JP2005031704A - Diffuse reflection plate and its application - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホログラム拡散反射板に関し、特に特定の角度範囲に散乱光を制御する拡散体として利用する拡散反射板とそれを用いた反射型液晶表示装置、照明機器用部材、光通信用部材に関するものである。 The present invention relates to a hologram diffuse reflector, and more particularly, to a diffuse reflector used as a diffuser for controlling scattered light in a specific angle range, a reflective liquid crystal display device using the diffuse reflector, a member for lighting equipment, and a member for optical communication. Is.
拡散反射板の例である反射型ＬＣＤの拡散体に要求される特性は、斜めから入射した光でも効率よく正面に反射されること、面積が広く継ぎ目が見えないこと、材料の耐久性があること、材料のコストが安いことなどである。
これらの要求項目に対して、従来、例えば、特開２０００−１０５３１７号公報の反射板では、レリーフ型ホログラム拡散体と体積位相型ホログラムを組み合わせて正面に反射させている。
表面レリーフ型ホログラムを部材として用いた反射型液晶表示装置にかかわるものとして、（１）特開昭５６−５１７７２号公報、（２）特表平８−５０５７１６号公報、（３）特開平９−１５２５８６号公報、（４）特開平９−２２２５１２号公報、（５）特開平１１−８４３７２号公報、（６）特開２０００−１０５３１７号公報がある。いずれも、拡散体を拡散反射板に使用することで、正面から見た反射光の強度を高くしようとするものである。
The properties required for a diffuser of a reflective LCD, which is an example of a diffuse reflector, are that even light incident from an oblique angle is efficiently reflected to the front surface, has a large area and cannot see a seam, and has durability of the material. That is, the cost of the material is low.
Conventionally, for example, in the reflection plate disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-105317, a relief hologram diffuser and a volume phase hologram are combined and reflected to the front.
As for a reflection type liquid crystal display device using a surface relief type hologram as a member, (1) JP-A-56-51772, (2) JP-T 8-505716, (3) JP-A-9- No. 152586, (4) JP-A-9-222512, (5) JP-A-11-84372, and (6) JP-A-2000-105317. In either case, the diffuser is used as a diffuse reflector to increase the intensity of reflected light viewed from the front.
これらの技術を利用することにより、反射型ＬＣＤ用拡散板においてコントラストと輝度の高い画像を得ることができる。けれども、上記（１）、（２）、（４）および（５）の公報による方法ではレリーフ型ホログラム拡散体に散乱角度選択性がすくないために、反射角度が広がりすぎる。さらに、（３）の公報では入射方向を特定の方向のみでしか考慮していないため、照明光が様々な角度から入射する室内照明の場合には、使いにくい。上下左右の拡散の制御には、碁盤目状に溝を持ち、上下と左右でピッチの異なる回折格子を用いるか、スペックルパターンに異方性のある拡散体を用いることが望まれる。実際、（６）の方法では、スペックルパターンに異方性のある拡散体を用いている。しかし、回折格子として、体積型ホログラムを使用しているため耐久性が悪く、しかも、観察者から見て、回折格子を拡散体の手前に置いているので、回折格子面での反射光が分光され色むらやにじみが起こりやすい。 By using these techniques, it is possible to obtain an image with high contrast and brightness on the reflective LCD diffusion plate. However, in the method according to the above publications (1), (2), (4), and (5), the reflection angle is too wide because the relief type hologram diffuser does not have a good scattering angle selectivity. Furthermore, in the publication (3), since the incident direction is considered only in a specific direction, it is difficult to use in the case of indoor lighting in which illumination light is incident from various angles. In order to control the vertical and horizontal diffusion, it is desirable to use a diffraction grating having grooves in a grid pattern and having different pitches in the vertical and horizontal directions or a diffuser having an anisotropic speckle pattern. Actually, in the method (6), a diffuser having an anisotropic speckle pattern is used. However, since the volume hologram is used as the diffraction grating, the durability is poor, and since the diffraction grating is placed in front of the diffuser as viewed from the observer, the reflected light on the diffraction grating surface is spectrally separated. Color unevenness and blurring are likely to occur.
本発明は、拡散反射板の場合において、任意の斜め入射の光を正面方向への指向性を持たせて拡散反射することで輝度に優れた拡散反射板を提供すること、さらに、耐久性に優れ、かつ、安価な拡散反射板を提供することを目的とする。 In the case of a diffuse reflector, the present invention provides a diffuse reflector with excellent brightness by diffusing and reflecting arbitrary obliquely incident light with directivity in the front direction. An object is to provide an excellent and inexpensive diffuse reflector.
本発明は、表面レリーフ型回折格子と拡散に指向性のある表面レリーフ型ホログラム拡散体を組み合わせた拡散反射板を使用する。 The present invention uses a diffuse reflector that combines a surface relief type diffraction grating and a surface relief type hologram diffuser having directivity for diffusion.
