JP2013531266A - 弾性のある光学シート - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶ディスプレイ装置(Liquid Crystal Display)に用いられる感光性樹脂組成物及び弾性のある光学シートを提供すること。
【解決手段】外部からの衝撃に容易に損傷しないので取扱いが容易であり、不良発生率が減って生産コストの節減及び生産効率の増大を図ることができるうえ、損傷による輝度低下を防止することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、液晶ディスプレイ(以下、LCD(Liquid Crystal Display)という)に用いられる感光性樹脂組成物及び弾性のある光学シートに関する。
光学用ディスプレイ素子に採用されるLCDは、外部光源の透過率を調節して画像を表示する間接発光方式であって、光源装置であるバックライトユニットがLCDの特性を決定する重要な部品として使われている。
特に、LCDパネル製造技術が発展するにつれて、薄くて輝度の高いLCDディスプレイに対する要求が高まり、これによりバックライトユニットの輝度を高めようとする多様な試みが行われてきたが、モニターやPDA(Personal Digital Assistant)、ノート型パソコンなどの用途に使用される液晶ディスプレイは、少ないエネルギー源から明るい光線を発揮することがその優秀性の尺度であるといえる。よって、LCDの場合は前面輝度が非常に重要である。
LCDは、構造上、光拡散層を通過した光が全ての方向に拡散するので、前面に発する光は非常に足りなくなる。よって、少ない消費電力で一層高い輝度を発揮しようとする努力が続けられている。また、ディスプレイの大面積化に伴い、より多くの使用者が眺めることができるように視野角を広めようとする努力が行われている。
このために、バックライトのパワーを高めると、消費電力が大きくなり、熱による電力損失も大きくなる。よって、携帯用ディスプレイの場合は、バッテリーの容量が大きくなり、バッテリーの寿命も短縮される。
これにより、輝度増加のために光に方向性を与える方法が提案されたうえ、このために様々なレンズシートが開発された。その代表的なシートは、プリズム配列を有するもので、すなわち、多数の山と谷を直線状に並んで配列した構造である。
ここで、前記プリズム構造は、正面方向の輝度を向上させるために、45°内外の傾斜面を有する三角アレイ状の構造をしている。よって、プリズム構造の上部が山の形状になっており、外部からの小さいスクラッチにより山の上部が容易に壊れたり磨耗したりしてプリズム構造物が損傷してしまうという問題があった。同一形態のプリズム構造から出射する角がアレイ毎に同一であるから、三角形の角部位に発生する小さい潰れ、または傾斜面に発生する微細なスクラッチなどによっても、損傷部位と正常部位の出射される光経路の差により輝度が低下し、不良が発生する。したがって、プリズムシートの生産時の微細な不良によっても、位置によっては生産されたプリズムシートの前面を使用しなくなる場合が発生することもある。これは生産性の低下をもたらし、直ちにコストアップにつながる。実際、バックライトモジュールを組み立てる会社においても、プリズムシートの取扱い時のスクラッチによるプリズム構造物の損傷による不良が相当な問題となっている。
また、バックライトユニットへの装着の際に、多数枚のシート及びフィルムの積層作業が行われるが、輝度を増加させるためにプリズムフィルムを複数枚装着することができる。この際、下方のプリズムフィルムの上部と上方のプリズムフィルムの下部とが接し、これによりプリズム構造物が損傷し易くなるという問題点があった。
したがって、このようなプリズム構造物の損傷を防止するために、従来の保護フィルムを積層する場合があった。ところが、LCDパネルが益々薄くなりつつあり、フィルムを省略し或いは複合機能のシートを使用する趨勢にあり、また、保護フィルムを積層する工程の追加により生産コストが増加するうえ、時間的・物理的効率性が減少するという問題がある。
このような製造時の取扱いによるプリズム構造物の損傷以外にも、ノート型パソコンやPDAなどの携帯用ディスプレイの使用が急速に増加するにつれて、ディスプレイを鞄などに入れて移動する場合が急速に増加している。この際、移動中に走ったり車両が急停車したりするなどによってディスプレイに衝撃が加えられる場合、保護フィルムがあっても、ディスプレイ内に装着されたプリズム構造物の損傷が生じて、画面に影響を及ぼす深刻な問題が発生している。
したがって、外部からの衝撃に柔軟に対処することが可能なプリズム構造物が切実に求められている。
そこで、本発明の目的は、ディスプレイに適用されたときに外部からの衝撃に影響されないように構造層の損傷を防止することが可能な感光性樹脂組成物及び弾性のある光学シートを提供することにある。
本発明の他の目的は、構造層の損傷を防止して取り扱いが容易な感光性樹脂組成物及び弾性のある光学シートを提供することにある。
本発明の別の目的は、光経路の差による輝度低下を防止してプリズム構造物の機能を保つことが可能な感光性樹脂組成物及び弾性のある光学シートを提供することにある。
