JP5424116B2 - 光学素子シートの同時両面形成方法、およびその光学素子シート形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光学素子をベースフィルムの表面と裏面に連続して同時形成する光学素子シートの同時両面形成方法、およびその光学素子シート形成装置に関する。

本発明における光学素子とは、レンズ、プリズム、ミラー素子、回折素子、回折ミラー、グリズム、フレネルレンズ、レンチキュラーシート、レンズシート、マイクロレンズアレイなどであり、さらに絞りや実装時のスペーサーや遮光用の黒インクなどを含む。本発明はこれらの光学素子をベースフィルムの両面に複数形成するものであり、形成物を光学素子シートという。ベースフィルムの表面と裏面に形成する光学素子は、同じ種類の光学素子でなくともよく、例えば、一方の面にレンズを形成し、他方の面に絞りを形成するなどとしても良い。

レンズなどの光学素子は光学素子シート上にマトリックス状に形成され、完成後切り離されて個別の光学素子として使用される。一方、レンチキュラーシートなどは光学素子シート上では個別に分かれていないが、完成後所定の大きさに切断されて使用されるので、このようなものも複数の光学素子を形成するものとして本発明に含めている。

本発明はこのような光学素子をベースフィルムの両面に複数同時形成するのであるが、ここで、光学素子の形成方法としては、「成型」、「成形」、「印刷」を含むものとし、これらを総称して「形成」という。「成型」とは、固体状の被成型物を加熱や加圧によって軟化させ、型の転写面に密着させて転写するプロセスをいい、「成形」とは、液体状の被成形物を型内に流し込み、加熱やＵＶ光照射などで硬化させて転写するプロセスをいう。また、「印刷」とは、ロール状の版型に被印刷材料（インク）を付着させ、この被印刷材料をベースフィルムに転写するプロセスをいう。

このような光学素子シート形成方法は、大量の光学素子を連続的に形成できるので、近年、携帯電話やデジタルカメラのストロボ用レンズやＬＥＤ照明の拡散レンズ、あるいは液晶表示装置のバックライト用レンズシートなど各種光学素子の形成に用いられるようになってきた。

光学素子シートの形成方法として、特許文献１は、エネルギー線硬化樹脂をロール金型で型転写することによりレンズシート、特にはプリズムシート、レンチキュラーレンズシート、フレネルレンズシートをベースフィルムの片面に連続的に形成する方法を開示し、特に硬化前と硬化時の温度管理によりレンズシートの反りを解消する形成方法を提案している。

特許文献２は、ベースフィルムの一方面に紫外線硬化型樹脂を塗布し、これをレンチキュラーレンズアレイ形成用ロール金型と加圧ロールとの間に導入して加圧し、紫外線照射により硬化させてレンチキュラーレンズアレイを形成し、その後、ベースフィルムの他方面に第２の紫外線硬化型樹脂を塗布し、これを凸状部形成用ロール金型と加圧ロールとの間に導入して加圧し、紫外線照射により硬化させて凸状部を形成し、該凸状部頂面に遮光性インキを塗布することにより透過型リアスクリーンを形成する方法を開示している。

また、特許文献２は、レンチキュラーレンズアレイ形成用ロール金型の余白部にアライメントマーク成形型部を設けてレンチキュラーレンズアレイの成形と同時にアライメントマークを形成しておき、一方、凸状部形成用ロール金型にも同様のアライメントマークを形成して、この凸状部形成用ロール金型のマークと樹脂層に形成されたアライメントマークとを整合させてシートの両面に形成される光学素子の位置合わせを行う技術を提案している。

特開２００９−２９２０６０号公報 特開２００７−２６４１８４号公報

特許文献２の位置合わせ技術は、具体的には説明されていないので、定かではないが、凸状部形成用ロール金型のアライメントマークと樹脂層に形成されたアライメントマークとが一致するように凸状部形成用ロール金型の回転位相を調整するものと思われ、この調整は形成初期段階で行われると考えられる。

