KR102266524B1 - 확산판 및 투사식 화상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 마이크로 렌즈로부터 출사되는 출사광의 휘도가 확산 범위에 있어서 균일한 확산판을 제공한다. 투사측 주면 (1a) 과, 출사측 주면 (1b) 과, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상부를 복수 구비하는 미세 구조체를 구비하는 확산판 (10) 이다. 투사광 (L1) 의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이다. 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 투사광 (L1) 의 광축 (A1) 과, 투사측 주면 (1a) 의 법선 (A0) 이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도 ∼ 50 도의 범위 내이다. 마이크로 렌즈 형상부의 복수 중 적어도 하나는, 출사광 (L2) 의 광축 (A1) 과, 투사측 주면 (1a) 의 법선 (A0) 이 교차하여 이루는 출사 각도 (θo) 로, 출사광을 출사시킨다. 출사 각도 (θo) 는 입사 각도 (θi) 와 상이하다. 출사광 (L1) 은, 원하는 확산 각도의 범위 (Rd1) 내에 있어서, 실질적으로 균일한 휘도를 갖는다.

Description

확산판 및 투사식 화상 표시 장치
본 발명은, 확산판 및 투사식 화상 표시 장치에 관한 것이다.
헤드 업 디스플레이나 레이저 프로젝터 등의 스크린으로서, 마이크로 렌즈 어레이를 사용한 확산판이 사용되고 있다. 마이크로 렌즈 어레이를 사용한 경우, 반투명판이나 불투명 유리 등의 확산판을 사용하는 경우와 비교하여, 레이저광의 스페클 노이즈를 억제할 수 있는 이점이 있다.
특허문헌 1 에는, 레이저광을 광원으로 하고, 복수 화소의 배열로 형성되는 영상을 투영하는 레이저 프로젝터와, 복수의 마이크로 렌즈가 배열된 마이크로 렌즈 어레이를 사용한 확산판을 갖는 화상 형성 장치가 기재되어 있다. 마이크로 렌즈 어레이를 사용한 경우, 입사된 광을 적절히 확산시킬 수 있음과 함께, 필요한 확산각을 자유롭게 설계할 수 있다.
특허문헌 2 에는, 수직의 측면을 갖는 피스톤 형상 (부피 증가부) 을 마이크로 렌즈에 형성한 확산판이 개시되어 있다. 또, 동 문헌에는, 마이크로 렌즈를 포함하는 미세 구조의 형상 또는 위치를 정의하는 파라미터 중 적어도 하나를 미리 정해진 확률 밀도 함수에 따라 랜덤 분포시킨 확산판이 개시되어 있다. 또한, 동 문헌에는, 이와 같은 확산판에 있어서, 개개의 미세 구조를 회전시킴으로써, 광빔을 콜리메이트시키는 것이 개시되어 있다. 개개의 마이크로 렌즈는, 스크린 전체의 광축에 평행은 아닌 광축을 갖는다. 마이크로 렌즈로부터 출사되는 광빔의 광축은, 마이크로 렌즈에 입사된 광빔의 광축에 대하여 기울어져 있어, 평행은 아니다.
일본 공개특허공보 2010-145745호 일본 공표특허공보 2004-505306호
본 출원의 발명자들은, 이하의 과제를 알아냈다.
출사광의 광축이 입사광의 광축에 대하여 기울어져 있어, 그 출사광이 소정의 확산 범위에 있어서 확산되어, 그 휘도가 균일해질 것이 요구되고 있다. 또, 입사광이 확산판에 대하여 기울어져 입사되는 경우에 있어서도, 그 휘도가 균일해질 것이 요구되고 있다. 또한, 이 요구된 출사광을 출사하는 마이크로 렌즈를 구비하는 확산판이 요망되고 있다.
특허문헌 2 에 개시되는 확산판은, 입사광의 광축에 대하여 기울어진 광축을 갖는 출사광을 개개의 마이크로 렌즈로부터 각각 출사한다. 그러나, 출사광의 확산 분포가 편향되거나, 확산광의 투영 형상이 일그러지거나 하거나 하여, 그 휘도가 균일하지 않은 경우가 있었다. 입사광이 확산판에 대하여 기울어져 입사되는 경우에 있어서도, 그 휘도가 균일하지 않은 경우가 있었다.
본 발명은, 출사광의 휘도가 확산 범위에 있어서 균일한 확산판을 제공하는 것으로 한다.
본 발명에 관련된 확산판은,
투사 광학계에서 사용되는 확산판으로서,
투사광을 투사시키는 투사측 주면 (主面) (예를 들어, 주면 (1a)) 과,
출사광을 출사시키는 출사측 주면 (예를 들어, 주면 (1b)) 과,
상기 투사측 주면, 및 상기 출사측 주면 중 적어도 일방에, 렌즈 기능을 갖는 미세 구조체를 구비하고,
상기 투사광의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이고,
상기 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상부를 복수 구비하고,
상기 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 상기 투사광의 광축과, 상기 투사측 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도 ∼ 50 도의 범위 내이고,
상기 마이크로 렌즈 형상부의 복수 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 상기 출사광의 광축과, 상기 투사측 주면의 법선이 교차하여 이루는 출사 각도 (θo) 로, 상기 출사광을 출사시키고,
출사 각도 (θo) 는, 상기 입사 각도 (θi) 와 상이하고,
상기 출사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 실질적으로 균일한 휘도를 갖고,
상기 마이크로 렌즈 형상부의 마이크로 렌즈 기준면에 실질적으로 수직인 단면에 있어서의, 상기 마이크로 렌즈 형상부의 단면 형상은, 상기 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖는다.
또, 본 발명에 관련된 확산판은,
투사 광학계에서 사용되는 확산판으로서,
투사광을 투사시키는 투사측 주면과,
출사광을 출사시키는 출사측 주면과,
상기 투사측 주면, 및 상기 출사측 주면 중 적어도 일방에, 렌즈 기능을 갖는 미세 구조체를 구비하고,
상기 투사광의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이고,
상기 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상부를 복수 구비하고,
상기 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 상기 투사광의 광축과, 상기 투사측 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도를 초과하고, 50 도 이하이고,
상기 마이크로 렌즈 형상부의 복수 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 상기 출사광의 광축과, 상기 투사측 주면의 법선이 교차하여 이루는 출사 각도 (θo) 로, 상기 출사광을 출사시키고,
상기 출사 각도 (θo) 는, 상기 입사 각도 (θi) 와 동일하고,
상기 출사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 실질적으로 균일한 휘도를 갖고,
상기 마이크로 렌즈 형상부의 마이크로 렌즈 기준면에 실질적으로 수직인 단면에 있어서의, 상기 마이크로 렌즈 형상부의 단면 형상은, 상기 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖는다.
또, 확산 각도에 대한 측정 휘도 분포에 있어서, 상기 출사광의 광축의 위치에 상당하는 확산 각도를, 광축 확산 각도 (θa) 로 하면, 상기 확산 각도의 소정 범위에 있어서의 최소 각도 (θmin) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 측정 휘도의 적산값 (To) 이, 확산 각도의 전체 범위에 있어서의 측정 휘도의 적산값 (Ta) 의 50 ％ 이고, 상기 투사광의 광축과 상기 출사광의 광축이 교차하여 이루는 각도의 차분의 절대값이, 0 ∼ 40 도 이내에서 변화하고 있고, 소정의 확산 각도 (θs) 에 있어서의 휘도 (Ls) 와, 상기 소정의 확산 각도 (θb) 에 있어서의 휘도 (Lb) 가, 모두 상기 출사광의 광축에서의 광축 휘도 (Lo) 의 70 ％ 에 상당하고, 상기 소정의 확산 각도 (θs) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 작고, 상기 소정의 확산 각도 (θb) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 클 때, 상기 확산 각도 (θs) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 각 휘도로부터 Lo * 0.7 을 감산한 휘도의 적산값 (Ts) 과, 상기 광축 확산 각도 (θa) 에서 상기 소정의 확산 각도 (θb) 까지의 휘도의 적산값 (Tb) 의 비인 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는, D ＜ Ts/Tb ＜ 1/D 를 만족하고, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 허용 범위의 하한값 (D) 은, D ＝ 0.63 * exp(0.45 * ((90 － (θs ＋ θb))/90)^2) 를 만족하는 것을 특징으로 해도 된다.
또, 상기 마이크로 렌즈 형상부의 바닥면 형상은, 장방형이고, 상기 마이크로 렌즈 형상부는, 격자상으로 주기적으로 배열되어 있는 것을 특징으로 해도 된다.
또, 상기 마이크로 렌즈 형상부의 최심부 (最深部) 에서 최정부 (最頂部) 까지의 높이 (H1) [㎛] 는, 0 ＜ H1 ≤ 75 를 만족하는 것을 특징으로 해도 된다.
한편, 본 발명에 관련된 투사식 화상 표시 장치는, 상기된 확산판과, 상기 투사광을 상기 확산판에 투사하는 투사 장치를 구비한다.
한편, 본 발명에 관련된 확산판의 설계 방법은,
투사광을 투사시키는 투사측 주면과, 출사광을 출사시키는 출사측 주면을 구비하는 확산판의 광 확산 패턴을 설계하는 확산판의 설계 방법으로서,
상기 확산판의 상기 투사측 주면에 수직으로 광을 투사시키는 것을 가정하였을 때에 있어서 원하는 광 확산 특성을 갖도록, 기준 마이크로 렌즈를 준비하는 기준 마이크로 렌즈 설계 공정과,
상기 확산판의 상기 투사측 주면의 각 위치에 있어서의 상기 투사광의 광축의 기울기와, 상기 확산판의 상기 투사측 주면의 각 위치에 있어서의 상기 투사광의 광축의 기울기와, 상기 출사광의 배광 특성에 기초하여, 상기 기준 마이크로 렌즈의 형상에 대하여, 상기 투사광의 광축의 기울기와 상기 출사광의 광축의 기울기에 대응하기 위한 경사 대응 렌즈 설계 공정을 구비하고,
상기 경사 대응 렌즈 설계 공정에서는,
렌즈 설계 파라미터는, 렌즈의 중심 위치를 어긋나게 하는 중심 위치 어긋남량을 포함한다.
또, 상기 경사 대응 렌즈 설계 공정에서는, 상기 렌즈 설계 파라미터는, 추가로, 렌즈의 기울기량을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다.
또, 상기 경사 대응 렌즈 설계 공정에서는, 상기 렌즈 설계 파라미터는, 추가로, 렌즈의 곡률 반경을 확대시키거나, 또는 축소하는 렌즈 곡률 반경의 변화량을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다.
또, 상기 경사 대응 렌즈 설계 공정에서는, 상기 렌즈 설계 파라미터는, 추가로, 삼차 함수 또는 그것에 유사한 함수로 렌즈 형상을 조정하는 조정량을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다.
또, 상기 기준 마이크로 렌즈가, 상기 투사측 주면 또는 상기 출사측 주면의 법선 방향을 포함하고, 상이한 2 개의 단면에 있어서, 2 개의 단면 형상을 각각 제어하는 렌즈 형상을 갖고,
상기 기준 마이크로 렌즈의 상기 2 개의 단면 형상에 대해, 렌즈 설계를 하는 것을 특징으로 해도 된다.
또, 상기 기준 마이크로 렌즈가, 토로이달 형상을 갖거나, 또는 바이코닉면을 갖는 것을 특징으로 해도 된다.
그런데, 본 발명에 관련된 확산판은,
투사광을 투사시키고, 반사광을 반사하는 주면과,
상기 주면에 미러 기능을 갖는 미세 구조체를 구비하고,
상기 투사광의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이고,
상기 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상 미러부를 복수 구비하고,
상기 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 상기 투사광의 광축과, 상기 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도 ∼ 50 도의 범위 내이고,
상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 복수 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 상기 반사광의 광축과, 상기 주면의 법선이 교차하여 이루는 반사 각도로, 상기 반사광을 반사하고,
상기 반사광은, 상기 입사 각도 (θi) 와 상이하고,
상기 반사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 실질적으로 균일한 휘도를 갖고,
상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 마이크로 렌즈 기준면에 실질적으로 수직인 단면에 있어서의, 상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 단면 형상은, 상기 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖는다.
그런데, 본 발명에 관련된 확산판은,
투사광을 투사시키고, 반사광을 반사하는 주면과,
상기 주면에 미러 기능을 갖는 미세 구조체를 구비하고,
상기 투사광의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이고,
상기 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상 미러부를 복수 구비하고,
상기 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 상기 투사광의 광축과, 상기 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도를 초과하고, 50 도 이하이고,
상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 복수 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 상기 반사광의 광축과, 상기 주면의 법선이 교차하여 이루는 반사 각도로, 상기 반사광을 반사하고,
상기 반사광은, 상기 입사 각도 (θi) 와 동일하고,
상기 반사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 실질적으로 균일한 휘도를 갖고,
상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 마이크로 렌즈 기준면에 실질적으로 수직인 단면에 있어서의, 상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 단면 형상은, 상기 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖는다.
본 발명에 의하면, 출사광의 휘도가 확산 범위에 있어서 균일한 확산판을 제공할 수 있다.
도 1 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 구성을 나타내는 모식 상면도이다.
도 2 는 실시형태 1 에 관련된 투사식 화상 장치를 나타내는 모식도이다.
도 3 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 일 구체예로부터 출사된 출사광의 확산 각도에 대한 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 실시형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법을 나타내는 플로 차트이다.
도 5 는 실시형태 1 에 관련된 마이크로 렌즈 어레이의 설계 공정을 나타내는 플로 차트이다.
도 6 은 출사광의 확산 특성의 균일성의 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 수직 방향의 입사 각도의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은 수평 방향의 입사 각도의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 는 실시형태 1 에 관련된 확산판의 마이크로 렌즈에 관련된 기준 마이크로 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 9b 는 실시형태 1 에 관련된 확산판의 마이크로 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 10 은 확산판의 마이크로 렌즈의 각 위치의 렌즈면 높이를 나타내는 그래프이다.
도 11 은 확산판의 마이크로 렌즈의 각 위치의 렌즈면 높이를 나타내는 그래프이다.
도 12 는 출사광의 확산 각도에 대한 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 13 은 확산판의 마이크로 렌즈의 각 위치의 렌즈면 높이를 나타내는 그래프이다.
도 14 는 출사광의 확산 각도에 대한 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 15 는 출사광의 확산 각도에 대한 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 16 은 확산판으로부터 출사된 출사광의 확산 각도에 대한 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 17 은 출사광의 확산 특성의 균일성의 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
(실시형태 1)
도 1 ∼ 도 3 을 참조하여, 실시형태 1 에 관련된 확산판에 대해 설명한다. 도 1 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 구성을 나타내는 모식 상면도이다. 도 2 는 실시형태 1 에 관련된 투사식 화상 장치를 나타내는 모식도이다. 도 3 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 일 구체예로부터 출사된 출사광의 확산 각도에 대한 휘도를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 1 에서는, 확산판의 주면을 원점으로 하는 xy 좌표계를 규정하였다. 도 2 에서는, 오른손 좌표계 xyz 좌표계를 규정하였지만, 보기 쉽게 하기 위해, 확산판 (10) 의 주면 (1a) 으로부터 떨어진 지점에 기재하였다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 확산판 (10) 은, 기판 (1) 과, 기판 (1) 에 배열되어 있는 복수의 마이크로 렌즈 (2) 를 구비한다. 구체적으로는, 기판 (1) 은, 주면 (1a, 1b) 을 구비하고, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는, 주면 (1a) 에 격자상으로 배열되어 있다. 예를 들어, 확산판 (10) 및 기판 (1) 은, 수평 방향 (H) 을 따른 길이 (HL) 의 장변과, 수직 방향 (V) 을 따른 길이 (VL) 의 단변의 장방형상의 판상체이다. 또한, 수평 방향 (H) 및 수직 방향 (V) 은, 출사광이 확산판 (10) 에 닿아, 영상 등을 물체에 비출 때, 영상 등의 방향에 상당하는 것이다. 이 예에서는, 확산판 (10) 은 소정의 방향으로 고정되어 있고, 수평 방향 (H) 은 X 방향을 따르고, 수직 방향 (V) 은 Y 방향을 따른다. 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 형상은, 출사광의 광축이 입사광의 광축에 대하여 원하는 경사 각도로 기울어지도록 제어되어 있다. 또, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 형상은, 출사광이 원하는 확산 형상 및 확산 범위를 갖도록 제어되어 있다.
도 1 에 나타내는 마이크로 렌즈 (2) 의 일례는 사각형 격자상으로 배치되어 있지만, 마이크로 렌즈 (2) 의 격자상의 배치는 사각형 격자에 한정되는 것이 아니며, 정방 격자, 정삼각 격자, 사방 (斜方) 격자, 평행체 격자 등이어도 된다. 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 바닥면의 형상은, 정방형 또는 장방형과 같은 사각형에 한정되는 것이 아니며, 사각형, 육각형, 그 밖의 다각형으로 해도 된다. 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는, 기판 (1) 의 주면 (1a) 상에 주기적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 또, 확산판 (10) 은, 마이크로 렌즈 (2) 가 아니라, 렌즈 기능을 갖는 미세 구조체 (도시 생략) 를 구비해도 된다. 이 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상부 (도시 생략) 를 복수 구비한다. 마이크로 렌즈 형상부의 최심부에서 최정부까지의 높이 (H1) [㎛] 는,
0 ＜ H1 ≤ 75
를 만족하면 바람직하다. 투사식 화상 표시 장치에 사용되는 확산판에 있어서는, 마이크로 렌즈 형상부의 높이 (H1) 가 중요하다. 높이 (H1) 가 75 ㎛ 이하일 때, 개개의 마이크로 렌즈가 시인되기 어려워진다. 그 때문에, 투사식 화상 표시 장치에 의해 표시되는 화상에 있어서 입상감 (粒狀感) 이 생기기 어려워진다. 따라서, 마이크로 렌즈 형상부의 높이 (H1) 는, 75 ㎛ 이하이면 바람직하다. 또한, 높이 (H1) 는, 0 ㎛ 보다 크면 된다.
또, 마이크로 렌즈 형상부의 마이크로 렌즈 기준면 (도시 생략) 에 실질적으로 수직인 단면에 있어서의, 마이크로 렌즈 형상부의 단면 형상은, 투사광 (L1) 의 광축 (A1) 둘레에 비대칭의 단면 형상을 가지면 된다. 여기서, 마이크로 렌즈 기준면은, 마이크로 렌즈 (2) 의 바닥면에 상당한다.
확산판 (10) 은, 투사식 화상 표시 장치의 일 구성 요소로서 사용할 수 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 투사식 화상 표시 장치 (100) 는, 확산판 (10) 과, 투사광 (L1) 을 투사하는 투사 장치 (20) 를 구비한다. 투사광 (L1) 을 확산판 (10) 에 투사하면, 화상이나 영상이 확산판 (10) 에 비춰지는 것이다. 구체적으로는, 투사식 화상 표시 장치 (100) 를 차재 헤드 업 디스플레이로서 사용한 경우, 투사광 (L1) 을 확산판 (10) 에 투사하면, 화상이나 영상이 확산판 (10) 에 비춰진다. 계속해서, 이 화상이나 영상이, 필요에 따라 미러 (도시 생략) 나 차의 프론트 윈도우 (도시 생략) 등을 거쳐, 사용자에게 시인된다.
투사 장치 (20) 는, 확산판 (10) 을 향하여 투사광 (L1) 을 투사하고, 확산시킬 수 있는 위치에 배치되어 있다. 또한, 도 2 에 나타내는 투사식 화상 표시 장치 (100) 에서는, 투사 장치 (20) 는, 확산판 (10) 의 기판 (1) 의 주면 (1a) 측에 배치되어 있지만, 투사 장치 (20) 는, 확산판 (10) 의 기판 (1) 의 주면 (1b) 측에 배치되어 있어도 된다.
여기서, 투사 장치 (20) 가 확산판 (10) 을 향하여 투사광 (L1) 을 투사한다. 확산판 (10) 의 투사광 (L1) 은 마이크로 렌즈 (2) 및 주면 (1a) 에 입사된다. 주면 (1a) 에 관하여 실질적으로 수직인 축 (A0) 이 있다. 축 (A0) 과 투사광 (L1) 의 광축 (A1) 이 이루는 각도가, 투사광 (L1) 의 확산판 (10) 에 대한 입사 각도 (θi) 이다. 여기서, 입사 각도 (θi) 가 0 도에서 50 도까지의 범위 내이면 바람직하다. 또한, 이 명세서에서는, 각도의 단위로서,「도」와「deg」를 사용하였지만, 모두 동일한 의미의 단위를 지칭하는 것이다. 표면에 미세한 요철 (렌즈) 이 형성된 구조를 갖는 확산판에 있어서는, 50 도를 초과하는 입사광에서는, 확산판 내부에서 내부 전반사가 발생하여, 휘도 불균일이 악화되는 경우가 있다. 이 때문에 입사 각도 (θi) 는 50 도 이하가 바람직하다.
투사광 (L1) 은 확산판 (10) 에 입사된 후, 확산판 (10) 을 투과하여, 확산판 (10) 의 주면 (1b) 으로부터 출사광 (L2) 으로서 출사된다. 출사광 (L2) 은, 확산 범위 (Rd) 내로 확산되면서, 광축 (A2) 을 따라 진행된다. 여기서, 투사 장치 (20) 로부터 확산판 (10) 에 투사된 투사광 (L1) 의 광축 (A1) 에 대한 최대 각도를 θna 로 하면, 투사광 (L1) 의 개구수 NA 는, 하기 식 1 로 표현된다.
Figure 112019032796281-pct00001
여기서, 개구수 NA 가, 0.140 이하이면 바람직하다. 투사광의 광원으로는 일반적으로 LED 나 레이저가 사용된다. 이들 광원을 사용하여 영상을 투영하려면 투사광의 NA 를 0.140 이하로 함으로써 고정세한 영상이 얻어진다. 또한, 개구수 NA 는, 0 보다 크면 된다.
(출사광의 광축의 정의의 일 구체예)
여기서, 도 3 및 도 16 을 참조하여, 출사광 (L2) 의 광축 (A2) 의 정의의 일 구체예에 대해 설명한다. 도 3 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 일 구체예로부터 출사된 출사광의 확산 각도에 대한 휘도를 나타내는 그래프이다. 도 16 은 확산판으로부터 출사된 출사광의 확산 각도에 대한 휘도를 나타내는 그래프이다. 도 3 및 도 16 에 나타내는 바와 같이, 평가하고자 하는 측정 단면에 있어서의, 배광 특성에 있어서, 좌측에서부터 적산해 갔을 때에 전체 휘도의 적산값의 절반이 되는 각도를 출사광의 광축으로 정의한다. 구체적으로는, 확산 각도의 소정 범위에 대한 측정 휘도 분포에 있어서, 출사광의 광축의 위치에 상당하는 확산 각도를, 광축 확산 각도 (θa) 로 한다. 확산 각도의 소정 범위에 있어서의 최소 각도 (θmin) 에서 광축 확산 각도 (θa) 까지의 측정 휘도의 적산값 (To) 이, 확산 각도의 전체 범위에 있어서의 측정 휘도의 적산값 (Ta) 의 50 ％ 인 것으로 정의한다.
다시 도 2 를 참조하여, 확산판 (10) 을 구비하는 투사식 화상 표시 장치 (100) 에 대해 설명한다.
확산판 (10) 전체의 축 (A0) 과 출사광 (L2) 의 광축 (A2) 이 이루는 각도가, 출사광 (L2) 의 확산판 (10) 에 대한 출사 각도 (θo) 이다. 출사 각도 (θo) 는, 입사 각도 (θi) 와 상이하고, 바꿔 말하면, 크거나 또는 작다. 출사광 (L2) 의 광축 (A2) 은, 투사광 (L1) 의 광축 (A1) 에 대하여, 소정의 각도로 기울어져 있다. 요컨대, 광축 (A2) 은, 광축 (A1) 과 동일한 방향으로 연장되어 있지 않고, 평행도 아니다. 출사광 (L2) 의 광축 (A2) 은, 투사광 (L1) 의 광축 (A1) 에 대하여, 광축 어긋남 각도 (θv) 로 구부러지게 된다. 바꿔 말하면, 광축 (A2) 과 광축 (A1) 이 이루는 각도는, 광축 어긋남 각도 (θv) 이다. 또, 출사 각도 (θo) 와 입사 각도 (θi) 의 차분의 절대값이 광축 어긋남 각도 (θv) 이고, 광축 어긋남 각도 (θv) 가 0 ∼ 40 도 이내이면 바람직하다. 광축 어긋남 각도 (θv) 가 커질수록 미세 요철의 사면 각도가 커지는 경향이 있다. 광축 어긋남 각도 (θv) 가 40 도 이하일 때, 투사판에 입사된 광이 내부에서 전반사되기 어려워진다. 그 때문에, 이 입사된 광이 안정적으로 투사판으로부터 출사되어, 화상에 있어서의 휘도가 안정되는 등의 양호한 영향이 많아진다. 이 때문에, 광축 어긋남 각도 (θv) 는 40 도 이하로 하는 것이 바람직하다.
출사광 (L2) 은, 광축 (A2) 을 중심으로 균일하게 확산된다. 구체적으로는, 출사광 (L2) 의 휘도는, 광축 (A2) 과 실질적으로 수직인 면 상에 있어서, 광축 (A2) 을 중심으로 대칭이 되도록 분포된다. 출사광 (L2) 의 휘도는, 광축 (A2) 과 실질적으로 수직인 면 상에 있어서, 광축 (A2) 으로부터의 거리에 따라 감소해도 되고, 광축 (A2) 으로부터의 거리에 상관없이 일정해도 된다.
따라서, 투사식 화상 표시 장치 (100) 는, 광축 (A2) 을 투사광 (L1) 의 광축 (A1) 에 대하여 기울여, 출사광 (L2) 을 출사할 수 있다. 또, 투사식 화상 표시 장치 (100) 는, 출사광 (L2) 이 광축 (A2) 을 중심으로 균일한 휘도를 갖도록, 투사광 (L1) 을 확산시키면서 출사한다. 그 때문에, 투사식 화상 표시 장치 (100) 는, 헤드 업 디스플레이용의 스크린으로서 바람직하다.
(확산판의 제조 방법)
도 4 및 도 5 를 참조하여, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 4 는 확산판의 제조 방법의 순서를 나타내는 플로 차트이다. 도 5 는 실시형태 1 에 관련된 마이크로 렌즈 어레이의 설계 공정을 나타내는 플로 차트이다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 확산판의 제조 방법은, 원하는 광 확산 특성을 발현하는 마이크로 렌즈 어레이를 설계하는 공정 (S100) 과, 그 마이크로 렌즈 어레이의 금형을 제작하는 공정 (S200) 과, 금형을 사용하여 수지에 마이크로 렌즈 어레이의 형상을 전사하는 공정 (S300) 을 구비한다.
이하, 각 공정을 순서대로 설명한다.
도 5 를 참조하여, 마이크로 렌즈 어레이를 설계하는 공정 (S100) 에 대해 설명한다. 먼저, 확산판의 사양을 결정한다 (ST110). 구체적으로는, 확산판에 사용하는 재료의 광학 물성 (특히 굴절률), 사용 파장, 및 필요한 확산 특성의 사양을 결정한다.
계속해서, 확산판에 요구되는 확산 특성과 재료의 광학 특성으로부터 기준 마이크로 렌즈의 설계를 실시한다 (ST120). 이것은 투사식 화상 표시 장치에 요구되는 배광 특성으로부터, 확산 형상, 예를 들어 탑 해트나 가우시안 분포를 설정하고, 추가로 확산의 확산 각도를 설정하면 된다. 기준 마이크로 렌즈의 설계 단계에서는, 렌즈 주면에 실질적으로 수직으로 광이 입사되고, 출사광은 동일한 광축인 것으로 가정하여 설계해 두면 된다. 기준 마이크로 렌즈의 설계는, 광선 추적이어도 되고, 회절 계산에 의한 것이어도 되며, 필요에 따라 구분하여 사용하면 된다. 기준 마이크로 렌즈 설계를 회절 계산으로 실시하고, 경사 대응 렌즈 설계는 광선 추적을 사용하여 실시해도 되고, 양방 회절 계산이어도 되고, 양방 광선 추적을 사용하여 설계해도 된다. 본 발명의 설명에 있어서는, 양 공정 모두 광선 추적법을 사용하여 설명을 실시한다. 또한, 본 실시예에서는, 광선 추적에 대해서는 조명 설계 해석 소프트웨어 LightTools (등록 상표) 를 사용하여 해석하였다.
계속해서, 확산판의 요철 패턴부의 굴절률, 기재 필름의 재료나 굴절률을 기초로 설계한다 (기준 마이크로 렌즈 설계 공정 ST120). 기준 마이크로 렌즈의 수는 1 개여도 되고, 필요에 따라 2 개 이상이어도 된다. 특히 렌즈 사이즈가 100 ㎛ 이하에서는 회절광의 강도가 높은 결과가 된 경우에는, 2 종류 이상 사용하거나, 랜덤한 렌즈 형상을 사용하거나, 위상에 변조를 부가하는 형상을 사용하거나 해도 된다. 기준 마이크로 렌즈 설계의 단계에서는, 동일한 기준 마이크로 렌즈가 확산판의 기판의 주면 전체면에 일정하게 깔려 있다고 가정하고 있는 것으로 생각해도 된다. 기준 마이크로 렌즈는, 예를 들어, 토로이달 형상, 또는 바이코닉면을 갖는다.
계속해서, 확산판의 각 위치에 있어서의, 입사광의 광축의 기울기와, 출사광의 광축의 기울기와, 필요한 확산 특성의 설정을 한다 (광 설정 공정 ST130).
계속해서, 설계된 기준 마이크로 렌즈를 기초로, 경사 대응 렌즈 설계 공정 ST140 으로 진행된다. 당 공정에서는, 광 설정 공정 ST130 에서 설정된 확산판의 각 위치에 있어서의, 입사광의 광축의 기울기와, 출사광의 광축의 기울기와, 및 필요한 확산 특성의 설정을 인풋 데이터로 하여, 확산판의 각 위치에 있어서의 렌즈 형상의 설계를 실시한다. 경사 대응 렌즈 설계는, 모든 개개의 렌즈에 대해 광선 추적이나 회절 계산을 실시하여 설계를 실시해도 되고, 변화시킬 렌즈 파라미터를 선택하고, 그 파라미터를 변화시켜도 된다.
그런데, 일반적인 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 확산판에서는, 마이크로 렌즈의 수는 100 만개를 초과하는 경우도 있기 때문에 개개의 렌즈에 대하여 개별적으로 설계하는 것은 많은 노력을 필요로 한다. 그래서, 경사 대응 렌즈 설계 공정 ST140 에서는, 설계 렌즈의 파라미터로서, 곡률 반경, 원추 계수, 삼차 보정 계수, 렌즈의 중심 위치의 어긋남량, 렌즈의 기울기를 선택하였다. 그리고, 예를 들어, 입사광이 최저 각도로 입사되는 부분과, 입사광이 최고 각도로 입사되는 부분에서, 전술한 파라미터 조정에 의해 경사 대응을 실시함으로써, 각각의 파라미터의 상하한을 설정하고, 그 사이에 대해 내삽법을 사용함으로써 개개의 렌즈 설계를 생략하였다. 이 최저 각도는, 입사광의 광축과, 확산판에 실질적으로 수직인 가상축이 교차하는 각도의 최저값이다. 또, 이 최고 각도는, 입사광의 광축과, 확산판에 실질적으로 수직인 가상축이 교차하는 각도의 최고값이다. 이 방법에 의해 한정된 파라미터를 기초로 확산판 전체면의 각각의 위치의 경사 대응 렌즈 설계를 실시하는 것과 동일한 설계 효과가 얻어진다.
(출사광의 확산 특성의 균일성)
다음으로, 도 6 및 도 17 을 사용하여, 출사광의 확산 특성의 균일성을 정량적으로 평가하는 방법에 대해 설명한다. 도 6 및 도 17 은 출사광의 확산 특성의 균일성의 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
출사광의 확산 분포에 있어서, 출사광의 광축의 위치에 상당하는 광축 확산 각도 (θa) 에서의 광축 휘도 (Lo) 를 기준으로, 도 6 및 도 17 의 지면을 향하여 좌측, 즉, 광축 확산 각도 (θa) 보다 작은 각도의 영역에서, 광축 휘도 (Lo) 의 70 ％ 에 상당하는 휘도값에 대응하는 확산 각도 (θs) 가 있다. 또, 도 6 및 도 17 의 지면을 향하여 우측, 즉, 광축 확산 각도 (θa) 보다 큰 각도의 영역에서, 광축 휘도 (Lo) 의 70 ％ 에 상당하는 휘도값에 대응하는 확산 각도 (θb) 가 있다. 다음으로, 확산 각도 (θs) 에서 확산 각도 (θb) 까지의 범위에 있어서, 광축 휘도 (Lo) 를 기준으로 하고, 그 후, 각 휘도로부터 광축 휘도 (Lo) × 0.7 을 감산하여, 확산 각도 (θs) 에서 광축 확산 각도 (θa) 까지의 적산 휘도 (Ts) 와, 광축 확산 각도 (θa) 에서 확산 각도 (θb) 까지의 적산 휘도 (Tb) 를 계산한다. 그리고 적산 휘도 (Ts) 와 적산 휘도 (Tb) 의 비인 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 를 계산하고, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 와, 출사광의 확산 범위 (θs ＋ θb) 에 기초하여, 출사광의 확산 특성의 균일성의 평가를 실시한다.
구체적으로는, 확산 범위 (θs ＋ θb) 의 넓이에 따라, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 허용 범위 (D ∼ 1/D) 는 변화한다. 이것은, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 가 동일한 값이어도, 확산 범위 (θs ＋ θb) 가 좁은 경우, 출사광의 확산 특성의 균일성이 낮은 것으로 시인되는 경향이 있는 반면, 확산 범위 (θs ＋ θb) 가 넓은 경우, 균일성이 높은 것으로 시인되는 경향이 있다. 이것을 기초로 이하와 같이 확산 범위 (θs ＋ θb) 에 따라 균일성 평가 지표의 허용 범위 (D ∼ 1/D) 를 결정한다. 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 은, 이하의 식으로 나타낸다.
D ＝ 0.63 * exp(0.45 * ((90 － (θs ＋ θb))/90)^2)
균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 과 그 상한값 (1/D) 을 사용하여, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 범위는 이하의 범위에 있으면, 출사광의 확산 특성의 균일성은 양호한 것으로 판단되어도 된다.
D ＜ Ts/Tb ＜ 1/D
구체적으로는, 확산 범위 (θs ＋ θb) 가 10 도이면, 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 이 0.90 이고, 그 상한값 (1/D) 이 1.11 이다. 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 가 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 0.90 을 초과하고, 또한 그 상한값 (1/D) 1.11 미만이면, 확산판은 출사광을 균일한 확산 분포로 확산시키기 때문에 바람직하다. 확산 범위 (θs ＋ θb) 가 20 도이면, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 가 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 0.83 을 초과하고, 또한 그 상한값 (1/D) 1.21 미만이면, 확산판은 출사광을 균일한 확산 분포로 확산시키기 때문에 바람직하다.
구체적으로는, 도 6 에 나타내는 예에서는, 확산 범위 (θs ＋ θb) 가 10 도이고, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 0.99 이기 때문에, 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 0.9 에서 상한값 (1/D) 1.11 까지의 범위 내에 있다. 즉, 도 6 에 나타내는 예에서는, 출사광의 확산 특성은 균일한 것으로 인정된다.
한편, 도 17 에 나타내는 예에서는, 확산 범위 (θs ＋ θb) 가 10 도이고,균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 약 0.86 이기 때문에, 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 0.9 를 하회한다. 즉, 도 17 에 나타내는 예에서는, 출사광의 확산 특성은 균일하지 않은 것으로 인정된다.
(발명의 효과의 일례)
본 발명에 관련된 확산판 및 투사식 화상 표시 장치에 의하면, 입사광에 상관없이 출사광의 확산 특성을 균일하게 할 수 있는 점에서 영상을 구석까지 밝게 시인할 수 있거나, 고품위의 영상을 제공하거나 할 수 있다. 또, 출사광의 광축을 입사광의 광축에 대하여 구부림으로써, 확산판에 영상 범위의 확대 등의 기능을 갖게 한 확산판을 제공할 수 있어, 장치의 소형화나, 영상 표시 장치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
실시예
다음으로, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법의 일 구체예를 사용하여, 제조한 실시예 1 ∼ 4 에 대해 설명한다. 먼저, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법의 일 구체예에 대해 설명한다.
(실시예 1 ∼ 4 의 공통의 설계 사항)
먼저, 기준 마이크로 렌즈 설계 공정 ST120 에서는, 구체적으로, 기준 마이크로 렌즈의 형상에 대해 설명을 한다. 기준 마이크로 렌즈의 렌즈 형상은, 일반적인 회전 대칭 형상을 사용해도 되고, 그 경우, 기준 마이크로 렌즈의 단면 형상, 구체적으로는, 기준 마이크로 렌즈의 중심과 렌즈면의 교점을 기준으로 한 새그량 (z) [㎛] 은, 하기 식 2 로 나타낸다. 여기서, C 는 곡률 [1/㎛] 이고, K 는 원추 계수, r 은 중심으로부터의 거리 [㎛] 이다. 곡률 C 는 곡률 반경 R [㎛] 을 사용하여, C ＝ 1/R 로 나타낸다.
Figure 112019032796281-pct00002
본 실시예의 확산판에서 사용한 기준 마이크로 렌즈의 단면 형상은, 하기 식 3 으로 나타낸다. 여기서는, 기준 마이크로 렌즈는, 장방형의 바닥면을 갖는 토로이달 렌즈이다. XYZ 3 차원 좌표를 사용하여, 기준 마이크로 렌즈에 있어서의 각 위치를 규정한다. 구체적으로는, 그 바닥면이 XY 평면을 따르고, 바닥면에 관하여 실질적으로 수직인 가상축을 Z 로 한다. X 방향 및 Y 방향으로 각각 기준 마이크로 렌즈의 렌즈 볼록면의 곡률이 정의되어 있다. 여기서, 기준 마이크로 렌즈의 중심을 원점으로 하여, 기준 마이크로 렌즈의 중심축으로부터의 X 방향의 거리 (rx) 와, 기준 마이크로 렌즈의 중심축으로부터의 Y 방향의 거리 (ry) 와, X 방향 (XZ 평면) 의 곡률 (Cx) [1/㎛] 과, Y 방향의 곡률 (Cy) [1/㎛] 과, X 방향 (XZ 평면) 의 원추 계수 (Kx) 와, Y 방향 (YZ 평면) 의 원추 계수 (Ky) 의 관계는, 식 3 을 사용하여 나타낼 수 있다. 또, 경사 입사 대응 설계에서는, 식 3 에 나타내는 바와 같이, 3 차 함수에 의한 보정 계수 (Ax, Ay) 를 갖는 3 차 함수의 보정식이 부가된다.
Figure 112019032796281-pct00003
(실시예 1 ∼ 4 의 인풋 사항과 그 공통 설계 사항)
계속해서, 실시예 1 ∼ 4 의 인풋 사항과 그 공통 설계 사항에 대해 설명한다. 확산판의 패턴 부분의 굴절률은 1.52 로 하고, 확산판의 기재로서 폴리카보네이트를 사용하여, 기재의 굴절률은 1.59 로 한다. 확산판으로부터 출사되는 출사광의 확산 특성에서는, 확산 형상은 장방형으로 한다. 또한, 수평 방향 (H) (예를 들어, 도 1 에 나타내는 확산판 (10) 의 장변측의 외측 가장자리를 따른 방향) 에 있어서, 출사광의 확산 각도는 전체각에서 20 도로 하고, 수직 방향 (V) (예를 들어, 도 1 에 나타내는 확산판 (10) 의 단변측의 외측 가장자리를 따른 방향) 에 있어서, 출사광의 확산 각도는 전체각에서 10 도로 한다.
또, 각 방향에서의 배광 형상은 탑 해트에 가까운 형상으로 하였다. 투사 장치로부터의 영상은, 확산판의 미세 요철면 (패턴면, 구체적으로는, 마이크로 렌즈 어레이, 보다 구체적으로는, 도 2 에 나타내는 마이크로 렌즈 (2)) 에 입사되고, 기재면의 평탄면 (예를 들어, 도 2 에 나타내는 주면 (1b)) 으로부터 영상광이 확산됨과 함께 출사된다.
또, 도 1 에 나타내는 확산판 (10) 의 일 구체예가 있다. 이 일 구체예는 장방형상판이고, 그 수평 방향 (H) 에 있어서의 장변의 길이 (HL) 를 60 ㎜ (± 30 ㎜), 수직 방향 (V) 에 있어서의 장변의 길이 (VL) 를 30 ㎜ (± 15 ㎜) 로 한다. 이 일 구체예에 투사광을 투사하면, 투사광에 포함되는 광선이 이 확산판의 일 구체예의 원점에 상당하는 지점에 수직으로 입사된다. 또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 수직 방향 (V) 에 있어서 이 확산판의 일 구체예의 양단에서는, ± 5 도로 기울어진 광선이 입사된다. 또, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 수평 방향 (H) 에 있어서 이 확산판의 일 구체예의 양단에서는, ± 10 도로 기울어진 광선이 입사된다. 도 7 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 기준 마이크로 렌즈 각 위치에 있어서의 x, y 축 방향 각각의 입사광의 광축 각도를 θih (x, y), θiv (x, y) 로 한다. 또, 출사 방향의 광축 각도를 θoh (x, y), θov (x, y) 로 한다. 여기서 각각의 각도는 장소의 함수로서 나타내어진다. 또, 출사광의 광축의 입사 광축으로부터의 어긋남을, x, y 축 방향으로 각각 Dθoh (x, y), Dθov (x, y) 로 한다.
이들 정보를 기초로, 투사광을 수직 (이 경우, θih ＝ 0, θiv ＝ 0) 으로 입사시키는 경우의 조건에서 기준 마이크로 렌즈의 설계를 실시하였다. 기준 마이크로 렌즈의 제 조건은, 수평 방향 피치 (Px) 30 [㎛], 곡률 반경 (Rx) 44.6 [㎛], 원추 계수 (kx) -0.75, 수직 방향 피치 (Py) 30 [㎛], 곡률 반경 (Ry) 89.3 [㎛], 원추 계수 (ky) -0.75 로 설정하였다. 수평 방향 피치 (Px) 는, 이웃하는 기준 마이크로 렌즈끼리의 경계 간의 거리이다. 수직 방향 피치 (Py) 는, 이웃하는 기준 마이크로 렌즈끼리의 경계 간의 거리이다.
계속해서, 경사 대응 렌즈 설계에서는, 각 경사에 대응하기 위한 파라미터로서, XY 좌표의 각 위치에 있어서, 렌즈 중심 위치의 어긋남량을 Dh, Dv [㎛], 렌즈 곡률 반경 계수를 αx, αy, 3 차 함수에 의한 보정 계수를 Ax, Ay 로 한다.
XY 좌표의 어느 위치에 있어서, 도 9b 에 나타내는 마이크로 렌즈 (2) 에서의 중심 위치 (Ro) 는, 도 9a 에 나타내는 기준 마이크로 렌즈 (21) 에서의 중심 위치 (Ro) 로부터 소정의 거리만큼 어긋난 위치에 있다. 구체적으로는, 마이크로 렌즈 (2) 에서의 중심 위치 (Ro) 는, 기준 마이크로 렌즈 (21) 에서의 중심 위치 (Ro) 로부터, X 방향으로 거리 Dh, Y 방향에 있어서 거리 Dv 어긋나 있다. 바꿔 말하면, X 방향에 있어서의 렌즈 중심 위치의 어긋남량 (Dh) 은, 기준 마이크로 렌즈 (21) 의 중심 위치 (Ro) 에서 마이크로 렌즈 (2) 의 중심 위치 (Ro) 까지의 X 방향에 있어서의 거리이다. Y 방향에 있어서의 렌즈 중심 위치의 어긋남량 (Dv) 은, 기준 마이크로 렌즈 (21) 의 중심 위치 (Ro) 에서 마이크로 렌즈 (2) 의 중심 위치 (Ro) 까지의 Y 방향에 있어서의 거리이다.
(실시예 1)
전술한 공통 설계 사항을 기초로, 확산판의 출사광에 대해, 조건을 결정한다. 확산판의 출사광이 각 입사광의 광축에 대하여, 수직 방향 (V) 에 있어서, 모두 -2 도 광축을 기울이는 것으로 한다 (여기서, Dθov ＝ -2 deg). 그 밖의 확산 특성은 동일한 것으로 한다.
여기서, 확산판에 있어서 수직 방향 (V) 으로만 광축을 구부리기 때문에, 렌즈 설계에 대해서도 수직 방향을 따른 단면 (V 단면) 만 실시하면 된다. 수직 방향 (V) 전역에서 유효한 경사 대응 렌즈 설계를 실시하기 위해, 수직 방향 (V) 으로 연장되는 직선에 있는 위치 V1, V2, V3 의 각각에 있어서 파라미터 설계를 실시한다. XY 직교 좌표를 사용하면, 위치 V1 (0 ㎜, 0 ㎜), 위치 V2 (0 ㎜, ＋15 ㎜), 위치 V3 (0 ㎜, -15 ㎜) 으로 표현된다.
먼저, 위치 V1 (0 ㎜, 0 ㎜) 에 있어서, 배광 특성은, 수직 방향 (V) 에 있어서의, 렌즈 기판의 주면에 대한 입사광의 광축의 각도가 0 [deg] 이고, 렌즈 기판의 주면에 대한 출사 광축의 각도는 -2 [deg], 출사 배광각은 -7 ∼ ＋3 [deg] 의 범위 내에 있으면 된다. 이것을 실현하기 위해서는, 렌즈 중심 위치의 어긋남량 (Dv) 은 -6 [㎛] 로 한다. 본 설계에 의한 위치 V1 에 있어서의 마이크로 렌즈의 단면 형상을 도 10 에 나타낸다. 또, 수직 방향 (V) 에 있어서의 배광 특성을 도 6 에 나타낸다. 또한, 도 10 에서는, 투사광 (L1) 및 출사광 (L2) 이 진행되는 방향을 나타내는 화살표를 기재하였다. 후술하는 도 11, 13 에서도, 도 10 과 동일하게, 이 화살표를 기재하였다. 또, 여기서는, 확산 범위 (θs ＋ θb) 가 10 도이므로, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 가 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 인 0.90 을 초과하고, 또한 그 상한값인 (1/D) 1.11 미만이면, 출사광의 확산 분포는, 균일하게 된다. 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 0.99 로서, 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 을 초과하고 있고, 또한 그 상한값 (1/D) 미만이므로, 균일하다.
계속해서, 위치 V2 (0 ㎜, ＋15 ㎜) 에 있어서, 수직 방향 (V) 에 있어서의, 렌즈 기판의 주면에 대한 입사광의 광축의 각도가 5 [deg] 이고, 렌즈 기판의 주면에 대한 출사광의 광축의 각도는 3 [deg] (＝ 5 [deg] － 2 [deg]) 이면 되고, 출사 배광각은 -2 ∼ ＋8 [deg] 이면 된다. 이것을 실현하는 설계로서, Y 방향에 있어서의 렌즈 중심 위치의 어긋남량 (Dv) ＝ -6 [㎛], Y 방향에 있어서의 렌즈 곡률 반경 계수 (αy) ＝ 1 － 0.01, 요컨대 0.99, Y 방향에 있어서의 3 차 함수 보정량 (Ay) ＝ 0.02/15^3 (＝ 5.926E-06) 으로 하였다. 본 설계에 의한 위치 V2 에 있어서의 마이크로 렌즈의 단면 형상을 도 11 에 나타낸다. 또, 수직 방향 (V) 에 있어서의 배광 특성을 도 12 에 나타낸다. 또, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 1.01 로서, 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 을 초과하고, 또한 그 상한값 (1/D) 미만이므로, 균일하다.
계속해서, 위치 V3 (0 ㎜, -15 ㎜) 에 있어서 설계를 실시한다. 수직 방향 (V) 에 있어서의, 렌즈 기판의 주면에 대한 입사광의 광축의 각도가 -5 [deg] 이고, 렌즈 기판의 주면에 대한 출사광의 광축의 각도는 -7 [deg] (＝ -5 [deg] － 2 [deg]), 출사 배광각은 -12 ∼ -2 [deg] 이면 된다. 이것을 실현하는 설계로서, Y 방향에 있어서의 렌즈 중심의 어긋남량 (Dv) ＝ -6 [㎛], 렌즈 곡률 반경 계수 (αy) ＝ 1 ＋ 0.01, 요컨대 1.01, 3 차 함수 보정량 (Ay) ＝ -0.02/15^3 (＝ 5.926E-06) 으로 하였다. 본 설계에 의한 위치 V3 에 있어서의 마이크로 렌즈의 단면 형상을 도 13 에 나타낸다. 또, 수직 방향 (V) 에 있어서의 배광 특성을 도 14 에 나타낸다. 또, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 0.98 로서, 균일성의 허용 범위의 하한값 (D) 을 초과하고 있고, 또한 그 상한값 (1/D) 미만이므로, 균일하다.
이 위치 V1 ∼ V3 의 3 점의 설계값으로부터, Y 좌표의 각 위치에 있어서의 각 파라미터, 3 차 함수 보정량 (Ay) 과, 렌즈 곡률 반경 계수 (αy) 는, 하기 식으로 표현된다.
Ay ＝ 0.02/(15^3) × (Y/15)
αy ＝ 1 － 0.01 × (Y/15)
이로써 확산판 내의 Y 좌표에 있어서의 임의의 위치에 있어서 상기 설계를 적용함으로써, 원하는 출사광 특성을 얻을 수 있다.
(실시예 2)
전술한 공통 설계 사항을 기초로, 확산판의 출사광에 대해, 조건을 부가한다. 확산판의 출사광의 광축이 각 입사광의 광축에 대하여, 수평 방향 (H) 에 있어서, 모두 -3 deg 기울도록 설정하였다 (여기서, Dθoh ＝ -3 deg). 그 밖의 확산 특성은, 실시예 1 과 동일한 조건으로 설정하였다. X 좌표의 각 위치에 있어서의 각 파라미터, 렌즈 중심 위치의 어긋남량 (Dh) 과, 렌즈 곡률 반경 계수 (αx) 와, 3 차 함수에 의한 보정 계수 (Ax) 는, 하기 식으로 표현된다.
Dh ＝ -4.45 － 0.1 × (X/30)
αx ＝ 1 － 0.02 ×｜(X/30)｜ (X ＞＝ 0)
αx ＝ 1 ＋ 0.05 ×｜(X/30)｜ (X ＜ 0)
Ax ＝ 0.15/(15^3) × (X/30)
또 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 X ＝ -30 ㎜ 의 위치에서 1.03, X ＝ ＋30 ㎜ 의 위치에서 1.00 로서, 균일하다.
이로써 확산판 내의 X 좌표에 있어서의 임의의 위치에 있어서 상기 설계를 적용함으로써, 원하는 출사광의 배광 특성을 얻을 수 있다.
(실시예 3)
실시예 1 과 실시예 2 의 설계를 동시에 각각의 수직 방향 (V), 또는 수평 방향 (H) 을 따른 단면 형상에 대해 적용하면, 출사광의 광축을 입사광의 광축에 대하여, 수직 방향 (V) 으로 -2 [deg], 수평 방향 (H) 으로 -3 [deg] 동시에 구부릴 수 있다. 이와 같이 출사광의 광축을 2 차원 방향으로 구부리는 설계도 실시할 수 있다.
(실시예 4)
실시예 1 에서는, 출사광의 광축을 입사광의 광축에 대하여 일정한 변화를 부여하였지만, 실시예 4 에서는, 수직 방향 (V) 에 대해 확산판 면내에 있어서의 Y 좌표의 위치 -15 ㎜ 에서 ＋15 ㎜ 까지 범위에 있어서, 입사광의 입사 각도 (θiv) 가 -5 deg 에서 ＋5 deg 까지 변화하는 조건에서, Y 의 각 위치에서, 출사광의 광축을, 입사광의 광축에 대하여 Y 방향에 있어서의 출사 각도 (Dθov) [deg] 만큼 변화시킨다. 요컨대 Y 방향을 따라 연속적인 광축 변화를 가변시킨다. 입사 광축의 변화는 최대 2 deg 로 하고, Dθov ＝ 2 * Y/15 [deg] 로 하였다.
Y 방향에 있어서의 출사 각도 (θov) [deg] 를 정의하면, 각 Y 위치에 있어서의 출사 각도 (θov) 는 이하의 식이 된다.
θov ＝ θiv ＋ Dθov
실시예 1 과 동일하게, 실시예 4 에 관련된 확산판의 3 점에서 설계를 실시한 결과, 다음의 파라미터에 의해 목표의 특성이 얻어진다. 렌즈 중심의 어긋남량 (Dv) 과 3 차 함수 보정량 (Ay) 을 이하의 식으로 표현되도록 설정하였다.
Dv ＝ -6.0 * Y/15
Ay ＝ -0.02/15^3 (＝ 5.926E-06) * Y/15
αx ＝ 1 ＋ 0.02 ×｜(Y/15)｜
또 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 Y ＝ -15 ㎜ 의 위치에서 0.98, Y ＝ ＋15 ㎜ 의 위치에서 0.98 로서, 균일하다. 이로써 각 위치에서 광축을 변화시키면서, 배광 특성의 폭은 거의 고정시킬 수 있고, 강도 분포도 플랫해져 배광 특성의 단면 형상을 유지할 수 있다.
(비교예)
다음으로, 비교예 1 및 2 에 대해 설명한다.
비교예 1 에서는, 실시예 1 에서 사용한 확산판의 마이크로 렌즈 어레이의 기준 마이크로 렌즈와 동일 구성의 기준 마이크로 렌즈를 갖는 확산판을 사용하였다. 이 확산판에 5 도로 기울어진 광을 입사시킨 경우의 배광 특성을 도 17 에 나타낸다. 출사광의 광축 (θa) 은 5 deg 이고, 확산 범위 (θs ＋ θb) 는 10 deg 이고, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 허용 범위 (D ∼ 1/D) 는 0.90 을 초과하고, 1.11 미만이다. 그러나, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 0.86 으로서, 허용 범위 (D ∼ 1/D) 에 포함되지 않기 때문에, 균일성이 양호하지 않은 것으로 판단하였다. 이와 같이 종래의 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 확산판에서는, 비스듬하게 광을 입사시키면, 광축은 입사광과 거의 변함없고, 배광 분포가 기울어져 있어 휘도 불균일이 발생하는 것을 알 수 있다.
비교예 2 에서는, 실시예 1 에서 사용한 확산판의 마이크로 렌즈 어레이의 기준 마이크로 렌즈와 동일 구성의 기준 마이크로 렌즈 자체를 10 도 기울인 경사 렌즈를 갖는 확산판을 사용하였다. 이 경사 렌즈는, 간이적으로 y * tan(10 deg) 만큼 기준 렌즈 형상을 변화시킴으로써 10 도 기울인 형상과 동일한 형상을 갖는다. 이 때의 배광 특성을 도 15 에 나타낸다. 출사광의 광축 (θa) ＝ 5.2 deg 이고, 확산 범위 (θs ＋ θb) 는 9.7 deg 이고, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 허용 범위 (D ∼ 1/D) 는 0.90 을 초과하고, 1.11 미만이다. 그러나, 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는 0.87 로서, 허용 범위 (D ∼ 1/D) 에 포함되지 않기 때문에, 균일성이 양호하지 않은 것으로 판단하였다.
이 확산판을 기울여 수직으로 광을 입사시키면 출사광의 광축을 구부릴 수 있지만, 출사광의 배광 분포가 기울어져 있어 휘도 불균일이 발생하는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정된 것은 아니며, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 실시형태 1 에 관련된 확산판 (10) 은 투과형의 확산판이었지만, 반사형의 확산판이어도 된다. 구체적으로는, 반사형의 확산판은, 투사광을 투사시키고, 반사광을 반사하는 주면과, 이 주면에 미러 기능을 갖는 미세 구조체를 구비한다. 또, 투사광의 개구수 NA 가 0 을 초과하고, 0.140 이하인 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상 미러부를 복수 구비한다. 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 투사광의 광축과, 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도 ∼ 50 도의 범위 내이다. 마이크로 렌즈 형상 미러부의 복수 중 적어도 하나는, 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 반사광의 광축과, 주면의 법선이 교차하여 이루는 반사 각도로, 반사광을 반사한다. 이 반사광을 입사 각도 (θi) 보다 상이하다. 반사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 실질적으로 균일한 휘도를 갖는다. 마이크로 렌즈 형상 미러부의 마이크로 렌즈 기준면에 실질적으로 수직인 단면에 있어서의, 마이크로 렌즈 형상 미러부의 단면 형상은, 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖는다.
또, 상기한 반사형의 확산판에서는, 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 투사광의 광축과, 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도를 초과하고, 50 도 이하이며, 반사광이 입사 각도 (θi) 와 동일해도 된다.
또한, 마이크로 렌즈 형상 미러부는, 상기한 확산판 (10) 의 설계 방법을 사용하여 설계되어도 된다.
이 출원은, 2016년 10월 3일에 출원된 일본 특허출원 2016-195461호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부를 여기에 받아들인다.
10 : 확산판
1 : 기판
1a, 1b : 주면
2 : 마이크로 렌즈
100 : 투사식 화상 표시 장치
20 : 투사 장치
A0 : 축
A1, A2 : 광축
Ax : 3 차 함수에 의한 보정 계수
Dh, Dv : 렌즈 중심 위치의 어긋남량
H : 수평 방향
L1 : 투사광
L2 : 출사광
Lb, Ls : 휘도
Lo : 광축 휘도
Rd : 확산 범위
Ro : 중심 위치
Ta, Tb, To, Ts : 적산값
V : 수직 방향
V1 ∼ V3 : 위치
αx, αy : 렌즈 곡률 반경 계수
θb, θs : 확산 각도
θi : 입사 각도
θa : 광축 확산 각도
θo, θoy : 출사 각도
θv : 광축 어긋남 각도

Claims (14)

  1. 투사 광학계에서 사용되는 확산판으로서,
    투사광을 투사시키는 투사측 주면과,
    출사광을 출사시키는 출사측 주면과,
    상기 투사측 주면, 및 상기 출사측 주면 중 적어도 일방에, 렌즈 기능을 갖는 미세 구조체를 구비하고,
    상기 투사광의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이고,
    상기 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상부를 복수 구비하고,
    상기 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 상기 투사광의 광축과, 상기 투사측 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도 ∼ 50 도의 범위 내이고,
    상기 마이크로 렌즈 형상부의 복수 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 상기 출사광의 광축과, 상기 투사측 주면의 법선이 교차하여 이루는 출사 각도 (θo) 로, 상기 출사광을 출사시키고,
    출사 각도 (θo) 는, 상기 입사 각도 (θi) 와 상이하고,
    상기 출사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 균일한 휘도를 갖고,
    상기 마이크로 렌즈 형상부의 마이크로 렌즈 기준면에 수직인 단면에 있어서의, 상기 마이크로 렌즈 형상부의 단면 형상은, 상기 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖고,
    확산 각도에 대한 측정 휘도 분포에 있어서,
    상기 출사광의 광축의 위치에 상당하는 확산 각도를, 광축 확산 각도 (θa) 로 하면,
    상기 확산 각도의 소정 범위에 있어서의 최소 각도 (θmin) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 측정 휘도의 적산값 (To) 이, 확산 각도의 전체 범위에 있어서의 측정 휘도의 적산값 (Ta) 의 50 ％ 이고,
    상기 투사광의 광축과 상기 출사광의 광축이 교차하여 이루는 각도의 차분의 절대값이, 0 ∼ 40 도 이내에서 변화하고 있고,
    소정의 확산 각도 (θs) 에 있어서의 휘도 (Ls) 와, 상기 소정의 확산 각도 (θb) 에 있어서의 휘도 (Lb) 가, 모두 상기 출사광의 광축에서의 광축 휘도 (Lo) 의 70 ％ 에 상당하고,
    상기 소정의 확산 각도 (θs) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 작고,
    상기 소정의 확산 각도 (θb) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 클 때,
    상기 확산 각도 (θs) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 각 휘도로부터 Lo * 0.7 을 감산한 휘도의 적산값 (Ts) 과, 상기 광축 확산 각도 (θa) 에서 상기 소정의 확산 각도 (θb) 까지의 휘도의 적산값 (Tb) 의 비인 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는,
    D ＜ Ts/Tb ＜ 1/D
    를 만족하고,
    균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 허용 범위의 하한값 (D) 은,
    D ＝ 0.63 * exp(0.45 * ((90 － (θs ＋ θb))/90)^2)
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 확산판.
  2. 투사 광학계에서 사용되는 확산판으로서,
    투사광을 투사시키는 투사측 주면과,
    출사광을 출사시키는 출사측 주면과,
    상기 투사측 주면, 및 상기 출사측 주면 중 적어도 일방에, 렌즈 기능을 갖는 미세 구조체를 구비하고,
    상기 투사광의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이고,
    상기 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상부를 복수 구비하고,
    상기 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 상기 투사광의 광축과, 상기 투사측 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도를 초과하고, 50 도 이하이고,
    상기 마이크로 렌즈 형상부의 복수 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈 형상부에 있어서의 상기 출사광의 광축과, 상기 투사측 주면의 법선이 교차하여 이루는 출사 각도 (θo) 로, 상기 출사광을 출사시키고,
    상기 출사 각도 (θo) 는, 상기 입사 각도 (θi) 와 동일하고,
    상기 출사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 균일한 휘도를 갖고,
    상기 마이크로 렌즈 형상부의 마이크로 렌즈 기준면에 수직인 단면에 있어서의, 상기 마이크로 렌즈 형상부의 단면 형상은, 상기 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖고,
    확산 각도에 대한 측정 휘도 분포에 있어서,
    상기 출사광의 광축의 위치에 상당하는 확산 각도를, 광축 확산 각도 (θa) 로 하면,
    상기 확산 각도의 소정 범위에 있어서의 최소 각도 (θmin) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 측정 휘도의 적산값 (To) 이, 확산 각도의 전체 범위에 있어서의 측정 휘도의 적산값 (Ta) 의 50 ％ 이고,
    상기 투사광의 광축과 상기 출사광의 광축이 교차하여 이루는 각도의 차분의 절대값이, 0 ∼ 40 도 이내에서 변화하고 있고,
    소정의 확산 각도 (θs) 에 있어서의 휘도 (Ls) 와, 상기 소정의 확산 각도 (θb) 에 있어서의 휘도 (Lb) 가, 모두 상기 출사광의 광축에서의 광축 휘도 (Lo) 의 70 ％ 에 상당하고,
    상기 소정의 확산 각도 (θs) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 작고,
    상기 소정의 확산 각도 (θb) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 클 때,
    상기 확산 각도 (θs) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 각 휘도로부터 Lo * 0.7 을 감산한 휘도의 적산값 (Ts) 과, 상기 광축 확산 각도 (θa) 에서 상기 소정의 확산 각도 (θb) 까지의 휘도의 적산값 (Tb) 의 비인 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는,
    D ＜ Ts/Tb ＜ 1/D
    를 만족하고,
    균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 허용 범위의 하한값 (D) 은,
    D ＝ 0.63 * exp(0.45 * ((90 － (θs ＋ θb))/90)^2)
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 확산판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 형상부의 바닥면 형상은, 장방형이고,
    상기 마이크로 렌즈 형상부는, 격자상으로 주기적으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 확산판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 형상부의 최심부에서 최정부까지의 높이 (H1) [㎛] 는,
    0 ＜ H1 ≤ 75
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 확산판.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 확산판과,
    상기 투사광을 상기 확산판에 투사하는 투사 장치를 구비하는 투사식 화상 표시 장치.
  6. 투사광을 투사시키는 투사측 주면과, 출사광을 출사시키는 출사측 주면을 구비하는 확산판의 광 확산 패턴을 설계하는 확산판의 설계 방법으로서,
    상기 확산판의 상기 투사측 주면에 수직으로 광을 투사시키는 것을 가정하였을 때에 있어서 원하는 광 확산 특성을 갖도록, 기준 마이크로 렌즈를 준비하는 기준 마이크로 렌즈 설계 공정과,
    상기 확산판의 상기 출사측 주면의 각 위치에 있어서의 상기 출사광의 광축의 기울기와, 상기 확산판의 상기 투사측 주면의 각 위치에 있어서의 상기 투사광의 광축의 기울기와, 상기 출사광의 배광 특성에 기초하여, 상기 기준 마이크로 렌즈의 형상에 대하여, 상기 투사광의 광축의 기울기와 상기 출사광의 광축의 기울기에 대응하기 위한 경사 대응 렌즈 설계 공정을 구비하고,
    상기 경사 대응 렌즈 설계 공정에서는,
    렌즈 설계 파라미터는, 렌즈의 중심 위치로부터 상기 기준 마이크로 렌즈의 중심 위치까지의 거리인 중심 위치 어긋남량을 포함하고,
    추가로, 렌즈의 곡률 반경을 확대시키거나, 또는 축소하는 렌즈 곡률 반경의 변화량을 포함하는, 확산판의 설계 방법.
  7. 투사광을 투사시키는 투사측 주면과, 출사광을 출사시키는 출사측 주면을 구비하는 확산판의 광 확산 패턴을 설계하는 확산판의 설계 방법으로서,
    상기 확산판의 상기 투사측 주면에 수직으로 광을 투사시키는 것을 가정하였을 때에 있어서 원하는 광 확산 특성을 갖도록, 기준 마이크로 렌즈를 준비하는 기준 마이크로 렌즈 설계 공정과,
    상기 확산판의 상기 출사측 주면의 각 위치에 있어서의 상기 출사광의 광축의 기울기와, 상기 확산판의 상기 투사측 주면의 각 위치에 있어서의 상기 투사광의 광축의 기울기와, 상기 출사광의 배광 특성에 기초하여, 상기 기준 마이크로 렌즈의 형상에 대하여, 상기 투사광의 광축의 기울기와 상기 출사광의 광축의 기울기에 대응하기 위한 경사 대응 렌즈 설계 공정을 구비하고,
    상기 경사 대응 렌즈 설계 공정에서는,
    렌즈 설계 파라미터는, 렌즈의 중심 위치로부터 상기 기준 마이크로 렌즈의 중심 위치까지의 거리인 중심 위치 어긋남량을 포함하고,
    추가로, 상기 기준 마이크로 렌즈의 중심 위치로부터의 거리에 대한 삼차 함수로 렌즈 형상을 조정하는 조정량을 포함하는, 확산판의 설계 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 기준 마이크로 렌즈가, 상기 투사측 주면 또는 상기 출사측 주면의 법선 방향을 포함하는 상이한 2 개의 단면에 있어서, 2 개의 단면 형상을 각각 갖는 렌즈 형상을 갖고,
    상기 기준 마이크로 렌즈의 상기 2 개의 단면 형상에 대해, 렌즈 설계를 하는 것을 특징으로 하는 확산판의 설계 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기준 마이크로 렌즈가, 토로이달 형상을 갖거나, 또는 바이코닉면을 갖는 것을 특징으로 하는 확산판의 설계 방법.
  11. 투사광을 투사시키고, 반사광을 반사하는 주면과,
    상기 주면에 미러 기능을 갖는 미세 구조체를 구비하고,
    상기 투사광의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이고,
    상기 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상 미러부를 복수 구비하고,
    상기 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 상기 투사광의 광축과, 상기 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도 ∼ 50 도의 범위 내이고,
    상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 복수 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 상기 반사광의 광축과, 상기 주면의 법선이 교차하여 이루는 반사 각도로, 상기 반사광을 반사하고,
    상기 반사광은, 상기 입사 각도 (θi) 와 상이하고,
    상기 반사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 균일한 휘도를 갖고,
    상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 마이크로 렌즈 기준면에 수직인 단면에 있어서의, 상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 단면 형상은, 상기 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖고,
    확산 각도에 대한 측정 휘도 분포에 있어서,
    상기 반사광의 광축의 위치에 상당하는 확산 각도를, 광축 확산 각도 (θa) 로 하면,
    상기 확산 각도의 소정 범위에 있어서의 최소 각도 (θmin) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 측정 휘도의 적산값 (To) 이, 확산 각도의 전체 범위에 있어서의 측정 휘도의 적산값 (Ta) 의 50 ％ 이고,
    상기 투사광의 광축과 상기 반사광의 광축이 교차하여 이루는 각도의 차분의 절대값이, 0 ∼ 40 도 이내에서 변화하고 있고,
    소정의 확산 각도 (θs) 에 있어서의 휘도 (Ls) 와, 상기 소정의 확산 각도 (θb) 에 있어서의 휘도 (Lb) 가, 모두 상기 반사광의 광축에서의 광축 휘도 (Lo) 의 70 ％ 에 상당하고,
    상기 소정의 확산 각도 (θs) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 작고,
    상기 소정의 확산 각도 (θb) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 클 때,
    상기 확산 각도 (θs) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 각 휘도로부터 Lo * 0.7 을 감산한 휘도의 적산값 (Ts) 과, 상기 광축 확산 각도 (θa) 에서 상기 소정의 확산 각도 (θb) 까지의 휘도의 적산값 (Tb) 의 비인 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는,
    D ＜ Ts/Tb ＜ 1/D
    를 만족하고,
    균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 허용 범위의 하한값 (D) 은,
    D ＝ 0.63 * exp(0.45 * ((90 － (θs ＋ θb))/90)^2)
    를 만족하는, 확산판.
  12. 투사광을 투사시키고, 반사광을 반사하는 주면과,
    상기 주면에 미러 기능을 갖는 미세 구조체를 구비하고,
    상기 투사광의 개구수 NA 가, 0 을 초과하고, 0.140 이하이고,
    상기 미세 구조체는, 마이크로 렌즈상의 형상을 갖는 마이크로 렌즈 형상 미러부를 복수 구비하고,
    상기 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 상기 투사광의 광축과, 상기 주면의 법선이 교차하여 이루는 입사 각도 (θi) 는, 0 도를 초과하고, 50 도 이하이고,
    상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 복수 중 적어도 하나는, 상기 마이크로 렌즈 형상 미러부에 있어서의 상기 반사광의 광축과, 상기 주면의 법선이 교차하여 이루는 반사 각도로, 상기 반사광을 반사하고,
    상기 반사광은, 상기 입사 각도 (θi) 와 동일하고,
    상기 반사광은, 원하는 확산 각도의 범위 내에 있어서, 균일한 휘도를 갖고,
    상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 마이크로 렌즈 기준면에 수직인 단면에 있어서의, 상기 마이크로 렌즈 형상 미러부의 단면 형상은, 상기 투사광의 광축 둘레에 비대칭의 단면 형상을 갖고,
    확산 각도에 대한 측정 휘도 분포에 있어서,
    상기 반사광의 광축의 위치에 상당하는 확산 각도를, 광축 확산 각도 (θa) 로 하면,
    상기 확산 각도의 소정 범위에 있어서의 최소 각도 (θmin) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 측정 휘도의 적산값 (To) 이, 확산 각도의 전체 범위에 있어서의 측정 휘도의 적산값 (Ta) 의 50 ％ 이고,
    상기 투사광의 광축과 상기 반사광의 광축이 교차하여 이루는 각도의 차분의 절대값이, 0 ∼ 40 도 이내에서 변화하고 있고,
    소정의 확산 각도 (θs) 에 있어서의 휘도 (Ls) 와, 상기 소정의 확산 각도 (θb) 에 있어서의 휘도 (Lb) 가, 모두 상기 반사광의 광축에서의 광축 휘도 (Lo) 의 70 ％ 에 상당하고,
    상기 소정의 확산 각도 (θs) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 작고,
    상기 소정의 확산 각도 (θb) 가, 상기 광축 확산 각도 (θa) 보다 클 때,
    상기 확산 각도 (θs) 에서 상기 광축 확산 각도 (θa) 까지의 각 휘도로부터 Lo * 0.7 을 감산한 휘도의 적산값 (Ts) 과, 상기 광축 확산 각도 (θa) 에서 상기 소정의 확산 각도 (θb) 까지의 휘도의 적산값 (Tb) 의 비인 균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 는,
    D ＜ Ts/Tb ＜ 1/D
    를 만족하고,
    균일성 평가 지표 (Ts/Tb) 의 허용 범위의 하한값 (D) 은,
    D ＝ 0.63 * exp(0.45 * ((90 － (θs ＋ θb))/90)^2)
    를 만족하는, 확산판.
  13. 삭제
  14. 삭제
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