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Title:
MICROLENS ARRAY SHEET USED FOR BACKLIGHT DEVICE AND ROLL PLATE FOR MANUFACTURING MICROLENS ARRAY SHEET
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/026490
Kind Code:
A1
Abstract:
A microlens array sheet comprises a sheet-like base and micro lenses disposed on the base. Each micro lens comprises a projecting surface part and a peripheral edge part on the surface thereof. The projecting surface part is spherical or ellipsoidal. The peripheral edge part is formed between the projecting surface part and the base, and curved in a recessed shape. As compared with a conventional microlens array sheet, the flat part of the micro lens array sheet can be narrowed by curving the surface of the peripheral edge part in the recessed shape. Consequently, the nonuniform brightness of the microlens array sheet resulting from the flat part can be suppressed.

Inventors:
KODERA, Yuji (1-1-88 Ushitora, Ibaraki-sh, Osaka 67, 5678567, JP)
小寺 裕司 (〒67 大阪府茨木市丑寅1丁目1番88号 日立マクセル株式会社内 Osaka, 5678567, JP)
YAMADA, Yukinori (1-1-88 Ushitora, Ibaraki-sh, Osaka 67, 5678567, JP)
山田 幸憲 (〒67 大阪府茨木市丑寅1丁目1番88号 日立マクセル株式会社内 Osaka, 5678567, JP)
Application Number:
JP2007/066302
Publication Date:
March 06, 2008
Filing Date:
August 22, 2007
Export Citation:
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Assignee:
HITACHI MAXELL, LTD. (1-1-88 Ushitora, Ibaraki-shi Osaka, 67, 5678567, JP)
日立マクセル株式会社 (〒67 大阪府茨木市丑寅1丁目1番88号 Osaka, 5678567, JP)
KODERA, Yuji (1-1-88 Ushitora, Ibaraki-sh, Osaka 67, 5678567, JP)
小寺 裕司 (〒67 大阪府茨木市丑寅1丁目1番88号 日立マクセル株式会社内 Osaka, 5678567, JP)
YAMADA, Yukinori (1-1-88 Ushitora, Ibaraki-sh, Osaka 67, 5678567, JP)
International Classes:
G02B3/00; F21V5/00; F21V5/04; G02F1/13357; G02B3/00; F21V5/00; G02F1/13
Attorney, Agent or Firm:
UEBA, Hidetoshi et al. (Intelix International, 4th Fl. Kadono Bldg., 2-1Tenma 2-chome, Kita-ku, Osaka-sh, Osaka 43, 5300043, JP)
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Claims:
 バックライト装置に用いられるマイクロレンズアレイシートであって、
 シート状の基材と、
 前記基材上に配設された複数のマイクロレンズとを備え、
 前記複数のマイクロレンズの各々は、表面を有し、
 前記マイクロレンズの表面は、
 球面又は楕円面である凸面部と、
 前記凸面部と前記基材との間に形成され、凹状に湾曲した周縁部とを含むことを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
 請求項1に記載のマイクロレンズアレイシートであって、
 前記マイクロレンズの高さは17.5~22.5μmであり、前記マイクロレンズのレンズ外径は36.5~46.5μmであり、
 前記周縁部の幅は、1~5μmであり、前記周縁部の高さは1~5μmであり、
 前記複数のマイクロレンズが配設された基材表面を真上から見た場合の、前記基材表面全体の面積に対する前記複数のマイクロレンズアレイの占有面積の割合は70%以上であることを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
 マイクロレンズアレイシートを製造するためのロール版であって、
 外周面に形成された複数のレンズ成型穴を備え、
 前記複数のレンズ成型穴の各々は、表面を有し、
 前記レンズ成型穴の表面は、
 球面又は楕円面である凹面部と、
 前記凹面部と前記ロール版の外周面との間に形成され、丸みを帯びている周縁部とを含むことを特徴とするロール版。
 請求項3に記載のロール版であって、
 前記レンズ成型穴の深さは17.5~22.5μm、前記レンズ成型穴のレンズ外径は36.5~46.5μmであり、
 前記周縁部の幅は、1μm~5μmであり、前記周縁部の深さは1μm~5μmであり、
 前記ロール版の外周面全体の面積に対する前記レンズ成型穴の開口部の総面積の割合が70%以上であることを特徴とするロール版。
Description:
バックライト装置に用いられる イクロレンズアレイシート及びマイクロレ ズアレイシートを製造するためのロール版

