JP2005140967A - 光拡散板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大面積の感光材料に短時間で露光でき高品質の光拡散板が製造可能な光拡散板の製造方法を提供する。
【解決手段】スペックルパターンに変調されたコヒーレント光を用いて、基板上に形成された感光性媒体を露光、現像および固定化することにより、その表面に微細かつランダムな凹凸形状を有する微細彫刻面を形成し、該微細彫刻面を利用して光拡散板を製造することよりなる光拡散板の製造方法において、前記コヒーレント光の光源が可視光領域のレーザ１であり、かつ前記感光性媒体が可視光に高い感度を有するネガ型フォトレジストであることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大画面の光拡散板の製造方法に関するものである。

近年、会議等において発言者が資料を提示する方法としてオーバヘッドプロジェクターやスライドプロジェクターが広く用いられている。また、一般家庭においても液晶を用いたビデオプロジェクターや動画フィルムプロジェクターが普及しつつある。これらのプロジェクターの映写方法は光源から出力された光を、例えば透過形の液晶パネル等によって光変調して画像光を形成し、この画像光をレンズ等の光学系を通して出射してスクリーン上に映写するものである。

例えば、スクリーン上にカラー画像を形成することができるプロジェクター装置は、光源から出射された光線を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に分離して所定の光路に収束させる照明光学系と、この照明光学系によって分離されたＲＧＢ各色の光束をそれぞれ光変調する液晶パネル（ライトバルブ）と、液晶パネルにより光変調されたＲＧＢ各色の光束を合成する光合成部とを備え、光合成部により合成したカラー画像を投射レンズによりスクリーンに拡大投影するようになっている。

また、最近では光源として狭帯域三原色光源を使用し、液晶パネルの代わりにグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ：Grating Light Valve）を用いてＲＧＢ各色の光束を空間変調するタイプのプロジェクター装置も開発されている。

上述したプロジェクター装置においては、投影像を見るためにプロジェクター用スクリーンが用いられる。このプロジェクター用スクリーンには大別して、スクリーンの表側から投影光を照射して当該投影光のスクリーンでの反射光を見るフロントプロジェクタ用スクリーンと、スクリーンの裏側から投影光を照射してスクリーンを透過した光をスクリーンの表側から見るリアプロジェクタ用スクリーンとがある。いずれの方式のスクリーンにおいても視認性の良好な広視野角のスクリーンであることが要求される。

そのため、いずれの方式においても一般にスクリーン表面に光を散乱させる光拡散板が設けられており、この光拡散板により画像光が均一にしかも画面の有効領域全体へ拡散射出されるようになる。

この光拡散板の製法として、従来から樹脂粒子を樹脂バインダーへ分散したものを透明基材に塗布する方法、微小な凹凸を機械加工した金型から紫外線硬化樹脂などを用いて形状転写する方法などがあった。

また、コヒーレント光束を粗面に照射した際に生成されるスペックルパターンを感光材料に形成する方法も従来から用いられている（例えば、特許文献１，２参照。）。特にこの手法は個々のスペックルパターンを微小レンズに見立てて効果的な光拡散が得られるだけでなく、形状がランダム配置されるため、モアレ模様や光干渉による色づきが発生しない利点があり極めて有用である。

