JP2006504987A - 略平行化された光を生成するための装置及びこの装置を使用して光重合可能な層を硬化する方法 - Google Patents

Abstract

略平行化された光を与えるための装置は、１以上のストリップライトのような細長い光源（１２）と、この光源に隣接して配置されたオープンセル型ハニカムパネル構造体（１４）とを備える。ハニカムパネル（１４）は、その構造体を通して延びる複数の平行経路を与える。これらの経路に略平行な光線は、それらの経路を通過できるが、これらの経路に対してより鋭角に傾斜した光線は、これらのセルの壁によって遮られる。かくして、パネル（１４）を通過した光源（１２）からの光は、前記経路に概ね平行なビームとして出現する。この装置はまたレンズ系（Ａ，Ｂ）を有することもある。

Description

この発明は、略平行化された光を生成するための装置に関するものであって、大きな断面積の略平行化された光のビームを与えることが望まれる環境において特別に有用である。この発明はまた、光学ディフューザーを製造する方法に関する。

細長い面積にわたって略平行化された光の光源を必要とする１つの分野は、光重合可能な材料のシートや層を、光学スクリーンを通して、またはそのようなスクリーンなしに、重合用の光に曝す技術による大面積光拡散スクリーンの製造である。投影スクリーン用に好適な光拡散材料に対する種々の提案が過去になされている。例えば、ＵＳ５８３７３４６は、光拡散スクリーン用に好適な材料を作る方法を開示している。この方法は、光透過性の発光重合可能な材料の層に塗布された質感のある表面を有する物質を提供し、重合用の発光のパターンに曝すことによって光学的特徴を形成する。

ＥＰ０２９４１２２は、光拡散材料を作る方法を開示している。この方法では、光重合可能な材料のシートが、透明な窓または開口のアレイを不透明な背景中に有する光学マスクを通して、重合用の光に曝される。ＥＰ０７６８５６５は、同様な方法を開示している。この方法では、平行化された光は、そのような層に対して斜めに、そのようなマスクまたは変形体を通して、あるいはそのようなマスクなしに、指向される。ＷＯ０２／３９１８４は、シリコーン系材料、例えばアクリル酸シリコーンを組み入れた光重合可能な材料からディフューザーを製造することについて記載している。この場合、光重合可能な材料は、細長い層において、平行化された紫外線に、直接または開口マスクを通して、曝される。

かくして、上記公報に示されているように、例えば光重合可能な系をＵＶ光のような重合用の発光に曝すことによって光学ディフューザーを形成するために、使用される光または他の発光は、平行化、即ちほぼ平行にされる。

ＥＰ０２９４１２２，ＥＰ０７７５９５３，ＥＰ０７６８６５またはＷＯ０２／３９１８４に係る光学ディフューザーを製造する先の方法は、例えば光重合可能な組成物または系を、ＵＶ光のような重合用発光に曝すことを必要とする。この場合、光または他の発光は、レンズによって平行化されている。

ハニカム構造が光を平行化することに使用できことは知られている。ＥＰ０５３１０４５は、認可された車両によって交通信号を遠隔操作することに使用される光信号エミッタアセンブリから発光された光を平行化するために、ハニカム要素を使用する。

本発明の１つの形態における目的は、略平行化された光の改良された光源を提供することにある。

発明のこの形態によって、略平行化された光を与えるための装置が提供される。この装置は、細長い光源と、この細長い光源に隣接して配置された構造体とを備え、この構造体は、その構造体を通して延びる複数の平行経路を与えるものであり、また前記細長い光源からの光は、前記経路を通過して、前記経路に概ね平行なビームとして出現することを特徴とする。この装置は更に、前記構造体の一側面上にレンズ系または光ディフューザー系を備える。

この装置は更に、前記構造体の一側面上の、前記細長い光源の近傍にレンズ系を備えて、前記構造体から出現する光を更に平行化することが好ましい。

本発明のもう１つの形態における目的は、例えば光源の指向性が極めて重要なＬＣＤディスプレイで使用するに好適な光拡散材料を、ＷＯ０２／３９１８４に開示されている方法によって製造する際に、光硬化する改良された方法を提供することにある。

