JP2005215417A - Microlens array - Google Patents

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JP2005215417A JP2004023100A JP2004023100A JP2005215417A JP 2005215417 A JP2005215417 A JP 2005215417A JP 2004023100 A JP2004023100 A JP 2004023100A JP 2004023100 A JP2004023100 A JP 2004023100A JP 2005215417 A JP2005215417 A JP 2005215417A
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Masaru Segawa
勝 瀬川
Masahiko Sugiyama
正彦 杉山
Yoichiro Nakatani
陽一郎 中谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microlens array, which can obtain proper contrast for images, which has a high light beam transmittance, and which can obtain high gain value and a high visual field angle. <P>SOLUTION: In the microlens array 10, in which a large number of convex, protruding microlenses 12 brought into close contact with one side are arranged two-dimensionally, in which the other side opposite to the side is made planar, in which light-transmitting parts 13a are formed on the other side, with the center on the optical axes K of respective microlenses 12, and in which light shield parts 14 are each formed between the neighboring light transmission parts 13a, the ratio of the total aperture areas of a large number of light-transmitting parts 13a to the total area of the microlens array 10 is set at ≥15% and ≤30%. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、凸状に突出したマイクロレンズを2次元面上で密接して多数配列させたマイクロレンズアレイに関するものである。   The present invention relates to a microlens array in which a large number of microlenses protruding in a convex shape are closely arranged on a two-dimensional surface.

凸状に突出したマイクロレンズを2次元面上で密接して多数配列させたマイクロレンズアレイは、液晶ディスプレイ,光結合光学素子,画像入力装置などに適用されている。   A microlens array in which a large number of microlenses projecting in a convex shape are closely arranged on a two-dimensional surface is applied to a liquid crystal display, an optical coupling optical element, an image input device, and the like.

例えば、液晶ディスプレイは、液晶分子の光学異方性,配向性,流動性などを利用して、表示単位に電界を印加して光線透過率や反射率を変化させる光シャッタを配列した液晶セルを用いて表示を行うものであり、この液晶ディスプレイには、液晶セルに表示された像を直接観察する直視型ディスプレイと、表示像を正面あるいは背面からスクリーンに投影して観察する投射型ディスプレイがある。   For example, a liquid crystal display uses a liquid crystal cell in which optical shutters are arranged to change light transmittance and reflectance by applying an electric field to a display unit by utilizing the optical anisotropy, orientation, fluidity, etc. of liquid crystal molecules. This liquid crystal display includes a direct-view display that directly observes the image displayed on the liquid crystal cell and a projection display that projects the display image on the screen from the front or the back. .

上記した直視型ディスプレイは、観察方向によって表示品位が変化する問題があり、表示面の法線方向から観察した時には明るさが最も明るいが、法線方向と観察方向のなす角(視野角)が大きくなるほど明るさが低下し、ある角度を越えると観察できないなどの問題がある。即ち、良好な観察を行える視野角が狭いと言う問題がある。   The direct-view display described above has a problem that the display quality changes depending on the viewing direction, and the brightness is the brightest when viewed from the normal direction of the display surface, but the angle (viewing angle) between the normal direction and the viewing direction is the same. There is a problem that the brightness decreases as the value increases, and observation is not possible beyond a certain angle. That is, there is a problem that the viewing angle that allows good observation is narrow.

そこで、液晶ディスプレイと、マイクロレンズアレイとを組み合わせて視野角を拡大する方法として、液晶セルの観察面にマイクロレンズを2次元面上で密接して多数配列させたマイクロレンズアレイを用いる方法などが提案されている。   Therefore, as a method of expanding the viewing angle by combining a liquid crystal display and a microlens array, there is a method using a microlens array in which a large number of microlenses are closely arranged on a two-dimensional surface on the observation surface of a liquid crystal cell. Proposed.

また、上記した投射型ディスプレイのうちで背面からスクリーンに投射する背面投射ディスプレイ(リヤプロディスプレイ)も同様に、スクリーンにマイクロレンズアレイを用いて視野角を拡大する方法などが提案されている。   Further, among the above-described projection displays, a rear projection display (rear pro display) for projecting from the back to the screen has also been proposed in which a viewing angle is enlarged using a microlens array on the screen.

この種のマイクロレンズアレイとして、多数のマイクロレンズを最密充填状態で配列したものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−305315号公報(第4−7頁、図6)。
As this type of microlens array, there is an array in which a large number of microlenses are arranged in a close-packed state (for example, see Patent Document 1).
JP 2001-305315 A (page 4-7, FIG. 6).

図9(a)〜(c)は従来のマイクロレンズアレイを示した正面図,斜視図,下面図である。   9A to 9C are a front view, a perspective view, and a bottom view showing a conventional microlens array.

図9(a)〜(c)に示した従来のマイクロレンズアレイ100は、上記した特許文献1(特開2001−305315号公報)に開示されているものであり、特許文献1を参照して簡略に説明する。   The conventional microlens array 100 shown in FIGS. 9A to 9C is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-305315) described above. Briefly described.

即ち、図9(a)〜(c)に示した如く、従来のマイクロレンズアレイ100は、透明な樹脂基板,透明な樹脂シートとか透明なガラス基板などを用いた光透過性を有するレンズ基板101の平坦な上面101a上に、略半球状に突出したマイクロレンズ102が密接して2次元的に多数配列されていると共に、上面101aの反対側の下面101bが平坦に形成されてこの下面101bに各マイクロレンズ102の光軸Kと一致させて各光入射部(又は各光出射部)103を開口させ、且つ、各光入射部(又は各光出射部)103以外を各遮光部104で覆うと共に、各遮光部104に拡散反射膜(又は反射防止膜)105がそれぞれ形成されている。   That is, as shown in FIGS. 9A to 9C, a conventional microlens array 100 includes a light-transmitting lens substrate 101 using a transparent resin substrate, a transparent resin sheet, or a transparent glass substrate. On the flat upper surface 101a, a plurality of microlenses 102 projecting in a substantially hemispherical shape are closely arranged two-dimensionally, and a lower surface 101b opposite to the upper surface 101a is formed flat, and this lower surface 101b is formed on the lower surface 101b. Each light incident portion (or each light emitting portion) 103 is opened so as to coincide with the optical axis K of each microlens 102, and other than each light incident portion (or each light emitting portion) 103 is covered with each light shielding portion 104. At the same time, a diffuse reflection film (or antireflection film) 105 is formed on each light shielding portion 104.

この際、多数のマイクロレンズ102をレンズ基板101の上面101a上に最高密度で多数配列させるためには、レンズ基板101の下面101b側から見た時に、多数のマイクロレンズ102が図9(c)に示したように最密充填状態で配列されている。   At this time, in order to arrange a large number of microlenses 102 at the highest density on the upper surface 101a of the lens substrate 101, when viewed from the lower surface 101b side of the lens substrate 101, the large number of microlenses 102 are shown in FIG. As shown in FIG.

尚、図9(c)中の黒塗り部位は、マイクロレンズ102の底面が完全な円形で最密充填状態で配列されている場合にマイクロレンズ102間の隙間であり、マイクロレンズ102の底面積とレンズ基板101の面積との比、即ち、レンズ基板101に対する光線の入射面積比は90.7%となる。   9C is a gap between the microlenses 102 when the bottom surfaces of the microlenses 102 are completely circular and arranged in a close-packed state, and the bottom area of the microlenses 102 is shown. And the area of the lens substrate 101, that is, the ratio of the incident area of the light beam to the lens substrate 101 is 90.7%.

尚また、図9(c)ではマイクロレンズ102の底面が完全な円形で最密充填状態で配列されている場合を示しているが、これに代えて、図示を省略するももの、マイクロレンズ102の底面を六角形にして六方稠密状(ハニカム状)に配列させた場合には、レンズ基板101に対する光線の入射面積比を最大100%近くにすることが可能である。   FIG. 9C shows a case where the bottom surface of the microlens 102 is a perfect circle and is arranged in a close-packed state. Instead, the microlens 102 is omitted from the illustration. When the bottom surface of the lens is hexagonal and arranged in a hexagonal close-packed shape (honeycomb shape), it is possible to make the incident area ratio of light to the lens substrate 101 close to 100% at maximum.