本発明の別の目的は、保護フィルムを必要としない弾性のある光学シートを提供することにある。
本発明の別の目的は、不良率を減少させながら生産コストを節減させ且つ生産効率を高めることが可能な弾性のある光学シートを提供することにある。
好適な一具現例として、本発明は、基材層及び前記基材層の一面又は両面に形成された多数の立体構造が配列された構造層を含み、前記構造層は、立体構造の上面において平面圧子を用いて0.203mN/secの加圧速度で最大圧縮力が1gf又は2gfとなるまで加圧し、最大圧縮力に到達したときに5秒間停止して圧縮した後に圧縮力を解除した場合、下記数式1で表される弾性回復率が85%以上であり、エチレンオキサイド基の数が3〜15の三官能アクリラート化合物を含む硬化性材料から形成されるものである、光学シートを提供する。
Figure 2013531266
式中、Dは外部から圧力が加えられて圧入された深さを示し、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さと、外部からの圧力が除去されて回復したときの光学シートの高さとの差を示す。
好適な一具現例に係る光学シートにおいて、構造層は酸強度が少なくとも200gのものであってもよい。
好適な一具現例に係る光学シートにおいて、三官能アクリレート化合物は、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセリンプロポキシレーテッドトリアクリレート、及びペンタエリスリトールトリアクリレートの中から選ばれる少なくとも1種の化合物であってもよい。
好適な一具現例に係る光学シートは、数式1で表される弾性回復率が90%以上のものであってもよい。
好適な一具現例に係る光学シートにおいて、Dは、下記数式2を満足するもの、好ましくは下記数式3を満足するもの、さらに好ましくは下記数式4を満足するものであってもよい。
Figure 2013531266
式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。
Figure 2013531266
式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。
Figure 2013531266
式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。
本発明の一具現例において、立体構造は、断面が多角形、半円形または半楕円形の多面体状;断面が多角形、半円形又は半楕円形の柱状;及び断面が多角形、半円形又は半楕円形の曲線柱状の中から選ばれた1種以上のパターンを有するものであってもよい。
本発明は、ディスプレイに適用されたときに外部から衝撃が加えられても構造層の損傷を防止することができる。よって、ノート型パソコン、PDAなどの携帯用ディスプレイの場合でも、鞄に入れて走ったり車両が急停車したりするなどの外部からの衝撃に容易に損傷しないという効果がある。
また、本発明は、構造層の損傷を防止して取扱いが容易であるという効果がある。
また、本発明は、損傷による輝度低下を防止することができ、これにより光学シートの機能を保つことができる。
また、本発明は、保護フィルムが不要であるから、製造工程が簡便であるうえ、生産コストの節減及び生産効率の増大を図ることができる。
しかも、本発明は、製造工程の際にフィルムの積層又は外部からの衝撃に容易に損傷しないため、不良発生率が減少して生産コストの節減及び生産効率の増大を図ることができる。
酸強度を評価するための方法の模式図である。
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明の一具現例では、基材層、及び前記基材層の一面又は両面に形成された多数の立体構造が配列された構造層を含み、前記構造層は、立体構造の上面において平面圧子を用いて0.203mN/secの加圧速度で最大圧縮力が1gf又は2gfとなるまで加圧し、最大圧縮力に到達したときに5秒間停止して圧縮した後に圧縮力を解除した場合、下記数式1で表される弾性回復率が85%以上であり、エチレンオキサイド基の数が3〜15の三官能アクリレート化合物を含む硬化性材料から形成されるものである、光学シートを提供する。
Figure 2013531266
式中、Dは外部から圧力が加えられて圧入された深さを示し、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さと、外部からの圧力が除去されて回復したときの光学シートの高さとの差を示す。
多数の立体構造が配列された構造層を含む光学シートにおいて、立体構造の断面が多角形の場合、光学シートにおいて上部が山のように尖った形状であるから、外部からの衝撃に容易に損傷しうるが、本発明の光学シートは、このような力が加えられても、弾性を有するうえ、所定の荷重範囲で耐えられる程度の耐スクラッチ性を満足することができる。
このための本発明の光学シートは、構造層の構造化された表面の上面において平面圧子を用いて0.2031mN/secの加圧速度で最大圧縮力が1gf又は2gfとなるまで加圧し、最大圧縮力に到達したときに5秒間停止して圧縮した後に圧縮力を解除した場合、前記数式1で表される弾性回復率が85%以上のものが好ましく、さらに好ましくは前記数式1で表される弾性回復率が90%以上のものである。
