专利名称：透射型屏的制造方法、制造装置及透射型屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一面形成有透镜的透镜片的另一面上设置有在透镜的聚光区域开口的遮光层的透射型屏的制造方法、制造装置及透射型屏。
背景技术：
以往，公知有如下的图形显示装置，即，观测者目视采用液晶等光学元件对来自光源的透射光进行调制的影像、采用反射型液晶、“GxL(ジ-バイエル)”(sony株式会社注册商标)等光学元件对反射光、衍射光进行调制的影像以及由EL(电致发光)等自发光元件形成的影像。在这些影像显示装置中，存在有如下的问题，即，在观测者侧存在的荧光灯等外界光被图像显示装置的表面反射，影像光的对比度降低，使得图像品质降低。
为了提高影像光的对比度，具有提高影像光源强度的方法或者降低图像显示装置的外界光反射的方法，但是为了显示具有深度和质感的深色，后者的方法即抑制图像显示装置的外界光反射的方法尤为重要。
例如，在近年来引人注目的背投电视(背面透射型图像显示装置)中，为了相对于来自光源的影像光具有高透射率，并且抑制外界光的反射率，采用在一侧形成圆柱形透镜或复眼透镜，而在另一面上形成吸收外界光的遮光层(黑色基底)(例如参照以下专利文献1)。
而近年来伴随着显示图像的高精细化，在透射型屏幕中有必要在具有微细间距的圆柱形透镜或复眼透镜上形成遮光层。为了位置精度良好地形成遮光层，在现有技术中已知采用例如图25所示地使用有感光性粘附层的光学片的制造方法(例如参照以下专利文献2)。
在该方法中，首先在透镜片1的观测面(平坦面)侧上贴合支承基材2上形成的感光性粘附层3(图25A)。在粘附层3上采用正型粘合剂，其由于感光而使粘附性消失。此后，从透镜片1的透镜面侧采用紫外线等感光源对粘附层3进行曝光(图25B)。由此，粘附层3的聚光部3a感光而失去粘附性。接着，在剥离支承基材2后，贴合由支承基材4支承的黑色层(遮光层)5(图25C)。剥离支承基材4，利用粘附层3的非聚光部3b的粘附力使黑色层5附着残留(图25D)。由以上方式在透镜片1的观测面上形成规定形状的遮光图案5P。
但是，在上述光学片的制造方法中产生如下问题，即当曝光量不足时，粘合剂的粘附性不会完全消失，黑色层5根据位置不同而存有残留，相反，若曝光量过量时，由于直到聚光部的周边都固化，粘附性消失，在应遮光的部位也不附着残留黑色层5。因此，为了在遮光层上高精度地形成微细的开口部，需要使得曝光量最优化，但是由此需要高价的曝光设备。
另外，由于感光性粘附层的粘附力或遮光层的涂膜强度不均而对遮光图案的开口尺寸造成影响，故稳定地形成大面积均一(无不均现象)的遮光图案是非常困难的。此外，由于感光性粘合剂非常贵，材料特性不稳定，处理性也差，因此不能提高生产率及降低生产成本。
另一方面，在以下专利文献3中公开了在透镜片的透镜面上垂直照射激光，通过透镜的聚光作用在遮光层上形成开口部的技术。根据该方法，可无需感光性粘附层，在遮光层上选择性地形成开口部。
专利文献1特开平10-293362号公报专利文献2特开平9-120102号公报专利文献3特开2004-191429号公报但是，在现有的采用激光在遮光层上形成开口部的方法中，由于激光的平行度高，因此存在着由透镜形成的聚光点变得过小的问题。因此，在将所制作的透镜片作为透射型屏使用的情况下，由于开口部的尺寸过小，造成透射率损失。
例如，在背投电视等中还包含着相对于双凸透镜状透镜面从光线平行度±2.5度以上的角度入射的影像光。这是由于透射型屏由菲涅耳透镜和双凸透镜型透镜构成，为了抑制干涉条纹、闪烁而在菲涅耳透镜上还存在扩散层的原因。由于这些影像光比激光的聚光点更大并入射至遮光部，因此不透过遮光层，使得透射率产生损失。
发明内容
本发明是针对上述问题作出的，其目的在于提供在利用激光的聚光作用在遮光层上形成开口部时，能够对开口部的大小进行优化来提高透射率的透射型屏的制造方法、制造装置及透射型屏。
在解决以上问题时，本发明的透射型屏的制造方法，该透射型屏在一面形成有透镜的透镜片的另一面上设置有遮光层，该遮光层在所述透镜的聚光区域形成有开口，所述透射型屏的制造方法的特征在于，具有如下工序在所述透镜片的另一面上形成所述遮光层；从所述透镜片的一面侧照射激光，在所述遮光层的透镜聚光区域形成开口部，在所述形成开口部的工序中，在调整所述激光的能量密度后，对照射到所述透镜片上的所述激光的光线平行度进行调整。
另外，本发明的透射型屏的制造装置具有激光光源；对从激光光源射出的激光的能量密度进行调整的机构；对照射到透镜片的激光的光线平行度进行调整的平行度调整元件。
在本发明中，利用透镜的聚光作用，采用激光对遮光层进行选择性烧蚀，由此形成开口部。通过采用这种自整合的物理方法，可稳定地制造出具有微细间距和高遮光率的光学片。
