JPS58132201A - 平面レンズ及びその製造方法 - Google Patents

平面レンズ及びその製造方法

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JPS58132201A
JPS58132201A JP1459082A JP1459082A JPS58132201A JP S58132201 A JPS58132201 A JP S58132201A JP 1459082 A JP1459082 A JP 1459082A JP 1459082 A JP1459082 A JP 1459082A JP S58132201 A JPS58132201 A JP S58132201A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はLED ディスプレイ装置、ブラウン管フェー
スプレートなど広汎な用途において有用な平面レンズに
関する。
一般にブラウン管は高真空に耐え得るようにかなす厚肉
のガラスで構成されているのでフェースプレートガラス
内面に設けられている螢光埜の発光はフェースプレート
ガラスを透過する間に拡散し、隣接する螢光体からの光
が相互に重複するため画像全体として充分な鮮明度が得
られないという問題がある。
このような問題を解決したものとして多数の光学繊維を
平行に束ねて融着し平板状に仕上げたファイバープレー
トを前面板の一部に使用したブラウン管が存在し、主と
してファクシミリの送受信用に使用されているが、上記
のようなファイバープレートでは個々の光学繊維のコア
部を通ってくる光の量がプレート全面積に受ける光量に
比して相対的に少なく充分な明るさが得られず、また光
学繊維間の融着接合界面に極く僅かの気泡、異物があっ
ても高真空度、耐高電圧特性に悪影響を及ぼすため製造
が技術的に難しく、このためテレビ受像管のように相対
的に大面積のブラウン管フェースに上記ファイバープレ
ートを使用することは極めて高価なものになるので実用
的でないという問題がある。
またIJD等の光源を多数配列して明滅させ画像を表示
する一般のディスプレイ装置においてもコントラストの
良好な鮮明な画像が求められている。
本発明は一上記の問題を解決し、不用な光線がカントさ
れて鮮明な画像が得られるディスプレイ装置あるいはブ
ラウン管フェースとして好適な平面レンズを提供するこ
とを目的としている。
本発明の平面レンズは、平行平面をもつ透明基材の片面
側に、この基材の屈折率よりも大な屈折率の、断面がほ
ぼ半円状のレンズ部分を一体に形成し、前記基材の他面
側を前記レンズ部分の焦点(または焦線)近傍を除いて
遮光層で覆って構成される。
゛本発、明の平面レンズを画像表示面に使用してレンズ
部分の背後にLED 、螢光体などの発光源を配置すれ
ば、発光源から拡散放射した光は上記レンズ部分で焦光
されて基材の反対面上にレンズ部分の形状に応じて点状
あるいは線状に結像する。
このように微小な発光源から出た光が放散してしまうこ
となく効率良く表示面上に集光され、しかも基材、を透
過してくる不用な散乱光が遮光層によってカットされる
ため光点のぼけがはとんど無い非常に鮮明な画像を得る
ことができる。
さらに後述するように周知のフォトリソグラフィー等の
パターヤング技術およびガラスイオン交換技術を利用し
て容易に安価に製造することができるO 本発明を実施するに当っては、レンズ部分をほぼ半球形
として基材のたて辺方向および(または)横辺方向に沿
って一列または二列以上にわたり配列した構造とするこ
とができる。
あるいはレンズ部分を基材のたて辺または横辺方向に同
一断面形状が連続するライン状に形成することもできる
レンズ部分の屈折率は基材の屈折率よりも大であること
が必要であるが、レンズ部分内での屈折率は一様であっ
ても、あるいは中心を最大値として外周に向って次第に
減少するような二乗近似の屈折率分布をもっていてもよ
い。
以下本発明を図面に示した実施例について説明する。
第1図は本発明の平面レンズの断面を示し、ガラスまた
は合成樹脂からなる平板状の透明基材lの片面に断面が
ほぼ半円形のレンズ部分−が多数配列しである。
レンズ部分コ内は屈折率が基材/よりも大で且つ基材l
の表面上でのレンズ中心部JAの屈折率をNO8とじて
中心からrの距離での屈折率N (r)がほぼ、  N
 (r) −No (/ −//2 Ar2) −・・
(1)で表わされる分布を有している。
またレンズ部分2は縦断面内で半円形状であるが第2図
に平面図で示すように横辺方向には同一断面形状で同一
屈折率分布が連続するようなライン状に形成しである。
また基材lのレンズコ形成面とは反対側の面はそれぞれ
のレンズ部分2の結像位置にスリット状の透光部分3を
残して他の区域を基材ガラス内に一体的に設けた遮光層
qで覆っである。
透光部分30幅はあまり広いと遮光層qによる散乱光遮
断効果が薄れるのでレンズ部分コの幅の30%以下とす
るのが望ましい。
上記構造の平面レンズを例えばディスプレイ装置の面板
として使用し、各レンズ部分2に対応させてLED な
どの発光源をそれぞれ配置すれば、この発光源から拡散
放射された光線夕はレンズ部分2の平凸レンズ作用によ
って第1図の断面内で集束されて基材の他面側において
透光部分3に光像6を結ぶ。
そして光像6に寄与しない散乱光7は遮光層qでカット
され、したがってコントラストの非常に良好な光像乙の
集合からなる鮮明な画像を観ることができる。
次に上記の平面レンズの好適な製造方法について説明す
る。
アルカリ含有ガラスの基板10の片面にレンズ部分2の
平面パターンを陰画に反転したパターンをもつイオン移
動防止用マスク//を設ける。このマスク//は例えば
厚み約2μのチタン膜から成り高周波スパツクで付着さ
れる。
また基板IOの他方の面には遮光層lのパターンを陰画
に反転したパターンをもつ上記と同様のイオン移動防止
用マスク/2を設ける。
マスタ//、/2のパターニングに当っては周知のフォ
トリソグラフィー技術をそのまま用いるごとができる。
次いでマスク付き基板10をレンズ形成面をト側にし、
屈折率増加に寄与の大きいタリウム(Tl) 。
セシウム(Cs)等のイオンを含む溶融塩/3に浮かべ
、且つその上面側(遮光層形成面)の四周を側板/ダで
液密に囲んでこの中にAg、Cu、Auイオン等のガラ
ス着色イオンを含む塩/S例えは、硝酸銀溶融塩を充填
する。
次に両溶融塩/3 、 /j中にそれぞれチタン板等の
電極、板#A、 /乙Bをセントし、溶融塩/3 、 
/!;及びガラス基板10の温度を約s t o ’c
前後に保持して10ボルト程度の直流電圧をレンズ形成
側の溶融塩中の電極/6Aを正、遮光層形成側の電極7
4Bを負にして印加しつつ約4時間前後処理する。
上記処理により基板ガラス10の陽極側の面から溶融塩
/3中の例えばタリウムイオンがガラス中に拡散浸透し
ていき、陰極側からガラス中のナトリウムイオンが出て
いくがこのとき同時に陰極側のガラス内に溶融塩15中
から銀イオンが拡散侵入するという現像が起る。
これは基板10の両面におけるイオン拡散速度が異なり
Naイオンの溶出速度が速いため陰極側ガラス表面付近
では電気的中性が保たれなくなり、結果的に電界の方向
とは逆方向に陰極側溶融塩中に含まれるAgイオンが拡
散していくものと考えられる。
上記のようにして陽極側のガラス面にはタリウムイオン
の濃度分布に応した屈折率分布をもつ断面が三日月状の
レンズ部分が形成される。
また同時に、基810の他方の面のマスク/2で被覆し
ていない部分にはAgイオンが基板ガラス中にドープさ
れる。
この後、上記基板ガラス10を取り出し、表面のマスク
//l/−を除去した後、約g o o ’cの温度で
数時間〜数IO時間熱処理を行なう。これにより第6図
に示すようにレンズ部分の断面形状は、はぼ半円形にな
りその屈折率分布が前述の(1)式に近くなる。同時に
Agイオンドープ層がAgのコロイド化により着色して
遮光層qとなる。
遮光層ダを設ける方法としては、上述の実施例のように
基板ガラス中へ着色イオンをドープさせる以外に蒸着、
スパッタリング等により光遮断薄膜を基板ガラス表面に
付着させてもよい。
以上のようにして得られた本発明の遮光層付きレンズ板
IOAに遮光層lを設けていないほがは上記レンズ板と
全く同一の構成の他の平向レンズ板10Bをそのレンズ
形成面を対向させて熱融着等により一体に接合すること
により、第ざ図に示すように透明基板の肉厚のほぼ中央
部に円形断面のレンズ部が設けられた構造の像伝達面板
を得ることができる。
第g図のガラス面板を例えば遮光層q側を外側としてブ
ラウン管フェースプレートに使用した場合、面板コlの
内表面j/Aに設けられた螢光体2jに電子線が照射さ
れて発光すると光線2tは拡散しながら面板21内に入
るがレンズ部分コダにより縦断面内で集束されて外表面
、21B上に像コアを結ぶ。
典型的な数値例を示すならば面板、2/の厚さWO=乙
mm 、レンズ部分2IIの直径d−200μ、螢光体
の幅wl−iioμ、螢光体の配置間隔11=200μ
、結像面側の透光部分2gの幅W2−/JOμ、透光部
分2r、21間にある遮光層、29箔3=4 oμであ
る。
第2図、第3図の例のようにレンズ部分−を水平方向に
延びるライン状にすると光源からの光線5は垂直断面内
だけで集束され水平方向では従来通り拡散することにな
るが、人間の目の動きは上下方向よりも左右方向での移
動角度がはるかに大きされるといったこともなく且つた
て方向での集光により輝度は充分に高くなり非常に見易
い。
第9図ないし第11図−に本発明の他の実施例をそれぞ
れ正面図および背面図で示す。
第9図のものはレンズ部分コを半球状として四辺形の基
材lのたて辺および横辺方向に多数並べてレンズマトリ
クスを構成している。
これに合せて遮光層lはレンズ部分−の焦点近傍に円形
の透光部分3を残して設けられる。
第10図のものは半球状のレンズ部分2を細長い基材l
に一列だけ設けた構造、第1/図は単一の半球状のレン
ズ部分コを四辺形の基材/に設けた構造であり、これら
の平面レンズ体は多数を集積して前述のような画像ディ
スプレイとしであるいは単独で他の用途に使用すること
ができる。
第9図〜第1/図の平面レンズ体は、前述の製作工程で
マスクl/および1.2の開口をスリットにする・かわ
りに円形にして他は全く同様にして製作することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第2図は第
1図のものの正面図、第3図は第1図のものの背面図、
第1図ないし第を図は本発明品の製造方法例を示し第q
図はマスクを施した基板の斜視図、第S図はマスク付き
基板にイオン交換を行なう工程を示す縦断面図、第を図
はイ4ン交換後の基板内の状態を示す縦断面図、第7図
は本発明の遮光層付きレンズ板と他のレンズ板とを接合
して像伝達面板を造る方法を示す縦断面図、第g図は同
上で得られる像伝達面板の縦断面図、第9図ないし第1
/図は本発明の他の実施例を示す正面図及び背面図であ
る。 /、10・・・・・・・・透明基材  −・・・・・・
・・レンズ部分3・・・・・・・・透光部分 、ダ・・
・・・・・・遮光層S・・・・・・・・光 線 6・・
・・・・・・光像7・・・・・・・・散乱光 it、i
−・・・・・・・・イオン移動防止用マスク /3 、 /3・・・・・・・・溶融塩 /4A、//
;B・・・・・・電極板第4因 第5図 第6図 第7因 とb 第 第 第 響 9図 10図 11図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)平行平面をもつ透明基材の片面側に、この基材の屈
    折率よりも大な屈折率の断面がほぼ半円状の凸レンズ部
    分を一体に形成し、前記基材の他面側を前記レンズ部分
    の焦点(または焦線)近傍を除いて遮光層で覆ったこと
    を特徴とする平面レンズ。 2) レンズ部分は屈折率が中心において最大で外周に
    向けて次第に減少するような屈折率分布を有しているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の平面レンズ
    。 3) レンズ部分は基材のたて辺方向および(または)
    横辺方向に複数列にわたり設けられていることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の平面レンズ。 4) レンズ部分は基材の一方向に同一断面形状が連続
    するライン状に形成されていることを特徴とす−−徴ン
    す・る特 許請求の範囲第1項記載の平面レンズ。 5) レンズ部分はけば半球形であゐことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の平面レンズ。 6)遮光層は基材ガラス中にCu r Ag 、 Au
    等の着色イオンをドープさせて形成されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の平面レンズ。 7)平行平面をもつ透明ガラス基材の片面側をレンズパ
    ターンの開口を設けたイオン透過防止マスクで覆い、前
    記基材の他面側も遮光層を設けるべき区域以外をイオン
    透過防止マスタで覆い、この状態で前記レンズ形成面側
    に屈折率増加に寄与の大きいイオンを含む溶融塩を接触
    させ、同時に基材の他面側にガラス着色イオンを含む溶
    融塩を接触さる゛ことを特徴とする遮光層付き平面レン
    ズの製造方法。
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