光散射膜、规定光散射膜的表面形状的方法、及记录有表面形状规定程序的记录介质的制作方法
【专利摘要】本发明是一种具有不规则纹理的表面形状的光散射膜等，用于解决本 申请人:制造销售的现有制品的粗糙膜的眩光，其即使在使用LED光源的情况也可大幅改善眩光，并且维持良好的光学特性。为了在维持本 申请人:制造销售的现有制品的粗糙膜的良好的光学特性的同时解决眩光，阐明了问题的机制，作为分别保证粗糙膜的光学特性和眩光的消除的充分的条件，为了维持光学特性，使用压花表面的倾斜角直方图轮廓来规定表面形状，为了消除眩光，使用压花表面的粗糙度曲线元素的平均长度RSm的值来规定无眩光的纹理的大小。
【专利说明】光散射膜、规定光散射膜的表面形状的方法、及记录有表面形状规定程序的记录介质
【技术领域】
[0001]本发明涉及以液晶显示装置为主的显示器、光学仪器领域、及照明领域，涉及对树脂膜基材表面进行压花(压纹，emboss)加工而成的光散射膜等。
【背景技术】
[0002]液晶电视的背光源光学系统所使用的各种散射板/膜其目的在于，当观看液晶电视时，为了不能直接看到光源的灯图像，而尽可能使来自光源的光均匀、并以设计的配光特性使其散射。另外，为了提高光的利用效率，需要寻求全光线透射率高的光散射膜。为了显示光的散射状况，普遍认知和使用是雾度值，但是为了进一步从根本上进行讨论，使用配光特性这一概念。配光特性是指与光学膜的出射角相对应的光度的大小。一般而言，即使雾度值相同，有时候配光特性也不同。如果确定了配光特性，反之雾度值也能够一致地确定。散射板/膜的配光特性是对显示器的视角有很大影响的重要特性。
[0003]作为现有的各种散射板/膜，可举出例如在聚对苯二甲酸乙二酯(以下称为PET)膜基材上用粘结剂树脂固定丙烯或玻璃珠而得的散射板、在树脂膜基材中使散射填充料分散而得的散射板、对树脂膜表面进行压花加工而得的散射板等。这些可根据目的光学特性适当选择。
[0004]本申请 申请人:制造销售的现有的光散射膜(商品名:FE-2000 M 01:以下称为“现有产品”或“现有技术”)有广泛使用于液晶电视的背光源的实绩。该现有产品为对上述的对树脂膜表面进行压花加工而得的散射板，树脂种类为聚碳酸酯(以下称为PC)。作为该现有产品的最广泛的本使用的利用方式，大多数情况是，使用压敏粘接膜(Pressure SensitiveAdhesive)将不具有对表面形状有用的光学特性的光学膜与该现有产品的膜的背面粘合。
[0005]另外，近年来，随着高亮度发白色光二极管(以下称为LED)的批量生产体制的确立，也影响了 LED自身的价格下降，电视机制造商开始将现有的冷阴极管(以下称为CCFL)光源置换为LED。综合来看，通过用LED取代CCFL，谋求液晶电视自身所消耗的电力的降低。从CCFL向LED的转变不仅可以关系到电力的低消耗化，也关系到的光的品质。由于CCFL向圆柱形玻璃管内整个面上附着的荧光物质照射紫外线而使其发光，也就是说，成为面光源(无限个点光源的集合)，但LED的情况下，成为点光源。
[0006]先行技術文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:国际公开第2008/032848号
[0009]专利文献2:国际公开第2008/081953号
[0010]专利文献3:日本特开2005-321451号公报
[0011]专利文献4:日本特开2010-020268号公报
【发明内容】
[0012]发明所要解决的技术问题
[0013]由于从光源的CCFL向LED的置换，在表面赋予特定的几何学形状的类型的上述树脂膜中，有时因其表面形状而会成问题。具体而言，在上述PET膜基材上用粘合剂树脂固定透明玻璃珠而得的散射板的情况下，每一个玻璃珠都成为凸透镜，因此，通过来自每一个LED的直进光在玻璃珠正上方形成点实像。如果透镜的直径大，则形成局部明亮的点，因此，整体上会看到眩光(颗粒感)。另外，对上述树脂膜基材上进行压花加工而得的散射板也同样地，在该压花膜上散布透镜形状的物体，如果每个透镜的直径大，则整体上会看到眩光。以下，将该问题称为“LED眩光问题”。
