CN108139512B - 扩散板、显示装置、投影装置和照明装置 - Google Patents

扩散板、显示装置、投影装置和照明装置 Download PDF

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Abstract

提供能够实现更为均匀的扩散角度分布特性的扩散板、显示装置、投影装置和照明装置。本发明为包括位于透明基材表面上的单透镜组的微透镜阵列型扩散板，用于构成所述单透镜组的各单透镜所具有的开口直径和曲率半径作为所述单透镜组整体具有偏差，并且所述各单透镜的顶点位置不规则配置，用于透射所述单透镜组的光的能量分布在规定的扩散角度范围内大致均匀。

Description

扩散板、显示装置、投影装置和照明装置
技术领域
本发明涉及扩散板、显示装置、投影装置和照明装置。
背景技术
用于使入射光朝向各方向散射的扩散板被广泛地用于例如显示器等显示装置、投影仪等投影装置以及各种照明装置等各种装置中。该扩散板中的入射光的扩散机构被大致分为利用由扩散板表面形状引起的光折射和利用存在于块体内部且与周围折射率不同的物质产生的散射。利用由表面形状引起的光折射的扩散板之一被称作微透镜阵列型扩散板，其在块体表面上配置有多个大约数十μm尺寸的微透镜。
作为该微透镜阵列型扩散板，下述的专利文献1公开了焦点板用的扩散板，该扩散板被设计成微透镜的间距和高度具有偏差。具体而言，下述的专利文献1公开了将微透镜的间距P设定为8μm≤P≤30μm，微透镜的高度H设定为0.01×P≤H≤0.1×P。
此外，作为微透镜阵列型扩散板，下述的专利文献2还公开了通过将用于构成微透镜阵列的微透镜的直径(D)设定为100μm以上1000μm以下，微透镜的表面粗糙度(Ra)设定为0.1μm以上10μm以下，将光扩散效果付与透镜表面。在该专利文献2中，尽管与上述专利文献1同样，微透镜的配置图案为随机配置图案，但由于通过将微透镜的高度设定为常数使得能够抑制应力集中，从而否定了随机性的导入。
专利文献1：日本特开平3-192232号公报
专利文献2：日本特开2004-145330号公报
发明内容
但上述专利文献1并未提到各微透镜的曲率半径且存在难于实现更为均匀(平坦)的扩散角度分布特性的问题。此外，即使使用上述专利文献2所公开的技术也难于实现更为均匀(平坦)的扩散角度分布特性。
因此，本发明正是鉴于上述问题而做出的，本发明的目的在于提供能够实现更为均匀的扩散角度分布特性的扩散板、显示装置、投影装置以及照明装置。
为了解决上述课题，根据本发明的一方式，提供一种扩散板，其为包括位于透明基材表面上的单透镜组的微透镜阵列型扩散板，用于构成所述单透镜组的各单透镜所具有开口直径和曲率半径作为所述单透镜组整体具有偏差，且所述各单透镜的顶点位置不规则配置，用于透射所述单透镜组的光的能量分布在规定的扩散角度范围内大致均匀。
优选，与邻接于所述单透镜的其他所述单透镜之间的边界包括相互不同的曲线。
优选，当所述单透镜组的基准开口直径为Φ，且作为所述单透镜组中的所述开口直径偏差程度的摄动宽度为△Φ时，下列公式(1)成立。
[方程1]
Figure BDA0001612372860000021
优选，当所述单透镜组的基准曲率半径为R，且作为所述单透镜组中的所述曲率半径偏差程度的摄动宽度为△R时，下列公式(2)成立。
[方程2]
Figure BDA0001612372860000022
优选，当用于构成所述单透镜组的所述单透镜之间的顶点位置的最大高低差为△Zmax，所述单透镜组中的最大顶点高度为Z时，下列公式(3)成立。
[方程3]
Figure BDA0001612372860000031
在用于透射所述单透镜组的光的能量分布中，当该能量分布变成大致均匀的扩散角度范围为θtop，该能量分布的半值宽度为θFWHM时，下列公式(4)成立。
[方程4]
Figure BDA0001612372860000032
以单透镜规则配置时的各单透镜的顶点位置为基准，用于构成所述单透镜组的各所述单透镜的顶点位置可以不规则配置，以便自该基准的移动量在规定范围内。此时，优选，当所述单透镜组中的最大的所述移动量为M，所述单透镜组的基准开口直径为Φ，所述单透镜组的基准曲率半径为R时，下列公式(5)成立。
[方程5]
