JPWO2017122651A1 - ディスプレイ用スクリーン - Google Patents

Abstract

本発明はスクリーンの分野に属する。本発明はマイクロレンズアレイを備える透過型のスクリーンを提供することを課題とする。本発明のスクリーン（２０）はマイクロレンズアレイ（２１）の配置された面の反対側の面に配置された開口アレイ（２４）をさらに備える。開口アレイ（２４）の遮光部（２５）は金属膜である。本発明のスクリーンはディスプレイに用いることが出来る。

Description

本発明はディスプレイ用スクリーンに関し、特に透過型のスクリーンに関する。

特許文献１はヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用の透過型のスクリーンを開示している。かかるスクリーンはレーザー光の入射側に位置するマイクロレンズアレイと、出射側に位置するアパーチャアレイとを備える（特許文献１の請求項１）。アパーチャアレイの遮光部はブラックレジストのような可視光を吸収する材料で形成されている（特許文献１の段落[0052]）。

特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、スクリーンに到達する外光を遮光部にて吸収することができる（同段落[0054]）。このため、スクリーンでの外光反射を低減することで表示画像のコントラストを高めることができる（同段落[0056]）。

特開２０１２−２０８４４０号公報

上記アパーチャアレイの遮光部は外光を吸収する。したがって、遮光部は外光に対する集熱体として働く。このため遮光部の過熱によりスクリーン全体の過熱を招く可能性がある。

［１］ マイクロレンズアレイを備える透過型のスクリーンであって、
前記マイクロレンズアレイの配置された面の反対側の面に配置された開口アレイをさらに備え、
前記開口アレイの遮光部は金属膜である、
スクリーン。
［２］ 前記金属膜は蒸着膜である、
［１］に記載のスクリーン。
［３］ 前記金属膜の外表面は鏡面を有する、
［１］又は［２］に記載のスクリーン。
［４］ 前記金属膜の外表面は波長３８０ｎｍから７８０ｎｍの光の反射率が８０％以上である、
［１］〜［３］のいずれかに記載のスクリーン。
［５］ ［１］〜［４］のいずれかに記載のスクリーンを備えるヘッドアップディスプレイであって、
前記マイクロレンズアレイ側から前記スクリーンに映像光が投射され、
前記開口アレイの開口部の内径は、前記開口部における断面上の映像光の拡がりの径と等しいか、又はこれより大きい、
ヘッドアップディスプレイ。
［６］ ［１］〜［４］のいずれかに記載のスクリーンを備えるヘッドアップディスプレイであって、
前記マイクロレンズアレイ側から前記スクリーンに投射される映像光の光軸に対して前記スクリーンが斜めになるように前記スクリーンが傾けてあり、
前記遮光部で反射した外光を吸収する吸光部をさらに備える、
ヘッドアップディスプレイ。
［７］ マイクロレンズアレイと前記マイクロレンズアレイの反対側に配置された開口アレイとを備える透過型のスクリーンの製造方法であって、
片面にマイクロレンズアレイの形成された透明基材上に開口アレイを形成する際、
前記透明基材のマイクロレンズアレイの配置された面の反対側の面にネガティブレジストを塗布し、
前記マイクロレンズアレイ側から前記透明基材に向かって露光光を照射し、
前記露光光で前記ネガティブレジストを露光し、さらに現像することでレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンを形成した前記透明基材の面上に金属膜を形成し、
前記レジストパターンを除去することで前記金属膜からなる開口アレイを形成する、
スクリーンの製造方法。
［８］ 前記マイクロレンズアレイの有するマイクロレンズに関する前記露光光の像点は前記マイクロレンズに対して、前記塗布されたネガティブレジストよりも手前にあり、
前記金属膜は蒸着により形成し、
前記レジストパターンはリフトオフにより除去する、
［７］に記載のスクリーンの製造方法。
［９］ 前記蒸着において、前記透明基材の面に衝突する蒸気流の方向が、前記透明基材の面の法線方向を基準として傾斜していない、又は０°から２０°傾斜している、
［８］に記載のスクリーンの製造方法。
［１０］ 前記マイクロレンズアレイの有するマイクロレンズに関する前記露光光の像点は前記マイクロレンズに対して、前記塗布されたネガティブレジストよりも遠くにあり、
前記金属膜は蒸着により形成し、
前記レジストパターンはリフトオフにより除去し、
前記蒸着において、前記透明基材の面に衝突する蒸気流の方向が、前記透明基材の面の法線方向を基準として２０°から６０°傾斜している、
［７］に記載のスクリーンの製造方法。
［１１］ ［７］〜［１０］のいずれかに記載の方法でスクリーンを作製し、
前記マイクロレンズアレイ側から前記スクリーンに映像光が投射されるように、前記スクリーンを配置するヘッドアップディスプレイの製造方法であって、
前記マイクロレンズアレイの有するマイクロレンズに関する前記露光光の像点距離と、前記映像光の像点距離とが等しくなるように、前記露光光及び前記映像光の少なくともいずれか一方を調整する、
ヘッドアップディスプレイの製造方法。

