(57)【要約】【課題】ガラス基板と、当該ガラス基板上に直接成形される、複数の凹凸を有する樹脂製のレンズ層とを備えるレンズシートの生産方法を提供する。【解決手段】レンズ層を成形する、可撓性の雌型を製作する雌型制作工程と、雌型とガラス基板との間にレンズ層用の樹脂を充填する充填工程と、レンズ層用の樹脂を硬化させる硬化工程と、雌型とガラス基板とを離間させる方向に雌型の一端を撓ませて、引き続き雌型の他端まで雌型を撓ませることによって、雌型とレンズとを剥離する剥離工程とを備える。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板と、当該ガラス基板上に直接成形される、複数の凹凸を有する樹脂製のレンズ層とを備えるレンズシートの生産方法であって、
前記レンズ層を成形する、可撓性の雌型を製作する雌型制作工程と、
前記雌型と前記ガラス基板との間に前記レンズ層用の樹脂を充填する充填工程と、
前記レンズ層用の樹脂を硬化させる硬化工程と、
前記雌型と前記ガラス基板とを離間させる方向に前記雌型の一端を撓ませて、引き続き前記雌型の他端まで前記雌型を撓ませることによって、前記雌型と前記レンズとを剥離する剥離工程と
を備えるレンズシートの生産方法。
【請求項２】
前記雌型はビス（２−）オキサゾリン又はフェノキシ樹脂を主成分として形成されている、請求項１に記載のレンズシートの生産方法。
【請求項３】
前記充填工程に先立ち、前記ガラス基板における前記レンズ層が形成される面に、シランカップリング剤をコーティングする基板処理工程を更に備える、請求項１に記載のレンズシートの生産方法。
【請求項４】
前記充填工程は、周囲を減圧した状態で行われる、請求項１に記載のレンズシートの生産方法。
【請求項５】
前記可撓性の雌型として、前記剥離工程における撓みを受けた後に、前記充填工程における形状に復元する形状復元性を有する雌型を用いる、請求項１に記載のレンズシートの生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一面に複数の凹凸を有するレンズシートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレネルレンズ及びフライアイレンズ等のレンズシートは、シート全体の剛性が不足していると、たわみによる他の部材との局所的な接触が生じて、レンズ面に傷又は破損が生じる。そこで、シート全体の剛性を向上するために、シートの基材にガラス基板を用いる提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平４−２４２７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術を用いてガラス基板に直接レンズを成形する場合、離型時にガラス基板がほとんど撓まない。従って、離型時におけるレンズと型との吸着力が樹脂基板を用いる場合よりも大幅に増大し、離型時にガラス基板の破損などの不具合を生じるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、ガラス基板と、当該ガラス基板上に直接成形される、複数の凹凸を有する樹脂製のレンズ層とを備えるレンズシートの生産方法であって、レンズ層を成形する、可撓性の雌型を製作する雌型制作工程と、雌型とガラス基板との間にレンズ層用の樹脂を充填する充填工程と、レンズ層用の樹脂を硬化させる硬化工程と、雌型とガラス基板とを離間させる方向に雌型の一端を撓ませて、引き続き雌型の他端まで雌型を撓ませることによって、雌型とレンズとを剥離する剥離工程とを備えるレンズシートの生産方法が提供される。これにより、雌型とレンズ層との剥離に要する力を大幅に低減することができる。従ってガラス基板を有する大型のレンズシートを容易に生産することができる。
【０００５】
上記の生産方法において、雌型はビス（２−）オキサゾリン又はフェノキシ樹脂を主成分として形成されていてもよい。これにより、雌型の耐久性が確保され、雌型を繰り返し使用することができる。
【０００６】
上記の生産方法は、充填工程に先立ち、ガラス基板におけるレンズ層が形成される面に、シランカップリング剤をコーティングする基板処理工程を更に備えてもよい。これにより、ガラス基板とレンズ層との密着強度を向上することができる。
