JP7493317B2 - 光拡散板、画像表示装置及び照明装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光拡散板、画像表示装置及び照明装置に関する。
入射光を様々な方向へと散乱させる光拡散板は、例えば、ディスプレイ等の表示装置、プロジェクタ等の投影装置、又は各種の照明装置等といった様々な装置に広く利用されている。このような光拡散板における入射光の拡散機構は、光拡散板の表面形状に起因する光の屈折を利用するものと、バルク体の内部に存在する、周囲とは屈折率の異なる物質による散乱を利用するものとに大別される。表面形状に起因する光の屈折を利用した光拡散板の一つにいわゆるマイクロレンズアレイ型の光拡散板がある。
このようなマイクロレンズアレイ型の光拡散板としては、例えば、下記の特許文献１に開示されるような光拡散部材が知られている。
しかし、特許文献１等では、光拡散板による拡散後の光の形状については、特に検討されていなかった。一方で、近年、光拡散板を利用する装置の種類が広がったことで、光拡散板にて拡散された光が投射される投射面の形状も多様になっている。
そのため、光拡散板による拡散後の光の形状を投射面の形状に合うように制御することで、光拡散板による拡散後の光をより効率的に使用したいという要請が高まっていた。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、拡散された光の異方形状を制御することが可能な、新規かつ改良された光拡散板、並びに該光拡散板を用いた画像表示装置及び照明装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、光拡散板が提供される。
前記式（４）及び（５）において、
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、光拡散板が提供される。
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
前記凸構造又は凹構造の表面は、曲面から構成されるようにしてもよい。
前記凸構造又は凹構造の表面形状は、アナモルフィック形状又はトーラス形状であるようにしてもよい。
前記複数の凸構造又は凹構造の各々の曲面の曲率半径又は開口径が互いに摂動されるように、前記複数の凸構造又は凹構造が配置されるようにしてもよい。
前記複数の凸構造又は凹構造の各々の前記曲面の曲率半径の摂動量をΔＲとし、前記曲面の曲率半径の基準値をＲとすると、ΔＲ／Ｒは、３％以上８５％以下であるようにしてもよい。
前記複数の凸構造又は凹構造の各々の前記開口径の摂動量をΔＤとし、前記開口径の基準値をＤとすると、ΔＤ／Ｄは、３％以上８５％以下であるようにしてもよい。
０．３５μｍ以上２μｍ以下の波長の光に対する前記構造体群の光学位相差成分Ψは、１５０未満であるようにしてもよい。
０．３５μｍ以上２μｍ以下の波長の光に対する前記構造体群の位相差分散σ（Ψ）は、２００未満であるようにしてもよい。
前記基材の前記主面上における前記凸構造又は凹構造の充填率は、９０％以上であるようにしてもよい。
前記異方形状の延伸方向における前記構造体群の配光角の半値幅をＷＬとし、前記延伸方向と直交する方向における前記構造体群の配光角の半値幅をＷＯとすると、ＷＯ／ＷＬは、１．０５以上であるようにしてもよい。
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の前記境界の幅は、１μｍ以下であるようにしてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
光源からの光路上に搭載された光拡散板を備え、
前記光拡散板は、
基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、画像表示装置が提供される。
前記式（４）及び（５）において、
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
光源からの光路上に搭載された光拡散板を備え、
前記光拡散板は、
基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、画像表示装置が提供される。
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
光源の表面に搭載された光拡散板を備え、
前記光拡散板は、
基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、照明装置が提供される。
前記式（４）及び（５）において、
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
光源の表面に搭載された光拡散板を備え、
前記光拡散板は、
基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、照明装置が提供される。
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
上記構成により、複数の凸構造又は凹構造の各々の異方形状の方向を共通とすることによって、光拡散板にて拡散された拡散光の配光角に異方性を付与することが可能である。
以上説明したように本発明によれば、光拡散板において、拡散された光の異方形状を制御することが可能である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<１．光拡散板>
まず、図１～図３を参照して、本発明の一実施形態に係る光拡散板について説明する。図１は、本実施形態に係る光拡散板１の構成を模式的に示した説明図である。また、図２は、本実施形態に係る光拡散板１が有する凸構造２１の境界近傍を拡大して示す説明図であり、図３は、基材１０の一主面に垂直な方向から凸構造２１を平面視した場合の凸構造２１の外形を模式的に示す説明図である。
まず、図１～図３を参照して、本発明の一実施形態に係る光拡散板について説明する。図１は、本実施形態に係る光拡散板１の構成を模式的に示した説明図である。また、図２は、本実施形態に係る光拡散板１が有する凸構造２１の境界近傍を拡大して示す説明図であり、図３は、基材１０の一主面に垂直な方向から凸構造２１を平面視した場合の凸構造２１の外形を模式的に示す説明図である。
図１に示すように、本実施形態に係る光拡散板１は、基材１０と、構造体群２０と、を備える。本実施形態に係る光拡散板１は、構造体群２０をマイクロレンズアレイとするマイクロレンズアレイ型の光拡散板である。
