專利名稱：透鏡襯底、透鏡襯底的制造方法、透射屏以及背面投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透鏡襯底、透鏡襯底的制造方法、透射屏，以及背面投影裝置。
背景技術(shù)：
近年來，作為用于家庭影院、大屏幕電視等等的監(jiān)視器的適當(dāng)顯示器，對背面投影裝置(例如背投型電視)的需要變得日益強烈。在這種背面投影裝置裝置中，為了改進(jìn)被投影的圖像的對比度，在抑制圖像光強度降低的同時，需要抑制從背面投影裝置的圖像光的發(fā)射側(cè)(即觀察者側(cè))來的外部光的反射。為了實現(xiàn)這一目的，JP-A-7-104385公開了一種透射屏，在該透射屏中，表面經(jīng)過消光處理(mat processing)和/或細(xì)線化處理(hairline processing)的半透明面板設(shè)在雙凸透鏡內(nèi)的光發(fā)射表面一側(cè)。
然而，在經(jīng)過上述處理的情形中，雖然可以抑制外部光的反射，但是不可避免的是，用于形成圖像的入射光可能會在雙凸透鏡薄片的光發(fā)射表面附近被全部發(fā)射。具體地，在經(jīng)過上述處理的情形中，光線的入射角大于臨界角的部分必須位于雙凸透鏡薄片的光發(fā)射表面與放置有該雙凸透鏡薄片的大氣之間的介面上(在這種情況下，大氣的絕對折射率通常小于雙凸透鏡薄片的絕對折射率)，在該處，光會發(fā)生全反射。在發(fā)生全反射的情形中，入射光的透射率降低，從而獲得的圖像變暗。另外，在上述發(fā)生全反射的情形中，即使外部光的反射被充分地抑制，輸出光的強度與入射光的強度比也會變差，結(jié)果，導(dǎo)致獲得的圖像的對比度變差。
進(jìn)一步，JP-A-7-104385還提出了對半透明前面板的表面進(jìn)行非反射涂覆處理和硬涂層處理的方法。但是，在實施這種處理的情形中，在涂覆層(包括非反射涂覆層和硬涂覆層)內(nèi)可能發(fā)生入射光吸收。因此，與上述情形類似，輸出光的強度與入射光的強度比也變差，結(jié)果，導(dǎo)致獲得的圖像的對比度變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于透射屏和/或背面投影裝置的透鏡襯底，所述透射屏和/或背面投影裝置具有極好的光利用率并可獲得具有極好對比度的圖像。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種有效地制造上述透鏡襯底的方法。
此外，本發(fā)明還有一個目的是提供一種具有上述透鏡襯底的透射屏和背面投影裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的一個方面中，本發(fā)明涉及一種具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面的透鏡襯底。允許光線從透鏡襯底的第一表面進(jìn)入透鏡襯底然后從透鏡襯底的第二表面發(fā)出。該透鏡襯底包括形成在透鏡襯底的第一表面上的多個凸透鏡，允許光從其進(jìn)入透鏡襯底；以及位于透鏡襯底的第二表面上用于防止進(jìn)入透鏡襯底的光在透鏡襯底的第二表面附近被全部反射的全反射防止裝置。
這使得可以提供一種具有極好光利用率的透鏡襯底，并通過其可以獲得具有極好的對比度的圖像。
在本發(fā)明的透鏡襯底中，優(yōu)選的是全反射防止裝置是由多個凸曲面部分構(gòu)成的。
這使得可以更確定地防止由于外部光的反射或透鏡襯底的光利用率變差而導(dǎo)致的投影圖像的對比度變差。
在本發(fā)明的透鏡襯底中，優(yōu)選的是每一個凸曲面部分的曲率半徑在1.6到12,500μm的范圍。
這使得可以更確定地防止由于外部光的反射或透鏡襯底的光利用率變差而導(dǎo)致的投影圖像的對比度變差。
在本發(fā)明的透鏡襯底中，優(yōu)選在每一個凸透鏡的曲率半徑設(shè)為R1(μm)和每個凸曲面部分的曲率半徑都設(shè)為R2(μm)的情形下，R1和R2滿足關(guān)系3≤R2/R1≤10。
這使得可以更確定地防止由于外部光的反射或透鏡襯底的光利用率變差而導(dǎo)致的投影圖像的對比度變差。
在本發(fā)明的透鏡襯底中，優(yōu)選的是當(dāng)從透鏡襯底的第一和第二表面的任何一個的上面觀察時，形成在可用區(qū)域之之內(nèi)的多個凸曲面部分的區(qū)域相對于該可用區(qū)域的比是50％或更高，所述可用區(qū)域是形成有多個凸透鏡的區(qū)域。
這使得可以更確定地防止由于外部光的反射或透鏡襯底的光利用率變差而導(dǎo)致的投影圖像的對比度變差。
在本發(fā)明的透鏡襯底中，優(yōu)選的是當(dāng)從透鏡襯底的第一和第二表面的任何一個的上面觀察時，每一個凸曲面部分的頂點與相應(yīng)凸透鏡的頂點彼此重疊。
這使得可以更確定地防止由于外部光的反射或透鏡襯底的光利用率變差而導(dǎo)致的投影圖像的對比度變差。此外，在將本發(fā)明的透鏡襯底用到透射屏和/或背面投影裝置的情形下，可以顯著地提高其視角特性。
在本發(fā)明的透鏡襯底中，優(yōu)選的是每一個凸透鏡的曲率半徑都在5到250μm的范圍內(nèi)。
因此，在將本發(fā)明的透鏡襯底用到透射屏和/或背面投影裝置的情形下，可以顯著地提高其視角特性。
在本發(fā)明的透鏡襯底中，優(yōu)選的是透鏡襯底是由絕對折射率在1.2到1.9范圍的樹脂材料作為主要材料構(gòu)成的。
這使得可以更確定地防止由于透鏡襯底的光利用率變差而導(dǎo)致的投影圖像的對比度變差。
在本發(fā)明的透鏡襯底中，優(yōu)選的是當(dāng)從透鏡襯底的第一和第二表面的任何一個的上面觀察時，每一個凸透鏡都是具有大致圓形或橢圓形形狀的微透鏡。
因此，在將本發(fā)明的透鏡襯底用到透射屏和/或背面投影裝置的情形，可以顯著地提高其視角特性。
在本發(fā)明的另一個方面中，本發(fā)明涉及一種具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面的透鏡襯底的制造方法。該透鏡襯底在其第一表面上形成有多個凸透鏡，并且允許光線從透鏡襯底的第一表面進(jìn)入透鏡襯底然后從透鏡襯底的第二表面發(fā)出。該方法包括步驟準(zhǔn)備第一襯底，在第一襯底的一個主表面上形成有多個凹面部分，每一個凹面部分都具有預(yù)定的曲率半徑；準(zhǔn)備第二襯底，在第二襯底的一個主表面上形成有多個凹面部分，每一個凹面部分都具有比在第一襯底中的每個凹面部分的曲率半徑大的預(yù)定的曲率半徑；將第一和第二襯底排列成它們的其上分別形成有多個凹面部分的主表面彼此面對以在它們之間形成空間；用具有流動性的樹脂材料填充第一和第二襯底之間的空間；以及硬化該填充的樹脂材料。
這使得可以提供一種具有極好光利用率的透鏡襯底的制造方法，并通過其可以獲得具有極好對比度的圖像。
在根據(jù)本發(fā)明的制造透鏡襯底的方法中，優(yōu)選的是在第一和第二襯底的排列步驟中，在第一和第二襯底之間放置隔離物，每個隔離物都具有與樹脂材料的折射率幾乎相等的折射率，并且在樹脂材料的硬化步驟中，樹脂材料是在存在隔離物的情況下被硬化的。
因此，在利用本發(fā)明的方法制造的透鏡襯底用到透射屏和/或背面投影裝置的情形，可以更有效地防止如色彩不均勻性的不利情況的發(fā)生。
此外，在本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明涉及一種透鏡襯底。該透鏡襯底是利用上述限定的方法制造的。
這使得可以提供一種具有極好光利用率的透鏡襯底，并通過其可以獲得具有極好對比度的圖像。
在本發(fā)明的再一個方面中，本發(fā)明提供一種透射屏。本發(fā)明的透射屏包括在其一個主表面上形成有多個同軸棱鏡的菲涅耳透鏡，該菲涅耳透鏡的該主表面構(gòu)成發(fā)射表面；以及本發(fā)明的透鏡襯底，該透鏡襯底位于該菲涅耳透鏡發(fā)射表面一側(cè)以便其第一表面面向該菲涅耳透鏡。
這使得可以提供一種具有極好光利用率的透射屏，并通過其可以獲得具有極好對比度的圖像。
在本發(fā)明的又一個方面中，本發(fā)明涉及一種背面投影裝置。本發(fā)明的背面投影裝置包括上述限定的透射屏。
這使得可以提供一種具有極好光利用率的背面投影裝置，并通過其可以獲得具有極好對比度的圖像。


根據(jù)下文的參考附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明上述和其他目的、特征和本發(fā)明的優(yōu)點將變得更容易明白。
圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的透鏡襯底(微透鏡襯底)的縱截面圖；圖2是圖1中所示透鏡襯底的俯視圖；圖3是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的具有圖1所示的透鏡襯底(微透鏡襯底)的透射屏的縱截面圖；圖4是示意性示出具有用于借助于微透鏡襯底的制造工藝形成微透鏡的凹面部分的襯底的縱截面圖；圖5是示意性示出制造具有用于形成圖4所示的微透鏡的凹面部分的襯底的制造方法的縱截面圖；圖6是示意性示出具有用于借助于微透鏡襯底的制造工藝形成凸曲面部分的凹面部分的襯底的縱截面圖；圖7是示意性示出制造具有用于形成圖6所示的凸曲面部分的凹面部分的襯底的制造方法的縱截面圖；圖8是示意性示出圖1中所示的透鏡襯底(微透鏡襯底)的制造方法的一例的縱截面圖；圖9是示意性示出應(yīng)用了本發(fā)明的透射屏的背面投影裝置的圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的透鏡襯底、制造透鏡襯底的方法、透射屏和背面投影裝置的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
首先，將描述本發(fā)明的透鏡襯底的構(gòu)造。圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的透鏡襯底(微透鏡襯底)1的縱截面圖。圖2是圖1中所示透鏡襯底1的俯視圖?，F(xiàn)在，在下文利用圖1的說明中，為了說明方便，圖1中的左側(cè)和右側(cè)分別稱作“光入射側(cè)(或光入射表面)”和“光發(fā)射側(cè)(或光發(fā)射表面)”?；谶@一點，在下文中，“光入射側(cè)”和“光發(fā)射側(cè)”分別指的是用于獲得圖像光的光的“光入射側(cè)”和“光發(fā)射側(cè)”，并且如果沒有特別指出，它們不表示外部光等的“光入射側(cè)”和“光發(fā)射側(cè)”。
微透鏡襯底(透鏡襯底)1是一個包括在透射屏(將在下面描述)10中的元件。如圖1所示，微透鏡襯底1具有主襯底2，該主襯底2的一個主表面(第一表面)上設(shè)有多個微透鏡(凸透鏡)21。此外，微透鏡襯底1還具有位于其主襯底2上、位于與其上形成有多個微透鏡21的表面相對的另一主表面(構(gòu)成光發(fā)射表面的第二表面)一側(cè)的多個微小凸曲面部分22。主襯底2的構(gòu)成材料并不特別限定，但是，主襯底2是由樹脂材料作為主要材料形成的。該樹脂材料是具有預(yù)定折射率的透明材料。
