本發(fā)明涉及擴(kuò)散板及擴(kuò)散板的制造方法。

背景技術(shù)：

作為平視顯示器或激光投影機(jī)等的屏幕，使用的是利用了微透鏡陣列的擴(kuò)散板。在使用了微透鏡陣列的情況下，與使用半透明板、毛玻璃等的擴(kuò)散板的情況相比，具有能夠抑制激光的斑點(diǎn)噪聲的優(yōu)點(diǎn)。

專利文獻(xiàn)1記載了一種具有擴(kuò)散板的圖像形成裝置，該擴(kuò)散板使用了以激光為光源并投影由多個像素的排列形成的影像的激光投影機(jī)和排列有多個微透鏡的微透鏡陣列。在使用了微透鏡陣列的情況下，能夠使入射了的光適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)散，并且能夠自由地設(shè)計(jì)所需要的擴(kuò)散角。

在專利文獻(xiàn)2及3以及非專利文獻(xiàn)1中記載了使用2個微透鏡陣列的屏幕。在僅使用1個微透鏡陣列的情況下，容易產(chǎn)生亮度不均、顏色不均。在專利文獻(xiàn)2及3以及非專利文獻(xiàn)1中記載了通過使用2個微透鏡陣列，能夠抑制這樣的亮度不均的發(fā)生的情況。

在專利文獻(xiàn)4中記載了如下的方法：在微透鏡設(shè)置具有垂直的側(cè)面的活塞形狀(加高部)，或者使對于微細(xì)構(gòu)造的形狀或位置進(jìn)行定義的參數(shù)的至少一個按照預(yù)先確定的概率密度函數(shù)而隨機(jī)分布，由此來改善由于以微細(xì)構(gòu)造的周期性為起因的衍射點(diǎn)而產(chǎn)生的亮度不均、顏色不均。

專利文獻(xiàn)4中記載了如下的光學(xué)設(shè)計(jì)方法：(a)對于形成在基板表面上的微透鏡等的微細(xì)構(gòu)造的形狀進(jìn)行定義，(b)指定所選擇的微細(xì)構(gòu)造的排列位置，(c)計(jì)算擴(kuò)散光的強(qiáng)度分布，(d)反復(fù)進(jìn)行(a)～(c)的工序直至得到所希望的擴(kuò)散光強(qiáng)度分布為止。此外，專利文獻(xiàn)4記載了如下的方法：使對于微細(xì)構(gòu)造的形狀或位置進(jìn)行定義的參數(shù)的至少一個按照預(yù)先確定的概率密度函數(shù)而隨機(jī)分布，由此來改善因微細(xì)構(gòu)造的周期性而產(chǎn)生的衍射點(diǎn)引起的亮度不均。

另外，專利文獻(xiàn)5記載了如下的裝置：將透鏡形狀的至少一部分不相同而開口數(shù)相同的啁啾(chirped)的各種微透鏡隨機(jī)地排列，或者按照透鏡的大小順序在基準(zhǔn)面上依次排列，由此實(shí)現(xiàn)放射光的均質(zhì)化。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2010-145745號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2012-226300號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特表2007-523369號公報

專利文獻(xiàn)4：日本特表2004-505306號公報

專利文獻(xiàn)5：美國專利第07839573號公報

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：H.Urey and K.D.Powell,“用于全色顯示器的基于微透鏡陣列的出射光瞳擴(kuò)瞳器”(“Microlens-array-based exit-pupil expander for full-color displays”),APPLIED OPTICS Vol.44,No.23,p.4930-4936

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

專利文獻(xiàn)4及5記載的設(shè)計(jì)方法需要反復(fù)計(jì)算，因此在計(jì)算結(jié)果收斂為所希望的結(jié)果之前需要多次計(jì)算，存在作業(yè)負(fù)荷大這樣的問題。此外，在所設(shè)計(jì)的微透鏡形狀與所制造的擴(kuò)散板的微透鏡形狀之間產(chǎn)生誤差，存在無法完全得到所希望的光學(xué)特性這樣的問題。尤其是通過使用了激光束的光刻法來形成微透鏡形狀時，如果所設(shè)計(jì)的微透鏡的間距變窄，則激光束直徑的影響相對增大，因此誤差進(jìn)一步增大的可能性高。因此，用于制造接近于設(shè)計(jì)形狀的形狀的擴(kuò)散板的作業(yè)負(fù)荷變大。而且，如果向多個微透鏡的曲率及排列位置等多個參數(shù)賦予隨機(jī)分布，則在使用了擴(kuò)散板作為屏幕的情況下，容易產(chǎn)生斑點(diǎn)，因此存在畫質(zhì)惡化這樣的問題。

此外，在專利文獻(xiàn)5中，將不是同一形狀的多個種類的微透鏡隨機(jī)或按照微透鏡的大小順序排列。在排列有間距或透鏡高度等形狀相差較大的微透鏡的擴(kuò)散板中，關(guān)于微透鏡間的連接部的形狀，難以高精度地按照設(shè)計(jì)值進(jìn)行制造。

本發(fā)明為了解決上述的問題而作出，其目的在于提供一種以簡易的結(jié)構(gòu)能夠改善透過光或反射光的亮度不均，并且設(shè)計(jì)及制造容易的擴(kuò)散板及擴(kuò)散板的制造方法。

用于解決課題的方案

本發(fā)明的擴(kuò)散板在主面上排列有多個微透鏡，其特征在于，

向所述多個微透鏡與所述主面之間插入相位差生成部，

所述多個微透鏡具有兩種以上的透鏡形狀，以使所述兩種以上的透鏡形狀的數(shù)量比成為特定的值的方式分別決定所述兩種以上的透鏡形狀的微透鏡的個數(shù)，

對應(yīng)于所述多個微透鏡的底面的中心所排列在所述主面上的各坐標(biāo)，分別選擇所述透鏡形狀的種類，

在將所述擴(kuò)散板中的所希望的角度范圍內(nèi)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均設(shè)為1時的、所述所希望的角度范圍內(nèi)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的相對強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為9.00×10^-2以下，

在所述擴(kuò)散板的某一方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布中，在將沿著光入射光方向的方向設(shè)為擴(kuò)散角度0度、將角度分布測定方向的一方向設(shè)為正、將其相反方向設(shè)為負(fù)時，相對于所述所希望的角度范圍的擴(kuò)散光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均而成為90％的相對強(qiáng)度的擴(kuò)散角度中，絕對值在正側(cè)成為最大的擴(kuò)散角度與絕對值在負(fù)側(cè)成為最大的擴(kuò)散角度之差設(shè)為擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍時，所述擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍處于所述所希望的角度范圍的+10％至-10％的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，由所述相位差生成部產(chǎn)生的相位差的最大值大于所使用的光的波長的0.2倍。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述所希望的角度范圍AngA為0°≤AngA≤40°。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述相位差生成部的從所述主面起的高度按照以所述多個微透鏡的排列的坐標(biāo)為獨(dú)立變量的代數(shù)函數(shù)、初等函數(shù)、或者它們的合成函數(shù)而變化。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述相位差生成部的從所述主面起的高度隨機(jī)地設(shè)定。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述微透鏡的種類按照以所述微透鏡的排列的坐標(biāo)為獨(dú)立變量的代數(shù)函數(shù)、初等函數(shù)、或者它們的合成函數(shù)來選擇。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述微透鏡的種類相對于所述微透鏡的排列的坐標(biāo)而隨機(jī)選擇。

本發(fā)明的擴(kuò)散板的制造方法是在主面上排列有多個微透鏡的擴(kuò)散板的制造方法，包括如下工序：

設(shè)計(jì)多個種類微透鏡組的工序，該微透鏡組是在所述主面上排列有具有可得到接近所希望的角度范圍的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的一種透鏡形狀的所述多個微透鏡，并向所述多個微透鏡與所述主面之間插入有相位差生成部而形成的微透鏡組；

