专利名称：双面透镜片及投影屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于面向背面投影型投影TV的图象显示屏(以下称为透过型投影屏或背面型投影屏)有效的透镜片。
图15是备有现有三管式投影机的电视概略图。图15中参照号51，52，53各自为R，G，B各颜色的图象投影装置。54为镜子，55为透过型投影屏。
图16中的菲涅尔透镜片56是把来自投影机的投影光(从小口径透镜发散)根据凸透镜特性使其成为大致平行光，并出射到双凸透镜片57侧。
双凸透镜片57是把从菲涅耳透镜片56以大致平行光入射的投影光根据在水平方向并列的圆柱形透镜组的特性扩散到水平方向，向观察者侧以显示光出射。
还有，背面型投影屏上一般形成有光扩散层，其目的是把显示光还扩散到垂直方向，成像来自投影机的投影光，减少投影机的小口径透镜引起的叫做闪烁的图象不必要的闪光等。
光扩散层至少是由双凸透镜片、菲涅耳透镜片、或起保护板作用的最外面的前面板等形成，形成时采用涂敷、层叠、混入等适当方法。
背面投影型投影TV根据投影机(光源)方式大致区别，有三管式(R、G、B)的CRT方式，液晶方式、TI(美国德州仪器公司)公司的注册商标“DMD(数码微镜装置)或叫做DLP(数码光投影机)的反射型光阀方式等，液晶方式和反射型光阀方式是一台投影机的所谓“单管式”。
以往，三管式的CRT方式中的用于面向背面投影型投影TV的背面型投影屏的双凸透镜片是，表里透镜部均由排列方向相等的半圆柱状凸圆柱形透镜组构成，表里单位透镜的排列间距为1∶1，是表里单位透镜正确对中的构成(未图示)。
采用上述构成的理由是，在R，G，B三台投影机的配置中，在水平方向横排三台，从各投影机的投影光以相互抵消的角度出射。
如果来自R，G，B各投影机的投影光以抵消的角度出射，则三原色的图象将没有位置偏移地合成，限定能够视觉到的观察方向，如果左右移动视点则图象将偏红或偏蓝等给视觉带来颜色变化。这种现象叫做“颜色变化”。
为了消除颜色变化，需要采用在表里形成半圆柱状圆柱形透镜组，且表里相互单位透镜排列间距为1∶1的关系，表里成对的单位透镜之间被正确定位(对准)的构成的双面双凸透镜片。
还有，表里单位透镜形状是，微妙地抵消光路的R，G，B各原色的图象以均等的光强度重叠的范围扩宽等，考虑到对应各自波长的折射率等进行设计。
为了提供高清晰度的图象画质，对于构成屏幕的透镜片也要求单位透镜的排列为窄间距化(细距化)，因此，双面双凸透镜片制造中表里单位透镜的对中进一步困难。
还有，随着单位透镜并列间距的高精细化，形成于反透镜部侧的遮光图案(BM＝黑矩阵)的透光部也高精细化，要求在根据微透镜陈列部的聚光部鲜明形成开口部的精度。
黑矩阵，当具有精细间距(高精细)透镜部的透镜片时，通过利用对形成于透镜片的反透镜面的感光性树脂层的透镜部自身的聚光特性，正确规定各个透镜部相当于非聚光部位置的，所谓自对准方式形成。
自对准方式有对暴光后感光性树脂层实施显影处理后形成遮光图案的湿法，以及不对暴光后的感光性树脂层实施显影处理而是着色形成遮光图案的干法。
干法中使用根据感光/非感光情况产生有无粘接性的具有这种特性的感光性粘合剂，对应其有无粘接性来进行着色。
为了形成作为透过型液晶投影屏适合遮光率(根据经验，认为60％以上范围在图象对比度方面优异)的黑矩阵，根据透镜部的聚光(聚焦)位置不在感光性树脂层的出射面侧，而是在感光性树脂层的内部，根据形成图案的遮光率适当选择。
透镜形状为球面时，因像差不同而焦点位置(透镜中心部和端部)也不同，所以根据自对准方式形成遮光图案时，无法明确决定感光性树脂层变性之处，开口部与遮光部的界限不鲜明。
尤其为了实现高对比度化而提高遮光率时，单位透镜的并列间距高精细，而单个单位透镜越微小，微小开口部与遮光部的界限鲜明的黑矩阵越难以形成。
还有，现在市售的用于背面投影型电视等的，现有型的透过型屏幕一般是，大概在单面形成同心圆上凹凸的菲涅耳透镜片和、在一个方向配置了圆筒状圆柱形透镜的双凸透镜片和、其中的一个在单面或者分别在基材上设置扩散层的构成。
构成这些透过屏的部件为把从投影机照射的光线首先在菲涅耳透镜片几乎以平行光射出的光学配置，然后通过把该射出光在双凸透镜片向画面的水平方向适度扩大以得到水平视角，通过用扩散剂向画面的垂直方向扩大光线以得到垂直视角。
进一步，通过把不使用扩散剂也能够同时得到水平视角和垂直视角的透镜片即微透镜陈列片与双凸透镜片取代配置，取消/减量扩散剂，而能得到更明亮清晰的画质的透过型屏幕也为大家所知。
还有，把双层双凸透镜层层叠成各自圆柱形透镜轴方向正交来使用，或者在一个基材层的两面各自多个排列圆柱形透镜时，设置成各自圆柱形透镜轴方向正交的方法也为大家所知。
进一步，在构成该双凸透镜的各个圆柱形透镜的聚光部分，或构成微透镜陈列片的各个微透镜的聚光部分设置具有开口部的遮光层，以提高屏幕的S/N比的构成也为大家所知。
还有，也有时根据这些透过屏的用途，在最外面等设置硬涂层层或防反射膜层(AR层)。
现有使用双凸透镜片或微透镜陈列片的透过型屏幕中，为了进行水平方向和垂直方向的视角控制而组合双凸透镜层和扩散层，以及因微透镜陈列需要所需量以上宽的视角，所以产生扩散层带来的光吸收、或白色散射带来的画质劣化、宽扩散带来的屏幕增益下降等弊病。