基材１０は、光拡散板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にて形成される。例えば、基材１０は、可視光に対応する波長帯域において光透過率が７０％以上の材質にて形成されてもよい。また、基材１０は、フィルム状形状であってもよく、板状形状であってもよい。図１では、基材１０は、矩形の平面形状にて設けられるが、本実施形態に係る光拡散板１は、かかる例示に限定されない。基材１０の平面形状は、光拡散板１が実装される装置の形状に応じて、任意の形状であってもよい。
基材１０は、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）又は環状オレフィン・コポリマー（Ｃｙｃｌｏ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＯＣ）等の公知の透明樹脂で形成されてもよく、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス又は白板ガラス等の公知の光学ガラスで形成されてもよい。
構造体群２０は、基材１０の少なくとも一方の主面に設けられる。構造体群２０は、微細な凸構造２１又は凹構造の集合体であり構造体群２０は、複数の凸構造２１又は凹構造から構成される。複数の凸構造２１又は凹構造が、基材１０の少なくとも一方の主面上に、細密に、連続してランダムに配置される。凸構造２１又は凹構造の各々は、曲面からなる表面形状を有し、マイクロレンズアレイの単レンズを構成する。本実施形態では、図１に示すように、基材１０の一方の主面（表面）に複数の凸構造２１が形成される例を説明するが、基材１０の両方の主面（表面と裏面）に複数の凸構造２１又は凹構造が形成されてもよい。また、以下では、構造体群２０を構成する複数の単レンズが複数の凸構造２１で構成される例について主に説明するが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、構造体群を構成する複数の単レンズは、複数の凹構造で構成されてもよい。
構造体群２０では、複数の凸構造２１は、図１に模式的に示すように、密集して配置され、好ましくは、細かく密集して（即ち、細密に）配置される。換言すると、構造体群２０では、互いに隣接する凸構造２１の間の境界に平坦部が存在しないように、複数の凸構造２１は、互いに連続するように配置される。ただし、実際の製造上では、曲面を連続的に接続するために、凸構造２１の間の境界の変曲点近傍が略平坦となることがあり得る。このような場合、凸構造２１の間の境界において、略平坦となる変曲点近傍の幅（境界線の幅）は、１μｍ以下であることが好ましい。
本実施形態に係る光拡散板１では、基材１０の上に凸構造２１を隙間なく密集して配置させることで、入射光のうち光拡散板の表面で散乱せずに透過してしまう０次透過光成分を抑制することが可能となる。これにより、光拡散板１では、光の拡散性能をより向上させることが可能となる。このとき、基材１０の上の凸構造２１の充填率は、９０％以上であることが好ましく、１００％であることがより好ましい。ここで、充填率は、基材１０の主面上において複数の凸構造２１又は凹構造が占める部分の面積の割合である。
また、構造体群２０では、複数の凸構造２１は、図１に模式的に示すように、規則的に配置されるのではなく、ランダム（不規則に）に配置される。ここで、「ランダム」とは、光拡散板１の構造体群２０の任意の領域において、凸構造２１の配置に実質的な規則性が存在しないことを表す。ただし、微小領域において凸構造２１の配置に何らかの規則性が存在したとしても、任意の領域全体として凸構造２１の配置に規則性が存在しないものは、「不規則」に含まれるものとする。なお、本実施形態に係る光拡散板１における凸構造２１のランダムな配置方法については、後述する。
凸構造２１又は凹構造の形状は、凸構造２１又は凹構造が単レンズ（マイクロレンズ）として機能すれば、特に限定されない。例えば、凸構造２１又は凹構造の立体形状は、球面成分のみを含む曲面で形成されてもよく、又は非球面成分を含む曲面で形成されてもよい。また、凸構造２１の又は凹構造の立体形状は、基材１０の主面に対して凸であってもよく、凹であってもよい。
また、本実施形態に係る光拡散板１の構造体群２０では、凸構造２１は、配置のみならず、開口径及び曲率半径についても、それぞれランダムにばらつきを有していてもよい。なお、凸構造２１又は凹構造は単レンズ（マイクロレンズ）として機能するので、凸構造２１又は凹構造の開口径は、単レンズのレンズ径に相当する。凸構造２１又は凹構造の表面は曲面から構成される。各々の凸構造２１の光学開口の位相分布は、方位によって異なる。複数の凸構造２１が基材１０の主面上に互いに重なり合うようにランダムに配置され、かつ凸構造２１の各々の開口径（レンズ径）及び曲率半径がばらつきを有することで、複数の凸構造２１の外形は、互いに同一形状とならなくなる。これにより、複数の凸構造２１は、図１に模式的に示したように様々な形状を有するようになるため、対称性を有しないものが多くなる。
具体的には、本実施形態に係る構造体群２０では、凸構造２１の各々の曲面の曲率半径又は開口径が互いに摂動されるように、複数の凸構造２１がランダムかつ密集し設けられてもよい。例えば、凸構造２１の各々の曲面の曲率半径の摂動量をΔＲとして、曲面の曲率半径の基準値をＲとすると、ΔＲ／Ｒは、３％以上８５％以下であることが好ましい。すなわち、凸構造２１の各々の曲面の曲率半径は、基準値Ｒを３％以上８５％以下で摂動させた値の範囲でばらついていてもよい。また、凸構造２１の各々の曲面の開口径の摂動量をΔＤとして、曲面の開口径の基準値をＤとすると、ΔＤ／Ｄは、３％以上８５％以下であることが好ましい。すなわち、凸構造２１の各々の曲面の開口径は、基準値Ｄを３％以上８５％以下で摂動させた値の範囲でばらついていてもよい。なお、摂動とは、所定の基準値からずれることを意味する。このように、本実施形態に係る構造体群２０においては、各々の凸構造２１の表面形状及び配置がランダムにばらついていることにより、各々の凸構造２１を構成する曲面の曲率半径及び開口径が、基準値Ｒ、Ｄから所定範囲内でランダムにずれている（摂動されている）。
このような場合、図２に示すように、凸又は凹構造Ａの曲率半径がｒＡである一方、隣接する凸又は凹構造Ｂの曲率半径がｒＢ（≠ｒＡ）であるという状況が生じるようになる。互いに隣接する凸構造２１の曲率半径が互いに異なる場合、互いに隣接する凸構造２１の間の境界は直線のみで構成されず、少なくとも一部に曲線を含んで構成されるようになる。
具体的には、図３に模式的に示すように、基材１０の一主面に垂直な方向から凸構造２１を平面視した場合、凸構造２１の外形（当該凸構造２１と、隣接する他の複数の凸構造２１との間の境界線）は、互いに曲率が異なる複数の曲線で構成されるようになる。凸構造２１の間の境界が互いに曲率が異なる複数の曲線で構成される場合、凸構造２１の間の境界の規則性がさらに崩れるため、光拡散板１では、拡散光の回折成分をさらに低減することができる。
