JPH08334608A

JPH08334608A - 光散乱体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08334608A
Application number: JP14046695A
Authority: JP
Inventors: Atsunori Matsuda; 厚範松田; Kenichi Nakama; 健一仲間; Satoshi Taniguchi; 敏谷口; Takashi Kishimoto; 隆岸本
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】光散乱角が大きくてしかも安価な光散乱体を
提供することを目的とする。【構成】エッチング法により形成された複数の凹部が
表面に２次元ランダムに配列されたガラス基体からなる
光散乱体であって、前記各凹部は略球体の部分からなっ
ており、前記各凹部の表面は平滑である光散乱体であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学部品としての光散
乱体とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、知られている光散乱体、特に散乱
板として用いられるような光散乱体としては、（１）特
開昭６２−９３１７号の「液晶ディスプレイ」では、液
晶基板にイオン交換法によって屈折率分布領域を形成す
ること、（２）特開昭６０−２０２４６４号の「液晶表
示装置」では、レンチキュラーレンズによる一方向性拡
散板を用いること、（３）特開昭６１−３１２５号の
「液晶表示装置」では、拡散板として粗面を有する磨き
ガラス、マイクロレンズアレイやファイバーマットを用
いること、（４）特開平２−３０２７２５号の「液晶表
示装置」では、樹脂性拡散板、エッチングガラス、Ｔｉ
Ｏ₂ を含むアクリル樹脂コーティング等を拡散板として
用いること、等が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
交換法によるマイクロレンズやレンチキュラーレンズを
作製する方法は、アルカリイオンを含有するガラスにの
み可能であり、基板のガラスの種類に制限がある。ま
た、レンズアレイを基板上に形成するためには、通常イ
オン交換の拡散防止膜の形成とフォトリソ工程が必須で
あり、作製コストが高くなるという欠点がある。

【０００４】また、有機樹脂を用いたものは、一般に無
機ガラスに比べて、耐熱性、耐薬品性、硬度等が低く、
長期信頼性が懸念される。さらに低屈折率材料の中に粒
子を分散させる方法は、粒子の凝集が生じやすく、粒子
を均一に分散させるのが難しく、一定な散乱性能を得る
のが困難である。

【０００５】粗面を有するガラス基板や、ガラス基板を
単にエッチング法により表面を粗らす方法では、安価に
光散乱板が作製できるが、散乱角の制御が難しく散乱角
もあまり大きくならないという問題点がある。

【０００６】そこで本発明では、光散乱角が大きくてし
かも安価な光散乱体を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、その表面にマ
イクロクラックを有するガラス基体をエッチングする
と、マイクロクラックの先端から等方向的にエッチング
が進行し、基体表面に２次元ランダムに配列された複数
の凹部が形成され、その凹部は略球体に部分でありその
表面が平滑であるという知見に基づきなされたものであ
る。

【０００８】すなわち、エッチング法により形成された
複数の凹部が表面に２次元ランダムに配列されたガラス
基体からなる光散乱体であって、前記各凹部は略球体の
部分からなっており、前記各凹部の表面は平滑である光
散乱体である。

【０００９】さらに、前記凹部が前記ガラス基体の表面
の略全面に形成された光散乱体である。さらにまた、前
記凹部が前記ガラス基体と異なる屈折率を有する透明材
料で充填された光散乱体である。また、前記凹部が前記
ガラス基体と異なる屈折率を有する透明材料で充填さ
れ、前記透明材料を介して前記ガラス基体が別の透明基
体に接着されている光散乱体である。

【００１０】また、以下の工程を含むことを特徴とする
光散乱体の製造方法である。（図５参照）（ａ）ガラス基体表面にマイクロクラックを形成する工
程（ｂ）前記ガラス基体を、フッ酸を含むエッチング液に
浸漬する工程さらに以下の工程を含む光散乱体の製造方法である。（ｃ）前記基体表面に形成された複数の凹部に、前記基
体と屈折率の異なる透明材料を充填平坦化する工程