しかしながら、ベースフィルムの一方面への光学素子形成に続いて他方面への光学素子形成を行うとき、これら両工程の間でベースフィルムに温度変化があると、長さ方向の膨縮を生じ、他方面の光学素子形成時に縦ズレが生じる。ベースフィルムへの光学素子形成は、ベースフィルムを連続搬送して行うので、ベースフィルムの長さ変化は累積し、放置すると非常に大きな値となってしまう。

例えば、シート材料が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の場合、線膨張係数が７０ｐｐｍ／℃程度であるが、一方面と他方面との転写形成の間で温度が１℃変化すると、１ｍあたり７０μｍという長さ変化となる。さらにこの状態で１００ｍ送った時点では累積して７ｍｍの長さ変化となって、一方面と他方面の光学素子はズレが大きく使用できないものとなる。

シート材料が厚さ１００μｍ程度の無アルカリガラスの場合、線膨張係数が３ｐｐｍ／℃程度と小さいにもかかわらず、同様の条件で１００ｍ送ったときの縦ズレ量は３００μｍとなり、表裏の偏心量として許容できる値ではない。

本発明者は、特許文献２のように表面と裏面に順次光学素子を形成する形成方法の上記問題点に鑑み、表面と裏面に同時に光学素子を形成することを思いついた。このように表面と裏面に同時に形成すると、縦ズレの問題は完全に解消される。

さらに、この同時両面形成方法は、光学素子の厚さに対しても横ズレに対しても初期調整のみでよく、形成段階では調整が不要である。光学素子シートの厚さ（ベースフィルムの厚さと形成される表裏の光学素子の厚さ）は、対向配置される表面用と裏面用とのロール金型の間隔を正確に設定すれば、両ロール金型の間で形成される光学素子シートの厚みは常に一定となる。

また、横ズレも対向配置される表面用と裏面用とのロール金型の横方向の位置を正確に設定すれば良い。これら金型の間隔、横方向位置の設定は、形成開始前に両金型の上方から測定機器で測定して調整すれば良い。あるいは少量のテスト形成を行い、出来上がった光学素子シートを測定して調整しても良い。

このように光学素子シートの同時両面形成方法は優れた形成方法であるが、形成した光学素子シートの反りの点で問題があることが判明した。すなわち、表面と裏面に形成する光学素子はまったく同じ形状ではなく、形も大きさも異なる。そのため、光学素子が硬化するまでの間の表面と裏面の光学素子の膨縮の程度は異なるので、形成した光学素子シートに反りが発生すると考えられる。反りの解決に対しては、もちろん特許文献１の温度管理も重要であるが、温度管理だけでは解決できない問題である。

本発明はこのような課題に鑑み、ベースフィルムの表面と裏面に複数の光学素子を同時に形成するに際して、形成される光学素子シートの反りを解消できる光学素子シートの同時両面形成方法、およびその光学素子シート形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、以下の方法および装置によって達成される。
１．第１ロール金型と第２ロール金型とを所定間隔を空けて水平方向に対向配置し、両ロール金型の間にベースフィルムを供給し紫外線硬化型樹脂を前記第１ロール金型または前記第２ロール金型に供給してそれぞれのロール金型により複数の光学素子を前記ベースフィルムの両面に同時に成型、成形もしくは印刷するとともに、両ロール金型で形成された光学素子シートを鉛直下方に搬送し、前記樹脂が完全に硬化するまでの距離以上の距離で鉛直方向の搬送を継続することを特徴とする光学素子シートの同時両面形成方法。
２．前記樹脂を紫外線で硬化させることを特徴とする前記１に記載の光学素子シートの同時両面形成方法。
３．ベースフィルム供給部と、
所定間隔を空けて水平方向に対向配置され、前記ベースフィルム供給部から供給されるベースフィルムの両面に同時に光学素子を成型、成形もしくは印刷する第１ロール金型および第２ロール金型と、
前記第１ロール金型および前記第２ロール金型の鉛直方向下方に配置される少なくとも１対の搬送ローラ対とを有し、
紫外線硬化型樹脂を前記第１ロール金型または前記第２ロール金型に供給し、
前記第１ロール金型および前記第２ロール金型から前記搬送ローラ対までの距離を前記樹脂が完全に硬化するまでの距離以上としたことを特徴とする光学素子シート形成装置。
４．前記樹脂を紫外線で硬化させることを特徴とする前記３に記載の光学素子シート形成装置。
５．前記搬送ローラ対が、光学素子形成部分に対応する周方向の溝を有する溝付きローラ、あるいは、光学素子形成部分に対応する窪みを有する窪み付きローラであることを特徴とする前記３または４に記載の光学素子シート形成装置。

