KR20170063664A - 확산판 및 확산판의 설계 방법 - Google Patents

확산판 및 확산판의 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 휘도 불균일이나 색 불균일이 적은 광학 특성과 화상을 투영했을 때의 양호한 외관 품위가 얻어지는 간소한 구성의 확산판 및 설계 방법을 제공한다. 본 발명의 확산판 (1) 은, 주면 (S1) 에 복수의 마이크로 렌즈 (2) 가 배열된 확산판으로서, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 주면 (S1) 에 수직인 단면의 형상은 서로 상이함과 함께, 대칭축을 가지지 않는다. 본 발명의 확산판 (1) 의 설계 방법은, 주면 (S1) 에 복수의 마이크로 렌즈 (2) 가 배열된 확산판 (1) 의 설계 방법으로서, 주면 (S1) 에 수직인 단면이 대칭축을 갖는 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상을 1 또는 복수 결정하고, 기준 마이크로 렌즈 (3) 를 주면 (S1) 에 복수 개 배열하고, 주면 (S1) 에 대하여 연속적으로 변화하는 곡면을 갖는 위상 변조 형상 (4) 을 생성하고, 복수 개 배열된 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상과 위상 변조 형상 (4) 을 서로 합함으로써 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 형상을 결정한다.

Description

확산판 및 확산판의 설계 방법{DIFFUSING PLATE AND DIFFUSING-PLATE DESIGN METHOD}
본 발명은, 확산판 및 확산판의 설계 방법에 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, 레이저 광의 스펙클 노이즈를 억제할 수 있는 이점이 있다.
특허문헌 1 에는, 레이저 광을 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 및 3 그리고 비특허문헌 1 에는, 2 장의 마이크로 렌즈 어레이를 사용한 스크린이 기재되어 있다. 1 장의 마이크로 렌즈 어레이만을 사용한 경우에는 휘도 불균일이나 색 불균일이 발생하기 쉽다. 특허문헌 2 및 3 그리고 비특허문헌 1 에는, 2 장의 마이크로 렌즈 어레이를 사용함으로써, 이와 같은 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있는 것이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3 에는, 상이한 특성을 갖는 마이크로 렌즈를 배열한 1 장의 마이크로 렌즈 어레이에 의해, 주기 구조에 의해 발생하는 회절광 및 간섭광에서 기인하는 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 4 에는, 수직의 측면을 갖는 피스톤 형상 (인상부) 을 마이크로 렌즈에 형성하거나, 미세 구조의 형상 또는 위치를 정의하는 파라미터의 적어도 1 개를 미리 정해진 확률 밀도 함수에 따라 랜덤 분포시킴으로써, 미세 구조의 주기성에서 기인하는 회절 스폿에 의해 발생하는 휘도 불균일이나 색 불균일을 개선하는 방법이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2010-145745호 일본 공개특허공보 2012-226300호 일본 공표특허공보 2007-523369호 일본 공표특허공보 2004-505306호
H. Urey and K. D. Powell, "Microlens-array-based exit-pupil expander for full-color displays", APPLIED OPTICS Vol.44, No.23, p.4930 - 4936
특허문헌 3 에는, 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있는 마이크로 렌즈의 구체적인 형상이나 배열이 기재되어 있지 않다. 또한, 색 불균일이나 휘도 불균일을 균일하게 하기 위해서, 예를 들어 마이크로 렌즈의 곡률과 배치 위치 등 복수의 파라미터에 동시에 랜덤 분포를 부여하면, 확산판을 스크린에 사용한 경우에, 레이저 광에 의한 스펙클이 발생하기 쉽고, 화질이 악화된다는 문제가 있다.
특허문헌 4 에서는, 기판의 주면으로부터의 높이가 상이한 피스톤 형상으로 복수의 마이크로 렌즈를 인상하여, 복수의 마이크로 렌즈에 각각 상이한 위상차를 부여함으로써, 회절광 및 간섭광의 발생을 억제하여 확산판 전체적으로 균일한 확산 특성을 얻고 있다. 그러나, 피스톤 형상은 기판의 주면으로부터 수직으로 일어서 있기 때문에, 성형성이 나쁘고, 제조시에 이형 불량 등의 성형 결함을 일으키기 쉽다. 그 때문에, 확산판 상의 결함 부분에서는 광이 산란되기 때문에, 화상을 투영했을 때에 외관 불량을 발생시키기 쉬워진다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 서술한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 휘도 불균일이나 색 불균일이 적은 광학 특성과 화상을 투영했을 때의 양호한 외관 품위가 얻어지는 간소한 구성의 확산판 및 그 설계 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 확산판은,
주면에 복수의 마이크로 렌즈가 배열된 확산판으로서,
상기 복수의 마이크로 렌즈의 상기 주면에 수직인 단면의 형상은, 서로 상이함과 함께, 대칭축을 가지지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
상기 복수의 마이크로 렌즈의 각각의 상기 단면에 있어서의 표면 형상은 곡선만으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
상기 복수의 마이크로 렌즈의 정점은, 각각 상기 주면에 수직인 방향의 위치가 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 주면 상에 격자상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
당해 확산판은 투과형의 확산판이고,
상기 복수의 마이크로 렌즈는 볼록 렌즈이고,
상기 복수의 마이크로 렌즈의 볼록면의 정점의 상기 주면으로부터의 최대 높이와 최소 높이의 차를 ΔH [㎛], 상기 마이크로 렌즈의 굴절률을 n, 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
0.2 ≤ ΔH × (n - 1) × 1000/λ
의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
당해 확산판은 투과형의 확산판이고,
상기 복수의 마이크로 렌즈는 오목 렌즈이고,
상기 복수의 마이크로 렌즈의 오목면의 정점의 상기 주면으로부터의 최대 깊이와 최소 깊이의 차를 ΔD [㎛], 상기 마이크로 렌즈의 굴절률을 n, 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
0.2 ≤ ΔD × (n - 1) × 1000/λ
의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
당해 확산판은 반사형의 확산판이고,
