JP2006350120A - マイクロレンズアレイシート - Google Patents

Abstract

【課題】 背面投射型ディスプレイのスクリーンなどにおいて主要部品となるマイクロレンズアレイシートにおいて、スクリーンにおける視野角の減少や表示画像の輝度の低下を招来することなく、主表面に略垂直に光束が入射されるマイクロレンズアレイに対して斜めに入射する光束を十分に遮断できるようにする。
【解決手段】
主表面部に凸レンズ状に突出したマイクロレンズ１が多数密接して配列されて形成されるとともにこれらマイクロレンズ１の表面部にマイクロレンズ１よりも曲率半径の小さい凸レンズ状のサブレンズ２が複数形成されたマイクロレンズアレイ１０と、主表面に対して略垂直にサブレンズ２のそれぞれに入射した光のサブレンズ２をそれぞれ透過して合焦するまでに形成する各光路に沿うように形成された光束通過部４を有しこの光束通過部４から外れた光線を遮断する遮光層３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、背面投射型ディスプレイ（リヤプロディスプレイ）用のスクリーンの主要部品となるマイクロレンズアレイシートに関する。

従来、図９に示すように、スクリーン１０１の背面側より画像を投射し、表示された画像をスクリーン１０１の正面側より観察するようにした背面投射型ディスプレイ（リヤプロディスプレイ）が提案されている。この背面投射型ディスプレイにおいては、表示画像に応じて強度変調されて光源１０２より発せられた光束は、ミラー１０３によって反射されて偏向され、スクリーン１０１に投射される。

そして、このような背面投射型ディスプレイ用のスクリーンとしては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、透明基材の主表面部に凸レンズ状に突出したマイクロレンズが多数密接して配列されて形成されたマイクロレンズアレイを有するマイクロレンズアレイシートを主要部品として構成されたものが提案されている。

このようなマイクロレンズアレイシートを備えたスクリーンにおいては、図１０に示すように、表示画像に応じて強度変調されて光源から発せられた光束は、全体として凸レンズの作用を有するフレネルレンズ１０４を経て、マイクロレンズ１０５ａの光軸に平行に、すなわち、マイクロレンズアレイ１０５の主表面に対して垂直に、主表面側よりマイクロレンズアレイ１０５に入射される。

マイクロレンズアレイ１０５に入射された光束は、図１１に示すように、各マイクロレンズ１０５ａごとに集光され、遮光層１０６を経て、前面側の透明基板１０７を透過して、スクリーン１０１の前面側に出射される。遮光層１０６は、各マイクロレンズ１０５ａの焦点を含む平面の近傍に位置して配置されており、各マイクロレンズ１０５ａの焦点位置に対応する光束通過部（透明部）１０６ａを有しており、この光束通過部１０６ａ以外を通過する光束を遮断するように構成されている。なお、この遮光層１０６は、マイクロレンズアレイ１０５の裏面部の所定箇所に遮光物質を塗布することなどによって形成されており、このマイクロレンズアレイ１０５とともにマイクロレンズアレイシートを構成している。

特開２００１−３０５３１５公報 特開２０００−１１１７０８公報

ところで、前述のような背面投射型ディスプレイ用のスクリーンにおいては、図１０に示すように、フレネルレンズ１０４に入射する光束の一部は、このフレネルレンズ１０４の入射面１０４ａにおいて反射されてゴースト光Ｇとなる。このゴースト光Ｇは、図９に示すように、ミラー１０３により反射されてフレネルレンズ１０４に戻り、スクリーン１０１上において本来の画像表示位置から離れた位置に投影され、いわゆるゴーストを生じさせる。

また、フレネルレンズ１０４に入射した光束の一部は、図１２に示すように、フレネルレンズ１０４の出射面（フレネル面）１０４ｂにおいて内面反射され、さらに入射面１０４ａにおいて内面反射される。このようにフレネルレンズ１０４の入射面１０４ａにおいて内面反射された光束Ｄは、出射面１０４ｂから出射され、スクリーン１０１の正面側に到達して、いわゆる二重像を形成することとなる。

このようなゴーストや二重像は、本来の画像に重複されて観察され、ノイズ成分となる。これらゴーストや二重像の原因となる光束Ｇ，Ｄは、本来の画像を表示する光束がマイクロレンズ１０５ａに対して光軸に平行に入射するのに対し、マイクロレンズ１０５ａに対して斜めに入射する。したがって、これらゴーストや二重像の原因となる光束Ｇ，Ｄは、マイクロレンズアレイ１０５を透過した後の光路が、本来の画像を表示する光束とは異なるため、遮光層１０６において遮断されるはずである。

しかしながら、これらゴーストや二重像の原因となる光束Ｇ，Ｄは、遮光層１０６の光束通過部１０６ａを斜めに通過してしまうことがあり、このような場合に、スクリーン１０１の正面側においてゴーストや二重像として観察されることとなる。すなわち、前述のようなマイクロレンズアレイシートにおいて、遮光層１０６は、ゴーストや二重像を十分に防止することができない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、背面投射型ディスプレイのスクリーンなどにおいて主要部品となるマイクロレンズアレイシートであって、スクリーンにおける視野角の減少や表示画像の輝度の低下を招来することなく、主表面に略垂直に光束が入射されるマイクロレンズアレイに対して斜めに入射する光束を十分に遮断できるようになされたマイクロレンズアレイシートを提供しようとするものである。

