製造微透鏡基板的方法、微透鏡基板、透射屏和背投的製作方法
2023-06-01 22:44:41 1
專利名稱：製造微透鏡基板的方法、微透鏡基板、透射屏和背投的製作方法
技術領域：
本發明涉及製造微透鏡基板的方法、微透鏡基板、透射屏和背投。
背景技術：
近年來，作為用於家庭影院、大屏幕電視等的監視器的適合的顯示器，對背投的需求日益強烈。在這種背投中，為了提高待投影的圖像的對比度，要求阻止外部光從背投的圖像光(image light)的發射側(即，觀眾側)反射，同時阻止圖像光的強度降低。為了實現這種目的，其中微透鏡基板(微透鏡陣列片)設置有基部基板和透鏡部分的屏幕(背投式屏幕)，其中在所述基部基板的整個表面上供給著色劑，所述透鏡部分在所述基部基板的光入射面側上具有多個微透鏡(例如，參看JP-A-2004-45803)。
然而，在所述屏幕中，由於著色劑供給其上的基部基板定位在其觀眾側而不是透鏡部分處，所以難以充分提高投影的圖像的對比度。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種製造用於透射屏和/或背投的微透鏡基板的方法，其中所述透射屏和/或背投能有效獲得具有優良的對比度的圖像。
本發明的另一目的是提供一種用於透射屏和/或背投的微透鏡基板的方法，其中所述透射屏和/或背投能獲得具有優良對比度的圖像。
進而，本發明的又一目的是提供一種設置有所述微透鏡基板的透射屏和背投。
為了實現上述目的，本發明的一方面提供了一種製造微透鏡基板的方法。所述微透鏡基板包括基部基板和透鏡部分，所述基部基板具有兩個主表面(major surface)，並且具有透光性，所述透鏡部分具有多個微透鏡。所述透鏡部分設置在所述基部基板的這兩個主表面的其中之一上。所述方法包括以下步驟準備具有兩個主表面的基板，所述基板具有凹部，多個凹部形成在具有凹部的基板的兩個主表面的其中之一上；將用於形成所述透鏡部分的樹脂材料供給到上面形成所述多個凹部的所述基板的所述一個主表面上，所述樹脂材料由具有光固化性質的光敏聚合物(photopolymer)作為主要成份構成，並且包含由漫射劑(diffusingagent)和著色劑(coloring agent)的至少一個構成的添加劑，所述漫射劑具有使入射光漫射到所述樹脂材料的功能；準備所述基部基板；將所述基部基板安裝在所述供應的樹脂材料上；在所述基部基板與所述樹脂材料接觸的狀態下，利用光光固化所述樹脂材料，以形成所述透鏡部分，由此所述基部基板結合至所述光固化的樹脂材料；以及從所述光固化的樹脂材料去除所述具有凹部的基板，以獲得設置有所述透鏡部分的所述微透鏡基板。
這使得可能製造用於透射屏和/或背投的微透鏡基板，其中所述透射屏和/或背投能有效獲得具有優良對比度的圖像。
在本發明的所述方法中，優選的是，漫射劑包括由聚苯乙烯、玻璃或有機交聯聚合物(organic cross-linking polymer)構成的微粒。
這使得可能防止樹脂材料上的有害影響(例如，樹脂材料幾乎沒有被光固化，或沒有被光固化)發生在樹脂材料光固化步驟中。
在本發明的所述方法中，優選的是，著色劑包括塗料和染料的至少之一。
這使得可能提高樹脂材料和著色劑之間的親和性。
在本發明的所述方法中，優選的是，包含在所述樹脂材料中的所述添加劑的量在重量百分比0.01％到10％的範圍內。
這使得可能防止樹脂材料上的有害影響(例如，樹脂材料幾乎沒有光固化，或沒有被光固化)發生在樹脂材料光固化步驟中。
在本發明的所述方法中，優選的是，所述方法進一步包括以下步驟在所述樹脂材料光固化步驟之前，向著所述具有凹部的基板的所述凹部的每個的底側吸引包含在所述樹脂材料中的所述著色劑。
因此，在所製造的微透鏡基板用在透射屏和/或背投中的情形下，可能獲得具有更優良的對比度的投影的圖像。
在本發明的所述方法中，優選的是，所述著色劑具有磁性，其中在所述著色劑吸引步驟中，磁性材料被準備，並且被放置在具有凹部的基板上面沒有形成所述多個凹部的一側，由此所述著色劑向著所述凹部的每個的底側吸引，以便形成所述著色材料層。
這使得可能向著具有凹部的基板的凹部的每個的底側快速吸引著色劑，因此，可能有效製造微透鏡基板。
在本發明的所述方法中，優選的是，所述方法進一步包括以下步驟在所述基板去除步驟後，應用包含著色劑的著色液到上面設置所述多個微透鏡的所述微透鏡基板的所述一個主表面上，從而所述微透鏡基板的所述一個主表面用所述著色劑著色。
因此，在所製造的微透鏡基板用在透射屏和/或背投中的情形下，可能獲得具有更優良的對比度的投影的圖像。
在本發明的所述方法中，優選的是，所述著色液應用步驟通過浸漬執行。
這使得可能容易而可靠地形成著色部分(特別是，具有均勻密度的著色部分)。
在本發明的所述方法中，優選的是，所述具有凹部的基板由具有透光性的材料形成。
因此，可能從離樹脂材料較近的點發射光，並且這使得可能可靠地光固化所述樹脂材料。
在本發明的所述方法中，優選的是，在所述樹脂材料光固化步驟中，所述光通過所述具有凹部的基板進入所述樹脂材料。
因此，可能從離樹脂材料較近的點發射光，並且這使得可能可靠地光固化所述樹脂材料。
在本發明的所述方法中，優選的是，所述光是紫外線。
這使得可能有助於提高製造微透鏡基板的安全性和降低成本。
在本發明的所述方法中，優選的是，所述著色劑層的平均厚度在1μm到200μm的範圍內。
這使得可能防止樹脂材料上的有害影響(例如，樹脂材料非常難光固化，或不能被光固化)發生在樹脂材料光固化步驟中。
本發明的另一方面提供了一種微透鏡基板。在一個實施例中的微透鏡基板是使用上述限定的方法製造的。
因此，在本發明的微透鏡基板用在透射屏和/或背投中的情形下，可能獲得具有更優良的對比度的投影的圖像。