スペックルパターンを感光材料に形成する方法を用いた光拡散板の製造は、つぎのような工程により行われる。
（ｓ９１）基材上に感光性媒体として、例えば重クロム酸化ゼラチン（ＤＣＧ）などの感光性媒体を設けた感光基板を用意し、その感光性媒体にスペックルパターンに変調されたレーザ光を露光した後に現像・固定化する。なお、１回の露光エリアの面積は１〜数１０ｃｍ^２であることから、露光工程では感光性媒体の露光対象部分をずらしながら繰り返して感光性媒体全面の露光を行う。また、ポジ型フォトレジストを用いた場合には、現像したとき露光エリアは除去され、非露光エリアはそのまま残るようになる。これにより、前記スペックルパターンに対応する凹凸形状の微細彫刻面が表面に形成された感光基板となる。
（ｓ９２）ステップｓ９１で作製された感光基板の表面に、例えば紫外線硬化型のエポキシ樹脂を塗布し、硬化させて感光基板表面の凹凸を転写させた樹脂製の型を作製する。
（ｓ９３）ついで、その樹脂製型の表面に導電化処理を施して導電層を形成し、その導電層を陰極として電鋳加工を行い、メタルマスターを作製する。このとき、導電化処理として銀鏡処理、無電解メッキ処理、真空蒸着処理、スパッタリング処理などにより金属等の導電層を形成する。また、電鋳加工として、例えばニッケルを所定厚みに電着させ、その電着ニッケル層から樹脂製型を脱型して金属電鋳のメタルマスターを得る。
あるいは、ステップｓ９２の工程を省略し、ステップｓ９１で作製された感光基板にステップｓ９３の処理を施してメタルマスターを直接形成してもよい。
（ｓ９４）ステップｓ９３で作製されたメタルマスターに基づいて、例えば熱成形のプラスチックフィルムに型押しするなどして光拡散板を製造する。

特開昭５３−５１７５５号公報 特開２００１−１００６２１号公報

しかしながら、上記スペックルパターンを感光材料に形成する方法では、効率的な光拡散板の製造は困難であり、とくに最近のスクリーンサイズに対応した、対角線の長さ８０〜１００インチ程度の大画面サイズの光拡散板を作成することは、非常に困難であった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、大面積の感光材料に短時間で露光でき高品質の光拡散板が製造可能な光拡散板の製造方法を提供することを目的とする。

発明者らは、従来の製造方法において、コヒーレント光の光源にはレーザが使用されるが、その波長と出力に制限があり、さらに露光する感光材料の感度が低いことが上記問題の原因であることを掴んだ。すなわち例えば、光源にアルゴンイオンレーザ（波長３３４〜３６４ｎｍ、出力２５ｍW）、感光性媒体にポジ型液状レジストを用いた場合、一回の露光で記録できるサイズはおよそ３０ｍｍ×３０ｍｍで、露光時間はおよそ１０分必要となる。仮にこの条件で１００インチのサイズを達成しようとすると、すべてを露光し終わるのに２０日以上を要する計算になり、およそ現実性が乏しいものであった。また、露光時間が長いことは、その間の振動やゴミなどによりノイズを受けやすくなることにも繋がり、品質の低下を引き起こす原因にもなっていた。そこで、発明者らはそれらの問題点を解決すべく、鋭意検討を行った結果、本発明を成すに至った。

すなわち、前記課題を解決するために提供する本発明は、スペックルパターンに変調されたコヒーレント光を用いて、基板上に形成された感光性媒体を露光、現像および固定化することにより、その表面に微細かつランダムな凹凸形状を有する微細彫刻面を形成し、該微細彫刻面を利用して光拡散板を製造することよりなる光拡散板の製造方法において、前記コヒーレント光の光源が可視光領域のレーザであり、かつ前記感光性媒体が可視光に高い感度を有するネガ型フォトレジストであることを特徴とする光拡散板の製造方法である。

ここで、前記微細彫刻面が形成された基板を用いて該微細彫刻面が転写された電鋳金型を製造し、次いで該電鋳金型を用いて直接または間接に光拡散板を製造することが好ましい。

また、本発明において、対角線の長さが８０インチ以上の光拡散板を製造することが好ましい。
また、前記レーザがアルゴンイオンレーザであることが好ましい。

本発明によれば、大面積の感光性媒体への露光を短時間で行うことができるため、大画面で高品質の光拡散板の製造が可能となる。また、拡散角に異方性をもつ大画面の光拡散板の製造も可能である。

