CN112703433B - 光学体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能够提高均质配光性、新型且改良的光学体、照明装置及图像显示装置。为解决上述问题,根据本发明的一个观点,其特征在于,所述光学体是主结构体的合成结构体在基材的面内连续展开的光学体,主结构体的基材面内的相位分布相当于对二维光学开口的瞳函数进行傅里叶变换而得到的振幅分布,峰值比为2.5以下。

Description

光学体的制造方法
技术领域
本发明涉及光学体、照明装置及图像显示装置。
背景技术
为了使光的扩散特性发生变化,多使用使入射的光向所期望的方向扩散的扩散板。该扩散板在其表面具有用于实现所期望的扩散状态的光学体,作为该光学体的一种,具有配置了多个数十μm左右大小的微透镜的微透镜结构。
例如,以下专利文献1公开了具有不规则地配置了多个微透镜的微透镜阵列的光学膜,且在该微阵列内所形成的微透镜的顶点位置、顶点间隔满足规定的条件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开第2003-4907号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是,强烈要求扩散板具有均质配光性以使光尽可能地均质地分配。然而,实际情况是尚未提出具有充分的均质配光性的扩散板。
因此,本发明是鉴于上述问题而提出的,本发明的目的在于提供可以提高均质配光性的新型的且改良的光学体、照明装置及图像显示装置。
用于解决问题的方案
为解决上述问题,根据本发明的一个观点,提供一种光学体,其主结构体的合成结构体在基材的面内连续展开,主结构体的基材的面内的相位分布相当于通过对二维光学开口的瞳函数进行傅里叶变换而得到的振幅分布,峰值比为2.5以下。
在此,优选地,二维光学开口具有圆形、矩形、多边形或自由形状。
此外,优选地,相位分布由Sinc函数表示。
此外,优选地,合成结构体的相位分布是对主结构体的相位分布简单求和而得到的。
此外,优选地,主结构体的相位分布的周期Λ满足以下的条件1,
条件1Λ≥5μm。
此外,优选地,主结构体的面内存在概率P及周期Λ满足以下条件2,
条件2P≥0.3%、且Λ≥3μm。
此外,优选地,主结构体的面内存在概率P、存在区域T、周期Λ及周期摄动δ满足以下条件3,
条件3满足P≥0.2%、Λ≥3μm、T≥10Λ、且δ≥30%(条件3-1)或P≥0.2%、Λ≥4μm、T>10Λ、且δ≥0%(条件3-2)。
根据本发明的其他观点,提供了一种将上述光学体配置在光源的表面的照明装置。
根据本发明的其他观点,提供了一种将上述光学体配置在光源与显示部之间的图像显示装置。
发明效果
根据以上说明,本发明能够提高光学体的均质配光性。
附图说明
图1为示出本发明的实施方式的光学体的结构的立体图。
图2为示出同一实施方式的主结构体的结构的俯视图。
图3为示出主结构体的结构的剖面图。
图4为示出瞳函数的一个示例的图表。
图5为示出制作图案图像的步骤的说明图。
图6为示出制作图案图像的步骤的说明图。
图7为示出制作光学体的步骤的流程图。
图8为示出实施例的图案图像的一个示例的位图图像。
图9为示出实施例的光学体的配光特性的一个示例的图表。
图10为示出合成结构体的结构的共聚焦显微镜图像。
图11为示出合成结构体的结构的剖面图。
图12为示出实施例的光学体的配光特性的模拟图像。
图13为示出实施例的光学体的配光特性的模拟图像。
图14为示出实施例的图案图像的一个示例的位图图像。
图15为示出实施例的光学体的配光特性的一个示例的图表。
图16为示出合成结构体的结构的共聚焦显微镜图像。
图17为示出实施例的光学体的配光特性的模拟图像。
图18为示出实施例的光学体的配光特性的模拟图像。
图19为示出实施例的图案图像的一个示例的位图图像。
图20为示出实施例的光学体的配光特性的模拟图像。
图21为示出实施例的光学体的配光特性的模拟图像。
图22为示出实施例的光学体的配光特性的一个示例的图表。