[0014]另外，即便消除了 “LED眩光问题”，如果使用配光特性差的光散射膜，则也会产生显示器的视角不足这一问题。
[0015]本发明解决了现有产品的光散射膜的“LED眩光问题”，即使使用LED光源也可大幅改善眩光，并实现具有上述现有产品的光学特性(相对于所有入射角度的配光特性和全光线透射率等)的不规则纹理的膜表面形状。
[0016]用于解决技术问题的技术方案
[0017]本
【发明者】们为了维持现有产品所具有的良好的光学特性，并解决“LED眩光问题”，阐明问题的机制，良好地保持粗糙膜(光散射膜)的光学特性，且作为消除“LED眩光问题”的充分条件，着眼于以下的点。即，为了维持良好的光学特性，着眼于压花光散射膜表面的微小区域的倾斜角的直方图轮廓(频数分布)，为了消除“LED眩光问题”，着眼于压花光散射膜表面形状的粗糙度曲线元素的平均长度RSm的值。更具体而言，本发明提供以下的光散射膜、规定光散射膜的表面形状的方法和记录介质。
[0018]< I >一种聚碳酸酯制光散射膜,其具有由于不规则的三维表面形状使光折射散射的功能，该光散射膜的特征在于:
[0019]膜表面的粗糙度曲线元素的平均长度RSm的值在70 μ m以下的范围(在JIS B0601(2001)标准中，截止值为0.8_，至该RSm值收敛为止取测量长度)内，
[0020]使用以膜面内(XY方向)间距为I μ m、膜厚度方向(Ζ方向)间距为0.01 μ m以下的方式测量出的表面的三维形状数据，将由在XY平面上彼此相邻的3点确定的虚拟平面的法线向量与膜基材面的法线向量所成的角度作为该虚拟平面的倾斜角度，从上述三维形状数据得到该虚拟平面的倾斜角度数据，对于上述倾斜角度数据，将数据区间以2.5°为刻度进行划分时的属于各数据区间的频数相对于全部数据区间的频数的总和的百分比以单位％表示来作为频度时，该频度的根据大面积数据得到的收敛值如下所示:
[0021]在数据区间为0°以上不足2.5°时，为9%以上16%以下，
[0022]在数据区间为2.5°以上不足5.0°时，为18%以上28%以下，
[0023]在数据区间为5.0°以上不足7.5°时，为21%以上24%以下，
[0024]在数据区间为7.5°以上不足10.0°时，为14%以上18%以下，
[0025]在数据区间为10.0°以上不足12.5°时，为8%以上13%以下，
[0026]在数据区间为12.5°以上不足15.0°时，为4%以上8%以下，
[0027]在数据区间为15.0°以上不足17.5°时，为2%以上5%以下，
[0028]在数据区间为17.5°以上不足20.0°时，为1%以上3%以下，
[0029]在数据区间为20.0°以上不足22.5°时，为2%以下，[0030]在数据区间为22.5°以上不足25.0°时，为2%以下，
[0031]在数据区间为25.0°以上不足27.5°时，为1%以下，
[0032]在数据区间为27.5°以上不足30.0°时，为1%以下，
[0033]在数据区间为30.0°以上不足32.5°时，为1%以下，
[0034]在数据区间为32.5°以上不足35.0°时，为0.5%以下，
[0035]在数据区间为35.0°以上不足37.5°时，为0.5%以下，
[0036]在数据区间为37.5°以上不足40.0°时，为0.3%以下，
[0037]在数据区间为40.0°以上不足42.5°时，为0.2%以下，
[0038]在数据区间为42.5°以上不足45.0°时，为0.1%以下。
[0039]< 2 >一种对决定光散射膜的配光特性的表面形状进行规定的方法，其特征在于:
[0040]包括倾斜角分布决定算法，在该倾斜角分布决定算法中，在具有规定的膜面内(XY方向)间距和膜厚度方向(Z方向)间距的表面的三维形状数据中，将由在XY平面上彼此相邻的3点确定的虚拟平面的法线向量与膜基材面的法线向量所成的角度作为该虚拟平面的倾斜角度，从上述三维形状数据得到该虚拟平面的倾斜角度数据，将上述倾斜角度数据的数据区间以规定的倾斜角度刻度进行划分，计算属于各数据区间的频数相对于全部数据区间的频数的总和的比率，基于该比率的根据大面积数据得到的收敛值来决定上述膜的表面的倾斜角分布。
[0041]< 3 >一种计算机可读记录介质，其记录用于使计算机执行对决定光散射膜的配光特性的表面形状进行规定的方法的程序，其特征在于:
[0042]上述方法包括倾斜角分布决定算法，在该倾斜角分布决定算法中，在具有规定的膜面内(XY方向)间距和膜厚度方向(Z方向)间距的表面的三维形状数据中，将由在XY平面上彼此相邻的3点确定的虚拟平面的法线向量与膜基材面的法线向量所成的角度作为该虚拟平面的倾斜角度，从上述三维形状数据得到该虚拟平面的倾斜角度数据，将上述倾斜角度数据的数据区间以规定的倾斜角度刻度进行划分，计算属于各数据区间的频数相对于全部数据区间的频数的总和的比率，基于该比率的根据大面积数据得到的收敛值来决定上述膜的表面的倾斜角分布，
[0043]记录用于使计算机执行上述规定光散射膜的表面形状的方法的程序。
[0044]< 4 >如上述< 2 >上述的规定光散射膜的表面形状的方法，其特征在于:
[0045]上述膜面内(XY方向)间距为I μ m，膜厚度方向(Z方向)间距为0.01 μ m以下，倾斜角度刻度为2.5°。
[0046]< 5 >如上述< 3 >上述的计算机可读记录介质，其特征在于，
[0047]在规定光散射膜的表面形状的方法中，上述膜面内(XY方向)间距为I μ m，膜厚度方向(ζ方向)间距为0.01 μ m以下，倾斜角度刻度为2.5°。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1为表示现有产品压花面的等高线(等值线图)的图。
[0049]图2为表不现有广品的光线追踪结果的图。
[0050]图3为表示实施例的压花面的等高线(等值线图)的图。[0051]图4为表示实施例的光线追踪结果的图。
[0052]图5为表示现有产品和实施例的配光特性的图。
[0053]图6为表示现有产品压花面的等倾斜角线(等值线图)的图。
[0054]图7为表示实施例的压花面的等倾斜角线(等值线图)的图。
[0055]图8为表示现有产品(作为产品规格的粗糙雾度上下限两种制品)、及实施例的压花面的倾斜角度频度(直方图)的图。
[0056]图9为用于说明全反射条件的倾斜角度的图。
[0057]图10为用于说明微小区域的倾斜角度的计算算法的图。
[0058]图11为用于说明高度解像度为0.01 μ m、纵横间距为I μ m的情况下的界面倾斜角的图。
[0059]图12为用于说明高度解像度为0.01 μ m、纵横间距为0.5 μ m的情况下的界面倾斜角的图。
[0060]图13为用于说明数字三维形状数据的倾斜角度的离散化的图。
[0061]图14为例示从三维形状数据计算倾斜角度的频数分布的算法的图。
[0062]图15为表示计算倾斜角度的频数分布的程序C语言的源代码的图。
【具体实施方式】
[0063]1.聚碳酸酯树脂
[0064]本发明的光散射膜为聚碳酸酯树脂制。
[0065]2.光散射膜的制造
[0066]在本发明的树脂製膜的制造方法中，可以使用通常的熔融挤压成形装置。例如，将通过挤压机而成为熔融状态后从T铸模出来的熔融树脂膜，使用具有橡胶弹性的第一冷却辊和对表面进行了压花加工的金属制第二冷却辊夹紧，在膜表面形成凸凹形状，并使用配置于下游侧的金属制第三冷却辊和牵引辊牵引膜。
[0067]3.膜表面的凹凸形状
[0068]粗糙度曲线元素的平均长度RSm
[0069]本发明的光散射膜中的粗糙度曲线元素的平均长度RSm依据日本工业调查会JISB0601 (2001)进行测量。作为该测量条件，例如，截止值设为0.8mm。因为对象为不规则纹理，所以需要增长测量长度直至该RSm值收敛。在后述的实施例的光散射膜的情况下，使用50mm的测量长度时，确认到RSm值大致收敛。纹理越大，直至RSm值收敛的测量长度越长。后述的平均长度RSm为在该条件下测量的值。粗糙度曲线元素的平均长度RSm例如使用非接触三维测量装置进行测量。
