光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置
【課題】 有機高分子を用いた光学部品の表面に、屈折率の異なる界面にて光が屈折、散乱、回折する現象を利用した高度の光学的機能を付与することができ、しかも、安価で量産性に優れた光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置を提供する。
【解決手段】 本発明のプラスチックフィルム基板１は、可視光線に対して透明性を有するプラスチックフィルム２の表面２ａに、半球状の突部３を複数、マトリックス状に形成し、これらの突部３の表面近傍のプラスチックフィルム２の内部領域に、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成された変性領域４を形成したことを特徴とする。
【解決手段】 本発明のプラスチックフィルム基板１は、可視光線に対して透明性を有するプラスチックフィルム２の表面２ａに、半球状の突部３を複数、マトリックス状に形成し、これらの突部３の表面近傍のプラスチックフィルム２の内部領域に、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成された変性領域４を形成したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置に関し、さらに詳しくは、光拡散板、アンチグレア膜、プロジェクタースクリーン、リアプロジェクションテレビスクリーン、マイクロレンズアレイ、表示器等の光学装置や光学システム等に好適に用いられ、屈折率の異なる界面にて光が屈折、散乱、回折する現象を利用して高度の光学的機能を発現することが可能であり、しかも、安価で量産性に優れた光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、透明プラスチック材料の表面に微細な構造体を形成することにより、多様な光学的機能を発揮する様々な光学部品が提案され実用に供されている。
これらの光学部品としては、例えば、光拡散板、プロジェクタースクリーン、リアプロジェクションテレビスクリーン、アンチグレア膜を形成した偏光フィルムやアクリルシー光システムを構成するマイクロレンズアレイ等が挙げられる。
また、透明プラスチック材料の表面に上述した様な微細な構造体を形成する方法としては、レジストリフロー法（非特許文献１）、金型原版を用いる方法、感光性樹脂を用いたレーザー描画法、電子線描画法等が実用化されている。
【非特許文献１】ディー・デイ他、「プロシーディング オブ マイクロレンズアレイ」、テディントン、２３頁、１９９１年（D.Day,et al., "Proc. Microlens Array" Teddington., 23(1991)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来のレジストリフロー法、金型原版を用いる方法、感光性樹脂を用いたレーザー描画法、電子線描画法等は、確かに、透明プラスチック材料の表面に上述した様な微細な構造体を形成することができるが、これらの方法は工程が複雑であり、製造コストが高くなるという問題点があった。
また、これらの方法は、比較的小さい基板を処理する方法としては、何等問題がないが、大型基板を大量に処理する方法としては、必ずしも適しておらず、大型基板を安価にかつ大量に処理する方法が望まれていた。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、有機高分子を用いた光学部品の表面に、屈折率の異なる界面にて光が屈折、散乱、回折する現象を利用した高度の光学的機能を付与することができ、しかも、安価で量産性に優れた光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、透光性を有する有機高分子からなる基材の内部に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することにより、この基材の表面に、屈折率の異なる界面にて光が屈折、散乱、回折する現象を利用した高度の光学的機能が発現することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明の光学構造体は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成してなることを特徴とする。
複数の前記変性領域を、前記基材の表面上の一方向に沿って重ね合わせ、これらの変性領域に対応する前記基材の表面の領域を隆起した線状の突起物としてもよい。
【０００７】
本発明の他の光学構造体は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層が形成され、この上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成してなることを特徴とする。
複数の前記変性領域を、前記上部層の表面上の一方向に沿って重ね合わせ、これらの変性領域に対応する前記上部層の表面の領域を隆起した線状の突起物としてもよい。
【０００８】
本発明の各光学構造体では、複数の前記線状の突起物を、互いに平行に配列してなることが好ましい。
前記有機高分子は、屈折率が１．５以上かつ２．０以下の有機高分子、導電性を有する有機高分子、屈折率が１．５以上かつ２．０以下でありかつ導電性を有する有機高分子のいずれかからなることが好ましい。
前記変性領域の形状は、球形、多面体、紡錘形のいずれかであることが好ましい。
前記基材の表面または前記上部層の表面に、透光性を有する被覆層を設けたこととしてもよい。
【０００９】
本発明の光学構造体の製造方法は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の光学構造体の製造方法は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層を形成し、この上部層の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することを特徴とする。
本発明の各製造方法においては、前記レーザ光の中心波長は、２００ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の光学装置は、本発明の光学構造体を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学構造体によれば、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成したので、この光学構造体に光を入射させれば、変性領域と空洞との界面にて光が屈折、散乱、回折、またはこれらが複合された現象が発現することとなり、したがって、透光性を有する有機高分子からなる基材に、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
したがって、マイクロレンズ等の高度の光学的機能を有する有機高分子からなる光学構造体を提供することができる。
【００１３】
本発明の他の光学構造体によれば、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層を形成し、この上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成したので、この光学構造体に光を入射させれば、変性領域と空洞との界面にて光が屈折、散乱、回折、またはこれらが複合された現象が発現することとなり、したがって、上部層に、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
したがって、マイクロレンズ等の高度の光学的機能を有する有機高分子からなる光学構造体を提供することができる。
【００１４】
本発明の光学構造体の製造方法によれば、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成するので、透光性を有する有機高分子からなる基材に屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能が付与された光学構造体を、安価かつ大量に作製することができる。
【００１５】
本発明の他の光学構造体の製造方法によれば、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層を形成し、この上部層の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成するので、上部層に屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能が付与された光学構造体を、安価かつ大量に作製することができる。
【００１６】
本発明の光学装置によれば、本発明の光学構造体を備えたので、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を有し、しかも、安価で量産性に優れた光学装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態のマイクロレンズアレイ用のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３はプラスチックフィルム基板の変性領域を示す断面図である。
このプラスチックフィルム基板１は、可視光線に対して透明性を有するプラスチック（有機高分子）フィルム（基材）２の表面（一主面）２ａに、上方に向かって膨張する半球状の突部３が複数、マトリックス状に形成され、これらの突部３の表面近傍のプラスチックフィルム２の内部領域には、このプラスチックフィルム２がレーザ光により変質してなる変性領域４が形成され、この変性領域４には、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成されている。
【００１９】
プラスチックフィルム２としては、十分な強度があり、可視光に対して透明な有機高分子フィルムとなり得るものであれば、特に限定されるものではないが、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与するためには、屈折率が１．５以上かつ２．０以下の有機高分子、導電性を有する有機高分子、屈折率が１．５以上かつ２．０以下でありかつ導電性を有する有機高分子のいずれかであることが好ましい。
【００２０】
例えば、屈折率が１．５以上かつ２．０以下の有機高分子を用いた場合では、この有機高分子の内部に変性領域４及び空洞５を形成することにより、屈折、散乱、回折等の現象を効果的に発現させることができ、これらの現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
また、導電性を有する有機高分子を用いた場合では、この有機高分子の内部に変性領域４及び空洞５を形成することにより、帯電防止等の特性を発現させることができ、埃や汚れに対する耐性を高めることができる。
【００２１】
この有機高分子としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアリルシアヌレート（ＴＡＣ）、セルロースアセテート、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエーテル、ポリイミド、エポキシ、フェノキシ、ポリフッ化ビニリデン、アクリル、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフルオルアセチレン（ＰＦＡ）等から適宜選択することができる。
また、このプラスチックフィルム２の厚みも特段限定されるものではなく、通常５０〜２５０μｍ程度のものが使用可能である。
【００２２】
また、用途によっては、プラスチックフィルム２の替わりにプラスチックシートを用いてもよい。この場合、透明シートの材質としては、十分な強度があり、透明な高分子シートとなり得るものであればよく、上述した材質からなるシートが好適である。
このプラスチックシートの厚みも特段限定されるものではなく、通常３０μｍ〜１０ｍｍ程度のものが使用可能である。
さらに、他の用途によっては、プラスチックフィルム２の替わりに、上述した材質からなるプラスチック板を用いてもよい。このプラスチック板の厚みも特段限定されるものではなく、通常０．５ｍｍ〜３０ｍｍのものが使用可能である。
【００２３】
変性領域４は、プラスチックフィルム２がレーザ光の照射により変質・膨張した領域であり、プラスチックフィルム２内に、その表面２ａから厚み方向に向かって３ｍｍ以内に形成されている。
この変性領域４は、レーザ光の照射条件によっては膨張しない場合もある。この場合、プラスチックフィルム２の表面２ａは隆起せず、平坦面となる。
【００２４】
この変性領域４は、直径が、例えば、１μｍ〜５０μｍの球形のものである。この変性領域４の形状は、目的とする光学的機能に合った大きさ及び形状とすることが好ましく、球形の他、長径と短径が異なる断面楕円形の回転体、紡錘体、凸レンズ状、多面体等から適宜選択することができる。
特に、このプラスチックフィルム基板１をマイクロレンズアレイ等に用いる場合には、変性領域４の形状は球形、もしくは回転体が好ましい。
【００２５】
空洞５は、最長部の長さが１００ｎｍ以上かつ５０μｍ以下、最短部の長さが１０ｎｍ以上かつ５μｍ以下の偏平状のもので、プラスチックフィルム２の厚み方向、すなわち表面２ａに垂直な方向では、不規則に並ぶ様に、また、プラスチックフィルム２の表面２ａに沿う方向では、最長部の方向がプラスチックフィルム２の表面２ａに沿う方向と略一致するように、かつ、互いに隣接する空洞５の位置が不規則に並ぶ様に、変性領域４中に点在している。
【００２６】
図２では、これらの空洞５の最長部の方向がプラスチックフィルム２の表面２ａに沿う方向とほぼ一致した場合を示しているが、これらの空洞５の最長部の方向が様々な方向に向いている場合ももちろん存在する。例えば、最長部の方向がプラスチックフィルム２の表面２ａに対して傾斜したものと、表面２ａに沿う方向とほぼ一致しているものとが混ざり合っていてもよく、最長部の方向がプラスチックフィルム２の表面２ａに対して様々に傾斜したものが混ざり合っていてもよい。
【００２７】
この偏平状の空洞５を複数有する変性領域４では、図３に示すように、プラスチックフィルム基板１に光１１を入射させると、変性領域４と空洞５との界面にて光１１が屈折１２、散乱１３、回折１４等の現象が発現する。特に、変性領域４が結晶性で選択配向し易い有機高分子材料の場合、回折線の強度が強くなる傾向がある。これら屈折１２、散乱１３、回折１４等の現象は、単一の現象の場合もあるが、これらの現象が複合されて発現する場合もある。
したがって、プラスチックフィルム基板１の主構成要素であるプラスチックフィルム２に、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
【００２８】
次に、このプラスチックフィルム基板１の製造方法について説明する。
まず、プラスチックフィルム２を用意し、このプラスチックフィルム２の表面２ａに、中心波長が２５０ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下、より好ましくは２５０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下のレーザ光を間欠的に照射し、プラスチックフィルム２の表面２ａから厚み方向に向かって３ｍｍ以内の領域に変性領域４及び複数の空洞５を形成する。
【００２９】
ここで、レーザ光の中心波長が２５０ｎｍ未満であると、加工効率が悪く、所望の形状の変性領域４及び空洞５を形成することができなくなるからであり、一方、中心波長が６００ｎｍを超えると、変性領域４の周囲または内部に不定形の隆起部を形成し、変性領域４の周囲が損傷する等の問題が発生し易くなり、所望の形状の変性領域４及び空洞５を形成することが困難になるからである。
このレーザ光の強度は、ガウス分布が好ましい。
【００３０】
レーザ光の種類としては、パルスレーザ光が好ましい。このパルスレーザ光が好ましい理由は、照射エネルギーが制御し易いからである。このパルスレーザ光の周波数としては、１０ＫＨｚ以上かつ３００ＫＨｚ以下が好ましく、より好ましくは５０ＫＨｚ以上かつ１００ＫＨｚ以下である。ここで、周波数を上記の様に限定した理由は、周波数が１０ＫＨｚ未満の場合には、照射エネルギーが制御し難くなるからであり、一方、周波数が１００ＫＨｚを超えると、レーザ光照射装置が大型化かつ複雑化し、装置のコストが高くなるからである。
【００３１】
このパルスレーザ光の照射エネルギーとしては、１パルス当たり５μＪ以上かつ１００μＪ以下が好ましい。１パルス当たりの照射エネルギーが５μＪ未満であると、加工速度が遅くなり、作業効率が低下するからであり、一方、１パルス当たりの照射エネルギーが１００μＪを超えると、変性領域４及び空洞５の形状を制御することができなくなるからである。
以上により、プラスチックフィルム２の表面２ａから厚み方向に向かって３ｍｍ以内の領域に、変性領域４及び複数の空洞５を、容易にかつ安価に形成することができる。
【００３２】
このプラスチックフィルム基板１に、反射防止膜あるいは反射膜としての特性を持たせるためには、プラスチックフィルム２自体が干渉性を有するか、あるいはプラスチックフィルム２上に、可視光線を透過する膜を形成し、この膜に干渉性を持たせるようにしてもよい。
特に、スクリーン等の用途に用いる場合、変性領域４の周辺部分のプラスチックフィルム２の表面２ａに、着色膜、反射膜、またはハーフミラー膜としての機能を有する層を形成することが好ましい。
また、変性領域４の上部に単層または多層の干渉膜、およびハードコート層を形成することが好ましい。この様な構成とすることで、表面の反射光を低減することにより光学特性をより高めることができる。また、ハードコート層を形成することにより、表面の堅牢性を高めることができる。
【００３３】
この様にして得られたプラスチックフィルム基板１は、投影機からの映像を反射して映し出すプロジェクタースクリーンを構成することができる。
また、プラスチックフィルム２の材料の選定と、変性領域４及び空洞５の作製条件の調整により変性領域４を半透明とすることで、透過型のプロジェクタースクリーンあるいはリアプロジェクションテレビのスクリーンを構成することができる。
また、変性領域４及び空洞５を作製する条件を調整し、適当な光散乱体を形成することで、眩しさを軽減するアンチグレア膜を構成することができる。
【００３４】
また、変性領域４の屈折率や立体的形状を適切に調整し、適当な格子配列に配置することで、マイクロレンズアレイを構成することができる。
また、変性領域４を適当な立体的形状に成型し、変性領域４に照射された光を適度に反射、散乱させることで、視覚的効果の高い表示器を構成することができ、ポスターや看板に適用することができる。この表示器は、変性領域４上のプラスチックフィルム２の表面２ａに光学膜を作成することで、反射、散乱の効果を高めることができる。
【００３５】
以上説明した様に、本実施形態のプラスチックフィルム基板１によれば、可視光線に対して透明性を有するプラスチックフィルム２の表面２ａに、半球状の突部３を複数、マトリックス状に形成し、これらの突部３の表面近傍のプラスチックフィルム２の内部領域に、レーザ光により変質してなる変性領域４を形成し、この変性領域４に偏平状の空洞５を複数、不規則に形成したので、プラスチックフィルム２に屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
したがって、マイクロレンズアレイ等の高度の光学的機能を有するプラスチックフィルム基板１を容易かつ安価に提供することができる。
【００３６】
本実施形態のプラスチックフィルム基板の製造方法によれば、プラスチックフィルム２の表面２ａに、中心波長が２５０ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のレーザ光を間欠的に照射し、プラスチックフィルム２の表面２ａから厚み方向に向かって３ｍｍ以内の領域に変性領域４及び複数の空洞５を形成するので、マイクロレンズアレイ等の高度の光学的機能を有するプラスチックフィルム基板１を、容易かつ安価に製造することができる。
【００３７】
「第２の実施形態」
図４は、本発明の第２の実施形態のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す断面図であり、本実施形態のプラスチックフィルム基板２１が第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と異なる点は、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１では、半球状の突部３を含むプラスチックフィルム２の表面２ａが露出されているのに対し、本実施形態のプラスチックフィルム基板２１では、半球状の突部３を含むプラスチックフィルム２の表面２ａを覆うように、可視光線を透過する２層構造の透明層２２を形成した点である。
【００３８】
この透明層２２は、下地層２３と、被覆層２４とから構成されている。
ここでは、透明層２２を下地層２３と被覆層２４とからなる２層構造としたが、透明層２２の層構造は、これに限定されることなく、２層以上の多層構造としてもよく、被覆層２４のみの単層構造としてもよい。
【００３９】
この透明層２２の屈折率とプラスチックフィルム２の屈折率との差を０．２以上とすることにより、さらに好ましい特性を得ることができる。
その理由は、変性領域４と空洞５の界面における屈折率差を大きくして光学的機能を高めるためである。
また、透明層２２の上に、透明層２２とは屈折率あるいは透過率の異なる上層を積層して多層膜とすることにより、さらに好ましい特性を得ることができる。多層膜を光学膜厚とした場合には、多層干渉膜を構成し、反射防止膜あるいは反射膜とすることができる。
【００４０】
このプラスチックフィルム基板２１に、反射防止膜あるいは反射膜としての特性を持たせるためには、プラスチックフィルム２または透明層２２自体が干渉性を有するか、あるいはプラスチックフィルム２と透明層２２との間に、可視光線を透過する中間層を形成し、この中間層に干渉性を持たせるようにしてもよい。
【００４１】
特に、スクリーン等の用途に用いる場合、変性領域４の周辺部分のプラスチックフィルム２の表面２ａあるいは透明層２２上に、着色膜、反射膜、またはハーフミラー膜としての機能を有する層を形成することが好ましい。
また、変性領域４上に単層または多層の干渉膜、およびハードコート層を形成することが好ましい。この様な構成とすることで、表面の反射光を低減することにより光学特性をより高めることができる。また、ハードコート層を形成することにより、表面の堅牢性を高めることができる。
【００４２】
このプラスチックフィルム基板２１においても、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と同様の作用、効果を奏することができる。
しかも、半球状の突部３を含むプラスチックフィルム２の表面２ａを覆うように、可視光線を透過する２層構造の透明層２２を形成したので、耐久性及び耐環境性を向上させることができる。
【００４３】
「第３の実施形態」
図５は、本発明の第３の実施形態のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す断面図であり、本実施形態のプラスチックフィルム基板３１が第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と異なる点は、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１では、プラスチックフィルム２の表面２ａ近傍の内部領域に変性領域４を形成し、この変性領域４に偏平状の空洞５を複数、不規則に形成したのに対し、本実施形態のプラスチックフィルム基板３１では、プラスチックフィルム２の表面２ａに、屈折率が１．６以上かつ１．８以下の高屈折率物質からなる高屈折率層（上部層）３２を形成し、この高屈折率層３２の表面（一主面）３２ａに、上方に向かって膨張する半球状の突部３３を複数、マトリックス状に形成し、これらの突部３３の表面近傍の高屈折率層３２の内部領域に、この高屈折率層３２がレーザ光により変質してなる変性領域３４を形成し、この変性領域３４に偏平状の空洞５を複数、不規則に形成した点である。
【００４４】
高屈折率物質としては、フルオレンエポキシ化合物、フルオレンアクリレート化合物、フルオレン系ポリエステル等の有機系高屈折率樹脂、ポリメチルジフェニルシラン、ポリフェニルシラン、ポリフェニルシラン等の無機系高屈折率材料、有機系樹脂に酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化スズ等の金属酸化物や金、銀、鉄、ルテニウム等の金属微粒子を分散させた複合材料等が好適に用いられる。
【００４５】
この高屈折率物質は、導電性材料であってもよい。導電性材料としては、アンチモン含有酸化スズ微粒子、酸化アンチモン微粒子等の金属酸化物微粒子、４級アンモニウム塩等のイオン性導電体、あるいは導電性高分子等を用いることができる。
【００４６】
このプラスチックフィルム基板３１では、プラスチックフィルム２の表面２ａに、屈折率が１．６以上かつ１．８以下の高屈折率物質からなる高屈折率層３２を形成し、この高屈折率層３２の表面３２ａに、中心波長が２５０ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下、より好ましくは２５０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下のレーザ光を間欠的に照射することにより、この高屈折率層３２の表面近傍かつその内部領域に、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成された変性領域３４を形成することができる。
【００４７】
このプラスチックフィルム基板３１においても、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と同様の作用、効果を奏することができる。
しかも、高屈折率層３２の表面近傍かつその内部領域に、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成された変性領域３４を形成したので、高屈折率層３２を支持するプラスチックフィルム２に使用する材質の制約が大幅に軽減され、より強度が優れた材料や安価な材料を基板として使用することができるという優れた効果を奏することができる。
【００４８】
「第４の実施形態」
