JP2017009669A - Diffusion plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は拡散板に関し、より具体的には、スクリーンや照明に用いられる拡散板の拡散パターンの形状および配置に関する。 The present invention relates to a diffusion plate, and more specifically to the shape and arrangement of a diffusion pattern of a diffusion plate used for a screen or illumination.
従来から、ヘッドアップディスプレイやレーザプロジェクタなどに、マイクロレンズアレイを用いた拡散板をスクリーンとして適用する技術が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、乳半板やすりガラスなどの拡散板を用いる場合と比較して、スペックルノイズを抑制できるといったメリットがある。 Conventionally, a technique has been proposed in which a diffusion plate using a microlens array is applied as a screen to a head-up display or a laser projector. When the microlens array is used, there is an advantage that speckle noise can be suppressed as compared with a case where a diffusion plate such as milk half-plate filing glass is used.
例えば特許文献１には、レーザ光を光源とし、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザプロジェクタと複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイとを用いた拡散板を有する画像形成装置が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、入射された光を適切に拡散させることができると共に、必要な拡散角を自由に設計することができる。 For example, Patent Document 1 discloses an image forming apparatus having a diffusion plate that uses a laser projector as a light source and projects an image formed by an array of a plurality of pixels and a microlens array in which a plurality of microlenses are arrayed. Has been proposed. When a microlens array is used, incident light can be appropriately diffused, and a necessary diffusion angle can be freely designed.
特許文献２および３並びに非特許文献１には、２枚のマイクロレンズアレイ用いてスクリーンを構成することが提案されている。 In Patent Documents 2 and 3 and Non-Patent Document 1, it is proposed to form a screen using two microlens arrays.
特許文献４では、（ａ）基板表面に形成されたマイクロレンズなどの微細構造の形状を定義し、（ｂ）選択された微細構造の配列位置を指定し、（ｃ）拡散光の強度分布を計算し、（ｄ）所望の拡散光強度分布が得られるまで（ａ）〜（ｃ）の工程を繰り返す光学設計方法が記載されている。さらに、特許文献４では、微細構造の形状または位置を定義するパラメータの少なくとも一つを予め定められた確率密度関数に従ってランダム分布させることで、微細構造の周期性により生じる回折スポットによる輝度むらや色むらを改善するための方法が提案されている。 In Patent Document 4, (a) the shape of a micro structure such as a microlens formed on the substrate surface is defined, (b) the arrangement position of the selected micro structure is designated, and (c) the intensity distribution of diffused light is determined. An optical design method is described in which the calculation and (d) the steps (a) to (c) are repeated until a desired diffused light intensity distribution is obtained. Further, in Patent Document 4, at least one of parameters that define the shape or position of the fine structure is randomly distributed according to a predetermined probability density function, whereby brightness unevenness and color due to diffraction spots caused by the periodicity of the fine structure are obtained. A method for improving unevenness has been proposed.
特許文献２および３並びに非特許文献１には、１枚のマイクロレンズアレイのみを用いた場合には輝度ムラや色ムラが発生する傾向にあるが、２枚のマイクロレンズアレイを用いることで、このような輝度ムラの発生を抑制できることが記載されている。しかしながら、２枚のマイクロレンズを使う方法では、２枚のマイクロレンズ間の位置あわせに手間がかかるとともに、２枚のマイクロレンズを使うことによるコストアップの問題がある。さらに２枚のマイクロレンズを使うと１枚の場合よりも透過率が低下するために、透過光の輝度が低下するという問題点がある。また2枚のマイクロレンズを用いた場合には、反射型の拡散板として使用することができない。 In Patent Documents 2 and 3 and Non-Patent Document 1, when only one microlens array is used, luminance unevenness and color unevenness tend to occur, but by using two microlens arrays, It is described that the occurrence of such luminance unevenness can be suppressed. However, in the method using two microlenses, it takes time to align the two microlenses, and there is a problem of cost increase due to the use of two microlenses. Further, when two microlenses are used, the transmittance is lower than that in the case of using one microlens, so that there is a problem that the luminance of transmitted light is lowered. In addition, when two microlenses are used, it cannot be used as a reflection type diffusion plate.
特許文献３の段落０１０２には、異なる特性を有するマイクロレンズを配列した１枚のマイクロレンズアレイにより輝度ムラの発生が抑制できることが記載されている。しかしながら、特許文献３には具体的な形状や配列が示されていない。また、レンズ形状や配置を不規則に並べてなるマイクロレンズアレイの場合、個々のマイクロレンズの拡散角度分布が異なるため、マイクロレンズアレイによる拡散特性を設計するのが容易でない。例えば、個々のマイクロレンズがトップハット形状の拡散角度分布を持っていたとしても、それぞれのマイクロレンズの拡散角が異なるため、マイクロレンズアレイの拡散角度分布は個々のマイクロレンズの拡散角度分布とは一致しないものとなってしまう。さらに、例えば微細構造の曲率と配置位置など複数のパラメータに同時にランダム分布を与えると、拡散板をスクリーンとして用いた場合に、スペックルを生じ易く画質が悪化するという問題がある。 Paragraph 0102 of Patent Document 3 describes that the occurrence of uneven brightness can be suppressed by a single microlens array in which microlenses having different characteristics are arranged. However, Patent Document 3 does not show a specific shape or arrangement. Further, in the case of a microlens array in which lens shapes and arrangements are irregularly arranged, the diffusion angle distribution of each microlens is different, and thus it is not easy to design the diffusion characteristics by the microlens array. For example, even if each microlens has a top hat-shaped diffusion angle distribution, the diffusion angle distribution of each microlens is different from the diffusion angle distribution of each microlens. It will not match. Further, if a random distribution is simultaneously given to a plurality of parameters such as the curvature and arrangement position of a fine structure, for example, there is a problem that speckle is likely to occur and the image quality is deteriorated when the diffusion plate is used as a screen.
特許文献４はレンズ形状とその配置から光学特性を計算する設計方法の発明であるが、この方法では繰り返し計算が必要なため、計算結果が所望の結果に収束するまでに何度も計算をする必要があり、作業負荷が大きい場合がある。また、特許文献４の図１に示すようなピストン形状によりマイクロレンズ部分を嵩上げした場合は、嵩上げ部分の形状から成形性が悪く、製造時に離型不良などの成形欠陥を生じやすい。 Patent Document 4 is an invention of a design method for calculating optical characteristics from a lens shape and its arrangement. However, since this method requires repeated calculation, calculation is repeated many times until the calculation result converges to a desired result. It may be necessary and the workload may be heavy. In addition, when the microlens portion is raised by the piston shape as shown in FIG. 1 of Patent Document 4, the moldability is poor due to the shape of the raised portion, and molding defects such as mold release defects are likely to occur during manufacturing.
これら従来技術の課題に対して、本発明では、１枚のマイクロレンズにより透過光または反射光の輝度ムラや色ムラを抑制するとともに、所望の拡散角度分布を容易に実現でき、かつ、成形性が良好な拡散板を提供することを目的とする。 In response to these problems of the prior art, the present invention can suppress unevenness in brightness and color of transmitted light or reflected light with a single microlens, easily realize a desired diffusion angle distribution, and can be easily molded. An object of the present invention is to provide a diffusing plate having good quality.
