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発明の名称 レンズ基板の製造方法、レンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクションTV
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−17639(P2007−17639A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−198105(P2005−198105)
出願日 平成17年7月6日(2005.7.6)
代理人 【識別番号】100091292
【弁理士】
【氏名又は名称】増田 達哉
発明者 吉村 和人
要約 課題
光の利用効率に優れるとともに、コントラストに優れた画像が得られる透過型スクリーン、リア型プロジェクションTVを提供すること、また、前記透過型スクリーン、前記リア型プロジェクションTVに好適に適用することができるレンズ基板を提供すること、また、前記レンズ基板を効率良く製造することができる製造方法を提供すること。

解決手段
本発明のレンズ基板の製造方法は、多数のレンズを有する基板の前記レンズが設けられた側とは反対の面側に、レーザ光を照射し、前記基板の表面付近の一部を変質させることにより遮光層を形成することを特徴とする。前記基板は、前記レンズに対応する形状の凹部を多数個有する凹部付き基板の凹部が形成されている側の面に流動性を有する樹脂材料を付与する工程と、前記樹脂材料を固化させる工程とを経て製造されたものである。
特許請求の範囲
【請求項1】
多数のレンズを有する基板の前記レンズが設けられた側とは反対の面側に、レーザ光を照射し、前記基板の表面付近の一部を変質させることにより遮光層を形成することを特徴とするレンズ基板の製造方法。
【請求項2】
前記基板は、前記レンズに対応する形状の凹部を多数個有する凹部付き基板の凹部が形成されている側の面に流動性を有する樹脂材料を付与する工程と、前記樹脂材料を固化させる工程とを経て製造されたものである請求項1に記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項3】
前記レーザ光の照射は、前記基板と前記凹部付き基板とを密着させた状態で行う請求項2に記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項4】
前記レーザ光を照射する工程の後に、前記基板から前記凹部付き基板を取り外す請求項2または3に記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項5】
前記レーザ光のピーク波長は、248〜11000nmである請求項1ないし4のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項6】
前記レーザ光は、エキシマレーザである請求項1ないし5のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項7】
前記遮光層の平均厚さは、0.3〜8.0μmである請求項1ないし6のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項8】
前記基板の厚さは、25〜250μmである請求項1ないし7のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項9】
前記レンズは、マイクロレンズで構成されたものである請求項1ないし8のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項10】
前記マイクロレンズは、前記レンズ基板を平面視したときの縦幅が横幅よりも大きい扁平形状を有するものである請求項9に記載のレンズ基板の製造方法。
【請求項11】
請求項1ないし10のいずれかに記載の方法を用いて製造されたことを特徴とするレンズ基板。
【請求項12】
多数のレンズを有するレンズ基板であって、
前記レンズが設けられている側とは反対の面側の表面付近に、レーザ光の照射により形成された遮光層を有することを特徴とするレンズ基板。
【請求項13】
請求項11または12に記載のレンズ基板を備えたことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項14】
請求項13に記載の透過型スクリーンを備えたことを特徴とするリア型プロジェクションTV。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、レンズ基板の製造方法、レンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクションTVに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、リア型プロジェクションTVは、ホームシアター用モニター、大画面テレビ等に好適なディスプレイとして、需要が高まりつつある。
リア型プロジェクションTVに用いられる透過型スクリーンには、レンチキュラレンズ等のレンズ部を備えたレンズ基板(レンズシート)が一般的に用いられている。
リア型プロジェクションTVに用いられる透過型スクリーンにおいては、表示画像のコントラストを向上させる目的で、レンズ基板のレンズ部による集光部以外の部位に、遮光部(遮光層)を設けることがある。
【0003】
このような遮光部は、例えば、特許文献1に記載されているような方法により形成されていた。すなわち、遮光部は、例えば、レンズシートの平坦な表面に着色剤を含む感光性硬化型樹脂層からなる第1層を形成する工程と、第1の層上に、着色剤の含有量が第1層よりも少ない感光性硬化型樹脂層からなる第2層、および透光性基材を、この順に形成する工程と、レンズ部側から露光することにより、レンズ部による集光部にあたる箇所の少なくとも第1層をパターン状に硬化させる工程と、透光性基材側から全面露光することにより、透光性基材との界面近傍の第2層の全面を硬化させる工程と、レンズシートから、第2層およびレンズ部による集光部にあたる箇所がパターン状に硬化した第1層が重合接着した透光性基材を剥離することにより、レンズシートの平坦な表面では、レンズ部による集光部にあたる箇所の第1層を除去し、レンズ部による非集光部にあたる箇所には第1層を残し、着色剤を含む感光性硬化型樹脂層からなる遮光層を形成する工程とを有する方法により、形成されていた。
【0004】
しかしながら、従来の方法では、遮光部を所定の部位に選択的に形成することが困難であった。より詳しく説明すると、上記の方法では、遮光性の材料で構成された層(第1層)の一部を、第2層に接着させた状態で、レンズシートから第2層を剥離することにより、第2層とともに第1層の一部(第2層に接着した部位)を除去し、第1層(遮光層)に透光部(開口部)を形成しているが、このような方法によると、第1層の硬化部位のみを選択的に除去するのが困難であり、硬化部位とともに未硬化部が除去されてしまいやすいという問題があった。また、硬化部位が十分に除去されず、透光部の形成されない部分、すなわち、ムラが生じる場合があり、さらには、このムラを解消するのが極めて難しいという問題点があった。また、第1層の未硬化の部位が軟化または流動性を有する状態である場合には、第1層の硬化部位を除去する際、または除去した後に、未硬化の材料が除去部に広がることがある。このような場合、遮光部が形成されたレンズシートにおける光の透過率が低下し、結果として、表示画像のコントラストが低下する。
【0005】
【特許文献1】特開2004−361875号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、光の利用効率に優れるとともに、コントラストに優れた画像が得られる透過型スクリーン、リア型プロジェクションTVを提供すること、また、前記透過型スクリーン、前記リア型プロジェクションTVに好適に適用することができるレンズ基板を提供すること、また、前記レンズ基板を効率良く製造することができる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のレンズ基板の製造方法は、多数のレンズを有する基板の前記レンズが設けられた側とは反対の面側に、レーザ光を照射し、前記基板の表面付近の一部を変質させることにより遮光層を形成することを特徴とする。
これにより、工程数が少なく、簡便な方法で、所望の部位に所望の形状の遮光層を確実に形成することができる。その結果、レンズ基板を用いて得られる画像を、光の利用効率に優れたものとするとともに、コントラストに優れたものとすることができる。
【0008】
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記基板は、前記レンズに対応する形状の凹部を多数個有する凹部付き基板の凹部が形成されている側の面に流動性を有する樹脂材料を付与する工程と、前記樹脂材料を固化させる工程とを経て製造されたものであることが好ましい。
これにより、所望の形状の基板を容易に得ることができ、その結果、レンズ基板において、光の利用効率を特に優れたものとするとともに、得られる画像のコントラストを特に優れたものとすることができる。
【0009】
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記レーザ光の照射は、前記基板と前記凹部付き基板とを密着させた状態で行うことが好ましい。
これにより、レーザ光の照射による樹脂材料の変形や収縮の影響をより小さいものとすることができ、所望の部位に所望の形状の遮光層をより確実に形成することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記レーザ光を照射する工程の後に、前記基板から前記凹部付き基板を取り外すことが好ましい。
