JP2015082062A - レンズアレイ及びレンズアレイ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】刃によって形成された溝の部分にレンズの材料である液状の樹脂が入り込んで硬化してしまうことを抑制するようにしたレンズアレイを提供する。【解決手段】レンズアレイは、親液性の表面処理を施した撥液性の基板に、該基板の表面を刃によって隔壁を形成し、該刃によって形成された溝の部分は撥液性であり、該隔壁間は親液性であり、該隔壁間に液状樹脂によってレンズを形成している。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズアレイ及びレンズアレイ製造方法に関する。

特許文献１には、紙箱などの包装容器においてマイクロレンズシートを可変画像が印刷された包装容器基材の外面部分に、可変画像を構成する可変画素に対してスライド移動可能に取り付け、レンズシートを可変画素に対してスライド移動させることにより可変画像を観察できるようにしたレンズ付き包装容器とレンズシートの製造方法であって、直方体又は立方体形状の包装容器の外面の一部領域に所定画素ピッチにて形成された光学視可能な可変画素層を備え、該可変画素層上に前記ピッチと整合するレンズピッチにて形成されたレンズアレイを有するマイクロレンズシートをスライド移動可能に重ね合わせて取り付けられていることが開示されている。

特開２０１１−０１１７８５号公報

本発明は、刃によって形成された溝の部分にレンズの材料である液状の樹脂が入り込んで硬化してしまうことを抑制するようにしたレンズアレイ及びレンズアレイ製造方法を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
請求項１の発明は、親液性の表面処理を施した撥液性の基板に、該基板の表面を刃によって隔壁を形成し、該刃によって形成された溝の部分は撥液性であり、該隔壁間は親液性であり、該隔壁間に液状樹脂によってレンズを形成したことを特徴とするレンズアレイである。

請求項２の発明は、前記基板は、該基板の材料以外の微粒子を含まないことを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイである。

請求項３の発明は、撥液性の基板に親液性の表面処理を施す表面処理ステップと、前記表面処理ステップが施された前記基板の表面に、刃によって隔壁を形成することによって、該刃によって形成された溝の部分を撥液性とし、該隔壁間を親液性とする隔壁形成ステップと、前記隔壁形成ステップによって形成された隔壁間に、液状の樹脂を吐出又は塗布する吐出塗布ステップと、前記吐出塗布ステップによって吐出又は塗布された液状の樹脂を硬化させることによってレンズを形成するレンズ形成ステップを具備することを特徴とするレンズアレイ製造方法である。

請求項４の発明は、前記吐出塗布ステップによって、前記溝に対して吐出又は塗布された液状の樹脂を除去する除去ステップをさらに具備し、前記レンズ形成ステップは、前記除去ステップによって、前記溝から液状の樹脂が除去された後に、レンズを形成することを特徴とする請求項３に記載のレンズアレイ製造方法である。

請求項５の発明は、前記基板は、該基板の材料以外の微粒子を含まないことを特徴とする請求項３又は４に記載のレンズアレイ製造方法である。

請求項１のレンズアレイによれば、刃によって形成された溝の部分にレンズの材料である液状の樹脂が入り込んで硬化してしまうことを抑制することができる。

請求項２のレンズアレイによれば、溝の部分の接触角ヒステリシスを小さくすることができる。

請求項３のレンズアレイ製造方法によれば、刃によって形成された溝の部分に液状の樹脂が入り込むのを抑制することができる。

請求項４のレンズアレイ製造方法によれば、溝に対して吐出又は塗布された液状の樹脂を除去することができる。

請求項５のレンズアレイ製造方法によれば、溝の部分の接触角ヒステリシスを小さくすることができる。

レンズアレイの製造方法の例を示す説明図である。 刃によって形成された溝、隔壁の例を示す説明図である。 レンズアレイの製造方法例を示すフローチャートである。 隔壁を形成して、レンズアレイを製造する方法の例を示す説明図である。 曲率制御の例を示す説明図である。 接触角ヒステリシスの例を示す説明図である。 レンズアレイの製造方法の例を示す説明図である。 ２次元レンズアレイの製造方法例を示すフローチャートである。

以下、図面に基づき本発明を実現するにあたっての好適な一実施の形態の例を説明する。
本実施の形態のレンズアレイは、親液性の表面処理を施した撥液性の基板に、その基板の表面を刃によって隔壁を形成し、その刃によって形成された溝の部分は撥液性であり、その隔壁間は親液性であり、その隔壁間に液状樹脂によってレンズを形成したものである。

レンズアレイとは、正立像を形成する要素レンズ（レンズエレメント）を複数並列的に配列し、像を重ね合わせて全体で１個の連続像を形成する光学系であり、半円柱のレンズを並べたレンチキュラーレンズ等を含む。例えば、３次元画像（３Ｄともいう）を表現すること、視線を換えることによって複数の画像を表示すること（チェンジングともいう）ができる。配列としては、後述する図１の例のように１次元的に配列したもの（例えば、シリンドリカルレンズアレイ等）、図７の例のように２次元的に配列したもの（例えば、正方形レンズアレイ等の２次元レンズアレイ）等のマイクロレンズアレイが含まれる。
このレンズアレイの作成方法として、隔壁ピン止め方法がある。この隔壁ピン止め方法は、樹脂基板を鋭利な刃で引っ掻くことで隔壁を形成し、その隔壁のピン止め効果により流動性樹脂（ＵＶ硬化樹脂など）の流動を抑制する。したがって、作成すべきレンズの形状、サイズに合わせたレンズピッチで隔壁を形成し、その隔壁間に流動性樹脂を吐出することで、その形状のレンズを形成できる。レンズの曲率（焦点距離）は吐出する流動性樹脂の体積で制御する。この隔壁ピン止め方法によるレンズ作製方法は、レンズピッチ、焦点距離、レンズサイズを変更できる。本実施の形態は、この隔壁ピン止め方法を用いるものである。

図１、図３を用いて、本実施の形態のレンズアレイの作成方法例を示す。
ステップＳ３０２では、撥液性の基板１１０を作成する。図１（ａ）の例に示すように、撥液性の基板を予め定められた大きさに切断して、透明樹脂であって撥液性の基板１１０を作成する。「撥液性の基板」とは、基板全体がレンズの材料となる液状樹脂に対して撥液性があるものである。ここで、「撥液性」の定義として、液状樹脂の液滴とその基板とのなす角度である接触角が９０度より大となることである。撥液性の基板１１０の例として、低表面エネルギーの樹脂があり、具体的には、フッ素系樹脂フィルムである、オフロン（登録商標）ＥＴＦＥ（ダイキン工業）、テフロン（登録商標）ＡＦグレード（三井・デュポン社）等がある。

ステップＳ３０４では、撥液性の基板１１０に親液性の表面処理を施す。図１（ｂ）の例に示すように、撥液性の基板１１０に親液性表面膜１２０を形成する。「親液性の表面処理」とは、撥液性の基板１１０の表面を、レンズの材料となる液状樹脂に対して親液性（接着性が大）があるようにすることである。ここで、「親液性」の定義として、液状樹脂の液滴とその表面とのなす角度である接触角が９０度以下となることである。
表面処理として、種々の物理的・化学的処理が適用可能である。例えば、親液性の液体を塗布すること、コロナ放電、プラズマ処理（Ａｒなど）、ＵＶ（オゾン）処理（なお、フッ素系は効果が小さい）、シランカップリング剤等によって、撥液性の基板１１０の表面を親液性とする。

ステップＳ３０６では、ステップＳ３０４が施された撥液性の基板１１０の表面に、刃（Ｂｌａｄｅ）によって隔壁を形成する。これによって、その刃によって形成された溝の部分は撥液性となり、その隔壁間は親液性となる。図１（ｃ）の例に示すように、撥液性の基板１１０の表面を鋭利な刃１３０でスクラッチして、隔壁（隔壁１３２ａ、隔壁１３２ｂ等）を形成する。ここで、「刃によって隔壁を形成」とは、撥液性の基板１１０に刃１３０を切り込ませて、溝（溝１３２等）を作り、その刃１３０の両側に撥液性の基板１１０の表面部分を盛り上がらせることによって隔壁（隔壁１３２ａ、隔壁１３２ｂ等）を作成することである。図１（ｃ）の例に示す説明領域１５０の断面図を、図２の例に示す。親液性表面膜１２０がある撥液性の基板１１０に対して、刃１３０を切り込ませると、溝１３２ができ、その両側に隔壁１３２ａ、隔壁１３２ｂができる。溝１３２の部分（隔壁の内壁側）は、刃１３０の切り込みによって、撥液性の基板１１０内が露出するため撥液性となる。そして、隔壁間（隔壁１３２ａと隔壁１３４ｂの間）は親液性表面膜１２０があるので、親液性となる。なお、隔壁間とは、２回（又は２本）の刃の切り込みによって、形成された隔壁の間のことをいう。つまり、刃の切り込みによって形成される２つの隔壁によって形成された４つの壁面のうち、隔壁の外壁側（溝を構成する壁面ではない側の壁面）によって形成されるレンズ形成用の領域である。
なお、撥液性の基板１１０と刃１３０は相対的に移動（撥液性の基板１１０、刃１３０のいずれか一方、又は両方が移動）すればよい。つまり、隔壁の形成は、撥液性の基板１１０上で刃１３０をスライドさせてもよいし、撥液性の基板１１０に刃１３０を押し当てて撥液性の基板１１０を移動させてもよい（以下、同様）。

ステップＳ３０８では、生成された隔壁に囲まれた孔にレンズ材の樹脂を滴下等する。図１（ｄ）の例に示すように、ステップＳ３０６によって形成された隔壁間（隔壁１３２ａと隔壁１３４ｂ等の間）に、液状の樹脂（ＵＶ硬化樹脂１６２等）を吐出（Ｄｉｐｐｉｎｇ）又は塗布する。溝の内壁は撥液性のため、液状の樹脂が入ったとしても、取り除くことは容易である。例えば、撥液性の基板１１０を傾斜すること、振動すること、ブローで吹き飛ばす等の外力を加えてもよい。液状の樹脂として、例えば、ＵＶ（ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）硬化樹脂であるＮＯＡ６５（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社製）等がある。なお、ＵＶ硬化樹脂とは、紫外線の光エネルギーに反応して液体から固体に化学的に変化する合成樹脂である。また、熱溶融させた高分子（熱可塑性樹脂）であってもよい。

ステップＳ３１０では、樹脂の硬化処理を行う。つまり、ステップＳ３０８によって吐出又は塗布された液状の樹脂を硬化させることによってレンズを形成する。具体的には、ＵＶ硬化樹脂であれば、ＵＶ光源１９０のＵＶ光照射により硬化させる。熱溶融させた熱可塑性樹脂を用いる場合は、冷却することにより硬化させる。もちろんのことながら、液状の樹脂は硬化させた状態で透明である。

次に、図４、図５の例を用いて、隔壁ピン止め方法によるレンズ幅、曲率制御について説明する。
図４は、隔壁を形成して、レンズアレイを製造する方法（隔壁ピン止め方法の原理）の一例を示す説明図である。ここでは、説明を簡単にするために、１つの刃１３０で隔壁を形成し、１つの樹脂滴下装置４４０で樹脂を滴下している。もちろんのことながら、ここでの撥液性の基板１１０には親液性表面膜１２０がある。
図４（ａ１）に例示するように、刃１３０で切削させる走査を行って溝１３２を形成し（撥液性の基板１１０に溝１３２の切り込みを入れ）、溝１３２の両端に隔壁１３２ａ、隔壁１３２ｂを形成する。図４（ａ２）の例は、刃１３０が撥液性の基板１１０に切り込みを入れた場面の断面を示したものである。
次に、図４（ｂ）に例示するように、刃１３０をピッチ４３０の距離だけ移動させ、切り込みを入れ（溝１３４、溝１３６）、隔壁１３４ａ、１３４ｂ、１３６ａ、１３６ｂ等を形成する。ピッチ４３０は、隔壁間の距離であり、レンズ幅となる。つまり、ピッチ４３０を制御することによって、レンズ幅を制御する。
図４（ｃ）に例示するように、隔壁間（例えば、隔壁１３２ｂと隔壁１３４ａの間）に、樹脂滴下装置４４０によってＵＶ硬化樹脂（ＵＶ硬化樹脂１６２等）を吐出する。樹脂の吐出量により曲率制御をする。

図５は、曲率制御（屈曲面によるピン止め効果）の例を示す説明図である。図５（ａ）の例に示すように、板状の平らな表面（親液性表面膜１２０のある撥液性の基板１１０）にある液体（ＵＶ硬化樹脂１６２等）の液体界面の接触角をθとする。図５（ｂ）の例に示すように、板状の角（平面となす角の角度α）に液体がある場合は、ピッチ制御によって「接触角＞θ＋α」を満たすまで移動できない。したがって、親液性表面膜１２０のある撥液性の基板１１０の隔壁頂点部の役割として、接触角はθからθ＋αまでの任意の角度をとれることとなり、液滴の量により曲率制御を行うことができる（例えば、「Ｊ．Ｆ．Ｏｌｉｖｅｒ ｅｔ ａｌ， Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ，５９，５６８（１９７７）」を参照）。

接触角ヒステリシスが小さくなるように、溝はなるべく滑らかにすることが望ましい。図６の例を用いて、接触角ヒステリシスを説明する。
壁６０２は、溝１３２を形成する壁の片方であるとする。液滴６０４は、レンズ材の樹脂が誤って溝１３２に落下したものである。接触角ヒステリシスは、液滴６０４の上側の後退接触角（θｒ）と下側の前進接触角（θａ）の差分（θａ−θｒ）である。
撥液性の基板は、溝の部分を滑らかにするために、その基板の材料以外の微粒子を含まないようにしてもよい。ここでの微粒子（フィラー）とは、一般に基板の樹脂の機能を高めるために充填する無機又は有機性の微粒子であるが、本実施の形態では、この微粒子を含ませないようにしている。
そして、図３に例示のフローチャートにおいて、ステップＳ３０８の後（ステップＳ３１０の前）で、ステップＳ３０８によって、溝に対して吐出又は塗布された液状の樹脂を除去する除去ステップを設けてもよい。ステップＳ３１０では、除去ステップによって、溝から液状の樹脂が除去された後に、レンズを形成するようにしてもよい。これらの処理の対象となる基板は、微粒子を含むものであってもよいし、基板の材料以外の微粒子を含まないものであってもよい。

次に、図７、図８を用いて、隔壁ピン止め方法による２次元レンズアレイの製造方法について説明する。もちろんのことながら、ここでの基板７００には親液性表面膜がある。
この製造方法は、隔壁構造を格子状に形成するものである。主に正方形レンズの製造方法について、図７、図８を用いて説明する。図７は、レンズアレイの製造方法の例を示す説明図である。図８は、レンズアレイの製造方法例を示すフローチャートである。
ステップＳ８０２では、図７（ａ）の例に示すような一方向（垂直方向）の隔壁形成を行う。つまり、透明樹脂の基板７００に対して、刃（Ｂｌａｄｅ）７１０によって垂直方向の溝（溝７２０、７３０、７４０等）をつけることによって隔壁（隔壁７２２、７２４、７３２、７３４、７４２、７４４等）を生成する。

ステップＳ８０４では、図７（ｂ）の例に示すような正方形開口の形成を行う。つまり、ステップＳ８０２とは異なる方向での隔壁形成を行う。基板７００に対して、刃７１０によって水平方向の溝（溝７７０、７８０等）をつけることによって隔壁（隔壁７７２、７７４、７８２、７８４等）を生成する。例えば、隔壁７４４、７５２、７７４、７８２によって１つの正方形開口が形成される。
なお、このステップＳ８０４では、刃７１０を基板７００に対して、相対的に移動することで隔壁を形成しているが、正方形開口の形状をした刃（金型）を基板に押し当てて隔壁を形成してもよい。レーザー光によるアブレーションにより溝構造を形成してもよい。また、この場合、刃の形状として、正方形開口以外に、多角形開口（例えば、長方形（縦と横の長さが異なる四角形）、六角形等）、円開口、楕円開口等を含んでいてもよい。なお、レンズの形状（開口）とは、隔壁によって囲まれた領域の形状のことをいう。
ステップＳ８０２、ステップＳ８０４の処理によって、図２の例に示すように、溝の部分は撥液性であり、隔壁間は親液性である開口が形成される。

ステップＳ８０６では、図７（ｃ）の例に示すような樹脂滴下装置７９６による液状樹脂の吐出を行う。基板７００の第１の隔壁（隔壁７２２、７２４、７３２、７３４、７４２、７４４等）と第２の隔壁（隔壁７７２、７７４、７８２、７８４等）によって囲まれた領域（ここでは、正方形）に液状樹脂（樹脂７２６、７３６、７４６、７５６等）を充填する。つまり、基板７００に生成された隔壁に囲まれた孔にレンズ材の樹脂７３６等を滴下する。液状樹脂の表面張力によりレンズ形状の樹脂７２６、７３６、７４６、７５６等によって、アレイを形成する。ここで、液状樹脂は、ＵＶ硬化樹脂であってもよいし、熱溶融させた熱可塑性樹脂であってもよい。

ステップＳ８０８では、図７（ｄ）の例に示すようなＵＶ光源７９８のＵＶ照射による硬化処理を行う。つまり、樹脂の硬化処理を行って、各レンズを形成する。もちろんのことながら、液状高分子樹脂は硬化させた状態で透明である。

上述した実施の形態は、本発明の実施の形態の一部である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１１０…撥液性の基板
１２０…親液性表面膜
１３０…刃
１３２…溝
１３２ａ、１３２ｂ…隔壁
１３４…溝
１３４ａ、１３４ｂ…隔壁
１３６…溝
１３６ａ、１３６ｂ…隔壁
１３８…溝
１３８ａ、１３８ｂ…隔壁
１４０…溝
１４０ａ、１４０ｂ…隔壁
１６２…ＵＶ硬化樹脂
１９０…ＵＶ光源
４４０…樹脂滴下装置

Claims (5)

1. 親液性の表面処理を施した撥液性の基板に、該基板の表面を刃によって隔壁を形成し、該刃によって形成された溝の部分は撥液性であり、該隔壁間は親液性であり、該隔壁間に液状樹脂によってレンズを形成した
   ことを特徴とするレンズアレイ。
2. 前記基板は、該基板の材料以外の微粒子を含まない
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ。
3. 撥液性の基板に親液性の表面処理を施す表面処理ステップと、
   前記表面処理ステップが施された前記基板の表面に、刃によって隔壁を形成することによって、該刃によって形成された溝の部分を撥液性とし、該隔壁間を親液性とする隔壁形成ステップと、
   前記隔壁形成ステップによって形成された隔壁間に、液状の樹脂を吐出又は塗布する吐出塗布ステップと、
   前記吐出塗布ステップによって吐出又は塗布された液状の樹脂を硬化させることによってレンズを形成するレンズ形成ステップ
   を具備することを特徴とするレンズアレイ製造方法。
4. 前記吐出塗布ステップによって、前記溝に対して吐出又は塗布された液状の樹脂を除去する除去ステップ
   をさらに具備し、
   前記レンズ形成ステップは、前記除去ステップによって、前記溝から液状の樹脂が除去された後に、レンズを形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のレンズアレイ製造方法。
5. 前記基板は、該基板の材料以外の微粒子を含まない
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載のレンズアレイ製造方法。

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