【０００７】
上記の生産方法において、充填工程は、周囲を減圧した状態で行われてもよい。これにより、雌型の隅々にレンズ層用の樹脂を充填することができる。
【０００８】
上記の生産方法は、可撓性の雌型として、剥離工程における撓みを受けた後に、充填工程における形状に復元する形状復元性を有する雌型を用いてもよい。これにより、雌型でレンズ層を繰り返し成形することができるので、生産コストを低減することができる。
【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、レンズシートの一実施形態であるリアプロジェクション・ディスプレイ８００の構成を示す。リアプロジェクション・ディスプレイ８００は、光学エンジン７００と、鏡６００と、スクリーン５００とを備える。光学エンジン７００から出力された光学像は鏡６００で反射され、スクリーン５００に入射する。スクリーン５００は、入射した光学像を拡散させて観察者側に出射することにより、適切な観察領域を実現する。
【００１２】
図２は、図１のスクリーン５００におけるＡ部の詳細な構成を示す。スクリーン５００は、フレネルレンズ２００、レンチキュラレンズ１００、及び前面板３００を互いに平行に近接あるいは密接して備える。フレネルレンズ２００は、複数のプリズム２０を有し、光学エンジン７００から出射された光の進行方向をプリズム２０によってスクリーン５００とほぼ垂直な方向にそろえる。レンチキュラレンズ１００は、複数のカマボコ状の単レンズ１０を有し、入射した光を単レンズ１０で拡散して出射する。前面板３００は、フライアイレンズ１００を保護すると共に、表面に施されたアンチグレア（ＡＧ）処理又は反射防止（ＡＲ）処理により外光の反射を低減する。プリズム２０及び単レンズ１０は、レンズ層における複数の凹凸の一例である。レンチキュラレンズ１００は、フライアイレンズであってもよい。
【００１３】
レンチキュラレンズ１００及びフレネルレンズ２００は、本発明におけるレンズシートの一例である。プリズム２０及び単レンズ１０は、レンズ層における複数の凹凸の一例である。レンズシートは、複数のドーム状の単レンズを備えるフライアイレンズシートであってもよい。この場合、複数のドーム状の単レンズは、本発明のレンズ層における複数の凹凸の一例である。以下、フレネルレンズ２００を本発明のレンズシートの例として、本実施形態を説明する。
【００１４】
保持部材４００は、プリズム２０と単レンズ１０とを対向させた状態でフレネルレンズ２００、レンチキュラレンズ１００、及び前面板３００の縁端部を保持する。保持部材４００は、例えば、スクリーン５００の周縁部における上下左右４カ所に設けられる。保持部材４００は、例えばバネ性を有する金属又は樹脂で形成される。
【００１５】
図３は、フレネルレンズ２００の平面図を示す。図４は、フレネルレンズ２００の断面図を示す。フレネルレンズ２００は、プリズム２０が同心円状に隙間無く配列されている。また、フレネルレンズ２００の外形はスクリーン５００の用途に応じた縦横比で形成される。例えば、リアプロジェクション・ディスプレイ８００の用途で用いられる場合、図３の横方向と縦方向の比率は、約１６：９である。横方向と縦方向の比率の他の例は、約４：３である。また、フレネルレンズ２００を構成するプリズム２０の高さは、図４に示すように外側に行くほど高く形成される。
【００１６】
図５は、フレネルレンズ２００の構成の例を示す断面図である。フレネルレンズ２００は、ガラス基板２４、及びレンズ層２６を備える。本実施例のレンズ層２６は、紫外線硬化性の透明なウレタンアクリレート樹脂（２Ｐ樹脂）である。ガラス基板２４は透明な板ガラスである。ガラス基板２４は、フレネルレンズ２００に要求される強度を確保する厚さで形成されている。例えば、フレネルレンズ２００は面積が大きいほど、ガラス基板２４の厚さは厚くなる。レンズ層２６は、ガラス基板２４の片面においてガラス基板２４と一体に成形されている。
【００１７】
図６から図１１は、フレネルレンズ２００の生産方法の実施例を示す。本実施例におけるフレネルレンズ２００の生産方法は、可撓性の雌型３０を製作する雌型製作工程と、雌型３０及びガラス基板２４の間にレンズ用樹脂２１を充填する充填工程と、レンズ用樹脂２１を硬化させる硬化工程と、雌型３０を剥離する剥離工程とを含む。