そして、上記構成による従来のマイクロレンズアレイ100を液晶表示装置,リアプロジェクタ装置などに適用した時に高輝度で広い視野角にわたってコントラストの高い画像を表示できる旨が開示されている。   And when the conventional microlens array 100 by the said structure is applied to a liquid crystal display device, a rear projector apparatus, etc., it is disclosed that an image with high contrast can be displayed over a wide viewing angle.

ところで、図9(a)〜(c)に示した従来のマイクロレンズアレイ100を液晶表示装置,リアプロジェクタ装置などに適用した場合には、画像への視野角を拡大することができるものの、画像を明るい場所でも見易くするためにコントラストが重要であり、レンズ基板101の下面101bで隣り合うマイクロレンズ102間に遮光部104を設けることで外光反射率を低減し、黒画面の引き締まり高めているが、マイクロレンズアレイ100の全面積に対する多数の光入射部(又は光出射部)103の合計開口面積の比率によっては良好なコントラストが得られない場合がある。これを言い換えると、光入射部(又は光出射部)103の面積と遮光部104の面積とは互いにトレードオフの関係にあり、両者の関係に応じて光線透過率が左右されるものの、これについては上記した引用文献1に開示及び示唆すらされていない。   By the way, when the conventional microlens array 100 shown in FIGS. 9A to 9C is applied to a liquid crystal display device, a rear projector device, etc., the viewing angle to the image can be enlarged, but the image The contrast is important to make it easier to see even in bright places. By providing the light shielding portion 104 between the adjacent microlenses 102 on the lower surface 101b of the lens substrate 101, the external light reflectance is reduced and the black screen is tightened. However, a good contrast may not be obtained depending on the ratio of the total aperture area of many light incident portions (or light emitting portions) 103 to the entire area of the microlens array 100. In other words, the area of the light incident portion (or the light emitting portion) 103 and the area of the light shielding portion 104 are in a trade-off relationship with each other, and the light transmittance is influenced by the relationship between the two. Is not disclosed or even suggested in the above cited reference 1.

そこで、画像に対して良好なコントラストが得ら、且つ、光線透過率が高く、高ゲイン値及び高視野角が得られるマイクロレンズアレイが望まれている。   Therefore, there is a demand for a microlens array capable of obtaining a good contrast with respect to an image, having a high light transmittance, a high gain value, and a high viewing angle.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第1の発明は、凸状に突出したマイクロレンズが一方の面上で密接して2次元的に多数配列されていると共に、前記一方の面の反対側の他方の面が平坦に形成されて該他方の面に各マイクロレンズの光軸を中心にして各光透過部が形成され、且つ、隣り合う前記光透過部間に各光遮光部が形成されたマイクロレンズアレイにおいて、
前記マイクロレンズアレイの全面積に対する多数の前記光透過部の合計開口面積の比率を15%以上30%以下に設定したことを特徴とするマイクロレンズアレイである。
The present invention has been made in view of the above problems, and the first invention is that a plurality of microlenses projecting in a convex shape are closely arranged on one surface in a two-dimensional manner, The other surface opposite to the surface is formed flat, each light transmitting portion is formed on the other surface with the optical axis of each microlens as the center, and each light shielding portion is between the adjacent light transmitting portions. In the microlens array in which the part is formed,
The microlens array is characterized in that the ratio of the total aperture area of a number of the light transmitting portions to the total area of the microlens array is set to 15% or more and 30% or less.

また、第2の発明は、凸状に突出したマイクロレンズを2次元的に多数配列させたマイクロレンズアレイにおいて、
第1レンズ基板上に2次元的に多数配列させた第1マイクロレンズの底面側と、第2レンズ基板上に2次元的に多数配列させた第2マイクロレンズの底面側とを光軸を合わせて互いに対向させると共に、前記第1レンズ基板と前記第2レンズ基板との間に各マイクロレンズの光軸を中心にして各光透過部が形成され、且つ、隣り合う前記光透過部間に各光遮光部が形成されたことを特徴とするマイクロレンズアレイである。
The second invention is a microlens array in which a plurality of microlenses protruding in a convex shape are arranged two-dimensionally.
The optical axis is aligned with the bottom surface side of the first microlens two-dimensionally arranged on the first lens substrate and the bottom surface side of the second microlens two-dimensionally arrayed on the second lens substrate. And each light transmitting portion is formed between the first lens substrate and the second lens substrate with the optical axis of each microlens as the center, and between each adjacent light transmitting portion. A microlens array having a light shielding portion formed thereon.

また、第3の発明は、上記した第2の発明のマイクロレンズアレイにおいて、
前記多数の第1マイクロレンズの各焦点距離を、前記多数の第2マイクロレンズ内に位置させるように設定したことを特徴とするマイクロレンズアレイである。
The third invention is the microlens array of the second invention described above,
In the microlens array, focal lengths of the plurality of first microlenses are set to be positioned in the plurality of second microlenses.

請求項1記載のマイクロレンズアレイによれば、とくに、凸状に突出したマイクロレンズが一方の面上で密接して2次元的に多数配列されていると共に、一方の面の反対側の他方の面に各マイクロレンズの光軸を中心にして各光透過部が形成され、且つ、隣り合う光透過部間に各光遮光部が形成されたマイクロレンズアレイにおいて、マイクロレンズアレイの全面積に対する多数の光透過部の合計開口面積の比率を15%以上30%以下に設定したため、画像に対して良好なコントラストが得られ、且つ、光線透過率が高く、高ゲイン値及び高視野角が得られる。   According to the microlens array of the first aspect, in particular, a plurality of microlenses protruding in a convex shape are closely arranged two-dimensionally on one surface, and the other one on the opposite side of the one surface is arranged. In a microlens array in which each light transmitting portion is formed on the surface with the optical axis of each microlens as the center and each light shielding portion is formed between adjacent light transmitting portions, a large number of the entire area of the microlens array Since the ratio of the total aperture area of the light transmitting portion is set to 15% or more and 30% or less, a good contrast can be obtained for the image, the light transmittance is high, and a high gain value and a high viewing angle are obtained. .

また、請求項2及び請求項3記載のマイクロレンズアレイによれば、とくに、第1レンズ基板上に2次元的に多数配列させた第1マイクロレンズの底面側と、第2レンズ基板上に2次元的に多数配列させた第2マイクロレンズの底面側とを光軸を合わせて互いに対向させると共に、第1レンズ基板と第2レンズ基板との間に各マイクロレンズの光軸を中心にして各光透過部が形成され、且つ、隣り合う光透過部間に各光遮光部が形成されているため、マイクロレンズアレイを例えば背面投射ディスプレイ(リヤプロディスプレイ)のスクリーンに用いた時に、第1マイクロレンズに入射した光線が第1レンズ基板,第1レンズ基板と第2レンズ基板との間に形成した光透過部,第2レンズ基板を順に通過して第2マイクロレンズ内で結像し、更に、第2マイクロレンズ25の表面から散乱されて出射するので、X軸方向(水平方向)及びY軸方向(垂直方向)共に視野角が広く、高コントラスト比でありながら光線透過率が高く、高ゲイン値が得られる。   According to the microlens array of claims 2 and 3, in particular, two on the bottom surface side of the first microlens arranged two-dimensionally on the first lens substrate and on the second lens substrate. The bottom surfaces of the second microlenses arranged in a number of dimensions are opposed to each other with the optical axis aligned, and each of the microlenses is centered on the optical axis of each microlens between the first lens substrate and the second lens substrate. Since the light transmission part is formed and each light shielding part is formed between the adjacent light transmission parts, when the microlens array is used for a screen of a rear projection display (rear pro display), for example, the first microlens The light rays incident on the first lens substrate, the light transmission portion formed between the first lens substrate and the second lens substrate, and the second lens substrate in order are imaged in the second microlens, In addition, since the light is scattered and emitted from the surface of the second microlens 25, the viewing angle is wide in both the X-axis direction (horizontal direction) and the Y-axis direction (vertical direction), and the light transmittance is high while having a high contrast ratio. A high gain value is obtained.