Figure BDA0001612372860000033
而且，优选，当自所述单透镜组中的所述基准的移动量为△r，所述单透镜组的基准开口直径为Φ时，△r/Φ≠0成立。
用于构成所述单透镜组的各所述单透镜可以不规则地配置在所述透明基材上。此时，优选，当所述单透镜组中相互邻接的所述单透镜之间的重叠宽度最大值为Ov，所述单透镜组的基准开口直径为Φ，所述单透镜组的基准曲率半径为R时，下列公式(6)成立。
[方程6]
Figure BDA0001612372860000034
所述透明基材可以为树脂基板、树脂膜或者玻璃基板中任意一种。
而且，为了解决上述课题，本发明的另一方式提供一种包括上述扩散板的显示装置。
而且，为了解决上述课题，本发明的另一方式提供一种包括上述扩散板的投影装置。
而且，为了解决上述课题，本发明的另一方式提供一种包括上述扩散板的照明装置。
根据如上所述的本发明，能够实现更为均匀的扩散角度分布特性。
附图说明
图1为示意地表示本发明实施方式所涉及的扩散板结构的说明图。
图2为用于说明该实施方式所涉及的扩散板具有的单透镜的说明图。
图3为用于说明该实施方式所涉及的扩散板具有的单透镜的说明图。
图4为从上方观察该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。
图5A为从上方观察该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。
图5B为从上方观察该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。
图6A为用于说明该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组配置方法的说明图。
图6B为用于说明该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组配置方法的说明图。
图7A为用于说明该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组配置方法的说明图。
图7B为用于说明该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组配置方法的说明图。
图8A为从上方观察该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。
图8B为从上方观察该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。
图9A为从上方观察该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。
图9B为从上方观察该实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。
图10为示意地表示用于透射该实施方式所涉及的扩散板的光的能量分布说明图。
图11为说明用于透射该实施方式所涉及的扩散板的光的能量分布说明图。
图12为表示该实施方式所涉及的扩散板的几何光学扩散特性一示例的说明图。
图13为表示该实施方式所涉及的扩散板的制造方法流程一示例的流程图。
图14为示意地表示该实施方式所涉及的扩散板的应用例一示例的说明图。
图15为用于说明实施例1的结果的说明图。
图16为用于说明实施例1的结果的说明图。
图17为用于说明实施例4的结果的说明图。
图18为用于说明实施例4的结果的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，在本说明书和附图中，对实质上具有相同功能结构的构成元件付与相同的符号而省略重复说明。
(本发明实施方式所涉及的扩散板的概要)
在对本发明实施方式所涉及的扩散板进行详细说明之前，下面会简单地提及本发明实施方式所涉及的扩散板的概要。
下面详细叙述的本发明实施方式所涉及的扩散板为具有光均匀扩散和光学开口的均匀扩大功能的微透镜阵列型扩散板。该扩散板具有的光学体(即，微透镜)为一种结构件，其特征在于，具有光扩散功能的凸面或凹面为相互不同的形状，且各透镜的边界轮廓部以不同曲线与邻接的透镜接触。
