专利名称：透镜衬底、透镜衬底的制造方法、透射屏以及背面投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及透镜衬底、透镜衬底的制造方法、透射屏，以及背面投影装置。
背景技术：
近年来，作为用于家庭影院、大屏幕电视等等的监视器的适当显示器，对背面投影装置(例如背投型电视)的需要变得日益强烈。在这种背面投影装置装置中，为了改进被投影的图像的对比度，在抑制图像光强度降低的同时，需要抑制从背面投影装置的图像光的发射侧(即观察者侧)来的外部光的反射。为了实现这一目的，JP-A-7-104385公开了一种透射屏，在该透射屏中，表面经过消光处理(mat processing)和/或细线化处理(hairline processing)的半透明面板设在双凸透镜内的光发射表面一侧。
然而，在经过上述处理的情形中，虽然可以抑制外部光的反射，但是不可避免的是，用于形成图像的入射光可能会在双凸透镜薄片的光发射表面附近被全部发射。具体地，在经过上述处理的情形中，光线的入射角大于临界角的部分必须位于双凸透镜薄片的光发射表面与放置有该双凸透镜薄片的大气之间的介面上(在这种情况下，大气的绝对折射率通常小于双凸透镜薄片的绝对折射率)，在该处，光会发生全反射。在发生全反射的情形中，入射光的透射率降低，从而获得的图像变暗。另外，在上述发生全反射的情形中，即使外部光的反射被充分地抑制，输出光的强度与入射光的强度比也会变差，结果，导致获得的图像的对比度变差。
进一步，JP-A-7-104385还提出了对半透明前面板的表面进行非反射涂覆处理和硬涂层处理的方法。但是，在实施这种处理的情形中，在涂覆层(包括非反射涂覆层和硬涂覆层)内可能发生入射光吸收。因此，与上述情形类似，输出光的强度与入射光的强度比也变差，结果，导致获得的图像的对比度变差。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于透射屏和/或背面投影装置的透镜衬底，所述透射屏和/或背面投影装置具有极好的光利用率并可获得具有极好对比度的图像。
本发明的另一个目的是提供一种有效地制造上述透镜衬底的方法。
此外，本发明还有一个目的是提供一种具有上述透镜衬底的透射屏和背面投影装置。
为了实现上述目的，在本发明的一个方面中，本发明涉及一种具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面的透镜衬底。允许光线从透镜衬底的第一表面进入透镜衬底然后从透镜衬底的第二表面发出。该透镜衬底包括形成在透镜衬底的第一表面上的多个凸透镜，允许光从其进入透镜衬底；以及位于透镜衬底的第二表面上用于防止进入透镜衬底的光在透镜衬底的第二表面附近被全部反射的全反射防止装置。
这使得可以提供一种具有极好光利用率的透镜衬底，并通过其可以获得具有极好的对比度的图像。
在本发明的透镜衬底中，优选的是全反射防止装置是由多个凸曲面部分构成的。
这使得可以更确定地防止由于外部光的反射或透镜衬底的光利用率变差而导致的投影图像的对比度变差。
在本发明的透镜衬底中，优选的是每一个凸曲面部分的曲率半径在1.6到12,500μm的范围。
这使得可以更确定地防止由于外部光的反射或透镜衬底的光利用率变差而导致的投影图像的对比度变差。
在本发明的透镜衬底中，优选在每一个凸透镜的曲率半径设为R1(μm)和每个凸曲面部分的曲率半径都设为R2(μm)的情形下，R1和R2满足关系3≤R2/R1≤10。
这使得可以更确定地防止由于外部光的反射或透镜衬底的光利用率变差而导致的投影图像的对比度变差。
在本发明的透镜衬底中，优选的是当从透镜衬底的第一和第二表面的任何一个的上面观察时，形成在可用区域之之内的多个凸曲面部分的区域相对于该可用区域的比是50％或更高，所述可用区域是形成有多个凸透镜的区域。
这使得可以更确定地防止由于外部光的反射或透镜衬底的光利用率变差而导致的投影图像的对比度变差。
在本发明的透镜衬底中，优选的是当从透镜衬底的第一和第二表面的任何一个的上面观察时，每一个凸曲面部分的顶点与相应凸透镜的顶点彼此重叠。
这使得可以更确定地防止由于外部光的反射或透镜衬底的光利用率变差而导致的投影图像的对比度变差。此外，在将本发明的透镜衬底用到透射屏和/或背面投影装置的情形下，可以显著地提高其视角特性。
在本发明的透镜衬底中，优选的是每一个凸透镜的曲率半径都在5到250μm的范围内。
因此，在将本发明的透镜衬底用到透射屏和/或背面投影装置的情形下，可以显著地提高其视角特性。
在本发明的透镜衬底中，优选的是透镜衬底是由绝对折射率在1.2到1.9范围的树脂材料作为主要材料构成的。
这使得可以更确定地防止由于透镜衬底的光利用率变差而导致的投影图像的对比度变差。
在本发明的透镜衬底中，优选的是当从透镜衬底的第一和第二表面的任何一个的上面观察时，每一个凸透镜都是具有大致圆形或椭圆形形状的微透镜。
因此，在将本发明的透镜衬底用到透射屏和/或背面投影装置的情形，可以显著地提高其视角特性。
在本发明的另一个方面中，本发明涉及一种具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面的透镜衬底的制造方法。该透镜衬底在其第一表面上形成有多个凸透镜，并且允许光线从透镜衬底的第一表面进入透镜衬底然后从透镜衬底的第二表面发出。该方法包括步骤准备第一衬底，在第一衬底的一个主表面上形成有多个凹面部分，每一个凹面部分都具有预定的曲率半径；准备第二衬底，在第二衬底的一个主表面上形成有多个凹面部分，每一个凹面部分都具有比在第一衬底中的每个凹面部分的曲率半径大的预定的曲率半径；将第一和第二衬底排列成它们的其上分别形成有多个凹面部分的主表面彼此面对以在它们之间形成空间；用具有流动性的树脂材料填充第一和第二衬底之间的空间；以及硬化该填充的树脂材料。
这使得可以提供一种具有极好光利用率的透镜衬底的制造方法，并通过其可以获得具有极好对比度的图像。
在根据本发明的制造透镜衬底的方法中，优选的是在第一和第二衬底的排列步骤中，在第一和第二衬底之间放置隔离物，每个隔离物都具有与树脂材料的折射率几乎相等的折射率，并且在树脂材料的硬化步骤中，树脂材料是在存在隔离物的情况下被硬化的。
因此，在利用本发明的方法制造的透镜衬底用到透射屏和/或背面投影装置的情形，可以更有效地防止如色彩不均匀性的不利情况的发生。
此外，在本发明的另一个方面，本发明涉及一种透镜衬底。该透镜衬底是利用上述限定的方法制造的。
这使得可以提供一种具有极好光利用率的透镜衬底，并通过其可以获得具有极好对比度的图像。
在本发明的再一个方面中，本发明提供一种透射屏。本发明的透射屏包括在其一个主表面上形成有多个同轴棱镜的菲涅耳透镜，该菲涅耳透镜的该主表面构成发射表面；以及本发明的透镜衬底，该透镜衬底位于该菲涅耳透镜发射表面一侧以便其第一表面面向该菲涅耳透镜。
这使得可以提供一种具有极好光利用率的透射屏，并通过其可以获得具有极好对比度的图像。
在本发明的又一个方面中，本发明涉及一种背面投影装置。本发明的背面投影装置包括上述限定的透射屏。
这使得可以提供一种具有极好光利用率的背面投影装置，并通过其可以获得具有极好对比度的图像。
根据下文的参考附图对本发明优选实施例进行的详细描述，本发明上述和其他目的、特征和本发明的优点将变得更容易明白。
图1是示意性示出根据本发明的一个优选实施例的透镜衬底(微透镜衬底)的纵截面图；图2是图1中所示透镜衬底的俯视图；图3是示意性示出根据本发明的一个优选实施例的具有图1所示的透镜衬底(微透镜衬底)的透射屏的纵截面图；图4是示意性示出具有用于借助于微透镜衬底的制造工艺形成微透镜的凹面部分的衬底的纵截面图；图5是示意性示出制造具有用于形成图4所示的微透镜的凹面部分的衬底的制造方法的纵截面图；图6是示意性示出具有用于借助于微透镜衬底的制造工艺形成凸曲面部分的凹面部分的衬底的纵截面图；图7是示意性示出制造具有用于形成图6所示的凸曲面部分的凹面部分的衬底的制造方法的纵截面图；图8是示意性示出图1中所示的透镜衬底(微透镜衬底)的制造方法的一例的纵截面图；图9是示意性示出应用了本发明的透射屏的背面投影装置的图。
具体实施例方式
现在，将参照附图对根据本发明的透镜衬底、制造透镜衬底的方法、透射屏和背面投影装置的优选实施例进行详细描述。
首先，将描述本发明的透镜衬底的构造。图1是示意性示出根据本发明的一个优选实施例的透镜衬底(微透镜衬底)1的纵截面图。图2是图1中所示透镜衬底1的俯视图。现在，在下文利用图1的说明中，为了说明方便，图1中的左侧和右侧分别称作“光入射侧(或光入射表面)”和“光发射侧(或光发射表面)”。基于这一点，在下文中，“光入射侧”和“光发射侧”分别指的是用于获得图像光的光的“光入射侧”和“光发射侧”，并且如果没有特别指出，它们不表示外部光等的“光入射侧”和“光发射侧”。
微透镜衬底(透镜衬底)1是一个包括在透射屏(将在下面描述)10中的元件。如图1所示，微透镜衬底1具有主衬底2，该主衬底2的一个主表面(第一表面)上设有多个微透镜(凸透镜)21。此外，微透镜衬底1还具有位于其主衬底2上、位于与其上形成有多个微透镜21的表面相对的另一主表面(构成光发射表面的第二表面)一侧的多个微小凸曲面部分22。主衬底2的构成材料并不特别限定，但是，主衬底2是由树脂材料作为主要材料形成的。该树脂材料是具有预定折射率的透明材料。