以下に本発明に係るマイクロレンズアレイの一実施例を図1乃至図8を参照して、実施例1,実施例2の順で詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of a microlens array according to the present invention will be described in detail in the order of Embodiment 1 and Embodiment 2 with reference to FIGS.

図1(a)〜(c)は本発明に係る実施例1のマイクロレンズアレイを説明するための正面図,斜視図,下面図、
図2(a)〜(d)は本発明に係る実施例1のマイクロレンズアレイの製造工程を説明するために模式的に示した工程図、
図3(a)〜(c)は実施例1において、直径φD=80μm,100μm,150μmの各マイクロレンズを多数有する3種類のマイクロレンズアレイにおいて、光透過部の開口直径φd(μm)に対する光学特性を一覧表で示した図、
図4は実施例1において、直径φD=80μm,100μm,150μmの各マイクロレンズを多数有する3種類のマイクロレンズアレイにおいて、光透過部の開口直径と光学特性とをグラフ化して示した図、
図5は実施例1において、マイクロレンズの直径φD(μm)に対して光透過部の開口直径がφd(μm)である時の開口率及びブラック率を一覧表で示した図、
図6は実施例1において、マイクロレンズの直径φD(μm)に対する光透過部の開口直径φd(μm)とブラック率とをグラフ化して示した図である。
1A to 1C are a front view, a perspective view, and a bottom view for explaining a microlens array according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2D are process diagrams schematically shown for explaining the manufacturing process of the microlens array of Example 1 according to the present invention.
FIGS. 3A to 3C show the optical characteristics for the aperture diameter φd (μm) of the light transmission part in the three types of microlens arrays having a large number of microlenses having diameters φD = 80 μm, 100 μm, and 150 μm in the first embodiment. Figure showing the characteristics in a list,
FIG. 4 is a graph showing the aperture diameter and optical characteristics of the light transmitting portion in the three types of microlens arrays having a large number of microlenses having diameters φD = 80 μm, 100 μm, and 150 μm in Example 1.
FIG. 5 is a diagram showing a list of aperture ratios and black ratios when the aperture diameter of the light transmission part is φd (μm) with respect to the diameter φD (μm) of the microlens in Example 1.
FIG. 6 is a graph showing the aperture diameter φd (μm) of the light transmission part and the black ratio with respect to the diameter φD (μm) of the microlens in Example 1.

図1(a)〜(c)に示した如く、本発明に係る実施例1のマイクロレンズアレイ10は、透明な樹脂基板,透明な樹脂シートとか透明なガラス基板などを用いた光透過性を有するレンズ基板11の平坦な上面11a上に、光透過性を有する透明な樹脂材,ガラス材などを用いて凸状に突出したマイクロレンズ12が密接して2次元的に多数配列されていると共に、レンズ基板11の上面11aの反対側の下面11bが平坦に形成され、この下面11b上に光透過性樹脂材13を用いて各マイクロレンズ12の光軸Kを中心にして各光透過部13aが形成され、且つ、隣り合う光透過部13a間にブラック遮光材(光吸収材)による各光遮光部(各光吸収部)14が形成されている。   As shown in FIGS. 1A to 1C, the microlens array 10 according to the first embodiment of the present invention has light transmittance using a transparent resin substrate, a transparent resin sheet, or a transparent glass substrate. A plurality of microlenses 12 protruding in a convex shape using a transparent resin material, glass material, or the like having optical transparency are closely arranged in a two-dimensional manner on a flat upper surface 11a of the lens substrate 11 having the same. The lower surface 11b opposite to the upper surface 11a of the lens substrate 11 is formed flat, and each light transmitting portion 13a is centered on the optical axis K of each microlens 12 using the light transmitting resin material 13 on the lower surface 11b. Each light shielding part (each light absorbing part) 14 is formed by a black light shielding material (light absorbing material) between the adjacent light transmitting parts 13a.

そして、上記した凸状に突出した多数のマイクロレンズ12は、略半球状の球面又は略半球状の非球面とか、楕円状凸面などの形状に形成されている。   The many microlenses 12 projecting in a convex shape are formed in a shape such as a substantially hemispherical spherical surface, a substantially hemispherical aspherical surface, or an elliptical convex surface.

この際、多数のマイクロレンズ12の形状を例えば半径Rで略半球状にそれぞれ形成した場合、多数のマイクロレンズ12をレンズ基板11の上面11a上に最高密度で多数配列させるためには、レンズ基板11の下面11b側から見た時に、多数のマイクロレンズ12が図1(c)に示したように最密充填状態で配列されている。   At this time, when the shape of the large number of microlenses 12 is formed in a substantially hemispherical shape with a radius R, for example, in order to arrange the large number of microlenses 12 on the upper surface 11a of the lens substrate 11 with the highest density, the lens substrate When viewed from the side of the lower surface 11b of FIG. 11, a large number of microlenses 12 are arranged in a close-packed state as shown in FIG.

尚、図1(c)中の黒塗り部位は、マイクロレンズ12の底面が完全な円形で最密充填状態で配列されている場合にマイクロレンズ12間の間の隙間であり、この黒塗り部位は上記したブラック遮光材(光吸収材)による光遮光部(光吸収部)14と同じ状態になっている。この状態では、マイクロレンズ12の底面積とレンズ基板11の面積との比、即ち、レンズ基板11に対する光線の入射面積比は90.7%となる。   1C is a gap between the microlenses 12 when the bottom surface of the microlens 12 is a perfect circle and is arranged in a close-packed state. Is in the same state as the light shielding portion (light absorbing portion) 14 made of the black light shielding material (light absorbing material) described above. In this state, the ratio of the bottom area of the microlens 12 and the area of the lens substrate 11, that is, the ratio of the incident area of light rays to the lens substrate 11 is 90.7%.

尚また、図1(c)ではマイクロレンズ12の底面が完全な円形で最密充填状態で配列されている場合を示しているが、これに代えて、図示を省略するももの、マイクロレンズ12の底面を六角形にして六方稠密状(ハニカム状)に配列させた場合には、レンズ基板11に対する光線の入射面積比を最大100%近くにすることが可能である。   FIG. 1C shows a case where the bottom surface of the microlens 12 is a perfect circle and is arranged in a close-packed state. Instead, the microlens 12 is omitted from the illustration. When the bottom surface of the lens is hexagonal and arranged in a hexagonal close-packed shape (honeycomb shape), it is possible to make the incident area ratio of light rays to the lens substrate 11 close to 100% at maximum.

ここで、例えば半径Rで略半球状に形成した多数のマイクロレンズ12をX軸とY軸とによる2次元平面上に最密充填状態で配列させた場合に、X軸方向のピッチPxは2Rとなり、また、Y軸方向のピッチPyはX軸方向の隣り合うマイクロレンズ12間にマイクロレンズ12をX軸方向に沿って配置しているために2Rsin60°となる。   Here, for example, when a large number of microlenses 12 formed in a substantially hemispherical shape with a radius R are arranged in a close-packed state on a two-dimensional plane composed of the X axis and the Y axis, the pitch Px in the X axis direction is 2R. Further, the pitch Py in the Y-axis direction is 2Rsin 60 ° because the microlenses 12 are arranged along the X-axis direction between the adjacent microlenses 12 in the X-axis direction.

また、レンズ基板11の下面11bに形成した光透過部13aは、後述する製造工程で説明するように、光透過性を有する光透過性樹脂材13を用いて形成したり、あるいは、レンズ基板11の下面11b(又はマイクロレンズ12の下面)そのものを露出させることで、マイクロレンズ12に入射した光線がレンズ基板11を通ってこのレンズ基板11の下面11bに形成した光透過部13aから出射させることができる。   The light transmitting portion 13a formed on the lower surface 11b of the lens substrate 11 is formed by using a light transmitting resin material 13 having light transmitting properties as described in the manufacturing process described later, or alternatively, the lens substrate 11 By exposing the lower surface 11 b (or the lower surface of the microlens 12) itself, the light incident on the microlens 12 passes through the lens substrate 11 and is emitted from the light transmitting portion 13 a formed on the lower surface 11 b of the lens substrate 11. Can do.

