JP2004258071A

JP2004258071A - 光学部品及びその製造方法並びに画像投影スクリーン

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Publication number: JP2004258071A
Application number: JP2003045534A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ono; 禎之小野
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP4277536B2

Abstract

【課題】微細なレンチキュラーレンズあるいはプリズムレンズ形状を有するフレネルレンズ等の光学要素を有する光学物品を高品質にしかも安価に提供することを目的とする。
【解決手段】透光性基材１１と成形型２１との間に第１の紫外線硬化型樹脂溶液３１を満たし、透光性基材１１側よりＵＶランプによって紫外線を全面露光し、第１の紫外線硬化型樹脂溶液３１を硬化させ、型成形を行い、成形型２１を離型し、透光性基材１１上の一方の面に第１の微細凹凸パターン３１ａ（レンチキュラーレンズ）を形成しする。さらに、同様な工程で、一方の面に第１の微細凹凸パターン３１ａ（レンチキュラーレンズ）が形成された透光性基材１１の他方の面に第２の微細凹凸パターン３２ａ（フレネルレンズ）を形成し、光学部品１０を得る。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばＬＣＤ（液晶表示装置）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ−Ｄｅｖｉｃｅ）等のようなセル構造を有する光学エンジンからの画像を投影するプロジェクションテレビ用のスクリーンもしくは光学要素を有する光学物品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的に有用な微細凹凸パターンの一例として、フレネルレンズが挙げられる。フレネルレンズの製造方法として、熱プレス成形法、キャスティング法、インジェクション法等がある。ところがこれらの方法によるときは、大型の製品を成型する場合には、加熱ー冷却に要する時間が長くかかり、生産性が上げられない。そこで、最近ではレンズ型と透明樹脂基材との間に紫外線硬化型樹脂を介在させ、紫外線を照射して短時間で硬化させるフォトポリマー法（２Ｐ法）が製造サイクルの短さや形状転写性の点から主流となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、近年のプロジェクタの輝度向上により、その性能を有効に利用する為に余分な正面の輝度を水平もしくは垂直方向への視野角に振り分けることが可能となり、プロジェクションスクリーンの性能として、さらなる垂直視野角の向上が望まれるようになってきている。このため、片面のみに光学的に有用な微細パターン（例えばフレネルレンズ）をもつだけでは機能として不足し、垂直視野角を拡大させるような機能を持つ微細な凹凸パターン（例えばレンチキュラーレンズ）を押出成形により形成した基板を用いて、２Ｐ法によってフレネルレンズを成形する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
この方法によれば、フレネルレンズ形状とは別のレンチキュラーレンズもしくはプリズムレンズ形状を形成する際に、押し出し成形によって実施するため、大ロットの場合には、レンチキュラーレンズやプリズムレンズ形状のような連続的に規則的なパターンを完全に成形できるため生産性は良好であるという利点がある。
【０００５】
しかしながら、プロジェクションテレビ用のフレネルレンズの場合には、小ロット多品種であることも多く、前述のように押し出し成形によってレンチキュラーレンズやプリズムレンズ形状を形成すると生産性が低下する。生産性が低下する理由として、押出成形機で品種（特にピッチ）によってロールを交換する必要があり、交換が煩雑である。また、押出成形機で小ロット多品種を成形する際に、ロール交換毎に樹脂ペレットが無駄になりやすい。また、生産性の低下以外にも押し出し成形のような熱可塑性樹脂を用いた場合、熱プロセスによるため、レンチキュラーレンズやプリズムレンズ形状を成形する際の熱可塑性樹脂特有の熱戻り現象により、微細なピッチ（具体的には０．３ｍｍ以下）を深い形状でかつ充分に転写することが困難（転写不足）であるため、観察画面の垂直方向に広視野角を有する高品質なスクリーンを生産するのに好適とは言い難い面がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−１７７２１５号公報
【特許文献２】
特開平５−１７７２１５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、押し出し成形によって小ロット多品種を成形する際の煩雑さや樹脂の無駄、熱プロセスに起因する不正確な微細なピッチの再現性を解決しようとするもので、微細なレンチキュラーレンズあるいはプリズムレンズ形状を有するフレネルレンズ等の光学要素を有する光学物品を高品質にしかも安価に提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、透光性基材上に光学的に有用な微細凹凸パターンが形成された光学物品において、透光性基材の両面に微細凹凸パターンが紫外線硬化型樹脂で形成されており、前記紫外線硬化型樹脂が両面で異なることを特徴とする光学物品としたものである。
【０００９】
また、請求項２においては、前記微細凹凸パターンがレンチキュラーレンズ、プリズムレンズ、フレネルレンズもしくはマイクロレンズアレイ群のいずれかで構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学物品としたものである。
【００１０】
また、請求項３においては、少なくとも以下の工程を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品の製造方法としたものである。
（ａ）前記透光性基材と第１の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型とを準備する工程。
（ｂ）前記透光性基材と前記成形型との間に第１の紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、透光性基材側より紫外線を全面露光し、第１の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させる工程。
（ｃ）第１の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型を離型し、透光性基材上の一方の面に第１の微細凹凸パターンを形成する工程。
（ｄ）一方の面に第１の微細凹凸パターンが形成された透光性基材と第２の微細凹凸パターンが形成された成形型とを準備する工程。
（ｅ）一方の面に第１の微細凹凸パターンが形成された透光性基材と第２の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型との間に第２の紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、透光性基材側より全面露光し、第２の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させる工程。
（ｆ）第２の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型を離型し、透光性基材上の一方の面に第１の微細凹凸パターンが、他方の面に第１の微細凹凸パターンが形成された光学部品を作製する工程。
【００１１】
また、請求項４においては、請求項１または２に記載の光学物品を用いたことを特徴とする画像投影スクリーンとしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光学部品は、図１〜図３に示すように、透光性基材１１の両面に第１の微細凹凸パターン（３１ａ、３１ｂ及び３１ｃ）と第２の微細凹凸パターン（３２ａ）が形成されたもので、第１の微細凹凸パターン（３１ａ、３１ｂ及び３１ｃ）及び第２の微細凹凸パターン（３２ａ）は異なった紫外線硬化型樹脂から形成されている。第１の微細凹凸パターン（３１ａ、３１ｂ及び３１ｃ）及び第２の微細凹凸パターン（３２ａ）はレンチキュラーレンズ、プリズムレンズ、フレネルレンズもしくはマイクロレンズアレイ群のいずれかで構成されており、図１の光学部品１０は、第１の微細凹凸パターン３１ａがレンチキュラーレンズと第２の微細凹凸パターン３２ａがフレネルレンズとの組み合わせの事例で、図２の光学部品２０は、第１の微細凹凸パターン３１ｂがプリズムレンズと第２の微細凹凸パターン３２ａがフレネルレンズとの組み合わせの事例で、図３の光学部品３０は、第１の微細凹凸パターン３１ｃがマイクロレンズアレイと第２の微細凹凸パターン３２ａがフレネルレンズとの組み合わせの事例である。
第１の微細凹凸パターン及び第２の微細凹凸パターンが異なった紫外線硬化型樹脂を用いる理由については後記する。
【００１３】
本発明の光学部品は、第１及び第２の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型及び紫外線硬化型樹脂溶液を用いた２Ｐ法にて作製される。
図４（ａ）〜（ｆ）に、本発明の光学部品の製造工程の一例を示す。
以下、第１の微細凹凸パターン３１ａとしてレンチキュラーレンズ、第２の微細凹凸パターン３２ａとしてフレネルレンズを使用した本発明の光学部品の製造方法について説明する。
まず、透光性基材１１と第１の微細凹凸パターン３１ａの反転型が形成された成形型２１とを準備する（図４（ａ）参照）。
ここで、透光性基材１１としては、例えばアクリル樹脂、ＭＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、または上記樹脂のブレンドからなるシート及びフィルムやガラス板などが使用できる。成形型２１からの離型性の点から、可とう性のあるアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＭＳ樹脂などが光透過性や柔軟性の点から好ましい。
成形型２１は銅、真鍮等の加工基材をフォエッチング法もしくは機械加工、レーザー加工等にて作製される。
【００１４】
次に、透光性基材１１と成形型２１との間に第１の紫外線硬化型樹脂溶液３１を満たし、透光性基材１１側よりＵＶランプによって紫外線を全面露光し、第１の紫外線硬化型樹脂溶液３１を硬化させ、型成形を行う（図４（ｂ）参照）。
第１の紫外線硬化型樹脂溶液３１としては、ベース樹脂となるウレタン（メタ）アクリレートおよび／またはエポキン（メタ）アクリレートオリゴマーに加えて、ベース樹脂の物性を改善する目的で反応希釈剤を加えて、さらに紫外線によって硬化するように、光重合開始剤成分を含有させた組成物が挙げられる。
また、第１の紫外線硬化型樹脂溶液３１が硬化するには、紫外線ランプからの放射波長域と光重合開始剤の官能波長域とが近いことが必要となる。
【００１５】
次に、成形型２１を離型し、透光性基材１１上の一方の面に第１の微細凹凸パターン３１ａ（レンチキュラーレンズ）を形成する（図４（ｃ）参照）。
【００１６】
次に、一方の面に第１の微細凹凸パターン３１ａ（レンチキュラーレンズ）が形成された透光性基材１１と第２の微細凹凸パターン３２ａの反転型が形成された成形型２２とを準備する（図４（ｄ）参照）。
【００１７】
次に、第１の微細凹凸パターン３１ａが形成された透光性基材１１と第２の微細凹凸パターン３２ａの反転型が形成された成形型２２との間に第２の紫外線硬化型樹脂溶液３２を満たし、第１の微細凹凸パターン３１ａ側よりＵＶランプによって紫外線を全面露光し、第２の紫外線硬化型樹脂溶液３２を硬化させ、型成形を行う（図４（ｅ）参照）。
【００１８】
次に、成形型２２を離型し、透光性基材１１上の一方の面に第１の微細凹凸パターン３１ａ（レンチキュラーレンズ）が、他方の面に第２の微細凹凸パターン３２ａ（フレネルレンズ）が形成された光学部品１０を得る（図４（ｆ）参照）。
【００１９】
上記光学物品を製造する際に用いられる第１の紫外線硬化型樹脂溶液及び第２の紫外線硬化型樹脂溶液を選択する際には、官能波長域をそれぞれ異なるようにする必要がある。すなわち、第２の紫外線硬化型樹脂溶液を紫外線によって硬化させる工程では第１の微細凹凸パターン側から紫外線照射することから、第２の紫外線硬化型樹脂溶液の官能波長域は第１の紫外線硬化型樹脂溶液の官能波長域よりも長波長側になるようにする。
【００２０】
具体的には、耐久性や強度、硬さなどベース樹脂によって支配されるような物性を透光性基材１１両面に形成された第１の微細凹凸パターン面と第２の微細凹凸パターン面とで異なるようにしたい場合には、第１の紫外線硬化型樹脂と第２の紫外線硬化型樹脂とで異なるものを使用するようにし、第２の紫外線硬化型樹脂の官能波長を第１の紫外線硬化型樹脂の官能波長よりも長波長側になるようなものを選択するようにする。
【００２１】
一方、耐久性や強度、硬さなどベース樹脂によって支配されるような物性を透光性基材１１両面に形成された第１の微細凹凸パターン面と第２の微細凹凸パターン面とで同じにしたい場合には、紫外線硬化型樹脂溶液中の光重合開始剤のみを表裏で異なるものを使用し、第２の紫外線硬化型樹脂溶液中に含まれる光重合開始剤の官能波長を第１の紫外線硬化型樹脂溶液中に含まれる光重合開始剤の官能波長よりも長波長側になるようなものを選択するようにする。
【００２２】
さらに、第１の紫外線硬化型樹脂溶液と第２の紫外線硬化型樹脂溶液とを同じ組成物とする場合、長波長側に官能波長域を有する光重合開始剤と短波長側に官能波長領域を有する光重合開始剤とを複数種類混合して使用することで、第１の紫外線硬化型樹脂溶液硬化時には、両方の光重合開始剤が反応し、第２の紫外線硬化型樹脂溶液硬化時には、長波長側に官能波長域を有する光重合開始剤が反応することで両面とも効率的に硬化させることが可能となる。さらに、この場合にはＵＶ樹脂を共通化することができるという利点もあるため好適である。
【００２３】
一方、ＵＶ樹脂自身にも光吸収作用があり、短波長域の紫外線が吸収されてしまうため、透光性基材１１上の第１の微細凹凸パターンに用いられる紫外線硬化型樹脂層が厚かったり、官能波長域の光を吸収してしまうような紫外線硬化型樹脂を使用した場合、第２の微細凹凸パターン面に用いる紫外線硬化型樹脂溶液の硬化が不足する。
【００２４】
つまり、透光性基材１１の両面の紫外線硬化型樹脂として全く同じものを用いると、紫外線硬化型樹脂自体に紫外線が吸収されてしまい、第２の微細凹凸パターンの紫外線硬化型樹脂層の硬化が不充分になるか、硬化速度がいじるしく低下する。
【００２５】
上記のような紫外線硬化型樹脂自体の光吸収作用の違いは、ベース樹脂の種類や光重合開始剤の種類によって異なることから、これらを適宜選択することで光吸収領域をある程度選択でき、硬化速度の低下を防止することが可能となる。
【００２６】
光学部品２０及び３０の製造方法については、光学部品１０とほぼ同じ工程で作製されるので、ここでは省略する。
【００２７】
本発明の光学部品の製造方法では、紫外線硬化型樹脂溶液を紫外線硬化、型成形してフレネルレンズやレンチキュラーレンズ等の微細凹凸パターンが形成されるため、微細凹凸パターンを再現性良く転写でき、かつ小ロット多品種でも生産性良く製造できるメリットを有する。
【００２８】
また、光吸収領域をコントロールし、第１の微細凹凸パターン面の紫外線硬化型樹脂溶液と第２のパターン面の紫外線硬化型樹脂溶液との光吸収領域をずらし、パターン形成の順序を変えることで効率的にパターン形成できる。さらに両面とも紫外線硬化型樹脂を用いた２Ｐ法によってパターン形成するため、微細凹凸パターンを正確に転写可能となる。
【００２９】
図５〜図７に、本発明の光学物品を用いた画像投影スクリーンの実施例を示す。