前述の課題を解決するため、本発明に係るマイクロレンズアレイシートは、透明基材の主表面部に凸レンズ状に突出したマイクロレンズが多数密接して配列されて形成されるとともにこれらマイクロレンズの表面部に該マイクロレンズよりも曲率半径の小さい凸レンズ状のサブレンズが複数形成されたマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの裏面側に配置されており透明基材の主表面部に対して略垂直に該マイクロレンズに入射する光が該マイクロレンズを透過して合焦するまでに形成する光路範囲内にあって、かつ透明基材の主表面部に対して略垂直に該サブレンズにそれぞれ入射する光が該サブレンズをそれぞれ透過して合焦するまでに形成する各光路に沿うように形成された光束通過部を有しこの光束通過部から外れた光線を遮断する遮光層とを備えたことを特徴とするものである。

このマイクロレンズアレイシートにおいては、マイクロレンズアレイをなす複数のマイクロレンズの表面部にサブレンズが複数形成されていることにより、背面投射型ディスプレイのスクリーンを構成した場合に視野角を広くすることができ、そして、マイクロレンズアレイの裏面側に配置された遮光層が、透明基材の主表面に対して略垂直にサブレンズのそれぞれに入射した光がサブレンズをそれぞれ透過して合焦するまでに形成する各光路に沿うように形成された光束通過部を有しており、この光束通過部から外れた光線を遮断するので、マイクロレンズアレイに対して斜めに入射する光束を十分に遮断することができる。

本発明に係るマイクロレンズアレイシートにおいては、マイクロレンズアレイをなす複数のマイクロレンズの表面部にサブレンズが複数形成されていることにより、背面投射型ディスプレイのスクリーンを構成した場合に視野角を広くすることができる。

そして、このマイクロレンズアレイシートにおいては、マイクロレンズアレイの裏面側に配置された遮光層が、透明基材の主表面に対して略垂直にサブレンズのそれぞれに入射した光がサブレンズをそれぞれ透過して合焦するまでに形成する各光路に沿うように形成された光束通過部を有しており、この光束通過部から外れた光線を遮断するので、マイクロレンズアレイに対して斜めに入射するゴーストや二重像の原因となる光束を十分に遮断することができる。

すなわち、本発明は、背面投射型ディスプレイのスクリーンなどにおいて主要部品となるマイクロレンズアレイシートであって、スクリーンにおける視野角の減少や表示画像の輝度の低下を招来することなく、主表面に略垂直に光束が入射されるマイクロレンズアレイに対して斜めに入射する光束を十分に遮断できるようになされたマイクロレンズアレイシートを提供することができるものである。

以下、本発明に係るマイクロレンズアレイシートの構成について詳細に説明する。

〔マイクロレンズアレイシートの構成〕
図１は、本発明に係るマイクロレンズアレイシートの要部の構成を示す断面図である。

このマイクロレンズアレイシートは、図１に示すように、マイクロレンズアレイ１０を有している。このマイクロレンズアレイ１０は、透明基材１１と、この透明基板１１の主表面部１１ａ上に凸レンズ状に突出して形成され多数が密接して２次元的に配列されたマイクロレンズ１とを有して構成されている。

このマイクロレンズアレイ１０において、透明基板１１は、光透過性を有する透明な樹脂基板や、透明な樹脂シート、または、透明なガラス基板などを用いて、主表面部１１ａ及び裏面部１１ｂがともに平坦な２次元面となされて形成されている。また、各マイクロレンズ１は、透明基板１１の主表面１１ａ上において、光透過性を有する透明な樹脂材を用いて、透明基板１１に対して一体的に形成されている。このマイクロレンズアレイ１０において、透明基材１１及びマイクロレンズ１は、それぞれ略同一の屈折率及び透光性を有する材料によって形成されている。

なお、このマイクロレンズアレイ１０は、透明基板１１上に各マイクロレンズ１を形成することによって構成されるが、これら透明基板１１及び各マイクロレンズ１を、例えば射出成型等によって、同時に一体的に形成してマイクロレンズアレイ１０を構成するようにしてもよい。

そして、このマイクロレンズアレイ１０においては、各マイクロレンズ１の表面部には、各マイクロレンズ１よりも曲率半径が小さく、かつ、小径の凸レンズ状のサブレンズ２が一体的に複数形成されている。これらサブレンズ２は、それぞれの底面積が一つのマイクロレンズ１の底面積よりも小さく、かつ、それぞれの突出量も一つのマイクロレンズ１よりも小さなものとなっている。

このマイクロレンズアレイ１０において、サブレンズ２は、透明基材１１及びマイクロレンズ１に対して略同一の屈折率及び透光性を有する材料によって形成されている。

なお、このマイクロレンズアレイ１０のように、複数のサブレンズ２がマイクロレンズ１の表面に沿って一体的に形成されたものは、「クラスターレンズ」と呼称される場合がある。

図２は、本発明に係るマイクロレンズアレイシートの構成を示す平面図である。

ここでは、説明を容易とするために、各マイクロレンズ１は、図２に示すように、底面が略六角形状であって、かつ、略半球状の形状として形成されているものとする。ただし、マイクロレンズ１の底面の形状は、略六角形状に限られず、例えば、略円形状、略楕円状、六角形以外の略多角形状など、適宜な形状を採用することができる。

