥发性溶剂中的涂敷液涂布于基材的工序(设为工序A)；以及，使涂布在该基材的涂敷液干燥的工序(设为工序B)。
(工序A)
关于树脂成分或其前体、超微粒成分及光扩散性微粒，分别如上述A-2-1项、A-2-2项及A-3项所说明的那样。具有代表性的是，上述涂敷液是前体及挥发性溶剂中分散有超微粒成分及光扩散性微粒的分散体。作为使超微粒成分及光扩散性微粒分散的方法，可采用任意适当的方法(例如，超声波处理、利用搅拌机的分散处理)。
作为上述挥发性溶剂，只要可将上述各成分溶解或均匀地分散，便可采用任意适当的溶剂。作为挥发性溶剂的具体例，可列举乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、2-丁酮(甲基乙基酮)、甲基异丁基酮、环戊酮、甲苯、异丙醇、正丁醇、环戊烷、水。
上述涂敷液可根据目的进一步包含任意适当的添加剂。例如，为了使超微粒成分良好地分散，可优选使用分散剂。作为添加剂的其他具体例，可列举紫外线吸收剂、流平剂、消泡剂。
上述涂敷液中的上述各成分的配合量如上述A-2项～A-3项所说明的那样。涂敷液的固态成分浓度优选可调整为10重量％～70重量％左右。若为这样的固态成分浓度，则可获得具有容易涂敷的粘度的涂敷液。
作为上述基材，只要获得本发明的效果，便可采用任意适当的膜。作为具体例，可列举三乙酰纤维素(TAC)膜、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜、聚丙烯(PP)膜、尼龙膜、丙烯酸系膜、内酯改性丙烯酸系膜等。对上述基材也可根据需要进行易粘接处理等表面改性，也可包含润滑剂、抗静电剂、紫外线吸收剂等添加剂。该基材有时在后述的带光扩散元件的偏振板中发挥作为保护层的功能。
作为上述涂敷液向基材上的涂布方法，可采用使用任意适当的涂布机的方法。作为涂布机的具体例，可列举棒涂机、反向涂布机、吻合式涂布机、凹版印刷涂布机、模涂机、点涂机(commacoater)。
(工序B)
作为上述涂敷液的干燥方法，可采用任意适当的方法。作为具体例，可列举自然干燥、加热干燥、减压干燥。优选加热干燥。加热温度例如为60℃～150℃，加热时间例如为30秒～5分钟。
(工序C)
优选上述制造方法在上述涂布工序之后，还包括使上述前体聚合的工序(工序C)。聚合方法可根据树脂成分(因此为其前体)的种类而采用任意适当的方法。例如，在树脂成分为电离性射线固化型树脂的情形时，通过照射电离性射线而使前体聚合。在使用紫外线作为电离性射线的情形时，其累计光量优选为50mJ/cm2～1000mJ/cm2。电离性射线对光扩散性微粒的透过率优选为70％以上，更优选为80％以上。另外，例如在树脂成分为热固型树脂的情形时，通过加热而使前体聚合。加热温度及加热时间可根据树脂成分的种类而适当地设定。优选聚合通过照射电离性射线来进行。若为电离性射线照射，则可以以良好地保持折射率调制区域的状态使涂膜固化，因此可制作扩散特性良好的光扩散元件。通过使前体聚合，在与光扩散性微粒的界面附近，折射率不同的2个区域形成呈微细凹凸状的边界，由此形成形成有折射率调制区域30的基质10。
上述聚合工序(工序C)也可在上述干燥工序(工序B)之前进行，也可在工序B之后进行。
如上所述，在基材上形成如图1A及图1B所示的光扩散元件。
本实施方式的光扩散元件的制造方法，除上述工序A～工序C以外，当然可在任意适当的时间点包括任意适当的工序、处理及/或操作。此类工序等的种类及进行此类工序等的时间点可根据目的适当地设定。
如上所述，将如上述A-1项～A-3项中说明的光扩散元件形成于基材上。
A-5.其他实施方式
图6是本发明的其他实施方式的光扩散元件的概略剖面图。图6的光扩散元件100′具有基质10及分散在基质10中的光扩散性微粒20。光扩散性微粒20是其轮廓形成为微细凹凸形状，通过该轮廓部分形成呈微细凹凸形状且为球壳状的边界，该边界构成折射率调制区域30。即，在本实施方式中，呈微细凹凸形状且为球壳状的边界(因此，折射率调制区域)通过光扩散性微粒的表面凹凸而形成。光扩散性微粒的表面凹凸可通过任意适当的方法而形成。例如，利用适当的溶剂对光扩散性微粒的表面进行处理，由此可形成微细凹凸形状。作为表面处理中所使用的溶剂，例如可列举如甲基乙基酮(MEK)、甲基异丁基酮(MIBK)的酮系溶剂，如乙酸乙酯、乙酸丁酯的酯系溶剂。基质10例如可由涉及使用超微粒成分的方式的树脂成分而在上述A-2-1项所记载的那样的树脂构成。需要说明的是，在本实施方式中，基质10也可包含超微粒成分，也可不含超微粒成分。另外，呈微细凹凸形状且为球壳状的边界也可仅由光扩散性微粒的表面凹凸而形成，也可通过光扩散性微粒的表面凹凸与超微粒成分的分散浓度的梯度的组合而形成。在折射率调制区域30中，优选折射率实质上连续变化。需要说明的是，在本实施方式中，光扩散性微粒对应于上述第1区域，基质对应于上述第2区域。