以下に、本発明に係る光拡散板の製造方法の実施の形態について説明する。
図１は、光拡散板の製造工程のうち、露光工程における露光状態の構成図である。
露光工程において、スペックルパターンに変調されたコヒーレント光を用いて、基板上に形成された感光性媒体が露光される。すなわち、レーザ１から出射されたレーザ光は対物レンズ２を経た後、マスター拡散体３を通過することにより、スペックルパターンに変調されたコヒーレント光となり、感光基板４に露光される。

本発明で使用されるレーザ１は、可視光領域にあるレーザである。本構成において、レーザ光の波長は後述する感光性媒体の感度がなるべく高くなるように設定すると同時に、十分に大きな出力を確保する必要がある。本発明において、アルゴンイオンレーザ、クリプトンイオンレーザ、ＤＰＳＳレーザが使用可能であるが、波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザが特に好適である。また、出力は大きいほど露光時間を短縮することができ、１Ｗ以上のものが好ましい。
また、対物レンズ２は、従来公知のものでよい。

マスター拡散体３は、レーザ光をスペックルパターンに変調するためのものであり、例えば従来公知のすりガラス、レンズ状拡散体、アセテート拡散体などでよい。マスター拡散体３の拡散角が大きすぎたり、光透過率が低かったりすると、感光基板４への単位面積あたりの露光量が低下し、一回当たりの露光時間が長くなってしまうため好ましくない。また、拡散角が小さすぎると、一回当たりの露光面積が小さくなってしまうため、大面積を露光しようとすると結果的に長時間を要することになる。このため、マスター拡散体３の拡散角は、透過光強度の半値幅として１０〜６０°程度が好ましい。

感光基板４は、基板上に感光性媒体が形成されたものである。
本発明で使用される感光性媒体は、可視光に高い感度を有するネガ型フォトレジスト層である。ネガ型フォトレジスト層には、例えば、光重合性材料が好ましく、とくにアクリルモノマーあるいはメタクリルモノマーをベースにした光ラジカル重合性材料が高感度となるため好ましい。本発明において、レーザ１から出射されるレーザ光の波長領域で高い感度を有することが好ましく、例えば、アルゴンイオンレーザの波長４８８ｎｍのレーザ光に対して、１０ｍＪ／ｃｍ^２以下がよい。

以上の構成により、連続発振型で出力１Ｗ超の可視光領域のレーザと、可視光に高い感度を有するネガ型フォトレジストとの組み合わせであれば、１回当りの露光時間を数秒〜数１０秒に短縮することが可能となり、従来に比べて大幅な時間短縮ができる。

ついで、上記工程により露光された感光基板４の感光性媒体について所定の現像・固定化の処理が行われることにより、その表面に微細かつランダムな凹凸形状を有する微細彫刻面が形成される。この微細彫刻面を利用して光拡散板を製造すればよい。
上記に示した本発明は、感光基板上の感光性媒体に露光する工程に特徴を有するものであるため、それ以降の工程については、上記微細彫刻面から光拡散板を製造する方法であれば、どのような製造方法にも本発明の適用が可能である。例えば、微細彫刻面が形成された基板を用いて該微細彫刻面が転写された電鋳金型を製造し、次いで該電鋳金型を用いて直接または間接に光拡散板を製造する方法でよい。

ところで、上記光拡散板により広視野角のスクリーン映像とすることができるが、光を等方的に拡散させるため、視野角が広くなる反面、光の利用効率が低く、スクリーン画面全体が暗くなり、室内の照明を落とす必要があった。光を効率良く利用するためには、視聴者のいる方向に拡散光を集中的に振り向ける必要があり、例えば視聴者の目線の高さが揃っている垂直方向には拡散角を小さくし、着座位置に広がりがある水平方向に対しては拡散角を大きくするなどの工夫が考えられる。このため、水平／垂直方向に異なる拡散角を示す、いわゆる異方性拡散体が必要とされる。