本発明は、（１） 光を反射して、目的とする範囲内に一様に光を拡散あるいは集光する拡散反射板であって、表面レリーフ型回折格子と表面レリーフ型ホログラム拡散体を使用することを特徴とする拡散反射板である。
また、（２） 前記拡散反射板の表面レリーフ型回折格子または表面レリーフ型ホログラム拡散体は、光を反射させるために溝のある片面を、金属膜あるいは屈折率１．６以上の誘電体で覆ったことを特徴とする上記（１）に記載の拡散反射板である。金属膜としては、例えば、ＡｇやＡｌおよびそれらを主成分とする金属をスパッタした膜を使用することができる。誘電体としては、例えば、ＴｉＯ２やＺｒＯ２を使用することができる。
また、（３） 反射型の表面レリーフ型回折格子と透過型の表面レリーフ型ホログラム拡散体を使用した上記（１）または上記（２）に記載の拡散反射板である。
また、（４） 可視波長域のレーザー光１０ｍＷをｘｙ平面上にある拡散体に反射させたとき、｜Ｓ｜＝１である入射光の単位方向ベクトルＳ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）に対して、ある変数θ１、θ２（７°＜θ１またはθ２＜４０°）が存在して、レーザーの入射角度Ｓｘの範囲を｜Ｓｘ｜＜ｓｉｎ（θ１）でかつ入射角度Ｓｙの範囲を｜Ｓｙ｜＜ｓｉｎ（θ２）で任意に変えて、拡散体に垂直な方向における反射光を観測したときに、入射光の４０％が、入射の角度範囲と同じ立体角の範囲Ａ（ｓｒ）に一様に散乱された場合の光の強度２．７／Ａ（ｃｄ）より常に強い強度が得られる上記（１）ないし上記（３）のいずれかに記載の拡散反射板である。
また、（５） 拡散反射板の部材として用いる表面レリーフ型ホログラム拡散体の特性として入射光の方向ベクトルがＳｉ（０，０，１）であるとき、ある変数θ1、θ2（４°＜θ1＜３５°；９０°＞θ2＞θ1×１．５）が存在して、透過光または反射光の単位方向ベクトルＳ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）について、｜Ｓｘ｜＜ｓｉｎ（θ1）かつ｜Ｓｙ｜＜ｓｉｎ（θ2）の角度範囲に入射光の９０％以上が透過あるいは反射され、しかも、Ｘ軸方向における透過あるいは反射光強度の角度分布のピーク半値幅θ1ｗが３°＜θ1ｗ＜２０°となる、表面レリーフ型ホログラム拡散体を使用した上記（１）ないし上記（４）のいずれかに記載の拡散反射板である。
また、（６） 拡散反射板の部材として用いる表面レリーフ型回折格子の特性として入射光の方向ベクトルがＳｉ（０，０，１）であるとき、ある変数θ1、θ2（４°＜θ1＜３５°；９０°＞θ2＞θ1×１．５）が存在して散乱光の単位方向ベクトルＳ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）について、｜Ｓｘ｜＜ｓｉｎ（θ1）かつ｜Ｓｙ｜＜ｓｉｎ（θ2）の角度範囲に９０％以上の入射光が入る、表面レリーフ型回折格子を使用した上記（１）ないし上記（４）のいずれかに記載の拡散反射板である。
The present invention is (1) a diffuse reflector that reflects light and diffuses or collects light uniformly within a target range, and uses a surface relief type diffraction grating and a surface relief type hologram diffuser. It is a diffusive reflector characterized by doing.
(2) In the surface relief type diffraction grating or the surface relief type hologram diffuser of the diffuse reflector, one surface having grooves is covered with a metal film or a dielectric having a refractive index of 1.6 or more in order to reflect light. The diffuse reflector according to (1) above, wherein As the metal film, for example, a film obtained by sputtering Ag, Al, or a metal containing them as a main component can be used. For example, TiO 2 or ZrO 2 can be used as the dielectric.
(3) The diffuse reflector according to (1) or (2) above, wherein a reflective surface relief diffraction grating and a transmissive surface relief hologram diffuser are used.
(4) When the
(5) When the direction vector of incident light is S i (0, 0, 1) as a characteristic of the surface relief type hologram diffuser used as a member of the diffuse reflector, certain variables θ1, θ2 (4 ° <θ1) <35 °; 90 °>θ2> θ1 × 1.5), and for the unit direction vector S (Sx, Sy, Sz) of transmitted light or reflected light, | Sx | <sin (θ1) and | Sy 90% or more of the incident light is transmitted or reflected in the angle range of | <sin (θ2), and the peak half-value width θ1w of transmitted or reflected light intensity distribution in the X-axis direction is 3 ° <θ1w <20 °. The diffusive reflector according to any one of (1) to (4), wherein a surface relief hologram diffuser is used.
(6) When the direction vector of incident light is S i (0, 0, 1) as a characteristic of the surface relief type diffraction grating used as a member of the diffuse reflector, certain variables θ1, θ2 (4 ° <θ1 < 35 °; 90 °>θ2> θ1 × 1.5) and the unit direction vector S (Sx, Sy, Sz) of scattered light is expressed by | Sx | <sin (θ1) and | Sy | <sin (θ2 The diffuse reflection plate according to any one of (1) to (4), wherein a surface relief type diffraction grating is used in which 90% or more of incident light enters the angle range of (1).
上記（１）、（４）、（５）および（６）では、拡散反射板において、回折格子と指向性のある拡散体を組み合わせることで、ある角度範囲で入射した光を正面方向に拡散反射させる。拡散反射板に使われる回折格子と拡散体は空間的に密着していても離れていてもよい。（１）の、目的とする範囲とは四角や楕円などの照明パターンの範囲を指す。ここで、回折格子とは入射光を正反射方向以外にも反射することのできる、回折効果が顕著になる大きさの領域で等間隔または不等間隔に細長い溝が多数刻まれたフィルムや板である。また、ホログラム拡散体とは、回折効果が顕著になる大きさの領域でランダムに溝や穴が配置されたフィルムや板である。
また、ここでは拡散体の回折効率ηを次のように定義する。
回折効率η＝（全反射光量−回折されずに正反射した光量）／全反射光量
In the above (1), (4), (5) and (6), in the diffuse reflector, the light incident in a certain angle range is diffusely reflected in the front direction by combining the diffraction grating and the directional diffuser. Let The diffraction grating used for the diffuse reflector and the diffuser may be in close contact or separated from each other. The target range of (1) refers to a range of illumination patterns such as squares and ellipses. Here, a diffraction grating is a film or plate that can reflect incident light in a direction other than the regular reflection direction and has a large number of elongated grooves at equal or unequal intervals in a region where the diffraction effect is significant. It is. The hologram diffuser is a film or plate in which grooves and holes are randomly arranged in a region having a size where the diffraction effect becomes remarkable.
