JP7474694B2 - 光学部材及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、照明装置、画像表示装置等に用いられる光学部材に関する。詳しくは、本発明は、導光体と一体化されたとき、前記導光体から光を選択的に抽出することができる光学部材に関する。
従来から、導光体から光を抽出するために、導光体の表面に凹凸形状を形成した導光体が用いられている。このような凹凸形状を表面に有する導光体の作成は、目的や寸法に応じて都度、凹凸形状の鋳型を作成する必要がある。また、このような凹凸を有する導光体では、光抽出のために凹凸形状に接する空気の存在が幾何学上重要な役割を担っている一方で、薄型化や他の部材との積層が困難である。更に、多機能化のために凹凸形状を精密かつ複雑化することが求められており、導光体の生産には手間とコストが避けられない等の課題がある。
一方で、特許文献1では、屈折率の異なる2つの領域の幾何学的配列を有する可変屈折率光抽出層を作成し、導光体と一体化させたときに、導光体から光を選択的に抽出することが提案されている。
特表2015-534100号公報
本発明者らは、特許文献1について検討したところ、後述する3点を改善すべきであることを見出した。
第1に、特許文献1に開示された光抽出層は、図1に示すように、光抽出層の面方向に低屈折率層1と高屈折率層2が配置され、屈折率の大きく異なる領域が隣接する界面が存在し得るため、当該界面における反射又は屈折による光の散乱が生じ、光漏れのおそれが生じ得る点である。
第2に、特許文献1に開示された光抽出層の製法によれば、図2に示すように、屈折率の低い領域(第1の領域;低屈折率層1)同士の間のスペースが、第1の領域より高い屈折率を有する第2の領域(高屈折率層2)で十分に満たされずに空気層3が存在するため、光の散乱のおそれのみならず、光抽出層が導光体に十分に接着されないことに起因して機械強度が不十分となるおそれがある。
第3に、屈折率の低い領域は、本質的に空孔構造を含むため、屈折率の低い領域は非常に脆く取り扱いが困難である。ましてや、屈折率の低い領域を支持基材に部分的に塗り分けることは製造上極めて困難を有する。
本発明が解決しようとする課題は、光の散乱が少なく、導光体と一体化した際に優れた機械強度を達成する、光を選択的に抽出することを可能とする光学部材及び当該光学部材を簡便に製造する方法を提供することにある。
本発明は、上記課題に鑑みなされてものであり、本発明の要旨は以下に存する。
屈折率がnである第1の領域及び屈折率がnである第2の領域を含む第1の層と、
屈折率がnである第2の層を前記第1の領域及び第2の領域と接するように前記第1の層の第1主面に有し、
前記第1の層は、第1の層の面方向において、前記第1の領域と隣接するように複数の前記第2の領域を有し、
前記複数の第2の領域は、幾何学的パターンを形成し、
前記n乃至nは下記式(1)を満たすことを特徴とする光学部材。
<n<n (1)
本発明によれば、本発明の光学部材を導光体と一体化して用いたときに、優れた光抽出機能を発揮するとともに、光の散乱による光漏れを抑制し、同時に良好な機械強度が得られるとの効果を奏する。
従来の光抽出層の断面図 従来の光抽出層の作成方法に倣って得られる光抽出層の断面図 本発明の光学部材を用いて得られる配光素子の断面図 配光素子における光導波を示す図 本発明の光学部材の断面図 複数の第2の領域によるストライプ形状を有する第1の層の平面図 複数の円形の第2の領域を有する第1の層の平面図 配光素子の他の形態を示す断面図 配光素子の他の形態を示す断面図 配光素子の他の形態を示す断面図 レーザー照射により第2の領域を形成する概念図 インクジェットにより第2の領域を形成する概念図 空洞を有する光抽出層(光アウトカップリングするエアキャビティ構造を有する部材)を作成する概念図 インクジェットにより感圧接着剤層上に光硬化型樹脂モノマーの幾何学的パターンの一部が形成されたこと示す顕微鏡写真 計算に用いる実施例1相当の計算モデル 計算に用いる比較例1相当の計算モデル 各計算モデルにおける裏面から漏れる光の量の計算結果を示すグラフ
本発明は、屈折率がnである第1の領域及び屈折率がnである第2の領域を含む第1の層と、屈折率がnである第2の層を前記第1の領域及び第2の領域と接するように前記第1の層の第1主面に有し、前記第1の層は、第1の層の面方向において、前記第1の領域と隣接するように複数の前記第2の領域を有し、前記複数の第2の領域は、幾何学的パターンを形成し、前記n乃至nは下記式(1)を満たす光学部材である。
<n<n (1)
本発明の光学部材を導光体と一体化して用いたときに、優れた光抽出機能を発揮するとともに、光の散乱による光漏れを抑制し、同時に良好な機械強度が得られる。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、任意に変形して実施することができる。
<1.配光素子>
まず、本発明の光学部材の意義を説明するため、本発明の光学部材が導光体と一体化されて得られる配光素子について説明する。
図3は、実施形態の光学部材300を用いた一例の断面図であり、光学部材300を導光体4と一体化して配光素子とし、該配光素子は上方に光を抽出することを目的としている。図3では、第2の層200は、第2の層の第1主面21を介して第1の層100の第1主面11に設けられ、また、第2の層200は第2の層の第1主面21を介して第1の層100の第1の領域101及び第2の領域102と接する。また、導光体4は導光体4の第1主面41を介して第1の層100の第2主面12と接するように配置されている。導光体の屈折率は、後述するが、第2の層の屈折率nを基準として-0.1~+0.1の範囲の値とすることが好ましい。図3において断面横方向をx軸、断面縦方向をy軸とすると、第1の層100は、x軸方向において、すなわち、第1の層100の面方向において、第1の領域101と第2の領域102を有している。このとき、導光体4の第2主面42には、空気層(屈折率1.00)、又は、光反射性素子若しくは光散乱性素子が配置される(図示なし)。
図3の配光素子において、光源5から光を導光体4へ入光させると、図4のように、光は導光体4の第2主面42で反射し、且つ、第1の領域101で反射しながら、導光体4を図面の左から右に向けて導波する。反射を繰り返しながら導波する光は、第2の領域102では反射することなく進み、これにより、光が配光素子の上方に抽出される(アウトカップリング)。
すなわち、本発明の光学部材によれば、第2の領域のみから光を抽出することができるので、第1の領域及び第2の領域により形成される幾何学的パターンを調整することにより所望の部分のみから光を抽出することが可能となる。その結果、目的に応じた所望の光抽出特性を実現することができる。
(導光体)
導光体は、代表的には、樹脂(好ましくは、透明樹脂)のフィルムまたは板状物で構成され得る。このような樹脂の代表例としては、熱可塑性樹脂、反応性樹脂(例えば、電離放射線硬化型樹脂)が挙げられる。熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアクリロニトリル等の(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、PET等のポリエステル樹脂、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂が挙げられる。電離放射線硬化型樹脂の具体例としては、エポキシアクリレート系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
導光体の厚みは、例えば100μm~100mmであり得る。導光体の厚みは、好ましくは50mm以下であり、より好ましくは30mm以下であり、さらに好ましくは10mm以下である。
導光体の屈折率は、通常、屈折率nを基準として-0.1~+0.1の範囲の値であり、下限値は、好ましくは1.43以上であり、より好ましくは1.47以上である。一方、導光体の上限値は、1.7である。導光体の屈折率を例示したが、導光体の屈折率は、第1の領域が導光体に直接接するように配置される場合、第1の領域で光が反射されるように設計されていればよく、また、第1の領域が第2の層を介して導光体に配置される場合、第1の領域で光が反射されるように第2の層の屈折率を考慮して設計されていればよい。
