JPS63199302A - フレネルレンズ - 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】 技術分野 本発明は、フレネルレンズに関する。

背景技術 フレネルレンズは、レンズの表面を同心円で分割しレン
ズ中心部の厚さをレンズ周辺部と略同−にした薄いレン
ズである。フレネルレンズは、プロジェクションテレビ
受像機、実体投影機器、マイクロリーダー、カラー写真
投影機器、Ｘ線フィルム投影機器等の背面投影スクリー
ンと共に用いられている。例えば、プロジェクションテ
レビ受像機において、テレビキャビネット内部に設けら
れた小型ブラウン管表面の画像を光学系を用いて拡大し
、その拡大画像をテレビキャビネット内部゛から背面投
影スクリーンに投影する際、フレネルレンズは、かかる
背面投影スクリーンのキャビネット内部側に設けられ拡
大投影光を背面投影スクリーン上に集束させる働きをす
る。近年、プロジェクションテレビ受像機の大型化に伴
い大面積のフレネルレンズが求められている。

かかるフレネルレンズの製造方法には圧縮成形法、射出
成形法等がある。圧縮成形法は、第３図に図、示するよ
うに、シート透明樹脂基材１をフレネルレンズ形状の金
型２間に配置しく第３図（ａ））、基材１の両面から加
熱プレスして（第３図（ｂ））透明樹脂基材表面に該金
型を型押し離型する（第３図（Ｃ））方法である。透明
樹脂基材１には光学特性及び成形加工性からアクリル樹
脂が主に用いられ、その他に塩化ビニル樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂等も
使用されている。

また、射出成形法は、第４図に示す如く、金型２をフレ
ネルレンズ形状の空洞を形成するようにあわせ（第４図
（ａ））　、該空洞に中に溶融した樹脂材料１を注入し
てレンズを成形しく第４図（ｂ））、離型してフレネル
レンズを得る射出成形法（第４図（Ｃ））も知られてい
る。

しかしながら、圧縮成形法では金型に高温高圧を必要と
する故に金型に負担がかかり、高価な金型の寿命を短い
ものとしている。また、射出成形法では、金型に注入さ
れる樹脂材料の溶融粘度が高いために金型の隅々まで樹
脂材料が行渡らずに微細なフレネルレンズ形状の転写を
することが難しい等の問題がある。

そこで、かかる欠点を克服するために、注型成形法によ
って透明な平板状基材の表面のみに紫外線硬化型樹脂か
らなるフレネルレンズ形状のレンズ層を設ける構造のフ
レネルレンズが開発されている。

しかしながら、かかる紫外線硬化型樹脂を用いた従来の
フレネルレンズによっても、レンズ層が厚すぎる、レン
ズ層と透明基板との間に気泡が生じる、レンズ層をなす
樹脂の粘度が未だ高く微細な表面形状を正確に得ること
が困難であり、製造工程が多く複雑になるといった欠点
がある。

発明の概要 本発明は、これら従来技術の欠点を解消するためになさ
れたものであって、注型成形法におけるレンズ層の転写
性の良いフレネルレンズを提供することを目的とする。

本発明のフレネルレンズは、透明な平板状基材と、該基
材の表面に積層された （Ａ）　　分子中に少なくとも１個の芳香環と少なくと
も１個の水酸基とを有しかつア・クリロイル基を１個有
するアクリル酸エステル２０〜７０重量％と、 （Ｂ）分子中に少なくとも１個の ■ −Ｃ−の構造（式中Ｒ１及びＲ２は 炭素数１〜４のアルキル基を示す。）を有しかつアクリ
ロイル基を２個有する分子量１８０〜４００のアクリル
酸エステル２５〜７５重量％と、（Ｃ）　　分子中にア
クリロイル基を３個以上有するアクリル酸エステル５〜
５５重量％とからなる未硬化時の粘度が１センチポイズ
〜１５０センチポイズで、硬化後の屈折率が１．５０〜
１゜５５のアクリル酸エステル系樹脂からなるレンズ層
とからなることを特徴とするものである。

