CN105339814B - 显示器用光扩散膜以及使用它的显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供特别是用于使用准直背光灯作为显示面板的背光灯的显示装置时,不使来自准直背光灯的指向性高的出射光直线传播透射而能够作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射的显示器用光扩散膜以及使用它的显示装置。一种显示器用光扩散膜,其是在折射率相对低的区域中具有使折射率相对高的多个柱状物在膜膜厚方向林立而成的柱结构的单一层的光扩散膜,光扩散膜的膜厚为60~700μm的范围内的值,并且,从膜面的法线方向使光入射时的雾度值为80%以上的值。
Description
技术领域
本发明涉及显示器用光扩散膜以及使用它的显示装置。
特别是涉及用于使用准直背光灯作为显示面板的背光灯的显示装置时,能够抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射并作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射的显示器用光扩散膜以及使用它的显示装置。
背景技术
以往,显示装置中,可以利用从设置在装置内部的光源(内部光源;背光灯单元)射出的光,显示规定图像。
另外,近年,为了抑制耗电量的同时显示正面对比度高的图像,提出了使用可射出与显示面板的显示面正交的平行性高的光(以下,有时称为准直光)的内部光源(以下,有时称为准直背光灯)的显示装置。
若为使用了上述准直背光灯的显示装置,则由于能够向构成显示面板的各像素入射指向性高的光,因此能够将来自内部光源的光作为图像显示光高效地在显示面侧射出。
其中,在使用了上述准直背光灯的显示装置中,由于图像显示光的指向性也增高,因此在此前提下存在视角显著变窄这种问题。
因此,公开了为了即使在使用了准直背光灯的情况下也能够得到充分的视角,在显示面板的显示面侧层叠光扩散膜的图像显示装置(例如,参照专利文献1和2)。
即,专利文献1中公开了一种液晶显示装置,其特征在于,是具有液晶显示面板、配置在液晶显示面板的图像观察面侧的光扩散板(光扩散膜)、向液晶显示面板入射用于图像观察的光的背光灯的液晶显示装置,光扩散板的入射平行光时的输出强度分布的半值角度为35°~60°,另外,将液晶显示面板的像素间距设为p,输出侧的厚度设为t时,背光灯射出的光为强度分布的半值角度θ满足下式的准直光,
“0<θ≤tan-1(p/t)”。
另外,作为光扩散板,公开了一种规则或不规则分散的透光部以外为黑色掩模的光扩散板。
另外,专利文献2中公开了一种液晶显示装置,其具备液晶单元、配置在该液晶单元的两侧的偏光板、设置在视觉辨识侧的偏光板的外侧的光扩散元件(光扩散膜)、设置在与视觉辨识侧相反侧的偏光板的外侧的背光灯单元,该背光灯单元为朝向该液晶单元射出亮度半值角为3°~35°的准直光的平行光源装置,该光扩散元件的光扩散半值角Fw(FD)与该准直光的亮度半值角Fw(BL)的比Fw(BL)/Fw(FD)为0.5以下。
另外,作为光扩散元件,公开了一种在内部含有光扩散性微粒的内部扩散方式的光扩散元件等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-38009号公报(权利要求书、说明书、附图)
专利文献2:日本特开2011-133878号公报(权利要求书、说明书)。
发明内容
发明要解决的技术问题
然而,专利文献1~2所述的液晶显示装置虽能够可靠地放大视角,但发现通过显示面板的指向性高的光的一部分有时直线传播透射光扩散膜,容易产生所谓“眩光(ぎらつき)”这种问题。
另外,如众所周知的那样,来自准直背光灯的出射光并不是完全的平行光,实际上是与其准直性能对应的扩散光。
因此,为专利文献1~2中使用的光扩散膜时,被该光扩散膜扩散的扩散光的出射角仅单纯依赖于准直光的入射角,因此发现根据准直光的平行度难以高效地作为图像显示光向显示装置的正面扩散出射这种问题。
其结果,发现无法充分发挥具有抑制耗电量的同时能够显示正面对比度高的图像的准直背光灯的显示装置的优点这种问题。
另一方面,已知与专利文献1~2中使用的光扩散膜不同且能够控制扩散光的出射角的光扩散膜。
更具体而言,已知一种光扩散膜,其是使折射率不同的2种以上的聚合性化合物相分离并且光固化而成的膜,在膜内具备规定的内部结构,所述内部结构是折射率相对高的区域与折射率相对低的区域以规定的图案形成而成。
作为这样的光扩散膜,已知主要有如下光扩散膜,即,在膜内具有使折射率不同的多个板状区域沿着膜面(是指膜的端面以外的面。以下相同)的任意方向交替配置而成的百叶结构的光扩散膜;在膜内具有在折射率相对低的区域中使折射率相对高的多个柱状物林立而成的柱结构的光扩散膜。
然而,作为具有准直背光灯的显示装置的光扩散膜,使用具有上述百叶结构的光扩散膜时,由于使入射光进行各向异性光扩散,因此发现例如,能够在显示器的左右方向使图像显示光充分扩散而几乎无法在上下方向扩散这一问题。
另外,发现以下问题:通过错开各向异性来层叠多个光扩散膜,虽然能够解决上述问题,但该情况下,贴合工序增多在经济上不利,而且光扩散层的总膜厚变得过厚,因此容易在显示图像中产生模糊,进而也容易产生层间剥离之类的物理问题。
另一方面,作为具有准直背光灯的显示装置的光扩散膜,使用具有上述柱结构的光扩散膜时,能够使入射光进行各向同性光扩散,因此即使为单层也能够在显示器的上下左右方向扩散图像显示光。
然而,为具有柱结构的光扩散膜时,若为单层则有时无法稳定抑制直线传播透射光,作为其结果,发现必须层叠多个光扩散膜这一问题。
因此,寻求即便使用由单一层构成的光扩散膜,也能够将来自准直背光灯的指向性高的出射光作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射的显示装置。
因此,本发明的发明人等鉴于以上情况,经过不懈努力,结果发现通过使用具有规定的内部结构的单一层的光扩散膜且具有规定的膜厚以及规定的光扩散特性的光扩散膜作为使用准直背光灯的显示装置的光扩散膜,能够解决上述问题,从而完成本发明。
即,本发明的目的在于提供特别是用于使用准直背光灯作为显示面板的背光灯的显示装置时,能够抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射并能够作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射的显示器用光扩散膜以及使用它的显示装置。
解决技术问题的技术手段
根据本发明提供一种显示器用光扩散膜,其特征在于,其是在折射率相对低的区域中具有使折射率相对高的多个柱状物在膜膜厚方向林立而成的柱结构的单一层的光扩散膜,光扩散膜的膜厚为60~700μm的范围内的值,并且,入射来自膜面的法线方向的光时的雾度值为80%以上的值,从而解决上述问题。
即,若为本发明的显示器用光扩散膜,则是具有规定的膜厚的由单一层构成的光扩散膜,因此与层叠多个光扩散膜的情况相比较,能够减少贴合工序,在经济上有利,而且能够有效抑制显示图像中的模糊的产生、层间剥离的产生。
另一方面,该光扩散膜具有规定的内部结构,并且具有规定的光扩散特性,因此即便膜由单一层构成,特别是用于使用准直背光灯作为显示面板的背光灯的显示装置时,也能够抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射并能够作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
应予说明,“单一层”是指不层叠多张光扩散膜,在一张光扩散膜内形成多层内部结构的情况也包含在“单一层”中。
另外,构成本发明的显示器用光扩散膜时,将光扩散膜中的一面设为第1面,另一面设为第2面时,柱状物优选为从第1面朝向第2面形状变化而成的变形柱状物。
通过这样构成,能够对光扩散膜更稳定地赋予规定的光扩散特性。
另外,构成本发明的显示器用光扩散膜时,在变形柱状物中,优选直径从第1面朝向第2面增加。
通过这样构成,能够对光扩散膜进一步稳定地赋予规定的光扩散特性。
另外,构成本发明的显示器用光扩散膜时,优选变形柱状物在该柱状物的中部具有弯曲部。
通过这样构成,能够对光扩散膜更进一步稳定地赋予规定的光扩散特性。
另外,构成本发明的显示器用光扩散膜时,变形柱状物优选由位于第1面侧的第1柱状物和位于第2面侧的第2柱状物构成。
通过这样构成,能够对光扩散膜更进一步稳定地赋予规定的光扩散特性,而且能够有效抑制得到的光扩散特性。
另外,构成本发明的显示器用光扩散膜时,光扩散膜优选将包含作为(A)成分的含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯、作为(B)成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯和作为(C)成分的光聚合引发剂的光扩散膜用组成物光固化而成。
通过这样构成,能够使(A)成分与(B)成分高效地相分离并且光固化,因此能够对光扩散膜更进一步稳定地赋予规定的光扩散特性。
另外,本发明的其它方式的显示装置,其特征在于,是使用准直背光灯作为显示面板的背光灯的显示装置,在显示面板的显示面侧或非显示面侧层叠光扩散膜,并且,光扩散膜为在折射率相对低的区域中具有使折射率相对高的多个柱状物在膜膜厚方向林立而成的柱结构的单一层的光扩散膜,光扩散膜的膜厚为60~700μm的范围内的值,并且,从膜面的法线方向使光入射时的雾度值为80%以上的值。
即,若为本发明的显示面板,则具有规定的光扩散膜,因此将该光扩散膜层叠在显示面板的显示面侧时,能够抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射,且作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
另外,将规定的光扩散膜在显示面板的非显示面侧,即,在显示面板与准直背光灯间层叠时,能够将来自准直背光灯的出射光的指向性调节为适当的范围,并向显示面板入射。
另外,构成本发明的显示装置时,优选来自准直背光灯的出射光的半值宽度为40°以下的值。
这样构成时,也能够抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射,并作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
另外,构成本发明的显示装置时,优选显示面板为半透射型显示面板。
通过这样构成,外来光不充分的环境下,也能够抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射,并作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射,另一方面,外来光充分的环境下,能够得到利用外来光显示图像的半透射型显示装置。
附图说明
图1是为了说明本发明的显示装置的构成而提供的图。
图2是为了说明准直背光灯而提供的图。
图3(a)~(b)是为了说明在膜内具有柱结构的光扩散膜的概略而提供的图。
图4(a)~(b)是为了说明在膜内具有柱结构的光扩散膜中的入射角度依赖性和各向同性光扩散而提供的图。
图5是为了说明光扩散膜的雾度值的测定方法而提供的图。
图6(a)~(b)是为了说明准直光的入射与其扩散出射的关系而提供的图。
图7(a)~(b)是为了说明在膜内具有柱结构的光扩散膜而提供的其它图。
图8(a)~(b)是为了说明柱结构而提供的图。
图9(a)~(b)是为了说明光扩散膜的制造方法中的各工序而提供的图。
图10(a)~(d)是为了说明活性能量射线照射工序而提供的图。
图11是为了说明活性能量射线照射工序而提供的其它图。
图12(a)~(c)是为了表示实施例1中的光扩散膜的截面而提供的图及照片。
图13(a)~(b)是为了表示与将实施例1中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°)而提供的示意图以及锥光镜图像。
