KR102671594B1 - 광학부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴절률이 n₁인 제1영역 및 굴절률이 n₃인 제2영역을 포함하는 제1층과, 굴절률이 n₂인 제2층을 상기 제1영역 및 제2영역과 접하도록 상기 제1층의 제1주면에 갖고, 상기 제1층은 제1층의 면방향에 있어서, 상기 제1영역과 인접하도록 복수의 상기 제2영역을 갖고, 상기 복수의 제2영역은 기하학적 패턴을 형성하고, 상기 n₁ 내지 n₃이 n₁＜n₃＜n₂의 관계를 충족시키는 광학부재이며, 본 발명의 광학부재를 도광체와 일체화해서 사용했을 때에, 우수한 광추출 기능을 발휘함과 아울러, 광의 산란에 의한 광누설을 억제하고, 동시에 양호한 기계강도가 얻어진다.

Description

광학부재 및 그 제조 방법

본 발명은 조명 장치, 화상 표시 장치 등에 사용되는 광학부재에 관한 것이다. 상세하게는 본 발명은 도광체와 일체화되었을 때, 상기 도광체로부터 광을 선택적으로 추출할 수 있는 광학부재에 관한 것이다.

종래부터, 도광체로부터 광을 추출하기 위해서, 도광체의 표면에 요철형상을 형성한 도광체가 사용되고 있다. 이러한 요철형상을 표면에 갖는 도광체의 작성은 목적이나 치수에 따라 그때마다 요철형상의 주형을 작성할 필요가 있다. 또한 이러한 요철을 갖는 도광체에서는 광추출을 위해서 요철형상에 접하는 공기의 존재가 기하학상 중요한 역할을 담당하고 있는 한편, 박형화나 다른 부재와의 적층이 곤란하다. 또한 다기능화를 위해서 요철형상을 정밀하고 또한 복잡화하는 것이 요구되고 있으며, 도광체의 생산에는 수고와 비용을 피할 수 없는 등의 과제가 있다.

한편, 특허문헌 1에서는 굴절률이 다른 2개의 영역의 기하학적 배열을 갖는 가변 굴절률 광추출층을 작성하고, 도광체와 일체화시켰을 때에, 도광체로부터 광을 선택적으로 추출하는 것이 제안되어 있다.

일본 특허공표 2015-534100호 공보

본 발명자들은 특허문헌 1에 대해서 검토한 결과, 후술하는 3점을 개선해야 하는 것을 찾아냈다.

제1로, 특허문헌 1에 개시된 광추출층은 도 1에 나타내듯이, 광추출층의 면방향으로 저굴절률층(1)과 고굴절률층(2)이 배치되고, 굴절률이 크게 다른 영역이 인접하는 계면이 존재할 수 있기 때문에, 상기 계면에 있어서의 반사 또는 굴절에 의한 광의 산란이 생기고, 광누설의 우려가 생길 수 있는 점이다.

제2로, 특허문헌 1에 개시된 광추출층의 제법에 의하면, 도 2에 나타내듯이, 굴절률이 낮은 영역(제1영역;저굴절률층(1))끼리의 사이의 스페이스가 제1영역보다 높은 굴절률을 갖는 제2영역(고굴절률층(2))으로 충분히 채워지지 않고 공기층(3)이 존재하기 때문에, 광의 산란의 우려 뿐만 아니라, 광추출층이 도광체에 충분히 접착되지 않는 것에 기인해서 기계강도가 불충분하게 될 우려가 있다.

제3으로, 굴절률이 낮은 영역은 본질적으로 공공(空孔)구조를 포함하므로, 굴절률이 낮은 영역은 매우 물러 취급이 곤란하다. 또한, 굴절률이 낮은 영역을 지지 기재에 부분적으로 나눠 칠하는 것은 제조상 매우 곤란을 갖는다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광의 산란이 적고, 도광체와 일체화했을 때에 우수한 기계강도를 달성하는, 광을 선택적으로 추출하는 것을 가능하게 하는 광학부재 및 상기 광학부재를 간편하게 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 요지는 이하에 존재한다.

굴절률이 n₁인 제1영역 및 굴절률이 n₃인 제2영역을 포함하는 제1층과,

굴절률이 n₂인 제2층을 상기 제1영역 및 제2영역과 접하도록 상기 제1층의 제1주면에 갖고,

상기 제1층은 제1층의 면방향에 있어서, 상기 제1영역과 인접하도록 복수의 상기 제2영역을 갖고,

상기 복수의 제2영역은 기하학적 패턴을 형성하고,

상기 n₁ 내지 n₃은 하기 식(1)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 광학부재.

n₁＜n₃＜n₂ (1)

본 발명에 의하면, 본 발명의 광학부재를 도광체와 일체화해서 사용했을 때에 우수한 광추출 기능을 발휘함과 아울러, 광의 산란에 의한 광누설을 억제하고, 동시에 양호한 기계강도가 얻어진다는 효과를 발휘한다.

도 1은 종래의 광추출층의 단면도
도 2는 종래의 광추출층의 작성 방법에 따라 얻어지는 광추출층의 단면도
도 3은 본 발명의 광학부재를 이용하여 얻어지는 배광소자의 단면도
도 4는 배광소자에 있어서의 광도파를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 광학부재의 단면도
도 6은 복수의 제2영역에 의한 스트라이프 형상을 갖는 제1층의 평면도
도 7은 복수의 원형의 제2영역을 갖는 제1층의 평면도
도 8은 배광소자의 다른 형태를 나타내는 단면도
도 9는 배광소자의 다른 형태를 나타내는 단면도
도 10은 배광소자의 다른 형태를 나타내는 단면도
도 11은 레이저 조사에 의해 제2영역을 형성하는 개념도
도 12는 잉크젯에 의해 제2영역을 형성하는 개념도
도 13은 공동을 갖는 광추출층(광 아웃 커플링하는 에어 캐비티 구조를 갖는 부재)을 작성하는 개념도
도 14는 잉크젯에 의해 감압 접착제층 상에 광경화형 수지 모노머의 기하학적 패턴의 일부가 형성된 것을 나타내는 현미경 사진
도 15는 계산에 사용하는 실시예 1 상당의 계산모델
도 16은 계산에 사용하는 비교예 1 상당의 계산모델
도 17은 각 계산모델에 있어서의 이면으로부터 누설되는 광의 양의 계산 결과를 나타내는 그래프

본 발명은 굴절률이 n₁인 제1영역 및 굴절률이 n₃인 제2영역을 포함하는 제1층과, 굴절률이 n₂인 제2층을 상기 제1영역 및 제2영역과 접하도록 상기 제1층의 제1주면에 갖고, 상기 제1층은 제1층의 면방향에 있어서, 상기 제1영역과 인접하도록 복수의 상기 제2영역을 갖고, 상기 복수의 제2영역은 기하학적 패턴을 형성하고, 상기 n₁ 내지 n₃은 하기 식(1)을 충족시키는 광학부재이다.

n₁＜n₃＜n₂ (1)

본 발명의 광학부재를 도광체와 일체화해서 사용했을 때에, 우수한 광추출 기능을 발휘함과 아울러, 광의 산란에 의한 광누설을 억제하고, 동시에 양호한 기계강도가 얻어진다.

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 임의로 변형해서 실시할 수 있다.

<1. 배광소자>

우선, 본 발명의 광학부재의 의의를 설명하기 위해서, 본 발명의 광학부재가 도광체와 일체화되어서 얻어지는 배광소자에 대해서 설명한다.

도 3은 실시형태의 광학부재(300)를 사용한 일례의 단면도이며, 광학부재(300)를 도광체(4)와 일체화해서 배광소자로 하고, 상기 배광소자는 상방으로 광을 추출하는 것을 목적으로 하고 있다. 도 3에서는 제2층(200)은 제2층의 제1주면(21)을 통해 제1층(100)의 제1주면(11)에 형성되고, 또한 제2층(200)은 제2층의 제1주면(21)을 통해 제1층(100)의 제1영역(101) 및 제2영역(102)과 접한다. 또한 도광체(4)는 도광체(4)의 제1주면(41)을 통해 제1층(100)의 제2주면(12)과 접하도록 배치되어 있다. 도광체의 굴절률은 후술하지만, 제2층의 굴절률(n₂)을 기준으로 해서 -0.1∼+0.1의 범위의 값으로 하는 것이 바람직하다. 도 3에 있어서 단면 횡방향을 x축, 단면 종방향을 y축으로 하면, 제1층(100)은 x축방향에 있어서, 즉, 제1층(100)의 면방향에 있어서, 제1영역(101)과 제2영역(102)을 갖고 있다. 이 때, 도광체(4)의 제2주면(42)에는 공기층(굴절률 1.00), 또는 광반사성 소자 또는 광산란성 소자가 배치된다(도면에는 나타내지 않는다).

도 3의 배광소자에 있어서, 광원(5)으로부터 광을 도광체(4)로 입광시키면, 도 4와 같이, 광은 도광체(4)의 제2주면(42)에서 반사되고, 또한, 제1영역(101)에서 반사되면서, 도광체(4)를 도면의 왼쪽으로부터 오른쪽을 향해서 도파한다. 반사를 반복하면서 도파하는 광은 제2영역(102)에서는 반사되지 않고 진행하고, 이것에 의해 광이 배광소자의 상방으로 추출된다(아웃 커플링).

즉, 본 발명의 광학부재에 의하면, 제2영역으로부터만 광을 추출할 수 있으므로, 제1영역 및 제2영역에 의해 형성되는 기하학적 패턴을 조정함으로써 소망의 부분으로부터만 광을 추출하는 것이 가능해진다. 그 결과, 목적에 따른 소망의 광추출 특성을 실현할 수 있다.

(도광체)

도광체는 대표적으로는 수지(바람직하게는 투명수지)의 필름 또는 판상물로 구성될 수 있다. 이러한 수지의 대표예로서는 열가소성 수지, 반응성 수지(예를 들면 전리방사선 경화형 수지)를 들 수 있다. 열가소성 수지의 구체예로서는 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리아크릴로니트릴 등의 (메타)아크릴계 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, PET 등의 폴리에스테르 수지, 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 등의 셀룰로오스계 수지, 환상 폴리올레핀계 수지, 스티렌계 수지를 들 수 있다. 전리방사선 경화형 수지의 구체예로서는 에폭시아크릴레이트계 수지, 우레탄아크릴레이트계 수지를 들 수 있다. 이들 수지는 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.

도광체의 두께는 예를 들면 100㎛∼100mm일 수 있다. 도광체의 두께는 바람직하게는 50mm 이하이며, 보다 바람직하게는 30mm 이하이며, 더욱 바람직하게는 10mm 이하이다.