実施例 以下に、本発明による実施例のフレネルレンズの構成及
び製造工程をを添付図面に基づいて説明する。

第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）はフレネルレンズの製造工程
を示す拡大概略断面図である。先ず、平板状の透明基材
４及び所定のレネルレンズ形状レンズ層形成用の金型５
を用意する。透明基材４はガラス又は合成樹脂からなり
、合成樹脂としては塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート
樹脂、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂等が用いられ
得るが、光学的特性及び機械的強度の点からメタクリル
樹脂が好ましい。第１図（ａ）に示す如く、金型５と透
明基材４との間にフレネルレンズの層形状の空洞を形成
するように透明基材４を金型５の転写面」二に配置する
。

次に、第１図（ｂ）に示す如く、本発明にかかる液状の
放射線硬化型樹脂６を金型５と透明基材４との間の空洞
に注入し、４００　ｍ　Ｊ　／　ａｔの光量の紫外線を
透明基材４側から照射する。

次に、第１図（ｃ）に示す如く、樹脂６の硬化後、金型
から透明基材と共に離型し、透明基材４の一生面に樹脂
６のレンズ層を積層一体となったフレネルレンズを得る
。

ここで、放射線とは、アクリル酸エステル系樹脂を硬化
させることのできる電磁波及び粒子線をいい、例えば、
可視光線、紫外線、赤外線（熱線）、電子線、イオン線
等がある。

以下、本実施例にかかるレンズ層を形成する」二記（Ａ
）（Ｂ）（Ｃ）のアクリル酸エステルからなる放射線硬
化型樹脂を詳細に説明する。

上記（Ａ）のアクリル酸エステルとしては、分子中に少
なくとも１個の芳香環と、少なくとも１個の水酸基とを
有し、かつアクリロイル基を１個有するアクリル酸エス
テルならばいずれでも使用できるが、なかでも低粘度化
が可能な分子量が４００以下のものが適当であり、例え
ば、下記（１）〜ｍｌ）式の構造のものがある。

（ただし、式中のＲ３は水素原子、アルキル基、アルコ
キシ基又はアリール基を示す。以下同様）、次に、上記
（Ｂ）のアクリル酸エステルとしでは、分子中に少なく
とも１個の−Ｃ−（ただし式中のＲ１およびＲ２は炭素
数１〜４のアルキル基を示す。）を有し、かつアクリロ
イル基２個を有する分子量１８０〜４００のアクリル酸
エステルならばいずれも使用できるが、分子量が１８０
未満では沸点が低く、揮発性でＰＩＩ（−次皮膚刺激性
）が高くなり、また、４００を越えると液状態で粘度が
高くなる故に、１８０〜４００が適当で、例えば、下記
（Ｖｌｌｌ）〜（Ｘｌｌｌ）式の構造のものかある。

ＣＨ３ ＣＨ２−ＣＨＣＯＣＨ２−Ｃ−ＣＨ２０ＣＣＨ＝ＣＴｏ
　　　（Ｖｌｌｌ）ＩＩ　　　　Ｉ　　　　　ＩＩ ＯＣＨａ　　　Ｏ ０　　　　Ｃ８３０ＣＨ３０ （ＩＸ） ｆ； （Ｘ） （ＸＩ） 次に、上記（Ｃ）のアクリル酸エステルとしては、分子
中にアクリロイル基３個以上を有するアクリル酸エステ
ルならばいずれでも使用できるが、なかでも低粘度化が
可能な分子量が２０００以下のものが適当であり、例え
ば、下記（Ｘｎ）〜（ＸＸ）式の構造のものがある。

ＣＨ２ＣＨ２０ＣＣＨ２＝ＣＨ２ （ＸＩＶ） （ＸＶＩ＋） （式中のＲＡ〜Ｒ９はアクリロイル基又はアルキロイル
基を示す。ただし、Ｒ４−Ｒ９のうち少なくとも３個は
アクリロイル基である。）（ＸＶＩｌｌ） （ただし、式中のΩ、ｍ、ｎはＯ又は整数を示し、かつ
（１＋ｍ＋ｎは１〜３０の整数である。）（Ｘｎ） （ＸＸ） 上記アクリル酸エステル（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を
混合、攪拌して放射線硬化型樹脂を得るが、その使用割
合は、該（Ａ）と（Ｂ）と（Ｃ）の合計を１００重量％
とした場合、通常（Ａ）が２０〜７０重量％、（Ｂ）が
２５〜７５重量％および（Ｃ）が５〜５５重量％の範囲
であり、なかでも（Ａ）が３０〜５０重量％、（Ｂ）が
４０〜６０重量％および（Ｃ）が１０〜３０重量％の範
囲で使用すると粘度、硬度、靭性および屈折率のバラン
スの良好なアクリル酸エステル樹脂が得られるので好ま
しい。

尚、（Ａ）が２０重量％未渦では高い屈折率と高い靭性
を有する硬化物が得られないので、また７０重量％を超
えると注型成形に必要な低粘度が得られないので、それ
ぞれ好ましくない。（Ｂ）が２５重量％未満では高い硬
度と低粘度が得られないので、また７５重量％を超える
と高い屈折率が得られないので、それぞれ好ましくない
。更にまた、放射線硬化型樹脂全体に対する（Ｃ）の成
分割合は、５重量％未満では硬化後の硬度を増大させる
効果はなく、５５重量％を越えると硬化後の脆弱性が現
れ硬化前の粘度を増加させる故に、５〜５５重二％重量
ましい。

　１５一 本実施例において、放射線硬化型樹脂６の液状態におけ
る粘度が１５０センチポイズ（Ｂ型粘度計、２５±１°
Ｃ）より高いと、レンズ層５を形成する際、非常に作業
性が悪く、製造に長時間を必要としてしまい不都合が生
じる。すなわち、液状の組成物を、基材４上に注入する
際に基材と型との間に十分行き渡らないことになるから
である。

放射線硬化型樹脂６の粘度が１センチポイズより低い場
合、揮発性及びｐＨ（−次皮膚刺激性）が高くなり好ま
しくない。

尚、上記樹脂組成以外に通常用いられる光重合開始剤、
光増感剤、帯電防止剤等の添加物を添加することができ
る。

以下、実施例１及び２として具体的にフレネルレンズを
製造する場合を説明する。

先ず、実施例１では、以下の（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ）式
に示される物質をそれぞれ（Ａ）４５重量部、（Ｂ）４
０重量部及び（Ｃ）１５重量部の割合からなるコー００
重量部に対して光重合開始剤として１−ヒドロキシシク
ロへキシルフェニルケ−１６＝ トン１重量部を添加して放射線硬化型樹脂を調製する。

（Ａ） （Ｂ） Ｈａ （Ｃ） 次に、レンズ層として膜厚４００μｍのレンズ層が形成
できるように予め設定された曲率半径５Ｑｃｍ、焦点距
離１．２０ｃｍ、ピッチ１５０μｍのフレネルレンズ金
型を用意する。また、ＰＭＭＡからなる平坦なキャスト
板を用意する。

次に、調製された液状の」二記樹脂をかかる金型とＰＭ
ＭＡキャスト板との間に注入し、４００ｍＪ／ｃ♂の光
量の紫外線を該キャスト板側から照射する。

このようにして、該樹脂の硬化後、金型からレンズ層を
伴った該キャスト板を離型して、第１図（Ｃ）に示す構
造のフレネルレンズを得る。

さらに、実施例２として、以下の（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ
）式に示されるアクリル酸エステルをそれぞれ（Ａ）３
５重量部（Ｂ）５５重量部及び（Ｃ）１０重量部の割合
からなる１００重量部に対して光重合開始剤として１−
ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン１重量部を添
加して放射線硬化型樹脂を調製する。

（Ｂ） （Ｃ） ＣＨ２０ＲＩＯＣＨ２０Ｒ＋５ （ただし、式中のＲＩＯ’＝ＲＩ５はアルキロイル基ま
たはアクリロイル基を示し、このうち平均５個がアクリ
ロイル基である。） 次に、かかる樹脂によって、実施例１と同様な方法によ
り所定形状のフレネルレンズを得る。

実施例１及び２と従来のフレネルレンズとの比較例とし
て次の３種類のフレネルレンズを作成する。

（比較例１） 比較例１では、以下の（Ａ）（Ｂ）及び（Ｃ）　１９一 式に示されるアクリル酸エステルをそれぞれ（Ａ）３５
重量部、（Ｂ）５０重量部及び（Ｃ）１５重量部の割合
からなる１００重量部に対して光重合開始剤として１−
ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン１重量部を添
加した放射線硬化型樹脂によって実施例１と同様な方法
によりフレネルレンズを作成する。

（Ｂ） （（Ｉｌ、） （ただし、式中のＲ＋０＝ＲＩ５はアルキロイル基また
はアクリロイル基を示し、このうち平均５個がアクリロ
イル基である。） （比較例２） 比較例２では、以下の（Ａ）及び（Ｂ）式に示されるア
クリル酸エステルをそれぞれ（Ａ）５０重量部、及び（
Ｂ）５０重量部の割合からなる１００重量部に対して光
重合開始剤として１−ヒドロキシシクロへキシルフェニ
ルケトン１重量部を添加した放射線硬化型樹脂によって
実施例１と同様な方法によりフレネルレンズを作成する
。

（Ｂ） Ｃ８３ＣＨ３ （比較例３） 比較例３では、以下（Ｂ）式に示されるアクリル酸エス
テルからなる１００重量部に対して光重合開始剤として
１−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン１重量部
を添加した放射線硬化型樹脂によって実施例１と同様な
方法によりフレネルレンズを作成する。

（Ｂ） ＣＨａ　　　　　　ＣＨａ ｊ 得られた実施例１及び２並びに比較何重ないし３のフレ
ネルレンズの特性の測定結果を第１表に示す。

第１表 ＊ｌ）金型内に完全な充填が困難であった。

＊２）離型性に劣り樹脂が金型に密着した。

尚、本発明で示す粘度はＢ型粘度計を用いて、また屈折
率はアツベ式屈折計を用いてそれぞれ２５±１℃で測定
したものである。更に、全光線透過率は、積分球式光線
透過率測定装置を用いてＡＳＴＭ　　Ｄ−１００３に基
いて測定した。

　２３　一 実施例１及び２で得られたフレネルレンズは、いずれも
全光線透過率が９０％以上という高い光線透過性を示し
、かつ鉛筆硬度もＨ以上と高く、しかも注型時に気泡の
発生がなく、注入充填が速やかに行えて、硬化時又は離
型時のクラックの発生やポリメタクリル酸メチル板との
剥離もなく、注型成形性は良好であった。

これに対して、比較例１で得られた紫外線硬化型樹脂は
粘度が高く、キャビティ内への注入充填に時間がかかり
、しかも気泡を生じ、注型成形性に劣るものであった。

また比較例１は硬度も２Ｂと低かった。比較例２は鉛筆
硬度がＢと低く、傷付き易いものであった。更に比較例
３は硬化時に　　　　　　゛クラックとポリメタクリル
酸メチル板との剥離とが発生した。

本実施例では成形樹脂材料の硬化後の表面硬度が高く且
つその屈折率が１．５２と高いので、本実施例に用いる
金型は、高屈折率の特性を生かして大型のフレネルレン
ズ用として以下のように設計可能である。

例えば、４０インチサイズのフレネルレンズを成形する
場合に用いられるフレネルレンズ用金型の設計では、半
径２０インチの点におけるグループ角（Ｇｒｏｏｖｅ　
Ａｎｇｌｅ）θ１　（第２図）を下式から求めると第２
表の如き結果になる。尚、従来のフレネルレンズ用金型
の設計限度との比較のために屈折率が１，４９の比較例
３による場合も同様に示す。

