KR20050085657A - Lens array sheet and molding method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 확산 광을 광 이용 표면 상에 효과적으로 집속할 수 있는 얇은 렌즈 어레이 시트와, 얇은 렌즈 어레이 시트와 같은 미세한 구조로 성형된 물체를 제조하기 위해 적합한 성형 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin lens array sheet capable of effectively focusing diffused light on a light utilization surface, and a molding method suitable for producing an object molded into a fine structure such as a thin lens array sheet.
복사 기계 또는 레이저 프린터와 같은 화상 형성 장치의 화상 섹션에서, 다각형 미러를 사용하는 스캐닝 시스템 또는 광 방출 다이오드(LED) 광원 또는 전자 발광(EL) 광원이 제공되는 헤드를 사용함으로써 고속 기입을 수행하는 LED 헤드 시스템이 사용된다. 후자의 시스템은 복사 속도 및/또는 인쇄 속도를 증가시키기 때문에 바람직하다. 그러나 후자의 시스템은 LED 광원 또는 EL 광원이 일반적으로 확산 광원이기 때문에 광의 효율적 사용면에서 열등하다. 즉, 광원과, 화상 형성 렌즈 시스템과, 감광 드럼을 일반적으로 포함하는 화상 섹션에서, 그러한 확산 광원은 화상 형성 렌즈 시스템에 인가되는 광의 양면에서 열등함으로써, 낭비되는 전력 소비를 발생시킨다. 또한, 화상 형성 렌즈 시스템에 인가되는 광의 양면에서 열등한 확산 광원은 최후의 감광 드럼에서 광의 비효율적인 사용으로 귀결된다. 이러한 이유로, 감광 드럼에 인가되는 광의 양을 증가시키도록, 화상 형성 렌즈 시스템(로드 렌즈 어레이의 일종인 자체 집속 렌즈 어레이, 이후로는 "SLA"라 칭함)의 효율적인 영역은 일반적으로 증가된다(즉, SLA의 수가 증가된다). 그러나, SLA는 비싸기 때문에, SLA의 수를 증가시키는 것은 경제적이지 못하다. In the image section of an image forming apparatus such as a copying machine or a laser printer, an LED that performs high-speed writing by using a scanning system using a polygon mirror or a head provided with a light emitting diode (LED) light source or an electroluminescent (EL) light source. Head system is used. The latter system is preferred because it increases the copy speed and / or print speed. However, the latter system is inferior in terms of efficient use of light since the LED light source or EL light source is generally a diffused light source. That is, in an image section that generally includes a light source, an image forming lens system, and a photosensitive drum, such diffuse light sources are inferior at both sides of the light applied to the image forming lens system, resulting in wasted power consumption. Further, inferior diffuse light sources on both sides of the light applied to the image forming lens system result in inefficient use of the light in the last photosensitive drum. For this reason, in order to increase the amount of light applied to the photosensitive drum, the effective area of the image forming lens system (a self-focusing lens array which is a kind of rod lens array, hereinafter referred to as "SLA") is generally increased (ie , The number of SLAs is increased). However, because SLAs are expensive, increasing the number of SLAs is not economical.
한편, 복사 기계 또는 프린터와 같은 화상 형성 장치에 대해 사용되지 않지만 확산 광을 효과적으로 이용하는 데 사용하는 부재가 존재한다. 그러한 부재는 광 전달판을 통해 액정 표시부의 후방광 장치로부터 액정 표시부를 보는 사람의 전방 측면을 향해 공급되는 광의 시야를 조준하는 광학 요소를 갖는 액정 표시부를 위한 렌즈 어레이 시트이다(예를 들면 제1 및 제2 특허 문헌을 참조하라).On the other hand, there is a member which is not used for an image forming apparatus such as a copying machine or a printer but which is used for effectively utilizing diffused light. Such a member is a lens array sheet for a liquid crystal display portion having an optical element that aims the field of view of light supplied from the back light device of the liquid crystal display portion toward the front side of the viewer of the liquid crystal display through the light transmitting plate (for example, the first And 2nd patent document).
이러한 부재가 LED 헤드 시스템을 사용하는 화상 형성 장치에 대해 사용될 때, 광원이 LED 광원 또는 EL 광원과 같은 확산 광원이고 후방광 장치로부터 광 전달판을 통해 공급되는 광과는 다른 광 방출 각도 분배를 갖기 때문에, 제1 특허 문헌에 구체적으로 설명된 바와 같이 15°내지 45°사이의 각도로 테이퍼진 고체이고 미세한 광학 요소는 광을 SLA에 효율적으로 인가할 수 없다. 이러한 이유로, LED 헤드 시스템의 경우에, LED 광원 또는 EL 광원으로부터 SLA에 보다 효율적으로, 즉 보다 많은 양의 광을 인가시킬 수 있는 렌즈 어레이 시트가 요구되고 있다. 또한, 화상 형성 장치는 SLA의 수와 SLA를 구성하는 렌즈의 직경을 감소시킴으로써 크기 감소될 수 있다.When such a member is used for an image forming apparatus using an LED head system, the light source is a diffuse light source such as an LED light source or an EL light source and has a different light emission angle distribution from light supplied through the light transfer plate from the back light device. As such, a solid, fine optical element tapered at an angle between 15 ° and 45 °, as specifically described in the first patent document, cannot efficiently apply light to the SLA. For this reason, in the case of the LED head system, there is a need for a lens array sheet capable of applying more efficiently, i.e., a greater amount of light, to the SLA from the LED light source or the EL light source. Further, the image forming apparatus can be reduced in size by reducing the number of SLAs and the diameter of the lenses constituting the SLAs.
한편, 렌즈 어레이 시트와 같이 성형된 물체는 광원을 소형화하고 그리고/또는 이용될 광의 양을 증가시킬 필요성에 따라, 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 미세한 돌출부를 갖는 것이 요구되고 있다. 이는 통상적인 기술 분야에서 높은 정확성으로써 그러한 성형된 물체를 제조하는 것을 점차 어렵게 만든다.On the other hand, shaped objects such as lens array sheets are required to have fine protrusions with high aspect ratios, depending on the need to downsize the light source and / or increase the amount of light to be used. This makes it increasingly difficult to manufacture such shaped objects with high accuracy in conventional technical fields.
정확한 플라스틱 렌즈를 제조하는 현재의 방법으로서, 고온 용융된 레진(resin)을 임의의 온도와 압력 조건 하에서 금속성 암형(female) 주형 내부로 주입하고 이를 냉각하는 소위 인젝션 성형 방법으로 불리우는 방법이 존재한다(예를 들면 제3 특허 문헌을 참조). 또한, 제품의 재료인 광경화성 폴리머를 금속성 주형 내부에 충전하고, 이를 경화시키기 위해 광에 대해 투명한 재료로써 이를 시일하고, 이를 경화시키도록 투명한 재료를 통해 광 경화성 폴리머에 광을 인가시키고, 그 후, 주형으로부터 제품을 이형시키는 광 폴리머 방법이 존재한다. 현재에는, 플라스틱으로써 렌즈 어레이 제조하는 방법으로서, 상기 인젝션 성형 방법 또는 광 폴리머 방법을 이용하는 플라스틱 렌즈 제조 방법이 사용되고 있다.As a current method of producing accurate plastic lenses, there is a method called injection molding, in which hot molten resin is injected into a metallic female mold under certain temperature and pressure conditions and cooled. See, eg, the third patent document). Furthermore, the photocurable polymer, which is the material of the product, is filled inside the metallic mold, and it is sealed as a light transparent material to cure it, and light is applied to the photocurable polymer through the transparent material to cure it, and then There is a photopolymer method for releasing a product from a mold. At present, as a method of manufacturing a lens array from plastic, a plastic lens manufacturing method using the injection molding method or the photopolymer method is used.
그러나, 렌즈 어레이를 구성하는 광학 요소가 고밀도로 배열되고 높은 종횡비를 갖는 미세한 구조일 때, 상기 제조 방법은 레진 충전과 제품 이형의 관점에서 사용될 수 없다. 즉, 광학 요소 렌즈가 일반적으로 구형 렌즈 또는 비구형 렌즈가 아닐 때 또는 광학 요소가 테이퍼진 원뿔과 같은 형상이고 그리고 나노미터 내지 미크론의 크기를 갖고 높은 종횡비를 갖는 미세한 구조일 때, 충전된 레진의 점성은 그 온도가 증가됨에도 불구하고 여전히 높고, 레진 및 금속성 주형은 성형 후에 고정구와 같이 함께 고정됨으로써, 성형된 레진의 전체를 주형으로부터 이형시키는 것은 어렵다. 성형된 레진을 주형으로부터 용이하게 이형시키도록, 이형제로서 불소계 레진 또는 실리콘 레진이 주형의 표면에 코팅된 것을 시험해 보았지만, 가요성을 갖고, 작은 테이퍼 각도와 높은 종횡비를 갖고 그리고 고밀도로 배열되는 돌출된 미세한 요소를 갖는 렌즈 어레이를 이형시키는 것은 용이하지 않았다. However, when the optical elements constituting the lens array are finely structured with high density and high aspect ratio, the manufacturing method cannot be used in view of resin filling and product release. That is, when the optical element lens is generally not spherical or non-spherical, or when the optical element is shaped like a tapered cone and has a fine structure with a size ranging from nanometers to microns and having a high aspect ratio, The viscosity is still high despite the increase in temperature, and the resin and metallic mold are held together like a fixture after molding, making it difficult to release the entire molded resin from the mold. In order to easily release the molded resin from the mold, we have tested the coating of the fluorine-based resin or silicone resin as a release agent on the surface of the mold, but it is flexible, has a small taper angle, high aspect ratio and is arranged at high density It was not easy to release a lens array with fine elements.
도1은 굴절률(n1)을 갖는 주위 매체로부터 굴절률(n2)을 갖는 광학 요소로 입사 각도(θ)로써 입사된 광의 경로를 도시하는 개략적인 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram showing a path of light incident at an incident angle [theta] from an ambient medium having a refractive index n1 to an optical element having a refractive index n2.
도2는 본 발명에 따른 렌즈 어레이 시트의 실시예의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an embodiment of a lens array sheet according to the present invention.
도3은 광학 요서의 단면도이고, 도3a는 프레스넬 집속 렌즈를 갖는 광학 요소를 도시하고, 도3b는 구형의 집속 렌즈를 갖는 광학 렌즈를 도시한다. 3 is a cross-sectional view of the optical key, FIG. 3A shows an optical element with a Fresnel focusing lens, and FIG. 3B shows an optical lens with a spherical focusing lens.
도4는 렌즈 어레이 시트를 성형하는 공정을 도시한 공정도이다.4 is a process chart showing a process of molding a lens array sheet.
도5는 EL 광원, 렌즈 어레이 시트, SLA 및 감광성 드럼을 포함하는 시스템을 도시하는 구성도이다.5 is a configuration diagram showing a system including an EL light source, a lens array sheet, an SLA, and a photosensitive drum.
도6은 EL 광원 및 렌즈 어레이 시트의 확대된 단면도이다.6 is an enlarged cross-sectional view of an EL light source and a lens array sheet.
도7은 테이퍼 각도(α)에 대한 광 강도(U.S)의 그래프이다.Fig. 7 is a graph of the light intensity U.S versus the taper angle α.
도8은 집속 렌즈 섹션의 곡률이 변경되는 경우의 광 강도의 그래프이다. 8 is a graph of light intensity when the curvature of the focusing lens section is changed.
도9는 실시예에서 아크릴 레진으로 만들어진 각각의 시험 제작 광학 요소의 광 강도 그래프이다.9 is a light intensity graph of each test fabricated optical element made of acrylic resin in the Examples.
일 태양에서, 본 발명은 투명한 베이스 재료와, 베이스 재료의 표면 상에 제공되고 베이스 재료로부터 외부로 테이퍼진 투명한 수직 절두체를 각각 포함하는 복수의 광 수용 섹션과, 각각의 광 수용 섹션을 향하도록 베이스 재료의 후방 상에 배치된 복수의 집속 렌즈를 포함하고, 수직 절두체의 측면은 수직 절두체의 중앙 축 라인과 0°보다 크고 15°보다 작은 테이퍼 각도를 형성하고, 수직 절두체의 절단 표면의 최소 길이(D)에 대한 수직 절두체의 높이(H)의 비인 종횡비(H/D)가 0 보다 크고 10 보다 크지 않는 렌즈 어레이 시트를 제공한다.In one aspect, the present invention provides a plurality of light receiving sections each comprising a transparent base material, a transparent vertical frustum provided on the surface of the base material and tapered outwardly from the base material, and the base facing each light receiving section. A plurality of focusing lenses disposed on the back of the material, the sides of the vertical frustum forming a taper angle greater than 0 ° and less than 15 ° with the central axial line of the vertical frustum, the minimum length of the cutting surface of the vertical frustum ( An aspect ratio H / D, which is the ratio of the height H of the vertical frustum to D), is provided with a lens array sheet that is greater than zero and not greater than ten.
그러한 어레이 시트는 광 이용 표면 상에 LED 광원 또는 EL 광원으로부터 광과 같은 확산 광을 효과적으로 집속할 수 있다. 따라서, 상기 렌즈 어레이 시트가 화상을 형성하기 위한 광원과 동일한 광원을 사용하여 화상 형성 장치 내의 광 이용 표면 상에서 그러한 광원으로부터의 광을 집속시키기 위해 사용될 때, 이용되는 광의 양은 증가하고, 따라서 화상 형성 장치의 화상 형성 렌즈 시스템을 구성하는 자체 초점 렌즈 어레이의 수가 감소될 수 있다.Such an array sheet can effectively focus diffused light such as light from an LED light source or an EL light source on the light utilization surface. Thus, when the lens array sheet is used to focus light from such a light source on the light utilization surface in the image forming apparatus using the same light source as the light source for forming the image, the amount of light used increases, and thus the image forming apparatus. The number of self-focusing lens arrays constituting the image forming lens system can be reduced.
다른 태양에서, 본 발명은 불소계 재료로써 용융 가능한 주형의 내부 표면을 코팅하는 단계와, 주형 내부로 에너지 방사선 경화 레진을 충전하는 단계와, 에너지 방사선 경화 레진에 에너지 방사선을 인가하는 단계와, 주형을 용융시키는 단계를 포함하는 성형 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method of coating an inner surface of a meltable mold with a fluorine-based material, filling an energy radiation cured resin into the mold, applying energy radiation to the energy radiation cured resin, and It provides a molding method comprising the step of melting.
그러한 성형 방법은 높은 종횡비를 갖는 미세한 돌출부를 갖는 렌즈 어레이 시트를 제조하기 위해 적절하고 높은 정확성으로 렌즈 어레이를 성형할 수 있고 주형으로부터 이를 용이하게 이형할 수 있다.Such a molding method can mold the lens array with a suitable and high accuracy for producing a lens array sheet having fine projections having a high aspect ratio and can easily release it from a mold.
본 명세서에는, "용융 가능한"이란 용어는 고체 물체가 열에 의해 액체화되는 "가용성"과, 고체 물체가 액체 내부에 침지됨으로써 액체화되는 "용해성" 및 "생물 분해성"의 의미를 포함한다. As used herein, the term "meltable" includes the meanings of "soluble" in which a solid object is liquefied by heat, and "soluble" and "biodegradable" in which the solid object is liquefied by being immersed in the liquid.
본 발명에 따른 렌즈 어레이 시트의 주 원칙은 광학 요소의 수직 절두체(right frustum)와 외부 재료(예를 들면, 공기) 사이의 인터페이스에서 확산 광원으로부터 방출되는 광을 전반사시키고, 반사된 광이 광 이용 표면에 집속되는 집속 렌즈를 향해 반사된 광을 지향시키는 것이다. 집속된 광은 확산에 의해 발생된 손실을 최소화함으로써 SLA 내부로 들어갈 수 있다.The main principle of the lens array sheet according to the invention is to totally reflect the light emitted from the diffuse light source at the interface between the right frustum of the optical element and the external material (eg air), and the reflected light utilizes the light. The light reflected is directed toward a focusing lens focused on a surface. The focused light can enter the SLA by minimizing the losses caused by diffusion.
각각의 광학 요소는 다음과 같이 설계된다.Each optical element is designed as follows.
도1은 굴절률(n1, 예를 들면 그 굴절률이 1인 공기)을 갖는 주위 매체로부터 굴절률(n2)을 갖는 광학 요소로 입사각(θ)으로써 입사되는 광의 경로를 개략적으로 도시한다. 광학 요소 내로의 입사광의 굴절 각도가 φ일 때, 광학 요소를 나오는 광이 광학 요소의 중앙 축 라인과 평행인 경우의 테이퍼 각도(α)는 다음과 같이 대략적으로 계산된다.FIG. 1 schematically shows the path of light incident at an angle of incidence θ to an optical element having a refractive index n2 from a surrounding medium having a refractive index n1, for example air having a refractive index of 1; When the angle of refraction of the incident light into the optical element is φ, the taper angle α when the light exiting the optical element is parallel to the central axis line of the optical element is approximately calculated as follows.
테이퍼 각도 α≒ φ/2 = arcsin[(n1/n2)sinθ]/2 Taper angle α ≒ φ / 2 = arcsin [(n1 / n2) sinθ] / 2
따라서, 가장 강한 강도의 광의 입사 각도가 θ일 때, 상기 방정식을 사용함으로써 연산된 테이퍼 각도(α)는 광의 손실을 최소화시킨다. 이는 광원이 LED 광원 또는 EL 광원과 같은 확산 광원일 때 α가 0°보다 크고 15°보다 작은 것이 본 발명에서 바람직한 것으로 증명된다. Therefore, when the incident angle of the light of the strongest intensity is θ, the taper angle α calculated by using the above equation minimizes the loss of light. This proves preferable in the present invention that α is larger than 0 ° and smaller than 15 ° when the light source is a diffuse light source such as an LED light source or an EL light source.
도2는 본 발명에 따른 렌즈 어레이 시트의 실시예의 단면도이다. 렌즈 어레이 시트(1)는 수직 피라미드 절두체, 수직 원뿔 절두체 또는 수직 타원체 절두체와 같은 수직 절두체(2)를 포함하는 베이스 재료(6)의 표면 상에 제공된, 광 수용 섹션(7)과, 수직 절두체(2)에 대향된 위치에서 베이스 재료의 후방 상에 제공된 집속 렌즈(3)를 각각 갖는 복수의 광학 요소(4)를 포함한다. 따라서, 베이스 재료(6)는 광학 요소(4)를 연결하는 연결 섹션(5)을 포함한다. 도3은 광학 요소의 단면도를 도시한다. 도3a는 그 집속 렌즈가 프레스넬 렌즈(fresnel lens)인 광학 요소를 도시하고, 도3b는 그 집속 렌즈가 구형 렌즈인 광학 렌즈를 도시한다. 광학 요소의 상단 표면은 광원과 접촉하고, 상단 표면의 길이(d1)는 광원의 길이와 실질적으로 동일하고, 상단 표면의 형상은 다각형, 원형 또는 타원형이다. 길이(d1)는 절단 표면의 최소 길이를 의미한다. 본 명세서에서, "절단 표면의 최소 길이"란 용어는 광학 요소의 상단 표면을 제공하는 수직 절두체의 절단 표면을 둘러싸는 가장 작은 직사각형의 최소 길이를 의미한다. 따라서, 절단 표면이 원형일 때, 최소 길이는 원의 직경이고, 절단 표면이 타원형일 때, 최소 길이는 타원의 단축 길이이고, 절단 표면이 정삼각형일 때, 최소 길이는 정삼각형의 한 변의 길이이고, 절단 표면이 정사각형일 때, 최소 길이는 정사각형의 한 변의 길이이다. 또한, 절단 표면이 정삼각형을 제외한 삼각형일 때, 최소 길이는 세 변 중 가장 짧은 길이 또는 정점으로부터 각각의 대향 측면으로의 수직 라인 중 가장 짧은 길이 중 보다 짧은 것이다. 또한, 절단 표면이 정사각형을 제외한 사각형일 때, 최소 길이는 네 변 중 가장 짧은 길이 또는 두 개의 대각선 라인 중 보다 짧은 길이 중 보다 짧은 것이다. LED 광원 또는 EL 광원이 사용될 때, 길이(d1)는 일반적으로 몇 백 나노미터 내지 몇 백 미크론이다. 수직 절두체의 높이(h1)는 종횡비(h1/d1)에 의해 d1과 관련된다. 종횡비는 광의 지향성을 증가시키도록 가능한 큰 것이 바람직하지만, 종횡비는 광학 요소가 인접한 광학 요소에 상응하는 인접한 것과 겹치는 기하학적 제한으로 인해 일반적으로 0 보다 크고, 10 보다 크지 않고, 바람직하게는 3 내지 5 이고, 가장 바람직하게는 약 5이다.2 is a cross-sectional view of an embodiment of a lens array sheet according to the present invention. The lens array sheet 1 comprises a light receiving section 7 and a vertical frustum, provided on the surface of the base material 6 comprising a vertical frustum 2, such as a vertical pyramid frustum, a vertical conical frustum or a vertical ellipsoid frustum. A plurality of optical elements 4 each having a focusing lens 3 provided on the rear of the base material at a position opposite to 2). Thus, the base material 6 comprises a connecting section 5 connecting the optical element 4. 3 shows a cross-sectional view of an optical element. Fig. 3A shows an optical element whose focusing lens is a fresnel lens, and Fig. 3B shows an optical lens whose focusing lens is a spherical lens. The top surface of the optical element is in contact with the light source, the length d1 of the top surface is substantially the same as the length of the light source, and the shape of the top surface is polygonal, circular or oval. The length d1 means the minimum length of the cut surface. As used herein, the term "minimum length of the cut surface" means the minimum length of the smallest rectangle surrounding the cut surface of the vertical frustum that provides the top surface of the optical element. Thus, when the cut surface is circular, the minimum length is the diameter of the circle, when the cut surface is elliptical, the minimum length is the short axis length of the ellipse, and when the cut surface is the equilateral triangle, the minimum length is the length of one side of the equilateral triangle, When the cut surface is square, the minimum length is the length of one side of the square. Also, when the cut surface is a triangle except the equilateral triangle, the minimum length is the shortest of the shortest of the three sides or the shortest of the vertical lines from each vertex to each opposite side. Also, when the cut surface is square except square, the minimum length is the shortest of the four sides or the shorter of the two diagonal lines. When an LED light source or an EL light source is used, the length d1 is generally several hundred nanometers to several hundred microns. The height h1 of the vertical frustum is associated with d1 by the aspect ratio h1 / d1. The aspect ratio is preferably as large as possible to increase the directivity of the light, but the aspect ratio is generally greater than 0, not greater than 10, preferably 3 to 5, due to the geometrical constraint that the optical element overlaps with the adjacent one corresponding to the adjacent optical element. And most preferably about 5.
광학 요소를 구성하는 집속 렌즈는 수직 절두체에 의해 집속 렌즈로 지향되는 광이 SLA의 광 수용 표면과 같은 광 이용 표면 상에 효과적으로 집속되도록 초점 길이만을 가질 수도 있다. 집속 렌즈는 프레스넬 렌즈, 구형 렌즈, 비구형 렌즈, 실린더형 렌즈 또는 서로와 평행하게 배열된 실린더형 렌즈로써 구성된 렌티큘라 렌즈(lenticular lens)일 수도 있다. 초점 길이는 광 수용 표면과 일치하도록 두께(h2 또는 h3) 및 곡률 반경(R)을 사용하여 설계된다. The focusing lens constituting the optical element may have only a focal length such that the light directed by the vertical frustum to the focusing lens is effectively focused on a light utilization surface, such as the light receiving surface of the SLA. The focusing lens may be a lenticular lens composed of a Fresnel lens, a spherical lens, an aspherical lens, a cylindrical lens or a cylindrical lens arranged in parallel with each other. The focal length is designed using the thickness h2 or h3 and the radius of curvature R to match the light receiving surface.
본 발명에 따른 렌즈 어레이의 재료는 LED 광원 또는 EL 광원과 같은 광원으로부터의 광의 파장에 대해 투명한 재료일 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 그러한 재료는 유리 또는 플라스틱 재료일 수도 있고, 작업성의 관점에서 플라스틱 재료가 바람직하다. 바람직한 플라스틱 재료는 아크릴 레진, 폴리에스터 레진, 폴리카보네이트 레진, 우레탄 레진, 에폭시 렌지, 폴리스티렌 레진 또는 그 혼합물이다.The material of the lens array according to the present invention may be, but is not limited to, a material transparent to the wavelength of light from a light source such as an LED light source or an EL light source. Such materials may be glass or plastic materials, and plastic materials are preferred in view of workability. Preferred plastic materials are acrylic resins, polyester resins, polycarbonate resins, urethane resins, epoxy stoves, polystyrene resins or mixtures thereof.
렌즈 어레이 시트는 리소그래피 방법 또는 성형 방법에 의해 제조될 수도 잇다. 성형 방법에서, 렌즈 어레이 시트는 열가소성 레진, 열경화성 레진 또는 자외선 광선 경화 레진으로써 금속성 주형을 사용하여 복제될 수도 있다. 또한 렌즈 어레이 시트는 광 수용 섹션 및 투명한 베이스 재료가 일체로 형성된 수직 절두체와 같은 어레이의 돌출부를 갖는 시트와, 집속 렌즈 및 투명한 베이스 재료가 일체로 형성된 렌즈 어레이를 갖는 시트를 독립적으로 만들고 그리고 모든 시트를 서로 적층함으로써 제조될 수도 있다. 또한, 렌즈 어레이 시트는 미리 투명한 베이스 재료 상에 렌즈 어레이를 형성하고, 주형이 렌즈 어레이와 접촉하게 하도록 렌즈 어레이 상에 광 경화 레진이 충전된 주형을 위치시키고, 렌즈 어레이 및 광 경화 레진을 일체로 형성하도록 광 경화 레진을 경화시키는 렌즈 어레이를 통해 광 경화 레진에 에너지 방사선을 인가시킴으로써 제조될 수도 있다.The lens array sheet may be manufactured by a lithography method or a molding method. In the molding method, the lens array sheet may be replicated using a metallic mold as a thermoplastic resin, a thermosetting resin or an ultraviolet ray curing resin. In addition, the lens array sheet independently makes a sheet having projections of the array, such as a vertical frustum, in which the light receiving section and the transparent base material are integrally formed, and a sheet having the lens array in which the focusing lens and the transparent base material are integrally formed, and all the sheets. It may be produced by laminating each other. In addition, the lens array sheet forms a lens array on a transparent base material in advance, positions the mold filled with the photocuring resin on the lens array so that the mold contacts the lens array, and integrates the lens array and the photocuring resin integrally. It may be prepared by applying energy radiation to the photocured resin through a lens array that cures the photocured resin to form.
본 발명에 따른 렌즈 어레이 시트, 특히 높은 종횡비를 갖는 연속적인 미세한 돌출부를 갖는 렌즈 어레이 시트가 제조될 때, 금속성 주형 및 열가소성 레진을 사용함으로써 렌즈 어레이 시트를 복제하려는 시도가 행해질 지라도, 레진은 돌출부의 팁 내부로 충분히 들어가지 않음으로써, 렌즈 어레이 시트는 금속성 주형에 의해 주어진 형상으로 정확하게 형성되지 않을 수도 있다. 또한, 렌즈 어레이 시트가 금속성 주형과 열경화성 레진을 사용함으로써 복제될 때, 금속 주형이 불소계 레진 또는 실리콘 레진의 이형제로써 처리될지라도, 높은 종횡비를 갖는 미세한 돌출부는 렌즈 어레이 시트가 금속성 주형으로부터 이형될 때 손상받을 수도 있다.When a lens array sheet according to the present invention, in particular a lens array sheet having continuous fine protrusions having a high aspect ratio, is produced, even if an attempt is made to duplicate the lens array sheet by using a metallic mold and a thermoplastic resin, the resin may be used as a By not sufficiently entering into the tip, the lens array sheet may not be accurately formed into the shape given by the metallic mold. Also, when the lens array sheet is replicated by using a metallic mold and a thermosetting resin, even when the metal mold is treated with a releasing agent of fluorine-based resin or silicone resin, fine projections having a high aspect ratio when the lens array sheet is released from the metallic mold It may be damaged.
따라서, 다음의 방법이 높은 종횡비를 갖는 미세한 돌출부를 갖는 렌즈 어레이 시트와 같은 성형된 물체를 제조하기 위해 적절하다는 것을 알 것이다. 즉, 본 발명은 불소계 재료로써 용융 가능한 주형의 내부 표면을 코팅하는 단계(a)와, 주형 내부로 에너지 방사선 경화 레진을 충전하는 단계(b)와, 에너지 방사선 경화 레진에 에너지 방사선을 인가하는 단계(c)와, 주형을 용융하는 단계(d)를 포함하는 성형 방법을 제공한다. 에너지 방사선으로서, 자외선 광선, 전자 광선, X 광선, γ 광선 등이 사용될 수도 있다. Thus, it will be appreciated that the following method is suitable for producing shaped objects such as lens array sheets having fine projections with high aspect ratios. That is, the present invention comprises the steps of coating (a) the inner surface of the meltable mold with a fluorine-based material, filling the energy radiation cured resin into the mold (b), and applying energy radiation to the energy radiation cured resin. (c) and a step (d) of melting the mold. As the energy radiation, ultraviolet rays, electron rays, X rays, γ rays and the like may be used.
본 발명에 따른 렌즈 어레이 시트를 제조하는 방법은 다음에 상세하게 설명된다. 도4는 렌즈 어레이 시트를 성형하는 공정을 도시한다. 도4(i)는 광 수용 섹션과 집속 렌즈 섹션을 일체로 성형하는 공정을 도시하고, 도4(ii)는 광 수용 섹션과 집속 렌즈 섹션을 독립적으로 성형하고 그 후 적층 구조로 모든 섹션을 함께 구성하는 공정을 도시한다.The method of manufacturing the lens array sheet according to the present invention is described in detail below. 4 shows a process of forming the lens array sheet. Fig. 4 (i) shows the process of integrally forming the light receiving section and the focusing lens section, and Fig. 4 (ii) independently forms the light receiving section and the focusing lens section and then puts all the sections together in a laminated structure. The process of constructing is shown.
처음에, 주형은 제조될 돌출부형 렌즈가 배열된 렌즈 어레이의 암형 패턴을 갖도록 형성된다. 주형은 가용성, 용해성 또는 생물 분해성 재료와 같은 용융 가능한 재료로 만들어진다. 주형은 예를 들면 왁스 또는 수용성 레진, 바람직하게는 열에 의해 녹거나 또는 100 ℃ 이하의 뜨거운 물에 용해됨으로써 제거될 수 있는 재료로 만들어진다. 왁스로 만들어진 주형은 낮은 결정성 및 부드러운 표면을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 급속하게 냉각됨으로써 만들어지는 것이 바람직하다. 왁스는 파라핀 왁스 또는 미세결정 왁스와 같은 합성 왁스, 목랍(Japan wax) 또는 밀랍과 같은 천연 왁스, 또는 합성 왁스와 천연 왁스 내부에 충진제와 같은 다른 재료를 혼합함으로써 만들어진 왁스일 수도 있다. 또한, 왁스는 성형성의 관점에서 낮은 체적 수축률을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 수용성 레진은 폴리에틸렌 산화물(PEO), 폴리비닐 알콜(PVOH) 등일 수도 있다. 또한, 생물 분해성 재료는 폴리랙틱산과 같은 생물 분해성 레진일 수도 있다. 주형은 렌즈 어레이의 암형 패턴을 절단함으로써 또는 금속성 주형으로부터의 복제에 의해 형성될 수도 있다. 주형은 에너지 방사선이 아래에 설명될 레진 경화 공정(c)에서 주형을 통해 렌즈 어레이 시트에 인가될 수 있기 때문에, 자외선 광선과 같은 에너지 방사선에 대해 투명한 것이 바람직하다. Initially, the mold is formed to have the female pattern of the lens array in which the projection lens to be manufactured is arranged. The mold is made of a meltable material, such as a soluble, soluble or biodegradable material. The mold is made of a material that can be removed, for example, by wax or water-soluble resin, preferably by melting with heat or by dissolving in hot water below 100 ° C. Molds made of wax preferably have low crystallinity and a smooth surface. For this reason, it is desirable to be made by rapidly cooling. The wax may be a synthetic wax such as paraffin wax or microcrystalline wax, a natural wax such as wax or beeswax, or a wax made by mixing the synthetic wax with other materials such as fillers inside the natural wax. In addition, the wax preferably has a low volume shrinkage from the viewpoint of formability. In addition, the water-soluble resin may be polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVOH), or the like. In addition, the biodegradable material may be a biodegradable resin such as polylactic acid. The mold may be formed by cutting the female pattern of the lens array or by replicating from the metallic mold. The mold is preferably transparent to energy radiation, such as ultraviolet rays, since energy radiation can be applied to the lens array sheet through the mold in the resin curing process (c) described below.
코팅 형성 공정(a)에서, 불소계 합성물 코팅이 주형의 표면 상에 형성된다. 그러한 코팅은 낮은 점성의 에너지 방사선 경화 레진이 다음 공정에서의 레진 주입 시 주형 내부에서 용융되는 것을 방지한다. 불소계 합성물은 불소 알카리성 그룹, 바람직하게 가능한 과불소 알카리성(perfluoroalkyl) 그룹을 포함하는 알콜, 아크릴 에스터, 메타아크릴산 에스터 등이 바람직하고, 높은 휘발성을 갖는 불소계 에테르 솔벤트로써 희석될 수 있는 것이 바람직하다. 구체적으로, 주형은 예를 들면 과불소 알카리성 그룹을 포함하는 합성물로써 딥핑, 스프레잉, 또는 브러싱과 같은 적절한 방법에 의해 몇 내지 몇 십 나노미터의 두께로 코팅된다. 얇은 코팅을 형성하도록, 과불소 알카리성 그룹을 포함하는 합성물은 불소계 수소 에테르 종류(HFE)와 같은 불소계 에테르 솔벤트로써 희석되는 것이 바람직하다.In the coating formation process (a), a fluorine-based composite coating is formed on the surface of the mold. Such a coating prevents the low viscosity energy radiation cured resin from melting inside the mold upon resin injection in the next process. The fluorine-based compound is preferably an alcohol, an acrylic ester, a methacrylic acid ester, or the like containing a fluorine alkaline group, preferably a perfluoroalkyl group, and can be diluted with a high volatility fluorine ether solvent. Specifically, the mold is coated with a thickness of several to several tens of nanometers by a suitable method such as dipping, spraying, or brushing with, for example, a composite comprising perfluorinated alkaline groups. In order to form a thin coating, the composite comprising perfluorinated alkaline groups is preferably diluted with fluorine-based ether solvents such as fluorine-based hydrogen ether species (HFE).
레진 주입 공정(b)에서, 주입 조건 하에서 주형의 돌출부의 팁을 확산되고 이를 습윤시키기에 충분한 낮은 점성을 갖는 에너지 방사선 경화 레진이 주형 내부에 주입된다. 예를 들면, 실온(약 25 ℃)과 같은 레진 주입 온도에서 약 10 내지 1000 cp의 점성을 갖는 광 경화 모노머 또는 그러한 에너지 방사선 경화 모노머와 에너지 방사선 경화 올리고머의 혼합물을 포함하는 에너지 방사선 경화 레진은 감소된 압력 하에서 주형 내부로 유입된다. 이때, 주형은 에너지 방사선 경화 레진이 누출되지 않도록 금속 케이스 또는 에너지 방사선 투과 케이스 내에 격납될 수도 있다. 에너지 방사선 경화 레진으로서, 경화 후 투명한 재료가 선택된다. 즉, 적은 수의 칼라를 갖는 재료(APHA)가 보다 바람직하고, 100 이하의 칼라를 갖는 재료가 바람직하다. 구체적으로, 아크릴레이트 모노머 또는 올리고머가 바람직하다. 자외선 광선과 같은 광이 에너지 방사선 경화 레진을 경화시키기 위한 에너지 방사선으로서 사용될 때, 에너지 방사선 경화 레진은 모노머 또는 올리고머의 중량 기준에 대해 일반적으로 0.05 % 내지 1 %인 광개시제(photoinitiator)를 포함한다. 광개시제는 경화 광의 파장에 따라 적절히 선택될 수도 있다. 예를 들면, 시바 스페셜티 케미컬스(Ciba Specialty Chemicals)로부터 입수 가능한 상표명 다로큐어(Darocure) 또는 상표명 이르가큐어(Irgacure) 등이 사용될 수도 있다.In the resin injection process (b), an energy radiation curable resin is injected into the mold having a low viscosity sufficient to diffuse and wet the tip of the protrusion of the mold under the injection conditions. For example, energy radiation cured resins comprising photocurable monomers having a viscosity of about 10 to 1000 cp or a mixture of such energy radiation curable monomers and energy radiation curable oligomers at a resin injection temperature such as room temperature (about 25 ° C.) are reduced. Flows into the mold under pressure. In this case, the mold may be stored in the metal case or the energy radiation transmitting case so that the energy radiation curing resin does not leak. As the energy radiation curing resin, a transparent material is selected after curing. That is, a material having a small number of colors (APHA) is more preferred, and a material having a color of 100 or less is preferred. Specifically, acrylate monomers or oligomers are preferred. When light, such as ultraviolet rays, is used as energy radiation to cure the energy radiation curable resin, the energy radiation curable resin includes a photoinitiator that is generally 0.05% to 1% by weight of the monomer or oligomer. The photoinitiator may be appropriately selected depending on the wavelength of the cured light. For example, the brand name Darocure or the brand Irgacure available from Ciba Specialty Chemicals may be used.
필요하다면, 에너지 방사선 경화 레진은 시일 재료 적층 공정(b')에서 에너지 방사선에 대해 투명한 유리 또는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)와 같은 재료로써 시일된다. 그러한 시일 재료는 상기 설명된 바와 같은 코팅 재료로써 커버될 수도 있다. 에너지 방사선 경화 레진을 시일 재료로써 시일함으로써, 또한 에너지 방사선 경화 레진 내부로의 물의 침입은 다음 공정에서의 냉각수 내에서 경화될 때 방지된다. 시일 재료의 형상이 도4(i)에 도시된 바와 같은 집속 렌즈 섹션의 형상에 상응할 때, 광 수용 섹션 및 집속 렌즈 섹션은 일체로 성형될 수 있다. 에너지 방사선 경화 레진이 전자 광선으로써 경화될 때, 이 공정은 생략된다. If necessary, the energy radiation cured resin is sealed with a material such as glass or polyethylene terephthalate (PET) that is transparent to energy radiation in the seal material lamination process (b '). Such a seal material may be covered with a coating material as described above. By sealing the energy radiation cured resin with the seal material, the ingress of water into the energy radiation cured resin is also prevented when cured in the cooling water in the next process. When the shape of the seal material corresponds to the shape of the focusing lens section as shown in Fig. 4 (i), the light receiving section and the focusing lens section can be integrally molded. When the energy radiation cured resin is cured with an electron beam, this process is omitted.
레진 경화 공정(c)에서, 에너지 방사선이 에너지 방사선 경화 레진에 인가되어 이를 경화시킨다. 자외선 광선이 사용될 때, 상기 광개시제의 선택된 파장에 상응하는 파장을 갖는 10 내지 50 mJ/㎠의 자외선 광선이 에너지 방사선 경화 레진에 몇 차례 인가되어 이를 경화시킨다. 주형이 에너지 방사선 경화 레진의 폴리머화시 열 발생으로 인해 용융되는 것을 방지하도록, 에너지 방사선은 예를 들면 그 전체가 경화될 때까지 이를 냉각하면서 에너지 방사선 레진을 경화하도록 냉각 수 내에서, 에너지 방사선 경화 레진에 인가된다. In the resin curing process (c), energy radiation is applied to the energy radiation curing resin to cure it. When ultraviolet light rays are used, 10-50 mJ / cm 2 ultraviolet light rays having a wavelength corresponding to the selected wavelength of the photoinitiator are applied to the energy radiation curing resin several times to cure it. In order to prevent the mold from melting due to heat generation during polymerisation of the energy radiation cured resin, energy radiation is cured, for example, in the cooling water to cure the energy radiation resin while cooling it until it is cured in its entirety. Applied to the resin.
주형 제거 공정(d)에서, 주형은 제거된다. 주형은 경화된 레진과 반응하지 않는 뜨거운 물 또는 솔벤트로써 세척된다. 이때, 적절한 양의 표면 활성제가 뜨거운 물 또는 솔벤트와 혼합될 수도 있다. 표면 활성제는 높은 친수성 천연제인 것이 바람직하고, 양이온, 음이온 및 비이온 표면 활성제 중 임의의 것일 수도 있다. 비이온 표면 활성제는 산요 카세이 코 엘티디(Sanyo Kasei Co., Ltd) 등으로부터 입수 가능한 노니폴(Nonopol), 이오넷(Ionet) 및 옥타폴(Octapol)을 포함한다.In the mold removing step (d), the mold is removed. The mold is washed with hot water or solvent that does not react with the cured resin. At this time, an appropriate amount of the surface active agent may be mixed with hot water or solvent. The surface active agent is preferably a high hydrophilic natural agent and may be any of cationic, anionic and nonionic surface active agents. Nonionic surface active agents include Nonipol, Ionet and Octapol available from Sanyo Kasei Co., Ltd. and the like.
도4(i)에 도시된 공정에 따라, 렌즈 어레이 시트가 완성된다. 도4(ii)의 경우에서, 돌출부의 어레이를 갖는 시트가 형성된다. 이 경우에, 집속 렌즈의 어레이를 갖는 시트는 상기 설명한 바와 단지 동일한 방식으로 형성되고, 그 후 렌즈 어레이 시트를 완성하도록 돌출부의 어레이를 갖는 상기 시트로써 적층된다. 집속 렌즈의 어레이를 갖는 시트가 낮은 종횡비를 갖기 때문에, 이는 금속성 주형을 사용하는 인젝션 성형 방법과 같은 통상적인 방법에 의해 형성될 수도 있다. According to the process shown in Fig. 4 (i), the lens array sheet is completed. In the case of Fig. 4 (ii), a sheet having an array of protrusions is formed. In this case, the sheet having the array of focusing lenses is formed in just the same manner as described above, and then laminated with the sheet having the array of protrusions to complete the lens array sheet. Since the sheet with the array of focusing lenses has a low aspect ratio, it may be formed by a conventional method such as an injection molding method using a metallic mold.
본 발명에 따른 렌즈 어레이 시트는 EL 광원 또는 LED 광원을 사용하여 화상 표시 장치 내에 물체로 광을 집속하기 위해서 뿐만 아니라 EL 광원 또는 LED 광원으로부터 전자 화상 형성 장치 내의 물체로 광을 집속시키기 위해 사용될 수도 있다. 따라서 렌즈 어레이 시트는 휘도의 개선과 동력 소비의 감소에 기여한다. 또한, 렌즈 어레이 시트는 램프의 가시성을 개선하도록 차량의 후방 램프 또는 측면 램프를 위해 사용될 수도 있고, 또는 광의 조도를 개선하고 동력 소비를 감소시키도록 주택의 광의 커버로서 사용될 수도 있다.The lens array sheet according to the present invention may be used not only to focus light onto an object in an image display device using an EL light source or an LED light source but also to focus light from an EL light source or LED light source to an object in the electronic image forming apparatus. . Therefore, the lens array sheet contributes to the improvement of brightness and the reduction of power consumption. In addition, the lens array sheet may be used for the rear lamp or the side lamp of the vehicle to improve the visibility of the lamp, or may be used as the cover of the light of the house to improve the illuminance of the light and reduce the power consumption.
본 발명에 따른 성형 방법은 렌즈 어레이 시트를 제조하는 데 제한되지 않는다. 예를 들면, 탄성 몸체 또는 점탄성 몸체(예를 들면 고무계 재료)가 그 표면 상에 높은 종횡비를 갖는 돌출부가 제공된 탄성 몸체 시트 또는 점탄성 몸체 시트를 제조하도록 성형 재료로서 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 범위와 대상을 손상하지 않는다면, 높은 종횡비를 갖고 고밀도로 배열된 미세한 돌출부를 갖는 성형된 물체(예를 들면, 기계적 고정구, 페이퍼 공급 롤러에 적용 가능한 마찰 제어 재료 등)가 또한 본 발명에 따른 성형 방법에 의해 상기 렌즈 어레이 시트로 제조될 수도 있다.The molding method according to the present invention is not limited to manufacturing the lens array sheet. For example, an elastic body or viscoelastic body (eg rubber-based material) may be used as the molding material to produce an elastic body sheet or viscoelastic body sheet provided with a projection having a high aspect ratio on its surface. In addition, molded objects (eg, mechanical fasteners, friction control materials applicable to paper feed rollers, etc.) having high aspect ratios and densely arranged fine protrusions, as long as they do not impair the scope and object of the present invention, are also contemplated. The lens array sheet may be produced by the molding method according to the invention.
실시예Example
제1 실시예First embodiment
1. 예비 설계1. Preliminary Design
EL 광원과, 자체 초점 렌즈 어레이(SLA) 및 복사 기계의 감광성 드럼의 실제적인 배열에 기초하여, 렌즈 어레이 시트가 EL 광원 아래에 직접 배치되는 경우에 SLA의 수용 섹션에서의 강도는 바람직한 렌즈 어레이 시트의 예비 설계로 시뮬레이션된다. 도5는 EL 광원과, 렌즈 어레이 시트와, SLA 및 감광성 드럼을 포함하는 시스템을 도시하고, 도6은 EL 광원과 렌즈 어레이 시트의 확대된 단면도이다. 지지부(12) 상에 배치된 EL 광 방출 섹션(11)으로부터 방출된 광은 렌즈 어레이 시트(1)를 통해 자체 초점 어레이(SAL, 13) 상에 집속되고, 그 후 감광성 드럼(14) 상에 인가되도록 SLA(13)로부터 나온다. 상기 설계는 람바다 리서치 코포레이션(Lambada Research Corporation)으로부터 입수 가능한 상표명 트레이스프로(TracePro)인 광 추적 소프트웨어를 사용함으로써 행해진다. 렌즈 어레이 시트의 광 강도는 수직 절두체의 종횡비가 5일 때 그리고 수직 절두체의 테이퍼 각도(α)와 집속 렌즈 섹션을 위한 수직 절두체의 절단 표면의 최소 길이(d1)에 대한 곡률 반경(R)의 비(R/d1)를 변경하면서 컴퓨터 연산된다. 렌즈 어레이를 구성하는 재료의 굴절률은 1.5이다. 도7은 단지 수직 절두체만을 갖는 렌즈 어레이 시트가 EL 광 방출 섹션에 부착된 경우 테이퍼 각도(α)에 대한 광 강도의 그래프를 도시한다. 도8은 EL 광 방출 섹션에 부착된 렌즈 어레이 시트가 α = 4°또는 14°의 테이퍼 각도를 갖는 수직 절두체를 갖거나, 집속 렌즈 섹션만을 갖는 경우에 집속 렌즈 섹션의 R/d1에 대한 광 강도의 그래프를 도시한다. 광 강도는 렌즈 어레이 시트가 EL 광 방출 섹션에 부착되는 경우의 SLA에 의해 수용된 광의 양을 어떠한 어레이도 이에 부착되지 않은 경우의 SLA에 의해 수용된 광의 양으로 나눔으로써 얻어진 표준화된 강도로 된다. 도7 및 도8의 결과로부터, 광 집속 효과는 특정 테이퍼 각도(α)를 갖는 수직 절두체와 집속 렌즈 섹션의 조합에 의해 상당히 개선된다는 것을 이해될 것이다.Based on the actual arrangement of the EL light source, the self-focusing lens array (SLA) and the photosensitive drum of the copying machine, the intensity at the receiving section of the SLA is preferred when the lens array sheet is placed directly below the EL light source. It is simulated as a preliminary design. FIG. 5 shows a system including an EL light source, a lens array sheet, an SLA and a photosensitive drum, and FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the EL light source and the lens array sheet. Light emitted from the EL light emitting section 11 disposed on the support 12 is focused on the self focus array SAL 13 through the lens array sheet 1, and then on the photosensitive drum 14. Exit from SLA 13 to be authorized. The design is done by using optical tracking software under the trade name TracePro, available from Lambda Research Corporation. The light intensity of the lens array sheet is obtained when the aspect ratio of the vertical frustum is 5 and the ratio of the radius of curvature R to the taper angle α of the vertical frustum and the minimum length d1 of the cutting surface of the vertical frustum for the focusing lens section. Computer operation is performed while changing (R / d1). The refractive index of the material constituting the lens array is 1.5. Fig. 7 shows a graph of light intensity versus taper angle α when a lens array sheet having only vertical frustum is attached to the EL light emitting section. 8 shows the light intensity for R / d1 of the focusing lens section when the lens array sheet attached to the EL light emitting section has a vertical frustum having a taper angle of α = 4 ° or 14 °, or has only a focusing lens section; Shows the graph of. The light intensity is a normalized intensity obtained by dividing the amount of light received by the SLA when the lens array sheet is attached to the EL light emitting section by the amount of light received by the SLA when no array is attached thereto. From the results of Figures 7 and 8, it will be understood that the light focusing effect is significantly improved by the combination of the vertical frustum and the focusing lens section with a certain taper angle α.
2. 렌즈 어레이 시트의 시험 제작2. Trial production of lens array sheet
상기 형태 설계에 기초하여, 세 종류의 광학 요소가 예비 설계된 형태를 유사하게 확대함으로써 아크릴 레진(굴절률은 n = 약 1.5)으로써 시험 제작된다. 아크릴 정사각형 바는 절삭 및 버퍼링 가공으로써 미러 완성품으로 된다.Based on the shape design, three kinds of optical elements are fabricated as acrylic resin (refractive index n = about 1.5) by similarly expanding the predesigned shape. Acrylic square bars are mirror finished by cutting and buffering.
광학 요소 1 : 테이퍼 각도 α= 14°, 종횡비 = 5, d1 = 10 mm(원형 표면)을 각각 갖는 수직 원뿔 절두체를 갖지만 렌즈 섹션은 갖지 않음.Optical element 1: with vertical conical frustum with taper angle α = 14 °, aspect ratio = 5, d1 = 10 mm (circular surface), respectively, but no lens section.
광학 요소 2 : 테이퍼 각도 α= 14°, 종횡비 = 5, d1 = 10 mm(원형 표면)을 각각 갖는 수직 원뿔 절두체와 두께 = 5 mm 및 R = 40 mm를 각각 갖는 구형 렌즈를 포함하는 렌즈 섹션을 가짐.Optical element 2: a lens section comprising a vertical cone frustum having a taper angle α = 14 °, an aspect ratio = 5, d1 = 10 mm (circular surface), respectively, and a spherical lens each having a thickness = 5 mm and R = 40 mm Have.
광학 요소 3 : 테이퍼 각도 α= 30°, 종횡비 = 5, d1 = 10 mm(원형 표면)을 각각 갖는 수직 원뿔 절두체를 갖고, 렌즈 섹션은 갖지 않음.Optical element 3: with vertical conical frustum with taper angle α = 30 °, aspect ratio = 5, d1 = 10 mm (circular surface), respectively, without lens section.
마를(Marl, 전체 광 방출 각도 = 120°, 가장 강한 강도의 입사 각도 θ ≒ 30°)로부터 입수 가능한 레드 LED가 광원으로서 사용되고, 탑콘(Topcon)으로부터 입수 가능한 조도 측정기 BM-9ME가 광량 측정 장치로서 사용된다. 시스템은 도5에 도시된 것에 따라 구성되고, 광 강도가 측정된다. 측정 결과는 도9에 도시된다. 광 강도는 상기 설명된 바와 같은 표준화된 강도로써 지시된다. 광학 요소(2)의 경우에 광 수용 표면 상에 집중된 광의 양은 광학 요소(3)의 경우의 3.8 배이다. 또한, 일본 비심사 특허 공개 제10-253808호에 개시된 15°내지 45°의 테이퍼 각도를 갖는 광학 요소는 EL 광원 또는 LED 광원에 대해 너무 넓기 때문에, 그 전반사 각도는 그러한 광원과 일치하지 않고, 광원으로부터 광으로써 조사될 물체로 광을 효율적으로 지향시킬 수 없고, 따라서 낮은 광 집속 효율을 제공한다. The red LED available from Marl (total light emission angle = 120 °, the strongest incident angle θ ≒ 30 °) is used as the light source, and the illuminometer BM-9ME available from Topcon is used as the light quantity measuring device. Used. The system is constructed as shown in FIG. 5 and the light intensity is measured. The measurement results are shown in FIG. Light intensity is indicated as standardized intensity as described above. The amount of light concentrated on the light receiving surface in the case of the optical element 2 is 3.8 times as in the case of the optical element 3. In addition, since the optical element having a taper angle of 15 ° to 45 ° disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-253808 is too wide for an EL light source or an LED light source, its total reflection angle does not coincide with such a light source, It is not possible to efficiently direct light from to the object to be irradiated with light, thus providing a low light focusing efficiency.
제2 실시예Second embodiment
렌즈 어레이 시트의 제조Fabrication of the Lens Array Sheet
높은 종횡비를 각각 갖는 미세한 돌출부를 갖는 렌즈 어레이를 만드는 예가 아래에 도시된다. 상세하게, 시트는 아래에 설명된 바와 같이 만들어지며, 상기 시트는 약 250 ㎛의 변을 갖는 정사각형 바닥 표면과, 약 150 ㎛의 변을 갖는 정사각형 상단 표면과, 550 ㎛의 높이(종횡비는 약 3.7)를 각각 갖는 돌출부를 갖고, 연결 섹션에 의해 150 ㎛의 간격으로 서로 연결되고 배열되도록 만들어진다.An example of making a lens array with fine protrusions each having a high aspect ratio is shown below. In detail, the sheet is made as described below, wherein the sheet has a square bottom surface with sides of about 250 μm, a square top surface with sides of about 150 μm, and a height of 550 μm (a aspect ratio of about 3.7). Each having a protrusion) and is arranged to be connected and arranged with each other by a connecting section at intervals of 150 μm.
C8 과불소 그룹의 이형제[듀퐁(Dupont)으로부터 입수 가능한 상품명 Zonyl FSN을 갖는 C8 과불소 산화물 합성물]는 70 ℃의 용융점을 갖는 파라핀 왁스로 만들어진 왁스 주형 상에 코팅된다. 다음에, 하이드로에틸 아크릴레이트 레진(99.95 중량 %)에 시바 스페셜티 케미컬스(0.05 중량 %)로부터 입수 가능한 다로큐어 1173(Darocure 1173) 광개시제를 첨가함으로써 만들어진 폴리머화 레진이 통상적인 온도에서 감도된 압력 하에서 왁스 주형 내부에 유입되고, 그 후 50 ㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로써 시일된다. 약 370 nm의 파장을 갖는 60 mJ/㎠의 자외선 광이 레진을 폴리머화하고 경화하도록 물로써 이를 냉각하면서 폴리머화 가능한 레진에 인가된다. 왁스 주형은 열로써 용융되고 그 후 약 70 ℃의 뜨거운 물로써 세척한다. 얻어진 시트가 광학 현미경 사진으로써 관찰될 때, 레진은 돌출부의 팁으로 유입되고 주형의 패턴 내부에 정확하게 형성된다는 것을 볼 수 있다. 그리고, 시트는 주형으로부터 용이하게 이형될 수 있다. 또한, 돌출부에 상응하는 위치에 배치된 렌즈를 포함하는 렌즈 섹션을 갖는 시트가 만들어지고, 그리고 상기 시트가 적층된다. 따라서, 렌즈 어레이 시트가 만들어 질 수 있다.Release agents of the C 8 perfluorine group (C 8 perfluorine oxide composites with the trade name Zonyl FSN available from Dupont) are coated on wax molds made of paraffin wax having a melting point of 70 ° C. Next, the polymerized resin made by adding the Darocure 1173 photoinitiator available from Ciba Specialty Chemicals (0.05 wt.%) To hydroethyl acrylate resin (99.95 wt.%) Was subjected to pressure sensitivity at normal temperatures. It is introduced into the wax mold and then sealed with polyethylene terephthalate (PET) having a thickness of 50 μm. 60 mJ / cm 2 of ultraviolet light having a wavelength of about 370 nm is applied to the polymerizable resin while cooling it with water to polymerize and cure the resin. The wax mold is melted by heat and then washed with hot water at about 70 ° C. When the obtained sheet is observed with an optical micrograph, it can be seen that the resin enters the tip of the protrusion and forms precisely inside the pattern of the mold. And, the sheet can be easily released from the mold. In addition, a sheet is made having a lens section comprising a lens disposed at a position corresponding to the protrusion, and the sheet is laminated. Thus, a lens array sheet can be made.
비교 실시예Comparative Example
구라레이(Kuraray) Co., Ltd로부터 입수 가능한 셉톤 2063(Cepton 2063) 열가소성 레진이 205 ℃의 온도에서 약 37 Mpa의 압력 하에서 상기 제2 실시예에서의 왁스 주형과 동일한 패턴을 갖는 실리콘 주형 내부로 충전된다. 열가소성 레진은 이를 경화시키도록 냉각되고, 그 후 주형으로부터 이형된다. 따라서 얻어진 시트가 광학 현미경 사진으로써 관찰될 때, 공기 기포가 돌출부의 팁에 존재하고 돌출부의 팁이 패여진 것을 볼 수 있다. 따라서, 시트는 성공적으로 만들어질 수 없다.A Seppton 2063 thermoplastic resin, available from Kuraray Co., Ltd, into a silicone mold having the same pattern as the wax mold in the second embodiment under a pressure of about 37 Mpa at a temperature of 205 ° C. Is charged. The thermoplastic resin is cooled to cure it and then released from the mold. Thus, when the obtained sheet is observed with an optical micrograph, it can be seen that air bubbles exist at the tip of the protrusion and the tip of the protrusion is dug up. Thus, the sheet cannot be made successfully.
본 발명에 따른 렌즈 어레이 시트는 LED 광원 또는 EL 광원으로부터 물체로 광과 같은 확산 광을 효과적으로 집속시킬 수 있다. 따라서, 사용되는 광의 양이 증가될 수 있다. 그 결과, 화상 형성 장치의 화상 형성 렌즈 시스템을 구성하는 자체 초점 렌즈 어레이의 수가 감소될 수 있다. 또한, 높은 종횡비를 갖는 미세한 돌출부를 갖는 렌즈 어레이 시트와 같은 성형된 물체의 이형에서 우수하고 높은 정확성으로 성형된 물체를 복제할 수 있다.The lens array sheet according to the present invention can effectively focus diffused light such as light from an LED light source or an EL light source to an object. Thus, the amount of light used can be increased. As a result, the number of self-focusing lens arrays constituting the image forming lens system of the image forming apparatus can be reduced. It is also possible to replicate molded objects with good and high accuracy in the release of shaped objects such as lens array sheets with fine projections with high aspect ratios.
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