图14是为了比较与将实施例1~3以及比较例1的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°)而提供的图。
图15是为了表示与将实施例1中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°~15°)而提供的图。
图16是为了表示与将实施例2中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°)而提供的锥光镜图像。
图17是为了表示与将实施例2中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0~15°)而提供的图。
图18是为了表示与将实施例3中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°)而提供的锥光镜图像。
图19是为了表示与将实施例3中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0~15°)而提供的图。
图20(a)~(c)是为了表示实施例4中的光扩散膜的截面而提供的图及照片。
图21是为了表示与将实施例4中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°)而提供的锥光镜图像。
图22是为了比较与将实施例4、实施例1以及比较例1的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°)而提供的图。
图23是为了表示与将实施例4中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0~15°)而提供的图。
图24是为了表示与将比较例1中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ=0°)而提供的锥光镜图像。
图25是为了表示与将比较例1中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0~15°)而提供的图。
图26是为了表示与将比较例2中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°)而提供的锥光镜图像。
图27是为了表示与将比较例2中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0~15°)而提供的图。
图28是为了表示与将比较例3中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0°)而提供的锥光镜图像。
图29是为了表示与将比较例3中的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性(入射角θ1=0~15°)而提供的图。
具体实施方式
本发明的实施方式是一种显示器用光扩散膜,其特征在于,其是在折射率相对低的区域中具有使折射率相对高的多个柱状物在膜膜厚方向林立而成的柱结构的单一层的光扩散膜,光扩散膜的膜厚为60~700μm的范围内的值,并且,入射来自膜面的法线方向的光时的雾度值为80%以上的值。
另外,本发明的其它实施方式是显示装置,使用上述显示器用光扩散膜,并且,使用准直背光灯作为显示面板的背光灯。
以下,适当地参照附图,具体说明这些实施方式。
其中,对本发明的显示装置进行基本说明,对于本发明的显示器用光扩散膜,作为显示装置的一构成要素进行说明。
另外,为了便于说明,以使用液晶显示面板作为显示面板的情况为主进行说明。
1. 显示装置的基本构成
首先,说明本发明的显示装置的基本构成。
如图1所示,显示装置1具备:作为图像的显示面板的液晶显示面板10、向液晶显示面板10入射用于图像显示的准直光的背光灯300、将担载通过液晶显示面板10的图像的光扩散的光扩散膜100、与图像信号对应来驱动液晶显示面板10的驱动电路(未图示)。
另外,液晶显示面板10中具有用于图像显示的开口,可以根据需要具有在规定的位置保持且收纳背光灯300、液晶显示面板10、光扩散膜100以及驱动电路等部件的外壳等公知的液晶显示装置所具有的各种部件。
在上述显示装置中,从背光灯300射出的准直光与通常的液晶显示装置同样地向根据显示图像变调驱动的液晶显示面板10入射、通过,从而成为担载图像的光,担载该图像的准直光通过被光扩散膜100扩散而显示图像。
应予说明,图1中,记载了在显示面板的显示面侧层叠光扩散膜的例子,但也可以在显示面板的非显示面侧层叠光扩散膜。
另外,图1中以透射型显示装置为例进行记载,本发明的显示装置也可以使用半透射型显示面板作为显示面板,作为半透射型显示装置而构成。
2. 显示面板
如图1所示,作为显示面板的液晶显示面板10为各种液晶显示装置所使用的公知的液晶显示面板10。
因此,例如,如图1所示,具有在2片玻璃基板(11、12)间填充液晶而成的液晶层13,在两玻璃基板(11、12)的液晶层13的反面具有配置偏光板(14、15)而成的构成。
另外,在玻璃基板(11、12)和偏光板(14、15)之间可以根据需要配置相位补偿滤光片等各种的光学补偿膜等。
应予说明,作为在液晶层13中使用的液晶的种类,可使用向列相(Nematic)液晶、胆甾相(Cholesteric)液晶、近晶相(Smectic)液晶、蓝相(Blue phase)液晶以及强介电性(Ferroelectric)液晶等。
另外,液晶显示面板10可以是彩色,也可以是单色,对液晶单元、TFT(Thin FilmTransister)等驱动装置(开关元件)、黑矩阵(BM)等没有特别限定。
另外,动作模式可利用TN(扭曲向列型,Twisted Nematic)模式、STN(超扭曲向列型,Super Twisted Nematic)模式、ECB(电控双折射型,Electrically ControlledBirefringence)模式、IPS(共面转换,In-Plane Ewiching)模式、super-IPS模式、MVA(广范围垂直队列,Multidomain Vertical Alingement)模式等全部的动作模式。
另外,显示面板还优选为半透射型显示面板,特别优选为半透射型液晶显示面板。
该理由是,通过使用半透射型显示面板,在外来光不充分的环境下,能够抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射,并作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射,另一方面,能够得到外来光充分的环境下利用外来光能够显示图像的半透射型显示装置。
这里,半透射型液晶显示面板是为了在室内室外均可视觉辨识良好的图像而设计的方案,通常在一个像素中具有透射区域和反射区域。
其中,透射区域具有透射电极,因此通过使从背光灯发出的光透射,发挥作为透射型液晶显示装置的功能。
另一方面,反射区域具有反射电极,因此通过反射外来光,能够发挥作为反射型液晶显示装置的功能。
另外,也存在不将像素划分为透射区域和反射区域而利用基于反射型偏振片的光的透射和反射的半透射型液晶显示面板,也可以应用半透射型液晶显示面板。
3. 背光灯
如图1所示,本发明的显示装置1中的背光灯300的特征在于,是能够将与显示面板10的显示面正交的准直光射出的准直背光灯。
该理由是,若为准直背光灯,能够抑制耗电量的同时显示正面对比度高的图像。
即,这是因为,通过使用准直背光灯,能够对构成显示面板的各像素入射指向性高的光,因此能够将来自背光灯的光作为图像显示光高效地在显示面侧射出。
作为上述准直背光灯,若为能够射出与显示面板的显示面正交的准直光的准直背光灯,可使用以往公知的各种准直背光灯。
作为一个例子,可举出图2所示的准直背光灯300。
即,准直背光灯300由高亮度灯338、反射板340以及准直板342构成。
而且,从高亮度灯338发出的光直接或被反射板340反射成为准直光,向显示面板10入射。
另外,准直板342为透光性,并且能够将观察者无法视觉辨识的尺寸的球体即珠320以其一部分与支撑片318接触的状态通过光扩散反射性的粘合剂344固定于支撑片318,将支撑片318朝向高亮度灯338侧、珠320朝向显示面板10侧配置。
应予说明,作为光扩散反射性的粘合剂344,可优选例示对粘合剂分散光扩散物质的微粒的粘合剂、
作为上述光扩散物质,可优选例示氧化钇(Y2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钆(Gd2O3)、氧化镧(La2O3)、氧化铪(HfO2)、硫酸钡(BaSO4)、氧化铝(Al2O3)以及氧化钛(TiO2)等微粒的1种以上。
另外,准直板342中,从高亮度灯338射出并直接或被光反射板340反射而向准直板342入射的光,如图2所示,只有向珠320与支撑片318的接触点入射的光向珠320入射后折射,作为准直光而射出。
另外,除上述接触点以外,即入射到粘合剂344的光被粘合剂344扩散、反射后,向光反射板340入射并反射,再次向准直板342入射。
另外,优选来自准直背光灯的出射光的半值宽度为40°以下的值。
该理由是,若为本发明的显示装置,则具有后述的规定的光扩散膜,因此能够抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射,并作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
即,上述半值宽度若为超过40°的值,则背光灯中的准直性能过度降低,指向性高的光难以高效地向构成显示面板的各像素入射,有时难以将来自背光灯的光作为图像显示光高效地在显示面侧射出。
更具体而言,有时图像显示光中的明亮度的偏差、眩光容易产生。
因此,更优选来自准直背光灯的出射光的半值宽度为30°以下的值,进一步优选为20°以下的值。
应予说明,出射光的半值宽度是指出射光的亮度半值宽度。
4. 光扩散膜
光扩散膜100具有如下功能:层叠在显示面板10的显示面侧时,能够抑制透射显示面板10中的各像素而来的从准直背光灯300射出的指向性高的入射光的直线传播透射,作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
另外,光扩散膜100层叠在显示面板10的非显示面侧,即,层叠在显示面板10与准直背光灯300间时,可将来自准直背光灯300的出射光的指向性调节为优选的范围,并有助于向显示面板10入射。
另外,本发明的显示装置的上述光扩散膜具有特征。
即,本发明中的光扩散膜,其特征在于,是具有规定的内部结构的单一层的光扩散膜,具有规定的膜厚以及规定的光扩散特性。
以下,对本发明的光扩散膜进行具体说明。
(1)光扩散膜中的光扩散的基本原理
本发明中的光扩散膜是在折射率相对低的区域中具有使折射率相对高的多个柱状物在膜膜厚方向林立而成的柱结构的光扩散膜。
因此,首先,使用图3~图4,对这样的光扩散膜的基本原理进行说明。
首先,图3(a)中示出了光扩散膜100的俯视图(平面图),图3(b)中示出了将图3(a)所示的光扩散膜100沿虚线A-A在垂直方向切割,从沿箭头的方向观察切割面时的光扩散膜100的剖视图。
另外,图4(a)中示出了光扩散膜100的整体图,图4(b)中示出了从X方向观察图4(a)的光扩散膜100时的剖视图。
如上述图3(a)的俯视图所示,光扩散膜100具有由折射率相对高的柱状物112和折射率相对低的区域114构成的柱结构113。
另外,如图3(b)的剖视图所示,在光扩散膜100的垂直方向,折射率相对高的柱状物112和折射率相对低的区域114各自具有规定的宽度,成为交替地配置的状态。
由此,如图4(a)所示,入射角为光扩散入射角度区域内时,推断入射光被光扩散膜100扩散。
即,如图3(b)所示,推断相对于柱结构113的边界面113a,对于光扩散膜100的入射光的入射角为平行至规定的角度范围的值、即为光扩散入射角度区域内的值时,入射光(152、154)在方向发生改变的同时沿膜厚方向穿过柱结构内的折射率相对高的柱状物112的内部,从而,光射出面侧的光的行进方向变得不同。
其结果,推断入射角为光扩散入射角度区域内时,入射光被光扩散膜100扩散而成为扩散光(152´、154´)。
另一方面,对于光扩散膜100的入射光的入射角超出光扩散入射角度区域的情况下,如图3(b)所示,推断入射光156不被光扩散膜扩散而直接透射光扩散膜100而成为透射光156´。
应予说明,本发明中,“光扩散入射角度区域”是指使来自点光源的入射光的角度相对于光扩散膜发生变化时,与射出扩散光相对应的入射光的角度范围。
另外,如图4(a)所示,上述“光扩散入射角度区域”是指根据在光扩散膜中的柱结构的折射率差、倾斜角等,每个该光扩散膜所决定的角度区域。
根据以上的基本原理,具备柱结构113的光扩散膜100,例如,如图4(a)所示,在光的透射和扩散中可以发挥入射角度依赖性。
另外,如图3~图4所示,具有柱结构113的光扩散膜,通常,具有“各向同性”。
这里,本发明中,如图4(a)所示,“各向同性”是指入射光被膜扩散时,具有如下性质,即在扩散的出射光中的与膜平行的面(是指与膜的端面以外的面平行的面。以下也相同)内该光的扩散情况(扩散光的扩散形状)根据该面内的方向而不发生变化的性质。
更具体而言,如图4(a)所示,入射光被膜扩散时,扩散的出射光的扩散情况是在与膜平行的面内为圆形。
另外,如图4(b)所示,本发明中,称为入射光的“入射角θ1”时,入射角θ1是指将相对于光扩散膜的入射侧表面的法线的角度设为0°时的角度(°)。
另外,本发明中,“光扩散角度区域”是指相对于光扩散膜,在入射光被最大扩散的角度固定点光源,在该状态下得到的扩散光的角度范围。
并且,本发明中,“扩散光的开口角”是指上述的“光扩散角度区域”的角度宽度(°),如图4(b)所示,是指观察膜的截面时的扩散光的开口角θ2。
应予说明,可确认光扩散角度区域的角度宽度(°)与光扩散入射角度区域的宽度大致相同。
另外,如图4(a)所示,光扩散膜在入射光的入射角包含在光扩散入射角度区域的情况下,即使该入射角不同时,在光射出面侧也能够进行几乎相同的光扩散。
因此,可以说得到的光扩散膜具有使光集中在规定位置的聚光作用。
应予说明,柱结构内的柱状物112的内部中的入射光的方向变化除了可以考虑如图3(b)所示的通过全反射而呈直线状曲折地变化方向的阶跃折射型的情况,还可以考虑呈曲线状变化方向的梯度折射型的情况。
另外,在图3(a)和图3(b)中,为了简便,将折射率相对高的柱状物112和折射率相对低的区域114的介面用直线表示,但实际上,介面是稍微曲折的,各柱状物形成有伴随着分支、消失的复杂的折射率分布结构。
推断:其结果,不一样的光学特性的分布可提高光扩散特性。
(2)单一层
另外,本发明中的光扩散膜的特征是单一层。
该理由是,与层叠多个光扩散膜的情况相比较,可减少贴合工序,不仅经济上有利,而且还能有效抑制显示光中的模糊的产生、层间剥离的产生。
应予说明,除直接层叠多个光扩散膜的情况以外,介由其他膜等层叠多个光扩散膜的情况也包含在层叠多个光扩散膜的情况中。
(3)光扩散特性
另外,如图5所示,本发明中的光扩散膜,其特征在于,从膜面的法线方向入射光时,即入射角θ1=0°的时的雾度值为80%以上的值。
该理由是,光扩散膜通过具有上述规定的光扩散特性,从而即使该膜由单一层构成,也能够将来自准直背光灯的指向性高的出射光作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
即,这是因为,若上述雾度值为小于80%的值,则有时通过显示面板的指向性高的光的一部分直线传播透射光扩散膜,容易产生所谓“眩光”。
因此,从膜面的法线方向入射光时,即,更优选入射角θ1=0°时的雾度值为83%以上的值,进一步优选为85%以上的值。
另外,上述光扩散特性通常在满足膜的一面时,可确认也满足另一面,相反,即使仅满足一面,可确认也能够得到本发明的效果,当然是在本发明的范围内。
应予说明,图5是表示使用光源410和积分球420,测定从膜面的法线方向入射光时,即入射角θ1=0°时的雾度值的形态的侧面图。
接着,使用图6(a)~图6(b),说明准直光对于光扩散膜的入射与其射出的关系。
图6(a)中示出了用于说明准直光对于本发明中的光扩散膜的入射与其射出的关系的侧面图,图6(b)中示出了用于说明准直光对于在内部含有光扩散性微粒的类型的光扩散膜的入射与其射出的关系的侧面图。
首先,如图6(a)~图6(b)所示,作为入射光的准直光,如众所周知的那样,不能说是完全平行光,实际上是与其准直性能对应的扩散光。
上述前提下,如图6(a)所示,准直光向本发明中的光扩散膜入射时,如在光扩散膜中的光扩散的基本原理一项中说明所述,在准直光的入射角有一定程度的开口的情况下,在光射出面侧也进行几乎相同的光扩散。
因此,若为本发明中的光扩散膜,则可知能够将来自准直背光灯的入射光作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
对此,如图6(b)所示,向在内部含有光扩散性微粒的类型的光扩散膜入射准直光时,通过添加较大量的微粒,即使调节到规定以上的雾度值,被光扩散膜扩散的扩散光的出射角也仅单纯依赖于准直光的入射角。
因此,在准直光的入射角有一定程度的开口时,在平行度较高的光和平行度较低的光中,其出射角不同,难以将来自准直背光灯的入射光作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射,可知显示装置的正面变暗。
不仅如此,由于添加较大量的微粒,所以光扩散角度区域过宽,显示装置的正面越来越暗。
如以上所述,本发明中的光扩散膜具有以规定的雾度值规定的光扩散特性,并且具有规定的内部结构,因此来自这二个构成的效果协同,不使来自准直背光灯的指向性高的光直线传播透射而作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
(4)内部结构
本发明中的光扩散膜的特征在于,在折射率相对低的区域中具有使折射率相对高的多个柱状物在膜膜厚方向林立而成的柱结构。
该理由是,若为具有上述内部结构的光扩散膜,则能够较容易地赋予以规定的雾度值规定的光扩散特性,因此能够稳定抑制来自准直背光灯的指向性高的出射光的直线传播透射。
另外,若为具有上述内部结构的光扩散膜,则即使准直光的入射角有一定程度的开口,也能够作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
并且,与具有百叶结构的光扩散膜不同,能够使入射光进行各向同性光扩散,因此即使为单层也能够在显示器的上下左右方向使图像显示光扩散。
其中,从稳定发挥以规定的雾度值规定的光扩散特性的观点出发,构成本发明中的光扩散膜的柱结构的柱状物,将光扩散膜中的一面设为第1面,另一面设为第2面时,柱状物优选为从第1面朝向第2面形状变化而成的变形柱状物。
该理由是,为具备由从第1面朝向第2面形状不发生变化的通常的柱状物构成的柱结构的光扩散膜时,可确认无法稳定得到以上述规定的雾度值规定的光扩散特性。
与此相对,为具备由从第1面朝向第2面形状变化而成的变形柱状物构成的柱结构的光扩散膜时,可确认能够稳定得到以上述规定的雾度值规定的光扩散特性。
以下,对变形柱状物构成的柱结构进行具体说明。
更具体而言,如图4(a)所示,在变形柱状物112中,优选直径从第1面115朝向第2面116增加。
该理由是,通过形成具有这样的变形柱状物的柱结构,能够对光扩散膜更稳定地赋予规定的光扩散特性。
即,这是因为,例如,从柱结构中的变形柱状物的直径大的一侧入射光时,变形柱状物中的光的出口侧的直径变小,由此更难以产生光的直线传播透射。
应予说明,可确认从柱结构中的变形柱状物的直径小的一侧入射光时,也难以产生光的直线传播透射。
另外,如图7(a)所示,变形柱状物112´优选在该柱状物的中部具有弯曲部。
该理由是,通过形成具有这样的变形柱状物的柱结构,能够对光扩散膜更进一步稳定地赋予规定的光扩散特性。
即,这是因为,柱状物通过在中部弯曲,从而即使从沿着弯曲部的上下任一部分的倾斜的方向入射光的情况下,也更加难以发生光的直线传播透射。
另外,如图7(b)所示,变形柱状物112´´优选由位于第1面115´´的侧的第1柱状物112a´´和位于第2面116´´的侧的第2柱状物112b´´构成。
该理由是,通过形成具有这样的变形柱状物的柱结构,不仅能够对光扩散膜更进一步稳定地赋予规定的光扩散特性,还能够高效地控制得到的光扩散特性。
即,通过具有第1和第2柱状物,从而即使从沿着任一柱状物的倾斜的方向入射光,也更加难以发生光的直线传播透射。
另外,还优选具有第2柱状物的上端部与第1柱状物的下端部如后述的实施例4的光扩散膜那样彼此重合而形成的重复柱结构区域。
该理由是,通过具有上述重复柱结构区域,能够抑制第1及第2柱状物间的未形成柱状物部分中的散射光的产生,能够进一步提高光扩散角度区域内的扩散光的强度的均匀性。
(4)-1 折射率
柱结构中,优选折射率相对高的柱状物的折射率与折射率相对低的区域的折射率的差为0.01以上的值。
该理由是,通过使上述折射率的差为0.01以上的值,能够使入射光在柱结构区域内稳定地反射,更加提高来自柱结构的入射角度依赖性,能够明确地控制光扩散入射角度区域与非光扩散入射角度区域的区别。
更具体而言,若上述折射率的差为低于0.01的值,则有时入射光在柱结构内全反射的角度域变窄,所以有时入射角度依赖性过度降低。
因此,更优选柱结构中的折射率相对高的柱状物的折射率与折射率相对低的区域的折射率的差为0.05以上的值,进一步优选为0.1以上的值。
应予说明,折射率相对高的柱状物的折射率与折射率相对低的区域的折射率的差越大越优选,但从选定可形成弯曲柱结构的材料的观点出发,认为0.3左右为上限。
(4)-2 最大直径
另外,如图8(a)所示,在柱结构中,优选柱状物的截面的最大直径S为0.1~15μm的范围内的值。
该理由是,通过上述最大直径为0.1~15μm的范围内的值,能够使入射光在柱结构内更稳定地反射,更有效地提高来自柱结构的入射角度依赖性。
即,这是因为,若上述最大直径为小于0.1μm的值,则有时无论入射光的入射角度如何都难以显示出光扩散性。另一方面是因为,若上述最大直径为超过15μm的值,则在柱结构内直线传播的光增加,有时扩散光的均匀性差。
因此,柱结构中,更优选柱状物的截面的最大直径为0.5~10μm的范围内的值,进一步优选为1~5μm的范围内的值。
应予说明,柱状物的截面形状没有特别限定,例如优选为圆、椭圆、多角形、异形等。
另外,柱状物的截面是指被与膜表面(是指膜的端面以外的表面。以下相同)平行的面切割而成的截面。
应予说明,柱状物的最大直径、长度等可采用光学数字显微镜观察来进行测定。
(4)-3 柱状物间的距离
另外,如图8(a)所示,在柱结构中,优选柱状物间的距离、即邻接的柱状物的空间P为0.1~15μm的范围内的值。
该理由是,通过上述距离为0.1~15μm的范围内的值,能够使入射光在柱结构内更稳定地反射,进一步提高来自柱结构的入射角度依赖性。
即,若上述距离为小于0.1μm的值,则有时无论入射光的入射角度如何都难以显示出光扩散性。另一方面是因为,若上述距离为超过15μm的值,则在柱结构内直线传播的光增加,有时扩散光的均匀性差。
因此,柱结构中,更优选柱状物间的距离为0.5~10μm的范围内的值,进一步优选为1~5μm的范围内的值。
(4)-4 厚度
另外,柱结构的厚度,即,如图8(b)所示,膜面的法线方向的柱状物的长度L优选为50~700μm的范围内的值。
该理由是,通过柱结构的厚度为上述范围内的值,能够稳定地确保沿膜厚方向的柱状物的长度,使入射光更稳定地在柱结构内反射,进一步提高来自柱结构的光扩散角度区域内的扩散光的强度的均匀性。
