JP3494672B2 - Method for manufacturing plastic aspheric cylindrical lens - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイや光通
信用機器、光情報処理装置等に用いられるプラスチック
製非球面マイクロレンズの製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】プラスチック製のシリンドリカルレンズ
は、従来、金型を用いた射出成型加工や鋳込み成形加工
あるいはプラスチック原板を研磨加工することによって
作製されてきた。 【０００３】 【発明の解決しようとする課題】しかし、このような方
法によるマイクロシリンドリカルレンズの作製では、そ
の製作が極めて難しいばかりでなく、多数のマイクロシ
リンドリカルレンズのアレイ化を行うことが難しい。ま
たマイクロシリンドリカルレンズに結像機能をもたすた
めには、シリンドリカルレンズを２枚対称性良く重ね合
わせる必要があった。本発明者等はアレイ化を簡単に行
え、少なくとも片凹面で光軸対称性の良いシリンドリカ
ルレンズを開発することに鋭意努力した結果、本発明に
至った。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明者等は、重合体
(A) と該重合体(A) を溶解させ、かつ、光重合可能な単
量体(B) とからなる混合物を賦形した平板状の樹脂組成
物に、平行光を照射すると光の照射方向にそって層構造
が形成されることにより、光が散乱され半透明体になる
ことを利用し、図２のようなシリンドリカルレンズ部形
成用マスク部を有するフォトマスクをかけた平板状の樹
脂組成物に、まず、平行光を照射して半透明状に重合硬
化を行った。この際に、半透明状に硬化した部分の重合
にともない重合収縮を起こし、マスク部に相当する未硬
化部が凹状のシリンドリカル部となる。この状態でマス
クを除き、拡散光を照射して未硬化部分を透明に硬化す
ることにより、本発明の図１の斜視図に示すような光散
乱部と、平面の少なくとも片面が凹状で光軸対称性を有
するマイクロシリンドリカルレンズ部とからなるプラス
チック製片凹面シリンドリカルレンズを開発することに
成功した。 【０００５】本発明においてはシリンドリカルレンズの
製造に平行光を利用しているため、非常に良好な光軸対
称性を有するレンズを形成することができる。 【０００６】本発明を実施するに際して用いる単量体
(B) は、光重合可能であることが必要であり、その中で
もラジカル重合性のものが最適である。このラジカル重
合性の単量体の具体例としては、メチルメタクリレー
ト、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレ
ート、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロプロピル（メ
タ）アクリレート、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロプロピ
ル（メタ）アクリレート、2,2,2-トリフルオロエチル
（メタ）アクリレート等のフッ素化アルキル（メタ）ア
クリレート（n=1.37〜1.44）、屈折率1.43〜1.62の（メ
タ）アクリレート類、例えばエチル（メタ）アクリレー
ト、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）
アクリレート、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレー
ト、アルキレングリコールジ（メタ）アクリレート、ト
リメチロールプロパンジまたはトリ（メタ）アクリレー
ト、ペンタエリスリトールジ、トリまたはテトラ（メ
タ）アクリレート、ジグリセリンテトラ（メタ）アクリ
レート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリ
レートなどのほか、ジエチレングリコールビスアリルカ
ーボネート、フッ素化アルキレングリコールポリ（メ
タ）アクリレート、ウレタン系（メタ）アクリレートな
どを単独であるいは２種以上併用した形で用いることが
できるが、これら単量体(B) にさらにスチレン、クロル
スチレン、酢酸ビニル等をも混合することもできる。 【０００７】また、これらの単量体(B) を光重合するた
めに用いる光開始型触媒としては、ベンゾフェノン、ベ
ンゾインアルキルエーテル、4'−イソプロピル−2-ヒド
ロキシ−2-メチル−プロピオフェノン、1-ヒドロキシシ
クロヘキシルフェニルケトン、ベンジルメチルケター
ル、2,2-ジエトキシアセトフェノン、クロロチオキサン
トン、チオキサントン系化合物、ベンゾフェノン系化合
物、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミ
ノ安息香酸イソアミル、N-メチルジエタノールアミン、
トリエチルアミンなどが挙げられる。 【０００８】また、単量体(B) の重合を完結させるため
に、熱開始型触媒を併用することも可能である。この熱
開始型触媒としては、普通パーオキサイド系触媒が用い
られる。 【０００９】本発明を実施するに際して用いる重合体
(A) としては、前記した単量体(B) に可溶なものであれ
ばいかなる重合体をも用いることができる。その具体例
としては、ポリメチルメタクリレート（n=1.49）、ポリ
メチルメタクリレート系コポリマ（n=1.47〜1.50）、ポ
リ−4-メチルペンテン-1（n=1.46）、エチレン／酢酸ビ
ニルコポリマ（n=1.46〜1.50）、ポリカーボネート（n=
1.50〜1.57）、ポリフッ化ビニリデン（n=1.42）、フッ
化ビニリデン／テトラフルオロエチレンコポリマ（n=1.
