CN108351437A - 扩散板、扩散板的设计方法、扩散板的制造方法、显示装置、投影装置和照明装置 - Google Patents

扩散板、扩散板的设计方法、扩散板的制造方法、显示装置、投影装置和照明装置 Download PDF

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Abstract

以高生产率制造不仅显示优良扩散特性且相对于高相干光具有优良耐用性的扩散板。本发明所涉及的扩散板为包括位于透明基板表面上的微透镜组的微透镜阵列型扩散板，由在阵列排列上连续的两个以上的单位单元构成，所述单位单元包括位于透明基板表面上的多个微透镜，相互相邻的所述微透镜之间的棱线互相不平行，并且也不平行于所述透明基板。

Description

扩散板、扩散板的设计方法、扩散板的制造方法、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、扩散板的设计方法、扩散板的制造方法、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各种装置中，例如显示器等显示装置、投影仪等投影装置和各种照明装置等。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引起的散射。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，其将多个大约数十μm尺寸的微透镜配置在块体表面上。
在微透镜阵列型扩散板中，例如下述的专利文献1和专利文献2提出了各种通过使透镜形状、透镜的配置无序化而抑制衍射光产生的方法。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。而且，下述的专利文献2不仅公开了不规则地配置有多个微透镜的微透镜阵列，而且公开了多个微透镜的边界区域由与微透镜面曲率不同符号的曲率的面构成。
当实际制造上述不规则配置的结构时，在制作转印模具、光掩膜中，通常利用激光、电子束进行绘图。此时，当绘图区域整体不是重复图案时，则会存在数据量变得巨大的问题。而且，当评价绘图制作物时，还存在制作成本变高的问题，例如由于图案不存在重复而无法缩小评价部位，从而使得结果全面评价需要大量时间等。
为了解决上述的生产率问题，例如，下述的专利文献3公开了通过使用由随机图案构成的光罩图案(reticle pattern)，并利用分步重复法进行大面积曝光的对焦屏的制作方法。该专利文献3提及避免使光罩周向边缘部的图案在接缝处不连续。而且，该专利文献3在着眼于散景和亮度等焦点板功能特性的同时，还提及了抑制衍射光成分。
专利文献1：日本特开平3-192232号公报
专利文献2：日本特开2007-108400号公报
专利文献3：日本特开昭59-208536号公报
发明内容
这里，由上述专利文献3公开的制造方法制造的对焦屏(即、焦点板)能够在光入射到焦点板的宽广区域时实现期望的特性。但存在如下问题，当将这种制造方法应用于微透镜阵列型扩散板时，存在下述问题，相对于例如激光这种点状入射到狭窄区域的光，难以获得期望的扩散光。
当上述的点状入射光入射时，尤其是当激光入射时，入射光的相干性会变大。为此，为了抑制衍射光成分，则不仅不能无视透镜配置，也不能无视透镜之间的边界部分的影响，仅有存在于被照射的点内的透镜部分会影响出射光。从这些角度来看，与焦点板不同的微透镜阵列结构的最优化则变得重要。而且，为了对点内的高光强密度保持耐用性，使用适当的材料形成包含透镜部分的扩散板整体也较为重要。但是，上述专利文献3并未公开由扩散板材料引起的制造过程中的制约对微透镜结构造成的影响。
因此，本发明正是鉴于上述问题而创作的，本发明的目的在于提供不仅显示优良的扩散特性，而且相对于高相干光具有优良的耐用性，并能够以高生产率制造的扩散板、扩散板的设计方法和扩散板的制造方法、使用该扩散板的显示装置、投影装置以及照明装置。
为了解决上述课题，本发明的一方式提供一种扩散板，其为包括位于透明基板表面上的微透镜组的微透镜阵列型扩散板，并由在阵列排列上连续的两个以上的单位单元构成，所述单位单元包括位于透明基板表面上的多个微透镜，并且相互相邻的所述微透镜之间的棱线相互不平行，并且也不平行于所述透明基板。
优选，用于构成所述单位单元的相互相邻的所述微透镜的顶点之间的距离包含于平均值的±60％的范围内，并且，用于构成所述单位单元的各所述微透镜的曲率半径包含于平均值的±20％的范围内。
优选，当从用于构成所述单位单元的的相互相邻的所述微透镜的顶点间距离平均值的偏差幅度为σp，从用于构成所述单位单元的相互相邻的所述微透镜的曲率半径平均值的偏差幅度为σR时，下列公式(1)成立。
[方程1]
优选，所述单位单元的对角线的长度为3mm以下。
优选，所述单位单元的至少一个的边的长度为该单位单元所包含的所述微透镜的平均间距的整数倍。
优选，所述单位单元所包含的所述微透镜至少为9个以上。
优选，在所述单位单元内，相互相邻的所述微透镜之间的边界部分不平坦。
优选，在所述边界部分的至少一部分配置有半透镜。
所述微透镜的形状也可以为多边形。
优选，所述微透镜为凹透镜。
所述透明基板可以由无机材料构成。
所述无机材料可以为碱成分含量为20％以下的以硅为主成分的玻璃。
在所述微透镜的表面以及所述透明基板的未配置有所述微透镜组的一侧表面上可以具有抗反射层。
所述抗反射层可以为由Nb2O5和SiO2构成的多层结构件。
设置在所述微透镜表面上的所述抗反射层可以为包括形成在所述微透镜组表面上且光波长以下大小的凹凸的抗反射结构。
所述抗反射结构可以为各向异性地设置在所述微透镜表面内且凹凸间距为300nm以下的结构。
为了解决上述课题，本发明另一方式提供一种扩散板的设计方法，其为包括位于透明基板表面上的微透镜组的微透镜阵列型扩散板的设计方法，根据所述透明基板与抗蚀剂之间的蚀刻选择比的倒数和显影在抗蚀剂上的曲率半径的乘积决定用于构成所述微透镜组的各微透镜的曲率半径。
为了解决上述课题，本发明的另一方式提供一种扩散板的制造方法，其为上述扩散板的制造方法，包括：在透明基板上层叠抗蚀剂的工序；利用具有透射率分布的灰度掩膜，对所述抗蚀剂进行曝光的工序；使用氟类气体对已经显影的所述透明基板进行干蚀刻以便获得期望的透镜形状的工序。
在所述进行干蚀刻的工序中，用于构成微透镜组的各微透镜的曲率半径也可以由所述透明基板与抗蚀剂之间的蚀刻选择比的倒数和显影在抗蚀剂上的曲率半径的乘积决定。
而且，为了解决上述课题，本发明其他的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，本发明其他的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，本发明其他的方式提供一种包括上述扩散板的照明装置。
