JPH0659102A - マイクロレンズアレイ板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細レンズが精度よく細密アレイされ、シー
トや板等のフラットな大面積板の製造も容易で量産性に
優れる屈折率分布型のマイクロレンズアレイ板及びその
製造方法を得ること。 【構成】 透明なポリマー基材（１）中に、光重合性モ
ノマーが反応してなる屈折率分布型の微小レンズを形成
する複数の領域（２）を有するマイクロレンズアレイ
板、及び異なる屈折率のポリマーを形成する光重合性モ
ノマーを含有する透明なポリマーベースに光を強度分布
を有する状態で複数の箇所に照射するマイクロレンズア
レイ板の製造方法。 【効果】 形状の画一性に優れたレンズ領域を精度よく
高密度にアレイでき、開口率の大きいアレイ板が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズの微細性や配列
性、量産性に優れて液晶表示装置の結像素子などとして
好適な屈折率分布型のマイクロレンズアレイ板、及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、屈折率分布型のマイクロレンズア
レイ板の提供が強く要望されている。けだしかかるマイ
クロレンズアレイ板は、フラットなシートや板等として
得ることができることより装置内部への配置性、樹脂封
入性、平滑な表面の形成性等に優れることが予測され、
複写機やファクシミリ、液晶表示装置等の種々の光学利
用装置における結像素子等の光学素子としての有用性に
よる。

【０００３】従来、屈折率分布型の単レンズの製造方法
として、クラッド形成管の内側に組成を変化させながら
レンズ形成材を堆積させる方法、ロッド状レンズコアの
外周より屈折率を変化させる物質を含浸させる方法、異
屈折率モノマー含有の樹脂母体の外周より当該異屈折率
モノマーを揮散させたのち残存モノマーを重合処理する
方法が知られていたが、これらの方法でマイクロレンズ
アレイ板を形成することは困難であった。

【０００４】すなわち、単レンズを束ねて両面研磨等に
より薄板化することの操作の複雑性や低生産性等もさり
ながら、例え薄板化できたとしても各レンズ部分の微細
性や断面形状の均一性、アレイの細密性、屈折率分布等
のレンズ特性の均一性などに劣り、開口率や集光率等に
も乏しくて実用に供しうるものを形成できず、実用しう
る面積体の製造も困難で実質的に実用できるマイクロレ
ンズアレイ板を得ることはできなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、微細レンズ
が精度よく細密アレイされ、シートや板等のフラットな
大面積板の製造も容易で量産性に優れる屈折率分布型の
マイクロレンズアレイ板、及びその製造方法の開発を課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明なポリマ
ー基材中に、光重合性モノマーが反応してなる屈折率分
布型の微小レンズを形成する複数の領域を有することを
特徴とするマイクロレンズアレイ板、及び異なる屈折率
のポリマーを形成する光重合性モノマーを含有する透明
なポリマーベースに光を強度分布を有する状態で複数の
箇所に照射することを特徴とするマイクロレンズアレイ
板の製造方法を提供するものである。

【０００７】

【作用】光重合性モノマー含有のポリマーベースに対し
透過光強度分布型のマスクやレーザー光等を介して光を
強度分布を有する状態で照射することにより、その光強
度分布に基づいて光重合性モノマーの反応量に部分的な
相違を持たせることができ、これにより屈折率分布を形
成することができる。従って所定の複数の箇所に対する
光照射によりレンズをアレイ化することができる。

【０００８】

【実施例】本発明のマイクロレンズアレイ板は、透明な
ポリマー基材中に、光重合性モノマーが反応してなる屈
折率分布型の微小レンズを形成する複数の領域を有する
ものである。図１にその例を示した。１がポリマー基
材、２が屈折率分布型の微小レンズ領域である。図２に
例示の如く各微小レンズ領域２は、最大又は最小の屈折
率を示す中心部２１を有し、その屈折率が半径方向に変
化する分布を有している。

【０００９】マイクロレンズアレイ板の製造は、例えば
異なる屈折率のポリマーを形成する光重合性モノマーを
含有する透明なポリマーベースに光を強度分布を有する
状態で複数の箇所に照射する方法などにより行うことが
できる。

