JP2007069603A - パターン形成方法、パターン形成用シート、およびそれを用いて形成される光学機能性シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材層12と、該基材層の片側または両側に表面層11を形成した積層体1に、金型2転写することによって表面層をパターニングするパターン形成方法であって、以下の(A)、(B)の要件を満たすことを特徴とするパターン形成方法。(A)該表面層は、少なくとも微粒子を含むこと。(B)該金型転写に用いられる金型は、金型凸部高さHが表面層膜厚Lより大きく、かつ金型凹部断面積S2が表面層断面積S1より大きい表面形状を有し、積層体の表面層に押しあて金型凸部により前記表面層を貫通させること。
【選択図】図1
Description
「アプライド・フィジックス・レター(Appl.Phys.Lett.)」、チョウら(S.Y.Chou et al.)著、米国、アメリカ物理学会、1995年、第67巻、第21号、p.3314
すなわち、本発明のパターン形成方法は、基材層と、該基材層の片側または両側に表面層を形成した積層体に、金型転写することによって表面層をパターニングするパターン形成方法であって、以下の(A)、(B)の要件を満たすことを特徴とする。
(B)該金型は、金型凸部高さHが表面層膜厚Lより大きく、かつ金型凹部断面積S2が表面層断面積S1より大きい表面形状を有し、積層体の表面層に押しあて金型凸部により表面層を貫通させること。
(4)積層体を構成する基材層及び表面層に含まれるマトリックスが、熱可塑性を示す樹脂を主たる成分とし、表面層のマトリックスのガラス転移温度(以下、Tg1という)+30℃において動的粘弾性測定(以下、DMAという)により得られる表面層の動的貯蔵弾性率E1’と、基材層の動的貯蔵弾性率E2’が、0.001≦E1’/E2’≦1.5を満たすこと。
また、本発明の光学機能性シート(1)は、上述のパターン形成方法によって基材表面に少なくとも微粒子を含む表面層が配列したパターンが形成されることを特徴とする光学機能性シートであって、 拡散して広がった光を一方向に指向させ集光する機能を有することを特徴とするものである。
(B)該金型は、金型凸部高さHが表面層膜厚Lより大きく、かつ金型凹部断面積S2が表面層断面積S1より大きい表面形状を有し、積層体の表面層に押しあて、金型凸部により表面層を貫通させてパターンを形成させること。
基材12上に表面層11を積層させた積層体1および/または転写すべきパターン形状を反転させた凹凸形状を有する金型2を加熱し(図1(a))、積層体1と金型2を接近させ、そのまま所定圧力でプレスし、所定時間保持する(図1(b))。次にプレスした状態を保持したまま降温する。最後にプレス圧力を解放して金型2から成形品3を離型する(図1(c))。
本発明のパターン形成方法において、これまでに記載した動的貯蔵弾性率E’、動的損失弾性率E”、および結晶化エンタルピーΔHccの好ましい値および範囲は、少なくともパターン形成前の積層体を構成する表面層11および基材層12について満たされているのが好ましく、パターン形成後の表面層11および基材層12については、満たす場合および満たされない場合も好ましい態様である。
本発明のパターン形成方法によって得られる光学機能性シート(1)は、拡散して広がった光を一方向に指向させる集光機能を有することを特徴とする。
本発明のパターン形成方法によって得られる光学機能性シート(2)は、拡散して広がった光のうち、所定角度範囲方向の光のみを選択的に透過し、その他の方向の光は吸収または散乱する視野制御機能を有することを特徴とする。
A.断面構造:
積層体、金型、成形品の断面を切り出し、白金−パラジウムを蒸着した後電界放射走査型電子顕微鏡JSM−6700F、(日本電子(株)製)を用いて断面観察を行って写真を撮影し、得られた写真から、積層体の表面層11の膜厚L、金型凸部の高さH、隣接する金型凸部間Wを求めた。また、表面層11の断面積S1(=W×L)、金型凹部の幅w
2、断面積S2、微粒子の平均粒径Rを求めた。
完全に表面層が貫通している場合:○、
ごく僅かに表面層が残っているが殆ど貫通している場合:△、
表面層が貫通していない場合:×、
の3段階評価とした。
0.92以上:○、
0.90以上0.92未満:△、
0.90未満:×、
の3段階評価とした。
