JPH07333406A - 光学シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示部のバックライト等として、輝度が
高く、かつ均一で、視野角の制限の少ない照明が可能
な、また必要により薄型化が可能な光学シートの提供。 【構成】 径または幅、高さおよびピッチがいずれも
０．１〜１００μｍのマイクロレンズアレイまたはバー
状レンズアレイからなることを特徴とする光学シート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集光性のある光学シー
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピューターの液晶表示部
を背面から照らすバックライトは、表示部が薄型化され
るに伴い、それ迄の直下型に代ってサイドライト（エッ
ジライトともいう）型が多く使われるようになった。サ
イドライト型バックライトにおいては、側面にあるラン
プの光を導光板で液晶表示部全面に導き、裏面の反射板
の作用も加えて液晶側を照らすものである。光源の光を
より有効に利用するため、種々の工夫と改良が行われて
いる。例えば、導光板としてアクリル樹脂製の板の裏面
に白色顔料が入ったインクを用いて点を全面に印刷した
ものや、Ｖ字形状の平行溝を施したもの等が使用されて
いる。

【０００３】また、ランプの消費電力を増加させずに更
にバックライトを明るくするために集光シートが用いら
れている。従来の集光シートにはポリカーボネートなど
のプラスチックのシートの前面に頂角９０〜１００度の
プリズムをアレイにしたものが知られている。これはシ
ートの平面側から入った光をシートから出すときプリズ
ムによって狭い範囲の角度に集めるので輝度を増すが、
視野角が狭い不便がある。

【０００４】一方、大型計算機や通信機器における大容
量情報伝送手段としての光並列伝送や、カメラ一体型ビ
デオテープレコーダの電子の目としての小型ＣＣＤには
画素ピッチに対応したマイクロレンズアレイが用いられ
ている。

【０００５】マイクロレンズアレイの製造法としては、
光学ガラス基板の表面にレジストパターンを形成した後
にエッチングして円柱形の突部の配列を作成し、レジス
ト層を除去して加熱して凸部を球面状に変形させる方法
（特開昭５８−１８５４４５号、特開平５−１６４９０
４号）、半導体材料に対してフォトレジストパターンを
施してＡｒ⁺イオンエッチングしてレンズアレイを形成
する方法（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔ
ｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１３１，ｐ
ｐ．２３７３〜２３８０，１９８４）、等が知られてい
る。

【０００６】しかし、これら従来の製法によるマイクロ
レンズアレイは、無機材料であるので可撓性や軽量化に
難があり、また生産性が低いという問題がある。

【０００７】一方、レーザ等のスポットを形成させるた
めに用いられる多数の角部をもった凹凸を同心円状に設
けた１個の直径０．４ｍｍといったマイクロフレネルレ
ンズの製法としてガラス、プラスチックス、金属板など
の基板の平滑表面にレジストを塗布し、これに同心円状
のパターンをあてて露光、現像し、同心円状の凸部と凹
部を形成後、この表面にスパッタリング、蒸着などの方
法で導電層を形成し、これを電極としてニッケルを電鋳
し、その後、ニッケル層を剥離し、これをスタンパーと
して、合成樹脂製のマイクロフレネルレンズを製造する
方法が特開昭６０−１０３３０８号公報に開示されてい
る。

【０００８】しかしながら、この方法はあくまでも図６
に占めすように、多数の角部をもった凹凸を同心円状に
設けた１個のマイクロフレネルレンズを製造することを
目的とするものであり、シート面全域における輝度の向
上を達成するのに必要な凸レンズの、しかもその集合体
よりなる光学シートを製造するものではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液晶
表示部のバックライト等として、輝度が高く、かつ均一
で、視野角の制限の少ない照明が可能な、また必要によ
り薄型化が可能な光学シートを提供する点にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、径、高
さおよびピッチがいずれも０．１〜１００μｍのマイク
ロレンズアレイからなることを特徴とする光学シートに
関する。前記光学シートは、径をａμｍ、高さをｃμ
ｍ、ピッチをｄμｍとしたとき、

【数３】ｄ／２≦ａ≦ｄ ………（１） ｃ≧ａ／４ ………（２） の関係を満足するものであることが好ましい。

【００１１】本発明の第二は、幅、高さおよびピッチが
いずれも０．１〜１００μｍのバー状（かまぼこ状）レ
ンズアレイからなることを特徴とする光学シートに関す
る。前記光学シートは、幅ｂμｍ、高さｃμｍ、ピッチ
ｄμｍとしたとき、

