特許 6083925 光学構造を備えた基板及びそれを用いた光学素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6083925

(24)【登録日】2017年2月3日

(45)【発行日】2017年2月22日

(54)【発明の名称】光学構造を備えた基板及びそれを用いた光学素子

(51)【国際特許分類】

   G02B 3/08 20060101AFI20170213BHJP

【ＦＩ】

   G02B3/08

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-179833(P2011-179833)

(22)【出願日】2011年8月19日

(65)【公開番号】特開2012-63764(P2012-63764A)

(43)【公開日】2012年3月29日

【審査請求日】2014年6月25日

(31)【優先権主張番号】特願2010-184951(P2010-184951)

(32)【優先日】2010年8月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】安藤 智宏

(72)【発明者】

【氏名】松本 健志

【審査官】 藤岡 善行

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１６２２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１２６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２３８５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７３５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／００９１７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−３２９５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０２９６５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ３／０８

Ｇ０２Ｆ １／１３３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学構造を備えた基板の製造方法であって、
平坦な基板の上面に、前記光学構造の中央に向かって徐々に深くなる形状の凹部であって、前記光学構造の体積と前記光学構造の材料となる硬化性樹脂の体積収縮率との積よりも大きい容積の凹部を形成し、
前記凹部を満たすように前記硬化性樹脂を塗布し、
前記光学構造に対応する凹凸形状と前記凹凸形状の周囲に設けられた第１の平坦な領域とを有するモールドを、前記凹凸形状が前記凹部に対向し且つ前記第１の平坦な領域が前記凹部の周囲における前記基板の第２の平坦な領域に対向するように、前記硬化性樹脂の上部から前記基板に対して押し当て、
前記硬化性樹脂を硬化させることによって前記光学構造を形成する工程を有し、
前記凹部は、前記モールドが前記基板に対して押し当てられた際に、未硬化の前記硬化性樹脂を保持できるように、前記凹凸形状が配置されている領域の下部を覆うように配置されており、
１つの前記光学構造に対して、１つのみの前記凹部が形成される、
ことを特徴とする製造方法。

【請求項2】

前記凹部は前記光学構造における凹凸形状の少なくとも一部に対応して配置されている、請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記凹部は、前記光学構造の凹凸形状の厚みが最も大きくなる箇所に対応して配置されている、請求項１又は２に記載の製造方法。

【請求項4】

前記凹部は前記光学構造の凹凸形状が形成された全領域に配置されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の製造方法。

【請求項5】

前記光学構造と前記基板との屈折率が同じである、請求項１〜４の何れか一項に記載の製造方法。

【請求項6】

前記光学構造と前記基板との材料が同一である、請求項１〜５の何れか一項に記載の製造方法。

【請求項7】

前記硬化性樹脂は光硬化性樹脂であり、前記基板は透明基板であり、紫外線を、前記凹部を有する前記透明基板の裏側から照射することによって前記光硬化性樹脂を硬化させる、請求項１〜６の何れか一項に記載の製造方法。

【請求項8】

前記凹部の断面積から、前記凹部中に充填された前記硬化性樹脂が硬化収縮する分の面積を除いた面積が、前記凹凸形状中に充填された前記硬化性樹脂が硬化収縮する分の面積より大きくなるように設定される、請求項１〜７の何れか一項に記載の製造方法。

【請求項9】

前記光学構造は、同心円状に配置された複数の単位レンズにより構成されるフレネルレンズであり、
前記複数の単位レンズの断面積は、前記フレネルレンズの中心部に近い単位レンズほど大きい、請求項１〜８の何れか一項に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学構造を備えた基板及びそれを用いた光学素子に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、軽量化、コスト低減の要請により樹脂で形成された薄型の光学構造として、フレネルレンズなどの各種レンズが多用されている。

【0003】

しかしながら、フレネルレンズを金型を用いてＵＶ硬化法等により形成する場合に、樹脂硬化する際の体積収縮によって、フレネルレンズを構成する光学構造毎にカールやしわが発生するという問題があった。

【0004】

そこで、フレネルレンズにおいて、プリズム形単位レンズを有するレンズ樹脂層の１ピッチごとの体積を、フレネルレンズのどの部位においても一定となるように形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０８−９４８０８号公報（図１、２頁）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

