JP6515759B2 - 表面微細凹凸体および表面微細凹凸体の製造方法 - Google Patents
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Description
上記の理由により、スキャナー光源に配光制御シートを使用する場合、LEDの配列方向は広配光分布が必要であり、また、LEDの配列方向と直交する方向にもある程度の配光分布が必要となる。このような場合でも、等方性の配光分布を有するシートでは、不要な方向に光を広げすぎることによる正面照度の低下につながるため望ましくない。
そこで本発明者等は等方性の配光分布ではなく、楕円状の配光制御シートを適用することを試行した。
[1]表面の少なくとも一部に微細凹凸が形成された表面微細凹凸体であって、前記微細凹凸は、互いに非平行に蛇行する複数の凸条部と、前記複数の凸条部間の凹条部を有する波状の凹凸パターンを有し、前記波状の凹凸パターン上に形成された複数の凹部または凸部を有し、前記複数の凹部または凸部の少なくとも一部は島状の集合領域に存在する表面微細凹凸体。
[2]前記複数の凸条の稜線の平均長さが10〜100μmである[1]に記載の表面微細凹凸体。
[3]前記波状の凹凸パターンの中に、配列方向が広配向分布方向からのずれが大きい、他の凸条部より平行性が乱れた凸条部が存在する[1]または[2]に記載の表面微細凹凸体。
[4]前記表面微細凹凸体は、前記微細凹凸が形成された面を通過する光を最も広く配光分布する方向YのFWHM(FWHMY)と、前記方向Yに対して直交する方向XのFWHM(FWHMX)と、の関係が、下記の式(1)を満たし、FWHMXが4°以上であって、前記微細凹凸の表面画像のフーリエ変換像を、前記Y方向と前記フーリエ変換像の水平方向が一致するようにして回転させたときに、前記回転後のフーリエ変換像の中心から左右方向に伸びる白色部の形状が、頻度のピークを示す垂直方向の位置が、水平方向のゼロ点からの距離に応じて変わり、その距離がある程度の大きさを超えると、垂直方向のゼロ点からの距離が大きくなり、ゼロ点に対する左右の形状は180°回転させると一致する刀形状となることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の表面微細凹凸体。
FWHMY/FWHMX≧1.2・・・(1)
[5]前記微細凹凸における前記凹部または前記凸部の占有面積割合が、30〜70%である[1]〜[4]のいずれかに記載の表面微細凹凸体。
[6]前記複数の凸条部の最頻ピッチが3〜20μmであり、前記凹部または凸部の見かけの最頻径が1〜10μmである[1]〜[5]のいずれかに記載の表面微細凹凸体。
[7]前記凸条部の平均高さが4〜7μmである[1]〜[6]のいずれかに記載の表面微細凹凸体。
[8][1]〜[7]のいずれかに記載の表面微細凹凸体を製造する表面微細凹凸体の製造方法であって、
基材フィルムの少なくとも片面に、マトリクス樹脂、及び前記マトリクス樹脂中に分散した粒子を含有する硬質層を設けて積層シートを形成する積層工程と、
前記積層シートの少なくとも前記硬質層を折り畳むように変形させて、前記積層シートの少なくとも片面に表面微細凹凸を形成する変形工程と、を有する表面微細凹凸体の製造方法。
[9]前記基材フィルムが、加熱により収縮する性質を有し、前記変形工程は、前記積層シートを加熱して、前記基材フィルムを収縮させることによって、前記硬質層を折り畳むように変形させる工程である[8]に記載の表面微細凹凸体の製造方法。
[10]前記マトリクス樹脂のガラス転移温度が、前記基材フィルムを構成する主成分のガラス転移温度よりも10℃以上高く、
前記粒子は、前記基材フィルムを構成する主成分のガラス転移温度より10℃高い温度未満の温度では、熱により粒子形状が変化しない材料を主成分とする[9]に記載の表面微細凹凸体の製造方法。
[11]前記粒子の粒径は、前記積層工程における前記硬質層の厚みよりも大きい、[8]〜[10]に記載の表面微細凹凸体の製造方法。
[12][1]〜[7]のいずれかに記載の表面微細凹凸体を製造する表面微細凹凸体の製造方法であって、
基材フィルムの少なくとも片面に、マトリクス樹脂、及び前記マトリクス樹脂中に分散した粒子を含有する硬質層を設けて積層シートを形成する積層工程と、
前記積層シートの少なくとも前記硬質層を折り畳むように変形させて、前記積層シートの少なくとも片面に表面微細凹凸を形成する変形工程と、
前記変形工程で得られた表面微細凹凸の少なくとも一部を原版として用いて、
表面微細凹凸を転写する転写工程を有する表面微細凹凸体の製造方法。
<表面微細凹凸体>