상기 복수의 마이크로 렌즈는 볼록 렌즈이고,
상기 복수의 마이크로 렌즈의 볼록면의 정점의 상기 주면으로부터의 최대 높이와 최소 높이의 차를 ΔH [㎛], 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
0.1 ≤ ΔH × 1000/λ
의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
당해 확산판은 반사형의 확산판이고,
상기 복수의 마이크로 렌즈가 오목 렌즈이고,
상기 복수의 마이크로 렌즈의 오목면의 정점의 상기 주면으로부터의 최대 깊이와 최소 깊이의 차를 ΔD [㎛], 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
0.1 ≤ ΔD × 1000/λ
의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
상기 복수의 마이크로 렌즈의 형상은, 상기 주면 상에 반복하여 배열된 1 의 기준 마이크로 렌즈와, 상기 주면에 대하여 연속적으로 변화하는 곡면을 갖는 위상 변조 형상이 합성된 형상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
상기 복수의 마이크로 렌즈에 의해 구성되는 마이크로 렌즈 어레이의 광축이 상기 주면에 수직인 방향을 향하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 확산판의 설계 방법은,
주면에 복수의 마이크로 렌즈가 배열된 확산판의 설계 방법으로서,
상기 주면에 수직인 단면이 대칭축을 갖는 기준 마이크로 렌즈의 형상을 1 또는 복수 결정하고,
기준 마이크로 렌즈를 상기 주면에 복수 개 배열하고,
상기 주면에 대하여 연속적으로 변화하는 곡면을 갖는 위상 변조 형상을 생성하고,
복수 개 배열된 상기 기준 마이크로 렌즈의 형상과 상기 위상 변조 형상을 서로 합함으로써 상기 복수의 마이크로 렌즈의 형상을 결정한다.
본 발명에서는,
복수 개 배열된 상기 기준 마이크로 렌즈와 상기 주면 사이에 배치되는 인상부를 복수 개 생성하고,
복수 개 생성된 상기 인상부의 높이를 평균화 처리함으로써 상기 위상 변조 형상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
상기 단면에 있어서 상기 위상 변조 형상은, 복수 개 생성된 상기 인상부의 높이의 이동 평균 근사 곡선인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는,
상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 주면 상에 격자상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 휘도 불균일이나 색 불균일이 적은 광학 특성과 화상을 투영했을 때의 양호한 외관 품위가 얻어지는 간소한 구성의 확산판 및 그 설계 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 실시 형태 1 에 관련된 확산판의 주면에 수직인 단면의 단면 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 2 는 실시 형태 1 에 관련된 확산판의 주면 상의 형상을 나타내는 도면이다.
도 3 은 실시 형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법의 공정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4 는 실시 형태 1 에 관련된 마이크로 렌즈 어레이의 설계 공정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5 는 실시 형태 1 에 관련된 복수의 기준 마이크로 렌즈의 단면 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 6 은 실시 형태 1 에 관련된 위상 변조 형상의 단면 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 7 은 실시 형태 1 에 관련된 확산판의 금형 제조 공정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8 은 실시예 1 에 관련된 확산판의 제조에 사용하는 스탬퍼의 레이저 현미경 관찰 이미지를 나타내는 도면이다.
도 9a 는 실시예 1 에 관련된 확산판의 프로젝터의 투과 이미지 관찰 결과를 나타내는 도면이다.
도 9b 는 종래 기술에 관련된 확산판의 프로젝터의 투과 이미지 관찰 결과를 나타내는 도면이다.
도 10 은 실시예 1 에 관련된 확산판의 확산 각도 분포 특성을 나타내는 도면이다.
[실시 형태 1]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
(확산판의 형상)
도 1 은, 본 실시 형태에 관련된 확산판 (1) 의 주면 (S1) 에 수직인 단면의 단면 프로파일을 나타내는 도면이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 확산판 (1) 은, 기판의 주면 (S1) 에 복수의 마이크로 렌즈 (2) 가 배열된 광 확산판이다. 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는 주면 (S1) 상에 격자상으로 배열되어 있다. 도 1 의 세로축은, 기판의 주면 (S1) 의 높이를 0 으로 하여, 렌즈 형상의 주면 (S1) 으로부터의 높이를 나타내고 있다. 도 1 의 가로축은, 주면 (S1) 에 평행한 방향의 위치를 나타내고 있다. 또한, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 에 의해 구성되는 마이크로 렌즈 어레이의 광축은 주면 (S1) 에 수직인 방향을 향하고 있다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 주면 (S1) 에 수직인 단면의 형상은, 서로 상이함과 함께, 대칭축을 가지지 않는다. 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 각각의 단면에 있어서의 표면 형상은 곡선만으로 구성된다. 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 정점은, 각각 주면 (S1) 에 수직인 방향의 위치가 상이하다.
또한, 도 2 에 약 450 ㎛ × 480 ㎛ 의 단위 영역의 마이크로 렌즈 어레이를 나타낸다. 이 단위 영역을 기판의 주면 (S1) 상에 전체면에 까는 것에 의해 확산판 (1) 을 형성한다. 도 2 의 세로축 및 가로축은 주면 (S1) 상의 좌표를 나타내고 있고, 마이크로 렌즈의 주면 (S1) 으로부터의 높이를 색의 차이로 나타내고 있다. 도 2 중에서 색이 흑색에 가까울수록 주면 (S1) 으로부터의 높이가 작고, 흰색에 가까울수록 주면 (S1) 으로부터의 높이가 커져 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 를 주면 (S1) 상에 격자상으로 배치하는 것이 바람직하다. 도 2 에서는, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는 사각형 격자상으로 배치되어 있지만, 격자상의 배치는 사각형 격자에 한정되는 것이 아니고, 정방 격자, 정삼각 격자, 사방 격자, 평행체 격자 등을 사용해도 된다.
도 3 은, 확산판 (1) 의 제조 방법의 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 본 실시 형태에 관련된 확산판 (1) 의 제조 방법은, 원하는 광 확산 특성을 발현하는 마이크로 렌즈 어레이를 설계하는 공정 (ST100) 과, 그 마이크로 렌즈 어레이의 금형을 제작하는 공정 (ST200) 과, 금형을 사용하여 수지에 마이크로 렌즈 어레이의 형상을 전사하는 공정 (ST300) 을 구비한다.
이하, 각 공정을 순서대로 설명한다.
(마이크로 렌즈 어레이 설계 공정)
도 4 를 사용하여, 본 실시 형태의 확산판 (1) 의 설계에 있어서의 마이크로 렌즈 어레이 설계 공정 (ST100) 에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상 (도 5) 과, 기준 마이크로 렌즈 (3) 에 위상차를 부여하는 위상 변조 형상 (4) (도 6) 으로 나누어 설계한다.
먼저, 확산판 (1) 에 사용하는 재료의 광학 물성 (특히 굴절률) 및 사용 파장, 그리고 필요한 확산 특성의 사양을 결정한다 (ST110).
다음으로, 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상 설계를 실시한다 (ST120). 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상은, 구면이어도 되고 비구면이어도 되고, 요구하는 확산 특성의 사양을 만족하는 형상이면 된다. 확산판 (1) 의 설계에 사용하는 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 종류는 몇 개여도 되지만, 필요한 특성을 만족하는 범위에서 보다 적은 종류로 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, 도 5 에, 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상예로서, 4 종류의 곡률을 가진 구면 렌즈가 배열된 마이크로 렌즈 어레이의 단면 프로파일을 나타낸다.
확산판 (1) 에서는, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 가 최밀하게 충전되어 있는 것이 바람직하기 때문에, 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 저면은 정방형, 장방형 또는 정육각형 등의 최밀 충전을 할 수 있는 형상이 바람직하다. 그러나, 확산판 (1) 의 광학 특성에 이방성을 갖게 하고자 하는 경우 등은 예외이고, 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 저면의 형상 및 종횡비를 임의로 설정해도 된다.
다음으로, 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 배치를 결정한다 (ST130). 구체적으로는, 주면 (S1) 상의 단위 영역에 있어서의 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 배치 패턴이나 피치를 결정한다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 복수의 형상이 상이한 마이크로 렌즈를 사용해도 된다. 또한, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 기준 마이크로 렌즈 (3) 를 주면 (S1) 상에 격자상으로 배치하는 것이 바람직하다.
단위 영역을 주기적으로 반복함으로써 필요한 패턴 영역을 매립할 수 있다. 단위 영역을 보다 큰 면적으로 하고, 또한, 복수 종류의 단위 영역을 랜덤으로 배치함으로써, 휘도 불균일이나 색 불균일을 효과적으로 경감시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 단위 영역을 반복함으로써, 가공에 필요로 하는 데이터량을 억제할 수 있기 때문에, 데이터 작성의 부하를 저감시키는 효과도 얻어진다. 물론, 가공기측에서 대용량 데이터를 취급하는데 지장이 없으면, 마이크로 렌즈 어레이 전체면의 데이터를 일괄로 준비해도 된다.
다음으로, 위상차를 부여하는 위상 변조 형상 (4) 의 설계를 실시한다 (ST140). 본 실시 형태의 확산판 (1) 에 있어서, 위상차는, 마이크로 렌즈 (2) 를 투과한 광 또는 마이크로 렌즈 (2) 에 의해 반사된 광의 광로 길이의 차를 파장으로 규격화하여 나타낸다. 복수의 마이크로 렌즈 (2) 에 각각 위상차를 부여하기 위해서, 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상과는 별도로 위상 변조 형상 (4) 을 정의한다. 위상 변조 형상 (4) 은, 예를 들어 평균 피치, 높낮이차 등에 기초하여 생성할 수 있고, 몇 개의 정현파를 조합하여 생성해도 된다.
본 실시 형태에서는, 설정한 위상차의 범위 내에서, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 에 일정한 난수를 사용하여 랜덤으로 위상차를 설정한다. 먼저, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 각각에 대하여 1 개의 수치로 나타내는 위상차를 설정한다. 이 상태에서는, 각각의 마이크로 렌즈 (2) 의 경계에서는 위상차가 불연속의 상태이다. 그 때문에, 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로 렌즈 (2) 전체의 위상차를 평균화 처리함으로써, 위상차가 연속적으로 변화하는 삼차원 곡면의 위상 변조 형상 (4) 을 생성한다. 위상 변조 형상 (4) 의 형상예를 도 6 에 나타낸다.
다음으로, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 형상을 생성한다 (ST150). 최종적으로 형성되는 마이크로 렌즈 어레이의 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 형상은, 위상 변조 형상 (4) 과 복수의 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상을 합성한 형상이 된다. 요컨대, 도 6 에 나타내는 바와 같은 위상 변조 형상 (4) 과, 도 5 에 나타내는 바와 같은 복수의 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상을 서로 합함으로써, 도 1 에 나타내는 바와 같은 마이크로 렌즈 어레이 형상을 생성한다.
여기서, 도 5 에 나타내는 복수의 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상은, 대칭축을 갖는 마이크로 렌즈이다. 그에 반하여, 도 6 의 위상 변조 형상 (4) 은, 대칭축을 가지지 않는, 연속적으로 변화하는 삼차원 곡면이다. 그러므로, 도 1 에 나타내는 바와 같은, 복수의 기준 마이크로 렌즈 (3) 와 위상 변조 형상 (4) 을 합산한 마이크로 렌즈 어레이의 주면 (S1) 에 수직인 단면에서는, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 단면 형상은 각각 대칭축을 가지지 않는, 비대칭의 형상으로 되어 있다.
요컨대, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 단면은 각각 상이하고, 각각이 비대칭의 단면으로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 단, 확률적으로는 우연히 동일한 렌즈가 존재할 수 있기 때문에, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 중에 동일한 마이크로 렌즈가 존재하는 것을 부정하는 것은 아니다. 또한, 의도적으로 동일한 렌즈를 배치하는 것도 부정하지 않는다. 동일한 마이크로 렌즈는 수 개이면 특별히 큰 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이 중의 복수의 마이크로 렌즈 (2) 전체의 개수의 10 ％ 를 초과하는 개수만큼, 동일한 렌즈를 배치하면, 휘도 불균일 등의 특성에 영향을 주기 때문에 바람직하지 않다.
복수의 마이크로 렌즈 (2) 가 비대칭의 단면을 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 사용한 확산판 (1) 의 광학 특성은, 스칼라 이론에 기초한 파동 광학 계산으로부터 구할 수 있다. 최적의 위상 변조 형상 (4) 과 마이크로 렌즈 어레이의 설계에는 방대한 조합이 있기 때문에, 컴퓨터에 의해 최적의 조합을 탐색하는 것이 바람직하다.
(복수의 마이크로 렌즈의 위상차)
마이크로 렌즈 어레이를 사용한 투과형 확산판에 대하여 구체적으로 설명한다. 먼저, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 위상 변조 형상 (4) 은 연속적으로 형상이 변화하고 있는 것이 특징이다. 위상 변조 형상 (4) 의 주면 (S1) 으로부터의 높낮이차가, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 에 각각 부여되는 위상차가 된다.
본 실시 형태의 확산판 (1) 에서는, 각각의 마이크로 렌즈 (2) 에 위상차를 발생시킴으로써, 회절을 원인으로 하여 발생하는 휘도 불균일이나 색 불균일의 개선을 도모하고 있다. 확산판 (1) 은 투과형의 확산판이고, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는 볼록 렌즈인 경우에 대하여 생각한다. 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 위상차는, 위상 변조 형상 (4) 과 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상을 합산한 것으로, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 정점의 최대 높낮이차를 ΔH [㎛] 라고 한다. 여기서, 최대 높낮이차 ΔH 에 대응하는 위상차는, 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 재료의 굴절률을 n, 사용하는 광원의 파장 λ [㎚] 라고 하면, 1000 × ΔH × (n - 1)/λ 로 나타낸다.
휘도 불균일이나 색 불균일의 개선 효과를 발생시키는 데에는, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 위상차는 0.2 이상으로 설정할 필요가 있고, 0.5 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 광원이 복수의 파장으로 이루어지는 경우에는, 사용하는 파장 중에서 가장 긴 파장으로 대표하여 계산하면 된다.
즉, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 볼록부의 정점의 주면 (S1) 으로부터의 최대 높이와 최소 높이의 차 (최대 높낮이차) 를 ΔH [㎛], 마이크로 렌즈 (2) 의 굴절률을 n, 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 할 때,
0.2 ≤ ΔH × (n - 1) × 1000/λ
의 관계를 만족하는 것이 바람직하고,
0.5 ≤ ΔH × (n - 1) × 1000/λ
로 하는 것이 더욱 바람직하다.
여기까지는 투과형의 볼록 렌즈를 예로서 설명했지만, 확산판 (1) 은 투과형의 확산판이고, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는 오목 렌즈인 경우에 대하여 생각한다. 투과형의 오목 렌즈의 경우에는 ΔH 대신에, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 오목면의 주면 (S1) 으로부터의 최대 깊이와 최소 깊이의 차 ΔD [㎛] 로 치환하여 생각하면 된다.
즉, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 오목면의 정점의 주면 (S1) 으로부터의 최대 깊이와 최소 깊이의 차를 ΔD [㎛], 마이크로 렌즈 (2) 의 굴절률을 n, 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
0.2 ≤ ΔD × (n - 1) × 1000/λ
의 관계를 만족하는 것이 바람직하고,
0.5 ≤ ΔD × (n - 1) × 1000/λ
로 하는 것이 더욱 바람직하다.
확산판 (1) 은 반사형 확산판이고, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는 볼록 렌즈인 경우에 대하여 생각한다. 또한, 반사형 확산판의 경우에는, 표면에 형성되어 있는 확산 패턴은 광을 투과하지 않기 때문에 엄밀하게 말하면 렌즈는 아니지만, 렌즈상의 요철 형상에 대해서도 본 명세서 중에서는 「마이크로 렌즈」 라고 칭하여 설명을 실시한다.
복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 볼록부의 정점의 높이에 분포를 가진 마이크로 렌즈 어레이의 표면에서 입사광이 반사됨으로써 왕복에서의 광로차가 발생하여, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 각각의 사이에 위상차가 발생한다. 이 때의 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 볼록부의 정점의 주면 (S1) 으로부터의 최대 높이와 최소 높이의 차 ΔH 에 대응하는 위상차는, 1000 × 2ΔH/λ 로 나타낸다.
휘도 불균일이나 색 불균일의 개선 효과를 발생시키는 데에는, 투과형의 경우와 마찬가지로, 위상차는 0.2 이상으로 설정할 필요가 있고, 0.5 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
즉, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 볼록면의 정점의 주면 (S1) 으로부터의 최대 높이와 최소 높이의 차를 ΔH [㎛], 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
0.1 ≤ ΔH × 1000/λ
의 관계를 만족하는 것이 바람직하고,
0.25 ≤ ΔH × 1000/λ
로 하는 것이 더욱 바람직하다.
확산판 (1) 은 반사형 확산판이고, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 가 오목 렌즈인 경우에 대하여 생각한다. 반사형이고 오목 렌즈를 사용하는 경우에는, ΔH 대신에, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 오목부의 주면 (S1) 으로부터의 최대 깊이와 최소 깊이의 차 ΔD 로 치환하여 생각하면 되는 점도, 투과형이고 오목 렌즈를 사용하는 경우와 동일하다.
복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 오목면의 정점의 주면 (S1) 으로부터의 최대 깊이와 최소 깊이의 차를 ΔD [㎛], 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
0.1 ≤ ΔD × 1000/λ
의 관계를 만족하는 것이 바람직하고,
0.25 ≤ ΔD × 1000/λ
로 하는 것이 더욱 바람직하다.
마이크로 렌즈 어레이에 있어서의 최대 높낮이차 ΔH 의 설정 방법에 대해서는, 마이크로 렌즈 어레이의 패턴 영역 전역에서 설정해도 되고, 어느 단위 영역 중에서 최대 높낮이차 ΔH 를 정하여 그것을 주기적 또는 랜덤으로 반복해도 된다.
설계 데이터로부터 마이크로 렌즈 어레이를 가공하는 방법은, 기계 가공, 마스크를 사용한 포토리소그래피, 마스크리스 리소그래피, 에칭, 레이저 어블레이션 등 많은 가공 방법을 사용할 수 있다. 이들 기술을 사용하여 금형을 제조하고, 금형을 사용하여 수지를 성형함으로써, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지는 확산판 (1) 을 제조한다. 금형을 직접 반사형의 확산판으로서 사용해도 된다. 확산판 (1) 의 성형 방법은, 롤 투 롤 성형, 열 프레스 성형, 자외선 경화성 수지를 사용한 성형, 사출 성형 등 수많은 성형 방법 중에서 적절히 선택하면 된다. 반사형의 확산판으로서 사용하는 경우에는, 마이크로 렌즈 어레이의 곡률을 갖는 렌즈면에 Al 등의 반사막을 성막하여 이용하면 된다.
(금형 제조 공정 및 성형 공정)
이하, 레이저 주사형의 마스크리스 리소그래피와 전주 (電鑄) 에 의해 금형을 제작하는 금형 제작 공정 (ST200) 과, 그 금형과 자외선 경화성 수지를 사용한 성형에 의해 확산판 (1) 을 성형하는 수지 성형 공정 (ST300) 에 대하여 도 3 및 도 7 을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다.
마스크리스 리소그래피는, 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 레지스트 도포 공정 (ST210) 과, 미세 패턴을 포토레지스트에 노광하는 노광 공정 (ST220) 과, 노광 후의 포토레지스트를 현상하여 미세 패턴을 갖는 원반을 얻는 현상 공정 (ST230) 으로 이루어진다.
먼저, 레지스트 도포 공정 (ST210) 에서는, 기판 상에 포지티브형의 포토레지스트를 도포한다. 포토레지스트의 도포막의 막 두께는, 형성하고자 하는 미세 패턴의 높이 이상의 두께이면 된다. 도포막에 대해서는 70 ℃ ∼ 110 ℃ 의 베이킹 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
다음으로, 노광 공정 (ST220) 에서는, 도포 공정에서 도포된 포토레지스트에 대하여 레이저 빔을 주사하면서 조사함으로써, 포토레지스트를 노광한다. 레이저 빔의 파장은 포토레지스트의 종류에 따라 선정하면 되고, 예를 들어 351 ㎚, 364 ㎚, 458 ㎚, 488 ㎚ (Ar＋ 레이저의 발진 파장), 351 ㎚, 406 ㎚, 413 ㎚ (Kr＋ 레이저의 발진 파장), 352 ㎚, 442 ㎚ (He-Cd 레이저의 발진 파장), 355 ㎚, 473 ㎚ (반도체 여기 고체 레이저의 펄스 발진 파장), 375 ㎚, 405 ㎚, 445 ㎚, 488 ㎚ (반도체 레이저) 등을 선택할 수 있다.
마이크로 렌즈 (2) 의 노광 공정 (ST220) 에서는, 레이저 파워를 마이크로 렌즈 (2) 형상과 레지스트 감도로부터 정해지는 값으로 변조시키면서, 레지스트 상에 레이저 빔을 주사시킨다. 대물 렌즈로 집광함으로써, 레이저 광으로 레지스트 상에서 초점을 맞추고 있다. 레지스트 상에서의 레이저 스폿은, 일반적으로 유한의 직경을 갖는 가우스 분포이다. 그 때문에, 레이저 파워를 계단상으로 변화시켜도 레지스트에 노광되는 광량 분포는 계단상은 되지 않고, 일정한 경사를 가지는 광량 분포가 된다. 레이저 노광의 이와 같은 성질을 이용함으로써, 매끄러운 경사면 형상을 조형할 수 있다.
1 의 마이크로 렌즈 (2) 와 거기에 인접하는 마이크로 렌즈 (2) 의 위상차 (주면 (S1) 으로부터의 렌즈 높이의 차에 상당한다) 를 크게 하기 위해서는, 노광 공정에 있어서 인접하는 마이크로 렌즈 (2) 에 조사되는 레이저 파워의 차를 크게 하면 된다. 그러나, 레이저 파워의 차를 지나치게 크게 하면, 인접하는 마이크로 렌즈 (2) 의 경계 부근의 렌즈 형상이, 설계치로부터 벗어나는 영역이 증가한다. 따라서, 광학 설계 결과와 동일한 확산 각도 분포를 얻기 위해서는, 인접하는 마이크로 렌즈 (2) 사이의 높이의 차를 일정한 범위 내로 제어하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는 마이크로 렌즈 어레이의 최대 높낮이차 ΔH 는, 위상 변조 형상 (4) 의 최대 높낮이차와, 복수의 기준 마이크로 렌즈 (3) 각각의 형상차에서 기인하는 높낮이차를 합산한 것이 된다. 전술한 파장으로 규격화한 위상차를 1 로 설정하면, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 사이의 위상차의 평균은 0.5 가 된다. 이에 의해, 확산판 (1) 상의 복수의 마이크로 렌즈 (2) 가 평균적으로 1/2 파장의 위상차를 가지게 되기 때문에, 회절광이 억제되기 때문에 바람직하다.
다음으로, 현상 공정 (ST230) 에서는, 노광 후의 포토레지스트를 현상한다. 포토레지스트의 현상은 다양한 공지된 방법에 의해 실시할 수 있다. 사용할 수 있는 현상액의 제한은 특별히 없고, 예를 들어, 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 (TMAH) 등의 알칼리 현상액을 사용할 수 있다. 또한, 현상 공정 (ST230) 에서는 노광량에 따라 포토레지스트가 제거되어, 포토레지스트의 미세 패턴 형상이 형성된다. 예를 들어, 노광 공정 (ST220) 에 있어서, 포지티브 레지스트를 사용하여, 오목 렌즈의 형상에 따른 레이저 파워로 노광한 경우, 포토레지스트에 오목 렌즈 형상이 형성된 마이크로 렌즈 (2) 의 원반이 얻어지게 된다.
다음으로, 전주 공정 (ST240) 에서는, 마스크리스 리소그래피에서의 노광 공정 및 현상 공정에 의해 형성된 미세 패턴을 갖는 포토레지스트 표면에, 니켈 금속의 증착 등에 의해 금속막을 형성함으로써 금형을 제작한다.
전주 공정 (ST240) 에서는, 먼저, 미세 패턴을 갖는 포토레지스트 표면에 니켈 금속의 증착 등에 의해 도전화 처리를 실시한다. 다음으로, 전주에 의해, 니켈 증착막 표면에 니켈을 판상으로 원하는 두께까지 퇴적시킨다.
다음으로, 박리 공정 (ST250) 에서는, 전주 공정 (ST240) 에서 형성한 니켈판을 포토레지스트 원반으로부터 박리하면, 포토레지스트 상의 오목 렌즈 형상이 반전 전사된 볼록 렌즈 형상이 형성된 금형 (스탬퍼) 이 얻어진다. 오목 렌즈 형상이 필요한 경우에는 한번 더 전주 공정을 실시하면 된다.
다음으로, 수지 성형 공정 (ST300) 에서는, 금형 제조 공정 (ST200) 에 의해 형성된 스탬퍼를 사용하여 수지를 성형한다.
보다 구체적으로는, 먼저, 스탬퍼의 표면에, 예를 들어 광 경화 수지를 적당량 도포한다. 다음으로, 광 경화 수지 상에 기재를 씌운다. 구체적으로는, 핸드 롤러로 기재를 광 경화 수지에 가압하면서, 여분의 광 경화 수지를 긁어내면서, 기재를 광 경화 수지 상에 씌워 간다. 다음으로, 기재측으로부터 자외광을 조사하여, 광 경화 수지를 경화시킨다. 또한, 기재에는, 자외광 등의 광을 투과 가능한 재질이 이용되어 있다. 다음으로, 기재를 스탬퍼로부터 박리한다. 스탬퍼로부터 박리된 기재 상에는, 광 경화 수지의 층이 형성되어 있다. 그리고, 광 경화 수지의 층에는, 스탬퍼의 구조가 반전하여 전사되어 있다.
마이크로 렌즈 어레이를 반사형의 확산판 (1) 으로서 사용하는 경우에는, 예를 들어 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 부재의 표면에 알루미늄 반사막을 진공 증착시키고, 입사광을 알루미늄면에 의해 반사시키면 된다. 또한, 마이크로 렌즈 어레이가 기판의 편면에만 형성된 부재인 경우에, 기판의 평면측으로부터 입광시키고, 알루미늄 반사막을 성막한 마이크로 렌즈 어레이면에서 반사시키는 구성으로 해도 된다.
한편, 반사막이 형성되어 있지 않은 마이크로 렌즈 어레이면으로부터 광이 입사하여, 반사막을 형성한 평면측에서 광을 반사시키는 구성도 확산판 (1) 으로서 이용할 수 있다. 또한, 양면에 마이크로 렌즈 어레이를 성형한 기판에서, 입사측의 반사막의 막 두께를 조정하여 하프 미러로 하고, 이면측의 막 두께는 반사율을 대략 100 ％ 로 하도록 조정한 구성으로 함으로써, 표리 양면의 2 개의 마이크로 렌즈 어레이에 의한 확산판으로 하는 것도 가능하다. 또한, 필요에 따라, 알루미늄 반사막을 보호하기 위해서 보호층을 코트해도 된다.
본 발명에 관련된 확산판 (1) 에서는, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 에 각각 위상차를 부여하고 있고, 그 위상차를 부여하는 위상 변조 형상 (4) 을 연속적인 형상으로 함으로써, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는 기판의 주면 (S1) 에 수직인 단면에 있어서, 일반적인 렌즈와 같은 회전 대칭축이나, 토로이달 렌즈와 같은 대칭축을 가지지 않고, 비대칭의 단면을 갖는다.
비대칭의 단면을 갖는 복수의 마이크로 렌즈 (2) 로 구성되는 마이크로 렌즈 어레이는, 인접하는 마이크로 렌즈 (2) 사이가 매끄럽게 접속되어 있다. 인접하는 마이크로 렌즈 (2) 사이의 접속 부분의 산란광을 적게 함으로써, 확산판 (1) 의 외관 품위를 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 에 각각 위상차가 부여되어 있기 때문에, 마이크로 렌즈 (2) 의 피치가 수백 ㎛ 이하로 좁아졌을 때에, 회절 및 간섭에 의한 휘도 불균일이나 색 불균일을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 휘도 불균일이나 색 불균일이 적은 광학 특성과, 양호한 외관 품위를 양립시킨 확산판을 제공할 수 있다.
실시예
이하, 본 실시 형태에 관련된 확산판 (1) 의 실시예에 기초하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 실시예의 확산판 (1) 에서는 전술한 바와 같이, 주면 (S1) 상의 복수의 마이크로 렌즈 (2) 로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이를, 위상 변조 형상 (4) 과 복수의 기준 마이크로 렌즈 (3) 로 나누어 설계를 실시하였다.
위상 변조 형상 (4) 은, 마이크로 렌즈 어레이 전체로 설정하였다. 위상 변조 형상 (4) 에 있어서, 위상차를 부여하기 위한 주면 (S1) 으로부터의 최대 높낮이차는 ΔH = 1.5 ㎛ 로 하였다. 주면 (S1) 상에 있어서, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 각각의 위치에 대응하는 일정한 난수를 발생시켜, 위상차를 부여하기 위한 인상 높이 (인상부) 를 설정하였다. 그러나, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 마다 상이한 인상 높이를 설정한 것만으로는, 인접하는 마이크로 렌즈 (2) 사이에서의 위상차는 불연속이 되게 된다. 그 때문에, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 각각에 설정한 인상 높이를 이동 평균 처리함으로써, 연속하는 위상 변조 형상 (4) 을 생성하였다. 설계한 위상 변조 형상 (4) 의 일부를 빼낸 것을 도 6 에 나타낸다.
다음으로, 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상에 대하여 설명을 한다. 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 렌즈 형상은, 일반적인 회전 대칭 형상을 사용해도 되고, 그 경우 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 단면은, 하기의 식 (1) 로 나타낸다. 여기서, C 는 곡률 [1/㎛] 이고, K 는 원추 계수, r 은 중심축으로부터의 거리, z 는 중심축과 렌즈면의 교점을 기준으로 한 새그량이다. 곡률 C 는, 곡률 반경 R 을 사용하여, C = 1/R 로 나타낸다.
Figure pct00001
본 실시예의 확산판 (1) 에서 사용한 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 단면 형상은, 하기의 식 (2) 로 나타낸다. 여기서는, 기준 마이크로 렌즈 (3) 는, 장방형의 저면을 갖는 토로이달 렌즈이고, X 방향 및 Y 방향으로 각각 곡률이 정의되어 있다. 여기서, 렌즈의 중심축을 원점으로 하여, rx 는 중심축으로부터의 X 방향의 거리, ry 는 중심축으로부터의 Y 방향의 거리이고, Cx 는 X 방향 (XZ 평면) 의 곡률 [1/㎛] 이고, Cy 는 Y 방향의 곡률 [1/㎛] 이고, (XZ 평면) 의 Kx 는 X 방향 (XZ 평면) 의 원추 계수, Ky 는 Y 방향 (YZ 평면) 의 원추 계수이다.
Figure pct00002
본 실시예에 관련된 확산판 (1) 에서는, 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 피치는 Px = 30 ㎛, Py = 32 ㎛ 로 고정하였다. 복수의 기준 마이크로 렌즈 (3) 는, X 방향으로는 4 종류의 곡률 반경을 갖고, Y 방향으로는 3 종류의 곡률 반경을 갖는다. 본 실시예에 관련된 확산판 (1) 에는, X 방향 및 Y 방향의 곡률 반경을 조합한 합계 12 종류의 기준 마이크로 렌즈 (3) 를, 일정한 난수를 사용하여 랜덤으로 선택하여 주면 (S1) 상에 배치하였다. 기준 마이크로 렌즈 (3) 에 있어서, X 방향은 구면 렌즈 (Kx = 0) 로서 곡률 반경 Rx [㎛] 는 52.9, 58.5, 69.8, 77.4 로 하고, Y 방향은 비구면 렌즈 (Ky = -0.45) 로서 곡률 반경 Ry [㎛] 는 28.2, 31.2, 34.6 으로 하였다. 또한, 모든 기준 마이크로 렌즈 (3) 는 가장 낮은 부분의 높이를 기준 높이로 한다.
마이크로 렌즈 어레이의 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 형상은, 위상 변조 형상 (4) 과 복수의 기준 마이크로 렌즈 (3) 의 형상을 서로 합한 것이 된다. 도 2 에, 약 450 ㎛ × 480 ㎛ 의 영역에서 설계한 경우의 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 형상예를 나타낸다. 여기서, 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로 렌즈 (2) 의 형상은, 복수의 대칭축을 가지는 기준 마이크로 렌즈 (3) 와, 대칭축이나 대칭점을 가지지 않는 위상 변조 형상 (4) 을 중합한 형상이다. 이 때문에, 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 복수의 마이크로 렌즈 (2) 는 각각 비대칭의 단면을 가지게 된다.
상기 서술한 내용에 기초하여 확산판 (1) 표면의 약 60 ㎜ × 80 ㎜ 의 마이크로 렌즈 어레이 영역의 전체를 설계하였다 (ST100). 이 설계 데이터를 이용하여, 전술한 금형 제작 공정 (ST200) 을 거쳐, 볼록 렌즈를 복수 갖는 마이크로 렌즈 어레이 형상이 형성된 스탬퍼를 얻었다. 도 8 에, 이 스탬퍼의 렌즈 형상의 공초점 레이저 현미경에 의한 관찰 이미지를 나타낸다. 도 8 에서는, 위상차가 형성된 복수의 볼록 렌즈 형상이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 8 에 나타내는 스탬퍼를 사용하여, 광 경화 수지를 사용한 성형을 실시하였다. 기재로서 두께 0.3 ㎜ 의 폴리카보네이트 필름을 이용하여, 굴절률 1.52 의 아크릴계 광 경화 수지를 스탬퍼와 기재 사이에 흘려 넣어 성형을 실시함으로써, 확산판 (1) 을 제작하였다.
도 9a, 9b 는, 성형에 의해 얻어진 본 실시예에 관련된 확산판 (1) 에, 프로젝터 (Optoma 사 제조 PK301) 에 의해 화상을 투영하고, 확산판 (1) 의 투과 이미지를 디지털 카메라에 의해 촬상한 결과이다. 확산판 (1) 과 프로젝터의 거리는 10 ㎝ 떨어트리고, 확산판 (1) 의 위치에서 프로젝터의 초점이 맞도록 조정하였다. 디지털 카메라는 정면에서 수평 방향으로 40 도 벗어난 방향으로부터 확산판 (1) 상에 포커스를 맞추어 촬영하였다.
도 9a 는 본 실시예에 관련된 확산판 (1) 에 화상을 투영한 결과이고, 도 9b 는 종래 기술로서, 위상 변조 형상 (4) 을 기준 마이크로 렌즈 (3) 마다의 단순한 인상 형상으로 한 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지는 확산판 (1) 에 화상을 투영한 결과이다. 비교하면 종래 기술에 의한 것 (도 9b) 에서는 화상의 입자감이 강하고, 본 실시예에 관련된 확산판 (1) (도 9a) 에서는 입자감이 개선되어, 투영된 화상의 외관 품위가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
도 10 은, 휘도계 (탑콘사 제조 BM-7) 와 고니오 스테이지를 사용하여, 확산판 (1) 의 투과광 강도의 확산 각도 분포를 계측한 결과이다. 도 10 에 있어서, H 는 수평 방향, V 는 수직 방향의 확산 각도 분포를 나타내고 있다. 광원은 백색 LED 의 콜리메이트광을 사용하고 있고, 확산판 (1) 에 대하여 수직으로 광을 입사시켰다. 본 실시예에 관련된 확산판 (1) 에서는 휘도 불균일도 작아져 있어, 휘도 불균일은 종래 기술과 동등 이상으로 억제되어 있고, 또한, 투영된 화상의 외관 품위도 향상되어 있다. 또한, 확산판 (1) 의 확산 특성은 탑 해트에 가까운 특성이고, 또한, 정면 방향 (0 도) 을 중심으로 한 확산 특성이 되어 있고, 입사광과 출사광의 광축은 대략 일치하고 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정된 것이 아니고, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 확산판 (1) 상에 배열되어 있는 마이크로 렌즈 (2) 는, 투과형의 렌즈에 한정되는 것은 아니다. 반사형의 확산판 (1) 의 주면 (S1) 상에는 마이크로 렌즈 (2) 와 동일한 요철 형상을 갖는 광 확산 패턴이, 마이크로 렌즈 (2) 와 동일하게 격자상으로 형성되어 있어도 된다.
이 출원은, 2014년 9월 30일에 출원된 일본 특허 출원 2014-201606 을 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 모두를 여기에 원용한다.
1 확산판
2 마이크로 렌즈
3 기준 마이크로 렌즈
4 위상 변조 형상

Claims (14)

  1. 주면에 복수의 마이크로 렌즈가 배열된 확산판으로서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 상기 주면에 수직인 단면의 형상은, 서로 상이함과 함께, 대칭축을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 확산판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 각각의 상기 단면에 있어서의 표면 형상은 곡선만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 확산판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 정점은, 각각 상기 주면에 수직인 방향의 위치가 상이한 것을 특징으로 하는 확산판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 주면 상에 격자상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 확산판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    당해 확산판은 투과형의 확산판이고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 볼록 렌즈이고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 볼록면의 정점의 상기 주면으로부터의 최대 높이와 최소 높이의 차를 ΔH [㎛], 상기 마이크로 렌즈의 굴절률을 n, 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
    0.2 ≤ ΔH × (n - 1) × 1000/λ 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 확산판.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    당해 확산판은 투과형의 확산판이고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 오목 렌즈이고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 오목면의 정점의 상기 주면으로부터의 최대 깊이와 최소 깊이의 차를 ΔD [㎛], 상기 마이크로 렌즈의 굴절률을 n, 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
    0.2 ≤ ΔD × (n - 1) × 1000/λ 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 확산판.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    당해 확산판은 반사형의 확산판이고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 볼록 렌즈이고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 볼록면의 정점의 상기 주면으로부터의 최대 높이와 최소 높이의 차를 ΔH [㎛], 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
    0.1 ≤ ΔH × 1000/λ 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 확산판.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    당해 확산판은 반사형의 확산판이고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈가 오목 렌즈이고,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 오목면의 정점의 상기 주면으로부터의 최대 깊이와 최소 깊이의 차를 ΔD [㎛], 입사광의 파장을 λ [㎚] 라고 했을 때,
    0.1 ≤ ΔD × 1000/λ 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 확산판.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈의 형상은, 상기 주면 상에 반복하여 배열된 1 의 기준 마이크로 렌즈와, 상기 주면에 대하여 연속적으로 변화하는 곡면을 갖는 위상 변조 형상이 합성된 형상인 것을 특징으로 하는 확산판.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈에 의해 구성되는 마이크로 렌즈 어레이의 광축이 상기 주면에 수직인 방향을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 확산판.
  11. 주면에 복수의 마이크로 렌즈가 배열된 확산판의 설계 방법으로서,
    상기 주면에 수직인 단면이 대칭축을 갖는 기준 마이크로 렌즈의 형상을 1 또는 복수 결정하고,
    기준 마이크로 렌즈를 상기 주면에 복수 개 배열하고,
    상기 주면에 대하여 연속적으로 변화하는 곡면을 갖는 위상 변조 형상을 생성하고,
    복수 개 배열된 상기 기준 마이크로 렌즈의 형상과 상기 위상 변조 형상을 서로 합함으로써 상기 복수의 마이크로 렌즈의 형상을 결정하는 확산판의 설계 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    복수 개 배열된 상기 기준 마이크로 렌즈와 상기 주면 사이에 배치되는 인상부를 복수 개 생성하고,
    복수 개 생성된 상기 인상부의 높이를 평균화 처리함으로써 상기 위상 변조 형상을 생성하는 것을 특징으로 하는 확산판의 설계 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단면에 있어서 상기 위상 변조 형상은, 복수 개 생성된 상기 인상부의 높이의 이동 평균 근사 곡선인 것을 특징으로 하는 확산판의 설계 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 주면 상에 격자상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 확산판의 설계 방법.
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