配光素子とするために本発明の光学部材とともに用いられる導光体は、従来の凹凸形状等が設けられた導光体でもよく、例えば光アウトカップリングパターンなどの光学パターンを有していない導光体でもよい。この新規な非パターン化導光体と本発明の光学部材が一体化された配光素子は、典型的に境界面/表面ラミネーションによって、例えばディスプレイ表面などのターゲット上に照明を提供する。この境界面ラミネーションは、照明又は光表示の目的で、光が通って例えばディスプレイ表面などのターゲット表面に当たることを可能にする。また、光の通過及び方向を操るために、両側の境界面をラミネートして屈折率マッチングによって制御することができる。
本発明の光学部材と上記非パターン化導光体により一体化された配光素子は、フロントライトソリューションにおいて効率上の利益を有する。効率は、導光媒体の屈折率と、接合、ラミネートされる層、クラッド、コーティングの屈折率とに依存する。この新規なソリューションは、導光体が光学パターンを有しないので、迷光を最小化するとともに、高められた透明度でコントラスト及び効率を向上させる。
また、本発明の光学部材は、非パターン化導光体と一体化して配光素子とした際に、導光体に光アウトカップリング(光抽出)のための凹凸形状がなくとも、優れた光抽出機能を実現できる。
<2.光学部材>
(2-A.第1の層)
本発明の光学部材は、屈折率がnである第1の領域及び屈折率がnである第2の領域を含む第1の層を有する。このような構成の第1の層により、上記<1.配光素子>で詳述したように、配光素子の光抽出機能が達成される。図5は、本発明の光学部材300の断面の一例であり、前記第1の層100には、前記第1の領域101及び前記第2の領域102により幾何学的パターンが形成される。幾何学的パターンの例として図6又は図7に示される幾何学的パターンが挙げられる。図6及び図7の平面図で示されるように、第1の領域101及び第2の領域102が連続的に隣接して配置され、第1の層100の第1主面11及び第2主面12(図3参照)を形成する。図6では、第1の領域101で形成される平面内に、複数の第2の領域102がストライプ形状を形成されている。本発明の光学部材が導光体と一体化して用い配光素子とするとき、複数の第2の領域が形成する幾何学的パターンは、導光体の端部に取り付けられるLED等の光源5の位置を基準にして、第2の領域102が疎から密となるように、形成される。
第1の層の厚みは、光抽出機能が実現できれば特に限定されないが、下限値は、通常、入光する波長より大きければよい。具体的には、下限値は、0.3μm以上である。一方で、上限値は、特に限定はないが、通常5μm以下であり、より好ましくは3μm以下である。第1の層の厚みが上記範囲内であれば、配光素子表面の凹凸が積層に影響を与えるほど大きくならないので、他の部材との複合化または積層がきわめて容易となる。
(2-B.第1の領域)
本発明において、第1の領域は屈折率がnである。第1の領域は任意の好適な材料で構成されれば特に限定されないが、nを1.2以下となるように形成されることが好ましい。nの上限は、通常、1.2以下であり、好ましくは1.18以下であり、より好ましくは1.15以下である。一方で、n1の下限は、特に限定されないが、機械強度の観点から、1.05以上が好ましい。
また、本発明において、第1の領域は空隙構造を有していてもよい。例えば、第1の領域の空隙構造は、微細な空隙構造を形成する一種類または複数種類の構成単位を有し、該構成単位同士が触媒作用を介して化学的に結合している構造を有する。このように、微細孔構成単位が触媒作用を介して化学的に結合する構造では、従来のマトリックスとして使用されるバインダ樹脂を主成分とした空隙構造ではないため、屈折率(n)を1.2以下の低屈折率とできるのみならず、空隙構造自体の強度を高めることができる。前記微細孔構成単位の形状としては、例えば、粒子状、繊維状、棒状、平板状が挙げられる。構成単位は、1つの形状のみを有していてもよく、2つ以上の形状を組み合わせて有していてもよい。
第1の領域の空隙率は、下限値は、通常、40%以上であり、好ましくは50%以上であり、より好ましくは55%以上であり、一方、上限値は、通常、90%以下であり、より好ましくは85%以下である。空隙率が上記範囲内であることにより、第1の領域の屈折率を適切な範囲とすることができる。
空隙率の測定方法について一例を説明する。空隙率の測定対象となる層が単一層で空隙を含んでいるだけならば、層の構成物質と空気との割合(体積比)は、定法(例えば重量および体積を測定して密度を算出する)により算出することが可能であるため、これにより、空隙率(体積%)を算出できる。また、屈折率と空隙率は相関関係があるため、例えば、層としての屈折率の値から空隙率を算出することもできる。具体的には、例えば、エリプソメーターで測定した屈折率の値から、Lorentz‐Lorenz's formula(ローレンツ-ローレンツの式)より空隙率を算出する。
第1の領域の膜密度は、例えば、1g/cm以上であり、好ましくは10g/cm以上であり、より好ましくは15g/cm以上である。一方、膜密度は、例えば50g/cm以下であり、好ましくは40g/cm以下であり、より好ましくは30g/cm以下であり、さらに好ましくは2.1g/cm以下である。膜密度の範囲は、例えば5g/cm~50g/cmであり、好ましくは10g/cm~40g/cmであり、より好ましくは15g/cm~30g/cmである。あるいは、当該範囲は、例えば1g/cm~2.1g/cmである。第1の領域の膜密度に基づく空隙率は、例えば50%以上であり、好ましくは70%以上であり、より好ましくは85%以上である。一方、膜密度に基づく空隙率は、例えば90%以下であり、好ましくは85%以下である。
膜密度は、例えば以下のような方法により測定でき、別の手法として、空隙率は、膜密度に基づいて、例えば以下のようにして算出できる。
基材(アクリルフィルム)上に第1の領域を形成した後、この積層体における空隙領域について、X線回折装置(RIGAKU社製:RINT-2000)を用いて全反射領域のX線反射率を測定する。そして、Intensityと2θのフィッティングを行った後に、積層体(第1の領域/基材)の全反射臨界角から膜密度(g/cm)を算出し、さらに、空隙率(P%)を、以下の式より算出する。
空隙率(P%)=45.48×膜密度(g/cm)+100(%)
第1の領域における空隙(孔)のサイズは、空隙(孔)の長軸の直径および短軸の直径のうち、長軸の直径を指すものとする。空隙(孔)のサイズは、例えば、2nm~500nmである。空隙(孔)のサイズは、例えば2nm以上であり、好ましくは5nm以上であり、より好ましくは10nm以上であり、さらに好ましくは20nm以上である。一方、空隙(孔)のサイズは、例えば500nm以下であり、好ましくは200nm以下であり、より好ましくは100nm以下である。空隙(孔)のサイズの範囲は、例えば2nm~500nmであり、好ましくは5nm~500nmであり、より好ましくは10nm~200nmであり、さらに好ましくは20nm~100nmである。空隙(孔)のサイズは、目的および用途等に応じて、所望のサイズに調整することができる。
空隙(孔)のサイズは、BET試験法により定量化できる。具体的には、比表面積測定装置(マイクロメリティック社製:ASAP2020)のキャピラリに、サンプル(形成された空隙層)を0.1g投入した後、室温で24時間、減圧乾燥を行って、空隙構造内の気体を脱気する。そして、上記サンプルに窒素ガスを吸着させることで吸着等温線を描き、細孔分布を求める。これによって、空隙サイズが評価できる。
空隙構造を有する第1の領域としては、例えば、多孔質領域、および/または空気領域を少なくとも一部に有する第1の領域が挙げられる。多孔質層は、代表的には、エアロゲル、および/または粒子(例えば、中空微粒子および/または多孔質粒子)を含む。第1の領域は、好ましくはナノポーラス層(具体的には、90%以上の微細孔の直径が10-1nm~10nmの範囲内の多孔質層)であり得る。
上記粒子としては、任意の好適な粒子を採用し得る。粒子は、代表的には、シリカ系化合物からなる。粒子の形状としては、例えば、球状、板状、針状、ストリング状、およびブドウの房状が挙げられる。ストリング状の粒子としては、例えば、球状、板状、または針状の形状を有する複数の粒子が数珠状に連なった粒子、短繊維状の粒子(例えば、特開2001-188104号公報に記載の短繊維状の粒子)、およびこれらの組み合わせが挙げられる。ストリング状の粒子は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。ブドウの房状の粒子としては、例えば、球状、板状、および針状の粒子が複数凝集してブドウの房状になったものが挙げられる。粒子の形状は、例えば透過電子顕微鏡で観察することによって確認できる。粒子の平均粒子径は、例えば5nm~200nmであり、好ましくは10nm~200nmである。上記構成を有することにより、屈折率が充分に低い第1の領域を得ることができ、かつ第1の領域の透明性を維持することができる。なお、本明細書では、平均粒子径とは、窒素吸着法(BET法)により測定された比表面積(m/g)から、平均粒子径=(2720/比表面積)の式によって与えられた値を意味するものとする(特開平1-317115号公報参照)。
本発明における第1の領域の形成方法の具体例については、<3.光学部材の製造方法>にて詳述する。
(2-C.第2の領域)
本発明において、第2の領域は屈折率がnである。nは、n<n<nの関係を満たす。nが前記関係を満たすことで、第1の層の面方向における第1の領域と第2の領域の界面における反射及び屈折による光の散乱を防ぎ、光漏れを抑制することができる。第2の領域は任意の好適な材料で構成されれば特に限定されないが、nを1.25以上1.4以下となるように形成されることが好ましい。nの下限値は、通常、1.25以上であり、好ましくは1.30以上であり、光抽出機能の観点から、より好ましくは1.35以上であり、一方で、上限値は、光漏れ抑制の観点から、1.4以下である。第2の領域は、配光素子とした際に、光が透過していくことが可能なように、第2の領域を除く第1の層及び第2の層を考慮して光学的に設計されていればよい。
例えば、第2の領域は、第1の領域と共通する空隙構造を形成する物質と、樹脂等の物質とを含む。第2の領域の屈折率(n)は、第1の領域を形成する材料の屈折率及び体積分率、樹脂等で充填されていない空隙の空気の屈折率及び体積分率、並びに樹脂等の屈折率及び体積分率に基づいて算出される。
別の態様として、第2の領域は、第1の領域と共通する空隙構造の骨格を有し、当該空隙構造の空隙を樹脂等の物質で充填して形成されている。第2の領域における空隙の充填率は、屈折率nが1.25以上1.4以下となるような充填率であれば特に限定されない。理論上、充填率0%の場合、第2の領域の屈折率は第1の領域と同じ屈折率となり、充填率100%の場合、第2の領域の屈折率は空隙構造を構成する材料の屈折率及び体積分率並びに充填した樹脂等の物質の屈折率及び体積分率に基づいて算出され、n未満の値となる。
別の態様として、第2の領域は、第1の領域を構成する物質と、後述する第2の層が有する樹脂Aを含有して構成される。樹脂Aは第2の層由来の樹脂Aでもよく、第2の層形成とは別途用意された樹脂Aでもよい。具体的には、前記樹脂Aが第1の領域を構成する物質により形成された空隙構造を充填することにより、第2の領域が得られる。樹脂Aについては、下記(2-D.第2の層)にて詳述する。
別の態様として、第2の領域は、第1の領域を構成する物質と、樹脂Bを含有して構成される。具体的には、第1の領域を構成する物質により形成された空隙構造を前記樹脂Bが充填することにより、第2の領域が得られる。前記第2の領域に含まれる樹脂Bとしては、感圧接着剤、エネルギー活性線硬化樹脂が上げられる。
樹脂Bとして用いられる感圧接着剤bは、例えば、後述するエージング工程等の加熱条件下で第1の領域の空隙に浸透し得る程度の柔らかさを有することが好ましい。具体的には、前記感圧接着剤bの貯蔵弾性率は、好ましくは9.0×10(Pa)以下であり、より好ましくは5.0×10(Pa)~8.5×10(Pa)である。前記感圧接着剤bとしては、このような特性を有する限りにおいて任意の適切な感圧接着剤が用いられ得る。感圧接着剤としては、代表的には、アクリル系感圧接着剤(アクリル系感圧接着剤組成物)が挙げられる。アクリル系感圧接着剤組成物としては、下記(2-D.第2の層)で説明する。ただし、感圧接着剤bは、好ましくはコモノマーとして複素環含有(メタ)アクリレートを含まない。感圧接着剤Bを構成するアクリル系粘着剤組成物の詳細は、例えば特開2016-190996号公報に記載されており、当該公報の記載は本明細書に参考として援用される。
また、樹脂Bとして用いられるエネルギー活性線硬化樹脂としては、任意の適切なエネルギー活性線硬化型樹脂が用いられ得る。エネルギー活性線硬化樹脂としては、光硬化型樹脂が挙げられ、代表的には紫外線硬化型樹脂である。紫外線硬化型樹脂の具体例としては、ポリエステル系、アクリル系、ウレタン系、アミド系、シリコーン系、エポキシ系等の各種樹脂が挙げられる。これらは、紫外線硬化型のモノマー、オリゴマー、ポリマー等を含む。これらの樹脂は、単独で用いてもよく、複数を組み合わせて(例えば、ブレンド、共重合)用いてもよい。好ましくは、アクリル系樹脂である。紫外線硬化型アクリル系樹脂は、紫外線重合官能基を好ましくは2個以上、より好ましくは3~6個有するモノマー成分およびオリゴマー成分を含む。紫外線硬化型アクリル系樹脂の具体例としては、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、アクリルアクリレート、エーテルアクリレートが挙げられる。代表的には、紫外線硬化型樹脂には、光重合開始剤が配合されている。硬化方式は、ラジカル重合方式であってもよく、カチオン重合方式であってもよい。硬化前の光硬化型樹脂はモノマー成分が多く含まれるので、塗布性に優れ、結果として高精度のパターン形成が可能となる。なお、樹脂Bとして用いられるエネルギー活性線硬化樹脂は接着剤として用いられるエネルギー活性線硬化樹脂でもよく、樹脂Bを形成するためのエネルギー活性線硬化樹脂組成物が接着剤組成物でもよい。
本発明において、第2の領域の形状、形状の寸法、第1の層の平面内における密度及び第1の層内における占有率は、本発明の光学部材が用いられる目的及び用途に応じて定められる。例えば、本発明の光学部材が用いられる態様において、透明性などの良好な視認性が求められる場合、第2の領域の個々の形状の長径が100μm以下となることが好ましく、より好ましくは70μm以下である。より詳細には、複数の第2の領域が図7で示されるような複数の円形パターンを有する場合、個々の円形の第2の領域の直径が100μm以下とすることが好ましい。このような寸法とすることで、モバイルディスプレイや小型サイネージ等の比較的に近い距離で本発明の光学部材を備えた機器に接する場合に、人が第2の領域を視認することを抑止できる。また、1個の第2の領域の寸法、第2の領域の第1の層の平面内における密度(個/cm)及び第2の領域の面積占有率は、本発明の光学部材が用いられる態様において必要な光量に応じて設計されればよい。第1の層の平面における第2の領域による幾何学的パターンは、均一、局所的、ランダム等の任意のパターンを目的及び用途に応じて選択すればよい。または、前記幾何学的パターンは、図6及び図7のように、光源を基準に、疎から密に第2の領域が配置されてもよい。
本発明において、第2の領域は、前記第1の層の第1主面から第2主面に渡って、前記第1の領域と連続的に隣接して存在してもよい。上述した一例のように、第2の領域は、空隙構造を有する第1の領域の空隙を樹脂等の物質で充填する充填領域で形成される。これにより、第1の層と、第1の層の第1主面に設けられる第2の層又は第1の層の第2主面に設けられ得る他の部材との密着性を向上でき、優れた機械強度を実現できる。特に、充填される樹脂等の物質が感圧接着剤等である場合、より顕著に第1の層の機械強度を向上させることができる。また、第2の領域が、前記第1の層の第1主面から第2主面に渡って、前記第1の領域と連続的に隣接して存在する第1の層とすることにより、第1の領域と第2の領域の間の意図しない空気層の形成を防ぐことができ、光の散乱を抑制することができる。
本発明における第2の領域の形成方法の具体例については、<3.光学部材の製造方法>にて詳述する。
(2-D.第2の層)
本発明の光学部材は、屈折率がnである第2の層を有する。本発明において、第2の層は任意の好適な材料で構成されれば特に限定されないが、nが1.43以上となるように形成されることが好ましい。nの下限値は、通常、1.43以上であり、好ましくは1.47以上である。一方で、nの上限は、特に限定されないが、通常、1.7以下である。上述した配光素子が第1の層、第2の層及び導光体の順に一体化されている場合には、第2の層の屈折率(n)は、光学的な観点から、導光体の屈折率と同じ又は光学的に影響がない程度に近似した屈折率であることが望ましい。
第2の層の厚みは、第1の層を保持できる程度の強度があれば特に限定されないが、下限値は、通常、1μm以上であり、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、一方で、上限値は、通常200μm以下であり、好ましくは150μm以下である。
本発明においては、第2の層は樹脂Aを用いて構成されていてもよい。樹脂Aが構成する第2の層の例として、感圧接着剤層A、基材層等が挙げられる。樹脂Aとしての感圧接着剤aは、当該感圧接着剤aが、常温及び常圧の条件若しくは後述するエージング工程等の加熱条件下では、第1の領域の空隙に浸透しない程度の貯蔵弾性率を有し、かつ、レーザー照射により感圧接着剤aの状態が適切に変化し得ることが好ましい。これらの観点から、感圧接着剤aの貯蔵弾性率は、下限値は、好ましくは1.0×10(Pa)以上であり、より好ましくは1.2×10(Pa)以上であり、一方で、上限値は1.0×10(Pa)以下である。
感圧接着剤aとしては、上記のような特性を有する限りにおいて任意の適切な感圧接着剤が用いられ得る。感圧接着剤としては、代表的には、アクリル系感圧接着剤(アクリル系感圧接着剤組成物)が挙げられる。アクリル系感圧接着剤組成物は、代表的には、(メタ)アクリル系ポリマーを主成分(ベースポリマー)として含む。(メタ)アクリル系ポリマーは、感圧接着剤組成物の固形分中、例えば50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%以上の割合で感圧接着剤組成物に含有され得る。(メタ)アクリル系ポリマーは、モノマー単位としてアルキル(メタ)アクリレートを主成分として含有する。なお、(メタ)アクリレートはアクリレートおよび/またはメタクリレートをいう。アルキル(メタ)アクリレートのアルキル基としては、例えば、1個~18個の炭素原子を有する直鎖状または分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。当該アルキル基の平均炭素数は、好ましくは3個~9個である。(メタ)アクリル系ポリマーを構成するモノマーとしては、アルキル(メタ)アクリレート以外に、カルボキシル基含有モノマー、ヒドロキシル基含有モノマー、アミド基含有モノマー、芳香環含有(メタ)アクリレート、複素環含有(メタ)アクリレート等のコモノマーが挙げられる。コモノマーは、好ましくはヒドロキシル基含有モノマーおよび/または複素環含有(メタ)アクリレートであり、より好ましくはN-アクリロイルモルホリンである。アクリル系粘着剤組成物は、好ましくは、シランカップリング剤および/または架橋剤を含有し得る。シランカップリング剤としては、例えばエポキシ基含有シランカップリング剤が挙げられる。架橋剤としては、例えば、イソシアネート系架橋剤、過酸化物系架橋剤が挙げられる。このような感圧接着剤層またはアクリル系感圧接着剤組成物の詳細は、例えば特許第4140736号に記載されており、当該特許公報の記載は本明細書に参考として援用される。
樹脂Aが構成する基材層としては、光学的に透明な樹脂フィルムが挙げられ、代表例としては、熱可塑性樹脂、反応性樹脂(例えば、電離放射線硬化型樹脂)を用いたフィルムが挙げられる。熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアクリロニトリル等の(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、PET等のポリエステル樹脂、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂が挙げられる。電離放射線硬化型樹脂の具体例としては、エポキシアクリレート系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
<3.光学部材の製造方法>
以下に本発明の光学部材の製造する新たな製造方法について詳細に説明するが、上記式(1)で示されるn<n<nの関係を満たす光学部材が得られれば下記の態様に限定されない。
(3-A.レーザー照射)
本発明の光学部材の製造方法としてレーザー照射を用いて製造する方法について以下説明する。
具体的には、図11に示されるように、第1の領域101を用いて第1の層の前躯体を形成し、前記第1の層の前躯体の第1主面に第2の層200を設け、第1の層を有しない第2の層200の主面に対して所定のパターンでレーザー光9を照射することにより、第2の層200を構成する物質が溶融し前記第1の領域101へ浸潤し、第2の領域102を形成する方法である(図11下段参照)。第1の領域が空隙構造を有し且つ第2の層が樹脂Aを有する場合、第2の層を構成する樹脂Aが溶融し前記第1の領域へ浸潤し、第1の領域の構成する物質と樹脂Aとが含まれる又は混合された第2の領域が形成される。この場合、第2の層を構成する樹脂Aが溶融し前記第1の領域の空隙へ浸潤し、第1の領域の空隙が樹脂Aに充填されて形成される第2の領域とすることが好ましい。
以下に、第2の層を構成する樹脂Aが感圧粘着剤Aである場合を例としてあげて、レーザー照射を用いて製造する方法をより詳細に説明する。
(3-A-a.第1の領域及び第1の層の前躯体の形成)
本発明において、(2-B.第1の領域)で詳述したように、第1の領域は空隙構造を有していてもよい。例えば、第1の領域の空隙構造は、微細な空隙構造を形成する一種類または複数種類の構成単位を有し、該構成単位同士が触媒作用を介して化学的に結合している構造を有する。このような前記微細孔構成単位の形状としては、例えば、粒子状、繊維状、棒状、平板状が挙げられる。微細孔構成単位の形状が粒子状の場合は、微細孔粒子同士の化学的結合による多孔体の空隙構造体により第1の領域が形成される。構成単位は、1つの形状のみを有していてもよく、2つ以上の形状を組み合わせて有していてもよい。第1の領域が上記微細孔粒子同士の化学的結合による多孔体の空隙構造体である場合を例として、第1の領域及び第1の層の前躯体の形成について説明する。ここで、第1の層の前躯体とは、実質的に第1の領域からなる層を意味する。
第1の領域による第1の層の前躯体の形成方法は、代表的には、樹脂フィルム又は導光体上に第1の領域からなる層の前駆体(例えば、上述の微細孔粒子同士の化学的結合による多孔体の空隙構造体の前躯体、を指す)を形成する前駆体形成工程、および、前駆体形成工程後に当該前駆体内部で架橋反応を起こさせる架橋反応工程、を含む。当該方法は、微細孔粒子を含む含有液(以下、「微細孔粒子含有液」または単に「含有液」という場合がある。)を作製する含有液作製工程、および、当該含有液を乾燥させる乾燥工程をさらに含み、前駆体形成工程において、乾燥体中の微細孔粒子どうしを化学的に結合させて前駆体を形成する。含有液は、特に限定されず、例えば、微細孔粒子を含む懸濁液である。本発明においては、微細孔粒子がゲル状化合物の粉砕物であることが好ましく、ゲル状化合物がゲル状ケイ素化合物であることがより好ましい。この場合、第1の領域はシリコーン多孔体である。
微細孔粒子を含む含有液(以下、「微細孔粒子含有液」または単に「含有液」という場合がある。)を作製する含有液作製工程により、微細孔粒子(ゲル状化合物の粉砕物)を含む液(例えば懸濁液)を作製する。前記微細孔粒子含有液は、あらかじめ微細孔粒子同士を化学的に結合させることが可能な触媒を添加して作成してもよい。また、前記触媒は前記微細孔粒子含有液を作成後に当該含有液に添加してもよい。触媒は、例えば、微細孔粒子同士の架橋結合を促進する触媒であってもよい。微細孔粒子同士を化学的に結合させる化学反応としては、微細孔粒子がゲル状ケイ素化合物の粉砕物である場合、シリカゾル分子に含まれる残留シラノール基の脱水縮合反応を利用することが好ましい。シラノール基の水酸基同士の反応を触媒で促進することで、短時間で空隙構造を硬化させる連続成膜が可能である。触媒としては、例えば、光活性触媒および熱活性触媒が挙げられる。
光活性触媒によれば、例えば、第1の領域からなる層の前駆体を形成する前駆体形成工程において、加熱によらずに微細孔粒子どうしを化学的に結合(例えば架橋結合)させることができる。これによれば、例えば、前駆体形成工程において、前駆体全体の収縮が起こりにくいため、より高い空隙率を維持できる。また、触媒に加え、またはこれに代えて、触媒を発生する物質(触媒発生剤)を用いてもよい。例えば、光活性触媒に加え、またはこれに代えて、光により触媒を発生する物質(光触媒発生剤)を用いてもよいし、熱活性触媒に加え、またはこれに代えて、熱により触媒を発生する物質(熱触媒発生剤)を用いてもよい。光触媒発生剤としては、例えば、光塩基発生剤(光照射により塩基性触媒を発生する物質)、光酸発生剤(光照射により酸性触媒を発生する物質)等が挙げられ、光塩基発生剤が好ましい。
次に、例えば樹脂フィルム上もしくは導光体上に微細孔粒子を含む含有液(例えば懸濁液)を塗工する(塗工工程)。塗工は、好適な各種塗工方式を用いることができる。微細孔粒子(例えばゲル状ケイ素化合物の粉砕物)を含む含有液を、樹脂フィルムもしくは導光体上に直接塗工することにより、微細孔粒子および触媒を含む塗工膜を形成することができる。
次に、乾燥工程により、微細孔粒子含有液を塗工して作製された塗工膜を乾燥させ、含有液に用いられていた有機溶媒等の溶媒を揮発させる。乾燥工程は、例えば、自然乾燥でもよいし、加熱乾燥でもよいし、減圧乾燥でもよい。中でも、工業的に連続生産することを前提とした場合は、加熱乾燥を用いることが好ましい。加熱乾燥の方法は、特に制限されず、例えば、一般的な加熱手段が使用できる。加熱手段としては、例えば、熱風器、加熱ロール、遠赤外線ヒーター等が挙げられる。乾燥処理の温度は、例えば50℃~250℃であり、好ましくは60℃~150℃であり、より好ましくは70℃~130℃である。乾燥処理の時間は、例えば0.1分~30分であり、好ましくは0.2分~10分であり、より好ましくは0.3分~3分である。また、前記含有液に使用される溶媒については、乾燥時の溶媒揮発に伴う微細孔粒子に発生する収縮応力、収縮応力によるシリコーン多孔体によって構成される空隙構造体のクラック発生を抑える目的で、表面張力が低い溶媒が好ましい。
次に、架橋反応工程により、塗工膜の乾燥体中の微細孔粒子同士を化学的に結合させる。微細孔粒子としてゲル状ケイ素化合物の粉砕物を用いる場合では、架橋反応工程では、例えば、微細孔粒子同士を触媒(塩基性物質)の作用により化学的に結合させる。これにより、例えば、塗工膜の乾燥体における粉砕物の三次元構造が固定化される。従来の焼結による三次元構造の固定化を行う場合は、例えば、200℃以上の高温処理を行うことで、シラノール基の脱水縮合、シロキサン結合の形成を誘発する。樹脂フィルムにダメージを起こすことなく、100℃前後の比較的低い乾燥温度、および数分未満の短い処理時間で、連続的に空隙構造を形成、固定化することができるため、光触媒発生剤を用いて触媒を発生させてシラノール基を脱水縮合させる架橋反応が好ましい。光触媒発生剤としては、例えば、光塩基発生剤(光照射により塩基性触媒を発生する物質)、光酸発生剤(光照射により酸性触媒を発生する物質)等が挙げられ、光塩基発生剤が好ましい。
光触媒発生剤を用いる架橋反応は光照射により行う。光照射における積算光量は、特に限定されず、波長360nm換算で、例えば200mJ/cm~800mJ/cmであり、好ましくは250mJ/cm~600mJ/cmであり、より好ましくは300mJ/cm~400mJ/cmである。照射量が十分でなく触媒の光吸収による分解が進まず効果が不十分となることを防止する観点からは、200mJ/cm以上の積算光量が好ましい。また、空隙構造体下の樹脂フィルムにダメージがかかることによる熱ジワが発生することを防止する観点からは、800mJ/cm以下の積算光量が好ましい。
次に、前記乾燥工程とは異なる加熱工程を行う。当該加熱工程は、前記架橋反応工程後の前躯体内部で、さらに架橋反応を促進することを目的として行う。以下、当該加熱工程をエージング工程と称する。エージング工程においては、加熱温度を低温にして、前駆体の収縮を抑制しながら架橋反応を起こさせることにより、第1の領域からなる層、例えば、微細孔粒子同士の化学的結合による多孔体の空隙構造体の空隙率を高くするとともに、当該空隙構造体の強度を向上することができる。エージング工程における温度は、例えば40℃~70℃であり、好ましくは45℃~65℃であり、より好ましくは50℃~60℃である。エージング工程を行う時間は、例えば10hr~30hrであり、好ましくは13hr~25hrであり、より好ましくは15hr~20hrである。
なお、下記他の実施形態の説明のため、前記架橋反応工程後且つエージング工程に供される前の前躯体を、エージング工程前躯体と称する。
以上のように、実質的に第1の領域から構成される層、すなわち、第1の層の前躯体が得られる。また、第1の層の前躯体の製造方法は、本明細書の説明の他、特開2017-054111号公報、特開2018-123233号公報及び特開2018-123299号公報に記載の空隙層又は低屈折率層の製造方法により説明される。
(3-A-b.第2の層の形成)
レーザー照射を用いて製造する方法において、第2の層は上記で得られた第1の層の前躯体に設けられる。前記第1の層の前躯体が樹脂フィルム等の上に形成されている場合には、第2の層は、前記第1の層の前躯体の樹脂フィルムが設けられた面と反対側の主面に設けられる。
第2の層を構成する樹脂Aが感圧接着剤aである場合、あらかじめセパレーター上に感圧接着剤aからなる第2の層を形成し、第1の層の前躯体に感圧接着剤aからなる第2の層を転写して、前記第1の層の前躯体に第2の層を設けることができる。
なお、第2の層に用いられる樹脂A等については、(2-D.第2の層)における説明に準ずる。
(3-A-c.第2の領域及び第1の層の形成)
以下、前記第1の層の前躯体が微細孔粒子同士の化学的結合による多孔体の空隙構造体で構成され、第2の層が感圧接着剤aから構成される場合を用いて、レーザー照射を用いて光学部材を製造する方法(以下「レーザー照射法」と称する)を説明する。
レーザー照射法は、感圧接着剤aより構成される第2の層(感圧接着剤層Aと称する)に所定の幾何学的パターンでレーザー照射することにより、感圧接着剤層Aにおける当該レーザー照射部分の感圧接着剤aの状態が変化して、感圧接着剤aが第1の層の前躯体の空隙に浸透しやすくなる。感圧接着剤aが第1の層の前躯体の空隙を充填した結果、上記所定の幾何学的パターンの第2の領域が形成され、第1の層が得られる。また、後述するように、前記第1の層の前躯体に代えて、エージング工程前躯体に第2の層を設けレーザー照射を行ってからエージング工程を行うことができる。この場合、エージング工程においてレーザー照射部分の感圧接着剤aがエージング工程前躯体の空隙にさらに浸透しやすくなる。
レーザー照射は、第2の層を構成する感圧接着剤aの状態を変化させて第1の層の前躯体の空隙に浸透させやすくすることができる限りにおいて任意の適切な様式で行われ得る。レーザー照射に用いられるレーザー光は、通常、下限として、100nm以上の波長の光を含み、一方で、上限として、1900nm以下の波長の光を含む。好ましくは300nm~1500nmの波長の光を含み、より好ましくは300nm~1300nmの波長の光を含み、さらに好ましくは500nm~1200nmの波長の光を含む。1つの実施形態においては、レーザー光は、ガウシアンのビーム形状を有し、上記のような範囲にピーク波長を有する。
レーザー光としては、ナノ秒パルスレーザーまたは短パルスレーザー(1ナノ秒以下のパルス幅を有する光を照射するレーザー、例えば、ピコ秒レーザーまたはフェムト秒レーザー等)が用いられる。レーザー光の周波数は、例えば50kHz~2000kHzであり得る。
上記のようなレーザー光を照射するレーザーとしては、例えば、エキシマレーザー、YAGレーザー、YLFレーザー、YVO4レーザー、チタンサファイアレーザー等の固体レーザー、アルゴンイオンレーザー、クリプトンイオンレーザーを含むガスレーザー、ファイバーレーザー、半導体レーザー、色素レーザー、YAGのSHGレーザー、YAGのTHGレーザーが挙げられる。
レーザー照射は、例えば、CADデータを用いたスキャン(描画)により行われ得る。レーザー照射の形態(スキャン様式)は、目的に応じて適切に設定され得る。レーザー光は、例えば、直線状にスキャンされてもよく、S字状にスキャンされてもよく、渦巻き状にスキャンされてもよく、これらを組み合わせてもよい。また、高速ラインスキャナが用いられてもよい。スキャンヘッドに関しては、ガルバノスキャナでもよく、ポリゴンスキャナでもよく、これらを組み合わせてもよい。
レーザー光の照射条件は、任意の適切な条件に設定され得る。例えば、固体レーザー(YAGレーザー)を用いる場合、出力は、好ましくは10W~20Wであり、パルスエネルギーは、好ましくは10μJ~70μJである。スキャン速度は、好ましくは10mm/秒~5000mm/秒であり、より好ましくは100mm/秒~2000mm/秒である。スキャンピッチは、好ましくは10μm~50μmである。レーザー光の照射位置は、第2の層の表面(感圧接着剤層Aの表面)または感圧接着剤層Aの厚み方向内部に設定され得る。レーザー照射の段階においては、図11で示されるように、通常感圧接着剤層Aの表面にセパレーター6が仮着されているところ、本レーザー照射法においては照射位置を感圧接着剤層Aの表面または感圧接着剤層Aの厚み方向内部に設定することにより(図11上段参照)、感圧接着剤層Aの感圧接着剤aの状態を良好に変化させて第1の層の前躯体の空隙に良好に浸透させ、第2の領域を形成することができる。レーザー光の照射位置におけるビーム形状は、目的に応じて適切に設定され得る。当該ビーム形状は、例えば、円形であってもよく、ライン状であってもよい。ビーム形状を所定の形状とする手段としては、任意の適切な手段が採用され得る。例えば、所定の開口部を有するマスクを介してレーザー照射してもよく、回折光学素子等を用いてビーム整形してもよい。例えばビーム形状が円形である場合には、焦点径(スポット径)は、好ましくは50μm~60μmである。さらに、パルスレーザーの投入エネルギーは、好ましくは20000μJ/mm~100000μJ/mmであり、より好ましくは25000μJ/mm~75000μJ/mmである。なお、投入エネルギーE(μJ/mm)は下記の式から求められる。
E=(e×M)/(V×p)
e:パルスエネルギー(J)
M:繰り返し周波数(Hz)
V:スキャン速度(mm/秒)
p:スキャンピッチ(mm)
レーザー照射は、好ましくは第1の層の前躯体を得るエージング工程と同じ工程で行われてよい。レーザー照射とエージング工程を同時に行うことにより、効率的に第1の層の前駆体の空隙に感圧接着剤aを浸透させ第2の領域が形成された第1の層を形成することができる。
(3-B.インクジェット法I)
本発明の光学部材の製造方法として、インクジェット方式を用いて製造する方法について以下説明する。
具体的には、インクジェット法による光学部材の製造方法は、樹脂等の物質をインク化し、インクジェットにより、前記インクを所定の幾何学パターンで前記第1の層の前躯体の空隙に充填し、第2の領域を形成する。または、前記エージング工程前躯体の空隙に、前記インクを所定の幾何学パターンで充填し、前記エージング工程を行い第2の領域を形成する。前記インクの充填は、直接的に空隙へ行われる形式でもよい。また、前記第1の層の前躯体上又はエージング前躯体上に所定の幾何学的パターンで設けられた樹脂等の物質が、常温常圧等の条件化で静置される工程により自然に浸潤し充填される形式、若しくは、エージング工程等の加熱工程により軟化することで浸潤し充填される形式でもよい。ここで、前記第1の層の前躯体及びエージング工程前躯体は、(3-A-a.第1の領域及び第1の層の前躯体の形成)において説明した通りである。
インクジェット法において、第2の領域に含有される樹脂は、第2の層を構成する樹脂Aと同じでもよく、樹脂Aと異なる樹脂Bでもよい。樹脂Aと樹脂Bについては、(2-C.第2の領域)及び(2-D.第2の層)で説明した通りであり、樹脂Aは常温常圧及びエージング工程等の加熱条件下では前記第1の層の前躯体等の空隙に浸潤しづらく、一方で、樹脂B若しくは樹脂B組成物は常温常圧若しくはエージング工程等の加熱条件下では前記第1の層の前躯体等の空隙に浸潤しやすい。
下記に説明するインクジェット法のいずれにおいても、インクの径及びインクの射出方式は形成される第2の領域の形状及び当該形状のサイズに応じて任意の適切な態様を選択すればよい。
以下に、第2の層を構成する樹脂Aが感圧接着剤aであり、第2の領域に含まれる樹脂Bが感圧接着剤bである場合を例としてあげて、インクジェット方式を用いて製造する方法の一例(インクジェット法I)をより詳細に説明する。
本インクジェット法Iは、図12に示されるように、第2の層200としての感圧接着剤層の表面に感圧接着剤b(201a)を用いて所定の幾何学的パターンで形成し、樹脂Bパターン層201を有する感圧接着剤積層体を作成する。当該感圧接着剤積層体の樹脂Bパターン層201を有する面を前記第1の層の前躯体又はエージング工程前躯体の第1主面に隣接して配置し、次いで、エージング工程等の加熱工程により樹脂Bパターン層を構成する感圧接着剤bを前記第1の層の前躯体又はエージング工程前躯体の空隙に浸潤させる。その結果、所定の幾何学的パターンで感圧接着剤b及び第1の領域101を構成する物質を含む第2の領域102が形成された第1の層が得られる(図12下段参照)。
樹脂Bパターン層の幾何学的パターン形成は、任意の適切な手段により行われ得る。1つの実施形態においては、樹脂Bパターン層は、硬化した(すなわち、通常の状態の)感圧接着剤bを所定のパターンで感圧接着剤層Aに貼り合わせることにより形成され得る。この実施形態は、例えば幾何学的パターンがストライプ状または格子状である場合には、簡便で有用である。別の実施形態においては、樹脂Bパターン層は、硬化前の感圧接着剤b組成物(感圧接着剤b塗工液)をインク化し、インクジェットにより印刷し硬化させることにより所定の幾何学的パターンで形成され得る。この場合、感圧接着剤b組成物中のベースポリマーの重量平均分子量Mwは、好ましくは2000000以下であり、より好ましくは5000~1600000である。ベースポリマーのMwがこのような範囲であれば、高精度のパターン形成が可能となる。さらに別の実施形態においては、樹脂Bパターン層は、硬化前の感圧接着剤b組成物(感圧接着剤b塗工液)を、所定の幾何学的パターンを有するマスクを介して第2の層である感圧接着剤層Aに塗布および硬化させることにより形成され得る。
次いで、感圧接着剤層A/所定の幾何学的パターンを有する樹脂Bパターン層の感圧接着剤積層体を、所定の幾何学的パターンを有する樹脂Bパターン層が第1の層の前駆体の第1主面に隣接するようにして第1の層の前駆体等に貼り合わせる。このままでも、樹脂Bパターン層の感圧接着剤bは第1の層の前駆体等の空隙に浸透し得るので、所定の幾何学的パターンで配置された第2の領域を有する第1の層が得られる。第1の層を得る際には、当該感圧接着剤積層体をエージング前駆体に貼り合わせは、次いで、エージング工程を行うことが好ましい。このような構成であれば、エージング工程により、エージング前駆体の空隙への感圧接着剤bの浸潤が促進され得る。
(3-C.インクジェット法II)
以下に、第2の層を構成する樹脂Aが感圧接着剤aであり、第2の領域102に含まれる樹脂Bがエネルギー活性線硬化樹脂である場合を例としてあげて、インクジェット方式を用いて製造する方法の別の一例(インクジェット法II)をより詳細に説明する。
本インクジェット法IIは、図12に示されるように、第2の層200としての感圧接着剤層Aの表面にエネルギー活性線硬化型樹脂組成物201aを用いて所定の幾何学的パターンで形成し、硬化型樹脂パターン層201を有する硬化型樹脂組成物積層体を作成する。当該硬化型樹脂組成物積層体の硬化型樹脂パターン層201を有する面を前記第1の層の前躯体又はエージング工程前躯体の第1主面に隣接して配置し、次いで、エージング工程等の加熱工程により硬化型樹脂パターン層を構成するエネルギー活性線硬化型樹脂組成物を前記第1の層の前躯体又はエージング工程前躯体の空隙に浸潤させ、エネルギー活性線を照射しエネルギー活性線硬化型樹脂とする。その結果、所定の幾何学的パターンでエネルギー活性線硬化型樹脂及び第1の領域を構成する物質を含む第2の領域が形成された第1の層が得られる(図12下段参照)。本インクジェット法IIにおいては、硬化型樹脂パターン層を有する硬化型樹脂組成物積層体をエージング工程前駆体に隣接して配置し、エネルギー活性線硬化型樹脂組成物を前記エージング工程前躯体の空隙に浸潤させ、エネルギー活性線照射による硬化を行い、次いでエージング工程を行うことが好ましい。
本インクジェット法IIは、例えば、感圧接着剤層Aの表面に硬化前の光硬化型樹脂(光硬化型樹脂組成物)を所定の幾何学的パターンで塗布し、当該光硬化型樹脂組成物を前記第1の層の前躯体等に隣接して配置し、当該光硬化型樹脂組成物を前記第1の層の前躯体等の空隙に浸透させ、光硬化させる。その結果、所定の幾何学的パターンで第2の領域102が形成され、第1の層が得られる。
第2の層である感圧接着剤層Aを構成する感圧接着剤aとしては、(2-C.第2の領域)に記載したものが挙げられる。このような感圧接着剤aを用いることにより、第2の領域以外の不要な部分での感圧接着剤aの浸透が防止され、所定の幾何学的パターンで形成された第2の領域が精密に得られる。樹脂Bであるエネルギー活性線硬化型樹脂は、(2-D.第2の層)で記載されたエネルギー活性線硬化型樹脂が挙げられる。エネルギー活性線硬化型樹脂としては、UV硬化型樹脂等の光硬化型樹脂が好ましい。以下、光硬化型樹脂を例に説明する。
本インクジェット法IIの1つの形態としては、光硬化型樹脂はインク化されて、インクジェットにより所定のパターンで塗布され得る。上記(2-D.第2の層)で記載のとおり硬化前の光硬化型樹脂はモノマー成分が多く含まれるので、インク化が容易であり、かつ、塗布性に優れ、結果として高精度のパターン形成が可能となる。別の形態としては、光硬化型樹脂は、所定の幾何学的パターンを有するマスクを介して感圧接着剤層Aに塗布され得る。
次いで、感圧接着剤層A/光硬化型樹脂パターン層を有する光硬化型樹脂組成物積層体を、光硬化性樹が第1の層の前駆体又はエージング工程前駆体の第1主面に隣接するようにして貼り合わせる。当該光硬化型樹脂組成物積層体の貼り合わせは、エージング工程前駆体に行われることが好ましい。光硬化型樹脂の硬化(光照射)もまた、エージング工程前に行われることが好ましい。硬化(光照射)をエージング工程前に行うことにより、エージング工程前駆体内での光硬化型樹脂組成物(実質的には、モノマー)の所望でない拡散を抑制し、所定の幾何学的パターンで形成された第2の領域を精密に形成することができる。具体的には、硬化(光照射)は、光硬化型樹脂組成物積層体のエージング工程前駆体への貼り合わせ後且つエージング工程前に行われてもよい。