図６は、本発明の第４の実施形態のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す断面図であり、本実施形態のプラスチックフィルム基板４１が第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と異なる点は、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１では、プラスチックフィルム２の表面２ａに突部３を複数、マトリックス状に形成し、これらの突部３の表面近傍のプラスチックフィルム２の内部領域に、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成された変性領域４を形成したのに対し、本実施形態のプラスチックフィルム基板４１では、複数の突部３をプラスチックフィルム２の表面２ａ上の一方向（図６では、プラスチックフィルム２の長辺方向）に沿って重ね合わせることにより、表面に凹凸が周期的に形成されたストライプ（線状の突起物）４２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４をプラスチックフィルム２の長辺方向に沿って重ね合わせ、これらストライプ４２をプラスチックフィルム２の表面２ａ上の他の一方向（図６では、プラスチックフィルム２の短辺方向）に沿って所定の間隔をおいて配列した点である。
【００４９】
このプラスチックフィルム基板４１においても、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と同様の作用、効果を奏することができる。
しかも、複数の突部３をプラスチックフィルム２の長辺方向に沿って重ね合わせて表面に凹凸が周期的に形成されたストライプ４２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４を同様に重ね合わせ、これらストライプ４２を所定の間隔をおいて配列したので、配列した方向と垂直の向きからプラスチックフィルム基板４１を観察した場合、プラスチックフィルム基板４１を観察する水平角度を変えると、プラスチックフィルム基板４１を透過あるいは反射した光は、干渉作用により像や強度が変化するという優れた効果を奏することができる。
【００５０】
「第５の実施形態」
図７は、本発明の第５の実施形態のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す断面図であり、本実施形態のプラスチックフィルム基板５１が第４の実施形態のプラスチックフィルム基板４１と異なる点は、第４の実施形態のプラスチックフィルム基板４１では、複数の突部３を重ね合わせることにより、表面に凹凸が周期的に形成されたストライプ４２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４を同様に重ね合わせ、これらストライプ４２を所定の間隔をおいて配列したのに対し、本実施形態のプラスチックフィルム基板５１では、複数の突部３をプラスチックフィルム２の表面２ａ上の一方向（図７では、プラスチックフィルム２の長辺方向）に沿って密に重ね合わせることにより、表面が平坦化されたストライプ（線状の突起物）５２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４をプラスチックフィルム２の長辺方向に沿って密に重ね合わせ、これらストライプ５２をプラスチックフィルム２の表面２ａ上の他の一方向（図７では、プラスチックフィルム２の短辺方向）に沿って所定の間隔をおいて配列した点である。
【００５１】
このプラスチックフィルム基板５１においても、第４の実施形態のプラスチックフィルム基板４１と同様の作用、効果を奏することができる。
しかも、複数の突部３をプラスチックフィルム２の長辺方向に沿って密に重ね合わせて表面が平坦化されたストライプ５２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４を同等に密に重ね合わせ、これらストライプ５２を所定の間隔をおいて配列したので、第４の実施形態のプラスチックフィルム基板４１と比較して、プラスチックフィルム基板５１を透過あるいは反射する光の像の均質性がより高くなるという優れた効果を奏することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
「実施例」
厚さ２ｍｍの透明なポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）基板に、高出力パルスＵＶレーザ（コヒーレントジャパン社、ＡＶＩＡ３５５）を用いてレーザ光を照射し、この基板内に複数の空洞５を有する変性領域４を形成し、実施例のプラスチックフィルム基板とした。
レーザ光の照射条件は、出力１．８Ｗ、中心波長３５５ｎｍ、周波数６０ＫＨｚとした。また、照射した回数は１つの変性領域４あたり、２５０パルスとした。
本実施例のプラスチックフィルム基板の変性領域の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図８に示す。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の光学構造体は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することにより、光が屈折、散乱、回折する現象を利用した高度の光学的機能を付与したものであるから、光拡散板、アンチグレア膜、プロジェクタースクリーン、リアプロジェクションテレビスクリーン、マイクロレンズアレイ、表示器等の光学装置や光学システム等に用いた場合、高度の光学的機能を発現することが可能であり、しかも安価で量産性に優れており、その産業的利用価値は非常に大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のプラスチックフィルム基板の変性領域を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す斜視図である。
【図７】本発明の第５の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施例のプラスチックフィルム基板の変性領域を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【符号の説明】
【００５５】
１、２１、３１、４１、５１ プラスチックフィルム基板
２ プラスチックフィルム
２ａ 表面
３ 半球状の突部
４ 変性領域
５ 偏平状の空洞
２２ 透明層
２３ 下地層
２４ 被覆層
３２ 高屈折率層
２２ａ 表面
３３ 半球状の突部
３４ 変性領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置に関し、さらに詳しくは、光拡散板、アンチグレア膜、プロジェクタースクリーン、リアプロジェクションテレビスクリーン、マイクロレンズアレイ、表示器等の光学装置や光学システム等に好適に用いられ、屈折率の異なる界面にて光が屈折、散乱、回折する現象を利用して高度の光学的機能を発現することが可能であり、しかも、安価で量産性に優れた光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、透明プラスチック材料の表面に微細な構造体を形成することにより、多様な光学的機能を発揮する様々な光学部品が提案され実用に供されている。
これらの光学部品としては、例えば、光拡散板、プロジェクタースクリーン、リアプロジェクションテレビスクリーン、アンチグレア膜を形成した偏光フィルムやアクリルシー光システムを構成するマイクロレンズアレイ等が挙げられる。
また、透明プラスチック材料の表面に上述した様な微細な構造体を形成する方法としては、レジストリフロー法（非特許文献１）、金型原版を用いる方法、感光性樹脂を用いたレーザー描画法、電子線描画法等が実用化されている。
【非特許文献１】ディー・デイ他、「プロシーディング オブ マイクロレンズアレイ」、テディントン、２３頁、１９９１年（D.Day,et al., "Proc. Microlens Array" Teddington., 23(1991)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来のレジストリフロー法、金型原版を用いる方法、感光性樹脂を用いたレーザー描画法、電子線描画法等は、確かに、透明プラスチック材料の表面に上述した様な微細な構造体を形成することができるが、これらの方法は工程が複雑であり、製造コストが高くなるという問題点があった。
また、これらの方法は、比較的小さい基板を処理する方法としては、何等問題がないが、大型基板を大量に処理する方法としては、必ずしも適しておらず、大型基板を安価にかつ大量に処理する方法が望まれていた。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、有機高分子を用いた光学部品の表面に、屈折率の異なる界面にて光が屈折、散乱、回折する現象を利用した高度の光学的機能を付与することができ、しかも、安価で量産性に優れた光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、透光性を有する有機高分子からなる基材の内部に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することにより、この基材の表面に、屈折率の異なる界面にて光が屈折、散乱、回折する現象を利用した高度の光学的機能が発現することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明の光学構造体は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成してなることを特徴とする。
複数の前記変性領域を、前記基材の表面上の一方向に沿って重ね合わせ、これらの変性領域に対応する前記基材の表面の領域を隆起した線状の突起物としてもよい。
【０００７】
本発明の他の光学構造体は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層が形成され、この上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成してなることを特徴とする。
複数の前記変性領域を、前記上部層の表面上の一方向に沿って重ね合わせ、これらの変性領域に対応する前記上部層の表面の領域を隆起した線状の突起物としてもよい。
【０００８】
本発明の各光学構造体では、複数の前記線状の突起物を、互いに平行に配列してなることが好ましい。
前記有機高分子は、屈折率が１．５以上かつ２．０以下の有機高分子、導電性を有する有機高分子、屈折率が１．５以上かつ２．０以下でありかつ導電性を有する有機高分子のいずれかからなることが好ましい。
前記変性領域の形状は、球形、多面体、紡錘形のいずれかであることが好ましい。
前記基材の表面または前記上部層の表面に、透光性を有する被覆層を設けたこととしてもよい。
【０００９】
本発明の光学構造体の製造方法は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の光学構造体の製造方法は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層を形成し、この上部層の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することを特徴とする。
本発明の各製造方法においては、前記レーザ光の中心波長は、２００ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の光学装置は、本発明の光学構造体を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学構造体によれば、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成したので、この光学構造体に光を入射させれば、変性領域と空洞との界面にて光が屈折、散乱、回折、またはこれらが複合された現象が発現することとなり、したがって、透光性を有する有機高分子からなる基材に、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
したがって、マイクロレンズ等の高度の光学的機能を有する有機高分子からなる光学構造体を提供することができる。
【００１３】
本発明の他の光学構造体によれば、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層を形成し、この上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成したので、この光学構造体に光を入射させれば、変性領域と空洞との界面にて光が屈折、散乱、回折、またはこれらが複合された現象が発現することとなり、したがって、上部層に、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
したがって、マイクロレンズ等の高度の光学的機能を有する有機高分子からなる光学構造体を提供することができる。
【００１４】
本発明の光学構造体の製造方法によれば、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成するので、透光性を有する有機高分子からなる基材に屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能が付与された光学構造体を、安価かつ大量に作製することができる。
【００１５】
本発明の他の光学構造体の製造方法によれば、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層を形成し、この上部層の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成するので、上部層に屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能が付与された光学構造体を、安価かつ大量に作製することができる。
【００１６】
本発明の光学装置によれば、本発明の光学構造体を備えたので、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を有し、しかも、安価で量産性に優れた光学装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の光学構造体及びその製造方法並びにそれを備えた光学装置を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態のマイクロレンズアレイ用のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３はプラスチックフィルム基板の変性領域を示す断面図である。
このプラスチックフィルム基板１は、可視光線に対して透明性を有するプラスチック（有機高分子）フィルム（基材）２の表面（一主面）２ａに、上方に向かって膨張する半球状の突部３が複数、マトリックス状に形成され、これらの突部３の表面近傍のプラスチックフィルム２の内部領域には、このプラスチックフィルム２がレーザ光により変質してなる変性領域４が形成され、この変性領域４には、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成されている。
【００１９】
プラスチックフィルム２としては、十分な強度があり、可視光に対して透明な有機高分子フィルムとなり得るものであれば、特に限定されるものではないが、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与するためには、屈折率が１．５以上かつ２．０以下の有機高分子、導電性を有する有機高分子、屈折率が１．５以上かつ２．０以下でありかつ導電性を有する有機高分子のいずれかであることが好ましい。
【００２０】
例えば、屈折率が１．５以上かつ２．０以下の有機高分子を用いた場合では、この有機高分子の内部に変性領域４及び空洞５を形成することにより、屈折、散乱、回折等の現象を効果的に発現させることができ、これらの現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
また、導電性を有する有機高分子を用いた場合では、この有機高分子の内部に変性領域４及び空洞５を形成することにより、帯電防止等の特性を発現させることができ、埃や汚れに対する耐性を高めることができる。
【００２１】
この有機高分子としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアリルシアヌレート（ＴＡＣ）、セルロースアセテート、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエーテル、ポリイミド、エポキシ、フェノキシ、ポリフッ化ビニリデン、アクリル、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフルオルアセチレン（ＰＦＡ）等から適宜選択することができる。
また、このプラスチックフィルム２の厚みも特段限定されるものではなく、通常５０〜２５０μｍ程度のものが使用可能である。
【００２２】
また、用途によっては、プラスチックフィルム２の替わりにプラスチックシートを用いてもよい。この場合、透明シートの材質としては、十分な強度があり、透明な高分子シートとなり得るものであればよく、上述した材質からなるシートが好適である。
このプラスチックシートの厚みも特段限定されるものではなく、通常３０μｍ〜１０ｍｍ程度のものが使用可能である。
さらに、他の用途によっては、プラスチックフィルム２の替わりに、上述した材質からなるプラスチック板を用いてもよい。このプラスチック板の厚みも特段限定されるものではなく、通常０．５ｍｍ〜３０ｍｍのものが使用可能である。
【００２３】
変性領域４は、プラスチックフィルム２がレーザ光の照射により変質・膨張した領域であり、プラスチックフィルム２内に、その表面２ａから厚み方向に向かって３ｍｍ以内に形成されている。
この変性領域４は、レーザ光の照射条件によっては膨張しない場合もある。この場合、プラスチックフィルム２の表面２ａは隆起せず、平坦面となる。