一方、レンズ基板11の下面11bに形成したブラック遮光材(光吸収材)による光遮光部(光吸収部)14は、少なくとも可視光に対して遮光性があれば良く、マイクロレンズ12に入射した光線を遮光できる。   On the other hand, the light shielding portion (light absorbing portion) 14 made of a black light shielding material (light absorbing material) formed on the lower surface 11b of the lens substrate 11 is required to have at least a light shielding property with respect to visible light, and is incident on the microlens 12. Can block light.

また、この実施例1において、多数のマイクロレンズ12を例えば半径Rで略半球状に形成した場合に、各マイクロレンズ12の底面の直径φDは2Rとなり、この時に、各マイクロレンズ12の底面と対向し且つ各マイクロレンズ12の光軸Kを中心にして形成した各光透過部13aの開口直径φdとし、φD>φdと設定すると、各マイクロレンズ12の上方から入射した平行光Lが各光透過部13aから出射する際に、一つの平行光Lの進行方向に対してマイクロレンズ12により光線が進路を変更する角度θが大きくなる方向に各光透過部13aの開口直径φdを設定することで、視野角を拡大させることができる。   In Example 1, when a large number of microlenses 12 are formed in a substantially hemispherical shape with a radius R, for example, the diameter φD of the bottom surface of each microlens 12 is 2R. When the opening diameter φd of each light transmission portion 13a facing each other and formed around the optical axis K of each microlens 12 is set as φD> φd, the parallel light L incident from above each microlens 12 is converted into each light. When exiting from the transmission part 13a, the opening diameter φd of each light transmission part 13a is set in the direction in which the angle θ at which the light beam changes its path is increased by the microlens 12 with respect to the traveling direction of one parallel light L. Thus, the viewing angle can be enlarged.

そこで、この実施例1では、マイクロレンズアレイ10の全面積に対する多数の光透過部13aの合計開口面積の比率を15%以上30%以下に設定していることを特徴とするものであり、これについては後で述べる。   Therefore, the first embodiment is characterized in that the ratio of the total opening area of the large number of light transmission portions 13a to the entire area of the microlens array 10 is set to 15% or more and 30% or less. Will be discussed later.

更に、例えば半径Rで略半球状に形成したマイクロレンズ12の焦点距離fは、マイクロレンズ12の頂点から一つの平行光Lがマイクロレンズ12の光軸K上で交差する交点までの距離である。ここで、マイクロレンズ12を大気中で使用する際に空気の屈折率nが1であり、一方、マイクロレンズ12の屈折率n’は透明樹脂材とかガラス材などを用いた場合に略1.5であるので、マイクロレンズ12の焦点距離fは、下記の式より略3Rとなる。
f=n’R/(n’−n)=1.5R/(1.5−1)=3R
従って、レンズ基板11,光透過性樹脂材13の各厚みを適宜設定して、マイクロレンズ12の頂点から光透過性樹脂材13の光透過部13aまでの距離を略3Rに設定することで、マイクロレンズ12に入力した光線を光透過性樹脂材13の光透過部13aの部位に結像させて、この光透過部13aから出射させることができる。
Further, for example, the focal length f of the microlens 12 formed in a substantially hemispherical shape with a radius R is the distance from the apex of the microlens 12 to the intersection where one parallel light L intersects on the optical axis K of the microlens 12. . Here, when the microlens 12 is used in the atmosphere, the refractive index n of air is 1. On the other hand, the refractive index n ′ of the microlens 12 is approximately 1 when a transparent resin material or a glass material is used. Therefore, the focal length f of the microlens 12 is approximately 3R from the following equation.
f = n′R / (n′−n) = 1.5R / (1.5−1) = 3R
Accordingly, by appropriately setting the thicknesses of the lens substrate 11 and the light transmissive resin material 13 and setting the distance from the apex of the microlens 12 to the light transmissive portion 13a of the light transmissive resin material 13 to approximately 3R, The light beam input to the microlens 12 can be imaged on a portion of the light transmitting portion 13a of the light transmitting resin material 13 and emitted from the light transmitting portion 13a.

ここで、実施例1のマイクロレンズアレイ10の製造方法について、図2(a)〜(d)を用いて工程順に説明する。   Here, the manufacturing method of the microlens array 10 of Example 1 is demonstrated in order of a process using Fig.2 (a)-(d).

まず、図2(a)に示した如く、例えば直径φD(半径R)で略半球状に形成した凹部を最密充填になるよう多数形成した不図示の成形金型として、φD=80μm(R=40μm)の成形金型と、φD=100μm(R=50μm)の成形金型と、φD=150μm(R=75μm)の成形金型とを予め3種類用意し、各成形金型内に粘度180mPa・sの光線透過率の良好な紫外線硬化性樹脂を充填し、この後、厚みが50μmのPC(ポリカーボネート)フィルムなどによるレンズ基板11の平坦な上面11aを各成形金型に重ね合わせて、レンズ基板11の上面11a上に直径φD(半径R)で略半球状のマイクロレンズ12を最密充填状態で多数形成し、紫外線を照射して多数のマイクロレンズ12を硬化させた。この後、各成形金型から各レンズ基板11ごと剥離して3種類(直径φ80μm,φ100μm,φ150μmμ)の各マイクロレンズ12を各レンズ基板11の上面11a上に2次元的に多数製作した。この際、レンズ基板11の上面11aの反対側の下面11bも平坦に形成されている。   First, as shown in FIG. 2A, for example, φD = 80 μm (R) as a molding die (not shown) in which a large number of concave portions formed in a substantially hemispherical shape with a diameter φD (radius R) are formed so as to be closely packed. = 40 μm), φD = 100 μm (R = 50 μm) molding die, and φD = 150 μm (R = 75 μm) molding die are prepared in advance, and the viscosity in each molding die Filled with a UV curable resin having a good light transmittance of 180 mPa · s, and thereafter, the flat upper surface 11a of the lens substrate 11 made of a PC (polycarbonate) film having a thickness of 50 μm is superimposed on each molding die, A large number of substantially hemispherical microlenses 12 having a diameter φD (radius R) were formed on the upper surface 11a of the lens substrate 11 in a close-packed state, and a large number of microlenses 12 were cured by irradiation with ultraviolet rays. Thereafter, each lens substrate 11 was peeled off from each molding die, and a large number of three types of microlenses 12 (diameter φ80 μm, φ100 μm, φ150 μmμ) were two-dimensionally manufactured on the upper surface 11 a of each lens substrate 11. At this time, the lower surface 11b opposite to the upper surface 11a of the lens substrate 11 is also formed flat.

次に、図2(b)に示した如く、各レンズ基板11の下面に、粘度160mPa・sの光線透過率の良好な紫外線硬化性樹脂材13を塗布し、マイクロレンズ12側から平行な紫外線を照射することで、紫外線硬化性樹脂材13のうちで紫外線の平行光Lがマイクロレンズ12によって結像する部位のみが硬化されて硬化部13aとなり、隣り合う硬化部13a間が硬化されない未硬化部13bとなる。   Next, as shown in FIG. 2B, an ultraviolet curable resin material 13 having a viscosity of 160 mPa · s and a good light transmittance is applied to the lower surface of each lens substrate 11, and parallel ultraviolet rays are applied from the microlens 12 side. , Only the part of the ultraviolet curable resin material 13 where the parallel light L of the ultraviolet rays forms an image with the microlens 12 is cured to become a cured part 13a, and the area between adjacent cured parts 13a is not cured. Part 13b.

