JP2008286960A - Microlens array sheet - Google Patents
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Description
本発明は、球面または非球面状の複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイシートに関し、特に背面投射型のプロジェクション式テレビジョンに用いられる透過型スクリーン用マイクロレンズアレイシートに関するものである。 The present invention relates to a microlens array sheet having a plurality of spherical or aspherical microlenses, and more particularly to a transmissive screen microlens array sheet used in a rear projection type projection television.
従来、背面投射型プロジェクション式テレビジョン用の視野角を改善するため、マイクロレンズアレイシートを用いたスクリーンが用いられている(例えば、特許文献1を参照。)。このマイクロレンズアレイシートは、図10に示すように、遮光性基材24に略円錐形状の孔33を複数設け、その孔33上にマイクロレンズ26を配置している。この孔33の形状は、マイクロレンズアレイ27側の開口径が反対側の開口径よりも大きい略円錐形状をしているので、高透過率で高コントラストの映像が得られる。
Conventionally, a screen using a microlens array sheet has been used to improve the viewing angle for a rear projection type projection television (see, for example, Patent Document 1). In this microlens array sheet, as shown in FIG. 10, a plurality of substantially
ところが、この構成では視野角の拡大は望めないので、さらに視野角を広げるために、社交性基材に設けた略円錐形状の孔自身をマイクロレンズに使用する構成が考えられる。その構成を、図5に示す。図5(a)は、マイクロレンズ全体の斜視図であり、個々のマイクロレンズは千鳥状に配列されている。図5(b)は、マイクロレンズ部の拡大部である。図に示すように、光出射基板2の方向に先細りの形状をした孔を開けた遮光層3を光出射基板2上に設け、その孔の表面に屈折率の低い樹脂層4をコートし、その上に樹脂層4よりも高い屈折率をもつ樹脂5で孔全体を埋め、マオクロレンズを形成している。
However, in this configuration, the viewing angle cannot be increased. Therefore, in order to further widen the viewing angle, a configuration in which a substantially conical hole itself provided in the social base material is used for the microlens is conceivable. The configuration is shown in FIG. FIG. 5A is a perspective view of the entire microlens, and the individual microlenses are arranged in a staggered manner. FIG. 5B is an enlarged portion of the microlens portion. As shown in the figure, a
そのマイクロレンズの断面を図6に示す。遮光層3の三角形状の傾斜面には、低屈折率透明層が約1μmの薄膜状に形成され、反射層として機能する。また、球面屈折層を形成する遮光層3の断面三角形の脚部に挟まれた開口部6には光出射方向に凸の球面レンズ状に形成されてあり、球面屈折レンズ8として機能する。
しかしながら、前記従来の構成では、図7の点線に示すように、マイクロレンズアレイシート1に垂直入射された平行光が、樹脂層4に交差する箇所で全反射を起こし、その全反射された光が開口部6上に形成されている第1の屈折率を持つ樹脂層4に全反射を繰り返すことにより戻り光となってマイクロレンズアレイシート1の入射側に向うため、透過率を低下させるという課題を有していた。
However, in the conventional configuration, as shown by the dotted line in FIG. 7, the parallel light perpendicularly incident on the
この戻り光が発生する位置は、特定の位置である。図8(b)に計測方法を示す。これは、光源11から発する平行光9がマイクロレンズを透過し、光出射基板2に出射された光をディテクタ12で受光して出射光量の測定を行った。この例では、マイクロレンズ短辺の大きさを60μmとし、平行光を発する光源11の幅Swを2μmとしたときの、前記平行光を発する光源の位置を横軸とし、マイクロレンズの中心の位置を0とし、遮光層3の頂部の位置を30とする。縦軸を透過率(入射光量に対する出射光量の比)とすると、図9に示すように、横軸の値が7.5から12.5までの範囲で透過率が低下している。すなわち、この部分で光透過率が低下している。
The position where the return light is generated is a specific position. FIG. 8B shows a measurement method. The
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光透過率を向上させた遮光層組み込み型マイクロレンズアレイシートを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a microlens array sheet incorporating a light shielding layer with improved light transmittance.
