JP5133955B2 - 光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法及びそれによりレンズ形状の形成された光学フィルム製造用ロール - Google Patents

Description

本発明は、光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法及びそれによりレンズ形状の形成された光学フィルム製造用ロールに関し、さらに詳細には、光学フィルム製造用ロールに直接的に線形又は非線形レンズ形状を形成することができ、レンズの模様を多様化することができ、また、レンズ形状の曲率を任意に調節でき、曲率を半球以上に深く形成できる光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法及びそれによりレンズ形状の形成された光学フィルム製造用ロールに関する。

一般に、液晶表示装置（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）等平板ディスプレイ装置には、光拡散板、光拡散フィルム、プリズムフィルムなどの光学フィルムが多く使用される。特に、最近では、このような光学フィルムの光効率を向上させ、多様な光学フィルムの機能を同時に発現できる複合光学フィルムが求められており、光学フィルムの表面にレンズの形状とレンズ形状の幅と深さの比（すなわち、曲率であり、以下「曲率」とする）における多様な調節が求められている。
伝統的なプリズムフィルムのレンズ形状のような線形レンズ形状を形成するためには、図１のように、鉄芯ロール（Roll）の表面にニッケル又は銅をメッキした後、バイト（Bite）加工を行うことによって、線形のプリズムレンズ形状を形成する直接印刻方式が使用されてきた。しかしながら、これは無欠点ロールを加工し難いという短所があり、また、バイト加工では、線形のレンズ形状のみを形成せざるをえないという短所があった。また、多軸加工機を使用して、例えば９０度の角がなされるように２軸加工をする場合、ピラミッドレンズ形状などを製造することができるが、この場合、長い加工時間（通常１５日〜３０日）が必要となり、これにより製造単価が高くなるという短所があった。
また、非線形レンズ形状を形成するための一方法として、図２のように、紫外線又は熱硬化型接着剤のコーティングされたＰＥＴフィルムに球形のビーズ（Bead）を塗布し接着剤を硬化させた後、その上にニッケル（Ｎｉ）を無電解メッキしたり紫外線又は熱硬化型接着剤のコーティングされたＰＥＴフィルムを接合（Lamination）したりして硬化し、これを剥離してベルト（Velt）形金型にして製品を生産するＭＬＦ（Micro Lens Film）製造法が使用されたが、これはベルト形金型に製造する際の継ぎ目を避けることができないため、製品の収率を低下し、円筒形ロールに直接印刻が不可能で、ビーズ（Ｂｅａｄ）の形状及び分散度による影響が大きく、ビーズの塗布によるレンズ（Ｌｅｎｓ）の数密度、模様及び多様なレンズ形状の形成と曲率の調節に限界があるという問題があった。
また、非線形レンズ形状を形成するための他の方法として、図３のように、フォトレジスト（ＰＲ：Photoresist）のコーティングされたＰＥＴフィルムに最終レンズ形状を形成するための適正な大きさのレンズ形状の形成されたフォトマスク（Photo Mask）を利用して露光し、露光部又は非露光部のフォトレジスト層を現像した後、熱処理によりとけた陽刻のレンズ形状を形成した後、ビーズ塗布方法と同様にその上にニッケル（Ｎｉ）を無電解メッキしたり紫外線又は熱硬化型樹脂のコーティングされたＰＥＴフィルムを接合したりして硬化し、これを剥離してベルト形金型にして製品を生産する製造法が使用された。しかしながら、これは、ＭＬＦ製造法と同様に、ベルト形金型を製作する際の継ぎ目を避けることができず、ロールに直接印刻が不可能であり、レンズの数密度が過度に高く、高い金型加工費及びレンズ形成の方法の限界によって多様なレンズ形状と曲率の具現が不可能であるという問題があった。
また、非線形レンズ形状を形成するための他の方法として、図４Ａのように、銅（Ｃｕ）のメッキされた円筒形ロールにフォトレジスト(PR:Photoresist)層を形成させ、所望のレンズ形状の平面の形状でレーザ加工を行った後（ネガチブフォトレジストの場合、レーザに露光した部分が現像され、ポジティブフォトレジストの場合、その反対となる）、エッチング液でエッチングする製造法が使用された。しかしながら、これは、ロールの表面と平行なエッチング速度とロールの表面に垂直な、すなわち深さ方向へのエッチング速度が理論上同一であるから、最終的に形成されるレンズ形状の深さによる曲率の限界があるため、最終的に形成されたレンズ形状の断面形状が、図４Ｂのように、レンズ形状の深さ（Ｐ）がレンズ形状平面の半径｛（Ｒ＋２Ｐ）／２｝より小さな形状のみに形成されるという限界があった。すなわち、レンズ形状の深さが平面直径の１／２になる半球が形成されるためには、レーザ加工時の直径Ｒが０にならなければならないということが分かる（Ｐ／２Ｐ＝１／２）。もちろんエッチング液に露出した直径Ｒの中心部の腐食速度が確率的に速いと言えるが、エッチングが進行されるにつれて、その速度は減少してすべての方向への速度は一定になる。

