JP3553929B2 - 光拡散性材料を製造する方法 - Google Patents

Description

この発明は、マイクロレンズ配列からなる光拡散スクリーンおよび他の工芸品に、そのようなスクリーンと工芸品またはそのような工芸品を製造するための光拡散マテリアルと光重合可能なマテリアルを使用するマテリアルに、マイクロレンズおよび他の極微構造体の製造に、そして、段階的屈折率レンズと他の製品に関するものである。発明は、また、段階的屈折率マテリアルから作られたコンポーネントを用いて実現可能な光学プリント方法と装置にも関係する。
我々の公告された英国特許出願GB2206979A（8812644.6）は、なかんずく、例えば、テレビジョン用の、マイクロレンズ拡散スクリーンを形成する技術を記載しており、該スクリーンは、マイクロレンズを配列した透明なシートからなり、該マイクロレンズは、フォトポリマーをドットパターンに選択的に露光して形成された段階的屈折率レンズの形態をしており、そのような露光は、紫外線または適当な可視光線内であり、円形のホールが配列されたマスクを介しての”密着”露光、または、走査紫外線レーザーを用いたスポット・バイ・スポット露光、または、紫外線ホログラフィによるものである。
この発明の一つの目的は、GB2206979Aに記載された前記技術における改良を提供するもので、これにより、そのようなスクリーンは、垂直方向におけるよりも、スクリーンの平面に平行な一次元において、実質的により一層、光を分散させるように構成され、即ち、これにより、該スクリーンは、拡散された光線に対し、二つの相互の垂直軸について、異なる極性分布を有する。かくして、例えば、陰極線チューブのような発光する源から光線が投射されるテレビジョン・スクリーンに応用した場合、スクリーンに対する縦軸における角度範囲で、この角度範囲を越えてスクリーンが観察者に受け入れられる明るさになっている角度範囲は、水平軸についての対応する範囲よりも実質的に広く、これによって、発光源からスクリーンへ投射されるイメージ形成光線をより有効的に利用することで、多数の観察者がスクリーンを同時に見る代表的な眺め見る状況、または、一人の観察者が見る位置を変えてスクリーンを見る場合を考えると、スクリーンは、観察者の目のレベルにほぼあって、観察者は、スクリーンの正面にいる必要がない。
本発明の一つのアスペクトによれば、配列における個々のマイクロレンズは、スクリーンの面において一方向に長くなっており、その結果、各マイクロレンズの中間領域は、シリンドリカルレンズとして作用する一方、両端の領域は、それぞれ球形レンズの部分として作用する。
上に使用された用語”シリンドリカル”と”球形”とは、レンズの作用モードを記載するために単に使用されるものである。レンズそれら自体は、GB2206979Aにおけるように、実質的に平面の面により、または、段階的屈折率レンズを形成するために使用される方法の工芸品または副産物として、表面レリーフ効果を有する面により境いされたフォトポリマー層における段階的屈折率効果により形成されるのが好ましい。
本発明は、他のアスペクトにおいては、以下ここで、”マイクロレンズマテリアル”という、マイクロレンズスクリーンまたは、類似の光伝達マテリアルで、段階的屈折率マイクロレンズの配列を組み込んだ透明なポリマーシートの形態をしているものの他の種々の用途に関するものである。そのようなマイクロレンズスクリーンは、望ましくない角度への光線の散乱を低下させ、”ホット・スポット”効果を減少させる極めて効率的なリアプロジェクション／拡散スクリーンとして機能する。
そのような用途の一つのクラスにおいては、マイクロレンズマテリアルは、プロジェクションまたは光学システムに関係なく、直進拡散または導光機能を果たす。例えば、そのようなシートマテリアルは、例えば、曇りガラス窓やドア用の建築用のガラスにフィルムとして張られたり、または、そのような目的のために、二枚のガラス板または硬いプラスチックシートの間にサンドイッチされ、そのような用途に一般に使用される既知の”フロストされた”またはザラザラ感じのガラスの一層リファインされた形態に仕上げるものである。このようなマイクロレンズマテリアルは、硬いガラスまたはプラスチックス透明シートにより前記のように支持されて、例えば、浴室内シャワー室その他における”プライバシー・ガラス”としても使用できる。
そのようなマイクロレンズマテリアルは、また、例えば、民生用または公共用建物内の電気ランプ用の拡散構造体または拡散パネルに利用され、または、組み込まれることもできる。この点に関連しては、出願第8812644.6号に記載したように、そのようなマテリアルにおける実質的に”シリンドリカル”な段階的屈折率レンズのオリエンテーションをコントロールして、ランプまたは他の光源からの光線を特定方向における選択的方向を得ることができるような使用が可能である。このようなマテリアルは、自動車の分野、例えば、ダッシュボード表示の照明、または、普通の車両のヘッドランプまたは尾燈の補助体として、例えば、そのようなランプの指向性を改良し、ランプ装着の車両の運転者にとり不要な方向に向き、または、他の車両の運転者の注意を逸らせたり、刺激したりする眩しくなる該ランプからの光線の散乱を抑制するためにも応用される。
そのようなマテリアルは、また、TVおよび類似システムのほかのイメージプロジェクション用途、例えば、レフレッスカメラの焦点スクリーン、民生用及び他の用途のスライドおよびフィルムビューアーに利用されるもので、コンベンショナルには、すりガラスまたは相当する風合いのアクリルスクリーンが類似の産業用プロジェクションシステムなどに用いられている。シートマテリアルとして、大寸法のビデオディスプレイ構造にあったマイクロレンズそれ自体を組み込んだポリマーシートマテリアルは、簡単に切断、トリミングされて、互いに当接されながら適当に支持されるそれぞれのセクションを形成し、完全な大寸法のリアプロジェクション・スクリーンを作る。これらの用途すべてにおいては、適当な形状のマイクロレンズマテリアルは、観察者の視野に入る、または、視野範囲にあるマイクロレンズスクリーンを介して殆どの光線を透過させることができ、極く僅かな光線のみが視野外の角度に散るものであることによって、”デイライト”観察に適した光輝くイメージを与えるものである。
個々の画素または”ピクセル”がスクリーン領域の所定の位置に現れる陰極線管、TVおよびVDUの用途に該マテリアルが場合、それぞれのマイクロレンズが、各”ピクセル”に配置され、正合されて、見やすくなるように構成される。さらに、スクリーンのそれぞれの領域が、所定のキャラクタ表示領域を作るコンピュータモニターや類似のものの用途において、それらキャラクタ領域各々がそれぞれのマイクロレンズに配置されることが可能である。（この場合、マイクロレンズは、それなりのラージスケールを有する）。
このようなポリマーマイクロレンズマテリアルからなるマイクロレンズスクリーンは、VDUの前面に着脱自由に装着され、選択されたディスプレイタイプに適した異なる特性、配列ピッチ、レンズ径などの他のマイクロレンズとの互換性をもたせる。
このような用途においては、マイクロレンズマテリアルは、陰極線管スクリーンの前に配置された硬い平らな透明ガラス板に支持される（この場合、コンベンショナルな外向き凸面の陰極線管スクリーンに関連して使用されるフラットシートは、中心が前記スクリーンに接触しながらも該中心から離れた位置では、離隔しており、スクリーンのすみ部における領域において、陰極線管から最も離れている）。
また、ポリマーマイクロレンズシートマテリアルは、VDUスクリーンに直接に着脱自由に取り付けられる。かくして、例えば、VDUスクリーンは、シリンドリカルなスクリーン表面をもつように構成され、ポリマーマイクロレンズシートマテリアルは、該スクリーンのシリンドリカルな表面に巻かれて、直接、密着される。
マルチプルエレメント・マイクロレンズ配列は、段階的屈折率マイクロレンズ配列を備えたポリマーシー多数枚をサンサンドイッチして作るもので、一枚のシートにおける各マイクロレンズは、サンドイッチした他のシートの対応するマイクロレンズに重ねられ、重ねられた”シンプルな”マイクロレンズのセットは、それぞれ複合またはマルチプルエレメント・マイクロレンズを構成する。ポリマーシートマテリアルまたはサンドイッチ状のポリマーシートは、マルチピクセルTVまたはTDU LCDスクリーンのような液晶ディスプレイ装置に施されるか、または、これとサンドイッチされる。
そのようなマイクロレンズマテリアルは、また、光学繊維と組合わされての用途に使用される。
他のアスペクトにおける本発明の目的は、改良されたマイクロレンズスクリーンまたは光拡散シートマテリアルを提供することである。
発明のこのアスペクトによれば、一体の段階的屈折率マイクロレンズ配列が形成されており、各マイクロレンズは、シートの少なくとも一方の表面において、それぞれのマイクロレンズのパワーに付加される表面レリーフフォーメーションで終わる透明なマテリアルのシートが提供される。
発明は、また、その範囲において、凸面または凹面レンズ面として形成される少なくとも一つの端部面を有するシングルの段階的屈折率レンズを含む。
参考とされるべきGB226979に記載された好ましい実施例においては、段階的屈折率レンズは、光重合可能な樹脂の選択的重合によりフォトポリマーの層に形成され、そのような重合は、製造の間、シート領域にわたり、樹脂層（または、少なくとも対応するモノマーの対応する層）への露光度合いを相応に変えて製造される。GB2206979に記載された好ましい方法においては、選択的露光は、マイクロレンズの好ましい配列に相当する配列の貫通孔を有するマスクを介して、モノマー／フォトポリマーを紫外線光線に露光させることによって達成される。
他のアスペクトにおける本発明は、GB2206979に記載されたスクリーンの好ましい形態の変形と、そのようなスクリーンを形成する為に使用するマテリアルの変形と、そのような変形を製造するために利用される新規の方法に関するものである。
本発明の目的の間には、増強されたパワーの光拡散マテリアルの提供がある。
かくして、発明の他のアスペクトによれば、光を透過するベースマテリアルのシートを用意し、これの表面を形付けして、マイクロレンズの配列を形成し、露光により屈折率が変化するフォトポリマーのような媒体を該ベースマテリアルにコーティングに、ついで、前記マイクロレンズを有する前記ベースマテリアルを介して、屈折率が変動する該媒体を露光し、これによって、屈折率可変の媒体を介して、前記マイクロレンズにより作られた前記露光光線の照度の地域的変化が前記媒体における屈折率に、対応する変化を生じさせ、該ベースシートのそれぞれのマイクロレンズに光学的効果を付加する、互いに整列した屈折率が段階的に変化するレンズ配列を前記媒体に作ることからなる光拡散マテリアルを作る方法が提供される。
発明の更に他のアスペクトによれば、屈折率が露光によって変化するフォトポリマーのような媒体のシートまたは層を形成し、前記シートまたは層の一方の面を型成型またはエンボスしてマイクロレンズ配列を形成し、前記型成型またはエンボスされた面を介して、前記媒体のシートまたは層を露光し、これによって、前記型成型またはエンボスされた面における屈折により作られる、可変屈折率媒体を介しての前記露光光線における部分的な変動が前記媒体に、対応する屈折率の変動を生じさせ、これによって、前記型成型またはエンボス加工による、それぞれのマイクロレンズ面に光学的効果を付与する、互いに整列した段階的屈折率のレンズ配列を前記媒体に形成する光拡散マテリアルを作る方法が提供される。
発明のさらなるアスペクトによれば、光拡散スクリーンが提供されるもので、このスクリーンは、型成型またはエンボス工程によるフレネルレンズまたはプリズムを一方の面に有し、他方の面は、段階的屈折率レンズの配列をもつ可変屈折率マテリアルの層がコーティングされている。
我々の出願第88126444.6号に記載したマイクロレンズスクリーンを形成する好ましい方法においては、段階的屈折率レンズは、例えば、紫外線レーザーからのレーザー光線に光重合性マテリアルを選択的に露光させることにより形成される。
フォトポリマーを露光するのに、レーザー光線を使用する前記方法により形成された段階的屈折率マイクロレンズの配列においては、形成されたマイクロレンズは、屈折率の高い部分的変動によるレンズ内の極微構造の光学的欠陥を有する。本発明の発明者により、マイクロレンズ内のそのような極微構造は、レーザー光線の偏光に寄与することが発見された。
他のアスペクトによれば、本発明の目的は、そのような極微構造による前記欠点を除くことができる種類のマイクロレンズを製造する改良方法を提供することにある。
本発明の最後に述べたアスペクトによれば、フォトポリマーまたは相当するモノマーをレーザー光線に選択的に露光することにより、特定のマイクロレンズスクリーンを製造する方法であり、該方法においては、四分の一波長板をレーザー光線源とフォトポリマーとの間に介在させ、露光の間、四分の一波長板をその対向面に対し垂直な（即ち、速い軸と遅い軸に対し垂直な）軸を中心として回転または回転状に振動させ、これにより、露光の間、フォトポリマー内のレーザー光線の偏光を連続的に変化させ、該偏光によるミクロの欠点をなくすものが提供される。
レーザー光線源は、英国特許出願第8812644.6号に議論されているように、円形の光伝達孔配列をもつ適当な光学マスクを介してスポット・バイ・スポット・ベースでマイクロレンズが形成されるべきポリマーの領域を露光するように構成されたスキャンニング・レーザーからなる。
我々の出願第8812644.6号に記載された好ましい方法においては、段階的屈折率レンズは、例えば、クリアなドットマスクを介して、紫外線レーザーに光重合マテリアルを露光させることにより形成され、フォトポリマー層がマスクを介してレーザービームによりスキャンニングされる構成になっている。
発明の他のアスペクトにおける本発明の他の目的は、そのような段階的屈折率マイクロレンズスクリーン形成する改良された方法を提供することである。
発明のこのアスペクトによれば、透明な光重合性の段階的屈折率マテリアルの層からなるマイクロレンズスリーンを作る方法であり、該スクリーンにおけるマイクロレンズの配列は、段階的屈折率レンズとして形成され、該方法は、前記フォトポリマーまたは相当するモノマーの層に、マイクロレンズの所望の配列に相当する変化する光パターンのイメージをホログラフィックに形成することからなるものが提供される。
多数のマイクロレンズを包含するために十分な大きさであるにしても、１回の露光で上記態様で便利に露光できるフォトポリマーの領域のサイズは、比較的小さく、（例えば、リアプロジェクション・テレビジョンシステムのためのリアプロジェクションスクリーンとして望ましいスクリーンのサイズに関し、）そして、したがって、発明の好ましい実施例においては、フォトポリマー層の延長された領域は、スキャンニングモードにおいて隣接ブロックの連続で露光され、その結果、隣接するブロックの連続する列は、代わる代わる露光され、前記各列における隣接のブロックは、連続スキャンニング工程で代わる代わる露光される。
GB2193344は、単一体の集積回路の製造における、フォトレジストをコーティングしたシリコンスライスを所望の回路パターンの光学イメージに露光させ、フォトレジストの上のイメージを直角プリズムの斜辺面の上の可変屈折率フォトポリマー・コーティングに一体になったホログラムからレーザー光線中でホログラフィックに作り、レジストがコーティングされたシリコンスライスを前記斜辺面に近接位置させ、レーザー光線を該プリズムから該プリズムの他の面の一つの面を介して前記斜辺面に投射する技術を記載する。
本発明は、GB2193344の技術のモディフィケーションを段階的屈折率フォトポリマーの層における段階的屈折率マイクロレンズ配列を作るのに利用することを提案する。本発明の技術において、プリズムの斜辺面のホログラムは、GB2193344に記載したものと同じ態様であるが、所望の回路パターンのマスクの代わりに、最終製品における所望のマイクロレンズ配列に相当する透明な”ホール”配列を与えるマスク（該マスクは、さもなければ、不透明）を使用して製造される。
この発明の他の目的は、透明な合成マテリアルをせんたく的に光重合することによって、増強されたパワーのマイクロレンズを製造する方法を提供することである。発明は、なかんずく、インテグラルなマイクロレンズ配列を組み込んだ透明なマテリアルのスクリーンを製造する改良された方法を与えるもので、そのようなスクリーンは、以下ここでは便宜上”マイクロレンズスクリーン”という。
W080/09952には、アクリルアミドのような光重合可能な可変屈折率物質を選択的に段階的に露光し、段階的屈折率レンズの形態であるマイクロレンズ配列を作るマイクロレンズスクリーンの製造方法が記載されている。
かくして、この発明の他のアスペクトによれば、光学パワーが増強されたマイクロレンズは、光重合可能な物質の温度を、該物質の選択的重合露光の前に、関連するフォトポリマーの軟化点近くに上昇させ、ついで、該物質を選択的に露光し、一方、該物質を昇温温度に維持し、該物質の選択的重合を冷却または冷却させる前に昇温温度で行うようにさせることで光重合可能な物質に作られる。
この発明は、延長された層として、透明な光重合可能な物質を設け、前記層を露光工程において、ドット配列からなる光パターンに露光し、該物質の相当する選択的光重合により、前記層に相当するマイクロレンズ配列を設けるマイクロレンズスクリーンの製造に応用される。
この発明から生ずるレンズパワーの増強は、形成されたフォトポリマーの軟化、そして、未重合または部分的にのみ重合された組成物の増加した移動性に関係しているものと考えられるが、この発明を、これに関するメカニズムに関し、特定のセオリーに限定する意図はない。
この発明の好ましい実施例においては、アクリルアミドモノマーのような紫外線へ段階的に露光させることで、選択的段階的光重合する物質の層を支持基体に設け、層それ自身が不透明なフィールドにおける”ホール”の光伝達領域の配列からなる光学マスクを形成するか、または、支持する。支持基体は、モノマー層が施される安定な透明プラスチックスフィルムからなり、該フィルムは、実際、露光され、現像された銀ハロンゲン化物写真フィルムであり、したがって、モノマー層から離れた面が前記不透明な背景を定める銀粒を有するゼラチン層を支持する。該写真フィルムは、コンベンショナルな態様で、マスタースクリーンの方法により、ドット配列からなる所望の光学パターンに曝され、露光されたフィルムは、引き続いて現像され、モノマー層と結び付いたマスクが常法により形成される。
光学マスクを持つ支持基体の上のモノマー層は、まず、該当するポリマー（例えば、ポリアクリルアミド）の軟化点に近い温度に加熱され、ついで、マスキング層を介して紫外線で露光し、所望の選択的重合を行う。昇温された温度は、そのような重合が進行する間維持されるのが好ましく、その後、該マテリアルは、冷却される。ついで該製品は、コンベンショナルな写真漂白プロセスに付され、マスキング層から銀を除き、後者全体を透明にする。しかしながら、用途によっては、マスキング層の”ホール”の間の領域は、不透明のままにされ、例えば、マイクロレンズスクリーンがテレビジョンスクリーン向けの場合、望まない散乱光または反射光を吸収するようにする。
モノマー層の一方の面は、露光ならびに光重合の間、フリーであるので、該層もまたそのフリーな表面で、各重合した領域の上の凸面”隆起”またはドーム形状の関連した表面歪みを受けない。このような状態ならびに光重合可能な物質によっては、段階的屈折率収斂コンポーネントを前記表面歪みによる該コンポーネントに加えて各マイクロレンズに与え、これによって、表面歪みの光学収斂効果と屈折率変化とが互いに増加する。上記において、当のマイクロレンズが収斂レンズであるが、発散マイクロレンズの配列が同じ技術で作られるとすると、屈折率変化は、収斂マイクロレンズ配列を作るときに発生するものの逆ともなり、その結果、表面歪みと屈折率変動とは、再び、マイクロレンズのパワーを増進する。
本発明は、マイクロレンズの効果が表面レリーフ効果からのなんの顕著な寄与も無しに段階的屈折率変動から実質的に導かれる、即ち、マイクロレンズが実質的に段階的屈折率レンズであるシステムならびにマイクロレンズの効果が段階的屈折率変動からのなんの顕著な寄与も無しに表面レリーフ効果から実質的に導かれるシステム、同様に、両効果が顕著な貢献をなすシステムに応用できるものである。
モノマーがコートされた銀ハロゲン化物フィルムは、連続した長い形態で大量生産で製造され、製造の各工程が行われる各種のステーションを通過して長さ方向へ送られる。したがって、そのような方法においては、モノマーをコートされたフィルムは、マスキング層に最も接近しているサイドから媒体へ紫外線が照射される露光スレーションを通り、そして、該ステーションでは、例えば、赤外線源からの輻射熱が媒体の反対の面に当たり、モノマー／フォトポリマー層を露光の間そして露光の後、所望の温度に維持する。別の輻射熱源を露光ステーションの僅か上流に配置し、露光ステーションを通過する前にモノマーの温度を上げるようにしてもよい。次いで、処理の後続工程が当業者に自明の態様で後続ステーションで行われる。
他のアスペクトにおける本発明の目的は、球形またはシリンドリカルなマイクロレンズ配列またはフレネルレンズまたはプリズムまたは類似の反射構造のような光学きょくび構造を製造する方法を提供することである。
発明のこのアスペクトによれば、光学微細構造を製造する方法が提供され、これは、次の工程からなる：−
支持基体に銀ハロゲン化物エマルジョン層からなる写真マテリアルを用意すること、
該写真マテリアルを所望の光輝パターンに露光させること、
該マテリアルを処理して、前記エマルジョン層に前記光輝パターンに相当するレリーフパターンを作り、そして、前記光学極微構造体を形成する対応する、または、補完する表面レリーフパターンを有する透明なプラスチックスマテリアルのシートを製造するために、該レリーフパターンのエマルジョン面を、型成型、エンボス加工または類似の技術により、マスターとして使用すること。
一つの実施例においては、エンボス加工ツールにおけるエンボス加工表面は、レリーフパターンのエマルジョン表面から得られ、エンボス加工ツールは、その後、前記エンボスツールによりプラスチックスマテリアルのシートをエンボスすることにより透明なプラスチックスマテリアルのシートに前記光学微細構造を作るために使用される。
前記レリーフパターン化されたエマルジョン表面から前記エンボス加工面を得るために、エンボス加工ツールを形成しようとする場合、変形可能なプラスチックスマテリアルを加熱および／または加圧によってレリーフパターン化されたエマルジョン表面に施し、その結果、前記プラスチックスマテリアルの表面が前記レリーフパターン化されたエマルジョン表面に少なくとも殆ど合致し、その後、変形されたプラスチックスマテリアルは、エマルジョン層から剥がされ、変形したプラスチックスマテリアルの対応するレリーフ面をエンボッシングツールの、ニッケルまたは他の硬い金属の対応するレリーフパターン化エンボッシング表面を電鋳または電気製版技術により作り出すのに用いる。
また、レリーフパターン化のエマルジョン表面は、それ自体、鋳込みまたは型成形技術により透明なプラスチックスマテリアルが施される金型表面として使用され、前記光学微細構造を有する補助表面を有する透明なプラスチックスシートが作られ、該プラスチックスマテリアルは、その後、写真マテリアルから剥ぎ取られる。
写真マテリアルの前記処理は、好ましくは、該マテリアルを現像し、該エマルジョン中の露光された銀ハロゲン化物粒体を銀に変え、そして、現像された層をエッチブリーチングして銀イメージにそれまで占拠されていた領域にエッチングされたピットを作る。
発明の他のアスペクトにおける発明の目的は、速くて、高解像度のプリンティングができる改良された光学プリンティングシステムを提供することである。
この発明によれば、イメージスクリーン、感光性の面を設けるメンバー、前記スクリーンのそれぞれの領域に並置された入り口端部と露出ゾーンのそれぞれの位置に配置された出口端部とをそれぞれが有する複数の光ガイドに対し、露光ゾーンを介して対面する面に垂直な方向へ該面を前進させる手段および感光性面が前記ゾーンを介して前進するにつれて、前記スクリーンの前記領域それぞれを選択的に照射する手段からなり、該面が前進するにつれ、複数の隣接する行において、前記感光性デヴァイスを露光し、前記面に可視または見えないイメージを作る光学プリンティングシステムが提供される。
好ましい実施例においては、前記光案内は、光案内の入り口端部に適合する部分を少なくとも有し、該入り口端部が前記スクリーンの上に横たわり、前記露光ゾーンに位置するシートのエッジに横たわる前記軸端部を有している可変屈折率マテリアルの透明なシートにおける屈折率の地域的変動により形成される。
発明の実施例は、添付の概略図面を参照し、例を示して以下に記載されるもので、図面においては：
図１は、発明の説明に使用される長いマイクロレンズ配列を示した概略平面図であり、
図２と図３は、発明を構成しない段階的屈折率レンズを示し、
図４と図５は、図３に類似しているが、発明を構成するレンズの作用を示す概略描写であり、
図６は、本発明による光拡散マテリアルを示す略図的断面図であり、
図７は、発明を構成する光拡散マテリアルの他のフォルムの同様の断面図であり、
図８は、発明を構成する他の光拡散マテリアルの類似の断面図である。
マイクロレンズの延伸は、GB2206979Aに開示されたプロセスにおいて、基板に支持された列状のフォトポリマー層を光伝達斑点または”ホール”を介して紫外線または適当な可視光線に露光させることによって得られるものであり、該プロセスは、光伝達斑点または”ホール”がマイクロレンズの所望の長く延びたフォームに対応して長く延びている点がGB2206979Aのプロセスと異なる。
そのようなマスクは、配列された円形ドットからなるイメージにフォトセンシティブな記録層を光学的に露出させるフォトリトグラフ技術により作られるもので、感光層の対応する領域のエロンゲーションは、そのような露出の間に記録層に僅かな並進運動を加えて達成される。
結果として、該記録層の移動方向に、配列における各ドットが延伸され、円形であった”ドット”の輪郭が半円形の端部をもった長く延びた領域に変わる。このように露出されたマスク素材を常法により処理することでマスクが作られ、該マスクは、接触複写状態にフォトポリマーマテリアルへ被せられて、直交方向へ異なる光学パワーをもつ長く延びたマイクロレンズを自動的に作る。
添付の図面は、長く延びたマイクロレンズを図示する、発明を構成するマイクロレンズスクリーンの一部を略図的に示す。図示された個々のレンズは、閉じられた線により境付けされているが、形成されたスクリーンには、そのような線は存在しないことを理解されたい。図示の線は、等しい屈折率ポイントを結ぶ単なる線である。
図２から図５を参照すると、図２は、典型的なGRINレンズ構造を示す。
GRINレンズのパラメーターは、かくして特定される：
屈折率は、通常ｒをもつ放物線となるように設計される。かくして

ここで、n_ooは、光学軸のおける屈折率であり、Ａは、正の常数である。上記において、屈折率は、ｒとともに減少し、その結果、レンズは、コンベンショナルな凸面レンズの効果をもつ。
ピッチＰを以下のように定める：
ｐ＝２π／νＡ
ピッチを知れば、レンズの長さを変えることで種々のイメージ特徴を定めることができる。
図３は、GRINレンズのイメージングコンディションのバラエティを示す。
我々の共に係属中の特許出願第8812644.6号に記述したように、配列された、そのようなレンズは、ポリアクリルアミドのようなフォトポリマーの層に形成されることができるものきるもので、この場合においては、各レンズの長さを変えることがイメージング媒体の厚さを変えることに相当する。
図４に図示されたレンズは、図３に図示されたものと、図４においては、各レンズは、レンズ軸における曲率半径にそって凸面である一つの端面をもち、その結果、レンズそれ自体内で、レンズ軸からの半径距離をもつ屈折率の変化に加え、レンズの凸面端面における空気とレンズマテリアルとの接触点における屈折から生ずる”コンベンショナルな”レンズ効果がある点を除き、類似している。我々の共に係属中の特許出願第88126444.6号に記述したように、段階的な屈折率レンズの配列は、ドットパターンに光学的に選択的に曝されるフォトポリマーマテリアルの層をシートとして使用することにより、光伝達シートに形成される。段階的な屈折率レンズに対する包含され、かつ、論理的ならびにその他の考慮の一層の取り扱いについては、前記係属中の出願を参照すべきである。
段階的な屈折率レンズ構造をコンベンショナルなレンズ形状の特徴と結び付けることで、コンベンショナルな複合レンズ構成に類似した態様で作用する構成を与えることができる利点があることが見いだされた。かくして、図４を参照すると、我々の共に係属中の出願第8812644.6号に概略記載されているように、該シートの主寸法に垂直な軸をもつ段階的な屈折率レンズの列が形成されているフォトポリマー層10は、フォトポリマー／基板境界面12から離れたフォトポリマー層の面に、それぞれが、段階的な屈折率のマイクロレンズのそれぞれの一つの軸に曲率の中心をもつ球面部分の面に接近している複数の凸面ドーム14からなる浮き彫りパターンを補助的に有している。かくして、それぞれのそのようなドーム状の面は、コンベンショナルな凸面レンズとして作用し、これによって、段階的な屈折率と凸面コンポーネンツの光学パワーが付加されて、マイクロレンズに増強されたパワーを与える。
マイクロレンズにおける収差が重要な状況においては、例えば、マイクロレンズにおける収差の補正の手段として、段階的な屈折率層10に、図５に示すように、各段階的な屈折率マイクロレンズにそれぞれの凹面部分を与える表面レリーフ形状を付与することは、勿論可能なことでもあり、この結果、該レンズの表面屈折成分は、ネガティブなパワーをもつ。同様に、各マイクロレンズがネガティブパワーを与える、すなわち、相反するポジティブパワーを付与する表面屈折成分とともに発散レンズとして作用する段階的屈折率成分を各マイクロレンズが有することが可能である。最後に述べた二つの場合においては、結果としてコンバインされた効果は、収斂レンズのそれか、または、発散レンズのぞれかのいずれかである。段階的屈折率成分と表面屈折成分との両者が該コンビネーションにそれぞれの負の光学パワーを貢献させることも勿論可能であり、この結果、後者は、発散レンズとして作用する。
図４に関連して記載したような形状は、別個の表面形成工程の必要性無しに、フォトポリマー（あるいは寧ろ、感光性モノマー）の選択的露光に起因する選択的重合の副産物として、作られることができることが見いだされた。しかしながら、所望の表面レリーフパターンを、他の手段、例えば、機械成型またはプレス工程、エッチング工程または類似のものによって、選択的重合の前後にフォトポリマー層に付すことができることを認められたい。またあるいは、ポリマー／モノマー層を付す基板の表面にレリーフ状に適当に形付けることができ、その結果、所望の表面屈折効果がポリマー／基板境界、または、それまでに基板に係合していたポリマーの表面で、その後にポリマーが基板から剥離される部分で発生する。
発明の好ましい応用は、フォトポリマーシートに列状のマイクロレンズを作ることであるが、実質的に大きなスケールで、同じ種類の表面形状をもつ個々のレンズを作ることができることを理解されたい。
同様に、必要に応じて、各段階的屈折率レンズの両端面を望みに応じて凸面または凹面にカーブさせることもできることが理解される。
図６から図８は、請求の範囲５と６による発明の実施例に関する。
図６を参照すると、光拡散マテリアルが、GB2206979により詳細に議論されているタイプのポリアクリルアミド樹脂のような光重合可能な樹脂の層をもち、光重合可能な該層を紫外線に露光して、そこに列状の段階的屈折率（GRIN）レンズを作る、例えば、ポリエステルのような安定な透明ベースシートにより製造される。図６に示した製品においては、選択的露光は、GB2206979におけるように、光学マスクを利用することによるものではなく、透明なベースシート110に、ベースシート110それ自体がマイクロレンズ配列からなり、マイクロレンズ後者配列を使用して、フォトポリマーの随所にわたり露光照度を選択的に変えるような表面形状を付与することによって達成される。このように、図示された構成においては、ベースシートの一つの面は、微細な凸のドーム領域が密集した配列からなり、これによって、収斂マイクロレンズの配列が形成される。図６に示した実施例においては、光重合可能な樹脂の層112は、エンボスされた表面と反対のベースシート110の面に施される。該製品は、ベースシート110により付与される側面からの光に露光され、その光は、複合マテリアルの主面に対し実質的に直角に向き、露光は、該マテリアル全体に実質的に均一なものである。しかしながら、個々のドーム状表面地域の収斂効果により、そのようなかく地域に当たる光線は、図６（ａ）に示すように、そのような各地域により定められる光学軸に向け収斂され、これによって下位のフォトポリマー12は、そのような軸により接近した、より高い照度の光線に露光される。結果として、重合の度合いは、そのような軸からの距離により変化し、各ドーム状の表面域の下側である、層112に対応する段階的屈折率（GRIN）レンズを作る。かくして、図６（ｂ）に示したように、層110の各ドーム状域の収斂効果は、（図６で見て）下位の段階的屈折率マイクロレンズの収斂効果により増強される。