これにより、凹部付き基板を型として再利用することができる。
【0010】
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記レーザ光のピーク波長は、248〜11000nmであることが好ましい。
これにより、より効率良く遮光層を形成することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記レーザ光は、エキシマレーザであることが好ましい。
これにより、より効率良く遮光層を形成することができる。
【0011】
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記遮光層の平均厚さは、0.3〜8.0μmであることが好ましい。
これにより、遮光層としての機能(すなわち、画像のコントラストを向上させる機能)をより効果的に発揮させることができ、例えば、このようなレンズ基板を備えた透過型スクリーンにおいて、投影される画像のコントラストを特に優れたものとすることができる。
【0012】
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記基板の厚さは、25〜250μmであることが好ましい。
これにより、所望の形状の遮光層をより確実に形成することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記レンズは、マイクロレンズで構成されたものであることが好ましい。
これにより、レンズ基板を、透過型スクリーン、リア型プロジェクタ等に適用した場合における、視野角特性を特に優れたものとする(上下および左右方向の視野角特性をいずれも特に優れたものとする)ことができる。
【0013】
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記マイクロレンズは、前記レンズ基板を平面視したときの縦幅が横幅よりも大きい扁平形状を有するものであることが好ましい。
これにより、光の干渉によるモアレの発生を効果的に防止することができる。
本発明のレンズ基板は、本発明の方法を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、例えば、得られるレンズ基板を透過型スクリーン、リア型プロジェクタの構成部品(レンズ基板)として好適に用いることができる。
【0014】
本発明のレンズ基板は、多数のレンズを有するレンズ基板であって、
前記レンズが設けられている側とは反対の面側の表面付近に、レーザ光の照射により形成された遮光層を有することを特徴とする。
これにより、このようなレンズ基板を用いて得られる画像を、光の利用効率に優れたものとするとともに、コントラストに優れたものとすることができる。
【0015】
本発明の透過型スクリーンは、本発明のレンズ基板を備えたことを特徴とする。
これにより、コントラストに優れた画像が得られるとともに、耐久性にも優れた透過型スクリーンを提供することができる。
本発明のリア型プロジェクションTVは、本発明の透過型スクリーンを備えたことを特徴とする。
これにより、光の利用効率に優れるとともに、コントラストに優れた画像が得られるリア型プロジェクションTVを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明のレンズ基板の製造方法、レンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクションTVについて、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明において、「基板」とは、実質的に可撓性を有さない、比較的肉厚の大きいものから、シート状のものや、フィルム状のもの等の含む概念のことを指す。
【0017】
本発明のレンズ基板の用途は、特に限定されないが、本実施形態では、レンズ基板を、主に、透過型スクリーン、リア型プロジェクションTVを構成する部材として用いるものとして説明する。
まず、本発明のレンズ基板の製造方法の説明に先立ち、本発明のレンズ基板および透過型スクリーンの構成について説明する。
【0018】
図1は、本発明のレンズ基板の好適な実施形態を示す模式的な縦断面図、図2は、図1に示すレンズ基板の平面図、図3は、図1に示すレンズ基板を備えた、本発明の透過型スクリーンの好適な実施形態を示す模式的な縦断面図である。なお、以下の説明では、図1、図3中の左側を「(光の)入射側」、右側を「(光の)出射側」と言う。また、本発明においては、特に断りのない限り、「(光の)入射側」、「(光の)出射側」とは、それぞれ、画像光(映像光)を得るための光の「入射側」、「出射側」のことを指し、外光等の「入射側」、「出射側」のことを指すものではない。
【0019】
マイクロレンズ基板(レンズ基板)1は、後述する透過型スクリーン10を構成する部材であり、図1に示すように、所定のパターンで配列された複数個のマイクロレンズ(凸レンズ)11と、遮光性を有するブラックマトリックス(遮光層)12とで構成されている。
マイクロレンズ基板1は、通常、透明性を有する材料で構成される。
マイクロレンズ基板1の構成材料は、特に限定されないが、主として樹脂材料で構成され、所定の屈折率を有する透明な材料で構成されている。
【0020】
マイクロレンズ基板1の具体的な構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド(例:ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6−12、ナイロン6−66)、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリ−(4−メチルペンテン−1)、アイオノマー、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンテレフタレート(PCT)等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば、ブレンド樹脂、ポリマーアロイ、積層体等として)用いることができる。
【0021】
マイクロレンズ基板1を構成する樹脂材料(固化した状態の樹脂材料)は、一般に、各種気体(マイクロレンズ基板1が用いられる雰囲気)より大きな絶対屈折率を有するものであるが、絶対屈折率の具体的な値は、1.35〜2.00であるのが好ましく、1.40〜1.60であるのがより好ましく、1.45〜1.55であるのがさらに好ましい。樹脂材料の絶対屈折率が前記範囲内の値であると、光(入射光)の利用効率を特に優れたものとしつつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。
【0022】
マイクロレンズ基板1は、光の入射する面側に凸面を有する凸レンズとしてのマイクロレンズ11を複数個備えている。
本発明において、レンズ基板を構成するレンズは、いかなるものであってもよいが、レンズ基板を構成するレンズがマイクロレンズであると、レンズ基板を、透過型スクリーン、リア型プロジェクションTV等に適用した場合における、視野角特性を特に優れたものとする(上下および左右方向の視野角特性をいずれも特に優れたものとする)ことができる。
【0023】
本実施形態において、マイクロレンズ11は、マイクロレンズ基板1を平面視した際の縦幅が横幅よりも小さい扁平形状(略楕円形、略俵形)を有していることが望ましい。マイクロレンズ11がこのような形状を有することにより、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止しつつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。特に、水平方向および鉛直方向の視野角特性をともに優れたものとすることができる。
【0024】
平面視したときのマイクロレンズ11の短軸方向(縦方向)の長さをL[μm]、長軸方向(横方向)の長さをL[μm]としたとき、0.10≦L/L≦0.99の関係を満足するのが好ましく、0.50≦L/L≦0.95の関係を満足するのがより好ましく、0.60≦L/L≦0.80の関係を満足するのがさらに好ましい。上記のような関係を満足することにより、上述したような効果がさらに顕著なものとなる。
【0025】
平面視したときのマイクロレンズ11の短軸方向の長さは、10〜500μmであるのが好ましく、30〜300μmであるのがより好ましく、50〜100μmであるのがさらに好ましい。マイクロレンズ11の短軸方向の長さが前記範囲内の値であると、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止しつつ、スクリーンに投影される画像において十分な解像度を得ることができるとともに、マイクロレンズ基板1(透過型スクリーン10)の生産性をさらに高めることができる。
【0026】
また、平面視したときのマイクロレンズ11の長軸方向の長さは、15〜750μmであるのが好ましく、45〜450μmであるのがより好ましく、75〜150μmであるのがさらに好ましい。マイクロレンズ11の短軸方向の長さが前記範囲内の値であると、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止しつつ、スクリーンに投影される画像において十分な解像度を得ることができるとともに、マイクロレンズ基板1(透過型スクリーン10)の生産性をさらに高めることができる。
【0027】
