WO2011155409A1 - レンチキュラレンズシート、その製造方法、及び光学素子 - Google Patents

レンチキュラレンズシート、その製造方法、及び光学素子 Download PDF

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lenticular
ink
resin composition
partition wall
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藤城 光一
俊英 板原
齋藤 亨
敬裕 吉岡
真介 井口
健太郎 汲田
友春 滝田
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新日鐵化学株式会社
株式会社アルバック
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    • G02B30/27Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays

Definitions

  • the present invention relates to a lenticular lens sheet formed using an ink jet printing method and a manufacturing method thereof, and also relates to an optical element formed using the lenticular lens sheet and a stereoscopic display.
  • the lenticular lens sheet is an element used for a backlight unit of a liquid crystal display, a rear projection display, a projection screen, a stereoscopic display, and the like.
  • concave lenses are formed on stripes on the surface of a transparent substrate such as glass or plastic sheet.
  • a 3D display As one of the next-generation display systems that is attracting attention.
  • a lenticular system is a typical 3D display system that does not require special glasses. Reference 1).
  • various three-dimensional displays combined with a flat panel display such as a liquid crystal display (LCD) have been proposed, and this method is considered to be closest to a practical level.
  • the image resolution is determined by the pitch of the lens and barrier, so a high-definition lens is required to realize a high-resolution display, and the accuracy between the flat panel display and the lens and barrier is accurate. Must be aligned properly.
  • the backlight of the display is a time-division light direction control backlight 1 that can change the direction LD of light emitted from the backlight in a time-sharing manner at high speed, and an image corresponding to the direction of the light is transmitted. It is displayed on the display 2.
  • an image with binocular parallax is presented in the directions of the left and right eyes LE and RE, and a three-dimensional image is provided to the observer by switching the direction at an invisible speed. can do.
  • the image resolution is the same as that of the LCD, the high resolution of the LCD can be used as it is, and manufacturing and high resolution are facilitated.
  • the surface shape of a lenticular lens is a spherical surface, and as its processing means, (1) a method of injection molding a molten or semi-molten thermoplastic resin, (2) a method of embossing while heating a sheet (patent document) 2), (3) a method of ultraviolet curing by placing an ultraviolet curable resin in a mold (see Patent Document 3), (4) a method of screen printing an ultraviolet curable resin and ultraviolet curing (see Patent Document 4), etc. It has been. However, all of these require a mold with high processing accuracy, or require a printing plate, and because the mold or plate and the lens surface are always in contact, This is a manufacturing method that is sensitive to foreign matter contamination and mold flaws.
  • a method for producing a color filter by the ink jet method there is known a method in which red, blue, and green inks are simultaneously sprayed and applied to only necessary pixels and cured to form pixels, which is a photo process in advance.
  • a partition wall is formed and ink is ejected to a pixel portion formed by the partition wall.
  • Patent Document 5 discloses that color mixing is avoided if the static contact angle between the ink and the partition wall surface is 40 to 55 °.
  • the height of the ink filled by the ink jet method is about 4 to 6 times the height of the partition wall at this time.
  • JP 2004-20684 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-114024 JP 2002-365405 A JP 2000-155380 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-281815 JP-A-6-65408 JP-A-2005-249882
  • the present invention has been made in view of the conventional problems in the production of lenticular lenses, that is, the conventional molding method cannot avoid contact with the lens surface using a mold or a plate, and foreign matter is mixed in. Yields are reduced due to scratches on molds and molds, and the use of expensive molds eliminates the problem of being unsuitable for manufacturing inexpensive and multi-product lenticular lenses. For the purpose.
  • the present inventors pay attention to the fact that the lenticular lens formation by the ink jet method is a non-contact printing method that does not require a mold or a plate, and the partition walls are formed by a photolithographic process on the underlying transparent support substrate. By combining this, it is possible to achieve a sufficient resolution and accuracy of the LCD level, and thus the present invention has been completed.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • the cross section of the partition wall cut in a direction orthogonal to the plurality of lenticular lenses has a taper angle of 90 ° or less with respect to the support substrate, and the upper base A, lower base B, and height of the partition wall cross section.
  • the transparent resin composition ink forming the lenticular lens is an ultraviolet curable resin composition ink containing 90% by weight or more of an ultraviolet curable component, and has a residual volume ratio of 70 after heat treatment at 80 ° C. to 140 ° C.
  • the lenticular lens sheet according to (1) which is at least% by volume.
  • a general substrate used in a lenticular lens can be used as the transparent support substrate.
  • transparent plastic sheets or films such as acrylic, PET, PC, polyolefin and the like having a transmittance of 90% or more are used.
  • FIG. 1 (b) shows a lenticular lens 2 partitioned by a partition wall 3 in the present invention
  • FIG. 1 (a) shows a schematic diagram of a lenticular lens without a normal partition wall. Since the portion where the lenticular lenses are in contact with each other is an area that is practically not used as a lens, it may be transparent or black if the conditions described below are satisfied (for example, in the case of black, carbon fine particles are mixed) To do). Since the portion where the lenticular lenses are in contact with each other is a region which is not practically used as a lens, it can be formed as an intention to absorb excess light as a black partition.
  • the partition wall which is a component of the present invention, has a cross-sectional shape and a size of the partition wall cut in a direction orthogonal to a plurality of lenticular lenses, depending on the target lens shape, but at least 90 ° or less with respect to the support substrate. If the forward taper is, a good result is obtained in forming a spherical lens (FIG. 7), and at least the following setting is made in order to make the lens portion a main component (FIG. 2).
  • B Bottom bottom of the trapezoidal cross section ( ⁇ m)
  • C Partition height ( ⁇ m)
  • upper base width A of the partition wall is greater than w 0/8, the height C is h 0/3 or more, the influence of the lens portion image according to the partition wall portion becomes remarkable, that the 3-dimensional image is blurred It is not preferable.
  • w 0 is the repetition pitch of the lenticular lens
  • w 0 the width of the lenticular lens + the width of the partition wall.
  • a known negative alkali-developable photosensitive resin ink can be used for the formation of the partition having surface repellent properties.
  • This ink is usually produced by dissolving an alkali-developable binder resin, a polyfunctional acrylate, and a photoinitiator in a solvent.
  • This negative alkali-developable photosensitive resin ink is applied onto a transparent support substrate using a spin coater or slit coater, irradiated with 50-300 mJ / cm 2 from a high-pressure mercury lamp through a photomask, and an alkali development containing a surfactant.
  • the unexposed portion is removed with a liquid and washed with water to form a partition pattern.
  • This pattern is heat-treated at 80 to 230 ° C. in consideration of adhesion to the substrate and stability during use.
  • a method of treating the partition wall surface layer with a fluorine-containing plasma gas see Patent Document 6
  • a photoresist composition fluorine or
  • An example is a method in which a silicon-based compound is mixed in advance with ink (see Patent Document 5).
  • an ink mainly containing a liquid polyfunctional acrylic and containing a photoinitiator is preferably used as the transparent resin composition ink that is cured with ultraviolet rays filled between the partition walls by an inkjet method. It is prepared to have a viscosity of 5 to 40 mP ⁇ sec and a surface tension of 20 to 35 mN / m at a head temperature of 20 to 45 ° C. so that it can be stably ejected by the ink jet method. Further, in order to keep the spherical shape with good reproducibility, it is preferable to contain 90% by weight or more of a UV curable resin component.
  • the spherical shape and height suitable for a lenticular lens are not stable in the sheet surface, which is not preferable.
  • the amount of the transparent curable resin ink filled between the partition walls by the inkjet method is determined in consideration of the subsequent volume reduction by ultraviolet curing and heat treatment, but at least the shape of the lenticular lens as shown in FIG.
  • V 0 is calculated from the volume of the target lenticular lens as in (Equation 1) below.
  • V 0 pl / ml
  • photocuring with ultraviolet rays is suitable.
  • a known method can be used as the exposure method. It is preferable to perform temporary exposure on an ink jet (IJ) stage before transporting to an exposure machine (FIG. 3 (2 ′)). This is because the lens before photocuring is in a liquid state, which is suitable for excluding the concern that the lens may be merged during transportation or foreign matter may adhere.
  • IJ ink jet
  • FOG. 3 (2 ′) As a line exposure machine used for this purpose, a small high-illuminance exposure machine using a UV-LED lamp has recently been marketed (for example, OMRON, Nichia Corporation).
  • the required exposure is preferably 1000 mJ / cm 2 or more. However, since it depends on the transparent curable resin composition ink and the exposure machine illuminance / output wavelength, it is generally more than the exposure that reduces the dependency on the remaining volume ratio. preferable.
  • the subsequent heat treatment is selected depending on the degree of reliability. For example, when considering the stability of the lens performance during the constant temperature test, heat treatment is performed at the test temperature, for example, 80 ° C.
  • the degree of surface ink repellency is given by the static contact angle ⁇ L (FIG. 5) formed by the partition wall surface (film surface) and the UV curable resin ink for lens formation, which is the angle formed between the target lenticular lens and the substrate. It is necessary that greater than ⁇ 0.
  • the droplets ejected from the ink jet land on the substrate at a high speed, and then attempt to get over the partition wall with the kinetic energy.
  • the contact angle between the liquid and the partition wall surface at that time is a dynamic advancing angle, but usually it is almost the same value as the static contact angle. Thereafter, the movement of the filled droplet settles down to a contact angle corresponding to the filled volume.
  • a suitable lenticular lens sheet is manufactured through the above manufacturing conditions.
  • a lenticular lens sheet used for a three-dimensional display or the like can be manufactured at a low cost, and a lenticular lens sheet can be obtained without using a mold or a plate as in the conventional method. There is no risk of reducing the yield due to foreign matters, mold scratches, etc., and it is suitable for obtaining a wide variety of lenticular lens sheets.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state of a lenticular lens formed on a transparent support substrate.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of the partition wall and the lenticular lens.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of a lenticular lens sheet.
  • FIG. 4 is a graph showing a calculation example of the volume V 0 (pl / ⁇ m) necessary for forming the lenticular lens.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a static contact angle ⁇ L formed by the partition wall surface (film surface) and the UV curable resin ink for lens formation.
  • FIG. 6 is a plan view of the lens obtained in the example.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a partition wall and a lens.
  • parts means parts by mass.
  • Photo-curing resin V-259ME manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., solid content 56.5%, propylene glycol methyl ether acetate solvent
  • Photo-curing resin V-259ME manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., solid content 56.5%, propylene glycol methyl ether acetate solvent
  • biphenyl type epoxy resin Japan Epoxy Resin YX4000HK
  • Irgacure 907 Ciba Japan
  • 4,4'-N, N-diethyl- 0.8 part of 4,4'-diphenyl EAB-F Hodogaya Chemical
  • silane coupling agent S-510 manufactured by Chisso
  • fluorosurfactant FC470 manufactured by DIC
  • UV curable resin ink for transparent partition walls surface ink repellency; A2
  • a fluorine compound solution optool manufactured by Daikin Chemical Industries, Ltd., 20% fluorine compound solid content
  • Example 1 (Creation of surface ink-repellent transparent partition wall (I-A2-1))
  • the UV curable resin ink (A1) for transparent barrier ribs was uniformly applied onto a 6-inch square alkali-free glass (thickness 0.7 mm) substrate, and dried on an 80 ° C. hot plate for 1 minute.
  • Photomask-1 300 mJ exposure is performed with a batch UV exposure machine (illuminance: I-line standard 30 mW / cm 2 ), and development is performed with 0.05% KOH aqueous solution (23 ° C) at 1 kg / cm 2 G spray pressure for 60 seconds.
  • the unexposed part was removed and washed with pure water. Furthermore, it heated in 230 degreeC for 30 minute (s), and the transparent partition board
  • Photomask-1 is an exposure portion in which a line pattern having a width of 20 ⁇ m and a length of 30 mm is formed at a pitch of 320 ⁇ m.
  • the shape of the 20 ⁇ m line (partition wall) on the obtained substrate I-A2-1 was a trapezoid (FIG. 2), and the size measured with Surfcom (manufactured by Tokyo Seiki) is shown in Table 1.