【００１８】
図６及び図７は、本実施例の雌型製作工程を示す。まず、フレネルレンズ２００のレンズ面と同様の凹凸形状を有する雄型７０を準備し、当該雄型７０にディスペンサ４０を用いて未硬化の型用樹脂２３を流し込む。雄型７０は、例えばシリコンゴムで形成される。なお、雄型７０は、公知の方法、例えば切削加工及びレーザ加工などの工法で作製されるマスタ型（例えば金型など）へシリコンゴムをキャスティングすることによって作製する事ができる。雄型７０は、フレネルレンズ２００の凹凸形状の周囲に、当該凹凸形状よりも高い堰き止め部７４を有している。雄型７０は更に、フレネルレンズ２００の凹凸よりも高く、堰き止め部７４よりも低い流れ止め形成突起７２を有する。この工程において、未硬化の型用樹脂２３は、堰き止め部７４の内側におけるフレネルレンズ２００のレンズ面の凹凸の隅々に充填される。
【００１９】
型用樹脂２３は、ビス（２−）オキサゾリン又はフェノキシ樹脂を主成分とする材料で構成される。未硬化の型用樹脂２３を雄型７０に充填する場合、空気の抱き込みを防ぐ為に減圧された真空槽の内部で行うことが望ましい。また、雄型７０に充填された型用樹脂２３の上面を雄型７０の基準平面、例えば図６に示す雄型７０の下面と平行にするために、雄型７０に充填された未硬化状態の型用樹脂２３の上面を雄型７０の基準平面と平行なプレートで加圧してもよい。
【００２０】
次に、型用樹脂２３を雄型７０に充填された状態で硬化させる。型用樹脂２３は、雄型７０内で硬化することにより雌型３０になる。雌型３０は、硬化した状態でも可撓性を有する。従って、図７に示すように、雌型３０を雄型７０から剥離させる方向に雌型３０の一端を撓ませて、引き続き他端まで雌型３０を撓ませることによって、雌型３０を雄型７０から剥離する。
【００２１】
以下、型用樹脂２３としてビス（２−）オキサゾリンを主成分とする場合と、フェノキシ樹脂を主成分とする場合のそれぞれの雌型製作工程の一実施例を説明する。まず型用樹脂２３としてビス（２−）オキサゾリンを主成分とする場合の材料配合は、以下の通りである。
ａ）２，２'−（１，３−フェニレン）ビス（２−）オキサゾリン：２９１．６重量部
ｂ）ジアミン（２〜３量体）：１９８重量部
ｃ）ジカルボン酸：５６．４重量部
ｄ）ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７０〜１８０）：３４０重量部
ｅ）触媒（１，４−ジブロモブタン）：１重量部
【００２２】
まず、ａ）、ｂ）及びｃ）を混合し、１２０℃で１時間、プレ反応を行う。その後、更にｄ）とｅ）を混合して雄型７０に充填し、本反応を行う。本反応の条件は、まず８０℃で８時間、次に１２０℃で３時間（ステップキュア）、最後に１４０℃で３時間（アフターキュア）である。
【００２３】
次に、型用樹脂２３としてフェノキシ樹脂を主成分とする場合の材料配合は、以下の通りである。
ｐ）ビスフェノールＦ：５５重量部
ｑ）ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂：１００重量部
ｒ）トリフェニルフォスフィン：２．０重量部
【００２４】
混合方法は以下の通りである。まず、ｐ）、ｑ）及びｒ）を混合溶解させて樹脂組成物とする。そして、当該樹脂組成物を以下の硬化条件（ステップキュア）で硬化させる。
１）９０℃×６時間
２）１２０℃×４時間
なお、上記の配合例、反応条件、及び硬化条件は一実施例に過ぎない。
【００２５】
図８及び図９は、雌型３０及びガラス基板２４の間にレンズ用樹脂２１を充填する充填工程を示す。まず、雌型製作工程によって成形した雌型３０を、レンズ層２６の反転形状が形成されたキャビティ側を上方に向けて、平坦な定盤６０の上に置く。雌型３０は可撓性を有するので、平坦な定盤６０の上に置くことにより雌型３０の平坦度を確保する。次に、図８に示すように、ディスペンサ４０を用いて未硬化のレンズ用樹脂２１を雌型３０のキャビティの全体に充填する。レンズ用樹脂２１は、例えばウレタンアクリレート樹脂等の透明な紫外線硬化性樹脂である。本実施例における未硬化状態のレンズ用樹脂２１は、粘度が高い粘性流体の状態である。
【００２６】
次に、ガラス基板２４を準備する。ガラス基板２４の片面には、レンズ層２６との密着強度を向上させる目的で、シランカップリング剤をコーティングする。例えば、ガラス基板２４にシランカップリング剤を塗布し、シランカップリング剤が塗布されたガラス基板２４に所定の加熱処理を施す。加熱処理後、余分なシランカップリング剤を水などの溶剤で洗い流す。これによりシランカップリング剤の塗りムラを改善することができる。シランカップリング剤をガラス基板２４にコーティングすることにより、無機物であるガラス基板２４と有機物であるレンズ層２６との密着強度を向上させる。
【００２７】
次に、ガラス基板２４のシランカップリング剤がコーディングされた面を未硬化状態のレンズ用樹脂２１に密着させる（図９）。そして、ガラス基板２４を雌型３０に対して加圧する。例えば、雌型３０の上面からガラス基板２４の上面までの距離がフレネルレンズ２００におけるプリズム２０の谷部からガラス基板２４の裏面までの距離になるように、ガラス基板２４の上面を加圧する。尚、図９に示す、ガラス基板２４の上面を加圧する工程は、雌型３０の周りを減圧した真空槽の内部で行う。これによりレンズ用樹脂２１が気泡を抱き込むことがなく、雌型３０におけるレンズ層２６のキャビティの全体に確実に充填される。また、雌型３０におけるレンズ層２６のキャビティの外側には、雄型７０の流れ止め形成突起７２によって成型された流れ止め３２が形成されている。流れ止め３２は、ガラス基板２４の範囲からはみ出す余分なレンズ用樹脂２１を受け止める。
【００２８】
図１０は、本実施例の硬化工程を示す。硬化工程は大気圧下で行う。硬化工程は、ガラス基板２４側から紫外線を照射することにより、レンズ用樹脂２１を硬化させる。紫外線の照射には紫外線ランプ４４を用いる。ガラス基板２４の上方からレンズ用樹脂２１を硬化させる為に十分な時間だけ紫外線ランプ４４を発光させる。紫外線の照射後、真空漕の内部を大気圧に戻す。レンズ用樹脂２１は硬化後にレンズ層２６になる。
【００２９】
図１１は、本実施例の剥離工程を示す。剥離工程は、ガラス基板２４及びレンズ層２６から雌型３０を剥離する。まず、硬化工程を経た雌型３０、レンズ層２６、及びガラス基板２４を、図１０に示す状態から上下反転させる。即ち、ガラス基板２４を下面に、雌型３０を上面に向けて置く。次に、雌型３０とガラス基板２４とを離間させる方向、即ち上方に雌型３０の一端を撓ませて、引き続き雌型３０の他端まで雌型３０を撓ませながら引き上げる。このようにして、レンズ層２６から雌型３０が剥離される。剥離後、スクリーン５００に使用する範囲を切り出すことにより、フレネルレンズ２００が完成する。尚、可撓性の雌型３０は、剥離工程の後に所定の時間以内で、充填工程における雌型３０の形状に復元する形状復元性を有することが望ましい。これにより、雌型でレンズ層を繰り返し成形することができるので、生産コストを低減することができる。
【００３０】
図１２及び図１３は、樹脂製の雌型３０の形状復元性を試験する方法を示す概念図である。以下、本実施形態の雌型３０の形状復元性を、従来の金属製雌型の一例である電鋳型３１と比較する。電鋳型３１は、例えばニッケル電鋳型である。雌型３０及び電鋳型３１について、以下の寸法の試験片を準備する。
雌型３０：幅２０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ２．３ｍｍ・３．７ｍｍ（２通り）
電鋳型３１：幅２０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ・２．０ｍｍ（２通り）
【００３１】
次に、図１２に示すように、所定の曲率Ｒを有する円柱状の曲げ試験用治具９０の上面に雌型３０及び電鋳型３１の試験片を乗せる。この場合、曲げ試験用治具９０の円柱の軸と試験片の長手方向が直交するように試験片を乗せる。そして、図１３に示すように、試験片が曲げ試験用治具９０に沿って曲がる程度の荷重を試験片の両端に繰り返しかける。繰り返し荷重の周期は約１Ｈｚである。繰り返し荷重を所定の回数かけた直後に、試験片に残る反り量を測定する。反り量は、試験片を定盤などの水平な台の上に置いた状態で、試験片の長手方向の中心付近の浮き量を測定する。