关于本实施方式，仅对结构的特征部分进行了简单说明。本实施方式的光扩散元件的整体特征，如果涉及使用包含树脂成分及超微粒成分的基质的实施方式，则如上所述。
本发明的进而其他实施方式的光扩散元件(未图示)具有基质及分散在基质中的光扩散性微粒。光扩散性微粒是折射率从中心部朝向外侧变化的折射率倾斜粒子(例如GRIN微粒)，折射率倾斜部分构成折射率调制区域。具有代表性的是，折射率倾斜粒子是具有中心部及覆盖该中心部的表层部的聚合物粒子。作为构成这样的聚合物粒子的聚合物的具体例，可列举乙烯系聚合物、(甲基)丙烯酸系聚合物、苯乙烯系聚合物。通过适当地选择聚合物，可控制折射率倾斜。这样的聚合物粒子例如使用折射率不同的多种单体，在它们的共聚时，随着聚合的进行而改变单体量，由此可使折射率阶段性地或连续性地变化。这样的聚合物粒子及其制造方法的详细情况例如记载于日本专利特开2006-227279号公报，该记载作为参考引用至本说明书中。
本发明的光扩散元件也可从基材剥离而用作单一部件，也可用作带基材的光扩散元件，也可从基材转印于偏振板等而用作复合部件(例如带光扩散元件的偏振板)，也可与基材一起贴附于偏振板等而用作复合部件(例如带光扩散元件的偏振板)。在与基材一起贴附于偏振板等而用作复合部件(例如带光扩散元件的偏振板)的情形时，该基材可发挥作为偏振板的保护层的功能。本发明的光扩散元件，除了用作采用上述说明的准直背光前扩散***的液晶显示装置的视认侧扩散元件以外，例如可用作液晶显示装置的背光用部件、照明器具(例如有机EL(electroluminescence，电致发光)、LED(Light Emitting Diode，发光二极管))用扩散部件。
目前为止对本发明的特定实施方式进行了说明，但本发明并不限于这些实施方式，本发明包含如下的光扩散元件，其包括具有第1折射率的第1区域及具有第2折射率的第2区域，该第1区域与该第2区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。
B.带光扩散元件的偏振板
B-1.带光扩散元件的偏振板的整体构成
本发明的带光扩散元件的偏振板，具有代表性的是配置于液晶显示装置的视认侧。图7是本发明的优选实施方式的带光扩散元件的偏振板的概略剖面图。该带光扩散元件的偏振板200具有光扩散元件100及偏振片110。光扩散元件100是上述A-1项～A-5项所记载的本发明的光扩散元件。光扩散元件100配置成在将带光扩散元件的偏振板配置于液晶显示装置的视认侧的情形时最接近视认侧。在一个实施方式中，在光扩散元件100的视认侧配置有低反射层或防反射处理层(抗反射(antireflection)处理层)(未图示)。在图示例中，带光扩散元件的偏振板200在偏振片的两侧具有保护层120及130。光扩散元件、偏振片及保护层是借助任意适当的胶粘剂层或粘合剂层而粘贴。保护层120及130的至少1个也可根据目的、偏振板的构成及液晶显示装置的构成而省略。例如，形成光扩散元件时所使用的基材可发挥作为保护层的功能的情形时，可省略保护层120。本发明的带光扩散元件的偏振板可特别优选地用作采用准直背光前扩散***的液晶显示装置中的视认侧偏振板。
B-2.偏振片
作为上述偏振片110，可根据目的采用任意适当的偏振片。例如可列举使碘或二色性染料等二色性物质吸附于聚乙烯醇系膜、部分缩甲醛化聚乙烯醇系膜、乙烯·乙酸乙烯酯共聚物系部分皂化膜等亲水性高分子膜并进行单向拉伸而成的材料，聚乙烯醇的脱水处理物或聚氯乙烯的脱盐酸处理物等多烯系取向膜等。这些当中，使碘等二色性物质吸附于聚乙烯醇系膜进行单向拉伸而成的偏振片，偏光二色比高，故而特别优选。对于这些偏振片的厚度，并无特别限制，但通常是1～80μm左右。