このマイクロレンズアレイ１０において、各マイクロレンズ１の形状を、曲率半径Ｒで略半球状に突出しているものとした場合に、これらマイクロレンズ１を最高密度で２次元的に多数配列させるためには、各マイクロレンズ１の底面の形状を六角形状とし、これらマイクロレンズ１を六方稠密状（ハニカム状）に配列することが望ましい。

このように多数のマイクロレンズ１を六方稠密状（ハニカム状）に配列させた場合には、図２に示すように、Ｘ軸方向のピッチＰｘは、２Ｒcos３０°となる。そして、Ｙ軸方向のピッチＰｙは、Ｘ軸方向の隣り合う各マイクロレンズ１，１間に他のマイクロレンズ１がＸ軸方向に沿って配置された状態となっているために、Ｒ＋Ｒsin３０°となる。すなわち、この場合には、隣り合うマイクロレンズ１同士は、隙間なく互いに密接している状態となっている。

なお、この実施の形態においては、多数のマイクロレンズ１を六方稠密状（ハニカム状）に配列させてマイクロレンズアレイ１０を形成しているが、これに代えて、底面の形状が円形の多数のマイクロレンズ１を最密充填として配列させてマイクロレンズアレイ１０を形成してもよい。この場合には、多数のマイクロレンズ１は、直径２Ｒの円が互いに接合されて配列された状態となり、隣り合うマイクロレンズ１間に僅かな隙間が生じるため、六方稠密状（ハニカム状）よりは僅かに密度が低くなる。この場合、Ｘ軸方向のピッチＰｘは、２Ｒとなる。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１，１間に他のマイクロレンズ１がＸ軸方向に沿って配置された状態となり、２Ｒsin６０°となる。

また、このマイクロレンズアレイ１０において、各マイクロレンズ１の表面部に形成される複数のサブレンズ２は、全てが同一の形状とされる必要はなく、また、必ずしも略半球状でなくともよく、非球面形状でもよい。なお、後述するように、マイクロレンズアレイ用複製型を用いてマイクロレンズアレイ１０を作成する場合には、各サブレンズ２は、それぞれの底面積が互いに異なる状態に形成される場合が多い。

〔マイクロレンズアレイシートの作用〕
そして、このマイクロレンズアレイ１０は、前述したような背面投射型プロジェクタのスクリーンの主要部分として使用される場合には、光源より発せられ表示画像に応じて強度変調された光束が、図示しないフレネルレンズを介して、マイクロレンズアレイ１０の主面部側、すなわち、マイクロレンズ１が形成された側から入射される。このとき、このマイクロレンズアレイ１０への入射光は、図１に示すように、マイクロレンズ１の光軸に平行に、すなわち、マイクロレンズアレイ１０の主表面に対して垂直に入射される。

このマイクロレンズアレイ１０においては、マイクロレンズ１の光軸に平行に入射する光束は、複数のサブレンズ２にそれぞれ入射し、各サブレンズ２の表面において屈折されて集光される。これらサブレンズ２は、それぞれ凸レンズ状に形成されているため、それぞれが焦点を有している。そして、同一のマイクロレンズ１上に形成されている各サブレンズ２の焦点位置は、マイクロレンズ１が凸レンズ状に形成されていることから、略同一の位置となる。これら同一のマイクロレンズ１上に形成されている各サブレンズ２の焦点位置は、サブレンズ２が形成されていない場合のマイクロレンズ１の焦点位置よりは、マイクロレンズ１に近い位置となる。すなわち、サブレンズ２が形成されていることによって、マイクロレンズ１のみによって集光する場合よりも、焦点距離が短い状態となる。

そして、このマイクロレンズアレイシートは、マイクロレンズアレイ１０の裏面側、すなわち、光束が出射される側に配置された遮光層３を有している。この遮光層３は、例えば、マイクロレンズアレイ１０の裏面部１１ｂに遮光材料が被着されることによって形成されている。

この遮光層３は、マイクロレンズアレイ１０の主表面に対して略垂直に入射した光のマイクロレンズアレイ１０の裏面側における光路に沿うように形成された光束通過部、すなわち、透明基材１１の主表面部１１ａに対して略垂直にマイクロレンズ１に入射する光がマイクロレンズ１を透過して合焦するまでに形成する光路範囲内にあって、かつ、透明基材１１の主表面部１１ａに対して略垂直にサブレンズ２にそれぞれ入射する光がサブレンズ２をそれぞれ透過して合焦するまでに形成する各光路に沿うように形成された光束通過部（透明部）４を有している。この光束通過部４は、マイクロレンズアレイ１０における各マイクロレンズ１に対応して、マイクロレンズアレイ１０の裏面部１１において２次元的に配列されて形成されている。

図３は、このマイクロレンズアレイシートの遮光層３における光束通過部４の構成を示す断面図である。

これら光束通過部４は、図３に示すように、同一のマイクロレンズ１上に形成されている各サブレンズ２によって集光される各光路に対応して、複数の透明部４ａが集まった状態に形成されている。各光束通過部４をなす複数の透明部４ａは、それぞれが各サブレンズ２が形成する焦点に向いて形成されており、すなわち、光束通過部４の周辺側にゆくほど傾斜された透明部として形成されている。また、これら光束通過部４をなす複数の透明部４ａは、それぞれが光束の入射側よりも出射側のほうが直径が狭くなっており、略々円錐台状の形状を有して形成されている。

