防眩光膜及其制造方法,偏振部件及应用该偏振部件的显示设备,和内部漫射膜的制作方法

专利名称：防眩光膜及其制造方法,偏振部件及应用该偏振部件的显示设备,和内部漫射膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于为计算机、文字处理器、电视监视器等提供图像显示的如CRT、LCD等高分辨率图像显示设备的显示表面一侧的防眩光膜。本发明也涉及制造防眩光膜的方法、偏振部件和应用防眩光膜的显示设备。本发明还涉及内部漫射膜。
这种防眩光膜的传统示例如下。日本专利申请公开No.H6-18706公开了一种形成于透明衬底上并且基本上由折射率为1.40-1.60的树脂珠和电离-辐射-可矫正的树脂组合物等组成的防眩光层。日本专利申请公开No.H10-20103公开了一种包括至少一个基膜和一个防眩光层的多层膜，其中的防眩光层中每100成分重量的可矫正树脂，包含20-30成分重量的平均直径为0.5-1.5微米的透明微粒。
这些防眩光膜是通过在透明基膜的表面外加包含如二氧化硅(硅石)等填充物的树脂来形成的。这些防眩光膜分为几类一类是防眩光层表面上形成的表面不规则物是由如凝结性二氧化硅等物质凝结形成的防眩光膜；一类是防眩光层表面上形成的表面不规则物是由对树脂外加微粒直径大于所用树脂膜厚度的一种有机填充物来形成的防眩光膜；一类是通过在层表面压上一层具有表面不规则物的膜来传递表面不规则物的防眩光膜等等。
另一方面，日本专利申请公开No.2001-91707公开了一种具有一种位于透明支撑部分上的模糊度为4.0-50.0％的防眩光层的光学膜，其中的模糊度定义为不低于1.0％的内部漫射与不低于3.0％的表面漫射之和。这是一种应用了一种通过散布于漫射层内部的精细微粒来引起漫射的内部漫射层的防眩光膜。
然而，上述日本专利申请公开No.H6-18706和日本专利申请公开No.H10-20103公开的结构都仅仅依赖于防眩光层上的表面不规则物来产生防眩光效果。因此，为了加强防眩光效果，需要制作更大的表面不规则物。然而，制作更大的表面不规则物会引起所用树脂膜的模糊度值(漫射光发射量除以总发射量)升高。这会相应地降低所发射图像的锐利度。
此外，当如上述传统类型的防眩光膜应用于高分辨率图像显示设备的显示表面一侧时，会出现称为闪烁的随机发光。这降低了显示表面的可视性。闪烁是由表面不规则物的弯曲引起的，这些弯曲起透镜的作用，且当像素点的位置恰好与透镜焦点重合时，对像素点进行放大。在传统类型的防眩光膜中，表面不规则物是随机形成的，因此不可能对透镜的焦距进行控制，从而使闪烁不可避免。
另一方面，日本专利申请公开No.2001-91707公开的结构避免了光线在层内的直线传播，从而降低了闪烁的影响。然而，这里获得的显示性能依赖于观察角度。具体来讲，当在显示黑色时存在光线倾斜泄漏的显示设备中应用这种结构时，倾斜泄漏的光线将被偏转至向前直线传播。这将降低从正面观察时的反差比。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具有一种包括透明基体、透明漫射材料和表面不规则物等组分的内部漫射层的防眩光膜。该漫射材料的折射率与透明基体的折射率不同，呈现出由其中微粒的各向异性形状造成的各向异性漫射，并且散布于透明基体中，以便微粒取向基本互相平行且垂直于膜的方向。
附图简述通过下述描述并连同以附图为参考的具体实施方案，本发明的上述及其它目的和特征会变得更为清楚。


图1是实施本发明的防眩光膜的层结构截面图；图2是本实施方案中防眩光层结构的截面图；图3是解释各向异性漫射如何在内部漫射层中发生的截面图；图4是解释发生在内部漫射层中的各向异性漫射的透视图；图5是实施本发明的防眩光膜呈现出的各向异性漫射的曲线图；图6是制造实施本发明的防眩光膜的方法的示例图表；图7是应用实施本发明的防眩光膜的显示设备示例的截面图；和图8是实施本发明的内部漫射膜的层结构的截面图。