透明材料から成る光出射基板と、前記光出射基板上に配置された複数の略長方形状の孔をもつ遮光層と、前記遮光層表面に設けられた第1の屈折率を持つ樹脂層と、前記第1の屈折を持つ樹脂層上に前記孔部を覆うように形成された第2の屈折率を持つ樹脂層からなるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの前記光出射基板側の曲率が前記光出射基板側の前記孔の短辺の1/2より大きいことを特徴としたものである。 A light emitting substrate made of a transparent material, a light shielding layer having a plurality of substantially rectangular holes disposed on the light emitting substrate, a resin layer having a first refractive index provided on the surface of the light shielding layer, A microlens made of a resin layer having a second refractive index formed so as to cover the hole on the resin layer having the first refraction, and a curvature of the microlens on the light output substrate side is the light It is characterized by being larger than ½ of the short side of the hole on the output substrate side.
本発明のマイクロレンズアレイシートによれば、シートの開口部に形成した低屈折率樹脂レンズに直接入射する光成分について、その低屈折率樹脂の曲率の大きさを制御することで、全反射による戻り光を抑制することが可能であり、また遮光層の斜面に対し開口部まで厚みを一定にして反射面となる低屈折率樹脂を塗布することが可能であることから、遮光層の斜面に塗布された低屈折率樹脂により反射された光について全反射による戻り光の割合を低減することができ、スクリーン全体として明るい画像を得ることができる。 According to the microlens array sheet of the present invention, the light component directly incident on the low refractive index resin lens formed at the opening of the sheet is controlled by the total reflection by controlling the magnitude of the curvature of the low refractive index resin. It is possible to suppress the return light, and it is possible to apply a low-refractive index resin as a reflective surface with a constant thickness up to the opening with respect to the slope of the light shielding layer. With respect to the light reflected by the applied low refractive index resin, the ratio of return light due to total reflection can be reduced, and a bright image can be obtained as a whole screen.
(実施の形態)
以下に、本発明のマイクロレンズアレイシートの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the microlens array sheet of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明のマイクロレンズアレイシートの垂直方向による断面構造図を示す。図1(a)において、マイクロレンズアレイシート1は、大きくは光出射基板2と、遮光層3と、第1の屈折率を持つ樹脂層4と第2の屈折率を持つ樹脂層5とで構成される。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure diagram of the microlens array sheet of the present invention in the vertical direction. In FIG. 1A, a
光出射基板2は、基材として通常、屈折率1.49のPMMAあるいは屈折率1.52程度のMS樹脂(スチレンとMMAとの重合体)が用いられ、基材中には直径約10μm以下の拡散微粒子が10%前後の体積率で分散されている。この拡散微粒子としては、一般的に、屈折率が基材より高いMS樹脂からなるビーズが用いられる。
The
遮光層3は、断面四角形状である第1の立体遮光部301と断面三角形状である第2の立体遮光部302を合わせたものであり、共に基材として熱硬化性又は2液硬化性、EB硬化性のポリウレタン系樹脂などが用いられ、基材中には光吸収性のある黒色の顔料微粒子が分散されている。
The
本実施例では、光出射基板2の厚みは1mm、遮光層3の水平と垂直のピッチは各々60μm、85μmとする。図1(a)の遮光層3の断面について、断面四角形状である第1の立体遮光部301の断面形状を長方形とし、第1の立体遮光部301のスクリーン面に対し垂直方向の長さaを10μm、水平方向の長さ2bを40μmとし、この1/2の値がb(=20μm)となる。また、第2の立体遮光部302の断面形状を略三角形状とし、第1の立体遮光部301及び第2の立体遮光部302を合わせた高さh0を156μmとする。また、第2の立体遮光部302の断面三角形状底部における傾斜面と水平面からなる角度θ1を80deg、第2の立体遮光部302の断面三角形状頂部付近の傾斜面と水平面からなる角度θ2を85degとし、第2の立体遮光部302の断面三角形状底部と頂部との間の斜面は円弧状とする。また開口部6の幅Bを20μmとする。
In this embodiment, the thickness of the
次に、第2の屈折率を持つ樹脂層5で使用される樹脂の屈折率より低い低屈折率透明樹脂を材料とし、遮光層3の表面及び開口部6の表面に塗布して第1の屈折率を持つ樹脂層4を形成する。例えば、シリコンやフッ素系が導入された低屈折率のアクリレート系樹脂などが用いられる。今回は、低屈折率の透明紫外線硬化樹脂、屈折率1.46の材料を用いた。