도광체의 굴절률은 통상 굴절률(n₂)을 기준으로 해서 -0.1∼+0.1의 범위의 값이며, 하한값은 바람직하게는 1.43 이상이며, 보다 바람직하게는 1.47 이상이다. 한편, 도광체의 상한값은 1.7이다. 도광체의 굴절률을 예시했지만, 도광체의 굴절률은 제1영역이 도광체에 직접 접하도록 배치될 경우, 제1영역에서 광이 반사되도록 설계되어 있으면 좋고, 또한 제1영역이 제2층을 통해 도광체에 배치될 경우, 제1영역에서 광이 반사되도록 제2층의 굴절률을 고려해서 설계되어 있으면 좋다.

배광소자로 하기 위해서 본 발명의 광학부재와 함께 사용되는 도광체는 종래의 요철형상 등이 형성된 도광체이어도 좋고, 예를 들면 광 아웃 커플링 패턴 등의 광학 패턴을 갖고 있지 않는 도광체이어도 좋다. 이 신규인 비패턴화 도광체와 본 발명의 광학부재가 일체화된 배광소자는 전형적으로 경계면/표면 라미네이션에 의해, 예를 들면 디스플레이 표면 등의 타겟 상에 조명을 제공한다. 이 경계면 라미네이션은 조명 또는 광 표시의 목적으로 광이 통과해서, 예를 들면 디스플레이 표면 등의 타겟 표면에 닿는 것을 가능하게 한다. 또한 광의 통과 및 방향을 조종하기 위해서, 양측의 경계면을 라미네이트해서 굴절률 매칭에 의해 제어할 수 있다.

본 발명의 광학부재와 상기 비패턴화 도광체에 의해 일체화된 배광소자는 프런트 라이트 솔루션에 있어서 효율상의 이익을 갖는다. 효율은 도광매체의 굴절률과, 접합, 라미네이트되는 층, 클래드, 코팅의 굴절률에 의존한다. 이 신규인 솔루션은 도광체가 광학 패턴을 갖지 않으므로, 미광을 최소화함과 아울러, 높아진 투명도로 콘트라스트 및 효율을 향상시킨다.

또한 본 발명의 광학부재는 비패턴화 도광체와 일체화해서 배광소자로 했을 때에, 도광체에 광 아웃 커플링(광추출)을 위한 요철형상이 없어도 우수한 광추출 기능을 실현할 수 있다.

<2. 광학부재>

(2-A. 제1층)

본 발명의 광학부재는 굴절률이 n₁인 제1영역 및 굴절률이 n₃인 제2영역을 포함하는 제1층을 갖는다. 이러한 구성의 제1층에 의해, 상기 <1. 배광소자>에서 상세하게 설명한 바와 같이, 배광소자의 광추출 기능이 달성된다. 도 5는 본 발명의 광학부재(300)의 단면의 일례이며, 상기 제1층(100)에는 상기 제1영역(101) 및 상기 제2영역(102)에 의해 기하학적 패턴이 형성된다. 기하학적 패턴의 예로서 도 6 또는 도 7에 나타내어지는 기하학적 패턴을 들 수 있다. 도 6 및 도 7의 평면도에서 나타내어지듯이, 제1영역(101) 및 제2영역(102)이 연속적으로 인접해서 배치되어 제1층(100)의 제1주면(11) 및 제2주면(12)(도 3 참조)을 형성한다. 도 6에서는 제1영역(101)에서 형성되는 평면 내에, 복수의 제2영역(102)이 스트라이프 형상으로 형성되어 있다. 본 발명의 광학부재가 도광체와 일체화해서 사용하여 배광소자로 할 때, 복수의 제2영역이 형성하는 기하학적 패턴은 도광체의 단부에 부착되는 LED 등의 광원(5)의 위치를 기준으로 해서, 제2영역(102)이 성김으로부터 빽빽하게 되도록 형성된다.

제1층의 두께는 광추출 기능을 실현할 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 하한값은 통상 입광하는 파장보다 크면 좋다. 구체적으로는 하한값은 0.3㎛ 이상이다. 한편, 상한값은 특별히 한정되지 않지만, 통상 5㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 3㎛ 이하이다. 제1층의 두께가 상기 범위 내이면, 배광소자 표면의 요철이 적층에 영향을 줄만큼 커지지 않으므로, 다른 부재와의 복합화 또는 적층이 매우 용이해진다.

(2-B. 제1영역)

본 발명에 있어서, 제1영역은 굴절률이 n₁이다. 제1영역은 임의의 적합한 재료로 구성되면 특별히 한정되지 않지만, n₁을 1.2 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. n₁의 상한은 통상 1.2 이하이며, 바람직하게는 1.18 이하이며, 보다 바람직하게는 1.15 이하이다. 한편, n₁의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 기계강도의 관점에서 1.05 이상이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 제1영역은 공극 구조를 갖고 있어도 좋다. 예를 들면 제1영역의 공극 구조는 미세한 공극 구조를 형성하는 1종류 또는 복수 종류의 구성단위를 갖고, 상기 구성단위끼리가 촉매작용을 통해 화학적으로 결합하고 있는 구조를 갖는다. 이렇게, 미세구멍 구성단위가 촉매작용을 통해 화학적으로 결합하는 구조에서는 종래의 매트릭스로서 사용되는 바인더 수지를 주성분으로 한 공극 구조가 아니기 때문에, 굴절률(n₁)을 1.2 이하의 저굴절률로 할 수 있을 뿐만 아니라, 공극 구조 자체의 강도를 높일 수 있다. 상기 미세구멍 구성단위의 형상으로서는 예를 들면 입자상, 섬유상, 봉상, 평판상을 들 수 있다. 구성단위는 1개의 형상만을 갖고 있어도 좋고, 2개 이상의 형상을 조합해서 갖고 있어도 좋다.

제1영역의 공극률은 하한값은 통상 40% 이상이며, 바람직하게는 50% 이상이며, 보다 바람직하게는 55% 이상이며, 한편, 상한값은 통상 90% 이하이며, 보다 바람직하게는 85% 이하이다. 공극률이 상기 범위 내임으로써, 제1영역의 굴절률을 적절한 범위로 할 수 있다.

공극률의 측정 방법에 대해서 일례를 설명한다. 공극률의 측정 대상이 되는 층이 단일층이며 공극을 포함하고 있는 것뿐이면, 층의 구성 물질과 공기의 비율(체적비)은 정법(예를 들면 중량 및 체적을 측정해서 밀도를 산출한다)에 의해 산출하는 것이 가능하기 때문에, 이것에 의해 공극률(체적%)을 산출할 수 있다. 또한 굴절률과 공극률은 상관 관계가 있기 때문에, 예를 들면 층으로서의 굴절률의 값으로부터 공극률을 산출할 수도 있다. 구체적으로는 예를 들면 엘립소미터로 측정한 굴절률의 값으로부터, Lorentz-Lorenz's formula(로렌츠-로렌츠의 식)로부터 공극률을 산출한다.

제1영역의 막밀도는 예를 들면 1g/㎤ 이상이며, 바람직하게는 10g/㎤ 이상이며, 보다 바람직하게는 15g/㎤ 이상이다. 한편, 막밀도는 예를 들면 50g/㎤ 이하이며, 바람직하게는 40g/㎤ 이하이며, 보다 바람직하게는 30g/㎤ 이하이며, 더욱 바람직하게는 2.1g/㎤ 이하이다. 막밀도의 범위는 예를 들면 5g/㎤∼50g/㎤이며, 바람직하게는 10g/㎤∼40g/㎤이며, 보다 바람직하게는 15g/㎤∼30g/㎤이다. 또는 상기 범위는 예를 들면 1g/㎤∼2.1g/㎤이다. 제1영역의 막밀도에 의거한 공극률은 예를 들면 50% 이상이며, 바람직하게는 70% 이상이며, 보다 바람직하게는 85% 이상이다. 한편, 막밀도에 의거한 공극률은 예를 들면 90% 이하이며, 바람직하게는 85% 이하이다.

막밀도는 예를 들면 이하와 같은 방법에 의해 측정할 수 있고, 다른 방법으로서 공극률은 막밀도에 의거하여 예를 들면 이하와 같이 해서 산출할 수 있다.

기재(아크릴 필름) 상에 제1영역을 형성한 후, 이 적층체에 있어서의 공극영역에 대해서 X선 회절 장치(RIGAKU사제:RINT-2000)를 사용해서 전반사영역의 X선 반사율을 측정한다. 그리고, Intensity와 2θ의 피팅을 행한 후에, 적층체(제1영역/기재)의 전반사 임계각으로부터 막밀도(g/㎤)를 산출하고, 또한, 공극률(P%)을 이하의 식으로부터 산출한다.

공극률(P%)=45.48×막밀도(g/㎤)+100(%)

제1영역에 있어서의 공극(구멍)의 사이즈는 공극(구멍)의 장축의 직경 및 단축의 직경 중, 장축의 직경을 가리키는 것으로 한다. 공극(구멍)의 사이즈는 예를 들면 2nm∼500nm이다. 공극(구멍)의 사이즈는 예를 들면 2nm 이상이며, 바람직하게는 5nm 이상이며, 보다 바람직하게는 10nm 이상이며, 더욱 바람직하게는 20nm 이상이다. 한편, 공극(구멍)의 사이즈는 예를 들면 500nm 이하이며, 바람직하게는 200nm 이하이며, 보다 바람직하게는 100nm 이하이다. 공극(구멍)의 사이즈의 범위는 예를 들면 2nm∼500nm이며, 바람직하게는 5nm∼500nm이며, 보다 바람직하게는 10nm∼200nm이며, 더욱 바람직하게는 20nm∼100nm이다. 공극(구멍)의 사이즈는 목적 및 용도 등에 따라, 소망의 사이즈로 조정할 수 있다.

공극(구멍)의 사이즈는 BET 시험법에 의해 정량화할 수 있다. 구체적으로는 비표면적 측정 장치(마이크로메리틱사제:ASAP2020)의 캐필러리에 샘플(형성된 공극층)을 0.1g 투입한 후, 실온에서 24시간, 감압 건조를 행하고, 공극 구조 내의 기체를 탈기한다. 그리고, 상기 샘플에 질소 가스를 흡착시킴으로써 흡착 등온선을 그리고, 세공분포를 구한다. 이것에 의해, 공극 사이즈를 평가할 수 있다.

공극 구조를 갖는 제1영역으로서는 예를 들면 다공질영역 및/또는 공기영역을 적어도 일부에 갖는 제1영역을 들 수 있다. 다공질층은 대표적으로는 에어로겔, 및/또는 입자(예를 들면 중공 미립자 및/또는 다공질 입자)를 포함한다. 제1영역은 바람직하게는 나노포러스층(구체적으로는 90% 이상의 미세구멍의 직경이 10^-1nm∼10³nm의 범위 내의 다공질층)일 수 있다.

