JP2019066643A - 光学体、光学体の製造方法、及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
次に、図1〜図2Dに基づいて、本実施形態に係る光学体1の構成について説明する。光学体1は、導光板とも称される部材であり、基材10と、第1の光学層11と、第2の光学層12とを備える。第2の光学層12は、基材10の両面(表面10A、10B)の全域に形成される。第1の光学層11は、表面10A側に形成された第2の光学層12上の一部の領域に形成される。
次に、図1に基づいて、発光装置の構成について説明する。発光装置は、上述した光学体1と、光源20とを有する。光源20の種類は特に問われず、従来の導光板に適用される光源であればよい。すなわち、光源20は、白色光を出射するものであっても、単色光を出射するものであってもよい。発光装置の動作は概略以下の通りである。まず、光源20から光学体1に光が入射する。光学体1の内部に入射された光、すなわち内部伝播光は、基材10の両面で反射しながら光学体1の内部を伝播する。ここで、光学体1の両面には第2の光学層12が形成されているので、内部伝播光の外部への漏出を抑制することができる。
つぎに、光学体1の製造方法について説明する。光学体1の製造方法は、第2の光学層形成工程と、未硬化樹脂層形成工程と、第1の光学層形成工程とを含む。
第2の光学層形成工程は、基材10の表面10A、10Bに第2の光学層12を形成する工程である。まず、第2の光学層12として第2の凹凸構造12cを基材10の表面10A、10Bに形成する方法について説明する。
第2の凹凸構造12cは、例えば図5に示す第2の凹凸構造用原盤100を用いて作製される。そこで、第2の凹凸構造用原盤100の構成について説明する。第2の凹凸構造用原盤100は、例えば、ナノインプリント法で使用される原盤であり、円筒形状となっている。第2の凹凸構造用原盤100は円柱形状であっても、他の形状(例えば平板状)であってもよい。ただし、第2の凹凸構造用原盤100が円柱または円筒形状である場合、ロールツーロール方式によって第2の凹凸構造用原盤100の凹凸構造(すなわち、原盤凹凸構造)120を樹脂基材等にシームレス的に転写することができる。これにより、基材10の表面10A、10Bに第2の凹凸構造12cを高い生産効率で形成することができる。このような観点からは、第2の凹凸構造用原盤100の形状は、円筒形状または円柱形状であることが好ましい。
つぎに、第2の凹凸構造用原盤100の製造方法を説明する。まず、原盤基材110上に、基材レジスト層を形成(成膜)する。ここで、基材レジスト層を構成するレジスト材は特に制限されず、有機レジスト材及び無機レジスト材のいずれであってもよい。有機レジスト材としては、例えば、ノボラック系レジスト、または化学増幅型レジストなどが挙げられる。また、無機レジスト材としては、例えば、タングステン(W)またはモリブデン(Mo)などの1種または2種以上の遷移金属を含む金属酸化物等が挙げられる。ただし、熱反応リソグラフィを行うためには、基材レジスト層は、金属酸化物を含む熱反応型レジストで形成されることが好ましい。
次に、図6に基づいて、露光装置200の構成について説明する。露光装置200は、基材レジスト層を露光する装置である。露光装置200は、レーザ光源201と、第1ミラー203と、フォトダイオード(Photodiode:PD)205と、偏向光学系と、制御機構230と、第2ミラー213と、移動光学テーブル220と、スピンドルモータ225と、ターンテーブル227とを備える。また、原盤基材110は、ターンテーブル227上に載置され、回転することができるようになっている。
次に、図7を参照して、第2の凹凸構造用原盤100を用いた第2の凹凸構造12cの形成方法の一例について説明する。第2の凹凸構造12cは、第2の凹凸構造用原盤100を用いたロールツーロール方式の転写装置300によって基材10上に形成可能である。図7に示す転写装置300では、光硬化性樹脂(紫外線硬化性樹脂)を用いて光学体1を作製する。
第2の光学層12がAR膜となる場合、AR膜は以下の方法により基材10上に形成される。AR膜は、Dry−AR膜とWet−AR膜とに区分される。Dry−AR膜を基材10上に形成する場合、スパッタリングあるいは蒸着により上述した膜材料を基材10上に交互に積層すれば良い。Wet−AR膜を基材10上に形成する場合、各種コーテング法(ディップコーティング法、ダイコーティング法、マイクログラビア法等)により上述した膜材料を基材10上に交互に積層すれば良い。
未硬化樹脂層形成工程では、第2の光学層12の一部の上に未硬化の樹脂層を印刷する。ここで、樹脂層は、第1の光学層11を構成するものである。この工程では、第2の光学層12上の領域のうち、発光領域とされる領域に未硬化の樹脂層を印刷する。印刷の種類は特に問われず、第2の光学層12上の所望の位置に未硬化の樹脂層を印刷できる印刷法であればどのような方法であってもよい。印刷法の一例として、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷等が挙げられる。これらの印刷法により、まず未硬化の硬化性樹脂組成物(例えば、未硬化の光硬化性樹脂組成物)を第2の光学層12の一部の上に印刷する。組成物の粘度、透明性などは適宜調整されれば良い。なお、一部の印刷方法では印刷用の原盤が必要になる。このような原盤は、意匠毎に用意する必要があるが、印刷用の原盤は、表面に凹凸構造が形成された原盤よりもはるかに安価かつ容易に製造可能である。インクジェット印刷のように原盤が不要であれば、樹脂層の形成はより容易かつ安価に行うことができる。したがって、意匠の異なる様々な樹脂層を容易かつ安価に第2の光学層12上に形成することができる。
第1の光学層形成工程では、未硬化の樹脂層を硬化させるとともに、硬化後の樹脂層の表面に第1の凹凸構造11cを形成する。具体的には、図8に示すように、第1の凹凸構造用原盤500を作製する。第1の凹凸構造用原盤500の表面には、原盤凹凸構造520が形成されており、原盤凹凸構造520は、第1の凹凸構造11cの反転形状を有する。
次に、本実施形態の実施例について説明する。実施例1では、以下の工程により光学体1を作製した。
基材10として、厚さ3mmのアクリル板(三菱レイヨン社製アクリライト)を準備した。
実施例1では、第2の光学層12として、第2の凹凸構造12cを形成した。具体的には、ガラス製の原盤基材110を用意し、上述した方法により第2の凹凸構造用原盤100を作製した。ついで、第2の凹凸構造用原盤100の原盤凹凸構造を転写した転写用フィルムを作製した。具体的には、図7に示す転写装置300を用いて、厚さ125μmの東洋紡社製ポリエステルフィルムの一方の表面に第2の凹凸構造用原盤100の原盤凹凸構造を転写した転写用フィルムを作製した。ここで、光硬化性樹脂組成物として、デクセリアルズ社製の紫外線硬化性アクリル樹脂組成物SK1120を使用した。そして、転写用フィルムを転写型として用いて、基材10の両面に第2の凹凸構造12cを形成した。具体的には、紫外線硬化性アクリル樹脂組成物として、東亞合成社製UVX6366と大阪有機化学工業社製ビスコート#150とを1:1の質量比で混合した組成物を準備した。この紫外線硬化性アクリル樹脂組成物を基材10の表面10A、10B上に塗布することで未硬化の樹脂層を形成した。ついで、未硬化の樹脂層に転写用フィルムの凹凸構造を転写し、未硬化の樹脂層を硬化させた。
未硬化樹脂層形成工程では、表面10A側に形成された第2の光学層12の一部の上に紫外線硬化性アクリル樹脂組成物をフレキソ印刷により印刷することで、未硬化の樹脂層を形成した。ここで、紫外線硬化性アクリル樹脂として、第2の光学層形成工程で使用した樹脂組成物と同じ樹脂組成物を使用した。印刷法としてフレキソ印刷を用いた。
ガラス製の原盤基材510を準備した。ついで、半球形状の凸部がランダムに配置した原盤凹凸構造を有する第1の凹凸構造用原盤500を作製した。半球形状のサイズ(平面視の半径)、曲率半径、充填率は、第1の凹凸構造11cのRSm及び最大傾斜角度θLnが後述の値となるように調整した。具体的には、半球形状のサイズを75μmとし、曲率半径を33μmとし、充填率を70%とした。ついで、第1の凹凸構造用原盤500の原盤凹凸構造を転写した転写用フィルムを作製した。そして、転写用フィルムを転写型として用いて、未硬化の樹脂層に転写用フィルムの凹凸構造を転写し、未硬化の樹脂層を硬化させた。以上の工程により、光学体1を作製した。
図11に第1の凹凸構造11cの平面光学顕微鏡写真(倍率235倍)を示し、図12に第1の凹凸構造11cの断面SEM写真(倍率1000倍)を示す。第1の凹凸構造11cのRSmを三菱ケミカルシステム社製のVertscan(型番:R5300GL−Lite−AC)を用いて測定したところ、114.1μmとなった。また、断面SEM写真を用いて第1の凹凸構造11cの最大傾斜角度θLnを測定したところ、68度となった。結果を表1にまとめて示す。
