JP5471494B2

JP5471494B2 - 光学素子シートの連続両面形成方法、およびその光学素子シート形成装置

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Publication number: JP5471494B2
Application number: JP2010010843A
Authority: JP
Inventors: 秀細江
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: JP2011148180A

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順次連続して形成する光学素子シートの連続両面形成方法、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順次複数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。

本発明はこのような課題に鑑み、ベースフィルムの表面への光学素子形成工程とこれに続く裏面への光学素子形成工程によって複数の光学素子を形成するに際して、表面と裏面に形成される光学素子のズレを確実に補正して表裏の偏心が無い光学素子を形成できる光学素子シートの連続両面形成方法、および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、以下の方法によって達成される。

１．ベースフィルムの一方面に複数の光学素子および位置合わせ用マークをロール金型を用いて成型、成形もしくは印刷する第１光学素子形成工程と、
ベースフィルムの他方面に複数の光学素子をロール金型を用いて成型、成形もしくは印刷する第２光学素子形成工程と、を連続して実施するとともに、
前記第１光学素子形成工程と前記第２光学素子形成工程との間で、前記位置合わせ用マークを検出し、検出結果に基づいて前記第２光学素子形成工程におけるロール金型の回転速度、もしくは光学素子シートの搬送速度を逐次補正することを特徴とする光学素子シートの連続両面形成方法。

２．前記第１光学素子形成工程または第２光学素子形成工程が、紫外線硬化型樹脂を前記ロール金型に供給し、該樹脂を紫外線で硬化させることにより行われることを特徴とする前記１に記載の光学素子シートの連続両面形成方法。

３．前記第２光学素子形成工程における速度の補正は、該ロール金型のマーク検出ごとに行うことを特徴とする前記１または２に記載の光学素子シートの連続両面形成方法。

４．ベースフィルム供給部と、
複数の光学素子および位置合わせ用マークの型を有する第１ロール金型を用い、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一方面に複数の光学素子および位置合わせ用マークを成型、成形もしくは印刷する第１光学素子形成部と、
前記第１光学素子形成部でベースフィルム上に形成された位置合わせ用マークを検出するマーク検出部と、
前記マーク検出部の下流に配置され、複数の光学素子の型を有する第２ロール金型を用い、前記ベースフィルムの他方面に複数の光学素子を成型、成形もしくは印刷する第２光学素子形成部と、
前記第２ロール金型の回転速度、もしくは光学素子シートの搬送速度を前記マーク検出部の検出結果に基づいて補正する補正手段とを有することを特徴とする光学素子シート形成装置。

５．前記第１光学素子形成部または前記第２光学素子形成部が、紫外線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、該樹脂を紫外線で硬化させることにより行われることを特徴とする前記４に記載の光学素子シート形成装置。

６．前記補正手段は、速度補正をマーク検出ごとに行うことを特徴とする前記４または５に記載の光学素子シート形成装置。

７．前記第１光学素子形成部または第２光学素子形成部で形成された光学素子側に当接して搬送する搬送ローラが、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４から６のいずれか１項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への光学素子形成工程とこれに続く裏面への光学素子形成工程によって複数の光学素子を形成するに際して、表面と裏面に形成される光学素子のズレを確実に補正して表裏の偏心が無い光学素子を形成できる光学素子シートの連続両面形成方法、および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。表面形成ロール金型３を展開して示した模式図。表面側と裏面側の光学素子の位置を一致させる変形例を示す部分模式図。本発明の光学素子形成側の搬送ローラを示す斜視図。

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、表面成形ロール金型３、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４、搬送ローラ対５、搬送ローラ対６、裏面成形ロール金型７、裏面成形ロール金型７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８、搬送ローラ対１０、搬送ローラ対１１が配置され、最後にスペーサーシート供給ローラ１２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１３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７の周面には、形成すべき光学素子の型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、ベースフィルムＦの側から紫外線照射ランプＵＶ１、ＵＶ２で照射され、硬化を始める。さらに進んで搬送ローラ対５と搬送ローラ対６の間で光学素子形成側に配置された紫外線照射ランプＵＶ３、ＵＶ４により硬化を完了させる。