 本発明は、マイクロレンズアレイシート びロール版に関し、さらに詳しくは、バッ ライト装置に用いられるマイクロレンズア イシート及びそのマイクロレンズアレイシ トを製造するためのロール版に関する。

 液晶ディスプレイに代表される表示装置 、高い正面輝度を求められる。そのため、 示装置を構成するバックライト装置には、 面輝度を向上するための光学レンズシート 敷設される。

 正面輝度を向上するためのバックライト 置用の光学レンズシートの1つに、マイクロ レンズアレイシートがある。バックライト装 置用のマイクロレンズアレイシートは、特開 2004-145329号公報、特開2004-145328号公報、特開20 04-126376号公報、特開2004-191611号公報、特開2004 -309557号公報に開示されている。

 マイクロレンズアレイシートは、シート であり、一方の表面上に格子状に配列され 複数の凸レンズ(マイクロレンズ)を有する バックライト装置に用いられるマイクロレ ズアレイシートは、光源からの拡散光を複 のマイクロレンズで集光して出射すること より、正面輝度を向上する。

 ところで、光学レンズシートの製造方法 1つに、外周面にレンズ成型用の溝又は穴を 有するロール版を用い、シート状のベースフ ィルム上に電離放射線硬化樹脂による版パタ ーンを形成するロールツーロール法がある。 この製造方法では、ロール版の外周面に形成 されたレンズ成型用の溝又は穴に電離放射線 硬化樹脂を充填する。続いて、電離放射線硬 化樹脂が充填されたロール版の外周面にシー ト状のベースフィルムを巻き付け、電離放射 線を照射する。電離放射線により電離放射線 硬化樹脂が硬化し、ベースフィルム上に複数 のレンズ(プリズムやマイクロレンズ等)が成 される。以上の工程により、光学レンズシ トが製造される。

 ロールツーロール法によりマイクロレン アレイシートを製造する場合、マイクロレ ズアレイシート上の互いに隣り合うマイク レンズの間には、平坦な面(以下、平坦部と いう)が存在する。平坦部は集光に何ら寄与 ないため、集光効果を考慮すれば、マイク レンズ同士を接触させて平坦部をなくす方 好ましい。

 しかしながら、ロールツーロール法によ マイクロレンズアレイシートを製造する場 、マイクロレンズを互いに接触させるのは 質的に困難である。なぜなら、マイクロレ ズ同士を接触させるためには、ロール版の ンズ成型穴の周縁同士を接触させなければ らない。この場合、ロール版の穴の周縁部 強度が弱くなり、クラックが発生しやすく るため、ロール版の寿命が短くなる。した って、ロールツーロール法によりマイクロ ンズアレイシートを製造する場合、マイク レンズ間に所定の幅を有する平坦部が設け れる。

 しかしながら、平坦部を有するマイクロ ンズアレイシートをバックライト装置に使 する場合、輝度ムラが発生する。平坦部は 光に何ら寄与しないため、バックライト装 に並設された複数の線光源から垂直に入射 れた光線をそのまま出射する。そのため、 光源直上部分の輝度が他の部分の輝度より 高くなり、輝度ムラが生じる。

 なお、本発明に関連する他の特許文献と て、特開平9-21903号公報及び特開2000-249807号 報が開示されている。

 本発明の他の目的は、輝度ムラの発生を 制できるマイクロレンズアレイシート及び のマイクロレンズアレイシートを製造する めのロール版を提供することである。

 本発明によるマイクロレンズアレイシー は、バックライト装置に用いられる。マイ ロレンズアレイシートは、シート状の基材 、基材上に配設された複数のマイクロレン とを備える。複数のマイクロレンズの各々 、表面を有する。マイクロレンズの表面は 凸面部と周縁部とを含む。凸面部は、球面 は楕円面である。周縁部は、凸面部と基材 の間に形成され、凹状に湾曲している。