また、深さ方向への腐食速度を物理的にエッチング液の噴射速度を速くする方法により、その深さをより深くすることができるが、現在の技術では曲率上半球までが限界である。さらに他の方法として、レーザ加工時の直径を小さくして深度を深くする場合、エッチングを多くせねばならず、したがってメッキされる銅の不均一性、流入する異質物などによる依存性が高まって、腐食速度の不均一性が大きくなり、これによってレンズ形状の境界の崩れたピーナッツ形状、雪だるま形状又は歪んだ形状などの問題点が多量に発生した。

本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、光学フィルム製造用ロールに直接多様な形状の線形又は非線形レンズ形状を形成することができ、光学フィルム製造用ロールに直接線形又は非線形レンズ形状を形成する時、レンズ形状の曲率を任意に調節できるだけでなく、従来では不可能な半球以上のレンズの深度を提供することのできる光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法を提供することにある。
また、本発明は、このような製造方法によって製造されたレンズ形状の形成された光学フィルム製造用ロールを提供することにある。
本発明の前記及び他の目的と利点は、好ましい実施の形態を説明した下記の説明によりさらに明確になるはずである。

上記目的は、銅（Ｃｕ）又はニッケル（Ｎｉ）で表面メッキされたメッキ層を含む円筒形ロールに樹脂塗膜を形成する第１工程と、前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜の表面をのみ（chisel）で打撃して、予備レンズ形状を形成する第２工程と、前記予備レンズ形状の形成された前記円筒形ロールをエッチング液でエッチングする第３工程と、前記樹脂塗膜を除去する第４工程とを含むことを特徴とする、光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法により達成される。
ここで、前記第２工程は、前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜と前記メッキ層とに予備レンズ形状を形成することを特徴とする。
好ましくは、前記第３工程又は第４工程後にクロム（Ｃｒ）を電解メッキ又はニッケル（Ｎｉ）を無電解メッキする第５工程をさらに含むことを特徴とする。
好ましくは、前記予備レンズ形状を形成する第２工程は、前記円筒形ロールを回転させつつ前記円筒形ロールの樹脂塗膜の表面をのみで打撃して、前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜と前記メッキ層とに予備レンズ形状を形成することを特徴とする。
好ましくは、前記のみは、刃の角度が８０度以上であることを特徴とする。
好ましくは、前記のみの材質はダイアモンドであることを特徴とする。
好ましくは、前記樹脂塗膜は、ポリイミド（polyimide）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、液状のフォトレジスト又はドライフィルムフォトレジストのうちの何れか一つから形成されたことを特徴とする。

また、前記目的は、前記光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法により製造されたことを特徴とする、レンズ形状の形成された光学フィルム製造用ロールにより達成される。