图23为示出合成结构体的结构的共聚焦显微镜图像。
图24为示出实施例的光学体的配光特性的激光投影图像。
图25为示出实施例的光学体的配光特性的模拟图像。
图26为示出实施例的光学体的配光特性的一个示例的图表。
图27为示出合成结构体的结构的共聚焦显微镜图像。
图28为示出实施例的光学体的配光特性的激光投影图像。
图29为示出实施例的光学体的配光特性的模拟图像。
图30为微透镜阵列的位图图像。
图31为示出比较例的光学体的配光特性的模拟图像。
图32为示出峰值比的一个示例的辉度轮廓图。
图33为示出峰值比的一个示例的辉度轮廓图。
附图标记说明
1 光学体
10 基材
15 合成结构体层
20 合成结构体
30 主结构体
31 中心点
32 凸部
33 凹部
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的优选实施方式。另外,在本说明书及附图中,对实质具有相同功能结构的结构部件标注相同的符号而进一步省略重复说明。
<1.光学体的整体结构>
首先,基于图1和图2说明本实施方式的光学体1的整体结构。光学体1用作例如光扩散板,包括基材10、和形成于基材10的表面的合成结构体层15。
基材10是由在入射至本实施方式的光学体1的光的波长带中可视为透明的材质制成的基材。该基材10可以是膜状,也可以是板状。对该基材的材材质没有特别地限定,但可以使用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)、环状烯烃共聚物(Cyclo Olefin Copolymer:COC)、环状烯烃聚合物(Cyclo Olefin Polymer:COP)、纤维素三乙酸酯(Triacetylcellulose:TAC)等已知的树脂作为基材10,也可以适用石英玻璃、硼硅酸玻璃、白板玻璃等已知的光学玻璃。在图1中,举出基材10为矩形时的示例进行图示,但基材10的形状并不限于矩形,可以是例如根据安装光学体1的照明装置、图像显示装置等形状而具有任意的形状(例如圆形等)。
在合成结构体层15形成有合成结构体20。合成结构体20具有合成了许多主结构体30的形状,并且连续形成在基材10的面内。后面描述合成结构体20和主结构体30的详细结构。合成结构体层15由例如固化性树脂的固化物构成。固化性树脂是由在入射至本实施方式的光学体1的光的波长带中可视为透明的树脂构成。作为这样的树脂列举出例如紫外线固化性丙烯酸树脂或紫外线固化性环氧树脂等。
<2.合成结构体20和主结构体30的详细结构>
接下来,基于图2~图6说明合成结构体20和主结构体30的详细结构。如上所述,合成结构体20具有合成了许多主结构体30的形状。
图2和图3示出主结构体30的结构示例。另外,在图2中,在x2y2平面100上绘制主结构体30。x2y2平面100是描绘相当于合成结构体20的设计图的图案图像的平面。使用例如电子计算机制作图案图像。图案图像所描绘的合成结构体20形成于基材10的面内。因此,x2y2平面100是用于规定基材10的表面形状的平面。后面描述图案图像的生成方法。图3为图2的A-A线剖面图。
基材10的面内(换言之在x2y2平面100内)的主结构体30的相位分布相当于通过对二维光学开口的瞳函数进行傅里叶变换而得到的振幅分布。该振幅分布示出上述二维光学开口的像面中的振幅分布(所谓的点像分布函数)。在此,对瞳函数没有特别地限定,只要与所设定的光强度分布(假定的光源的光强度分布)大致对应即可,但光强度分布优选为示出高斯分布的瞳函数,更优选光强度分布均匀的瞳函数(以下,也称为“均质瞳函数”)。此时,能够进一步提高光学体1的均质配光性。在以下实施方式中,是在将瞳函数作为均质瞳函数的前提下进行说明。
图4所示的图表L1示出均质瞳函数的一个示例。图4的x1y1平面是描绘光学开口(二维光学开口)的平面,z1轴表示光强度。在该示例中,光学开口为圆形,光学开口内的光强度均匀(即,光强度=a的恒定值),其他区域的光强度为零。另外,光学开口不一定限于圆形,也可以是矩形、多边形或自由形状。