另一實施例中的微透鏡基板包括基部基板，具有兩個主表面，並且具有透光性；以及透鏡部分，設置有多個微透鏡，所述透鏡部分結合到所述基部基板的所述兩個主表面的一個上，其中所述透鏡部分由樹脂材料形成，所述樹脂材料由具有光固化性質的光敏聚合物作為主要成份構成，且所述樹脂材料包含由漫射劑和著色劑的至少一個構成的添加劑，其中所述漫射劑具有使入射光漫射到所述樹脂材料的功能。
這使得可能提供一種用於透射屏和/或背投的微透鏡基板，其中所述透射屏和/或背投能獲得具有優良對比度的圖像。
在本發明的微透鏡基板中，優選的是，所述透鏡部分在上面形成所述多個微透鏡的所述微透鏡基板側設置有所述著色劑層，且所述透鏡部分中的幾乎全部著色劑都包括在所述層中。
因此，在本發明的微透鏡基板用在透射屏和/或背投中的情形下，可能獲得具有更優良的對比度的投影的圖像。
本發明的再一方面提供了一種包括如上述限定的微透鏡基板的透射屏。
這使得可能提供能獲得具有優良對比度的透射屏。
本發明的又一方面提供了一種包括如上述限定的透射屏的背投。
這使得可能提供能獲得具有優良對比度的背投。根據以下結合附圖給出的描述，本發明的上述和其它目的、特性、和優點將是顯然的，其中所述附圖示出作為實例的本發明的優選實施例。
附圖簡要說明根據以下參看附圖作出的對本發明的優選實施例的詳細描述，本發明的前述和其它目的、特性、和優點將變得更加顯而易見。
圖1示意性地示出根據本發明的第一實施例中的微透鏡基板的縱截面圖。
圖2是圖1中所示的微透鏡基板的平面圖。
圖3示意性地示出透射屏的縱截面圖，其中所述透射屏設置有根據本發明的第一實施例中的圖1中所示的微透鏡基板。
圖4示意性地示出具有凹部的基板的縱截面圖，所述凹部用於使用製造的微透鏡基板形成微透鏡。
圖5示意性地示出製造圖4中所示的具有凹部的基板的方法的縱截面圖，所述基板用於形成微透鏡。
圖6示意性地示出製造圖1中所示的微透鏡基板的方法的每個過程的縱截面圖。
圖7示意性地示出製造圖1中所示的微透鏡基板的方法的每個過程的縱截面圖。
圖8示意性地示出製造圖1中所示的微透鏡基板的方法的每個過程的縱截面圖。
圖9示意性地示出製造圖1中所示的微透鏡基板的方法的每個過程的縱截面圖。
圖10示意性地示出背投的構造的圖示。
圖11示意性地示出根據本發明的第二實施例中的微透鏡基板的縱截面圖。
圖12示意性地示出製造圖11中所示的微透鏡基板的方法的每個過程的縱截面圖。
圖13示意性地示出根據本發明的第三實施例中的微透鏡基板的縱截面圖。
具體實施例方式
現在將參看附圖詳細描述根據本發明的製造微透鏡基板的方法、微透鏡基板、透射屏和背投的優選實施例。
第一實施例
圖1示意性地示出根據本發明的第一實施例中的微透鏡基板的縱截面圖。圖2是圖1中所示的微透鏡基板的平面圖。現在，在下面使用圖1的說明中，為了說明方便起見，分別將圖1中的左側和右側稱為「光入射側(或光入射表面)」和「光發射側(或光發射表面)」。就此而言，在以下的描述中，「光入射側」和「光發射側」分別表示用於獲得圖像光的光的「光入射側」和「光發射側」，並且它們不是分別表示外部光等的「光入射側」和「光發射側」，除非另外指定。
首先，現在將描述本發明的微透鏡基板1。
微透鏡基板(以下簡稱為「透鏡基板」)1是包括在透射屏10(稍後描述)中的部件。如圖1中所示，微透鏡基板1設置有基部基板4和透鏡部分2，其中所述基部基板4具有兩個主表面，並且具有透光性，所述透鏡部分2設置在基部基板4的光入射表面側(一個主表面)處。
基部基板4具有平坦的形狀。儘管基部基板4的構成材料沒有被特別限制，但是它由具有均勻的折射率的透明樹脂材料作為主要成份構成。
作為基部基板4的具體構成材料，例如，可使用例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)等聚烯烴、環狀聚烯烴、變性聚烯烴、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚醯胺(例如尼龍6、尼龍46、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍11、尼龍12、尼龍6-12、尼龍6-66)、聚醯亞胺、聚醯胺-醯亞胺、聚碳酸酯(PC)、聚-(4-甲基戊烯-1)、離聚物、丙烯酸類樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS樹脂)、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲醛、聚乙烯醇(PVA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、和聚對苯二甲酸環己二酯(polycyclohexane terephthalate)(PCT)等聚酯、聚醚、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚醯亞胺、聚縮醛(POM)、聚苯醚、變性聚苯醚、聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、多芳基化合物、例如芳香族聚酯等液晶聚合物、例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(polyfluorovinylidene)等氟樹脂、例如苯乙烯基彈性體、聚烯烴基彈性體、聚氯乙烯基彈性體、聚氨酯基彈性體、聚酯基彈性體、聚醯胺基彈性體、聚丁二烯基彈性體、反式-聚異戊二烯基彈性體、碳氟橡膠基彈性體、氯化聚乙烯基彈性體等多種熱塑性彈性體、環氧樹脂、酚醛樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯、矽氧烷基樹脂、氨基甲酸乙酯基樹脂等；並且可提及將這些材料的至少之一作為主要成份的共聚物、混合體和聚合物合金等。