フレネルレンズの製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、フレネルレンズ５０のインプリント（転写）工程の説明図である。以下では、インプリント樹脂として、紫外線（ＵＶ）や可視光、赤外光により硬化する光硬化樹脂を用いた例を説明する。

【0007】

まず、図７（ａ）に示すように、透明基板２１にディスペンサ６０によって光硬化性の樹脂２５を滴下する。なお、予め透明基板２１の表面にプラズマ照射をおこなったり、透明基板２１の表面改質を行ったり、透明基板２１にプライマー処理等を施したりすることができる。このような処理によって、透明基板２１と樹脂２５の接着性が悪い場合に、接着層を設けて接着性を向上させることができる。

【0008】

次に、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、透明基板２１に滴下した樹脂２５に、金型モールド７０を加圧しながら押し当てる。金型モールド７０にはフレネルレンズ５０の形状が凹凸反転で形成されている。金型モールド７０の表面には、予めフッ素系の離型剤を塗布することにより離型処理が施されている。

【0009】

その後、樹脂２５が金型モールド７０の隙間に十分に入り込んだ状態で、図７（ｃ）に示すように紫外線８０を照射して樹脂２５を硬化させる。照射の際に、透明基板２１の紫外線８０側にマスク７５を設けておくことで、マスク７５の開口部のみに紫外線８０が透過し、開口部の形状に樹脂２５が硬化する。

【0010】

樹脂２５が十分硬化したのち、図７（ｄ）に示すように、金型モールド７０を樹脂２５から離型し、マスク７５によって紫外線が照射されず未硬化のままの樹脂を溶剤で洗い流す。以上の工程により、透明基板２１上に、フレネルレンズ５０が転写され、外側の樹脂が取り除かれてパターニングされたインプリント樹脂層３０が作製される。

【0011】

しかしながら、プリズム形単位レンズを有するレンズ樹脂層の１ピッチごとの体積を、フレネルレンズのどの部位においても一定となるように形成しただけでは、フレネルレンズを構成する光学構造毎にカールやしわが発生するという問題を十分には解決することができなかった。特に、複雑な構成の光学構造を形成する場合には、設計が更に複雑になるという問題もあった。

【0012】

本発明の目的は、上記の問題点を解決することを可能とした、光学構造を備えた基板及びそれを用いた光学素子を提供することである。

【0013】

また、本発明の目的は、モールドの凹凸形状を正確に転写させることができて、レンズ表面の良好な品質を保証することが可能とした、光学構造を備えた基板及びそれを用いた光学素子を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

光学構造を備えた基板の製造方法は、凹部を有する基板上に硬化性樹脂を塗布し、硬化性樹脂の上部から凹凸形状を有するモールドを基板に対して押し当て、硬化性樹脂を硬化させることによって凹凸形状を有する光学構造を形成し、凹部は、モールドが基板に対して押し当てられた際に、未硬化の硬化性樹脂を保持できるように、凹凸形状が配置されている領域の下部を覆うように配置されている。

【0015】

光学構造を備えた基板の製造方法では、凹凸形状は、フレネルレンズを構成することが好ましい。

【0016】

光学構造を備えた基板の製造方法では、凹部は光学構造における凹凸形状の少なくとも一部に対応して配置されていることが好ましい。

【0017】

光学構造を備えた基板の製造方法では、凹部は、光学構造の凹凸形状の厚みが最も大きくなる箇所に対応して配置されていることが好ましい。

【0018】

光学構造を備えた基板の製造方法では、凹部は光学構造の凹凸形状が形成された全領域に配置されていることが好ましい。

【0019】

光学構造を備えた基板の製造方法では、凹部の体積は、光学構造の体積に硬化性樹脂の体積収縮率を乗じた体積より大きいことが好ましい。

【0020】

光学構造を備えた基板の製造方法では、光学構造と基板との屈折率が同じであることが好ましい。

【0021】

光学構造を備えた基板の製造方法では、光学構造と基板との材料が同一であることが好ましい。

【0022】

光学構造を備えた基板の製造方法では、硬化性樹脂は光硬化性樹脂であり、基板は透明基板であり、紫外線を、前記凹部を有する前記透明基板の裏側から照射することによって前記光硬化性樹脂を硬化させることが好ましい。