【００１０】透明なポリマーベースとしては、使用の波
長光に対して透明性を示す適宜なものを用いうる。一般
には、ポリオレフィン、各種合成ゴム、ポリ塩化ビニ
ル、ポリエステル、ポリアミド、セルロース、ポリビニ
ルアルコール、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリ
ル酸エステル、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレー
ト、エポキシアクリレートなどが用いられる。ポリマー
ベースは、光を照射する段階で固体である必要はなく、
光照射後の加熱処理や露光処理等の適宜な処理で固体化
しうるものであってもよい。ポリマーベースの厚さは、
目的とするマイクロレンズアレイ板の厚さやレンズ効果
等に応じて適宜に決定してよく、一般には１０μm〜１
０mmとされる。

【００１１】ポリマーベース中に含有させる光重合性モ
ノマーは、例えばトリブロモフェノキシエチルアクリレ
ートやトリフルオロエチルアクリレートの如く、光照射
によりポリマーベースとは異なる屈折率のポリマーを形
成するものであればよい。これにより、光照射で反応し
てマイクロレンズアレイ板として使用する場合の波長光
に対して透明性を示すレンズ領域が形成される。光重合
性モノマーは２種以上を含有させてもよく、オリゴマー
状のモノマーなども用いうる。含有させる光重合性モノ
マーに基づいて、レンズの半径方向における屈折率の増
減の変化を制御することができる。

【００１２】光重合性モノマー含有のポリマーベースの
形成は、例えばベース形成用のポリマーと光重合性モノ
マーを必要に応じ溶媒を介して混合し、その混合液を展
開してシート状等のベースに成形する方式、予め形成し
たポリマーベース中に光重合性モノマーを必要に応じ溶
媒を用いて含浸させる方式など、適宜な方式で行ってよ
い。光重合性モノマーの含有量は、目的とする屈折率や
その分布などに応じて適宜に決定してよいが、一般には
ポリマーベース１００重量部あたり、２００重量部以
下、就中１００重量部以下である。なおポリマーベース
には必要に応じて光反応開始剤や光増感剤なども含有さ
せることができる。光反応開始剤等としては、併用の光
重合性モノマーや照射光等に基づいてラジカル系開始剤
などの適宜なものを選択使用することができる。

【００１３】光重合性モノマー含有のポリマーベースに
対する強度分布を有する状態での光照射は、透過光強度
分布型のマスクやレーザー光等を介して行うことができ
る。かかる強度分布を有する光照射により、その照射強
度の分布に応じた量の光重合性モノマーがモノマー間や
ポリマーベース間等で反応して、ポリマーベース中に例
えば重合度や重合率、硬化度や架橋度、付加率などの変
化（分布）により異なる屈折率状態を形成し、屈折率分
布を有するレンズ領域を形成する。従ってレンズ領域の
アレイ化は、ポリマーベースにおける所定の複数箇所を
光照射することにより行うことができる。

【００１４】前記した光強度分布をもたせるための透過
光強度分布型のマスクは、蒸着法や印刷法等の適宜な方
式で得ることができる。その例を図３に示した。３がマ
スクで、４がそれに形成した透過光強度分布部分であ
る。マスク方式は、予め形成配置した複数の透過光強度
分布部分に基づいて一度の照射処理で複数のレンズ領域
を形成できる利点を有する。マスクにおける透過光強度
分布部分４は、連続的な透過光強度分布を示すことが好
ましいが、微小ドットの集合体で形成する方式によって
も屈折率が連続的に変化するレンズ領域を形成すること
ができる。

【００１５】マスク方式の場合の光源としては、光重合
性モノマーや光反応開始剤の特性波長に応じて適宜に選
択使用することができる。一般には、高圧水銀灯やショ
ートアークランプ等の紫外線光源が用いられるが、増感
色素等の光増感剤の併用で可視光源の使用も可能であ
る。

【００１６】レーザー光の場合には通例、ガウス分布、
特にＴＥＭＯＯモードに基づく強度分布を示すことか
ら、そのレーザー光の照射により屈折率分布を有するレ
ンズ領域を形成することができる。その屈折率の分布状
態は、強度分布を有するレーザー光の照射量や走査で任
意に制御でき、その照射量は照射時間、レーザー光のビ
ーム位置、照射スポットの大きさなどにより調節するこ
とができる。

【００１７】レーザー光の照射には、光重合性モノマー
やその他の例えば光反応開始剤、光増感剤などの光反応
性材料の反応波長に応じ適宜なレーザー発振器を用いう
る。好ましくは、円形状のビーム断面を形成できて、光
の強度分布として０次又は１次のガウス分布を示すもの
である。好ましいレーザー光の照射波長は、２００〜６
５０nmであり、従って紫外線レーザーなどが好ましく用
いうる。

【００１８】一般に用いられるレーザー発振器の例とし
ては、エキシマレーザー、アルゴンレーザー、ヘリウム
・カドミウムレーザーなどの比較的短波長のレーザー光
を発振するものがあげられる。光反応開始剤や光増感剤
の組合せによっては、ヘリウム・ネオンレーザーなども
用いうる。またＹＡＧレーザーなどの長波長レーザーを
例えば３次高調波等に波長変換して用いることもでき
る。

【００１９】図４にレーザー発振器を配置した製造装置
を例示した。これは、レーザー発振部５と、シャッター
６と、レンズ、鏡、フィルター等からなる集光部７と、
ミラー等からなる走査用光学系８よりなる。

【００２０】透明なポリマーベースＢへのレーザー光
（矢印）の照射は、レーザー発振部５より発振させたレ
ーザー光を集光部７を介し集光して照射スポットの大き
さを調節し、それを走査用光学系８を介しポリマーベー
ス側に反射させることにより行うことができる。走査用
光学系８の制御で照射位置や走査軌跡が調節される。シ
ャッター６は、レーザー発振部５より発振させたレーザ
ー光の集光部７への通過を制御するためのものであり、
かかるシャッターは集光部や走査用光学系と連動して制
御できることが好ましい。その制御は、パーソナルコン
ピューター程度の装置で容易に行うことができる。

【００２１】形成するレンズ領域の制御は、例えばレー
ザー光の照射時間や強度、レーザー光のビーム位置、照
射スポットの大きさ、フィルターや透過光分布型マスク
による減光等の強度制御、走査の経路や速度などにより
行うことができる。レンズ領域のアレイ化は、ポリマー
ベースの移動下にレーザー光を非走査で間欠照射する方
式、ポリマーベースの固定下にレーザー光を走査しなが
ら間欠照射する方式などにより効率よく形成することが
できる。なお照射スポットの大きさは通例、１０μm〜
２mm程度とされる。

【００２２】形成する複数のレンズ領域の形態や配置状
態、配置個数は任意で、レンズ領域が隣接する状態で形
成されていてもよいし、所定の間隔を設けて形成されて
いてもよい。開口率の点よりは最密配置とすることが有
利である。またレンズ領域の形状や径、厚さ、焦点距離
なども任意である。なおレンズ領域単位の一般的な径
は、２mm以下、就中１０〜２００μmである。

【００２３】レンズ領域における屈折率の分布状態は使
用目的などに応じて適宜に決定できる。シートや板等の
フラット形態の場合には光伝送の点より通常、中心部２
１（図２）を頂点とする二次曲線分布が好ましい。その
場合、かかる頂点を極大とすることにより凸レンズ的に
作用するレンズ領域とすることができ、極小とすること
により凹レンズ的に作用するレンズ領域とすることがで
きる。また屈折率分布を調節することで非球面レンズ的
に作用するレンズ領域とすることもできる。なおレンズ
領域における屈折率の大きさや、その分布における屈折
率差の大きさは、レンズ領域の径や厚さ、性能、最寄り
のレンズ領域との距離などにより適宜に決定される。

【００２４】光の照射処理を終えると、必要に応じ例え
ば現像処理、加熱処理、露光処理、溶剤処理などを介し
て、レンズ領域の固定化（光重合性モノマーの反応物の
安定化）、ポリマーベースの固体化（ポリマー基材
化）、ポリマーベース中に残存する未反応の光重合性モ
ノマーの除去処理などの措置が施されてマイクロレンズ
アレイ板とされる。未反応の光重合性モノマーの除去処
理は、溶剤による抽出処理や加熱による揮発化処理な
ど、含有の光重合性モノマーに応じた適宜な方式で行う
ことができる。