상기 입자로서는 임의의 적합한 입자를 채용할 수 있다. 입자는 대표적으로는 실리카계 화합물로 이루어진다. 입자의 형상으로서는 예를 들면 구상, 판상, 침상, 스트링상, 및 포도송이상을 들 수 있다. 스트링상의 입자로서는 예를 들면 구상, 판상, 또는 침상의 형상을 갖는 복수의 입자가 염주상으로 이어진 입자, 단섬유상의 입자(예를 들면 일본 특허공개 2001-188104호 공보에 기재된 단섬유상의 입자), 및 이들의 조합을 들 수 있다. 스트링상의 입자는 직쇄상이어도 좋고, 분기상이어도 좋다. 포도송이상의 입자로서는 예를 들면 구상, 판상, 및 침상의 입자가 복수 응집해서 포도송이상으로 된 것을 들 수 있다. 입자의 형상은 예를 들면 투과 전자현미경으로 관찰함으로써 확인할 수 있다. 입자의 평균 입자직경은 예를 들면 5nm∼200nm이며, 바람직하게는 10nm∼200nm이다. 상기 구성을 가짐으로써, 굴절률이 충분히 낮은 제1영역을 얻을 수 있고, 또한 제1영역의 투명성을 유지할 수 있다. 또, 본 명세서에서는 평균 입자직경이란 질소 흡착법(BET법)에 의해 측정된 비표면적(㎡/g)으로부터 평균 입자직경=(2720/비표면적)의 식에 의해 주어진 값을 의미하는 것으로 한다(일본 특허공개 평1-317115호 공보 참조).

본 발명에 있어서의 제1영역의 형성 방법의 구체예에 대해서는 <3. 광학부재의 제조 방법>에서 상세하게 설명한다.

(2-C. 제2영역)

본 발명에 있어서, 제2영역은 굴절률이 n₃이다. n₃은 n₁＜n₃＜n₂의 관계를 충족시킨다. n₃이 상기 관계를 충족시킴으로써 제1층의 면방향에 있어서의 제1영역과 제2영역의 계면에 있어서의 반사 및 굴절에 의한 광의 산란을 방지하고, 광누설을 억제할 수 있다. 제2영역은 임의의 적합한 재료로 구성되면 특별히 한정되지 않지만, n₃을 1.25 이상 1.4 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. n₃의 하한값은 통상 1.25 이상이며, 바람직하게는 1.30 이상이며, 광추출 기능의 관점에서 보다 바람직하게는 1.35 이상이며, 한편, 상한값은 광누설 억제의 관점에서 1.4 이하이다. 제2영역은 배광소자로 했을 때에, 광이 투과해 가는 것이 가능하도록 제2영역을 제외한 제1층 및 제2층을 고려해서 광학적으로 설계되어 있으면 좋다.

예를 들면 제2영역은 제1영역과 공통되는 공극 구조를 형성하는 물질과, 수지 등의 물질을 포함한다. 제2영역의 굴절률(n₂)은 제1영역을 형성하는 재료의 굴절률 및 체적분률, 수지 등으로 충전되어 있지 않은 공극의 공기의 굴절률 및 체적분률, 및 수지 등의 굴절률 및 체적분률에 의거하여 산출된다.

다른 양태로서, 제2영역은 제1영역과 공통되는 공극 구조의 골격을 갖고, 상기 공극 구조의 공극을 수지 등의 물질로 충전해서 형성되어 있다. 제2영역에 있어서의 공극의 충전율은 굴절률(n₃)이 1.25 이상 1.4 이하가 되는 충전율이면 특별히 한정되지 않는다. 이론상, 충전율 0%의 경우, 제2영역의 굴절률은 제1영역과 같은 굴절률로 되고, 충전율 100%의 경우, 제2영역의 굴절률은 공극 구조를 구성하는 재료의 굴절률 및 체적분률 및 충전한 수지 등의 물질의 굴절률 및 체적분률에 의거하여 산출되고, n₂ 미만의 값이 된다.

다른 양태로서, 제2영역은 제1영역을 구성하는 물질과, 후술하는 제2층이 갖는 수지 A를 함유해서 구성된다. 수지 A는 제2층 유래의 수지 A이어도 좋고, 제2층 형성과는 별도 준비된 수지 A이어도 좋다. 구체적으로는 상기 수지 A가 제1영역을 구성하는 물질에 의해 형성된 공극 구조를 충전함으로써, 제2영역이 얻어진다. 수지 A에 대해서는 하기 (2-D. 제2층)에서 상세하게 설명한다.

다른 양태로서, 제2영역은 제1영역을 구성하는 물질과, 수지 B를 함유해서 구성된다. 구체적으로는 제1영역을 구성하는 물질에 의해 형성된 공극 구조를 상기 수지 B가 충전함으로써, 제2영역이 얻어진다. 상기 제2영역에 포함되는 수지 B로서는 감압 접착제, 에너지 활성선 경화 수지를 들 수 있다.

수지 B로서 사용되는 감압 접착제 b는 예를 들면 후술하는 에이징 공정 등의 가열 조건 하에서 제1영역의 공극에 침투할 수 있을 정도의 유연함을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 감압 접착제 b의 저장탄성률은 바람직하게는 9.0×10⁴(Pa) 이하이며, 보다 바람직하게는 5.0×10³(Pa)∼8.5×10⁴(Pa)이다. 상기 감압 접착제 b로서는 이러한 특성을 갖는 한에 있어서 임의의 적절한 감압 접착제가 사용될 수 있다. 감압 접착제로서는 대표적으로는 아크릴계 감압 접착제(아크릴계 감압 접착제 조성물)를 들 수 있다. 아크릴계 감압 접착제 조성물로서는 하기 (2-D. 제2층)에서 설명한다. 단, 감압 접착제 b는 바람직하게는 코모노머로서 복소환 함유 (메타)아크릴레이트를 포함하지 않는다. 감압 접착제 B를 구성하는 아크릴계 점착제 조성물의 상세는 예를 들면 일본 특허공개 2016-190996호 공보에 기재되어 있고, 상기 공보의 기재는 본 명세서에 참고로서 원용된다.

또한 수지 B로서 사용되는 에너지 활성선 경화 수지로서는 임의의 적절한 에너지 활성선 경화형 수지가 사용될 수 있다. 에너지 활성선 경화 수지로서는 광경화형 수지를 들 수 있고, 대표적으로는 자외선 경화형 수지이다. 자외선 경화형 수지의 구체예로서는 폴리에스테르계, 아크릴계, 우레탄계, 아미드계, 실리콘계, 에폭시계 등의 각종 수지를 들 수 있다. 이들은 자외선 경화형 모노머, 올리고머, 폴리머 등을 포함한다. 이들 수지는 단독으로 사용해도 좋고, 복수를 조합해서(예를 들면 혼합, 공중합) 사용해도 좋다. 바람직하게는 아크릴계 수지이다. 자외선 경화형 아크릴계 수지는 자외선 중합 관능기를 바람직하게는 2개 이상, 보다 바람직하게는 3∼6개 갖는 모노머 성분 및 올리고머 성분을 포함한다. 자외선 경화형 아크릴계 수지의 구체예로서는 에폭시아크릴레이트, 폴리에스테르아크릴레이트, 아크릴아크릴레이트, 에테르아크릴레이트를 들 수 있다. 대표적으로는 자외선 경화형 수지에는 광중합 개시제가 배합되어 있다. 경화 방식은 라디칼 중합 방식이어도 좋고, 양이온 중합 방식이어도 좋다. 경화 전의 광경화형 수지는 모노머 성분이 많이 포함되므로, 도포성이 우수하고, 결과적으로 고정밀도의 패턴 형성이 가능해진다. 또, 수지 B로서 사용되는 에너지 활성선 경화 수지는 접착제로서 사용되는 에너지 활성선 경화 수지이어도 좋고, 수지 B를 형성하기 위한 에너지 활성선 경화 수지 조성물이 접착제 조성물이어도 좋다.

본 발명에 있어서, 제2영역의 형상, 형상의 치수, 제1층의 평면 내에 있어서의 밀도 및 제1층내에 있어서의 점유율은 본 발명의 광학부재가 사용되는 목적 및 용도에 따라 정해진다. 예를 들면 본 발명의 광학부재가 사용되는 양태에 있어서, 투명성 등의 양호한 시인성이 요구될 경우, 제2영역의 개개의 형상의 장경이 100㎛ 이하가 되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70㎛ 이하이다. 보다 상세하게는 복수의 제2영역이 도 7에서 나타내어지는 복수의 원형 패턴을 갖는 경우, 개개의 원형의 제2영역의 직경을 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이러한 치수로 함으로써 모바일 디스플레이나 소형 사이니지 등의 비교적 가까운 거리에서 본 발명의 광학부재를 구비한 기기에 접할 경우에, 사람이 제2영역을 시인하는 것을 억제할 수 있다. 또한 1개의 제2영역의 치수, 제2영역의 제1층의 평면 내에 있어서의 밀도(개/㎠) 및 제2영역의 면적 점유율은 본 발명의 광학부재가 사용되는 양태에 있어서 필요한 광량에 따라 설계되면 좋다. 제1층의 평면에 있어서의 제2영역에 의한 기하학적 패턴은 균일, 국소적, 랜덤 등의 임의의 패턴을 목적 및 용도에 따라 선택하면 좋다. 또는 상기 기하학적 패턴은 도 6 및 도 7과 같이, 광원을 기준으로 성김으로부터 빽빽하게 제2영역이 배치되어도 좋다.

본 발명에 있어서, 제2영역은 상기 제1층의 제1주면으로부터 제2주면에 걸쳐 상기 제1영역과 연속적으로 인접해서 존재해도 좋다. 상술한 일례와 같이, 제2영역은 공극 구조를 갖는 제1영역의 공극을 수지 등의 물질로 충전하는 충전 영역으로 형성된다. 이것에 의해 제1층과, 제1층의 제1주면에 형성되는 제2층 또는 제1층의 제2주면에 형성될 수 있는 다른 부재와의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 우수한 기계강도를 실현할 수 있다. 특히, 충전되는 수지 등의 물질이 감압 접착제 등인 경우, 보다 현저하게 제1층의 기계강도를 향상시킬 수 있다. 또한 제2영역을, 상기 제1층의 제1주면으로부터 제2주면에 걸쳐 상기 제1영역과 연속적으로 인접해서 존재하는 제1층으로 함으로써, 제1영역과 제2영역 사이의 의도하지 않은 공기층의 형성을 방지할 수 있고, 광의 산란을 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서의 제2영역의 형성 방법의 구체예에 대해서는 <3. 광학부재의 제조 방법>에서 상세하게 설명한다.

(2-D. 제2층)

본 발명의 광학부재는 굴절률이 n₂인 제2층을 갖는다. 본 발명에 있어서, 제2층은 임의의 바람직한 재료로 구성되면 특별히 한정되지 않지만, n₂가 1.43 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. n₂의 하한값은 통상 1.43 이상이며, 바람직하게는 1.47 이상이다. 한편, n₂의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 통상 1.7 이하이다. 상술한 배광소자가 제1층, 제2층 및 도광체의 순으로 일체화되어 있는 경우에는 제2층의 굴절률(n₂)은 광학적인 관점에서, 도광체의 굴절률과 같거나 또는 광학적으로 영향이 없을 정도로 근사한 굴절률인 것이 바람직하다.

제2층의 두께는 제1층을 유지할 수 있을 정도의 강도가 있으면 특별히 한정되지 않지만, 하한값은 통상 1㎛ 이상이며, 바람직하게는 5㎛ 이상이며, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상이며, 한편, 상한값은 통상 200㎛ 이하이며, 바람직하게는 150㎛ 이하이다.

본 발명에 있어서는 제2층은 수지 A를 이용하여 구성되어 있어도 좋다. 수지 A가 구성하는 제2층의 예로서, 감압 접착제층 A, 기재층 등을 들 수 있다. 수지 A로서의 감압 접착제 a는 상기 감압 접착제 a가 상온 및 상압의 조건 또는 후술하는 에이징 공정 등의 가열 조건 하에서는 제1영역의 공극에 침투하지 않을 정도의 저장탄성률을 갖고, 또한, 레이저 조사에 의해 감압 접착제 a의 상태가 적절하게 변화될 수 있는 것이 바람직하다. 이들의 관점에서, 감압 접착제 a의 저장탄성률은 하한값은 바람직하게는 1.0×10⁵(Pa) 이상이며, 보다 바람직하게는 1.2×10⁵(Pa) 이상이며, 한편, 상한값은 1.0×10⁶(Pa) 이하이다.

감압 접착제 a로서는 상기와 같은 특성을 갖는 한에 있어서 임의의 적절한 감압 접착제가 사용될 수 있다. 감압 접착제로서는 대표적으로는 아크릴계 감압 접착제(아크릴계 감압 접착제 조성물)를 들 수 있다. 아크릴계 감압 접착제 조성물은 대표적으로는 (메타)아크릴계 폴리머를 주성분(베이스 폴리머)으로서 포함한다. (메타)아크릴계 폴리머는 감압 접착제 조성물의 고형분 중, 예를 들면 50중량% 이상, 바람직하게는 70중량% 이상, 보다 바람직하게는 90중량% 이상의 비율로 감압 접착제 조성물에 함유될 수 있다. (메타)아크릴계 폴리머는 모노머 단위로서 알킬(메타)아크릴레이트를 주성분으로서 함유한다. 또, (메타)아크릴레이트는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 말한다. 알킬(메타)아크릴레이트의 알킬기로서는 예를 들면 1개∼18개의 탄소원자를 갖는 직쇄상 또는 분기쇄상의 알킬기를 들 수 있다. 상기 알킬기의 평균 탄소수는 바람직하게는 3개∼9개이다. (메타)아크릴계 폴리머를 구성하는 모노머로서는 알킬(메타)아크릴레이트 이외에, 카르복실기 함유 모노머, 히드록실기 함유 모노머, 아미드기 함유 모노머, 방향환 함유 (메타)아크릴레이트, 복소환 함유 (메타)아크릴레이트 등의 코모노머를 들 수 있다. 코모노머는 바람직하게는 히드록실기 함유 모노머 및/또는 복소환 함유 (메타)아크릴레이트이며, 보다 바람직하게는 N-아크릴로일모르폴린이다. 아크릴계 점착제 조성물은 바람직하게는 실란커플링제 및/또는 가교제를 함유할 수 있다. 실란커플링제로서는 예를 들면 에폭시기 함유 실란커플링제를 들 수 있다. 가교제로서는 예를 들면 이소시아네이트계 가교제, 과산화물계 가교제를 들 수 있다. 이러한 감압 접착제층 또는 아크릴계 감압 접착제 조성물의 상세는 예를 들면 일본 특허 제4140736호에 기재되어 있고, 상기 특허공보의 기재는 본 명세서에 참고로서 원용된다.

수지 A가 구성하는 기재층으로서는 광학적으로 투명한 수지 필름을 들 수 있고, 대표예로서는 열가소성 수지, 반응성 수지(예를 들면 전리방사선 경화형 수지)를 사용한 필름을 들 수 있다. 열가소성 수지의 구체예로서는 폴리메타크릴산 메틸(PMMA), 폴리아크릴로니트릴 등의 (메타)아크릴계 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, PET 등의 폴리에스테르 수지, 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 등의 셀룰로오스계 수지, 환상 폴리올레핀계 수지, 스티렌계 수지를 들 수 있다. 전리방사선 경화형 수지의 구체예로서는 에폭시아크릴레이트계 수지, 우레탄아크릴레이트계 수지를 들 수 있다. 이들 수지는 단독으로 사용해도 좋고 2종 이상을 병용해도 좋다.

<3. 광학부재의 제조 방법>

이하에 본 발명의 광학부재를 제조하는 새로운 제조 방법에 대해서 상세하게 설명하지만, 상기 식(1)로 나타내어지는 n₁＜n₃＜n₂의 관계를 충족시키는 광학부재가 얻어지면 하기 형태에 한정되지 않는다.

(3-A. 레이저 조사)

본 발명의 광학부재의 제조 방법으로서 레이저 조사를 이용하여 제조하는 방법에 대해서 이하에 설명한다.

구체적으로는 도 11에 나타내어지듯이, 제1영역(101)을 사용해서 제1층의 전구체를 형성하고, 상기 제1층의 전구체의 제1주면에 제2층(200)을 형성하고, 제1층을 갖지 않는 제2층(200)의 주면에 대하여 소정의 패턴으로 레이저광(9)을 조사함으로써, 제2층(200)을 구성하는 물질이 용융되어 상기 제1영역(101)에 침윤되고, 제2영역(102)을 형성하는 방법이다(도 11 하단 참조). 제1영역이 공극 구조를 갖고 또한 제2층이 수지 A를 갖는 경우, 제2층을 구성하는 수지 A가 용융되어 상기 제1영역에 침윤되고, 제1영역을 구성하는 물질과 수지 A가 포함되거나 또는 혼합된 제2영역이 형성된다. 이 경우, 제2층을 구성하는 수지 A가 용융되어 상기 제1영역의 공극에 침윤되고, 제1영역의 공극이 수지 A에 충전되어 형성되는 제2영역으로 하는 것이 바람직하다.

이하에, 제2층을 구성하는 수지 A가 감압 점착제 A인 경우를 예로서 들고, 레이저 조사를 이용하여 제조하는 방법을 보다 상세하게 설명한다.

(3-A-a. 제1영역 및 제1층의 전구체의 형성)

본 발명에 있어서, (2-B. 제1영역)에서 상세하게 설명한 바와 같이, 제1영역은 공극 구조를 갖고 있어도 좋다. 예를 들면 제1영역의 공극 구조는 미세한 공극 구조를 형성하는 1종류 또는 복수 종류의 구성단위를 갖고, 상기 구성단위끼리가 촉매작용을 통해 화학적으로 결합하고 있는 구조를 갖는다. 이러한 상기 미세구멍 구성단위의 형상으로서는 예를 들면 입자상, 섬유상, 봉상, 평판상을 들 수 있다. 미세구멍 구성단위의 형상이 입자상인 경우에는 미세구멍 입자끼리의 화학적 결합에 의한 다공체의 공극 구조체에 의해 제1영역이 형성된다. 구성단위는 1개의 형상만을 갖고 있어도 좋고, 2개 이상의 형상을 조합해서 갖고 있어도 좋다. 제1영역이 상기 미세구멍 입자끼리의 화학적 결합에 의한 다공체의 공극 구조체인 경우를 예로서 제1영역 및 제1층의 전구체의 형성에 대해서 설명한다. 여기에서, 제1층의 전구체란 실질적으로 제1영역으로 이루어지는 층을 의미한다.

제1영역에 의한 제1층의 전구체의 형성 방법은 대표적으로는 수지 필름 또는 도광체 상에 제1영역으로 이루어지는 층의 전구체(예를 들면 상술의 미세구멍 입자끼리의 화학적 결합에 의한 다공체의 공극 구조체의 전구체를 가리킨다)를 형성하는 전구체 형성 공정, 및, 전구체 형성 공정 후에 상기 전구체 내부에서 가교 반응을 일으키게 하는 가교 반응 공정을 포함한다. 상기 방법은 미세구멍 입자를 포함하는 함유액(이하, 「미세구멍 입자 함유액」 또는 간단히 「함유액」이라고 하는 경우가 있다.)을 제작하는 함유액 제작 공정, 및, 상기 함유액을 건조시키는 건조 공정을 더 포함하고, 전구체 형성 공정에 있어서, 건조체 중의 미세구멍 입자끼리를 화학적으로 결합시켜서 전구체를 형성한다. 함유액은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 미세구멍 입자를 포함하는 현탁액이다. 본 발명에 있어서는 미세구멍 입자가 겔상 화합물의 분쇄물인 것이 바람직하고, 겔상 화합물이 겔상 규소 화합물인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 제1영역은 실리콘 다공체이다.

미세구멍 입자를 포함하는 함유액(이하, 「미세구멍 입자 함유액」 또는 간단히 「함유액」이라고 하는 경우가 있다.)을 제작하는 함유액 제작 공정에 의해, 미세구멍 입자(겔상 화합물의 분쇄물)를 포함하는 액(예를 들면 현탁액)을 제작한다. 상기 미세구멍 입자 함유액은 미리 미세구멍 입자끼리를 화학적으로 결합시키는 것이 가능한 촉매를 첨가해서 작성해도 좋다. 또한 상기 촉매는 상기 미세구멍 입자 함유액을 작성 후에 상기 함유액에 첨가해도 좋다. 촉매는 예를 들면 미세구멍 입자끼리의 가교결합을 촉진하는 촉매이어도 좋다. 미세구멍 입자끼리를 화학적으로 결합시키는 화학반응으로서는 미세구멍 입자가 겔상 규소 화합물의 분쇄물인 경우, 실리카 졸 분자에 포함되는 잔류 실라놀기의 탈수 축합반응을 이용하는 것이 바람직하다. 실라놀기의 수산기끼리의 반응을 촉매로 촉진시킴으로써 단시간에 공극 구조를 경화시키는 연속 성막이 가능하다. 촉매로서는 예를 들면 광활성 촉매 및 열활성 촉매를 들 수 있다.