本発明により透過型のスクリーンの過熱を抑制することができる。

スクリーンの断面図である。 開口アレイの撮影像である。 ヘッドアップディスプレイの光学系の模式図である。 レジストの塗布の模式図である。 レジストの露光の模式図である。 金属膜の形成の模式図である。 スクリーンへの入光の模式図である。 レジストの露光の模式図である。 金属膜の形成の模式図である。 蒸着角度と開口アレイの遮光率との相関を示すグラフである。 蒸着角度と露出率との相関を示すグラフである。 反射特性を評価する装置の模式図である。 反射光の強度と照射角度との相関を示すグラフである。

［スクリーン］

図１には透過型のスクリーン２０の断面図が示されている。スクリーン２０はマイクロレンズアレイ２１及び開口アレイ２４を備える。開口アレイ２４はマイクロレンズアレイ２１の配置された面の反対側の面に配置されている。マイクロレンズアレイ２１及び開口アレイ２４は樹脂製の透明基材２８上に配置されている。

図１に示すスクリーン２０は映像光３１を透過させる。この際マイクロレンズアレイ２１の有する個別のマイクロレンズ２２は映像光３１の拡散３２を生じる。したがって、映像光３１の光軸の向きが分散することで、スクリーン２０は光学的スクリーンとして機能する。またマイクロレンズ２２の設計により拡散３２における拡散角を所望のものとすることができる。拡散角を拡散した映像光３１の中心輝度の半値となる位置を全角で表したものとして定義してもよい。マイクロレンズ２２はスクリーン２０の外部方向、すなわち図中の下方に向かって張り出す凸面を有する。

図１に示す開口アレイ２４は遮光部２５及び開口部２６を備える。したがって上述の通り拡散された映像光３１は最終的に開口部２６を経由してスクリーン２０を通り過ぎる。言い換えれば遮光部２５は映像光３１が透過する部分以外にだけ設けられることが好ましい。

図１に示す開口部２６の内径は、開口部２６における映像光３１の断面上の、映像光３１の拡がりの径と等しいか、又はこれよりも大きいことが好ましい。例えばスクリーン２０を備えるヘッドアップディスプレイにおいてそのように設計する。かかる態様により遮光部２５の内表面２９で反射される映像光３１を減らすことができる。内表面２９とは遮光部２５の有する面であって透明基材２８の頂面側に位置する面である。すなわち外表面２７の反対側の面である。

図２は開口アレイ２４の実例の一つを撮影して得た像である。撮影像に示すように開口アレイ２４上には開口部２６が格子状に並んでいる。開口部２６は遮光部２５に取り囲まれている。遮光部２５は金属膜である。金属膜は蒸着、スパッタ及び電鋳のいずれかの手段で形成された膜であることが好ましい。金属膜は蒸着膜であることが好ましい。

図１に戻る。遮光部２５を構成する金属膜の外表面２７は鏡面を有することが好ましい。遮光部２５において外表面２７はマイクロレンズアレイ２１から遠い側の表面である。外表面２７において、波長３８０ｎｍから７８０ｎｍの光の反射率は、好ましくは８０％以上、より好ましくは８３％以上、さらに好ましくは８７％以上である。

図１に示す外表面２７の反射率は例えば、遮光部２５と同様に作製した金属膜であって、開口部を有しないものに対して光を照射し、分光光度計でその反射光の明るさを測定した時の値から求められる。この測定において、入射光は外表面２７の法線を基準として１０度の角度で外表面２７に入射することが好ましい。分光光度計として例えば日立ハイテクサイエンス製のU-4100を用いてもよい。

［ヘッドアップディスプレイ］

図３にはヘッドアップディスプレイの光学系３０が示されている。かかるヘッドアップディスプレイはスクリーン２０を備える。スクリーン２０は光学系３０の一部を構成している。

図３において実線で表される映像光３１はマイクロレンズアレイ２１側からスクリーン２０に投射される。映像光３１は例えばＰＧＵ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）で生成される。映像光３１はプロジェクション光学系によってスクリーン２０に導かれる。

図３に示す映像光３１はマイクロレンズアレイ２１にて拡散される。映像光３１はスクリーン２０を透過する。映像光３１はスクリーン２０から拡散光として出射するとともに凹面鏡３５で反射される。その後、映像光３１はヘッドアップディスプレイを視る観測者に対して虚像の画像として提示される。