  • the contact angle was 46 °.
  • a pattern is formed on the periphery of the photomask-1 to leave an exposed portion of 5 mm width ⁇ 30 mm length. Therefore, the contact angle measurement region was created on the same substrate simultaneously with the formation of the partition walls.
  • OCH200 manufactured by Data Physics 0.5 ⁇ l of ink B1 was dropped on the contact angle measurement area, the contact angle after 1 second was measured (measurement temperature 23 ° C.), and this was taken as the static contact angle of the partition wall surface (Fig. 5).
  • a lenticular lens sheet provided with a lenticular lens having a height of 28 ⁇ m was produced using the substrate I-2A-1.
  • the minimum required filling amount V 0 of the ultraviolet curable resin ink (B1) calculated from the formula (1) is 6.0 pl / ⁇ m.
  • the state of the filled ink immediately after drawing was measured with an optical microscope, and the shape was measured using an optical interference type surface shape measuring instrument WYCO NT 1100 (manufactured by Nippon Beco).
  • WYCO NT 1100 manufactured by Nippon Beco.
  • the ink was uniformly filled without exceeding the partition walls, showed a good linear shape, and the surface shape also showed a smooth spherical surface (FIG. 6a).
  • the width of the filled ink measured by projecting from the upper part of the substrate was 289.2 ⁇ m and the height was 32.9 ⁇ m (Table 2).
  • Photomask-2 is one in which the exposed portion forms a line pattern with a width of 30 ⁇ m and a length of 30 mm at a pitch of 320 ⁇ m, and a transparent partition wall (I-2A-2) is formed using this line pattern. The same was done. The results are shown in Tables 1 and 2. Even after the heat treatment, the linearity of the contact line with the partition walls was good, and the surface shape showed a gentle spherical shape (FIG. 6). When projected from the upper part of the substrate and measured, the lens pitch wo was kept at 320 ⁇ m by the partition walls, the filled lens width was 292.3 ⁇ m, and the height was 28.4 ⁇ m (Table 2).
  • Example 3 In Photomask-3, the exposed part forms a line pattern with a width of 40 ⁇ m and a width of 30 mm at a pitch of 320 ⁇ m. Using this, a transparent partition (I-2A-3) is formed, and UV curable resin ink A1 is formed. The same operation as in Example 1 was performed except that the drawing was performed 11 times by inkjet. The results are shown in Tables 1 and 2. Even after the heat treatment, the linearity of the contact line with the partition walls was good, and the surface shape showed a gentle spherical shape (FIG. 6). When projected from the top of the substrate and measured, the lens pitch wo was kept at 320 ⁇ m by the partition, the filled lens width was 280.5 ⁇ m, and the height was 27.8 ⁇ m.
  • Example 4 The same treatment as in Example 1 was performed except that the treatment time at the final heat treatment temperature of 80 ° C. in Example 1 was 3 minutes, 15 minutes or 30 minutes. As a result, even if the heat treatment time was extended, no change in the remaining film rate and shape was observed (Table 3).
  • Example 7 to 10 An experiment was performed in the same manner except that the exposure conditions in Example 1 were changed. As a result, the linearity of the contact line with the partition walls was good after the heat treatment, and the surface shape showed a gentle spherical shape (Table 4).
  • Example 11 corresponds to a modification of Example 1.
  • Example 12 corresponds to Example 6
  • Example 13 corresponds to Example 7
  • Example 14 corresponds to Example 8
  • Example 15 corresponds to Example 9.
  • the linearity of the contact line with the partition wall was good, and the surface shape showed a gentle spherical shape (Table 5).
  • Example 16 Ink A1 was used for the formation of the transparent partition, and a 20 ⁇ m wide transparent partition was formed in the same manner as in Example 1 except for the above. Subsequently, using an atmospheric pressure plasma apparatus, the surface is treated under an oxygen / argon stream, followed by fluorine gas plasma treatment, and a surface ink-repellent transparent partition substrate (IA-1) having a contact angle of 50 ° with butyl carbitol acetate. -1) was created.
  • IA-1 surface ink-repellent transparent partition substrate having a contact angle of 50 ° with butyl carbitol acetate. -1)
  • a lenticular lens was produced in the same manner as in Example 1.
  • the width and height of the lens were almost the same as those of Example 1, and the linearity of the contact line with the partition wall was good even after the heat treatment, and the surface shape showed a gentle spherical shape.
  • Examples 17 to 19 and Comparative Example 1 As shown in Table 6, the substrate with partition walls having different contact angles was prepared by changing the atmospheric pressure fluorine plasma conditions. Filling the B1 ink to the lens size of the target, continue 4900mJ / cm 2 was exposed with a UV-LED inline exposure machine (running at an intensity 4900mW / cm 2, 1mm / sec) on the jet stage, further shot exposure machine 1000 mJ exposure was performed with (illuminance 50 mJ / cm 2 ). Furthermore, heat treatment was performed at 80 ° C. for 3 minutes to obtain a lenticular lens. As shown in the Examples, the target height was obtained, the linearity of the contact line with the partition wall was good even after the heat treatment, and the surface shape showed a gentle spherical shape.
  • Comparative Example 1 an attempt was made to form a lens using a transparent partition substrate that had not been subjected to fluorine plasma treatment. However, the UV curable resin ink overlapped on the upper side of the partition, and overflowed beyond the partition. It was seen.
  • Example 2 A transparent partition substrate with surface ink repellency was prepared in the same manner as in Example 3 using a negative photomask so that the target lens pitch (w 0 ) was 135 ⁇ m and a 40 ⁇ m wide partition was formed.
  • This partition wall substrate was filled with ultraviolet curable resin B1, exposed to 4900 mJ, and annealed at 80 ° C. for 30 minutes to prepare a lenticular lens sheet having a height of 4.82 ⁇ m.
  • Example 19 The lenticular lens sheets obtained in Example 19 and Comparative Example 2 were laminated on a 6-inch liquid crystal panel, and a three-dimensional image was displayed while being compared. A clear 3D image recognition was seen in the former, but a 3D image was not clear in the latter.
  • Example 3 A transparent partition substrate with surface ink repellency was prepared in the same manner as in Example 1 using a negative photomask so as to form a partition having a target lens pitch (w 0 ) of 135 ⁇ m, a width of 20 ⁇ m and a thickness of 3 ⁇ m.
  • This partition wall substrate was filled with an ultraviolet curable resin B1, exposed to 4900 mJ, and annealed at 80 ° C. for 30 minutes to prepare a lenticular lens sheet having a height of 4.82 ⁇ m.
  • Example 19 The lenticular lens sheets obtained in Example 19 and Comparative Example 2 were laminated on a 6-inch liquid crystal panel, and a three-dimensional image was displayed while being compared. In the former, clear 3D image recognition was observed, but in the latter, optical unevenness was observed on the screen surface.
  • Support substrate 2 Lenticular lens 3: Bulkhead

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Abstract

 立体ディスプレイ、リアプロジェクションディスプレイ、投射スクリーンなどに用いられるレンチキュラレンズシートを提供し、また、金型を使用せずに、安価にこれを製造する手段を提供する。 透明支持基板上に複数のレンチキュラレンズと隣接するレンチキュラレンズ間に位置する隔壁とを少なくとも有し、上記隔壁で囲まれた領域にインクジェット方式で透明樹脂組成物インキを付与され、引き続き紫外線で前記透明樹脂組成物インキを硬化させてレンチキュラレンズシートを得る。

Description

レンチキュラレンズシート、その製造方法、及び光学素子
  本発明は、インクジェット印刷法を用いて形成したレンチキュラレンズシート、及びその製造方法に関し、また、このレンチキュラレンズシートを用いて形成した光学素子、及び立体表示ディスプレイに関するものである。
  レンチキュラレンズシートは、液晶ディスプレイのバックライトユニット、リアプロジェクションディスプレイ、投射スクリーン、立体表示ディスプレイなどに用いられる素子である。通常、ガラス、プラスチックシート等の透明基板の表面にストライプ上に凹状レンズが形成されている。
  特に次世代のディスプレイシステムとして注目されているものの一つに3次元ディスプレイがあり、なかでも特殊な眼鏡を必要としない3次元ディスプレイ方式として、代表的なものにレンティキュラ方式が挙げられる(非特許文献1参照)。この方式は、最近では液晶ディスプレイ(LCD)等のフラットパネルディスプレイと組み合わせた様々な3次元ディスプレイが提案されており、最も実用レベルに近いものと考えられる。しかし、従来のレンティキュラ方式では、画像解像度がレンズやバリヤのピッチで決まるため、高解像度ディスプレイを実現するにはそれだけ高精細のレンズを必要とし、また、フラットパネルディスプレイとレンズおよびバリヤとの正確な位置合わせが必要となる。
  一方、最近、新たな3次元表示方式として、時分割光方向制御バックライトを用いた3次元ディスプレイが提案されている(特許文献1参照)。この方式の原理は、ディスプレイのバックライトを該バックライトから出る光の方向LDを時分割で高速に変化させうる時分割光方向制御バックライト1とし、その光の方向に応じた画像を透過型ディスプレイ2に表示させるというものである。これを利用して、左右それぞれの眼LE,REの方向に両眼視差を与えた画像を呈示し、この方向の切替を目に見えない速度で行うことにより、観察者に3次元画像を提供することができる。この方式では、画像解像度がLCDと同一であるので、LCDの高解像度をそのまま利用でき、製造・高解像度化が容易となる。
  一般に、レンチキュラレンズの表面形状は、球面であり、その加工手段としては、(1)溶融もしくは半溶融熱可塑性樹脂を射出成型する方法、(2)シートを加熱しながらエンボス加工する方法(特許文献2参照)、(3)紫外線硬化樹脂を鋳型に入れて紫外線硬化する方法(特許文献3参照)、(4)紫外線硬化樹脂をスクリーン印刷し、紫外線硬化する方法(特許文献4参照)などが知られている。ところが、これらはいずれも高い加工精度を有する金型を必要とするか、或いは印刷用の版を必要とするものであり、また、型や版とレンズ面とが必ず接触することから、レンズに異物が混入したり、金型の傷に敏感な製造方法である。
  一方、インクジェット法によるカラーフィルターの製造方法として、赤、青、緑のインキをそれぞれ必要な画素のみに同時に噴射塗布し、硬化させて画素形成する方法が知られており、これは、あらかじめフォト工程で隔壁を形成し、その隔壁によって形成された画素部にインキを吐出する方法である。この方法では、各色領域の滲みや隣り合う領域間の混色を避けるために、例えば、特許文献5には、インキと隔壁表面との静的接触角が40~55°であれば、混色を避けられる例示がある。なお、この時の隔壁高さに対してインクジェット法で充填されるインキの高さは4倍から6倍程度である。
  そして、このような目的における隔壁を与える手段として、以下の2つの手法が提案されている。すなわち、(1)フッ素含有プラズマガスによる隔壁表面層の処理(特許文献6参照)や、(2)フォトレジスト組成物における撥インキ性を付与する成分として、フッ素系もしくはシリコン系の化合物を混合する方法(前述の特許文献5参照)などである。
  ところで、インクジェット法を用いたカラーフィルターの製造に関し、これまで液晶表示装置(LCD)レベルでの解像度、精度は既に確立されているが、インクジェット法を用いて球面ドット状のレンズを形成する例は見られるものの(特許文献7参照)、インクジェット法によってレンチキュラレンズを製造する試みは本発明者等が知る限りでは未だなされていない。
特開2004-20684号公報 特開平9-114024号公報 特開2002-365405号公報 特開2000-155380号公報 特開平11-281815号公報 特開平6-65408号公報 特開2005‐249882号公報
大越孝敬「3次元画像工学」朝倉書店(1991)
  本発明は、レンチキュラレンズの製造において、従来の問題を鑑みてなされたものであり、すなわち、従来の成型法が金型や版を用いてレンズ面と接触することが避けられず、異物の混入や金型等の傷に起因して歩留まりを低下させており、また、高価な金型を使用することで、安価かつ多品種のレンチキュラレンズを製造するには適していなかったという問題を解消することを目的とする。
  本発明者等は、インクジェット法によるレンチキュラレンズ形成が金型や版を必要としない非接触の印刷方法であることに着目し、また、下地となる透明支持基板に対して隔壁をフォトリソプロセスで形成することを組み合わせることで、LCDレベルの十分な解像度と精度を達成できることをから、本発明を完成するに至った。
  即ち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)支持基板上に複数のレンチキュラレンズを有し、隣接するレンチキュラレンズの間に隔壁を備えたレンチキュラレンズシートであって、隔壁で区切られた領域にインクジェット方式で透明樹脂組成物インキを供給し、引き続き紫外線で前記透明樹脂組成物インキを硬化して得られたことを特徴とするレンチキュラレンズシート。
(2)複数のレンチキュラレンズに対して直交する方向に切った隔壁の断面が、支持基板に対して90°以下のテーパ角を有し、また、隔壁断面の上底A、下底B及び高さCが、下記条件を満たす(1)記載のレンチキュラレンズシート。
      A≦B      ・・・(i)
      A≦w0/8  ・・・(ii)
      C<h0/3  ・・・(iii)
(但し、w0はレンチキュラレンズのピッチを表し、h0は高さを表す。)
(3)レンチキュラレンズを形成する透明樹脂組成物インキが、紫外線硬化成分を90重量%以上含有する紫外線硬化樹脂組成物インキであって、且つ、80℃~140℃熱処理後における残体積率が70体積%以上である(1)記載のレンチキュラレンズシート。
(4)上記(1)~(3)のいずれかに記載のレンチキュラレンズシートを製造する方法であって、目的とするレンチキュラレンズのピッチw0及び高さh0と、支持基板に対するレンチキュラレンズのなす角θ0とに対して、
(1)先ず、表面が撥インキ性能を有する隔壁を、目的とするレンチキュラレンズピッチw0と同じピッチで形成し、
(2)インクジェット方式により上記隔壁で区切られた領域に対して、紫外線によって硬化する透明樹脂組成物インキを、レンチキュラレンズの形成に必要な体積V0(pl/μm)を越える量V(pl/μm)もしくは目的とする高さh0超える高さhで塗工する工程と(ただしV0は以下の目的とするレンチキュラレンズの体積より算出する。ここで、rはレンズ断面の曲率半径を示す。)

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 
(3)紫外線により前記透明樹脂組成物を硬化し、
(4)さらに80~140℃の熱処理を施すことで目標高さh0にする工程、
を含むことを特徴とするレンチキュラレンズシートの製造方法。
(5)レンチキュラレンズを形成する透明樹脂組成物インキが隔壁の表面に対してなす静的接触角θLが、(式1)で表されるθ0を超えることを特徴とする(4)記載のレンチキュラレンズシートの製造方法。
(6)上記(1)~(3)のいずれかに記載のレンチキュラレンズシートを用いた光学素子。
(7)上記(1)~(3)のいずれかに記載のレンチキュラシートを用いた立体表示ディスプレイ。
  本発明において、透明支持基板としてはレンチキュラレンズで使用される一般的な基板を使用することができる。液晶ディスプレイ用のガラスはもとより、アクリル、PET、PC、ポリオレフィン等の透過率90%以上の透明なプラスチックシートもしくはフィルムが用いられる。
  本発明における隔壁3で仕切られたレンチキュラレンズ2を図1(b)に、通常の隔壁が無い場合のレンチキュラレンズを図1(a)と比較して模式図を示した。レンチキュラレンズ同士が接する部分は実質上レンズとして利用されない領域であるので、後述の条件を満たす場合は、透明であっても、また黒色であってもかまわない(例えば黒色の場合はカーボン微粒子を混合する)。レンチキュラレンズ同士が接する部分は実質上レンズとして利用されない領域であるので、黒色隔壁として余分な光を吸収させる意図でも形成できる。
  本発明の構成成分である隔壁は、複数のレンチキュラレンズに対して直交する方向に切った隔壁の断面形状ならびサイズは、目的とするレンズ形状に依存するが、少なくとも支持基板に対して90°以下の順テーパであると球面レンズを形成するに好結果を与え(図7)、またレンズ部分を主体にするためにも、少なくとも以下のように設定する(図2)。
        A≦B
        A≦w0/8
        C<h0/3
        A;隔壁台形断面の上底(μm)
        B;隔壁台形断面の下底(μm)
        C;隔壁高さ(μm)
  隔壁の上底幅Aがw0/8を超えるか、高さCがh0/3以上となると、隔壁部分によるレンズ部分映像への影響が顕著になり、3次元映像がぼやけたりすることで好ましくない。なお、w0はレンチキュラレンズの繰り返しピッチであり、w0=レンチキュラレンズの幅+隔壁の幅、である。
  表面撥インキ性を有する隔壁の形成には、公知のネガ型アルカリ現像性感光性樹脂インキを用いることができる。このインキは、通常アルカリ現像性バインダー樹脂と多官能アクリレート、さらには光開始剤を溶剤に溶解させて製造される。
  このネガ型アルカリ現像性感光性樹脂インキをスピンコーターやスリットコーターを用いて透明支持基板上に塗布し、フォトマスクを通して高圧水銀ランプから50~300mJ/cm2を照射し、界面活性剤入りアルカリ現像液で未露光部分を除去、水洗して隔壁パターンを形成する。このパターンは基板との密着性や使用時の安定性を考慮して80~230℃の熱処理を施す。隔壁表面に撥インキ性を付与する手段としては、フッ素含有プラズマガスによる隔壁表面層の処理(特許文献6参照)する方法、もしくはフォトレジスト組成物として、撥インキ性を付与する成分としてフッ素系もしくはシリコン系の化合物をあらかじめインキ中に混合する方法(特許文献5参照)が挙げられる。