还有，也想过通过把双层的双凸层层叠成各自圆柱形透镜轴方向正交来使用，或者在一个基材层的两面各自多个排列圆柱形透镜时，设置成各自圆柱形透镜轴方向正交，以控制水平方向及垂直方向视角的方法，但构成圆柱形透镜的材料实际上成两倍，而且还需要进行两次微细的透镜加工，因此存在材料成本、加工成本上升的问题。
还有，配置成在同一平面上正交两组双凸透镜的这种结构的屏幕是，因成为两组双凸透镜互相重叠的结构，所以如果改变一方双凸透镜的形状，由此另一方双凸透镜的光学特性也会变化，无法完全独立进行视角控制。因此，其视角的控制范围被限制，在实际应用中不好。
进一步，把微透镜陈列作为透过型屏幕使用时，需要适合于其的尺寸，如对角50英寸的大面积制作，但此时为了得到宽视角，需要大致一半元件透镜直径程度的透镜垂度(sag)(折射面的厚度)，从其成型形状的深度，难以与画面大小兼备。因此，如果是小面积可以实现必要的光学性能，但从加工上问题，其大面积化变得困难。
进一步，本发明的目的在于提供，尤其对于作为面向根据与菲涅耳透镜片的组合的由两片透镜片构成的透过型投影屏的透镜片适合的微透镜片，单位透镜组以200μm以下的高精细间距并列，能够把根据透镜部的显示光的出射方向(范围)控制成宽视场的微透镜片。
本发明的目的在于进一步提供，在上述微透镜片的反透镜部侧形成遮光率高(75％以上)黑矩阵外，其构成为开口部/遮光部的界限鲜明且容易形成高精细黑矩阵的微透镜片。
进一步，本发明的课题为，容易且大面积地提供光吸收少，增益降低少，抑制白色散射，使用了作为屏幕充分的光学特性的微透镜的投影屏。
还有，另一课题为提供使用了材料成本、加工成本等廉价的微透镜的投影屏。
本发明的第一形态为一种双面透镜片，其特征在于对于表里形成构成透镜部的周期性凹凸的透镜片，表里单位透镜的排列间距比处于1∶2～1∶30的范围。
上述双面透镜片中，表里透镜部大多主要以如下形态使用。
(1)均为排列方向相等的半圆柱状凸圆柱形透镜组(2)均为单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部(3)一方由半圆柱状凸圆柱形透镜组构成，另一方为单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部上述(3)的情况时，半圆柱状凸圆柱形透镜组和微透镜陈列部优选其单位透镜的排列间距比处于2∶1～30∶1的范围。
所述微透镜陈列部由放射线固化性树脂的反应固化物构成，可以含有具有非球面形状曲面的单位透镜，也可以是只含有具有球面形状曲面的单位透镜的构成。为了以高精细间距并列单位透镜组，所述微透镜陈列部适合由放射线固化性树脂成型。
所述微透镜陈列部可以只由具有球面形状曲面的单位透镜构成。
单位透镜的排列可以是任意排列，也可以是以正方形网格状(网格状)井然的矩阵排列，单位透镜间的距离相等的三角形配置，或在该三角形配置把单位透镜区域形状做成六角形的蜂窝状配置。还有，也可以是在格子状排列中，构成透镜陈列部的第n列和第n+1列(n为1以上的整数)以半间距位移的配置。单位透镜区域的形状可以是矩形、三角形等形状。邻近单位透镜区域形成的三角形有正三角形的情况和不是的情况，因其不同水平、垂直方向的光扩散特性也会不同。
所述微透镜陈列部根据各单位透镜的透镜功能的光扩散性可以在水平方向和垂直方向不同。
上述双面透镜片制造中，在单面形成构成透镜部的周期性凹凸，另一面为把平坦的透镜片之间相互对接其平坦面层叠的构成，从制造上来讲容易。
为了提高显示图象的对比度，优选在至少一方透镜片，在透镜部相反侧的平坦表面，在相当于根据各单位透镜的非聚光部之处形成遮光层。
还有，所述透镜部可以是由凸透镜的单位透镜排列的构成，至少一方透镜部的焦点面存在于双面透镜片内，对于其一单位透镜入射的平行光从另一方透镜部侧出射时，通过所述另一方透镜部侧的多个单位透镜的构成。
组合上述任何所述的双面透镜片和菲涅耳透镜片构成的背面型投影屏的特征在于对置双面透镜片的单位透镜配置间距大的一方的透镜部和菲涅尔透镜片的透镜部，菲涅尔透镜片成为多台投影机侧(光源侧)的这种组合。
上述背面型投影屏非常适用于以三管式CRT投影机为光源的显示装置，下面说明其原理。
在图1A中表示根据只在单面具有排列着单位透镜(凸透镜)的透镜部构成的“单面透镜片”的光学特性。对于单面透镜片，从形成透镜部侧把图象光照射至，向透镜片中心部垂直地B(蓝)投影机、向透镜片中心部稍微偏移地从左右G(绿)、R(红)投影机，则从另一面的平坦面出射的各颜色图象光的亮度分布如图1A的图表所示。
同图中，B曲线是以0°为最高峰的左右对称分布，而G、R曲线是从0°向前后稍微偏移了最高峰的分布，三色均等地混色的部分是以0°为中心的前后(图中为左右)很小的范围，如果超出其范围，在左侧成为绿色强的图象，在右侧成为红色强的图象。
在图1B中表示根据在双面具有排列着单位透镜(凸透镜)的透镜部构成的“双面透镜片”的光学特性。
双面透镜片中，与出射面平坦的情况相比，从入射侧的一个单位透镜入射的平行光受到折射出射的范围扩大，表示各颜色亮度分布的曲线为平缓地向左右扩展的形状，三色均等地混色的部分是以0°为中心，成为比图1A更向前后(图中为左右)扩大的范围，绿色强的图象和红色强的图象从比图1A更向左右扩大的角度能够视觉化。
