(57)【要約】【課題】  レンズ面に形成された複数の溝に光吸収体の広がりを抑えたフレネルレンズとその製造方法を提供すること。【解決手段】フレネルレンズ本体と、上記フレネルレンズ本体のレンズ面に形成され、底面と傾斜面とを有する溝と、上記傾斜面と上記底面に渡って形成された光吸収体と、を含み上記光吸収体の端部の上記底面との接触角が、７０度より大きいフレネルレンズを用いる。レンズ面に形成された複数の溝の傾斜部をインクにて被覆塗布する工程と、上記インクを定着させる工程と、上記インクの不要部をレーザにて除去する工程と、を含むレンズの膜形成方法を用いる。【選択図】  図６
2019101412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレネルレンズ本体と、
前記フレネルレンズ本体のレンズ面に形成され、底面と傾斜面とを有する溝と、
前記傾斜面と前記底面に渡って形成された光吸収体と、を含み
前記光吸収体の端部の前記底面との接触角が、７０度より大きいフレネルレンズ。
【請求項２】
フレネルレンズ本体と、
前記フレネルレンズ本体のレンズ面に形成され、底面と傾斜面とを有する溝と、
前記傾斜面と前記底面に渡って形成された光吸収体と、を含み
前記光吸収体の端部に、厚みが他の部分より薄い層があるフレネルレンズ。
【請求項３】
前記薄い層の厚みは、５μｍ以下である請求項２記載のフレネルレンズ。
【請求項４】
フレネルレンズ本体と、
前記フレネルレンズ本体のレンズ面に形成され、底面と傾斜面とを有する溝と、
前記傾斜面と前記底面に渡って形成された光吸収体と、を含み
前記光吸収体の端部は１つ以上の変曲点を有す線、または点の集合体からなる曲線であるフレネルレンズ。
【請求項５】
レンズ面に形成された複数の溝の傾斜部をインクにて被覆塗布する工程と、
前記インクを定着させる工程と、
前記インクの不要部をレーザにて除去する工程と、を含むレンズの膜形成方法。
【請求項６】
前記レーザにて除去する工程では、前記不要部の一部を残す請求項５記載のレンズの膜形成方法。
【請求項７】
前記レーザにて除去する工程では、前記インクの端部の接触角が７０度より大きくする請求項５または６記載のレンズの膜形成方法。
【請求項８】
前記レーザは、グリーンレーザである請求項５〜７のいずれか１項に記載のレンズの膜形成方法。
【請求項９】
前記インクは、紫外線硬化型インクであり、粒子径１０ｎｍ〜１μｍの顔料成分が含まれている請求項５〜８のいずれか１項に記載のレンズの膜形成方法。
【請求項１０】
前記顔料成分はカーボン粒子を含む請求項９記載のレンズの膜形成方法。
【請求項１１】
前記インクは、揮発性の染料型の溶剤インクである請求項５〜８のいずれか１項に記載のレンズの膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズの膜形成方法とフレネルレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像等の光源を拡大させて表示させるための光学系部材としてフレネルレンズが用いられる。フレネルレンズは、図１（ａ）の斜視図に示すように、フレネルレンズ１０１のレンズ面１０２に複数個の平行直線状の溝１０３が形成されている。図１（ａ）のレンズ面１０２のＡ部分を拡大した断面図を図１（ｂ）に示す。この断面図に示すようにフレネルレンズ１０１のレンズ面１０２の溝１０３は垂直ではなく、若干の傾斜をもった側壁を形成している。
【０００３】
従来、フレネルレンズ１０１において投射光を照射したとき光学特性の悪化を招く場があった。投射光をフレネルレンズ１０１のレンズ面１０２に入射させた時、投射光がフレネルレンズ１０１のレンズ面１０２に形成された溝１０３の側壁で反射し、この反射光がフレネルレンズ１０１内で散乱光となり光学特性の悪化を引き起こすためである。
【０００４】
そこで、特許文献１においては、溝１０３の側壁での散乱光を抑えるため、図１（ｃ）に示すフレネルレンズ１０１の断面図のようにフレネルレンズ１０１のレンズ面１０２に形成された溝１０３の側壁に光吸収体１０４を塗布することが提案されている。
【０００５】
フレネルレンズ１０１のレンズ面１０２に形成された溝１０３の側壁へ光吸収体１０４を形成する方法としては、例えば特許文献２に示すように、光吸収体１０４を形成したフィルムお貼り合せて形成する方法がある。
【０００６】
しかしながら、光吸収体１０４を形成したフィルムを貼り合せで形成する場合、位置あわせなどが必要なため、ある程度、溝１０３の形状が大きいレンズにかぎられてしまう。
