JP2012220714A - 屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置 - Google Patents
屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012220714A JP2012220714A JP2011086193A JP2011086193A JP2012220714A JP 2012220714 A JP2012220714 A JP 2012220714A JP 2011086193 A JP2011086193 A JP 2011086193A JP 2011086193 A JP2011086193 A JP 2011086193A JP 2012220714 A JP2012220714 A JP 2012220714A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- core
- shell
- refractive index
- fine particles
- distribution structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 40
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 38
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 13
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 10
- 239000007771 core particle Substances 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
- G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
- G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
- G02B5/0221—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures the surface having an irregular structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
- B29D11/0074—Production of other optical elements not provided for in B29D11/00009- B29D11/0073
- B29D11/00798—Producing diffusers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
- G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
- G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
- G02B5/0226—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures having particles on the surface
Abstract
【課題】複数の微粒子の配列による屈折率分布構造体を構成するに当たり、これらの複数の微粒子間の密度のムラを抑制し、
面内で均一な特性を得ることができ、再現性が高く安定化を図ることが可能となる屈折率分布構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】屈折率分布構造体の製造方法であって、
シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成された同じコア径のコア微粒子が、異なるシェル厚からなる前記シェル中に設けられたコアシェル微粒子を製造する工程と、
前記コアシェル微粒子を基板上に複数配列し、屈折率分布構造体を形成する工程と、を有する。
【選択図】 図２
面内で均一な特性を得ることができ、再現性が高く安定化を図ることが可能となる屈折率分布構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】屈折率分布構造体の製造方法であって、
シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成された同じコア径のコア微粒子が、異なるシェル厚からなる前記シェル中に設けられたコアシェル微粒子を製造する工程と、
前記コアシェル微粒子を基板上に複数配列し、屈折率分布構造体を形成する工程と、を有する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置に関する。特に、光拡散板などに用いられる屈折率分布構造体とその製造方法に関するものである。
背景媒質中に、背景媒質とは異なる屈折率を有する複数の構造体を配置した屈折率分布構造体は、フォトニック結晶や光散乱板など、様々な光学機能素子として用いられている。
屈折率分布構造体に光が入射した際の、透過散乱光または反射散乱光の配向特性は、次のようになる。
構造体を周期的に配置した場合、構造体で生じる回折光の干渉により、各回折次数に対応した特定の方向の散乱光強度が強い配向特性となる。
一方、完全にランダムに構造体を配置した場合、光散乱の配向が一様となる。
スクリーンに用いる場合などは、光散乱の配向特性を適度に制御する必要がある。
その場合は、構造体の形状を一定にし、構造体の配置をランダムにし、かつ各構造体の間隔の平均値と平均値からのばらつきを管理することにより、光散乱特性の配向特性を制御することが可能となる。
屈折率分布構造体に光が入射した際の、透過散乱光または反射散乱光の配向特性は、次のようになる。
構造体を周期的に配置した場合、構造体で生じる回折光の干渉により、各回折次数に対応した特定の方向の散乱光強度が強い配向特性となる。
一方、完全にランダムに構造体を配置した場合、光散乱の配向が一様となる。
スクリーンに用いる場合などは、光散乱の配向特性を適度に制御する必要がある。
その場合は、構造体の形状を一定にし、構造体の配置をランダムにし、かつ各構造体の間隔の平均値と平均値からのばらつきを管理することにより、光散乱特性の配向特性を制御することが可能となる。
適度に制御されたランダムな屈折率分布構造体を作製する方法として、微小球を分散させて屈折率分布構造体を形成する方法が知られている（非特許文献１参照）。
このような、屈折率分布構造体においては、単位面積あたりに分散する微小球の個数を、最密充填に必要な個数より少ない個数にし、微小球同士の平均間隔を管理するように構成される。
このような、屈折率分布構造体においては、単位面積あたりに分散する微小球の個数を、最密充填に必要な個数より少ない個数にし、微小球同士の平均間隔を管理するように構成される。
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４，ｐｐ．３７７，Ｈ．Ｗ．Ｄｅｃｋｍａｎ ｅｔ ａｌ．"Ｎａｔｕｒａｌ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ"（１９８２／８／１５）
しかしながら、上記従来例の屈折率分布構造体においては、つぎのような課題を有している。
すなわち、従来例の屈折率分布構造体は、図７（ａ）に示すように微小球が密に配列されている領域と、疎に配列されている領域とが形成されることにより微小球密度にムラが生じる。このときの微小球間距離の頻度分布を図７（ｂ）に示す。
屈折率分布構造の散乱光の配向分布は、平均微小球間距離で決定される配向角を中心として、微小球間距離のばらつきに応じた広がりを持ったものとなる。
そのため、微小球間距離のばらつきが面内で変化していると、場所により光散乱特性が変化し、面内で均一に所望の光学特性が得られないこととなる。
また、作製の度に、微小球間距離のばらつき具合も変化するため、再現性も低くなる。
すなわち、従来例の屈折率分布構造体は、図７（ａ）に示すように微小球が密に配列されている領域と、疎に配列されている領域とが形成されることにより微小球密度にムラが生じる。このときの微小球間距離の頻度分布を図７（ｂ）に示す。
屈折率分布構造の散乱光の配向分布は、平均微小球間距離で決定される配向角を中心として、微小球間距離のばらつきに応じた広がりを持ったものとなる。
そのため、微小球間距離のばらつきが面内で変化していると、場所により光散乱特性が変化し、面内で均一に所望の光学特性が得られないこととなる。
また、作製の度に、微小球間距離のばらつき具合も変化するため、再現性も低くなる。
本発明は、上記課題に鑑み、複数の微粒子の配列による屈折率分布構造体を構成するに当たり、これらの複数の微粒子間の密度のムラを抑制し、
面内で均一な特性を得ることができ、再現性が高く安定化を図ることが可能となる屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置の提供を目的とする。
面内で均一な特性を得ることができ、再現性が高く安定化を図ることが可能となる屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置の提供を目的とする。
本発明の屈折率分布構造体の製造方法は、
シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成された同じコア径のコア微粒子が、異なるシェル厚からなる前記シェル中に設けられたコアシェル微粒子を製造する工程と、
前記コアシェル微粒子を基板上に複数配列し、屈折率分布構造体を形成する工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の屈折率分布構造体は、シェル中にコア微粒子が設けられたコアシェル微粒子を複数配列した構造を備え、
前記複数のコアシェル微粒子は、それぞれのコア微粒子が同じコア径で、異なるシェル厚に形成され、
前記コア微粒子が、前記シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする。
また、本発明の画像表示装置は、上記した屈折率分布構造体を備えていることを特徴とする。
シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成された同じコア径のコア微粒子が、異なるシェル厚からなる前記シェル中に設けられたコアシェル微粒子を製造する工程と、
前記コアシェル微粒子を基板上に複数配列し、屈折率分布構造体を形成する工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の屈折率分布構造体は、シェル中にコア微粒子が設けられたコアシェル微粒子を複数配列した構造を備え、
前記複数のコアシェル微粒子は、それぞれのコア微粒子が同じコア径で、異なるシェル厚に形成され、
前記コア微粒子が、前記シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする。
また、本発明の画像表示装置は、上記した屈折率分布構造体を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の微粒子の配列による屈折率分布構造体を構成するに当たり、これらの複数の微粒子間の密度のムラを抑制し、
面内で均一な特性を得ることができ、再現性が高く安定化を図ることが可能となる屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置を実現することができる。
特に、光学素子として用いた場合に面内で均一な光散乱特性を得ることが可能となる。
面内で均一な特性を得ることができ、再現性が高く安定化を図ることが可能となる屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置を実現することができる。
特に、光学素子として用いた場合に面内で均一な光散乱特性を得ることが可能となる。
本発明は、コア微粒子の径が一定で、かつシェル厚のばらつきが管理された複数のコアシェル微粒子を密に配列した屈折率分布構造体が構成される。
これにより、屈折率分布構造体の平均コア微粒子間距離とコア微粒子間距離のばらつきが所望の値とされた、微粒子間の密度のムラが抑制され、面内で表示特性等が均一で、かつ再現性の高い安定した屈折率分布構造体を得ることができる。以下に、本発明の実施例について説明する。
これにより、屈折率分布構造体の平均コア微粒子間距離とコア微粒子間距離のばらつきが所望の値とされた、微粒子間の密度のムラが抑制され、面内で表示特性等が均一で、かつ再現性の高い安定した屈折率分布構造体を得ることができる。以下に、本発明の実施例について説明する。
実施例１として、本発明を適用した屈折率分布構造体とその製造方法の構成例を、図１、図２を用いて説明する。
図１は本実施例の屈折率分布構造体の製造方法を説明する図であり、図２は図１（ｂ）に示される屈折率分布構造体の上面図である。
図１、図２において、１００は屈折率分布構造体、１０１は基板、１０２は接着層、１０３はコアシェル微粒子、１０４はコア微粒子（以下、コアと記す。）、１０５はシェルである。
本実施例の屈折率分布構造体１００は、複数のコアシェル微粒子を備えた構造を有している。
これらの複数のコアシェル微粒子は、シェル中に該シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成された同じコア径のコアと、異なるシェル厚からなるシェルとによって構成されている。
図１は本実施例の屈折率分布構造体の製造方法を説明する図であり、図２は図１（ｂ）に示される屈折率分布構造体の上面図である。
図１、図２において、１００は屈折率分布構造体、１０１は基板、１０２は接着層、１０３はコアシェル微粒子、１０４はコア微粒子（以下、コアと記す。）、１０５はシェルである。
本実施例の屈折率分布構造体１００は、複数のコアシェル微粒子を備えた構造を有している。
これらの複数のコアシェル微粒子は、シェル中に該シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成された同じコア径のコアと、異なるシェル厚からなるシェルとによって構成されている。
つぎに、このような本実施例におけるコアシェル微粒子の製造方法について説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、基板１０１上に接着層１０２を成膜する。
次に、上記基板上にコアシェル微粒子を複数配列するに際し、コアシェル微粒子１０３を溶媒に分散した分散液を塗布し、乾燥などにより溶媒を除去し、複数のコアシェル微粒子１０３を、シェル同士が接するように密に一層配列する。
さらに、余分なコアシェル微粒子を除去することにより、屈折率分布構造体１００を作製する（図１（ｂ））。屈折率分布構造体１００の上面図を図２に示す。
まず、図１（ａ）に示すように、基板１０１上に接着層１０２を成膜する。
次に、上記基板上にコアシェル微粒子を複数配列するに際し、コアシェル微粒子１０３を溶媒に分散した分散液を塗布し、乾燥などにより溶媒を除去し、複数のコアシェル微粒子１０３を、シェル同士が接するように密に一層配列する。
さらに、余分なコアシェル微粒子を除去することにより、屈折率分布構造体１００を作製する（図１（ｂ））。屈折率分布構造体１００の上面図を図２に示す。
上記製造方法において用いられるコアシェル微粒子１０３において、コア１０４を形成する材料は、その屈折率がシェル１０５を形成する材料の屈折率よりも高いものが用いられる。
これにより、コア１０４の形状および面内の配置により、屈折率分布構造体１００の光散乱特性を決めることができる。
複数のコアシェル微粒子１０３は、一定のコア径Ｒｃを有するコア１０４とシェル厚Ｔを有するシェル１０５で構成される。
これにより、コア１０４の形状および面内の配置により、屈折率分布構造体１００の光散乱特性を決めることができる。
複数のコアシェル微粒子１０３は、一定のコア径Ｒｃを有するコア１０４とシェル厚Ｔを有するシェル１０５で構成される。
複数のコアシェル微粒子１０３のシェル厚Ｔの個数頻度分布を図３（ａ）に示す。
シェル厚Ｔは、平均シェル厚Ｔａを中心に、所望のばらつきを有している。
図３（ａ）に示す個数頻度分布のコアシェル微粒子１０３を配列した屈折率分布構造体１００のコア微粒子間距離（コア１０４間距離）Ｌの頻度分布を図３（ｂ）に示す。
このとき、コア微粒子間距離Ｌの平均値Ｌａは、以下に示す式１で表される値となる。
Ｌａ＝Ｒｃ＋Ｔａ×２…（式１）
また、コア微粒子間距離Ｌのばらつき量は、シェル厚Ｔのばらつき量の２倍に等しい。
以上、示したように、コア径が一定で、かつシェル厚が所望の個数頻度分布を有するコアシェル微粒子を密に配列する。
これにより、コア径が一定で、平均コア微粒子間距離とコア微粒子間距離のばらつきが所望の値である屈折率分布構造体を、面内で均一、かつ再現性高く作製することができる。
また、コア径が一定で、シェル厚の異なる複数のコアシェル微粒子を配列した構造は、シェル厚の違いにより、コアの高さ方向の位置が面内で異なる屈折率分布構造体とすることができ、光散乱性を強くすることができる。
シェル厚Ｔは、平均シェル厚Ｔａを中心に、所望のばらつきを有している。
図３（ａ）に示す個数頻度分布のコアシェル微粒子１０３を配列した屈折率分布構造体１００のコア微粒子間距離（コア１０４間距離）Ｌの頻度分布を図３（ｂ）に示す。
このとき、コア微粒子間距離Ｌの平均値Ｌａは、以下に示す式１で表される値となる。
Ｌａ＝Ｒｃ＋Ｔａ×２…（式１）
また、コア微粒子間距離Ｌのばらつき量は、シェル厚Ｔのばらつき量の２倍に等しい。
以上、示したように、コア径が一定で、かつシェル厚が所望の個数頻度分布を有するコアシェル微粒子を密に配列する。
これにより、コア径が一定で、平均コア微粒子間距離とコア微粒子間距離のばらつきが所望の値である屈折率分布構造体を、面内で均一、かつ再現性高く作製することができる。
また、コア径が一定で、シェル厚の異なる複数のコアシェル微粒子を配列した構造は、シェル厚の違いにより、コアの高さ方向の位置が面内で異なる屈折率分布構造体とすることができ、光散乱性を強くすることができる。
つぎに、上記したコア径が一定で、シェル厚の異なるコアシェル微粒子の製造方法について説明する。
このようなコアシェル微粒子の製造方法として、複数種の元素を用いた噴霧等による熱分解法、熱プラズマ法、真空蒸着被覆法、気中懸濁被覆法、等の物理的方法を用いることができる。
これ以外の方法として、例えば、複合金属アルコキシドを加水分解重合するアルコキシド法、水溶液系或いは有機溶剤系からの相分離法、界面重合法、等を挙げることができる。
これら公知の方法を用いることにより、製造条件をコントロールし、核となるコア微粒子の径を一定にしつつ、シェル厚が所望のばらつきを持つコアシェル微粒子を製造することができる。
あるいは、公知の方法により単分散のコア粒子を作製し、次に、公知の方法によりシェルを形成する。
その後、コアシェル微粒子の外径に基づいて分球し、所望のばらつきとなるように、外径の異なるコアシェル微粒子を混合する。
コアおよびシェルの材料は、屈折率の異なる２つの材料から任意に選択可能である。例えば、ＳｉＯ2やＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯなどの誘電体や有機高分子、金属、半導体などを用いる。
本発明において、コア径が一定とは、コア粒子が単分散と見なせる範囲で一定という意味であり、例えばコア径のばらつきが１０％以内であることを示す。
作製の再現性を高くするためには、コアシェル微粒子のシェル同士が接するように、密に配列することが望ましい。
コアシェル微粒子を配列する面内方向におけるシェル部を含むコアシェル微粒子の面積充填率が０．５以上となるように配列するのがよく、より望ましくは０．７以上となるように配列するのが望ましい。
このようなコアシェル微粒子の製造方法として、複数種の元素を用いた噴霧等による熱分解法、熱プラズマ法、真空蒸着被覆法、気中懸濁被覆法、等の物理的方法を用いることができる。
これ以外の方法として、例えば、複合金属アルコキシドを加水分解重合するアルコキシド法、水溶液系或いは有機溶剤系からの相分離法、界面重合法、等を挙げることができる。
これら公知の方法を用いることにより、製造条件をコントロールし、核となるコア微粒子の径を一定にしつつ、シェル厚が所望のばらつきを持つコアシェル微粒子を製造することができる。
あるいは、公知の方法により単分散のコア粒子を作製し、次に、公知の方法によりシェルを形成する。
その後、コアシェル微粒子の外径に基づいて分球し、所望のばらつきとなるように、外径の異なるコアシェル微粒子を混合する。
コアおよびシェルの材料は、屈折率の異なる２つの材料から任意に選択可能である。例えば、ＳｉＯ2やＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯなどの誘電体や有機高分子、金属、半導体などを用いる。
本発明において、コア径が一定とは、コア粒子が単分散と見なせる範囲で一定という意味であり、例えばコア径のばらつきが１０％以内であることを示す。
作製の再現性を高くするためには、コアシェル微粒子のシェル同士が接するように、密に配列することが望ましい。
コアシェル微粒子を配列する面内方向におけるシェル部を含むコアシェル微粒子の面積充填率が０．５以上となるように配列するのがよく、より望ましくは０．７以上となるように配列するのが望ましい。
なお、図４（ａ）に示すように、エッチングによりシェル１０５を除去し、コア粒子１０４のみが配列した屈折率分布構造体２００としてもよい。
シェルを除去することにより、コア粒子周囲媒質の選択の自由度を高めることができ、実現可能な光散乱特性の自由度を増すことができる。
さらに、図４（ａ）に示す構造をエッチングマスクとして、基板１０１をエッチングして、柱状構造による屈折率分布構造体２１０を形成してもよい（図４（ｂ））。
また、基板１０１上に成膜した薄膜２２１をエッチングして屈折率分布構造体２２０を形成してもよい（図４（ｃ））。
なお、シェル１０５を除去せずに、図２に示すコアシェル微粒子１０３を配列した構造をエッチングマスクとして用いてもよい。
このように、コアシェル微粒子を配列した構造をエッチングマスクとしてエッチングし、柱状構造による屈折率分布構造体を作製することで、屈折率分布構造体の屈折率の自由度を増し、実現可能な光散乱特性の自由度を増すことができる。また、屈折率分布構造体の厚さもエッチング深さにより変えることが可能なため、実現可能な光散乱特性の自由度をさらに増すことができる。
本実施例においては、コアシェル微粒子を一層配列した構成を示したが、複数層積層し、３次元の屈折率分布構造体を作製してもよい。
シェルを除去することにより、コア粒子周囲媒質の選択の自由度を高めることができ、実現可能な光散乱特性の自由度を増すことができる。
さらに、図４（ａ）に示す構造をエッチングマスクとして、基板１０１をエッチングして、柱状構造による屈折率分布構造体２１０を形成してもよい（図４（ｂ））。
また、基板１０１上に成膜した薄膜２２１をエッチングして屈折率分布構造体２２０を形成してもよい（図４（ｃ））。
なお、シェル１０５を除去せずに、図２に示すコアシェル微粒子１０３を配列した構造をエッチングマスクとして用いてもよい。
このように、コアシェル微粒子を配列した構造をエッチングマスクとしてエッチングし、柱状構造による屈折率分布構造体を作製することで、屈折率分布構造体の屈折率の自由度を増し、実現可能な光散乱特性の自由度を増すことができる。また、屈折率分布構造体の厚さもエッチング深さにより変えることが可能なため、実現可能な光散乱特性の自由度をさらに増すことができる。
本実施例においては、コアシェル微粒子を一層配列した構成を示したが、複数層積層し、３次元の屈折率分布構造体を作製してもよい。
［実施例２］
実施例２として、本発明による屈折率分布構造体を、画像表示装置に適用した構成例について、図５を用いて説明する。
本実施例の画像表示装置３００は、画像観察者側から、基板３０１、屈折率分布構造体３０２、発光層３０３の順で構成される（図５（ａ））。
屈折率分布構造体３０２は、低屈折率の材料による背景媒質（シェル）３０５中に、背景媒質を形成する材料の屈折率よりも高い屈折率の材料で形成された構造体（コア微粒子）３０４がランダムに配置された構造になっている（図５（ｂ））。
屈折率分布構造体３０２は、画像観察者側から入射した外光を散乱反射する役割と、発光層３０３で発光した表示光を回折・散乱させて画像観察者側に取り出す役割を有する。
実施例２として、本発明による屈折率分布構造体を、画像表示装置に適用した構成例について、図５を用いて説明する。
本実施例の画像表示装置３００は、画像観察者側から、基板３０１、屈折率分布構造体３０２、発光層３０３の順で構成される（図５（ａ））。
屈折率分布構造体３０２は、低屈折率の材料による背景媒質（シェル）３０５中に、背景媒質を形成する材料の屈折率よりも高い屈折率の材料で形成された構造体（コア微粒子）３０４がランダムに配置された構造になっている（図５（ｂ））。
屈折率分布構造体３０２は、画像観察者側から入射した外光を散乱反射する役割と、発光層３０３で発光した表示光を回折・散乱させて画像観察者側に取り出す役割を有する。
外光を散乱反射する際に、屈折率分布構造体３０２を構成する構造体３０４が周期的に配列されていると、外光の波長と屈折率分布構造体３０２の周期で決まる特定の方向の散乱光強度が強くなる。
散乱光強度が強くなる方向は、波長に依存するため、反射像が色割れする。これを避けるために、構造体３０４の配列をランダムにする必要がある。
屈折率分布構造体３０２の散乱反射光の配向分布は、外光の波長と構造体間距離の平均値で決定される配向角を中心として、構造体間距離のばらつきに応じた広がりを持ったものとなる。
この時、各色の反射散乱光の広がり範囲が、各色の反射散乱光強度が強い方向を含むように設定することにより、反射像の色割れを低減することができる。
つまり、構造体間距離の平均値をＬａ、構造体間距離の標準偏差をＬｓとすると、青色である波長４５０ｎｍの光と赤色である波長６５０ｎｍの光の反射散乱光が重なるためには、以下の式２を満たす必要がある。
散乱光強度が強くなる方向は、波長に依存するため、反射像が色割れする。これを避けるために、構造体３０４の配列をランダムにする必要がある。
屈折率分布構造体３０２の散乱反射光の配向分布は、外光の波長と構造体間距離の平均値で決定される配向角を中心として、構造体間距離のばらつきに応じた広がりを持ったものとなる。
この時、各色の反射散乱光の広がり範囲が、各色の反射散乱光強度が強い方向を含むように設定することにより、反射像の色割れを低減することができる。
つまり、構造体間距離の平均値をＬａ、構造体間距離の標準偏差をＬｓとすると、青色である波長４５０ｎｍの光と赤色である波長６５０ｎｍの光の反射散乱光が重なるためには、以下の式２を満たす必要がある。
なお、構造体間距離（コア微粒子間距離）のばらつき量Ｌｓは、構造体間距離（コア微粒子間距離）の平均値Ｌａからの差分のｒｍｓ（平方和の正の平方根）である。
０．１８＜Ｌｓ／Ｌａ…（式２）
より望ましくは、可視波長域端である波長４００ｎｍと波長７００ｎｍの光の反射散乱光が重なるために、以下の式３を満たす必要がある。
０．２７＜Ｌｓ／Ｌａ…（式３）
一方、発光層３０３で発光した表示光を回折・散乱させて画像観察者側に効率良く取り出すためには、基板３０１の観察者側界面への入射角が臨界角以内である成分を増やす必要がある。
このため、一様な光散乱特性ではなく、基板３０１の観察者側界面への入射角が臨界角以内になる特定の方向の光散乱強度を高めることが望ましい。
よって、屈折率分布構造体を設けることで、表示光の取り出し効率を上げるためには、以下の式４を満たす必要がある。
Ｌｓ／Ｌａ＜０．８…（式４）
より望ましくは、以下の式５を満たすと良い。
Ｌｓ／Ｌａ＜０．６…（式５）
以上より、例えば構造体間距離Ｌａが２．６μｍ、構造体間距離のばらつき量Ｌｓが０．３の屈折率分布構造体３０２を用いることにより、色割れのない外光拡散反射特性と高い表示光取り出し効率を有する画像表示装置が実現できる。
０．１８＜Ｌｓ／Ｌａ…（式２）
より望ましくは、可視波長域端である波長４００ｎｍと波長７００ｎｍの光の反射散乱光が重なるために、以下の式３を満たす必要がある。
０．２７＜Ｌｓ／Ｌａ…（式３）
一方、発光層３０３で発光した表示光を回折・散乱させて画像観察者側に効率良く取り出すためには、基板３０１の観察者側界面への入射角が臨界角以内である成分を増やす必要がある。
このため、一様な光散乱特性ではなく、基板３０１の観察者側界面への入射角が臨界角以内になる特定の方向の光散乱強度を高めることが望ましい。
よって、屈折率分布構造体を設けることで、表示光の取り出し効率を上げるためには、以下の式４を満たす必要がある。
Ｌｓ／Ｌａ＜０．８…（式４）
より望ましくは、以下の式５を満たすと良い。
Ｌｓ／Ｌａ＜０．６…（式５）
以上より、例えば構造体間距離Ｌａが２．６μｍ、構造体間距離のばらつき量Ｌｓが０．３の屈折率分布構造体３０２を用いることにより、色割れのない外光拡散反射特性と高い表示光取り出し効率を有する画像表示装置が実現できる。
つぎに、上記の屈折率分布構造体３０２の製造方法について説明する。
まず、コア径８００ｎｍでシェル厚の平均値が９００ｎｍ、シェル厚の標準偏差が３９０ｎｍの複数のコアシェル微粒子３０７を作製する。
コアシェル微粒子３０７の外径平均値は２．６μｍ、外径の標準偏差は０．７８μｍである。
図６（ａ）に示すように、構造体３０４を構成する材料の薄膜３０６を基板３０１上に成膜し、コアシェル微粒子３０７を密に配列する。
コアシェル微粒子３０７のコアを構成する材料は耐性を有するエッチャントを用いて、コアシェル微粒子３０７のシェル部および薄膜３０６をエッチングして構造体３０４を形成する（図６（ｂ））。
次に、図６（ｃ）に示すように、コアシェル微粒子３０７を除去し、構造体３０４の屈折率より低い屈折率の材料を充填し、背景媒質３０５を形成し、屈折率分布構造体３０２を形成する。
さらに、発光層３０３を形成して、画像表示装置３００を作製する。
以上の工程により、構造体間距離Ｌａが２．６μｍ、構造体間距離のばらつき量Ｌｓが０．３の屈折率分布構造体３０２を形成でき、色割れのない外光拡散反射特性と高い表示光取り出し効率を有する画像表示装置が実現できる。
まず、コア径８００ｎｍでシェル厚の平均値が９００ｎｍ、シェル厚の標準偏差が３９０ｎｍの複数のコアシェル微粒子３０７を作製する。
コアシェル微粒子３０７の外径平均値は２．６μｍ、外径の標準偏差は０．７８μｍである。
図６（ａ）に示すように、構造体３０４を構成する材料の薄膜３０６を基板３０１上に成膜し、コアシェル微粒子３０７を密に配列する。
コアシェル微粒子３０７のコアを構成する材料は耐性を有するエッチャントを用いて、コアシェル微粒子３０７のシェル部および薄膜３０６をエッチングして構造体３０４を形成する（図６（ｂ））。
次に、図６（ｃ）に示すように、コアシェル微粒子３０７を除去し、構造体３０４の屈折率より低い屈折率の材料を充填し、背景媒質３０５を形成し、屈折率分布構造体３０２を形成する。
さらに、発光層３０３を形成して、画像表示装置３００を作製する。
以上の工程により、構造体間距離Ｌａが２．６μｍ、構造体間距離のばらつき量Ｌｓが０．３の屈折率分布構造体３０２を形成でき、色割れのない外光拡散反射特性と高い表示光取り出し効率を有する画像表示装置が実現できる。
よって、コアシェル微粒子の外径の平均値が、式２から式５に示すＬａに相当し、シェル厚の標準偏差の２倍が、式２から式５のＬｓに相当する。
つまり、コアシェル微粒子の外径の平均値をＲ、シェル厚の標準偏差をＴｓとすると、式６の関係を満たすコアシェル微粒子を密に配列することにより、所望の散乱特性を有する屈折率分布構造体を作製することができる。
０．０９＜Ｔｓ／Ｒ＜０．４…（式６）
より望ましくは、式７を満たすことが望ましい。
０．１３５＜Ｔｓ／Ｒ＜０．３…（式７）
なお、実施例１に示したように、配列したコアシェル微粒子そのものやシェルを除去した構造を屈折率分布構造体としてもよい。
また、コアおよびシェルを構成する材料の屈折率より低い屈折率を有する材料で、それらの周囲を埋めた構造を屈折率分布構造体としてもよい。
つまり、コアシェル微粒子の外径の平均値をＲ、シェル厚の標準偏差をＴｓとすると、式６の関係を満たすコアシェル微粒子を密に配列することにより、所望の散乱特性を有する屈折率分布構造体を作製することができる。
０．０９＜Ｔｓ／Ｒ＜０．４…（式６）
より望ましくは、式７を満たすことが望ましい。
０．１３５＜Ｔｓ／Ｒ＜０．３…（式７）
なお、実施例１に示したように、配列したコアシェル微粒子そのものやシェルを除去した構造を屈折率分布構造体としてもよい。
また、コアおよびシェルを構成する材料の屈折率より低い屈折率を有する材料で、それらの周囲を埋めた構造を屈折率分布構造体としてもよい。
１００：屈折率分布構造体
１０１：基板
１０２：接着層
１０３：コアシェル微粒子
１０４：コア
１０５：シェル
１０１：基板
１０２：接着層
１０３：コアシェル微粒子
１０４：コア
１０５：シェル
Claims (9)
- 屈折率分布構造体の製造方法であって、
シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成された同じコア径のコア微粒子が、異なるシェル厚からなる前記シェル中に設けられたコアシェル微粒子を製造する工程と、
前記コアシェル微粒子を基板上に複数配列し、屈折率分布構造体を形成する工程と、
を有することを特徴とする屈折率分布構造体の製造方法。 - 前記コアシェル微粒子を配列した後、前記シェルのみを除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布構造体の製造方法。
- 前記コアシェル微粒子をエッチングマスクとして用い、エッチングによって柱状構造を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の屈折率分布構造体の製造方法。
- 前記コアシェル微粒子を配列する面内方向における前記コアシェル微粒子の面積充填率を、０．５以上となるようにして製造することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の屈折率分布構造体の製造方法。
- 前記コアシェル微粒子の外径をＲ、前記コアシェル微粒子のシェル厚の標準偏差をＴｓとしたとき、以下の式の関係を満たすようにして製造することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の屈折率分布構造体の製造方法。
０．０９＜Ｔｓ／Ｒ＜０．４
- 屈折率分布構造体であって、
シェル中にコア微粒子が設けられたコアシェル微粒子を複数配列した構造を備え、
前記複数のコアシェル微粒子は、それぞれのコア微粒子が同じコア径で、異なるシェル厚に形成され、
前記コア微粒子が、前記シェルを形成する材料よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする屈折率分布構造体。 - 前記コアシェル微粒子は、該コアシェル微粒子の配列された面内方向における該コアシェル微粒子の面積充填率が０．５以上であることを特徴とする請求項６に記載の屈折率分布構造体。
- 前記コアシェル微粒子の外径の平均値をＲ、前記コアシェル微粒子のシェル厚の標準偏差をＴｓとしたとき、以下の式の関係を満たすことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の屈折率分布構造体。
０．０９＜Ｔｓ／Ｒ＜０．４
- 請求項６から８のいずれか１項に記載の屈折率分布構造体を備えていることを特徴とする画像表示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011086193A JP5950505B2 (ja) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | 屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置 |
| US13/422,357 US9562993B2 (en) | 2011-04-08 | 2012-03-16 | Refractive index distribution structure and manufacturing method of the same, and image display apparatus having the refractive index distribution structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011086193A JP5950505B2 (ja) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | 屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012220714A true JP2012220714A (ja) | 2012-11-12 |
| JP5950505B2 JP5950505B2 (ja) | 2016-07-13 |
Family
ID=46965937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011086193A Expired - Fee Related JP5950505B2 (ja) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | 屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9562993B2 (ja) |
| JP (1) | JP5950505B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016201445A (ja) * | 2015-04-09 | 2016-12-01 | 王子ホールディングス株式会社 | 凹凸基板の製造方法。 |
| JP2017047623A (ja) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | 株式会社東芝 | パターン形成方法、スタンパの製造方法、およびデバイスの製造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3015926B1 (fr) * | 2013-12-31 | 2017-03-24 | Saint Gobain | Vitrage lumineux avec isolateur optique |
| US10690495B2 (en) | 2016-03-14 | 2020-06-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Ranging apparatus and moving object capable of high-accuracy ranging |
| JP6826433B2 (ja) * | 2016-12-28 | 2021-02-03 | デクセリアルズ株式会社 | 反射型拡散板、表示装置、投影装置及び照明装置 |
| CN107290809A (zh) * | 2017-07-20 | 2017-10-24 | 武汉华星光电技术有限公司 | 抗眩层的制作方法及显示面板 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11109113A (ja) * | 1997-10-06 | 1999-04-23 | Reiko Co Ltd | 光拡散フイルム及びそれに使用する光拡散フイルム用ビーズ |
| JP2004177426A (ja) * | 2002-11-22 | 2004-06-24 | Soken Chem & Eng Co Ltd | 低反射透明球状粒子、それを含有する塗布性反射防止樹脂組成物 |
| JP2005082746A (ja) * | 2003-09-10 | 2005-03-31 | Kawamura Inst Of Chem Res | 三次元周期構造体、三次元周期多孔質構造体、およびこれらの製造方法 |
| JP2005279807A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Toshiba Corp | 凸凹パターンの形成方法および凸凹パターン形成用部材 |
| JP2006215525A (ja) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Samsung Electronics Co Ltd | 光学ユニット及びその製造方法と前記光学ユニットを有するバックライトアセンブリ及びこれを有する表示装置。 |
| WO2009128441A1 (ja) * | 2008-04-14 | 2009-10-22 | 綜研化学株式会社 | 複合樹脂粒子群およびその用途 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4804708B2 (ja) * | 2003-06-27 | 2011-11-02 | 大日本印刷株式会社 | 光拡散剤、光拡散シートおよびノングレアーシート |
| KR100624307B1 (ko) | 2005-02-23 | 2006-09-19 | 제일모직주식회사 | 표시장치용 저반사율의 휘도 향상 다층 광학필름 및 이를이용한 유기발광다이오드 표시장치 |
| US7563508B2 (en) * | 2007-05-30 | 2009-07-21 | Chung Shan Institute Of Science And Technology, Armaments Bureau, M.N.D. | Diffusion beads with core-shell structure |
| US20100247915A1 (en) * | 2007-10-16 | 2010-09-30 | Nxp B.V. | Particle comprising core and shell |
| JP5818407B2 (ja) | 2010-04-12 | 2015-11-18 | キヤノン株式会社 | 発光装置 |
-
2011
- 2011-04-08 JP JP2011086193A patent/JP5950505B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-03-16 US US13/422,357 patent/US9562993B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11109113A (ja) * | 1997-10-06 | 1999-04-23 | Reiko Co Ltd | 光拡散フイルム及びそれに使用する光拡散フイルム用ビーズ |
| JP2004177426A (ja) * | 2002-11-22 | 2004-06-24 | Soken Chem & Eng Co Ltd | 低反射透明球状粒子、それを含有する塗布性反射防止樹脂組成物 |
| JP2005082746A (ja) * | 2003-09-10 | 2005-03-31 | Kawamura Inst Of Chem Res | 三次元周期構造体、三次元周期多孔質構造体、およびこれらの製造方法 |
| JP2005279807A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Toshiba Corp | 凸凹パターンの形成方法および凸凹パターン形成用部材 |
| JP2006215525A (ja) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Samsung Electronics Co Ltd | 光学ユニット及びその製造方法と前記光学ユニットを有するバックライトアセンブリ及びこれを有する表示装置。 |
| WO2009128441A1 (ja) * | 2008-04-14 | 2009-10-22 | 綜研化学株式会社 | 複合樹脂粒子群およびその用途 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016201445A (ja) * | 2015-04-09 | 2016-12-01 | 王子ホールディングス株式会社 | 凹凸基板の製造方法。 |
| JP2017047623A (ja) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | 株式会社東芝 | パターン形成方法、スタンパの製造方法、およびデバイスの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5950505B2 (ja) | 2016-07-13 |
| US20120257281A1 (en) | 2012-10-11 |
| US9562993B2 (en) | 2017-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5950505B2 (ja) | 屈折率分布構造体とその製造方法、屈折率分布構造体を備えた画像表示装置 | |
| TWI665472B (zh) | 用於閃光抑制之光學堆疊 | |
| US9995944B2 (en) | Optical stacks for sparkle reduction | |
| TWI395979B (zh) | A microlens and a mold manufacturing method thereof, and a light emitting device | |
| WO2015039557A1 (zh) | 反射式滤光片及其制备方法、显示装置 | |
| CN102998726A (zh) | 光子晶体结构及其制造方法、反射滤色器和显示装置 | |
| WO2019029349A1 (zh) | 背光组件及其制备方法和显示装置 | |
| JPWO2010131430A1 (ja) | シート及び発光装置 | |
| JP6418240B2 (ja) | 光学素子 | |
| JP6631639B2 (ja) | 基板、光学素子、金型、有機発光素子、有機薄膜太陽電池、および、基板の製造方法 | |
| JP2015046386A (ja) | 光源ユニット | |
| JP6672585B2 (ja) | 表示体 | |
| TWI825055B (zh) | 凹凸構造體、光學構件及電子機器 | |
| CN101633220A (zh) | 微透镜及其模仁的制造方法以及发光装置 | |
| JP2013083997A (ja) | 凹凸パターンシート、及び光学装置 | |
| JP5880587B2 (ja) | 光学装置 | |
| KR101449633B1 (ko) | 고휘도 모아레 프리 마이크로 렌즈 필름 및 이의 제조 방법과 마이크로 렌즈 필름을 포함한 백라이트 유닛과 마이크로 렌즈 어레이 장치 | |
| JP7455569B2 (ja) | テラヘルツ波用レンズ及びテラヘルツ波用レンズの製造方法 | |
| KR101389469B1 (ko) | 이중 구조를 이용한 복합기능 나노필름 및 그의 제조 방법 | |
| JP2004261746A (ja) | 微粒子配列構造体の製造方法、及び光学媒体の製造方法 | |
| US8669559B2 (en) | Image display apparatus and image display apparatus manufacturing method | |
| JP2012069277A (ja) | 発光素子及びそれを用いた画像表示装置 | |
| JP2012221687A (ja) | 表示装置 | |
| JP2015143756A (ja) | 光学シートおよび発光装置 | |
| JP5862558B2 (ja) | 発光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20131212 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140407 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150203 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150327 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150901 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151102 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160510 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160607 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5950505 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |