JP2005099803A

JP2005099803A - 接合多機能光学装置

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Publication number: JP2005099803A
Application number: JP2004277088A
Authority: JP
Inventors: Eugene George Olczak; ユージーン・ジョージ・オルチャク; Erwin Wenti Liang; アーウィン・ウェンティ・リャン; Dennis Joseph Coyle; デニス・ジョセフ・コイル; Shu-Guo Tang; シュー−グオ・タン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2005-04-14
Also published as: TW200513678A; KR20050030583A; EP1519206A2; CN100451761C; US20050069678A1; CN1601346A; EP1519206A3

Abstract

【課題】部品数を最小にし、公知の多層フィルムに比べて剛性が増し、積層フィルム構造物の構成フィルム間の横方向のずれが低減した積層多層光学フィルムを得る。
【解決手段】２以上の構成フィルムを含んでなる多層光学フィルムであって、該構成フィルムの少なくとも１つが上面と下面を有し、上面が一連の光学的構造及び複数の隆起スペーシング構造を含み、下面は実質的に平面状であり、これらの構成フィルムが構成フィルム間に配置された１以上のギャップを含む単一のフィルム構造物をなすように接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のフィルム層を含んでなる光学装置及び光学構造に関する。さらに具体的には、本発明は、構成フィルムの表面に組み込まれた接合構造を用いて複数の光学フィルムを接合することに関する。当該接合構造は、構成光学フィルムの隣接層の一部を離隔するのに用いることができる。

複数のフィルム層を含んでなる光学装置は、複数の実質的に平坦な光学フィルムの積層を必要とする用途（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト）に使用されている。かかる複数のフィルム層を含んでなる光学装置は、それらの積層構造のため、組立ての複雑さによって制限され、寸法について不安定であり、個々の構成フィルムが摩耗を受け易い。その上、かかる光学装置の製造には、脆い個別構成フィルムの取扱い及び全体として多数の個別部品が必要となる。

ＬＣＤバックライト装置の組立てでは、積層光学装置、拡散板、輝度向上フィルム及び偏光リサイクルフィルムが使用されてきた。
米国特許第５９１９５５１号米国特許出願公開第２００２／０１８５８５４号

かかる多層光学フィルムを含む装置の製造では、積み重ねる多層光学フィルムの剛性を高めると共に、部品数を減らすことが魅力ある目標である。主たる制限事項は、構成フィルムを互いに横方向に変位させずに積み重ねることができる基板の数、及びかかる変位に起因するフィルム摩耗であった。そこで、フィルムを含んでなる装置の部品数を最小にし、公知の多層フィルムに比べて剛性が増し、積層フィルム構造物の個々の構成フィルムが互いに横方向変位を生じる傾向が低減した大形で複雑な積層多層光学フィルムが得られれば望ましい。

一態様では、本発明は、２以上の構成フィルムを含んでなる多層光学フィルムであって、該構成フィルムの少なくとも１つが上面と下面を有し、上面が一連の光学的構造及び複数の隆起スペーシング構造を含み、下面は実質的に平面状であり、これらの構成フィルムが構成フィルム間に配置された１以上のギャップを含む単一のフィルム構造物をなすように接合されている多層光学フィルムを提供する。

別の態様では、本発明はかかる多層光学フィルムの製造方法に関する。

以下、添付の図面に関して説明を行うが、図面中では類似した構成要素には同じ番号が付けられている。

本発明の好ましい実施形態及びその実施例に関する以下の詳しい説明を参照することで、本発明を一層容易に理解することができよう。本明細書及び特許請求の範囲では多くの用語を用いるが、これらは以下の意味をもつものと定義される。

単数形で記載したものであっても、前後関係から明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。

「適宜」という用語は、その用語に続いて記載された事象又は状況が起きても起きなくてもよいことを意味しており、かかる記載はその事象又は状況が起こる場合と起こらない場合を包含する。

