(57)【要約】    【課題】  本発明は、スクリーンゲインが高く、画面垂直方向及び画面水平方向の視野角が良好な表示装置等を安価に提供し得るマイクロレンズアレイシート、これを備えた表示装置、マイクロレンズアレイシートを形成するための鋳型形成方法及び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を目的としている。    【解決手段】  基板上に配列された複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイシート１００であって、前記マイクロレンズを第１の配列パターンに複数配置してなる第１の基本マイクロレンズアレイ１０１と、前記マイクロレンズを前記第１の配列パターンとは異なる第２の配列パターンに複数配置してなる第２の基本マイクロレンズアレイ１０２と、を含み、前記第１及び第２の基本マイクロレンズアレイを組合わせた合成配置パターンによってマイクロレンズアレイシートの出射光の方向性を定めたマイクロレンズアレイシートにより上記課題を解決する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配列された複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイシートであって、
前記マイクロレンズを第１の配列パターンに複数配置してなる第１の基本マイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズを前記第１の配列パターンとは異なる第２の配列パターンに複数配置してなる第２の基本マイクロレンズアレイと、を含み、
前記第１及び第２の基本マイクロレンズアレイを組合わせた合成配置パターンによってマイクロレンズアレイシートの出射光の方向性を定めたことを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
【請求項２】
前記第１の基本マイクロレンズアレイは前記基板の中央部に配置されて当該第１の基本マイクロレンズアレイの出射光の方向性は前記基板の面方向において等方性の指向性を有し、前記第２の基本マイクロレンズアレイは前記基板の周辺部に配置されて当該第２の基本マイクロレンズアレイの出射光の方向性は前記基板の面方向において異方性の指向性を有する、請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項３】
前記第１及び第２の基本マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズ同士が同種のマイクロレンズで構成される、請求項１又は請求項２に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項４】
前記第１及び第２の基本マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズ同士が異種のマイクロレンズで構成される、請求項１又は請求項２に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項５】
前記第１の基本マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズが凸レンズで構成される、請求項１又は請求項２に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項６】
前記第２の基本マイクロレンズアレイが平行状、同心円状、螺旋状、環状のマイクロレンズの配列を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項７】
前記第２の基本マイクロレンズアレイのマイクロレンズがレンチキュラレンズ、フレネルレンズ、又はプリズムを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロレンズアレイシートを含む透過型スクリーン。
【請求項９】
請求項８に記載の透過型スクリーンを用いたプロジェクタ。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロレンズアレイシートを備えた表示装置。
【請求項１１】
マイクロレンズアレイの鋳型を形成する鋳型形成方法であって、