光束通過部４をなす複数の透明部４ａがこのような形状に形成されているのは、後述するように、これら透明部が、各サブレンズ２を経た光束に基づいて形成されているからである。

そして、このような光束通過部４を有する遮光層３は、光束通過部４から外れた光線を良好に遮断し、吸収する。このマイクロレンズアレイシートは、このような遮光層３を備えていることにより、前述したような背面投射型プロジェクタのスクリーンの主要部分として使用される場合には、ゴーストや二重像の発生を十分に抑えることができる。

〔マイクロレンズアレイシートの作成方法〕
次に、本発明に係るマイクロレンズアレイシートを作成方法について説明する。

図４（（ａ）〜（ｃ））は、マイクロレンズアレイ用複製型の第１の製造工程を示す工程図である。

本発明に係るマイクロレンズアレイシートのマイクロレンズアレイ１０を作成するには、まず、マイクロレンズアレイ用複製型を作成する。このマイクロレンズアレイ用複製型を作成するには、図４中の（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ用複製型となる基板２１を用意する。この基板２１としては、後述するブラスト研削工程において研削し易いガラス基板、または、セラミック基板などが適している。この基板２１の上面２１ａは平坦面に形成されている。

まず、図４中の（ａ）に示す感光性フィルム貼り合わせ工程において、基板２１の上面２１ａ上に、後述するブラスト研削工程で用いられるブラスト微粉末研磨材に対して耐ブラスト性を有するマスク材として、いわゆるドライフイルム２２を、加熱、圧着して貼り合わせる。このドライフイルム２２は、紫外線硬化樹脂をフィルム状にした感光性フイルムである。

次に、図４中の（ｂ）に示すネガマスク載置工程において、光を遮蔽する黒色パターン部２３ａと光を透過する透明パターン部２３ｂとが交互に２次元的に形成されたネガマスク２３をドライフィルム２２上に載置する。

このとき、ドライフィルム２２の各黒色パターン部２３ａは、マイクロレンズアレイ１０において曲率半径Ｒの各マイクロレンズ１が形成される部位に対応しており、Ｘ軸方向のピッチＰｘが、前述したように、２Ｒcos３０°に設定されている。また、各黒色パターン部２３ａのＸ軸方向の幅Ａｘは、所定のピッチＰｘより小さい値に予め設定されている。そして、ドライフィルム２２の各透明パターン部２３ｂは、隣り合う黒色パターン部２３ａ間に（Ｐｘ−Ａｘ）の幅寸法で形成されている。

次に、図４中の（ｃ）に示す露光工程において、ネガマスク２３の上方から紫外線２４を照射する。この紫外線２４は、ネガマスク２３の各黒色パターン部２３ａにより遮断され、一方、ネガマスク２３の各透明パターン部２３ｂを透過する。この露光により、ネガマスク２３の下方に設置したドライフィルム２２上では、ネガマスク２３の各黒色パターン部２３ａと対応する位置に、各未硬化部２２ａが形成され、ネガマスク２３の各透明パターン部２３ｂと対応する位置には、各硬化部２２ｂが形成される。

図５（（ｄ）〜（ｆ））は、マイクロレンズアレイ用複製型の第２の製造工程を示す工程図である。

次に、ネガマスク２３をドライフィルム２２上から取り除き、図５中の（ｄ）に示す現像工程において、ドライフィルム２２の上方に設置した現像液容器２５から希釈した炭酸ソーダ（Ｎａ_２ＣＯ_３）２６をドライフィルム２２に向けて噴射させる。このようにして希釈した炭酸ソーダ（Ｎａ_２ＣＯ_３）２６によりドライフィルム２２を洗浄すると、ドライフィルム２２の各未硬化部２２ａは、膨潤して基板２１上から除去され、それぞれ開口部２２ａとして幅Ａｘで開口される。隣り合う開口部２２ａ間に形成された各硬化部２２ｂは、そのまま基板２１上に残り、後述するブラスト微粉末研磨材に対するマスク部となる。

このとき、ドライフィルム２３上に形成された隣り合う開口部２２ａは、前述したように、所定のピッチＰｘを保っている。

次に、図５中の（ｅ）に示すブラスト研削開始工程において、ドライフイルム２２の上方に設置したブラストノズル２７から、ドライフイルム２２に向けて、ブラスト微粉末研磨材２８を単位時間当たりの噴射量が一定になるように制御して高速噴射させる。

ドライフィルム２２の各開口部２２ａを通過したブラスト微粉末研磨材２８は、基板２１の上面２１ａに衝突し、各開口部２２ａの幅Ａｘと同じ寸法となる幅Ａｘ１で、各マイクロレンズ用凹部２１ｂの研削を開始する。ドライフィルム２２の各硬化部２２ｂの位置では、これら各硬化部２２ｂがブラスト微粉末研磨材２８に対するマスク部となって残っているので、ブラスト微粉末研磨材２８が基板２１の上面２１ａに衝突することはない。

次に、ブラスト研削加工がさらに進んで図５中の（ｆ）に示すブラスト研削終了工程においては、基板２１の上面２１ａ側には、ブラスト微粉末研磨材２８による研磨により、略所定の深さＨのマイクロレンズ用凹部２１ｂが形成される。

