WO2015068566A1 - 凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents

凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015068566A1
WO2015068566A1 PCT/JP2014/077962 JP2014077962W WO2015068566A1 WO 2015068566 A1 WO2015068566 A1 WO 2015068566A1 JP 2014077962 W JP2014077962 W JP 2014077962W WO 2015068566 A1 WO2015068566 A1 WO 2015068566A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis direction
concave structure
concave
axis
microlens array
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/077962
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
将志 関
後藤　正浩
伊藤　信行
Original Assignee
大日本印刷株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大日本印刷株式会社 filed Critical 大日本印刷株式会社
Publication of WO2015068566A1 publication Critical patent/WO2015068566A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G02B3/0031—Replication or moulding, e.g. hot embossing, UV-casting, injection moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/16—Working surfaces curved in two directions
    • B23C3/20—Working surfaces curved in two directions for shaping dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C2059/027—Grinding; Polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • B29L2011/0016—Lenses

Definitions

  • the present invention relates to a concave structure and a manufacturing method thereof, and a microlens array and a manufacturing method thereof.
  • microlens arrays have been used in fields where light needs to be controlled by condensing, diffusing, reflecting, diffracting, etc., such as displays, lighting, medical care, food, optical communications, and computers.
  • a microlens array a plurality of fine microlenses having a curved shape are arranged on the surface thereof.
  • a mold having a plurality of fine recesses having a shape corresponding to each microlens is manufactured, and the shape of the mold is transferred to the resin so that the microsurface is transferred to the surface of the resin.
  • a microlens array in which lenses are formed has been manufactured.
  • the microlens array after shaping is released from the mold.
  • a mold release agent is applied to the mold in order to easily release the microlens array from the mold.
  • a release agent is applied to the mold, there is a possibility that the release property is insufficient or the shape of the microlens varies.
  • a dedicated process for applying the release agent is required, which is a factor in reducing productivity.
  • Patent Documents 1 and 2 As a method for producing a mold for an aspherical microlens array, a method by cutting is known (Patent Documents 1 and 2). However, in the methods of Patent Documents 1 and 2, the releasability when releasing the microlens array from the mold is not particularly considered. Further, when this method is used, it is considered difficult to process a complicated curved surface shape at a sufficiently high cutting speed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-198001 JP 2003-121612 A Japanese Patent No. 4977021 Japanese Patent No. 4218407
  • a microlens array as a high-performance transmissive screen capable of controlling the viewing angle in the projection optical system.
  • a light diffusion using fine particles Patent Document 3
  • an improvement method Patent Document 4
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its object is to improve the yield and productivity of molded products by increasing the releasability of the concave structure. It is to provide a body and a manufacturing method thereof, and a microlens array and a manufacturing method thereof.
  • a method for manufacturing a concave structure is a method for manufacturing a concave structure, the step of preparing a plate-like rotary tool that rotates around a rotation axis, and the rotary tool as a workpiece. Cutting the workpiece by rotating it around the rotation axis while pressing against the surface of the substrate, and periodically moving up and down in the Z-axis direction while moving along the X-axis.
  • a plurality of recesses are formed on the surface of the recesses along the X-axis direction, and curved bottom surfaces that are curved downward in the Z-axis direction are formed in the recesses, respectively, and the X
  • a plurality of protruding ridge lines that extend in a direction intersecting with the axial direction and protrude upward in the Z-axis direction are formed.
  • the rotary tool when cutting the workpiece, may be inclined with respect to the Z axis.
  • the rotary tool rotates n times with respect to one recess, and the bottom surface of each recess has The n-1 protruding ridge lines may be formed.
  • each concave portion has a pair of outer edge portions along the X-axis direction and a pair of outer edge portions along the Y-axis direction.
  • Each may have a substantially elliptic arc shape that curves downward in the Z-axis direction.
  • a straight line connecting both end portions of the protruding ridgeline may be inclined with respect to the Y axis when viewed from a plane.
  • a manufacturing method of a microlens array according to an embodiment of the present invention is a manufacturing method of a microlens array, which has a plurality of concave portions arranged along the X-axis direction and the Y-axis direction, and each concave portion has A curved bottom surface curved downward in the Z-axis direction is formed, and a plurality of protruding ridge lines extending in the direction intersecting the X-axis direction and projecting upward in the Z-axis direction are formed on the bottom surface of each recess.
  • a step of preparing a concave structure and resin molding using the concave structure make a resin microlens array having a plurality of convex portions corresponding to the plurality of concave portions of the concave structure. And a step of performing.
  • a concave structure is a concave structure, and includes a plurality of concave portions arranged along the X-axis direction and the Y-axis direction, and each concave portion is directed downward in the Z-axis direction.
  • a curved curved bottom surface is formed, and a plurality of protruding ridge lines extending in the direction intersecting the X axis direction and projecting upward in the Z axis direction are formed on the bottom surface of each recess. is there.
  • each recess has a pair of outer edge portions along the X-axis direction and a pair of outer edge portions along the Y-axis direction, and the outer edge portions are It may have a substantially elliptic arc shape that curves downward in the Z-axis direction.
  • a straight line connecting both end portions of the protruding ridge line may be inclined with respect to the Y axis when viewed from a plane.
  • a microlens array according to an embodiment of the present invention is a microlens array, and includes a plurality of convex portions arranged along the X-axis direction and the Y-axis direction, and each convex portion is directed upward in the Z-axis direction.
  • a curved curved surface is formed, and a plurality of concave grooves extending in the direction intersecting the X-axis direction and recessed downward in the Z-axis direction are formed on the surface of each convex portion. is there.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a concave structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the surface of the concave structure according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view showing a concave portion of the concave structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing a concave portion of the concave structure according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining the shape of the recess.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view showing the surface of the microlens array according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged perspective view showing a convex portion of the microlens array according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front view showing the rotary tool and the workpiece.
  • FIG. 11 is a front view showing the rotary tool.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which a workpiece is cut using a rotary tool.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing the movement of the rotary tool when the recess is formed using the rotary tool.
  • FIG. 14 is a perspective view schematically showing the movement of the rotary tool when the concave portion is formed using the rotary tool (viewed in the XIV direction arrow in FIG. 13).
  • FIG. 1 to 7 are views showing a concave structure according to an embodiment of the present invention.
  • the concave structure 10 is used, for example, for producing a microlens array 20 described later, and may be a mold such as a mold or a resin mold.
  • Such a concave structure 10 has, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole, and has six surfaces 11.
  • a plurality of (many) recesses 12 are formed on one of the six surfaces 11 (surface 11a) as described below.
  • the some recessed part 12 may be formed in the whole surface 11a, and may be formed in a part of surface 11a, as shown in FIG.
  • the number of the concave portions 12 formed on the surface 11a of the concave structure 10 is not limited, but may be, for example, 100 to 10 million. Further, the length of one side of the surface 11a of the concave structure 10 may be, for example, 10 mm to 100 mm.
  • the X axis and the Y axis of the orthogonal coordinate system extend in parallel to the mutually orthogonal sides of the surface 11a of the concave structure 10, and the Z axis of the orthogonal coordinate system is the vertical direction. It extends in parallel to (thickness direction of the concave structure 10).
  • the concave structure 10 includes a plurality of recesses 12 arranged in multiple rows and multiple stages along the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the plurality of recesses 12 have the same shape.
  • Each concave portion 12 is formed with a curved bottom surface 13 that curves toward the lower side (minus side) in the Z-axis direction.
  • each recess 12 has a substantially rectangular shape in plan view as viewed from the normal direction of the surface 11a of the concave structure 10, and has four outer edge portions 16a to 16d.
  • the pair of outer edge portions 16a and 16c are substantially parallel to the X-axis direction
  • the other pair of outer edge portions 16b and 16d are substantially parallel to the Y-axis direction. It has become. Note that the outer edge portions 16b and 16d are actually slightly inclined and curved with respect to the Y-axis direction as shown in FIG.