ガラス基板上に、エッチング保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記エッチング保護膜に、第１のピッチ間隔で細孔を形成することにより第１の配列パターンを形成し、前記第１のピッチ間隔とは異なる第２のピッチ間隔で細孔を形成することにより第２の配列パターンを形成する細孔形成工程と、
前記細孔形成後の前記ガラス基板をウェットエッチングするエッチング工程と、
を含むことを特徴とする鋳型形成方法。
【請求項１２】
前記細孔が、レーザ照射により形成される、請求項１１に記載の鋳型形成方法。
【請求項１３】
前記第１の配列パターン及び前記第２の配列パターンが連続した同心円状又は螺旋状である、請求項１１又は請求項１２に記載の鋳型形成方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載の鋳型形成方法により形成される鋳型を用いてマイクロレンズアレイシートを製造する、マイクロレンズアレイシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリアプロジェクションテレビ等のマイクロレンズ装置及びその関連技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアプロジェクションテレビに使用される透過型スクリーンの一例としては、レンチキュラレンズシートとフレネルレンズシートとから構成されるものが挙げられる。ここで、レンチキュラレンズシートは、スクリーン面垂直方向を長手方向とする縦長のシリンドリカルレンズが複数並行に配置された構造を有する。
【０００３】
このような透過型スクリーンでは、光源から出射された光がフレネルレンズシートを通過することにより平行光に変えられ、レンチキュラシートにより拡散されることで、所定の視野角特性を持った映像として映し出されることになる。
【０００４】
このような透過型スクリーンは、例えば特開昭５８−１９２０２２号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特開昭５８−１９２０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レンチキュラレンズを用いた場合は、画面水平方向へ光を屈折散乱させる作用を持つが、画面垂直方向への散乱作用は少ないので、画面垂直方向での視野角が狭くなるという問題があった。
【０００６】
また、一方で、従来の透過型スクリーンでは、四隅が暗くなるのを防止するため、必ずフレネルレンズを必要としていた。しかし、複数のレンズを用いると製品のコストが高くなる傾向にある。
【０００７】
そこで、本発明は、スクリーンゲインが高く、画面垂直方向及び画面水平方向の視野角が良好な表示装置等を安価に提供し得るマイクロレンズアレイシート、これを備えた表示装置、マイクロレンズアレイシートを形成するための鋳型形成方法及び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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明の第一の態様は、基板上に配列された複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイ装置であって、上記マイクロレンズを第１の配列パターンに複数配置してなる第１の基本マイクロレンズアレイと、上記マイクロレンズを上記第１の配列パターンとは異なる第２の配列パターンに複数配置してなる第２の基本マイクロレンズアレイと、を含み、上記第１及び第２の基本マイクロレンズアレイを組合わせた合成配置パターンによってマイクロレンズアレイ装置の出射光の方向性を定めたマイクロレンズアレイ装置を提供するものである。
【０００９】
これによれば、第１の基本マイクロレンズアレイと第２の基本マイクロレンズアレイとを組合わせて合成配置パターンを形成し、マイクロレンズアレイ装置の出射光の方向性を定めるので、画面垂直方向及び画面水平方向の視野角特性が良好なマイクロレンズアレイ装置を提供し得る。しかも、合成配置にすることで一の基板で良好な視野角及び明るさ（スクリーンゲイン）を確保し得るので、安価なマイクロレンズアレイ装置を提供することが可能となる。
【００１０】
上記第１の基本マイクロレンズアレイは上記基板の中央部に配置されて当該第１の基本マイクロレンズアレイの出射光の方向性は上記基板の面方向において等方性の指向性を有し、前記第２の基本マイクロレンズアレイは上記基板の周辺部に配置されて当該第２の基本マイクロレンズアレイの出射光の方向性は上記基板の面方向において異方性の指向性を有することが好ましい。
【００１１】
これによれば、基板中央部に等方性の指向性を持たせ、周辺部に異方性の指向性を持たせることで、特に暗くなり易い四隅を明るくすることが可能となる。
【００１２】
上記第１及び第２の基本マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズ同士が同種のマイクロレンズで構成されていても、異種のマイクロレンズで構成されていてもよい。
【００１３】
上記第１の基本マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズが凸レンズで構成されることが好ましい。
【００１４】
これによれば、等方性の指向性を持たすことが可能となる。
【００１５】
上記第２の基本マイクロレンズアレイは、例えば、平行状、同心円状、螺旋状、環状のマイクロレンズの配列を含むものである。
【００１６】
上記第２の基本マイクロレンズアレイのマイクロレンズは、例えばレンチキュラレンズ、フレネルレンズ、又はプリズムを含むものである。
【００１７】
これによれば、異方性の指向性を持たすことが可能となる。
【００１８】
本発明のマイクロレンズアレイシートは、透過型スクリーンに好適に用いられる。また、本発明の透過型スクリーンは、プロジェクタに好適に用いられる。
【００１９】
本発明の第二の態様は、上記いずれかに記載のマイクロレンズアレイ装置を備えた表示装置を提供するものである。
【００２０】
これによれば、上記マイクロレンズアレイ装置を含むので、画面垂直方向及び画面水平方向の視野角特性が良好で、しかも安価な表示装置を提供することが可能となる。
【００２１】
本発明の第三の態様は、マイクロレンズアレイの鋳型を形成する鋳型形成方法であって、ガラス基板上に、エッチング保護膜を形成する保護膜形成工程と、上記エッチング保護膜に、第１のピッチ間隔で細孔を形成することにより第１の配列パターンを形成し、上記第１のピッチ間隔とは異なる第２のピッチ間隔で細孔を形成することにより第２の配列パターンを形成する細孔形成工程と、上記細孔形成後の上記ガラス基板をウェットエッチングするエッチング工程と、を含むことを特徴とする鋳型形成方法を提供するものである。
【００２２】
これによれば、細孔を形成するピッチ間隔を変更することで、形状の異なるマイクロレンズを一の基板に容易に形成可能な鋳型を提供し得る。なお、上記細孔（初期穴）には、ピッチ間隔を非常に小さくすることで、連続した線形となったものも含むものとする。
【００２３】
上記細孔が、レーザ照射により形成されることが好ましい。これによれば、ピッチ間隔の異なる細孔を容易に精度良く形成することが可能となる。
【００２４】
上記第１の配列パターン及び上記第２の配列パターンが連続した同心円状又は螺旋状であることが好ましい。これによれば、細孔を形成するピッチ間隔のみを変更することで、連続的に容易に指向性の異なるマイクロレンズを複数有するマイクロレンズアレイを形成可能な鋳型を形成することが可能となる。
【００２５】
本発明の第四の態様は、上記いずれかに記載の鋳型形成方法により形成される鋳型を用いてマイクロレンズアレイシートを製造する、マイクロレンズアレイシートの製造方法を提供するものである。
【００２６】
これによれば、上記鋳型形成方法により形成された鋳型を使用するので、効率よく異種のレンズが形成されたマイクロレンズアレイを製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明では、一の基板内に出射光の方向性の異なる基本マイクロレンズアレイを二種以上含ませてマイクロレンズアレイシートを構成している。これにより、マイクロレンズアレイシートの出射光に所望位置に異なる指向性を持たせることが可能になる。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイシートの一例を示す図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態のマイクロレンズアレイシート１００は、第１の基本マイクロレンズアレイ１０１と第２の基本マイクロレンズアレイ１０２とを含む。
【００２９】
第１の基本マイクロレンズアレイ１０１は、マイクロレンズアレイシート１００の中央部の例えば楕円形状の領域に配置されている。第１の基本マイクロレンズアレイ１０１は、図１（ｂ）に示す部分拡大図ように、複数の円形の凸レンズ１０３が縦横に配列された構成を有している。これにより、図１（ａ）に示すように、出射光はマイクロレンズアレイシート１００の中央部では、等方性の指向性を示す。
【００３０】
また、第２の基本マイクロレンズアレイ１０２は、第１の基本マイクロレンズアレイ１０１の周辺部であるマイクロレンズアレイシート１００の四隅にレンチキュラレンズ（シリンドリカルレンズ）が楕円の同心円状に配置された構成を有する。これにより、図１（ａ）に示すように、出射光がマイクロレンズアレイシート１００の対角線方向の指向性を示す。
【００３１】
次に、本実施形態のマイクロレンズアレイシート１００の製造方法について説明する。
【００３２】
図２は、マイクロレンズアレイシート１００を製造する工程を示す図である。
図２（ａ）は、エッチング保護膜（マスク）としての金属膜形成工程を示す図である。同図（ａ）に示すように、まず、ガラス基板２００上に、例えばＣｒ又はＣｒ−Ａｕ等の金属を用いて金属膜２０２を形成する。
【００３３】
図２（ｂ）は、初期穴形成工程を示す図である。同図（ｂ）に示すように、次に、金属膜２０２に、所望のパターンになるように例えばＣＯ2レーザ又はＹＡＧレーザ等により初期穴（細孔）２０４を形成する。図３に、金属膜２０２の初期穴２０４の形成例を示す。具体的には、ガラス基板２００中央部の楕円状の領域２０６には、第１の配列パターンとなるように、縦横に等間隔に初期穴２０４ａを形成する。また、楕円状の領域２０６の周囲のガラス基板２００の四隅の領域２０８には、レーザで同心円状に連続した線２０４ｂを描く。
【００３４】
図２（ｃ）は、ウェットエッチング工程を示す図である。同図（ｃ）に示すように、例えば、フッ化アンモニウム又はフッ化水素の水溶液２１０に初期穴形成工程にて初期穴２０４を形成した金属膜２０２が被覆されたガラス基板２００を浸漬する。浸漬時間を調節することで、所望の大きさにガラス基板２００をエッチングすることが可能となる。
【００３５】
図２（ｄ）は、完成された鋳型を示す図である。ウェットエッチング後のガラス基板２００から金属膜２０２を剥離することにより、所望のパターンが形成された鋳型２１２が完成する。
【００３６】
図２（ｅ）は、上記工程により形成した鋳型２１２に、マイクロレンズアレイシートを形成するための樹脂２１３を流し込む。ここで、マイクロレンズアレイシートの樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
【００３７】
その後、鋳型２１２に流し込んだ樹脂２１３を硬化させ、鋳型２１２を取り外すことにより、図２（ｆ）に示すようなマイクロレンズアレイシート２１４が得られる。
【００３８】
本実施形態によれば、マイクロレンズアレイシート２１４の中央部が等方性の指向性を持たせたマイクロレンズが配置されている。したがって、映像光をあらゆる方向に均一に拡散させ得るので、例えば、リアプロジェクション等の表示装置に用いた場合には、広い視野角（観察領域）を提供することが可能となる。また、四隅にマイクロレンズアレイシートの対角線方向の指向性を持たせたマイクロレンズを配置しているので、特定の方向に光を出射することが可能となる。したがって、特に暗くなり易い表示装置の四隅に特に画面中央と外側方向に光を強めたこのようなマイクロレンズアレイシートを用いることで、四隅を明るくすることが可能となり、画面全体の明るさを増すことが可能となる。よって、一枚のシートで画面全体を明るくし、視野角を広げることが可能となるので、安価な表示装置を提供することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明のマイクロレンズアレイシートの製造方法は、上記に限らず、例えばアクリル樹脂等を加熱、溶融し、平プレスで金型を用いて型押しする等の公知の方法を用いて製造することも可能である。
【００４０】
また、マイクロレンズアレイシートを構成する材料も上記に限定されず、例えばアクリル−スチレン共重合体等を用いてもよい。
【００４１】
また、マイクロレンズアレイシートを形成する材料（樹脂）内に拡散剤を混入させてもよい。この場合用いられる拡散剤としては、粉末ガラス、微粉砕ガラス繊維、酸化チタン、酸化カルシウム、二酸化珪素、酸化アルミニウム、各種粘土等の無機微粉末又は架橋重合体樹脂微粒子等が挙げられる。拡散剤の種類、拡散剤の混入量は特に限定するものではなく、必要に応じて適宜定められる。
【００４２】
また、本実施形態では、マイクロレンズは、基板の片面にのみ形成されていたが、両面に形成されていてもよい。
【００４３】
また、マイクロレンズの種類は、特に限定するものではなく、凹レンズ又は凹レンズの凹部内に異種材料を充填したレンズであってもよい。
【００４４】
また、第２の基本マイクロレンズアレイのマイクロレンズは、レンチキュラレンズに限らず、フレネルレンズ又はプリズムであってもよい。さらに、第２の基本マイクロレンズアレイ１０２の配列パターンは、必ずしも同心円状でなくても、図４に示すように、直線状に並列配置されたものであってもよい。
【００４５】
さらに、例えば、第１及び第２の基本マイクロレンズアレイとして、図５及び図６に示すようなものを用いてもよい。
【００４６】
図５及び図６に、種々のマイクロレンズと各マイクロレンズの視野角と明るさとの模式的関係を示す。
【００４７】
図５（ａ）は、円形の凸レンズを縦横に複数配置した際の出射光の視野角と明るさとの関係を示すグラフである。図５（ａ）に示すように、この場合には、水平及び垂直方向の視野角は同じであり、正面が特に明るく少しずれると急激に明るさが衰え、その後、なだらかな曲線で明るさが落ちていく。なお、グラフ中、α、β、γは、それぞれ明るさが１／２、１／３、１／１０になる角度を示す。
【００４８】
図５（ｂ）は、１の円形の凸レンズの周囲に６つの凸レンズが配置された場合の視野角と明るさとの関係を示すグラフである。この場合も、水平及び垂直方向の視野角は同じであるが、明るさは視野角の変化に応じて徐々に変化する。
【００４９】
図５（ｃ）は、上下が平坦になった円形の凸レンズが数珠状に連なったものが複数並設された場合の視野角と明るさとの関係を示すグラフである。この場合には、水平方向に出射される光の強度は垂直方向よりも高くなる。
【００５０】
図５（ｄ）は、上下が平坦になった円形の凸レンズが数珠状に連なったものをレンズ間隔をずらして並設した場合の視野角と明るさとの関係を示すグラフである。この場合にも水平方向に出射される光の強度は垂直方向よりも高くなる。
【００５１】
図５（ｅ）は、上下に３つずつ凸レンズが数珠上に連なったものが、交互に配置された場合の視野角と明るさとの関係を示すグラフである。この場合にも、水平方向に出射される光の強度は垂直方向よりも高くなる。
【００５２】
但し、出射光の指向性は、上記例に示したように、中央部において等方性であり、周辺部において、異方性を有するように、各基本マイクロレンズアレイを選択することが好ましい。
【００５３】
また、マイクロレンズアレイシートを構成する基本マイクロレンズアレイは、必ずしも２種でなくてもよく、第１の基本マイクロレンズアレイ及び第２の基本マイクロレンズアレイの他に、さらに、第３の基本マイクロレンズアレイ、第４の基本マイクロレンズアレイ・・・、を含んでいてもよい。
【００５４】
具体的には、例えば、レンズを通過した出射光の指向性が、中央から外側に向けて徐々に変化するように、同心円状にマイクロレンズの形状を変化させていってもよい。
【００５５】
図７に、同心円状に配置したマイクロレンズの形状を内側から外側に向けて徐々に変化させた例について示す。同図に示すように、中心部では円形の凸レンズ３０１が配置されており、中心から徐々に離れていくに従い、隣接する円形の凸レンズ同士が近づいて棒状に近い形状の凸レンズ（３０３，３０５）が配置され、最終的にはシリンドリカルレンズ３０７が配置される。これにより、一のマイクロレンズアレイシート上に徐々に等方性から異方性に移り行く指向性を持たせることが可能となる。
【００５６】
また、図８に、螺旋状に配置したマイクロレンズの形状を内側から外側に向けて徐々に変化させた例について示す。図８でも図７と同様に、中心部に円形の凸レンズ３０１が配置され、外側に向かっていくに連れ、徐々に隣接する円形の凸レンズ同士の間隔を狭めて接触部が平坦化され棒状に近い形状となった凸レンズ（３０３，３０５）を配置し、最終的にはシリンドリカルレンズ３０７が配置される。これにより、一のマイクロレンズアレイシート上に徐々に等方性から異方性に移り行く指向性を持たせることが可能となる。
【００５７】
なお、図１における中央部楕円状の領域に図７又は図８に示したような連続的にマイクロアレイレンズの形状を変化させたマイクロレンズアレイを配置し、四隅部分に図１と同様な中央部の楕円の同心円状又は直線状の形状のシリンドリカルレンズを配置してもよい（図９（ａ）及び図９（ｂ）参照）。なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）において、中央部の楕円状の領域に、楕円の同心円状にマイクロレンズを配置した例を示したが、螺旋状に配置されていてもよい。また、四隅部分においても、形状を連続的に徐々に変化させたマイクロレンズを用いてもよい。
【００５８】
なお、このような連続的に形状の変化したマイクロレンズは、上記実施形態で説明した製造方法において、例えば、図１０に示したように、エッチング保護膜に空ける初期穴のピッチ間隔Ｐを徐々に狭めていくことで、形状の異なるマイクロレンズを一度に容易に製造することが可能となる。
【００５９】
また、上記例においては、中央部の領域は、楕円状として示したが、特に限定されず、所望の指向性が得られる形状であればよい。楕円以外には、例えば、円状、ひし形状等が挙げられる。
【００６０】
このような本発明のマイクロレンズアレイシートは、拡散板、ブラックマトリクススクリーン、透過型スクリーンとして好適に利用し得る。また、本発明のマイクロレンズアレイシートは透過型スクリーンを用いたプロジェクタ等の表示装置にも好適に使用することが可能である。このような表示装置としては、具体的には背面透過型画像表示装置（リアプロジェクションＴＶ）が挙げられる。
【００６１】
図１１に、本実施形態のマイクロレンズアレイシートを備えた背面透過型画像表示装置を説明するための図である。同図に示すように、上記表示装置５００には、筐体（キャビネット）５０２内に映像投射装置（投射型ブラウン管）５０４が備えられている。筐体５０２の後方の開口部はミラーカバーで覆われ、このミラーカバー内には反射鏡５０６が設置されている。筐体５０２前面には長方形状の開口部が形成されており、マイクロレンズアレイシート１００が入射光側にレンズが形成された面１４０が向くように備えられている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイシートの一例を示す図である。
【図２】図２は、マイクロレンズアレイシートを製造する工程を示す図である。
【図３】図３は、金属膜（エッチング保護膜）の初期穴の形成例を示す図である。
【図４】図４は、他の態様に係るマイクロレンズアレイシートを示す図である。
【図５】図５は、種々のマイクロレンズと各マイクロレンズの視野角と明るさとの関係を示す模式的グラフである。
【図６】図６は、種々のマイクロレンズと各マイクロレンズの視野角と明るさとの関係を示す模式的グラフである。
【図７】図７は、同心円状に配置したマイクロレンズの形状を内側から外側に向けて徐々に変化させた例について示す図である。
【図８】図８は、螺旋状に配置したマイクロレンズの形状を内側から外側に向けて徐々に変化させた例について示す図である。
【図９】図９は、他の態様に係るマイクロレンズアレイシートを示す図である。
【図１０】図１０は、形状の異なるマイクロレンズを製造する方法を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本実施形態のマイクロレンズアレイシートを備えた背面透過型画像表示装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００・・・マイクロレンズアレイシート、１０１・・・第１の基本マイクロレンズアレイ、１０２・・・第２の基本マイクロレンズアレイ、１０３・・・凸レンズ、１４０・・・レンズが形成された面、２００・・・ガラス基板、２０２・・・金属膜、２０４，２０４ａ・・・初期穴、２０４ｂ・・・連続した線、２０６・・・楕円状の領域、２０８・・・四隅の領域、２１０・・・水溶液、２１２・・・鋳型、２１３・・・樹脂、２１４・・・マイクロレンズアレイシート、３０１・・・凸レンズ、３０７・・・シリンドリカルレンズ、５００・・・背面透過型画像表示装置、５０２・・・筐体、５０４・・・映像投射装置、５０６・・・反射鏡、Ｐ・・・ピッチ間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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