將具有與所述多個種類的各自的微透鏡組對應(yīng)的形狀的樣品模具制造所述多個種類的工序；

使用所述樣品模具向樹脂轉(zhuǎn)印一種所述微透鏡組的形狀，將具有一種所述微透鏡組的擴(kuò)散圖案的樣品擴(kuò)散板制造所述多個種類的工序；

進(jìn)行所述多個種類的樣品擴(kuò)散板的各自的光學(xué)特性的評價的工序；

基于所述多個種類的樣品擴(kuò)散板的各自的評價結(jié)果，設(shè)計(jì)將所述多個種類的微透鏡組組合而成的微透鏡陣列的工序；

制造具有與所述微透鏡陣列對應(yīng)的形狀的擴(kuò)散圖案模具的工序；及

使用所述擴(kuò)散圖案模具向樹脂轉(zhuǎn)印所述擴(kuò)散圖案的工序。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，可提供一種能夠以簡易的結(jié)構(gòu)改善透過光或反射光的亮度不均并且設(shè)計(jì)及制造容易的擴(kuò)散板及擴(kuò)散板的制造方法。

附圖說明

圖1是表示通過第一實(shí)施方式的擴(kuò)散板的制造工序設(shè)計(jì)的微透鏡組(凸透鏡)的剖面輪廓的例子的圖。

圖2是表示通過第一實(shí)施方式的擴(kuò)散板的制造工序設(shè)計(jì)的微透鏡組(凹透鏡)的剖面輪廓的例子的圖。

圖3是表示本發(fā)明的微透鏡組的剖面輪廓的例子的圖。

圖4是表示擴(kuò)散板的凸透鏡的剖面輪廓測定結(jié)果的例子的圖(曲率半徑42μm、間距13μm、ΔH＝1.5μm的情況)。

圖5是表示所希望的角度范圍的定義的圖。

圖6是表示擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍的定義的圖。

圖7是表示僅排列有多個微透鏡A的樣品擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值(比較例1)的圖。

圖8是表示僅排列有多個微透鏡B的樣品擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值的圖。

圖9是表示僅排列有多個微透鏡C的樣品擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值的圖。

圖10是表示僅排列有多個微透鏡D的樣品擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值(比較例2)的圖。

圖11是表示基于微透鏡A、B、C、D中的僅1種排列有多個的各擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值，將4種擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布以0：1：1：0的數(shù)量比進(jìn)行了加法運(yùn)算平均的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的計(jì)算值的圖。

圖12是表示基于微透鏡A、B、C、D中的僅1種排列有多個的各擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值，將4種擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布以0：1：1：1的數(shù)量比進(jìn)行了加法運(yùn)算平均的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的計(jì)算值的圖。

圖13是表示基于微透鏡A、B、C、D中的僅1種排列有多個的各擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值，將4種擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布以0：1：3：2的數(shù)量比進(jìn)行了加法運(yùn)算平均的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的計(jì)算值的圖。

圖14是表示基于微透鏡A、B、C、D中的僅1種排列有多個的各擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值，將4種擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布以1：0：1：1的數(shù)量比進(jìn)行了加法運(yùn)算平均的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的計(jì)算值的圖。

圖15是表示基于微透鏡A、B、C、D中的僅1種排列有多個的各擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值，將4種擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布以1：1：1：1的數(shù)量比進(jìn)行了加法運(yùn)算平均的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的計(jì)算值的圖。

圖16是表示實(shí)施例1的微透鏡陣列的高度分布的圖。

圖17是表示實(shí)施例2的微透鏡陣列的高度分布的圖。

圖18是表示實(shí)施例3的微透鏡陣列的高度分布的圖。

圖19是表示實(shí)施例4的微透鏡陣列的高度分布的圖。

圖20是表示比較例1的微透鏡陣列的高度分布的圖。

圖21是表示比較例2的微透鏡陣列的高度分布的圖。

圖22是表示比較例3的微透鏡陣列的高度分布的圖。

圖23是表示實(shí)施例1的擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的圖。

圖24是表示實(shí)施例2的擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的圖。

圖25是表示實(shí)施例3的擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的圖。

圖26是表示實(shí)施例4的擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的圖。

圖27是表示比較例3的擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的圖。

圖28是表示實(shí)施例1的擴(kuò)散板的He-Ne激光擴(kuò)散像的圖。

圖29是表示實(shí)施例2的擴(kuò)散板的He-Ne激光擴(kuò)散像的圖。

圖30是表示實(shí)施例3的擴(kuò)散板的He-Ne激光擴(kuò)散像的圖。

圖31是表示實(shí)施例4的擴(kuò)散板的He-Ne激光擴(kuò)散像的圖。

圖32是表示比較例1的擴(kuò)散板的He-Ne激光擴(kuò)散像的圖。

圖33是表示比較例2的擴(kuò)散板的He-Ne激光擴(kuò)散像的圖。

圖34是表示比較例3的擴(kuò)散板的He-Ne激光擴(kuò)散像的圖。

圖35是表示第一實(shí)施方式的擴(kuò)散板的制造方法的流程圖。

圖36是表示第一實(shí)施方式的擴(kuò)散板的制造方法的微透鏡組的設(shè)計(jì)方法的流程圖。

圖37是表示第一實(shí)施方式的擴(kuò)散板的制造方法的樣品模具的制造方法的流程圖。

圖38是表示第一實(shí)施方式的擴(kuò)散板的制造方法的微透鏡陣列的設(shè)計(jì)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

[第一實(shí)施方式]

本實(shí)施方式的擴(kuò)散板10是多個微透鏡排列在主面上的擴(kuò)散板。圖1是表示多個微透鏡31排列在基準(zhǔn)面S1上的狀態(tài)的剖視圖。在圖1中，基準(zhǔn)面S1是擴(kuò)散板10的基板的主面。

在本實(shí)施方式的擴(kuò)散板10中，如圖1所示，在多個微透鏡31與基準(zhǔn)面S1(主面)之間插入加高部41(相位差生成部)。通過在多個微透鏡31分別設(shè)置不同的高度的加高部41，從而在透過多個微透鏡31的光線產(chǎn)生按照各微透鏡31的相位差。通過加高部41產(chǎn)生的相位差的最大值優(yōu)選大于所使用的光的波長的0.2倍。

在圖1中，排列具有相同的透鏡形狀的微透鏡31。然而，在本實(shí)施方式的擴(kuò)散板10中，多個微透鏡31具有2種以上的透鏡形狀。并且，以使2種以上的透鏡形狀的數(shù)量比成為特定的值的方式?jīng)Q定2種以上的透鏡形狀的各自的微透鏡31的個數(shù)。對應(yīng)于多個微透鏡31的底面的中心所排列在基準(zhǔn)面S1上的各坐標(biāo)，分別選擇形狀的種類。

將本實(shí)施方式的擴(kuò)散板10的所希望的角度范圍內(nèi)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均設(shè)為1時的、所希望的角度范圍內(nèi)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的相對強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差需要為9.00×10^-2以下。需要說明的是，所希望的角度范圍AngA優(yōu)選為0°≤AngA≤40°。

在本實(shí)施方式的擴(kuò)散板10中，擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍AngB優(yōu)選處于所希望的角度范圍的+10％至-10％的范圍內(nèi)。但是，在擴(kuò)散板10的某一方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度分布中，將沿著光入射光方向的方向設(shè)為擴(kuò)散角度0度、將角度分布測定方向的一方向設(shè)為正、將其相反方向設(shè)為負(fù)時，擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍AngB設(shè)為相對于所希望的角度范圍的擴(kuò)散光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均而成為90％的相對強(qiáng)度的擴(kuò)散角度中的在正側(cè)的絕對值為最大的擴(kuò)散角度與在負(fù)側(cè)的絕對值為最大的擴(kuò)散角度之差。