  隔壁間にインクジェット法で充填される紫外線で硬化する透明樹脂組成物インキとしては、液状の多官能アクリルを主体に光開始剤を含むインキが好適に用いられる。インクジェット法で安定吐出可能なようにヘッド温度20~45℃において、粘度5~40mP・sec、表面張力20~35mN/mとなるように調製される。更に、球面形状を再現性良く保つためにはUV硬化性樹脂成分を90重量%以上含有することが好ましい。特にUV硬化前に揮発する成分が10%を超えるとレンチキュラレンズに適した球面形状ならびに高さがシート面内で安定しなくなるので好ましくない。また、紫外線硬化またその後の熱処理によって体積が収縮するが、目標とする高さ、レンズ形状とするには、残体積率を70体積%以上、好ましくは75体積%以上とするように紫外線を照射することが好ましい。70体積%を下回ると、レンチキュラレンズシートにおける面内ばらつきが顕著になり、また表面にしわが発生する場合がある。さらにはレンズ形状がトップ部分で球面から平面へ近づくことでレンズ内での焦点距離の不一致が生じる。
  紫外線硬化の後に80℃~140℃の熱処理を加えると、レンチキュラレンズシートとして耐久性に好ましい結果を与える。紫外線硬化樹脂組成物は光ラジカル重合のみでは二重結合の反応が完結することは殆ど無く、未反応のアクリルモノマーが残ることが多い。また、光硬化による収縮で残留応力が残り、レンズ特性や密着性が経時で変化する現象が見られる。熱処理によって残留モノマー、残留応力の低減により、レンズ性能の耐久性が向上する。以上の製造工程を図3に模式的に示した。
  一方、隔壁間にインクジェット法で充填される透明硬化樹脂インキ量は、その後の紫外線硬化、熱処理による体積減少を考慮して決定されるが、少なくとも図1(a)に示すような形状のレンチキュラレンズを得たい場合は、レンズの長手方向における単位長さあたりの体積V0(pl/μm)を超える体積量を充填する。V0は以下の(式1)のように、目的とするレンチキュラレンズの体積より算出する。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 
  例えば、目標レンズピッチを320μmに隔壁ピッチを設定した場合は、目標のレンズ高さh0(μm)にするために、(式1)から求まるV0(pl/ml)以上の体積Vが必要となる(図4にV0計算例を示した)。
  隔壁間に充填された透明樹脂組成物インキを硬化する場合は、紫外線による光硬化が適している。露光方法は公知の方法を利用できる。好ましくは露光機へ搬送する前にインクジェット(IJ)ステージ上で仮露光することが好ましい(図3(2‘))。なぜならば、光硬化前のレンズは液状であるため、搬送時にレンズ間が合体を阻害したり、異物が付着したりする懸念を除外するために適している。このために用いられるライン露光機として、近年UV-LEDランプを使用した小型の高照度露光機が市販されている(例えばオムロン、日亜化学工業)。必要露光量としては1000mJ/cm2以上が好ましいが、透明硬化樹脂組成物インキならび露光機照度/出力波長に依存するので、一般的に露光量の残体積率依存性が少なくなる露光量以上が好ましい。
  その後の熱処理は信頼性の程度によって選択される。例えば、恒温試験時のレンズ性能の安定性を考慮する場合は、試験温度、例えば80℃にて熱処理を行う。
  表面撥インキ性能の付与の程度は、隔壁表面(膜面)とレンズ形成用紫外線硬化樹脂インキとが成す静的接触角θL(図5)が、目標とするレンチキュラレンズと基板との成す角度θ0より大きいことが必要である。好ましくは、
      tan(θL)>1.3xtan(θ0)      式(2)
とする。インクジェットから吐出されて液滴は高速で基板に着弾した後、その運動エネルギーでもって隔壁を乗り越えようとする。その時の液と隔壁表面とのなす接触角は動的前進角であるが、通常静的接触角とほぼ同等の値となることが多い。その後、充填液滴の動きは落ち着き、充填体積に対応した接触角となる。
  以上の製造条件を経ることで好適なレンチキュラレンズシートが製造される。
  本発明によれば、3次元ディスプレイ等に用いられるレンチキュラレンズシートを安価に製造することができ、しかも、従来法のように金型や版を用いなくてもレンチキュラレンズシートが得られることから、異物の混入や金型の傷等に起因して歩留まりを低下させるおそれがなく、また、多品種のレンチキュラレンズシートを得るのに好適である。
図1は、透明支持基板上に形成されたレンチキュラレンズの様子を示す断面模式図である。 図2は、隔壁とレンチキュラレンズとの部分を拡大した断面模式図である。 図3は、レンチキュラレンズシートの製造工程を示す模式図である。 図4は、レンチキュラレンズの形成に必要な体積V0(pl/μm)の計算例を示すグラフである。 図5は、隔壁表面(膜面)とレンズ形成用紫外線硬化樹脂インキとが成す静的接触角θLを示す模式図である。 図6は、実施例で得られたレンズの平面写真である。 図7は、隔壁とレンズを説明する模式図である。
  以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、以下における「部」はいずれも質量部を示す。
(透明隔壁用紫外線硬化樹脂インキ(A1)の調製)
  アルカリ現像製光硬化樹脂V-259ME(新日鐵化学株式会社製、固形分56.5%、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶媒)を205部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物(日本化薬社製:カヤッドDPHA)を50部、ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製 YX4000HK)を25部、イルガキュア907(チバジャパン製)を5部、4,4‘‐N,N-ジエチル-4,4’-ジフェニルEAB-F(保土ヶ谷化学製)を0.8部、シランカップリング剤S-510(チッソ製)を1.9部、フッ素系界面活性剤FC470(DIC製)を0.2部、及び、ジエチレングリコールジメチルエーテルを608部混合し、均一、透明なインキとした。これを0.2μmマイクロフィルターによってろ過し、透明隔壁用紫外線硬化樹脂インキA1を調製した(固形分濃度22wt%)。
(透明隔壁用紫外線硬化樹脂インキ(表面撥インキ性;A2)の調製)