  • the outer edge portions 16a and 16b are connected to each other at the vertex 17a
  • the outer edge portions 16b and 16c are connected to each other at the vertex 17b
  • the outer edge portions 16c and 16d are connected to each other at the vertex 17c
  • the outer edge portions 16d and 16a are connected to each other at the vertex 17d.
  • Each of the vertices 17a, 17b, 17c, and 17d protrudes upward (plus side) in the Z-axis direction.
  • the plurality of recesses 12 are continuously formed so as to be in contact with each other along the X-axis direction and the Y-axis direction. That is, the outer edge portions 16a to 16d and the apexes 17a to 17d of each recess 12 are common to the outer edge portions 16a to 16d and the apexes 17a to 17d of the other recesses 12 adjacent to the recess 12.
  • the outer edge portions 16a to 16d have a substantially elliptical arc shape that curves downward (minus side) in the Z-axis direction. That is, as shown in FIG. 5, substantially parallel outer edges 16a in the X-axis direction, 16c has the substantially elliptic arc shape constituting a first part of an ellipse E 1, respectively. Further, substantially parallel outer edges 16b in the Y-axis direction, 16d has the substantially elliptic arc shape constituting a second part of an ellipse E 2, respectively.
  • the first ellipse E 1 and the second ellipse E 2 may be identical in shape to each other, can be differently shaped.
  • first ellipse E 1 and the second ellipse E 2 have different shapes, and the major axis and the minor axis of the first ellipse E 1 are respectively the second ellipse E 2. Longer than the major and minor axes.
  • the outer edge portions 16a to 16d are not limited to a substantially elliptical arc shape, but may be a true arc shape that curves downward (minus side) in the Z-axis direction.
  • the “substantially elliptical arc shape” is not limited to an elliptical arc shape that constitutes a part of an ellipse in a strict sense, but one or a plurality of protruding ridge lines 14 (described later) are formed on the elliptical arc. The formed shape is also included.
  • the cross section has a shape that curves downward (minus side) in the Z-axis direction.
  • the curved shape may be a substantially elliptic arc shape.
  • the cross section obtained by cutting the bottom surface 13 with a center line C X parallel to the X-axis direction has a substantially elliptic arc shape that constitutes a part of the third ellipse E 3 .
  • the cross section of the bottom surface 13 is cut in the Y-axis center line parallel to the direction C Y has the substantially elliptic arc shape constituting a part of a fourth ellipse E 4.
  • each recess 12 (X-axis direction distance between the vertices 17d and 17a or the Y-axis direction distance between the vertices 17a and 17b in a plan view seen from the normal direction of the surface 11a of the concave structure 10 is referred to. ) May be, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • each recess 12 has a center line C X and the center line C Y intersection O (see FIG. 5) and the deepest portion corresponding to the depth of each recess 12 of (the intersection O and the vertex 17a ⁇ 17d
  • the distance in the Z-axis direction may be 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, for example.
  • a plurality of fine projecting ridge lines 14 are formed on the bottom surface 13 of each recess 12.
  • a cutting surface 15 formed by rotating a rotary tool 30 described later is provided between the protruding ridge lines 14.
  • the bottom surface 13 includes a plurality (n pieces) of cutting surfaces 15 and a plurality (n ⁇ 1 pieces) of projecting ridge lines 14.
  • the number of protruding ridges 14 provided on each bottom surface 13 may be 1 to 20. 3 and 4, the bottom surface 13 includes seven cutting surfaces 15 and six projecting ridge lines 14.
  • the straight line L connecting both end portions 14 a and 14 b of the projecting ridge line 14 is inclined with respect to the Y axis.
  • This angle depends on the moving speed and the number of rotations of the rotary tool 30 during cutting, which will be described later.
  • the angle may be an angle of 0 ° to 45 ° with respect to the Y axis when viewed from the plane.
  • FIG. 6 and 7 show a cross section of the recess 12.
  • 6 is a vertical sectional view of the recess 12 along the center line C X (see FIGS. 3 and 5) parallel to the X-axis direction
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of the VII portion in FIG. FIG.
  • each protruding ridge line 14 extends in a direction intersecting with the X-axis direction, and protrudes upward from the cutting surface 15 in the Z-axis direction (plus side).
  • the protruding ridge line 14 is a portion left uncut when the cutting surface 15 is cut by the rotary tool 30 as described later.
  • the vertical cross section of the protruding ridge line 14 has a substantially mountain shape, and the height H of the protruding ridge line 14 is, for example, 0.05 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • curves T 1 to T 3 indicate paths through which the rotary tool 30 described later passes, respectively.
  • the protruding ridge line 14 is formed between paths T 1 to T 3 through which the rotary tool 30 passes.
  • the curve E 3 shows the elliptical arc-shaped bottom surface 13 when it is assumed that the protruding ridge line 14 is not formed, and substantially corresponds to the above-described third ellipse E 3 (see FIG. 5). ing.
  • the height H of the projecting ridge 14 described above was measured along a line perpendicular V L with respect to the third tangent line of the ellipse E 3, a projecting ridge 14 and the third ellipse E 3 The distance.
  • the material of the concave structure 10 is not limited, for example, a metal including steel, copper, titanium, aluminum, nickel, or a resin can be used.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams showing a microlens array according to an embodiment of the present invention.
  • microlens array 20 is manufactured using the concave structure 10 described above.
  • Such a microlens array 20 includes a plurality of convex portions (microlenses) 22 that are arranged along the X-axis direction and the Y-axis direction and each have a substantially rectangular shape in plan view.
  • Each convex portion 22 has four outer edge portions 26a to 26d.
  • Each of the outer edge portions 26a to 26d has a substantially elliptic arc shape that curves upward (plus side) in the Z-axis direction.
  • the outer edge portions 26a and 26b are connected to each other at a valley portion 27a
  • the outer edge portions 26b and 26c are connected to each other at a valley portion 27b
  • the outer edge portions 26c and 26d are connected to each other at a valley portion 27c
  • the outer edge portions 26d and 26a are The valley portions 27d are connected to each other.
  • Each valley part 27a, 27b, 27c, 27d is depressed toward the Z-axis direction downward (minus side).
  • each convex portion 22 is formed with a curved surface 23 that curves upward (plus side) in the Z-axis direction.
  • the surface 23 plays a role of collecting, diffusing, reflecting, and / or diffracting light incident from, for example, the lower side (minus side) in the Z-axis direction.
  • a plurality of concave grooves 24 that are recessed downward (minus side) in the Z-axis direction are formed on the surface 23 of each convex portion 22.
  • Each concave groove 24 extends in a direction intersecting with the X-axis direction, and is inclined at an angle of 0 ° to 30 ° with respect to the Y-axis when viewed from the plane.
  • the material of the microlens array 20 is not limited.
  • synthetic resin materials such as acrylate and polyvinyl pyrrolidone.
  • the microlens array 20 shown in FIGS. 8 and 9 is produced using the concave structure 10 described above, and the surface shape of the microlens array 20 is the same as the surface shape of the concave structure 10. It has a shape. That is, the convex portion 22, the surface 23, the concave groove 24, the outer edge portions 26a to 26d, and the trough portions 27a to 27d of the microlens array 20 are respectively the concave portion 12, the bottom surface 13, and the protruding ridge line 14 of the concave structure 10. Since the outer edge portions 16a to 16d and the valley portions 27a to 27d are transferred, detailed description thereof is omitted here.
  • microlens array 20 is used in fields where light needs to be controlled by condensing, diffusing, reflecting, diffracting, etc., for example, fields such as displays, lighting, medical care, food, optical communication, and computers. Is preferably used.
  • the microlens array 20 may be used for a transmissive screen.
  • a rectangular parallelepiped workpiece 10A for preparing the concave structure 10 is prepared.
  • a plate-like rotary tool 30 for processing the workpiece 10A is prepared.
  • the rotary tool 30 rotates around the rotation axis A and has a fan-shaped or quarter-circular blade edge 31.
  • the blade edge portion 31 has a vertical edge 32 extending along the rotation axis A, a horizontal edge 33 orthogonal to the vertical edge 32, and a curved edge 34 extending between the vertical edge 32 and the horizontal edge 33. Yes.
  • the rotary tool 30 is attached to a precision cutting machine (not shown), and the rotary tool 30 is rotated around the rotation axis A.
  • the vertical edge 32 of the blade edge part 31 actually protrudes about several ⁇ m to the opposite side of the curved edge 34 with respect to the rotation axis A (see FIG. 11). If such a protrusion (overhang) exists, there is a possibility that a processing failure may occur when the portion hits the workpiece 10A while rotating. In order to prevent such processing defects, it is preferable to tilt the rotary tool 30 with respect to the Z axis by, for example, about 10 ° to 45 ° during cutting (see FIGS. 10 and 12).
  • the rotary tool 30 is moved at a constant speed along the X axis to cut the workpiece 10A.
  • the rotary tool 30 periodically moves up and down along the Z-axis direction. That is, the rotary tool 30 moves upward in the Z-axis direction when forming the vicinity of the outer edge portions 16b and 16d of each recess 12, and when forming the vicinity of the center portion (center line C Y ) of each recess 12 Move downward in the direction.
  • a plurality of recesses 12 are formed on the workpiece 10A along the X-axis direction.
  • the rotary tool 30 cuts the workpiece 10 ⁇ / b> A while rotating a plurality of times with respect to one recess 12.
  • the rotary tool 30 moves from the X-axis plus direction to the minus direction (from the right direction to the left direction in FIG. 12), and rotates around the rotation axis A counterclockwise when viewed from above the Z-axis direction.
  • the first cutting surface 15 (15a) is formed by rotating the rotary tool 30 while moving along the X axis (t 1 in FIG. 12).
  • the second cutting surface 15 (15b) is formed by the next rotation of the rotary tool 30 while moving along the X axis (t 2 in FIG. 12).
  • a protruding ridge line 14 that is a region where the rotary tool 30 has not passed remains between the first cutting surface 15 (15a) and the second cutting surface 15 (15b).
  • the shape of the protruding ridge line 14 is exaggerated in the Z-axis direction.
  • the rotary tool 30 is repeatedly rotated a plurality of times while moving along the X axis, whereby a plurality of cutting surfaces 15 are sequentially formed, and the protruding ridge line 14 is formed between two adjacent cutting surfaces 15. Is formed. That is, when the rotary tool 30 rotates n times while forming one recess 12, n cutting surfaces 15 and n ⁇ 1 protruding ridge lines 14 are formed on the bottom surface 13 of the recess 12, respectively.
  • a plurality of recesses 12 are formed along the X-axis direction on the surface of the workpiece 10A, and a curved bottom surface 13 that is curved downward in the Z-axis direction is formed in each recess 12. Is done.
  • a plurality of protruding ridge lines 14 are formed on the bottom surface 13 of each recess 12. When the bottom surface 13 of the concave portion 12 is formed by the rotary tool 30, the plurality of protruding ridge lines 14 are formed integrally with the bottom surface 13 in the same process.
  • the rotary tool 30 After forming the plurality of recesses 12 along the X-axis direction in this way, the rotary tool 30 is shifted in the Y-axis direction. Subsequently, similarly to the above, the workpiece 10A is cut by periodically moving the rotary tool 30 up and down along the X axis in the Z axis direction. By repeating such an operation, a concave structure 10 (see FIGS. 1 to 7) having a plurality of concave portions 12 arranged in multiple rows and multiple stages along the X-axis direction and the Y-axis direction is obtained.
  • FIGS. 13 and 14 are perspective views schematically showing the movement of the rotary tool 30 when forming the recess 12.
  • FIGS. 13 and 14 show an example in which the rotary tool 30 rotates 5 times when forming one recess 12.
  • the rotary tool 30 moves from the X axis direction plus side toward the X axis direction minus side while rotating around the rotation axis A.
  • Reference numerals t 1 to t 5 indicate three-dimensionally the trajectories that the rotary tool 30 passes while performing the first rotation to the fifth rotation when forming one recess 12. is there.
  • the surface P indicates the surface of the workpiece 10A.
  • FIG. 14 between the solids t 1 to t 5 indicating the trajectory of the rotary tool 30, thin streak-shaped concave grooves G are formed.
  • the four concave grooves G correspond to the protruding ridgeline 14 described above.
  • a material resin made of a thermoplastic resin or a photocurable resin and the concave structure 10 described above are prepared.
  • the material resin may have a rectangular parallelepiped shape, for example, and may have a flat surface.
  • the plurality of concave portions 12 of the concave structure 10 are transferred to the material resin, thereby forming a plurality of convex portions (microlenses) 22 on the surface of the material resin.
  • imprinting is performed by pressing the concave structure 10 in a state where a material resin made of a thermoplastic resin is heated to the glass transition temperature or higher. Subsequently, these are cooled, and thereafter the material resin (microlens array 20) is released from the concave structure 10.
  • a material resin made of a thermoplastic resin is heated to the glass transition temperature or higher.
  • these are cooled, and thereafter the material resin (microlens array 20) is released from the concave structure 10.
  • the material resin made of a photocurable resin is irradiated with light (for example, ultraviolet rays) in a state in which the concave structure 10 is pressed, and then cured, and then the material resin (microlens array 20) is separated from the concave structure 10.
  • light for example, ultraviolet rays
  • microlens array 20 having a plurality of convex portions 22 arranged along the X-axis direction and the Y-axis direction is obtained (see FIGS. 8 and 9).
  • the method for producing the microlens array 20 is not limited to the above-described thermal nanoimprint method and optical nanoimprint method as long as resin molding is performed using the concave structure 10.
  • an injection molding method or an extrusion molding method may be used.
  • an operation of releasing the microlens array 20 from the concave structure 10 is performed (release process). At this time, if the releasability is insufficient, the shape of the convex portion (microlens) 22 may vary, or the product yield may be reduced.
  • a plurality of fine projecting ridge lines 14 projecting upward in the Z-axis direction are formed on the bottom surface 13 of each recess 12 of the recessed structure 10.
  • a plurality of fine protruding ridge lines 14 are formed on the bottom surface 13 of each recess 12 in this way, the surface energy of the bottom surface 13 of each recess 12 can be reduced, and the concave structure 10 and the microlens array 20 can be reduced. Interaction can be reduced (Wenzel effect).
  • the releasability between the microlens array 20 and the concave structure 10 can be improved, and problems such as variations in the shape of the convex portion (microlens) 22 and a decrease in product yield can be prevented. be able to.
  • the productivity of the microlens array 20 can be increased. Further, even if a release agent is applied to the concave structure 10, the amount of the release agent can be reduced, so that the manufacturing cost can be reduced and the environmental load can be reduced.
  • the projecting ridge lines 14 are also formed at the same time. Accordingly, there is no need to separately perform the step of forming the concave portion 12 of the concave structure 10 and the step of forming the protruding ridge line 14, and there is no possibility that the productivity of the concave structure 10 is reduced. Moreover, the concave structure 10 having the concave portion 12 having the protruding ridgeline 14 can be processed at a high cutting speed.
  • microlens array 20 when used for a transmission type screen, an additional process for providing only a diffusion effect does not occur, and a high-frequency fine pattern that provides a light diffusion effect when forming the lens shape (concave portion 12).
  • a groove (protruding ridge line 14) can be applied simultaneously. Thereby, it is possible to provide a microlens array type transmission screen having excellent illumination uniformity with fewer steps. Since the pitch and depth of the high-frequency fine groove (projecting ridge line 14) can be controlled according to the conditions when the concave structure 10 is cut, the combination with the base lens shape (concave 12) It is possible to provide an optimum light diffusion effect. Note that when the microlens array 20 is formed by shaping the resin using the concave structure 10 as a mold, it is desirable to use a molding method capable of transferring a fine structure such as UV shaping or compression injection molding. .
  • the concave structure 10 shown in FIGS. 1 to 7 was produced. Specifically, on the surface of a metal plate (made of BeCu) having a thickness of 6.35 mm, a length (Y-axis direction) of 25 mm, and a width (X-axis direction) of 50 mm, a machine cutting device (manufactured by FANUC, ROBONANO) is used. A number of recesses 12 were formed. In each recess 12, six projecting ridge lines 14 projecting upward are formed. The size of each recess 12 was 25 ⁇ m in the vertical direction (Y-axis direction) and 25 ⁇ m in the horizontal direction (X-axis direction).
  • microlens array 20 made of PMMA base material
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the concave structure 10 was brought into contact with the substrate and pressurized at 10 MPa.
  • the microlens array 20 was obtained by cooling to 40 degreeC, pressing the base material and then peeling the concave structure 10.
  • the microlens array 20 has a plurality of convex portions (microlenses) 22 having a shape in which the plurality of concave portions 12 of the concave structure 10 are inverted.
  • Three microlens arrays 20 (Examples 1 to 3) were manufactured from the same concave structure 10.
  • the curvature radius of the five concave portions 12 of the concave structure 10 corresponding to the five convex portions 22 was measured along the X-axis direction.
  • the curvature radius measured in this way was compared with a curvature radius that is a preset target value (design value).
  • Table 1 shows numerical values obtained by subtracting the target value from the measured value of the radius of curvature.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

　回転軸Ａ周りに回転する平板状の回転工具３０を準備する。次に、回転工具３０を被加工体１０Ａの表面に押し付けながら回転軸Ａ周りに回転させ、Ｘ軸に沿って移動させながらＺ軸方向に周期的に上下移動させることにより、被加工体１０Ａを切削する。これにより、被加工体１０Ａの表面に、Ｘ軸方向に沿って複数の凹部１２を形成するとともに、各凹部１２にそれぞれＺ軸方向下方に向けて湾曲する曲面状の底面１３を形成し、各凹部１２の底面１３に、Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともにＺ軸方向上方に突出する複数の突状稜線１４を形成する。

Description

凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法
　本発明は、凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法に関する。
　従来、光を集光、拡散、反射、回折等によって制御することが必要な分野、例えばディスプレイ、照明、医療、食料、光通信、コンピュータ等の分野において、マイクロレンズアレイが用いられている。このようなマイクロレンズアレイにおいては、その表面に、曲面形状をもつ複数の微細なマイクロレンズが配列されている。
　このようなマイクロレンズアレイを作製する場合、各マイクロレンズに対応する形状の複数の微細な凹部をもつ金型を作製し、この金型の形状を樹脂に転写することによって、樹脂の表面にマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイを作製することが行われている。
　金型を用いてマイクロレンズアレイを作製する際、賦形後のマイクロレンズアレイは金型から離型される。この離型工程において、マイクロレンズアレイを金型から離型しやすくするために、金型に離型剤を塗布することが行われている。しかしながら、金型に離型剤を塗布した場合でも、離型性が不十分であったり、マイクロレンズの形状にばらつきが生じたりするおそれがある。また、離型剤を塗布するための専用の工程が必要となるため、生産性低下の要因となっている。
　一方、非球面マイクロレンズアレイ用の金型を作成する方法として、引き切り切削による方法が知られている（特許文献１および２）。しかしながら、特許文献１および２の方法においては、金型からマイクロレンズアレイを離型する際の離型性については特に考慮されていない。また当該方法を用いた場合、複雑な曲面形状を十分高速な切削速度で加工する事は難しいと考えられる。
特開２０００－１９８００１号公報 特開２００３－１２１６１２号公報 特許第４９７７０２１号公報 特許第４２１８４０７号公報
　また、投影光学系において視野角を制御することが可能な高機能な透過型スクリーンとして、マイクロレンズアレイを使用する事が提案されている。しかしながら、基本的なレンズ構造のみを用いて投影した際の干渉縞を消去する事は難しい。例えば、微粒子を使用した光拡散を用いること（特許文献３）や、レンズ表面を別途粗面化処理して光拡散させることによる改善方法（特許文献４）が提案されているが、これらの場合、いずれも基本となるレンズ構造を作製した後に追加工程を実施することが必要となる。このため、工程を追加せずに、上述した干渉縞を低減することができることが望ましい。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、凹状構造体の離型性を高めることにより、成形品の歩留まり及び生産性を高めることが可能な、凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法を提供することにある。
　本発明の一実施の形態による凹状構造体の製造方法は、凹状構造体の製造方法であって、回転軸周りに回転する平板状の回転工具を準備する工程と、前記回転工具を被加工体の表面に押し付けながら前記回転軸周りに回転させ、Ｘ軸に沿って移動させながらＺ軸方向に周期的に上下移動させることにより、前記被加工体を切削する工程とを備え、前記被加工体の前記表面に、前記Ｘ軸方向に沿って複数の凹部を形成するとともに、各凹部にそれぞれＺ軸方向下方に向けて湾曲する曲面状の底面を形成し、各凹部の前記底面に、前記Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに前記Ｚ軸方向上方に突出する複数の突状稜線を形成することを特徴とするものである。
　本発明の一実施の形態による凹状構造体の製造方法において、前記被加工体を切削する際、前記回転工具を前記Ｚ軸に対して傾斜させてもよい。
　本発明の一実施の形態による凹状構造体の製造方法において、前記複数の凹部を形成する際、１つの前記凹部に対して前記回転工具がｎ回回転し、各凹部の前記底面には、それぞれｎ－１個の前記突状稜線が形成されてもよい。
　本発明の一実施の形態による凹状構造体の製造方法において、各凹部は、前記Ｘ軸方向に沿う一対の外縁部と前記Ｙ軸方向に沿う一対の外縁部とを有し、前記外縁部は、それぞれ前記Ｚ軸方向下方に向けて湾曲する略楕円弧形状をもってもよい。
　本発明の一実施の形態による凹状構造体の製造方法において、前記突状稜線の両端部を結ぶ直線は、平面から見て前記Ｙ軸に対して傾斜してもよい。
　本発明の一実施の形態によるマイクロレンズアレイの製造方法は、マイクロレンズアレイの製造方法であって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って配置された複数の凹部を有し、各凹部にそれぞれＺ軸方向下方に向けて湾曲する曲面状の底面が形成され、各凹部の前記底面に、前記Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに前記Ｚ軸方向上方に突出する複数の突状稜線が形成された、凹状構造体を準備する工程と、前記凹状構造体を用いて樹脂成形することにより、前記凹状構造体の前記複数の凹部に対応する複数の凸部を有する樹脂製のマイクロレンズアレイを作製する工程とを備えたことを特徴とするものである。
　本発明の一実施の形態による凹状構造体は、凹状構造体であって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って配置された複数の凹部を備え、各凹部にそれぞれＺ軸方向下方に向けて湾曲する曲面状の底面が形成され、各凹部の前記底面に、前記Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに前記Ｚ軸方向上方に突出する複数の突状稜線を形成したことを特徴とするものである。
　本発明の一実施の形態による凹状構造体において、各凹部は、前記Ｘ軸方向に沿う一対の外縁部と前記Ｙ軸方向に沿う一対の外縁部とを有し、前記外縁部は、それぞれ前記Ｚ軸方向下方に向けて湾曲する略楕円弧形状をもってもよい。
　本発明の一実施の形態による凹状構造体において、前記突状稜線の両端部を結ぶ直線は、平面から見て前記Ｙ軸に対して傾斜してもよい。