【０００７】
また、フレネルレンズ１０１の設計ごとに光吸収体１０４を形成したフィルムを製作する必要があるため、任意の形状の溝１０３に対応するのにコストと時間がかかる。
【０００８】
フレネルレンズ１０１の小型化や特性向上のためには、微細な任意の形状の溝１０３を多数形成する必要があり、溝１０３の側壁に光を遮蔽する光吸収体１０４を形成する方法が求められている。
【０００９】
近年、微細なパターンを低コストかつ簡易的に形成する方法として、インクジェットによる塗布方法が広く用いられている。このインクジェットによる塗布方法は、インクジェット装置の塗布ヘッドに備えられた複数のノズルから、所定の位置に対して微少量のインクを吐出させて塗布を行う方法である。このインクジェット法によりフレネルレンズのレンズ面１０２の溝傾斜部に対して光吸収体１０４を含むインクを吐出させることで、フレネルレンズの任意の位置に形成された微細な溝の側壁に対して、光吸収体１０４を形成することが可能である。
【００１０】
しかしながら、一般的にインクジェットにより吐出させるインクは垂直方向のためインクジェットにより塗布させる対象物は平面形状である。よって、フレネルレンズ１０１の溝１０３の側壁にインクを塗布するのは困難である。
【００１１】
そこで、インクジェットにより被対象物の側壁に対してインクを塗布する方法として、例えば特許文献３に示すような方法が提案されている。図２（ａ）の側面図は、特許文献３におけるインクジェットによる塗布方法を示している。
図２（ａ）では、搬送ベルト１０５上に設置した被対象物１０６である短冊状の絶縁物が設置されている。インクジェットの塗布ヘッド１０７を斜め上方に設置する。被対象物１０６の側面を狙って斜めから、側面電極用ペーストを、塗布ヘッド１０７から吐出する。短冊状の被対象物１０６の側面に、側面電極用ペースト１０８が塗布される。
図２（ｂ）は、被対象物１０６である短冊状の絶縁物に側面電極用ペースト１０８を塗布した後の状態を示した斜視図である。搬送ベルト上の短冊状の絶縁物を搬送させながら側面電極用ペースト１０８を斜めから吐出させることで、短冊状の被対象物１０６の側壁全面に側面電極用ペースト１０８を塗布することができる。
【００１２】
特許文献３に示された方法でフレネルレンズ１０１の溝１０３の側壁に塗布する場合の塗布方法を図３（ａ）に示す。フレネルレンズ１１０を搬送用のジグ１１１に設置する。そして、インクジェットの塗布ヘッド１１２を搬送用のジグ１１１の斜め上方に設置する。
【００１３】
この構成により、フレネルレンズ１０１を固定させたジグを移動させながら、光吸収体１０４を含むインク１１３を塗布ヘッド１１２から斜めに吐出させる。
【００１４】
図３（ｂ）の断面図は、光吸収体１０４を含むインク１１３をフレネルレンズ１１０の溝１０３の側壁１１４に対して吐出したときの図である。光吸収体１０４を含むインク１１３をフレネルレンズ１１０の溝１０３の側壁１１４を狙ってインク１１３を吐出させる。このことで側壁１１４に光吸収体１０４を着弾させる。フレネルレンズ１１０の溝１０３の側壁１１４に光吸収体１０４を含むインク１１３を着弾させた後、乾燥や硬化等を行い、溝の側壁１１４に光吸収体１０４を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平４−１６３５３９号公報
【特許文献２】特昭５８−１８６７３２号公報
【特許文献３】特開２００８−２６３０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図４（ａ）は、特許文献３の方法でフレネルレンズ１０１の溝１０３の側壁１１４に光吸収体１０４を形成した時の断面図を示す。この断面図に示すようにインクジェットで光吸収体１０４を含むインク１１３を側壁１１４に着弾させた後、インク１１３は、側壁１１４を伝わり側壁１１４の下底面の方に流動する。その後、底面からさらにインク１１３が広がっていく。このために、光吸収体１０４は側壁１１４の幅だけでなくその底面に対して大きな距離まで濡れ広がっていく。
【００１７】
図４（ｂ）は、フレネルレンズ１０１の溝１０３の側壁１１４に光吸収体１０４を形成した時の上面図を示す。この上面図に示すように、光吸収体１０４はフレネルレンズ１０１の側壁１１４の幅１１５だけでなく、側壁１１４の下底面に広い幅１１６で光吸収体１０４が形成されてしまう。このとき投射光をフレネルレンズ１０１に入射させた時、フレネルレンズ１０１の側壁１１４の下底面に広く形成された光吸収体１０４で光が吸収されるために影となりレンズの光学特性を大幅に低減させてしまう。