【数４】ｄ／２≦ｂ≦ｄ ………（３） ｃ≧ｂ／４ ………（４） の関係を満足するものであることが好ましい。

【００１２】前記微細レンズ集合体は、例えば基体上に
加熱流動性フォトレジスト材料により形成された径また
は幅、高さおよびピッチのいずれもが０．１〜１００μ
ｍ、好ましくは０．１〜５０μｍ、更に好ましくは０．
１〜２０μｍの斑点または縞模様の立体パターン（レジ
スト層）を加熱流動化することにより曲面化し、この表
面に、導電性金属を被覆し、更にこの上に電鋳により金
属層を形成した後レジスト層と導電性金属層との界面か
ら分離して得られた金属製の光学シート製造用スタンパ
ーを用いて成形することにより製造することができる。
なお、ここでいうシートは板状のものも含む。フォトレ
ジスト材料は加熱流動化するものであれば、どれでも使
用可能であるが、１００〜２００℃で溶融して流動化す
るものが好ましい。

【００１３】レンズの径または幅およびピッチを１００
μｍ以下にすることによりシートに入射した光がシート
から出射する際の強度をシート面全域において均一にす
ることができ、液晶用バックライト等において輝度の均
一な照明が可能になる。

【００１４】また、本発明のシートを標示板等に貼りつ
けて用いる場合は、レンズの径または幅およびピッチを
１００μｍ以下にすることにより肌目の細かい、解像性
の高い、映像を得ることができ、また、目障りなレンズ
自体を視認できなくすることができる。

【００１５】更に、ピッチをより小さくすることによ
り、液晶セルその他の光学ディスプレイや印刷ポスター
等の同期性画素を有する表示装置・表示物との組合わせ
において予想されるモアレの発生を抑えることができ
る。

【００１６】スタンパーの製造を図１を参照して説明す
る。図１における（ａ）〜（ｉ）により、スタンパーの
製造工程例が示される。

【００１７】（ａ）基体１、たとえばシリコンウエハま
たはガラス板のようにフォトレジスト形成用溶液を塗布
するためのベースの断面図である。

【００１８】（ｂ）シリコン単結晶板やガラス板のよう
な基体１上にネガ型またはポジ型のフォトレジスト形成
用溶液を斑点状または縞状に塗布してフォトレジスト形
成用層２を形成した（レジスト塗布工程）。

【００１９】（ｃ）ガラス板４の上にクロム膜などの遮
光層３を有するフォトマスク５を、前記（ｂ）のレジス
ト形成用層２の上に置き、矢印のように紫外線あるいは
電子線などの活性光線を照射する（露光工程）。前記遮
光層は、最終的に得られる微細レンズ集合体において、
径（図２のａで示す）または幅（図４のｂで示す）、高
さ（図３のｃで示す）およびピッチ（図４のｄで示す）
のいずれもが０．１〜１００μｍ、好ましくは０．１〜
５０μｍ、更に好ましくは０．１〜２０μｍのものにな
るような斑点（形状は、正方形、長方形、円形、楕円形
など任意）または縞状のパターンとする。

【００２０】（ｄ）前記フォトレジスト形成用材料とし
てポジ型のものを使用したので、光の当った個所を現像
により溶出した。光が当らなかった部分はそのまま残
り、レジスト層２′となった（現像、リンス工程）。レ
ジスト層の厚みは０．１〜１００μｍが好ましい。な
お、ネガ型のものを用いれば、光が当った部分が残存す
る。現像液は、使用するレジスト材料によって選択され
る。

【００２１】（ｅ）レジスト層２′が熱流動する温度に
加熱すると、レジスト層２′が流動し、その表面張力に
よりレジスト層２′は図に示すように凸状または山脈状
に凸出し、上に凸のレンズの形状群（マイクロレンズア
レイの形状に対応）または断面が上に凸の曲線を有する
立体縞（バー状レンズアレイの形状に対応）のパターン
が形成される（加熱凸状化工程）。加熱の温度は、レジ
スト層の形成材料に依存するが、通常１００〜２００℃
である。

【００２２】（ｆ）冷却後、前記マイクロレンズアレイ
相当の形状２′またはバー状レンズアレイ相当の形状
２′の表面を銀、ニッケル等の導電性金属を蒸着、スパ
ッタリング等の成膜法により被覆し、導電性金属層６を
形成する（成膜工程）。導電性金属層６の厚さは通常
０．０１〜１μｍである。