次に、図2(c)に示した如く、各レンズ基板11の下面11bに紫外線硬化性樹脂材13により形成された硬化部13aと未硬化部13bとのうちで、洗浄により未硬化部13bのみを除去し、除去されない硬化部13aが光透過部として残る。   Next, as shown in FIG. 2C, the uncured portion 13b is cleaned by washing out of the cured portion 13a and the uncured portion 13b formed of the ultraviolet curable resin material 13 on the lower surface 11b of each lens substrate 11. Only the portion is removed, and the hardened portion 13a that is not removed remains as the light transmitting portion.

次に、図2(d)に示した如く、各レンズ基板11の下面11bに光透過部13aが形成された状態で、隣り合う光透過部13a間にブラック遮光材(光吸収材)を塗布して、隣り合う光透過部13a間に光遮光部(光吸収部)14を形成して、3種類(直径φ80μm,φ100μm,φ150μmμ)の各マイクロレンズ12を多数有する3種類のマイクロレンズアレイ10が完成した。   Next, as shown in FIG. 2D, a black light shielding material (light absorbing material) is applied between the adjacent light transmitting portions 13a in a state where the light transmitting portions 13a are formed on the lower surface 11b of each lens substrate 11. Then, a light shielding portion (light absorbing portion) 14 is formed between the adjacent light transmitting portions 13a, and three types of microlens arrays 10 having a large number of each of three types of microlenses 12 (diameter φ80 μm, φ100 μm, φ150 μmμ). Was completed.

この後、3種類(直径φ80μm,φ100μm,φ150μmμ)のマイクロレンズアレイ10に対して、各レンズ基板11の下面11bに形成した光透過部13a及び光遮光部(光吸収部)14の表面側を例えば#3000の白色アルミナなどの研磨材を用いて研磨することにより、光透過部13aの底面の開口直径φdを可変させた。   Thereafter, the surface side of the light transmitting portion 13a and the light shielding portion (light absorbing portion) 14 formed on the lower surface 11b of each lens substrate 11 with respect to the micro lens array 10 of three types (diameter φ80 μm, φ100 μm, φ150 μmμ). For example, the opening diameter φd of the bottom surface of the light transmitting portion 13a is varied by polishing with an abrasive such as # 3000 white alumina.

そして、光学顕微鏡により光透過部13aの開口直径φdを測長して、マイクロレンズアレイ10の全面積に対する多数の光透過部13aの合計開口面積の比率を算出して、光学特性との関係を調べた。   Then, the opening diameter φd of the light transmitting portion 13a is measured with an optical microscope, the ratio of the total opening area of the many light transmitting portions 13a to the total area of the microlens array 10 is calculated, and the relationship with the optical characteristics is calculated. Examined.

即ち、光透過部13aの開口率(%)は、
光透過部の開口率(%)=多数の光透過部13aの合計開口面積/マイクロレン
ズアレイ10の全面積
で示されることになる。また、ブラック率(%)は、100(%)から光透過部13aの開口率(%)を引いた値で示されることになる。
That is, the aperture ratio (%) of the light transmitting portion 13a is
Opening ratio (%) of light transmitting portion = total opening area of many light transmitting portions 13a / microlens
The total area of the array 10 is shown. Further, the black ratio (%) is indicated by a value obtained by subtracting the aperture ratio (%) of the light transmission portion 13a from 100 (%).

また、光学特性は、村上色彩技術研究所製の変角光度計GP−200型を用いてピークゲイン値G0と、視野角α°(ピークゲインが半値となる角度)とを測定した。但し、ゲイン値は完全拡散板を1.0とした時の相対値であり、ピークゲイン値は視野角0°の時のゲイン値である。   The optical characteristics were measured by measuring a peak gain value G0 and a viewing angle α ° (an angle at which the peak gain becomes a half value) using a goniophotometer GP-200 manufactured by Murakami Color Research Laboratory. However, the gain value is a relative value when the complete diffusion plate is 1.0, and the peak gain value is a gain value when the viewing angle is 0 °.

上記の結果をまとめて、図3(a)〜(c)及び図4に示す。視野角α°は略半球状のマイクロレンズ12であるため、明記していないがX軸方向(水平方向)とY軸方向(垂直方向)とが略同値であった。   The above results are collectively shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) and FIG. Since the viewing angle α ° is a substantially hemispherical microlens 12, the X-axis direction (horizontal direction) and the Y-axis direction (vertical direction) were substantially the same, although not explicitly described.

図4より明らかなように、レンズ基板11の下面11bに形成した光透過部13aの開口率(%)は、15%以上で光学特性(ピークゲイン値G0,視野角α°)がほぼ飽和し、良好な値となることが判る。これは、光線がほぼ完全透過するために光透過部13aの開口率(%)が15%以上が必要であることを意味している。この様な結果となる理由は、レンズ基板11がシート状であるため各マイクロレンズ12の光軸Kのズレがマイクロレンズ12側と光透過部13a側とで多少生じるためと考えられる。また、他の理由として実際は樹脂硬化速度のバラツキや樹脂ダレ等の原因により、理論通りの光透過部13aの形状が形成されないためとも考えられる。   As apparent from FIG. 4, the aperture ratio (%) of the light transmitting portion 13a formed on the lower surface 11b of the lens substrate 11 is 15% or more, and the optical characteristics (peak gain value G0, viewing angle α °) are almost saturated. It turns out that it becomes a favorable value. This means that the aperture ratio (%) of the light transmitting portion 13a needs to be 15% or more in order to transmit light almost completely. The reason for such a result is considered to be that a deviation of the optical axis K of each microlens 12 slightly occurs between the microlens 12 side and the light transmitting portion 13a side because the lens substrate 11 is in a sheet shape. Another reason may be that the shape of the light transmission portion 13a as in theory is not formed due to variations in the resin curing speed, resin sag, and the like.

更に、最重要光学特性であるピークゲイン値G0及び視野角α°は、光透過部13aの開口率(%)が15%以上で良好となるが、前述したようにコントラストを得るためにはブラック遮光占有面積率(ブラック率)を出きる限り大きくすることで引き締まった画面が得られる。そこで、図5及び図6に示したように、マイクロレンズ12の直径φD(μm)に対して光透過部13aの開口直径がφd(μm)である時の開口率及びブラック率から判断すると、通常、ブラック率が70%以上あれば良好とされており、残り面積の30%までが光透過部13aの開口率(%)の許容範囲となる。   Furthermore, the peak gain value G0 and the viewing angle α °, which are the most important optical characteristics, are good when the aperture ratio (%) of the light transmission portion 13a is 15% or more. By increasing the shading occupation area ratio (black ratio) as much as possible, a tight screen can be obtained. Therefore, as shown in FIGS. 5 and 6, judging from the aperture ratio and black ratio when the aperture diameter of the light transmitting portion 13a is φd (μm) with respect to the diameter φD (μm) of the microlens 12, Usually, it is considered good if the black ratio is 70% or more, and up to 30% of the remaining area is an allowable range of the aperture ratio (%) of the light transmitting portion 13a.

従って、上記からマイクロレンズアレイ10の全面積に対する多数の光透過部13aの合計開口面積の比率を15%以上30%以下に設定することにより、画像に対して良好なコントラストが得られ、且つ、光線透過率が高く、高ゲイン値及び高視野角が得られるマイクロレンズアレイ10を提供することができる。   Therefore, by setting the ratio of the total aperture area of the large number of light transmitting portions 13a to the total area of the microlens array 10 from 15% to 30%, good contrast can be obtained for the image, and It is possible to provide the microlens array 10 having a high light transmittance and a high gain value and a high viewing angle.

図7(a)〜(c)は本発明に係る実施例2のマイクロレンズアレイを説明するための正面図,斜視図,下面図、
図8(a)〜(d)は本発明に係る実施例2のマイクロレンズアレイの製造工程を説明するために模式的に示した工程図である。
7A to 7C are a front view, a perspective view, and a bottom view for explaining the microlens array of the second embodiment according to the present invention.
FIGS. 8A to 8D are process diagrams schematically shown for explaining the manufacturing process of the microlens array according to the second embodiment of the present invention.