在如上述专利文献1和专利文献2所公开的、基于常规微透镜阵列结构的光学体的情况下，仅会附加通常的高斯状的光扩散功能和图像设备中的莫尔条纹抑制功能，并存在难以满足均匀的能量分布扩散特性的问题。换句话说，相对于可见光区域的平行光和具有准直特性的主光线且具有一定开口的远心光，存在下述问题，不能解决涉及在一定区域中的角度成分内能量分布的均匀性非常高，而当超过该角度成分的一定区域时则能量急剧可能减少这种光学功能(下面也称为“顶帽式扩散”)的课题。
通过使构成微透镜阵列的各单位元件的配置、曲率半径和圆形开口直径具有摄动(换句话说，偏差)，在下面详细叙述的本发明实施方式所涉及的扩散板具有光学体，所述光学体包括多个弯曲和曲面，所述弯曲和曲面具有多个相互不同的弯曲和曲面的区域，该区域边界为相互不同的曲面，且切线方向相互不同的俯视投影轨迹由不同曲线划分。由此，能够解决上述课题并实现具有高均匀扩散功能的光学体。
下面详细叙述的扩散板的特征的概要如下：
1)各微透镜的曲面部为球面体或者非球面体。
2)用于构成微透镜阵列的微透镜的配置可以为自周期排列随机摄动的配置。此时，如果作为基准的晶格的位置为P，摄动宽度(偏差宽度)为△P，则△P/P≠0成立。
3)在上述2)的情况下，基准排列(作为基准的晶格)例如可以为六边形晶格。在该情况下，当基准排列中的微透镜的基准开口直径和基准曲率半径分别为Φ和R，最大摄动量为M/2时，摄动比率(M/2)×2/(Φ2+R2)0.5为0.12以上。
4)在微透镜阵列中，基准开口直径Φ与摄动宽度△Φ的比率
∣△Φ/Φ∣为5％以上25％以下。
5)在微透镜阵列中，基准曲率半径R与摄动宽度△R的比率
∣△R/R∣为5％以上70以下。
6)用于构成微透镜阵列的微透镜的配置可以不以上述2)所述的周期排列为基准而为随机排列。在该随机排列的情况下，当微透镜的基准开口直径为Φ，基准曲率半径为R，微透镜之间的最大重叠量(重叠宽度的最大值)为Ov时，摄动比率Ov/(Φ2+R2)0.5为0.12以上。
7)在微透镜阵列中，当用于构成阵列的各微透镜的顶点之间的最大高低差为△Zmax，顶点的最大高度为Z时，比率△Zmax/Z为0.015以上。
8)用于构成微透镜阵列的微透镜所具有的、邻接的微透镜之间的各边界为相互不同的弯曲形状。
9)配置有微透镜的光学体(扩散板)的平坦部小于10％。
下面，对具有以上特征的本发明实施方式所涉及的扩散板进行详细说明。
(关于扩散板)
下面，参照图1～图12对本发明的第一实施方式所涉及的扩散板1进行详细说明。
图1为示意地表示本实施方式所涉及的扩散板结构的说明图。图2和图3为用于说明本实施方式所涉及的扩散板具有的单透镜的说明图。图4～图5B为从上方观察本实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。图6A～图7B为用于说明本实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组配置方法的说明图。图8A～图9B为从上方观察本实施方式所涉及的扩散板含有的单透镜组一示例的电子显微镜照片。图10为示意地表示用于透射本实施方式所涉及的扩散板的光的能量分布说明图。图11为说明用于透射本实施方式所涉及的扩散板的光的能量分布说明图。图12为表示本实施方式所涉及的扩散板的几何光学扩散特性一示例的说明图。
本实施方式所涉及的扩散板1为在基材上配置有多个微透镜(下面也称为“单透镜”)的、微透镜阵列型扩散板。如图1示意地所示，该扩散板1具有透明基材10和形成在透明基材10表面上的单透镜组20。
<关于透明基材10>
透明基材10为由可在入射到本实施方式所涉及的扩散板1的光的波长带中被视为透明材质构成的基材。该透明基材10既可以为膜状，也可以为板状。尽管对该基材的材质并无特别限定，但既可以将例如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymenthyl methacrylate:PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate:PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate:PC)、环烯烃共聚物(Cyclo Olefin Copolymer:COC)等公知的树脂用作透明基材10，也可以使用石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、白玻璃板等公知的光学玻璃。尽管在图1中以透明基材10为矩形为例进行了图示，但透明基材10的形状并不限于矩形，例如也可以根据安装扩散板1的显示装置、投影装置、照明装置等的形状而具有任意的形状。