図３に示すように、スクリーン２０はマイクロレンズアレイ２１を備える。このためスクリーン２０の拡散角、効率などをマイクロレンズアレイ２１によって制御しやすい。またマイクロレンズアレイ２１を利用することで、映像光３１によって提示される画像を観測者が視認しやすい画角に調整することもできる。

ここでヘッドアップディスプレイを車両に搭載して、その車両を屋外に配置した場合を考える。この場合、図３に示す光学系３０には外光３４として太陽光が侵入することがある。図３において破線で表される外光３４は凹面鏡３５で反射される。そして反射後に外光３４はスクリーン２０に到達する場合がある。

図３に示すスクリーン２０を映像光３１の光軸に対して直角な面上に配置すると、映像光３１とは逆方向から進入してきた外光３４はスクリーン２０で反射される。具体的にはマイクロレンズアレイ２１又は開口アレイ２４で反射される。この際、映像光３１の光軸と外光３４の光軸とが平行になるため、映像光３１に外光３４が混ざる可能性がある。

図３に示す映像光３１に外光３４が混ざることで、映像光３１によって提示される画像が白化する。したがって、画像のコントラストが低下する。観測者、例えば車両のドライバーにとっては、画像の視認性が悪化するのみならず、画像中に眩しい部分が視認されるようになる。かかる問題は外光３４が太陽光である場合に限定されない。またヘッドアップディスプレイが車両に搭載された場合以外であっても同様の問題が生じる。

本実施形態では、図３に示すように開口部２６から出射する映像光３１の光軸と、遮光部２５で反射する外光３４の光軸とが平行にならないように、スクリーン２０が傾けてある。マイクロレンズアレイ２１側からスクリーン２０に投射される映像光３１の光軸に対してスクリーン２０が斜めになるようにスクリーン２０を傾ける。これにより、進入してきた外光３４を映像光３１の光軸とは別の方向に逃がすことが出来る。したがって、外光３４は映像光３１に混ざりにくいので画像の白化が抑制される。

図３に示すように本実施形態のヘッドアップディスプレイはさらに吸光部３６を備える。吸光部３６は遮光部２５で反射した外光３４が当たる。吸光部３６には黒色塗装やアルマイト処理などが施されている。吸光部３６は外光３４を吸収する。このため外光３４が光学系３０において迷光となることは抑制される。

なお背景技術で説明したようにブラックレジストのような、ブラックマトリックスを遮光部２５の代替として用いても画像のコントラストを高めることができる。しかしながら、図３に示す外光３４は凹面鏡３５でスクリーン上に集められるため、ブラックマトリックスで外光３４のエネルギーを効率的に吸収してしまう。したがってスクリーンはブラックマトリクスとともに過熱しやすくなる。

ここでスクリーンが樹脂製の透明基材で構成されていれば、スクリーンの変形や発火を引き起こす可能性がある。このため、ヘッドアップディスプレイにおいて、スクリーンにはブラックマトリックスのような吸収型のコントラスト向上手段が適していない。かかる問題は外光３４が太陽光である場合に限定されない。またヘッドアップディスプレイが車両に搭載された場合以外であっても同様の問題が生じる。

これに対して本実施形態では図３に示すように、スクリーン２０に到達した外光３４を吸光部３６に逃がすことができる。これはスクリーン２０に金属膜からなる遮光部２５を設けてあるからである。遮光部２５は、正反射により外光３４を反射させる。このため遮光部２５は過熱しにくいのでスクリーン２０も過熱しにくい。

［マイクロレンズアレイの形成方法］

図１に示すマイクロレンズアレイ２１は公知の方法に従いシートとして形成できる。マイクロレンズアレイシートの成形に使用する金型は、切削で形成してもよい。またフォトリソグラフィで鋳型を作り、かかる鋳型を元にして金型を形成してもよい。金型はレーザアブレーションにより作製してもよい。マイクロレンズアレイシートの成形に耐えうる金型であればどのような金型でも使うことが出来る。

図１に示すマイクロレンズアレイ２１の成形では、射出成形、プレス成形、及び紫外線硬化による成形など、樹脂シートの成形に好適な手段が広く利用できる。また成形して得られたシートを透明基材２８に貼り付けてもよい。また透明基材２８上に配置した樹脂を成形してもよい。

［開口アレイの形成方法］
一方、開口アレイの形成では以下に留意する必要がある。すなわち図３に示すように開口アレイ２４は外光３４を遮るが、映像光３１を遮らない。したがってマイクロレンズアレイ２１におけるマイクロレンズ２２の配置に基づき、透明基材２８上に正確に開口アレイのパターンを形成する必要がある。

本実施形態ではパターン形成法としてセルフアライメント露光を用いることが好ましい。セルフアライメント露光では図１及び３に示すマイクロレンズアレイ２１自身の集光機能を利用して、フォトレジストを露光する。セルフアライメント露光を用いる際には、不要な金属膜を選択的に除去することで、開口部２６を形成するためにリフトオフ法を組み合わせることが好ましい。

図４−８を用いて、透明基材２８上に開口アレイを形成する方法を説明する。図４はレジストの塗布の模式図である。透明基材２８の片面、すなわち底面３８にはマイクロレンズアレイ２１が形成されている。レジスト４１を透明基材２８の頂面３９に塗布する。頂面３９は底面３８の反対側の面である。レジスト４１はネガティブレジストである。レジスト４１は感光性樹脂であることが好ましい。

図４に示す頂面３９にレジスト４１を塗布する方法としては、スピンコート、ダイコート、スプレーコート、ロールコート、などを使うことができる。さらに塗布したレジスト４１の溶媒を揮発させるために乾燥を行う。乾燥には、ホットプレート、オーブン、真空乾燥機、赤外線ヒータなどを使うことができる。塗布及び乾燥を行わない方法として、フイルムレジストをラミネートする方法をとることができる。

図５はレジストの露光の模式図である。マイクロレンズアレイ２１の側から透明基材２８に向かって露光光４４を照射する。露光光４４は紫外光であることが好ましい。露光光４４は、マイクロレンズアレイ２１の各マイクロレンズにて集光される。露光光４４でレジスト４１を露光する。このとき、マイクロレンズアレイ２１のマイクロレンズの種類が複数種類含まれる場合は、マイクロレンズの焦点距離、拡散角に応じて開口径が変化しても良い。

図５に示す露光光４４として、レジスト４１を感光できる波長が含まれる光が使用できる。露光光４４の光源は、図３に示す映像光３１と投影角度および瞳直径が略同一の光を出射できる光源が好ましい。露光光４４の光源は、視角が小さい光源が好ましい。

上記のようセルフアライメント露光を行うことは、後述する図７に示すような映像光３１の光路と略同一光路で露光光を透過させることに適する。すなわち、映像光が図４に示すレジスト４１に照射されたのであれば、レジスト４１のうち、かかる映像光が透過すると考えられる部分だけを感光させることに適する。かかる部分のレジスト４１は、図５に示す被露光レジスト４２に変化する。

図６は、金属膜４３の形成の工程を示す。金属膜４３を形成する前に図５に示すレジスト４１及び被露光レジスト４２を現像する。現像に際して、露光が終わったレジストを透明基材板２８ごと、現像液に晒す。現像液は、レジスト４１に使用する材料に適したアルカリ現像液を使用すればよい。現像法は、浸漬法、揺動法、パドル法、及びスプレー法などが使用できる。現像後は、純水にて水洗し、乾燥させる。

上記によりレジスト４１中の感光していない部分を除去する。その後、図６に示すレジストパターン４５が形成される。レジストパターン４５を形成した頂面３９の上に金属膜４８を形成する。金属膜４８の形成は、蒸着、スパッタ及び電鋳のいずれかの手段で行ってもよいがこれらに限定されない。

図６に示すレジストパターン４５を透明基材２８上から除去する。レジストパターン４５の除去により、図７に示すように金属膜４８（図６）からなる開口アレイ２４が形成される。被露光レジスト４２は除去された箇所には図２に示すような開口部２６が生じる。以上によりスクリーン２０を作製できる。

図６に示すレジストパターン４５の除去はリフトオフによって行うことが好ましい。リフトオフにおいては溶剤を被露光レジスト４２に接触させることが好ましい。またリフトオフ溶液内に透明基材２８ごと浸漬することでレジストパターン４５を除去することが好ましい。リフトオフを促進させるために、リフトオフ溶液を加温してもよい。リフトオフを促進させるために、透明基材２８に振動を与えてもよい。

上記リフトオフにおいては図６に示す被露光レジスト４２の側面において、金属膜４８に被覆されず、露出している部分が必要である。上記観点から、図６に示す金属膜４８の形成手段として、蒸着法が好適である。蒸着法では金属粒子が蒸気流４７として直進する。このため、被露光レジスト４２の側面に金属粒子が回り込むことが少ない。したがって、被露光レジスト４２の側面が金属膜４８に被覆されにくい。

