JP4217925B2 - 平面型レンズの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、背面投射型プロジェクタ用スクリーンに用いて好適な平面型レンズの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、ＨＤＴＶ（ハイビジョン）用やシアター用等の大画面ディスプレイとして、液晶ライトバルブやＣＲＴを用いた背面投射型プロジェクタの開発が活発化している。
【０００３】
図２４に、従来の背面投射型プロジェクタの概略構成を示す。
【０００４】
図示の例はボックスタイプのプロジェクタで、映像投射部１０１からの投射映像光Ｌは、例えば、反射ミラー１０２で反射されて透過型スクリーン１０５に導かれる。透過型スクリーン１０５は、フレネルレンズ１０３と、通常、垂直方向に延びるレンチキュラーレンズ１０４とで構成されている。そして、透過型スクリーン１０５の背面から入射した投射映像光Ｌは、フレネルレンズ１０３でほぼ平行光となった後、レンチキュラーレンズ１０４により主として水平方向に拡散される。
【０００５】
図２５（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンチキュラーレンズ１０４には、その背面側（光出射側）に垂直方向に延びる突条部１０４ａが設けられ、この突条部１０４ａに、外光を吸収して画面コントラストを向上させるためのブラックストライプ１０４ｂが設けられている。例えば、押し出し成形により、アクリル樹脂を、突条部１０４ａを含むレンチキュラーレンズ１０４の形状に成形した後、突条部１０４ａのみに黒色印刷を施し、ブラックストライプ１０４ｂを形成する。
【０００６】
図２５（ｂ）に示すように、ブラックストライプ１０４ｂの幅ｗは、通常、レンチキュラーレンズ１０４のピッチｐの０．３〜０．４倍である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなレンチキュラーレンズを用いた透過型スクリーンでは、例えば、水平方向では光が広く拡散するために広い視野角が得られるが、垂直方向では狭い範囲にしか光が拡散しないため、垂直方向での視野角が狭いという欠点が有った。この欠点を克服するために、垂直方向に延びるレンチキュラーレンズと水平方向に延びるレンチキュラーレンズを組み合わせた構造のものも有るが、部品点数が増えるために部品コスト及び製造コストが高くなるという問題が有り、また、スクリーンの積層数が増えるためにスクリーンの厚みが大きく且つ重くなり、更に、各層間での多重反射の影響も増えるという問題が有った。
【０００８】
また、上述した如く、コントラスト向上のためにブラックストライプを設ける場合、レンチキュラーレンズの光出射側に黒色印刷のための突条部を形成する必要が有り、且つ、その突条部を出射光の邪魔にならない幅に形成する必要が有るため、ブラックストライプによる外光吸収部の面積率が、通常、３０〜４０％程度に留まっていた。このため、コントラスト向上の効果が比較的悪かった。
【０００９】
そこで、レンチキュラーレンズの代わりに、透明微小球体を２次元配列して構成した平面型レンズによる透過型スクリーンが注目され（例えば、米国特許第２，３７８，２５２号、同第３，５５２，８２２号、日本国実用新案登録第２５１３５０８号公報参照）、大画面高精細ディスプレイでの実用化に向けた研究開発が行われている。
【００１０】
例えば、本出願人が先に特願平９−１００５９０号（平成９年４月１７日出願）として提案した構成を図２６〜図２８を参照して説明する。
【００１１】
図２６は、オープンタイプの背面投射型プロジェクタの主要構成を示すもので、映像投射部２１からの投射映像光Ｌは、フレネルレンズ２２と平面型レンズ２３とからなる透過型スクリーン１０を介して前方に拡散される。平面型レンズ２３は、図示の如く、ガラスビーズのような透明微小球体２を２次元的に最密充填配列して構成している。従って、１層の透明微小球体２により、投射映像光Ｌを水平方向及び垂直方向の夫々広い範囲に拡散させることができる。
【００１２】
図２７は、ボックスタイプの背面投射型プロジェクタで、筐体２５内に配された映像投射部２１からの投射映像光Ｌは、反射ミラー２４で反射されて、やはり、フレネルレンズ２２と、透明微小球体２により構成された平面型レンズ２３とからなる透過型スクリーン１０を介し前方に拡散される。
【００１３】
図２８に、上記出願に記載されているうちの最も基本的な構成の平面型レンズ２３を示す。
【００１４】
この最も基本的な構成の平面型レンズ２３では、例えば、ガラスビーズのような多数の透明微小球体２が、ガラス板等の透明基板１上に、粘着又は接着機能を有する着色層（光吸収層）３により固着されている。各透明微小球体２は、その光入射側において直径の５０％程度が着色層３から露出するように着色層３内に埋め込まれ、且つ、その光出射側で透明基板１に接触している。
【００１５】
図示省略したフレネルレンズを経て入射した入射光Ｌinは、図示の如く、各透明微小球体２により収斂され、各透明微小球体２と透明基板１との接触部近傍を透過して、拡散、出射される。Ｌout は出射光である。一方、透明基板１側から入射した外光Ｌexは、その殆どが着色層３により吸収され、従って、外光Ｌexの反射によるコントラストの低下が低減される。
【００１６】
この時、この平面型レンズ２３では、光出射側での着色層３による光吸収層の面積率を、例えば、８０％程度以上にすることができ、従って、外光Ｌexの反射によるコントラストの低下を大幅に低減することができて、外光の影響を受け難いコントラストの高いスクリーンを実現することができる。
【００１７】
上記出願では、この平面型レンズ２３を、次のようにして製造していた。
【００１８】
即ち、まず、透明基板１上に、粘着又は接着層である着色層３を形成し、その上に多数の透明微小球体２を散布した後、それらの透明微小球体２を上から加圧して着色層３内に押し込んでいた。
【００１９】
ところが、このような方法では、例えば、透明微小球体２を上から加圧した時に透明微小球体２が回転して、その露出部分表面にも着色層３が付着し、透過率の低下、従って、スクリーンの輝度低下を招く虞が有った。
【００２０】
また、透明微小球体２と透明基板１との間に着色層３が数μｍ程度の層となって残る虞が有り、やはり、透過率の低下、従って、スクリーンの輝度低下を招く虞が有った。
【００２１】
更に、透明微小球体２を押し込む際、通常、着色層３の粘度を下げるために昇温する必要が有るが、その昇温及び冷却のために比較的大掛かりな設備が必要となり、また、熱による透明基板１の反りの発生も、特に、大画面ディスプレイの場合には無視できない問題であった。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、透明微小球体により構成された平面型レンズを、その透過率を低下させることなく、また、反りを発生させることなく製造することが可能な平面型レンズの製造方法を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決する本発明の平面型レンズの製造方法は、
透明基材上に透明粘着層を形成する工程と、
前記透明粘着層上に複数の透明微小球体を供給する工程と、
前記複数の透明微小球体を、実質的にその直径の半分程度の深さまで前記透明粘着層 内に埋め込む工程と、
少なくとも前記複数の透明微小球体間を埋めるように着色材料を供給し、この際、比 較的粒径の大きい着色材料を供給した後、これらの着色材料間に粒径のより小さい着色 材料を供給する工程と、
前記複数の透明微小球体の、前記透明基材とは反対側の少なくとも光透過位置の前記 着色材料を除去する工程と
を有する。
この本発明の製造方法は、
透明基材上に透明粘着層が形成され、
複数の透明微小球体が、実質的にその直径の半分程度の深さまで前記透明粘着層内に 埋め込まれ、
少なくとも前記複数の透明微小球体間に、比較的粒径の大きい着色材料と、これらの 着色材料間に存在する粒径のより小さい着色材料とからなる着色材料が充填され、
前記複数の透明微小球体の、前記透明基材とは反対側の少なくとも光透過位置の前記 着色材料が除去されている、
平面型レンズを製造するのに好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態をその理解のための各例に従って説明する。
【００２５】
