CN112782793A - 微透镜阵列及其设计方法和制造方法、投影型图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供微透镜阵列及其设计方法和制造方法、投影型图像显示装置。本发明的目的在于提供一种扩散强度的不均少的微透镜阵列。该微透镜阵列是俯视观察时多个微透镜以行列状排列的微透镜阵列,上述多个微透镜各自在俯视观察时具有4个主边,上述4个主边分别相对于与行方向平行的行假想线或与列方向平行的列假想线倾斜。
Description
技术领域
本发明涉及微透镜阵列、投影型图像显示装置、微透镜阵列的设计方法及微透镜阵列的制造方法。
背景技术
扩散板使入射的光向各种各样的方向扩散。扩散板例如在显示器、投影仪、照明等各种各样的用途中使用。微透镜阵列可以用于扩散板。微透镜阵列在表面具有多个透镜上的凹凸。入射至微透镜阵列的光因表面的凹凸而发生折射、扩散。
例如,专利文献1和2中记载了使用微透镜阵列的扩散板。专利文献1中记载了使用截面形状彼此不同且没有对称轴的多个微透镜的扩散板。专利文献2中记载了使顶点的位置与基本图案错开的微透镜阵列。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2016/051785号
专利文献2:日本特许第4845290号公报
发明内容
发明所要解决的课题
投影仪中,穿过扩散板的光例如照射于积分镜、图像显示装置。这些构件为四边形,如果扩散光为圆形,则光的利用效率下降。因此,要求将光以四边形进行扩散的扩散板。另一方面,在将光以四边形进行扩散的情况下,透镜被周期性地排列。带有周期性结构的扩散板有时会产生衍射光等,难以均质地将光扩散。
例如,专利文献1和专利文献2中记载的微透镜阵列中,透镜以行列状排列,能够将光以四边形扩散。但是,如专利文献1所记载的那样,仅将透镜的截面形状制成不均匀时,难以使扩散光充分均质。此外,例如,如专利文献2所记载的那样,仅使透镜的顶点位置带有偏差时,也难以均质地将光扩散。
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于,提供扩散强度的不均少的微透镜阵列、投影型图像显示装置、微透镜阵列的设计方法及微透镜阵列的制造方法。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题,本发明提供以下方法。
第一方式涉及的微透镜阵列是俯视观察时多个微透镜以行列状排列的微透镜阵列,上述多个微透镜各自在俯视观察时具有4个主边,上述4个主边分别相对于与行方向平行的行假想线或与列方向平行的列假想线倾斜。
上述方式涉及的微透镜阵列中,上述多个微透镜各自可以在俯视观察时具有一个以上将上述4个主边中的2个主边之间连接的副边。
上述方式涉及的微透镜阵列中,上述4个主边各自相对于上述行假想线或上述列假想线的倾斜角θ可以为2.5°以上36°以下。
上述方式涉及的微透镜阵列中,上述多个微透镜分别可以为相对于基准面凹陷的凹透镜。
上述方式涉及的微透镜阵列可以进一步具有防反射膜,上述防反射膜可以层叠于配置有上述多个微透镜的第一面和与上述第一面相对的第二面中的至少一者。
第二方式涉及的投影型图像显示装置具有上述方式涉及的微透镜阵列。
第三方式涉及的微透镜阵列的设计方法具有:第一工序,分别绘制多条与行方向平行的行假想线以及与列方向平行的列假想线,设定多个微透镜以行列状排列的基本图案,上述多个微透镜以由上述行假想线和上述列假想线包围的四边形的中心为顶点进行弯曲;以及第二工序,使下述中的两者以上相对于上述基本图案偏离:上述行假想线和上述列假想线的间隔、各个微透镜的顶点的位置、各个微透镜的曲率半径。
上述方式涉及的微透镜阵列的设计方法的上述第二工序中,可以使下述中的全部相对于上述基本图案偏离:上述行假想线和上述列假想线的间隔、各个微透镜的顶点的位置、各个微透镜的曲率半径。
上述方式涉及的微透镜阵列的制造方法具有:在基板上涂布抗蚀剂的工序;隔着灰度掩模将上述抗蚀剂曝光,在上述抗蚀剂的表面基于前述微透镜阵列的设计方法形成抗蚀剂图案的工序;以及隔着上述抗蚀剂进行蚀刻的工序。
发明效果
根据上述方式涉及的微透镜阵列,能够抑制扩散光的扩散强度的不均。
根据上述方式涉及的投影型图像显示装置,能够提高光的利用效率。