<关于单透镜组20>
在透明基材10的表面上形成有包括多个单透镜21的单透镜组20。在本实施方式所涉及的扩散板1中，如图1示意地所示，优选，单透镜组20以多个单透镜21相互邻接的方式(换句话说，在单透镜21之间不存在间隙(平坦部)的方式)形成。通过在透明基材10上无间隙地配置单透镜21(换句话说，以单透镜的充填率为100％的方式配置)，能够抑制入射光中未在扩散板表面上散射而直接透射的成分(下面也称为“0次透射光成分”)。结果是，以多个单透镜21相互邻接方式配置的单透镜组21能够进一步提高扩散性能。
而且，如图1示意地所示，在本实施方式所涉及的单透镜组20中，各单透镜21不是规则排列，而是不规则(随机)排列。这里，“不规则”意味着在扩散板1中的单透镜组20的任意区域中，实质上不存在与单透镜21的配置相关的规则性。因此，即使在任意区域的微小区域中，单透镜21的配置存在某种规则性，但作为任意区域整体，单透镜21的配置不存在规则性也被认为包含在“不规则”中。此外，下面会对本实施方式所涉及的单透镜组20中单透镜21的不规则配置方法再次进行详细说明。
在本实施方式中，用于构成单透镜组20的单透镜21为凸透镜。并且，在本实施方式所涉及的单透镜组20中，各单透镜21的表面形状并无特别限定，既可以仅包含球面成分，也可以包含非球面成分。
而且，不仅在上述的各单透镜21的配置中，而且在各单透镜21的开口直径和曲率半径中，本实施方式所涉及的单透镜组20作为单透镜组20整体具有偏差。
通过以多个单透镜21相互邻接设置，单透镜21不规则地形成在透明基材10上，并且各单透镜21的开口直径和曲率半径具有偏差(随机性)，使得各单透镜21的外形不是相同的形状，而具有图1示意地所示的各种形状，许多不具有对称性。
在这种情况下，如图2示意地所示，会有单透镜A的曲率半径为rA，而单透镜B的曲率半径为rB(≠rA)许多这种状况发生。在邻接的单透镜的曲率半径不同的情况下，邻接的单透镜之间的边界不仅由直线构成，而至少一部分含有曲线。结果，如图3示意地所示，单透镜21的外形(俯视单透镜21时外形的投影轨迹)由相互不同的多个弯曲和曲面的边界构成。由于单透镜之间的边界中至少一部分含有曲线，因而使得单透镜之间的边界的配置规则性进一步被打破，从而能够进一步减少衍射成分。
图4为利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope:SEM)从上方观察本实施方式所涉及的扩散板中的单透镜组20一部分的SEM照片。由图4可知，可以看出用于构成单透镜组20的单透镜21的外形(俯视投影轨迹)具有各种形状，且单透镜21的开口直径也相互不同。
<关于单透镜21的配置方法>
下面，对上述的单透镜21的配置方法进行具体说明。
在本实施方式所涉及的扩散板1中，配置有具有上述特征的多个单透镜21的单透镜组20能够主要由下面的两种配置方法获得。
第一配置方法为如下方式，暂时设定具有基准形状的单透镜21规则排列的基准状态(下面也称为“初始排列状态”)，然后自该初始排列状态使单透镜21的形状(即，开口直径和曲率半径)和配置位置(具体而言为单透镜21的顶点位置)偏差(摄动)。下面也将这种配置方法称为“基准配置方法”。在该配置方法中，在经过规则的单透镜21排列之后，单透镜21的形状和配置具有随机性。因此，从图5A所示的用于显示实际的单透镜组20配置状态的SEM照片可见，当一定程度宏观俯视单透镜组20时，实现能够一定程度推定初始排列状态的配置。
第二配置方法为从开始将具有基准形状的单透镜21随机配置的配置方法。下面也将该配置方法称为“随机配置方法”。在该配置方法中，在将具有基准形状的单透镜21随机配置后，使单透镜21的形状(即，开口直径和曲率半径)偏差(摄动)。因此，从图5B所示的用于显示实际的单透镜组20配置状态的SEM照片可见，即使当一定程度宏观俯视单透镜组20时，也不能在单透镜组21的配置上发现规则性。
[关于基准配置方法]