如上所述，本发明不仅能够以高生产率制造显示优良扩散特性且相对于高相干光具有优良耐用性的扩散板，而且能够提供使用该扩散板的显示装置、投影装置和照明装置。
附图说明
图1为示意地表示本发明第一实施方式所涉及的扩散板的说明图。
图2为示意地表示用于构成该实施方式所涉及的扩散板的单位单元一部分的说明图。
图3A为示意地表示该实施方式所涉及的单位单元中相邻微透镜之间的边界状态一示例的说明图。
图3B为表示该实施方式所涉及的单位单元中相邻微透镜之间的边界状态一示例的说明图。
图4A为表示该实施方式所涉及的单位单元中相邻微透镜之间的边界状态一示例的说明图。
图4B为表示该实施方式所涉及的单位单元中相邻微透镜之间的边界状态一示例的说明图。
图5为示意地表示该实施方式所涉及的扩散板的说明图。
图6A为用于说明该实施方式所涉及的扩散板中的单位单元配置的说明图。
图6B为用于说明该实施方式所涉及的扩散板中的单位单元配置的说明图。
图6C为用于说明该实施方式所涉及的扩散板中的单位单元配置的说明图。
图7A为用于说明该实施方式所涉及的扩散板中的单位单元配置的说明图。
图7B为用于说明该实施方式所涉及的扩散板中的单位单元配置的说明图。
图8为用于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9为用于说明该实施方式所涉及的扩散板的制造方法的说明图。
图10为用于说明该实施方式所涉及的扩散板的制造方法的说明图。
图11为用于表示该实施方式所涉及的扩散板的设计方法流程一示例的流程图。
图12为示意地表示用于构成本发明第二实施方式所涉及的扩散板的单位单元一部分的说明图。
图13A为用于说明该实施方式所涉及的微透镜组中的顶点间距离偏差的说明图。
图13B为用于说明该实施方式所涉及的微透镜组中的曲率半径偏差的说明图。
图14为用于说明该实施方式所涉及的扩散板中的衰减幅度的说明图。
图15A为用于表示顶点间距离和曲率半径的偏差与衰减率之间关系的曲线图。
图15B为用于表示顶点间距离和曲率半径的偏差与衰减率之间关系的曲线图。
图16为用于说明扩散板中的扩散全角与衰减率之间关系的说明图。
图17A为用于表示本发明第一实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的曲线图。
图17B为用于表示本发明第一实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的曲线图。
图17C为用于表示本发明第一实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的曲线图。
图17D为用于表示本发明第一实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的曲线图。
图18为用于表示本发明第二实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的表。
图19A为用于表示本发明第二实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的曲线图。
图19B用于表示本发明第二实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的曲线图。
图20为用于表示本发明第二实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的曲线图。
图21为用于表示本发明第二实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的表。
图22为用于表示本发明第二实施方式所涉及的扩散板的实施例结果的曲线图。
图23为用于表示本发明第二实施方式所涉及的扩散板中的微透镜配置一示例的说明图。
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。
[第一实施方式]
(关于扩散板)
下面，参照图1～图7B对本发明第一实施方式所涉及的扩散板1进行详细说明。
图1为示意地表示本发明第一实施方式所涉及的扩散板的说明图。
图2为示意地表示用于构成本实施方式所涉及的扩散板的单位单元一部分的说明图。图3A～图4B为用于表示本实施方式所涉及的单位单元中相邻微透镜之间的边界状态一示例的说明图。图5为示意地表示本实施方式所涉及的扩散板的说明图。图6A～图7B为用于说明本实施方式所涉及的扩散板中的单位单元配置的说明图。
本实施方式所涉及的扩散板1为在基板上配置有包括多个微透镜的微透镜组的微透镜阵列型扩散板。如图1示意所示，该扩散板1由多个单位单元3构成。而且，如图1右侧的图示意所示，在单位单元3之间，设置在单位单元3内的多个微透镜的布局图案(配置图案)在单位单元的排列方向(换句话说，阵列排列方向)上连续。
这里，尽管在图1中以用于构成扩散板1的单位单元3的形状为矩形的情形为例进行了图示，但单位单元3的形状并不限于图1所示的形状，只要是能够没有间隙地填充平面的形状即可，例如，正三角形、正六角形等。
尽管对用于构成本实施方式所涉及的扩散板1的单位单元3的个数并无特别限定，但优选扩散板1由至少两个以上的单位单元3构成。
图2为示意地表示本实施方式所涉及的单位单元3一部分的说明图。如图2示意所示，本实施方式所涉及的单位单元3具有透明基板10和形成在透明基板10表面上的微透镜组20。
<关于透明基板10>
透明基板10为由在入射到本实施方式所涉及的扩散板1的光的波段中可被视为透明材质构成的基板。优选，该基板使用高耐光性的无机材料形成。尽管作为高耐光性的无机材料例如可以包括石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、白色平板玻璃等公知的光学玻璃，但优选使用碱成分含量为20％以下的以硅为主成分的玻璃。通过使用这种无机材料，即使特别在将高输出的激光用作入射光时，也能够消除因材料变质而引起的扩散板的扩散特性劣化。尽管在图2中以透明基板10为矩形的情形为例进行了图示，但透明基板10的形状并不限于矩形，例如根据安装有扩散板1的显示装置、投影装置、照明装置等的形状而可以具有任意的形状。
<关于微透镜组20>
在透明基板10的表面上形成有包括多个微透镜21的微透镜组20。在扩散板中，由于使光扩散为基本用法，因此，如图2下段示意所示，优选，用于构成单位单元3的微透镜21的出射面全部由凹透镜构成。这是因为当扩散板的出射面由凸透镜构成时，由于在焦点位置处会产生聚光部，可能在设置上的制约、安全性上产生问题。而且，在本实施方式所涉及的微透镜组20中，由于各微透镜21的曲率半径、顶点间距离间距不相同，并在一定范围内具有偏差，因而焦点距离也有一定的分布。当为凹透镜时，尽管焦点位置为虚拟点，但由于在焦点位置处光强密度变大，因而优选各微透镜21的焦点位置位于与用于构成扩散板1的透明基板10相邻的区域。这是因为当各微透镜21的焦点位置位于远离透明基板10的场所时，会存在无法在焦点位置配置各种元件等产生光学系统上的制约的情况。