前述の通り、本発明は、２以上の構成フィルムを含んでなる多層光学フィルムであって、構成フィルムの少なくとも１つが上面と下面を有し、上面が一連の光学的構造及び複数の隆起スペーシング構造を含み、下面は実質的に平面状であり、これらの構成フィルムが構成フィルム間に配置された１以上のギャップを含む単一のフィルム構造物をなすように接合されている多層光学フィルムを提供する。本発明は、構成光学フィルム自体に接合構造を組み込むことによって作用する（図１参照）。これらの接合構造は、構成光学フィルムの一部をなす隆起スペーシング構造の形態をとる。隆起スペーシング構造は、隣り合った光学表面部分同士を隔てるように作用する。場合によっては、（１以上の光学表面に対する）外部光学媒質が低い屈折率を有するときに個々の光学フィルムがより効果的に機能するので、かかる分離は望ましい。軽いガス（空気など）及び真空がかかる屈折率の低い媒質のよい例である。接合構造によって、関連する構成光学フィルムの表面の大部分は外部光学媒質があたかも空気であるかのような挙動を示すようになり、併せて、隣接する基板を実質的に固定して結合できるようになる。後者の属性は、隆起スペーシング構造のない積層フィルムで見られるよりも強固で環境に対し丈夫な構造物を与える。

本発明は多層光学フィルムを提供する。多層光学フィルムは複数の層（「構成フィルム」と呼ばれる）を含むが、各々フィルムの上面と下面を有する構成フィルムを少なくとも２つ（第一のフィルム及び第二のフィルム）有するべきである。第一のフィルムのフィルム上面は、通例、（例えばエンボス加工により）フィルム上面に形成された一連の光学的構造と、第二のフィルムの下面に接触して多層フィルム構造物を得るための複数の隆起スペーシング構造とを含んでおり、第一のフィルムの光学的構造は第一のフィルムの隆起スペーシング構造で生じたギャップによって第二のフィルムの下面から隔てられている。ここに記載した実施形態では、第一のフィルム（ここでは「基礎フィルム」という）の下面は光学的に平坦な基準レベルを与えるように実質的に平面状である。接合後の構成フィルムは、構成フィルム間に配置された１以上のギャップ（又は空隙又は間隔）を含む単一のフィルム構造物をなす。

構成フィルム上の光学的構造は、凸面状光学的テクスチャー、凹面状光学的テクスチャー及びプリズム状光学的テクスチャーを始めとする有用な光学的テクスチャーであればよい。個々の構成光学フィルムは、個々の構成フィルムの光学的構造が垂直、水平、その他の傾斜又はこれらの組合せに配置されるように並べることができる。

本発明の多層光学フィルムに存在する隆起スペーシング構造は、ある構成フィルムの光学的構造を隣接する構成フィルム層から隔てることのできるものであれば、どんな構造からなるものでもよい。隆起スペーシング構造としては、柱状構造、ビーム構造、角柱構造、ドーム構造、ビード構造、扁平ビード構造、くさび構造及びこれらの組合せが挙げられる。一実施形態では、構成光学フィルムは１以上の柱状構造及び１以上のビーム構造を共に含む。一実施形態では、構成光学フィルムはテーパー付き円錐状の構造を有する１以上の柱状構造を含む。隆起スペーシング構造は、ランダムに、規則的に、又はランダムと規則的の組合せでフィルム表面に設けることができる。通例、隆起スペーシング構造は、隆起スペーシング構造を含む構成フィルム面の表面積の約１〜約５０％、好ましくは約５〜約２５％、さらに好ましくは約５〜約１０％を占める。

良好な設計、積み重ね及び剛性の観点から、隆起スペーシング構造は光学的構造に対して最適の高さを有する。このような最適高さは、通例約０．１〜約２０ミクロンである。別の実施形態では、高さは約０．１〜約１０ミクロンである。さらに別の実施形態では、高さは約０．１〜約５ミクロンである。本発明の多層光学フィルムの一つのグループでは、積み重ねの支持は構成フィルムの隆起スペーシング構造に１以上の柱状構造が存在することに依存している。

