(57)【要約】      （修正有）【課題】コントラストが高く表示品質の高い透過型スクリーンを提供する。【解決手段】光源側から順に少なくともフレネルレンズと、マイクロレンズアレイ１６と、各マイクロレンズの焦点に形成された透明な高架橋部２３とを備え、さらに各マイクロレンズの光軸Ａｘを中心とした高架橋部２３の周囲に遮光部２５を備える。ここで遮光部２５は、内部に分散した染料分子により光を遮蔽する。【選択図】図１０
2005189334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側から順に少なくともフレネルレンズと、マイクロレンズアレイと、各マイクロレンズの焦点に形成された透明な高架橋部とを備え、さらに各マイクロレンズの光軸を中心とした前記高架橋部の周囲に遮光部を備える透過型スクリーンであって、
前記遮光部は、内部に分散した染料分子により光を遮蔽する透過型スクリーン。
【請求項２】
前記遮光部の分子間隔は前記高架橋部の分子間隔よりも大きい、請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項３】
前記高架橋部は、光エネルギーにより架橋が進行する光硬化性樹脂であり、前記染料の分子サイズよりも密な分子間隔に架橋されている、請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項４】
前記高架橋部及び前記遮光部は、前記マイクロレンズアレイの光源と反対側に設けられた光硬化性樹脂層の一部として形成されており、前記高架橋部は前記光硬化性樹脂層を前記光軸方向に貫通して形成されている、請求項３に記載の透過型スクリーン。
【請求項５】
前記光硬化性樹脂層の前記光源から遠い側の表面は、前記マイクロレンズアレイの焦点より外側に位置している、請求項３に記載の透過型スクリーン。
【請求項６】
前記遮光部は、芳香族環を含む高分子からなる、請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項７】
前記光軸に垂直な方向における前記遮光部の断面は、前記光源に近い側の方が小さい、請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項８】
前記遮光部は、前記マイクロレンズアレイの光源と反対側に設けられた透明樹脂層の一部に染料分子が分散して形成されており、当該遮光部は前記透明樹脂層を前記光軸方向に貫通している、請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項９】
光源側から順に少なくともフレネルレンズと、マイクロレンズアレイとを備える透過型スクリーンの製造方法であって、
分子間隔が染料分子よりも大きい透明な光硬化性樹脂層を前記マイクロレンズアレイの光源と反対側における焦点近傍まで形成する工程と、
光源側から前記マイクロレンズアレイの光軸に略平行な光を照射することにより、前記光硬化性樹脂層の前記焦点近傍を架橋させる工程と、
染料分子を含んだ流動性媒体を前記光硬化性樹脂層に接触させて、当該樹脂層の架橋していない領域に前記染料分子を拡散させることによって、前記染料分子で光を遮蔽する遮光部を形成する工程と
を備える透過型スクリーン製造方法。
【請求項１０】
前記光硬化性樹脂層は、前記マイクロレンズアレイの前記焦点よりも外側まで形成される請求項９に記載の透過型スクリーン製造方法。
【請求項１１】
前記染料分子を含んだ前記流動性媒体を準備する工程として、前記染料分子との親和性が前記光硬化性樹脂層より低い流動性媒体に前記染料分子を分散させる工程をさらに備える、請求項９に記載の透過型スクリーン製造方法。
【請求項１２】
前記染料分子を含んだ前記流動性媒体を準備する工程として、水を主成分とする流動性媒体に前記染料分子を分散させる、請求項１１に記載の透過型スクリーン製造方法。
【請求項１３】
前記焦点近傍を架橋させる工程において、光源と前記マイクロレンズアレイとの間に透明な拡散板を設け、当該拡散板に前記略平行な光を入射させ、当該拡散板から出射する光を前記マイクロレンズアレイに入射させる、請求項９に記載の透過型スクリーン製造方法。
【請求項１４】
光源側から順に少なくともフレネルレンズと、マイクロレンズアレイとを備える透過型スクリーンの製造方法であって、
前記マイクロレンズアレイの光源と反対側に分子間隔が染料分子よりも大きい透明な可染性樹脂層を前記マイクロレンズアレイの焦点近傍まで形成する工程と、
前記可染性樹脂層の光源と反対側に透明な光硬化性樹脂層を形成する工程と、
光源側から前記マイクロレンズアレイの光軸に略平行な光を照射することにより、前記光硬化性樹脂層の前記焦点近傍を架橋させる工程と、
染料分子を含んだ流動性媒体を前記可染性樹脂層に接触させて前記可染性樹脂層内部に前記染料分子を拡散させることによって、前記染料分子で光を遮蔽する遮光部を形成する工程と