下面，参照图6A和图6B对基准配置方法的流程进行简单地说明。
如图6A所示，在基准配置方法中，首先，设定作为基准的初始排列状态。单透镜21的规则排列状态并无特别限定，只要适当地利用单透镜21的顶点位置以正方形方式配置的四角配置和在与正六角形的顶点和正六角形中心对应的位置上配置单透镜21顶点位置的六角配置等即可。此时，为了尽量不在实施基准配置方法后的单透镜组20中产生平坦部，优选，规则的排列状态为密排六边形晶格等最密排列状态。
在该基准配置方法中，如图6A左侧中段的图所示，晶格间隔(图6B中的基准晶格间距G)被用作参数。然后，如图6A左侧下段的图所示，从与最密图案对应的值减小作为参数的晶格间距。由此，如图6A右侧上段的图所示，各单透镜互相重叠，从而使得平坦部消失。
其后，如图6A右侧中段的图所示，各单透镜21的透镜中心(顶点位置)自晶格点随机移动。具体而言，将自晶格点的最大移动距离作为参数(图6B中的最大摄动量M)并将0～1的随机数与最大移动距离的乘积作为移动距离而分别决定。而且，移动角度也使用随机数进行决定。由此，如图6A右侧下段的图所示，决定最终的单透镜21的配置图案。
其后，通过使图6B所示的单透镜21的开口直径Φ和曲率半径R作为参数进一步进行摄动，从而能够将具有随机形状的单透镜21进行随机配置。
在以上的基准配置方法中，优选，当单透镜组20中的最大移动量(图6B中的最大摄动量)为M，但透镜组20的基准开口直径为Φ，单透镜组20的基准曲率半径为R时，下列公式(101)成立。而且，优选，当自单透镜组20中的初始排列的移动量为△r，单透镜组20的基准开口直径为Φ时，△r/Φ≠0成立。
[方程7]
Figure BDA0001612372860000111
在上述公式(101)左边表示的摄动比率小于0.12的情况下，用于实现随机配置的参数偏差程度不够，因而难以实现充分的随机性。并且，△r/Φ≠0成立意味着所有单透镜21顶点位置自规则的顶点位置发生位移。通过这种方式，能够更为可靠地将不规则性导入单透镜组20中的单透镜21的配置。
[关于随机配置方法]
下面，参照图7A和图7B对随机配置方法的流程进行简单说明。
在随机配置方法中，如图7A所示，当在xy坐标系中考虑透镜配置位置时，由随机数决定透镜配置位置的x坐标和y坐标。此时，对于着眼的单透镜21，计算与已经配置的各单透镜21之间的距离，如果与已经配置的各单透镜21的重叠宽度在预先设定的容许范围内，则配置着眼的单透镜21。相反，当计算的重叠宽度超过容许范围时，则不配置着眼的单透镜21。通过这种方式，决定随机配置方法中的初始排列。
上述配置方法中的容许范围为图7B所示的最大重叠量Ov。可以将该最大重叠量Ov看作相互邻接的单透镜21之间的重叠宽度的最大值。
尽管以上为随机配置方法的概略，但更为具体的随机配置方法的算法并无特别限定，例如也可以利用日本特开2012-181816号公报所公开的公知方法。
在以上述方式决定初始排列之后，通过使图7B所示的单透镜21的开口直径Φ和曲率半径R作为参数进一步摄动，能够使具有随机形状的单透镜21随机配置，能够抑制平坦部的发生。
在以上的随机配置方法中，优选，当单透镜组20中相互邻接的单透镜之间的重叠宽度的最大值为Ov，单透镜组20的基准开口直径为Φ，单透镜组20的基准曲率半径为R时，下列公式(103)成立。
[方程8]
Figure BDA0001612372860000121
当上述公式(103)左边表示的摄动比率小于0.12时，用于实现随机配置的参数偏差程度不够，难以实现充分的随机性。
上面参照图6A～图7B对本实施方式所涉及的单透镜21的配置方法进行了具体说明。
图8A和图8B为利用SEM观察通过以上方式配置单透镜21时的单透镜组20状态的结果。图8A为从上方观察单透镜组20时的SEM照片，图8B为从斜向俯视单透镜组20时的SEM照片。图8A和图8B所示的单透镜组20为作为基准的开口直径(摄动前的开口直径)Φ为3μm，作为基准的曲率半径(摄动前的曲率半径)R为20μm时的示例。
由图8A可知，各单透镜21具有各种外形并随机配置。而且，由图8B可知，各单透镜21的透镜高度也多样变化，相邻单透镜21的边界为曲面。对这些SEM照片详细地进行解析之后，单透镜21之间的顶点位置的最大高低差约为8μm，单透镜21顶点位置的表面粗糙度(Ra)约为6nm。