这意味着颜色变化的减少，但如果想进一步减少颜色变化，则需要扩大三色均等地混色的范围，减少相当于绿色强的图象和红色强的图象的区域。
为了单纯地扩大从入射侧的一个单位透镜入射的平行光受到折射出射的范围，制成扩大根据入射侧单位透镜取向角度构成的单面透镜片也能起到与上述相同的作用，但具有短焦点单位透镜的透镜片制造困难，控制三色的混色比率也困难，因此为了实现上述作用优选采用双面透镜片。
本发明的各形态中，为了以高精细间距并列单位透镜组，所述微透镜陈列部适合由放射线固化性树脂成型。
进而，本发明的各形态中也可以是这样一种微透镜片，其特征在于对于在基板的至少单面具有单位透镜以二维性大致矩阵排列的微透镜陈列部的微透镜片，所述微透镜陈列部是放射线固化性树脂的反应固化物只在基板单面聚合粘接来构成，含有具有非球面形状曲面的单位透镜，单位透镜的排列间距为100μm以下。
所述微透镜陈列部可以只由具有球面形状曲面的单位透镜构成。
单位透镜的排列可以是任意排列，也可以是以正方形网纹状(网纹状)井然的矩阵排列，单位透镜间的距离相等的三角形配置，或在该三角形配置把单位透镜区域形状做成六角形的蜂窝状配置。还有，也可以是在格子状排列中，构成透镜陈列部的第n列和第n+1列(n为1以上的整数)以半间距位移的配置。单位透镜区域的形状可以是矩形、三角形等形状。邻近单位透镜区域形成的三角形有正三角形的情况和不是的情况，因其不同水平、垂直方向的光扩散特性也会不同。
本发明的第二形态微透镜片的特征在于，在基板的至少单面具有单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部，各个单位透镜直径及其排列间距为200μm以下，根据各个单位透镜的光线射出角度范围对于微透镜片主平面的法线为±30°以上，并且，把根据各个单位透镜产生的横球面像差的范围设计成对于透镜直径为0％＜横球面像差≤50％。
本发明第三形态为一种投影屏，其特征在于对于使用了在基板的至少单面具有单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部的微透镜片的投影屏，单位透镜的特定方向的断面形状对于与所述方向正交方向的断面形状为小曲率，由这些连续性面构成的复曲面形成，在透光性片的单面形成将上述单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部，在微透镜陈列部相反侧的所述片表面形成具有单位透镜组和合并光轴的开口部的遮光层。
本发明的第四形态为，对于使用第一形态微透镜片的投影屏，其特征在于在所述透光性片的单面形成将上述单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部时，各单位透镜排列成曲率方向一致的构成。
本发明的第五形态为，对于第三形态的投影屏，其特征在于所述复曲面为，对于特定方向断面的曲率部厚度的，与所述方向正交方向的断面的曲率部厚度，即透镜垂度比为2/3以下的构成。
本发明的第六形态为，对于使用第一形态微透镜片的投影屏，其特征在于所述复曲面为，对于水平方向断面的曲率部厚度的，垂直方向断面的曲率部厚度，即透镜垂度(1ens sag)比为2/3以下的构成。
本发明的第七形态为，对于使用第一形态微透镜片的投影屏，其特征在于所述微透镜陈列部在作为透过型投影屏使用时，形成于成为入射侧(投影机侧)的透光性片的单面。
本发明的第八形态为，对于任意所述形态所述的投影屏，其特征在于所述遮光层是在设置于透光性片的反透镜部侧表面的感光性树脂层表面，在不会根据通过微透镜陈列部的暴光而聚光的非感光区域形成，所述感光性树脂层或在其表面形成的层的折射率低于透光性片。
本发明的第九形态的特征在于把使用第一形态微透镜片的投影屏作为透过型投影屏使用时，在入射侧(投影机侧)进一步备有在单面具有同心圆上环带结构的菲涅耳透镜。
图2A～2D为本发明双面透镜片的单位透镜区域形状例子的示意图。
图3A为表示单位透镜为球面形状的情况(现有技术)的光路的断面图，图3B为表示横球面像差的图表。
图4A为表示单位透镜为如本发明规定非球面形状的情况光路的断面图，图4B为表示横球面像差的图表。
图5A、5B为本发明中双面透镜片一例的断面示意图。
图6为表示本发明中横球面像差少的单位透镜断面形状一例的曲线。
图7为单位透镜为如本发明规定非球面形状的情况的，表示BM面暴光分布例的图表。
图8A、8B为用于本发明投影屏的微透镜片元件透镜的概略图。
图9为构成用于本发明投影屏的微透镜陈列片的元件透镜的立体图。
图10为构成用于本发明投影屏的微透镜陈列片的元件透镜的垂直方向断面图。
图11为构成用于本发明投影屏的微透镜陈列片的元件透镜的水平方向断面图。
图12为使用本发明双面透镜片的背面型投影机显示装置的例子。
图13为使用本发明双面透镜片的投影机显示装置的屏幕结构示意图。
图14A～14C为表示本发明双面透镜片各实施例的概观图。
图15为备有现有三管式投影机的电视概略图，图16为图15的屏幕结构示意图。