可以通过以下方法来达到目的，例如使内部折射率不均匀，即使用具有梯度折射率的不均匀结构来偏转光线，或者加入具有不同折射率的微粒，即漫射微粒。尤其简单的方法是使用加入了漫射微粒的内部漫射层。通过这种方法，可以实现用于高分辨率图像显示设备且能缓解图像显示设备的闪烁的防眩光膜。
而且，使用如实施本发明的这种同时依靠内部漫射层和表面不规则物来产生防眩光效果的防眩光膜，就有可能独立且精确地控制产生于内部漫射层的模糊度和产生于表面不规则物的模糊度。这样就可以设计出具有防眩光效果并且不降低所发射图像锐利度的防眩光膜。
在应用内部漫射层的防眩光膜中，通过防止由于倾斜入射光受内部漫射层引起的内部漫射作用而引起的偏转造成的倾斜入射光前向泄漏，可以防止降低正面反差比。为了达到这个目的，内部漫射层需被制成对应不同角度的入射光，呈现不同的漫射特性，即各向异性漫射，以便内部漫射层对倾斜入射光有较小的漫射。这就使得这种光在通过内部漫射层的时候不受漫射作用而保持倾斜传播。
决定膜的漫射特性的因素包括漫射材料的尺寸和微粒密度、膜厚度和基体与漫射材料之间的折射率差别等等，例如应用于实施本发明的防眩光膜中的漫射材料散布于透明基体的内部漫射层。通常，当漫射材料的尺寸足够小时，膜将光线向前、向后均匀漫射；然而当微粒尺寸变大时，该膜呈现出越来越窄的漫射特性，前向漫射的光线越来越多。
此外，微粒密度越高，受漫射作用的光线越多，也就能获得越宽的漫射特性。同样，膜越厚，受漫射作用的光线越多，也就能获得越宽的漫射特性。再进一步，基体与漫射材料之间的折射率差别越大，获得的漫射特性越广，后向漫射的光线也就越多。因此，可以通过使上述因素之一具有各向异性，使内部漫射层呈现各向异性漫射。本发明是通过使漫射材料具有各向异性的形状来实现这一目的的，因而对应不同角度的入射光线，漫射材料的有效尺寸也发生相应的变化。
图1是实施本发明的防眩光膜的层结构截面图。如图所示，本实施方案的防眩光膜10包括透明底层1、其上的内部漫射层2和内部漫射层2上的表面不规则物层3等组分。内部漫射层2和表面不规则物层3共同形成防眩光层6。内部漫射层2包括透明基体4和具有各向异性形状的漫射材料5等组分，漫射材料5与透明基体4的折射率不同，且均匀地分散于透明基体4中，以便漫射材料5的微粒能一个挨一个整齐地排列。
用这种方法，通过将内部漫射层2和表面不规则物层3组合在一起来形成防眩光层6。这样就可以独立和精确地控制产生于内部漫射层的模糊度和产生于表面不规则物的模糊度。因此，可以设计出具有防眩光效果并且不降低所发射图像锐利度的防眩光膜。
图2是本实施方案中防眩光层结构的截面图，显示了呈现各向异性漫射的内部漫射层。如图所示，在内部漫射层2中，具有球体形状的微粒的漫射材料5以这样一种方式分散在透明基体4中，使得漫射材料5的微粒主轴方向如箭头101所示，基本平行于如箭头102所示的垂直于防眩光层6和防眩光膜的方向。
图3是解释各向异性漫射如何在内部漫射层中发生的截面图。现在，将参考该图，对出现在实施本发明的防眩光膜中的各向异性漫射进行描述。如图所示，对应如箭头103所示的倾斜入射到内部漫射层2的光线的漫射材料5的有效尺寸指示为5a。另一方面，对应如箭头104所示的迎面入射到内部漫射层2的光线的漫射材料5的有效尺寸指示为5b。如箭头104所示的迎面入射方向平行于与眩光膜垂直的方向。这里的有效尺寸5a大于有效尺寸5b。相较于迎面入射的光线，防眩光膜对倾斜入射的光线显示出更窄的漫射特性。
图4是解释出现在内部漫射层中的各向异性漫射的透视图。现在，将参考该图再一次描述发生在实施本发明的防眩光膜中的各向异性漫射。如图所示，当光线按照如箭头104所示的方向迎面入射到内部漫射层2时，该光线受内部漫射层2的漫射作用，因而按照如箭头106所示的方向以漫射光的形式出射。另一方面，当光线按照如箭头103所示的方向倾斜入射到内部漫射层2时，该光线几乎不受内部漫射层2的漫射作用，因而仅以平行发射光的形式出射。