而且，在本实施方式所涉及的微透镜组20中，用于构成单位单元3的各微透镜21被设置成满足以下所示的三个条件。
(1)单位单元3的四边的边界在阵列排列上不会产生图案不连续。
(2)各微透镜21顶点的平面位置和高度位置(换句话说，凹透镜深度的最低位置)以及微透镜21之间的棱线不规则，以便充分抑制衍射。
(3)为了抑制非扩散透射光，在相邻的微透镜21之间不存在非透镜区域。
这里，上述(2)提到的“不规则”意味着在扩散板1中的微透镜组20的任意区域中，实质上不存在与微透镜21配置相关的规则性。因此，即使在任意区域的微小区域中，微透镜21的配置存在某种规则性，但作为任意区域整体，微透镜21的配置不存在规则性也被认为包含在“不规则”中。
被配置成满足上述三个条件且在本实施方式所涉及的微透镜组20中，相互相邻的微透镜21之间的棱线全部相互不平行，而且也不平行于透明基板10。这是因为当微透镜21之间存在相互平行的棱线时，会使衍射光成分增加。
这里，“棱线”是指位于多个微透镜21邻接的邻接透镜边界部，微透镜21的曲率半径急剧变化的线状区域。尽管这种棱线的宽度为普通光的波长程度以下，但被控制成在蚀刻等处理条件下衍射光变成适当大小。而且，“不平行”也包括用于判断是否平行的两条线中至少一方为曲线的情形。
具体而言，如图3A和图3B所示，由邻接的微透镜21所包围的微透镜区域从微透镜的光轴方向观察时为多边形，并且，多边形的各边从微透镜剖面观察时为曲线。
而且，优选，包括满足上述三个条件的微透镜21的单位单元3的至少一个的边的长度为单位单元3所包含的微透镜21的平均间距(例如，各微透镜21的顶点位置间距离的平均值)的整数倍。换句话说，优选，本实施方式所涉及的扩散板1中的单位单元3的周期为单位单元3至少一边的长度是微透镜21平均间距整数倍的周期。
通过这种方式，微透镜组20中的邻接的各微透镜21被确定为满足上述的条件，并且不是完全随机的。
此外，可以进一步对邻接的微透镜21之间的棱线进行改进，以便减少衍射光成分。例如，即可以如3A示意所示使棱线的一部分为凹凸形状而不是单纯的直线或曲线，也可以如图4A和4B所示在棱线上的一部分配置半透镜部等不同形状。这里，在本实施方式中，半透镜部是指棱线宽度为10μm以上的微透镜21的曲率半径变化比较平缓的区域。而且，该半透镜部也包括如同鞍型的在正交方向上曲率符号不同的半透镜部。通过使微透镜21之间的棱线为以上方式，使相互相邻的微透镜21之间的边界部分不平坦，扰乱在棱线部分产生的衍射波面的相位，从而能够不产生朝向特定方向的衍射光成分。
而且，优选，用于构成单位单元3的微透镜21的数目为3×3＝9个以上。这是从下述事实导出的，即，当具有与单位单元3相等直径的入射光入射时，只要微透镜21的平均间距为入射光直径的1/3以下程度，相对于入射光位置的偏移则扩散特性不发生变化。关于微透镜21的平均间距与入射光直径之间的关系，下面会再次详细叙述。
<关于抗反射层>
如图5示意所示，也可以以防止透射率的增加或反射杂散光等为目的而在本实施方式所涉及的扩散板1的表面和背面(换句话说，微透镜21的表面以及透明基板10的未设置有微透镜组20一侧的表面)形成抗反射层30。
例如可以使用SiO2、Al2O3、MgF2、CeO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、Y2O3、Tb2O3、ZnS、ZrO2等通常的电介质并使用蒸镀、溅射等公知方法形成该抗反射层30。这里，使用例如Ta2O5、Nb2O5、SiO2等高耐光性材料形成抗反射层30，即使入射光为具有诸如高输出激光等高光密度的光，通过该光也不会劣化而取得充分的效果。此时，通过使抗反射层30为例如Ta2O5、Nb2O5、SiO2等高耐光性材料相互叠加的多层结构件，能够实现更高的耐光性。对于这种抗反射层30的膜厚并无特别限定，只要根据扩散板1的用途、入射光的光密度等适当设定即可。
此外，当在扩散板1上形成抗反射层30时，由于在扩散板1表面上存在微透镜21的凹凸，可能会使抗反射层30的膜厚在微透镜21的中央部和周缘部不同，因此优选，考虑到这一点后形成抗反射层30。而且，在微透镜21的中央部和周缘部，由于入射光的入射角不同，更为优选，通过设计采取宽于通常的假定的角度范围。
而且，设置于微透镜21表面上的抗反射层30也可以为包括形成在微透组20表面(也是微透镜21的表面)的光波长以下大小的微小凹凸(所谓蛾眼结构)的抗反射结构。尤其是，当实现超过扩散角10度的扩散特性时，由于微透镜21表面的倾斜变大，因此同上述的多层结构体相比，反射率的入射角依存性较小的蛾眼结构具有优点。基于减少杂散光和反射的角度，优选，上述抗反射结构为各向异性地设置在微透镜21表面内的、微细凹凸的间距为300nm以下的结构。
<关于单位单元3的配置>
如同一直以来所知道的那样，当光入射到周期性的重复结构时会产生衍射光。当重复结构的间距(重复周期)为p，衍射次数(整数)为m，入射光的波长为λ时，衍射角度θ由下列公式101给出。
[方程2]
在本实施方式着眼的微透镜阵列型扩散板的情况下，出射光为由透镜元件(微透镜21)产生的扩散效果和微透镜21周期排列产生的衍射光成分两个的重叠物。衍射光成分相对于角度离散分布，衍射光成分的峰值强度与衍射次数m成反比例地变小。由于当这些离散的衍射成分小于由透镜阵列扩散的扩散光强度程度时，会淹没在扩散光中而无法对其进行识别，因而通过在周期配置中添加随机的不规则成分时使衍射峰值变小，从而抑制衍射引起的恶劣影响。
并且，衍射光成分的峰值强度也会被入射光直径等入射条件所左右。例如，当具有与微透镜21大小相同程度尺寸的入射光直径的光入射到微透镜21时，即使微透镜组20为规则配置，由于仅有少许光入射到与光入射的微透镜21邻接的微透镜21中，因而几乎不会产生衍射光。另一方面，当具有与微透镜21大小相同程度的入射光直径的入射光入射到微透镜21时，根据入射光轴与微透镜21的光轴之间的关系，容易产生出射特性变化的现象。
图6A～图6C示出了利用市场上出售的电磁场模拟器模拟具有不规则配置的微透镜阵列的出射光分布的示例。在该模拟中，微透镜阵列中的微透镜21的间距p(也是微透镜的直径)为82μm，矩形状的微透镜阵列的大小为738μm×710μm(对角线的长度：约1024μm)。而且，当使入射到该微透镜阵列的光的入射直径变化为200μm、300μm、650μm时，验证包含衍射光的出射光分布如何投影到作为检测器的屏幕上。在图6A～图6C中，图中的亮点表示微透镜阵列产生的衍射光。
