(57)【要約】【課題】マイクロレンズアレイシートのマイクロレンズの曲率半径を小さくすると共に充填率を維持することにより、視野角を向上させる。【解決手段】マイクロレンズアレイシートは、基板10と、基板10に配列されるレンズ30と、前記基板10とレンズ30が露出した表面に形成される空隙充填膜40とを含み、前記レンズ30は、前記基板10に配列された各レンズ30間の空隙に形成された前記空隙充填膜40の高さと同じか、それより高い位置に配列される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に配列されるレンズと、
前記基板とレンズが露出した表面に形成される空隙充填膜とを含み、
前記レンズは、前記基板に配列された各レンズ間の空隙に形成された前記空隙充填膜の高さと同じか、それより高い位置に配列されることを特徴とするレンズアレイシート。
【請求項２】
前記基板上に形成される台座をさらに含み、前記レンズが前記台座上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイシート。
【請求項３】
前記台座の高さが、前記空隙に形成された前記空隙充填膜の最低高さと同じか、それより高いことを特徴とする請求項２に記載のレンズアレイシート。
【請求項４】
前記台座の平面構造が、前記レンズの底面の構造と同じであることを特徴とする請求項２に記載のレンズアレイシート。
【請求項５】
前記レンズの曲率半径が前記台座の高さによって決定されることを特徴とする請求項２に記載のレンズアレイシート。
【請求項６】
前記各レンズ間の空隙に位置し、前記基板上に形成される溝をさらに含み、前記溝に形成された前記空隙充填膜の高さが前記溝の深さと同じか、それより低いことを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイシート。
【請求項７】
前記溝により形成される前記基板の突出部の表面構造が、前記レンズの底面の構造と同じであることを特徴とする請求項６に記載のレンズアレイシート。
【請求項８】
前記レンズの曲率半径が前記溝の深さによって決定されることを特徴とする請求項６に記載のレンズアレイシート。
【請求項９】
前記レンズの曲率半径が前記溝の深さによって変化することを特徴とする請求項６に記載のレンズアレイシート。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に配列される台座と、
前記台座上に形成されるマイクロレンズと、
前記基板、台座、およびマイクロレンズが露出した表面に形成される空隙充填膜と、
を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
【請求項１１】
前記台座上に形成された各マイクロレンズ間の空隙に形成された前記空隙充填膜の高さが、前記台座の高さと同じか、それより低いことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項１２】
前記台座の平面構造が、前記マイクロレンズの底面の構造と同じであることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項１３】
前記マイクロレンズの曲率半径が、前記台座の高さによって決定されることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項１４】
透明基板と、
前記透明基板上に形成され、マイクロレンズが配列される位置に形成される台座と、
前記台座上に形成される前記マイクロレンズと、
前記透明基板、台座、およびマイクロレンズが露出した表面に形成される空隙充填膜とを含み、
前記空隙充填膜は、前記台座上に形成された各マイクロレンズ間の空隙に形成され、前記空隙充填膜の最低高さは、前記台座の高さと同じか、それより低いことを特徴とするプロジェクション・ディスプレイ・システムのためのマイクロレンズアレイシート。
【請求項１５】
前記台座が、シリコン、ガラス、透明金属、有機物ポリマーの少なくとも１つの物質からなることを特徴とする請求項１４に記載のプロジェクション・ディスプレイ・システムのためのマイクロレンズアレイシート。
【請求項１６】
前記台座の平面構造が、前記マイクロレンズの底面の構造と同じであることを特徴とする請求項１４に記載のプロジェクション・ディスプレイ・システムのためのマイクロレンズアレイシート。
【請求項１７】
前記台座の平面構造が、円形、楕円形、多角形、任意の形状の何れか１つであることを特徴とする請求項１６に記載のプロジェクション・ディスプレイ・システムのためのマイクロレンズアレイシート。
