JP2007203674A - 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タ - Google Patents

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タ Download PDF

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Abstract

【課題】不本意な厚さのばらつきが抑制され、光学特性に優れたレンズ基板を提供すること、前記レンズ基板を製造することができるレンズ基板の製造方法を提供すること、また、前記レンズ基板を備えた透過型スクリーン、リア型プロジェクタを提供すること。
【解決手段】本発明のレンズ基板の製造方法は、レンズ面に多数のレンズ部を有するレンズ基板を製造する方法であって、レンズ面に対応する凹凸形状を有するレンズ基板製造用成形型の凹凸面上に、流動性を有する第1の組成物を付与する第1の組成物付与工程と、第1の組成物を固化させ、その表面の凹凸の度合いが、レンズ基板製造用型の凹凸面の凹凸の度合いよりも小さい、固化部を形成する固化工程と、固化部上に、第2の組成物で構成されたシート材を載置し、固化部とシート材とを接合する接合工程とを有することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

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タに関するものである。
近年、リア型プロジェクタは、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。
リア型プロジェクタ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を備えたレンチキュラレンズ基板や、マイクロレンズを備えたマイクロレンズ基板のような、多数のレンズ部を備えたレンズ基板が用いられている。このようなレンズ基板を備えることにより、レンズ基板に入射した光を(一旦集光させた後に)拡散させることができ、その結果、視野角特性が向上し、透過型スクリーンの正面に対して斜め方向からでも表示された画像を視認することができる。
従来、このようなレンズ基板は、レンズ基板のレンズ面に対応する凹凸形状を有する成形型の表面に流動性を有する樹脂材料を付与した後、この表面にシート材を載置し、その後、前記樹脂材料を硬化させて、成形型の表面形状が転写された樹脂層を、シート材上に転写することにより、シート材と樹脂層との接合体として得る方法を用いて製造されていた(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記のような方法を採用した場合、以下のような問題点があった。すなわち、上記のような方法では、成形型上の樹脂材料が流動性を有しているため、シート材を載置すると、シート材の表面にうねりを生じてしまう。このようなうねりを生じると、レンズ基板の厚さのばらつき(レンズ面の凹凸を無視した場合の厚さのばらつき)が大きくなる。このような厚さのばらつきは、各レンズ部の焦点距離のばらつき等を発生させる要因となり、レンズ基板の光学特性上好ましくない。また、上記のような方法を採用した場合、流動性を有する樹脂材料と、シート材との間に空気(雰囲気ガス)が入り込みやすい。このような空気の入り込みが発生すると、最終的なレンズ基板は、その内部に、気泡を有するものとなり、前記と同様に、光学特性上好ましくない。また、シート材として、比較的厚く、形状の安定性に優れたものを用いることにより、上記のような厚さのばらつきを抑制することも考えられるが、このような場合、レンズ基板の厚さが厚いものとなってしまい、これにより、製造すべきレンズ基板のレンズ部の焦点距離を長くしなければならず、その結果、得られるレンズ基板において、十分な視野角特性が得られない等の問題が発生する。
特開2002−86463号公報
本発明の目的は、不本意な厚さのばらつきが抑制され、光学特性に優れたレンズ基板を提供すること、前記レンズ基板を製造することができるレンズ基板の製造方法を提供すること、また、前記レンズ基板を備えた透過型スクリーン、リア型プロジェクタを提供することにある。
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、レンズ面に多数のレンズ部を有するレンズ基板を製造する方法であって、
前記レンズ面に対応する凹凸形状を有するレンズ基板製造用成形型の凹凸面上に、流動性を有する第1の組成物を付与する第1の組成物付与工程と、
前記第1の組成物を固化させ、その表面の凹凸の度合いが、前記レンズ基板製造用型の前記凹凸面の凹凸の度合いよりも小さい、固化部を形成する固化工程と、
前記固化部上に、第2の組成物で構成されたシート材を載置し、前記固化部と前記シート材とを接合する接合工程とを有することを特徴とする。
これにより、不本意な厚さのばらつきが抑制され、光学特性に優れたレンズ基板を製造することができるレンズ基板の製造方法を提供することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記レンズ基板は、レンズ面に多数のレンズ部を有するレンズ基板と、前記レンズ基板の前記レンズ面とは反対の面側に設けられた遮光膜とを有するものであることが好ましい。
これにより、表示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。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記接合工程においては、流動性を有する第3の組成物を介して、前記固化部上に前記シート材を載置し、その後、前記第3の組成物を固化させることが好ましい。
これにより、固化部とシート材との間における、空気(雰囲気ガス)等の入り込みをより確実に防止することができる。また、固化部とシート材との接合強度を特に優れたものとすることができ、レンズ基板の耐久性、信頼性を特に優れたものとすることができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記第1の組成物および前記第3の組成物は、樹脂材料を含むものであり、前記第1の組成物を構成する樹脂材料と、前記第3の組成物を構成する樹脂材料とは、実質的に同一の組成を有するものであることが好ましい。
これにより、固化部とシート材との接合強度を特に優れたものとすることができ、レンズ基板の耐久性、信頼性を特に優れたものとすることができる。また、製造すべきレンズ基板の光学設計を容易かつ適切に行うことができ、レンズ基板の光学特性を特に優れたものとすることができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記第3の組成物は光硬化性を有するものであり、前記接合工程を光の照射により行うことが好ましい。
これにより、レンズ基板の生産性を特に優れたものとすることができる。また、レンズ基板中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記第1の組成物付与工程と前記固化工程との間に、スキージーにより、前記凹凸面上に付与された流動性を有する前記第1の組成物の表面を平坦化する平坦化工程を有することが好ましい。
これにより、レンズ基板の不本意な厚さのばらつきをより効果的に防止することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記レンズ基板成形用型上に前記第1の組成物を付与する際における前記第1の組成物の粘度は、1.0〜10[Pa・s]であることが好ましい。
これにより、レンズ基板の不本意な厚さのばらつきをより効果的に防止することができる。また、レンズ基板中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記第1の組成物は光硬化性を有するものであり、前記固化工程を光の照射により行うことが好ましい。
これにより、レンズ基板の生産性を特に優れたものとすることができる。また、レンズ基板中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、製造すべきレンズ基板の有効レンズ領域に対応する領域における固化部の最大厚さと、成形に利用される有効領域における凹凸の高低差との差が10μm以下であることが好ましい。
これにより、レンズ基板の薄型化を図ることができ、特に優れた光学特性(例えば、視野角特性等)を有するレンズ基板を提供することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記シート材の厚さが10〜100μmであることが好ましい。
このように、比較的薄いシート材を用いた場合であっても、シート材の表面におけるうねり等を十分に防止することができる。また、このように、比較的薄いシート材を用いることにより、レンズ基板の薄型化を図ることができ、特に優れた光学特性(例えば、視野角特性等)を有するレンズ基板を提供することができる。
本発明のレンズ基板の製造方法では、前記レンズ基板は、前記レンズ部としてマイクロレンズを備えたマイクロレンズ基板であることが好ましい。
従来の方法においては、各種レンズ基板の中でも、マイクロレンズ基板を製造する場合において、レンズ基板の不本意な厚さのばらつきが特に大きいものとなりやすかったが、本発明によれば、このようなマイクロレンズ基板であっても、不本意な厚さのばらつきが生じるのを確実に防止することができる。また、レンズ基板がマイクロレンズ基板であると、各方向(例えば、縦方向および横方向)での視野角特性を特に優れたものとすることができる。
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、不本意な厚さのばらつきが抑制され、光学特性に優れたレンズ基板を提供することができる。
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、好適な画像を表示することができる透過型スクリーンを提供することができる。
本発明の透過型スクリーンは、光の出射側にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズ部と、
前記フレネルレンズ部の光の出射側に配置された本発明のレンズ基板とを備えたことを特徴とする。
これにより、好適な画像を表示することができる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タは、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、好適な画像を表示することができるリア型プロジェクタを提供することができる。
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タについて、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、比較的肉厚が小さく可撓性に富む(変形自在な)フィルム状(シート状)のもの等を含む概念である。
本発明のレンズ基板の用途は、特に限定されないが、以下の説明では、レンズ基板を、主に、透過型スクリーン、リア型プロジェクタ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。
図1は、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、図2は、図1に示すレンズ基板(マイクロレンズ基板)の平面図、図3は、図1に示すレンズ基板(マイクロレンズ基板)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。
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(レンズ部)21を備えた基板本体2と、遮光性を有する材料で構成されたブラックマトリックス(遮光膜)3と、入射した光を乱反射させることにより拡散させる機能を有する拡散部4とを備えている。また、マイクロレンズ基板1の光の入射側(すなわち、マイクロレンズ21の光の入射側)には、着色部(外光吸収部)22が設けられている。
また、マイクロレンズ基板1は、後に詳述するような方法により製造されたものであり、不本意な厚さのばらつきが抑制され、基板本体2中に気泡等の欠陥がなく、基板本体2の出射面側(マイクロレンズ21が設けられた側とは反対の面側)の平坦度の高いものである。このため、マイクロレンズ基板1は、優れた光学特性を有している。
図中、Tで表される基板本体2の厚さ(マイクロレンズ(レンズ部)21の厚さを除く厚さ(基板本体2のブランク厚さ))は、比較的薄いものであるのが好ましく、10μm以下であるのが好ましく、0.01〜1μmであるのがより好ましい。このように、基板本体2の厚さが十分に小さいものであると、マイクロレンズ(レンズ部)21の曲率半径を比較的小さいものとした場合であっても、マイクロレンズ21の焦点を基板本体2の出射側の正面付近で結ばせることができるため、ブラックマトリックス(遮光部)3の開口部を比較的小さいものとすることができ、その結果、マイクロレンズ基板1の視野角特性を優れたものとしつつ、非常に優れたコントラストの画像を表示することができる。このように比較的薄い基板本体2は、後に詳述するような本発明の方法により、好適に製造することができる。
基板本体2の出射側の面は、うねりが抑制され平坦な面となっている。これにより、各マイクロレンズの焦点距離のばらつきが抑制され、マイクロレンズ基板1全体としての光学特性は特に優れたものとなる。
基板本体2は、通常、主として透明性を有する樹脂材料で構成される。
基板本体2を構成する樹脂材料としては、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。
基板本体2の構成材料(固化した状態の材料)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、1.35〜1.9であるのが好ましく、1.40〜1.75であるのがより好ましい。基板本体2の構成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。
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(レンズ部)21を複数個備えている。
本実施形態において、マイクロレンズ21は、マイクロレンズ基板1を平面視した際の縦幅(鉛直方向の幅)が横幅(水平方向の幅)よりも小さい扁平形状(略楕円形、略俵形)を有している。マイクロレンズ21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。
平面視したときのマイクロレンズ21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。