如图6A所示，当微透镜21的直径(82μm)与入射光直径之间的尺寸差比较小时，由于扩散光中的衍射光亮点变大，由图6B和图6C可知，优选，使微透镜21的直径变小(或者使入射光直径变大)。具体而言，通过使微透镜阵列的间距大概为入射光直径的1/3以下，能够将上述亮点产生的影响降低至实用中没有问题的程度。
另一方面，在实际制造微透镜阵列时，会考虑制作转印用的光掩膜、模具。此时，尽管通常大多会利用激光、电子束直接绘制微透镜21形状的形成，但为了减少制作的数据量，大多采用所谓的分步重复法，即，通过在上下左右方向上将由较小面积构成的单位单元3重复阵列排列而扩大至期望的尺寸。当光入射到具有这种阵列结构的微透镜阵列时，会产生由单位单元3内和单位单元3之间的双重重复结构构成的两种衍射光成分。至于各衍射角，单位单元3内的衍射角由透镜配置的间距决定，而单位单元3之间的衍射角则由单位单元3的尺寸(大小)决定。
考虑单位单元阵列产生的衍射角(单位单元3之间的衍射角)。例如，当单位单元的间距为700μm，入射光的波长为450nm时，根据上述(公式101)，1次衍射光(m＝1时的衍射光)的角度(半角)为0.03度。因此，即使扩散板的扩散角(半角)为3度左右时，在扩散光中会产生(3/0.03)2＝104个衍射光。衍射光的强度会随着衍射级数m变高而急剧降低(例如，由于衍射次数m时的峰值强度为(2/π)m，实际上在扩散光中会出现数十个左右的衍射峰值。下面将这种由单位单元阵列引起的衍射光称为亚衍射光。
另一方面，先前叙述的透镜阵列产生的衍射光的各亮点(换句话说，由单位单元3内的衍射引起的衍射光的各亮点)会通过上述的单位单元阵列引起的亚衍射峰值而更加离散分布。因此，扩散光中的亮点的清晰度会通过该亚衍射光峰值而减小。随着条件从图6A朝向图6C推移，扩散光中的衍射光亮点变小是由单位单元3内的衍射产生的衍射光(下面也称为主衍射光)被亚衍射光分离现象引起的。
这里，由于单位单元的衍射角非常小，在实际使用本实施方式所涉及的扩散板1时，亚衍射成分的亮点不会成为问题。因此，如参照图6A～图6C所述，通过适当地产生基于单位单元3的亚衍射光，能够减小主衍射光的峰值强度。
亚衍射光的强度由单位单元3与入射光大小之间的关系决定。当单位单元3大致大于入射光时，不会发生由单位单元3的周期结构引起的亚衍射光。这里，考虑图7A所示的入射光强度的半峰全宽，将该半峰全宽变为最小的方向的直径定义为图7B所示的“入射光直径”。并且，将单位单元3定义为长方形或者正方形等矩形形状，并将单位单元3对角线的长度定义为“单位单元尺寸”。此时，如图7B所示，只要单位单元尺寸小于入射光直径，则会产生由单位单元3之间的衍射产生的亚衍射光，从而能够减小由透镜阵列产生(换句话说，由单位单元3内的衍射产生)的主衍射光的峰值强度。
这里，即使入射到扩散板1中的光为激光，也可以认为如图7B所示的入射光直径最大为3mm左右。因此，只要如图7B所示的单位单元尺寸在3mm以下，本实施方式所涉及的扩散板1能够用于任何激光光源。
如上所述，本实施方式所涉及的微透镜阵列型扩散板1由两个以上的单位单元3构成，各单位单元3具有包括多个微透镜21的微透镜组20。并且，各单位单元3所包含的微透镜21的特征在于，在阵列排列上连续，各微透镜21的棱线相互不平行，并且也不平行于透明基板10。通过这种方式，本实施方式所涉及扩散板1能够抑制扩散光中的衍射光成分，从而显示优良的扩散特性。
以上，参照图1～图7B对本实施方式所涉及的扩散板1进行了详细说明。
(关于扩散板的制造方法)
下面，参照图8～图10对本实施方式所涉及的扩散板1的制造方法的一示例进行简单说明。图8为用于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9和图10为用于说明本实施方式所涉及的扩散板的制造方法的说明图。
如下所述，例如可以通过利用干蚀刻将由光致蚀刻剂等有机材料构成的图案转印到基板上而制造本实施方式所涉及的扩散板1。
在该制造方法中，首先，实施在规定的透明基板10上涂覆抗蚀剂(步骤S101)。这里，在如下所述的制造方法中，由于通常将CF4、SF6、CHF3等氟系蚀刻气体用作蚀刻气体，因而优选，将不含有与上述氟系蚀刻气体反应而成为不挥发性物质的Al2O3、碱金属等碱成分(或者碱成分的含量为20质量％以下，更为优选为10质量％以下)的石英玻璃、肖特玻璃(Tempax glass)等用作透明基板10。例如，当使用上述的氟系蚀刻气体对含有27％的Al2O3而完全不含有碱金属的玻璃基板(例如，康宁公司的商品名称：EAGLE XG等)进行干蚀刻时，会在表面上产生未被蚀刻的Al2O3的微小突起而产生使透射率降低的问题。
接着，使用灰度掩膜对涂覆有抗蚀剂的透明基板10进行步进曝光(步骤S103)。
此时，如图9示意所示，能够使进一步在上下左右方向上重复阵列化1mm以下程度的单位单元3后，作为1～20mm程度的基本单元，也可以使该基本单元为分步重复曝光中的重复单位。此时，尽管根据步进的位置精度，在基本单元之间会产生最大数μm宽度程度的图案接缝，但如图9示意所示，通过以单位单元间隔移动曝光镜头(exposure shot)并使图案重叠进行曝光，能够不产生该图案的接缝。此时，当使一次曝光产生的曝光量为期望曝光量的一半时，能够通过四次曝光实现期望的曝光量。即使通过分步重复曝光以便邻接的基本单元的端部仅略微(例如宽度500nm以下)重合，也能够消除接缝。此时，不需要多次曝光。
接着，对结束步进曝光的抗蚀剂图案进行显影(步骤S105)。通过这种方式，在涂覆在透明基板10上的抗蚀剂上形成期望的微透镜图案。
接着，利用上述氟系蚀刻气体对已经结束显影的透明基板10实施干蚀刻(步骤S107)。通过这种方式，形成在抗蚀剂上的微透镜图案就被转印到透明基板10上。
然后，使用上述电介质并通过蒸镀或溅射在形成有微透镜图案的透明基板10表面和背面上进行AR涂覆以形成抗反射层30(步骤S109)。而且，也可以利用公知的蛾眼结构制造方法在微透镜表面上形成包括光波长以下大小的凹凸的抗反射结构作为抗反射层30。
这样，利用灰度曝光在玻璃基板等透明基板10上形成具有透镜曲面的抗蚀剂图案之后，再通过对该抗蚀剂图案进行干蚀刻而将透镜形状转印到透明基板10上而制作本实施方式所涉及的扩散板1。这里，转印到透明基板10上的透镜状的抗蚀剂图案形状不仅由灰度曝光的条件决定，而且还由干蚀刻的条件决定。
这里，将干蚀刻中的抗蚀剂的蚀刻速度与透明基板10(例如玻璃等)的蚀刻速度之比(＝透明基板的蚀刻速度/抗蚀剂的蚀刻速度)称为“蚀刻选择比”。此时，通过调节干蚀刻工序中的各蚀刻气体的流量比，就能够使上述的蚀刻选择比变化。通过这种方式，能够对转印的透镜形状(例如，微透镜21的曲率半径)进行微调整。