次に、光学体1を発光させた際の輝度を測定した。測定は以下の工程で行った。なお、測定は暗所環境下で行った。まず、光学体1の行方向側の端部にLED光源(アイテックシステム社製LPAC1−2430NCW−R24)を設置した。また、表面10B側に輝度計(コニカミノルタ社製CS1000)を設置した。設置位置は表面10Bから50cm離間した位置とし、輝度計の光軸を表面10Bと垂直とした。ついで、LED光源から高輝度白色光を光学体1に入射し、輝度計で輝度(cd/m2)を測定した。輝度は、第1の光学層11に対向する位置、第2の光学層12に対向する位置のそれぞれで測定した。以下、第1の光学層11に対向する位置で測定した輝度を「第1の光学層11の輝度」とも称し、第2の光学層12に対向する位置で測定した輝度を「第2の光学層12の輝度」とも称する。第1の凹凸構造11cの輝度は539cd/m2であった。また、コントラスト(第1の凹凸構造11cの輝度/第2の凹凸構造12cの輝度)は77であった。コントラストは、少なくとも1より大きければ可とし、15以上であれば良好とした。結果を表1にまとめて示す。
表1に実施例1の評価を対比して示す。実施例1では良好なコントラストが得られた。したがって、本実施形態によって良好な反射特性が得られることが確認できた。
「1−4.第1の光学層形成工程」を以下の工程に変更した他は、実施例1と同様の処理を行った。すなわち、ガラス製の原盤基材の表面に後述する実施例4と同様の条件でブラスト加工を行い、その後ウエットエッチングを行うことで、第1の凹凸構造用原盤500を作製した。ブラスト加工およびウエットエッチングは、RSm、RSm/Raが後述の値を満たすように行った。研磨材は多角形のアルミナ材を使用した。ついで、第1の凹凸構造用原盤500の原盤凹凸構造を転写した転写用フィルムを作製した。そして、転写用フィルムを転写型として用いて、未硬化の樹脂層に転写用フィルムの凹凸構造を転写し、未硬化の樹脂層を硬化させた。以上の工程により、光学体1を作製した。図13に第1の凹凸構造11cの平面光学顕微鏡写真(倍率235倍)を示す。図18に第1の光学層11及び第2の光学層12の断面SEM写真(倍率5000倍)を示す。図19に第2の光学層12の断面SEM写真(倍率30000倍)を示す。図20に第1の光学層11と第2の光学層12との境界部分の断面SEM写真(倍率10000倍)を示す。これらの写真によれば、第2の光学層12が基材10上に形成されていること、第2の光学層12上に第1の光学層11が形成されていること、第1の光学層11と第2の光学層12との境界部分でも第2の光学層12がほとんど崩れていないことを確認できる。結果を表2にまとめて示す。
「1−4.第1の光学層形成工程」を以下の工程に変更した他は、実施例1と同様の処理を行った。すなわち、ガラス製の原盤基材の表面に後述する実施例4と同様の条件でブラスト加工を行い、その後ウエットエッチングを行うことで、第1の凹凸構造用原盤500を作製した。ブラスト加工およびウエットエッチングは、RSm、RSm/Raが後述の値を満たすように行った。図14に第1の凹凸構造11cの平面光学顕微鏡写真(倍率235倍)を示す。結果を表2にまとめて示す。
「1−4.第1の光学層形成工程」を以下の工程に変更した他は、実施例1と同様の処理を行った。すなわち、ガラス製の原盤基材の表面にブラスト加工を行うことで、第1の凹凸構造用原盤500を作製した。ブラスト加工は、RSm、RSm/Raが後述の値を満たすように行った。図15に第1の凹凸構造11cの平面光学顕微鏡写真(倍率235倍)を示す。結果を表2にまとめて示す。
「1−4.第1の光学層形成工程」を以下の工程に変更した他は、実施例1と同様の処理を行った。すなわち、実施例3と同様のブラスト加工、ウエットエッチングを行った後に、表面に紫外線硬化樹脂をスピンコーターで塗布、硬化させた。ブラスト加工等は、RSm、RSm/Raが後述の値を満たすように行った。図16に第1の凹凸構造11cの平面光学顕微鏡写真(倍率235倍)を示す。結果を表2にまとめて示す。
表2に実施例2〜5の評価を対比して示す。実施例2〜4では良好なコントラストが得られた。RSm及びRSm/Raの値が上述した好ましい範囲内の値となったからであると推察される。一方、実施例5では、コントラストがやや低くなった。RSm/Raの値が好ましい範囲外の値になったからであると推察される。
実施例2〜5の結果に基づいて、発光輝度と第1の凹凸構造11cのRSmとの対応関係を検証した。図17に発光輝度と第1の凹凸構造11cのRSmとの対応関係を示す。領域Aは、RSmが30〜210μmとなる領域である。領域A内では、発光輝度及びコントラストのいずれもが高い値となった。
(9−1.ベース条件)
本試験例では、シミュレーションを行うことで第1の凹凸構造11cの最大傾斜角度を考察した。まず、本シミュレーションのベース条件を説明する。