至于主襯底2的具體構(gòu)成材料，例如，可以是如聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、乙烯-乙烯基乙酸酯共聚物(EVA)等等的聚烯烴、環(huán)聚烯烴，變性聚烯烴、聚氯乙烯，聚偏氯乙烯，聚苯乙烯、聚酰胺(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)，聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚碳酸酯(PC)，聚-(4-甲基戊烯-1)，離子交聯(lián)聚合物、丙烯酸樹脂、丙烯腈-丁苯樹脂(ABS樹脂)，苯乙烯-丙烯腈樹脂(AS樹脂)、丁乙烯-苯二烯共聚物、聚甲醛，聚乙烯醇(PVA)，乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丁烯對苯二甲酸酯(PBT)和聚環(huán)戊二烯對苯二甲酸酯等的聚酯、聚醚、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亞胺、聚乙醛(POM)、聚苯醚、變性聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、多芳基化合物(如芳香族聚酯的液晶聚合物)、如聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟亞乙烯(polyfluorovinylidene)等的氟樹脂、諸如苯乙烯基合成橡膠、聚烯烴基合成橡膠、聚偏二氯乙烯基合成橡膠、聚亞安酯基合成橡膠、聚酯基合成橡膠、聚酰胺基合成橡膠、聚丁二烯基合成橡膠、反式-聚異戊二烯基合成橡膠、碳氟橡膠基合成橡膠(fluorocarbon rubber basedelastomer)、聚氯乙烯基合成橡膠等等的各種熱塑性合成橡膠、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯、硅基樹脂、尿烷基樹脂等等；以及可以是具有至少一種這些材料作為主要成份的共聚物、混合體、聚合物混合體等。此外，在本發(fā)明中，可以利用兩種或多種這些材料的混合物(例如，混合樹脂、聚合物混合體、由利用上述兩種或更多種材料的兩層或更多層組成的層狀結(jié)構(gòu))。
構(gòu)成主襯底2的樹脂材料的絕對折射率通常大于各種氣體(即，使用微透鏡襯底1處的氣氛)的絕對折射率。優(yōu)選的是，樹脂材料具體的絕對折射率在1.2-1.9的范圍。更優(yōu)選地，是在1.35-1.75的范圍，并且進(jìn)一步優(yōu)選地，是在1.45-1.60的范圍。在樹脂材料的絕對折射率具有上述范圍內(nèi)的預(yù)定值的情況下，就可以在保持透射屏10的光利用率的同時，進(jìn)一步提高透射屏10的視角特性。
微透鏡襯底1設(shè)有多個微透鏡21，每個微透鏡21都具有在其光入射面(即，第一表面)一側(cè)的作為凸透鏡的凸面，該光入射面允許光從其進(jìn)入微透鏡襯底1。從微透鏡襯底1的光入射面的上面觀察的每個微透鏡21的形狀(在下文中，簡單地稱為“微透鏡21的形狀”)并不是特別限定的，但是，優(yōu)選的是微透鏡21是大致圓形或橢圓形的(在這種情況下，這種形狀包括基本半圓形和大致圓形的頂部及底部被切掉后的形狀)。在微透鏡21的形狀是大致圓形或橢圓形的情形，可以進(jìn)一步提高具有微透鏡襯底1的透射屏10的視角特性。特別地，在這種情況下，可以同時提高設(shè)有微透鏡襯底1的透射屏10的水平方向和垂直方向的視角特性。
在微透鏡21的形狀基本上是橢圓形的情形，在其短的軸(或短軸)方向的長度(或節(jié)距)定義為L1(μm)，在其長的軸(或長軸)方向的長度(或節(jié)距)定義為L2(μm)，優(yōu)選地，L1/L2的比在0.10-0.99的范圍(即，優(yōu)選的是L1和L2滿足關(guān)系0.10≤L1/L2≤0.99)。更優(yōu)選地是在0.50-0.95的范圍，并且進(jìn)一步優(yōu)選地是在0.60-0.80的范圍。通過將L1/L2的比限定在上述范圍內(nèi)，上述效果將變得明顯。
優(yōu)選的是每個微透鏡21的直徑(在微透鏡21的形狀是大致橢圓形的情形，其在短軸方向的長度)在10-500μm的范圍。更優(yōu)選地是在30-300μm的范圍，并且進(jìn)一步優(yōu)選地是在50-100μm的范圍。通過將每個微透鏡21的直徑限定在上述范圍內(nèi)，可以在維持投影在透射屏10上的圖像的充分分辨率的同時，進(jìn)一步提高微透鏡襯底1(包括透射屏10)的生產(chǎn)率。關(guān)于這一點，優(yōu)選的是在微透鏡襯底1上的相鄰微透鏡21之間的節(jié)距在10-500μm的范圍，更優(yōu)選地該節(jié)距是在30-300μm的范圍，并且進(jìn)一步優(yōu)選地該節(jié)距是在50-100μm的范圍。
另外，優(yōu)選的是每個微透鏡21的曲率半徑(在微透鏡21的形狀是大致橢圓形的情形，其在短軸方向的曲率半徑)是在5-150μm的范圍。更優(yōu)選地是在15-150μm的范圍，并且進(jìn)一步優(yōu)選地是在25-50μm的范圍。通過將微透鏡21的曲率半徑限定在上述范圍內(nèi)，可以提高設(shè)有微透鏡襯底1的透射屏10的視角特性。特別地，在這種情況下，可以同時提高設(shè)有微透鏡襯底1的透射屏10的水平方向和垂直方向的視角特性。
此外，微透鏡21的排列模式?jīng)]有特別地限制。排列模式既可以是微透鏡21排列成規(guī)則方式(例如，花格形狀的方式，蜂窩結(jié)構(gòu)形狀的方式，犬牙織紋的格紋的方式)的排列模式又可以是微透鏡21排列成光學(xué)的隨機方式(從微透鏡襯底1的光入射面(一個主表面)的上面觀察，微透鏡21彼此隨機排列)的排列模式。但是，優(yōu)選的是微透鏡21排列成如圖2所示的規(guī)則的犬牙織紋的格紋的方式。通過把微透鏡21排列成這種規(guī)則的犬牙織紋的格紋的方式，可以有效地防止光與液晶的光閥或類似物以及菲涅耳透鏡的干涉的產(chǎn)生，并可以更有效地防止莫爾條紋的產(chǎn)生。另外，可以充分地產(chǎn)生透鏡效應(yīng)。此外，在將微透鏡21排列成這種規(guī)則的犬牙織紋的格紋的方式的情形，可以更有效地防止光與液晶光閥或類似物以及菲涅耳透鏡的干涉的產(chǎn)生，因此，可以幾乎完全防止莫爾條紋的產(chǎn)生。這使得可以獲得具有高顯示質(zhì)量的極好透射屏10。
此外，優(yōu)選的是當(dāng)從微透鏡襯底1的光入射面的上面觀察時(即，如圖2中所示的方向)，所有微透鏡(凸透鏡)21占據(jù)的在可用區(qū)域之內(nèi)的區(qū)域(投影區(qū)域)相對于整個可用區(qū)域的比是90％或更高，所述可用區(qū)域是形成有微透鏡21的區(qū)域。更優(yōu)選的所述比是96％或更高。在所有微透鏡(凸透鏡)21占有的在可用區(qū)域之內(nèi)的區(qū)域相對于整個可用區(qū)域的比是90％或更高的情況下，可以減少穿過除存在微透鏡21的區(qū)域外的區(qū)域的直線光，并且這進(jìn)一步使得可以提高設(shè)有微透鏡襯底1的透射屏10的光利用率。關(guān)于這一點，在這種情況下，即一個微透鏡21在從該一個微透鏡21的中心到其上沒有形成包括該一個微透鏡21在內(nèi)的四個相鄰的微透鏡21的非形成區(qū)域的中心的方向的長度定義為L3(μm)，并且該一個微透鏡21的中心與該非形成區(qū)域中心之間的長度定義為L4(μm)的情況下，在可用區(qū)域之內(nèi)所有微透鏡(凸透鏡)21占據(jù)的區(qū)域(投影區(qū)域)相對于整個可用區(qū)域的比可用線段L3(μm)的長度與線段L4(μm)的長度的比來近似(即L3/L4×100(％))(見圖2)，其中所述可用區(qū)域是形成微透鏡21的區(qū)域。
此外，在微透鏡襯底1的光發(fā)射表面(第二表面)一側(cè)設(shè)置多個微凸曲面部分22。該多個凸曲面部分22用作全反射防止裝置。每個凸曲面部分22的曲率半徑都比上述每個微透鏡21的曲率半徑大。通過在微透鏡襯底1的第二表面上設(shè)置這種凸曲面部分22，可以有效地防止從微透鏡襯底1的光入射面(第一表面)進(jìn)入微透鏡襯底1的光在其第二表面附近被全部反射，并且這使進(jìn)入微透鏡襯底1的光更有效地透過微透鏡襯底1的內(nèi)部變得可能。此外，其可以漫反射可能從微透鏡襯底1的光發(fā)射面(第二表面)進(jìn)入微透鏡襯底1的外部光。結(jié)果，獲得的圖像的對比度可以變得特別優(yōu)良。
當(dāng)從微透鏡襯底1的光發(fā)射面上面觀察時的每個凸曲面部分22的形狀(在下文中，簡單地稱為“凸曲面部分22的形狀”)不是特別限定的，但是，優(yōu)選的是凸曲面部分22的形狀是與微透鏡21的形狀相對應(yīng)的形狀(即，相似的形狀)。具體地，在微透鏡21的形狀是大致圓形的情況下，優(yōu)選的是凸曲面22部分的形狀是大致圓形的。另外，在微透鏡21的形狀是大致橢圓形的情況下，優(yōu)選的是凸曲面22部分的形狀是大致橢圓形的(即，凸曲面22的短軸長度和長軸長度的比基本上和微透鏡21的一樣)。這使得可以更確定地防止由于該處入射光的光透射變差而導(dǎo)致投影圖像的對比度變差。
此外，優(yōu)選的是當(dāng)從微透鏡襯底1的第一和第二表面(即，其光入射面和光發(fā)射面)的任一個上面觀察時，微透鏡21和凸曲面部分22排列成每個凸曲面部分22的頂點(即，中心)和相應(yīng)的微透鏡21的頂點(即，中心)彼此重疊。這使得可以更確定地防止由于該處入射光的光透射的惡化而導(dǎo)致的投影圖像的對比度變差。
優(yōu)選的是每個凸曲面部分22的直徑(在凸曲面部分22的形狀是大致橢圓形的情況下，在其短軸方向的長度)是在3.3-25,000μm的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地是在10-5,000μm的范圍內(nèi)，并且進(jìn)一步優(yōu)選地是在30-3000μm的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地是在40-2,000μm的范圍內(nèi)。當(dāng)每個凸曲面部分22的直徑被限定在上述范圍內(nèi)的情況下，可以更有效地防止該處入射光的光透射變差，并且可以漫反射可能從微透鏡襯底1的光發(fā)射面(第二表面)進(jìn)入微透鏡襯底1的外部光。結(jié)果，獲得的圖像的對比度可以變得特別好。關(guān)于這一點，優(yōu)選的是在微透鏡襯底1中的兩個相鄰?fù)骨娌糠?2之間的節(jié)距是在3.3-25,000μm的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地節(jié)距是在10-500μm的范圍內(nèi)，并且進(jìn)一步優(yōu)選地節(jié)距是在30-300μm的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地節(jié)距是在50-100μm的范圍內(nèi)。