Next, a low refractive index transparent resin lower than the refractive index of the resin used in the
この低屈折率の透明紫外線硬化樹脂を遮光層3の凹凸面に、スプレー法にて定量塗布を行った後、紫外線硬化を行った。スプレー塗布前に、塗布液体との濡れ性を上げるために遮光層3の表面をオゾン処理した。スプレー塗布した直後に、遮光層3の傾斜面へ塗布液体の薄膜が形成されると共に、開口部6には凹状のメニスカスにより球面屈折レンズ8が形成される。
This low refractive index transparent ultraviolet curable resin was quantitatively applied to the concavo-convex surface of the
球面屈折レンズ8は、第1の立体遮光部と第2の立体遮光部との境界間に形成される。球面屈折レンズ8の高さの位置及び曲率の大きさは、図1(b)において第1の立体遮光部301と第2の立体遮光部302との境界を変極点P、P’とし、P−P’間に形成されたレンズの曲率の大きさを塗布する液量で調整する。即ち、液量を多く塗布するように調整することで、第1の立体遮光部301と第2の立体遮光部302との境界の位置P−P’で形成される凹状の球面屈折レンズ8の曲率は大きくなる。
The spherical
次に、第2の屈折率を持つ樹脂層5となる高屈折率の透明紫外線硬化性樹脂を、遮光層3の頂点からの膜厚が100μmとなるように、スプレー法にて塗布した。高屈折率の透明紫外線硬化樹脂は屈折率1.57の材料を用いた。塗布の後、紫外線硬化を行い、光拡散スクリーン1を完成した。
Next, a transparent UV curable resin having a high refractive index to be the
なお、光拡散スクリーン1の光出射基板側とは反対側の開口部の形状は図5に示すように、無数に略長方形を千鳥状に配列されているが、他に略三角形や略四角形等の形状を有するものを密に配列した形でもよい。
In addition, as shown in FIG. 5, the shape of the opening part on the opposite side of the
次に、作製した光拡散スクリーン1について、光学シミュレーションによる性能評価を行った結果について説明する。
Next, the results of performance evaluation by optical simulation on the produced
図3に、本発明の実施の形態1におけるマイクロレンズアレイシートの光源の位置による透過率の変化を表すグラフ図を示す。また、図8にマイクロレンズアレイシートの光源の位置による測定を模式的に示す図を示す。図3について、横軸を光源の位置を表す。図8の球面屈折レンズ8の中心((i)の破線上)に光源を置いた位置を0μmとし、遮光層3の頂部((ii)の破線上)に光源を置いた位置を30μmとする。また、光源の幅Swを2μmとする。また、縦軸をスクリーンの透過率を表す。スクリーンの出射側にディテクタ12を置き、光源から発生した光量をディテクタ12で受光した光量で割った値を透過率としている。図3の特性について、実線を本発明の形状による透過率分布、破線を従来の形状による透過率分布を示す。
FIG. 3 is a graph showing the change in transmittance depending on the position of the light source of the microlens array sheet in
光源の位置が0の場合、本発明の形状、従来の形状共に透過率が90%程度であるが、光源の位置をずらし、その値が大きくなるにつれて透過率が減少し、光源の位置10において本発明の形状、従来の形状共に極小値となる。そのときの透過率は、従来の形状では50%、本発明の形状では70%となる。光源の位置が10を超えると透過率が向上し、光源の位置が30になると再び透過率が90%となる。図3の透過率分布より、光源の位置が7.5から12.5までの範囲において、従来の形状と本発明の形状を比較した時透過率の差が生じている。これは、図8(a)の球面屈折レンズ8が第1の立体遮光部301の底面より下部に形成されていることによって、第1の立体遮光部301の表面に塗布されている第1の屈折率を持つ樹脂層4に反射された光について開口部6及び光出射基板2を透過する割合が従来の形状よりも増加したことと、球面屈折レンズ8の曲率を調節することで、スクリーンに垂直入射した光において、第1の屈折率を持つ樹脂層4に反射されずに直接球面屈折レンズ8に入射した光が、全反射を起こすことなく開口部6及び光出射基板2を透過するためである。
When the position of the light source is 0, the transmittance is about 90% for both the shape of the present invention and the conventional shape. However, the position of the light source is shifted, and the transmittance decreases as the value increases. Both the shape of the present invention and the conventional shape are minimum values. The transmittance at that time is 50% for the conventional shape and 70% for the shape of the present invention. When the position of the light source exceeds 10, the transmittance is improved. When the position of the light source is 30, the transmittance is again 90%. From the transmittance distribution of FIG. 3, a difference in transmittance occurs when the position of the light source is in the range of 7.5 to 12.5 and the conventional shape and the shape of the present invention are compared. This is because the spherical
図4に、本発明の球面屈折レンズ8の寸法比に対するスクリーン透過率の特性図を示す。図1(b)における凹状の球面屈折レンズ8について、形成されたレンズの幅(P−P’間の幅)をLw、第1の立体遮光部301と第2の立体遮光部302との境界の位置P−P’から底面までの高さをLhとしたとき、光源から発する平行光が凹状の球面屈折レンズ8に直接入射した場合における、Lh/Lwの比に対する透過率の大きさの特性図を図4に示す。Lh/Lwの比が大きくなるほど、凹状の球面屈折レンズ8の曲率は小さくなり、Lh/Lwが0.5のとき、凹状の球面屈折レンズ8の断面は半円を描くようになる。