Here, the diffraction efficiency η of the diffuser is defined as follows.
Diffraction efficiency η = (Total reflected light amount−Light amount reflected regularly without being diffracted) / Total reflected light amount
（２）のように、拡散反射膜の作り方は金属膜あるいは高屈折率の誘電体で覆うだけでよい。金属反射膜は反射光を狙った方向にするために回折格子の上に設けるのが最も好ましい。 As in (2), the diffuse reflection film can be made only by covering it with a metal film or a high refractive index dielectric. The metal reflection film is most preferably provided on the diffraction grating in order to aim the reflected light.
（３）のような構成にして、ホログラム拡散体で一旦拡散した光を、回折格子で散乱することにより、ホログラム面での反射光によるモアレや表示むらをなくすことができる。 With the configuration as in (3), the light once diffused by the hologram diffuser is scattered by the diffraction grating, so that moire and display unevenness due to the reflected light on the hologram surface can be eliminated.
また、本発明は、（７） 表面レリーフ型回折格子と表面レリーフ型ホログラム拡散体を積層したことを特徴とする上記（１）ないし上記（６）のいずれかに記載の拡散反射板である。
また、（８） 表面レリーフ型回折格子と表面レリーフ型ホログラム拡散体を表裏両面に作製したことを特徴とする上記（１）ないし上記（６）のいずれかに記載の拡散反射板である。
In addition, the present invention provides the diffuse reflector according to any one of (1) to (6) above, wherein (7) a surface relief type diffraction grating and a surface relief type hologram diffuser are laminated.
(8) The diffuse reflector according to any one of (1) to (6) above, wherein a surface relief type diffraction grating and a surface relief type hologram diffuser are produced on both front and back surfaces.
（７）および（８）のような構成により、拡散体と回折格子の両方の特性を併せ持った拡散反射板が容易に得られる。 With the configuration as in (7) and (8), a diffuse reflector having both the characteristics of the diffuser and the diffraction grating can be easily obtained.
また、本発明は、（９） 表面レリーフ型回折格子と表面レリーフ型ホログラム拡散体を同じ面に作製したことを特徴とする上記（１）ないし上記（６）のいずれかに記載の拡散反射板である。
（９）は回折格子の溝周期より、拡散体の凹凸の大きさを大きくすることによって、あるいは、逆に、拡散体の凹凸の大きさより、回折格子の溝周期を大きくすることによって同じ面に二つの形状を重ね書きして片面だけにすることで、転写の工程数の削減を狙ったものである。重ねがきの方法としては、拡散体の層と回折格子の層を完全に分ける方がよい。つまり、拡散体の穴が回折格子のピッチより大きい場合、深さ０．５λまで拡散体の溝を掘り，拡散体の溝が彫れているところのみ、深さ０．５λからλまでの回折格子の溝を掘る。このように設計すると、回折格子の回折効率は落ちるが、本発明では必ずしも高い回折効率が要求されるわけではない。ここでλは使用する可視光の中心波長である。
The present invention also provides (9) the diffuse reflector according to any one of (1) to (6) above, wherein the surface relief type diffraction grating and the surface relief type hologram diffuser are produced on the same surface. It is.
In (9), the size of the unevenness of the diffuser is made larger than the groove period of the diffraction grating, or conversely, the groove period of the diffraction grating is made larger than the size of the unevenness of the diffuser. The aim is to reduce the number of transfer processes by overwriting the two shapes on only one side. As an overwriting method, it is better to completely separate the diffuser layer and the diffraction grating layer. In other words, if the holes of the diffuser are larger than the pitch of the diffraction grating, the groove of the diffuser is dug up to a depth of 0.5λ, and the diffraction grating of depth 0.5λ to λ is only carved into the groove of the diffuser. Dig a ditch. If designed in this way, the diffraction efficiency of the diffraction grating decreases, but the present invention does not necessarily require high diffraction efficiency. Here, λ is the center wavelength of visible light to be used.
また、本発明は、（１０） 照明パターンを作るための孔と拡散体からなるマスク拡散体孔を通したレーザーで、感光性材料を露光し凹凸を作製した散乱光の角度範囲が制御された表面レリーフ型ホログラム拡散体を用いることを特徴とする上記（１）ないし上記（９）のいずれかに記載の拡散反射板である。
上記（１０）のように、マスク拡散体孔を通して露光することにより製造したホログラム拡散体は、拡散光の拡散角度を制御することができる。特開平４−２９９３０３号公報では体積位相型ホログラムについて拡散体の作り方が記載されているが、露光原理は同じである。露光・現像して得られた表面レリーフ型ホログラムは、そのまま用いてもよいし、転写してもよい。
In the present invention, (10) the angle range of the scattered light in which the photosensitive material is exposed to produce irregularities is controlled with a laser through a mask diffuser hole comprising a hole and a diffuser for making an illumination pattern. The diffuse reflector according to any one of (1) to (9), wherein a surface relief hologram diffuser is used.
As in (10) above, the hologram diffuser manufactured by exposing through the mask diffuser hole can control the diffusion angle of the diffused light. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-299303 describes a method of making a diffuser for a volume phase hologram, but the exposure principle is the same. The surface relief hologram obtained by exposure and development may be used as it is or may be transferred.
また、本発明は、（１１） 表面レリーフ型回折格子の格子溝の方向が非平行になるよう積層されたことを特徴とする上記（１）ないし上記（１０）のいずれかに記載の拡散反射板である。
また、（１２） 同じ面または表裏の面に、表面レリーフ型回折格子の格子溝が非平行になるよう縦横に配置されたことを特徴とする上記（１）ないし上記（１０）のいずれかに記載の拡散反射板である。
ホログラム拡散体に、上記（１１）、（１２）のような回折格子を組み合わせることによって、照明パターン内の散乱強度を一様にすることができる。
Further, according to the present invention, (11) the diffuse reflection according to any one of (1) to (10) above, wherein the direction of the grating grooves of the surface relief type diffraction grating is non-parallel. It is a board.
