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KR20060052707A - 수지성 광학부품 및 이의 제조방법 - Google Patents

수지성 광학부품 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20060052707A
KR20060052707A KR1020057024350A KR20057024350A KR20060052707A KR 20060052707 A KR20060052707 A KR 20060052707A KR 1020057024350 A KR1020057024350 A KR 1020057024350A KR 20057024350 A KR20057024350 A KR 20057024350A KR 20060052707 A KR20060052707 A KR 20060052707A
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light
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lens
lens array
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KR1020057024350A
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히로유키 네모토
시로 사토
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니폰 이타가라스 가부시키가이샤
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Abstract

차광층의 형성이 용이한 수지성 광학부품의 제조방법을 제공한다. 광투과성이 높은 수지의 내부의 임의의 위치에 초점을 맺게 하고 에너지를 집중함으로써, 수지의 탄화에 의한 미소한 점 모양의 변색부를 발생시킨다. 이러한 미소한 점 모양의 변색부 다수를 수지의 내부에 형성함으로써 광투과성이 높은 수지의 내부에 광흡수성이 높은 차광벽을 형성한다. 이러한 차광벽에 의해 렌즈에 대하여 비스듬하게 입사한 빛이 렌즈 어레이 플레이트의 두께 방향을 통과시켜 근접되는 렌즈의 출사측에서 출사하는 미광을 제거할 수 있다.
수지성 광학부품, 수지 렌즈 어레이 플레이트, 변색부, 차광벽.

Description

수지성 광학부품 및 이의 제조방법{Resin optical component and process for producing the same}
.
본 발명은 수지성 광학부품 및 이의 제조방법, 특히 수지 렌즈 어레이 플레이트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래부터 개구 조리개나, 미광(迷光) 대책을 위한 차광기능을 구비한 광학부품인 수지 렌즈 어레이 플레이트로서는 근접하는 미소 렌즈 간에 광흡수성 막에 의한 차광층이 형성된 구조의 것이나, 미소 렌즈면을 마주보는 면에 차광층이 형성된 구조의 것이 공지되어 있다.
이러한 차광층의 형성방법에는 광흡수성제를 함유하는 광내식막을 사용하여 포토리소그래피법으로 형성하는 방법(일본 공개특허공보 2002-277610호 참조), 광흡수성 도료를 렌즈면 전체면에 도포하며, 렌즈부의 광흡수성 도료만을 제거하여 형성하는 방법(일본 공개특허공보 2001-311802호 참조), 차광층을 형성하는 부위에 광흡수성 도료를 잉크젯 방식으로 도포하여 형성하는 방법(일본 공개특허공보 2001-330709호 참조), 차광층을 형성하는 부위에 홈을 형성하며, 이러한 홈에 광흡 수성 도료를 충전하여 형성하는 방법 등이 제안되어 있다.
그러나 종래 기술에는 렌즈 어레이 플레이트의 표면, 렌즈면을 마주보는 면에 설치된 차광층에서는 효과적인 미광 제거를 할 수 없다는 문제점이 있다. 그 이유는 렌즈 주변 및 근접하는 렌즈 간 또는 렌즈면을 마주보는 면에 차광층을 형성하는 경우, 렌즈 영역외로부터 입사한 빛의 제거나, 렌즈에 대하여 비스듬하게 입사한 빛이 렌즈 영역외로부터 출사되는 빛의 제거에는 효과적이지만, 렌즈에 대하여 비스듬하게 입사한 빛이 렌즈 어레이 플레이트의 두께 방향을 통과하여, 근접하는 렌즈의 출사측에서 출사하는 미광은 제거할 수 없기 때문이다. 따라서 이러한 렌즈 어레이 플레이트를 사용하는 표시장치 등에서는 고스트상이 생기거나, 해상도가 나쁘다는 문제를 발생시킨다.
또한, 홈에 광흡수성 도료를 충전하여 차광층을 형성하는 방법은 공정이 복잡해진다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제를 해결하고, 미광을 효과적으로 제거할 수 있는 수지성 광학부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차광층의 형성이 용이한 수지성 광학부품의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태는 수지 광학부품이다. 이러한 수지 광학부품은 필요 파장대의 빛에 대하여 투과성이 높은 수지로 형성되며, 수지 내부에서 수지의 흡수 파장대에 있는 에너지에 의해 변색된 수지 부분이 광흡수성이 높은 부위를 형성하고 있다.