42〜1.46）、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレ
ン／ヘキサフルオロプロペンコポリマ（n=1.40〜1.4
6）、ポリフッ化アルキル（メタ）アクリレートポリマ
などが挙げられる。 【００１０】本発明を実施するに際して用いる樹脂組成
物は平板状に賦形する必要があり、室温では10,000ポイ
ズ以上、好ましくは25,000ポイズ以上の粘度であること
が好ましい。 【００１１】本発明で平板状樹脂組成物を硬化するのに
用いる光源としては、炭素アーク灯、高圧水銀灯、超高
圧水銀灯、低圧水銀灯、ケミカルランプ、キセノンラン
プ、メタルハライドランプ、レーザ光等を挙げることが
できるが、第１の平行光の照射工程においては、これら
光源よりの光を必ずコリメートレンズを通して平行光に
してから照射することが必要である。 【００１２】 【発明の効果】本発明は未だ開発されたことのない図１
に示すような光散乱部と、平面の少なくとも片面が凹状
で、光軸対称性を有するマイクロシリンドリカルレンズ
部とからなるプラスチック製片凹面シリンドリカルレン
ズにある。本発明にて作られるプラスチック製シリンド
リカルレンズは、その製造工程において平行光線を用い
ているために、非常に光軸対称性の良好なシリンドリカ
ルレンズ部の形成が可能である。また、非常に簡便な方
法でこのレンズを作製することができ、その製造コスト
も安く、軽いという非常に大きなメリットがある。 【００１３】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。 【００１４】 【実施例１】ポリメチルメタクリレート50重量部、ベン
ジルメタクリレート10重量部、メチルメタクリレート33
重量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタ
クリレート７重量部、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトン0.25重量部からなる混合物を、70℃にて加熱
混練して溶解させて樹脂組成物を作製した。この組成物
の粘度は25℃で10万ポイズであった。この組成物をポリ
エステルフィルムに挟み、厚さ0.5mm 、長さ３cm、幅５
mmの平板状に賦形した。この平板状賦形物にクロム蒸着
をした長さ５cm、幅１mmのマスク部を有する図２に示す
ごときフォトマスクをかけ、平行光束型光源装置（ウシ
オ電機製UT-501C)を用い紫外線を照射した。この時の照
射強度は30mW/cm²であり、照射時間は20分間であった。
この時、平行光を照射した平板状樹脂組成物の部分は半
透明となるとともに、重合収縮を起こし、マスク部（レ
ンズ形成部）が凹状となった。この後、さらにフォトマ
スクを取り除き、40Ｗのケミカルランプにて散乱光を平
板状樹脂組成物に照射し、未硬化部を重合硬化させる
と、凹状部を保持したまま透明にシリンドリカルレンズ
部の硬化ができた。作製した両面凹状物はレンズ機能を
有していた。この凹状部の深さは、平面部から両側で約
50μｍであった。 【００１５】 【実施例２】実施例１で用いたものと同じ樹脂組成物を
ポリエステルフィルム間に挟み、長さ５cm、幅５cm、厚
さ0.5mm の平板状に賦形した。この平板状樹脂組成物に
マスク部の幅1.0mm 、透明部の幅0.4mm のストライプ状
パターンを有する幅６cm、長さ６cmのフォトマスクをか
け、実施例１と同様の操作の光照射を行った。得られた
シリンドリカルレンズはレンズ部1.0mm 、光拡散部0.4m
m の平板状プラスチック製両面凹のシリンドリカルレン
ズアレイであった。このシリンドリカルレンズの凹面の
深さは両面で40μｍであった。また、それぞれのシリン
ドリカルレンズは均一な性能を有していた。 【００１６】 【比較例１】実施例１で作製したものと同じ厚さ0.5mm
の平板状の樹脂組成物に、実施例１で用いたものと同様
のフォトマスクをかけた状態で40Ｗのケミカルランプで
光照射を20分間行った。その際、平板状樹脂組成物の光
照射部に不透明部の形成は認められなかった。 【００１７】 【実施例３】ポリメチルメタクリレート50重量部、メチ
ルメタクリレート30重量部、2,2,3,3-テトラフルオロプ
ロピルメタクリレート20重量部、1-ヒドロキシシクロヘ
キシルフェニルケトン0.25重量部からなる樹脂混合物
を、65℃にて加熱混練して溶解させて樹脂組成物を作製
した。この樹脂組成物は25℃で粘度が12.5万ポイズであ
った。この樹脂組成物をポリエステルフィルム間に挟
み、長さ3.5cm 、幅3.5cm、厚さ１mmの平板状に賦形し
た。この平板状樹脂組成物上にマスク部の幅0.5mm、透
明部の幅0.2mm のストライプ状のパターンを有する幅3.