このブラスト研削工程において、基板２１のマイクロレンズ用凹部２１ｂ内に対するドライフィルム２２の開口部２２ａを通過したブラスト微粉末研磨材２８は、マイクロレンズ用凹部２１ｂの中心部２１ｃにおいて多く侵入し、中心部２１ｃを除いた周辺部２１ｄ，２１ｅでは、摩擦抵抗を受けることにより速度が中心部２１ｃより遅くなる。

また、基板２１のマイクロレンズ用凹部２１ｂに侵入したブラスト微粉末研磨材２８がマイクロレンズ用凹部２１ｂの中心部２１ｃの底に到達すると、このブラスト微粉末研磨材２８は、中心部２１ｃから周辺部２１ｄ，２１ｅに移動した後に、マイクロレンズ用凹部２１ｂの外に放出される。

このとき、ブラストノズル２６から基板２１のマイクロレンズ用凹部２１ｂの周辺部２１ｄ，２１ｅに直接侵入するブラスト微粉末研磨材２８と、マイクロレンズ用凹部２１ｂの中心部２１ｃから周辺部２１ｄ，２１ｅに移動して放出されるブラスト微粉末研磨材２８とは、互いに進行方向が逆方向となっている。そのため、ブラスト微粉末研磨材２８の速度は、マイクロレンズ用凹部２１ｂの中心部２１ｃよりも周辺部２１ｄ，２１ｅに近づくほど低下する。このように、マイクロレンズ用凹部２１ｂの周辺部２１ｄ，２１ｅにおけるブラスト微粉末研磨材２８の速度が遅いことにより、マイクロレンズ用凹部２１ｂの断面形状は、曲面状となり、略半球状となる。

さらに、このとき、基板２１の上面２１ａ側に形成したマイクロレンズ用凹部２１ｂの形状は、研削条件により大きく変わる。したがって、マイクロレンズ用凹部２１ｂを所定の形状とするには、最適な研削条件を見出す必要がある。

また、ブラスト微粉末研磨材２８の粒径は、研削するマイクロレンズ用凹部２１ｂの所定の深さＨによるが、研削性能を高めるには、マイクロレンズ用凹部２１ｂの所定の深さＨに対して、１／６Ｈ以下の粒径とする必要がある。また、ブラスト微粉末研磨材２８の粒径にある程度のバラツキがあるほうが、マイクロレンズ用凹部２１ｂの内面において、後述するようなサブレンズ用凹みを形成し易い。

マイクロレンズ用凹部２１ｂの所定の深さＨが、例えば、２５μｍ乃至５０μｍで、基板２１として、例えば、ガラス基板を用いる場合には、ブラスト微粉末研磨材２８としては、＃１０００乃至＃３０００の白色アルミナが適している。

そして、基板２１の上面２１ａ側に各マイクロレンズ用凹部２１ｂが略所定の深さＨまで研削されたときに、マイクロレンズ用凹部２１ｂの内面には、ブラスト微粉末研磨材２８の粒径のバラツキにより、大きさの異なる細かな凹み２１ｆが多数形成される。なお、このとき、マイクロレンズ用凹部２１ｂの所定の深さＨは、正確な値として得られるものではない。

図６（（ｇ）〜（ｉ））は、マイクロレンズアレイ用複製型の第３の製造工程を示す工程図である。

次に、基板２１の上面２１ａからドライフィルム２２を除去する。図６中の（ｇ）に示すエッチング処理開始工程においては、基板２１の上面２１ａ側には、各マイクロレンズ用凹部２１ｂが、幅Ａｘ１で略所定の深さＨまで研削され、かつ、各マイクロレンズ用凹部２１ｂの内面には大きさの異なる細かな凹み２１ｆが多数形成されている。この状態において、基板２１の上面２１ａ側から、エッチング処理を開始する。

ここで行うエッチング処理は、ウェットエッチング処理、または、ドライエッチング処理のいずれかを行う。ウェットエッチング処理を行う場合には、基板２１としてガラス基板を用いた場合には、ＨＦ系のエッチング液を用い、エッチング液のＰＨ、温度により、エッチングレートを管理する。一方、ドライエッチング処理を行う場合には、例えば、ＣＣｌ_４ガスを使用する。

このとき、ウェットエッチング処理、または、ドライエッチング処理は、等方エッチングになる条件により行い、ブラスト研削工程により研削された基板２１の各マイクロレンズ用凹部２１ｂの所定の深さＨが、エッチング処理の後も変わらないように、エッチング条件を制御する。

次に、図６中の（ｈ）に示すエッチング処理途中工程において、ウェットエッチング処理、または、ドライエッチング処理が進むと、基板２１の上面２１ａと、各マイクロレンズ用凹部２１ｂ内が同時にエッチングされる。このとき、基板２１の上面２１ａ側に形成した隣り合うマイクロレンズ用凹部２１ｂ間のピッチＰｘは変わらず、かつ、各マイクロレンズ用凹部２１ｂは略所定の深さＨが保たれながら、各マイクロレンズ用凹部２１ｂの幅Ａｘ２が初期の幅Ａｘ１より広がる。ここでは、未だ、隣り合うマイクロレンズ用凹部２１ｂ同士は繋がらない状態である。