使碘吸附于聚乙烯醇系膜并进行单向拉伸而成的偏振片，例如可通过将聚乙烯醇浸渍于碘水溶液而进行染色，拉伸至原先长度的3～7倍制作而成。也可根据需要包含硼酸或硫酸锌、氯化锌等，也可浸渍于碘化钾等的水溶液。进而也可根据需要在染色之前将聚乙烯醇系膜浸渍于水中进行水洗。
不仅可以通过对聚乙烯醇系膜进行水洗来洗涤聚乙烯醇系膜表面的污垢或防粘连剂，而且还有通过使聚乙烯醇系膜溶胀而防止染色斑点等不均匀的效果。拉伸也可在利用碘进行染色之后进行，也可一面染色一面拉伸，另外，也可拉伸后利用碘进行染色。也可在硼酸或碘化钾等的水溶液中或水浴中进行拉伸。
B-3.保护层
上述保护层120及130由可用作偏振板的保护层的任意适当的膜形成。作为成为该膜的主成分的材料的具体例，可列举三乙酰纤维素(TAC)等纤维素系树脂，或聚酯系、聚乙烯醇系、聚碳酸酯系、聚酰胺系、聚酰亚胺系、聚醚砜系、聚砜系、聚苯乙烯系、聚降冰片烯系、聚烯烃系、(甲基)丙烯酸系、乙酸酯系等的透明树脂等。另外，也可列举(甲基)丙烯酸系、氨基甲酸酯系、(甲基)丙烯酸氨基甲酸酯系、环氧系、硅酮系等的热固型树脂或紫外线固化型树脂等。除此以外，例如也可列举硅氧烷系聚合物等玻璃质系聚合物。另外，也可使用日本专利特开2001-343529号公报(WO01/37007)所记载的聚合物膜。作为该膜的材料，例如可使用包含侧链上具有经取代或未经取代的亚氨基的热塑性树脂、与侧链上具有经取代或未经取代的苯基及腈基的热塑性树脂的树脂组合物，例如可列举具有含有异丁烯与N-甲基马来酰亚胺的交替共聚物、及丙烯腈·苯乙烯共聚物的树脂组合物。该聚合物膜例如可为上述树脂组合物的挤出成形物。
上述保护层(内侧保护层130)优选具有光学各向同性。具体而言，内侧保护层的厚度方向的相位差Rth(550)优选为-20nm～+20nm，进而优选为-10nm～+10nm，特别优选为-6nm～+6nm，最优选为-3nm～+3nm。内侧保护层的面内相位差Re(550)优选为0nm以上10nm以下，进而优选为0nm以上6nm以下，特别优选为0nm以上3nm以下。可形成这样的具有光学各向同性的保护层的膜的详细情况记载于日本专利特开2008-180961号公报，该记载作为参考引用至本说明书中。
B-4.带光扩散元件的偏振板的制造方法
参照图8，对本发明的带光扩散元件的偏振板的制造方法的一例进行简单说明。图8中，符号111及112分别是卷绕偏振板与光扩散元件/基材的层叠体的辊，符号122是搬送辊。在图示例中，将偏振板(保护层130/偏振片110/保护层120)与光扩散元件100/基材101的层叠体沿着箭头方向送出，并以对齐各自的长度方向的状态加以贴合。此时，以使光扩散元件100与偏振板的保护层120相邻的方式加以贴合。其后，根据需要剥离基材101，由此可获得如图7所示的带光扩散元件的偏振板200。虽未图示，但例如也可将偏振板(保护层130/偏振片110)与光扩散元件100/基材101的层叠体以使基材101与偏振片110相邻的方式加以贴合，从而制作基材发挥作为保护层的功能的带光扩散元件的偏振板。如此，根据本发明，可采用所谓卷对卷，因此可以以非常高的制造效率制造带光扩散元件的偏振板。进而，该卷对卷工序可从上述A-4项所记载的光扩散元件的制造工序连续进行，因此若采用这样的步骤，则可进一步提高带光扩散元件的偏振板的制造效率。
C.液晶显示装置
图9是本发明的优选实施方式的液晶显示装置的概略剖面图。液晶显示装置500具有液晶单元510、配置于液晶单元的两侧的偏振板520及530、设置于偏振板530的外侧的背光单元540、以及设置于偏振板520的外侧(视认侧)的光扩散元件100。可根据目的将任意适当的光学补偿板(相位差板)配置于液晶单元510与偏振板520及/或530之间。液晶单元510包括一对基板(具有代表性的是玻璃基板)511及512、以及配置于基板511与512之间且包含作为显示介质的液晶的液晶层513。
光扩散元件100是上述A-1项～A-5项所记载的本发明的光扩散元件。或者，代替光扩散元件100及视认侧偏振板520，也可配置上述B项所记载的本发明的带光扩散元件的偏振板。光扩散元件是使穿过液晶单元的光(具有代表性的是如后所述的准直光)透过及扩散。