　本発明の一実施の形態によるマイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイであって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って配置された複数の凸部を備え、各凸部にＺ軸方向上方に向けて湾曲する曲面状の表面が形成され、各凸部の前記表面に、前記Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに前記Ｚ軸方向下方に凹む複数の凹状溝を形成したことを特徴とするものである。
　本発明によれば、凹状構造体の離型性を高めることにより、成形品の歩留まり及び生産性を高めることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る凹状構造体を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る凹状構造体の表面を示す拡大斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る凹状構造体の凹部を示す拡大斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る凹状構造体の凹部を示す概略平面図である。 図５は、凹部の形状を説明するための斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る凹状構造体の凹部を示す断面図である。 図７は、図６の部分拡大図（図６のVII部拡大図）である。 図８は、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの表面を示す拡大斜視図である。 図９は、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの凸部を示す拡大斜視図である。 図１０は、回転工具および被加工体を示す正面図である。 図１１は、回転工具を示す正面図である。 図１２は、回転工具を用いて被加工体を切削加工する状態を示す図である。 図１３は、回転工具を用いて凹部を形成する際の回転工具の動きを模式的に示した斜視図である。 図１４は、回転工具を用いて凹部を形成する際の回転工具の動きを模式的に示した斜視図（図１３のXIV方向矢視図）である。
　以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態について説明する。図面は例示であり、説明のために特徴部を誇張することがあり、実物とは異なる場合がある。また、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。
　（凹状構造体の構成）
　まず、本発明の一実施形態に係る凹状構造体の構成について説明する。図１乃至図７は、本発明の一実施形態に係る凹状構造体を示す図である。
　図１に示すように、本実施形態による凹状構造体１０は、例えば後述するマイクロレンズアレイ２０を作製するために用いられるものであり、例えば金型、樹脂型等の型であっても良い。
　このような凹状構造体１０は、例えば全体として略直方体形状を有しており、６つの面１１を有している。これら６つの面１１のうち１つの面１１（表面１１ａ）には、以下に説明するように、複数（多数）の凹部１２が形成されている。なお、複数の凹部１２は、表面１１ａの全体に形成されていても良く、図１に示すように表面１１ａの一部に形成されていても良い。凹状構造体１０の表面１１ａに形成される凹部１２の個数は限定されるものではないが、例えば１００個～１０００万個としても良い。また、凹状構造体１０の表面１１ａの一辺の長さは、例えば１０ｍｍ～１００ｍｍとしても良い。
　なお、本実施形態において、直交座標系のＸ軸およびＹ軸は、凹状構造体１０の表面１１ａの互いに直交する辺に対してそれぞれ平行に延びており、直交座標系のＺ軸は、鉛直方向（凹状構造体１０の厚み方向）に対して平行に延びている。
　次に、図２乃至図７を参照して凹状構造体１０の凹部１２の構成についてさらに説明する。
　図２および図３に示すように、凹状構造体１０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って、多列および多段に配置された複数の凹部１２を備えている。これら複数の凹部１２は、互いに同一の形状を有している。また、各凹部１２には、それぞれＺ軸方向下方（マイナス側）に向けて湾曲する曲面状の底面１３が形成されている。
　図３に示すように、各凹部１２は、凹状構造体１０の表面１１ａの法線方向から見た平面視において略矩形形状をもっており、４本の外縁部１６ａ～１６ｄを有している。平面から見た場合、４本の外縁部１６ａ～１６ｄのうち、一対の外縁部１６ａ、１６ｃはＸ軸方向に略平行であり、他の一対の外縁部１６ｂ、１６ｄはＹ軸方向に略平行となっている。なお、外縁部１６ｂ、１６ｄは、平面から見た場合、図４に示すように、実際にはＹ軸方向に対して若干傾斜して湾曲している。また、外縁部１６ａおよび１６ｂは頂点１７ａで互いに連結され、外縁部１６ｂおよび１６ｃは頂点１７ｂで互いに連結され、外縁部１６ｃおよび１６ｄは頂点１７ｃで互いに連結され、外縁部１６ｄおよび１６ａは頂点１７ｄで互いに連結されている。各頂点１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、それぞれＺ軸方向上方（プラス側）に向けて突出している。
　これら複数の凹部１２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って互いに接するように連続して形成されている。すなわち、各凹部１２の外縁部１６ａ～１６ｄおよび頂点１７ａ～１７ｄは、当該凹部１２に隣接する他の凹部１２の外縁部１６ａ～１６ｄおよび頂点１７ａ～１７ｄと共通している。
　また、外縁部１６ａ～１６ｄは、Ｚ軸方向下方（マイナス側）に向けて湾曲する略楕円弧形状をもっている。すなわち、図５に示すように、Ｘ軸方向に略平行な外縁部１６ａ、１６ｃは、それぞれ第１の楕円Ｅ１の一部を構成する略楕円弧形状をもっている。また、Ｙ軸方向に略平行な外縁部１６ｂ、１６ｄは、それぞれ第２の楕円Ｅ２の一部を構成する略楕円弧形状をもっている。この場合、第１の楕円Ｅ１と第２の楕円Ｅ２とは、互いに同一の形状であってもよく、異なる形状であっても良い。なお、本実施形態においては、第１の楕円Ｅ１と第２の楕円Ｅ２とは互いに異なる形状であり、第１の楕円Ｅ１の長軸および短軸は、それぞれ第２の楕円Ｅ２の長軸および短軸より長くなっている。なお、外縁部１６ａ～１６ｄは、略楕円弧形状に限らず、Ｚ軸方向下方（マイナス側）に向けて湾曲する真円弧形状であってもよい。
　なお、本明細書において「略楕円弧形状」とは、厳密な意味で楕円の一部を構成する楕円弧形状となる場合に限らず、楕円弧上に１つ又は複数の突状稜線１４（後述）が形成されている形状も含まれる。
　また、各凹部１２の底面１３を、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に平行ないずれかの位置で切断した場合、その断面はＺ軸方向下方（マイナス側）に向けて湾曲する形状を持っている。この場合、当該湾曲形状は、略楕円弧形状であっていても良い。例えば、図５に示すように、底面１３をＸ軸方向に平行な中心線ＣＸで切断した断面は、第３の楕円Ｅ３の一部を構成する略楕円弧形状をもっている。さらに、底面１３をＹ軸方向に平行な中心線ＣＹで切断した断面は、第４の楕円Ｅ４の一部を構成する略楕円弧形状をもっている。
　凹状構造体１０の表面１１ａの法線方向から見た平面視において各凹部１２の一辺の長さ（頂点１７ｄ、１７ａ間のＸ軸方向距離、あるいは頂点１７ａ、１７ｂ間のＹ軸方向距離をいう）は、例えば１０μｍ～１００μｍとしても良い。また、各凹部１２は、中心線ＣＸおよび中心線ＣＹの交点Ｏ（図５参照）に対応する箇所が最も深くなっており、各凹部１２の深さ（当該交点Ｏと頂点１７ａ～１７ｄとの間のＺ軸方向距離をいう）は、例えば１μｍ～１００μｍとしても良い。
　ところで、図３および図４に示すように、各凹部１２の底面１３には、それぞれ複数の微細な突状稜線１４が形成されている。各突状稜線１４の間には、後述する回転工具３０が回転することにより形成された切削面１５がそれぞれ設けられている。そして底面１３は、複数（ｎ個）の切削面１５と、複数（ｎ－１個）の突状稜線１４とによって構成されている。各底面１３に設けられる突状稜線１４の個数は、１個～２０個としても良い。なお、図３および図４においては、底面１３は、７個の切削面１５と、６個の突状稜線１４とによって構成されている。
　図４に示すように、凹状構造体１０の表面１１ａの法線方向から見た平面視において、突状稜線１４の両端部１４ａ、１４ｂを結ぶ直線Ｌは、Ｙ軸に対して傾斜している。この角度は、後述する切削加工時における、回転工具３０の移動速度や回転数に依存するが、例えば平面から見てＹ軸に対して０°～４５°の角度をもっていても良い。
　図６および図７は、凹部１２の断面を示している。このうち図６は、Ｘ軸方向に平行な中心線ＣＸ（図３および図５参照）に沿う凹部１２の垂直断面図であり、図７は、図６のVII部を部分的に拡大した図である。
　図６および図７に示すように、各突状稜線１４は、Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに、切削面１５からＺ軸方向上方（プラス側）に向けて突出している。この突状稜線１４は、後述するように回転工具３０によって切削面１５を削る際に削り残された部分である。また、図７に示すように、突状稜線１４の垂直断面は略山形状であり、突状稜線１４の高さＨは、例えば０．０５μｍ～０．５μｍとなっている。