【請求項１８】
溝を有する透明基板と、
前記透明基板上に配列されるマイクロレンズと、
前記溝とマイクロレンズが露出した表面に形成される空隙充填膜とを含み、
前記溝は、前記透明基板上に配列された各マイクロレンズ間の空隙に位置することを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
【請求項１９】
前記溝に形成された前記空隙充填膜の高さが、前記溝の深さと同じか、それより低いことを特徴とする請求項１８に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項２０】
前記溝により形成される前記透明基板の突出部の表面構造が、前記マイクロレンズの底面の構造と同じであることを特徴とする請求項１８に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項２１】
前記マイクロレンズの曲率半径が、前記溝の深さによって決定されることを特徴とする請求項１８に記載のマイクロレンズアレイシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズに関し、特に、マイクロレンズアレイシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、微少光学系で広範囲に使用されるマイクロレンズは、光ピックアップヘッド、イメージセンサ、多様なディスプレイシステムなどに応用されている。このような応用例の１つが、等間隔又は任意の間隔をおいて２次元に配置された数〜数１０ｍｍ以下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である。
【０００３】
このマイクロレンズアレイシートは、イメージセンサ、ＬＣＤのパネル、プロジェクション・ディスプレイ・システムなどに利用されており、次第に多様なディスプレイシステムへの応用が拡大しつつある。例えば、前記マイクロレンズアレイシートは、リア・プロジェクション・スクリーンに適用されて、光源から投射されたイメージをスクリーンに拡大投射する用途に使用され、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子のようなイメージセンサの画素に対応するように適用されて、感度を高めると共に画素間の干渉を緩和する用途に使用され、ＬＣＤのパネルに適用されて、画素コントラスト性能を向上させる用途に使用されることもある。
【０００４】
以下、リア・プロジェクション・スクリーンに適用されるマイクロレンズアレイシートについて説明する。
【０００５】
まず、プロジェクション・ディスプレイ・システムは、光源から投射されたイメージをスクリーンに拡大投射して視聴者に提供するシステムであって、プロジェクション・ディスプレイ・システムに使用されるリア・プロジェクション・スクリーンの性能は、ゲイン、視野角、コントラスト、解像度などの多様な特性によって決定される。これらの多様な特性のうち、プロジェクション・ディスプレイ・システムを多数の使用者が同時に視聴する場合に要求される特性が、広視野角である。この視野角が狭い場合、プロジェクション・ディスプレイ・システムの側面に位置した視聴者は正確な映像を見ることができない。
【０００６】
図４は、リア・プロジェクション・スクリーンに適用される従来のマイクロレンズアレイシートの断面図である。
図４に示すように、従来のマイクロレンズアレイシートは、透明基板１と、透明基板１上に配列された複数のマイクロレンズ２と、これらの透明基板１とマイクロレンズ２上に形成された空隙充填膜(gap filling layer)３とから構成される。
【０００７】
各マイクロレンズ２間に形成される空隙は、マイクロレンズアレイシートの透過効率を低下させる要因となるので、このような低下の要因を除去するために、各マイクロレンズ２間の空隙に空隙充填膜３を形成する。
【０００８】
空隙充填膜３により、マイクロレンズアレイシートの充填率が極大化される。しかしながら、空隙充填膜３が、マイクロレンズ２の表面だけでなく、各マイクロレンズ２間に露出した透明基板１の表面にも垂直方向に形成されるため、各マイクロレンズ２(空隙充填膜３を含むマイクロレンズ２)の曲率半径が初期の設計値より大きくなる。また、露出した透明基板１の表面に垂直方向に形成された空隙充填膜３の高さＨにより、各マイクロレンズ２の高さ(sag height)が低くなる。結局、露出した透明基板１の表面に垂直方向に形成された空隙充填膜３により、マイクロレンズアレイシートの視野角が狭くなる。
【０００９】