上述背光单元540是朝向液晶单元510射出准直光的平行光光源装置。背光单元可具有可射出准直光的任意适当的构成。例如，背光单元具有光源及将光源所射出的光进行准直的聚光元件(均未图示)。在该情形时，作为聚光元件，可采用可将光源所射出的光进行准直的任意适当的聚光元件。在光源本身可射出准直光的情形时，可省略聚光元件。作为背光单元(平行光光源装置)的具体构成，例如可列举如下所述的构成：(1)将在双凸透镜或炮弹型透镜的平坦面侧除透镜焦点以外的部分设置有遮光层或反射层的聚光元件，配置于光源(例如冷阴极荧光灯)的液晶单元侧的构成(例如日本专利特开2008-262012号公报)；(2)具有边缘光型LED光源、其导光板、以及在导光板侧形成有凸面且配置在该导光板的液晶单元侧的变角棱镜的构成(在本构成中，根据需要可进而使用各向异性扩散元件；例如日本专利第3442247号)；(3)将以条纹状交替地形成有光吸收性树脂与透明性树脂的百叶窗式层(louver layer)配置于背光与背光侧偏振板之间的构成(例如日本专利特开2007-279424号公报)；(4)使用炮弹型LED作为光源的构成(例如日本专利特开平6-130255号公报)；(5)使用菲涅耳透镜和根据需要的扩散板的构成(例如日本专利特开平1-126627号公报)。记载这些详细构成的上述公报，作为参考引用至本说明书。以下，作为一例，对(5)的构成进行说明。
图10A是上述(5)的平行光光源装置的概略图。该平行光光源装置7具有光源1、投影透镜2、双凸透镜3、反射板4及菲涅耳透镜5。光源1所照射的光线透过投影透镜2及双凸透镜3而由反射板4的镜面加以反射。被反射的光线透过菲涅耳透镜5而以平行光的形态照射。
上述(5)的方式的平行光光源装置优选在投影型背光单元的菲涅耳透镜的光源侧或者液晶单元侧配置赋予所需的扩散性的扩散板。图10B表示将扩散板6配置于菲涅耳透镜5的液晶单元侧的方式。光源1所照射的光线透过投影透镜2及双凸透镜3而由反射板4的镜面加以反射。被反射的光线透过菲涅耳透镜5而以平行光的形态照射。被照射的平行光进而透过扩散板6而进行扩散照射。
就上述扩散板的扩散性而言，作为浊度优选为2％～92％，更优选为30％～80％。另外，就该扩散板的扩散性而言，作为光扩散半值角优选为1°～30°，更优选为5°～20°。其中，扩散板也可为直进透过成分，此时的光扩散半值角是关于去除直进透过成分的扩散光而言，优选半值角为1°～30°。
作为具有这样的性质的扩散板，可使用任意适当的扩散板。具体而言可列举：在透明基板膜上涂敷有包含微粒的粘结剂的表面凹凸型扩散膜或内部扩散膜；配合非相溶的树脂进行挤出成形的相分离挤出片材；利用压纹辊而在表面形成凹凸图案的压纹片材；对菲涅耳透镜的单面或两面进行涂敷包含微粒的粘结剂的处理等而赋予微细凹凸形状的透镜与扩散板的一体结构。
就背光单元540的扩散性能而言，半值角优选为1°～40°，更优选为2°～30°，进而优选为2.5°～20°。若半值角低于1°，则有即便提高光扩散元件的扩散性能，也无法降低眩光(耀眼)的可能。若半值角超过40°，则黑显示中产生无法完全补偿的斜光，该斜光因光扩散元件也向正面扩散，故而有黑色亮度上升，正面对比率下降的可能。需要说明的是，在本发明中，所谓半值角是如图11所示，从亮度成为最大的方向改变角度时的亮度成为1/2的角度的半峰全幅值(full width at half maximum of an angle)。其中，有时即便半值角低于1°，只要扩散的底部扩展，便可获得与1°以上的情形相同的效果。例如，若由以下式所表示的平均扩散角度θd为1°以上，则可通过与进行多重扩散的光扩散元件的组合而降低眩光(耀眼)。
[数1]
θ d = 2 × ∫ φ = 0 2 π ∫ θ = 0 π / 2 θ · { L ( φ , θ ) cos θ } sin θdθdφ ∫ φ = 0 2 π ∫ θ = 0 π / 2 { L ( φ , θ ) cos θ } sin θdθdφ
L(φ，θ)：背光亮度