(12) In any one of the above (1) to (10), the grating grooves of the surface relief type diffraction grating are arranged vertically and horizontally on the same surface or front and back surfaces. It is a diffusive reflector described.
By combining the hologram diffuser with diffraction gratings as described in (11) and (12) above, the scattering intensity in the illumination pattern can be made uniform.
また、本発明は、（１３） 表面レリーフ型ホログラム拡散体の積層は、接着層を介して接着することを特徴とする上記（９）ないし上記（１２）のいずれかに記載の拡散反射板である。
また、（１４） 表面レリーフ型ホログラム拡散体の積層は、スペーサーをはさむことを特徴とする上記（９）ないし上記（１２）のいずれかに記載の拡散反射板である。
表面レリーフ型ホログラムの積層は上記（１３），（１４）のようにすれば容易にできる。
Further, the present invention provides (13) the diffuse reflector according to any one of (9) to (12) above, wherein the lamination of the surface relief hologram diffuser is bonded through an adhesive layer. is there.
(14) The diffused reflector according to any one of (9) to (12) above, wherein the lamination of the surface relief hologram diffuser sandwiches a spacer.
Lamination of the surface relief hologram can be easily performed as described in the above (13) and (14).
また、本発明は、（１５） 前記表面レリーフ型ホログラム拡散体は、表面レリーフ型ホログラムを転写ロールの電鋳型等の型から転写したことを特徴とする上記（１２）ないし上記（１４）のいずれかに記載の拡散反射板である。
また、（１６） 前記表面レリーフ型ホログラム拡散体は、表面レリーフ型ホログラムの材料にＵＶ硬化型樹脂を使うことを特徴とする上記（１５）に記載の拡散反射板である。
また、（１７） 前記表面レリーフ型ホログラム拡散体は、表面レリーフ型ホログラムの材料に熱可塑性樹脂を使うことを特徴とする上記（１５）に記載の拡散反射板である。
上記（１５）、（１６）、（１７）のように、拡散体や回折格子のマスター電鋳型等の型からＵＶ硬化型樹脂または熱可塑性樹脂に転写することにより、安価に製造することができる。
In the present invention, (15) any one of the above (12) to (14), wherein the surface relief hologram diffuser is obtained by transferring a surface relief hologram from a mold such as an electromold of a transfer roll. It is a diffuse reflection board as described in a crab.
(16) The diffused reflector according to (15), wherein the surface relief hologram diffuser uses a UV curable resin as a material of the surface relief hologram.
(17) The diffuse reflector according to (15), wherein the surface relief hologram diffuser uses a thermoplastic resin as a material for the surface relief hologram.
As described in (15), (16) and (17) above, it can be manufactured at low cost by transferring from a mold such as a diffuser or diffraction grating master electric mold to a UV curable resin or thermoplastic resin. .
また、本発明は、（１８） 上記（１）ないし上記（１７）のいずれかに記載の拡散反射板を拡散反射板として用いた反射型液晶表示装置である。
また、（１９） 上記（１）ないし上記（１７）のいずれかに記載の拡散反射板を拡散反射板として用いた照明機器用部材である。
また、（２０） 上記（１）ないし上記（１７）のいずれかに記載の拡散反射板を拡散反射板として用いた光通信用部材である。
上記（１８）、（１９），（２０）のように、液晶表示装置、照明機器、光通信の部材として使用することができる。反射型液晶表示装置に組み込むことにより、散乱方向の制御が容易になり、明るい表示が可能となる。また、金属膜を蒸着した回折格子を用いれば、回折格子の反射光の偏光特性を利用して偏光板なしで表示装置を作ることも期待できる。この他、拡散反射板の用途としては、反射型液晶表示装置の他に、プロジェクタスクリーン用拡散板、レーザービーム整形用拡散板に使用することができる。
照明用途としてはカメラのフラッシュや室内照明が挙げられる。また、光通信用途としては、光シートバスの拡散体や光ファイバ信号の光強度分布の整形などが挙げられる。
The present invention is (18) a reflective liquid crystal display device using the diffuse reflector described in any one of (1) to (17) as a diffuse reflector.
(19) A lighting device member using the diffuse reflector according to any one of (1) to (17) as a diffuse reflector.
(20) An optical communication member using the diffuse reflector according to any one of (1) to (17) as a diffuse reflector.
As in the above (18), (19), and (20), it can be used as a liquid crystal display device, a lighting device, or an optical communication member. By incorporating it in a reflective liquid crystal display device, the scattering direction can be easily controlled and a bright display can be achieved. In addition, if a diffraction grating on which a metal film is deposited is used, a display device without a polarizing plate can be expected by utilizing the polarization characteristics of reflected light of the diffraction grating. In addition to the reflective liquid crystal display device, the diffuse reflector can be used for a projector screen diffuser and a laser beam shaping diffuser.
Lighting applications include camera flash and room lighting. Optical communication applications include optical sheet bus diffusers and shaping of the light intensity distribution of optical fiber signals.
表面レリーフ型回折格子と拡散に指向性のある表面レリーフ型ホログラム拡散体を組み合わせた拡散反射板を使用することにより、散乱方向や集光範囲を制御することが、容易となる。 By using a diffuse reflector that combines a surface relief type diffraction grating and a surface relief type hologram diffuser having directivity for diffusion, it becomes easy to control the scattering direction and the light collection range.