如果满足上述条件，观察者侧的单位透镜对于投影机及菲涅尔透镜侧的一个单位透镜，一个肯定是能对应的，即使不进行严格的对准，向透镜部31侧的一个单位透镜垂直入射的光能够通过透镜部32的单位透镜出射。(图5A、5B)。
图5A中，向单位透镜31侧的一个单位透镜垂直入射的平行光的焦点位置在透镜部32的一个单位透镜的顶部附近，为双面透镜片的大致出射面。
同图时，入射侧和出射侧的单位透镜为1∶1的关系，向单位透镜31侧的一个单位透镜垂直偏移入射的平行光通过透镜部32的邻近的另一单位透镜出射，同样成为1∶1的关系。
偏置入射的光相当于来自入射角度不同的投影机的图象光。
图5B中，向单位透镜31侧的一个单位透镜垂直入射的平行光的焦点位置存在于双面透镜片内，对于其一个单位透镜入射的平行光出射时，通过透镜部32侧的多个单位透镜。
同图为把在单面形成透镜部31而另一面平坦的透镜片和、在单面形成透镜部32而另一面平坦的透镜片相互对接平坦面层叠的这种构成的双面透镜片，所述焦点位置相当于形成透镜部31的透镜片的大致平坦面。
同图时，入射侧和出射侧的单位透镜为1∶n(复数)的关系。
在对发明实施例说明之前，在这里说明对应于单位透镜形状的聚光特性和横球面像差。
图3A是表示单位透镜为球面形状的情况的光路的断面图，图3B是表示横球面像差的图表。
图4A是表示单位透镜为如本发明规定非球面形状的情况的光路的断面图，图4B是表示横球面像差的图表。
图3A中，从同图左侧向单位透镜10入射的平行光线入射到球面形状单位透镜表面后受到折射，聚光成在同图右侧汇聚焦点，然后在同图向上下扩散出射。
此时根据球面像差，入射到单位透镜中心部的光线焦点长(在同图位于右侧)，入射到单位透镜端部的光线焦点短(在同图位于左侧)。这叫做纵球面像差。
另一方面，根据球面像差，把单位透镜的中心部记为y＝0作为横轴(PY)，把出射光线和出射面相交位置离光轴的距离记为Δy(y＝0时，Δy＝0)作为纵轴(EY)制作曲线，则成为表示横球面像差的图表一图3A。
图4A、4B为球面像差少的单位透镜形状的情况。如图4A所示，从单位透镜的中心部到端部，焦点位置大致一致(纵球面像差少)。对应于此，图4B中EY的变动小，表现出横球面像差少。
图6为表示横球面像差少的本发明单位透镜的断面形状一例的曲线。
本发明中微透镜片的用途并不限定于透过型投影屏，还适用于反射型投影屏，或不是如透过型/反射型投影屏的大尺寸(30英寸以上)的，具备背光等内藏光源的显示器中，为了把来自所述光源的照明光在显示画面内控制成均匀的亮度和/或均匀的出射方向的导光体。
根据对应于单位透镜形状的光学特性，控制显示光的出射方向(范围)时，背面型投影屏的情况，从不依赖光扩散剂来扩展视场，不需要使用多量光扩散剂，不导致屏幕的成本上升等方面来说，优选对光轴(对于屏幕主面的法线方向)扩展。
本发明通过使各个透镜的光线出射角对于光轴为±30°以上，能够得到作为透过型屏幕必要的视角特性，进一步期待如下作用效果。BM率的提高可以用根据后述自对准方式在微透镜片上的微细透镜入射平行光线时的聚光图案形成BM，但根据具有如本发明横球面像差的微细单位透镜，能够将其开口部面积做得极其小。
图7为单位透镜为如本发明规定非球面形状的情况表示BM面暴光分布例的图表，因聚光部为脉冲波状尖锐的形状，所以聚光部/非聚光部的界限明确，根据自对准方式形成BM时，容易明确基于如上所述感光性粘合剂粘接部/非粘接部的遮光层形成部/非形成部，容易形成鲜明的遮光图案。由此，能够得到具有高遮光率(75％以上)的BM，得到能容易显示高对比度图象的屏幕。
把形成BM的表面(自对准方式的情况为感光材料表面)与透镜片基材的界限定义为“成像面)时，优选通过把横球面像差的变动范围定在单位透镜直径的50％以下，使BM面积率(遮光率)形成为75％以上，但通过进一步把横球面像差的变动范围定在透镜直径的31％以下，能够使BM面积率(遮光率)成90％以上，能够与对比度一起大幅度提高S/N。成品率的提高根据自对准方式形成BM时，因球面像差少，所以在焦点的聚光高，因此，暴光部的照度提高，对于外界光(通过单位透镜出射的非平行光)的S/N提高。其结果，能够得到不易被干扰左右的具有正确遮光图案的透镜片。
还有，作为感光材料层，通过设置折射率比透镜片低的层，并调节其厚度，能够容易调节BM的精锐度。
下面，参照
本发明实施例。
图13的参照号38为菲涅耳透镜，39为微透镜，40为黑矩阵部，43、44、45各自表示R、G、B各色的从图象投影装置投影的光线。
下面说明本发明的实施方案。
图14A～14C为表示本发明实施形态1的双面透镜片30a、30b、30c的图。
表里透镜部31、32为，当表侧(投影机及菲涅尔透镜侧)为31，里侧(观察者侧)为32时，可以是下述(1)～(3)中的任意形态。
(1)31、32均为纵向相等的半圆柱状凸圆柱形透镜组(图14A)(2)31、32均为单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部(图14B)(3)31为半圆柱状凸圆柱形透镜组，32为单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部(图14C)如图5A、5B所示，在至少一方透镜片(同图中只在入射侧透镜片)，在透镜部的相反侧的平坦表面，在相当于根据各单位透镜的非聚光部之处形成遮光层33，使用双面透镜片，适用于背面型投影屏及三管式CRT投影机作为光源的显示装置时，从提高显示图象的对比度方面考虑是好的。