通过在整个开口面全域对这样的均质瞳函数进行傅里叶变换而得到的振幅分布由例如SinC函数表示。因此,在本实施方式中,如图2和图3所示,主结构体30的相位分布(即,振动波形)由Sinc函数示出。更具体地,主结构体30的中心点31为相位为零的点,在距离中心点31的距离r处的主结构体30的高度z2由以下公式(1)、(2)表示。在公式(1)、(2)中,A表示主结构体30的振幅(μm),Λ表示主结构体30的周期(μm)。
[公式1]
如图2和图3所示,主结构体30具有许多凸部32和凹部33,高度z2的变化量(即,凸部32的高度和凹部33的深度)随着距离中心点31的距离r变大而变小。
主结构体30具有这样的相位分布的理由如下。即,当通过对均质瞳函数进行傅里叶变换而得到的振幅分布进一步进行傅里叶变换时(所谓的逆傅里叶变换),得到原始均质瞳函数。例如,当振幅分布由Sinc函数表示时,其傅里叶变换图像为均质瞳函数。
另一方面,如果将光学体1的表面结构视为瞳函数,则认为透过了光学体1的(或反射)光的振幅分布相当于对光学体1的表面结构的振动波形进行傅里叶变换。因此,如果光学体1的表面结构为合成了上述主结构体30的合成结构体20,则认为透过光学体1的光(的光束)具有相当于上述均质瞳函数的振幅分布。根据这样的理由,主结构体30具有与通过对均质瞳函数进行傅里叶变换而得到的振幅分布相对应的相位分布。由此,在本实施方式中,能够提高透过了光学体1的(或反射)光的均质配光性。
如图3所示,主结构体30的高度z2在中心点31的凸部32处为最大值,并且在最接近中心点31的凹部33处为最小值。透过中心点31的光与透过最接近中心点31的凹部33的光的光程差优选为光的1个波长。具体地,当入射至光学体1的光的波长在λS~λE(μm)的范围内变化时,配置在x2y2平面100上的第m个主结构体30的振幅A优选满足以下公式(3)。另外,第m个主结构体30是指在后述的中心点31的位置決定处理中第m个确定的中心点31的主结构体30。
[公式2]
在公式(3)中,n为合成结构体层15的相对折射率,Rm为0~1随机数(实数)。当振幅A由公式(3)表示时,可以使相对于波长为λS~λE(μm)的任意入射光的均质配光性较高的光扩散。
合成结构体20具有合成了许多主结构体30的形状。因此,首先,基于图5~图6说明主结构体30的合成方法(合成结构体20的制作方法)。通过电子计算机进行合成结构体20的制作。首先,如图5所示,在虚拟空间内设定x2y2平面100。x2y2平面100是多个像素(pixel)的集合体。x2y2平面100的形状、尺寸及对应于1像素的实际空间上的大小(所谓的分辨率)可以根据实际制作的光学体1的形状、尺寸等来设定。分辨率取决于执行曝光的装置的功能等,但为了提高合成结构体20的精度,优选设定为0.2~0.8μm/Px左右。x2y2平面100的尺寸由构成x2y2平面100的像素的数目特定。例如,当x2y2平面100为矩形时,由长边的像素数×短边的像素数规定x2y2平面100的尺寸。其中,x2y2平面100的尺寸乘以分辨率的值为实际空间的光学体1的尺寸,具体地为基材10的表面的尺寸。
接下来,沿x2方向(箭头P方向)扫描x2y2平面100的每个像素。然后,基于面内存在概率P(%)确定每个像素是否配置主结构体30的中心点31。面内存在概率P由操作者(进行光学体1的制作的操作者)设定。对相同的y2坐标的扫描完成后,将扫描位置在y2方向移动1个像素,重复同样的处理直至整个x2y2平面100的扫描结束为止。由此,中心点31被配置在x2y2平面100上的任意位置。
接下来,如图6所示,根据操作者预先设定的主结构体30的振幅A、周期Λ、存在区域T及周期摄动δ在各中心点31配置主结构体30。在此,存在区域T相当于主结构体30的x2y2平面100的半径,且为周期Λ的整数倍的值(T=αΛ。α为整数,且表示周期Λ的重复数)。周期摄动δ(%)为周期Λ的偏差,且每个主结构体30具体的周期Λ的值在周期摄动的范围内随机确定。当周期摄动为β%时,各主结构体30的周期Λ为周期Λ±(周期Λ×β%)。