図５は、図４に示す従来のマイクロレンズアレイシートにおける光経路を示す断面図である。
図５に示すように、フレネルレンズなどの光学系を通過してマイクロレンズアレイシート５に垂直に入射した平行光６は、マイクロレンズアレイシート５に備えられた各マイクロレンズ２により所定の角度で屈折して出射する。
【００１０】
また、空隙充填膜３により、マイクロレンズ２の曲率半径(マイクロレンズ２の曲率半径とは、空隙充填膜３を含むマイクロレンズ２の曲率半径をいい、空隙充填膜３もマイクロレンズ２の一部である。)が大きくなるので、マイクロレンズ２の下端部で屈折する出射光の角度が初期の設計値より小さくなる。従って、前記プロジェクション・ディスプレイ・システムは側面から見にくい。
【００１１】
以上、リア・プロジェクション・スクリーンに適用されるマイクロレンズアレイシートについて説明したが、視野角の狭さは、他の種類のイメージセンサやディスプレイシステムに適用されるマイクロレンズアレイシートでも同様に発生する問題である。
【００１２】
その他、従来のマイクロレンズアレイシートについては、１９９６年９月１０日付けで付与された特許文献１にも記載されている。
【特許文献１】米国特許第５，５５５，４７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上説明したように、従来のマイクロレンズアレイシートにおいては、各マイクロレンズ間の空隙を空隙充填膜で充填して透過効率を高めているが、各マイクロレンズ間に露出した透明基板上にも前記空隙充填膜が形成されるため、前記マイクロレンズの曲率半径が大きくなるという問題点があった。
【００１４】
また、前記マイクロレンズの曲率半径が大きくなることにより、前記マイクロレンズの下端部で屈折する出射光の角度が初期の設計値より小さくなるという問題点があった。従って、従来のマイクロレンズアレイシートが適用されるディスプレイシステムの視野角が狭くなるという問題点があった。
【００１５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、マイクロレンズアレイシートのマイクロレンズの曲率半径を小さくすると共に充填率を維持することにより、視野角を向上させることができるマイクロレンズアレイシートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明によるレンズアレイシートは、基板と、前記基板に配列されるレンズと、前記基板とレンズが露出した表面に形成される空隙充填膜とを含み、前記レンズは、前記基板に配列された各レンズ間の空隙に形成された前記空隙充填膜の高さと同じか、それより高い位置に配列されることを特徴とする。
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明によるマイクロレンズアレイシートは、基板と、前記基板上に配列される台座と、前記台座上に形成されるマイクロレンズと、前記基板、台座、およびマイクロレンズが露出した表面に形成される空隙充填膜とを含むことを特徴とする。
【００１８】
上記の目的を達成するための本発明によるプロジェクション・ディスプレイ・システムのためのマイクロレンズアレイシートは、透明基板と、前記透明基板上に形成され、マイクロレンズが配列される位置に形成される台座と、前記台座上に形成される前記マイクロレンズと、前記透明基板、台座、およびマイクロレンズが露出した表面に形成される空隙充填膜とを含み、前記空隙充填膜は、前記台座上に形成された各マイクロレンズ間の空隙に形成され、前記空隙充填膜の最低高さは、前記台座の高さと同じか、それより低いことを特徴とする。
【００１９】
上記の目的を達成するための本発明によるマイクロレンズアレイシートは、溝を有する透明基板と、前記透明基板上に配列されるマイクロレンズと、前記溝とマイクロレンズが露出した表面に形成される空隙充填膜とを含み、前記溝は、前記透明基板上に配列された各マイクロレンズ間の空隙に位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるマイクロレンズアレイシートは、各マイクロレンズ間の空隙に形成された空隙充填膜の最低高さと同じか、それより高い位置にマイクロレンズを配列することにより、マイクロレンズの曲率半径を小さくすることができるという効果がある。即ち、空隙充填膜によるマイクロレンズの曲率半径が小さくなることにより、本発明によるマイクロレンズアレイシートが適用された多様なディスプレイシステムの広視野角を向上させることができる。
【００２１】