即,这是因为,若上述柱结构的厚度L为小于50μm的值,则柱状物的长度不足,在柱结构内直线传播的入射光增加,有时难以得到光扩散角度区域内的扩散光的强度的均匀性。另一方面是因为,若上述柱结构的厚度L为超过700μm的值,则对光扩散膜用组合物照射活性能量射线而形成柱结构时,有时由于初期形成的柱结构使光聚合的行进方向发生扩散,从而难以形成所希望的柱结构。
因此,更优选柱结构的厚度L为70~400μm的范围内的值,进一步优选为80~300μm的范围内的值。
另外,本发明的光扩散膜可以在图8(b)所示膜厚方向整体形成柱结构(膜厚方向长度L),在膜的上端部、下端部的至少任一方可以具有未形成柱结构部分。
应予说明,为具有如图7(a)~(b)所示的变形柱状物的柱结的时,通常优选上方部分(制造光扩散膜时照射活性能量射线的一侧的部分)中的柱状物的长度与下方部分中的柱状物的长度的比为7:1~1:50的范围内。
(4)-5 倾斜角
另外,如图8(b)所示,柱结构中,优选柱状物112相对于光扩散膜的膜厚方向以恒定的倾斜角θa林立而成。
该理由是,通过使柱状物的倾斜角为恒定,能够使入射光在柱结构内更稳定地反射,进一步提高来自柱结构的入射角度依赖性。
另外,优选倾斜角θa为0~20°的范围内的值。
该理由是,本发明的显示装置由于使用与显示面板的显示面正交的平行性高的准直光,因此优选基本上为倾斜角θa=0°,但将倾斜角θa调节为完全的0°,实际上存在困难。另一方面,若倾斜角θa为超过20°的值,则显示装置的正面不在光扩散膜的光扩散角度区域,有时难以满足以雾度值规定的规定的光扩散特性。另外,即使满足的情况下,有时显示器的上下或左右也发生视角显著偏离。
因此,更优选倾斜角θa为0~15°的范围内的值,进一步优选为0~10°的范围内的值。
另外,倾斜角θa是指在利用为与膜面垂直的面且将1根柱状物整体沿轴线切割成2个的面来切割膜时的截面所测定的将相对于膜表面的法线的角度设为0°时的柱状物的倾斜角(°)。
更具体而言,如图8(b)所示,倾斜角θa是指柱结构的上端面的法线与柱状物的最上部所成的角度中窄侧的角度。
另外,如图8(b)所示,以柱状物向左侧倾斜时的倾斜角为基准,以柱状物向右侧倾斜时的倾斜角为负进行标识。
应予说明,为具有图7(a)~图7(b)所示的变形柱状物的柱结构时,通常,优选上方部分中的柱状物(光的入射侧的柱状物)的倾斜角为0~20°的范围内的值并且下方部分中的柱状物(光的射出侧的柱状物)的倾斜角为0~20°的范围内的值。
(5)膜厚
另外,特征在于本发明中的光扩散膜的膜厚为60~700μm的范围内的值。
该理由是,若光扩散膜的膜厚为小于60μm的值,则在柱结构内直线传播的入射光增加,有时难以显示规定的光扩散特性。另一方面是因为,若光扩散膜的膜厚为超过700μm的值,则对光扩散膜用组合物照射活性能量射线来形成柱结构时,有时由于初期形成的柱结构使光聚合的行进方向发生扩散,从而难以形成所希望的柱结构。
因此,更优选光扩散膜的膜厚为70~400μm的范围内的值,进一步优选为80~300μm的范围内的值。
(6)粘合剂层
另外,本发明中的光扩散膜优选在其一面或者两面具备用于对被粘物进行层叠的粘合剂层。
作为构成上述粘合剂层的粘合剂,没有特别限制,可使用以往公知的丙烯酸系、硅酮系、聚氨酯系、橡胶系等的粘合剂。
(7)制造方法
本发明中的光扩散膜优选利用包含下述工序(a)~(c)的制造方法进行制造。
(a)准备光扩散膜用组合物的工序,上述光扩散膜用组合物是包含作为(A)成分的含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯、作为(B)成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯和作为(C)成分的光聚合引发剂,
(b)对加工片涂布光扩散膜用组合物而形成涂布层的工序,
(c)对涂布层照射活性能量射线的工序。
以下,参照附图具体说明各工序。
(7)-1 工序(a)
上述工序是准备规定的光扩散膜用组合物的工序。
更具体而言,是混合(A)~(C)成分和所希望的其他添加剂的工序。
另外,混合时,可以在室温下直接搅拌,但从提高均匀性的观点出发,例如,优选在40~80℃的加热条件下搅拌,制成均匀的混合液。
另外,为了形成适于涂布的所希望的粘度,还优选进一步添加稀释溶剂。
以下,对光扩散膜用组合物进行更具体的说明。
(i) (A)成分
(i)-1 (种类)
本发明的光扩散膜用组合物优选包含含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯作为(A)成分。
其理由是,可推断通过含有特定的(甲基)丙烯酸酯作为(A)成分,能够使(A)成分的聚合速度比(B)成分的聚合速度快,从而使这些成分间的聚合速度产生规定的差异,有效降低两成分的共聚性。
其结果,进行光固化时,能够高效地形成在来自(B)成分的折射率相对低的区域中使来自(A)成分的折射率相对高的多个柱状物林立而成的柱结构。
另外,可推断通过含有特定的(甲基)丙烯酸酯作为(A)成分,能够在单体的阶段具有与(B)成分的充分的相容性,同时在聚合的过程中在多个相互关联的阶段使与(B)成分的相容性降低至规定的范围,从而更有效地形成柱结构。
进而,通过含有特定的(甲基)丙烯酸酯作为(A)成分,能够增加柱结构中的来自(A)成分的区域的折射率,从而将与来自(B)成分的区域的折射率的差调节为规定以上的值。
因此,通过含有特定的(甲基)丙烯酸酯作为(A)成分,能够与后述的(B)成分的特性相互作用而有效地得到由来自(A)成分的折射率相对高的区域和来自(B)成分的折射率相对低的区域构成的柱结构。
应予说明,“含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯”是指在(甲基)丙烯酸酯的酯残基部分具有多个芳香环的化合物。
另外,“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸和甲基丙烯酸二者。
另外,对于这样的作为(A)成分的含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯而言,例如可举出(甲基)丙烯酸联苯酯、(甲基)丙烯酸萘酯、(甲基)丙烯酸蒽酯、(甲基)丙烯酸苄基苯酯、(甲基)丙烯酸联苯氧基烷基酯、(甲基)丙烯酸萘氧基烷基酯、(甲基)丙烯酸蒽氧基烷基酯、(甲基)丙烯酸苄基苯基氧基烷基酯等,或芳香环上的一部分氢原子被卤素、烷基、烷氧基、卤代烷基等取代而得的物质等。
另外,对于作为(A)成分的含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯而言,优选包含含有联苯环的化合物,特别优选包含下述通式(1)表示的联苯化合物。
(通式(1)中,R1~R10各自独立,R1~R10中的至少一个为下述通式(2)表示的取代基,其余为氢原子、羟基、羧基、烷基、烷氧基、氟以外的卤代烷基、羟基烷基、羧基烷基和氟以外的卤素原子中的任意一个取代基。)
(通式(2)中,R11为氢原子或者甲基,碳原子数n为1~4的整数,重复数m为1~10的整数。)。
其理由是,可推断通过含有具有特定结构的联苯化合物作为(A)成分,能够使(A)成分和(B)成分的聚合速度产生规定的差异,将(A)成分与(B)成分的相容性降低至规定的范围,从而进一步降低两成分之间的共聚性。
另外,能够提高柱结构中的来自(A)成分的区域的折射率,更容易地将其与来自(B)成分的区域的折射率的差调节为规定以上的值。
另外,通式(1)中的R1~R10包含烷基、烷氧基、卤代烷基、羟基烷基、以及羧基烷基中的任一种的情况下,优选其烷基部分的碳原子数为1~4的范围内的值。
其理由是,若使上述碳原子数为超过4的值,则有时(A)成分的聚合速度降低,来自(A)成分的区域的折射率变得过低,难以有效地形成柱结构。
因此,通式(1)中的R1~R10包含烷基、烷氧基、卤代烷基、羟基烷基、以及羧基烷基中的任一种的情况下,更优选其烷基部分的碳原子数为1~3的范围内的值,进一步优选为1~2的范围内的值。
另外,通式(1)中的R1~R10优选为除卤代烷基或者卤素原子以外的取代基,即优选为不含有卤素的取代基。
其理由是,防止对光扩散膜进行焚烧等时产生二噁英,从环境保护的观点出发而优选。
应予说明,在以往的光扩散膜中,在得到规定的柱结构时,出于使单体成分高折射率化的目的,通常是对单体成分进行卤素取代。
在这一点上,如果是通式(1)表示的联苯化合物,则即使不进行卤素取代,也能够形成高折射率。
因此,如果是将本发明的光扩散膜用组合物光固化而成的光扩散膜,则即使在不含有卤素的情况下,也能够发挥良好的入射角度依赖性。
另外,优选通式(1)中的R2~R9中的任意一个为通式(2)表示的取代基。
其理由是,通过使通式(2)表示的取代基的位置为R1和R10以外的位置,能够在光固化之前的阶段有效防止(A)成分彼此取向并形成结晶。
并且,在光固化之前的单体阶段为液态,即使不使用稀释溶剂等,也能够在表观上与(B)成分均匀地混合。
这是因为,由此,在光固化的阶段中,能够使(A)成分和(B)成分进行细微级别的凝聚、相分离,能够更有效地得到具备柱结构的光扩散膜。
进而,从相同的观点出发,特别优选通式(1)的R3、R5、R6和R8中的任意一个为通式(2)表示的取代基。
另外,优选通式(2)表示的取代基的重复数m通常为1~10的整数。
其理由是,若重复数m为超过10的值,则有时将聚合部位和联苯环连接的氧亚烷基链变得过长,从而阻碍聚合部位的(A)成分彼此的聚合。
因此,更优选通式(2)表示的取代基的重复数m为1~4的整数,特别优选为1~2的整数。
应予说明,从相同的观点出发,优选通式(2)表示的取代基的碳原子数n通常为1~4的整数。
另外,还考虑到作为聚合部位的聚合性碳-碳双键的位置与联苯环过近,联苯环成为位阻,从而(A)成分的聚合速度降低的情况的话,更优选通式(2)表示的取代基的碳原子数n为2~4的整数,特别优选为2~3的整数。
另外,作为通式(1)表示的联苯化合物的具体例,可优选举出下述式(3)~(4)表示的化合物。
(i)-2分子量
另外,优选(A)成分的分子量为200~2500的范围内的值。
其理由是,可推断通过使(A)成分的分子量在规定的范围,能够进一步加快(A)成分的聚合速度,更有效地降低(A)成分和(B)成分的共聚性。
其结果,在进行光固化时,能够更有效地形成在来自(B)成分的折射率相对低的区域中使来自(A)成分的折射率相对高的多个柱状物林立而成的柱结构。
即,这是因为,可推断若(A)成分的分子量为低于200的值,则由于位阻变小而容易产生与(B)成分的共聚,其结果,有时难以高效地形成柱结构。另一方面是因为,可推断若(A)成分的分子量为超过2500的值,则随着与(B)成分的分子量的差变小,(A)成分的聚合速度降低,变得与(B)成分的聚合速度相近,而容易产生与(B)成分的共聚,其结果有时难以高效地形成柱结构。
因此,更优选(A)成分的分子量为240~1500的范围内的值,进一步优选为260~1000的范围内的值。
应予说明,(A)成分的分子量可由分子的组成和由构成原子的原子量得到的计算值而求得。
(i)-3 单独使用
另外,本发明的光扩散膜用组合物优选的是,作为形成柱结构中的折射率相对高的区域的单体成分,含有(A)成分,但(A)成分优选由单一成分构成。
其理由是,通过这样来构成,能够有效地抑制来自(A)成分的区域中的折射率的不均,更高效地得到具备柱结构的光扩散膜。
即,(A)成分对(B)成分的相容性低时,例如(A)成分为卤素系化合物等的情况下,有时组合使用其他的(A)成分(例如,非卤素系化合物等)作为用于使(A)成分与(B)成分相容的第3成分。
然而,此时,由于上述第3成分的影响,来自(A)成分的折射率相对高的区域中的折射率发生波动,或容易降低。
其结果,有时与来自(B)成分的折射率相对低的区域的折射率差变得不均匀,或易于过度降低。
因此,优选选择具有与(B)成分的相容性的高折射率的单体成分,使用它作为单独的(A)成分。
应予说明,如果是例如作为(A)成分的式(3)表示的联苯化合物,则为低粘度,因此具有与(B)成分的相容性,因而能够单独作为(A)成分而使用。
(i)-4 折射率
另外,优选(A)成分的折射率为1.5~1.65的范围内的值。
其理由是,通过使(A)成分的折射率为上述范围内的值,能够更容易地调节来自(A)成分的区域的折射率与来自(B)成分的区域的折射率的差,更有效地得到具备柱结构的光扩散膜。
即,这是因为,若(A)成分的折射率为低于1.5的值,则与(B)成分的折射率的差过小,有时难以得到有效的光扩散角度区域。另一方面是因为,若(A)成分的折射率为超过1.65的值,则虽然与(B)成分的折射率的差变大,但有时甚至连与(B)成分的表观上的相容状态也难以形成。
因此,更优选(A)成分的折射率为1.52~1.62的范围内的值,进一步优选为1.56~1.6的范围内的值。
应予说明,所述(A)成分的折射率是指利用光照射进行固化之前的(A)成分的折射率。
另外,折射率例如可基于JIS K0062来测定。
(i)-5 含量
另外,优选相对于后述的(B)成分100重量份,光扩散膜用组合物中的(A)成分的含量为25~400重量份的范围内的值。
其理由是,若(A)成分的含量为小于25重量份的值,则(A)成分相对于(B)成分的存在比例变少,如图3的(b)的剖视图所示的柱结构中的来自(A)成分的柱状物的宽度变得过小,有时难以得到具有良好的入射角度依赖性的柱结构。另外还因为,光扩散膜的厚度方向的柱状物的长度变得不充分,有时不能显示规定的光扩散特性。另一方面是因为,若(A)成分的含量为超过400重量份的值,则(A)成分相对于(B)成分的存在比例变多,来自(A)成分的柱状物的宽度变得过大,反而难以得到具有良好的入射角度依赖性的柱结构。另外还因为,光扩散膜的厚度方向中的柱状物的长度变得不充分,有时不能显示规定的光扩散特性。
因此,相对于(B)成分100重量份,更优选(A)成分的含量为40~300重量份的范围内的值,进一步优选为50~200重量份的范围内的值。
(ii)(B)成分
(ii)-1 种类
本发明的光扩散膜用组合物优选含有氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯作为(B)成分。
其理由是,如果是氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯,则不仅能更容易地调节来自(A)成分的区域的折射率与来自(B)成分的区域的折射率的差,而且能够有效抑制来自(B)成分的区域的折射率的不均,能够更高效地得到具备柱结构的光扩散膜。
应予说明,(甲基)丙烯酸酯是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯二者。
首先,氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯由(B1)至少含有2个异氰酸酯基的化合物、(B2)多元醇化合物、以及(B3)(甲基)丙烯酸羟基烷基酯形成,上述(B2)多元醇化合物优选为二元醇化合物,特别优选为聚亚烷基二醇。
应予说明,(B)成分中还含有具有氨基甲酸酯键的重复单元的低聚物。
其中,对于作为(B1)成分的至少含有2种异氰酸酯基的化合物而言,例如可举出2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、1,3-二甲苯二异氰酸酯、1,4-二甲苯二异氰酸酯等芳香族多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等脂肪族多异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯等脂环式多异氰酸酯、以及它们的缩二脲体、异氰脲酸酯体、以及作为与乙二醇、丙二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、蓖麻油等低分子含活性氢的化合物的反应物的加合物(例如,二甲苯二异氰酸酯系3官能加合物)等。
另外,上述中,特别优选为脂环式多异氰酸酯。
其理由是,如果是脂环式多异氰酸酯,则与脂肪族多异氰酸酯相比较,因空间构象等的关系而更容易在各异氰酸酯基的反应速度间设置差值。
由此,能够抑制(B1)成分仅与(B2)成分反应、(B1)成分仅与(B3)成分反应,从而使(B1)成分与(B2)成分和(B3)成分可靠地反应,能够防止产生多余的副产物。
其结果,能够有效抑制柱结构中的来自(B)成分的区域、即低折射率区域的折射率的不均。
另外,如果是脂环式多异氰酸酯,则与芳香族多异氰酸酯相比较,能够将得到的(B)成分与(A)成分的相容性降低至规定的范围,更高效地形成柱结构。
并且,如果是脂环式多异氰酸酯,则与芳香族多异氰酸酯相比较,能够减小得到的(B)成分的折射率,因此能够增大与(A)成分的折射率的差,更可靠地表现出光扩散性,并且更高效地形成光扩散角度区域内的扩散光的均匀性高的柱结构。
另外,这样的脂环式多异氰酸酯中,优选介由脂肪族环含有2种异氰酸酯基的化合物。
其理由是,如果是这样的脂环式二异氰酸酯,则能够与(B2)成分和(B3)成分定量地反应,得到单一的(B)成分。
作为这样的脂环式二异氰酸酯,可特别优选举出异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。
其理由是,能够设置对2种异氰酸酯基的反应性有效的差异。
另外,形成氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的成分中,作为(B2)成分的聚亚烷基二醇,例如可举出聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚己二醇等,其中,特别优选为聚丙二醇。
其理由是,如果是聚丙二醇,则使(B)成分固化时,成为该固化物中的良好的软链段,能够有效地提高光扩散膜的操作性、安装性。
应予说明,(B)成分的重均分子量主要可通过(B2)成分的重均分子量进行调节。此处,(B2)成分的重均分子量通常为2300~19500,优选为4300~14300,特别优选为6300~12300。
另外,形成氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的成分中,作为(B3)成分的(甲基)丙烯酸羟基烷基酯,例如可举出(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯等。
另外,从降低得到的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的聚合速度而更高效地形成柱结构的观点出发,特别更优选为甲基丙烯酸羟基烷基酯,进一步优选为甲基丙烯酸2-羟基乙酯。
另外,利用(B1)~(B3)成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的合成可根据常用方法来实施。
此时,以摩尔比计,优选(B1)~(B3)成分的配合比例为(B1)成分:(B2)成分:(B3)成分=1~5:1:1~5的比例。
其理由是,通过为上述的配合比例,能够高效地合成氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯,上述氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯是(B1)成分具有的一个异氰酸酯基分别与(B2)成分具有的2个羟基反应键合,进而(B3)成分具有的羟基与2个(B1)成分分别具有的另一个异氰酸酯基反应键合而成。
因此,以摩尔比计,优选(B1)~(B3)成分的配合比例为(B1)成分:(B2)成分:(B3)成分=1~3:1:1~3的比例,进一步优选为2:1:2的比例。
(ii)-2 重均分子量
另外,优选(B)成分的重均分子量为3000~20000的范围内的值。
其理由是,通过使(B)成分的重均分子量在规定的范围,能够使(A)成分和(B)成分的聚合速度产生规定的差异,有效降低两成分的共聚性。
其结果,进行光固化时,能够高效地形成在来自(B)成分的折射率相对低的区域中使来自(A)成分的折射率相对高的多个柱状物林立而成的柱结构。
即,这是因为,若(B)成分的重均分子量为低于3000的值,则(B)成分的聚合速度加快,与(A)成分的聚合速度相近,容易产生与(A)成分的共聚,其结果是有时难以高效地形成柱结构。另一方面是因为,若(B)成分的重均分子量为超过20000的值,则有时难以形成柱结构,或与(A)成分的相容性过度降低,在涂布阶段(A)成分析出。
因此,更优选(B)成分的重均分子量为5000~15000的范围内的值,进一步优选为7000~13000的范围内的值。
应予说明,(B)成分的重均分子量可使用凝胶渗透色谱法(GPC)来测定。
(ii)-3 单独使用
另外,(B)成分可以组合使用分子结构、重均分子量不同的2种以上物质,从抑制柱结构中的来自(B)成分的区域的折射率的不均的观点出发,优选仅使用1种。
即,这是因为,使用多个(B)成分时,来自(B)成分的折射率相对低的区域的折射率发生波动,或变高,有时与来自(A)成分的折射率相对高的区域的折射率差不均匀,或过度降低。
(ii)-4 折射率
另外,优选(B)成分的折射率为1.4~1.55的范围内的值。
其理由是,通过使(B)成分的折射率为上述范围内的值,能够更容易地调节来自(A)成分的区域的折射率与来自(B)成分的区域的折射率的差,能够更高效地得到具备柱结构的光扩散膜。
即,这是因为,若(B)成分的折射率为低于1.4的值,则虽然与(A)成分的折射率的差变大,但有可能与(A)成分的相容性变得极差,无法形成柱结构。另一方面是因为,若(B)成分的折射率为超过1.55的值,则与(A)成分的折射率的差变得过小,有时难以得到所希望的入射角度依赖性。
因此,更优选(B)成分的折射率为1.45~1.54的范围内的值,进一步优选为1.46~1.52的范围内的值。
应予说明,上述(B)成分的折射率是指利用光照射进行固化之前的(B)成分的折射率。
而且,折射率例如可基于JIS K0062来测定。
另外,优选上述(A)成分的折射率与(B)成分的折射率的差为0.01以上的值。
其理由是,通过使上述折射率的差为规定的范围内的值,能够得到具有光的透射和扩散中的更良好的入射角度依赖性、以及更宽的光扩散入射角度区域的光扩散膜。
即,这是因为,若上述折射率的差为低于0.01的值,则有时入射光在柱结构内全反射的角度区域变窄,光扩散中的开口角变得过度狭窄。另一方面是因为,若上述折射率的差为过大的值,则(A)成分与(B)成分的相容性变得过差,有可能无法形成柱结构。
因此,更优选(A)成分的折射率和(B)成分的折射率的差为0.05~0.5的范围内的值,进一步优选为0.1~0.2的范围内的值。
应予说明,此处所谓的(A)成分和(B)成分的折射率是指利用光照射进行固化之前的(A)成分和(B)成分的折射率。
(ii)-5 含量
另外,优选光扩散膜用组合物中的(B)成分的含量相对于光扩散膜用组合物的总量100重量份为10~75重量份的范围内的值。
其理由是,若(B)成分的含量为低于10重量份的值,则(B)成分相对于(A)成分的存在比例变少,来自(B)成分的区域与来自(A)成分的区域相比较变得过小,有时难以得到具有良好的入射角度依赖性的柱结构。另一方面是因为,若(B)成分的含量为超过75重量份的值,则(B)成分相对于(A)成分的存在比例变大,来自(B)成分的区域与来自(A)成分的区域相比较变得过大,相反,存在难以得到具有良好的入射角度依赖性的柱结构。
因此,相对于光扩散膜用组合物的总量100重量份,更优选(B)成分的含量为20~70重量份的范围内的值,进一步优选为30~60重量份的范围内的值。
(iii)(C)成分
(iii)-1 种类
另外,本发明的光扩散膜用组合物优选含有光聚合引发剂作为(C)成分。
其理由是,向光扩散膜用组合物照射活性能量射线时,能够有效形成在来自(B)成分的折射率相对低的区域中使来自(A)成分的折射率相对高的多个柱状物林立而成的柱结构。
