(57)【要約】【課題】複数の溝の側壁に対して下底部への広がりを押さえた塗布膜が形成されたフレネルレンズおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】透明板の一面に形成され、光を透過する光透過面と、光吸収層が形成された光無透過面とを有する複数のプリズムと、上記複数のプリズム間の上記透明板に位置する溝と、を有するフレネルレンズを用いる。また、透明板の一面に形成され、光を透過する光透過面と、光吸収層が形成された光無透過面とを有する複数のプリズムを有するフレネルレンズに対して、上記光無透過面に、光吸収層を形成するために、複数のノズルを持つインクジェットでインクを塗布する塗布工程と、上記インクを硬化させる硬化工程と、を有し、上記塗布工程で、上記複数のノズルの一部が吐出不良になった場合、隣接の上記ノズルの塗布量を増量して塗布するフレネルレンズの製造方法を用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明板の一面に形成され、光を透過する光透過面と、光吸収層が形成された光無透過面とを有する複数のプリズムと、
前記複数のプリズム間の前記透明板に位置する溝と、
を有するフレネルレンズ。
【請求項２】
前記溝は線状である請求項１記載のフレネルレンズ。
【請求項３】
前記線状の溝は、深さと幅が、前記溝より大きい逃がし部に連結されている請求項２記載のフレネルレンズ。
【請求項４】
前記溝は複数あり、前記複数の溝を連結する共通溝がある請求項１〜３のいずれか１項に記載のフレネルレンズ。
【請求項５】
前記光無透過面に、凹部又は凸部を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のフレネルレンズ。
【請求項６】
前記凹部又は凸部は、前記プリズムの頂上に向かって、占有割合が小さくなる請求項１〜５のいずれか１項に記載のフレネルレンズ。
【請求項７】
前記凹部又は凸部は、前記頂上に向かって、左右方向へ長く形成されている請求項６記載の請求項６に記載のフレネルレンズ。
【請求項８】
透明板の一面に形成され、光を透過する光透過面と、光吸収層が形成された光無透過面とを有する複数のプリズムを有するフレネルレンズに対して、
前記光無透過面に、光吸収層を形成するために、複数のノズルを持つインクジェットでインクを塗布する塗布工程と、
前記インクを硬化させる硬化工程と、を有し、
前記塗布工程で、前記複数のノズルの一部が吐出不良になった場合、隣接の前記ノズルの塗布量を増量して塗布するフレネルレンズの製造方法。
【請求項９】
透明板の一面に形成され、光を透過する光透過面と、光吸収層が形成された光無透過面とを有する複数のプリズムと、前記複数のプリズム間の前記透明板の一面に位置する溝と、を有するフレネルレンズに対して、
前記光無透過面に、光吸収層を形成するために、複数のノズルを持つインクジェットでインクを塗布する塗布工程と、
前記インクを硬化させる硬化工程と、を有し、
前記塗布工程で、前記インクの一部を前記溝へ流すフレネルレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフレネルレンズおよび製造方法に関する。
【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１のレンズ面２に平行直線状の溝３が複数個、密に施されている。図１（ａ）のレンズ面２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１のレンズ面２の溝３は、鋸波型の形状をしており、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１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合があった。投射光をフレネルレンズ１のレンズ面２に入射させたとき、投射光がフレネルレンズ１のレンズ面２に複数形成された溝３の側壁で反射し、この反射光が溝の側壁に沿って散乱光となり光学特性の悪化を引き起こすためである。例えば、画像をフレネルレンズ１によって拡大投射させた場合、投射画像の中にフレネルレンズ１に形成された溝３に沿った明るいライン形状の光が映ってしまう問題が発生する。