【００１１】本発明による光散乱体を、平板状のガラス
基体に適用した例を図１に示す。図１（ａ）のように、
基体１の片面に複数の凹部が形成されていてもよいし、
図１（ｂ）のように、両面に形成されていてもよい。こ
の凹部が形成された面が光散乱面４として機能する。ま
た目的に応じて、種々の形状が基体が選択される。

【００１２】さらに図２のように、基体１の表面に形成
された複数の凹部に、前記基体の屈折率と異なる屈折率
を有する透明材料２が充填されていてもよい。また図３
のように、前記透明材料２を介して、別の透明基体３に
接着されていてもよい。

【００１３】またさらに図４のように、その片面に複数
の凹部を有する２つの基体１が、前記面４同士を対向す
るように配置され、前記凹部を前記ガラス基体と異なる
屈折率を有する透明材料２で充填接着されていてもよ
い。

【００１４】本発明で用いるガラス基体としては、石英
ガラス，ソーダライムガラス，アルカリアルミノシリケ
ートガラス，アルカリボロシリケートガラス，多成分無
アルカリガラス，低膨張結晶化ガラス（例えば、ＬａＳ
Ｆ３５（登録商標））が挙げられる。

【００１５】前記製法クレームの（ａ）工程におけるガ
ラス基体表面にマイクロクラックを与える工程は、アル
ミナ，ＳｉＣ等の粒子を空気圧で基体に衝突させるサン
ドブラストや、＃１００〜＃１０００の砥粒によるラッ
ピングによって行うことができる。

【００１６】本発明で使用するエッチャントの組成は、
用いるガラス基体の組成によって選定する。例えば、石
英ガラス基体の場合には、フッ化水素とドデシルベンゼ
ンスルホン酸ナトリウム（ＤＢＳＮａ）等の界面活性剤
を含有する水溶液がエッチャントとして用いられる。ま
た、ソーダライムガラス基体の場合には、フッ化水素に
加えて硫酸等の鉱酸，酢酸等の有機酸を加えることが多
く、必要に応じてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム等の界面活性剤を加える。

【００１７】基体表面に形成された凹部を充填する材料
としては、樹脂，低融点ガラス，ゾルゲル膜，無機微粒
子の電気泳動電着膜，無機有機複合材料（ゾルゲル）等
が用いることができる。

【００１８】前記充填材料は、前記ガラス基体の屈折率
よりも０．１以上の屈折率差を有する材料を選定するこ
とが、前記凹部を用いて得られるレンズの開口数ＮＡを
増大させ、もって光散乱体の散乱特性を向上させる上で
好ましい。なお充填材料の屈折率は、基体のそれより低
くても高くてもよい。

【００１９】

【作用】本発明によるガラス基体凹部は、平滑でレンズ
作用を有する表面になっている。前記凹部の曲率，稠密
度，分布は、エッチング条件を変えることにより制御す
ることができる。また必要に応じて、前記凹部にガラス
基体と屈折率の異なる材料を充填したり、前記凹部を有
する基体を２枚対向させて貼合せることにより、得られ
る光散乱体の散乱特性を制御することができる。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）以下の条件で、エッチング時間を変化させ
て、種々の石英ガラス製光散乱体を作製した。

【００２１】光散乱体の作製条件：エッチャント：５０％ＨＦ水溶液エッチング時間：５，１０，２０，６０，１２５，１８
３，２４０分（室温）基体：１次ラップ石英ガラス基板（片面）

【００２２】このときの種々の石英ガラスの各エッチン
グ時間における表面プロファイルの測定結果を図６，図
７に示す。（ａ）〜（ｈ）は、エッチング時間：０，
５，１０，２０，６０，１２５，１８３，２４０分（室
温）をそれぞれ示している。