平面視したときのマイクロレンズ21の短軸方向の長さ(マイクロレンズ21の縦幅)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21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。
また、平面視したときのマイクロレンズ21の長軸方向の長さ(マイクロレンズ21の横幅)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、70〜150μmであるのがさらに好ましい。マイクロレンズ21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。
また、マイクロレンズ(レンズ部)21の曲率半径は、7.5〜375μmであるのが好ましく、22.5〜225μmであるのがより好ましく、35〜75μmであるのがさらに好ましい。マイクロレンズ21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。また、従来のレンズ基板においては、レンズ基板の厚さを薄くすることが困難であったため、レンズ部の曲率半径を上記のような比較的小さいものとすると、遮光部(ブラックマトリックス等)の開口部を比較的大きなものとしなければならず、表示される画像のコントラストを十分に高めるのが困難であった。そのため、従来のレンズ基板においては、表示する画像のコントラストを向上させる目的で、レンズ部の曲率半径を比較的大きいものとしていたが、これにより、レンズ基板の視野角特性を犠牲にしていた。これに対し、本発明においては、基板本体の厚さを薄いものとしつつ、レンズ部の曲率半径を十分に小さいものとすることができるため、優れた視野角特性と優れたコントラストとの両立を図ることができる。なお、マイクロレンズ21は、短軸方向についての曲率半径と、長軸方向の曲率半径が異なるものであってもよいが、このような場合、長軸方向の曲率半径が上記の範囲内の値であるのが好ましい。
また、マイクロレンズ21の高さは、7.5〜375μmであるのが好ましく、22.5〜225μmであるのがより好ましく、35〜75μmであるのがさらに好ましい。マイクロレンズ21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、これら複数個のマイクロレンズ21は、千鳥状(千鳥格子状)に配列している。このようにマイクロレンズ21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、マイクロレンズ21の大きさ等によっては、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場合がある。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21の大きさ等によっては、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可能性がある。
上記のように、本実施形態において、マイクロレンズ21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21で構成される第1の行28と、それに隣接する第2の行29とが、縦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。
なお、マイクロレンズ21の配列方式は、上記のようなものに限定されず、例えば、正方格子状の配列であっても、光学的にランダムな配列(マイクロレンズ基板1の主面側から平面視したときに、各マイクロレンズ21が互いにランダムな位置関係となるように配されたもの)であってもよい。
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21が形成されている有効領域において、マイクロレンズ21の占有率は、90〜100%であるのが好ましい。マイクロレンズ21の占有率が前記範囲内の値であると、光利用効率をさらに向上させることができ、投影させる画像の輝度、コントラストを特に優れたものとすることができる。なお、マイクロレンズ21の占有率は、平面視したときのマイクロレンズ21の中心211と、当該マイクロレンズ21に隣接する、マイクロレンズ21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21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)。
上記のように、マイクロレンズの形状や配列方式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、視野角特性等を特に優れたものとすることができる。特に、マイクロレンズの形状や配列方式等を上記のように厳密に規定することにより、上記のような形状、配列方式のマイクロレンズを有することによる効果と、後に詳述するような方法により形成されたブラックマトリックス3を有することによる効果とが相乗的に作用し合い、特に優れた効果(例えば、特に優れた視野角特性、光利用効率等)が得られる。
また、各マイクロレンズ21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、ブラックマトリックス(遮光膜)3に設けられた開口部(非遮光部)31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21によって集光され、ブラックマトリックス3の開口部31近傍で焦点fを結ぶ。このように、ブラックマトリックス3の開口部31の近傍でマイクロレンズ21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。また、開口部31の近傍でマイクロレンズ21が焦点を結ぶことにより、開口部31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3(開口部31以外の領域)で覆われた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、前述したように、本実施形態のマイクロレンズ基板1の光の入射側(すなわち、マイクロレンズ21の光の入射側)には、着色部22が設けられている。着色部22は、入射側から入射した光を十分に透過することができるとともに、外光(例えば、光の出射側等から不本意に入射した外光等)が、出射側に反射するのを防止する機能を有する。このような着色部を有することにより、コントラストに優れた画像を得ることができる。
特に、本実施形態において、着色部22は、後に詳述するように、基板本体2に着色液(特に、組成に特徴を有する着色液)を付与することにより形成されたものである。より詳しく説明すると、着色部22は、後に詳述するような着色液を基板本体2に付与することにより、着色剤が基板本体2(マイクロレンズ21)の内部に含浸して形成されたものである。着色部22がこのようにして形成されたものであると、基板本体上に着色層を積層(外付け)した場合に比べて、着色層の密着性が高くなる。その結果、例えば、界面付近での屈折率の変化等によるマイクロレンズ基板の光学特性への悪影響の発生をより確実に防止することができる。
また、着色部22は、基板本体2に着色液を付与することにより形成されたものであるため、各部位での厚さのばらつき(特に、基板本体の表面形状に対応しない厚さのばらつき)が小さい。これにより、投射される画像において、色ムラ等の不都合が発生するのをより確実に防止することができる。
また、着色部22は、着色剤を含む材料で構成されているものの、通常、その主成分は、基板本体2(マイクロレンズ21)の他の部位の主成分と同様である。したがって、着色部22と、それ以外の非着色部との境界付近での急激な屈折率の変化等が生じ難い。したがって、マイクロレンズ基板1全体としての光学特性を設計し易く、また、マイクロレンズ基板1としての光学特性は安定し、信頼性の高いものとなる。
着色部22の色は、特に限定されないが、青色を基調とし、赤色あるいは茶色あるいは黄色を混色した着色剤を用い、外観としては無彩色で黒色であり、光源の光の三原色のバランスを制御する特定の波長の光を選択的に吸収または透過するものであるのが好ましい。これにより、外光の反射を防止し、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色調を正確に表現し、さらに色座標が広く(色調の表現の幅が十分に広く)、より深い黒を表現できることで、結果的に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、基板本体2の光の出射側の面には、ブラックマトリックス3が設けられている。ブラックマトリックス3は、遮光性を有する材料で構成され、膜状に形成されたものである。このようなブラックマトリックス3を有することにより、当該ブラックマトリックス3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。特に、前述したような着色部22を有するとともに、ブラックマトリックス3を有することにより、マイクロレンズ基板1によ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。
このようなブラックマトリックス3は、各マイクロレンズ21を透過した光の光路上に開口部31を有している。これにより、各マイクロレンズ21で集光された光を、効率良く、ブラックマトリックス3の開口部31を通過させることができる。その結果、マイクロレンズ基板1の光利用効率を高いものとすることができる。
ところで、後に詳述する本発明のレンズ基板の製造方法によれば、基板本体の厚さの不本意なばらつきを抑制することができる。このため、各レンズ部(マイクロレンズ)の焦点距離のばらつきを抑制することができ、その結果、後述するような方法で、遮光部(ブラックマトリックス)に開口部を形成した場合、遮光部に設けられる開口部の大きさのばらつきを抑制することができる。これにより、輝度ムラの少ない好適な画像を表示することができる。
また、開口部31は、ブラックマトリックス3の開口部31以外の部位で外光の反射を効果的に防止しつつ、画像形成用の光がブラックマトリックス3により吸収、反射されるのを十分に防止するような大きさで設けられている。
ブラックマトリックス3の開口部31は、いかなる形状のものであってもよいが、平面視したときの形状が略円形であるのが好ましい。開口部31が略円形である場合、開口部31の大きさは、特に限定されないが、その直径が、1〜100μmであるのが好ましく、2〜10μmであるのがより好ましく、2〜5μmであるのがさらに好ましい。これにより、スクリーンに投影される画像を、よりコントラストに優れたものとすることができる。
また、開口部31の直径(開口部31の形状が異形状である場合には、その最大長さ)の標準偏差は、2μm以下であるのが好ましく、0.5μm以下であるのがより好ましい。これにより、表示される画像の輝度ムラをより効果的に防止することができる。
また、ブラックマトリックス3の厚さ(平均厚さ)は、0.3〜8μmであるのが好ましく、0.8〜7μmであるのがより好ましく、1.4〜6μmであるのがさらに好ましい。ブラックマトリックス3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3の不本意な剥離、クラック等をより確実に防止しつつ、ブラックマトリックス3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。
また、平面視したときの開口部31のブラックマトリックス3に対する面積比(開口率)は、60〜95%であるのが好ましく、80〜95%であるのがより好ましく、88〜95%であるのがさらに好ましい。開口率が前記範囲内の値であると、外光(例えば、光の入射側とは反対側から不本意に入射した外光等)が、出射側に反射するのを十分に低く抑えることができ、光の利用効率を特に優れたものとしつつ、映り込みを防止して、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とともに、マイクロレンズ基板1の視野角特性を特に優れたものとすることができる。これに対し、開口率が前記下限値未満であると、光の利用効率、視野角特性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。また、開口率が前記上限値を越えると、外光反射を十分に低く抑えることが困難となり、映り込みを防止して、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。
また、マイクロレンズ基板1の光の出射側の面には、拡散部4が設けられている。拡散部4は、入射した光(入射光)を乱反射させることにより拡散させる機能を有するものである。このような拡散部4を有することにより、視野角特性を優れたものとすることができる。また、拡散部4は、ブラックマトリックス3より光の出射側に形成された領域を有するものである。このような構成であることにより、拡散部4に入射した光を、出射側(光の入射側とは反対側の方向)に効率よく向かわせることができ、透過型スクリーン10の視野角特性を特に優れたものにすることができる(スクリーンに投影される画像を好適に視認することができる視野角を特に大きいものとすることができる)。本実施形態では、拡散部4は、光透過性に優れた実質的に透明な材料(例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂等)中に、拡散材が分散した構成になっている。拡散材としては、例えば、微粒子状(ビーズ状)のシリカ、ガラス、樹脂等を用いることができる。拡散材の平均粒径は、特に限定されないが、1〜50μmであるのが好ましく、2〜10μmであるのがより好ましい。
また、拡散部4の厚さは、特に限定されないが、0.05〜5mmであるのが好ましく、0.7〜4mmであるのがより好ましく、1.0〜3mmであるのがさらに好ましい。拡散部4の厚さが前記範囲内の値であると、光の利用効率を十分に高いものとしつつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。これに対し、拡散部4の厚さが前記下限値未満であると、拡散部4を設けることによる効果が十分に発揮されない可能性がある。また、拡散部4の厚さが前記上限値を超えると、光(光子)と拡散材とが衝突する確率(頻度)が急激に高くなる傾向を示し、消光が起こり易く、また、光拡散部内に入射した光(光子)が、再び入射側に戻る可能性も高くなる。その結果、光の利用効率を十分に高めるのが困難になる可能性がある。
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、70%以上であるのが好ましく、80%以上であるのがより好ましく、85%以上であるのがさらに好ましい。これにより、より明るい画像を好適に表示することができる。