광활성 촉매에 의하면, 예를 들면 제1영역으로 이루어지는 층의 전구체를 형성하는 전구체 형성 공정에 있어서, 가열에 의하지 않고 미세구멍 입자끼리를 화학적으로 결합(예를 들면 가교결합)시킬 수 있다. 이것에 의하면, 예를 들면 전구체 형성 공정에 있어서, 전구체 전체의 수축이 일어나기 어렵기 때문에, 보다 높은 공극률을 유지할 수 있다. 또한 촉매에 추가해서, 또는 이것 대신에, 촉매를 발생시키는 물질(촉매 발생제)을 사용해도 좋다. 예를 들면 광활성 촉매에 추가해서, 또는 이것 대신에, 광에 의해 촉매를 발생시키는 물질(광촉매 발생제)을 사용해도 좋고, 열활성 촉매에 추가해서, 또는 이것 대신에, 열에 의해 촉매를 발생시키는 물질(열촉매 발생제)을 사용해도 좋다. 광촉매 발생제로서는 예를 들면 광염기 발생제(광조사에 의해 염기성 촉매를 발생시키는 물질), 광산 발생제(광조사에 의해 산성 촉매를 발생시키는 물질) 등을 들 수 있고, 광염기 발생제가 바람직하다.

다음에 예를 들면 수지 필름 상 또는 도광체 상에 미세구멍 입자를 포함하는 함유액(예를 들면 현탁액)을 도공한다(도공 공정). 도공은 적합한 각종 도공 방식을 사용할 수 있다. 미세구멍 입자(예를 들면 겔상 규소 화합물의 분쇄물)를 포함하는 함유액을 수지 필름 또는 도광체 상에 직접 도공함으로써, 미세구멍 입자 및 촉매를 포함하는 도공막을 형성할 수 있다.

다음에 건조 공정에 의해, 미세구멍 입자 함유액을 도공해서 제작된 도공막을 건조시키고, 함유액에 사용되고 있던 유기용매 등의 용매를 휘발시킨다. 건조 공정은 예를 들면 자연 건조이어도 좋고, 가열 건조이어도 좋고, 감압 건조이어도 좋다. 그 중에서도, 공업적으로 연속 생산하는 것을 전제로 한 경우에는 가열 건조를 사용하는 것이 바람직하다. 가열 건조의 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 일반적인 가열 수단을 사용할 수 있다. 가열 수단으로서는 예를 들면 열풍기, 가열 롤, 원적외선 히터 등을 들 수 있다. 건조 처리의 온도는 예를 들면 50℃∼250℃이며, 바람직하게는 60℃∼150℃이며, 보다 바람직하게는 70℃∼130℃이다. 건조 처리의 시간은 예를 들면 0.1분∼30분이며, 바람직하게는 0.2분∼10분이며, 보다 바람직하게는 0.3분∼3분이다. 또한 상기 함유액에 사용되는 용매에 대해서는 건조시의 용매휘발에 따른 미세구멍 입자에 발생하는 수축응력, 수축응력에 의한 실리콘 다공체에 의해 구성되는 공극 구조체의 크랙 발생을 억제할 목적으로 표면장력이 낮은 용매가 바람직하다.

다음에 가교 반응 공정에 의해, 도공막의 건조체 중의 미세구멍 입자끼리를 화학적으로 결합시킨다. 미세구멍 입자로서 겔상 규소 화합물의 분쇄물을 사용하는 경우에서는 가교 반응 공정에서는, 예를 들면 미세구멍 입자끼리를 촉매(염기성 물질)의 작용에 의해 화학적으로 결합시킨다. 이것에 의해 예를 들면 도공막의 건조체에 있어서의 분쇄물의 3차원 구조가 고정화된다. 종래의 소결에 의한 3차원 구조의 고정화를 행하는 경우에는 예를 들면 200℃ 이상의 고온처리를 행함으로써 실라놀기의 탈수 축합, 실록산 결합의 형성을 유발한다. 수지 필름에 데미지를 일으키지 않고, 100℃ 전후의 비교적 낮은 건조 온도, 및 수분 미만의 짧은 처리 시간에서 연속적으로 공극 구조를 형성, 고정화할 수 있으므로, 광촉매 발생제를 이용하여 촉매를 발생시켜서 실라놀기를 탈수 축합시키는 가교 반응이 바람직하다. 광촉매 발생제로서는 예를 들면 광염기 발생제(광조사에 의해 염기성 촉매를 발생시키는 물질), 광산 발생제(광조사에 의해 산성 촉매를 발생시키는 물질) 등을 들 수 있고, 광염기 발생제가 바람직하다.

광촉매 발생제를 사용하는 가교 반응은 광조사에 의해 행한다. 광조사에 있어서의 적산 광량은 특별히 한정되지 않고, 파장 360nm 환산으로, 예를 들면 200mJ/㎠∼800mJ/㎠이며, 바람직하게는 250mJ/㎠∼600mJ/㎠이며, 보다 바람직하게는 300mJ/㎠∼400mJ/㎠이다. 조사량이 충분하지 않고 촉매의 광흡수에 의한 분해가 진행되지 않고 효과가 불충분하게 되는 것을 방지하는 관점에서는 200mJ/㎠ 이상의 적산 광량이 바람직하다. 또한 공극 구조체 하의 수지 필름에 데미지가 가해지는 것에 의한 열 주름이 발생하는 것을 방지하는 관점에서는 800mJ/㎠ 이하의 적산 광량이 바람직하다.

다음에 상기 건조 공정과는 다른 가열 공정을 행한다. 상기 가열 공정은 상기 가교 반응 공정 후의 전구체 내부에서, 또한 가교 반응을 촉진시키는 것을 목적으로 해서 행한다. 이하, 상기 가열 공정을 에이징 공정이라고 칭한다. 에이징 공정에 있어서는 가열온도를 저온으로 해서, 전구체의 수축을 억제하면서 가교 반응을 일으키게 함으로써, 제1영역으로 이루어지는 층, 예를 들면 미세구멍 입자끼리의 화학적 결합에 의한 다공체의 공극 구조체의 공극률을 높게 함과 아울러, 상기 공극 구조체의 강도를 향상시킬 수 있다. 에이징 공정에 있어서의 온도는 예를 들면 40℃∼70℃이며, 바람직하게는 45℃∼65℃이며, 보다 바람직하게는 50℃∼60℃이다. 에이징 공정을 행하는 시간은 예를 들면 10hr∼30hr이며, 바람직하게는 13hr∼25hr이며, 보다 바람직하게는 15hr∼20hr이다.

또, 하기 다른 실시형태의 설명을 위해서 상기 가교 반응 공정 후 또한 에이징 공정에 제공되기 전의 전구체를 에이징 공정 전구체라고 칭한다.

이상과 같이, 실질적으로 제1영역으로 구성되는 층, 즉, 제1층의 전구체가 얻어진다. 또한 제1층의 전구체의 제조 방법은 본 명세서의 설명 외에, 일본 특허공개 2017-054111호 공보, 일본 특허공개 2018-123233호 공보 및 일본 특허공개 2018-123299호 공보에 기재된 공극층 또는 저굴절률층의 제조 방법에 의해 설명된다.

(3-A-b. 제2층의 형성)

레이저 조사를 이용하여 제조하는 방법에 있어서, 제2층은 상기에서 얻어진 제1층의 전구체에 형성된다. 상기 제1층의 전구체가 수지 필름 등의 위에 형성되어 있는 경우에는 제2층은 상기 제1층의 전구체의 수지 필름이 형성된 면과 반대측의 주면에 형성된다.

제2층을 구성하는 수지 A가 감압 접착제 a인 경우, 미리 세퍼레이터 상에 감압 접착제 a로 이루어지는 제2층을 형성하고, 제1층의 전구체에 감압 접착제 a로 이루어지는 제2층을 전사해서 상기 제1층의 전구체에 제2층을 형성할 수 있다.

또, 제2층에 사용되는 수지 A 등에 대해서는 (2-D. 제2층)에 있어서의 설명에 준한다.

(3-A-c. 제2영역 및 제1층의 형성)

이하, 상기 제1층의 전구체가 미세구멍 입자끼리의 화학적 결합에 의한 다공체의 공극 구조체로 구성되고, 제2층이 감압 접착제 a로 구성되는 경우를 이용해서, 레이저 조사를 이용하여 광학부재를 제조하는 방법(이하 「레이저 조사법」이라고 칭한다)을 설명한다.

레이저 조사법은 감압 접착제 a로 구성되는 제2층(감압 접착제층 A라고 칭한다)에 소정의 기하학적 패턴으로 레이저 조사함으로써, 감압 접착제층 A에 있어서의 상기 레이저 조사 부분의 감압 접착제 a의 상태가 변화되어 감압 접착제 a가 제1층의 전구체의 공극에 침투하기 쉬워진다. 감압 접착제 a가 제1층의 전구체의 공극을 충전한 결과, 상기 소정의 기하학적 패턴의 제2영역이 형성되고, 제1층이 얻어진다. 또한 후술하는 바와 같이, 상기 제1층의 전구체 대신에, 에이징 공정 전구체에 제2층을 형성하고 레이저 조사를 행하고나서 에이징 공정을 행할 수 있다. 이 경우, 에이징 공정에 있어서 레이저 조사 부분의 감압 접착제 a가 에이징 공정 전구체의 공극에 더 침투하기 쉬워진다.

레이저 조사는 제2층을 구성하는 감압 접착제 a의 상태를 변화시켜서 제1층의 전구체의 공극에 침투시키기 쉽게 할 수 있는 한에 있어서 임의의 적절한 양식으로 행해질 수 있다. 레이저 조사에 사용되는 레이저광은 통상 하한으로서 100nm 이상의 파장의 광을 포함하고, 한편, 상한으로서 1900nm 이하의 파장의 광을 포함한다. 바람직하게는 300nm∼1500nm의 파장의 광을 포함하고, 보다 바람직하게는 300nm∼1300nm의 파장의 광을 포함하고, 더욱 바람직하게는 500nm∼1200nm의 파장의 광을 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서는 레이저광은 가우시안의 빔형상을 갖고, 상기와 같은 범위에 피크 파장을 갖는다.

레이저광으로서는 나노초 펄스 레이저 또는 단 펄스 레이저(1나노초 이하의 펄스폭을 갖는 광을 조사하는 레이저, 예를 들면 피코초 레이저 또는 펨트초 레이저 등)가 사용된다. 레이저광의 주파수는 예를 들면 50kHz∼2000kHz일 수 있다.

상기와 같은 레이저광을 조사하는 레이저로서는 예를 들면 엑시머 레이저, YAG 레이저, YLF 레이저, YVO4 레이저, 티탄 사파이어 레이저 등의 고체 레이저, 아르곤 이온 레이저, 크립톤 이온 레이저를 포함하는 가스 레이저, 파이버 레이저, 반도체 레이저, 색소 레이저, YAG의 SHG 레이저, YAG의 THG 레이저를 들 수 있다.

레이저 조사는 예를 들면 CAD 데이터를 사용한 스캔(묘화)에 의해 행해질 수 있다. 레이저 조사의 형태(스캔 양식)는 목적에 따라서 적절하게 설정될 수 있다. 레이저광은 예를 들면 직선상으로 스캔되어도 좋고, S자상으로 스캔되어도 좋고, 소용돌이상으로 스캔되어도 좋고, 이들을 조합해도 좋다. 또한 고속 라인 스캐너가 사용되어도 좋다. 스캔 헤드에 관해서는 갈바노 스캐너이어도 좋고, 폴리곤 스캐너이어도 좋고, 이들을 조합해도 좋다.