従って、本発明によるマイクロレンズアレイシートは、高輝度及び広い広視野角を要求する多様なディスプレイシステムの画面として使用できるだけでなく、多様なイメージセンサの光シートとして適用して受光感度及び解像度を大幅に高めることができるという効果がある。
【００２２】
また、本発明によるマイクロレンズアレイシートは、ＬＣＤのパネルに適用してコントラスト性能を高めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１〜図３を参照して、マイクロレンズアレイシートの基板上に配列された各マイクロレンズ間の空隙に形成された空隙充填膜の高さと同じか、それより高い位置にマイクロレンズを配列して、マイクロレンズの曲率半径を小さくするとともに視野角を向上させることを可能にしたマイクロレンズアレイシートの好ましい実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態によるマイクロレンズアレイシートの構造を示す断面図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態によるマイクロレンズアレイシートは、透明基板１０と、透明基板１０上に配列され、所定の高さを有する複数の台座（ベース）２０と、各台座２０上に形成されるマイクロレンズ３０と、透明基板１０、台座２０、およびマイクロレンズ３０の露出した各表面に形成される空隙充填膜（または空隙充填層）４０とから構成される。マイクロレンズ３０を形成する方法としては、多様な公知の方法を用いることができるので、マイクロレンズ３０に関する具体的な説明は省略する。
【００２５】
空隙充填膜４０は、各マイクロレンズ３０の表面と、これらのマイクロレンズ３０間の空隙に形成される。
台座２０は、マイクロレンズ３０が配列される位置に対応して形成される。ここで、台座２０の高さは、前記空隙に形成された空隙充填膜４０の最低高さＨと同じか、それより高く形成されることが好ましい。
【００２６】
台座２０により、透明基板１０とマイクロレンズ３０間の高さが、従来のものより高くなったので、空隙充填膜４０を含むマイクロレンズ３０の曲率半径が大幅に小さくなる。台座２０の高さが透明基板１０の露出した表面に形成される空隙充填膜４０の最低高さＨと同じか、それより高く形成されることによって、マイクロレンズ３０の表面に均一な厚さの空隙充填膜４０が形成され、これにより、マイクロレンズ３０の曲率半径が従来より小さくなる。
【００２７】
反面、台座２０の高さを透明基板１０の露出した表面に形成される空隙充填膜４０の最低高さＨより低く形成すると、空隙充填膜４０を含むマイクロレンズ３０の曲率半径が大きくなり、これにより、広視野角が狭くなる。
従って、台座２０の高さによってマイクロレンズアレイシートの広視野角を調節することができるので、所望の広視野角によって台座２０の高さを決定すればよい。
【００２８】
台座２０は、シリコン、ガラス、透明金属、有機ポリマーの少なくとも１つの物質から形成されることが好ましく、台座２０の平面構造は、マイクロレンズ３０の底面の構造と同一に形成される。前記マイクロレンズの底面は、円形、楕円形、多角形又は任意の形状を有するように製作することができる。
【００２９】
マイクロレンズ３０は、有機化合物や無機化合物からなり、マイクロレンズ３０の効率を高めるために、マイクロレンズ３０に、金属膜、酸化膜、窒化膜、有機ポリマーのうち１つ以上の物質をさらに含ませてもよい。
空隙充填膜４０は、一般の薄膜形成方法により形成される。例えば、空隙充填膜４０は、電解メッキ、無電解メッキ、スパッタリング、昇華蒸着、化学蒸着(ＣＶＤ)、スピンコーティング、スプレーコーティングのような薄膜形成方法により形成することができる。
【００３０】
図２は、本発明の第１実施形態によるマイクロレンズアレイシートにおける光経路を示す図である。
図２に示すように、フレネルレンズのような光学系を通過してマイクロレンズアレイシート５０に垂直に入射した平行光６０は、マイクロレンズアレイシート５０に配置された各マイクロレンズ３０により所定の角度で屈折して出射する。即ち、空隙充填膜４０を含むマイクロレンズ３０の曲率半径が小さいため、各マイクロレンズ３０が半円状を維持し、これにより、マイクロレンズ３０の下端部で屈折する出射光の角度が、従来のものより大きくなる。
【００３１】
本発明によるマイクロレンズアレイシート５０をプロジェクション・ディスプレイ・システムのためのリア・プロジェクション・スクリーンに適用すると、広い視野角により、広い範囲にいる視聴者に映像を提供することができる。
【００３２】
