KR20180133924A - 확산판 및 투영식 프로젝터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 화상을 투영했을 때의 양호한 외관 품위가 얻어지는 확산판을 제공한다. 광 입사면 및 광 출사면의 적어도 일방에 형성된 마이크로렌즈 각도 변조 분포군을 구비하는 투과형의 확산판 (10) 이다. 마이크로렌즈 각도 변조 분포군 (2) 은, 복수의 마이크로렌즈 (3) 와, 복수의 마이크로렌즈 (3) 로부터 각각 출사되는 주요 광의 방향을 미소하게 각도 변조시키는 각도 변조 분포를 갖는 각도 변조부 (4) 를 구비한다. 주요 광의 파장 λ [㎛] 와 마이크로렌즈 (3) 의 평균 배열 주기 P [㎛] 의 비 λ/P 를 θ [rad] 로 하고, 복수의 마이크로렌즈 (3) 의 각각이 출사하는 주요 광의 방향이 변조 각도 α [rad] 로 변조될 때, 변조 각도 α 와 θ 의 비 α/θ 가, 0.1 ＜ α/θ ＜ 10.0 을 만족한다.

Description

확산판 및 투영식 프로젝터 장치

본 발명은 확산판 및 투영식 프로젝터 장치에 관한 것이다.

헤드업 디스플레이나 레이저 프로젝터 등의 스크린으로서, 마이크로렌즈 어레이를 사용한 확산판이 사용되고 있다. 마이크로렌즈 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 마이크로렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이를 사용한 확산판을 갖는 화상 형성 장치가 기재되어 있다. 마이크로렌즈 어레이를 사용한 경우, 입사된 광을 적절히 확산시킬 수 있음과 함께, 필요한 확산각(角)을 자유롭게 설계할 수 있다.

특허문헌 2 및 3 그리고 비특허문헌 1 에는, 2 장의 마이크로렌즈 어레이를 사용한 스크린이 기재되어 있다. 1 장의 마이크로렌즈 어레이만을 사용한 경우에는 휘도 불균일이나 색 불균일이 발생하기 쉽다. 특허문헌 2 및 3 그리고 비특허문헌 1 에는, 2 장의 마이크로렌즈 어레이를 사용함으로써, 이와 같은 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있는 것이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 3 에는, 상이한 특성을 갖는 마이크로렌즈를 배열한 1 장의 마이크로렌즈 어레이에 의해, 주기 구조에 의해 발생하는 회절광 및 간섭광에서 기인하는 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 4 에는, 수직인 측면을 갖는 피스톤 형상 (숭상부 (嵩上部)) 을 마이크로렌즈에 형성하거나, 미세 구조의 형상 또는 위치를 정의하는 파라미터의 적어도 하나를 미리 정해진 확률 밀도 함수에 따라서 랜덤 분포시키거나 함으로써, 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 마이크로렌즈의 구체적인 형상이나 배열이 기재되어 있지 않다. 또, 색 불균일이나 휘도 불균일을 균일하게 하기 위해서, 예를 들어 마이크로렌즈의 곡률과 배치 위치 등 복수의 파라미터에 동시에 랜덤 분포를 부여하면, 확산판을 스크린에 사용한 경우에, 예를 들어 화상을 투영했을 때에 입상감 (粒狀感) 이 강해지는 등 화질이 악화된다는 문제가 있다.

특허문헌 4 에서는, 기판의 주면 (主面) 으로부터의 높이가 상이한 피스톤 형상으로 복수의 마이크로렌즈를 쌓아 올려, 복수의 마이크로렌즈에 각각 상이한 위상차를 부여함으로써 회절광 및 간섭광의 발생을 억제하고 있다. 그리고, 복수의 곡률 반경을 갖는 마이크로렌즈를 사용함으로써, 확산판 전체적으로 균일한 확산 특성을 얻으려고 하고 있다. 그러나, 이것을 스크린에 사용하면, 예를 들어, 화상을 투영했을 때에 이른바 입상감이 강해지는 등 화상의 외관 품위가 악화된다는 문제가 있다.

본 발명은, 화상을 투영했을 때의 양호한 외관 품위가 얻어지는 확산판을 제공하는 것으로 한다.

본 발명에 관련된 투과형의 확산판은,

광이 입사되는 광 입사면과, 입사된 상기 광을 투과시킨 다음에 출사하는 광 출사면을 갖는 기판을 구비하는 투과형의 확산판으로서,

상기 광 입사면 및 상기 광 출사면의 적어도 일방에 형성된 마이크로렌즈 각도 변조 분포군을 구비하고,

상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 복수의 마이크로렌즈와, 상기 복수의 마이크로렌즈로부터 각각 출사되는 주요 광의 방향을 미소하게 각도 변조시키는 각도 변조 분포를 갖는 각도 변조부를 구비하고,

상기 주요 광의 파장 λ [㎛] 와 상기 마이크로렌즈의 평균 배열 주기 P [㎛] 의 비 λ/P 를 θ [rad] 로 하고,

상기 복수의 마이크로렌즈의 각각이 출사하는 주요 광의 방향이 변조 각도 α [rad] 로 변조될 때,

상기 변조 각도 α 와 상기 θ 의 비 α/θ 가,

0.1 ＜ α/θ ＜ 10.0

을 만족한다.

또, 상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 주기적으로 반복되는 소정의 패턴으로 상기 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 해도 된다.

또, 상기 마이크로렌즈의 바닥면의 형상이 사각형이고, 상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군에서는, 상기 복수의 상기 마이크로렌즈가, 행수 n1, 열수 n2 의 행렬이 되도록 배치되어 있고, 행수 n1, 및 열수 n2 는, 2 에서 9 까지의 자연수인 것을 특징으로 해도 된다.

또한, 2 종류 이상의 상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 주기적으로 반복되는 소정의 패턴으로 상기 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 해도 된다.

또, 2 종류 이상의 상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 랜덤하게 분포하고 있거나, 또는, 밀도 함수에 따라 분포하고 있는 것을 특징으로 해도 된다.

또, 상기 비 α/θ 는, 랜덤하게 분포하고 있거나, 또는, 밀도 함수에 따라 분포하고 있는 것을 특징으로 해도 된다.

또, 상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 2 종류 이상의 마이크로렌즈를 구비하는 것을 특징으로 해도 된다.

또한, 확산판에서 본 투영측의 동경 (瞳徑) 을 θi [rad] 로 할 때, 상기 θ 가, 0.1 × θi ≤ θ ≤ 4 × θi 를 만족하는 것을 특징으로 해도 된다.

또한 본 발명에 관련된 투영식 프로젝터 장치는 이와 같은 확산판을 사용한 것이다.

또한, 본 발명에 관련된 반사형의 확산판은,

기판을 구비하는 반사형의 확산판으로서,

상기 기판의 주면의 적어도 일방에 형성된 마이크로미러 각도 변조 분포군을 구비하고,

상기 마이크로미러 각도 변조 분포군은, 복수의 마이크로미러와, 상기 복수의 마이크로미러로부터 각각 반사되는 주요 광의 방향을 미소하게 각도 변조시키는 각도 변조 분포를 갖는 각도 변조부를 구비하고,

상기 마이크로미러는, 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈와 동일한 형상을 갖고,

상기 주요 광의 파장 λ [㎛] 와 상기 마이크로미러의 평균 배열 주기 P [㎛] 의 비 λ/P 를 θ [rad] 로 하고,

상기 복수의 마이크로미러의 각각이 출사하는 주요 광의 방향이 변조 각도 α [rad] 로 변조될 때,

상기 변조 각도 α 와 상기 θ 의 비 α/θ 가,

0.025 ＜ α/θ ＜ 2.5

를 만족한다.

본 발명에 의하면, 화상을 투영했을 때의 양호한 외관 품위가 얻어지는 확산판을 제공할 수 있다.

도 1a 는 실시형태 1 에 관련된 확산판의 상면도이다.
도 1b 는 실시형태 1 에 관련된 확산판의 단면도이다.
도 2 는 실시형태 1 에 관련된 확산판의 주면에 수직인 단면의 단면 프로파일의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
도 3 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 일 구체예의 마이크로렌즈 어레이에 있어서의 높이 분포를 나타내는 도면이다.
도 4 는 실시형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 5 는 실시형태 1 에 관련된 마이크로렌즈 어레이의 설계 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 6 은 실시형태 1 에 관련된 복수의 기준 마이크로렌즈의 단면 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 7 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 각도 변조부의 일 구체예의 높이 분포를 나타내는 도면이다.
도 8 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 금형 제조 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 9 는 실시예 1 에 관련된 확산판의 제조에 사용하는 스탬퍼의 레이저 현미경 관찰 이미지를 나타내는 도면이다.
도 10 은 실시예 1 에 관련된 확산판의 제조에 사용하는 스탬퍼의 마이크로 어레이 렌즈 형상부의 중심을 횡단하는 단면 프로파일이다.
도 11 은 실시형태 1 에 관련된 확산판의 각도 변조부의 다른 일 구체예의 높이 분포를 나타내는 도면이다.
도 12 는 실시예 1 에 관련된 확산판에 투영한 화상이다.
도 13 은 도 12 에 나타내는 실시예 1 에 관련된 확산판의, 지면을 향하여 좌상부를 확대한 화상이다.
도 14 는 실시예 2 에 관련된 확산판에 투영한 화상이다.
도 15 는 도 14 에 나타낸 확산판의, 지면을 향하여 좌상부를 확대한 화상이다.
도 16 은 비교예 1 에 관련된 확산판에 투영한 화상이다.
도 17 은 도 16 에 나타내는 비교예 1 에 관련된 확산판의, 지면을 향하여 좌상부를 확대한 화상이다.
도 18 은 비교예 2 에 관련된 확산판에 투영한 화상이다.
도 19 는 도 18 에 나타내는 비교예 2 에 관련된 확산판의, 지면을 향하여 좌상부를 확대한 화상이다.

[실시형태 1]

도면을 참조하여 실시형태 1 에 관련된 확산판에 대해서 설명한다.

(확산판의 형상)

도 1a 는, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 상면도이다. 도 1b 는, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 단면도이다. 도 1b 에서는, 보기 쉽게 하기 위해, 해칭의 기재를 생략하였다. 도 1a 및 도 1b 에 나타내는 바와 같이, 확산판 (10) 은, 주면 (S0, S1) 을 갖는 기판 (1) 과, 각도 변조 분포군 (2) (마이크로렌즈 각도 변조 분포군이라고도 한다.) 을 포함한다. 각도 변조 분포군 (2) 은, 각도 변조 분포에 따라서 상이한 광축을 갖는 주요 광을 각각 발하는 복수의 마이크로렌즈 (3) 와, 각도 변조부 (4) 를 구비한다. 기판 (1) 의 주면 (S1) 에는, 각도 변조 분포군 (2), 요컨대 복수의 마이크로렌즈 (3) 와 각도 변조부 (4) 의 1 조가 격자상으로 배열되어 있고, 마이크로렌즈 어레이가 된다. 각도 변조부 (4) 는, 예를 들어, 사각뿔체 (四角錐體) 나 사각뿔대이고, 복수의 마이크로렌즈 (3) 는, 각도 변조부 (4) 에 있어서의 복수의 각뿔면의 각각에 지지되고 있다. 여기서, 예를 들어, 광 (L) 을 확산판 (10) 의 기판 (1) 의 주면 (S0) 에 입사시킨다. 그러면, 기판 (1) 은 광 (L) 을 투과시켜, 광 (L) 은 각도 변조 분포군 (2) 에 도달한다. 또한, 각도 변조 분포군 (2) 에 있어서의 각도 변조부 (4) 및 마이크로렌즈 (3) 는 광 (L) 을 투과시켜, 마이크로렌즈 (3) 로부터 출사시킨다. 이 출사된 주요 광의 방향은, 확산판 (10) 의 기판 (1) 의 주면 (S0) 으로 입사된 광 (L) 의 방향에 대해, 변조 각도 α 로 변조된다. 바꾸어 말하면, 출사된 광 (L) 유래의 주요 광의 광축과, 확산판 (10) 의 기판 (1) 의 주면 (S0) 에 입사된 광 (L) 의 광축은 교차하고 있고, 그 각도는, 변조 각도 α 이다. 여기서, 주면 (S0) 은, 광 입사면의 일례이고, 마이크로렌즈 (3) 의 표면은, 광 출사면의 일례이다.

또한, 광 (L) 을 확산판 (10) 의 기판 (1) 의 주면 (S1) 측에 입사시키고, 투과시킨 다음에, 주면 (S0) 으로부터 출사시켜도 된다. 또, 확산판 (10) 은, 광을 투과시키는 투과형 확산판이어도 되고, 광을 반사시키는 반사형 확산판이어도 된다.

도 1b 에 나타내는 바와 같이, 기판 (1) 의 주면 (S1) 에 수직인 단면에 있어서, 복수의 마이크로렌즈 (3) 의 바닥면 (31) 은, 주면 (S1) 에 대해 약간 기울어져 있다. 바닥면 (31) 끼리 서로 기울어져 있는 이웃하는 마이크로렌즈 (3) 끼리는, 주기적으로 반복되도록, 기판 (1) 의 주면 (S1) 상에 배치되어 있다. 구체적으로는, 이와 같은 이웃하는 마이크로렌즈 (3) 끼리는, 주면 (S1) 상에, 소정의 피치 P (평균 배열 주기 P 라고도 한다.) 로 배열되어 있다. 소정의 피치 P 는, 이웃하는 마이크로렌즈 (3) 끼리의 각각 중심간 거리를 사용해도 된다. 이와 같이 각각의 마이크로렌즈 (3) 의 렌즈 파라미터는, 기본이 되는 마이크로렌즈 형상에 의한 성분에 추가하여, 각도 변조 성분을 갖는다.

또한, 확산판 (10) 은, 투영식 프로젝터 장치에 조합되어도 된다. 투영식 프로젝터 장치 (도시 생략) 는, 확산판 (10) 과, 확산판 (10) 에 투영광을 투영하는 투영 장치를 구비한다.

(확산판의 일 구체예)

도 2 는, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 일 구체예의 주면에 수직인 단면의 단면 프로파일을 나타낸다. 도 2 에서는, 확산판 (10) 에 있어서의, 각도 변조 분포군 (2) 과, 주면 (S1) 의 각각에 상당하는 위치, 높이를 나타냈다. 도 2 의 세로축은, 이 일 구체예의 확산판의 기판에 있어서, 확산판 (10) 의 기판 (1) 의 소정 부위에 상당하는 부위로부터의 높이를 나타내고 있다. 구체적으로는, 주면 (S1) 에 상당하는 주면의 높이를 약 0.7 [㎛] 로 하였다.

도 3 은, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 일 구체예의 마이크로렌즈 어레이에 있어서의 높이 분포를 나타내는 도면이다. 이 마이크로렌즈 어레이는 정방형상의 판으로, 그 한 변의 길이는 44 ㎛ 이다. 이 마이크로렌즈 어레이는, 각도 변조 성분을 포함하는 마이크로렌즈의 주기적으로 반복할 수 있는 기본 단위의 일 구체예이다. 여기서 각도 변조는 마이크로렌즈와 동일한 피치 P 로 설정되고, X 방향과 Y 방향에 있어서 각각 기울기를 가지고 있으며, 여기서는 2 × 2, 요컨대 세로 2 행 가로 2 열의 합계 4 종류의 미소한 경사로 이루어지는 조합을 각도 변조 분포군으로 하고 있다. 마이크로렌즈 어레이에서는 그것이 주기적으로 반복되도록 기판 상에 소정의 패턴으로 배열되어 있다. 확산판 (10) 의 기판 (1) 의 주면 (S1) 상에는, 각도 변조 성분을 갖는 마이크로렌즈가 전면에 깔려 있다. 도 3 의 세로축 및 가로축은 주면 (S1) 상의 좌표를 나타내고 있고, 주면 (S1) 으로부터의 높이를 농담의 차이로 나타내고 있다. 도 3 중에서 색이 진할수록 주면 (S1) 에 가깝고, 옅을수록 주면 (S1) 으로부터의 높이가 높게 되어 있다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 복수의 마이크로렌즈를 주면 (S1) 상에 격자상으로 배치하는 것이 바람직하다.

도 3 에 나타내는 단면 프로파일의 일 구체예에 관련된 확산판에서는, 각도 변조 분포군은, 1 개의 각도 변조 분포에 따라 배치되는 마이크로렌즈의 반복 단위로, 구체적으로는, 2 개 × 2 개, 바꾸어 말하면, 세로 2 행 가로 2 열을 조합한 것이다. 또한, 각도 변조 분포군은, 이 조합으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 3 개 × 3 개, 바꾸어 말하면, 세로 3 행 가로 3 열의 조합이어도 되고, 또, (2 ∼ 9) 개 × (2 ∼ 9) 개, 바꾸어 말하면, 세로 2 ∼ 9 행, 가로 2 ∼ 9 열의 조합이면 된다. 즉, 복수의 마이크로렌즈가, 행수 n1, 열수 n2 의 행렬로서 기판 상에 배치되어 있고, 행수 n1, 및 열수 n2 는, 2 에서 9 까지의 자연수이면 된다. 또, 10 개 이상 × 10 개 이상의 조합이어도 된다. 또 도 3 에서는 마이크로렌즈를 격자상으로 배치하고 있는데, 격자상의 배치는 사각형 격자로 한정되지 않고, 정방 격자, 정삼각 격자, 사방 격자, 평행체 격자 등을 사용해도 된다. 또 복수의 마이크로렌즈의 바닥면의 형상은, 정방형 또는 장방형과 같은 사각형으로 한정되지 않고, 사각형, 육각형, 그 밖의 다각형이어도 된다. 그 경우에는, 각도 변조 분포의 조합에 관해서도 그 배치가 메워지도록 단위 구조를 주기적으로 반복하면 된다. 또 복수의 마이크로렌즈는 주면 (S1) 상에 주기적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다.

(제조 방법)

다음으로, 도 4 를 참조하여 실시형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 4 는, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법을 나타내는 플로차트이다. 확산판 (10) 의 제조 방법은, 원하는 광 확산 특성을 발현하는 마이크로렌즈 어레이를 설계하는 공정 (ST100) 과, 그 마이크로렌즈 어레이의 금형을 제작하는 공정 (ST200) 과, 금형을 사용하여 수지에 마이크로렌즈 어레이의 형상을 전사하는 공정 (ST300) 을 구비한다.

(투과형 확산판의 제조 방법)

여기서는, 확산판 (10) 이 투과형 확산판인 경우를 예로 들어, 각 공정을 순서대로 설명한다.

(마이크로렌즈 어레이 설계 공정 S100)

도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이 설계 공정 (S100) 에서는, 기준이 되는 기준 마이크로렌즈 (30) 의 형상 (도 6 참조) 과, 각도 변조 분포 (도 7 참조) 로 나누어 설계한다. 도 5 는, 실시형태 1 에 관련된 마이크로렌즈 어레이의 설계 공정을 나타내는 플로차트이다.

먼저, 확산판 (10) 에 사용되는 재료의 광학 물성 (특히 굴절률), 사용 파장, 및 필요한 확산 특성의 사양을 결정한다 (ST110).

계속해서, 기준 마이크로렌즈 (30) 의 형상 설계를 실시한다 (ST120). 기준 마이크로렌즈 (30) 의 형상은, 구면이어도 되고 비구면이어도 되며, 요구되는 확산 특성의 사양을 만족하는 형상이면 된다. 확산판 (10) 의 설계에 사용하는 기준 마이크로렌즈 (30) 의 종류는 몇 개여도 되지만, 필요한 특성을 만족하는 범위에서 보다 적은 종류로 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, 도 6 에, 실시형태 1 에 관련된 복수의 기준 마이크로렌즈의 X 방향의 단면 프로파일을 나타내는 도면을 나타낸다. 구체적으로는, 도 6 에, 기준 마이크로렌즈 (30) 의 형상예로서, 단일의 곡률을 가진 구면 렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이의 X 방향의 단면 프로파일을 나타낸다. 도 6 에서는, 기준 마이크로렌즈 (30) 를 지지하는 기판 (1) (도시 생략) 의 주면 (S1) 에 상당하는 위치를 도시하였다.

확산판 (10) 에서는, 복수의 마이크로렌즈 (3) 가 가능한 한 높은 밀도로 충전되어 있으면 되므로, 기준 마이크로렌즈 (30) 의 바닥면은 정방형, 장방형 또는 정육각형 등의 최밀 충전이 가능한 형상이 바람직하다. 그러나, 확산판 (10) 의 광학 특성에 이방성을 부여하고자 하는 경우 등은 반드시 이러하지는 않고, 기준 마이크로렌즈 (30) 의 바닥면의 형상 및 종횡비를 임의로 설정해도 된다.

계속해서, 기준 마이크로렌즈 (30) 의 배치를 결정한다 (ST130). 구체적으로는, 주면 (S1) 상의 단위 영역에 있어서의 기준 마이크로렌즈 (30) 의 배치 패턴이나 피치 P 를 결정한다. 여기서 투영식 프로젝터 장치용의 확산판에 있어서 피치 P 는 중요한 설계 요소로서, 확산판에서 본 투영측의 동경으로부터 피치 P 를 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 투영측은, 투영식 프로젝터 장치가 구비하는 투영 장치측이다.

확산판의 마이크로렌즈의 피치를 P, 파장을 λ 라고 하면, 확산판을 투과한 광의 회절광의 간격인 회절광 간격 Δd 는, λ/P 에 근사한 값이다. 확산판의 회절광 간격 Δd 는, 확산판에서 본 투영측의 동경 θi 과 동일한 정도 이하가 아닌, 요컨대, 확산판에서 본 투영측의 동경 θi 를 크게 상회하는 경우, 회절광이 보다 강하게 시인되기 때문에 영상 품위가 현저하게 저하된다. 이 때문에, 확산판의 회절광 간격 Δd 는, 바람직하게는 4 × θi 이하, 0.1 × θi 이상이다. 요컨대, 확산판의 회절광 간격 Δd, 파장 λ, 확산판의 마이크로렌즈의 피치 P, 확산판에서 본 투영측의 동경 θi 의 관계는, 이하의 관계식 1 및 2 를 사용하여 나타낼 수 있다.

Δd ≒ θ = λ/P (관계식 1)

0.1 × θi ≤ θ ≤ 4 × θi (관계식 2)

예를 들어 θi = 3.3 [deg] 의 투영식 프로젝터 장치를 사용하는 경우, λ = 630 ㎚, P = 22 ㎛ 로 설정하면, 회절광 간격 Δd 는, 관계식 1 을 사용함으로써 대략 1.6 [deg] 으로 근사되고, 약 0.5 × θi 가 되어, 관계식 2 를 만족하기 때문에 바람직하다. 또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 기준 마이크로렌즈 (30) 를 주면 (S1) 상에 격자상으로 배치하는 것이 바람직하다.

도 5 로 돌아와, 확산판 (10) 의 설계에 있어서의 마이크로렌즈 어레이 설계 공정 (ST100) 에 대한 설명을 계속한다. ST130 을 실시한 다음에, 기준 마이크로렌즈 (30) 를 기판 (1) 의 주면 (S1) 에 관해서 미소한 각도로 경사시키는 각도 변조부 (4) 의 설계를 실시한다 (ST140). 확산판 (10) 에 있어서, 마이크로렌즈의 피치 P 마다 미소한 경사를 부여하고 있고, 그 경사는 렌즈 피치 P 나 투영측의 동경 θi 에 의해 결정된다. 미소 경사량은, 상기한 관계식 1 을 사용하여, 마이크로렌즈 어레이의 피치 P 로부터 계산되는 회절광 간격 Δd 로부터 결정된다. λ = 630 ㎚, P = 22 ㎛ 라고 하면 회절광 간격 Δd 는, 대략 1.6 [deg] 이다.

여기서 각도 변조 분포군 내의, 상이한 미소 경사량을 갖는 부위의 수의 영향에 대해 서술하면, 도 7 에 나타내는 바와 같은, 마이크로렌즈 (3) (도 1b 참조) 를 각도 변조부 (4) (도 1b 참조) 에, 2 × 2, 가로 2 행 세로 2 열로 배치한 사각뿔과 유사한 각도 변조 분포군 (피라미드형 각도 변조 분포군이라고도 한다.) 에서는, 각각 회절 스폿을 4 개로 분리할 수 있다. 도 7 은, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 각도 변조부의 일 구체예의 높이 분포를 나타내는 도면이다.

또, 도 11 에 나타내는 바와 같은, 마이크로렌즈 (3) (도 1b 참조) 를 각도 변조부 (4) (도 1b 참조) 에, 3 × 3, 가로 3 행 세로 3 열로 배치한, 사각뿔대와 유사한 각도 변조 분포군에서는 회절 스폿을 9 개로 분리할 수 있다. 도 11 은, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 각도 변조부의 다른 일 구체예의 높이 분포를 나타내는 도면이다. 각도 변조 분포군 내의 상이한 미소 경사량을 갖는 부위의 수를 늘릴수록 회절 스폿을 분리할 수 있지만, 확산판 상에 있어서의 프로젝터의 화소 사이즈보다 크게 하면 효과가 작아지기 때문에 일반적으로는 기본이 되는 각도 변조 분포군의 사이즈는 화소 사이즈의 2 배 이하가 바람직하다. 또, 화소 사이즈는 100 ㎛ 정도, 마이크로렌즈의 피치를 11 ㎛ 정도로 하면, 9 × 9, 가로 9 행 세로 9 열 정도의 각도 변조 분포군이 화소 사이즈에 상당하기 때문에, 이 일 구체예에서는, 마이크로렌즈 (3) 를 각도 변조부 (4) 에, 9 × 9, 가로 9 행 세로 9 열로 배치한 각도 변조 분포군 (2) 이 최대가 되고, 그 이하가 바람직하다.

여기서 각도 변조 분포군 (2) 은, 같은 것을 반복하여 기판 (1) 에 나란하게 정렬하는 것이 설계상 용이하여 좋지만, 확산판의 외관에 주기적인 패턴을 갖는 기하학 모양 또는 그것과 비슷한 것이 보이거나 외관 불량을 일으키거나 할 가능성이 있다. 이 때문에 설계는 복잡해지지만, 2 종류 이상의 복수의 각도 변조 분포군 (2) 을 주기적으로 반복하도록 배치하거나, 혹은 2 종류 이상의 각도 변조 분포군 (2) 을 랜덤하게 분포시키거나, 어느 규칙이나 밀도 함수에 따라서 정렬시키거나 함으로써, 주기적인 기하학 모양을 경감시킬 수 있다.

또 주기적인 기하학 모양을 생성하기 쉬운 프로젝터 투영계에 있어서는, 각도 변조 분포군 (2) 을 이용하지 않고, 이 프로젝터 투영계에 구비된 마이크로렌즈에 미소한 경사를 부여하여, 이 마이크로렌즈가 출사하는 주요 광의 방향은, 소정의 마이크로렌즈 변조 각도 α 로 변조된다 (도 1b 참조). 바꾸어 말하면, 마이크로렌즈 변조 각도 α 는, 각도 변조 분포에 의해 주요 광이 휘어지는 각도로, 분리되는 회절광의 간격을 결정하는 것이다. 마이크로렌즈는, 각각, 상이한 마이크로렌즈 변조 각도 α 를 갖는다. 주요 파장 λ [㎛] 와 마이크로렌즈의 피치 P [㎛] 의 비를 θ 로 한다. 이와 같은 투과형 확산판에서는, 비 θ 와 마이크로렌즈 변조 각도 α 의 관계가,

0.1 ＜ α/θ ＜ 10.0 (관계식 3)

을 만족하도록, 마이크로렌즈 변조 각도 α, 주요 파장 λ, 마이크로렌즈의 피치 P 등의 각 인자를 조정함으로써, 주기적인 기하학 모양을 경감시킬 수 있다.

또한, 확산판 (10) 이 반사형 확산판인 경우에도, 비 θ 와 마이크로렌즈 변조 각도 α 의 관계가,

0.025 ＜ α/θ ＜ 2.5 (관계식 4)

를 만족하도록, 마이크로렌즈 변조 각도 α, 주요 파장 λ, 마이크로렌즈의 피치 P 등의 각 인자를 조정함으로써, 주기적인 기하학 모양을 경감시킬 수 있다.

여기서는, 마이크로렌즈 (3) 를 각도 변조부 (4) 에 2 × 2, 가로 2 행 세로 2 열로 배치한 각도 변조 분포의 일 구체예를 들어, 추가로 각도 변조 분포의, 각도의 설계에 대해서 상세하게 설명한다.

마이크로렌즈 (3) 의 피치 P 22 ㎛, 확산판 (10) 에 입사시키는 광의 주요 파장 λ 630 ㎚ 에서는, 회절광 간격 Δd 는 약 1.6 deg 이기 때문에, 회절광 분리는 일반적으로는 그 이하가 좋고, 보다 바람직하게는 절반 이하이다.

그런데, 확산판 (10) 의 기준면, 구체적으로는 주면 (S0) 에 대해 수직에 입사되는 광이 있다. 이 때, 각도 변조 분포의 각도 변조부 (4) 의, 기판 (1) 의 주면 (S1) 에 대해 경사되는 경사면 각도를 K (도 1b 참조), 마이크로렌즈 (3) 의 굴절률을 n 으로 하면, 각도 변조부 (4) 를 통과한 광은 대략 근사(近似)하게 (n-1) × K [deg] 만큼 휘어진다. 요컨대,α ≒ (n-1) × K 로 대략 근사시킬 수 있다. 이 때문에, 마이크로렌즈 (3) 를 각도 변조부 (4) 에 2 × 2, 가로 2 행 세로 2 열로 배치한 각도 변조 분포에서는, 하나의 회절 스폿이 ±(n-1) × K [deg] 의 간격으로 분리된다. 예를 들어, K = 1.6 [deg] 으로 하면, 각도 변조부 (4) 에 의해 약 0.8 [deg] 휘어지게 된다.

계속해서, 각도 변조 분포군 (2) 의 형상 정보를 생성한다 (ST150). 구체적으로는, 도 7 에 나타내는 각도 변조부 (4) 의, XY 평면 상의 각 위치에 있어서의 높이 (Z 방향에 있어서의 위치) 와, 도 6 에 나타내는 기준 마이크로렌즈 (30) 의, XY 평면 상의 각 위치에 있어서의 높이 (Z 방향에 있어서의 위치) 를 모두 합함으로써, 도 1a, 도 1b, 및 도 2 에 나타내는 각도 변조 분포군 (2) 의 각 위치에 있어서의 높이를 산출한다. 요컨대, ST150 의 완료 후에 있어서, 마이크로렌즈 어레이의 복수의 마이크로렌즈 (3) 의 높이 방향 (Z 방향) 에 있어서의 위치는, XY 평면 상에 있어서의 각 위치에 있어서, 각도 변조부 (4) 의 높이와 기준 마이크로렌즈 (30) 의 높이를 합계한 위치가 된다.

확산판 (10) 의 광학 특성은, 스칼라 이론에 근거한 파동 광학 계산방법을 사용하여 구할 수 있다. 최적의 각도 변조 분포를 갖는 각도 변조부 (4) 와 복수의 마이크로렌즈 (3) 를 포함하는 마이크로렌즈 어레이의 설계에는 방대한 조합이 있기 때문에, 컴퓨터를 사용하여 최적의 조합을 탐색하는 것이 바람직하다.

(마이크로렌즈 형상의 마이크로미러를 구비하는 반사형 확산판의 제조 방법에 있어서의 마이크로렌즈 어레이 설계 공정 S100)

다음으로, 확산판 (10) 은 반사형 확산판이고, 복수의 마이크로렌즈 (3) 는 볼록 렌즈 형상을 갖는 경우에 대해서 생각한다. 또한, 반사형 확산판에서는, 표면에 형성되어 있는 확산 패턴은 광을 투과시키지 않기 때문에 엄밀하게 말하면 렌즈가 아니라, 미러에 상당하여, 예를 들어, 「마이크로미러」라고 하는 것이 적절하지만, 이, 렌즈상의 요철 형상을 갖는 미러에 대해서도 본 명세서 중에서는 「마이크로렌즈」라고 부른다. 반사형 확산판의 경우에는, 투과형에 비해 미소한 각도 변조 분포의 효과가 보다 강하게 발현되는 특징이 있으므로 각도 변조 분포의 설계에는 주의가 필요하다. 또, 여기서는, 복수의 마이크로렌즈 (3) 는 볼록 렌즈 형상을 갖는 경우에 대해서 생각했지만, 복수의 마이크로렌즈 (3) 는 오목 렌즈 형상을 가져도 된다.

상기한 투과형 확산판의 제조 방법에서 나타낸 투과형에서의 설계예에 비해, 반사형에서는 각도 변조부 (4) 의, 기판 (1) 의 주면 (S1) 에 대해 경사되는 경사면 각도를 K 로 하면, 그것에 의해 입사광은, 2 × K [deg] 휘어진다. 요컨대 α ≒ 2 × K 로 대략 근사시킬 수 있다. 회절광 간격은, 투과 또는 반사에 상관하지 않기 때문에, 예를 들어 마이크로렌즈 어레이의 회절광 간격 Δd 가 1.6 [deg] 이면, 경사면 각도 K 는 대략 0.4 [deg] 로 설정하면, 상기한 투과형 확산판의 제조 방법에서의 설계예와 동등한 효과를 발생한다. 따라서, 반사형 확산판에서는, 비 θ 와, 마이크로렌즈 변조 각도 α 의 관계가,

0.025 ＜ α/θ ＜ 2.5 를 만족하면 된다.

설계 데이터로부터 마이크로렌즈 어레이를 가공하는 방법은, 기계 가공, 마스크를 사용한 포토리소그래피, 마스크리스 리소그래피, 에칭, 레이저 어블브레이션 등 많은 가공 방법을 사용할 수 있다. 이들 기술을 사용하여 금형을 제조하고, 금형을 사용하여 수지를 성형함으로써, 마이크로렌즈 어레이로 이루어지는 확산판 (10) 을 제조한다. 금형을 직접, 반사형의 확산판으로서 사용해도 된다. 확산판 (10) 의 성형 방법은, 롤투롤 성형, 열 프레스 성형, 자외선 경화성 수지를 사용한 성형, 사출 성형 등 수많은 성형 방법 중에서 적절히 선택하면 된다. 반사형의 확산판으로서 사용하는 경우에는, 마이크로렌즈 어레이의 곡률을 갖는 렌즈면에 Al (알루미늄) 등의 반사막을 성막하여 사용하면 된다.

(금형 제조 공정 ST200 및 수지 성형 공정 ST300)

다음으로, 레이저 주사형의 마스크리스 리소그래피와 전기 주조에 의해 금형을 제작하는 금형 제작 공정 (ST200) 과, 그 금형과 자외선 경화성 수지를 사용한 성형에 의해 확산판 (10) 을 성형하는 수지 성형 공정 (ST300) 에 대해, 도 4 및 도 8 을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다. 도 8 은, 실시형태 1 에 관련된 확산판의 금형 제조 공정을 나타내는 플로차트이다.

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 원반 (原盤) 을 얻는 현상 공정 (ST230) 으로 이루어진다.

먼저, 레지스트 도포 공정 (ST210) 에서는, 기판 상에 포지티브형의 포토레지스트를 도포한다. 포토레지스트의 도포막의 막두께는, 형성하고자 하는 미세 패턴의 높이 이상의 두께이면 된다. 도포막에 대해서는 70 ℃ ∼ 110 ℃ 의 베이킹 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

계속해서, 노광 공정 (ST220) 에서는, 도포 공정에서 도포된 포토레지스트에 대해 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.

마이크로렌즈 (3) 의 노광 공정 (ST220) 에서는, 레이저 파워를 마이크로렌즈 (3) 의 형상과 레지스트 감도로부터 정해지는 값으로 변조시키면서, 레지스트 상에 레이저 빔을 주사시킨다. 대물 렌즈로 집광함으로써, 레이저 광에 레지스트 상에서 초점을 맺히게 하고 있다. 레지스트 상에서의 레이저 스폿은, 일반적으로 유한한 직경을 갖는 가우스 분포이다. 그 때문에, 레이저 파워를 계단상으로 변화시켜도 레지스트에 노광되는 광량 분포는 계단상으로는 되지 않고, 일정한 경사를 갖는 광량 분포가 된다. 레이저 노광의 이와 같은 성질을 이용함으로써, 매끄러운 경사면 형상을 조형할 수 있다.

계속해서, 현상 공정 (ST230) 에서는, 노광 후의 포토레지스트를 현상한다. 포토레지스트의 현상은 각종 공지된 방법에 의해 실시할 수 있다. 사용할 수 있는 현상액의 제한은 특별히 없고, 예를 들어, 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 (TMAH) 등의 알칼리 현상액을 사용할 수 있다. 또, 현상 공정 (ST230) 에서는 노광량에 따라서 포토레지스트가 제거되고, 포토레지스트의 미세 패턴 형상이 형성된다. 예를 들어, 노광 공정 (ST220) 에 있어서, 포지티브 레지스트를 사용하여, 오목 렌즈의 형상에 따른 레이저 파워로 노광했을 경우, 포토레지스트에 오목 렌즈 형상이 형성된 마이크로렌즈 (3) 의 원반이 얻어지게 된다.

계속해서, 전기 주조 공정 (ST240) 에서는, 마스크리스 리소그래피에 의한 노광 공정 및 현상 공정에 의해 형성된 미세 패턴을 갖는 포토레지스트 표면에, 니켈 금속의 증착 등에 의해 금속막을 형성함으로써 금형을 제작한다.

계속해서, 전기 주조 공정 (ST240) 에서는, 먼저, 미세 패턴을 갖는 포토레지스트 표면에 니켈 금속의 증착 등에 의해 도전화 처리를 실시한다. 그리고, 전기 주조에 의해, 니켈 증착막 표면에 니켈을 판상으로 원하는 두께까지 퇴적시킨다.

계속해서, 박리 공정 (ST250) 에서는, 전기 주조 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 전기 주조 공정을 실시하면 된다.

계속해서, 수지 성형 공정 (ST300) 에서는, 금형 제조 공정 (ST200) 에 의해 형성된 스탬퍼를 사용하여 수지를 성형한다.

보다 구체적으로는, 먼저, 스탬퍼의 표면에, 예를 들어 광경화 수지를 적당량 도포한다. 다음으로, 광경화 수지의 위에 기재를 씌운다. 구체적으로는, 핸드 롤러로 기재를 광경화 수지에 가압하면서, 여분의 광경화 수지를 긁어내면서, 기재를 광경화 수지의 위에 씌워 나간다. 다음으로, 기재측으로부터 자외광을 조사하여, 광경화 수지를 경화시킨다. 또한, 기재에는, 자외광 등의 광을 투과 가능한 재질이 이용되고 있다. 다음으로, 기재를 스탬퍼로부터 박리한다. 스탬퍼로부터 박리된 기재 상에는, 광경화 수지의 층이 형성되어 있다. 그리고, 광경화 수지의 층에는, 스탬퍼의 구조가 반전하여 전사되어, 마이크로렌즈 어레이가 형성되어 있다. 이상으로부터, 확산판 (10) 을 제조할 수 있다.

(마이크로렌즈 형상의 마이크로미러를 구비한 반사형 확산판의 제조 방법)

확산판 (10) 을 반사형의 확산판으로서 사용하는 경우에는, 예를 들어 마이크로렌즈 어레이가 형성된 부재의 표면에, 알루미늄 반사막을 진공 증착시킴으로써, 마이크로미러를 형성한다. 또한, 광을 마이크로미러의 알루미늄면에 입사시키고, 이것을 반사시키면 된다. 또, 마이크로렌즈 어레이가 기판의 편면에만 형성된 부재인 경우에, 기판의 평면측으로부터 입광시키고, 알루미늄 반사막을 성막한 마이크로렌즈 어레이면에서 반사시키는 구성으로 해도 된다. 이 알루미늄 반사막을 성막한 마이크로렌즈 어레이면은, 마이크로미러라고 불러도 된다.

한편, 확산판 (10) 은, 반사막이 형성되어 있지 않은 마이크로렌즈 어레이면과, 반사막을 형성한 평면을 갖는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 반사막이 형성되어 있지 않은 마이크로렌즈 어레이면에 광을 입사시키고, 반사막을 형성한 평면측에서 광을 반사시켜도 된다.

또한, 확산판 (10) 은, 양면에 마이크로렌즈 어레이를 성형한 기판을 구비하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 광이 입사되는 입사면측에서는, 그 반사막의 막두께를 조정하여 하프 미러를 형성하고, 입사면의 이면측에서는, 그 반사막의 막두께는 반사율을 거의 100 ％ 로 하도록 조정한 구성으로 할 수 있다. 이로써, 확산판 (10) 은, 표리 양면의 두 개의 마이크로렌즈 어레이를 갖는다. 또, 필요에 따라서, 알루미늄 반사막을 보호하기 위해 보호층을 코팅해도 된다.

이상으로부터, 본 발명에 관련된 확산판 (10) 에서는, 복수의 마이크로렌즈 (3) 를 각각 각도 변조부 (4) 가 지지하고 있고, 각도 변조를 복수의 마이크로렌즈 (3) 에게 부여하는 각도 변조 분포군 (2) 이, 주기적으로 반복되도록 소정의 패턴으로 배치되어 있다. 이로써 회절에 의한 스폿이 복수로 분리되어, 입상감에 영향을 미치지 않고 휘도 불균일이나 색 불균일을 저감시킬 수 있다. 이로써, 휘도 불균일이나 색 불규일이 적은 광학 특성과, 양호한 외관 품위를 양립시킨 확산판을 제공할 수 있다.

실시예

다음으로, 본 실시형태에 관련된 확산판 (10) 의 실시예에 대해 설명한다.

실시예 1 에서는, 전술한 실시형태 1 에 관련된 확산판의 제조 방법을 사용하여, 주면 (S1) 상의 마이크로렌즈 어레이와 각도 변조부 (4) 로 나누어 설계를 실시하였다.

실시예 1 에 관련된 확산판의 설계에 있어서, 확산판에 투영되는 프로젝터 광원의 동공의 확장, 투영측의 동경 (瞳徑) θi 로서 3.3 deg (0.0576 rad) 를 상정하고, 주요 광의 파장 λ 는 630 ㎚ 를 상정하였다. 이로써 마이크로렌즈의 피치 P [㎛] 는, 관계식 1 과 2 로부터 λ/(4θi) < P < λ/(0.1θi) 의 사이에 있으면 되고, P = 22 [㎛] 로 하였다. 이것으로부터 파장 λ [㎛] 와 마이크로렌즈의 피치 P [㎛] 의 비 θ [rad] 는 θ = 0.0286 [rad] 이 되기 때문에 각 마이크로렌즈 변조 각도 α [rad] 는 0.1 ＜ α/θ ＜ 10.0 의 범위에 있으면 되고, α = 0.0269 (= 1.54 [deg]) 로 하여, α/θ ≒ 0.94 로 하였다. 본 실시예에 있어서의 각도 변조 분포는, X 방향, Y 방향 모두 1.54 [deg] 의 미소 경사를 부여하고 있고, 또 각각의 경사 각도에 대해서는 사각뿔 형상, 또는 피라미드 형상의 경사 분포가 되도록 기울기의 방향을 정하고 있다. 또 각도 변조 분포군 (2) 은, 2 × 2, 가로 2 행 세로 2 열을 1 단위로 하여, 기판의 주면 상에 주기적으로 반복되도록 배치하였다. 설계한 각도 변조부 (4) 를 도 7 에 나타낸다.

다음으로, 마이크로렌즈 (3) 의 형상에 대해서 설명한다. 마이크로렌즈 (3) 의 렌즈 형상은, 일반적인 회전 대칭 형상을 사용해도 되며, 그 경우, 마이크로렌즈 (3) 의 단면은, 하기 관계식 5 로 나타내어진다. 여기서, C 는 곡률 [1/㎛] 이고, K_E 는 원뿔 계수, r 은 중심축으로부터의 거리, z 는 중심축과 렌즈면의 교점을 기준으로 한 새그량을 나타낸다. 곡률 C 는, 곡률 반경 R 을 사용하여, C = 1/R 로 나타내어진다.

[수학식 1]

본 실시예에 관련된 확산판에서 사용한 기준 마이크로렌즈 (30) 의 단면 형상은, 하기 관계식 6 으로 나타내어진다. 여기서는, 기준 마이크로렌즈 (30) 는, 장방형의 바닥면을 갖는 트로이달형의 렌즈로, X 방향 및 Y 방향으로 각각 곡률이 정의되어 있다. 여기서, 렌즈의 중심축을 원점으로 하여, r_x 는 중심축으로부터의 X 방향의 거리, r_y 는 중심축으로부터의 Y 방향의 거리이고, C_x 는 X 방향 (XZ 평면) 의 곡률 [1/㎛] 이고, C_y 는 Y 방향의 곡률 [1/㎛] 이며, (XZ 평면) 의 K_x 는 X 방향 (XZ 평면) 의 원뿔 계수, K_y 는 Y 방향 (YZ 평면) 의 원뿔 계수를 나타낸다.

[수학식 2]

본 실시예에 관련된 확산판에서는, 마이크로렌즈 (3) 의 피치는 Px = 22 ㎛, Py = 22 ㎛ 로 하고, X 방향의 곡률 반경 R_x [㎛] 는, 구면 렌즈 (K_x = 0) 으로 하고, 곡률 반경 R_x [㎛] = 40 으로 하였다. Y 방향의 곡률 반경 R_y [㎛] 는, 구면 렌즈 (K_y = 0) 으로 하고, 곡률 반경 R_y [㎛] = 22 로 하였다. 또, 모든 기준 마이크로렌즈 (30) 는, 가장 낮은 부분의 높이를 기준 높이로 한다.

각도 변조부 (4) 의, XY 평면 상의 각 위치에 있어서의 높이 (Z 방향에 있어서의 위치) 와, 기준 마이크로렌즈 (30) 의, XY 평면 상의 각 위치에 있어서의 높이 (Z 방향에 있어서의 위치) 를 모두 합함으로써, 각도 변조 분포군 (2) 의, XY 평면 상의 각 위치에 있어서의 높이를 산출한다. 이로써, 각도 변조 분포군 (2) 의 형상을 구할 수 있다.

상기 서술한 내용에 근거하여 확산판 (10) 표면의 약 30 ㎜ × 60 ㎜ 의 마이크로렌즈 어레이 영역을 설계하였다 (ST100). 이 설계 데이터를 이용하여, 전술한 금형 제작 공정 (ST200) 을 거쳐, 볼록 렌즈 형상을 복수 갖는 마이크로렌즈 어레이 형상부가 형성된 스탬퍼를 얻었다. 도 9 에, 이 스탬퍼의 렌즈 형상의 공초점 레이저 현미경에 의한 관찰 이미지를 나타내고, 도 10 에, 마이크로 어레이 렌즈 형상부의 중심을 횡단하는 단면 프로파일을 나타낸다. 요컨대, 도 9 는, 실시예 1 에 관련된 확산판의 제조에 사용하는 스탬퍼의 레이저 현미경 관찰 이미지를 나타내는 도면이다. 도 10 은, 실시예 1 에 관련된 확산판의 제조에 사용하는 스탬퍼의 마이크로 어레이 렌즈 형상부의 중심을 횡단하는 단면 프로파일이다. 도 9 및 도 10 에 나타내는 바와 같이, 스탬퍼 (10a) 는, 확산판 (10) 의 각도 변조 분포군 (2) (도 2 참조) 에 대응하는 각도 변조 분포군 대응부 (2a) 와, 확산판 (10) 의 마이크로렌즈 (3) 에 대응하는 마이크로렌즈 대응부 (3a) 를 갖는다. 마이크로렌즈 대응부 (3a) 의 한 변의 길이는, 22 ㎛ 이다. 그리고 스탬퍼 (10a) 는, 확산판 (10) 의 기판 (1) (도 1b 참조) 에 대응하는 기판 대응부 (1a) 와, 각도 변조부 (4) 에 대응하는 각도 변조부 대응부 (4a) 를 포함한다. 또한, 도 10 에서는, 알기 쉽게 하기 위해, 각도 변조부 대응부 (4a) 의 일 부위인 각도 변조 대응부 요소 (41a) 를 확대시켜 묘화하였다. 각도 변조 대응부 요소 (41a) 는, 상방을 향하여 삼각형상으로 돌출된 형상을 갖고, 그 경사면은, 그 위치가 길어짐에 따라서, 높이가 높아지도록 경사져 있다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 마이크로렌즈 대응부 (3a) 는, 튀어나온 볼록 렌즈 형상을 갖는다. 또, 위치 62 ∼ 84 ㎛ 에 위치하는 마이크로렌즈 대응부 (3a) 는, 각도 변조 대응부 요소 (41a) 와 같이, 위치가 길어짐에 따라서, 높이가 높아지도록 경사져 있다. 요컨대, 도 9 및 도 10 에서는, 미소한 경사가 형성된 복수의 볼록 렌즈 형상이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 도 9 에 나타내는 스탬퍼를 사용하여, 광경화 수지를 사용한 성형을 실시하였다. 기재로서 두께 0.3 ㎜ 의 폴리카보네이트 필름을 사용하여, 굴절률 1.52 의 아크릴계 광경화 수지를 스탬퍼와 기재 사이로 흘려 넣고 성형을 실시함으로써, 실시예 1 에 관련된 확산판을 제작하였다.

성형에 의해 얻어진 본 실시예에 관련된 확산판에, LED 광원을 사용한 프로젝터에 의해 백색 화상을 투영하고, 투과광을 요면경으로 반사시킨 이미지를 재차 유리면에서 반사시켜, 디지털 카메라에 의해 촬상한 화상을, 도 12 에 나타냈다. 요컨대, 도 12 는, 실시예 1 에 관련된 확산판에 투영한 화상이다. 도 13 은, 도 12 에 나타내는 실시예 1 에 관련된 확산판의, 지면을 향하여 좌상부를 확대한 화상이다.

도 14 는, 실시예 2 에 관련된 확산판에 투영한 화상이다. 실시예 2 에 관련된 확산판은, 각도 변조부의 설계를 제외하고는 본 실시예와 동일한 설계 수법을 사용하여 설계되었다. 실시예 2 에 관련된 확산판에서는, 각도 변조부는, 사각뿔대 형상, 바꾸어 말하면, 절두(截頭)사각뿔 형상이고, 각도 변조부의 각도 변조 분포가 3 × 3, 가로 3 행 세로 3 열의 각도 변조 분포군으로 이루어지며, 기본적인 경사면 각도는 1.04 [deg] 로 설정되어 있다. 도 15 는, 도 14 에 나타난 확산판의, 지면을 향하여 좌상부를 확대한 화상이다.

도 11 에, 실시예 2 의 각 위치에 대한 높이를 나타낸다. 여기서 4 모서리의 마이크로렌즈는, X 방향 및 Y 방향에 있어서 1.04 [deg] 로 설정되고, 그 표면은, 그 높이가, 3 × 3 의 각도 변조 분포군의 중심에 있는 마이크로렌즈를 향하여 높아지도록 경사져 있다. 또, 이 3 × 3 의 각도 변조 분포군의 중심의 마이크로렌즈에 인접하는 4 개의 마이크로렌즈는, 그 높이가, X 방향, 또는 Y 방향으로만 1.04 [deg] 만큼 중심을 향하여 높아지도록 경사져 있다. 이 3 × 3 의 각도 변조 분포군의 중심에 배치된 마이크로렌즈는, 경사없이, 구체적으로는, 기판에 대해 실질적으로 평행한 평면을 설정하고 있다. 이 3 × 3 의 각도 변조 분포군을 기본 단위로 하여, 기판 (1) 의 주면 (S1) 에 주기적으로 반복되도록, 또는 전면에 깔리도록 배치하고 있다.

〔연관 기술에 관련된 비교예와의 비교 결과 1〕

다음으로, 실시예 1 과 실시예 2 를, 연관 기술에 관련된 비교예 1 과 비교한 결과에 대해 설명한다. 도 16 은, 비교예 1 에 관련된 확산판에 투영한 화상이다. 도 17 은, 도 16 에 나타내는 비교예 1 에 관련된 확산판의, 지면을 향하여 좌상부를 확대한 화상이다.

비교예 1 은, 연관 기술을 사용하여 제작한 마이크로렌즈 어레이이다. 비교예 1 에 관련된 마이크로렌즈 어레이는, 각도 변조부를 갖지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1 에 관련된 마이크로렌즈 어레이와 동일한 구성을 갖는다. 요컨대 비교예 1 에 관련된 마이크로렌즈 어레이는, 실시예 1 에 관련된 마이크로렌즈 어레이와 동일한 형상을 갖는 기준 마이크로렌즈만으로 이루어진다.

도 12 ∼ 도 17 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2 에서는, 색 불균일이 비교예 1 에 비해 적고, 입상감은 비교예 1 과 동등하여 양호하였다.

〔연관 기술에 관련된 비교예와의 비교 결과 2〕

다음으로, 실시예 1 과 실시예 2 를, 연관 기술에 관련된 비교예 2 와 비교한 결과에 대해 설명한다. 도 18 은 비교예 2 에 관련된 확산판에 투영한 화상이다. 도 19 는, 도 18 에 나타내는 비교예 2 에 관련된 확산판의, 지면을 향하여 좌상부를 확대한 화상이다.

비교예 2 는, 특허문헌 4 에 기재되어 있는 랜덤성을 가진 마이크로렌즈 어레이를, 스탬퍼를 사용하여 제조한 것이다. 구체적으로는, 비교예 2 에 관련된 마이크로렌즈 어레이는, 미세 구조의 형상 또는 위치를 정의하는 파라미터 중 적어도 하나를 미리 정해진 확률 밀도 함수에 따라서 랜덤 분포시키고 있다. 비교예 2 에 관련된 확산판은, 본 실시예와 동일한 트로이달형의 렌즈 형상으로 하고, 각 마이크로렌즈 어레이는 X 방향 피치 60 ㎛, 구면 렌즈 (Kx = 0) 으로 하여 곡률 반경 Rx [㎛] 는 135.3, 170.8, 162.5, 136.2 로 하고, Y 방향은 피치 60 ㎛, 비구면 렌즈 (Ky = -0.45) 로 하여 곡률 반경 Ry [㎛] 는 58.5, 57.9, 65.8 로 하였다. 각각의 마이크로렌즈는 X 방향, 또는 Y 방향에 대해 랜덤하게 이들 렌즈 형상이 설정되어 있다.

비교예 2 에서는, 색 불균일은 그다지 확인할 수 없었지만, 전체적으로 표면이 까끌까끌하여 입상감이 높았다. 도 12 ∼ 도 15, 도 18, 및 도 19 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2 에서는, 입상감이 비교예 2 에 비해 낮아 양호하였다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정된 것이 아니라, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 확산판 (10) 상에 배열되어 있는 마이크로렌즈 (3) 는, 투과형의 렌즈에 한정되지 않는다. 반사형의 확산판 (10) 의 주면 (S1) 상에는 마이크로렌즈 (3) 와 동일한 요철 형상을 갖는 광확산 패턴 (마이크로미러라고도 한다.) 이, 마이크로렌즈 (3) 와 동일하게 격자상으로 형성되어 있어도 된다.

또, 확산판 (10) 상에는, 복수의 마이크로렌즈 (3) 를 대신하여 렌즈 기능을 갖는 복수의 미세 구조체가 배치되어 있어도 된다. 렌즈 기능을 갖는 미세 구조체란, 예를 들어, 서브 파장의 미세 구조에 의해 굴절률 분포를 형성함으로써, 광을 굴절시키는 것이어도 된다.

본 출원은, 2016년 4월 27일에 출원된 일본 특허출원 특원 2016-088904호를 기초로 하는 우선권을 주장하며, 그 개시의 전부를 여기에 수용한다.

10 : 확산판
1 : 기판
2 : (마이크로렌즈) 각도 변조 분포군
3 : 마이크로렌즈
4 : 각도 변조부

Claims (9)

1. 광이 입사되는 광 입사면과, 입사된 상기 광을 투과시킨 다음에 출사하는 광 출사면을 갖는 기판을 구비하는 투과형의 확산판으로서,
   상기 광 입사면 및 상기 광 출사면의 적어도 일방에 형성된 마이크로렌즈 각도 변조 분포군을 구비하고,
   상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 복수의 마이크로렌즈와, 상기 복수의 마이크로렌즈로부터 각각 출사되는 주요 광의 방향을 미소하게 각도 변조시키는 각도 변조 분포를 갖는 각도 변조부를 구비하고,
   상기 주요 광의 파장 λ [㎛] 와 상기 마이크로렌즈의 평균 배열 주기 P [㎛] 의 비 λ/P 를 θ [rad] 로 하고,
   상기 복수의 마이크로렌즈의 각각이 출사하는 주요 광의 방향이 변조 각도 α [rad] 로 변조될 때,
   상기 변조 각도 α 와 상기 θ 의 비 α/θ 가,
   0.1 ＜ α/θ ＜ 10.0
   을 만족하는, 투과형의 확산판.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 주기적으로 반복되는 소정의 패턴으로 상기 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확산판.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 마이크로렌즈의 바닥면의 형상이 사각형이고,
   상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군에서는, 상기 복수의 상기 마이크로렌즈가, 행수 n1, 열수 n2 의 행렬이 되도록 배치되어 있고,
   행수 n1, 및 열수 n2 는, 2 에서 9 까지의 자연수인 것을 특징으로 하는 확산판.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   2 종류 이상의 상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 주기적으로 반복되는 소정의 패턴으로 상기 기판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확산판.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   2 종류 이상의 상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 랜덤하게 분포하고 있거나, 또는, 밀도 함수에 따라 분포하고 있는 것을 특징으로 하는 확산판.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비 α/θ 는, 랜덤하게 분포하고 있거나, 또는, 밀도 함수에 따라 분포하고 있는 것을 특징으로 하는 확산판.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마이크로렌즈 각도 변조 분포군은, 2 종류 이상의 마이크로렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 확산판.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 확산판, 및 이것을 사용한 투영식 프로젝터 장치로서,
   확산판에서 본 투영측의 동경을 θi [rad] 로 할 때, 상기 θ 가, 0.1 × θi ≤ θ ≤ 4 × θi
   를 만족하는 것을 특징으로 하는 확산판, 및 이것을 사용한 투영식 프로젝터 장치.
9. 기판을 구비하는 반사형의 확산판으로서,
   상기 기판의 주면의 적어도 일방에 형성된 마이크로미러 각도 변조 분포군을 구비하고,
   상기 마이크로미러 각도 변조 분포군은, 복수의 마이크로미러와, 상기 복수의 마이크로미러로부터 각각 반사되는 주요 광의 방향을 미소하게 각도 변조시키는 각도 변조 분포를 갖는 각도 변조부를 구비하고,
   상기 마이크로미러는, 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈와 동일한 형상을 갖고,
   상기 주요 광의 파장 λ [㎛] 와 상기 마이크로미러의 평균 배열 주기 P [㎛] 의 비 λ/P 를 θ [rad] 로 하고,
   상기 복수의 마이크로미러의 각각이 출사하는 주요 광의 방향이 변조 각도 α [rad] 로 변조될 때,
   상기 변조 각도 α 와 상기 θ 의 비 α/θ 가,
   0.025 ＜ α/θ ＜ 2.5
   를 만족하는, 반사형의 확산판.

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