【００２３】さらに、図８にエッチングに伴う種々の石
英ガラス基板の最大粗さ（Ｒｍａｘ）の変化を示す。ま
た、図９にエッチングに伴う種々の石英ガラス基板の凹
凸周期（走査距離／谷の数）の変化を示す。さらに、図
１０に、エッチング時間に伴うガラス表面の変化の様子
の概念図を示す。

【００２４】なお、種々の石英ガラス基板表面の光学顕
微鏡観察も行ったが、表面プロファイルの測定結果と同
様の観察結果が得られている。凹部の平面形状は、微小
な種々の多角形形状から、面積の大きな多角形形状に変
化している。しかしながら、公報掲載には適さないの
で、ここでは示さない。

【００２５】粗化しただけのガラス基板表面には、細か
な凹凸やマイクロクラックが存在している（図６
（ａ））。その凹部やマイクロクラックの深さは、ばら
つきを持っている。このようなガラス基板をエッチング
した場合、エッチングによる表面形状の変化は、図８や
図９に示した結果よりわかるように、初期の凹凸周期を
反映せず、深い凹部やマイクロクラックの分布を反映
し、多角形凹部が稠密配置になって行く（図１０参
照）。また、エッチングによって、一旦最大粗さが増大
し次第に減少している。

【００２６】（実施例２）この実施例２では、実施例１
の石英基板に代えて、コーニング社製＃７０５９基板を
用いて、光散乱体を作製した。

【００２７】光散乱体の作製条件：エッチャント：５０％ＨＦ水溶液エッチング時間：５分（室温）基体：コーニング社製＃７０５９基板表面粗化条件：サンドブラスト、＃１００ラップ、＃４
００ラップ、＃１０００ラップ（片面）

【００２８】各エッチング表面粗化条件における＃７０
５９基板のエッチング前後の光学顕微鏡観察を行った。
いずれの基板でも、その粗化状態を反映した略球面状の
凹部が形成されている。しかしながら、公報掲載には適
さないので、ここでは示さない。

【００２９】今回の結果から、実施例１に示した石英基
板の場合のみならず、＃７０５９基板にも、その表面に
２次元ランダムに配列された略球面状の複数の凹部が形
成できることが分かる。

【００３０】（実施例３）この実施例では、本発明によ
る光散乱体の光散乱特性を測定した。なお、測定装置の
概要は、図１１に示したとおりである。また、その散乱
特性は、光軸上の光強度で規格化した角散乱角度での相
対強度で評価し、相対強度の半値幅を散乱角として評価
した。さらにその散乱角から、ｓｉｎ（散乱角／２）を
ＮＡと定義し、求めた。

【００３１】光散乱体の作製条件：エッチャント：１０％ＨＦ＋０．１％ＤＢＳＮａ水溶液基体：コーニング社製＃７０５９基板（１００ｍｍ角，
厚み１ｍｍ）表面粗化条件：サンドブラスト（片面）

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、サンプル３，４では、住友金属鉱山
製ＩＴＯ粉７５部と、ゾルゲル２５部とを混合したイン
クをスプレー法にて、エッチング面に塗布し、１６０℃
にて３０分間焼成して、エッチングによる凹部が充填さ
れた光散乱体とした（図２参照）。

【００３４】サンプル１から４の散乱特性を図１２と図
１３に示す。さらに散乱角測定の結果を表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】なお参考比較のために、両面をラップし両
面を散乱面とした石英基板のＮＡは、０．２であった。
したがって、実施例３に示した光散乱体は、散乱面を片
面にしか形成していないにもかかわらず、両面をラップ
した基板と同等の光散乱性能を有していることがわかっ
た。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、ガラス基体表面をあらかじめ
機械的に粗らすことにより、表面にマイクロクラックを
形成させている。このマイクロクラックを表面に有する
ガラス基体をＨＦ系エッチャントに浸漬すると、マイク
ロクラックの先端から等方向的にエッチングが進行し、
これにより基体表面に２次元ランダムに配列された複数
の凹部を形成することができる。