接下来,合成主结构体30。具体地,针对x2y2平面100上的每个像素,对主结构体30的高度z2进行简单求和。由此,合成结构体20形成在x2y2平面100上。也就是说,x2y2平面100上的各像素的合成结构体20的高度z2是对随机配置在x2y2平面100上的主结构体30的高度z2进行简单求和。另外,合成方法并不限于简单求和,也可以是其他合成方法。
由此,制作图案图像。图案图像的合成结构体20的高度z2由例如像素的颜色的色阶表示。因此,图案图像为所谓的位图图像。另外,实际空间中的合成结构体20的各部分的高度z2如下规定。即,将基材10的高度(厚度)方向定义为z2轴,远离基材10的方向为正方向。其中,在z2轴上定义z2=0的原点(Sinc函数的相位为零的点)。合成结构体20的各部分的高度z2被规定为以此方式定义的z2轴的坐标值。合成结构体20的整个区域的高度z2的最大值与最小值的差δz优选为4.5以上。此时,可以期待进一步提高光的均质配光性。
然后,基于该图案图像制作母盘(在表面形成合成结构体20的反转形状),并使用该母盘作为转印型来制作光学体1。光学体1上形成通过图案图像设计的合成结构体20。透过或反射这样的光学体1的光具有较高的均质配光性。具体地,光学体1的峰值比为2.5以下。峰值比被定义为光的辉度轮廓图的峰值水平与基本水平的比。辉度轮廓图表示被扩散光照射的屏幕上的各位置的辉度。
在此,基于图32和图33说明峰值比的示例。图32所示的图表L10是峰值比为2.5以下的辉度轮廓图的示例(即,本实施方式的实施例的1种),图33所示的图表L20是峰值比大于2.5的示例(即,本实施方式的比较例的1种)。图32及图33的横轴表示屏幕上的位置,纵轴表示辉度。峰值水平LP被定义为辉度轮廓图的最大值。另一方面,基本水平LB被定义为振幅次数较多地区域的平均(算术平均)辉度水平。如图32所示,在峰值比为2.5以下的辉度轮廓图中,辉度在屏幕上是均质的。与此相对的,如图33所示,在峰值比大于2.5的辉度轮廓图中,0阶光的峰值P0或1阶光的峰值P1变得非常大,损害了光的均质配光性。
另外,为了使光学体1的峰值比为2.5以下,主结构体30的面内存在概率P、存在区域T、周期Λ及周期摄动δ需满足以下条件1~3中的至少一个以上。
条件1Λ≥5μm
条件2P≥0.3%、且Λ≥3μm
条件3满足P≥0.2%、Λ≥3μm、T≥10Λ、且δ≥30%(条件3-1)
或P≥0.2%、Λ≥4μm、T>10Λ、且δ≥0%(条件3-2)。
在此,当来自扩散板的扩散光照射至屏幕上时,有时在屏幕内的照射区域内观察到宏状的斑纹(所谓的宏斑)。这样的斑纹也是损害光的均质配光性的原因之一。根据后述实施例验证,在本实施方式的光学体1中,也能够抑制这样的斑纹的产生。
如上所述,根据本实施方式,光学体1的合成结构体20具有合成了主结构体30的形状。其中,主结构体30的相位分布相当于通过对光强度分布均匀的二维光学开口的瞳函数(即,均质瞳函数)进行傅里叶变换而得到的振幅分布。由此,光学体1能够射出相对于各种入射光(例如,准直光或其他种类的光)高效率且均质配光性较高的(宏斑的减少)扩散光。另外,瞳函数不一定限于均质瞳函数,只要其大致对应于所设定的光强度分布(假想光源的光强度分布),就没有特别地限定。例如,瞳函数可以是光强度分布显示为高斯分布的瞳函数,并且认为在在这种情况下也能获得与上述相同的效果。
从这样的光学体1射出的扩散光,宏斑极少,可视性良好且均质性较高。因此,光学体1有效地有助于入射光的反射、透过、干涉、吸收、或导波等作用。也就是说,在本实施方式中,通过控制相对于入射至光学体1的合成结构体20的入射光的反射光的配光成分、或控制透过光束的配光成分,从而具有均质的能量分布,实现宏斑较少的扩散。
由于扩散光较高的均质性,应用光学体1的片状膜体或各种装置在光的均质扩散功能、光学开口的放大功能方面是优异的。因此,通过将本实施方式的光学体1应用于背光源、一般至特殊照明装置、或显示高明度高色阶(例如8bit、16bit、24bit等)高画质的图像的图像显示装置等,能够使它们的精度和可靠性大大提高。光学体1也能应用于包含上述的各种装置,例如照明装置、图像显示装置、光学测量装置、测量医疗装置及紫外光应用装置等。
