JPH03214101A - 稠密充填レンズアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多数の微小レンズを一次元ないしは二次元的
に配列したレンズアレイの改良に関し、特に、集光効率
が高くしかも製作が容易なレンズアレイの構造に関する
。

［従来の技術］ ガラス、プラスチック等の透明基板に、多数の微小レン
ズを配列形成したし／ズアレイは、画像の読みとり、記
録、表示など広い分野で急速に利用されるようになって
きている。

特に・　光屈折曲面を基板表面に突出形成するかわりに
、レンズ部分の屈折率を基板の屈折率とは異ならせ、基
板表面側のレンズ面は基板と面一の平坦面とするととも
に、光屈折曲面側を基板の肉厚内に位置させた平板レン
ズアレイ（以下単に「レンズアレイ」と呼ぶ）は、表面
が平面であるため他の光学部品との結合や組立が容易で
あるという大きな利点がある。

上記のようなレンズアレイを製作するに当たっては、従
来以下に述べるような方法がとられていた。

まずガラス基板表面に蒸着、スパッタリング、メツキな
どでＮｌ、Ａｕ、　　Ｃｒ等の耐蝕性保護被膜（マスク
膜）を形成し、このマスク膜のレンズ位置に、周知のフ
ォトリングラフィ技術を用いて円形の開口を設け、この
マスク面に弗酸、硫酸、硝酸の混合溶液等のガラスエツ
チング液を接触させて、上記開口を通してガラスを等方
的にエツチングする。

適当時間のエツチング処理の後、得られた断面が半円状
の凹部に、ガラス基板とは屈折率の異なる一般には基板
よりも屈折率の大な透明材料を堆積もしくは充填する。

この充填開部分がレンズとして作用する。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上述した方法で作製される従来のレンズアレイは、第８
図（イ）に示すようにレンズを密に千鳥配列しても、レ
ンズアレイｌ中の隣接する各レンズ２間に三角形状の非
レンズ部分３が残ることになる。

この非レンズ部分３の面積割合は９．３％である。

第８図（ロ）に示すような正方格子配列ではさらに非レ
ンズ部分３の面積割合が２１．５％とかなりの大きい値
となる。

ｉａ素子、液晶表示パネル等においてレンズアレイ板を
用いて集光点アレイを得ようとする場合、従来のレンズ
アレイ構造では非レンズ部分３の存在のため入射光が１
００％は集光されず、集光効率が上記割合だけ低くなっ
てしまうという問題点があった。

［問題点を解決するための手段］ 平板状の透明基板の少なくとも片面側に、底壁が曲面を
成す凹部の多数を、平面視で多辺形の稜線を境界として
接するｍ密充填状態に配列形成し、これら凹部に前記基
板とは屈折率の異なる樹脂、ガラス等の透明材料を充填
してレンズアレイを構成した。

上記のレンズを成す凹部充填材は、表面を平坦に仕上げ
て独立したレンズアレイ板として製作してもよいし、あ
るいは液晶表示パネル等他の部品に接合する場合には、
接着層と兼用させてもよい。

［作用］ 本発明によれば、レンズアレイを成す各レンズが多辺形
の繰り返し模様で隙間なく並び、従来品における非レン
ズ部分３が無くなるため、ガラス基板に入射する光はそ
の入射位置によらずいずれかのレンズで集光され、従っ
てほぼ１００％の集光効率で光点アレイを得ることがで
きる。

［実施例］ 以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係るレンズアレイの一般的な断面構造
を示し、ガラス、プラスチック等の透明材料からなる平
板状の基板１１の片面側に、底壁面１２Ａが滑らかな曲
面を成す凹部１２を、例えば後述する化学的エツチング
法により多数形成する。

この凹部１２は、隣接する凹部間の境界稜線１３が、平
面視で第２図に示すような正方格子、あるいは第３図に
示すような／Ｘニカムなど、一般的に同一形状の多辺形
の稠密充填模様を成すように形成する。

そして上記各凹部１２内に、屈折率が基板１１よりも大
な樹脂、ガラス等の透明材料＋４を充填してレンズアレ
イの各レンズ部１０Ａとする。すなわち凹部の曲面底壁
１２Ａがレンズの光屈折面となる。その後表面全体を平
坦面に仕上げることによりレンズアレイｌＯが得られる
。

あるいは、液状の透明樹脂を充填した後未硬化の状態で
、箪４図に示すように液晶表示パネル２０など所定の接
合相手部材Ｉこ積層し硬化させる。

この場合は、レンズ部形成と接着を同時に行うことがで
きる。

第４図の例では、予めレンズアレイｌＯのし／ズの配列
ピッチを液晶表示パネル２０の画素ピッチに合わせてお
くことにより、照明光３０がレンズアレイｌＯの各レン
ズＩＯＡで集光されて液晶パネルの各画素の透光窓２１
を通過し、従来の液晶表示パネルでは電極、ＴＰＴ等の
不透光部２２で遮断されていた照明光が有効に表示に寄
与し、極めて鮮明度の高い画像が得られる。