[0070]下面，结合附图对本发明进行详细说明。
[0071]眩光的降低
[0072]图1表示现有产品的光散射膜压花表面的三维形状。更具体而言，图1是使用以测量区域为500 μ m见方、纵横间距为0.5 μ m、高度精度为0.01 μ m测量的实际数据制成的等高线(等值线图)图像。显示有从高到低依次为橙色一浅蓝色一紫色一黄绿色一红色一蓝色(另外，各色中较亮者较高)。
[0073]图2是基于图1所示的现有产品的光散射膜的压花表面的三维形状光线追踪计算的结果。入射后的光线为板状(二维)的校准光(平行光)，从压花面的背面以入射角度0°入射(垂直入射)。本说明书中所述的光线追踪模型设压花粗糙膜的材质为聚碳酸酯(PC)、厚度为130 μ m，压花背面为平面，粗糙膜表背面的光学特性为菲涅尔损失，边缘部分为反射镜，周围气氛为空气，定义PC的折射率的波长分散，入射后的校准光的光谱设为C光源。入射至压花背面的光线的个数为1000个。
[0074]从图2来看显而易见的是，压花面的特定的局部部位成为凸透镜构造，校准光(平行光)集中，在压花面正上方形成有具有若干象差的点实像。这将成为眩光(颗粒感)的原因。考虑到来自每个LED的光线大致为球面波，因此，相较于校准光的情况下的点实像形成位置离压花面更远，但在未图示的LED距压花面光学上较远的情况下，可视为大致校准光。光源为CCFL的情况下，由无限个点光源构成，因此，在各个凸透镜入射由无限个方向构成的校准光。由此，成为不再是亮的点实像而是暗的点实像无限个连接的状态，因此，可以说不形成局部亮点。
[0075]图3为作为本发明之一例使用将粗糙膜的压花表面的三维形状以测量区域为500 μ m见方、纵横间距为0.5 μ m、高度精度为0.01 μ m进行测量后的实际数据制成的等高线(等值线图)图像。显示有从高到低依次为、浅粉色一淡紫色一橙色一浅蓝色一紫色一黄绿色一红色(另外，各色中较亮者较高)
[0076]图4是基于图3所示的作为本发明之一例的粗糙膜的压花表面的三维形状光线追踪扣计算的结果。入射后的光线为板状(二维)的校准光(平行光)，从压花面的背面以入射角度0°入射。入射至压花背面的光线的个数设为1000个。从图4来看显而易见的是，与图2相比，点实像的个数多，形成一个个点实像的光线的数量少。换言之，由于存在很多暗点实像，因此，空间上被平均化，可以说未识别到眩光(颗粒感)。
[0077]实际上如果利用LED光源从背面入射光，则现有产品中识别到眩光，作为本发明之一例的实施例中，未能识别到眩光。为了解决“LED眩光问题”，可以说重要的是形成于压花面的凸透镜的大小(纹理的大小)要小。
[0078]由图1所示的现有产品的一维剖面轮廓(一维的几何学的形状)计算RSm，结果为约100 μ m。相对于此，使用图3所示的实施例的压花粗糙膜的一维剖面轮廓计算RSm，结果为约50 μ m。图3的形状 仅为一例，因此，为了找到界限值，即为了降低眩光而需要将RSm的值减小到何种程度的界限值，制造了各种RSm的试制品，实施了眩光的视觉评估(参照表I)。其结果，可知界限值位于70 μ m附近。因此，可以说通过将RSm的值设为70 μ m以下，能够解决光散射膜中的“LED眩光问题”。
[0079]表1
【权利要求】