なお、以下の例において、図２６〜図２８で説明した構成と対応する部位には、図２６〜図２８と同一の符号を付す。
【００２６】
図１に、平面型レンズの最も基本的な構成を模式的に示す。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、この平面型レンズ２３においては、光の入射側に、例えば、ガラス板やプラスチック板等からなる剛性又は可撓性を有する透明基材４が設けられる。
【００２８】
なお、この基材４や、後に説明する粘着層５、微小球体２等は、目的とする光の大部分を透過し得るものであれば、必ずしも完全な透明体でなくても良く、従って、本明細書においては、「透明」という用語を、いわゆる半透明程度までの透明度を含めた意味で用いる。
【００２９】
透明基材４の光出射側の表面には、例えば、ＵＶ（紫外線）硬化樹脂等の粘着及び接着機能を有する透明粘着層５が設けられ、この透明粘着層５に、例えば、ガラスビーズ等からなる多数の透明微小球体２が埋め込まれて保持されている。そして、光出射側におけるこれらの透明微小球体２間の間隙に、例えば、カーボントナー等からなる外光吸収用の着色（黒色）層３が充填されている。
【００３０】
図１（ｂ）に拡大して明示するように、各透明微小球体２は、その光入射側において、直径（例えば、ｄ＝５０μｍ）の半分程度が透明粘着層５に埋め込まれ、一方、光出射側においては、着色層３から所定厚（例えば、ｔ＝２．５μｍ）露出して、所定径（例えば、ｓ＝２１．６μｍ）の光出射部を形成している。
【００３１】
図２に、平面型レンズ２３のより実用的な構成を示す。
【００３２】
この構成では、図２（ａ）に示すように、図１に示した基本的な構成において、光出射側にも、透明粘着層６を介し透明基材１を積層している。これらの透明粘着層６及び透明基材１は、光入射側における透明粘着層５及び透明基材４と夫々同じ材料で構成することができる。
【００３３】
このように透明微小球体２を両側からサンドイッチした構成とすることにより、透明微小球体２の保持強度の向上、並びに、透明微小球体２及び着色層３の外部からの保護が達成される。
【００３４】
図２（ｂ）に、この平面型レンズ２３の作用を模式的に示す。
【００３５】
図外のフレネルレンズでほぼ平行光となった入射光Ｌinは、光入射側の透明基材４及び透明粘着層５を経て各透明微小球体２に入射し、これら各透明微小球体２で収斂された光が、光出射側の透明粘着層６及び透明基材１を経、出射光Ｌout として前方へ拡散、出射される。
【００３６】
この時、各透明微小球体２は、光入射側において、その直径の半分程度が透明粘着層５に埋め込まれているので、多くの入射光Ｌinが各透明微小球体２に入射する。一方、光出射側においては、光が通過する限られた領域のみが着色層３から露出している。従って、この平面型レンズ２３では、光の透過量、即ち、透過型スクリーンにおける輝度を高くした状態で、光出射側における着色層３の面積率を大きくすることができ、この結果、外光の反射によるコントラストの低下を大幅に低減することができる。
【００３７】
図２０に、この図２の構成の平面型レンズ２３における光線追跡及びスクリーンゲインのシミュレーションを夫々行った結果を示す。
【００３８】
計算は、透明基材４、１を、屈折率ｎ＝１．４９０のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、透明粘着層５、６を、屈折率ｎ＝１．４９０のアクリル系ＵＶ硬化樹脂、透明微小球体２を、屈折率ｎ＝１．９００のガラスビーズとして行った。なお、空気の屈折率はｎ＝１．０００とした。
【００３９】
また、各層の厚みは、透明基材４、１が夫々１００μｍ、透明粘着層５が３０μｍ、カーボントナーである着色層３が２５μｍ、透明粘着層６が５μｍとした。透明微小球体２は、直径が５０μｍで、その半分の２５μｍが透明粘着層５に埋まっている構成とした。なお、各層における透過率は、着色層３を除き、全て１００％とした。
【００４０】
図２０（ａ）及びその拡大図である図２０（ｂ）に示すように、透明微小球体２の光出射部位は或る面積を持ち、この例では、半径約１０．８μｍの円となる。このことから、図１（ｂ）に示すように、各透明微小球体２の直径ｓ＝２１．６μｍ程度以上の部分を着色層３から露出させることにより、光出射部位における光損失を最小限に抑えることのできることが分かる。ちなみに、この直径ｓ＝２１．６μｍ程度以上の部分を着色層３から露出させるためには、各透明微小球体２の頂部からｔ＝２．５μｍ程度以上の深さの着色層３を除去する必要が有る。
【００４１】
ここで、透明微小球体２の平面充填率を９０％とすると、光出射側から見たスクリーンの黒色部面積率は、
１−｛０．９×（２１．６／５０．０）2 ｝≒０．８３
となり、約８３％となる。即ち、例えば、図２５に示したようなレンチキュラーレンズにブラックストライプを設けた従来の透過型スクリーンの黒色部面積率が、通常、３０〜４０％程度に留まるのに対し、この平面型レンズ２３を用いた透過型スクリーンでは、黒色部面積率を大幅に増大させることができ、従って、外光の反射によるコントラスト低下の少ない鮮明な画像を得ることができる。
【００４２】
図２０（ｂ）に、光の出射方向によるスクリーンゲインの変化を示す。
【００４３】
図中、横軸は、出射光の出射角度〔degree〕、縦軸はスクリーンゲイン（＝或る出射角度方向での輝度／入射光量）である。
【００４４】
なお、この平面型レンズの全光線透過率（＝全出射光量／全入射光量）は約７７．４％、透明微小球体２の部分での光線透過率（＝全出射光量／透明微小球体２への入射光量＝全出射光量／｛全入射光量×（単位面積中の透明微小球体２の面積／単位面積）｝）は約８５．４％であった。
【００４５】
図２０（ｂ）の結果では、中心部でのピークゲインが約２．２１で、このピークゲインの１／２のゲインが得られる角度範囲は約５３．０°、１／３のゲインが得られる角度範囲は約７１．９°、１／１０のゲインが得られる角度範囲は約１６２．６°であった。
【００４６】
次に、図３〜図５を参照して、図２に示した構成の平面型レンズの製造方法を説明する。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示すように、例えば、ガラス板やＰＭＭＡ等のプラスチック板からなる透明基材４の上に、例えば、ＵＶキュアにより架橋反応が進んで硬化するとともに、ＵＶキュア後も表面に粘性を保持するようなアクリル系のＵＶ硬化樹脂からなる透明粘着層５を、例えば、２０〜３０μｍ程度の厚みに塗布する。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示すように、透明粘着層５の上に、例えば、平均粒径（直径）が５０μｍ程度のマイクロガラスビーズからなる多数の透明微小球体２を、図示省略したホッパーから供給し、少なくとも最下層において透明微小球体２が２次元的に最密構造を採るようにする（なお、この図３（ｂ）及び次の図３（ｃ）では、最下層の透明微小球体２のみを示す。）。
【００４９】
しかる後、図示は省略するが、スキージングを行って、透明微小球体２の高さを均一化する。
【００５０】
次に、図３（ｃ）に示すように、加圧ロール３１により透明微小球体２を上から押圧し、最下層の透明微小球体２を、その直径の半分（＝２５μｍ）程度まで透明粘着層５内に埋め込む。
【００５１】
しかる後、図示は省略するが、余剰の透明微小球体２を真空吸引等により除去する。
【００５２】
次に、図３（ｄ）に示すように、紫外線ランプ３２により紫外線を照射して、ＵＶ硬化樹脂からなる透明粘着層５を硬化させ、透明微小球体２を固定する。
【００５３】
図２３（ａ）に、実際にマイクロガラスビーズを配列固定した状態の平面型レンズの光学顕微鏡写真に基づいたスケッチ図を示す。
【００５４】
次に、図４（ａ）に示すように、ホッパー３３により、全面に微粉末状のカーボントナーを供給し、着色層３を形成する。
【００５５】
カーボントナーとしては、例えば、着色剤としてカーボンブラック、固着剤として酢酸セルロースが使用された粒径０．０５〜０．２μｍの超微粒子状のものを用いる。
【００５６】
酢酸セルロースは、水酸基を多く有し、未架橋のＵＶ硬化樹脂との親和性に優れている。これは、透明粘着層５の表面に物理化学的に吸着し易いことを意味する。また、粒径０．０５〜０．２μｍの超微粒子は、各粒子が固着剤を介して凝集した状態となっているが、その凝集状態は変形し易く、また、各粒子が分散もし易い。従って、これらの超微粒子は、例えば、数珠つなぎ状態となって微小間隙にも入って行き易く、この性質により、マイクロビーズが密に詰まった状態の間隙にも均一な充填がし易い。