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するもので、複数の溝に形成される光吸収体の広がりを抑えたレンズの膜形成方法とフレネルレンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、フレネルレンズ本体と、上記フレネルレンズ本体のレンズ面に形成され、底面と傾斜面とを有する溝と、上記傾斜面と上記底面に渡って形成された光吸収体と、を含み上記光吸収体の端部の上記底面との接触角が、７０度より大きいフレネルレンズを用いる。
【００２０】
また、フレネルレンズ本体と、上記フレネルレンズ本体のレンズ面に形成され、底面と傾斜面とを有する溝と、上記傾斜面と上記底面に渡って形成された光吸収体と、を含み、上記光吸収体の端部に、厚みが他の部分より薄い層があるフレネルレンズを用いる。
【００２１】
また、フレネルレンズ本体と、上記フレネルレンズ本体のレンズ面に形成され、底面と傾斜面とを有する溝と、上記傾斜面と上記底面に渡って形成された光吸収体と、を含み、上記光吸収体の端部は波形状であるフレネルレンズを用いる。
【００２２】
さらに、レンズ面に形成された複数の溝の傾斜部をインクにて被覆塗布する工程と、上記インクを定着させる工程と、上記インクの不要部をレーザにて除去する工程と、を含むレンズの膜形成方法を用いる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明のインクジェット印刷方法は往路と復路でＵＶ照射量など条件を変えることなく、かつ人目で色目の違和感をあたえることなく光硬化型インクを用いて往復印刷を実現できるため、タクトと品位を両立できるインクジェット印刷方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）従来のフレネルレンズの斜視図、（ｂ）フレネルレンズの溝部の拡大断面図、（ｃ）フレネルレンズの溝部に光吸収体を形成したときの断面図
【図２】（ａ）従来のインクジェット法による断面への塗布方式を示す断面図、（ｂ）従来のインクジェット法で矩形ワークの側壁に塗布したときの斜視図
【図３】（ａ）従来のインクジェット法で溝部への光吸収体の形成方法を示した断面図、（ｂ）従来のインクジェット法で溝部への光吸収体の形成方法を示した断面図
【図４】（ａ）従来のインクジェット法により溝部へ光吸収体を形成したときの断面図、（ｂ）従来のインクジェット法により溝部へ光吸収体を形成したときの上面図
【図５】（ａ）本実施の形態のフレネルレンズの斜視図、（ｂ）本実施の形態のフレネルレンズの溝部に光吸収体を形成したときの断面図、（ｃ）本実施の形態のフレネルレンズの光吸収体をレーザ除去したときの断面図
【図６】（ａ）従来のフレネルレンズへインクを塗布した直後の断面図、（ｂ）本実施の形態のフレネルレンズの光吸収体をレーザ除去したときの断面図、（ｃ）本実施の形態のフレネルレンズの光吸収体をレーザ除去したときの断面図
【図７】（ａ）従来のフレネルレンズへインクを塗布した斜視図、（ｂ）本実施の形態のフレネルレンズの光吸収体をレーザ除去したときの斜視図
【図８】（ａ）〜（ｄ）実施の形態のインク曲線の例を平面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〈フレネルレンズの構造〉
実施の形態のフレネルレンズを図５（ａ）の斜視図に示す。フレネルレンズ１のレンズ面２に複数個の平行直線状の溝３が形成されている。図５（ｂ）、および図５（Ｃ）はレンズ面２のＡ部分を拡大した断面図である。なお、溝３はこの場合Ｖ字状であるが、形状はＶ字に限定されない。また、Ｖ字の両平面の内、一方が水平、または、垂直でもよい。
【００２６】
フレネルレンズ１を形成する基材や厚みは特に限定されるものではないが、光学特性的に着色や濁りのない透明材料が好ましい。また、必要に応じてレンズの表面に反射防止膜を形成しても良い。
【００２７】
フレネルレンズ１の溝３の形成方法については、基材を切削加工する方法、樹脂材料の射出成型、加熱による転写方法など特に限定されないが、光学特性を確保するために設計値通りの溝３を形成できることが必要である。このとき溝３の加工によるバリや汚れ等を残さないことが必要である。
【００２８】