また、このエッチング工程中に、基板２１の各マイクロレンズ用凹部２１ｂ内に多数形成された大きさの異なる細かな凹み２１ｆのうち、大きい凹み２１ｆは、小さいさ凹み２１ｆを吸収する（喰い込む）ことで、幾つかの凹み２１ｆを繋げてより大きな凹み２１ｇに成長する。このような、より大きな凹み２１ｇのうちの幾つかが、サブレンズ用凹みの核となる。

この後、エッチング処理がさらに進むと、図６中の（ｉ）に示すエッチング処理終了工程に至る。ここでは、基板２１の上面２１ａ側及び各マイクロレンズ用凹部２１ｂ内がさらにエッチングされることで、基板２１の上面２１ａ側に形成された隣り合うマイクロレンズ用凹部２１ｂのピッチＰｘは変わらず、かつ、各マイクロレンズ用凹部２１ｂは略所定の深さＨを保ちながら、各マイクロレンズ用凹部２１ｂの幅Ａｘ３がさらに広がる。そして、隣り合うマイクロレンズ用凹部２１ｂ同士が繋がったときに、エッチング処理が完了する。隣り合うマイクロレンズ用凹部２１ｂ同士が繋がることにより、これらマイクロレンズ用凹部２１ｂ同士は密接し、略半球状の多数のマイクロレンズ用凹部２１ｂの上面側で六方調密状（ハニカム状）に配列されることになる。

また、エッチング工程中に、基板２１の各マイクロレンズ用凹部２１ｂの内面に形成された幾つかのより大きな凹み２１ｇのうち、さらに幾つかが吸収され（喰い込まれ）、各マイクロレンズ用凹部２１ｂの内面には、さらに大きなサブレンズ用凹み２１ｈが最終的に複数形成される。これら複数のサブレンズ用凹み２１ｈにより、マイクロレンズ１の表面に複数のサブレンズ２を形成することが可能になる。

複数のサブレンズ用凹み２１ｈは、マイクロレンズ用凹部２１ｂよりも小さなものであり、複数のサブレンズ用凹み２１ｈの各上部の面積は、マイクロレンズ用凹部２１ｂの上部の面積よりも小さいものとなっている。

このようにしてエッチング処理が終了した基板２１が、マイクロレンズアレイ用複製型となる。

図７（（ａ）〜（ｄ））は、マイクロレンズアレイ用複製型を用いて、マイクロレンズアレイを作成する工程を示す工程図である。

次に、前述の方法により作成したマイクロレンズアレイ用複製型（基板）２１を用いて、本発明に係るマイクロレンズアレイシートにおけるマイクロレンズアレイ１０を作成する工程について説明する。

まず、図７中の（ａ）に示す紫外線硬化樹脂滴下工程において、マイクロレンズアレイ用複製型（基板）２１は、上面側に形成した各マイクロレンズ用凹部２１ｂの内面に沿って、サブレンズ用凹み２１ｈが複数形成されている状態である。ここで、上方から各マイクロレンズ用凹部２１ｂ内に向けて、紫外線硬化樹脂３１を滴下する。なお、この図では、マイクロレンズアレイ用複製型（基板）２１の周囲（図中の左右）の端に設けられる紫外線硬化樹脂３１の流れを押さえる押さえ部材を省略して示している。

次に、図７中の（ｂ）に示す透明基板載置工程において、マイクロレンズアレイ用複製型（基板）２１上に滴下した紫外線硬化樹脂３１上に、透明基板１１を載置する。この透明基板１１の平坦な主表面（図中の下面）１１ａによって、紫外線硬化樹脂３１が、均一に広がりながら、各マイクロレンズ用凹部２１ｂ内及びサブレンズ用凹み２１ｈ内に侵入する。

次に、図７中の（ｃ）に示す紫外線照射工程において、透明基板１１の上方から紫外線３２を照射して、紫外線硬化樹脂３１を硬化させる。マイクロレンズアレイ用複製型（基板）２１に形成された各マイクロレンズ用凹部２１ｂと、各マイクロレンズ用凹部２１ｂ内に形成された複数のサブレンズ用凹み２１ｈとが、紫外線硬化樹脂３１側に転写される。

次に、図７中の（ｄ）に示す型剥離工程において、マイクロレンズアレイ用複製型２１を剥離させる。各マイクロレンズ用凹部２１ｂに対応して、各マイクロレンズ１が透明基板１１の主表面１１ａ側に突出形成され、また、複数のサブレンズ用凹み２１ｈに対応して、各マイクロレンズ１の表面に複数のサブレンズ２が、僅かな高さで突出形成され、マイクロレンズアレイ１０が完成する。

このとき、マイクロレンズアレイ１０中の各マイクロレンズ１の突出量Ｔは、マイクロレンズアレイ用複製型２１における各マイクロレンズ用凹部２１ｂの所定の深さＨと同じになる。このようにして、透明基板１１上にマイクロレンズ１が一体的に形成されたマイクロレンズアレイ１０が完成する。

なお、上記では、マイクロレンズアレイ１０を作成する時に、マイクロレンズ１を透明基板１１と一体として形成しているが、透明基板１１に代えて、剥離可能な押し板を用いることで、マイクロレンズ１のみが繋がった状態のマイクロレンズアレイ１０を作成することも可能である。このとき、押し板は、紫外線硬化樹脂３１と接する面が平坦であればよい。