图5是实施本发明的防眩光膜呈现出的各向异性漫射的曲线图。图中水平轴表示入射角度(单位为度)，垂直轴表示漫射的强度(单位为a.u.)。如图所示，对于迎面入射的光线，防眩光膜呈现出较大程度的漫射作用，对于倾斜入射的光线，防眩光膜呈现出较小程度的漫射作用。这就意味着防眩光膜几乎不对倾斜入射的光线产生漫射作用，并允许这类光线基本上以平行发射光的形式出射。
图6是制造实施本发明的防眩光膜的方法的示例图表。如图所示，首先，将透明的并且与透明基体4折射率不同的漫射材料5与透明基体4混合以使得漫射材料分散于透明基体4中。然后，将该混合物夹在两个连接交流电源8的电极7中间。这就在两个电极7中间产生了一个交流电场，通过该交流电场，可使得漫射材料5变形以具有各向异性的形状。
这里，漫射材料的变形因数D由下面的公式定义(1)。D=d1-d2d1+d2......(1)]]>其中d1代表沿电场方向测量的漫射材料的直径；和d2代表沿垂直于电场方向测量的漫射材料的直径。变形因数D由下面的公式(2)和(3)给出。D=9ϵ0K216γφE02b......(2)]]>φ=1-R(11λ+14)+R2[15(λ+1)+q(19λ+16)]+15a2ω2(λ+1)(2q+1)5(λ+1)[(2R+1)2+a2ω2(q+2)2]......(3)]]>其中K1代表漫射材料的相对介电常数；K2代表透明基体的相对介电常数；χ1代表漫射材料的具体阻抗；χ2代表透明基体的具体阻抗；μ1代表漫射材料的粘性系数；μ2代表透明基体的粘性系数；b代表漫射材料的最初半径；γ 代表漫射材料与透明基体之间的界面张力；ω代表交流电场的频率；E0代表有效振幅；ε0代表真空的介电常数；q ＝K1/K2；R ＝χ1/χ2；λ＝μ1/μ2；和α＝ε0χ1K2为了将漫射材料变形成主轴对准于电场方向的球体，该漫射材料的变形因数D需为正数。可以通过选择使φ＞0的漫射材料和基体的适当材料和适当地设置交流电场的频率ω来达到此目的。具体来说，如果下面公式(4)表达的条件得到满足，那么φ≥0，且漫射材料可以变形成主轴对准于电场方向的球体。需指出当R＝q＝1时，φ＝0，则漫射材料根本不变形。Rq<1+5(λ+1)19λ+16(R-1)2R......(4)]]>作为另一种选择，如果下面公式(5)表达的条件得到满足，或交流电场频率ω满足下面公式(6)表达的条件，那么φ＞0，且漫射材料可以变形成主轴对准于电场方向的球体。如果公式(6)表达的条件未得到满足，那么φ≤0，且漫射材料可以变形成主轴垂直于电场方向的球体。1+5(λ+1)19λ+16(R-1)2R≤Rq......(5)]]>ω>R2[q(19λ+16)-5(λ+1)]-3R(3λ+2)-5(λ+1)a|q-1|5(λ+1)......(6)]]>下面将会描述一个将实施本发明的防眩光膜应用于显示设备的示例。图7是应用实施本发明的防眩光膜的显示设备示例的截面图。如图所示，用偏振板13覆盖显示面板11上的像素点12。偏振板13上放置着上述的防眩光膜10，以便与偏振板13共同形成偏振部件。这些层共同组成显示设备20。
箭头107所示的光线沿如箭头104所示的方向迎面入射到显示面板11上，通过像素点12、偏振板13和透明基底1，然后进入内部漫射层2。该光线在内部漫射层2中受漫射作用，然后以如箭头108所示的漫射光形式进入表面不规则物层3。这里，入射到形成于表面不规则物层3内的透镜上的入射光是漫射光，这就减少了由起透镜作用的表面不规则物所造成的闪烁。
同样，箭头109所示的光线沿如箭头103所示的方向倾斜入射到显示面板11上，通过像素点12、偏振板13和透明底层1，然后进入内部漫射层2。然而该光线在表面不规则物层3中不受漫射作用，因而以箭头110所示的平行发射光的形式进入表面不规则物层3。
通常当光线倾斜入射到偏振部件上时，视偏振轴产生偏离，因此，即使当显示设备在显示黑色时，也会出现一些光线的泄漏。在显示表面一侧具有偏振部件的显示设备中，在显示表面一侧应用传统防眩光膜，即应用不呈现各向异性漫射的内部漫射层的传统防眩光膜，会降低正面反差比。这是因为上述的倾斜泄漏光线在内部漫射层中受漫射作用，一部分漫射光最终沿箭头111所示的观察者方向出射。