通过采用单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部而不是半圆柱状凸圆柱形透镜组来作为表里任意单位透镜，无须如现有具备双凸透镜片在某个位置必须具备具有充分光扩散特性的光扩散层。
其理由是，根据现有双凸透镜片的显示光的视角(范围)控制是，根据透镜功能只能控制水平方向，而垂直方向控制则依赖于光扩散层，但所述微透镜陈列部可以控制不只水平方向的还包括垂直方向的所有方向的视角(范围)。
优选透镜部31侧的单位透镜排列间距为0.3mm以下，透镜部32侧的单位透镜排列间距为0.15mm以下，为了形成细距透镜部，适合采用在基板表面聚合粘接由放射线固化性树脂的反应固化物构成的透镜部的方法(所谓2P法＝光聚合(Photo-Polymer)法。
微透镜陈列部是单位透镜在基板表面以大致矩阵状排列来形成，其排列方法没有限制，可以是井然的正方形网纹状(网纹状)矩阵排列，也可以是如三角形排列，也可以是蜂窝状排列。(图2A～2D)还有，单位透镜形状从平面图看时，不必为旋转对称的正球形状，可以是旋转非对称的形状。还有，如椭圆形状时不必在整个区域弄齐长轴和短轴来配置。
进而，可以是邻近单位透镜之间边相接的情况，或者相离的情况中的任意一种。
另外，在透镜片的成为反透镜部侧的基板的平坦面形成遮光层时，优选采用通过在所述平坦面整面形成感光层(通过感光粘接性消失的已知材料)后，由透镜部侧暴光，使相当于聚光部部分的感光层变性，在相当于非聚光部部分附着墨水或色剂的方法(所谓根据透镜自身的叫做自对准的公知方法)，因为能够在正确位置形成遮光层。
本实施例中，邻近单位透镜区域是表示单位透镜之间边相接的情况。
在本发明中规定的单位透镜是，在图2A、2C中为矩形、在图2B中为三角形、在图2D中为六角形，图2A中为在单位透镜内具有用圆形表示透镜部(曲率)的构成，也可以是由矩形、三角形、六角形等形状形成的单位透镜内全体具有透镜部(曲率)的构成。邻近单位透镜在图2中是指单位透镜边相接的情况，单位透镜之间的排列间距是指单位透镜中心的相离距离。
图2A(正方形)、图2B(正三角形)、图2D(正六角形)的情况，邻近单位透镜之间的排列间距为等间隔，但如图2C(长方形)的情况，第n列间的单位透镜陈列间距与第n列和第n+1列间的单位透镜陈列间距则不同。
图2A所示排列的情况，如在图1所述，有邻近单位透镜13之间相接的情况和相离的情况。
在图2B、2C、2D所示排列中，产生单位透镜13的配置间距(假如100μm)以上精细的周期性(在图2C的例子中，由周期a与周期b组合的新的100μm间距的周期)，能够进一步对减少从投影机的与投影像素的间距比引起的莫尔条纹做贡献，具有优越性。
还有，从透镜的顶部到谷底部分的位置(从基材表面的距离)是由单位透镜的曲面形状决定。单位透镜为正方形或正六角形且旋转对称形状的透镜时，从顶部到谷底部分的长度(高度)在单位透镜的周边部将不同。
单位透镜的曲面形状可以是球面也可以是非球面，还有，为了能够把水平方向与垂直方向的扩散特性控制得不同，需要严格控制所述凹部的形状。
还有，在微透镜片10的成为反透镜部侧的基板11的平坦面形成遮光层时，优选采用通过在所述平坦面整面形成感光层(通过感光粘接性消失的已知材料)后，由微透镜陈列侧暴光，使相当于聚光部部分的感光层变性，在相当于非聚光部部分附着墨水或色剂的方法(所谓根据透镜自身的叫做自对准的公知方法)，因为能够在正确位置形成遮光层(未图示)。
这种细距化通过由放射线固化性树脂的固化物以2P法(Photo-Polymer法)成型透镜部而变得可能。
图5的例子中，在折射率1.50，厚度75μm的透明支撑体3的单面，根据2P法，由放射线固化性树脂的固化物形成非球面透镜形状且单位透镜直径为80μm的透镜部。
同图的情况，横球面像差的最大幅度为6μm(对于透镜直径为7.5％)，能够以92.5％的遮光率形成BM。
即使是同一材料与尺寸，当单位透镜形状为球面时，横球面像差的最大幅度为30μm(对于透镜直径为37.5％)，能够形成的BM的遮光率最大达到62.5％。
通过把上述微透镜片一片或接合多片用于画面尺寸30英寸以上的背面投影机式显示装置，能够观察到对比度高，视场宽的图象。
微透镜片的情况，与具有圆柱形透镜组的双凸透镜片相比，透镜片的接合界限不明显，大画面化时弊病少。
还有，对于上述情况，如果在作为图象光源的投影机侧配置菲涅耳透镜片，则在对微透镜片入射平行光时，能够缩短投影机和屏幕之间的距离，不仅能够小型化显示装置的深度，而且能只在必要范围出射亮度高的显示图象光，因此好。
还有，对于上述情况，也可以把分散光扩散剂构成的光扩散层配置于菲涅耳透镜片侧和/或微透镜片侧的任意位置。
在这里使用的扩散剂可以使用无机系材料的硅、铝、钙、或含有它们的氧化物的无机质粉末或玻璃珠，由有机系材料的丙烯酸系树脂、苯乙烯系树脂、聚碳酸酯系树脂、丙烯酸系/苯乙烯系共聚树脂等构成的微粒子。