また、マイクロレンズ11の短軸方向についての曲率半径(以下、単に「マイクロレンズ11の曲率半径」とも言う)は、5〜250μmであるのが好ましく、15〜150μmであるのがより好ましく、25〜50μmであるのがさらに好ましい。マイクロレンズ11の曲率半径が前記範囲内の値であると、視野角特性を特に優れたものとすることができる。特に、水平方向および鉛直方向の視野角特性をともに優れたものとすることができる。
【0028】
また、マイクロレンズ11の高さは、5〜250μmであるのが好ましく、15〜150μmであるのがより好ましく、25〜100μmであるのがさらに好ましい。マイクロレンズ11の高さが前記範囲内の値であると、光の利用効率および視野角特性を、特に優れたものとすることができる。
また、マイクロレンズ11の高さをH[μm]、マイクロレンズ11の短軸方向の長さをS[μm]としたとき、0.9≦S/H≦2.5の関係を満足するのが好ましく、1.0≦S/H≦1.8の関係を満足するのがより好ましく、1.2≦S/H≦1.6の関係を満足するのがさらに好ましい。このような関係を満足することにより、光の干渉によるモアレの発生を効果的に防止しつつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。
【0029】
また、これら複数個のマイクロレンズ11は、千鳥格子状に配列している。このようにマイクロレンズ11が配列することにより、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止することができる。これに対し、例えば、マイクロレンズが正方格子状等に配列したものであると、モアレ等の不都合の発生を十分に防止することが困難となる。また、マイクロレンズをランダムに配した場合、マイクロレンズが形成されている有効領域におけるマイクロレンズの占有率を十分に高めるのが困難となり、マイクロレンズ基板の光の透過率(光の利用効率)を十分に高めるのが困難となり、得られる画像が暗いものとなる。
【0030】
上記のように、マイクロレンズ11は、マイクロレンズ基板1を平面視したときに、千鳥格子状に配列しているが、複数のマイクロレンズ11で構成される第1の行15と、それに隣接する第2の行16とが、横方向に半ピッチ分だけずれているのが好ましい。これにより、光の干渉によるモアレの発生等をより効果的に防止するとともに、かつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。
上記のように、マイクロレンズの形状や配列方式、占有率等を厳密に規定することにより、光の干渉によるモアレの発生を効果的に防止しつつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。
【0031】
また、各マイクロレンズ11は、入射側に突出した凸レンズとして形成されており、焦点fが、マイクロレンズ基板1上のブラックマトリックス(遮光層)12が形成されていない領域である非遮光部13の近傍に位置するように設計されている。すなわち、マイクロレンズ基板1に対して、ほぼ垂直な方向から入射した平行光La(後述するフレネルレンズ部5からの平行光La)は、マイクロレンズ基板1の各マイクロレンズ11によって集光され、非遮光部13近傍で焦点fを結ぶ。このように、非遮光部13の近傍でマイクロレンズ11が焦点を結ぶことにより、非遮光部13の面積を小さくすることができる。すなわち、マイクロレンズ基板1を平面視したときの、ブラックマトリックス12(非遮光部13以外の領域)の面積の割合を大きくすることができる。その結果、マイクロレンズ基板を透過した光により形成される画像のコントラストを特に優れたものとすることができる。また、非遮光部13の近傍でマイクロレンズ11が焦点を結ぶことにより、光の利用効率を特に優れたものとすることができる。
【0032】
また、マイクロレンズ基板1を光の入射面側(図2で示した方向)から平面視したときの、マイクロレンズ11が形成されている有効領域において、マイクロレンズ11の占有率は、90%以上であるのが好ましく、96%以上であるのがより好ましく、97〜99.5%であるのがさらに好ましい。マイクロレンズ11の占有率が90%以上であると、マイクロレンズ11以外を通過する直進光をより少なくすることができ、光利用効率をさらに向上させることができる。なお、マイクロレンズ11の占有率は、平面視したときのマイクロレンズ11の中心(頂部の中心)111と、当該マイクロレンズ11に隣接する、マイクロレンズ11が形成されていない部位の中心部とを結ぶ線分において、マイクロレンズ11が形成されている部位の長さL[μm]と、前記線分の長さL[μm]との比率(L/L×100[%])として求めることができる(図2参照)。
【0033】
また、マイクロレンズ基板1の光の出射側の面には、ブラックマトリックス12が形成されている。ブラックマトリックス12は、遮光性を有し、後に詳述する方法において、マイクロレンズ基板1を構成する材料を変質させて、形成されるものである。このようなブラックマトリックス12を有することにより、当該ブラックマトリックス12に、外光(投影画像を形成する上で好ましくない外光)を吸収させることができ、スクリーンに投影される画像を、コントラストに優れたものとすることができる。
【0034】
また、ブラックマトリックス12の厚さ(平均厚さ)は、0.3〜8.0μmであるのが好ましく、0.8〜7.0μmであるのがより好ましく、1.4〜6.0μmであるのがさらに好ましい。ブラックマトリックス12の厚さが前記範囲内の値であると、ブラックマトリックス12としての機能(すなわち、画像のコントラストを向上させる機能)をより効果的に発揮させることができ、例えば、マイクロレンズ基板1を備えた透過型スクリーン10において、投影される画像のコントラストを特に優れたものとすることができる。
【0035】
ブラックマトリックス12が形成されていない領域、すなわち、非遮光部13は、通常、マイクロレンズ11の形状(平面視した際の形状)に対応する形状(略相似形状)を有し、かつ、マイクロレンズ11より小さいものである。すなわち、本実施形態において、非遮光部13は、マイクロレンズ基板1を平面視した際の縦幅が横幅よりも小さい扁平形状(略楕円形、略俵形)を有している。非遮光部13がこのような形状、大きさを有することにより、コントラストを優れたものとしつつ、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止し、視野角特性を特に優れたものとすることができる。
【0036】
平面視したときの非遮光部13の短軸方向の長さは、5〜250μmであるのが好ましく、7〜150μmであるのがより好ましく、10〜100μmであるのがさらに好ましい。非遮光部13の短軸方向の長さが前記範囲内の値であると、光の利用効率を特に優れたものとしつつ、得られる画像のコントラストを特に優れたものとすることができる。これに対し、非遮光部13の短軸方向の長さが前記下限値未満であると、光の利用効率を十分に高くするのが困難となる可能性がある。また、非遮光部13の短軸方向の長さが前記上限値を越えると、得られる画像のコントラストを十分に優れたものとするのが困難となる可能性がある。
【0037】
また、平面視したときの非遮光部13の長軸方向の長さは、10〜500μmであるのが好ましく、12〜200μmであるのがより好ましく、15〜152μmであるのがさらに好ましい。非遮光部13の短軸方向の長さが前記範囲内の値であると、光の利用効率を特に優れたものとしつつ、得られる画像のコントラストを特に優れたものとすることができる。これに対し、非遮光部13の長軸方向の長さが前記下限値未満であると、光の利用効率を十分に高くするのが困難となる可能性がある。また、非遮光部13の長軸方向の長さが前記上限値を越えると、得られる画像のコントラストを十分に優れたものとするのが困難となる可能性がある。
【0038】
また、平面視したときのマイクロレンズ11の短軸方向(縦方向)の長さをL[μm]、非遮光部13の短軸方向(縦方向)の長さをL’[μm]としたとき、0.10≦L’/L≦0.90の関係を満足するのが好ましく、0.20≦L’/L≦0.80の関係を満足するのがより好ましく、0.30≦L’/L≦0.60の関係を満足するのがさらに好ましい。上記のような関係を満足することにより、光の利用効率を特に優れたものとしつつ、得られる画像のコントラストを特に優れたものとすることができる。
【0039】
また、平面視したときのマイクロレンズ11の長軸方向(横方向)の長さをL[μm]、非遮光部13の長軸方向(横方向)の長さをL’[μm]としたとき、0.1≦L’/L≦0.90の関係を満足するのが好ましく、0.2≦L’/L≦0.8の関係を満足するのがより好ましく、0.3≦L’/L≦0.6の関係を満足するのがさらに好ましい。上記のような関係を満足することにより、光の利用効率を特に優れたものとしつつ、得られる画像のコントラストを特に優れたものとすることができる。
【0040】
本発明のマイクロレンズ基板(レンズ基板)は、後に詳述するような方法で製造されたものであるため、光の利用効率に優れている。マイクロレンズ基板1の光の利用効率(マイクロレンズ基板1の入射面側から入射する光の光量に対する、出射面側から出射する光の光量の割合)は、60%以上であるのが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、80〜95%であるのがさらに好ましい。
【0041】
次に、上述したようなマイクロレンズ基板1を備えた透過型スクリーン10について説明する。
図3に示すように、透過型スクリーン10は、フレネルレンズ部5と、前述したマイクロレンズ基板1とを備えている。フレネルレンズ部5は、光(画像光)の入射側に設置されており、フレネルレンズ部5を透過した光が、マイクロレンズ基板1に入射する構成になっている。