さらに、本実施形態に係る光拡散板１の構造体群２０は、構造体群２０の全体に亘って、共通の方向に異方性を有する凸構造２１を、ランダムかつ密集させて配置することで構成される。具体的には、構造体群２０は、一方向（長手方向ともいう）の長さが該一方向と直交する他方向（短手方向ともいう）の長さよりも長い平面形状を有する凸構造２１を、それぞれの凸構造２１の長手方向が同じ方向に向くようにランダムかつ細密に配置することで構成される。これによれば、本実施形態に係る光拡散板１は、投射面における拡散光の異方形状を制御することができる。具体的には、光拡散板１において、凸構造２１の長手方向の光の拡散幅を小さくし、凸構造２１の長手方向と直交する短手方向の光の拡散幅を大きくする。これにより、光拡散板１により拡散された光の異方形状を、投射面の形状に合わせて制御することができる。
なお、ランダムかつ密集して配置される凸構造２１の平面形状の異方性が小さい場合、凸構造２１の間の重なり度合によっては、一部の凸構造２１の平面形状の異方性を有しなくなることがあり得る。このような場合であっても、一部の凸構造２１は、平面形状の異方性を維持しており、構造体群２０全体としては異方性を有しているため、光拡散板１は、投射面における拡散光の異方形状を制御することができる。
以下では、このような異方性を有する凸構造２１について、より具体的に説明する。
<２．凸構造>
（２．１．凸構造の形状）
まず、図４Ａ～図６を参照して、凸構造２１の単体での形状について説明する。凸構造２１は、所定の方向に延伸した異方性を有する立体形状を有する。例えば、凸構造２１の形状は、以下で説明する第１の形状例、又は第２の形状例のいずれかであってもよい。
（２．１．凸構造の形状）
まず、図４Ａ～図６を参照して、凸構造２１の単体での形状について説明する。凸構造２１は、所定の方向に延伸した異方性を有する立体形状を有する。例えば、凸構造２１の形状は、以下で説明する第１の形状例、又は第２の形状例のいずれかであってもよい。
（第１の形状例）
図４Ａ～図４Ｅを参照して、凸構造２１の第１の形状例（アナモルフィック形状）について説明する。
図４Ａ～図４Ｅを参照して、凸構造２１の第１の形状例（アナモルフィック形状）について説明する。
図４Ａは、第１の形状例に係る凸構造２１の平面形状を示す説明図であり、図４Ｂは、第１の形状例に係る凸構造２１の立体形状を示す斜視図である。図４Ｃは、第１の形状例に係る凸構造２１の立体形状を決定する方法を示す説明図である。また、図４Ｄは、第１の形状例に係る凸構造２１をシミュレーションによって細密かつランダムに配置した構造体群２０の一例を示す画像図であり、図４Ｅは、第１の形状例に係る凸構造２１を細密かつランダムに配置した構造体群２０をレーザ顕微鏡で２０倍にて観察した例を示す画像図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１の形状例に係る凸構造２１は、楕円形状の平面形状を有し、楕円形状の長軸方向及び短軸方向の各々に所定の曲率半径の曲面で凸となる立体形状であってもよい。すなわち、第１の形状例に係る凸構造２１は、いわゆるアナモルフィックレンズ形状であってもよい。第１の形状例に係るアナモルフィック形状の凸構造２１は、アナモルフィック形状の曲面を含む曲面で形成される。
具体的には、第１の形状例に係る凸構造２１の平面形状は、長軸の長さがＤｙであり、短軸の長さがＤｘである異方性を有する楕円形状である。また、第１の形状例に係る凸構造２１の立体形状は、長軸方向の曲率半径がＲｙであり、短軸方向の曲率半径がＲｘである曲面の凸形状である。したがって、第１の形状例に係る凸構造２１は、Ｙ軸方向に異方性を有する立体形状となっている。
より具体的には、第１の形状例に係る凸構造２１の三次元形状は、以下の数式１によって決定される図４Ｃに示す楕円形状から、Ｘ軸方向の長さがＤｘとなり、Ｙ軸方向の長さがＤｙとなるように、凸構造２１の曲面形状を切り出すことにより、決定されてもよい。なお、数式１において、Ｃｘ＝１／Ｒｘであり、Ｃｙ＝１／Ｒｙである。Ｋｘ及びＫｙは、コーニック係数であり、Ａ４及びＡ６は、非球面係数である。
ここで、第１の形状例に係る凸構造２１では、楕円形状の長軸の長さＤｙ、短軸の長さＤｘ、長軸方向の曲率半径Ｒｙ、及び短軸方向の曲率半径Ｒｘは、凸構造２１ごとに摂動割合δの摂動を受けてばらついている。摂動割合δは、例えば、３％以上８５％以下であってもよい。摂動割合δが３％以上である場合、凸構造２１の各々の形状が対称性を有しなくなりやすいため、光拡散板１の拡散光の回折成分をより低減することができる。一方、摂動割合δが８５％以下である場合、凸構造２１の各々の形状が過度にばらつかないため、光拡散板１の拡散光にむらを生じさせにくくすることができる。
このような第１の形状例に係る凸構造２１をシミュレーションによって細密かつランダムに配置した構造体群２０の画像例を図４Ｄに示す。図４Ｄに示すように、第１の形状例に係る凸構造２１をシミュレーションにて配置した構造体群２０では、Ｙ軸方向に異方性を有する凸構造２１が細密かつランダムに配置されていることがわかる。また、図４Ｄに示す構造体群２０では、凸構造２１の各々は、互いに同一形状とならず、対称性を有しない形状となっていることがわかる。
また、このような第１の形状例に係る凸構造２１を実際に細密かつランダムに配置した構造体群２０のレーザ顕微鏡画像例を図４Ｅに示す。図４Ｅに示すように、第１の形状例に係る凸構造２１を実際に配置した構造体群２０では、図４Ｄで示したシミュレーション結果と同様に、Ｙ軸方向に異方性を有する凸構造２１が細密かつランダムに配置されていることがわかる。
（第２の形状例）
次に、図５Ａ～図５Ｅを参照して、凸構造２１の第２の形状例（トーラス形状）について説明する。
次に、図５Ａ～図５Ｅを参照して、凸構造２１の第２の形状例（トーラス形状）について説明する。
図５Ａは、第２の形状例に係る凸構造２１の平面形状を示す説明図であり、図５Ｂは、第２の形状例に係る凸構造２１の立体形状に示す斜視図である。図５Ｃは、第２の形状例に係る凸構造２１の立体形状を決定する方法を示す説明図である。また、図５Ｄは、第２の形状例に係る凸構造２１をシミュレーションによって細密かつランダムに配置した構造体群２０の一例を示す画像図であり、図５Ｅは、第２の形状例に係る凸構造２１を細密かつランダムに配置した構造体群２０をレーザ顕微鏡で２０倍にて観察した例を示す画像図である。
図５Ａ～図５Ｃに示すように、第２の形状例に係る凸構造２１は、円の外側に配置された回転軸で該円を回転させることで得られるドーナツ形状の一部を、回転軸と平行な平面で略楕円形状の平面形状を有するように切断した立体形状であってもよい。すなわち、第２の形状例に係る凸構造２１は、いわゆるトーラスレンズ形状であってもよい。第２の形状例に係るトーラス形状の凸構造２１は、トーラス形状の曲面を含む曲面で形成される。