次に、本発明に係るレンズアレイの好適な製造方法につ
いて第５図を参照して説明する。

まずガラス基板１１の表面にスパッタや蒸着によって、
Ｎｌ、Ａｕ、Ｃｒなどエツチング液に対して耐蝕性を有
する金属膜からなる保護被覆膜８を形成する。

次いで、周知のフォトリソグラフィ法によって被覆膜８
に所定のレンズアレイ配列バター７で小間口９を形成す
る。例えば第３図のようなハニカム型レンズアレイであ
れば第６図に示すような千鳥配列で開口９を形成する。

この間口９の形状は最終的に得ようとするレンズの平面
形状によらず円形であってよい。またその径はレンズ径
に比べて十分小さくしておく。

次ぎに上記の被覆ガラス基板を、弗酸、硫酸、塩酸の混
合液等のガラスエツチング溶液に浸して化学エツチング
を行う。この処理により被覆膜の開口９を始点としてガ
ラス基板の表面が等方的にエツチングされ、第５図（ロ
）のようにほぼ半球状をなした凹部１２Ｂが得られる。

この第１段階のエツチング処理は、隣接する凹部１２Ｂ
間に若干の幅をもった平坦な境界部２３を残した状Ｏで
止める。

次いでガラス基板表面から被覆膜８を除去した後、ガラ
ス基板表面全体をエツチングする。この第２段階エツチ
ング処理により、第５図（ニ）のように凹部１２Ｂの底
壁は緩やかな曲面となり、また側壁でのエツチングが進
行して、隣接凹部間の境界部２３は上端が先鋭な稜線１
３となる。すなわち平面視でそれぞれが同一の多辺形（
千鳥配列の場合六角形）をなし隣接凹部同士が密接した
稠密充填配列となる。

なお、当初の凹部１２Ｂは円形であるから隣接凹部間の
境界部の幅は一様ではないが、上述した第２段階エツチ
ングで、最も幅の大な境界部分が上端先鋭な稜線１３を
形成するまでエツチングをおこなっても、最も幅の小な
境界部分が消失してしまうことはな（、第７図に示すよ
うに断面視で中央が若干凹んだカーブを成す境界壁２３
が残る。

上記の２段階エツチング処理の後、凹部１２に基板ガラ
スよりも屈折率の大な樹脂等の透明材料を充填する。

以上本発明を図面に示した実施例について説明したが、
実施例以外に種々の変更が可能であることはいうまでも
ない。

例えば、図示例ではレンズアレイのパターンとして正方
格子及びハニカムについてのみ示したが、形状に特に制
限はなく、長方形、正五角形と正六角形の集合体等でも
良い。

また凹部レンズは基板の片面側だけでなく両面に形成し
てもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、従来のレンズアレイでは集光されずに
そのまま透過していた光も有効に集光され、はぼ完全な
集光効率で光点アレイを得ることができる。したがって
、固体撮像素子や液晶表示装置への適用において従来の
レンズアレイよりも優れた性能を実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明のレンズアレイのパターンの一例を示す平面図、第３
図は本発明のレンズアレイの他のパターン例を示す平面
図、第４図は本発明のレンズアレイの適用例を示す断面
図、第５図（イ）ないしく二）は本発明に用いるレンズ
アレイ基板の製作方法の一例を段階的に示す断面図、第
６図は第５図の製作方法で基板ガラスに形成するエツチ
ングマスクのパターン例を示す平面図、第７図は第５図
のエツチング方法で得られる凹部境界の状帖を説明する
断面図、第８図は従来のレンズアレイの問題点を説明す
る平面図である。 ８・・・エツチング保護被膜 ９・・・開口 １０・・・レンズアレイ １０Ａ・・・レンズ １１　・・・ガラス基板 １２・・・凹部 ＋３・・・レンズ境界稜線 １４・・・透明充填材料 ２０・・・液晶表示パネル ２１・・・透光窓 ２２・・・不透光部 ３０・・・照明光 第 １ 図 第 図 第 図 第 図 １゜ ０ 第 ９ 勿τ 」〒フ 図 第 図 」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平板状の透明基板の少なくとも片面側に、底壁が曲面を
   成す凹部の多数を、平面視で多辺形の稜線を境界として
   接する稠密充填状態に配列形成し、これら凹部に前記基
   板とは屈折率の異なる透明材料を充填してなる稠密充填
   レンズアレイ。