【００２５】本発明のマイクロレンズアレイ板は、例え
ば複写機やファクシミリ、液晶表示装置等の種々の光学
利用装置における結像素子等の光学素子などとして種々
の目的に用いることができる。特に液晶表示装置の視角
の拡大に好ましく用いうる。すなわち図５に例示の如
く、液晶表示装置の液晶パネル９を透過した種々の方向
に進む画像形成光からマイクロレンズアレイ板１を介し
て液晶層を垂直、ないしそれに近い角度で透過した光線
のみを取出し、それを拡散板１０の上に正立等倍像とし
て結像すことにより、視角によるコントラストの低下や
表示の反転、あるいは色相の変化などが抑制されて良好
な表示を得ることができる。

【００２６】実施例１ ポリメタクリル酸メチル３０部（重量部、以下同じ）と
トリブロモフェノキシエチルアクリレート２０部を酢酸
エチル５０部を用いて光反応開始剤（イルガキュア６５
１、チバガイギー社製、以下同じ）０．１部と共に混合
し、それを通常のキャスト方式にて展開して厚さ２００
μmのフィルムを形成し、それに図３に例示の如き透過
光強度分布型のマスク（１スポット単位の径２００μ
m、スポット間距離２５０μm）を密着させて紫外線露光
機（１０ｍＷ）にて３０秒間紫外線照射したのち、メタ
ノール中に浸漬して未反応のトリブロモフェノキシエチ
ルアクリレートを抽出除去し、マイクロレンズアレイ板
を得た。このマイクロレンズアレイ板におけるレンズ領
域は、良好な屈折率分布構造を有し、結像性能に優れる
ことを確認できた。

【００２７】実施例２ 厚さ２００μmの二官能ウレタンアクリレート系硬化シ
ート（ユニディックＶ−４２２０、大日本インキ社製）
に、トリブロモフェノキシエチルアクリレート５０部と
光反応開始剤０．１部をクロロホルム５０部に溶解させ
た溶液を含浸させたのち、暗所にてクロロホルムを５０
℃で乾燥除去し、そのシートを用いて実施例１に準じマ
イクロレンズアレイ板を得た。このマイクロレンズアレ
イ板におけるレンズ領域は、良好な屈折率分布構造を有
し、結像性能に優れることを確認できた。

【００２８】実施例３ 実施例２に準じて得た含浸シートに、アルゴンレーザー
を５００μmのスポット径で走査させながら１スポット
あたり１００msの間欠方式で最密充填照射したのち、メ
タノール中に浸漬して未反応のトリブロモフェノキシエ
チルアクリレートを抽出除去し、マイクロレンズアレイ
板を得た。このマイクロレンズアレイ板におけるレンズ
領域は、良好な屈折率分布構造を有し、結像性能に優れ
ることを確認できた。

【００２９】比較例 実施例２に準じて得た含浸シートに、直径２００μmの
露光部を有する二値型マスクを介して紫外線を照射し、
未反応のトリブロモフェノキシエチルアクリレートを抽
出除去してアレイ板を得た。しかしこのアレイ板は、レ
ンズ特性を示さなかった。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、屈折率分布型の微細レ
ンズのアレイ板を容易に量産でき、フラットな大面積板
も容易に製造できる。また形状の画一性に優れたレンズ
領域を精度よく高密度にアレイでき、開口率の大きいア
レイ板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の部分断面斜視説明図。

【図２】レンズ領域の部分断面拡大斜視説明図。

【図３】マスクの部分断面斜視説明図。

【図４】製造装置の説明図。

【図５】液晶表示装置への使用例の説明図。

【符号の説明】

１：ポリマー基材 ２：レンズ領域 ２１：中心部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 英 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明なポリマー基材中に、光重合性モノ
   マーが反応してなる屈折率分布型の微小レンズを形成す
   る複数の領域を有することを特徴とするマイクロレンズ
   アレイ板。
2. 【請求項２】 異なる屈折率のポリマーを形成する光重
   合性モノマーを含有する透明なポリマーベースに光を強
   度分布を有する状態で複数の箇所に照射することを特徴
   とするマイクロレンズアレイ板の製造方法。