JP5027583B2 - バックライト装置に用いられるマイクロレンズアレイシート及びマイクロレンズアレイシートを製造するためのロール版 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロレンズアレイシート及びロール版に関し、さらに詳しくは、バックライト装置に用いられるマイクロレンズアレイシート及びそのマイクロレンズアレイシートを製造するためのロール版に関する。

液晶ディスプレイに代表される表示装置は、高い正面輝度を求められる。そのため、表示装置を構成するバックライト装置には、正面輝度を向上するための光学レンズシートが敷設される。

正面輝度を向上するためのバックライト装置用の光学レンズシートの１つに、マイクロレンズアレイシートがある。バックライト装置用のマイクロレンズアレイシートは、特開２００４−１４５３２９号公報（特許文献１）、特開２００４−１４５３２８号公報（特許文献２）、特開２００４−１２６３７６号公報（特許文献３）、特開２００４−１９１６１１号公報（特許文献４）、特開２００４−３０９５５７号公報（特許文献５）に開示されている。

マイクロレンズアレイシートは、シート状であり、一方の表面上に格子状に配列された複数の凸レンズ（マイクロレンズ）を有する。バックライト装置に用いられるマイクロレンズアレイシートは、光源からの拡散光を複数のマイクロレンズで集光して出射することにより、正面輝度を向上する。

ところで、光学レンズシートの製造方法の１つに、外周面にレンズ成型用の溝又は穴を有するロール版を用い、シート状のベースフィルム上に電離放射線硬化樹脂による版パターンを形成するロールツーロール法がある。この製造方法では、ロール版の外周面に形成されたレンズ成型用の溝又は穴に電離放射線硬化樹脂を充填する。続いて、電離放射線硬化樹脂が充填されたロール版の外周面にシート状のベースフィルムを巻き付け、電離放射線を照射する。電離放射線により電離放射線硬化樹脂が硬化し、ベースフィルム上に複数のレンズ（プリズムやマイクロレンズ等）が成型される。以上の工程により、光学レンズシートが製造される。

ロールツーロール法によりマイクロレンズアレイシートを製造する場合、マイクロレンズアレイシート上の互いに隣り合うマイクロレンズの間には、平坦な面（以下、平坦部という）が存在する。平坦部は集光に何ら寄与しないため、集光効果を考慮すれば、マイクロレンズ同士を接触させて平坦部をなくす方が好ましい。

しかしながら、ロールツーロール法によりマイクロレンズアレイシートを製造する場合、マイクロレンズを互いに接触させるのは実質的に困難である。なぜなら、マイクロレンズ同士を接触させるためには、ロール版のレンズ成型穴の周縁同士を接触させなければならない。この場合、ロール版の穴の周縁部の強度が弱くなり、クラックが発生しやすくなるため、ロール版の寿命が短くなる。したがって、ロールツーロール法によりマイクロレンズアレイシートを製造する場合、マイクロレンズ間に所定の幅を有する平坦部が設けられる。

しかしながら、平坦部を有するマイクロレンズアレイシートをバックライト装置に使用する場合、輝度ムラが発生する。平坦部は集光に何ら寄与しないため、バックライト装置に並設された複数の線光源から垂直に入射された光線をそのまま出射する。そのため、線光源直上部分の輝度が他の部分の輝度よりも高くなり、輝度ムラが生じる。
特開２００４−１４５３２９号公報 特開２００４−１４５３２８号公報 特開２００４−１２６３７６号公報 特開２００４−１９１６１１号公報 特開２００４−３０９５５７号公報 特開平９−２１９０３号公報 特開２０００−２４９８０７号公報

本発明の他の目的は、輝度ムラの発生を抑制できるマイクロレンズアレイシート及びそのマイクロレンズアレイシートを製造するためのロール版を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明によるマイクロレンズアレイシートは、バックライト装置に用いられる。マイクロレンズアレイシートは、シート状の基材と、基材上に配設された複数のマイクロレンズとを備える。複数のマイクロレンズの各々は、表面を有する。マイクロレンズの表面は、凸面部と周縁部とを含む。凸面部は、球面又は楕円面である。周縁部は、凸面部と基材との間に形成され、凹状に湾曲している。

本発明によるマイクロレンズアレイシートのマイクロレンズでは、周縁部が凹状に湾曲して滑らかに基材表面に結合されている。周縁部を凹状に湾曲させることにより、従来のマイクロレンズアレイシートと比較して、平坦部を狭くすることができる。そのため、輝度ムラの発生を抑制できる。

本発明によるロール版は、マイクロレンズアレイシートを製造するために用いられる。ロール版は、外周面に形成された複数のレンズ成型穴を備える。複数のレンズ成型穴は、表面を有する。レンズ成型穴の表面は、凹面部と、周縁部とを備える。凹面部は、球面又は楕円面である。周縁部は、凹面部とロール版の外周面との間に形成され、丸みを帯びている。

本発明によるロール版は、レンズ成型穴の周縁部が丸みを帯びているため、上述のマイクロレンズアレイシートを製造できる。また、レンズ成型穴の周縁部が丸みを帯びているため、ロールツーロール法により製造されたマイクロレンズアレイシートがロール版から剥がれやすくなる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

１．マイクロレンズアレイシート

図１及び図２を参照して、マイクロレンズアレイシート１４は、シート状の基材１５と、基材１５の一方の表面１５１上に格子状に配列されたマイクロレンズ１３とを備える。なお、表面１５１と反対側の他方の表面１５２は平面である。

マイクロレンズ１３の表面は、凸面部１６と周縁部１７とを含む。凸面部１６は、頂点Ｐからマイクロレンズ１３の周縁部１７までの間の部分であり、球面である。周縁部１７は、凸面部１６と基材１５との間に形成される。周縁部１７は、凹状に湾曲しており、表面１５１に滑らかに結合される。図２に示すように、マイクロレンズ１３の表面の横断面形状は、変曲点(Inflection Point)ＩＰ１を含む曲線となる。凸面部１６は、頂点Ｐと変曲点ＩＰ１との間の部分であり、周縁部１７は、変曲点ＩＰ１と端縁(Edge)ＥＤとの間の部分をいう。

なお、基材表面１５１のうち、隣り合うマイクロレンズ１３間の部分１４０は平坦である（以下、平坦部１４０という）。

上述のマイクロレンズ１３の凸面部１６は球面としたが、楕円面であってもよい。

基材１５は、たとえば、ポリエステル系樹脂や、ポリカーボネート系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、脂環式ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン酸系樹脂、トリアセチルセルロース系樹脂等の樹脂で構成される。また、マイクロレンズ１３も基材１５と同様の樹脂で構成される。

マイクロレンズアレイシート１４は、周縁部１７により、従来のマイクロレンズアレイシートよりも輝度ムラを抑制できる。以下、この点について説明する。

図３に示すように、バックライト装置５０は一般的に、上面が開口した筐体であるハウジング５１と、ハウジング５１内に並設された複数の線光源（たとえば冷陰極管）５２と、ハウジング５１の開口部に敷設される１又は複数の光学レンズシート１８とを備える。

光学レンズシート１８として、図４に示すような横断面形状を有する従来のマイクロレンズアレイシート１９を使用した場合、図３に示すように、線光源５２直上のライン５２０の輝度が他の部分の輝度よりも高くなり、いわゆる輝度ムラが発生する。図４に示すように、従来のマイクロレンズアレイシート１９の表面のうち、互いに隣り合うマイクロレンズ１９０の間には平坦な部分（以下、平坦部という）１９１が存在する。線光源５２の直上に平坦部分１９１が配置されたとき、線光源５２から垂直に出射された光線Ｒ０は、平坦部１９１に垂直に入射する。このとき、平坦部１９１は入射された光線Ｒ０をそのまま垂直に出射する。その結果、輝度ムラが発生する。

これに対し、光学レンズシート１８として、本実施の形態によるマイクロレンズアレイシート１４を使用すれば、輝度ムラを抑えることができる。図５を参照して、互いに隣り合うマイクロレンズ１３のサイズが等しく、かつ、レンズ頂点Ｐ間の距離（以下、レンズピッチという）ＬＰ１が従来のマイクロレンズアレイシート１９のレンズピッチＬＰ０と等しい場合、マイクロレンズ１３間の平坦部１４０は、従来のマイクロレンズアレイシート１９の平坦部１９１よりも狭くなる。なぜなら、マイクロレンズ１３の周縁部１７が、凹状に湾曲しているためである。そのため、線光源からの光線Ｒ０のうちの一部（図５中のＲ０１及びＲ０２）は、周縁部１７により全反射又は屈折し、垂直方向に出射しない。つまり、周縁部１７は線光源５２から垂直に出射された光線に対して、そのまま出射する割合を減少させる。その結果、従来よりも輝度ムラを抑制できる。

なお、マイクロレンズアレイシート１４及び１９はともに、斜め方向から入射された光線Ｒ１を垂直方向に出射する。したがって、マイクロレンズアレイシート１４は従来のマイクロレンズアレイシート１９と同等に正面輝度を向上できる。

図２に戻って、好ましいマイクロレンズ１３の高さＨ_１３は１７．５〜２２．５μｍであり、好ましいマイクロレンズ１３のレンズ外径(Lens diameter)ＬＤ_１３は、３６．５〜４６．５μｍである。ここで、レンズ外径ＬＤ_１３は、マイクロレンズ１３の端縁ＥＤ間の距離をいう。

また、周縁部１７の好ましい幅Ｗ_１７は１〜５μｍであり、さらに好ましい幅Ｗ_１７は２〜５μｍである。また、周縁部１７の好ましい高さＨ_１７は１〜５μｍであり、さらに好ましい高さＨ_１７は、２〜５μｍである。ここで、幅Ｗ_１７とは、端縁ＥＤと変曲点ＩＰ１との間の幅をいう。また、高さＨ_１７とは、端縁ＥＤからレンズ表面上の変曲点ＩＰ１までの高さをいう。平坦部１４０の幅Ｗ_１３、すなわち、隣り合うマイクロレンズ１３の端縁ＥＤ間の最短距離は、好ましくは、１〜５μｍである。

これらの寸法は、たとえば、マイクロレンズアレイ１４の頂点Ｐを含む断面を株式会社キーエンス製のデジタルマイクロスコープ（ＶＨＸ−１００）等の観察手段を用いて１０００倍程度の倍率で観察することにより詳細に測定できる。

また、マイクロレンズ１３が形成された表面１５１を真上から見た場合の表面１５１全体の面積に対するマイクロレンズ１３の占有面積の割合（以下、レンズ占有率という）は７０〜９０％が好ましい。上述のデジタルマイクロスコープを用いて基材表面１５１を真上から観察し、図６に示すように画像処理することで、マイクロレンズ１３の占有面積を特定する。図６では、黒色の部分の総面積がマイクロレンズ１３の占有面積となる。

マイクロレンズアレイ１３の寸法が上述の範囲内であるとき、輝度ムラがより有効に抑制される。また、マイクロレンズアレイシート１４を液晶表示装置用のバックライト装置に使用する場合、画素のサイズに対するマイクロレンズ１３のサイズが十分小さいため、各画素の輝度をより均斉化できる。また、レンズ占有率を上述の範囲内とすれば、高い正面輝度を得ることができる。なお、上述の寸法及びレンズ占有率の範囲と異なる場合であっても、輝度ムラはある程度抑制される。
周縁部１７は一定の曲率を有していてもよいし、複数の異なる曲率を有していてもよい。たとえば、表面１５１に向かうほど曲率が小さくなってもよい。この場合、周縁部１７の曲がりは、表面１５１に向かうほど緩やかになる。

２．マイクロレンズアレイシートの製造方法

本実施の形態によるマイクロレンズアレイシート１４は、ロール版を用いたロールツーロール法により製造される。以下、マイクロレンズアレイシート１４の製造方法について説明する。

図７を参照して、マイクロレンズアレイシート１４の製造装置６０は、ベースフィルムロール１と、ニップロール２と、ロール版３と、ダイコータ４と、送り出しロール５と、巻き取りロール６と、露光装置７とを備える。

ロール版３は、複数のレンズ成型穴３１を有する外周面３０を備える。複数のレンズ成型穴３１は、マイクロレンズアレイシート１４上に２次元状に配列される複数のマイクロレンズ１３に対応する。ロール版３については後述する。

ベースフィルムロール１は、図７において時計回りに回転して、外周面に巻かれたベースフィルム１０を巻き出す。巻き出されたベースフィルム１０はロール版３に向かって搬送される。

ロール版３の上方に配置されたダイコータ４は、液状の電離放射線硬化樹脂を吐出し、図７において反時計回りに回転するロール版３の外周面３０に塗布する。このとき、ロール版３の外周面３０に塗布された電離放射線硬化樹脂は、各レンズ成型穴３１に充填され、さらにロール版３の外周面３０上に電離放射線硬化樹脂膜１１を形成する。

ロール版３の前上方に配置されたニップロール２は、ベースフィルムロール１から搬送されたベースフィルム１０を、ニップロール２と電離放射線硬化樹脂膜１１が形成されたロール版３との間に通す。このとき、ニップロール２は、ベースフィルム１０をロール版３側に押圧する。これにより、ベースフィルム１０を電離放射線硬化樹脂膜１１に接触させる。
なお、図７ではロール版３上に電離放射線硬化樹脂を塗布した後、ベースフィルム１０を接触させたが、ロール版３の代わりにベースフィルム１０上に電離放射線硬化樹脂を塗布し、その後、ベースフィルム１０上の電離放射線硬化樹脂をロール版３に接触させてもよい。

露光装置７は、ロール版３に向けて電離放射線を照射する。ロール版３の外周面３０上の電離放射線硬化樹脂膜１１及びレンズ成型穴３１に充填された電離放射線硬化樹脂は、露光装置７から照射された電離放射線により硬化する。これにより、複数のマイクロレンズ１３を有するマイクロレンズアレイシート１４が形成される。

ロール版３に巻かれたマイクロレンズアレイシート１４は、ロール版３から剥がされて、送り出しロール５を介して巻き取りロール６に搬送される。以上の工程によりマイクロレンズアレイシート１４が製造される。

なお、図２中の基材１５は、ベースフィルム１０と、ベースフィルム１０上で硬化した電離放射線硬化樹脂膜１１とで構成される。ただし、ロール版３上に電離放射線硬化樹脂を塗布するとき、電離放射線硬化樹脂膜１１を形成しないことにより、ベースフィルム１０上に電離放射線樹脂からなるマイクロレンズ１３を直接形成してもよい。この場合、図２中の基材１５はベースフィルム１０で構成される。

３．ロール版

続いて、マイクロレンズアレイシート１４を製造するためのロール版３について説明する。

図８は、ロール版３の外周面の展開図である。図８を参照して、ロール版３は、複数のレンズ成型穴３１を外周面３０に有する。複数のレンズ成型穴３１は外周面３０上に格子状に配列されている。レンズ成型穴３１の配列は、マイクロレンズアレイシート１４上のマイクロレンズ１３の配列に対応する。

図９を参照して、レンズ成型穴３１の表面は、凹面部３２と周縁部３３とを含む。凹面部３２は、レンズ成型穴３１の底の中心ＢＣから周縁部３３までの部分であり、球面又は楕円面である。周縁部３３は、凹面部３２と外周面３０との間に形成される。周縁部３３は、丸みを帯びており、凸状に湾曲して外周面３０に滑らかに結合される。図９に示すように、レンズ成型穴３１の断面形状は、変曲点ＩＰ２を含む曲線となる。凹面部３２は、底の中心ＢＣと変曲点ＩＰ２との間の部分であり、周縁部３３は、変曲点ＩＰ２と端縁ＥＤとの間の部分をいう。

上述のとおり、ロールツーロール法によりマイクロレンズアレイシート１４を製造する場合、電離放射線により硬化されたマイクロレンズアレイシート１４は、ロール版３から剥がされて巻き取りロール６に搬送される。

このとき、図１０に示すように、周縁部３３が丸みを帯びていなければ、マイクロレンズアレイシート１４がロール版３から剥がれにくい。そのため、図１０に示すロール版を用いれば、マイクロレンズ１３がレンズ成型穴に残ったまま、マイクロレンズアレイシート１４がロール版３から剥がされる場合がある。この場合、マイクロレンズアレイシート１４上にマイクロレンズ１３が欠けた部分が生じる。

図９に示すように周縁部３３が丸みを帯びていれば、マイクロレンズ１３がレンズ成型穴３１から剥がれやすくなる。そのため、ロール版３から剥がされたマイクロレンズアレイシート１４上でマイクロレンズが欠けるのを抑制できる。なお、周縁部３３は一定の曲率を有していてもよいし、複数の曲率を有していてもよい。たとえば、外周面３０に向かうほど曲率が小さくなってもよい。この場合、周縁部３３の曲がりは、外周面３０に向かうほど緩やかになる。

さらに、ロール版３の外周面３０のうち、互いに隣り合う２つのレンズ成型穴３１の間の表面部３４は図９に示すとおり平坦であるのが好ましい。表面部３４を凸曲面とすれば、クラックが入りやすくなる。表面部３４を平坦にすることにより、クラックの発生が抑制され、その結果、ロール版３の寿命の低下を抑制できる。

レンズ成型穴３１の好ましい深さＤ_３１は１７．５〜２２．５μｍであり、好ましい開口径(Opening Diameter)ＯＤ_３１は３６．５〜４６．５μｍである。また、周縁部３３の好ましい深さはＤ_３３は、１〜５μｍであり、より好ましくは２〜５μｍである。周縁部３３の好ましい幅Ｗ_３３は１〜５μｍであり、より好ましくは２〜５μｍである。ここで、深さＤ_３３とは、レンズ成型穴３１の端縁ＥＤから変曲点ＩＰ２までの深さをいう。また、幅Ｗ_３３とは、端縁ＥＤと変曲点ＩＰ２との間の幅（ロール軸方向距離）をいう。また、平坦部３４の幅Ｗ_３４、すなわち、隣り合うレンズ成型穴３１の端部ＥＤ間の最短距離は、好ましくは１〜５μｍである。

Ｄ_３１、ＯＤ_３１、Ｄ_３３、Ｗ_３３及びＷ_３４の寸法が上述の範囲内であれば、上述の効果をより有効に得ることができる。ただし、レンズ成型穴の各寸法がこれらの寸法と異なる寸法であっても、上述の効果をある程度得ることができる。

ロール版３の外周面３０全体の面積に対するレンズ成型穴３１の開口部の総面積の割合は、７０〜９０％であるのが好ましい。この範囲内であれば、製造されたマイクロレンズアレイシート１４は高い輝度向上効果を得ることができる。