优选液晶层513包含黑显示时垂直取向的液晶分子。作为具有这样的液晶层的液晶单元的驱动模式，例如可列举MVA(Multi-domain Vertical Alignment，多区域垂直取向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment，图案VA)模式、TN(twistednematic，扭曲向列)模式、ECB(Electrically ControlledBirefringence，电场控制双折射)模式、OCB(OpticallyCompensated Bend，光学补偿弯曲)模式。
[实施例]
以下，通过实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不受限于这些实施例。实施例中的评价方法如下所述。另外，只要无特别记载，实施例中的“份”及“％”是重量基准。
(1)光扩散元件的厚度
利用微计测器式厚度计(Mitutoyo公司制造)测定基材与光扩散元件的合计厚度，从该合计厚度减去基材的厚度而算出光扩散元件的厚度。
(2)微细凹凸状的边界的确认以及凹凸平均间距及凹凸平均高度的算出
使用透过型电子显微镜(TEM)(日立制作所制造，商品名“H-7650”，加速电压100kV)，观察二维及三维的图像。关于二维图像，将实施例及比较例中获得的光扩散元件与基材的层叠体一面利用液氮进行冷却，一面利用切片机切片成0.1μm的厚度，设为测定试料，观察该测定试料的光扩散元件部分的微粒状态及该微粒与基质的界面状态。关于三维图像，在上述获得的测定试料上附着有直径5nm的金粒子作为拍摄位置修正用的标记，从-60°至60°每隔1°拍摄连续倾斜TEM图像(121张)。对该121张TEM图像，通过Fiducial Marker法进行位置修正，进行三维图像的再构建。使用IMOD3.9.31作为再构建软件，使用MercuuryComputer Systems，Amira作为显示软件。从如上所述得到的三维再构建像提取出光扩散性微粒与基质的界面(实界面)，对该实界面进行基于近似曲面的拟合，根据实界面中从近似曲面突出30nm以上的凸部间的距离及凸部的平均高度求出微细凹凸状的边界的凹凸的平均间距及凹凸平均高度。需要说明的是，拟合的近似曲线中使用下述式。
z＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f
(3)浊度
通过JIS7136所规定的方法，使用浊度计(村上色彩科学研究所公司制造，商品名“HN-150”)进行测定。
(4)光扩散半值角
从光扩散元件的正面照射激光光，利用测角光度计(goniophotometer)每隔1°测定扩散光相对于扩散角度的扩散亮度，如图12所示，在扩散的两侧测定亮度成为除激光直进透过光外的光扩散亮度的最大值的一半亮度的扩散角度，将满足该两侧的角度的(图12的角度A+角度A′)设为光扩散半值角。
(5)后向散射率
将实施例及比较例中获得的光扩散元件与基材的层叠体，借助透明粘合剂贴合于黑色压克力板(住友化学公司制造，商品名“SUMIPEX”(注册商标)，厚度2mm)上，设为测定试料。利用分光亮度计(日立计测器公司制造，商品名“U4100”)测定该测定试料的积分反射率。另一方面，使用从上述光扩散元件用涂敷液去除微粒后的涂敷液，制作基材与透明涂敷层的层叠体，而设为对照试料，并以与上述相同的方式测定积分反射率(即，表面反射率)。通过从上述测定试料的积分反射率减去上述对照试料的积分反射率(表面反射率)而算出光扩散元件的后向散射率。
<实施例1：光扩散元件的制作>
在包含62％的作为超微粒成分的氧化锆纳米粒子(平均一次粒径10nm，平均粒径60nm，折射率2.19)的硬涂用树脂(JSR公司制造，商品名“OPSTAR KZ6661”(包含MEK/MIBK))100份中，添加作为树脂成分的前体的季戊四醇三丙烯酸酯(大阪有机化学工业公司制造，商品名“Biscoat#300”，折射率1.52)的50％甲基乙基酮(MEK)溶液11份、光聚合引发剂(日本BASF公司制造，商品名“Irgacure907”)0.5份、流平剂(DIC公司制造，商品名“GRANDIC PC4100”)0.5份、以及作为光扩散性微粒的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微粒(积水化成品工业公司制造，商品名“SAX-102”，平均粒径2.5μm，折射率1.495)15份。使用搅拌机(浅田铁工股份有限公司制造，商品名“DESPA”)将该混合物搅拌30分钟而进行分散处理，制备均匀地分散有上述各成分的涂敷液。