本発明によれば、光学フィルム製造用ロールに直接線形又は非線形レンズ形状を形成することができ、レンズの形状を多様化することができ、またレンズ形状の曲率を任意に調節することができ、曲率を半球以上に深く形成できる等の効果を有する。

従来の光学フィルム製造用ロールの線形レンズ形状の製造工程図である。 従来の光学フィルム製造用ロールの非線形レンズ形状の製造工程図である。 従来の光学フィルム製造用ロールの非線形レンズ形状の製造工程図である。 従来の光学フィルム製造用ロールの非線形レンズ形状の製造工程図である。 図４Ａにより製造されたレンズ形状の断面概念図である。 本発明の一実施の形態による光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法の工程図である。 本発明の一実施の形態による光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法による製造原理を図式化した図である。 本発明の一実施の形態による予備レンズ形状を形成したロールの表面光学顕微鏡写真である。 本発明の一実施の形態による最終レンズ形状を形成したロールの表面光学顕微鏡写真である。 本発明の一実施の形態による最終レンズ形状をフィルムに転写して撮影した電子顕微鏡の表面写真である。 本発明の一実施の形態による最終レンズ形状をフィルムに転写して撮影した電子顕微鏡の断面写真である。 本発明の他の実施の形態による予備レンズ形状を形成したロールの表面光学顕微鏡写真である。 本発明の他の実施の形態による最終レンズ形状を形成したロールの表面光学顕微鏡写真である。 本発明の他の実施の形態による最終レンズ形状をフィルムに転写して撮影した電子顕微鏡の表面写真である。 本発明の他の実施の形態による最終レンズ形状をフィルムに転写して撮影した電子顕微鏡の断面写真である。

