JP4046599B2

JP4046599B2 - Recess formation method

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Publication number: JP4046599B2
Application number: JP2002349662A
Authority: JP
Inventors: 勇樹中野; 俊彦有吉; 清司梅本; 一郎網野; 亮児木下
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2004182806A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、面精度に優れる凹部を形成できて、横方向の入射光を効率よく縦方向に光路変換して薄型軽量の液晶表示装置を形成しうる光学素子の製造に好適な凹部形成方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来、ドライエッチング方式で高分子膜にプリズム状の凹部を形成する方法としては、レーザー光の照射下に三角形のレーザー光透過部を設けた投影マスクを走査させる方法が知られていた。しかしながら例えば断面が三角形で１００μm以下の微小凹部（溝）を形成する場合、レーザー光が投影マスクで回折しその回折光で本来加工すべきでない部分がエッチングされる問題点があった。
【０００３】
前記の余分なエッチングは、例えば高分子膜に斜面を形成する場合、高分子膜表面と斜面の交点を丸くする（エッジ部のダレ）。ダレは、その斜面を光反射面として利用した場合、散乱反射の原因となり斜面を介した反射光の指向性を減殺する。また回折格子を形成した場合にはダレによる丸みで回折効率が低下する。
【０００４】
【発明の技術的課題】
本発明は、ドライエッチング方式で高分子膜に凹部を形成する場合に、凹部のエッジ部にダレの生じることを防止できて、微細凹部が位置精度よく分散分布して横方向の入射光を縦方向に効率よく光路変換する光出射手段を有する薄型軽量の光学素子が得られる凹部形成方法の開発を課題とする。
【０００５】
【課題の解決手段】
本発明は、高分子膜の一箇所又は二箇所以上を部分的にドライエッチングして１個又は２個以上の所定形状の凹部を形成するにあたり、高分子膜の加工表面に金属膜を設けてその金属膜表面よりドライエッチングを施し、金属膜部分を貫通した状態で高分子膜に、その高分子膜の表面と連続し、かつ高分子膜の表面に対して３５度以上の角度で傾斜する斜面を具備する凹部の所定数を形成することを特徴とする凹部形成方法を提供するものである。
【０００６】
（削除）
【０００７】
（削除）
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザー光によるアブレーションを利用したドライエッチングで微細凹部を形成した場合に、金属膜は高分子膜よりも加工しきい値が高いことより本来のレーザー光照射部分では衝撃波や熱で金属膜と共に高分子膜も除去されて加工される。一方、投影マスクによる回折光などでは金属膜が除去されずにバリア効果を発揮して高分子膜を保護し、エッジ部にダレが生じることを防止できてエッジ部がシャープな角度の微細凹部を有する高分子膜を形成することができる。またレーザー加工時に発生するプラズマの影響も金属膜で防止でき、高分子膜における本来加工すべきでない部分がプラズマで熱加工されることも防止することができる。
【０００９】
また前記の凹部形成方法を適用して斜面の形状精度に優れる凹部を形成でき、微細構造の凹部も位置精度よく分散分布させることができて、横方向の光を縦方向に指向性よく効率的に光路変換する光出射手段を有する光学素子を得ることができる。特に電鋳方式で形成した金型を介し放射線硬化型樹脂を所定形状に成形して硬化処理する方法では、所定の光出射手段を有する光学素子を効率よく得ることができる。さらに前記の光学素子を用いて液晶表示パネルの側面や角部より入射させた光を効率よく視認方向に光路変換して薄型軽量で明るく、見易い表示の液晶表示装置を形成することができる。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明による凹部形成方法は、高分子膜の一箇所又は二箇所以上を部分的にドライエッチングして１個又は２個以上の所定形状の凹部を形成するにあたり、高分子膜の加工表面に金属膜を設けてその金属膜表面よりドライエッチングを施し、金属膜部分を貫通した状態で高分子膜に、その高分子膜の表面と連続し、かつ高分子膜の表面に対して３５度以上の角度で傾斜する斜面を具備する凹部の所定数を形成するものである。なおエッチング後、高分子膜の加工表面に残存する金属膜は、必要に応じて除去される。
【００１１】
ドライエッチングは、例えばレーザー光を高分子膜に照射する方式などにて行うことができる。レーザー発振器としては、例えばエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、チタン・サファイアレーザーやＣＯ_２レーザー、フェムト秒レーザーなどの、ドライエッチング加工が可能な適宜なものを１種又は２種以上用いうる。
【００１２】
レーザー光は、２次や３次や４次等の高調波として高分子膜に照射することもでき、また連続やパルス等の照射モードなどの発振形態についても適宜に選択することができる。微細加工精度等の点より波長４００nm以下の紫外領域のレーザー光が得られる発振器によるアブレーション加工が好ましい。
【００１３】
高分子膜としては、２光子励起によるレーザー加工もできることなどより、レーザー光でエッチングできるものであればよく特に限定はない。一般には照射レーザー光吸収性の高分子からなるものが用いられる。高分子膜は、硬化樹脂又は熱可塑性樹脂のいずれで形成されていてもよい。
【００１４】
ちなみに前記高分子膜の例としては、ポリエステル系樹脂やエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂やポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂やポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂やＡＢＳ樹脂、アクリル系樹脂やセルロース系樹脂、ポリカーボネート系樹脂やシリコーン系樹脂、ノルボルネン系樹脂等からなる塗工膜やフィルムなどがあげられる。
【００１５】
また特開２００１−３４３５２９号公報（ＷＯ０１／３７００７）に記載のポリマー、例えば（Ａ）側鎖に置換又は／及び非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、（Ｂ）側鎖に置換又は／及び非置換のフェニル基並びにニトリル基を有する熱可塑性樹脂との前記Ａ、Ｂを含有する樹脂組成物からなる塗工膜やフィルムなどよりなる高分子膜もあげられる。
【００１６】
ちなみに前記した樹脂組成物の具体例としては、イソブテンとＮ−メチルマレイミドからなる交互共重合体とアクリロニトリル・スチレン共重合体とを含有するものがあげられる。フィルムは、樹脂組成物の押出成形などにて形成することができる。
【００１７】
耐熱性や耐薬品性、レーザー加工性の点より好ましい高分子膜は、熱硬化性樹脂、就中ポリイミド系樹脂やポリエーテルスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂などからなるもの、特にポリイミド系樹脂からなるものである。また紫外域のレーザー光で加工する場合には、アクリル系やメタクリル系やウレタン系等の紫外線硬化樹脂などからなる紫外線吸収性の高分子膜が好ましい。また光学素子を形成する場合には可視光域の透過率に優れる高分子膜が好ましい。
【００１８】
高分子膜は、フィルム状やシート状ないし板状の形態を有するものが一般的であるが、それは単層物や複層物等の適宜な層形態を有するものであってよい。従って単層物の場合、高分子膜は通例、高分子フィルムなどからなる。
【００１９】
高分子膜の厚さは、任意であるが加工時のハンドリング性や、加工表面のフラット性などの点より５００μm以下、就中１０〜３５０μm、特に５〜２００μmが好ましい。なお高分子膜は、必要に応じガラスや金属や高分子等の基板などからなる支持体上に固定保持してドライエッチング加工に供することもできる。
【００２０】
高分子膜の加工表面に設ける金属膜は、加工時のレーザー照射エネルギーによる衝撃波や熱で高分子膜と共にドライエッチングして除去でき、かつ投影マスク等による回折光では除去されないものとして形成される。従って金属膜は、各種の金属にて形成でき、その種類について特に限定はない。ちなみにその例としては、銅やアルミニウム、金やニッケル、コバルトや白金などがあげられる。
【００２１】