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１に表面レリーフ型ホログラムを積層した拡散反射板を示す。ここではフィルムを積層した拡散反射板としている。反射を利用した反射型の照明の場合、図１のように表面レリーフ型ホログラム拡散体１２を通った光は、整形されて楕円形や矩形に拡散される。次に、表面レリーフ型回折格子１４、１６で光強度分布が一様になる。また、金属膜１８で反射して正面方向の輝度が強くなる。もう一度、表面レリーフ型ホログラム拡散体１２で整形されて、最終的には、一様な照明光が得られる。このとき、表面レリーフ型ホログラム拡散体単体の回折効率は７０％以上で拡散角度は±１５°以下のものが好ましい。表面レリーフ型ホログラム拡散体と表面レリーフ型回折格子は凹凸が向かい合うように積層してもよい。表面レリーフ型回折格子は格子溝の方向の違うフィルムを二枚重ねるよりも、光損失が少なくなるよう一枚のフィルムの上に碁盤目状に格子溝がある方が好ましく、金属膜は反射光が正面への方向性を持つよう回折格子の格子溝に直接付いている方が好ましい。拡散体の材料や接着剤は、波長６３３ｎｍの光に対する吸光係数＝１μｍ-1以下で、かつ、ホログラム成形時の硬化収縮率が３％以下、複屈折率が３０ｎｍ以下であることが好ましい。光を拡散体面で拡散するために、波長をλ、拡散体の部材の屈折率をｎとしたとき、拡散体の凹凸深さは、λ／（ｎ−１）以上であることが望ましい。拡散体の光を回折格子面で反射し集光する場合、回折格子は、フレネルレンズと同様の凹凸形状となり、その深さは、波長をλ、入射角をθとしたとき、ｍλ／（２cosθ）、ｍ＝１，２，３，・・・の近傍（±１０％以内）であることが望ましい。拡散体の光を回折格子面で反射し一様に拡散する場合、その深さは、（ｍ−０．５）・λ／（２cosθ）、ｍ＝１，２，３，・・・の近傍（±１０％以内）であることが望ましい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a diffusive reflector having a surface relief hologram laminated thereon. Here, it is a diffusive reflector with laminated films. In the case of reflective illumination using reflection, the light that has passed through the surface relief hologram diffuser 12 as shown in FIG. 1 is shaped and diffused into an ellipse or a rectangle. Next, the light intensity distribution is made uniform by the surface relief type diffraction gratings 14 and 16. Further, the brightness in the front direction is increased by reflection from the metal film 18. Once again, it is shaped by the surface relief hologram diffuser 12, and finally uniform illumination light is obtained. At this time, it is preferable that the surface relief type hologram diffuser has a diffraction efficiency of 70% or more and a diffusion angle of ± 15 ° or less. The surface relief type hologram diffuser and the surface relief type diffraction grating may be laminated so that the projections and depressions face each other. A surface relief type diffraction grating has a grid pattern on a single film so that light loss is less than two films with different grating groove directions, and the metal film reflects reflected light. It is preferable to attach directly to the grating grooves of the diffraction grating so as to have directivity to the front. It is preferable that the diffuser material and the adhesive have an extinction coefficient with respect to light having a wavelength of 633 nm = 1 μm −1 or less, a curing shrinkage rate at the time of hologram molding of 3% or less, and a birefringence index of 30 nm or less. In order to diffuse light on the surface of the diffuser, when the wavelength is λ and the refractive index of the member of the diffuser is n, the uneven depth of the diffuser is preferably λ / (n−1) or more. When the light from the diffuser is reflected and collected by the diffraction grating surface, the diffraction grating has an uneven shape similar to that of the Fresnel lens, and the depth is mλ / (2 cos θ, where λ is the wavelength and θ is the incident angle. ), M = 1, 2, 3,... Is desirable (within ± 10%). When the diffuser light is reflected and uniformly diffused by the diffraction grating surface, the depth is in the vicinity of (m−0.5) · λ / (2cosθ), m = 1, 2, 3,. (± 10% or less) is desirable.
図２に反射の拡散反射板の輝度計による散乱角の測定方法を示した。デカルト座標系を用いて、散乱角θ１、θ２を定義し、散乱光の測定方法を示している。
拡散反射板はxy平面上にあり、入射した光が+Z軸方向に散乱される。散乱光の方向は単位ベクトルＳ(Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚ)である。このとき、図の網掛けで示した−ｓｉｎ(θ１)＜Ｓｘ＜ｓｉｎ(θ１)かつ−ｓｉｎ(θ２)＜Ｓｙ＜ｓｉｎ(θ２)の範囲に入射光が散乱される。輝度計による反射特性の測定は正面方向から行った。
FIG. 2 shows a method for measuring the scattering angle with a luminance meter of a reflective diffuse reflector. Using a Cartesian coordinate system, scattering angles θ1 and θ2 are defined, and a method for measuring scattered light is shown.
The diffuse reflector is on the xy plane, and incident light is scattered in the + Z-axis direction. The direction of the scattered light is a unit vector S (Sx, Sy, Sz). At this time, incident light is scattered in the ranges of −sin (θ1) <Sx <sin (θ1) and −sin (θ2) <Sy <sin (θ2) shown by shading in the drawing. Measurement of reflection characteristics with a luminance meter was performed from the front.