  前記透明隔壁用紫外線硬化樹脂インキA1の100部に対してフッ素化合物溶液オプツール(ダイキン化学工業製、フッ素化合物固形分20%)を5部添加し、透明隔壁用紫外線硬化樹脂インキA2を調製した。
(紫外線硬化樹脂インキ(B1)の調製)
  フェニルエチルメタクリレート末端PDV(ポリジビニルベンゼン)15部(新日鐵化学製)、トリメチロールプロパントリアクリレート5部、2-ヒドロキシエチルアクリレート10部、1,4‐ブタンジオールジアクリレート50部、1,9‐ノナンジオールジアクリレート20部、イルガキュア184(チバスペシャリティ製)7部、アデカスタブAO-60(アデカ製)0.05部、及び界面活性剤BYK378(ビッグケミー社製)10%ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート溶液1.1部を混合し、均一溶液とし、0.2μmマイクロフィルターによってろ過し、紫外線硬化樹脂インキ透明樹脂組成物インキB1を調製した。粘度19.9mPa・sec、表面張力25.1mN/m、密度1055kg/m3であった。
[実施例1]
(表面撥インキ性透明隔壁(I-A2-1)の作成)
  6インチ角の無アルカリガラス(厚み0.7mm)基板上に透明隔壁用紫外線硬化樹脂インキ(A1)を均一に塗布し、80℃ホットプレート上で1分間乾燥した。フォトマスク-1を介して、一括紫外線露光機(照度;I線基準30mW/cm2)で300mJ露光し、0.05%KOH水溶液(23℃)で1kg/cm2Gスプレー圧で60秒現像を行って未露光部分を除去し、純水で洗浄した。さらに230℃にて30分間オーブン内で加熱し、膜厚2μmの透明隔壁基板(I-A2-1)を作成した。
  フォトマスク-1は、露光部が20μm幅30mm長さのラインパターンを320μmピッチで形成するものである。得られた基板I-A2-1上の20μmライン(隔壁)の形状は台形(図2)であり、サーフコム(東京精機製)で測定したサイズを表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 
  一方、得られた隔壁の表面の濡れ性をインキB1で測定したところ、接触角46°であった。接触角の測定条件について、フォトマスク-1周辺部には、5mm幅×30mm長さの露光部分を残すパターンを形成してある。したがって、隔壁形成と同時に接触角測定領域を同一基板上に作成した。データフィジックス製OCH200を用いて、インキB1を0.5μlを接触角測定領域に滴下、1秒後の接触角を測定(測定温度23℃)し、これを隔壁表面の静的接触角とした(図5)。
[レンチキュラレンズの作製]
  コニカミノルタ製インクジェットヘッド(KM512SH、4pl仕様)を用い、駆動周波数4.8kHz、印加電圧17.84Vにて、紫外線硬化樹脂インキ(B1)の10分間連続吐出試験を行った。ノズル詰まりは全く無く良好な吐出特性を示した。
  続いて基板I-2A-1を用いて、高さ28μmのレンチキュラレンズを備えたレンチキュラレンズシートを作製することとした。この時、式(1)から算出した紫外線硬化樹脂インキ(B1)の最低必要充填量V0は6.0pl/μmとなる。隔壁間にKM512SHの3ノズルから充填可能なようにヘッドならびにステージを設定し、ステージ速度125mm/秒、打点ピッチ18.5μmで2本の隔壁間に11回繰り返し描画を行った(V=7.14pl/μmを充填)。描画直後の充填インキの状態を光学顕微鏡で、また形状を光学干渉式表面形状測定器WYCO NT 1100(日本ビーコ社製)を用いて測定した。インキは隔壁を越えることなく均一に充填されており、良好な直線形状を示し、また、表面形状もなめらかな球面を示していた(図6a)。また、基板上部より投影して測定した充填インキの幅は289.2μm、高さは32.9μmであった(表2)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 
  引き続きインクジェットステージ上でUV-LEDインライン露光機(照度4900mW/cm2、1mm/秒で走行)でもって4900mJ/cm2露光し、更に一括露光機(照度50mJ/cm2)でもって1000mJ露光を行った。更に80℃にて熱処理を3分行い、レンチキュラレンズとした。これらの工程における寸法を表2に、熱処理前後の光学顕微鏡写真を図6bに示した。熱処理後も表面形状もなめらかな球面を示していた。また、基板上部より投影して測定したところ、レンズピッチwoは隔壁によって320μmで保たれており、充填されたレンズ幅は298.2μm、高さは28.9μmであった(表2)。
[実施例2]
  フォトマスク-2は、露光部が30μm幅30mm長さのラインパターンを320μmピッチで形成するものであり、これを用いて透明隔壁(I-2A-2)を形成した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1、2に示した。熱処理後も隔壁との接触線の直線性は良好で、また表面形状はなだらかな球面状を示していた(図6)。また、基板上部より投影して測定したところ、レンズピッチwoは隔壁によって320μmで保たれており、充填されたレンズ幅は292.3μm、高さは28.4μmであった(表2)。
[実施例3]
  フォトマスク-3は、露光部が40μm幅30mm長さのラインパターンを320μmピッチで形成するものであり、これを用いて透明隔壁(I-2A-3)を形成し、紫外線硬化樹脂インキA1をインクジェットで11回重ね描画を行った以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1、2に示した。熱処理後も隔壁との接触線の直線性は良好で、また表面形状はなだらかな球面状を示していた(図6)。また、基板上部より投影して測定したところ、レンズピッチwoは隔壁によって320μmで保たれており、充填されたレンズ幅は280.5μm、高さは27.8μmであった
[実施例4~6]
  実施例1での最終熱処理温度80℃における処理時間を3分、15分もしくは30分とした以外は実施例1と同様に行った。その結果、熱処理時間を延長しても残膜率、形状の変化はみられなかった(表3)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 
[実施例7~10]
  実施例1において露光条件を変えた以外は同様に実験を行った。その結果、いずれも熱処理後も隔壁との接触線の直線性は良好で、また表面形状はなだらかな球面状を示していた(表4)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 
