光散射膜、規定光散射膜的表面形狀的方法、及記錄有表面形狀規定程序的記錄介質的製作方法

2023-05-29 11:05:31 4

光散射膜、規定光散射膜的表面形狀的方法、及記錄有表面形狀規定程序的記錄介質的製作方法
【專利摘要】本發明是一種具有不規則紋理的表面形狀的光散射膜等，用於解決本 申請人:製造銷售的現有製品的粗糙膜的眩光，其即使在使用LED光源的情況也可大幅改善眩光，並且維持良好的光學特性。為了在維持本 申請人:製造銷售的現有製品的粗糙膜的良好的光學特性的同時解決眩光，闡明了問題的機制，作為分別保證粗糙膜的光學特性和眩光的消除的充分的條件，為了維持光學特性，使用壓花表面的傾斜角直方圖輪廓來規定表面形狀，為了消除眩光，使用壓花表面的粗糙度曲線元素的平均長度RSm的值來規定無眩光的紋理的大小。
【專利說明】光散射膜、規定光散射膜的表面形狀的方法、及記錄有表面形狀規定程序的記錄介質
【技術領域】
[0001]本發明涉及以液晶顯示裝置為主的顯示器、光學儀器領域、及照明領域，涉及對樹脂膜基材表面進行壓花(壓紋，emboss)加工而成的光散射膜等。
【背景技術】
[0002]液晶電視的背光源光學系統所使用的各種散射板/膜其目的在於，當觀看液晶電視時，為了不能直接看到光源的燈圖像，而儘可能使來自光源的光均勻、並以設計的配光特性使其散射。另外，為了提高光的利用效率，需要尋求全光線透射率高的光散射膜。為了顯示光的散射狀況，普遍認知和使用是霧度值，但是為了進一步從根本上進行討論，使用配光特性這一概念。配光特性是指與光學膜的出射角相對應的光度的大小。一般而言，即使霧度值相同，有時候配光特性也不同。如果確定了配光特性，反之霧度值也能夠一致地確定。散射板/膜的配光特性是對顯示器的視角有很大影響的重要特性。
[0003]作為現有的各種散射板/膜，可舉出例如在聚對苯二甲酸乙二酯(以下稱為PET)膜基材上用粘結劑樹脂固定丙烯或玻璃珠而得的散射板、在樹脂膜基材中使散射填充料分散而得的散射板、對樹脂膜表面進行壓花加工而得的散射板等。這些可根據目的光學特性適當選擇。
[0004]本申請 申請人:製造銷售的現有的光散射膜(商品名:FE-2000 M 01:以下稱為「現有產品」或「現有技術」)有廣泛使用於液晶電視的背光源的實績。該現有產品為對上述的對樹脂膜表面進行壓花加工而得的散射板，樹脂種類為聚碳酸酯(以下稱為PC)。作為該現有產品的最廣泛的本使用的利用方式，大多數情況是，使用壓敏粘接膜(Pressure SensitiveAdhesive)將不具有對表面形狀有用的光學特性的光學膜與該現有產品的膜的背面粘合。
[0005]另外，近年來，隨著高亮度發白色光二極體(以下稱為LED)的批量生產體制的確立，也影響了 LED自身的價格下降，電視機製造商開始將現有的冷陰極管(以下稱為CCFL)光源置換為LED。綜合來看，通過用LED取代CCFL，謀求液晶電視自身所消耗的電力的降低。從CCFL向LED的轉變不僅可以關係到電力的低消耗化，也關係到的光的品質。由於CCFL向圓柱形玻璃管內整個面上附著的螢光物質照射紫外線而使其發光，也就是說，成為面光源(無限個點光源的集合)，但LED的情況下，成為點光源。
[0006]先行技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:國際公開第2008/032848號
[0009]專利文獻2:國際公開第2008/081953號
[0010]專利文獻3:日本特開2005-321451號公報
[0011]專利文獻4:日本特開2010-020268號公報

【發明內容】
[0012]發明所要解決的技術問題
[0013]由於從光源的CCFL向LED的置換，在表面賦予特定的幾何學形狀的類型的上述樹脂膜中，有時因其表面形狀而會成問題。具體而言，在上述PET膜基材上用粘合劑樹脂固定透明玻璃珠而得的散射板的情況下，每一個玻璃珠都成為凸透鏡，因此，通過來自每一個LED的直進光在玻璃珠正上方形成點實像。如果透鏡的直徑大，則形成局部明亮的點，因此，整體上會看到眩光(顆粒感)。另外，對上述樹脂膜基材上進行壓花加工而得的散射板也同樣地，在該壓花膜上散布透鏡形狀的物體，如果每個透鏡的直徑大，則整體上會看到眩光。以下，將該問題稱為「LED眩光問題」。