発明のこの形態によって、光重合可能な材料を、その重合を起こすために、例えば光学ディフューザーを製造するために、露光する方法が提供される。この方法は、発明の最初の形態に係る平行化された光の光源を使用して、光重合可能な材料を露光する。

以下、添付図面を参照して、この発明の実施形態が説明される。

図面を参照すると、欧州特許ＥＰ０２９４１２２、ＥＰ０７７５９５３、ＥＰ０７６８５６５または国際公開特許ＷＯ０２／３９１８４に開示されたものと同様の方法によって、光学ＧＲＩＮ（グレーデッド屈折率ディフューザーまたは屈折率変調を示すディフューザー）を製造するために使用される装置は、（例えば図１に示されるように繰り返す詳細な構造を有する）光源１２（図２）の前方に配置されたハニカム要素１４を有する。この要素１４は、光源１２によって発光された光を、概ね平行で非発散性のビームに平行化する。光源１２は、ストリップ光やチューブのようなストリップ光源であって、これまで利用可能なものよりも安価に、光重合可能なシートまたは層の大面積を一度に露光する方法を提供するものであることが好ましい。

本明細書は、光重合可能な所定の材料に言及する。ここで認められるべきことは、電磁放射であるか電子または他の粒子ビームであるかを問わず画像形成能力を有した放射で露光することによって、適切な重合が、所定の材料では効果的であるということである。この明細書における重合性放射の参照は、そのような放射の形態の全てをカバーすることを意図されている。光ポリマーは、紫外光のような光放射による露光時に、選択的に重合されるか、および／または、架橋され得るポリマー／オリゴマー／モノマーを基礎とした画像形成組成物として規定される。ここで使用される「光重合可能」という用語は、光放射への露光時に、重合または共重合して、高分子量の材料、例えばオリゴマー、ポリマーまたは重合材料を製造することが可能なモノマーやオリゴマーのような化学的化合物および、これらの化学的組成物または混合物を指す。

発明の好ましい実施形態におけるコリメータ要素１４は、平行なオープンエンド型セルのハニカムアレイによって形成された概ね平坦なパネルの形態である。セルの各々は、パネルの主表面に直交した壁を有する。これら表面は、セルの壁の自由エッジによって順番に規定されている。コリメータ１４は、所望の断面形状、例えば円形または方形のセルのアレイによって構築され得るが、セルは、６角形の断面であることが好ましい。図２に示された装置において、各セルは、約０．３５ｃｍの対角線寸法と、３〜２０ｃｍの高さ（パネル厚に対応する）とを有する。コリメータパネル１４の全体は、ストリップ光源の長さ及び幅を跨ぐに十分な大きさである。コリメータは、陽極酸化した黒色アルミのような光吸収材料で形成することができる。ハニカムパネル１４の効果は、光源から発光された最も傾斜した光成分（光線）がハニカム壁の表面によって確実に吸収されるようにすること、並びにコリメータ１４の主面に近接して直交し、かくしてハニカム構造のセルの中心軸と平行となる光成分（光線）だけがコリメータを確実に通過できるようにすることである。コリメータ１４を通過する軌道の角度範囲は、コリメータ経路またはセルの高さ、断面構成およびサイズによって決定される。

図２に示された配置において、コリメータ１４を通過する略平行化された光は、ガラス板１８上に支持された光重合可能な材料の層１６（「サンプル」と呼ぶ）を照射する。コリメータ１４は、スペーサ２０によってガラス板１８から支持され得る。発明の本実施形態および他の実施形態において、光源１２とサンプルとの間の距離は、光の平行化を最適化するために、最小化されるべきである。好ましい実施形態において、サンプル１６で受光される平行化された照明の線量は、拡散フィルムを形成するためには、７５０〜８５０ｍＪ／ｃｍ^２の範囲内にあるべきである。

