JP4984510B2 - 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、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ Download PDFInfo
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Description
このようなリア型プロジェクタでは、画像のコントラストを高めるために、映像光の強度の低下を抑えつつ、外光反射を抑えることが求められる。
このような目的を達成するために、レンチキュラレンズの光の入射面に、ほぼ均一な厚さの着色層を備えるレンチキュラレンズ基板が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明のレンズ基板は、多数個の凸レンズとしてのレンズ部を有するレンズ基板であって、
前記レンズ部の表面付近に設けられた所定の濃度で着色された第1の領域と、
前記第1の領域よりも着色濃度が低く、前記第1の領域に接触するようにして設けられた第2の領域とを備え、
前記第1の領域と前記第2の領域との境界が凹凸をなすものであり、
前記第1の領域と前記第2の領域との境界の凹凸の平均ピッチをPB[μm]、前記レンズ部の平均ピッチをPL[μm]としたとき、PB>PLの関係を満足することを特徴とする。
これにより、コントラストに優れた画像を表示することが可能なレンズ基板を効率良く製造することができる製造方法を提供することができる。
これにより、投影(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では、前記レンズ部は、マイクロレンズであることが好ましい。
これにより、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。また、レンズ基板の耐久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では、前記レンズ部の平均ピッチPL[μm]は、25〜360μmであることが好ましい。
これにより、視野角特性、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、表示される画像において十分な解像度を得ることができる。
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。また、レンズ基板の耐久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では、前記PBおよび前記PLは、5.0μm≦PB−PL≦575μmの関係を満足することが好ましい。
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。また、レンズ基板の耐久性を特に優れたものとすることができる。
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では、前記第1の領域と前記第2の領域との境界の凹凸の高低差は、15〜360μm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。また、レンズ基板の耐久性を特に優れたものとすることができる。
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では、前記レンズ部の配置は千鳥配置であり、前記第1の領域と前記第2の領域との境界の凹凸の配置がハニカム配置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。また、レンズ基板の耐久性を特に優れたものとすることができる。
前記レンズ部は、該レンズ部の光入射側に所定の濃度で着色された第1の領域と、
前記第1の領域の光出射側に、前記第1の領域よりも着色濃度が低く、前記第1の領域に接する境界が凹凸をなすように形成された第2の領域とを有し、
前記第1の領域と前記第2の領域との境界の凹凸の平均ピッチをP B [μm]、前記レンズ部の平均ピッチをP L [μm]としたとき、P B >P L の関係を満足することを特徴とする。
これにより、コントラストに優れた画像を表示することが可能な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、コントラストに優れた画像を表示することが可能な透過型スクリーンを提供することができる。
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、コントラストに優れた画像を表示することが可能な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、コントラストに優れた画像を表示することが可能なリア型プロジェクタを提供することができる。
まず、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に示すレンズ基板の模式的な平面図、図3は、図1に示す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。
基板本体2の具体的な構成材料(光の屈折率が空気よりも大きい材料)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が、中でも、透明性の観点から、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリル系樹脂が好ましいが、その中でも特にアクリル系樹脂が好ましい。アクリル系樹脂は、優れた透明性を有し、かつ、耐熱性、耐光性、加工性、成形した際の寸法精度、機械的強度等にも優れるため、レンズ基板(基板本体)の構成材料として好適である。また、アクリル系樹脂は、一般的に、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、必要に応じて基板本体2の中には、光源からの入射光を拡散させるために、拡散材として、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が含まれていてもよい。なお、拡散材は樹脂の全体(基板本体2全体)に含まれるものであってもよいし、一部にのみ含まれるものであってもよい。