加工及び積層の便宜上、構成フィルムは約０．００６〜約５ミリメートル、好ましくは０．０２５〜０．４ミリメートル、さらに好ましくは０．０８〜０．２ミリメートルの厚さを有するべきである。厚さが０．０５ミリメートル（５０ミクロン）未満の構成フィルムは、一般に適度の剛性をもつ多層光学フィルムを与えるのに十分な剛性に欠け、厚さが５ミリメートルを超えるる構成フィルムは、多層光学フィルムを使用する光学装置に通例要求されるる値を大幅に超える総合厚さの多層光学フィルムを生じるであろう。

一態様では、本発明は、構成フィルムが光学的テクスチャー（例えば、エンボス加工されたプリズム構造）と隆起スペーシング構造とを含む平坦でない表面形態をフィルムの１以上の表面に有する多層光学フィルムを提供する。構成フィルムのこのような平坦でない表面形態の結果、このような複数の構成フィルムで構成された多層フィルム構造物は、多層光学フィルム構造物中の隣接フィルム層間に封じ込まれたギャップを含む。本発明の目的には、かかるギャップは「ギャップ」、「スペーサー」又は「空隙」のような様々な互換的名称で呼ばれる。ギャップは、装置設計者の選択又は必要条件に応じて、空気、不活性ガス、「反応性」ガス、流体蒸気、流動物質、ゲル、或いは固体粒子又はモノリスを含み得る。

通例、所定の構成フィルムの光学的テクスチャーは、隆起スペーシング構造の存在で生じたギャップによって隣接構成フィルムから隔てられる。（この条件はすべての場合に満たされるわけではない。例えば、構成フィルムが多層光学フィルムの最も外側の構成フィルムである場合である。）。構成フィルムの光学的テクスチャーの寸法に関しては、構成フィルム内の基準レベルに対する光学的テクスチャーの転写構造の高さは互いに等しくても等しくなくてもよい。例えば、多層光学フィルム中の構成フィルムが平滑表面と表面形態が平坦でない表面とを共に有する場合には、平滑表面は、表面形態の平坦でないフィルム表面上の転写構造の高さを測定するための基準レベルとすることができる。同様に、構成光学フィルム中に存在する隆起スペーシング構造の高さに関しては、構成フィルム内の基準レベルに対する隆起スペーシング構造の高さは互いに等しくても等しくなくてもよい。本発明の多層光学フィルムに存在する光学的構造は、通例、アスペクト比によって特徴づけられる。例えば、プリズムが周期的に配列した光学的構造に関するアスペクト比は、プリズムの高さをプリズムの幅で除した比として定義されるアスペクト比で特徴づけることができる。アスペクト比は百分率で簡便に表される。本発明の光学的構造のアスペクト比は通例約１〜約４００％、好ましくは約５〜約７０％、さらに好ましくは約１０〜約５０％の範囲内にある。通例、光学的構造がフィルム表面に周期的に配列している場合、その周期は約１５〜約２００ミクロンの範囲内の寸法を有する。ただし、用途によっては、周期は０．０１ミクロン程度の寸法を有していてもよい。

本発明の多層光学フィルムの接合機構及び全体構造は、多層光学フィルムが通例動作する使用環境に耐えるのに十分な強さのものでなければならない。さらに、これらは例えば輸送や貯蔵中に遭遇する可能性のある一段と過酷な条件にも耐えなければならない。通常、かかるフィルムは、例えば高温（８５℃で１０００時間）、湿度（６５℃及び相対湿度９５％で１０００時間）、熱サイクル（−３５〜８５℃、１００サイクル、１時間保持、１５分での直線的移行）及び熱衝撃（−３５〜８５℃、３２サイクル、１時間保持、２０秒での直線的移行）などの老化試験に付される。場合によっては、多層光学フィルムに圧力逃がし機構を設けるのが望ましいこともある。そうした場合、隆起スペーシング構造で生じたギャップを「開放セル」型のものとしてもよい。開放セル型のギャップは、隆起スペーシング構造が「ビーム」形状ではなく「柱」形状のときに得られる。開放セル型のギャップは、隆起スペーシング構造が「ビーム」の形状であるが、構成フィルム内で基準レベルに対して不規則な高さを有する場合にも得られる。用途によっては、多層光学フィルムのギャップを「密閉セル」構造とするのが有利な場合もある。密閉セル構造を有する多層光学フィルムでは、内部のギャップ（セル）から多層光学フィルムの縁端への自由通路は実質的に存在しない。密閉セルを有する多層光学フィルムでは、ギャップは他の物質（例えば、機能性流体）を封入のに使用できる。

ギャップの両側に平坦な表面と別の平坦な表面が隣接していると、視認し得る光学的干渉効果を生じるが、これは、ギャップ厚さの僅かな変化がニュートンリング干渉じまとして認められる不都合な現象を引き起こしかねないからである。これを回避するため、表面間のギャップを光源のコヒーレンス長より大きく（通例は数ミクロン以上に）すべきである。

構成光学フィルムの光学的構造は、等方性であっても等方性でなくてもよい。加えて、構成光学フィルムの隆起スペーシング構造は、等方性であっても等方性でなくてもよい。隆起スペーシング構造を光学的構造に対して整列させる必要はない。ただし、隆起スペーシング構造を光学的構造の形態に似たものとするのが有利なこともある。

本発明の多層光学フィルムの構成フィルムは、複数の隆起スペーシング構造を含む。ある構成フィルムについて、隆起スペーシング構造が同一のタイプ又はデザインのものである必要はない。１つの構成フィルム中に２種以上の隆起スペーシング構造が存在する場合、隆起スペーシング構造は完全に異なるデザインや寸法を有していてもよいし、光学的構造に対して異なる配向を有していてもよい。

一態様では、本発明は多層光学フィルムの製造方法も提供する。多層光学フィルムの製造方法は以下の段階を含んでなる。
（ａ）段階Ａ：構成フィルムに転写すべき微細構造をツール上に設ける。
（ｂ）段階Ｂ：ツール上の構造を成形、スタンピング又はエンボス加工でフィルムに転写するか、或いはフィルムとツールとの間に硬化性液状樹脂を塗布し、次いで樹脂を硬化させることで転写を行う。
（ｃ）段階Ｃ：構成フィルムは数多くの方法で接合できる。例えば、隆起部分又は平坦表面に接着剤を塗布してフィルム同士をプレスするか、液体又は溶剤蒸気に暴露して隆起部分又は平坦な表面を軟化させてからフィルム同士をプレスするか、或いはフィルムを積み重ねてからフィルム同士を振動溶着すればよい。接着剤としては、ＵＶ硬化性接着剤、感圧接着剤又はこれらの組合せがある。

段階Ｃに関しては、個々の構成フィルムを結合するための接合機構としては、超音波溶着、溶剤溶着、隆起スペーシング構造の上面への接着剤の使用、及び隆起スペーシング構造に接触する平坦表面への接着剤の使用のような接合技術が挙げられる。本発明の一実施形態では、構成フィルムの平坦表面に感圧接着剤を塗布し、隣接フィルム層の隆起スペーシング構造に接合する。

図１に示す実施形態では、プリズム構造５５を有する光学的テクスチャー２５と隆起スペーシング構造３０とを有する個々の構成フィルム１０を複数積み重ねて、接合多層光学フィルム５が得られる。多層光学フィルムでは、ビーム構造５０又は柱状構造４５を有する隆起スペーシング構造３０は、通例約０．１〜約２０ミクロンの範囲内の高さ６０を有する。多層光学フィルムでは、構成フィルム層１０はそれらの間にギャップ４０が封じ込められており、ギャップ４０は開放セル型のものでも、密閉セル型のものでもよく、密閉セルは空気その他の流体を含んでいてもよい。

図２に示す実施形態では、個々の構成フィルム１０はフィルムの上面１５に平行でない隆起スペーシング構造３０が設けられている。フィルムの平滑な下面２０は、上面１５に設けられた光学的構造２５の高さを判定するための基準レベルとして使用できる。２つの隣接した隆起スペーシング構造３０間には開放セル型のギャップ４０が示されている。

図３（端面図及び上面図）に略示する実施形態では、個々の構成フィルム１０は、平行ビーム５０の形態の隆起スペーシング構造３０を上面１５に有し、柱状構造４５を下面２０に有するものとして描かれている。図３は、隆起スペーシング構造をフィルムの上面と下面の両面に有し、光学的構造を上面と下面の一方又は両面に有する光学フィルムである本発明の一態様も示している。

図４に略示する実施形態では、光学的構造２５を有する個々の構成フィルム１０を複数積み重ねて、接合多機能又は多層フィルム５が得られる。スペーサー高さ６０は約０．１〜２０ミクロンである。フィルムの積層又は接合は接合構造３０の位置で行われる。

本発明の光学フィルムの光学的構造は、高度に規則的なフィルム表面構造でも、ランダムに設けられたフィルム表面構造でもよく、構造としてはプリズム状、レンズ状、及びビード状の構造が挙げられる。一実施形態では、光学的構造は「サンドブラスト処理」した原型からフィルムに転写したランダム粗面からなる。

以下の実施例は、特許請求の範囲に記載した方法をいかに実施し評価するかの詳しい説明を当業者に提供するために記載するものであり、本発明者らが発明として把握している範囲を限定するものではない。

実施例１：接合多層複合フィルムの製造方法
厚さ約０．１ミリメートルのポリカーボネートフィルムを用いて、＃１、＃２及び＃３の３種のフィルムを作製する。フィルム＃１（基礎フィルム）では、サンドブラスト処理した原型を用いてランダム粗面化テクスチャーを上面にエンボス加工し、フィルム下面の全表面積の約２０％を占める連続平行ビームの形態を有する一連の隆起スペーシング構造を下面にエンボス加工する。フィルム＃２は、ポリカーボネート原料フィルムをエンボス加工して、平滑な下面とエンボス加工した上面とを有するポリカーボネートフィルムを得ることによって作製する。エンボス加工面の構造を金属原型からポリカーボネートに転写して、実質的に平坦な上面を有する隆起リッジ間にプリズム構造が交互に規則正しく並んだエンボス加工面を上面に得る。隆起リッジの上面はプリズム構造の最高点よりも約５ミクロン高い。エンボス加工構造は、フィルムの表面の一方向に配列している。フィルム＃３は、フィルム＃２と同様に作製されるが、ランダムな粗面化上面と平滑な下面とを有する。次いで、フィルム＃２及び＃３のそれぞれの平滑な下面に感圧接着剤を塗布する。フィルム＃１〜＃３の各々を、約４００ｍｍ×約４００ｍｍの寸法の正方形にカットする。次に、カットした正方形フィルムを以下のようにして接合する。まず、フィルム＃２の下面をフィルム＃１の上面に接するように配置して、露出した上層を有する二層構造物を得る。次に、フィルム＃２からカットした２枚目の正方形の感圧接着剤を塗布した下面を二層構造物の上層に接触させて三層構造物を得る。このフィルム＃２の第二の正方形は、使用したフィルム＃２の各正方形のエンボス加工構造（プリズム及び隆起リッジ）の軸線がほぼ直交するように配置する。最後に、フィルム＃３のカットした正方形の感圧接着剤を塗布した下面を三層構造物の上面に接触させて、３種類のフィルムが四層構造をなすように配置された積層構造物を得る。次いで、感圧接着剤を活性化するのに十分な圧力を積層構造物に加えて層同士を接合して、接合多層複合フィルムを得る。

