(57)【要約】【課題】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ない凹部形成方法及び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方法の開発。【解決手段】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所定形状の凹部の所定数を形成する凹部形成方法及びその方法で、傾斜角が３５〜４８度の光路変換斜面を具備す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形成する光学素子の製造方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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所定形状の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。
【請求項２】
請求項１において、ドライエッチングを投影マスクを介したレーザー光の照射にて行う凹部形成方法。
【請求項３】
請求項２において、レーザー光が紫外線領域の波長を有するものである凹部形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３において、高分子膜に形成する凹部が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ものである凹部形成方法。
【請求項５】
請求項２〜４において、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し、かつ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凹部形成製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５において、高分子膜がポリイミドフィルムからなる凹部形成方法。
【請求項７】
請求項１〜６において、高分子膜を支持体で固定してドライエッチングを施す凹部形成方法。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の凹部形成方法により、高分子膜平面に対する傾斜角が３５〜４８度の光路変換斜面と、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形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の製造方法によ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金型を得ることを特徴とする光学素子形成用金型の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の製造方法による光学素子形成用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金型より分離することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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る凹部形成方法、及び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る凹部形成方法、及び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所定形状の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】
また本発明は、前記の凹部形成方法により、高分子膜平面に対する傾斜角が３５〜４８度の光路変換斜面と、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形成することを特徴とする光学素子の製造方法を提供するものである。
【０００７】
さらに本発明は、前記の製造方法によ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金型を得ることを特徴とする光学素子形成用金型の製造方法、及びその光学素子形成用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金型より分離することを特徴とする光学素子の製造方法を提供するものである。
【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所定形状の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ＣＯ２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所定形状の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】
2004182806.tif 000003
【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】
2004182806.tif 000004
【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
【図１】
2004182806.tif 000005
【図２】
2004182806.tif 000006