【0023】

光学構造を備えた基板の製造方法では、凹部の断面積から、凹部中に充填された硬化性樹脂が硬化収縮する分の面積を除いた面積が、凹凸形状中に充填された硬化性樹脂が硬化収縮する分の面積より大きくなるように設定されることが好ましい。

【0024】

光学素子は、前述した製造方法によって製造された第１の基板と、第２の基板と、光学構造及び前記第２の基板間に配置された液晶層と、光学構造の外側に配置され且つ光学構造及び第２の基板間に液晶層を封止するためのシール材を有することを特徴とする。

【0025】

光学素子は、前述した製造方法によって製造された第１の基板と、第２の基板とを有し、凹部はレンズ形状に形成され、光学構造の屈折率と第１及び第２の透明基板の屈折率を異なるように設定したことを特徴とする。

【0026】

基板上に硬化性樹脂を塗布し後に硬化させることで凹凸形状を有する光学構造を備えた基板を製造する方法では、基板は、樹脂が塗布される面側に、光学構造の凹凸形状の位置に対応して凹部が形成されていることを特徴とする。

【0027】

硬化性樹脂で形成された凹凸形状を有する光学構造を上面に備えた基板であって、光学構造の凹凸形状に対応する箇所には、凹部が形成されていることを特徴とする。一対の基板間に液晶を挟持した光学素子であって、先に記載した基板を、一対の基板のうち少なくとも一方の基板に用いたことを特徴とする。

【0028】

光学構造を備えた基板の製造方法及び光学素子では、光学構造の凹凸形状に対応する位置に凹部を形成したので、硬化性樹脂によって形成した光学構造の硬化収縮時のレンズ表面の歪みを問題のないレベルにまで低減させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】（ａ）は基板を示す断面図、（ｂ）は基板の平面図である。

【図2】（ａ）〜（ｄ）は、光学構造を製造する方法を示す断面図である。

【図3】（ａ）〜（ｇ）は、凹部の変形例を示す図である。

【図4】更に他の凹部の変形例を示す図である。

【図5】（ａ）は図７に示す方法で製造したフレネルレンズの断面の測定図であり、（ｂ）は図２に示す方法で製造したフレネルレンズの断面の測定図である。

【図6】（ａ）は液晶光学素子の断面図を示し、（ｂ）はフレネルレンズ及びシール材の形状の位置関係を示す平面図である。

【図7】（ａ）〜（ｄ）は、光学構造の製造方法の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下図面を参照して、光学構造を備えた基板の製造方法及び液晶光学素子について説明する。しかしながら、本発明が、図面又は以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。

【0031】

図１（ａ）は基板を示す断面図、図１（ｂ）は基板の平面図である。便宜上、図１では実際とは異なるアスペクト比で模式的に表示してある。

【0032】

透明基板１として、光硬化性樹脂である、三菱ガス化学製ルミプラス（登録商標）を用いた。図１に示すように、透明基板１の上に、光学構造としてのフレネルレンズ１０が一部にパターニングされたインプリント樹脂層６を設けた。インプリント樹脂層６は、透明基板１と同じ材料を用いた。フレネルレンズ１０は、高さ（サグ量）が等しいブレーズ（輪帯）を持ち、凹凸形状を形成する７つの単位レンズ１１、１２、１３、１４、１５、１６及び１７から構成されている。単位レンズの形状を以下の表１に記載する。

【0033】

【表1】

【0034】

ここで、単位レンズ１１に関するピッチは、単位レンズ１１の中心部から周辺部までの距離を示し、断面積は単位レンズの断面を三角形近似した値である。なお、上記に示す単位レンズの数や形状は一例であって、これに限定されるものではなく、他の単位レンズの数や形状を選択することができる。

【0035】

各々の単位レンズの底面は透明基板１の上面と一致している。また、図では便宜上、単位レンズごとに境界線を示しているが、インプリント樹脂層６は同材料で一体形成されている。透明基板１には、少なくとも、光学構造に対応した（光学構造である単位レンズ１１〜１７が配置されている領域の下部を全て覆うように配置された窪みである）凹部１ａが形成されており、フレネルレンズ１０を構成する材料の一部が、凹部１ａを満たしている。なお、凹部１ａは、単位レンズ１１〜１７が配置されている領域の下部を含みさらに大きな領域を覆うような窪みであっても良い。