この積層フィルムの部材を作製する装置・露光光学系およびその部材の１例を図３、４に示す。図３のような転写ロール３４の型に目的とする電鋳型を用い、ＵＶ硬化樹脂に転写した後、ＵＶで露光する。このようにエンボス加工された回折格子の場合には図４のようなできあがりになる。
FIGS. 3 and 4 show an apparatus / exposure optical system for producing the laminated film member and an example of the member. The target electroforming mold is used for the mold of the
次に、その積層方法を、図５を用いて説明する。図５（ａ）のように透明樹脂フィルム４２の上に、ＵＶ硬化性樹脂４０をのせる。エンボス加工で図５（ｂ）のような回折格子を作り、ＵＶ硬化する。そして必要により金属膜あるいは屈折率１．６以上の誘電体で覆う。次ぎに、図５（ｃ）のように接着剤４４、透明樹脂フィルム４２・ＵＶ硬化性樹脂４０をのせ、ラミネートする。さらにエンボス加工で図５（ｄ）のような表面レリーフ型ホログラム拡散体を作り、ＵＶ硬化する。ここで透明樹脂フィルムの材質はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）や脂環式アクリル樹脂が望ましい。
Next, the lamination method will be described with reference to FIG. A UV
また、必要に応じて、マイクロレンズアレイやシリンドリカルレンズアレイの上に請求項１０に記載したように拡散体を作製し、部材としてもよい。
Further, if necessary, a diffuser may be produced on a microlens array or a cylindrical lens array as described in
なお、本発明では表面レリーフ型拡散反射板を部材にしているが、原理的には体積位相型でも同じように作製できる。例えば、反射型の拡散反射板の場合、金属反射膜、体積位相型回折格子拡散体、表面レリーフ型拡散体の順番に並べれば体積位相型回折格子の優れた角度選択性により、より輝度を高くできる。 In the present invention, a surface relief type diffusive reflector is used as a member. However, in principle, a volume phase type can be produced in the same manner. For example, in the case of a reflective diffuse reflector, if the metal reflective film, the volume phase diffraction grating diffuser, and the surface relief diffuser are arranged in this order, the volume phase diffraction grating has excellent angle selectivity, resulting in higher brightness. it can.
作製された表面レリーフ型ホログラムの凹凸面からその凹凸面を転写した電鋳型を作製し、さらに薄膜にその電鋳型表面の形状を転写することによって表面レリーフ型ホログラム拡散体や同様にして表面レリーフ型回折格子を大量に生産することができる。光を拡散し得る凹凸形状面が形成された鋳型の作製方法の一例は、文献「続・わかりやすい光磁気ディスク（オプトロニクス社、平成２年発行）」に示されている。すなわち、ガラス基板上に目的の拡散体の凹凸パターンを作製し、パターン形成面に真空蒸着法やスパッタリング法などにより銀またはニッケル膜を形成（導電化処理）し、ニッケルを電鋳により積層して、ガラス板から剥離する工程によってマスター電鋳型を作製することができる。このマスター電鋳型を使用して多数の微細な凹凸を形成することができる。 A surface relief type hologram diffuser or similar surface relief type is prepared by transferring the shape of the surface of the electromold to the thin film by transferring the shape of the surface of the surface from the uneven surface of the surface relief hologram. A large number of diffraction gratings can be produced. An example of a method for producing a mold on which a concavo-convex shape surface capable of diffusing light is formed is shown in the document “Continued and easy to understand magneto-optical disk (Optronics, published in 1990)”. That is, a concavo-convex pattern of a desired diffuser is produced on a glass substrate, a silver or nickel film is formed (conducting treatment) on the pattern formation surface by a vacuum deposition method or a sputtering method, and nickel is laminated by electroforming. A master electroforming mold can be produced by the process of peeling from the glass plate. A large number of fine irregularities can be formed using this master electroform.
拡散体の電鋳型の元となる鋳型は図６、７のようにして作ることができる。図６のマスク拡散体４６は、中央部にたくさんの小開口５０を持ち、小開口部を持つ拡散体部分４８と開口部のない遮断面５２とからなる。マスク拡散体４６にはレーザー光５４が投射される。光は拡散体部分４８にある多数の小開口５０を透過し拡散され感光性フィルム５６に向かって進む。露光後、必要があれば感光性フィルム５６の現像処理を行い、拡散体を得る。こうしてできた表面レリーフ型ホログラム拡散体にＨｅ−Ｎｅレーザー（６３３ｎｍ）を当てると、その拡散光の照明パターンが整形される。照明パターンとしては楕円や四角がある。拡散体の輪郭の形が楕円であれば楕円になり、四角であれば四角くなる。また、拡散光の広がりは拡散体と感光材料との距離が近ければ広くなり、遠ければ狭くなる。
照明パターンの光強度分布は図２のようにして測定される。
表面レリーフ型回折格子の電鋳型の元となる鋳型は、様々なタイプの回折格子が市販されているのでそれらを使用することができる。
6 and 7 can be prepared as a base for the electroforming mold of the diffuser. The
The light intensity distribution of the illumination pattern is measured as shown in FIG.
Since various types of diffraction gratings are commercially available, they can be used as the template that is the base of the surface relief type diffraction grating.
光を散乱し得る凹凸形状面が形成された表面レリーフ型ホログラム拡散体および表面レリーフ型回折格子用の鋳型は、シート状、平板またはロール状または局面の一部等の基材の表面に全面または必要な部分に光を散乱し得る凹凸形状面が形成されたものを用いることができ、加圧装置に貼り付けたり、凹凸を形成する面と加圧装置との間に挟み込んで用いてもよい。押し当てる工程で熱、光などを加えてもよい。
光を散乱し得る凹凸形状面が形成された鋳型の凹凸の程度は、通常、薄膜層を硬化することで変形することを考慮し設計する必要がある。
A surface relief hologram diffuser having a concavo-convex shape surface capable of scattering light and a mold for a surface relief type diffraction grating are formed on the entire surface of a substrate such as a sheet, a flat plate, a roll, or a part of an aspect. It is possible to use a surface having a concavo-convex shape that can scatter light at a necessary portion, and it may be used by being attached to a pressurizing device or sandwiched between a pressurizing device and a surface on which the concavo-convex shape is formed. . You may add heat, light, etc. in the process of pressing.
The degree of unevenness of the mold on which the uneven surface capable of scattering light is formed usually needs to be designed in consideration of deformation caused by curing the thin film layer.
