JP2009214387A - プラスチックフィルムレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に凹凸形状を有するプラスチックフィルムレンズを、設計値とのずれが少なく、より高精度に生産できる製造方法を提供する。
【解決手段】透明なプラスチック基板１１の少なくとも片面に凹凸形状のレンズ部を有するプラスチックフィルムレンズの製造方法であって、紫外線硬化型樹脂組成物１２を、前記レンズ部とは逆型の凹凸を有する第１の型３で前記透明なプラスチック基板上に成型しながら、紫外線照射５によって硬化度１０〜５０％の低硬化体に硬化する第１硬化工程と、前記低硬化体を、前記レンズ部とは逆型の凹凸を有する第２の型６で成型しながら、紫外線照射８によって硬化度９０％以上に硬化する第２硬化工程と、を含む、プラスチックフィルムレンズの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオプロジェクターや携帯電話のモニター画面などに使用するフレネルレンズやレンチキュラーレンズなどのプラスチックフィルムレンズの製造方法に関する。

表面に凹凸形状を設けたシートが、装飾用、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズなどに使用されているが、凹凸形状を精密に形成するのはかなりの困難を伴う。特に上記のフレネルレンズやレンチキュラーレンズのように集光用や立体写真用途で使用されるものは高い精度が要求されるため、低コストで生産することが困難であった。

これに対して、例えば、特許文献１では、シート状の透明基材に活性エネルギー線硬化型樹脂を供給した後、表面上に所望の凹凸形状の逆型の凹凸形状を有するロールを押し当て、押し当てた状態でロールの反対側に配置された活性エネルギー線源から活性エネルギーを照射する連続的な製造方法を開示している。
また、特許文献２では、表面上に所望の凹凸形状の逆型の凹凸形状を有するロールに活性エネルギー線硬化型樹脂を塗布した後、該塗布されたロールをシート状の透明基材に押し当てて、押し当てた状態でロールの反対側に配置された活性エネルギー線源から活性エネルギーを照射する連続的な製造方法を開示している。

しかしながら、上記の方法は低コストで生産することはできるものの、活性エネルギー線硬化型樹脂は活性エネルギー線の照射による硬化の際に体積収縮を起し、このため逆型を押し当てて成型しながら硬化していてもμｍオーダーでの精度を出すことが困難であった。
特許３０１６６３８号公報 特許３４９００９９号公報

本発明は、上記問題を鑑みなされたものであり、表面に凹凸形状を有するプラスチックフィルムレンズを、設計値とのずれが少なく、より高精度に生産できる製造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明は下記の通りである。
（１）透明なプラスチック基板の少なくとも片面に凹凸形状のレンズ部を有するプラスチックフィルムレンズの製造方法であって、
紫外線硬化型樹脂組成物を、前記レンズ部とは逆型の凹凸を有する第１の型で前記透明なプラスチック基板上に成型しながら、紫外線照射によって硬化度１０〜５０％の低硬化体に硬化する第１硬化工程と、
前記低硬化体を、前記レンズ部とは逆型の凹凸を有する第２の型で成型しながら、紫外線照射によって硬化度９０％以上に硬化する第２硬化工程と、を含む、プラスチックフィルムレンズの製造方法。

（２）前記第１および第２の型が回転ロール状の型であり、搬送する透明なプラスチック基板上に前記第１硬化工程および第２硬化工程を連続的に行う、上記（１）記載のプラスチックフィルムレンズの製造方法。

（３）前記第１の型の凹凸形状が前記第２の型の凹凸形状よりも大きい、上記（１）または（２）記載のプラスチックフィルムレンズの製造方法。

（４）前記第１硬化工程および第２硬化工程において、前記透明なプラスチック基板の第１の型および第２の型を有する面の反対側から紫外線を照射する、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のプラスチックフィルムレンズの製造方法。

以下、本発明にかかるプラスチックフィルムレンズ製造方法の実施形態の例について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明にかかるプラスチックフィルムレンズの製造方法を実施する製造装置の一例である。

図１に示す製造装置について、上流側から下流側に向かって、その構成を説明する。まず、透明なプラスチック基板（以下、透明フィルムと称する）１１を供給するサプライ１があり、次いで、サプライ１より繰り出された透明フィルム１１上に紫外線硬化型樹脂組成物１２を供給するための樹脂供給装置２と、目的とするレンズ部の凹凸形状とは逆型の凹凸を有する型であって第１の型である第１回転ロール３が設置される。第１回転ロール３の透明フィルム１１を挟んで対向する位置にはフィルム搬送手段である第１コンベア４が設置される。第１コンベア４内には紫外線照射装置５が設置され、紫外線照射装置５は第１回転ロール３の真下に位置するように配置される。

続いて、目的とするレンズ部の凹凸形状とは逆型の凹凸を有する型であって第２の型である第２回転ロール６が設置され、第２回転ロール６の透明フィルム１１を挟んで対向する位置に、フィルム厚さを調整するための押し当てロール７が設置される。押し当てロール７内には紫外線照射装置８が設置され、紫外線照射装置８は第２回転ロール６の真下に位置するように配置される。
そして、表面にレンズ部が形成された透明フィルム１１を巻き取る際のガイドとなる引き取り機９と、巻き取り機１０とを下流側に備えた構成となっている。

図１において、サプライ１より繰り出された透明フィルム１１は第１コンベア４によって一定速度で搬送される。

図２（ａ）は第１回転ロール３の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）で示した平面図の凹凸部位の拡大図であって、図中の二点鎖線は第１回転ロール３によって成型される紫外線硬化型樹脂組成物１２の形状を示す。
第１回転ロール３は円筒状であり、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、その外周面上には外周面を１周する複数の断面半円状の溝からなる凹凸３ａ（凹凸高さＨ、凹凸ピッチＬ）が形成されており、第１回転ロール３はフィルムの長手方向（搬送方向）に沿って透明フィルム１１の搬送速度と同一速度で回転する。第１回転ロール３を形成する素材は特に限定するものではないが、例えば金属、ガラス、セラミックス、合成樹脂等である。

第２回転ロール６は、凹凸高さを第１回転ロール３よりもやや高くした以外は第１回転ロール３と同じ形状を有するロールであり、目的とするレンズ部の凹凸と略同一の凹凸を有する。

次に、上記製造装置によって実施されるプラスチックフィルムレンズの製造方法について説明する。
本発明にかかる製造方法では、紫外線硬化型樹脂組成物１２を凹凸形状に成型しながら硬化して硬化度１０〜５０％の低硬化体とする第１硬化工程と、前記抵硬化体を成型しながら更に硬化させて硬化度を９０％以上とする第２硬化工程と、を有する。

（第１硬化工程）
樹脂供給装置２によって供給された紫外線硬化型樹脂組成物１２は、液体の状態で塗布手段（図１ではリップコーターを使用）により第１回転ロール３の表面に一定の厚さで塗布された後、サプライ１より繰り出された透明フィルム１１に押し当てられる。この時、透明フィルム１１の下面に設置された第１紫外線照射装置５から、第１回転ロール３に塗布された紫外線硬化型樹脂組成物１２と透明フィルム１１との接触部に向かって紫外線が照射される。

第１回転ロール３を透明フィルム１１に押し当てる際、図２（ｂ）に示すように、第１回転ロール３と透明フィルム１１との間に間隔Ｔを設けて第１回転ロール３が透明フィルム１１に接触しないようにすることが好ましい。またもし接触しても第１回転ロール３の表面および透明フィルム１１にほとんど力は加えられないようにする。紫外線硬化型樹脂組成物１２は、紫外線が照射されるまでは液状であり、紫外線硬化型樹脂組成物１２が塗布された第１回転ロール３の表面が透明フィルム１１に押し当てられても第１回転ロール３の表面にはほとんど力が加えられずに第１回転ロール３の表面の凹凸形状に沿った形状になる。その状態で紫外線が照射されて硬化し、図３に示すように、透明フィルム１１上に、フィルム長手方向に連続した凹凸３ａが形成される。

本発明では、上記の第１紫外線照射装置５による紫外線照射の際に、紫外線硬化型樹脂組成物１２を完全に硬化させず、特に表面の硬化度を１０〜５０％程度（好ましくは２０〜４０％）の低硬化体となるよう、紫外線の光量を調節する。この段階で、樹脂は液体状態から固体状態に変わるため、非常に大きな硬化収縮が発生、第１回転ロール３に設けられた逆型から期待する所望の凹凸３ａから幾分精度が低下したものができている。第１回転ロール３の表面の凹凸３ａは、硬化時の硬化収縮を考慮し、凹凸ピッチＨは目的とするレンズ部の凹凸ピッチと略同一で、凹凸高さＨを目的とするレンズ部の凹凸高さよりもやや高めに設定することが好ましい。

（第２硬化工程）
次いで、フィルム長手方向に連続した凹凸３ａを形成された低硬化体である紫外線硬化型樹脂組成物１２を有する透明フィルム１１を第２回転ロール６に搬送する。
第２回転ロール６の凹凸ピッチを、第１回転ロール３によって形成された凹凸ピッチに合わせて押し当てると、表面がまだ柔軟であるため変形が起こり、第２回転ロール６に設けられた逆型の凹凸と略同一の凹凸に成型することが可能である。第２回転ロール６を押し当てる際、第２回転ロール６と同じ速度で回転する押し当てロール７で樹脂厚みを調整する。紫外線硬化型樹脂組成物１２に、第２回転ロール６を押し当てた状態で、第２紫外線照射装置８から紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂組成物１２を硬度９０％以上となるように硬化させて凹凸を固定させる。

上記の通り紫外線照射による硬化工程を２段階に分けることで、第２回転ロール６における硬化時には相変化による急激な硬化収縮が少ないため、第２回転ロール６の表面凹凸からほとんどずれることなく、高精度のフィルムレンズを得ることが可能となる。

得られたフィルムレンズは引き取り機９をガイドとして巻き取り機１０で巻き取られる。

本発明において使用する透明フィルム１１としてはフィルム状の樹脂基材やガラス板等が使用しうる。なかでも、成型物の連続生産性や成型物を巻き取って貯蔵しておくという観点より厚さ１０００μｍ以下の樹脂フィルム基材が望ましい。また、必要に応じて樹脂基材上には易接着層、帯電防止層などを設けてもよい。

本発明で使用する紫外線硬化型樹脂組成物１２としては、一般にベースとなるオリゴマーに希釈用のモノマー、光開始剤を加えたものである。
オリゴマーとしては、アクリロイル基、メタアクリロイル基を有するものが好ましく、ポリエーテル（メタ）アクリレート系、ポリエステル（メタ）アクリレート系、エポキシ（メタ）アクリレート系、ウレタン（メタ）アクリレート系、ポリブタジエン（メタ）アクリレート系、などが挙げられる。
モノマーとしては、ヒドロキシプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクイレート、フェノールＥＯ変成アクリレート、２−ヘキシルＥＯ変成アクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート、イソボルニルアクリレート、アクリロイルモルホリン、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタムなどの単官能アクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ビスフェノール−ＥＯ変成ジアクリレート、などの２官能モノマー、或いはトリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、などの多官能アクリレートなどをそれぞれ選択して用いることができる。

光重合開始剤としては、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4,6-トリメチルボンゾイルジフェニル-フォスフィンオキサイドなどが挙げられ、これらを複数種使用しても良い。
光重合開始剤としては、紫外線硬化型樹脂組成物中における全紫外線硬化型樹脂に対して０．０１〜２０重量％添加することが好ましい。

また紫外線硬化型樹脂組成物１２により形成されるレンズ部の屈折率、可とう性、離型性、密着性、耐光性、制電性などを向上させる目的で、可塑剤、界面活性剤、離型剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、着色剤、充填剤などを紫外線硬化型樹脂組成物に配合しても良い。

本発明において、紫外線硬化型樹脂組成物１２を第１回転ロール３に塗布するコーティング方法としては、ロールコート法、ブレードコート法、バーコート法、スプレーコート法、カーテンコート法、フローコート法、ディップコート法などを挙げることができるが、作業性を考慮すると樹脂組成物の粘度は低粘度であることが望ましく、そのために該樹脂組成物に溶剤、例えばエチルアルコール、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチル、ジメチルホルムアミドなどを配合し、適当な塗工粘度に調整してもよい。なお、これらの溶剤を配合する場合には、樹脂組成物を塗布後に溶剤を揮散・乾燥する必要がある。

製造されるフィルムレンズは、表面形状だけでなく透明フィルム１１を含めた厚さが立体写真の質に大きく影響するため、厚さの管理が重要である。厚さを一定にするには、第２回転ロール６で紫外線硬化型樹脂組成物１２を成型して硬化する時に、透明フィルム１１の下面と第２回転ロール６表面の位置関係を所定値に保持することが重要である。本発明では、既にフィルム状に加工された透明フィルム１１を用い、成型のために加熱して可塑性を持たせる必要がないため、張力により位置決めすることも可能であるが、より厳密に厚さの管理を行なうためには、透明フィルム１１の下面を支持する押し当てロール７を用いる。
第２回転ロール６と押し当てロール７との間隔は、機械的に高精度な位置関係が維持されるため一定厚のフィルムレンズが得られる。

第１および第２紫外線照射装置５，８は特に限定されず、メタルハライドランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、ケミカルランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ等のランプが挙げられる。
第１紫外線照射装置５の設置位置は特に限定されないが、第１回転ロール３に塗布された紫外線硬化性樹脂組成物１２が透明フィルム１１に押し当てられる接触部の真下に設置することが好ましい。
第２紫外線照射装置８の設置位置は特に限定されないが、第２回転ロール６が低硬化体である紫外線硬化性樹脂組成物１２に押し当てられる接触部の真下に設置することが好ましい。
紫外線が透明フィルム１１を通して該接触部に効率良く当たることで硬化効率に優れると共に、回転ロールの形状に沿ったところで硬化されるので凹凸転写性も非常に良好である。第１コンベア４および押し当てロール７はその内部に紫外線源を設置する場合には、石英ガラスや透明樹脂からなることが好ましい。

第１硬化工程は、図４に示すように、樹脂供給装置２から供給される液状の紫外線硬化型樹脂組成物１２を、サプライ１より一定速度で搬送される透明フィルム１１の表面に一定の厚さで塗布したのち、第１回転ロール３で成型しながら紫外線を照射することによって低硬化体とする工程であってもよい。
かかる態様の場合、透明フィルム１１上に塗布された紫外線硬化型樹脂組成物１２に第１回転ロール３が押し当てられる接触部に紫外線が当たるように紫外線照射装置５を設置することが好ましい。

本発明において、硬化度は、紫外線硬化型樹脂組成物のＩＲスペクトルを測定し、紫外線硬化型樹脂の硬化に使用される基に起因する吸収（例えば、二重結合に起因する吸収）と、硬化反応によって出現する新たな結合に起因する吸収との比を取ることで評価することができ、樹脂液の時の比を０％、完全硬化の時の比を１００％として計算する。

以上が本発明の製造方法の説明であるが、以下、上記の製造方法で作成したレンチキュラーレンズについて説明する。

図１に示す装置を用いて、レンチキュラーレンズフィルムを連続的に製造した。
まず、ポリエステルアクリレート系樹脂からなるオリゴマー６０重量部、２−エチルヘキシルアクリレート３０重量部、ペンタエリスリトールトリアクリレート３重量部、ベンジルメチルケタール（重合開始剤）２重量部からなる紫外線硬化型樹脂組成物１２を樹脂供給装置２より第１回転ロール３に供給し、サプライ１から繰り出される厚さ４０μｍのポリカーボネートフィルム１１（以下、透明フィルム１１と称する）の片面に押し当て、塗布した。第１回転ロール３は、図２（ａ）、（ｂ）に示す形状のロールを使用し、目的とするレンズ部の凹凸とは凹凸ピッチＬが略同一で、凹凸高さＨがやや高くなるよう、凹凸高さ：５０μｍ、凹凸ピッチＬ：２００μｍに設定した。第１回転ロール３と透明フィルム１１の間隔Ｔ（溝のない部分までの距離）は５０μｍに設定した。

紫外線量を調整し、第１回転ロール３による成型、硬化後の低硬化体の硬化度を１０〜５０％とした。硬化度は、紫外線硬化型樹脂組成物１２のＩＲスペクトルを測定し、２重結合に起因する８１０ｃｍ^−１の吸収と硬化に無関係な７６０ｃｍ^−１の吸収との比を取ることで評価することができ、樹脂液の時の比を０％、完全硬化の時の比を１００％として計算した。

得られた低硬化体を、目的とするレンズ部の凹凸と略同一の凹凸の逆型を有する第２回転ロール６に搬送し、第２回転ロール６表面の凹凸ピッチを低硬化体の凹凸ピッチと合わせて押し当てながら、紫外線を照射することによって硬化した。この時、紫外線量を調整して、硬化度が９０％以上に硬化した。硬化度９０％以上であれば製品として問題ない（硬化度が９０％未満であると、レンチキュラーレンズ成形後の経時劣化が大きい。）。

上記の製造方法で形成されたレンチキュラーレンズの寸法は±３μｍ以内を達成できた。一方、第１回転ロール３での低硬化体とする際に、硬化度を４０％とするとその誤差範囲に収まらなかった。一方、硬化度１０％未満（例えば５％）とすると、あまりにも未硬化なため第２回転ロール６で成形した後の硬化収縮が大きく、やはり誤差は±３μｍに収まらない結果となった。

以上、レンチキュラーレンズの製造を例として本発明にかかる製造方法を説明したが、本発明にかかる製造方法はレンチキュラーレンズに限らず、シリドリカルレンズやフレネルレンズ、リニアフレネルレンズ等の製造にも適用可能である。

また、本発明にかかる製造方法では、第１および第２の型の形状を選択することにより、上記態様のような連続した製造方法には適さない、例えば同心円状にレンズが形成された凸レンズ等も高精度で製造可能である。

本発明のプラスチックフィルムレンズの製造方法を実施するための製造装置を示す図である。 図２（ａ）は図1で示す製造装置に備えられた第１回転ロール３の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）で示した平面図の凹凸部位の拡大図であって、図中の二点鎖線は第１回転ロール３によって成型される紫外線硬化型樹脂組成物１２の形状を示す。 第１硬化工程を経た低硬化体の斜視図である。 第１硬化工程の実施態様の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１ サプライ、 ２ 樹脂組成物供給装置、 ３ 第１回転ロール、 ３ａ 断面半円状の溝からなる凹凸、 ４ 第１コンベア、 ５ 第１紫外線照射装置、 ６ 第２回転ロール、 ７ 押し当てロール、 ８ 第２紫外線照射装置、 ９ 引き取り機、 １０ 巻き取り機、 １１ 透明フィルム、 １２ 紫外線硬化型樹脂組成物、 Ｈ 凹凸高さ、 Ｌ 凹凸ピッチ、 Ｔ 第１回転ロール３と透明フィルム１１との間隔。

Claims (4)

1. 透明なプラスチック基板の少なくとも片面に凹凸形状のレンズ部を有するプラスチックフィルムレンズの製造方法であって、
   紫外線硬化型樹脂組成物を、前記レンズ部とは逆型の凹凸を有する第１の型で前記透明なプラスチック基板上に成型しながら、紫外線照射によって硬化度１０〜５０％の低硬化体に硬化する第１硬化工程と、
   前記低硬化体を、前記レンズ部とは逆型の凹凸を有する第２の型で成型しながら、紫外線照射によって硬化度９０％以上に硬化する第２硬化工程と、を含む、プラスチックフィルムレンズの製造方法。
2. 前記第１および第２の型が回転ロール状の型であり、搬送する透明なプラスチック基板上に前記第１硬化工程および第２硬化工程を連続的に行う、請求項１記載のプラスチックフィルムレンズの製造方法。
3. 前記第１の型の凹凸形状が前記第２の型の凹凸形状よりも大きい、請求項１または２記載のプラスチックフィルムレンズの製造方法。
4. 前記第１硬化工程および第２硬化工程において、前記透明なプラスチック基板の第１の型および第２の型を有する面の反対側から紫外線を照射する、請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチックフィルムレンズの製造方法。

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