这里,光聚合引发剂是指利用紫外线等活性能量射线的照射使自由基种产生的化合物。
作为上述光聚合引发剂,例如可举出苯偶姻、苯偶姻甲醚、苯偶姻***、苯偶姻异丙醚、苯偶姻正丁醚、苯偶姻异丁醚、苯乙酮、二甲基氨基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基-2-苯基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-羟基环己基苯基酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代-丙烷-1-酮、4-(2-羟基乙氧基)苯基-2-(羟基-2-丙基)酮、二苯甲酮、对苯基二苯甲酮、4,4-二乙基氨基二苯甲酮、二氯二苯甲酮、2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-叔丁基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-甲基噻吨酮、2-乙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、2,4-二甲基噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、苯偶酰二甲基缩酮、苯乙酮二甲基缩酮、对二甲基胺苯甲酸酯、寡聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙烷等,其中可以单独使用1种,也可以2种以上组合使用。
(iii)-2含量
另外,优选光扩散膜用组合物中的(C)成分的含量相对于(A)成分和(B)成分的总量(100重量份)为0.2~20重量份的范围内的值。
其理由是,若(C)成分的含量为小于0.2重量份的值,则不仅难以得到具有充分的入射角度依赖性的光扩散膜,而且聚合引发点也变得过少,有时难以使膜充分光固化。另一方面是因为,若(C)成分的含量为超过20重量份的值,则涂布层的表层的紫外线吸收变得过强,反而会阻碍膜的光固化,臭气变得过强,或者膜的初始泛黄增强。
因此,更优选相对于(A)成分和(B)成分的总量(100重量份),使(C)成分的含量为0.5~15重量份的范围内的值,进一步优选为1~10重量份的范围内的值。
(iv)(D)成分
(iv)-1 种类
另外,本发明的光扩散膜用组合物特别是在形成如图7的(a)所示的具有变形柱状物112´的柱结构时,优选含有紫外线吸收剂作为(D)成分,上述变形柱状物112´在柱状物的中部具有弯曲部。
其理由是,通过含有紫外线吸收剂作为(D)成分,在照射活性能量射线时,能够在规定的范围选择性吸收规定波长的活性能量射线。
其结果,能够不阻碍光扩散膜用组合物的固化而如图7的(a)所示使形成于膜内的柱结构发生弯曲,由此,能够对得到的光扩散膜更稳定地赋予规定的光扩散特性。
另外,(D)成分优选为选自羟基苯基三嗪系紫外线吸收剂、苯并***系紫外线吸收剂、二苯甲酮系紫外线吸收剂和羟基苯甲酸酯系紫外线吸收剂中的至少一种。
另外,作为羟基苯基三嗪系紫外线吸收剂的具体例,可优选举出下述式(5)~(9)表示的化合物。
另外,作为苯并***系紫外线吸收剂的具体例,可优选举出下述式(10)表示的化合物。
(iv)-2 含量
另外,在含有(D)成分的情况下,优选光扩散膜用组合物中的(D)成分的含量相对于(A)成分和(B)成分的总量(100重量份)为小于2重量份的值(其中,不为0重量份)。
其理由是,通过使(D)成分的含量为上述范围内的值,能够不阻碍光扩散膜用组合物的固化而使形成于膜内的柱结构发生弯曲,由此,能够对得到的光扩散膜更稳定地赋予规定的光扩散特性。
即,这是因为,若(D)成分的含量为2重量份以上的值,则光扩散膜用组合物的固化受到阻碍,有时在膜表面产生收缩皱褶,或完全不固化。另一方面是因为,若(D)成分的含量过度减少,则难以使形成于膜内的规定的内部结构发生充分的弯曲,有时难以对得到的光扩散膜稳定地赋予规定的光扩散特性。
因此,更优选(D)成分的含量相对于(A)成分和(B)成分的总量(100重量份)为0.01~1.5重量份的范围内的值,进一步优选为0.02~1重量份的范围内的值。
(v) 其他添加剂
另外,在不损害本发明的效果的范围内,可以适当地添加上述化合物以外的添加剂。
作为这样的添加剂,例如可举出受阻胺系光稳定化剂、抗氧化剂、防静电剂、聚合促进剂、阻聚剂、红外线吸收剂、增塑剂、稀释溶剂、以及流平剂等。
应予说明,相对于(A)成分和(B)成分的总量(100重量份),这样的添加剂的含量通常优选为0.01~5重量份的范围内的值,更优选为0.02~3重量份的范围内的值,进一步优选为0.05~2重量份的范围内的值。
(7)-2 工序(b):涂布工序
如图9的(a)所示,上述工序是对加工片102涂布光扩散膜用组合物而形成涂布层101的工序。
作为加工片,可使用塑料膜、纸中的任一种。
其中,作为塑料膜,可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等聚酯系膜,聚乙烯膜、聚丙烯膜等聚烯烃系膜,三醋酸纤维素膜等纤维素系膜,以及聚酰亚胺系膜等。
另外,作为纸,例如可举出玻璃纸、涂布纸、以及层压纸等。
另外,若考虑后述的工序,则作为加工片102,优选为对热、活性能量射线的尺寸稳定性优异的塑料膜。
作为这样的塑料膜,在上述膜中,可优选举出聚酯系膜、聚烯烃系膜以及聚酰亚胺系膜。
另外,对于加工片,为了在光固化后容易地将得到的光扩散膜从加工片上剥离,优选在加工片的光扩散膜用组合物的涂布面侧设置剥离层。
所述剥离层可使用硅酮系剥离剂、氟系剥离剂、醇酸系剥离剂、烯烃系剥离剂等以往公知的剥离剂来形成。
应予说明,加工片的厚度通常优选为25~200μm的范围内的值。
另外,作为在加工片上涂布光扩散膜用组合物的方法,例如可利用刮板涂布法、辊涂法、棒涂法、刮刀涂布法、模涂法、以及凹版涂布法等以往公知的方法来进行。
应予说明,此时,优选涂布层的厚度为60~700μm的范围内的值。
(7)-3 工序(c):活性能量射线的照射工序
如图9的(b)所示,上述工序是对涂布层101进行活性能量射线照射,在膜内形成柱结构而制成光扩散膜的工序。
更具体而言,活性能量射线的照射工序中,向形成在加工片上的涂布层照射光线的平行度高的平行光。
这里,平行光是指发出的光的方向从任何方向观察都不扩大的大致平行的光。
更具体而言,优选的是,例如,如图10的(a)所示,将来自点光源202的照射光50通过透镜204而成为平行光60后,照射到涂布层101,或者如图10的(b)~(c)图所示,将来自线状光源125的照射光50通过照射光平行化部件200(200a、200b)而成为平行光60后,照射到涂布层101。
应予说明,如图10的(d)所示,照射光平行化部件200在由线状光源125产生的直射光中与光的方向为随机的线状光源125的轴线方向平行的方向上,使用例如板状部件210a、筒状部件210b等遮光部件210将光的方向统一,由此能够将由线状光源125产生的直射光变换成平行光。
更具体而言,使板状部件210a、筒状部件210b等遮光部件210接触并吸收由线状光源125产生的直射光中对板状部件210a、筒状部件210b等遮光部件210的平行度低的光。
因此,对板状部件210a、筒状部件210b等遮光部件210的平行度高的光、即仅平行光透射光平行化部件200,其结果,由线状光源125产生的直射光被照射光平行化部件200变换为平行光。
应予说明,作为板状部件210a、筒状部件210b等遮光部件210的材料物质,只要能够吸收对遮光部件210的平行度低的光,就没有特别限制,例如,可使用实施了耐热黑涂装的阿尔斯特钢板等。
另外,优选照射光的平行度为10°以下的值。
其理由是,通过使照射光的平行度为上述范围内的值,能够高效且稳定地形成柱结构。
因此,更优选照射光的平行度为5°以下的值,进一步优选为2°以下的值。
另外,作为照射光的照射角,如图11所示,优选将相对于涂布层101的表面的法线的角度设为0°时的照射角θ3通常为-80~80°的范围内的值。
其理由是,如果照射角为-80~80°的范围外的值,则涂布层101的表面的反射等的影响大,有时难以形成充分的柱结构。
另外,作为照射光,可举出紫外线、电子束等,优选使用紫外线。
其理由是,使用电子束时,聚合速度非常快,因此在聚合过程中(A)成分与(B)成分无法充分相分离,有时难以形成柱结构。另一方面是因为,与可见光等进行比较时,使用紫外线时因其照射而固化的紫外线固化树脂、可使用的光聚合引发剂的变化(variation)丰富,因此能够拓宽(A)成分和(B)成分的选择范围。
另外,作为紫外线的照射条件,优选涂布层表面的峰值照度为0.1~10mW/cm2的范围内的值。
其理由是,若上述峰值照度为小于0.1mW/cm2的值,则有时难以明确地形成柱结构。另一方面是因为,若上述峰值照度为超过10mW/cm2的值,则在进行(A)成分和(B)成分的相分离前发生固化,反而难以明确地形成柱结构。
因此,更优选紫外线照射时的涂布层表面的峰值照度为0.3~8mW/cm2的范围内的值,进一步优选为0.5~6mW/cm2的范围内的值。
另外,优选紫外线照射时的涂布层表面的累计光量为5~200mJ/cm2的范围内的值。
其理由是,若上述累计光量为小于5mJ/cm2的值,则有时难以使柱结构从上方向下方充分地伸长。另一方面是因为,若上述累计光量为超过200mJ/cm2的值,则有时得到的光扩散膜上产生着色。
因此,更优选紫外线照射时的涂布层表面的累计光量为7~150mJ/cm2的范围内的值,进一步优选为10~100mJ/cm2的范围内的值。
应予说明,利用在膜内形成的内部结构,能够使峰值照度和累计光量最优化。
另外,照射紫外线时,优选以0.1~10m/分钟的速度使在加工片上形成的涂布层移动。
其理由是,若上述速度为小于0.1m/分钟的值,则有时量产率过度降低。另一方面是因为,若上述速度为超过10m/分钟的值,则比涂布层的固化、换言之柱结构的形成更快,紫外线对涂布层的入射角度改变,有时柱结构的形成变得不充分。
因此,照射紫外线时,更优选使在加工片上形成的涂布层以0.2~5m/分钟的范围内的速度移动,进一步优选以0.3~3m/分钟的范围内的速度移动。
应予说明,紫外线照射工序后的光扩散膜通过将加工片剥离而最终成为可使用的状态。
应予说明,形成具有由图7的(b)所示的位于第1面侧的第1柱状物和位于第2面侧的第2柱状物构成的变形柱状物112´´的柱结构时,分2个阶段进行紫外线照射。
即,首先进行第1紫外线照射,在涂布层的下部、即第2面侧形成第2柱状物,在涂布层的上部、即第1面侧保留未形成柱结构的区域。
此时,从稳定地保留未形成柱结构的区域的观点出发,为了利用氧阻碍的影响,优选在氧存在气氛下进行第1紫外线照射。
接着,进行第2紫外线照射,在残留在第1面侧的未形成柱结构的区域形成第1柱状物。
此时,从稳定地形成第1柱状物的观点出发,为了抑制氧阻碍的影响,优选在非氧气氛下进行第2紫外线照射。
实施例
以下,参照实施例,进一步详细说明本发明。
[实施例1]
1. 光扩散膜的制作
(1)低折射率聚合性化合物(B)成分的合成
在容器内,相对于作为(B2)成分的重均分子量9200的聚丙二醇(PPG)1摩尔,放入作为(B1)成分的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)2摩尔和作为(B3)成分的甲基丙烯酸2-羟基乙酯(HEMA)2摩尔后,根据常规方法使它们反应,得到重均分子量9900的聚醚氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯。
应予说明,聚丙二醇和聚醚氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯的重均分子量是采用凝胶渗透色谱法(GPC)根据下述条件测定而得的聚苯乙烯换算值。
GPC测定装置:东曹株式会社制,HLC-8020
GPC柱 :东曹株式会社制(以下,按通过顺序记载)