を聞θ１− Ｒ／（（ｎ　　−１）　Ｒ＋　ｎ　　ｆ　　−ＪＴ−「
ｒ）式中、θ１　ニゲループ角、ｒ：焦点距離、Ｒ：曲
率半径、ｎ：屈折率を示す。この場合、Ｒ：曲率半径を
５０ｃｍとし、ｆ：焦点距離を１２０ｃｍとする。

第２表 従って、本実施例によれば、レンズ層の屈折率が大きい
ことにより金型のグループ角θ１を小さくすることが可
能となり、離型時にレンズ層表面に働く剪断力が小さく
なる為に、従来に増してフレネルレンズの離型が容易と
なる。

更にまた、型設計において、通常、金型を切削加工する
場合、使用する切削バイトの刃先角度は６０°か限界と
されている。すなわち、この角度より小さな角度の刃先
の場合、剛性が小さくなり、切削バイトの刃先が欠けた
り、切削時の微小振動の原因となってしまう等の問題が
ある。したがって、あまり鋭い溝を削成できない。一方
、刃先角度が大きくなると第２図のレリーフ角（Ｒｅｌ
ｉｅｆ　Ａｎｇｌｅ）θ２が大きくなり、斜線部分８が
フレネルレンズとして集光作用をなさない影部分を生じ
させてしまう。刃先角度が６０’の切削バイトを用いた
場合のフレネルレンズ金型の半径５０ｃｍの点における
レリーフ角θ２は第３表の如き結果になる。

第３表 従って、本実施例によれば、アクリル酸エステル系樹脂
である高屈折率の成形材料をレンズ層に用いることによ
り、従来の成形樹脂材料の低屈折率のレンズ層の大型の
フレネルレンズに比して、レリーフ角θ２が小さくなる
故に斜線部分８を小さくすることが可能となり、影部分
の少ない明るい大面積のフレネルレンズが得られる。

発明の効果 一以上の如く、本発明によれば、液状態で低粘度である
成形樹脂からなるレンズ層を有することから樹脂の注型
が迅速に行え、正確な転写が行なえる作業性が良好のフ
レネルレンズを得ることができる。また、レンズ層が高
屈折を有する故に明るいフレネルレンズを得ることがで
きる。更にまた、紫外線等の放射線硬化型樹脂を組成分
としている故に極めて短時間で樹脂が重合硬化する生産
性が高いフレネルレンズを得ることができる。また、常
温常圧下で成形ができるので金型に対する負担を軽減で
き金型寿命を長くさせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるフレネルレンズの拡大概略断面図
による説明図、第２図は本発明によるフレネルレンズの
金型の拡大概略断面図による説明図、第３図及び第４図
は従来のフレネルレンズの拡大概略断面による説明図で
ある。 主要部分の符号の説明 ４・・・・・・透明基材 ５・・・・・・金型

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透明な平板状基材と、該基材の表面に積層された放射線
   硬化型樹脂からなるレンズ層とからなるフレネルレンズ
   であって、前記放射線硬化型樹脂が、 （Ａ）分子中に少なくとも１個の芳香環 と少なくとも１個の水酸基とを有しかつアクリロイル基
   を１個有するアクリル酸エステル２０〜７０重量％と、 （Ｂ）分子中に少なくとも１個の −Ｃ−の構造（式中Ｒ＿１及びＲ＿２は 炭素数１〜４のアルキル基を示す。）を有しかつアクリ
   ロイル基を２個有する分子量１８０〜４００のアクリル
   酸エステル２５〜７５重量％と、（Ｃ）分子中にアクリ
   ロイル基を３個以 上有するアクリル酸エステル５〜５５重量％とからなる
   未硬化時の粘度が１センチポイズ〜１５０センチポイズ
   で、硬化後の屈折率が１．５０〜１．５５のアクリル酸
   エステル系樹脂であることを特徴とするフレネルレンズ
   。