金属膜の厚さは、エッチング加工性等に応じて適宜に決定でき一般には５μm以下、就中５nm〜２μmとされる。金属膜は、例えば蒸着方式やスパッタリング方式、無電解めっき方式などの適宜な方式で形成することができる。
【００２２】
エッチング加工後に高分子膜上に残存する金属膜は、高分子膜の使用目的等に応じて必要に応じ除去される。その除去手段については特に限定はなく、例えばアルカリ溶液等の適宜な薬液による溶解除去方式や機械的剥離方式、その際に超音波による加振を併用する方式などの適宜な手段を採ることができる。従って金属膜は、高分子膜との密着性、エッチング加工性及びエッチング加工後の高分子膜からの除去性などを考慮して多層構造物として形成することもできる。
【００２３】
本発明は、上記のように高分子膜の加工表面に金属膜を設けてその金属膜表面よりドライエッチングして、金属膜部分を貫通した状態で高分子膜に、その高分子膜の表面と連続し、かつ高分子膜の表面に対して３５度以上の角度で傾斜する斜面を具備する凹部を部分的に形成する操作を高分子膜の一箇所又は二箇所以上に施して、１個又は２個以上の所定数の凹部を高分子膜に形成するものである。
【００２４】
前記のドライエッチングに際しては、レーザー発振器によるレーザー光を直接高分子膜に照射しうるし、必要に応じ投影マスクを介して高分子膜に照射することもできる。投影マスクは、レーザー光の照射形状を制御するためのものである。また高分子膜に照射するレーザー光は、レンズ等の光学機器を介しその大きさを制御することもできる。
【００２５】
従って例えば、投影マスクを介してレーザー光を照射し、その投影マスクより透過したレーザー光を、投影像を作り出す光学機器を介しその大きさを制御して高分子膜に照射しつつその高分子膜の形成材をレーザーエッチングにて金属膜と共に部分的に除去する方式などとして、前記した高分子膜に凹部を形成する方法を実施することもできる。
【００２６】
前記の方式は例えば、レーザー発振器、投影マスクとそれを固定保持するマスクステージ、光学機器、及び高分子膜とそれを固定保持するワークステージを備えた装置などにて実施することができる。マスクステージやワークステージは、駆動源を介しそれぞれ独立して三次元直交座標に基づくＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に移動でき、かつＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸において軸回転可能であることが好ましい。
【００２７】
前記によりマスクステージの各軸方向における移動又は／及び軸回転を介して投影マスクの位置と配置角度を高分子膜とは独立に制御でき、またワークステージの各軸方向における移動又は／及び軸回転を介して高分子膜の位置と配置角度を投影マスクとは独立に制御することができる。なおレーザー発振器と光学機器も独立して前記各軸方向における移動と軸回転を可能として、マスクステージに対する位置と配置角度を制御できるようにすることもできる。
【００２８】
投影マスクとしては、金属などのレーザー光遮蔽性材料からなる適宜なものを用いうる。石英等からなるガラス板上に金属や誘電体等の適宜なレーザー光遮蔽性材料を蒸着し、必要に応じてその蒸着層をパターニングしてレーザー光透過部を形成してなるガラスマスクなども用いうる。前記のガラスマスクにおける蒸着材料としては、限定するものではないが、レーザー光に対する耐久性や解像力の点より、クロムやアルミニウム、モリブデンや誘電体多層膜などが好ましい。
【００２９】
上記したように投影マスクは、不必要な透過光を遮蔽してレーザー光の照射形状を制御するものであり、２枚又は３枚以上の部分マスクの組合せにて形成することもできる。その場合に高分子膜に対するレーザー光の積算照射量を連続変化させうるレーザー光透過部を形成する投影マスクを介してレーザー光を照射することにより斜面を有する凹部を形成することができる。
【００３０】
ちなみに二等辺三角形等の三角形からなるレーザー光透過部を有する投影マスクを介してレーザー光を照射し、その三角形の底辺方向に投影マスク又は／及び高分子膜を走査することにより、高分子膜に照射されるレーザー光の積算照射量が連続的に変化し、それに対応して高分子膜のエッチング量も連続的に変化して斜面を有する凹部を形成でき、レーザー光の照射強度又は／及び三角形の頂角の制御で形成される斜面の傾斜角を調節することができる。
【００３１】
また複数の部分マスクでレーザー光透過部の開閉が可能な投影マスクを形成し、レーザー光の照射下にその部分マスクを介してレーザー光透過部を開状態から閉状態に、又は閉状態から開状態に操作することにても高分子膜に照射されるレーザー光の積算照射量が連続的に変化し、それに対応して高分子膜のエッチング量も連続的に変化して斜面を有する凹部を形成でき、レーザー光の照射強度又は／及びレーザー光透過部の開閉速度の制御で形成される斜面の傾斜角を調節することができる。
【００３２】
従って部分マスクの当該開閉操作の際にその速度を変えて、形成される斜面の傾斜角を変えることもでき、レーザー光照射量が一定の場合には移動速度を速くするほど傾斜角の小さい斜面を形成することができる。また部分マスクの当該開閉操作の際にレーザー光の照射を停止したり断続させて、斜面の後に水平面が続く形態や、斜面間に水平面が介在する形態などとすることもできる。
【００３３】
さらに部分マスクの当該開閉操作の際にその移動させる複数の部分マスクの速度を同じとして同じ傾斜角の斜面も形成できるし、異なる速度として異なる傾斜角の斜面を形成することもできる。
【００３４】
上記した凹部形成方法は、凹部が分散分布してなる光出射手段の形成に好ましく適用することができる。すなわち例えば、ワークステージを介した高分子膜の移動とレーザー照射の断続による、上記した凹部を形成するためのエッチング操作の繰り返しで、高分子膜の所定位置における形成材を部分的に除去して、凹部の複数が分散分布してなる光出射手段を形成することができる。
【００３５】
また前記の場合に例えば、ワークスステージを介した高分子膜の移動をランダムとしたり、さらにその移動距離に長短差をもたせることで、凹部がランダムに配置され、さらに分布密度が変化する状態の光出射手段を容易に形成することができる。
【００３６】
前記において液晶表示装置等に好ましく用いうる光学素子は、高分子膜が形成する平面に対する傾斜角が３５〜４８度の光路変換斜面と、当該傾斜角が５０〜９０度の立面とを具備する横断面形状が三角形又は四角形で、高分子膜の加工表面での開口が矩形状の凹部の複数を高分子膜の片面に、不連続に分布させてなる光出射手段を有するものである。
【００３７】
前記した凹部の形成は、例えば上記した二等辺三角形のレーザー光透過部を設けた投影マスクを用いる凹部形成方法においては、レーザー光透過部を形成する二等辺三角形の頂角を７０〜１００度とすることにより行うことができる。
【００３８】
また部分マスクの開閉方式による投影マスクを用いる凹部形成方法においては投影マスクを介したレーザー光透過部によるレーザー光の成形形状を長方形とし、そのレーザー光透過部を開閉するために移動させる部分マスクを当該長方形の一対の長辺を形成する部分マスクとすると共に、それら対向辺の部分マスクを当該長方形の短辺と平行な方向に移動させてレーザー光透過部を開閉し、かつその開閉の際に当該対向辺の一辺側の部分マスクを他辺側の部分マスクの１．１〜１５０倍の速度で移動させ、エッチングレート（１ショット当たりのエッチング量）０．０１〜５μm／パルスにてレーザーエッチングする方式などにより行うことがでる。
【００３９】
前記により高分子膜の表面に対して３５〜４８度の角度で傾斜する光路変換斜面と５０〜９０度の角度で傾斜する立面とを具備し、その光路変換斜面と立面とがシャープな角度のエッジ部を介して高分子膜の表面と連続する凹部を形成することができ、ひいては斯かる凹部の複数を高分子膜の片面に不連続に分布させてなる光出射手段を有する光学素子を形成することができる。なお得られた高分子膜を光学素子として実用する場合には、高分子膜の加工表面に残存する金属膜は除去される。
【００４０】
光学素子は、上記した方法で一体ずつ製造することができる。量産性等の点より光学素子の好ましい製造方法は、上記の方法で得た光学素子を母型に用いて、光学素子形成用の金型を製造し、その金型を用いて光学素子を量産する方法である。
【００４１】
前記の方法は例えば、母型となる光学素子の光出射手段を形成した面上に電気鋳造により金属層を形成した後、その金属層と光学素子を分離して光学素子形成用の金型を製造し、その金型における光出射手段を形成しうる凸部を有する面に、放射線硬化型樹脂を密着させて、その光出射手段の形状を写した成形層を形成し、その成形層に放射線を照射して硬化させたのち、製造された光学素子を金型より分離する方法などにより実施することができる。
【００４２】
金型の形成は、所定の凹部の複数からなる光出射手段を設けた高分子膜（光学素子）に、電気鋳造法を適用することにより行われる。これにより高分子膜に設けた凹部に高精度に対応した凸部を有する金型を形成することができる。