此外，在本发明中，由于在对激光的能量密度进行调整后，对照射至透镜片上的激光的光线平行度进行调整，因此可将激光相对于透镜光轴的入射角调整至适当的角度范围内。由此可调整在遮光层上形成的开口部的大小，能够提高屏幕的透射率。
作为调整激光能量密度的方法，除了对激光光束形状进行整形的方法外，还具有调整激励源的能量来控制激光输出的方法、采用光路内配置的衰减器控制透射率的方法等。特别是在光束形状的整形过程中含有对激光的光束宽度或光束直径等进行扩张或缩小的调整。
作为对激光的光线平行度进行调整的平行度调整元件，可由扩散板或衍射光学元件、焦点距离不同的凸透镜等构成。通过平行度调整元件进行调整的激光的光线平行度优选在±2.5度以上、±10度以下。当不足±2.5度时，开口部大小不够，不能谋求入射至屏幕上的影像光的透射率的提高。而当超过±10度时，遮光层的占有面积降低，使得投射图像的对比度变差。
激光相对于透镜片的照射具有是进行了平行度调整的激光在透镜片上扫描的方法。此外，作为其他方法，还具有采用扩束器对从激光光源射出的激光的光束宽度、光束直径或者二者进行扩张，再照射至透镜片的方法。另外，在使透镜片在一个方向上以一定速度行走的同时照射激光，由此可连续生产透镜片。
在本发明中，使用在透镜材料上无吸收而在遮光层中存在着吸收的波长范围的激光。优选使用透镜除表面反射之外的透射率在95％以上，而遮光层的透射率在50％以下的激光。由此可不损伤透镜，仅加工遮光层。
作为这种激光，可列举出XeF准分子激光、Nd-YAG激光、YVO4激光、铜蒸气激光、红宝石激光、钛蓝宝石激光、半导体激光等，但是在透镜是由紫外线固化型树脂形成的情况下，优选Nd-YAG激光基本波、YVO4激光的基本波等近红外激光，或Nd-YAG激光的第二高次谐波，YVO4激光的第二高次谐波、铜蒸气激光等可见光激光。
如上所述，根据本发明，在遮光层上可高精度并且均一稳定地形成微细开口部，并且还可提高透射率。
图1A、B、C是对构成本发明实施方式的透射型屏的透镜片的制作方法进行说明的工序图；
图2A、B是说明在母模的透镜成形面的加工工序中激光加工方法的模式图；图3A、B是说明在母模的透镜成形面的加工工序中激光加工方法的模式图；图4A、B、C是说明母模的激光加工方法的模式图；图5是表示图4所示的激光加工方法所使用的掩模的一例的模式图；图6是表示透镜片构成材料和遮光层构成材料的透射率特性的一例的图；图7是说明遮光层加工中使用的激光的可适用波长范围的图；图8是激光的激光能量与加工深度之间的关系的图；图9是说明激光的照射脉冲间隔的图；图10是构成透镜片制造装置的激光光学系统的简要构成图；图11是表示平行光、扩散光(高斯分布)及角度控制光的各激光的光源强度角度分布、使用这些激光在遮光层上形成开口部时的开口形成部的强度分布以及开口尺寸的图；图12A、B是表示照射过量能量的扩散光形成开口部时的透镜片内部情况的电子显微镜照片；图13A、B是表示角度调整元件(平行度调整元件)截面形状的构成例的图；图14是说明通过角度控制光的开口部的形成工序的透镜片的模式图；图15A、B是说明构成平行度调整元件的扩散板的构成例和透镜片的流动方向的关系的图；图16A、B是说明构成平行度调整元件的扩散板的构成例和透镜片的流动方向的关系的图；图17是背面投射型图像显示装置的简要构成图；图18是表示上述背面投射型图像显示装置中屏幕组件的立体示意图；图19是说明双凸透镜形状透镜片的一个作用的图；图20是表示复眼透镜片的一例的立体图；图21A、B是比较例1、2的透镜片的遮光图案的显微镜照片；图22A、B是实施例1、2的透镜片的遮光图案的显微镜照片；
图23A、B是表示实施例3、4的透镜片遮光图案的图；图24是比较例3的透镜片的遮光图案的显微镜照片；图25A、B、C、D是说明现有技术中光学片制造方法的工序图。
符号说明10透镜膜型11透镜阵列12透明片13透镜片14遮光层14P遮光图案14PS开口部20激光光学系统21激光光源22扩束器23均质器24反射镜25平行度调整元件40背面投射型图像显示装置43屏幕组件45菲涅尔透镜屏幕46双凸透镜屏幕48复眼透镜屏幕L激光具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是本发明不用说不限定于以下的实施方式，可基于本发明的技术思想进行各种变形。
图1A-C是说明本发明实施方式的光学片的制造方法的工序剖面图。
首先，如图1A所示，在已形成规定的透镜形状的透镜模型10中流入通过吸收能量即可固化的材料(在本实施方式中为紫外线固化型树脂)11A，在其上紧密贴合透明片12后，从透明片12之上照射紫外线使得材料11A固化。由此，制作在透明片12的表面上形成透镜阵列11的透镜片13(图1B)。透镜阵列11为圆柱形透镜或复眼透镜等双凸透镜型透镜。