本発明の光学シートにおいて、前記のように加圧してから加圧を解除したときに前記の弾性回復率を満足する場合は、外部から衝撃が加えられても、衝撃に柔軟に対処することができる程度の弾性力を有することになり、構造層の損傷を防止することができる。
これに対し、前記光学シートが前記のように加圧してから加圧を解除したときに前記の弾性回復率を満足していない場合は、他のフィルムと接し或いは荷重を受ける場合、構造層の上部が押えられたままに維持されて光学シートとしてのまともな機能を発揮しないおそれがある。
一方、耐スクラッチ性を満足させるために、構造層形成の硬化性材料中にエチレンオキサイド基の数が3〜15の三官能アクリレート化合物を含む。
三官能アクリレート化合物の中でも、前記範囲内のエチレンオキサイド基の数を有するものは、化合物自体の粘度が50〜200cpsであって、究極的には硬化性組成物の粘度を600〜800cps程度までに低めることができて工程性を向上させることができる。その化合物から製造された構造層は、軟性が良くて光学シートへの弾性の付与に適して好ましい。
このような三官能アクリレート化合物の具体的な一例としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセリンプロポキシレーテッドトリアクリレート、及びペンタエリスリトールトリアクリレートなどを挙げることができる。
前述したように所定の弾性特性を満足しながら、硬化性材料中にエチレンオキサイド基の数が3〜15の三官能アクリレート化合物を含むものの構造層は、酸強度が少なくとも200g以上を示しうる。
具体的な酸強度の測定方法は、後述する実施例に詳細に記載している。
一方、上述した弾性回復率を満足させる構造層を形成することが可能な硬化性材料としては、特に限定があるのではないが、一例として、分子内の柔軟なアルキレングリコール鎖が反復的に連結された2官能性モノマーの構造を持つ分子構造が弾性率を上昇させることができる。特に、構造層用材料として前記化学式1の化合物を含む場合、前記弾性回復率を満足しながら光学的特性を阻害しないこともある。
Figure 2013531266
式中、Rは水素原子又は炭素数1〜15のアルキル基であり、x、y、zは0以上の整数であり、a、b、cはa+b+c≧4以上の整数であり、或いはa+b+c<4であれば、x、y及びzのいずれか一つが3以上である。
前記化学式1の化合物は、分子量が150〜10,000の化合物であって、分子構造内の柔軟なアルキレンオキサイド鎖の種類及び長さを調節することにより、硬化後の弾性率が上昇しうる。さらに、前記化学式1の化合物は、耐熱性及び耐光性に優れるから、光学シートの構造層を形成する物質として好ましい。
また、本発明の光学シートは、外部からの圧力が加えられて圧入された深さを示す前記Dが、下記数式2を満足することが好ましく、下記数式3を満足することがさらに好ましく、下記数式4を満足することがよりさらに好ましい。
Figure 2013531266
式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。
Figure 2013531266
式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。
Figure 2013531266
式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。
すなわち、本発明の光学シートは、外部からの圧力が加えられて圧入された深さが、外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さに対して1/20以上となるように柔軟性を有することが、他のフィルムと接し或いは荷重を受ける場合、構造層の上部が正常な模様を保つ上でさらに有利でありうる。
結果として、本発明の光学シートは、荷重を多く受けると、立体的な構造を有する構造層が容易に圧入されるが、圧縮状態が解除されると、最大限元の状態に近く回復するので、外部からの衝撃にも構造層が損傷しない。さらに、耐スクラッチ性を満足することができる。
本発明の光学シートは、前述した弾性回復率を満足するように、前記化学式1の化合物を、構造層を形成する組成物の総重量に対して5〜80重量%含むことが好ましい。前記化学式1の化合物の含量が5重量%未満であれば、弾性回復率の増加が微々たるものであり、80重量%以上であれば、光学シートとしての輝度上昇効果が微々たるものでありうる。
一方、前記エチレンオキサイド基の数が3〜15の三官能アクリレート化合物を、構造層を形成する組成物の総重量に対して30〜80重量%含むことが、工程性に容易な粘度及び弾性を実現する上で望ましい。
他に、前記構造層を形成する組成物は、前記化学式1の化合物、及びエチレンオキサイド基の数が制御された三官能アクリレート化合物以外にも、通常の紫外線硬化剤、光開始剤、及び屈折率1.52以上の高屈折樹脂などをさらに含むことができる。