具体的には、第２の形状例に係る凸構造２１の平面形状は、延伸方向の径がＤｙであり、延伸方向と直交する方向の径がＤｘである異方性を有する略楕円形状である。また、第２の形状例に係る凸構造２１の立体形状は、延伸方向の曲率半径がＲであり、延伸方向と直交する方向の曲率半径がｒである曲面の凸形状となっている。したがって、第２の形状例に係る凸構造２１は、Ｙ軸方向に異方性を有する立体形状となっている。
より具体的には、第２の形状例に係る凸構造２１の三次元形状は、以下の数式２によって決定される図５Ｃに示す中身の詰まったトーラス形状から、Ｘ軸方向の長さがＤｘとなり、Ｙ軸方向の長さがＤｙとなるように、凸構造２１の曲面形状を切り出すことで決定することができる。具体的には、第２の形状例に係る凸構造２１の三次元形状は、小円半径ｒの円を大円半径Ｒの円の円周上で連続的に移動させることで生成される中身の詰まったトーラス形状の外周部分を切り出すことで決定することができる。なお、数式２において、Ｒは、大円半径であり、ｒは、小円半径である。
ここで、第２の形状例に係る凸構造２１では、延伸方向の径Ｄｙ、延伸方向と直交する方向の径Ｄｘ、延伸方向の曲率半径Ｒ（すなわち、大円半径Ｒ）、及び延伸方向と直交する方向の曲率半径ｒ（すなわち、小円半径ｒ）は、凸構造２１ごとに摂動割合δの摂動を受けてばらついている。摂動割合δは、例えば、３％以上８５％以下であってもよい。摂動割合δが３％以上である場合、凸構造２１の各々の形状が対称性を有しなくなりやすいため、光拡散板１の拡散光の回折成分を低減することができる。一方、摂動割合δが８５％以下である場合、凸構造２１の各々の形状が過度にばらつかないため、光拡散板１の拡散光にむらを生じさせにくくすることができる。
このような第２の形状例に係る凸構造２１をシミュレーションによって細密かつランダムに配置した構造体群２０の画像例を図５Ｄに示す。図５Ｄに示すように、第２の形状例に係る凸構造２１をシミュレーションにて配置した構造体群２０では、Ｙ軸方向に異方性を有する凸構造２１が細密かつランダムに配置されていることがわかる。また、図５Ｄに示す構造体群２０では、凸構造２１の各々は、互いに同一形状とならず、対称性を有しない形状となっていることがわかる。
また、このような第２の形状例に係る凸構造２１を実際に細密かつランダムに配置した構造体群２０のレーザ顕微鏡画像例を図５Ｅに示す。図５Ｅに示すように、第２の形状例に係る凸構造２１を実際に配置した構造体群２０では、図５Ｄで示したシミュレーション結果と同様に、Ｙ軸方向に異方性を有する凸構造２１が細密かつランダムに配置されていることがわかる。
（その他の形状例）
なお、本実施形態に係る凸構造２１の形状は、一方向に延伸した異方性を有する立体形状であれば、上述した第１の形状例及び第２の形状例に限定されない。例えば、本実施形態に係る凸構造２１の形状は、図６に示すような楕円球体を所定の平面で切断した形状であってもよい。図６は、凸構造２１の他の形状を説明するための説明図である。
なお、本実施形態に係る凸構造２１の形状は、一方向に延伸した異方性を有する立体形状であれば、上述した第１の形状例及び第２の形状例に限定されない。例えば、本実施形態に係る凸構造２１の形状は、図６に示すような楕円球体を所定の平面で切断した形状であってもよい。図６は、凸構造２１の他の形状を説明するための説明図である。
具体的には、図６に示すように、本実施形態に係る凸構造２１の立体形状は、球体を一軸方向に延伸した楕円球体を、該一軸方向に平行な平面で切断した立体形状であってもよい。このような場合であっても、本実施形態に係る凸構造２１は、一方向に延伸した異方性を有する立体形状となるため、光拡散板１にて拡散された光の、投射面における異方形状を制御することができる。
（２．２．凸構造の配置）
次に、図７～図１２を参照して、複数の凸構造２１の配置例について説明する。
次に、図７～図１２を参照して、複数の凸構造２１の配置例について説明する。
まず、図７～図９を参照して、構造体群２０を構成するための複数の凸構造２１の配置例について説明する。図７は、複数の凸構造２１を細密かつランダムに配置した構造体群２０の一例を示す斜視図である。図８は、複数の凸構造２１を最密かつランダムに配置する配置方法の一例を説明するフローチャートであり、図９は、生成された座標と、凸構造２１の各々の中心との換算距離を説明するための説明図である。
本実施形態に係る凸構造２１は、平面形状が楕円形状であり、基材１０の一主面に対して垂直な方向に凸である基本形状を有する。かかる基本形状を有する複数の凸構造２１を基材１０上に細密かつランダムに重ね合わせて配置することで、図７に示すような形状を有する構造体群２０を形成することができる。具体的には、基本形状（曲率半径及び開口径を摂動させる前の形状）の凸構造２１を図８に示すフローチャートにしたがって配置することで、凸構造２１を細密かつランダムに配置することができる。
図８に示すように、まず、凸構造２１の基本形状を決定するために必要なパラメータを設定する（Ｓ１００）。続いて、設定したパラメータに基づいて、凸構造２１の基本形状を決定する（Ｓ１１０）。具体的には、凸構造２１の基本形状として、平面形状が楕円形状であり、曲面で凸となる三次元形状を決定する。次に、凸構造２１の基本形状を配置するＸ座標及びＹ座標を乱数で決定する（Ｓ１２０）。
続いて、乱数で決定されたＸ座標及びＹ座標と、既にＳ１５０にて記憶された凸構造２１の基本形状のＸ座標及びＹ座標との換算距離を算出し、算出した換算距離の最小値を取得する（Ｓ１３０）。具体的には、図９に示すように、Ｓ１２０で決定されたＸ座標及びＹ座標と、後述するＳ１５０で既に記憶された凸構造２１の各々の中心との換算距離を算出し、算出した換算距離の最小値を取得する。
ここで、換算距離とは、凸構造２１の平面形状である楕円形状を長軸方向に圧縮して真円に換算した際の距離である。例えば、凸構造２１の平面形状である楕円形状の長軸方向の長さをＡ、短軸方向の長さをＢ、距離を算出する２つの凸構造２１の中心座標を（ｘ１、ｙ１）及び（ｘ２、ｙ２）とすると、換算距離Ｌは、以下の数式３にて算出することができる。
次に、取得した換算距離の最小値が設定値未満であるかを判断する（Ｓ１４０）。ここで、取得した換算距離の最小値が設定値以上である場合（Ｓ１４０／Ｎｏ）、Ｓ１２０で決定したＸ座標及びＹ座標を記憶し（Ｓ１５０）、Ｓ１２０に戻って、再度、凸構造２１の基本形状を配置するＸ座標及びＹ座標を乱数で決定する。記憶されたＸ座標及びＹ座標は、以降、Ｓ１３０にて乱数で決定されたＸ座標及びＹ座標との換算距離を算出するために用いられる。すなわち、Ｓ１５０では、既に配置された凸構造２１との距離が設定値以上離れている凸構造２１の中心座標のみが記憶されることになる。なお、設定値は、例えば、凸構造２１の楕円形状の短軸方向の直径を１００％とした場合の１０％等としてもよい。
取得した換算距離の最小値が設定値未満である場合（Ｓ１４０／Ｙｅｓ）、取得した換算距離の最小値が設定値未満となったことが連続して設定回数続いたか否かを判断する。取得した換算距離の最小値が設定値未満となったことが設定回数続いていない場合（Ｓ１６０／Ｎｏ）、Ｓ１２０に戻って、再度、凸構造２１の基本形状を配置するＸ座標及びＹ座標を乱数で決定する（Ｓ１２０）。