【００４３】
前記の電気鋳造法としては、高分子膜の凹部を設けた側に金属を充填して、高分子膜の当該凹部を設けた側の面形状を写したレプリカを有する金属層からなる金型を形成する、従来に準じた方法を適用することができる。従って金属層の形成に際しては高分子膜の凹部を設けた側に導電膜が設けられるが、その導電膜の形成についても従来に準じた方法を適用することができる。
【００４４】
金型を形成する金属の種類については特に限定はなく、一般には例えば金や銀、銅や鉄、ニッケルやコバルト、あるいはそれらの合金類などが用いられ、窒化物やリン等を添加したものなどであってもよい。用いる金属種は、１種でもよし、２種以上であってもよく、また同種又は異種の金属を積層してなる金型を形成することもできる。
【００４５】
金型として形成する金属層の厚さは、適宜に決定してよい。高分子膜と分離する際の破損防止や、光学素子形成時のハンドリング性などの点より、凸部を有しない部分の厚さが０．０２〜３mm程度の金属層からなる金属箔ないし金属板による金型としたものが好ましい。
【００４６】
光学素子の形成は、例えば放射線硬化型樹脂を必要に応じ透明フィルム等に塗布して支持した状態で、金型の凸部を形成した面に密着させて、放射線硬化型樹脂層に金型の凸部形成側の表面形状を写し、それにより当該表面形状を写した成形層を形成し、それに放射線を照射して成形層を硬化させ、その成形硬化層を金型から分離することにより行われる。
【００４７】
前記により、金型の凸部形成側の表面形状に高精度に対応した凹部と表面形状を有する、従って母型の高分子膜における光出射手段を高精度に再現してなる、フィルム面に対する傾斜角が３５〜４８度の光路変換斜面と、当該傾斜角が５０〜９０度の立面とを具備し、横断面形状が三角形又は四角形で、フィルム面での開口が矩形状の凹部の複数が片面に、不連続に分布してなる光出射手段を有する光学素子が得られる。
【００４８】
前記において光学素子の好ましい製造方法は、変形性の金型を円柱状ないし円筒状の円形回転体の外周に捲着し、その回転体を介し金型を回転させながらその回転下の金型に、長尺の透明フィルムに設けた放射線硬化型樹脂の塗布層を順次圧着して金型の表面形状を写した成形層を連続的に形成しつつ、その成形層に透明フィルムを介し放射線を照射して、光学素子を連続的に製造する方法である。
【００４９】
本発明方法による光学素子における光出射手段は、凹部の斜面の直線性（平面性）に優れると共に、エッジ部のダレがなく、長辺方向の両端が鋭角に切り込まれた微小サイズの凹部を有して、光路変換斜面が反射効率に優れその反射光が散乱しにくくて指向性に優れている。
【００５０】
従って光学素子は、液晶セルの側面や角部より光源を介し入射させた光ないしその伝送光を、光路変換斜面を介し反射させて裏面側（光出射手段を有しない側）に、従って液晶表示パネルの視認方向に光路変換して出射させ、その出射光を液晶表示パネル等の照明光（表示光）として利用できることを可能とするものである。その場合、光学素子は通例、液晶セルの平面に沿う方向にその光出射手段の形成面が外側となるように配置される。
【００５１】
上記において、必要に応じ放射線硬化型樹脂の支持に用いて、光学素子を形成することのある透明フィルムは、光源等を介して入射させる光の波長域に応じそれに透明性を示す適宜な材料の１種又は２種以上を用いて形成しうる。
【００５２】
ちなみに可視光域では、例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂やポリエチレンテレフタレート系樹脂等の上記の高分子膜で例示したものなどで代表される透明樹脂や、熱、紫外線、電子線等で重合処理しうる硬化型樹脂などがあげられる。
【００５３】
透明フィルムは通例、単層物として形成されるが、同種又は異種の材料からなる積層体などとして形成されていてもよい。透明フィルムの厚さは、適宜に決定できて特に限定はないが、薄型軽量化等の点よりは５〜５００μm、就中１０〜３００μm、特に２０〜１００μmが好ましい。斯かる厚さとすることで打ち抜き処理等によるサイズ加工も容易に行うことができる。
【００５４】
放射線硬化型樹脂の成形硬化層の形成に際し、支持用の透明フィルムを用いた場合、光学素子は、透明フィルムと当該成形硬化層とが固着一体化したものとして得ることもできるし、透明フィルムとは分離された状態の当該成形硬化層からなるものとして得ることもできる。透明フィルムと当該成形硬化層の分離は、例えば透明フィルムを剥離剤で表面処理する方式などの適宜な方式にて達成することができる。
【００５５】
前記の成形硬化層を形成する放射線硬化型樹脂には、例えば上記した紫外線硬化型樹脂などの紫外線の照射、就中、紫外線又は／及び電子線の照射にて硬化処理できる適宜な樹脂の１種又は２種以上を用いることができ、その種類について特に限定はない。就中、光透過率に優れる成形硬化層を形成できる放射線硬化型樹脂が好ましい。
【００５６】
また前記した固着一体化の場合、成形硬化層と透明フィルムの屈折率差が大きいと、界面反射等にて光の出射効率が大きく低下する場合がある。それを防止する点より、透明フィルムとの屈折率差が可及的に小さい、就中０．１０以内、特に０．０５以内の成形硬化層を形成できる放射線硬化型樹脂が好ましい。
【００５７】
さらに前記の場合、透明フィルムよりも付加する成形硬化層の屈折率を高くすることが出射効率の点より好ましい。なお透明フィルム上に形成する放射線硬化型樹脂の塗布層の厚さは、金型における凸部の高さの１〜５倍、就中１．１〜３倍、特に１．２〜２倍が好ましいが、これに限定されない。
【００５８】
光学素子に設ける光出射手段を形成する凹部は、サイズの小型化による視覚性の低減や製造効率などの点より有利である。凹部は、高分子膜内又は光学素子内に凹んでいること（溝）を意味する。また横断面は、凹部における光路変換斜面に対する横断面を意味する。
【００５９】
前記により、液晶セルの側面等に配置した光源による側面方向からの入射光ないしその伝送光を、光路変換斜面を介し光学素子の光出射手段を有しない裏面側に光路変換して、液晶セル等に対し法線方向の指向性に優れる光を、光源光の利用効率よく出射させることができる。
【００６０】
光路変換斜面の当該傾斜角が３５度未満では、液晶表示パネルより出射する表示光の角度が３０度を越えることとなり、視認に不利となる。一方、光路変換斜面の当該傾斜角が４８度を超えると、全反射されずに斜面から光洩れが生じやすくなり、光利用効率が低下する。
【００６１】
光路変換斜面を介し効率よく全反射させて、光出射手段を有しない側より、高分子膜面又はフィルム面の法線方向に指向性よく出射させ、液晶セルを効率よく照明して明るくて見やすい液晶表示を達成する点より、光路変換斜面の好ましい当該傾斜角は、３８〜４５度、就中４０〜４３度である。
【００６２】
光出射手段は、不連続に断続する凹部の複数を分散分布させたものとして形成される。凹部は、その光路変換斜面に基づいて平行に分布していてもよいし、不規則に分布していてもよい。さらに仮想中心に対してピット状（同心円状）に配置された分布状態にあってもよい。
【００６３】
ちなみに前記したピット状配置の分布は、レーザー光を照射する際に、高分子膜の端面又はその外側に仮想中心を想定し、その仮想中心より派生する仮想の放射線に対して直交する方向に光路変換斜面が形成されるように凹部を設けることにより形成することができる。なお二箇所以上の仮想中心を想定して、その各仮想中心に対してピット状に分布配置した複数の凹部からなる光出射手段とすることもできる。
【００６４】
複数の凹部の分散分布による配置状態は、その凹部の形態などに応じて適宜に決定することができる。上記したように光路変換斜面は、照明モードにおいて光源による側面方向からの入射光を裏面方向に反射して光路変換するものであることより、斯かる光路変換斜面を具備する凹部を全光線透過率が７５〜９２％で、ヘイズが４〜２０％となるように光学素子の片面に、不連続に分散分布させることが、光源を介した側面方向からの光を光路変換して液晶セルを効率よく照明する面光源を得て、明るくてコントラストに優れる液晶表示を達成する点より好ましい。
【００６５】
斯かる全光線透過率とヘイズの特性は、凹部のサイズや分布密度等の制御にて達成でき、例えば光学素子における光出射手段の形成面に占める光出射手段の投影面積に基づく占有面積を１／１００〜１／８、就中１／５０〜１／１０、特に１／３０〜１／１５とすることにより達成することができる。
【００６６】
より具体的には凹部、ないしその光路変換斜面のサイズが大きいと、観察者にその斜面の存在が認識されやすくなって表示品位を大きく低下させやすくなり、液晶セルに対する照明の均一性も低下しやすくなることなども考慮して、高分子膜面での開口が矩形状の凹部において、その開口の長辺長が短辺長の３倍以上、就中５倍以上、特に８倍以上の凹部であることが好ましい。