具体而言，当将CF4、Ar、O2用作蚀刻气体时，当使流量比(＝“CF4气体的流量/Ar气体的流量”)在0.25～4的范围内变化时，上述的蚀刻选择比则变化至1.0～1.7。而且，当在该状态下添加3％～10％的O2气体时，能够将上述的蚀刻选择比降低至0.7～1.0。通过这种方式，能够根据蚀刻气体的条件而使上述蚀刻选择比变化至0.7～1.7。该现象意味着通过蚀刻能够在70～170％的范围内对由通过灰度曝光获得的光致抗蚀剂构成的微透镜的曲率半径进行调整。
通过灰度曝光制作的抗蚀剂图案的形状由作为最终扩散板的完成体的透明基板10的透镜图案和上述蚀刻产生的形状变形决定。具体而言，当将蚀刻选择比用η表示，各微透镜21的深度(也是下垂量)用S表示时，实际形成在透明基板10上的微透镜21的深度近似为η×S。而且，当抗蚀剂图案的曲率半径为R时，蚀刻后的曲率半径为R÷η。
图10表示当蚀刻选择比为0.6和1.7时实际测定的形成的抗蚀剂图案形状的结果。该测定利用共聚焦激光显微镜实际测定微透镜阵列的大致中央部分的形状(图10上段中的A-A剖线附近的形状)。如图10所示，抗蚀剂设计值与转印的完成体形状并不一定一致。
因此，在制造本实施方式所涉及的扩散板时，采用图11所示的设计方法。
(关于扩散板的设计方法)
下面，参照图11对本实施方式所涉及的扩散板1的设计方法一示例进行简单说明。图11为用于表示本实施方式所涉及的扩散板的设计方法流程的一示例的流程图。
在本实施方式所涉及的扩散板的设计方法中，首先设定诸如透明基板10的折射率n、想要实现的扩散角的大小θ、微透镜21的间距p等基本设计条件(步骤S201)。然后，根据下列公式103计算曲率半径R(n、θ、p)(步骤S203)。
[方程3]
接着，在本实施方式所涉及的扩散板的设计方法中，设定诸如曲率半径变化幅度△R、间距变化幅度△p、透镜顶点高度变化幅度△h等变化容许幅度(步骤S205)。然后利用公知的透镜配置的计算算法，实施单位单元的布局(步骤S207)。
当结束单位单元的布局时，判断布局的单位单元是否适合布局基准(步骤S209)。这种布局基准为先前说明的(1)～(3)的条件。
当布局的单位单元不满足全部上述(1)～(3)时，返回步骤S207，在变化容许幅度的范围内使基本设定条件变化，并再次实施单位单元的布局。而当布局的单位单元满足全部上述(1)～(3)时，则完成单位单元的暂定布局(步骤S211)。
接着，在本实施方式所涉及的扩散板的设计方法中，设定上述的蚀刻选择比η(步骤S211)。然后，根据设定的蚀刻选择比η，将暂定布局的下垂数据(即，高度S)修正为用η×S表示的值(步骤S215)。通过这种方式，完成单位单元的最终布局(步骤S213)。
以上参照图11对本实施方式所涉及的扩散板1的设计方法一示例进行了简单说明。
通过使用上述的制造方法，能够利用诸如干蚀刻处理这种更为简便的制造过程以更高的生产率制造本实施方式所涉及的扩散板1。
(扩散板的制造方法的具体例)
下面简单地叙述如上所述的本实施方式所涉及的扩散板制造方法的具体例。此外，以下所示的具体例仅为本发明所涉及的扩散板制造方法的一具体例，并非将本发明所涉及的扩散板的制造方法限定为下述的具体例。
首先，例如将肖特玻璃基板用作透明基板10，并在该玻璃基板上涂布正性抗蚀剂。此时，抗蚀剂的膜厚为11μm，以便大于制作的微透镜21的下垂深度。
接着，使用灰度掩膜和曝光装置(步进机)，实施分步重复曝光。此时，使用的灰度掩膜的布局由将宽737.6μm×深709.6μm的四边形单位单元3在上下左右方向上阵列排列的单元(即、基本单元)构成。单位单元3被设计成例如微透镜的横向排列为平均间距82μm，九个(单元内共计为100个以上)透镜并排，以便在纵横重复中不会成为不连续图案。
这里，单位单元3内的各微透镜的配置条件为，顶点面内位置为自六边形的顶点至42μm以内，高度位置的变化幅度为2μm以下，并且邻接透镜之间的边界不平行，并且也不平行于基板。关于曲率半径，当扩散角θ＝3度时，根据上述公式103，蚀刻后R＝752μm。此时，再考虑到蚀刻选择比0.90引起的变化，抗蚀剂图案的曲率可以为R’＝752×0.90＝677μm，变化幅度为67μm。
将由公知的透镜配置的计算算法探索决定的满足上述条件的配置的单位单元作为单位单元3。
进而，将以上单位单元3以横向16个×纵向17个的方式阵列排列的单位单元作为基本单元之后，以该基本单元为曝光单位单元进行分步重复曝光。
接着，以显影后获得的抗蚀剂形状为掩膜，并将CF4和Ar的混合气体用作蚀刻气体，进行干蚀刻。作为一示例，蚀刻速度为，玻璃：0.5μm/min，抗蚀剂：0.45μm/min，通过以深于抗蚀剂图案的下垂的方式进行蚀刻，将抗蚀剂的微透镜形状转印到玻璃基板上。
在通过蚀刻形成透镜之后，利用蒸镀或溅射在玻璃基板的两面形成由例如Nb2O5/SiO2多层膜构成的抗反射层30。
通过实施这种制造方法，能够实际制造本实施方式所涉及的扩散板。
(扩散板的应用例)
下面，对本实施方式所涉及的扩散板1的应用例进行简单说明。
以上说明的本实施方式所涉及的扩散板1能够适当地安装在需要使光扩散以实现其功能的装置上。作为需要使光扩散以实现其功能的装置例如可以包括各种显示器等显示装置、投影仪等投影装置。
此外，本实施方式所涉及的扩散板1能够应用于液晶显示装置的背光源，并且也能够用于光整形的用途。而且本实施方式所涉及的扩散板1也能够适用于各种照明装置。
此外，需要使光扩散以实现其功能的装置并不限于上述的示例，只要是利用光扩散的装置也可以将本实施方式所涉及的扩散板1应用于其他公知的装置。
[第二实施方式]
作为用于诸如激光这种高相干光的扩散板使用扩散全角1度～30度程度的各种扩散全角的扩散板。例如，在用荧光体面均匀扩散入射激光的用途中，使用扩散全角小于10度的扩散板，而在通过利用蓝光以获得与荧光体薄膜同样的扩散特性的用途中、用于减少斑纹的用途中则使用扩散全角为10度～30度左右的扩散板。当利用微透镜型扩散板打算实现具有扩散全角为10度～30度的较大扩散全角的扩散板时，存在在扩散光强度衰减的角度区域中，扩散光的衰减变得不再急剧的问题。
因此，当利用微透镜型扩散板实现可应用于上述用途的扩散板时，重要的是除去抑制在第一实施方式中所述的衍射成分以外，即使在扩散光强度衰减的角度区域中也实现扩散光衰减变得急剧的更为优良的扩散特性。
因此，在以下详细叙述的第二实施方式所涉及的扩散板中，通过进一步考虑在第一实施方式所涉及的扩散板中着眼的由构成单位单元的各微透镜的上述(1)～(3)的条件以外的其他条件，除去抑制衍射成分，即使在扩散光强度衰减的角度区域中也实现扩散光衰减变得急剧的更为优良的扩散特性。
(关于扩散板)
与第一实施方式所涉及的扩散板1同样，本发明的第二实施方式所涉及的扩散板1为在基板上配置有包括多个微透镜的微透镜组的微透镜阵列型扩散板。该扩散板1与图1所示的第一实施方式所涉及的扩散板1相同，由多个单位单元3构成。而且，在单位单元3之间设置在单位单元3内的多个微透镜的布局图案(配置图案)在单位单元的排列方向上(换句话说，阵列排列方向)连续。
