JPH06222202A

JPH06222202A - プラスチック製非球面マイクロレンズおよびその製造方法

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Publication number: JPH06222202A
Application number: JP3113393A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kawarada; 泰川原田; Yoshihiro Uozu; 吉弘魚津
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-08-12
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP3490732B2

Abstract

(57)【要約】【目的】凹面状マイクロレンズ部の回りを光拡散部で
取り囲んだプラスチック製非球面マイクロレンズを得る
こと。【構成】重合体(A) を該重合体(A) を溶解し、かつ、
光重合可能な単量体(B)との均一混合物を平板状に賦形
した平板状樹脂組成物に、小円遮光部を有するフォトマ
スクをかけた状態で平行光を照射して樹脂組成物の一次
硬化を行い、次いでフォトマスクを除いた状態で散乱光
を照射してレンズ部の硬化を行い、マイクロ凹レンズ部
を有するプラスチック製非球面マイクロレンズとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイや光通
信機器、光情報処理装置等に用いられるプラスチック製
非球面凹状マイクロレンズおよびその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス板の片面に微小な凸状レンズ部を
有する非球面マイクロレンズの発明が特開昭６０−５３
９２７号公報に示されている。

【０００３】

【発明の解決しようとする課題】このガラス製のマイク
ロレンズは、Agなどの貴金属を含むガラス板のレンズ部
形成部以外のところに、紫外線を照射した後、熱処理を
加えると、感光した部分のガラスが結晶化する。結晶化
した部分のAgのコロイド微粒子による光吸収のため、こ
の部分は不透明になる。同時に密度変化を生じ、紫外線
未照射部分の透明なガラスは、結晶化した回りの部分の
応力により表面部分が非球面状に盛り上がり、レンズを
形成するという原理にて作られる。

【０００４】この方法ではガラス板の熱処理を非常に高
い温度で処理することが必要で、複雑な工程を用いなけ
ればならない。またAgなどの貴金属を含むガラス板が必
要なため、高価なマイクロレンズとなり、その用途開発
に困難をきたしている。プラスチックでこのようなレン
ズを作製する方法としては、金型を用いた射出成型法や
鋳込み成形法をとり得るが、平板面内に形成するレンズ
部の凸面間の光軸対称性をだすのが非常に困難であり、
レンズ部以外の光吸収層を形成できない等の問題点があ
った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、重合体
(A) と該重合体(A) を溶解させ、かつ、光重合可能な単
量体(B) とからなる平板状の樹脂組成物に、平行光を照
射すると光の照射方向にそって平板内に層構造が形成さ
れることにより、光を散乱させる半透明体になることを
利用し、図２のようなフォトマスクを平板状の樹脂組成
物にかけて、平行光を照射して平板の光照射部を半透明
状に重合硬化を行った。この際、平板状の樹脂組成物の
光照射部は重合収縮し、未硬化の部分を凹状にすること
ができる。その後、平板面よりフォトマスクを除き、樹
脂組成物の未硬化の円形部分に拡散光を照射して透明に
硬化することにより、本発明の図１の断面図に示すよう
な光散乱部と平面の少なくとも片面が凹状で、光軸対称
性を有するマイクロレンズ部とからなるプラスチック製
非球面マイクロレンズを開発することに成功した。

【０００６】本発明においては、平板状樹脂組成物の光
拡散部の形成に平行光を利用しているため、非常に良好
な光軸対称性を有するレンズを得ることができる。

【０００７】本発明を実施するに際して用いる単量体
(B) は、光重合可能であることが必要であり、その中で
もラジカル重合性のものが最適である。このラジカル光
重合性の単量体の具体例としては、メチルメタクリレー
ト、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレ
ート、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロプロピル（メ
タ）アクリレート、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロプロピ
ル（メタ）アクリレート、2,2,2-トリフルオロエチル
（メタ）アクリレート等のフッ素化アルキル（メタ）ア
クリレート（n=1.37〜1.44）、屈折率1.43〜1.62の（メ
タ）アクリレート類、例えばエチル（メタ）アクリレー
ト、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）
アクリレート、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレー
ト、アルキレングリコールジ（メタ）アクリレート、ト
リメチロールプロパンジまたはトリ（メタ）アクリレー
ト、ペンタエリスリトールジ、トリまたはテトラ（メ
タ）アクリレート、ジグリセリンテトラ（メタ）アクリ
レート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリ
レートなどのほか、ジエチレングリコールビスアリルカ
ーボネート、フッ素化アルキレングリコールポリ（メ
タ）アクリレート、ウレタン系（メタ）アクリレートな
どが挙げられ、これら単量体は単独で、あるいは２種以
上組合せて用いることができ、さらにスチレン、クロル
スチレン、酢酸ビニル等をも併用することができる。