【0036】

図２は、光学素子用の基板を用いて光学構造を製造する方法を示す断面図である。図２において、図７に示す製造方法と同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。

【0037】

最初に、図２（ａ）に示すように、凹部１ａを形成した透明基板１を用意する。

【0038】

次に、透明基板１上にディスペンサ６０によって、適量の光硬化性の樹脂５として例えば、透明基板と同材料の三菱ガス化学製のルミプラス（登録商標）を滴下する。樹脂５は、透明基板１の中央から周辺に向かって徐々に広がって行く。ここで、透明基板１上の凹部１ａは、キャスティングによる成型によって形成したが、インジェクションによる成型、又はタイヤモンドバイトなどによる切削加工等で形成しても良い。また、凹部１ａは、透明基板１がガラスである場合、ケミカルエッチングによって形成しても良い。

【0039】

次に、図２（ｂ）に示すように、樹脂５に対してフレネルレンズ１０の形状が凹凸反転で形成されている金型モールド７０を降下させる。図２（ｃ）に示すように、金型モールド７０を加圧しながら樹脂５に押し当てる。このとき、樹脂５は周辺へ広がっていくが、加える圧力に対して外側には流出しないように、予め樹脂５の滴下量を最適化している。

【0040】

なお、図２では、金型モールド７０と透明基板１の横幅が一致しているが、実際は、離型しやすくしたり、樹脂の回りこみを防いだりするために、金型モールド７０の方を大きくしている。なお、フレネルレンズ１０の径が小さく、透明基板１が大きければ、金型モールド７０の方が小さくなるようにしても良い。

【0041】

その後、樹脂５が金型モールド７０の隙間に十分に入り込んだ状態で透明基板１の下方から紫外線８０を照射して樹脂５を硬化させる。照射の際、透明基板１の紫外線８０を照射する側にマスク７５を設けているので、マスク７５の開口部からのみ紫外線８０が透過し、マスク７５の開口部の形状に樹脂５が硬化する。

【0042】

樹脂５の硬化反応は、紫外線８０の照射側である透明基板１側から始まり、徐々に金型モールド７０と接する樹脂５側に進んでいく。その際、硬化反応の進行に応じて、樹脂５には、硬化収縮が生じる。凹部１ａの透明基板１側で硬化した樹脂が収縮することにより、硬化した樹脂の周囲の未硬化又は半硬化の樹脂を引き寄せる。さらに、硬化収縮時にも樹脂５に対して圧力がかかっており、硬化収縮した隙間を埋めるように金型が押される。このような圧力によって、凹部１ａ内に存在する未硬化や半硬化状態の樹脂５が、補充剤又は緩衝剤として働き、金型モールド７０の転写形状内のすみずみ行き渡るように移動する。したがって、金型モールド７０の転写形状通りにきれいな光学構造を転写することができるようになる。

【0043】

樹脂５全体が十分硬化した後、図２（ｄ）に示すように、金型モールド７０を樹脂５から離型し、マスク７５によって紫外線８０が照射されず、未硬化のままの樹脂５を溶剤で洗い流す。以上の工程により、透明基板１上にフレネルレンズ１０が転写され、外側の樹脂が取り除かれて、パターニングされたインプリント樹脂層６が作製される。

【0044】

凹部１ａは、光学構造の単位レンズ１１〜１７の全領域に配置されていても良いが、断面積のうち少なくとも最大になる箇所、すなわち光学構造のもっとも厚みの大きい箇所に対応する透明基板１上に形成するのが好ましい。凹部１ａの体積は、各々の単位レンズの体積に樹脂５の体積収縮率を乗じた体積より、少なくとも大きいことを特徴とする。具体的には、凹部１ａの断面積から、凹部１ａ中に充填された樹脂が硬化収縮する分の面積を除いた面積が、単位レンズ全体中に充填された樹脂が硬化収縮する分の面積より大きくなるように設定される。

【0045】

凹部１ａの形状は球面形状で、凹部１ａの直径は１５ｍｍ（フレネルレンズ１０の直径は２０ｍｍ）、凹部１ａの深さは０．０２ｍｍ、凹部１ａの断面積は０．１５ｍｍ²である。なお、凹部１ａの形状は、球形、円柱、円錐、立方体、直方体などのほか多数の微細な凹凸形状等でも構わない。また、上記の凹部１ａの数値は一例であって、これに限定されるものではない。