此外，優(yōu)選的是每個凸曲面部分22的曲率半徑(在凸曲面部分22的形狀是大致橢圓形的情況下，在其短軸方向的曲率半徑)是在15-2,500μm的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地是在18-1,500μm的范圍內(nèi)，并且進(jìn)一步優(yōu)選地是在20-750μm的范圍內(nèi)。當(dāng)每個凸曲面部分22的曲率半徑被限定在上述范圍內(nèi)的情況下，可以更有效地防止該處入射光的光的透射變差，并且可以漫反射可能從微透鏡襯底1的光發(fā)射面(第二表面)進(jìn)入微透鏡襯底1的外部光。結(jié)果，獲得的圖像的對比度可以變得特別優(yōu)良。
此外，在每個微透鏡21的曲率半徑定義為R1(μm)并且每個凸曲面部分22的曲率半徑定義為R2(μm)的情況下，優(yōu)選的是R1和R2滿足關(guān)系3≤R2/R1≤100。更優(yōu)選地，R1和R2滿足關(guān)系5≤R2/R1≤50，并且進(jìn)一步更優(yōu)選地R1和R2滿足關(guān)系8≤R2/R1≤25。最優(yōu)選地，R1和R2滿足關(guān)系10≤R2/R1≤20。在R1和R2滿足這種關(guān)系的情況下，可以有效地防止入射光的光透射變差，并且可以漫反射可能從微透鏡襯底1的光發(fā)射面(第二表面)進(jìn)入微透鏡襯底1的外部光。結(jié)果，獲得的圖像的對比度可能變得特別優(yōu)良。
另外，凸曲面部分22的排列模式?jīng)]有特別地限制。排列模式既可以是微透鏡21排列成規(guī)則方式(例如，格子形狀的方式，蜂窩結(jié)構(gòu)形狀的方式，犬牙織紋的格紋的方式)的排列模式，也可以是微透鏡21排列成光學(xué)的隨機方式(當(dāng)從微透鏡襯底1的光入射面(一個主表面)的上面觀察時，微透鏡21彼此隨機排列)的排列模式。但是，優(yōu)選的是凸曲面部分22排列成其排列模式與微透鏡21的排列模式相對應(yīng)。這使得可以更確定地防止由于入射光的光透射的惡化而導(dǎo)致的投影圖像的對比度變差。
此外，優(yōu)選的是當(dāng)從微透鏡襯底1的光入射面或光發(fā)射面的上面觀察時(即，如圖2中所示的方向)，所有凸曲面部分22在可用區(qū)域之內(nèi)占有的區(qū)域(投影區(qū)域)相對于整個可用區(qū)域的比是50％或更高，所述可用區(qū)域是形成有微透鏡21的區(qū)域。更優(yōu)選所述比是90％或更高，并且進(jìn)一步優(yōu)選所述比是96％或更高。在所有凸曲面部分22在可用區(qū)域之內(nèi)占有的區(qū)域相對于整個可用區(qū)域的比是50％或更高的情況下，可以更確定地防止由于外部光的反射導(dǎo)致的投影圖像的對比度的變差。
此外，微透鏡襯底1可以設(shè)有如黑矩陣的光屏蔽部分(未在圖中示出)。這使得可以更確定地防止由于外部光的反射導(dǎo)致的投影圖像的對比度的變差。
接下來，將描述設(shè)有上述微透鏡襯底1的透射屏10。
圖3是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的設(shè)有圖1所示的透鏡襯底(微透鏡襯底)1的透射屏10的縱截面圖?，F(xiàn)在，在下面利用圖3的說明中，為了說明的方便，圖3中的左側(cè)和右側(cè)分別地稱為“光入射側(cè)(或光入射面)”和“光發(fā)射側(cè)(或光發(fā)射面)”。關(guān)于這一點，在下面的描述中，“光入射側(cè)”和“光發(fā)射側(cè)”分別指用于獲得圖像光的光的“光入射側(cè)”和“光發(fā)射側(cè)”，并且如果沒有另外指出，它們不表示外部光等的“光入射側(cè)”和“光發(fā)射側(cè)”。如圖3所示，透射屏10設(shè)有菲涅耳透鏡5和上述微透鏡襯底1。菲涅耳透鏡5放置在微透鏡襯底1的光入射面一側(cè)(即，在用于圖像的光的入射側(cè))，并且透射屏10的構(gòu)造使得被菲涅耳透鏡5透射的光進(jìn)入微透鏡襯底1。
菲涅耳透鏡5設(shè)有以基本上同軸的方式形成在菲涅耳透鏡5光發(fā)射面上的多個棱鏡。菲涅耳透鏡5使從投影透鏡(圖中未示出)出來的用于投影圖像的光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并將平行于微透鏡襯底1的主表面的垂直方向的平行光La輸出到微透鏡襯底1的光入射面一側(cè)。
在透射屏10的上述結(jié)構(gòu)中，通過菲涅耳透鏡5將從投影透鏡出來的光偏轉(zhuǎn)成平行光La。然后，從其上形成有多個微透鏡21的光入射面進(jìn)入微透鏡襯底1的平行光La由微透鏡襯底1的每一個微透鏡21會聚，并且經(jīng)過會聚的光在聚焦后漫射。此時，進(jìn)入微透鏡襯底1的光穿過具有足夠透射比的微透鏡襯底1然后被漫射，由此，透射屏10的觀察者(觀眾)可以觀察(觀看)到成為平面圖像的光。
接下來，將描述上述微透鏡襯底1的制造方法的一例。
圖4是示意性示出具有凹面部分的襯底6的縱截面圖，所述凹面部分用于借助于微透鏡襯底1的制造工藝形成微透鏡21。圖5是示意性示出制造具有用于形成圖4所示的微透鏡21的凹面部分的襯底6的制造方法的縱截面圖。圖6是示意性示出具有用于借助于微透鏡襯底1的制造工藝形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的縱截面圖。圖7是示意性示出制造具有用于形成圖6所示的凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的制造方法的縱截面圖。圖8是示意性示出圖1中所示的微透鏡襯底的制造方法的一例的縱截面圖。關(guān)于這一點，在下面描述中，圖8中的下側(cè)和上側(cè)分別稱為“光入射側(cè)(或光入射面)”和“光發(fā)射側(cè)(或光發(fā)射面)”。
在制造具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6時，用于形成微透鏡21的多個凹面部分形成在襯底上，并且在制造微透鏡襯底1時，多個凸透鏡(微透鏡21)形成在襯底上。但是，為了使說明可以理解，僅示出具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6和微透鏡襯底1中每個的一部分，以便在圖4和5中加以強調(diào)。類似地，在制造具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9中，多個用于形成凸曲面部分22的凹面部分形成在襯底上，并且在制造微透鏡襯底1中，多個凸曲面部分22形成在襯底上。但是，為使說明可以理解，僅示出具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9和微透鏡襯底1中的每個的一部分，以便在圖6和7中加以強調(diào)。
在描述制造微透鏡襯底1的方法之前，先描述用于制造微透鏡襯底1的、具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的結(jié)構(gòu)及其制造方法，和用于制造微透鏡襯底1的、具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
首先，將描述用于制造微透鏡襯底1的、具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
如圖4所示，具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6帶有以規(guī)則犬牙織紋格紋的方式排列在其上的多個凹面部分61(用于形成微透鏡21)。通過利用這種具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6，可以獲得微透鏡襯底1，多個微透鏡21以上述規(guī)則犬牙織紋格紋的方式排列在其上。
接下來，將參考附圖5描述具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的制造方法。關(guān)于這一點，雖然實際上大量用于形成微透鏡21的凹面部分形成在襯底上，但是為了簡化它的說明，將僅放大地示出其一部分。
首先，在制造具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6時，準(zhǔn)備一襯底7。優(yōu)選的是用于襯底7的襯底具有均勻的厚度并不具有彎曲和表面缺陷。此外，同樣優(yōu)選的是用于襯底7的襯底具有用洗滌液等清洗過的表面。
雖然堿石灰玻璃、水晶玻璃(crystalline glass)、石英玻璃、鉛玻璃、鉀玻璃、硼硅玻璃、無堿玻璃(alkali-free glass)等等可以作為襯底7的構(gòu)成材料，但是，堿石灰玻璃和水晶玻璃(例如新陶瓷(neoceram)等)在它們中是優(yōu)選的。通過用堿石灰玻璃、水晶玻璃或無堿玻璃，可以容易地加工用于襯底7的材料，并且因為堿石灰玻璃或水晶玻璃相對便宜，所以從具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的制造成本的觀點來看，這是有利的。
<A1>如圖5A中所示，在準(zhǔn)備好的襯底7的表面上形成掩模8(掩模形成步驟)。然后，在襯底7的背面(即，與其上形成有掩模8的表面相反的表面?zhèn)?上形成背面保護(hù)膜89。無需說明的是，掩模8和背面保護(hù)膜89可以同時形成。優(yōu)選的是掩模8允許在其內(nèi)通過輻射激光束等形成初始孔81(后面將描述)，并且掩模8優(yōu)選在蝕刻處理(后面將描述)中具有抗蝕刻性。換句話說，優(yōu)選的是掩模8被這樣構(gòu)成以便蝕刻掩模8的速度幾乎等于或小于蝕刻襯底7的速度。
關(guān)于這一點，例如，如Cr、Au、Ni、Ti、Pt等的金屬、包含選自這些金屬的兩種或更多種金屬的金屬合金、這些金屬的氧化物(金屬氧化物)硅、樹脂等等可以作為掩模8的構(gòu)成材料?？商鎿Q地，掩模8也可以是用由諸如Cr/Au或氧化鉻/Cr等不同材料形成的多層的層狀結(jié)構(gòu)。
形成掩模8的方法并沒有特別地限定。在掩模8由任何諸如Cr和Au的金屬材料(包括金屬合金)或如氧化鉻的金屬氧化物構(gòu)成的情況下，掩模8可借助于例如蒸發(fā)法、濺射法等方法適當(dāng)?shù)匦纬?。另一方面，在掩?由硅形成的情況下，掩模8可借助于例如濺射法、CVD法等方法適當(dāng)?shù)匦纬伞?br> 在掩模8由氧化鉻或鉻作為其主要材料形成的情況下，可通過初始孔形成過程(后面將描述)容易地形成初始孔81，并且在蝕刻處理中可以更確定地保護(hù)襯底7。此外，在掩模8由氧化鉻或鉻作為其主要材料形成的情況下，在蝕刻處理(后面將描述)中例如可以用二氟氫銨(NH4HF2)溶液作為蝕刻劑。由于含有二氟氫銨的溶液沒有毒，所以可以更確定地防止其對工作中的人體和環(huán)境的影響。
雖然掩模8的厚度根據(jù)構(gòu)成掩模8的材料是可變的，但是，優(yōu)選地，掩模8的厚度在0.01-2.0μm的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選的是在0.03-0.2μm的范圍。如果掩模8的厚度低于上述給定的下限，將可能使在初始孔形成過程(后面將描述)形成的初始孔81的形狀變形。此外，在蝕刻處理的濕蝕刻處理(后面將描述)中不能夠獲得對襯底7的掩模部分的充分保護(hù)。另一方面，如果掩模8的厚度超過上述給定的上限，除了在初始孔形成過程(后面將描述)中很難形成穿過掩模8的初始孔81外，還可能出現(xiàn)由于掩模8的內(nèi)應(yīng)力而引起掩模8趨于容易地被移除的情況，內(nèi)應(yīng)力取決于掩模8的構(gòu)成材料等。
在隨后的處理中，設(shè)置背面保護(hù)膜89保護(hù)襯底7的背面。借助于背面保護(hù)膜89，可以適當(dāng)?shù)胤乐挂r底7背面的腐蝕、劣化等。由于利用和掩模8同樣的材料形成背面保護(hù)膜89，所以可以在形成掩模8的同時用類似于形成掩模8的方式來提供。
<A2>接著，如圖5B所示，在掩模8中形成多個初始孔81(初始孔形成過程)，這些初始孔81在蝕刻處理(后面將描述)中被用作掩模開口。初始孔81可由任何方法形成，但是優(yōu)選的是通過物理方法或利用激光束照射形成初始孔81。這使得可以以高生產(chǎn)率制造具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6。特別地，凹面部分可以容易地在相對大尺寸的襯底上形成。至于形成初始孔81的物理方法，例如，可以是蝕刻、壓制、點打印、如噴丸、噴砂等的爆炸處理(blast processing)、鉆孔(tapping)、拓印(rubbing)等方法。
此外，在初始孔81是通過利用激光束照射形成的情況下，對所用的激光束的種類并沒有特別地限定，但是，可以是紅寶石激光、半導(dǎo)體激光、YAG激光、飛秒激光、玻璃激光、YVO4激光、Ne-He激光、Ar激光、二氧化碳激光、準(zhǔn)分子激光等。此外，也可以利用例如SHG(二次諧波發(fā)生)、THG(三次諧波發(fā)生)、FHG(四次諧波發(fā)生)等激光波形。在初始孔81是通過利用激光束的照射形成的情況下，可以容易地和準(zhǔn)確地控制初始孔81的尺寸、兩個相鄰初始孔81之間的距離等。此外，在初始孔81是通過利用激光束照射形成的情況下，通過控制激光束的照射條件，不僅可以在不形成初始凹面部分71(后面將描述)的情況下形成初始孔81，而且可以容易和確定地形成具有微小改變的形狀、大小和深度的初始凹面部分71以及初始孔81。
優(yōu)選的，初始孔81均勻地形成在掩模8的整個表面上。另外，優(yōu)選的，初始孔81是以小孔以預(yù)定的有規(guī)律間隔排列的這樣一種方式形成，以致于在襯底7的表面上不形成平坦部分，并且在步驟<A3>(后面將描述)中使具有掩模8的襯底7經(jīng)受蝕刻處理時，襯底7的表面被幾乎沒有間隙地覆蓋著凹面部分81。
具體而言，例如，優(yōu)選的是當(dāng)從其上已經(jīng)形成有掩模8的襯底7的一個主表面上觀察時，每一個成形的初始孔81的形狀都基本是橢圓形，并且每個初始孔81都具有2-10μm的平均直徑。此外，優(yōu)選的是初始孔81以每平方厘米(cm2)1,000-1,000,000個孔的比率形成在掩模8上，更優(yōu)選地是它們以每平方厘米(cm2)10,000-500,000個孔的比率形成。關(guān)于這一點，無需說明的是，每個初始孔81的形狀并不限于是大致橢圓形。
如圖5B所示，當(dāng)初始孔81形成在掩模8中時，除初始孔81外，通過將襯底7的表面的一部分去除，在襯底7內(nèi)可形成初始凹面部分71。這使得在具有掩模8的襯底7經(jīng)受蝕刻處理(后面將描述)時，可以增加襯底7與蝕刻劑的接觸面積，由此可以合適地啟動腐蝕。此外，通過調(diào)節(jié)每個初始凹面部分71的深度，也可以調(diào)節(jié)凹面部分61的深度(即，透鏡(微透鏡21)的最大厚度)。雖然每個初始凹面部分71的深度不受特別地限定，但是，其優(yōu)選的是5.0μm或更少，并且更優(yōu)選的其是在大約0.1-0.5μm的范圍。在通過利用激光束的照射實施初始孔81的形成的情況下，可以確定地降低與初始孔81一起形成的每個初始凹面部分71的深度差異。這使得可以降低構(gòu)成具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的每個凹面部分61的深度差異，因此，可以降低在最后獲得的微透鏡襯底1中的每個微透鏡21的大小和形狀的差異。結(jié)果，特別地可以降低每個微透鏡21的直徑、焦距和透鏡厚度的差異。
另外，除了通過物理方法或利用激光束照射外，初始孔81可以通過下述方法形成在掩模8中，例如，在掩模8形成在襯底7上時，預(yù)先在襯底7上布置具有預(yù)定圖案的外物，然后在具有外物的襯底7上形成掩模8以在襯底8中有意形成瑕疵，以便將這些瑕疵用作初始孔81。
這樣，在本發(fā)明中，通過利用物理方法或激光束照射在掩模8中形成初始孔81，與通過傳統(tǒng)的光刻方法在掩模8中形成開口相比，可以更容易地和更廉價地在掩模8中形成開口(初始孔81)。另外，根據(jù)物理方法或用激光束照射的方法，可以容易地處理大尺寸襯底。
<A3>接著，如圖5C所示，利用其內(nèi)形成有初始孔81的掩模8，使襯底7經(jīng)受蝕刻處理，在襯底7中形成大量凹面部分61(蝕刻處理)。該蝕刻方法并沒有特別地限定，對于蝕刻方法，例如可以是濕蝕刻處理、干蝕刻處理等。在下文中，將描述作為一個實例的利用濕蝕刻處理的情況。
如圖5C所示，通過使覆蓋有形成了初始孔81的掩模8的襯底7經(jīng)受濕蝕刻處理，將襯底7從沒有掩模8的部分啟動腐蝕，由此在襯底7中形成大量凹面部分61。如上所述，由于形成在掩模8內(nèi)的初始孔81是以犬牙織紋的格紋方式布置的，所以將要形成的凹面部分61也以犬牙織紋的格紋方式布置在襯底7的表面。
另外，在本實施例中，在步驟<A2>中，在初始孔81形成在掩模8中時，初始凹面部分71形成在襯底7的表面上。這使得在蝕刻處理中，襯底7與蝕刻劑的接觸面積增加，由此可以適當(dāng)?shù)貑痈g。此外，可以利用濕蝕刻處理合適地形成凹面部分61。例如，在包含氫氟酸(氟化氫)的蝕刻劑(即，氫氟酸基蝕刻劑)用作蝕刻劑的情況下，襯底7可以更有選擇性地被腐蝕，并且這使得可以合適地形成凹面部分61。
在掩模8主要由鉻構(gòu)成的情況下(即，掩模8由包含鉻作為其主要材料的材料形成)，二氟氫銨溶液特別適于作為氫氟酸基蝕刻劑。由于包含二氟氫銨(占其水溶液重量的4％或更少)的溶液沒有毒，所以可以更確定地防止其對工作中的人體和環(huán)境的影響。另外，在二氟氫銨溶液用作蝕刻劑的情況下，例如，蝕刻劑可以包含過氧化氫。這可以加快蝕刻速度。
另外，可以用比干蝕刻處理中所用設(shè)備更簡單的設(shè)備實施濕蝕刻處理，并且其允許一次處理大量的襯底7。這可以提高襯底6的生產(chǎn)率，并且可以以較低的成本提供具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6。
<A4>接著，如圖5D所示，移除掩模8(掩模移除過程)。此時，背面保護(hù)膜89也隨著掩模8移除。在掩模8是以鉻作為其主要材料構(gòu)成的情況下，例如，可以通過利用硝酸高鈰銨和高氯酸混合劑的蝕刻處理實施掩模8的移除。
如圖5D和圖4所示，作為上述處理的結(jié)果，獲得了具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6，在襯底7中以犬牙織紋的格紋方式形成的大量的凹面部分61形成在該襯底6中。
在襯底7中以犬牙織紋的格紋方式形成多個凹面部分61的方法并不特別地限定。在凹面部分61通過上述方法形成的情況下，即通過物理方法或激光束照射在掩模8中形成初始孔81，然后利用該掩模8使襯底7經(jīng)受蝕刻處理以在襯底7中形成凹面部分61的方法，可以獲得下述效果。
即，通過物理方法或激光束照射在掩模8中形成初始孔81，與通過傳統(tǒng)的光刻方法在襯底8中形成開口的情況相比，可以更容易和廉價地在掩模8中以預(yù)定圖案形成開口(初始孔81)。這可以提高具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的生產(chǎn)率，由此可以以較低的成本提供具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6。
另外，根據(jù)上述方法，可以較容易地實施大尺寸襯底的處理。同時，根據(jù)該方法，在制造這種大尺寸襯底的情況下，不需要像傳統(tǒng)方法那樣粘合多個襯底，由此可以消除粘合的接縫的外觀。這使得可以以低成本通過簡單的方法制造具有用于形成微透鏡21(即，微透鏡襯底1)的凹面部分的高質(zhì)量大尺寸襯底6。
特別地，在通過激光束照射形成初始孔81的情況下，可以更容易更確定地控制每個將形成的初始孔81的形狀和大小，以及它們的排列等。
此外，在步驟<A4>中將襯底8移除之后，可在襯底7上形成新的掩模，然后重復(fù)一系列包括掩模形成過程、初始孔形成過程、濕蝕刻過程和掩模移除過程的過程。這使得可以獲得具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6，其中凹面部分61密集地形成在該襯底6中。
接著，將描述用于制造微透鏡襯底1的具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的結(jié)構(gòu)以及其制造方法。
如圖6所示，具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9在其上具有以規(guī)則犬牙織紋的格紋方式排列的多個凹面部分(用于凸曲面部分22)91。通過利用這種具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9，可以獲得上述的其上具有以規(guī)則犬牙織紋的格紋方式排列的多個凸曲面部分22的微透鏡襯底1。
接著，將參考圖5描述具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的制造方法。關(guān)于這一點，雖然實際上大量用于形成凸曲面部分22的凹面部分形成在襯底上，但是，為了簡化其說明，只放大地示出了部分凹面部分。
首先，在制造具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9時，準(zhǔn)備一襯底7′。襯底7′類似于上述襯底7(用于制造具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的襯底7)。優(yōu)選的是用作襯底7′的襯底具有均勻厚度而不具有擾曲和瑕疵。另外，還優(yōu)選的是用作襯底7′的襯底具有經(jīng)過洗滌液等清潔的表面。
優(yōu)選的是用于襯底7′的構(gòu)成材料類似于上述襯底7的構(gòu)成材料(用于制造具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的襯底7)。
<B1>如圖7A所示，在準(zhǔn)備好的襯底7′的表面上形成掩模8′(掩模形成過程)。然后，在襯底7′的背面上形成背面保護(hù)膜89′(即，與形成掩模8′的表面相對的表面一側(cè))。無需說明的是，可以同時形成掩模8′和背面保護(hù)膜89′。優(yōu)選的是掩模8′允許通過激光束照射等方法在其內(nèi)形成初始孔81′(后面將描述)，并在蝕刻處理(后面將描述)時具有抗蝕刻能力。換句話說，優(yōu)選的是掩模8′構(gòu)成為掩模8′的蝕刻率幾乎等于或小于襯底7的蝕刻率基于這一點，例如，優(yōu)選的是用于掩模8′的構(gòu)成材料類似于上述襯底8(用于制造具有用于形成微透鏡21的凹面部6的掩模8)的構(gòu)成材料。掩模8′的形成方法并不特別限定。同樣優(yōu)選的是掩模8′的形成方法類似于上述掩模8(用于制造具有用于形成微透鏡21的凹面部6的掩模8)的形成方法。
在掩模8′由作為其主要材料的氧化鉻或鉻形成的情況下，初始孔81′可以通過初始孔形成過程(后面將描述)容易地形成，并且在蝕刻處理時可以更確定地保護(hù)襯底7′。另外，在掩模8′由作為其主要材料的氧化鉻或鉻形成的情況下，例如，二氟氫銨溶液可以用作蝕刻處理(后面將描述)的蝕刻劑。由于包含二氟氫銨的溶液沒有毒，所以可以更確定地防止對在工作中人體和環(huán)境的影響。
雖然襯底8′的厚度根據(jù)構(gòu)成襯底8′的材料而變化，但是，其優(yōu)選的厚度是在0.01-2.0μm的范圍，并且更優(yōu)選的是在0.03-0.2μm的范圍。如果襯底8′的厚度低于上述范圍的下限，將可能使在初始孔形成過程(后面將描述)中形成的初始孔81′的形狀發(fā)生變形。此外，在蝕刻步驟的濕蝕刻處理(后面將描述)中，不能夠獲得對襯底7′的掩模部分的充分保護(hù)。另一方面，如果襯底8′的厚度超過上述范圍的上限，除了在初始孔形成過程(后面將描述)中形成穿過掩模8′的初始孔81′存在著困難外，將可能出現(xiàn)由于掩模8′的內(nèi)應(yīng)力(取決于其構(gòu)成材料等)，使得掩模8′趨于容易地被移除的情況。
在隨后的處理中，提供背面保護(hù)膜89′，保護(hù)襯底7′的背面。借助于該背面保護(hù)膜89′，可以適當(dāng)?shù)胤乐挂r底7′的背面的腐蝕、劣化等等。由于背面保護(hù)膜89′用與掩模8′同樣的材料形成，因此其可以在形成掩模8′的同時以形成掩模8′類似的方式提供。
<B2>接著，如圖7B所示，在襯底8′中形成將在蝕刻處理(后面將描述)中用作掩模開口的多個初始孔81′(初始孔形成過程)。初始孔81′的排列通常依賴于將要形成的凹面部分91的排列，因此，其并沒有特別限定。優(yōu)選的，初始孔81′排列成與上述初始孔81成鏡象關(guān)系。這使得可以合適地制造微透鏡襯底1。在其內(nèi)布置有彼此形成上述位置關(guān)系的微透鏡21和凸曲面部分22。
初始孔81′可以由任何方法形成，但是，優(yōu)選的是通過物理方法或激光束照射形成初始孔81′。這使得可以以高生產(chǎn)率制造具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9。特別地，凹面部分可以容易地形成在相對大尺寸的襯底上。至于形成初始孔81′的物理方法，例如，可以是蝕刻、壓制、點打印、如噴丸、噴砂等的爆炸處理(blast processing)、鉆孔(tapping)、拓印(rubbing)等方法。
另外，在初始孔81′是通過激光束照射形成的情況下，所利用的激光束種類并沒有特別地限定，但是，可以是紅寶石激光、半導(dǎo)體激光、YAG激光、飛秒激光、玻璃激光、YVO4激光、Ne-He激光、Ar激光、二氧化碳激光、準(zhǔn)分子激光等。此外，也可以利用例如SHG(二次諧波發(fā)生)、THG(三次諧波發(fā)生)、FHG(四次諧波發(fā)生)等激光波形。在初始孔81′通過激光束照射形成的情況下，可以容易和精確地控制初始孔81′的大小、兩個相鄰的初始孔81′之間的距離等。此外，在初始孔81′通過激光束照射形成的情況下，通過控制激光束的照射條件，不僅可以在不形成初始凹面部71′(后面將描述)的情況下形成初始孔81′，也可以容易和確定地形成具有微小改變的形狀、大小和深度的初始凹面部分71′以及像初始孔81′。優(yōu)選的是初始孔81′均勻地形成在掩模8′的整個表面上。
更具體而言，例如，優(yōu)選的是當(dāng)從其上形成掩模8′的襯底7′的一主表面上面觀察時，每個形成的初始孔81′都具有大致橢圓形的形狀，并且每個初始孔81′都具有在2-10μm范圍內(nèi)的平均直徑。進(jìn)一步，優(yōu)選的是初始孔81′以每平方厘米(cm2)1,000-1,000,000個孔的比率形成在掩模8′上，更優(yōu)選地是它們以每平方厘米(cm2)10,000-500,000個孔的比率形成。關(guān)于這一點，不用說的是每個初始孔81′的形狀并不限于是大致橢圓形。
如圖7B所示，當(dāng)初始孔81′形成在襯底8′中時，除了初始孔81′外，通過移除襯底7的表面的一部分，也可以在襯底7′中形成初始凹面部分71′。這使得具有掩模8′的襯底7′經(jīng)受蝕刻處理(后面將描述)時，可增加襯底7′與蝕刻劑之間的接觸面積，由此可適當(dāng)?shù)貑痈g。進(jìn)一步，通過調(diào)整每個初始凹面部分71′的深度，也可以調(diào)整每個凹面部分91的深度(即，透鏡(凸曲面部分22)的最大厚度)。雖然并不特別地限定每個初始凹面部分71′的深度，但是，優(yōu)選的是其為5.0μm或更少，并且更優(yōu)選的是在大約0.1-0.5μm的范圍。在通過激光束照射形成初始孔81′的情況下，可以確定地減小每個與初始孔81′一起形成的初始凹面部分71′的深度的差異。這使得可以確定地減小每個構(gòu)成具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的凹面部分91′的深度的差異，因此，可以減小最后獲得的在微透鏡襯底1中的每個凸曲面部分22的大小和形狀的差異。結(jié)果，特別地，可以減少每個凸曲面部分22的透鏡的直徑、曲率半徑等的差異。
進(jìn)一步，除了通過物理方法或激光束照射外，初始孔81′可以通過下述方法形成在掩模8′中例如，在掩模8′形成在襯底7′上時，預(yù)先在襯底7′上布置具有預(yù)定圖案的外物，然后在具有外物的襯底7′上形成掩模8′，以有意地在襯底8′中形成瑕疵，以便將這些瑕疵用作初始孔81′。
這樣，在本發(fā)明中，通過利用物理方法或激光束照射方法在掩模8′中形成初始孔81′，與通過傳統(tǒng)的光刻方法在掩模8′中形成開口相比，可以更容易地和更廉價地在掩模8′中形成開口(初始孔81′)。進(jìn)一步，根據(jù)物理方法或激光束照射方法，可以容易地處理大尺寸襯底。
<B3>接著，如圖7C所示，利用其內(nèi)形成有初始孔81′的掩模8′，使襯底7′經(jīng)受蝕刻處理，在襯底7′中形成大量凹面部分91(蝕刻處理)。該蝕刻方法并沒有特別地限定，對于蝕刻方法，例如可以是濕蝕刻處理、干蝕刻處理等。在下文中，描述作為一個實例的利用濕蝕刻處理的情況。
如圖7C所示，通過使覆蓋有形成有初始孔81′的掩模8′的襯底7′經(jīng)受濕蝕刻處理，襯底7′從沒有掩模8′的部分開始腐蝕，由此在襯底7′中形成大量凹面部分91。如上所述，由于形成在掩模8′內(nèi)的初始孔81′是以犬牙織紋的格紋方式排列的，所以形成的凹面部分91也以犬牙織紋的格紋方式排列在襯底7′的表面。
進(jìn)一步，在本實施例中，在步驟<B2>中，在初始孔81′形成在掩模8′中時，初始凹面部分71′形成在襯底7′的表面上。這使得在蝕刻處理中，襯底7′與蝕刻劑的接觸面積增加，由此可以適當(dāng)?shù)貑痈g。此外，通過利用濕蝕刻處理，可以合適地形成凹面部分91。例如，在包含氫氟酸(氟化氫)的蝕刻劑(即，氫氟酸基蝕刻劑)用作蝕刻劑的情況下，襯底7′可以更有選擇性地被腐蝕，并且這使得可以合適地形成凹面部分91。
在掩模8′主要由鉻構(gòu)成的情況下(即，掩模8′由包含鉻作為其主要材料的材料形成)，二氟氫銨溶液特別適于作為氫氟酸基蝕刻劑。由于包含二氟氫銨(占其水溶液重量的4％或更少)的溶液沒有毒，所以可以更確定地防止其對工作中的人體和環(huán)境的影響。進(jìn)一步，在二氟氫銨溶液被用作蝕刻劑的情況下，例如，蝕刻劑可以包含過氧化氫。這可以加快蝕刻速度。
進(jìn)一步，可以用比干蝕刻處理中所用設(shè)備更簡單的設(shè)備實施濕蝕刻處理，并且其允許一次處理大量的襯底7。這可以提高襯底6的生產(chǎn)率，并且可以以較低的成本提供具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9。
形成在此步驟的每個凹面部分(用于形成凸曲面部分22的凹面部分)91具有比在上述具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6中的每個凹面部分(用于形成微透鏡21的凹面部分)61大的曲率半徑。可以通過采用比形成上述凹面部分61的蝕刻時間更長的蝕刻時間、比形成凹面部分61的蝕刻溫度提高的蝕刻溫度、利用比在形成凹面部分61中所用的蝕刻劑濃度更高的蝕刻劑濃度等合適地形成這種凹面部分91。
<B4>接著，如圖7D所示，移除掩模8′(掩模移除過程)。此時，背面保護(hù)膜89′也隨著掩模8′移除。在掩模8′是以鉻作為其主要材料構(gòu)成的情況下，例如，可以通過利用硝酸高鈰銨和高氯酸混合劑的蝕刻處理實施掩模8′的移除。
如圖7D和圖6所示，作為上述處理的結(jié)果，獲得了具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9，其中，在襯底7′中以犬牙織紋的格紋方式形成大量的凹面部分91。
在襯底7′中以犬牙織紋的格紋方式形成多個凹面部分91的方法并不特別地限定。在凹面部分91是通過上述方法形成，即通過物理方法或激光束照射在掩模8′中形成初始孔81′，然后利用該掩模8′使襯底7′經(jīng)受蝕刻處理，從而在襯底7′中形成凹面部分91的方法的情況下，可以獲得下述效果。
即，通過物理方法或激光束照射在掩模8′中形成初始孔81′，與通過傳統(tǒng)的光刻方法在襯底8′中形成開口的情況相比，可以更容易和廉價地在掩模8′中以預(yù)定圖案形成開口(初始孔81′)。這可以提高具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的生產(chǎn)率，由此可以以較低的成本提供具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9。
進(jìn)一步，根據(jù)上述方法，可以較容易地實施大尺寸襯底的處理。同樣，根據(jù)該方法，在制造這種大尺寸襯底的情況下，不需要像傳統(tǒng)方法那樣粘合多個襯底，由此可以消除粘合接縫的外觀。這使得可以以低成本通過簡單的方法制造高質(zhì)量的具有用于形成凸曲面部分22(即，微透鏡襯底1)的凹面部分的大尺寸襯底9。
特別地，在通過激光束照射形成初始孔81′的情況下，可以更容易更確定地控制每個將形成的初始孔81′的形狀和大小以及它們的排列。