该涂敷液的固态成分浓度为55％。制备该涂敷液后，立即使用棒涂机涂敷在具有TAC膜(富士胶片公司制造，商品名“Fujitac”，厚度40μm)的基材上，100℃下干燥1分钟后，照射累计光量300mJ/cm2的紫外线，获得厚度为11μm的光扩散元件。所得的光扩散元件中的基质的平均折射率nM与光扩散性微粒的折射率nP之差为0.12(nM＞nP)。将所得的光扩散元件供于上述(1)～(5)的评价。将结果与后述实施例2～10及比较例1～3的结果一并示于表1。进而，利用TEM观察所得的光扩散元件。将结果示于图13。根据该TEM图像进行三维图像的再构建，进而将该三维再构建像进行2值化。其结果，确认形成有如图2B～图2E所示的微细凹凸状的边界。此外，根据该TEM图像，算出距光扩散性微粒表面的距离与超微粒成分的分散浓度(存在比率)的关系。其结果，如图3所示，确认形成有超微粒成分的分散浓度的梯度。
[表1]
Figure BDA00002923085000301
<实施例2：光扩散元件的制作>
作为光扩散性微粒使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微粒(积水化成品工业公司制造，商品名“XX-131AA”，平均粒径2.5μm，折射率1.495)，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为10μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。在形成的微细凹凸状的边界中，凸部间的最大距离为32nm，平均间距为19nm。另外，凹凸的最大高度为78nm，凹凸平均高度为52nm。
<实施例3：光扩散元件的制作>
使用作为光扩散性微粒的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微粒(根上工业公司制造，商品名“Art Pearl J4P”，平均粒径2.5μm，折射率1.495)，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为10μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<实施例4：光扩散元件的制作>
使用包含60％的作为超微粒成分的二氧化钛纳米粒子(平均一次粒径10nm，平均粒径60nm，折射率2.3)的硬涂用树脂(JSR公司制造，包含MEK/PGME)100份，除此以外，以与实施例3相同的方式获得厚度为11μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<实施例5：光扩散元件的制作>
使用作为树脂成分的前体的羟乙基丙烯酰胺(兴人股份有限公司制造，商品名“HEAA”，折射率1.52)的50％MEK溶液11份，除此以外，以与实施例3相同的方式获得厚度为11μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<实施例6：光扩散元件的制作>
使用作为树脂成分的前体的丙烯酰基吗啉(兴人股份有限公司制造，商品名“ACMO”，折射率1.52)的50％MEK溶液11份，除此以外，以与实施例3相同的方式获得厚度为10μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<实施例7：光扩散元件的制作>
作为光扩散性微粒使用对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)赋予亲水基的微粒(积水化成品工业制造，商品名“XX-157-AA”，平均粒径2.5μm，折射率1.495)15份，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为10μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<实施例8：光扩散元件的制作>
