KR20130069711A - 렌티큘라 렌즈 시트, 그 제조 방법 및 광학 소자 - Google Patents

렌티큘라 렌즈 시트, 그 제조 방법 및 광학 소자 Download PDF

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KR20130069711A
KR20130069711A KR1020137000143A KR20137000143A KR20130069711A KR 20130069711 A KR20130069711 A KR 20130069711A KR 1020137000143 A KR1020137000143 A KR 1020137000143A KR 20137000143 A KR20137000143 A KR 20137000143A KR 20130069711 A KR20130069711 A KR 20130069711A
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토시히데 이타하라
토루 사이토
타카히로 요시오카
신스케 이구치
켄타로 쿠미타
토모하루 타키타
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신닛테츠 수미킨 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

입체 디스플레이, 리어 프로젝션 디스플레이, 투사 스크린 등에 사용되는 렌티큘라 렌즈 시트를 제공하고, 또한 금형을 사용하지 않고 저렴하게 이를 제조하는 수단을 제공한다.　투명 지지 기판 위에 복수 개의 렌티큘라 렌즈와 인접하는 렌티큘라 렌즈 사이에 위치하는 격벽을 적어도 가지며, 상기 격벽으로 둘러싸인 영역에 잉크젯 방식으로 투명 수지 조성물 잉크가 부여되고, 계속해서 자외선으로 상기 투명 수지 조성물 잉크를 경화시켜 렌티큘라 렌즈 시트를 얻는다.

Description

렌티큘라 렌즈 시트, 그 제조 방법 및 광학 소자{LENTICULAR LENS SHEET AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF, AND OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 잉크젯 인쇄법을 이용하여 형성한 렌티큘라 렌즈 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 또한 이 렌티큘라 렌즈 시트를 이용하여 형성한 광학 소자 및 입체 표시 디스플레이에 관한 것이다.
렌티큘라 렌즈 시트는 액정 디스플레이의 백 라이트 유닛, 리어 프로젝션 디스플레이, 투사 스크린, 입체 표시 디스플레이 등에 사용되는 소자이다. 통상적으로 유리, 플라스틱 시트 등의 투명 기판의 표면에 스트라이프 형태로 오목 렌즈가 형성되어 있다.
특히 차세대 디스플레이 시스템으로서 주목받고 있는 것 중 하나에 3차원 디스플레이가 있으며, 그 중에서도 특히 특수한 안경을 필요로 하지 않는 3차원 디스플레이 방식으로서 대표적인 것으로 렌티큘라 방식을 들 수 있다(비특허 문헌 1 참조). 이 방식은 최근에는 액정 디스플레이(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이와 조합한 다양한 3차원 디스플레이가 제안된 바 있으며, 가장 실용 레벨에 가까운 것이라고 생각된다. 그러나, 종래의 렌티큘라 방식에서는 화상 해상도가 렌즈나 배리어의 피치로 결정되기 때문에 고해상도 디스플레이를 구현하려면 그 만큼 정밀한 렌즈를 필요로 하며, 또한 플랫 패널 디스플레이와 렌즈 및 배리어와의 정확한 위치 맞춤이 필요해진다.
한편, 최근 새로운 3차원 표시 방식으로서 시분할 광방향 제어 백 라이트를 이용한 3차원 디스플레이가 제안된 바 있다(특허 문헌 1 참조). 이 방식의 원리는 디스플레이의 백 라이트를 상기 백 라이트로부터 나오는 빛의 방향(LD)을 시분할로 고속으로 변화시킬 수 있는 시분할 광방향 제어 백 라이트(1)로 하고, 그 빛의 방향에 따른 화상을 투과형 디스플레이(2)에 표시시키는 것이다. 이를 이용하여 좌우 각각의 눈(LE, RE)의 방향으로 양안 시차를 준 화상을 제시하고, 이 방향의 전환을 눈에 보이지 않는 속도로 수행함으로써 관찰자에게 3차원 화상을 제공할 수 있다. 이 방식에서는 화상 해상도가 LCD와 동일하므로 LCD의 고해상도를 그대로 이용할 수 있어 제조 및 고해상도화가 용이해진다.
일반적으로, 렌티큘라 렌즈의 표면 형상은 구면이며, 그 가공 수단으로는 (1) 용융 혹은 반 용융 열가소성 수지를 사출 성형하는 방법, (2) 시트를 가열하면서 엠보싱 가공 하는 방법(특허 문헌 2 참조), (3) 자외선 경화 수지를 주형에 넣어 자외선 경화하는 방법(특허 문헌 3 참조), (4) 자외선 경화 수지를 스크린 인쇄하고, 자외선 경화하는 방법(특허 문헌 4 참조) 등이 알려져 있다. 그런데, 이들은 모두 높은 가공 정밀도를 갖는 금형을 필요로 하거나, 혹은 인쇄용 판을 필요로 하는 것이며, 또한 틀이나 판과 렌즈면이 반드시 접촉하므로 렌즈에 이물질이 혼입되거나 금형의 흠집에 민감한 제조 방법이다.
한편, 잉크젯법에 의한 컬러 필터의 제조 방법으로서 빨강, 파랑, 초록의 잉크를 각각 필요한 화소에만 동시에 분사 도포하고, 경화시켜 화소 형성하는 방법이 알려져 있으며, 이는 미리 포토 공정으로 격벽을 형성하고, 그 격벽에 의해 형성된 화소부에 잉크를 토출하는 방법이다. 이 방법에서는, 각 색 영역의 번짐이나 서로 이웃하는 영역간의 혼색을 피하기 위해, 예를 들면, 특허 문헌 5에는 잉크와 격벽 표면과의 정적 접촉각이 40 내지 55°이면 혼색을 피할 수 있는 예시가 있다. 덧붙여, 이 때의 격벽 높이에 대해 잉크젯법으로 충전되는 잉크의 높이는 4배 내지 6배 정도이다.
그리고, 이러한 목적의 격벽을 부여하는 수단으로서 이하의 2가지 방법이 제안된 바 있다. 즉, (1) 불소 함유 플라즈마 가스에 의한 격벽 표면층의 처리(특허 문헌 6 참조)나, (2) 포토레지스트 조성물의 발잉크성을 부여하는 성분으로서 불소계 혹은 실리콘계의 화합물을 혼합하는 방법(전술한 특허 문헌 5 참조) 등이다.
그런데, 잉크젯법을 이용한 컬러 필터의 제조에 관해 현재까지 액정 표시 장치(LCD) 레벨에서의 해상도, 정밀도는 이미 확립되어 있는데, 잉크젯법을 이용하여 구면 도트 형태의 렌즈를 형성하는 예는 볼 수 있지만(특허 문헌 7 참조), 잉크젯법에 의해 렌티큘라 렌즈를 제조하는 시도는 본 발명자들이 아는 한 아직 이루어지지 않았다.
일본 특허 공개 2004-20684호 공보 일본 특허 공개 평9-114024호 공보 일본 특허 공개 2002-365405호 공보 일본 특허 공개 2000-155380호 공보 일본 특허 공개 평11-281815호 공보 일본 특허 공개 평6-65408호 공보 일본 특허 공개 2005-249882호 공보
오코시 다카노리 "3차원 화상 공학" 아사쿠라 서점(1991)
본 발명은 렌티큘라 렌즈의 제조에 있어서 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 즉, 종래의 성형법이 금형이나 판을 이용하여 렌즈면과 접촉하는 것을 피할 수 없고, 이물질의 혼입이나 금형 등의 흠집에 기인하여 제품 수율을 저하시키고 있었으며, 또한 고가의 금형을 사용함으로써 저렴하게 다품종의 렌티큘라 렌즈를 제조하는 데에는 적합하지 않았다는 문제를 해소하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 잉크젯법에 의한 렌티큘라 렌즈 형성이 금형이나 판을 필요로 하지 않는 비접촉의 인쇄 방법인 것에 착안하여, 또한 바탕이 될 투명 지지 기판에 대해 격벽을 포트리소프로세스로 형성하는 것을 조합함으로써 LCD 레벨의 충분한 해상도와 정밀도를 달성할 수 있으므로 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 지지 기판 위에 복수 개의 렌티큘라 렌즈를 가지며, 인접하는 렌티큘라 렌즈 사이에 격벽을 구비한 렌티큘라 렌즈 시트로서, 격벽으로 구획된 영역에 잉크젯 방식으로 투명 수지 조성물 잉크를 공급하고, 계속해서 자외선으로 상기 투명 수지 조성물 잉크를 경화하여 얻어진 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈 시트.
(2) 복수 개의 렌티큘라 렌즈에 대해 직교하는 방향으로 자른 격벽의 단면이 지지 기판에 대해 90° 이하의 테이퍼각을 가지며, 또한 격벽 단면 윗바닷(A), 아랫바닥(B) 및 높이(C)가 하기 조건을 만족하는 (1)에 기재된 렌티큘라 렌즈 시트.
A≤B…(i)
A=w0/8…(ii)
C＜h0/3…(iii)
(단, w0는 렌티큘라 렌즈의 피치를 나타내고, h0는 높이를 나타낸다.)
(단, w0은 렌티큘라 렌즈의 피치를 나타내고, h0은 높이를 나타낸다.)
(3) 렌티큘라 렌즈를 형성하는 투명 수지 조성물 잉크가 자외선 경화 성분을 90 중량% 이상 함유하는 자외선 경화 수지 조성물 잉크로서, 80℃ 내지 40℃ 열처리 후의 잔여 부피율이 70 부피% 이상인 (1)에 기재된 렌티큘라 렌즈 시트.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 렌티큘라 렌즈 시트를 제조하는 방법으로서, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 렌티큘라 렌즈 시트를 제조하는 방법으로서, 목적으로 하는 렌티큘라 렌즈의 피치(w0) 및 높이(h0)와, 지지 기판에 대한 렌티큘라 렌즈가 이루는 각(θ0)에 대해,
(1) 먼저, 표면이 발잉크 성능을 갖는 격벽을 목적으로 하는 렌티큘라 렌즈 피치(w0)와 동일한 피치로 형성하고,
(2) 잉크젯 방식에 의해 상기 격벽으로 구획된 영역에 대해 자외선에 의해 경화하는 투명 수지 조성물 잉크를 렌티큘라 렌즈의 형성에 필요한 부피(V0(pl/μm))를 초과하는 양(V(pl/μm)) 혹은 목적으로 하는 높이(h0)를 초과하는 높이(h)로 도공하는 공정과(단, V0는 이하의 목적으로 하는 렌티큘라 렌즈의 부피로부터 산출한다. 여기서, r은 렌즈 단면의 곡률 반경을 나타낸다.)
Figure pct00001
…(식 1)
(3) 자외선에 의해 상기 투명 수지 조성물을 경화하고,
(4) 추가로 80 내지 140℃의 열처리를 실시함으로써 목표 높이(h0)로 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈 시트의 제조 방법.
(5) 렌티큘라 렌즈를 형성하는 투명 수지 조성물 잉크가 격벽의 표면에 대해 이루는 정적 접촉각(θL)이 (식 1)로 표시되는 θ0을 초과하는 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 렌티큘라 렌즈 시트의 제조 방법.
(6) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 렌티큘라 렌즈 시트를 이용한 광학 소자.
(7) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 렌티큘라 시트를 이용한 입체 표시 디스플레이.
본 발명에 있어서, 투명 지지 기판으로는 렌티큘라 렌즈에서 사용되는 일반적인 기판을 사용할 수 있다. 액정 디스플레이용 유리는 물론 아크릴, PET, PC, 폴리올레핀 등의 투과율 90% 이상의 투명한 플라스틱 시트 혹은 필름이 사용된다.
본 발명에 있어서 격벽(3)으로 구획된 렌티큘라 렌즈(2)를 도 1(b)에, 통상의 격벽이 없는 경우의 렌티큘라 렌즈를 도 1(a)와 비교하여 모식도를 나타냈다. 렌티큘라 렌즈끼리가 접하는 부분은 실질적으로 렌즈로서 이용되지 않는 영역이므로 후술하는 조건을 만족하는 경우에는 투명해도 또한 흑색이어도 무방하다(예를 들면 흑색의 경우에는 카본 미립자를 혼합한다). 렌티큘라 렌즈끼리가 접하는 부분은 실질적으로 렌즈로서 이용되지 않는 영역이므로, 흑색 격벽으로서 여분의 빛을 흡수시키는 의도로도 형성할 수 있다.
본 발명의 구성 성분인 격벽은, 복수 개의 렌티큘라 렌즈에 대해 직교하는 방향으로 자른 격벽의 단면 형상 및 사이즈는 목적으로 하는 렌즈 형상에 의존하는데, 적어도 지지 기판에 대해 90°이하의 정방향 테이퍼이면 구면 렌즈를 형성하기에 좋은 결과를 주며(도 7), 또한 렌즈 부분을 주체로 하기 위해서도 적어도 이하와 같이 설정한다(도 2).
A≤B
A=w0/8
C＜h0/3
A；격벽 사다리꼴 단면의 윗바닥(μm)
B；격벽 사다리꼴 단면의 아랫바닥(μm)
C；격벽 높이(μm)
격벽 윗바닥 폭(A)이 w0/8을 초과하거나 높이(C)가 h0/3 이상이 되면 격벽 부분에 의한 렌즈 부분 영상에의 영향이 현저해져 3차원 영상이 흐릿해지므로 바람직하지 않다. 또한, w0는 렌티큘라 렌즈의 반복 피치로서, w0=렌티큘라 렌즈의 폭＋격벽의 폭이다.
표면 발잉크성을 갖는 격벽의 형성에는 공지의 네가티브형 알칼리 현상성 감광성 수지 잉크를 사용할 수 있다. 이 잉크는 통상적으로 알칼리 현상성 바인더 수지와 다작용 아크릴레이트, 나아가서는 광개시제를 용제에 용해시켜 제조된다.
이 네가티브형 알칼리 현상성 감광성 수지 잉크를 스핀 코터나 슬릿 코터를 이용하여 투명 지지 기판 위에 도포하고, 포토마스크를 통해 고압 수은 램프로부터 50 내지 300mJ/cm2를 조사하고, 계면 활성제가 함유된 알칼리 현상액으로 미노광 부분을 제거, 수세하여 격벽 패턴을 형성한다. 이 패턴은 기판과의 밀착성이나 사용시의 안정성을 고려하여 80 내지 230℃의 열처리를 실시한다. 격벽 표면에 발잉크성을 부여하는 수단으로는, 불소 함유 플라즈마 가스에 의해 격벽 표면층을 처리(특허 문헌 6 참조)하는 방법, 혹은 포토레지스트 조성물로서, 발잉크성을 부여하는 성분으로서 불소계 혹은 실리콘계의 화합물을 미리 잉크 중에 혼합하는 방법(특허 문헌 5 참조)을 들 수 있다.
격벽 사이에 잉크젯법으로 충전되는 자외선으로 경화하는 투명 수지 조성물 잉크로는 액상의 다작용 아크릴을 주체로 광개시제를 포함하는 잉크가 매우 적합하게 사용된다. 잉크젯법으로 안정적으로 토출 가능하도록 헤드 온도 20 내지 45℃에 있어서 점도 5 내지 40mP·sec, 표면 장력 20 내지 35mN/m가 되도록 조제된다. 나아가, 구면 형상을 재현성 있게 유지하기 위해서는 UV 경화성 수지 성분을 90 중량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 특히 UV 경화 전에 휘발하는 성분이 10%를 초과하면 렌티큘라 렌즈에 적합한 구면 형상 및 높이가 시트면 내에서 안정되지 않게 되므로 바람직하지 않다. 또한, 자외선 경화 또는 그 후의 열처리에 의해 부피가 수축하는데, 목표로 하는 높이, 렌즈 형상으로 하려면 잔여 부피율을 70 부피% 이상, 바람직하게는 75 부피% 이상으로 하도록 자외선을 조사하는 것이 바람직하다. 70 부피%를 밑돌면, 렌티큘라 렌즈 시트의 면내 불균일이 현저해지고, 또한 표면에 주름이 발생하는 경우가 있다. 나아가서는 렌즈 형상이 탑 부분에서 구면으로부터 평면에 가까워짐으로써 렌즈 내에서의 초점 거리의 불일치가 생긴다.
자외선 경화 후에 80℃ 내지 140℃의 열처리를 가하면, 렌티큘라 렌즈 시트로서 내구성에 바람직한 결과를 준다. 자외선 경화 수지 조성물은 광 라디칼 중합만으로는 이중 결합의 반응이 완결되는 경우는 거의 없으며, 미반응 아크릴 모노머가 잔류하는 경우가 많다. 또한, 광경화에 의한 수축으로 잔류 응력이 남아, 렌즈 특성이나 밀착성이 시간이 경과함에 따라 변화하는 현상을 볼 수 있다. 열처리에 의해 잔류 모노머, 잔류 응력의 저감에 의해 렌즈 성능의 내구성이 향상된다. 이상의 제조 공정을 도 3에 모식적으로 나타냈다.
한편, 격벽 사이에 잉크젯법으로 충전되는 투명 경화 수지 잉크량은 그 후의 자외선 경화, 열처리에 의한 부피 감소를 고려하여 결정되는데, 적어도 도 1(a)에 도시한 바와 같은 형상의 렌티큘라 렌즈를 얻고자 하는 경우에는 렌즈의 길이 방향에 있어서 단위 길이 당 부피(V0(pl/μm))를 초과하는 부피량을 충전한다. V0는 이하의 (식 1)과 같이 목적으로 하는 렌티큘라 렌즈의 부피로부터 산출한다.
Figure pct00002
…(식 1)
예를 들면, 목표 렌즈 피치를 320μm로 격벽 피치를 설정한 경우에는 목표로 하는 렌즈 높이(h0(μm))로 하기 위해 (식 1)로부터 구해지는 V0(pl/ml) 이상의 부피(V)가 필요해진다(도 4에 V0 계산예를 나타냈다).
격벽 사이에 충전된 투명 수지 조성물 잉크를 경화하는 경우에는, 자외선에 의한 광경화가 적합하다. 노광 방법은 공지의 방법을 이용할 수 있다. 바람직하게는 노광기로 반송하기 전에 잉크젯(IJ) 스테이지 위에서 임시 노광하는 것이 바람직하다(도 3(2')). 왜냐하면, 광경화 전의 렌즈는 액상이기 때문에 반송 시에 렌즈 사이가 합체를 저해하거나 이물질이 부착되거나 할 우려를 제외하기 위해 적합하다. 이를 위해 사용되는 라인 노광기로서 최근 UV-LED 램프를 사용한 소형의 고조도 노광기가 시판되고 있다(예를 들면 오므론(OMRON Corporation), 니치아 화학 공업(Nichia Corporation)). 필요 노광량으로는 1000mJ/cm2 이상이 바람직한데, 투명 경화 수지 조성물 잉크 및 노광기 조도/출력 파장에 의존하므로, 일반적으로 노광량의 잔여 부피율 의존성이 적어지는 노광량 이상이 바람직하다.
그 후의 열처리는 신뢰성의 정도에 따라 선택된다. 예를 들면, 항온 시험시의 렌즈 성능의 안정성을 고려하는 경우에는, 시험 온도, 예를 들면 80℃에서 열처리를 수행한다.
표면 발잉크 성능의 부여 정도는 격벽 표면(막면)과 렌즈 형성용 자외선 경화 수지 잉크가 이루는 정적 접촉각(θL)(도 5)이 목표로 하는 렌티큘라 렌즈와 기판이 이루는 각도(θ0)보다 클 필요가 있다. 바람직하게는,
tan(θL)＞1.3×tan(θ0) 식 (2)
로 한다.
잉크젯으로부터 토출된 액적은 고속으로 기판에 착탄된 후, 그 운동 에너지로 격벽을 타고 넘어가려고 한다. 그 때의 액과 격벽 표면이 이루는 접촉각은 동적 전진각인데, 통상적으로 정적 접촉각과 거의 동등한 값이 되는 경우가 많다. 그 후, 충전 액적의 움직임은 진정되고, 충전 부피에 대응한 접촉각이 된다.
이상의 제조 조건을 거침으로써 매우 적합한 렌티큘라 렌즈 시트가 제조된다.
본 발명에 따르면, 3차원 디스플레이 등에 사용되는 렌티큘라 렌즈 시트를 저렴하게 제조할 수 있고, 게다가 종래법과 같이 금형이나 판을 사용하지 않아도 렌티큘라 렌즈 시트를 얻을 수 있으므로, 이물질의 혼입이나 금형의 흠집 등에 기인하여 제품 수율을 저하시킬 우려가 없고, 또한 다품종의 렌티큘라 렌즈 시트를 얻는 데 매우 적합하다.
도 1은 투명 지지 기판 위에 형성된 렌티큘라 렌즈의 모습을 도시한 단면 모식도이다.
도 2는 격벽과 렌티큘라 렌즈 부분을 확대한 단면 모식도이다.
도 3은 렌티큘라 렌즈 시트의 제조 공정을 도시한 모식도이다.
도 4는 렌티큘라 렌즈의 형성에 필요한 부피(V0(pl/μm))의 계산예를 도시한 그래프이다.
도 5는 격벽 표면(막면)과 렌즈 형성용 자외선 경화 수지 잉크가 이루는 정적 접촉각(θL)을 도시한 모식도이다.
도 6은 실시예에서 얻어진 렌즈의 평면 사진이다.
도 7은 격벽과 렌즈를 설명하는 모식도이다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 있어서 "부"는 모두 질량부를 나타낸다.
실시예
(투명 격벽용 자외선 경화 수지 잉크(A1)의 조제)
알칼리 현상제 광경화 수지 V-259ME(신닛테쓰 가카구 가부시키가이샤(Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) 제조, 고형분 56.5%, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트 용매)를 205부, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트와 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트와의 혼합물(닛폰 가야쿠(Nippon Kayaku Co., Ltd.)사 제조：카야드(KAYAD) DPHA)을 50부, 비페닐형 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진(Japan Epoxy Resins Co. Ltd.,)사 제조 YX4000HK)를 25부, 이가큐어(IRGACURE) 907(치바 재팬(Ciba Japan K.K .) 제조)을 5부, 4, 4'-N, N-디에틸-4,4'-디페닐 EAB-F(호도가야 카가구(Hodogaya Chemical Co., Ltd.) 제조)를 0.8부, 실란 커플링제 S-510(칫소(Chisso Corporation) 제조)을 1.9부, 불소계 계면 활성제 FC470(DIC 제조)을 0.2부 및 디에틸렌글리콜디메틸에테르를 608부 혼합하고, 균일, 투명한 잉크로 했다. 이를 0.2μm 마이크로 필터에 의해 여과하여 투명 격벽용 자외선 경화 수지 잉크 A1을 조제했다(고형분 농도 22wt%).
(투명 격벽용 자외선 경화 수지 잉크(표면 발잉크성；A2)의 조제)
상기 투명 격벽용 자외선 경화 수지 잉크 A1 100부에 대해 불소 화합물 용액 옵툴(OPTOOL)(다이킨 화학 공업(DAIKIN INDUSTRIES, LTD.) 제조, 불소 화합물 고형분 20%)을 5부 첨가하고, 투명 격벽용 자외선 경화 수지 잉크 A2를 조제했다.
(자외선 경화 수지 잉크(B1)의 조제)
페닐에틸메타크릴레이트 말단 PDV(폴리디비닐벤젠) 15부(신닛테쓰 가카구(Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) 제조), 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 5부, 2-히드록시에틸아크릴레이트 10부, 1,4-부탄디올디아크릴레이트 50부, 1,9-노난디올디아크릴렐이트 20부, 이가큐어(IRGACURE) 184(치바 스페셜티(Ciba Specialty Chemicals Inc.) 제조) 7부, 아데카스탭(Adekastab) AO-60(아데카(Adeca Corporation) 제조) 0.05부 및 계면 활성제 BYK378(빅케미(BYK-Chemie)사 제조) 10% 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 용액 1.1부를 혼합하여 균일 용액으로 하고, 0.2μm 마이크로 필터에 의해 여과하고, 자외선 경화 수지 잉크 투명 수지 조성물 잉크 B1을 조제했다. 점도 19.9mPa·sec, 표면 장력 25.1mN/m, 밀도 1055kg/m3였다.
[실시예 1］
(표면 발잉크성 투명 격벽(I-A2-1)의 제작)
6제곱인치의 무알칼리 유리(두께 0.7mm) 기판 위에 투명 격벽용 자외선 경화 수지 잉크(A1)를 균일하게 도포하고, 80℃ 핫 플레이트 위에서 1분간 건조했다. 포토마스크-1을 통해 일괄 자외선 노광기(조도； I선 기준 30mW/cm2)로 300mJ 노광하고, 0.05% KOH 수용액(23℃)으로 1kg/cm2G 스프레이압으로 60초 현상을 수행하여 미노광 부분을 제거하고, 순수로 세정했다. 추가로 230℃에서 30분간 오븐 내에서 가열하여 두께 2μm의 투명 격벽 기판(I-A2-1)을 제작했다.
포토마스크-1은 노광부가 20μm 폭 30mm 길이의 라인 패턴을 320μm 피치로 형성하는 것이다. 얻어진 기판 I-A2-1 상의 20μm 라인(격벽)의 형상은 사다리꼴(도 2)이며, 서프컴(SURFCOM)(도쿄 세이키(Tokyo Seiki Co., Ltd. 제조)으로 측정한 사이즈를 표 1에 나타냈다.
Figure pct00003
한편, 얻어진 격벽의 표면의 젖음성을 잉크 B1로 측정했더니, 접촉각 46°였다. 접촉각의 측정 조건에 대해 포토마스크-1 주변부에는 5mm 폭×30mm 길이의 노광 부분을 남기는 패턴을 형성했다. 따라서, 격벽 형성과 동시에 접촉각 측정 영역을 동일 기판 위에 만들었다. 데이터 피직스(Data Physics Corporation) 제조 OCH200을 이용하여 잉크 B1 0.5μl를 접촉각 측정 영역에 적하, 1초 후의 접촉각을 측정(측정 온도 23℃)하고, 이를 격벽 표면의 정적 접촉각으로 했다(도 5).
렌티큘라 렌즈의 제작］
코니카 미놀타(Konica Minolta IJ Technologies, Inc.) 제조 잉크젯 헤드(KM512SH, 4pl 사양)를 이용하여 구동 주파수 4.8kHz, 인가 전압 17.84V로 자외선 경화 수지 잉크(B1)의 10분간 연속 토출 시험을 수행했다. 노즐 막힘은 전혀 없었으며 양호한 토출 특성을 나타냈다.
계속해서 기판 I-2A-1을 이용하여, 높이 28μm의 렌티큘라 렌즈를 구비한 렌티큘라 렌즈 시트를 제작하기로 했다. 이 때, 식 (1)로부터 산출한 자외선 경화 수지 잉크(B1)의 최저 필요 충전량(V0)은 6.0pl/μm가 된다. 격벽 사이에 KM512SH의 세 노즐로부터 충전 가능하도록 헤드 및 스테이지를 설정하고, 스테이지 속도 125mm/초, 타점 피치 18.5μm로 2개의 격벽 사이에 11회 반복 묘화를 수행했다(V=7.14pl/μm 충전). 묘화 직후의 충전 잉크의 상태를 광학 현미경으로, 또한 형상을 광학 간섭식 표면 형상 측정기 WYCO NT 1100(닛폰 비코(Nihon Veeco K.K.)사 제조)을 이용하여 측정했다. 잉크는 격벽을 넘지 않고 균일하게 충전되어 있었고, 양호한 직선 형상을 나타내며, 또한 표면 형상도 매끄러운 구면을 나타내고 있었다(도 6a). 또한, 기판 상부로부터 투영하여 측정한 충전 잉크의 폭은 289.2μm, 높이는 32.9μm였다(표 2).
Figure pct00004
계속해서 잉크젯 스테이지 위에서 UV-LED 인라인 노광기(조도 4900mW/cm2, 1mm/초로 주행)로 4900mJ/cm2 노광하고, 추가로 일괄 노광기(조도 50mJ/cm2)로 1000mJ 노광을 수행했다. 추가로 80℃에서 열처리를 3분 수행하여 렌티큘라 렌즈로 했다. 이들 공정에서의 치수를 표 2에, 열처리 전후의 광학 현미경 사진을 도 6b에 나타냈다. 열처리 후에도 표면 형상은 매끄러운 구면을 나타내고 있었다. 또한, 기판 상부로부터 투영하여 측정했더니, 렌즈 피치(wo)는 격벽에 의해 320μm로 유지되어 있었고, 충전된 렌즈 폭은 298.2μm, 높이는 28.9μm였다(표 2).
[실시예 2］
포토마스크-2는 노광부가 30μm 폭 30mm 길이의 라인 패턴을 320μm 피치로 형성하는 것으로서, 이를 이용하여 투명 격벽(I-2A-2)을 형성한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행했다. 결과를 표 1, 2에 나타냈다. 열처리 후에도 격벽과의 접촉선의 직선성은 양호했으며, 또한 표면 형상은 완만한 구면 형상을 나타내고 있었다(도 6). 또한, 기판 상부로부터 투영하여 측정했더니, 렌즈 피치(wo)는 격벽에 의해 320μm로 유지되어 있었고, 충전된 렌즈 폭은 292.3μm, 높이는 28.4μm였다(표 2).
[실시예 3］
포토마스크-3은 노광부가 40μm 폭 30mm 길이의 라인 패턴을 320μm 피치로 형성하는 것으로서, 이를 이용하여 투명 격벽(I-2A-3)을 형성하고, 자외선 경화 수지 잉크 A1을 잉크젯으로 11회 중복 묘화를 수행한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행했다. 결과를 표 1, 2에 나타냈다. 열처리 후에도 격벽과의 접촉선의 직선성은 양호했으며, 또한 표면 형상은 완만한 구면 형태를 나타내고 있었다(도 6). 또한, 기판 상부로부터 투영하여 측정했더니, 렌즈 피치(wo)는 격벽에 의해 320μm로 유지되어 있었고, 충전된 렌즈 폭은 280.5μm, 높이는 27.8μm였다.
［실시예 46］
실시예 1에서의 최종 열처리 온도 80℃에서의 처리 시간을 3분, 15분 혹은 30분으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행했다.
그 결과, 열처리 시간을 연장해도 잔막률, 형상의 변화는 보이지 않았다(표 3).
Figure pct00005
［실시예 7 내지 10］
실시예 1에 있어서 노광 조건을 바꾼 것 이외에는 동일한 방법으로 실험을 수행했다. 그 결과, 모두 열처리 후에도 격벽과의 접촉선의 직선성은 양호했으며, 또한 표면 형상은 완만한 구면 형태를 나타내고 있었다(표 4).
Figure pct00006
［실시예 11 내지 15］
실시예 1, 6 내지 9에 있어서 최종 열처리 온도를 140℃ 30분으로 한 것 이외에는 동일한 방법으로 수행했다(실시예 11이 실시예 1의 변형예에 대응). 이하 동일하게, 실시예 12가 실시예 6에 대응하고, 실시예 13이 실시예 7에 대응하고, 실시예 14가 실시예 8에 대응하고, 실시예 15가 실시예 9에 대응한다.). 그 결과, 모두 열처리 후에도 격벽과의 접촉선의 직선성은 양호했으며, 또한 표면 형상은 완만한 구면 형태를 나타내고 있었다(표 5).
Figure pct00007
［실시예 16］
투명 격벽의 형성에 잉크 A1을 사용하고, 그 이외에는 실시예 1의 방법과 동일하게 하여 20μm 폭의 투명 격벽을 형성했다. 계속해서, 대기압 플라즈마 장치를 이용하여, 산소/아르곤 기류 하에서 처리하고, 계속해서 불소 가스 플라즈마 처리를 수행하고, 부틸카르비톨아세테이트로 접촉각 50°인 표면 발잉크성 투명 격벽 기판(I-A1-1)을 제작했다.
이 기판을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 렌티큘라 렌즈를 제작했다. 렌즈의 폭 및 높이는 실시예 1과 거의 변화가 없었으며, 열처리 후에도 격벽과의 접촉선의 직선성은 양호했고, 또한 표면 형상은 완만한 구면 형태를 나타내고 있었다.
［실시예 17 내지 19 및 비교예 1］
표 6에 나타낸 바와 같이 대기압 불소 플라즈마 조건을 바꾸어 접촉각이 다른 격벽이 구비된 기판을 제작했다. 목표로 하는 렌즈 사이즈에 대해 B1 잉크를 충전하고, 계속해서 잉크젯 스테이지 위에서 UV-LED 인라인 노광기(조도 4900mW/cm2, 1mm/초로 주행)로 4900mJ/cm2 노광하고, 추가로 일괄 노광기(조도 50mJ/cm2)로 1000mJ 노광을 수행했다. 추가로 80℃에서 열처리를 3분 수행하여 렌티큘라 렌즈로 했다. 실시예에 나타낸 바와 같이 목표로 하는 높이가 얻어짐과 아울러, 열처리 후에도 격벽과의 접촉선의 직선성은 양호했으며, 또한 표면 형상은 완만한 구면 형태를 나타내고 있었다.
Figure pct00008
한편, 비교예 1에 있어서는 불소 플라즈마 처리를 실시하지 않은 투명 격벽 기판을 이용하여 렌즈 형성을 시도했으나, 격벽 윗변 부분에 자외선 경화 수지 잉크가 중첩되었고, 나아가서는 격벽 부분을 넘어 흘러넘치는 현상이 보였다.
［비교예 2］
목표 렌즈 피치(w0)를 135μm로 하고, 40μm 폭 격벽을 형성하도록 네가티브 포토마스크를 이용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 표면 발잉크성의 투명 격벽 기판을 제작했다. 이 때의 격벽 사이즈는 A=35.5μm, B=41.0μm, C=1.4μm였다. 이 격벽 기판에 자외선 경화 수지 B1을 충전하고, 노광 4900mJ, 어닐링 80℃ 30분을 수행하여 높이 4.82μm의 렌티큘라 렌즈 시트를 제작했다.
실시예 19 및 비교예 2에서 얻어진 렌티큘라 렌즈 시트를 6인치 액정 패널 위에 붙이고, 비교하면서 3차원 영상 표시를 수행했다. 전자에서는 확실히 3차원 화상 인식이 보였으나, 후자에서는 3차원 화상이 확실하지 않았다.
［비교예 3］
목표 렌즈 피치(w0)를 135μm로 하고, 20μm 폭, 3μm 두께의 격벽을 형성하도록 네가티브 포토마스크를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 발잉크성의 투명 격벽 기판을 제작했다. 얻어진 격벽 사이즈는 A=17.5μm, B=23.0μm, C=3.0μm였다. 이 격벽 기판에 자외선 경화 수지 B1을 충전하고, 노광 4900mJ, 어닐링 80℃ 30분을 수행하여 높이 4.82μm의 렌티큘라 렌즈 시트를 제작했다.
실시예 19 및 비교예 2에서 얻어진 렌티큘라 렌즈 시트를 6인치 액정 패널 위에 붙이고, 비교하면서 3차원 영상 표시를 수행했다. 전자에서는 확실한 3차원 화상 인식이 보였으나, 후자에서는 화면 표면 위에 광학 불균일이 관측되었다.
1：지지 기판
2：렌티큘라 렌즈
3：격벽

Claims (7)

  1. 지지 기판 위에 복수 개의 렌티큘라 렌즈를 가지며, 인접하는 렌티큘라 렌즈 사이에 격벽을 구비한 렌티큘라 렌즈 시트로서, 격벽으로 구획된 영역에 잉크젯 방식으로 투명 수지 조성물 잉크를 공급하고, 계속해서 자외선으로 상기 투명 수지 조성물 잉크를 경화하여 얻어진 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    복수 개의 렌티큘라 렌즈 시트에 대해 직교하는 방향으로 자른 격벽의 단면이 지지 기판에 대해 90° 이하의 테이퍼각을 가지며, 또한 격벽 단면의 윗바닥(A), 아랫바닥(B) 및 높이(C)가 하기 조건을 만족하는 렌티큘라 렌즈 시트.
    A≤B…(i)
    A=w0/8…(ii)
    C＜h0/3…(iii)
    (단, w0는 렌티큘라 렌즈의 피치를 나타내고, h0는 높이를 나타낸다.)
  3. 제1항에 있어서,
    렌티큘라 렌즈를 형성하는 투명 수지 조성물 잉크가 자외선 경화 성분을 90 중량% 이상 함유하는 자외선 경화 수지 조성물 잉크로서, 80℃ 내지 140℃ 열처리 후의 잔여 부피율이 70 부피% 이상인 렌티큘라 렌즈 시트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 렌티큘라 렌즈 시트를 제조하는 방법으로서, 목적으로 하는 렌티큘라 렌즈의 피치(w0) 및 높이(h0)와, 지지 기판에 대한 렌티큘라 렌즈가 이루는 각(θ0)에 대해,
    (1) 먼저, 표면이 발잉크 성능을 갖는 격벽을 목적으로 하는 렌티큘라 렌즈 피치(w0)와 동일한 피치로 형성하고,
    (2) 잉크젯 방식에 의해 상기 격벽으로 구획된 영역에 대해 자외선에 의해 경화하는 투명 수지 조성물 잉크를 렌티큘라 렌즈의 형성에 필요한 부피(V0(pl/μm))를 초과하는 양(V(pl/μm)) 혹은 목적으로 하는 높이(h0)를 초과하는 높이(h)로 도공하는 공정과(단, V0는 이하의 목적으로 하는 렌티큘라 렌즈의 부피로부터 산출한다. 여기서, r은 렌즈 단면의 곡률 반경을 나타낸다.)
    Figure pct00009
    …(식 1)
    (3) 자외선에 의해 상기 투명 수지 조성물을 경화하고,
    (4) 추가로 80 내지 140℃의 열처리를 실시함으로써 목표 높이(h0)로 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈 시트의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    렌티큘라 렌즈를 형성하는 투명 수지 조성물 잉크가 격벽의 표면에 대해 이루는 정적 접촉각(θL)이 (식 1)로 표시되는 θ0을 초과하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈 시트의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 렌티큘라 렌즈 시트를 이용한 광학 소자.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 렌티큘라 시트를 이용한 입체 표시 디스플레이.
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