表面層11のマトリックスのガラス転移温度Tg1、表面層11の動的貯蔵弾性率E’、 動的損失弾性率E”、基材層12の動的貯蔵弾性率E’、動的損失弾性率E”、ガラス転移温度Tg2は、表面層11のマトリックスの材料、表面層11、基材層12をそれぞれ単膜で作製し、JIS−K7244(1999)に従って、セイコーインスツルメンツ社製の動的粘弾性測定装置”DMS6100”を用いて求めた。引張モード、チャック間距離は5mm、駆動周波数は1Hz、歪振幅10μm、力振幅初期値100mN、昇温速度は2℃/minの測定条件にて、各シートの粘弾特性の温度依存性を測定した。この測定結果から、表面層のマトリックスの単膜シートのtanδが極大となるときの温度をTg1、基材層12のtanδが極大となるときの温度をTg2とした。また、Tg1+30℃における基材層12の動的貯蔵弾性率E2’を求めた。また、表面層11のマトリックスのガラス転移温度Tg1+30℃における表面層11の動的貯蔵弾性率E1’、 動的損失弾性率E1”、および、該温度での基材層12の動的貯蔵弾性率E2’を求め、E1’/E2’を求めた。
表面層11の結晶化エンタルピーΔHccは、積層体1から表面層11を削り取り、得られたものをJIS K7122(1999)に従って、セイコー電子工業(株)製示差走査熱量測定装置”ロボットDSC−RDC220”を、データ解析にはディスクセッション”SSC/5200”を用いて求めた。サンプルパンに各シートを5mgずつ秤量し、昇温速度は2℃/minで走査した。結晶化エンタルピーΔHccは結晶化の発熱ピークの面積より求めた。
積層体を幅2cm×長さ12cmの短冊状に切り出し、厚さ2mmの表面平滑なアクリル板に基材層側を両面テープで張り付け、表面層側にポリエステル粘着テープ(日東電工(株)製No.31B、幅19mm)を張り付けて、アクリル板の上端をテンシロン引っ張り試験機(東洋測器(株)製UTMIII)のロードセルにつるした。次いで、粘着テープの上端に帯状のリード紙をはり、その一端を下部チャックで把持して、クロスヘッド速度300mm/minで下(180°)方向に引っ張り、基材層と表面層の層間の剥離力を測定した。剥離強度F(N/cm)は、SSカーブの立ち上がり部分を除いた剥離長さ50mm以上の平均剥離力T(N)から次式により算出した。
・剥離強度F(N/cm)=T/W
ここで、T(N):平均剥離力、W(cm):サンプル幅、である。
E−1輝度向上効果:
パソコンモニター用直管4灯型バックライトの導光板下側に反射シート“ルミラー”E60L(東レ(株)製)、導光板上側に拡散シート“オパルス”BS−04(恵和(株)製)、を配置し、その上に得られた光機能性シート(1)を、パターンが観察者側になるように重ねて、12Vで面光源を立ち上げた。30分後、色彩輝度計BM−7/FAST(トプコン(株)製)を用いて正面輝度(a)を測定した。次いで、光学機能性シート(1)のみを取り外して同様にして輝度(b)を測定した。得られた結果より、下記式から輝度向上率を算出した。
輝度向上率(%)=100×((a)−(b))/(b)
得られた値が、
輝度向上効果が10%以上の場合:○、
輝度向上効果が10%未満の場合:×、
とした。
F−1視野角特性
携帯電話の液晶表示部分の最前面に光学機能性シート(2)を、パターンが観察者側になるように張り合わせた。画面の情報を法線方向から観察した後、徐々に観察方向を傾けていき、画面の情報が観察されなくなったときの方向と法線方向とのなす角度を求めた。
正面方向から画像情報が確認されない場合:×、
とした。
表面層として、マトリックスとなる60℃で4時間静置乾燥させたシクロヘキサンジメタノール66mol%共重合PET(”Easter PET−G”GN071:イーストマン(株)製)90重量部、および、微粒子となるポリメチルペンテン(”TPX”DX820:三井化学(株)製)10重量部を押出機内で280℃で溶融させ、また、基材層として、150℃で2時間真空乾燥させたシクロヘキサンジメタノール25%共重合PETを別の押出機内で280℃で溶融させて、所定の方法により溶融2層共押出口金からキャストドラム上に共押出して、表面層膜厚60μm、基材層厚さ480μmからなる総膜厚540μmの2層積層体を得た。
実施例2
表面層として、マトリックスとなる60℃で4時間静置乾燥させたシクロヘキサンジメタノール66mol%共重合PET(”Easter PET−G”GN−071:イーストマン(株)製)90重量部、および、微粒子となるシリコーン樹脂微粒子(”トスパール”120:東芝GEシリコーン(株)製、平均粒径2μm)10重量部とした以外は実施例1と同様の方法で積層体を得た。
得られた成形品の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、金型の形状が転写されていると共に、表面層が貫通しており、ピッチ50μm、幅30μm、深さ160μmのストライプパターン(成形品凸部:幅w11’=30μm、高さH1’=160μm(表面層高さh11’=100μm、土台部分高さh12’=60μm)、短軸アスペクト比H1’/w11’=5.3(図22(b)参照))を形成できていることを確認した。
表面層の膜厚を40μm、金型を千鳥格子パターン(ピッチ100μm、幅w1=50μm、高さH=120μm、アスペクト比H/w1=2.4(図23(a)参照、金型凸部の高さH、金型凹部断面積S2を表1に示す)とした以外は、実施例1と同様の方法で、樹脂成形品を得た。
表面層として、マトリックスとなる60℃で4時間静置乾燥させたシクロヘキサンジメタノール66mol%共重合PET(”Easter PET−G”GN−071:イーストマン(株)製)98重量部、および微粒子となるカーボンブラック(”UF−G5”:昭和電工(株)製、平均粒径3μm)2重量部を押出機内で280℃で溶融させ、また、基材層として、150℃で2時間真空乾燥させたシクロヘキサンジメタノール25%共重合PETを別の押出機内で280℃で溶融させて、所定の方法により溶融2層共押出口金からキャストドラム上に共押出して、表面層20μm、基材層480μmからなる総膜厚500μmの2層積層体を得た。
実施例5
金型を千鳥格子パターン(ピッチ100μm、幅w1=50μm、高さH=120μm、アスペクト比H/w1=2.4(図25(a)参照、金型凸部の高さH、金型凹部断面積S2を表1に示す)とした以外は実施例4と同様の方法で、樹脂成形品を得た。
金型をストライプパターン(ピッチ100μm、幅w1=20μm、高さH=50μm、アスペクト比H/w1=2.50(図26(a)参照、金型凸部の高さH、凹部断面積S2を表1に示す)とした以外は実施例1と同様の方法で、樹脂成形品を得た。
金型をストライプパターン(ピッチ100μm、幅w1=20μm、高さH=50μm、アスペクト比H/w1=2.50(図27(a)参照、金型凸部の高さH、凹部断面積S2を表1に示す)とした以外は実施例1と同様の方法で、樹脂成形品を得た。
表面層の膜厚を130μmとする他は実施例4と同様の方法で成形品を得た。
得られた成形品の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、金型の形状(図28(a)参照)が十分に転写されており、ピッチ60μm、幅20μm、深さ160μmのストライプパターン(成形品凸部:幅w21’=20μm、高さH2’=160μm、アスペクト比H2’/w21’=8(図28(b)参照))を形成できていたが、表面層は貫通していなかった。
2:金型
3:成形品
4:基部
5:パターン
11:表面層
12:基材層
13:微粒子
21:金型凸部
22:金型凹部
41:成形品基部平坦部分
42:成形品基部土台部分
100:光学機能性シート(1)
140:光学機能性シート(1)の基部
141:光学機能性シート(1)の基部平坦部分
142:光学機能性シート(1)の基部土台部分
150:光学機能性シート(1)の光拡散層
200:光学機能性シート(2)
240:光学機能性シート(2)の基部
241:光学機能性シート(2)の基部平坦部分
242:光学機能性シート(2)の基部土台部分
250:光学機能性シート(2)の光吸収層または光散乱層
400:蛍光管
500:反射シート
600:導光板
700:拡散シート
800:プリズムシート
900:液晶セル
l1 :積層体の膜面方向に対する平行線
l2 :積層体の膜面方向に対する垂線
l3 :金型面に対する平行線
l4 :金型面に対する垂線
L:表面層の膜厚
H:金型凸部の高さ
w1:金型凸部の幅
w2:金型凹部の幅
S1:表面層の断面積
S2:金型凹部の断面積
H’:成型品凸部の高さ
h1’:成形品凸部パターン部の高さ
h2’:成形品凸部土台部分の高さ
l’:成形品の平坦部の厚さ
w1’:成形品凸部の幅
w2’:成形品凹部の幅
H1’:光学機能性シート(1)凸部の高さ
h11’:光学機能性シート(1)凸部パターン部の高さ
h12’:光学機能性シート(1)凸部土台部分の高さ
l1’:光学機能性シート(1)平坦部の厚さ
w11’:光学機能性シート(1)凸部の幅
w12’:光学機能性シート(1)凹部の幅
H2’:光学機能性シート(2)凸部の高さ
h21’:光学機能性シート(2)凸部パターン部の高さ
h22’:光学機能性シート(2)凸部土台部分の高さ
l2’:光学機能性シート(2)平坦部の厚さ
w21’:光学機能性シート(2)凸部の幅
w22’:光学機能性シート(2)凹部の幅
λ0 :入射光線
λ1:直進透過光線
λ2:光拡散層を拡散透過した光線
λ3:光拡散層で拡散反射した光線
Claims (16)
- 基材層と、該基材層の片側または両側に表面層を形成した積層体に、金型転写することによって表面層をパターニングするパターン形成方法であって、以下の(A)、(B)の要件を満たすことを特徴とするパターン形成方法。
(A)該表面層は、少なくとも微粒子を含むこと。
(B)該金型転写に用いられる金型は、金型凸部高さHが表面層膜厚Lより大きく、かつ金型凹部断面積S2が表面層断面積S1より大きい表面形状を有し、積層体の表面層に押しあて金型凸部により前記表面層を貫通させること。 - 少なくとも、前記金型転写をするにあたり、金型および/または積層体を加熱して該金型の表面形状を転写することを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
- 該表面層中の微粒子の平均粒径Rと金型凹部の幅w2との比R/w2が0.5以下であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 該表面層中の微粒子の平均粒径Rが0.001〜50μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 積層体を構成する基材層及び表面層に含まれるマトリックスが、熱可塑性を示す樹脂を主たる成分とし、表面層のマトリックスのガラス転移温度(以下、Tg1という)+30℃において動的粘弾性測定(以下、DMAという)により得られる表面層の動的貯蔵弾性率E1’と、基材層の動的貯蔵弾性率E2’が、0.001≦E1’/E2’≦1.5を満たすことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 積層体を構成する表面層の、Tg1+30℃においてDMAにより得られる動的貯蔵弾性率E1’が1×104 〜2×107 Paであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 積層体を構成する表面層のマトリックスとして、示差走査熱量測定(以下、DSCという)により得られる、昇温過程(昇温速度:2℃/min)における結晶化エンタルピーΔHccが0J/gであるものを用いることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 積層体を構成する表面層の、Tg1+30℃においてDMAにより得られる動的損失弾性率E1”が1×103〜1.8×106Paであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記積層体の基材層と表面層との剥離強度が50mN/cm以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載のパターン形成方法によって基材表面に微粒子を含む表面層が配列したパターンが形成されてなる光学機能性シートであって、拡散して広がった光を一方向に指向させて集光する機能を有することを特徴とする光学機能性シート。
- 請求項1〜9のいずれかに記載のパターン形成方法によって基材表面に微粒子を含む表面層が配列したパターンが形成されてなる光学機能性シートであって、拡散して広がった光のうち、所定角度範囲方向の光のみを選択的に透過し、その他の方向の光は吸収または散乱する視野制御機能を有することを特徴とする光学機能性シート。
- 基材層と、該基材層の片側又は両側に形成された表面層からなる積層体であって、表面層に少なくとも平均粒径Rが0.001〜50μm微粒子を含有し、かつ積層体を構成する基材層及び表面層に含まれるマトリックスが、熱可塑性を示す樹脂を主たる成分とし、かつ表面層のマトリックスのガラス転移温度(以下、Tg1)+30℃において動的粘弾性測定(以下、DMA)により得られる表面層の動的貯蔵弾性率E1’と、基材層の動的貯蔵弾性率E2’が、0.001≦E1’/E2’≦1.5を満たすことを特徴とするパターン形成用シート。
- 積層体を構成する表面層の、Tg1+30℃においてDMAにより得られる動的貯蔵弾性率E1’が1×104〜2×107Paであることを特徴とする請求項12に記載のパターン形成用シート。
- 積層体を構成する表面層のマトリックスとして、示差走査熱量測定(以下、DSC)により得られる、昇温過程(昇温速度:2℃/min)における結晶化エンタルピーΔHccが0J/gであるものを用いることを特徴とする請求項12または13に記載のパターン形成用シート。
- 積層体を構成する表面層の、Tg1+30℃においてDMAにより得られる動的損失弾性率E1”が1×103〜1.8×106Paであることを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載のパターン形成用シート。
- 前記積層体の基材と表面層との剥離強度が50mN/cm以上であることを特徴とする請求項12〜15のいずれかに記載のパターン形成用シート。
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