<单透镜组20的配置特性>
下面对由上述单透镜21的配置方法实现的单透镜组20的配置特性进行简单说明。
在由以上配置方法实现的单透镜组20中，优选，当单透镜组20的基准开口直径(摄动前的开口直径)为Φ，作为单透镜组20中开口直径偏差程度的摄动宽度为△Φ时，下列公式(105)成立。
[方程9]
Figure BDA0001612372860000131
在由∣△Φ/Φ∣表示的比率小于5％的情况下，开口直径偏差程度不充分，结果是，单透镜21配置的随机性不充分，因而不优选。而且，在由∣△Φ/Φ∣表示的比率超过25％的情况下，如图9A中∣△Φ/Φ∣＝25％情况下的SEM照片所示，单透镜21本身的结构、单透镜组20的宏观结构的变形急剧增加，因而不优选。
并且，在由以上的配置方法实现的单透镜组20中，优选，当单透镜组20的基准曲率半径(摄动前的曲率半径)为R，作为单透镜组20中的曲率半径偏差程度的摄动宽度为△R时，下列公式(107)成立。
[方程10]
Figure BDA0001612372860000132
在由∣△R/R∣表示的比率小于5％的情况下，曲率半径偏差程度不充分，结果是，单透镜21配置的随机性不充分，因而不优选。而且，在由∣△R/R∣表示的比率超过70％的情况下，如图9B中∣△R/R∣＝70％情况下的SEM照片所示，单透镜21本身的结构、单透镜组20的宏观结构的变形急剧增加，因而不优选。
而且，优选，当用于构成单透镜组20的单透镜21之间的顶点位置的最大高低差为△Zmax，单透镜组20中的最大顶点高度为Z时，下列公式(109)成立。
[方程11]
Figure BDA0001612372860000133
在由∣△Zmax/Z∣表示的比率小于0.015的情况下，各单透镜21的顶点高度(透镜高度)过于一致，难以实现均匀的扩散角度分布特性，因而不优选。
并且，在配置有上述的单透镜21的单透镜组20中，优选，平坦部的比例(例如，存在平坦部的面积相对于透明基材10面积的比例)小于10％。在平坦部的比例为10％以上的情况下，由于0次透射光成分增加，扩散角度分布特性可能会降低，因而不优选。
此外，在本实施方式所涉及的扩散板中，也可以使如上所述的单透镜组20的配置特性具有各向异性。
<关于扩散板的透射光能量分布>
下面，参照图10和图11对具有上述单透镜组20的扩散板1的透射光能量分布进行具体说明。
当可见光区域的平行光、具有准直性的主光线且具有一定开口的远心光入射到上述的扩散板1中时，实现图10示意表示的顶帽式扩散，其中，所述顶帽式扩散为在一定区域中的角度成分内能量分布的均匀性非常高，而当超过该角度成分的一定区域时，能量则急剧减少。
这里，如图10所示，在能量分布的均匀性高的区域的扩散角度宽度为θtop，该能量分布的半值宽度为θFWHM的情况下，利用市场出售的光线追踪模拟用应用程序对比率θtop/θFWHM(＝a)变化情况下的能量比的变动状态进行了解析。获得的结果表示在图11中。
结果是，在比率a为1/3以上的情况下，实现图10示意所示的均匀中心能量，而显然不是高斯扩散。并且，在比率a为1/2以上的情况下，均匀区域的中心能量为20％，且实现具有聚光功能的扩散性。
因此，优选，在本实施方式所涉及的扩散板1中，下列公式(111)成立。
[方程12]
Figure BDA0001612372860000151
<关于扩散板的几何光学扩散特性的具体示例>
下面，参照图12对具有上述单透镜组20的扩散板1的几何光学扩散特性进行具体说明。
在本实施方式所涉及的扩散板1中，通过在透明基材10上形成上述的单透镜组20，在基准开口直径Φ为30μm，基准曲率半径R为20μm的情况下，能够实现扩散角为±35°这种顶帽式扩散。这种扩散特性表示在与扩散板1距离100mm的位置，以点入射到扩散板1中的光扩散至144mm的范围。
上面，参照图1～图12对本实施方式所涉及扩散板1进行了详细说明。
上述的本实施方式所涉及的扩散板1通过使单透镜21的配置和单透镜21的形状(开口直径和曲率半径)具有随机性，能够实现更为均匀的扩散角度分布特性。并且，在本实施方式所涉及的扩散板1中，通过控制单透镜21的开口直径、曲率半径，能够自由地设计用于透射扩散板1的光的扩散角。
(关于扩散板的制造方法)