図５の画像投影スクリーン１００は、透光性基材１１の両面にレンチキュラーレンズとフレネルレンズとを形成した本発明の光学部品１０とレンチキュラースクリーンとを組み合わせた事例で、垂直方向に光線が拡散するような作用を持つレンチキュラーレンズを光源側にすることで、観察面で垂直方向の視野角を拡大する効果を有する。
【００３０】
図６の画像投影スクリーン２００は、透光性基材１１の両面にプリズムレンズとフレネルレンズとを形成した本発明の光学部品２０とレンチキュラースクリーンと組み合わせた事例で、垂直方向に光線が拡散するような作用を持つプリズムレンズを光源側にすることで、観察面で垂直方向の視野角を拡大する効果を有する。
【００３１】
図７の画像投影スクリーン３００は、透光性基材１１の両面にマイクロレンズアレイとフレネルレンズとを形成した本発明の光学部品３０とレンチキュラースクリーンとを組み合わせた事例で、第１の微細凹凸パターンをマイクロレンズ形状とすることで、垂直方向のみならず水平方向へも光線が拡散するような作用を持ち、観察面において隅々まで明るい画像投影スクリーンとなる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の光学部品は、紫外線硬化型樹脂溶液を紫外線硬化、型成形して作製するため、フレネルレンズやレンチキュラーレンズ等の微細凹凸パターンを高精度に再現できる。
また、本発明の光学部品の製造方法では、光吸収領域をコントロールし、第１の微細凹凸パターン面の紫外線硬化型樹脂溶液と第２のパターン面の紫外線硬化型樹脂溶液との光吸収領域をずらし、パターン形成の順序を変えることで効率的に微細凹凸パターンを形成でき、少ロット多品種生産に容易に対応でき、生産時の材料の無駄が少ない。
さらに、本発明の光学部品を用いた画像投影スクリーンは、観察面で隅々まで明るく、垂直方向の視野角を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学物品の一実施例を示す模式構成図である。
【図２】本発明の光学物品の一実施例を示す模式構成図である。
【図３】本発明の光学物品の一実施例を示す模式構成図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、本発明光学物品の製造方法の一例を示す模式構成断面図である。
【図５】本発明の画像投影スクリーンの一実施例を示す模式構成図である。
【図６】本発明の画像投影スクリーンの一実施例を示す模式構成図である。
【図７】本発明の画像投影スクリーンの一実施例を示す模式構成図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０……光学部品
１１……透光性基材
２１、２２……成形型
３１、３２……紫外線硬化型樹脂溶液
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ……第１の微細凹凸パターン
３２ａ……第２の微細凹凸パターン
１００、２００、３００……画像投影スクリーン

Claims

透光性基材上に光学的に有用な微細凹凸パターンが形成された光学物品において、透光性基材の両面に微細凹凸パターンが紫外線硬化型樹脂で形成されており、前記紫外線硬化型樹脂が両面で異なることを特徴とする光学物品。
前記微細凹凸パターンがレンチキュラーレンズ、プリズムレンズ、フレネルレンズもしくはマイクロレンズアレイ群のいずれかで構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学物品。
少なくとも以下の工程を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品の製造方法。
（ａ）前記透光性基材と第１の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型とを準備する工程。
（ｂ）前記透光性基材と前記成形型との間に第１の紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、透光性基材側より全面露光し、第１の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させる工程。
（ｃ）第１の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型を剥離し、透光性基材上の一方の面に第１の微細凹凸パターンを形成する工程。
（ｄ）一方の面に第１の微細凹凸パターンが形成された透光性基材と第２の微細凹凸パターンが形成された成形型とを準備する工程。
（ｅ）一方の面に第１の微細凹凸パターンが形成された透光性基材と第２の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型との間に第２の紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、透光性基材側より全面露光し、第２の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させる工程。
（ｆ）第２の微細凹凸パターンの反転型が形成された成形型を剥離し、透光性基材上の一方の面に第１の微細凹凸パターンが、他方の面に第１の微細凹凸パターンが形成された光学部品を作製する工程。
請求項１または２に記載の光学物品を用いたことを特徴とする画像投影スクリーン。