同様に、裏面成形ロール金型７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、表面形成ロール金型３で形成された光学素子の側から紫外線照射ランプＵＶ５、ＵＶ６で照射され、硬化を始める。次いで搬送ローラ対１０と搬送ローラ対１１の間で裏面側に形成された光学素子形成側に配置された紫外線照射ランプＵＶ７、ＵＶ８により硬化を完了させる。

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。

このように表面側と裏面側に形成される光学素子は、その光軸が一致するように形成されなければならない。この位置合わせのため、表面形成ロール金型３の周面の側部に位置合わせ用マークが光学素子形成時と同時に形成される。

図２は、表面形成ロール金型３を展開して示した模式図であり、図中のマトリックス状に配置される光学素子を形成する部分の金型を示している。そして、表面形成ロール金型３の一方の側部に位置合わせ用マークを形成する金型Ｍが形成されている。マーク形成金型Ｍは、図の例では光学素子用の金型の２列ごとに配置されるが、１列ごとでも、複数列ごとでも良い。また、検出の信頼性やベースフィルムの状況を詳細に見るために、検出用マークＭはロール幅方向に１か所だけでなく、複数あっても良い。

そして、図１の搬送ローラ対６の下流にマーク検出部９が設けられ、ベースフィルムＦ上に形成された位置合わせ用マークを検出する。マーク検出部９は、光源とセンサーとからなるが、発明が解決しようとする課題で説明したように、位置ズレはミクロンオーダーであるので、マーク検出部９もサブミクロンオーダーの解像度でマークを検出できるものを用いる。

図１の実施例では、表面形成ロール金型３と裏面形成ロール金型７は、それぞれ別々の駆動源で駆動するよう構成されており、マーク検出部９で検出したマークの情報に基づき裏面形成ロール金型７の駆動源を制御して、表面側の光学素子と裏面側の光学素子の位置が一致するよう裏面形成ロール金型７の回転速度を制御する。なお、このときのベースフィルムＦの搬送速度は一定であり、裏面形成ロール金型７の回転速度が変更されると、裏面形成ロール金型７がベースフィルムＦに対してわずかにスリップして正しい光学素子形成位置に合わせられる。このときのスリップ量は非常にわずかであるので、光学素子形成には支障を与えない。また、この制御を行う制御手段は図示していないが、公知の速度制御の構成を用いることができる。

表面側の光学素子と裏面側の光学素子の位置を一致させるためには、上述のように裏面形成ロール金型７の回転速度を制御することのほか、ベースフィルムＦの下流側の搬送速度を変更することでも可能である。図３は、この構成を示す部分模式図である。

図３において、マーク検出部９と裏面形成ロール金型７との間に、位置固定の搬送ローラ２１と、位置可変の搬送ローラ２２と、位置固定の搬送ローラ２３とを配置し、ベースフィルムＦをこれらの搬送ローラに掛け渡している。

図３の構成で、マーク検出部９で検出された情報に基づき、搬送ローラ２２の位置を移動させるよう制御する。搬送ローラ２２を位置可変に保持・移動させる構成は、公知の構成を用いることができる。搬送ローラ２１の上流側のベースフィルムＦの搬送速度がＶのとき、搬送ローラ２２が正、または負の方向に速度ｖで移動されると、下流側のベースフィルムＦの搬送速度はＶ±２ｖとなり、裏面側に形成すべき光学素子の位置が補正される。

このように、裏面形成ロール金型７の回転速度、またはベースフィルムＦの下流側の搬送速度を補正することにより表面側の光学素子と裏面側の光学素子の形成位置を一致させることができる。金型回転速度補正、ベースフィルム搬送速度補正のいずれを用いてもよく、また両者を併用しても良い。