本発明の光学シートを製造する方法は、特に限定されるものではなく、たとえば、前記 構造層用材料に紫外線硬化剤などの添加剤を添加して紫外線硬化型液状組成物を製造した後、それを基材層にコートして硬化させることにより、光学シートを製造することができる。
一方、本発明の光学シートは、表面が構造化された樹脂硬化層として、複数の立体構造物を有する構造層を含み、構造層は、断面が多角形、半円形または半楕円形の多面体状;断面が多角形、半円形又は半楕円形の柱状;及び断面が多角形、半円形又は半楕円形の曲線柱状から選ばれた1種又は2種以上の組み合わせの形状であってもよい。
また、平面視において、少なくとも一つの同心円状に配列された構造を有しながら、
同心円に沿って山と谷が形成された構造を有する場合も含む。
構造層の断面が多角形の場合、頂点の角度によって輝度と光視野角の特性変化が激しいので、集光による輝度と光視野角を考慮して頂点の角度が80〜100°であることが有利であり、85〜95°であることがさらに有利である。
前記光学シートの基材層は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリイミド、及びポリアミドよりなる群から選ばれる少なくとも1種の物質から形成され、光拡散粒子をさらに含んで凸凹のある構造を形成することもできる。
以下、本発明の実施例としてさらに詳細に説明する。本発明の範囲はこれらの実施例に限定されない。
アクリレートオリゴマーの製造例
合成例
HO−[CzHzO]c−[CyHyO]b−[CxHxO]a−H化合物の1モルとCH=CH(R)COClの2.2モルとを反応容器を用いてテトラヒドロフランの溶媒存在下で約5時間還流反応させることにより所望の構造の化合物を合成することができ、反応後に未反応のCH=CH(R)COClと溶媒を濾過装置を用いて濾過し、減圧蒸留した後、除去して前記化学式1の構造を合成した。この際、前記化合物の変数を下記表1のとおりにして合成した。
Figure 2013531266
光学シートの製造
実施例1〜14
全体組成100重量部に対して、前記合成例1〜14で製造して得たアクリレート30重量部、ビスフェノールA型ジアクリレート(M−2100、韓国ミウォン社)35重量部、トリメチロールプロパントリアクリレート(6個のエチレンオキサイド基)30重量部、光開始剤としての2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド1.5重量部、光開始剤としてのメチルベンゾイルホルメート1.5重量部、及び添加剤としてのセバシン酸ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)(bis(1,2,2,6,6−pentamethyl−4−piperidyl)sebacate)2.0重量部を混合して60℃で1時間混合することにより、組成物を製造した。その後、基材層としてのポリエチレンテレフタレート(KOLON社、厚さ188μm)の一面に塗布して35℃のプリズム状ローラーのフレーム上に置き、紫外線照射装置(Fusion社、600Watt/inch(約93Watt/cm))にD型バルブを取り付けて基材層の方向から900mJ/cmを照射し、プリズム頂角90°、ピッチ50μm及び高さ27μmの線形三角プリズムを形成させて光学シートを製造した(D=215μm)。
実施例15
前記合成例3を適用した実施例3の組成を用いて、断面半円形、ピッチ50μm及び高さ27μmのレンチキュラーレンズを形成させて光学シートを製造した。
実施例16
前記合成例3を適用した実施例3の組成を用いて、断面半楕円形、ピッチ50μm及び高さ27μmの線形ラレンズを形成させて光学シートを製造した。
実施例17
前記合成例3を適用した実施例3の組成を用いて、断面五角形、頂角95°、ピッチ50μmおよび高さ27μmの線形ラレンズを形成させて光学シートを製造した。
実施例18
前記合成例3を適用した実施例3の組成を用いて、断面半円形、ピッチ50μm及び高さ27μmの波状配列のプリズムを形成させて光学シートを製造した。
実施例19
三官能アクリレート化合物として、エチレンオキサイド基の数が10個のトリメチロールプロパントリアクリレート化合物を使用した以外は、実施例1と同様にして光学シートを製造した。
実施例20
三官能アクリレート化合物として、エチレンオキサイド基の数が15個のトリメチロールプロパントリアクリレート化合物を使用した以外は、実施例1と同様にして光学シートを製造した。
実施例21
三官能アクリレート化合物として、エチレンオキサイド基の数が6個のグリセリンプロポキシレーテッドトリアクリレート化合物を使用した以外は、実施例1と同様にして光学シートを製造した。
実施例22
三官能アクリレート化合物として、エチレンオキサイド基の数が6個のペンタエリスリトールトリアクリレート化合物を使用した以外は、実施例1と同様にして光学シートを製造した。
比較例1
光学シートとして3M社のBEF IIIプリズムフィルムを使用した(D=215μm)。
比較例2
光学シートとしてDUSAN社のBrtie−200プリズムフィルムを使用した(D=215μm)。
比較例3
光学シートとしてLG社のLES−T2プリズムフィルムを使用した(D=220μm)。