光扩散剂的选择需要考虑与粘合剂树脂的折射率差等光学性质、表面光泽、成型为光扩散基材或光扩散墨水时的分散性、成型时的脆性等后加入。平均粒径适合为5μm以上，优选5～20μm，更优选5～10μm程度。
通过光扩散层的拼用，在控制视场时，在与正面有距离的观察方向也能够平滑降低亮度，同时根据微小的透镜陈列的凹凸(粗糙面)成像，从而提高成像图象光的作用。
单位透镜越微细，微透镜片的透镜部表面越能够起到与粗糙面同样的功能，因此对使用光扩散剂的光扩散层的依赖度降低，但只根据所述透镜部表面的成像及光扩散性不充分时，拼用所述光扩散层。
还有，作为投影屏，不仅适用于背面投影型，而且通过把上述微透镜片一片或接合多片，还能适用于画面尺寸30英寸以上的正面投影机式显示装置。
作为反射型屏幕使用时，在微透镜片的反透镜部侧整面形成光反射层。
进一步，上述微透镜片还能适用于为了把来自光源的照明光在显示画面内控制成均匀的亮度和/或均匀的出射方向的导光体。
这种显示器以具有背光的液晶显示装置(监视器或携带式终端)为代表。
图8A、8B为用于本发明投影屏的微透镜片元件透镜的概略图。图9为构成用于本发明投影屏的微透镜片的元件透镜的立体图。图10为构成用于本发明投影屏的微透镜片的元件透镜的垂直方向断面图。图11为构成用于本发明投影屏的微透镜片的元件透镜的水平方向断面图。在这里表示的透镜陈列片为实际进行透镜形状设计，并基于此制成的形状图。
图8B中透镜片的全体厚度(反透镜面的平坦面到透镜顶部的距离)相同，但对于旋转对称形状的复曲面形状的单位透镜的情况，从透镜的顶部到谷底部分的距离即使在同一单位透镜内，也在A-A’断面的D1和B-B’断面的D2会不同。
该透镜陈列片的主要特征为构成透镜陈列层的元件透镜的形状。该透镜陈列层是由板状基材层和在其上面设置的透镜层构成。
构成这些透镜陈列的元件透镜为非球面形状，并且具有对于透镜轴为非旋转对称的三维几何形状。其断面形状是根据其断面的取决不仅有球面，而且还有包括椭圆面、抛物面或高次项的所谓非球面形状。
如果使用这种非球面与非旋转对称形状的透镜，可以利用光线射出时的折射角之差，对元件透镜几乎平行入射的入射光(3)在入射面(1)对应于其入射位置折射，其结果对于正交于光轴的平面上的正交坐标轴(对于垂直配置的屏幕则相当于垂直方向和水平方向)，能够具有各不相同的光线的折射率，因此，能够得到对应于目的的配光特性(参照图10、11)。
具体来说，如图10、11所示，射出光(4)的聚光位置表现为在厚度方向不同的现象，此时光线的射出角度即相当于配光角度特性。
透镜陈列层的材料可以不做限制地使用玻璃、塑料等透明材料且用于光学用部件的材料，从生产效率等方面考虑优选使用塑料。
塑料原材料举例有如聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸系树脂、聚碳酸酯树脂、丙烯酸-苯乙烯共聚树脂、苯乙烯系树脂、聚氯乙烯树脂等。
还有，因能够进行细距的微细加工，所以作为透镜层材料优选使用紫外线固化性树脂或电子射线固化性树脂等放射线固化性树脂。放射线固化性树脂可以使用如在聚氨酯(甲基)丙烯酸酯和/或环氧树脂(甲基)丙烯酸酯低聚物中添加反应稀释剂、光聚合引发剂、光敏剂等的组合物等。聚氨酯(甲基)丙烯酸酯低聚物并不是特别限定的物质，但可以用如乙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、聚己内酯聚醇、聚酯聚醇、聚碳酸酯二醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚醇类和六甲撑二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯撑二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯等聚异氰酸酯类反应得到。作为环氧树脂(甲基)丙烯酸酯低聚物并不是特别限定的物质，可以用如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、双酚A型环氧丙烷加成物的末端缩水甘油醚、芴环氧树脂等环氧树脂类和(甲基)丙烯酸反应得到。
透镜陈列层可以用以下方法制造。在由塑料构成的基材层上，以未固化状态涂敷放射线固化性树脂，在其表面压住成型用冲压机(stamper)进行冲压的同时，照射给定放射线进行固化，以形成透镜层。
所述成型用冲压机可以用如下方法形成透镜层。使用光蚀刻法技术的方法是，准备雕刻了元件透镜的断层形状的多个掩模，使用该掩模顺次进行暴光硅片，RIE等各向异性蚀刻，在其深度方向顺次反复雕刻，得到具有给定设计形状的成型用冲压机。
这样，透镜陈列片层可以用与用于现有双凸透镜制造等的方法相同的方法制造。
感光性树脂层和遮光层可以用如下方法制造。实际上与作为投影屏使用的状态相同来平行配置菲涅尔透镜，经该菲涅尔透镜从透镜陈列片的透镜层侧照射光线，则透过透镜陈列层暴光部分的感光性树脂层变性，粘接性消失。然后，对该感光性树脂层压紧具备含有碳黑等的黑色转印层的转印膜，则转印层将选择性地转移到具有粘接性的未暴光部分，形成遮光层。