<3.光学体的制造方法>
接下来,沿着图7所示的流程图说明光学体1的制造方法。在步骤S100中,制作图案图像。在制作图案图像时,首先,准备可制作图案图像的电子计算机。电子计算机作为硬件结构包括CPU(Central Processing Unit:中央处理单元,即处理器)、RAM(Random AccessMemory:随机存储器)、ROM(Read Only Memory:只读存取器)、硬盘、各种输入操作装置(键盘、鼠标等)、显示器、通信装置等。ROM存储电子计算机的处理所需的信息,特别是图案图像的制作所需的程序等。CPU读取并执行ROM所存储的程序。
首先,操作者将图案图像的形状、尺寸、分辨率、主结构体30的面内存在概率P、振幅A、周期Λ、存在区域T及周期摄动δ输入电子计算机。对于存在区域T可以输入重复数α(T=αΛ)。此外,也可以使主结构体30的凹凸反转。此时,操作者将使主结构体30的凹凸反转的主要信息输入电子计算机。
接下来,电子计算机基于操作者所给的信息制作图案图像。首先,如图5所示,电子计算机在虚拟空间内设定x2y2平面100。基于所输入的图案图像的形状、尺寸设定x2y2平面100的形状、尺寸。接下来,电子计算机在x2方向(箭头P方向)扫描x2y2平面100的每个像素。然后,基于面内存在概率P(%)确定每个像素是否配置主结构体30的中心点31。针对相同的y2坐标的扫描完成后,将扫描位置在y2方向移动一个像素,重复相同的处理直至完成x2y2平面100的整个区域的扫描。由此,在x2y2平面100上的任意位置配置中心点31。
接下来,如图6所示,电子计算机根据操作者预先设定的主结构体30的振幅A、周期Λ、存在区域T及周期摄动δ在各中心点31配置主结构体30。
接下来,电子计算机合成主结构体30。具体地,在x2y2平面100上的每个像素对主结构体30的高度z2进行简单求和。由此,合成结构体20形成在x2y2平面100上。即,制作图案图像。另外,合成方法不限于简单求和,也可以是其他合成方法。另外,步骤S100的处理可以在执行步骤S105的处理之前的任意时刻进行。
接下来,在步骤S101中,操作者清洗基盘。该基盘可以是例如玻璃辊那样的辊状,也可以是玻璃晶片那样的平板状。此外,基盘也可以是硅晶片。
在步骤S103中,操作者在清洗后的基盘的表面形成抗蚀剂。在此,列举出使用金属氧化物的抗蚀剂、使用有机物的抗蚀剂等作为抗蚀剂的示例。抗蚀剂可以是正型或负型的光反应抗蚀剂。作为抗蚀剂的具体示例,列举出东京应化工业公司制PMER-LA900、AZ电子材料公司制AZ4620等。在抗蚀剂中也可以添加耦合剂。抗蚀剂厚度可以是例如2~15μm左右。该抗蚀剂的形成处理通过在辊状的基盘上进行涂布处理或浸渍来实现,通过在平板状的基盘进行各种涂布(coating)处理来实现。
接下来,在步骤S105中,对形成了抗蚀剂的基盘实施曝光处理。该曝光处理可以适当地应用利用灰度掩模等的曝光(包括由多个灰度掩膜的重叠产生的多重曝光)、在平板或辊板上使用灰度曝光、皮秒脉冲激光、飞秒脉冲激光等激光曝光等已知的各种曝光方法。操作者将上述图案图像输入执行曝光处理的装置。该装置基于图案图像进行曝光。可以适当地选择激光的波长,但列举出405nm、436nm等作为一个示例。这些装置基于图案图像对抗蚀剂进行曝光。根据分辨率对每个像素进行曝光。
在步骤S107中,操作者对曝光后的基盘进行碱显影。作为显影液的示例,列举出NMD-3、NMD-7、PMERP-7G(均由东京应化学工业株式会社制,成分相同)、TMAH(氢氧化四甲铵)等。
在步骤S111中,操作者制作母盘。例如,操作者也可以通过对碱显影后的基盘实施蚀刻(例如,使用CF4气、Ar气等的玻璃蚀刻等)来制作母盘(玻璃母盘等)。此外,操作者对碱显影后的基盘进行Ni溅射(例如20~60nm相当)或电铸前处理等,之后,进行Ni电铸从基盘剥离被覆体。其中,该被覆体也可以作为母盘(金属母盘)。电铸前处理是通过例如将显影后的基盘浸渍于氨基磺酸Ni浴等Ni浴来进行。适当地选择被覆体的厚度即可。母盘的表面形成有与合成结构体20相同的形状的凹凸。
在步骤S113中,操作者使用完成后的母盘来制作软模等模具。例如,在基材上涂布未固化的固化性树脂,并且将母盘的凹凸按压在在未固化的固化性树脂层上。在该状态下使固化性树脂固化。通过以上工序制作软模。基材和固化性树脂的材质可以是与光学体1相同的材质。在软模的表面形成有合成结构体20的反转形状的凹凸。
在步骤S115中,操作者使用模具实施将合成结构体20转印至基材10上的转印处理。例如,操作者在基材10上涂布未固化的固化性树脂,并且将模具的凹凸按压在未固化的固化性树脂层上。在该状态下,使固化性树脂固化。由此,制作光学体1。在步骤S117中,操作者根据需要将保护膜等在光学体1的表面上成膜。通过以上工序制作光学体1。另外,也可以省略软模的制作工序,直接从母盘制作光学体1。此时,母盘的表面形成有合成结构体20的反转形状的凹凸。
另外,图7所示的制造方法的流程仅仅是一个示例,本实施方式的光学体1的制造方法并不限于图7所示的示例。
<4.光学体的应用例>
对光学体的应用例并没有特别地限定,可以应用于任何领域,只要是要求扩散光的均质配光性的领域即可。光学体1可以应用于例如照明装置、图像显示装置、光测量装置、测量医疗装置及紫外光应用装置等。当光学体1应用于照明装置时,可以将光学体1配置在光源的表面。当光学体1应用于图像显示装置时,可以将光学体1配置在光源与显示部之间。在任何情况下,光源的种类不受特别地限制。光源可以是射出包括准直光或平行主光线的远程光,也可以是其他种类的光源。
实施例
<1.实施例A~E>
在实施例A~E中,实际制作了光学体1,并评价了其配光特性。同时通过模拟评价了实施例A~E的配光特性。
(1-1.实施例A)
在实施例A中,根据上述制造方法制作了光学体1。粗略地说,对碱显影后的基盘进行电铸前处理等,之后进行Ni电铸从基盘剥离被覆体。然后,该被覆体作为母盘(金属母盘)。另外,图案图像的形状为矩形,尺寸为200×200Px(矩形),分辨率为0.8μm/Px,面内存在概率P为0.1%,振幅A为满足上述公式(3)的值(光的波长为532nm),周期Λ为5μm,存在区域T为50Λ,周期摄动δ为10%。此外,基材10及合成结构体层15的折射率为1.5,基材10的厚度为100μm。
图8示出图案图像。在该图案图像中,以8个色阶描绘合成结构体20的高度z2。从图8可以明显地看出,合成结构体20的凹凸随机分布在图案图像内。为了比较,本发明人制作了图30所示的微透镜阵列的图案图像。在该示例中,微透镜的俯视图的直径为15μm,并且每个微透镜以5%的摄动使直径产生偏差。进一步地,各微透镜的曲率半径为8μm,每个微透镜以5%的摄动使曲率半径产生偏差。另外,图30的图案图像是相同图案图像以2×2的配列排布的图像。从该示例明显地看出,散布着近似于凹凸的形状的区域A。这样的区域A是产生宏斑的原因。在没有这样的区域A的实施例A中,抑制宏斑的产生。
接下来,评价了该光学体1的配光特性。使用CybernetSystem社制Mini-Diff作为测量装置。将波长650nm的准直光从基材10侧入射至光学体1,在20mm开口内测量了扩散光的辉度分布。对开口处的扩散光的每个入射角度测量平均值,并将其作为辉度值。图9示出结果。横轴表示扩散光的入射角度,纵轴表示辉度。从该示例明显地看出,得到了均质配光性较高的分布。
图10示出光学体1的合成结构体20的共聚焦显微镜图像。图11示出沿图10的直线L2的合成结构体20的剖面形状,具体地,该剖面形状为图10的表面结构的共聚焦显微镜像的剖面轮廓图。图11的纵轴表示距离基材10的表面的高度,横轴表示直线L2上的位置。从图10和图11可以明显地看出,光学体1的表面形成有合成结构体20。此外,由于合成结构体20合成了被随机地配置在基材10的面内的主结构体30,因此,高度z2随机地变动。
本发明人通过模拟评价了光学体1的配光特性。使用西门子公司的Virtual–Lab作为模拟软件。模拟的条件如下所述。即,使用直径0.8mm的准直光源作为光源,且波长为532nm(及追加波长473nm、635nm)。光学体1的形状为直径0.8mm的圆形,基材10的厚度为100μm。进一步地,基材及合成结构体层15的折射率为1.5。其中,从基材10侧入射准直光,将扩散光照射至距离光学体1有100mm的虚拟屏幕表面。图12和图13示出结果。图12为波长532nm的光入射至光学体1时被投影在屏幕上的投影图像,图13为波长473nm、532nm、635nm的合成光入射至光学体1时投影在屏幕上的投影图像。基于该投影像的辉度分布计算出峰值比。可以看出在任意示例中,扩散光均具有较高的均质性。
(1-2.实施例B)
在实施例B中,除了周期摄动为10%以外,在与实施例A相同的条件下制作光学体1,并以与实施例A相同的方法评价了配光特性。图14示出图案图像。在该图案图像中,以8个色阶描绘合成结构体20的高度z2。从图14可明显地看出,合成结构体20的凹凸随机分布在图案图像内。
图15示出使用Mini-Diff测量的配光特性。实施例B也得到了均质配光性较高的分布。图16示出光学体1的合成结构体20的共聚焦显微镜图像。从图16可以看出,在光学体1的表面形成有合成结构体20。
图17及图18示出模拟结果。图17为波长532nm的光入射至光学体1时投影在屏幕上的投影图像,图18为波长473nm、532nm、635nm的合成光入射至光学体1时投影在屏幕上的投影图像。可以看出,在任意示例中,扩散光均具有较高的均质性。
(1-3.实施例C)
在实施例C中,除了周期摄动为0%以外,在与实施例A相同的条件下制作光学体1,并以与实施例A相同的方法评价了配光特性。图19示出图案图像。在该图案图像中,以8个色阶描绘了合成结构体20的高度z2。从图19可明显地看出,合成结构体20的凹凸随机分布在图案图像内。
图20及图21示出模拟结果。图20为当波长532nm的光入射至光学体1时被投影在屏幕上的投影图像,图21为波长473nm、532nm、635nm的合成光入射至光学体1时投影在屏幕上的投影图像。可以看出,在任意示例中,扩散光均具有较高的均质性。
(1-4.实施例D)
在实施例D中,除了面内存在概率P为0.6%、周期Λ为4μm之外,在与实施例A相同的条件下制作光学体1,并以与实施例A相同的方法评价了配光特性。图22示出使用Mini-Diff测量的配光特性。实施例D也得到了均质配光性较高的分布。图23示出光学体1的合成结构体20的共聚焦显微镜图像。从图23可明显地看出,光学体1的表面形成有合成结构体20。图24为在与图22相同条件下得到的扩散光照射至屏幕时所得到的投影图像。距离屏幕的光学体1的距离为100mm。图25示出模拟结果。图25为波长532nm的光入射至光学体1时投影在屏幕上的投影图像。从图24及图25可明显地看出,扩散光具有较高的均质性。
(1-5.实施例E)
在实施例E中,除了将面内存在概率P设为0.5%以外,在与实施例A相同的条件下制作光学体1,并且以与实施例A相同的方法评价了配光特性。图26示出使用Mini-Diff测量的配光特性。实施例E也得到了均质配光性较高的分布。图27示出光学体1的合成结构体20的共聚焦显微镜像。从图27可明显地看出,光学体1的表面形成有合成结构体20。图28为在与图26相同条件下得到的扩散光照射至屏幕时所获得的投影图像。距离屏幕的光学体1的距离为100mm。图29示出模拟结果。图29为波长532nm的光入射至光学体1时被投影在屏幕上的投影图像。从图28及图29可明显地看出,扩散光具有较高的均质性。
<2.实施例1~34、比较例1~9>
在实施例1~34、比较例1~9中,为了调查面内存在概率P、周期Λ、存在区域T及周期摄动δ对配光特性的影响,通过模拟评价了使这些参数发生变化的光学体1的配光特性。模拟的具体方法与实施例A相同。表1~8示出各实施例及比较例的参数及结果。表1~8中所看到的“配光良好”表示未观察到环形光、斑纹等的状态(扩散光的均质性较高)的状态。也就是说,表示观察到与图12等相同扩散光。“极薄环形光”表示观察到了极薄的环形光,但峰值比为2.5以下。“环形光”表示明显观察到了环形光,且峰值比大于2.5。图31示出环形光的示例。“判定”是指如果峰值比为2.5以下则为“Good”,当峰值比大于2.5时为“NG”。
[表1]
(表1)
实施例1~6、比较例1、2评价了配光特性的周期依存性。从实施例1~6、比较例1、2可明显地看出,如果Λ≥5μm(即,如果满足条件1)就能获得良好的配光特性。
[表2]
(表2)
[表3]
(表3)
实施例7~15、比较例3~5是在将主结构体30的周期Λ固定为3或4μm的状态下使面内存在概率变化来评价光学特性。从实施例7~15、比较例3~5可明显地看出,如果P≥0.3%且Λ≥3μm(即,如果满足条件2)就能获得良好的配光特性。
[表4]
(表4)
[表5]
(表5)
[表6]
(表6)
[表7]
(表7)
[表8]
(表8)
实施例16~34、比较例6~16是在将主结构体30的面内存在概率P及周期Λ固定为某个值的状态下,使存在区域T和周期摄动δ变化来评价光学特性。从实施例16~34、比较例6~16明显地看出,如果P≥0.2%、Λ≥3μm、T≥10Λ、且δ≥30%(条件3-1)或P≥0.2%、Λ≥4μm、T>10Λ、且δ≥0%(条件3-2)(即,如果满足条件3)就能获得良好的配光特性。
以上参照附图详细说明本发明的优选实施方式,但本发明并不限于该示例。明确的是,如果本发明所属的技术领域中具有普通知识的人士,在权利要求范围所记载的技术思想的范畴内,想到的各种变更例或修改例,这些自然也被理解为属于本发明的技术范围。
例如,在上述实施方式中,主结构体30的相位分布是由Sinc函数表示,但本发明并不限于该示例。即,主结构体30的相位分布可以是任何形式,只要是相当于通过对均质瞳函数进行傅里叶变换而得到的振幅分布即可。

Claims (4)

1.一种光学体的制造方法,其中,所述光学体通过具有合成多个主结构体的形状的合成结构体在基材的面内连续展开而形成,
所述制造方法包括:
第一工序,在假想空间内设定的、用于规定所述基材的表面形状的x2y2平面上的任意位置,根据所述主结构体的面内存在概率P配置多个所述主结构体的中心点;
第二工序,根据预先设定的主结构体的振幅A、周期Λ、存在区域T及周期扰动δ,在所述主结构体的周期扰动δ的范围内对每个所述主结构体随机确定所述主结构体的周期,将所述主结构体分别配置于在所述第一工序中配置的各中心点上;
第三工序,通过使在所述第二工序中配置多个主结构体的高度z2简单求和,合成所述多个主结构体,在所述x2y2平面上形成所述合成结构体;
第四工序,根据在所述第三工序中形成所述合成结构体的图案图像,制作在表面形成有所述合成结构体的反转形状的母盘;以及
第五工序,使用所述母盘作为转印型,制作形成有所述合成结构体光学体,
在所述第二工序中配置的所述主结构体的相位分布,相当于通过对二维光学开口的瞳函数进行傅里叶变换而得到的振幅分布,所述光学体的峰值比为2.5以下,所述峰值比被定义为光的辉度轮廓图的峰值水平与基本水平的比,所述峰值水平被定义为辉度轮廓图的最大值,所述基本水平被定义为振幅次数较多的区域的平均辉度水平,
所述瞳函数是光强度分布均匀的均质瞳函数,或者是光强度分布表示高斯分布的瞳函数,
在所述第二工序中配置所述主结构体的面内存在概率P、所述存在区域T、所述周期Λ及所述周期扰动δ满足以下条件1~3中至少一个以上,
条件1 Λ≥5μm ,
条件2 P≥0.3%、且Λ≥3μm ,
条件3 满足P≥0.2%、Λ≥3μm、T≥10Λ、且δ≥30%(条件3-1) ,或P≥0.2%、Λ≥4μm、T>10Λ、且δ≥0%(条件3-2)。
2.根据权利要求1所述的光学体的制造方法,其中,
所述二维光学开口具有圆形、多边形或自由形状。
3.根据权利要求1或2所述的光学体的制造方法,其中,
多个所述主结构体的每一个相位分布由Sinc函数表示。
4.根据权利要求1或2所述的光学体的制造方法,其中,
所述合成结构体的相位分布是对所述多个主结构体的相位分布简单求和而得到的。
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