【００６７】
また光路変換斜面の長さを、凹部の深さの５倍以上、就中８倍以上、特に１０倍以上の凹部とすることが好ましい。さらに光路変換斜面の長さは、５００μm以下、就中２００μm以下、特に１０〜１５０μm、凹部の深さ及び幅は２μm〜１００μm、就中５〜８０μm、特に１０〜５０μmとすることが好ましい。
【００６８】
なお前記の長さは、光路変換斜面の長辺長に基づき、深さは光学素子の光出射手段形成面を基準とする。また幅は、光路変換斜面の長辺方向と深さ方向とに直交する方向の長さに基づく。
【００６９】
なお凹部を形成する面であって所定傾斜角の光路変換斜面を満足しない面、すなわち光路変換斜面に対向する立面は、セル側面方向からの入射光を裏面より出射することに寄与するものではなく、表示品位や光伝送ないし光出射に可及的に影響しないことが好ましい。
【００７０】
ちなみに立面の傾斜角が小さいとフィルム面に対する投影面積が大きくなり、光学素子を視認側に配置するフロントライト方式による外光モードでは、その立面による表面反射光が観察方向に戻って表示品位を阻害しやすくなる。
【００７１】
従って立面の傾斜角は大きいほど有利であり、それによりフィルム面に対する投影面積を小さくできて全光線透過率の低下等を抑制でき、また光路変換斜面と立面による頂角も小さくできて表面反射光を低減でき、その反射光をフィルム面方向に傾けることができて液晶表示への影響を抑制することができる。斯かる点より立面の好ましい傾斜角は、６０度以上、就中７０度以上、特に７５〜９０度である。
【００７２】
凹部を形成する斜面は、直線面であることが好ましい。また凹部の断面形状は、その傾斜角等がシートの全面で一定な形状であってもよいし、吸収ロスや先の光路変換による伝送光の減衰に対処して光学素子上での発光の均一化を図ることを目的に、光が入射する側の側面から遠離るほど凹部を大きくしてもよい。
【００７３】
また凹部を一定ピッチで分散分布させた光出射手段とすることもできるし、光が入射する側の側面から遠離るほど徐々にピッチを狭くして、凹部の分布密度を高くした光出射手段とすることもできる。
【００７４】
さらに凹部の分布密度や配置位置等が不規則なランダムピッチによる光出射手段にて、光学素子上での発光の均一化を図ることもできる。ランダムピッチは、画素との干渉によるモアレの防止に特に有利である。よって光出射手段は、ピッチに加えて、形状等も異なる凹部の組合せからなっていてもよい。
【００７５】
凹部における光路変換斜面は、液晶セルの側面方向より入射させる光の方向に対面していることが出射効率の向上の点より好ましい。従って線状光源を用いる場合の光路変換斜面は、一定の方向を向いていることが好ましい。また発光ダイオード等の点状光源を用いる場合の光路変換斜面は、その点状光源の発光中心の方向を向いていることが好ましい。
【００７６】
凹部の断続端の形状等については特に限定はないが、その部分への入射光の低減化等による影響の抑制の点より、鋭角に掘り込まれたものであることが好ましく、従って上記の立面に準じて６０〜９０度の角度にあることが好ましい。
【００７７】
また光学素子は、光出射手段を形成する凹部部分を除き、その表裏面が可及的に平滑な平坦面であること、就中±２度以下の角度変化、特に０度の平坦面であることが好ましい。またその角度変化が長さ５mmあたり１度以内であることが好ましい。斯かる平坦面とすることにより、フィルム面の大部分を角度変化が２度以下の平滑面とすることでき、液晶セルの内部を伝送する光を効率よく利用できて、画像を乱さない均一な光出射を達成することができる。
【００７８】
上記したように凹部のピット状配置は、点状光源を液晶表示パネルの側面等に配置し、その点状光源による側面方向からの放射状の入射光ないしその伝送光を光路変換斜面を介し光路変換して、光学素子を可及的に均一に発光させ、液晶セル等に対し法線方向の指向性に優れる光を光源光の利用効率よく光学素子から出射させることを目的とする。
【００７９】
従って凹部のピット状配置は、点状光源の配置が容易となるように、光学素子の端面又はその外側に仮想中心が形成されるように行うことが好ましい。仮想中心は、同じ又は異なる光学素子端面に対して一箇所又は二箇所以上形成することができる。
【００８０】
本発明による光学素子は、その光出射手段（光路変換斜面）を介して、光源による側面方向からの入射光ないしその伝送光を視認に有利な垂直性に優れる方向（法線方向）に光路変換して、光の利用効率よく出射し、また外光に対しても良好な透過性を示すものとすることができて、例えば明るくて見やすい薄型軽量の反射型や透過型の外光・照明両用式の液晶表示装置などの種々の装置を形成することができる。
【００８１】
液晶表示装置の形成は、例えば光学素子をその光出射手段を有する側が外側となるように、液晶セルの少なくとも片側に配置する方式などにより行うことができる。その場合、照明機構は、液晶セルの１又は２以上の側面や角部、特に光学素子を配置した側のセル基板の１又は２以上の側面や角部に、１個又は２個以上の光源を配置することにより形成することができる。また光学素子は、接着層を介し液晶セル等に接着することが明るい表示を達成する点より好ましい。
【００８２】
液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとして機能する液晶セルとそれに付随の駆動装置、フロントライト又はバックライト及び必要に応じての反射層や補償用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。本発明においては、上記した光学素子と光源を用いて照明機構を形成する点を除いて特に限定はなく、従来のフロントライト型やバックライト型のものに準じて形成することができる。
【００８３】
【実施例】
実施例１
金属箔に長さ１５００μm、幅２００μm又は長さ２０００μm、３００μmの長方形の開口を設けた２種類の部分マスクを上下に配置し、前記開口の重畳で長さ１５００μm、幅１５０μmのレーザー光透過部が形成されるようにした投影マスクを形成し、そのマスクを介し波長２４８nmのエキシマレーザー光をビーム幅１．５mmで照射し、投影マスクの透過光をレンズを介し１／１５に縮小して、アルミニウムを１０nmの厚さで蒸着してなる金属膜を有する厚さ５０μmのポリイミドフィルムに照射する方式において、レーザー光をエッチングレート０．２６μm／パルスで照射しながら、レーザー光透過部を幅１５０μmの開状態から、前記２種の部分マスクを速度比３０：７の異なる速度で幅方向に等速移動させて閉塞状態とし、凹部を形成した。
【００８４】
ついで前記のエッチング加工を、ワークステージのＸＹＺθの各軸を走査してポリイミドフィルムに対する位置を変えながら繰り返して、ポリイミドフィルムの片面に前記凹部の複数をランダムな分布状態で、かつ分布密度がフィルムの一辺より遠離るほど大きくなる状態で有する高分子膜（母型としての光学素子）を形成。なお凹部の開口がフィルム表面で占有する面積は１／１０であった。
【００８５】
前記の各凹部は、横断面がほぼ三角形であり、その最も深くエッチングされた部分（溝頂点）がレーザー光透過部の閉塞線に該当した。また凹部は、長さ約１００μm、幅約１０μm、深さ約８μmで、フィルム面に対する傾斜角が約４２度の光路変換斜面と、それに対面して傾斜角が約７５度の立面を有するものであり、凹部のエッジ部にダレがなく両端部が鋭角に掘り込まれると共に、光路変換斜面に加えて立面もその面精度（平面性）に優れていた。
【００８６】
次に前記高分子膜の凹部付き面に電気鋳造法によりニッケルを充填して、厚さが約２００μmの金属層を形成した後、高分子膜を剥離して所定の凸部形成面を有する金型を得た。そしてその金型の凸部形成面に対して、放射線硬化型のアクリル系樹脂を５０μmの厚さで塗布し、その上に透明フィルムを被せて余分な樹脂と気泡を押出し、金型の表面形状を写した成形層を形成した後、それに放射線を照射して成形層を硬化させ、形成された成形硬化層を金型より剥離して、光出射手段を有する光学素子を得た。
【００８７】
前記の光学素子における光出射手段は、フィルム面に対する傾斜角が約４２度の光路変換斜面と、それに対面する傾斜角が約７５度の立面を有する、長さ約１００μm、幅約１０μm、深さ約８μmの凹部の複数からなり、これは母型のポリイミドフィルムに設けた凹部からなる光出射手段と高精度に対応するものであった。その凹部の断面模式図を図１に示す。
【００８８】
比較例
ポリイミドフィルム上に金属膜を設けずにレーザーエッチングして凹部を形成したほかは、実施例１に準じて光学素子を得た。その凹部の断面模式図を図２に示す。
【００８９】
評価試験
実施例又は比較例で得た光学素子についてその断面を走査型電子顕微鏡で撮影し（日立製作所社製、Ｓ−３０００Ｎ）、得られた画像から凹部のエッジ部（図１、２中の１、２、３、４）におけるダレ（曲率半径；Ｒ）を測定した。その結果を表１に示した。
【００９０】
【表１】