以下、本発明の実施の形態と図面を参照して、本発明を詳細に説明する。これらの実施の形態は、単に本発明をさらに具体的に説明するために例示的に提示したものに過ぎず、本発明の範囲がこれらの実施の形態により制限されないことは、当業界における通常の知識を有するものにとって自明である。
本発明の一実施の形態による光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法の工程図は、図５に示しており、本発明の一実施の形態による光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法による製造原理は、これを図式化して図６に示した。
本発明の一実施の形態による光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法は、図５に示したように、銅（Ｃｕ）又はニッケル（Ｎｉ）で表面メッキされたメッキ層を含む円筒形ロールに樹脂塗膜を形成する第１工程（Ｓ１）と、前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜の表面をのみ（chisel）で打撃して、予備レンズ形状を形成する第２工程（Ｓ２）と、前記予備レンズ形状の形成された前記円筒形ロールをエッチング液でエッチングする第３工程（Ｓ３）と、前記樹脂塗膜を除去する第４工程（Ｓ４）とを含むことを特徴とする。
また、前記第２工程は、前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜と前記メッキ層に予備レンズ形状を形成することが好ましく、前記予備レンズ形状を形成する第２工程は、前記円筒形ロールを回転させつつ、前記円筒形ロールの樹脂塗膜の表面をのみで打撃して、前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜と前記メッキ層とに予備レンズ形状を形成することが好ましい。この工程で打撃するのみは、もっぱら円筒形ロールの垂直方向に振動すれば、ロールの回転により溝が自ずから対称的に形成される。また、打撃時間とロールの回転速度とを任意に適切に調節すると、レンズの表面形状を多様に得ることができる。平板に打撃する場合、のみは、平板と垂直な方向だけでなく、面と平行にのみ(chisel)が移動しなければ予備レンズの形状が形成されないが、このような方法は、機械的に極めて具現し難い。
ここで、本発明による光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法は、図４Ａのような従来のレーザ加工で被膜のみを除去して、エッチングでパターンを形成する工程と比較すれば、エッチングされる表面メッキ層（銅又はニッケル層）を削って予備レンズ形状を形成してパターンの深度を確保した後、エッチングによってレンズ形状を完成させるとき、エッチング後最終的に形成されるレンズ形状の深度がのみによって削られた深度とエッチングによる深度とが加えられて、レンズ形状の深度をさらに深く形成できるという長所がある。すなわち、図６のように、のみによって削られた予備レンズ形状の広さＲと深くｄを確保し、その後にエッチングによって予備レンズ形状が拡張されることによって、最終的に形成されるレンズ形状の広さＲ＋２Ｐと深さｄ＋Ｐになるように形成できる。このとき、最終的に形成されるレンズ形状の広さと深さは、のみの形状と打撃深さ、長さなどを調節することによって、予備レンズ形状の広さＲと深さｄとを予め調節し、エッチング時のエッチング広さ２Ｐ及び深さＰを適切に調節することによって、所望のレンズ形状の模様を多様にデザインできる。
このとき、前記のみは、形成しようとする予備レンズ形状の広さと深さ、形状によって多様にデザインできるが、前記円筒形ロールの表面に極めて多くの予備レンズ形状を安定的に形成し、生産収率を向上させるために、前記のみは、刃の角度を８０度以上に形成し、その材質がダイアモンドであることがさらに好ましい。前記のみの刃の角度が８０度未満である場合には、長時間の打撃工程で刃が耐えられずに割れるという短所がありうる。同様に、刃の終わりが曲線になっている場合には、のみが損傷し、かつメッキされた銅が裂かれる場合もありうるためである。
また、本発明による光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法は、前記エッチングする第３工程（Ｓ３）又は前記樹脂塗膜を除去する第４工程（Ｓ４）後に、クロム（Ｃｒ）電解メッキ又はニッケル（Ｎｉ）を無電解メッキする第５工程をさらに含むことができる。エッチングが終わった後に形成されたレンズ形状は、銅の場合、酸化による損傷が速く起き、硬度が低くて光学フィルムの生産時にレンズ形状ロールの寿命を短縮させるので、これを防止するためにクロム又はニッケルをメッキする。通常の電気化学的メッキにおいて、クロムメッキをする場合、塗膜が厚くなることによって微細亀裂（ｃｒａｃｋ）がありえ、より大きな短所として、形成されたレンズ形状の部位別メッキ層の厚さが異なるようになって形状自体を変形させるという短所がある。これとは異なり、化学的還元による無電解ニッケルメッキは、クラックを防止するだけでなく、レンズ形状の部位別メッキ厚が均一であるから、レンズ形状の寸法を変形させない。したがって、第５工程では、電解クロムメッキよりは無電解ニッケルメッキが好ましい。
また、本発明による光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法において、前記樹脂塗膜は、ポリイミド（polyimide）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、液状のフォトレジスト又はドライフィルムフォトレジストのうちの何れかから形成されることができる。これは、被膜を形成することのできるいかなる樹脂であっても良いが、メッキされた金属、すなわち銅又はニッケルとの接着性に優れ、後工程で選択されるエッチング液に対する耐エッチング性に優れていることが求められる。したがって、主に液状のポリアミドアシッド（ｐｏｌｙａｍｉｃａｃｉｄ）をコーティングして熱硬化したポリイミドを使用することが好ましい。
また、本発明によるレンズ形状の形成された光学フィルム製造用ロールは、前記光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法により製造されたことを特徴とする。