 本発明によるマイクロレンズアレイシー のマイクロレンズでは、周縁部が凹状に湾 して滑らかに基材表面に結合されている。 縁部を凹状に湾曲させることにより、従来 マイクロレンズアレイシートと比較して、 坦部を狭くすることができる。そのため、 度ムラの発生を抑制できる。

 本発明によるロール版は、マイクロレン アレイシートを製造するために用いられる ロール版は、外周面に形成された複数のレ ズ成型穴を備える。複数のレンズ成型穴は 表面を有する。レンズ成型穴の表面は、凹 部と、周縁部とを備える。凹面部は、球面 は楕円面である。周縁部は、凹面部とロー 版の外周面との間に形成され、丸みを帯び いる。

 本発明によるロール版は、レンズ成型穴 周縁部が丸みを帯びているため、上述のマ クロレンズアレイシートを製造できる。ま 、レンズ成型穴の周縁部が丸みを帯びてい ため、ロールツーロール法により製造され マイクロレンズアレイシートがロール版か 剥がれやすくなる。

本発明の実施の形態によるマイクロレ ズアレイシートの上面図である。 図1に示したマイクロレンズアレイシー トの一部の上面図及び横断面図である。 バックライト装置の上面図及び横断面 である。 従来のマイクロレンズアレイシートに ける輝度ムラの発生原理を説明するための である。 図1に示したマイクロレンズアレイシー トによる輝度ムラの抑制原理を説明するため の図である。 図1に示したマイクロレンズアレイシー トを真上からデジタルマイクロスコープによ り撮影し、画像処理によりマイクロレンズの 占有面積を特定した画面例を示す図である。 図1に示したマイクロレンズアレイシー トを製造するための製造装置の全体構成図で ある。 図7に示したロール版の外周面の展開図 である。 図8中の線分IX-IXの断面図である。 従来のロール版の横断面形状を示す図 である。

 以下、図面を参照し、本発明の実施の形 を詳しく説明する。図中同一又は相当部分 は同一符号を付してその説明は繰り返さな 。

 1.マイクロレンズアレイシート
 図1及び図2を参照して、マイクロレンズア イシート14は、シート状の基材15と、基材15 一方の表面151上に格子状に配列されたマイ ロレンズ13とを備える。なお、表面151と反対 側の他方の表面152は平面である。

 マイクロレンズ13の表面は、凸面部16と周 縁部17とを含む。凸面部16は、頂点Pからマイ ロレンズ13の周縁部17までの間の部分であり 、球面である。周縁部17は、凸面部16と基材15 との間に形成される。周縁部17は、凹状に湾 しており、表面151に滑らかに結合される。 2に示すように、マイクロレンズ13の表面の 断面形状は、変曲点(Inflection Point)IP1を含む 曲線となる。凸面部16は、頂点Pと変曲点IP1と の間の部分であり、周縁部17は、変曲点IP1と 縁(Edge)EDとの間の部分をいう。

 なお、基材表面151のうち、隣り合うマイ ロレンズ13間の部分140は平坦である(以下、 坦部140という)。

 上述のマイクロレンズ13の凸面部16は球面 としたが、楕円面であってもよい。

 基材15は、たとえば、ポリエステル系樹 や、ポリカーボネート系樹脂、ポリアクリ 酸エステル系樹脂、脂環式ポリオレフィン 樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニ 系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリエー ルスルホン酸系樹脂、トリアセチルセルロ ス系樹脂等の樹脂で構成される。また、マ クロレンズ13も基材15と同様の樹脂で構成さ る。

 マイクロレンズアレイシート14は、周縁 17により、従来のマイクロレンズアレイシー トよりも輝度ムラを抑制できる。以下、この 点について説明する。

 図3に示すように、バックライト装置50は 般的に、上面が開口した筐体であるハウジ グ51と、ハウジング51内に並設された複数の 線光源(たとえば冷陰極管)52と、ハウジング51 の開口部に敷設される1又は複数の光学レン シート18とを備える。