본 발명의 제2 형태는 필요 파장대의 빛에 대하여 투과성이 높은 수지로 이루어진 수지성 광학부품의 제조방법이다. 이러한 제조방법에 따르면 수지의 내부에 에너지 공급수단으로부터 수지의 흡수 파장대에 있는 에너지를 공급하며, 공급된 에너지에 의해 수지의 일부를 변색시켜 광흡수성이 높은 부위를 형성한다.
도 1a는 본 발명의 수지 렌즈 어레이 플레이트의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 X-X선 단면도이다.
도 2는 수지 렌즈 어레이 플레이트 본체의 일부의 평면도이다.
도 3a는 차광벽의 형성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 Y-Y선 단면도이다.
도 4는 저반사 피막의 형성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 광흡수성 막의 형성을 설명하기 위한 평면도이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
이하, 본 발명의 수지성 광학부품인 수지 렌즈 어레이 플레이트의 실시예를 설명한다.
도 1a는 본 발명에 관한 입체상이나 2차원 화상의 공중 표시장치, 스크린에 대한 화상 투영장치, 수광소자나 감광체에 화상을 결장(結藏)시키는 화상 전달장치에 사용하는 정립(正立) 렌즈 어레이를 구성하는 직사각형의 수지 렌즈 어레이 플레이트(10)의 평면도, 도 1b는 도 1a의 X-X선 단면도이다.
이러한 수지 렌즈 어레이 플레이트(10)을 구성하는 플레이트 본체(1)의 재질은 사출성형에 사용할 수 있으며 필요 파장대의 빛에 대하여 광투과성이 높으며 흡수성이 낮은 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 사이클로올레핀계 수지를 사용한다. 플레이트(10)의 양면의 중앙부에 렌즈 형성영역을 각각 가지며 구면의 미소 볼록 렌즈(2)가 조밀구조로 배열되어 있다. 도시의 예에서는 렌즈 배열은 렌즈 주변부에서의 수차를 적게 할 수 있으며 전달 광량이 커지는 육방 배열의 경우를 나타낸다. 육방 배열은 1개의 미소 볼록 렌즈로부터 본 경우에 6개의 방향으로 연장되는 배열이며, 조밀구조에서는 미소 볼록 렌즈의 형상은 정육각형이다.
또한, 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 양면에 형성된 미소 볼록 렌즈(2)의 광축은 양면에서 일치하게 배치된다.
인접하는 미소 볼록 렌즈간의 수지의 내부에는 광흡수성이 높은 부위가 형성되어, 이러한 부위가 미광을 제거하는 차광벽(7)을 구성하고 있다. 차광벽(7)은 인접되는 미소 볼록 렌즈(2)의 중심을 맺는 선분의 수직 이등분선에 따라, 즉 미소 볼록 렌즈의 경계위치에 폭 약 0.05 mm, 표면으로부터 약 O.1mm의 깊이까지의 범위로 형성되어 있다.
차광벽(7)의 깊이는 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 두께의 1/3 이상인 것이 요구된다. 1/3 미만의 깊이이면 미광을 누설시키기 때문이다.
렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 표면에는 수지 렌즈 어레이 플레이트(10)의 반사율을 감소시키기 위해 저반사 피막(3)이 형성되어 있다. 저반사 피막은 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)보다 굴절율이 작은 재료가 사용될 수 있다. 실리카 화합물 이외에, 예를 들면, 불소계 수지 등도 사용된다. 이러한 저반사 피막(3)을 형성함으로써 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 광투과율을 저하시키는 경우는 없다.
플레이트 본체(1)의 한쪽 면의 렌즈 형성 영역 외에는 렌즈 이외로부터 입사하는 미광을 방지하기 위한 광흡수성 막(4)에 의한 마스킹이 형성되어 있다. 마스킹은 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 양면에 형성할 수 있다. 이 경우, 보다 효과적인 렌즈 형성 영역외의 미광을 방지하는 효과가 얻어진다.