【００５７】
なお、カーボントナーとしては、固着剤にエポキシ樹脂を用いた熱定着型のものも有るが、エポキシ樹脂は、ガラスビーズ表面に対しても親和力が強く、従って、後に、透明微小球体２の光出射部の着色層３を実質的に完全に除去することが難しくなるので、この種のカーボントナーは、あまり好ましくない。
【００５８】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えば、回転ブラシ３４を回転させながら着色層３に押し付け、この状態で、回転ブラシ３４を相対的に移動させて、着色層３のカーボントナーを透明微小球体２間の間隙にムラなく均一に充填する。
【００５９】
図１０に、回転ブラシ３４の構成例を示す。
【００６０】
図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転ブラシ３４は、例えば、回転軸３４ａに取り付けられた回転ディスク３４ｂにブラシ部３４ｃが接着固定されて構成されている。
【００６１】
図１０（ｄ）に示すように、ブラシの毛３４ｄとしては、例えば、直径ｂ＝５〜１５〔μｍ〕程度のアクリル繊維が適しており、図１０（ｃ）に示すように、これを、例えば、ａ＝５〜２０〔ｍｍ〕程度の長さに切って、ブラシ部３４ｃに植毛する。毛３４ｄの長さは、トナー種やガラスビーズ側の状態等に応じて適宜選択する。また、ブラシ部３４ｃにおける毛３４ｄの植え方は、例えば、密に一様に植えたもの、数本〜数十本を束ねて等ピッチで植えたもの等が有るが、これも、トナー種やガラスビーズ側の状態等に応じて適宜使い分ければ良い。
【００６２】
例えば、最初、毛３４ｄの長いものでトナーを透明微小球体２間の間隙に押し込み、その後、毛３４ｄの短いものを軽く擦り付けることで、各透明微小球体２上のトナーを或る程度削り取ってやり、後のトナー除去工程をやり易くしても良い。
【００６３】
図１０（ｅ）に、例えば、ｃ＝５〔ｍｍ〕程度の長さの毛３４ｄを数本〜数十本束ねて等ピッチで植えたブラシ部３４ｃを示す。
【００６４】
上述のようにして、回転ブラシ３４により、着色層３のカーボントナーを透明微小球体２間の間隙にムラなく充填した後、図４（ｃ）に示すトナー除去工程により、各透明微小球体２の頂部近傍領域のカーボントナーを除去して、各透明微小球体２における光出射部位を着色層３から露出させる。
【００６５】
このトナー除去工程は、例えば、図６に拡大して明示するように、極微細繊維布（直径数μｍ程度の極細繊維で織った布。例えば、東レ社製“トレシー”、鐘紡社製“ザヴーナミニマックス”等）３５を、透明基材４に対し相対的に移動させながら着色層３の上面に連続的に接触させ、その繊維間にカーボントナーをトラップさせて同伴させることにより行うことができる。
【００６６】
極微細繊維布３５は、例えば、テープ状に加工したものを鏡面円柱ガイド３６に架張して連続的に走行させながら使用する。これにより、極微細繊維布３５に一定のテンションをかけて着色層３に対する接触部の平面性を保持するとともに、常時新しい繊維面が着色層３に接触するようにする。なお、極微細繊維布３５をエンドレスに構成して、トナー除去性能に支障の無いレベルで連続使用することも可能である。
【００６７】
このような極微細繊維布３５は、繊維の抜け落ち等によるゴミが出難く、また、繊維間にトラップされたトナー粉が、そこから離脱して落ちることも稀であるため、このトナー除去工程に非常に好都合である。
【００６８】
なお、極微細繊維布３５の代わりに、弱粘着性等の粘着テープを用いても良い。
【００６９】
図７に、このトナー除去工程の別の態様を示す。
【００７０】
この態様では、図示の如く、粘着ロール３８を回転させながら、透明基材４に対し相対的に移動させ、その粘着面を着色層３に連続的に接触させる。これにより、着色層３のカーボントナーを粘着ロール３８の粘着面に付着させて除去する。粘着ロール３８の粘着面は、クリーニング機構３９により清浄化され、これにより、常時清浄な粘着面が着色層３に接触するようにする。
【００７１】
図８に、トナー除去工程の更に別の態様を示す。
【００７２】
この態様では、図示の如く、回転ディスク４０に極微細繊維布４１を貼付したものを回転させながら、透明基材４に対し相対的に移動させ、着色層３のカーボントナーを極微細繊維布４１に付着させて除去する。極微細繊維布４１としては、図６の例で説明した極微細繊維布３５と同じものを用いることができる。使用済みの極微細繊維布４１は、例えば、回転ディスク４０ごと交換することができる。
【００７３】
図９に、トナー除去工程の更に別の態様を示す。
【００７４】
この態様では、図示の如く、粘着テープ４２の粘着面４２ａを着色層３に連続的に接触させ、カーボントナーをその粘着面４２ａに付着させて除去する。粘着テープ４２は、例えば、ガイドローラー４３に架張して連続的に走行させ、これにより、粘着テープ４２の常時新しい粘着面４２ａが着色層３に接触するようにするとともに、ガイドローラー４３を透明基材４に対し相対的に移動させながらカーボントナーの除去を行う。
【００７５】
以上に説明したトナー除去工程により、図４（ｄ）に示すように、各透明微小球体２の頂部近傍領域のカーボントナーが除去され、各透明微小球体２における光出射部位が着色層３から露出する。図２３（ｂ）に、この状態の光学顕微鏡写真に基づいたスケッチ図を示す。なお、図１に示す最も基本的な構成の平面型レンズ２３は、この図４（ｄ）までの工程で製造される。
【００７６】
次に、図５（ａ）に示すように、透明粘着層６を塗布した透明基材１を、気泡が入らないように、例えば、加圧ロール３７により端から順次加圧して積層する。この時、透明基材１は、透明基材４と同じものを、また、透明粘着層６は、透明粘着層５と同じものを夫々用いることができる。
【００７７】
例えば、透明粘着層６を、透明粘着層５と同じＵＶ硬化樹脂で構成した場合には、この貼り合わせ工程の後、ＵＶキュアを行って、その接着強度を高めることができる。
【００７８】
図１１に、別の例による平面型レンズの製造方法を示す。
【００７９】
この例では、図１１（ａ）に示すように、ホッパー３３から微粉末状のカーボントナーを供給して、着色層３を形成した後、図１１（ｂ）に示すように、例えば、シリコーンゴム系の加圧ロール４４により、着色層３を上から押圧して、着色層３のカーボントナーを透明微小球体２間の間隙に均一に充填する。しかる後、図１１（ｃ）に示すように、図６〜図９で説明したと同様のトナー除去工程を行い、各透明微小球体２の頂部近傍領域のカーボントナーを除去して、各透明微小球体２における光出射部位を着色層３から露出させる。これにより、図１１（ｄ）に示す構造を得る。
【００８０】
図１２に、更に別の例による平面型レンズの製造方法を示す。
【００８１】
この例では、図１２（ａ）に示すように、エアージェットノズル４５からトナー粉を高速で吐出させ、これにより、着色層３の形成と、その着色層３のカーボントナーの透明微小球体２間の間隙への均一な充填とを同時に行う。しかる後、図１２（ｂ）に示すように、トナー除去工程を行い、各透明微小球体２の頂部近傍領域のカーボントナーを除去して、各透明微小球体２における光出射部位を着色層３から露出させ、図１２（ｃ）に示す構造を得る。
【００８２】
図１３〜図１８に、上記の製造方法により製造される種々の例の平面型レンズ２３を示す。
【００８３】
図１３の例は、図１に示した最も基本的な構成において、光出射側に透明粘着層６を直接塗布形成し、図２に示した構成の透明基板１を省略したものである。例えば、透明粘着層６をＵＶ硬化樹脂で構成した場合には、その透明粘着層６の塗布後、ＵＶキュアを行うことにより、この構造でも、充分な着色層３及び透明微小球体２の保護を達成することができる。
【００８４】
図１４の例は、逆に、図１に示した最も基本的な構成において、光出射側に透明基板１を直接積層し、図２に示した構成の透明粘着層６を省略したものである。この構造は、着色層３として、それ自体に接着機能を有するもの、例えば、カーボントナーを熱硬化性接着剤に混合したようなものを用いた場合に可能である。
【００８５】
図１５の例は、図１に示した最も基本的な構成において、光入射側及び光出射側に夫々酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜等の反射防止膜７を設けたものである。なお、この反射防止膜７は、光入射側又は光出射側のいずれか一方のみに設けられても良い。
【００８６】
図１６の例は、図１３に示した構成の平面型レンズ２３の光入射側及び光出射側に夫々反射防止膜７を設けたものである。
【００８７】
図１７の例は、図１４に示した構成の平面型レンズ２３の光入射側及び光出射側に夫々反射防止膜７を設けたものである。
【００８８】
図１８の例は、図２に示した構成の平面型レンズ２３の光入射側及び光出射側に夫々反射防止膜７を設けたものである。
【００８９】
以上に説明した製造方法では、着色層３のカーボントナーとして粒径０．０５〜０．２μｍの超微粒子状のものを用いた。図２１に、この超微粒子状のカーボントナーの電子顕微鏡写真に基づくスケッチ図を示す。この超微粒子状のカーボントナーは、既述したように、微小間隙にも入って行き易く、従って、マイクロビーズが密に詰まった状態の間隙にも均一な充填がし易い。
【００９０】
一方、図２２に、粒径２〜１５μｍのカーボントナーの電子顕微鏡写真に基づくスケッチ図を示す。この場合、個々の粒径が大きいので、微小間隙には入り難いが、粒子毎の光吸収能は高く、例えば、単層であっても遮光性に優れる。
【００９１】
そこで、カーボントナーをその粒径により、例えば、
超微粒子： 粒径０．０５ 〜 ０．２ μｍ
微粒子 ： 粒径０．２ 〜 ２ μｍ
通常粒子： 粒径 ２ 〜 １５ μｍ
と分類し、目的又はプロセスに合わせて、これらを適宜組み合わせて使用するのが望ましい。
【００９２】
例えば、本発明の好ましい実施の形態を示す図１９のように、着色層３を形成するに際して、最初に、比較的大径の粒子３ａを供給し、しかる後、その大径粒子３ａの間を埋めるように小径の粒子３ｂを供給する。これにより、遮光性と、透明微小球体２間の間隙への充填の均一性のいずれにも優れた着色層３を形成することができる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明においては、透明基材上に形成した透明粘着層上に複数の透明微小球体を供給し、それらの透明微小球体を、実質的にその直径の半分程度の深さまで透明粘着層内に埋め込んだ後、少なくともそれらの透明微小球体間を埋めるように着色材料を供給し、しかる後、各透明微小球体の、例えば、光出射位置の着色材料を除去して、平面型レンズを製造する。
【００９４】
従って、各透明微小球体の光出射部位の形成を確実に行うことができ、例えば、透過型スクリーンに用いて好適な、外光によるコントラスト低下が少なく、しかも映像光の透過率が高い平面型レンズを再現性良く且つ低コストに製造することができる。
【００９５】
また、熱プロセスを特に必要としないので、例えば、平面型レンズの基板である透明基材に反りが発生し難く、従って、特に、大型のプロジェクタ用スクリーンに適用するような場合に有利である。
【００９６】
更に、着色層として、比較的低コストのカーボントナーをそのまま使用することが可能であるため、例えば、カーボントナーを有機溶剤等に混ぜて使用する場合に比較して、コストの低減を達成することができる。
そして、その製造方法によって得られる平面型レンズによれば、各透明微小球体が光入射側においてその直径の半分程度が透明粘着層に埋め込まれているので、多くの入射光が各透明微小球体に入射すると共に、光出射側においては光が通過する限られた領域のみが着色材料から露出している。従って、この平面型レンズでは、光の透過量を高くした状態で、光出射側における着色材料の面積率を大きくすることができ、この結果、外光の反射によるコントラストの低下を大幅に低減することができる。
しかも、着色層を形成するに際して、比較的大径の着色材料を供給し、しかる後、その大径材料の間を埋めるようにより小径の着色材料を供給するので、遮光性と、透明微小球体間の間隙への充填の均一性のいずれにも優れた着色層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 平面型レンズの最も基本的な構成を示す概略断面図である。
【図２】 平面型レンズのより実用的な構成を示す概略断面図である。
【図３】 平面型レンズの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】 平面型レンズの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】 平面型レンズの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図６】 トナー除去工程を示す概略断面図である。
【図７】 トナー除去工程の別の態様を示す概略断面図である。
【図８】 平面型レンズの製造方法におけるトナー除去工程の更に別の態様を示す概略断面図である。
【図９】 平面型レンズの製造方法におけるトナー除去工程の更に別の態様を示す概略断面図である。
【図１０】 平面型レンズの製造方法におけるトナー充填工程に用いるブラシの構成を示す概略図である。
【図１１】 平面型レンズの別の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１２】 平面型レンズの更に別の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１３】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１８】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図２０】 平面型レンズにおける光線追跡及びスクリーンゲインのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２１】粒径０．０５〜０．２μｍのカーボントナーの電子顕微鏡写真に基づくスケッチ図である。
【図２２】粒径２〜１５μｍのカーボントナーの電子顕微鏡写真に基づくスケッチ図である。
【図２３】透明微小球体を配列した状態及び着色層に光出射部を形成した状態の夫々光学顕微鏡写真に基づくスケッチ図である。
【図２４】従来の背面投射型プロジェクタを示す概略図である。
【図２５】従来の背面投射型プロジェクタにおけるレンチキュラーレンズの構成を示す概略図及び断面図である。
【図２６】透明微小球体による平面型レンズを用いたオープンタイプの背面投射型プロジェクタを示す概略図である。
【図２７】透明微小球体による平面型レンズを用いたボックスタイプの背面投射型プロジェクタを示す概略図である。
【図２８】透明微小球体による平面型レンズの基本構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、４…透明基材、２…透明微小球体、３…着色（黒色）層、３ａ…大径の粒子、
３ｂ…小径の粒子、５、６…透明粘着層、７…反射防止膜、１０…透過型スクリーン、
２２…フレネルレンズ、２３…平面型レンズ、３１、３７、４４…加圧ロール、
３２…紫外線ランプ、３３…ホッパー、３４…回転ブラシ、３５、４１…極微細繊維布、
３６…鏡面円柱ガイド、３８…粘着ロール、４２…粘着テープ、４３…ガイドローラー、
４５…エアージェットノズル、Ｌin…入射光、Ｌout…出射光、Ｌex…外光
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、背面投射型プロジェクタ用スクリーンに用いて好適な平面型レンズの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、ＨＤＴＶ（ハイビジョン）用やシアター用等の大画面ディスプレイとして、液晶ライトバルブやＣＲＴを用いた背面投射型プロジェクタの開発が活発化している。
【０００３】
図２４に、従来の背面投射型プロジェクタの概略構成を示す。
【０００４】
図示の例はボックスタイプのプロジェクタで、映像投射部１０１からの投射映像光Ｌは、例えば、反射ミラー１０２で反射されて透過型スクリーン１０５に導かれる。透過型スクリーン１０５は、フレネルレンズ１０３と、通常、垂直方向に延びるレンチキュラーレンズ１０４とで構成されている。そして、透過型スクリーン１０５の背面から入射した投射映像光Ｌは、フレネルレンズ１０３でほぼ平行光となった後、レンチキュラーレンズ１０４により主として水平方向に拡散される。
【０００５】
図２５（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンチキュラーレンズ１０４には、その背面側（光出射側）に垂直方向に延びる突条部１０４ａが設けられ、この突条部１０４ａに、外光を吸収して画面コントラストを向上させるためのブラックストライプ１０４ｂが設けられている。例えば、押し出し成形により、アクリル樹脂を、突条部１０４ａを含むレンチキュラーレンズ１０４の形状に成形した後、突条部１０４ａのみに黒色印刷を施し、ブラックストライプ１０４ｂを形成する。
【０００６】
図２５（ｂ）に示すように、ブラックストライプ１０４ｂの幅ｗは、通常、レンチキュラーレンズ１０４のピッチｐの０．３〜０．４倍である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなレンチキュラーレンズを用いた透過型スクリーンでは、例えば、水平方向では光が広く拡散するために広い視野角が得られるが、垂直方向では狭い範囲にしか光が拡散しないため、垂直方向での視野角が狭いという欠点が有った。この欠点を克服するために、垂直方向に延びるレンチキュラーレンズと水平方向に延びるレンチキュラーレンズを組み合わせた構造のものも有るが、部品点数が増えるために部品コスト及び製造コストが高くなるという問題が有り、また、スクリーンの積層数が増えるためにスクリーンの厚みが大きく且つ重くなり、更に、各層間での多重反射の影響も増えるという問題が有った。
【０００８】
また、上述した如く、コントラスト向上のためにブラックストライプを設ける場合、レンチキュラーレンズの光出射側に黒色印刷のための突条部を形成する必要が有り、且つ、その突条部を出射光の邪魔にならない幅に形成する必要が有るため、ブラックストライプによる外光吸収部の面積率が、通常、３０〜４０％程度に留まっていた。このため、コントラスト向上の効果が比較的悪かった。
【０００９】
そこで、レンチキュラーレンズの代わりに、透明微小球体を２次元配列して構成した平面型レンズによる透過型スクリーンが注目され（例えば、米国特許第２，３７８，２５２号、同第３，５５２，８２２号、日本国実用新案登録第２５１３５０８号公報参照）、大画面高精細ディスプレイでの実用化に向けた研究開発が行われている。
【００１０】
例えば、本出願人が先に特願平９−１００５９０号（平成９年４月１７日出願）として提案した構成を図２６〜図２８を参照して説明する。
【００１１】
図２６は、オープンタイプの背面投射型プロジェクタの主要構成を示すもので、映像投射部２１からの投射映像光Ｌは、フレネルレンズ２２と平面型レンズ２３とからなる透過型スクリーン１０を介して前方に拡散される。平面型レンズ２３は、図示の如く、ガラスビーズのような透明微小球体２を２次元的に最密充填配列して構成している。従って、１層の透明微小球体２により、投射映像光Ｌを水平方向及び垂直方向の夫々広い範囲に拡散させることができる。
【００１２】
図２７は、ボックスタイプの背面投射型プロジェクタで、筐体２５内に配された映像投射部２１からの投射映像光Ｌは、反射ミラー２４で反射されて、やはり、フレネルレンズ２２と、透明微小球体２により構成された平面型レンズ２３とからなる透過型スクリーン１０を介し前方に拡散される。
【００１３】
図２８に、上記出願に記載されているうちの最も基本的な構成の平面型レンズ２３を示す。
【００１４】
この最も基本的な構成の平面型レンズ２３では、例えば、ガラスビーズのような多数の透明微小球体２が、ガラス板等の透明基板１上に、粘着又は接着機能を有する着色層（光吸収層）３により固着されている。各透明微小球体２は、その光入射側において直径の５０％程度が着色層３から露出するように着色層３内に埋め込まれ、且つ、その光出射側で透明基板１に接触している。
【００１５】
図示省略したフレネルレンズを経て入射した入射光Ｌinは、図示の如く、各透明微小球体２により収斂され、各透明微小球体２と透明基板１との接触部近傍を透過して、拡散、出射される。Ｌout は出射光である。一方、透明基板１側から入射した外光Ｌexは、その殆どが着色層３により吸収され、従って、外光Ｌexの反射によるコントラストの低下が低減される。
【００１６】
この時、この平面型レンズ２３では、光出射側での着色層３による光吸収層の面積率を、例えば、８０％程度以上にすることができ、従って、外光Ｌexの反射によるコントラストの低下を大幅に低減することができて、外光の影響を受け難いコントラストの高いスクリーンを実現することができる。
【００１７】
上記出願では、この平面型レンズ２３を、次のようにして製造していた。
【００１８】
即ち、まず、透明基板１上に、粘着又は接着層である着色層３を形成し、その上に多数の透明微小球体２を散布した後、それらの透明微小球体２を上から加圧して着色層３内に押し込んでいた。
【００１９】
ところが、このような方法では、例えば、透明微小球体２を上から加圧した時に透明微小球体２が回転して、その露出部分表面にも着色層３が付着し、透過率の低下、従って、スクリーンの輝度低下を招く虞が有った。
【００２０】
また、透明微小球体２と透明基板１との間に着色層３が数μｍ程度の層となって残る虞が有り、やはり、透過率の低下、従って、スクリーンの輝度低下を招く虞が有った。
【００２１】
更に、透明微小球体２を押し込む際、通常、着色層３の粘度を下げるために昇温する必要が有るが、その昇温及び冷却のために比較的大掛かりな設備が必要となり、また、熱による透明基板１の反りの発生も、特に、大画面ディスプレイの場合には無視できない問題であった。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、透明微小球体により構成された平面型レンズを、その透過率を低下させることなく、また、反りを発生させることなく製造することが可能な平面型レンズの製造方法を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決する本発明の平面型レンズの製造方法は、
透明基材上に透明粘着層を形成する工程と、
前記透明粘着層上に複数の透明微小球体を供給する工程と、
前記複数の透明微小球体を、実質的にその直径の半分程度の深さまで前記透明粘着層 内に埋め込む工程と、
少なくとも前記複数の透明微小球体間を埋めるように着色材料を供給し、この際、比 較的粒径の大きい着色材料を供給した後、これらの着色材料間に粒径のより小さい着色 材料を供給する工程と、
前記複数の透明微小球体の、前記透明基材とは反対側の少なくとも光透過位置の前記 着色材料を除去する工程と
を有する。
この本発明の製造方法は、
透明基材上に透明粘着層が形成され、
複数の透明微小球体が、実質的にその直径の半分程度の深さまで前記透明粘着層内に 埋め込まれ、
少なくとも前記複数の透明微小球体間に、比較的粒径の大きい着色材料と、これらの 着色材料間に存在する粒径のより小さい着色材料とからなる着色材料が充填され、
前記複数の透明微小球体の、前記透明基材とは反対側の少なくとも光透過位置の前記 着色材料が除去されている、
平面型レンズを製造するのに好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態をその理解のための各例に従って説明する。
【００２５】
なお、以下の例において、図２６〜図２８で説明した構成と対応する部位には、図２６〜図２８と同一の符号を付す。
【００２６】
図１に、平面型レンズの最も基本的な構成を模式的に示す。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、この平面型レンズ２３においては、光の入射側に、例えば、ガラス板やプラスチック板等からなる剛性又は可撓性を有する透明基材４が設けられる。
【００２８】
なお、この基材４や、後に説明する粘着層５、微小球体２等は、目的とする光の大部分を透過し得るものであれば、必ずしも完全な透明体でなくても良く、従って、本明細書においては、「透明」という用語を、いわゆる半透明程度までの透明度を含めた意味で用いる。
【００２９】
透明基材４の光出射側の表面には、例えば、ＵＶ（紫外線）硬化樹脂等の粘着及び接着機能を有する透明粘着層５が設けられ、この透明粘着層５に、例えば、ガラスビーズ等からなる多数の透明微小球体２が埋め込まれて保持されている。そして、光出射側におけるこれらの透明微小球体２間の間隙に、例えば、カーボントナー等からなる外光吸収用の着色（黒色）層３が充填されている。
【００３０】
図１（ｂ）に拡大して明示するように、各透明微小球体２は、その光入射側において、直径（例えば、ｄ＝５０μｍ）の半分程度が透明粘着層５に埋め込まれ、一方、光出射側においては、着色層３から所定厚（例えば、ｔ＝２．５μｍ）露出して、所定径（例えば、ｓ＝２１．６μｍ）の光出射部を形成している。
【００３１】
図２に、平面型レンズ２３のより実用的な構成を示す。
【００３２】
この構成では、図２（ａ）に示すように、図１に示した基本的な構成において、光出射側にも、透明粘着層６を介し透明基材１を積層している。これらの透明粘着層６及び透明基材１は、光入射側における透明粘着層５及び透明基材４と夫々同じ材料で構成することができる。
【００３３】
このように透明微小球体２を両側からサンドイッチした構成とすることにより、透明微小球体２の保持強度の向上、並びに、透明微小球体２及び着色層３の外部からの保護が達成される。
【００３４】
図２（ｂ）に、この平面型レンズ２３の作用を模式的に示す。
【００３５】
図外のフレネルレンズでほぼ平行光となった入射光Ｌinは、光入射側の透明基材４及び透明粘着層５を経て各透明微小球体２に入射し、これら各透明微小球体２で収斂された光が、光出射側の透明粘着層６及び透明基材１を経、出射光Ｌout として前方へ拡散、出射される。
【００３６】
この時、各透明微小球体２は、光入射側において、その直径の半分程度が透明粘着層５に埋め込まれているので、多くの入射光Ｌinが各透明微小球体２に入射する。一方、光出射側においては、光が通過する限られた領域のみが着色層３から露出している。従って、この平面型レンズ２３では、光の透過量、即ち、透過型スクリーンにおける輝度を高くした状態で、光出射側における着色層３の面積率を大きくすることができ、この結果、外光の反射によるコントラストの低下を大幅に低減することができる。
【００３７】
図２０に、この図２の構成の平面型レンズ２３における光線追跡及びスクリーンゲインのシミュレーションを夫々行った結果を示す。
【００３８】
計算は、透明基材４、１を、屈折率ｎ＝１．４９０のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、透明粘着層５、６を、屈折率ｎ＝１．４９０のアクリル系ＵＶ硬化樹脂、透明微小球体２を、屈折率ｎ＝１．９００のガラスビーズとして行った。なお、空気の屈折率はｎ＝１．０００とした。
【００３９】
また、各層の厚みは、透明基材４、１が夫々１００μｍ、透明粘着層５が３０μｍ、カーボントナーである着色層３が２５μｍ、透明粘着層６が５μｍとした。透明微小球体２は、直径が５０μｍで、その半分の２５μｍが透明粘着層５に埋まっている構成とした。なお、各層における透過率は、着色層３を除き、全て１００％とした。
【００４０】
図２０（ａ）及びその拡大図である図２０（ｂ）に示すように、透明微小球体２の光出射部位は或る面積を持ち、この例では、半径約１０．８μｍの円となる。このことから、図１（ｂ）に示すように、各透明微小球体２の直径ｓ＝２１．６μｍ程度以上の部分を着色層３から露出させることにより、光出射部位における光損失を最小限に抑えることのできることが分かる。ちなみに、この直径ｓ＝２１．６μｍ程度以上の部分を着色層３から露出させるためには、各透明微小球体２の頂部からｔ＝２．５μｍ程度以上の深さの着色層３を除去する必要が有る。
【００４１】
ここで、透明微小球体２の平面充填率を９０％とすると、光出射側から見たスクリーンの黒色部面積率は、
１−｛０．９×（２１．６／５０．０）2 ｝≒０．８３
となり、約８３％となる。即ち、例えば、図２５に示したようなレンチキュラーレンズにブラックストライプを設けた従来の透過型スクリーンの黒色部面積率が、通常、３０〜４０％程度に留まるのに対し、この平面型レンズ２３を用いた透過型スクリーンでは、黒色部面積率を大幅に増大させることができ、従って、外光の反射によるコントラスト低下の少ない鮮明な画像を得ることができる。
【００４２】
図２０（ｂ）に、光の出射方向によるスクリーンゲインの変化を示す。
【００４３】
図中、横軸は、出射光の出射角度〔degree〕、縦軸はスクリーンゲイン（＝或る出射角度方向での輝度／入射光量）である。
【００４４】
なお、この平面型レンズの全光線透過率（＝全出射光量／全入射光量）は約７７．４％、透明微小球体２の部分での光線透過率（＝全出射光量／透明微小球体２への入射光量＝全出射光量／｛全入射光量×（単位面積中の透明微小球体２の面積／単位面積）｝）は約８５．４％であった。
【００４５】
図２０（ｂ）の結果では、中心部でのピークゲインが約２．２１で、このピークゲインの１／２のゲインが得られる角度範囲は約５３．０°、１／３のゲインが得られる角度範囲は約７１．９°、１／１０のゲインが得られる角度範囲は約１６２．６°であった。
【００４６】
次に、図３〜図５を参照して、図２に示した構成の平面型レンズの製造方法を説明する。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示すように、例えば、ガラス板やＰＭＭＡ等のプラスチック板からなる透明基材４の上に、例えば、ＵＶキュアにより架橋反応が進んで硬化するとともに、ＵＶキュア後も表面に粘性を保持するようなアクリル系のＵＶ硬化樹脂からなる透明粘着層５を、例えば、２０〜３０μｍ程度の厚みに塗布する。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示すように、透明粘着層５の上に、例えば、平均粒径（直径）が５０μｍ程度のマイクロガラスビーズからなる多数の透明微小球体２を、図示省略したホッパーから供給し、少なくとも最下層において透明微小球体２が２次元的に最密構造を採るようにする（なお、この図３（ｂ）及び次の図３（ｃ）では、最下層の透明微小球体２のみを示す。）。
【００４９】
しかる後、図示は省略するが、スキージングを行って、透明微小球体２の高さを均一化する。
【００５０】
次に、図３（ｃ）に示すように、加圧ロール３１により透明微小球体２を上から押圧し、最下層の透明微小球体２を、その直径の半分（＝２５μｍ）程度まで透明粘着層５内に埋め込む。
【００５１】
しかる後、図示は省略するが、余剰の透明微小球体２を真空吸引等により除去する。
【００５２】
次に、図３（ｄ）に示すように、紫外線ランプ３２により紫外線を照射して、ＵＶ硬化樹脂からなる透明粘着層５を硬化させ、透明微小球体２を固定する。
【００５３】
図２３（ａ）に、実際にマイクロガラスビーズを配列固定した状態の平面型レンズの光学顕微鏡写真に基づいたスケッチ図を示す。
【００５４】
次に、図４（ａ）に示すように、ホッパー３３により、全面に微粉末状のカーボントナーを供給し、着色層３を形成する。
【００５５】
カーボントナーとしては、例えば、着色剤としてカーボンブラック、固着剤として酢酸セルロースが使用された粒径０．０５〜０．２μｍの超微粒子状のものを用いる。
【００５６】
酢酸セルロースは、水酸基を多く有し、未架橋のＵＶ硬化樹脂との親和性に優れている。これは、透明粘着層５の表面に物理化学的に吸着し易いことを意味する。また、粒径０．０５〜０．２μｍの超微粒子は、各粒子が固着剤を介して凝集した状態となっているが、その凝集状態は変形し易く、また、各粒子が分散もし易い。従って、これらの超微粒子は、例えば、数珠つなぎ状態となって微小間隙にも入って行き易く、この性質により、マイクロビーズが密に詰まった状態の間隙にも均一な充填がし易い。
【００５７】
なお、カーボントナーとしては、固着剤にエポキシ樹脂を用いた熱定着型のものも有るが、エポキシ樹脂は、ガラスビーズ表面に対しても親和力が強く、従って、後に、透明微小球体２の光出射部の着色層３を実質的に完全に除去することが難しくなるので、この種のカーボントナーは、あまり好ましくない。
【００５８】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えば、回転ブラシ３４を回転させながら着色層３に押し付け、この状態で、回転ブラシ３４を相対的に移動させて、着色層３のカーボントナーを透明微小球体２間の間隙にムラなく均一に充填する。
【００５９】
図１０に、回転ブラシ３４の構成例を示す。
【００６０】
図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転ブラシ３４は、例えば、回転軸３４ａに取り付けられた回転ディスク３４ｂにブラシ部３４ｃが接着固定されて構成されている。
【００６１】
図１０（ｄ）に示すように、ブラシの毛３４ｄとしては、例えば、直径ｂ＝５〜１５〔μｍ〕程度のアクリル繊維が適しており、図１０（ｃ）に示すように、これを、例えば、ａ＝５〜２０〔ｍｍ〕程度の長さに切って、ブラシ部３４ｃに植毛する。毛３４ｄの長さは、トナー種やガラスビーズ側の状態等に応じて適宜選択する。また、ブラシ部３４ｃにおける毛３４ｄの植え方は、例えば、密に一様に植えたもの、数本〜数十本を束ねて等ピッチで植えたもの等が有るが、これも、トナー種やガラスビーズ側の状態等に応じて適宜使い分ければ良い。
【００６２】
例えば、最初、毛３４ｄの長いものでトナーを透明微小球体２間の間隙に押し込み、その後、毛３４ｄの短いものを軽く擦り付けることで、各透明微小球体２上のトナーを或る程度削り取ってやり、後のトナー除去工程をやり易くしても良い。
【００６３】
図１０（ｅ）に、例えば、ｃ＝５〔ｍｍ〕程度の長さの毛３４ｄを数本〜数十本束ねて等ピッチで植えたブラシ部３４ｃを示す。
【００６４】
上述のようにして、回転ブラシ３４により、着色層３のカーボントナーを透明微小球体２間の間隙にムラなく充填した後、図４（ｃ）に示すトナー除去工程により、各透明微小球体２の頂部近傍領域のカーボントナーを除去して、各透明微小球体２における光出射部位を着色層３から露出させる。
【００６５】
このトナー除去工程は、例えば、図６に拡大して明示するように、極微細繊維布（直径数μｍ程度の極細繊維で織った布。例えば、東レ社製“トレシー”、鐘紡社製“ザヴーナミニマックス”等）３５を、透明基材４に対し相対的に移動させながら着色層３の上面に連続的に接触させ、その繊維間にカーボントナーをトラップさせて同伴させることにより行うことができる。
【００６６】
極微細繊維布３５は、例えば、テープ状に加工したものを鏡面円柱ガイド３６に架張して連続的に走行させながら使用する。これにより、極微細繊維布３５に一定のテンションをかけて着色層３に対する接触部の平面性を保持するとともに、常時新しい繊維面が着色層３に接触するようにする。なお、極微細繊維布３５をエンドレスに構成して、トナー除去性能に支障の無いレベルで連続使用することも可能である。
【００６７】
このような極微細繊維布３５は、繊維の抜け落ち等によるゴミが出難く、また、繊維間にトラップされたトナー粉が、そこから離脱して落ちることも稀であるため、このトナー除去工程に非常に好都合である。
【００６８】
なお、極微細繊維布３５の代わりに、弱粘着性等の粘着テープを用いても良い。
【００６９】
図７に、このトナー除去工程の別の態様を示す。
【００７０】
この態様では、図示の如く、粘着ロール３８を回転させながら、透明基材４に対し相対的に移動させ、その粘着面を着色層３に連続的に接触させる。これにより、着色層３のカーボントナーを粘着ロール３８の粘着面に付着させて除去する。粘着ロール３８の粘着面は、クリーニング機構３９により清浄化され、これにより、常時清浄な粘着面が着色層３に接触するようにする。
【００７１】
図８に、トナー除去工程の更に別の態様を示す。
【００７２】
この態様では、図示の如く、回転ディスク４０に極微細繊維布４１を貼付したものを回転させながら、透明基材４に対し相対的に移動させ、着色層３のカーボントナーを極微細繊維布４１に付着させて除去する。極微細繊維布４１としては、図６の例で説明した極微細繊維布３５と同じものを用いることができる。使用済みの極微細繊維布４１は、例えば、回転ディスク４０ごと交換することができる。
【００７３】
図９に、トナー除去工程の更に別の態様を示す。
【００７４】
この態様では、図示の如く、粘着テープ４２の粘着面４２ａを着色層３に連続的に接触させ、カーボントナーをその粘着面４２ａに付着させて除去する。粘着テープ４２は、例えば、ガイドローラー４３に架張して連続的に走行させ、これにより、粘着テープ４２の常時新しい粘着面４２ａが着色層３に接触するようにするとともに、ガイドローラー４３を透明基材４に対し相対的に移動させながらカーボントナーの除去を行う。
【００７５】
以上に説明したトナー除去工程により、図４（ｄ）に示すように、各透明微小球体２の頂部近傍領域のカーボントナーが除去され、各透明微小球体２における光出射部位が着色層３から露出する。図２３（ｂ）に、この状態の光学顕微鏡写真に基づいたスケッチ図を示す。なお、図１に示す最も基本的な構成の平面型レンズ２３は、この図４（ｄ）までの工程で製造される。
【００７６】
次に、図５（ａ）に示すように、透明粘着層６を塗布した透明基材１を、気泡が入らないように、例えば、加圧ロール３７により端から順次加圧して積層する。この時、透明基材１は、透明基材４と同じものを、また、透明粘着層６は、透明粘着層５と同じものを夫々用いることができる。
【００７７】
例えば、透明粘着層６を、透明粘着層５と同じＵＶ硬化樹脂で構成した場合には、この貼り合わせ工程の後、ＵＶキュアを行って、その接着強度を高めることができる。
【００７８】
図１１に、別の例による平面型レンズの製造方法を示す。
【００７９】
この例では、図１１（ａ）に示すように、ホッパー３３から微粉末状のカーボントナーを供給して、着色層３を形成した後、図１１（ｂ）に示すように、例えば、シリコーンゴム系の加圧ロール４４により、着色層３を上から押圧して、着色層３のカーボントナーを透明微小球体２間の間隙に均一に充填する。しかる後、図１１（ｃ）に示すように、図６〜図９で説明したと同様のトナー除去工程を行い、各透明微小球体２の頂部近傍領域のカーボントナーを除去して、各透明微小球体２における光出射部位を着色層３から露出させる。これにより、図１１（ｄ）に示す構造を得る。
【００８０】
図１２に、更に別の例による平面型レンズの製造方法を示す。
【００８１】
この例では、図１２（ａ）に示すように、エアージェットノズル４５からトナー粉を高速で吐出させ、これにより、着色層３の形成と、その着色層３のカーボントナーの透明微小球体２間の間隙への均一な充填とを同時に行う。しかる後、図１２（ｂ）に示すように、トナー除去工程を行い、各透明微小球体２の頂部近傍領域のカーボントナーを除去して、各透明微小球体２における光出射部位を着色層３から露出させ、図１２（ｃ）に示す構造を得る。
【００８２】
図１３〜図１８に、上記の製造方法により製造される種々の例の平面型レンズ２３を示す。
【００８３】
図１３の例は、図１に示した最も基本的な構成において、光出射側に透明粘着層６を直接塗布形成し、図２に示した構成の透明基板１を省略したものである。例えば、透明粘着層６をＵＶ硬化樹脂で構成した場合には、その透明粘着層６の塗布後、ＵＶキュアを行うことにより、この構造でも、充分な着色層３及び透明微小球体２の保護を達成することができる。
【００８４】
図１４の例は、逆に、図１に示した最も基本的な構成において、光出射側に透明基板１を直接積層し、図２に示した構成の透明粘着層６を省略したものである。この構造は、着色層３として、それ自体に接着機能を有するもの、例えば、カーボントナーを熱硬化性接着剤に混合したようなものを用いた場合に可能である。
【００８５】
図１５の例は、図１に示した最も基本的な構成において、光入射側及び光出射側に夫々酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜等の反射防止膜７を設けたものである。なお、この反射防止膜７は、光入射側又は光出射側のいずれか一方のみに設けられても良い。
【００８６】
図１６の例は、図１３に示した構成の平面型レンズ２３の光入射側及び光出射側に夫々反射防止膜７を設けたものである。
【００８７】
図１７の例は、図１４に示した構成の平面型レンズ２３の光入射側及び光出射側に夫々反射防止膜７を設けたものである。
【００８８】
図１８の例は、図２に示した構成の平面型レンズ２３の光入射側及び光出射側に夫々反射防止膜７を設けたものである。
【００８９】
以上に説明した製造方法では、着色層３のカーボントナーとして粒径０．０５〜０．２μｍの超微粒子状のものを用いた。図２１に、この超微粒子状のカーボントナーの電子顕微鏡写真に基づくスケッチ図を示す。この超微粒子状のカーボントナーは、既述したように、微小間隙にも入って行き易く、従って、マイクロビーズが密に詰まった状態の間隙にも均一な充填がし易い。
【００９０】
一方、図２２に、粒径２〜１５μｍのカーボントナーの電子顕微鏡写真に基づくスケッチ図を示す。この場合、個々の粒径が大きいので、微小間隙には入り難いが、粒子毎の光吸収能は高く、例えば、単層であっても遮光性に優れる。
【００９１】
そこで、カーボントナーをその粒径により、例えば、
超微粒子： 粒径０．０５ 〜 ０．２ μｍ
微粒子 ： 粒径０．２ 〜 ２ μｍ
通常粒子： 粒径 ２ 〜 １５ μｍ
と分類し、目的又はプロセスに合わせて、これらを適宜組み合わせて使用するのが望ましい。
【００９２】
例えば、本発明の好ましい実施の形態を示す図１９のように、着色層３を形成するに際して、最初に、比較的大径の粒子３ａを供給し、しかる後、その大径粒子３ａの間を埋めるように小径の粒子３ｂを供給する。これにより、遮光性と、透明微小球体２間の間隙への充填の均一性のいずれにも優れた着色層３を形成することができる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明においては、透明基材上に形成した透明粘着層上に複数の透明微小球体を供給し、それらの透明微小球体を、実質的にその直径の半分程度の深さまで透明粘着層内に埋め込んだ後、少なくともそれらの透明微小球体間を埋めるように着色材料を供給し、しかる後、各透明微小球体の、例えば、光出射位置の着色材料を除去して、平面型レンズを製造する。
【００９４】
従って、各透明微小球体の光出射部位の形成を確実に行うことができ、例えば、透過型スクリーンに用いて好適な、外光によるコントラスト低下が少なく、しかも映像光の透過率が高い平面型レンズを再現性良く且つ低コストに製造することができる。
【００９５】
また、熱プロセスを特に必要としないので、例えば、平面型レンズの基板である透明基材に反りが発生し難く、従って、特に、大型のプロジェクタ用スクリーンに適用するような場合に有利である。
【００９６】
更に、着色層として、比較的低コストのカーボントナーをそのまま使用することが可能であるため、例えば、カーボントナーを有機溶剤等に混ぜて使用する場合に比較して、コストの低減を達成することができる。
そして、その製造方法によって得られる平面型レンズによれば、各透明微小球体が光入射側においてその直径の半分程度が透明粘着層に埋め込まれているので、多くの入射光が各透明微小球体に入射すると共に、光出射側においては光が通過する限られた領域のみが着色材料から露出している。従って、この平面型レンズでは、光の透過量を高くした状態で、光出射側における着色材料の面積率を大きくすることができ、この結果、外光の反射によるコントラストの低下を大幅に低減することができる。
しかも、着色層を形成するに際して、比較的大径の着色材料を供給し、しかる後、その大径材料の間を埋めるようにより小径の着色材料を供給するので、遮光性と、透明微小球体間の間隙への充填の均一性のいずれにも優れた着色層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 平面型レンズの最も基本的な構成を示す概略断面図である。
【図２】 平面型レンズのより実用的な構成を示す概略断面図である。
【図３】 平面型レンズの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】 平面型レンズの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】 平面型レンズの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図６】 トナー除去工程を示す概略断面図である。
【図７】 トナー除去工程の別の態様を示す概略断面図である。
【図８】 平面型レンズの製造方法におけるトナー除去工程の更に別の態様を示す概略断面図である。
【図９】 平面型レンズの製造方法におけるトナー除去工程の更に別の態様を示す概略断面図である。
【図１０】 平面型レンズの製造方法におけるトナー充填工程に用いるブラシの構成を示す概略図である。
【図１１】 平面型レンズの別の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１２】 平面型レンズの更に別の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１３】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１８】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の製造方法により製造される平面型レンズの構成を示す概略断面図である。
【図２０】 平面型レンズにおける光線追跡及びスクリーンゲインのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２１】粒径０．０５〜０．２μｍのカーボントナーの電子顕微鏡写真に基づくスケッチ図である。
【図２２】粒径２〜１５μｍのカーボントナーの電子顕微鏡写真に基づくスケッチ図である。
【図２３】透明微小球体を配列した状態及び着色層に光出射部を形成した状態の夫々光学顕微鏡写真に基づくスケッチ図である。
【図２４】従来の背面投射型プロジェクタを示す概略図である。
【図２５】従来の背面投射型プロジェクタにおけるレンチキュラーレンズの構成を示す概略図及び断面図である。
【図２６】透明微小球体による平面型レンズを用いたオープンタイプの背面投射型プロジェクタを示す概略図である。
【図２７】透明微小球体による平面型レンズを用いたボックスタイプの背面投射型プロジェクタを示す概略図である。
【図２８】透明微小球体による平面型レンズの基本構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、４…透明基材、２…透明微小球体、３…着色（黒色）層、３ａ…大径の粒子、
３ｂ…小径の粒子、５、６…透明粘着層、７…反射防止膜、１０…透過型スクリーン、
２２…フレネルレンズ、２３…平面型レンズ、３１、３７、４４…加圧ロール、
３２…紫外線ランプ、３３…ホッパー、３４…回転ブラシ、３５、４１…極微細繊維布、
３６…鏡面円柱ガイド、３８…粘着ロール、４２…粘着テープ、４３…ガイドローラー、
４５…エアージェットノズル、Ｌin…入射光、Ｌout…出射光、Ｌex…外光
Claims (12)
- 透明基材上に透明粘着層を形成する工程と、
前記透明粘着層上に複数の透明微小球体を供給する工程と、
前記複数の透明微小球体を、実質的にその直径の半分程度の深さまで前記透明粘着層 内に埋め込む工程と、
少なくとも前記複数の透明微小球体間を埋めるように着色材料を供給し、この際、比 較的粒径の大きい着色材料を供給した後、これらの着色材料間に粒径のより小さい着色 材料を供給する工程と、
前記複数の透明微小球体の、前記透明基材とは反対側の少なくとも光透過位置の前記 着色材料を除去する工程と
を有する、平面型レンズの製造方法。 - 前記着色材料として、カーボントナーを用いる、請求項１に記載の平面型レンズの製造方法。
- トナーの固着剤として酢酸セルロースが使われている前記カーボントナーを用いる、請求項２に記載の平面型レンズの製造方法。
- 前記カーボントナーとして、粒径０．０５〜１５μｍのものを用いる、請求項２に記載の平面型レンズの製造方法。
- 前記着色材料を供給する工程において、前記カーボントナーを散布した後、それらを回転ブラシにより前記複数の透明微小球体間に埋め込む、請求項２に記載の平面型レンズの製造方法。
- 前記着色材料を供給する工程において、前記カーボントナーを散布した後、それらを加圧ロールにより前記複数の透明微小球体間に埋め込む、請求項２に記載の平面型レンズの製造方法。
- 前記着色材料を供給する工程において、前記カーボントナーをエアジェットノズルにより吹き付けて、前記複数の透明微小球体間に埋め込む、請求項２に記載の平面型レンズの製造方法。
- 前記着色材料を除去する工程において、極微細繊維布に前記カーボントナーを付着させて除去する、請求項２に記載の平面型レンズの製造方法。
- 前記着色材料を除去する工程において、粘着ロールに前記カーボントナーを付着させて除去する、請求項２に記載の平面型レンズの製造方法。
- 前記着色材料を除去する工程において、粘着テープの粘着面に前記カーボントナーを付着させて除去する、請求項２に記載の平面型レンズの製造方法。
- 前記着色材料を除去する工程の後、前記複数の透明微小球体上に第２の透明粘着層を介して第２の透明基材を積層する工程を更に有する、請求項１に記載の平面型レンズの製造方法。
- プロジェクタ用スクリーンに用いられる平面型レンズを製造する、請求項１に記載の平面型レンズの製造方法。
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