【００９１】
また光学素子を厚さ１．３mmのガラス板の裏面に貼付け、ガラス板の側面から冷陰極管による光を入射させて、ガラス板の表面からの出射光の輝度と角度特性を測定し、光散乱の程度を評価した（ＥＬＤＩＭ社製、Ｅｚ−contrast）。その際の冷陰極管配置側面と垂直な方向における＋５度と＋３０度の斜め方向での輝度を表２に示した。なおガラスを正面から見た場合を０度として、冷陰極管配置側面側をマイナスとした。
【００９２】
【表２】

【００９３】
表１、２より実施例ではエッジ部のダレが小さくて光散乱が少なく、出射光の正面方向への指向性に優れていることが判る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による凹部の断面模式図
【図２】比較例による凹部の断面模式図
【符号の説明】
１、２、３、４：エッジ部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention can form a recess having excellent surface accuracy. And Manufacture of optical elements capable of forming thin and light liquid crystal display devices by efficiently changing the optical path of incident light in the horizontal direction in the vertical direction. Recess formation suitable for Regarding the method.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
Conventionally, as a method of forming a prism-shaped concave portion in a polymer film by a dry etching method, a method of scanning a projection mask provided with a triangular laser light transmitting portion under laser light irradiation has been known. However, for example, when forming a micro concave part (groove) having a triangular cross section of 100 μm or less, there is a problem that a laser beam is diffracted by a projection mask and a portion that should not be processed by the diffracted light is etched.
[0003]
For example, when the slope is formed in the polymer film, the excess etching rounds the intersection of the polymer film surface and the slope (sag of the edge portion). When the slant surface is used as a light reflecting surface, the sagging causes scattering reflection and reduces the directivity of reflected light through the slant surface. Further, when the diffraction grating is formed, the diffraction efficiency is lowered due to the roundness caused by the sagging.
[0004]
[Technical Problem of the Invention]
The present invention can prevent the sagging at the edge of the recess when the recess is formed in the polymer film by the dry etching method. And A thin and light optical element having a light emitting means for efficiently changing the optical path of the incident light in the horizontal direction in the vertical direction by distributing the fine concave portions with high positional accuracy can be obtained. Concave formation The development of the method is an issue.
[0005]
[Means for solving problems]
The present invention provides a metal film on the processed surface of a polymer film when forming one or two or more recessed parts of a predetermined shape by partially dry-etching one or more parts of the polymer film. Perform dry etching from the surface of the metal film to form a polymer film in a state of penetrating the metal film part. And a slope that is continuous with the surface of the polymer film and is inclined at an angle of 35 degrees or more with respect to the surface of the polymer film. It is an object of the present invention to provide a recess forming method characterized by forming a predetermined number of recesses.
[0006]
(Delete)
[0007]
(Delete)
[0008]
【The invention's effect】
According to the present invention, when a fine recess is formed by dry etching utilizing ablation by laser light, the metal film has a higher processing threshold than the polymer film, so that the original laser light irradiated portion has shock waves and heat. The polymer film is removed together with the metal film and processed. On the other hand, the diffracted light from the projection mask does not remove the metal film but exerts a barrier effect to protect the polymer film and prevent the edge part from sagging, and the edge part has fine concave portions with sharp angles. A polymer film can be formed. In addition, the influence of plasma generated during laser processing can be prevented by the metal film, and the portion of the polymer film that should not be processed originally can be prevented from being thermally processed by plasma.
[0009]
In addition, by applying the above-described recess forming method, it is possible to form recesses with excellent slope shape accuracy, and also to distribute the finely distributed recesses with high positional accuracy, and to efficiently direct lateral light in the vertical direction with good directivity. Thus, an optical element having a light emitting means for changing the optical path can be obtained. In particular, in a method in which a radiation curable resin is molded into a predetermined shape and cured through a die formed by electroforming, an optical element having a predetermined light emitting means can be obtained efficiently. Furthermore, a thin, light, bright and easy-to-view liquid crystal display device can be formed by efficiently changing the optical path of light incident from the side surfaces and corners of the liquid crystal display panel using the optical element in the viewing direction.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method of forming a recess according to the present invention is a method in which one or more portions of a polymer film are partially dry-etched to form one or more recesses having a predetermined shape. A film is provided and dry etching is performed from the surface of the metal film. And a slope that is continuous with the surface of the polymer film and is inclined at an angle of 35 degrees or more with respect to the surface of the polymer film. A predetermined number of recesses are formed. Note that the metal film remaining on the processed surface of the polymer film after the etching is removed as necessary.
[0011]
Dry etching can be performed by, for example, a method of irradiating a polymer film with laser light. Examples of laser oscillators include excimer laser, YAG laser, titanium / sapphire laser, and CO. ₂ One type or two or more types that can be dry-etched, such as laser and femtosecond laser, can be used.
[0012]
The laser beam can be applied to the polymer film as a harmonic of the second order, the third order, the fourth order or the like, and the oscillation mode such as the irradiation mode such as continuous or pulse can be appropriately selected. Ablation processing using an oscillator capable of obtaining laser light in the ultraviolet region having a wavelength of 400 nm or less is preferable from the viewpoint of fine processing accuracy and the like.
[0013]
The polymer film is not particularly limited as long as it can be etched with laser light because it can be laser processed by two-photon excitation. Generally, those made of a polymer that absorbs irradiated laser light are used. The polymer film may be formed of either a curable resin or a thermoplastic resin.
[0014]
Incidentally, examples of the polymer film include polyester resins, epoxy resins, urethane resins, polystyrene resins, polyethylene resins, polyamide resins, polyimide resins, ABS resins, acrylic resins, cellulose resins, polycarbonates. Examples thereof include a coating film and a film made of a resin, a silicone resin, a norbornene resin, and the like.
[0015]
Further, polymers described in JP-A No. 2001-343529 (WO01 / 37007), for example, (A) a thermoplastic resin having a substituted or / and unsubstituted imide group in the side chain, and (B) a substituted or / and substituted side chain. And a polymer film made of a coating film or a film made of a resin composition containing A and B with a thermoplastic resin having an unsubstituted phenyl group and a nitrile group.
[0016]
Incidentally, specific examples of the resin composition described above include those containing an alternating copolymer of isobutene and N-methylmaleimide and an acrylonitrile / styrene copolymer. The film can be formed by extrusion molding of a resin composition.
[0017]
Preferred polymer films in terms of heat resistance, chemical resistance, and laser processability are thermosetting resins, especially those made of polyimide resins, polyethersulfone resins, polyphenylene sulfide resins, especially polyimide resins. It will be. In the case of processing with laser light in the ultraviolet region, an ultraviolet-absorbing polymer film made of an acrylic, methacrylic or urethane-based ultraviolet curable resin is preferable. Moreover, when forming an optical element, the polymer film which is excellent in the transmittance | permeability of visible region is preferable.
[0018]
The polymer film generally has a film shape, a sheet shape, or a plate shape, but it may have an appropriate layer shape such as a single layer or a multilayer. Therefore, in the case of a single layer, the polymer film is usually composed of a polymer film or the like.
[0019]
The thickness of the polymer film is arbitrary, but is preferably 500 μm or less, especially 10 to 350 μm, and particularly preferably 5 to 200 μm, from the viewpoints of handleability during processing and flatness of the processed surface. If necessary, the polymer film can be fixed and held on a support made of a substrate of glass, metal, polymer, or the like and used for dry etching.
[0020]
The metal film provided on the processed surface of the polymer film is formed such that it can be removed by dry etching together with the polymer film by a shock wave or heat generated by laser irradiation energy during processing and cannot be removed by diffracted light from a projection mask or the like. Therefore, the metal film can be formed of various metals, and the type is not particularly limited. Incidentally, examples thereof include copper, aluminum, gold, nickel, cobalt and platinum.
[0021]
The thickness of the metal film can be appropriately determined according to the etching processability and the like, and is generally 5 μm or less, especially 5 nm to 2 μm. The metal film can be formed by an appropriate method such as a vapor deposition method, a sputtering method, or an electroless plating method.
[0022]
The metal film remaining on the polymer film after the etching process is removed as necessary according to the purpose of use of the polymer film. There is no particular limitation on the removing means, and for example, appropriate means such as a dissolution / removal method using an appropriate chemical solution such as an alkaline solution, a mechanical peeling method, and a method using ultrasonic vibration at the same time can be adopted. . Therefore, the metal film can be formed as a multilayer structure in consideration of adhesion to the polymer film, etching processability, removability from the polymer film after the etching process, and the like.
[0023]
In the present invention, the metal film is provided on the processed surface of the polymer film as described above, and dry etching is performed from the surface of the metal film to form the polymer film in a state of penetrating the metal film portion. And a slope that is continuous with the surface of the polymer film and is inclined at an angle of 35 degrees or more with respect to the surface of the polymer film. The operation of partially forming the recesses is performed at one or more places in the polymer film to form one or two or more predetermined number of recesses in the polymer film.
[0024]
In the dry etching, the polymer film can be directly irradiated with laser light from a laser oscillator, and the polymer film can be irradiated through a projection mask if necessary. The projection mask is for controlling the irradiation shape of the laser light. The size of the laser light applied to the polymer film can also be controlled via an optical device such as a lens.
[0025]
Therefore, for example, the polymer film is irradiated with laser light through a projection mask, and the laser light transmitted through the projection mask is irradiated onto the polymer film by controlling the size through an optical device that creates a projection image. As a method of partially removing the forming material together with the metal film by laser etching, a method of forming a recess in the polymer film can also be implemented.
[0026]
The above-described method can be implemented by, for example, a laser oscillator, a projection mask and a mask stage that fixes and holds the projection mask, an optical device, and an apparatus that includes a polymer film and a work stage that fixes and holds the polymer film. The mask stage and work stage can be moved independently in the X, Y, and Z axis directions based on the three-dimensional Cartesian coordinates via the drive source, and in each of the X, Y, and Z axes. It is preferable that the shaft can be rotated.
[0027]
As described above, the position and the arrangement angle of the projection mask can be controlled independently of the polymer film through the movement or / and axial rotation of the mask stage, and the movement or / and axial rotation of the work stage in each axial direction. The position and the arrangement angle of the polymer film can be controlled independently of the projection mask via the. The laser oscillator and the optical device can also be independently moved and rotated in the respective axial directions, so that the position and the arrangement angle with respect to the mask stage can be controlled.
[0028]
As the projection mask, an appropriate mask made of a laser light shielding material such as metal can be used. A glass mask or the like formed by depositing an appropriate laser light shielding material such as metal or dielectric on a glass plate made of quartz or the like, and patterning the deposited layer as necessary to form a laser light transmitting portion is also used. sell. The vapor deposition material for the glass mask is not limited, but chromium, aluminum, molybdenum, a dielectric multilayer film, and the like are preferable from the viewpoint of durability against laser light and resolution.
[0029]
As described above, the projection mask shields unnecessary transmitted light and controls the irradiation shape of the laser beam, and can be formed by a combination of two or three or more partial masks. In that case, the concave portion having the inclined surface can be formed by irradiating the laser beam through a projection mask that forms a laser beam transmitting portion capable of continuously changing the integrated irradiation amount of the laser beam to the polymer film.
[0030]
By the way, by irradiating laser light through a projection mask having a laser beam transmitting portion made of a triangle such as an isosceles triangle, and scanning the projection mask or / and the polymer film in the bottom direction of the triangle, the polymer film is formed. The integrated irradiation amount of the irradiated laser light changes continuously, and the etching amount of the polymer film also changes correspondingly to form a concave portion having a slope, and the irradiation intensity of laser light or / and the triangle It is possible to adjust the inclination angle of the slope formed by controlling the apex angle.
[0031]