[0014]另外，即便消除了 「LED眩光問題」，如果使用配光特性差的光散射膜，則也會產生顯示器的視角不足這一問題。
[0015]本發明解決了現有產品的光散射膜的「LED眩光問題」，即使使用LED光源也可大幅改善眩光，並實現具有上述現有產品的光學特性(相對於所有入射角度的配光特性和全光線透射率等)的不規則紋理的膜表面形狀。
[0016]用於解決技術問題的技術方案
[0017]本
【發明者】們為了維持現有產品所具有的良好的光學特性，並解決「LED眩光問題」，闡明問題的機制，良好地保持粗糙膜(光散射膜)的光學特性，且作為消除「LED眩光問題」的充分條件，著眼於以下的點。即，為了維持良好的光學特性，著眼於壓花光散射膜表面的微小區域的傾斜角的直方圖輪廓(頻數分布)，為了消除「LED眩光問題」，著眼於壓花光散射膜表面形狀的粗糙度曲線元素的平均長度RSm的值。更具體而言，本發明提供以下的光散射膜、規定光散射膜的表面形狀的方法和記錄介質。
[0018]一種聚碳酸酯制光散射膜,其具有由於不規則的三維表面形狀使光折射散射的功能，該光散射膜的特徵在於:
[0019]膜表面的粗糙度曲線元素的平均長度RSm的值在70 μ m以下的範圍(在JIS B0601(2001)標準中，截止值為0.8_，至該RSm值收斂為止取測量長度)內，
[0020]使用以膜面內(XY方向)間距為I μ m、膜厚度方向(Ζ方向)間距為0.01 μ m以下的方式測量出的表面的三維形狀數據，將由在XY平面上彼此相鄰的3點確定的虛擬平面的法線向量與膜基材面的法線向量所成的角度作為該虛擬平面的傾斜角度，從上述三維形狀數據得到該虛擬平面的傾斜角度數據，對於上述傾斜角度數據，將數據區間以2.5°為刻度進行劃分時的屬於各數據區間的頻數相對於全部數據區間的頻數的總和的百分比以單位％表示來作為頻度時，該頻度的根據大面積數據得到的收斂值如下所示:
[0021]在數據區間為0°以上不足2.5°時，為9%以上16%以下，
[0022]在數據區間為2.5°以上不足5.0°時，為18%以上28%以下，
[0023]在數據區間為5.0°以上不足7.5°時，為21%以上24%以下，
[0024]在數據區間為7.5°以上不足10.0°時，為14%以上18%以下，
[0025]在數據區間為10.0°以上不足12.5°時，為8%以上13%以下，
[0026]在數據區間為12.5°以上不足15.0°時，為4%以上8%以下，
[0027]在數據區間為15.0°以上不足17.5°時，為2%以上5%以下，
[0028]在數據區間為17.5°以上不足20.0°時，為1%以上3%以下，
[0029]在數據區間為20.0°以上不足22.5°時，為2%以下，[0030]在數據區間為22.5°以上不足25.0°時，為2%以下，
[0031]在數據區間為25.0°以上不足27.5°時，為1%以下，
[0032]在數據區間為27.5°以上不足30.0°時，為1%以下，
[0033]在數據區間為30.0°以上不足32.5°時，為1%以下，
[0034]在數據區間為32.5°以上不足35.0°時，為0.5%以下，
[0035]在數據區間為35.0°以上不足37.5°時，為0.5%以下，
[0036]在數據區間為37.5°以上不足40.0°時，為0.3%以下，
[0037]在數據區間為40.0°以上不足42.5°時，為0.2%以下，
[0038]在數據區間為42.5°以上不足45.0°時，為0.1%以下。
[0039]一種對決定光散射膜的配光特性的表面形狀進行規定的方法，其特徵在於:
[0040]包括傾斜角分布決定算法，在該傾斜角分布決定算法中，在具有規定的膜面內(XY方向)間距和膜厚度方向(Z方向)間距的表面的三維形狀數據中，將由在XY平面上彼此相鄰的3點確定的虛擬平面的法線向量與膜基材面的法線向量所成的角度作為該虛擬平面的傾斜角度，從上述三維形狀數據得到該虛擬平面的傾斜角度數據，將上述傾斜角度數據的數據區間以規定的傾斜角度刻度進行劃分，計算屬於各數據區間的頻數相對於全部數據區間的頻數的總和的比率，基於該比率的根據大面積數據得到的收斂值來決定上述膜的表面的傾斜角分布。
[0041]一種計算機可讀記錄介質，其記錄用於使計算機執行對決定光散射膜的配光特性的表面形狀進行規定的方法的程序，其特徵在於:
[0042]上述方法包括傾斜角分布決定算法，在該傾斜角分布決定算法中，在具有規定的膜面內(XY方向)間距和膜厚度方向(Z方向)間距的表面的三維形狀數據中，將由在XY平面上彼此相鄰的3點確定的虛擬平面的法線向量與膜基材面的法線向量所成的角度作為該虛擬平面的傾斜角度，從上述三維形狀數據得到該虛擬平面的傾斜角度數據，將上述傾斜角度數據的數據區間以規定的傾斜角度刻度進行劃分，計算屬於各數據區間的頻數相對於全部數據區間的頻數的總和的比率，基於該比率的根據大面積數據得到的收斂值來決定上述膜的表面的傾斜角分布，
[0043]記錄用於使計算機執行上述規定光散射膜的表面形狀的方法的程序。
[0044]如上述上述的規定光散射膜的表面形狀的方法，其特徵在於:
[0045]上述膜面內(XY方向)間距為I μ m，膜厚度方向(Z方向)間距為0.01 μ m以下，傾斜角度刻度為2.5°。
[0046]如上述上述的計算機可讀記錄介質，其特徵在於，
[0047]在規定光散射膜的表面形狀的方法中，上述膜面內(XY方向)間距為I μ m，膜厚度方向(ζ方向)間距為0.01 μ m以下，傾斜角度刻度為2.5°。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1為表示現有產品壓花面的等高線(等值線圖)的圖。
[0049]圖2為表不現有廣品的光線追蹤結果的圖。
[0050]圖3為表示實施例的壓花面的等高線(等值線圖)的圖。[0051]圖4為表示實施例的光線追蹤結果的圖。
[0052]圖5為表示現有產品和實施例的配光特性的圖。
[0053]圖6為表示現有產品壓花面的等傾斜角線(等值線圖)的圖。
[0054]圖7為表示實施例的壓花面的等傾斜角線(等值線圖)的圖。
[0055]圖8為表示現有產品(作為產品規格的粗糙霧度上下限兩種製品)、及實施例的壓花面的傾斜角度頻度(直方圖)的圖。
[0056]圖9為用於說明全反射條件的傾斜角度的圖。
[0057]圖10為用於說明微小區域的傾斜角度的計算算法的圖。
[0058]圖11為用於說明高度解析度為0.01 μ m、縱橫間距為I μ m的情況下的界面傾斜角的圖。
[0059]圖12為用於說明高度解析度為0.01 μ m、縱橫間距為0.5 μ m的情況下的界面傾斜角的圖。
[0060]圖13為用於說明數字三維形狀數據的傾斜角度的離散化的圖。
[0061]圖14為例示從三維形狀數據計算傾斜角度的頻數分布的算法的圖。
[0062]圖15為表示計算傾斜角度的頻數分布的程序C語言的原始碼的圖。
【具體實施方式】
[0063]1.聚碳酸酯樹脂
[0064]本發明的光散射膜為聚碳酸酯樹脂制。
[0065]2.光散射膜的製造
[0066]在本發明的樹脂製膜的製造方法中，可以使用通常的熔融擠壓成形裝置。例如，將通過擠壓機而成為熔融狀態後從T鑄模出來的熔融樹脂膜，使用具有橡膠彈性的第一冷卻輥和對表面進行了壓花加工的金屬制第二冷卻輥夾緊，在膜表面形成凸凹形狀，並使用配置於下遊側的金屬制第三冷卻輥和牽引輥牽引膜。
[0067]3.膜表面的凹凸形狀
[0068]粗糙度曲線元素的平均長度RSm
[0069]本發明的光散射膜中的粗糙度曲線元素的平均長度RSm依據日本工業調查會JISB0601 (2001)進行測量。作為該測量條件，例如，截止值設為0.8mm。因為對象為不規則紋理，所以需要增長測量長度直至該RSm值收斂。在後述的實施例的光散射膜的情況下，使用50mm的測量長度時，確認到RSm值大致收斂。紋理越大，直至RSm值收斂的測量長度越長。後述的平均長度RSm為在該條件下測量的值。粗糙度曲線元素的平均長度RSm例如使用非接觸三維測量裝置進行測量。
[0070]下面，結合附圖對本發明進行詳細說明。
[0071]眩光的降低
[0072]圖1表示現有產品的光散射膜壓花表面的三維形狀。更具體而言，圖1是使用以測量區域為500 μ m見方、縱橫間距為0.5 μ m、高度精度為0.01 μ m測量的實際數據製成的等高線(等值線圖)圖像。顯示有從高到低依次為橙色一淺藍色一紫色一黃綠色一紅色一藍色(另外，各色中較亮者較高)。
[0073]圖2是基於圖1所示的現有產品的光散射膜的壓花表面的三維形狀光線追蹤計算的結果。入射後的光線為板狀(二維)的校準光(平行光)，從壓花面的背面以入射角度0°入射(垂直入射)。本說明書中所述的光線追蹤模型設壓花粗糙膜的材質為聚碳酸酯(PC)、厚度為130 μ m，壓花背面為平面，粗糙膜表背面的光學特性為菲涅爾損失，邊緣部分為反射鏡，周圍氣氛為空氣，定義PC的折射率的波長分散，入射後的校準光的光譜設為C光源。入射至壓花背面的光線的個數為1000個。
[0074]從圖2來看顯而易見的是，壓花面的特定的局部部位成為凸透鏡構造，校準光(平行光)集中，在壓花面正上方形成有具有若干象差的點實像。這將成為眩光(顆粒感)的原因。考慮到來自每個LED的光線大致為球面波，因此，相較於校準光的情況下的點實像形成位置離壓花面更遠，但在未圖示的LED距壓花面光學上較遠的情況下，可視為大致校準光。光源為CCFL的情況下，由無限個點光源構成，因此，在各個凸透鏡入射由無限個方向構成的校準光。由此，成為不再是亮的點實像而是暗的點實像無限個連接的狀態，因此，可以說不形成局部亮點。
[0075]圖3為作為本發明之一例使用將粗糙膜的壓花表面的三維形狀以測量區域為500 μ m見方、縱橫間距為0.5 μ m、高度精度為0.01 μ m進行測量後的實際數據製成的等高線(等值線圖)圖像。顯示有從高到低依次為、淺粉色一淡紫色一橙色一淺藍色一紫色一黃綠色一紅色(另外，各色中較亮者較高)
[0076]圖4是基於圖3所示的作為本發明之一例的粗糙膜的壓花表面的三維形狀光線追蹤扣計算的結果。入射後的光線為板狀(二維)的校準光(平行光)，從壓花面的背面以入射角度0°入射。入射至壓花背面的光線的個數設為1000個。從圖4來看顯而易見的是，與圖2相比，點實像的個數多，形成一個個點實像的光線的數量少。換言之，由於存在很多暗點實像，因此，空間上被平均化，可以說未識別到眩光(顆粒感)。
[0077]實際上如果利用LED光源從背面入射光，則現有產品中識別到眩光，作為本發明之一例的實施例中，未能識別到眩光。為了解決「LED眩光問題」，可以說重要的是形成於壓花面的凸透鏡的大小(紋理的大小)要小。
[0078]由圖1所示的現有產品的一維剖面輪廓(一維的幾何學的形狀)計算RSm，結果為約100 μ m。相對於此，使用圖3所示的實施例的壓花粗糙膜的一維剖面輪廓計算RSm，結果為約50 μ m。圖3的形狀 僅為一例，因此，為了找到界限值，即為了降低眩光而需要將RSm的值減小到何種程度的界限值，製造了各種RSm的試製品，實施了眩光的視覺評估(參照表I)。其結果，可知界限值位於70 μ m附近。因此，可以說通過將RSm的值設為70 μ m以下，能夠解決光散射膜中的「LED眩光問題」。
[0079]表1
【權利要求】