【０００８】また、これらの単量体(B) を光重合するた
めに用いる光開始型触媒としては、ベンゾフェノン、ベ
ンゾインアルキルエーテル、4'−イソプロピル−2-ヒド
ロキシ−2-メチル−プロピオフェノン、1-ヒドロキシシ
クロヘキシルフェニルケトン、ベンジルメチルケター
ル、2,2-ジエトキシアセトフェノン、クロロチオキサン
トン、チオキサントン系化合物、ベンゾフェノン系化合
物、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミ
ノ安息香酸イソアミル、N-メチルジエタノールアミン、
トリエチルアミンなどが挙げられる。

【０００９】また、単量体(B) の重合をより効率よく完
結させるために、熱開始型触媒を混入することも可能で
ある。この熱開始型触媒としては、普通パーオキサイド
系触媒が用いられる。

【００１０】本発明に用いる重合体(A) としては、前記
した単量体(B) に可溶なものであればいかなる重合体を
も用いることができる。その具体例としては、ポリメチ
ルメタクリレート（n=1.49）、ポリメチルメタクリレー
ト系コポリマ（n=1.47〜1.50）、ポリ−4-メチルペンテ
ン-1（n=1.46）、エチレン／酢酸ビニルコポリマ（n=1.
46〜1.50）、ポリカーボネート（n=1.50〜1.57）、ポリ
フッ化ビニリデン（n=1.42）、フッ化ビニリデン／テト
ラフルオロエチレンコポリマ（n=1.42〜1.46）、フッ化
ビニリデン／テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロ
プロペンコポリマ（n=1.40〜1.46）、ポリフッ化アルキ
ル（メタ）アクリレートポリマなどが挙げられる。

【００１１】本発明で用いる樹脂組成物は平板状に賦形
する必要があり、室温での粘度は10,000ポイズ以上、好
ましくは25,000ポイズ以上であることが好ましい。

【００１２】本発明の平板状樹脂組成物を硬化するのに
用いる光源としては、炭素アーク灯、高圧水銀灯、超高
圧水銀灯、低圧水銀灯、ケミカルランプ、キセノンラン
プ、メタルハライドランプ、レーザ光等を具体例として
挙げることができるが、第１の工程において用いる平行
光を得るには、これら光源よりの光を必ずコリメートレ
ンズを通して平行光にしてから本発明で用いる樹脂組成
物に照射することが必要である。

【００１３】

【発明の効果】本発明は未だ開発されたことのない図１
に示すような光散乱部と、平面の少なくとも片面が凹状
で、光軸対称性を有する透明なマイクロレンズ部とから
なるプラスチック製非球面マイクロレンズおよびその製
造方法にある。本発明におけるプラスチック製マイクロ
レンズは、ガラス製のものと比較し、非常に簡便な方法
で作製でき、またガラス製のものと比べコンパクトであ
り、かつ、軽量である。さらにはその製造コストも非常
に安いものとなっている。

【００１４】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。

【００１５】

【実施例１】ポリメチルメタクリレート50重量部、ベン
ジルメタクリレート10重量部、メチルメタクリレート33
重量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタ
クリレート７重量部、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトン0.25重量部からなる混合物を、70℃にて加熱
混練して溶解させた。樹脂組成物（25℃での粘度は10万
ポイズである）をポリエステルフィルムに挟み、厚さ0.
5mm の平板状に賦形した。この平板状賦形物にクロム蒸
着し、円形部を光不透過にした直径１mmのマスク部を有
するフォトマスクをかけ、平行光束型光源装置（ウシオ
電機製UT-501C)を用い紫外線を照射した。この時の照射
強度は30mW/cm²であり、照射時間は20分間であった。こ
の時、平行光を照射した部分は半透明となるとともに、
重合収縮を起こし、フォトマスクの部分が凹状となっ
た。この後、さらにフォトマスクを取り除き、40Ｗのケ
ミカルランプを照射し、未硬化部を重合硬化させると、
凹状部を保持したまま透明に硬化できた。作製した両面
凹状物はレンズ機能を有していた。この凹状部のくぼみ
深さは、平面部から両側で約25μｍであった。

【００１６】

【実施例２】実施例１で用いたものと同じ樹脂組成物を
用い、この樹脂組成物をポリエステルフィルムに挟み、
直径５cm、厚さ0.5mm の平板状に賦形した。この平板状
賦形物に、直径 650μｍ、ピッチ間隔 800μｍの多数の
円形部を光不透過にしたマスク部を有するフォトマスク
をかけ、その後、実施例１と同様の操作を行った。得ら
れたマイクロレンズのレンズ部は直径 650μｍであり、
レンズ間ピッチは 800μｍ、レンズ部の凹面のくぼみ深
さ27μｍの平板状レンズアレイが作製できた。それぞれ
のレンズは均一な性能を有していた。

【００１７】

【実施例３】実施例１で用いたものと同じ樹脂組成物を
ポリエステルフィルムに挟み、厚さ1.0mm の平板状物と
した。実施例１で用いたものと同じフォトマスクを、上
記平板状樹脂組成物面にかけ、実施例１と同様の操作に
より樹脂組成物の光硬化処理を行った。この時、実施例
１と同じ型の非球面マイクロレンズが作製できたが、凹
面のくぼみ深さは32μｍであった。

【００１８】

【比較例１】実施例１で作製したものと同様のポリエス
テルフィルムで挟んだ厚さ0.5mm の平板状樹脂組成物面
に実施例１で用いたものと同じフォトマスクをかけ、40
Ｗのケミカルランプで散乱光の光照射を20分間行った結
果、マスク部には凹面の形成は見られず、また光照射部
の不透明部の形成もなかった。

【００１９】

【実施例４】ポリメチルメタクリレート50重量部、メチ
ルメタクリレート30重量部、2,2,3,3-テトラフルオロプ
ロピルメタクリレート20重量部、1-ヒドロキシシクロヘ
キシルフェニルケトン0.25重量部からなる樹脂混合物
を、65℃にて加熱混練して溶解させて樹脂組成物を作製
した。この樹脂組成物は25℃で粘度が12.5万ポイズであ
った。この樹脂組成物をポリエステルフィルム間に挟
み、直径６cm、厚さ0.5mmの平板状に賦形した。この平
板状賦形物に、直径 350μｍの小円のマスク部をピッチ
390μｍで多数設けたフォトマスクをかけ、その後、実
施例１と同様にして平行光の照射および散乱光の照射を
行った。レンズ部の直径は 350μｍで、そのピッチは 3
90μｍであり、レンズ凹面のくぼみ深さは20μｍの平板
状レンズアレイが作製できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロレンズの一例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明のマイクロレンズの一例を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明で用いるフォトマスクの一例を示す平面
図である。

【符号の説明】１ ………… 凹レンズ部２ ………… 光拡散部３ ………… フォトマスクのマスク部４ ………… フォトマスクの光透過部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック平板面内に光散乱部と、該
平板面の少なくとも片面が凹状で、光軸対称性を有する
透明な凹レンズ部とを備えたプラスチック製非球面マイ
クロレンズ。
【請求項２】重合体(A) と該重合体(A) を溶解するこ
とができ、かつ、光重合可能な単量体(B) との樹脂組成
物を賦形した平板面に、小円状のマスク部を有するフォ
トマスクをかけて、平行光を照射して平板に光散乱部を
形成した後、フォトマスクを除いた状態で平板に散乱光
を照射して、平板面の少なくとも片面が凹状で光軸対称
性を有する透明な凹レンズ部を形成せしめることを特徴
とするプラスチック製非球面マイクロレンズの製造方
法。