進(jìn)一步，在微透鏡21和凸曲面部分22如圖2所示那樣規(guī)則布置(即，它們是以犬牙織紋的格紋的方式布置的)的情況下，可以用相同的圖案形成掩模8的初始孔81和掩模8′的初始孔81′。這使得可以僅通過改變例如蝕刻時間之類的蝕刻條件來制造具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9。換句話說，由于可以僅通過改變蝕刻條件而利用共同的材料和共同的制造方法制造具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9，所以可以提高具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6、具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9和微透鏡襯底1的生產(chǎn)率。
此外，在步驟<B4>中將襯底8′移除之后，可在襯底7′上形成新的掩模，然后將重復(fù)一系列包括掩模形成過程、初始孔形成過程、濕蝕刻過程和掩模移除過程的過程。這使得可以獲得具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9，其中，凹面部分91密集地形成在該襯底9中。
接著，將描述利用具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6、具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9制造微透鏡襯底1的方法。
<C1>如圖8A所示，將具有流動性的樹脂23(例如，處于軟化態(tài)的樹脂23，非聚合的(未固化的)樹脂23)提供到具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的、其上形成有凹面部分61的表面。用具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9推動樹脂23，使得具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的、其上形成有凹面部分61的表面面向具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的、其上形成有凹面部分91的表面。特別地，在本實施例中，在該步驟，在具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9之間提供隔離物20的同時，推動樹脂23。這樣，可以更確定地控制形成的微透鏡襯底1的厚度，并且這使得可以更確定地控制最后獲得的微透鏡襯底1中的每個微透鏡21的焦點。因此，可以有效地防止產(chǎn)生例如顏色不均勻的缺點。
每個隔離物20都是由具有與樹脂23(固化態(tài)的樹脂23)幾乎相等的折射率的材料形成的。通過利用這種材料形成的隔離物20，即使在隔離物20布置在每一個形成有具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的任一凹面部分61和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的任一凹面部分91的部分中的情況下，也可以防止隔離物20對獲得的微透鏡1的光學(xué)特性的有害影響。從而，這使得可以在具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9之間的空間的寬度區(qū)域中形成相對大量的隔離物20。結(jié)果，可以有效地消除由于具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的擾曲等產(chǎn)生的影響，并且這使得可以更確定地控制獲得的微透鏡襯底1的厚度。
雖然，上述隔離物20由具有與樹脂23(固態(tài)的樹脂23)幾乎相等的折射率的材料形成，但是，更具體而言，優(yōu)選隔離物20的構(gòu)成材料的絕對折射率與固態(tài)樹脂23的絕對折射率之差的絕對值是0.20或更少，并且更優(yōu)選地是0.10或更少。進(jìn)一步，更優(yōu)選的是0.20或更少，并且最優(yōu)選的是隔離物20與固態(tài)樹脂23是由相同材料形成的。
每個隔離物20的形狀并不是特別限定的。優(yōu)選的是隔離物20的形狀大致是球形或圓柱形。在隔離物20具有上述形狀的情況下，優(yōu)選的隔離物20的直徑在10-300μm的范圍，并且更優(yōu)選的是在30-200μm的范圍。進(jìn)一步更優(yōu)選的是在30-170μm的范圍。
關(guān)于這一點，在利用上述隔離物20的情況下，當(dāng)固化樹脂23時，可將隔離物20設(shè)置在具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9之間。這樣，提供隔離物20的時機并不是特別限定的。進(jìn)一步，例如，其中預(yù)先分散有隔離物20的樹脂23可以用作將被提供到具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的其上形成有凹面部分61的表面上的樹脂，或可以在隔離物20被提供到具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的表面上的同時，提供樹脂23?；蛘?，可以在將樹脂23提供到具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的表面上之后，在具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的表面上提供隔離物20。
進(jìn)一步，在提供樹脂23和借助于具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9實施壓制處理之前，可將脫模劑等施加在具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的、其上形成有凹面部分61的表面和/或具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的、其上形成有凹面部分91的表面上。這使得可以在后面的步驟中更容易和更確定地使微透鏡襯底1與具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9分離。
<C2>接著，固化樹脂23(包括“硬化(聚合)”)，然后移除具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9(見圖8B)，并且進(jìn)一步移除具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6(見圖8C)。這樣，獲得了微透鏡襯底1(主襯底2)，其具有通過樹脂填充多個凹面部分61構(gòu)成的多個微透鏡21(每個都可用作凸透鏡)和通過樹脂填充多個凹面部分91構(gòu)成的多個凸曲面部分22(每個都可用作凸透鏡)。
在樹脂23的固化是以硬化(聚合)的方式實施的情況下，關(guān)于硬化樹脂23的方法，例如，可以是如紫外線等的光照射、加熱、電子束照射等方法。
進(jìn)一步，在微透鏡襯底1設(shè)有例如黑矩陣的(圖中未示出)光屏蔽部分的情況下，可以按如下方式形成光屏蔽部分。
首先，如圖8B中所示，通過從樹脂23移除具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9，將樹脂23上具有主襯底2的多個凸曲面部分22的表面暴露。
接著，將用于形成光屏蔽部分的、包含具有流動性的染料(光屏蔽劑)的液體提供在主襯底2的暴露表面上。
主襯底2被保持在主襯底2的形成有凸曲面部分22的表面面向上方的狀態(tài)下(在這種情況下，如果需要，通過擦除以消除留在主襯底2上的過量染料后，保持主襯底2)，或加熱主襯底2，由此硬化用于形成光屏蔽部分的液體。結(jié)果，光屏蔽部分形成在多個槽內(nèi)，這些槽形成在相鄰?fù)骨娌糠?2之間。
這樣，在微透鏡襯底1具有多個凸曲面部分22的情況下，可以容易和確定地形成光屏蔽部分。
在下文中，將給出利用上述透射屏的背面投影裝置的說明。
圖9是示意性示出應(yīng)用了本發(fā)明的透射屏10的背面投影裝置300的橫截面圖。如圖9中所示，該背面投影裝置300具有如下結(jié)構(gòu)放置在外殼340中的投影光學(xué)單元310、導(dǎo)光鏡320和透射屏10。
由于背面投影裝置300利用了上述具有極好視角特性和光利用率的透射屏10，可以獲得具有極好對比度的圖像。此外，特別地，由于在本實施例中，背面投影裝置300具有上述結(jié)構(gòu)，所以可以獲得極好的視角特性和光利用率。
進(jìn)一步，如上所述，由于每個都具有大致橢圓形形狀的微透鏡21以犬牙織紋的格紋的方式布置在微透鏡襯底1上，所以背面投影裝置300不易產(chǎn)生如莫爾條紋的問題。
如上所述，需要注意的是，雖然已經(jīng)參照附圖中所示的優(yōu)選實施例描述了根據(jù)本發(fā)明的透鏡襯底(微透鏡襯底1)、制造透鏡襯底的方法、透射屏10和背面投影裝置300，但是，本發(fā)明并不限于這些實施例。例如，構(gòu)成透鏡襯底(微透鏡襯底1)、透射屏10和背面投影裝置300的每個元件(部件)可以被能執(zhí)行相同或相似功能的部件取代。
另外，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了用作隔離物的每個隔離物20具有幾乎等于樹脂23(即，固化之后的樹脂23)的折射率的折射率，但是在隔離物20僅布置在既沒有形成襯底6(其具有用于形成微透鏡21的凹面部分)的凹面部分61的區(qū)域又沒有形成襯底9(其具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分)的凹面部分91的區(qū)域(無用的透鏡區(qū)域)中的情況下，每個隔離物20不需要具有幾乎等于樹脂23(即，固化之后的樹脂23)的折射率的折射率。此外，在透鏡襯底(微透鏡徹底1)的制造中不一定總是使用上述隔離物20。
此外，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了將樹脂23提供到具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的表面上，但是，微透鏡襯底1也可以這樣制造例如，將樹脂23提供到具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的表面上，然后用具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6壓制該樹脂23。
此外，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了在制造具有用于形成微透鏡21的凹面部分的襯底6的方法中，在初始孔形成步驟，除了初始孔81外，初始凹面部分71也形成在襯底7中，但是，也可以不形成這種初始凹面部分71。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整初始孔81的形成條件(例如，激光的能量強度、激光束直徑、照射時間等)，可以形成每一個都具有預(yù)定形狀的初始凹面部分71，或可以有選擇地只形成初始孔81而不形成初始凹面部分71。另外，同樣的方法可以應(yīng)用于具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的襯底9的初始孔81′。
進(jìn)一步，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了透鏡襯底(微透鏡襯底1)具有作為全反射防止裝置的凸曲面部分22，但是，全反射防止裝置甚至可以防止進(jìn)入透鏡襯底的光在透鏡襯底的光發(fā)射表面附近被全部反射，而不限于凸曲面部分22。
此外，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了當(dāng)從透鏡襯底(微透鏡襯底1)的光入射面或光出射面上面觀察時，各個具有大致橢圓形的微透鏡21以犬牙織紋的格紋方式排列，但是，微透鏡21的形狀和排列并不限于上述方式。例如，微透鏡21可以布置成格形圖案，或形成為蜂窩結(jié)構(gòu)的圖案?；蛘撸⑼哥R21可以以任意方式布置。
此外，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了透射屏10設(shè)有微透鏡襯底(透鏡襯底)1和菲涅耳透鏡5，但是，本發(fā)明的透射屏10并不一定要配備菲涅耳透鏡5。例如，透射屏10實際上可以僅由本發(fā)明的微透鏡襯底(透鏡襯底)1構(gòu)成。
另外，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了全反射防止裝置設(shè)置在整個透鏡襯底(微透鏡襯底1)的光入射面上，但是，全反射防止裝置也可以僅設(shè)置在透鏡襯底(微透鏡襯底1)的光入射面的一部分上。
此外，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了微透鏡襯底1(透鏡襯底)設(shè)有微透鏡21作為透鏡部分的結(jié)構(gòu)，但是，構(gòu)成透鏡襯底的透鏡部分并不限于微透鏡21。例如，透鏡部分可以是雙凸透鏡。通過利用雙凸透鏡，可以簡化透鏡部分的制造步驟，因此，可以提高透射屏10的生產(chǎn)率。
此外，在上述實施例中，雖然已經(jīng)描述了透鏡襯底(微透鏡襯底1)是構(gòu)成透射屏10或背面投影裝置300的部件，但是，透鏡襯底(微透鏡襯底1)并不限于用于透射屏10或背面投影裝置300，而是可以用于任何用途。例如，透鏡襯底(微透鏡襯底1)可以用作投影顯示裝置(正面投影)中的液晶光閥的構(gòu)成部件。
實例<透鏡襯底和透射屏的制造>
(例1)以下面的方式制造配備有用于形成微透鏡的凹面部分的、具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底。
首先，準(zhǔn)備具有1.2m×0.7m的矩形形狀和4.8mm厚度的堿石灰玻璃襯底。
將堿石灰玻璃襯底浸在包含重量比為4％的二氟氫銨和重量比為8％的過氧化氫的清洗液中，以實施6μm的蝕刻處理，由此清洗其表面。然后，用純水實施清洗并用氮氣(N2)實施干燥(以去除純水)。
接著，通過濺射方法在堿石灰玻璃襯底上形成由鉻形成的層和由氧化鉻形成的層構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)(即，鉻層層疊在氧化鉻層外表面上的層狀結(jié)構(gòu))。即，將由鉻形成的層和氧化鉻形成的層構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)的掩模和背面保護(hù)膜分別形成在堿石灰玻璃襯底的兩個表面上。關(guān)于這一點，鉻層的厚度是0.02μm，同時氧化鉻層的厚度是0.02μm。
接著，對掩模實施激光加工，以在掩模的中央部分處的113cm×65cm的區(qū)域內(nèi)形成大量初始孔。關(guān)于這一點，利用YAG激光器在1mW能量強度、3μm光束直徑和60×10-9秒照射時間的條件下，實施激光加工。這樣，各個具有預(yù)定長度的初始孔以犬牙織紋的格紋的方式形成在上述掩模的整個區(qū)域上。初始孔的平均寬度和長度分別是2μm和5μm。另外，初始孔的形成密度是40,000孔/cm2。
另外，此時，在堿石灰玻璃襯底的表面上形成各個具有大約0.1μm的深度的凹面部分和受損層(或損傷層)。
接著，使堿石灰玻璃襯底經(jīng)受濕蝕刻處理，由此在堿石灰玻璃襯底上形成每個都具有大致橢圓形狀的大量凹面部分(用于形成微透鏡的凹面部分)。這樣形成的大量凹面部分具有彼此基本相同的形狀。每個形成的凹面部分在短軸方向的長度為50μm，并且每個形成的凹面部分在長軸方向的長度為70μm。另外，其曲率半徑是38μm。
關(guān)于這一點，包含重量比為4％的二氟氫銨和重量比為8％的過氧化氫的水溶液用作濕蝕刻處理的蝕刻劑，并且襯底的浸泡時間為1.5小時。
接著，通過利用硝酸高鈰銨和高氯酸的混合物實施蝕刻處理，移除鉻/氧化鉻(掩模和背面保護(hù)膜)的層狀結(jié)構(gòu)。然后，用純水實施清洗并用氮氣(N2)實施干燥(以去除純水)。
結(jié)果，在堿石灰玻璃襯底上獲得了具有用于形成微透鏡的凹面部分的晶片狀襯底，大量用于形成微透鏡的凹面部分以犬牙織紋的格紋的方式布置在該晶片狀襯底中。當(dāng)從獲得的具有凹面部分的襯底的光入射面和光出射面的任一個上面觀察時，在形成凹面部分的可用區(qū)域內(nèi)的所有凹面部分所占的區(qū)域相對于整個可用區(qū)域的比是97％。測量在具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底中的任意相鄰兩點之間的多個距離(即，凹面部分的中心與相鄰凹面部分的中心之間的距離)，然后計算這些距離的標(biāo)準(zhǔn)偏差。通過這種計算獲得的標(biāo)準(zhǔn)偏差是多個距離的平均值的32％。
接著，以下面的方式制造配備有用于形成凸曲面部分的凹面部分的、具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底。
首先，準(zhǔn)備具有1.2m×0.7m的矩形形狀和4.8mm厚度的堿石灰玻璃襯底。
使堿石灰玻璃襯底經(jīng)過清洗液浸泡，用純水清洗并用氮氣(N2)干燥，然后形成掩模和背面保護(hù)膜，并借助于激光加工形成初始孔，制造具有用于形成如上所述微透鏡的凹面部分的襯底。
接著，使堿石灰玻璃襯底經(jīng)受濕蝕刻，由此在堿石灰玻璃襯底上形成各個具有大致橢圓形狀的大量凹面部分(用于形成凸曲面部分的凹面部分)。這樣形成的大量凹面部分具有彼此基本相同的形狀。每個形成的凹面部分在短軸方向的長度為30μm，并且每個形成的凹面部分在長軸方向的長度為45μm。進(jìn)一步，其曲率半徑是500μm。
關(guān)于這一點，包含重量比為4％的二氟氫銨和重量比為8％的過氧化氫的水溶液用作濕蝕刻處理的蝕刻劑，并且襯底的浸泡時間為1.5小時。
接著，通過利用硝酸高鈰銨和高氯酸的混合物實施蝕刻處理，移除鉻/氧化鉻(掩模和背面保護(hù)膜)的層狀結(jié)構(gòu)。然后，用純水清洗并用氮氣(N2)干燥(以去除純水)。
結(jié)果，在堿石灰玻璃襯底上獲得了具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的晶片狀襯底，其中用于形成凸曲面部分的大量凹面部分以犬牙織紋的格紋的方式布置在該晶片狀襯底中。當(dāng)從獲得的具有凹面部分的襯底的光入射面和光出射面的任一個上面觀察時，在形成凹面部分的可用區(qū)域內(nèi)的所有凹面部分所占有的區(qū)域相對于整個可用區(qū)域的比是100％。測量在具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底中的任意相鄰兩點之間的多個距離(即，凹面部分的中心與相鄰凹面部分的中心之間的距離)，然后計算這些距離的標(biāo)準(zhǔn)偏差。由這種計算獲得的標(biāo)準(zhǔn)偏差是多個距離的平均值的5％。
接著，利用上述獲得的具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底和具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底，以下面的方式制造微透鏡襯底。
首先，將脫模劑(GF-6110)施加到上述獲得的具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底的、其上形成有凹面部分的表面上，將非聚合(未固化的)紫外線(UV)固化樹脂(UV-固化樹脂)(V-2403(由Nippon SteelChemical有限公司制造))施加到同一表面?zhèn)取４藭r，將由紫外線(UV)固化樹脂(UV-固化樹脂)(V-2403(由Nippon Steel Chemical有限公司制造))的硬化材料形成的大致球形的隔離物(每個具有2μm直徑)設(shè)置在具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底的大致整個表面上。進(jìn)一步，隔離物以3件/cm2的速率設(shè)置。
接著，用上述獲得的具有用于形成凸曲面部分的襯底的、其上形成有凹面部分的表面?zhèn)葔褐?推)UV-固化樹脂。此時，實施該壓制步驟，不讓空氣侵入具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底和UV-固化樹脂之間。進(jìn)一步，在推UV-固化樹脂的步驟之前，將脫模劑(GF-6110)施加到上述獲得的具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底的、其上形成有凹面部分的表面上。
接著，通過具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底照射10,000mJ/cm2的紫外線，固化UV-固化樹脂。
此時，為了獲得其主表面上分別形成有各個具有大致橢圓形形狀的大量微透鏡和各個具有大致橢圓形形狀的大量凸曲面部分的微透鏡襯底(主襯底)，釋放具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底和具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底。獲得的微透鏡襯底(固化后的樹脂)的折射率為1.52。另外，獲得的微透鏡襯底中樹脂層(除了微透鏡的凸面部分和凸曲面部分外的部分)的厚度為2μm，每個微透鏡的曲率半徑分別為38μm。每個形成的微透鏡在短軸方向的長度為50μm，并且每個形成的凸曲面部分在長軸方向的長度為38μm。而且，每個形成的凸曲面部分在長軸方向的曲率半徑為30μm。此外，當(dāng)從獲得的微透鏡襯底的光入射面和光出射面的任一個上面觀察時，在形成微透鏡的可用區(qū)域內(nèi)的所有微透鏡所占有的區(qū)域(投影區(qū)域)相對于整個可用區(qū)域的比是97％。
通過裝配如上述制造的微透鏡襯底和由擠壓模塑法制造的菲涅耳透鏡，可以獲得圖3中所示的透射屏。
(例2)除了在其上形成有凸曲面部分的表面一側(cè)形成光屏蔽部分(黑矩陣)外，以類似于例1中的方式制造微透鏡襯底和透射屏。以下述方式形成光屏蔽部分。
與上述例1一樣，在固化UV-固化樹脂之后，從獲得的主襯底釋放具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底。
然后，將用等量水稀釋黑涂料(在該例中，由TAMIYA制造的TAMIYA顏料XF1)制造的用于形成光屏蔽部分的液體(即，分散液體)施加到主襯底的暴露表面?zhèn)?。借助于噴霧方法提供用于形成光屏蔽部分的液體。在這種情況下，黑色涂料是丙烯酸基涂料。進(jìn)一步，在25℃的室溫下，用于形成光屏蔽部分的液體的粘性系數(shù)是5cP。
接著，通過將壓縮氣體噴射到主襯底的表面上，來消除附著于位于相鄰?fù)骨娌糠种g的槽上的、用于形成光屏蔽部分的液體，其中在主襯底的所述表面上已經(jīng)施加有用于形成光屏蔽部分的液體。
接著，通過在微透鏡襯底的設(shè)有凸曲面部分的主表面面向上的狀態(tài)下將微透鏡襯底在室溫下放置一天，以干燥微透鏡襯底。由此，從用于形成光屏蔽部分的液體中清除掉溶劑或分散介質(zhì)，由此光屏蔽部分形成在相鄰?fù)骨娌糠种g的槽上。
此時，通過除去具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底，獲得微透鏡襯底。
(例3-5)通過適當(dāng)?shù)馗淖兗す馐丈錀l件和/或浸泡在蝕刻劑中的時間，改變在具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底中每個凹面部分的形狀和/或排列方式。這樣，如表格1中所示，除了形成在微透鏡襯底中的凸曲面部分的形狀和/排列方式改變外，以類似于例1中的方式制造例3-5中相應(yīng)的微透鏡襯底和透射屏。
(例6-8)通過適當(dāng)?shù)馗淖兗す馐丈錀l件和/或浸泡在蝕刻劑中的時間，改變在具有用于形成微透鏡的凹面部分的襯底中每個凹面部分的形狀和/或排列方式。這樣，如表格1中所示，除了形成在微透鏡襯底中的微透鏡的形狀和/排列方式改變外，以類似于例1中的方式制造微透鏡襯底和透射屏。
(比較例1)除了用堿石灰玻璃形成的平板(在這種情況下，表面粗糙度Ra是0.002μm或以下)取代具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底外，以類似于例1中的方式制造微透鏡襯底和透射屏。
(比較例2)
除了用經(jīng)過細(xì)線化處理(hairline processing)的堿石灰玻璃形成的平板取代具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底外，以類似于例1中的方式制造微透鏡襯底。關(guān)于這一點，對堿石灰玻璃形成的平板的細(xì)線化處理是利用1,000柵格的氧化鋁砂紙的精密刻劃實施的。在獲得的微透鏡襯底中，通過細(xì)線化處理形成的劃痕設(shè)置在與上面形成有微透鏡的表面相反的表面上。
進(jìn)一步，利用上述獲得的微透鏡襯底，以類似于例1中的方式制造透射屏。
(比較例3)除了用堿石灰玻璃形成的平板(在這種情況下，其表面粗糙度Ra是0.003μm或更小)取代具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的襯底外，以類似于例1中的方式制造主襯底。
在如上述制造的主襯底中，將非反射涂層形成在與上面形成有微透鏡的表面相反的表面上，由此獲得微透鏡襯底。非反射涂層是通過浸漬方法層疊每個都具有不同折射率的多個薄膜形成的。
進(jìn)一步，利用上述獲得的微透鏡襯底以類似于例1中的方式制造透射屏。
將例1-8和比較例1-3每一個中的每個凸曲面部分的形狀和排列方式、每個微透鏡的形狀和排列方式等一起顯示在表格1中。
表格1


<背面投影裝置的制造>
利用例1-8和比較例1-3中的每一個透射屏制造(裝配)如圖9中所示的背面投影裝置。
<對比度評價>
對于上述例1-8和比較例1-3中每一個背面投影裝置實施對比度評價。
當(dāng)具有413勒克司(luces)照度的全部白光在暗室中進(jìn)入背面投影裝置中的透射屏?xí)r白指示(white indication)的正面照明(白照明)LW(cd/m2)與當(dāng)在亮室(bright room)中光源全部關(guān)閉時黑指示(blackindication)的正面照明的增加量(黑照明增加量)LB(cd/m2)的比LW/LB被計算作為對比度(CNT)。關(guān)于這一點，黑照明增加量指的是相對于處于暗室的黑指示照明的增加量。進(jìn)一步，在亮室中的測量是在外部光的照度大約是185勒克司的條件下實施的，而在暗室中的測量是在外部光的照度大約是0.1勒克司的條件下實施的。
<顏色不均勻性評價>
將樣本圖像顯示在上述例1-8和比較例1-3中每一個背面投影裝置中的透射屏上。評價在例1-8和比較例1-3中每一個背面投影裝置上顯示的圖像的顏色不均勻性的產(chǎn)生情況。
<視角的測量>
當(dāng)在例1-8和比較例1-3中每一個背面投影裝置中的透射屏上顯示樣本圖像時，實施水平方向和垂直方向視角的測量。在用測向光度計(goniophotometer)以1度間隔實施測量的條件下，實施視角的測量。將這些視角測量的結(jié)果整個顯示在表格2中。
表格2

可以從表格2清楚地看出，根據(jù)本發(fā)明的例1-8中的每一個背面投影裝置都具有極好的對比度和視角特性。進(jìn)一步，可以在本發(fā)明的每一個背面投影裝置上顯示具有顏色均勻性的極好的圖像。換句話說，在本發(fā)明的每一個背面投影裝置上可以穩(wěn)定地顯示極好的圖像。
另一方面，從上述比較例1-3中的每一個背面投影裝置都不能獲得好的結(jié)果。特別地，在比較例1中的背面投影裝置中，外部光的反射非常明顯，并且投影圖像的對比度變得非常低。進(jìn)一步，在比較例2和3中的每一個背面投影裝置中，雖然外部光的反射變得比比較例1中的好些，但是，獲得的圖像變得完全暗了，結(jié)果，它們的對比度劣于例1-8中每一個的對比度，即劣于本發(fā)明的背面投影裝置的對比度。這被認(rèn)為是由于細(xì)線化處理和/或非反射涂層阻止了進(jìn)入微透鏡襯底的入射光透射到觀看側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面的透鏡襯底，允許光從第一表面進(jìn)入透鏡襯底，然后從第二表面發(fā)出，該透鏡襯底包括形成在透鏡襯底的第一表面上的多個凸透鏡，允許光從這些凸透鏡進(jìn)入透鏡襯底；以及設(shè)置在透鏡襯底的第二表面上的全反射防止裝置，用于防止進(jìn)入透鏡襯底的光在透鏡襯底的第二表面附近被全部反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的透鏡襯底，其中全反射防止裝置由多個凸曲面部分構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的透鏡襯底，其中多個凸曲面部分中的每個凸曲面部分的曲率半徑在1.6-12,500μm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的透鏡襯底，其中，在多個凸透鏡中的每個凸透鏡的曲率半徑設(shè)為R1(μm)和多個凸曲面部分中的每個凸曲面部分的曲率半徑設(shè)為R2(μm)的情況下，R1和R2滿足關(guān)系3≤R2/R1≤10。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的透鏡襯底，當(dāng)從透鏡襯底的第一和第二表面的任何一個的上面觀察時，在可用區(qū)域之內(nèi)形成的多個凸曲面部分的區(qū)域相對于該可用區(qū)域的比是50％或更高，所述可用區(qū)域是形成有多個凸透鏡的區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的透鏡襯底，當(dāng)從透鏡襯底的第一和第二表面的任何一個的上面觀察時，每一個凸曲面部分的頂點與相應(yīng)凸透鏡的頂點彼此重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的透鏡襯底，其中每個凸透鏡的曲率半徑是在5-250μm的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的透鏡襯底，其中透鏡襯底由絕對折射率在1.2-1.9范圍內(nèi)的樹脂材料作為主要材料構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的透鏡襯底，其中當(dāng)從透鏡襯底的第一和第二表面的任何一個的上面觀察時，每個凸透鏡都是具有大致圓形或橢圓形的微透鏡。
10.一種制造具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面的透鏡襯底的方法，該透鏡襯底在第一表面上形成有多個凸透鏡，允許光從第一表面進(jìn)入該透鏡襯底，然后從第二表面發(fā)出，該方法包括步驟準(zhǔn)備第一襯底，在該第一襯底的一個主表面上形成有多個凹面部分，每個凹面部分具有預(yù)定曲率半徑；準(zhǔn)備第二襯底，在該第二襯底的一個主表面上形成有多個凹面部分，每個凹面部分具有比第一襯底中的每個凹面部分的曲率半徑大的預(yù)定曲率半徑；將第一和第二襯底排列成它們的分別形成有多個凹面部分的所述主表面彼此面對以在它們之間形成空間；用具有流動性的樹脂材料填充第一和第二襯底之間的空間；以及硬化該填充的樹脂材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在第一和第二襯底的排列步驟中，在第一和第二襯底之間放置隔離物，每個隔離物都具有與樹脂材料的折射率幾乎相等的折射率，并且在樹脂材料的硬化步驟中，樹脂材料是在存在隔離物的情況下被硬化的。
12.一種利用權(quán)利要求10限定的方法制造的透鏡襯底。
13.一種透射屏，包括在其一個主表面上形成有多個透鏡的菲涅耳透鏡，菲涅耳透鏡的該主表面構(gòu)成其發(fā)射面；以及權(quán)利要求1限定的透鏡襯底，該透鏡襯底布置在菲涅耳透鏡的發(fā)射面一側(cè)，以便其第一表面面對菲涅耳透鏡。
14.一種包括由權(quán)利要求13限定的透射屏的背面投影裝置。
全文摘要
公開一種具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面的透鏡襯底1。允許光從第一表面進(jìn)入透鏡襯底1并從其第二表面發(fā)出。該透鏡襯底包括形成在透鏡襯底1的第一表面上的多個凸透鏡21，允許光從這些凸透鏡進(jìn)入透鏡襯底1；和設(shè)置在透鏡襯底1的第二表面上、用于防止進(jìn)入透鏡襯底1的光在透鏡襯底1的第二表面附近被全部反射的全反射防止裝置22。
文檔編號H04N9/31GK1790158SQ20051013155
公開日2006年6月21日 申請日期2005年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月5日
發(fā)明者清水信雄 申請人:精工愛普生株式會社