また、感圧接着剤層Aに塗布された光硬化型樹脂は、そのままで(すなわち、硬化しなくても)ある程度の形状維持性を有するので、貼り合わせ後(かつエージング工程前)に硬化(光照射)を行っても実質的な問題は生じない。このようにして、光硬化型樹脂をエージング工程前駆体の空隙に浸潤により充填させ、光照射及びエージング工程をこの順で行い、第1の領域と所定の幾何学的パターンで形成された第2の領域を有する第1の層が得られる。
<4.その他の配光素子>
(4-A.配光素子の変形例)
上記<1.配光素子>で説明した配光素子の変形例について説明する。図8で示される配光素子では、本発明の光学部材が第2の層の第2主面を導光体4の第1主面と接するように配置されている。図8のような配光素子とした場合、(2-D.第2の層)で説明したように、第2の層の屈折率(n)は、光学的な観点から、導光体の屈折率と同じ又は光学的に影響がない程度に近似した屈折率であることが好ましい。
図9で示される配光素子では、本発明の光学部材の第1の層100の第2主面と導光体4の第1主面41と接して樹脂フィルム7が配置されている。導光体4と樹脂フィルム7は接着剤等を介して貼り合わされていてもよい。樹脂フィルム7は、(2-D.第2の層)で説明された基材層と同様の光学的に透明な樹脂フィルムとすることができる。また、樹脂フィルム7は、上記<3.光学部材の製造方法>で説明した微細孔粒子同士の化学的結合による多孔体の空隙構造体の前躯体が塗工される樹脂フィルムがそのまま用いられてもよい。樹脂フィルム7の屈折率は、光学的な観点から、導光体の屈折率と同じ又は光学的に影響がない程度に近似した屈折率であることが好ましい。
(4-B.空洞を有する光抽出層(光アウトカップリングするエアキャビティパターン構造を有する部材)を用いた配光素子)
図10では、導光体4、本発明の光学部材及び空洞を有する光抽出層8を有する配光素子が示されている。空洞はエアキャビティと称することがある。具体的には、当該配光素子は、パターンのない導光体4の光取り出し側に、第1の層100が接するように本発明の光学部材が設けられ、第2の層200の上に空洞(エアキャビティ801)を有する光抽出層8が配置されている。この構成では、光源から導光体4に入光した光は、導光体4の底面と、第1の層100の第1の領域101の間を全反射しながら伝搬し、かつ、第2の領域102を透過した光が、空洞を有する光抽出層8によって光取り出し側に屈折される。これにより、均一な輝度分布で、光取り出し効率を向上することができる。
空洞を有する光抽出層8は、樹脂層内に埋め込まれた光学的な空洞パターンを有し、空洞パターンは光を屈折させる機能を有する。空洞を有する光抽出層は、光アウトカップリングするエアキャビティパターン構造を有する部材ともいう。空洞を有する光抽出層は、樹脂、ガラスフィルム等で形成可能である。図13は、空洞を有する光抽出層の作製方法を示す。図13は、接着剤フリーのラミネーション法である。パターンのない第1フィルム812と、表面に所望のパターンが形成された第2フィルム811を、接着剤フリーで(たとえばマイクロ波表面処理により)貼り合わせる。第1フィルム812と第2フィルム811は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)などで形成される。貼り合わせにより、エアキャビティ801が形成される。
空洞を有する光抽出層の別の作製方法として、2つのフィルムを接着層用いて接着して作成する方法が挙げられる。接着層の厚さは1~3μm程度である。第2フィルム811と第1フィルム812が接着層を介して張り合わせられることにより、エアキャビティ801が形成される。貼り合わせのときに、プレキュアされた接着剤がキャビティパターン内に入らないようにする。貼り合わせ法は、エアギャビティの形状に影響しないどのような方法を用いてもよい。たとえば、ラミネート表面に、VUV光(真空紫外線)源又はAPP(大気プラズマ)による前処理を施し、その後、一定圧力の下でラミネートすることで、化学的な結合が得られる。この方法は、良好な機械的強度を達成できる。
本発明の光学部材は、導光体等とともに配光素子とされ、フロントライト、バックライト、ウィンドウ/ファサードの照明、サイネージ、信号点灯、ソーラーアプリケーション、装飾イルミネーション、ライトシールド、ライトマスク、ルーフライティング等の公共または一般の照明等に適用可能である。例えば、本発明の光学部材は、サイネージの一例である反射型ディスプレイのフロントライトの構成部材として好適に用いられる。本発明の光学部材を用いることで、散乱又は回折された光によって生じる視認可能なぼやけ等の光学的欠点のない、反射型ディスプレイ上の画像又はグラフィックを見ることが可能になる。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、各特性の測定方法は以下の通りである。
(1)屈折率の測定
アクリルフィルムに第1の層を形成した後に、50mm×50mmのサイズにカットし、感圧接着剤層を介して、第1の層をガラス板(厚み:3mm)の表面に貼合した。上記ガラス板の裏面中央部(直径20mm程度)を黒マジックで塗りつぶして、該ガラス板の裏面で反射しないサンプルとした。エリプソメーター(J.A.Woollam Japan社製:VASE)に上記サンプルをセットし、500nmの波長、入射角50~80度の条件で、屈折率を測定した。
(2)光抽出の効果
下記実施例1で得られた光学部材をアクリル系感圧接着剤(屈折率1.47、厚み5μm)を介して厚み2mmの樹脂板(三菱ケミカル社製「アクリライトEX001」)に貼り合わせ、板の端部より光を入れて目視及び顕微鏡にて光の分布状態を確認した。
[製造例1]第1の領域形成用塗工液(微細孔粒子含有液)の調製及びエージング工程前躯体フィルムの作製
(1)ケイ素化合物のゲル化
2.2gのジメチルスルホキシド(DMSO)に、ケイ素化合物の前駆体であるメチルトリメトキシシラン(MTMS)を0.95g溶解させて混合液Aを調製した。この混合液Aに、0.01mol/Lのシュウ酸水溶液を0.5g添加し、室温で30分撹拌を行うことでMTMSを加水分解して、トリス(ヒドロキシ)メチルシランを含む混合液Bを生成した。
5.5gのDMSOに、28重量%のアンモニア水0.38g、および純水0.2gを添加した後、さらに、上記混合液Bを追添し、室温で15分撹拌することで、トリス(ヒドロキシ)メチルシランのゲル化を行い、ゲル状ケイ素化合物を含む混合液Cを得た。
(2)熟成処理
上記のように調製したゲル状ケイ素化合物を含む混合液Cを、そのまま、40℃で20時間インキュベートして、熟成処理を行った。
(3)粉砕処理
つぎに、上記のように熟成処理したゲル状ケイ素化合物を、スパチュラを用いて数mm~数cmサイズの顆粒状に砕いた。次いで、混合液Cにイソプロピルアルコール(IPA)を40g添加し、軽く撹拌した後、室温で6時間静置して、ゲル中の溶媒および触媒をデカンテーションした。同様のデカンテーション処理を3回行うことにより、溶媒置換し、混合液Dを得た。次いで、混合液D中のゲル状ケイ素化合物を粉砕処理(高圧メディアレス粉砕)した。粉砕処理(高圧メディアレス粉砕)は、ホモジナイザー(エスエムテー社製、商品名「UH-50」)を使用し、5ccのスクリュー瓶に、混合液D中のゲル状化合物1.85gおよびIPAを1.15g秤量した後、50W、20kHzの条件で2分間の粉砕で行った。
この粉砕処理によって、上記混合液D中のゲル状ケイ素化合物が粉砕されたことにより、該混合液D'は、粉砕物のゾル液となった。混合液D'に含まれる粉砕物の粒度バラツキを示す体積平均粒子径を、動的光散乱式ナノトラック粒度分析計(日機装社製、UPA-EX150型)にて確認したところ、0.50~0.70であった。さらに、このゾル液(混合液C')0.75gに対し、光塩基発生剤(和光純薬工業株式会社:商品名WPBG266)の1.5重量%濃度MEK(メチルエチルケトン)溶液を0.062g、ビス(トリメトキシシリル)エタンの5%濃度MEK溶液を0.036gの比率で添加し、第1の領域形成用塗工液(微細孔粒子含有液)を得た。
特開2012-234163号公報の製造例1に従って準備したアクリル系樹脂フィルム(厚み:40μm)の表面に、上記塗工液を塗布(塗工)して、塗工膜を形成した。前記塗工膜を、温度100℃で1分処理して乾燥し、さらに、乾燥後の塗工膜に、波長360nmの光を用いて300mJ/cmの光照射量(エネルギー)でUV照射し、前記アクリル系樹脂フィルム上に第1の領域による第1の層の前躯体(微細孔粒子同士の化学的結合による多孔体の空隙構造体)が形成された積層体(空隙構造体層付アクリルフィルム)を得た。上記空隙構造体層の屈折率は1.15であった。