本発明は、以下によって前記目的を達成される。 The object of the present invention is achieved by the following.
［１］光入射面または光出射面の少なくとも一方の面に、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成された透過型の拡散板において、
それぞれのマイクロレンズからの透過光の拡散角度分布が略同一であって、互いに異なるマイクロレンズの位相差が設定された範囲内に分布し、
前記マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのマイクロレンズは凸レンズであって、その配置が規則的に繰り返されており、
前記マイクロレンズは透過光の拡散角度分布が同一の凸レンズ部と前記凸レンズ部に連続して形成された凸曲面からなり、
前記凸曲面の傾斜は、前記マイクロレンズの頂点を通る断面プロファイルで見たときに、前記凸レンズ部の傾斜よりも大きく、
基準面からの前記マイクロレンズの凸部最大高さと最小高さとの差ΔＨ［μｍ］は、
０．２ ≦ １０００×ΔＨ×（ｎ−１）÷λ
（ｎ：マイクロレンズの屈折率、λ：光の波長［ｎｍ］）
の関係を満たすように制御されていることを特徴とする拡散板。
[1] In a transmission type diffusing plate in which a microlens array composed of a plurality of microlenses is formed on at least one of a light incident surface and a light emitting surface.
The diffusion angle distribution of the transmitted light from each microlens is substantially the same, and the phase difference of different microlenses is distributed within a set range,
Each microlens constituting the microlens array is a convex lens, the arrangement of which is regularly repeated,
The microlens is composed of a convex lens portion having the same diffusion angle distribution of transmitted light and a convex curved surface formed continuously to the convex lens portion,
The slope of the convex curved surface is larger than the slope of the convex lens portion when viewed in a cross-sectional profile passing through the apex of the microlens,
The difference ΔH [μm] between the maximum height and the minimum height of the convex portion of the microlens from the reference surface is
0.2 ≦ 1000 × ΔH × (n−1) ÷ λ
(N: refractive index of microlens, λ: wavelength of light [nm])
A diffusion plate characterized by being controlled to satisfy the above relationship.
［２］光入射面または光出射面の少なくとも一方の面に、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成された透過型の拡散板において、
それぞれのマイクロレンズからの透過光の拡散角度分布が略同一であって、互いに異なるマイクロレンズの位相差が設定された範囲内に分布し、
前記マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのマイクロレンズは凹レンズであって、その配置が規則的に繰り返されており、
前記マイクロレンズは透過光の拡散角度分布が同一の凹レンズ部と前記凹レンズ部に連続して形成された凹曲面からなり、
前記凹曲面の傾斜は、前記マイクロレンズの頂点を通る断面プロファイルで見たときに、前記凹レンズ部の傾斜よりも大きく、
基準面からの前記マイクロレンズの凹部最大深さと凹部の最小深さの差ΔＤ［μｍ］は、
０．２ ≦ １０００×ΔＤ×（ｎ−１）÷λ
（n：マイクロレンズの屈折率、λ：光の波長［ｎｍ］）
の関係を満たすように制御されていることを特徴とする拡散板。
[2] In a transmissive diffusion plate in which a microlens array including a plurality of microlenses is formed on at least one of a light incident surface and a light emitting surface,
The diffusion angle distribution of the transmitted light from each microlens is substantially the same, and the phase difference of different microlenses is distributed within a set range,
Each microlens constituting the microlens array is a concave lens, and the arrangement thereof is repeated regularly.
The microlens is composed of a concave lens portion having the same diffusion angle distribution of transmitted light and a concave curved surface formed continuously to the concave lens portion,
The inclination of the concave curved surface is larger than the inclination of the concave lens portion when viewed in a cross-sectional profile passing through the apex of the microlens,
The difference ΔD [μm] between the maximum depth of the concave portion of the microlens and the minimum depth of the concave portion from the reference surface is
0.2 ≦ 1000 × ΔD × (n−1) ÷ λ
(N: refractive index of microlens, λ: wavelength of light [nm])
A diffusion plate characterized by being controlled to satisfy the above relationship.
［３］入射した光の全部または一部を反射する機能を有する面に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成された反射型の拡散板において、
それぞれのマイクロレンズからの反射光の拡散角度分布が略同一であって、互いに異なるマイクロレンズの位相差が設定された範囲内に分布し、
前記マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのマイクロレンズは凸レンズであって、その配置が規則的に繰り返されており、
前記マイクロレンズは透過光の拡散角度分布が同一の凸レンズ部と前記凸レンズ部に連続して形成された凸曲面からなり、
前記凸曲面の傾斜は、前記マイクロレンズの頂点を通る断面プロファイルで見たときに、前記凸レンズ部の傾斜よりも大きく、
基準面からの前記マイクロレンズの凸部最大高さと凸部最小高さの差ΔＨ［μｍ］は、
０．１ ≦ １０００×ΔＨ÷λ （λ：光の波長［ｎｍ］）
の関係を満たすように制御されていることを特徴とする拡散板。
[3] In a reflective diffusion plate in which a microlens array including a plurality of microlenses is formed on a surface having a function of reflecting all or part of incident light.
The diffusion angle distribution of the reflected light from each microlens is substantially the same, and the phase difference of different microlenses is distributed within a set range,
Each microlens constituting the microlens array is a convex lens, the arrangement of which is regularly repeated,
The microlens is composed of a convex lens portion having the same diffusion angle distribution of transmitted light and a convex curved surface formed continuously to the convex lens portion,
The slope of the convex curved surface is larger than the slope of the convex lens portion when viewed in a cross-sectional profile passing through the apex of the microlens,
The difference ΔH [μm] between the maximum convex portion height and the minimum convex portion height of the microlens from the reference surface is
0.1 ≦ 1000 × ΔH ÷ λ (λ: wavelength of light [nm])
A diffusion plate characterized by being controlled to satisfy the above relationship.
［４］入射した光の全部または一部を反射する機能を有する面に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成された反射型の拡散板において、
それぞれのマイクロレンズからの反射光の拡散角度分布が略同一であって、互いに異なるマイクロレンズの位相差が設定された範囲内に分布し、
前記マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのマイクロレンズは凹レンズであって、その配置が規則的に繰り返されており、
前記マイクロレンズは透過光の拡散角度分布が同一の凹レンズ部と前記凹レンズ部に連続して形成された凹曲面からなり、
前記凹曲面の傾斜は、前記マイクロレンズの頂点を通る断面プロファイルで見たときに、前記凹レンズ部の傾斜よりも大きく、
基準面からの前記マイクロレンズの凹部最大高深さと凹部最小深さの差ΔＤ［μｍ］は、
０．１ ≦ １０００×ΔＤ÷λ （λ：光の波長［ｎｍ］）
の関係を満たすように制御されていることを特徴とする拡散板。
[4] In a reflective diffusion plate in which a microlens array including a plurality of microlenses is formed on a surface having a function of reflecting all or part of incident light.
The diffusion angle distribution of the reflected light from each microlens is substantially the same, and the phase difference of different microlenses is distributed within a set range,
Each microlens constituting the microlens array is a concave lens, and the arrangement thereof is repeated regularly.