下面，参照图12～图16，以与第一实施方式所涉及的扩散板1的区别点为中心进行说明，对于具有与第一实施方式所涉及的扩散板1相同结构则省略详细说明。
图12为示意表示构成本实施方式所涉及的扩散板的单位单元一部分的说明图。图13A为用于说明本实施方式所涉及的微透镜组中的顶点间距离偏差的说明图，图13B为用于说明本实施方式所涉及的微透镜组中的曲率半径偏差的说明图。图14为用于说明本实施方式所涉及的扩散板中的衰减幅度的说明图，图15A和图15B为表示顶点间距离和曲率半径的偏差与衰减率之间的关系的曲线图。图16为用于说明扩散板中的扩散全角与衰减率之间关系的说明图。
本实施方式所涉及的扩散板1所具有的单位单元3与图2所示的第一实施方式所涉及的单位单元3同样，具有透明基板10和形成在透明基板10表面上的微透镜组20。
<关于透明基板10>
这里，由于本实施方式所涉及的单位单元3的透明基板10具有与第一实施方式所涉及的单位单元3的透明基板10同样的结构，并起到同样的效果，因此下面省略详细说明。
<关于微透镜组20>
与第一实施方式同样，在透明基板10表面上形成有包括多个微透镜21的微透镜组20。由于扩散板使光扩散为基本用法，因此，优选，用于构成单位单元3的微透镜21的出射面全部由凹透镜构成。而且，即使在本实施方式所涉及的微透镜组20中，由于各微透镜21的曲率半径、顶点间间距并不相同，而在一定范围内具有偏差，因而焦点距离也具有一定的分布。当为凹透镜时，焦点位置为虚拟点，但由于在焦点位置处光强度密度变大，因此优选，各微透镜21的焦点位置位于与构成扩散板1的透明基板10邻接的区域。
而且，在本实施方式所涉及的微透镜组20中，与第一实施方式同样，构成单位单元3的各微透镜21被配置成满足下面所示(1)～(3)三个条件。
(1)单位单元3的四边的边界在阵列排列上不产生图案不连续。
(2)各微透镜21顶点的平面位置和高度位置(换句话说，凹透镜深度的最低位置)以及微透镜21之间的棱线不规则，以便充分抑制衍射。
(3)为了抑制非扩散光，在邻接的微透镜21之间不存在非透镜区域。
即使在被配置成满足上述三个条件且在本实施方式所涉及的微透镜组20中，相互相邻的微透镜21之间的棱线也全部相互不平行，而且也不平行于透明基板10。
下面，将微透镜21的重复结构的间距(即，图12中的相互相邻的微透镜21之间的顶点间距离)的平均值(平均间距)用p表示，将用于表示微透镜21形状的曲线(即，相当于图12中的剖面轮廓的曲线)的曲率半径平均值(平均曲率半径)用R表示。此时，通过使用微透镜21的折射率n、平均间距(平均顶点间距离)p和平均曲率半径R，可用下列公式201表示微透镜型扩散板的扩散全角(半峰全宽)θ。此时，平均顶点间距离p和平均曲率半径R由下列公式201决定，以便获得期望的扩散全角θ。
[方程4]
当微透镜组20具有均匀且规则的排列时，来自构成阵列的全部微透镜21的扩散光一致，能够获得中央部平坦且具有急剧的衰减特性的扩散特性。但由于这样会使阵列结构的周期性产生很多衍射光，因而作为扩散板并非优选。因此，与第一实施方式同样，通过适度地对透镜形状和透镜配置导入不规则性而抑制衍射成分。结果是，如图13A和图13B示意所示，顶点间距离和曲率半径的值会产生偏差。
现在，如图13A所示，当导入不规则性的结果产生的顶点间距离的最大值为pmax，顶点间距离的最小值为pmin时，在本实施方式中将下列公式203给出的σp用作从顶点间距离平均值的偏差幅度。同样，如图13B所示，当导入不规则性的结果产生的曲率半径的最大值为Rmax，曲率半径的最小值为Rmin时，在本实施方式中将下列公式205给出的σR用作从曲率半径平均值的偏差幅度。
[方程5]
在本实施方式中，用下列公式207表示的衰减率α表示扩散特性(尤其是衰减特性)中的急剧性。这里，下列公式207中的θ为扩散全角，如图14示意所示，对应于扩散角分布曲线的半峰全宽。而且，如图14示意所示，在扩散角分布曲线中，将从强度为最大值90％的角度至强度为最大值10％的角度的角度区域称为衰减区域，并将该衰减区域的宽窄(即，角度宽度)的圆周方向的平均值作为下列公式207中的衰减幅度δ。例如，在图14所示的示例中，尽管在角度值为正的区域和角度值为负的区域中存在两处衰减区域，但用于下列公式207中的衰减幅度δ为该两处衰减区域宽窄(角度宽度)的平均值。
而且，对于导入的微透镜配置的不规则性，通过利用上述公式203和公式205给出的偏差幅度σp和σR，用下列的公式209和公式211表示顶点间距离的变化幅度dp和曲率半径的变化幅度dR。
[方程6]
dp＝p·(1±σP)…(公式209)
dR＝R·(1±σR)…(公式211)
此时，可以用上述公式201、公式209和公式211将衰减幅度δ表示为下列公式213。这里，当将(p/R)的值近似为足够小时，下列公式213可以表示为公式215。因此，可以用下列公式215将由上述公式207规定的衰减率α表示为下列公式217。
[方程7]
当分别将顶点间距离的偏差幅度σp固定在0.4(40％)、0.6(60％)、0.8(80％)之后，使曲率半径的偏差幅度σR自0.02(2％)变化至0.3(30％)时，计算由上述公式217给出的衰减率α如何变化，并将获得的结果表示在图15A中。而且，当假定平均顶点间距离p＝90μm、平均曲率半径R＝300μm、折射率n＝1.47(即，扩散角度θ≒8度)的扩散板，使顶点间距离的偏差幅度σp自0.4(40％)变化至0.8(80％)，同时使曲率半径的偏差幅度σR自0.02(2％)变化至0.3(30％)时，使用市场出售的光线追踪模拟器计算扩散角分布曲线。然后，将自获得的扩散角分布曲线中计算出衰减率α的结果表示在图15B中。当将图15A与图15B对比可知，使用了上述公式217所示的近似公式的衰减率α的计算结果大致与光线追踪模拟结果一致，因而可以说公式217所示的近似公式是妥当的。
本实施方式所涉及的扩散板1例如可以适当地用于将诸如激光这种高相干性的光线均匀地扩散至荧光体面上的用途。在该用途中，由于上述的衰减率α会左右荧光体中的光转换效率，通常要求为1以下，更为优选为0.9以下。
这里，当观察使用上述公式217计算出的图15A的结果可知，当顶点间距离的偏差幅度σp＝0.6(60％)，且曲率半径的偏差幅度σR＝0.2(20％)时，衰减率α＝0.83。该结果暗示当用于构成单位单元3的相互相邻的微透镜21的顶点间距离在平均值的±60％范围内具有偏差(换句话说，顶点间距离的偏差幅度σp满足0﹤σp≤0.6的关系)，且用于构成单位单元3的各微透镜21的曲率半径在平均值的±20％范围内具有偏差(换句话说，曲率半径的偏差幅度σR满足0﹤σR≤0.2的关系)时，扩散特性的衰减率α可以为0.9以下。
因此，在本实施方式所涉及的微透镜组20中，优选进一步满足下述的(4)和(5)的条件，更为优选更进一步满足下述的(4)～(6)的条件。
