JPH04329503A - 光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子及びその製造
方法に関する。具体的にいうと、本発明は、マイクロフ
レネルレンズやグレーティング等の微少な光学素子と、
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に光学素子の一種として従来のマイ
クロフレネルレンズを示す。従来のマイクロフレネルレ
ンズ５１は、表面が平滑な平板状をした透明レンズ基板
（光学素子基板の１つ）５２の表面に透明樹脂によって
輪帯状のパターン等からなるマイクロフレネルレンズパ
ターン（光学機能パターンの１つ）５３を形成したもの
であり、図８に示すように回折現象を利用して平行光を
集光させたり、あるいは発散光を平行光にコリメートさ
せたりする用途に用いられている。

【０００３】図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、２Ｐ法
（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃ
ｅｓｓの略称）と呼ばれるマイクロフレネルレンズ５１
の製造方法を示す。まず、図９（ａ）に示すように、ス
タンパ６１の上面に形成されたパターン成形部としての
プロファイル６２に紫外線硬化型（ＵＶ）樹脂６３を吐
出させる。ついで、同図（ｂ）のように、プロファイル
６２に供給された樹脂６３の上にガラス、プラスチック
等からなる表面が平滑な透明レンズ基板５２を対向させ
、レンズ基板５２をスタンパ６１の表面に押し付けるこ
とによって樹脂６３をスタンパ６１の表面に押し広げて
樹脂６３をレンズ基板５２の表面に密着させると共に樹
脂６３をプロファイル６２の隅まで充填させる。この後
、同図（ｃ）のように、レンズ基板５２を通して紫外線
（ＵＶ光）６４を紫外線硬化型樹脂６３に照射させて樹
脂６３を硬化させ、硬化した樹脂６３によってマイクロ
フレネルレンズパターン５３を成形すると共にマイクロ
フレネルレンズパターン５３をレンズ基板５２に接着さ
せる。ついで、レンズ基板５２とともに樹脂６３をスタ
ンパ６１から離型させれば、同図（ｄ）に示すように、
レンズ基板５２と樹脂６３とが一体となり、樹脂６３に
よってプロファイル６２の反転形状をしたマイクロフレ
ネルレンズパターン５３が形成されたマイクロフレネル
レンズ（レプリカ）５１を得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
による光学素子の製造方法においては、表面が平滑なレ
ンズ基板が用いられていたので、図９（ｃ）のように樹
脂６３がレンズ基板５２とスタンパ６１との間に充填さ
れた状態においては、樹脂６３はレンズ基板５２の平滑
な表面に接着するとともに、スタンパ６１のグレーティ
ング状をしたプロファイル６２と噛み合っている。この
ため、マイクロフレネルレンズパターン５３とレンズ基
板５２との密着強度よりもマイクロフレネルレンズパタ
ーン５３とスタンパ６１との密着強度の方が大きな状態
となっている。

【０００５】したがって、図９（ｄ）のようにマイクロ
フレネルレンズパターン５３をレンズ基板５２と共にス
タンパ６１から離型させる時、マイクロフレネルレンズ
パターン５３がレンズ基板５２と共にスタンパ６１から
離型されず、マイクロフレネルレンズパターン５３がス
タンパ６１側に残ってしまったり、あるいは離型時にマ
イクロフレネルレンズパターン５３がレンズ基板５２か
ら部分的に剥離したりすることがあり、マイクロフレネ
ルレンズパターンの複製工程における不良品の発生率が
高かった。

【０００６】また、良好なマイクロフレネルレンズが製
造されたとしても、高温または高湿の環境下で保存また
は使用されたり、ヒートサイクル等の環境下で使用され
た場合、マイクロフレネルレンズパターンとレンズ基板
との熱膨張係数の違いによって、マイクロフレネルレン
ズパターンがレンズ基板から剥離し易くなるという問題
があった。

【０００７】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、マイクロ
フレネルレンズパターンのような光学機能パターンの光
学素子基板への密着強度を高めることにより、光学機能
パターンの複製工程における歩留りを向上させると共に
、光学素子の耐環境性を向上させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子は、光
学素子基板の表面に光学機能パターンを転写された光学
素子において、光学素子基板のパタ−ン転写面に複数の
凹凸形状を設け、光学機能パターンをこの凹凸形状に密
着させたことを特徴としている。

【０００９】また、本発明による光学素子の製造方法は
、スタンパの表面に形成された光学機能パターンの反転
パターンを有するプロファイル上に感光性樹脂を供給す
る工程と、パターン転写面に複数の凹凸形状を形成され
た光学素子基板を前記スタンパに重ねて感光性樹脂を前
記プロファイルと光学素子基板のパターン転写面の間に
充填させる工程と、感光性樹脂に光を照射して感光性樹
脂を硬化させることにより光学機能パターンを成形する
工程と、成形された光学機能パターンを光学素子基板と
共にスタンパから離型する工程とからなることを特徴と
している。