［セルフアライメント露光の効果］

図７に示すように、開口アレイは映像光３１が通過する部分以外を遮光している。これは上記セルフアライメント法により、図７に示す映像光３１が通過する開口部２６が形成されるべき部位を、図５に示す露光光４４が通過するようにしたからである。すなわち上記セルフアライメント法により開口部２６が形成されるべき部位に被露光レジスト４２を設けることが本実施形態のレジストパターン形成の要点である。

本実施形態では上記セルフアライメント法によりスクリーンを作製し、さらにかかるスクリーンをヘッドアップディスプレイ内に配置することでヘッドアップディスプレイを製造できる。

このとき図７に示すマイクロレンズアレイ２１側からスクリーン２０に対して映像光３１が投射されるように、スクリーン２０を配置する。かかる方法により製造されたヘッドアップディスプレイでは、開口部２６での映像光３１の透過が効率的に行われる。なぜならセルフアライメント法により、開口部２６は映像光３１が透過すべき位置に予め正確に設けられているからである。

さらに、セルフアライメント法を用いたヘッドアップディスプレイの製造方法では、図５に示す露光光４４及び図７に示す映像光３１の少なくともいずれか一方を調整してもよい。具体的には図５に示す露光光４４の像点距離Ｅｘと、図７に示す映像光３１の像点距離Ｉｍとが等しくなるように調整してもよい。あるいはこれらの像点距離の差が１０、９、８、７，６、５、４、３、２及び１％のいずれかの範囲内にあることが好ましい。

上記により、図７に示す開口部２６の内径は、開口部２６における断面上の映像光３１の拡がりの径と実質的に等しくすることができる。遮光部２５の内表面２９で反射される映像光３１を減らしつつ、遮光部２５での外光３４の反射の効率も高めることができる。

上記態様により、図３に示すヘッドアップディスプレイの光学系、すなわち図３に示す光学系３０の設計に応じて、映像光の透過効率と、外光の反射効率とのバランスをとることができる。したがってヘッドアップディスプレイの設計に基づく要求に応じて、映像光の透過効率の向上とコントラストの向上とを両立するよう調整できる。

［マイクロレンズの像点とリフトオフとの関係］

図５に戻る。像点５０は、マイクロレンズアレイ２１の有するマイクロレンズに関する露光光４４の像点である。像点５０はマイクロレンズに対して、塗布されたレジスト４１よりも手前にある。図中では像点５０は透明基材２８中にあるが、他の態様において像点５０はマイクロレンズアレイ２１中にあってもよい。

ここで図６に示す被露光レジスト４２は、マイクロレンズアレイ２１から離れるにつれて先太りになる。被露光レジスト４２はいわゆる逆テーパ形状を成している。これは図５に示すように被露光レジスト４２に露光光４４が到達する時点で、すでに露光光４４は像点５０を通り過ぎており、露光光４４は発散している途中だからである。

図６に示す蒸気流４７が一方向から頂面３９に吹き付けられる場合、頂面３９に対する蒸気流４７の角度は制限されない。なぜなら逆テーパ形状をしている被露光レジスト４２の側面は、蒸気流４７に対して、いずれかの方向において、必ず陰になるからである。

したがって図６に示す頂面３９に衝突する蒸気流４７の方向が、頂面３９の法線方向を基準として傾斜していないことが好ましい。また蒸気流４７の方向が０°から２０°傾斜していてもよい。かかる傾斜の範囲は、好ましくは０°から１０°、さらに好ましくは０°から５°である。かかる傾斜が小さいほど効率的に金属膜４６を厚くすることができる。

図５に示す像点５０と、塗布されたレジスト４１との位置関係は任意に調整することができる。かかる位置関係は、例えば透明基材２８及びマイクロレンズアレイ２１の基部１９の少なくともいずれか一方の厚みで調整することができる。ただし、これらの厚みの合計が大きくなり、像点５０の像点距離Ｅｘが変わらない場合、マイクロレンズアレイ２１の主面からレジスト４１までの距離が相対的に大きくなる。なお図において像点５０の像点距離Ｅｘはマイクロレンズアレイ２１と透明基材２８との界面で露光光４４が屈折することも考慮されている。図７に示す映像光３１の像点距離Ｉｍも同様である。

上記のように像点５０の像点距離Ｅｘよりも、マイクロレンズアレイ２１の主面からレジスト４１までの距離の方が著しく大きくなった場合、マイクロレンズアレイ２１中の隣接するマイクロレンズの各々で拡散された露光光４４が、レジスト４１において相互に重なる可能性がある。この場合、レジスト４１は大部分が露光される。したがって、図２に示すように遮光部２５に囲まれた開口部２６が形成できなくなる。このため、図３に示す開口アレイ２４は外光３４を効率的に反射することができなくなる。

