JP6804830B2 - 拡散板 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
Claims (4)
- 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、最密に充填されており、
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])
の関係を満たし、
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%以上であるように制御されていることを特徴とする拡散板。 - 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、最密に充填されており、
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])
の関係を満たし、
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%以上であるように制御されているように制御されていることを特徴とする拡散板。 - 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、最密に充填されており、
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])
の関係を満たし、
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%以上であるように制御されているように制御されていることを特徴とする拡散板。 - 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、最密に充填されており、
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])
の関係を満たし、
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%以上であるように制御されているように制御されていることを特徴とする拡散板。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015122332A JP6804830B2 (ja) | 2015-06-17 | 2015-06-17 | 拡散板 |
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JP2017009669A JP2017009669A (ja) | 2017-01-12 |
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JP2015122332A Active JP6804830B2 (ja) | 2015-06-17 | 2015-06-17 | 拡散板 |
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