下面，参照图13对本发明的第一实施方式所涉及的扩散板1的制造方法一示例进行简单说明。图13为表示本实施方式所涉及的扩散板制造方法流程一示例的流程图。
在本实施方式所涉及的扩散板的制造方法中，首先，实施基底的洗净(步骤S101)。例如，该基底既可以为如玻璃辊的辊状，也可以为如玻璃晶片的平板状。
接着，在洗净后的基底上形成抗蚀剂(例如，使用金属氧化物的抗蚀剂等)(步骤S103)。该抗蚀剂的形成处理通过在辊状的基底上进行涂覆处理或浸渍实现，并通过在平板状的基底上进行各种涂层处理实现。
然后，在形成有抗蚀剂的基底上实施曝光处理(步骤S105)。该曝光处理可以适当地应用利用灰度掩膜等的曝光、由多个灰度掩膜重叠进行的多重曝光等公知的曝光方法。
然后，通过将曝光后的基底碱性显影(步骤S107)，完成制造本实施方式所涉及的扩散板1时的原版(例如，玻璃原版、金属原版等)(步骤S109)。然后，使用完成的原版，制造软模具(步骤S111)。
接着，通过利用制造的软模具在基板玻璃、基板膜等上实施压印处理(步骤S113)，制造本实施方式所涉及的扩散板1。
此外，图13所示的制造方法的流程仅为一示例，并非将本实施方式所涉及的扩散板的制造方法限定为图13所示的示例。
(扩散板的应用例)
下面，参照图14对本实施方式所涉及的扩散板1的应用例进行简单说明。图14为示意地表示本实施方式所涉及的扩散板应用例一示例的说明图。
上述的本实施方式所涉及的扩散板1可以适当地安装在需要使光扩散以便实现其功能的装置上。例如，作为需要使光扩散以便实现其功能的装置可以为例如各种显示器等显示装置、投影仪等投影装置。
而且，本实施方式所涉及的扩散板1，如图14的上段所示，也能够应用于液晶显示装置的背光源，如图14的中段所示，也能够用于光整形的用途。而且，如图14的下段所示，本实施方式所涉及的扩散板1也能够应用于各种照明装置。
此外，需要使光扩散以便实现功能的装置并不限于上述示例，只要是利用光扩散的装置，本实施方式所涉及的扩散板1也能够应用于其他公知的装置中。
实施例
接下来，在示出实施例和比较例的同时，对本发明所涉及的扩散板进行具体说明。此外，下面所示的实施例仅为本发明所涉及的扩散板的一示例，本发明所涉及的扩散板并不限定于下述示例。
(试验例)
下面，利用市场销售的光线追踪模拟用应用程序对分别以基准配置方法和随机配置方法配置单透镜21时的各种特性进行了模拟。此外，在以下的模拟中，用于形成单透镜21的透镜材料为透明树脂或玻璃。
<实施例1～3>
在实施例1～3中，基准配置为密排六边形晶格，并按照下述表1的各条件设定单透镜的形状(开口直径Φ、曲率半径R、各摄动量)和配置的间隔G、最大摄动量M。
<比较例1>
在比较例1中，在将开口直径Φ和曲率半径R的摄动量设定为0之后，按照下述表1的各条件设定。
<比较例2>
在比较例2中，在将开口直径Φ和曲率半径R的摄动量设定为小于0.12之后，按照下述表1的各条件设定。
(评价方法)
此外，性能判断的基准如下所述。
A：扩散光分布为顶帽状，顶部的能量变化为20％以下
B：扩散光分布为顶帽状，顶部的能量变化超过20％
C：扩散光分布不是顶帽状(离散衍射)
获得的结果也表示在下面的表1中。在实施例1～3中，可知扩散分布为TOP宽度不同的顶帽状，并取得了期望的特性。图15和图16表示实施例1所示的扩散板的模拟结果。尤其由图16所示的能量分布特性可知，实现了顶帽式的扩散特性。
另一方面，在比较例1和比较例2中，扩散分布为离散衍射的非顶帽状，未能取得期望的光学特性。
[表1]
Figure BDA0001612372860000171
<实施例4～11>
在实施例4～11中，基准配置为随机配置，并按照下述表2的各条件设定单透镜的形状(开口直径Φ、曲率半径R、各摄动量)和配置(Ex、Ov)。
<比较例3>
在比较例3中，在将开口直径Φ和曲率半径R的摄动量设定为小于0.12之后，按照下述表2的各条件设定。
这里，在上述的实施例4～11和比较例3中，性能的判断基准如上所述。
获得的结果也表示在下述表2中。在实施例4～11中，可知扩散分布为TOP宽度不同的顶帽状，并取得了期望的特性。图17和图18表示实施例4所示的扩散板的模拟结果。尤其由图18所示的能量分布特性可知，实现了顶帽式的扩散特性。
另一方面，在比较例3中，扩散分布为离散衍射的非顶帽状，未能取得期望的光学特性。
[表2]