FIG. 4 is a characteristic diagram of screen transmittance with respect to the dimensional ratio of the spherical
また光源の設定をLwの長さと同様、20μmとしている。図4では、第1の屈折率を持つ樹脂層の屈折率が1.46、第2の屈折率を持つ樹脂層の屈折率が1.57である場合の特性を示している。Lh/Lwの値が0から0.3までの範囲では、透過率は約93%を示しているが、Lh/Lwの値が0.3を超えると透過率は線形的に低下する。即ち、透過率が低下しない範囲でLh/Lwを設定し、且つ、レンズによる拡散効果を最大限に持たせるために、図4の第1の屈折率を持つ樹脂層の屈折率が1.46、第2の屈折率を持つ樹脂層の屈折率が1.57である場合においては、Lh/Lwを0.3前後に設定することが望ましい。 The setting of the light source is set to 20 μm, similar to the length of Lw. FIG. 4 shows characteristics when the refractive index of the resin layer having the first refractive index is 1.46 and the refractive index of the resin layer having the second refractive index is 1.57. When the value of Lh / Lw ranges from 0 to 0.3, the transmittance is about 93%. However, when the value of Lh / Lw exceeds 0.3, the transmittance decreases linearly. That is, in order to set Lh / Lw within a range where the transmittance does not decrease and to maximize the diffusion effect by the lens, the refractive index of the resin layer having the first refractive index in FIG. When the refractive index of the resin layer having the second refractive index is 1.57, it is desirable to set Lh / Lw to around 0.3.
本発明にかかる透過型スクリーン用の拡散シートは、全反射型光拡散シートに強く現れる3つの輝度ピークによる凹凸を解消して、広い視野角且つ高い透過率を有し、背面投射型ディスプレイ等として有用である。 The diffusing sheet for a transmissive screen according to the present invention eliminates unevenness due to three luminance peaks that strongly appear in the total reflection type light diffusing sheet, has a wide viewing angle and high transmittance, and is used as a rear projection display or the like. Useful.
1 光拡散シート
2 光出射基板
3 遮光層
4 第1の屈折率を持つ樹脂層
5 第2の屈折率を持つ樹脂層
6 開口部
7 反射レンズ
8 球面屈折レンズ
9 平行光
10 反射光
11 光源
12 ディテクタ
24 遮光性基材
25 透明層
26 マイクロレンズ
27 マイクロレンズアレイ
32 レーザ光
33 セルフアライメント孔
34 光出射面
35 マイクロレンズアレイシート
301 第1の立体遮光部
302 第2の立体遮光部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光出射基板上に配置された複数の略長方形状の孔をもつ遮光層と、
前記遮光層表面に設けられた第1の屈折率を持つ樹脂層と、
前記第1の屈折を持つ樹脂層よりも屈折率が高く、前記第1の屈折を持つ樹脂層上に前記孔部を覆うように形成された第2の屈折率を持つ樹脂層からなるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズの前記光出射基板側の曲率が前記光出射基板側の前記孔の短辺の1/2より大なるマイクロレンズアレイシート。 A light emitting substrate made of a transparent material;
A light shielding layer having a plurality of substantially rectangular holes disposed on the light emitting substrate;
A resin layer having a first refractive index provided on the surface of the light shielding layer;
A microlens made of a resin layer having a second refractive index which is higher in refractive index than the resin layer having the first refraction and is formed on the resin layer having the first refraction so as to cover the hole. When,
A microlens array sheet in which a curvature of the microlens on the light output substrate side is larger than ½ of a short side of the hole on the light output substrate side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007131190A JP2008286960A (en) | 2007-05-17 | 2007-05-17 | Microlens array sheet |
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