1.一種聚碳酸酯制光散射膜，其具有由於不規則的三維表面形狀使光折射散射的功能，該光散射膜的特徵在於: 膜表面的粗糙度曲線元素的平均長度RSm的值在70 μ m以下的範圍(在JIS B0601(2001)標準中，截止值為0.8_，至該RSm值收斂為止取測量長度)內， 使用以膜面內(XY方向)間距為I μ m、膜厚度方向(Ζ方向)間距為0.01 μ m以下的方式測量出的表面的三維形狀數據，將由在XY平面上彼此相鄰的3點確定的虛擬平面的法線向量與膜基材面的法線向量所成的角度作為該虛擬平面的傾斜角度，從所述三維形狀數據得到該虛擬平面的傾斜角度數據，對於所述傾斜角度數據，將數據區間以2.5°為刻度進行劃分時的屬於各數據區間的頻數相對於全部數據區間的頻數的總和的百分比以單位％表示來作為頻度時， 該頻度的根據大面積數據得到的收斂值如下所示: 在數據區間為0°以上不足2.5°時，為9%以上16%以下， 在數據區間為2.5°以上不足5.0°時，為18%以上28%以下， 在數據區間為5.0°以上不足7.5°時，為21%以上24%以下， 在數據區間為7.5°以上不足10.0°時，為14%以上18%以下， 在數據區間為10.0°以上不足12.5°時，為8%以上13%以下， 在數據區間為12.5°以上不足15.0°時，為4%以上8%以下， 在數據區間為15.0°以上不 足17.5°時，為2%以上5%以下， 在數據區間為17.5°以上不足20.0°時，為1%以上3%以下， 在數據區間為20.0°以上不足22.5°時，為2%以下， 在數據區間為22.5°以上不足25.0°時，為2%以下， 在數據區間為25.0°以上不足27.5°時，為1%以下， 在數據區間為27.5°以上不足30.0°時，為1%以下， 在數據區間為30.0°以上不足32.5°時，為1%以下， 在數據區間為32.5°以上不足35.0°時，為0.5%以下， 在數據區間為35.0°以上不足37.5°時，為0.5%以下， 在數據區間為37.5°以上不足40.0°時，為0.3%以下， 在數據區間為40.0°以上不足42.5°時，為0.2%以下， 在數據區間為42.5°以上不足45.0°時，為0.1%以下。
2.一種對決定光散射膜的配光特性的表面形狀進行規定的方法，其特徵在於: 包括傾斜角分布決定算法，在該傾斜角分布決定算法中，在具有規定的膜面內(XY方向)間距和膜厚度方向(Z方向)間距的表面的三維形狀數據中，將由在XY平面上彼此相鄰的3點確定的虛擬平面的法線向量與膜基材面的法線向量所成的角度作為該虛擬平面的傾斜角度，從所述三維形狀數據得到該虛擬平面的傾斜角度數據，將所述傾斜角度數據的數據區間以規定的傾斜角度刻度進行劃分，計算屬於各數據區間的頻數相對於全部數據區間的頻數的總和的比率，基於該比率的根據大面積數據得到的收斂值來決定所述膜的表面的傾斜角分布。
3.一種計算機可讀記錄介質，其記錄用於使計算機執行對決定光散射膜的配光特性的表面形狀進行規定的方法的程序 ，其特徵在於:所述方法包括傾斜角分布決定算法，在該傾斜角分布決定算法中，在具有規定的膜面內(XY方向)間距和膜厚度方向(Z方向)間距的表面的三維形狀數據中，將由在XY平面上彼此相鄰的3點確定的虛擬平面的法線向量與膜基材面的法線向量所成的角度作為該虛擬平面的傾斜角度，從所述三維形狀數據得到該虛擬平面的傾斜角度數據，將所述傾斜角度數據的數據區間以規定的傾斜角度刻度進行劃分，計算屬於各數據區間的頻數相對於全部數據區間的頻數的總和的比率，基於該比率的根據大面積數據得到的收斂值來決定所述膜的表面的傾斜角分布， 記錄用於使計算機執行所述規定光散射膜的表面形狀的方法的程序。
4.如權利要求2所述的規定光散射膜的表面形狀的方法，其特徵在於: 所述膜面內(XY方向)間距為I μ m，膜厚度方向(Ζ方向)間距為0.01 μ m以下，傾斜角度刻度為2.5°。
5.如權利要求3所述的計算機可讀記錄介質,其特徵在於， 在規定光散射膜的表面形狀的 方法中，所述膜面內(XY方向)間距為I μ m，膜厚度方向(Z方向)間距為0.01 μ m以下,傾斜角度刻度為2.5°。
【文檔編號】G02F1/13357GK103890618SQ201280051367
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月23日 優先權日:2011年10月24日
【發明者】小岀功史, 小澤歸心, 福永泰隆 申請人:三菱瓦斯化學株式會社, Mgc菲爾須特股份有限公司