根据上述方式涉及的微透镜阵列的设计方法以及制造方法,能够得到扩散光的扩散强度的不均少的微透镜阵列。
附图说明
图1是第一实施方式涉及的投影型图像显示装置的示意图。
图2是第一实施方式涉及的微透镜阵列的俯视图。
图3是第一实施方式涉及的微透镜阵列的截面图。
图4是将第一实施方式涉及的微透镜阵列的特征部分放大的俯视图。
图5是第一变形例涉及的微透镜阵列的截面图。
图6是用于说明第一实施方式涉及的微透镜阵列的制造方法的图。
图7是用于说明第一实施方式涉及的微透镜阵列的设计方法的图。
图8是用于说明第一实施方式涉及的微透镜阵列的设计方法的图。
图9是用于说明实施例1~实施例6以及比较例1涉及的微透镜阵列的评价方法的示意图。
图10是实施例1~实施例6以及比较例1涉及的微透镜阵列的主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角的分布图。
图11是比较例1涉及的微透镜阵列的扩散特性。
图12是实施例1涉及的微透镜阵列的扩散特性。
图13是实施例2涉及的微透镜阵列的扩散特性。
图14是实施例3涉及的微透镜阵列的扩散特性。
图15是实施例4涉及的微透镜阵列的扩散特性。
图16是实施例5涉及的微透镜阵列的扩散特性。
图17是实施例6涉及的微透镜阵列的扩散特性。
图18是比较例2涉及的微透镜阵列的扩散特性。
图19是将实施例1~6以及比较例1、2的扩散特性的结果汇总的图表。
符号说明
10 微透镜
10a 弯曲面
10c、c 中心
10v 顶点
11、12 防反射膜
100、101 微透镜阵列
CL 列假想线
RL 行假想线
m1、m2、m3、m4 主边
s 副边
PJ 投影型图像显示装置
具体实施方式
以下,对于本实施方式,一边适当地参照附图一边详细说明。关于以下的说明中所使用的附图,为了使特征容易理解,方便起见,有时会将作为特征的部分放大示出,各构成要素的尺寸比率等可能与实际有所不同。以下的说明中所例示的材料、尺寸等为一例,本发明不限定于此,在实现本发明的效果的范围内可以适当变更后实施。
“投影型图像显示装置”
图1是第一实施方式涉及的投影型图像显示装置PJ的示意图。投影型图像显示装置PJ例如为投影仪。投影型图像显示装置PJ例如具有光源Ls和扩散板Dp1、Dp2、积分镜IR以及屏幕Sc。
光源Ls例如为灯、激光。激光可以准备蓝色、绿色、红色的各个激光,也可以通过对荧光体照射蓝色激光来产生黄色、绿色和红色。
扩散板Dp1、Dp2将来自光源Ls的光扩散。扩散板Dp1、Dp2例如是多个微透镜阵列排列而成的扩散板。微透镜阵列的详细内容在后文中描述。在光源Ls和屏幕Sc之间,扩散板Dp1、Dp2为2片以上,从而可以降低投影于屏幕Sc的光的不均。优选地,积分镜IR的形状、投影于屏幕Sc的图像为四边形,扩散板Dp1、Dp2以四边形扩散光。
积分镜IR是使对于照射面的照度的均匀性提高的透镜。光穿过积分镜IR,从而投影于屏幕Sc的图像的精度提高。
“微透镜阵列”
图2是第一实施方式涉及的微透镜阵列100的俯视图。此外,图3是第一实施方式涉及的微透镜阵列100的截面图。图3是沿着图2中的A-A线将微透镜阵列100切断后的截面。例如,通过将多个微透镜阵列100规则地排列,从而成为上述的扩散板Dp1、Dp2。
这里,对于方向进行定义。将微透镜阵列100扩展的平面设为xy平面,将其一个方向设为x方向,将与x方向正交的方向设为y方向。x方向和y方向分别为构成微透镜阵列100的微透镜10进行排列的一个方向。x方向为行方向的一例,y方向为列方向的一例。z方向为相对于xy平面正交的方向。z方向也是光对于微透镜阵列100入射的方向。
微透镜阵列100在从z方向俯视观察时多个微透镜10以行列状排列。以行列状排列是指微透镜10在x方向和y方向上排列。将相邻的微透镜10的顶点连接的线的主矢量方向为x方向或y方向。一个微透镜10的尺寸例如为100μm左右。
多个微透镜10形成于基板S的一面。以下,将基板S的配置有微透镜10的一侧的面称为第一面Sa,将与第一面Sa相对的面称为第二面Sb。基板S例如是相对于所入射的光的波段为透明的基板。基板S例如为光学玻璃、水晶、蓝宝石、树脂板、树脂膜。光学玻璃例如为石英玻璃、硼硅酸玻璃、白板玻璃等。树脂例如为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、环状烯烃共聚物(COC)等。光学玻璃、水晶以及蓝宝石这些无机材料的耐光性优异。此外,水晶、蓝宝石的散热性优异。与基板S的从z方向俯视的形状无关。
多个微透镜10分别为例如相对于基准面Rp凹陷的凹透镜。多个微透镜10分别也可以为例如相对于基准面Rp突出的凸透镜。基准面Rp是与xy平面(例如,第二面Sb)平行的面,且是与第一面Sa的最突出的部分接触的面。基准面Rp例如为加工前的基板S的表面。
各个微透镜10的表面为弯曲面10a。光借助弯曲面10a而发生折射,从而入射的光发生扩散。各个弯曲面10a的曲率半径例如是不同的。各个弯曲面10a的曲率半径例如以平均曲率半径为基准是50%以上150%以内。各个弯曲面10a的曲率例如以平均曲率半径为基准可以是70%以上130%以内。
将弯曲面10a的极大点或极小点称为顶点10v。在微透镜10为凹透镜的情况下,弯曲面10a的极小点为顶点10v,在微透镜10为凸透镜的情况下,弯曲面10a的极大点为顶点10v。各个微透镜10中的顶点10v与基准面Rp的距离例如并非是固定的。
图4是将第一实施方式涉及的微透镜阵列100的特征部分放大的俯视图。各个微透镜10在x方向和y方向上沿着基本图案排列。基本图案是由多个行假想线RL和多个列假想线CL划分的四边形在x方向和y方向上排列而成的图案。行假想线RL是与x方向平行的假想线,列假想线CL是与y方向平行的假想线。各个列假想线CL的间隔Gx是固定的,各个行假想线RL的间隔Gy是固定的。间隔Gx、Gy分别为数μm至数十μm,例如为1μm以上100μm以下。在基本图案的各个四边形中均配置有一个微透镜10。由行假想线RL和列假想线CL划分的四边形可以为正方形也可以为长方形。
各个微透镜10从z方向俯视观察时的形状为具有4个主边m1、m2、m3、m4的多边形。多边形例如包含4个主边m1、m2、m3、m4和1个以上的副边s。副边s是连接2个主边的连接部。例如,图4所示的主边m1和主边m4由副边s连接。主边m1、m2、m3、m4和副边s是相邻的微透镜10的边界,且是微透镜10的曲率发生急剧变化的线状的区域。在微透镜10为凹透镜的情况下,边界为脊线,在微透镜10为凸透镜的情况下,边界为谷。主边m1、m2、m3、m4和副边s可以在z方向上弯曲。
4个主边m1、m2、m3、m4中,主边m1、m2在x方向上延伸,主边m3、m4在y方向上延伸。本说明书中,“在x方向上延伸”的意思是例如在xy平面中x方向的长度比y方向的长度长。主边m1、m2、m3、m4的长度大于副边s的长度。主边m1、m2的长度例如为相邻的列假想线CL的间隔Gx的50%以上150%以下,主边m3、m4的长度例如为相邻的行假想线RL的间隔Gy的50%以上150%以下。
4个主边m1、m2、m3、m4中,至少一个主边相对于行假想线RL或列假想线CL倾斜。4个主边m1、m2、m3、m4可以各自相对于行假想线RL或列假想线CL倾斜。主边m1、m2相对于行假想线RL倾斜。主边m1例如相对于行假想线RL以倾斜角θ1倾斜。主边m2例如相对于行假想线RL以倾斜角θ2倾斜。主边m3、m4相对于列假想线CL倾斜。主边m3例如相对于列假想线CL以倾斜角θ3倾斜。主边m4例如相对于列假想线CL以倾斜角θ4倾斜。倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4各自不同。
倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4中的至少一个为2.5°以上36°以下。倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4例如均为2.5°以上36°以下。倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4的平均值例如为19.3°。如果倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4处于该范围内,则穿过微透镜阵列100后的扩散光的扩散强度的不均减少。
此外,从z方向俯视观察时,各个微透镜10的顶点10v可以与由行假想线RL和列假想线CL划分的四边形的中心10c相比发生偏移。顶点10v相对于中心10c在x方向的偏移量例如可以为相邻的列假想线CL的间隔Gx的50%以内,可以为30%以内。顶点10v相对于中心10c在y方向的偏移量例如可以为相邻的行假想线RL的间隔Gy的50%以内,可以为30%以内。
关于第一实施方式涉及的微透镜阵列100,由于各个微透镜10具有4个主边m1、m2、m3、m4,因而扩散光的形状成为四边形。此外,由于各个主边m1、m2、m3、m4相对于列假想线CL或行假想线RL发生倾斜,因而能够抑制扩散光的扩散强度的不均。
此外,由于微透镜10具有副边s,因而能够将扩散光的形状维持为四边形,同时更加抑制扩散强度的不均。如果微透镜10具有副边s,则微透镜10所配置的位置不会与由行假想线RL和列假想线CL划分的基本图案的四边形相比大幅偏离。由于微透镜10维持基本图案的排列,从而更能够将扩散光的形状保持为四边形,且由于各边相对于构成基本图案的列假想线CL或行假想线RL倾斜,从而能抑制扩散光的扩散强度的不均。
以上,对于第一实施方式进行了详细描述,但不限定于该例子,在权利要求书记载的本发明的要旨的范围内,可以进行各种各样的变形、变更。
例如,图5是第一变形例涉及的微透镜阵列101的截面图。微透镜阵列101具有防反射膜11、12,这点与图3所示的微透镜阵列100不同。在微透镜阵列101中,对于与图3所示的微透镜阵列100同样的构成,赋予同样的符号,省略其说明。
防反射膜11被覆基板S的第一面Sa。防反射膜12被覆基板S的第二面Sb。
防反射膜11、12例如是低折射率层和高折射率层层叠而成的层叠膜。低折射率层例如为SiO2、MgF2、CaF2。高折射率层例如为Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Al2O3、HfO2、ZrO2。SiO2、Nb2O5以及Ta2O5的耐光性优异,即使照射由高输出激光等射出的高光密度的光也不易劣化。
图5中例示了在基板S的两面设置防反射膜11、12的情况,但也可以仅在任一侧的面设置防反射膜。此外,防反射膜可以为数百nm间距的微小的凹凸排列而成的蛾眼结构。
第一变形例涉及的微透镜阵列101具有与第一实施方式涉及的微透镜阵列100同样的构成,起到与第一实施方式涉及的微透镜阵列100同样的效果。此外,由于具有防反射膜11、12,能够抑制界面反射,抑制反射杂散光。
另外,至此,以将微透镜阵列100、101用于投影型图像显示装置PJ的情况为例进行了说明,但也可以将微透镜阵列100、101用于其他的用途。例如,可以用于照明装置等。
“微透镜阵列的制造方法”
图6是用于说明第一实施方式涉及的微透镜阵列的制造方法的图。微透镜阵列的制造方法具有抗蚀剂涂布工序,曝光、显影工序和蚀刻工序。
首先,在抗蚀剂涂布工序中,在基板S1上涂布抗蚀剂R1。关于基板S1,为了通过加工而成为上述基板S,基板S1为与基板S同样的材料。后述的蚀刻工序中,作为蚀刻气体,有时使用氟系蚀刻气体(CF4、SF6、CHF3等)。Al2O3以及碱金属等有时与氟系蚀刻气体反应而形成不挥发性物质。例如,如果利用氟系蚀刻气体蚀刻虽不含有碱金属但含有27%的Al2O3的玻璃基板(例如,康宁公司制的EAGLE XG),则难以被蚀刻的Al2O3残留,在表面产生微小突起,玻璃基板的透过率降低。基板S1的碱成分的含量优选为20质量%以下,更优选为10质量%以下。基板S1例如优选为石英玻璃、Tempax玻璃。抗蚀剂R1可以应用公知的抗蚀剂。
接着,在曝光工序中,隔着灰度掩模Gm对抗蚀剂R1照射光L1,将抗蚀剂R1曝光。就曝光而言,例如进行一边移动灰度掩模一边反复曝光的逐步重复曝光。基于步进的位置精度,有时在1次曝光中所形成的基本单元之间最大会产生数μm左右宽度的接缝。为了避免这样的问题,优选以基本单元彼此重叠的方式曝光。在将基本单元彼此大幅重叠的情况下,可以通过多次曝光来进行调整以成为期望的曝光量。
接着,在显影工序中,将曝光后的抗蚀剂图案显影。通过显影而将抗蚀剂R1的一部分去除,在表面形成具有抗蚀剂图案的抗蚀剂R2。在抗蚀剂R2的表面形成有与期望的微透镜阵列同样的抗蚀剂图案。关于将抗蚀剂图案设计成期望的微透镜阵列的图案的方法,将在后文中描述详细内容。
接着,在蚀刻工序中,隔着抗蚀剂R2对基板S1进行干式蚀刻。干式蚀刻例如使用反应性气体G来进行。气体G例如为上述的氟系蚀刻气体。通过干式蚀刻,将形成于抗蚀剂R2的表面的微透镜阵列的图案转印于基板S1。基板S1成为在第一面Sa形成有微透镜阵列的基板S。
在图5所示的微透镜阵列101的情况下,之后将防反射膜11、12成膜。防反射膜11、12例如通过蒸镀、溅射等进行成膜。
“微透镜阵列的设计方法”
微透镜阵列的设计方法分为第一工序、第二工序以及第三工序。第一工序是设定基本图案的工序。第二工序是设定使各种条件相对于基本图案偏离了的图案的工序。第三工序是选择蚀刻条件的工序。以下,对于各工序,使用图7和图8来进行说明。图7和图8是用于说明第一实施方式涉及的微透镜阵列的设计方法的图。
首先,如图7所示,第一工序中设定基本图案。首先,分别绘制多条行假想线RL和列假想线CL,设定由行假想线RL和列假想线CL包围的四边形排列而成的阵列图案。接着,如图8所示,根据微透镜阵列所需求的扩散角θd,确定微透镜的曲率半径R。曲率半径R与扩散角θd满足以下的关系。
θd=2sin-1{(p(n-1)/2R)
上述式中,p为相邻的列假想线CL的间隔Gx或相邻的行假想线RL的间隔Gy。n为基板S的折射率。
接着,以阵列图案的各个四边形的中心c成为微透镜的顶点v的方式进行设定。通过这样的步骤,设定预定曲率的微透镜以行列状排列而成的基本图案。图7和图8是所设定的基本图案的一例。
接下来,在第二工序中,以通过第一工序设定的基本图案为基准,使若干参数偏离。相对于基本图案偏离的参数是下述中的两者以上:行假想线RL和列假想线CL的间隔Gx、Gy,各个微透镜的顶点的位置,各个微透镜的曲率半径。可以使这些参数全部偏移。
相邻的列假想线CL的间隔Gx’以基本图案中的列假想线CL的间隔Gx为基准偏离。相邻的行假想线RL的间隔Gy’以基本图案中的行假想线RL的间隔Gy为基准偏离。如果相邻的列假想线CL的间隔Gx以及相邻的行假想线RL的间隔Gy偏离,则偏移图案中的四边形的各边的长度相对于基本图案中的四边形的各边的长度偏离。
相邻的列假想线CL的间隔Gx’满足以下的关系。gx为偏离的程度,gx≥0%,优选满足0%<gx≤50%。
Gx’=Gx±Gx×gx
此外,相邻的列假想线CL的间隔Gy’满足以下的关系。gy为偏离的程度,gy≥0%,优选满足0%<gy≤50%。
Gy’=Gy±Gy×gy
各个微透镜的顶点v的位置相对于基本图案的各个四边形的中心c的位置偏离。微透镜的顶点v相对于基本图案的各个四边形的中心c在x方向的偏离量由Gx×Tx表示,y方向的偏离量由Gy×Ty表示。Tx和Ty为偏离的程度,满足0%≤Tx、Ty≤50%,优选满足0%<Tx、Ty≤50%。
各个微透镜的曲率半径以基本图案中设定的微透镜的曲率半径R为基准偏离。曲率半径的偏离量由R×r表示。r为偏离的程度,满足0%≤r≤50%,优选满足0%<r≤50%。
通过上述的步骤,将使各种参数相对于基本图案在上述的范围内偏离而得的偏移图案进行布局(layout)化。布局化基于公知的透镜配置的计算算法进行。接着,判定经布局化的偏移图案是否满足期望的微透镜阵列的俯视图案。期望的微透镜阵列的俯视图案是满足上述构成的微透镜阵列的图案。在判定偏移图案满足期望的微透镜阵列的俯视图案的情况下,进入第三工序。在判定偏移图案不满足期望的微透镜阵列的俯视图案的情况下,再次回到第二工序,调整各种参数的偏离量。其结果,通过第一工序以及第二工序,确定微透镜阵列的俯视图案。
接下来,在第三工序中选择蚀刻条件。设定的蚀刻条件是蚀刻工序中的基板S1的蚀刻速度与抗蚀剂R2的蚀刻速度之比(“基板S1的蚀刻速度”/“抗蚀剂R2的蚀刻速度”)。以下,将基板S1的蚀刻速度与抗蚀剂R2的蚀刻速度之比称为蚀刻选择比。蚀刻选择比例如通过蚀刻中所使用的多种蚀刻气体的流量比率等来调整。
例如,在使用CF4、Ar、O2作为蚀刻气体的情况下,如果使CF4气体的流量与Ar气体的流量之比(“CF4气体的流量”/“Ar气体的流量”)从0.25至4.0变化,则蚀刻选择比会从1.0至1.7变化。此外,在该状态下,如果以3%~10%的范围添加O2气体,则蚀刻选择比会下降至0.7以上1.0以下。换言之,蚀刻选择比可以设定为0.7以上1.7以下的范围。该情况下,相对于形成于抗蚀剂R2的表面的抗蚀剂图案的曲率半径,可以将形成于基板S的微透镜阵列的曲率半径调整为70%以上170%以下的范围。
如上所述,通过改变蚀刻选择比,可以改变干式蚀刻中的基板S1的加工深度。如果将蚀刻选择比设为η、将预定的微透镜的深度设为S,则实际形成的微透镜的深度近似于η×S。此外,在抗蚀剂图案的曲率半径为Rr的情况下,实际形成的微透镜的曲率半径成为Rr/η。第三工序中,基于上述关系来选择蚀刻条件。
经过上述步骤,能够制作期望的微透镜阵列。即,根据本实施方式涉及的微透镜阵列的设计方法及制造方法,能够得到扩散光的扩散强度的不均少的微透镜阵列。
[实施例]
在以下的实施例1~6以及比较例1、比较例2中,以预定的条件设计微透镜阵列,通过模拟而求出所得的微透镜阵列的扩散特性。模拟是使用Zemax公司的Optic Studio来进行。扩散特性是向所制作的微透镜阵列的中心入射强度1W、光斑直径0.6mm的入射光,在设置于距离200mm的位置且1个边为150mm的探测器中的扩散光的强度分布。入射光设为波长450nm的相干的平行光。扩散特性如图9所示分别以x方向和xy方向求出。xy方向是分别相对于x方向和y方向倾斜45°的方向。图9是用于说明实施例1~实施例6以及比较例1涉及的微透镜阵列的评价方法的示意图。
“比较例1”
比较例1设计了基本图案的微透镜阵列。一个微透镜设为1个边为80μm的正方形的凹透镜。微透镜的曲率半径设为150μm,将基板相对于450nm的波长的光的折射率设为1.47。将该微透镜在x方向和y方向上各排列10个,制作行列配置的微透镜阵列。
微透镜的俯视形状为正方形,仅由主边构成。各个主边与行假想线或列假想线平行,相对于行假想线或列假想线的倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4为0°。图10的(a)是比较例1涉及的微透镜阵列的主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角的分布图。
图11是比较例1涉及的微透镜阵列的扩散特性。图11的(a)是x方向的扩散特性,图11的(b)是xy方向的扩散特性。横轴是相对于入射光的角度,纵轴是扩散光的强度。x方向和xy方向的扩散强度的标准偏差σx、σxy均为0.039W/cm2。此外,求出扩散光的10%角宽度。10%角宽度是利用高斯函数对强度分布进行拟合时,拟合曲线中成为最大强度的10%以上的强度的角度的范围。x方向的10%角宽度为15.6°,xy方向的10%角宽度为22.9°。x方向的10%角宽度与xy方向的10%角宽度之比为0.68。
“实施例1~6”
实施例1~6中,以基本图案为基准,使行假想线RL和列假想线CL的间隔、各个微透镜的顶点的位置、各个微透镜的曲率半径全部偏离。基板相对于450nm的波长的光的折射率与比较例1同样设为1.47。实施例1~6的偏离的程度各自不同。实施例1~6的微透镜在俯视观察时均为由4个主边和副边构成的多边形。
实施例1中,将列假想线和行假想线的偏离程度gx、gy设为5%,将顶点位置的x方向和y方向的偏离程度Tx、Ty设为5%,将微透镜的曲率半径的偏离程度r设为5%。
图10的(b)是实施例1涉及的微透镜阵列的主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角的分布图。实施例1中,主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4在-3.7°以上3.7°以下的范围内。
图12是实施例1涉及的微透镜阵列的扩散特性。图12的(a)是x方向的扩散特性,图12的(b)是xy方向的扩散特性。横轴是相对于入射光的角度,纵轴是扩散光的强度。x方向的扩散强度的标准偏差σx为0.025W/cm2,xy方向的扩散强度的标准偏差σxy为0.028W/cm2。此外,x方向的10%角宽度为16.2°,xy方向的10%角宽度为22.7°。x方向的10%角宽度与xy方向的10%角宽度之比为0.71。
实施例2中,将列假想线和行假想线的偏离程度gx、gy设为10%,将顶点位置的x方向和y方向的偏离程度Tx、Ty设为10%,将微透镜的曲率半径的偏离程度r设为10%。
图10的(c)是实施例2涉及的微透镜阵列的主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角的分布图。实施例2中,主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4在-11.7°以上11.7°以下的范围内。
图13是实施例2涉及的微透镜阵列的扩散特性。图13的(a)是x方向的扩散特性,图13的(b)是xy方向的扩散特性。横轴是相对于入射光的角度,纵轴是扩散光的强度。x方向的扩散强度的标准偏差σx为0.023W/cm2,xy方向的扩散强度的标准偏差σxy为0.027W/cm2。此外,x方向的10%角宽度为16.6°,xy方向的10%角宽度为22.0°。x方向的10%角宽度与xy方向的10%角宽度之比为0.75。
实施例3中,将列假想线和行假想线的偏离程度gx、gy设为20%,将顶点位置的x方向和y方向的偏离程度Tx、Ty设为20%,将微透镜的曲率半径的偏离程度r设为20%。
图10的(d)是实施例3涉及的微透镜阵列的主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角的分布图。实施例3中,主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4在-12.5°以上12.5°以下的范围内。
图14是实施例3涉及的微透镜阵列的扩散特性。图14的(a)是x方向的扩散特性,图14的(b)是xy方向的扩散特性。横轴是相对于入射光的角度,纵轴是扩散光的强度。x方向的扩散强度的标准偏差σx为0.022W/cm2,xy方向的扩散强度的标准偏差σxy为0.024W/cm2。此外,x方向的10%角宽度为18.0°,xy方向的10%角宽度为22.0°。x方向的10%角宽度与xy方向的10%角宽度之比为0.82。
实施例4中,将列假想线和行假想线的偏离程度gx、gy设为30%,将顶点位置的x方向和y方向的偏离程度Tx、Ty设为30%,将微透镜的曲率半径的偏离程度r设为30%。
图10的(e)是实施例4涉及的微透镜阵列的主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角的分布图。实施例4中,主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4在-19.3°以上19.3°以下的范围内。
图15是实施例4涉及的微透镜阵列的扩散特性。图15的(a)是x方向的扩散特性,图15的(b)是xy方向的扩散特性。横轴是相对于入射光的角度,纵轴是扩散光的强度。x方向的扩散强度的标准偏差σx为0.019W/cm2,xy方向的扩散强度的标准偏差σxy为0.024W/cm2。此外,x方向的10%角宽度为18.5°,xy方向的10%角宽度为23.2°。x方向的10%角宽度与xy方向的10%角宽度之比为0.80。
实施例5中,将列假想线和行假想线的偏离程度gx、gy设为40%,将顶点位置的x方向和y方向的偏离程度Tx、Ty设为40%,将微透镜的曲率半径的偏离程度r设为40%。
图10的(f)是实施例5涉及的微透镜阵列的主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角的分布图。实施例5中,主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4在-27.7°以上27.7°以下的范围内。
图16是实施例5涉及的微透镜阵列的扩散特性。图16的(a)是x方向的扩散特性,图16的(b)是xy方向的扩散特性。横轴是相对于入射光的角度,纵轴是扩散光的强度。x方向的扩散强度的标准偏差σx为0.020W/cm2,xy方向的扩散强度的标准偏差σxy为0.027W/cm2。此外,x方向的10%角宽度为19.4°,xy方向的10%角宽度为22.0°。x方向的10%角宽度与xy方向的10%角宽度之比为0.88。
实施例6中,将列假想线和行假想线的偏离程度gx、gy设为50%,将顶点位置的x方向和y方向的偏离程度Tx、Ty设为50%,将微透镜的曲率半径的偏离程度r设为50%。
图10的(g)是实施例6涉及的微透镜阵列的主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角的分布图。实施例6中,主边相对于行假想线或列假想线的倾斜角θ1、θ2、θ3、θ4在-35.9°以上35.9°以下的范围内。
图17是实施例6涉及的微透镜阵列的扩散特性。图17的(a)是x方向的扩散特性,图17的(b)是xy方向的扩散特性。横轴是相对于入射光的角度,纵轴是扩散光的强度。x方向的扩散强度的标准偏差σx为0.018W/cm2,xy方向的扩散强度的标准偏差σxy为0.023W/cm2。此外,x方向的10%角宽度为23.2°,xy方向的10%角宽度为23.2°。x方向的10%角宽度与xy方向的10%角宽度之比为1.00。
“比较例2”
比较例2中不使微透镜排列而将微透镜设为无规,此点与比较例1不同。相邻的微透镜的顶点间隔的平均值设为80μm,微透镜的曲率半径的平均值设为150μm。基板相对于450nm的波长的光的折射率与比较例1同样设为1.47。由于不排列微透镜,因此扩散光为圆形。
图18是比较例2涉及的微透镜阵列的扩散特性。图18是任意的位置方向(例如x方向)的扩散特性。由于扩散光为圆形,扩散特性在任何方向均大致相同。横轴是相对于入射光的角度,纵轴是扩散光的强度。扩散强度的标准偏差σ为0.031W/cm2。此外,x方向的10%角宽度为22.5°,xy方向的10%角宽度为22.4°。x方向的10%角宽度与xy方向的10%角宽度之比为1.00。
将上述的制作条件汇总于表1中,将制作的微透镜阵列的特性汇总于表2中。
[表1]
[表2]
在将正方形的1个边设为1的情况下,对角线的长度为约1.414。即,将x方向的长度除以xy方向的长度而得的比为约0.70。即,微透镜阵列的扩散光中的x方向与xy方向的角宽度之比越接近0.70,扩散光的形状越会成为四边形。可以说,相对于比较例2,实施例1~5的扩散光更接近四边形。实施例6的扩散光的形状接近圆形,但强度的标准偏差比比较例2小,可以说扩散光的强度的均匀性提高。
此外,图19中,总结了实施例1~6、比较例1、比较例2的光学特性的结果。图19中的圆点是绘制实施例1~6、比较例1的x/xy的结果,三角点是绘制实施例1~6、比较例1的xy方向的强度的标准偏差σxy的结果,方点是绘制实施例1~6、比较例1的x方向的强度的标准偏差σx的结果。此外,在图表中同时标记了比较例2的微透镜阵列的标准偏差0.031W/cm2。与比较例2的微透镜阵列的标准偏差相比,实施例1~6的微透镜阵列的x方向和xy方向的强度的标准偏差σx、σxy的值均小,显示出从实施例1~6的微透镜阵列扩散的扩散光均匀。
Claims (9)
1.一种微透镜阵列,其是俯视观察时多个微透镜以行列状排列的微透镜阵列,所述多个微透镜各自在俯视观察时具有4个主边,
所述4个主边分别相对于与行方向平行的行假想线或与列方向平行的列假想线倾斜。
2.根据权利要求1所述的微透镜阵列,所述多个微透镜各自在俯视观察时具有一个以上将所述4个主边中的2个主边之间连接的副边。
3.根据权利要求1或2所述的微透镜阵列,所述4个主边各自相对于所述行假想线或所述列假想线的倾斜角θ为2.5°以上36°以下。
4.根据权利要求1或2所述的微透镜阵列,所述多个微透镜分别为相对于基准面凹陷的凹透镜。
5.根据权利要求1或2所述的微透镜阵列,其进一步具有防反射膜,
所述防反射膜层叠于配置有所述多个微透镜的第一面和与所述第一面相对的第二面中的至少一者。
6.一种投影型图像显示装置,其具有权利要求1至5中任一项所述的微透镜阵列。
7.一种微透镜阵列的设计方法,其具有:
第一工序,分别绘制多条与行方向平行的行假想线以及与列方向平行的列假想线,设定多个微透镜以行列状排列的基本图案,所述多个微透镜以由所述行假想线和所述列假想线包围的四边形的中心为顶点进行弯曲;以及
第二工序,使下述中的两者以上相对于所述基本图案偏离:所述行假想线和所述列假想线的间隔、各个微透镜的顶点的位置、各个微透镜的曲率半径。
8.根据权利要求7所述的微透镜阵列的设计方法,所述第二工序中,使下述中的全部相对于所述基本图案偏离:所述行假想线和所述列假想线的间隔、各个微透镜的顶点的位置、各个微透镜的曲率半径。
9.一种微透镜阵列的制造方法,其具有:
在基板上涂布抗蚀剂的工序;
隔着灰度掩模将所述抗蚀剂曝光,在所述抗蚀剂的表面基于权利要求7或8所述的微透镜阵列的设计方法形成抗蚀剂图案的工序;以及
隔着所述抗蚀剂进行蚀刻的工序。
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