特開 2023-167515 複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167515

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/02 20060101AFI20231116BHJP

   G02B 3/00 20060101ALN20231116BHJP

【ＦＩ】

G02B5/02 C

G02B3/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022078771

(22)【出願日】2022-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】倉持 邦裕

【テーマコード（参考）】

2H042

【Ｆターム（参考）】

2H042BA04

(57)【要約】

【課題】大型のマイクロレンズアレイであっても、均一な光拡散性を達成し得る複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材を提供する。
【解決手段】シート基材３の表面の直交二方向に凸部４ａ、４ｂを所定間隔で並べて形成することでマイクロレンズアレイ１を構成する場合に、表面の光拡散性が異なる表面粗さの小さい凸部４ａと表面粗さの大きい凸部４ｂに大別し、それら凸部４ａ、４ｂが形成される直交二方向の少なくとも一方向に向けて表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂの夫々を所定数ずつ交互に配置することで、双方の凸部４ａ、４ｂを含む領域の光の拡散性を均一化することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の微小な凸構造又は凹構造である凹凸構造が表面上の直交二方向に所定間隔で並べて形成されているシート状部材において、前記凹凸構造は、小さい表面粗さ及び大きい表面粗さに大別される２種類の表面粗さを有し、前記直交二方向の少なくとも一方向に向けて表面粗さの小さい凹凸構造及び表面粗さの大きい凹凸構造の夫々が所定数ずつ交互に配置されていることを特徴とする複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材。

【請求項2】

前記表面粗さの小さい凹凸構造及び表面粗さの大きい凹凸構造は、前記直交二方向の少なくとも一方向に向けて１つずつ交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材。

【請求項3】

前記表面粗さの小さい凹凸構造及び表面粗さの大きい凹凸構造は前記直交二方向の何れにも１つずつ交互に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材。

【請求項4】

複数の微小な凸構造又は凹構造である凹凸構造が表面に形成されたシート状部材であって、前記凹凸構造のシート平面視での中心位置がシート平面視で互いに三角形の頂点の位置に配置されるように前記凹凸構造が並べて形成されているシート状部材において、前記凹凸構造は、小さい表面粗さ及び大きい表面粗さに大別される２種類の表面粗さを有し、前記三角形の少なくとも１つの辺の向きに向けて表面粗さの小さい凹凸構造及び表面粗さの大きい凹凸構造の夫々が所定数ずつ交互に配置されていることを特徴とする複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材。

【請求項5】

前記表面は、縦横の寸法が共に５００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材、特に規定の微小な凸構造又は凹構造が表面上の直交二方向に所定間隔で並べて形成されているシート状部材に関する。

【背景技術】

【0002】

このようなシート状部材としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この特許文献１に記載されるシート状部材は、発色構造体の樹脂層として用いられているものであるが、シート状部材の一方の表面に例えば微小な球面形状の凸部（凸構造）が表面上の直交二方向に所定間隔で並べて形成されている。この発色構造体は、シート状部材の凸部が形成されている表面と反対側の平坦な表面に、同じくシート状の基材が積層されると共に、凸部が形成されている表面上に、その凹凸形状に追従する表面形状の誘電体層が積層され、この誘電体層の表面に、同じく凹凸形状に追従する表面形状の反射層が積層されて構成されている。

【0003】

基材は、両面が平坦なシート状の部材であり、樹脂層に用いられるシート状部材と同じく可視領域の光に対して透明である。誘電体層は、金属酸化物、金属窒化物、又は金属酸窒化物からなる薄膜の被膜層であり、凡そ可視領域の光に対して透明であるが、支配色以外の波長の光を吸収する特性が付与される。また、反射層は、金属からなる薄膜の被膜層である。この発色構造体によれば、基材側から観察したとき、誘電体層と樹脂層の界面及び誘電体層と反射層の界面で反射した光が互いに干渉し、この干渉により強められた波長域の光は、シート状部材の凹凸構造に起因して散乱されて基材側から様々な方向に射出される。このとき、支配色、すなわち発色させたい色以外の波長の光を誘電体層が吸収することにより、発色させたい色がより鮮明に視認される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１１０９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載の発色構造体に用いられるシート状部材の凸部（凸構造）はマイクロレンズであり、このマイクロレンズが多数形成されているシート状部材はマイクロレンズアレイである。ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサに用いられるマイクロレンズアレイは、個々のフォトダイオードセルに集光するために用いられる。また、光ファイバコアへの集光にも用いられる。一方、ＬｉＤＡＲ（ライダー）に用いられる場合には、レーザなどの微小な光源から照射される光を効率よく拡散するために用いられる。また、上記特許文献１で用いられるマイクロレンズアレイも反射光を拡散させるために用いられている。すなわち、マイクロレンズアレイでは、主として集光性と光拡散性が評価される。このうち、集光性については、個々のマイクロレンズの表面粗さを含む形状精度を適正に調整或いは向上することで所望する集光性を達成し得る。

【0006】

一方、光拡散性は、個々のマイクロレンズの形状調整だけでは、光の伝播方向、すなわち光路のランダム性が乏しく、十分な光拡散性、換言すればマイクロレンズアレイ全面における均一な光拡散性が得にくい。特に、縦横の長さが共に５００ｍｍを超えるような大型のマイクロレンズアレイで均一な光拡散性を達成することは非常に困難とされており、こうした大型のマイクロレンズアレイ全面で均一な光拡散性を達成し得る具体的な構造が望まれている。なお、周知のように、マイクロレンズアレイのマイクロレンズは、前述の凸構造、いわゆる凸レンズの他、凹構造、いわゆる凹レンズもある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型のマイクロレンズアレイであっても、均一な光拡散性を達成し得る複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材は、複数の微小な凸構造又は凹構造である凹凸構造が表面上の直交二方向に所定間隔で並べて形成されているシート状部材において、前記凹凸構造は、小さい表面粗さ及び大きい表面粗さに大別される２種類の表面粗さを有し、前記直交二方向の少なくとも一方向に向けて表面粗さの小さい凹凸構造及び表面粗さの大きい凹凸構造の夫々が所定数ずつ交互に配置されていることを要旨とする。
また、本発明の他の態様に係る複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材は、複数の微小な凸構造又は凹構造である凹凸構造が表面に形成されたシート状部材であって、前記凹凸構造のシート平面視での中心位置がシート平面視で互いに三角形の頂点の位置に配置されるように前記凹凸構造が互いに所定間隔で並べて形成されているシート状部材において、前記凹凸構造は、小さい表面粗さ及び大きい表面粗さに大別される２種類の表面粗さを有し、前記三角形の少なくとも１つの辺の向きに向けて表面粗さの小さい凹凸構造及び表面粗さの大きい凹凸構造の夫々が所定数ずつ交互に配置されていることを要旨とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材によれば、凸構造又は凹構造である凹凸構造の表面粗さが小さい場合と大きい場合とでは、凹凸構造の表面における光の屈折状態が異なり、特に表面粗さの大きい凹凸構造の表面では光路のランダム性が大きいので、双方の凹凸構造を同等数ずつ含む領域での光拡散性を均一化することができ、結果として、大型のマイクロレンズアレイであっても均一な光拡散性を達成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材の第１実施形態を示すシート表面の斜視図である。

【図2】図１のシート状部材の平面図である。

【図3】図１の凹凸構造の表面粗さ（表面変位）の説明図である。

【図4】図１のシート状部材の変形例を示す平面図である。

【図5】本発明の複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材の第２実施形態を示すシート状部材の平面図である。

【図6】図５のシート状部材の変形例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

【0011】

図１は、複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材の第１実施形態を示すシート表面の斜視図、図２は、図１のシート状部材の平面図である。この実施形態の複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材は、例えば、上記特許文献１に記載される発色構造体などに用いられるマイクロレンズアレイ１である。このマイクロレンズアレイ１では、透明な樹脂製の平坦なシート基材３の一方の表面に同じく透明な樹脂製で表面形状が球面形状である凸部（凸構造＝凹凸構造）４ａ、４ｂが突出形成されて個々のマイクロレンズ２が構成されている。凸部４ａ、４ｂのシート平面視における直径は、例えば１０μｍ～１０００μｍである。また、シート基材３と凸部４ａ、４ｂは一体である。この実施形態では、凸部４ａ、４ｂはシート基材３の表面の直交二方向に所定間隔で並べて形成されている。なお、図２の凸部４ａ、４ｂ間に示されている格子は、上記直交二方向によるマトリクス（例えば行と列）を意味するものであって、実際のシート基材３の表面には存在していない。ここでは、図２の縦方向を行方向、横方向を列方向と規定する。すなわち、１行は図２の横方向に連続し、１列は図２の縦方向に連続する。また、マイクロレンズ２を構成する凹凸構造には、周知のように、凸部に代えて、凹部8（凹構造）を適用することもできる。

【0012】

この実施形態では、図１に示すように、シート基材３の表面に突出形成される複数（多数）の凸部４ａ、４ｂのうち、凡そ半数の凸部４ｂの表面に凹溝５を形成し、これにより表面粗さの大きい凸部４ｂとしている。なお、図１では凹溝５は誇張されている。この実施形態では、例えば、列方向に連続する凹溝５を、各凸部４ｂ毎に行方向に３つ並べて形成している。このような凹溝５は、例えば凸部４ａ、４ｂを切削加工で形成する場合には、凸部４ａのみを加工形成するためのバイトと、凸部４ｂと一緒に凹溝５も加工形成するためのバイトを交換して切削加工を行うことで、凹溝５のない凸部４ａと凹溝５のある凸部４ｂを形成することができる。また、予め形成された凸部４ｂの表面にレーザ光を照射し、レーザ光の熱エネルギーで凹溝５を形成することもできる。その他の周知の加工技術が適用可能である。

【0013】

図３ａには凹溝５が形成されていない凸部４ａの表面粗さを、図３ｂには凹溝５が形成された凸部４ｂの表面粗さを示す。図３では、表面粗さ計によって測定された表面粗さではなく、凸部４ａ、４ｂの形状を合わせて理解しやすいように凸部４ａ、４ｂの表面変位として表している。凹溝５のない凸部４ａの表面粗さの最大高さは、凹溝５が意図的に形成された凸部４ｂの表面粗さの最大高さに対して相対的に小さい。したがって、凹溝５のある凸部４ｂの表面粗さは、凹溝５のない凸部４ａの表面粗さに対して大きいと大別される。以下では、凹溝５のある凸部４ｂを表面粗さの大きい凸部４ｂ、凹溝５のない凸部４ａを表面粗さの小さい凸部４ａという。

【0014】

この実施形態では、図２に明示するように、凸部４ａ、４ｂが形成される表面の直交二方向の双方、すなわち行方向及び列方向に表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂを１つずつ交互に配置している。図４は、図１、すなわち図２のシート部材の変形例であり、凸部４ａ、４ｂが形成される表面の直交二方向の一方向、具体的には行方向に向けてのみ、表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂが１つずつ交互に配置されるように構成している。更なる変形例として、凸部４ａ、４ｂが形成される表面の直交二方向の少なくとも一方向に向けて表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂの夫々が所定数ずつ交互に配置される構成が挙げられる。

【0015】

表面粗さが小さい凸部４ａと大きい凸部４ｂでは、凸部４ａ、４ｂの表面における光の屈折状態が異なり、特に表面粗さの大きい凸部４ｂの表面では光路のランダム性が大きい。そして、これらの凸部４ａ、４ｂが並べて形成される直交二方向の少なくとも一方向に向けて表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂのそれぞれが所定数ずつ交互に配置されていることで、双方の凸部４ａ、４ｂを含む領域では双方の凸部４ａ、４ｂの数が同等となることから、その領域での光の拡散性を均一化することができる。したがって、この配置規則にしたがって表面粗さの小さい凸部４ａと表面粗さの大きい凸部４ｂをシート基材３の表面全域に配置することで、より大きな面積のマイクロレンズアレイ１であっても光拡散性を均一化することが可能となる。

【0016】

このように、この実施形態のマイクロレンズアレイ１では、シート基材３の表面の直交二方向に凸部４ａ、４ｂが所定間隔で並べて形成され、この凸部４ａ、４ｂは、表面粗さの小さいものと表面粗さの大きいものに大別され、それらは互いに光拡散性が異なる。したがって、これらの凸部４ａ、４ｂが並べて形成される直交二方向の少なくとも一方向に向けて表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂの夫々が所定数ずつ交互に配置されていることで、双方の凸部４ａ、４ｂを含む領域の光の拡散性を均一化することができ、これにより、表面の縦横寸法が５００ｍｍ以上であるような大型のマイクロレンズアレイ１であっても均一な光拡散性を達成することが可能となる。

【0017】

また、表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂを直交二方向の少なくとも一方向に向けて１つずつ交互に配置することにより、マイクロレンズアレイ１の表面全体の光拡散性をより均一化することが可能となる。
また、表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂを直交二方向の何れにも１つずつ交互に配置することにより、マイクロレンズアレイ１の表面全体の光拡散性をより一層均一化することが可能となる。

【0018】

図５は、複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材の第２実施形態を示すシート表面の平面図である。この実施形態は、第１実施形態で説明した凸部（凸構造＝凹凸構造）４ａ、４ｂをシート基材３の表面上に千鳥配列している。凸部４ａ、４ｂを千鳥配列した場合、図５に模式的に示すように、凸部４ａ、４ｂは、シート平面視での中心位置がシート平面視で互いに正三角形の頂点の位置に配置されるようにして互いに所定間隔で並べて形成される。そして、この実施形態では、凸部４ａ、４ｂの中心位置を結ぶ正三角形の３つの辺のうち、図に矢印で示す２つの辺の向きに向けて表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂの夫々が２つずつ並べて交互に配置されるように構成した。また、図６は、図５のシート状部材の変形例であり、凸部４ａ、４ｂの中心位置を結ぶ正三角形の３つの辺のうち、図に矢印で示す１つの辺の向きに向けて表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂの夫々が１つずつ交互に配置されるように構成した。上記第１実施形態と同様に、所定の向きに表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂの夫々を並べる数は任意である。また、凸部４ａ、４ｂのシート平面視での中心位置をシート平面視で互いに三角形の頂点の位置に配置することも可能である。

【0019】

この実施形態でも、表面粗さの小さい凸部４ａ及び表面粗さの大きい凸部４ｂの双方を含む領域では双方の凸部４ａ、４ｂの数が同等となることから、その領域での光の拡散性を均一化することができ、したがって、この配置規則にしたがって表面粗さの小さい凸部４ａと表面粗さの大きい凸部４ｂをシート基材３の表面全域に配置することで、表面の縦横寸法が５００ｍｍ以上であるような大型のマイクロレンズアレイ１であっても均一な光拡散性を達成することが可能となる。

【0020】

以上、実施形態に係る複数の微小凹凸構造を表面に有するシート状部材について説明したが、本件発明は、上記実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、本件発明の要旨の範囲内で種々変更が可能である。例えば、上記実施形態のマイクロレンズアレイ１では、平坦な表面から表面形状が球面形状である凸部（凸構造）４ａ、４ｂが突出形成されているマイクロレンズ２について説明した。この凸部４ａ、４ｂはシート平面視形状が円形である。この表面形状が球面形状の凸部４ａ、４ｂでは、曲率が一様であるが、平面視形状が円形であっても、部位によって曲率が変化するものとすることもできる。また、この凸部は、例えば上記特許文献１に記載されるように、隣り合う凸部同士がシート表面の直交二方向の双方で互いに密接し、結果として凸部間に平坦部が存在しない構造であってもよい。この場合、凸部のシート平面視形状は正方形となる。同様に、凸部のシート平面視形状はこれ以外の形状であってもよく、例えば、三角形、長方形、六角形などの多角形形状が挙げられる。また、凸部同士の高さが異なるものであってもよい。また、前述のように、マイクロレンズ２の凹凸構造には凹部（凹構造）を採用することも可能であり、この場合は、上記の説明の凸部を凹部と、高さを深さと読み替えればよい。

【符号の説明】

【0021】

１ マイクロレンズアレイ（シート状部材）
２ マイクロレンズ
４ａ、４ｂ 凸部（凸構造、凹凸構造）
５ 凹溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】