至于主衬底2的具体构成材料，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)等等的聚烯烃、环聚烯烃，变性聚烯烃、聚氯乙烯，聚偏氯乙烯，聚苯乙烯、聚酰胺(例如尼龙6、尼龙46、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙11、尼龙12、尼龙6-12、尼龙6-66)，聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯(PC)，聚-(4-甲基戊烯-1)，离子交联聚合物、丙烯酸树脂、丙烯腈-丁苯树脂(ABS树脂)，苯乙烯-丙烯腈树脂(AS树脂)、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)、诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)和聚环戊二烯对苯二甲酸酯等的聚酯、聚醚、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺、聚乙醛(POM)、聚苯醚、变性聚苯醚、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)、聚氟亚乙烯(polyfluorovinylidene)等的氟树脂、诸如苯乙烯基合成橡胶、聚烯烃基合成橡胶、聚偏二氯乙烯基合成橡胶、聚亚安酯基合成橡胶、聚酯基合成橡胶、聚酰胺基合成橡胶、聚丁二烯基合成橡胶、反式-聚异戊二烯基合成橡胶、碳氟橡胶基合成橡胶(fluorocarbon rubber basedelastomer)、聚氯乙烯基合成橡胶等等的各种热塑性合成橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯、硅基树脂、尿烷基树脂等等；以及可以是具有至少一种这些材料作为主要成份的共聚物、混合体、聚合物混合体等。此外，在本发明中，可以利用两种或多种这些材料的混合物(例如，混合树脂、聚合物混合体、由利用上述两种或更多种材料的两层或更多层组成的层状结构)。
构成主衬底2的树脂材料的绝对折射率通常大于各种气体(即，使用微透镜衬底1处的气氛)的绝对折射率。优选的是，树脂材料具体的绝对折射率在1.2-1.9的范围。更优选地，是在1.35-1.75的范围，并且进一步优选地，是在1.45-1.60的范围。在树脂材料的绝对折射率具有上述范围内的预定值的情况下，就可以在保持透射屏10的光利用率的同时，进一步提高透射屏10的视角特性。
微透镜衬底1设有多个微透镜21，每个微透镜21都具有在其光入射面(即，第一表面)一侧的作为凸透镜的凸面，该光入射面允许光从其进入微透镜衬底1。从微透镜衬底1的光入射面的上面观察的每个微透镜21的形状(在下文中，简单地称为“微透镜21的形状”)并不是特别限定的，但是，优选的是微透镜21是大致圆形或椭圆形的(在这种情况下，这种形状包括基本半圆形和大致圆形的顶部及底部被切掉后的形状)。在微透镜21的形状是大致圆形或椭圆形的情形，可以进一步提高具有微透镜衬底1的透射屏10的视角特性。特别地，在这种情况下，可以同时提高设有微透镜衬底1的透射屏10的水平方向和垂直方向的视角特性。
在微透镜21的形状基本上是椭圆形的情形，在其短的轴(或短轴)方向的长度(或节距)定义为L1(μm)，在其长的轴(或长轴)方向的长度(或节距)定义为L2(μm)，优选地，L1/L2的比在0.10-0.99的范围(即，优选的是L1和L2满足关系0.10≤L1/L2≤0.99)。更优选地是在0.50-0.95的范围，并且进一步优选地是在0.60-0.80的范围。通过将L1/L2的比限定在上述范围内，上述效果将变得明显。
优选的是每个微透镜21的直径(在微透镜21的形状是大致椭圆形的情形，其在短轴方向的长度)在10-500μm的范围。更优选地是在30-300μm的范围，并且进一步优选地是在50-100μm的范围。通过将每个微透镜21的直径限定在上述范围内，可以在维持投影在透射屏10上的图像的充分分辨率的同时，进一步提高微透镜衬底1(包括透射屏10)的生产率。关于这一点，优选的是在微透镜衬底1上的相邻微透镜21之间的节距在10-500μm的范围，更优选地该节距是在30-300μm的范围，并且进一步优选地该节距是在50-100μm的范围。
另外，优选的是每个微透镜21的曲率半径(在微透镜21的形状是大致椭圆形的情形，其在短轴方向的曲率半径)是在5-150μm的范围。更优选地是在15-150μm的范围，并且进一步优选地是在25-50μm的范围。通过将微透镜21的曲率半径限定在上述范围内，可以提高设有微透镜衬底1的透射屏10的视角特性。特别地，在这种情况下，可以同时提高设有微透镜衬底1的透射屏10的水平方向和垂直方向的视角特性。
此外，微透镜21的排列模式没有特别地限制。排列模式既可以是微透镜21排列成规则方式(例如，花格形状的方式，蜂窝结构形状的方式，犬牙织纹的格纹的方式)的排列模式又可以是微透镜21排列成光学的随机方式(从微透镜衬底1的光入射面(一个主表面)的上面观察，微透镜21彼此随机排列)的排列模式。但是，优选的是微透镜21排列成如图2所示的规则的犬牙织纹的格纹的方式。通过把微透镜21排列成这种规则的犬牙织纹的格纹的方式，可以有效地防止光与液晶的光阀或类似物以及菲涅耳透镜的干涉的产生，并可以更有效地防止莫尔条纹的产生。另外，可以充分地产生透镜效应。此外，在将微透镜21排列成这种规则的犬牙织纹的格纹的方式的情形，可以更有效地防止光与液晶光阀或类似物以及菲涅耳透镜的干涉的产生，因此，可以几乎完全防止莫尔条纹的产生。这使得可以获得具有高显示质量的极好透射屏10。
此外，优选的是当从微透镜衬底1的光入射面的上面观察时(即，如图2中所示的方向)，所有微透镜(凸透镜)21占据的在可用区域之内的区域(投影区域)相对于整个可用区域的比是90％或更高，所述可用区域是形成有微透镜21的区域。更优选的所述比是96％或更高。在所有微透镜(凸透镜)21占有的在可用区域之内的区域相对于整个可用区域的比是90％或更高的情况下，可以减少穿过除存在微透镜21的区域外的区域的直线光，并且这进一步使得可以提高设有微透镜衬底1的透射屏10的光利用率。关于这一点，在这种情况下，即一个微透镜21在从该一个微透镜21的中心到其上没有形成包括该一个微透镜21在内的四个相邻的微透镜21的非形成区域的中心的方向的长度定义为L3(μm)，并且该一个微透镜21的中心与该非形成区域中心之间的长度定义为L4(μm)的情况下，在可用区域之内所有微透镜(凸透镜)21占据的区域(投影区域)相对于整个可用区域的比可用线段L3(μm)的长度与线段L4(μm)的长度的比来近似(即L3/L4×100(％))(见图2)，其中所述可用区域是形成微透镜21的区域。
此外，在微透镜衬底1的光发射表面(第二表面)一侧设置多个微凸曲面部分22。该多个凸曲面部分22用作全反射防止装置。每个凸曲面部分22的曲率半径都比上述每个微透镜21的曲率半径大。通过在微透镜衬底1的第二表面上设置这种凸曲面部分22，可以有效地防止从微透镜衬底1的光入射面(第一表面)进入微透镜衬底1的光在其第二表面附近被全部反射，并且这使进入微透镜衬底1的光更有效地透过微透镜衬底1的内部变得可能。此外，其可以漫反射可能从微透镜衬底1的光发射面(第二表面)进入微透镜衬底1的外部光。结果，获得的图像的对比度可以变得特别优良。
当从微透镜衬底1的光发射面上面观察时的每个凸曲面部分22的形状(在下文中，简单地称为“凸曲面部分22的形状”)不是特别限定的，但是，优选的是凸曲面部分22的形状是与微透镜21的形状相对应的形状(即，相似的形状)。具体地，在微透镜21的形状是大致圆形的情况下，优选的是凸曲面22部分的形状是大致圆形的。另外，在微透镜21的形状是大致椭圆形的情况下，优选的是凸曲面22部分的形状是大致椭圆形的(即，凸曲面22的短轴长度和长轴长度的比基本上和微透镜21的一样)。这使得可以更确定地防止由于该处入射光的光透射变差而导致投影图像的对比度变差。
此外，优选的是当从微透镜衬底1的第一和第二表面(即，其光入射面和光发射面)的任一个上面观察时，微透镜21和凸曲面部分22排列成每个凸曲面部分22的顶点(即，中心)和相应的微透镜21的顶点(即，中心)彼此重叠。这使得可以更确定地防止由于该处入射光的光透射的恶化而导致的投影图像的对比度变差。
优选的是每个凸曲面部分22的直径(在凸曲面部分22的形状是大致椭圆形的情况下，在其短轴方向的长度)是在3.3-25,000μm的范围内。更优选地是在10-5,000μm的范围内，并且进一步优选地是在30-3000μm的范围内。最优选地是在40-2,000μm的范围内。当每个凸曲面部分22的直径被限定在上述范围内的情况下，可以更有效地防止该处入射光的光透射变差，并且可以漫反射可能从微透镜衬底1的光发射面(第二表面)进入微透镜衬底1的外部光。结果，获得的图像的对比度可以变得特别好。关于这一点，优选的是在微透镜衬底1中的两个相邻凸曲面部分22之间的节距是在3.3-25,000μm的范围内。更优选地节距是在10-500μm的范围内，并且进一步优选地节距是在30-300μm的范围内。最优选地节距是在50-100μm的范围内。
此外，优选的是每个凸曲面部分22的曲率半径(在凸曲面部分22的形状是大致椭圆形的情况下，在其短轴方向的曲率半径)是在15-2,500μm的范围内。更优选地是在18-1,500μm的范围内，并且进一步优选地是在20-750μm的范围内。当每个凸曲面部分22的曲率半径被限定在上述范围内的情况下，可以更有效地防止该处入射光的光的透射变差，并且可以漫反射可能从微透镜衬底1的光发射面(第二表面)进入微透镜衬底1的外部光。结果，获得的图像的对比度可以变得特别优良。
此外，在每个微透镜21的曲率半径定义为R1(μm)并且每个凸曲面部分22的曲率半径定义为R2(μm)的情况下，优选的是R1和R2满足关系3≤R2/R1≤100。更优选地，R1和R2满足关系5≤R2/R1≤50，并且进一步更优选地R1和R2满足关系8≤R2/R1≤25。最优选地，R1和R2满足关系10≤R2/R1≤20。在R1和R2满足这种关系的情况下，可以有效地防止入射光的光透射变差，并且可以漫反射可能从微透镜衬底1的光发射面(第二表面)进入微透镜衬底1的外部光。结果，获得的图像的对比度可能变得特别优良。
另外，凸曲面部分22的排列模式没有特别地限制。排列模式既可以是微透镜21排列成规则方式(例如，格子形状的方式，蜂窝结构形状的方式，犬牙织纹的格纹的方式)的排列模式，也可以是微透镜21排列成光学的随机方式(当从微透镜衬底1的光入射面(一个主表面)的上面观察时，微透镜21彼此随机排列)的排列模式。但是，优选的是凸曲面部分22排列成其排列模式与微透镜21的排列模式相对应。这使得可以更确定地防止由于入射光的光透射的恶化而导致的投影图像的对比度变差。
此外，优选的是当从微透镜衬底1的光入射面或光发射面的上面观察时(即，如图2中所示的方向)，所有凸曲面部分22在可用区域之内占有的区域(投影区域)相对于整个可用区域的比是50％或更高，所述可用区域是形成有微透镜21的区域。更优选所述比是90％或更高，并且进一步优选所述比是96％或更高。在所有凸曲面部分22在可用区域之内占有的区域相对于整个可用区域的比是50％或更高的情况下，可以更确定地防止由于外部光的反射导致的投影图像的对比度的变差。
此外，微透镜衬底1可以设有如黑矩阵的光屏蔽部分(未在图中示出)。这使得可以更确定地防止由于外部光的反射导致的投影图像的对比度的变差。
接下来，将描述设有上述微透镜衬底1的透射屏10。
图3是示意性示出根据本发明的一个优选实施例的设有图1所示的透镜衬底(微透镜衬底)1的透射屏10的纵截面图。现在，在下面利用图3的说明中，为了说明的方便，图3中的左侧和右侧分别地称为“光入射侧(或光入射面)”和“光发射侧(或光发射面)”。关于这一点，在下面的描述中，“光入射侧”和“光发射侧”分别指用于获得图像光的光的“光入射侧”和“光发射侧”，并且如果没有另外指出，它们不表示外部光等的“光入射侧”和“光发射侧”。如图3所示，透射屏10设有菲涅耳透镜5和上述微透镜衬底1。菲涅耳透镜5放置在微透镜衬底1的光入射面一侧(即，在用于图像的光的入射侧)，并且透射屏10的构造使得被菲涅耳透镜5透射的光进入微透镜衬底1。
菲涅耳透镜5设有以基本上同轴的方式形成在菲涅耳透镜5光发射面上的多个棱镜。菲涅耳透镜5使从投影透镜(图中未示出)出来的用于投影图像的光发生偏转，并将平行于微透镜衬底1的主表面的垂直方向的平行光La输出到微透镜衬底1的光入射面一侧。
在透射屏10的上述结构中，通过菲涅耳透镜5将从投影透镜出来的光偏转成平行光La。然后，从其上形成有多个微透镜21的光入射面进入微透镜衬底1的平行光La由微透镜衬底1的每一个微透镜21会聚，并且经过会聚的光在聚焦后漫射。此时，进入微透镜衬底1的光穿过具有足够透射比的微透镜衬底1然后被漫射，由此，透射屏10的观察者(观众)可以观察(观看)到成为平面图像的光。
接下来，将描述上述微透镜衬底1的制造方法的一例。
图4是示意性示出具有凹面部分的衬底6的纵截面图，所述凹面部分用于借助于微透镜衬底1的制造工艺形成微透镜21。图5是示意性示出制造具有用于形成图4所示的微透镜21的凹面部分的衬底6的制造方法的纵截面图。图6是示意性示出具有用于借助于微透镜衬底1的制造工艺形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的纵截面图。图7是示意性示出制造具有用于形成图6所示的凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的制造方法的纵截面图。图8是示意性示出图1中所示的微透镜衬底的制造方法的一例的纵截面图。关于这一点，在下面描述中，图8中的下侧和上侧分别称为“光入射侧(或光入射面)”和“光发射侧(或光发射面)”。
在制造具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6时，用于形成微透镜21的多个凹面部分形成在衬底上，并且在制造微透镜衬底1时，多个凸透镜(微透镜21)形成在衬底上。但是，为了使说明可以理解，仅示出具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6和微透镜衬底1中每个的一部分，以便在图4和5中加以强调。类似地，在制造具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9中，多个用于形成凸曲面部分22的凹面部分形成在衬底上，并且在制造微透镜衬底1中，多个凸曲面部分22形成在衬底上。但是，为使说明可以理解，仅示出具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9和微透镜衬底1中的每个的一部分，以便在图6和7中加以强调。
在描述制造微透镜衬底1的方法之前，先描述用于制造微透镜衬底1的、具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的结构及其制造方法，和用于制造微透镜衬底1的、具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的结构及其制造方法。
首先，将描述用于制造微透镜衬底1的、具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的结构及其制造方法。
如图4所示，具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6带有以规则犬牙织纹格纹的方式排列在其上的多个凹面部分61(用于形成微透镜21)。通过利用这种具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6，可以获得微透镜衬底1，多个微透镜21以上述规则犬牙织纹格纹的方式排列在其上。
接下来，将参考附图5描述具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的制造方法。关于这一点，虽然实际上大量用于形成微透镜21的凹面部分形成在衬底上，但是为了简化它的说明，将仅放大地示出其一部分。
首先，在制造具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6时，准备一衬底7。优选的是用于衬底7的衬底具有均匀的厚度并不具有弯曲和表面缺陷。此外，同样优选的是用于衬底7的衬底具有用洗涤液等清洗过的表面。
虽然碱石灰玻璃、水晶玻璃(crystalline glass)、石英玻璃、铅玻璃、钾玻璃、硼硅玻璃、无碱玻璃(alkali-free glass)等等可以作为衬底7的构成材料，但是，碱石灰玻璃和水晶玻璃(例如新陶瓷(neoceram)等)在它们中是优选的。通过用碱石灰玻璃、水晶玻璃或无碱玻璃，可以容易地加工用于衬底7的材料，并且因为碱石灰玻璃或水晶玻璃相对便宜，所以从具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的制造成本的观点来看，这是有利的。
<A1>如图5A中所示，在准备好的衬底7的表面上形成掩模8(掩模形成步骤)。然后，在衬底7的背面(即，与其上形成有掩模8的表面相反的表面侧)上形成背面保护膜89。无需说明的是，掩模8和背面保护膜89可以同时形成。优选的是掩模8允许在其内通过辐射激光束等形成初始孔81(后面将描述)，并且掩模8优选在蚀刻处理(后面将描述)中具有抗蚀刻性。换句话说，优选的是掩模8被这样构成以便蚀刻掩模8的速度几乎等于或小于蚀刻衬底7的速度。
关于这一点，例如，如Cr、Au、Ni、Ti、Pt等的金属、包含选自这些金属的两种或更多种金属的金属合金、这些金属的氧化物(金属氧化物)硅、树脂等等可以作为掩模8的构成材料。可替换地，掩模8也可以是用由诸如Cr/Au或氧化铬/Cr等不同材料形成的多层的层状结构。
形成掩模8的方法并没有特别地限定。在掩模8由任何诸如Cr和Au的金属材料(包括金属合金)或如氧化铬的金属氧化物构成的情况下，掩模8可借助于例如蒸发法、溅射法等方法适当地形成。另一方面，在掩模8由硅形成的情况下，掩模8可借助于例如溅射法、CVD法等方法适当地形成。
在掩模8由氧化铬或铬作为其主要材料形成的情况下，可通过初始孔形成过程(后面将描述)容易地形成初始孔81，并且在蚀刻处理中可以更确定地保护衬底7。此外，在掩模8由氧化铬或铬作为其主要材料形成的情况下，在蚀刻处理(后面将描述)中例如可以用二氟氢铵(NH4HF2)溶液作为蚀刻剂。由于含有二氟氢铵的溶液没有毒，所以可以更确定地防止其对工作中的人体和环境的影响。
虽然掩模8的厚度根据构成掩模8的材料是可变的，但是，优选地，掩模8的厚度在0.01-2.0μm的范围内，并且更优选的是在0.03-0.2μm的范围。如果掩模8的厚度低于上述给定的下限，将可能使在初始孔形成过程(后面将描述)形成的初始孔81的形状变形。此外，在蚀刻处理的湿蚀刻处理(后面将描述)中不能够获得对衬底7的掩模部分的充分保护。另一方面，如果掩模8的厚度超过上述给定的上限，除了在初始孔形成过程(后面将描述)中很难形成穿过掩模8的初始孔81外，还可能出现由于掩模8的内应力而引起掩模8趋于容易地被移除的情况，内应力取决于掩模8的构成材料等。
在随后的处理中，设置背面保护膜89保护衬底7的背面。借助于背面保护膜89，可以适当地防止衬底7背面的腐蚀、劣化等。由于利用和掩模8同样的材料形成背面保护膜89，所以可以在形成掩模8的同时用类似于形成掩模8的方式来提供。
<A2>接着，如图5B所示，在掩模8中形成多个初始孔81(初始孔形成过程)，这些初始孔81在蚀刻处理(后面将描述)中被用作掩模开口。初始孔81可由任何方法形成，但是优选的是通过物理方法或利用激光束照射形成初始孔81。这使得可以以高生产率制造具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6。特别地，凹面部分可以容易地在相对大尺寸的衬底上形成。至于形成初始孔81的物理方法，例如，可以是蚀刻、压制、点打印、如喷丸、喷砂等的爆炸处理(blast processing)、钻孔(tapping)、拓印(rubbing)等方法。