5cm 、長さ3.5cm のフォトマスクをかけ、実施例１と同
様の操作により、まず平行光を照射し、次いでフォトマ
スクを除いて散乱光の照射を行った。レンズ部0.5mm 、
光拡散部0.2mm 、の平板状プラスチック製両凹面シリン
ドリカルレンズアレイが作製できた。このシリンドリカ
ルレンズの凹面の深さは両面でそれぞれ25μｍであっ
た。またそれぞれのレンズは均一な性能を有していた。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plastic used for a liquid crystal display, an optical communication device, an optical information processing device and the like.
The present invention relates to a method for manufacturing an aspherical microlens . 2. Description of the Related Art Conventionally, plastic cylindrical lenses have been manufactured by injection molding or casting using a mold, or by polishing a plastic base plate. However, in the production of a micro cylindrical lens by such a method, it is extremely difficult not only to produce the micro cylindrical lens but also to make an array of a large number of micro cylindrical lenses. Also, in order for the micro cylindrical lens to have an image forming function, it is necessary to overlap two cylindrical lenses with good symmetry. The present inventors have made an effort to develop a cylindrical lens which can be easily arrayed and has good optical axis symmetry with at least one concave surface, and as a result, the present invention has been achieved. [0004] The present inventors have proposed a polymer
When a flat resin composition obtained by dissolving the polymer (A) and the polymer (A) and forming a mixture of the photopolymerizable monomer (B) is irradiated with parallel light, the light is irradiated. A plate-like resin with a photomask having a cylindrical lens portion forming mask portion as shown in FIG. 2 utilizing the fact that light is scattered and becomes a translucent body by forming a layer structure along the direction. First, the composition was irradiated with parallel light and polymerized and cured in a translucent state. At this time, polymerization shrinkage occurs due to polymerization of the translucent cured portion, and the uncured portion corresponding to the mask portion becomes a concave cylindrical portion. In this state, by removing the mask and irradiating diffused light to cure the uncured portion transparently, the light scattering portion as shown in the perspective view of FIG. We have succeeded in developing a plastic single concave cylindrical lens consisting of a micro cylindrical lens part with symmetry. [0005] In the present invention, since parallel light is used for manufacturing a cylindrical lens, a lens having very good optical axis symmetry can be formed. [0006] Monomers used in carrying out the present invention
(B) needs to be photopolymerizable, and among them, radical polymerizable one is most suitable. Specific examples of the radical polymerizable monomer include methyl methacrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl (meth) acrylate, 2,2,3,3,4,4,5,5-octamethacrylate. Fluorinated alkyl (meth) acrylates such as fluoropropyl (meth) acrylate, 2,2,3,4,4,4-hexafluoropropyl (meth) acrylate, and 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate ( n = 1.37 to 1.44), (meth) acrylates having a refractive index of 1.43 to 1.62, for example, ethyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth)
Acrylate, hydroxyalkyl (meth) acrylate, alkylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane di or tri (meth) acrylate, pentaerythritol di, tri or tetra (meth) acrylate, diglycerin tetra (meth) acrylate, dipenta In addition to erythritol hexa (meth) acrylate, diethylene glycol bisallyl carbonate, fluorinated alkylene glycol poly (meth) acrylate, urethane (meth) acrylate, etc. can be used alone or in combination of two or more. Styrene, chlorostyrene, vinyl acetate and the like can be further mixed with the monomer (B). The photoinitiated catalysts used for photopolymerizing these monomers (B) include benzophenone, benzoin alkyl ether, 4'-isopropyl-2-hydroxy-2-methyl-propiophenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, benzyl methyl ketal, 2,2-diethoxyacetophenone, chlorothioxanthone, thioxanthone compounds, benzophenone compounds, ethyl 4-dimethylaminobenzoate, isoamyl 4-dimethylaminobenzoate, N-methyldiethanolamine ,
Triethylamine and the like. In order to complete the polymerization of the monomer (B), a heat-initiated catalyst can be used in combination. As the heat-initiated catalyst, a peroxide catalyst is usually used. Polymer used in practicing the present invention