1.一种聚碳酸酯制光散射膜，其具有由于不规则的三维表面形状使光折射散射的功能，该光散射膜的特征在于: 膜表面的粗糙度曲线元素的平均长度RSm的值在70 μ m以下的范围(在JIS B0601(2001)标准中，截止值为0.8_，至该RSm值收敛为止取测量长度)内， 使用以膜面内(XY方向)间距为I μ m、膜厚度方向(Ζ方向)间距为0.01 μ m以下的方式测量出的表面的三维形状数据，将由在XY平面上彼此相邻的3点确定的虚拟平面的法线向量与膜基材面的法线向量所成的角度作为该虚拟平面的倾斜角度，从所述三维形状数据得到该虚拟平面的倾斜角度数据，对于所述倾斜角度数据，将数据区间以2.5°为刻度进行划分时的属于各数据区间的频数相对于全部数据区间的频数的总和的百分比以单位％表示来作为频度时， 该频度的根据大面积数据得到的收敛值如下所示: 在数据区间为0°以上不足2.5°时，为9%以上16%以下， 在数据区间为2.5°以上不足5.0°时，为18%以上28%以下， 在数据区间为5.0°以上不足7.5°时，为21%以上24%以下， 在数据区间为7.5°以上不足10.0°时，为14%以上18%以下， 在数据区间为10.0°以上不足12.5°时，为8%以上13%以下， 在数据区间为12.5°以上不足15.0°时，为4%以上8%以下， 在数据区间为15.0°以上不 足17.5°时，为2%以上5%以下， 在数据区间为17.5°以上不足20.0°时，为1%以上3%以下， 在数据区间为20.0°以上不足22.5°时，为2%以下， 在数据区间为22.5°以上不足25.0°时，为2%以下， 在数据区间为25.0°以上不足27.5°时，为1%以下， 在数据区间为27.5°以上不足30.0°时，为1%以下， 在数据区间为30.0°以上不足32.5°时，为1%以下， 在数据区间为32.5°以上不足35.0°时，为0.5%以下， 在数据区间为35.0°以上不足37.5°时，为0.5%以下， 在数据区间为37.5°以上不足40.0°时，为0.3%以下， 在数据区间为40.0°以上不足42.5°时，为0.2%以下， 在数据区间为42.5°以上不足45.0°时，为0.1%以下。
2.一种对决定光散射膜的配光特性的表面形状进行规定的方法，其特征在于: 包括倾斜角分布决定算法，在该倾斜角分布决定算法中，在具有规定的膜面内(XY方向)间距和膜厚度方向(Z方向)间距的表面的三维形状数据中，将由在XY平面上彼此相邻的3点确定的虚拟平面的法线向量与膜基材面的法线向量所成的角度作为该虚拟平面的倾斜角度，从所述三维形状数据得到该虚拟平面的倾斜角度数据，将所述倾斜角度数据的数据区间以规定的倾斜角度刻度进行划分，计算属于各数据区间的频数相对于全部数据区间的频数的总和的比率，基于该比率的根据大面积数据得到的收敛值来决定所述膜的表面的倾斜角分布。
3.一种计算机可读记录介质，其记录用于使计算机执行对决定光散射膜的配光特性的表面形状进行规定的方法的程序 ，其特征在于:所述方法包括倾斜角分布决定算法，在该倾斜角分布决定算法中，在具有规定的膜面内(XY方向)间距和膜厚度方向(Z方向)间距的表面的三维形状数据中，将由在XY平面上彼此相邻的3点确定的虚拟平面的法线向量与膜基材面的法线向量所成的角度作为该虚拟平面的倾斜角度，从所述三维形状数据得到该虚拟平面的倾斜角度数据，将所述倾斜角度数据的数据区间以规定的倾斜角度刻度进行划分，计算属于各数据区间的频数相对于全部数据区间的频数的总和的比率，基于该比率的根据大面积数据得到的收敛值来决定所述膜的表面的倾斜角分布， 记录用于使计算机执行所述规定光散射膜的表面形状的方法的程序。
4.如权利要求2所述的规定光散射膜的表面形状的方法，其特征在于: 所述膜面内(XY方向)间距为I μ m，膜厚度方向(Ζ方向)间距为0.01 μ m以下，倾斜角度刻度为2.5°。
5.如权利要求3所述的计算机可读记录介质,其特征在于， 在规定光散射膜的表面形状的 方法中，所述膜面内(XY方向)间距为I μ m，膜厚度方向(Z方向)间距为0.01 μ m以下,倾斜角度刻度为2.5°。
【文档编号】G02F1/13357GK103890618SQ201280051367
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年10月24日
【发明者】小岀功史, 小泽归心, 福永泰隆 申请人:三菱瓦斯化学株式会社, Mgc菲尔须特股份有限公司