[実施例11~15]
  実施例1、6~9において最終熱処理温度を140℃30分としたほかは同様に行った(実施例11が実施例1の変形例に対応。以下同様に、実施例12が実施例6に対応し、実施例13が実施例7に対応し、実施例14が実施例8に対応し、実施例15が実施例9に対応する。)。その結果、いずれも熱処理後も隔壁との接触線の直線性は良好で、また表面形状はなだらかな球面状を示していた(表5)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 
[実施例16]
  透明隔壁の形成にインキA1を用い、その他は実施例1と同様にして20μm幅の透明隔壁を形成した。続いて、大気圧プラズマ装置を用いて、酸素/アルゴン気流下で処理し、引き続きフッ素ガスプラズマ処理を行い、ブチルカルビトールアセテートで接触角50°となる表面撥インキ性透明隔壁基板(I-A1-1)を作成した。
  この基板を用いて、実施例1と同様にしてレンチキュラレンズを作成した。レンズの幅ならびに高さは実施例1と殆ど変わりなく、熱処理後も隔壁との接触線の直線性は良好で、また表面形状はなだらかな球面状を示していた。
[実施例17~19及び比較例1]
  表6に示すように大気圧フッ素プラズマ条件を変えて、接触角の異なる隔壁付基板を作成した。目標のレンズサイズに対してB1インキを充填し、引き続きインクジェットステージ上でUV‐LEDインライン露光機(照度4900mW/cm2、1mm/秒で走行)でもって4900mJ/cm2露光し、更に一括露光機(照度50mJ/cm2)でもって1000mJ露光を行った。更に80℃にて熱処理を3分行い、レンチキュラレンズとした。実施例に示すように目標の高さが得られるとともに、熱処理後も隔壁との接触線の直線性は良好で、また表面形状はなだらかな球面状を示していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 
  一方、比較例1においては、フッ素プラズマ処理を施していない透明隔壁基板を用いてレンズ形成を試みたが、隔壁上辺部分に紫外線硬化樹脂インキが重なり、更には隔壁部分を越えてあふれ出す現象が見られた。
[比較例2]
  目標レンズピッチ(w0)を135μmとし、40μm幅隔壁を形成するようにネガフォトマスクを用いて実施例3と同様にして表面撥インキ性の透明隔壁基板を作成した。この時の隔壁サイズは、A=35.5μm、B=41.0μm、C=1.4μmであった。この隔壁基板に紫外線硬化樹脂B1を充填し、露光4900mJ、アニール80℃30分を行い、高さ4.82μmのレンチキュラレンズシートを作成した。
  実施例19ならびに比較例2で得られたレンチキュラレンズシートを6インチ液晶パネル上に張り合わせ、比較しながら3次元映像を表示することを行った。前者でははっきりとした3次元画像認識が見られたが、後者では3次元画像がはっきりとしていなかった。
[比較例3]
  目標レンズピッチ(w0)を135μmとし、20μm幅、3μm膜厚の隔壁を形成するようにネガフォトマスクを用いて実施例1と同様にして表面撥インキ性の透明隔壁基板を作成した。得られた隔壁サイズは、A=17.5μm、B=23.0μm、C=3.0μmであった。この隔壁基板に紫外線硬化樹脂B1を充填し、露光4900mJ、アニール80℃30分を行い、高さ4.82μmのレンチキュラレンズシートを作成した。
  実施例19ならびに比較例2で得られたレンチキュラレンズシートを6インチ液晶パネル上に張り合わせ、比較しながら3次元映像を表示することを行った。前者でははっきりとした3次元画像認識が見られたが、後者では画面表面上に光学ムラが観測された。
1:支持基板
2:レンチキュラレンズ
3:隔壁

Claims (7)

  1.   支持基板上に複数のレンチキュラレンズを有し、隣接するレンチキュラレンズの間に隔壁を備えたレンチキュラレンズシートであって、隔壁で区切られた領域にインクジェット方式で透明樹脂組成物インキを供給し、引き続き紫外線で前記透明樹脂組成物インキを硬化して得られたことを特徴とするレンチキュラレンズシート。
  2.   複数のレンチキュラレンズに対して直交する方向に切った隔壁の断面が、支持基板に対して90°以下のテーパ角を有し、また、隔壁断面の上底A、下底B及び高さCが、下記条件を満たす請求項1記載のレンチキュラレンズシート。
          A≦B      ・・・(i)
          A≦w0/8  ・・・(ii)
          C<h0/3  ・・・(iii)
    (但し、w0はレンチキュラレンズのピッチを表し、h0は高さを表す。)
  3.   レンチキュラレンズを形成する透明樹脂組成物インキが、紫外線硬化成分を90重量%以上含有する紫外線硬化樹脂組成物インキであって、且つ、80℃~140℃熱処理後における残体積率が70体積%以上である請求項1記載のレンチキュラレンズシート。
  4.   請求項1~3のいずれかに記載のレンチキュラレンズシートを製造する方法であって、目的とするレンチキュラレンズのピッチw0及び高さh0と、支持基板に対するレンチキュラレンズのなす角θ0とに対して、
    (1)先ず、表面が撥インキ性能を有する隔壁を、目的とするレンチキュラレンズピッチw0と同じピッチで形成し、
    (2)インクジェット方式により上記隔壁で区切られた領域に対して、紫外線によって硬化する透明樹脂組成物インキを、レンチキュラレンズの形成に必要な体積V0(pl/μm)を越える量V(pl/μm)もしくは目的とする高さh0超える高さhで塗工する工程と(ただしV0は以下の目的とするレンチキュラレンズの体積より算出する。ここで、rはレンズ断面の曲率半径を示す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
    (3)紫外線により前記透明樹脂組成物を硬化し、
    (4)さらに80~140℃の熱処理を施すことで目標高さh0にする工程、
    を含むことを特徴とするレンチキュラレンズシートの製造方法。
  5.   レンチキュラレンズを形成する透明樹脂組成物インキが隔壁の表面に対してなす静的接触角θLが、(式1)で表されるθ0を超えることを特徴とする請求項4記載のレンチキュラレンズシートの製造方法。
  6.   請求項1~3のいずれかに記載のレンチキュラレンズシートを用いた光学素子。
  7.   請求項1~3のいずれかに記載のレンチキュラシートを用いた立体表示ディスプレイ。
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