As (A), any polymer can be used as long as it is soluble in the above-mentioned monomer (B). Specific examples thereof include polymethyl methacrylate (n = 1.49), polymethyl methacrylate-based copolymer (n = 1.47 to 1.50), poly-4-methylpentene-1 (n = 1.46), and ethylene / vinyl acetate copolymer (n = 1.46-1.50), polycarbonate (n =
1.50 to 1.57), polyvinylidene fluoride (n = 1.42), vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer (n = 1.
42 to 1.46), vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropene copolymer (n = 1.40 to 1.4)
6), polyfluoroalkyl (meth) acrylate polymers and the like. [0010] The resin composition used in the practice of the present invention must be shaped into a flat plate, and has a viscosity of 10,000 poise or more, preferably 25,000 poise or more at room temperature. The light source used for curing the flat resin composition in the present invention includes a carbon arc lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, a chemical lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a laser beam and the like. However, in the first step of irradiating the parallel light, it is necessary to irradiate the light from these light sources into parallel light without fail through a collimating lens. The present invention has not been developed yet.
And a micro-cylindrical lens part having a light-scattering part and a micro-cylindrical lens part having at least one flat surface concave and having optical axis symmetry. Since the plastic cylindrical lens made by the present invention uses parallel rays in its manufacturing process, it is possible to form a cylindrical lens part having very good optical axis symmetry. Further, this lens can be manufactured by a very simple method, and there is a great advantage that the manufacturing cost is low and the weight is low. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Example 1 50 parts by weight of polymethyl methacrylate, 10 parts by weight of benzyl methacrylate, 33 parts of methyl methacrylate
A mixture consisting of 7 parts by weight of 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl methacrylate and 0.25 part by weight of 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone was heated and kneaded at 70 ° C. to dissolve the mixture. Thus, a resin composition was prepared. The viscosity of this composition was 100,000 poise at 25 ° C. This composition is sandwiched between polyester films and has a thickness of 0.5 mm, a length of 3 cm, and a width of 5 mm.
It was shaped into a flat plate of mm. A photomask as shown in FIG. 2 having a mask portion of 5 cm in length and 1 mm in width which is chromium vapor-deposited on the plate-like shaped object is irradiated with ultraviolet rays using a parallel light source device (UT-501C manufactured by Ushio Inc.). did. At this time, the irradiation intensity was 30 mW / cm ² , and the irradiation time was 20 minutes.
At this time, the portion of the plate-shaped resin composition irradiated with the parallel light became translucent and caused polymerization shrinkage, so that the mask portion (lens forming portion) became concave. Thereafter, the photomask is further removed, and the flat resin composition is irradiated with scattered light with a 40 W chemical lamp to polymerize and cure the uncured portion. When the concave portion is held, the cylindrical lens portion is cured transparently. did it. The produced double-sided concave object had a lens function. The depth of this concave part is approximately
It was 50 μm. Example 2 The same resin composition as used in Example 1 was sandwiched between polyester films and shaped into a flat plate having a length of 5 cm, a width of 5 cm and a thickness of 0.5 mm. A photomask having a width of 6 cm and a length of 6 cm having a stripe pattern having a mask portion of 1.0 mm width and a transparent portion of 0.4 mm width was applied to the flat resin composition, and light irradiation was performed in the same manner as in Example 1. Was. The obtained cylindrical lens has a lens part of 1.0 mm and a light diffusion part of 0.4 m
m, a double-sided concave cylindrical lens array made of plastic. The concave surface of this cylindrical lens had a depth of 40 μm on both surfaces. Further, each cylindrical lens had uniform performance. Comparative Example 1 The same thickness of 0.5 mm as that produced in Example 1.