コリメータ１４の作用によって、サンプルに到達する光線の大半は、ほぼ平行に整列される。図３（ａ）および３（ｂ）を参照すると、図１及び２を参照して説明された配置は、（図３（ｂ）に示されるように）下地のシートまたは層１６を照明することに使用されるときに、（図３（ａ）に示されるように）局所化された光源１３を平行化レンズ１５と組み合わせて使用する配置と比べて、より一様な光の到達範囲を与える。何故ならば、シートに到達した光線が同じ距離を進むときに、光学倍率のより一様な分布が結果的に生じるためである（図３（ｂ）と比較せよ）。かくして、シート１６のエッジまで進行した点光源１３からの光は、拡散効果故に、レンズ１５の中心を通ってシート１６の中心に到達する光よりも大きな距離を進行し且つより少ない光学倍率を含むことになる（図３（ａ）と比較せよ）。加えて、図３（ｂ）に示されるように、ストリップ光源１２は、ハニカムコリメータ１４を使用することによって、平行化されたビームを生成するためのレンズと関連して点光源が使用されるときに可能である場合よりも、より一層サンプル１６の近くに配置することができる。

コリメータ１４は、固い材料の板を個々に穴あけ加工して複数の開口を形成することによって製造することができる。この代わりに、このコリメータは、別々のチューブを密集させることによって、あるいは一連の交差する板を使用して方形または矩形の経路の格子を作ることによって製造することができる。このコリメータを製造するもう１つの方法では、波形に形成された薄い金属箔のストリップを、隣接する壁部分が互いに接触するノードにおいて、互いに取り付ける。この発明の実施形態として好ましいコリメータ１４の製造方法では、重複した平坦なストリップをスタック（積み重ね）にして互いに固定する。そのような固定は、ストリップの面に直交する引き込みによってスタックが拡張されたときに、所望のハニカム構造が生成されるように、スタック内で連続したストリップ間に互いにジグザグ配置された横断平行線に沿ってなされる。そのようなコリメータは、例えば好適なプラスチックへの成型によっても形成することができる。上記に示したように、その仕上げ形態において、コリメータのセル壁は、光吸収性、例えばマット仕上げの黒色とすべきである。いくつかの応用では、コリメータパネルの面に対して所定の角度で斜めに傾斜した方向を有することが望ましい。コリメータを通過した発光は、その方向に沿って平行化される。これは、同時に互いに並行であるこれらの面に対して、セルの軸が相応じて傾斜されるように、コリメータパネルを作ることによって達成される。

発明のいくつかの実施形態では、コリメータ１４とランプ１２の間に、波形または通常のレンズまたはプリズム（例えば、ＢＥＦ型フィルムと同様な）のアレイ、あるいはレンズとプリズムの組み合わせような、１以上の要素がある。そのようなレンズまたはプリズムは、光を前方へ集中して、より均質な光パッチ（アレイ中の要素の数と、最後のアレイと光パッチとの間の距離に依存した均一性）を与える。図４に示された発明の１つの実施形態では、線形波形レンズの２つの層ＡおよびＢが、一方が他方の上となるように、光源１２とコリメータ１４との間に設けられている。層ＡおよびＢの主平面は、コリメータ１４の主平面と平行である。層ＡおよびＢは勿論、ＵＶ光を通過させる材料、好ましくはシリカ水晶で作られているが、より好ましくは溶融シリカで作られる。第１の層Ａは、円筒状レンズであって、その中心線は、線形ランプ１２の軸と平行である。第２の層Ｂは、小さな円筒状レンズのアレイであって、それらの中心線は、ランプ１２の軸と直交している。２つのリニア構造が組み合わされるときに（レンズまたはプリズム）、１つの層におけるリニア要素、例えばプリズムのリブまたは円筒状レンズの長手方向は、他方の層のそのような長手方向に直交して配置されることが好ましい。この代わりに、あるいは追加的に、光拡散性シートが、光源とコリメータとの間に介在されてもよい。図４では例解の目的のために、単一の線形光源１２だけが示されているが、実際には、２次元に拡張された光源を提供するために、互いに平行に並んで配置された複数のそのような線形光源が使用される。