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。
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の着色部が形成された面側から入射し、各マイクロレンズ21によって集光し、焦点を結んだ後に拡散する。このとき、ブラックマトリックス3は必要かつ十分な大きさの開口部31を有するものであるため、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。開口部31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。
次に、本発明のレンズ基板の製造方法について、前述したマイクロレンズ基板を例に説明する。
図4は、マイクロレンズ基板(レンズ基板)の製造に用いる凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型)を示す模式的な縦断面図、図5は、図4に示す凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型)の製造方法を示す模式的な縦断面図である。図6、図7、図8は、図1に示すマイクロレンズ基板(レンズ基板)の製造方法の一例を示す模式的な縦断面図、図9は、マイクロレンズによる光の屈折と、基板本体から出射する光の光度分布とを説明するための図、図10、図11、図12は、基板本体に光を照射する際の光の入射方向(フォトポリマーを露光する際の光の照射方法)を説明するための図である。なお、以下の説明では、図6〜図9中の下側、図10〜図12中の上側を「(光の)入射側」、図6〜図9中の上側、図10〜図12中の下側を「(光の)出射側」と言う。
また、凹部付き部材の製造においては、実際には基板上に多数の凹部(マイクロレンズ用凹部)を形成し、マイクロレンズ基板(基板本体)の製造においては、実際には多数の凸部(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。
まず、マイクロレンズ基板の製造方法の説明に先立ち、マイクロレンズ基板の製造に用いる凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型)の構成およびその製造方法について説明する。
凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型)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。凹部付き部材6の構成材料としては、例えば、各種ガラス材料、各種樹脂材料等が挙げられる。ガラス材料としては、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、また、樹脂材料としては、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、ポリマーアロイ等の各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。この中でも、凹部付き部材6の構成材料としては、ガラス材料が好ましく、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より好ましい。このような材料は、一般に、形状の安定性に優れている。このため、凹部付き部材6が有する凹部61の形状の安定性(信頼性)や、当該凹部61を用いて形成されるマイクロレンズ21の寸法精度等を特に優れたものとすることができ、レンズ基板としての光学特性を特に信頼性の高いものとすることができる。また、ガラス材料は、一般に、形状の安定性に優れているため、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、製造された基板本体2の取り扱い性が向上する。また、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。
また、マイクロレンズ基板1の製造において、後に説明するような方法(凹部付き部材6を介して、基板本体2に光を入射させ、マイクロレンズ(レンズ部)21により集光した光を遮光膜形成用材料32に照射する方法)により、ブラックマトリックス3を形成する場合、凹部付き部材6は、各種気体(例えば、空気、各種不活性ガス等)よりも大きな屈折率(絶対屈折率)を有し、かつ、基材本体2の構成材料(固化した状態の構成材料)よりも小さい屈折率(絶対屈折率)を有する材料で構成されたものである。これにより、後に詳述するように、最適な光度分布の光を遮光膜形成用材料32に照射することができ、これにより、最適な大きさの開口部31を、より効率良く形成することができる。また、このような場合、凹部付き部材6の構成材料の絶対屈折率は、基板本体2の構成材料(固化した状態の材料)の絶対屈折率よりも小さければ特に限定されないが、1.2〜1.8であるのが好ましく、1.35〜1.65であるのがより好ましい。凹部付き部材6の構成材料の絶対屈折率が前記範囲内の値であると、前述したような効果がさらに顕著なものとして発揮される。ところで、上述したようなガラス材料は、一般に、優れた透明性を有し、光の透過率に優れるとともに、一般に、上記範囲の屈折率を有しているものが多い。このような観点からも、凹部付き部材6の構成材料としては、ガラス材料が好ましい。また、基板本体2の構成材料(固化した状態の材料)の絶対屈折率をn、凹部付き部材6の構成材料の絶対屈折率をnとしたとき、0.01<n−n<0.8の関係を満足するのが好ましく、0.01<n−n<0.4の関係を満足するのが好ましく、0.01<n−n<0.25の関係を満足するのが好ましい。このような関係を満足することにより、後に詳述するように、最適な光度分布の光を遮光膜形成用材料32に照射することができ、これにより、最適な大きさの開口部31を、より効率良く形成することができる。
凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型)6は、マイクロレンズ21の配列方式に対応する方式(転写された位置関係)で配列した、複数個の凹部(マイクロレンズ形成用凹部)61を備えている。そして、これらの凹部61は、マイクロレンズ21が凸部であるのに対し凹部である以外は、マイクロレンズ21に対応する形状(転写された形状である以外は実質的に同一の形状)、寸法を有している。
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、凹部付き部材6を平面視した際の縦幅(鉛直方向の幅)が横幅(水平方向の幅)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。
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、0.10≦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。
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、製造されるマイクロレンズ基板1の視野角特性、およびマイクロレンズ基板1により投影される画像のコントラスト、輝度を特に優れたものとしつつ、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。また、凹部61の短軸方向の長さが前記範囲内の値であると、製造されるマイクロレンズ基板1を用いた際に、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とともに、マイクロレンズ基板1(凹部付き部材6)の生産性をさらに高めることができる。
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、70〜150μmであるのがさらに好ましい。凹部61の長軸方向の長さが前記範囲内の値であると、製造されるマイクロレンズ基板1の視野角特性、およびマイクロレンズ基板1により投影される画像のコントラスト、輝度を特に優れたものとしつつ、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。また、凹部61の長軸方向の長さが前記範囲内の値であると、製造されるマイクロレンズ基板1を用いた際に、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とともに、マイクロレンズ基板1(凹部付き部材6)の生産性をさらに高めることができる。
また、凹部61の曲率半径は、7.5〜375μmであるのが好ましく、22.5〜225μmであるのがより好ましく、35〜75μm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、製造されるマイクロレンズ基板1の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。なお、凹部61は、短軸方向についての曲率半径と、長軸方向の曲率半径が異なるものであってもよいが、このような場合、長軸方向の曲率半径が上記の範囲内の値であるのが好ましい。
また、凹部61の深さは、7.5〜375μmであるのが好ましく、22.5〜225μmであるのがより好ましく、35〜75μm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、製造されるマイクロレンズ基板1の視野角特性を、特に優れたものとすることができる。
また、これら複数個の凹部61は、千鳥状(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、製造されるマイクロレンズ基板1を用いた際に、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、凹部(マイクロレンズ)の大きさ等によっては、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(マイクロレンズ)の大きさ等によっては、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可能性がある。
また、上記のように、凹部61は、凹部付き部材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、縦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、製造されるマイクロレンズ基板1を用いた際に、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ことができるとともに、かつ、視野角特性を特に優れたものとすることができる。
なお、上記の説明では、凹部61が、凹と凸の関係である以外は、マイクロレンズ21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、基板本体2の構成材料が収縮し易いものである場合(基板本体2を構成する組成物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21と凹部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。
次に、凹部付き部材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凹部(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、凹部付き部材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。
<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9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9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9および裏面保護膜89は同時に形成することもできる。
マスク形成用膜9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9(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9(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9(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。
上記のように、マスク形成用膜9(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9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9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、基板7がガラスで構成されたものであり、かつマスク形成用膜9(マスク8)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9(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9(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。
マスク形成用膜9の形成方法は特に限定されないが、マスク形成用膜9(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)、またはこれらの複合材料(例えば、金属材料で構成された金属層と、金属酸化物で構成された金属酸化物層とを有する積層体等)で構成されたものとする場合、マスク形成用膜9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9(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9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。
マスク形成用膜9(マスク8)の厚さは、マスク形成用膜9(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、0.01〜0.3μm程度がより好ましい。厚さが前記下限値未満であると、マスク形成用膜9の構成材料等によっては、後述する初期孔形成工程(開口部形成工程)において形成される初期孔81の形状が歪んでしまう可能性がある。また、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9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9(マスク8)の内部応力によりマスク形成用膜9(マスク8)が剥がれ易くなる場合がある。
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9(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9の形成と同時に、マスク形成用膜9と同様に設けることができる。
次に、図5(b)に示すように、マスク形成用膜9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、凹部付き部材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、レーザ光の照射でマスク形成用膜9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。
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。
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、0.5〜30μmであるのが好ましく、1.0〜10μmであるのがより好ましく、1.5〜5μm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、0.8〜30μmであるのが好ましく、1.0〜10μmであるのがより好ましく、1.5〜5μm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。
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、0.5〜30μmであるのが好ましく、1.0〜15μmであるのがより好ましく、1.5〜10μm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。
<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。
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(マスク8の初期孔81に対応する部位)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。
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。
マスク8(マスク形成用膜9)が主としてクロム、酸化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、過酸化水素および/または硫酸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、安価に凹部付き部材6を提供することができる。
<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、凹部付き部材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好適に行うことができる。
また、例えば、凹部付き部材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、基板本体2が有するマイクロレンズ21にカケ等の欠陥が生じるのを十分に防止しつつ、凹部付き部材6を容易に取り外すことができ、結果として、最終的なマイクロレンズ基板1において、マイクロレンズ21の欠陥を防止することができる。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。
以上により、図5(d)および図4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部材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、特に限定されるものではないが、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9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。
すなわち、レーザ光の照射によりマスク形成用膜9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、安価に凹部付き部材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(凹部付き部材、レンズ基板)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基板(凹部付き部材、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。
次に、上述した凹部付き部材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。
<B1>まず、図6(a)に示すように、凹部付き部材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第1の組成物23を付与する(第1の組成物付与工程)。
第1の組成物23としては、通常、製造すべき基板本体2の構成材料(形成すべき基板本体2の対応する部位の構成材料)に対応する材料で構成されたものであり、例えば、軟化状態の樹脂材料、未重合(未硬化)の樹脂材料等を用いることができる。第1の組成物23は、後述する固化工程で固化し得るものであればいかなるものであってもよいが、光硬化性を有するものであるのが好ましい。これにより、後述する固化工程をより効率良く行うことができ、マイクロレンズ基板1の生産性を特に優れたものとすることができる。また、基板本体2中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。また、第1の組成物23は、溶媒や、拡散材(例えば、ポリスチレンビーズ、ガラスビーズ、有機架橋ポリマー等)等を含むものであってもよい。
本工程における第1の組成物23の粘度は、1.0〜10[Pa・s]であるのが好ましく、1.0〜2.0[Pa・s]であるのがより好ましい。第1の組成物23の粘度が前記範囲内の値であると、後述する固化工程で得られる固化部24の表面をより平坦度の高いものとすることができ、基板本体2の不本意な厚さのばらつきをより効果的に防止することができる。また、基板本体2中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。
本工程の後であって、以下に説明する固化工程の前に、凹部付き部材6上に付与された第1の組成物23の表面を平坦化する工程(平坦化工程)を設けてもよい。これにより、形成される基板本体2の不本意な厚さのばらつきをより効果的に防止することができる。平坦化工程は、いかなる方法で行うものであってもよいが、凹部付き部材6の凹凸面(凹部61が設けられた面)上に付与された第1の組成物23の表面を、スキージーにより、平坦化するのが好ましい。これにより、効率良く、第1の組成物23の表面を平坦化することができる。
<B2>次に、第1の組成物23を固化(ただし、硬化(重合)を含む)させる(固化工程。図6(b)参照)。これにより、固化部24が形成される。本工程で形成される固化部24は、その表面の凹凸の度合いが、凹部付き部材(レンズ基板製造用型)6の凹凸面(凹部61が設けられた側の面)の凹凸の度合いよりも小さいものである。
第1の組成物23の固化は、いかなる方法で行うものであってもよいが、第1の組成物23が光硬化性を有するものである場合、光(例えば、紫外線、可視光)の照射により行うのが好ましい。これにより、本工程をより効率良く行うことができ、マイクロレンズ基板1の生産性を特に優れたものとすることができる。また、基板本体2中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。なお、第1の組成物23の固化は、例えば、電子線の照射、加熱等により行うものであってもよい。また、第1の組成物23が熱可塑性樹脂を含む材料で構成されたものである場合、第1の組成物23の冷却により行うものであってもよい。
本工程で形成される固化部24の厚さは、製造すべき基板本体2の厚さ、後述するシート材25の厚さ等にもよるが、以下のような条件を満足するものであるのが好ましい。
すなわち、マイクロレンズ基板1の有効レンズ領域に対応する領域における(凹部付き部材(レンズ基板製造用型)6の凹部61が設けられた領域で形成された)固化部24の最大厚さと、凹部付き部材(レンズ基板製造用型)6の有効領域(凹部61が設けられた領域)における高低差(凹部61の深さ)との差(固化部24のブランク厚さ)は、10μm以下であるのが好ましく、0.01〜1μmであるのがより好ましい。これにより、マイクロレンズ基板1(基板本体2)の薄型化を図ることができ、マイクロレンズ21の曲率半径をより小さいものとすることができる。その結果、特に優れた光学特性(例えば、視野角特性等)を有するマイクロレンズ基板1を提供することができる。
<B3>次に、固化部24上に、第2の組成物で構成されたシート材25を載置し、固化部24とシート材25とを接合する(接合工程。図6(c)、図6(d)参照)。これにより、基板本体2が得られる。
このように、本発明においては、上述したような、第1の組成物付与工程、固化工程(さらには、平坦化工程)により、レンズ基板製造用型の凹凸面の凹凸の度合いよりも小さい表面を形成した後に、シート材を用いてレンズ基板(基板本体)を製造することにより、レンズ基板(基板本体)における不本意な厚さのばらつきを抑制することができ、レンズ基板の光学特性を優れたものとすることができる。
特に、本実施形態では、固化部24上に、流動性を有する第3の組成物26を付与し、第3の組成物26が流動性を有する状態で、その表面にシート材25を載置(図6(c)参照)した後、第3の組成物26を固化させ(図6(d)参照)、固化部24とシート材25とを接合する。言い換えると、本実施形態では、接合工程は、固化部24上に、流動性を有する第3の組成物26を付与する第3の組成物付与工程と、固化部24上(第3の組成物26の表面)にシート材25を載置する載置工程と、第3の組成物26を固化させることにより、これらを一体化させる一体化工程とを有するものである。これにより、固化部24とシート材25との間における、空気(雰囲気ガス)等の入り込みをより確実に防止することができ、マイクロレンズ基板1の光学特性を特に優れたものとすることができる。また、固化部24とシート材25との接合強度を特に優れたものとすることができ、マイクロレンズ基板1の耐久性、信頼性を特に優れたものとすることができる。
シート材25は、第1の組成物23(固化後の第1の組成物23)、第3の組成物26(固化後の第3の組成物26)と同程度の屈折率を有する材料で構成されているのが好ましく、より具体的には、シート材25の構成材料の絶対屈折率と固化後の第1の組成物23、第3の組成物26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い。シート材25は、いかなる材料で構成されたものであってもよいが、ポリエチレンテレフタレートで構成されたものであるのが好ましい。また、シート材25は、比較的厚いものを用いてもよいし、実質的に可撓性を有さないものを用いてもよいが、比較的薄いものを用いるのが好ましい。これにより、基板本体2の厚さを比較的薄いものとすることができ、マイクロレンズ基板1の光学特性を特に優れたものとすることができる。
シート材25の厚さは、特に限定されないが、20〜150μmであるのが好ましく、50〜80μmであるのがより好ましい。シート材25の厚さが前記範囲内の値であると、マイクロレンズ基板1の製造時におけるシート材25の取り扱いを容易に行うことができるとともに、基板本体2の厚さを十分に薄いものとすることができ、マイクロレンズ基板1の光学特性を特に優れたものとすることができる。
第3の組成物26としては、通常、製造すべき基板本体2の構成材料(形成すべき基板本体2の対応する部位の構成材料)に対応する材料で構成されたものであり、例えば、軟化状態の樹脂材料、未重合(未硬化)の樹脂材料等を用いることができる。第3の組成物26は、固化することにより、固化部24とシート材25とを接合し得るものであればいかなるものであってもよいが、光硬化性を有するものであるのが好ましい。これにより、固化部24とシート材25とを接合をより効率良く行うことができ、マイクロレンズ基板1の生産性を特に優れたものとすることができる。また、基板本体2中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。また、第3の組成物26は、溶媒や、拡散材(例えば、ポリスチレンビーズ、ガラスビーズ、有機架橋ポリマー等)等を含むものであってもよい。
また、第3の組成物26は、樹脂材料を含むものであり、この樹脂材料が、第1の組成物を構成する樹脂材料と実質的に同一の組成を有するものであるのが好ましい。これにより、固化部24とシート材25との接合強度を特に優れたものとすることができ、マイクロレンズ基板1の耐久性、信頼性を特に優れたものとすることができる。また、製造すべきマイクロレンズ基板1の光学設計を容易かつ適切に行うことができ、マイクロレンズ基板1の光学特性を特に優れたものとすることができる。
本工程における第3の組成物26の粘度は、1.0〜10[Pa・s]であるのが好ましく、1.0〜2.0[Pa・s]であるのがより好ましい。第3の組成物26の粘度が前記範囲内の値であると、本工程における固化部24とシート材25との密着背を特に優れたものとすることができ、基板本体2の不本意な厚さのばらつきをより効果的に防止することができる。また、基板本体2中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。
上記のように、固化部24上に、第3の組成物26を介して、シート材25を載置したら、そのまま、第3の組成物26を固化させてもよいが、図示しない押圧手段により、シート材25を固化部25に向かって、押圧した後、または、押圧しつつ、固化させてもよい。これにより、得られる基板本体2における不本意な厚さのばらつきをより確実に防止することができる。
第3の組成物26の固化は、いかなる方法で行うものであってもよいが、第3の組成物26が光硬化性を有するものである場合、光(例えば、紫外線、可視光)の照射により行うのが好ましい。これにより、本工程をより効率良く行うことができ、マイクロレンズ基板1の生産性を特に優れたものとすることができる。また、基板本体2中に気泡等が入り込むのをより確実に防止することができる。なお、第3の組成物26の固化は、例えば、電子線の照射、加熱等により行うものであってもよい。また、第3の組成物26が熱可塑性樹脂を含む材料で構成されたものである場合、第3の組成物26の冷却により行うものであってもよい。
<B4>次に、上記のようにして作製された基板本体2の出射側表面に、ブラックマトリックス(遮光膜)3を形成する。
本実施形態では、ブラックマトリックス3の形成を、基板本体2に遮光膜形成用材料32を付与する工程(遮光膜形成用材料付与工程)と、当該遮光膜形成用材料32に光を照射する処理を施し、開口部31を形成する工程(開口部形成工程)とを経て行う。遮光膜形成用材料32としては、開口部31を形成しうるものであればいかなるものであってもよいが、感光性を有する成分を含むものであるのが好ましい。これにより、容易かつ確実に好適な形状の開口部31を形成することができる。以下の説明では、主に、遮光膜形成用材料32として、ポジ型のフォトポリマー32を用いるものとして説明する。
まず、図7(e)に示すように、基板本体2の出射側表面に、遮光性を有するポジ型のフォトポリマー(遮光膜形成用材料)32を付与する(遮光膜形成用材料付与工程)。基板本体2表面へのフォトポリマー32の付与方法としては、例えば、ディップコート、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、静電塗装、電着塗装、ロールコーター等の各種塗布法等を用いることができる。フォトポリマー32は、遮光性を有する樹脂で構成されたものであってもよいし、(遮光性の低い)樹脂材料に、遮光性の材料が分散または溶解したものであってもよい。フォトポリマー32の付与後、必要に応じて、例えば、プレベーク処理等の熱処理を施してもよい。
次に、凹部付き部材6を介して、基板本体2に光(露光用光)Lbを照射する。
照射された光(露光用光)Lbはマイクロレンズ21に入射することにより屈折し、集光する。そして、集光されることにより、光度(光束)の大きくなった光が照射された部位のフォトポリマー32が露光され、それ以外の部分のフォトポリマー32は露光されないか、または露光量が少なくなり、光度(光束)の大きくなった光が照射された部位のフォトポリマー32のみが感光する。そして、光Lbを照射した後、現像を行う。ここで、このフォトポリマー32はポジ型のフォトポリマーであるので、集光された光が照射された部位のフォトポリマー32が現像により溶解、除去される。その結果、図7(f)に示すように、開口部31が形成されたブラックマトリックス3が形成される。現像の方法は、フォトポリマー32の組成等により異なるが、例えば、KOH水溶液等のアルカリ性溶液を用いて行うことができる。なお、現像後、必要に応じて、例えば、ポストベーク処理等の熱処理を施してもよい。
上記のように、フォトポリマーにマイクロレンズによって集光させた光(露光用光)を照射しブラックマトリックス(開口部を有する遮光膜)を形成することにより、例えばフォトリソグラフィ技術を使用するのに比べて、簡易な工程でブラックマトリックスを形成することができる。
また、本実施形態では、基板本体2への光の照射を、凹部付き部材6を介して行う。そして、前述したように、本実施形態においては、凹部付き部材6が、各種気体(例えば、空気、各種不活性ガス等)よりも大きな屈折率(絶対屈折率)を有し、かつ、基材本体2の構成材料(固化した状態の構成材料)よりも小さな屈折率(絶対屈折率)を有する材料で構成されたものである。これにより、図9に示すように、凹部付き部材6を取り除いた状態で光を照射した場合に比べて、より広い領域に十分な光度(光束)の光(露光に必要な光度Zよりも光度の大きな光)を照射することができる。したがって、基板本体2が比較的薄いものであって、マイクロレンズ21の曲率半径が比較的小さい場合でも、必要十分な大きさの開口部31を形成することができる。また、凹部付き部材6を基板本体2に取り付けた状態で、遮光膜形成用材料(フォトポリマー)32を露光する処理を行うことにより、凹部付き部材6を取り外した状態で露光処理を行った場合に比べて、屈折した光が照射される領域における、光度(光束)のばらつき(最高値と最低値との差)を小さくすることができる。このため、光のエネルギーを遮光膜形成用材料(フォトポリマー)32の露光に効率良く利用することができ、エネルギーの有効利用ができる。このようなことから、最適な大きさの開口部31を、より効率良く形成することができる。また、遮光膜形成用材料(フォトポリマー)の開口部(非遮光部)となるべき部位に、光度(光束)のばらつき(最高値と最低値との差)の小さい光を照射することができるため、部分的に必要以上に光度(光束)の大きい光を照射することを効果的に防止することができる。これにより、基板本体2の構成材料の劣化等の問題の発生を効果的に防止することができる。また、本実施形態では、後の工程で凹部付き部材を取り外すため、最終的なマイクロレンズ基板1において、光の屈折率を大きくすることができ、その結果、視野角特性を優れたものとすることができるとともに、光の利用効率を特に優れたものとすることができる。また、上記のように、凹部付き部材6を取り付けた状態で、遮光膜形成用材料(フォトポリマー)32を露光する処理を行うことにより、例えば、基板本体2の厚さは比較的薄い場合等においても、ブラックマトリックス3形成時における基板本体2の形状の安定性を優れたものとすることができる。これにより、所望の部位に所望の形状の開口部31を有するブラックマトリックス3をより確実に形成することができ、結果として、最終的に得られるマイクロレンズ基板1の光学特性を特に優れたものとすることができる。
また、光の照射は、図10に示すように、基板本体2の主面の法線方向(垂線方向)に対して所定の角度θだけ傾斜した方向から、光が基板本体2に入射するように行ってもよい。これにより、基板本体2の入射側表面に垂直な方向(基板本体2の主面の法線方向)に光を照射した場合には、開口部を形成することができなかった部位にも、十分に高い光度(エネルギー)の光を照射することができ、当該部位をブラックマトリックス(遮光膜)3の開口部31とすることができる。
光(露光用光)Lbを照射するに際し、基板本体2の主面の法線方向に対して所定の角度θだけ傾斜した方向から光(露光用光)Lbを基板本体2に入射させるためには、例えば、露光用光Lbの光源を斜めに設置してもよいし、基板本体2側を傾けてもよい。また、光源と基板本体2との間に偏光フィルターやスリット等を介して照射する場合、当該偏光フィルターやスリット等を斜めに傾けてもよい。
基板本体2を斜めに傾ける方法としても、特に限定されるものではなく、例えば、支持部材等を用いて基板本体2の一端部を持ち上げて支持することにより傾けてもよいし、また、くさび形等の傾斜形状を有する傾斜部材を基板本体2の下側に配することで基板本体2を斜めに傾けてもよい。この場合、上記傾斜部材の材質としては、露光用光Lbを反射しないものが好ましい。
光の入射方向と基板本体2の主面の法線方向とでなす角度θは、特に限定されないが、3〜8°であるのが好ましく、3〜4°であるのがより好ましい。角度θが前記範囲内の値であると、開口部31を十分に大きく形成することができ、マイクロレンズ基板1の視野角特性、光の利用効率を十分に優れたものとしつつ、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。これに対し、角度θが前記下限値未満であると、開口部31を十分に大きく形成することが困難となり、マイクロレンズ基板1の視野角特性、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。一方、角度θが前記上限値を超えると、ブラックマトリックス3の外光反射防止の特性が低下してしまい、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。また、角度θが前記上限値を超えると、マイクロレンズ21形状等によっては、マイクロレンズ21の頂部に対応する部位に開口部31を確実に形成することが困難となり、マイクロレンズ基板1としての光の利用効率が低下する可能性がある。
基板本体に照射する光(露光用光)Lbは、特に限定されないが、平行光であるのが好ましい。これにより、形成すべき開口部31の大きさをより確実に制御することができ、その結果、より確実に、マイクロレンズ基板1の視野角特性、光の利用効率を特に優れたものとすることができるとともに、投影される画像のコントラストをより高いものとすることができる。
また、開口部形成用の光(露光用光)Lbは一方向からだけではなく、基板本体2に対し複数の方向から入射させるのが好ましい。これにより、より広い領域に効率良く十分な光度(光束)の光を照射することができ、必要十分な大きさの開口部31をより効率良く形成することができる。
複数の方向から光を入射させる方法としては、例えば、複数の光源を用意し、これらを異なる部位に設置し、これら複数の光源から同時または順番に光を照射する方法や、光源から照射された光を分岐させ、これらの分岐した光を異なる方向から基板本体2に入射させる方法も挙げられるが、例えば、基板本体2と光源とを相対的に移動(変位)させつつ、光源から光(露光用光)Lbを照射する方法が挙げられる。基板本体2と光源とを相対的に移動(変位)させる方法としては、例えば、基板本体2を固定した状態で光源を移動(変位)させる方法、光源を固定した状態で基板本体2を移動(変位)させる方法、光源および基板本体2をともに移動(変位)させる方法が挙げられる。
以下、基板本体2を移動(変位)させる方法について、より具体的に説明する。
基板本体側を動かす具体的な方法としては、例えば、図11に模式的に示すように、少なくとも、互いに直交する4方向に、それぞれ角度θずつ基板本体2を傾ける方法が挙げられる。
このように、基板本体2を動かすことにより、例えば、得られるマイクロレンズ基板1を各方向(左右方向および上下方向)での視野角特性が特に優れたものとすることができるとともに、光の利用効率が特に優れたものとすることができる。
また、光(露光用光)Lbの照射は、基板本体2が所定の角度に傾いた状態においてのみ行うものであってもよいが、基板本体2を動かしている間、連続的または断続的に行うものであってもよい。すなわち、角度θの値は、経時的に変化するものであってもよい。これにより、例えば、角度θの値(角度θの最大値)が比較的大きい場合であっても、マイクロレンズ21の頂部に対応する部位に開口部31を確実に形成することができる。このように、角度θの値が経時的に変化する場合、その最大値が前述した範囲に含まれるものであるのが好ましい。また、例えば、光(露光用光)Lbの照射時に、角度θがゼロとなる時点が存在してもよい。
また、光(露光用光)Lbを複数の方向から照射する際に、各方向についての光(露光用光)Lbの入射角度θの最大値が異なるものとなるようにしてもよい。これにより、例えば、形状が非対称な(例えば、点対称ではない)開口部31等のように、複雑な形状の開口部31も容易かつ確実に形成することができる。これにより、例えば、透過型スクリーン10や後述するようなリア型プロジェクタ300の仕様、使用環境(設置場所等)に応じて、容易に、各方向における視野角特性を最適なものとすることができる。
また、光の入射方向を変化させる方法の他の一例(基板本体側を動かす他の一例)を、図12に模式的に示す。
図12に示す例では、基板本体2の主面の法線と軸90の長手方向とのなす角が、所定の角度θを維持するように、基板本体2を、軸90上でこまのように回転させる構成になっている。言い換えると、図12に示す例では、軸90の延長線が基板本体2の表面(入射面)に接触する部位における基板本体の主面の法線が、軸90を中心とした円錐の周面を形成するように、基板本体が回転する。このような構成であることにより、例えば、光(露光用光)Lbの入射方向に対して、基板本体2の主面の法線が角度θだけ傾斜した状態を維持しつつ、光Lbの入射方向を経時的に変化させることができる。これにより、光の利用効率が特に優れたマイクロレンズ基板1を生産性良く製造することができる。また、各方向での視野角特性のばらつきをより小さいものとすることができる。
また、上記の説明では、<B4>において、遮光膜形成用材料として、ポジ型のフォトポリマーを用いてブラックマトリックス(遮光膜)3を形成するものとして説明したが、フォトポリマー以外の材料を用いてもよい。例えば、遮光膜形成用材料としては、銀塩感光材料等の反転現像材料を用いてもよい。銀塩感光材料(反転現像材料)を用いた場合、上記のような露光後、一旦、露光部分のみが脱塩されるような処理を施し、その後さらに、全面露光し現像する方法を用いることにより、最初の露光部分を光透過性の非遮光部とし、それ以外の部位を遮光部(遮光領域)とすることができる。また、ブラックマトリックス3の形成には、感光性材料を用いなくてもよい。例えば、感光性材料以外の遮光膜形成用材料で構成された膜を基板本体上に成膜した後、光(エネルギー線)を照射することにより、レンズ部により集光され、エネルギー密度が高くなった光で、遮光膜形成用材料で構成された膜の一部を弾き飛ばしたり、蒸発させること等により、開口部を有する遮光膜としてもよい。
また、上記のような遮光膜形成用材料の付与、光の照射(露光)等の一連の処理を、繰り返し行ってもよい。これにより、遮光膜(ブラックマトリックス)をより厚いものとして形成することができ、コントラストの更なる向上を図ることができる。
<B5>次に、図7(g)に示すように、基板本体2のブラックマトリックス3が設けられた面側に、拡散部4を形成する(拡散部形成工程)。
拡散部4は、例えば、予め、板状に成形された拡散板を接合したり、拡散材を含み、流動性を有する拡散部形成用材料を付与した後に、当該材料を固化させること等により形成することができる。
拡散部形成用材料の付与方法としては、例えば、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、静電塗装、電着塗装、ロールコーター等の各種塗布法や、基板本体2を拡散部形成用材料中に浸漬するディッピング等の方法が挙げられる。
<B6>次に、ブラックマトリックス3、拡散部4が設けられた基板本体2を、凹部付き部材6から取り外す(凹部付き部材除去工程。図8(h)参照)。凹部付き部材6を取り外すことにより、最終的なマイクロレンズ基板1において、入射光Laを効率良く屈折させることができ、マイクロレンズ基板1の視野角特性を特に優れたものとすることができる。また、取り外された凹部付き部材6を、基板本体2(マイクロレンズ基板1)の製造に繰り返し使用することができ、製造コスト面や製造される基板本体2(マイクロレンズ基板1)の品質の安定性を高める上でも有利である。
<B7>その後、基板本体2のマイクロレンズ21が設けられた面側に、着色液を付与することにより、着色部22を形成し、マイクロレンズ基板1を得る(着色部形成工程。図8(i)参照)。
着色液は、いかなるものであってもよいが、本実施形態では、着色剤とベンジルアルコールとを含むものである。このような着色液を用いることにより、基板本体の着色を容易かつ確実に行うことができる。特に、アクリル系樹脂のように、従来、着色が困難であった材料で構成された基板本体に対しても、容易かつ確実に着色を施すことができる。これは、以下のような理由によるものであると考えられる。