　図６および図７において、曲線Ｔ１～Ｔ３は、それぞれ後述する回転工具３０が通過する経路を示している。図７に示すように、突状稜線１４は、この回転工具３０が通過する経路Ｔ１～Ｔ３の間に形成される。また、曲線Ｅ３は、突状稜線１４が形成されていないと仮定した場合の楕円弧状の底面１３を示しており、実質的に上述した第３の楕円Ｅ３（図５参照）に対応している。ここで、上述した突状稜線１４の高さＨとは、第３の楕円Ｅ３の接線に対して垂直な直線ＶＬに沿って測定した、突状稜線１４と第３の楕円Ｅ３との距離をいう。
　このような凹状構造体１０の材料は問わないが、例えば、鋼、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル等を含む金属、あるいは樹脂を用いることができる。
　（マイクロレンズアレイの構成）
　次に本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの構成について説明する。図８および図９は、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイを示す図である。
　本実施形態によるマイクロレンズアレイ２０は、上述した凹状構造体１０を用いて作製されたものである。このようなマイクロレンズアレイ２０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って配置され、それぞれ平面視略矩形形状をもつ複数の凸部（マイクロレンズ）２２を備えている。
　各凸部２２は、４つの外縁部２６ａ～２６ｄを有している。各外縁部２６ａ～２６ｄは、それぞれＺ軸方向上方（プラス側）に向けて湾曲する略楕円弧形状をもっている。また、外縁部２６ａおよび２６ｂは谷部２７ａで互いに連結され、外縁部２６ｂおよび２６ｃは谷部２７ｂで互いに連結され、外縁部２６ｃおよび２６ｄは谷部２７ｃで互いに連結され、外縁部２６ｄおよび２６ａは谷部２７ｄで互いに連結されている。各谷部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄは、Ｚ軸方向下方（マイナス側）に向けて陥没している。
　さらに、各凸部２２にはＺ軸方向上方（プラス側）に向けて湾曲する曲面状の表面２３が形成されている。この表面２３は、例えばＺ軸方向下方（マイナス側）から入射した光を、集光、拡散、反射および／または回折させる役割を果たす。
　各凸部２２の表面２３には、Ｚ軸方向下方（マイナス側）に凹む複数の凹状溝２４が形成されている。各凹状溝２４は、Ｘ軸方向に交わる方向に延びており、平面から見てＹ軸に対して０°～３０°の角度で傾斜している。
　このようなマイクロレンズアレイ２０の材料は問わないが、例えば、ポリメタクリル酸メチル、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネイト、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヒドロキシヒドロメタアクリレート、ポリビニルピロリドン等の合成樹脂材料を挙げることができる。
　なお、図８および図９に示すマイクロレンズアレイ２０は、上述した凹状構造体１０を用いて作製されたものであり、マイクロレンズアレイ２０の表面形状は、凹状構造体１０の表面形状をそのまま転写した形状となっている。すなわち、マイクロレンズアレイ２０の凸部２２、表面２３、凹状溝２４、外縁部２６ａ～２６ｄ、および谷部２７ａ～２７ｄは、それぞれ上述した凹状構造体１０の凹部１２、底面１３、突状稜線１４、外縁部１６ａ～１６ｄ、および谷部２７ａ～２７ｄを転写した形状となっているので、ここでは詳細な説明は省略する。
　このようなマイクロレンズアレイ２０は、上述したように、光を集光、拡散、反射、回折等によって制御することが必要な分野、例えばディスプレイ、照明、医療、食料、光通信、コンピュータ等の分野に好適に用いられる。とりわけ、マイクロレンズアレイ２０は、透過型スクリーンに用いられても良い。
　（凹状構造体の製造方法）
　次に、図１乃至図７に示す凹状構造体１０を製造する方法について、図１０乃至図１２を用いて説明する。
　まず、図１０に示すように、凹状構造体１０を作製するための直方体状の被加工体１０Ａを準備する。
　また、被加工体１０Ａを加工するための平板状の回転工具３０を準備する。この回転工具３０は、回転軸Ａ周りに回転するものであり、扇形状又は四分の一円状の刃先部３１を有している。また、刃先部３１は、回転軸Ａに沿って延びる垂直縁３２と、垂直縁３２に直交する水平縁３３と、垂直縁３２と水平縁３３との間に延びる曲線縁３４とを有している。
　次に、回転工具３０を図示しない精密切削加工機に取り付け、この回転工具３０を回転軸Ａの周りに回転させる。
　なお、刃先部３１の垂直縁３２は、実際は回転軸Ａに対して曲線縁３４の反対側に数μｍ程度飛び出している（図１１参照）。このような飛び出し（オーバーハング）があると、その部分が回転しながら被加工体１０Ａに当たった際に加工不良を生じるおそれがある。このような加工不良を防止するため、切削加工時に、回転工具３０をＺ軸に対して例えば１０°～４５°程度傾斜させることが好ましい（図１０および図１２参照）。
　続いて、回転工具３０を被加工体１０Ａの表面に押し付けながら、Ｘ軸に沿って等速で移動させ、被加工体１０Ａを切削加工する。この間、回転工具３０は、Ｚ軸方向に沿って周期的に上下移動する。すなわち、回転工具３０は、各凹部１２の外縁部１６ｂ、１６ｄ近傍を形成する際、Ｚ軸方向上方に移動し、各凹部１２の中央部（中心線ＣＹ）近傍を形成する際、Ｚ軸方向下方に移動する。これにより、被加工体１０Ａ上にＸ軸方向に沿って複数の凹部１２が形成される。
　この際、図１２に示すように、回転工具３０は、１つの凹部１２に対して複数回回転しながら、被加工体１０Ａを切削する。この場合、回転工具３０は、Ｘ軸プラス方向からマイナス方向（図１２の右方向から左方向）に移動し、かつ回転軸Ａの周りにＺ軸方向上方から見て反時計回りに回転する。
　すなわち、回転工具３０がＸ軸に沿って移動しながら一回転することにより（図１２のｔ１）、第１の切削面１５（１５ａ）が形成される。続いて、回転工具３０がＸ軸に沿って移動しながら次に一回転することにより（図１２のｔ２）、第２の切削面１５（１５ｂ）が形成される。一方、第１の切削面１５（１５ａ）と第２の切削面１５（１５ｂ）との間には、回転工具３０が通過しなかった領域である突状稜線１４が残存する。なお、図１２において、突状稜線１４の形状はＺ軸方向に誇張して描いている。
　このように、回転工具３０がＸ軸に沿って移動しながら複数回繰り返し回転することにより、複数の切削面１５が順次形成され、互いに隣接する２つの切削面１５の間には突状稜線１４が形成される。すなわち１つの凹部１２を形成する間、回転工具３０がｎ回回転すると、凹部１２の底面１３には、それぞれｎ個の切削面１５とｎ－１個の突状稜線１４とが形成される。
　また、回転工具３０が回転しながらＸ軸方向に移動するため、突状稜線１４の両端部１４ａ、１４ｂを結ぶ直線Ｌは、平面から見てＹ軸に対して傾斜する（図４参照）。
　このように、被加工体１０Ａの表面には、Ｘ軸方向に沿って複数の凹部１２が形成されるとともに、各凹部１２にそれぞれＺ軸方向下方に向けて湾曲する曲面状の底面１３が形成される。また、各凹部１２の底面１３には、複数の突状稜線１４が形成される。これら複数の突状稜線１４は、回転工具３０によって凹部１２の底面１３が形成される際に、当該底面１３と一体となって同一工程で形成される。
　このようにしてＸ軸方向に沿って複数の凹部１２を形成した後、回転工具３０をＹ軸方向にずらす。続いて、上記と同様にして、回転工具３０をＸ軸に沿って移動させながらＺ軸方向に周期的に上下移動させることにより、被加工体１０Ａを切削する。このような作業を繰り返すことにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って多列および多段に配置された複数の凹部１２を有する凹状構造体１０（図１乃至図７参照）が得られる。
　なお、図１３および図１４は、凹部１２を形成する際の回転工具３０の動きを模式的に示した斜視図である。図１３および図１４において、回転工具３０が１つの凹部１２を形成する際に５回転する場合を例にとって示している。この場合、回転工具３０は、回転軸Ａの周りに回転しながら、Ｘ軸方向プラス側からＸ軸方向マイナス側に向けて移動する。
　また、符号ｔ１～ｔ５は、１つの凹部１２を形成する際、回転工具３０が第１回目の回転から第５回目の回転を行う間に通過する軌跡をそれぞれ立体的に示したものである。さらに面Ｐは、被加工体１０Ａの表面を示している。図１４に示すように、回転工具３０の軌跡を示す立体ｔ１～ｔ５の間には、それぞれ薄い筋状の凹溝Ｇが形成されている。この４本の凹溝Ｇが、上述した突状稜線１４に対応している。
　（マイクロレンズアレイの製造方法）
　次に、図８および図９に示すに示すマイクロレンズアレイ２０を製造する方法について説明する。
　まず、熱可塑性樹脂又は光硬化性樹脂からなる材料樹脂と、上述した凹状構造体１０とを準備する。このうち材料樹脂は、例えば直方体形状をもち、平坦な表面を有していても良い。次に、凹状構造体１０の複数の凹部１２を材料樹脂に転写することにより、材料樹脂の表面に複数の凸部（マイクロレンズ）２２を形成する。