使用圖35的流程圖，說明本實(shí)施方式的擴(kuò)散板10的制造方法。如圖35所示，首先，設(shè)計(jì)多個種類微透鏡組，所述微透鏡組將具有能得到接近于所希望的角度范圍的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的1種透鏡形狀的多個微透鏡31排列在主面上并在多個微透鏡31與主面之間插入有加高部41而形成(ST100)。接下來，將具有與多個種類的各個微透鏡組對應(yīng)的形狀的樣品模具制造多個種類(ST200)。

接下來，使用樣品模具向樹脂轉(zhuǎn)印1種類的微透鏡組的形狀，將具有微透鏡組的擴(kuò)散圖案的樣品擴(kuò)散板制造多個種類(ST300)。接下來，進(jìn)行多個種類的樣品擴(kuò)散板各自的光學(xué)特性的評價(ST400)。接下來，基于多個種類的樣品擴(kuò)散板各自的評價結(jié)果，設(shè)計(jì)將多個種類的微透鏡組組合而成的微透鏡陣列(ST500)。接下來，制造具有與微透鏡陣列對應(yīng)的形狀的擴(kuò)散圖案的模具(ST600)。接下來，使用擴(kuò)散圖案模具向樹脂轉(zhuǎn)印擴(kuò)散圖案(ST700)。

以下，依次說明ST100至ST700的各工序。

(多個種類的微透鏡組的設(shè)計(jì))

首先，說明多個種類的微透鏡組的設(shè)計(jì)工序(ST100)。

ST100的工序只要作業(yè)者使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行即可。即，只要使用向具有CPU、ROM、RAM、輸入單元(鍵盤或鼠標(biāo))及輸出單元(監(jiān)視器、打印機(jī)、數(shù)據(jù)輸出端口)那樣的通常的計(jì)算機(jī)裝入基于幾何光學(xué)的透鏡設(shè)計(jì)用程序的結(jié)構(gòu)即可。

使用圖36，說明多個種類的微透鏡組的設(shè)計(jì)工序的流程。在設(shè)計(jì)微透鏡組時，最初進(jìn)行的是進(jìn)行微透鏡31的形狀設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備微透鏡31的透鏡數(shù)據(jù)(ST110)。為了在所希望的角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散光強(qiáng)度大致一定的情況，微透鏡31形狀的設(shè)計(jì)首先至關(guān)重要。進(jìn)而不得不考慮的是即便將多個微透鏡31并列也難以產(chǎn)生衍射/干涉引起的亮度不均的情況。如果微透鏡31的形狀僅為1種，則將1種微透鏡31并列多個時，可能容易產(chǎn)生衍射/干涉引起的亮度不均。然而，為了準(zhǔn)備多個微透鏡31的形狀而通過逐個的模擬來實(shí)施設(shè)計(jì)的情況非常辛苦。

在本實(shí)施方式中，不進(jìn)行基于模擬的設(shè)計(jì)，首先通過使用了幾何光學(xué)的光學(xué)設(shè)計(jì)，來設(shè)計(jì)具有接近于所希望的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的擴(kuò)散特性的多種微透鏡31的透鏡形狀。當(dāng)然，并不妨礙進(jìn)行基于模擬的設(shè)計(jì)的情況。

構(gòu)成微透鏡組的微透鏡31也可以選擇凸透鏡或凹透鏡中的任一個。圖1示出所設(shè)計(jì)的凸形狀的多個微透鏡31及加高部41的剖面輪廓的例子。圖2示出所設(shè)計(jì)的凹形狀的多個微透鏡31及加高部41的剖面輪廓的例子。

微透鏡31的高度h或深度d沒有特別限定，但是為了在成為最終產(chǎn)品時從人類的眼睛難以觀察到擴(kuò)散板10的表面凹凸，而微透鏡31的高度h或深度d優(yōu)選為30μm以下。而且，如果考慮制造時的三維形狀的制作容易度，則微透鏡31的高度h或深度d優(yōu)選為1μm以上。

本實(shí)施方式的微透鏡31也可以使用球面、非球面、圓柱體、環(huán)形、菲涅耳中的任一個。

微透鏡31的底面的形狀優(yōu)選能夠規(guī)則性地反復(fù)，例如，只要從三角形、四角形、六角形、其他的各種多角形之中選擇任一種即可。

如圖36所示，接著ST110工序之后，將利用ST110工序設(shè)計(jì)的微透鏡31排列在基準(zhǔn)面S1上(ST120)。然后，為了向各個微透鏡31賦予相位差，而在多個微透鏡31的各個微透鏡31與基準(zhǔn)面S1之間插入加高部41(相位差生成部)(ST130)。

僅是排列同一形狀的微透鏡31的話，會產(chǎn)生以微透鏡31的周期性為起因的衍射/干涉引起的亮度不均。因此，在本實(shí)施方式的微透鏡組中，使來自各微透鏡31的透過光或反射光的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布相同，且分布在設(shè)定有互不相同的微透鏡31間的相位差的范圍內(nèi)。在此，將透過微透鏡31或由微透鏡31反射的光的光路長度之差以波長進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化來表示微透鏡31的相位差。

為了使相位差變化，可以選擇微透鏡31整體的高度、曲率、間距、排列、折射率等各種要素，但是在本實(shí)施方式的微透鏡組中，為了向各個微透鏡31賦予相位差而在多個微透鏡31的各個微透鏡31與基準(zhǔn)面S1之間插入加高部41。微透鏡組的特征在于使加高部41的高度變化且各個微透鏡31的曲率相同。其結(jié)果是，能夠?qū)我坏奈⑼哥R31的光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)果反映在整體的微透鏡組的光學(xué)特性中，因此能夠簡化設(shè)計(jì)工序。

ST100工序的構(gòu)成微透鏡組的微透鏡31的與透鏡形狀相關(guān)的基本要素，例如，除了加高部41之外的透鏡高度h或深度d、透鏡間距、透鏡的曲率半徑、透鏡底面的形狀、透鏡的開口數(shù)相同，擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布也相等。以后，將滿足這些要件的微透鏡31記載為單一的微透鏡31。

在ST110工序中，將單一的微透鏡31以規(guī)則性地反復(fù)的方式排列在基準(zhǔn)面S1上。如圖3所示，此時，為了使各微透鏡31的各自的相位變化而在各微透鏡31的底面的下方設(shè)置加高部41。本說明書內(nèi)的基準(zhǔn)面S1優(yōu)選為與光的入射的面平行的面。而且，可以將設(shè)計(jì)時的基準(zhǔn)面S1考慮為擴(kuò)散板10的主面。

在微透鏡31為凸透鏡的透過型擴(kuò)散板的情況下，微透鏡31凸部的距基準(zhǔn)面S1的最大高度與最小高度之差ΔH[μm]被控制成滿足由數(shù)學(xué)式(1)賦予的關(guān)系。

0.2≤1000×ΔH×(n-1)/λ (1)

其中，n：微透鏡31的折射率，λ：光的波長[nm]。

為了產(chǎn)生亮度不均的改善效果，多個微透鏡31具有的相位差的最大值優(yōu)選設(shè)定為0.2以上。此外，如果從減弱相位差引起的干涉這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，則更優(yōu)選將相位差的平均值設(shè)定為0.5左右。在此，在光源由多個波長構(gòu)成的情況下，只要以使用的波長之中的最長的波長為代表來計(jì)算相位差即可。

另外，在微透鏡31為凹透鏡的透過型擴(kuò)散板的情況下，微透鏡31凹部的距基準(zhǔn)面S1最大深度與最小深度之差ΔD[μm]被控制成滿足由數(shù)學(xué)式(2)賦予的關(guān)系。

0.2≤1000×ΔD×(n-1)/λ (2)

其中，n：微透鏡31的折射率，λ：光的波長[nm]。

另一方面，在微透鏡31為凸透鏡的反射型擴(kuò)散板10的情況下，微透鏡31凸部的距基準(zhǔn)面S1的最大高度與最小高度之差ΔH[μm]被控制成滿足由數(shù)學(xué)式(3)賦予的關(guān)系。

