JP3984417B2

JP3984417B2 - レンズシートの製造方法

Info

Publication number: JP3984417B2
Application number: JP2000248552A
Authority: JP
Inventors: 宗央米田; 真大川
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: JP2002059436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に使用されるプリズムシートやマイクロレンズアレイ、プロジェクションテレビ等に使用されるフレネルレンズシートやレンチキュラーレンズシート等、透光性基材の片面あるいは両面にレンチキュラーレンズ形状またはプリズム形状等のレンズ形状が付与されたレンズシートの製造方法に関するものであり、特に、レンズピッチの高精度の制御が要求されるマイクロレンズアレイの製造に好適なレンズピッチの変動が少なく、レンズシート全体にわたって設計通りのピッチを有するレンズシートを提供できる製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等のバックライトに使用される輝度向上プリズムシート、プロジェクションテレビ等の投写スクリーンとして使用されるフレネルレンズシート、レンチキュラーレンズシート等のレンズシートは、プレス法、切削法、押し出し法等の方法で生産されているが、いずれの製造方法においても生産性の観点から十分に満足できるものではなかった。例えば、プレス法では、加熱・加圧・冷却のサイクルで成形するために、一枚の光学シートの製造にかなりの時間が必要であり、切削法においても一枚の樹脂板から切削機を用いてパターンを削り出すため、この切削に長い時間が必要であった。また、押し出し法では、大量の光学シートを生産するには有利な方法であるが、多品種の光学シートを生産する場合には、金型の交換に時間がかかるため生産性の良い方法ではなかった。このような生産性の問題を解決するために、例えば、特公平１−３５７３７号公報等に記載されているように、透明プラスチックシート等の透明シート状基材の上に紫外線等の活性エネルギー線硬化性組成物によりプリズム、フレネルレンズ等のレンズ部を成形する方法が利用されてきている。
【０００３】
これまで、これらレンズシートにおいては、例えば、液晶表示装置等のバックライトに使用されるプリズムシートでは、プリズム列のピッチは、液晶セルとのモアレを生じさせず、数十μｍ程度の微細なものであれはよく、さほど高い精度のピッチ制御が要求されるものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、より高精細な画像表示が要求されるようになってきており、これらレンズシートにおいても、今まで以上に高い精度のレンズピッチ制御が必要となってきている。
【０００５】
一方、液晶パネルのカラーフィルターによる光の損失を低減させるために特開平１０−３０１１１０号公報、特開平１０−３１９２１７号公報、特開平１１−２５８６０４号公報等で提案されているようなマイクロレンズアレイシートにおいては、液晶パネルのセルピッチとマイクロレンズアレイシートのレンズピッチを画面全域にわたって一致させる必要がある。
【０００６】
このようなマイクロレンズアレイシートについては、レンズピッチの精度としては１２．１インチの液晶ディスプレイの場合、２４６ｍｍの幅において±５０μｍ、望ましくは±１０μｍの極めて高精度の制御技術が必要とされるため、
液晶パネルのセルピッチとレンズアレイのレンズピッチを実用レベルで一致させる製造方法は、未だ確立されていないのが現状である。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記のようなレンチキュラーレンズシート、プリズムシート等のレンズシートのレンズピッチを高精度で制御する製造方法を提供することであり、特に、極めて高精度のレンズピッチ制御が要求されるマイクロレンズアレイシートにおいても実用レベルのレンズピッチ制御が可能となる製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決させるための手段】
本発明者等は、このような状況に鑑み、レンズシートの製造過程で生じる透光性基材の収縮に注目し、この収縮によるレンズピッチのずれを透光性基材に付与する張力の制御と、この張力に応じたレンズ型でのレンズピッチの補正を行うことにより抑止し、極めて高精度のレンズピッチの制御を行うことができることを見出し、本発明に到達したものである。
【０００９】