以下、実施例を挙げて本発明の用途を詳細に説明するが、本発明の様態はこれに限定されない。 Hereinafter, although an Example is given and the use of this invention is demonstrated in detail, the aspect of this invention is not limited to this.
（実施例１）
市販の半導体用フォトレジスト（シップレー社製 AZ-1500）を、ガラス基板上に滴下し、１０００ｒｐｍでスピンコートさせた後、１００℃で１分プリベークを行い、図６、７に示したようにＡｒレーザー（４８８ｎｍ）を用い５０ｍＷ／ｃｍ2で２０秒露光した。さらに、専用の現像液で現像をした。ここで形成された凸凹面から拡散反射板用鋳型であるニッケルのマスター電鋳型を作製した。そして、この電鋳型を用いて、凹凸形成予定面に薄膜層を形成しておき、その薄膜層に対してマスター電鋳型の金属膜表面を押し当てた。これにより、表面に多数の微細な凹凸を有する表面レリーフ型ホログラム拡散体である薄膜層を形成した。具体的には薄膜層の凹凸は次のようにして得られる。
薄いガラス基板上に下記薄膜形成用溶液を、スピンコートし２μｍの膜厚の薄膜層を得た。次に拡散反射板の電鋳型シート（マスター電鋳型）を薄膜層に微細形状の凹凸面が接するようにラミネータ（ロールラミネータＨＬＭ１５００、日立化成テクノプラント株式会社製商品名）を用いて基板温度９０℃、ロール温度８０℃、ロール圧力０．７ＭＰａ（７Ｋｇ／ｃｍ2）、速度０．５ｍ／分でラミネートし、ガラス基板上に薄膜層、電鋳型シートが積層された基板を得た。次に、電鋳型シートを剥離し、ガラス基板上に不規則な凹凸形状の表面の薄膜層である表面レリーフ型ホログラム拡散体を得た。
この基板に、薄膜層が光硬化する光線（高圧水銀灯）を平行光露光機ＭＡＰ１２００Ｌ（大日本スクリーン製造株式会社製）を用いて１００ｍＪ／ｃｍ２で露光した。この基板を２４０℃、２０分間オーブン（クリーンオーブンＣＳＯ−４０２、楠本化成株式会社製）で加熱を行い、室温まで冷却した。
同様にして表面レリーフ型回折格子の電鋳型を作製し転写することによって、縦横に溝のある回折格子を作製した。得られた表面レリーフ型回折格子と表面レリーフ型ホログラム拡散体を重ねることで光制御された拡散体を作製した。この光制御拡散体にＡｌをスパッタで蒸着させて拡散反射板を作製した。
(Example 1)
A commercially available photoresist for semiconductor (AZ-1500, manufactured by Shipley) was dropped onto a glass substrate, spin-coated at 1000 rpm, pre-baked at 100 ° C. for 1 minute, and Ar as shown in FIGS. It exposed for 20 seconds at 50 mW / cm < 2 > using the laser (488 nm). Further, development was performed with a dedicated developer. From the uneven surface formed here, a master electromold of nickel, which is a diffuse reflector plate mold, was produced. And using this electroforming mold, the thin film layer was formed in the uneven | corrugated formation planned surface, and the metal film surface of the master electroforming mold was pressed with respect to the thin film layer. Thereby, a thin film layer which is a surface relief type hologram diffuser having a large number of fine irregularities on the surface was formed. Specifically, the unevenness of the thin film layer is obtained as follows.
The following thin film forming solution was spin-coated on a thin glass substrate to obtain a thin film layer having a thickness of 2 μm. Next, the substrate temperature is 90 ° C. using a laminator (roll laminator HLM1500, trade name, manufactured by Hitachi Chemical Technoplant Co., Ltd.) so that the micro-shaped uneven surface is in contact with the thin film layer of the electroforming sheet (master electroforming mold) of the diffuse reflector. The substrate was laminated at a roll temperature of 80 ° C., a roll pressure of 0.7 MPa (7 kg / cm 2 ), and a speed of 0.5 m / min to obtain a substrate in which a thin film layer and an electroforming sheet were laminated on a glass substrate. Next, the electroforming sheet was peeled off to obtain a surface relief hologram diffuser which is a thin film layer having an irregular uneven surface on a glass substrate.
The substrate was exposed to a light beam (high pressure mercury lamp) for photocuring the thin film layer at 100 mJ / cm 2 using a parallel light exposure machine MAP1200L (Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd.). This substrate was heated in an oven (clean oven CSO-402, manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd.) at 240 ° C. for 20 minutes, and cooled to room temperature.
Similarly, a surface relief type diffraction grating electroforming mold was produced and transferred to produce a diffraction grating having grooves in the vertical and horizontal directions. An optically controlled diffuser was produced by superimposing the obtained surface relief type diffraction grating and the surface relief type hologram diffuser. Al was sputter deposited on the light control diffuser to produce a diffuse reflector.
薄膜形成用溶液：
ポリマーとしてスチレン、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、アクリル酸、グリシジルメタクリレート共重合樹脂を用いた（ポリマーＡ）。分子量は３５０００、酸価は１１０である。部は重量部（以下同じ）。
（ポリマー）ポリマーＡ ７０部
（モノマー）ペンタエリストールテトラアクリレート ３０部
（光開始剤）イルガキュアー３６９（チバスペシャルティーケミカルズ）
２．２部
Ｎ，Ｎ−テトラエチル−４，４'−ジアミノベンゾフェノン
２．２部
（溶剤） プロピレングリコールモノメチルエーテル ４９２部
（重合禁止剤）ｐ−メトキシフェノール ０．１部
（界面活性剤）パーフルオロアルキルアルコシレート ０．０１部
Thin film forming solution:
As the polymer, styrene, methyl methacrylate, ethyl acrylate, acrylic acid, glycidyl methacrylate copolymer resin was used (polymer A). The molecular weight is 35000 and the acid value is 110. Parts are parts by weight (the same applies hereinafter).