In addition, a projection mask capable of opening and closing the laser light transmitting portion is formed with a plurality of partial masks, and the laser light transmitting portion is opened from the open state to the closed state or opened from the closed state via the partial mask under laser light irradiation. The integrated irradiation amount of the laser light applied to the polymer film continuously changes even when the state is manipulated, and the etching amount of the polymer film also changes continuously corresponding to the concave portion having a slope. The inclination angle of the slope formed can be adjusted by controlling the irradiation intensity of the laser beam or / and the opening / closing speed of the laser beam transmitting portion.
[0032]
Therefore, it is possible to change the inclination angle of the slope to be formed by changing the speed at the time of opening / closing the partial mask, and when the laser beam irradiation amount is constant, the slope with a smaller inclination angle as the moving speed is increased. Can be formed. Further, the irradiation of the laser beam may be stopped or interrupted during the opening / closing operation of the partial mask so that the horizontal plane follows the slope, or the horizontal plane is interposed between the slopes.
[0033]
Furthermore, the slopes of the same inclination angle can be formed with the same speed of the plurality of partial masks moved during the opening / closing operation of the partial mask, and the slopes with different inclination angles can be formed with different speeds.
[0034]
The above-described recess forming method can be preferably applied to the formation of a light emitting means in which the recesses are distributed and distributed. That is, for example, by repeatedly repeating the etching operation for forming the recess by moving the polymer film through the work stage and intermittently irradiating the laser, the forming material at a predetermined position of the polymer film is partially removed. A light emitting means in which a plurality of recesses are distributed and distributed can be formed.
[0035]
Further, in the above case, for example, the movement of the polymer film through the works stage is random, and further, the light is in a state where the concave portions are randomly arranged and the distribution density is further changed by changing the moving distance. The emission means can be easily formed.
[0036]
The optical element that can be preferably used for a liquid crystal display device and the like in the above includes an optical path changing slope with an inclination angle of 35 to 48 degrees with respect to a plane formed by the polymer film, and an elevation surface with the inclination angle of 50 to 90 degrees. A light emitting means is provided in which a plurality of concave portions having a triangular or quadrangular cross section and a rectangular opening on the processed surface of the polymer film are discontinuously distributed on one surface of the polymer film.
[0037]
For example, in the concave portion forming method using the projection mask provided with the laser beam transmitting portion having the isosceles triangle described above, the apex angle of the isosceles triangle forming the laser beam transmitting portion is set to 70 to 100 degrees. This can be done.
[0038]
Also, in the concave portion forming method using the projection mask by the partial mask opening and closing method, the shape of the laser light by the laser light transmission part through the projection mask is rectangular, and the partial mask to be moved to open and close the laser light transmission part is provided. A partial mask that forms a pair of long sides of the rectangle, and moves the partial mask of the opposite sides in a direction parallel to the short side of the rectangle to open and close the laser light transmitting portion, and at the time of opening and closing Laser etching is performed at an etching rate (etching amount per shot) of 0.01 to 5 μm / pulse by moving the partial mask on one side of the opposite side at a speed 1.1 to 150 times that of the partial mask on the other side. It can be done by the method to do.
[0039]
The optical path changing slope inclined at an angle of 35 to 48 degrees with respect to the surface of the polymer film and an elevation face inclined at an angle of 50 to 90 degrees are provided, and the optical path changing slope and the elevation face are sharp. An optical element having a light emitting means capable of forming a concave portion continuous with the surface of the polymer film via an edge portion of an angle, and thus discontinuously distributing a plurality of such concave portions on one side of the polymer film Can be formed. When the obtained polymer film is put into practical use as an optical element, the metal film remaining on the processed surface of the polymer film is removed.
[0040]
The optical elements can be manufactured in one piece by the method described above. From the viewpoint of mass productivity, a preferable method for manufacturing an optical element is to manufacture a mold for forming an optical element using the optical element obtained by the above method as a mother mold, and mass-produce the optical element using the mold. It is a method to do.
[0041]
In the above method, for example, a metal layer is formed by electroforming on the surface on which the light emitting means of the optical element serving as a master is formed, and then the metal layer and the optical element are separated to form a mold for forming the optical element. A radiation-curable resin is brought into close contact with the surface of the mold having a convex portion that can form the light emitting means, and a molding layer that reflects the shape of the light emitting means is formed, and radiation is applied to the molding layer. Can be carried out by a method of separating the manufactured optical element from the mold.
[0042]
The mold is formed by applying an electroforming method to a polymer film (optical element) provided with a light emitting means composed of a plurality of predetermined recesses. Thereby, the metal mold | die which has the convex part corresponding to the high precision in the recessed part provided in the polymer film can be formed.
[0043]
As the electrocasting method, a metal mold having a replica in which a surface of the polymer film on the side provided with the concave portion is filled with metal on the side provided with the concave portion of the polymer film is used. A conventional method can be applied. Therefore, when forming the metal layer, the conductive film is provided on the side of the polymer film where the concave portion is provided, and a method according to the related art can be applied to the formation of the conductive film.
[0044]
There are no particular limitations on the type of metal that forms the mold. Generally, for example, gold, silver, copper, iron, nickel, cobalt, or alloys thereof are used, and nitrides, phosphorus, etc. are added. It may be. The metal species used may be one or two or more, and a mold formed by laminating the same or different metals can also be formed.
[0045]
The thickness of the metal layer formed as a mold may be determined as appropriate. Metal foil or metal plate consisting of a metal layer having a thickness of about 0.02 to 3 mm in the thickness of the portion not having a convex portion in view of prevention of breakage when separating from the polymer film and handling properties when forming an optical element It is preferable to use a mold according to.
[0046]
The optical element is formed, for example, in a state where a radiation curable resin is applied to and supported on a transparent film, if necessary, and is closely attached to the surface on which the convex portions of the mold are formed, and the radiation curable resin layer is coated with the mold. This is done by copying the surface shape on the convex portion forming side, thereby forming a molded layer reflecting the surface shape, irradiating it with radiation to cure the molded layer, and separating the molded and hardened layer from the mold. .
[0047]
By the above, it has a concave portion and a surface shape corresponding to the surface shape on the convex portion forming side of the mold with high accuracy, and therefore, the inclination with respect to the film surface, which reproduces the light emitting means in the matrix polymer film with high accuracy. An optical path conversion slope having an angle of 35 to 48 degrees and an elevation surface having an inclination angle of 50 to 90 degrees, a cross section having a triangular or quadrangular shape, and a plurality of concave portions having a rectangular opening on the film surface An optical element having light emitting means distributed discontinuously on one side is obtained.
[0048]
In the above-described method of manufacturing an optical element, a deformable mold is attached to the outer periphery of a columnar or cylindrical circular rotating body, and the mold is rotated while rotating the mold through the rotating body. Applying radiation-curable resin coating layers on a long transparent film in sequence to form a molding layer that reflects the mold surface shape, and then irradiating the molding layer with radiation through the transparent film Thus, the optical element is continuously manufactured.
[0049]
The light emitting means in the optical element according to the method of the present invention is excellent in the linearity (flatness) of the inclined surface of the concave portion, and has a small-sized concave portion in which both ends in the long side direction are cut at acute angles without sagging of the edge portion. In addition, the optical path conversion slope is excellent in reflection efficiency, and the reflected light is not easily scattered, and is excellent in directivity.
[0050]
Therefore, the optical element reflects the light incident from the side or corner of the liquid crystal cell through the light source or the transmitted light through the optical path changing slope, and reflects it on the back side (the side without the light emitting means), and thus the liquid crystal display. The light path is changed in the viewing direction of the panel and emitted, and the emitted light can be used as illumination light (display light) for a liquid crystal display panel or the like. In that case, the optical element is usually arranged so that the surface on which the light emitting means is formed is in the direction along the plane of the liquid crystal cell.
[0051]
In the above, the transparent film that may be used to support the radiation curable resin and form an optical element, if necessary, is made of an appropriate material that exhibits transparency according to the wavelength range of light incident through a light source or the like. It can be formed using one kind or two or more kinds.
[0052]
Incidentally, in the visible light region, for example, transparent resins represented by the above polymer films such as acrylic resins, polycarbonate resins, vinyl chloride resins and polyethylene terephthalate resins, heat, ultraviolet rays, electron beams, etc. And a curable resin that can be polymerized by the above method.
[0053]
The transparent film is usually formed as a single layer, but may be formed as a laminate made of the same or different materials. The thickness of the transparent film can be appropriately determined and is not particularly limited, but is preferably 5 to 500 μm, more preferably 10 to 300 μm, and particularly preferably 20 to 100 μm from the viewpoint of thinning and lightening. With such a thickness, size processing by punching or the like can be easily performed.
[0054]
In the case of using a transparent film for support in forming the molded cured layer of the radiation curable resin, the optical element can be obtained as a transparent film and the molded cured layer fixedly integrated with each other. Can also be obtained as comprising the molded hardened layer in a separated state. Separation of the transparent film and the molded and hardened layer can be achieved by an appropriate method such as a method of surface-treating the transparent film with a release agent.
[0055]
The radiation curable resin for forming the molded cured layer is, for example, one type of suitable resin that can be cured by irradiation with ultraviolet rays such as the above-described ultraviolet curable resin, especially ultraviolet rays or / and electron beams. Or 2 or more types can be used and there is no limitation in particular about the kind. In particular, a radiation curable resin capable of forming a molded cured layer having excellent light transmittance is preferable.
[0056]
Further, in the case of the above-described fixing and integration, if the refractive index difference between the molded and hardened layer and the transparent film is large, the light emission efficiency may be greatly reduced due to interface reflection or the like. From the viewpoint of preventing this, a radiation curable resin capable of forming a molded and cured layer having a refractive index difference as small as possible with a transparent film, preferably within 0.10, particularly within 0.05 is preferable.
[0057]
Further, in the above case, it is preferable from the viewpoint of the emission efficiency that the refractive index of the molded and hardened layer to be added is higher than the transparent film. The thickness of the radiation curable resin coating layer formed on the transparent film is 1 to 5 times the height of the convex portion in the mold, 1.1 to 3 times, especially 1.2 to 2 times. Although preferable, it is not limited to this.
[0058]
The concave portion forming the light emitting means provided in the optical element is advantageous from the viewpoints of reduction in visibility and manufacturing efficiency due to size reduction. A recessed part means that it is recessed in a polymer film or an optical element (groove). Moreover, a cross section means the cross section with respect to the optical path conversion inclined surface in a recessed part.
[0059]
As described above, the incident light from the side direction by the light source arranged on the side surface of the liquid crystal cell or the transmitted light thereof is optically path-converted to the back surface side having no light emitting means of the optical element through the optical path conversion slope, and the liquid crystal cell etc. On the other hand, light having excellent directivity in the normal direction can be emitted with high utilization efficiency of light source light.
[0060]
If the inclination angle of the optical path conversion slope is less than 35 degrees, the angle of the display light emitted from the liquid crystal display panel exceeds 30 degrees, which is disadvantageous for visual recognition. On the other hand, if the inclination angle of the optical path conversion slope exceeds 48 degrees, light leakage is likely to occur from the slope without being totally reflected, and the light utilization efficiency is lowered.
[0061]