ロール版３は以下の方法で製造される。まず、外周面３０が所定厚さの銅層からなるロール版を準備する。レーザ製版等によりロール版の外周面３０上にマイクロレンズ１３に対応する複数の穴を形成する。このとき、穴の周縁は丸みを帯びていない。続いて、複数の穴が形成された外周面３０にクロムめっき処理を実施し、外周面３０及び外周面３０に形成された穴にクロムめっき層を形成する。このとき、形成するクロムめっき層の厚さを調整することにより、丸みを帯びた周縁部３３が形成される。なお、クロムめっき層の厚さを大きくするほど、周縁部３３の深さＤ_３３及び幅Ｗ_３３が大きくなる。

以上の工程により、ロール版３が製造される。上記の製造方法以外の方法でロール版３を製造することもできる。たとえば、機械加工によりレンズ成型穴３１の周縁部を丸面取りすることにより、丸みを帯びた周縁部３３を形成できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明の実施の形態によるマイクロレンズアレイシートの上面図である。 図１に示したマイクロレンズアレイシートの一部の上面図及び横断面図である。 バックライト装置の上面図及び横断面図である。 従来のマイクロレンズアレイシートにおける輝度ムラの発生原理を説明するための図である。 図１に示したマイクロレンズアレイシートによる輝度ムラの抑制原理を説明するための図である。 図１に示したマイクロレンズアレイシートを真上からデジタルマイクロスコープにより撮影し、画像処理によりマイクロレンズの占有面積を特定した画面例を示す図である。 図１に示したマイクロレンズアレイシートを製造するための製造装置の全体構成図である。 図７に示したロール版の外周面の展開図である。 図８中の線分ＩＸ−ＩＸの断面図である。 従来のロール版の横断面形状を示す図である。

符号の説明

３ ロール版
１３ マイクロレンズ
１４，１９ マイクロレンズアレイシート
１５ 基材
１６ 凸面部
１７，３３ 周縁部
３０ 外周面
３１ レンズ成型穴

Claims (4)

1. バックライト装置に用いられ、ロール版により製造されるマイクロレンズアレイシートであって、
   シート状の基材と、
   前記基材上に配設された複数のマイクロレンズとを備え、
   前記複数のマイクロレンズの各々は、表面を有し、
   前記マイクロレンズの表面は、
   球面又は楕円面である凸面部と、
   前記凸面部と前記基材との間に形成され、凹状に湾曲した周縁部とを含み、
   前記基材表面は、
   隣り合う前記マイクロレンズの間に配置され、前記周縁部とつながる平坦部を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
2. 請求項１に記載のマイクロレンズアレイシートであって、
   前記マイクロレンズの高さは１７．５〜２２．５μｍであり、前記マイクロレンズのレンズ外径は３６．５〜４６．５μｍであり、
   前記周縁部の幅は、１〜５μｍであり、前記周縁部の高さは１〜５μｍであり、
   前記複数のマイクロレンズが配設された基材表面を真上から見た場合の、前記基材表面全体の面積に対する前記複数のマイクロレンズアレイの占有面積の割合は７０％以上であることを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
3. マイクロレンズアレイシートを製造するためのロール版であって、
   外周面に形成された複数のレンズ成型穴を備え、
   前記レンズ成型穴の表面は、
   球面又は楕円面である凹面部と、
   前記凹面部と前記ロール版の外周面との間に形成され、丸みを帯びている周縁部とを含み、
   前記ロール版はさらに、
   隣り合う前記レンズ成型穴の間に配置され、前記周縁部とつながる平坦部を含むことを特徴とするロール版。
4. 請求項３に記載のロール版であって、
   前記レンズ成型穴の深さは１７．５〜２２．５μｍ、前記レンズ成型穴のレンズ外径は３６．５〜４６．５μｍであり、
   前記周縁部の幅は、１μｍ〜５μｍであり、前記周縁部の深さは１μｍ〜５μｍであり、
   前記ロール版の外周面全体の面積に対する前記レンズ成型穴の開口部の総面積の割合が７０％以上であることを特徴とするロール版。

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