[実施例1]
離型処理を施したPET(ポエチレンテレフタレート)にアクリル系感圧接着剤(厚さ10μm、屈折率1.47)を形成した。該アクリル系感圧接着剤の30mm×50mmの領域上に、「クラスターテクノロジー社製 インクジェット装置 PIJIL-HV」を用いて、10mmピッチで図7に類似した幾何学的パターンで、濃度25%に調整したエポキシ系モノマーの混合液をインクとして滴下した。なお、顕微鏡にて観察を容易にするため、混合液にごく微量の可視光を吸収する色素を添加させた混合液を観察用混合液として別途作製した。観察用混合液の滴下後のサイズを顕微鏡で観察したところ、図14で示されるように、感圧粘着剤層に形成された幾何学的パターンを構成する領域の1つの直径は66μmであった。前記混合液を滴下後、上記準備した屈折率1.15の空隙構造体層に上記インク処理を施した感圧接着剤を貼り合わせた後、感圧接着剤層-空隙構造体層積層体の空隙構造体側からUV光を照射量600mJとなるように照射し、次いで、乾燥機にて60℃で20時間保管し、第2の領域を有する第1の層が形成され光学部材を得た。
ここで、上記60℃で24時間後の第2の領域の屈折率を確認するために、別途、幾何学的パターンを形成せず、50mm×50mmの範囲で空隙構造体層の全面に前記混合液を滴下した以外は上記と同様にして、第2の領域のみからなる層のサンプルを得た。このサンプルを測定したところ、屈折率は1.35であった。
上記第1の層のフィルムを暑さ2mmのアクリル板に貼り合わせ、端部より光を入れながら顕微鏡にて観察を行ったところ、インクを施した領域(第2の領域)のみ光が透過していることを確認した。円形の第2の領域のサイズは直径68μmであった。上記から、得られた光学部材において、n、nは、それぞれ、1.15、1.47であることが分かり、nは光が透過していることも踏まえると1.35であると推測される。
[比較例1]
製造例1において、塗工液(微細孔粒子含有液)をアクリル系樹脂フィルムに塗工する際に、アクリル系樹脂フィルムにマスクパターンを設置し塗工液を塗布すること以外は同様にすることで、マスクパターンに応じた空隙構造体が部分的に形成される空隙構造体層を作ることができる。このパターン化された空隙構造体層にアクリル系粘着剤(厚さ10μm、屈折率1.47)を貼り合わせることにより、図1または図2に示される先行文献と同等の光抽出層を有する光学部材が得られる。
[計算ソフトによる光漏れの確認]
Lighttoolsを用いて実施例1及び比較例1得られる光学部材をモデルとして本発明の光学的な効果を確認した。計算モデルは、面積90mm×60mm、厚さ0.4mm及び屈折率1.49である導光体において、短辺側の端部より光を入光するモデルを組んだ。導光体の上に屈折率1.15である第1の領域並びにサイズ60μm及び屈折率1.35である第2の領域が点在している厚さ600nmの第1の層を追加した。次に、第1の層の上に、屈折率1.47及び厚さ10μmの第2の層と、特表2013-524288号公報に記載されるような空洞を有する光抽出フィルムをこの順に積層し、図15に示されるような本発明の実施例1を用いた配光素子に相当するモデルとした。受光部を上記モデルの表及び裏に設置し、光量及び分布を計算した。また、図16に示されるような第2領域の屈折率を1.47とした以外は同様にして上記比較例を用いた配光素子に相当するモデルとして計算した。結果を表1に示す。
Figure 0007474694000001
また、図17は、実施例1及び比較例1の計算モデルの裏面の中心から左右極角方向に傾けたときの光漏れ量を示すグラフである。実線(n=1.35)は、実施例1の計算モデルを指し、破線(n=1.47)は比較例1の計算モデルを指す。グラフから分かるように、極角±50度付近において、本発明に相当する実施例1の計算モデルは、比較例1の計算モデルと比較して、著しく漏れる光の量を抑制できている。
上記結果より、屈折率が勾配を示すことで一部散乱が抑制され、裏面側への光漏れが抑制されていることがわかる。
また、比較例1の場合は、一旦、空隙構造を部分的に形成する上で安定した第1の層を形成することが非常に困難であり、感圧接着剤等の第2の層を貼り合わせる際に段差が出てしまい光学的に均一かつ所望の外観を得ることは極めて困難である。
1 低屈折率層(ナノボイド層)
2 高屈折率層(感圧接着剤層)
3 空気層
4 導光体
41 導光体の第1主面
42 導光体の第2主面
5 光源
100 第1の層
11 第1の層の第1主面
12 第1の層の第2主面
101 第1の領域
102 第2の領域
200 第2の層
201 樹脂Bパターン層
201a 感圧接着剤b(エネルギー活性線硬化樹脂組成物)
21 第2の層の第1主面
22 第2の層の第2主面
300 本発明の光学部材
6 セパレーター
7 樹脂フィルム
8 空洞を有する光抽出層
801 エアキャビティ
811 第2フィルム
812 第1フィルム
9 レーザー光

Claims (11)

  1. 屈折率がnである第1の領域及び屈折率がnである第2の領域を含む第1の層と、
    屈折率がnである第2の層を前記第1の領域及び第2の領域と接するように前記第1の層の第1主面に有し、
    前記第1の層は、第1の層の面方向において、前記第1の領域と隣接するように複数の前記第2の領域を有し、
    前記第2の層は樹脂Aを有し、
    前記第1の領域は空隙構造を有し、樹脂を含まず、前記空隙構造は、微細な構成単位同士が化学的に結合して構成されており、
    前記複数の第2の領域は、前記空隙構造を形成する物質および前記樹脂Aを有し、幾何学的パターンを形成し、前記第2の領域は、前記第1の領域の空隙構造の少なくとも一部が前記樹脂Aにより充填されて形成された充填領域であり、
    前記n乃至nは下記式(1)を満たすことを特徴とする光学部材。
    <n<n (1)
  2. 屈折率がnである第1の領域及び屈折率がnである第2の領域を含む第1の層と、
    屈折率がnである第2の層を前記第1の領域及び第2の領域と接するように前記第1の層の第1主面に有し、
    前記第1の層は、第1の層の面方向において、前記第1の領域と隣接するように複数の前記第2の領域を有し、
    前記第2の層は樹脂Aを有し、
    前記第1の領域は空隙構造を有し、樹脂を含まず、前記空隙構造は、微細な構成単位同士が化学的に結合して構成されており、
    前記複数の第2の領域は、前記空隙構造を形成する物質および樹脂Bを有し、幾何学的パターンを形成し、前記第2の領域は、前記第1の領域の空隙構造の少なくとも一部が前記樹脂Bにより充填されて形成された充填領域であり、
    前記n乃至nは下記式(1)を満たすことを特徴とする光学部材。
    <n<n (1)
  3. 前記第2の領域は、前記第1の層の第1主面から第2主面に渡って、前記第1の領域と連続的に隣接することを特徴とする請求項1または2に記載の光学部材。
  4. 前記nが1.2以下であり、前記nが1.43以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光学部材。
  5. 前記樹脂Aが感圧接着剤aであることを特徴とする請求項1または2に記載の光学部材。
  6. 前記樹脂Bがエネルギー活性線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項に記載の光学部材。
  7. 前記第2の領域を除く第1の層の屈折率が1.2以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の光学部材。
  8. 前記第2の層の屈折率が1.43以上であり、
    前記第2の領域の屈折率が1.25以上1.40未満であることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の光学部材。
  9. 前記微細な構成単位は、粒子状、繊維状、棒状および平板状からなる群から選択される少なくとも1つの形状を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の光学部材。
  10. 請求項1乃至のいずれかに記載の光学部材と、導光体とを有することを特徴とする配光素子。
  11. 空洞を有する光抽出層を含む請求項10に記載の配光素子。
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