並且，在本發明中，這些材料的兩種或更多種的混合物可被使用(例如，混合樹脂、聚合物合金、使用上述材料的兩種或更多種的包括兩個或更多個層的層壓體)。在這些材料中，從透明度的觀點看，優選的是，基部基板2的構成材料是聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、和丙烯酸基樹脂，具體而言，更優選地是丙烯酸基樹脂。由於丙烯酸基樹脂具有優良的耐熱性、耐光性、和可加工性、除了優良透明度外在形成時形成的尺寸精度和機械強度，所以丙烯酸基樹脂適於用作基部基板4的構成材料。因此，具體而言，使用本發明中的由丙烯酸基樹脂作為主要材料形成的基部基板4，可能提供具有多種優良的特徵和可靠性的透鏡基板(微透鏡基板1)。並且，由於丙烯酸基樹脂通常較廉價，所以考慮到微透鏡基板1的製造成本，這是有利的。
作為丙烯酸基樹脂，例如，可使用包括丙烯酸或其誘導物(例如，丙烯酸酯)作為構成單體的丙烯酸樹脂，包括甲基丙烯酸或其誘導物(例如，甲基丙烯酸酯)作為構成單體的甲基丙烯酸樹脂、包括丙烯酸(甲基丙烯酸)或其誘導物作為構成單體的共聚物(例如，苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-α-氯丙烯酸甲基共聚物、苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物等)。可使用它們中的一種或選自它們的兩種或更多種的組合。
如圖2中所示，透鏡部分2具有多個微透鏡(凸透鏡)21。
優選的是，微透鏡21的平均直徑在10μm到500μm的範圍內，更優選地，在30μm到300μm的範圍內，進一步更優選地，在50μm到100μm的範圍內。通過將每個微透鏡21的平均直徑都限制在上述範圍內，可能進一步提高微透鏡基板1(透射屏10設置有微透鏡基板1)的生產率，同時保持投影在所述屏幕上的圖像的充分高的解析度。就此而言，優選的是，微透鏡基板1中的相鄰微透鏡21之間的間距在10μm到500μm的範圍內，更優選地，所述間距在30μm到300μm的範圍內，進一步更優選地，所述間距在50μm到100μm的範圍內。
並且，優選的是，所述多個微透鏡21的每個的平均曲率半徑都在5μm到250μm的範圍內，更優選地，在15μm到150μm的範圍內。最優選地，平均曲率半徑在25μm到50μm的範圍內。通過將每個微透鏡21的平均曲率半徑限制在上述範圍內，可能顯著地提高視角特徵。具體而言，可能提高水平方向和垂直方向上的視角特徵。
此外，微透鏡21的布置圖樣沒有被特別限制。所述布置圖樣可以是其中微透鏡21以規則形式(例如，網格形狀形式、犬牙織紋形式)布置的布置圖樣或其中微透鏡21以光學上的隨機形式(在從微透鏡基板1的光入射面(一個主表面)上方看時，微透鏡21彼此隨機布置)布置的布置圖樣。然而，優選的是，微透鏡21以如圖2中所示的隨機形式布置。在微透鏡21以這樣的隨機形式布置的情形下，可能更有效地防止光對液晶和菲涅耳透鏡等的光閥的幹涉，因此可能幾乎完全防止莫爾條紋出現。這使得可能獲得具有高顯示質量的優良透射屏10。就此而言，在本說明書中的術語「以光學上隨機的順序」是指多個微透鏡21被不規則地或隨機地布置，從而可能有效防止和抑制例如莫爾條紋等光幹涉出現。
並且，如圖1中所示，每個微透鏡21都形成為凸透鏡，所述凸透鏡向微透鏡基板1的光入射側凸出，並且被設計為使得其焦點定位在微透鏡基板1的光發射表面24附近中。換言之，從大體垂直於微透鏡基板1的方向進入微透鏡基板1的平行光La(來自菲涅耳透鏡5的平行光La將在稍後描述)由微透鏡基板1的每個微透鏡21聚集，並且聚焦在微透鏡基板1的光發射表面24附近中的焦點f上。
並且，優選的是，在從微透鏡基板1的光入射面上方(即，圖2中所示的方向)看時，在形成微透鏡21的可用區域中的由全部微透鏡(凹透鏡)21佔用的面積與整個可用面積之比為90％或更大。更優選地，此比值為96％或更大。在可用區域中的由全部微透鏡(凹透鏡)21佔用的面積與整個可用面積之比為90％或更大的情形下，可能減少經過與微透鏡21存在的區域不同的區域的直射光，這使得可能進一步提高設置有微透鏡基板1的透射屏10的光使用效率。
透鏡部分2由樹脂材料23形成，所述樹脂材料由具有光固化性質的光電聚合物作為主要成份構成，且樹脂材料23包含由漫射劑25的至少一種構成的添加劑。在此方面，所述漫射劑25具有使入射光從光源漫射到所述微透鏡基板1的功能。
並且，漫射劑25大致均勻地存在於整個光固化樹脂材料23(整個透鏡部分2)中(其具有大致均勻的密度)(參看圖1和2)。
漫射劑25沒有被特別限制，但是例如，可將由聚苯乙烯、玻璃或有機交聯聚合物構成的微粒(熔珠)可用作漫射劑25。這樣，可能適當地漫射入射光。這使得可能充分防止和抑制莫爾條紋等光幹涉發生。並且，在微透鏡基板應用於透射屏10的情形下，可能獲得具有優良對比度的投影圖像。
接著，現在將描述設置有如上所述微透鏡基板1的透射屏10。
圖3示意性地示出透射屏10的縱截面圖，其中所述透射屏設置有根據本發明的第一實施例中的圖1中所示的微透鏡基板。現在，在使用下面使用圖3的說明中，為了說明方便起見，分別將圖3中的左側和右側稱為「光入射側(或光入射表面)」和「光發射側(或光發射表面)」。如圖3中所示，透射屏10設置有菲涅耳透鏡5和上述微透鏡基板1。菲涅耳透鏡5布置在微透鏡基板1的光入射表面側上(即，在用於圖像的光入射側上)，且透射屏10被構造為使得由菲涅耳透鏡5傳輸的光進入微透鏡基板1。
菲涅耳透鏡5設置有多個稜鏡，所述稜鏡以大致同心形式形成在菲涅耳透鏡5的光發射表面上。菲涅耳透鏡5使用於投影的圖像的光從投影透鏡(圖中未示出)偏轉，並且輸出平行於微透鏡基板1的主表面的垂直方向的平行光La到微透鏡基板1的光入射表面側。
在如上所述構造的透射屏10中，來自投影透鏡圖像光由菲涅耳透鏡5偏轉，以變成平行光La。接著，平行光La從上面形成多個微透鏡21的光入射表面進入微透鏡基板1，以由微透鏡基板1的微透鏡21的每個聚集，接著，聚集的光經過基部基板4被輸出。同時，進入微透鏡基板1的光以充分的透射比穿過微透鏡基板1，接著透射屏10的觀察者(觀眾)觀察(觀看)作為平面圖像的光。
並且，由於漫射劑25設置在如上所述的微透鏡基板1的透鏡部分2中，所以可能適當地漫射入射光。因此，透射屏10可具有優良的對比度。
接著，現在將描述製造上述微透鏡基板1的方法。
圖4是示意性地示出具有凹部的基板的縱截面圖，所述凹部用於使用製造的微透鏡基板形成微透鏡。圖5示意性地示出製造圖4中所示的具有凹部的基板的方法的縱截面圖，所述基板用於形成微透鏡。圖6至圖9示意性地示出製造圖1中所示的微透鏡基板的方法的過程的縱截面圖。就此而言，在以下的描述中，將圖6至圖9中的下側和上側分別稱為「光入射側(或光入射表面)和「光發射側(或光發射表面)」。
並且，用於形成微透鏡21的許多凹部實際上在製造具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6中形成在基板上，許多凸部(凸透鏡)實際上在製造微透鏡基板1中形成在基板上。然而，為了使得解釋更易理解，示出用於形成微透鏡21和微透鏡基板1的具有凹部的一對基板6，以便在圖4至圖9中被強調。
首先，將在描述製造微透鏡基板1的方法之前描述具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6的結構及其製造方法，其中所述基板6用於製造微透鏡基板1。
如圖4中所示，具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6具有許多以隨機形式布置在其上的凹部(用於形成微透鏡21)61。
通過使用所述具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6，可能獲得如上所述上面以隨機形式布置多個微透鏡21的微透鏡基板1。就此而言，在本說明書中的術語「以光學上隨機的順序」是指多個微透鏡21被不規則地或隨機地布置，從而可能有效防止和抑制例如莫爾條紋等光幹涉發生。
接下來，將參看圖5描述製造具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6的方法的一個實例。就此而言，儘管用於形成微透鏡21的許多凹部61實際上形成在基板上，但為了簡化對其的解釋，僅放大示出其部分。
首先，在製造具有用於形成微透鏡21的凹部61的基板6中準備基板7。優選的是，將具有均勻厚度但無彎曲和瑕疵的基板用作基板7。並且，也是優選的是，將表面通過清洗等清潔的基板用作基板7。
儘管可將鹼石灰玻璃、微晶玻璃、石英玻璃、鉛玻璃、鉀玻璃、硼矽玻璃、無鹼玻璃等用作基板7的構成材料，但是在這些玻璃中鹼石灰玻璃、微晶玻璃(例如，微晶玻璃(neoceram)等)、和無鹼玻璃是優選的。通過用鹼石灰玻璃、微晶玻璃、或無鹼玻璃構成基板7，基板7(具有用於形成微透鏡21的凹部61的基板6)可具有透光性。
A1如圖5A中所示，掩模8形成在準備的基板7的表面上(掩模形成工藝)。接著，背面保護膜89形成在基板7的背面(即，與上面形成掩模8的表面相對的表面側)上。毋庸置疑，掩模8和背面保護膜89可同時形成。優選的是，掩模8允許初始孔81(稍後將描述)通過用雷射束輻射等形成在其中，並且在蝕刻工藝(稍後將描述)中具有抗蝕性。換言之，優選的是，掩模8構成為使得掩模8的蝕刻速度幾乎等於或小於基板7的蝕刻速度。
根據這樣的觀點，例如，諸如Cr、Au、Ni、Ti、Pt等金屬、包含選自這些金屬的兩種或更多種金屬的金屬合金(金屬氧化物)、矽、樹脂等可作為掩模8的構成材。可選地，通過由不同材料形成的多個層(例如Cr/Au或鉻氧化物/Cr層壓板等)，可使掩模8具有層壓結構。
形成掩模8的方法沒有被特別限制。在掩模8由例如Cr和Au或例如鉻氧化物等金屬氧化物構成的情形下，掩模8舉例來說可通過蒸發方法、濺射方法等適當形成。另一方面，在掩模8由矽形成的情形下，掩模8舉例來說可通過濺射方法、CVD方法等適當形成。
儘管掩模8的厚度根據構成掩模8的材料而改變，但是優選的是，掩模8的厚度在0.01μ到2.0μm的範圍內，更優選地在0.03μ到0.2μm的範圍內。在掩模8的厚度低於上面給出的下限的情形下，存在使在初始孔形成工藝(稍後將描述)中形成的初始孔81的形狀變形的可能性。此外，存在在蝕刻工藝的溼蝕刻工藝(稍後將描述)期間不能獲得對基板7的掩模部分的充分保護的可能性。另一方面，在掩模8的厚度高於上面給出的上限的情形下，除了在初始孔形成工藝(稍後將描述)中形成穿過掩模8的初始孔81的困難外，還存在掩模8由於其取決於掩模8的構成材料等的內部應力趨向於容易被去除的情形。
背面保護膜89為了在隨後的工藝中保護基板7的背面而設置。利用背面保護膜89可適當防止基板7的背面的變差(deterioration)等。由於使用與掩模8相同的材料形成背面保護膜89，所以它可能以類似於形成掩模8的方式與掩模8的形成同時被設置。
A2接下來，如圖5B中所示，將在蝕刻工藝(稍後將描述)中用作掩模開口的多個初始孔81以隨機的形式形成在掩模8中(初始孔形成工藝)。儘管初始孔81可以任何方法形成，但優選的是，初始孔81通過物理方法(例如鼓風工藝和蝕刻工藝等)或利用雷射束輻射(例如紅寶石雷射器和半導體雷射器等)形成。這使得可能以高生產率製造具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6。具體而言，凹部61可易於形成在較大尺寸的基板7上。
優選的是，初始孔81均勻地形成在掩模8的整個表面上。並且，優選的是，初始孔81以使得小孔以預定規則間隔布置的方式形成，從而待形成的基板7的表面上不存在平坦部分，從而在步驟A3(稍後將描述)使具有掩模8的基板7經受蝕刻工藝時基板7的表面幾乎無空間地用凹部61覆蓋。
如圖5B中所示，在初始孔81形成在掩模8中時，除了初始孔81外，通過去除基板7的表面的部分，初始凹部71也可形成在基板7中。這使得可能提高具有掩模8的基板7經受蝕刻工藝(稍後將描述)時基板7與蝕刻劑的接觸面積，由此可使得腐蝕適當開始。並且，通過調節每個初始凹部71的深度，也可能調節每個凹部61的深度(即，微透鏡21的最大深度)。儘管每個初始凹部71的深度沒有被特別限制，但是優選的是，它為5.0μm或更小，更優選地，所述深度在約0.1到0.5μm的範圍內。
A3接下來，如圖5C中所示，通過使用其中形成初始孔81的掩模8使基板7經受蝕刻工藝，許多凹部61以隨機形式形成在基板7中(蝕刻工藝)。蝕刻工藝沒有被特別限制，作為蝕刻方法，舉例來說可使用溼蝕刻工藝、幹蝕刻工藝等。在以下說明中，將使用溼蝕刻工藝的情形作為實例描述。
通過使用其中形成初始孔81的掩模8覆蓋的基板7經受溼蝕刻工藝，從不存在掩模8的部分腐蝕基板7，由此許多凹部61形成在基板7中。如上所述，由於形成在掩模中的初始孔81被以隨機方式布置，所以待形成的凹部61也可以隨機方式布置在基板7的表面上。
並且，在本實施例中，在步驟A2初始孔81形成在掩模8中時，初始凹部71形成在基板7的表面上。這使得基板7與蝕刻劑的接觸面積在蝕刻工藝期間增加，從而可使得腐蝕適當開始。此外，凹部61可利用溼蝕刻工藝適當形成。在將包含氫氟酸(氟化氫)的蝕刻劑(即，氫氟酸基蝕刻劑)用作蝕刻劑的情形下，例如，可更有選擇地腐蝕基板7，這使得可能適當形成凹部61。
A4接下來，如圖5D中所示去除掩模8(掩模去除工藝)。同時，背面保護膜89也與掩模8一起被去除。
作為上述工藝的結果，如圖5D和4中所示，獲得具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6，其中許多凹部61以隨機方式形成在基板7中。
接下來，現在將描述使用具有用於形成上述微透鏡21的凹部的基板6製造微透鏡基板1的方法。
B1如圖6中所示，具有流體性的(未固化的)樹脂材料26被供給具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6，其中凹部61形成在所述基板6上(樹脂材料供應工藝)。樹脂材料23由具有光固化性質的光電聚合物作為主要成份構成，並且包含漫射劑25。
就此而言，優選的是，包含在樹脂材料23中的漫射劑25的百分比含量在重量百分比0.01％到10％的範圍內，更優選地，在重量百分比0.1％到1.0％的範圍內。在漫射劑25的百分比含量限制在上述範圍內的情形下，可能防止樹脂材料光固化工藝中樹脂材料23上的有害影響發生在光固化樹脂材料23時(例如，樹脂材料23幾乎沒有被光固化，或沒有被光固化)。
並且，在由聚苯乙烯、玻璃或有機交聯聚合物構成的微粒用作上述漫射劑25的情形下，可能防止樹脂材料23上的有害影響發生在光固化樹脂材料23時(例如，樹脂材料23幾乎沒有被光固化，或沒有被光固化)。
此外，儘管漫射劑25的平均粒徑沒有被特別限制，但是舉例來說，優選的是，它在1到20μm的範圍內，更優選地，它在3到10μm的範圍內。在漫射劑25的平均粒徑限制在上述範圍內的情形下，可能適當漫射入射光，同時防止或抑制將最終獲得的透鏡部分2的透光性變壞。並且，可能防止樹脂材料23上的有害影響發生在光固化樹脂材料23時(例如，樹脂材料23幾乎沒有被光固化，或沒有被光固化)。
並且，在本實施例中，在此步驟，襯墊9設置在沒有形成具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6的凹部61的區域處，接著在隨後的步驟利用基部基板4壓(或推)樹脂材料23(安裝工藝)。這樣，可能更確定地控制待形成的透鏡部分2的厚度，並且這使得可能更確定地控制最終獲得的微透鏡基板1中的相應微透鏡21的焦點f。
在將襯墊9用於本實施例的情形下，襯墊9的形狀沒有被特別限制，但是優選的是，它為大致球形或大致柱形。在襯墊9具有所述形狀的情形下，優選的是，每個襯墊9的直徑在10μm到300μm的範圍內，更優選地，在30μm到200μm的範圍內。進一步更優選地，每個襯墊9的直徑在30μm到170μm的範圍內。
就此而言，在應用樹脂材料23之前，可將脫模劑等應用於具有用於形成微透鏡21的基板6的表面(上面形成凹部61)。這使得可能在隨後的步驟使透鏡部分2從具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6分離(去除步驟)。
B2接下來，如圖7中所示，基部基板4被安裝(即，覆蓋)在樹脂材料23上(安裝工藝)。同時，利用基部基板4推(壓)樹脂材料23。這使得可能確定地使基部基板5緊密粘到樹脂材料23，因此，可能確定地結合待光固化的樹脂材料23(即，最終獲得的透鏡部分2)到基部基板4。
B3接下來，光固化樹脂材料23(樹脂材料光固化工藝)。如圖8中所示，在本步驟，光Lb通過具有凹部的基板6被發射(進入)樹脂材料23。由於具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6具有透光性，所以可能在基部基板4與樹脂材料23接觸的狀態下從具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6的側發射光Lb到樹脂材料23。由於光Lb可被發射到樹脂材料23，所以光源可被設置在(或嵌入)上面例如待安裝具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6的臺(圖中未示出)。因此，可能從相對於樹脂材料23較近的側發射光Lb到樹脂材料23。這使得可能確定地光固化樹脂材料23。並且，在光固化樹脂材料23的同時樹脂材料23結合至基部材料4。就此而言，待發射的光Lb沒有被特別限制。例如，可使用紫外線、電離輻射、雷射等。從提高安全性和削減製造成本的觀點來看，優選的是使用紫外線。
B4接著，如圖9中所示，從光固化的樹脂材料23去除具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6(去除步驟)。
通過如上所述的工藝，有效並確定地獲得設置有具有漫射入射光的功能的透鏡部分2的微透鏡基板1。
下文中，將對使用上述透射屏的背投進行描述。
圖10示意性地示出本發明的透射屏應用於的背投300的截面圖，如圖10中所示，背投300具有其中投影光學器件310、導光反射鏡320、和透射屏10布置在殼體340中的結構。
由於背投300設置有如上所述的透射屏10，所以可能獲得具有優良對比度的投影圖像。另外，具體而言，由於背投300具有本實施例中如上所述的構造，所以可能獲得優良的視角特徵和光使用效率。
並且，由於微透鏡21光學上以隨機方式布置在上述微透鏡基板1上，所以背投300幾乎不會極端地產生例如莫爾條紋等問題。
第二實施例
圖11示意性地示出根據本發明的第二實施例中的微透鏡基板的縱截面圖。圖12示意性地示出製造圖11中所示的微透鏡基板的方法的每個過程的縱截面圖。就此而言，在下面使用圖12的說明中，為了說明方便起見，分別將圖12中的下側和上側稱為「光入射側(或光入射表面)」和「光發射側(或光發射表面)」。
下文中，將參看圖11和12對第二實施例的微透鏡基板進行說明；然而，主要描述上述第一實施例和第二實施例之間的差別，並且省略對類似部分的描述。除了透鏡部分的構造外，本實施例中的微透鏡基板類似於上述第一實施例。
如圖11中所示，透鏡部分2A由光固化的樹脂材料23形成，其中所述樹脂材料23包含著色劑27作為添加劑。著色劑27布置在微透鏡基板1中的透鏡部分2A的側處(上面形成多個微透鏡21)(即，著色劑27不均勻地分布在每個微透鏡21的頂點側處)。
並且，著色劑27可有效地從其光入射側透射(transmit)入射光到微透鏡基板1，並且具有防止外部光(例如，從其光發射側等不情願地進入微透鏡基板1的外部光)反射到其光發射側的功能。由於著色劑27不均勻地分布在微透鏡基板1的光入射側處(即，每個微透鏡21的光入射側處)，所以可能獲得具有更優良的對比度的投影圖像。
就此而言，著色劑27的顏色沒有被特別限制。優選的是，著色劑27的顏色是非彩色(achromatic color)，特別是使用顏色基於藍色和紅色的、棕色或黃色混合在其中的著色劑以黑色作為外觀。並且，優選的是，具有用於控制光源的光的三種基色(RGB)的平衡的特定波長的光被有選擇地吸收在著色劑27中，或穿過著色劑27。這使得可能防止外部光被反射。由穿過微透鏡基板1的光形成的圖像的色調可被精確表示，且色度座標變寬(使得色調的表示寬度充分變寬)，因此，可表示深黑色。結果，具體而言，可能提高圖像對比度。
接下來，將對製造具有透鏡部分2A的微透鏡基板1的方法進行描述，其中著色劑27布置在上面形成多個微透鏡21的微透鏡基板1中的透鏡部分2A的側處。
製造本實施例的微透鏡基板1的方法類似於製造第一實施例中的微透鏡基板的方法，但區別之處在於所述方法進一步包括著色劑吸引工藝。在著色劑吸引工藝中，在樹脂材料光固化工藝(上述第一實施例中的[B3])之前，豎直材料23中的著色劑27被向著具有用於形成微透鏡21的凹部的基板6中的每個凹部61的底部611側吸引，即向著待製造的微透鏡基板1的光入射側吸引(參看圖12)。
並且，著色劑27沒有被特別限制，但是例如，優選的是使用多種塗料中的任何一種作為著色劑27。通過使用多種塗料中的任何一種作為著色劑27，可能提高樹脂材料23和著色劑27之間的親和力。這樣，著色劑27可變成散布狀態，其中著色劑27均勻散布在於樹脂材料供應工藝(上述第一實施例中的[B1])供應的樹脂材料23中。通過在此狀態下執行著色劑吸引工藝，可能在樹脂材料23(更確切地說，透鏡部分2A)中形成具有大致均勻厚度的著色劑層27。
在此情形下，優選的是，著色劑層27的平均厚度在1μm到200μm的範圍內，更優選在2μm到80μm的範圍內。在平均厚度限制在上述範圍內的情形下，可能防止當通過從待形成的微透鏡基板的光入射側輻射光光固化樹脂材料時(即，在樹脂材料光固化工藝中)樹脂材料23上的有害影響(例如，透鏡部分2A的構成材料變差)充分發生。
並且，優選的是，著色劑27具有磁性。在著色劑27具有磁性的情況下，通過準備磁性材料(或磁體)20並將其放置在具有凹部的基板6的一側(如圖12中所示上面沒有形成多個凹部61)，可能向著待形成的微透鏡基板1的光入射側吸引著色劑27(也就是，不均勻地分布在微透鏡基板1的光入射側)。這樣，可能向著待形成的微透鏡基板1的光入射側快速分布著色劑27，並且這使得可能有效地製造微透鏡基板1。
此外，著色劑吸引工藝不限於利用如圖12中所示的磁性件20向著待製造的微透鏡基板1的光入射側吸引著色劑27的方法，例如，可通過沉澱著色劑27自身向著光入射側吸引著色劑27。
第三實施例