Figure BDA0001612372860000181
尽管上面参照附图对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限于该示例。本发明所属技术领域的技术人员在权利要求书所记载的技术构思范围内可以想到各种变更例或者修改例是明确的，需要了解的是这些也当然属于本发明的技术范围。
附图标记说明
1 扩散板
10 透明基材
20 单透镜组
21 单透镜

Claims (10)

1.一种扩散板，其特征在于，其为包括位于透明基材表面上的单透镜组的微透镜阵列型扩散板，
用于构成所述单透镜组的各单透镜所具有的开口直径和曲率半径作为所述单透镜组整体具有偏差，并且所述各单透镜的顶点位置不规则配置，
用于透射所述单透镜组的光的能量分布在规定扩散角度范围内大致均匀，
当所述单透镜组的基准开口直径为Φ，且作为所述单透镜组中的所述开口直径偏差程度的摄动宽度为△Φ时，下列式(1)成立，
当用于构成所述单透镜组的所述单透镜之间的顶点位置的最大高低差为△Zmax，所述单透镜组中的最大顶点高度为Z时，下列式(3)成立，
以单透镜规则设置时的各单透镜的顶点位置为基准，用于构成所述单透镜组的各所述单透镜的顶点位置不规则配置，以便自该基准的移动量在规定范围内，
当所述单透镜组中的最大的所述移动量为M，所述单透镜组的基准开口直径为Φ，所述单透镜组的基准曲率半径为R时，下列式(5)成立，
Figure FDA0003114899130000011
Figure FDA0003114899130000012
Figure FDA0003114899130000013
2.一种扩散板，其特征在于，其为包括位于透明基材表面上的单透镜组的微透镜阵列型扩散板，
用于构成所述单透镜组的各单透镜所具有的开口直径和曲率半径作为所述单透镜组整体具有偏差，并且所述各单透镜的顶点位置不规则配置，
用于透射所述单透镜组的光的能量分布在规定扩散角度范围内大致均匀，
当所述单透镜组的基准开口直径为Φ，且作为所述单透镜组中的所述开口直径偏差程度的摄动宽度为△Φ时，下列式(1)成立，
当用于构成所述单透镜组的所述单透镜之间的顶点位置的最大高低差为△Zmax，所述单透镜组中的最大顶点高度为Z时，下列式(3)成立，
用于构成所述单透镜组的各所述单透镜不规则地配置在所述透明基材上，
当所述单透镜组中相互邻接的所述单透镜之间的重叠宽度最大值为Ov，所述单透镜组的基准开口直径为Φ，所述单透镜组的基准曲率半径为R时，下列式(6)成立，
Figure FDA0003114899130000021
Figure FDA0003114899130000022
Figure FDA0003114899130000023
3.根据权利要求1或2所述的扩散板，其特征在于，
与邻接于所述单透镜的其他所述单透镜之间的边界包含相互不同的曲线。
4.根据权利要求1或2所述的扩散板，其特征在于，
当所述单透镜组的基准曲率半径为R，且作为所述单透镜组中的所述曲率半径偏差程度的摄动宽度为△R时，下列式(2)成立，
Figure FDA0003114899130000024
5.根据权利要求1或2所述的扩散板，其特征在于，
在用于透射所述单透镜组的光的能量分布中，当该能量分布变成大致均匀的扩散角度范围为θtop，该能量分布的半值宽度为θFWHM时，下列式(4)成立，
Figure FDA0003114899130000031
6.根据权利要求1或2所述的扩散板，其特征在于，
当自所述单透镜组中的所述基准的移动量为△r，所述单透镜组的基准开口直径为Φ时，△r/Φ≠0成立。
7.根据权利要求1或2所述的扩散板，其特征在于，
所述透明基材为树脂基板、树脂膜或者玻璃基板中任意一种。
8.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的扩散板。
9.一种投影装置，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的扩散板。
10.一种照明装置，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的扩散板。
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