を備える透過型スクリーン製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型スクリーン及びその製造方法に関する。特に本発明は、フライアイレンズを備えた透過型スクリーン及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアプロジェクションディスプレイ装置においては、光学エンジンから出力される画像光を透過型スクリーンで観察者側に透過させる。この場合、透過型スクリーンにおいて画像光が透過する部分以外に光を遮蔽又は吸収する遮光層を形成することにより、画像のコントラストを上昇させている。このような遮光層を形成するには、光硬化性の粘着層を介して黒色膜を積層した後、画像光が透過する部分の粘着層を硬化させ、当該硬化部分の黒色膜を除去する方法が採られていた（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２４３１６６号公報
【特許文献２】特許第３３０９８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、遮光層の形成後も粘着層の硬化が進行するので、黒色膜の付着力が徐々に劣化してしまうという課題がある。また、積層した黒色膜のうちの不要な部分を除去する場合に、不要な部分に黒色膜が残存したり、必要な部分の黒色膜が剥離したりする課題があった。また、黒色膜が層間剥離を起こすことによって、黒色膜の遮光性が低下するという課題もあった。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決する透過型スクリーンを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、光源側から順に少なくともフレネルレンズと、マイクロレンズアレイと、各マイクロレンズの焦点に形成された透明な高架橋部とを備え、さらに各マイクロレンズの光軸を中心とした高架橋部の周囲に遮光部を備える透過型スクリーンにおいて、遮光部は、内部に分散した染料分子により光を遮蔽する。
【０００７】
遮光部の分子間隔は高架橋部の分子間隔よりも大きいことが望ましい。
【０００８】
高架橋部は、光エネルギーにより架橋が進行する光硬化性樹脂であり、染料の分子サイズよりも密な分子間隔に架橋されていることが望ましい。
【０００９】
高架橋部及び遮光部は、マイクロレンズアレイの光源と反対側に設けられた光硬化性樹脂層の一部として形成されており、高架橋部は光硬化性樹脂層を光軸方向に貫通して形成されていることが望ましい。
【００１０】
光硬化性樹脂層の光源から遠い側の表面は、マイクロレンズアレイの焦点より外側に位置していることが望ましい。
【００１１】
遮光部は、芳香族環を含む高分子からなることが望ましい。
【００１２】
光軸に垂直な方向における遮光部の断面は、光源に近い側の方が小さいことが望ましい。
【００１３】
遮光部は、マイクロレンズアレイの光源と反対側に設けられた透明樹脂層の一部に染料分子が分散して形成されており、当該遮光部は透明樹脂層を光軸方向に貫通していることが望ましい。
【００１４】
本発明の第２の形態によれば、光源側から順に少なくともフレネルレンズと、マイクロレンズアレイとを備える透過型スクリーンの製造方法は、分子間隔が染料分子よりも大きい透明な光硬化性樹脂層をマイクロレンズアレイの光源と反対側における焦点近傍まで形成する工程と、光源側からマイクロレンズアレイの光軸に略平行な光を照射することにより、光硬化性樹脂層の焦点近傍を架橋させる工程と、染料分子を含んだ流動性媒体を光硬化性樹脂層に接触させて、当該樹脂層の架橋していない領域に染料分子を拡散させることによって、染料分子で光を遮蔽する遮光部を形成する工程とを備える。
【００１５】
光硬化性樹脂層は、マイクロレンズアレイの焦点よりも外側まで形成されることが望ましい。
【００１６】
染料分子を含んだ流動性媒体を準備する工程として、染料分子との親和性が光硬化性樹脂層より低い流動性媒体に染料分子を分散させる工程をさらに備えることが望ましい。
【００１７】
染料分子を含んだ流動性媒体を準備する工程として、水を主成分とする流動性媒体に染料分子を分散させることが望ましい。
【００１８】
焦点近傍を架橋させる工程において、光源とマイクロレンズアレイとの間に透明な拡散板を設け、当該拡散板に略平行な光を入射させ、当該拡散板から出射する光をマイクロレンズアレイに入射させることが望ましい。
【００１９】
本発明の第３の形態によれば、光源側から順に少なくともフレネルレンズと、マイクロレンズアレイとを備える透過型スクリーンの製造方法は、マイクロレンズアレイの光源と反対側に分子間隔が染料分子よりも大きい透明な可染性樹脂層をマイクロレンズアレイの焦点近傍まで形成する工程と、可染性樹脂層の光源と反対側に透明な光硬化性樹脂層を形成する工程と、光源側からマイクロレンズアレイの光軸に略平行な光を照射することにより、光硬化性樹脂層の焦点近傍を架橋させる工程と、染料分子を含んだ流動性媒体を可染性樹脂層に接触させて可染性樹脂層内部に染料分子を拡散させることによって、染料分子で光を遮蔽する遮光部を形成する工程とを備える。
【００２０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２２】
図１Ａは、リアプロジェクションディスプレイ装置１の構成を示す。リアプロジェクションディスプレイ装置１は、画像光を出射する光学エンジン２、出射された画像光を投影する光学系（不図示）、及び光学系で投影された画像光を観察者側に透過させる透過型スクリーン１００を備える。透過型スクリーン１００は、入射光（４，６，８）をそれぞれ拡散することによって、観察者側への出射光に所定の視角−輝度分布特性を持たせる。この場合、透過型スクリーン１００に対する入射光（４，６，８）の透過型スクリーン１００への入射角はそれぞれ異なるので、これらをそのまま拡散させた場合、出射光の強度が最大となる方向は出射光毎に異なってしまう。
【００２３】
図１Ｂ、Ｃ、Ｄは、透過型スクリーン１００が入射光（４，６，８）の角度を補正しない場合の視角−輝度分布特性の一例を示す。ここで視角とは、スクリーン面への垂線と観察者の視線がなす角度を示す。透過型スクリーン１００に垂直に入射した入射光４は、一定の範囲に拡散された結果、図１Ｂに示すように視角０において最大の輝度を有する出射光５となる。透過型スクリーン１００に入射角θ１で入射した入射光６は、一定の範囲に拡散された結果、図１Ｃに示すように視角θ１において最大の輝度を有する出射光７となる。同様に、透過型スクリーン１００に入射角θ２で入射した入射光８は図１Ｄに示すように視角θ２において最大の輝度を有する出射光９となる。このように、画面上の位置によって最大輝度となる視角が異なると、観察者から見た画像光の輝度が画面全体で均一にならないので好ましくない。したがって、良好な表示品質を得るには視角−輝度分布特性をスクリーン全体で同一にする必要がある。特に、透過型スクリーン１００に対して正面、すなわち視角０°における出射光の輝度が最大になるような設計が望ましい。
【００２４】
図２は、出射光１０の望ましい視角−輝度分布特性の一例を示す。ここで矢印の長さはその方向における光線の強度を示す。このように、視角−輝度分布特性を画面の全体で均一にすることによって、透過型スクリーン１００は良好な表示品質を得ることができる。
【００２５】
図３は、図２で示した特性を有する透過型スクリーン１００の構成を示す。透過型スクリーン１００は、光学エンジンに近い方から順にフレネルレンズ１４及びマイクロレンズユニット５０を有する。フレネルレンズ１４は、画素光１２全体をコリメートする。マイクロレンズユニット５０は、フレネルレンズ１４でコリメートされた略平行光１５を所定の角度に拡散することによって、出射光１０を観察者に対して出力する。出射光１０は透過型スクリーン１００の全体にわたって均一な視角−輝度分布特性を有する。このとき、経験上、レンズレット（マイクロレンズアレイを構成する単一マイクロレンズ）のピッチを光学エンジンから投影される画素光ピッチの１／５以下とすることによって、画素光とレンズレットの相対位置がずれても解像度の低下につながりにくい。
【００２６】
マイクロレンズユニット５０が有する各レンズ単位胞のレンズ形状によって、出射光１０の視角−輝度分布特性は決定される。透過型スクリーンに要求される視角−輝度分布特性はディスプレイの用途によって異なる。
図４は、透過型スクリーンの用途に応じた視角−輝度分布特性の一例を示す。図４Ａは、コンピュータのモニタ等のデータ表示用途に適した透過型スクリーンの視角−輝度分布特性を示す。データ表示用途の場合、有効視野角範囲内の全ての観察者に対して、画面全体にわたって均一な輝度を有する特性が要求される。このため、各出射光１０の強度がその有効視野角内における全出射角方向で同一となるように各レンズレットの形状が設計される。
一方、図４Ｂは、テレビジョン等の多人数で同時に観察される用途に適した透過型スクリーンの視角−輝度分布特性を示す。この場合、有効視野角範囲内における観察者の位置に応じて表示品質を徐々に変化させることが好ましいという設計思想に基づいて拡散特性が決定される。通常、真正面すなわち視角＝０°から見た時の輝度を最大とし、視角が大きくなるに従い輝度が徐々に低下するように、各レンズレットの形状が設計される。現在のプロジェクションディスプレイの多くはこのような特性を有するように設計されている。
【００２７】
なお、マイクロレンズアレイとしては、一軸方向にのみ集光作用を持つシリンドリカルレンズアレイが一般に使用されているが、これに代えて二軸以上の方向に集光作用を持つフライアイレンズを使用してもよい。また、微小な球状レンズを並べたボールレンズアレイを使用してもよい。フライアイレンズ及びボールレンズアレイを使用することにより、二軸以上の方向において所望の視角−輝度分布特性を実現できる。
【００２８】
ところで、リアプロジェクションディスプレイ装置１の重要な表示特性であるコントラストを高くするには、点灯時の輝度を最大限に確保しつつ、非点灯時の輝度を下げる必要がある。このために、スクリーン上で画像光が通過しない部分に遮光層を設け、当該遮光層の面積比率を画像光の通過を阻害しない範囲で最大化することが有効である。
【００２９】
図５は、透過型スクリーン１００を透過する画像光の経路を示す。光学エンジン２から出射された画像光は所定の光学系を経由して透過型スクリーン１００に入射する。透過型スクリーン１００に入射した光線は、最初にフレネルレンズ１４を透過する。フレネルレンズ１４は、入射光を透過型スクリーン１００に対して略垂直でかつ略平行な光線にそろえる。すなわちコリメーションする。
【００３０】