図１の本発明の構成において、対物レンズ２とマスター拡散体３との間に必要に応じて、光不透過性シート素材に適当な開口部を設けたアパチャーを設置することにより、拡散異方性をもつ拡散板とすることができる。すなわち、この開口部の形状や大きさによってスペックルパターンの平均単位形状やサイズを自由にコントロールすることができ、これによって製造される光拡散板の拡散異方性を任意に設計することが可能である。

以下に、本発明の実施例を説明する。なお、本実施例は例示であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１において、拡散異方性を付与するためのアパチャーを追加した構成で露光処理を行った。その露光条件を以下に示す。
（１）光源：アルゴンイオンレーザ（スペクトラフィジックス社製ＳＴＡＢＩＬＩＴＥ２０１７、波長４８８ｎｍ、出力１Ｗ）
（２）マスター拡散体（スペックル変調用拡散板）：すりガラス（透過光強度の半値幅２０°）
（３）アパチャー：３０ｍｍ×１０ｍｍ
（４）感光基板：
ｉ）基板：ＰＥＴフィルム（厚み１２５μｍ）サイズ 対角線の長さ８０インチ
ii）感光性媒体（フォトレジスト）：可視光対応ネガ型ドライフィルム（デュポンＭＲＣドライフィルム社製ＦＭＡ１０７、厚さ２５ミクロン）
（５）露光有効エリア：５０×５０ｍｍ
（６）露光時間：１０秒

この感光基板を用いて上記露光条件で露光した後、炭酸ナトリウム１．０％溶液で現像を行った。その後、十分に水洗した後、温風乾燥してスペックルパターンに対応した凹凸形状の微細彫刻面を形成した。

このようにして作製した微細彫刻面へアルミ蒸着を行い、ついでＮｉからなる電鋳層を形成して、メタルマスターを作製した。

こうして得られたメタルマスターを用いて熱可塑性透明樹脂シートと重ねて熱プレスを行い、光拡散板の製品を得た。

得られた光拡散板をゴニオメータで測定した拡散角は、透過光強度の半値幅として水平方向５２°、垂直方向１４°であった。

（実施例２）
以下の条件で光拡散板を作製した。
（１）感光基板：
ｉ）基板：ＰＥＴフィルム（厚み１２５μｍ）サイズ 対角線の長さ８０インチ
ii）剥離層：アクリル系樹脂（塗布厚１〜２μｍ）
iii）感光性媒体：ネガ型ドライフィルム（デュポンＭＲＣドライフィルム社製ＦＭＡ１０７、厚さ２５μｍ）

ここで、基板のＰＥＴフィルムに剥離層としてアクリル系樹脂をグラビアコータにて塗布乾燥した後、その表面に感光性媒体として上記ドライフィルムを約１００℃でラミネートして感光基板とした。

ついで、この感光基板を用いて、図２に示す露光機構の構成で露光を行った。図２において、レーザ１４から出射されたレーザ光は対物レンズ１５、シリンドリカルレンズ１６を経た後、マスター拡散体１７を通過することにより、干渉光（スペックルパターンに変調されたコヒーレント光）となり、感光基板１０に露光される。
また、その際に図３に示すように感光基板１０の感光性媒体１２面をマスター拡散体１７側に撓ませて露光を行った。すなわち、基板１を撓ませることにより感光性媒体２をマスター拡散体７の中心に対して略円弧状に設置し、マスター拡散体７からの距離ｚを可能な限り感光性媒体２の平面内で一定とした。
露光条件を以下に示す。

（２）露光条件
ｉ）光源：アルゴンイオンレーザ（スペクトラフィジックス社製ＳＴＡＢＩＬＩＴＥ２０１７、波長４８８ｎｍ、出力１Ｗ）
ii）マスター拡散板：すりガラス（透過光強度の半値幅２０°）
iii）マスター拡散体と感光基板との距離：６００ｍｍ
iv）マスター拡散体上の投影形状（マスクにて調整）：横×縦＝６０ｍｍ×１０ｍｍの長円
v）感光基板曲げ形状：横方向マスター拡散体中心に対してＲ６００ｍｍに湾曲
vi）露光時間：１０秒