【００２３】（ｇ）前記導電性金属層６の上に、電鋳に
より、ニッケル、銅などの金属層７を形成する（電鋳工
程）。金属層の厚さは通常０．０１〜５０ｍｍである
が、これに限定されるものではない。

【００２４】（ｈ）レジスト層２′をもつ基体１と、導
電性金属層６／電鋳金属層７よりなる積層体とを剥離す
る（剥離工程）。剥離手段に制限はなく、手でも剥離す
ることができる。

【００２５】（ｉ）ついで、導電性金属層６は、通常、
酸洗い等により除去する（導電性金属層の除去工程）。
この工程はすべての場合に必要なものではないが、導電
性金属としてＡｇを使用した場合は、スタンパーとして
用いる際汚れが転写する可能性があるので、除去するこ
とが好ましい。

【００２６】本発明に用いる微細レンズ集合体は、前記
スタンパーの凹凸模様を合成樹脂層に転写することによ
り製造することができるが、具体的な好ましい方法とし
てはつぎの三つの方法がある。

【００２７】その第一は、透明性の熱可塑性樹脂、好ま
しくはポリカーボネート、メチルフタレート単重合体ま
たは共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチ
レンおよび熱可塑性ノルボルネン樹脂からなる群から選
択された樹脂よりなる厚さ０．０１〜５ｍｍの樹脂シー
トに、前記スタンパーを用いて熱プレス法により該スタ
ンパーの凹凸を樹脂シートに転写する製造方法である。

【００２８】その第二は、透明性の熱可塑性樹脂、好ま
しくはポリカーボネート、メチルフタレート単重合体ま
たは共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチ
レンおよび熱可塑性ノルボルネン樹脂からなる群から選
択された樹脂の組成物を、前記スタンパーを底面とする
金型に射出成形する製造方法である。

【００２９】その第三は、前記スタンパーを底面とする
金型に単量体またはオリゴマーよりなる樹脂形成材料お
よび光重合開始剤を注入した後、これを紫外線などの光
を照射することにより重合する製造方法である。

【００３０】前記の樹脂成形用単量体又はオリゴマーと
しては、メチルメタクリレート；エチレングリコール、
１，３−プロパンジオール、トリメチロールプロパン等
のポリオール類とアクリル酸又はメタクリル酸とのエス
テルである多官能（メタ）アクリレート誘導体等の単量
体；メタクリレートオリゴマー、アクリレートオリゴマ
ー、前記多官能誘導体のオリゴマーなどのオリゴマーを
例示することができる。とりわけ、メチルメタクリレー
トに多官能（メタ）アクリレート誘導体および必要に応
じてさらにこれら単量体のオリゴマーを加えたものを使
用することがのぞましい。また光重合開始剤としては過
酸化ベンゾイル、ベンゾイン、ベンゾインエーテル等が
用いられる。

【００３１】液晶用照明装置における集光シートとして
本発明の光学シートを利用する場合の態様としては、例
えば図５〜７に示すように液晶のバックライトの一構成
要素として使用することができるが、照明装置の構成に
は格別の制限はない。図５では拡散シート１１の下に集
光シート１２を置いた形で使用しているが、拡散シート
の上に集光シートを置く形でも使用できる（例えば図
６、図７参照）。勿論、集光シートは複数枚使用するこ
ともできる。

【００３２】マイクロレンズアレイの形状としては、集
光シートにおける素レンズの占有面積率を高めるという
観点からは四角柱（正方形または矩形柱）を溶融して得
たものが好ましい。また、バー状レンズアレイの場合
は、複数枚を縦横交差して積層することにより、集光の
方向を調整することができる。

【００３３】本発明の光学シートに反射光を利用する場
合は、警告用表示板などの表面に貼り付れば、入射光を
種々の角度に反射するので、人の注意を充分引きつける
ことができる。

【００３４】本発明の実施態様を示せば、つぎのとおり
である。 （１） 径、高さおよびピッチがいずれも０．１〜１０
０μｍのマイクロレンズアレイ集合体シートからなるこ
とを特徴とする光学シート。 （２） 径、高さおよびピッチがいずれも０．１〜５０
μｍである前項（１）記載の光学シート。 （３） 径、高さおよびピッチがいずれも０．１〜２０
μｍである前項（１）記載の光学シート。 （４） 透明性の熱可塑性樹脂からなる前項（１）、
（２）または（３）記載の光学シート。 （５） 光重合性樹脂からなる前項（１）、（２）また
は（３）記載の光学シート。 （６） 径をａμｍ、高さをｃμｍ、ピッチをｄμｍと
したとき、

【数５】ｄ／２≦ａ≦ｄ ………（１） ｃ≧ａ／４ ………（２） の関係を満足するものである前項（１）、（２）、
（３）、（４）または（５）記載の光学シート。 （７） 幅、高さおよびピッチがいずれも０．１〜１０
０μｍのバー状レンズアレイシートからなることを特徴
とする光学シート。 （８） 幅、高さおよびピッチがいずれも０．１〜５０
μｍである前項（７）記載の光学シート。 （９） 幅、高さおよびピッチがいずれも０．１〜２０
μｍである前項（７）記載の光学シート。 （10） 透明性の熱可塑性樹脂からなる前項（７）、
（８）または（９）記載の光学シート。 （11） 光重合性樹脂からなる前項（７）、（８）また
は（９）記載の光学シート。 （12） 幅ｂμｍ、高さｃμｍ、ピッチｄμｍとしたと
き、

【数６】ｄ／２≦ｂ≦ｄ ………（３） ｃ≧ｂ／４ ………（４） の関係を満足するものである前項（７）、（８）、
（９）、（１０）または（１１）記載の光学シート。 （13） 前項（１）、（２）、（３）、（４）、
（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、
（１１）または（１２）記載の光学シートよりなる集光
シート。

【００３５】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れにより限定されるものではない。

【００３６】実施例１ １−１ マスターの作製 ４インチ径のシリコンウエハー上に、ノボラック系ポジ
型フォトレジスト（日本ゼオン株式会社製ＺＰＰ３２０
０）をスピン塗布し、ホットプレート上にて１００℃で
９０秒間乾燥して、膜厚２．３μｍのフォトレジスト層
を設けた。次いで、フォトレジスト層に所定のパターン
を有するフォトマスクを密着し、紫外線焼き付け装置
（キャノン株式会社製ＰＬＡ５０１Ｆ、２５０Ｗ超高圧
水銀灯付き）にて約７秒間紫外線を照射した。この後、
２．３８重量％のテトラメチルアンモニウムハイドロキ
サイド水溶液にて９０秒間現像し、次いで純水にてリン
スを行った。得られたパターンは、縦横各４μｍ、高さ
２．３μｍの寸法を有する略四角柱が、縦横両方向各
０．５μｍのスペースを介して配列されたものであっ
た。次に、上記レジストパターンを有するシリコンウエ
ハーをホットプレート上で１８０℃で１０分間加熱し、
所望の曲面を有するレンズ状のパターンを得た。

【００３７】１−２ スタンパーの作製 実施例１−１で作製したマスター上に、蒸着により厚さ
２０００Åの銀の層を設けた後、スルファミン酸ニッケ
ルを主成分とする電解液中で厚さ１ｍｍのニッケルを電
着した。次いで、ニッケル層をレジスト層より分離した
後、表面の銀をクロム酸水溶液で除去して、所望のパタ
ーンを有するスタンパーを得た。

【００３８】１−３ 光学シートの製造 得られたスタンパーを金型表面に用い、射出成形法によ
り厚さ１ｍｍのポリカーボネート製マイクロレンズアレ
イのシートを作成した。

【００３９】１−４ 光学シートの利用 管径１５ｍｍの１５ワットの蛍光灯２本を１２ｍｍの空
間をおいて平行に並べた照明装置の前面にアクリル樹脂
製の導光板を配置し、更にこの前面に乳白色のアクリル
樹脂製拡散板を置き、その前面に実施例１−３で得られ
たマイクロレンズアレイのシートを置いた。このシート
の垂直上方３５ｃｍの位置１５点における輝度を測定し
た結果、マイクロレンズアレイのシートを置かない場合
に比して平均１８．０％の輝度の向上がみられた。ま
た、輝度のばらつき（相対標準偏差）は４％と小さかっ
た。

【００４０】実施例２ ２−１ マスターの作製 ４インチ径のシリコンウエハー上に、環化ポリイソプレ
ン系ネガ型レジスト（日本ゼオン株式会社製ＺＰＮ１０
３）をスピン塗布し、ホットプレート上にて９０℃で９
０秒間乾燥して、膜厚２．５μｍのフォトレジスト層を
設けた。次いで、フォトレジスト層に所定のパターンを
有するフォトマスクを密着し、実施例１−１で使用した
紫外線焼き付け装置（光学フィルターＵＣ−２０付き）
にて約６秒間紫外線を照射した。この後、ノルマルヘプ
タン／酢酸ノルマルブチル混合液（５０／５０容量％）
にて１分間現像し、次いで酢酸ノルマルブチルにてリン
スを行った。得られたパターンは、上方よりみて縦横各
６μｍの略正方形が、縦横両方向各１．５μｍのスペー
スを介して配列されたものであった。次に、上記レジス
トパターンを有するシリコンウエハーをホットプレート
上で１６０℃で２分間加熱し、所望の曲面を有するレン
ズ状のパターンを得た。