フレネルレンズ部5は、出射側表面に、ほぼ同心円状に形成されたプリズム形状のフレネルレンズ51を有している。このフレネルレンズ部5は、投射レンズ(図示せず)からの画像光を屈折させ、マイクロレンズ基板1の主面の垂直方向に平行な平行光Laにするものである。
【0042】
以上のように構成された透過型スクリーン10では、投射レンズからの映像光が、フレネルレンズ部5によって屈折し、平行光Laとなる。そして、この平行光Laは、マイクロレンズ基板1のブラックマトリックス12が形成された面側とは反対の面側からに入射し、各マイクロレンズ11によって集光し、焦点を結んだ後に拡散する。このとき、マイクロレンズ基板1に入射した光は、十分な透過率でマイクロレンズ基板1を透過する。非遮光部13を通過した光は、拡散し、観察者に平面画像として観測される。
【0043】
以下、上述したマイクロレンズ基板の製造方法について説明するが、それに先立ち、上述したマイクロレンズ基板の製造に好適に用いることができる凹部付き基板(マイクロレンズ形成用凹部付き基板)、および、その製造方法について説明する。
図4は、マイクロレンズ基板の製造に用いる凹部付き基板を示す模式的な縦断面図、図5は、図4に示す凹部付き基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。なお、凹部付き基板の製造においては、実際には基板上に多数の凹部(マイクロレンズ形成用凹部)を形成し、マイクロレンズ基板の製造においては、実際には基板上に多数のマイクロレンズ(凸レンズ)を形成するが、ここでは、説明をわかりやすくするために、その一部分を強調して示した。
【0044】
凹部付き基板(マイクロレンズ形成用凹部付き基板)6は、いかなる材料で構成されたものであってもよいが、たわみを生じ難く、傷つき難い材料で構成されたものであるのが好ましい。凹部付き基板6の構成材料としては、例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。中でも、凹部付き基板6の構成材料としては、ソーダガラス、結晶性ガラス(例えば、ネオセラム等)、無アルカリガラスが好ましい。ソーダガラス、結晶性ガラス、無アルカリガラスは、加工が容易であるとともに、比較的安価であり、製造コストの面からも有利である。
【0045】
凹部付き基板(マイクロレンズ形成用凹部付き基板)6は、マイクロレンズ基板1を構成するマイクロレンズ11に対応する形状を有し、かつ、マイクロレンズ11の配列方式に対応する方式で配列した、複数個の凹部(マイクロレンズ形成用凹部)61を備えており、これらの凹部61は、通常、マイクロレンズ11と、実質的に同一の(マイクロレンズが凸部であるのに対し凹部であり、かつ、転写された形状、位置関係である以外は同一の)形状(寸法)、配列方式を有している。
【0046】
より詳しく説明すると、本実施形態において、凹部(マイクロレンズ形成用凹部)61は、凹部付き基板6を平面視した際の縦幅が横幅よりも小さい扁平形状(略楕円形、略俵形)を有している。凹部61がこのような形状を有することにより、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止しつつ、視野角特性を特に優れたものとすることができるマイクロレンズ基板1の製造に好適に用いることができる。
【0047】
また、平面視したときの凹部61の短軸方向(縦方向)の長さをL[μm]、長軸方向(横方向)の長さをL[μm]としたとき、0.1≦L/L≦0.99の関係を満足するのが好ましく、0.5≦L/L≦0.95の関係を満足するのがより好ましく、0.6≦L/L≦0.8の関係を満足するのがさらに好ましい。上記のような関係を満足することにより、上述したような効果がさらに顕著なものとなる。
【0048】
また、平面視したときの凹部61の短軸方向の長さは、10〜500μmであるのが好ましく、30〜300μmであるのがより好ましく、50〜100μmであるのがさらに好ましい。凹部61の短軸方向の長さが前記範囲内の値であると、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止しつつ、スクリーンに投影される画像において十分な解像度を得ることができるとともに、マイクロレンズ基板1(凹部付き基板6)の生産性をさらに高めることができる。
【0049】
また、平面視したときの凹部61の長軸方向の長さは、15〜750μmであるのが好ましく、45〜450μmであるのがより好ましく、75〜150μmであるのがさらに好ましい。凹部61の短軸方向の長さが前記範囲内の値であると、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止しつつ、スクリーンに投影される画像において十分な解像度を得ることができるとともに、マイクロレンズ基板1(凹部付き基板6)の生産性をさらに高めることができる。
【0050】
また、凹部61の短軸方向についての曲率半径(以下、単に「凹部61の曲率半径」とも言う)は、5〜250μmであるのが好ましく、15〜150μmであるのがより好ましく、25〜50μmであるのがさらに好ましい。凹部61の曲率半径が前記範囲内の値であると、視野角特性を特に優れたものとすることができる。特に、水平方向および鉛直方向の視野角特性をともに優れたものとすることができる。
【0051】
また、凹部61の深さは、7〜375μmであるのが好ましく、22〜225μmであるのがより好ましく、37〜75μmであるのがさらに好ましい。凹部61の深さが前記範囲内の値であると、マイクロレンズ基板1における光の利用効率および視野角特性を、特に優れたものとすることができる。
また、凹部61の深さをD[μm]、凹部61の短軸方向の長さをS[μm]としたとき、0.02≦S/D≦50の関係を満足するのが好ましく、0.1≦S/D≦1.40の関係を満足するのがより好ましく、0.5≦S/D≦1.0の関係を満足するのがさらに好ましい。このような関係を満足することにより、光の干渉によるモアレの発生を効果的に防止しつつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。
【0052】
また、これら複数個の凹部61は、千鳥格子状に配列している。このように凹部61が配列することにより、モアレ等の不都合の発生を効果的に防止することができる。これに対し、例えば、凹部が正方格子状等に配列したものであると、モアレ等の不都合の発生を十分に防止することが困難となる。また、凹部をランダムに配した場合、凹部が形成されている有効領域における凹部の占有率を十分に高めるのが困難となり、マイクロレンズ基板の光の透過率(光の利用効率)を十分に高めるのが困難となり、得られる画像が暗いものとなる。
【0053】
また、上記のように、凹部61は、凹部付き基板6を平面視したときに、千鳥格子状に配列しているが、複数の凹部61で構成される第1の行と、それに隣接する第2の行とが、横方向に半ピッチ分だけずれているのが好ましい。これにより、光の干渉によるモアレの発生等をより効果的に防止するとともに、かつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。
【0054】
なお、上記の説明では、凹部61が、マイクロレンズ基板1を構成するマイクロレンズ11と、実質的に同一の形状(寸法)、配列方式を有しているものとして説明したが、例えば、マイクロレンズ基板1の構成材料が収縮し易いものである場合(マイクロレンズ基板1を構成する樹脂材料が固化等により収縮する場合)、その収縮率等を考慮し、マイクロレンズ基板1を構成するマイクロレンズ11と、凹部付き基板(マイクロレンズ形成用凹部付き基板)6を構成する凹部61とについて、これらの間で、形状(寸法)、占有率等が異なるようにしてもよい。
【0055】
次に、凹部付き基板の製造方法について、図5を参照しながら説明する。なお、実際には基板上に多数のマイクロレンズ形成用凹部を形成するが、ここでは、説明をわかりやすくするために、その一部分を強調して示した。
まず、凹部付き基板6を製造するに際し、基板7を用意する。
この基板7は、厚さが均一で、たわみや傷のないものが好適に用いられる。また、基板7は、洗浄等により、その表面が清浄化されているものが好ましい。
【0056】
<A1>用意した基板7の表面に、多数個の初期孔(開口部)81を有するマスク8を形成するとともに、基板7の裏面(マスク8が形成される面と反対側の面)に裏面保護膜89を形成する(マスキング工程、図5(a)、図5(b)参照)。
特に、本実施形態では、まず、図5(a)に示すように、用意した基板7の裏面に裏面保護膜89を形成するとともに、基板7の表面にマスク形成用膜4を形成し(マスク形成用膜形成工程)、その後、図5(b)に示すように、マスク形成用膜4に初期孔81を形成すること(初期孔形成工程)によりマスク8を得る。マスク形成用膜4および裏面保護膜89は同時に形成することもできる。
【0057】
マスク形成用膜4は、レーザ光の照射等により、後述する初期孔81を形成することができるとともに、後述するエッチング工程におけるエッチングに対する耐性を有するものが好ましい。換言すれば、マスク形成用膜4(マスク8)は、エッチングレートが、基板7と略等しいか、または、基板7に比べて小さくなるように構成されるのが好ましい。
かかる観点からは、マスク形成用膜4(マスク8)を構成する材料としては、例えばCr、Au、Ni、Ti、Pt等の金属やこれらから選択される2種以上を含む合金、前記金属の酸化物(金属酸化物)、シリコン、樹脂等が挙げられる。
また、マスク形成用膜4(マスク8)は、例えば、実質的に均一な組成を有するものであってもよいし、異なる複数の層を有する積層体等であってもよい。
【0058】
上記のように、マスク形成用膜4(マスク8)の構成は、特に限定されるものではないが、主としてクロムで構成される層と、主として酸化クロムで構成される層とを有する積層体であるのが好ましい。このような構成のマスク形成用膜4は、後述するようなレーザ光の照射等により、所望の形状の開口部を容易かつ確実に形成することができるものであり、また、このような構成のマスク形成用膜4を用いて得られるマスク8は、様々な組成のエッチング液に対して優れた安定性を有している(後述するエッチング工程において基板7をより確実に保護することができる)。また、マスク形成用膜4(マスク8)のが上記のような構成のものであると、例えば、後述するエッチング工程において、エッチング液として一水素二フッ化アンモニウムを含む液体を好適に用いることができる。一水素二フッ化アンモニウムは毒劇物ではないため、作業中の人体や環境への影響をより確実に防止することができる。また、上記のような構成のマスク形成用膜4(マスク8)は、マスクの内部応力を効率良く緩和することができ、基板7との密着性(特に、エッチング工程における密着性)に特に優れている。このようなことから、上記のような構成のマスク形成用膜4(マスク8)を用いることにより、所望の形状の凹部61を容易かつ確実に形成することができる。
【0059】
マスク形成用膜4の形成方法は特に限定されないが、マスク形成用膜4(マスク8)をクロム(Cr)、金(Au)等の金属材料(合金を含む)や金属酸化物(例えば酸化クロム)で構成されたものとする場合、マスク形成用膜4は、例えば、蒸着法やスパッタリング法等により、好適に形成することができる。また、マスク形成用膜4(マスク8)をシリコンで構成されたものとする場合、マスク形成用膜4は、例えば、スパッタリング法やCVD法等により、好適に形成することができる。
【0060】
マスク形成用膜4(マスク8)の厚さは、マスク形成用膜4(マスク8)を構成する材料によっても異なるが、0.01〜2.0μm程度が好ましく、0.03〜0.2μm程度がより好ましい。厚さが前記下限値未満であると、後述するエッチング工程でウェットエッチングを施す際に、基板7のマスクした部分を十分に保護できない可能性がある。一方、上限値を超えると、マスク形成用膜4の構成材料等によっては、後述する初期孔形成工程において、貫通する初期孔81を形成するのが困難になるほか、マスク形成用膜4(マスク8)の内部応力によりマスク形成用膜4(マスク8)が剥がれ易くなる場合がある。
【0061】
裏面保護膜89は、次工程以降で基板7の裏面を保護するためのものである。この裏面保護膜89により、基板7の裏面の侵食、劣化等が好適に防止される。この裏面保護膜89は、例えば、マスク形成用膜4(マスク8)と同様の構成を有している。このため、裏面保護膜89は、マスク形成用膜4の形成と同時に、マスク形成用膜4と同様に設けることができる。
【0062】
次に、図5(b)に示すように、マスク形成用膜4に、複数個の初期孔(開口部)81を形成し、マスク8を得る(初期孔形成工程)。本工程で形成される初期孔81は、後述するエッチングの際のマスク開口として機能するものである。
初期孔81の形成方法は、特に限定されないが、レーザ光の照射による方法であるのが好ましい。これにより、所望のパターンに配列した所望の形状の初期孔81を容易かつ精確に形成することができる。その結果、凹部61の形状、配列方式等をより確実に制御することができる。また、初期孔81をレーザの照射により形成することにより、凹部付き基板を生産性良く製造することができる。特に、大面積の基板にも簡単に凹部を形成することができる。また、レーザ光の照射により初期孔81を形成する場合、その照射条件を制御することにより、後述するような初期凹部71を形成することなく初期孔81のみを形成したり、初期孔81とともに、形状、大きさ、深さのばらつきの小さい初期凹部71を、容易かつ確実に形成することができる。また、レーザ光の照射でマスク形成用膜4に初期孔81を形成することで、従来のようなフォトリソグラフィ法によってレジスト膜に開口部を形成する場合に比べて、簡単かつ安価に開口部(初期孔81)を形成することができる。
【0063】
また、レーザ光の照射により初期孔81を形成する場合、初期孔81のパターンに対応したフォトマスクを形成し、該フォトマスクパワーンを介してレーザ光を照射することにより、効率良く初期孔81を形成することができる。
また、レーザ光の照射により初期孔81を形成する場合、使用するレーザ光の種類は、特に限定されないが、ルビーレーザ、半導体レーザ、YAGレーザ、フェムト秒レーザ、ガラスレーザ、YVOレーザ、Ne−Heレーザ、Arレーザ、COレーザ、エキシマレーザ等が挙げられる。また、各レーザのSHG、THG、FHG等の波長を使っても良い。
【0064】
マスク形成用膜4に初期孔81を形成するとき、図5(b)に示すように、マスク形成用膜4だけでなく基板7の表面の一部も同時に除去し、初期凹部71を形成してもよい。これにより、後述するエッチング工程でエッチングを施す際に、エッチング液との接触面積が大きくなり、侵食を好適に開始することができる。また、この初期凹部71の深さの調整により、凹部61の深さ(レンズの最大厚さ)を調整することもできる。初期凹部71の深さは、特に限定されないが、5μm以下とするのが好ましく、0.1〜0.5μm程度とするのがより好ましい。なお、初期孔81の形成をレーザの照射により行う場合、初期孔81とともに形成される複数個の初期凹部71について、深さのばらつきをより確実に小さくすることができる。これにより、凹部付き基板6を構成する各凹部61の深さのばらつきも小さくなり、最終的に得られるマイクロレンズ基板1の各マイクロレンズ11の大きさ、形状のばらつきも小さくなる。その結果、各マイクロレンズ11の直径、焦点距離、レンズ厚さのばらつきを特に小さくさせることができる。
【0065】
本工程で形成する初期孔81は、その形状、大きさは特に限定されないが、略円形で、その直径が、0.8〜20μmであるのが好ましく、1.0〜10μmであるのがより好ましく、1.5〜4μmであるのがさらに好ましい。初期孔81の直径が前記範囲内の値であると、後述するエッチング工程において、前述したような形状の凹部61を確実に形成することができる。ただし、初期孔81が、略楕円形のように扁平形状のものである場合、短軸方向の長さを、直径の値として代用することができる。すなわち、本工程で形成する初期孔81が扁平形状のものである場合、初期孔81の幅(短軸方向の長さ)は、特に限定されないが、0.8〜20μmであるのが好ましく、1.0〜10μmであるのがより好ましく、1.5〜4μmであるのがさらに好ましい。初期孔81の幅が前記範囲内の値であると、後述するエッチング工程において、前述したような形状の凹部61を確実に形成することができる。
【0066】
また、本工程で形成する初期孔81が扁平形状のものである場合、初期孔81の長さ(長軸方向の長さ)は、0.9〜30μmであるのが好ましく、1.5〜15μmであるのがより好ましく、2.0〜6μmであるのがさらに好ましい。初期孔81の長さが前記範囲内の値であると、後述するエッチング工程において、前述したような形状の凹部61をより確実に形成することができる。
また、マスク形成用膜4に対してレーザ光の照射で初期孔81を形成するだけでなく、例えば、基板7にマスク形成用膜4を形成する際に、予め基板7上に所定パターンで異物を配しておき、その上にマスク形成用膜4を形成することでマスク形成用膜4に積極的に欠陥を形成し、当該欠陥を初期孔81としてもよい。
【0067】
<A2>次に、図5(c)に示すように、初期孔81が形成されたマスク8を用いて基板7にエッチングを施し、基板7上に多数の凹部61を形成する(エッチング工程)。
エッチングの方法は、特に限定されず、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング等が挙げられる。以下の説明では、ウェットエッチングを用いる場合を例に挙げて説明する。
【0068】
初期孔81が形成されたマスク8で被覆された基板7に対して、エッチング(ウェットエッチング)を施すことにより、図5(c)に示すように、基板7は、マスク8が存在しない部分より食刻され、基板7上に多数の凹部61が形成される。上述したように、マスク8に形成された初期孔81が千鳥状(千鳥格子状)の配置であるため、形成される凹部61は、基板7の表面に千鳥状(千鳥格子状)に配置されたものとなる。
【0069】
また、本実施形態では、前記工程<A1>でマスク形成用膜4に初期孔81を形成した際(マスク8を形成した際)に、基板7の表面に初期凹部71を形成している。これにより、エッチングの際、エッチング液との接触面積が大きくなり、侵食を好適に開始することができる。
また、ウェットエッチング法を用いると、凹部61を好適に形成できる。そして、エッチング液として、例えば、一水素二フッ化アンモニウムを含むエッチング液を用いると、基板7をより選択的に食刻することができ、凹部61を好適に形成することができる。
【0070】
マスク8(マスク形成用膜4)が主としてクロムで構成されたものである場合、フッ酸系エッチング液としては、一水素二フッ化アンモニウムを含む液体が特に好適である。一水素二フッ化アンモニウム溶液は毒劇物ではないため、作業中の人体や環境への影響を防止することができる。また、エッチング液として、一水素二フッ化アンモニウムを用いる場合、該エッチング液中には、例えば、過酸化水素が含まれていてもよい。これにより、エッチングスピートをより速くすることができる。
また、ウェットエッチングによれば、ドライエッチングに比べて簡単な装置で処理を行うことができ、さらに、一度に多くの基板に対して処理を行うことができる。これにより生産性が向上し、安価に凹部付き基板6を提供することができる。
【0071】
<A3>次に、図5(d)に示すように、マスク8を除去する(マスク除去工程)。また、この際、マスク8の除去とともに、裏面保護膜89も除去することにより、凹部付き基板6が得られる。
マスク8が、前述したような主としてクロムで構成される層と、主として酸化クロムで構成される層とを有する積層体である場合、マスク8の除去は、例えば、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸とを含む混合物を用いたエッチングにより行うことができる。
【0072】
また、例えば、凹部付き基板6の凹部61が設けられている面側に、離型処理を施してもよい。これにより、後に詳述するマイクロレンズ基板1の製造方法において、マイクロレンズ11にカケ等の欠陥が生じるのを十分に防止しつつ、凹部付き基板6を容易に取り外すことができる。離型処理としては、アルキルポリシロキサン等のシリコーン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂等の離型性を有する物質で構成される被膜の形成、ヘキサメチルジシラザン([(CHSi]NH)等のシリル化剤による表面処理、フッ素系ガスによる表面処理等が挙げられる。
【0073】
以上により、図5(d)および図3に示すように、基板7上に多数の凹部61が千鳥状に形成された凹部付き基板6が得られる。
基板7上に千鳥状に配された複数個の凹部61を形成する方法は、特に限定されないが、上述したような方法(レーザ光の照射によりマスク形成用膜4に初期孔81を形成してマスク8を得、その後、そのマスク8を用いてエッチングを行うことにより、基板7上に凹部61を形成する方法)により形成した場合、以下のような効果が得られる。
【0074】
すなわち、レーザ光の照射によりマスク形成用膜4に初期孔81を形成することで、従来のようなフォトリソグラフィ法によって開口部を形成する場合に比べて簡単かつ安価に、所定パターンで開口部(初期孔81)を有するマスクを得ることができる。これにより生産性が向上し、安価に凹部付き基板6を提供することができる。
また、上述したような方法によれば、大型の基板に対する処理も容易に行うことができる。大型の基板を製造する場合に、従来のように複数の基板を貼り合わせる必要がなくなり、貼り合わせの継ぎ目をなくすことができる。これにより高品質で大型の凹部付き基板(マイクロレンズ基板)を簡便な方法で安価に製造することができる。
また、初期孔81の形成をレーザの照射により行う場合、形成される初期孔81の形状、大きさ、配列等を、容易かつ確実に管理することができる。
【0075】
次に、上述した凹部付き基板6を用いて、マイクロレンズ基板1を製造する方法について説明する。
図6、図7は、図1に示すマイクロレンズ基板の製造方法の一例を示す模式的な縦断面図である。なお、以下の説明では、図6、図7中の下側を「(光の)入射側」、上側を「(光の)出射側」と言う。
【0076】
<B1>まず、図6(a)に示すように、凹部付き基板6の凹部61が形成された側の面に、流動性を有する状態の樹脂材料17(例えば、軟化状態の樹脂材料17、未重合(未硬化)の樹脂材料17)を付与し、樹脂材料17を平板9で押圧する。特に、本実施形態では、凹部付き基板6と、平板9との間に、スペーサー14を配した状態で、樹脂材料17を押圧する。これにより、形成されるマイクロレンズ基板1の厚さをより確実に制御することができ、最終的に得られるマイクロレンズ基板1での、マイクロレンズ11の焦点の位置をより確実に制御することができ、色ムラ等の不都合の発生をより効果的に防止することができる。
【0077】
スペーサー14は、樹脂材料17(固化後の樹脂材料17)と同程度の屈折率を有する材料で構成されている。このような材料で構成されたスペーサー14を用いることにより、凹部付き基板6の凹部61が形成された部位にスペーサー14が配された場合であっても、スペーサー14が得られるマイクロレンズ基板1の光学特性に悪影響を及ぼすのを効果的に防止することができる。これにより、凹部付き基板6の主面(凹部が形成された面側)の有効領域のほぼ全体にわたって、比較的多くのスペーサー14を配することが可能となり、結果として、凹部付き基板6、平板9のたわみ等による影響を効果的に排除し、得られるマイクロレンズ基板1の厚さをより確実に制御することができる。
【0078】
上述したように、スペーサー14は、樹脂材料17(固化後の樹脂材料17)と同程度の屈折率を有する材料で構成されているが、より具体的には、スペーサー14の構成材料の絶対屈折率と固化後の樹脂材料17の絶対屈折率との差の絶対値が、0.20以下であるのが好ましく、0.10以下であるのがより好ましく、0.02以下であるのがさらに好ましく、固化後の樹脂材料17とスペーサー14とが同一の材料で構成されたものであるのが最も好ましい。
スペーサー14の形状は、特に限定されないが、略球状、略円柱状であるのが好ましい。スペーサー14がこのような形状のものである場合、その直径は、10〜300μmであるのが好ましく、30〜200μmであるのがより好ましく、30〜170μmであるのがさらに好ましい。
【0079】
なお、上記のようにスペーサー14を用いる場合、樹脂材料17を固化する際に、凹部付き基板6と平板9との間にスペーサー14が配されていればよく、スペーサー14を供給するタイミングは特に限定されない。例えば、凹部付き基板6の凹部61が形成された側の面に、付与する樹脂として予めスペーサー14が分散された樹脂材料17を用いてもよいし、凹部付き基板6上にスペーサー14を配した状態で樹脂材料17を付与してもよいし、樹脂材料17の供給後にスペーサー14を付与してもよい。
また、平板9は、樹脂材料17を押圧する側の面に、前述したような離型処理が施されたものであってもよい。これにより、後述する工程において、平板9を効率良く固化した樹脂材料17の表面から取り除くことができる。
【0080】
<B2>次に、樹脂材料17を固化(ただし、硬化(重合)を含む)させ、その後、平板9を取り除く(図6(b)参照)。これにより、凹部61に充填された樹脂で構成されたマイクロレンズ11(特に、上述したような形状、配列等の条件を満足するマイクロレンズ11)を備えた基板1’が得られる。
樹脂材料17の固化を硬化(重合)により行う場合、その方法としては、例えば、紫外線等の光の照射、電子線の照射、加熱等の方法が挙げられる。
【0081】
<B3>次に、形成すべきブラックマトリックス12のパターンに対応した部分が、レーザ光を透過可能となっている透過部31を有するマスク(ブラックマトリックス形成用マスク)3を用意する。
次に、図6(c)に示すように、基板1’のマイクロレンズ11が形成されている側とは反対の面側に、マスク3を配置し、マスク3を介して、基板1’に、出射側表面に対して垂直方向のレーザ光Lbを照射する。
【0082】
そして、レーザ光は、マスク3の透過部31を透過し、基板1’の出射側表面に照射される。基板1’のマイクロレンズ11が形成されている側とは反対の面側の表面に、レーザ光のエネルギが局部的に与えられることによって、その表面付近が選択的に変質し、ブラックマトリックス12が形成される。これにより、ブラックマトリックス(遮光層)12を有するマイクロレンズ基板1が形成される。なお、基板1’の出射側表面の、マスク3のレーザ光を透過しない部位(非透過部32)に対応する部位は、前述した非遮光部13となる。
【0083】
このように本発明では、レンズが設けられている側とは反対の面側に、レーザ光を照射することにより、基板表面付近を選択的に変質させ、遮光層を形成する点に特徴を有している。このように、レーザ光を用いて遮光層を形成することにより、所定の部位のみを選択的に変質させることができる。また、基板の表面付近を選択的に変質させて遮光層を形成することにより、レーザ光照射による基板1’への影響を小さいものとすることができる。また、本発明によれば、工程数が少なく、簡便な方法で、所望の部位に所望の形状の遮光層を確実に形成することができる。その結果、レンズ基板を用いて得られる画像を、光の利用効率に優れたものとするとともに、コントラストに優れたものとすることができる。また、従来の遮光層は、基板とは、別の材料によって形成されるため、遮光層が不本意に剥がれたり、また、例えば、レンズ基板の遮光層が設けられている側にがバーガラス等を設ける場合、レンズ基板とカバーガラスとを十分に密着させるのが困難であったが、本発明によれば、基板表面を変質させることにより遮光層を形成することから、上記のような問題は生じない。なお、本明細書において、「変質」とは、基板を構成する材料が化学的に変質し、有色(暗色)に変化することを意味する。
【0084】
また、レーザ光の照射は、本実施形態のように、基板1’と凹部付き基板6と密着している状態で行うのが好ましい。これにより、樹脂材料の変形や収縮の影響をより小さいものとすることができ、所望の部位に所望の形状の遮光層12をより確実に形成することができる。
使用するレーザ光の種類は、特に限定されないが、ルビーレーザ、半導体レーザ、YAGレーザ、フェムト秒レーザ、ガラスレーザ、YVOレーザ、Ne−Heレーザ、Arレーザ、COレーザ、エキシマレーザ等が挙げられる。また、各レーザのSHG、THG、FHG等の波長を使ってもよい。上述した中でも、特にエキシマレーザを用いるのが好ましい。これにより、より効率良くブラックマトリックス12を形成することができる。
また、レーザ光のピーク波長は、248〜11000nmであるのが好ましい。これにより、より効率良くブラックマトリックス12を形成することができる。
<B4>次に、図7(e)に示すように、凹部付き基板6を取り外す。これにより、マイクロレンズ基板1(本発明のレンズ基板)が得られる。
【0085】
[リア型プロジェクションTV]
以下、前記透過型スクリーンを用いたリア型プロジェクションTVについて説明する。
図8は、本発明のリア型プロジェクションTVの構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、リア型プロジェクションTV300は、投写光学ユニット310と、導光ミラー320と、透過型スクリーン10とが筐体340に配置された構成を有している。
【0086】
そして、このリア型プロジェクションTV300は、上記のような透過型スクリーン10を備えているので、高輝度でコントラストに優れた画像を得ることができる。さらに、上記のようなマイクロレンズ基板1(透過型スクリーン10)を備えているので、視野角特性等も特に優れたものとなる。
また、特に、前述したマイクロレンズ基板1では、楕円形状のマイクロレンズ11が千鳥状(千鳥格子状)に配されているので、リア型プロジェクションTV300では、モアレ等の問題が特に発生し難い。
【0087】
以上、本発明について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、レンズ基板、透過型スクリーン、リア型プロジェクションTVを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。
また、前述した実施形態では、スペーサーとして、樹脂(固化後の樹脂)と同程度の屈折率を有するものを用いるものとして説明したが、スペーサーは、実質的に、凹部付き基板の凹部が形成されていない領域のみ(非有効領域)に配されるものである場合、樹脂(固化後の樹脂)と同程度の屈折率を有するものでなくてもよい。また、レンズ基板の製造に際して、上記のようなスペーサーは必ずしも用いなくてもよい。
【0088】
また、前述した実施形態では、凹部付き基板の表面に樹脂を付与するものとして説明したが、例えば、平板の表面に樹脂を付与し、これを凹部付き基板で押圧することにより、レンズ基板を製造してもよい。
また、前述した実施形態では、凹部付き基板の製造方法の初期孔形成工程において、初期孔81とともに、基板7に初期凹部71を形成するものとして説明したが、このような初期凹部71は形成されなくてもよい。初期孔81の形成条件(例えば、レーザのエネルギ強度、ビーム径、照射時間等)を適宜調整することにより、所望の形状の初期凹部71を形成したり、初期凹部71が形成されないように初期孔81のみを選択的に形成することができる。
【0089】
また、前述した実施形態では、レンズ基板の製造において、凹部付き基板を除去するものとして、凹部付き基板は必ずしも除去しなくてもよい。言い換えると、凹部付き基板は、レンズ基板の一部を構成するものであってもよい。
また、前述した実施形態では、遮光層の形成を、基板本体から凹部付き基板を取り外さずに行うものとして説明したが、遮光層の形成は、凹部付き基板を取り外してから行ってもよい。
【0090】
また、前述した実施形態では、ブラックマトリックス形成用のマスクを用いて、レーザ光を照射したが、これに限定されず、そのようなマスクは用いなくてもよい。
また、本発明では、基板の変質とともに、その他の成分の一部が除去されてもよい。
また、前述した実施形態では、レンズ基板を構成するレンズがマイクロレンズであるものとして説明したが、レンズ基板は、レンチキュラレンズを有するものであってもよい。
【0091】
また、前述した実施形態では、凸状のレンズを形成する場合について説明したが、これに限定されず、レンズは凹状のものであってもよい。
また、前述した実施形態では、透過型スクリーンが、マイクロレンズ基板とフレネルレンズとを備えるものとして説明したが、本発明の透過型スクリーンは、必ずしも、フレネルレンズを備えたものでなくてもよい。例えば、本発明の透過型スクリーンは、実質的に、本発明のレンズ基板のみで構成されたものであってもよい。
【0092】
また、前述した実施形態では、レンズ基板(マイクロレンズ基板)は、透過型スクリーン、リア型プロジェクションTVを構成する部材であるものとして説明したが、本発明のレンズ基板の用途は、前記のようなものに限定されず、いかなるものであってもよい。例えば、本発明のレンズ基板は、拡散板、ブラックマトリックススクリーン、投射型表示装置(フロントプロジェクタ)のスクリーン(フロントプロジェクションスクリーン)、投射型表示装置(フロントプロジェクタ)の液晶ライトバルブの構成部材等に適用されるものであってもよい。
【実施例】
【0093】
[マイクロレンズ基板および透過型スクリーンの作製]
(実施例1)
以下のように、マイクロレンズ形成用の凹部を備えた凹部付き基板を製造した。
まず、基板として、横1.2m×縦0.7m角、厚さ4.8mmのソーダガラス基板(絶対屈折率n:1.50)を用意した。
このソーダガラス基板を、4wt%の一水素二フッ化アンモニウムと、8wt%の過酸化水素とを含む洗浄液に浸漬して6μmエッチングを行い、その表面を清浄化した。
その後、純水洗浄およびNガスを用いた乾燥(純水の除去)を行った。
【0094】
次に、このソーダガラス基板上に、スパッタリング法にて、クロム/酸化クロムの積層体(クロムの外表面側に酸化クロムが積層された積層体)を形成した。すなわち、ソーダガラス基板の表面に、クロム/酸化クロムの積層体で構成されたマスク形成用膜および裏面保護膜を形成した。クロム層の厚さは0.03μm、酸化クロム層の厚さは0.01μmであった。
【0095】
次に、マスク形成用膜に対して、初期孔のパターンに対応したフォトマスクを用いてレーザ加工を行い、マスク形成用膜の中央部113cm×65cmの範囲に多数の初期孔を形成した。
なお、レーザ加工は、エキシマレーザ(λ:248nm)を用いて、エネルギ密度1.2J/cm、加工点でのビーム直径2μm、走査速度0.1m/秒という条件で行った。
これにより、マスク形成用膜の上記範囲全面に亘って、所定の長さを有する初期孔が、千鳥状に配されたパターンで形成された。初期孔の平均幅は2μmであり、平均長さは2μmであった。
また、この際、ソーダガラス基板の表面に深さ50Åの凹部も形成した。
【0096】
次に、ソーダガラス基板にウェットエッチングを施し、ソーダガラス基板上に多数の平面視したときの形状が扁平形状(略楕円形状)の凹部(マイクロレンズ形成用凹部)を形成した。形成された多数の凹部は、互いにほぼ同一の形状を有していた。形成された凹部の短軸方向の長さ(ピッチ)は54μm、長軸方向の長さは72μm、曲率半径は36μm、深さは36μmであった。また、凹部が形成されている有効領域における凹部の占有率は100%であった。
【0097】
なお、ウェットエッチングは、エッチング液として、4wt%の一水素二フッ化アンモニウムと、8wt%の過酸化水素とを含む水溶液を用い、浸漬時間は2.0時間とした。
次に、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸との混合物を用いてエッチングすることにより、マスクおよび裏面保護膜を除去した。
次に、純水洗浄およびNガスを用いた乾燥(純水の除去)を行った。
【0098】
その後、基板の凹部が形成されている面側に、ヘキサメチルジシラザンによる気相表面処理(シリル化処理)を行い、離型処理部を形成した。
これにより、図2に示すような、ソーダガラス基板上に、マイクロレンズ形成用の多数の凹部が千鳥状に配列された凹部付き基板を得た。得られた凹部付き基板を平面視したときに、凹部が形成されている有効領域において、凹部が占める面積の割合が100%であった。
【0099】
次に、凹部付き基板の凹部が形成された側の面に、未重合(未硬化)のアクリル系樹脂(PMMA樹脂(メタクリル樹脂))を付与した。
次に、ソーダガラスで構成された平板で、前記アクリル系樹脂を押圧した。この際、平板とアクリル系樹脂との間に、空気が侵入しないようにした。また、平板としては、アクリル系樹脂を押圧する側の面に、ヘキサメチルジシラザンによる気相表面処理(離型処理)が施されたものを用いた。
【0100】
その後、120℃に加熱することにより、アクリル系樹脂を硬化させ、多数のマイクロレンズを有する基板を得た。得られた基板(硬化後の樹脂)の屈折率nは、1.51であった。また、得られた基板の樹脂層(マイクロレンズを除く部分)の厚さは50μmであった。また、扁平形状(略楕円形状)のマイクロレンズは、その短軸方向の長さ(直径)が72μm、長軸方向の長さが76μm、曲率半径が37.5μm、高さが36.5μmであった。また、マイクロレンズが形成されている有効領域におけるマイクロレンズの占有率は100%であった。
【0101】
次に、平板を取り除いた。
次に、基板の、マイクロレンズが形成されている側とは反対の面側に、形成すべきブラックマトリックスのパターンに部分が、レーザ光を透過可能となっているフォトマスク(ブラックマトリックス形成用マスク)を設置した。
次に、このマスクを介して、基板の、マイクロレンズが形成されている側とは反対の面に、レーザ光を照射した。これにより、ブラックマトリックスが形成されたマイクロレンズ基板が得られた。形成されたブラックマトリックスの平均厚さは、0.2μmであった。
【0102】
レーザ光の照射は、エキシマレーザ(λ:248nm)を用いて、エネルギ密度1.2J/cm、基板表面でのビーム直径2μm、1箇所における照射回数100ショットという条件で行った。
その後、凹部付き基板を基板本体から取り外し、マイクロレンズ基板を得た。
以上のようにして製造されたマイクロレンズ基板と、押出成形により作製したフレネルレンズ部と、紫外線吸収剤を含んだ光拡散板を組み立てることにより、図3に示すような透過型スクリーンを得た。
【0103】
(実施例2〜4)
ブラックマトリックスを形成する際のレーザ光照射条件を表1に示すようにした以外は、前記実施例1と同様にしてマイクロレンズ基板、透過型スクリーンを製造した。
(実施例5〜7)
凹部付き基板を形成する際のレーザ光の照射条件(形成される初期孔の形状、初期凹部の深さ)、エッチング液への浸漬時間を変更することにより、凹部付き基板の凹部の形状、配列パターンを変更し、これにより、マイクロレンズ基板に形成されるマイクロレンズの形状、配列パターン等を表1に示すように変更した以外は、前記実施例1と同様にしてマイクロレンズ基板、透過型スクリーンを製造した。
【0104】
(比較例1)
ブラックマトリックスを形成しなかった以外は、前記実施例1と同様にしてマイクロレンズ基板、透過型スクリーンを製造した。
(比較例2)
まず、前記実施例1と同様にして、基板(ブラックマトリックス未形成の基板)を製造した。
【0105】
次に、平板および凹部付き基板から取り外された状態の基板の、出射側(マイクロレンズが形成されている面とは反対側の面)表面に、着色剤を含む感光性硬化型樹脂で構成された第1層を形成した。第1層の形成は、以下のようにして行った。まず、基板本体の出射側の全面に、ジアリルイソフタレートプレポリマー:14.63重量部と、ジペンタエリスリトール・カプロラクトンのアクリル変性エステル化合物(KAYARAD DPCA−20:日本化薬社製)8.78重量部と、3官能アクリルオリゴマー(SR9012:日本化薬社製):0.98重量部と、カーボンブラック:10.16重量部と、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルホリノ−プロパン−1−オン(イルガキュア907:1.63重量部と、2,4−ジエチルチオキサントン:0.33重量部と、疎水性シリカR974:1.13重量部と、メチルエチルケトン:31.19重量部と、トルエン:31.19重量部との混合物を、ロールコーターにより付与し、その後、基板本体に付与された混合物からメチルエチルケトンおよびトルエンを除去した。その後、さらに、形成された着色感光性硬化型樹脂層の乾燥面に、低密度ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を接触させて、ラミネーターを介して常温下で圧着を行い、着色感光性硬化型樹脂層(第1層)を形成した。形成された第1層の平均厚さは、10μmであった。
【0106】
一方、透光性基材フィルムとして、ポリエステルフィルム(コスモシャインA4300:東洋紡績社製)を準備し、その表面に、ポリエステル(バイロンGK130:東洋紡績社製):67.33重量部と、ペンタエリスリトールトリアクリレート(アロニックスM−305:東亜合成社製):6.73重量部と、2官能変性エポキシアクリレート(エベクリル3708:ダイセル・ユーシービー社製):6.73重量部と、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルホリノ−プロパン−1−オン(イルガキュア907:チバスペシャルティケミカルズ社製):1.12重量部、2,4−ジエチルチオキサントン(KAYACUREDETX−S:日本化薬社製):0.22重量部と、メチルエチルケトン:2.68重量部と、トルエン:2.68重量部との混合物を、マイクログラビアコーターにより付与し、その後、メチルエチルケトンおよびトルエンを除去した。これにより、厚さ2μmの感光性硬化型樹脂層(第2層)を有する透光性基材フィルムと得た。
【0107】
次に、着色感光性硬化型樹脂層(第1層)が形成された基板本体の表面に積層した低密度ポリエチレンフィルムを剥離しながら、感光性硬化型樹脂層(第2層)を有する透光性基材フィルムと、互いの感光性硬化型樹脂層同士を接触するよう常温下でラミネートをインラインで行うことにより、2層の感光性硬化型樹脂層(第1層および第2層)を積層した。形成された第2層中における着色剤の含有率は、第1層中における着色剤の含有率よりも低いものであった。
【0108】
次に、基板本体のマイクロレンズが形成されている側の面から、活性線露光照射装置(TL502:東芝ライテック社製)を用いて、10mJ/cmの露光を行った。次いで、50℃、0.2m/分、2kgf/cmの条件下で、ラミネートを行い、基板本体に加圧処理を施した。
その後、基板本体の透光性基材フィルム側から、上記活性線露光照射装置を用いて1mJ/cmの全面露光を行った。さらに、再度、25℃、0.2m/分、2kgf/cmの条件下でラミネートを行い、基板本体に加圧処理を施した。
【0109】
その後、基板本体から、室温下で透光性基材フィルムを剥離し、マイクロレンズ基板を得た。透光性基材フィルムを剥離する際、マイクロレンズ側からの露光によるマイクロレンズの集光部分にあたる箇所の感光性硬化型樹脂層(第1層および第2層)は全て透光性基材フィルムと重合接着して剥離されたが、それとともに、集光部分の周辺も剥離されてしまった。
【0110】
また、上記のようにして得られたマイクロレンズ基板を用いて、前記実施例1と同様にして透過型スクリーンを製造した。
前記各実施例および各比較例について、凹部付き基板を製造する際に形成された初期孔の形状、初期凹部の深さ、製造された凹部付き基板が有する凹部の形状、配列パターン、ブラックマトリックスを形成する際のエネルギ線の種類および条件、製造されたマイクロレンズ基板が有するマイクロレンズの形状、配列パターン、ブラックマトリックスの構成等を表1にまとめて示す。
【0111】
【表1】


【0112】
[光の利用効率の評価]
前記各実施例および各比較例の透過型スクリーンについて、光の利用効率の評価を行った。
光の利用効率の評価は、A(=300)[cd/m]の白色光を入射させた際、透過型スクリーンの光の出射面側で測定される光の輝度B[cd/m]の比率(B/A)を求めることにより行った。B/Aの値が大きいほど、光の利用効率が優れているといえる。
【0113】
[リア型プロジェクションTVの作製]
前記各実施例および各比較例の透過型スクリーンを用いて、図8に示すようなリア型プロジェクションTVを、それぞれ作製した。
[コントラストの評価]
前記各実施例および各比較例のリア型プロジェクションTVについて、コントラストの評価を行った。
【0114】
コントラスト(CNT)として、暗室において413lxの全白光が入射した時の白表示の正面輝度(白輝度)LW[cd/m]と、明室において光源を全消灯した時の黒表示の正面輝度の増加量(黒輝度増加量)LB[cd/m]との比LW/LBを求めた。なお、黒輝度増加量は、暗室の黒表示の輝度に対する増加量をいう。また、明室での測定は、外光照度が約185lxの環境下で行った。暗室での測定は、外光照度が0.1lx以下の環境下で行った。
【0115】
[視野角の測定]
前記各実施例および各比較例のリア型プロジェクションTVの透過型スクリーンにサンプル画像を表示させた状態で、鉛直方向および水平方向での視野角の測定を行った。
視野角の測定は、変角光度計(ゴニオフォトメータ)で、1度間隔で測定するという条件で行った。
【0116】
[回折光、モアレ、色ムラの評価]
前記各実施例および各比較例のリア型プロジェクションTVの透過型スクリーンにサンプル画像を表示させた。表示された画像について、回折光、モアレ、色ムラの発生状況を以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:回折光、モアレ、色ムラが全く認められない。
○:回折光、モアレ、色ムラがほとんど認められない。
△:回折光、モアレ、色ムラのうち少なくとも一つがわずかに認められる。
×:回折光、モアレ、色ムラのうち少なくとも一つが顕著に認められる。
これらの結果を表2にまとめて示す。
【0117】
【表2】


【0118】
表2から明らかなように、本発明では、いずれも、光の利用効率に優れるとともに、優れたコントラストが得られ、また、視野角特性にも優れていた。また、本発明では、回折光、モアレ、色ムラのない優れた画像を表示することができた。すなわち、本発明では、優れた画像を安定的に表示することができた。これに対し、比較例では、満足な結果が得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【0119】
【図1】本発明のレンズ基板(マイクロレンズ基板)の好適な実施形態を示す模式的な縦断面図である。
【図2】図1に示すレンズ基板の平面図である。
【図3】図1に示すレンズ基板を備えた、本発明の透過型スクリーンの好適な実施形態を示す模式的な縦断面図である。
【図4】レンズ基板の製造に用いる凹部付き基板を示す模式的な縦断面図である。
【図5】図4に示す凹部付き基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図6】図1に示すレンズ基板(マイクロレンズ基板)の製造方法の一例を示す模式的な縦断面図である。
【図7】図1に示すレンズ基板(マイクロレンズ基板)の製造方法の一例を示す模式的な縦断面図である。
【図8】本発明の透過型スクリーンを適用したリア型プロジェクションTVを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【0120】
1…マイクロレンズ基板(レンズ基板) 11…マイクロレンズ 12…ブラックマトリックス(遮光層) 13…非遮光部 14…スペーサー 15…第1の行 16…第2の行 17…樹脂材料 1’…基板 3…マスク 31…透過部 32…非透過部 4…マスク形成用膜 5…フレネルレンズ部 51…フレネルレンズ 6…凹部付き基板(マイクロレンズ形成用凹部付き基板) 61…凹部(マイクロレンズ形成用凹部) 7…基板 71…初期凹部 8…マスク 81…初期孔(開口部) 89…裏面保護膜 9…平板 10…透過型スクリーン 111…中心 300…リア型プロジェクションTV 310…投写光学ユニット 320…導光ミラー 340…筐体




 

 


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