 光学レンズシート18として、図4に示すよ な横断面形状を有する従来のマイクロレン アレイシート19を使用した場合、図3に示す うに、線光源52直上のライン520の輝度が他 部分の輝度よりも高くなり、いわゆる輝度 ラが発生する。図4に示すように、従来のマ クロレンズアレイシート19の表面のうち、 いに隣り合うマイクロレンズ190の間には平 な部分(以下、平坦部という)191が存在する。 線光源52の直上に平坦部分191が配置されたと 、線光源52から垂直に出射された光線R0は、 平坦部191に垂直に入射する。このとき、平坦 部191は入射された光線R0をそのまま垂直に出 する。その結果、輝度ムラが発生する。

 これに対し、光学レンズシート18として 本実施の形態によるマイクロレンズアレイ ート14を使用すれば、輝度ムラを抑えること ができる。図5を参照して、互いに隣り合う イクロレンズ13のサイズが等しく、かつ、レ ンズ頂点P間の距離(以下、レンズピッチとい )LP1が従来のマイクロレンズアレイシート19 レンズピッチLP0と等しい場合、マイクロレ ズ13間の平坦部140は、従来のマイクロレン アレイシート19の平坦部191よりも狭くなる。 なぜなら、マイクロレンズ13の周縁部17が、 状に湾曲しているためである。そのため、 光源からの光線R0のうちの一部(図5中のR01及 R02)は、周縁部17により全反射又は屈折し、 直方向に出射しない。つまり、周縁部17は 光源52から垂直に出射された光線に対して、 そのまま出射する割合を減少させる。その結 果、従来よりも輝度ムラを抑制できる。

 なお、マイクロレンズアレイシート14及 19はともに、斜め方向から入射された光線R1 垂直方向に出射する。したがって、マイク レンズアレイシート14は従来のマイクロレ ズアレイシート19と同等に正面輝度を向上で きる。

 図2に戻って、好ましいマイクロレンズ13の さH 13 は17.5~22.5μmであり、好ましいマイクロレンズ 13のレンズ外径(Lens diameter)LD 13 は、36.5~46.5μmである。ここで、レンズ外径LD 13 は、マイクロレンズ13の端縁ED間の距離をい 。

 また、周縁部17の好ましい幅W 17 は1~5μmであり、さらに好ましい幅W 17 は2~5μmである。また、周縁部17の好ましい高 H 17 は1~5μmであり、さらに好ましい高さH 17 は、2~5μmである。ここで、幅W 17 とは、端縁EDと変曲点IP1との間の幅をいう。 た、高さH 17 とは、端縁EDからレンズ表面上の変曲点IP1ま の高さをいう。平坦部140の幅W 13 、すなわち、隣り合うマイクロレンズ13の端 ED間の最短距離は、好ましくは、1~5μmであ 。

 これらの寸法は、たとえば、マイクロレ ズアレイ14の頂点Pを含む断面を株式会社キ エンス製のデジタルマイクロスコープ(VHX-10 0)等の観察手段を用いて1000倍程度の倍率で観 察することにより詳細に測定できる。

 また、マイクロレンズ13が形成された表 151を真上から見た場合の表面151全体の面積 対するマイクロレンズ13の占有面積の割合( 下、レンズ占有率という)は70~90%が好ましい 上述のデジタルマイクロスコープを用いて 材表面151を真上から観察し、図6に示すよう に画像処理することで、マイクロレンズ13の 有面積を特定する。図6では、黒色の部分の 総面積がマイクロレンズ13の占有面積となる

 マイクロレンズアレイ13の寸法が上述の 囲内であるとき、輝度ムラがより有効に抑 される。また、マイクロレンズアレイシー 14を液晶表示装置用のバックライト装置に使 用する場合、画素のサイズに対するマイクロ レンズ13のサイズが十分小さいため、各画素 輝度をより均斉化できる。また、レンズ占 率を上述の範囲内とすれば、高い正面輝度 得ることができる。なお、上述の寸法及び ンズ占有率の範囲と異なる場合であっても 輝度ムラはある程度抑制される。

 周縁部17は一定の曲率を有していてもよ し、複数の異なる曲率を有していてもよい たとえば、表面151に向かうほど曲率が小さ なってもよい。この場合、周縁部17の曲がり は、表面151に向かうほど緩やかになる。