［像点よりもレジストの方がマイクロレンズ主面に近い場合］

図８はレジストの露光の他の態様を表す。各マイクロレンズで拡散される露光光４４は説明の便宜のために一部省略されている。透明基材２８及び基部１９の厚みの合計が小さくなり、像点５０の像点距離Ｅｘが変わらない場合、マイクロレンズアレイ２１の主面からレジスト４１までの距離が相対的に小さくなる。図中ではマイクロレンズアレイ２１の有するマイクロレンズに関する露光光４４の像点は、かかるマイクロレンズに対して、レジスト４１よりも遠くにある。なお図８において像点５０の像点距離Ｅｘは透明基材２８及びレジスト４１で露光光４４が屈折することも考慮されている。

上記の場合、図８に示す被露光レジスト４２は、マイクロレンズアレイ２１から離れるにつれて先細りになる。被露光レジスト４２は、いわゆる順テーパ形状を成している。これは図に示すように被露光レジスト４２に露光光４４が到達する時点では、まだ露光光４４は像点を通り過ぎておらず、露光光４４は収束している途中だからである。

この場合、上述したリフトオフにおいて問題が生じる可能性がある。図８に示すように被露光レジスト４２が順テーパの場合は、レジストパターンのリフトオフが出来ないことがある。図９に示すように頂面３９に対して直角な蒸気流４７が吹き付けるように蒸着を行うと、被露光レジスト４２が金属粒子によって完全に覆い尽くされる。これは被露光レジスト４２の側面において、蒸気流４７に対して、陰となる部分が出来ないことによる。

上記の場合は、図９に示すように蒸気流５１のように蒸気流を傾斜させることで、被露光レジスト４２の側面において、金属膜４８に被覆されず、露出している部分が生じる。頂面３９に衝突する蒸気流５１の方向の傾斜の大きさは、頂面３９の法線方向を基準とする蒸着角度Ｖａに示される。蒸着角度Ｖａが６０°を超えると、頂面３９中で被露光レジスト４２の陰となる部分が大きくなる場合がある。このため、遮光部を形成するのに十分な量の金属を、陰となる部分には送ることができない。

図１０のグラフに、蒸着角度Ｖａと、開口アレイの遮光率との関係を示す。グラフは図９に示す頂面３９に対して、蒸着角度Ｖａを変化させて蒸着を行った場合の開口アレイの遮光率を表す。被露光レジスト４２は直径１０μｍの略円柱形状を有する。被露光レジスト４２に依拠して形成される、開口アレイの開口部のピッチは２０μｍである。

図１０に示す遮光率は、図９に示す頂面３９上において金属膜の形成された面積の割合を示す。被露光レジスト４２の高さは１μｍ及び５μｍのいずれかである。高さ１μｍの場合に比べて、高さ５μｍの場合においては、被露光レジスト４２の陰となる部分が大きくなる。このため、高さ５μｍの場合において、高さ１μｍの場合よりも遮光率が小さい。被露光レジスト４２の高さが５μｍの場合は、蒸着角度Ｖａを６０°より大きくすると急激に遮光率が低くなる。

図１１のグラフに、蒸着角度Ｖａと、レジストの露出率との関係を示す。レジストの露出率とは、図９に示す被露光レジスト４２の側面における面積を基準とした露出率を表す。被露光レジスト４２の高さが１μｍの場合と、５μｍの場合とでは露出率に殆んど違いはない。蒸着角度Ｖａを０°より大きくすることで被露光レジスト４２の側面を露出させることができる。

上記より図９に示す蒸着角度Ｖａは、
蒸着膜の厚みと、
被露光レジスト４２の側面において露出させたい部分の大きさと、
被露光レジスト４２の陰となって蒸着されない頂面３９の部分の大きさと、
を相補的に加味して決定することができる。

上記の方針に基づくことで、図９に示す蒸着角度Ｖａは２０°から６０°の範囲とすることができる。蒸着角度Ｖａは４５°が好適である。かかる蒸着角度Ｖａにより、被露光レジスト４２の側面への金属の蒸着を抑制することでリフトオフを効率的に行うことができる。さらに頂面３９において遮光部を形成すべき部分への金属の蒸着を効率よく行うことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば図１に示す透明基材２８とマイクロレンズアレイ２１とは継ぎ目のない一体の部材として成形してもよい。

図４に示す透明基材２８及びマイクロレンズアレイ２１を備えるマイクロレンズアレイシートを形成した。紫外線硬化樹脂を使いポリカーボネートフイルム製の透明基材２８上にマイクロレンズアレイ２１を成形した。ポリカーボネートフイルムの厚みは１００μｍとした。紫外線硬化樹脂としてアクリル系樹脂を使用した。紫外線の照射量は５００ｍＪ／ｃｍ^２とした。