図7(a)〜(c)に示した如く、本発明に係る実施例2のマイクロレンズアレイ20は、透明な樹脂基板,透明な樹脂シートとか透明なガラス基板などを用いた光透過性を有する第1レンズ基板21の平坦な上面21a上に、光透過性を有する透明な樹脂材,ガラス材などを用いて凸状に突出した第1マイクロレンズ22が密接して2次元的に多数配列されていると共に、第2レンズ基板21の上面21aの反対側の下面21bが平坦に形成され、この下面21b上に各第1マイクロレンズ22の光軸Kを中心にして各光透過部23aが形成され、且つ、隣り合う光透過部23a間に各光遮光部(各光吸収部)23bが形成されているブラック遮光ドライフィルム23が貼り合わされている。尚、この実施例2では、ブラック遮光ドライフィルム23を用いて貫通孔による光透過部23aと、ブラックフィルムによる光遮光部(各光吸収部)23bとを形成したが、これに限ることなく、実施例1と同様な方法で光透過性樹脂材を用いて各光透過部23aを形成し、且つ、隣り合う光透過部23a間にブラック遮光材(光吸収材)を塗布して、隣り合う光透過部23a間に光遮光部(光吸収部)23bを形成することも可能である。   As shown in FIGS. 7A to 7C, the microlens array 20 according to the second embodiment of the present invention has light transmittance using a transparent resin substrate, a transparent resin sheet, or a transparent glass substrate. A plurality of first microlenses 22 projecting in a convex shape using a transparent resin material, glass material, or the like having optical transparency are closely arranged on a flat upper surface 21a of the first lens substrate 21 having a two-dimensional array. In addition, a lower surface 21b opposite to the upper surface 21a of the second lens substrate 21 is formed flat, and each light transmitting portion 23a is centered on the optical axis K of each first microlens 22 on the lower surface 21b. The black light-shielding dry film 23 in which each light-shielding part (each light-absorbing part) 23b is formed is bonded between the adjacent light-transmitting parts 23a. In Example 2, the black light-shielding dry film 23 was used to form the light transmission part 23a by the through hole and the light light-shielding part (each light absorption part) 23b by the black film. Each light transmitting portion 23a is formed by using a light transmitting resin material in the same manner as in the first embodiment, and a black light shielding material (light absorbing material) is applied between the adjacent light transmitting portions 23a and adjacent to each other. It is also possible to form a light shielding part (light absorbing part) 23b between the light transmitting parts 23a.

更に、ブラック遮光ドライフィルム23の裏面には、第2レンズ基板24上に形成した多数の第2マイクロレンズ25が第1レンズ基板21上に形成した多数の第1マイクロレンズ22と光軸を合わせて互いに底面側が対向して設けられており、多数の第2マイクロレンズ25は多数の第1マイクロレンズ22よりも小形に形成されている。   Further, on the back surface of the black light-shielding dry film 23, a number of second microlenses 25 formed on the second lens substrate 24 are aligned with the optical axes of the number of first microlenses 22 formed on the first lens substrate 21. The plurality of second microlenses 25 are formed to be smaller than the plurality of first microlenses 22.

そして、上記した凸状に突出した多数の第1マイクロレンズ22及び多数の第2マイクロレンズ25は、略半球状の球面又は略半球状の非球面とか、楕円状凸面などの形状で互いに同じ種類の形状に形成されている。   The plurality of first microlenses 22 and the plurality of second microlenses 25 that protrude in the above-described convex shape have the same kind of shape such as a substantially hemispherical spherical surface, a substantially hemispherical aspherical surface, or an elliptical convex surface. It is formed in the shape of.

この際、多数の第1マイクロレンズ22の形状を例えば直径φD(半径R)で略半球状にそれぞれ形成し、且つ、多数の第2マイクロレンズ25の形状を第1マイクロレンズ22の直径φD(半径R)より小さい直径φd(半径r)で略半球状にそれぞれ形成した場合、多数の第1マイクロレンズ22を第1レンズ基板21の上面21aに最高密度で多数配列させるためには、第1レンズ基板21の下面21b側から見た時に、多数の第1マイクロレンズ22が図7(c)に示したように最密充填状態で配列されている。   At this time, the shape of the large number of first microlenses 22 is formed in a substantially hemispherical shape with a diameter φD (radius R), for example, and the shape of the large number of second microlenses 25 is the diameter φD ( In order to arrange a large number of first microlenses 22 on the upper surface 21a of the first lens substrate 21 at the highest density when each of them is formed in a substantially hemispherical shape with a diameter φd (radius r) smaller than the radius R), When viewed from the lower surface 21b side of the lens substrate 21, a large number of first microlenses 22 are arranged in a close-packed state as shown in FIG. 7C.

尚、図7(c)中の黒塗り部位は、第1マイクロレンズ22の底面が完全な円形で最密充填状態で配列されている場合に第1マイクロレンズ22間の隙間であり、この黒塗り部位は上記した光遮光部(光吸収部)23bと同じ状態になっている。この状態では、第1マイクロレンズ22の底面積と第1レンズ基板21の面積との比、即ち、第1レンズ基板21に対する光線の入射面積比は90.7%となる。   7C is a gap between the first microlenses 22 when the bottom surfaces of the first microlenses 22 are completely circular and arranged in a close-packed state. The painted portion is in the same state as the light shielding portion (light absorbing portion) 23b described above. In this state, the ratio between the bottom area of the first microlens 22 and the area of the first lens substrate 21, that is, the incident area ratio of the light beam to the first lens substrate 21 is 90.7%.

尚また、図7(c)では第1マイクロレンズ22の底面が完全な円形で最密充填状態で配列されている場合を示しているが、これに代えて、図示を省略するももの、第1マイクロレンズ22の底面を六角形にして六方稠密状(ハニカム状)に配列させた場合には、第1レンズ基板21に対する光線の入射面積比を最大100%近くにすることが可能である。   FIG. 7C shows a case where the bottom surface of the first microlens 22 is completely circular and is arranged in a close-packed state, but instead of this, the illustration is omitted. When the bottom surface of one microlens 22 is hexagonal and arranged in a hexagonal close-packed shape (honeycomb shape), it is possible to make the incident area ratio of light rays to the first lens substrate 21 close to 100% at maximum.

ここで、例えば半径Rで略半球状に形成した多数の第1マイクロレンズ22をX軸とY軸とによる2次元平面上に最密充填状態で配列させた場合に、X軸方向のピッチPxは2Rとなり、また、Y軸方向のピッチPyはX軸方向の隣り合う第1マイクロレンズ22間に第1マイクロレンズ22をX軸方向に沿って配置しているために2Rsin60°となる。   Here, for example, when a large number of first microlenses 22 formed in a substantially hemispherical shape with a radius R are arranged in a close-packed state on a two-dimensional plane by the X axis and the Y axis, the pitch Px in the X axis direction Is 2R, and the pitch Py in the Y-axis direction is 2Rsin 60 ° because the first microlenses 22 are arranged along the X-axis direction between the adjacent first microlenses 22 in the X-axis direction.

更に、例えば直径φD(半径R)で略半球状に形成した第1マイクロレンズ22から平行光Lを入射させ時に、この平行光Lを第1レンズ基板21,ブラック遮光ドライフィルム23の光透過部23a,第2レンズ基板24を介して例えば直径φd(半径r)で略半球状に形成した第2マイクロレンズ25内で結像させている。この際、前述の実施例1で説明したように、例えば直径φD(半径R)で略半球状に形成した第1マイクロレンズ22の焦点距離fは略3Rであるから、第1マイクロレンズ22の焦点距離fを第2マイクロレンズ25内に位置させるように設定する際に、第1レンズ基板21,ブラック遮光ドライフィルム23,第2レンズ基板24の各厚みを適宜設定して、第1マイクロレンズ22の頂点から第2マイクロレンズ25内までの距離を略3Rに設定することで、第1マイクロレンズ22に入力した光線を第2マイクロレンズ25内に結像させることができ、これにより、第2マイクロレンズ25から効率良く散乱光を出射さることができる。   Further, for example, when the parallel light L is incident from the first microlens 22 formed in a substantially hemispherical shape with a diameter φD (radius R), the parallel light L is incident on the first lens substrate 21 and the light transmitting portion of the black light shielding dry film 23. For example, an image is formed in the second microlens 25 formed in a substantially hemispherical shape with a diameter φd (radius r) through the second lens substrate 24. At this time, as described in the first embodiment, for example, the focal length f of the first microlens 22 formed in a substantially hemispherical shape with a diameter φD (radius R) is approximately 3R. When setting the focal length f to be positioned in the second microlens 25, the thicknesses of the first lens substrate 21, the black light-shielding dry film 23, and the second lens substrate 24 are set as appropriate, and the first microlens is set. By setting the distance from the apex of 22 to the inside of the second microlens 25 to be approximately 3R, the light beam input to the first microlens 22 can be imaged in the second microlens 25, thereby Scattered light can be efficiently emitted from the two microlenses 25.