또한, 이상의 실시예에서는 저반사 피막(3) 및 광흡수성 막(4)을 형성하고 있지만, 이들이 반드시 필요한 것이 아니다.
이상과 같은 구성의 수지 렌즈 어레이 플레이트(10)에 따르면 인접하는 미소 볼록 렌즈간의 수지 내부에 광흡수성이 높은 부위가 형성되며, 이러한 부위가 미광을 제거하는 차광벽을 이루는 점으로부터, 렌즈에 대하여 비스듬하게 입사하는 미광을 효과적으로 제거할 수 있다.
이상의 실시예에서는 사이클로올레핀계 수지를 사용하여 수지 렌즈 어레이 플레이트를 제작했지만, 기타 수지로서는 올레핀계 수지나 노르보르넨계 수지 등도 사용할 수 있다. 각각의 수지의 시판품으로서는 니혼제온사가 제조한 제오넥스(등록상표) 또는 제오노아(등록상표), 또는 JSR사가 제조한 아톤(등록상표) 등이 있다.
또한, 미소 볼록 렌즈 형상을 구면으로 하지만, 비구면 형상도 생각할 수 있다.
또한, 미소 볼록 렌즈의 배열은 사방 배열의 조밀 구조배열로 할 수 있다. 사방 배열은 1개의 미소 볼록 렌즈로부터 보는 경우에 4개의 방향으로 연장되는 배열이며, 조밀구조에서는 미소 볼록 렌즈의 형상은 정사각형이다.
또한 미소 볼록 렌즈의 배열은 조밀 구조배열이 아니며 렌즈간에 간극이 있는 비조밀 구조의 배열일 수 있다. 이 경우, 미소 볼록 렌즈의 형상은 대표적으로는 원형이지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 렌즈간에 간극이 있는 비조밀 구조의 배열의 경우에는 미소 볼록 렌즈의 외주간에 차광벽을 형성할 수 있다.
또한, 미소 볼록 렌즈는 수지 렌즈 어레이 플레이트의 양면에 형성되는 형태 이외에 한쪽 면에 형성되는 형태도 있다.
또한, 렌즈는 반원주상(어묵 상)의 형상으로, 수지 렌즈 어레이 플레이트의 외주변에 대하여 평행 또는 소정의 각도를 가지고 배치되는 구조일 수 있다.
또한, 렌즈 형성영역 이외로부터 입사하는 미광을 방지하는 방법으로서는 광흡수성의 개구 테두리를 설치하는 형태도 있다. 이러한 테두리는 렌즈 형성영역을 피복하지 않은 개구를 갖고 있다.
다음에 도 1에서 설명한 수지 렌즈 어레이 플레이트(10)의 제조방법에 관해서 설명한다.
우선, 수지 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)를 사출성형으로 제작한다. 본 실시예에서는 사이클로올레핀계 수지를 사용하여, 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)를 제작한다. 도 2는 제작된 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 일부분을 나타낸다.
사출성형에 의해 제작된 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)는 플레이트의 양면의 중앙부에 렌즈 형성영역을 각각 가지며 구면의 미소 볼록 렌즈(2)가 조밀구조로 배치되어 있다.
다음에 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 내부에 대한 차광벽을 형성한다. 이러한 형성방법은 도 3a 및 도 3b에 나타내었다. 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 Y-Y선 단면도이다.
차광벽은 수지를 변색시킴으로써 형성되지만, 수지를 변색시키는 에너지에는 수지의 흡수 파장대에 있는 에너지를 사용한다. 본 실시예에서는 레이저광을 사용한다. 광투과성이 높은 수지의 내부의 임의의 위치에 레이저광의 초점을 맺어, 에너지를 집중하는 것으로, 수지의 탄화에 의한 미소한 점 모양의 변색이 발생한다.
미소 볼록 렌즈(2)가 육방 조밀구조 배치되어 있는 경우, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 렌즈의 경계위치에 레이저광(5)을 조사한다. 에너지 공급원으로서 YVO4 레이저 발진기를 사용하여, 파장 532nm의 레이저광을 사용한다. 레이저의 조사조건은 출력 0.7 내지 1.7kW, 주파수 10 내지 100kHz의 펄스 발진으로 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 출력 1kW, 주파수 20kHz로 하고, 빔 스폿 직경ψ O.O1mm에 집광한 레이저광을 수지 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 중심 깊이의 위치에 초점을 맺게 한다.