一方、取得した換算距離の最小値が設定値未満となったことが設定回数続いた場合（Ｓ１６０／Ｙｅｓ）、凸構造２１が密集して配置されたと判断する。すなわち、取得した換算距離の最小値が設定値未満となったことが設定回数続いた場合、凸構造２１を他の凸構造２１と設定値以上離して設置することができなくなり、凸構造２１を十分に密集させて配置することができたと判断する。その後、記憶された座標ごとに凸構造２１の基本形状を形成することで、凸構造２１がランダムかつ密集して配置された構造体群２０の三次元形状を形成することができる。また、凸構造２１の各々は、基本形状からそれぞれ曲率半径及び開口径が摂動されることで、より形状の対称性が低くなるように形成されてもよい。
図８及び図９を参照して説明した凸構造２１の配置方法は、凸構造２１が既に配置された領域を避けるように、凸構造２１を配置する方法である。この配置方法によれば、凸構造２１が、ランダムかつ、より細密に配置された構造体群２０を形成することができる。ただし、本実施形態に係る凸構造２１の配置方法は、上述した方法に限定されず、他の方法を用いることも可能である。
上述した凸構造２１の配置方法によれば、凸構造２１の各々の重なり許容を０％よりも大きくしつつ、凸構造２１の各々の重なり許容が過度に大きくなりすぎないように制御して凸構造２１を配置することが可能である。
かかる点について、図１０～図１２を参照して説明する。図１０は、凸構造２１同士の重なり許容を説明するための説明図である。図１１及び図１２は、凸構造２１同士の重なり許容を適切に制御しつつ、平坦部を無くすように凸構造２１を配置することを説明する説明図である。
まず、図１０を参照して、凸構造２１同士の重なり許容について説明する。重なり許容とは、凸構造２１同士の重なり比率を表す指標である。重なり許容は、凸構造２１の楕円形状を長軸方向に圧縮し、凸構造２１を真円形状に換算した際の中心間距離から算出することができる。
具体的には、図１０に示すように、まず、凸構造２１の楕円形状の長軸方向の径をａ、短軸方向の径をｂとし、凸構造２１の各々の楕円形状の中心の座標差をｄｘ、ｄｙとする。このとき、以下の数式４にて、凸構造２１の楕円形状を長軸方向に圧縮した際の楕円形状の中心間距離ｄを算出することができる。さらに、以下の数式５にて、中心間距離ｄを用いて、凸構造２１同士の重なり許容Ｏｖを算出することができる。
凸構造２１同士の重なり許容Ｏｖは、凸構造２１同士が完全に重なる場合が１（百分率では１００％）となり、凸構造２１同士が接する場合が０（百分率では０％）となり、凸構造２１同士が離れる場合が<０（すなわち、負値）となる指標である。上述した凸構造２１の配置方法によれば、凸構造２１の各々の重なり許容を０％超１００％未満、好ましくは２５％超７５％未満に制御することができる。
例えば、図１１に示すように、複数の実数円が互いに重なり合うように凸構造２１が配置された場合、上述した凸構造２１の配置方法によれば、凸構造２１の間の平坦部を無くすために、破線円のように凸構造２１を配置することができる。
また、図１２に示すように、２つの実線円が接するように凸構造２１が配置された場合、上述した凸構造２１の配置方法によれば、凸構造２１の間の平坦部を無くすために、破線円のように凸構造２１を配置することができる。このような場合、凸構造２１の重なり許容は、０．５（百分率では５０％）となる。
以上のように、本実施形態に係る光拡散板１は、基材１０の主面上に展開された微細凹凸構造の集合体である構造体群２０（マイクロレンズアレイ）が設けられている。構造体群２０の最小単位は、微細な凸構造２１（又は凹構造）であり、凸構造２１の各々は単レンズ（マイクロレンズ）として機能する。各々の凸構造２１の光学開口の位相分布は、方位によって異なる。個々の凸構造２１の表面形状は、曲面のみから構成され、その平面形状は略楕円状である。切断面の方向によって凸構造２１の垂直断面形状が異なる。図３に示したように、各々の凸構造２１の外形線（１つの凸構造２１と、当該１つの凸構造２１と隣接する他の複数の凸構造２１との間の境界線）は、相異なる曲率半径を有する少なくとも２つの曲線から構成される。かかる構造を有する複数の凸構造２１を、基材１０の主面上に、隙間なく細密に連続してランダムに配置することで、光学構造体としての構造体群２０が構成される。かかる構成の構造体群２０は、表面構造に依存するマクロ光量変動や、回折光による光量変化が小さく、均質性の高い多様な配光制御性を有する。構造体群２０は、媒体の片面、両面、曲面上に展開されて、光学機能を提供する。
<３．光拡散板の製造方法>
続いて、図１３を参照して、本実施形態に係る光拡散板１の製造方法の一例について、簡単に説明する。図１３は、本実施形態に係る光拡散板の製造方法の流れの一例を示したフローチャートである。
続いて、図１３を参照して、本実施形態に係る光拡散板１の製造方法の一例について、簡単に説明する。図１３は、本実施形態に係る光拡散板の製造方法の流れの一例を示したフローチャートである。
図１３に示すように、まず、基材の洗浄が実行される（Ｓ２００）。基材は、例えば、ガラスロールのようなロール形状であってもよく、ガラスウェハ又はシリコンウェハのように平板形状であってもよい。
次に、洗浄後の基材の一方の主面に対して、レジスト層が形成される（Ｓ２１０）。例えば、金属酸化物を用いたレジストにより、レジスト層を形成することができる。具体的には、ロール形状の基材に対しては、レジストをスプレイ塗布又はディッピング処理することにより、レジスト層を形成することができる。一方、平板形状の基材に対しては、レジストを各種コーティング処理することにより、レジスト層を形成することができる。
続いて、レジスト層が形成された基材に対して、構造体群２０の形状に対応したパターンの露光処理が実行される（Ｓ２２０）。露光処理は、例えば、グレースケールマスクを用いた露光、複数のグレースケールマスクの重ね合わせによる多重露光、グレイマスク露光、又はレーザ描画などの公知の露光方法を適宜適用することで実行することができる。
その後、露光後の基材を現像する（Ｓ２３０）。これにより、レジスト層にパターンが形成される。現像は、レジスト層の材質に応じて、適切な現像液を用いることで実行することができる。例えば、レジスト層が金属酸化物を用いたレジストで形成されている場合、無機又は有機アルカリ溶液を用いることで、レジスト層を現像することができる。
次に、現像によりパターンが形成されたレジスト層を用いて、表面に構造体群２０の形状が形成されたマスタ原盤を製造する（Ｓ２４０）。具体的には、パターンが形成されたレジスト層をマスクとしてガラスエッチングを行うことで、ガラスマスタを製造することができる。または、パターンが形成されたレジスト層にＮｉスパッタ又はニッケルめっき（ＮＥＤ処理）を行い、パターンが転写されたニッケル層を形成した後、基材を剥離することで、メタルマスタを製造することができる。
続いて、マスタ原盤を用いて、樹脂フィルム等にパターンを転写することで、表面に構造体群２０の反転形状が形成されたソフトモールドを製造することができる（Ｓ２５０）。
さらに、ソフトモールドを用いて、ガラス基板又はフィルム基材にインプリント処理を実行することで、本実施形態に係る光拡散板１を製造することができる（Ｓ２６０）。
なお、図１３に示した製造方法は、あくまでも一例であって、本実施形態に係る光拡散板１の製造方法が上述した例に限定されるものではない。
<４．光拡散板の適用例>
次に、図１４Ａ～図１４Ｈを参照して、本実施形態に係る光拡散板１の適用例について、簡単に説明する。図１４Ａ～図１４Ｈは、本実施形態に係る光拡散板１の適用例の一例を模式的に示した説明図である。
次に、図１４Ａ～図１４Ｈを参照して、本実施形態に係る光拡散板１の適用例について、簡単に説明する。図１４Ａ～図１４Ｈは、本実施形態に係る光拡散板１の適用例の一例を模式的に示した説明図である。
以上説明したような本実施形態に係る光拡散板１は、機能を実現するために光を拡散させる必要がある装置に対して、適宜実装することが可能である。このような装置としては、例えば、各種ディスプレイを含む表示装置、プロジェクタ等の投影装置、又は照明装置を例示することができる。
図１４Ａ～図１４Ｃに示すように、本実施形態に係る光拡散板１は、例えば、液晶表示装置において、バックライトの光を拡散させるために用いることができる。
具体的には、図１４Ａに示すように、光拡散板１は、透過型液晶表示装置において、液晶パネル１２０と、反射板１１０の上に設けられたＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）バックライト１３０との間に設けられてもよい。また、図１４Ｂに示すように、光拡散板１は、透過型液晶表示装置において、液晶パネル１２０と、反射板１１０の上に設けられたＬＥＤバックライト１３０との間に、レンズと一体化された光拡散板一体化レンズ１０１として設けられてもよい。さらに、図１４Ｃに示すように、光拡散板１は、反射型液晶表示装置において、液晶パネル１２０と、反射板１１０との間に設けられてもよい。
図１４Ｄに示すように、本実施形態に係る光拡散板１は、例えば、照射された光の波形を整形する光整形用途に用いることができる。
図１４Ｅ及び図１４Ｆに示すように、本実施形態に係る光拡散板１は、例えば、照明装置において、光源からの光を拡散させるために用いることができる。
具体的には、図１４Ｅに示すように、凹形状の反射面１４１の内部に光源１４２が設けられた照明装置において、光拡散板１は、光の出射面に設けられてもよい。また、図１４Ｆに示すように、負極１４３、有機発光層１４４、正極１４５及びガラス基板１４６を順に積層させた有機ＥＬ照明装置において、光拡散板１は、ガラス基板１４６の上面の光拡散面に設けられてもよい。
図１４Ｇ及び図１４Ｈに示すように、本実施形態に係る光拡散板１は、例えば、プロジェクタ等の投影装置において、光を拡散させるために用いることができる。
具体的には、図１４Ｇに示すように、投射面１５１を透過した画像がユーザ１７０に提示される透過型の投影装置において、光拡散板１は、プロジェクタ１６０からの光が投射される投射面１５１（例えば、透過スクリーン又はフレネルレンズ）に適用されることができる。また、図１４Ｈに示すように、光拡散板１は、反射スクリーン１５３にて反射され、ウィンドウシールドに投射された画像がユーザ１７０に提示される反射型の投影装置において、光拡散板１は、プロジェクタ１６０からの光を反射する反射スクリーン１５３に適用されることができる。
なお、本実施形態に係る光拡散板１が適用される装置は、上記の例に限定されるものではない。本実施形態に係る光拡散板１は、光の拡散を利用する装置であれば、いずれの公知の装置に対しても適用することが可能である。
続いて、実施例及び比較例を示しながら、本実施形態に係る光拡散板について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも本発明に係る光拡散板の一例にすぎず、本実施形態に係る拡散板が下記の例に限定されるものではない。
構造体群の形状を変更しつつ、以下で説明する方法を用いて、実施例及び比較例に係る光拡散板を製造した。
具体的には、まず、ガラス又はシリコンの基材を洗浄した後、基材の一主面に光反応レジストを２μｍ～１５μｍのレジスト厚で塗布した。なお、基材とレジストとの密着性を高めるために、カップリング剤を使用してもよい。光反応レジストとしては、例えば、ＰＭＥＲ－ＬＡ９００（東京応化工業社製）、又はＡＺ（登録商標）４６２０（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）などのポジ型光反応レジストを用いることができる。また、光反応レジストとして、ネガ型光反応レジストを用いることも可能である。
次に、波長４０５ｎｍのレーザを用いたレーザ描画装置にて、基材上のレジストにパターンを描画することで、露光を行った。または、ｇ線を用いたステッパ露光装置にて、基材上のレジストにマスク露光を行うことで露光を行ってもよい。
続いて、レジストを現像することで、レジストにパターンを形成した。現像液としては、例えば、ＮＭＤ－Ｗ（東京応化工業社製）、又はＰＭＥＲ Ｐ７Ｇ（東京応化工業社製）などの水酸化テトラメチルアンモニウム（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ：ＴＭＡＨ）溶液を用いることができる。
次に、パターンが形成されたレジストを用いて、マスタ原盤を製造した。具体的には、Ａｒガス又はＣＦ４ガスを用いたガラスエッチングによって、レジストのパターンを基材に形成することで、マスタ原盤を製造することができる。または、膜厚５０ｎｍ程度のＮｉスパッタ、又は膜厚１００μｍ～２００μｍのニッケルめっき（例えば、スルファミン酸Ｎｉ浴）等によって、レジストのパターンが転写されたニッケル層を形成することで、マスタ原盤を製造することができる。
続いて、マスタ原盤のパターンを樹脂等にインプリント転写することで、光拡散板を製造した。具体的には、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）又はＰＣ（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）の基材にアクリル系光硬化樹脂を塗布し、塗布したアクリル系光硬化樹脂にマスタ原盤のパターンを転写し、ＵＶ硬化させることで、光拡散板を製造した。
製造した実施例及び比較例に係る光拡散板の構造体群の形状を以下の表１に示す。なお、実施例に係る光拡散板の構造体群は、Ｙ軸方向に異方性を有するものとする。
また、製造した光拡散板の構造体群の形状をレーザ顕微鏡にて観察した。さらに、製造した光拡散板の配光パターンは、Ｖｉｒｔｕａｌ－Ｌａｂ（ＬｉｇｈｔＴｒａｎｓ社製）にてシミュレーションし、製造した光拡散板の配光特性は、配光特性測定器Ｍｉｎｉ－Ｄｉｆｆ（Ｌｉｇｈｔ Ｔｅｃ社製）にて測定した。
製造した実施例及び比較例に係る光拡散板の構造体群の最大高低差ΔＺ、最小波長０．５μｍ（λｍｉｎ．）における光学位相差成分Ψ、及び最大波長２μｍ（λｍａｘ．）における光学位相差成分Ψ、並びにそれらの分散σ（Ｚ）、σ（Ψ）を測定した結果を以下の表２に示す。
また、表２では、実施例及び比較例に係る光拡散板にて拡散された光の異方性を示す指標であるＡＬＣＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を示す。ＡＬＣＲは、光拡散板のＸ軸方向（凸又は凹構造の延伸方向と直交する方向）の配光角の半値幅ＷＯを、Ｙ軸方向（凸又は凹構造の延伸方向）の配光角の半値幅ＷＬで除算した値である（ＡＬＣＲ＝ＷＯ／ＷＬ）。ＡＬＣＲが大きい程、光拡散板の配光の異方性が高いことを示す。
表１及び表２に示すように、実施例１～１５に係る光拡散板では、いずれもＡＬＣＲが１より大きくなっており、拡散光の異方性が制御されていることがわかる。一方、比較例１～３に係る光拡散板では、拡散光は等方的であり、かつ六方最密構造に起因して拡散光に回折成分が視認可能な程度に含まれていることがわかる。
また、実施例１～１５に係る光拡散板では、０．３５μｍの最小波長の光に対する光学位相差成分Ψ、及び２μｍの最大波長の光に対する光学位相差成分Ψの大きさが小さくなっており、かつ０．３５μｍの最小波長の光に対する位相差分散σ（Ψ）、及び２μｍの最大波長の光に対する位相差分散σ（Ψ）の大きさも小さくなっている。したがって、実施例１～１５に係る光拡散板では、拡散された配光の均質性が高く、拡散された配光に含まれる回折光成分が極めて小さいことがわかる。本実施形態に係る光拡散板では、０．３５μｍの最小波長の光及び２μｍの最大波長の光に対する光学位相差成分Ψは、１５０未満であることが好ましい。また、本実施形態に係る光拡散板では、０．３５μｍの最小波長の光及び２μｍの最大波長の光に対する位相差分散σ（Ψ）は、２００未満であることが好ましい。なお、光学位相差成分Ψ及び位相差分散σ（Ψ）は、特に下限を定めないが、光拡散板の構成上、０よりは大きくなる。
ここで、実施例１に係る光拡散板のレーザ顕微鏡画像（倍率５０倍）、電磁場解析による配光のシミュレーション結果、レーザ配光像、及び輝度配光のグラフを図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ及び図１５Ｄにそれぞれ示す。
図１５Ａに示すように、実施例１に係る光拡散板では、異方性を有するアナモルフィックレンズ形状の凸構造が細密かつランダムに配置されていることがわかる。また、図１５Ｂ～図１５Ｄに示すように、実施例１に係る光拡散板では、拡散された光の均質性が高く、かつ配光角が異方性を有するように制御されていることがわかる。なお、ＡＬＣＲは、図１５Ｄに示したグラフのＸ方向及びＹ方向のピークの半値幅の比を取ったものである。
実施例２に係る光拡散板のレーザ顕微鏡画像（倍率５０倍）、電磁場解析による配光のシミュレーション結果、レーザ配光像、及び輝度配光のグラフを図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃ及び図１６Ｄにそれぞれ示す。
図１６Ａに示すように、実施例２に係る光拡散板では、異方性を有するトーラスレンズ形状の凸構造が細密かつランダムに配置されていることがわかる。また、図１６Ｂ～図１６Ｄに示すように、実施例２に係る光拡散板では、拡散された光の均質性が高く、かつ配光角が異方性を有するように制御されていることがわかる。
実施例３に係る光拡散板のレーザ顕微鏡画像（倍率５０倍）、電磁場解析による配光のシミュレーション結果、レーザ配光像、及び輝度配光のグラフを図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃ及び図１７Ｄにそれぞれ示す。
図１７Ａに示すように、実施例３に係る光拡散板では、異方性を有するトーラスレンズ形状の凸構造が細密かつランダムに配置されていることがわかる。また、図１７Ｂ～図１７Ｄに示すように、実施例３に係る光拡散板では、拡散された光の均質性が高く、かつ配光角が異方性を有するように制御されていることがわかる。
実施例４～６に係る光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）、及び電磁場解析による配光のシミュレーション結果を図１８に示す。図１８では、上段が光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）であり、下段が電磁場解析による配光のシミュレーション結果である。
図１８に示すように、実施例４～６に係る光拡散板では、摂動率の増加に伴って、拡散光の均質性がより高くなることがわかる。特に、摂動率が３％以上の場合（実施例５及び６）では、拡散光の均質性が極めて高くなり、拡散光に回折パターンが視認されなくなることがわかる。
実施例７～９に係る光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）、及び電磁場解析による配光のシミュレーション結果を図１９に示す。図１９では、上段が光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）であり、下段が電磁場解析による配光のシミュレーション結果である。
図１９に示すように、実施例７～９に係る光拡散板では、摂動率が過度に増加することで、拡散光にむらが生じてしまうことがわかる。特に、摂動率が８５％以上の場合（実施例９）では、拡散光のむらが視認可能な程度に大きくなることがわかる。
比較例４、及び実施例１０～１２に係る光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）、及び電磁場解析による配光のシミュレーション結果を図２０に示す。図２０では、上段が光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）であり、下段が電磁場解析による配光のシミュレーション結果である。
図２０に示すように、比較例４に係る光拡散板では、凸構造が異方性を有しない等方的な形状であるため、拡散光も等方的な形状であることがわかる。一方、実施例１０～１２に係る光拡散板では、凸構造が異方性を有する形状であるため、ＡＬＣＲが１．０５以上となり、異方性を有する拡散光となっていることがわかる。また、凸構造の異方性が大きくなるほど、拡散光の異方性も高くなることがわかる。
比較例１～３に係る光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）、及び電磁場解析による配光のシミュレーション結果を図２１に示す。図２１では、上段が光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）であり、下段が電磁場解析による配光のシミュレーション結果である。
図２１に示すように、比較例１～３に係る光拡散板では、凸構造が等方的な形状であるため、拡散光も等方的であることがわかる。また、比較例１～３に係る光拡散板では、凸構造の六方最密配置に起因して、拡散光に回折成分が視認可能な程度に含まれていることがわかる。
実施例１３に係る光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）、レーザ配光像、及び電磁場解析による配光のシミュレーション結果を図２２Ａ、図２２Ｂ及び図２２Ｃにそれぞれ示す。
図２２Ａに示すように、実施例１３に係る光拡散板では、極めて高い異方性を有する凸構造が細密かつランダムに配置されていることがわかる。また、図２２Ｂ及び図２２Ｃに示すように、実施例１３に係る光拡散板では、凸構造がこのような極めて高い異方性を有する場合でも、拡散光の異方性を制御することができることがわかる。
実施例１４に係る光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）、レーザ配光像、及び電磁場解析による配光のシミュレーション結果を図２３Ａ、図２３Ｂ及び図２３Ｃにそれぞれ示す。
図２３Ａに示すように、実施例１４に係る光拡散板では、極めて高い異方性を有する凸構造が細密かつランダムに配置されていることがわかる。また、図２３Ｂ及び図２３Ｃに示すように、実施例１４に係る光拡散板では、凸構造がこのような極めて高い異方性を有する場合でも、拡散光の異方性を制御することができることがわかる。
実施例１５に係る光拡散板の生成パターンデータの画像（ＢＭＰ）、電磁場解析による配光のシミュレーション結果、レーザ配光像、及び輝度配光のグラフを図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃ及び図２４Ｄにそれぞれ示す。
図２４Ａに示すように、実施例１５に係る光拡散板では、極めて高い異方性を有する凸構造が細密かつランダムに配置されていることがわかる。また、図２４Ｂ～図２４Ｄに示すように、実施例１５に係る光拡散板では、凸構造がこのような極めて高い異方性を有する場合でも、拡散光の異方性を制御することができることがわかる。すなわち、実施例１３～１５に係る光拡散板によれば、凸構造がアナモルフィックレンズ形状又はトーラスレンズ形状のいずれであっても、極めて高い異方性を有するように拡散光を配光することができることがわかる。
実施例１３～１５に係る光拡散板からわかるように、本実施形態に係る光拡散板のＡＬＣＲの上限は特に限定されない。ただし、製造上の難易度等の観点から、本実施形態に係る光拡散板のＡＬＣＲの上限は、例えば、５００としてもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１ 光拡散板
１０ 基材
２０ 構造体群
２１ 凸構造
１０ 基材
２０ 構造体群
２１ 凸構造
Claims (13)
- 基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、光拡散板。
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
- 前記凸構造又は凹構造の表面は、曲面から構成される、請求項１に記載の光拡散板。
- 前記凸構造又は凹構造の表面形状は、アナモルフィック形状又はトーラス形状である、請求項１又は２に記載の光拡散板。
- 前記複数の凸構造又は凹構造の各々の曲面の曲率半径又は開口径が互いに摂動されるように、前記複数の凸構造又は凹構造が配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光拡散板。
- 前記複数の凸構造又は凹構造の各々の前記曲面の曲率半径の摂動量をΔＲとし、前記曲面の曲率半径の基準値をＲとすると、ΔＲ／Ｒは、３％以上８５％以下である、請求項４に記載の光拡散板。
- 前記複数の凸構造又は凹構造の各々の前記開口径の摂動量をΔＤとし、前記開口径の基準値をＤとすると、ΔＤ／Ｄは、３％以上８５％以下である、請求項４又は５に記載の光拡散板。
- ０．３５μｍ以上２μｍ以下の波長の光に対する前記構造体群の光学位相差成分Ψは、１５０未満である、請求項１～６のいずれか一項に記載の光拡散板。
- ０．３５μｍ以上２μｍ以下の波長の光に対する前記構造体群の位相差分散σ（Ψ）は、２００未満である、請求項１～７のいずれか一項に記載の光拡散板。
- 前記基材の前記主面上における前記凸構造又は凹構造の充填率は、９０％以上である、請求項１～８のいずれか一項に記載の光拡散板。
- 前記異方形状の延伸方向における前記構造体群の配光角の半値幅をＷＬとし、前記延伸方向と直交する方向における前記構造体群の配光角の半値幅をＷＯとすると、ＷＯ／ＷＬは、１．０５以上である、請求項１～９のいずれか一項に記載の光拡散板。
- 互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の前記境界の幅は、１μｍ以下である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光拡散板。
- 光源からの光路上に搭載された光拡散板を備え、
前記光拡散板は、
基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、画像表示装置。
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
- 光源の表面に搭載された光拡散板を備え、
前記光拡散板は、
基材と、
前記基材の少なくとも一方の主面に設けられ、共通の方向に延伸した異方形状を有する複数の凸構造又は凹構造から構成される構造体群と、
を備え、
前記複数の凸構造又は凹構造は、前記基材の前記主面上にランダムかつ密集して配置されており、
互いに隣接する前記複数の凸構造又は凹構造の間の境界は、互いに異なる曲率を有する複数の曲線で構成され、
前記複数の凸構造又は凹構造同士の重なり比率を表す重なり許容Ｏｖが、以下の式（４）及び（５）で表されるとき、前記重なり許容Ｏｖが２５％超７５％未満に制御されている、照明装置。
ａは、前記凸構造又は凹構造を平面視した楕円形状の長軸方向の径であり、ｂは、当該楕円形状の短軸方向の径であり、
ｄｘ、ｄｙは、相互に隣接する前記凸構造又は凹構造を平面視した２つの楕円形状の中心の座標差であり、
ｄは、前記楕円形状を長軸方向に圧縮して真円形状に換算した場合の当該２つの楕円形状の中心間距離である。
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