すなわち、ベンジルアルコールを含む着色液を用いることにより、着色液中のベンジルアルコールが基板本体中に侵入、拡散し、基板本体を構成する分子の結合(分子間結合)を緩め、着色剤が侵入するための空間を確保する。そして、ベンジルアルコールと着色剤が置換することにより、前記空間(着色剤のための座席(着色座席)に例えることができる)に着色剤が保持され、基板本体が着色される。
また、上記のような着色液を用いることにより、均一な厚さの着色部を容易かつ確実に形成することができる。特に、着色に供される基板本体(ワーク)が、その表面にマイクロレンズのような微細な構造を有するもの(二次元方向への凹凸の周期がいずれも小さいもの)、また、着色されるべき領域が大面積のものであっても、均一な厚さで(色ムラなく)着色部を形成することができる。
着色液の付与方法としては、例えば、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、静電塗装、電着塗装、捺染、ロールコーター等の各種塗布法や、基板本体2を着色液中に浸漬するディッピング等の方法が挙げられるが、中でも、ディッピング(特に、浸染)が好ましい。これにより、容易かつ確実に着色部22(特に、均一な厚さの着色部22)を形成することができる。また、特に、着色液の付与を浸染により行う場合、着色液が付与される基板本体2が、アクリル系樹脂のような、従来の方法では、着色するのが困難であった材料で構成されたものであっても、容易かつ確実に着色することができる。これは、浸染に用いることができる染料が、アクリル系樹脂等が有するエステル基(エステル結合)との親和性が高いためであると考えられる。
着色液を付与する工程は、着色液および/または基板本体2を、30〜100℃とした状態で行うのが好ましい。これにより、着色部22を形成すべき基板本体2に対する悪影響の発生(例えば、基板の構成材料の劣化等)を十分に防止しつつ、効率良く着色部22を形成することができる。
また、着色液を付与する工程は、例えば、雰囲気圧を高めた状態(加圧した状態)で行ってもよい。これにより、着色液の基板本体内部への侵入を促進することができ、結果として、着色部22を短時間で効率良く形成することができる。
なお、着色液の付与は、必要に応じて(例えば、形成すべき着色部22の厚さが比較的大きい場合等においては)、複数回繰り返し行ってもよい。
また、着色液の付与後、必要に応じて、加熱、冷却等の熱処理、光照射、雰囲気の加圧、減圧等の処理を施してもよい。これにより、着色部22の定着(安定化)を促進することができる。
以下、本工程で用いる着色液についてより詳細に説明する。
着色液中におけるベンジルアルコールの含有率は、特に限定されないが、0.01〜10.0wt%であるのが好ましく、0.05〜8.0wt%であるのがより好ましく、0.1〜5.0wt%であるのがさらに好ましい。ベンジルアルコールの含有率が上記範囲内の値であると、着色部22を形成すべき基板本体に対する悪影響の発生(例えば、基板本体2の構成材料の劣化等)をより効果的に防止しつつ、容易かつ確実に好適な着色部22を形成することができる。
着色液中に含まれる着色剤は、各種染料、各種顔料等、いかなるものであってもよいが、染料であるのが好ましく、分散染料および/またはカチオン系染料であるのがより好ましく、分散染料であるのがさらに好ましい。これにより、着色部22を形成すべき基板本体2に対する悪影響の発生(例えば、基板本体2の構成材料の劣化等)を十分に防止しつつ、効率良く着色部22を形成することができる。特に、着色液が付与される基板本体2が、アクリル系樹脂のような、従来の方法では、着色するのが困難であった材料で構成されたものであっても、容易かつ確実に着色することができる。これは、上記のような着色剤が、アクリル系樹脂等が有するエステル基(エステル結合)を染着座席とするために、より着色しやすいためであると考えられる。
また、本実施形態で用いる着色液は、少なくとも、着色剤およびベンジルアルコールを含むものであるが、さらに界面活性剤を含むものであるのが好ましい。これにより、着色剤をベンジルアルコールの存在下においても、安定的に、均一に分散させることができ、着色液が付与される基板本体2が、アクリル系樹脂のような、従来の方法では、着色するのが困難であった材料で構成されたものであっても、容易かつ確実に着色することができる。界面活性剤としては、例えば、非イオン系(ノニオン系)、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。非イオン系(ノニオン系)界面活性剤としては、例えば、エーテル系界面活性剤、エステル系界面活性剤、エーテルエステル系界面活性剤、含窒素系界面活性剤等が挙げられ、より具体的には、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等が挙げられる。また、アニオン系界面活性剤としては、例えば、各種ロジン、各種カルボン酸塩、各種硫酸エステル塩、各種スルホン酸塩、各種リン酸エステル塩等が挙げられ、より具体的には、ガムロジン、重合ロジン、不均一化ロジン、マレイン化ロジン、フマール化ロジン、マレイン化ロジンペンタエステル、マレイン化ロジングリセリンエステル、トリステアリン酸塩(例えば、アルミニウム塩等の金属塩等)、ジステアリン酸塩(例えば、アルミニウム塩、バリウム塩等の金属塩等)、ステアリン酸塩(例えば、カルシウム塩、鉛塩、亜鉛塩等の金属塩等)、リノレン酸塩(例えば、コバルト塩、マンガン塩、鉛塩、亜鉛塩等の金属塩等)、オクタン酸塩(例えば、アルミニウム塩、カルシウム塩、コバルト塩等の金属塩等)、オレイン酸塩(例えば、カルシウム塩、コバルト塩等の金属塩等)、パルミチン酸塩(例えば、亜鉛塩等の金属塩等)、ナフテン酸塩(例えば、カルシウム塩、コバルト塩、マンガン塩、鉛塩、亜鉛塩等の金属塩等)、レジン酸塩(例えば、カルシウム塩、コバルト塩、マンガン鉛塩、亜鉛塩等の金属塩等)、ポリアクリル酸塩(例えば、ナトリウム塩等の金属塩等)、ポリメタクリル酸塩(例えば、ナトリウム塩等の金属塩等)、ポリマレイン酸塩(例えば、ナトリウム塩等の金属塩等)、アクリル酸−マレイン酸共重合体塩(例えば、ナトリウム塩等の金属塩等)、セルロース、ドデシルベンゼンスルホン酸塩(例えば、ナトリウム塩)、アルキルスルホン酸塩、ポリスチレンスルホン酸塩(例えば、ナトリウム塩等の金属塩等)、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩(例えば、ナトリウム塩等の金属塩等)等が挙げられる。また、カチオン系界面活性剤としては、例えば、1級アンモニウム塩、2級アンモニウム塩、3級アンモニウム塩、4級アンモニウム塩等の各種アンモニウム塩等が挙げられ、より具体的には、(モノ)アルキルアミン塩、ジアルキルアミン塩、トリアルキルアミン塩、テトラアルキルアミン塩、ベンザルコニウム塩、アルキルピリジウム塩、イミダゾリニウム塩等が挙げられる。また、両性界面活性剤としては、例えば、カルボキシベタイン、スルホベタイン等の各種ベタイン、各種アミノカルボン酸、各種リン酸エステル塩等が挙げられる。
また、例えば、着色液中には、ベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物から選択される少なくとも1種の化合物が含まれていてもよい。これにより、上述したような効果がより顕著なものとして発揮される。より具体的には、例えば、基板本体2の着色をさらに容易かつ確実に行うことができ、特に、アクリル系樹脂のように、従来の着色方法では着色が困難であった材料で構成された基板本体2に対しても、容易かつ確実に着色を施すことができる。また、本工程での処理温度をより低いものとした場合であっても、短時間で効率良く好適な着色部22を形成することができる。これは、ベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物から選択される少なくとも1種の化合物と、ベンジルアルコールとを併用することにより、ベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物から選択される少なくとも1種の化合物と、ベンジルアルコールとが相補的に作用し合い、その結果として、これらを併用することによる顕著な効果(相乗的な効果)が発揮されるものであると考えられる。より具体的には、以下のような理由(メカニズム)によるものであると考えられる。
すなわち、まず第一に、着色液中のベンジルアルコールが基板本体を構成する樹脂の分子の結合を緩め、他の分子が入りこむための空間を確保する。第二にベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物から選択される少なくとも1種の化合物が、着色剤に優先して、この空間に侵入し深く拡散する。これは、ベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物が、ベンジルアルコールと同様に、基板本体を構成する樹脂の分子の結合を緩め、他の分子が入りこむための空間を確保する働きがあり、このためベンジルアルコールにより確保された空間を利用して、さらに深く、広く、その空間を広げる作用があることによる。なお着色剤にはこの働きがない。第三に、第二の作用と併行して着色剤が前記空間に入りこみ、保持される。あるいは一部、ベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物と置換する。このように、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物を、ベンジルアルコールと併用することにより、着色剤が基板本体中に、効率良く、さらに深く、比較的短時間で拡散でき、均一に着色することが可能となる。
ベンゾフェノン系化合物としては、下記式(I)またはこれに対応する他の限界構造式で示されるようなベンゾフェノン骨格を有する化合物、あるいはこれらの互変異性体(以下、単に「式(I)で示されるベンゾフェノン骨格を有する化合物」という)、または、その誘導体(例えば、付加反応生成物、置換反応生成物、還元反応生成物、酸化反応生成物等)を用いることができる。
Figure 2007203674
このような化合物としては、例えば、ベンゾフェノン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−オクチルベンゾフェノン、4−ベンジルオキシ−2−ヒドロキシベンゾフェノン、ベンゾフェノンアニル、ベンゾフェノンオキシム、ベンゾフェノンクロリド(α,α’−ジクロルジフェニルメタン)等が挙げられる。中でも、上記式(I)で表されるベンゾフェノン骨格を有する化合物であるのが好ましく、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンがより好ましい。このようなベンゾフェノン系化合物を用いることにより、前述したような効果はさらに顕著なものとして現れる。なお、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの構造式(化学式)を、ぞれぞれ、下記式(II)、式(III)として示す。
Figure 2007203674
Figure 2007203674
また、ベンゾトリアゾール系化合物としては、下記式(IV)またはこれに対応する他の限界構造式で表されるようなベンゾトリアゾール骨格を有する化合物、あるいはこれらの互変異性体(以下、単に「式(IV)で示されるベンゾトリアゾール骨格を有する化合物」という)、または、その誘導体(例えば、付加反応生成物、置換反応生成物、還元反応生成物、酸化反応生成物等)を用いることができる。
Figure 2007203674
このような化合物としては、例えば、ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−4−オクチルオキシフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール等が挙げられる。中でも、上記式(IV)で表されるベンゾトリアゾール骨格を有する化合物であるのが好ましく、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−4−オクチルオキシフェニル)−2H−ベンゾトリアゾールがより好ましい。このようなベンゾトリアゾール系化合物を用いることにより、前述したような効果はさらに顕著なものとして現れる。なお、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−4−オクチルオキシフェニル)−2H−ベンゾトリアゾールの構造式(化学式)を、ぞれぞれ、下記式(V)、式(VI)として示す。
Figure 2007203674
Figure 2007203674
着色液中には、上記のようなベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物から選択される少なくとも1種の化合物が含まれていればよいが、2種以上の化合物(特に、1種以上のベンゾフェノン系化合物と、1種以上のベンゾトリアゾール系化合物)が含まれていてもよい。これにより、これらの化合物同士が相補的に作用し合うとともに、これらの化合物がベンジルアルコールと相補的に作用し合うことにより、前述したような効果はさらに顕著なものとして現れる。
また、上記のようなベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物から選択される少なくとも1種の化合物とベンジルアルコールを含む前処理液に浸漬した後、前記着色液に浸漬しても同様の効果が得られる。
着色液または前処理液がベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物から選択される少なくとも1種の化合物を含むものである場合、着色液または前処理液中におけるベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物の含有率の総和は、特に限定されないが、0.001〜10.0wt%であるのが好ましく、0.005〜5.0wt%であるのがより好ましく、0.01〜3.0wt%であるのがさらに好ましい。ベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物の含有率の総和が上記範囲内の値であると、着色部22を形成すべき基板本体2に対する悪影響の発生(例えば、基板本体2の構成材料の劣化等)をより効果的に防止しつつ、容易かつ確実に好適な着色部22を形成することができる。