레이저광의 조사 조건은 임의의 적절한 조건으로 설정될 수 있다. 예를 들면 고체 레이저(YAG 레이저)를 사용할 경우, 출력은 바람직하게는 10W∼20W이며, 펄스 에너지는 바람직하게는 10μJ∼70μJ이다. 스캔 속도는 바람직하게는 10mm/초∼5000mm/초이며, 보다 바람직하게는 100mm/초∼2000mm/초이다. 스캔 피치는 바람직하게는 10㎛∼50㎛이다. 레이저광의 조사 위치는 제2층의 표면(감압 접착제층 A의 표면) 또는 감압 접착제층 A의 두께 방향 내부로 설정될 수 있다. 레이저 조사의 단계에 있어서는 도 11에서 나타내어지듯이, 통상 감압 접착제층 A의 표면에 세퍼레이터(6)가 가부착되어 있는 바, 본 레이저 조사법에 있어서는 조사 위치를 감압 접착제층 A의 표면 또는 감압 접착제층 A의 두께 방향 내부로 설정함으로써(도 11 상단 참조), 감압 접착제층 A의 감압 접착제 a의 상태를 양호하게 변화시켜서 제1층의 전구체의 공극에 양호하게 침투시켜서 제2영역을 형성할 수 있다. 레이저광의 조사 위치에 있어서의 빔형상은 목적에 따라서 적절하게 설정될 수 있다. 상기 빔형상은 예를 들면 원형이어도 좋고, 라인상이어도 좋다. 빔형상을 소정의 형상으로 하는 수단으로서는 임의의 적절한 수단이 채용될 수 있다. 예를 들면 소정의 개구부를 갖는 마스크를 통해 레이저 조사해도 좋고, 회절 광학 소자 등을 이용하여 빔 정형해도 좋다. 예를 들면 빔형상이 원형인 경우에는 초점 직경(스폿 직경)은 바람직하게는 50㎛∼60㎛이다. 또한, 펄스 레이저의 투입 에너지는 바람직하게는 20000μJ/㎟∼100000μJ/㎟이며, 보다 바람직하게는 25000μJ/㎟∼75000μJ/㎟이다. 또, 투입 에너지 E(μJ/㎟)는 하기의 식으로부터 구해진다.

E=(e×M)/(V×p)

e:펄스 에너지(J)

M:반복 주파수(Hz)

V:스캔 속도(mm/초)

p:스캔 피치(mm)

레이저 조사는 바람직하게는 제1층의 전구체를 얻는 에이징 공정과 같은 공정에서 행해져도 좋다. 레이저 조사와 에이징 공정을 동시에 행함으로써, 효율적으로 제1층의 전구체의 공극에 감압 접착제 a를 침투시켜서 제2영역이 형성된 제1층을 형성할 수 있다.

(3-B. 잉크젯법 I)

본 발명의 광학부재의 제조 방법으로서 잉크젯 방식을 이용하여 제조하는 방법에 대해서 이하에 설명한다.

구체적으로는 잉크젯법에 의한 광학부재의 제조 방법은 수지 등의 물질을 잉크화하고, 잉크젯에 의해 상기 잉크를 소정의 기하학 패턴으로 상기 제1층의 전구체의 공극에 충전하고, 제2영역을 형성한다. 또는 상기 에이징 공정 전구체의 공극에 상기 잉크를 소정의 기하학 패턴으로 충전하고, 상기 에이징 공정을 행해 제2영역을 형성한다. 상기 잉크의 충전은 직접적으로 공극에 행해지는 형식이어도 좋다. 또한 상기 제1층의 전구체 상 또는 에이징 전구체 상에 소정의 기하학적 패턴으로 형성된 수지 등의 물질이 상온 상압 등의 조건화에서 정치되는 공정에 의해 자연스럽게 침윤되여 충전되는 형식, 또는 에이징 공정 등의 가열 공정에 의해 연화됨으로써 침윤되어 충전되는 형식이어도 좋다. 여기에서, 상기 제1층의 전구체 및 에이징 공정 전구체는 (3-A-a. 제1영역 및 제1층의 전구체의 형성)에 있어서 설명한 바와 같다.

잉크젯법에 있어서, 제2영역에 함유되는 수지는 제2층을 구성하는 수지 A와 같아도 좋고, 수지 A와 다른 수지 B이어도 좋다. 수지 A와 수지 B에 대해서는 (2-C. 제2영역) 및 (2-D. 제2층)에서 설명한 바와 같고, 수지 A는 상온 상압 및 에이징 공정 등의 가열 조건 하에서는 상기 제1층의 전구체 등의 공극에 침윤되기 어렵고, 한편, 수지 B 또는 수지 B 조성물은 상온 상압 또는 에이징 공정 등의 가열 조건 하에서는 상기 제1층의 전구체 등의 공극에 침윤되기 쉽다.

하기에 설명하는 잉크젯법 중 어느 것에 있어서나, 잉크의 직경 및 잉크의 사출 방식은 형성되는 제2영역의 형상 및 상기 형상의 사이즈에 따라 임의의 적절한 양태를 선택하면 좋다.

이하에, 제2층을 구성하는 수지 A가 감압 접착제 a이며, 제2영역에 포함되는 수지 B가 감압 접착제 b인 경우를 예로서 들고, 잉크젯 방식을 이용하여 제조하는 방법의 일례(잉크젯법 I)를 보다 상세하게 설명한다.

본 잉크젯법 I은 도 12에 나타내어지듯이, 제2층(200)으로서의 감압 접착제층의 표면에 감압 접착제 b(201a)를 이용하여 소정의 기하학적 패턴으로 형성하고, 수지 B 패턴층(201)을 갖는 감압 접착제 적층체를 작성한다. 상기 감압 접착제 적층체의 수지 B 패턴층(201)을 갖는 면을 상기 제1층의 전구체 또는 에이징 공정 전구체의 제1주면에 인접해서 배치하고, 이어서, 에이징 공정 등의 가열 공정에 의해 수지 B 패턴층을 구성하는 감압 접착제 b를 상기 제1층의 전구체 또는 에이징 공정 전구체의 공극에 침윤시킨다. 그 결과, 소정의 기하학적 패턴으로 감압 접착제 b 및 제1영역(101)을 구성하는 물질을 포함하는 제2영역(102)이 형성된 제1층이 얻어진다(도 12 하단 참조).

수지 B 패턴층의 기하학적 패턴 형성은 임의의 적절한 수단에 의해 행해질 수 있다. 1개의 실시형태에 있어서는 수지 B 패턴층은 경화된(즉, 통상의 상태의) 감압 접착제 b를 소정의 패턴으로 감압 접착제층 A에 접합함으로써 형성될 수 있다. 이 실시형태는 예를 들면 기하학적 패턴이 스트라이프상 또는 격자상인 경우에는 간편하고 유용하다. 다른 실시형태에 있어서는 수지 B 패턴층은 경화 전의 감압 접착제 b 조성물(감압 접착제 b 도공액)을 잉크화하고, 잉크젯에 의해 인쇄하여 경화시킴으로써 소정의 기하학적 패턴으로 형성될 수 있다. 이 경우, 감압 접착제 b 조성물 중의 베이스 폴리머의 중량 평균 분자량 Mw는 바람직하게는 2000000 이하이며, 보다 바람직하게는 5000∼1600000이다. 베이스 폴리머의 Mw가 이러한 범위이면, 고정밀도의 패턴 형성이 가능해진다. 또 다른 실시형태에 있어서는 수지 B 패턴층은 경화 전의 감압 접착제 b 조성물(감압 접착제 b 도공액)을 소정의 기하학적 패턴을 갖는 마스크를 통해 제2층인 감압 접착제층 A에 도포 및 경화시킴으로써 형성될 수 있다.

이어서, 감압 접착제층 A/소정의 기하학적 패턴을 갖는 수지 B 패턴층의 감압 접착제 적층체를 소정의 기하학적 패턴을 갖는 수지 B 패턴층이 제1층의 전구체의 제1주면에 인접하도록 해서 제1층의 전구체 등에 접합한다. 이 상태에서도 수지 B 패턴층의 감압 접착제 b는 제1층의 전구체 등의 공극에 침투할 수 있으므로, 소정의 기하학적 패턴으로 배치된 제2영역을 갖는 제1층이 얻어진다. 제1층을 얻을 때에는 상기 감압 접착제 적층체를 에이징 전구체에 접합은, 이어서, 에이징 공정을 행하는 것이 바람직하다. 이러한 구성이면, 에이징 공정에 의해, 에이징 전구체의 공극에의 감압 접착제 b의 침윤이 촉진될 수 있다.

(3-C. 잉크젯법 II)

이하에, 제2층을 구성하는 수지 A가 감압 접착제 a이며, 제2영역(102)에 포함되는 수지 B가 에너지 활성선 경화 수지인 경우를 예로서 들고, 잉크젯 방식을 이용하여 제조하는 방법의 다른 일례(잉크젯법 II)를 보다 상세하게 설명한다.

본 잉크젯법 II는 도 12에 나타내어지듯이, 제2층(200)으로서의 감압 접착제층 A의 표면에 에너지 활성선 경화형 수지 조성물(201a)을 이용하여 소정의 기하학적 패턴으로 형성하고, 경화형 수지 패턴층(201)을 갖는 경화형 수지 조성물 적층체를 작성한다. 상기 경화형 수지 조성물 적층체의 경화형 수지 패턴층(201)을 갖는 면을 상기 제1층의 전구체 또는 에이징 공정 전구체의 제1주면에 인접해서 배치하고, 이어서, 에이징 공정 등의 가열 공정에 의해 경화형 수지 패턴층을 구성하는 에너지 활성선 경화형 수지 조성물을 상기 제1층의 전구체 또는 에이징 공정 전구체의 공극에 침윤시키고, 에너지 활성선을 조사하여 에너지 활성선 경화형 수지로 한다. 그 결과, 소정의 기하학적 패턴으로 에너지 활성선 경화형 수지 및 제1영역을 구성하는 물질을 포함하는 제2영역이 형성된 제1층이 얻어진다(도 12 하단 참조). 본 잉크젯법 II에 있어서는 경화형 수지 패턴층을 갖는 경화형 수지 조성물 적층체를 에이징 공정 전구체에 인접해서 배치하고, 에너지 활성선 경화형 수지 조성물을 상기 에이징 공정 전구체의 공극에 침윤시키고, 에너지 활성선 조사에 의한 경화를 행하고, 이어서 에이징 공정을 행하는 것이 바람직하다.