 2.マイクロレンズアレイシートの製造方法
 本実施の形態によるマイクロレンズアレイ ート14は、ロール版を用いたロールツーロ ル法により製造される。以下、マイクロレ ズアレイシート14の製造方法について説明す る。

 図7を参照して、マイクロレンズアレイシ ート14の製造装置60は、ベースフィルムロー 1と、ニップロール2と、ロール版3と、ダイ ータ4と、送り出しロール5と、巻き取りロー ル6と、露光装置7とを備える。

 ロール版3は、複数のレンズ成型穴31を有 る外周面30を備える。複数のレンズ成型穴31 は、マイクロレンズアレイシート14上に2次元 状に配列される複数のマイクロレンズ13に対 する。ロール版3については後述する。

 ベースフィルムロール1は、図7において 計回りに回転して、外周面に巻かれたベー フィルム10を巻き出す。巻き出されたベース フィルム10はロール版3に向かって搬送される 。

 ロール版3の上方に配置されたダイコータ 4は、液状の電離放射線硬化樹脂を吐出し、 7において反時計回りに回転するロール版3の 外周面30に塗布する。このとき、ロール版3の 外周面30に塗布された電離放射線硬化樹脂は 各レンズ成型穴31に充填され、さらにロー 版3の外周面30上に電離放射線硬化樹脂膜11を 形成する。

 ロール版3の前上方に配置されたニップロ ール2は、ベースフィルムロール1から搬送さ たベースフィルム10を、ニップロール2と電 放射線硬化樹脂膜11が形成されたロール版3 の間に通す。このとき、ニップロール2は、 ベースフィルム10をロール版3側に押圧する。 これにより、ベースフィルム10を電離放射線 化樹脂膜11に接触させる。

 なお、図7ではロール版3上に電離放射線 化樹脂を塗布した後、ベースフィルム10を接 触させたが、ロール版3の代わりにベースフ ルム10上に電離放射線硬化樹脂を塗布し、そ の後、ベースフィルム10上の電離放射線硬化 脂をロール版3に接触させてもよい。

 露光装置7は、ロール版3に向けて電離放 線を照射する。ロール版3の外周面30上の電 放射線硬化樹脂膜11及びレンズ成型穴31に充 された電離放射線硬化樹脂は、露光装置7か ら照射された電離放射線により硬化する。こ れにより、複数のマイクロレンズ13を有する イクロレンズアレイシート14が形成される

 ロール版3に巻かれたマイクロレンズアレ イシート14は、ロール版3から剥がされて、送 り出しロール5を介して巻き取りロール6に搬 される。以上の工程によりマイクロレンズ レイシート14が製造される。

 なお、図2中の基材15は、ベースフィルム1 0と、ベースフィルム10上で硬化した電離放射 線硬化樹脂膜11とで構成される。ただし、ロ ル版3上に電離放射線硬化樹脂を塗布すると き、電離放射線硬化樹脂膜11を形成しないこ により、ベースフィルム10上に電離放射線 脂からなるマイクロレンズ13を直接形成して もよい。この場合、図2中の基材15はベースフ ィルム10で構成される。

 3.ロール版
 続いて、マイクロレンズアレイシート14を 造するためのロール版3について説明する。

 図8は、ロール版3の外周面の展開図であ 。図8を参照して、ロール版3は、複数のレン ズ成型穴31を外周面30に有する。複数のレン 成型穴31は外周面30上に格子状に配列されて る。レンズ成型穴31の配列は、マイクロレ ズアレイシート14上のマイクロレンズ13の配 に対応する。

 図9を参照して、レンズ成型穴31の表面は 凹面部32と周縁部33とを含む。凹面部32は、 ンズ成型穴31の底の中心BCから周縁部33まで 部分であり、球面又は楕円面である。周縁 33は、凹面部32と外周面30との間に形成され 。周縁部33は、丸みを帯びており、凸状に 曲して外周面30に滑らかに結合される。図9 示すように、レンズ成型穴31の断面形状は、 変曲点IP2を含む曲線となる。凹面部32は、底 中心BCと変曲点IP2との間の部分であり、周 部33は、変曲点IP2と端縁EDとの間の部分をい 。