上記の実施例では、マークを表面成形ロール金型３に形成して、裏面成形ロール金型７の速度、または下流の光学素子シートの搬送速度を補正したが、変形として、マークを表面成形ロール金型３と裏面成形ロール金型７との両者に形成し、第２の光学素子形成工程の後に両マークを検出して、そのベースフィルム上の相対位置の検出結果に基づいて第２の光学素子形成工程におけるロール金型の回転速度、もしくは光学素子シートの搬送速度を逐次補正することもできる。この場合、マーク検出が完了するまでは偏心の補正はできないが、検出が完了した以降は光学素子の表裏の偏心を補正することができる。

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、また、形成する光学素子が小さいほど、これらの影響は大きくなる。そのため、事前に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、速度補正を行う際に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修正を加えるようにすればよい。このとき、裏面形成ロール金型７の回転位置情報が必要となるので、裏面形成ロール金型７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。

図１において、搬送ローラ対５、６、１０、１１のうち、光学素子形成側のローラは、形成された光学素子と接するので、光学素子を傷つけないゴムローラなどを用いることができるが、より好適には、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４はこのようなローラを示すもので、図４（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４（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。

なお、光学素子形成側と反対側のローラは必ずしも必要ではないが、スリップなどの発生を防止するため、反対側にも搬送ローラを設けて搬送ローラ対として挟んで搬送するのが良い。

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、５、６、１０、１１搬送ローラ対
３表面成形ロール金型
７裏面成形ロール金型
４、８紫外線硬化樹脂供給部
９マーク検出部
１２スペーサーシート供給ローラ
１３成形品ローラ
Ｆベースフィルム
Ｓスペーサーシート
Ｍマーク形成金型
ＵＶ１〜ＵＶ８紫外線照射ランプ
２１、２３位置固定の搬送ローラ
２２位置可変の搬送ローラ

Claims

ベースフィルムの一方面に複数の光学素子および位置合わせ用マークをロール金型を用いて成型、成形もしくは印刷する第１光学素子形成工程と、
ベースフィルムの他方面に複数の光学素子をロール金型を用いて成型、成形もしくは印刷する第２光学素子形成工程と、を連続して実施するとともに、
前記第１光学素子形成工程と前記第２光学素子形成工程との間で、前記位置合わせ用マークを検出し、検出結果に基づいて前記第２光学素子形成工程におけるロール金型の回転速度、もしくは光学素子シートの搬送速度を逐次補正することを特徴とする光学素子シートの連続両面形成方法。
前記第１光学素子形成工程または第２光学素子形成工程が、紫外線硬化型樹脂を前記ロール金型に供給し、該樹脂を紫外線で硬化させることにより行われ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連続両面形成方法。
前記第２光学素子形成工程における速度の補正は、該ロール金型のマーク検出ごとに行うことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子シートの連続両面形成方法。
ベースフィルム供給部と、
複数の光学素子および位置合わせ用マークの型を有する第１ロール金型を用い、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一方面に複数の光学素子および位置合わせ用マークを成型、成形もしくは印刷する第１光学素子形成部と、
前記第１光学素子形成部でベースフィルム上に形成された位置合わせ用マークを検出するマーク検出部と、
前記マーク検出部の下流に配置され、複数の光学素子の型を有する第２ロール金型を用い、前記ベースフィルムの他方面に複数の光学素子を成型、成形もしくは印刷する第２光学素子形成部と、
前記第２ロール金型の回転速度、もしくは光学素子シートの搬送速度を前記マーク検出部の検出結果に基づいて補正する補正手段とを有することを特徴とする光学素子シート形成装置。
前記第１光学素子形成部または前記第２光学素子形成部が、紫外線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、該樹脂を紫外線で硬化させることにより行われることを特徴とする請求項４に記載の光学素子シート形成装置。
前記補正手段は、速度補正をマーク検出ごとに行うことを特徴とする請求項４または５に記載の光学素子シート形成装置。
前記第１光学素子形成部または第２光学素子形成部で形成された光学素子側に当接して搬送する搬送ローラが、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４から６のいずれか１項に記載の光学素子シート形成装置。