(4)用于构成单位单元3的相互相邻的微透镜21的顶点间距离被包含在平均值的±60％的范围内。
(5)微透镜21的曲率半径被包含在±20％的范围内。
(6)当从顶点间距离平均值的偏差幅度为σp，从曲率半径平均值的偏差幅度为σR时，上述公式217的关系成立。
这里，即使衰减率α为一定，当扩散全角θ变大时，衰减区域的宽窄δ会与扩散全角θ成比例地变大。荧光体的变换效率比衰减率α更受衰减区域的宽窄δ左右，如图16示意所示，衰减区域的宽窄δ越宽则浪费的光能量越增加。因此，当实现具有更大扩散全角θ的扩散板时，要求的衰减率α会变得更小。因此，当扩散全角θ＝10度以上(换句话说，F值＝5.5以下)时，由本实施方式所涉及的扩散板1引起的转换效率改善的效果会变得更大。
此外，正如先前所述，微透镜21的平均顶点间距离和平均曲率半径会根据要求的扩散全角θ(例如，θ＝1～30度)而由上述公式201决定。当平均顶点间距离与平均曲率半径之比相同时，尽管扩散全角θ为相同的值，但平均顶点间距离会受到入射光直径、制作时的下垂等的制约，除去制作时的下垂以外，平均曲率半径还会受到由制作方法决定的深度方向的分辨率等的制约。因此，考虑到这些实用中的制约，优选，平均顶点间距离p在13～90μm范围内，优选，平均曲率半径R在20～2000μm范围内。
如上所述，在本实施方式所涉及的扩散板1中，相对于衰减特性的最佳化这种新角度，而着眼于衰减特性与微透镜配置的分布和曲率半径的分布这两种参数存在关系，规定这两种参数的范围。通过这种方式，在本实施方式所涉及的扩散板中，不仅能够减少衍射成分，而且能够使衰减特性最佳化。
<关于抗反射层>
以增加透射率、防止反射杂散光等为目的，也可以在本实施方式所涉及的扩散板1的表面和背面(换句话说，微透镜21的表面和透明基板10的未配置有微透镜组20一侧的表面)上形成抗反射层30。由于可以设置与第一实施方式所涉及的扩散板1中的抗反射层30同样的抗反射层作为抗反射层30，因此下面省略详细的说明。
以上，参照图12～图16对本实施方式所涉及的扩散板进行了详细说明。
(关于扩散板的设计方法)
在本实施方式所涉及的扩散板中，对于配置微透镜21的顺序并无特别限定，例如，初始在将各微透镜21的顶点配置在与六边形各顶点对应的位置上之后，也可以在满足上述(1)～(5)的条件，更为优选在满足上述(1)～(6)的条件的范围内移动顶点位置。而且，与第一实施方式所述的方法同样，也可以不设置初始位置，而利用各种计算机依次求得满足上述条件(1)～(5)的条件，更为优选满足上述(1)～(6)的条件的位置关系。
这里，当设计本实施方式所涉及的扩散板时，重要的是考虑制作过程中的制约。例如，当进行灰度掩膜曝光时，由步进器的焦点深度(＝λ/NA2)规定可曝光的抗蚀剂深度。例如，当使用i线(λ＝365nm)时，步进器的NA为0.4～0.6，可曝光的抗蚀剂深度约为15μm。因此，优选，下垂深度为15μm以下。
当利用设置初始配置的方法决定微透镜的配置时，能够容易地控制微透镜顶点间距离的统计量(例如，平均值、范围等)。另一方面，当不设置初始配置而依次决定微透镜的配置时，能够更为有效地减少衍射成分。
(关于扩散板的制造方法)
本实施方式所涉及的扩散板1能够以与第一实施方式所涉及的扩散板1的制造方法同样的方式进行制造。
此外，当制造扩散角较大(换句话说，F值较大)的扩散板时，能够获得更为显著的本实施方式所涉及的效果。当根据使用用途调整F值时，即使平面形状相同，也可以通过由本实施方式所涉及的阵列配置改变下垂深度而精密地控制F值。即，通过后述的制造方法改变处理时间，能够实现期望的F值，而且生产率还高。以显著扩大入射光的目的，优选F值为5.5以下，但即使为其以上的F值(例如，在激光阵列光源的光强均匀化的目的等中，即使F值为8～60左右)，能够通过以同样的模式缩短处理时间而进行制造。
(扩散板的应用例)
下面，对本实施方式所涉及的扩散板1的应用例进行简单说明。
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实现其功能的装置中。作为需要使光扩散以实现功能的装置例如包括各种显示器等的显示装置、投影仪等的投影装置。
而且，本实施方式所涉及的扩散板1既可以应用于液晶显示装置的背光源中，也可以用于光整形的用途。而且，本实施方式所涉及的扩散板1也可以应用于各种照明装置中。
此外，需要使光扩散以实现功能的装置并不限于上述的示例，只要是利用光扩散的装置，也可以将本实施方式所涉及的扩散板1应用于其他公知的装置。
实施例
接下来，示出实施例和比较例并对本发明所涉及的扩散板进行具体说明。此外，以下所示的实施例终归仅为本发明所涉及的扩散板的一示例，并非将本发明所涉及的扩散板限定于下述的示例。
下面，为了验证本发明第一实施方式所涉及的扩散板的妥当性，计算在固定单位单元尺寸和透镜阵列间距的状态下改变入射光直径时的出射光强度分布。在以下的验证中，单位单元3的形状为宽738μm×深710μm、单位单元尺寸＝1024μm，并将该单位单元3配置成3×3的阵列状作为验证模型。
对于上述验证模型，对当强度半峰全宽为(a)650μm、(b)1000μm、(c)1500μm、(d)2000μm的四种圆形入射光入射的情况，使用市场出售的光线追踪模拟器进行计算。在计算中，配置了用于限制检测器空间分辨率的空间过滤器，以便接近实际的评价条件。因此，在图6A～图6C的结果中所看到的衍射亮点在以下所示的计算结果中在某种程度上被平均化，因此，图6A～图6C所示的结果与以下所示的结果略微不同。
将获得的结果表示在图17A～图17D中。
如图17A所示可知，仅当入射光直径为650μm时，会产生在其他入射光直径(图17B、图17C、图17D)的情况下未看到的在扩散角(中心角度±1度)范围内的急剧强度变化。这被认为是当入射光直径为650μm时，由于在单位单元尺寸内存在几乎所有的入射光成分，因而不会产生足够的单位单元3引起的亚衍射，从而使得主衍射光不会被亚衍射光分离而射出。而由图17A和图17D可知，由于单位单元尺寸为入射光直径以下，因而会产生先前所述的亚衍射光，从而缓和了在图17A中显著观测到的急剧强度变化。
该结果显示，能够提供一种通过使单位单元尺寸为入射光直径以下而产生亚衍射光，从而在扩散出射光中不产生急剧强度变化的扩散板。
下面，为了验证本发明第二实施方式所涉及的扩散板的妥当性，使用市场出售的光线追踪模拟器进行了验证。
用于计算的微透镜阵列型扩散板的模型为将形状和配置具有一定偏差的多个凹透镜配置在玻璃基板(折射率n＝1.47)的表面。在该模拟中，波长λ＝450nm、入射光直径Φ＝0.6mm的入射光入射到上述的扩散板，屏幕投影到200mm前方的光扩散图案被换算成角度分布。
