JP4513653B2 - マイクロレンズアレイシートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転楕円体等を含む半球面もしくは半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の製造方法に関し、特に背面投影型のプロジェクション式テレビジョン等のスクリーンとして好適に用いることができるマイクロレンズアレイシートの製造方法に関する。

映像を表示するディスプレイには、セル集合体に表示された映像を直接観察する直視型ディスプレイと、正面あるいは背面からスクリーンに投影された映像を観察する投写型ディスプレイとがある。後者の投写型ディスプレイは、安価に大型化が可能であり、北米や中国を中心に普及しつつあるディスプレイである。

投写型ディスプレイの一つに、背面投写型（リアプロジェクション型）ディスプレイがある。その表示スクリーンとして一般的なものはレンチキュラーレンズアレイシートを用いたものであり、このシートの製造方法としては、押出成形や射出成形、及び光硬化性樹脂を用いた押圧ロール成形が一般的である。

しかしながら、レンチキュラーレンズアレイシートには、水平または垂直の一方向のみの視野角拡大効果しか得られないという課題があった。

そこで、この課題を解決するために、レンズ機能を有するマイクロレンズアレイシートを用いたスクリーンが提案されており、このようなスクリーンの一例が、特許文献１に記載されている。
マイクロレンズアレイシートは微細加工技術によって、平面基材上に凹凸形状の微小単位レンズを配列形成したものであり、これを用いたスクリーンは、ディスプレイなどの画像表示装置などへ応用され、今後の普及が期待されている。
特開２００１−３０５３１５号公報

特許文献１には、レンズ基板の一面に複数のマイクロレンズを、また、反対面に円形または矩形の光射出部を有する遮光層が形成されているマイクロレンズアレイシートについて記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載された式
Ｓｒ≧２ｔ×ｔａｎθ＋Ｒ
（ここで、Ｓｒ：マイクロレンズ径、ｔ：透明基材の厚さ、θ：最大入射角：ｓｉｎ^−１（１／ｎ）、ｎ：透明基材の屈折率、Ｒ：光射出部の直径）
に従ってマイクロレンズアレイシートを設計すると、上式はレンズの焦点距離が考慮されていないため、特に球面収差による入射光のケラレ（遮光層により適正な光路で入射した入射光の一部が遮断され、透過率（出射光量／入射光量）が低下する現象）が発生する場合がある。

上式は透明基材の屈折率ｎによって最大入射角θが決定されており、この最大入射角θを持った入射光は光射出部から出射されても、他の入射光にケラレが生じる場合がある。このケラレが生じないように遮光層の開口部を広くすると、光拡散板全面積に対する遮光層の黒色面積比率が減少し、映像のコントラストが悪化するという問題が生じる。
そこで、相反するケラレの抑制と高コントラスト化とを両立するマイクロレンズアレイシート及びその製造方法が望まれている。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、高光透過率で高コントラストの映像が得られる高性能なマイクロレンズアレイシートの製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は次のマイクロレンズアレイシートの製造方法を提供する。
１）光吸収性を有する遮光性基材（２４）と、この遮光性基材（２４）の一面側に形成された、複数のマイクロレンズ（２６）を有するマイクロレンズアレイ（２７）と、を有するマイクロレンズアレイシート（３５）の製造方法において、前記マイクロレンズ（２６）の焦点（ＦＰ）が、前記遮光性基材（２４）の前記マイクロレンズアレイ（２７）と反対側の面近傍に位置するシート（２８）を形成するシート形成工程と、前記シート（２８）に、前記マイクロレンズアレイ（２７）側から前記遮光性基材（２４）面の方向に対して垂直なレーザ光（３２）を平行または略平行な軌跡でスキャンして入光させて、前記レーザ光（３２）を前記焦点（ＦＰ）に集光させ、前記マイクロレンズアレイ（２７）側の開口径が前記マイクロレンズアレイ（２７）と反対側の開口径よりも大きい略円錐台形状になるように、前記遮光性基材（２４）の前記レーザ光（３２）の光路に沿った部分を溶融，昇華，又はアブレーションにて除去し、前記遮光性基材（２４）に複数の孔（３３）を形成する孔形成工程と、を有することを特徴とするマイクロレンズアレイシート（３５）の製造方法。
２）透明基材（４）と、この透明基材（４）の一面側に形成された、複数のマイクロレンズ（６）を有するマイクロレンズアレイ（７）と、前記透明基材（４）の他面側に形成された遮光層（１０）と、を有するマイクロレンズアレイシート（１５）の製造方法において、前記マイクロレンズ（６）の焦点（ＦＰ）が、前記遮光層（１０）の前記透明基材（４）と反対側の面近傍に位置するシート（１１）を形成するシート形成工程と、前記シート（１１）に、前記マイクロレンズアレイ（７）側から前記透明基材（４）面の方向に対して垂直なレーザ光（１２）を平行または略平行な軌跡でスキャンして入光させ、前記レーザ光（１２）を前記焦点（ＦＰ）に集光させて、前記マイクロレンズアレイ（７）側の開口径が前記マイクロレンズアレイ（７）と反対側の開口径よりも大きい略円錐台形状になるように、前記遮光層（１０）の前記レーザ光（１２）の光路に沿った部分を溶融，昇華，又はアブレーションにて除去し、前記遮光層（１０）に複数の孔（１３）を形成する孔形成工程と、を有することを特徴とするマイクロレンズアレイシート（１５）の製造方法。

本発明によれば、マイクロレンズアレイシートの遮光性基材に、各マイクロレンズに対応して、マイクロレンズアレイ側の開口径がマイクロレンズアレイと反対側の開口径よりも大きい略円錐台形状を有する複数の孔を形成することにより、高光透過率で高コントラストの映像が得られるという効果を奏する。
また、本発明によれば、マイクロレンズアレイシートの遮光層に、各マイクロレンズに対応して、マイクロレンズアレイ側の開口径がマイクロレンズアレイと反対側の開口径よりも大きい略円錐台形状を有する複数の孔を形成することにより、高光透過率で高コントラストの映像が得られるという効果を奏する。

＜第１実施例＞
まず、本発明におけるマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例について、図１〜図１０を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第１工程を説明するための模式的断面図または上面図である。
図５は、本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第２工程を説明するための模式的断面図である。
図６は、本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第３工程を説明するための模式的断面図である。
図７は、本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第３工程のレーザ加工方法を説明するための上面図である。
図８は、レーザ加工条件に対する遮光層の孔形状を表す模式的断面図である。
図９は、レーザ加工条件に対する熱エネルギー源の分布状態を表す模式的断面図である。
図１０は、遮光層の厚さに対する熱エネルギー源の分布状態及び遮光層の孔形状を表す模式的断面図である。

第１実施例により作製されるマイクロレンズアレイシートは、マイクロレンズアレイ，透明基材，及び遮光層を有するマイクロレンズアレイシートである。
透明基材へのマイクロレンズアレイ形成についてを第１工程とし、さらに透明基材への遮光層形成についてを第２工程とし、そして、セルフアライメント法による遮光層への孔形成についてを第３工程として、以下に説明する。

（第１工程）［図１〜図４参照］
まず、図１に示すように、半径ｒ１が５０μｍである凹形状の略半球部１を、その配列ピッチＬ１を１００μｍとして最密充填となるように配列して形成した金型２を準備し、この金型２の略半球部１に、粘度が約１８０ｍＰａ・ｓであり、硬化後に９０％以上の良好な光線透過率が得られる紫外線硬化性樹脂３を充填する。
この金型２は、後述するマイクロレンズアレイ７を形成するための型である。
充填する紫外線硬化性樹脂３の量は、紫外線硬化性樹脂３の液面Ａが、金型２の略半球部１の開口面Ｂよりも高さｔ１だけ高くなるように調整する。詳細は後述するが、透明層５の厚さｔ３の調整は、この紫外線硬化性樹脂３の高さｔ１と、紫外線照射時の圧力との調整によって行う。
本第１実施例では、この紫外線硬化性樹脂３として、株式会社スリーボンド製ＴＢ３０８７Ｂを使用した。
なお、図１に示す金型２は、その断面形状をわかりやすくするために、４つの略半球部１を有する金型２として表しているが、実際には、より多くの略半球部１を有している。また、以下に示す図２，図３についても、同様である。

次に、図２に示すように、この紫外線硬化性樹脂３の液面Ａに、厚さｔ２が４５μｍである透明基材４（例えば、高光透過率ＰＥＴフィルム）の一面側を接触させる。その後、透明基材４の他の面側から所定の圧力で透明基材４を金型２側に加圧しながら、透明基材４側から紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂３を硬化させると共に紫外線硬化性樹脂３を透明基材４に接着させる。

その後、図３に示すように、この透明基材４を金型２から矢印の方向に剥離することによって、紫外線硬化性樹脂３からなり、半径ｒ１が５０μｍの略半球の凸形状を有するマイクロレンズ６が、その配列ピッチＬ１を１００μｍとして最密充填となるように配列されたマイクロレンズアレイ７と、紫外線硬化性樹脂３からなる透明層５とが、透明基材４の一面側に形成されたマイクロレンズアレイ基材８を得る。
第１実施例では、透明層５の厚さｔ３が５μｍになるように、上述した紫外線硬化性樹脂３の高さｔ１と、紫外線照射時の圧力とを調整した。
紫外線硬化性樹脂３の硬化後の屈折率ｎ_１は１．５１である。

マイクロレンズ６の最密充填配列の他の方法として、例えば、図４に示すように、底面が略正六角形となる略半球形状のマイクロレンズ６ａをハニカム状に配列する方法もある。図４（ａ）は、マイクロレンズアレイ基材８ａをマイクロレンズアレイ側から見た上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＸ１−Ｘ２におけるマイクロレンズアレイ基材８ａの断面を表した断面図である。
なお、以下に示す工程については、底面が略円形となる略半球形状のマイクロレンズ６がハニカム状に配列されてなるマイクロレンズアレイ基材８を用いて説明するが、この底面が略正六角形となる略半球形状のマイクロレンズ６ａが最密充填に配列されてなるマイクロレンズアレイ基材８ａを用いても同様に製造できる。他にも、マイクロレンズが隙間なく配列されたものであれば、底面が略三角形や略四角形等の形状を有するものであってもよい。

（第２工程）［図５参照］
図５に示すように、マイクロレンズアレイ基材８の、マイクロレンズアレイ７が形成されている側の面に対して反対側の面に、接着層９となる前記の紫外線硬化性樹脂３を塗布する。その際、塗布された紫外線硬化性樹脂３の厚みがほとんど無視できる程度に塗布条件を設定した。その後、ラミネータを用いてマイクロレンズアレイ基材８と、厚さｔ４が５０μｍであり光吸収性を有する遮光層１０（例えば、光吸収材カーボンブラックを高い比率で含有させたＰＥＴフィルム）とを、接着層９を介して貼り合わせる。そして、マイクロレンズアレイ７側から非平行光の紫外線を照射し、紫外線硬化性樹脂３を硬化させてマイクロレンズアレイ基材８と遮光層１０とを接着層９を介して接着することにより、マイクロレンズアレイ遮光層基材１１を作製する。このマイクロレンズアレイ遮光層基材１１の総厚ｔ５は約１５０μｍである。
なお、この第１実施例で製造したマイクロレンズアレイシート１５を、例えば、背面投影型のプロジェクション式テレビジョン等のスクリーンとして用いる場合は、映像となる光が、マイクロレンズアレイシート１５のマイクロレンズアレイ７側から入射し、遮光層１０の、マイクロレンズアレイ７に対して反対側の面から出射する。そこで、この反対側の面を、光出射面１４と呼ぶこととする。
また、第１実施例では、まず、透明基材４の一面側にマイクロレンズアレイ７を形成した後、透明基材４の他面側に遮光層１０を形成したが、この形成順序を逆にして、まず、透明基材４の一面側に遮光層１０を形成した後、透明基材４の他面側にマイクロレンズアレイ７を形成してもよい。

（第３工程）［図６参照］
図６に示すように、ＣＯ_２（炭酸ガス）レーザ（平均出力３０Ｗ）を用いてマイクロレンズアレイ７側から、遮光層１０の光出射面１４に対して直交するようにレーザ光１２を照射する。
レーザ光１２を照射する際、レーザのパワーが強すぎるとマイクロレンズ６が溶融、昇華もしくはアブレーションにより破壊されてしまうため、マイクロレンズ６が損傷を受けずに遮光層１０に微小なセルフアライメント孔１３が形成されるよう予めレーザスポット直径の最適条件を見出しておく。そして、この最適条件を見出した上で、レーザ光１２を、マイクロレンズアレイ７，透明層５，及び透明基材４を通過させて遮光層１０に照射して、遮光層１０の一部を溶融、昇華もしくはアブレーションにて除去し、複数のセルフアライメント孔１３を形成する。従って、マイクロレンズ６の光軸と、対応するセルフアライメント孔１３の中心線とは、ほぼ一致する。
上述した方法により、第１実施例におけるマイクロレンズアレイシート１５を得る。

なお、詳細については後述するが、本第１実施例のマイクロレンズアレイシート１５の総厚ｔ５は、図６に示すように、遮光層１０の光出射面１４付近がマイクロレンズ６の焦点ＦＰとなるように設計している。

ところで、アブレーションとは、強力なレーザ光を無機・有機物、または金属等の固体の表面に照射した際に発生する吸収熱による蒸発により、プラズマ発光と衝撃音を伴った固体の爆発的な剥離を言う。

次に、上述の複数のセルフアライメント孔１３を形成するためのレーザ加工方法について、以下に詳述する。

図７に示すように、レーザスポット１６の半径ｒ２がマイクロレンズ６の半径ｒ１よりも大きくなるように、レーザスポット１６の半径ｒ２を調整したレーザ光１２を、マイクロレンズアレイシート１５のマイクロレンズアレイ７側から遮光層１０側に向かって、遮光層１０の光出射面１４に対して直交する方向に照射する。そして、このレーザ光１２を、例えば、マイクロレンズ６の配列方向と平行な方向にスキャンさせる。この動作をレーザスキャンピッチＬ毎に行うことによって、図６に示すような複数のセルフアライメント孔１３を形成することができる。

レーザ加工条件の１つであるレーザスキャンピッチＬと、形成されるセルフアライメント孔１３の形状との関係を調べ、その結果について説明する。ここで、レーザスキャンピッチＬは下記に示す４条件に設定した。また、セルフアライメント孔１３の形状の観察は、透過型光学顕微鏡とレーザ顕微鏡を用いて行った。
（ａ）：スキャンピッチ：Ｌａ＝５０μｍ
（ｂ）：スキャンピッチ：Ｌｂ＝４０μｍ
（ｃ）：スキャンピッチ：Ｌｃ＝２０μｍ
（ｄ）：スキャンピッチ：Ｌｄ＝１０μｍ
なお、各レーザ加工条件とも、スキャンスピード＝１０ｍ／ｓ、レーザスポット１６の半径ｒ２（ｒ２≧５０μｍ）を一定とした。レーザスポット１６の直径２×ｒ２（２×ｒ２≧１００μｍ）は、レーザスキャンピッチＬ（５０μｍ以下）に対し、十分大きな直径であるため、マイクロレンズアレイ７面に対するレーザ照射強度分布はほぼ均一になる。
また、マイクロレンズ６の半径ｒ１は、いずれのレーザ加工条件においても、５０μｍである。

各レーザスキャンピッチＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄに対応するセルフアライメント孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれの断面形状を図８（ａ）〜（ｄ）に模式的に示す。
図８より、レーザ加工条件（ａ）及び（ｂ）によって形成されたセルフアライメント孔１３ａ，１３ｂの断面形状は、マイクロレンズアレイ７側の開口径がマイクロレンズアレイ７と反対側の開口径よりも小さい円錐台形状である。なお、この円錐台形状を正円錐台形状と呼ぶ場合がある。
また、レーザ加工条件（ｃ）によって形成されたセルフアライメント孔１３ｃの断面形状は円柱形状であり、レーザ加工条件（ｄ）によって形成されたセルフアライメント孔１３ｄの断面形状は、マイクロレンズアレイ７側の開口径がマイクロレンズアレイ７と反対側の開口径よりも大きい円錐台形状である。なお、この円錐台形状を逆円錐台形状と呼ぶ場合がある。
以上のように、レーザ加工条件に応じて、遮光層１０のセルフアライメント孔は、異なる断面形状を示すことが判明した。

このように遮光層１０のセルフアライメント孔の断面形状が異なって形成される基本的な考え方を、図９を用いて説明する。
なお、上記のレーザ加工条件（ａ）〜（ｄ）と、図８及び図９中の（ａ）〜（ｄ）とは対応している。

レーザ光１２を、マイクロレンズアレイ７側から遮光層１０側に向かって、遮光層１０の光出射面１４に対して直交する方向に照射する。図９（ｅ）に示すように、マイクロレンズ６の凸レンズ作用により屈折したレーザ光１２は、焦点ＦＰ位置に近づくにつれて集光される。焦点ＦＰ位置の光エネルギー密度が増加するに従い熱エネルギーも増し、また、遮光層１０が黒色のためレーザ光１２を効率よく吸収するので、これが熱エネルギー源１７ｅとなる。この熱エネルギー源により、焦点ＦＰ位置（遮光層１０の光出射面１４）付近部分から次第に広がる方向に、遮光層１０の一部が溶融、昇華もしくはアブレーションによって除去されていき、レーザスキャンピッチＬを狭くすることによってさらに熱エネルギーが増加するとレーザ光路に沿って熱エネルギー源１７が広がるため、逆円錐台形状のセルフアライメント孔１３ｄになるものと考えられる。

従って、レーザ光１２よりもたらされる熱エネルギーは、上述したように、レーザ加工条件が（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に増加し、熱エネルギー源１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄも図９中の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に広がる。その結果、図８中の（ａ）〜（ｄ）の断面形状のようにセルフアライメント孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが形成されるものと推定される。
また、発明者らは、回転楕円体からなる半球面状のマイクロレンズを使用した場合には、略楕円円錐台形状のセルフアライメント孔が形成されることを確認している。即ち、マイクロレンズの集光効果を有する部分の形状に対応したセルフアライメント孔を形成することができる。

次に、セルフアライメント孔の形状と、全光線透過率（比視感度を考慮した可視光領域），投写された映像のコントラスト，及びレーザ加工性との関係を調べ、その結果を表１にまとめた。表１の４試料は、図８中の（ａ）〜（ｄ）に示す試料である。セルフアライメント孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの形状は前述の顕微鏡で観察し、全光線透過率は積分球光度計を用いて測定した。コントラストはリア・プロジェクション・テレビ（日本ビクター株式会社製）にて投写した映像を目視評価した。レーザ加工性はセルフアライメント孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの形状の加工再現性を評価した。

表１に示すように、総合的評価の結果、遮光層１０のセルフアライメント孔１３の形状が図８（ｄ）に示すような逆円錐台形状となるとき、高光透過率で高コントラストの映像が得られる高性能なマイクロレンズアレイシート１５となることがわかった。
なお、第１実施例では、レーザ加工条件（ｄ）、即ち、スキャンピッチＬｄが１０μｍの場合に、図８（ｄ）に示すような逆円錐台形状のセルフアライメント孔１３ｄを得たが、スキャンピッチＬｄはこれに限定されるものではなく、５≦Ｌｄ≦１５μｍの範囲であれば、同様の逆円錐台形状が得られる。

次に、遮光層１０の厚さｔ４と、全光線透過率，コントラスト，及びレーザ加工性の関係とを調べ、その結果を表２にまとめた。なお、遮光層１０の厚さｔ４が１μｍ以下の場合、その遮光層１０は十分な遮光性が得られない。そこで、遮光層１０の厚さｔ４を、１〜１００μｍの範囲内で段階的に変えることとした。

表２の８試料は、遮光層１０の厚さｔ４を１〜１００μｍの範囲で段階的に変えたものであり、表２は遮光層１０の厚さｔ４に対する全光線透過率、コントラスト、及びレーザ加工性について、上述した方法で評価した結果である。セルフアライメント孔１３の形状が図８（ｄ）に示すような逆円錐台形状となるように、上述と同様にＣＯ_２レーザのスキャンピッチＬを最適化した。マイクロレンズ形状及び材質は上述と同様であり、遮光層１０の光出射面１４付近がマイクロレンズ６の略焦点ＦＰとなるように、透明基材４及び遮光層１０のそれぞれの厚さｔ２，ｔ４を調整した。

表２に示すように、全光線透過率はどれも９０％以上ありいずれも良好であるが、コントラストとレーザ加工性に差が生じた。
即ち、表２から、総合的な評価の結果、高コントラストな画像が得られレーザ加工性が良好なマイクロレンズアレイシート１５を得るためには、遮光層１０の厚さｔ４を、１〜７５μｍの範囲、より好ましくは２〜５０μｍの範囲にすればよいことがわかる。
また、発明者らの鋭意検討の結果、上述の遮光層１０の最適厚さと、マイクロレンズ６の半径ｒ１とが比例関係にあることを見出した。即ち、第１実施例のマイクロレンズ６の半径ｒ１は５０μｍであるから、“１〜７５μｍの範囲”は“１〜１．５×ｒ１μｍの範囲”と、また、“２〜５０μｍの範囲”は“２〜ｒ１μｍの範囲”と置き換えて表すことができる。

図１０（ａ）及び（ｂ）に、遮光層１０の厚さｔ４が薄い場合及び厚い場合の断面模式図を示す。
図１０（ａ）に示すように、遮光層１０の厚さｔ４ａが薄い場合、厚い場合に対して少ない熱エネルギーでレーザ加工できるため、遮光層１０の光出射面１４における開口径は小さくなり、コントラストは向上する方向であるが、遮光層１０の遮光性が低下するため、映像全体としてコントラストは悪化する。
一方、図１０（ｂ）に示すように、遮光層１０の厚さｔ４ｂが厚い場合、薄い場合に対してレーザ加工性が悪化するため、セルフアライメント孔１３の形状がばらつき、その結果、光透過率にばらつきが生じる。
以上の理由により、遮光層１０の厚さｔ４は、上述の範囲が好適である。

＜第２実施例＞
次に、本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第２実施例について、図１１〜図１６を用いて説明する。
図１１〜図１３は、本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第２実施例の第１工程を説明するための模式的断面図である。
図１４は、本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第２実施例の第２工程を説明するための模式的断面図である。
図１５は、レーザ加工条件による遮光性基材の孔形状を表す模式的断面図である。
図１６は、マイクロレンズアレイシートに対する迷光及び外光の関係を表す模式的断面図である。

第２実施例により作製されるマイクロレンズアレイシートは、マイクロレンズアレイと光吸収性を有する遮光性基材とからなるマイクロレンズアレイシートである。
遮光性基材へのマイクロレンズアレイ形成についてを第１工程とし、セルフアライメント法による遮光性基材への孔形成についてを第２工程として、以下に説明する。

（第１工程）［図４，図１１〜図１３参照］
まず、図１１に示すように、半径ｒ２１が２５μｍである凹形状の略半球部２１を、その配列ピッチＬ２１を５０μｍとして最密充填となるように配列して形成したガラス型２２を準備し、このガラス型２２の略半球部２１に、粘度が約１８０ｍＰａ・ｓであり硬化後に９０％以上の良好な光線透過率が得られる紫外線硬化性樹脂２３を充填する。
このガラス型２２は、後述するマイクロレンズアレイ２７を形成するための型である。なお、型の材料は、紫外線が透過する材料（例えば、プラスチックなど）であればよく、本第２実施例に限定されるものではない。
また、ガラス型２２に凹形状の略半球部２１を形成する方法として、マイクロブラスト法やウェットエッチング法などがある。
充填する紫外線硬化性樹脂２３の量は、紫外線硬化性樹脂２３の液面Ｃが、ガラス型２２の略半球部２１の開口面Ｄよりも高さｔ２１だけ高くなるように調整する。詳細は後述するが、透明層２５の厚さｔ２３の調整は、この紫外線硬化性樹脂２３の高さｔ２１と、紫外線照射時の圧力との調整によって行う。
本第２実施例では、この紫外線硬化性樹脂２３として、株式会社スリーボンド製ＴＢ３０８７Ｂを使用した。
なお、図１１に示すガラス型２２は、その断面形状をわかりやすくするために、４つの略半球部２１を有するガラス型２２として表しているが、実際には、より多くの略半球部２１を有している。また、以下に示す図１２，図１３についても、同様である。

次に、図１２に示すように、この紫外線硬化性樹脂２３の液面Ｃに、厚さｔ２２が４５μｍである光吸収性を有する遮光性基材２４（例えば、黒色ＰＥＴフィルム）の一面側を接触させる。その後、遮光性基材２４の他の面側から所定の圧力で遮光性基材２４をガラス型２２側に加圧しながら、ガラス型２２側から、非平行光の紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂２３を硬化させると共に紫外線硬化性樹脂２３を遮光性基材２４に接着させる。

その後、図１３に示すように、この遮光性基材２４をガラス型２２から矢印の方向に剥離することによって、紫外線硬化性樹脂２３からなり半径ｒ２１が２５μｍの略半球の凸形状を有するマイクロレンズ２６が、その配列ピッチＬ２１を５０μｍとして最密充填となるように配列されたマイクロレンズアレイ２７と、紫外線硬化性樹脂２３からなる透明層２５とが、遮光性基材２４の一面側に形成されたマイクロレンズアレイ基材２８を得る。
第２実施例では、透明層２５の厚さｔ２３が５μｍになるように、上述した紫外線硬化性樹脂２３の高さｔ２１と、紫外線照射時の圧力とを調整した。
紫外線硬化性樹脂２３の硬化後の屈折率ｎ_１は１．５１である。
また、このマイクロレンズアレイ基材２８の総厚ｔ２４は約７５μｍである。
なお、後述する第２実施例におけるマイクロレンズアレイシート３５を、例えば、背面投影型のプロジェクション式テレビジョン等のスクリーンとして用いる場合は、映像となる光が、マイクロレンズアレイシート３５のマイクロレンズアレイ２７側から入射し、遮光性基材２４の、マイクロレンズアレイ２７に対して反対側の面から出射する。そこで、この遮光性基材２４の、マイクロレンズアレイ２７に対して反対側の面を、光出射面３４と呼ぶこととする。

マイクロレンズ２６の最密充填配列の他の方法として、例えば、図４に示すように、底面が略正六角形の略半球形状のマイクロレンズ６ａをハニカム状に配列する方法もある。他にも、マイクロレンズが隙間無く配列されたものであれば、底面が略三角形や略四角形等どのような配列方法でもよい。
なお、以下に示す工程については、底面が略円形となる略半球形状のマイクロレンズ２６が最密充填配列されてなるマイクロレンズアレイ基材２８を用いて説明するが、この底面が略正六角形となる略半球形状のマイクロレンズ６ａがハニカム状に配列されてなるマイクロレンズアレイ基材８ａを用いても、同様に製造することが可能である。

（第２工程）［図７，図１４，及び図１５参照］
図１４に示すように、ＣＯ_２（炭酸ガス）レーザ（平均出力３０Ｗ）を用いてマイクロレンズアレイ２７側から、遮光性基材２４の光出射面３４に対して直交するようにレーザ光３２を照射する。
レーザ光３２を照射する際、レーザのパワーが強すぎるとマイクロレンズ２６が溶融、昇華もしくはアブレーションにより破壊されてしまうため、マイクロレンズ２６が損傷を受けずに遮光性基材２４に微小なセルフアライメント孔３３が形成されるよう予めレーザスポット直径の最適条件を見出しておく。そして、この最適条件を見出した上で、レーザ光３２を、マイクロレンズアレイ２７及び透明層２５を通過させて遮光性基材２４に照射して、遮光性基材２４の一部を溶融、昇華もしくはアブレーションにて除去し、複数のセルフアライメント孔３３を形成する。従って、マイクロレンズ２６の光軸と、対応するセルフアライメント孔３３の中心線とは、ほぼ一致する。
上述した方法により、第２実施例におけるマイクロレンズアレイシート３５を得る。

なお、本第２実施例のマイクロレンズアレイシート３５の総厚ｔ２４は、図１４に示すように、遮光性基材２４の光出射面３４付近がマイクロレンズ２６の焦点ＦＰとなるように設計している。

上述の複数のセルフアライメント孔３３を形成するためのレーザ加工方法は、第１実施例と同様のため、ここでは省略する。

レーザ加工条件の１つであるレーザスキャンピッチＬと形成されるセルフアライメント孔３３の形状との関係を調べ、その結果について説明する。ここで、レーザスキャンピッチＬは下記に示す４条件に設定した。また、セルフアライメント孔３３における断面及び表面の形状の観察は、透過型光学顕微鏡とレーザ顕微鏡を用いて行った。
（ａ）：スキャンピッチ：Ｌｅ＝２５μｍ
（ｂ）：スキャンピッチ：Ｌｆ＝２０μｍ
（ｃ）：スキャンピッチ：Ｌｇ＝２０μｍ
（ｄ）：スキャンピッチ：Ｌｈ＝５μｍ
なお、図７に示すように、各レーザ加工条件とも、スキャンスピード＝２０ｍ／ｓ、レーザスポット３６の半径ｒ２２（ｒ２２≧２５μｍ）を一定とした。レーザスポット３６の直径２×ｒ２２（２×ｒ２２≧５０μｍ）は、レーザスキャンピッチＬ（２５μｍ以下）に対し、十分大きな直径であるため、マイクロレンズアレイ２７面に対するレーザ照射強度分布はほぼ均一になる。
また、マイクロレンズ２６の半径ｒ２１は、いずれのレーザ加工条件においても、２５μｍである。

各レーザスキャンピッチＬｅ，Ｌｆ，Ｌｇ，Ｌｈに対するセルフアライメント孔３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄのそれぞれの断面形状を図１５（ａ）〜（ｄ）に模式的に示す。
図１５より、レーザ加工条件（ａ）及び（ｂ）によって形成されたセルフアライメント孔３３ａ，３３ｂの断面形状は、マイクロレンズアレイ２７側の開口径がマイクロレンズアレイ２７と反対側の開口径よりも小さい円錐台形状である。なお、この円錐台形状を正円錐台形状と呼ぶ場合がある。
また、レーザ加工条件（ｃ）によって形成されたセルフアライメント孔３３ｃの断面形状は円柱形状であり、レーザ加工条件（ｄ）によって形成されたセルフアライメント孔３３ｄの断面形状は、マイクロレンズアレイ２７側の開口径がマイクロレンズアレイ２７と反対側の開口径よりも大きい円錐台形状である。なお、この円錐台形状を逆円錐台形状と呼ぶ場合がある。
以上のように、レーザ加工条件に応じて、遮光性基材２４のセルフアライメント孔は、異なる断面形状を示すことが判明した。

このように遮光性基材２４のセルフアライメント孔の断面形状が異なって形成される基本的な考え方については、第１実施例で詳述した遮光層４のセルフアライメント孔の断面形状が異なる基本的な考え方と同じであるため、ここでは省略する。
なお、上記のレーザ加工条件（ａ）〜（ｄ）と、図１５中の（ａ）〜（ｄ）とは対応している。
また、発明者らは、回転楕円体からなる半球面状のマイクロレンズを使用した場合には、略楕円円錐台形状のセルフアライメント孔が形成されることを確認している。即ち、マイクロレンズの集光効果を有する部分の形状に対応したセルフアライメント孔を形成することができる。

次に、セルフアライメント孔の形状と、全光線透過率（比視感度を考慮した可視光領域），投写された映像のコントラスト，及びレーザ加工性との関係を調べ、その結果を表３にまとめた。表３の４試料は、図１５中の（ａ）〜（ｄ）に示す試料である。セルフアライメント孔３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの形状は前述の顕微鏡で観察し、全光線透過率は積分球光度計を用いて測定した。コントラストはリア・プロジェクション・テレビ（日本ビクター株式会社製）にて投写した映像を目視評価した。レーザ加工性はセルフアライメント孔３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの形状の加工再現性を評価した。

表３に示すように、総合的評価の結果、遮光性基材２４のセルフアライメント孔３３の形状が図１５（ｄ）に示すような逆円錐台形状となるとき、高光透過率で高コントラストの映像が得られる高性能なマイクロレンズアレイシート３５となることがわかった。
なお、第２実施例では、レーザ加工条件（ｄ）、即ち、スキャンピッチＬｈが５μｍの場合に、図１５（ｄ）に示すような逆円錐台形状のセルフアライメント孔３３ｄを得たが、スキャンピッチＬｈはこれに限定されるものではなく、２．５≦Ｌｄ≦７．５μｍの範囲であれば、同様の逆円錐台形状が得られる。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。

本発明におけるマイクロレンズは、曲率を有しその焦点が遮光層または遮光性基材の光出射面付近に位置することが可能なレンズならば、回転楕円体等を含む球面もしくは非球面状マイクロレンズもしくはクラスター（複合）状のマイクロレンズ（レンズの中にその径より小さなレンズが形成された複合レンズ）でもよい。

透明基材を挟んでマイクロレンズ形成面と反対側に密着して平坦に配設した遮光層は、使用レーザ光波長と可視光領域に対して遮光性及び光吸収性を有するものであることが望ましい。
また、遮光性基材は、例えば光吸収性を有するカーボンブラック、チタンブラック等の顔料、あるいは黒色の染料等を樹脂組成物に分散あるいは溶解させたものが一般的であるが、使用レーザ光波長と可視光領域に対して遮光性及び光吸収性を有するものであることが望ましい。

本発明におけるマイクロレンズアレイシートの総厚（レンズ頂点から透明基材を挟んだ遮光層の光出射面までの距離、またはレンズ頂点から遮光性基材の光出射面までの距離）は、遮光層の光出射面付近または遮光性基材の光出射面付近がそのマイクロレンズの焦点となるよう設計することが前提である。

例えば、屈折率ｎ_１＝１．５の透明樹脂材料で半径Ｒのマイクロレンズを形成した場合、このレンズの焦点距離ｆは、次式より３×Ｒと求めることができる。
ｆ＝ｎ_１Ｒ／（ｎ_１−ｎ_０）＝１．５Ｒ／０．５＝３×Ｒ（ここで、ｎ_０：空気の屈折率：１．０）
よって、遮光層の光出射面付近または遮光性基材の光出射面付近がレンズの焦点とするために、マイクロレンズアレイシートの総厚もこのレンズの焦点距離と同様に略３×Ｒとすればよい。

また、図１６（ａ）に示すように、第１実施例における透明基材４の厚さｔ２を薄くしたり、図１６（ｂ）に示すように、第２実施例における透明基材を設けないマイクロレンズアレイシートを形成することにより、図１６（ｃ）に示すような迷光ｘや外光ｙを入射しにくくすることも可能である。

マイクロレンズの半径Ｒに対して、レーザビームの半径ｒは、ｒ≧Ｒとなることが好ましく、レーザスキャンピッチＬは、Ｌ≦Ｒとなることが好ましい。

また、マイクロレンズアレイシートの第１実施例及び第２実施例におけるそれぞれの変形例について、図１７及び図１８を用いて、以下に説明する。
図１７は、マイクロレンズアレイシートの第１実施例及び第２実施例における第１の変形例を説明するための模式的断面図である。
図１８は、マイクロレンズアレイシートの第１実施例及び第２実施例における第２の変形例を説明するための模式的断面図である。

まず、第１の変形例を、図１７を用いて説明する。なお、図１７において、後述する透明樹脂インク３６をわかりやすくするため、網掛け部として表した。
図１７（ａ）に示すように、第１実施例におけるマイクロレンズアレイシート１５の複数のセルフアライメント孔１３に、透明樹脂インク３６を充填させ、さらに、この透明樹脂インク３６を介して、マイクロレンズアレイシート１５の遮光層１０側の面と、厚さが例えば２ｍｍの透明な補強材３７とを貼り合わせる。その後、透明樹脂インク３６を硬化させて、マイクロレンズアレイシート１５と補強材３７とを透明樹脂インク３６を介して接着させることにより、補強材３７を有するマイクロレンズアレイシート３８を得る。
このマイクロレンズアレイシート３８は、その厚さが厚い補強材３７を有するため、第１実施例におけるマイクロレンズアレイシート１５よりも、さらに機械的強度が向上する。
また、図１７（ｂ）に示すように、第２実施例におけるマイクロレンズアレイシート３５の複数のセルフアライメント孔３３に、透明樹脂インク３６を充填させ、さらに、この透明樹脂インク３６を介して、マイクロレンズアレイシート３５の遮光性基材２４側の面と、厚さが例えば２ｍｍの透明な補強材３７とを貼り合わせる。その後、透明樹脂インク３６を硬化させて、マイクロレンズアレイシート３５と補強材３７とを透明樹脂インク３６を介して接着させることにより、補強材３７を有するマイクロレンズアレイシート３９を得る。
このマイクロレンズアレイシート３９は、その厚さが厚い補強材３７を有するため、第２実施例におけるマイクロレンズアレイシート３５よりも、さらに機械的強度が向上する。

次に、第２の変形例を、図１８を用いて説明する。なお、図１８において、後述する両面接着シート４０をわかりやすくするため、網掛け部として表した。
図１８（ａ）に示すように、第１実施例におけるマイクロレンズアレイシート１５の遮光層１０側の面と、厚さが例えば２ｍｍの透明な補強材３７とを、接着剤として作用する透明な両面接着シート４０を介して接着させることにより、補強材３７を有するマイクロレンズアレイシート４１を得る。
このマイクロレンズアレイシート４１は、その厚さが厚い補強材３７を有するため、第１実施例におけるマイクロレンズアレイシート１５よりも、さらに機械的強度が向上する。
また、図１８（ｂ）に示すように、第２実施例におけるマイクロレンズアレイシート３５の遮光性基材２４側の面と、厚さが例えば２ｍｍの透明な補強材３７とを、接着剤として作用する透明な両面接着シート４０を介して接着させることにより、補強材３７を有するマイクロレンズアレイシート４２を得る。
このマイクロレンズアレイシート４２は、その厚さが厚い補強材３７を有するため、第２実施例におけるマイクロレンズアレイシート３５よりも、さらに機械的強度が向上する。

なお、複数のセルフアライメント孔１３，３３は、透明樹脂インク３６または両面接着シート４０により完全に充填されていなくてもよい。即ち、複数のセルフアライメント孔１３，３３が透明樹脂インク３６または両面接着シート４０により完全に充填されている場合においても、完全に充填されていない場合においても、ほぼ等しい全光線透過率を得ることができる。
また、補強材３７に、拡散材を含有させることにより、スクリーンとしての視野角をさらに広くすることができる。
透明基材３７の材料としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）や、このＰＭＭＡとスチレンとを６：４の割合で共重合させたものなどを用いることができる。

第１実施例及び第２実施例では、マイクロレンズが最密充填配列する構造を示したが、これに限定されるものではない。例えば、マイクロレンズ同士が所定の間隔を有して配列されていても、第１実施例及び第２実施例と同様の効果が得られる。
また、マイクロレンズの配列についても、規則正しい配列であっても、不規則な配列であっても、第１実施例及び第２実施例と同様の効果が得られる。

本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第１工程を説明するための模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第１工程を説明するための模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第１工程を説明するための模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第１工程を説明するための上面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第２工程を説明するための模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第３工程を説明するための模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第１実施例の第３工程のレーザ加工方法を説明するための上面図である。 レーザ加工条件に対する遮光層の孔形状を表す模式的断面図である。 レーザ加工条件に対する熱エネルギー源の分布状態を表す模式的断面図である。 遮光層の厚さに対する熱エネルギー源の分布状態及び遮光層の孔形状を表す模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第２実施例の第１工程を説明するための模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第２実施例の第１工程を説明するための模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第２実施例の第１工程を説明するための模式的断面図である。 本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法における第２実施例の第２工程を説明するための模式的断面図である。 レーザ加工条件による遮光性基材の孔形状を表す模式的断面図である。 マイクロレンズアレイシートに対する迷光及び外光の関係を表す模式的断面図である。 マイクロレンズアレイシートの第１実施例及び第２実施例における第１の変形例を説明するための模式的断面図である。 マイクロレンズアレイシートの第１実施例及び第２実施例における第２の変形例を説明するための模式的断面図である。

符号の説明

１，２１ 半球部 、 ２ 金型 、 ３，２３ 紫外線硬化性樹脂 、 ４ 透明基材 、 ５，２５ 透明層 、 ６，６ａ，２６ マイクロレンズ 、 ７，２７ マイクロレンズアレイ 、 ８，８ａ，２８ マイクロレンズアレイ基材 、 ９ 接着層 、 １０ 遮光層 、 １１ マイクロレンズアレイ遮光層基材 、 １２，３２ レーザ光 、 １３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ セルフアライメント孔 、 １４，３４ 光出射面 、 １５，３５，３８，３９，４１，４２ マイクロレンズアレイシート 、 １６ レーザスポット 、 １７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ 熱エネルギー源 、 ２２ ガラス型 、 ２４ 遮光性基材 、 ３６ 透明樹脂インク 、 ３７ 補強材 、 ４０ 両面接着シート
ｒ１，ｒ２，ｒ２１，ｒ２２ 半径 、 Ｌ，Ｌ１，Ｌ２１，Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ，Ｌｇ，Ｌｈ ピッチ 、 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 面 、 ｔ１，ｔ２１ 高さ 、 ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，ｔ２４ 厚さ 、 ＦＰ 焦点 、 ｘ 迷光 、 ｙ 外光

Claims (2)

1. 光吸収性を有する遮光性基材と、
   この遮光性基材の一面側に形成された、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
   を有するマイクロレンズアレイシートの製造方法において、
   前記マイクロレンズの焦点が、前記遮光性基材の前記マイクロレンズアレイと反対側の面近傍に位置するシートを形成するシート形成工程と、
   前記シートに、前記マイクロレンズアレイ側から前記遮光性基材面の方向に対して垂直なレーザ光を平行または略平行な軌跡でスキャンして入光させて、前記レーザ光を前記焦点に集光させ、前記マイクロレンズアレイ側の開口径が前記マイクロレンズアレイと反対側の開口径よりも大きい略円錐台形状になるように、前記遮光性基材の前記レーザ光の光路に沿った部分を溶融，昇華，又はアブレーションにて除去し、前記遮光性基材に複数の孔を形成する孔形成工程と、
   を有することを特徴とするマイクロレンズアレイシートの製造方法。
2. 透明基材と、
   この透明基材の一面側に形成された、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
   前記透明基材の他面側に形成された遮光層と、
   を有するマイクロレンズアレイシートの製造方法において、
   前記マイクロレンズの焦点が、前記遮光層の前記透明基材と反対側の面近傍に位置するシートを形成するシート形成工程と、
   前記シートに、前記マイクロレンズアレイ側から前記透明基材面の方向に対して垂直なレーザ光を平行または略平行な軌跡でスキャンして入光させ、前記レーザ光を前記焦点に集光させて、前記マイクロレンズアレイ側の開口径が前記マイクロレンズアレイと反対側の開口径よりも大きい略円錐台形状になるように、前記遮光層の前記レーザ光の光路に沿った部分を溶融，昇華，又はアブレーションにて除去し、前記遮光層に複数の孔を形成する孔形成工程と、
   を有することを特徴とするマイクロレンズアレイシートの製造方法。

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