JP6826433B2 - 反射型拡散板、表示装置、投影装置及び照明装置 - Google Patents
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Description
透明基材の表面に位置する単レンズ群からなるマイクロレンズアレイ型の拡散板であって、
前記単レンズ群を構成するそれぞれの単レンズが有する開口径及び曲率半径は、前記単レンズ群全体としてばらつきがあり、かつ、前記それぞれの単レンズの頂点位置は、不規則に配置されており、
前記単レンズ群に垂直入射する光の反射光の輝度分布について、所定の拡散角度範囲内において、反射光輝度値が、反射光輝度のピーク値を中心として、±10%の範囲内に収まっている状態であり、
前記透明基材の表面法線方向とのなす角が20度又は40度の方向から前記単レンズ群に入射する光の少なくとも何れか一方について、前記表面法線方向の反射輝度値をAとし、反射拡散成分のピーク反射輝度値をBとしたときに、0.3≦A/B≦1の関係が成立する、反射型拡散板が提供される。
本発明の実施形態に係る反射型拡散板について詳細に説明するに先立ち、本発明の実施形態に係る反射型拡散板の概要について、以下で簡単に言及しておく。
1)マイクロレンズアレイを構成する単レンズ(マイクロレンズ)の曲面部は、球面体、又は、非球面体である。
2)マイクロレンズアレイを構成する単レンズの配置は、ランダム配置である。
3)マイクロレンズアレイを構成する単レンズの基準開口径D、基準曲率半径R、摂動量δを最適に選択することで、拡散反射光の均質性を実現することができる。
4)湾曲及び曲面を持たない領域(換言すれば、マイクロレンズアレイが配置された光学体の平坦部の広さ)は、5%未満である。
5)マイクロレンズアレイにおける各湾曲領域の境界は、相互に異なる曲面である。
6)マイクロレンズアレイの表面に反射層を有していても良い。
7)マイクロレンズアレイに対する0度入射光(垂直入射光)の反射分布は、所望の拡散角範囲内でトップハット特性を示す。
8)マイクロレンズアレイに対する0度入射光のピーク反射輝度値をAとし、20度入射光又は40度入射光のピーク反射輝度値をBとすると、0.3≦A/B≦1.0である。
以下では、図1〜図12Cを参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る反射型拡散板1について詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る反射型拡散板の構成を模式的に示した説明図である。図2及び図3は、本実施形態に係る反射型拡散板が有する単レンズについて説明するための説明図である。図4は、本実施形態に係る反射型拡散板が備える単レンズ群の一例を上方から見た電子顕微鏡写真である。図5は、本実施形態に係る反射型拡散板の構成を模式的に示した説明図である。図6A〜図7Bは、本実施形態に係る反射型拡散板が備える単レンズ群の配置方法について説明するための説明図である。図8は、本実施形態に係る反射型拡散板からの反射光の輝度分布を模式的に示した説明図である。図9は、反射拡散光の分布特性の判定方法について説明するための説明図である。図10A及び図10Bは、本実施形態に係る反射型拡散板の反射拡散特性について説明するための説明図である。図11A及び図11Bは、本実施形態に係る反射型拡散板の反射拡散特性について説明するための説明図である。図12A〜図12Cは、開口径、曲率半径及び摂動量と反射拡散光の分布特性との関係を説明するためのグラフ図である。
透明基材10は、本実施形態に係る反射型拡散板1に入射する光の波長帯域において、透明とみなすことが可能な材質からなる基材である。かかる透明基材10は、フィルム状のものであっても良いし、板状のものであっても良い。かかる基材の材質については、特に限定するものではないが、例えば、ポリメチルメタクリレート(polymenthyl methacrylate:PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate:PET)、ポリカーボネート(polycarbonate:PC)、環状オレフィン・コポリマー(Cyclo Olefin Copolymer:COC)、環状オレフィンポリマー(Cyclo Olefin Polymer:COP)、トリアセチルセルロース(Triacetylcellulose:TAC)等といった公知の樹脂を透明基材10として用いることも可能であるし、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、白板ガラス等といった公知の光学ガラスを用いることも可能である。図1では、透明基材10が矩形である場合を例に挙げて図示を行っているが、透明基材10の形状は矩形に限定されるものではなく、例えば反射型拡散板1が実装される表示装置、投影装置、照明装置等の形状に応じて、任意の形状を有していても良い。
透明基材10の表面には、複数の単レンズ21からなる単レンズ群20が形成されている。本実施形態に係る反射型拡散板1において、単レンズ群20は、図1に模式的に示したように、複数の単レンズ21が互いに隣接するように(換言すれば、単レンズ21間に隙間(平坦部)が存在しないように)形成されることが好ましい。透明基材10上に単レンズ21を隙間なく配置させる(換言すれば、単レンズの充填率が100%となるように配置させる)ことで、入射光のうち拡散板表面で散乱せずにそのまま透過してしまう成分(以下、「0次透過光成分」ともいう。)を抑制することが可能となる。その結果、複数の単レンズ21が互いに隣接するように配置された単レンズ群20では、拡散性能を更に向上させることが可能となる。
また、本実施形態に係る反射型拡散板1では、図5に模式的に示したように、単レンズ群20を構成する各単レンズ21の表面に、反射層30が更に設けられていることが好ましい。かかる反射層30を単レンズ群20の表面に設けることで、本実施形態に係る反射型拡散板1の反射性能(すなわち、入射光の反射率)を更に向上させることが可能となる。
以下では、以上説明したような単レンズ21の配置方法について、具体的に説明する。
本実施形態に係る反射型拡散板1において、上記のような特徴を有する複数の単レンズ21が配置された単レンズ群20は、主に以下の2つの配置方法により実現することが可能である。
まず、図6A及び図6Bを参照しながら、ランダム配置方法の流れについて、簡単に説明する。
ランダム配置方法では、図6Aに示したように、レンズ配置位置をxy座標系で考えた場合に、レンズ配置位置のx座標及びy座標を、乱数で決定していく。この際、着目している単レンズ21について、既に配置されている各単レンズ21との距離を計算し、既に配置されている単レンズ21との重なり幅が、予め設定されている許容範囲内であれば、着目している単レンズ21を配置していくようにする。逆に、計算した重なり幅が許容範囲を超える場合には、着目している単レンズ21は配置しないようにする。このようにして、ランダム配置方法における初期配列が決定される。
続いて、図7A及び図7Bを参照しながら、基準配置方法の流れについて、簡単に説明する。
図7Aに示したように、基準配置方法では、まず、基準となる初期配列状態をまず設定する。単レンズ21の規則的な配列状態は、特に限定するものではなく、単レンズ21の頂点位置が正方形状に配置される四角配置や、正六角形の頂点及び正六角形の中心に対応する位置に単レンズ21の頂点位置が配置される六角配置等を適宜利用すればよい。この際、基準配置方法を実施した後の単レンズ群20に、なるべく平坦部を生じさせないようにするために、規則的な配列状態は、六方最密格子等のような最密配列状態にすることが好ましい。
本実施形態に係る反射型拡散板1は、単レンズ群20に光が垂直入射する場合(換言すれば、透明基材10の表面法線方向と平行な方向から光が入射する場合)に、かかる入射光の反射光の輝度分布が、所定の拡散角度範囲内で略均一となる。換言すれば、本実施形態に係る反射型拡散板1は、所定の拡散角度範囲内でトップハット型の反射特性を示す。
以下では、図13を参照しながら、本発明の実施形態に係る反射型拡散板1の製造方法の一例について、簡単に説明する。図13は、本実施形態に係る反射型拡散板の製造方法の流れの一例を示した流れ図である。
次に、本実施形態に係る反射型拡散板1の適用例について、簡単に説明する。
以下では、市販の光線追跡シミュレーション用アプリケーションを利用して、以下の表2に示したような基準開口径D[μm]、基準曲率半径R[μm]、及び、摂動量δ[%]に基づき単レンズ21をランダム配置方法により配置した場合の諸特性を、シミュレートした。なお、以下のシミュレーションでは、単レンズ21を形成するレンズ材料を、透明樹脂又はガラスとした。また、反射層30としては、単レンズ群20の表面に対し、AgPCu合金を用いた反射層を100nm成膜した条件とした。
○:反射拡散光の輝度分布がトップハット形状である。
×:反射拡散光の輝度分布がトップハット形状ではない。
○:垂直入射光に対する反射拡散光の輝度分布においてトップ部の輝度変化が10%以下
×:垂直入射光に対する反射拡散光の輝度分布においてトップ部の輝度変化が10%超過
○:20度入射光及び40度入射光の少なくとも何れか一方の輝度比(A/B)が0.3≦A/B≦1の範囲内
×:20度入射光及び40度入射光の双方の輝度比(A/B)が0.3≦A/B≦1の範囲外
続いて、試験例1と同様にして、基準開口径D=80μm、基準曲率半径R=200μm、及び、摂動量δ=10%として、単レンズ21をランダム配置方法により配置した場合の反射拡散特性を、シミュレートした。なお、かかるシミュレーションでは、単レンズ21を形成するレンズ材料を、透明樹脂又はガラスとした。また、反射層30としては、単レンズ群20の表面に対し、AgPCu合金を用いた反射層を100nm成膜した条件とした。
図20Aは、入射角度θin=0度における反射拡散特性を示したグラフ図であり、図20Bは、入射角度θin=20度における反射拡散特性を示したグラフ図であり、図20Cは、入射角度θin=40度における反射拡散特性を示したグラフ図である。
10 透明基材
20 単レンズ群
21 単レンズ
30 反射層
Claims (10)
- 透明基材の表面に位置する単レンズ群からなるマイクロレンズアレイ型の拡散板であって、
前記単レンズ群を構成するそれぞれの単レンズが有する開口径及び曲率半径は、前記単レンズ群全体としてばらつきがあり、かつ、前記それぞれの単レンズの頂点位置は、不規則に配置されており、
前記単レンズ群に垂直入射する光の反射光の輝度分布について、所定の拡散角度範囲内において、反射光輝度値が、反射光輝度のピーク値を中心として、±10%の範囲内に収まっている状態であり、
前記透明基材の表面法線方向とのなす角が20度又は40度の方向から前記単レンズ群に入射する光の少なくとも何れか一方について、前記表面法線方向の反射輝度値をAとし、反射拡散成分のピーク反射輝度値をBとしたときに、0.3≦A/B≦1の関係が成立する、反射型拡散板。 - 前記開口径をD[μm]とし、前記曲率半径をR[μm]とし、前記開口径D及び前記曲率半径Rそれぞれのばらつき割合をδ[%]としたときに、以下の式(1)で表される関係が成立する、請求項1に記載の反射型拡散板。
- 前記単レンズに隣接する他の前記単レンズとの境界は、互いに異なる曲線を含む、請求項1又は2に記載の反射型拡散板。
- 前記単レンズ群の表面に反射層を更に備える、請求項1〜3の何れか1項に記載の反射型拡散板。
- 前記反射層は、AlもしくはAgの何れかを含む金属層、又は、TiO2もしくはZnSの何れかを含む無機反射層である、請求項4に記載の反射型拡散板。
- 前記単レンズ群を構成するそれぞれの前記単レンズは、前記透明基材上に不規則に配置されており、
互いに隣接する2つの前記単レンズの重なり幅の最大値をOv[μm]とし、当該互いに隣接する2つの単レンズの開口径を、それぞれD1[μm]、D2[μm]としたときに、以下の式(2)で表される関係が成立する、請求項1〜5の何れか1項に記載の反射型拡散板。
- 前記透明基材は、樹脂基板、樹脂フィルム、又は、ガラス基板の何れかである、請求項1〜6の何れか1項に記載の反射型拡散板。
- 請求項1〜7の何れか1項に記載の反射型拡散板を備える、表示装置。
- 請求項1〜7の何れか1項に記載の反射型拡散板を備える、投影装置。
- 請求項1〜7の何れか1項に記載の反射型拡散板を備える、照明装置。
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