また、着色液または前処理液中における、ベンジルアルコールの含有率をX[wt%]、ベンゾフェノン系化合物およびベンゾトリアゾール系化合物の含有率の総和をY[wt%]としたとき、0.001≦X/Y≦10000の関係を満足するのが好ましく、0.05≦X/Y≦1000の関係を満足するのがより好ましく、0.25≦X/Y≦500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、ベンゾフェノン系化合物および/またはベンゾトリアゾール系化合物と、ベンジルアルコールとを併用することによる相乗効果がより顕著に発揮され、着色部22を形成すべき基板本体2に対する悪影響の発生(例えば、基板本体2の構成材料の劣化等)をより効果的に防止しつつ、容易かつ確実に、また高速に好適な着色部22を形成することができる。
以下、前記透過型スクリーンを用いたリア型プロジェクタについて説明する。
図13は、本発明のリア型プロジェクタの構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、リア型プロジェクタ300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。
そして、このリア型プロジェクタ300は、上記のような透過型スクリーン10を備えているので、好適な画像を表示することができる。
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21が千鳥状(千鳥格子状)に配されているので、リア型プロジェクタ300では、モアレ等の問題が特に発生し難い。
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(マイクロレンズ基板)、透過型スクリーン、リア型プロジェクタを構成する各部は、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、本発明の方法においては、任意の工程を追加することができる。また、前述した実施形態での各工程は、その順序を入れ替えて行うものであってもよい。例えば、前述した実施形態では、基板本体と凹部付き部材とが密着した状態で、遮光膜(ブラックマトリックス)を形成するものとして説明したが、基板本体から凹部付き部材を除去した後に、遮光膜を形成してもよい。
また、前述した実施形態では、遮光部が有する開口部を、レンズにより集光された光を用いて形成するものとして説明したが、開口部の形成方法はこれに限定されるものではない。
また、前述した実施形態では、固化部の表面に、第3の組成物を付与した後、シート材を載置するものとして説明したが、例えば、シート材の表面に第3の組成物を塗布しておき、第3の組成物が塗布された面側が固化部に接触するように、シート材を載置してもよい。また、第3の組成物は必ずしも用いなくてもよい。このような場合、固化部上にシート材を載置し、その後、熱融着等により、固化部とシート材とを接合してもよい。
また、本発明においては、シート材をレンズ基板製造用成形型上に載置するのに先立ち、組成物の付与、固化の工程を繰り返し行ってもよい。言い換えると、第1の組成物付与工程、固化工程を繰り返し行ってもよい。これにより、シート材が載置される固化部の表面をより平坦度の高いものとすることができ、製造されるレンズ基板(基板本体)における不本意な厚さのばらつきの発生をより確実に防止することができる。
また、前述した実施形態では、凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型)を除去するものとして説明したが、凹部付き部材は、必ずしも除去しなくてもよい。すなわち、凹部付き部材は、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、マイクロレンズ基板が、層状の拡散部を有するものとして説明したが、拡散部の形状はこれに限定されるものではない。例えば、拡散部は、ブラックマトリックスの開口部に対応する部位に凸状に設けられたものであってもよい。このような場合であっても、前述したような効果が得られる。また、このような拡散部を形成することにより、ブラックマトリックスの開口部以外の部位での外光の反射をより効果的に防止することができるため、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。また、マイクロレンズ基板は、前述したような拡散部を備えていなくてもよい。
また、前述した実施形態では、レンズ基板が遮光膜(ブラックマトリックス)を備えるものとして説明したが、レンズ基板は、遮光膜を備えていなくてもよい。
また、前述した実施形態では、レンズ基板がマイクロレンズを備えるマイクロレンズ基板であるものとして説明したが、本発明において、レンズ基板は、例えば、レンチキュラレンズ基板等であってもよい。
また、前述した実施形態では、凸レンズとしてのマイクロレンズを備えたレンズ基板を製造するものとして説明したが、レンズ基板が有するレンズ部は凹レンズであってもよい。
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部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、フレネルレンズ部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、本発明のマイクロレンズ基板のみで構成されたものであってもよい。
また、前述した実施形態では、レンズ基板は、透過型スクリーン、リア型プロジェクタ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。
[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部材を製造した。
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。
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の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。
次に、マスク形成用膜に対し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、マスクとした。
なお、レーザ加工は、エキシマレーザを用いて、エネルギー密度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、略円形の初期孔が、千鳥状に配されたパターンで形成された。初期孔の直径は2μmであった。
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40μm、深さは40μm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。
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。
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、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部材を得た。得られた凹部付き部材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。
次に、凹部付き部材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))で構成された第1の組成物を付与した(第1の組成物付与工程)。本工程における第1の組成物の粘度は、1.0[Pa・s]であった。
その後、スキージーにより、凹部付き基材上に付与された、流動性を有する第1の組成物の表面を平坦化させた(平坦化工程)。
次に、凹部付き部材上の第1の組成物に紫外線を照射することにより、組成物を完全に硬化させ、硬化物を得た(固化工程)。形成された固化部(硬化部)を構成する材料の屈折率(絶対屈折率n)は、1.5であった。このようにして得られた固化部のブランク厚さ(マイクロレンズを除いた厚さ)は、0μmであった。
次に、固化部上に、第3の組成物を付与するとともにシート材を載置し、第3の組成物を固化させることにより、固化部とシート材とを接合した(接合工程)。本皇帝に着いて、より詳しく説明すると、以下のとおりである。
すなわち、まず、凹部付き部材上の固化部の表面に、未重合(未硬化)のアクリル系樹脂(PMMA樹脂(メタクリル樹脂))で構成された第3の組成物を付与し(第3の組成物付与工程)、その表面に、ポリエチレンテレフタレート(PET)で構成されたシート材(厚さ:75μm)を載せた。シート材を構成するポリエチレンテレフタレートの屈折率(絶対屈折率n)は、1.5であった(載置工程)。第3の組成物としては、第1の組成物と同一の材料を用いた。本工程における第3の組成物の粘度は、1.0[Pa・s]であった。
次に、ソーダガラスで構成された、表面が平滑な平板で、シート材を押圧した。
その後、平板で押圧した状態で、平板を介して、第3の組成物に紫外線を照射することにより、第3の組成物を完全に硬化させ、これにより、固化部とシート材とが第3の組成物の固化物(硬化物)を介して接合されてなる基板本体を得た(接合工程)。得られた基板本体は、凹部付き部材が有する凹部に対応する形状のマイクロレンズを有するものであった。形成されたマイクロレンズは、扁平形状(略楕円形状)をなすものであり、長軸方向の長さが94μm、曲率半径が59μm、高さが43μm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。また、第3の組成物の硬化物の屈折率(絶対屈折率n)は、1.5であった。また、形成された基板本体の出射側(レンズ面とは反対側)の表面の表面粗さRaは、0.5μmであった。
次に、平板を取り除いた。
次に、基板本体の出射側(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、遮光性材料(カーボンブラック)が添加されたポジ型のフォトポリマー(PC405G:JSR株式会社製)を、ロールコーターにより付与した。フォトポリマー(遮光膜形成用材料)中における遮光性材料の含有量は、20wt%であった。
次に、90℃×30分のプレベーク処理を施した。
次に、凹部付き部材を介して、基板本体に60mJ/cmの平行光としての紫外線を照射した。このとき、図11に示すように、基板本体の4つの辺に対応する4方向について、基板本体の主面の法線方向が、基板本体への光の入射方向が所定角度(θ=4°)だけ傾斜するように、基板本体を動かしつつ、紫外線の照射を行った。
その結果、照射した紫外線は、凹部付き部材を透過し、その後、各マイクロレンズで集光され、集光された紫外線が照射された部位のフォトポリマーを選択的に露光した。
その後、0.5wt%のKOH水溶液を用いて、40秒の現像処理を施した。
その後、純水洗浄およびNガスを用いた乾燥(純水の除去)を行い、さらに、200℃×30分のポストベーク処理を施した。これにより、各マイクロレンズに対応した開口部を有するブラックマトリックスが形成された。開口部は、略円形であり、その直径は8μmであった。また、形成された開口部の直径の標準偏差は、0.5μmであった。また、形成されたブラックマトリックスの厚さは1.5μmであった。また、平面視したときの開口部のブラックマトリックスに対する面積率(開口率)は、90%であった。
次に、基板本体のブラックマトリックスが形成された面側に、拡散部を形成した。拡散部の形成は、アクリル系樹脂中に、拡散材(平均粒径8μmのシリカ粒子)が分散した構成の拡散板を熱融着により接合することにより行った。なお、拡散部の厚さは、2.0mmであった。
次に、基板本体から凹部付き部材を取り外した。
その後、基板本体に対して、浸染により着色液を付与した。このとき、マイクロレンズが形成された面側全体が着色液に接触し、かつ、ブラックマトリックス、拡散部が形成された面側には着色液が接触しないようにした。また、着色液を付与する際の基板本体および着色液の温度は、90℃に調整した。また、着色液付与時には、雰囲気の圧力が120kPaとなるように加圧した。着色液としては、分散染料(Blue(双葉産業製)):2重量部、分散染料(Red(双葉産業製)):0.1重量部、分散染料(Yellow(双葉産業製)):0.05重量部、ベンジルアルコール:10重量部、界面活性剤:2重量部、純水:1000重量部の混合物を用いた。
上記のような条件で、基板本体と着色液とを20分間接触させた後、着色液が貯留された槽から、基板本体を取り出し、十分に水洗した後、乾燥させた。
その後、純水洗浄およびNガスを用いた乾燥(純水の除去)を行うことにより、着色部が形成されたマイクロレンズ基板を得た。形成された着色部の濃度は、70%であった。
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。
(実施例2〜4)
第1の組成物、第2の組成物で構成されたシート材、第3の組成物の構成を表1に示すようにするとともに、第1の組成物付与工程で付与する第1の組成物の量、第3の組成物付与工程で付与する第3の組成物の量を調節することにより、基板本体の構成を表2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)
まず、前記実施例1と同様にして基板本体を製造した。
次に、平板を取り除いた。
次に、基板本体の出射側(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、遮光性材料(カーボンブラック)が添加されたポジ型のフォトポリマー(PC405G:JSR株式会社製)を、ロールコーターにより付与した。フォトポリマー(遮光膜形成用材料)中における遮光性材料の含有量は、20wt%であった。
次に、90℃×30分のプレベーク処理を施した。
次に、図12に示すように、基板本体の凹部付き部材が取り付けられた面側(マイクロレンズが設けられた面側)を上側とし、基板本体の上側から軸の長手方向に60mJ/cmの平行光としての紫外線を照射するとともに、基板本体の主面の法線と軸の長手方向とのなす角が、所定の角度(θ=3°)を維持するように、基板本体を、軸上でこまのように回転させた。言い換えると、本実施例では、凹部付き部材を介して基板本体に対して、軸の長手方向に60mJ/cmの平行光としての紫外線を照射するとともに、軸の延長線が基板本体の表面(入射面)に接触する部位における基板本体の主面の法線が、軸を中心とした円錐の周面を形成するように基板本体を回転させた。
その結果、照射した紫外線は、各マイクロレンズで集光され、集光された紫外線が照射された部位のフォトポリマーを選択的に露光した。
その後、0.5wt%のKOH水溶液を用いて、40秒の現像処理を施した。
その後、純水洗浄およびNガスを用いた乾燥(純水の除去)を行い、さらに、200℃×30分のポストベーク処理を施した。これにより、各マイクロレンズに対応した開口部を有するブラックマトリックスが形成された。開口部は、略円形であり、その直径は10μmであった。また、形成された開口部の直径の標準偏差は、2.0μmであった。また、形成されたブラックマトリックスの厚さは0.5μmであった。また、形成されたブラックマトリックスは、その開口部が、光の出射側に向かって断面積が大きくなるようなテーパ状をなすものであった。また、平面視したときの開口部のブラックマトリックスに対する面積率(開口率)は、88%であった。