形成遮光层时，对应于由复曲面微透镜聚光光线引起的线段状的成像图案，该成像位置大概反映复曲面微透镜的非点像差，因此在光轴方向(厚度方向)产生最大两处。通过在该两处的焦点(几何光学上称为径向焦点和子午焦点)中，在形成透镜片最适合的位置插入低折射率层进行调节(或如此设计透镜)，并在该位置设置黑色遮光层，可以得到更高比率的BM图案。
这里，使用低折射率层是因为，因其折射力弱而能取大的对厚度的公差，从而能够提高其加工性。
然后，通过在该遮光层上根据需要设置粘合剂层、扩散层、及硬涂层层等，制成透镜陈列片。
这样，对于该透镜陈列片，通过适当设计一个复曲面透镜陈列的形状，对透过该透镜陈列层的光线能够控制垂直方向和水平方向两方向的配光特性(视角)，尤其通过把其比率设定为2/3以下，能够实现适合于投影屏的垂直/水平配光特性的分配，能够得到作为屏幕良好的特性。
进一步，与使用两层透镜陈列层或者在基材层两面形成透镜层的情况相比，能够更低地控制材料成本、加工成本。
还有，能简化扩散层，以减少扩散层的光吸收或增益降低。其结果能够抑制扩散层引起的白色散射现象，能够实现高S/N比。
进一步，通过加菲涅尔透镜，能缩短自投影机的投射距离，通过与这些功能兼备，能够得到优异的屏幕。
另外，对于本发明透镜陈列片的各层厚度、透镜层的间距等不做特别限定，可以根据用途等适当变更。实验例下面根据实验例进一步具体说明本发明。
本实验例中设计参数决定如下，进行其结果的验证实验。设计参数对于透镜陈列层的基材层，其材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，厚度为0.075mm。对于透镜陈列层的透镜层，其材料为UV感光性树脂，透镜间间距为0.080mm，透镜垂度(透镜的最高峰的高度)的大断面(对应于屏幕左右方向)为椭圆，透镜垂度的小断面为球面，其垂度量比为2∶1的复曲面形状。感光性树脂层使用厚度20微米的克罗马林(Cromalin)膜(商品名杜邦公司制造)。
对该透镜陈列片的透镜形成面照射平行校正为1～5°程度的平行光进行感光层雕刻，转印厚度2微米的墨箔(碳黑转印箔)作为遮光层，得到具有对应于构成透镜陈列的微透镜的开口的遮光层。
这样得到的透镜陈列片把透镜陈列面朝向光源侧用于水平垂直方向的光扩散，确认能够个别得到对应于透镜陈列形状的视角。
根据本发明双面透镜片，如三管式CRT投影机，用于把多台投影机作为光源的面向显示装置的背面型投影屏时，颜色变化减少而适用，同时即使把单位透镜排列细距化，也没有表里单位透镜的对准问题，并且能够得到制造容易的效果。
根据本发明微透镜片，单位透镜组以200μm以下的高精细间距并列设置，能够把根据透镜部的显示光的出射方向(范围)控制成宽视场。
尤其，根据本发明，在所述微透镜片的反透镜部侧形成遮光率高(75％以上)的黑矩阵外，能够容易地形成开口部/遮光部的界限鲜明的高精细黑矩阵。
进一步，根据用于本发明投影屏的具有微透镜陈列部的微透镜片，对透过透镜陈列层的光线，通过适当变化元件透镜的复曲面形状能够控制垂直方向和水平方向两方向的配光特性(视角)。这表明能够能动性地控制屏幕的光学特性，对缩短开发期、减少费用具有大效果。
还有，能够用一片微透镜片就可以自如设定垂直方向和水平方向独立的视角，因此具有如下效果1)显著降低加工成本；2)因能够根据现有手头上材料设定扩散剂的量(效果)，所以不需要材料的开发/配合；3)因能够最低限度地抑制光线吸收(光量损失)，所以能够得到使用微透镜片的容易明亮的投影屏。
还有，与现有屏幕相比能减少扩散剂，所以能够抑制外界光的乱散射，透明度提高而增加遮光层的光吸收作用，从而能够得到使用了以往没有的S/N提高的微透镜片的投影屏。
权利要求
1.一种双面透镜片，是对于表里形成构成透镜部的周期性凹凸的透镜片，其特征在于表里单位透镜的排列间距比处于1∶2～1∶30的范围。
2.根据权利要求1所述的双面透镜片，其特征在于表里透镜部均由排列方向相等的半圆柱状凸圆柱形透镜组构成。
3.根据权利要求1所述的双面透镜片，其特征在于表里透镜部均为单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部。
4.根据权利要求1所述的双面透镜片，其特征在于表里透镜部是一方由半圆柱状凸圆柱形透镜组构成，另一方为单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部，半圆柱状凸圆柱形透镜组的单位透镜排列间距为0.3mm以下，微透镜陈列部的单位透镜排列间距为0.15mm以下。
5.根据权利要求3或4所述的双面透镜片，其特征在于所述微透镜陈列部由放射线固化性树脂的反应固化物构成，含有具有非球面形状曲面的单位透镜。
6.根据权利要求3或4所述的双面透镜片，其特征在于所述微透镜陈列部只含有具有球面形状曲面的单位透镜。
7.根据权利要求3～5的任意一项中所述的双面透镜片，其特征在于所述微透镜陈列部根据各单位透镜的透镜功能的光扩散性在水平方向和垂直方向不同。
8.根据权利要求1～7的任意一项中所述的双面透镜片，其特征在于在单面形成构成透镜部的周期性凹凸，另一面为把平坦的透镜片之间相互对接其平坦面层积的构成。
9.根据权利要求8所述的微透镜片，其特征在于在至少一方透镜片，在透镜部相反侧的平坦表面，在相当于根据各单位透镜的非聚光部之处形成遮光层。