図８（（ａ）〜（ｄ））は、本発明に係るマイクロレンズアレイシートの遮光層を作成する工程を示す工程図である。

次に、本発明に係るマイクロレンズアレイシートにおける遮光層を作成するには、まず、図８中の（ａ）に示す紫外線硬化樹脂塗布工程において、透明基板１１の裏面部に紫外線硬化樹脂４１を所定膜厚となるように塗布する。

次に、図８中の（ｂ）に示す紫外線照射工程において、平行光の紫外線４２をマイクロレンズ１の光軸に平行に照射し、紫外線硬化樹脂４１における光透過部４３のみを硬化させる。

このとき、紫外線硬化樹脂４１における光透過部４３は、各マイクロレンズ１上に形成されている各サブレンズ２によって集光される各光束が透過する箇所である。この光束は、複数の光束が集まった状態となっており、それぞれが各サブレンズ２の焦点に向けて進行する。すなわち、この光束は、光透過部４３の周辺側にゆくほど、紫外線硬化樹脂４１の層に対して傾斜して透過する。また、これら光束は、それぞれが紫外線硬化樹脂４１への
入射側よりも出射側のほうが光束径が細くなっており、紫外線硬化樹脂４１において略々円錐台状の形状の領域を透過することとなる。

次に、図８中の（ｃ）に示す未硬化部洗浄工程において、洗浄を行うことにより、紫外線硬化樹脂４１の未硬化部４３を除去する。

次に、図８中の（ｄ）に示す遮光層形成工程において、紫外線硬化樹脂４１の未硬化部４３が除去されて形成された凹部に黒色塗料を浸透させ、遮光層３を形成する。このとき、硬化された光透過部４３は、光束通過部４となる。この光束通過部４上に塗布された黒色塗料は、遮光層３の表面をサンドブラストによって均一に研磨することにより、除去する。

なお、この遮光層を作成するには、紫外線硬化樹脂４１における光透過部４３のみを硬化させた後に、この紫外線硬化樹脂４１層上に遮光フィルムを貼り付け、未硬化部の粘着性と硬化部の非粘着性を利用して、この遮光フィルムのうちの硬化した光透過部４３上の領域を除去した後、紫外線硬化樹脂４１全体を硬化させることによって、遮光フィルムを固着させるようにしてもよい。

この場合にも、先に硬化された光透過部４３が光束通過部４となる。紫外線硬化樹脂４１層上に固着された遮光フィルムは、光束通過部４上に透孔を有している。

ここで、前述した工程によってマイクロレンズアレイシートを具体的に作成した実施例について述べる。

まず、マイクロレンズアレイ用複製型となる基板として、厚み３ｍｍのソーダガラス基板を用意した。このソーダガラス基板の上面に、厚み５０μｍのドライフィルムを加熱した状態で圧力をかけて貼り合わせた。

次に、ドライフィルム上に、光を遮蔽する黒色パターン部と光を透過させる透明パターン部とが交互に形成されたネガマスクを載置した。このとき、ネガマスクは、隣り合う黒色パターン部のＸ軸方向のピッチＰｘを、９０μｍに設定し、また、各黒色パターン部のＸ軸方向の幅Ａｘを、６０μｍとした。

次に、ネガマスクの上方から紫外線を照射して、ドライフィルム上に各黒色パターン部に対応する位置に未硬化部を形成し、ネガマスクの各透明パターン部に対応する位置に硬化部を形成した。

そして、ネガマスクをドライフィルム上から取り除き、ドライフィルム上を１０％の炭酸ソーダで洗浄した。この洗浄によってドライフィルムの各未硬化部を除去し、幅Ａｘの複数の開口部を得るとともに、ドライフィルムの硬化部をソーダガラス基板上に残し、ホワイトアルミナ微粉末研磨材に対するマスク部とした。

次に、ブラストノズルから＃１５００のホワイトアルミナ微粉末研磨材を高速噴射させ、ドライフィルムの各開口部を通ったホワイトアルミナ微粉末研磨材により、ソーダガラス基板の上面側を研削し、断面形状が曲面状のマイクロレンズ用凹部をピッチＰｘで形成した。このとき、ソーダガラス基板の上面側に形成する各マイクロレンズ用凹部の深さＨが、作成されるマイクロレンズの突出量Ｔに略達するまで、研削を行った。

次に、ドライフィルムをソーダガラス基板上から除去し、ＨＦ系のエッチング液を用いて、ソーダガラス基板の上面と各マイクロレンズ用凹部とをエッチングした。このエッチング中に、前述したように、各マイクロレンズ用凹部内に複数のサブレンズ用凹部が徐々に成長して形成される。また、エッチング量Ｅが（Ｐｘ−Ａｘ）／２程度になるまで、ソーダガラス基板の上面をエッチングすると、隣り合うマイクロレンズ用凹部同士が互いに密接し、隙間のないハニカム形状が得られる。このようにして得られたソーダガラス基板は、マイクロレンズアレイ用複製型となる。