TSK 保护柱(guard column) HXL-H
TSK 凝胶(gel) GMHXL(×2)
TSK 凝胶(gel) G2000HXL
:四氢呋喃
:40℃。
(2)光扩散膜用组成物的制备
接着,向得到的作为(B)成分的重均分子量9900的聚醚氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯100重量份中,添加作为(A)成分的下述式(3)表示的分子量268的邻苯基苯氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(新中村化学株式会社制,NK ESTER A-LEN-10)150重量份和作为(C)成分的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮20重量份(相对于(A)成分和(B)成分的总计量(100重量份)为8重量份)后,在80℃的条件下进行加热混合,得到光扩散膜用组合物。
应予说明,(A)成分和(B)成分的折射率是使用阿贝折射仪(ATAGO株式会社制,阿贝折射仪DR-M2,Na光源,波长589nm)基于JIS K0062进行测定,结果分别为1.58和1.46。
(3)涂布工序
接着,将得到的光扩散膜用组合物对作为加工片的膜状的透明聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下,称为PET)进行涂布,得到膜厚210μm的涂布层。
(4)活性能量射线照射
接着,使用使涂布层沿图9(b)中的B方向移动并且将中心光线平行度控制在±3°以内的紫外线点平行光源(JATEC株式会社制),以使照射角(图11的θ3)约为0°的方式对涂布层照射平行度为2°以下的平行光(主峰波长365nm、其他在254nm、303nm、313nm处具有峰的来自高压汞灯的紫外线)。
此时的峰值照度为3.1mW/cm2,累计光量为58.9mJ/cm2,灯高度为240mm,涂布层的移动速度为0.2m/分钟。
接着,为了实现可靠的固化,在涂布层的露出面侧层压厚度38μm的具有紫外线透射性的剥离膜(Lintec 株式会社制,SP-PET382050;紫外线照射侧的表面的中心平均粗糙度0.01μm,雾度值1.80%,图像清晰度425,波长360nm的透射率84.3%)。
接着,从剥离膜上,以使峰值照度为10mW/cm2、累计光量为150mJ/cm2的方式照射使上述平行光的行进方向为随机的散射光,使涂布层完全固化,得到在除去加工片和剥离膜的状态下的膜厚为210μm的光扩散膜。
应予说明,对于上述峰值照度和累计光量,将安装有受光器的UV METER(EyeGraphics株式会社制,Eye紫外线累计照度计UVPF-A1)设置于涂布层的位置而测定。
另外,得到的光扩散膜的膜厚使用定压厚度测定器(宝制作所株式会社制,TECLOCK PG-02J)进行测定。
另外,将得到的光扩散膜在与涂布层的移动方向平行且与膜面正交的面进行切割而形成的截面的示意图示于图12(a),将其截面照片示于图12(b)。
另外,将得到的光扩散膜在与涂布层的移动方向垂直且与膜面正交的面进行切割而形成的截面的截面照片示于图12(c)。由图12(a)和图12(c)可知,得到的光扩散膜中的内部结构为具有图4(a)所示的变形柱状物的柱结构。
应予说明,光扩散膜的切割使用剃刀进行,截面的照片的拍摄使用数码显微镜(Keyence株式会社制,VHX-2000)利用反射观察来进行。
(5)光扩散特性的评价
(5)-1 雾度值的测定
评价得到的光扩散膜的雾度值。
即,在以被PET与剥离膜夹持的状态得到的光扩散膜的PET表面设置粘合剂层,贴合于厚度1.1mm的钠玻璃上,制得评价用试验片。
接着,如图5所示,从试验片的玻璃侧,从得到的光扩散膜的膜面的法线方向,即以使入射角θ1=0°的方式入射光,此时的雾度值(%)使用雾度计(日本电色工业株式会社制,NDH5000)基于JIS K 7136进行测定。得到的雾度值为95%。
应予说明,雾度值(%)是指按下述数学式(1)计算的值,下述数学式(1)中,扩散透射率(%)是指从总光线透射率(%)减去平行光透射率(%)而得到的值,平行光透射率(%)是指相对于直线传播透射光的行进方向,具有±2.5°的宽度的光的透射率(%)。
[数1]
。
(5)-2 利用锥光镜的测定
测定与将得到的光扩散膜用于具备准直背光灯的显示装置时相当的光扩散特性。
即,在被PET与剥离膜挟持的状态下得到的光扩散膜的PET表面设置粘合剂层,贴合于厚度1.1mm的钠玻璃上,制得评价用试验片。
接着,如图13(a)所示,使用锥光镜(autronic-MELCHERS GmbH社制),在试验片的玻璃侧,从实施例1的光扩散膜的膜面的法线方向即使入射角θ1=0°的方式入射光。将表示得到的光扩散情况的锥光镜图像示于图13(b)。
应予说明,各锥光镜图像中的绘制成放射状的线分别表示方位角方向0~180°、45~225°、90~270°、135~315°,被绘制成同心圆状的线从内侧依次表示极角方向20°、40°、60°、80°。
因此,锥光镜图像中的同心圆的中心部分表示向膜正面扩散出射的扩散光的扩散情况。
从上述锥光镜图像可知向膜正面扩散出射抑制了入射光的直线传播透射的均匀的光。
另外,向实施例1的光扩散膜以及用于比较的实施例2~3和比较例1的光扩散膜入射入射角θ1=0°的光时,使用锥光镜测定此时的相对于扩散光的出射角(°)的亮度(cd/cm2)。将得到的出射角-亮度图示于图14。
应予说明,图14中的特性曲线A为实施例1(膜厚:210μm)中的出射角-亮度图,特性曲线B为实施例2(膜厚:170μm)中的出射角-亮度图,特性曲线C为实施例3(膜厚:135μm)中的出射角-亮度图,特性曲线D为比较例1(膜厚:110μm)中的出射角-亮度图。
由上述出射角-亮度图可知,即使是具有由相同的变形柱状物构成的柱结构的实施例1~3以及比较例1的光扩散膜,由于膜厚不同,对于膜正面的扩散情况也不同。
即,由特性曲线A~C可知,膜厚若为135~210μm的范围,则能够将出射角0°中的亮度抑制在300~400cd/m2,有效抑制入射光的直线传播透射。
另外,可知由于出射角的范围(光扩散角度区域)适当扩展到-30~30°左右,并且,该区域内的亮度的变化也缓慢,因此射出波动、眩光少的均匀的扩散光。
另一方面,由特性曲线D可知,膜厚若为110μm,则出射角0°中的亮度急剧增加至1800cd/m2左右,入射光的直线传播透射显著产生。
另外,可知出射角的范围(光扩散角度区域)虽扩展到-20~20°左右,但该区域内中的亮度的变化陡峭,射出波动、眩光多的不均匀的扩散光。
另外,将入射角θ1=0°、5°、10°、15°的光向实施例1的光扩散膜入射时,使用锥光镜测定此时相对于扩散光的出射角(°)的亮度(cd/cm2)。将得到的出射角-亮度图示于图15。
应予说明,图15中的特性曲线A为入射角θ1=0°中的出射角-亮度图,特性曲线B为入射角θ1=5°中的出射角-亮度图,特性曲线C为入射角θ1=10°中的出射角-亮度图,特性曲线D为入射角θ1=15°中的出射角-亮度图。
由上述出射角-亮度图可知,若为实施例1的光扩散膜,则入射角θ1在0~15°的范围变化时,出射角的范围(光扩散角度区域)也常维持在-30~30°左右,即使是从不同角度入射的光,也能够向膜正面高效地扩散出射。
因此,可知来自准直背光灯的入射光的半值宽度至少为30°以下时,则能够向显示装置的正面高效地扩散出射。
2. 显示装置的制造以及评价
接着,如图1所示,将得到的光扩散膜贴合在偏光板上,并且,作为背光灯,配置图2所示的准直背光灯(出射光的半值宽度:20°),制造显示装置。
使用得到的显示装置,使规定图像显示,评价其视觉辨识情况,结果为在显示装置的正面视角变广并且没有眩光的良好的视觉辨识情况。
另外,确认了实际的显示装置中的显示图像的视觉辨识情况与将上述试验片作为试料而使用锥光镜测定的图13(b)所示的光扩散膜的光扩散特性相互相关,没有矛盾。
[实施例2]
实施例2中,涂布光扩散膜用组成物时,将涂布层的膜厚变更为170μm,除此以外,与实施例1同样地制造、评价光扩散膜。得到的光扩散膜中的内部结构为与实施例1同样地具有图4(a)所示的变形柱状物的柱结构。另外,膜厚为170μm,测定的雾度值为94%。将其他的得到的结果示于图16~17以及图14。
这里,图16是使用锥光镜向实施例2的光扩散膜以入射角θ1=0°的方式入射光时的锥光镜图像。
由上述锥光镜图像可知,向膜正面扩散出射抑制了入射光的直线传播透射的均匀的光。
另外,图17是使用锥光镜向实施例2的光扩散膜入射入射角θ1=0°、5°、10°、15°的光时的出射角-亮度图。
应予说明,图17中的特性曲线A为入射角θ1=0°中的出射角-亮度图,特性曲线B为入射角θ1=5°中的出射角-亮度图,特性曲线C为入射角θ1=10°中的出射角-亮度图,特性曲线D为入射角θ1=15°中的出射角-亮度图。
由上述出射角-亮度图可知,若为实施例2的光扩散膜,则与膜厚大的实施例1相比,虽然相对于各入射角θ1的扩散光的亮度产生差值,但入射角θ1在0~15°的范围内变化时,也能够将出射角的范围(光扩散角度区域)常维持在-30~30°左右。因此,即使为从不同角度入射的光,也能够向膜正面高效地扩散出射。
另外,图14中的特性曲线B为实施例2的光扩散膜的入射角θ1=0°中的出射角-亮度图。
进而,确认了实际使用了得到的光扩散膜的显示装置中的显示图像的视觉辨识情况与图16所示的光扩散膜的光扩散特性相互相关,没有矛盾。
[实施例3]
实施例3中,涂布光扩散膜用组成物时,将涂布层的膜厚变更为135μm,除此以外,与实施例1同样地制造、评价光扩散膜。得到的光扩散膜中的内部结构为与实施例1同样地具有图4(a)所示的变形柱状物的柱结构。另外,膜厚为135μm,测定的雾度值为93%。将其他的得到的结果示于图18~19以及图14。
这里,图18是使用锥光镜向实施例3的光扩散膜以入射角θ1=0°的方式入射光时的锥光镜图像。
由上述锥光镜图像可知,向膜正面扩散出射抑制了入射光的直线传播透射的均匀的光。
另外,图19是使用锥光镜向实施例3的光扩散膜入射入射角θ1=0°、5°、10°、15°的光时的出射角-亮度图。
应予说明,图19中的特性曲线A为入射角θ1=0°中的出射角-亮度图,特性曲线B为入射角θ1=5°中的出射角-亮度图,特性曲线C为入射角θ1=10°中的出射角-亮度图,特性曲线D为入射角θ1=15°中的出射角-亮度图。
由上述出射角-亮度图可知,若为实施例3的光扩散膜,则与膜厚大的实施例1、2相比,虽然相对于各入射角θ1的扩散光的亮度产生差值,但入射角θ1在0~15°的范围内变化时,也能够将出射角的范围(光扩散角度区域)常维持在-30~30°左右。因此,即使为从不同角度入射的光,也能够向膜正面高效地扩散出射。
另外,图14中的特性曲线C为实施例3的光扩散膜的入射角θ1=0°中的出射角-亮度图。
进而,可确了实际使用了得到的光扩散膜的显示装置中的显示图像的视觉辨识情况与图18所示的光扩散膜的光扩散特性相互相关,没有矛盾。
[实施例4]
实施例4中,活性能量射线照射时,代替照射平行光后在涂布层的露出面侧以层压剥离膜的状态照射散射光,而使用将中心光线平行度控制在±3°以内的紫外线点平行光源(JATEC株式会社制),将平行度2°以下的平行光以照射角(图11的θ3)几乎为0°的方式照射到涂布层,除此以外,与实施例1同样地制造、评价光扩散膜。得到的光扩散膜的膜厚为110μm,测定的雾度值为94%。将其他得到的结果示于图20~图23。
这里,图20(a)是将得到的光扩散膜在与涂布层的移动方向平行且与膜面正交的面进行切割而形成的截面的示意图,图20(b)是其截面照片。
另外,图20(c)是将得到的光扩散膜在与涂布层的移动方向垂直且与膜面正交的面进行切割而形成的截面的截面照片。由图20(b)和图20(c)可知,得到的光扩散膜中的内部结构为具有图7(b)所示的变形柱状物的柱结构。
另外,图21是使用锥光镜向实施例4的光扩散膜以使入射角θ1=0°的方式入射光时的锥光镜图像。