【００４１】２−２ スタンパーの作製 実施例２−１で作製したマスターを用いて、実施例１−
２と同様にして所望のパターンを有するスタンパーを得
た。

【００４２】２−３ 光学シートの製造 スタンパーと、厚さ０．２５ｍｍのポリカーボネートの
シートの間に、下記組成の混合物を注入し、次いでポリ
カーボネートのシートを通して紫外線を照射して重合反
応を行った。ポリカーボネートのシートと合体して硬化
した樹脂をスタンパーから剥離してマイクロレンズアレ
イのシートを得た。 メチルメタクリレート ８１重量部 １，６−ヘキサンジオールジアクリレート １７重量部 ベンゾインブチルエーテル ２重量部

【００４３】２−４ 光学シートの利用 実施例１−４と同様に、ただしマイクロレンズアレイの
シートとして２−３で得られたシートを用いて上方３５
ｃｍの１５点における輝度を測定した結果、マイクロレ
ンズアレイのシートを置かない場合に比して平均１１．
４％の輝度の向上がみられた。また、輝度のばらつき
（相対標準偏差）は６％と小さかった。

【００４４】比較例１ 機械加工により作成した凹状の径２ｍｍの半球をピッチ
４ｍｍで縦横に配したスタンパーを用いた金型により、
実施例２−３と同様にしてポリカーボネートのシートに
凸状のレンズアレイを形成した。このシートを用いて実
施例１−４と同様にして輝度を測定した結果、レンズア
レイのシートを置かない場合に比して平均６％の輝度の
向上が見られた。輝度のばらつき（相対標準偏差）は１
７％と大きかった。また、レンズの形状がはっきりと視
認された。

【００４５】

【発明の効果】 １） 本発明は、レジスト層の加熱により流動化してレ
ジストの表面張力により発生する曲面を利用し、簡単に
微細、かつ均一な曲面を形成するので、径または幅、高
さおよびピッチを１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ
以下、更に好ましくは２０μｍとすることが可能とな
り、これにより従来の集光シートより一層輝度の面内均
一性を高めることができた。 ２） 本発明の光学シートを反射光に対して使用すれ
ば、レンズ集合体の精度が高いので面全体の反射の均一
性に優れたものとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスタンパー製造工程（ａ）〜（ｉ）の
概念図を示す。

【図２】本発明に用いる光学シートの１例であるマイク
ロレンズアレイの部分平面図である。

【図３】図２の断面図である。

【図４】本発明に用いる光学シートの１例であるバー状
マイクロレンズアレイの部分的斜視図である。

【図５】本発明の液晶用照明装置の１構成例を示す断面
図である。

【図６】マイクロフレネルレンズの構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 基体 ２ フォトレジスト形成用層 ２′ レジスト層 ３ 遮光層 ４ ガラス板 ５ フォトマスク ６ 導電性金属層 ７ 金属層 １１ 拡散シート １２ 集光シート １３ 導光板 １４ 反射板 １５ 蛍光灯又は冷隠極管 １６ 反射板 １７ フレーム ａ 直径 ｂ 幅 ｃ 高さ ｄ ピッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 径、高さおよびピッチがいずれも０．１
   〜１００μｍのマイクロレンズアレイからなることを特
   徴とする光学シート。
2. 【請求項２】 径をａμｍ、高さをｃμｍ、ピッチをｄ
   μｍとしたとき、 【数１】ｄ／２≦ａ≦ｄ ………（１） ｃ≧ａ／４ ………（２） の関係を満足するものである請求項１記載の光学シー
   ト。
3. 【請求項３】 幅、高さおよびピッチがいずれも０．１
   〜１００μｍのバー状レンズアレイからなることを特徴
   とする光学シート。
4. 【請求項４】 幅ｂμｍ、高さｃμｍ、ピッチｄμｍと
   したとき、 【数２】ｄ／２≦ｂ≦ｄ ………（３） ｃ≧ｂ／４ ………（４） の関係を満足するものである請求項３記載の光学シー
   ト。