The microlens is composed of a concave lens portion having the same diffusion angle distribution of transmitted light and a concave curved surface formed continuously to the concave lens portion,
The inclination of the concave curved surface is larger than the inclination of the concave lens portion when viewed in a cross-sectional profile passing through the apex of the microlens,
The difference ΔD [μm] between the maximum concave depth and the minimum concave depth of the microlens from the reference plane is:
0.1 ≦ 1000 × ΔD ÷ λ (λ: wavelength of light [nm])
A diffusion plate characterized by being controlled to satisfy the above relationship.
［５］［１］から［４］のいずれかに記載の拡散板において、
前記マイクロレンズのそれぞれにおいて、その頂点を通る断面プロファイルを見たときに、拡散角度分布が同一のレンズ部の比率がそれぞれのレンズ全体の７０％以上であることを特徴とする拡散板。
[5] In the diffusion plate according to any one of [1] to [4],
In each of the microlenses, a diffusion plate is characterized in that a ratio of lens portions having the same diffusion angle distribution is 70% or more of each lens when a cross-sectional profile passing through the apex thereof is viewed.
本発明では、拡散板の光学特性がマイクロレンズアレイを構成する一つのマイクロレンズの光学特性により代表されるので、光学設計が容易になる。また個々のマクロレンズに設定された範囲の位相差を与えることにより、マイクロレンズのピッチが数百μｍ以下に狭まったときに顕著になる回折現象による輝度ムラや色ムラを低減させることができる。また、各マイクロレンズの拡散特性が略同一であるために、各マイクロレンズの位相差に不規則性を与えてもスペックルが少ない良質なスクリーン画像が得られる。さらにマイクロレンズに位相差を与える嵩上げ部分をレンズ部に連続した曲面とし、嵩上げ部の割合を一定値以下とすることにより、良好な成形性を得るとともに、光学設計値と実際に製造された部材の光学特性との差を小さくすることができる。 In the present invention, since the optical characteristics of the diffusion plate are represented by the optical characteristics of one microlens constituting the microlens array, the optical design is facilitated. Further, by giving a phase difference within a set range to each macro lens, it is possible to reduce luminance unevenness and color unevenness due to a diffraction phenomenon that becomes prominent when the pitch of the microlenses is narrowed to several hundred μm or less. In addition, since the diffusion characteristics of each microlens are substantially the same, a high-quality screen image with few speckles can be obtained even if the phase difference of each microlens is given irregularity. Furthermore, the raised part that gives the phase difference to the microlens is a curved surface continuous with the lens part, and the ratio of the raised part is set to a certain value or less, so that good moldability is obtained and the optically designed value and the actually manufactured member The difference from the optical characteristics can be reduced.
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to elements in the drawing.
（マイクロレンズアレイの設計方法）
本発明のマイクロレンズアレイの設計方法について説明する。
まず拡散板に用いる材料の光学物性（特に屈折率）と所望の拡散角度分布とから、基準に成るレンズ形状を設計する。レンズ形状は球面でも非球面でも構わない。光学設計は光線追跡法などの従来技術を用いて行う。拡散板においてはレンズが最密に充填されているほうが良いため、レンズ底面を正六角形とした三角格子配置を採用すればよい。ただし、拡散角度特性に異方性を持たせたい場合はこの限りではなく、レンズの縦横比を任意に設定できる。底面形状も六角形が必須というわけでは無く、底面が四角のレンズで正方格子状に並べても良い。
(Design method of micro lens array)
A method for designing the microlens array of the present invention will be described.
First, a reference lens shape is designed from the optical properties (particularly the refractive index) of the material used for the diffusion plate and the desired diffusion angle distribution. The lens shape may be spherical or aspheric. Optical design is performed using conventional techniques such as ray tracing. Since it is better for the diffuser plate to be filled with the lens in a close-packed manner, a triangular lattice arrangement in which the bottom surface of the lens is a regular hexagon may be employed. However, this is not the case when it is desired to provide the diffusion angle characteristic with anisotropy, and the aspect ratio of the lens can be arbitrarily set. The bottom shape is not necessarily a hexagon, and the bottom surface may be arranged in a square lattice with a square lens.
次に位相差の設定方法について述べる。本発明において、位相差はマイクロレンズを透過または反射した光の光路長の差を波長で規格化して表す。位相差を変化させるには、レンズ高さや曲率、ピッチ、配置、屈折率など様々な因子を選択可能である。本発明では個々のレンズに位相差を与えるために、レンズの嵩上げ高さのみを変化させており、個々のレンズの曲率が略同一であるところに特徴がある。 Next, a method for setting the phase difference will be described. In the present invention, the phase difference is expressed by standardizing the difference in the optical path length of the light transmitted or reflected by the microlens with the wavelength. In order to change the phase difference, various factors such as lens height, curvature, pitch, arrangement, and refractive index can be selected. The present invention is characterized in that in order to give a phase difference to each lens, only the raised height of the lens is changed, and the curvature of each lens is substantially the same.
透過型拡散板に用いるマイクロレンズアレイについて具体的に説明する。
図１に示すように、個々のレンズの断面プロファイルは同一とし、網掛け部分に示すレンズの嵩上げ部分の高さを制御することでマイクロレンズの凸部最大高さに変化を与える。つまり、マイクロレンズの凸部最大高さは、光学設計によって決定されるレンズ高さと嵩上げ部分の高さとの和によって決定される。本発明では、レンズ高さは固定値であり、嵩上げ部分の高さに一定範囲内で分布を持たせることで、各マイクロレンズに位相差を生じさせ、回折因で発生する輝度ムラや色ムラの改善を図っている。マイクロレンズの嵩上げ部分の高さの分布としては、各マイクロレンズの凸部最大高さの最大高低差ΔＨに設定し、その範囲内で嵩上げ部分の高さを一様ランダムや擬似ランダムなど任意の分布に設定すれば良い。ここでΔＨに対応する位相差は、マイクロレンズアレイを構成する材料の屈折率をｎ、使用する光源の波長λ［ｎｍ］とすると、
１０００ × ΔＨ × （ｎ−１） ÷ λ
と表される。輝度ムラや色ムラの改善効果を生じさせるには、位相差は０．２以上に設定する必要があるが、０．５以上とすることがさらに好ましい。ここで、光源が複数の波長からなる場合は、使用する波長の中で最も長い波長で代表して計算すれば良い。
The microlens array used for the transmissive diffusion plate will be specifically described.
As shown in FIG. 1, the cross-sectional profile of each lens is the same, and the maximum height of the convex portion of the microlens is changed by controlling the height of the raised portion of the lens shown in the shaded portion. That is, the maximum height of the convex portion of the microlens is determined by the sum of the lens height determined by the optical design and the height of the raised portion. In the present invention, the lens height is a fixed value, and by providing a distribution within a certain range to the height of the raised portion, each microlens is caused to have a phase difference, resulting in luminance unevenness and color unevenness caused by a diffraction factor. We are trying to improve. The height distribution of the raised portion of the microlens is set to the maximum height difference ΔH of the maximum height of the convex portion of each microlens, and the height of the raised portion within the range is arbitrarily random or pseudorandom What is necessary is just to set to distribution. Here, the phase difference corresponding to ΔH is n, where the refractive index of the material constituting the microlens array is n, and the wavelength λ [nm] of the light source to be used.
1000 × ΔH × (n−1) ÷ λ
It is expressed. In order to produce an effect of improving luminance unevenness and color unevenness, the phase difference needs to be set to 0.2 or more, but more preferably 0.5 or more. Here, when the light source is composed of a plurality of wavelengths, it may be calculated by representing the longest wavelength among the wavelengths used.
ここまでは透過型の凸レンズを例として説明したが、凹レンズの場合はΔＨの代わりに、各マイクロレンズの凹部最大深さの最大高低差ΔＤと置き換えて考えれば良い。 Up to this point, a transmissive convex lens has been described as an example. However, in the case of a concave lens, instead of ΔH, the maximum height difference ΔD of the concave maximum depth of each microlens may be replaced.
反射型拡散板として用いるマイクロレンズアレイで、凸レンズの場合、凸部最大高さに分布を持ったマイクロレンズの表面で入射光が反射され、空気中を通過する光路差が生じて、各マイクロレンズ間の位相差が発生する。このときの各マイクロレンズ間の凸部最大高さの最大高低差ΔＨに対応する位相差は、
１０００ × ２ΔＨ ÷ λ
と表される。輝度ムラや色ムラの改善効果を生じさせるには、透過型の場合と同様に、位相差は０．２以上に設定する必要があり、０．５以上とすることがさらに好ましい。
A microlens array used as a reflective diffuser. In the case of a convex lens, incident light is reflected on the surface of the microlens having a distribution in the maximum height of the convex portion, and an optical path difference that passes through the air is generated. A phase difference between the two occurs. At this time, the phase difference corresponding to the maximum height difference ΔH of the maximum convex portion height between the microlenses is
1000 × 2ΔH ÷ λ
It is expressed. In order to produce the effect of improving luminance unevenness and color unevenness, the phase difference needs to be set to 0.2 or more, and more preferably 0.5 or more, as in the case of the transmission type.
反射型で凹レンズを用いる場合は、ΔＨの代わりに、各マイクロレンズの凹部最大深さの最大高低差ΔＤと置き換えて考えれば良い点も透過型の場合と同様である。 When a concave lens is used in the reflective type, the point that can be considered by replacing the maximum height difference ΔD of the maximum depth of the concave portion of each microlens instead of ΔH is the same as in the transmissive type.
マイクロレンズの最大高低差ΔＨの範囲の設定方法については、それはマイクロレンズアレイのパターン領域全域で設定しても良いし、ある単位領域を定めてそれを周期的またはランダムに繰り返しても良い。 About the setting method of the range of the maximum height difference ΔH of the microlens, it may be set in the entire pattern region of the microlens array, or a certain unit region may be determined and repeated periodically or randomly.
図２にマイクロレンズアレイの設計例を示す。この例では約２００μｍ×２００μｍの領域を単位領域とし、これを周期的に繰り返すことで必要とされるパターン領域を埋めることができる。単位領域をより大きい面積とし、さらに／または、複数種類の単位領域をランダムに配置すると、輝度むらや色ムラをより効果的に軽減させることができる。また、このように単位領域を定め、それをランダムに並べることで、このようなマイクロレンズの加工に要するデータ量を抑制し、データ作成の負荷を低減させる効果も得られる。もちろん、加工機側で大容量データを扱うのに支障がなければ、マイクロアレイ全面を含む大面積のランダム領域のデータを一括で準備してもよい。 FIG. 2 shows a design example of a microlens array. In this example, a region of about 200 μm × 200 μm is used as a unit region, and a necessary pattern region can be filled by repeating this periodically. If the unit area is set to a larger area and / or a plurality of types of unit areas are randomly arranged, luminance unevenness and color unevenness can be reduced more effectively. Further, by defining the unit areas and arranging them in random order, the amount of data required for processing such a microlens can be suppressed, and the effect of reducing the data creation load can be obtained. Of course, if there is no problem in handling a large amount of data on the processing machine side, data of a random area of a large area including the entire surface of the microarray may be prepared in a lump.
設計データからマイクロレンズアレイを加工する方法は、機械加工、マスクを用いたフォトリソグラフィ、マスクレスリソグラフィ、エッチング、レーザアブレーションなど多くの加工方法を使うことができる。これらの技術を用いて金型を製造し、樹脂を成形してマイクロレンズアレイを有する拡散板部材を製造する。前記金型を直接反射型の拡散板として使っても良い。成形方法は、ロールトゥロール成形、熱プレス成形、紫外線硬化性樹脂を用いた成形、射出成形など数多くの成形方法の中から適宜選択すれば良い。反射型の拡散部材として用いる場合は、表面または裏面にＡｌなどの反射膜を成膜して用いれば良い。 As a method of processing the microlens array from the design data, many processing methods such as machining, photolithography using a mask, maskless lithography, etching, and laser ablation can be used. Using these techniques, a mold is manufactured, a resin is molded, and a diffusion plate member having a microlens array is manufactured. The mold may be used as a direct reflection type diffusion plate. The molding method may be appropriately selected from many molding methods such as roll-to-roll molding, hot press molding, molding using an ultraviolet curable resin, and injection molding. When used as a reflective diffusion member, a reflective film such as Al may be formed on the front or back surface.
ここまでは、嵩上げ部の形状はレンズ曲面に連続する円筒形、つまり嵩上げ部の斜面が基板に垂直として説明してきた。このような形状の場合、一般に成形性が悪く、離型不良などの成形不良が発生しやすいという問題がある。本発明は成形性を改善するために、例えば凸レンズからなるマイクロレンズの場合、嵩上げ部は凸レンズ部に連続して形成された凸曲面とし、凸曲面の傾斜を凸レンズ部よりも大きく設定することにより成形性を改善しつつ、嵩上げ部の斜面の影響による上述してきた円筒型の嵩上げ部による光学設計結果からの差異を小さくしている。さらに、レンズ部に対する嵩上げ部の比率を７０％以下に下げることにより、上記光学設計結果からの差異をより小さくすることが可能である。なお、凹レンズの場合は嵩上げ部を凹曲面とし同様な対処をすれば良い。このような形状の嵩上げ部を実現するには、上述のいくつかの加工方法のうち、マスクレスリソグラフィ法が好適である。 Up to this point, the shape of the raised portion has been described as a cylindrical shape continuous with the curved surface of the lens, that is, the slope of the raised portion is perpendicular to the substrate. In the case of such a shape, there is a problem that the moldability is generally poor and a molding defect such as a mold release defect is likely to occur. In the present invention, in order to improve moldability, for example, in the case of a microlens made of a convex lens, the raised portion is a convex curved surface formed continuously with the convex lens portion, and the slope of the convex curved surface is set larger than that of the convex lens portion. While improving the moldability, the difference from the optical design result by the cylindrical raised portion described above due to the influence of the slope of the raised portion is reduced. Furthermore, the difference from the optical design result can be further reduced by reducing the ratio of the raised portion to the lens portion to 70% or less. In the case of a concave lens, the raised portion may be a concave curved surface and the same countermeasure may be taken. Of these several processing methods, the maskless lithography method is suitable for realizing the raised portion having such a shape.
（金型製造および成形工程）
以下、レーザ走査型のマスクレスリソグラフィと電鋳により金型を作製し、その金型を用いた熱プレス成形により拡散板を成形する方法についてより詳細に説明する。
(Mold manufacturing and molding process)
Hereinafter, a method of forming a mold by laser scanning maskless lithography and electroforming and forming a diffusion plate by hot press molding using the mold will be described in more detail.
マスクレスリソグラフィは、基板上にフォトレジストを塗布するレジスト塗布工程、微細パターンをフォトレジストに露光する露光工程、露光後のフォトレジストを現像して微細パターンを有する原盤を得る現像工程からなる。レジスト塗布工程では、基板上にポジ型のフォトレジストを塗布する。フォトレジストの塗布膜の膜厚は、微細パターンの高さ以上の厚さであれば良い。塗布膜に対しては７０〜１１０℃のベーキング処理を施すことが好ましい。露光工程では、前記塗布工程で塗布されたフォトレジストに対して、レーザービームを走査しながら照射してフォトレジストを露光する。レーザービームの波長はフォトレジストの種類に応じて選定すればよく、例えば３５１ｎｍ、３６４ｎｍ、４５８ｎｍ、４８８ｎｍ（Ａｒ＋レーザーの発振波長）、３５１ｎｍ、４０６ｎｍ、４１３ｎｍ（Ｋｒ＋レーザーの発振波長）、３５２ｎｍ、４４２ｎｍ（Ｈｅ−Ｃｄレーザーの発振波長）、３５５ｎｍ、４７３ｎｍ（半導体励起固体レーザーのパルス発振波長）、３７５ｎｍ、４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、４８８ｎｍ（半導体レーザー）などを選択することができる。 Maskless lithography includes a resist coating process for coating a photoresist on a substrate, an exposure process for exposing a fine pattern to the photoresist, and a development process for developing the exposed photoresist to obtain a master having a fine pattern. In the resist coating process, a positive type photoresist is coated on the substrate. The film thickness of the photoresist coating film only needs to be greater than the height of the fine pattern. The coating film is preferably subjected to a baking treatment at 70 to 110 ° C. In the exposure process, the photoresist applied in the coating process is irradiated with scanning with a laser beam to expose the photoresist. The wavelength of the laser beam may be selected according to the type of photoresist, for example, 351 nm, 364 nm, 458 nm, 488 nm (Ar + laser oscillation wavelength), 351 nm, 406 nm, 413 nm (Kr + laser oscillation wavelength), 352 nm, 442 nm (He-Cd laser oscillation wavelength), 355 nm, 473 nm (semiconductor excitation solid laser pulse oscillation wavelength), 375 nm, 405 nm, 445 nm, 488 nm (semiconductor laser), or the like can be selected.
嵩上げ部つきのマイクロレンズの露光工程では、レーザパワーをレンズ形状とレジスト感度から決まる値に変調させながら、レジスト上にレーザを走査させる。あるマイクロレンズとその隣のマイクロレンズでは嵩上げ高さが異なるので、それらの境界でレーザパワーを階段状に変化させる。レーザ露光に用いられるレーザは対物レンズで集光してレジストに焦点を結ばせている。そのレーザスポットは一般に有限の径を有するガウス分布であるため、レーザパワーを階段状に変化させてもレジストに露光された光量分布は階段状にはならず、マイクロレンズ境界部でも一定の傾斜を持つ露光量分布となる。レーザ露光のこのような性質を利用することで、嵩上げ部に一定の傾斜を持たせることができる。 In the exposure process of the microlens with the raised portion, the laser is scanned on the resist while the laser power is modulated to a value determined from the lens shape and the resist sensitivity. Since the raised height differs between a certain microlens and the adjacent microlens, the laser power is changed stepwise at the boundary between them. A laser used for laser exposure is focused by an objective lens and focused on the resist. Since the laser spot generally has a Gaussian distribution with a finite diameter, even if the laser power is changed stepwise, the distribution of the amount of light exposed to the resist does not become stepped, and the microlens boundary also has a constant inclination. The exposure amount distribution has. By utilizing this property of laser exposure, the raised portion can be given a certain inclination.
あるマイクロレンズとそれに隣接するマイクロレンズとの嵩上げ高さの差を大きくするには、隣接するマイクロレンズ間のレーザパワーの差を大きくとれば良い。しかし、レーザパワーの差を大きくとり過ぎると、隣接するレンズ境界に近い部分のレンズ形状が光学設計から設定された形状からはずれる領域が増え、拡散角度分布が他のレンズと同一なレンズ部の比率が低下する。したがって、光学設計とできるだけ同じ拡散角度分布を得るためには、隣接するマイクロレンズ間の嵩上げ部の高さの差を一定の範囲内に収めたほうが好ましい。本発明では各マイクロレンズのレンズ部の高さは一定であるため、各マイクロレンズの凸部最大高さの最大高低差ΔＨは、嵩上げ高さの最大高低差と一致する。前述した波長で規格化した位相差を１とし、嵩上げ高さを一様なランダム分布とした場合、各マイクロレンズ間の位相差の平均が０．５となる。これはマイクロレンズアレイが平均的に１/２波長の位相差を持つことになり、回折の影響がより有効に抑えられるという観点でより好ましい。 In order to increase the difference in height between a certain microlens and an adjacent microlens, the difference in laser power between adjacent microlens may be increased. However, if the laser power difference is too large, the area of the lens near the boundary between adjacent lenses will deviate from the shape set from the optical design, and the ratio of lens parts with the same diffusion angle distribution as other lenses. Decreases. Therefore, in order to obtain the same diffusion angle distribution as that of the optical design, it is preferable that the difference in height of the raised portion between adjacent microlenses is kept within a certain range. In the present invention, since the height of the lens portion of each microlens is constant, the maximum height difference ΔH of the maximum height of the convex portion of each microlens matches the maximum height difference of the raised height. When the phase difference normalized by the wavelength described above is 1, and the raised height is a uniform random distribution, the average of the phase differences between the microlenses is 0.5. This is more preferable from the viewpoint that the microlens array has a phase difference of ½ wavelength on average, and the influence of diffraction can be suppressed more effectively.
現像工程では、露光後のフォトレジストを現像する。フォトレジストの現像は公知の方法により実施することができる。現像液としては特に制限なく、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ現像液を用いることができる。現像工程では露光量に応じてフォトレジストが除去され、フォトレジストの微細パターン形状が形成される。露光工程でポジレジストを用い、凹レンズによるマイクロレンズの形状に応じたレーザパワーで露光した場合、フォトレジストに凹レンズが形成されたマイクロレンズ原盤が得られることになる。 In the development step, the exposed photoresist is developed. Development of the photoresist can be carried out by a known method. The developer is not particularly limited, and an alkali developer such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) can be used. In the development process, the photoresist is removed according to the exposure amount, and a fine pattern shape of the photoresist is formed. When a positive resist is used in the exposure process and exposure is performed with a laser power corresponding to the shape of the microlens by the concave lens, a microlens master having a concave lens formed on the photoresist is obtained.
次に電鋳工程では、露光、現像により形成された前記微細パターンを有するフォトレジスト表面にニッケル金属の蒸着などの方法により導電化処理を施す。さらに、電鋳により前記蒸着膜表面にニッケルを板状に所望の厚みまで堆積させ、このニッケル板をフォトレジスト原盤から剥離すると、フォトレジストの凹レンズ形状が反転転写された凸レンズによるマイクロレンズアレイが形成された金型（スタンパ）が得られる。 Next, in the electroforming process, a conductive process is performed on the photoresist surface having the fine pattern formed by exposure and development by a method such as vapor deposition of nickel metal. Furthermore, by depositing nickel on the surface of the vapor-deposited film to a desired thickness by electroforming and peeling the nickel plate from the photoresist master, a microlens array is formed by a convex lens in which the concave lens shape of the photoresist is inverted and transferred. A finished mold (stamper) is obtained.
成形工程では、前記スタンパを用いてアクリルシートを加熱しつつプレスする熱プレス法により、凸レンズ形状の微細パターンがアクリルシートに転写される。この結果、凹レンズによるマイクロレンズアレイ部材を製造することができる。両面にスタンパを配置した両面成形を採用すれば、両面にマイクロレンズアレイを形成した部材を成形することも可能である。成形に使用する樹脂はアクリルに限らず、成形条件に応じて、拡散板に使用可能な樹脂を選定すれば良い。凸レンズによるマイクロレンズアレイ部材を得るには、前記電鋳工程で得たスタンパ（凸レンズ）を型として複製電鋳を行い、凹レンズによるマイクロレンスアレイが形成されたスタンパを作製し、このスタンパを用いて熱プレス成形すればよい。マスクレスリソグラフィの露光工程で、凸レンズに応じた露光パワーの変調によりレジストを露光する方法ももちろん採用可能であるが、電鋳工程でスタンパを複製電鋳する上記方法のほうがより簡便である。 In the molding step, a fine pattern having a convex lens shape is transferred to the acrylic sheet by a hot press method in which the acrylic sheet is pressed while being heated using the stamper. As a result, a microlens array member using a concave lens can be manufactured. If double-sided molding in which stampers are arranged on both sides is employed, a member having a microlens array on both sides can be molded. The resin used for molding is not limited to acrylic, and a resin that can be used for the diffusion plate may be selected according to molding conditions. In order to obtain a microlens array member using a convex lens, replication stamping is performed using the stamper (convex lens) obtained in the electroforming process as a mold, a stamper having a microlens array formed by a concave lens is manufactured, and this stamper is used. What is necessary is just to carry out hot press molding. Of course, a method of exposing the resist by modulating the exposure power according to the convex lens in the exposure process of the maskless lithography can be adopted, but the above-described method of replica electroforming the stamper in the electroforming process is simpler.
反射型の拡散板として用いる場合は、例えばマイクロレンズアレイが形成された部材の表面にアルミニウム反射膜を真空蒸着させ、入射光をアルミニウム面で反射させれば良い。また、マイクロレンズアレイが基板の片面のみに形成された部材の場合に、基板の鏡面側から入光させせ、アルミニウム反射膜を成膜したマイクロレンズアレイ面で反射させる構成でもよい。一方、反射膜を形成しないマイクロレンズアレイ面から入光して、反射膜を形成した鏡面側で反射させた構成でも拡散板として利用できる。さらに、両面にマイクロレンズアレイを成形した基板で、入射側の反射膜の膜厚を調整してハーフミラーとし、裏面側は反射率をほぼ１００％とする構成とすることで、表裏両面の二つのマイクロレンズアレイによる拡散板とすることも可能である。また、必要であればアルミニウム反射膜を保護するために保護層をコートしても良い。 When used as a reflective diffusion plate, for example, an aluminum reflective film may be vacuum-deposited on the surface of a member on which a microlens array is formed, and incident light may be reflected on the aluminum surface. Further, in the case where the microlens array is a member formed only on one side of the substrate, it may be configured such that light is incident from the mirror side of the substrate and reflected by the microlens array surface on which an aluminum reflective film is formed. On the other hand, a configuration in which light enters from a microlens array surface on which no reflective film is formed and is reflected on the mirror surface side where the reflective film is formed can also be used as a diffusion plate. Furthermore, a substrate on which both sides of the microlens array are formed is adjusted to have a half mirror by adjusting the film thickness of the reflection film on the incident side, and the reflectance on the back side is almost 100%. It is also possible to use a diffusion plate with two microlens arrays. If necessary, a protective layer may be coated to protect the aluminum reflective film.
以下、本発明の実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, based on the Example of this invention, this invention is demonstrated further in detail.
（実施例１）
本実施例は、ピッチＰｘ＝２０μｍ、曲率半径が１９μｍの底面が正六角形のマイクロレンズアレイによる透過型拡散板である。嵩上げ高さについては、部材屈折率ｎ＝１．５、使用波長λ＝７５０ｎｍとし、１０００×ΔＨ×（ｎ−１）÷λ ＝ １ より、ΔＨ＝１．５μｍとした。
Example 1
This embodiment is a transmission type diffusion plate using a microlens array having a pitch Px = 20 μm and a curvature radius of 19 μm and having a regular hexagonal bottom surface. Regarding the raised height, the member refractive index n = 1.5, the wavelength used λ = 750 nm, and ΔH = 1.5 μm from 1000 × ΔH × (n−1) ÷ λ = 1.
図３に約４００μｍ×４００μｍの単位領域の設計結果を示す。この単位領域を並べて、約３０ｍｍ×３０ｍｍのマイクロレンズアレイ領域を設計した。この設計データを用い、前述のマスクレスリソグラフィ工程、電鋳工程を経て、凸レンズによるマイクロレンズアレイが形成されたスタンパを得た。 FIG. 3 shows a design result of a unit region of about 400 μm × 400 μm. The unit areas were arranged to design a microlens array area of about 30 mm × 30 mm. Using this design data, a stamper having a microlens array formed of convex lenses was obtained through the maskless lithography process and the electroforming process described above.
図４にこのスタンパのレンズ形状のSEM観察像を示す。各レンズとも略均一なレンズ曲面を持ち、三角格子配列で最密充填されている。 FIG. 4 shows an SEM observation image of the lens shape of this stamper. Each lens has a substantially uniform curved surface and is closely packed with a triangular lattice arrangement.
図５は、本発明によるＮｉスタンパのマイクロレンズアレイの一部のマイクロレンズの断面プロファイルをレーザ顕微鏡で計測した結果である。この例では、レンズは曲率半径４２μｍの球面レンズであり、レンズピッチ１３μｍ、ΔＨ＝１．５μｍである。各マイクロレンズには、レンズ間で曲率が一定のレンズ部と、それに連続して形成される凸曲面からなる嵩上げ部が形成されている。 FIG. 5 shows the result of measuring the cross-sectional profile of a part of the microlens array of the Ni stamper according to the present invention with a laser microscope. In this example, the lens is a spherical lens having a curvature radius of 42 μm, a lens pitch of 13 μm, and ΔH = 1.5 μm. Each microlens is formed with a lens portion having a constant curvature between the lenses and a raised portion composed of a convex curved surface formed continuously therewith.
図６は、図５のマイクロレンズアレイに対して、レンズピッチのみ２４μｍに拡げたレンズの断面プロファイルである。曲率半径４２μｍとΔＨ＝１．５μｍは変更していない。図５と同様に、レンズ間で曲率一定のレンズ部とそれに連続して形成される凸曲面からなる嵩上げ部が形成されているが、ピッチが広いため隣接するレンズ間のレーザ露光の影響が相対的に少なくなり、曲率一定のレンズ部の比率が大きいことが分かる。 FIG. 6 is a cross-sectional profile of a lens in which only the lens pitch is expanded to 24 μm with respect to the microlens array of FIG. The curvature radius of 42 μm and ΔH = 1.5 μm are not changed. Similar to FIG. 5, a lens portion having a constant curvature between the lenses and a raised portion consisting of a convex curved surface formed continuously are formed. However, since the pitch is wide, the influence of the laser exposure between adjacent lenses is relative. It can be seen that the ratio of the lens portion having a constant curvature is large.
図５のマイクロレンズアレイの各レンズについて、拡散角度分布が他のレンズと同一の光学設計形状と一致しないレンズ部の比率の最大値が断面プロファイルの約３０％であった。一方、図６のマイクロレンズアレイの同比率は最大で約１０％である。図５および図６のレーザ顕微鏡で実測したレンズ形状と各々の光学設計形状とから、透過光の拡散角度分布を計算で求めると図７および図８となる。図７と８より、各マイクロレンズにおける光学設計形状と一致しないレンズ部の比率の最大値が断面プロファイルの３０％以下であれば、得られる角度分布は光学設計の結果と比べて、実用上問題ない差の範囲内に収まっている。 For each lens of the microlens array in FIG. 5, the maximum value of the ratio of the lens portions whose diffusion angle distribution does not match the same optical design shape as other lenses was about 30% of the cross-sectional profile. On the other hand, the same ratio of the microlens array of FIG. 6 is about 10% at the maximum. FIGS. 7 and 8 are obtained by calculating the diffusion angle distribution of the transmitted light from the lens shape actually measured by the laser microscope of FIGS. 5 and 6 and the respective optical design shapes. 7 and 8, if the maximum value of the ratio of the lens portion that does not match the optical design shape in each microlens is 30% or less of the cross-sectional profile, the obtained angular distribution is a practical problem compared to the result of the optical design. There is no difference within the range.
次に、図４のスタンパを用いて、熱プレス法（加熱１５０℃、圧力０．９ＭＰａ、加圧時間３００秒）にて厚み１ｍｍのアクリルシートにマイクロレンズアレイの微細パターンを転写した。成形は離型不良などの問題もなく実施することができ、凹レンズによるマイクロレンズアレイが片面に形成された拡散板の部材を得ることができた。 Next, by using the stamper shown in FIG. 4, the micro lens array fine pattern was transferred to an acrylic sheet having a thickness of 1 mm by a hot press method (heating 150 ° C., pressure 0.9 MPa, pressing time 300 seconds). Molding could be carried out without problems such as defective release, and a diffusion plate member having a microlens array of concave lenses formed on one side could be obtained.
図９は、成形により得られた拡散板に、白色LEDからの光をパターン面側から約４ｃｍの距離を隔てて入射させたときの透過像をデジタルカメラにて撮像した結果である。図９（ａ）は本発明の拡散板であり、図９（ｂ）は従来の嵩上げ部のない（ΔＨ＝０μｍ）マイクロレンズアレイからなる拡散板の結果である。従来技術による拡散板では回折による輝度ムラと色ムラが発生しているが、本発明の拡散板図では輝度ムラと色ムラが大幅に改善されていることが分かる。 FIG. 9 shows a result obtained by capturing a transmission image with a digital camera when light from a white LED is incident on the diffusion plate obtained by molding at a distance of about 4 cm from the pattern surface side. FIG. 9A shows the diffusion plate of the present invention, and FIG. 9B shows the result of the conventional diffusion plate made of a microlens array having no raised portion (ΔH = 0 μm). In the diffusion plate according to the prior art, brightness unevenness and color unevenness are generated due to diffraction, but it can be seen that the brightness unevenness and color unevenness are greatly improved in the diffusion plate diagram of the present invention.
図１０では、輝度計とゴニオステージにより、透過光強度の拡散角度分布を計測した結果である。光源はハロゲンライトによる白色光である。従来技術による嵩上げ部のない拡散板では０度付近に回折スポットに起因する大きな輝度変動が観察されている。一方、本発明の拡散板では回折が緩和され、輝度ムラが改善しており、設計値に近い特性が得られていることが確認される。 FIG. 10 shows the result of measuring the diffusion angle distribution of transmitted light intensity with a luminance meter and a gonio stage. The light source is white light from a halogen light. In a diffusion plate without a raised portion according to the prior art, a large luminance fluctuation due to a diffraction spot is observed around 0 degrees. On the other hand, in the diffusion plate of the present invention, it is confirmed that diffraction is relaxed, luminance unevenness is improved, and characteristics close to design values are obtained.
（実施例２）
次に反射型拡散板の例を説明する。実施例１と同様にして、ピッチＰｘ＝２０μｍ、曲率半径が１９μｍの底面が正六角形のマイクロレンズアレイで、ΔＨ＝０.５μｍの反射型拡散板を作製し、白色ＬＥＤの光を照射して、その反射拡散光を観察した。
(Example 2)
Next, an example of a reflective diffusion plate will be described. In the same manner as in Example 1, a reflective diffuser plate having a pitch Px = 20 μm, a curvature radius of 19 μm and a regular hexagonal bottom microlens array and ΔH = 0.5 μm was produced, and the white LED light was irradiated. The reflected diffused light was observed.
図１１（ａ）には本発明による反射型拡散板からの反射像、図１１（ｂ）は従来技術による嵩上げ部のない反射型拡散板からの反射像を示す。従来技術による拡散板では、反射像に回折により分光した色ムラや輝度ムラが顕著に観察される、一方、本発明によるマイクロレンズアレイによるものは色ムラや輝度ムラが改善し、良好な反射像が得られている。 FIG. 11A shows a reflection image from the reflection type diffusion plate according to the present invention, and FIG. 11B shows a reflection image from the reflection type diffusion plate having no raised portion according to the prior art. In the diffuser plate according to the prior art, color unevenness and brightness unevenness dispersed by diffraction are remarkably observed in the reflected image, while the microlens array according to the present invention improves color unevenness and brightness unevenness, and a good reflected image. Is obtained.
１００−１０２ … 嵩上げ部
１１０ … 嵩上げ部の凸曲面
１２０ … 設計上の嵩上げ部
１３０ … 嵩上げ高さ
２００ … レンズ部
３００ … 基準面
４００ … ΔＨ（レンズ頂部高さの差の最大値）
100-102 ... Raised part 110 ... Convex curved surface 120 of raised part ... Designed raised part 130 ... Raised height 200 ... Lens part 300 ... Reference plane 400 ... ΔH (maximum difference in lens top height)
Claims (5)
それぞれのマイクロレンズからの透過光の拡散角度分布が略同一であって、互いに異なるマイクロレンズの位相差が設定された範囲内に分布し、
前記マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのマイクロレンズは凸レンズであって、その配置が規則的に繰り返されており、
前記マイクロレンズは透過光の拡散角度分布が同一の凸レンズ部と前記凸レンズ部に連続して形成された凸曲面からなり、
前記凸曲面の傾斜は、前記マイクロレンズの頂点を通る断面プロファイルで見たときに、前記凸レンズ部の傾斜よりも大きく、
基準面からの前記マイクロレンズの凸部最大高さと最小高さとの差ΔＨ［μｍ］は、
０．２ ≦ １０００×ΔＨ×（ｎ−１）÷λ
（ｎ：マイクロレンズの屈折率、λ：光の波長［ｎｍ］）
の関係を満たすように制御されていることを特徴とする拡散板。 In a transmissive diffusion plate in which a microlens array composed of a plurality of microlenses is formed on at least one of a light incident surface and a light emitting surface,
The diffusion angle distribution of the transmitted light from each microlens is substantially the same, and the phase difference of different microlenses is distributed within a set range,
Each microlens constituting the microlens array is a convex lens, the arrangement of which is regularly repeated,
The microlens is composed of a convex lens portion having the same diffusion angle distribution of transmitted light and a convex curved surface formed continuously to the convex lens portion,
The slope of the convex curved surface is larger than the slope of the convex lens portion when viewed in a cross-sectional profile passing through the apex of the microlens,
The difference ΔH [μm] between the maximum height and the minimum height of the convex portion of the microlens from the reference surface is
0.2 ≦ 1000 × ΔH × (n−1) ÷ λ
(N: refractive index of microlens, λ: wavelength of light [nm])
A diffusion plate characterized by being controlled to satisfy the above relationship.
それぞれのマイクロレンズからの透過光の拡散角度分布が略同一であって、互いに異なるマイクロレンズの位相差が設定された範囲内に分布し、
前記マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのマイクロレンズは凹レンズであって、その配置が規則的に繰り返されており、
前記マイクロレンズは透過光の拡散角度分布が同一の凹レンズ部と前記凹レンズ部に連続して形成された凹曲面からなり、
前記凹曲面の傾斜は、前記マイクロレンズの頂点を通る断面プロファイルで見たときに、前記凹レンズ部の傾斜よりも大きく、
基準面からの前記マイクロレンズの凹部最大深さと凹部の最小深さの差ΔＤ［μｍ］は、
０．２ ≦ １０００×ΔＤ×（ｎ−１）÷λ
（n：マイクロレンズの屈折率、λ：光の波長［ｎｍ］）
の関係を満たすように制御されていることを特徴とする拡散板。 In a transmissive diffusion plate in which a microlens array composed of a plurality of microlenses is formed on at least one of a light incident surface and a light emitting surface,
The diffusion angle distribution of the transmitted light from each microlens is substantially the same, and the phase difference of different microlenses is distributed within a set range,
Each microlens constituting the microlens array is a concave lens, and the arrangement thereof is repeated regularly.
The microlens is composed of a concave lens portion having the same diffusion angle distribution of transmitted light and a concave curved surface formed continuously to the concave lens portion,
The inclination of the concave curved surface is larger than the inclination of the concave lens portion when viewed in a cross-sectional profile passing through the apex of the microlens,
The difference ΔD [μm] between the maximum depth of the concave portion of the microlens and the minimum depth of the concave portion from the reference surface is
0.2 ≦ 1000 × ΔD × (n−1) ÷ λ
(N: refractive index of microlens, λ: wavelength of light [nm])
A diffusion plate characterized by being controlled to satisfy the above relationship.
それぞれのマイクロレンズからの反射光の拡散角度分布が略同一であって、互いに異なるマイクロレンズの位相差が設定された範囲内に分布し、
前記マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのマイクロレンズは凸レンズであって、その配置が規則的に繰り返されており、
前記マイクロレンズは透過光の拡散角度分布が同一の凸レンズ部と前記凸レンズ部に連続して形成された凸曲面からなり、
前記凸曲面の傾斜は、前記マイクロレンズの頂点を通る断面プロファイルで見たときに、前記凸レンズ部の傾斜よりも大きく、
基準面からの前記マイクロレンズの凸部最大高さと凸部最小高さの差ΔＨ［μｍ］は、
０．１ ≦ １０００×ΔＨ÷λ （λ：光の波長［ｎｍ］）
の関係を満たすように制御されていることを特徴とする拡散板。 In a reflective diffusion plate in which a microlens array composed of a plurality of microlenses is formed on a surface having a function of reflecting all or part of incident light,
The diffusion angle distribution of the reflected light from each microlens is substantially the same, and the phase difference of different microlenses is distributed within a set range,
Each microlens constituting the microlens array is a convex lens, the arrangement of which is regularly repeated,
The microlens is composed of a convex lens portion having the same diffusion angle distribution of transmitted light and a convex curved surface formed continuously to the convex lens portion,
The slope of the convex curved surface is larger than the slope of the convex lens portion when viewed in a cross-sectional profile passing through the apex of the microlens,
The difference ΔH [μm] between the maximum convex portion height and the minimum convex portion height of the microlens from the reference surface is
0.1 ≦ 1000 × ΔH ÷ λ (λ: wavelength of light [nm])
A diffusion plate characterized by being controlled to satisfy the above relationship.
それぞれのマイクロレンズからの反射光の拡散角度分布が略同一であって、互いに異なるマイクロレンズの位相差が設定された範囲内に分布し、
前記マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのマイクロレンズは凹レンズであって、その配置が規則的に繰り返されており、
前記マイクロレンズは透過光の拡散角度分布が同一の凹レンズ部と前記凹レンズ部に連続して形成された凹曲面からなり、
前記凹曲面の傾斜は、前記マイクロレンズの頂点を通る断面プロファイルで見たときに、前記凹レンズ部の傾斜よりも大きく、
基準面からの前記マイクロレンズの凹部最大高深さと凹部最小深さの差ΔＤ［μｍ］は、
０．１ ≦ １０００×ΔＤ÷λ （λ：光の波長［ｎｍ］）
の関係を満たすように制御されていることを特徴とする拡散板。 In a reflective diffusion plate in which a microlens array composed of a plurality of microlenses is formed on a surface having a function of reflecting all or part of incident light,
The diffusion angle distribution of the reflected light from each microlens is substantially the same, and the phase difference of different microlenses is distributed within a set range,
Each microlens constituting the microlens array is a concave lens, and the arrangement thereof is repeated regularly.
The microlens is composed of a concave lens portion having the same diffusion angle distribution of transmitted light and a concave curved surface formed continuously to the concave lens portion,
The inclination of the concave curved surface is larger than the inclination of the concave lens portion when viewed in a cross-sectional profile passing through the apex of the microlens,
The difference ΔD [μm] between the maximum concave depth and the minimum concave depth of the microlens from the reference plane is:
0.1 ≦ 1000 × ΔD ÷ λ (λ: wavelength of light [nm])
A diffusion plate characterized by being controlled to satisfy the above relationship.
前記マイクロレンズのそれぞれにおいて、その頂点を通る断面プロファイルを見たときに、拡散角度分布が同一のレンズ部の比率がそれぞれのレンズ全体の７０％以上であることを特徴とする拡散板。 The diffusing plate according to any one of claims 1 to 4,
In each of the microlenses, a diffusion plate is characterized in that a ratio of lens portions having the same diffusion angle distribution is 70% or more of each lens when a cross-sectional profile passing through the apex thereof is viewed.
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