フレネルレンズ１４でコリメーションされた画像光は次にマイクロレンズユニット５０に入射する。マイクロレンズユニット５０が有する各レンズレットは、レンズ特性に応じた焦点位置に入射光を集光する。すなわち、透過型スクリーン１００への入射光は、各レンズレットの焦点のみを通過して観察者側に透過する。各レンズレットの焦点がなす形状は、シリンドリカルレンズアレイの場合にはレンズピッチに応じて等間隔に並んだ線状の配列であり、フライアイレンズの場合にはレンズピッチに応じて等間隔に並んだ点の配列となる。実際には製作精度やレンズレットの集光特性、収差などにより焦点はある程度の広がりを持つが、焦点面における焦点部分の占める比率は極めて低い。従って、透過型スクリーン１００は、この焦点以外の部分を黒色材料等の遮光層で被覆することによってコントラストの高いスクリーンを得ることができる。これによって、画像光の輝度を低下させることなく、遮光層の面積比率を最大化することができる。
【００３１】
図６Ａから図６Ｆは、本実施形態にかかるマイクロレンズユニット５０ａの製造工程を示す。このうち、まず図６Ｆを用いて、最終的に得られるマイクロレンズユニット５０ａの構成を説明する。
マイクロレンズユニット５０ａは、マイクロレンズアレイ１６と、各マイクロレンズの焦点に形成された透明な高架橋部２３とを備え、さらに各マイクロレンズの光軸を中心とした高架橋部２３の周囲に遮光部２５を備える。マイクロレンズアレイ１６は、レンズ基板１７上に形成され、レンズ基板１７の反対側には透明な染着層１８が形成されている。高架橋部２３は、各レンズレットの焦点部分において、染着層１８上に直接形成されている。各部の寸法の一例を挙げると、レンズレットのピッチが１００μｍ、レンズレットの光軸に垂直な方向における高架橋部２３の直径が２０μｍ、マイクロレンズアレイ１６の厚みが１００μｍ、染着層１８の厚みが２μｍ程度である。
【００３２】
遮光部２５は、染着層１８の露出した部分に染料分子が分散することによって形成されている。遮光部２５は、内部に分散した染料分子によって光を遮蔽する。遮光部２５は、染料分子が内部に分散して形成されているので、マイクロレンズユニット５０に対する定着力が経時的に変化することがない。また、黒色膜を選択的に剥離させる場合のように、遮光部２５の遮光性能が層間剥離によって局所的に低下することがない。
【００３３】
このようなマイクロレンズユニット５０ａの製造プロセスを以下に説明する。
まず、マイクロレンズアレイ１６及びレンズ基板１７が以下のような工程で形成される。マイクロレンズアレイ１６は透明樹脂を型で成形することによって作成される。マイクロレンズアレイ１６の型はマスターの形状を電鋳などの手法で転写することにより作製する。マスターはたとえばグレイスケールフォトリソグラフィーやレーザーアブレージョン等により作製することができる。これを枚葉型として用いてもよいし、ロール成型型として用いても良い。このように製作した型と、プラスチックフィルムからなるレンズ基板１７との間に樹脂材料を挟み、圧力をかけて成型することによって、マイクロレンズアレイ１６及びレンズ基板１７が一体的に形成される。このとき、レンズ基板１７のマイクロレンズアレイと反対側がマイクロレンズアレイ１６の焦点面の近傍まで達するようにレンズ基板１７の厚みを選択する。
【００３４】
マイクロレンズアレイ１６の成型に用いる樹脂材料としては、可視光に透明な材料であれば熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を問わずどのような樹脂を用いても良い。基板に用いるプラスチックフィルムとしては汎用のプラスチックフィルムを用いることができる。プラスチックフィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂等から選択する。
【００３５】
次に、図６Ａに示す工程において、マイクロレンズアレイ１６の光源と反対側に、分子間隔が染料分子よりも大きい透明な染着層１８をマイクロレンズアレイ１６の焦点の直近まで形成する。染着層１８は本発明の可染性樹脂層の一例である。染着層１８は、一面にマイクロレンズアレイ１６が形成されたレンズ基板１７の平坦面に透明な可染性被膜を積層して形成される。染着層１８は、染料分子が比較的容易に分子鎖中に侵入できる程度に架橋密度が低く、かつ染料との親和性が比較的高いものを用いることが好ましい。
【００３６】
染着層１８と染料との親和性が良好であることとは、染着層１８を形成する高分子材料と染料との濡れ性が良好であることを意味する。ここで一般の染料は芳香族環を有することから、染着層１８は芳香族環を含む高分子であることが特に好ましい。つまり、染着層１８の例としては、ベンゼン環やナフタレン環を有した重合性単量体の重合体および／または共重合体が挙げられる。このような高分子材料としては、汎用高分子としてはビスフェノールＡ型ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート等が挙げられるが、他に、ジアリルフタレート／ベンジルメタクリレート共重合体、ビスフェノール型エポキシ／ジカルボン酸共重合体、ポリベンジルメタクリレートやフェノール樹脂、あるいはエポキシ樹脂などであってもよい。
【００３７】
また、染着層１８は、染料分子が比較的容易に分子鎖中に侵入できる程度に架橋密度が低いので、後の工程において染料が分子鎖中へ容易に侵入し、深部にまで容易に到達出来る。分子鎖の間隔が染料分子よりも小さい程度に架橋密度が高い場合、染着層１８は可染性を有しない。一方で架橋密度が低すぎる場合には、染着層１８の形状安定性が不足する。また、染着層１８が非架橋型の高分子の場合には、分子間隔が染料分子よりも大きく、かつ非晶質であることが望ましい。これにより、結晶によって染料分子の侵入が阻害されることがない。
【００３８】
染着層１８はたとえば次のようにして形成される。ジアリルイソフタレートとベンジルメタクリレートを混合した重合性単量体系にアゾビスイソブチロニトリルを少量添加し、メチルイソブチルケトンで二倍に希釈した系の中で攪拌しつつ予備重合して適切な粘度まで増粘させる。これにレベリング剤として微量のシリコーン系または弗素系界面活性剤を添加し、レンズ基板１７のマイクロレンズアレイ１６とは逆の平面上にスピンコーティングやバーコーティング等の手法で塗布し、再度加熱して重合を完結させる。
【００３９】
なお、染着層１８の厚みは、染料分子が内部に侵入、拡散して保持された場合の遮光性によって決定する。つまり、染着層１８内の染料濃度を高くできる場合には比較的薄い膜厚でよいが染料濃度が高くできない場合には膜厚を厚くすることによって遮光性を確保する。
【００４０】
次に、図６Ｂに示す工程において、染着層１８の光源と反対側に透明なプレマスキング層１９を積層する。プレマスキング層１９は本発明の光硬化性樹脂層の一例であり、光架橋反応によって架橋密度が増大する。この様な材料としては、例えば多官能アクリル単量体を含んだ光架橋型組成物がある。染着層１８及びプレマスキング層１９は共に、溶剤に溶解した光硬化性樹脂を離型フィルム上に塗布、乾燥して膜状にしたものを圧着して形成する。これによりレンズ基板１７又は染着層１８に対する高い密着性が確保される。あるいは、直接塗布した後に乾燥させて形成してもよい。
【００４１】
プレマスキング層１９を形成する詳細な手順は以下の通りである。まず、メチルメタクリレートとアリルメタクリレートの等量混合物を等量のメチルエチルケトンに混合し、若干量の過酸化ベンゾイルを添加して加熱しつつ予備重合を行う。この結果増粘したものに当初加えた単量体系のほぼ半分の量のプロピレングリコールジアクリレートを添加し、再度若干量の過酸化ベンゾイルと、増感剤としてのベンゾフェノンと、レベリング剤として若干量のシリコーン系界面活性剤を添加して染着層１８上に塗布する。その後、塗布した層を乾燥させてメチルエチルケトンを蒸発させることによりプレマスキング層１９が形成される。
【００４２】
次に、図６Ｃに示す工程において、マイクロレンズアレイ１６の各焦点に高架橋部２３を形成する。より詳細には、紫外線ランプ２１からマイクロレンズアレイ１６の光軸に略平行な紫外光２０を照射することにより、プレマスキング層１９におけるマイクロレンズアレイ１６の焦点近傍を架橋させる。紫外線ランプ２１は例えば高圧水銀ランプを光源として有する。そして、マイクロレンズアレイ１６への紫外光２０の入射角度が、主平面すなわちマイクロレンズアレイ１６の形成されている平面に対して略垂直となるようにコリメートされる。紫外光２０の強度と照射時間はプレマスキング層１９に使用される光架橋型樹脂組成物の反応性に応じて決定する。
【００４３】
プレマスキング層１９には、架橋反応を起こす架橋剤、原子団、および触媒などをあらかじめ添加しておく。そしてマイクロレンズアレイ１６の集光作用によって各レンズの焦点付近で光エネルギー密度が増大する。そして、光エネルギー密度が架橋反応閾値を超えた部分では架橋反応が進行する。架橋反応が進行し、染料分子が侵入しない程度に分子鎖の密度が高まることによって、プレマスキング層１９の一部が非染性の高架橋部２３に変化する。高架橋部２３は架橋の進行によって、染着層１８への密着強度及び硬度が増大する。
【００４４】
この工程において、紫外光は各レンズレットの集光作用で焦点面上のごく狭い範囲を通過する。従って適切に紫外光強度と照射時間を選べば焦点近傍のみのプレマスキング層１９を架橋させて高架橋部２３を形成することができる。高架橋部２３は後の工程で染料に対するマスキング層として機能する。
【００４５】
次に、図６Ｄに示す工程において、図６Ｃの工程でプレマスキング層１９が架橋されずに残った低架橋部２２を除去する。これにより、後続する工程における温度が比較的高い場合に、低架橋部２２を除去しない場合よりも好ましい結果を与える。また、低架橋部２２を除去することにより所望の部分に短時間で染料が分散し、遮光部２５を効率よく形成することができる。しかしながら、低架橋部２２の染料との親和性が高く、染料分子が容易に侵入できる程度に大きい分子間隔を有していれば、低架橋部２２は必ずしも除去する必要はない。このような低架橋部２２であれば後工程における遮光部２５の染色を阻害することがないからである。
【００４６】
図６Ｅに示す工程において、染料分子を含んだ流動性媒体２４を染着層１８に接触させて染着層１８の内部に染料分子を拡散させる。これにより当該染料分子で光を遮蔽する遮光部２５を形成する（図６Ｆ）。このとき、高架橋部２３は、染料に対するマスキング層として機能し、染着層１８におけるマイクロレンズアレイ１６の焦点付近に染料が浸入することを防止する。
【００４７】
ここで用いられる染料としては黒色のものが好ましく、一般にシアン、イエロー、マジェンタの減法混色の三原色を適当な比率で混合したものが用いられる。あるいは、さらに第４色を混合する方法もある。これら染料の混合比率は、染着層１８を染色して遮光部２５を形成する場合に目標とする色合いや、流動性媒体２４及び染着層１８の材料の相性に応じて決定する。
【００４８】
一般に染料はπ電子系を含む低分子量分子であり、芳香族系有機溶剤との親和性が高い。したがって、芳香族系有機溶剤には容易に溶解させることができる。しかしながら、染料に対する被染体の親和性が、当該芳香族系有機溶剤よりも低い場合には被染体への染料分子の移行が起こりにくいので、好ましくない。従って、染料担体としては、染料分子との親和性が染着層１８よりも低い物質を選択する。
【００４９】
このような染料担体としては、水または水溶性の糊、すなわち多糖類等の親水性高分子が適切である。このような染料坦体中に、染料分子と染料坦体との親和性を間接的に増大させる物質を添加する。これによって染料分子の溶解、あるいは分子状分散及び保持を媒介する。これらの添加物質は分散剤と呼ばれ、界面活性剤、ｐＨ調整剤等のように、染料分子の溶解性や分散性を増大させる機能を持つ。染料を分散させた流動性媒体２４を用いて染着層１８の染色を行うプロセスは流動性媒体２４の流動特性に応じて選択する。
【００５０】
例えば、流動性媒質として水を使用するプロセスは一般に浴染と呼ばれる。分散染料を染色助剤とともに水に分散させた染色浴中に被染体を浸漬する。一方、流動性媒体２４として糊を使用するプロセスは一般に捺染と呼ばれ、通常分散染料を水溶性の糊に分散させた色糊を染着層１８の表面に塗布する。これにより、色糊から染着層１８に染料が移動して遮光部２５が形成される。流動性媒体２４として糊を使用する場合、色糊の粘性が高いので、染色したい染着層１８の面だけに色糊を接触させることができる。従って、マイクロレンズアレイ１６を染色してしまう恐れがない。
【００５１】
浴染、捺染いずれの場合においても、染色担体を被染体に接触させた後、加熱することによって、被染体中への染料分子の拡散速度を増大させる。そしてこの状態を所定の時間保持する。必要な時間が経過したら、浴染の場合には染色浴から取り出し、洗浄する。
以上の工程により、図６Ｆに示すマイクロレンズユニット５０ａが製造される。
【００５２】
次に、マイクロレンズユニット５０の他の構造及びその製造方法の例について説明する。本実施例では、前述の実施例において別々に積層した染着層１８及びプレマスキング層１９を同一の層で実現する。なお、本実施例においては、前述の実施例と異なる部分についてのみ説明する。その他工程は前述の実施例と同様なので記載を省略する。また、同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
まず、図７Ａに示す工程において、分子間隔が染料分子よりも大きい透明な架橋性染着層２６をマイクロレンズアレイ１６の光源と反対側における焦点付近まで形成する。架橋性染着層２６は、マイクロレンズアレイ１６の焦点よりも外側まで形成される。架橋性染着層２６は、本発明の透明樹脂層の一例である。
【００５４】
このような架橋性染着層２６を構成する材料としては染料との親和性が高い高分子材料と光架橋材料との複合体を用いることができる。そのような複合体としてはたとえば、ベンジルメタクリレートとグリシジルメタクリレートの共重合体とペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテルの混合物やベンジルメタクリレートとアリルメタクリレートの共重合体とトリメチロールプロパントリアクリレートの混合物などが挙げられる。前者は光カチオン触媒、後者は光ラジカル触媒により閾値以上の光量の光を吸収した部位のみにおいて架橋反応を起こすことができる。
【００５５】
次に、図７Ｂに示す工程において、紫外線ランプ２１からマイクロレンズアレイ１６の光軸に略平行な紫外光２０を照射することにより、架橋性染着層２６におけるマイクロレンズアレイ１６の焦点付近の架橋反応を進行させる。架橋反応が進行し、染料分子が侵入しない程度に分子鎖の密度が高まることによって、架橋性染着層２６の一部が非染性の高架橋部２７に変化する。
【００５６】
架橋性染着層２６の膜厚が比較的厚く、架橋反応が進行する領域が架橋性染着層２６の表層部のみに限られる場合には、図に示すように架橋性染着層２６の表層部においてのみ、高架橋部２７が形成される。当該高架橋部２７は後の染色工程において染料に対するマスキングとして機能する。
【００５７】
次に、図７Ｃに示す工程において、染料分子を含んだ流動性媒体２４を架橋性染着層２６に接触させることによって、当該架橋性染着層２６のうち、図７Ｂの工程で高架橋部２７に変化しなかった領域に染料分子を拡散させる。これにより、染料分子で光を遮蔽する遮光部２５が形成される。以上の工程により、図７Ｄに示すマイクロレンズユニット５０ｂが製造される。
【００５８】
完成したマイクロレンズユニット（５０ａ、５０ｂ）には、マイクロレンズアレイ１６と反対側、すなわち高架橋部（２３、２７）側に、より剛性の高い支持板が貼り付けられる。これにより、必要な剛性を確保することができる。当該支持板には散乱材を添加してもよい。散乱剤の添加により、出射光の拡散角をより広げることができる。
【００５９】
図８は、図６Ｅ又は図７Ｃの工程において、マイクロレンズアレイ１６への染色をレンズ側マスキング層２８で防止する実施例を示す。これらの工程で遮光部２５を形成する場合、マイクロレンズアレイ１６の被染を防止するにはマイクロレンズアレイ１６上にレンズ側マスキング層２８を設けることが効果的である。レンズ側マスキング層２８は、染料分子が侵入しない透明な樹脂で形成されることが望ましい。
【００６０】
当該レンズ側マスキング層２８は、被染体全体を流動性媒体２４の中に侵漬する浴染の場合に特に有効である。レンズ側マスキング層２８は遮光部２５が形成された後に除去する。しかしながら、レンズ側マスキング層２８の除去が困難である場合には、レンズ側マスキング層２８は除去が不要な形状、すなわちマイクロレンズユニット５０の光学特性に悪影響を及ぼさない形状に形成することが好ましい。
【００６１】
例えば、レンズ側マスキング層２８は、その曲率によって光学的な歪みを生じない形状に形成される。レンズ側マスキング層２８は高分子材料の高密度架橋反応によって形成することが容易であるが、この場合、マイクロレンズアレイ１６と分離することが極めて困難である。したがって、光学的な歪みを与えないような形状でレンズ側マスキング層２８の形成を行う。
【００６２】
図９は、図６Ｃ又は図７Ｂの工程において紫外線を照射する場合の詳細を示す。本実施例では、紫外線ランプ２１から照射される、平行な紫外光２０をある一定角度に拡散させてマイクロレンズアレイ１６に入射させる。詳細には、紫外線ランプ２１とマイクロレンズアレイ１６との間に透明な拡散板３０を設け、当該拡散板３０に紫外線ランプ２１から平行な紫外光２０を入射させる。拡散板３０は、その拡散性特性に応じて紫外光２０を拡散させ、拡散紫外光３１をマイクロレンズアレイ１６に入射させる。
【００６３】
ここで、リアプロジェクションディスプレイ装置１に組み込まれたときにフレネルレンズ１４からマイクロレンズアレイ１６に入射する画像光の入射角は、透過型スクリーン１００からの出射光が出射方向１０ｍないし２０ｍ程度の位置に集光するように設定される。これにより、透過型スクリーン１００の中央部の輝度が周辺部よりも優先的に高められる。観察者はスクリーンの周辺部よりも中央部をよく見るので、中央部の輝度を優先的に高めることにより、画面全体が明るい印象を観察者に与えることができる。この様な工夫は、全体的な輝度が他の光学エンジンよりも低いＣＲＴ等を光学エンジン２として用いた場合に特に有効である。
【００６４】
これに対応して、拡散紫外光３１の拡散角は、マイクロレンズユニット５０がリアプロジェクションディスプレイ装置１に組み込まれたときにマイクロレンズアレイ１６に入射する画像光の入射角のバリエーションを含む。これにより、マイクロレンズユニット５０における高架橋部（２３、２７）の位置あるいは形状が、製品使用時における画像光の光路を十分に含むように形成される。
【００６５】
図１０は、高架橋部２３周辺の詳細形状の一例を示す図である。高架橋部２３及び遮光部２５は、マイクロレンズアレイ１６の光源と反対側に設けられた架橋性染着層２６の一部として形成されている。遮光部２５は、架橋性染着層２６の一部に染料分子が分散して形成されており、当該遮光部２５は架橋性染着層２６を光軸Ａｘ方向に貫通している。これにより、架橋性染着層２６における画像光の光路をレンズレット毎に独立させることができる。つまり隣接するレンズレットの光路同士は遮光部２５で仕切られている。これにより、光軸Ａｘに対して大きい傾斜角で入射する不要な光線を効果的に遮断することができる。また、光軸Ａｘに垂直な方向における遮光部２５の断面は、光源に近い側の方が小さい。これにより、画素光を阻害することなく不要な光線を効率的に遮断又は吸収することができる。
【００６６】
マイクロレンズアレイ１６に入射した紫外光が集光されてできる高エネルギー領域３２は、レンズの焦点Ｆを中心として光軸方向に厚みＤを有する。高エネルギー領域３２は、架橋性染着層２６の架橋反応を進行させる。ここで、架橋性染着層２６の光源から遠い側の表面は、焦点Ｆより外側に位置している。したがって、高エネルギー領域３２を効率的に利用して高架橋部２３を形成することができる。
【００６７】
架橋性染着層２６が高エネルギー領域３２の厚みＤに対して相対的に薄い場合には、高架橋部２３は架橋性染着層２６をマイクロレンズアレイ１６光軸Ａｘの方向に貫通して形成される。言い換えれば、架橋性染着層２６の光源と反対側の表面からレンズ基板１７との界面までの厚み方向の全体において、架橋性染着層２６の架橋密度を増大させて高架橋部２３が形成される。これにより、染料分子を含んだ流動性媒体２４を架橋性染着層２６に接触させる場合に、染料が画素光の光路上に回り込むことが無く、透過型スクリーン１００の透過効率を低下させることがない。
【００６８】
なお、本図において点線の矢印は図９で示した拡散光の一部を示す。このように、高架橋部２３の形成時に、レンズの光軸Ａｘに対する平行度が崩れた拡散紫外光を入射させることによって、高エネルギー領域３２が一定の範囲拡大される。この結果、光軸Ａｘに平行な紫外光を入射させる場合よりも一定の範囲広い架橋性染着層２６を架橋させ、高架橋部２３を形成することができる。マイクロレンズアレイ１６における紫外光の屈折率は、画像光の屈折率よりも高いので、高架橋部２３を形成するときの焦点距離は画像光入射時の焦点距離も短い。これに対して本実施形態では、上述のように平行度が崩れた拡散紫外光をマイクロレンズアレイ１６に入射させて高エネルギー領域３２を一定の範囲拡大するので、実使用時の画像光の光路を十分に含む範囲で、高架橋部２３を形成することができる。
【００６９】