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。
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L3[μm]と、前記線分の長さL4[μm]との比率(L3/L4×100[%])として求めることができる(図2参照)。
またこのとき、焦点fの近傍を開口するようにブラックマトリックスを形成することにより、光の利用効率をさらに優れたものとすることができる。
このような関係を満足することにより、光の出射側(マイクロレンズ21が設けられた側とは反対側)から入射した外光が反射することによる画像のコントラストの低下を効果的に防止しつつ、光の入射側からの光の(画像形成用の光)の透過率を十分に高いものとし、さらに、各方向での視野角特性のばらつきを効果的に防止することができる。
これに対し、上記のような関係を満足しない場合には、上記のような優れた効果は得られない。
上述したように、境界凹凸の平均ピッチをPB[μm]、マイクロレンズ(レンズ部)21の平均ピッチをPL[μm]としたとき、PB>PLの関係を満足するものであるが、5≦PB−PL≦575の関係を満足するのが好ましく、10≦PB−PL≦250の関係を満足するのがより好ましく、15≦PB−PL≦150の関係を満足するのがさらに好ましい。これにより、外光の反射をより効果的に防止することができ、コントラストのより高い画像を表示することができるとともに、各方向での視野角特性のばらつきや色ムラ等の問題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と非着色部23との密着性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。
マイクロレンズ21の頂部付近における第1の領域(着色部)22の平均厚さD1は、特に限定されないが、10〜400μmであるのが好ましく、20〜300μmであるのがより好ましく、30〜200μmであるのがさらに好ましい。第1の領域22の平均厚さD1が前記範囲内の値であると、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。
第1の領域(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、外光の反射をより効果的に防止し、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、第1の領域(着色部)22の構成材料の屈折率I1と、第2の領域(非着色部)23の構成材料の屈折率I2および基材26の構成材料の屈折率I0についても、屈折率差が−0.20≦I1−I0≦0.20または−0.20≦I2−I0≦0.20の関係を満足するのが好ましい。
このようなブラックマトリックスは、各マイクロレンズ21を透過した光の光路上に開口部を有しているのが望ましい。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の開口部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。
また、ブラックマトリックスの厚さ(平均厚さ)は、0.01〜5μmであるのが好ましい。ブラックマトリックス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としての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。
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。
このとき、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。マイクロレンズ基板1から出射した光は、拡散し、観察者に平面画像として観測される。
図4は、マイクロレンズ基板の製造に用いる凹部付き部材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の製造方法を示す模式的な縦断面図である。図6、図7は、図1に示すマイクロ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。なお、以下の説明では、図6、図7中の下側を「(光の)入射側」、上側を「(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。
凹部付き部材(マイクロレンズ形成用凹部付き部材)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、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る。中でも、凹部付き部材6の構成材料としては、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好ましい。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、これら複数個の凹部61は、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。
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4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4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4および裏面保護膜89は同時に形成することもできる。
かかる観点からは、マスク形成用膜4(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4(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。
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4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。
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。
マスク8(マスク形成用膜4)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。
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行うことができる。
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4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。
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。
図6、図7は、図1に示すマイクロ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。なお、以下の説明では、図6、図7中の下側を「(光の)入射側」、上側を「(光の)出射側」と言う。
組成物24の固化を硬化(重合)により行う場合、その方法としては、例えば、紫外線等の光の照射、電子線の照射、加熱等の方法が挙げられる。
なおここで、必要に応じて組成物24および/または基材26の中には、光源からの入射光を拡散させるために、あらかじめ拡散材として例えばポリスチレンビーズ、ガラスビーズ、有機架橋ポリマーなどを混ぜても良い。ここで拡散材は組成物24および/または基材26全体に混入しても良いし、一部にのみ混入しても良い。
組成物27の固化を硬化(重合)により行う場合、その方法としては、例えば、紫外線等の光の照射、電子線の照射、加熱等の方法が挙げられる。
なおここで、必要に応じて組成物27中には、光源からの入射光を拡散させるために、あらかじめ拡散材として例えばポリスチレンビーズ、ガラスビーズ、有機架橋ポリマーなどを混ぜても良い。ここで拡散材は組成物27全体に混入しても良いし、一部にのみ混入しても良い。
上記のような方法によれば、第1の領域22と第2の領域23とを備えたマイクロレンズ基板を効率良く製造することができる。
図8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、高輝度でコントラストに優れた画像を得ることができる。さらに、上記のようなマイクロレンズ基板1(透過型スクリーン10)を備えているので、視野角特性等も特に優れたものとなる。
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。
また、前述した実施形態では、境界凹凸形成用型、凹部付き部材として、板状(またはフィルム状)の部材を用いるものとして説明したが、境界凹凸形成用型、凹部付き部材は、このような形態のものに限定されず、例えば、ロール形状をなすものであってもよい。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。
各工程の順序を変更してもよい。
また、前述した実施形態では、マイクロレンズ基板におけるマイクロレンズ、および、凹部付き部材における凹部は、平面視したときの形状が楕円形(扁平形状)であるものとして説明したが、マイクロレンズ、凹部の形状は、いかなるものであってもよく、例えば、円形、略四角形、略六角形等であってもよい。
また、前述した実施形態では、視野角上の観点から、より望ましい形状のレンズ部として、マイクロレンズを備えた構成について説明したが、レンズ基板を構成するレンズ部(レンズ)は、これに限定されず、例えば、レンチキュラレンズであってもよい。レンチキュラレンズを使用することにより、レンズ部の製造工程を簡略化することができ、また、透過型スクリーンの生産性を向上させることができる。レンズ部として、レンチキュラレンズを使用する場合、ブラックマトリックスの代わりにストライプ状の遮光層(ブラックストライプ)を設けることができる。このような構成においても、前記実施形態と同様の作用・効果が得られる。
また、前述した実施形態では、境界凹凸形成用型の表面に組成物を付与し、基材を介して平板で押圧するものとして説明したが、例えば、基材の表面に組成物を付与し、これを境界凹凸形成用型で押圧してもよい。また、同様に、前述した実施形態では、凹部付き基板の表面に組成物を付与し、第2の領域に対応する部材を介して平板で押圧するものとして説明したが、例えば、第2の領域に対応する部材の表面に組成物を付与し、これを凹部付き基板で押圧してもよい。
(実施例1)
まず、境界凹凸形成用の凹凸部を備えた境界凹凸形成用型、および、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。
以下、境界凹凸形成用型の製造方法について説明し、その後、凹部付き部材の製造方法について説明する。
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n2:1.50)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N2ガスを用いた乾燥(純水の除去)を行った。
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/cm2、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、ハニカム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。
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、純水洗浄およびN2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、境界凹凸形成用の多数の凹部がハニカム状に配列された境界凹凸形成用型を得た。得られた境界凹凸形成用型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。
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n2:1.50)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N2ガスを用いた乾燥(純水の除去)を行った。
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/cm2、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、所定の長さを有する初期孔が、千鳥状に配されたパターンで形成された。初期孔の平均幅は2μmであり、平均長さは2μm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、純水洗浄およびN2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、ソーダガラスで構成された平板で、基材を介して、前記組成物を押圧した。この際、基材と組成物との間に、空気が侵入しないようにした。
次に、凹部付き部材の凹部が形成された側の面に、着色剤(樹脂着色用染色液)と、未重合(未硬化)のアクリル系樹脂(メタクリレート系のモノマーを主原料とする紫外線硬化型の樹脂)とで構成された組成物を付与し、その上に、第2の領域に対応する形状の部材を載せた。
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、所定の着色濃度で着色された第1の領域を形成した。形成された第1の部材は、凹部付き基板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82μm、曲率半径が41μm、高さが41μm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、形成された第1の領域を構成する材料の屈折率(絶対屈折率)は、1.557であった。また、形成された第1の領域の濃度は、スクリーンとしてY値(D65/2°視野)で50%であった。
次に、平板および凹部付き基板を取り除くことにより、図1、図2に示すようなマイクロレンズ基板を得た。
以上のようにして製造されたマイクロレンズ基板と、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。
境界凹凸形成用型、凹部付き基板の製造条件を変更することにより、境界凹凸形成用型が有する凹部の大きさ、形状、凹部付き基板が有する凹部の大きさ、形状、占有率等を変更するとともに、第1の領域の厚さおよび着色濃度、第2の領域の厚さを調整した以外は、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。
前記実施例1で用いた凹部付き基板を用意した。
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(メタクリレート系のモノマーを主原料とする紫外線硬化型の樹脂)で構成された組成物を付与し、その上に、アクリル樹脂で構成された基材(厚さ:2mm)を載せた。基材を構成するアクリル樹脂の屈折率(絶対屈折率)は、1.53であった。
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た。硬化により形成された硬化部は、凹部付き基板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82μm、曲率半径が41μm、高さが41μm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、形成された第1の領域を構成する材料の屈折率(絶対屈折率)は、1.557であった。
次に、平板および凹部付き基板を取り除くことにより、マイクロレンズ基板を得た。このマイクロレンズ基板は、着色されておらず、実質的に透明なものであった。
以上のようにして製造されたマイクロレンズ基板と、フレネルレンズ部とを組み立てることにより、前記実施例1と同様にして図3に示すような透過型スクリーンを得た。
第2の領域との境界の凹凸(境界凹凸)の形状を形成する基板として第1の領域の形状を形成する凹部付き基板を用いた以外は、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。すなわち、第1の領域と第2の領域との境界の凹凸(境界凹凸)の形状がマイクロレンズの表面形状と同一であり、境界凹凸のピッチがマイクロレンズのピッチと同一となるようにした(図9、図10参照)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。なお、マイクロレンズのピッチ、配置、曲率は、前記実施例1と同じであるが、エッチング時間を調整することで、占有率65%、レンズ径直径50μmの型を得た。
境界凹凸形成用型の製造条件を変更することにより、表1に示すように、境界凹凸形成用型が有する凹部のピッチが、凹部付き基板が有する凹部のピッチよりも小さくなるようにした以外は、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(図12参照)。
境界凹凸形成用型の代わりに表面が平坦な平板を用いた以外は、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(図13参照)。なお、境界凹凸形成用型の代わりの平板としては、その表面全体に、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)が施されたもの(離型処理部を有するもの)を用いた。
前記各実施例および各比較例について、マイクロレンズ基板の構成を表1にまとめて示す。なお、表1中、アクリル系樹脂をAc、着色剤をP、スチレン系樹脂をAsで示した。また、表1中、「平均厚さ」の欄には、マイクロレンズの頂部付近における第1の領域の平均厚さの値を示した。
前記各実施例および各比較例で作製された透過型スクリーンについて、コントラストの評価を行った。コントラストは、暗室において410lxの全白光が入射したときの白表示の正面輝度(白輝度)LW(cd/m2)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/m2)との比、LW/LBとして求め、以下の4段階の基準に従い評価した。なお、明室は、外光照度185lx(明室)の部屋で測定した。輝度の測定にはトプコン製輝度計BM−7を用いた。
◎:コントラスト250以上。
○:コントラスト200〜250。
△:コントラスト150〜200。
×:コントラスト150以下。
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8に示すようなリア型プロジェクタを、それぞれ作製した。
[色ムラの評価]
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、色ムラと定義し、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。色ムラが全く認められない。
○:ΔT(Y)(%)3〜5%。色ムラがほとんど認められない。
△:ΔT(Y)(%)5〜10%。色ムラがわずかに認められる。
×:ΔT(Y)(%)10%超。色ムラが顕著に認められる。
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。
画面に対し法線方向から左右にそれぞれ45°の方向から、画面の輝度を測定し、その輝度の差を、以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:輝度の差が5以下。
○:輝度の差が5〜15。
△:輝度の差が15〜25。
×:輝度の差が25以上。
450lxの光を照射するリア型プロジェクタの投写光学ユニットの光の出射部の直前に、作製した透過型スクリーンを設置し、さらに60℃環境に置くことで、加速的に長期安定性を評価した。
光の照射開始から10時間前後における、透過率の差(変化量ΔT(Y))もしくは外観上の変化(はがれ、浮き、変形など)を透過型スクリーンの劣化、ムラとし、以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:劣化、ムラが全く認められない。または変化量ΔT(Y)3%未満。
○:劣化、ムラがほとんど認められない。または変化量ΔT(Y)3〜5%。
△:劣化、ムラがわずかに認められる。または変化量ΔT(Y)5〜10%。
×:劣化、ムラが顕著に認められる。または変化量ΔT(Y)10%超。
これらの結果を表2にまとめて示す。
これに対し、比較例では、満足な結果が得られなかった。中でも、着色部を有していない比較例1では、コントラストが特に低かった。また、境界凹凸の形状がマイクロレンズの表面形状と同一であり、境界凹凸のピッチがマイクロレンズのピッチと同一である比較例2では、着色層の平均厚さが大きく、境界凹凸が小さいため、構造上比較例4とほぼ同じ構造となってしまい、結果的に、比較例4と同等の特性となった。
Claims (16)
- 多数個の凸レンズとしてのレンズ部を有するレンズ基板であって、
前記レンズ部の表面付近に設けられた所定の濃度で着色された第1の領域と、
前記第1の領域よりも着色濃度が低く、前記第1の領域に接触するようにして設けられた第2の領域とを備え、
前記第1の領域と前記第2の領域との境界が凹凸をなすものであり、
前記第1の領域と前記第2の領域との境界の凹凸の平均ピッチをPB[μm]、前記レンズ部の平均ピッチをPL[μm]としたとき、PB>PLの関係を満足することを特徴とするレンズ基板。 - 前記第2の領域は、実質的に着色されていないものである請求項1に記載のレンズ基板。
- 前記レンズ部は、マイクロレンズである請求項1または2に記載のレンズ基板。
- 前記PBは、30〜600μmである請求項1ないし3のいずれかに記載のレンズ基板。
- 前記レンズ部の平均ピッチPL[μm]は、25〜360μmである請求項1ないし4のいずれかに記載のレンズ基板。
- 前記PBおよび前記PLは、1.2≦PB/PL≦24の関係を満足する請求項1ないし5のいずれかに記載のレンズ基板。
- 前記PBおよび前記PLは、5.0μm≦PB−PL≦575μmの関係を満足する請求項1ないし6のいずれかに記載のレンズ基板。
- 前記レンズ部の頂部付近における前記第1の領域の平均厚さは、10〜400μmである請求項1ないし7のいずれかに記載のレンズ基板。
- 前記第1の領域と前記第2の領域との境界の凹凸の高低差は、15〜360μm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。
- 前記第1の領域の着色濃度は、Y値(D65/2°視野)で20〜95%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。
- 前記レンズ部の配置は千鳥配置であり、前記第1の領域と前記第2の領域との境界の凹凸の配置がハニカム配置である請求項1ないし10のいずれかに記載のレンズ基板。
- 複数のレンズ部を有するレンズ基板であって、
前記レンズ部は、該レンズ部の光入射側に所定の濃度で着色された第1の領域と、
前記第1の領域の光出射側に、前記第1の領域よりも着色濃度が低く、前記第1の領域に接する境界が凹凸をなすように形成された第2の領域とを有し、
前記第1の領域と前記第2の領域との境界の凹凸の平均ピッチをP B [μm]、前記レンズ部の平均ピッチをP L [μm]としたとき、P B >P L の関係を満足することを特徴とするレンズ基板。 - 前記レンズ部は、光入射側が凸となるレンズであることを特徴とする請求項12に記載のレンズ基板。
- 請求項1ないし13のいずれか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。
- 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1ないし13のいずれか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。 - 請求項14または15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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