Efficiently totally reflects through the light path changing slope, emits with good directivity in the normal direction of the polymer film surface or film surface from the side without the light emitting means, and efficiently illuminates the liquid crystal cell to make it bright and easy to see From the viewpoint of achieving liquid crystal display, the preferred inclination angle of the optical path changing slope is 38 to 45 degrees, and in particular 40 to 43 degrees.
[0062]
The light emitting means is formed as a plurality of discontinuously intermittent recesses distributed and distributed. The concave portions may be distributed in parallel based on the optical path conversion slope, or may be irregularly distributed. Further, it may be in a distributed state arranged in a pit shape (concentric shape) with respect to the virtual center.
[0063]
By the way, the distribution of the pit-like arrangement described above assumes that a virtual center is assumed at the end face of the polymer film or outside thereof when irradiating the laser beam, and the optical path is perpendicular to the virtual radiation derived from the virtual center. It can form by providing a recessed part so that a conversion slope may be formed. In addition, assuming two or more virtual centers, the light emitting means may be composed of a plurality of concave portions distributed in a pit shape with respect to each virtual center.
[0064]
The arrangement state by the dispersion distribution of the plurality of recesses can be appropriately determined according to the form of the recesses. As described above, the light path conversion inclined surface reflects the incident light from the side surface direction by the light source in the illumination mode and converts the light path, so that the concave portion having such a light path conversion inclined surface has a total light transmittance. Is 75-92%, and the haze is 4-20%. Dispersive distribution is distributed discontinuously on one side of the optical element, which makes the liquid crystal cell more efficient by changing the light path from the side direction through the light source. It is preferable from the viewpoint of obtaining a well-illuminated surface light source and achieving a bright and excellent liquid crystal display.
[0065]
Such characteristics of total light transmittance and haze can be achieved by controlling the size and distribution density of the recesses. For example, the occupied area based on the projected area of the light emitting means on the formation surface of the light emitting means in the optical element is 1 / 100 to 1/8, especially 1/50 to 1/10, especially 1/30 to 1/15.
[0066]
More specifically, if the size of the concave portion or the optical path changing slope is large, the presence of the slope is easily recognized by the observer, and the display quality is easily lowered, and the uniformity of illumination for the liquid crystal cell is also lowered. In consideration of the fact that the opening on the polymer film surface is rectangular, the long side length of the opening is 3 times or more, especially 5 times or more, especially 8 times or more of the short side length. It is preferable that
[0067]
Moreover, it is preferable that the length of the optical path conversion slope is a recess that is 5 times or more, especially 8 times or more, especially 10 times or more the depth of the recess. Further, it is preferable that the length of the optical path changing slope is 500 μm or less, especially 200 μm or less, especially 10 to 150 μm, and the depth and width of the recess is 2 μm to 100 μm, especially 5 to 80 μm, especially 10 to 50 μm.
[0068]
The length is based on the long side length of the optical path conversion slope, and the depth is based on the light emitting means forming surface of the optical element. The width is based on the length in the direction orthogonal to the long side direction and the depth direction of the optical path conversion slope.
[0069]
Note that the surface that forms the recess and does not satisfy the optical path conversion inclined surface with a predetermined inclination angle, that is, the vertical surface that faces the optical path conversion inclined surface does not contribute to emitting incident light from the cell side surface direction from the back surface. It is preferable that display quality, light transmission, and light emission are not affected as much as possible.
[0070]
By the way, if the elevation angle is small, the projected area on the film surface increases, and in the external light mode with the front light system in which the optical element is placed on the viewing side, the surface reflected light from the elevation returns to the viewing direction and the display quality It becomes easy to inhibit.
[0071]
Therefore, the larger the angle of inclination of the vertical surface is, the more advantageous it is, so that the projected area on the film surface can be reduced and the decrease of the total light transmittance can be suppressed. The reflected light can be reduced, and the reflected light can be tilted in the film surface direction, so that the influence on the liquid crystal display can be suppressed. From such a point, the preferred inclination angle of the elevation is 60 degrees or more, especially 70 degrees or more, particularly 75 to 90 degrees.
[0072]
The slope forming the recess is preferably a straight surface. Further, the cross-sectional shape of the recess may be a shape whose inclination angle is constant over the entire surface of the sheet, or uniform emission of light on the optical element in response to absorption loss and attenuation of transmitted light due to the previous optical path conversion. For the purpose of reducing the size, the concave portion may be enlarged as the distance from the side surface on the light incident side increases.
[0073]
In addition, the light emitting means can be a light emitting means in which the concave portions are distributed and distributed at a constant pitch. You can also
[0074]
Furthermore, it is possible to make the light emission uniform on the optical element by light emitting means with a random pitch with irregular distribution density and arrangement position of the recesses. The random pitch is particularly advantageous for preventing moire due to interference with pixels. Therefore, the light emitting means may be composed of a combination of recesses having different shapes and the like in addition to the pitch.
[0075]
It is preferable from the viewpoint of improving the emission efficiency that the light path changing inclined surface in the recess faces the direction of the incident light from the side surface direction of the liquid crystal cell. Therefore, it is preferable that the optical path changing slope in the case of using a linear light source is directed in a certain direction. Moreover, it is preferable that the optical path changing slope in the case where a point light source such as a light emitting diode is used is directed toward the light emission center of the point light source.
[0076]
The shape of the intermittent end of the recess is not particularly limited, but it is preferable that it is dug at an acute angle from the viewpoint of suppressing the influence by reducing the incident light to that portion. The angle is preferably 60 to 90 degrees according to the surface.
[0077]
The optical element has a flat surface that is as smooth as possible on the front and back surfaces, except for the concave portions that form the light emitting means, and is an angle change of ± 2 degrees or less, particularly a flat surface of 0 degrees. It is preferable. The angle change is preferably within 1 degree per 5 mm length. By adopting such a flat surface, most of the film surface can be made a smooth surface with an angle change of 2 degrees or less, light transmitted through the liquid crystal cell can be used efficiently, and the image is not disturbed uniformly. Light emission can be achieved.
[0078]
As described above, the pit-like arrangement of the recesses is such that a point light source is arranged on the side surface of the liquid crystal display panel, and the radial incident light from the side direction by the point light source or its transmitted light is converted into an optical path through an optical path conversion slope. An object of the present invention is to cause the optical element to emit light as uniformly as possible and to emit light having excellent directivity in the normal direction with respect to a liquid crystal cell or the like from the optical element with high utilization efficiency of light source light.
[0079]
Therefore, the pit-like arrangement of the recesses is preferably performed so that a virtual center is formed on the end face of the optical element or on the outside thereof so that the arrangement of the point light sources can be facilitated. The virtual center can be formed at one place or two or more places on the same or different optical element end faces.
[0080]
The optical element according to the present invention changes its optical path through the light emitting means (optical path changing slope) in the direction (normal direction) excellent in perpendicularity advantageous for visual recognition of incident light from the side surface by the light source or its transmitted light. In addition, it can emit light efficiently, and can also exhibit good transparency to external light. For example, it is a bright and easy-to-see thin and light reflective and transmissive external light / illuminator. Various devices such as a liquid crystal display device can be formed.
[0081]
The liquid crystal display device can be formed by, for example, a method in which the optical element is arranged on at least one side of the liquid crystal cell so that the side having the light emitting means is outside. In that case, the illumination mechanism includes one or more light sources on one or more side surfaces or corner portions of the liquid crystal cell, particularly on one or more side surfaces or corner portions of the cell substrate on the side where the optical element is disposed. Can be formed. Further, it is preferable that the optical element is bonded to a liquid crystal cell or the like through an adhesive layer from the viewpoint of achieving bright display.
[0082]
In general, a liquid crystal display device includes a liquid crystal cell that functions as a liquid crystal shutter, an accompanying driving device, a front light or a backlight, and optionally assembling components such as a reflective layer and a compensation retardation plate. It is formed. In the present invention, there is no particular limitation except that the illumination mechanism is formed using the optical element and the light source described above, and it can be formed according to a conventional front light type or backlight type.
[0083]
【Example】
Example 1
Two types of partial masks each having a rectangular opening having a length of 1500 μm and a width of 200 μm or a length of 2000 μm and a 300 μm are arranged on the metal foil, and a laser light transmitting portion having a length of 1500 μm and a width of 150 μm is formed by overlapping the openings. A projection mask is formed, and an excimer laser beam having a wavelength of 248 nm is irradiated through the mask with a beam width of 1.5 mm, and the transmitted light of the projection mask is reduced to 1/15 through a lens to obtain aluminum. In a method of irradiating a 50 μm-thick polyimide film having a metal film deposited with a thickness of 10 nm, a laser beam transmitting part is opened with a width of 150 μm while irradiating a laser beam with an etching rate of 0.26 μm / pulse. From the state, the two types of partial masks were moved at a constant speed in the width direction at different speed ratios of 30: 7 so as to be in a closed state, thereby forming recesses.
[0084]
Next, the above etching process is repeated while changing the position with respect to the polyimide film by scanning each axis of XYZθ of the work stage, and a plurality of the concave portions are randomly distributed on one side of the polyimide film, and the distribution density of the film is Forms a polymer film (an optical element as a matrix) that becomes larger as the distance from one side increases. The area occupied by the opening of the recess on the film surface was 1/10.
[0085]
Each of the concave portions has a substantially triangular cross section, and the deepest etched portion (groove apex) corresponds to the closing line of the laser light transmitting portion. The recess has a length of about 100 μm, a width of about 10 μm, and a depth of about 8 μm, and has an optical path changing slope with an inclination angle of about 42 degrees relative to the film surface and an elevation surface with an inclination angle of about 75 degrees facing it. In addition to the sagging of the edge portion of the recess, both end portions were dug at an acute angle, and in addition to the optical path conversion slope, the vertical surface was also excellent in surface accuracy (flatness).
[0086]
Next, the surface of the polymer film with concave portions is filled with nickel by electroforming to form a metal layer having a thickness of about 200 μm, and then the polymer film is peeled off to form a gold having a predetermined convex portion forming surface. Got the mold. Then, a radiation curable acrylic resin is applied to the convex forming surface of the mold in a thickness of 50 μm, and a transparent film is applied thereon to extrude excess resin and air bubbles, thereby forming the surface shape of the mold. After forming a molding layer that copied the above, the radiation was irradiated to cure the molding layer, and the formed molding hardening layer was peeled off from the mold to obtain an optical element having light emitting means.
[0087]
The light emitting means in the optical element has an optical path changing slope with an inclination angle of about 42 degrees with respect to the film surface and an elevation surface with an inclination angle of about 75 degrees facing the film surface, a length of about 100 μm, a width of about 10 μm, and a depth. This was composed of a plurality of recesses of about 8 μm, which corresponded to the light emitting means consisting of recesses provided in the matrix polyimide film with high accuracy. A schematic cross-sectional view of the recess is shown in FIG.
[0088]
Comparative example
An optical element was obtained according to Example 1 except that a concave portion was formed by laser etching without providing a metal film on the polyimide film. A schematic cross-sectional view of the recess is shown in FIG.
[0089]
Evaluation test
The cross section of the optical element obtained in Example or Comparative Example was photographed with a scanning electron microscope (S-3000N, manufactured by Hitachi, Ltd.), and the edge portion of the recess (1, 1 in FIGS. Sagging (curvature radius; R) in 2, 3, 4) was measured. The results are shown in Table 1.
[0090]
[Table 1]