본 잉크젯법 II는 예를 들면 감압 접착제층 A의 표면에 경화 전의 광경화형 수지(광경화형 수지 조성물)를 소정의 기하학적 패턴으로 도포하고, 상기 광경화형 수지 조성물을 상기 제1층의 전구체 등에 인접해서 배치하고, 상기 광경화형 수지 조성물을 상기 제1층의 전구체 등의 공극에 침투시켜서 광경화시킨다. 그 결과, 소정의 기하학적 패턴으로 제2영역(102)이 형성되어 제1층이 얻어진다.

제2층인 감압 접착제층 A를 구성하는 감압 접착제 a로서는 (2-C. 제2영역)에 기재한 것을 들 수 있다. 이러한 감압 접착제 a를 사용함으로써, 제2영역 이외의 뷸필요한 부분에서의 감압 접착제 a의 침투가 방지되고, 소정의 기하학적 패턴으로 형성된 제2영역이 정밀하게 얻어진다. 수지 B인 에너지 활성선 경화형 수지는 (2-D. 제2층)에서 기재된 에너지 활성선 경화형 수지를 들 수 있다. 에너지 활성선 경화형 수지로서는 UV 경화형 수지 등의 광경화형 수지가 바람직하다. 이하, 광경화형 수지를 예로 설명한다.

본 잉크젯법 II의 하나의 형태로서는 광경화형 수지는 잉크화되어서 잉크젯에 의해 소정의 패턴으로 도포될 수 있다. 상기 (2-D. 제2층)에서 기재한 바와 같이 경화 전의 광경화형 수지는 모노머 성분이 많이 포함되므로, 잉크화가 용이하고, 또한, 도포성이 우수하고, 결과적으로 고정밀도의 패턴 형성이 가능해진다. 다른 형태로서는 광경화형 수지는 소정의 기하학적 패턴을 갖는 마스크를 통해 감압 접착제층 A에 도포될 수 있다.

이어서, 감압 접착제층 A/광경화형 수지 패턴층을 갖는 광경화형 수지 조성물 적층체를 광경화성 수지가 제1층의 전구체 또는 에이징 공정 전구체의 제1주면에 인접하도록 해서 접합한다. 상기 광경화형 수지 조성물 적층체의 접합은 에이징 공정 전구체에 행해지는 것이 바람직하다. 광경화형 수지의 경화(광조사)도 또한 에이징 공정 전에 행해지는 것이 바람직하다. 경화(광조사)를 에이징 공정 전에 행함으로써, 에이징 공정 전구체 내에서의 광경화형 수지 조성물(실질적으로는 모노머)의 원하지 않는 확산을 억제하고, 소정의 기하학적 패턴으로 형성된 제2영역을 정밀하게 형성할 수 있다. 구체적으로는 경화(광조사)는 광경화형 수지 조성물 적층체의 에이징 공정 전구체에의 접합 후 또한 에이징 공정 전에 행해져도 좋다.

또한 감압 접착제층 A에 도포된 광경화형 수지는 그대로(즉, 경화되지 않아도) 어느 정도의 형상 유지성을 가지므로, 접합 후(또한 에이징 공정 전)에 경화(광조사)를 행해도 실질적인 문제는 생기지 않는다. 이렇게 해서, 광경화형 수지를 에이징 공정 전구체의 공극에 침윤에 의해 충전시키고, 광조사 및 에이징 공정을 이 순으로 행하여 제1영역과 소정의 기하학적 패턴으로 형성된 제2영역을 갖는 제1층이 얻어진다.

<4. 그 외의 배광소자>

(4-A. 배광소자의 변형예)

상기 <1. 배광소자>에서 설명한 배광소자의 변형예에 대해서 설명한다. 도 8에서 나타내어지는 배광소자에서는 본 발명의 광학부재가 제2층의 제2주면을 도광체(4)의 제1주면과 접하도록 배치되어 있다. 도 8과 같은 배광소자로 한 경우, (2-D. 제2층)에서 설명한 바와 같이, 제2층의 굴절률(n₂)은 광학적인 관점에서 도광체의 굴절률과 같거나 또는 광학적으로 영향이 없을 정도로 근사한 굴절률인 것이 바람직하다.

도 9에서 나타내어지는 배광소자에서는 본 발명의 광학부재의 제1층(100)의 제2주면과 도광체(4)의 제1주면(41)과 접해서 수지 필름(7)이 배치되어 있다. 도광체(4)와 수지 필름(7)은 접착제 등을 통해 접합되어 있어도 좋다. 수지 필름(7)은 (2-D. 제2층)에서 설명된 기재층과 동일한 광학적으로 투명한 수지 필름으로 할 수 있다. 또한 수지 필름(7)은 상기 <3. 광학부재의 제조 방법>에서 설명한 미세구멍 입자끼리의 화학적 결합에 의한 다공체의 공극 구조체의 전구체가 도공되는 수지 필름이 그대로 사용되어도 좋다. 수지 필름(7)의 굴절률은 광학적인 관점에서 도광체의 굴절률과 같거나 또는 광학적으로 영향이 없을 정도로 근사한 굴절률인 것이 바람직하다.

(4-B. 공동을 갖는 광추출층(광 아웃 커플링하는 에어 캐피티 패턴 구조를 갖는 부재)을 사용한 배광소자)

도 10에서는 도광체(4), 본 발명의 광학부재 및 공동을 갖는 광추출층(8)을 갖는 배광소자가 나타내어져 있다. 공동은 에어 캐비티라고 칭하는 일이 있다. 구체적으로는 상기 배광소자는 패턴이 없는 도광체(4)의 광 인출측에 제1층(100)이 접하도록 본 발명의 광학부재가 설치되고, 제2층(200) 상에 공동(에어 캐비티(801))을 갖는 광추출층(8)이 배치되어 있다. 이 구성에서는 광원으로부터 도광체(4)에 입광한 광은 도광체(4)의 저면과, 제1층(100)의 제1영역(101) 사이를 전반사하면서 전파하고, 또한, 제2영역(102)을 투과한 광이 공동을 갖는 광추출층(8)에 의해 광 인출측에 굴절된다. 이것에 의해 균일한 휘도 분포로 광 인출 효율을 향상시킬 수 있다.

공동을 갖는 광추출층(8)은 수지층 내에 매입된 광학적인 공동 패턴을 갖고, 공동 패턴은 광을 굴절시키는 기능을 갖는다. 공동을 갖는 광추출층은 광 아웃 커플링하는 에어 캐피티 패턴 구조를 갖는 부재라고도 한다. 공동을 갖는 광추출층은 수지, 유리 필름 등으로 형성 가능하다. 도 13은 공동을 갖는 광추출층의 제작 방법을 나타낸다. 도 13은 접착제 프리의 라미네이션법이다. 패턴이 없는 제1필름(812)과, 표면에 원하는 패턴이 형성된 제2필름(811)을 접착제 프리로(예를 들면 마이크로파 표면 처리에 의해) 접합한다. 제1필름(812)과 제2필름(811)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 등으로 형성된다. 접합에 의해, 에어 캐비티(801)가 형성된다.

공동을 갖는 광추출층의 다른 제작 방법으로서 2개의 필름을 접착층을 사용해서 접착해서 작성하는 방법을 들 수 있다. 접착층의 두께는 1∼3㎛ 정도이다. 제2필름(811)과 제1필름(812)이 접착층을 통해 접착됨으로써, 에어 캐비티(801)가 형성된다. 접합일 때에, 프리큐어된 접착제가 캐비티 패턴 내에 들어가지 않도록 한다. 접합법은 에어 캐비티의 형상에 영향을 주지 않는 어떤 방법을 사용해도 좋다. 예를 들면, 라미네이트 표면에 VUV광(진공 자외선)원 또는 APP(대기 플라즈마)에 의한 전처리를 실시하고, 그 후에 일정 압력 하에서 라미네이트함으로써 화학적인 결합이 얻어진다. 이 방법은 양호한 기계적 강도를 달성할 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 광학부재는 도광체 등과 함께 배광소자로 되고, 프런트 라이트, 백라이트, 윈도우/파사드의 조명, 사이니지, 신호점등, 솔라 어플리케이션, 장식 일루미네이션, 라이트 실드, 라이트 마스크, 루프 라이팅 등의 공공 또는 일반의 조명 등에 적용 가능하다. 예를 들면 본 발명의 광학부재는 사이니지의 일례인 반사형 디스플레이의 프런트 라이트의 구성 부재로서 적합하게 사용된다. 본 발명의 광학부재를 사용함으로써 산란 또는 회절된 광에 의해 발생하는 시인 가능한 희미해짐 등의 광학적 결점이 없는 반사형 디스플레이 상의 화상 또는 그래픽을 보는 것이 가능하게 된다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 또, 각 특성의 측정 방법은 이하와 같다.

(1)굴절률의 측정

아크릴 필름에 제1층을 형성한 후에, 50mm×50mm의 사이즈로 커트하고, 감압 접착제층을 통해 제1층을 유리판(두께:3mm)의 표면에 접합했다. 상기 유리판의 이면 중앙부(직경 20mm 정도)를 흑색 매직으로 빈틈없이 칠하고, 상기 유리판의 이면에서 반사되지 않는 샘플로 했다. 엘립소미터(J. A. Woollam Japan사제:VASE)에 상기 샘플을 세팅하고, 500nm의 파장, 입사각 50∼80도의 조건으로 굴절률을 측정했다.

(2)광추출의 효과

하기 실시예 1에서 얻어진 광학부재를 아크릴계 감압 접착제(굴절률 1.47, 두께 5㎛)를 통해 두께 2mm의 수지판(미츠비시 케미칼사제 「아크릴라이트 EX001」)에 접합하고, 판의 단부로부터 광을 넣어서 육안 및 현미경으로 광의 분포 상태를 확인했다.

[제조예 1] 제1영역 형성용 도공액(미세구멍 입자 함유액)의 조제 및 에이징 공정 전구체 필름의 제작

(1)규소 화합물의 겔화

2.2g의 디메틸술폭시드(DＭSO)에 규소 화합물의 전구체인 메틸트리메톡시실란(MTMS)을 0.95g 용해시켜서 혼합액 A를 조제했다. 이 혼합액 A에 0.01mol/L의 옥살산 수용액을 0.5g 첨가하고, 실온에서 30분 교반을 행함으로써 MTMS를 가수분해해서 트리스(히드록시)메틸실란을 포함하는 혼합액 B를 생성했다.

5.5g의 DMSO에 28중량%의 암모니아수 0.38g, 및 순수 0.2g을 첨가한 후, 또한, 상기 혼합액 B를 추가 첨가하고, 실온에서 15분 교반함으로써 트리스(히드록시)메틸실란의 겔화를 행하여 겔상 규소 화합물을 포함하는 혼합액 C를 얻었다.

(2)숙성 처리

상기와 같이 조제한 겔상 규소 화합물을 포함하는 혼합액 C를 그대로 40℃에서 20시간 인큐베이트해서 숙성 처리를 행했다.

(3)분쇄 처리

다음에, 상기와 같이 숙성 처리한 겔상 규소 화합물을 스패튤러를 이용하여 수mm∼수cm 사이즈의 과립상으로 부쉈다. 이어서, 혼합액 C에 이소프로필알콜(IPA)을 40g 첨가하고, 가볍게 교반한 후, 실온에서 6시간 정치해서 겔 중의 용매 및 촉매를 디캔테이션했다. 같은 디캔테이션 처리를 3회 행함으로써, 용매 치환하여 혼합액 D를 얻었다. 이어서, 혼합액 D 중의 겔상 규소 화합물을 분쇄 처리(고압 미디어리스 분쇄)했다. 분쇄 처리(고압 미디어리스 분쇄)는 호모지나이저(에스엠티사제, 상품명 「UH-50」)를 사용하고, 5cc의 스크류병에 혼합액 D 중의 겔상 화합물 1.85g 및 IPA를 1.15g 칭량한 후, 50W, 20kHz의 조건으로 2분간의 분쇄로 행했다.

이 분쇄 처리에 의해, 상기 혼합액 D 중의 겔상 규소 화합물이 분쇄됨으로써, 상기 혼합액 D'는 분쇄물의 졸액으로 되었다. 혼합액 D'에 포함되는 분쇄물의 입도 불균일을 나타내는 체적 평균 입자직경을 동적 광산란식 나노트랙 입도 분석계(닛키소사제, UPA-EX150형)로 확인한 결과 0.50∼0.70이었다. 또한, 이 졸액(혼합액 C') 0.75g에 대해서 광염기 발생제(와코 준야쿠 고교 가부시키가이샤: 상품명 WPBG266)의 1.5중량% 농도 MEK(메틸에틸케톤) 용액을 0.062g, 비스(트리메톡시실릴)에탄의 5% 농도 MEK 용액을 0.036g의 비율로 첨가하고, 제1영역 형성용 도공액(미세구멍 입자 함유액)을 얻었다.

일본 특허공개 2012-234163호 공보의 제조예 1에 따라서 준비한 아크릴계 수지 필름(두께:40㎛)의 표면에 상기 도공액을 도포(도공)하고, 도공막을 형성했다. 상기 도공막을 온도 100℃에서 1분 처리해서 건조하고, 또한, 건조 후의 도공막에 파장 360nm의 광을 이용하여 300mJ/㎠의 광조사량(에너지)으로 UV 조사하고, 상기 아크릴계 수지 필름 상에 제1영역에 의한 제1층의 전구체(미세구멍 입자끼리의 화학적 결합에 의한 다공체의 공극 구조체)가 형성된 적층체(공극 구조체층 부착 아크릴 필름)를 얻었다. 상기 공극 구조체층의 굴절률은 1.15였다.

[실시예 1]

이형 처리를 실시한 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)에 아크릴계 감압 접착제(두께 10㎛, 굴절률 1.47)를 형성했다. 상기 아크릴계 감압 접착제의 30mm×50mm의 영역 상에 「클러스터 테크놀로지사제 잉크젯 장치 PIJIL-HV」를 이용하여, 10mm 피치로 도 7과 유사한 기하학적 패턴으로 농도 25%로 조정한 에폭시계 모노머의 혼합액을 잉크로서 적하했다. 또, 현미경으로 관찰을 용이하게 하기 위해서, 혼합액에 극히 미량의 가시광을 흡수하는 색소를 첨가시킨 혼합액을 관찰용 혼합액으로서 별도 제작했다. 관찰용 혼합액의 적하 후의 사이즈를 현미경으로 관찰한 결과, 도 14에서 나타내어지듯이, 감압 점착제층에 형성된 기하학적 패턴을 구성하는 영역의 1개의 직경은 66㎛였다. 상기 혼합액을 적하 후, 상기 준비한 굴절률 1.15의 공극 구조체층에 상기 잉크 처리를 실시한 감압 접착제를 접합한 후, 감압 접착제층-공극 구조체층 적층체의 공극 구조체측으로부터 UV광을 조사량 600mJ가 되도록 조사하고, 이어서, 건조기에서 60℃에서 20시간 보관하고, 제2영역을 갖는 제1층이 형성되어 광학부재를 얻었다.

여기에서, 상기 60℃에서 24시간 후의 제2영역의 굴절률을 확인하기 위해서, 별도로 기하학적 패턴을 형성하지 않고, 50mm×50mm의 범위에서 공극 구조체층의 전면에 상기 혼합액을 적하한 이외는 상기와 동일하게 해서 제2영역만으로 이루어지는 층의 샘플을 얻었다. 이 샘플을 측정한 결과, 굴절률은 1.35였다.

상기 제1층의 필름을 두께 2mm의 아크릴판에 접합하고, 단부로부터 광을 넣으면서 현미경으로 관찰을 행한 결과, 잉크를 실시한 영역(제2영역)만 광이 투과하고 있는 것을 확인했다. 원형의 제2영역의 사이즈는 직경 68㎛였다. 상기로부터 얻어진 광학부재에 있어서, n₁, n₂는 각각, 1.15, 1.47인 것을 알 수 있고, n₃은 광이 투과하고 있는 것도 근거로 하면 1.35이다라고 추측된다.

[비교예 1]

제조예 1에 있어서, 도공액(미세구멍 입자 함유액)을 아크릴계 수지 필름에 도공할 때에, 아크릴계 수지 필름에 마스크 패턴을 설치하고 도공액을 도포하는 것 이외는 동일하게 함으로써, 마스크 패턴에 따른 공극 구조체가 부분적으로 형성되는 공극 구조체층을 제작할 수 있다. 이 패턴화된 공극 구조체층에 아크릴계 점착제(두께 10㎛, 굴절률 1.47)를 접합함으로써, 도 1 또는 도 2에 나타내어지는 선행 문헌과 동등한 광추출층을 갖는 광학부재가 얻어진다.

[계산 소프트에 의한 광누설의 확인]

Lighttools를 이용하여 실시예 1 및 비교예 1에서 얻어지는 광학부재를 모델로 해서 본 발명의 광학적인 효과를 확인했다. 계산모델은 면적 90mm×60mm, 두께 0.4mm 및 굴절률 1.49인 도광체에 있어서, 단변측의 단부로부터 광을 입광하는 모델을 편성했다. 도광체 상에 굴절률 1.15인 제1영역 및 사이즈 60㎛ 및 굴절률 1.35인 제2영역이 점재하고 있는 두께 600nm의 제1층을 추가했다. 다음에 제1층 상에 굴절률 1.47 및 두께 10㎛의 제2층과, 일본 특허공표 2013-524288호 공보에 기재되는 공동을 갖는 광추출 필름을 이 순서로 적층하고, 도 15에 나타내어지는 본 발명의 실시예 1을 사용한 배광소자에 상당하는 모델로 했다. 수광부를 상기 모델의 표면 및 이면에 설치하고, 광량 및 분포를 계산했다. 또한 도 16에 나타내어지는 제2영역의 굴절률을 1.47로 한 이외는 동일하게 해서 상기 비교예를 사용한 배광소자에 상당하는 모델로서 계산했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

또한 도 17은 실시예 1 및 비교예 1의 계산모델의 이면의 중심으로부터 좌우 극각방향으로 기울였을 때의 광누설량을 나타내는 그래프이다. 실선(n=1.35)은 실시예 1의 계산모델을 가리키고, 파선(n=1.47)은 비교예 1의 계산모델을 가리킨다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 극각±50도 부근에 있어서, 본 발명에 상당하는 실시예 1의 계산모델은 비교예 1의 계산모델과 비교해서 현저하게 누설되는 광의 양을 억제할 수 있다.

상기 결과로부터 굴절률이 구배를 나타냄으로써 일부 산란이 억제되고, 이면측으로의 광누설이 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

또한 비교예 1의 경우에는 일단, 공극 구조를 부분적으로 형성함에 있어서 안정된 제1층을 형성하는 것이 매우 곤란하며, 감압 접착제 등의 제2층을 접합할 때에 단차가 생겨 버려 광학적으로 균일하고 또한 원하는 외관을 얻는 것은 매우 곤란하다.

1: 저굴절률층(나노 보이드층)
2: 고굴절률층(감압 접착제층)
3: 공기층
4: 도광체
41: 도광체의 제1주면
42: 도광체의 제2주면
5: 광원
100: 제1층
11: 제1층의 제1주면
12: 제1층의 제2주면
101: 제1영역
102: 제2영역
200: 제2층
201: 수지 B 패턴층
201a: 감압 접착제 b(에너지 활성선 경화 수지 조성물)
21: 제2층의 제1주면
22: 제2층의 제2주면
300: 본 발명의 광학부재
6: 세퍼레이터
7: 수지 필름
8: 공동을 갖는 광추출층
801: 에어 캐비티
811: 제2필름
812: 제1필름
9: 레이저광

Claims (12)

1. 굴절률이 n₁인 제1영역 및 굴절률이 n₃인 제2영역을 포함하는 제1층과,
   굴절률이 n₂인 제2층을 상기 제1영역 및 제2영역과 접하도록 상기 제1층의 제1주면에 갖고,
   상기 제1층은 제1층의 면방향에 있어서, 상기 제1영역과 인접하도록 복수의 상기 제2영역을 갖고,
   상기 제2층은 수지 A를 갖고,
   상기 제1영역은 수지를 포함하지 않는 공극 구조를 갖고,
   상기 복수의 제2영역은,
   상기 공극 구조를 형성하는 물질 및 상기 수지 A를 갖고, 기하학적 패턴을 형성하고, 상기 제2영역은 상기 제1영역의 공극 구조의 적어도 일부가 상기 수지 A에 의해 충전되어 형성된 충전 영역이거나,
   상기 공극 구조를 형성하는 물질 및 수지 B를 갖고, 기하학적 패턴을 형성하고, 상기 제2영역은 상기 제1영역의 공극 구조의 적어도 일부가 상기 수지 B에 의해 충전되어 형성된 충전 영역이고,
   상기 n₁ 내지 n₃은 하기 식(1)을 충족시키는 것을 특징으로 하는 광학부재.
   n₁＜n₃＜n₂ (1)
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2영역은 상기 제1층의 제1주면으로부터 제2주면에 걸쳐 상기 제1영역과 연속적으로 인접하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 n₁이 1.2 이하이며, 상기 n₂가 1.43 이상인 것을 특징으로 하는 광학부재.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지 A가 감압 접착제 a인 것을 특징으로 하는 광학부재.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지 B가 에너지 활성선 경화형 수지인 것을 특징으로 하는 광학부재.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제2영역을 제외한 제1층의 굴절률이 1.2 이하이며,
   상기 제2층의 굴절률이 1.43 이상이며,
   상기 제2영역의 굴절률이 1.25 이상 1.4 이하인 것을 특징으로 하는 광학부재.
7. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 기재된 광학부재와, 도광체를 갖는 것을 특징으로 하는 배광소자.
8. 제 7 항에 있어서,
   공동을 갖는 광추출층을 포함하는 배광소자.
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