TW202034022A - 擴散板 - Google Patents

Abstract

提供能抑制透射光或反射光的斑點雜訊，又可改善亮度不均或顏色不均的擴散板。 一種擴散板，屬於透射型或反射型的擴散板(100)，其特徵為，平板狀基材(51)具有X軸方向的有效徑為a、Y軸方向的有效徑為b的光學元件，且構成a×b的2維基本周期構造(10)，各基本周期構造具有在X軸方向包含N個前述光學元件(53)，在Y軸方向包含M個前述光學元件的N行M列作為基本組塊的Na×Mb的2維周期相位構造，前述基本組塊內的n行m列中的相位構造P_nm 係以P_n1 ＋P_1m 表示，將前述基本組塊內的n行m列中的光學元件的複素透射率或複素反射率的傅立葉變換之絕對值的平方作為指向特性時，標準偏差相對於該指向特性之平均的比例為0.3以下。

Description

擴散板

本發明係關於擴散板。

抬頭顯示器(head-up display)或雷射投影器(laser projector)中，已有將使用微透鏡陣列的擴散板應用作為螢幕之技術提案。使用微透鏡陣列的情況中，相較於使用半乳白板或毛玻璃等的擴散板，具有可抑制斑點雜訊(speckle noise)的優點。

例如在專利文獻1中，即提案了一種以雷射光為光源，且具有擴散板的影像形成裝置，該擴散板係使用將由複數個畫素排列形成的映像進行投影的雷射投影器、及排列有複數個微透鏡的微透鏡陣列。使用微透鏡陣列的情況中，可使入射的光適當地擴散，並且可自由地設計所需的擴散角。 專利文獻2中，則提案一種藉由按照預定的機率密度函數使定義微透鏡等微細構造之形狀或位置之參數的至少一種作無規分布，藉以改善因微細構造的周期性所引起的繞射光導致的亮度不均或顏色不均之方法。 專利文獻3及4中，則提案一種用以改善亮度不均或顏色不均的方法，其可藉由對微透鏡陣列賦予帶有對穿過各個微透鏡的光產生光路長度差功能的第2周期構造，在已往的繞射光間隙產生新的繞射光。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]　　日本特開2010-145745號公報 [專利文獻2]　　日本特表2004-505306號公報 [專利文獻3]　　國際公開第2016/139769號 [專利文獻4]　　日本特開2017-122773號公報

[發明欲解決之課題]

在使用一般型微透鏡陣列的情況中，會因其周期性所產生的繞射點而發生亮度不均。專利文獻2中，記載有藉由按照預定的機率密度函數使定義透鏡形狀或位置之參數的至少一種作無規分布以改善亮度不均的技術。然而，如專利文獻2那樣對透鏡的形狀或位置賦予無規性的情況中，由於穿過透鏡陣列的光產生無規性相位差，容易產生斑點雜訊，會有畫質惡化之問題。再者，就微透鏡陣列的整體平均而言，雖可藉無規分布使亮度不均獲得改善，但仍有遺留局部性未改善部分的問題。

專利文獻3及4中雖記載了藉由將帶有對穿過各個微透鏡的光產生光路長度差功能的第2周期構造賦予微透鏡陣列來改善亮度不均的技術。然而，以專利文獻3及4提案的交錯配置或垂直的2軸界定的周期構造中，因繞射光的密度僅有數倍左右，而且，各繞射光會產生亮度差，故有無法充分改善亮度不均的情形。

本發明之目的在提供可抑制透射光或反射光的斑點雜訊，並且可進一步改善亮度不均或顏色不均的擴散板。 [用以解決課題之手段]

本發明係藉由以下的構成來達成前述目的。 [1]  一種擴散板，係屬於透射型或反射型的擴散板， 其特徵為： 朝平板狀基材的平面方向取得互相正交的X軸及Y軸， 在前述平板狀基材一面具有X軸方向的有效徑為a、Y軸方向的有效徑為b的光學元件，或者 在前述平板狀基材一面具有X軸方向之有效徑為a的第1光學元件，在前述基材另一面具有Y軸方向之有效徑為b的第2光學元件，藉由前述第1光學元件與前述第2光學元件的組合，而構成X軸方向的有效徑為a、Y軸方向的有效徑為b的光學元件， 藉由複數個前述光學元件在X軸方向及Y軸方向各自以根據前述有效徑的間隔配置，而構成a×b的2維基本周期構造， 各基本周期構造具有各自產生光路長度差的構造， 產生前述光路長度差的構造具有以在前述X軸方向包含N個前述光學元件，在前述Y軸方向包含M個前述光學元件的N行M列(N與M的至少一者為3以上的整數)作為基本組塊的Na×Mb個2維周期相位構造， 將前述基本組塊內的n行m列的相位構造設為P_nm ，X軸方向的基本周期相位差ΔP_X 、Y軸方向的基本周期相位差ΔP_Y 設為下述式(1)及式(2)時，前述P_nm 係以P_n1 ＋P_1m 表示，

將前述基本組塊內的n行m列中的光學元件的複素透射率或複素反射率設為g(n/λ，m/λ)，將該複素透射率或複素反射率的傅立葉變換G(sinθ_n ，sinθ_m )的絕對值之平方作為指向特性時，標準偏差相對於以下式(3)表示的指向特性之平均的比例為0.3以下。