此外，在初始孔81是通过利用激光束照射形成的情况下，对所用的激光束的种类并没有特别地限定，但是，可以是红宝石激光、半导体激光、YAG激光、飞秒激光、玻璃激光、YVO4激光、Ne-He激光、Ar激光、二氧化碳激光、准分子激光等。此外，也可以利用例如SHG(二次谐波发生)、THG(三次谐波发生)、FHG(四次谐波发生)等激光波形。在初始孔81是通过利用激光束的照射形成的情况下，可以容易地和准确地控制初始孔81的尺寸、两个相邻初始孔81之间的距离等。此外，在初始孔81是通过利用激光束照射形成的情况下，通过控制激光束的照射条件，不仅可以在不形成初始凹面部分71(后面将描述)的情况下形成初始孔81，而且可以容易和确定地形成具有微小改变的形状、大小和深度的初始凹面部分71以及初始孔81。
优选的，初始孔81均匀地形成在掩模8的整个表面上。另外，优选的，初始孔81是以小孔以预定的有规律间隔排列的这样一种方式形成，以致于在衬底7的表面上不形成平坦部分，并且在步骤<A3>(后面将描述)中使具有掩模8的衬底7经受蚀刻处理时，衬底7的表面被几乎没有间隙地覆盖着凹面部分81。
具体而言，例如，优选的是当从其上已经形成有掩模8的衬底7的一个主表面上观察时，每一个成形的初始孔81的形状都基本是椭圆形，并且每个初始孔81都具有2-10μm的平均直径。此外，优选的是初始孔81以每平方厘米(cm2)1,000-1,000,000个孔的比率形成在掩模8上，更优选地是它们以每平方厘米(cm2)10,000-500,000个孔的比率形成。关于这一点，无需说明的是，每个初始孔81的形状并不限于是大致椭圆形。
如图5B所示，当初始孔81形成在掩模8中时，除初始孔81外，通过将衬底7的表面的一部分去除，在衬底7内可形成初始凹面部分71。这使得在具有掩模8的衬底7经受蚀刻处理(后面将描述)时，可以增加衬底7与蚀刻剂的接触面积，由此可以合适地启动腐蚀。此外，通过调节每个初始凹面部分71的深度，也可以调节凹面部分61的深度(即，透镜(微透镜21)的最大厚度)。虽然每个初始凹面部分71的深度不受特别地限定，但是，其优选的是5.0μm或更少，并且更优选的其是在大约0.1-0.5μm的范围。在通过利用激光束的照射实施初始孔81的形成的情况下，可以确定地降低与初始孔81一起形成的每个初始凹面部分71的深度差异。这使得可以降低构成具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的每个凹面部分61的深度差异，因此，可以降低在最后获得的微透镜衬底1中的每个微透镜21的大小和形状的差异。结果，特别地可以降低每个微透镜21的直径、焦距和透镜厚度的差异。
另外，除了通过物理方法或利用激光束照射外，初始孔81可以通过下述方法形成在掩模8中，例如，在掩模8形成在衬底7上时，预先在衬底7上布置具有预定图案的外物，然后在具有外物的衬底7上形成掩模8以在衬底8中有意形成瑕疵，以便将这些瑕疵用作初始孔81。
这样，在本发明中，通过利用物理方法或激光束照射在掩模8中形成初始孔81，与通过传统的光刻方法在掩模8中形成开口相比，可以更容易地和更廉价地在掩模8中形成开口(初始孔81)。另外，根据物理方法或用激光束照射的方法，可以容易地处理大尺寸衬底。
<A3>接着，如图5C所示，利用其内形成有初始孔81的掩模8，使衬底7经受蚀刻处理，在衬底7中形成大量凹面部分61(蚀刻处理)。该蚀刻方法并没有特别地限定，对于蚀刻方法，例如可以是湿蚀刻处理、干蚀刻处理等。在下文中，将描述作为一个实例的利用湿蚀刻处理的情况。
如图5C所示，通过使覆盖有形成了初始孔81的掩模8的衬底7经受湿蚀刻处理，将衬底7从没有掩模8的部分启动腐蚀，由此在衬底7中形成大量凹面部分61。如上所述，由于形成在掩模8内的初始孔81是以犬牙织纹的格纹方式布置的，所以将要形成的凹面部分61也以犬牙织纹的格纹方式布置在衬底7的表面。
另外，在本实施例中，在步骤<A2>中，在初始孔81形成在掩模8中时，初始凹面部分71形成在衬底7的表面上。这使得在蚀刻处理中，衬底7与蚀刻剂的接触面积增加，由此可以适当地启动腐蚀。此外，可以利用湿蚀刻处理合适地形成凹面部分61。例如，在包含氢氟酸(氟化氢)的蚀刻剂(即，氢氟酸基蚀刻剂)用作蚀刻剂的情况下，衬底7可以更有选择性地被腐蚀，并且这使得可以合适地形成凹面部分61。
在掩模8主要由铬构成的情况下(即，掩模8由包含铬作为其主要材料的材料形成)，二氟氢铵溶液特别适于作为氢氟酸基蚀刻剂。由于包含二氟氢铵(占其水溶液重量的4％或更少)的溶液没有毒，所以可以更确定地防止其对工作中的人体和环境的影响。另外，在二氟氢铵溶液用作蚀刻剂的情况下，例如，蚀刻剂可以包含过氧化氢。这可以加快蚀刻速度。
另外，可以用比干蚀刻处理中所用设备更简单的设备实施湿蚀刻处理，并且其允许一次处理大量的衬底7。这可以提高衬底6的生产率，并且可以以较低的成本提供具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6。
<A4>接着，如图5D所示，移除掩模8(掩模移除过程)。此时，背面保护膜89也随着掩模8移除。在掩模8是以铬作为其主要材料构成的情况下，例如，可以通过利用硝酸高铈铵和高氯酸混合剂的蚀刻处理实施掩模8的移除。
如图5D和图4所示，作为上述处理的结果，获得了具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6，在衬底7中以犬牙织纹的格纹方式形成的大量的凹面部分61形成在该衬底6中。
在衬底7中以犬牙织纹的格纹方式形成多个凹面部分61的方法并不特别地限定。在凹面部分61通过上述方法形成的情况下，即通过物理方法或激光束照射在掩模8中形成初始孔81，然后利用该掩模8使衬底7经受蚀刻处理以在衬底7中形成凹面部分61的方法，可以获得下述效果。
即，通过物理方法或激光束照射在掩模8中形成初始孔81，与通过传统的光刻方法在衬底8中形成开口的情况相比，可以更容易和廉价地在掩模8中以预定图案形成开口(初始孔81)。这可以提高具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的生产率，由此可以以较低的成本提供具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6。
另外，根据上述方法，可以较容易地实施大尺寸衬底的处理。同时，根据该方法，在制造这种大尺寸衬底的情况下，不需要像传统方法那样粘合多个衬底，由此可以消除粘合的接缝的外观。这使得可以以低成本通过简单的方法制造具有用于形成微透镜21(即，微透镜衬底1)的凹面部分的高质量大尺寸衬底6。
特别地，在通过激光束照射形成初始孔81的情况下，可以更容易更确定地控制每个将形成的初始孔81的形状和大小，以及它们的排列等。
此外，在步骤<A4>中将衬底8移除之后，可在衬底7上形成新的掩模，然后重复一系列包括掩模形成过程、初始孔形成过程、湿蚀刻过程和掩模移除过程的过程。这使得可以获得具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6，其中凹面部分61密集地形成在该衬底6中。
接着，将描述用于制造微透镜衬底1的具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的结构以及其制造方法。
如图6所示，具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9在其上具有以规则犬牙织纹的格纹方式排列的多个凹面部分(用于凸曲面部分22)91。通过利用这种具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9，可以获得上述的其上具有以规则犬牙织纹的格纹方式排列的多个凸曲面部分22的微透镜衬底1。
接着，将参考图5描述具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的制造方法。关于这一点，虽然实际上大量用于形成凸曲面部分22的凹面部分形成在衬底上，但是，为了简化其说明，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的凹面部分的衬底9时，准备一衬底7′。衬底7′类似于上述衬底7(用于制造具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的衬底7)。优选的是用作衬底7′的衬底具有均匀厚度而不具有扰曲和瑕疵。另外，还优选的是用作衬底7′的衬底具有经过洗涤液等清洁的表面。
优选的是用于衬底7′的构成材料类似于上述衬底7的构成材料(用于制造具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的衬底7)。
<B1>如图7A所示，在准备好的衬底7′的表面上形成掩模8′(掩模形成过程)。然后，在衬底7′的背面上形成背面保护膜89′(即，与形成掩模8′的表面相对的表面一侧)。无需说明的是，可以同时形成掩模8′和背面保护膜89′。优选的是掩模8′允许通过激光束照射等方法在其内形成初始孔81′(后面将描述)，并在蚀刻处理(后面将描述)时具有抗蚀刻能力。换句话说，优选的是掩模8′构成为掩模8′的蚀刻率几乎等于或小于衬底7的蚀刻率基于这一点，例如，优选的是用于掩模8′的构成材料类似于上述衬底8(用于制造具有用于形成微透镜21的凹面部6的掩模8)的构成材料。掩模8′的形成方法并不特别限定。同样优选的是掩模8′的形成方法类似于上述掩模8(用于制造具有用于形成微透镜21的凹面部6的掩模8)的形成方法。
在掩模8′由作为其主要材料的氧化铬或铬形成的情况下，初始孔81′可以通过初始孔形成过程(后面将描述)容易地形成，并且在蚀刻处理时可以更确定地保护衬底7′。另外，在掩模8′由作为其主要材料的氧化铬或铬形成的情况下，例如，二氟氢铵溶液可以用作蚀刻处理(后面将描述)的蚀刻剂。由于包含二氟氢铵的溶液没有毒，所以可以更确定地防止对在工作中人体和环境的影响。
虽然衬底8′的厚度根据构成衬底8′的材料而变化，但是，其优选的厚度是在0.01-2.0μm的范围，并且更优选的是在0.03-0.2μm的范围。如果衬底8′的厚度低于上述范围的下限，将可能使在初始孔形成过程(后面将描述)中形成的初始孔81′的形状发生变形。此外，在蚀刻步骤的湿蚀刻处理(后面将描述)中，不能够获得对衬底7′的掩模部分的充分保护。另一方面，如果衬底8′的厚度超过上述范围的上限，除了在初始孔形成过程(后面将描述)中形成穿过掩模8′的初始孔81′存在着困难外，将可能出现由于掩模8′的内应力(取决于其构成材料等)，使得掩模8′趋于容易地被移除的情况。
在随后的处理中，提供背面保护膜89′，保护衬底7′的背面。借助于该背面保护膜89′，可以适当地防止衬底7′的背面的腐蚀、劣化等等。由于背面保护膜89′用与掩模8′同样的材料形成，因此其可以在形成掩模8′的同时以形成掩模8′类似的方式提供。
<B2>接着，如图7B所示，在衬底8′中形成将在蚀刻处理(后面将描述)中用作掩模开口的多个初始孔81′(初始孔形成过程)。初始孔81′的排列通常依赖于将要形成的凹面部分91的排列，因此，其并没有特别限定。优选的，初始孔81′排列成与上述初始孔81成镜象关系。这使得可以合适地制造微透镜衬底1。在其内布置有彼此形成上述位置关系的微透镜21和凸曲面部分22。
初始孔81′可以由任何方法形成，但是，优选的是通过物理方法或激光束照射形成初始孔81′。这使得可以以高生产率制造具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9。特别地，凹面部分可以容易地形成在相对大尺寸的衬底上。至于形成初始孔81′的物理方法，例如，可以是蚀刻、压制、点打印、如喷丸、喷砂等的爆炸处理(blast processing)、钻孔(tapping)、拓印(rubbing)等方法。
另外，在初始孔81′是通过激光束照射形成的情况下，所利用的激光束种类并没有特别地限定，但是，可以是红宝石激光、半导体激光、YAG激光、飞秒激光、玻璃激光、YVO4激光、Ne-He激光、Ar激光、二氧化碳激光、准分子激光等。此外，也可以利用例如SHG(二次谐波发生)、THG(三次谐波发生)、FHG(四次谐波发生)等激光波形。在初始孔81′通过激光束照射形成的情况下，可以容易和精确地控制初始孔81′的大小、两个相邻的初始孔81′之间的距离等。此外，在初始孔81′通过激光束照射形成的情况下，通过控制激光束的照射条件，不仅可以在不形成初始凹面部71′(后面将描述)的情况下形成初始孔81′，也可以容易和确定地形成具有微小改变的形状、大小和深度的初始凹面部分71′以及像初始孔81′。优选的是初始孔81′均匀地形成在掩模8′的整个表面上。
更具体而言，例如，优选的是当从其上形成掩模8′的衬底7′的一主表面上面观察时，每个形成的初始孔81′都具有大致椭圆形的形状，并且每个初始孔81′都具有在2-10μm范围内的平均直径。进一步，优选的是初始孔81′以每平方厘米(cm2)1,000-1,000,000个孔的比率形成在掩模8′上，更优选地是它们以每平方厘米(cm2)10,000-500,000个孔的比率形成。关于这一点，不用说的是每个初始孔81′的形状并不限于是大致椭圆形。
如图7B所示，当初始孔81′形成在衬底8′中时，除了初始孔81′外，通过移除衬底7的表面的一部分，也可以在衬底7′中形成初始凹面部分71′。这使得具有掩模8′的衬底7′经受蚀刻处理(后面将描述)时，可增加衬底7′与蚀刻剂之间的接触面积，由此可适当地启动腐蚀。进一步，通过调整每个初始凹面部分71′的深度，也可以调整每个凹面部分91的深度(即，透镜(凸曲面部分22)的最大厚度)。虽然并不特别地限定每个初始凹面部分71′的深度，但是，优选的是其为5.0μm或更少，并且更优选的是在大约0.1-0.5μm的范围。在通过激光束照射形成初始孔81′的情况下，可以确定地减小每个与初始孔81′一起形成的初始凹面部分71′的深度的差异。这使得可以确定地减小每个构成具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的凹面部分91′的深度的差异，因此，可以减小最后获得的在微透镜衬底1中的每个凸曲面部分22的大小和形状的差异。结果，特别地，可以减少每个凸曲面部分22的透镜的直径、曲率半径等的差异。
进一步，除了通过物理方法或激光束照射外，初始孔81′可以通过下述方法形成在掩模8′中例如，在掩模8′形成在衬底7′上时，预先在衬底7′上布置具有预定图案的外物，然后在具有外物的衬底7′上形成掩模8′，以有意地在衬底8′中形成瑕疵，以便将这些瑕疵用作初始孔81′。
这样，在本发明中，通过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′，与通过传统的光刻方法在掩模8′中形成开口相比，可以更容易地和更廉价地在掩模8′中形成开口(初始孔81′)。进一步，根据物理方法或激光束照射方法，可以容易地处理大尺寸衬底。
<B3>接着，如图7C所示，利用其内形成有初始孔81′的掩模8′，使衬底7′经受蚀刻处理，在衬底7′中形成大量凹面部分91(蚀刻处理)。该蚀刻方法并没有特别地限定，对于蚀刻方法，例如可以是湿蚀刻处理、干蚀刻处理等。在下文中，描述作为一个实例的利用湿蚀刻处理的情况。
如图7C所示，通过使覆盖有形成有初始孔81′的掩模8′的衬底7′经受湿蚀刻处理，衬底7′从没有掩模8′的部分开始腐蚀，由此在衬底7′中形成大量凹面部分91。如上所述，由于形成在掩模8′内的初始孔81′是以犬牙织纹的格纹方式排列的，所以形成的凹面部分91也以犬牙织纹的格纹方式排列在衬底7′的表面。
进一步，在本实施例中，在步骤<B2>中，在初始孔81′形成在掩模8′中时，初始凹面部分71′形成在衬底7′的表面上。这使得在蚀刻处理中，衬底7′与蚀刻剂的接触面积增加，由此可以适当地启动腐蚀。此外，通过利用湿蚀刻处理，可以合适地形成凹面部分91。例如，在包含氢氟酸(氟化氢)的蚀刻剂(即，氢氟酸基蚀刻剂)用作蚀刻剂的情况下，衬底7′可以更有选择性地被腐蚀，并且这使得可以合适地形成凹面部分91。
在掩模8′主要由铬构成的情况下(即，掩模8′由包含铬作为其主要材料的材料形成)，二氟氢铵溶液特别适于作为氢氟酸基蚀刻剂。由于包含二氟氢铵(占其水溶液重量的4％或更少)的溶液没有毒，所以可以更确定地防止其对工作中的人体和环境的影响。进一步，在二氟氢铵溶液被用作蚀刻剂的情况下，例如，蚀刻剂可以包含过氧化氢。这可以加快蚀刻速度。
进一步，可以用比干蚀刻处理中所用设备更简单的设备实施湿蚀刻处理，并且其允许一次处理大量的衬底7。这可以提高衬底6的生产率，并且可以以较低的成本提供具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9。
形成在此步骤的每个凹面部分(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镜21的凹面部分的衬底6中的每个凹面部分(用于形成微透镜21的凹面部分)61大的曲率半径。可以通过采用比形成上述凹面部分61的蚀刻时间更长的蚀刻时间、比形成凹面部分61的蚀刻温度提高的蚀刻温度、利用比在形成凹面部分61中所用的蚀刻剂浓度更高的蚀刻剂浓度等合适地形成这种凹面部分91。
<B4>接着，如图7D所示，移除掩模8′(掩模移除过程)。此时，背面保护膜89′也随着掩模8′移除。在掩模8′是以铬作为其主要材料构成的情况下，例如，可以通过利用硝酸高铈铵和高氯酸混合剂的蚀刻处理实施掩模8′的移除。
如图7D和图6所示，作为上述处理的结果，获得了具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9，其中，在衬底7′中以犬牙织纹的格纹方式形成大量的凹面部分91。
在衬底7′中以犬牙织纹的格纹方式形成多个凹面部分91的方法并不特别地限定。在凹面部分91是通过上述方法形成，即通过物理方法或激光束照射在掩模8′中形成初始孔81′，然后利用该掩模8′使衬底7′经受蚀刻处理，从而在衬底7′中形成凹面部分91的方法的情况下，可以获得下述效果。
即，通过物理方法或激光束照射在掩模8′中形成初始孔81′，与通过传统的光刻方法在衬底8′中形成开口的情况相比，可以更容易和廉价地在掩模8′中以预定图案形成开口(初始孔81′)。这可以提高具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的生产率，由此可以以较低的成本提供具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9。
进一步，根据上述方法，可以较容易地实施大尺寸衬底的处理。同样，根据该方法，在制造这种大尺寸衬底的情况下，不需要像传统方法那样粘合多个衬底，由此可以消除粘合接缝的外观。这使得可以以低成本通过简单的方法制造高质量的具有用于形成凸曲面部分22(即，微透镜衬底1)的凹面部分的大尺寸衬底9。
特别地，在通过激光束照射形成初始孔81′的情况下，可以更容易更确定地控制每个将形成的初始孔81′的形状和大小以及它们的排列。