【0046】

図３（ａ）〜図３（ｇ）は、凹部の変形例を示す図である。

【0047】

図３（ａ）に示した凹部１ｂは、フレネルレンズ１０の全域に亘って形成されており、中華鍋型をしている。図３（ｂ）に示した凹部１ｃは、フレネルレンズ１０の一部の領域にのみに形成されており、円柱型をしている（即ち、凹部１ｃは、一定の深さを有している）。図３（ｂ）に記載の凹部１ｃは、フレネルレンズ１０を構成する単位レンズの一番大きいところ、即ち、硬化収縮が一番大きいところに対応して設定されている。また、凹部１ｃの深さも十分に取っているので、フレネルレンズ１０内に充填された硬化性樹脂の硬化収縮分を十分補填できる樹脂量を凹部１ｃ内に蓄積することが可能である。

【0048】

図３（ｃ）の凹部１ｄは、フレネルレンズ１０が形成された全領域に亘って形成されており、円柱型をしている（即ち、凹部１ｄは、一定の深さを有している）。図３（ｄ）、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示した凹部１ｅ、１ｆ及び１ｇは、いずれもフレネルレンズ１０の全域に亘って形成されており、透明基板１の中央に向かって徐々に深くなるような形状を有している。図３（ｇ）に示した凹部１ｈはフレネルレンズ１０の全域に亘って形成されており、微細な凹凸形状を有している（即ち、同心円状の溝が複数本形成されている）。

【0049】

図４は、更に他の凹部の変形例を示す図である。

【0050】

図４に示したフレネルレンズ２０は、各々のブレーズのピッチが等しいものであり、単位レンズの体積はレンズ周縁部において最大になっている。したがって透明基板２の凹部２ａは、この周縁部に対応した位置に形成されている。凹部２ａは、ドーナツを上下に半分に切断した場合の一方の側の内側のような形状をしている。

【0051】

図５（ａ）は図７に示す方法で製造したフレネルレンズの断面の測定図であり、図５（ｂ）は図２に示す方法で製造したフレネルレンズの断面の測定図である。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）では、同じ形状の金型を利用し、その金型のモールド形状を点線ｐとして示している。

【0052】

図５（ａ）には、図７に示す方法で実際に製造した参考例におけるフレネルレンズに含まれる単位レンズの一部の断面形状ｍが示めされている。図５（ａ）の参考例では、フレネルレンズを形成する樹脂としてＮＩＦ−Ａ−１（硬化収縮率９±２％）を利用した。

【0053】

また、図５（ｂ）には、図２に示す方法で実際に製造した実施例におけるフレネルレンズに含まれる単位レンズの一部の断面形状ｎが示めされている。図５（ｂ）の実施例でも、フレネルレンズを形成する樹脂として、図５（ａ）と同じ、ＮＩＦ−Ａ−１（硬化収縮率９±２％）を利用した。

【0054】

図５（ａ）に示す場合では、フレネルレンズの断面形状ｍは、点線ｐで示した金型モールド形状との間で大きな誤差を生じている。これに対して、図５（ｂ）に示す場合では、フレネルレンズの断面形状ｎと、点線ｐで示した金型モールド形状はほぼ等しく、良好なフレネルレンズの表面品質が得られることが確認できた。

【0055】

図２に示した製造方法に利用される透明基板１には、予め凹部１ａが形成されているので、樹脂５を滴下し金型モールド７０を押し当てた場合に、周辺への樹脂５の広がりが制限されて、フレネルレンズ１０の中央に樹脂５が残る。したがって、図５（ｂ）に示す様に、樹脂５の硬化収縮による形状の転写不良がなく、精度良く金型モールド７０を転写できるようになった。