図３Ａ〜３Ｄは、本発明の第２実施形態によるマイクロレンズアレイシートの構造及びその製作方法を示す工程断面図である。図示のように、本発明の第２実施形態によるマイクロレンズアレイシートは、台座２０(図１参照)を形成することなく、透明基板１１に形成された溝４４により形成される突出部上にマイクロレンズ２２を形成した構造を有する。
【００３３】
本発明の第２実施形態によるマイクロレンズアレイシートは、溝４４を有する透明基板１１と、透明基板１１上に溝４４と隣接して配列されるマイクロレンズ２２と、溝４４、マイクロレンズ２２の露出した表面に形成される空隙充填膜３３とから構成される。
【００３４】
透明基板１１上に形成された溝４４は、各マイクロレンズ２２間の空隙に形成され、空隙充填膜３３は、溝４４の深さと同じか、それより薄く溝４４に充填されることが好ましい。
また、マイクロレンズ２２は、透明基板１１の各溝４４間の表面に形成され、溝４４の深さによってマイクロレンズ２２の曲率半径が決定される。
【００３５】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、透明基板１１上に形成された溝４４は、フォトリソグラフィ工程により透明基板１１の一部分をエッチングすることにより形成する。このエッチング工程においては、透明基板１１の材質によって、ドライエッチング又はウェットエッチングを選択して適用することができ、前記エッチング工程後に透明基板１１の表面に形成される突出部の上面構造が、マイクロレンズ２２の底面の構造と同じ平面構造を有するようにする。
【００３６】
図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、マイクロレンズ２２は、溝４４により形成される突出部上に設置され、空隙充填膜３３は、溝４４、マイクロレンズ２２の露出した表面に形成される。溝４４に形成された空隙充填膜３３の最低高さＨは、溝４４の深さと同じか、それより低く形成され、溝４４により形成される突出部の表面構造は、マイクロレンズ２２の底面の構造と同一に形成される。
【００３７】
各マイクロレンズ２２間の空隙である溝４４に形成された空隙充填膜３３が、溝４４の深さと同じか、それより低く形成されることによって、マイクロレンズ２２の曲率半径が小さくなり、マイクロレンズアレイシートの広視野角が向上する。
【００３８】
従って、本発明によるマイクロレンズアレイシートは、従来のマイクロレンズアレイシートと同程度の充填率を維持すると共に視野角を大きく向上させることができ、設計者の意図によって視野角を容易に調節することができる。
【００３９】
一方、前記マイクロレンズアレイシートは、大量生産のための原版を形成するためのもので、前述の製造方法により製造された原版のマイクロレンズアレイシートの微細構造を基に、金型を製造することができ、金型複製、射出などの技術を利用して同一構造の複製品を大量に生産することができる。
【００４０】
本発明によるマイクロレンズアレイシートは、リア・プロジェクション・スクリーンに適用することが好ましく、他にも、高輝度及び広い広視野角を要求する多様なディスプレイシステムに適用することができ、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子のような多様なイメージセンサに付加して受光感度と解像度を高めることができ、ＬＣＤのパネルに適用してコントラスト性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態によるマイクロレンズアレイシートの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるマイクロレンズアレイシートにおける光経路を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるマイクロレンズアレイシートの構造及びその製作方法を(A)〜(D)の各工程を示す工程断面図である。
【図４】リア・プロジェクション・スクリーンに適用される従来のマイクロレンズアレイシートの断面図である。
【図５】図４に示す従来のマイクロレンズアレイシートにおける光経路を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  透明基板
２０  台座
３０  マイクロレンズ
４０  空隙充填膜
５０  マイクロレンズアレイシート
６０  平行光
【図１】
2005346065.tif 000003
【図２】
2005346065.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005346065.tif 000006
【図５】
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