【００２４】
この変性領域４は、直径が、例えば、１μｍ〜５０μｍの球形のものである。この変性領域４の形状は、目的とする光学的機能に合った大きさ及び形状とすることが好ましく、球形の他、長径と短径が異なる断面楕円形の回転体、紡錘体、凸レンズ状、多面体等から適宜選択することができる。
特に、このプラスチックフィルム基板１をマイクロレンズアレイ等に用いる場合には、変性領域４の形状は球形、もしくは回転体が好ましい。
【００２５】
空洞５は、最長部の長さが１００ｎｍ以上かつ５０μｍ以下、最短部の長さが１０ｎｍ以上かつ５μｍ以下の偏平状のもので、プラスチックフィルム２の厚み方向、すなわち表面２ａに垂直な方向では、不規則に並ぶ様に、また、プラスチックフィルム２の表面２ａに沿う方向では、最長部の方向がプラスチックフィルム２の表面２ａに沿う方向と略一致するように、かつ、互いに隣接する空洞５の位置が不規則に並ぶ様に、変性領域４中に点在している。
【００２６】
図２では、これらの空洞５の最長部の方向がプラスチックフィルム２の表面２ａに沿う方向とほぼ一致した場合を示しているが、これらの空洞５の最長部の方向が様々な方向に向いている場合ももちろん存在する。例えば、最長部の方向がプラスチックフィルム２の表面２ａに対して傾斜したものと、表面２ａに沿う方向とほぼ一致しているものとが混ざり合っていてもよく、最長部の方向がプラスチックフィルム２の表面２ａに対して様々に傾斜したものが混ざり合っていてもよい。
【００２７】
この偏平状の空洞５を複数有する変性領域４では、図３に示すように、プラスチックフィルム基板１に光１１を入射させると、変性領域４と空洞５との界面にて光１１が屈折１２、散乱１３、回折１４等の現象が発現する。特に、変性領域４が結晶性で選択配向し易い有機高分子材料の場合、回折線の強度が強くなる傾向がある。これら屈折１２、散乱１３、回折１４等の現象は、単一の現象の場合もあるが、これらの現象が複合されて発現する場合もある。
したがって、プラスチックフィルム基板１の主構成要素であるプラスチックフィルム２に、屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
【００２８】
次に、このプラスチックフィルム基板１の製造方法について説明する。
まず、プラスチックフィルム２を用意し、このプラスチックフィルム２の表面２ａに、中心波長が２５０ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下、より好ましくは２５０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下のレーザ光を間欠的に照射し、プラスチックフィルム２の表面２ａから厚み方向に向かって３ｍｍ以内の領域に変性領域４及び複数の空洞５を形成する。
【００２９】
ここで、レーザ光の中心波長が２５０ｎｍ未満であると、加工効率が悪く、所望の形状の変性領域４及び空洞５を形成することができなくなるからであり、一方、中心波長が６００ｎｍを超えると、変性領域４の周囲または内部に不定形の隆起部を形成し、変性領域４の周囲が損傷する等の問題が発生し易くなり、所望の形状の変性領域４及び空洞５を形成することが困難になるからである。
このレーザ光の強度は、ガウス分布が好ましい。
【００３０】
レーザ光の種類としては、パルスレーザ光が好ましい。このパルスレーザ光が好ましい理由は、照射エネルギーが制御し易いからである。このパルスレーザ光の周波数としては、１０ＫＨｚ以上かつ３００ＫＨｚ以下が好ましく、より好ましくは５０ＫＨｚ以上かつ１００ＫＨｚ以下である。ここで、周波数を上記の様に限定した理由は、周波数が１０ＫＨｚ未満の場合には、照射エネルギーが制御し難くなるからであり、一方、周波数が１００ＫＨｚを超えると、レーザ光照射装置が大型化かつ複雑化し、装置のコストが高くなるからである。
【００３１】
このパルスレーザ光の照射エネルギーとしては、１パルス当たり５μＪ以上かつ１００μＪ以下が好ましい。１パルス当たりの照射エネルギーが５μＪ未満であると、加工速度が遅くなり、作業効率が低下するからであり、一方、１パルス当たりの照射エネルギーが１００μＪを超えると、変性領域４及び空洞５の形状を制御することができなくなるからである。
以上により、プラスチックフィルム２の表面２ａから厚み方向に向かって３ｍｍ以内の領域に、変性領域４及び複数の空洞５を、容易にかつ安価に形成することができる。
【００３２】
このプラスチックフィルム基板１に、反射防止膜あるいは反射膜としての特性を持たせるためには、プラスチックフィルム２自体が干渉性を有するか、あるいはプラスチックフィルム２上に、可視光線を透過する膜を形成し、この膜に干渉性を持たせるようにしてもよい。
特に、スクリーン等の用途に用いる場合、変性領域４の周辺部分のプラスチックフィルム２の表面２ａに、着色膜、反射膜、またはハーフミラー膜としての機能を有する層を形成することが好ましい。
また、変性領域４の上部に単層または多層の干渉膜、およびハードコート層を形成することが好ましい。この様な構成とすることで、表面の反射光を低減することにより光学特性をより高めることができる。また、ハードコート層を形成することにより、表面の堅牢性を高めることができる。
【００３３】
この様にして得られたプラスチックフィルム基板１は、投影機からの映像を反射して映し出すプロジェクタースクリーンを構成することができる。
また、プラスチックフィルム２の材料の選定と、変性領域４及び空洞５の作製条件の調整により変性領域４を半透明とすることで、透過型のプロジェクタースクリーンあるいはリアプロジェクションテレビのスクリーンを構成することができる。
また、変性領域４及び空洞５を作製する条件を調整し、適当な光散乱体を形成することで、眩しさを軽減するアンチグレア膜を構成することができる。
【００３４】
また、変性領域４の屈折率や立体的形状を適切に調整し、適当な格子配列に配置することで、マイクロレンズアレイを構成することができる。
また、変性領域４を適当な立体的形状に成型し、変性領域４に照射された光を適度に反射、散乱させることで、視覚的効果の高い表示器を構成することができ、ポスターや看板に適用することができる。この表示器は、変性領域４上のプラスチックフィルム２の表面２ａに光学膜を作成することで、反射、散乱の効果を高めることができる。
【００３５】
以上説明した様に、本実施形態のプラスチックフィルム基板１によれば、可視光線に対して透明性を有するプラスチックフィルム２の表面２ａに、半球状の突部３を複数、マトリックス状に形成し、これらの突部３の表面近傍のプラスチックフィルム２の内部領域に、レーザ光により変質してなる変性領域４を形成し、この変性領域４に偏平状の空洞５を複数、不規則に形成したので、プラスチックフィルム２に屈折、散乱、回折等の現象を利用した高度の光学的機能を付与することができる。
したがって、マイクロレンズアレイ等の高度の光学的機能を有するプラスチックフィルム基板１を容易かつ安価に提供することができる。
【００３６】
本実施形態のプラスチックフィルム基板の製造方法によれば、プラスチックフィルム２の表面２ａに、中心波長が２５０ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のレーザ光を間欠的に照射し、プラスチックフィルム２の表面２ａから厚み方向に向かって３ｍｍ以内の領域に変性領域４及び複数の空洞５を形成するので、マイクロレンズアレイ等の高度の光学的機能を有するプラスチックフィルム基板１を、容易かつ安価に製造することができる。
【００３７】
「第２の実施形態」
図４は、本発明の第２の実施形態のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す断面図であり、本実施形態のプラスチックフィルム基板２１が第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と異なる点は、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１では、半球状の突部３を含むプラスチックフィルム２の表面２ａが露出されているのに対し、本実施形態のプラスチックフィルム基板２１では、半球状の突部３を含むプラスチックフィルム２の表面２ａを覆うように、可視光線を透過する２層構造の透明層２２を形成した点である。
【００３８】
この透明層２２は、下地層２３と、被覆層２４とから構成されている。
ここでは、透明層２２を下地層２３と被覆層２４とからなる２層構造としたが、透明層２２の層構造は、これに限定されることなく、２層以上の多層構造としてもよく、被覆層２４のみの単層構造としてもよい。
【００３９】
この透明層２２の屈折率とプラスチックフィルム２の屈折率との差を０．２以上とすることにより、さらに好ましい特性を得ることができる。
その理由は、変性領域４と空洞５の界面における屈折率差を大きくして光学的機能を高めるためである。