(Polymer) Polymer A 70 parts (Monomer)
2.2 parts
N, N-tetraethyl-4,4′-diaminobenzophenone
2.2 parts (solvent) Propylene glycol monomethyl ether 492 parts (polymerization inhibitor) p-methoxyphenol 0.1 part (surfactant) perfluoroalkyl alcoholate 0.01 part
（実施例２）
本実施例においては、反射型ＬＣＤ用拡散反射板の反射特性を向上させている。図８に示すように、外の光は偏光板６２、位相差板６４、カラーフィルタ６６、液晶６８を通過して、表面レリーフ型ホログラム拡散体７０を透過し、表面レリーフ型回折格子に蒸着された金属膜で反射されて、もう一度表面レリーフ型ホログラム拡散体を透過する。この拡散反射板は図５（ｂ）の回折格子面に金属膜をつける工程を経た図５（ｄ）のフィルムである。ただし、拡散体の凹凸のある面は下向きにつけるので、拡散体を別の工程で作る。金属膜として反射率の高いＡｇ蒸着膜やＡｌ蒸着膜が好ましい。
接着剤には、表面レリーフ型ホログラム拡散体に使う材料より屈折率が０．２以上大きいものを用いる。拡散体の性能を維持するためと、金属膜で斜めに散乱された光を拡散体との界面で反射させるためである。
カラーフィルタは赤・緑・青の画素よりできているので、入射光も赤・緑・青となって反射の拡散反射板に到達する。反射効率を上げるためにはそれぞれの波長に対応した画素ごとの金属膜回折格子を組み込んだ方が好ましい。
(Example 2)
In this embodiment, the reflection characteristics of the reflective LCD diffuse reflector are improved. As shown in FIG. 8, outside light passes through the
As the adhesive, an adhesive having a refractive index larger by 0.2 or more than the material used for the surface relief type hologram diffuser is used. This is for maintaining the performance of the diffuser and for reflecting light scattered obliquely by the metal film at the interface with the diffuser.
Since the color filter is made up of red, green, and blue pixels, the incident light also becomes red, green, and blue and reaches the reflecting diffuse reflector. In order to increase the reflection efficiency, it is preferable to incorporate a metal film diffraction grating for each pixel corresponding to each wavelength.
この拡散反射板の拡散特性は図９の実線に示すように拡散領域が３０°以下に制限されており輝度とコントラストの向上が図られている。図９の点線では、比較例として拡散体に散乱光の指向性がない場合を示している。指向性がない場合は拡散角度の裾に広がりがあり、正面での輝度が下がっていることが分かる。 As shown by the solid line in FIG. 9, the diffusion region of this diffusive reflector is limited to a diffusion region of 30 ° or less, thereby improving luminance and contrast. The dotted line in FIG. 9 shows a case where the diffuser has no directivity of scattered light as a comparative example. When there is no directivity, it can be seen that there is a spread at the bottom of the diffusion angle, and the brightness at the front is lowered.
θ．光がホログラムによって回折されて出射する回折光の出射角度
１０．３層のフィルムよりなる拡散反射板
１２．表面レリーフ型ホログラム拡散体
１４．縦方向に溝を掘った表面レリーフ型回折格子
１６．横方向に溝を掘った表面レリーフ型回折格子
１８．金属膜
２０．入射レーザー光
２２．散乱レーザー光
２４．入射するレーザー光とその向き
２６．輝度計
２８．反射用の拡散反射板
３０．入射方向が方向ベクトル（Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚ）の入射光の向き
３２．上下の入射角度Ｓｘの範囲が−ｓｉｎ（θ１）＜Ｓｘ＜ｓｉｎ（θ１）かつ左右の散乱角Ｓｙの範囲が−ｓｉｎ（θ２）＜Ｓｙ＜ｓｉｎ（θ２）である入射光の範囲を示す領域
３４．転写ロール
３６．被加工フィルム
３８．送りロール
４０．ＵＶ硬化樹脂
４２．ＰＥＴなどの透明樹脂
４４．接着剤
４６．マスク拡散体
４８．マスク拡散体の拡散体部分
５０．拡散体の小開口
５２．遮断面
５４．レーザー光
５６．感光性フィルムの塗布されたガラス基板
５８．露光部分
６０．反射光
６２．偏光板
６４．位相差板
６６．カラーフィルタ
６８．液晶
７０．表面レリーフ型ホログラム拡散体
７２．格子面に金属膜のついた表面レリーフ型回折格子
７４．透明接着剤
７６．拡散反射板
θ. 11. Diffuse reflecting plate made of a film having an exit angle of 10.3 layers of diffracted light that is diffracted and emitted by a hologram. Surface relief hologram diffuser 14. 15. Surface relief type diffraction grating with grooves in the vertical direction 17. Surface relief type diffraction grating with grooves in the lateral
Claims (7)
該拡散反射板は、表面レリーフ型回折格子と、指向性のある拡散特性を有する拡散体とを使用することを特徴とする拡散反射板。 A diffusive reflector that reflects light and diffuses or collects light within a target range,
The diffuse reflector includes a surface relief type diffraction grating and a diffuser having a directional diffusion characteristic.
回折格子の格子溝の方向が非平行になるように積層されたものである請求項１記載の光制御拡散体。 The surface relief type diffraction grating comprises two diffraction gratings each having a striped grating groove formed on the surface,
The light control diffuser according to claim 1, wherein the light control diffuser is laminated so that the direction of the grating grooves of the diffraction grating is non-parallel.
7. The diffuse reflector according to claim 1, wherein the surface relief type diffraction grating and the surface relief type hologram diffuser are produced on the same surface.
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| WO2006064907A1 (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-22 | Yupo Corporation | Light reflector and surface light source device |
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