圆柱形透镜或复眼透镜等具有聚光作用的透镜形状可采用切削、由电子束或准分子曝光机向抗蚀剂赋予形状、以及激光加工等进行制作。在电子束扫描时通过控制曝光量进行中间曝光，可形成连续台阶闪烁化(H.Nishihara和T.Suhara，“Micro Fresnel lens”，Progress in Optics，vol.24，E.Wolf编辑，第1-37页)。对于采用准分子曝光机赋予抗蚀剂形状而言，在采用多个光致掩模的多级曝光过程中，存在着处理片增大以及对合精度的问题，但是通过采用掩模浓淡度变化的灰梯度掩模(如キヤニオンマテリアル制HEBSHigh Energy Beam Sensitive玻璃掩膜_)(C.Wu.，“Method of making high energy beam sensitive glass”，U.S.专利5078771，1992年1月)，可形成阶调在500以上的透镜形状。对于通过激光加工形成透镜形状，在聚光加工工序中透镜阵列制作需要花费较长时间，但是通过例如采用准分子激光的掩模成像法，可以较短时间制作出大面积的高精细透镜。
如上所述，用于形成复眼透镜片的母模可通过使用例如KrF准分子激光器的掩模成像法，加工被加工物的基板而形成。作为该基板的材料，可使用塑料材料。另外，被加工物不限于由塑料材料等构成的基板，也可以采用薄片或薄膜作为被加工物。此外，被加工物的材料不限于塑料，还可使用金属或玻璃等。
此外，作为被加工物的塑料基板的材料，可使用公知的塑料。该情况下，由于塑料的耐热性、玻化温度的不同而使得加工性或加工后的表面形状发生变化，因此优选根据加工条件进行适当选择，最好使用聚碳酸酯。此外，母模还可由冲压法、使用成形用压膜的方法、切削法进行制作。此时，作为加工基板的材料不限于塑料，还可使用金属。
作为在被加工物上移动所形成的掩模像的方法，有例如相对于激光移动承载着被加工物的平台的方法、及相对于被加工物移动激光的方法。图2A是通过固定激光L的照射位置、在纵向和横向上移动支承被加工物33的平台30，从而使形成的掩模像在被加工物33上移动的例子的示意图。图2B是通过固定平台30，相对于该平台30支承着的被加工物33在纵向和横向上移动激光L，从而使形成的掩模像在被加工物33上移动的例子的示意图。
另一方面，除了图2A、B所示的平台以外，也可使用如图3A、B模式地表示的在一个方向上旋转的旋转台。图示的旋转台机构表示为如下的一例，即，将被加工物33安装在滚筒37的外周面或内周面上，该滚筒37受到驱动辊39的驱动力而绕旋转轴36旋转，通过使激光头38相对于被加工物33沿着滚筒36的轴向移动，使形成的掩模像在被加工物33上移动。
例如图4为说明复眼透镜的母模制造方法的原理图，图5为模式图，表示该方法中采用的掩模结构的一例。
如图5所示，在掩模31A上形成多个开口部。开口部的形状可如下地选择如图4所示，经由开口部照射激光L，在被加工物33上形成掩模像，同时使掩模像朝着被加工物33上的一个方向移动，由此可形成球面或非球面状的透镜。具体地，作为图5所示的掩模31A的开口部形状，可将目标透镜形状的高度方向分割为多个截面，将这些截面排列在掩模像的移动方向上。
在参照图4对使用掩模31A的母模的制造方法进行说明，首先在被加工物33的上方配置掩模31A，通过该掩模31A向被加工物33上照射激光L，在被加工物33上形成掩模像(图4A)。此时，对与各开口部的形状相对应的部分的被加工物33进行加工。此后，如箭头所示使被加工物33在横向上移动掩模31的一个图案量，即掩模31A的一个开口部中心与相邻的开口部中心的距离，并且照射激光L(图4B)。由此，在被加工物33的高度方向上进行2个阶段的加工。同样地，使得掩模31A在横向上移动一个图案量的距离，进行加工时，可如图4C所示在高度方向上分3个阶段进行加工。通过这样依次横向移动一个图案后再照射激光，以掩模31A的移动方向的图案数在高度方向上对被加工物33进行加工。在掩模31A上形成的图案数可例如为100以上，可在被加工物33上制造出高度方向上由平滑曲线构成的透镜形状。
另外，通过对如上制作的透镜形状的母模(母型)进行Al蒸镀或无电解Ni处理而形成导电层，以其作为核进行Ni电铸，由此可制作出经受反复使用的具有耐用性的模具。
此外，通过采用上述方式制作出的模具对树脂直接热压的方法，或对由热熔融了的树脂在透镜模型中进行冷却并且使其固化的熔融挤压法等的其他方法，也可制造出具有所希望的透镜形状的透镜片。此外，为了提高由上述母模形成的成形材料的起模性，优选在母模表面上预先进行镍蒸镀或氟类材料、硅类材料涂布等的起模处理，制作出含氟的Ni电铸模型。