第１工程（Ｓ１）−銅（Ｃｕ）が１００μｍ程度の厚さに表面メッキされた円筒形ロール（鉄材質、直径２００ｃｍ、長さ５０ｃｍ）の表面に液状のポリアミドアシッド(polyamic acid)をコーティングして熱硬化したポリイミド(polyimide)で樹脂塗膜を形成した。
第２工程（Ｓ２）−第１工程（Ｓ１）によって用意した円筒形ロールの樹脂塗膜の表面をのみ（ダイアモンド材質、刃の角度１００度）で打撃して円筒形ロールの樹脂塗膜及びメッキ層に予備レンズ形状を形成し、その結果である円筒形ロールの表面を光学顕微鏡で撮った写真は、図７Ａのようである。このとき、のみで打撃する工程は、ダイアモンドのみを圧電素子（Piezo Electric Element）で作られた音波振動子に装着して、秒当たり８０００千回程ロールの表面を打撃して削った。
第３工程（Ｓ３）−第２工程（Ｓ２）によって予備レンズ形状の形成された円筒形ロールをエッチング液である塩化鉄で１０分間エッチングした。
第４工程（Ｓ４）−最後に苛性ソーダ液で前記樹脂塗膜を除去した後、水で洗浄した。
この後、レンズ形状表面の保護及び硬度向上のために、クロムを一般的な方法で約３μｍメッキした。このように製造されたロールのレンズ形状は、図７Ｂに示される。図７Ｂは、円筒形ロールの表面形状を光学顕微鏡で撮った写真である。
また、実施の形態１のように製造されたロールを利用して、通常の光学フィルム（例えばプリズムフィルム）の製造方法によって光学級ＰＥＴフィルム上にレンズ形状を転写、形成し、その結果は、図７Ｃの表面電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。このレンズ形状の断面電子顕微鏡写真は、図７Ｄに示される。断面写真である図７Ｄから確認できるように、レンズ形状の深度は半球以上になることが分かる。

第２工程（Ｓ２）からのみの刃の角度（ここでは、１２０度）とロールの回転速度のみを別にして、実施の形態１と同じ方法でロールにレンズ形状を形成し、予備レンズ形状の形成結果は、図８Ａに示され、最終的に形成されたレンズ形状の結果は、表面光学顕微鏡写真である図８Ｂに示される。
また、実施の形態１と同じ方法で光学級ＰＥＴフィルムにレンズ形状を転写、形成し、その結果、電子顕微鏡による表面写真は図８Ｃに示され、断面写真は図８Ｄに示される。
したがって、本発明によれば、光学フィルム製造用ロールに直接線形又は非線形レンズ形状を形成することができ、レンズの形状を多様化することができ、また、レンズ形状の曲率を任意に調節でき、曲率を半球以上に深く形成できる等の効果を有するようになる。

Claims (8)

1. 光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法であって、
   銅（Ｃｕ）又はニッケル（Ｎｉ）で表面メッキされたメッキ層を含む円筒形ロールに樹脂塗膜を形成する第１工程と、
   前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜の表面をのみ（chisel）で打撃して、予備レンズ形状を形成する第２工程と、
   前記予備レンズ形状の形成された前記円筒形ロールをエッチング液でエッチングする第３工程と、
   前記樹脂塗膜を除去する第４工程と、を含むことを特徴とする、光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法。
2. 前記第２工程は、前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜と前記メッキ層とに予備レンズ形状を形成することを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法。
3. 前記第３工程又は第４工程後にクロム（Ｃｒ）を電解メッキ又はニッケル（Ｎｉ）を無電解メッキする第５工程をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法。
4. 前記予備レンズ形状を形成する第２工程は、前記円筒形ロールを回転させつつ前記円筒形ロールの樹脂塗膜の表面をのみで打撃して、前記円筒形ロールの前記樹脂塗膜と前記メッキ層とに予備レンズ形状を形成することを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法。
5. 前記のみは、刃の角度が８０度以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法。
6. 前記のみの材質はダイアモンドであることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法。
7. 前記樹脂塗膜は、ポリイミド（polyimide）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、液状のフォトレジスト又はドライフィルムフォトレジストのうちの何れか一つから形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法。
8. 請求項１ないし７のうちの何れか１項に記載の光学フィルム製造用ロールのレンズ形状の製造方法により製造されたことを特徴とする、レンズ形状の形成された光学フィルム製造用ロール。

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