 上述のとおり、ロールツーロール法によ マイクロレンズアレイシート14を製造する 合、電離放射線により硬化されたマイクロ ンズアレイシート14は、ロール版3から剥が れて巻き取りロール6に搬送される。

 このとき、図10に示すように、周縁部33が 丸みを帯びていなければ、マイクロレンズア レイシート14がロール版3から剥がれにくい。 そのため、図10に示すロール版を用いれば、 イクロレンズ13がレンズ成型穴に残ったま 、マイクロレンズアレイシート14がロール版 3から剥がされる場合がある。この場合、マ クロレンズアレイシート14上にマイクロレン ズ13が欠けた部分が生じる。

 図9に示すように周縁部33が丸みを帯びて れば、マイクロレンズ13がレンズ成型穴31か ら剥がれやすくなる。そのため、ロール版3 ら剥がされたマイクロレンズアレイシート14 上でマイクロレンズが欠けるのを抑制できる 。なお、周縁部33は一定の曲率を有していて よいし、複数の曲率を有していてもよい。 とえば、外周面30に向かうほど曲率が小さ なってもよい。この場合、周縁部33の曲がり は、外周面30に向かうほど緩やかになる。

 さらに、ロール版3の外周面30のうち、互 に隣り合う2つのレンズ成型穴31の間の表面 34は図9に示すとおり平坦であるのが好まし 。表面部34を凸曲面とすれば、クラックが りやすくなる。表面部34を平坦にすることに より、クラックの発生が抑制され、その結果 、ロール版3の寿命の低下を抑制できる。

 レンズ成型穴31の好ましい深さD 31 は17.5~22.5μmであり、好ましい開口径(Opening Di ameter)OD 31 は36.5~46.5μmである。また、周縁部33の好まし 深さはD 33 は、1~5μmであり、より好ましくは2~5μmである 。周縁部33の好ましい幅W 33 は1~5μmであり、より好ましくは2~5μmである。 ここで、深さD 33 とは、レンズ成型穴31の端縁EDから変曲点IP2 での深さをいう。また、幅W 33 とは、端縁EDと変曲点IP2との間の幅(ロール軸 方向距離)をいう。また、平坦部34の幅W 34 、すなわち、隣り合うレンズ成型穴31の端部E D間の最短距離は、好ましくは1~5μmである。

 D 31 、OD 31 、D 33 、W 33 及びW 34 の寸法が上述の範囲内であれば、上述の効果 をより有効に得ることができる。ただし、レ ンズ成型穴の各寸法がこれらの寸法と異なる 寸法であっても、上述の効果をある程度得る ことができる。

 ロール版3の外周面30全体の面積に対する ンズ成型穴31の開口部の総面積の割合は、70 ~90%であるのが好ましい。この範囲内であれ 、製造されたマイクロレンズアレイシート14 は高い輝度向上効果を得ることができる。

 ロール版3は以下の方法で製造される。まず 、外周面30が所定厚さの銅層からなるロール を準備する。レーザ製版等によりロール版 外周面30上にマイクロレンズ13に対応する複 数の穴を形成する。このとき、穴の周縁は丸 みを帯びていない。続いて、複数の穴が形成 された外周面30にクロムめっき処理を実施し 外周面30及び外周面30に形成された穴にクロ ムめっき層を形成する。このとき、形成する クロムめっき層の厚さを調整することにより 、丸みを帯びた周縁部33が形成される。なお クロムめっき層の厚さを大きくするほど、 縁部33の深さD 33 及び幅W 33 が大きくなる。

 以上の工程により、ロール版3が製造され る。上記の製造方法以外の方法でロール版3 製造することもできる。たとえば、機械加 によりレンズ成型穴31の周縁部を丸面取りす ることにより、丸みを帯びた周縁部33を形成 きる。

 以上、本発明の実施の形態を説明したが 上述した実施の形態は本発明を実施するた の例示に過ぎない。よって、本発明は上述 た実施の形態に限定されることなく、その 旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形 を適宜変形して実施することが可能である