図1は、本発明の表面微細凹凸体の一実施形態例である配光制御シート(配光制御体)の片面の光学顕微鏡写真(平面視;縦0.8mm×横1mmの視野部分を示す)であり、図2は、実施例1の配光制御シートの微細凹凸をレーザー顕微鏡(キーエンス社製「VK−8510」)で観察したレーザー顕微鏡写真である。なお、図1と図2とでは、倍率が異なる。
凸条の稜線の平均長さが上記範囲内であると、後述するように、凸条の平行性が適度に弱められるため配光の制御が容易になる。
方向YのFWnthM(Full Width at nth Maximum、以下、FWnthMYとも言う。)とFWHMYとの関係は、FWnthMY≦FWHMY×(n×0.027+1.133)+(n×2.167+3.333)であり、好ましくはFWnthMY≦FWHMY×(n×0.027+1.133)+(n×2+2)、より好ましくはFWnthMY≦FWHMY×(n×0.027+1.133)+(n×2))を示す(ただし4≦n≦10)。FWHMYの上限値は、特に制限はないが、例えば30°である。
また、FWHMY/FWHMX≧1.2であり、好ましくは、FWHMY/FWHMX≦5である。
FWHMXの上限値は、特に制限はないが、例えば20°である。
凸部14の見かけの最頻径が上記範囲内であると、波状の凹凸パターン13の異方性を適度に弱めることができ、方向Yおよび方向Xの両方のFWHMを上記範囲に制御しやすく、たとえば、方向Yは好ましくは15〜30°、より好ましくは18〜25°、方向Xは好ましくは4〜20°、より好ましくは8〜15°(ただしFWHMY>FWHMX)に制御しやすい。
図5のフーリエ変換画像の水平方向と前記広配光分布方向が一致していない場合は、両社が一致するようにフーリエ変換画像を回転させ、図6を得る。
図8および図9の破線は、XA、XBおよびYBのように頻度が高い部分がない場合の頻度曲線である。
本実施形態の表面微細凹凸体の広配光分布方向の配光は、光が主に凸部(または凹部)と凸条により屈折することで生じ、また、広配光分布方向と直交する方向への配光は、光が主に凸部(または凹部)により屈折することで生じる。
後述するように、凸条は加熱収縮性フィルムの収縮による硬質層の変形により形成させるため、その断面形状はピッチ、高さがランダムであり、配光の制御が容易である。一方、凸部(または凹部)は硬質層に粒子を混合することで形成させるため、その断面形状は円の一部であり、配光の制御は凸条を利用するより困難である。
二軸収縮性の加熱収縮性フィルムの収縮により、互いに直交する二方向の配光を制御することも可能であるが、前述のように製造条件の制御が難しく、一定の性能を有する配光制御シートを安定して得られにくい。
上記のように、ピッチの小さい凸条が広配光分布方向からずれた方向に配向していると、広配光分布方向と直交する方向への配光に対しても凸条の影響が生じるため、結果として、広配光分布方向と直交する方向の光の屈折のランダムさが増加し、配光の制御が容易になる。
このとき、P1>P2およびP3>P1であると、広配光分布方向および広配光分布方向と直交する方向のFWHMおよびFWnthMそれぞれの配光制御性能が充分に得られる。すなわち、P1>P2およびP3>P1であると、凸条の平行性の乱れが適度であり、異方性を適度に弱めることができる。
FWnthMはFWHMと同様に視野角および正面輝度・正面照度との相関もあるが、プロジェクターやディスプレイに白色発光ダイオードを使用し、白色発光ダイオードからの出射光を集光レンズにより集光するような場合、集光レンズからの出射光を白い紙等に投影した際に、投影像の中心部と外周部で色合いが異なる現象が観察されることがあり、そのような出射位置による色合いの差異を均一な白色に戻すためには、FWnthMを大きくすることが有効である。
nは4≦n≦10を満たすことが望ましい。nが10より大きいと、前記照度曲線で、照度が小さすぎるため測定誤差が大きくなり、また、nが4より小さいと、FWHMと同傾向を示すようになるため指標としては好ましくない。
コピー機やスキャナーのLEDスキャナー光源はLEDが線状に配列しているため、LEDの配列方向はLED点光源を線状光源化する必要があり、また、LEDの配列方向と直交する方向は、例えばある角度成分を直接、装置の読み取り面に照射し、別のある角度成分を一度反射させてから装置の読み取り面に照射するような場合があることから、配光制御シートを使用する場合、LEDの配列方向は広配光分布が必要であり、また、LEDの配列方向と直交する方向にもある程度の配光分布が必要となる。