また、透明層２２の上に、透明層２２とは屈折率あるいは透過率の異なる上層を積層して多層膜とすることにより、さらに好ましい特性を得ることができる。多層膜を光学膜厚とした場合には、多層干渉膜を構成し、反射防止膜あるいは反射膜とすることができる。
【００４０】
このプラスチックフィルム基板２１に、反射防止膜あるいは反射膜としての特性を持たせるためには、プラスチックフィルム２または透明層２２自体が干渉性を有するか、あるいはプラスチックフィルム２と透明層２２との間に、可視光線を透過する中間層を形成し、この中間層に干渉性を持たせるようにしてもよい。
【００４１】
特に、スクリーン等の用途に用いる場合、変性領域４の周辺部分のプラスチックフィルム２の表面２ａあるいは透明層２２上に、着色膜、反射膜、またはハーフミラー膜としての機能を有する層を形成することが好ましい。
また、変性領域４上に単層または多層の干渉膜、およびハードコート層を形成することが好ましい。この様な構成とすることで、表面の反射光を低減することにより光学特性をより高めることができる。また、ハードコート層を形成することにより、表面の堅牢性を高めることができる。
【００４２】
このプラスチックフィルム基板２１においても、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と同様の作用、効果を奏することができる。
しかも、半球状の突部３を含むプラスチックフィルム２の表面２ａを覆うように、可視光線を透過する２層構造の透明層２２を形成したので、耐久性及び耐環境性を向上させることができる。
【００４３】
「第３の実施形態」
図５は、本発明の第３の実施形態のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す断面図であり、本実施形態のプラスチックフィルム基板３１が第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と異なる点は、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１では、プラスチックフィルム２の表面２ａ近傍の内部領域に変性領域４を形成し、この変性領域４に偏平状の空洞５を複数、不規則に形成したのに対し、本実施形態のプラスチックフィルム基板３１では、プラスチックフィルム２の表面２ａに、屈折率が１．６以上かつ１．８以下の高屈折率物質からなる高屈折率層（上部層）３２を形成し、この高屈折率層３２の表面（一主面）３２ａに、上方に向かって膨張する半球状の突部３３を複数、マトリックス状に形成し、これらの突部３３の表面近傍の高屈折率層３２の内部領域に、この高屈折率層３２がレーザ光により変質してなる変性領域３４を形成し、この変性領域３４に偏平状の空洞５を複数、不規則に形成した点である。
【００４４】
高屈折率物質としては、フルオレンエポキシ化合物、フルオレンアクリレート化合物、フルオレン系ポリエステル等の有機系高屈折率樹脂、ポリメチルジフェニルシラン、ポリフェニルシラン、ポリフェニルシラン等の無機系高屈折率材料、有機系樹脂に酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化スズ等の金属酸化物や金、銀、鉄、ルテニウム等の金属微粒子を分散させた複合材料等が好適に用いられる。
【００４５】
この高屈折率物質は、導電性材料であってもよい。導電性材料としては、アンチモン含有酸化スズ微粒子、酸化アンチモン微粒子等の金属酸化物微粒子、４級アンモニウム塩等のイオン性導電体、あるいは導電性高分子等を用いることができる。
【００４６】
このプラスチックフィルム基板３１では、プラスチックフィルム２の表面２ａに、屈折率が１．６以上かつ１．８以下の高屈折率物質からなる高屈折率層３２を形成し、この高屈折率層３２の表面３２ａに、中心波長が２５０ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下、より好ましくは２５０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下のレーザ光を間欠的に照射することにより、この高屈折率層３２の表面近傍かつその内部領域に、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成された変性領域３４を形成することができる。
【００４７】
このプラスチックフィルム基板３１においても、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と同様の作用、効果を奏することができる。
しかも、高屈折率層３２の表面近傍かつその内部領域に、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成された変性領域３４を形成したので、高屈折率層３２を支持するプラスチックフィルム２に使用する材質の制約が大幅に軽減され、より強度が優れた材料や安価な材料を基板として使用することができるという優れた効果を奏することができる。
【００４８】
「第４の実施形態」
図６は、本発明の第４の実施形態のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す断面図であり、本実施形態のプラスチックフィルム基板４１が第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と異なる点は、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１では、プラスチックフィルム２の表面２ａに突部３を複数、マトリックス状に形成し、これらの突部３の表面近傍のプラスチックフィルム２の内部領域に、偏平状の空洞５が複数、不規則に形成された変性領域４を形成したのに対し、本実施形態のプラスチックフィルム基板４１では、複数の突部３をプラスチックフィルム２の表面２ａ上の一方向（図６では、プラスチックフィルム２の長辺方向）に沿って重ね合わせることにより、表面に凹凸が周期的に形成されたストライプ（線状の突起物）４２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４をプラスチックフィルム２の長辺方向に沿って重ね合わせ、これらストライプ４２をプラスチックフィルム２の表面２ａ上の他の一方向（図６では、プラスチックフィルム２の短辺方向）に沿って所定の間隔をおいて配列した点である。
【００４９】
このプラスチックフィルム基板４１においても、第１の実施形態のプラスチックフィルム基板１と同様の作用、効果を奏することができる。
しかも、複数の突部３をプラスチックフィルム２の長辺方向に沿って重ね合わせて表面に凹凸が周期的に形成されたストライプ４２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４を同様に重ね合わせ、これらストライプ４２を所定の間隔をおいて配列したので、配列した方向と垂直の向きからプラスチックフィルム基板４１を観察した場合、プラスチックフィルム基板４１を観察する水平角度を変えると、プラスチックフィルム基板４１を透過あるいは反射した光は、干渉作用により像や強度が変化するという優れた効果を奏することができる。
【００５０】
「第５の実施形態」
図７は、本発明の第５の実施形態のプラスチックフィルム基板（光学構造体）を示す断面図であり、本実施形態のプラスチックフィルム基板５１が第４の実施形態のプラスチックフィルム基板４１と異なる点は、第４の実施形態のプラスチックフィルム基板４１では、複数の突部３を重ね合わせることにより、表面に凹凸が周期的に形成されたストライプ４２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４を同様に重ね合わせ、これらストライプ４２を所定の間隔をおいて配列したのに対し、本実施形態のプラスチックフィルム基板５１では、複数の突部３をプラスチックフィルム２の表面２ａ上の一方向（図７では、プラスチックフィルム２の長辺方向）に沿って密に重ね合わせることにより、表面が平坦化されたストライプ（線状の突起物）５２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４をプラスチックフィルム２の長辺方向に沿って密に重ね合わせ、これらストライプ５２をプラスチックフィルム２の表面２ａ上の他の一方向（図７では、プラスチックフィルム２の短辺方向）に沿って所定の間隔をおいて配列した点である。
【００５１】
このプラスチックフィルム基板５１においても、第４の実施形態のプラスチックフィルム基板４１と同様の作用、効果を奏することができる。
しかも、複数の突部３をプラスチックフィルム２の長辺方向に沿って密に重ね合わせて表面が平坦化されたストライプ５２とするとともに、突部３の下部に形成される複数の空洞５を有する変性領域４を同等に密に重ね合わせ、これらストライプ５２を所定の間隔をおいて配列したので、第４の実施形態のプラスチックフィルム基板４１と比較して、プラスチックフィルム基板５１を透過あるいは反射する光の像の均質性がより高くなるという優れた効果を奏することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