前記各実施例及び比較例において、光学シートの酸強度を次のとおり測定した。結果は下記表2に示す。
(1)酸強度の評価
図1に示したような形で、評価光学シートを測定器に固定させる。
図1において、(1)はアップシート(up sheet) (25% Haze pol.)、(2)は評価シート(実施例及び比較例のシート、移動方向に対してvertical cutting)、(3)は移動受け台(ガラス板、移動速度30cm/min)、(4)は分銅(10g、50g積層使用、接触部位の半径20mm)、(5)は測定器(東洋精器工業製、摩擦計数測定器)である。
まず、測定試料((2))を構造層が上部にくるようにして、移動受け台((3))上に正位置させてテープによって固定する。次に、アップシート((1))のHaze処理面が構造層と向かい合うようにして測定器の掛け金に固定する。その後、分銅((4))をアップシート((1))の上部に積層し、一定の速度で移動受け台((3))を移動する。
評価結果は、次のとおり確認する。
1.肉眼観察して損傷部位を確認する。
2.BLU(導光板/拡散シート)点灯の後に試料をのせて損傷を確認する。
3.微細損傷の場合、顕微鏡/SEMで確認する。
4.損傷が観察されていない最大の分銅重量で酸強度を定義する。
(2)D及び弾性回復率
実施例及び比較例で製造された光学シートのD及び弾性回復率を日本の島津製作所の微小圧縮硬度計(Shimadzu DUH−W201S)によって「Load−Unload test」項目を用いて測定した。直径50μmの平面圧子の中央部分に光学シート構造層における山状の尖った部分がくるように位置させた後、次の条件でD及び弾性回復率を5回繰り返し測定し、平均値を求めて下記表2に示した。
[測定条件1]
a.加えられる最大圧縮力:1gf(=9.807mN)
b.時間当たり加えられる圧縮力:0.2031mN/sec
c.最大圧縮力における停止時間:5sec
[測定条件2]
a.加えられる最大圧縮量:2gf(=19.615mN)
b.時間当たり加えられる圧縮力:0.2031mN/sec
c.最大圧縮力における停止時間:5sec
Figure 2013531266

Claims (8)

  1. 基材層と、前記基材層の一面又は両面に形成された多数の立体構造が配列された構造層とを含んでなり、
    前記構造層は、立体構造の上面において平面圧子を用いて0.203mN/secの加圧速度で最大圧縮力が1gf又は2gfとなるまで加圧し、最大圧縮力に到達したときに5秒間停止して圧縮した後に圧縮力を解除した場合、下記数式1で表される弾性回復率が85%以上であり、エチレンオキサイド基の数が3〜15の三官能アクリレート化合物を含む硬化性材料から形成されるものである、光学シート。
    Figure 2013531266
    (式中、Dは外部から圧力が加えられて圧入された深さを示し、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さと、外部からの圧力が除去されて回復したときの光学シートの高さとの差を示す。)
  2. 構造層は酸強度が少なくとも200gのものである、請求項1に記載の光学シート。
  3. 三官能アクリレート化合物が、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセリンプロポキシレーテッドトリアクリレート、及びペンタエリスリトールトリアクリレートの中から選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項1又は2に記載の光学シート。
  4. 数式1で表される弾性回復率が90%以上のものである、請求項1又は2に記載の光学シート。
  5. は下記数式2を満足するものであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光学シート。
    Figure 2013531266
    (式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。)
  6. は下記数式3を満足するものであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光学シート。
    Figure 2013531266
    (式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。)
  7. は下記数式4を満足するものであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光学シート。
    Figure 2013531266
    (式中、Dは外部からの圧力が加えられていない状態の光学シートの高さを示す。)
  8. 立体構造は、断面が多角形、半円形または半楕円形の多面体状;断面が多角形、半円形又は半楕円形の柱状;及び断面が多角形、半円形又は半楕円形の曲線柱状の中から選ばれた1種以上のパターンを有するものである、請求項1に記載の光学シート。
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