相反，在显示表面一侧具有偏振部件的显示设备中，在显示表面一侧应用实施本发明的防眩光膜，即应用呈现各向异性漫射的内部漫射层的防眩光膜，可以允许倾斜泄漏光线以上述的形式出射，即以平行发射光的形式出射。因此正面反差比不会降低。
顺便提及，还进行了以评价各向异性漫射如何根据球体的形状而改变为目的的实验。实验的结果表明当球体的主轴与次轴之比为2或更大时，会产生令人满意的各向异性漫射。结果同时表明，主轴与次轴之比越大，各向异性漫射越强，但当主轴与次轴之比超过20时，各向异性漫射开始进入饱和状态。
在本实施方案中，通过将漫射材料变形为球体，使该漫射材料呈现各向异性漫射。然而，只要漫射材料能呈现各向异性漫射，就可以将该漫射材料变形为其它任何形状，例如长方体、平行六面体或圆柱体。本实施方案中，通过施加电场来使漫射材料变形。然而，也可以通过其它手段使漫射材料变形，例如施加磁场或外部压力。
图8是另一种实施本发明的内部漫射膜的层结构的截面图。如图所示，本实施方案中的内部漫射膜9包括透明基底1、其上的内部漫射层2以及内部漫射层2上的透明基底1等组分。内部漫射层2包括透明基体4和具有各向异性形状的漫射材料5等组分，漫射材料5与透明基体4的折射率不同，且均匀地分散于透明基体4中，以便漫射材料5的微粒能一个挨一个整齐地排列。
实施例1在本实例中，首先将内部漫射层的材料涂层(UV-可矫正树脂与伴了甲苯的苯乙烯珠的混合物)放置在金属电极上，然后在所用膜的相对于金属电极的另外一侧安装透明电极。然后对内部漫射层的材料外加5V、30Hz的交流电压，以便使苯乙烯珠，即一种微胶囊形的漫射材料，产生变形，然后通过外加UV光来矫正所用膜。用这种方法可以获得呈现各向异性漫射的内部漫射层。
接下来，将内部漫射层转移到透明基底(三乙酰基纤维素triacetylcellulose膜)上，然后在内部漫射层上放置表面不规则物的材料涂层(UV-可矫正树脂与伴了甲苯的聚碳酸酯珠的混合物)。然后通过UV光照射来矫正所用膜。用这种方法可以获得呈现各向异性漫射的防眩光膜。当从正面观察时，由于高度漫射，该防眩光膜是不透明的；当从侧面观察时，由于中度漫射，该防眩光膜是半透明的。通过这种视觉检验的方式，对防眩光膜的各向异性漫射的验证取得了令人满意的结果。
表1显示了当将实施本发明的实例1中的防眩光膜，以及作为对照的对比样本1、2中的传统防眩光膜，应用于显示设备时所获得的特性评估结果。对比样本1中的防眩光膜与实例1的防眩光膜相比，除了没有内部漫射层以外，其它的结构相同。另一方面，对比样本2中的防眩光膜有内部漫射层，但该内部漫射层不像实例1中一样呈现各向异性漫射。在其它方面，对比样本2中的防眩光膜与实例1的防眩光膜结构相同。
表1 表1中，模糊度的测量遵照JIS(日本工业标准)K-7105。正面反差比按如下方式确定，准备好每个都应用实例1和对比样本1、2之一的防眩光膜的偏振板，并将这些偏振板分别置于15英寸的UXGA液晶板上(TN模式)。然后对于每组偏振板和液晶板的组合，对从板正面观察得到的白色的亮度和黑色的亮度进行测量，并将前者与后者的比值确定为正面反差比。
所发射图像锐利度的测量遵照JIS K-7105，并以所使用光梳宽度为0.5毫米时的观察值作为测量结果。闪烁按如下方式确定。准备好每个都应用实例1和对比样本1、2之一的防眩光膜的偏振板，并将这些偏振板分别置于15英寸的UXGA液晶板上(TN模式)。然后对于每组偏振板和液晶板的组合，都在整块液晶板上显示立体的绿色图案，让10个人通过肉眼检查是否能够观察到闪烁。8人或8人以上认为没有闪烁就是“观察不到”，否则是“能观察到”。
如表1所示，在实施本发明的实例1中，可以减少闪烁同时保持令人满意的高正面反差比和所发射图像锐利度。相比之下，在未应用内部漫射层的对比样本1中，不可能减少闪烁，也不可能获得令人满意的所发射图像锐利度。在应用了呈现各向同性漫射的内部漫射层的对比样本2中，可以减少闪烁，也可以获得令人满意的所发射图像锐利度，但会显著地降低正面反差比。