将进行了模拟的扩散板模型的条件作为表表示在图18中，并将获得的扩散光分布表示在图19A和图19B中。图19A为曲率半径的偏差幅度σR为±10％时的模拟结果，图19B为曲率半径的偏差幅度σR为±20％时的模拟结果。而且由图19A和图19B所示的结果计算出的衰减率α一同表示在图18所示的表中。
由图19A内的比较和图19B内的比较可知，当顶点间距离的偏差范围变大时，衰减率α也变大。而且，由条件A与条件D的比较、条件B与条件E的比较以及条件C与条件F的比较可知，当顶点间距离的偏差范围大致相同时，曲率半径的偏差范围越大则衰减率α也越大。
这里，当将由光线追踪模拟获得的图18所示的偏差量与衰减率之间关系绘制在图15A所示的曲线图中时，与曲线图中的曲线大致一致。由该结果可知，基于上述公式217的顶点间距离的偏差幅度、曲率半径的偏差幅度与衰减率之间的关系妥当。
在上述实施例中，尽管记载了曲率300μm附近(大致，扩散角为2度～4度的范围)的结果，但即使为更大的扩散角时，通过本发明第二实施方式的设计或者处理条件，也能够在将衰减特性保持在一定的状态下增大扩散角。例如，在将顶点间距离设置为82μm±42μm(偏差范围：±50％)，平均曲率半径设置为370μm～760μm，偏差范围设置为±10％之后，使蚀刻时的选择比在0.8～1.4的范围内适当变化。将由该设计和处理条件获得的扩散板的扩散特性表示在图20中。由图20可知，上述的扩散板表示扩散角为2度～9度的扩散特性。
而且，对扩散角更大时的微透镜阵列结构进行了验证。在该验证中，探讨了图21所示的三种条件。将获得的扩散全角、衰减幅度和衰减率的值表示在图21中。而且，将获得的扩散板的扩散特性表示在图22中。图21和图22显示，作为用于满足处理中的下垂制约的设计，通过将顶点间距离设定为15μm±10μm(偏差范围：±0.67)，并将曲率半径设定为22μm±2.2μm(偏差幅度：±0.10)，能够使衰减率为0.65。并将该情况下的微透镜阵列的配置状态表示在图23中。
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。显然，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，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
3 单位单元
10 透明基板
20 微透镜组
21 微透镜

Claims (22)

1.一种扩散板，是包括位于透明基板表面上的微透镜组的微透镜阵列型扩散板，其特征在于，
由在阵列排列上连续的两个以上的单位单元构成，
所述单位单元包括位于透明基板表面上的多个微透镜，
相互相邻的所述微透镜之间的棱线相互不平行，并且也不平行于所述透明基板。
2.根据权利要求1所述的扩散板，其特征在于，
用于构成所述单位单元的相互相邻的所述微透镜的顶点间距离包含在平均值的±60％的范围内，
并且，用于构成所述单位单元的各所述微透镜的曲率半径包含在平均值的±20％的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的扩散板，其特征在于，
当从用于构成所述单位单元的相互相邻的所述微透镜的顶点间距离平均值的偏差幅度为σp，且从用于构成所述单位单元的相互相邻的所述微透镜的曲率半径平均值的偏差幅度为σR时，下列公式(1)成立。
[方程1]
4.根据权利要求1至3中任一项所述的扩散板，其特征在于，
所述单位单元的对角线的长度为3mm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的扩散板，其特征在于，
所述单位单元的至少一个的边的长度为该单位单元所包含的所述微透镜的平均间距的整数倍。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的扩散板，其特征在于，
所述单位单元所包含的所述微透镜至少为9个以上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的扩散板，其特征在于，
在所述单位单元内，相互相邻的所述微透镜之间的边界部分不平坦。
8.根据权利要求7所述的扩散板，其特征在于，
在所述边界部分的至少一部分配置有半透镜。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的扩散板，其特征在于，
所述微透镜的形状为多边形。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的扩散板，其特征在于，
所述微透镜为凹透镜。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的扩散板，其特征在于，
所述透明基板由无机材料构成。
12.根据权利要求11所述的扩散板，其特征在于，
所述无机材料为碱成分含量为20％以下的以硅为主成分的玻璃。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的扩散板，其特征在于，
在所述微透镜的表面以及所述透明基板的未配置有所述微透镜组的一侧表面上具有抗反射层。
14.根据权利要求13所述的扩散板，其特征在于，
所述抗反射层为由Nb2O5和SiO2构成的多层结构件。
15.根据权利要求13所述的扩散板，其特征在于，
设置在所述微透镜表面上的所述抗反射层为包括形成在所述微透镜组表面上且光波长以下大小的凹凸的抗反射结构。
16.根据权利要求15所述的扩散板，其特征在于，
所述抗反射结构为各向异性地设置在所述微透镜表面内且凹凸间距为300nm以下的结构。
17.一种扩散板的设计方法，是包括位于透明基板表面上的微透镜组的微透镜阵列型扩散板的设计方法，其特征在于，
根据所述透明基板与抗蚀剂之间的蚀刻选择比的倒数和显影在抗蚀剂上的曲率半径的乘积决定用于构成所述微透镜组的各微透镜的曲率半径。
18.一种扩散板的制造方法，是权利要求1至16中任一项所述的扩散板的制造方法，其特征在于，包括：
在透明基板上层叠抗蚀剂的工序；
利用具有透射率分布的灰度掩膜，对所述抗蚀剂进行曝光的工序；和
使用氟类气体对已经显影的所述透明基板进行干蚀刻以便获得期望的透镜形状的工序。
19.根据权利要求18所述的扩散板的制造方法，其特征在于，
在所述进行干蚀刻的工序中，用于构成微透镜组的各微透镜的曲率半径由所述透明基板与抗蚀剂之间的蚀刻选择比的倒数和显影在抗蚀剂上的曲率半径的乘积决定。
20.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至16中任一项所述的扩散板。
21.一种投影装置，其特征在于，包括权利要求1至16中任一项所述的扩散板。
22.一种照明装置，其特征在于，包括权利要求1至16中任一项所述的扩散板。
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