図６を参照した上記記述においては、露光に用いた紫外線がシートマテリアルに対し実質的に直角に当たるものであるが、ある場合においては、該マテリアルの上に配置された配置光源から該マテリアルを照射したい場合があり、その結果、配置光源から該シートへの垂線が該シートを横切るポイントから徐々に離れる位置に形成された段階的な屈折率マイクロレンズは、GB2206979の図12に関して記述した態様に類似した態様で徐々に角度が付される。
必要に応じて、凹面マイクロレンズまたは発散マイクロレンズの配列に起因して、部分球形の凹んだくぼみの配列がベースシート110にエンボスまたは他の方法で形成され、これによって、ベースシート110を介してのベースシート／重合可能な層の複合体に対する紫外線露光により、段階的屈折率発散マイクロレンズの対応する配列が作られることが認識される。
また、図７に示したように、ベースシート110よりも寧ろ、光重合可能な層112をエンボスまたは型成形してドーム状の地域配列を作り、光重合可能な層をベースシート110から離れたサイドから露光することが可能であり、層112の露光された面のドーム状の部分の表面屈折効果は、各マイクロレンズの軸に対し光線を望み通りに集中させることに依存し、段階的な屈折率における当然の変化が層112の表面における結果としてのマイクロレンズそれぞれへの屈折効果を増す。
図８に示すように、光重合可能な層112から離れたベースシート110の表面をそれ自体知られた方法でフレネルレンズまたはプリズムのように形成し、そして、層112に段階的な屈折率のマイクロレンズ配列を形成するために、GB2206979に記載されたと同じ方法で、適当なマスクを介して、ベースシート110から離れたサイドから露光して層112に屈折率が段階的なマイクロレンズを作ることも可能であり、これによって製品は、収斂（または発散）レンズまたはプリズムと拡散スクリーンとを結び付けた効果を有し、例えば、バックプロジェクション・スクリーンのような特殊の使用状況に特に適した特徴を与えるものである。
上記した、または、GB2206979Aに記載したマイクロレンズ・スクリーンは、よりコンベンショナルなミニチュアcrtの代わりに、ビルトインモニター、または、テレビジョンカメラの”ビューファインダー”、または、”カムコーダ”として、LCD画素化スクリーンに関連して使用される。そのような用途においては、マイクロレンズスクリーンは、通常、LCDスクリーンに光学的に投影されたピクチュアーのイメージを受けるプロジェクションスクリーンとして使われるばかりでなく、むしろLCDスクリーンをデピクスレートする”フォーリエフィルター”のタイプとして使われる（即ち、画素の境界を、または、画素から画素への遷移を可視できないものにする）。この種の構成においては、マイクロレンズ・スクリーンとLCDスクリーンとの間のスペースを、屈折率がマイクロレンズ・スクリーンとLCDスクリーンの境界プレートの屈折率にほぼ等しい屈折率の無色のクリアーな液体、例えば、グリセリンのような液体で満たすことが好ましい。この手段は、フリンジングまたは”ニュートンリング”のような好ましくない干渉をなくすために見い出された。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の説明に使用される長いマイクロレンズ配列を示した概略平面図である。
【図２−３】発明を構成しない段階的屈折率レンズを示す。
【図４−５】図３に類似しているが、発明を構成するレンズの作用を示す概略描写である。
【図６】本発明による光拡散マテリアルを示す略図的断面図である。
【図７】発明を構成する光拡散マテリアルの他のフォルムの同様の断面図である。
【図８】発明を構成する他の光拡散マテリアルの類似の断面図である。

Claims (1)

1. 光拡散性材料を製造する方法であって、
   露光することによって屈折率を可変できる光重合可能なモノマーである媒体の、マイクロレンズのアレイを形成するために一面が成型またはエンボス加工された、シートまたは層を形成する工程と、
   前記媒体のシートまたは層を、前記成型またはエンボス加工された面を通して露光する工程とを備え、
   これにより、前記屈折率可変媒体を通して、前記成型またはエンボス加工された面での屈折によって生成された、前記露光した光の局所化された強度変化が、対応する変化を前記媒体の屈折率に起こし、
   これにより、前記媒体に、屈折率が段階的に変化したレンズのアレイが形成され、各レンズは、前記成型またはエンボス加工によって規定された前記マイクロレンズ面のそれぞれに整列し、またその光学効果を増加することを特徴とする方法。

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