实施例2在本实例中，首先将内部漫射层的材料涂层(UV-可矫正树脂与伴了甲苯的苯乙烯珠的混合物)放置在金属电极上，然后在所用膜的相对于金属电极的另外一侧安装透明电极。然后对内部漫射层的材料外加5V、30Hz的交流电压，以便使苯乙烯珠，即漫射材料，产生变形，然后通过外加UV光来矫正所用膜。用这种方法可以获得呈现各向异性漫射的内部漫射层。
接下来，将两个起保护层作用的透明基底(三乙酰基纤维素triacetylcellulose膜)放置在内部漫射层的两个表面。用这种方法，可以获得呈现各向异性漫射的内部漫射膜。当从正面观察时，由于高度漫射，所以该内部漫射膜是不透明的；当从侧面观察时，由于中度漫射，所以该内部漫射膜是半透明的。通过这种视觉检验的方式，对防眩光膜的各向异性漫射的验证取得了令人满意的结果。
表2显示了当将实施本发明的实例2中的内部漫射膜，以及作为对照的对比样本3的传统内部漫射膜，应用于显示设备时所获得的特性评估结果。样本3中的内部漫射膜与实例2的内部漫射膜的结构在其它方面都相同，但由于前者包含没有各向异性形状的漫射材料，所以不呈现各向异性漫射。
表2 表2中，模糊度的测量遵照JIS K-7105。正面反差比按如下方式确定。准备好每个都应用实例2和对比样本3之一的防眩光膜的偏振板，并将这些偏振板分别置于15英寸的UXGA液晶板上(TN模式)。然后对于每组偏振板和液晶板的组合，对从板正面观察得到的白色的亮度和黑色的亮度进行测量，并将前者与后者的比值确定为正面反差比。
闪烁按如下方式确定。准备好每个都应用实例2和对比样本3之一的防眩光膜的偏振板，并将这些偏振板分别置于15英寸的UXGA液晶板上(TN模式)。然后对于每组偏振板和液晶板的组合，在整块液晶板上显示立体的绿色图案，让10个人通过肉眼检查是否能够观察到闪烁。8人或8人以上认为没有闪烁就是“观察不到”，否则是“能观察到”。
如表2所示，在实施本发明的实例2中，可以减少闪烁同时保持令人满意的高正面反差比。相比之下，在应用了呈现各向同性漫射的内部漫射层的对比样本3中，可以减少闪烁，但会显著地降低正面反差比。
权利要求
1.一种包含内部漫射层的防眩光膜，其中该内部漫射层包括透明基体、透明漫射材料和表面不规则物等组分，其中该漫射材料与透明基体的折射率不同，呈现出由于其中微粒的各向异性形状所造成的各向异性漫射，且分散于透明基体中，以便微粒取向基本互相平行且垂直于膜的方向。
2.如权利要求1的防眩光膜，其中漫射材料是微胶囊。
3.一种偏振部件，该偏振部件用于偏振板上，且包含如权利要求1的防眩光膜。
4.一种偏振部件，该偏振部件用于偏振板上，且包含如权利要求2的防眩光膜。
5.一种显示设备，该显示设备用于显示面板上，且包含如权利要求1的防眩光膜。
6.一种显示设备，该显示设备用于显示面板上，且包含如权利要求2的防眩光膜。
7.一种显示设备，该显示设备用于显示面板上，且包含如权利要求3的偏振部件。
8.一种显示设备，该显示设备用于显示面板上，且包含如权利要求4的偏振部件。
9.一种制造如权利要求1的防眩光膜的方法，包含通过对漫射材料外加电场，使得漫射材料具有各向异性的形状的步骤。
10.一种包含内部漫射层的内部漫射膜，其中的内部漫射层由透明基体和透明漫射材料组成，其中该漫射材料与透明基体的折射率不同，呈现出由于其中微粒的各向异性形状所造成的各向异性漫射，且分散于透明基体中，以便微粒取向基本互相平行且垂直于膜的方向。
全文摘要
防眩光膜具有内部漫射层，该内部漫射层包括透明基体、透明漫射材料和表面不规则物等组分。该漫射材料与透明基体的折射率不同，呈现出由于其中微粒的各向异性形状所造成的各向异性漫射，并且散布于透明基体中，以便微粒取向基本互相平行且垂直于膜的方向。
文档编号B32B7/02GK1414401SQ02148049
公开日2003年4月30日 申请日期2002年10月23日 优先权日2001年10月23日
发明者坂井彰, 山原基裕 申请人:夏普公司