The plate-shaped resin composition was irradiated with light using a 40 W chemical lamp for 20 minutes in a state where the same photomask as that used in Example 1 was applied. At that time, formation of an opaque portion was not recognized in the light irradiation portion of the flat resin composition. Example 3 A resin mixture comprising 50 parts by weight of polymethyl methacrylate, 30 parts by weight of methyl methacrylate, 20 parts by weight of 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate, and 0.25 parts by weight of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone Was heated and kneaded at 65 ° C. and dissolved to prepare a resin composition. This resin composition had a viscosity of 125,000 poise at 25 ° C. This resin composition was sandwiched between polyester films and shaped into a flat plate having a length of 3.5 cm, a width of 3.5 cm and a thickness of 1 mm. A width having a stripe pattern with a mask part width of 0.5 mm and a transparent part width of 0.2 mm on the flat resin composition 3.
Using a photomask of 5 cm 2 and a length of 3.5 cm, the same operation as in Example 1 was performed to irradiate parallel light first, and then scattered light was irradiated except for the photomask. Lens 0.5mm,
A flat plastic biconcave cylindrical lens array having a light diffusion portion of 0.2 mm was produced. The concave surface of this cylindrical lens had a depth of 25 μm on both surfaces. Also, each lens had uniform performance.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のプラスチック製マイクロシリンドリカ
ルレンズの一例を示す斜視図である。 【図２】本発明のシリンドリカルレンズを作るのに用い
るフォトマスクの一例を示す平面図である。 【符号の説明】 １ ………… 凹面シリンドリカルレンズ部 ２ ………… 拡散部 ３ ………… フォトマスクのマスク部 ４ ………… フォトマスクの透光部BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing an example of a plastic micro cylindrical lens of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an example of a photomask used to make the cylindrical lens of the present invention. [Description of Signs] 1... Concave cylindrical lens unit 2... Diffusion unit 3... Mask unit 4 of photomask 4.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−153501（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−53927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−40903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−40946（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 1/00 - 1/08 G02B 3/00 - 3/14 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-153501 (JP, A) JP-A-6-160609 (JP, A) JP-A-60-53927 (JP, A) JP-A-64-40903 (JP) , A) JP-A-64-40946 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) G02B 1/00-1/08 G02B 3/00-3/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 重合体（Ａ）と該重合体（Ａ）を溶解さ
せ、かつ、光重合可能な単量体（Ｂ）とからなる平板状
の樹脂組成物に、マイクロシリンドリカルレンズ形成用
マスク部を有するフォトマスクをかけた状態で、平行光
を照射して樹脂組成物の光照射部を半透明に硬化させ、
この硬化時に半透明に硬化した部分の重合にともなう重
合収縮によりマスク部分に相当する未硬化部にレンズ能
を有し両面の合計の深さが４０μｍ以上の微小な凹面を
形成させる第１の工程と、次いで平板状樹脂組成物にフ
ォトマスクを除いた状態で拡散光を照射して第１の工程
で未硬化のレンズ能を有する部分の硬化を行うことを特
徴とするプラスチック製非球面シリンドリカルレンズの
製造方法。(57) [Claim 1] A flat resin composition comprising a polymer (A) and a photopolymerizable monomer (B) in which the polymer (A) is dissolved. In a state where a photomask having a microcylindrical lens forming mask portion is applied to the object, the light irradiation portion of the resin composition is cured to be translucent by irradiating parallel light,
The weight associated with the polymerization of the translucent cured part during this curing
A first step of forming a minute concave surface having a lens function in an uncured portion corresponding to a mask portion by combined shrinkage and having a total depth of 40 μm or more on both surfaces, and then removing the photomask from the plate-shaped resin composition A method of manufacturing a plastic aspherical cylindrical lens, comprising irradiating diffused light in an inclined state and curing an uncured portion having lens power in a first step.