第1の凹凸構造11cの最大傾斜角度θLnと最大伝播角度θ0との対応関係を評価した。具体的には、ピッチを80μm、100μmのいずれかに固定し、第1の凸部11aの曲率半径を変えることで、第1の凹凸構造11cの最大傾斜角度θLnを変更した。第1の凹凸構造11cの最大傾斜角度θLnは、17個の第1の凸部11aの最大傾斜角度θLの算術平均値とした。そして、第1の凹凸構造11cの最大傾斜角度θLnと最大伝播角度θ0との対応関係を確認した。その結果を図24に示す。図24の横軸は第1の凹凸構造11cの最大傾斜角度θLnを示し、縦軸は、裏面側の全光強度を示す。なお、第1の凹凸構造11cの材質はアクリルなので、n=1.49となり、数式(2)によれば、最大伝播角度θ0は48度程度となる。
上述した実施例1〜5では、いずれも第2の光学層12が第2の凹凸構造12cを有するものであった。そこで、第2の光学層12がAR膜であっても同様の効果を得られることを確認するために、以下の実施例6を行った。
実施例7では、第1の光学層11の意匠を変更して実施例1と同様の処理を行った。実施例7の意匠を図21、図22に示す。このように意匠を変更しても、実施例1と同様の結果が得られた。また、実施例1〜7では、第1の凹凸構造11cからの発光を目視で確認することができた。
実施例1の第1の光学層11及び第2の光学層12を1つの原盤で作製することを試みた。具体的には、原盤基材の一部の領域に第1の光学層11(第1の凹凸構造11c)の反転形状を形成し、他の領域に第2の光学層12(第2の凹凸構造12c)の反転形状を形成することを試みた。しかし、第1の凹凸構造11cと第2の凹凸構造12cとは別々の工程により作製する必要があるので、非常に手間がかかった。また、第1の凹凸構造11cを形成する位置を正確に位置決めすることも非常に手間がかかった。このため、原盤の製造、ひいては光学体の製造に要する時間が実施例1よりもはるかに長くなった。
10 基材
10A、10B 表面
11 第1の光学層
11a 第1の凸部
11b 第1の凹部
11c 第1の凹凸構造
11d 端部
12 第2の光学層
12a 第2の凸部
12b 第2の凹部
12c 第2の凹凸構造
12d 高屈折率層
12e 低屈折率層
20 光源
100 第2の凹凸構造用原盤
110 原盤基材
120 原盤凹凸構造
500 第1の凹凸構造用原盤
510 原盤基材
520 原盤凹凸構造
Claims (11)
- 基材と、
前記基材の少なくとも一方の表面に形成され、外来光の反射を抑制する第2の光学層と、
前記第2の光学層の一部の上に積層され、前記基材の側面から前記基材の内部に入射された内部伝播光を前記基材の外部に取出す第1の光学層と、を備え、
前記第1の光学層の表面には、前記内部伝播光を反射する第1の凹凸構造が形成されていることを特徴とする、光学体。 - 前記第1の凹凸構造がランダムに形成されていることを特徴とする、請求項1記載の光学体。
- 前記第1の凹凸構造のRSmが30〜210μmであることを特徴とする、請求項2記載の光学体。
- 前記第1の凹凸構造の断面形状がランダム形状となる場合、前記第1の凹凸構造のRSm/Raが140以下であることを特徴とする、請求項3記載の光学体。
- 前記第1の凹凸構造が周期的に形成されていることを特徴とする、請求項1記載の光学体。
- 前記第1の光学層は、紫外線硬化性樹脂の硬化物を含むことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の光学体。
- 前記第1の凹凸構造の表面には、Al、Ag、及びこれらの合金からなる群から選択される何れか1種以上を含む高反射膜、または白色系インク膜が形成されることを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の光学体。
- 前記第2の光学層は、凹凸の平均周期が可視光波長帯域よりも低い第2の凹凸構造を有することを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の光学体。
- 前記第2の光学層は、高屈折率膜と低屈折率膜とが交互に積層された積層膜を有することを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の光学体。
- 請求項1〜9の何れか1項に記載の光学体を製造する光学体の製造方法であって、
前記基材の少なくとも一方の表面に前記第2の光学層を形成する第2の光学層形成工程と、
前記第2の光学層の一部の上に未硬化の樹脂層を印刷する未硬化樹脂層印刷工程と、
前記未硬化の樹脂層を硬化させるとともに、硬化後の樹脂層の表面に第1の凹凸構造を形成する第1の光学層形成工程と、を含むことを特徴とする、光学体の製造方法。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光学体と、
前記光学体の側面に設けられ、前記光学体の側面から前記光学体の内部に光を入射する光源と、を備える、発光装置。
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