上記露光条件で露光した後、液温２８℃の炭酸ナトリウム１．０％溶液をスプレー圧１．５×１０^５Ｐａでスプレーして現像を行った。その後、十分に水洗した後、温風乾燥してスペックルパターンに対応した凹凸形状の微細彫刻面を有する感光基板を得た。
ついで、この感光基板は厚み０．１６０ｍｍ前後であり剛性に欠けるため、紫外線硬化性接着剤を用いてその裏面に厚み２ｍｍのアクリル基板を接着して剛性を増し、その後の処理の利便性を図った。

このようにして作製した感光基板表面へ硝酸銀水溶液と還元剤水溶液を二筒式スプレー法により塗布し、銀鏡反応により導電化処理を行い、導電層としてＡｇ層を形成した。
電鋳工程ではスルファミン酸ニッケル水溶液浴中にて、上記導電層を陰極としてニッケル電極との間に直流電流を通電して電着層としてＮｉ層を厚さ５ｍｍ電着した。

電着終了後、端面の研磨工程を経て第１電鋳層とし、アクリル基板を１２０℃に加熱して剥離層を溶融して層間剥離させることにより、基板を分離した。ついで、６０℃、５％の水酸化ナトリウム水溶液により感光性媒体及び中間層の残存物を膨潤剥離した。

つぎに第１電鋳層の表面に付着している導電層は除去せずに、上記第１電鋳層の場合と同様の手順にて第２電着層としてＮｉ層を形成した。
ついで、導電層を層間剥離させることにより、第２電鋳層を第１電鋳層から分離し、さらに第２電鋳層に付着している導電層の残存物を除去した。

こうして得られた第２電鋳層をマスターの電鋳金型としてサブマスターの電鋳金型を作成し、これにアクリル系紫外線硬化型樹脂を塗布した後、紫外線照射により硬化させて対角線の長さ８０インチの光拡散板の製品を得た。

上記のように、大面積の感光性媒体への露光を短時間で行うことができるため、大画面で高品質の光拡散板の製造が可能であり、かつ電鋳金型製造時に第１世代電着後に導電層に残存している形状を崩すことなく感光性媒体を除去することができ、引き続き施される第２世代電着によって原型（感光基板の凹凸パターン）に忠実な電鋳金型を得ることが可能であった。またそのため、光拡散板のどの場所においても放出される光が目的の視野内に指向せしめるように制御された高く均一な輝度やゲインを有する光拡散板を得ることができた。

本発明に係る光拡散板の製造方法における露光工程における露光機構の構成図である。 実施例２の露光工程における露光機構の構成図である。 図２の拡大構成図である。

符号の説明

１，１４…レーザ、２，１５…対物レンズ、３，１７…マスター拡散体、４，１０…感光基板、１２…感光性媒体、１６…シリンドリカルレンズ

Claims (4)

1. スペックルパターンに変調されたコヒーレント光を用いて、基板上に形成された感光性媒体を露光、現像および固定化することにより、その表面に微細かつランダムな凹凸形状を有する微細彫刻面を形成し、該微細彫刻面を利用して光拡散板を製造することよりなる光拡散板の製造方法において、
   前記コヒーレント光の光源が可視光領域のレーザであり、かつ前記感光性媒体が可視光に高い感度を有するネガ型フォトレジストであることを特徴とする光拡散板の製造方法。
2. 前記微細彫刻面が形成された基板を用いて該微細彫刻面が転写された電鋳金型を製造し、次いで該電鋳金型を用いて直接または間接に光拡散板を製造することを特徴とする請求項１に記載の光拡散板の製造方法
3. 対角線の長さが８０インチ以上の光拡散板を製造することを特徴とする請求項１に記載の光拡散板の製造方法。
4. 前記レーザがアルゴンイオンレーザであることを特徴とする請求項１に記載の光拡散板の製造方法。

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