【０００４】
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。インクジェットよる塗布方法は、インクジェット装置の塗布ヘッド備えられた複数のノズルから、所定の位置に対して、微小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を適用すれば、任意の位置に液滴を塗布することができるため、フレネルレンズのレンズ面の溝傾斜部に対して光吸収体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、光吸収体を形成することが可能である（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１０５１６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般的に、インクジェットは、インクを垂直方向に吐出して所定のパターンを形成するものであり、対象となるのは平面形状である。よって、フレネルレンの溝の側壁のように、垂直形状にインクを塗布するのは困難である。
【０００７】
よって、本発明の課題は、複数の溝の側壁に対して、下底部への広がりを押さえた塗布膜が形成されたフレネルレンズと、そのフレネルレンズの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、透明板の一面に形成され、光を透過する光透過面と、光吸収層が形成された光無透過面とを有する複数のプリズムと、上記複数のプリズム間の上記透明板に位置する溝と、を有するフレネルレンズを用いる。
【０００９】
た、透明板の一面に形成され、光を透過する光透過面と、光吸収層が形成された光無透過面とを有する複数のプリズムを有するフレネルレンズに対して、上記光無透過面に、光吸収層を形成するために、複数のノズルを持つインクジェットでインクを塗布する塗布工程と、上記インクを硬化させる硬化工程と、を有し、上記塗布工程で、上記複数のノズルの一部が吐出不良になった場合、隣接の上記ノズルの塗布量を増量して塗布するフレネルレンズの製造方法を用いる。
【発明の効果】
【００１０】
以上の様に本発明は、簡単な直接塗布により高い材料利用率、短い製造工程において無効面の乱反射によるノイズ光を防止できるフレネルレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）従来のフレネルレンズの斜視図、（ｂ）〜（ｃ）（ａ）の部分断面図
【図２】（ａ）第１の実施の形態のフレネルレンズの平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図
【図３】（ａ）〜（ｃ）第１の実施の形態のフレネルレンズの光吸収層の塗布工程を説明する断面図
【図４】（ａ）第２の実施の形態のフレネルレンズの平面図、（ｂ）（ａ）のＤ−Ｄ’部の断面図
【図５】（ａ）第３の実施の形態のフレネルレンズの平面図、（ｂ）（ａ）のＥ−Ｅ’部の断面図、（ｃ）（ａ）のＦ−Ｆ’部の断面図
【図６】（ａ）第４の実施の形態のフレネルレンズの平面図、（ｂ）（ａ）の側面図、（ｃ）（ａ）の突起５０２の拡大図、（ｄ）（ａ）のＣ−Ｃ’部の断面図
【図７】（ａ）第５の実施の形態のフレネルレンズの平面図、（ｂ）（ａ）の側面図、（ｃ）（ａ）の突起５０２の拡大図
【図８】（ａ）第６の実施の形態においてノズルが不吐出であった場合の平面図、（ｂ）（ａ）の状態において隣接するノズルから大液滴を吐出した場合の平面図、（ｃ）（ｂ）の方法で作製したフレネルレンズの平面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、以下図面に基づいて説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
＜構造＞
図２（ａ）に、第１の実施の形態に関わるフレネルレンズの平面図を、図２（ｂ）に図２（ａ）のＡ−Ａ’断面の断面図を示す。
【００１４】