そして、マイクロレンズアレイ用複製型（ソーダガラス基板）上に紫外線硬化樹脂を滴下した。この紫外線硬化樹脂上に、透明基板として、厚さ３０μｍのポリカーボネイト（Polycarbonate）フィルムを載せた。このポリカーボネイトフィルムの上方から紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂を硬化させた後、マイクロレンズアレイ用複製型（ソーダガラス基板）を剥離させた。硬化された紫外線硬化樹脂とポリカーボネイトフィルムとが、マイクロレンズアレイとなる。

このマイクロレンズアレイにおいては、各マイクロレンズ用凹部に対応して各マイクロレンズがポリカーボネイトフィルムの上面側に突出形成され、複数のサブレンズ用凹みに対応して各マイクロレンズの表面に複数のサブレンズが僅かな高さで突出形成されている。

そして、マイクロレンズアレイの裏面部に、紫外線硬化樹脂を厚さ３０μｍとなるように塗布した。次に、マイクロレンズの側より、平行な紫外線光束をマイクロレンズの光軸に平行に照射し、紫外線硬化樹脂層における光透過部を硬化させた。そして、紫外線硬化樹脂層における未硬化部をアセトンにより洗浄して除去した。

次に、未硬化の紫外線硬化樹脂が除去された部分に、カーボンを含有した黒色塗料を浸透させ、遮光層を形成した。また、光束通過部上に塗布された黒色塗料は、＃３０００のホワイトアルミナ微粉末研磨材を用いて、サンドブラスト法により除去した。

〔比較例〕
この比較例では、前述の実施例と同様の工程でマイクロレンズアレイを作成した。このマイクロレンズアレイを用いて、光束通過部４には遮光層が形成されないようにした。すなわち、マイクロレンズの側より平行な紫外線光束をマイクロレンズの光軸に平行に照射し、紫外線硬化樹脂層における光束通過部４を硬化させる際に、紫外線の平行度を実施例におけるより悪くして分散させ、光束通過部４に複数の透明部４ａが形成されないようにし、光束通過部４に遮光層が形成されないようにした。そのため、遮光層において形成される光束通過部４は、複数の透明部４ａが集まったものではなく、各マイクロレンズごとに単一の透明部として形成された。

〔実施例と比較例との対比〕
前述の実施例及び比較例により作成した、マイクロレンズアレイシートを用いて、背面投射型ディスプレイ（リヤプロディスプレイ）用のスクリーンを作成した。そして、これらスクリーンを背面投射型ディスプレイに搭載し、ゴーストや二重像の発生状況を比較した。

その結果、実施例におけるマイクロレンズアレイシートを用いたスクリーンのほうが、ゴーストや二重像の発生が著しく少ないことが確認できた。

また、背面投射型ディスプレイのスクリーンにおける斜め入射光が観察者側に出射される光量の評価方法としては、白黒の市松模様の画像を用いたＡＮＳＩ（AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE ）コントラストがある。

実施例におけるマイクロレンズアレイシートを用いたスクリーンでのＡＮＳＩコントラストは、１５０：１であった。比較例におけるマイクロレンズアレイシートを用いたスクリーンでのＡＮＳＩコントラストは、１００：１であった。すなわち、実施例におけるマイクロレンズアレイシートを用いたスクリーンのほうが、斜め入射光が観察者側に出射される光量が著しく少なく、迷光によるノイズが少ない画像を表示できることが確認された。

本発明に係るマイクロレンズアレイシートの要部の構成を示す断面図である。 前記マイクロレンズアレイシートの構成を示す平面図である。 前記マイクロレンズアレイシートの遮光層における光束通過部の構成を示す断面図である。 マイクロレンズアレイ用複製型の第１の製造工程を示す工程図である。 マイクロレンズアレイ用複製型の第２の製造工程を示す工程図である。 マイクロレンズアレイ用複製型の第３の製造工程を示す工程図である。 マイクロレンズアレイ用複製型を用いて、マイクロレンズアレイを作成する工程を示す工程図である。 本発明に係るマイクロレンズアレイシートの遮光層を作成する工程を示す工程図である。 従来のマイクロレンズアレイシートを備えたスクリーンを有する背面投射型ディスプレイの構成を示す断面図である。 従来のマイクロレンズアレイシートを備えたスクリーンの構成を示す断面図である。 従来のマイクロレンズアレイシートを備えたスクリーンの要部の構成を示す断面図である。 従来のマイクロレンズアレイシートを備えたスクリーンにおいて二重像が生じている状態を示す断面図である。

符号の説明

１ マイクロレンズ
２ サブレンズ
３ 遮光層
４ 光束通過部
１０ マイクロレンズアレイ
１１ 透明基材

Claims (1)

1. 透明基材の主表面部に凸レンズ状に突出したマイクロレンズが多数密接して配列されて形成されるとともに、これらマイクロレンズの表面部に該マイクロレンズよりも曲率半径の小さい凸レンズ状のサブレンズが複数形成されたマイクロレンズアレイと、
   前記マイクロレンズアレイの裏面側に配置されており、前記透明基材の主表面部に対して略垂直に該マイクロレンズに入射する光が該マイクロレンズを透過して合焦するまでに形成する光路範囲内にあって、かつ前記透明基材の主表面部に対して略垂直に該サブレンズにそれぞれ入射する光が該サブレンズをそれぞれ透過して合焦するまでに形成する各光路に沿うように形成された光束通過部を有し、この光束通過部から外れた光線を遮断する遮光層と
   を備えたことを特徴とするマイクロレンズアレイシート。

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