JP6747769B2 - 光学素子、表示装置、原盤、及び光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
基板と、
前記基板上に形成された複数のマイクロレンズと、を備え、
前記マイクロレンズの反射面は非球面であり、
前記マイクロレンズの頂点を通り、かつ前記基板の表面に垂直な垂直断面において、前記マイクロレンズの反射面の形状は、前記マイクロレンズの頂点を通り、かつ前記基板の表面に垂直な軸である前記マイクロレンズの光軸に対して、前記基板の表面に平行な方向に非対称であり、
隣接する前記マイクロレンズ間のピッチは10〜230μmの範囲内で変化し、
前記マイクロレンズの深さは3.2〜15.4μmの範囲内で変化し、
前記マイクロレンズの光軸の前記マイクロレンズの重心からのずれ量は、前記マイクロレンズの半径の2.5%〜15%の範囲内で変化し、
前記マイクロレンズの反射面の算術平均粗さRaは27nm以下であり、
前記マイクロレンズの反射面において、前記マイクロレンズの頂点を中心として10μmの範囲の算術平均粗さRaは7.7nm以下である、
光学素子が提供される。
前記トップハット形状は、以下の条件1及び条件2を満たす前記反射光の強度分布を意味してもよい。
条件1:正反射位置を中心とした所定角度範囲内の反射率が、当該所定角度範囲内の反射率の平均値のプラスマイナス12.0%の範囲内の値である。ここで、前記所定角度範囲は、前記正反射位置−5°より大きく前記正反射位置+5°より小さい範囲である。
条件2:前記所定角度範囲内の反射率の平均値が、前記所定角度範囲外の反射率の平均値の7.0倍以上である。
まず、図1〜図3に基づいて、本実施形態に係る光学素子1の構成について説明する。図1に示すように、光学素子1は、基板10と、複数のマイクロレンズ20とを備える。なお、図1の断面は、少なくとも2つのマイクロレンズ20、20の頂点P1を通り、かつ基板10の表面10aに垂直な垂直断面である。
次に、図4及び図5に基づいて、光学素子1の作製に使用される原盤200の構成について説明する。原盤200は、原盤用基材200Aと、レジスト層210と、レジスト層210に複数形成された転写部220とを備える。なお、図4では、レジスト層210上に形成される転写部220の一部を模式的に示す。
次に、図7及び図8に基づいて、露光装置100の構成について説明する。露光装置100は、原盤200に転写部220を形成する装置である。露光装置100は、レーザ光源121と、電気光学素子(Electro Optical Modulator:EOM)122と、第1ミラー123と、フォトダイオード(Photodiode:PD)124と、変調光学系125と、制御機構137と、第2ミラー131と、移動光学テーブル132と、スピンドルモータ135と、ターンテーブル136とを備える。また、原盤200は、ターンテーブル136上に載置され、回転することができるようになっている。
次に、光学素子1の製造方法について説明する。まず、原盤200を作製する。具体的には、円筒または円柱状の原盤用基材200Aを準備し、原盤用基材200Aの周面にレジスト層210を形成する。
光学素子1の用途は特に制限されず、各種の光学部品として使用することができる。特に、光学素子1を表示装置に用いた場合、モアレの発生を抑制することができる。また、光学素子1を照明等に使用することで、これらの質感を向上させることができる。
<1.実施例1>
<1−1.光学素子の作製>
石英ガラス板からなる原盤用基材200A上に、市販のレジストをディップ法により成膜することで、レジスト層210を形成した。ついで、図7に示す露光装置100を用いて、レジスト層210に潜像230を形成した。ここで、レーザ光源121としては、波長405nmのレーザ光を発する青色半導体レーザ光源を用いた。また、レーザ光120の階調は500階調とした。また、レーザ光の露光ビーム径を2.5μmとし、送りピッチ及び露光ピッチをいずれも1μmとした。
また、1つの構造単位を構成する全てのマイクロレンズ20のピッチ及び深さをSEMで測定したところ、ピッチは126〜228μmの範囲内で様々な値となった。また、深さは5.2〜7.2μmの範囲内で様々な値となった。
また、レーザ顕微鏡(株式会社キーエンス社製VK−X200)によってマイクロレンズ20の光軸断面形状を測定した。そして、測定結果に基づいて、マイクロレンズ20の光軸L1のマイクロレンズ20の重心Oからのずれ量を測定した。測定は、1つの構成単位を構成する全てのマイクロレンズ20に対して行った。この結果、ずれ量は、マイクロレンズ20の半径の2.5%〜15%の範囲内の値となった。図19、図20のグラフL20、L21は、光軸断面形状の一例を示す。図19及び図20の横軸は、光軸断面と基板10の表面10aとの交線上の各点から当該交線上に設定された基準点までの距離を示す。縦軸は、基板10の表面10aから反射面21上の各点までの距離を示す。
光学素子1の反射特性を以下の方法で測定、評価した。測定には、株式会社ラムダビジョン製のゴニオフォトメータを使用した。また、測定は以下の手順で行った。図22に示すように、試験台400に粘着層410を介して光学素子1を設置した。そして、光軸L1からθ(=30°)傾けた位置に送信器を設置し、送信器から光学素子1に測定光を照射した。測定光の波長は532nmとした。一方、受光器を光軸L1からθ(=30°)傾けた位置(正反射位置=0°)に設置し、測定光を受光させた。そして、受光器を正反射位置からプラスマイナス20°の範囲で移動させ、各位置で測定光を受光させた。そして、送信器が照射した測定光の強度と、受光器が受光した測定光の強度とに基づいて反射率(%)を測定した。また、θの値を45°として同様の処理を行った。その結果を図23に示す。図23の横軸は受光角度、すなわち正反射位置を基準(=0°)とした時の受光器の位置を示す。縦軸は反射率(%)を示す。
次に、色ムラの有無を目視で観察した。具体的には、色ムラが全く観察されなかった場合を「◎」、わずかに色ムラが観察されたが、実用上問題ない場合を「○」、色ムラがはっきりと確認でき、実用上問題ある場合を「×」と評価した。実施例1では、「◎」となった。
実施例1と同様の処理を行うことで、図11に示す構造単位を有する光学素子1を作製した。実施例2でも、マイクロレンズ20の開口面の形状を歪んだ正六角形とした。また、実施例2で作製された光学素子1について、実施例1と同様の特性評価を行った。この結果を表1にまとめて示す。
実施例1と同様の処理を行うことで、図12に示す構造単位を有する光学素子1を作製した。実施例3でも、マイクロレンズ20の開口面の形状を歪んだ正六角形とした。また、実施例3で作製された光学素子1について、実施例1と同様の特性評価を行った。この結果を表1にまとめて示す。
実施例1と同様の処理を行うことで、図13に示す構造単位を有する光学素子1を作製した。実施例4でも、マイクロレンズ20の開口面の形状を歪んだ正六角形とした。また、実施例4で作製された光学素子1について、実施例1と同様の特性評価を行った。この結果を表1にまとめて示す。
実施例1と同様の処理を行うことで、表1に示す形状を有する光学素子1を作製した。図14のグラフL30は、実施例5に係る光軸断面形状の一例を示す。図14の縦軸、横軸の意味は図19と同様である。実施例5でも、マイクロレンズ20の開口面の形状を歪んだ正六角形とした。また、実施例5で作製された光学素子1について、実施例1と同様の特性評価を行った。この結果を表1にまとめて示す。
実施例1と同様の処理を行うことで、表1に示す形状を有する光学素子1を作製した。図15のグラフL31は、実施例6に係る光軸断面形状の一例を示す。図15の縦軸、横軸の意味は図19と同様である。図15から明らかな通り、実施例6のマイクロレンズ20は凹レンズとなっている。また、実施例6でも、マイクロレンズ20の開口面の形状を歪んだ正六角形とした。また、実施例6で作製された光学素子1について、実施例1と同様の特性評価を行った。この結果を表1にまとめて示す。
実施例1と同様の処理を行うことで、表1に示す形状を有する光学素子1を作製した。図16のグラフL32は、実施例7に係る光軸断面形状の一例を示す。図16の縦軸、横軸の意味は図19と同様である。実施例7でも、マイクロレンズ20の開口面の形状を歪んだ正六角形とした。また、実施例7で作製された光学素子1について、実施例1と同様の特性評価を行った。この結果を表1にまとめて示す。
実施例1と同様の処理を行うことで、図17に示す構造単位を有する光学素子1を作製した。ただし、比較例1では、レーザ光120の階調を200階調とした。また、比較例1では、規則的な形状のマイクロレンズ20を作製した。すなわち、マイクロレンズ20の開口面は正六角形とした。また、マイクロレンズ20の反射面21を球面とし、光軸L1に対して対称な形状とした。また、比較例1で作製された光学素子1について、実施例1と同様の特性評価を行った。図21に示すグラフL22は、比較例1で作製されたマイクロレンズ20の光軸断面形状の一例を示す。図21の縦軸及び横軸の意味は図19と同様である。また、図24は、比較例1の反射強度分布を示すグラフである。縦軸、横軸の意味は図23と同様である。図24から明らかな通り、比較例1の反射特性分布はトップハット形状とはならなかった。評価結果を表1にまとめて示す。
実施例1と同様の処理を行うことで、図18に示す構造単位を有する光学素子1を作製した。ただし、比較例2では、規則的な形状のマイクロレンズ20を作製した。すなわち、マイクロレンズ20の開口面は正六角形とした。また、マイクロレンズ20の反射面21を球面とし、光軸L1に対して対称な形状とした。また、比較例1で作製された光学素子1について、実施例1と同様の特性評価を行った。評価結果を表1にまとめて示す。
実施例1〜7に係る光学素子1では、マイクロレンズ20の開口面が歪んだ六角形となっている。さらに、反射面は非球面であり、光軸L1に対して非対称となる。さらに、ピッチは10〜230μmの範囲内で様々な値となり、深さは3.2〜15.4μmの範囲内で様々な値となる。また、マイクロレンズ20の外縁部同士は互いに接触しており、光軸のずれ量は、2.5〜15%の範囲内で様々な値となる。そして、実施例1〜7では、反射強度分布がいずれもトップハット形状となり、色ムラもほとんど観察されなかった。さらに、全反射量は4%以下の範囲内となった。したがって、良好な光学特性が得られた。
10 基板
20 マイクロレンズ
21 反射面
L1 光軸
P1 頂点
B 外縁部
200 原盤
200A 原盤用基材
210 レジスト層
220 転写部
140 フォーマッタ
Claims (12)
- 基板と、
前記基板上に形成された複数のマイクロレンズと、を備え、
前記マイクロレンズの反射面は非球面であり、
前記マイクロレンズの頂点を通り、かつ前記基板の表面に垂直な垂直断面において、前記マイクロレンズの反射面の形状は、前記マイクロレンズの頂点を通り、かつ前記基板の表面に垂直な軸である前記マイクロレンズの光軸に対して、前記基板の表面に平行な方向に非対称であり、
隣接する前記マイクロレンズ間のピッチは10〜230μmの範囲内で変化し、
前記マイクロレンズの深さは3.2〜15.4μmの範囲内で変化し、
前記マイクロレンズの光軸の前記マイクロレンズの重心からのずれ量は、前記マイクロレンズの半径の2.5%〜15%の範囲内で変化し、
前記マイクロレンズの反射面の算術平均粗さRaは27nm以下であり、
前記マイクロレンズの反射面において、前記マイクロレンズの頂点を中心として10μmの範囲の算術平均粗さRaは7.7nm以下である、
光学素子。 - 前記マイクロレンズの外縁部は、他のマイクロレンズの外縁部に接触している、請求項1記載の光学素子。
- 隣接する前記マイクロレンズ間のピッチは、隣接する前記マイクロレンズの組み合わせ毎に異なる、請求項1または2記載の光学素子。
- 前記マイクロレンズの深さは、前記マイクロレンズ毎に異なる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記マイクロレンズの開口面は、正多角形からずれた形状となっている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記マイクロレンズの開口面は、正六角形からずれた形状となっている、請求項5記載の光学素子。
- 前記マイクロレンズの開口面は、正方形からずれた形状となっている、請求項5記載の光学素子。
- 前記光学素子の反射光の強度分布がトップハット形状となり、
前記トップハット形状は、以下の条件1及び条件2を満たす前記反射光の強度分布を意味する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学素子。
条件1:正反射位置を中心とした所定角度範囲内の反射率が、当該所定角度範囲内の反射率の平均値のプラスマイナス12.0%の範囲内の値である。ここで、前記所定角度範囲は、前記正反射位置−5°より大きく前記正反射位置+5°より小さい範囲である。
条件2:前記所定角度範囲内の反射率の平均値が、前記所定角度範囲外の反射率の平均値の7.0倍以上である。 - 前記反射光の強度の総和が入射光の強度の4%以下である、請求項8記載の光学素子。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光学素子を備える、表示装置。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光学素子を製造するための原盤であって、
原盤用基材と、
前記原盤用基材上に形成されたレジスト層と、を備え、
前記レジスト層には、前記マイクロレンズの反転形状を有する転写部が複数形成されている、原盤。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、
原盤用基材上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層にレーザ光をパルス照射することで、前記マイクロレンズの反転形状を有する潜像パターンを前記レジスト層に形成する工程と、
前記レジスト層を現像することで、前記マイクロレンズの反転形状を有する転写部を前記レジスト層に形成する工程と、
前記転写部の反転形状を基板に転写する工程と、を含む、光学素子の製造方法。
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