以上の本発明によれば、ベースフィルムの表面と裏面に複数の光学素子を同時に形成するに際して、形成される光学素子シートの反りを解消できる光学素子シートの同時両面形成方法、およびその光学素子シート形成装置を提供することができる。

本発明の光学素子シート形成装置を示す模式図。 ロール金型３または４を展開して示した模式図。 本発明の搬送ローラ対を示す斜視図。

以下、図面を用いて本発明を説明する。図１は本発明の光学素子シート形成装置を示す概略図である。

図１において、ベースフィルムＦはベースフィルム供給ローラ１に巻きつけられており、矢印のように引き出される。ベースフィルムＦの搬送路には、順に、搬送ローラ対２、水平方向に対向配置される表面成形ロール金型３と裏面成形ロール金型４、表面成形ロール金型３の上流側とベースフィルムＦとの間で紫外線硬化樹脂を供給する紫外線硬化樹脂供給部５、裏面成形ロール金型４の上流側とベースフィルムＦとの間で紫外線硬化樹脂を供給する紫外線硬化樹脂供給部６、搬送ローラ対７、搬送ローラ対８、搬送ローラ対９が配置され、最後にスペーサーシート供給ローラ１０から供給されるスペーサーシートＳを成形された光学素子シートに挟み込んで両者を成形品ローラ１１に巻きつけている。

表面成形ロール金型３、および裏面成形ロール金型４の周面には、図２に示すように形成すべき光学素子の型（図中まる印）がマトリックス状に形成されており、また、それぞれの内部にはヒータが設けられ、紫外線硬化樹脂の温度を一定に管理するように構成される。

表面成形ロール金型３および裏面成形ロール金型４とベースフィルムＦとの間に供給された紫外線硬化樹脂は、搬送路の両側に配置される紫外線照射ランプＵＶ１、ＵＶ２、ＵＶ３、ＵＶ４、ＵＶ５、ＵＶ６、ＵＶ７、ＵＶ８で照射され硬化される。

図１の例では、拡大図で示すように、表面側に凸レンズＬａが、裏面側に凹レンズＬｂがそれぞれ形成される。

ここで、表面成形ロール金型３と裏面成形ロール金型４、搬送ローラ対７、搬送ローラ対８は、それぞれの対が水平方向に対向配置されるとともに、順次鉛直方向に並べられている。またこれらの周速度はすべて一定速度で駆動されている。

表面成形ロール金型３と裏面成形ロール金型４とは、形成開始前にその間隔、金型同士の縦方向（周方向）、横方向（軸方向）の位置を正確に調整される。この調整によって、表裏に形成される光学素子がずれることなく形成できる。

図１において、搬送ローラ対７、８、および搬送ローラ対９のスペーサーシートと反対側のローラは、光学素子には接触せず光学素子の間の部分に接触するローラが良い。図３はこのようなローラを示すもので、図３（ａ）は、周方向に溝が形成され光学素子形成部分が溝に入る構造の溝付きローラを、図３（ｂ）は、光学素子形成部分に対応した窪みが周面にマトリックス状に形成された窪み付きローラを示している。図１において、二重丸で示している搬送ローラは、この溝付きローラまたは窪み付きローラを採用する部分である。

このように光学素子には接触せず光学素子の間の部分に接触する搬送ローラ対を用いて光学素子シートを挟み込み、鉛直方向に搬送することにより、ベースフィルムＦ上で徐々に硬化する光学素子シートはその重みと搬送ローラ対の搬送力による張力がかかるので反りは発生することなく硬化させることができる。

表面成形ロール金型３と裏面成形ロール金型４から搬送ローラ対８までの鉛直方向の距離は、樹脂が完全に硬化するまでの距離以上とする。この距離は、使用する樹脂材料や形成する光学素子の大きさなどに依存するが、おおむね３ｍ以上である。