0.1≤ΔH×1000/λ (3)

其中，λ：光的波長[nm]。

為了產(chǎn)生亮度不均的改善效果，與透過型的情況同樣，相位差優(yōu)選設(shè)定為0.2以上，更優(yōu)選將相位差的平均值設(shè)為0.5左右。

另外，在微透鏡31為凹透鏡的反射型擴(kuò)散板10的情況下，微透鏡31凹部的距基準(zhǔn)面S1的最大深度與最小深度之差ΔD[μm]被控制成滿足由數(shù)學(xué)式(4)賦予的關(guān)系。

0.1≤ΔD×1000/λ (4)

其中，λ：光的波長[nm]。

在ST100工序中，作為某微透鏡組的各微透鏡31的加高部41的高度的分布，只要如上所述設(shè)定最大高低差ΔH或ΔD，并在該范圍內(nèi)將加高部41的高度設(shè)定為均勻隨機(jī)排列、模擬隨機(jī)排列、規(guī)則排列等任意的分布即可。

通過以上說明的方法，能夠準(zhǔn)備具有單一形狀的多個微透鏡31的微透鏡組的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

通過改變對微透鏡31的透鏡形狀進(jìn)行定義的基本要素的一部分而反復(fù)執(zhí)行上述的方法，能夠準(zhǔn)備多個種類的改變了擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的微透鏡組的數(shù)據(jù)。也可以變更決定向多個微透鏡31賦予相位差的加高部41的高度的條件，但是即使不變更也不會特別出現(xiàn)問題。通過該作業(yè)的反復(fù)，能夠準(zhǔn)備擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布不同的2種以上的形狀的微透鏡組。

為了變更微透鏡31的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布，變更哪個基本要素沒有特別限制，但是如果考慮準(zhǔn)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時的作業(yè)負(fù)荷，則優(yōu)選改變微透鏡31的曲率或透鏡高度(透鏡深度)。

(樣品模具的制造)

在ST200工序中，根據(jù)在ST100工序中制成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，來制作加工出與微透鏡組對應(yīng)的形狀的樣品模具。加工方法只要從機(jī)械加工、使用了掩模的光刻、無掩模光刻、蝕刻、激光燒蝕等加工方法中適當(dāng)選擇即可。在本實(shí)施方式中，關(guān)于基于無掩模光刻的樣品模具的制造工序，使用圖37簡單地進(jìn)行說明。

如圖37所示，首先，向基板上涂布光致抗蝕劑(ST210)。例如，只要通過旋涂等向基板涂布正型的光致抗蝕劑即可。所涂布的抗蝕劑膜的膜厚只要是作為擴(kuò)散圖案而形成的微透鏡組的透鏡高度以上即可。在接下來的曝光工序之前，優(yōu)選對所涂布的抗蝕劑膜預(yù)先實(shí)施70～110℃下的烘烤處理。

接下來，通過照射激光束而對光致抗蝕劑進(jìn)行曝光(ST220)。激光束的波長沒有特別限制，根據(jù)光致抗蝕劑的種類而適當(dāng)選定。激光束的波長可以選擇例如351nm、364nm、458nm、488nm(Ar+激光的振蕩波長)、351nm、406nm、413nm(Kr+激光的振蕩波長)、352nm、442nm(He-Cd激光的振蕩波長)、355nm、473nm(半導(dǎo)體激勵固體激光的脈沖振蕩波長)、375nm、405nm、445nm、488nm(半導(dǎo)體激光)等。

在附帶加高部41的微透鏡31的曝光工序中，按照微透鏡組的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，一邊將激光功率調(diào)制成根據(jù)透鏡形狀和抗蝕劑靈敏度而決定的值，一邊使激光在抗蝕劑上掃描。在某微透鏡31及其相鄰的微透鏡31中，加高部41的高度不同，因此在它們的交界處使激光功率呈階梯狀地變化。激光曝光所使用的激光由物鏡進(jìn)行聚光而將焦點(diǎn)聚集于抗蝕劑。激光點(diǎn)通常是具有有限的直徑的高斯分布，因此即便使激光功率呈階梯狀地變化，曝光于抗蝕劑的光量分布也不會成為階梯狀，在微透鏡31交界部也成為具有一定的傾斜的曝光量分布，該部分的形狀從設(shè)計(jì)形狀偏離。焦點(diǎn)位置處的激光束點(diǎn)尺寸φ通常由φ＝k×λ/NA(k：比例常數(shù)，λ：波長，NA：透鏡開口數(shù))表示。

為了增大某微透鏡31和與之相鄰的微透鏡31之間的加高部41的高度之差，只要增大相鄰的微透鏡31間的激光功率之差即可。然而，如果使激光功率之差變得過大，則接近相鄰的透鏡交界的部分的透鏡形狀從根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)而設(shè)定的形狀偏離的區(qū)域增加。因此，擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布與其他的微透鏡31相同的微透鏡31的比率下降。因此，為了得到與光學(xué)設(shè)計(jì)盡可能相同的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布，優(yōu)選使相鄰的微透鏡31間的加高部41的高度之差收斂在一定的范圍內(nèi)。

在本實(shí)施方式中，如果各微透鏡31的高度一定，則各微透鏡31的凸部的頂點(diǎn)的高度的最大高低差ΔH與加高部41的高度的最大高低差一致。將以前述的波長進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的相位差設(shè)為1且使加高部41的高度為均勻隨機(jī)分布的情況下，各微透鏡31間的相位差的平均成為0.5。由此，微透鏡組平均地具有1/2波長的相位差，從能夠更有效地抑制干涉、衍射的影響這樣的觀點(diǎn)出發(fā)更優(yōu)選。

接下來，對曝光后的光致抗蝕劑進(jìn)行顯影(ST230)。光致抗蝕劑的顯影只要采用例如涂布顯影液或浸漬于顯影液等的方法即可。作為顯影液，可以使用四甲基氫氧化銨(TMAH)等的堿性顯影液，但是應(yīng)根據(jù)光致抗蝕劑的種類來決定，沒有限定為堿性顯影液。在對正型抗蝕劑進(jìn)行了顯影的情況下，根據(jù)曝光量而將光致抗蝕劑除去，在光致抗蝕劑上形成凹凸圖案。

接下來，通過電鑄來制作鎳模具(ST240)。即，對于具有凹凸圖案的光致抗蝕劑表面，通過電鑄(電解鍍敷)而使鎳呈板狀地生長。在電鑄后，將鎳板從光致抗蝕劑原盤剝離，由此得到光致抗蝕劑上的凹凸圖案被反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)印的鎳模具(壓模)。

(樣品擴(kuò)散板的制造)

如圖35所示，接著ST200工序之后，將在ST200工序中得到的模具的表面凹凸圖案向樹脂基材轉(zhuǎn)印，制造出具有1種微透鏡組的擴(kuò)散圖案的樣品擴(kuò)散板(ST300)。成形法優(yōu)選使用卷對卷成形、熱沖壓成形、使用了紫外線固化性樹脂的成形、注塑成形等。

雖然也受到作為最終產(chǎn)品的擴(kuò)散板10的用途的影響，但是作為樹脂基材，可以使用具有電離放射線的透過性及撓性的樹脂片。樹脂基材的厚度不受限定，但也可以是50～500μm左右的薄型。

作為制造透過型擴(kuò)散板時的樹脂基材的材料，可以列舉聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯等的甲基丙烯酸或丙烯酸酯的聚合物(所謂丙烯酸樹脂)、聚碳酸酯、三醋酸纖維素、聚苯乙烯、聚丙烯、或者適當(dāng)混合有在分子中具有聚合性不飽和鍵或環(huán)氧基的預(yù)聚物、低聚物或單體的組成物作為例子。