ランプ１２とコリメータ１４との間に配置された単一層の水晶体レンズの場合、その層が、図４の層Ｂのレンズと同じように方位付けされた複数のレンズで構成されていることが好ましい。

この代わりに、球状レンズの単一の２次元アレイが、コリメータとランプとの間に配置されてもよい。

もう１つの実施形態では、ガラス、好ましくは石英のプリズム層が、光源１２とコリメータ１４との間に配置される。

発明のいくつかの実施形態では、階調屈折率（ＧＲＩＮ）ディフューザーは、欧州特許第０２９４１２２号または欧州特許第０５３０２６９号に開示されているものと同様の技術によって作られる。この技術では、粘性のある流体または粘着性ゲルのシートまたは層の形態に設けられた、光重合可能な材料、例えばアクリルアミドモノマーの層が、不透明な背景中に複数の光透過性開口を形成した光学マスク上か、光透過性の背景中に複数の不透明なパッチを形成した光学マスク上に塗布される。これらの開口またはパッチは、顕微鏡的なスケールである（典型的には約２ミクロンであり、最大寸法でも約１０ミクロンである）。図５は、そのような光重合可能な層３０の一部が、そのようなマスクの単一のそのような光透過性開口を通して、紫外線に露光されている状態を、より大きな拡大スケールで示している（参照符号３２は、そのような光重合可能な層用の支持基板を示している）。紫外光に選択的に露光されたスポットの領域における重合後に、その材料は、紫外光に対し全体露光されて、その材料の初期の選択露光中に未露光であった残部を硬化する。この材料は、選択露光の前または後に熱処理されることもある。モノマー拡散は、選択された領域が重合用の発光に露される時に起こって（図５参照）、周囲の低い屈折率の材料中にロッドやチューブ構造を形成する高い屈折率の領域を生ずる。図６は、マスク開口の中心軸を基準とした半径方向位置（Ｘ軸）と、結果として得られる重合された構造の屈折率（Ｙ軸）とのグラフである。

欧州特許第０８０１７６７号に開示されているようなマスクは、ガラス板の通常の形態である写真のネガまたは透明性の形態をとることがある。この場合、ガラス板の一方の側面には、不透明な銀粒が含まれたゼラチン層が設けられている。光重合可能な混合物または系は、準備されたマスクのゼラチン面上に直接塗布される。

発明の他の実施形態では、光学グレーデッド（階調）屈折率（ＧＲＩＮ）ディフューザーは、同様ではあるがマスクは使用されないプロセスによって製造される。この場合、光重合可能な混合物または系は、平坦で透明なシートまたはフィルム上に直接塗布される。ＧＲＩＮ構造のディフューザーを、マスクを使用することなく、所定の化学製剤のみで得ることが可能である。国際公開特許ＷＯ０２／３９１８４は、シリコーン アクリレートまたは同様の化合物を含んだ系から、マスクを使用して、または使用しないで、ディフューザー（散乱素子）を製造することについて説明している。

イギリス特許ＵＫ特許出願第０１３０７２６．３号及び国際公開特許ＷＯ０２／３９１８４の明細書に述べられているように、シリコーン系の光重合可能な系が、ほぼ平行化された重合用の発光に曝されると、露光された材料は重合して、ＧＲＩＮディフューザーを形成するということが見出されている。このＧＲＩＮディフューザーは、最初の重合用発光の方向に対応する方向に見たときに、通常のディフューザーとして作用するが、所定の他の方向から見たときは、澄んだ透明シートのように見える。同じ光重合可能な材料は、非平行化光に曝されたときに硬化して、ＧＲＩＮ構造のないフィルムを形成する。