図４に示すように、マイクロレンズアレイシートの裏側、すなわち頂面３９に、レジスト４１を塗布した。塗布はスピンコート法により行った。レジスト４１の膜厚が５μｍになるように、ワークであるマイクロレンズアレイシートの回転数を調整した。レジスト４１は東京応化製のネガ型フォトレジストであるＰＭＥＲ Ｎ−ＣＡ３０００を用いた。レジスト４１をオーブンにて７０℃２０分乾燥させた。

マイクロレンズアレイシートをＵＶ露光装置のステージに設置した。この時、図５に示すマイクロレンズアレイ２１を上にした。マイクロレンズアレイ２１側から紫外線を照射した。露光量は５００ｍＪ／ｃｍ^２とした。露光後、マイクロレンズアレイシートをオーブン中にて、７０℃２０分間、ＰＥＢ（post exposure bake）処理を行った。

現像のため、マイクロレンズアレイシートを有機アルカリ現像液（ＴＭＡＨ２．３８％）に浸漬した。またマイクロレンズアレイシートを３分間揺動した。現像液から取り出したマイクロレンズアレイシートを純水にて水洗し、さらに乾燥させた。

図６に示す金属膜４８を真空蒸着装置にて形成した。ただし、蒸着角度は４５°とした。蒸着源の重量は１０．４ｇとした。蒸着膜の厚みは約２００ｎｍとした。リフトオフは、ＮＭＰ（ｎ−メチル−２−ピロリドン）内に蒸着後のマイクロレンズアレイシートを浸漬することで行った。マイクロレンズアレイシートを１８０秒間揺動させた。これにより被露光レジスト４２を溶解させることで、図７に示す開口アレイ２４を形成した。これにより実施例のスクリーンを得た。ＮＭＰから取り出したスクリーンを、純水にて水洗後、自然乾燥させた。

実施例における紫外線硬化樹脂によるマイクロレンズアレイの成形まで行ったものを比較例のスクリーンとした。実施例と比較例とにおいて、マイクレンズアレイシートの裏側、すなわち図７に示す頂面３９側の反射特性を評価した。

図１２に、反射特性を評価する装置の模式図を示す。本装置は、被験スクリーン６０に外光６４を照射したときの反射角度に応じた反射光の強度分布を測定するためのゴニオメータである。マイクロレンズアレイ側を下にして被験スクリーン６０を黒いシート５９上に設置した。

図１２に示す外光６４として、広がり角５°以下のＬＥＤ擬似平行光を用いた。かかる平行光を発する光源６１を配置した。外光６４の一部は被験スクリーン６０にて乱反射し拡散反射光６５となる。外光６４の一部は被験スクリーン６０にて正反射し正反射光６６となる。正反射光６６は＋２０°傾いている。

図１２に示す拡散反射光６５及び正反射光６６の強度は、面輝度計６２を用いて測定した。面輝度計６２の観測角度Ｏｂを−６０°から＋６０°まで変化させることで上記反射角度を変化させた。面輝度計６２が被験スクリーン６０に正対しているとき観測角度Ｏｂが０°とした。

本測定では、ヘッドアップディスプレイ内に被験スクリーン６０を設置した時の、被験スクリーン６０の取り付け角度を２０°と想定している。このため、光源６１の光軸と、観測角度Ｏｂが０°における面輝度計６２の光軸とは−２０°ずれている。

図１３に拡散反射光の明るさと観測角度との相関をグラフで示した。拡散反射光の明るさの単位はｃｄ／ｍ^２である。観測角度Ｏｂが＋２０°のときに観測されるべき正反射光６６（図１２）の強度はグラフ範囲の上限を超えていた。

図１３示すように実施例のスクリーンでは、正反射光の強度が比較例よりも大きいと考えられた。しかしながら、０°以下の領域において、拡散反射光の強度が比較例よりも小さかった。このため、マイクロレンズまで到達した外光が反射して生ずる内部反射光は開口アレイによって遮光されていると考えられる。

上述の通り本測定では、ヘッドアップディスプレイにスクリーンを取り付ける時の傾斜角を２０°としている。したがって強い正反射光が観測者の目に入ることは防止される。

比較例のスクリーンの場合は、マイクロレンズにより生ずる内部反射光の一部を観測者が視認できることが分かった。かかる内部反射光は映像コントラストを低下させる。比較例と実施例の比較は、本実施例の金属膜の開口アレイにより、この内部反射光の漏れを抑制することで、映像のコントラストの向上が期待できることを示している。

この出願は、２０１６年１月１２日に出願された日本出願特願２０１６−００３４１０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１９ 基部、 ２０ スクリーン、 ２１ マイクロレンズアレイ、 ２２ マイクロレンズ、 ２４ 開口アレイ、 ２５ 遮光部、 ２６ 開口部、 ２７ 外表面、 ２８ 透明基材、 ２９ 内表面、 ３０ 光学系、 ３１ 映像光、 ３２ 拡散、 ３４ 外光、 ３５ 凹面鏡、 ３６ 吸光部、 ３８ 底面、 ３９ 頂面、 ４１ レジスト、 ４２ 被露光レジスト、 ４３ 金属膜、 ４４ 露光光、 ４５ レジストパターン、 ４６ 金属膜、 ４７ 蒸気流、 ４８ 金属膜、 ５０ 像点、 ５１ 蒸気流、 ５９ シート、 ６０ 被験スクリーン、 ６１ 光源、 ６２ 面輝度計、 ６４ 外光、 ６５ 拡散反射光、 ６６ 正反射光、 Ｅｘ 露光光の像点距離、 Ｉｍ 映像光の像点距離、 Ｏｂ 観測角度、 Ｖａ 蒸着角度

Claims (11)

1. マイクロレンズアレイを備える透過型のスクリーンであって、
   前記マイクロレンズアレイの配置された面の反対側の面に配置された開口アレイをさらに備え、
   前記開口アレイの遮光部は金属膜である、
   スクリーン。
2. 前記金属膜は蒸着膜である、
   請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記金属膜の外表面は鏡面を有する、
   請求項１又は２に記載のスクリーン。
4. 前記金属膜の外表面は波長３８０ｎｍから７８０ｎｍの光の反射率が８０％以上である、
   請求項１〜３のいずれかに記載のスクリーン。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のスクリーンを備えるヘッドアップディスプレイであって、
   前記マイクロレンズアレイ側から前記スクリーンに映像光が投射され、
   前記開口アレイの開口部の内径は、前記開口部における断面上の映像光の拡がりの径と等しいか、又はこれより大きい、
   ヘッドアップディスプレイ。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載のスクリーンを備えるヘッドアップディスプレイであって、
   前記マイクロレンズアレイ側から前記スクリーンに投射される映像光の光軸に対して前記スクリーンが斜めになるように前記スクリーンが傾けてあり、
   前記遮光部で反射した外光を吸収する吸光部をさらに備える、
   ヘッドアップディスプレイ。
7. マイクロレンズアレイと前記マイクロレンズアレイの反対側に配置された開口アレイとを備える透過型のスクリーンの製造方法であって、
   片面にマイクロレンズアレイの形成された透明基材上に開口アレイを形成する際、
   前記透明基材のマイクロレンズアレイの配置された面の反対側の面にネガティブレジストを塗布し、
   前記マイクロレンズアレイ側から前記透明基材に向かって露光光を照射し、
   前記露光光で前記ネガティブレジストを露光し、さらに現像することでレジストパターンを形成し、
   前記レジストパターンを形成した前記透明基材の面上に金属膜を形成し、
   前記レジストパターンを除去することで前記金属膜からなる開口アレイを形成する、
   スクリーンの製造方法。
8. 前記マイクロレンズアレイの有するマイクロレンズに関する前記露光光の像点は前記マイクロレンズに対して、前記塗布されたネガティブレジストよりも手前にあり、
   前記金属膜は蒸着により形成し、
   前記レジストパターンはリフトオフにより除去する、
   請求項７に記載のスクリーンの製造方法。
9. 前記蒸着において、前記透明基材の面に衝突する蒸気流の方向が、前記透明基材の面の法線方向を基準として傾斜していない、又は０°から２０°傾斜している、
   請求項８に記載のスクリーンの製造方法。
10. 前記マイクロレンズアレイの有するマイクロレンズに関する前記露光光の像点は前記マイクロレンズに対して、前記塗布されたネガティブレジストよりも遠くにあり、
    前記金属膜は蒸着により形成し、
    前記レジストパターンはリフトオフにより除去し、
    前記蒸着において、前記透明基材の面に衝突する蒸気流の方向が、前記透明基材の面の法線方向を基準として２０°から６０°傾斜している、
    請求項７に記載のスクリーンの製造方法。
11. 請求項７〜１０のいずれかに記載の方法でスクリーンを作製し、
    前記マイクロレンズアレイ側から前記スクリーンに映像光が投射されるように、前記スクリーンを配置するヘッドアップディスプレイの製造方法であって、
    前記マイクロレンズアレイの有するマイクロレンズに関する前記露光光の像点距離と、前記映像光の像点距離とが等しくなるように、前記露光光及び前記映像光の少なくともいずれか一方を調整する、
    ヘッドアップディスプレイの製造方法。

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