図示例の配光制御シート10(表面微細凹凸体)は、微細凹凸を表面に有する配光制御シート形成用原版(配光制御体形成用原版)を型として用い、前記配光制御シート形成用原版(以下、「原版」ともいう)の微細凹凸を転写する転写工程を有する方法により製造できる。
図示例の配光制御シート10を製造するにあたっては、まず、図16に示す表面微細凹凸体20を製造し、これを原版として用いる。前記原版は、樹脂からなる基材21と、前記基材21の片面全体に設けられた硬質層22とを有し、硬質層22の露出した側の表面が、図示例の配光制御シート10と同様の微細凹凸に形成されたものである。
図16の表面微細凹凸体20は、図17のような積層シート30、すなわち、樹脂からなる基材フィルム31の片面(平坦な面)に、マトリクス樹脂、及び前記マトリクス樹脂中に分散した粒子22bからなり、0.05μmを超え5.0μm以下の厚みを有する硬質層32を設けた積層シート30を形成する積層工程と、積層シート30の少なくとも硬質層32を折り畳むように変形させる変形工程とを有する方法により製造できる。ここで基材フィルム31は、図16の表面微細凹凸体20の基材21に相当する。また、ここで平坦とは、JIS B0601に記載の中心線平均粗さ0.1μm以下の面である。
積層工程では、まず、マトリクス樹脂22aと粒子22bと溶媒とを含む塗工液(分散液または溶液)を調製し、前記塗工液を基材フィルム31の片面にスピンコーターやバーコーター等により塗工して乾燥させ、図17のように、厚みt’が0.05μmを超え、5.0μm以下である硬質層32を形成する。この時点での硬質層32は、折り畳むように変形していない。
上述のようにして得られた積層シート30を加熱して、積層シート30の基材フィルム31を熱収縮させることにより、図16の表面微細凹凸体20が得られる。なお、変形工程としては、例えば、日本国特許第4683011号公報等に開示の公知の方法を採用できる。
(1)平坦な基材フィルムの片面の全部に、未変形の硬質層を設けて積層シートを形成し、積層シート全体を表面に沿った一方向に圧縮する方法。
(2)平坦な基材フィルムの片面の全部に、未変形の硬質層を設けて積層シートを形成し、積層シートを一方向に延伸し、延伸方向に対する直交方向を収縮させて、硬質層を表面に沿った一方向に圧縮する方法。
(3)未硬化の電離放射線硬化性樹脂により形成された平坦な基材フィルムに、未変形の硬質層を積層して積層シートを形成し、電離放射線を照射して基材フィルムを硬化させることにより収縮させて、基材フィルムに積層された硬質層を表面に沿った少なくとも一方向に圧縮する方法。
(4)溶媒を膨潤させて膨張させた平坦な基材フィルムに、未変形の硬質層を積層して積層シートを形成し、基材フィルム中の溶媒を乾燥し、除去することにより収縮させて、基材フィルムに積層された硬質層を表面に沿った少なくとも一方向に圧縮する方法。
前記硬質層の粒子濃度が相対的に高くなると、粒子が密集する領域が島状に点在することになる。粒子集合領域がない場合は、前記積層シートの変形工程で、略平行に配列する凸条が、粒子集合領域がある場合は、小さいピッチの凸条ほど、その粒子集合領域に押されることによる変化の影響が大きいため、配列が略平行からずれる、と考えられる。
図16の表面微細凹凸体20を原版として用いて、図示例の配光制御シート10を製造する場合には、前記表面微細凹凸体(原版)20の微細凹凸を他の材料に転写する転写工程を行う。この例では、前記表面微細凹凸体(原版)20の硬質層22の表面に形成された微細凹凸を他の材料に転写し、原版の微細凹凸の反転パターンを表面に有する1次転写品を得て、次いで、前記1次転写品の反転パターンを他の材料に転写し、2次転写品である図示例の配光制御シート10を得る。転写工程としては、例えば、日本国特許第4683011号公報等に開示の公知の方法を採用できる。
上述の[原版の製造方法]の積層工程においては、マトリクス樹脂22aと粒子22bと溶媒とを含む塗工液を用いた。しかしながら、粒子を含まず、マトリクス樹脂と溶媒とを含む塗工液を用いて硬質層を形成し、変形工程により波状の凹凸パターンとし、その後に、前記凹凸パターン上に、多数の凹部または凸部を形成してもよい。硬質層の形成方法は、粒子を用いない以外は、上述の方法と同様に行える。変形工程も、上述の方法と同様に行える。ついで行われる、形成された凹凸パターン上に、多数の凹部または凸部を形成する方法としては、後述の(5)〜(8)の方法が挙げられる。
(5)回転式精密切削加工機により切削加工する方法。
(6)凹部または凸部と同様な大きさ、径を有する突起物を前記波状の凹凸パターン上に押し付けて凹みを形成する方法。