레이저광을 주사속도 800mm/sec에서 수회 반복 주사시키면서 조사하는 것으로, 차광벽을 형성하는 부위에 다수의 미소한 점 모양의 수지 탄화에 의한 변색부 (6)를 형성한다.
변색부(6)는 레이저광의 초점을 맺게 하는 위치를 중심으로, 조사광축의 바로 앞쪽과 속쪽에 분포하여 형성된다. 이러한 미소한 점 모양의 변색부(6)를 다수, 수지 내부에 형성하는 것으로, 광투과성이 높은 수지 내부에 광흡수성이 높은 차광벽(7)을 형성한다.
형성된 차광벽(7)의 폭은 약 0.05 mm, 표면에서의 깊이는 약 0.1mm이다. 이의 깊이는 플레이트 본체의 두께의 1/3 이상이다.
렌즈간에 간극이 있는 비조밀 구조의 배치의 경우에는 미소 볼록 렌즈의 외주에 따라 차광벽을 형성하는 것으로 된다.
다음에 도 4에 도시하는 바와 같이 수지 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 표면에 수지 렌즈 어레이 플레이트의 반사율을 감소시키기 위해 저반사 피막(3)을 형성한다. 저반사 피막(3)은 예를 들면, 실리카(SiO2)가 과포화 상태에 있는 규불화수소산(H2SiF6) 수용액에 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 렌즈 형성영역을 접촉시킴으로써 실리카 화합물 피막에 의한 저반사 피막을 형성한다.
다음에 도 5에 도시하는 바와 같이 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 한쪽 면의 렌즈 형성영역 외에는 렌즈 이외로부터 입사되는 미광을 방지하기 위해 광흡수성 막(4)에 의한 마스킹을 형성한다. 이 경우, 광흡수성 막에는 광반응성의 재료, 예를 들면, 탄소를 함유하는 흑색 내식막을 사용하여, 렌즈 어레이 플레이트 본체(1)의 렌즈 형성영역을 함유하는 영역 또는 전면에 광흡수성 막을 형성한 후에 광 석판인쇄법에 의해 렌즈 형성 영역외의 마스킹을 형성한다.
본 실시예에서는 렌즈 어레이 플레이트의 형성에 사출성형을 사용했지만, 이에 한하는 것이 아니며 압출 성형으로 플레이트를 만들며 엠보스법에 의해 양면에 미소 볼록 렌즈를 형성할 수 있다. 이 경우에는 압출성형으로 제작된 플레이트에 레이저광에 의해 차광벽을 만든 다음, 엠보스법에 의해 미소 볼록 렌즈를 형성할 수 있다.
또한, 저반사 피막 및 광흡수성 막을 필요로 하지 않는 경우에는 이들의 형성공정은 불필요하다.
본 발명에 따르면 수지 렌즈 어레이 플레이트의 수지 내부에 에너지에 의해 변색된 부위에 의해 구성된 차광벽이 형성되어 있으므로 렌즈에 대하여 비스듬하게 입사한 빛은 차광벽에 의해 차단되고, 근접되는 렌즈에 미광으로서 입사되지 않는다. 이와 같이 미광을 효과적으로 제거할 수 있으므로 본 발명의 수지 렌즈 어레이 플레이트를 사용하는 표시장치 등에서는 고스트상이 생기거나, 해상도가 나빠진다는 문제를 발생시키지 않는다.
또한, 본 발명의 제조방법에 따르면 레이저광 등의 에너지를 수지 내에 조사함으로써 차광벽을 형성하고 있으므로 복잡한 공정을 경유하지 않고 간단하게 형성할 수 있다.

Claims (14)

  1. 필요 파장대의 빛에 대하여 투과성이 높은 수지로 형성된 수지성 광학부품으로서, 수지의 내부에 수지의 흡수 파장대에 있는 에너지에 의해 변색된 수지 부분을 가지며, 이러한 변색된 수지 부분이 광흡수성이 높은 부위를 형성함을 특징으로 하는, 수지성 광학부품.