作為預(yù)聚物或低聚物，可列舉不飽和二羧酸與多元醇的縮合物等的不飽和聚酯類、環(huán)氧樹脂、聚酯甲基丙烯酸酯、聚醚甲基丙烯酸酯等的甲基丙烯酸類、聚酯丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、多元醇丙烯酸酯、或三聚氰胺丙烯酸酯等作為例子。

在熱沖壓成形的情況下，使用前述的壓模一邊對丙烯酸片進(jìn)行加熱一邊進(jìn)行沖壓，由此將凸透鏡形狀的微細(xì)圖案向丙烯酸片轉(zhuǎn)印。其結(jié)果是，能夠制造出基于凹透鏡的微透鏡組構(gòu)件。如果采用在兩面配置有壓模的兩面成形，則也能夠成形出在兩面形成有微透鏡組的構(gòu)件。成形所使用的樹脂并不局限于丙烯酸，只要根據(jù)成形條件來選定擴(kuò)散板10能夠使用的樹脂即可。

圖4是表示利用激光顯微鏡計(jì)測本實(shí)施方式的鎳壓模的微透鏡組的一部分的微透鏡31的剖面輪廓的結(jié)果的圖。在圖4中，透鏡形狀的設(shè)計(jì)值由點(diǎn)線表示，實(shí)測值由實(shí)線表示。在圖4中的一部分的微透鏡31中，加高部41的設(shè)計(jì)值由陰影線表示。在該例子中，微透鏡31的透鏡部是曲率半徑42μm的球面透鏡，透鏡間距為13μm，微透鏡31的凸部的頂點(diǎn)的最大高低差為ΔH＝1.5μm。

在圖4的微透鏡組的各微透鏡31中，與光學(xué)設(shè)計(jì)形狀不一致的透鏡部的比率的最大值為剖面輪廓的約30％，可知設(shè)計(jì)與實(shí)際的制造物之間存在誤差。尤其是如果微透鏡31的間距縮窄，則激光束直徑的影響相對變大，因此為了制造出符合設(shè)計(jì)形狀的擴(kuò)散板10，可能反復(fù)進(jìn)行從設(shè)計(jì)至試制的循環(huán)，作業(yè)負(fù)荷容易增大。

(樣品擴(kuò)散板的評價)

如圖35所示，接著ST300工序之后，進(jìn)行在ST300工序中制造的多個種類的樣品擴(kuò)散板各自的光學(xué)特性的評價(ST400)。擴(kuò)散板的光學(xué)特性、尤其是擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的評價通過下述的方法進(jìn)行。不僅是樣品擴(kuò)散板的評價，而且最終制造的擴(kuò)散板10也能夠同樣地評價。

對于制造出的擴(kuò)散板，使對He-Ne激光光源進(jìn)行校準(zhǔn)而得到的平行光入射，將從擴(kuò)散板出射的出射光的向屏幕的擴(kuò)散像作為He-Ne激光擴(kuò)散像。擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布從He-Ne激光擴(kuò)散像得到。作為一例，只要拍攝He-Ne激光擴(kuò)散像的照片并讀取照片上的擴(kuò)散光強(qiáng)度即可。而且，也可以通過以基于鹵素?zé)舻陌咨鉃楣庠吹牧炼扔?jì)和測角臺來計(jì)測擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布特性。在擴(kuò)散板是基于由單一種類的微透鏡31構(gòu)成的微透鏡組的樣品擴(kuò)散板的情況下，觀察到不少以衍射/干涉為起因的強(qiáng)度不均(亮度變動)。

根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明者們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果判明，如果微透鏡31的透鏡面的形狀相同，則即使改變基于加高部41的相位差的賦予方法，產(chǎn)生該強(qiáng)度不均的波峰和波谷的角度位置也不會變化。另一方面，上述的波峰和波谷的角度位置通過改變微透鏡31的形狀、例如曲率或高度等而能夠變化。在本實(shí)施方式中，準(zhǔn)備多個改變了對微透鏡31的形狀進(jìn)行定義的基本要素的一部分的微透鏡組的結(jié)果是，能夠準(zhǔn)備出多個如下樣品擴(kuò)散板，所述樣品擴(kuò)散板是擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的波峰和波谷的位置不同的樣品擴(kuò)散板。

需要說明的是，關(guān)于微透鏡組或擴(kuò)散板的從He-Ne激光擴(kuò)散像得到的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布，如圖5所示，將與入射光相同的光軸方向設(shè)為擴(kuò)散角度的0度，將角度分布測定方向的一方向設(shè)為正，將其相反方向設(shè)為負(fù)。將希望在擴(kuò)散板中將擴(kuò)散光強(qiáng)度保持為大致一定時設(shè)計(jì)者考慮的以光軸為中心的角度的范圍作為所希望的角度范圍。在隔著光軸而正側(cè)與負(fù)側(cè)成為對稱的形狀的情況下，如果正側(cè)的最大值和負(fù)側(cè)的最小值的絕對值為|AngA/2|，則擴(kuò)散板的所希望的角度范圍定義為AngA。AngA的值根據(jù)擴(kuò)散板的使用用途或目的而對于每個擴(kuò)散板進(jìn)行設(shè)定。本實(shí)施方式的擴(kuò)散板10的AngA的范圍設(shè)為0°≤AngA≤40°。在設(shè)計(jì)者考慮的所希望的角度范圍不明的情況下，將某角度范圍內(nèi)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均設(shè)為1時的所述某角度范圍內(nèi)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的相對強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差成為9.00×10^-2以下的最大的角度范圍作為所希望的角度范圍。

所希望的角度范圍(AngA)的光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均L_ave由下述的數(shù)學(xué)式(5)來定義。在此，如果L_i為與第i個的角度對應(yīng)的擴(kuò)散光強(qiáng)度，則在i＝1時，L₁成為所希望的角度范圍(AngA)內(nèi)的負(fù)的最大值(＝-AngA/2)，在i＝n時，L_n成為所希望的角度范圍(AngA)內(nèi)的正的最大值(＝+AngA/2)。

[數(shù)學(xué)式1]

相對于所希望的角度范圍(AngA)的光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均L_ave的90％的相對強(qiáng)度L_ave’由下述的數(shù)學(xué)式(6)來定義。

L_ave’＝0.9×L_ave (6)

如圖6所示，擴(kuò)散板10的擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍(AngB)設(shè)為相對于所希望的角度范圍(AngA)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均L_ave而成為90％的相對強(qiáng)度L_ave’的擴(kuò)散角度中的、絕對值在正側(cè)成為最大的擴(kuò)散角度與絕對值在負(fù)側(cè)成為最大的擴(kuò)散角度之差。

(對于將所選擇的樣品擴(kuò)散板的微透鏡組組合而成的微透鏡陣列進(jìn)行設(shè)計(jì)的工序)

如圖35所示，接著ST400工序之后，基于多個種類的樣品擴(kuò)散板各自的評價結(jié)果，設(shè)計(jì)將多個種類的微透鏡組組合而成的微透鏡陣列(ST500)。在ST500工序中，為了改善擴(kuò)散板10的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布，設(shè)計(jì)將構(gòu)成上述的多個種類的微透鏡組的微透鏡31組合多個種類而成的微透鏡陣列。使用圖38，詳細(xì)地說明ST500工序。

如圖38所示，首先，從多個種類的微透鏡組中，選擇微透鏡陣列使用的微透鏡31的形狀的種類(ST510)。在此，將ST400工序中的多個種類的樣品擴(kuò)散板的評價結(jié)果進(jìn)行比對，選擇將2種以上的樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布進(jìn)行了加法運(yùn)算平均時的強(qiáng)度不均比單獨(dú)的樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的強(qiáng)度不均改善的組合。并且，將所選擇的樣品擴(kuò)散板的微透鏡31的形狀使用于微透鏡陣列的設(shè)計(jì)。此時，基于各個樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的評價結(jié)果，來選擇所希望的角度范圍(AngA)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的波峰與波谷的位置相抵的組合。

在此，擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的強(qiáng)度不均，即，本實(shí)施方式的亮度不均如以下那樣定量性地定義。

考慮具有某一種類的微透鏡組的擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布。在將所希望的角度范圍(AngA)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均(L_ave)設(shè)為1時，亮度不均被定義為所希望的角度范圍內(nèi)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的相對強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。即，亮度不均(L_STD)由下述的數(shù)學(xué)式(7)來定義。在此，L_i/L_ave設(shè)為擴(kuò)散光強(qiáng)度的相對強(qiáng)度。

[數(shù)學(xué)式2]

在將2種以上的透鏡形狀的微透鏡31組合而成的微透鏡陣列的設(shè)計(jì)中，全部的微透鏡31的間距及底面形狀相同的情況能夠簡化設(shè)計(jì)，因此優(yōu)選。這種情況下，優(yōu)選將對微透鏡31形狀進(jìn)行定義的基本要素中的曲率或透鏡的高度h(凹透鏡的情況下為深度d)不同的微透鏡31組合。

如圖38所示，在接著ST510工序之后，將在ST510工序中選擇的2種以上的透鏡形狀的微透鏡31排列在基準(zhǔn)面S1上(ST520)。將所選擇的2種以上的透鏡形狀的微透鏡31排列在平面(基準(zhǔn)面S1)內(nèi)時的排列方法可以隨機(jī)地選擇微透鏡31的透鏡形狀進(jìn)行排列，也可以相對于配置的位置而按照一定的規(guī)則來選擇微透鏡31的種類進(jìn)行排列。

優(yōu)選相對于配置微透鏡31的位置，按照一定的規(guī)則來選擇微透鏡31的種類，并將所選擇的微透鏡31分別排列在基準(zhǔn)面S1上的預(yù)先確定的位置。這種情況下，可以是例如，以排列的微透鏡31的底面的中心坐標(biāo)(x,y)為代表點(diǎn)，按照代數(shù)函數(shù)、初等函數(shù)、或者作為它們的合成函數(shù)的函數(shù)U_x,y的值，從多個種類之中選擇一種微透鏡31。

在此，代數(shù)函數(shù)是指有理函數(shù)及無理函數(shù)。初等函數(shù)是以復(fù)數(shù)為變量的多項(xiàng)式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、或者通過對數(shù)函數(shù)主值的四則運(yùn)算及合成而能夠表示的函數(shù)。三角函數(shù)或雙曲線函數(shù)、以及兩者的逆函數(shù)主值也包含于初等函數(shù)。而且，上述的合成函數(shù)是將代數(shù)函數(shù)及初等函數(shù)所包含的函數(shù)中的至少2個函數(shù)通過四則運(yùn)算而組合的函數(shù)。而且，在微透鏡31的選擇及排列時，也可以取代以x坐標(biāo)及y坐標(biāo)合成的值為獨(dú)立變量的函數(shù)U_x,y，按照x方向及y方向使用不同的函數(shù)U_x及U_y，來選擇微透鏡31。

例如，在分別選擇3種(A1、A2、A3)擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布不同的微透鏡31來制作微透鏡陣列的情況下，使用下述的數(shù)學(xué)式(8)的函數(shù)U_x,y，在U_x,y的值成為-1～-0.33的坐標(biāo)(x,y)下，選擇微透鏡A1進(jìn)行排列，在U_x,y的值成為-0.33～0.33的坐標(biāo)(x,y)下，選擇微透鏡A2進(jìn)行排列，在U_x,y的值成為0.33～1.00的坐標(biāo)(x,y)下，選擇微透鏡A3進(jìn)行排列。在此，在下述的數(shù)學(xué)式(8)中，p1、p2、p3、Xb1、Yb1分別是常數(shù)，(x,y)是微透鏡的底面的中心坐標(biāo)。

[數(shù)學(xué)式3]

如圖38所示，在接著ST520工序之后，向在ST520工序配置的2種以上的微透鏡31與基準(zhǔn)面S1之間插入加高部41(ST530)。各微透鏡31的加高部41的高度H_x,y或深度D_x,y在預(yù)先確定的最大高低差ΔH或ΔD的范圍內(nèi)，隨機(jī)或規(guī)則性地變化。由此，能夠向多個微透鏡31賦予相位差。例如，在使多個微透鏡31的相位差規(guī)則地變化的情況下，按照以排列微透鏡31的坐標(biāo)為獨(dú)立變量的代數(shù)函數(shù)、初等函數(shù)、或者它們的合成函數(shù)，使加高部41的高度H_x,y或深度D_x,y變化。由此，能夠簡便地抑制因衍射/干涉產(chǎn)生的所謂衍射點(diǎn)引起的亮度不均。

具體而言，首先，在基準(zhǔn)面S1上設(shè)定由x軸和y軸構(gòu)成的坐標(biāo)(x,y)，只要使計(jì)算機(jī)計(jì)算與(x,y)相對的H_x,y或D_x,y即可。作為決定各微透鏡31的加高部41的高度H_x,y或深度D_x,y的函數(shù)，只要從代數(shù)函數(shù)、初等函數(shù)、或者它們的合成函數(shù)中適當(dāng)選擇即可。此時，可以在x方向及y方向上各自不同的函數(shù)選擇H_x,、H_y、D_x、D_y，也可以選擇以將x坐標(biāo)及y坐標(biāo)合成的值為獨(dú)立變量的函數(shù)H_x,y、D_x,y。

例如，以微透鏡31底面的中心坐標(biāo)(x,y)為代表點(diǎn)，利用下述的數(shù)學(xué)式(9)或數(shù)學(xué)式(10)來定義微透鏡31的H_x,y或D_x,y，由此能夠決定各坐標(biāo)下的H_x,y及D_x,y(參照圖1及圖2)。在此，a1、a2、b1、b2、c1、c2、Xa1、Ya1、Xa2、Ya2為常數(shù)，(x,y)作為微透鏡31的底面的中心坐標(biāo)。

[數(shù)學(xué)式4]

[數(shù)學(xué)式5]

另外，為了使最大高低差ΔH或ΔD變化，不僅是插入加高部41，也可以取代平板狀的基板，使用按照函數(shù)H_x,y或D_x,y而厚度可變的基板，還可以將厚度可變的基板與加高部41組合使用。

確認(rèn)如以上所述設(shè)計(jì)的本實(shí)施方式的2種以上的形狀的微透鏡31的組合構(gòu)成的微透鏡陣列是否以至少滿足以下的(イ)～(ハ)的條件的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(イ)由2種以上的透鏡形狀的微透鏡31的組合構(gòu)成的微透鏡陣列的亮度不均(L_STD)比由1種微透鏡組構(gòu)成的各樣品擴(kuò)散板中實(shí)測到的亮度不均(L_STD)小。

(ロ)由2種以上的透鏡形狀的微透鏡31的組合構(gòu)成的微透鏡陣列的亮度不均(L_STD)為9.00×10^-2以下。

(ハ)由2種以上的形狀的微透鏡31的組合構(gòu)成的微透鏡陣列中的擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍(AngB)滿足下述的數(shù)學(xué)式(11)。

0.9×AngA(度)≤AngB(度)≤1.1×AngA(度)(11)

條件(イ)示出通過將2種以上的透鏡形狀的微透鏡31組合而改善了亮度不均的情況。條件(ロ)是本實(shí)施方式的擴(kuò)散板10的亮度不均的目標(biāo)值，由2種以上的形狀的微透鏡31的組合構(gòu)成的微透鏡陣列的亮度不均L_STD優(yōu)選為9.00×10^-2以下，更優(yōu)選為7.00×10^-2以下。

另外，在本實(shí)施方式中，以在所希望的角度范圍內(nèi)得到亮度不均少的擴(kuò)散板10為目的。因此，如果擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍(AngB)從所希望的角度范圍(AngA)較大地偏離，則作為產(chǎn)品不優(yōu)選。因此，在本實(shí)施方式中，以滿足條件(ハ)的情況為基準(zhǔn)。上述的條件(イ)～(ハ)中，只要不滿足至少1個以上就重新設(shè)計(jì)，如果全部滿足則向下一工序轉(zhuǎn)移。

如圖35所示，接著ST500工序之后，制造具有與微透鏡陣列對應(yīng)的形狀的擴(kuò)散圖案模具(ST600)。通過與上述的樣品模具制造工序(ST200)同樣的無掩模光刻，制造出與在ST500工序設(shè)計(jì)的由2種以上的形狀的微透鏡31的組合構(gòu)成的微透鏡陣列對應(yīng)的形狀的擴(kuò)散圖案模具。

接下來，使用在ST600工序制造出的擴(kuò)散圖案模具，向樹脂轉(zhuǎn)印擴(kuò)散圖案(ST700)。由此，制造出在設(shè)計(jì)時確認(rèn)的所希望的角度范圍而擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的擴(kuò)散板10。

為了得到凸透鏡的微透鏡陣列構(gòu)件，只要以電鑄工序得到的凸透鏡形狀的壓模為模具而進(jìn)行復(fù)制電鑄，制作形成有凹透鏡的微透鏡陣列形狀的壓模，使用該壓模對樹脂進(jìn)行熱沖壓成形即可。在無掩模光刻的曝光工序中，也可以使用通過與凸透鏡對應(yīng)的曝光功率的調(diào)制而對抗蝕劑進(jìn)行曝光的方法，但是通過電鑄工序?qū)耗＿M(jìn)行復(fù)制電鑄的上述方法更加簡便。

在制造反射型擴(kuò)散板的情況下，例如，只要使鋁反射膜真空蒸鍍在形成有微透鏡陣列的樹脂構(gòu)件的表面即可。由此，能夠利用鋁面使入射光反射。而且，也可以將微透鏡陣列僅形成于基板的單面，并在微透鏡陣列面上形成鋁反射膜。這種情況下，使光從基板的平面?zhèn)热肷?，并利用微透鏡陣列面的鋁反射膜使光反射。

另一方面，也可以是不在微透鏡陣列面上而在平面?zhèn)刃纬射X反射膜的結(jié)構(gòu)。在從未形成反射膜的微透鏡陣列面入光而在形成有反射膜的平面?zhèn)确瓷涞慕Y(jié)構(gòu)中也能夠作為擴(kuò)散板來利用。此外，在兩面成形有微透鏡陣列的基板中，調(diào)整入射側(cè)的反射膜的膜厚而作為半反射鏡，背面?zhèn)仍O(shè)為使反射率為大致100％的結(jié)構(gòu)，由此能夠成為基于表背兩面的兩個微透鏡陣列的擴(kuò)散板。而且，如果需要，為了保護(hù)鋁反射膜也可以涂布保護(hù)層。

實(shí)施例

(使用了樣品擴(kuò)散板的預(yù)備實(shí)驗(yàn))

以下敘述所希望的角度范圍(AngA)為14度的本實(shí)施方式的透過型的擴(kuò)散板10的實(shí)施例。按照上述的工序首先制造4種樣品擴(kuò)散板。4種樣品擴(kuò)散板的微透鏡組分別由具有x方向及y方向的曲率半徑不同的超環(huán)面透鏡的形狀的單一的微透鏡31構(gòu)成。關(guān)于4種樣品擴(kuò)散板的多個微透鏡31的全部，x方向的間距設(shè)為Px＝22μm，y方向的間距設(shè)為Py＝22μm，微透鏡31的底面設(shè)為正方形。

作為微透鏡31，使用了形狀不同的微透鏡A、B、C、D。曲率半徑在微透鏡A中設(shè)為Rx＝39μm，Ry＝41μm，在微透鏡B中設(shè)為Rx＝42μm，Ry＝44μm，在微透鏡C中設(shè)為Rx＝35μm，Ry＝37μm，在微透鏡D中設(shè)為Rx＝32μm，Ry＝34μm。在此，Rx是x方向的曲率半徑，Ry是y方向的曲率半徑。關(guān)于加高部41的高度，在構(gòu)件折射率n＝1.5、使用波長λ＝750nm時，以使通過多個微透鏡的最大高低差ΔH產(chǎn)生的光路差成為1波長的方式，根據(jù)1000×ΔH×(n-1)÷λ＝1，而ΔH＝1.5μm。

由于微透鏡A、B、C、D的形狀各不相同，因此將微透鏡A、B、C、D中的一個排列在主面上的樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布各不相同。圖7～圖10分別示出微透鏡A、B、C、D中的僅1種排列在主面上的4種不同的樣品擴(kuò)散板的X軸方向上的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值。圖7～圖10中的各微透鏡的數(shù)量比在圖7中為A：B：C：D＝1：0：0：0，在圖8中為A：B：C：D＝0：1：0：0，在圖9中為A：B：C：D＝0：0：1：0，在圖10中為A：B：C：D＝0：0：0：1。

即，圖7示出具有微透鏡A的微透鏡組的樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值，圖8示出具有微透鏡B的微透鏡組的樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值，圖9示出具有微透鏡C的微透鏡組的樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值，圖10示出具有微透鏡D的微透鏡組的樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的實(shí)測值。

需要說明的是，各樣品擴(kuò)散板的X軸方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布根據(jù)關(guān)于各樣品擴(kuò)散板分別拍攝的He-Ne激光擴(kuò)散像照片來求出。在He-Ne激光擴(kuò)散像照片上的從y＝0.5度至y＝-0.5度的范圍內(nèi)，算出擴(kuò)散角x(度)下的擴(kuò)散光強(qiáng)度。關(guān)于擴(kuò)散角x，一邊每0.1度地使x變化，一邊算出擴(kuò)散光強(qiáng)度。

即，x＝0.1×n’度(n’：任意的整數(shù))下的y＝-0.5、-0.4、-0.3、-0.2、-0.1、0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5度這11點(diǎn)的擴(kuò)散光強(qiáng)度值的加法運(yùn)算平均值設(shè)為x＝0.1×n’度下的擴(kuò)散光強(qiáng)度。在x＝-20度～20度的范圍內(nèi)算出擴(kuò)散光強(qiáng)度，并作為X軸方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布。本發(fā)明的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布的輪廓的算出方法并不局限于上述的方法。

將如上所述得到的4種樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布以微透鏡A～D的數(shù)量比進(jìn)行加法運(yùn)算平均，由此得到圖11～圖15。圖11～圖15中的微透鏡A～D的數(shù)量比在圖11中為A：B：C：D＝0：1：1：0，在圖12中為A：B：C：D＝0：1：1：1，在圖13中為A：B：C：D＝0：1：3：2，在圖14中為A：B：C：D＝1：0：1：1，在圖15中為A：B：C：D＝1：1：1：1。

另外，表1示出使微透鏡A、B、C、D的個數(shù)的比變化時的亮度不均L_STD與擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍(AngB)對應(yīng)的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布圖。

[表1]

與由微透鏡A、B、C、D中的僅1種形狀構(gòu)成的各樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布(圖7～圖10)相比可知，以特定的數(shù)量比選擇2種以上的微透鏡并進(jìn)行了加法運(yùn)算平均的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布(圖11～圖15)的以衍射/干涉為起因的強(qiáng)度不均(亮度不均)小(表1中的L_STD)。

另外，如表1所示，與圖11～圖15對應(yīng)的擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍(AngB)滿足12.6°≤AngB≤15.4°的范圍。在此，在所希望的角度范圍(AngA)為14°時，AngA的+10％的角度為15.4°，AngA的-10％的角度為12.6°。與僅由1種形狀的微透鏡構(gòu)成的樣品擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度大致一定的擴(kuò)散角度(AngB)相比，收斂在所希望的角度范圍(AngA)的±10％以內(nèi)。需要說明的是，雖然未記載詳情，但是如果進(jìn)行微透鏡A～D的數(shù)量比的進(jìn)一步適當(dāng)化，則能夠使擴(kuò)散板的擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍(AngB)更接近所希望的角度范圍(AngA)。

[實(shí)施例1～4]

立足于上述的預(yù)備實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在本發(fā)明的實(shí)施例1～4中，以亮度不均(表1的L_STD)最小的A：B：C：D＝0：1：1：1的數(shù)量比選擇了微透鏡A、B、C、D。如上所述隨機(jī)或按照數(shù)學(xué)式(8)的函數(shù)而決定了微透鏡陣列的各微透鏡的選擇及排列U_x,y。隨機(jī)或按照數(shù)學(xué)式(10)的函數(shù)而決定了各微透鏡的加高部41的高度H_x,y。

表2示出實(shí)施例1～4及比較例1～3中的微透鏡陣列的設(shè)計(jì)條件、亮度不均(L_STD)、及擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍(AngB)的計(jì)算值。

[表2]

在比較例1的微透鏡陣列中，僅使用微透鏡A，隨機(jī)地決定加高部41的高度H_x,y。而且，在比較例2的微透鏡陣列中，僅使用微透鏡D，隨機(jī)地決定加高部41的高度H_x,y。在比較例3的微透鏡陣列中，與實(shí)施例1～4同樣地將微透鏡的數(shù)量比設(shè)為A：B：C：D＝0：1：1：1。然而，在比較例3的微透鏡陣列中，加高部41的高度在全部微透鏡中為一定值，按照數(shù)學(xué)式(8)的函數(shù)來決定各微透鏡的透鏡形狀的選擇及排列U_x,y。需要說明的是，關(guān)于加高部41的高度，與預(yù)備實(shí)驗(yàn)同樣地最大高低差ΔH＝1.5μm。

根據(jù)表2，實(shí)施例1～4的擴(kuò)散板10滿足全部條件(イ)～(ハ)。

(亻)實(shí)施例1～4的微透鏡陣列的亮度不均(L_STD)小于比較例1～3的亮度不均(L_STD)。

(ロ)實(shí)施例1～4的微透鏡陣列的亮度不均(L_STD)為9.00×10^-2以下。

(ハ)實(shí)施例1～4的微透鏡陣列的擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的擴(kuò)散角度(AngB)為所希望的角度范圍(AngA)的±10％以內(nèi)。即，滿足12.6°≤AngB≤15.4°的范圍。

需要說明的是，雖然未記載詳情，但是如果進(jìn)行微透鏡A～D的數(shù)量比的進(jìn)一步適當(dāng)化，則能夠使以特定的數(shù)量比選擇2種以上的形狀的微透鏡而進(jìn)行了加法運(yùn)算平均的微透鏡陣列的亮度不均(L_STD)比實(shí)施例1～4減小。

實(shí)施例1～4及比較例1～3的約350μm×約350μm的單位區(qū)域的微透鏡陣列的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖16～圖22所示。在圖16～圖22中，從底面起的高度由灰度表示，從底面起的高度越高，則帶有越明亮的顏色。將這些單位區(qū)域并列多個，設(shè)計(jì)了約30mm×30mm的微透鏡陣列區(qū)域。

使用上述的微透鏡陣列區(qū)域的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)由前述的無掩模光刻工序、電鑄工序，得到了形成有基于凸透鏡的微透鏡陣列的壓模。使用該壓模，以熱沖壓法(加熱150℃，壓力0.9MPa，加壓時間300秒)向厚度1mm的丙烯酸片轉(zhuǎn)印了微透鏡陣列的凹凸圖案。成形能夠沒有脫模不良等問題地實(shí)施，能夠得到在單面形成有微透鏡陣列的擴(kuò)散板。

關(guān)于實(shí)施例1～4及比較例1～3的擴(kuò)散板，從He-Ne激光擴(kuò)散像得到的X軸方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布分別如圖23～圖26、圖7、圖10、圖27所示。圖23～圖26、圖7、圖10、圖27的X軸方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布中，關(guān)于各擴(kuò)散板而分別拍攝He-Ne激光擴(kuò)散像照片，每x＝0.1度地提取各照片上的與y＝0±0.5度對應(yīng)的各擴(kuò)散角x(度)下的擴(kuò)散光強(qiáng)度，將x＝0.1×n’度(n’：任意的整數(shù))下的y＝-0.5、-0.4、-0.3、-0.2、-0.1、0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5度這11點(diǎn)的擴(kuò)散光強(qiáng)度值的加法運(yùn)算平均值作為x＝0.1×n度下的擴(kuò)散光強(qiáng)度。x＝-20～20度為止的擴(kuò)散光強(qiáng)度的分布作為X軸方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布。

在作為現(xiàn)有技術(shù)的比較例1及2的X軸方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布(圖7、圖10)中，在-5度～+5度附近觀察到以衍射點(diǎn)為起因的較大的亮度變動。而且，在比較例3的X軸方向的擴(kuò)散光強(qiáng)度的角度分布(圖27)中，每幾度確認(rèn)到周期性的亮度變動。另一方面，在實(shí)施例1～4的擴(kuò)散板(圖23～圖26)中，確認(rèn)到衍射緩和、亮度不均改善的情況。

對于實(shí)施例1～4及比較例1～3的擴(kuò)散板，He-Ne激光擴(kuò)散像分別如圖28～圖34所示。在現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散板(圖32、圖33)中，沿X、Y方向分別確認(rèn)了各2根較大的暗線，產(chǎn)生了衍射引起的亮度不均。而且，如果確認(rèn)使白色LED的光從不具有微透鏡陣列的面?zhèn)瓤粘黾s4cm的距離而入射時的擴(kuò)散像，則也確認(rèn)到顏色不均。此外，在比較例3中，在擴(kuò)散像整面上確認(rèn)到顯著的衍射點(diǎn)(圖34)。然而可知，在本發(fā)明的擴(kuò)散板的He-Ne激光擴(kuò)散像(圖28～圖31)中，衍射引起的亮度不均被大幅改善。而且，在從白色LED向本發(fā)明的擴(kuò)散板的擴(kuò)散像中，確認(rèn)到顏色不均的降低。

通過本發(fā)明，能夠提供一種通過在所希望的角度范圍內(nèi)使擴(kuò)散光強(qiáng)度容易地大致一定，而改善了基于1個微透鏡陣列的透過光或反射光的亮度不均的擴(kuò)散板。

需要說明的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，在不脫離主旨的范圍內(nèi)能夠適當(dāng)變更。例如，在上述實(shí)施方式中，以凸透鏡為前提而說明了微透鏡，但是在凹透鏡中也同樣地作為擴(kuò)散板發(fā)揮作用。而且，在上述實(shí)施方式中，以透過型的擴(kuò)散板為前提進(jìn)行了說明，但是關(guān)于反射型的擴(kuò)散板而本發(fā)明也同樣成立。反射型的擴(kuò)散板中的“微透鏡”是在凹凸形狀的表面上形成有反射膜的結(jié)構(gòu)。

本申請主張以在2014年9月30日提出申請的日本申請?zhí)卦?014-201607為基礎(chǔ)的優(yōu)先權(quán)，并將其公開的全部援引于此。

標(biāo)號說明

10 擴(kuò)散板

31 微透鏡

41 加高部

S1 基準(zhǔn)面

ΔH 凸形狀的多個微透鏡的頂點(diǎn)的最大高低差

ΔD 凹形狀的多個微透鏡的底部的最大高低差

AngA 所希望的角度范圍

AngB 擴(kuò)散光強(qiáng)度成為大致一定的角度范圍

L_ave 所希望的角度范圍的光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均

L_ave’ 相對于所希望的角度范圍的光強(qiáng)度的加法運(yùn)算平均而為90％的相對強(qiáng)度