(式(3)中，Ave為前述基本組塊中各光學元件的|G(sinθ_n ，sinθ_m )|² 之平均值。)

[2]  如[1]之擴散板，其中，標準偏差相對於以前述式(3)表示的指向特性之平均的比例為0.1以下。 [3]  如[1]之擴散板，其中，標準偏差相對於以前述式(3)表示的指向特性之平均的比例為0。 [4]  如[1]至[3]中任一項之擴散板，其中，前述N及M為各自獨立成3、4、5、7或8的任一者，而入射光之波長為λ時， 前述X軸方向的基本周期相位差ΔP_X 、及前述Y軸方向的基本周期相位差ΔP_Y 為各自獨立為下述ΔP_A 的任一者。

[5]  如[4]之擴散板，其中，前述λ為630nm。 [6]  如[4]之擴散板，其中，前述λ為530nm。 [7]  如[4]之擴散板，其中，前述λ為580nm。 [發明之效果]

若依據本發明，可提供能抑制透射光或反射光的斑點雜訊，而且可進一步改善亮度不均或顏色不均的擴散板。

[用以實施發明的形態]

茲參照附圖就本發明擴散板的實施形態加以說明。但，本發明並不限定於下述的實施形態。再者，為使說明更明確，以下的陳述及圖式均已適當簡化，且有各軸方向的尺寸縮小比各不相同的情形。此外，本說明書中所用的形狀或幾何學條件以及彼等的程度均加以特定，例如有關「平行」、「垂直」、「正交」、「相同」等用語，並不受其嚴謹定義所拘束，也應解釋為包含可期待具相同功能之程度的範圍。

[第1實施形態] 繼參照圖1～3說明第1實施形態的擴散板。圖1為第1實施形態之擴散板的示意性前視圖。再者，圖2為圖1之擴散板的1A-1A’剖面圖，圖3為圖1之擴散板的1B-1B’剖面圖。另外，圖1～3的例子中，N=M=4。 第1實施形態的擴散板100為透射型的擴散板，其在平板狀基材51一面(＋Z側之面)具有X軸方向之有效徑為a、Y軸方向之有效徑為b的複數個光學元件53。 藉由該複數個光學元件53在X軸方向及Y軸方向各自以根據各個前述有效徑的間隔配置，而構成各個光學元件53成為一單位的a×b 2維式基本周期構造10。 複數個的各基本周期構造10具有會產生光路長度差的構造。本實施形態中，作為產生光路長度差的一個構造例，係在平板狀基材51與光學元件53之間設有預定的增高部52。該增高部52在X軸方向具有光學元件N個量(即，Na)的周期相位構造，且在Y軸方向具有光學元件M個量(即，Mb)的周期相位構造。 本實施形態中，係藉由該X軸方向的周期相移構造及Y軸方向的周期相移構造的組合，而形成以N行M列作為基本組塊50的Na×Mb 2維式周期相位構造。 具體而言，將前述基本組塊50內的n行m列的相位構造設為P_nm ，且X軸方向的周期相位差ΔP_X 、Y軸方向的周期相位差ΔP_Y 以下述式(1)及式(2)的形式來表示時，前述P_nm 可以P_n1 ＋P_1m 來表示。

有關周期相位構造的詳細將陳述於後，但本實施形態的擴散板係藉由對穿過各光學元件53的各光線賦予周期性的預定相位差來抑制斑點雜訊。再者，本實施形態的擴散板中，係藉由N或M的至少一者採用3以上的整數，使亮度不均或顏色不均獲得進一步改善。

圖2為沿著X軸通過基本周期構造11、21、31及41之剖面例的剖面圖。如圖2的例子所示，擴散板100係使X軸方向的有效徑為a的光學元件53以根據該有效徑的間隔配置，而構成X軸方向的基本周期構造11～41。各基本構造具有用以產生各個光路長度差的增高部52。增高部52係以含有N個光學元件的Na為周期而形成重複的周期相位構造。在此處，平板狀基材51的厚度T係採可視為平坦的最大厚度。具體而言，從不具光學元件53之面到在基本組塊50內高度最小的光學元件53(圖2的例子中，為基本周期構造11的光學元件53)之根部的厚度。光路差71、72係以該高度最小的光學元件為基準。

圖3為沿著Y軸通過基本周期構造14、13、12及11之剖面例的剖面圖。如圖3的例子所示，擴散板100係使Y軸方向有效徑為b的光學元件53以根據該有效徑的間隔配置，而構成基本周期構造14～11。各基本構造具有用以產生各個光路長度差的增高部52。增高部52係以包含M個光學元件的Mb為周期而形成重複的相位構造。

光學元件53的形狀未特別限定，其係從使用作擴散板100之材料的光學物性(特別是折射率)及所期望的擴散角度分布來設計作為基準的透鏡形狀。透鏡形狀可為球面，也可為非球面。光學設計係使用光線追蹤法等習知技術來進行。再者，擴散特性希望具有各向異性的情況則不在此限，透鏡的縱橫比可任意設定。在典型例子中，可舉出如圖8所示的四角型微透鏡。此外，也可為該微透鏡之反轉形狀的凹透鏡(參照圖7)。

接著，就周期相位構造的詳細和原理一起說明。 (設定於光學元件間之光路長度差的原理) 平行光(波長λ)射入到有效徑為L的四角透鏡以周期L配置的微透鏡陣列時，在各透鏡中沒有產生光路長度差之構造的情形中，由於習知的繞射光柵作用，射出光的亮度分布會以正弦間隔λ/L朝縱橫方向離散化(稱為繞射光)。入射光非為平行光，而是表觀直徑ω之圓錐狀的情形中，離散化的各方向係呈表觀直徑ω的圓錐狀。在ω較2λ/L值大的情形中，離散化狀態會實質上被消除。但，ω較2λ/L為小的情形中，正弦間隔λ/L的周期性會以離散化殘跡的形態殘留在亮度分布中，而造成明暗的亮度不均。

圖9(a)係顯示繞射光穿過不具產生光路長度差之構造的20μm×20μm周期式微透鏡陣列的模擬結果。如前所述，在各透鏡不具產生光路長度差之構造的情況中，會產生以正弦間隔λ/L朝縱橫方向離散化的繞射光。 再者，圖10(a)係為對不具產生光路長度差之構造的40μm×40μm周期式微透鏡陣列，實際射入雷射光，且將射出光投影在垂直平面的像。如圖10(a)所示，實際射出的雷射光已離散化，其與圖9(a)的模擬結果相當一致。

要克服這種亮度不均，繞射光的間隔必須縮小。其解決手段有採用使射入各透鏡的光線產生光路長度差之構造的方法。本實施形態中，係考量採用X軸方向有N個透鏡、Y軸方向有M個透鏡(N、M的至少一者為3以上的整數)之周期的光路長度差產生構造，且將X軸方向的周期相位構造具有的光路長度差與Y軸方向的周期相位構造具有的光路長度差之和施於射入之光的作法。使實際的微透鏡產生光路長度差的作法，例如圖2所示，可藉由設置增高部52，將微透鏡配置在Z軸方向不同的位置來實現。

此處，將基本組塊50內的n行m列光學元件53的複素透射率設為g(n/λ，m/λ)時，射出光的指向特性即和其傅立葉變換G(sinθ_n ，sinθ_m )絕對值的平方一致。此一致關係對於周期性排列的整體光學元件也能成立。 再者，有關由X軸方向具N個透鏡、Y軸方向具M個透鏡統括而成的基本組塊50單位g_N ，_M (n/λ，m/λ)的2維式周期排列，也成立同樣的情況。因而，作為目標的指向特性|G_N ，_M (sinθ_n ，sinθ_m )|² ，係為將角度周期在X軸方向設為λ/(Na)、在Y軸方向設為λ/(Mb)的離散性構造中，其包絡線係和單一透鏡的指向特性|G(sinθ_n ，sinθ_m )|² 成比例。

因此，藉由應用Na×Mb的2維式周期相位構造，即可將繞射光的角度周期在X軸方向縮小成1/N、在Y軸方向縮小成1/M。而且，在所有繞射光的強度皆達到均一的條件中，亮度不均可獲得最大的改善。意即，屬於射出光指向特性的|G_N ，_M (sinθ_n ，sinθ_m )|² 中，各要素的標準偏差為0的條件最佳。因此，|G_N ，_M (sinθ_n ，sinθ_m )|² 中各要素平均值設為Ave時，下式(4)越小越佳，0則最佳。

上述式(4)為0的條件，雖為所有繞射光的強度達到均一的理想條件，但實際上也有容許亮度稍有不均的情況。本實施形態中，屬於射出光指向特性的G_N ，_M (sinθ_n ，sinθ_m )中各要素的標準偏差只要是在平均值的30%以下，即可判斷為亮度不均已受到抑制。意即，本實施形態擴散板之特徵係在：標準偏差相對於以下述式(3)表示的指向特性之平均的比例在0.3以下，且以0.1以下為佳，0則更佳。

(式(3)中，Ave為前述基本組塊中各光學元件的 |G(sinθ_n ，sinθ_m )|² 的平均值。)

習知技術中，僅對於N=M=2，式(3)為0.3以下的例子(專利文獻4)為公知。若依據本實施形態，即使對於N，M≧3以上，也可提供式(3)為0.3以下的微透鏡陣列。為了使微透鏡陣列的繞射光造成的亮度不均不顯眼，在N=M=2的情況中，必須將入射光的表觀直徑ω設成較2λ/(2L)更大。在N=M=3的情況中，必須將入射光的表觀直徑ω設成較2λ/(3L)更大。因此，在N=M=3的情況中，相較於N=M=2的情況，可容許入射光的表觀直徑ω縮小至2/3倍。或者，將L值本身縮小，即可將微透鏡陣列的解析度極限改善到1.5倍。因此，只要使用本發明，即可獲得效率較習知技術更優異的擴散板。

繼就圖1～3的例子中所揭示的N=M=4的情況作為一個例子詳加說明。將前述基本組塊內的n行m列的相位構造設為P_nm 。針對在各透鏡不具產生光路長度差構造的情況加以考量。此時，若將周期相位構造的1周期量相位差設為ΔP，則ΔP可表示如下。

此時，複素透射率g(n/λ，m/λ)係變成如下所示。

上述g(n/λ，m/λ)的傅立葉變換G(sinθ_n ，sinθ_m )之絕對值的平方係變成如下所示。

標準偏差相對於平均的比例係依以下方式從該|G|² 求得。

因而，在不具增高部52的情況中，式(3)不符0.3以下的條件。

接著，針對在N=M=4中透鏡具有產生光路長度差之增高部52的情況來考量。在此處，作為一個例子，將前述基本組塊內n行m列的相位構造設為P_nm ，且將X軸方向的基本周期相位差ΔP_X 、Y軸方向的基本周期相位差ΔP_Y 設定如下。

在此處，若將P_nm 設為P_n1 ＋P_1m ，則基本組塊的周期相位構造ΔP可表示如下。

此時，g(n/λ，m/λ)的傅立葉變換G(sinθ_n ，sinθ_m )係變成如下所示。

該g(n/λ，m/λ)經傅立葉變換後的G(sinθ_n ，sinθ_m )之絕對值的平方係變成如下所示。

這是表示繞射光的出射角度係均等地分割為16，意即，表示繞射光密度變成16倍。標準偏差相對於平均的比例可從該|G|² 依以下方式求得。

從而，可確認式(3)符合0.3以下的條件。另外，在N=M=4中，符合式(3)的相位差並不限於式(5)，只要是式(3)能成為0.3以下的條件，設定哪一種相位差均可。再者，即使在N及M為4以外的情況中，只要設定式(3)符合0.3以下的相位差即可。而且，N及M不必為相同值，也可設定為N=3、M=4等不同的值。

在具體例中，前述N及M係各自獨立，可為3、4、5、7或8的任一者， 入射光的波長為λ時，只要前述X軸方向的基本周期相位差ΔP_X 、及前述Y軸方向的基本周期相位差ΔP_Y 各自獨立為下述ΔP_A 的任一者，式(3)的值即可為0。另外，雖也可將N及M設為9以上，但因為數眾多，故將這些例示予以省略。

圖9(b)係顯示在20μm×20μm周期中，穿過具有會產生式(5)的光路長度差之構造的微透鏡陣列的繞射光的模擬結果。如上述的計算結果所示，相較於圖9(a)，繞射光的密度成為16倍，可確認其亮度不均已經降低。再者，圖10(b)係顯示實際上在40μm×40μm周期中，將射入具有會產生式(5)之光路長度差之構造的微透鏡陣列的雷射光式射出光投影在垂直平面的影像。在該微透鏡陣列中，因會產生和式(5)對應的光路長度差，故在透鏡高度中帶有高低差ΔH。在透射型的擴散板中，構成微透鏡陣列的材料的折射率為1.5，使用的光源之波長λ為可見光中波長最長的630nm的紅色光時，ΔH係變成如下所示。

如圖10(b)所示，射出的雷射光密度達16倍，和模擬結果非常一致。 所使用的光源之波長λ即使為可見光中辨識性最高的530nm的綠色光、或波長為可見光中波長最長的紅色光與辨識性最高的綠色光之中間波長的580nm黃色光，也同樣可決定要賦予的ΔH。 光線射入整個微透鏡陣列時，屬於和周期相位構造之1周期對應的透鏡數N、M越大，繞射光的密度就越大。因此，通常N、M越大，亮度不均降低效果就越大，甚為合適。另一方面，光線射入的透鏡範圍受到限定的情況中，以使周期相位構造1周期的大小配合該透鏡範圍較佳。例如，使不掃描的雷射光束擴散的情況中，只要將周期相位構造1周期的大小設定在雷射光束徑的大小程度即可。但，將雷射光束掃描到整個微透鏡陣列的情況中，如前所述，N、M越大越佳。

接著，陳述有關相位差的設定方法。本發明中，相位差係將穿過微透鏡或自微透鏡反射之光的光路長度差藉波長規格化來表示。要使相位差改變，可選擇透鏡高度或曲率、間距、配置、折射率等各種因子。本實施形態中，為了對各個透鏡賦予相位差，在僅使透鏡之增高部52的高度改變，各個透鏡的曲率則大略相同之點上具有特徵。

如圖2～3所示，本實施形態中，各個透鏡的剖面輪廓係設成相同，同時藉由控制增高部52的高度來對微透鏡的凸部最大高度賦予變化。意即，微透鏡的凸部最大高度係依據藉光學設計決定的光學元件53之透鏡高度與增高部52高度之和來決定。本發明中，透鏡高度係固定值，且藉由依各個透鏡改變增高部52的高度，使各微透鏡產生相位差，即得以謀求改善因繞射而產生的亮度不均或顏色不均。各微透鏡之凸部最大高度的高低差設為ΔH時，若將構成微透鏡陣列之材料的折射率設為n，所使用之光源的波長設為λ[nm]，和ΔH對應的相位差可表示為 ｛1000×ΔH×(n-1)｝/λ 。此處，在光源係由複數個波長構成的情況中，只要以所用波長中最長的波長、或者辨識性最高的波長為代表來計算即可。

作為上述第1實施形態的變化例，圖7係顯示凹透鏡時的1A-1A’剖面圖例。光學元件53的形狀和上述第1實施形態不同。1B-1B’剖面圖中雖未予圖示，但同樣地，光學元件53係有效徑為b的凹透鏡形狀。 至於凹透鏡時的光路差，只要想成將前述ΔH置換成各微透鏡的凹部最大深度的高低差ΔD即可。

再者，也可採用反射型的擴散板(未圖示)作為上述第1實施形態的變化例。反射型擴散板可藉由在前述第1實施形態之擴散板的光學元件側或其相反側之面形成鋁蒸鍍膜等反射膜來製造。 屬於反射型的擴散板，而光學元件為凸透鏡形狀時，在凸部最大高度具有分布的微透鏡表面，射入光會被反射，而產生通過空氣中的光路差，且產生各微透鏡間的相位差。和此時各微透鏡間的凸部最大高度的最大高低差ΔH對應的相位差係以 ｛1000×2ΔH｝/λ 來表示。在此處，光源由複數個波長構成的情況中，只要和透射型的情況同樣地，以所使用之波長中波長最長、或辨識性最高的波長為代表來計算即可。 再者，屬於反射型擴散板的情況中，在設定於前述光學元件間的光路長度差的原理上設成「複素透射率」的部分，也可藉由改讀為「複素反射率」進行同樣的思考，而設計出可產生光路長度差的構造。

而且，反射型擴散板中，光學元件為凹透鏡形狀時，只要將ΔH置換為各微透鏡的凹部最大深度的最大高低差ΔD來思考即可的部分，也和透射型的情況一樣。

從設計資料加工微透鏡陣列的方法，可使用機械加工、使用光罩的光微影、無光罩微影、蝕刻、雷射刻蝕等許多加工方法。使用這些技術製造模具，並進行樹脂模製，即可製得具有微透鏡陣列的擴散板構件。也可將前述模具作為直接反射型擴散板來使用。成形方法只要從卷對卷成形、熱壓成形、使用紫外線硬化性樹脂的成形、射出成形等為數眾多的成形方法中適當選擇即可。使用作反射型擴散構件的情況中，只要在表面或背面形成鋁蒸鍍膜等反射膜來使用即可。

以下，更詳細地說明有關藉由雷射掃描型無光罩微影及電鑄製作模具，並使用該模具施行熱壓成形來製作擴散板的方法，作為一個例子。 無光罩微影係由：阻劑塗布步驟，在基板上塗布光阻劑；曝光步驟，將微細圖案曝光在光阻劑上；及顯影步驟，將曝光後的光阻劑實施顯影而獲得具有微細圖案的原版，所組成。阻劑塗布步驟中，係將正型光阻劑塗布在基板上。光阻劑塗布膜的厚度只要是微細圖案的高度以上即可。較佳為對塗布膜施以70～110℃的烘烤處理。曝光步驟中，係對前述塗布步驟中所塗布的光阻劑，一面掃描雷射光束一面照射來使光阻劑曝光。雷射光束的波長只要按照光阻劑的種類來選定即可，例如可選擇351nm、364nm、458nm、488nm(Ar＋雷射的振盪波長)、351nm、406nm、413nm(Kr＋雷射的振盪波長)、352nm、442nm(He-Cd雷射的振盪波長)、355nm、473nm(半導體激發固體雷射的脈衝振盪波長)、375nm、405nm、445nm、488nm(半導體雷射)等。

附設有增高部之微透鏡的曝光步驟中，係一邊將雷射功率調變成由透鏡形狀及阻劑靈敏度所決定的值，一邊在光阻劑上實施雷射掃描。使用於雷射曝光的雷射係以物鏡集聚光束，並將焦點聚結在光阻劑上。要將微透鏡及與其鄰接的微透鏡之增高部的高度差增大時，只要將鄰接微透鏡間的雷射功率差增大即可。但，因雷射光點通常係為具有有限徑的高斯分布，故若將雷射功率差定得過大，會使接近鄰接透鏡交界部分的透鏡形狀從光學設計設定形狀偏離的範圍增加，其他透鏡和相同透鏡部的擴散角度分布比例會降低。因此，為了獲得盡量和光學設計相同的擴散角度分布，鄰接微透鏡間的增高部高度差以收斂於一定範圍內為佳。本發明中，因各微透鏡之透鏡部的高度係為一定，各微透鏡之凸部最大高度的最大高低差ΔH係和增高高度的最大高低差一致。因此，較佳為將增高高度加以設定，使藉前述波長規格化的相位差收斂在0～1之間。

在顯影步驟中，係將曝光後的光阻劑顯影。光阻劑的顯影可以公知的方法實施。顯影液並無特別限制，可使用四甲基氫氧化銨(TMAH)等鹼性顯影劑。顯影步驟中可依照曝光量除去光阻劑，並形成光阻劑的微細圖案形狀。在曝光步驟中係使用正型光阻劑，且以和凹透鏡構成式微透鏡形狀對應的雷射功率曝光時，即可獲得光阻劑中形成有凹透鏡的微透鏡原版。

接著，電鑄步驟中，係在具有藉曝光、顯影形成之前述微細圖案的光阻劑表面，利用鎳金屬蒸鍍等方法施行導電化處理。再進一步藉電鑄使鎳在前述蒸鍍膜表面堆積成板狀至期望的厚度，並將該鎳板從光阻劑原版剝離時，即可獲得形成有由光阻劑之凹透鏡形狀翻轉轉印所得的凸透鏡構成式微透鏡陣列的模具(壓模)。

成形步驟中，係藉由一邊將壓克力板加熱，一邊使用前述壓模印壓的熱壓法，使凸透鏡形狀的微細圖案轉印到壓克力板。結果，可製得凹透鏡構成式微透鏡陣列構件。若採用在兩面配置壓模的雙面成形，也能夠模製雙面形成有微透鏡陣列的構件。模製所使用的樹脂不限於壓克力，只要按照成形條件選定可用作擴散板的樹脂即可。要製得凸透鏡式微透鏡陣列構件，可以前述電鑄步驟製作的壓模(凸透鏡)作為模具進行複製電鑄，製作形成有凹透鏡式微透鏡陣列的壓模，並使用該壓模進行熱壓模製即可。無光罩微影的曝光步驟中，當然可採用依據凸透鏡調整曝光強度使光阻劑曝光的方法，但以電鑄步驟複製電鑄壓模的上述方法較為簡便。

當作反射型擴散板來使用時，只要例如在形成有微透鏡陣列的構件表面施以真空蒸鍍鋁反射膜，使入射光在鋁面反射即可。再者，微透鏡陣列只形成在基板單面的構件中，也可為光線從基板的鏡面側射入，在形成有鋁反射膜的微透鏡陣列面進行反射的構成。另一方面，光線從未形成反射膜的微透鏡陣列面射入，在形成有反射膜的鏡面側進行反射的構成也可利用作為擴散板。而且，在兩面模製有微透鏡陣列的基板中，藉由調整入射側反射膜的膜厚作成半反射鏡(half mirror)，背面側則將反射率設成幾乎100%的構成，也可獲得由表背兩面的二組微透鏡陣列構成的擴散板。再者，若有必要，也可為了保護鋁反射膜而塗布保護層。

[第2實施形態] 繼參照圖4～圖6來說明第2實施形態的擴散板。圖4係顯示第2實施形態之擴散板的基本組塊60的前視圖60a、從Y軸方向觀看的側視圖60b、以及從X軸方向觀看的側視圖60c。同時，圖5為圖4之擴散板的4A-4A’剖面圖，圖6為圖4之擴散板的4B-4B’剖面圖。另外，圖4～6的例子中，係為N=M=4。 第2實施形態的擴散板為透射型的擴散板，在平板狀基材61的一面(＋Z側的面)具有X軸方向的有效徑為a的第1光學元件63a，在前述基材的另一面(-Z側的面)則具有Y軸方向的有效徑為b的第2光學元件63b。在此點上雖和第1實施形態的擴散板不同，但藉由前述第1光學元件63a與前述第2光學元件63b的組合，可視為已構成X軸方向的有效徑為a、Y軸方向的有效徑為b的光學元件。有關將N行M列作為基本組塊的Na×Mb 2維式光路長度差的周期相位構造，則可設成和前述第1實施形態相同。

圖5為沿著X軸通過基本周期構造13、23、33及43之剖面例的剖面圖。如圖5的例子所示，第2實施形態的擴散板係以X軸方向的有效徑為a的第1光學元件63a根據該有效徑的間隔配置而構成X軸方向的基本周期構造13～43。 再者，圖6為沿著Y軸通過基本周期構造34、33、32及31的剖面例子的剖面圖。如圖6的例子所示，第2實施形態的擴散板係以Y軸方向的有效徑為b的第2光學元件63b根據該有效徑的間隔配置而構成基本周期構造34～31。

各基本構造具有用以產生各個光路長度差的增高部。圖5及圖6的例子中，係各自在第1光學元件63a側形成第1增高部62a，在第2光學元件63b側形成第2增高部62b。該情況中，藉由第1增高部62a根據前述X軸方向的基本周期相位差ΔP_X 設定高度，第2增高部62b根據前述Y軸方向的基本周期相位差ΔP_Y 設定高度，即可利用該組合形成產生預定光路長度差的周期相位構造。產生光路長度差構造的設計方法因和前述第1實施形態相同，故此處的說明容予省略。

第1光學元件及第2光學元件之形狀的典型例子為雙凸透鏡(lenticular)。該雙凸透鏡的形狀並未特別限定，可由使用於擴散板的材料的光學物性(特別是折射率)及所期望的擴散角度分布來設計基準形狀。再者，也可為屬於該雙凸透鏡之翻轉形狀的凹透鏡。 再者，也可藉由在第1光學元件或第2光學元件之一者形成鋁蒸鍍膜等反射膜作為反射型擴散板。

第1實施形態的擴散板及第2實施形態的擴散板係共通地對穿過或自各光學元件反射的各光線賦予周期性的預定相位差，而抑制斑點雜訊。再者，第1實施形態的擴散板及第2實施形態的擴散板係藉由N或M的至少一者採用3以上的整數，使亮度不均或顏色不均更加改善。 [實施例]

以下，使用實施例作更詳細的說明。另外，本發明並不限定於下述的實施例。 另外，以下的實施例中，係揭露有關在平板狀基材的一面形成有微透鏡陣列的透射型擴散板例。

＜實施例1＞N=M=3 思考有關N=M=3且式(3)符合0.3以下的微透鏡陣列。此處，係將X軸方向及Y軸方向之周期相位構造的1周期量相位差設為ΔP_X 、ΔP_Y 作為一例子，且將ΔP_X 、ΔP_Y 設定如下。

組合了X軸方向及Y軸方向之周期相位構造的1周期量相位差ΔP，因係以X軸方向的相位差ΔP_X 及Y軸方向的相位差ΔP_Y 之和來設定，故可表示如下。

根據該相位差ΔP，依以下方式求出標準偏差相對於射出光指向特性|G|² 之平均的比例。

因而，式(3)符合0.3以下的條件。而且，將此時的繞射光模擬結果揭示於圖11(a)。相較於圖9(a)，繞射光的密度達到9倍，故可確認亮度不均已經降低。另外，N=M=3且式(3)符合0.3以下的相位差並不限於式(6)，只要式(3)符合0.3以下的條件即可設為任一種相位差。

＜實施例2＞N=M=5 思考有關N=M=5且式(3)符合0.3以下的微透鏡陣列。此處，係將X軸方向及Y軸方向的周期相位構造的1周期量相位差設為ΔP_X ，ΔP_Y 作為一個例子，且將ΔP_X ，ΔP_Y 設定如下。

組合了X軸方向及Y軸方向的周期相位構造之1周期量相位差ΔP，因係以X軸方向的相位差ΔP_X 及Y軸方向的相位差ΔP_Y 之和來設定，故可表示如下。

根據該相位差ΔP，標準偏差相對於射出光的指向特性 |G|² 之平均的比例係以如下方式求出。

因而，式(3)符合0.3以下的條件。此外，此時的繞射光模擬結果係揭示於圖11(b)。相較於圖9(a)，繞射光的密度達25倍，故可確認亮度不均已經降低。另外，N=M=5且式(3)符合0.3以下的相位差並不限定於式(7)，只要式(3)符合0.3以下的條件，設定任一種相位差均可。

＜實施例3＞ N=M=7 思考有關N=M=7且式(3)符合0.3以下的微透鏡陣列。此處，係將X軸方向及Y軸方向的周期相位構造的1周期量相位差設為ΔP_X 、ΔP_Y 作為一個例子，且將ΔP_X 、ΔP_Y 設定如下。

組合了X軸方向及Y軸方向的周期相位構造的1周期量相位差ΔP，因係以X軸方向的相位差ΔP_X 及Y軸方向的相位差ΔP_Y 之和來設定，故可表示如下。

根據該相位差ΔP，標準偏差相對於射出光指向特性|G|² 之平均的比例係以如下方式求出。

因此，式(3)符合0.3以下的條件。再者，將此時的繞射光模擬結果顯示於圖11(c)。和圖9(a)比較，繞射光的密度成為49倍，可確認亮度不均已經降低。另外，N=M=7且式(3)符合0.3以下的相位差並不限定於式(8)，只要式(3)符合0.3以下的條件即可設定於任一種相位差。

＜實施例4＞N=3、M=4 在N和M不相同的情況中，思考有關例如N=3、M=4且符合式(3)為0.3以下的微透鏡陣列。此處，係將X軸方向及Y軸方向之周期相位構造的1周期量相位差設為ΔP_X ，ΔP_Y 作為一個例子，且將ΔP_X ，ΔP_Y 設定如下。

組合了X軸方向及Y軸方向之周期相位構造的1周期量相位差ΔP，因係以X軸方向的相位差ΔP_X 及Y軸方向的相位差ΔP_Y 之和來設定，故可表示如下。

根據該相位差ΔP，標準偏差相對於射出光指向特性|G|² 之平均的比例可以下列方式求出。

因此，式(3)符合0.3以下的條件。此外，此時的繞射光模擬結果係顯示於圖11(d)。相較於圖9(a)，繞射光的密度為12倍，可確認亮度不均已經降低。另外，不僅是N=3、M=4，在N、M的任意值中，只要式(3)符合0.3以下的條件，任一種相位差皆可設定。

＜比較例1＞ 2×2排列 思考專利文獻4所示的2×2排列。在該例中，係以藉x方向的周期相位構造及y方向的周期相位構造產生的各個光路長度差之和規定的2×2排列作為基本組塊，且假定將光路長度差設定為波長的1/4較合適。意即，將X軸方向及Y軸方向的周期相位構造的1周期量相位差設為ΔP_X 、ΔP_Y ，且ΔP_X 、ΔP_Y 係以如下方式設定。

組合了X軸方向及Y軸方向的周期相位構造之1周期量相位差ΔP因係以X軸方向的相位差ΔP_X 及Y軸方向的相位差ΔP_Y 之和來設定，故可表示如下。

根據該相位差ΔP，標準偏差相對於射出光指向特性|G|² 之平均的比例可以如下方式求得。

因而，該2×2排列符合0.3以下的條件。此外，應用該2×2排列的微透鏡陣列的繞射光模擬結果係揭示於圖12(a)。相較於圖9(a)，繞射光的密度變大，亮度不均已經減低。但，和實施例1相比，則不論設置的相位差的水準是否相同，若和圖11(a)比較，因繞射光的密度很小，故亮度不均的降低效果遜於本發明。 ＜比較例2＞4×4排列(專利文獻4) 思考專利文獻4所示的4×4排列。該例中，係以藉x方向的周期相位構造及y方向的周期相位構造所產生的各個光路長度差之和來規定的4×4排列作為基本組塊，且假定以光路長度差設定在波長的1/2較合適。意即，將X軸方向及Y軸方向的周期相位構造之1周期量相位差設為ΔP_X 、ΔP_Y ，而ΔP_X 、ΔP_Y 則設定如下。