  2. 제1항에 있어서, 수지성 광학부품이 구면 또는 비구면의 미소 볼록 렌즈가 형성된 수지 렌즈이며, 광흡수성이 높은 부위는, 빛을 투과하는 영역 외의 수지의 내부에 형성되어, 미광을 제거하는 차광벽을 구성함을 특징으로 하는, 수지성 광학부품.
  3. 제1항에 있어서, 수지성 광학부품이 구면 또는 비구면의 미소 볼록 렌즈가 평판 위에 소정의 피치로 배열된 수지 렌즈 어레이 플레이트이며, 광흡수성이 높은 부위는, 근접하는 미소 볼록 렌즈간의 수지의 내부에 형성되어, 미광을 제거하는 차광벽을 구성함을 특징으로 하는, 수지성 광학부품.
  4. 제1항에 있어서, 수지성 광학부품이 구면 또는 비구면의 미소 볼록 렌즈가 평판 위에 소정의 피치로 배열된 수지 렌즈 어레이 플레이트이며, 광흡수성이 높은 부위는, 근접하는 미소 볼록 렌즈 외주간의 수지의 내부에 형성되어, 미광을 제거 하는 차광벽을 구성함을 특징으로 하는, 수지성 광학부품.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 차광벽이, 렌즈측 표면에서 수지 렌즈 어레이 플레이트의 두께 방향으로 두께의 1/3 이상에 걸쳐 형성되어 있음을 특징으로 하는, 수지성 광학부품.
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 수지가 사이클로올레핀계 수지, 올레핀계 수지 또는 노르보르넨계 수지임을 특징으로 하는, 수지성 광학부품.
  7. 필요 파장대의 빛에 대하여 투과성이 높은 수지로 이루어진 수지성 광학부품의 제조방법으로서, 수지의 내부에 에너지 공급수단으로부터 수지의 흡수 파장대에 있는 에너지를 공급하여, 공급된 에너지에 의해 수지의 일부를 변색시켜 광흡수성이 높은 부위를 형성함을 특징으로 하는, 수지성 광학부품의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 에너지가 광선 또는 방사선인 것을 특징으로 하는, 수지성 광학부품의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 에너지가 레이저광임을 특징으로 하는, 수지성 광학부품의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 수지성 광학부품이 구면 또는 비구면의 미소 볼록 렌즈가 형성된 수지 렌즈이며, 광흡수성이 높은 부위는, 빛을 투과하는 영역 외의 수지의 내부에 형성되어, 미광을 제거하는 차광벽을 구성함을 특징으로 하는, 수지성 광학부품의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 수지성 광학부품이 구면 또는 비구면의 미소 볼록 렌즈가 평판 위에 소정의 피치로 배열된 수지 렌즈 어레이 플레이트이며, 광흡수성이 높은 부위는, 근접하는 미소 볼록 렌즈간의 수지의 내부에 형성되어, 미광을 제거하는 차광벽을 구성함을 특징으로 하는, 수지성 광학부품의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서, 수지성 광학부품이은 구면 또는 비구면의 미소 볼록 렌즈가 평판 위에 소정의 피치로 배열된 수지 렌즈 어레이 플레이트이며, 광흡수성이 높은 부위는, 근접하는 미소 볼록 렌즈 외주 간의 수지의 내부에 형성되어, 미광을 제거하는 차광벽을 구성함을 특징으로 하는, 수지성 광학부품의 제조방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 차광벽이 렌즈측 표면에서 시작되고, 수지 렌즈 어레이 플레이트의 두께 방향으로 두께의 1/3 이상에 걸쳐 형성되어 있음을 특징으로 하는, 수지성 광학부품의 제조방법.
  14. 제7항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 수지가 사이클로올레핀계 수 지, 올레핀계 수지 또는 노르보르넨계 수지임을 특징으로 하는, 수지성 광학부품의 제조방법.
KR1020057024350A 2003-06-19 2004-06-15 수지성 광학부품 및 이의 제조방법 Withdrawn KR20060052707A (ko)

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