10.根据权利要求1～9的任意一项中所述的双面透镜片，其特征在于所述透镜部是由凸透镜的单位透镜排列的构成，至少一方透镜部的焦点面存在于双面透镜片内，对于其一单位透镜入射的平行光从另一方透镜部侧出射时，通过所述另一方透镜部侧的多个单位透镜的构成。
11.一种背面型投影屏，是组合如权利要求1～10的任意一项中所述的双面透镜片和菲涅耳透镜片构成的背面型投影屏，其特征在于对置双面透镜片的单位透镜配置间距大的一方的透镜部和菲涅尔透镜片的透镜部，菲涅尔透镜片成为多台投影机侧(光源侧)组合的构成。
12.一种显示装置，其特征在于以三管式CRT投影机为光源，具备权利要求11所述的背面型投影屏。
13.一种微透镜片，其特征在于对于在基板的至少单面具有单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部的微透镜片，各个单位透镜直径及其排列间距为200μm以下，根据各个单位透镜的光线射出角度范围对于微透镜片主平面的法线为±30°以上，并且，把由各个单位透镜产生的横球面像差的范围设计成对于透镜直径为0％＜横球面像差≤50％。
14.根据权利要求13所述的微透镜片，其特征在于在成为反微透镜陈列部侧的基板的另一面形成相当于根据各个单位透镜的聚光部处成为开口部的遮光层。
15.根据权利要求14所述的微透镜片，其特征在于所述遮光层是以对于微透镜陈列部的全体面积为75％以上的面积形成。
16.根据权利要求14所述的微透镜片，其特征在于所述遮光层形成于根据微透镜陈列部自身的聚光特性而规定聚光部/非聚光部的感光性树脂层的所述非聚光部表面。
17.根据权利要求16所述的微透镜片，其特征在于所述感光性树脂层是隔着折射率比基板低的透光性树脂层形成于成为反微透镜陈列部侧的基板表面，或所述感光性树脂层的折射率比基板低，并且直接形成于成为反微透镜陈列部侧的基板表面的构成。
18.一种背面投影机式投影屏，其特征在于使用权利要求8所述的微透镜片，其画面尺寸为30英寸以上。
19.根据权利要求18的投影屏，其特征在于在作为图象光源的投影机侧配置菲涅尔透镜片而构成。
20.根据权利要求18所述的投影屏，其特征在于把分散光扩散剂构成的光扩散层配置于菲涅耳透镜片侧和/或微透镜片侧的任意位置而构成。
21.一种正面投影机式投影屏，其特征在于具有权利要求13所述的微透镜片和、夹着基板设置于透镜相反侧的光反射侧，画面尺寸为30英寸以上。
22.一种具有背灯的显示装置，其特征在于把权利要求13所述的微透镜片用于为了把来自光源的照明光在显示画面内控制成均匀的亮度和/或均匀的出射方向的导光体。
23.一种投影屏，是对于使用了在基板的单面具有单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部的微透镜片的投影屏，其特征在于单位透镜的特定方向的断面形状对于与所述方向正交方向的断面形状为小曲率，由这些连续性面构成的复曲面形成，在透光性片的单面形成将上述单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部，在微透镜陈列部相反侧的所述片表面形成具有单位透镜组和合并光轴的开口部的遮光层的构成。
24.根据权利要求23所述的投影屏，其特征在于在所述透光性片的单面形成将上述单位透镜以二维性大致矩阵排列构成的微透镜陈列部时，各单位透镜排列成曲率方向一致的构成。
25.根据权利要求23所述的投影屏，其特征在于所述复曲面为，对于特定方向断面的曲率部厚度的，与所述方向正交方向的断面的曲率部厚度，即透镜垂度比为2/3以下的构成。
26.根据权利要求23所述的投影屏，其特征在于所述复曲面为，对于水平方向断面的曲率部厚度的，垂直方向断面的曲率部厚度，即透镜垂度比为2/3以下的构成。
27.根据权利要求23～26的任意一项中所述的投影屏，其特征在于所述微透镜陈列部在作为透过型投影屏使用时，形成于成为入射侧，即投影机侧的透光性片的单面。
28.根据权利要求23～27的任意一项中所述的投影屏，其特征在于所述遮光层是在所述基板的反透镜部侧表面，形成于不会根据通过微透镜陈列部的暴光而聚光的非聚光区域，所述感光性树脂层或在其表面形成的层为折射率低于透光性片的透镜基板。
29.一种投影屏，其特征在于把使用权利要求23所述的投影屏作为透过型投影屏使用时，在入射侧，即投影机侧进一步备有在单面具有同心圆上环带结构的菲涅耳透镜。
30.根据权利要求29所述的投影屏，其特征在于单位透镜区域的形状为三角形、六角形、或矩形。
全文摘要
为了提供用于把多台投影机作为光源的面向显示装置的背面型投影屏时，颜色变化减少，同时即使把单位透镜排列细距化，表里单位透镜定位也容易的构成的双面透镜片，对于表里具有透镜部的透镜片，使表里单位透镜的排列间距比处于1∶2～1∶30范围，表里透镜部均为排列方向相等的半圆柱状凸圆柱形透镜组。
文档编号G03B21/62GK1463389SQ02802083
公开日2003年12月24日 申请日期2002年6月18日 优先权日2001年6月18日
发明者海老名一义, 阿部崇, 宫下胜, 高桥进 申请人:凸版印刷株式会社