フレネルレンズ１０１は透明体１０４上に少なくとも２つの傾斜の異なる面からなるプリズム１０６を有する。一方の面が所定の傾斜で形成されて光を所定の方向に曲げる光透過面１０２であり、もう一方の面は光軸とほぼ平行に形成され、実質的に光の透過に寄与しない光無透過面１０３である。
【００１５】
これら光透過面１０２と光無透過面１０３は連続的に配置されており、例えば、図２（ａ）に示すように同心円状に形成される。透明体１０４は一般的にアクリル板などで作製する。アクリル板を図示しない金型等で成型する方法が一般的である。また３Ｄプリンターや機械切削を用いて作製する方法もある。光吸収層１０５は光無透過面１０３に形成される。溝２０６が、光透過面１０２と光無透過面１０３との境目に、谷形状で形成されている。溝２０６は成型の容易さから図２（ｂ）に示すように底辺をはさむ角が９０°未満となる台形にすることが望ましい。もちろん三角形状や底部に丸みをつけることも可能である。
【００１６】
なお、図２（ａ）で溝２０６は、明確にするため、点線で示している。線状に分布する。全周でなくとも、部分的にあってよい。
【００１７】
＜製法＞
図３（ａ）〜図３（ｃ）に本発明に関わるフレネルレンズの製造方法を示す。
【００１８】
図３（ａ）は、インクの塗布工程を示す。この工程ではインクジェットヘッド２０１のノズル２０２から圧力変動もしくは加熱により吐出したインク２０３を光無透過面１０３に塗布している。インク組成は、ベースレジンがアクリルモノマーとオリゴマーで、顔料として、カーボンブラックを用いた。インクの粘度は、４０℃で、５から２０ｍＰａｓである。
【００１９】
なお、遮光できるインクなら上記インク以外のインクでもよい。ＵＶで硬化するインク、
溶媒型インクでもよい。
【００２０】
次に、図３の（ｂ）は光無透過面１０３に付着したインクを示す。光無透過面１０３に付着したインク２０３は光無透過面１０３を伝って光無透過面１０３と光透過面１０２が作る谷形状の溝２０６へ向かう。
付着したインク２０３が光透過面１０２にはみ出さないように溝２０６を設け、光透過面１０２に向かって移動するインク２０３を溝２０６に吸収させる。
【００２１】
光無透過面１０３の高さは０．０５から０．３ｍｍであり、溝２０６の幅は０．００５から０．０５０ｍｍ、深さは０．０１ｍｍから０．３ｍｍとすることで過剰なインクを吸収することができる。
【００２２】
図３（ｃ）は光吸収層１０５の硬化工程を示す。
ＵＶ照射装置２０７から照射される３６５ｎｍから４０５ｎｍ紫外線により塗布後のインク２０３を硬化し、光吸収層１０５を形成する。もちろんインク２０３の性質によって硬化方法は変更される。例えば溶剤インクであれば乾燥により硬化される。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図４の（ａ）に第２の実施の形態に関わるフレネルレンズの平面図を示す。本図のフレネルレンズはリニアフレネルレンズ３０１であり光透過面１０２と光無透過面１０３は平行直線状に並んだ構造を持つ。リニアフレネルレンズとはフレネルレンズの原理を円柱レンズに応用したものである。フレネルレンズでは溝が同心円状であり、光は一点に集光する。一方、リニアフレネルレンズは溝が平行直線状であり、光は直線上に集光する。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００２４】
光無透過面１０３に付着したインク２０３を溝２０６によって吸収する構造において、インク２０３が溝２０６を超えるほどに過剰であった場合、インク２０３は光透過面１０２に流出してしまう。溝２０６の幅を拡大するとフレネルレンズを透過した投影画像に黒スジが入る問題が発生する。
【００２５】
また、溝２０６の深さを深くする方法も考えられる。しかし溝２０６を深くする場合、成型や切削などレンズ自体の加工が困難になり、機械強度も低下する。
【００２６】
そこで、この実施の形態に関わるフレネルレンズの構造では、逃がし部３０２を溝２０６の終端部に配した。図４（ａ）の逃がし部３０２のＤ−Ｄ‘断面の断面図を図４（ｂ）に示す。インク２０３を光透過面１０２に溢れさせないため、逃がし部の長さ３０３と逃がし部３０２の幅３０４は、０．１ｍｍ以上、逃がし部３０２の深さ３０５は０．０１ｍｍから１ｍｍ程度とすることが望ましい。形状はインク２０３が自然に引き込まれるように溝２０６よりも深いことが望ましい。