圖13示意性地示出根據本發明的第三實施例中的微透鏡基板的縱截面圖。就此而言，在下面使用圖13的說明中，為了說明方便起見，分別將圖13中的下側和上側稱為「光入射側(或光入射表面)」和「光發射側(或光發射表面)」。
下文中，將參看圖13對第三實施例的微透鏡基板進行說明；然而，主要描述上述第一實施例和第三實施例之間的差別，並且省略對類似部分的描述。
除了透鏡部分的構造外，本實施例中的微透鏡基板類似於上述第一實施例。
如圖13中所示，著色部分(外部光吸收部分)22設置在透鏡部分2B的光入射側(即，每個微透鏡21的光入射側)。從其光入射側進入微透鏡基板1的光能有效穿過著色部分22，並且著色部分22具有防止外部光反射到微透鏡基板1的光發射側的功能。通過設置這樣的著色部分22，可能在微透鏡基板1應用於透射屏10和/或背投300的情形下獲得具有更優良的對比度的投影圖像。
就此而言，著色部分22的顏色沒有被特別限制。優選的是，著色劑27的顏色是非彩色，特別是使用顏色基於藍色和紅色的、棕色或黃色混合在其中的著色劑以黑色作為外觀。並且，優選的是，具有用於控制光源的光的三種基色(RGB)的平衡的特定波長的光被有選擇地吸收在著色部分22中，或穿過著色部分22。這使得可能防止外部光被反射。由穿過微透鏡基板1的光形成的圖像的色調可被精確表示，且色度座標變寬(使得色調的表示寬度充分變寬)，因此，可表示深黑色。結果，具體而言，可能提高圖像對比度。
接著，將對製造具有設置有著色部分22的透鏡部分2B的微透鏡基板的方法進行描述。
製造本實施例的微透鏡基板的方法類似於製造第一實施例中的微透鏡基板的方法，區別之處在於，所述方法進一步包括應用著色液的工藝。在著色液應用工藝中，在去除工藝後(上述第一實施例中的[B4])著色部分22形成在透鏡部分2B的光入射表面上。
在著色液應用工藝中，包含著色劑的著色液被應用到上面設置多個微透鏡21的微透鏡基板1的一個主表面上，從而微透鏡基板1的一個主表面(光入射表面)用著色劑著色。這樣，著色部分22形成在微透鏡基板1的透鏡部分2B上。
作為應用著色液到微透鏡基板1的光入射表面上的方法，例如，可使用各種類型的塗覆方法和其中透鏡部分2浸(浸泡)在工藝液體中的浸漬法等，其中塗覆方法例如刮片法、旋塗法、blush coat方法、噴塗、靜電塗覆、電沉積塗覆、輥筒、和印刷。在這些方法中浸漬法(具體而言，浸染)是適合的。這使得可能容易而可靠地形成著色部分22(特別是，具有均勻色彩密度的著色部分22)。
並且，可在升高環境壓力的同時(隨著壓力的施加)執行著色液供應工藝。這使得可能減速著色劑滲入基部基板2內部，結果，可能在短時間內有效形成著色部分22。
此外，著色液供應工藝可根據需要(例如，在將待形成的著色部分22中的著色劑的濃度(或著色部分22的色彩密度)設定為較高(或較暗)的情形下)反覆(即，多次)執行。並且，微透鏡基板1在應用著色液到這裡後可根據需要經受例如加熱等熱處理、冷卻、用光輻射、大氣的加壓或減壓等。這使得可能加快著色部分22的固定(穩定)。
接著，將詳細描述在本步驟使用的著色液。
包含在著色液中的著色劑可以是例如各種染料和各種顏料的任何一種，但是優選的是，著色劑是染料。更優選地，著色劑是分散染料和/或陽離子染料，進一步更優選地，著色劑是分散染料。這使得可能有效形成著色部分22，同時充分防止上面待形成著色部分22的透鏡部分2上的有害影響(例如，透鏡部分2的構成材料的變差)發生。
如上所述，應指出，儘管已經參看附圖中所示的優選實施例描述了根據本發明的製造微透鏡基板1的方法、微透鏡基板1、透射屏10和背投300，但本發明不限於這些實施例。例如，構成微透鏡基板1、透射屏10和背投300的每個元件(部件)可用一個能執行相同或類似功能的元件(部件)代替。
並且，在上述第一實施例中，儘管已經描述了漫射劑25用作添加劑，但是本發明不限於此。例如，著色劑在上述第二實施例中用作添加劑，也可使用由漫射劑和著色劑構成的添加劑。
此外，在上述第二實施例中，儘管已經描述了著色劑27用作添加劑，但是本發明不限於此。例如，漫射劑在上述第一實施例中用作添加劑，也可使用由漫射劑和著色劑構成的添加劑。
並且，在上述第三實施例中，儘管已經描述了漫射劑25用作添加劑，但是本發明不限於此。例如，著色劑在上述第二實施例中用作添加劑，也可使用由漫射劑和著色劑構成的添加劑。
並且，如在第三實施例中描述的著色部分22可設置在第一實施例中的透鏡部分2上。在此情形下，添加劑不是限制於僅由漫射劑25構成的添加劑，而是可以是由漫射劑和著色劑構成的添加劑。
此外，如在第三實施例中描述的著色部分22可設置在第二實施例中的透鏡部分2上。在此情形下，添加劑不是限制於僅由著色劑27構成的添加劑，而是可以是由漫射劑和著色劑構成的添加劑。
並且，在上述第三實施例中，儘管已經描述了著色部分22設置在微透鏡基板1(更確切地說，透鏡部分2)的整個光入射表面上，但是著色部分22也可設置在微透鏡基板1的光入射表面的部分上。
並且，在上述第一至第三實施例中，儘管已經描述了在從微透鏡基板1的光入射表面或光發射表面上方觀看時以隨機方式布置微透鏡21，但是微透鏡21的形狀和布置不限於上述。例如，微透鏡21可以網格形圖樣布置，或可以蜂窩圖樣形成。
此外，在上述第一實施例中，儘管已經描述了透射屏10設置有微透鏡1和菲涅耳透鏡5，本發明的透射屏10不必必須設置有菲涅耳透鏡5。例如，實際上透射屏10可僅由本發明的微透鏡基板1構成。
並且，在上述第一至第三實施例中，儘管已經描述了微透鏡基板1是構成透射屏10或背投300的部件，但是本發明的微透鏡基板1不限於應用於透射屏10或背投300，它也可應用於任何用途。例如，微透鏡基板1可應用於投影顯示器(正面投影)或所謂的正面屏幕中的液晶光閥的構成部件。
並且，在需要時黑底可作為光屏蔽層設置在微透鏡基板1的光發射表面上。通過將黑底設置在微透鏡基板1的光發射表面上，所述黑底能吸收外部光(用於形成投影圖像的不想要的外部光)，並且這使得可能獲得投影到屏幕上的具有進一步優良的對比度的圖像。
權利要求
1.一種製造微透鏡基板的方法，所述微透鏡基板包括基部基板和透鏡部分，所述基部基板具有兩個主表面並且具有透光性，所述透鏡部分具有多個微透鏡，所述透鏡部分設置在所述基部基板的兩個主表面的其中之一上，所述方法包括以下步驟準備具有兩個主表面的基板，所述基板具有凹部，多個凹部形成在具有凹部的基板的兩個主表面的其中之一上；將用於形成所述透鏡部分的樹脂材料供給到具有凹部的基板的其上形成所述多個凹部的所述一個主表面上，所述樹脂材料由作為主要成份的、具有光固化性質的光敏聚合物構成，並且包含由漫射劑和著色劑中的至少一個構成的添加劑，所述漫射劑具有使入射光漫射到所述樹脂材料的功能；準備所述基部基板；將所述基部基板安裝在所述供給的樹脂材料上；在所述基部基板與所述樹脂材料接觸的狀態下，利用光光固化所述樹脂材料，以形成所述透鏡部分，由此所述基部基板結合至所述光固化的樹脂材料；以及從所述光固化的樹脂材料去除所述具有凹部的基板，以獲得設置有所述透鏡部分的所述微透鏡基板。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述漫射劑包括由聚苯乙烯、玻璃或有機交聯聚合物構成的微粒。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述著色劑包括塗料和染料中的至少之一。
4.根據權利要求1所述的方法，其中包含在所述樹脂材料中的所述添加劑的量在重量百分比0.01％到10％的範圍內。
5.根據權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟在所述樹脂材料光固化步驟之前，向著所述具有凹部的基板的所述凹部中的每一個的底側吸引包含在所述樹脂材料中的所述著色劑。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述著色劑具有磁性，且其中在所述著色劑吸引步驟中，磁性材料被準備，並且被放置在具有凹部的基板的其上沒有形成所述多個凹部的一側，由此所述著色劑向著所述凹部中的每一個的底側被吸引，以便形成著色劑層。
7.根據權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟在所述基板去除步驟後，將包含著色劑的著色液施加到其上設置所述多個微透鏡的微透鏡基板的所述一個主表面上，從而所述微透鏡基板的所述一個主表面被用所述著色劑著色。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述著色液施加步驟通過浸漬執行。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述具有凹部的基板由具有透光性的材料形成。
10.根據權利要求9所述的方法，其中在所述樹脂材料光固化步驟中，所述光通過所述具有凹部的基板進入所述樹脂材料。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述光是紫外線。
12.根據權利要求6所述的方法，其中所述著色劑層的平均厚度在1μm到200μm的範圍內。
13.一種使用由權利要求1限定的方法製造的微透鏡基板。
14.一種微透鏡基板，包括基部基板，該基部基板具有兩個主表面，並且具有透光性；以及設置有多個微透鏡的透鏡部分，所述透鏡部分結合到所述基部基板的所述兩個主表面中的一個上，其中所述透鏡部分由樹脂材料形成，所述樹脂材料由具有光固化性質的作為主要成份的光敏聚合物構成，且所述樹脂材料包含由漫射劑和著色劑中的至少一個構成的添加劑，其中所述漫射劑具有使入射光漫射到所述樹脂材料的功能。
15.根據權利要求14所述的微透鏡基板，其中所述透鏡部分在其上形成所述多個微透鏡的所述微透鏡基板的一側設置有所述著色劑層，且所述透鏡部分中的幾乎全部著色劑都包括在所述層中。
16.一種包括由權利要求13或14限定的微透鏡基板的透射屏。
17.一種包括由權利要求16限定的透射屏的背投。
全文摘要
本發明披露了一種製造微透鏡基板(1)的方法。所述微透鏡基板(1)包括基部基板(4)和透鏡部分(2)，所述基部基板具有兩個主表面，並且具有透光性，所述透鏡部分具有多個微透鏡(21)。所述透鏡部分(2)設置在所述基部基板(4)的這兩個主表面(24)的其中之一上。所述方法包括以下步驟準備具有兩個主表面的基板，所述基板具有凹部，多個凹部形成在具有凹部的基板的兩個主表面的其中之一上；將用於形成所述透鏡部分(2)的樹脂材料供應到上面形成所述多個凹部的所述基板的所述一個主表面上，所述樹脂材料由具有光固化性質的光敏聚合物作為主要成份構成，並且包含由漫射劑和著色劑的至少一個構成的添加劑，所述漫射劑具有使入射光漫射到所述樹脂材料的功能；準備所述基部基板(4)；將所述基部基板(4)安裝在所述供應的樹脂材料上；在所述基部基板(4)與所述樹脂材料接觸的狀態下，利用光光固化所述樹脂材料，以形成所述透鏡部分(2)，由此所述基部基板(4)結合至所述光固化的樹脂材料；以及從所述光固化的樹脂材料去除所述具有凹部的基板，以獲得設置有所述透鏡部分(2)的所述微透鏡基板(1)。
文檔編號G03B21/62GK1831564SQ200610054788
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月10日 優先權日2005年3月10日
發明者清水信雄 申請人:精工愛普生株式會社