形成透镜的树脂材料11A只要其相对于向后述的遮光层形成开口部时使用的激光具有透过性，则对其无特别限定，但是从制作的容易程度看，优选可由紫外线、电子线、热进行固化的树脂，最好是紫外线固化型树脂。作为紫外线固化型树脂，可使用例如尿烷丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醇丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、三聚氰胺丙烯酸酯等的丙烯酸酯类树脂。此外，在紫外线固化型树脂中还可根据需要添加光稳定剂、紫外线吸收剂、防带电剂、阻燃剂、防氧化剂等。
此外，作为上述透镜片13的透镜阵列11，可采用任意方法对聚丙烯酸类(ポリアクリル)、聚氯乙烯、聚碳酸酯、环状烯烃类树脂等的透明热塑性树脂进行成形。在该情况下，透明薄片12除了相当于支承基底材料，无需具有其他用途，可与透镜阵列形成为一体。
另一方面，作为透明薄片12可使用公知的高分子薄膜。具体可从聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺、聚芳族酰胺、聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚醚砜、三乙酰纤维素、聚砜、二乙酰纤维素、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、环氧树脂、尿素树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂等现有技术中使用的树脂薄膜中适宜选择进行利用。
此后，如图1B所示在制作出的透镜片13的内表面(非透镜形成面)上形成遮光层14。作为遮光层14的形成方法，有在透镜片14上直接涂布的方法、由热转印等的方法转印形成遮光层的方法、粘合剂中含有遮光材料进行粘附贴合的方法、通过粘合剂转印形成遮光层的方法等，但是只要能够在透镜片13的内表面上均一形成遮光层，则任何方法均可。此外，还可采用溅射等的方法形成CrOx/Cr等金属或金属氧化物，只要能够达到抑制外光反射的目的，则不受此限定。
作为形成遮光层14的材料，可采用树脂和炭黑混合形成的涂料。作为上述炭黑，可使用市售的炭黑。例如有三菱化成社制作的#980B、#850B、MCF88B、#44B、キャボット社制作的BP-800、BP-L、REGAL-660、REGAL-330、コロンビアンカ-ボン社制作的RAVEN-1255、RAVEN-1250、RAVEN-1020、RAVEN-780、RAVEN-760、デグサ社制作的Printex-55、Printex-75、Printex-25、Printex-45、SB-550等。这些物质可单独使用，也可混合使用。
作为与炭黑配合的粘合剂树脂，可使用改性或非改性的氯乙烯树脂、聚氨酯树脂、苯氧基树脂、聚酯树脂等，此外，还可使用乙酸丁酸纤维素等的纤维素酯。而且，还可使用具有特定使用方式的热塑性树脂、热固性树脂、反应型树脂、电子线照射固化型树脂等。
涂料中炭黑的含量在20wt％以上、75wt％以下为好。当炭黑的含量不足20wt％时，光透射率变高，为了形成所希望的遮光性能而需要形成较厚的遮光层。在该情况下，在此后的开口工序中，遮光层烧蚀所需的能量提高，因此处理速度变慢。此外，当炭黑含量超过75wt％时，炭黑相对于粘合剂树脂过剩，由于产生炭黑的脱落、附着在开口部、污染工序装置的问题，因此不理想。非聚光部黑色层不足、在聚光部处残存黑色层，是造成屏幕对比度降低以及投影像透射率低的主要原因，因此不理想。
在遮光层14中，除了炭黑和粘合剂树脂以外，还可根据需要含有有机颜料、无机颜料、可见光吸收剂等添加剂。用于形成遮光层的涂料的形成可采用常规方法由搅拌机混合上述各个成分和必要的溶剂，在透镜片的背面或转印用支承基材上涂敷，使其干燥或固化即可。
此后，如图1C所示，从透镜片13的透镜形成面侧相对于透镜片13照射具有所定波长和能量的激光L。由此，激光L被透镜片11的各个透镜单元聚光，位于这些聚光部上的遮光层14形成由烧蚀作用而开口的遮光图案14P。
作为激光L，如图6和图7所示地选择激光的波长范围，该波长范围在透镜片11和透明薄片12中不存在吸收，处理表面反射以外，透射率在90％以上，遮光层14具有吸收的透射率在50％以下。由此，可不损伤透镜片13仅对遮光层14进行加工。
在本实施方式中，透镜片13(透镜阵列11、透明薄片12)对紫外线具有吸收，而遮光层14吸收可见光，因此可使用近红紫外、可见、近红外的激光。例如可举出XeF准分子激光(351nm)、Nd-YAG激光(基本波1064nm、第二高次谐波532nm、第三高次谐波355nm)、YVO4激光(基本波1064nm、第二高次谐波532nm)、铜蒸气激光(511nm、578nm)、红宝石激光(694nm)、钛蓝宝石激光(840～920nm)、半导体激光(805nm)等，而在透镜片采用不具有紫外线吸收功能的材料形成的情况下，还可使用XeCl准分子激光(308nm)等短波长激光。
为了对遮光层14进行烧蚀，如图8所示，需要使用具有某一阈值以上能量的激光。在本实施方式中，由于通过透镜11使得激光L进行聚光照射，故作为光源强度，优选为透镜树脂或基材(透明薄片12)的烧蚀阈值以下的能量，由透镜11聚光后调整能量，使其在遮光层14的烧蚀阈值以上。
在本实施方式中，激光L使用脉冲激光。在遮光层14上形成开口部14PS(图1C)所需的激光脉冲数由遮光层14的厚度设定。优选所形成的遮光层14的厚度为几个脉冲即可形成开口部14PS的厚度(例如为10微米以下)。在将遮光层14形成为照射几个脉冲以上激光所需的厚度的情况下，如图9所示，通过将脉冲间隔提高至500ns(纳秒)以上，可避免遮光层14上积蓄的热量造成开口尺寸扩大或遮光层14由热变形。
此外，由于激光L的光线平行度高，因此在相对于透镜薄片13的透镜形成面上垂直入射激光L时，产生由透镜阵列11引起的聚光点过小的问题。例如在适用透镜薄片13作为背投电视的透射型屏时，还包含相对于透镜面从光线平行度为±2.5度以上的角度入射的影像光。因此，通过使激光L垂直入射，在遮光层中形成开口部的情况下，影像光的一部分不能透过开口部，结果使得透射率产生损失。
在此，在本实施方式中，如图10所示，作为用于相对透镜薄片13照射激光L的激光光学系统20，其具备激光光源21；扩束器22，其对从激光光源21射出的激光光束宽度、光束直径或对该二者进行扩张；均质器23，其使光束宽度扩张了的激光强度分布均一化；反射镜24；平行度调整元件25，其对照射至透镜片13的激光L的光线平行度进行调整。
扩束器22使得从激光光源21射出的激光光束在宽度方向上扩张，并使得与激光光束宽度方向正交的方向(短边方向)收缩。由于扩束器22相对于照射在透镜薄片13上的激光L的每一射点的照射面积固定，因此例如激光L的光束宽度扩张至相当于透镜薄片13的薄片宽度。由此，可提高激光L相对于透镜薄片13的照射效率。而只要是可对光束宽度或光束尺寸等光束形状进行整形，则不限于扩束器。此外，还可不使用扩束器而在透镜薄片上进行激光扫描照射。
通过采用扩束器22扩大照射面积，可降低激光的能量密度，并可通过缩窄照射面积来提高能量密度。而除了上述方式以外，在为LD激励激光的情况下，还可调整注入至LD中的电流量来调整能量密度。
均质器23对从扩束器22射出的激光的强度分布(能量密度)进行均一化，由此抑制透镜薄片13上激光照射区域的照射不均。作为均质器23可适用公知的各种方式的光束均质器，例如为万花筒方式、复眼透镜方式、非球面透镜方式、导波路方式、全息光学元件方式等。
反射镜24用于使得被均质器23进行强度分布均一化的激光L朝向平行度调整元件25进行照射。由于反射镜24由电动镜等构成，因此还可使得激光在一定角度范围内扫描(scan)。
平行度调整元件25用于对激光L的光线平行度进行调整。所谓激光L的光线平行度在图10中是用角度α表示的角度，光源强度的角度分布可控制为均一分布、高斯(Gauss)分布、吊钟型分布、任意设计分布等，但是光源强度定义为一半的角度范围(FWHM)。在本实施方式中，该激光L的光线平行度设定为±2.5度以上、±10度以下。这是由于当不足±2.5度时，不能提高入射到屏幕上的影像光的透射率，而超过±10度时，遮光层的占有面积降低，使得投射影像的对比度变差。
作为平行度调整元件25，只要为扩散板或衍射光学元件，或者焦距不同的凸透镜等使激光L的平行度下降的光学系统，全部都可以适用，但是不为高斯分布等扩散光照射系统，而是特定角度分布较强的角度控制光照射系统为好。对于该点，以下参照图11进行说明。
图11表示平行光、扩散光(高斯分布)以及角度控制光的各激光的光源强度角度分布、通过采用这些各种激光在遮光层上形成开口部时在开口形成部的强度分布和开口尺寸。不使用平行度调整元件、激光(平行光)直接照射的情况下，由于光源平行度高，因此仅能使较窄开口Sa开口。
另一方面，在照射使用扩散板使其角度成分形成为高斯分布型的扩散光来进行照射的情况下，本来是瞄准SB的开口尺寸，但是斜着照射的成分在开口部不能获得阈值以上的加工能量，结果开口尺寸被限制为Sb，不能获得比Sa更宽的所希望的开口。但是，在该情况下，通过提高作为光源的激光输出，即使对于倾斜成分的光也可获得加工阈值以上的能量，可提高开口尺寸。另外，中央部分的能量为必要程度以上进行照射，存在着使得能量利用效率降低、不能提高作业的问题。而且使用扩散强的扩散板的结果是当阈值以下的能量光较多时，该能量不进行加工，而是作为热能量逃逸，因此还存在着薄膜因受热的影响而变形的问题。
此外，在本光学系统中，为使开口变大而使激光的输出提高至必要程度以上时，最聚光点的能量密度过剩，超过了上层透镜片的损伤阈值，因此存在着在透镜片内部产生气泡的问题。图12A、B中示出了在基材上形成微透镜阵列，通过照射上述过剩能量而产生的内部气泡的电子显微镜照片。该照片是为了容易地观察气泡损伤部位而除去了背面遮光层，从倾斜的背面观察透镜片形成的，可知在与长方形排列透镜的间距对应的部分处产生损伤。
针对该情况，在照射由角度调整元件对平行度进行调整了的角度控制光时，开口形成部的强度分布变得均一，在上层透镜片部不会产生损伤，而且能量效率高，可获得较宽开口尺寸Sc。图13A、B示出了角度控制元件截面形状的一例。这种角度控制元件可通过使用上述透镜模型形成时采用的准分子激光，使用掩模成像法来制作，还可直接利用加工了的聚碳酸酯制作的母模(聚碳酸酯母模)，但是在该情况下需要使激光在聚碳酸酯母模上扫描，或者相对于光轴一边移动聚碳酸酯母模，一边进行照射。在激光光轴和聚碳酸酯母模的相对位置不发生变化来进行使用的情况下，是由于积蓄的热能量使聚碳酸酯母模熔融。
在以上的构成中，由激光光源21激发并射出的激光L被扩束器22扩张为规定的光束宽度或光束直径后，由均质器23使激光的强度分布均一。此后，激光L被反射镜24反射，向平行度调整元件25入射，在激光L的平行度调整后，照射至透镜片13上。此时，由于透镜间距和激光射点间隔的关系产生干涉条纹，因此优选使得激光光束的方向和激光射点的间隔最佳化。
如上所述，根据本实施方式，通过在所定的光学平行度条件下使激光L入射到透镜片13的透镜形成面上，如图14所示，可以扩张在遮光层14上形成的开口部14PS的大小。由此，在透镜片13构成为投射型图像显示装置用的透射型屏的情况下，可提高该屏幕的透射率。
此外，还可在图10中箭头A的方向上以一定速度移动屏幕13，同时进行激光L的照射。由此，可一边将透镜片13以例如辊-双-辊(ロ一ル·ツ一·ロ一ル)的方式输送，同时在遮光层14上连续形成开口部14PS，从而可提高屏幕的生产率。
此时，当平行度调整元件25是由几张扩散板结合形成的大面积扩散板的情况下，例如如图15A、B模式所示，当扩散板25a的连接点25b在与透镜片13的流动方向上平行地形成时，则发生的情况是在透镜片13上沿着连接点25b产生条纹状的照射不均现象。这是由于扩散板25a的连接部分点25b正下方的照射光量与扩散板25a内表面垂直向下的照射光量不同造成的。在此，如图16A、B模式所示，扩散板25a的连接点25b与透镜片13的流动方向非平行地配置时，则可避免沿着连接点25b产生条纹状的照射不均现象。而在该例子中，不限于激光曝光，还可同样适用通常的UV曝光。
由以上方式，形成如图1C所示的具备开口部14PS的遮光图案14P，其中开口部14PS相对于透镜片13的背面，在与透镜聚光部对应的部位开设。开口部14PS的形状依赖于形成透镜阵列11时透镜面的设计，在为圆柱形透镜形状的情况下为条带状，在为复眼透镜形状的情况下，形成为四边形、六边形等多边形状、圆形、X形等点状，但是还可根据透镜面的设计形成直线形状。
在本实施方式中，在遮光层14上形成的开口部14PS的形状为与从透镜片13的表面(透镜形成面)侧以光线平行度α入射至透镜11上的光的透过形状相对应的形状。由此，与激光垂直入射时相比，开口部14PS的开口宽度可增大。此外，还可维持遮光图案14P相对于整个薄片的较高占有面积比率。
因此，在将这种遮光图案14P形成于透镜片13背面上的光学片适用于背面投射型图像显示装置(背投电视机)用透射型屏的情况下，可实现较高的影像透射率和较低的外面光透射率和反射率，并且可获得比现有技术更高的图像对比度。
此外，根据本实施方式，由于可通过利用透镜片13上激光的各透镜单元的聚光作用仅选择性地除去遮光层14上的聚光区域，由此形成开口部14PS，因此可通过自整合的物理方法形成开口部14PS，可高精度且均一地相对于遮光层14形成微细尺寸的开口图案。
另外，由于可不使用现有技术中使用的感光性粘附层形成所希望的遮光图案14P，因此可降低生产成本，而且可在整个大面积上高精度、均一地并且稳定地形成微细开口部图案。特别由于可在透镜片13背面上直接形成遮光层14，因此即使相对于200微米以下的透镜间距，也可形成高精度的遮光图案14P。
图17～图20表示将例如如上构成的透镜片13适用于背面投射型图像显示装置的透射型屏的一例。
如图17所示，背面投射型图像显示装置40在主体41的内部设有影像投射源42和反射镜44，该反射镜44将从影像投射源42投射的影像光向主体41正面的屏幕组件43反射。如图18所示，屏幕组件43由菲涅尔透镜屏幕45和双凸透镜屏幕46构成。在此，双凸透镜屏幕46相当于本发明的透射型屏。
在屏幕组件43中，菲涅尔透镜屏幕45将从反射镜44反射的影像光(用箭头P表示)变换成平行光，并向双凸透镜屏幕46射出。双凸透镜屏幕46在与菲涅尔透镜屏幕45相对的侧面上以所定间距形成双凸透镜阵列11，在相反的侧面上形成具有对应于透镜间距的开口部14PS的遮光图案14P。另外，菲涅尔透镜屏幕45不限于作为图示的折射型菲涅尔透镜屏幕适用的情况，还可作为相反地朝向构造面的全反射型菲涅尔透镜屏幕来适用。
在本例中，由于双凸透镜阵列11是由圆柱形透镜形成的，因此遮光图案14P的开口部14PS形成条带状。显然，双凸透镜阵列还可通过如图20所示的复眼透镜屏幕48形成，此时的遮光图案开口部为与各透镜要素聚光部对应形成的点状。
双凸透镜屏幕46如图19所示以双凸透镜阵列11的各个透镜单元对经由菲涅尔透镜屏幕45入射的影像光进行聚光，从相反侧的遮光图案开口部14PS扩散射出。由此，在屏幕正面的整个区域形成图像。
如上所述，在本实施方式中，遮光图案开口部14PS的形状形成如图19所示与从透镜片13的表面(透镜形成面)侧透过透镜11的影像光的透过形状对应的梯形，与光的入射侧(透镜片13侧)相比，可使射出侧的开口部14PS的开口尺寸更小。而且，提高了遮光图案14P相对于整个薄片表面的占有面积比率。由此，可实现较高的影像光透射率和较低的外面光透射率和反射率，可实现比现有技术更高的图像对比度。
实施例以下对本发明的实施例进行说明，但是本发明不限于以下实施例。
(实施例1)通过使用波长248nm的KrF准分子激光的掩模成像法，在聚碳酸酯基材上加工长轴间距为100微米、短轴间距为60微米的非球面复眼透镜，将其作为母模进行作为表面导电化处理的无电解镍处理，通过镍电铸制作母模。
在制成的母模上流入聚氨酯丙烯酸酯类紫外线固化树脂(东亚合成社制作的アロニツクス)，将厚度为50微米的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(东洋纺织社制作的A4300)进行重叠，为使透镜的厚度均一，采用橡胶辊施加1kg的力，同时将多余的树脂刮除。此后，通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上照射1000mJ/cm2的紫外线，使上述紫外线固化树脂固化，获得复眼透镜片。
在上述透镜片的内表面上涂布作为遮光层的含有炭黑的树脂层。在遮光层材料的制作过程中，配合下述原料由球磨机以任意时间分散后，通过5微米口径的过滤器对涂料进行调整。
(遮光层的原料)炭黑コロンビアンカ-ボン社制作RAVEN-1255130重量份粘合剂树脂聚酯聚氨酯(东洋纺织社制作UR-8300) 70重量份溶剂甲基乙基酮500重量份甲苯500重量份涂布并干燥，以使所得的涂料干燥后的涂膜厚度为1.0微米，在60℃下进行热处理，获得均一的遮光层。
相对于制作出的带有遮光层的透镜片，从透镜侧照射Nd-YAG激光的基本波(波长1064nm)，其中频率为5kHz、脉冲宽度为30ns、脉冲间隔为0.2ms、脉冲能量密度为140mJ/cm2、光线平行度为±2.5度，在遮光层的聚光区域形成开口部。在对激光的平行度进行调整时，使用POC(フイジカル·オプティクス·コ-ポレ-ション)社制作的扩散、整形薄膜“LSD5(商品名称)”。
(实施例2)除了使用POC社制作的扩散、整形薄膜“LSD10(商品名称)”、使照射至透镜片上的激光的光线平行度为±5度、脉冲能量密度为200mJ/cm2以外，在与上述实施例1相同的条件下，在遮光层的聚光区域形成开口部。
(实施例3)采用使用波长为248nm的KrF准分子激光的掩模成像法，在聚碳酸酯基材上以图13B所示的形状加工出具有正方形间距为50微米的微细形状的角度调整元件。该角度调整元件形成直线部的倾斜，以使照射激光透过元件后的角度分布为±7度(实际上由于旋转对称，形成了环状的强度分布)。除了使用该聚碳酸酯角度调整元件，使照射至透镜片的激光的光线平行度为±7度、脉冲能量密度为100mJ/cm2以外，在与上述实施例1相同的条件下，在遮光层的聚光区域形成开口部。
(实施例4)除了采用由准分子激光制作的角度调整元件、使照射至透镜片的激光的光线平行度为±10度、脉冲能量密度为140mJ/cm2以外，在与上述实施例1相同的条件下，在遮光层的聚光区域形成开口部。
(比较例1)除了使得照射至透镜片的激光的光线平行度为±0.1度、使脉冲能量密度为80mJ/cm2以外，在与上述实施例1相同的条件下，在遮光层的聚光区域形成开口部。