【００３２】
所定回数の曲げを加えた後の試験片の反り量を以下の表１に示す。尚、表中「−」は、試験が継続できない状態を示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１から明らかな通り、電鋳型３１は、試験片厚さ２ｍｍの場合、Ｒ：１６０ｍｍ、Ｒ：２４０ｍｍのいずれの場合にも１回の曲げで６．０ｍｍ以上の反りが生じてしまう。更に、試験片厚さ：０．５ｍｍ、Ｒ：１６０ｍｍの場合には１０回以上の曲げで３．０ｍｍの反りが生じ、試験片厚さ：０．５ｍｍ、Ｒ：２４０ｍｍの場合には５回以上の曲げで１．０ｍｍの反りが生じた。
【００３５】
一方、本実施形態の雌型３０は、試験片厚さ：３．７ｍｍｍ、Ｒ：１６０の場合には、５０回の曲げで０．３ｍｍの反り、１００回の曲げで０．８ｍｍの反りが生じた。そして、試験片厚さ：２．３ｍｍの場合には、Ｒ：１６０ｍｍ、及びＲ：２４０ｍｍのいずれの場合にも、１００回の曲げで０．３ｍｍの反りが生じた。尚、雌型３０の反りは、いずれも５分間放置することで無くなった。以上の試験結果から明らかなように、本実施形態の雌型３０は、従来の電鋳型３１と比較して、格段に形状復元性が向上している。さらに、繰り返し撓ませても形状が復元するので、ガラス基板を備えるレンズシートを生産する場合に雌型３０を繰り返し使用することができる。
【００３６】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、剥離工程において、雌型３０を撓ませながら雌型３０とレンズ層２６を徐々に剥離することができる。従って、ガラス基板２４と雌型３０とを平行な状態で剥離する従来の生産方法に比べて、雌型３０とレンズ層２６との剥離に要する荷重を大幅に低減することができる。従ってガラス基板を有する大型のレンズシートであっても、ガラス基板２４を破損することなく容易に生産することができる。また、雌型３０は繰り返し使用することができるので、レンズシートを低コストで生産することができる。
【００３７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係るリアプロジェクション・ディスプレイ８００の構成を示す図である。
【図２】図１に示したスクリーン５００のＡ部拡大図である。
【図３】フレネルレンズ２００の平面図を示す図である。
【図４】フレネルレンズ２００の断面図を示す図である。
【図５】フレネルレンズ２００の構成の例を示す部分断面図である。
【図６】フレネルレンズ２００の生産工程の一例を示す図である。
【図７】フレネルレンズ２００の生産工程の一例を示す図である。
【図８】フレネルレンズ２００の生産工程の一例を示す図である。
【図９】フレネルレンズ２００の生産工程の一例を示す図である。
【図１０】フレネルレンズ２００の生産工程の一例を示す図である。
【図１１】フレネルレンズ２００の生産工程の一例を示す図である。
【図１２】雌型３０の形状復元性を試験する方法を示す概念図である。
【図１３】雌型３０の形状復元性を試験する方法を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  単レンズ、２０  プリズム、２１  レンズ用樹脂、２３  型用樹脂、２４  ガラス基板、２６  レンズ層、３０  雌型、３１  電鋳型、３２  流れ止め、４０  ディスペンサ、４４  紫外線ランプ、４６  ガラス板、６０  定盤、７０  雄型、７２  流れ止め形成突起、９０  曲げ試験用治具、１００  フライアイレンズ、２００  フレネルレンズ、３００  前面板、４００  保持部材、５００  スクリーン、６００  鏡、７００  光学エンジン、８００  リアプロジェクション・ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006231917.tif 000012
【図１０】
2006231917.tif 000013
【図１１】
2006231917.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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