以上、特に好ましい実施形態に関して本発明を詳しく説明してきたが、当業者には、本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱せずに変更や修正を行い得ることが理解されよう。

構成フィルム及びかかるフィルムの接合多機能光学アセンブリの一実施形態を示す略図である。構造化構成フィルムの別の実施形態を示す略図であって、隆起スペーシング構造及びスペーシング構造間の開放セル（又はギャップ）を示している。構造化構成フィルムの第三の実施形態を示す略図であって、隆起スペーシング構造（柱状構造）を示している。構成フィルムから形成された接合多機能光学フィルムアセンブリの第四の実施形態を示す略図であって、構成フィルム（平面フィルムを含む）と共に接合構造及び光学的構造を示している。

符号の説明

５多層光学フィルム
１０構成フィルム
１５上面
２０下面
２５光学的構造
３０隆起スペーシング構造
４０ギャップ
４５柱状構造
５０ビーム構造
５５プリズム構造
６０高さ

Claims

２以上の構成フィルム（１０）を含んでなる多層光学フィルム（５）であって、該構成フィルムの少なくとも１つが上面（１５）と下面（２０）を有し、上面（１５）が一連の光学的構造（２５）及び複数の隆起スペーシング構造（３０）を含み、下面（２０）は実質的に平面状であり、これらの構成フィルム（１０）が構成フィルム間に配置された１以上のギャップ（４０）を含む単一のフィルム構造物（５）をなすように接合されている多層光学フィルム（５）。
光学的構造（２５）が凸面構造である、請求項１記載の多層光学フィルム（５）。
光学的構造（２５）が凹面構造である、請求項１記載の多層光学フィルム（５）。
光学的構造（２５）がプリズムである、請求項１記載の多層光学フィルム（５）。
隆起スペーシング構造（３０）が１以上の柱状構造からなる、請求項１記載の多層光学フィルム（５）。
隆起スペーシング構造（３０）が光学的構造（２５）に対して約０．１〜約２０ミクロンの高さ（６０）を有する、請求項１記載の多層光学フィルム（５）。
ギャップ（４０）が固形物質、流動物質又はこれらの組合せを含む、請求項１記載の多層光学フィルム（５）。
隆起スペーシング構造（３０）が光学的構造（２５）と等しい高さ（６０）を有する、請求項１記載の多層光学フィルム（５）。
隆起スペーシング構造（３０）が一定の面積を占め、該面積は隆起スペーシング構造（３０）が設けられたフィルム表面の全面積の百分率として定義され、該百分率が約１〜約５０％の範囲内にある、請求項１記載の多層光学フィルム（５）。
２以上の構成フィルム（１０）を含んでなる多層光学フィルム（５）の製造方法であって、該構成フィルム（１０）の少なくとも１つが上面（１５）と下面（２０）を有し、上面（１５）が一連の光学的構造（２５）及び複数の隆起スペーシング構造（３０）を含み、下面（２０）は実質的に平面状であり、構成フィルム（１０）が構成フィルム（１０）間に配置された１以上のギャップ（４０）を含む単一のフィルム構造物（５）をなすように接合されており、当該方法が、１以上の微細構造形成ツールを用いて複数の構成フィルム（１０）を製造し、構成フィルム（１０）を接合して多層光学フィルム（５）を得ることを含んでなる方法。
前記接合が、平面状の表面（２０）、隆起スペーシング構造（３０）又はその両方に接着剤又は溶剤を塗布し、構成フィルム（１０）を積み重ねて構成フィルムの積層物を得、構成フィルムの積層物に圧力を加えて多層光学フィルム（５）を得ることからなる、請求項１０記載の多層光学フィルム（５）の製造方法。