フレネルレンズ１の溝３の構造は図５（ｂ）、および図５（ｃ）に示すように、垂直に溝３が形成されているのではなく、若干の傾斜角を有しており、フレネルレンズ１０１の光学特性を持たせている。
【００２９】
フレネルレンズ１０１は所定の光を透過させる際、溝３の傾斜部４、または底面および頂部の角部において回折光を発生させる。そのため、この回折光を抑制するために、光の遮光性を有したインク６で傾斜部４を被覆する。インク６で溝３の傾斜部４を被覆したものを図５（ｂ）で示す。
【００３０】
〈フレネルレンズの被膜方法〉
この実施の形態では、インク６による膜形成工程と、その後、レーザにより不要部を除去する工程とを含む。
＜インク＞
インク６としては、光学的な吸収率が高い黒色が好ましい。しかし、回折光を抑制できることが目的であり、インクの色はいずれでもよい。
また、フレネルレンズ１０１の材料は、樹脂材料である。インク６は、この樹脂材料に浸透、吸収されることがほとんど無いものを使用する。
よって、インク６は、紫外線硬化型インク、または揮発性溶剤を含む溶剤型インクが好ましい。インク６の広がりをおさえるためである。
【００３１】
尚、紫外線硬化型インクは、紫外線硬化型樹脂に、カーボン粒子などの黒色等の色素顔料を含むインクである。フレネルレンズ１にインク６を塗布後、インク６を紫外線により硬化、定着させる。紫外線硬化型樹脂は、その硬化する波長が、３５０〜４５０ｎｍの領域にピークを有すものが使用されるのが好ましい。
【００３２】
尚、溶剤型インクは揮発性の溶剤、例えばアルコールなどに色素染料が混合しているインクである。揮発性インク溶剤を用いることで、インク６を傾斜部４へ被覆後に溶剤成分を揮発させることで定着させることでも実施可能である。
【００３３】
＜レーザ加工＞
インク６の傾斜部４の被膜方法については、上記に示す通り多様な方法で実施可能である。しかし、被覆するインク６の幅については、塗布工法の精度、およびインク６とフレネルレンズ１材料との表面状態の差などにより、インク６の広がるため、制御が困難である。このため、インク６の幅は広がる。
【００３４】
インク６の線幅は、光学の特性から、５０μｍ以下に加工する必要がある。このため、図５（ｃ）に示すように、レーザ５によって、余分なインク６の部分を除去する。傾斜部４上の不要となるインク６にレーザ５を照射し、除去し、インク７の状態に加工する。
【００３５】
レーザ５は、フレネルレンズ１の透明材料にダメージを与えずにインク６のみを除去するため、グリーンレーザ（波長５００〜５５０ｎｍ）を用いる。これにより、レーザ５の照射位置が、インク６が存在しない領域に照射された場合でも、フレネルレンズ１はレーザ５によるダメージを受けることがほとんどない。
【００３６】
尚、レーザ５の照射直径はレンズの絞り、例えばＦΘレンズなどでφ２０〜５０μｍ程度に絞る。傾斜部４のインク６の除去量に合わせて、絞ったレーザ５を照射することで、インクを除去する。
【００３７】
尚、除去するインク６を除去するためのレーザ５の積算照射時間は除去するインク量に合わせて調整する。しかし、除去するインク６量が多く、インク６周辺のフレネルレンズ１材料へのダメージが発生する場合は、照射時間、照射停止時間の間隔を調整し、レーザ５をパルス照射することで、フレネルレンズ１にはダメージを与えず、インク６のみをレーザ５で除去することが可能である。
【００３８】
尚、レーザ５の照射位置と、溝３とのアライメント方法については、フレネルレンズ１のレンズ有効領域外となる外側に十字のアライメントマークを設けることで、位置調整可能である。アライメントマークの形状については、十字マークに限らず、丸形状などレーザ装置側の照射位置とフレネルレンズの相対位置関係とがカメラなどの認識方法により把握できる方法であれば実施可能である。
【００３９】
＜レーザ加工詳細＞
レーザ５により加工されたインク７の詳細の断面形状について図６（ａ）〜図６（ｃ）で示す。
【００４０】
インク２３が溝３の傾斜部２１に塗布された場合を、図６（ａ）に示す。傾斜部２１に塗布されたインク２３は、その端部は、表面張力により、少し盛り上がっている。端部の底面２２に対する接触角２４は、７０°以下である。
【００４１】
これに、レーザ５で底面２２に存在する不要なインク２３を除去する。その結果、図６（ｂ）に示すようにインク端部の接触角２５は、７０°より大きくなる。好ましくは、接触角２５が８０°以上の破断面となる。
【００４２】
図６（ａ）では、インク２３の端部は、表面張力で保持されているが、インク２３の最端部は、徐々に膜厚が薄くなっている。そのため、投射光が遮光できる部分とできない部分が段階的に発生し、コントラストがよくない。
【００４３】
一方、図６（ｂ）では、インク２３の端部の接触角２４は、８０°以上である。このため、インク２３の膜厚が段階的に薄くなる箇所はなく、インク２３の端部で、投射光をコントラストよく遮光できる効果もある。
【００４４】
また、インク除去時の熱ダメージを極小化するために、図６（ｃ）の丸箇所に示すように厚みが他の部分より薄いインク２６を残すのが好ましい。厚み１μｍ程度の薄膜で残すことにより、底面２２へのレーザ５によるダメージを無くし、かつ、人の目に認識され難くすることでも実施可能である。
【００４５】
また、上記同様に、図６（ｃ）のインク２３の最端部の膜厚は、段階的に薄くなる箇所はなく、投射光の遮光できる部分と透過させる部分（１μｍ程度の薄いインク２６の部分）を制御可能である。
【００４６】
なお、薄いインク２６の厚みは、１μｍでなくとも、５μｍ以下ならよい。少なくとも、０．１μｍ以上、５μｍ以下がよい。
＜インク７の詳細の正面形状＞
レーザ５により成形されたインク７の詳細の正面形状について図７（ａ）、図７（ｂ）で説明する。インク３３を傾斜部３１に塗布しただけであると、図７（ａ）に示すように、底面３２におけるインク３４は、表面張力によりランダムな曲線を描くことになる。底面３２に広がるインク３４は制御が困難であり、幅５０μｍ以上となる場合がある。
【００４７】
そのため、図７（ｂ）に示すようにレーザ５により、底面３２にはみ出た不要なインクを除去する。このことで、規則的な周期を有すインク曲線３５を形成することが可能である。好ましくは、１つ以上の変曲点を有す線、または点の集合体からなる曲線がよい。このようにする理由は以下である。インクで遮光された部分とインクがなく透過される部分ではわずかに回折光が発生することがある。このため、遮光部と透過部との境界線が、一定距離の直線状の境界線や、単調な境界線であると、人目で回折光と認識されやすい。そのため、単調でない境界線、つまり、規則的な周期を有すインク曲線３５とする。たとえば、インク曲線３５に変曲点や不連続点を設ける。
図８（ａ）〜図８（ｄ）に、規則的な周期を有すインク曲線３５の例を平面図で示す。図８（ａ）では、周期性のある曲線である。図８（ｂ）では、周期性のある折れ線である。図８（ｃ）では、周期性のある曲線の一部に欠け３６、または、突起３７がある。図８（ｄ）では、直線状の凹凸である。いずれも、単調でない。
【００４８】
尚、レーザ５を照射しながら所定の軌跡で移動させることにより、直線形状や自由な曲線を形成することが可能である。
＜効果＞
本発明のフレネルレンズの製造方法は、塗布したインクをフレネルレンズにダメージなく除去することができるため、５０μｍ以下の線幅で垂直に近い形状の側壁と一部の底面のみにインクを塗布することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のフレネルレンズの製造方法は、３次元構造を有するデバイスへの側壁へ機能膜形成や立体形状のデザイン加飾など、広く利用されることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  フレネルレンズ
２  レンズ面
３  溝
４  傾斜部
５  レーザ
６  インク
７  インク
２１  傾斜部
２２  底面
２３  インク
２４  接触角
２５  接触角
２６  インク
３１  傾斜部
３２  底面
３３  インク
３４  インク
３５  インク曲線
３６  欠け
３７  突起
５０  幅
５８  特昭
１０１  フレネルレンズ
１０２  レンズ面
１０３  溝
１０４  光吸収体
１０５  搬送ベルト
１０６  被対象物
１０７  塗布ヘッド
１０８  側面電極用ペースト
１１０  フレネルレンズ
１１１  ジグ
１１２  塗布ヘッド
１１３  インク
１１４  側壁
１１５  幅
１１６  幅
【図１】
2019101412.tif 000003
【図２】
2019101412.tif 000004
【図３】
2019101412.tif 000005
【図４】
2019101412.tif 000006
【図５】
2019101412.tif 000007
【図６】
2019101412.tif 000008
【図７】
2019101412.tif 000009
【図８】
2019101412.tif 000010