(7)樹脂又は無機物の溶融物を微粒子化したものを前記波状の凹凸パターン上に付着させた後、冷却固化して前記樹脂又は無機物によって形成された凸部を形成する方法。
(8)樹脂又は無機物を分散媒に分散した液を前記波状の凹凸パターン上に付着させた後、分散媒を蒸発させて前記樹脂又は無機物によって形成された凸部を形成する方法。
以上の説明においては、積層工程と変形工程により製造された表面微細凹凸体を原版とし、前記表面微細凹凸体の微細凹凸を転写した1次転写品を得て、ついで、前記1次転写品の微細凹凸(原版の反転パターン)を転写した2次転写品を配光制御シート10とした。
Claims (11)
- 表面の少なくとも一部に微細凹凸が形成された表面微細凹凸体であって、前記微細凹凸は、互いに非平行に蛇行する複数の凸条部と、前記複数の凸条部間の凹条部を有する波状の凹凸パターンを有し、前記波状の凹凸パターン上に形成された複数の凹部または凸部を有し、前記複数の凹部または凸部の少なくとも一部は複数の島状の集合領域に存在し、
前記複数の凹部および/または凸部の占有面積割合が、該表面微細凹凸体の表面積の30〜70%である、表面微細凹凸体。 - 前記複数の凸条の稜線の平均長さが10〜100μmである請求項1に記載の表面微細凹凸体。
- 前記波状の凹凸パターンの中に、配列方向が広配向分布方向からのずれが大きい、他の凸条部より平行性が乱れた凸条部が存在する請求項1または2に記載の表面微細凹凸体。
- 前記表面微細凹凸体は、前記微細凹凸が形成された面を通過する光を最も広く配光分布する方向YのFWHM(FWHMY)と、前記方向Yに対して直交する方向XのFWHM(FWHMX)と、の関係が、下記の式(1)を満たし、FWHMXが4°以上であって、前記微細凹凸の表面画像のフーリエ変換像を、前記Y方向と前記フーリエ変換像の水平方向が一致するようにして回転させたときに、前記回転後のフーリエ変換像の中心から左右方向に伸びる白色部の形状が、頻度のピークを示す垂直方向の位置が、水平方向のゼロ点からの距離に応じて変わり、その距離がある程度の大きさを超えると、垂直方向のゼロ点からの距離が大きくなり、ゼロ点に対する左右の形状は180°回転させると一致する刀形状となることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の表面微細凹凸体。
FWHMY/FWHMX≧1.2・・・(1) - 前記複数の凸条部の最頻ピッチが3〜20μmであり、前記凹部または凸部の見かけの最頻径が1〜10μmである請求項1〜4のいずれかに記載の表面微細凹凸体。
- 前記凸条部の平均高さが4〜7μmである請求項1〜5のいずれか一項に記載の表面微細凹凸体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の表面微細凹凸体の製造方法であって、
基材フィルムの少なくとも片面に、マトリクス樹脂、及び前記マトリクス樹脂中に分散した粒子を含有する硬質層を設けて積層シートを形成する積層工程と、
前記積層シートの少なくとも前記硬質層を折り畳むように変形させて、前記積層シートの少なくとも片面に表面微細凹凸を形成する変形工程と、を有する表面微細凹凸体の製造方法。 - 前記基材フィルムが、加熱により収縮する性質を有し、前記変形工程は、前記積層シートを加熱して、前記基材フィルムを収縮させることによって、前記硬質層を折り畳むように変形させる工程である請求項7に記載の表面微細凹凸体の製造方法。
- 前記マトリクス樹脂のガラス転移温度が、前記基材フィルムを構成する主成分のガラス転移温度よりも10℃以上高く、前記粒子は、前記基材フィルムを構成する主成分のガラス転移温度より10℃高い温度未満の温度では、熱により粒子形状が変化しない材料を主成分とする請求項8に記載の表面微細凹凸体の製造方法。
- 前記粒子の粒径は、前記積層工程における前記硬質層の厚みよりも大きい、請求項7〜9のいずれか一項に記載の表面微細凹凸体の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の表面微細凹凸体を製造する表面微細凹凸体の製造方法であって、
基材フィルムの少なくとも片面に、マトリクス樹脂、及び前記マトリクス樹脂中に分散した粒子を含有する硬質層を設けて積層シートを形成する積層工程と、
前記積層シートの少なくとも前記硬質層を折り畳むように変形させて、前記積層シートの少なくとも片面に表面微細凹凸を形成する変形工程と、
前記変形工程で得られた表面微細凹凸の少なくとも一部を原版として用いて、
表面微細凹凸を転写する転写工程を有する表面微細凹凸体の製造方法。
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