JP2012150292A - 光学部材の凹凸形状を決定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材の凹凸形状をより簡易に決定するための方法を提供すること。
【解決手段】試作用の転写型５３の形状を異なる転写率（ｈ３／ｈ１）で転写することにより、互いに異なる凹凸形状を有する複数の光学部材試作品３０を成形するステップと、複数の光学部材試作品３０それぞれの光学特性を評価するステップと、光学特性に基づいて光学部材の凹凸形状を決定するステップと、を含む、光学部材の凹凸形状を決定する方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学部材の凹凸形状を決定する方法に関する。また、本発明は係る方法を利用した光学部材の製造方法に関する。

導光板、光拡散板等の光学シートは、所望の光学特性が発揮されるように設計された凹凸形状をその表面に有していることがある。凹凸形状を有する光学シートを製造する方法として、連続樹脂シートの表面に転写型の形状を転写する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−２２０５５５号公報

光学シートのような光学部材の凹凸形状は、一般に、シミュレーションによって凹凸形状を設計し、設計された凹凸形状を有する試作品の作製及びその評価を行って、最適化される。所望の光学特性を達成するためには凹凸形状が精密に調整される必要があることから、凹凸形状の最適化のために、試作品の作製及びその評価を試行錯誤的に繰り返す場合が多い。

しかし、従来の方法では、試作品を作製するたびに転写型を新たに作製する必要があるため、凹凸形状の最適化のために多大な費用と時間を要しているのが実情である。

そこで、本発明の主な目的は、光学部材の凹凸形状をより簡易に決定するための方法を提供することにある。

本発明は、試作用の転写型の形状を異なる転写率で転写することにより、互いに異なる凹凸形状を有する複数の光学部材試作品を成形するステップと、複数の光学部材試作品それぞれの光学特性を評価するステップと、光学特性に基づいて光学部材の凹凸形状を決定するステップと、を含む、光学部材の凹凸形状を決定する方法に関する。

上記本発明に係る方法によれば、成形の際の転写率を変化させることにより凹凸形状の異なる複数の試作品を準備するため、試作品を準備するために試作用の転写型を新たに作製する必要がない。したがって、光学部材の凹凸形状を、従来よりも簡易に決定することができる。

別の側面において、本発明は光学部材の製造方法に関する。本発明に係る製造方法は、上記方法により決定された凹凸形状に対応する反転形状を有する光学部材製造用転写型からの転写により光学部材を成形するステップを含む。

上記本発明に係る製造方法によれば、光学部材製造用転写型を簡易に準備することができることから、優れた光学特性を有する光学部材をより効率的に製造することができる。

光学部材の安定的な製造のためには、光学部材製造用転写型は、９０％以上の転写率で転写されたときに光学部材の凹凸形状が形成される反転形状を有することが好ましい。

本発明によれば、光学部材の凹凸形状をより簡易に決定するための方法が提供される。

光学シートの一実施形態を示す斜視図である。 光学シートの製造方法の一実施形態を示す模式図である。 光学部材試作品を成形するステップの一実施形態を示す拡大模式図である。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、光学部材である光学シートの一実施形態を示す斜視図である。図１に示す光学シート３０は、平面視形状が矩形の一対の主面を有しており、一方の主面Ｓ１が、複数の凸状部３５を有する凹凸形状を形成している。凸状部３５は、光学シート３０の主面の一辺に沿う方向に延在しており、凸状部３５の延在方向に直交する断面の形状は山型である。複数の凸状部３５が、その延在方向に垂直な方向に並列配置されている。凸状部３５を有する凹凸形状は、転写型からの転写により形成される。

光学シート３０は、例えば、透過型画像装置に搭載される面光源装置（バックライト）の導光板、又は、光源からの光を均一に拡散させるための光拡散板として用いられ得る。光学シート３０が導光板として用いられる場合、例えば、光源からの光が側面３３から光学シート３０内に入射され、凹凸形状を有する主面Ｓ１から面状の光が出射される。光学シート３０が光拡散板として用いられる場合、例えば、主面Ｓ１の裏の背面Ｓ２側に光源が配置される。

光学シート３０は、主として透明材料から構成される透光性シートである。透明材料の屈折率は、通常１．４８以上１．６２以下又は１．５６以上１．６２以下である。透明材料としては、透明樹脂及び透明ガラスが例示できる。

光拡散板の場合、透明樹脂は、好ましくは、ポリカーボネート樹脂（屈折率：１．５９）、ＭＳ樹脂（メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂）（屈折率：１．５６〜１．５９）、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂）（屈折率：１．５６〜１．５９）、ポリスチレン樹脂（屈折率：１．５９）、及びシクロオレフィン樹脂（屈折率１．５１〜１．５５）から選択される。導光板の場合、透明樹脂は好ましくはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂である。