そして、上記のように構成したマイクロレンズアレイ20を例えば背面投射ディスプレイ(リヤプロディスプレイ)のスクリーンに用いた時に、第1マイクロレンズ22に入射した光線Lが第1レンズ基板21,第1レンズ基板21と第2レンズ基板24との間に形成した光透過部23a,第2レンズ基板24を順に通過して第2マイクロレンズ25内で結像し、更に、第2マイクロレンズ25の表面から散乱されて出射するので、後述するようにX軸方向(水平方向)及びY軸方向(垂直方向)共に視野角が広く、高コントラスト比でありながら光線透過率が高く、高ゲイン値が得られる。   When the microlens array 20 configured as described above is used for a screen of a rear projection display (rear pro display), for example, the light L incident on the first microlens 22 is the first lens substrate 21 and the first lens substrate 21. And the second lens substrate 24 are sequentially passed through the light transmitting portion 23a and the second lens substrate 24 to form an image in the second microlens 25, and further scattered from the surface of the second microlens 25. As described later, the viewing angle is wide in both the X-axis direction (horizontal direction) and the Y-axis direction (vertical direction), and the light transmittance is high and a high gain value is obtained while maintaining a high contrast ratio.

ここで、実施例2のマイクロレンズアレイ20の製造方法について、図8(a)〜(d)を用いて工程順に説明する。   Here, the manufacturing method of the microlens array 20 of Example 2 is demonstrated in order of a process using Fig.8 (a)-(d).

まず、図8(a)に示した如く、例えば直径φD(半径R)で略半球状に形成した凹部を最密充填になるよう多数形成した不図示の成形金型として、φD=150μm(R=75μm)の成形金型を予め用意し、この成形金型内に粘度180mPa・sの光線透過率の良好な紫外線硬化性樹脂を充填し、この後、厚みが75μmのPC(ポリカーボネート)フィルムなどによる第1レンズ基板21の平坦な上面21aを成形金型に重ね合わせて、第1レンズ基板21の上面21a上に直径φD=150μm(R=75μm)で略半球状の第1マイクロレンズ22を例えばX軸方向のピッチPxを150μmに設定して最密充填状態で多数形成し、紫外線を照射して多数の第1マイクロレンズ22を硬化させた。   First, as shown in FIG. 8A, for example, φD = 150 μm (R) as a molding die (not shown) in which a large number of concave portions formed in a substantially hemispherical shape with a diameter φD (radius R) are formed so as to be closely packed. = 75 μm) is prepared in advance, and the mold is filled with an ultraviolet curable resin having a viscosity of 180 mPa · s and good light transmittance, and then a PC (polycarbonate) film having a thickness of 75 μm, etc. The first upper surface 21a of the first lens substrate 21 is superimposed on a molding die, and the first microlens 22 having a diameter φD = 150 μm (R = 75 μm) and a substantially hemispherical shape is formed on the upper surface 21a of the first lens substrate 21. For example, the pitch Px in the X-axis direction is set to 150 μm, a large number are formed in a close-packed state, and a large number of first microlenses 22 are cured by irradiation with ultraviolet rays.

次に、図8(b)に示した如く、厚みが20μmで遮光性(光吸収性)を有するブラック遮光ドライフィルム23を用いて、予め炭酸レーザー加工機{(株)タケウチ製}によりX軸方向のピッチPxを150μmに設定して直径φ50μmの貫通孔をあけて各光透過部23aを形成すると共に、隣り合う光透過部23a間に各光遮光部(各光吸収部)23bを形成した。   Next, as shown in FIG. 8 (b), using a black light-shielding dry film 23 having a thickness of 20 μm and having a light-shielding property (light absorption property), the carbon dioxide laser processing machine {manufactured by Takeuchi Corp.} The direction pitch Px is set to 150 μm and a through hole having a diameter of 50 μm is formed to form each light transmitting portion 23a, and each light shielding portion (each light absorbing portion) 23b is formed between the adjacent light transmitting portions 23a. .

次に、図8(c)に示した如く、例えば直径φd(半径r)で略半球状に形成した凹部を最密充填になるよう多数形成した不図示の成形金型として、φd=50μm(r=25μm)の成形金型を予め用意し、この成形金型内に粘度160mPa・sの光線透過率の良好な紫外線硬化性樹脂を充填し、この後、厚みが25μmのPC(ポリカーボネート)フィルムなどによる第2レンズ基板24を成形金型に重ね合わせて、第2レンズ基板24上に直径φd=50μm(R=25μm)で略半球状の第2マイクロレンズ25をX軸方向のピッチPxを150μmに設定して多数形成し、紫外線を照射して多数の第2マイクロレンズ25を硬化させた。   Next, as shown in FIG. 8C, as a molding die (not shown) in which a large number of concave portions formed in a substantially hemispherical shape with a diameter φd (radius r), for example, are formed so as to be closely packed, φd = 50 μm ( r = 25 μm) is prepared in advance, and the mold is filled with an ultraviolet curable resin having a viscosity of 160 mPa · s and good light transmittance, and then a PC (polycarbonate) film having a thickness of 25 μm. The second lens substrate 24 is superposed on a molding die, and a second microlens 25 having a diameter φd = 50 μm (R = 25 μm) and a substantially hemispherical shape is placed on the second lens substrate 24 with a pitch Px in the X-axis direction. A large number of films were formed with a thickness of 150 μm, and a large number of second microlenses 25 were cured by irradiation with ultraviolet rays.

次に、図8(d)に示した如く、多数の第1マイクロレンズ22を形成した第1レンズ基板21と、多数の第2マイクロレンズ25を形成した第2レンズ基板24との間に、ブラック遮光ドライフィルム23を介装させて接着した。この時、第1マイクロレンズ22の底面側と第2マイクロレンズ25の底面側とを、第1レンズ基板21,ブラック遮光ドライフィルム23の光透過部23a,第2レンズ基板24を介して対向させ、且つ、第1,第2マイクロレンズ22,25の光軸Kを一致させることで、実施例2のマイクロレンズアレイ20が完成した。   Next, as shown in FIG. 8D, between the first lens substrate 21 on which a large number of first microlenses 22 are formed and the second lens substrate 24 on which a large number of second microlenses 25 are formed, A black shading dry film 23 was interposed and adhered. At this time, the bottom surface side of the first microlens 22 and the bottom surface side of the second microlens 25 are opposed to each other via the first lens substrate 21, the light transmitting portion 23 a of the black light-shielding dry film 23, and the second lens substrate 24. In addition, by aligning the optical axes K of the first and second microlenses 22 and 25, the microlens array 20 of Example 2 was completed.

この際、実施例2のマイクロレンズアレイ20の光学特性は、村上色彩技術研究所製の変角光度計GP−200型を用いて、ピークゲイン値G0と、視野角α°(ピークゲインが半値となる角度)とを測定し、且つ、村上色彩技術研究所製のヘーズ・透過率計HM−150型を用いて、可視光線透過率(%)を測定した。但し、ゲイン値は完全拡散板を1.0とした時の相対値であり、ピークゲイン値は視野角0°の時のゲイン値である。   At this time, the optical characteristics of the microlens array 20 of Example 2 were measured using a goniophotometer GP-200 type manufactured by Murakami Color Research Laboratory, with a peak gain value G0 and a viewing angle α ° (the peak gain is half value). The visible light transmittance (%) was measured using a haze / transmittance meter HM-150 manufactured by Murakami Color Research Laboratory. However, the gain value is a relative value when the complete diffusion plate is 1.0, and the peak gain value is a gain value when the viewing angle is 0 °.