なお、上記の説明では、ロール金型は精密に作製され、軸の偏心やロール形状の偏りは無いものとしているが、これら偏心、偏りをまったくゼロにすることは難しく、レンズと絞りや両面にレンズを形成する場合などのように、表面と裏面の光学素子の偏心が問題になるものにおいては、これらの影響は大きくなる。この場合、事前に両ロール金型の軸偏心とロール形状を計測し、計測値を記憶しておいて、両ロール金型の速度を記憶された偏心計測値およびロール形状計測値を用いて補正するようにすればよい。このとき、両ロール金型の回転位置情報が必要となるので、表面成形ロール金型３と裏面成形ロール金型４にマークを付けてこれを計測するか、あるいは、軸にロータリエンコーダを設けて回転位置情報を得るようにする。

以上説明した本発明の実施例では、光学素子を形成する材料として紫外線硬化樹脂を用いたが、紫外線硬化樹脂は、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、不飽和酸ポリエステルなど光学素子の性能に合わせて適宜選択できる。また、紫外線硬化樹脂に替えて、可視光や電子線などのエネルギー線硬化樹脂や、ジエチレングリコールジアリルカーボネート、シロキサニルメタクリレートなどの熱硬化性樹脂を用いることもできる。

紫外線照射ランプとしては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどを用いることができ、さらに近年開発されたＬＥＤ方式の紫外線照射ランプを用いることもできる。

先に説明したように、本発明においては、光学素子としてレンズ以外にも種々の形態の光学素子を形成することができ、また、その形成方法も「成型」「成形」「印刷」を用いることができる。

上述の実施例は「成形」であるが、「成型」の場合は、樹脂を加熱して軟化させ、ロール金型に注入し、加熱及び加圧によって成型する。また、「印刷」の場合は、ロール金型を凹版とし、金型の凹部にインクを入れ、ベースフィルムに押圧して転写する。そして、このような形成方法を表面側と裏面側とで異なる方法を用いることができるのも勿論である。

１ ベースフィルム供給ローラ
２、７、８、９ 搬送ローラ対
３ 表面成形ロール金型
４ 裏面成形ロール金型
５、６ 紫外線硬化樹脂供給部
１０ スペーサーシート供給ローラ
１１ 成形品ローラ
Ｆ ベースフィルム
Ｓ スペーサーシート
ＵＶ１〜ＵＶ８ 紫外線照射ランプ

Claims (5)

1. 第１ロール金型と第２ロール金型とを所定間隔を空けて水平方向に対向配置し、両ロール金型の間にベースフィルムを供給し紫外線硬化型樹脂を前記第１ロール金型または前記第２ロール金型に供給してそれぞれのロール金型により複数の光学素子を前記ベースフィルムの両面に同時に成型、成形もしくは印刷するとともに、両ロール金型で形成された光学素子シートを鉛直下方に搬送し、前記樹脂が完全に硬化するまでの距離以上の距離で鉛直方向の搬送を継続することを特徴とする光学素子シートの同時両面形成方法。
2. 前記樹脂を紫外線で硬化させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子シートの同時両面形成方法。
3. ベースフィルム供給部と、
   所定間隔を空けて水平方向に対向配置され、前記ベースフィルム供給部から供給されるベースフィルムの両面に同時に光学素子を成型、成形もしくは印刷する第１ロール金型および第２ロール金型と、
   前記第１ロール金型および前記第２ロール金型の鉛直方向下方に配置される少なくとも１対の搬送ローラ対とを有し、
   紫外線硬化型樹脂を前記第１ロール金型または前記第２ロール金型に供給し、
   前記第１ロール金型および前記第２ロール金型から前記搬送ローラ対までの距離を前記樹脂が完全に硬化するまでの距離以上としたことを特徴とする光学素子シート形成装置。
4. 前記樹脂を紫外線で硬化させることを特徴とする請求項３に記載の光学素子シート形成装置。
5. 前記搬送ローラ対が、光学素子形成部分に対応する周方向の溝を有する溝付きローラ、あるいは、光学素子形成部分に対応する窪みを有する窪み付きローラであることを特徴とする請求項３または４に記載の光学素子シート形成装置。

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