　この場合、熱可塑性樹脂からなる材料樹脂をガラス転移温度以上に加熱した状態で、凹状構造体１０を押圧することによりインプリントする。続いて、これらを冷却し、その後材料樹脂（マイクロレンズアレイ２０）を凹状構造体１０から離型する。このようにして、凹状構造体１０の複数の凹部１２を材料樹脂に転写することにより、材料樹脂に複数の凸部２２を形成しても良い（熱ナノインプリント法）。
　あるいは、光硬化性樹脂からなる材料樹脂に凹状構造体１０を押圧した状態で光（例えば紫外線）を照射して光硬化させた後、材料樹脂（マイクロレンズアレイ２０）を凹状構造体１０から離型する。このようにして、凹状構造体１０の複数の凹部１２を材料樹脂に転写することにより、材料樹脂に複数の凸部２２を形成しても良い（光ナノインプリント法）。
　このようにして、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って配置された複数の凸部２２を備えたマイクロレンズアレイ２０が得られる（図８および図９参照）。
　なお、マイクロレンズアレイ２０を作製する方法としては、凹状構造体１０を用いて樹脂成形するものであれば、上述した熱ナノインプリント法および光ナノインプリント法に限られるものではない。例えば、射出形成法や押出成形法を用いても良い。
　（本実施の形態の作用）
　次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
　上述したように、マイクロレンズアレイ２０を作製する工程において、マイクロレンズアレイ２０を凹状構造体１０から離型する作業が行われる（離型工程）。この際、離型性が不十分であると、凸部（マイクロレンズ）２２の形状にばらつきが生じたり、製品の歩留まりが低下したりするおそれがある。
　これに対して本実施の形態においては、凹状構造体１０の各凹部１２の底面１３に、Ｚ軸方向上方に突出する複数の微細な突状稜線１４を形成している。このように各凹部１２の底面１３に複数の微細な突状稜線１４を形成したことにより、各凹部１２の底面１３の表面エネルギーを低下させることができ、凹状構造体１０とマイクロレンズアレイ２０との相互作用を小さくすることができる（Wenzel効果）。この結果、マイクロレンズアレイ２０と凹状構造体１０との離型性を高めることができ、凸部（マイクロレンズ）２２の形状にばらつきが生じたり、製品の歩留まりが低下したりする不具合を防止することができる。
　また本実施の形態によれば、離型剤を塗布するための専用の工程が必要でないため、マイクロレンズアレイ２０の生産性を高めることができる。さらに、仮に凹状構造体１０に離型剤を塗布する場合であっても、離型剤の量を減らすことができるので、製造コストを低下させ、かつ環境負荷を低減させることができる。
　さらに本実施の形態によれば、凹状構造体１０に複数の凹部１２を形成するために切削加工を行う際、同時に突状稜線１４も形成される。これにより、凹状構造体１０の凹部１２を形成する工程と突状稜線１４を形成する工程とを別途に行う必要が無く、凹状構造体１０の生産性が低下するおそれがない。また、突状稜線１４を有する凹部１２をもつ凹状構造体１０を速い切削速度で加工することができる。
　また、マイクロレンズアレイ２０が透過型スクリーンに用いられる場合、拡散効果だけを付与する為の追加工程が発生する事無く、レンズ形状（凹部１２）を形成する際に、光拡散効果をもたらす高周波微細溝（突状稜線１４）を同時に付与する事ができる。これにより、より少ない工程で、照明均一性に優れるマイクロレンズアレイ型の透過型スクリーンを提供することができる。高周波微細溝（突状稜線１４）は、凹状構造体１０を切削加工する時の条件により、そのピッチや深さを制御する事が出来る為、ベースとなるレンズ形状（凹部１２）との組み合わせによって最適な光拡散効果を付与する事が可能である。なお、凹状構造体１０を金型として用いて、樹脂を賦形することによりマイクロレンズアレイ２０を作製する場合、ＵＶ賦形や圧縮射出成形等の微細構造転写が可能な成形方法による事が望ましい。
　本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
　（１）凹状構造体１０の作製
　図１乃至図７に記載の凹状構造体１０を作製した。具体的には、厚み６．３５ｍｍ、縦（Ｙ軸方向）２５ｍｍ、横（Ｘ軸方向）５０ｍｍの金属板（ＢｅＣｕ製）の表面に、機械切削装置（ＦＡＮＵＣ社製、ＲＯＢＯＮＡＮＯ）を使って、多数の凹部１２を形成した。
　各凹部１２には、それぞれ上方に突出する６本の突状稜線１４が形成された。なお、各凹部１２の大きさは、縦（Ｙ軸方向）２５μｍ、横（Ｘ軸方向）２５μｍとした。
　（２）ＰＭＭＡ基材からなるマイクロレンズアレイ２０の作製
　厚さ２ｍｍのシート状のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）基材（三菱レイヨン社製、商品名アクリライト）を準備し、当該基材を１５０℃で加熱して軟化させた後、当該基材に前記凹状構造体１０を接触させて１０ＭＰａで加圧した。その後、基材を加圧したまま４０℃に冷却し、次いで凹状構造体１０を剥離することにより、マイクロレンズアレイ２０を得た。このマイクロレンズアレイ２０は、凹状構造体１０の複数の凹部１２が反転した形状をもつ、複数の凸部（マイクロレンズ）２２を有している。なお、同一の凹状構造体１０から３枚のマイクロレンズアレイ２０（実施例１～実施例３）を作製した。
　（評価）
　このようにして得られたマイクロレンズアレイ２０（実施例１～実施例３）の多数の凸部（マイクロレンズ）２２から、５つの凸部２２を選択した。具体的には、マイクロレンズアレイ２０の左上、右上、中央、左下および右下にそれぞれ位置する５つの凸部２２を選択した。なお、５つの凸部２２は、３枚のマイクロレンズアレイ２０のそれぞれについて同一の箇所となるようにした。次に、３枚のマイクロレンズアレイ２０（実施例１～実施例３）について、５つの凸部２２それぞれの中央において、Ｘ軸方向に沿ってその曲率半径を測定した。同様に、上記５つの凸部２２に対応する、凹状構造体１０の５つの凹部１２について、Ｘ軸方向に沿ってその曲率半径を測定した。このようにして測定された曲率半径を、予め設定した狙い値（設計値）である曲率半径と比較した。表１には、曲率半径の測定値から狙い値を減じた数値が示されている。
　この結果、凸部２２の曲率半径のばらつきは小さく抑えられていた。これは、マイクロレンズアレイ２０を凹状構造体１０から離型する際の離型性が良好であったことを反映しているものと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

Claims (10)

  1. 　凹状構造体の製造方法であって、
    　回転軸周りに回転する平板状の回転工具を準備する工程と、
    　前記回転工具を被加工体の表面に押し付けながら前記回転軸周りに回転させ、Ｘ軸に沿って移動させながらＺ軸方向に周期的に上下移動させることにより、前記被加工体を切削する工程とを備え、
    　前記被加工体の前記表面に、前記Ｘ軸方向に沿って複数の凹部を形成するとともに、各凹部にそれぞれＺ軸方向下方に向けて湾曲する曲面状の底面を形成し、各凹部の前記底面に、前記Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに前記Ｚ軸方向上方に突出する複数の突状稜線を形成することを特徴とする凹状構造体の製造方法。
  2. 　前記被加工体を切削する際、前記回転工具を前記Ｚ軸に対して傾斜させることを特徴とする請求項１記載の凹状構造体の製造方法。
  3. 　前記複数の凹部を形成する際、１つの前記凹部に対して前記回転工具がｎ回回転し、各凹部の前記底面には、それぞれｎ－１個の前記突状稜線が形成されることを特徴とする請求項１記載の凹状構造体の製造方法。
  4. 　各凹部は、前記Ｘ軸方向に沿う一対の外縁部と前記Ｙ軸方向に沿う一対の外縁部とを有し、前記外縁部は、それぞれ前記Ｚ軸方向下方に向けて湾曲する略楕円弧形状をもつことを特徴とする請求項１記載の凹状構造体の製造方法。
  5. 　前記突状稜線の両端部を結ぶ直線は、平面から見て前記Ｙ軸に対して傾斜することを特徴とする請求項１記載の凹状構造体の製造方法。
  6. 　マイクロレンズアレイの製造方法であって、
    　Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って配置された複数の凹部を有し、各凹部にそれぞれＺ軸方向下方に向けて湾曲する曲面状の底面が形成され、各凹部の前記底面に、前記Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに前記Ｚ軸方向上方に突出する複数の突状稜線が形成された、凹状構造体を準備する工程と、
    　前記凹状構造体を用いて樹脂成形することにより、前記凹状構造体の前記複数の凹部に対応する複数の凸部を有する樹脂製のマイクロレンズアレイを作製する工程とを備えたことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
  7. 　凹状構造体であって、
    　Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って配置された複数の凹部を備え、
    　各凹部にそれぞれＺ軸方向下方に向けて湾曲する曲面状の底面が形成され、
    　各凹部の前記底面に、前記Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに前記Ｚ軸方向上方に突出する複数の突状稜線を形成したことを特徴とする凹状構造体。