透明材料として透明樹脂を用いる場合、光学シート３０は、紫外線吸収剤、帯電防止剤、酸化防止剤、加工安定剤、難燃剤及び滑剤等の添加剤を含んでいてもよい。これらの添加剤はそれぞれ単独で、又は２種以上を組み合わせて用いられる。

紫外線吸収剤としては、例えばベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、マロン酸エステル系紫外線吸収剤、シュウ酸アニリド系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤等が挙げられる。これらの中でもベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤及びトリアジン系紫外線吸収剤が好ましい。

光学シート３０は、光拡散剤を含んでいてもよい。光拡散剤としては、光学シート３０を主に構成する上述の透明材料とは屈折率が異なる粒子が好適に用いられる。光拡散剤としては、例えばスチレン樹脂粒子、メタクリル樹脂粒子などの有機粒子、炭酸カリウム
粒子、シリカ粒子等の無機粒子が用いられる。光拡散剤の粒子径は通常０．８μｍ〜５０μｍである。

図２は、光学シートの製造方法の一実施形態を示す模式図である。図２に示す光学シート製造装置５０によれば、凹凸形状を有する光学シート３０が、樹脂の押出成形により成形される。光学シート製造装置５０は、加熱溶融状態の樹脂を押し出す押し出し機５８と、押し出し機５８に取り付けられた、樹脂を投入するための樹脂投入口５７と、押し出し機５８により押し出された樹脂を排出して連続樹脂シート３を形成するダイ５１と、ダイ５１の下流側において互いに離間して順に配置された予圧ロール５２Ｄ、第１押圧ロール５２Ａ及び第２押圧ロール５２Ｂとから主として構成される。第２押圧ロール５２Ｂの周面には、光学シート３０の凹凸形状に対応する転写型５３が形成されている。

ダイ５１から排出された連続樹脂シート３は、予圧ロール５２Ｄと第１押圧ロール５２Ａとの間を通過する。連続樹脂シート３の厚みは、主として、予圧ロール５２Ｄと第１押圧ロール５２Ａとの間隔により制御される。連続樹脂シート３がこれらロールの間に侵入する位置には、溶融した樹脂が滞留するメルトバンク４が形成されることが多い。

予圧ロール５２Ｄと第１押圧ロール５２Ａとの間を通過した連続樹脂シート３は、第１押圧ロール５２Ａの周面上を、第１押圧ロール５２Ａと第２押圧ロール５２Ｂとの間で押圧される位置まで搬送される。

連続樹脂シート３は、第１押圧ロール５２Ａと第２押圧ロール５２Ｂとの間を通過する際に厚み方向の両側から押圧されて、転写型５２の形状が連続樹脂シート３の表面Ｓ１に転写される。形状が転写された連続樹脂シート３は、第２押圧ロール５２Ｂの周面上を、冷却されつつ搬送されてから、光学シート３０として引き取られる。光学シート３０の一方の主面Ｓ１には、転写型５３から転写された凹凸形状が形成されている。

光学シート３０が光学部材試作品として成形される場合、試作用の転写型５２を用いて、転写率を変えながら複数回成形を行うことにより、互いに異なる凹凸形状を有する複数の試作品が作製される。

図３は、光学部材試作品としての光学シート３０を成形するステップの一実施形態を示す模式図である。図３の（ａ）に示すように、転写型５３は、光学部材３０の凹凸形状が有する凸状部３５と対応する、深さｈ１の溝である凹部５３ａが形成された反転形状を有している。図３の（ｂ）に示すように、連続樹脂シート３が押圧されて凹部５３ａ内に充填される。樹脂が転写型５３に密着している状態で凹部３５ａ内に形成される凸状部３５の高さｈ２は、最大深さｈ１よりも小さく、樹脂と転写型５３との間に空隙が残される。樹脂が凸部３５ａ内に完全に充填されて、ｈ１＝ｈ２となることもある。樹脂温度がある程度低下した後、光学シート３０が転写型５３から脱型される。その後、樹脂が熱弾性変形により収縮するため、樹脂が固化した状態の光学シート３０の凸状部３５の高さｈ３は、高さｈ２よりも小さくなる。充填率（ｈ２／ｈ１）が小さいときでも、最終的な凸状部３５の裾部の形状は、転写型の形状を正確に反映している場合が多い。

転写率（％）は、式：（ｈ３／ｈ１）×１００により算出される値として定義することができる。この転写率を例えば３０〜１００％の範囲で変化させることにより、一種類の転写型から、多様な凹凸形状を有する複数種の試作品を簡易に且つ短期間で作製することができる。

当業者には理解されるように、転写型からの形状の転写率は、光学シートの成形条件を適宜調節することにより制御することできる。例えば、転写型の凹部５３ａへの樹脂の充填率（ｈ２／ｈ１）に着目して条件を設定する方法がある。この方法では、例えば、ダイから排出される樹脂の温度を上げたき、ラインスピードを上げたとき、メルトバンクを小さくしたとき、又は、転写型を有する押圧ロールの温度を上げたときに、充填される際の樹脂の流動性が大きくなることから、転写率が大きくなる傾向がある。あるいは、脱型後の樹脂の熱弾性変形の程度（ｈ３／ｈ２）に着目してロール温度、ラインスピード等の条件を設定してもよい。

図３に示す実施形態では、転写型の凹部の断面形状が山型であるが、転写型の形状はこれに限られるものではない。例えば、断面形状が三角プリズム形状である凹部を有する転写型を好適に用いることができる。三角プリズム形状の低角が異なる複数種の転写型を用いることにより、光学特性の異なる多様な試作品を短期間で簡易に作製することができる。

異なる凹凸形状を有する転写型を複数種準備し、それぞれの転写型について異なる転写率で試作品を成形することもできる。凹凸形状が異なる複数の領域から構成される転写型を用いることもできる。異なる凹凸形状を有する転写型を予め複数種準備しておくことにより、新たな光学シートを設計する際に、転写型を改めて作製することなく、多様な凹凸形状の試作品を短期間で作製できる。

更に、試作品を作製する際に、光学シートを構成する材料等も変化させることにより、より効率的に光学シートを最適化することができる。例えば、光拡散剤の屈折率、粒径及び濃度、更には、光学シート表面のエンボス加工の特性を調整することができる。

試作品それぞれの光学特性を評価し、各試作品の光学特性と目標とする光学特性とを比較して、所望の光学特性が良好に達成される凹凸形状を、製品の光学部材を製造する際に目標として設定される凹凸形状に決定することができる。必要により、試作品を成形するステップ及び各試作品の光学特性を評価するステップを、転写型の形状及び転写率等を変えながら繰り返して、光学シートの凹凸形状及び場合により材料構成、エンボス加工等が最適化される。

試作品の中から良品を選択して凹凸形状を決定するための指標としての光学特性は、例えば、出射光のムラ、輝度、全光線透過率及びヘイズから選択される。通常、出射光の面内のムラが小さい（均一性が高い）ことが望ましく、輝度は出射光の均一性が著しく損なわれない範囲で高いことが望ましい。光学特性の評価は、使用が想定される面光源装置等に組み込んだ状態で行ってもよい。必要により、断面形状観察、シミュレーション等を併用して光学シートが最適化される。

以上のような方法により、目標とする光学特性を達成する光学シートの設計が完了した後、その凹凸形状に対応する反転形状を有する光学部材製造用転写型を準備する。例えば、目標とする凹凸形状を有していると判断された、標準品としての試作品の断面形状を光学顕微鏡等により観察し、観察された断面形状を有する凹凸形状が転写により形成されるように、転写型が作製される。あるいは、標準品としての試作品のレプリカを作製し、このレプリカのレプリカを作製し、更にその電鋳型を作成してもよい。光学部材製造用転写型からの転写により、製品としての光学シートが製造される。

光学部材の安定的な製造のためには、光学部材製造用転写型は、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上の転写率で転写されたときに目標とする凹凸形状が形成される反転形状を有する。転写率が低い条件で成形を行うと、製品のバラツキが大きくなる傾向がある。試作の段階ではあまり問題とならないが、量産に際してはできるだけ製品のバラツキが小さいことが強く望まれる。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。例えば、光学シートの製品又は試作品の成形方法は、押出成形に限られず、射出成形等の他の成形方法であってもよい。本発明により決定される凹凸形状は、図１の光学シートのような１次元的なレンチキュラーレンズに限られるものではなく、例えば、マイクロレンズ、ピラミッド型プリズム等の２次元的な凹凸形状を本発明により決定することができる。また、本発明により凹凸形状が決定される光学シートは、導光板及び光拡散板に限られるものではなく、例えば、他の面光源装置用光学フィルム、ＡＧフィルム、又は、光拡散性を付与された保護フィルムであってもよい。面光源装置用の光学シートとしては、例えば、マイクロレンズフィルム、レンチキュラーレンズフィルム、先端部に丸みを帯びたプリズムシートがある。拡散性を付与された保護フィルムとしては、反射型偏光フィルム用保護フィルム、偏光板用保護フィルムがある。

Claims (3)

1. 試作用の転写型の形状を異なる転写率で転写することにより、互いに異なる凹凸形状を有する複数の光学部材試作品を成形するステップと、
   前記複数の光学部材試作品それぞれの光学特性を評価するステップと、
   前記光学特性に基づいて光学部材の凹凸形状を決定するステップと、
   を含む、光学部材の凹凸形状を決定する方法。
2. 請求項１に記載の方法により決定された凹凸形状に対応する反転形状を有する光学部材製造用転写型からの転写により光学部材を成形するステップを含む、光学部材の製造方法。
3. 前記光学部材製造用転写型が、９０％以上の転写率で転写されたときに前記光学部材の凹凸形状が形成される反転形状を有する、請求項２に記載の製造方法。

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