その結果、ピークゲイン値G0は3.1であり、且つ、視野角α°は第1,第2マイクロレンズ22,25が共に略半球状であるため、明記していないがX軸方向(水平方向)とY軸方向(垂直方向)とが略同値で±31°(水平・垂直)であり、更に、可視光線透過率(%)は90%であった。   As a result, the peak gain value G0 is 3.1 and the viewing angle α ° is substantially hemispherical for both the first and second microlenses 22 and 25. Direction) and the Y-axis direction (vertical direction) were substantially the same value of ± 31 ° (horizontal / vertical), and the visible light transmittance (%) was 90%.

そして、実施例2のマイクロレンズアレイ20を、例えば背面投射ディスプレイ(リヤプロディスプレイ)のスクリーンに用いた時に、上記からX軸方向(水平方向)及びY軸方向(垂直方向)共に視野角が広く、高コントラスト比でありながら光線透過率が高く、高ゲイン値が得られたため、スクリーン上に非常に高コントラストな引き締まった画像が得られた。   When the microlens array 20 of Example 2 is used for a screen of a rear projection display (rear pro display), for example, the viewing angle is wide in both the X-axis direction (horizontal direction) and the Y-axis direction (vertical direction). Although the light transmittance was high and a high gain value was obtained even though the contrast ratio was high, a very high-contrast tightened image was obtained on the screen.

(a)〜(c)は本発明に係る実施例1のマイクロレンズアレイを説明するための正面図,斜視図,下面図である。(A)-(c) is the front view, perspective view, and bottom view for demonstrating the microlens array of Example 1 which concerns on this invention. (a)〜(d)は本発明に係る実施例1のマイクロレンズアレイの製造工程を説明するために模式的に示した工程図である。(A)-(d) is process drawing typically shown in order to demonstrate the manufacturing process of the micro lens array of Example 1 which concerns on this invention. (a)〜(c)は実施例1において、直径φD=80μm,100μm,150μmの各マイクロレンズを多数有する3種類のマイクロレンズアレイにおいて、光透過部の開口直径φd(μm)に対する光学特性を一覧表で示した図である。(A) to (c) show optical characteristics with respect to the aperture diameter φd (μm) of the light transmitting portion in the three types of microlens arrays having a large number of microlenses having diameters φD = 80 μm, 100 μm, and 150 μm in the first embodiment. It is the figure shown by the list. 実施例1において、直径φD=80μm,100μm,150μmの各マイクロレンズを多数有する3種類のマイクロレンズアレイにおいて、光透過部の開口直径と光学特性とをグラフ化して示した図である。In Example 1, it is the figure which showed by graph the opening diameter and optical characteristic of the light transmissive part in three types of microlens arrays which have many each microlens of diameter (phi) D = 80micrometer, 100micrometer, and 150micrometer. 実施例1において、マイクロレンズの直径φD(μm)に対して光透過部の開口直径がφd(μm)である時の開口率及びブラック率を一覧表で示した図である。In Example 1, it is the figure which showed the aperture ratio and black ratio when the aperture diameter of the light transmission part is φd (μm) with respect to the diameter φD (μm) of the microlens. 実施例1において、マイクロレンズの直径φD(μm)に対する光透過部の開口直径φd(μm)とブラック率とをグラフ化して示した図である。In Example 1, it is the figure which graphed and showed opening diameter (phi) d (micrometer) of the light transmissive part with respect to diameter (phi) D (micrometer) of a micro lens, and a black rate. (a)〜(c)は本発明に係る実施例2のマイクロレンズアレイを説明するための正面図,斜視図,下面図である。(A)-(c) is the front view, perspective view, and bottom view for demonstrating the microlens array of Example 2 which concerns on this invention. (a)〜(d)は本発明に係る実施例2のマイクロレンズアレイの製造工程を説明するために模式的に示した工程図である。(A)-(d) is process drawing typically shown in order to demonstrate the manufacturing process of the micro lens array of Example 2 which concerns on this invention. (a)〜(c)は従来のマイクロレンズアレイを示した正面図,斜視図,下面図である。(A)-(c) is the front view, perspective view, and bottom view which showed the conventional micro lens array.

符号の説明Explanation of symbols

10…実施例1のマイクロレンズアレイ、
11…レンズ基板、11a…上面、11b…下面、
12…マイクロレンズ、
13…光透過性樹脂材、13a…光透過部、
14…光遮光部(光吸収部)、
20…実施例2のマイクロレンズアレイ、
21…第1レンズ基板、21a…上面、21b…下面、
22…第1マイクロレンズ、
23…ブラック遮光ドライフィルム、
23a…光透過部、23b…光遮光部(光吸収部)、
24…第2レンズ基板、
25…第2マイクロレンズ、
f…焦点距離、K…光軸。
10 ... The microlens array of Example 1,
11 ... Lens substrate, 11a ... Upper surface, 11b ... Lower surface,
12 ... Microlens,
13 ... Light transmissive resin material, 13a ... Light transmissive part,
14: Light shielding part (light absorbing part),
20 ... The microlens array of Example 2,
21 ... 1st lens substrate, 21a ... Upper surface, 21b ... Lower surface,
22 ... 1st micro lens,
23 ... Black shading dry film,
23a ... light transmission part, 23b ... light shielding part (light absorption part),
24. Second lens substrate,
25. Second microlens,
f: focal length, K: optical axis.

Claims (3)

凸状に突出したマイクロレンズが一方の面上で密接して2次元的に多数配列されていると共に、前記一方の面の反対側の他方の面が平坦に形成されて該他方の面に各マイクロレンズの光軸を中心にして各光透過部が形成され、且つ、隣り合う前記光透過部間に各光遮光部が形成されたマイクロレンズアレイにおいて、
前記マイクロレンズアレイの全面積に対する多数の前記光透過部の合計開口面積の比率を15%以上30%以下に設定したことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
A plurality of microlenses projecting in a convex shape are closely arranged two-dimensionally on one surface, and the other surface opposite to the one surface is formed flat so that each of the other surfaces In the microlens array in which each light transmission part is formed around the optical axis of the microlens and each light shielding part is formed between the adjacent light transmission parts,
The ratio of the total opening area of a large number of the light transmission parts to the total area of the microlens array is set to 15% or more and 30% or less.
凸状に突出したマイクロレンズを2次元的に多数配列させたマイクロレンズアレイにおいて、
第1レンズ基板上に2次元的に多数配列させた第1マイクロレンズの底面側と、第2レンズ基板上に2次元的に多数配列させた第2マイクロレンズの底面側とを光軸を合わせて互いに対向させると共に、前記第1レンズ基板と前記第2レンズ基板との間に各マイクロレンズの光軸を中心にして各光透過部が形成され、且つ、隣り合う前記光透過部間に各光遮光部が形成されたことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
In a microlens array in which a number of microlenses protruding in a convex shape are arranged two-dimensionally,
The optical axis is aligned with the bottom surface side of the first microlens two-dimensionally arranged on the first lens substrate and the bottom surface side of the second microlens two-dimensionally arrayed on the second lens substrate. And each light transmitting portion is formed between the first lens substrate and the second lens substrate with the optical axis of each microlens as the center, and between each adjacent light transmitting portion. A microlens array having a light shielding portion formed thereon.
請求項2記載のマイクロレンズアレイにおいて、
前記多数の第1マイクロレンズの各焦点距離を、前記多数の第2マイクロレンズ内に位置させるように設定したことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
The microlens array according to claim 2, wherein
A microlens array, wherein the focal lengths of the plurality of first microlenses are set to be positioned in the plurality of second microlenses.
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