【0056】

基板表面からの樹脂残膜を薄くするため、金型に圧力を高く加えても、凹部１ａの効果によって、凹部１ａ領域の樹脂が外側に流れ出て行くことはないので、硬化収縮の発生による転写不良を抑えられ、良好に転写することができる。なお、基板とインプリント樹脂層６の屈折率を同じにすることによって、凹部部位形状によるレンズ効果は生じさせないようにすることが可能である。一方、透明基板１とインプリント樹脂層６の屈折率を異ならせることによってレンズ効果をもたせることもできる。フレネルレンズの有効径よりも凹部の径を小さくすることで（例えば、図２（ｄ）及び図３（ｂ）参照）、金型と基板の平坦部分が基準となって、フレネル形状が、基板に対してより平行にインプリントされるようになる。

【0057】

なお、上記では、金型モールド７０を利用した例について説明したが、シリコンモールド及び樹脂モールド等を利用することも可能である。

【0058】

図６（ａ）は液晶光学素子の断面図を示し、図６（ｂ）はフレネルレンズ及びシール材の形状の位置関係を示す平面図である。便宜上、図６では実際とは異なるアスペクト比で模式的に表示している。

【0059】

図６（ａ）に示すように、液晶光学素子４０は、第１の透明基板４１と第２の透明基板４２とが、それぞれの基板表面に形成された透明電極４３及び４４が対向するようにシール材４８を介して貼り合わされた構成を有する。

【0060】

第１の透明基板４１には透明電極４３と配向膜４５とが形成されている。第２の透明基板４２として、図２で示した製造方法によって形成した光学素子用の基板を用いた。したがって、第２の透明基板４２には、図２に示す凹部１ａと同様な凹部４２ａが形成されている。光学構造（フレネルレンズ３０）がインプリント（転写）工程で一体に形成されたインプリント樹脂層３１を備えている。インプリント樹脂層３１の上には、透明電極４４と配向膜４６とが形成されている。

【0061】

シール材４８には、スペーサ４９が混入されており、第１の透明基板４１と第２の透明基板４２とのセルギャップが規制されている。シール材４８は同心円状のフレネルレンズ３０を取り囲むように輪体状に形成されており、シール材４８の内側には液晶４７が充填されている。インプリント樹脂層３１とシール材４８は接しており、インプリント樹脂層３１上に液晶４７の領域がある構成となっている。

【0062】

液晶光学素子４０の製造方法について説明する。

【0063】

最初に、図２に示した製造方法によって、第２の透明基板４２の上にインプリント樹脂層３１を形成する。

【0064】

次に、インプリント樹脂３１の表面上にスパッタリング法等により透明電極４４を形成する。特に透明基板４２がプラスチック基板である場合には、インプリント樹脂層３１にＳｉＯ２等のバリア層を設けた方が好適である。また、透明電極４３と透明電極４４の上下ショートを防ぐために、少なくともどちらかの透明電極の上にＳｉＯ₂等の絶縁膜層を設けている。

【0065】

次に、インプリント樹脂層３１の表面に設けられた透明電極４４上に、配向膜４６を形成する。配向膜４６は、例えばスプレーコーターにより形成される。基板に有効領域が開口されたマスクを用いてマスキング処理を施し、その上から配向膜材料を吐出する。その後、焼成によって配向膜の溶剤を飛ばし、配向膜の種類によってはイミド化を行い、配向膜４６を完成する。

【0066】

次に、形成された配向膜４６に対して、ラビング方式による配向処理を行うことによって、液晶の配向方向を制御する。なお、ラビング布の押し当てでフレネルレンズにダメージを与えないように注意が必要である。しかしながら、ラビング布、ローラの回転速度、ラビング圧力等の各種の条件の最適化、インプリント樹脂材料の選定、表面のハードコート処理などを行うことで、良好なラビング方式による配向処理を行うことができる。

【0067】

第１の透明基板４１上にも、同様に、透明電極４３及び配向膜４５を形成する。

【0068】

配向膜の形成方法としては、例えば斜方蒸着法を用いることができる。蒸着材料としては、例えばＳｉＯｘ等の無機材料が用いられる。蒸着角度によって蒸着膜のカラム構造を変化させることができ、それにより液晶の配向状態を制御することができる。斜方蒸着法では、フレネルレンズ３０の形状にダメージを与えることなく、非接触で配向膜４５を形成することができる。

【0069】

また、インプリント樹脂層３１の表面上に、インクジェット、スピンコート、又はスプレーコートにより配向膜を塗布した後、光配向法により配向膜を形成することもできる。この方法を利用した場合でも、フレネルレンズ３０の形状にダメージを与えることなく、非接触で配向膜を形成することができる。