すなわち、本発明のレンズシートの製造方法は、レンズパターンが形成された円筒形レンズ型のレンズパターン形成面と透光性基材との間に活性エネルギー線硬化性組成物を注入し、透光性基材と円筒形レンズ型の間に活性エネルギー線硬化性組成物が挟持された状態で活性エネルギー線を照射して活性エネルギー線硬化性組成物を硬化し透光性基材の一方の面にレンズを形成するレンズシートの製造方法において、透光性基材が活性エネルギー線硬化性組成物を介して円筒形レンズ型に接している状態で透光性基材に０．０３〜２５Ｋｇｆ／ｍｍ ^２の張力を付与するとともに、付与される張力に応じて円筒形レンズ型のレンズパターンのピッチをあらかじめ補正しておくことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のレンズシートの製造方法について、図１を参照して説明する。
図中１２は、レンズ単位が刻印されたレンズパターンを有する円筒形レンズ型であり、アルミニウム、黄銅、鋼等の金属製の金属型や、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッソ樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等の合成樹脂製の樹脂型、Ｎｉ電鋳法で作製した電鋳型等が使用される。特に、耐熱性や強度等の観点から金属型を使用することが望ましい。円筒形レンズ型１２は、レンズパターンが形成された薄板レンズ型を円筒状ロールに巻き付けて固定したものを使用することもできる。また、端部に厚肉部分を形成した薄板段付きレンズ型を、円筒状ロールに巻き付けて固定した円筒状段付きレンズ型を使用することもできる。このような円筒形レンズ型１２には、各種腐食防止のために銅やニッケル等のメッキを表面に施すことが好ましい。さらに、切削素材粒子の均一化および微細化のために、銅やニッケル等のメッキを厚肉に形成して、メッキ層部分にレンズパターンを形成することも可能である。
【００１１】
円筒形レンズ型１２には、そのレンズパターン形成面に沿って透光性基材６が供給されており、円筒形レンズ型１２と透光性基材６の間に活性エネルギー線硬化性組成物１０が樹脂タンク７から連続的に供給される。透光性基材６の外側には、活性エネルギー線硬化性組成物１０の厚さを均一にさせるためのニップロール５が設置されている。ニップロール５としては、金属製ロール、ゴム製ロール等が使用される。また、活性エネルギー線硬化性組成物１０の厚さを均一にさせるためには、ニップロール５の真円度、表面粗さ等について高い精度で加工されたものが好ましく、ゴム製ロールの場合にはゴム硬度が６０度以上の高い硬度のものが好ましい。このニップロール５は、活性エネルギー線硬化性組成物１０の厚さを正確に調整することが必要であり、圧力調整機構４によって操作されるようになっている。この圧力調整機構４としては、油圧シリンダー、空気圧シリンダー、各種ネジ機構等が使用できるが、機構の簡便さ等の観点から空気圧シリンダーが好ましい。空気圧は、圧力調整弁等によって制御される。
【００１２】
活性エネルギー線硬化性組成物１０を円筒形レンズ型１２と透光性基材６の間に供給した後、活性エネルギー線硬化性組成物１０が円筒形レンズ型１２と透光性基材６の間に挟まれた状態で、活性エネルギー線照射装置１３から活性エネルギー線を透光性基材６を通して照射して、活性エネルギー線硬化性組成物１０を重合硬化しレンズ型に形成されたレンズパターンの転写を行い、透光性基材６の一方の表面にレンズを形成する。その後、得られたレンズシート１１を円筒形レンズ型１２から剥離する。活性エネルギー線照射装置１３としては、化学反応用ケミカルランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、可視光ハロゲンランプ等が使用される。活性エネルギー線の照射量としては、２００〜６００ｎｍの波長の積算エネルギーが０．１〜５０Ｊ／ｃｍ^２となる程度とすることが好ましい。また、活性エネルギー線の照射雰囲気としては、空気中でもよいし、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下でもよい。
【００１３】
本発明においては、上記のような製造過程において、透光性基材６が活性エネルギー線硬化性組成物１０を介して円筒形レンズ型１２に接している状態で透光性基材６に張力を付与するとともに、付与される張力に応じて円筒形レンズ型１２に形成するレンズパターンのレンズピッチをあらかじめ補正しておくことが、レンズピッチの変動が少なく、レンズシート全体にわたって設計通りのピッチを有するレンズシートを製造する上で必要である。
【００１４】