由上述锥光镜图像可知,向膜正面扩散出射抑制了入射光的直线传播透射的均匀的光。
另外,图22是使用锥光镜向实施例4的光扩散膜以及用于比较的实施例1和比较例1的光扩散膜入射入射角θ1=0°的光时的出射角-亮度图。
应予说明,图22中的特性曲线A为实施例4(膜厚:110μm)中的出射角-亮度图,特性曲线B为实施例1(膜厚:210μm)中的出射角-亮度图,特性曲线C为比较例1(膜厚:110μm)中的出射角-亮度图。
由上述图22所示的出射角-亮度图可知,在具有由不同变形柱状物构成的柱结构的实施例4和1的光扩散膜中,相对于膜正面的扩散情况不同。
即,若比较特性曲线A和B,则实施例4(特性曲线A)的膜厚即使是实施例1(特性曲线B)的膜厚的一半左右,特性曲线A与特性曲线B相比,仅扩散角为0°时的亮度稍高,出射角的范围(光扩散角度区域)比特性曲线B宽。
可以判断这是因为,实施例4(特性曲线A)中的内部结构具有图7(b)所示的变形柱状物构成的柱结构,与此相对,实施例1(特性曲线B)中的内部结构具有由图4(a)所示的变形柱状物构成的柱结构。
这从膜厚与实施例4(特性曲线A)相同且内部结构与实施例1(特性曲线B)相同的比较例1(特性曲线C)的比较中也可明白。
另外,图23是使用锥光镜向实施例4的光扩散膜入射入射角θ1=0°、5°、10°、15°的光的情况的出射角-亮度图。
应予说明,图23中的特性曲线A为入射角θ1=0°中的出射角-亮度图,特性曲线B为入射角θ1=5°中的出射角-亮度图,特性曲线C为入射角θ1=10°中的出射角-亮度图,特性曲线D为入射角θ1=15°中的出射角-亮度图。
由上述出射角-亮度图可知,若为实施例4的光扩散膜,则虽然会对相对于各入射角θ1的扩散光的亮度产生一定程度的差,但入射角θ1在0~15°的范围变化时,也能够将出射角的范围(光扩散角度区域)常维持在-30~30°左右。因此,可知即使是从不同角度入射的光,也能够向膜正面高效地扩散出射。
进而,确认了实际使用了得到的光扩散膜的显示装置中的显示图像的视觉辨识情况与图21所示的光扩散膜的光扩散特性相互相关,没有矛盾。
[比较例1]
比较例1中,涂布光扩散膜用组成物时,将涂布层的膜厚变更为110μm,除此以外,与实施例1同样地制造、评价光扩散膜。得到的光扩散膜中的内部结构为与实施例1同样地具有图4(a)所示的变形柱状物的柱结构。另外,膜厚为110μm,测定的雾度值为79%。将其他得到的结果示于图24~25以及图14。
这里,图24是使用锥光镜向比较例1的光扩散膜以使入射角θ1=0°的方式入射光时的锥光镜图像。
由上述锥光镜图像可知,在膜正面显著产生入射光的直线传播透射。
另外,图25是使用锥光镜向比较例1的光扩散膜入射入射角θ1=0°、5°、10°、15°的光时的出射角-亮度图。
应予说明,图25中的特性曲线A为入射角θ1=0°中的出射角-亮度图,特性曲线B为入射角θ1=5°中的出射角-亮度图,特性曲线C为入射角θ1=10°中的出射角-亮度图,特性曲线D为入射角θ1=15°中的出射角-亮度图。
由上述出射角-亮度图可知,在比较例1的光扩散膜中,出射角相对于各入射角θ1的峰值有显著差异。因此,无法将从不同角度入射的光向膜正面高效地扩散出射。
另外,图14中的特性曲线D为比较例1的光扩散膜的入射角θ1=0°中的出射角-亮度图。
进而,确认了实际使用了得到的光扩散膜的显示装置中的显示图像的视觉辨识情况与图24所示的光扩散膜的光扩散特性,相互相关,没有矛盾。
[比较例2]
比较例2中,使涂布层的膜厚为175μm,并且,如下进行活性能量射线的照射,除此以外,与实施例1同样地制造、评价光扩散膜。
即,准备线状的高压汞灯中附属有用于聚光的冷镜的紫外线照射装置(EyeGraphics株式会社制,ECS-4011GX)。
接着,在热线截止滤光片框上设置遮光板,向涂布层的表面照射的紫外线以将从线状光源的长轴方向观察时的涂布层表面的法线设为0°时来自线状光源的直接的紫外线的照射角(图11的θ3)为0°的方式进行设定。
此时,以从涂布层表面至线状光源的高度为500mm、峰值照度为2.0mW/cm2、累计光量为50mJ/cm2的方式进行设定。
另外,遮光板等的反射光在照射机内部成为杂散光,为了防止对涂布层的光固化带来影响,在输送机附近设置遮光板,以从线状光源直接发出的紫外线仅对涂布层照射的方式设定。
接着,利用输送机,一边以0.2m/分钟的速度移动涂布层,一边照射紫外线。
接着,为了实现可靠的固化,与实施例1同样越过剥离膜照射散射光使涂布层完全固化,得到光扩散膜。
另外,得到的光扩散膜中的内部结构是将以(A)成分的固化物为主成分的板状区域和以(B)成分的固化物为主成分的板状区域沿涂布层的移动方向交替配置而成的百叶结构。另外,膜厚为175μm,测定的雾度值为81%。将其他的得到的结果示于图26~27。
这里,图26是使用锥光镜向比较例2的光扩散膜以入射角θ1=0°的方式入射光时的锥光镜图像。
由上述锥光镜图像可知,虽然向膜正面扩散出射抑制了入射光的直线传播透射的均匀的光,但使入射光进行了各向异性光扩散,因此在上下方向,即方位角方向0~180°,对于稍微偏离的位置几乎不能进行扩散出射,视角显著狭窄。
另外,图27是使用锥光镜向比较例2的光扩散膜入射入射角θ1=0°、5°、10°、15°的光时的出射角-亮度图。
应予说明,图27中的特性曲线A为入射角θ1=0°中的出射角-亮度图,特性曲线B为入射角θ1=5°中的出射角-亮度图,特性曲线C为入射角θ1=10°中的出射角-亮度图,特性曲线D为入射角θ1=15°中的出射角-亮度图。
由上述出射角-亮度图可知,在比较例2的光扩散膜中,出射角相对于各入射角θ1的峰值有显著差异,进而,入射角θ1=15°时,可知直线传播透射光显著产生。因此,可知能够无法将从不同角度入射的光高效地向膜正面扩散出射。
进而,确认了实际使用了得到的光扩散膜的显示装置中的显示图像的视觉辨识情况与图26所示的光扩散膜的光扩散特性相互相关,没有矛盾。
[比较例3]
比较例3中,以重量比95:5的比例使用丙烯酸丁酯和丙烯酸并在根据常规方法聚合而成的重均分子量180万的丙烯酸系共聚物100重量份中添加三(丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯(东亚合成株式会社制,ARONIX M-315,分子量423,3官能型)15重量份、作为光聚合引发剂的二苯甲酮与1-羟基环己基苯基酮的重量比1:1的混合物(Ciba SpecialtyChemicals株式会社制,Irgacure 500)1.5重量份、作为异氰酸酯系交联剂的三羟甲基丙烷改性甲苯二异氰酸酯(日本聚氨酯株式会社制,CORONATE L)0.3重量份、作为硅烷偶联剂的3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(信越化学工业株式会社制,KBM-403)0.2重量份和圆球状硅酮微粒(GE东芝硅酮株式会社制,TOSPEARL 145,平均粒径4.5μm)18.6重量份,并且加入乙酸乙酯混合,制备粘合性材料的乙酸乙酯溶液(固体成分14重量%)。
接着,将得到的粘合性材料的乙酸乙酯溶液用刮板式涂布机以使干燥后的厚度为25μm的方式对厚度100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(东洋纺织株式会社制,CosmoshineA4100)进行涂布后,在90℃下干燥处理1分钟形成粘合性材料层。
接着,将作为剥离片的厚度38μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯制的剥离膜(Lintec株式会社制,SP-PET3811)的剥离层与得到的粘合性材料层贴合,贴合30分钟后,利用使用H阀的无电极灯(Fusion株式会社制),以照度为600mW/cm2、光量为150mJ/cm2的方式从剥离膜侧向粘合性材料层照射紫外线。
然后,将得到的紫外线固化后的粘合性材料层制成比较例3的光扩散膜,与实施例1同样地进行评价,结果测定的雾度值为82%。将其他的得到的结果示于图28~29。
这里,图28是使用锥光镜向比较例3的光扩散膜以使入射角θ1=0°的方式入射光时的锥光镜图像。
由上述锥光镜图像可知,在膜正面显著产生入射光的直线传播透射。
另外,图29是使用锥光镜向比较例3的光扩散膜入射入射角θ1=0°、5°、10°、15°的光时的出射角-亮度图。
应予说明,图29中的特性曲线A为入射角θ1=0°中的出射角-亮度图,特性曲线B为入射角θ1=5°中的出射角-亮度图,特性曲线C为入射角θ1=10°中的出射角-亮度图,特性曲线D为入射角θ1=15°中的出射角-亮度图。
由上述出射角-亮度图可知,在比较例3的光扩散膜中,出射角相对于各入射角θ1的峰值很大程度取决于入射角θ1,有显著差异,进而,对于各入射角θ1,显著产生直线传播透射光。因此,无法将从不同角度入射的光向膜正面高效地扩散出射。
进而,确认了实际使用了得到的光扩散膜的显示装置中的显示图像的视觉辨识情况与图28所示的光扩散膜的光扩散特性相互相关,没有矛盾。
产业上的可利用性
以上,如详述的那样,根据本发明的显示器用光扩散膜,特别是用于使用准直背光灯作为显示面板的背光灯的显示装置时,不使来自准直背光灯的指向性高的出射光直线传播透射而能够作为图像显示光高效地向显示装置的正面扩散出射。
因此,本发明的显示器用光扩散膜以及使用它的显示装置可用于使用准直背光灯的透射型液晶显示装置等,期待对它们的高品质化做出显著的贡献。
附图标记说明
1 显示装置 10 显示面板(液晶显示面板)
11 玻璃基板 12 玻璃基板
13 液晶层 14 偏光板
15 偏光板 50 来自光源的照射光
60 平行光 100 光扩散膜
101 涂布层 102 加工片
112 折射率相对高的柱状物 113 柱结构
113a 柱结构的边界面 114 折射率相对低的区域
115 第1面 116 第2面
125 线状光源 200 照射光平行化部件
202 点光源 204 透镜
210 遮光部件 210a 板状部件
210b 筒状部件 300 准直背光灯
318 支撑片 320 珠
338 高亮度灯 340 反射板
342 准直板 344 光扩散反射性的粘合剂
410 光源 420 积分球
Claims (8)
1.显示装置,其特征在于,其是使用准直背光灯作为显示面板的背光灯的显示装置,
在所述显示面板的显示面侧或者非显示面侧层叠有光扩散膜,并且,
所述光扩散膜为在折射率相对低的区域中具有使折射率相对高的多个柱状物在膜膜厚方向林立而成的柱结构的单一层的光扩散膜,
所述光扩散膜的膜厚为80~300μm的范围内的值,
膜面的法线方向的所述柱状物的长度为80~300μm的范围内的值,并且,
从膜面的法线方向使光入射时的雾度值为93%以上的值。
2.如权利要求1所述的显示装置,其特征在于,将所述光扩散膜中的一面设为第1面,另一面设为第2面时,所述柱状物为从所述第1面朝向第2面形状变化而成的变形柱状物。
3.如权利要求2所述的显示装置,其特征在于,所述变形柱状物中,从所述第1面朝向第2面直径增加。
4.如权利要求2所述的显示装置,其特征在于,所述变形柱状物在所述柱状物的中部具有弯曲部。
5.如权利要求2所述的显示装置,其特征在于,所述变形柱状物由位于所述第1面侧的第1柱状物和位于所述第2面侧的第2柱状物构成。
6.如权利要求1所述的显示装置,其特征在于,所述光扩散膜是将下述光扩散膜用组合物光固化而成,所述光扩散膜用组合物包含作为A成分的含有多个芳香环的(甲基)丙烯酸酯、作为B成分的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯和作为C成分的光聚合引发剂。
7.如权利要求1所述的显示装置,其特征在于,来自所述准直背光灯的出射光的半值宽度为40°以下的值。
8.如权利要求1所述的显示装置,其特征在于,所述显示面板为半透射型显示面板。
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