【００３８】前記方法によって形成された凹部は平滑な
レンズ作用を有する表面になっている。前記凹部の曲
率、稠密度、分布はエッチング条件を変えることにより
制御することができる。また必要に応じて、前記凹部に
屈折率の異なる材料を充填したり、前記凹部を有する２
個の光散乱体を、前記凹部を有する面同士が対向させる
ように配置し、前記凹部に前記ガラス基体と異なる屈折
率を有する透明材料で充填接着することにより、得られ
る光散乱体の散乱特性を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光散乱体の断面概念図。

【図２】本発明の光散乱体（透明材料を充填したもの）
の断面概念図。

【図３】本発明の光散乱体（透明材料を充填しと別の基
体と接着したもの）の断面概念図。

【図４】本発明の光散乱体（２枚貼合せ構造）の断面概
念図。

【図５】本発明の光散乱体の作製プロセス。

【図６】各エッチング時間の石英ガラス基板の表面プロ
ファイル曲線（その１）。

【図７】各エッチング時間の石英ガラス基板の表面プロ
ファイル曲線（その２）。

【図８】各エッチング時間の石英ガラス基板の最大粗さ
（Ｒｍａｘ）の変化を示す図。

【図９】各エッチング時間の石英ガラス基板の凹凸周期
（走査距離／谷の数）の変化を示す図。

【図１０】エッチング時間のガラス表面の変化の様子の
概念図。

【図１１】光散乱体の散乱特性の評価装置の概略構成を
示す図。

【図１２】光散乱体の散乱特性の測定結果を示す図。
（その１）

【図１３】光散乱体の散乱特性の測定結果を示す図。
（その２）

【符号の説明】

１：ガラス基板，２：透明材料，３：透明基体（透明
板），４：凹部形成面（光散乱面），１１：Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ，１２：ＮＤフィルタ，１３：サンプル（光散乱
体），１４：照度計，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岸本隆大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチング法により形成された複数の凹部
が表面に２次元ランダムに配列されたガラス基体からな
る光散乱体であって、前記各凹部は略球体の部分からな
っており、前記各凹部の表面は平滑であることを特徴と
する光散乱体。
【請求項２】請求項１に記載の光散乱体であって、前記
凹部が前記ガラス基体の表面の略全面に形成された光散
乱体。
【請求項３】請求項１または２に記載の光散乱体であっ
て、前記凹部が前記ガラス基体と異なる屈折率を有する
透明材料で充填された光散乱体。
【請求項４】請求項１または２に記載の光散乱体であっ
て、前記凹部が前記ガラス基体と異なる屈折率を有する
透明材料で充填され、前記透明材料を介して前記ガラス
基体が別の透明基体に接着されている光散乱体。
【請求項５】請求項１または２に記載の２個の光散乱体
が、前記凹部を有する面同士が対向させるように配置さ
れ、前記凹部に前記ガラス基体と異なる屈折率を有する
透明材料で充填接着された光散乱体。
【請求項６】請求項３〜５に記載の光散乱体において、前記透明材料の屈折率は、前記ガラス基体の屈折率１．
４５〜２．０３（λ＝５５０ｎｍ）に対して、０．１以
上の屈折率差を有する光散乱体。
【請求項７】（ａ）ガラス基体表面にマイクロクラック
を形成する工程、（ｂ）前記ガラス基体を、フッ酸を含
むエッチング液に浸漬する工程、以上の工程を含むこと
を特徴とする光散乱体の製造方法。
【請求項８】請求項７に記載の光散乱体の製造方法にお
いて、前記マイクロクラックを与える工程は、サンドブ
ラスト工程あるいは＃１００〜＃１０００の砥粒による
ラッピング工程による光散乱体の製造方法。
【請求項９】請求項７に記載の光散乱体の製造方法に加
えて、（ｃ）前記基体表面に形成された複数の凹部に、
前記基体と屈折率の異なる透明材料を充填平坦化する工
程を含む光散乱体の製造方法。