作为光扩散性微粒使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与聚苯乙烯(PS)的共聚微粒(积水化成品工业制造，商品名“XX-164-AA”，平均粒径2.5μm，折射率1.495)15份，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为10μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<实施例9：光扩散元件的制作>
将作为超微粒成分的氧化锆纳米粒子在硬涂用树脂中的含量设为25％，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为9μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<实施例10：光扩散元件的制作>
在包含30％的作为超微粒成分的二氧化硅纳米粒子(平均一次粒径10nm，平均粒径40nm，折射率1.49)的硬涂用树脂(JSR公司制造，商品名“Z7540”)100份中，添加作为光扩散性微粒的聚苯乙烯(PS)微粒(综研化学公司制造，商品名“SX-350H”，平均粒径3.5μm，折射率1.595)15份，以及利用MEK对该PS微粒的表面进行处理而成为微细凹凸形状(将PS微粒设为如金平糖之类的形状)，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为10μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。进而，将所得的光扩散元件的光扩散性微粒附近的TEM图像示于图14。根据该TEM图像，确认形成有微细凹凸状的边界。
<比较例1>
作为光扩散性微粒，使用硅酮树脂微粒(MomentivePerformance Materials公司制造，商品名“Tospearl120”，平均粒径2.0μm，折射率1.43)来代替PMMA微粒，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为13μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<比较例2>
使用不含作为超微粒成分的氧化锆纳米粒子的硬涂用树脂，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为10μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。进而，将所得的光扩散元件的光扩散性微粒附近的TEM图像示于图15。根据该TEM图像，可知光扩散性微粒与基质的界面清晰，未形成微细凹凸状的边界。
<比较例3>
作为光扩散性微粒使用对二氧化硅实施甲基修饰的微粒(日本触媒制造，商品名“SEAHOSTER KE-250”)15份，除此以外，以与实施例1相同的方式获得厚度为10μm的光扩散元件。将所得的光扩散元件供于与实施例1相同的评价。将结果示于上述表1。
<实施例11：液晶显示装置的制作>
从具有多区域型VA模式的液晶单元的市售液晶电视(SONY公司制造，BRAVIA20型，商品名“KDL20J3000”)取出液晶单元。在该液晶单元的两侧，将市售的偏振板(日东电工公司制造，商品名“NPF-SEG1423DU”)以各偏振片的吸收轴正交的方式加以贴合。更具体而言，以背光侧偏振板的偏振片的吸收轴方向成为垂直方向(相对于液晶面板的长边方向为90°)且视认侧偏振板的偏振片的吸收轴方向成为水平方向(相对于液晶面板的长边方向为0°)的方式进行贴合。进而，将实施例1的光扩散元件从基材转印并贴合于视认侧偏振板的外侧，制作了液晶面板。
另一方面，在PMMA片材的单面，使用转印辊对双凸透镜的图案进行熔融热转印。对与形成有透镜图案的面相反侧的面(平滑面)，以使光仅透过透镜的焦点的方式，进行铝的图案蒸镀，形成开口部的面积比率7％(反射部的面积比率93％)的反射层。如此制作了聚光元件。作为背光光源使用冷阴极荧光灯(索尼公司制造，BRAVIA20J的CCFL)，在该光源安装聚光元件，制作射出准直光的平行光光源装置(背光单元)。
向上述液晶面板装配上述背光单元而制作了准直背光前扩散***的液晶显示装置。对所得的液晶显示装置，在暗处进行白显示及黑显示，目视观察其显示状态。其结果，在从倾斜方向观察的情形时，表现出明处的黑显示较黑且暗处的白显示的亮度较高的良好显示特性。