異なる程度の光平行化を使用した異なる結果は、セキュリティ標識の製造に使用できる。かくして、本発明の一実施形態では、光学マスクを通して光重合可能な材料を露光することに使用される重合用発光をほぼ平行化するためのコリメータとして、ハニカム構造が使用される。このマスクは、例えば透明な文字や番号から離れた所では不透明である。このフィルムは、そのような平行化された光への露光後は、ブランケッティング重合用発光に仕向けられて、それまで未露光であった領域を重合する。そのような配置によって、文字や番号は、平行化された光の平行化方向に見たときに実質的に見えなくなる。しかし、適切な傾斜角で見たときは、文字や番号は、澄んだ背景に対してグレイの文字や番号として、あるいは不透明な背景に対して澄んだ文字や番号として見分けられる。

上述したように、本発明に係るハニカム構造コリメータは、ＬＣＤディスプレイや他の光学装置用の、（光重合可能な材料を使用した）グレーデッド屈折率ディフューザーの製造に使用できる。上述したように、発明の装置を使用したグレーデッド屈折率要素の製造では、ハニカム構造コリメータは、コリメータと光源との間に配置された１以上のプリズムと（またはマイクロレンズアレイと、あるいは光ディフューザーとさえも）組み合わされる。上述したように、光学マスクは、必要ではないが、コリメータと光重合可能な材料との間に配置されてもよい。

上記のように製造されたグレーデッド屈折率光ディフューザーは、投影スクリーンやＬＣＤディスプレイのような画像表示装置のコントラストを増強するために使用され得る。上述したように光ポリマーの選択重合によって、例えば光学マスクを通した露光によって、あるいは平行化された発光に光学マスクを使用することなく曝されることによって製造されるそのようなグレーデッド屈折率光ディフューザーは、それらが偏光を維持するという特性を有する。即ち、特定の偏光を有するディフューザーを通過する光は、ディフューザーを出るときに、その偏光を維持し、また特別な偏光を有しないディフューザーを通過する光は、ディフューザーから出るときに、同様に特別な偏光を有しない。この偏光維持特性は、投影スクリーンやＬＣＤディスプレイのような表示装置の効率および品質を強化する。

発明を具体化した装置に組み込まれたハニカム構造の一部を示す断片的斜視図である。 光重合可能なサンプルを硬化することに使用される発明を具体化した装置を示す模式的立側面図である。 平行化された光におけるレンズの効果を（ａ）に、また平行化された光における図１のハニカム構造の効果を（ｂ）に示す。 発明を具体化した装置の主要部を示す分解斜視図である。 開口マスクを通して光重合可能なモノマー層に指向された紫外光の作用を受けたモノマー層の重合を示す、拡大して描かれた模式的断面図である。 図５に示された露光体勢の下で開口マスクを通して露光された光ポリマーの領域の直径に沿った屈折率のばらつきを示す。

Claims (9)

1. 略平行化された光を与えるための装置であって、細長い光源と、この細長い光源に隣接して配置された構造体とを備え、この構造体は、その構造体を通して延びる複数の平行経路を与えるものであり、また前記細長い光源からの光は、前記経路を通過して、前記経路に概ね平行なビームとして出現することを特徴とする装置。
2. 前記構造体の一側面上にレンズ系または光ディフューザー系を更に備える請求項１に記載の装置。
3. １以上のプリズムがコリメータとランプとの間に配置されている請求項２に記載の装置。
4. １以上のリニア水晶体レンズまたはレンズアレイがコリメータとランプとの間に配置されている請求項２に記載の装置。
5. 球状レンズの１以上のアレイがコリメータとランプとの間に配置されている請求項２に記載の装置。
6. マイクロレンズアレイがコリメータとランプとの間に配置されている請求項２に記載の装置。
7. 光重合可能な層を硬化する方法であって、その層を請求項１〜６のいずれかに記載の装置に並置して、前記装置からの略平行化された発光に前記層を曝すことを特徴とする方法。
8. 前記層と平行化装置との間に光学マスクが介在されている請求項７に記載の方法。
9. 前記層は、前記装置から発する略平行化された発光に対し、光学マスク等を介在することなく、直接曝される請求項７に記載の方法。

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