次に、基板本体のブラックマトリックスが形成された面側に、拡散部を形成した。拡散部の形成は、アクリル系樹脂中に、拡散材(平均粒径8μmのシリカ粒子)が分散した構成の拡散板を熱融着により接合することにより行った。なお、拡散部の厚さは、2.0mmであった。
次に、基板本体から凹部付き部材を取り外した。
その後、前記実施例1と同様にして、着色部を形成することによりマイクロレンズ基板を得た。
また、その後、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。
(実施例6〜8)
第1の組成物、第2の組成物で構成されたシート材、第3の組成物の構成を表1に示すようにするとともに、第1の組成物付与工程で付与する第1の組成物の量、第3の組成物付与工程で付与する第3の組成物の量を調節することにより、基板本体の構成を表2に示すようにした以外は、前記実施例5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9)
フォトポリマーを露光するために紫外線を照射する工程において、紫外線を凹部付き部材の主面の垂線方向から、平行光として入射し、凹部付き部材を取り外した後に、着色部を形成しなかった以外は、前記実施例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1)
一旦固化部を形成することなく、直接、凹部付き部材の表面に、流動性を有する組成物およびシート材を供給して、基板本体を製造した以外は、前記実施例9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。基板本体の製造方法に付いて、より詳しく説明すると、以下のとおりである。
まず、前記実施例1と同様にして凹部付き部材(絶対屈折率n:1.50)を製造した。
次に、凹部付き部材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))で構成された組成物を付与し、その上に、ポリエチレンテレフタレート(PET)で構成されたシート材(厚さ:75μm)を載置した。この際、組成物とシート材との間に、空気が侵入しないように、十分注意して、シート材を載置した。シート材を構成するポリエチレンテレフタレートの屈折率(絶対屈折率n)は、1.5であった。
次に、ソーダガラスで構成された、表面が平滑な平板で、シート材を押圧した。この際、シート材と組成物との間に、空気が侵入しないように、十分注意した。
その後、平板で押圧した状態で、組成物に紫外線を照射することにより、組成物を完全に硬化させ、基板本体を得た。得られた基板本体は、凹部付き部材が有する凹部に対応する形状のマイクロレンズを有するものであった。形成されたマイクロレンズは、扁平形状(略楕円形状)をなすものであり、長軸方向の長さが94μm、曲率半径が59μm、高さが43μm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。また、形成された硬化部を構成する材料の屈折率(絶対屈折率n)は、1.5であった。また、形成された基板本体の出射側(レンズ面とは反対側)の表面の表面粗さRaは、0.5μmであった。
(比較例2)
凹部付き部材の凹部が形成された側の面に付与する組成物の量を変更するとともに、シート材の厚さを変更することにより、基板本体のブランク厚さ(マイクロレンズを除いた厚さ)を変更した以外は、前記比較例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3)
凹部付き部材の製造時において、マスク形成用膜に対するレーザ光の照射パターンを変更するとともに、マスクで被覆された基板のエッチング時間を変更することにより、凹部付き部材が有する凹部の大きさ、形状を変更し、基板本体の製造において、この凹部付き部材を用いた以外は、前記比較例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4)
凹部付き部材の凹部が形成された側の面に付与する組成物の量を変更するとともに、シート材の厚さを変更することにより、基板本体のブランク厚さ(マイクロレンズを除いた厚さ)を変更した以外は、前記比較例3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。
前記各実施例および比較例のマイクロレンズ基板について、基板本体を顕微鏡で観察した。その結果、各比較例では、基板本体内部に気泡が含まれていることが認められたが、各実施例(本発明)では、このような気泡の存在は認められなかった。
前記各実施例および各比較例について、第1の組成物、第2の組成物で構成されたシート材、第3の組成物の構成、および、フォトポリマーを露光するために紫外線を照射する工程における紫外線の照射方式を表1にまとめて示し、マイクロレンズ基板の構成を表2にまとめて示した。なお、各比較例については、基板本体の製造に用いた流動性を有する組成物の構成を第1の組成物の欄に示した。なお、表1中、アクリル系樹脂(PMMA樹脂(メタクリル樹脂))を「Ac」、ポリエチレンテレフタレートを「PET」と示した。また、表1中、光(紫外線)の照射方式としては、図11に示すような方式を「A」、図12に示すような方式を「B」、凹部付き部材の主面の垂線方向から照射する方式を「C」で示した。
Figure 2007203674
Figure 2007203674
[光の利用効率の評価]
前記各実施例および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。
[リア型プロジェクタの作製]
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13に示すようなリア型プロジェクタを、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タについて、コントラストの評価を行った。
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。
[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タ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(上下方向)および水平方向(左右方向)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。
[輝度ムラ(色ムラ)の評価]
前記各実施例のリア型プロジェクタの透過型スクリーンのY値(D65/2°視野)を面内20ポイント測定し、その透過率の最大値と最小値の差ΔT(Y)(%)を、輝度ムラ(色ムラ)と定義し、輝度ムラ(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。
◎:ΔT(Y)(%)3%未満。
○:ΔT(Y)(%)3%以上5%未満。
△:ΔT(Y)(%)5%以上10%未満。
×:ΔT(Y)(%)10%以上。
[回折光、モアレの評価]
前記各実施例および各比較例のリア型プロジェクタ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、モアレが全く認められない。
○:回折光、モアレがほとんど認められない。
△:回折光、モアレがわずかに認められる。
×:回折光、モアレが顕著に認められる。
これらの結果を表3にまとめて示す。
Figure 2007203674
表3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、輝度ムラや、回折光、モア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。
本発明のマイクロレンズ基板(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1に示すマイクロレンズ基板(レンズ基板)の平面図である。 図1に示すマイクロレンズ基板(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。 マイクロレンズ基板(レンズ基板)の製造に用いる凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型)を示す模式的な縦断面図である。 図4に示す凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型)の製造方法を示す模式的な縦断面図である。 図1に示すマイクロレンズ基板(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1に示すマイクロレンズ基板(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1に示すマイクロレンズ基板(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。 マイクロレンズ(レンズ部)による光の屈折と、基板本体から出射する光の光度分布とを説明するための図である。 基板本体に光を照射する際の光の入射方向(フォトポリマーを露光する際の光の照射方法)を説明するための図である。 基板本体に光を照射する際の光の入射方向(フォトポリマーを露光する際の光の照射方法)を説明するための図である。 基板本体に光を照射する際の光の入射方向(フォトポリマーを露光する際の光の照射方法)を説明するための図である。 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タを模式的に示す図である。
符号の説明
1…マイクロレンズ基板(レンズ基板) 2…基板本体 21…マイクロレンズ(レンズ部) 211…中心 22…着色部(外光吸収部) 23…第1の組成物 24…固化部 25…シート材 26…第3の組成物 28…第1の行 29…第2の行 3…ブラックマトリックス(遮光膜) 31…開口部 32…遮光膜形成用材料(フォトポリマー) 4…拡散部 5…フレネルレンズ部 51…フレネルレンズ 6…凹部付き部材(レンズ基板製造用成形型) 61…凹部(マイクロレンズ形成用凹部) 9…マスク形成用膜 7…基板 8…マスク 81…初期孔(開口部) 89…裏面保護膜 10…透過型スクリーン 90…軸 300…リア型プロジェクタ 310…投写光学ユニット 320…導光ミラー 340…筐体

Claims (15)

  1. レンズ面に多数のレンズ部を有するレンズ基板を製造する方法であって、
    前記レンズ面に対応する凹凸形状を有するレンズ基板製造用成形型の凹凸面上に、流動性を有する第1の組成物を付与する第1の組成物付与工程と、
    前記第1の組成物を固化させ、その表面の凹凸の度合いが、前記レンズ基板製造用型の前記凹凸面の凹凸の度合いよりも小さい、固化部を形成する固化工程と、
    前記固化部上に、第2の組成物で構成されたシート材を載置し、前記固化部と前記シート材とを接合する接合工程とを有することを特徴とするレンズ基板の製造方法。
  2. 前記レンズ基板は、レンズ面に多数のレンズ部を有するレンズ基板と、前記レンズ基板の前記レンズ面とは反対の面側に設けられた遮光膜とを有するものである請求項1に記載のレンズ基板の製造方法。
  3. 前記接合工程においては、流動性を有する第3の組成物を介して、前記固化部上に前記シート材を載置し、その後、前記第3の組成物を固化させる請求項1または2に記載のレンズ基板の製造方法。
  4. 前記第1の組成物および前記第3の組成物は、樹脂材料を含むものであり、前記第1の組成物を構成する樹脂材料と、前記第3の組成物を構成する樹脂材料とは、実質的に同一の組成を有するものである請求項3に記載のレンズ基板の製造方法。
  5. 前記第3の組成物は光硬化性を有するものであり、前記接合工程を光の照射により行う請求項3または4に記載のレンズ基板の製造方法。
  6. 前記第1の組成物付与工程と前記固化工程との間に、スキージーにより、前記凹凸面上に付与された流動性を有する前記第1の組成物の表面を平坦化する平坦化工程を有する請求項1ないし5のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
  7. 前記レンズ基板成形用型上に前記第1の組成物を付与する際における前記第1の組成物の粘度は、1.0〜10[Pa・s]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。
  8. 前記第1の組成物は光硬化性を有するものであり、前記固化工程を光の照射により行う請求項1ないし7のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
  9. 製造すべきレンズ基板の有効レンズ領域に対応する領域における固化部の最大厚さと、成形に利用される有効領域における凹凸の高低差との差が10μm以下である請求項1ないし8のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
  10. 前記シート材の厚さが10〜100μmである請求項1ないし9のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
  11. 前記レンズ基板は、前記レンズ部としてマイクロレンズを備えたマイクロレンズ基板である請求項1ないし10のいずれかに記載のレンズ基板の製造方法。
  12. 請求項1ないし11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。
  13. 請求項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。
  14. 光の出射側にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズ部と、
    前記フレネルレンズ部の光の出射側に配置された請求項13に記載のレンズ基板とを備えたことを特徴とする透過型スクリーン。
  15. 請求項13または14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タ。
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RU2717568C1 (ru) * 2019-08-05 2020-03-24 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Способ копирования оптических поверхностей

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