[0091]
An optical element is attached to the back surface of a glass plate having a thickness of 1.3 mm, light from a cold cathode tube is incident from the side surface of the glass plate, and the luminance and angle characteristics of the light emitted from the surface of the glass plate are measured. The degree of scattering was evaluated (Ez-contrast, manufactured by ELDIM). Table 2 shows the luminance in the oblique directions of +5 degrees and +30 degrees in the direction perpendicular to the side face of the cold cathode tube. In addition, the case where glass was seen from the front was set to 0 degree | times, and the cold cathode tube arrangement | positioning side surface side was set to minus.
[0092]
[Table 2]

[0093]
From Tables 1 and 2, it can be seen that in the examples, the sagging of the edge portion is small, light scattering is small, and the directivity of outgoing light in the front direction is excellent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a recess according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a recess according to a comparative example.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 4: Edge part

Claims

When forming one or two or more recessed portions of a predetermined shape by partially dry etching one or more portions of the polymer film, a metal film is provided on the processed surface of the polymer film, and the surface of the metal film More dry etching is performed, and the polymer film has a slope that is continuous with the surface of the polymer film and that is inclined at an angle of 35 degrees or more with respect to the surface of the polymer film while penetrating the metal film portion. A method of forming a recess, comprising forming a predetermined number of recesses.

2. The method for forming a recess according to claim 1, wherein the dry etching is performed by laser light irradiation through a projection mask.

3. The method for forming a recess according to claim 2, wherein the laser beam has a wavelength in the ultraviolet region.

4. The projection mask according to claim 2, wherein the projection mask forms a laser beam transmitting portion that shields unnecessary transmitted light to control the irradiation shape of the laser beam and can continuously change the integrated irradiation amount of the laser beam to the polymer film. A method for forming a recess by irradiating a laser beam through the substrate.

5. The method for forming a recess according to claim 1, wherein the polymer film is made of a polyimide film.

6. The method of forming a recess according to claim 1, wherein the polymer film is fixed by a support and dry etching is performed.

7. The method for forming a recess according to claim 1, wherein the metal film has a thickness of 5 nm to 2 [mu] m.

The method for forming a recess according to claim 1, wherein the opening on the polymer film surface of the recess to be formed is rectangular, and the long side length of the rectangular opening is at least three times the short side length.

9. The method for forming a recess according to claim 1, wherein the length of the slope of the recess to be formed is at least five times the depth of the recess.