<比较例4>
使用比较例1的光扩散元件，除此以外，以与实施例11相同的方式制作液晶显示装置。对所得的液晶显示装置，在暗处进行白显示及黑显示，目视观察其显示状态。其结果，在从倾斜方向观察的情形时，暗处的白显示的亮度较高，但明处的黑显示看起来发白。
<比较例5>
使用比较例2的光扩散元件，除此以外，以与实施例11相同的方式制作液晶显示装置。对所得的液晶显示装置，在暗处进行白显示及黑显示，目视观察其显示状态。其结果，在从倾斜方向观察的情形时，暗处的白显示的亮度较高，但明处的黑显示看起来发白。
<实施例12：液晶显示装置的制作>
使用实施例2的光扩散元件来代替实施例1的光扩散元件，除此以外，以与实施例11相同的方式制作液晶显示装置。对所得的液晶显示装置，在暗处进行白显示及黑显示，目视观察其显示状态。其结果，在从倾斜方向观察的情形时，表现出明处的黑显示较黑且暗处的白显示的亮度较高的良好显示特性。
<实施例13：液晶显示装置的制作>
使用实施例3的光扩散元件来代替实施例1的光扩散元件，除此以外，以与实施例11相同的方式制作液晶显示装置。对所得的液晶显示装置，在暗处进行白显示及黑显示，目视观察其显示状态。其结果，在从倾斜方向观察的情形时，表现出明处的黑显示较黑且暗处的白显示的亮度较高的良好显示特性。
<评价>
根据表1可知，形成有微细凹凸状的边界的实施例的光扩散元件，浊度较高，且后向散射率较低。另外，实施例的光扩散元件，厚度为9μm～11μm，非常薄。进而，实施例的光扩散元件于用作准直背光前扩散***的液晶显示装置的前扩散元件的情形时，表现出非常优异的显示特性。另一方面，未形成微细凹凸状的边界的比较例1的光扩散元件，浊度较高但后向散射率较高，比较例2的光扩散元件，后向散射率较低但浊度极不充分。比较例的光扩散元件在用作准直背光前扩散***的液晶显示装置的前扩散元件的情形时，确认到有明处的黑显示发白的问题。
[产业上的可利用性]
本发明的光扩散元件及带光扩散元件的偏振板，可优选地用于液晶显示装置的视认侧部件、液晶显示装置的背光用部件、照明器具(例如有机EL、LED)用扩散部件，可特别优选地用作准直背光前扩散***的液晶显示装置的前扩散元件。
【主要元件符号说明】
10 基质
11 树脂成分
12 超微粒成分
20 光扩散性微粒
25 微细凹凸状的边界
30 折射率调制区域
100、100′ 光扩散元件
110 偏振片
120 保护层
130 保护层
200 带光扩散元件的偏振板
500 液晶显示装置

Claims (10)

1.一种光扩散元件，其具有：
具有第1折射率的第1区域及具有第2折射率的第2区域，
该第1区域与该第2区域形成呈微细凹凸状且为球壳状的边界。
2.一种光扩散元件，其具有：
基质及分散在该基质中的光扩散性微粒，
在该基质与该光扩散性微粒的界面或其附近，折射率不同的2个区域形成了呈微细凹凸状且为球壳状的边界。
3.如权利要求2所述的光扩散元件，其中，
所述基质包含树脂成分及超微粒成分，所述呈微细凹凸状且为球壳状的边界是由该基质中的分散有该超微粒成分的区域及未分散有该超微粒成分的区域所形成。
4.如权利要求2或3所述的光扩散元件，其中，
所述呈微细凹凸状且为球壳状的边界是由所述光扩散性微粒的表面凹凸所形成。
5.如权利要求2～4中任意一项所述的光扩散元件，其中，
所述超微粒成分的平均一次粒径为1nm～100nm。
6.如权利要求2～5中任意一项所述的光扩散元件，其中，
所述光扩散元件的浊度为90％～99.9％。
7.如权利要求2～6中任意一项所述的光扩散元件，其中，
所述光扩散元件的厚度为4μm～50μm。
8.如权利要求2～7中任意一项所述的光扩散元件，其中，
所述光扩散元件的光扩散半值角为10°～150°。
9.一种带光扩散元件的偏振板，其具有：
如权利要求1～8中任意一项所述的光扩散元件、和偏振片。
10.一种液晶显示装置，其具有：
液晶单元；
平行光光源装置，其朝向该液晶单元射出准直光；以及
权利要求1～8中任意一项所述的光扩散元件，其使穿过该液晶单元的准直光透过及扩散。
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