【００２７】
光無透過面１０３に付着したインク２０３の塗布量が過剰であった場合、インク２０３が溝２０６に沿って逃がし部３０２に流れ込むことで光透過面１０２への流出を防止することができる。
本図では逃がし部３０２を溝２０６の両側に配している。しかし、フレネルレンズの大きさに制約がある場合などは逃がし部３０２の片側に配することも可能である。この場合、インク塗布後、光無透過面１０３に付着視したインク２０３を溝２０６に沿って逃がし部３０２に効果的に導くため塗布後、逃がし部３０２が下になるように傾ける方法をとることも可能である。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図５（ａ）に、第３の実施の形態に関わるフレネルレンズの平面図を示す。本図のフレネルレンズはリニアフレネルレンズ３０１であり光透過面１０２と光無透過面１０３は平行直線状に並んだ構造を持つ。記載しない事項は実施の形態１〜３と同様である。
【００２９】
第２の実施例と同様に過剰に塗布されたインク２０３を吸収する目的で共通溝４０１を配した。共通溝４０１は、各溝２０６を結ぶ。この方法はインクジェットヘッド２０１の状態により塗布されるインク２０３の量が隣接する溝２０６ごとにバラツク場合に過剰なインク２０３を均等にできる効果を持つ。
【００３０】
図５（ａ）共通溝４０１のＥ−Ｅ‘断面の断面図を図５（ｂ）に、Ｆ−Ｆ’断面の断面図を図５（ｃ）に示す。インク２０３を光透過面１０２に溢れさせないため、共通溝４０１の幅４０２は０．１ｍｍ以上、共通溝４０１の深さ４０３は０．０１ｍｍから１ｍｍ程度とすることが望ましい。
【００３１】
共通溝４０１の形状は、インク２０３が自然に引き込まれるように溝２０６よりも深いことが望ましい。
さらに、例えば、中央部が凸形状となるフレネルレンズの場合、インク２０３は共通溝４０１を伝って、Ｅ−Ｅ‘断面からＦ−Ｆ’断面部に流動する可能性が高い。
【００３２】
これに対し図５（ｃ）に示すようにＦ−Ｆ’断面部の共通溝の幅４０２は０．１ｍｍ以上、例えば０．１５ｍｍとし、共通溝の深さ４０３は０．０１ｍｍから３ｍｍ程度することができる。この方法によりレンズ中央部の共通溝４０１速やかにレンズ端部側に誘引され、インク２０３が溢れ出すことを防ぐ。
【００３３】
また、本図では共通溝４０１を溝２０６の両側に配している。しかしフレネルレンズの大きさに制約がある場合などは共通溝４０１の片側に配することも可能である。この場合塗布後、無効面に付着視したインク２０３を溝２０６に沿って共通溝４０１に効果的に導くため塗布後に共通溝４０１が下になるように傾ける方法をとることも可能である。
【００３４】
（第４の実施の形態）
図６（ａ）〜図６（ｄ）で、第４の実施の形態に関わるフレネルレンズを説明する。図６（ａ）に平面図を示す。図６（ｂ）に、光無透過面１０３を図６（ａ）の矢印５０１方向から見た側面視拡大図を示す。図６（ｃ）に、光無透過面１０３の突起５０２の立体図を示す。図６（ｄ）に光吸収層１０５形成後のＣ−Ｃ’部の断面図を示す。記載しない事項は実施の形態１と同様である。
【００３５】
突起５０２は、矢印５０３方向（上方）に向けてサイズが大きく、密度（占有割合）が疎になっている。これによって光無透過面１０３に付着したインク２０３は矢印５０３方向に導かれる。全体として均質となる。その結果、光透過面１０２と光無透過面１０３がなす頂上５１５（プリズム１０６の頂上）の部分の光吸収層１０５の膜厚が確保できる。      
【００３６】
これにより最も散乱光が集中する頂上５１５を集中的に被覆することができる。また、生産においてインク２０３の粘度が低下した場合、インク２０３が重力方向に垂れ、上記頂上５１５の光吸収層１０５が薄くなることを防止する効果もある。
【００３７】
図６（ｃ）において突起５０２の幅５０４は５から１００μｍ、突起の長さ５０５は５から２０μｍ、突起の高さ５０６は１から１０μｍとすることが上記効果を発揮するために望ましい。突起５０２のサイズと配置はインクの粘度や表面張力、レンズの材質や表面状態を鑑みて設計することが可能である。
【００３８】
ここで、突起５０２で説明したが、凹凸、または、凹部としてもよい。このことは、第５の実施の形態でも同様である。
【００３９】
（第５の実施の形態）
図７（ａ）に第５の実施の形態に関わるフレネルレンズの平面図を、図７（ｂ）に光無透過面１０３の図７（ａ）の矢印６０１方向から見た側面視拡大図を示す。本実施形態では第４の実施の形態の突起５０２の配置に加え、光無透過面１０３に平行方向にも突起５０２のサイズと配置する間隔を変化させる。
【００４０】
具体的には矢印６０２方向に漸近的に突起５０２のサイズが大きく、間隔が広くなるように配する。つまり、頂上５１５に向かって、左右方向へ長い突起５０２とする。突起５０２のサイズは、図７（ｃ）において、突起の幅６０３は５から２００μｍ、突起の長さ６０４は５から３０μｍ、突起の高さ６０５は１から１０μｍとすることが、効果を発揮するために望ましい。
【００４１】
突起５０２のサイズと配置はインクの粘度や表面張力、レンズの材質や表面状態を鑑みて設計することが可能である。
【００４２】
この構造によって光透過面１０２と光無透過面１０３がなす頂上５１５の部分の光吸収層１０５の厚みは確保され、かつ、インクを共通溝４０１、または、逃がし部３０２（図４（ａ））、に導くことでレンズ中央部への過度な集中を防止し、黒スジの発生を抑制できる。
【００４３】
（第６の実施の形態）
図８（ａ）、図８（ｂ）に第６の実施の形態に関わるフレネルレンズ製造方法を示す。本実施の形態ではインクジェットヘッド２０１のノズル７０１がノズル詰まりなどの原因で吐出しなくなった場合の対策方法を提供する。
【００４４】
ノズル７０１が吐出しなくなった場合、図８（ａ）が示すように光無透過面１０３に光吸収層１０５が形成されていない欠陥７０２が発生する。この部分から光無透過面１０３での散乱光が投影面に漏れ出してしまうため画面上に白点が発生する。
【００４５】
また、インクジェットの特性上、ノズル７０１が吐出しなくなるとスキャン方向７０５に平行に白点が連続して形成され、不具合としてユーザーから検出されやすくなる。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、図８（ｂ）で示すように吐出しないノズル７０１の隣接ノズル７０６により大液滴７０３を吐出する。大液滴７０３は光無透過面１０３に沿って濡れ広がり、図８（ｃ）に示すように解消された欠陥７０４のように光無透過面１０３を途切れなく光吸収層１０５で覆うことができる。
【００４７】
さらに実施の形態４、実施の形態５記載のフレネルレンズ構造を用いることによってノズル７０１の不吐出に伴う白点の解消を促進することが可能である。
【００４８】
なお、インク塗布後は、乾燥、または、硬化させる必要がある。
【００４９】
（全体として）
実施の形態は組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本願のフレネルレンズは、車載用ヘッドアップディスプレイ用のレンズなどとして広く使用される。
【符号の説明】
【００５１】
１  フレネルレンズ
２  レンズ面
３  溝
１０１  フレネルレンズ
１０２  光透過面
１０３  光無透過面
１０４  透明体
１０５  光吸収層
１０６  プリズム
２０１  インクジェットヘッド
２０２  ノズル
２０３  インク
２０６  溝
３０１  リニアフレネルレンズ
３０２  逃がし部
３０３  長さ
３０４  幅
３０５  深さ
４０１  共通溝
４０２  幅
４０３  深さ
５０１  矢印
５０２  突起
５０３  矢印
５０４  幅
５０５  長さ
５０６  高さ
５１５  頂上
６０１  矢印
６０２  矢印
６０３  幅
６０４  長さ
６０５  高さ
７０１  ノズル
７０２  欠陥
７０３  大液滴
７０４  解消された欠陥
７０５  スキャン方向
７０６  隣接ノズル
【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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