また、遮光部２５は、透明樹脂である架橋性染着層２６に可視光を吸収する染料分が分散して構成されているので、局所的、ミクロ的には一定の可視光透過率を有している。したがって、画像光の光路である透明な高架橋部２３と遮光部２５の境界部分では局所的、ミクロ的には可視光透過率が急に変化することがない。この場合、黒色膜を貼り付けた後部分的に破断することによって遮光層を形成する従来の製造方法よりも、透明部と遮光部の境界における回折が起こりにくい。従って、より一層透過型スクリーン１００のコントラストと表示品質を向上することができる。
【００７０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、マイクロレンズユニット５０の遮光部を安定して精度良く形成することができる。また、当該遮光部は、架橋した高分子マトリクス中に染料分子が分散して形成されているので、機械的に強固であり、剥離等の問題が発生しない。すなわち、本実施形態によれば、コントラストが高く表示品質の高いリアプロジェクションディスプレイが実現できる。 
【００７１】
以上、本実施形態を実施の形態を用いて説明したが、本実施形態の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本実施形態の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１Ａ】リアプロジェクションディスプレイ装置１の構成を示す図である。
【図１Ｂ】画像光の透過型スクリーン１００への入射角を補正しない場合の視角−輝度分布特性の一例を示す。
【図１Ｃ】画像光の透過型スクリーン１００への入射角を補正しない場合の視角−輝度分布特性の一例を示す。
【図１Ｄ】画像光の透過型スクリーン１００への入射角を補正しない場合の視角−輝度分布特性の一例を示す。
【図２】出射光の望ましい視角−輝度分布特性の一例を示す図である。
【図３】図２で示した特性を有する透過型スクリーン１００の構成を示す図である。
【図４Ａ】透過型スクリーンの用途に応じた視角−輝度分布特性の一例を示す図である。
【図４Ｂ】透過型スクリーンの用途に応じた視角−輝度分布特性の一例を示す図である。
【図５】透過型スクリーン１００を透過する画像光の経路を示す図である。
【図６Ａ】マイクロレンズユニット５０ａの製造工程を示す図である。
【図６Ｂ】マイクロレンズユニット５０ａの製造工程を示す図である。
【図６Ｃ】マイクロレンズユニット５０ａの製造工程を示す図である。
【図６Ｄ】マイクロレンズユニット５０ａの製造工程を示す図である。
【図６Ｅ】マイクロレンズユニット５０ａの製造工程を示す図である。
【図６Ｆ】マイクロレンズユニット５０ａの製造工程を示す図である。
【図７Ａ】レンズ単位胞１７０の垂直断面形状を示す図である。
【図７Ｂ】レンズ単位胞１７０の垂直断面形状を示す図である。
【図７Ｃ】レンズ単位胞１７０の垂直断面形状を示す図である。
【図７Ｄ】レンズ単位胞１７０の垂直断面形状を示す図である。
【図８】レンズ側マスキング層２８を用いてマイクロレンズアレイ１６への染色を防止する実施例を示す。
【図９】図６Ｃ又は図７Ｂの工程において紫外線を照射する場合の詳細を示す。
【図１０】高架橋部２３周辺の詳細形状の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  リアプロジェクションディスプレイ装置
２  光学エンジン
４、６、８  入射光
５、７、９、１０  出射光
１２  画素光
１４  フレネルレンズ
１５  略平行光
１６  マイクロレンズアレイ
１７  レンズ基板
１８  染着層
１９  プレマスキング層
２０  紫外光
２１  紫外線ランプ
２２  低架橋部
２３、２７  高架橋部
２４  流動性媒体
２５  遮光部
２６  架橋性染着層
２８  レンズ側マスキング層
３０  拡散板
３１  拡散紫外光
３２  高エネルギー領域
５０  マイクロレンズユニット
１００  透過型スクリーン
【図１Ａ】
2005189334.tif 000003
【図１Ｂ】
2005189334.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
2005189334.tif 000006
【図２】
2005189334.tif 000007
【図３】
2005189334.tif 000008
【図４Ａ】
2005189334.tif 000009
【図４Ｂ】
2005189334.tif 000010
【図５】
2005189334.tif 000011
【図６Ａ】
2005189334.tif 000012
【図６Ｂ】
2005189334.tif 000013
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
2005189334.tif 000015
【図６Ｅ】
2005189334.tif 000016
【図６Ｆ】
2005189334.tif 000017
【図７Ａ】
2005189334.tif 000018
【図７Ｂ】
2005189334.tif 000019
【図７Ｃ】
2005189334.tif 000020
【図７Ｄ】
2005189334.tif 000021
【図８】
2005189334.tif 000022
【図９】
2005189334.tif 000023
【図１０】
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