进一步，在微透镜21和凸曲面部分22如图2所示那样规则布置(即，它们是以犬牙织纹的格纹的方式布置的)的情况下，可以用相同的图案形成掩模8的初始孔81和掩模8′的初始孔81′。这使得可以仅通过改变例如蚀刻时间之类的蚀刻条件来制造具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9。换句话说，由于可以仅通过改变蚀刻条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镜21的凹面部分的衬底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9，所以可以提高具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6、具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9和微透镜衬底1的生产率。
此外，在步骤<B4>中将衬底8′移除之后，可在衬底7′上形成新的掩模，然后将重复一系列包括掩模形成过程、初始孔形成过程、湿蚀刻过程和掩模移除过程的过程。这使得可以获得具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9，其中，凹面部分91密集地形成在该衬底9中。
接着，将描述利用具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6、具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9制造微透镜衬底1的方法。
<C1>如图8A所示，将具有流动性的树脂23(例如，处于软化态的树脂23，非聚合的(未固化的)树脂23)提供到具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底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的凹面部分的衬底9推动树脂23，使得具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底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的凹面部分的衬底9的、其上形成有凹面部分91的表面。特别地，在本实施例中，在该步骤，在具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9之间提供隔离物20的同时，推动树脂23。这样，可以更确定地控制形成的微透镜衬底1的厚度，并且这使得可以更确定地控制最后获得的微透镜衬底1中的每个微透镜21的焦点。因此，可以有效地防止产生例如颜色不均匀的缺点。
每个隔离物20都是由具有与树脂23(固化态的树脂23)几乎相等的折射率的材料形成的。通过利用这种材料形成的隔离物20，即使在隔离物20布置在每一个形成有具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的任一凹面部分61和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的任一凹面部分91的部分中的情况下，也可以防止隔离物20对获得的微透镜1的光学特性的有害影响。从而，这使得可以在具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9之间的空间的宽度区域中形成相对大量的隔离物20。结果，可以有效地消除由于具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的扰曲等产生的影响，并且这使得可以更确定地控制获得的微透镜衬底1的厚度。
虽然，上述隔离物20由具有与树脂23(固态的树脂23)几乎相等的折射率的材料形成，但是，更具体而言，优选隔离物20的构成材料的绝对折射率与固态树脂23的绝对折射率之差的绝对值是0.20或更少，并且更优选地是0.10或更少。进一步，更优选的是0.20或更少，并且最优选的是隔离物20与固态树脂23是由相同材料形成的。
每个隔离物20的形状并不是特别限定的。优选的是隔离物20的形状大致是球形或圆柱形。在隔离物20具有上述形状的情况下，优选的隔离物20的直径在10-300μm的范围，并且更优选的是在30-200μm的范围。进一步更优选的是在30-170μm的范围。
关于这一点，在利用上述隔离物20的情况下，当固化树脂23时，可将隔离物20设置在具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9之间。这样，提供隔离物20的时机并不是特别限定的。进一步，例如，其中预先分散有隔离物20的树脂23可以用作将被提供到具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的其上形成有凹面部分61的表面上的树脂，或可以在隔离物20被提供到具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的表面上的同时，提供树脂23。或者，可以在将树脂23提供到具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的表面上之后，在具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的表面上提供隔离物20。
进一步，在提供树脂23和借助于具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9实施压制处理之前，可将脱模剂等施加在具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底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的凹面部分的衬底9的、其上形成有凹面部分91的表面上。这使得可以在后面的步骤中更容易和更确定地使微透镜衬底1与具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6和具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9分离。
<C2>接着，固化树脂23(包括“硬化(聚合)”)，然后移除具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9(见图8B)，并且进一步移除具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6(见图8C)。这样，获得了微透镜衬底1(主衬底2)，其具有通过树脂填充多个凹面部分61构成的多个微透镜21(每个都可用作凸透镜)和通过树脂填充多个凹面部分91构成的多个凸曲面部分22(每个都可用作凸透镜)。
在树脂23的固化是以硬化(聚合)的方式实施的情况下，关于硬化树脂23的方法，例如，可以是如紫外线等的光照射、加热、电子束照射等方法。
进一步，在微透镜衬底1设有例如黑矩阵的(图中未示出)光屏蔽部分的情况下，可以按如下方式形成光屏蔽部分。
首先，如图8B中所示，通过从树脂23移除具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9，将树脂23上具有主衬底2的多个凸曲面部分22的表面暴露。
接着，将用于形成光屏蔽部分的、包含具有流动性的染料(光屏蔽剂)的液体提供在主衬底2的暴露表面上。
主衬底2被保持在主衬底2的形成有凸曲面部分22的表面面向上方的状态下(在这种情况下，如果需要，通过擦除以消除留在主衬底2上的过量染料后，保持主衬底2)，或加热主衬底2，由此硬化用于形成光屏蔽部分的液体。结果，光屏蔽部分形成在多个槽内，这些槽形成在相邻凸曲面部分22之间。
这样，在微透镜衬底1具有多个凸曲面部分22的情况下，可以容易和确定地形成光屏蔽部分。
在下文中，将给出利用上述透射屏的背面投影装置的说明。
图9是示意性示出应用了本发明的透射屏10的背面投影装置300的横截面图。如图9中所示，该背面投影装置300具有如下结构放置在外壳340中的投影光学单元310、导光镜320和透射屏10。
由于背面投影装置300利用了上述具有极好视角特性和光利用率的透射屏10，可以获得具有极好对比度的图像。此外，特别地，由于在本实施例中，背面投影装置300具有上述结构，所以可以获得极好的视角特性和光利用率。
进一步，如上所述，由于每个都具有大致椭圆形形状的微透镜21以犬牙织纹的格纹的方式布置在微透镜衬底1上，所以背面投影装置300不易产生如莫尔条纹的问题。
如上所述，需要注意的是，虽然已经参照附图中所示的优选实施例描述了根据本发明的透镜衬底(微透镜衬底1)、制造透镜衬底的方法、透射屏10和背面投影装置300，但是，本发明并不限于这些实施例。例如，构成透镜衬底(微透镜衬底1)、透射屏10和背面投影装置300的每个元件(部件)可以被能执行相同或相似功能的部件取代。
另外，在上述实施例中，虽然已经描述了用作隔离物的每个隔离物20具有几乎等于树脂23(即，固化之后的树脂23)的折射率的折射率，但是在隔离物20仅布置在既没有形成衬底6(其具有用于形成微透镜21的凹面部分)的凹面部分61的区域又没有形成衬底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的区域(无用的透镜区域)中的情况下，每个隔离物20不需要具有几乎等于树脂23(即，固化之后的树脂23)的折射率的折射率。此外，在透镜衬底(微透镜彻底1)的制造中不一定总是使用上述隔离物20。
此外，在上述实施例中，虽然已经描述了将树脂23提供到具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的表面上，但是，微透镜衬底1也可以这样制造例如，将树脂23提供到具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的表面上，然后用具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6压制该树脂23。
此外，在上述实施例中，虽然已经描述了在制造具有用于形成微透镜21的凹面部分的衬底6的方法中，在初始孔形成步骤，除了初始孔81外，初始凹面部分71也形成在衬底7中，但是，也可以不形成这种初始凹面部分71。通过适当地调整初始孔81的形成条件(例如，激光的能量强度、激光束直径、照射时间等)，可以形成每一个都具有预定形状的初始凹面部分71，或可以有选择地只形成初始孔81而不形成初始凹面部分71。另外，同样的方法可以应用于具有用于形成凸曲面部分22的凹面部分的衬底9的初始孔81′。
进一步，在上述实施例中，虽然已经描述了透镜衬底(微透镜衬底1)具有作为全反射防止装置的凸曲面部分22，但是，全反射防止装置甚至可以防止进入透镜衬底的光在透镜衬底的光发射表面附近被全部反射，而不限于凸曲面部分22。
此外，在上述实施例中，虽然已经描述了当从透镜衬底(微透镜衬底1)的光入射面或光出射面上面观察时，各个具有大致椭圆形的微透镜21以犬牙织纹的格纹方式排列，但是，微透镜21的形状和排列并不限于上述方式。例如，微透镜21可以布置成格形图案，或形成为蜂窝结构的图案。或者，微透镜21可以以任意方式布置。
此外，在上述实施例中，虽然已经描述了透射屏10设有微透镜衬底(透镜衬底)1和菲涅耳透镜5，但是，本发明的透射屏10并不一定要配备菲涅耳透镜5。例如，透射屏10实际上可以仅由本发明的微透镜衬底(透镜衬底)1构成。
另外，在上述实施例中，虽然已经描述了全反射防止装置设置在整个透镜衬底(微透镜衬底1)的光入射面上，但是，全反射防止装置也可以仅设置在透镜衬底(微透镜衬底1)的光入射面的一部分上。
此外，在上述实施例中，虽然已经描述了微透镜衬底1(透镜衬底)设有微透镜21作为透镜部分的结构，但是，构成透镜衬底的透镜部分并不限于微透镜21。例如，透镜部分可以是双凸透镜。通过利用双凸透镜，可以简化透镜部分的制造步骤，因此，可以提高透射屏10的生产率。
此外，在上述实施例中，虽然已经描述了透镜衬底(微透镜衬底1)是构成透射屏10或背面投影装置300的部件，但是，透镜衬底(微透镜衬底1)并不限于用于透射屏10或背面投影装置300，而是可以用于任何用途。例如，透镜衬底(微透镜衬底1)可以用作投影显示装置(正面投影)中的液晶光阀的构成部件。
实例<透镜衬底和透射屏的制造>
(例1)以下面的方式制造配备有用于形成微透镜的凹面部分的、具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底。
首先，准备具有1.2m×0.7m的矩形形状和4.8mm厚度的碱石灰玻璃衬底。
将碱石灰玻璃衬底浸在包含重量比为4％的二氟氢铵和重量比为8％的过氧化氢的清洗液中，以实施6μm的蚀刻处理，由此清洗其表面。然后，用纯水实施清洗并用氮气(N2)实施干燥(以去除纯水)。
接着，通过溅射方法在碱石灰玻璃衬底上形成由铬形成的层和由氧化铬形成的层构成的层状结构(即，铬层层叠在氧化铬层外表面上的层状结构)。即，将由铬形成的层和氧化铬形成的层构成的层状结构的掩模和背面保护膜分别形成在碱石灰玻璃衬底的两个表面上。关于这一点，铬层的厚度是0.02μm，同时氧化铬层的厚度是0.02μm。
接着，对掩模实施激光加工，以在掩模的中央部分处的113cm×65cm的区域内形成大量初始孔。关于这一点，利用YAG激光器在1mW能量强度、3μm光束直径和60×10-9秒照射时间的条件下，实施激光加工。这样，各个具有预定长度的初始孔以犬牙织纹的格纹的方式形成在上述掩模的整个区域上。初始孔的平均宽度和长度分别是2μm和5μm。另外，初始孔的形成密度是40,000孔/cm2。
另外，此时，在碱石灰玻璃衬底的表面上形成各个具有大约0.1μm的深度的凹面部分和受损层(或损伤层)。
接着，使碱石灰玻璃衬底经受湿蚀刻处理，由此在碱石灰玻璃衬底上形成每个都具有大致椭圆形状的大量凹面部分(用于形成微透镜的凹面部分)。这样形成的大量凹面部分具有彼此基本相同的形状。每个形成的凹面部分在短轴方向的长度为50μm，并且每个形成的凹面部分在长轴方向的长度为70μm。另外，其曲率半径是38μm。
关于这一点，包含重量比为4％的二氟氢铵和重量比为8％的过氧化氢的水溶液用作湿蚀刻处理的蚀刻剂，并且衬底的浸泡时间为1.5小时。
接着，通过利用硝酸高铈铵和高氯酸的混合物实施蚀刻处理，移除铬/氧化铬(掩模和背面保护膜)的层状结构。然后，用纯水实施清洗并用氮气(N2)实施干燥(以去除纯水)。
结果，在碱石灰玻璃衬底上获得了具有用于形成微透镜的凹面部分的晶片状衬底，大量用于形成微透镜的凹面部分以犬牙织纹的格纹的方式布置在该晶片状衬底中。当从获得的具有凹面部分的衬底的光入射面和光出射面的任一个上面观察时，在形成凹面部分的可用区域内的所有凹面部分所占的区域相对于整个可用区域的比是97％。测量在具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底中的任意相邻两点之间的多个距离(即，凹面部分的中心与相邻凹面部分的中心之间的距离)，然后计算这些距离的标准偏差。通过这种计算获得的标准偏差是多个距离的平均值的32％。
接着，以下面的方式制造配备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衬底。
首先，准备具有1.2m×0.7m的矩形形状和4.8mm厚度的碱石灰玻璃衬底。
使碱石灰玻璃衬底经过清洗液浸泡，用纯水清洗并用氮气(N2)干燥，然后形成掩模和背面保护膜，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镜的凹面部分的衬底。
接着，使碱石灰玻璃衬底经受湿蚀刻，由此在碱石灰玻璃衬底上形成各个具有大致椭圆形状的大量凹面部分(用于形成凸曲面部分的凹面部分)。这样形成的大量凹面部分具有彼此基本相同的形状。每个形成的凹面部分在短轴方向的长度为30μm，并且每个形成的凹面部分在长轴方向的长度为45μm。进一步，其曲率半径是500μm。
关于这一点，包含重量比为4％的二氟氢铵和重量比为8％的过氧化氢的水溶液用作湿蚀刻处理的蚀刻剂，并且衬底的浸泡时间为1.5小时。
接着，通过利用硝酸高铈铵和高氯酸的混合物实施蚀刻处理，移除铬/氧化铬(掩模和背面保护膜)的层状结构。然后，用纯水清洗并用氮气(N2)干燥(以去除纯水)。
结果，在碱石灰玻璃衬底上获得了具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的晶片状衬底，其中用于形成凸曲面部分的大量凹面部分以犬牙织纹的格纹的方式布置在该晶片状衬底中。当从获得的具有凹面部分的衬底的光入射面和光出射面的任一个上面观察时，在形成凹面部分的可用区域内的所有凹面部分所占有的区域相对于整个可用区域的比是100％。测量在具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底中的任意相邻两点之间的多个距离(即，凹面部分的中心与相邻凹面部分的中心之间的距离)，然后计算这些距离的标准偏差。由这种计算获得的标准偏差是多个距离的平均值的5％。
接着，利用上述获得的具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底和具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的衬底，以下面的方式制造微透镜衬底。
首先，将脱模剂(GF-6110)施加到上述获得的具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底的、其上形成有凹面部分的表面上，将非聚合(未固化的)紫外线(UV)固化树脂(UV-固化树脂)(V-2403(由Nippon SteelChemical有限公司制造))施加到同一表面侧。此时，将由紫外线(UV)固化树脂(UV-固化树脂)(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离物(每个具有2μm直径)设置在具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底的大致整个表面上。进一步，隔离物以3件/cm2的速率设置。
接着，用上述获得的具有用于形成凸曲面部分的衬底的、其上形成有凹面部分的表面侧压制(推)UV-固化树脂。此时，实施该压制步骤，不让空气侵入具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的衬底和UV-固化树脂之间。进一步，在推UV-固化树脂的步骤之前，将脱模剂(GF-6110)施加到上述获得的具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的衬底的、其上形成有凹面部分的表面上。
接着，通过具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的衬底照射10,000mJ/cm2的紫外线，固化UV-固化树脂。
此时，为了获得其主表面上分别形成有各个具有大致椭圆形形状的大量微透镜和各个具有大致椭圆形形状的大量凸曲面部分的微透镜衬底(主衬底)，释放具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的衬底和具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底。获得的微透镜衬底(固化后的树脂)的折射率为1.52。另外，获得的微透镜衬底中树脂层(除了微透镜的凸面部分和凸曲面部分外的部分)的厚度为2μm，每个微透镜的曲率半径分别为38μm。每个形成的微透镜在短轴方向的长度为50μm，并且每个形成的凸曲面部分在长轴方向的长度为38μm。而且，每个形成的凸曲面部分在长轴方向的曲率半径为30μm。此外，当从获得的微透镜衬底的光入射面和光出射面的任一个上面观察时，在形成微透镜的可用区域内的所有微透镜所占有的区域(投影区域)相对于整个可用区域的比是97％。
通过装配如上述制造的微透镜衬底和由挤压模塑法制造的菲涅耳透镜，可以获得图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侧形成光屏蔽部分(黑矩阵)外，以类似于例1中的方式制造微透镜衬底和透射屏。以下述方式形成光屏蔽部分。
与上述例1一样，在固化UV-固化树脂之后，从获得的主衬底释放具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的衬底。
然后，将用等量水稀释黑涂料(在该例中，由TAMIYA制造的TAMIYA颜料XF1)制造的用于形成光屏蔽部分的液体(即，分散液体)施加到主衬底的暴露表面侧。借助于喷雾方法提供用于形成光屏蔽部分的液体。在这种情况下，黑色涂料是丙烯酸基涂料。进一步，在25℃的室温下，用于形成光屏蔽部分的液体的粘性系数是5cP。
接着，通过将压缩气体喷射到主衬底的表面上，来消除附着于位于相邻凸曲面部分之间的槽上的、用于形成光屏蔽部分的液体，其中在主衬底的所述表面上已经施加有用于形成光屏蔽部分的液体。
接着，通过在微透镜衬底的设有凸曲面部分的主表面面向上的状态下将微透镜衬底在室温下放置一天，以干燥微透镜衬底。由此，从用于形成光屏蔽部分的液体中清除掉溶剂或分散介质，由此光屏蔽部分形成在相邻凸曲面部分之间的槽上。
此时，通过除去具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底，获得微透镜衬底。
(例3-5)通过适当地改变激光束照射条件和/或浸泡在蚀刻剂中的时间，改变在具有用于形成凸曲面部分的凹面部分的衬底中每个凹面部分的形状和/或排列方式。这样，如表格1中所示，除了形成在微透镜衬底中的凸曲面部分的形状和/排列方式改变外，以类似于例1中的方式制造例3-5中相应的微透镜衬底和透射屏。
(例6-8)通过适当地改变激光束照射条件和/或浸泡在蚀刻剂中的时间，改变在具有用于形成微透镜的凹面部分的衬底中每个凹面部分的形状和/或排列方式。这样，如表格1中所示，除了形成在微透镜衬底中的微透镜的形状和/排列方式改变外，以类似于例1中的方式制造微透镜衬底和透射屏。
(比较例1)除了用碱石灰玻璃形成的平板(在这种情况下，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衬底外，以类似于例1中的方式制造微透镜衬底和透射屏。
(比较例2)
除了用经过细线化处理(hairline processing)的碱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衬底外，以类似于例1中的方式制造微透镜衬底。关于这一点，对碱石灰玻璃形成的平板的细线化处理是利用1,000栅格的氧化铝砂纸的精密刻划实施的。在获得的微透镜衬底中，通过细线化处理形成的划痕设置在与上面形成有微透镜的表面相反的表面上。
进一步，利用上述获得的微透镜衬底，以类似于例1中的方式制造透射屏。
(比较例3)除了用碱石灰玻璃形成的平板(在这种情况下，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衬底外，以类似于例1中的方式制造主衬底。
在如上述制造的主衬底中，将非反射涂层形成在与上面形成有微透镜的表面相反的表面上，由此获得微透镜衬底。非反射涂层是通过浸渍方法层叠每个都具有不同折射率的多个薄膜形成的。
进一步，利用上述获得的微透镜衬底以类似于例1中的方式制造透射屏。
将例1-8和比较例1-3每一个中的每个凸曲面部分的形状和排列方式、每个微透镜的形状和排列方式等一起显示在表格1中。
表格1
<背面投影装置的制造>
利用例1-8和比较例1-3中的每一个透射屏制造(装配)如图9中所示的背面投影装置。
<对比度评价>
对于上述例1-8和比较例1-3中每一个背面投影装置实施对比度评价。
当具有413勒克司(luces)照度的全部白光在暗室中进入背面投影装置中的透射屏时白指示(white indication)的正面照明(白照明)LW(cd/m2)与当在亮室(bright room)中光源全部关闭时黑指示(blackindication)的正面照明的增加量(黑照明增加量)LB(cd/m2)的比LW/LB被计算作为对比度(CNT)。关于这一点，黑照明增加量指的是相对于处于暗室的黑指示照明的增加量。进一步，在亮室中的测量是在外部光的照度大约是185勒克司的条件下实施的，而在暗室中的测量是在外部光的照度大约是0.1勒克司的条件下实施的。
<颜色不均匀性评价>
将样本图像显示在上述例1-8和比较例1-3中每一个背面投影装置中的透射屏上。评价在例1-8和比较例1-3中每一个背面投影装置上显示的图像的颜色不均匀性的产生情况。
<视角的测量>
当在例1-8和比较例1-3中每一个背面投影装置中的透射屏上显示样本图像时，实施水平方向和垂直方向视角的测量。在用测向光度计(goniophotometer)以1度间隔实施测量的条件下，实施视角的测量。将这些视角测量的结果整个显示在表格2中。
表格2
可以从表格2清楚地看出，根据本发明的例1-8中的每一个背面投影装置都具有极好的对比度和视角特性。进一步，可以在本发明的每一个背面投影装置上显示具有颜色均匀性的极好的图像。换句话说，在本发明的每一个背面投影装置上可以稳定地显示极好的图像。
另一方面，从上述比较例1-3中的每一个背面投影装置都不能获得好的结果。特别地，在比较例1中的背面投影装置中，外部光的反射非常明显，并且投影图像的对比度变得非常低。进一步，在比较例2和3中的每一个背面投影装置中，虽然外部光的反射变得比比较例1中的好些，但是，获得的图像变得完全暗了，结果，它们的对比度劣于例1-8中每一个的对比度，即劣于本发明的背面投影装置的对比度。这被认为是由于细线化处理和/或非反射涂层阻止了进入微透镜衬底的入射光透射到观看侧。
权利要求
1.一种具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面的透镜衬底，允许光从第一表面进入透镜衬底，然后从第二表面发出，该透镜衬底包括形成在透镜衬底的第一表面上的多个凸透镜，允许光从这些凸透镜进入透镜衬底；以及设置在透镜衬底的第二表面上的全反射防止装置，用于防止进入透镜衬底的光在透镜衬底的第二表面附近被全部反射。
2.根据权利要求1的透镜衬底，其中全反射防止装置由多个凸曲面部分构成。
3.根据权利要求2的透镜衬底，其中多个凸曲面部分中的每个凸曲面部分的曲率半径在1.6-12,500μm的范围内。
4.根据权利要求2的透镜衬底，其中，在多个凸透镜中的每个凸透镜的曲率半径设为R1(μm)和多个凸曲面部分中的每个凸曲面部分的曲率半径设为R2(μm)的情况下，R1和R2满足关系3≤R2/R1≤10。
5.根据权利要求2的透镜衬底，当从透镜衬底的第一和第二表面的任何一个的上面观察时，在可用区域之内形成的多个凸曲面部分的区域相对于该可用区域的比是50％或更高，所述可用区域是形成有多个凸透镜的区域。
6.根据权利要求2的透镜衬底，当从透镜衬底的第一和第二表面的任何一个的上面观察时，每一个凸曲面部分的顶点与相应凸透镜的顶点彼此重叠。
7.根据权利要求1的透镜衬底，其中每个凸透镜的曲率半径是在5-250μm的范围内。
8.根据权利要求1的透镜衬底，其中透镜衬底由绝对折射率在1.2-1.9范围内的树脂材料作为主要材料构成。
9.根据权利要求1的透镜衬底，其中当从透镜衬底的第一和第二表面的任何一个的上面观察时，每个凸透镜都是具有大致圆形或椭圆形的微透镜。
10.一种制造具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面的透镜衬底的方法，该透镜衬底在第一表面上形成有多个凸透镜，允许光从第一表面进入该透镜衬底，然后从第二表面发出，该方法包括步骤准备第一衬底，在该第一衬底的一个主表面上形成有多个凹面部分，每个凹面部分具有预定曲率半径；准备第二衬底，在该第二衬底的一个主表面上形成有多个凹面部分，每个凹面部分具有比第一衬底中的每个凹面部分的曲率半径大的预定曲率半径；将第一和第二衬底排列成它们的分别形成有多个凹面部分的所述主表面彼此面对以在它们之间形成空间；用具有流动性的树脂材料填充第一和第二衬底之间的空间；以及硬化该填充的树脂材料。
11.根据权利要求10的方法，其中在第一和第二衬底的排列步骤中，在第一和第二衬底之间放置隔离物，每个隔离物都具有与树脂材料的折射率几乎相等的折射率，并且在树脂材料的硬化步骤中，树脂材料是在存在隔离物的情况下被硬化的。
12.一种利用权利要求10限定的方法制造的透镜衬底。
13.一种透射屏，包括在其一个主表面上形成有多个透镜的菲涅耳透镜，菲涅耳透镜的该主表面构成其发射面；以及权利要求1限定的透镜衬底，该透镜衬底布置在菲涅耳透镜的发射面一侧，以便其第一表面面对菲涅耳透镜。
14.一种包括由权利要求13限定的透射屏的背面投影装置。
全文摘要
公开一种具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面的透镜衬底1。允许光从第一表面进入透镜衬底1并从其第二表面发出。该透镜衬底包括形成在透镜衬底1的第一表面上的多个凸透镜21，允许光从这些凸透镜进入透镜衬底1；和设置在透镜衬底1的第二表面上、用于防止进入透镜衬底1的光在透镜衬底1的第二表面附近被全部反射的全反射防止装置22。
文档编号H04N9/31GK1790158SQ20051013155
公开日2006年6月21日 申请日期2005年10月8日 优先权日2004年10月5日
发明者清水信雄 申请人:精工爱普生株式会社