【００１０】

【作用】本発明の光学素子にあっては、光学素子基板の
パターン転写面に複数の凹凸形状を設け、この凹凸形状
に光学機能パターンを密着させているので、光学機能パ
ターンと光学素子基板との密着強度が大幅に向上し、高
温、高湿あるいはヒートサイクル等の悪環境下において
も光学機能パターンが光学素子基板から剥離することが
なくなり、光学素子の信頼性を向上させることができる
。

【００１１】また、本発明による光学素子の製造方法に
あっては、パターン転写面に凹凸形状を設けられた光学
素子基板を用いて、いわゆる２Ｐ法によって光学素子を
製造しているので、光学素子基板とスタンパとの間に感
光性樹脂が充填された状態においては、光学機能パター
ン成形用の樹脂がスタンパのプロファイルと噛み合って
いると同時にレンズ基板の凹凸形状とも噛み合っており
、樹脂と光学素子基板との密着強度が従来よりも大幅に
向上させられている。このため、光学素子基板に密着さ
せられた樹脂（光学機能パターン）を光学素子基板と共
にレプリカから離型させる場合、樹脂が基板から剥離し
てスタンパに残ったり、あるいは樹脂が光学素子基板か
ら部分的に剥離したりすることがなく、不良品の発生が
低減され、光学機能パターンの複製工程における歩留り
を向上させることができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるマイクロフレ
ネルレンズ１の断面図である。レンズ基板２は、プラス
チック等の透明材料によって平板状に形成されており、
レンズ基板２のパターン転写面２ａには多数の微細な凹
凸４が成形されている。レンズ基板２のパターン転写面
２ａには、透明樹脂によってマイクロフレネルレンズパ
ターン３が成形されており、マイクロフレネルレンズパ
ターン３は、パターン転写面２ａの凹凸４にくい込むよ
うにして密着している。

【００１３】図２、図３及び図４はレンズ基板２のパタ
ーン転写面２ａに設けられた種々の凹凸形状を示してい
る。図２に示すものは、レンズ基板２の全体に環状の凹
凸４を形成したものである。この環状をした凹凸４のピ
ッチは必ずしも均一である必要はなく、不均一であって
も差し支えない。また、図３に示すものは、マイクロフ
レネルレンズパターン３がレンズ基板２よりも小さい場
合において、マイクロフレネルレンズパターン３を設け
る領域にのみ凹凸４を成形したものである。もちろん、
マイクロフレネルレンズパターン３を設ける領域よりも
小さな領域にだけ凹凸４を成形していても差し支えない
。図４に示すものは、レンズ基板２のパターン転写面２
ａにストライプ状ないし直線状をした凹凸４を成形した
ものであり、この場合も凹凸４のピッチは均一でも不均
一でもよい。さらに、上記以外の形状の凹凸を形成して
もよく、例えば格子状の凹凸を設けたり、パターン転写
面２ａを荒らしてランダムな凹凸を設けても差し支えな
い。

【００１４】しかして、図１のようにレンズ基板２のパ
ターン転写面２ａに凹凸４を形成してあると、マイクロ
フレネルレンズパターン３がレンズ基板２のパターン転
写面２ａに喰いついて密着し、マイクロフレネルレンズ
パターン３のレンズ基板２への密着強度が大きくなる。 したがって、高温や高湿の環境下で保持されていたり、
あるいはヒートサイクル等の環境下におかれても、マイ
クロフレネルレンズパターン３がレンズ基板２から剥離
しにくく、光学素子の信頼性が向上する。

【００１５】次に、本発明の実施例によるマイクロフレ
ネルレンズの製造方法を説明する。まず、図５はマイク
ロフレネルレンズ１に用いられるレンズ基板２を成形す
るための射出成形用金型６を示す。この成形用金型６は
上型６ａと下型６ｂとからなり、上型６ａと下型６ｂと
の間にレンズ基板２形状をしたキャビティ７が形成され
ている。キャビティ７内において下型６ｂの上面には、
レンズ基板２の凹凸４を成形するための凹凸パターン８
が設けられており、上型６ａの側面部には成形用樹脂を
注入するためのゲート９が設けられている。しかして、
レンズ基板２を射出成形するにあたっては、上型６ａと
下型６ｂとを閉じた後、ゲート９より透明樹脂をキャビ
ティ７内に注入してレンズ基板２を成形し、樹脂を硬化
させた後、上型６ａを下型６ｂとを開いてレンズ基板２
を脱型する。このとき凹凸パターン８によりレンズ基板
２の表面には凹凸４が成形される。

【００１６】次に、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は２
Ｐ法によるマイクロフレネルレンズパターンの複製工程
を示す。スタンパ１１は、電子ビーム描画法によって作
成された原盤を型として電鋳法により製作されており、
その上面にはパターン成形部としてのプロファイル１２
が形成されている。しかして、図６（ａ）に示すように
、このスタンパ１１のプロファイル１２の上に紫外線硬
化型（ＵＶ）樹脂などの感光性樹脂１３を吐出させ、同
図（ｂ）のように、プロファイル１２に供給された感光
性樹脂１３の上に透明なレンズ基板２のパターン転写面
２ａを対向させる。ついで、レンズ基板２をスタンパ１
１の表面に押し付けることによって感光性樹脂１３をス
タンパ１１の表面に押し広げ、感光性樹脂１３をレンズ
基板２の表面及び凹凸４内に密着させると共に感光性樹
脂１３をプロファイル１２の隅々まで充填させる。この
後、同図（ｃ）のように、レンズ基板２を通して紫外線
（ＵＶ光）１４を感光性樹脂１３に照射して硬化させ、
硬化した感光性樹脂１３によってマイクロフレネルレン
ズパターン３を成形すると共にマイクロフレネルレンズ
パターン３をレンズ基板２に接着させる。ついで、レン
ズ基板２とともに感光性樹脂１３をスタンパ１１から離
型させると、同図（ｄ）に示すように、感光性樹脂１３
によってプロファイル１２の反転形状をしたマイクロフ
レネルレンズパターン３がレンズ基板２と一体に形成さ
れたマイクロフレネルレンズ（レプリカ）１が得られる
。

【００１７】このようにして得られたマイクロフレネル
レンズ１は、図７に示すように、マイクロフレネルレン
ズパターン３がレンズ基板２の凹凸４にしっかりと喰い
込んでいるので、レンズ基板２とマイクロフレネルレン
ズパターン３との間の密着強度を大きくすることができ
、図６（ｄ）のようにマイクロフレネルレンズ１をスタ
ンパ１１から離型させる場合、マイクロフレネルレンズ
パターン３がレンズ基板２から剥がれてスタンパ１１内
に残ってしまったり、あるいは離型時にマイクロフレネ
ルレンズパターン３の一部がレンズ基板２から剥離した
りすることを防止でき、マイクロフレネルレンズパター
ン３の複製工程における不良品の発生率を低減させるこ
とができる。

【００１８】なお、レンズ基板上に凹凸を設けると、マ
イクロフレネルレンズの光学特性が悪影響を受ける恐れ
があるが、例えばマイクロフレネルレンズパターン成形
用の樹脂の選定時において、マイクロフレネルレンズパ
ターン成形用樹脂の屈折率がレンズ基板の屈折率と同じ
値になるように材料を選択すれば、マイクロフレネルレ
ンズの光学特性に悪影響を与えることがない。また、レ
ンズ基板に設ける凹凸の大きさを使用する光の波長に対
して十分小さな寸法にしておけば、光学特性に与える影
響を小さくすることができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、光学機能パターンと光
学素子基板との密着強度を大きくすることができ、光学
素子を高温もしくは高湿の環境下に保存した場合やヒー
トサイクル等の厳しい環境下で使用された場合も光学機
能パターンが光学素子基板から剥離することを防止する
ことができ、光学素子の耐環境性を向上させることがで
きる。

【００２０】また、光学機能パターンの複製工程におい
ても、光学機能パターンと光学素子基板の密着強度を大
きくすることにより、光学機能パターンを転写させるた
めのスタンパから光学機能パターンを離型させる場合に
、光学機能パターンが光学素子基板から剥離してスタン
パに残ったりすることがなく、また、光学機能パターン
をスタンパから離型させる際に、機能パターンが光学素
子基板から部分的に剥離したりすることも防止できる。 したがって、光学素子の製造工程における不良品の発生
率を低減させ、歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるマイクロフレネルレン
ズの断面図である。

【図２】同上のマイクロフレネルレンズに用いられてい
るレンズ基板のパターン転写面側の平面図である。

【図３】異なるレンズ基板のパターン転写面側の平面図
である。

【図４】さらに別なレンズ基板のパターン転写面側の平
面図である。

【図５】レンズ基板成形用の射出成形用金型を示す断面
図である。

【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はマイクロフレネル
レンズパターンの複製工程を示す断面図である。

【図７】本発明の作用を説明するための一部拡大して示
す断面図である。

【図８】従来例によるマイクロフレネルレンズの斜視図
である。

【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は従来例のマイクロ
フレネルレンズパターンの複製工程を示す断面図である
。

【符号の説明】

２　　　　レンズ基板 ２ａ　　パターン転写面 ３　　　　マイクロフレネルレンズパターン４　　　　
凹凸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光学素子基板の表面に光学機能パター
   ンを転写された光学素子において、光学素子基板のパタ
   −ン転写面に複数の凹凸形状を設け、光学機能パターン
   をこの凹凸形状に密着させたことを特徴とする光学素子
   。
2. 【請求項２】　　スタンパの表面に形成された光学機能
   パターンの反転パターンを有するプロファイル上に感光
   性樹脂を供給する工程と、パターン転写面に複数の凹凸
   形状を形成された光学素子基板を前記スタンパに重ねて
   感光性樹脂を前記プロファイルと光学素子基板のパター
   ン転写面の間に充填させる工程と、感光性樹脂に光を照
   射して感光性樹脂を硬化させることにより光学機能パタ
   ーンを成形する工程と、成形された光学機能パターンを
   光学素子基板と共にスタンパから離型する工程とから成
   ることを特徴とする光学素子の製造方法。