組合了X軸方向及Y軸方向的周期相位構造之1周期量相位差ΔP，因係藉X軸方向的相位差ΔP_X 及Y軸方向的相位差ΔP_Y 之和來設定，故可表示如下。

根據該相位差ΔP，標準偏差相對於射出光的指向特性 |G|² 之平均的比例可以如下方式求得。

因而，該2×2排列不符式(3)為0.3以下的條件。應用該2×2排列的微透鏡陣列的繞射光模擬結果則揭示於圖12(b)。和圖9(a)相比，繞射光的密度變大，亮度不均也有降低。但，若和圖11(a)的實施例1比較，因繞射光的密度很小，故亮度不均的降低效果遜於本發明。

本案主張2019年1月25日申請的日本特願2019-011212號案為基礎的優先權，其全部揭露內容均已倂入本文中。

10:基本周期構造 11~44:基本組塊內的n行m列基本周期構造 50:基本組塊 51:基材 52:增高部 53:光學元件 60a~60c:基本組塊 61:基材 62a~62b:增高部 63a:第1光學元件 63b:第2光學元件 71,72:光路長度差 100:擴散板

圖1為第1實施形態之擴散板示意性前視圖。 圖2為圖1之擴散板的1A-1A’剖面圖。 圖3為圖1之擴散板的1B-1B’剖面圖。 圖4為第2實施形態之擴散板的基本組塊的前視圖及側視圖。 圖5為圖4之基本組塊的4A-4A’剖面圖。 圖6為圖4之基本組塊的4B-4B’剖面圖。 圖7為圖1之擴散板的變化例的剖面圖。 圖8作為光學元件之一微透鏡例的斜視圖。 圖9為20μm×20μm間距的微透鏡陣列的繞射光模擬結果圖。 圖10為40μm×40μm間距的微透鏡陣列的繞射光實驗結果圖。 圖11為20μm×20μm間距的微透鏡陣列的繞射光模擬結果圖。 圖12為20μm×20μm間距的微透鏡陣列的繞射光模擬結果(比較例)圖。

10:基本周期構造

11~44:基本組塊內的n行m列中的基本周期構造

50:基本組塊

100:擴散板

Claims (7)

1. 一種擴散板，係屬於透射型或反射型的擴散板， 其特徵為： 朝平板狀基材的平面方向取得互相正交的X軸及Y軸， 在前述平板狀基材一面具有X軸方向的有效徑為a、Y軸方向的有效徑為b的光學元件，或者 在前述平板狀基材一面具有X軸方向之有效徑為a的第1光學元件，在前述基材另一面具有Y軸方向之有效徑為b的第2光學元件，藉由前述第1光學元件與前述第2光學元件的組合，而構成X軸方向的有效徑為a、Y軸方向的有效徑為b的光學元件， 藉由複數個前述光學元件在X軸方向及Y軸方向各自以根據前述有效徑的間隔配置，而構成a×b的2維基本周期構造， 各基本周期構造具有各自產生光路長度差的構造， 產生前述光路長度差的構造具有以在前述X軸方向包含N個前述光學元件，在前述Y軸方向包含M個前述光學元件的N行M列(N與M的至少一者為3以上的整數)作為基本組塊的Na×Mb個2維周期相位構造， 將前述基本組塊內的n行m列的相位構造設為P_nm ，X軸方向的基本周期相位差ΔP_X 、Y軸方向的基本周期相位差ΔP_Y 設為下述式(1)及式(2)時，前述P_nm 係以P_n1 ＋P_1m 表示，

   

   將前述基本組塊內的n行m列中的光學元件的複素透射率或複素反射率設為g(n/λ，m/λ)，將該複素透射率或複素反射率的傅立葉變換G(sinθ_n ，sinθ_m )之絕對值的平方作為指向特性時，標準偏差相對於以下式(3)表示的指向特性之平均的比例為0.3以下，

   

   (式(3)中，Ave為前述基本組塊中各光學元件的|G(sinθ_n ，sinθ_m )|² 之平均值)。
2. 如請求項1之擴散板，其中，標準偏差相對於以前述式(3)表示的指向特性之平均的比例為0.1以下。
3. 如請求項1之擴散板，其中，標準偏差相對於以前述式(3)表示的指向特性之平均的比例為0。
4. 如請求項1至3中任一項之擴散板，其中，前述N及M係各自獨立為3、4、5、7或8的任一者， 入射光的波長為λ時，前述X軸方向的基本周期相位差ΔP_X 、及前述Y軸方向的基本周期相位差ΔP_Y 係各自獨立為下述ΔP_A 的任一者，

   

   

   。
5. 如請求項4之擴散板，其中，前述λ為630nm。
6. 如請求項4之擴散板，其中，前述λ為530nm。
7. 如請求項4之擴散板，其中，前述λ為580nm。

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