次に、透光性基材６に付与される張力を制御する方法について説明する。透光性基材６は、ブレーキ２を備えた巻出ロール１から供給されるため、このブレーキ２を作動させることによって透光性基材６に張力が付与される。また、透光性基材６の表面に活性エネルギー線硬化性組成物１０によりレンズが形成され、円筒形レンズ型１２から剥離されたレンズシート１１は、図示されない引き取り装置によって引き取られており、この引き取り装置の引き取り速度を調整することによって透光性基材６に張力が付与される。従って、透光性基材６に付与される張力の制御は、巻出ロール１に設けたブレーキ２の駆動、引き取り装置の引き取り速度の調整によって行うことができる。なお、これらによって張力制御を行う場合は、巻き径によってトルクを変化させる必要がある。
【００１５】
また、透光性基材６に付与される張力を測定することによって、張力変動が起きた場合に張力の変動を制御して、一定の張力が付与されるようにしておくことが好ましい。透光性基材６の張力を測定する方法としては、例えば、巻出ロール１と円筒形レンズ型１２との間あるいは引き取り装置と円筒形レンズ型１２の間に、テンションピックアップ３を設けて張力測定を行うことが好ましい。さらに、テンションピックアップ３からの出力をフィードバック１４して、巻出ロール１に設けたブレーキ２の電圧を制御したり、引き取り装置の引き取り速度を制御することにより、透光性基材６に付与される張力を一定に維持することができる。
【００１６】
本発明においては、透光性基材６が活性エネルギー線硬化性組成物１０を介して円筒形レンズ型１２に接し、透光性基材６に張力が付与されている状態で活性エネルギー線を照射して、活性エネルギー線硬化性組成物１０を硬化・賦型するため、製造されたレンズシート１１を製品サイズに切断する際に、透光性基材６に付加されていた応力が解放され、付与されていた張力に応じた収縮量分だけレンズピッチが大きくなる。従って、目的とする正確なレンズピッチを有するレンズシートを得るためには、透光性基材６に付与されていた張力に応じた収縮量分を、円筒形レンズ型にレンズパターンを形成する際に、あらかじめ補正したレンズピッチとしておくことが必要である。
【００１７】
透光性基材６に付与された張力（Ｔ）に応じて生じる透光性基材６の収縮量（Δ）は、透光性基材６の厚さをｔ、ヤング率をＥ、ポアソン比をνとすると次の式（１）で表される。
【００１８】
【数２】

従って、円筒形レンズ型１２のレンズパターンのピッチを、透光性基材６に付与する張力に応じて生じる上記式（１）に示した透光性基材６の収縮量Δ分補正しておけばよい。
【００１９】
また、レンズシートの製造過程においては、あらかじめ円筒形レンズ型１２のレンズパターンのピッチの補正分Δに応じて、透光性基材６に付与する張力を上記（１）式で表される張力Ｔに制御しながら製造することが好ましい。なお、上記（１）式では、レンズピッチ方向の収縮量Δは透光性基材６の幅に依存していないが、この式（１）はレンズシート製造時の式であるので、製品サイズで換算するには按分比例で計算すればよい。
【００２０】
本発明において、透光性基材６に付与する張力は、上記（１）式で表される張力Ｔとすればよいが、その応力値で０．０３ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることがレンズピッチの安定性の観点から好ましく、透光性基材６の強度の点から２５ｋｇｆ／ｍｍ^２以下とすることが好ましい。張力はフィルムの弾性変形量を制御する製造パラメーターであるので、正確に制御するためには、制御性の優れたブレーキを使用して制御することが好ましい。また、その他のロールなども機械的損失がないように回転摩擦係数が小さく、変動幅も小さくなるように設計されたものを使用することが好ましい。
【００２１】
透光性基材６の厚さは、その用途によっても異なり２０μｍ〜５００μｍ程度の範囲のものが使用される。ヤング率Ｅは、透光性基材６の機械的物性によって決まっており、本発明で使用される透光性基材６としては４０〜５００ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲のものが好ましい。例えば、レンズシートの透光性基材６として、一般的に使用されるポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）では、ヤング率は３００〜４５０ｋｇｆ／ｍｍ^２程度である。なお、透光性基材６のヤング率は、透光性基材６の弾性変形を小さくするという点から大きい方が好ましい。また、ポアソン比は、０．３〜０．５の値をとすることが好ましい。なお、ポアソン比とは、ＭＤ方向の張力がＴＤ方向の弾性変形量に換算されるときのパラメーターである。
【００２２】
さらに、以上のような物理量は、レンズシート製造時の温度や湿度によって影響を受けるため、製造時の温度は１０〜８０℃の範囲で一定とすることが好ましく、さらに好ましくは２０〜６０℃の範囲である。これは、製造時の温度が１０℃未満では、温度調節に大量のエネルギーが必要となり、８０℃を超えると透光性基材６の熱による収縮などが生じるおそれがあるためである。
【００２３】
本発明において、レンズシートの製造に使用される活性エネルギー線硬化性組成物としては、紫外線、電子線等の活性エネルギー線で硬化させたものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリエステル類、エポキシ系樹脂、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート系樹脂等が挙げられる。中でも、（メタ）アクリレート系樹脂がその光学特性等の観点から特に好ましい。
【００２４】
このような硬化樹脂に使用される活性エネルギー線硬化性組成物としては、取扱い性や硬化性等の点で、多価アクリレートおよび／または多価メタクリレート（以下、多価（メタ）アクリレートと記載）、モノアクリレートおよび／またはモノメタクリレート（以下、モノ（メタ）アクリレートと記載）、および活性エネルギー線による光重合開始剤を主成分とすものが好ましい。代表的な多価（メタ）アクリレートとしては、ポリオールポリ（メタ）アクリレート、ポリエステルポリ（メタ）アクリレート、エポキシポリ（メタ）アクリレート、ウレタンポリ（メタ）アクリレート等が挙げられる。これらは、単独あるいは２種以上の混合物として使用される。また、モノ（メタ）アクリレートとしては、モノアルコールのモノ（メタ）アクリル酸エステル、ポリオールのモノ（メタ）アクリル酸エステル等が挙げられる。
【００２５】
透光性基材としては、紫外線、電子線等の活性エネルギー線を透過する材料であれば特に限定されず、柔軟な硝子板等を使用することもできるが、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等の透明樹脂シートやフィルムが好ましい。特に、レンズ部の屈折率よりも屈折率が低く、表面反射率の低いポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレートとポリフッ化ビニリデン系樹脂との混合物、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂からなるものが好ましい。透光性基材の厚さは、その用途によっても異なり２０μｍ〜５００μｍ程度の範囲のものが使用される。なお、透光性基材には、活性エネルギー線硬化性組成物からなるレンズ部と透光性基材との密着性を向上させるために、その表面にアンカーコート処理等の密着性向上処理を施したものが好ましい。
【００２６】
本発明で製造されるレンズシートのレンズ形状は、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、マイクロレンズアレイ形状等が挙げられ、円筒形レンズ型には製造されるレンズ形状と逆型のレンズパターンを形成する。レンズシートのレンズ部を構成するレンズ列のピッチは、その目的に応じて適宜決定されるものである。例えば、１３．１インチサイズの液晶ディスプレイで画素数がＳＶＧＡ（８００×６００ドット）のマイクロレンズアレイとして使用する場合には、液晶セルピッチは約３００μｍとなるため、レンズピッチは液晶セルピッチの整数倍あるいは１／３などの分子が１の分数倍とされる。
【００２７】
本発明により製造されたレンズシートとしては、例えば、液晶表示装置等のバックライトに使用されるプリズムシート、液晶パネルに使用されるマクロレンズアレイシート、プロジェクションテレビ等の投写スクリーンに使用されるレンチキュラーレンズシート、フレネルレンズシート等が挙げられるが、その他の各種光学装置に使用される凹凸形状を表面に有したレンズシートであってもよい。中でも、レンズピッチの高精度が要求されるマイクロレンズアレイシート等に特に適したものである。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
アクリル系紫外線硬化性組成物用いて、図１に示した製造装置でレンチキュラーレンズシートを製造した。円筒形レンズ型１２は、ピッチ３００μｍ、曲率半径４００μｍの断面を有する円弧状レンズ列を多数連接して形成された黄銅製の薄板に無電解ニッケルめっきを施したものを、直径２２０ｍｍ、長さ４５０ｍｍのステンレス製の円筒状芯ロールに巻き付けて固定したものを用いた。なお、円筒形レンズ型１２に形成したレンズピッチは、（１）式より算出したＰＥＴフィルムに付与する張力１５ｋｇｆで製造したときの収縮量に基づき、４７０ｍｍの幅で１３１μｍ小さくなるように補正を行った。
【００２９】
円筒形レンズ型１２とゴム製のニップロール５の間に、円筒型レンズ型１２の表面に巻き付くようにして片面に密着性向上処理を施したＰＥＴフィルム（東洋紡社製Ａ４１００、厚さ１００μｍ、幅４７０ｍｍ）を処理面が円筒型レンズ型１２側となるように装置内に導入した。このＰＥＴフィルムのヤング率は、４０℃のとき４００ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、ポアソン比は０．３５である。巻出ロール１は、上記のＰＥＴフィルム１０００ｍを６インチ紙管に巻いたもので、直径３００ｍｍのロールで供給した。
【００３０】
次いで、タンク７に供給され４０℃に保持したアクリル系紫外線硬化性組成物１０を供給ノズル９から、円筒型レンズ型１２とＰＥＴフィルム６との間に供給した。円筒型レンズ型１２は、約６ｍ／分の速度で回転させた。供給されたアクリル系紫外線硬化性組成物１０がＰＥＴフィルム６と円筒型レンズ型１２との間に保持された状態で、９．６ｋＷ（１２０Ｗ／ｃｍ）の紫外線照射装置１３により、照射量（積算エネルギー）が２００ｍＪ／ｃｍ^２となるように紫外線を照射し、アクリル系紫外線硬化性組成物１０を硬化・賦型した後、円筒型レンズ型７から剥離してマイクロレンズアレイシート６を得た。
【００３１】
ＰＥＴフィルムの張力は、三菱電機社製テンションピックアップ３により測定し、ＰＥＴフィルムの張力が１５Ｋｇｆで一定になるように三菱電機社製パウダーブレーキ２のフィードバック制御１４を行った。
【００３２】
得られたレンズシートから３００ｍｍ×２００ｍｍの大きさにレンズ稜線が短辺と平行になるように切り出し、２５℃、５０％ＲＨの環境下で、恒温恒湿室内でトプコン社製工具顕微鏡ＴＭＭ−１００Ｄを用いて、レンズピッチ方向の長さの測定を行った。その結果、３００ｍｍの長さで±１０μｍ以内であり、レンズピッチの制御が高い精度で行われた。
【００３３】
また、巻出ロール１のブレーキ電圧を変えてＰＥＴフィルムの張力を０〜２０Ｋｇｆの間で、５Ｋｇｆずつ変化させたときのレンズピッチ（４００ピッチの合計値）の変化を図２に示した。なお、各張力値におけるレンズピッチの変化は、製造され切り出されたレンズシート１００枚のうち、製造された順に１枚目のもの、５０枚目のもの、１００枚目のもの３枚について測定を行った。
【００３４】
図２から明らかなように、ＰＥＴフィルムに張力が付与されていない場合には、クリーニングロールなどの機械的損失による張力変化が大きくレンズピッチが安定しないものであった。また、円筒形レンズ型のレンズピッチの補正を行った収縮量に応じた張力である１５Ｋｇｆの場合が、最もレンズピッチの制御が高い精度で行われていた。さらに、１０^―４の精度でレンズピッチ制御を行うためには、厚さ１００μｍ、幅４７０ｍｍのＰＥＴフィルムで張力変動を５ｋｇｆの範囲で制御すれば、レンズピッチを精度良く制御でき、これを応力値に換算すると１０^―４のレンズピッチ制御は０．０６ｋｇｆ／ｍｍ^２の制御が必要となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、レンズシートの製造過程で生じる透光性基材の収縮によるレンズピッチのずれを透光性基材に付与する張力の制御と、この張力に応じたレンズ型でのレンズピッチの補正を行うことにより抑止し、レンズピッチの変動が少なく、レンズシート全体にわたって設計通りのピッチを有するレンズシートを提供できる極めて高精度のレンズピッチの制御を行うことができるレンズシートの製造方法を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズシートの製造方法を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例における張力の変化によるレンズピッチの変化を示したグラフである。
【符号の説明】
１透光性基材巻出ロール
２パウダーブレーキ
３テンションピックアップ
４エアシリンダー
５ニップロール
６透光性基材
７タンク
８配管
９供給ノズル
１０活性エネルギー線硬化性組成物
１１レンズシート
１２円筒形レンズ型
１３活性エネルギー線光源

Claims

レンズパターンが形成された円筒形レンズ型のレンズパターン形成面と透光性基材との間に活性エネルギー線硬化性組成物を注入し、透光性基材と円筒形レンズ型の間に活性エネルギー線硬化性組成物が挟持された状態で活性エネルギー線を照射して活性エネルギー線硬化性組成物を硬化し透光性基材の一方の面にレンズを形成するレンズシートの製造方法において、透光性基材が活性エネルギー線硬化性組成物を介して円筒形レンズ型に接している状態で透光性基材に０．０３〜２５Ｋｇｆ／ｍｍ ^２の張力を付与するとともに、付与される張力に応じて円筒形レンズ型のレンズパターンのピッチをあらかじめ補正しておくことを特徴とするレンズシートの製造方法。