(比较例2)除了使用凸透镜使照射至透镜片的激光的光线平行度为±1.5度、使脉冲能量密度为100mJ/cm2以外，在与上述实施例1相同的条件下，在遮光层的聚光区域形成开口部。
(比较例3)除了使用由准分子激光制作的角度调整元件、使照射至透镜片的激光的光线平行度为±15度、使脉冲能量密度为200mJ/cm2以外，在与上述实施例1相同的条件下，在遮光层的聚光区域形成开口部。
对实施例1-4和比较例1-3各试样的直进光透射率、实光源透射率、遮光层的占有面积率(黑率)进行评价。结果示于表1中。此外，比较例1、2的遮光图案的显微镜相片示于图21A、B中，实施例1-4的遮光图案的显微镜相片示于图22A、B和图23A、B中，而比较例3的遮光图案的显微镜相片示于图24中。
表1
在表1中，“直进光透射率”指的是相对于透镜片垂直入射的光源光的透射率，“实光源透射率”指的是在该透镜片上重叠加入扩散剂的菲涅尔透镜片所测定出的透射率。评价装置采用村上色彩技术研究所制作的ヘ-ズメ-タ-HM-150型。评价条件基于JISK-7361。已确定出通过插入扩散菲涅尔透镜片，由表面反射或者后方散射造成约10.5％的透射率损失。
此外，遮光层占有面积率(黑率)的测定方法是将在各试样遮光层的任意部位切出边长为1cm的方形，采用光学显微镜对遮光层表面进行摄影，使用图像分析软件测定出遮光层的面积率。
根据表1的结果可知，相对于透镜片激光的光学平行度越大(激光的平行度越低)，开口部形成得越大，薄片的透射率提高，黑率降低。实际上，在将该透镜片适用于投射型图像显示装置用透射型屏时，为了获得良好的辉度特性，优选透镜片的透射率(实光源透射率)为60％以上。此外，为了维持良好的投射图像的对比度特性，优选黑率为70％以上。
因此，可知为了满足实光源透射率为60％以上，黑率为70％以上的特性，激光相对于激光片的光线平行度为±2.5度以上、±10度以下。实际上，通过将实施例1、2所制作出的透镜片贴合在母料中分散折射率不同的珠粒形成的扩散板上，将其适用于背投电视机时，可观察到的影像不仅具有深沉的黑色，绿色或红色等颜色也紧缩，并具有深度感。
权利要求
1.一种透射型屏的制造方法，该透射型屏在一面形成有透镜的透镜片的另一面上设置有遮光层，该遮光层在所述透镜的聚光区域形成有开口，所述透射型屏的制造方法的特征在于，具有如下工序在所述透镜片的另一面上形成所述遮光层；从所述透镜片的一面侧照射激光，在所述遮光层的透镜聚光区域形成开口部，在所述形成开口部的工序中，在调整所述激光的能量密度后，对照射到所述透镜片上的所述激光的光线平行度进行调整。
2.如权利要求1所述的透射型屏的制造方法，其特征在于，在所述激光的激光能量密度的调整中对所述激光的光束形状进行整形。
3.如权利要求1所述的透射型屏的制造方法，其特征在于，所述激光的光线平行度调整为±2.5度以上、±10度以下。
4.如权利要求1所述的透射型屏的制造方法，其特征在于，所述激光采用的是在所述透镜上无吸收而在所述遮光层存在吸收的波长范围的激光。
5.如权利要求4所述的透射型屏的制造方法，其特征在于，采用紫外线固化型树脂形成所述透镜，所述激光采用具有从可见光到近红外光区域的波长的激光。
6.如权利要求1所述的透射型屏的制造方法，其特征在于，作为所述激光采用脉冲激光。
7.一种透射型屏的制造装置，该透射型屏在一面形成有透镜的透镜片的另一面上设置有遮光层，该遮光层在所述透镜的聚光区域形成有开口，所述透射型屏的制造装置的特征在于，具有激光光源；对从所述激光光源射出的激光的能量密度进行调整的机构；对照射到所述透镜片的激光的光线平行度进行调整的平行度调整元件。
8.一种透射型屏，在一面形成有透镜的透镜片的另一面上设置有遮光层，该遮光层在所述透镜的聚光区域形成有开口的，其特征在于，在所述遮光层中与所述透镜的聚光区域对应的部位形成有开口部，所述开口部通过相对于所述透镜以±2.5度以上、±10度以下的光线平行度入射的激光使所述遮光层开口而形成的。
全文摘要
本发明提供一种在激光的聚光作用下在遮光层上形成开口部时，可对开口部的大小进行优化来提高透射率的透射型屏的制造方法、制造装置及透射型屏。在遮光层(14)的透镜聚光区域上形成开口部(14PS)的工序中，对激光(L)的能量密度进行调整后，对照射至透镜片(13)上的激光(L)的光线平行度α进行调整。通过对照射至透镜片上的激光的光线平行度进行调整，可将激光相对于透镜光轴的入射角调整至适当的角度范围。由此，可对遮光层上形成的开口部的大小进行调整，从而提高屏幕的透射率。
文档编号H04N5/74GK1908807SQ20061015938
公开日2007年2月7日 申请日期2006年7月13日 优先权日2005年7月13日
发明者长浜勉, 木曾弘之, 芳贺友美, 宫本幸夫 申请人:索尼株式会社