「実施例」
厚さ２ｍｍの透明なポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）基板に、高出力パルスＵＶレーザ（コヒーレントジャパン社、ＡＶＩＡ３５５）を用いてレーザ光を照射し、この基板内に複数の空洞５を有する変性領域４を形成し、実施例のプラスチックフィルム基板とした。
レーザ光の照射条件は、出力１．８Ｗ、中心波長３５５ｎｍ、周波数６０ＫＨｚとした。また、照射した回数は１つの変性領域４あたり、２５０パルスとした。
本実施例のプラスチックフィルム基板の変性領域の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図８に示す。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の光学構造体は、透光性を有する有機高分子からなる基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することにより、光が屈折、散乱、回折する現象を利用した高度の光学的機能を付与したものであるから、光拡散板、アンチグレア膜、プロジェクタースクリーン、リアプロジェクションテレビスクリーン、マイクロレンズアレイ、表示器等の光学装置や光学システム等に用いた場合、高度の光学的機能を発現することが可能であり、しかも安価で量産性に優れており、その産業的利用価値は非常に大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のプラスチックフィルム基板の変性領域を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す斜視図である。
【図７】本発明の第５の実施形態のプラスチックフィルム基板を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施例のプラスチックフィルム基板の変性領域を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【符号の説明】
【００５５】
１、２１、３１、４１、５１ プラスチックフィルム基板
２ プラスチックフィルム
２ａ 表面
３ 半球状の突部
４ 変性領域
５ 偏平状の空洞
２２ 透明層
２３ 下地層
２４ 被覆層
３２ 高屈折率層
２２ａ 表面
３３ 半球状の突部
３４ 変性領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する有機高分子からなる基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成してなることを特徴とする光学構造体。
【請求項２】
複数の前記変性領域を、前記基材の表面上の一方向に沿って重ね合わせ、これらの変性領域に対応する前記基材の表面の領域を隆起した線状の突起物としてなることを特徴とする請求項１記載の光学構造体。
【請求項３】
透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層が形成され、この上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成してなることを特徴とする光学構造体。
【請求項４】
複数の前記変性領域を、前記上部層の表面上の一方向に沿って重ね合わせ、これらの変性領域に対応する前記上部層の表面の領域を隆起した線状の突起物としてなることを特徴とする請求項３記載の光学構造体。
【請求項５】
複数の前記線状の突起物を、互いに平行に配列してなることを特徴とする請求項２または４記載の光学構造体。
【請求項６】
前記有機高分子は、屈折率が１．５以上かつ２．０以下の有機高分子、導電性を有する有機高分子、屈折率が１．５以上かつ２．０以下でありかつ導電性を有する有機高分子のいずれかからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の光学構造体。
【請求項７】
前記変性領域の形状は、球形、多面体、紡錘形のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の光学構造体。
【請求項８】
前記基材の表面または前記上部層の表面に、透光性を有する被覆層を設けてなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の光学構造体。
【請求項９】
透光性を有する有機高分子からなる基材の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することを特徴とする光学構造体の製造方法。
【請求項１０】
透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層を形成し、この上部層の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することを特徴とする光学構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記レーザ光の中心波長は、２００ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０記載の光学構造体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の光学構造体を備えてなることを特徴とする光学装置。
【請求項１】
透光性を有する有機高分子からなる基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成してなることを特徴とする光学構造体。
【請求項２】
複数の前記変性領域を、前記基材の表面上の一方向に沿って重ね合わせ、これらの変性領域に対応する前記基材の表面の領域を隆起した線状の突起物としてなることを特徴とする請求項１記載の光学構造体。
【請求項３】
透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層が形成され、この上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成してなることを特徴とする光学構造体。
【請求項４】
複数の前記変性領域を、前記上部層の表面上の一方向に沿って重ね合わせ、これらの変性領域に対応する前記上部層の表面の領域を隆起した線状の突起物としてなることを特徴とする請求項３記載の光学構造体。
【請求項５】
複数の前記線状の突起物を、互いに平行に配列してなることを特徴とする請求項２または４記載の光学構造体。
【請求項６】
前記有機高分子は、屈折率が１．５以上かつ２．０以下の有機高分子、導電性を有する有機高分子、屈折率が１．５以上かつ２．０以下でありかつ導電性を有する有機高分子のいずれかからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の光学構造体。
【請求項７】
前記変性領域の形状は、球形、多面体、紡錘形のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の光学構造体。
【請求項８】
前記基材の表面または前記上部層の表面に、透光性を有する被覆層を設けてなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の光学構造体。
【請求項９】
透光性を有する有機高分子からなる基材の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記基材の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することを特徴とする光学構造体の製造方法。
【請求項１０】
透光性を有する有機高分子からなる基材の表面に、上部層を形成し、この上部層の表面にレーザ光を間欠的または連続的に照射し、前記上部層の表面近傍の内部領域に、複数の偏平状の空洞が不規則に形成された変性領域を形成することを特徴とする光学構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記レーザ光の中心波長は、２００ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０記載の光学構造体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の光学構造体を備えてなることを特徴とする光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３４００４（Ｐ２００７−３４００４Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１８７０５（Ｐ２００５−２１８７０５）
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
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