【0070】

次に、（インプリント樹脂層３１の表面に透明電極４４及び配向膜４６を形成した後）インプリント樹脂層３１の無い位置にディスペンサによりシール材４８を塗布する。シール材４８として、紫外線硬化樹脂を利用することができる。シール材４８は、潰れて広がることを考慮に入れて、インプリント樹脂層３１の端ぎりぎりではなく、端から多少内側に塗布する。後述する第１の基板４１と第２の基板４２とを貼り合わす工程において、シール材４８は、潰されて、インプリント樹脂層３１の端と密着する。

【0071】

次に、ディスペンサを用いてシール材４８の内側、フレネルレンズ３０が形成された領域に液晶４７を滴下する。フレネルレンズ３０へのダメージを防ぐために、非接触で滴下可能なジェットディスペンサを用いることが好適である。液晶４７の滴下量は、シール材４８の内側の体積に応じて決まる。

【0072】

インプリント樹脂層３１上の１箇所に滴下された液晶４７は、表面張力及びぬれ性等の特性に応じて、シール材４８より高く盛られた状態となる。液晶４７が高く盛られた状態で第１の透明基板４１と第２の透明基板４２とを重ね合わせると、液晶４７がシール材４８の外側へ広がってしまう恐れがある。そこで、滴下された液晶４７の高さを抑えるため、インプリント樹脂層３１の複数の箇所に液晶４７を滴下することが望ましい。

【0073】

次に、（インプリント樹脂層３１上に液晶４７を滴下した後）第２の透明基板４２の液晶滴下面を上向きに配置して、真空状態で第１の透明基板４１と第２の透明基板４２とを貼り合わせる。その後、ＵＶ（紫外線）をインプリント樹脂層３１側から照射してシール材４８を硬化させる。紫外線を照射した後、必要に応じて焼成を行ってシール材４８を本硬化させる。以上の工程により、液晶光学素子４０が製造される。

【0074】

上述したように、液晶光学素子４０では、第２の透明基板４２に凹部４２ａを有し、第２の透明基板４２側から紫外線を照射するために、フレネルレンズ形状が金型モールドの形状通りの転写形状となり、精度良く形成されている。液晶光学素子４０は、透明基板をレンズ形状に加工することによって、眼鏡レンズとして応用することができる。例えば、凹型形状の第１の透明基板４１と凸型形状の第２の透明基板４２で液晶セル構造を構成すれば、透明基板によるレンズ特性に加えて、液晶４７への電圧印加のＯＮ、ＯＦＦによって、焦点を可変にすることができるので、主に老眼鏡向けの可変焦点電子眼鏡となる。

【0075】

なお、上述した説明において、フレネルレンズ形状や液晶光学素子として単個での図面を示したが、特にこれに限定されるわけでなく、複数個同時に製造するようにしても良い。なお、上述した製造方法は、量産性を考える上での複数個作製においても、単個作製と同様に効果を発揮し有効である。

【0076】

図６では、凹部１ａ及びフレネルレンズ１０が一部にパターニングされたインプリント樹脂層６が設けられた透明基板１（図１（ａ）参照）を利用して液晶光学素子４０を製造した。この場合、透明基板１の屈折率と、インプリント樹脂層６の屈折率が同じとなるように樹脂が設定されている。

【0077】

しかしながら、図１（ａ）に示す透明基板１において、凹部１ａをレンズ形状（凹レンズ形状）に形成し、透明基板１の屈折率とインプリント樹脂層６の屈折率とが異なるように樹脂を設定することも可能である。そのように構成すれば、凹部１ａ及びフレネルレンズ１０が一部にパターニングされたインプリント樹脂層６が設けられた透明基板１（図１（ａ）参照）は、液晶層４７（図６（ａ）参照）を用いずに、それ自体で、内在形レンズとフレネルレンズとを有するレンズ（光学素子）として利用することが可能となる。

【符号の説明】

【0078】

１、２ 透明基板
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、２ａ 凹部
５ 樹脂
６、７、３１ インプリント樹脂層
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７ 単位レンズ
１０、２０、３０ フレネルレンズ
４０ 液晶光学素子
７０ 金型モールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】