  8. 　各凹部は、前記Ｘ軸方向に沿う一対の外縁部と前記Ｙ軸方向に沿う一対の外縁部とを有し、前記外縁部は、それぞれ前記Ｚ軸方向下方に向けて湾曲する略楕円弧形状をもつことを特徴とする請求項７記載の凹状構造体。
  9. 　前記突状稜線の両端部を結ぶ直線は、平面から見て前記Ｙ軸に対して傾斜することを特徴とする請求項７記載の凹状構造体。
  10. 　マイクロレンズアレイであって、
    　Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って配置された複数の凸部を備え、
    　各凸部にＺ軸方向上方に向けて湾曲する曲面状の表面が形成され、
    　各凸部の前記表面に、前記Ｘ軸方向に交わる方向に延びるとともに前記Ｚ軸方向下方に凹む複数の凹状溝を形成したことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
PCT/JP2014/077962 2013-11-11 2014-10-21 凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法 WO2015068566A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-232851 2013-11-11
JP2013232851A JP2017032596A (ja) 2013-11-11 2013-11-11 凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015068566A1 true WO2015068566A1 (ja) 2015-05-14

Family

ID=53041349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/077962 WO2015068566A1 (ja) 2013-11-11 2014-10-21 凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2017032596A (ja)
WO (1) WO2015068566A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019038881A1 (ja) * 2017-08-24 2019-02-28 ナルックス株式会社 エンドミルによる金型の加工方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08503171A (ja) * 1992-10-28 1996-04-09 ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー マイクロレンズアレイ及び型の製造方法、及び該製造方法によって製造される物品
JPH09327860A (ja) * 1996-06-07 1997-12-22 Nikon Corp マイクロレンズアレイの製造方法および圧子押圧装置
JP2002096300A (ja) * 2000-09-19 2002-04-02 Ricoh Co Ltd マイクロレンズアレイ金型加工方法及びマイクロレンズアレイ金型
JP2003121612A (ja) * 2001-08-07 2003-04-23 Hitachi Ltd マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイの転写原型の製造方法、および転写原型を用いた凹凸型、転写用積層体、拡散反射板、液晶表示装置
JP5156990B1 (ja) * 2011-11-22 2013-03-06 ナルックス株式会社 金型加工方法
JP2013148886A (ja) * 2011-12-22 2013-08-01 Canon Inc マイクロレンズアレイを有する拡散板の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08503171A (ja) * 1992-10-28 1996-04-09 ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー マイクロレンズアレイ及び型の製造方法、及び該製造方法によって製造される物品
JPH09327860A (ja) * 1996-06-07 1997-12-22 Nikon Corp マイクロレンズアレイの製造方法および圧子押圧装置
JP2002096300A (ja) * 2000-09-19 2002-04-02 Ricoh Co Ltd マイクロレンズアレイ金型加工方法及びマイクロレンズアレイ金型
JP2003121612A (ja) * 2001-08-07 2003-04-23 Hitachi Ltd マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイの転写原型の製造方法、および転写原型を用いた凹凸型、転写用積層体、拡散反射板、液晶表示装置
JP5156990B1 (ja) * 2011-11-22 2013-03-06 ナルックス株式会社 金型加工方法
JP2013148886A (ja) * 2011-12-22 2013-08-01 Canon Inc マイクロレンズアレイを有する拡散板の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019038881A1 (ja) * 2017-08-24 2019-02-28 ナルックス株式会社 エンドミルによる金型の加工方法
JPWO2019038881A1 (ja) * 2017-08-24 2020-08-20 ナルックス株式会社 エンドミルによる金型の加工方法
US11697164B2 (en) 2017-08-24 2023-07-11 Nalux Co., Ltd. Mold machining method using end mill

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017032596A (ja) 2017-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120170316A1 (en) Light guide panel and fabricating method thereof
CN109997068B (zh) 立体像成像装置的制造方法以及立体像成像装置
TWI607974B (zh) Glass shaped body manufacturing method and forming die
JP2017068216A (ja) 拡散板、表示装置、投影装置及び照明装置
CN111065487B (zh) 制造具有多边形光阑的回射器棱镜的方法及其装置
US20180050508A1 (en) Methods for forming partial retroreflector tooling and sheeting and devices
CN101456667B (zh) 棱镜片的制造方法
WO2018123465A1 (ja) 反射型拡散板、表示装置、投影装置及び照明装置
JP5691520B2 (ja) 光学素子形成用の金型、光学素子形成用の金型の製造方法、ウエハレンズの製造方法及びウエハレンズ
JP2016080937A (ja) 再帰性反射体製造用の金型及びこの金型を用いた再帰性反射体の製造方法
WO2015068566A1 (ja) 凹状構造体およびその製造方法、ならびにマイクロレンズアレイおよびその製造方法
JP5755478B2 (ja) 反射型スクリーン
JP2011051089A5 (ja) 研磨工具、光学素子の製造方法及び光学素子成形用金型の製造方法
JP6357361B2 (ja) 再帰性反射体及びこれを利用した立体像表示装置
JP2018097065A (ja) 立体像結像装置の製造方法及び立体像結像装置
CN109283780B (zh) 光学透镜、光学系统及制作光学透镜的方法
KR102387821B1 (ko) 입체상 결상 장치의 제조 방법 및 입체상 결상 장치
JP4934080B2 (ja) 光制御体及び該光制御体の製造方法
CN212933023U (zh) 微型微透镜阵列匀光结构、tof镜头及设备
JP2001004814A (ja) プリズムシート、その成形型及びその成形型の製造方法
JP2016057346A (ja) 再帰性反射体及びその製造方法
CN212623162U (zh) 匀光片和tof模组
JP2008310160A5 (ja)
Park et al. Design and fabrication of a light emitting diode-based diffuser sheet-less light guide plate for lighting applications
TWI726083B (zh) 光學元件、周期構造體、光學元件的製造方法及周期構造體的製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14860207

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14860207

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP